アーク溶接方法
【課題】 より適切にアークの途切れを検出することが可能なアーク溶接方法を提供すること。
【解決手段】 本発明のアーク溶接方法は、母材と溶接トーチに保持された消耗電極との間にアークを発生させることにより、溶滴移行させる第１工程（Ｔ１）と、上記母材と上記消耗電極との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却し、かつ、上記溶接トーチを移動させる第２工程（Ｔ２）とを交互に繰り返すものであって、第１工程（Ｔ１）において、上記母材と上記消耗電極との間の電圧の絶対値あるいは両者の間を流れる電流の絶対値が予め設定された範囲を逸脱した際にアーク切れ検出時間Ｔａｏの測定を開始し、第２工程（Ｔ２）に移行するまでの間に上記アーク切れ検出時間Ｔａｏが予め定められた基準時間Ｔｓｔｐ以上になった場合に溶接異常の判定を行うことを特徴とする。
【解決手段】 本発明のアーク溶接方法は、母材と溶接トーチに保持された消耗電極との間にアークを発生させることにより、溶滴移行させる第１工程（Ｔ１）と、上記母材と上記消耗電極との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却し、かつ、上記溶接トーチを移動させる第２工程（Ｔ２）とを交互に繰り返すものであって、第１工程（Ｔ１）において、上記母材と上記消耗電極との間の電圧の絶対値あるいは両者の間を流れる電流の絶対値が予め設定された範囲を逸脱した際にアーク切れ検出時間Ｔａｏの測定を開始し、第２工程（Ｔ２）に移行するまでの間に上記アーク切れ検出時間Ｔａｏが予め定められた基準時間Ｔｓｔｐ以上になった場合に溶接異常の判定を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッチパルス溶接法を用いたアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来のアーク溶接装置の一例を示している。図５に示すアーク溶接装置Ｘの用途の一例としては、ステッチパルス溶接法と称される溶接方法が挙げられる。ステッチパルス溶接法は溶接時の入熱と冷却をコントロールすることにより、母材Ｗに与える熱影響を抑えやすい溶接法である。このステッチパルス溶接法を用いると、従来の薄板溶接に比べ、溶接外観を向上させ、溶接歪み量を低減させることができるとされている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
図５に示すアーク溶接装置Ｘは、溶接ワイヤを保持する溶接トーチ９１と、溶接トーチ９１を母材に対して移動させるロボット本体９２と、ロボット本体９２の動作を制御するロボット制御装置９３と、溶接ワイヤ９５と母材Ｗとの間に溶接電圧を供給する溶接電源９４とを備えている。溶接電源９４が溶接ワイヤ９５と母材Ｗとの間に溶接電圧を供給すると、溶接ワイヤ９５の先端と母材Ｗとの間にアークが発生し、溶接ワイヤ９５と母材Ｗが溶融して母材Ｗに溶融池が形成される。この溶融池は、アークを停止させた後にアーク溶接トーチ９１から噴出されるシールドガスによって冷却されて凝固する。溶融池が凝固すると溶接痕が形成される。
【０００４】
たとえば特許文献２によって提案されたステッチパルス溶接法では、図６に示すように、溶接トーチ９１を停止させた状態で交流パルス電流を通電することによりアークを発生させるアーク溶接工程（期間Ｔ１）と、期間Ｔ１よりも弱い電圧を溶接ワイヤ９５と母材Ｗとの間に印加し、小さな値の直流電流を通電することにより、アークが発生している状態を保っている冷却および移動期間（期間Ｔ２）とが繰り返される。このような溶接法により、隣り合うもの同士の一部が重なるように多数の溶接痕が連続形成され、ウロコ状の溶接ビードが生じる。また、この場合、アークの消弧および再発生を繰り返さないため、スパッタの発生を抑制できるという利点がある。
【０００５】
また、図６に示す方法では、溶接中において常に異常判定を行っている。具体的には、溶接電流が所定の値よりも小さい、または溶接電圧が所定の値よりも大きい場合に、アークが途切れていると判定する。アーク切れが検出されると、溶接作業を停止させるように構成されている。
【０００６】
このようなアークの途切れの検出を目視ではなく自動で行う場合には、誤検出などを防ぐために一定の検出時間が設けられる。すなわち電流が予め設定された値を下回っている時間、または、電圧の値が予め設定された値を上回っている時間を検出し、その検出時間が、予め設定された基準時間よりも長い場合にアークが途切れているとの判定が行われ、ロボット制御装置９３および電源装置９４へ動作を停止させるための信号が送られる。
【０００７】
たとえば、図６に示すように、期間Ｔ１の比較的後半の時刻ｔ１にアーク切れが発生した場合、上述した基準時間の終期が期間Ｔ２に含まれることがある。期間Ｔ２においてもアーク切れが継続していると、時刻ｔ２にはアーク切れ異常の条件が成立してしまい、溶接が終了される。しかしながら、アーク切れが発生した期間Ｔ１においては、後半期間の一時期の溶接のみが異常となっただけである。すなわち、期間Ｔ１全体としては所望の状態を満たす溶接が完了している可能性が大きく、十分な溶接強度が確保可能であり、溶接外観も比較的良好となる。このような場合であっても、図６に示す異常判定によっては、時刻ｔ２に溶接が終了されてしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−５５２６８号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より適切にアークの途切れを検出することが可能なアーク溶接方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によって提供されるアーク溶接方法は、母材と溶接トーチに保持された消耗電極との間にアークを発生させることにより、溶滴移行させる第１工程と、上記母材と上記消耗電極との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却し、かつ、上記溶接トーチを移動させる第２工程とを交互に繰り返すアーク溶接方法であって、上記第１工程において、上記母材と上記消耗電極との間の電圧の絶対値あるいは両者の間を流れる電流の絶対値が予め設定された範囲を逸脱した際にアーク切れ検出時間の測定を開始し、上記第２工程に移行するまでの間に上記アーク切れ検出時間が予め定められた基準時間以上になった場合に溶接異常の判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基準時間は、上記第１工程の単位時間に時間比率α（０％＜α＜１００％）を乗じることにより設定される。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基準時間比率αは、４０％から６０％の範囲に設定されている。
【００１３】
本発明のより好ましい実施の形態では、上記第１工程においては、上記アーク切れ検出時間と上記基準時間とを比較する工程と、上記第１工程の経過時間を測定する工程と、が設けられており、上記第１工程の経過時間が予め定められた時間未満の場合にのみ上記アーク切れ検出時間と上記基準時間とを比較する工程を行う。
【００１４】
