アーク溶接装置
【課題】マスフローコントローラ単体でシールドガスの流量を制御すると、溶接開始時にガス流量が不足してしまうことがある。
【解決手段】マスフローコントローラ３１を有し、ガスシリンダ３０からマスフローコントローラ３１を経由して溶接トーチ７へと供給するためのガス通路を備えるアーク溶接装置１である。ガス電磁弁３３をマスフローコントローラ３１と溶接トーチ７の間のガス通路に設ける。ロボットコントローラ１６は、ガスの停止に際し、ガス電磁弁３３を閉作動させ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後にマスフローコントローラ３１からのガス出力を停止させる。次回のガス出力開始時にガス電磁弁３１を開作動させ、同時にマスフローコントローラ３１からのガス出力を開始させる。充填されたガスが噴出されることにより、マスフローコントローラ３１単体で不足するガス流量を補うことができる。
【解決手段】マスフローコントローラ３１を有し、ガスシリンダ３０からマスフローコントローラ３１を経由して溶接トーチ７へと供給するためのガス通路を備えるアーク溶接装置１である。ガス電磁弁３３をマスフローコントローラ３１と溶接トーチ７の間のガス通路に設ける。ロボットコントローラ１６は、ガスの停止に際し、ガス電磁弁３３を閉作動させ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後にマスフローコントローラ３１からのガス出力を停止させる。次回のガス出力開始時にガス電磁弁３１を開作動させ、同時にマスフローコントローラ３１からのガス出力を開始させる。充填されたガスが噴出されることにより、マスフローコントローラ３１単体で不足するガス流量を補うことができる。
【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ための改良されたアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極式または非消耗電極式の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。シールドガスは、その流量が一定の許容範囲内に収まっていることが重要である。ガス流量が少ない場合は、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。逆にガス流量が多すぎる場合は、乱流が発生するためにシールド不良となったり、溶け込み不足などが生じたりすることがある。この結果、溶接ビードの外観が悪化し、溶接不良となることがある。
【０００３】
シールドガスを電磁弁でＯＮ／ＯＦＦする一般的なアーク溶接装置においては、電磁弁を開いた時、すなわち溶接を開始する際に必要なプリフロー処理中に過大な流量のシールドガスが噴出される。この現象を以下では突流と表現する。突流は、配管長、圧力、前回のガスＯＦＦからの経過時間等によって、そのピーク流量と継続時間が異なるため、シールドガスを噴出してから流量が許容範囲に収まるまでの時間も異なる。以下に一例を示す。なお、上記した前回のガスＯＦＦからの経過時間とは、溶接区間が連続して複数存在している場合に、前回の溶接区間におけるシールドガスの出力停止からの経過時間を意味する。
【０００４】
図５は、シールドガスの突流の様子を説明するための図である。同図は、設定流量を１５リットル／分とした場合に、前回のガスＯＦＦからの経過時間が何秒だったかによってガス流量が時間の経過とともにどのように変化するかを示している。同図（ａ）は前回のガスＯＦＦからの経過時間が４秒のときの流量変化を示している。同様に、同図（ｂ）は３秒、同図（ｃ）は２秒、同図（ｄ）は１秒、同図（ｅ）は０．５秒のときの流量変化をそれぞれ示している。同図に示すように、電磁弁を開いてしばらくの間は、突流によって過剰な流量のガスが噴出され、時間の経過とともに、ガス流量設定器で定められた設定流量（同図では１５リットル／分）に近づく。プリフロー時間が０．５秒に設定されていると仮定すると、例えば同図（ａ）では、約４２リットル／分のシールドガスが出力されている状態でアークスタート処理が行われることになるために、上述したような溶接不良が発生する可能性がある。
【０００５】
溶接開始部での突流を抑制するための技術が、特許文献１および２に開示されている。特許文献１には、２つの電磁弁を直列に設け、同時にＯＮ／ＯＦＦするアーク溶接装置が開示されている（以下、従来技術１という）。また、特許文献２には、オリフィス等の機械的なガス流量制御手段を備えた溶接装置が開示されている（以下、従来技術２という）。従来技術１および２によれば、機械的な手段を用いて突流を抑えることによって、溶接不良の発生を防止することができるとともに、シールドガスの消費量を節約することもできるという効果を奏している。
【０００６】
