アーク溶接装置
【課題】溶接速度に応じてガス流量を増加させる場合に、溶接速度の増加と同時にガス流量を増加させていたことに起因するシールド不足による溶接欠陥を防止する。
【解決手段】アーク溶接装置１は、マニピュレータ１４、ティーチペンダント１５、溶接速度設定信号Ｖｗを出力するロボット制御装置１６、溶接速度設定信号Ｖｗに応じたガス流量設定信号Ｇｗを出力するガス流量設定回路１８、ガス流量設定信号Ｇｗを入力としてガス流量を調整するガス流量自動調整器１９を備える。ロボット制御装置１６は、溶接速度を増加させる溶接速度変更点が教示されているときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に溶接速度変更点での溶接速度に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力する。先行してガス流量を増加させるようにしたことによってシールド不足を防止することができる。
【解決手段】アーク溶接装置１は、マニピュレータ１４、ティーチペンダント１５、溶接速度設定信号Ｖｗを出力するロボット制御装置１６、溶接速度設定信号Ｖｗに応じたガス流量設定信号Ｇｗを出力するガス流量設定回路１８、ガス流量設定信号Ｇｗを入力としてガス流量を調整するガス流量自動調整器１９を備える。ロボット制御装置１６は、溶接速度を増加させる溶接速度変更点が教示されているときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に溶接速度変更点での溶接速度に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力する。先行してガス流量を増加させるようにしたことによってシールド不足を防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接を行うに際し、シールドガスの流量を自動調整するためのガス流量自動調整器を備えたアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールドアーク溶接では、アークおよび溶融池に対して炭酸ガス、アルゴンガス等のシールドガスを噴出して大気から遮蔽し、大気が溶接雰囲気内に侵入することを防ぐ必要がある。シールドガスがアークおよび溶融池を適切に覆うことができない場合は、大気が溶接雰囲気内に侵入することによってアークの状態が不安定になるために、ブローホールが発生したりスパッタが大量に発生したりする。この結果、溶接ビードの外観が悪化し、溶接欠陥となることがある。
【０００３】
図８はティグ溶接を行うときのアーク発生部の模式図である。同図（Ａ）は、溶接速度が低速の場合を示し、同図（Ｂ）は、溶接速度が高速の場合を示している。同図（Ａ）において、タングステン電極４１と被溶接物２との間に、図示しない溶接電源から電力を供給してアーク３を発生させている。また、ノズル４４からアーク３および溶融池４５を大気から遮蔽するためのシールドガス４６が噴出されている。
【０００４】
同図（Ａ）に示すように、溶接速度が低速の場合は、シールドガス雰囲気はタングステン電極軸に対し略対称にシールド領域を形成している。一方、同図（Ｂ）に示すように、溶接速度が高速の場合は、シールド領域が溶接方向と反対側へ偏向し、溶接部前方のシールド性が悪くなってしまう。この場合は、溶接部にブローホールが発生し、良好な溶接部を得ることができない。
【０００５】
そこで、特許文献１に、高速溶接を行うときにアーク３および溶融池４５をシールドガス４６で大気から遮蔽するための改良された方法が開示されている（以下、従来技術１という）。しかしながら、この従来技術１では、溶接速度が変化しても、高速気体噴射ノズルから一定かつ多量の圧縮エアが噴出されているため、シールドガスの消費コストが高くなる課題があった。
【０００６】
上記課題を解決するために、特許文献２に、ガスシールドアーク溶接中に溶接速度が変化しても、アークが安定し、欠陥のない健全な溶接部が得られるシールドガス雰囲気を形成できるアーク溶接装置が開示されている（以下、従来技術２という）。
【０００７】
以下、上記した従来技術２について説明する。
【０００８】
図９は、従来のアーク溶接装置３０を示すブロック図である。可搬式操作手段としてのティーチペンダント１５は、溶接区間の各教示点および溶接区間での溶接速度設定値を、教示データＤｗとして入力するためのものである。ロボット制御装置１６は、ティーチペンダント１５から入力された教示データＤｗに基づいて動作制御信号Ｍｃをマニピュレータ１４に出力するととともに、溶接速度設定信号Ｖｗを後述するガス流量設定回路１８に出力する。マニピュレータ１４は、動作制御信号Ｍｃを入力として溶接トーチ７を移動させる。溶接電源２１は、溶接トーチ７と被溶接物２との間に電力を供給するものである。
【０００９】
ガス流量設定手段としてのガス流量設定回路１８は、溶接速度設定信号Ｖｗを入力として溶接速度設定信号Ｖｗに応じたガス流量設定信号Ｇｗをガス流量自動調整器１９に出力する。ガス流量自動調整手段としてのガス流量自動調整器１９は、溶接トーチ７から噴出されるシールドガスの流量を調整する。上記ガス流量設定信号Ｇｗは、溶接速度設定信号Ｖｗとシールドガス流量との関係を定めた関数に基づいてガス流量自動調整器１９に出力されるように構成されている。なお、シールドガス流量のことを、以下では単にガス流量と呼ぶものとする。
【００１０】
以下、アーク溶接装置３０の動作について説明する。ティーチペンダント１５からロボット制御装置１６に溶接開始指令信号が入力されると、教示データＤｗに基づき、動作制御信号Ｍｃが出力される。マニピュレータ１４は、動作制御信号Ｍｃを入力として、溶接トーチ７を溶接開始点に移動させる。
【００１１】
溶接トーチ７が溶接開始点に到達すると、ロボット制御装置１６は、溶接電源出力制御信号Ｐｃを溶接電源２１に出力する。溶接電源２１は、溶接電源出力制御信号Ｐｃを入力として、アーク溶接を行うための溶接電流Ｉｗおよび溶接電圧を出力するとともに、溶接ワイヤ１３の送給を開始する。ロボット制御装置１６はまた、溶接速度設定信号Ｖｗをガス流量設定回路１８に出力する。
【００１２】
ガス流量設定回路１８は、溶接速度設定信号Ｖｗを入力として、この信号に対応したガス流量を設定するガス流量設定信号Ｇｗをガス流量自動調整器１９に出力する。なお、ガス流量設定回路１８には、溶接速度設定信号Ｖｗとガス流量との関係が予め定められた関数が設けられている。
【００１３】
ここで、ガス流量設定回路１８に設けられた上記関数を定義するためのグラフの例を説明する。図１０は、ティグ溶接において、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が生じない溶接速度とガス流量との関係を示す図である。溶接条件は、シールドガスがアルゴン、被溶接物が板厚３ｍｍのＳＵＳ３０４のステンレス鋼、溶接電流が６０Ａ〜２５０Ａである。同図において、境界線Ｓの上方の範囲は、溶接速度に対応した適切なガス流量が噴出されることで良好な溶接ビードが得られる範囲である。一方、境界線Ｓの下方の範囲は、溶接速度に対してガス流量が不足するために、ピット、ブローホール等の溶接欠陥が発生する範囲である。ガス流量設定回路１８は、溶接速度設定信号Ｖｗを入力とし、上記関数からブローホール等の溶接欠陥が生じない適切なガス流量を算出し、ガス流量設定信号Ｇｗをガス流量自動調整器１９に出力する。
【００１４】
図９に戻り、ガス流量自動調整器１９は、ガス流量設定信号Ｇｗを入力として、ガスシリンダ２０から供給されるシールドガスの流量を自動的に調整し、溶接トーチ７へ供給する。また、溶接ワイヤ１３は、溶接トーチ７から送給されて、被溶接物２との間にアーク３が発生する。以上の制御によって、アーク溶接が開始される。溶接中は、溶接トーチ７は上記動作制御信号Ｍｃに従って移動するが、この間に、溶接速度を変更するための溶接速度設定信号Ｖｗがロボット制御装置１６から出力されると、ガス流量設定回路１８は、溶接速度設定信号Ｖｗに対応したガス流量設定信号Ｇｗをガス流量自動調整器１９に出力する。そして、溶接トーチ７が溶接終了点に到達するとアーク溶接が終了する。
【００１５】
以上説明したように、アーク溶接装置３０では、溶接速度設定信号Ｖｗに応じてガス流量を調整しながらガスシールドアーク溶接を行うことができるよう構成されている。
【００１６】
以下、溶接速度設定値に応じてガス流量の調整を行うようにした従来技術２と、溶接速度設定値に応じてガス流量の調整を行わない従来技術１とを比較する。
【００１７】
図１１は、従来技術１および従来技術２の各アーク溶接装置において、ティグ溶接による溶加材無しのビード溶接を行い、溶接中にロボット制御装置１６からの溶接速度設定値（溶接速度設定信号Ｖｗ）を切り換えたときの溶接結果を示す図である。同図は、従来技術１および従来技術２の各アーク溶接装置における溶接速度設定値とシールドガス流量との関係を示している。