本発明によるアーク溶接方法では、溶融池を形成する第１工程においてアーク切れ検出時間の測定を行っているため、アーク切れ検出時間の測定中に第２工程へ移行してしまって適切な異常判断ができなくなる問題を回避することができる。さらに異常を判断するための基準時間を上記第１工程を行う時間に対する比率として算出するようにすることで、第１工程を行う時間を変化させた場合にも良好に対応することが可能となっている。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかるアーク溶接方法を行うための溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図２】図１に示した溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】本発明にかかるアーク溶接方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明にかかるアーク溶接方法における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図５】従来の溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図６】従来のステッチパルス溶接法において起こりえる検出異常を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図１は、本発明にかかるアーク溶接方法を実施するのに適した溶接システムの一例の構成を示す図である。図１に示された溶接システムＡは、溶接ロボット１と、それを制御するロボット制御手段２と、溶接電源装置３と、アーク切れ異常を検出するための異常検出手段４とを備えている。溶接ロボット１は、母材Ｗに対してたとえばアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、ベース部材１１、複数のアーム１２、複数のモータ１３、溶接トーチ１４、ワイヤ送給装置１６、およびコイルライナ１９を備える。
【００１９】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。各アーム１２は、ベース部材１１に軸を介して連結されている。
【００２０】
溶接トーチ１４は、溶接ロボット１の最も先端側に設けられた手首部１２ａの先端部に設けられている。溶接トーチ１４は、消耗電極としてのたとえば直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１５を、母材Ｗ近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、Ａｒなどのシールドガスを供給するためのシールドガスノズル（図示略）が備えられている。モータ１３は、アーム１２の両端または一端に設けられている（一部図示略）。モータ１３は、ロボット制御手段２により回転駆動する。この回転駆動により、複数のアーム１２の移動が制御され、溶接トーチ１４が上下前後左右に自在に移動できるようになっている。
【００２１】
モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられている。このエンコーダの出力は、ロボット制御手段２に与えられる。この出力値により、ロボット制御手段２では、溶接トーチ１４の現在位置を認識するようになっている。
【００２２】
ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に対して、溶接ワイヤ１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給モータ１６１、ワイヤリール（図示略）、およびワイヤプッシュ手段（図示略）、を備えている。送給モータ１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ手段が、上記ワイヤリールに巻かれた溶接ワイヤ１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００２３】
コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状に形成されており、その内部には、溶接ワイヤ１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された溶接ワイヤ１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された溶接ワイヤ１５は、溶接トーチ１４から外部に突出して消耗電極として機能する。
【００２４】
図２は、図１に示した溶接システムＡの内部構成を示す図である。
【００２５】
図１、図２に示したロボット制御手段２は、溶接ロボット１の動作を制御するためのものである。図２に示すように、ロボット制御手段２は、動作制御回路２１、インターフェイス回路２２、およびティーチペンダントＴＰを備える。
【００２６】
動作制御回路２１は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、溶接ロボット１の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。また動作制御回路２１は、後述のロボット移動速度ＶＲを設定する。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、およびロボット移動速度ＶＲ等に基づいて、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｃを与える。この動作制御信号Ｍｃにより、各モータ１３は回転駆動し、溶接トーチ１４を母材Ｗの所定の溶接開始位置に移動させたり、母材Ｗの面内方向に沿って移動させたりする。
【００２７】
ティーチペンダントＴＰは、動作制御回路２１に接続されている。ティーチペンダントＴＰは、ユーザによって各種動作を設定するためのものである。
【００２８】
インターフェイス回路２２は、溶接電源装置３と各種信号をやり取りするためのものである。インターフェイス回路２２には、動作制御回路２１から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。電流設定信号Ｉｓには、たとえばティーチペンダントＴＰを通じて設定されたパルス出力時間が含まれている。インターフェイス回路２２は電流設定信号Ｉｓを異常検出手段４へ送信する。
【００２９】
溶接電源装置３は、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、溶接ワイヤ１５の送給を行うための装置である。図２に示すように、溶接電源装置３は、出力制御回路３１、電流検出回路３２、送給制御回路３４、インターフェイス回路３５、および電圧検出回路３６を備えている。
【００３０】
インターフェイス回路３５は、ロボット制御手段２と各種信号をやり取りするためのものである。具体的には、インターフェイス回路３５には、インターフェイス回路２２から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００３１】
出力制御回路３１は、複数のトランジスタ素子からなるインバータ制御回路を有する。出力制御回路３１は外部から入力される商用電源（たとえば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行う。
【００３２】
出力制御回路３１の出力は、一端が溶接トーチ１４に接続され、他端が母材Ｗに接続されている。出力制御回路３１は、溶接トーチ１４の先端に設けられたコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流す。図４（ｃ）には溶接電流Ｉｗの状態変化の一例を示している。これにより、溶接ワイヤ１５の先端と母材Ｗとの間にアークａが発生する。このアークａによりもたらされる熱で溶接ワイヤ１５と母材Ｗが溶融する。そして、母材Ｗに対して溶接が施されるようになっている。
【００３３】
出力制御回路３１には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの電流設定信号Ｉｓ、および出力開始信号Ｏｎが送られる。
【００３４】
電流検出回路３２は、溶接ワイヤ１５に流れる溶接電流Ｉｗを検出するためのものである。電流検出回路３２は、溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを、出力制御回路３１、および動作制御回路２１に出力する。さらに電流検出信号Ｉｄは、インターフェイス回路３５を介して異常検出手段４へ送信される。
【００３５】
電圧検出回路３６は、出力制御回路３１の出力端の電圧である溶接電圧Ｖｗを検出するためのものである。電圧検出回路３６は、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを出力制御回路３１に出力する。
【００３６】