一方、溶接開始部における突流を抑制するだけでなく、アーク溶接中におけるガス流量を最適な流量に維持する必要もある。図５で説明したように、ガス流量は、溶接開始部における突流が収まった後は、ガス流量調整器で定められた設定流量に近づいて一定となる。適度なガス流量で一定となれば、溶接不良に結びつくことはない。しかしながら、例えば、アーク溶接ロボット等のアーク溶接装置を用いて溶接を行う場合には、一つのワークが複数の溶接部位を有していることが一般的であり、溶接部位によって開先形状、溶接法、板厚等が異なることも多い。このような場合には、各溶接部位に応じてシールドガスの設定流量を変更することが望まれる。例えば、開先形状が重ね隅肉である場合よりも水平隅肉である場合の方がシールドガスの設定流量を少なくしても問題ないことが多い。ところが、ガス流量はガス流量調整器で定められた一定量であるため、アーク溶接中のガス流量が多めのまま使用されている場合がある。この場合は、シールドガスが無駄に消費されてしまう可能性がある。
【０００７】
この課題を解決するための技術が、特許文献３に開示されている。特許文献３には、マスフローコントローラを用いて、ガス流量を動的に制御するガス加工装置が開示されている（以下、従来技術３という）。一般的に、マスフローコントローラは、外部からガス流量の設定を変更することでき、内蔵されたガス流量検出器およびガス流量調整器によって、実際のガス流量が設定したガス流量になるよう制御するとともに、マスフローコントローラ単体でもガスの出力および停止が可能となっている。従来技術３によれば、ガス流量を動的に制御することによって最適流量を維持することができるとともに、シールドガスの消費量も節約することができる。
【０００８】
上述したように、従来技術１および２では、溶接開始部における突流を抑制することは可能であるが、動的にガス流量を変更することができないため、アーク溶接中におけるガス流量を最適値に調整することはできない。一方、従来技術３では、マスフローコントローラを用いることによって、溶接開始部における突流を抑制することも、アーク溶接中におけるガス流量を最適値に調整することも可能となっている。しかしながら、後述する課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−２０７５８４号公報
【特許文献２】特開２００６−３２６６７７号公報
【特許文献３】特開平８−２００６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図６は、従来技術におけるシールドガスの流量変化を示す図である。同図（ａ）は、ガス制御信号のタイミングチャートであり、時刻ｔ１にＯＦＦからＯＮとなっている。同図（ｂ）は、ガス制御信号をＯＮ／ＯＦＦした結果、ガス流量が時間の経過とともにどのように変化するかを示した図である。同図（ｂ）において、波形Ｈａは、電磁弁１つのみでシールドガスの制御を行ったときの波形を示しており、波形Ｈｂは、上述した従来技術３のマスフローコントローラによってガス流量が制御されたときの波形を示している。
【００１１】
従来技術３においては、波形Ｈｂに示すように、時刻ｔ１からｔ２の期間（約１秒程度。以下では、設定流量到達時間という。）の間に、ガス流量を徐々に増加させて設定流量に到達させている。マスフローコントローラは、実際のガス流量を設定流量に到達させるまでに、ある程度の時間をかけることによって突流を抑えているのである。
【００１２】
上記した設定流量到達時間の間に溶接を開始してしまうと、必要なガス流量が確保されていないために、シールド不良による溶接欠陥が発生する可能性がある。溶接開始時に必要なガス流量を確保するには、ガス流量が設定流量に到達するのを待つ必要があるため、サイクルタイムの遅れ要因になってしまうという課題を有している。上記した設定流量到達時間が０．３秒程度の高性能のマスフローコントローラも存在しているが、非常に高価であるために導入しづらいという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、ガス電磁弁および比較的安価なマスフローコントローラを用いて、溶接開始時に必要なガス流量を即座に確保する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】
【００１４】
第１の発明は、
外部からの信号入力によりシールドガスの出力、停止および流量調整を行うマスフローコントローラを有し、前記シールドガスをガス供給源から前記マスフローコントローラを経由して溶接トーチへと供給するためのガス通路を備えるアーク溶接装置において、
前記溶接トーチおよび前記マスフローコントローラの間のガス通路に設けたガス電磁弁と、
このガス電磁弁に電磁弁開閉信号を出力して開閉作動を制御するとともに、前記マスフローコントローラにガス制御信号を出力するガス制御手段と、を備え、