【００１８】
同図において、溶接区間の教示点として、溶接開始点Ｐ１、溶接速度を変更する溶接速度変更点Ｐ２、および溶接終了点Ｐ４が教示されているものとする。また、溶接速度設定値は、溶接開始点Ｐ１から溶接速度変更点Ｐ２までの区間は１０ｃｍ／分であり、溶接速度変更点Ｐ２から溶接終了点Ｐ４までの区間は５０ｃｍ／分である。ガス流量は、それぞれの溶接速度設定値のときに必要なガス流量が噴出されるよう、ガス流量自動調整器１９によって調整されている。一点鎖線は従来技術１、実線は従来技術２のガス流量をそれぞれ示している。
【００１９】
図示しているように、従来技術２においては、アーク溶接中に溶接速度が変更されると、ガス流量が溶接速度設定値に応じた流量となるので、従来技術１に比べてシールドガスの消費量を著しく節約できる効果を奏している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００２−２１９５７２号公報
【特許文献２】特開２００５−１０３５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
シールドガスは流体であるため、ガス流量設定信号Ｇｗを変化させてから実際のガス流量が一定となるまでにはある程度の時間が必要となる。一般的には、アーク溶接中に溶接速度が速くなる場合、ガス流量を増加させる必要があるが、ガス流量が増加して一定になる前に溶接速度が速くなってしまうと、シールド不足となり溶接欠陥が発生する場合がある。図１１を例にすると、従来技術２では、溶接速度変更点Ｐ２に到達してからガス流量を増加させているために、シールドガスが安定しないまま溶接が行われてしまい、シールド不足となるという課題があった。
【００２２】
そこで、本発明は、アーク溶接中に溶接速度に応じてガス流量を増加する場合に、シールド不足による溶接欠陥を防ぐことができるアーク溶接装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、第１の発明は、
溶溶接トーチを移動させるマニピュレータと、１以上の溶接速度変更点を含む教示点および溶接速度設定値を教示データとして入力する可搬式操作手段と、記憶された前記教示データに基づいて前記マニピュレータに動作制御信号を出力するとともに溶接速度設定信号を出力するロボット制御手段と、前記溶接速度設定信号を入力として前記溶接速度設定信号に応じたガス流量設定信号を出力するガス流量設定手段と、前記ガス流量設定信号を入力として前記シールドガスの流量を調整するガス流量自動調整手段とを備え、前記溶接速度設定値に応じて前記シールドガスの流量を調整しながらガスシールドアーク溶接を行うアーク溶接装置において、
前記ロボット制御手段は、前記溶接速度変更点で前記溶接速度設定値が増加するか否かを判定し、前記溶接速度設定値が増加すると判定したときは、前記溶接トーチが前記溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号を出力し、前記溶接速度設定値が増加しないと判定したときは、前記溶接トーチが前記溶接速度変更点に到達してから前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号を出力することを特徴とするアーク溶接装置である。
【００２４】
第２の発明は、前記シールドガス安定時間は、前記可搬式操作手段から前記溶接速度変更点ごとに変更可能であることを特徴とする第１の発明に記載のアーク溶接装置である。
【００２５】
第３の発明は、前記シールドガス安定時間は、現在の溶接速度設定値と前記溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を定めた関数によって定まることを特徴とする第１の発明に記載のアーク溶接装置である。
【００２６】
第４の発明は、前記速度信号出力制御部は、前記シールドガス安定時間の間、現在の溶接速度設定値から前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号を所定周期毎に出力することを特徴とする第１〜３のいずれか１つの発明に記載のアーク溶接装置である。
【発明の効果】
【００２７】
第１の発明によれば、溶接中に溶接速度設定値を増加させる溶接速度変更点が教示されている場合に、溶接トーチが溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ先行してガス流量を増加させるようにしたことによって、シールド不足による溶接欠陥を防止することができる。
【００２８】
第２の発明によれば、シールドガス安定時間を、可搬式操作手段から溶接速度変更点ごとに変更可能としたことによって、第１の発明が奏する効果に加えて、溶接速度変更点での溶接速度増加量に応じて任意の時間を設定することができる。
【００２９】
第３の発明によれば、シールドガス安定時間を、現在の溶接速度と前記溶接速度変更点での溶接速度との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を定めた関数によって定まるようにしている。シールドガス安定時間が短すぎる場合はガス流量が一定にならないためにシールド不良になり、逆にシールドガス安定時間が長い場合は無駄なシールドガスが噴出されることになるが、上記のように構成したことによって、最適なシールドガス安定時間が自動的に定まるので、第１の発明が奏する効果に加えて、シールド不良、無駄なガス噴出等を抑えることができる。
【００３０】
第４の発明によれば、溶接中に溶接速度設定値が増加するときは、シールドガス安定時間の間、現在の溶接速度設定値から溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号を所定周期毎に出力するようにすることによってガス流量を徐々に増加させる。シールドガスを急激に増加させると、オーバシュートが発生する恐れがあるが、上記のように構成したことによって、第１〜第３の発明が奏する効果に加えて、オーバシュートの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るアーク溶接装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る解釈実行部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る速度信号出力制御部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】現在の溶接速度設定値と溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を予め定めた関数を定義するためのグラフ例である。
【図５】本発明のアーク溶接装置によって溶接加工を行うために教示された教示データを示す図である。
【図６】図５の教示データに基づいて溶接加工したときの溶接速度およびガス流量のタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施形態２に係るアーク溶接装置によって溶接加工したときの溶接速度およびガス流量のタイミングチャートである。
【図８】ティグ溶接を行うときのアーク発生部の模式図である。
【図９】従来のアーク溶接装置を示すブロック図である。
【図１０】ティグ溶接において、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が生じない溶接速度とガス流量との関係を示す図である。
【図１１】従来技術１および従来技術２の各アーク溶接装置において、ティグ溶接による溶加材無しのビード溶接を行い、溶接中にロボット制御装置からの溶接速度設定信号を切り換えたときの溶接結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。本発明の各実施形態においては、溶接中に溶接速度変更点を先読みし、溶接速度設定値が増加するか否かを判定する。増加すると判定したときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点へ到達するよりも先に溶接速度設定信号をガス流量設定回路１８に出力する。このように構成することによって、溶接トーチ７の溶接速度を溶接速度変更点で増加するよりも先にガス流量を増加させる（溶接トーチ７の溶接速度は、溶接速度変更点に到達したときに増加させる）。
【００３３】
［実施の形態１］