送給制御回路３４は、溶接ワイヤ１５の送給を行うための送給制御信号Ｆｃを送給モータ１６１に出力するものである。送給制御信号Ｆｃは、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｆｖを示す信号である。また、送給制御回路３４には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００３７】
異常検出手段４は、アーク停止時間測定装置４１、異常判定装置４２、および、インターフェイス回路４３を備えており、電流の停止時間からアーク切れ異常を検出するためのものである。インターフェイス回路４３は、ロボット制御手段２および溶接電源装置３と信号をやりとりするためのものであり、インターフェイス回路２２から電流設定信号Ｉｓを受信して、インターフェイス回路３５から電流検出信号Ｉｄを受信する。
【００３８】
アーク停止時間測定装置４１は、たとえばマイクロコンピュータおよびメモリを備えており、インターフェイス回路４３を介して電流検出信号Ｉｄを受信して溶接電流Ｉｗの監視を行い、後述する方法に従ってアーク切れ検出時間Ｔａｏの測定を行う。アーク停止時間測定装置４１は、溶接電流Ｉｗが一定時間０であった場合に、アーク切れ検出時間Ｔａｏの値を１増加させる処理を行う。さらにアーク停止時間測定装置４１は、このアーク切れ検出時間Ｔａｏを異常判定装置４２へ送信する。
【００３９】
異常判定装置４２は、たとえばマイクロコンピュータおよびメモリを備えており、インターフェイス回路４３を介して電流設定信号Ｉｓを受信する。この異常判定装置４２は、アーク切れを判定するための基準時間Ｔｓｔｐの設定を行い、さらにこの基準時間Ｔｓｔｐとアーク切れ検出時間Ｔａｏとの比較を行う。なお、異常判定装置４２がアーク停止時間測定装置４１と一体となっていても構わない。アーク切れ検出時間Ｔａｏが基準時間Ｔｓｔｐを超えた場合に、異常判定装置４２は、アーク切れの発生を伝えるアーク異常信号Ｅａをインターフェイス回路４３へ送信する。インターフェイス回路４３はアーク異常信号Ｅａを、インターフェイス回路２２を介して動作制御回路２１へ送信する。
【００４０】
次に、本発明におけるアーク溶接方法について説明する。このアーク溶接方法は溶接システムＡを用いて行われる。
【００４１】
図３には溶接システムＡを用いたステッチパルス溶接方法のフローチャートを示している。また、図４は溶接システムＡにおける溶接作業を規定する溶接条件値の変化状態を示している。具体的には、図４（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は溶接ワイヤ１５の送給速度Ｆｖの変化状態を示し、（ｃ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。ロボット移動速度ＶＲは、母材Ｗの面内方向のうちの所定の溶接進行方向に沿った溶接トーチ１４の移動速度である。なお、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗを流すのに必要な電圧が適宜設定されている。
【００４２】
ステッチパルス溶接方法では、比較的強いアークａを発生させることにより、溶滴移行させる第１工程と、比較的弱いアークａを発生させつつ母材Ｗに形成される溶融池を冷却し、かつ、溶接トーチ１４を移動させる第２工程とが交互に繰り返される。本実施形態においては図４（ｃ）に示すように、第１工程（Ｔ１）において溶接電流Ｉｗとして交流パルス電流が流され、第２工程（Ｔ２）においては溶接電流Ｉｗとして直流電流が流される。第１工程（Ｔ１）の単位時間は、ティーチペンダントＴＰを通じて設定されたパルス出力時間である。
【００４３】
まず、ティーチペンダントＴＰからの溶接開始信号Ｓｔ（図２参照）が入力されることにより、過渡的な溶接開始処理が行われる。溶接開始処理においては、動作制御回路２１は、出力開始信号Ｏｎを出力制御回路３１および送給制御回路３４に出力する。出力制御回路３１は、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。これにより、アークａが点弧される。
【００４４】
次に、パルス出力時間Ｔｐｌｓおよび基準時間Ｔｓｔｐの設定を行う（Ｓ１）。本実施形態では、この設定をもって第１工程（Ｔ１）の開始とする。パルス出力時間Ｔｐｌｓおよび基準時間Ｔｓｔｐは、第１工程（Ｔ１）における溶接電流Ｉｗのパルス１回分に相当するサンプリング時間Ｔｓの個数を示す値として設定される。具体的には、パルス出力時間Ｔｐｌｓは、ティーチペンダントＴＰを通じて設定されたパルス出力時間をサンプリング時間Ｔｓで割った値の整数部分として設定される。なお、これらの処理は、たとえば動作制御回路２１内で行われる。ここで設定されたパルス出力時間Ｔｐｌｓは、電流設定信号Ｉｓに含まれ、異常判定装置４２へ伝達される。異常判定装置４２は、このパルス出力時間Ｔｐｌｓに基準時間比率αをかけて、その整数部分を基準時間Ｔｓｔｐと定める。本実施形態においては、基準時間比率αは４０％〜６０％の範囲内であり、たとえばティーチペンダントＴＰを通じて適宜設定および変更可能となっている。
【００４５】
次に、アーク切れ検出時間Ｔａｏを０とし、パルス出力経過時間Ｔｐを０とする（Ｓ２）。アーク切れ検出時間Ｔａｏは、アーク停止時間測定装置４１において管理される値である。パルス出力経過時間Ｔｐは、動作制御回路２１内において管理される値である。
【００４６】
これらの設定の終了後にパルス出力を開始する（Ｓ３）。その後、サンプリング時間Ｔｓの経過を待ち（Ｓ４）、以下の処理を行う。
【００４７】
アーク停止時間測定装置４１は電流検出信号Ｉｄの監視を行い、サンプリング時間Ｔｓの間、溶接電流Ｉｗが０になったかどうかの判断を行う（Ｓ５）。なお、溶接電流Ｉｗが厳密に０であったかどうかではなく、溶接電流Ｉｗの絶対値が予め定められた値より小さくなったかどうかの判断を行ってもよい。
【００４８】
サンプリング時間Ｔｓの間に溶接電流Ｉｗが０ではなかった場合（Ｓ５＝ｎｏ）、アーク停止時間測定装置４１はアーク切れ検出時間Ｔａｏの値を０に設定する（Ｓ６）。
【００４９】
サンプリング時間Ｔｓの間に溶接電流Ｉｗが０であった場合（Ｓ５＝ｙｅｓ）、アーク停止時間測定装置４１はアーク切れ検出時間Ｔａｏの値に１加算する処理を行う（Ｓ７）。さらに、異常判定装置４２はアーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐ以上になっているかどうかの判定を行う（Ｓ８）。アーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐ以上の場合（Ｓ８＝ｙｅｓ）には、異常判定装置４２はアーク異常信号Ｅａを動作制御回路２１に送信する（Ｓ９）。動作制御回路２１はアーク異常信号Ｅａを受信した場合、溶接ロボット１の動作を停止させる処理を行い、溶接作業を終了させる。
【００５０】
アーク切れ検出時間Ｔａｏの値が０とされた場合（Ｓ６）およびアーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐを超えていない場合（Ｓ８＝ｎｏ）には、動作制御回路２１はパルス出力経過時間Ｔｐの値に１加算する処理を行う（Ｓ１０）。その後、動作制御回路２１は、パルス出力経過時間Ｔｐの値がパルス出力時間Ｔｐｌｓ以上かどうかの判断を行う（Ｓ１１）。
【００５１】
パルス出力経過時間Ｔｐの値がパルス出力時間Ｔｐｌｓ以上の場合（Ｓ１１＝ｙｅｓ）には溶接終了かどうかの判定を行う（Ｓ１２）。溶接終了のタイミングは、たとえばティーチペンダントＴＰから指示されて決定される。溶接終了の指示がされている場合（Ｓ１２＝ｙｅｓ）、動作制御回路２１は溶接ロボット１の動作を停止させる処理を行い、溶接作業を終了させる。溶接終了の指示がされていない場合（Ｓ１２＝ｎｏ）、第２工程（Ｔ２）に移行する（Ｓ１３）。具体的には、溶接電流Ｉｗとして直流電流を流しつつ、溶接トーチ１４を次の溶接位置へと移動させる。その間に、第１工程（Ｔ１）において母材Ｗに形成された溶融池が冷却される。第２工程（Ｔ２）終了後は、第１工程（Ｔ１）の最初（Ｓ１）へ戻る。
【００５２】
パルス出力経過時間Ｔｐの値がパルス出力時間Ｔｐｌｓ未満の場合（Ｓ１１＝ｎｏ）には、パルス電流出力を継続し、再度サンプリング時間待機する工程（Ｓ４）へ戻る。
【００５３】