前記ガス制御手段は、前記シールドガスの停止に際し、まず前記ガス電磁弁を閉作動させ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後に前記マスフローコントローラからのガス出力を停止させ、次回のガス出力の開始時に、前記ガス電磁弁を開作動させると同時に前記マスフローコントローラからガス出力を開始させることを特徴とするアーク溶接装置である。
【００１５】
第２の発明は、前記マスフローコントローラと前記ガス電磁弁との間のガス通路の途中位置に、前記シールドガスを封入するための気密性チャンバを備えた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。
【００１６】
第３の発明は、前記ガス制御手段は、予め作成された教示データに基づいて前記溶接トーチを搭載したマニピュレータを駆動制御するロボットコントローラであることを特徴とする第１または第２の発明に記載のアーク溶接装置である。
【００１７】
第４の発明は、前記遅延時間は、前記教示データを作成するためのティーチペンダントによって設定可能であることを特徴とする第３の発明に記載のアーク溶接装置である。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、ガス電磁弁およびマスフローコントローラを両方備え、シールドガスの停止に際し、まずガス電磁弁を閉じ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後にマスフローコントローラにガス停止信号を出力してシールドガスを停止するようにしている。このことによって、ガス電磁弁とマスフローコントローラとの間のガス通路に所定圧力以上のシールドガスが充填される。そして、次回のガス出力の際に、ガス電磁弁とマスフローコントローラの両方から同時にガスを出力させることによって、充填されたシールドガスが一気に放出されて溶接品質に影響を与えない程度の小さな突流が発生し、溶接開始に必要なガス流量を即座に確保することができる。
【００１９】
第２の発明によれば、マスフローコントローラとガス電磁弁との間のガス通路の途中位置に、シールドガスを封入するための気密性チャンバを備えたことによって、第１の発明が奏する効果に加えて、ガス通路に必要以上のシールドガスが充填されるのを防止することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、ガス電磁弁およびマスフローコントローラに対するガス出力制御を、ロボットコントローラに行わせるようにしたことによって、特別な制御機器を用いることなく、第１および第２の発明が奏する効果を容易に発揮することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、前記遅延時間を、教示データを作成するためのティーチペンダントによって設定可能にしたことによって、第１〜第３の発明が奏する効果に加えて、遅延時間を、ガス管の径、ガス圧力等の溶接環境に応じて任意に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るアーク溶接装置の構成図である。
【図２】本発明に係るアーク溶接装置のガス通路を説明するための接続図である。
【図３】ロボットコントローラの内部構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明によるシールドガスの出力制御を説明するための図である。
【図５】ガスの突流の様子を説明するための図である。
【図６】従来技術におけるシールドガスの流量変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
図１は、本発明に係るアーク溶接装置１の構成図である。同図に示すように、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、ロボットコントローラ１６および溶接電源３によって大略構成される。
【００２５】
同図において、マニピュレータ１４は、ワーク２に対してアーク溶接を自動で行うものであり、複数のアーム部および手首部と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（いずれも図示せず）とによって構成されている。このマニピュレータ１４の上アームの先端部分には、溶接トーチ７が取り付けられている。溶接トーチ７は、ワイヤリール（図示せず）に巻回された直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１３を、ワーク２上の教示された溶接線に導くためのものである。
【００２６】
ティーチペンダント１５は、溶接加工を行う区間の各教示点、溶接条件（溶接電流、溶接電圧溶接速度等）を、作業プログラムＤｗとして入力したり、ガス流量設定値Ｇｖおよび遅延時間Ｄｔを予め設定したりするためのものであり、これらはロボットコントローラ１６に入力される。ガス流量設定値Ｇｖとは、溶接箇所に応じた最適な流量のことであり、所望値をティーチペンダント１５により予め定めておくことができる。遅延時間Ｄｔとは、後述するガス電磁弁３３を閉作動させるタイミングと、マスフローコントローラ３１によるガス停止タイミングとを調整するための時間のことである。