図１は、本発明に係るアーク溶接装置１のブロック図である。同図において、従来技術として示した図９との相違は、ロボット制御装置１６である。以下、ロボット制御装置１６について詳細に説明する。なお、後述するロボット制御装置１６の各部は、図示しないバスで接続されている。
【００３４】
ＣＰＵ２３は中央演算処理装置、ＲＡＭ２４は一時的な計算領域である。ハードディスク２５はマニピュレータ１４の教示データＤｗ、動作制御のための各制御パラメータ等を記憶するための不揮発性メモリである。なお、教示データＤｗには、１以上の溶接速度変更点を含む溶接区間における教示点の位置姿勢データおよび溶接速度設定値が含まれている。主制御部２６はロボット制御装置１６の制御中枢であって、解釈実行部２７および速度信号出力制御部２８を備えている。
【００３５】
解釈実行部２７は、教示データＤｗを解釈し、解釈結果に基づいて溶接電源出力制御信号Ｐｃを溶接電源２１に、動作制御信号Ｍｃをマニピュレータ１４に出力する。さらに、溶接区間に教示された教示点を先読みすることで、溶接速度変更点で溶接速度設定値が増加するか否かを判定し、その旨を速度信号出力制御部２８に通知する。
【００３６】
速度信号出力制御部２８は、溶接速度設定値が増加するときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力し、溶接速度設定値が増加しないときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達してから溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力する。
【００３７】
解釈実行部２７の処理について詳細に説明する。図２は、解釈実行部２７の処理の流れを示すフローチャートである。
【００３８】
同図のステップＳ１において、溶接トーチ７が溶接開始点に到達した段階で次の教示点を先読みし、次の教示点が溶接終了点であるか否かを判定する。Ｎｏの場合（次の教示点が溶接終了点ではない場合）は、次の教示点が溶接速度変更点であり溶接速度設定値が変更されている可能性があるので、ステップＳ２に移行する。Ｙｅｓの場合（次の教示点が溶接終了点である場合）は、処理を終了する。
【００３９】
ステップＳ２において、次の教示点で教示されている溶接速度設定値を読み出す。
【００４０】
ステップＳ３において、現在の溶接速度設定値（溶接開始点での溶接速度設定値）と次の教示点での溶接速度設定値とを比較し、比較結果をＲＡＭ２４に記憶する。すなわち、次の教示点でで溶接速度設定値が増加するときは、次の教示点への到達前に先行して溶接速度設定信号Ｖｗを出力するための処理が必要であるので、この処理が必要である旨を記憶する。逆に、次の教示点で溶接速度設定値が減少または同一であるときは、上記処理は不要である旨を記憶する。
【００４１】
ステップＳ４において、溶接速度変更点への到達時刻を算出する。この時刻は、速度信号出力制御部２８が、溶接速度設定信号Ｖｗを出力する時刻を算出する際に使用される。
【００４２】
ステップＳ５において、溶接速度が増加するか否かの比較結果とともに、溶接速度変更点への到達時刻および溶接速度変更点での溶接速度設定値を速度信号出力制御部２８へ通知する。
【００４３】
なお、上記処理の説明では、溶接開始点に到達した後に溶接速度変更点を先読みしている場合を示しているが、溶接速度変更点が２点以上ある場合は、溶接トーチ７が各溶接速度変更点に到達した段階においても上記した先読み処理が行われるように構成されていることは言うまでもない。また、先読みのタイミングについては、溶接トーチ７が溶接開始点または溶接速度変更点に到達した段階のみに限らず、さらに１つ前の教示点に到達した段階、教示データＤｗの再生運転を開始した直後、溶接トーチ７が溶接区間に到達する直前など、溶接区間中に教示された溶接速度変更点に到達するよりも前であり、かつ後述するシールドガス安定時間を十分に確保できるタイミングであれば、どのタイミングで先読みしても良い。
【００４４】
このように、解釈実行部２７は、溶接トーチ７が溶接区間の各教示点に到達した段階で次の教示点を先読み処理し、次の教示点が溶接速度変更点であるか、さらに溶接速度設定値が増加するか否かを判定し、速度信号出力制御部２８に通知する。
【００４５】
次に、速度信号出力制御部２８の処理について詳細に説明する。図３は、速度信号出力制御部２８の処理の流れを示すフローチャートである。
【００４６】
ステップＳ１１において、解釈実行部２７からの通知結果に基づき、溶接速度設定信号Ｖｗの先行出力処理が必要か否かを判断する。Ｙｅｓの場合は、ステップＳ１２に移行する。Ｎｏの場合は、ステップＳ１３に移行する。
【００４７】
ステップＳ１２において、シールドガス安定時間を算出する。シールドガス安定時間は、ロボット制御装置１６の内部パラメータとして固定値を予め定めておくか、ティーチペンダント１５から溶接速度変更点ごとに任意の設定値を設定できるように構成しておけば、このステップにおいて固定値または設定値を読み出せば良い。あるいは、後述するように、現在の溶接速度設定値と溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を予め定めた関数によって自動的に算出されるようにしても良い。
【００４８】
ステップＳ１３において、溶接速度設定信号Ｖｗの出力時刻を算出する。溶接速度設定信号Ｖｗの先行出力処理が必要な場合は、解釈実行部２７から通知された溶接速度変更点への到達時刻から、シールドガス安定時間を差し引くことによって、溶接速度設定信号Ｖｗの出力時刻を算出する。この処理によって、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗが出力されることになる。一方、溶接速度設定信号Ｖｗの先行出力処理が必要でない場合は、溶接速度設定信号Ｖｗの出力時刻を、解釈実行部２７から通知された溶接速度変更点への到達時刻と同一にする。この処理によって、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達してから溶接速度設定信号Ｖｗが出力されることになる。
【００４９】
ステップＳ１４において、算出された出力時刻に溶接速度設定信号Ｖｗを出力する。
【００５０】
このように、速度信号出力制御部２８は、溶接速度設定値が増加するときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力し、溶接速度設定値が増加しないときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達してから溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力する。
【００５１】
次に、シールドガス安定時間を自動的に算出する処理について説明する。図４は、現在の溶接速度設定値と溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を予め定めた関数を定義するためのグラフ例である。同図に示すように、例えば、溶接速度設定値が１０ｃｍ／分だけ増加する場合は、シールドガスが安定する時間は０．５秒となる。このような関数をロボット制御装置１６に予め定めておけば、溶接速度設定値の増加量に応じてシールドガス安定時間を容易に算出することができる。
【００５２】
次に、具体例を挙げて本発明に係るアーク溶接装置の作用について説明する。
【００５３】
図５は、アーク溶接装置１によって溶接加工を行うために教示された教示データＤｗを示す図である。同図に示すように、溶接トーチ７が溶接開始点Ｐ１で溶接を開始して溶接進行方向Ｄｒへ移動し、溶接速度変更点Ｐ２および溶接速度変更点Ｐ３を経由して溶接終了点Ｐ４で溶接を終了するように教示されている。各教示点における溶接速度設定値は以下の通りである。溶接開始点Ｐ１における溶接速度設定値は３０ｃｍ／分である。すなわち、溶接開始点Ｐ１から溶接速度変更点Ｐ２までの区間Ａは溶接速度３０ｃｍ／分で移動するよう教示されている。また、溶接速度変更点Ｐ２における溶接速度設定値は４０ｃｍ／分である。すなわち、溶接速度変更点Ｐ２から溶接速度変更点Ｐ３までの区間Ｂは溶接速度を増加させた４０ｃｍ／分で移動するよう教示されている。また、溶接速度変更点Ｐ３における溶接速度設定値は３５ｃｍ／分である。すなわち、溶接速度変更点Ｐ３から溶接終了点Ｐ４までの区間Ｃは溶接速度を減少させた３５ｃｍ／分で移動するよう教示されている。
【００５４】
図６は、図５の教示データＤｗに基づいて溶接加工したときの溶接速度およびガス流量のタイミングチャートである。同図において、溶接速度設定信号Ｖｗは、所定の時刻ｔに速度信号出力制御部２８からガス流量設定回路１８に出力される。ガス流量設定信号Ｇｗは、所定の時刻ｔにガス流量設定回路１８からガス流量自動調整器１９に出力される。なお、Ｔｄは、シールドガス安定時間である。