図４の右側部分には、アーク切れが発生した場合の各溶接条件値の変化状態を示している。図４によると、時刻ｔ１にパルス出力が開始されており、時刻ｔ２にアーク切れが発生している。時刻ｔ３はアーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐと等しくなる時刻である。上記のアーク溶接方法によると、時刻ｔ３に異常判定装置４２がアーク異常信号Ｅａを動作制御回路２１に送信する（Ｓ９）。動作制御回路２１はアーク異常信号Ｅａを受信すると、溶接ロボット１の動作を停止させる処理を行う。その処理によって時刻ｔ３におけるワイヤ送給速度Ｆｖは０になっている。また、アーク切れが生じた場合には溶接電圧Ｖｗが最大値の無負荷電圧値になるが、時刻ｔ３において溶接電圧Ｖｗも０とされる。
【００５４】
このようなアーク溶接方法によると、第１工程（Ｔ１）の最中にアーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐ以上になると、溶接作業が停止され、アーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐ未満の場合には、溶接作業は継続される。さらに、基準時間Ｔｓｔｐが、パルス出力時間Ｔｐｌｓに基準時間比率αをかけることにより決定されるため、アーク切れが発生している時間が第１工程（Ｔ１）を行う予定の時間の４０％〜６０％に達した場合には常に異常が検出されるようになっている。従って、このようなアーク溶接方法によると、第１工程（Ｔ１）を実施する予定の時間のうち一定の比率分の時間は確実にアークが発生している状態で進行することになり、溶接ビードが大きく欠損するのを防ぐことができる。
【００５５】
上述したアーク溶接方法によると、基準時間Ｔｓｔｐは、設定されたパルス出力時間Ｔｐｌｓの４０％〜６０％に相当する値となっている。このため、第１工程（Ｔ１）の初期にアーク切れが始まった場合、第１工程（Ｔ１）が終了する前にアーク異常信号Ｅａが発信されて溶接作業が中断される。従って、溶融池の形成が不十分なまま次の溶接位置に移行して外観の悪い溶接ビードができてしまうことを防ぐことができる。さらに、問題を解消した後に溶接位置を移動させずに溶接作業を再開することにより、円滑に溶接作業を進めることができる。
【００５６】
本実施形態のアーク溶接方法によると、第１工程（Ｔ１）の終了間際にアーク切れが始まった場合、アーク異常信号Ｅａが発信されるより前に、パルス出力経過時間Ｔｐの値がパルス出力時間Ｔｐｌｓ以上となる（Ｓ１１＝ｙｅｓ）。このため、溶接作業は中断されることなく第２工程（Ｔ２）が開始される。第１工程（Ｔ１）の終了間際にアーク切れが始まるような場合、アーク切れが起こる前に溶融池の形成自体はある程度十分に行われており、溶接不良には到らないと考えられる。従って、不要な溶接停止を避けることができる。同様に、アーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐを超える前にアークａが再開された場合にも溶接を停止する必要がない。この場合にも本実施形態では不要な溶接停止を避けることができる。
【００５７】
上記実施形態では、第１工程（Ｔ１）の開始時にパルス出力時間Ｔｐｌｓおよび基準時間Ｔｓｔｐの設定（Ｓ１）を行っているが、溶接開始時およびティーチペンダントＴＰによって設定されるパルス出力時間や基準時間比率αが変更されたときにのみそれらの設定を行うようにしても構わない。
【００５８】
なお、本実施形態では、動作制御回路２１がアーク異常信号Ｅａを受信した際（Ｓ９）に溶接作業を停止する処理を行っているが、溶接ロボット１を停止させずにユーザに警告をするだけに留めても構わない。この場合、動作制御回路２１は、アークａを再発生させる処理を行う。
【００５９】
また、必要に応じて、第２工程（Ｔ２）における直流電流の値を監視するようにしても構わない。この場合にアーク停止時間測定装置４１はアーク切れ検出時間Ｔａｏとは別に直流用アーク切れ検出時間を管理する。直流用アーク切れ検出時間が予め設定された時間を越えた場合にはアーク停止時間測定装置４１は動作制御回路２１に対してアークａの再発生が必要であると伝える信号を発信する。その信号に従い、動作制御回路２１は、第２工程（Ｔ２）から第１工程（Ｔ１）に移行する際にアークａの再発生処理を行う。
【００６０】
本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明で用いる溶接システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在であり、本発明によるアーク溶接方法の細部も適宜変更可能である。たとえば、上記実施形態では、動作制御回路２１とは別個にアーク停止時間測定装置４１および異常判定装置４２が設けられているが、アーク停止時間測定装置４１および異常判定装置４２を動作制御回路２１が兼ねる構成であっても構わない。
【００６１】
たとえば、上記実施形態では、アーク停止時間測定装置４１が電流検出信号Ｉｄの監視を行うことでアーク切れが発生しているか否かを判断しているが、電圧検出信号Ｖｄを受信して溶接電圧Ｖｗを監視しても構わない。アーク切れが生じている場合には溶接電圧Ｖｗは最大値の無負荷電圧値となる。そこで、サンプリング時間Ｔｓの間に溶接電圧Ｖｗが予め設定された値よりも高い値になった場合に、アーク切れ検出時間Ｔａｏの値に１加算する処理を行う（Ｓ７）ことにより、溶接電流Ｉｗを監視した場合と同様のアーク切れ判定を行うことができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、第１工程（Ｔ１）における溶接電流Ｉｗが交流パルス電流であるが、直流パルス電流であっても構わない。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ 溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ ベース部材
１２ アーム
１２ａ 手首部
１３ モータ
１４ 溶接トーチ
１５ 溶接ワイヤ（消耗電極）
１６ ワイヤ送給装置
１６１ 送給モータ
２ ロボット制御装置
２１ 動作制御回路
２２ インターフェイス回路
３ 溶接電源装置
３１ 出力制御回路
３２ 電流検出回路
３４ 送給制御回路
３５ インターフェイス回路
３６ 電圧検出回路
４ 異常検出手段
４１ アーク停止時間測定装置
４２ 異常判定装置
４３ インターフェイス回路
Ｅａ アーク異常信号
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆｖ 送給速度
Ｉｓ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｃ 動作制御信号
Ｏｎ 出力開始信号
Ｔ１ 第１工程
Ｔ２ 第２工程
ＴＰ ティーチペンダント
Ｔｐ パルス出力経過時間
Ｔｐｌｓ パルス出力時間
Ｔｓ サンプリング時間
Ｔａｏ アーク切れ検出時間
Ｔｓｔｐ 基準時間
ＶＲ ロボット移動速度
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗ 母材
Ｗｓ 送給速度設定信号
α 基準時間比率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッチパルス溶接法を用いたアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、従来のアーク溶接装置の一例を示している。図５に示すアーク溶接装置Ｘの用途の一例としては、ステッチパルス溶接法と称される溶接方法が挙げられる。ステッチパルス溶接法は溶接時の入熱と冷却をコントロールすることにより、母材Ｗに与える熱影響を抑えやすい溶接法である。このステッチパルス溶接法を用いると、従来の薄板溶接に比べ、溶接外観を向上させ、溶接歪み量を低減させることができるとされている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