【００２７】
ロボットコントローラ１６は、ティーチペンダント１５から入力された作業プログラムＤｗを解釈し、解釈結果に基づいた所定のタイミングで、動作制御信号Ｍｃをマニピュレータ１４に出力する。同様に、溶接制御信号Ｗｓ、電磁弁開閉信号Ｄｓ、ガス出力信号Ｍｇおよびガス流量設定信号Ｍｓを溶接電源３に出力する。
【００２８】
溶接電源３は、ロボットコントローラ１６からの溶接制御信号Ｗｓを入力として、溶接トーチ７とワーク２との間の電力供給を行う。さらに、ロボットコントローラ１６からの電磁弁開閉信号Ｄｓを入力として、後述するガス電磁弁３３を開閉作動させるための指令信号を出力する。また、ガス出力信号Ｍｇおよびガス流量設定信号Ｍｓを入力として、後述するマスフローコントローラ３１に対し、シールドガスを出力または停止させたり、シールドガスの流量を設定するための指令信号を出力する。
【００２９】
マスフローコントローラ３１は、溶接電源３と接続されており、溶接電源３からの入力に応じて、シールドガスの供給自体を出力または停止させる。また、予め設定されたガス流量設定値Ｇｖとなるよう、ガスシリンダ３０から供給されるシールドガスの流量を調整する。ガス電磁弁３３もまた、溶接電源３と接続されており、溶接電源３からの入力に応じて電磁弁を開閉作動する。
【００３０】
次に、ガス電磁弁３３およびマスフローコントローラ３１等の配置位置について説明する。
【００３１】
図２は、本発明に係るアーク溶接装置のガス通路を説明するための接続図である。同図において、ガスシリンダ３０に充填されているシールドガスは、上流側ガス通路３４ａを通ってマスフローコントローラ３１に供給される。マスフローコントローラ３１は、シールドガスの流量を調整する。流量調整後のシールドガスは、気密性のチャンバ３２を介して下流側ガス通路３４ｂに供給される。下流側ガス通路３４ｂは、マニピュレータ１４の側面に沿うように配設されており、溶接トーチ７の近傍に設けたガス電磁弁３３と接続されている。ガス電磁弁３３は、その開閉作動によりシールドガスを、コンジットケーブル３５の内部に設けられたガスホース（図示せず）を介して溶接トーチ７へと供給する。この結果、溶接トーチ７からシールドガスが噴出される。
【００３２】
図３は、ロボットコントローラ１６の内部構成を示す機能ブロック図である。ロボットコントローラ１６は、マイクロコンピュータおよび各種メモリ等によって構成されており、より詳細には、作業プログラム解析部２１、ハードディスク２２、軌道計画部２３、ＲＡＭ８、バッファ２４、サーボ制御部２５、サーボ駆動部２６、現在位置監視部２７および溶接制御部２８を備えている。
【００３３】
記憶手段としてのハードディスク２２は不揮発性メモリであり、作業プログラムＤｗ、遅延時間Ｄｔ、ガス流量設定値Ｇｖ等が予め記憶されている。
【００３４】
作業プログラム解析部２１は、ハードディスク２２に格納されている作業プログラムＤｗを教示ステップごとに読み出し、その内容を解析するものである。例えば、作業プログラム解析部２１は、作業プログラム中に含まれている移動命令（座標、速度情報等のデータからなる）を読み出し、それを軌道計画部２３に通知する。さらに、ガス出力を開始および終了するタイミングを求めて、軌道計画部２３に通知する。
【００３５】
軌道計画部２３は、作業プログラム解析部２１から送られる各種の移動命令をバッファ２４に格納するものである。この移動命令には、ガス出力・停止のタイミング等も付与されている。また、軌道計画部２３は、バッファ２４に格納された移動命令を読み出し、それに基づいて溶接トーチ７の軌道計画を立案して、マニピュレータ１４の各モータの回転角、回転速度等の情報をサーボ制御部２５に対して通知する。
【００３６】
バッファ２４は、いわゆる先入れ先出し（ＦＩＦＯ：first-in first-out）用のメモリからなり、軌道計画部２３から送られた移動命令を格納するものである。
【００３７】
サーボ制御部２５は、軌道計画部２３から送られる軌道計画に基づいて、マニピュレータ１４の各モータを回転駆動すべく駆動信号をサーボ駆動部２６に送るものである。また、サーボ制御部２５は、図示しないエンコーダからの出力を取得して、現在位置監視部２７にその情報を送るものである。
【００３８】
サーボ駆動部２６は、サーボ制御部２５からの指令に基づいて各モータに対して動作制御信号Ｍｃを出力するものである。
【００３９】
現在位置監視部２７は、マニピュレータ１４の各モータに設けられた図示しないエンコーダからの検出信号により、溶接トーチ７の現在位置を監視するものである。
【００４０】