【００５５】
（１．時刻ｔ１までの期間）
溶接開始点Ｐ１付近でのシールド効果を十分に得るために先行してガスを出力するプリフロー処理を行いながら、溶接トーチ７を溶接開始点Ｐ１まで移動させる。プリフロー処理中のガス流量は区間Ａのガス流量と同じである。
【００５６】
（２．時刻ｔ１〜ｔ２の期間）
溶接トーチ７を、区間Ａの溶接速度設定値（３０ｃｍ／分）で移動させながら、アーク溶接を行う。このときのガス流量は、溶接速度設定値とガス流量との関係が予め定められた関数によって算出される流量である。
【００５７】
（３．時刻ｔ２）
時刻ｔ２は、溶接トーチ７が溶接速度変更点Ｐ２に到達する時刻ｔ３よりも、シールドガス安定時間Ｔｄだけ遡った時刻である。溶接速度変更点Ｐ２では、区間Ａの溶接速度設定値よりも増加する（４０ｃｍ／分となる）よう教示されているので、この時刻ｔ２のタイミングで、ガス流量を区間Ｂの溶接速度設定値に対応する流量に変更する。
【００５８】
（４．時刻ｔ２〜ｔ３の期間）
ガス流量が増加し、区間Ｂのガス流量で安定する。この間の溶接速度は、区間Ａの溶接速度設定値（３０ｃｍ／分）である。
【００５９】
（５．時刻ｔ３）
溶接トーチ７が溶接速度変更点Ｐ２に到達する。このタイミングで、溶接速度を区間Ｂの溶接速度設定値（４０ｃｍ/分）に変更する。
【００６０】
（６．時刻ｔ３〜ｔ４’の期間）
溶接トーチ７を、区間Ｂの溶接速度設定値（４０ｃｍ/分）で移動させながらアーク溶接を行う。ガス流量は区間Ｂの溶接速度設定値に対応する流量である。
【００６１】
（７．時刻ｔ４’）
次の溶接速度変更点Ｐ３では、溶接速度設定値が減少する。したがって、溶接速度設定信号の先行出力処理は行わない。すなわち、ガス流量は、区間Ｂのガス流量のまま変更しない。
【００６２】
（８．時刻ｔ４）
溶接トーチ７が溶接速度変更点Ｐ３に到達するので、このタイミングで、溶接速度を区間Ｃの溶接速度設定値（３５ｃｍ/分）に変更する。ガス流量も区間Ｃの溶接速度設定値に対応する流量に変更する。
【００６３】
（９．時刻ｔ４〜ｔ５）
溶接トーチ７を、区間Ｃの溶接速度設定値で移動させながらアーク溶接を行う。
【００６４】
このように、溶接中に溶接速度設定値を増加させる溶接速度変更点が教示されている場合は、溶接トーチが溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ先行してガス流量を増加させるようにしている。このことによって、シールド不足による溶接欠陥を防止することができる。
【００６５】
また、シールドガス安定時間を、ティーチペンダントから溶接速度変更点ごとに変更可能としたことによって、上記効果に加えて、溶接速度変更点での溶接速度増加量に応じて任意の時間を設定することができる。
【００６６】
また、シールドガス安定時間を、現在の溶接速度と溶接速度変更点での溶接速度との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を定めた関数によって定まるようにしてもよい。シールドガス安定時間が短すぎる場合はガス流量が一定にならないためにシールド不良になり、逆にシールドガス安定時間が長い場合は無駄なシールドガスが噴出されることになるが、上記のように構成したことによって、最適なシールドガス安定時間が自動的に定まるので、上記効果に加えて、シールド不良、無駄なガス噴出等を抑えることができる。
【００６７】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施形態２について説明する。実施形態１との相違は、シールドガス安定時間の間、ガス流量を、現在の流量から溶接速度変更点での流量に徐々に増加させるように、溶接速度設定信号Ｖｗを出力するように構成した点である。
【００６８】
図７は、本発明の実施形態２に係るアーク溶接装置によって溶接加工したときの溶接速度およびガス流量のタイミングチャートである。以下、実施形態１との相違部分について説明する。
【００６９】
（３．時刻ｔ２）
時刻ｔ２は、溶接トーチ７が溶接速度変更点Ｐ２に到達する時刻ｔ３よりも、シールドガス安定時間Ｔｄだけ遡った時刻である。溶接速度変更点Ｐ２では、区間Ａの溶接速度設定値よりも増加する（４０ｃｍ／分となる）よう教示されている。したがって、この時刻ｔ２から、ガス流量を区間Ｂの溶接速度設定値に対応する流量に徐々に増加させるよう、時刻ｔ２〜ｔ３の期間（シールドガス安定時間Ｔｄの間）、現在の溶接速度設定値から溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号Ｖｗを所定周期毎に出力する。この処理は、速度信号出力制御部２８によって行われる（上述した図３のステップＳ１４の段階で処理される）。
【００７０】
（４．時刻ｔ２〜ｔ３の期間）
この期間における溶接速度設定信号Ｖｗは、ロボット制御装置１６の制御周期等、予め定めた所定周期毎にガス流量設定回路１８に出力される。所定周期毎に出力する溶接速度設定信号Ｖｗは、以下のように算出すれば良い。まず、シールドガス安定時間Ｔｄを所定周期で除することによって出力回数を決定する。さらに、溶接速度変更点での溶接速度設定値から現在の溶接速度設定値を減じた差分を、出力回数によって除することによって出力１回あたりの増分値を決定する。そして、出力回数Ｎ回毎に増分値を積算加算した値を溶接速度設定信号Ｖｗとして算出して出力する。この処理によって、区間Ｂにおいてガス流量を徐々に増加させる。
【００７１】
このように、実施形態２においては、溶接中に溶接速度設定値が増加するときは、シールドガス安定時間Ｔｄの間、現在の溶接速度設定値から溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号を所定周期毎に出力するようにすることによって、ガス流量を徐々に増加させている。シールドガスを急激に増加させると、オーバシュートが発生する恐れがあるが、上記のように構成したことによって、オーバシュートの発生を抑えることができる。
【符号の説明】
【００７２】
Ｄｒ 溶接進行方向
Ｄｗ 教示データ
Ｇｗ ガス流量設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｃ 動作制御信号
Ｐ１ 溶接開始点
Ｐ２ 溶接速度変更点
Ｐ３ 溶接速度変更点
Ｐ４ 溶接終了点
Ｐｃ 溶接電源出力制御信号
Ｓ 境界線
ｔ、ｔ１〜ｔ４ 時刻
Ｔｄ シールドガス安定時間
Ｖｗ 溶接速度設定信号
１ アーク溶接装置
２ 被溶接物
３ アーク
７ 溶接トーチ
１３ 溶接ワイヤ
１４ マニピュレータ
１５ ティーチペンダント
１６ ロボット制御装置
１８ ガス流量設定回路
１９ ガス流量自動調整器
２０ ガスシリンダ
２１ 溶接電源
２３ ＣＰＵ
２４ ＲＡＭ
２５ ハードディスク
２６ 主制御部
２７ 解釈実行部
２８ 速度信号出力制御部
３０ アーク溶接装置
４１ タングステン電極
４４ ノズル
４５ 溶融池
４６ シールドガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接を行うに際し、シールドガスの流量を自動調整するためのガス流量自動調整器を備えたアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールドアーク溶接では、アークおよび溶融池に対して炭酸ガス、アルゴンガス等のシールドガスを噴出して大気から遮蔽し、大気が溶接雰囲気内に侵入することを防ぐ必要がある。シールドガスがアークおよび溶融池を適切に覆うことができない場合は、大気が溶接雰囲気内に侵入することによってアークの状態が不安定になるために、ブローホールが発生したりスパッタが大量に発生したりする。この結果、溶接ビードの外観が悪化し、溶接欠陥となることがある。
【０００３】
図８はティグ溶接を行うときのアーク発生部の模式図である。同図（Ａ）は、溶接速度が低速の場合を示し、同図（Ｂ）は、溶接速度が高速の場合を示している。同図（Ａ）において、タングステン電極４１と被溶接物２との間に、図示しない溶接電源から電力を供給してアーク３を発生させている。また、ノズル４４からアーク３および溶融池４５を大気から遮蔽するためのシールドガス４６が噴出されている。
【０００４】
同図（Ａ）に示すように、溶接速度が低速の場合は、シールドガス雰囲気はタングステン電極軸に対し略対称にシールド領域を形成している。一方、同図（Ｂ）に示すように、溶接速度が高速の場合は、シールド領域が溶接方向と反対側へ偏向し、溶接部前方のシールド性が悪くなってしまう。この場合は、溶接部にブローホールが発生し、良好な溶接部を得ることができない。
【０００５】