図５に示すアーク溶接装置Ｘは、溶接ワイヤを保持する溶接トーチ９１と、溶接トーチ９１を母材に対して移動させるロボット本体９２と、ロボット本体９２の動作を制御するロボット制御装置９３と、溶接ワイヤ９５と母材Ｗとの間に溶接電圧を供給する溶接電源９４とを備えている。溶接電源９４が溶接ワイヤ９５と母材Ｗとの間に溶接電圧を供給すると、溶接ワイヤ９５の先端と母材Ｗとの間にアークが発生し、溶接ワイヤ９５と母材Ｗが溶融して母材Ｗに溶融池が形成される。この溶融池は、アークを停止させた後にアーク溶接トーチ９１から噴出されるシールドガスによって冷却されて凝固する。溶融池が凝固すると溶接痕が形成される。
【０００４】
たとえば特許文献２によって提案されたステッチパルス溶接法では、図６に示すように、溶接トーチ９１を停止させた状態で交流パルス電流を通電することによりアークを発生させるアーク溶接工程（期間Ｔ１）と、期間Ｔ１よりも弱い電圧を溶接ワイヤ９５と母材Ｗとの間に印加し、小さな値の直流電流を通電することにより、アークが発生している状態を保っている冷却および移動期間（期間Ｔ２）とが繰り返される。このような溶接法により、隣り合うもの同士の一部が重なるように多数の溶接痕が連続形成され、ウロコ状の溶接ビードが生じる。また、この場合、アークの消弧および再発生を繰り返さないため、スパッタの発生を抑制できるという利点がある。
【０００５】
また、図６に示す方法では、溶接中において常に異常判定を行っている。具体的には、溶接電流が所定の値よりも小さい、または溶接電圧が所定の値よりも大きい場合に、アークが途切れていると判定する。アーク切れが検出されると、溶接作業を停止させるように構成されている。
【０００６】
このようなアークの途切れの検出を目視ではなく自動で行う場合には、誤検出などを防ぐために一定の検出時間が設けられる。すなわち電流が予め設定された値を下回っている時間、または、電圧の値が予め設定された値を上回っている時間を検出し、その検出時間が、予め設定された基準時間よりも長い場合にアークが途切れているとの判定が行われ、ロボット制御装置９３および電源装置９４へ動作を停止させるための信号が送られる。
【０００７】
たとえば、図６に示すように、期間Ｔ１の比較的後半の時刻ｔ１にアーク切れが発生した場合、上述した基準時間の終期が期間Ｔ２に含まれることがある。期間Ｔ２においてもアーク切れが継続していると、時刻ｔ２にはアーク切れ異常の条件が成立してしまい、溶接が終了される。しかしながら、アーク切れが発生した期間Ｔ１においては、後半期間の一時期の溶接のみが異常となっただけである。すなわち、期間Ｔ１全体としては所望の状態を満たす溶接が完了している可能性が大きく、十分な溶接強度が確保可能であり、溶接外観も比較的良好となる。このような場合であっても、図６に示す異常判定によっては、時刻ｔ２に溶接が終了されてしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−５５２６８号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より適切にアークの途切れを検出することが可能なアーク溶接方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によって提供されるアーク溶接方法は、母材と溶接トーチに保持された消耗電極との間にアークを発生させることにより、溶滴移行させる第１工程と、上記母材と上記消耗電極との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却し、かつ、上記溶接トーチを移動させる第２工程とを交互に繰り返すアーク溶接方法であって、上記第１工程において、上記母材と上記消耗電極との間の電圧の絶対値あるいは両者の間を流れる電流の絶対値が予め設定された範囲を逸脱した際にアーク切れ検出時間の測定を開始し、上記第２工程に移行するまでの間に上記アーク切れ検出時間が予め定められた基準時間以上になった場合に溶接異常の判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基準時間は、上記第１工程の単位時間に時間比率α（０％＜α＜１００％）を乗じることにより設定される。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基準時間比率αは、４０％から６０％の範囲に設定されている。
【００１３】
本発明のより好ましい実施の形態では、上記第１工程においては、上記アーク切れ検出時間と上記基準時間とを比較する工程と、上記第１工程の経過時間を測定する工程と、が設けられており、上記第１工程の経過時間が予め定められた時間未満の場合にのみ上記アーク切れ検出時間と上記基準時間とを比較する工程を行う。
【００１４】
本発明によるアーク溶接方法では、溶融池を形成する第１工程においてアーク切れ検出時間の測定を行っているため、アーク切れ検出時間の測定中に第２工程へ移行してしまって適切な異常判断ができなくなる問題を回避することができる。さらに異常を判断するための基準時間を上記第１工程を行う時間に対する比率として算出するようにすることで、第１工程を行う時間を変化させた場合にも良好に対応することが可能となっている。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかるアーク溶接方法を行うための溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図２】図１に示した溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】本発明にかかるアーク溶接方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明にかかるアーク溶接方法における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図５】従来の溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図６】従来のステッチパルス溶接法において起こりえる検出異常を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図１は、本発明にかかるアーク溶接方法を実施するのに適した溶接システムの一例の構成を示す図である。図１に示された溶接システムＡは、溶接ロボット１と、それを制御するロボット制御手段２と、溶接電源装置３と、アーク切れ異常を検出するための異常検出手段４とを備えている。溶接ロボット１は、母材Ｗに対してたとえばアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、ベース部材１１、複数のアーム１２、複数のモータ１３、溶接トーチ１４、ワイヤ送給装置１６、およびコイルライナ１９を備える。
【００１９】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。各アーム１２は、ベース部材１１に軸を介して連結されている。
【００２０】
溶接トーチ１４は、溶接ロボット１の最も先端側に設けられた手首部１２ａの先端部に設けられている。溶接トーチ１４は、消耗電極としてのたとえば直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１５を、母材Ｗ近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、Ａｒなどのシールドガスを供給するためのシールドガスノズル（図示略）が備えられている。モータ１３は、アーム１２の両端または一端に設けられている（一部図示略）。モータ１３は、ロボット制御手段２により回転駆動する。この回転駆動により、複数のアーム１２の移動が制御され、溶接トーチ１４が上下前後左右に自在に移動できるようになっている。
【００２１】
モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられている。このエンコーダの出力は、ロボット制御手段２に与えられる。この出力値により、ロボット制御手段２では、溶接トーチ１４の現在位置を認識するようになっている。
【００２２】
ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に対して、溶接ワイヤ１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給モータ１６１、ワイヤリール（図示略）、およびワイヤプッシュ手段（図示略）、を備えている。送給モータ１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ手段が、上記ワイヤリールに巻かれた溶接ワイヤ１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００２３】
コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状に形成されており、その内部には、溶接ワイヤ１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された溶接ワイヤ１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された溶接ワイヤ１５は、溶接トーチ１４から外部に突出して消耗電極として機能する。
【００２４】
図２は、図１に示した溶接システムＡの内部構成を示す図である。
【００２５】
図１、図２に示したロボット制御手段２は、溶接ロボット１の動作を制御するためのものである。図２に示すように、ロボット制御手段２は、動作制御回路２１、インターフェイス回路２２、およびティーチペンダントＴＰを備える。
【００２６】
動作制御回路２１は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、溶接ロボット１の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。また動作制御回路２１は、後述のロボット移動速度ＶＲを設定する。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、およびロボット移動速度ＶＲ等に基づいて、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｃを与える。この動作制御信号Ｍｃにより、各モータ１３は回転駆動し、溶接トーチ１４を母材Ｗの所定の溶接開始位置に移動させたり、母材Ｗの面内方向に沿って移動させたりする。
【００２７】
ティーチペンダントＴＰは、動作制御回路２１に接続されている。ティーチペンダントＴＰは、ユーザによって各種動作を設定するためのものである。
【００２８】
インターフェイス回路２２は、溶接電源装置３と各種信号をやり取りするためのものである。インターフェイス回路２２には、動作制御回路２１から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。電流設定信号Ｉｓには、たとえばティーチペンダントＴＰを通じて設定されたパルス出力時間が含まれている。インターフェイス回路２２は電流設定信号Ｉｓを異常検出手段４へ送信する。
【００２９】
溶接電源装置３は、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、溶接ワイヤ１５の送給を行うための装置である。図２に示すように、溶接電源装置３は、出力制御回路３１、電流検出回路３２、送給制御回路３４、インターフェイス回路３５、および電圧検出回路３６を備えている。
【００３０】
インターフェイス回路３５は、ロボット制御手段２と各種信号をやり取りするためのものである。具体的には、インターフェイス回路３５には、インターフェイス回路２２から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００３１】
出力制御回路３１は、複数のトランジスタ素子からなるインバータ制御回路を有する。出力制御回路３１は外部から入力される商用電源（たとえば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行う。
【００３２】
出力制御回路３１の出力は、一端が溶接トーチ１４に接続され、他端が母材Ｗに接続されている。出力制御回路３１は、溶接トーチ１４の先端に設けられたコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流す。図４（ｃ）には溶接電流Ｉｗの状態変化の一例を示している。これにより、溶接ワイヤ１５の先端と母材Ｗとの間にアークａが発生する。このアークａによりもたらされる熱で溶接ワイヤ１５と母材Ｗが溶融する。そして、母材Ｗに対して溶接が施されるようになっている。
【００３３】
出力制御回路３１には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの電流設定信号Ｉｓ、および出力開始信号Ｏｎが送られる。
【００３４】
電流検出回路３２は、溶接ワイヤ１５に流れる溶接電流Ｉｗを検出するためのものである。電流検出回路３２は、溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを、出力制御回路３１、および動作制御回路２１に出力する。さらに電流検出信号Ｉｄは、インターフェイス回路３５を介して異常検出手段４へ送信される。
【００３５】
電圧検出回路３６は、出力制御回路３１の出力端の電圧である溶接電圧Ｖｗを検出するためのものである。電圧検出回路３６は、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを出力制御回路３１に出力する。
【００３６】
送給制御回路３４は、溶接ワイヤ１５の送給を行うための送給制御信号Ｆｃを送給モータ１６１に出力するものである。送給制御信号Ｆｃは、溶接ワイヤ１５の送給速度Ｆｖを示す信号である。また、送給制御回路３４には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００３７】
異常検出手段４は、アーク停止時間測定装置４１、異常判定装置４２、および、インターフェイス回路４３を備えており、電流の停止時間からアーク切れ異常を検出するためのものである。インターフェイス回路４３は、ロボット制御手段２および溶接電源装置３と信号をやりとりするためのものであり、インターフェイス回路２２から電流設定信号Ｉｓを受信して、インターフェイス回路３５から電流検出信号Ｉｄを受信する。
【００３８】
アーク停止時間測定装置４１は、たとえばマイクロコンピュータおよびメモリを備えており、インターフェイス回路４３を介して電流検出信号Ｉｄを受信して溶接電流Ｉｗの監視を行い、後述する方法に従ってアーク切れ検出時間Ｔａｏの測定を行う。アーク停止時間測定装置４１は、溶接電流Ｉｗが一定時間０であった場合に、アーク切れ検出時間Ｔａｏの値を１増加させる処理を行う。さらにアーク停止時間測定装置４１は、このアーク切れ検出時間Ｔａｏを異常判定装置４２へ送信する。
【００３９】
異常判定装置４２は、たとえばマイクロコンピュータおよびメモリを備えており、インターフェイス回路４３を介して電流設定信号Ｉｓを受信する。この異常判定装置４２は、アーク切れを判定するための基準時間Ｔｓｔｐの設定を行い、さらにこの基準時間Ｔｓｔｐとアーク切れ検出時間Ｔａｏとの比較を行う。なお、異常判定装置４２がアーク停止時間測定装置４１と一体となっていても構わない。アーク切れ検出時間Ｔａｏが基準時間Ｔｓｔｐを超えた場合に、異常判定装置４２は、アーク切れの発生を伝えるアーク異常信号Ｅａをインターフェイス回路４３へ送信する。インターフェイス回路４３はアーク異常信号Ｅａを、インターフェイス回路２２を介して動作制御回路２１へ送信する。
【００４０】
次に、本発明におけるアーク溶接方法について説明する。このアーク溶接方法は溶接システムＡを用いて行われる。
【００４１】
図３には溶接システムＡを用いたステッチパルス溶接方法のフローチャートを示している。また、図４は溶接システムＡにおける溶接作業を規定する溶接条件値の変化状態を示している。具体的には、図４（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は溶接ワイヤ１５の送給速度Ｆｖの変化状態を示し、（ｃ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。ロボット移動速度ＶＲは、母材Ｗの面内方向のうちの所定の溶接進行方向に沿った溶接トーチ１４の移動速度である。なお、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗを流すのに必要な電圧が適宜設定されている。