そこで、特許文献１に、高速溶接を行うときにアーク３および溶融池４５をシールドガス４６で大気から遮蔽するための改良された方法が開示されている（以下、従来技術１という）。しかしながら、この従来技術１では、溶接速度が変化しても、高速気体噴射ノズルから一定かつ多量の圧縮エアが噴出されているため、シールドガスの消費コストが高くなる課題があった。
【０００６】
上記課題を解決するために、特許文献２に、ガスシールドアーク溶接中に溶接速度が変化しても、アークが安定し、欠陥のない健全な溶接部が得られるシールドガス雰囲気を形成できるアーク溶接装置が開示されている（以下、従来技術２という）。
【０００７】
以下、上記した従来技術２について説明する。
【０００８】
図９は、従来のアーク溶接装置３０を示すブロック図である。可搬式操作手段としてのティーチペンダント１５は、溶接区間の各教示点および溶接区間での溶接速度設定値を、教示データＤｗとして入力するためのものである。ロボット制御装置１６は、ティーチペンダント１５から入力された教示データＤｗに基づいて動作制御信号Ｍｃをマニピュレータ１４に出力するととともに、溶接速度設定信号Ｖｗを後述するガス流量設定回路１８に出力する。マニピュレータ１４は、動作制御信号Ｍｃを入力として溶接トーチ７を移動させる。溶接電源２１は、溶接トーチ７と被溶接物２との間に電力を供給するものである。
【０００９】
ガス流量設定手段としてのガス流量設定回路１８は、溶接速度設定信号Ｖｗを入力として溶接速度設定信号Ｖｗに応じたガス流量設定信号Ｇｗをガス流量自動調整器１９に出力する。ガス流量自動調整手段としてのガス流量自動調整器１９は、溶接トーチ７から噴出されるシールドガスの流量を調整する。上記ガス流量設定信号Ｇｗは、溶接速度設定信号Ｖｗとシールドガス流量との関係を定めた関数に基づいてガス流量自動調整器１９に出力されるように構成されている。なお、シールドガス流量のことを、以下では単にガス流量と呼ぶものとする。
【００１０】
以下、アーク溶接装置３０の動作について説明する。ティーチペンダント１５からロボット制御装置１６に溶接開始指令信号が入力されると、教示データＤｗに基づき、動作制御信号Ｍｃが出力される。マニピュレータ１４は、動作制御信号Ｍｃを入力として、溶接トーチ７を溶接開始点に移動させる。
【００１１】
溶接トーチ７が溶接開始点に到達すると、ロボット制御装置１６は、溶接電源出力制御信号Ｐｃを溶接電源２１に出力する。溶接電源２１は、溶接電源出力制御信号Ｐｃを入力として、アーク溶接を行うための溶接電流Ｉｗおよび溶接電圧を出力するとともに、溶接ワイヤ１３の送給を開始する。ロボット制御装置１６はまた、溶接速度設定信号Ｖｗをガス流量設定回路１８に出力する。
【００１２】
ガス流量設定回路１８は、溶接速度設定信号Ｖｗを入力として、この信号に対応したガス流量を設定するガス流量設定信号Ｇｗをガス流量自動調整器１９に出力する。なお、ガス流量設定回路１８には、溶接速度設定信号Ｖｗとガス流量との関係が予め定められた関数が設けられている。
【００１３】
ここで、ガス流量設定回路１８に設けられた上記関数を定義するためのグラフの例を説明する。図１０は、ティグ溶接において、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が生じない溶接速度とガス流量との関係を示す図である。溶接条件は、シールドガスがアルゴン、被溶接物が板厚３ｍｍのＳＵＳ３０４のステンレス鋼、溶接電流が６０Ａ〜２５０Ａである。同図において、境界線Ｓの上方の範囲は、溶接速度に対応した適切なガス流量が噴出されることで良好な溶接ビードが得られる範囲である。一方、境界線Ｓの下方の範囲は、溶接速度に対してガス流量が不足するために、ピット、ブローホール等の溶接欠陥が発生する範囲である。ガス流量設定回路１８は、溶接速度設定信号Ｖｗを入力とし、上記関数からブローホール等の溶接欠陥が生じない適切なガス流量を算出し、ガス流量設定信号Ｇｗをガス流量自動調整器１９に出力する。
【００１４】
図９に戻り、ガス流量自動調整器１９は、ガス流量設定信号Ｇｗを入力として、ガスシリンダ２０から供給されるシールドガスの流量を自動的に調整し、溶接トーチ７へ供給する。また、溶接ワイヤ１３は、溶接トーチ７から送給されて、被溶接物２との間にアーク３が発生する。以上の制御によって、アーク溶接が開始される。溶接中は、溶接トーチ７は上記動作制御信号Ｍｃに従って移動するが、この間に、溶接速度を変更するための溶接速度設定信号Ｖｗがロボット制御装置１６から出力されると、ガス流量設定回路１８は、溶接速度設定信号Ｖｗに対応したガス流量設定信号Ｇｗをガス流量自動調整器１９に出力する。そして、溶接トーチ７が溶接終了点に到達するとアーク溶接が終了する。
【００１５】
以上説明したように、アーク溶接装置３０では、溶接速度設定信号Ｖｗに応じてガス流量を調整しながらガスシールドアーク溶接を行うことができるよう構成されている。
【００１６】
以下、溶接速度設定値に応じてガス流量の調整を行うようにした従来技術２と、溶接速度設定値に応じてガス流量の調整を行わない従来技術１とを比較する。
【００１７】
図１１は、従来技術１および従来技術２の各アーク溶接装置において、ティグ溶接による溶加材無しのビード溶接を行い、溶接中にロボット制御装置１６からの溶接速度設定値（溶接速度設定信号Ｖｗ）を切り換えたときの溶接結果を示す図である。同図は、従来技術１および従来技術２の各アーク溶接装置における溶接速度設定値とシールドガス流量との関係を示している。
【００１８】
同図において、溶接区間の教示点として、溶接開始点Ｐ１、溶接速度を変更する溶接速度変更点Ｐ２、および溶接終了点Ｐ４が教示されているものとする。また、溶接速度設定値は、溶接開始点Ｐ１から溶接速度変更点Ｐ２までの区間は１０ｃｍ／分であり、溶接速度変更点Ｐ２から溶接終了点Ｐ４までの区間は５０ｃｍ／分である。ガス流量は、それぞれの溶接速度設定値のときに必要なガス流量が噴出されるよう、ガス流量自動調整器１９によって調整されている。一点鎖線は従来技術１、実線は従来技術２のガス流量をそれぞれ示している。
【００１９】
図示しているように、従来技術２においては、アーク溶接中に溶接速度が変更されると、ガス流量が溶接速度設定値に応じた流量となるので、従来技術１に比べてシールドガスの消費量を著しく節約できる効果を奏している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００２−２１９５７２号公報
【特許文献２】特開２００５−１０３５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
シールドガスは流体であるため、ガス流量設定信号Ｇｗを変化させてから実際のガス流量が一定となるまでにはある程度の時間が必要となる。一般的には、アーク溶接中に溶接速度が速くなる場合、ガス流量を増加させる必要があるが、ガス流量が増加して一定になる前に溶接速度が速くなってしまうと、シールド不足となり溶接欠陥が発生する場合がある。図１１を例にすると、従来技術２では、溶接速度変更点Ｐ２に到達してからガス流量を増加させているために、シールドガスが安定しないまま溶接が行われてしまい、シールド不足となるという課題があった。
【００２２】
そこで、本発明は、アーク溶接中に溶接速度に応じてガス流量を増加する場合に、シールド不足による溶接欠陥を防ぐことができるアーク溶接装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、第１の発明は、
溶溶接トーチを移動させるマニピュレータと、１以上の溶接速度変更点を含む教示点および溶接速度設定値を教示データとして入力する可搬式操作手段と、記憶された前記教示データに基づいて前記マニピュレータに動作制御信号を出力するとともに溶接速度設定信号を出力するロボット制御手段と、前記溶接速度設定信号を入力として前記溶接速度設定信号に応じたガス流量設定信号を出力するガス流量設定手段と、前記ガス流量設定信号を入力として前記シールドガスの流量を調整するガス流量自動調整手段とを備え、前記溶接速度設定値に応じて前記シールドガスの流量を調整しながらガスシールドアーク溶接を行うアーク溶接装置において、
前記ロボット制御手段は、前記溶接速度変更点で前記溶接速度設定値が増加するか否かを判定し、前記溶接速度設定値が増加すると判定したときは、前記溶接トーチが前記溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号を出力し、前記溶接速度設定値が増加しないと判定したときは、前記溶接トーチが前記溶接速度変更点に到達してから前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号を出力することを特徴とするアーク溶接装置である。
【００２４】