【００４２】
ステッチパルス溶接方法では、比較的強いアークａを発生させることにより、溶滴移行させる第１工程と、比較的弱いアークａを発生させつつ母材Ｗに形成される溶融池を冷却し、かつ、溶接トーチ１４を移動させる第２工程とが交互に繰り返される。本実施形態においては図４（ｃ）に示すように、第１工程（Ｔ１）において溶接電流Ｉｗとして交流パルス電流が流され、第２工程（Ｔ２）においては溶接電流Ｉｗとして直流電流が流される。第１工程（Ｔ１）の単位時間は、ティーチペンダントＴＰを通じて設定されたパルス出力時間である。
【００４３】
まず、ティーチペンダントＴＰからの溶接開始信号Ｓｔ（図２参照）が入力されることにより、過渡的な溶接開始処理が行われる。溶接開始処理においては、動作制御回路２１は、出力開始信号Ｏｎを出力制御回路３１および送給制御回路３４に出力する。出力制御回路３１は、溶接ワイヤ１５と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。これにより、アークａが点弧される。
【００４４】
次に、パルス出力時間Ｔｐｌｓおよび基準時間Ｔｓｔｐの設定を行う（Ｓ１）。本実施形態では、この設定をもって第１工程（Ｔ１）の開始とする。パルス出力時間Ｔｐｌｓおよび基準時間Ｔｓｔｐは、第１工程（Ｔ１）における溶接電流Ｉｗのパルス１回分に相当するサンプリング時間Ｔｓの個数を示す値として設定される。具体的には、パルス出力時間Ｔｐｌｓは、ティーチペンダントＴＰを通じて設定されたパルス出力時間をサンプリング時間Ｔｓで割った値の整数部分として設定される。なお、これらの処理は、たとえば動作制御回路２１内で行われる。ここで設定されたパルス出力時間Ｔｐｌｓは、電流設定信号Ｉｓに含まれ、異常判定装置４２へ伝達される。異常判定装置４２は、このパルス出力時間Ｔｐｌｓに基準時間比率αをかけて、その整数部分を基準時間Ｔｓｔｐと定める。本実施形態においては、基準時間比率αは４０％〜６０％の範囲内であり、たとえばティーチペンダントＴＰを通じて適宜設定および変更可能となっている。
【００４５】
次に、アーク切れ検出時間Ｔａｏを０とし、パルス出力経過時間Ｔｐを０とする（Ｓ２）。アーク切れ検出時間Ｔａｏは、アーク停止時間測定装置４１において管理される値である。パルス出力経過時間Ｔｐは、動作制御回路２１内において管理される値である。
【００４６】
これらの設定の終了後にパルス出力を開始する（Ｓ３）。その後、サンプリング時間Ｔｓの経過を待ち（Ｓ４）、以下の処理を行う。
【００４７】
アーク停止時間測定装置４１は電流検出信号Ｉｄの監視を行い、サンプリング時間Ｔｓの間、溶接電流Ｉｗが０になったかどうかの判断を行う（Ｓ５）。なお、溶接電流Ｉｗが厳密に０であったかどうかではなく、溶接電流Ｉｗの絶対値が予め定められた値より小さくなったかどうかの判断を行ってもよい。
【００４８】
サンプリング時間Ｔｓの間に溶接電流Ｉｗが０ではなかった場合（Ｓ５＝ｎｏ）、アーク停止時間測定装置４１はアーク切れ検出時間Ｔａｏの値を０に設定する（Ｓ６）。
【００４９】
サンプリング時間Ｔｓの間に溶接電流Ｉｗが０であった場合（Ｓ５＝ｙｅｓ）、アーク停止時間測定装置４１はアーク切れ検出時間Ｔａｏの値に１加算する処理を行う（Ｓ７）。さらに、異常判定装置４２はアーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐ以上になっているかどうかの判定を行う（Ｓ８）。アーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐ以上の場合（Ｓ８＝ｙｅｓ）には、異常判定装置４２はアーク異常信号Ｅａを動作制御回路２１に送信する（Ｓ９）。動作制御回路２１はアーク異常信号Ｅａを受信した場合、溶接ロボット１の動作を停止させる処理を行い、溶接作業を終了させる。
【００５０】
アーク切れ検出時間Ｔａｏの値が０とされた場合（Ｓ６）およびアーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐを超えていない場合（Ｓ８＝ｎｏ）には、動作制御回路２１はパルス出力経過時間Ｔｐの値に１加算する処理を行う（Ｓ１０）。その後、動作制御回路２１は、パルス出力経過時間Ｔｐの値がパルス出力時間Ｔｐｌｓ以上かどうかの判断を行う（Ｓ１１）。
【００５１】
パルス出力経過時間Ｔｐの値がパルス出力時間Ｔｐｌｓ以上の場合（Ｓ１１＝ｙｅｓ）には溶接終了かどうかの判定を行う（Ｓ１２）。溶接終了のタイミングは、たとえばティーチペンダントＴＰから指示されて決定される。溶接終了の指示がされている場合（Ｓ１２＝ｙｅｓ）、動作制御回路２１は溶接ロボット１の動作を停止させる処理を行い、溶接作業を終了させる。溶接終了の指示がされていない場合（Ｓ１２＝ｎｏ）、第２工程（Ｔ２）に移行する（Ｓ１３）。具体的には、溶接電流Ｉｗとして直流電流を流しつつ、溶接トーチ１４を次の溶接位置へと移動させる。その間に、第１工程（Ｔ１）において母材Ｗに形成された溶融池が冷却される。第２工程（Ｔ２）終了後は、第１工程（Ｔ１）の最初（Ｓ１）へ戻る。
【００５２】
パルス出力経過時間Ｔｐの値がパルス出力時間Ｔｐｌｓ未満の場合（Ｓ１１＝ｎｏ）には、パルス電流出力を継続し、再度サンプリング時間待機する工程（Ｓ４）へ戻る。
【００５３】
図４の右側部分には、アーク切れが発生した場合の各溶接条件値の変化状態を示している。図４によると、時刻ｔ１にパルス出力が開始されており、時刻ｔ２にアーク切れが発生している。時刻ｔ３はアーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐと等しくなる時刻である。上記のアーク溶接方法によると、時刻ｔ３に異常判定装置４２がアーク異常信号Ｅａを動作制御回路２１に送信する（Ｓ９）。動作制御回路２１はアーク異常信号Ｅａを受信すると、溶接ロボット１の動作を停止させる処理を行う。その処理によって時刻ｔ３におけるワイヤ送給速度Ｆｖは０になっている。また、アーク切れが生じた場合には溶接電圧Ｖｗが最大値の無負荷電圧値になるが、時刻ｔ３において溶接電圧Ｖｗも０とされる。
【００５４】
このようなアーク溶接方法によると、第１工程（Ｔ１）の最中にアーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐ以上になると、溶接作業が停止され、アーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐ未満の場合には、溶接作業は継続される。さらに、基準時間Ｔｓｔｐが、パルス出力時間Ｔｐｌｓに基準時間比率αをかけることにより決定されるため、アーク切れが発生している時間が第１工程（Ｔ１）を行う予定の時間の４０％〜６０％に達した場合には常に異常が検出されるようになっている。従って、このようなアーク溶接方法によると、第１工程（Ｔ１）を実施する予定の時間のうち一定の比率分の時間は確実にアークが発生している状態で進行することになり、溶接ビードが大きく欠損するのを防ぐことができる。
【００５５】
上述したアーク溶接方法によると、基準時間Ｔｓｔｐは、設定されたパルス出力時間Ｔｐｌｓの４０％〜６０％に相当する値となっている。このため、第１工程（Ｔ１）の初期にアーク切れが始まった場合、第１工程（Ｔ１）が終了する前にアーク異常信号Ｅａが発信されて溶接作業が中断される。従って、溶融池の形成が不十分なまま次の溶接位置に移行して外観の悪い溶接ビードができてしまうことを防ぐことができる。さらに、問題を解消した後に溶接位置を移動させずに溶接作業を再開することにより、円滑に溶接作業を進めることができる。
【００５６】
本実施形態のアーク溶接方法によると、第１工程（Ｔ１）の終了間際にアーク切れが始まった場合、アーク異常信号Ｅａが発信されるより前に、パルス出力経過時間Ｔｐの値がパルス出力時間Ｔｐｌｓ以上となる（Ｓ１１＝ｙｅｓ）。このため、溶接作業は中断されることなく第２工程（Ｔ２）が開始される。第１工程（Ｔ１）の終了間際にアーク切れが始まるような場合、アーク切れが起こる前に溶融池の形成自体はある程度十分に行われており、溶接不良には到らないと考えられる。従って、不要な溶接停止を避けることができる。同様に、アーク切れ検出時間Ｔａｏの値が基準時間Ｔｓｔｐを超える前にアークａが再開された場合にも溶接を停止する必要がない。この場合にも本実施形態では不要な溶接停止を避けることができる。