第２の発明は、前記シールドガス安定時間は、前記可搬式操作手段から前記溶接速度変更点ごとに変更可能であることを特徴とする第１の発明に記載のアーク溶接装置である。
【００２５】
第３の発明は、前記シールドガス安定時間は、現在の溶接速度設定値と前記溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を定めた関数によって定まることを特徴とする第１の発明に記載のアーク溶接装置である。
【００２６】
第４の発明は、前記速度信号出力制御部は、前記シールドガス安定時間の間、現在の溶接速度設定値から前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号を所定周期毎に出力することを特徴とする第１〜３のいずれか１つの発明に記載のアーク溶接装置である。
【発明の効果】
【００２７】
第１の発明によれば、溶接中に溶接速度設定値を増加させる溶接速度変更点が教示されている場合に、溶接トーチが溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ先行してガス流量を増加させるようにしたことによって、シールド不足による溶接欠陥を防止することができる。
【００２８】
第２の発明によれば、シールドガス安定時間を、可搬式操作手段から溶接速度変更点ごとに変更可能としたことによって、第１の発明が奏する効果に加えて、溶接速度変更点での溶接速度増加量に応じて任意の時間を設定することができる。
【００２９】
第３の発明によれば、シールドガス安定時間を、現在の溶接速度と前記溶接速度変更点での溶接速度との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を定めた関数によって定まるようにしている。シールドガス安定時間が短すぎる場合はガス流量が一定にならないためにシールド不良になり、逆にシールドガス安定時間が長い場合は無駄なシールドガスが噴出されることになるが、上記のように構成したことによって、最適なシールドガス安定時間が自動的に定まるので、第１の発明が奏する効果に加えて、シールド不良、無駄なガス噴出等を抑えることができる。
【００３０】
第４の発明によれば、溶接中に溶接速度設定値が増加するときは、シールドガス安定時間の間、現在の溶接速度設定値から溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号を所定周期毎に出力するようにすることによってガス流量を徐々に増加させる。シールドガスを急激に増加させると、オーバシュートが発生する恐れがあるが、上記のように構成したことによって、第１〜第３の発明が奏する効果に加えて、オーバシュートの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るアーク溶接装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る解釈実行部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る速度信号出力制御部の処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】現在の溶接速度設定値と溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を予め定めた関数を定義するためのグラフ例である。
【図５】本発明のアーク溶接装置によって溶接加工を行うために教示された教示データを示す図である。
【図６】図５の教示データに基づいて溶接加工したときの溶接速度およびガス流量のタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施形態２に係るアーク溶接装置によって溶接加工したときの溶接速度およびガス流量のタイミングチャートである。
【図８】ティグ溶接を行うときのアーク発生部の模式図である。
【図９】従来のアーク溶接装置を示すブロック図である。
【図１０】ティグ溶接において、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が生じない溶接速度とガス流量との関係を示す図である。
【図１１】従来技術１および従来技術２の各アーク溶接装置において、ティグ溶接による溶加材無しのビード溶接を行い、溶接中にロボット制御装置からの溶接速度設定信号を切り換えたときの溶接結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。本発明の各実施形態においては、溶接中に溶接速度変更点を先読みし、溶接速度設定値が増加するか否かを判定する。増加すると判定したときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点へ到達するよりも先に溶接速度設定信号をガス流量設定回路１８に出力する。このように構成することによって、溶接トーチ７の溶接速度を溶接速度変更点で増加するよりも先にガス流量を増加させる（溶接トーチ７の溶接速度は、溶接速度変更点に到達したときに増加させる）。
【００３３】
［実施の形態１］
図１は、本発明に係るアーク溶接装置１のブロック図である。同図において、従来技術として示した図９との相違は、ロボット制御装置１６である。以下、ロボット制御装置１６について詳細に説明する。なお、後述するロボット制御装置１６の各部は、図示しないバスで接続されている。
【００３４】
ＣＰＵ２３は中央演算処理装置、ＲＡＭ２４は一時的な計算領域である。ハードディスク２５はマニピュレータ１４の教示データＤｗ、動作制御のための各制御パラメータ等を記憶するための不揮発性メモリである。なお、教示データＤｗには、１以上の溶接速度変更点を含む溶接区間における教示点の位置姿勢データおよび溶接速度設定値が含まれている。主制御部２６はロボット制御装置１６の制御中枢であって、解釈実行部２７および速度信号出力制御部２８を備えている。
【００３５】
解釈実行部２７は、教示データＤｗを解釈し、解釈結果に基づいて溶接電源出力制御信号Ｐｃを溶接電源２１に、動作制御信号Ｍｃをマニピュレータ１４に出力する。さらに、溶接区間に教示された教示点を先読みすることで、溶接速度変更点で溶接速度設定値が増加するか否かを判定し、その旨を速度信号出力制御部２８に通知する。
【００３６】
速度信号出力制御部２８は、溶接速度設定値が増加するときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力し、溶接速度設定値が増加しないときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達してから溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力する。
【００３７】
解釈実行部２７の処理について詳細に説明する。図２は、解釈実行部２７の処理の流れを示すフローチャートである。
【００３８】
同図のステップＳ１において、溶接トーチ７が溶接開始点に到達した段階で次の教示点を先読みし、次の教示点が溶接終了点であるか否かを判定する。Ｎｏの場合（次の教示点が溶接終了点ではない場合）は、次の教示点が溶接速度変更点であり溶接速度設定値が変更されている可能性があるので、ステップＳ２に移行する。Ｙｅｓの場合（次の教示点が溶接終了点である場合）は、処理を終了する。
【００３９】
ステップＳ２において、次の教示点で教示されている溶接速度設定値を読み出す。
【００４０】
ステップＳ３において、現在の溶接速度設定値（溶接開始点での溶接速度設定値）と次の教示点での溶接速度設定値とを比較し、比較結果をＲＡＭ２４に記憶する。すなわち、次の教示点でで溶接速度設定値が増加するときは、次の教示点への到達前に先行して溶接速度設定信号Ｖｗを出力するための処理が必要であるので、この処理が必要である旨を記憶する。逆に、次の教示点で溶接速度設定値が減少または同一であるときは、上記処理は不要である旨を記憶する。
【００４１】
ステップＳ４において、溶接速度変更点への到達時刻を算出する。この時刻は、速度信号出力制御部２８が、溶接速度設定信号Ｖｗを出力する時刻を算出する際に使用される。
【００４２】
ステップＳ５において、溶接速度が増加するか否かの比較結果とともに、溶接速度変更点への到達時刻および溶接速度変更点での溶接速度設定値を速度信号出力制御部２８へ通知する。
【００４３】
なお、上記処理の説明では、溶接開始点に到達した後に溶接速度変更点を先読みしている場合を示しているが、溶接速度変更点が２点以上ある場合は、溶接トーチ７が各溶接速度変更点に到達した段階においても上記した先読み処理が行われるように構成されていることは言うまでもない。また、先読みのタイミングについては、溶接トーチ７が溶接開始点または溶接速度変更点に到達した段階のみに限らず、さらに１つ前の教示点に到達した段階、教示データＤｗの再生運転を開始した直後、溶接トーチ７が溶接区間に到達する直前など、溶接区間中に教示された溶接速度変更点に到達するよりも前であり、かつ後述するシールドガス安定時間を十分に確保できるタイミングであれば、どのタイミングで先読みしても良い。
【００４４】
このように、解釈実行部２７は、溶接トーチ７が溶接区間の各教示点に到達した段階で次の教示点を先読み処理し、次の教示点が溶接速度変更点であるか、さらに溶接速度設定値が増加するか否かを判定し、速度信号出力制御部２８に通知する。
【００４５】
次に、速度信号出力制御部２８の処理について詳細に説明する。図３は、速度信号出力制御部２８の処理の流れを示すフローチャートである。
【００４６】
ステップＳ１１において、解釈実行部２７からの通知結果に基づき、溶接速度設定信号Ｖｗの先行出力処理が必要か否かを判断する。Ｙｅｓの場合は、ステップＳ１２に移行する。Ｎｏの場合は、ステップＳ１３に移行する。
【００４７】
ステップＳ１２において、シールドガス安定時間を算出する。シールドガス安定時間は、ロボット制御装置１６の内部パラメータとして固定値を予め定めておくか、ティーチペンダント１５から溶接速度変更点ごとに任意の設定値を設定できるように構成しておけば、このステップにおいて固定値または設定値を読み出せば良い。あるいは、後述するように、現在の溶接速度設定値と溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を予め定めた関数によって自動的に算出されるようにしても良い。
【００４８】
ステップＳ１３において、溶接速度設定信号Ｖｗの出力時刻を算出する。溶接速度設定信号Ｖｗの先行出力処理が必要な場合は、解釈実行部２７から通知された溶接速度変更点への到達時刻から、シールドガス安定時間を差し引くことによって、溶接速度設定信号Ｖｗの出力時刻を算出する。この処理によって、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗが出力されることになる。一方、溶接速度設定信号Ｖｗの先行出力処理が必要でない場合は、溶接速度設定信号Ｖｗの出力時刻を、解釈実行部２７から通知された溶接速度変更点への到達時刻と同一にする。この処理によって、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達してから溶接速度設定信号Ｖｗが出力されることになる。
【００４９】
ステップＳ１４において、算出された出力時刻に溶接速度設定信号Ｖｗを出力する。
【００５０】
このように、速度信号出力制御部２８は、溶接速度設定値が増加するときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力し、溶接速度設定値が増加しないときは、溶接トーチ７が溶接速度変更点に到達してから溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号Ｖｗを出力する。
【００５１】
次に、シールドガス安定時間を自動的に算出する処理について説明する。図４は、現在の溶接速度設定値と溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を予め定めた関数を定義するためのグラフ例である。同図に示すように、例えば、溶接速度設定値が１０ｃｍ／分だけ増加する場合は、シールドガスが安定する時間は０．５秒となる。このような関数をロボット制御装置１６に予め定めておけば、溶接速度設定値の増加量に応じてシールドガス安定時間を容易に算出することができる。
【００５２】
次に、具体例を挙げて本発明に係るアーク溶接装置の作用について説明する。
【００５３】
図５は、アーク溶接装置１によって溶接加工を行うために教示された教示データＤｗを示す図である。同図に示すように、溶接トーチ７が溶接開始点Ｐ１で溶接を開始して溶接進行方向Ｄｒへ移動し、溶接速度変更点Ｐ２および溶接速度変更点Ｐ３を経由して溶接終了点Ｐ４で溶接を終了するように教示されている。各教示点における溶接速度設定値は以下の通りである。溶接開始点Ｐ１における溶接速度設定値は３０ｃｍ／分である。すなわち、溶接開始点Ｐ１から溶接速度変更点Ｐ２までの区間Ａは溶接速度３０ｃｍ／分で移動するよう教示されている。また、溶接速度変更点Ｐ２における溶接速度設定値は４０ｃｍ／分である。すなわち、溶接速度変更点Ｐ２から溶接速度変更点Ｐ３までの区間Ｂは溶接速度を増加させた４０ｃｍ／分で移動するよう教示されている。また、溶接速度変更点Ｐ３における溶接速度設定値は３５ｃｍ／分である。すなわち、溶接速度変更点Ｐ３から溶接終了点Ｐ４までの区間Ｃは溶接速度を減少させた３５ｃｍ／分で移動するよう教示されている。
【００５４】
図６は、図５の教示データＤｗに基づいて溶接加工したときの溶接速度およびガス流量のタイミングチャートである。同図において、溶接速度設定信号Ｖｗは、所定の時刻ｔに速度信号出力制御部２８からガス流量設定回路１８に出力される。ガス流量設定信号Ｇｗは、所定の時刻ｔにガス流量設定回路１８からガス流量自動調整器１９に出力される。なお、Ｔｄは、シールドガス安定時間である。
【００５５】
（１．時刻ｔ１までの期間）
溶接開始点Ｐ１付近でのシールド効果を十分に得るために先行してガスを出力するプリフロー処理を行いながら、溶接トーチ７を溶接開始点Ｐ１まで移動させる。プリフロー処理中のガス流量は区間Ａのガス流量と同じである。
【００５６】
（２．時刻ｔ１〜ｔ２の期間）
溶接トーチ７を、区間Ａの溶接速度設定値（３０ｃｍ／分）で移動させながら、アーク溶接を行う。このときのガス流量は、溶接速度設定値とガス流量との関係が予め定められた関数によって算出される流量である。
【００５７】
（３．時刻ｔ２）
時刻ｔ２は、溶接トーチ７が溶接速度変更点Ｐ２に到達する時刻ｔ３よりも、シールドガス安定時間Ｔｄだけ遡った時刻である。溶接速度変更点Ｐ２では、区間Ａの溶接速度設定値よりも増加する（４０ｃｍ／分となる）よう教示されているので、この時刻ｔ２のタイミングで、ガス流量を区間Ｂの溶接速度設定値に対応する流量に変更する。
【００５８】
（４．時刻ｔ２〜ｔ３の期間）
ガス流量が増加し、区間Ｂのガス流量で安定する。この間の溶接速度は、区間Ａの溶接速度設定値（３０ｃｍ／分）である。
【００５９】
（５．時刻ｔ３）
溶接トーチ７が溶接速度変更点Ｐ２に到達する。このタイミングで、溶接速度を区間Ｂの溶接速度設定値（４０ｃｍ/分）に変更する。
【００６０】
（６．時刻ｔ３〜ｔ４’の期間）
溶接トーチ７を、区間Ｂの溶接速度設定値（４０ｃｍ/分）で移動させながらアーク溶接を行う。ガス流量は区間Ｂの溶接速度設定値に対応する流量である。
【００６１】
（７．時刻ｔ４’）
次の溶接速度変更点Ｐ３では、溶接速度設定値が減少する。したがって、溶接速度設定信号の先行出力処理は行わない。すなわち、ガス流量は、区間Ｂのガス流量のまま変更しない。
【００６２】
（８．時刻ｔ４）
溶接トーチ７が溶接速度変更点Ｐ３に到達するので、このタイミングで、溶接速度を区間Ｃの溶接速度設定値（３５ｃｍ/分）に変更する。ガス流量も区間Ｃの溶接速度設定値に対応する流量に変更する。
【００６３】
（９．時刻ｔ４〜ｔ５）
溶接トーチ７を、区間Ｃの溶接速度設定値で移動させながらアーク溶接を行う。
【００６４】
このように、溶接中に溶接速度設定値を増加させる溶接速度変更点が教示されている場合は、溶接トーチが溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ先行してガス流量を増加させるようにしている。このことによって、シールド不足による溶接欠陥を防止することができる。
【００６５】
また、シールドガス安定時間を、ティーチペンダントから溶接速度変更点ごとに変更可能としたことによって、上記効果に加えて、溶接速度変更点での溶接速度増加量に応じて任意の時間を設定することができる。
【００６６】
また、シールドガス安定時間を、現在の溶接速度と溶接速度変更点での溶接速度との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を定めた関数によって定まるようにしてもよい。シールドガス安定時間が短すぎる場合はガス流量が一定にならないためにシールド不良になり、逆にシールドガス安定時間が長い場合は無駄なシールドガスが噴出されることになるが、上記のように構成したことによって、最適なシールドガス安定時間が自動的に定まるので、上記効果に加えて、シールド不良、無駄なガス噴出等を抑えることができる。