【００５７】
上記実施形態では、第１工程（Ｔ１）の開始時にパルス出力時間Ｔｐｌｓおよび基準時間Ｔｓｔｐの設定（Ｓ１）を行っているが、溶接開始時およびティーチペンダントＴＰによって設定されるパルス出力時間や基準時間比率αが変更されたときにのみそれらの設定を行うようにしても構わない。
【００５８】
なお、本実施形態では、動作制御回路２１がアーク異常信号Ｅａを受信した際（Ｓ９）に溶接作業を停止する処理を行っているが、溶接ロボット１を停止させずにユーザに警告をするだけに留めても構わない。この場合、動作制御回路２１は、アークａを再発生させる処理を行う。
【００５９】
また、必要に応じて、第２工程（Ｔ２）における直流電流の値を監視するようにしても構わない。この場合にアーク停止時間測定装置４１はアーク切れ検出時間Ｔａｏとは別に直流用アーク切れ検出時間を管理する。直流用アーク切れ検出時間が予め設定された時間を越えた場合にはアーク停止時間測定装置４１は動作制御回路２１に対してアークａの再発生が必要であると伝える信号を発信する。その信号に従い、動作制御回路２１は、第２工程（Ｔ２）から第１工程（Ｔ１）に移行する際にアークａの再発生処理を行う。
【００６０】
本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明で用いる溶接システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在であり、本発明によるアーク溶接方法の細部も適宜変更可能である。たとえば、上記実施形態では、動作制御回路２１とは別個にアーク停止時間測定装置４１および異常判定装置４２が設けられているが、アーク停止時間測定装置４１および異常判定装置４２を動作制御回路２１が兼ねる構成であっても構わない。
【００６１】
たとえば、上記実施形態では、アーク停止時間測定装置４１が電流検出信号Ｉｄの監視を行うことでアーク切れが発生しているか否かを判断しているが、電圧検出信号Ｖｄを受信して溶接電圧Ｖｗを監視しても構わない。アーク切れが生じている場合には溶接電圧Ｖｗは最大値の無負荷電圧値となる。そこで、サンプリング時間Ｔｓの間に溶接電圧Ｖｗが予め設定された値よりも高い値になった場合に、アーク切れ検出時間Ｔａｏの値に１加算する処理を行う（Ｓ７）ことにより、溶接電流Ｉｗを監視した場合と同様のアーク切れ判定を行うことができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、第１工程（Ｔ１）における溶接電流Ｉｗが交流パルス電流であるが、直流パルス電流であっても構わない。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ 溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ ベース部材
１２ アーム
１２ａ 手首部
１３ モータ
１４ 溶接トーチ
１５ 溶接ワイヤ（消耗電極）
１６ ワイヤ送給装置
１６１ 送給モータ
２ ロボット制御装置
２１ 動作制御回路
２２ インターフェイス回路
３ 溶接電源装置
３１ 出力制御回路
３２ 電流検出回路
３４ 送給制御回路
３５ インターフェイス回路
３６ 電圧検出回路
４ 異常検出手段
４１ アーク停止時間測定装置
４２ 異常判定装置
４３ インターフェイス回路
Ｅａ アーク異常信号
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆｖ 送給速度
Ｉｓ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｃ 動作制御信号
Ｏｎ 出力開始信号
Ｔ１ 第１工程
Ｔ２ 第２工程
ＴＰ ティーチペンダント
Ｔｐ パルス出力経過時間
Ｔｐｌｓ パルス出力時間
Ｔｓ サンプリング時間
Ｔａｏ アーク切れ検出時間
Ｔｓｔｐ 基準時間
ＶＲ ロボット移動速度
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗ 母材
Ｗｓ 送給速度設定信号
α 基準時間比率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材と溶接トーチに保持された消耗電極との間にアークを発生させることにより、溶滴移行させる第１工程と、
上記母材と上記消耗電極との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却し、かつ、上記溶接トーチを移動させる第２工程とを交互に繰り返すアーク溶接方法であって、
上記第１工程において、上記母材と上記消耗電極との間の電圧の絶対値あるいは両者の間を流れる電流の絶対値が予め設定された範囲を逸脱した際にアーク切れ検出時間の測定を開始し、上記第２工程に移行するまでの間に上記アーク切れ検出時間が予め定められた基準時間以上になった場合に溶接異常の判定を行うことを特徴とする、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記基準時間は、上記第１工程の単位時間に基準時間比率α（０％＜α＜１００％）を乗じることにより設定される、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記基準時間比率αは、４０％から６０％の範囲に設定されている、請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記第１工程においては、上記アーク切れ検出時間と上記基準時間とを比較する工程と、
上記第１工程の経過時間を測定する工程と、が設けられており、
上記第１工程の経過時間が予め定められた時間未満の場合にのみ上記アーク切れ検出時間と上記基準時間とを比較する工程を行う、請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項１】
母材と溶接トーチに保持された消耗電極との間にアークを発生させることにより、溶滴移行させる第１工程と、
上記母材と上記消耗電極との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却し、かつ、上記溶接トーチを移動させる第２工程とを交互に繰り返すアーク溶接方法であって、
上記第１工程において、上記母材と上記消耗電極との間の電圧の絶対値あるいは両者の間を流れる電流の絶対値が予め設定された範囲を逸脱した際にアーク切れ検出時間の測定を開始し、上記第２工程に移行するまでの間に上記アーク切れ検出時間が予め定められた基準時間以上になった場合に溶接異常の判定を行うことを特徴とする、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記基準時間は、上記第１工程の単位時間に基準時間比率α（０％＜α＜１００％）を乗じることにより設定される、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記基準時間比率αは、４０％から６０％の範囲に設定されている、請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記第１工程においては、上記アーク切れ検出時間と上記基準時間とを比較する工程と、
上記第１工程の経過時間を測定する工程と、が設けられており、
上記第１工程の経過時間が予め定められた時間未満の場合にのみ上記アーク切れ検出時間と上記基準時間とを比較する工程を行う、請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２１２６９８（Ｐ２０１１−２１２６９８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８１２１６（Ｐ２０１０−８１２１６）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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