【００６７】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施形態２について説明する。実施形態１との相違は、シールドガス安定時間の間、ガス流量を、現在の流量から溶接速度変更点での流量に徐々に増加させるように、溶接速度設定信号Ｖｗを出力するように構成した点である。
【００６８】
図７は、本発明の実施形態２に係るアーク溶接装置によって溶接加工したときの溶接速度およびガス流量のタイミングチャートである。以下、実施形態１との相違部分について説明する。
【００６９】
（３．時刻ｔ２）
時刻ｔ２は、溶接トーチ７が溶接速度変更点Ｐ２に到達する時刻ｔ３よりも、シールドガス安定時間Ｔｄだけ遡った時刻である。溶接速度変更点Ｐ２では、区間Ａの溶接速度設定値よりも増加する（４０ｃｍ／分となる）よう教示されている。したがって、この時刻ｔ２から、ガス流量を区間Ｂの溶接速度設定値に対応する流量に徐々に増加させるよう、時刻ｔ２〜ｔ３の期間（シールドガス安定時間Ｔｄの間）、現在の溶接速度設定値から溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号Ｖｗを所定周期毎に出力する。この処理は、速度信号出力制御部２８によって行われる（上述した図３のステップＳ１４の段階で処理される）。
【００７０】
（４．時刻ｔ２〜ｔ３の期間）
この期間における溶接速度設定信号Ｖｗは、ロボット制御装置１６の制御周期等、予め定めた所定周期毎にガス流量設定回路１８に出力される。所定周期毎に出力する溶接速度設定信号Ｖｗは、以下のように算出すれば良い。まず、シールドガス安定時間Ｔｄを所定周期で除することによって出力回数を決定する。さらに、溶接速度変更点での溶接速度設定値から現在の溶接速度設定値を減じた差分を、出力回数によって除することによって出力１回あたりの増分値を決定する。そして、出力回数Ｎ回毎に増分値を積算加算した値を溶接速度設定信号Ｖｗとして算出して出力する。この処理によって、区間Ｂにおいてガス流量を徐々に増加させる。
【００７１】
このように、実施形態２においては、溶接中に溶接速度設定値が増加するときは、シールドガス安定時間Ｔｄの間、現在の溶接速度設定値から溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号を所定周期毎に出力するようにすることによって、ガス流量を徐々に増加させている。シールドガスを急激に増加させると、オーバシュートが発生する恐れがあるが、上記のように構成したことによって、オーバシュートの発生を抑えることができる。
【符号の説明】
【００７２】
Ｄｒ 溶接進行方向
Ｄｗ 教示データ
Ｇｗ ガス流量設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｃ 動作制御信号
Ｐ１ 溶接開始点
Ｐ２ 溶接速度変更点
Ｐ３ 溶接速度変更点
Ｐ４ 溶接終了点
Ｐｃ 溶接電源出力制御信号
Ｓ 境界線
ｔ、ｔ１〜ｔ４ 時刻
Ｔｄ シールドガス安定時間
Ｖｗ 溶接速度設定信号
１ アーク溶接装置
２ 被溶接物
３ アーク
７ 溶接トーチ
１３ 溶接ワイヤ
１４ マニピュレータ
１５ ティーチペンダント
１６ ロボット制御装置
１８ ガス流量設定回路
１９ ガス流量自動調整器
２０ ガスシリンダ
２１ 溶接電源
２３ ＣＰＵ
２４ ＲＡＭ
２５ ハードディスク
２６ 主制御部
２７ 解釈実行部
２８ 速度信号出力制御部
３０ アーク溶接装置
４１ タングステン電極
４４ ノズル
４５ 溶融池
４６ シールドガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチを移動させるマニピュレータと、１以上の溶接速度変更点を含む教示点および溶接速度設定値を教示データとして入力する可搬式操作手段と、記憶された前記教示データに基づいて前記マニピュレータに動作制御信号を出力するとともに溶接速度設定信号を出力するロボット制御手段と、前記溶接速度設定信号を入力として前記溶接速度設定信号に応じたガス流量設定信号を出力するガス流量設定手段と、前記ガス流量設定信号を入力として前記シールドガスの流量を調整するガス流量自動調整手段とを備え、前記溶接速度設定値に応じて前記シールドガスの流量を調整しながらガスシールドアーク溶接を行うアーク溶接装置において、
前記ロボット制御手段は、前記溶接速度変更点で前記溶接速度設定値が増加するか否かを判定し、前記溶接速度設定値が増加すると判定したときは、前記溶接トーチが前記溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号を出力し、前記溶接速度設定値が増加しないと判定したときは、前記溶接トーチが前記溶接速度変更点に到達してから前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号を出力することを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項２】
前記シールドガス安定時間は、前記可搬式操作手段から前記溶接速度変更点ごとに変更可能であることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置。
【請求項３】
前記シールドガス安定時間は、現在の溶接速度設定値と前記溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を予め定めた関数によって算出されることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置。
【請求項４】
前記速度信号出力制御部は、前記シールドガス安定時間の間、現在の溶接速度設定値から前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号を所定周期毎に出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
【請求項１】
溶接トーチを移動させるマニピュレータと、１以上の溶接速度変更点を含む教示点および溶接速度設定値を教示データとして入力する可搬式操作手段と、記憶された前記教示データに基づいて前記マニピュレータに動作制御信号を出力するとともに溶接速度設定信号を出力するロボット制御手段と、前記溶接速度設定信号を入力として前記溶接速度設定信号に応じたガス流量設定信号を出力するガス流量設定手段と、前記ガス流量設定信号を入力として前記シールドガスの流量を調整するガス流量自動調整手段とを備え、前記溶接速度設定値に応じて前記シールドガスの流量を調整しながらガスシールドアーク溶接を行うアーク溶接装置において、
前記ロボット制御手段は、前記溶接速度変更点で前記溶接速度設定値が増加するか否かを判定し、前記溶接速度設定値が増加すると判定したときは、前記溶接トーチが前記溶接速度変更点に到達する時刻よりもシールドガス安定時間だけ遡った時刻に前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号を出力し、前記溶接速度設定値が増加しないと判定したときは、前記溶接トーチが前記溶接速度変更点に到達してから前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に応じた溶接速度設定信号を出力することを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項２】
前記シールドガス安定時間は、前記可搬式操作手段から前記溶接速度変更点ごとに変更可能であることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置。
【請求項３】
前記シールドガス安定時間は、現在の溶接速度設定値と前記溶接速度変更点での溶接速度設定値との差である速度増加量を入力とし、この速度増加量とシールドガスが安定する時間との関係を予め定めた関数によって算出されることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置。
【請求項４】
前記速度信号出力制御部は、前記シールドガス安定時間の間、現在の溶接速度設定値から前記溶接速度変更点での溶接速度設定値に徐々に増加させる溶接速度設定信号を所定周期毎に出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２１４４６２（Ｐ２０１０−２１４４６２Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６７３９４（Ｐ２００９−６７３９４）
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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