溶接制御部２８は、現在位置監視部２７からの各種命令を適切な処理タイミングで溶接電源３に出力することで、溶接トーチ７による溶接およびシールドガスの噴出を行わせるものである。より具体的には、溶接制御部２８は、現在位置監視部２７から指定された処理タイミングで溶接電源３に対してシールドガスを噴出させるために必要な、電磁弁開閉信号Ｄｓ、ガス出力信号Ｍｇおよびガス流量設定信号Ｍｓを出力する。また、溶接制御部２８は、現在位置監視部２７からの溶接制御命令に基づいて溶接電源３によって溶接が行われるための溶接制御信号Ｗｓを出力する。
【００４１】
サーボ駆動部２６は、サーボ制御部２５からの駆動命令に基づいてマニピュレータ１４の各モータに対して動作制御信号Ｍｃを送るものである。
【００４２】
次に、アーク溶接装置１の動作について説明する。ロボットコントローラ１６に起動信号が入力されると作業プログラム解析部２１が作業プログラムＤｗを解釈して軌道計画等の演算を行い、演算結果に基づいてマニピュレータ１４の各モータに動作制御信号Ｍｃを出力するとともに、溶接電源３に溶接制御信号Ｗｓ、電磁弁開閉信号Ｄｓ、ガス出力信号Ｍｇ、ガス流量設定信号Ｍｓ等を出力する。この結果、溶接トーチ７が溶接開始位置へ到達し、ガス流量設定値Ｇｖに応じたシールドガスが出力される。溶接を開始した後は、溶接終了位置まで溶接トーチ７を移動させてから溶接を終了し、アフターフロー制御を行う。ここまでの一連の動作は、上述した従来技術と同様である。
【００４３】
作業プログラムＤｗに溶接施工を行う複数の溶接区間が教示されている場合は、上述した一連の工程を複数の溶接区間毎に順次実行することになるが、本発明では、次の溶接区間での溶接開始時、必要なガス流量を即座に確保できるように、シールドガスを停止させる際および次の溶接区間でシールドガスの出力を開始する際に、以下の処理を行う。
【００４４】
図４は、本発明によるシールドガスの出力制御を説明するための図である。同図（ａ）はガス電磁弁３３のＯＮ／ＯＦＦ（開閉）、同図（ｂ）はマスフローコントローラ３１のＯＮ／ＯＦＦ（ガス出力／停止）のそれぞれのタイミングチャートを示している。同図（ｃ）は、同図（ａ）および（ｂ）のタイミングでシールドガスの停止および出力を行った場合に、次の溶接開始時にガス流量が時間の経過とともにどのように変化するかを、波形Ｈｃで示した図である。同図（ｄ）において、点線で示した波形Ｈａおよび波形Ｈｂは、従来技術での波形であり、本発明による波形Ｈｃと比較するために記載している。波形Ｈａは、電磁弁１つのみでシールドガスの制御を行ったときの波形であり、波形Ｈｂは、従来技術３のマスフローコントローラによってガス流量が制御されたときの波形である。
【００４５】
（１．時刻ｔ１）
時刻ｔ１は、アフターフロー処理が完了したタイミングである。同図（ａ）に示すように、ロボットコントローラ１６は、溶接電源３を介してガス電磁弁３３に対してのみ閉作動信号を出力する（電磁弁開閉信号ＤｓをＯＦＦにする）。この処理によってガス電磁弁３３が閉じるので、ガス電磁弁３３から溶接トーチ７の間のガス通路には、シールドガスが供給されないようになる。
【００４６】
（２．時刻ｔ１〜ｔ２の期間）
時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、ガス電磁弁３３が閉じている一方で、マスフローコントローラ３１はシールドガスの出力を継続している。このことによって、マスフローコントローラ３１からガス電磁弁３３までの間のガス通路に、所定圧力以上（通常時に供給されるときの圧力以上）のシールドガスが充填されることになる。このとき、気密性のチャンバ３２を備えるようにしておくことによって、ガス通路内に必要以上のシールドガスが充填されるのを防止することができる。
【００４７】
（３．時刻ｔ２）
時刻ｔ２は、時刻ｔ１から、予め定められた遅延時間Ｄｔが経過した時刻である。ロボットコントローラ１６は、この時刻ｔ２のタイミングで、溶接電源３を介してマスフローコントローラ３１に対してガスの停止信号を出力する（ガス出力信号ＭｇをＯＦＦにする）。この処理によって、シールドガスの供給が完全に停止することになる。
【００４８】
（４．時刻ｔ３）
時刻ｔ３は、次の溶接区間の溶接を行うためにシールドガスの出力を開始するタイミングである。ロボットコントローラ１６は、ガス電磁弁３３に開作動させるために、電磁弁開閉信号ＤｓをＯＮにする）。同時に、マスフローコントローラ３１にガスの出力を開始させるために、ガス出力信号ＭｇをＯＮにする。
【００４９】
（５．時刻ｔ３〜ｔ４）
マスフローコントローラ３１およびガス電磁弁３３を同時にＯＮすることによって、マスフローコントローラ３１からガス電磁弁３３までの間のガス通路に充填されていたシールドガスが、一気に放出される。このときの流量変化は波形Ｈｃのようになる。マスフローコントローラ３１を単独で使用する従来技術３においては、流量変化が波形Ｈｂのようになり、流量が不足してしまう恐れがあった。これに対し、本発明では、波形Ｈｃで示しているように、溶接品質に影響を与えない程度の小さな突流が発生し、従来技術３では不足していた流量（斜線部）を補うことができる。
【００５０】
ここで、上記遅延時間Ｄｔについて補足する。シールドガスの流量は、マスフローコントローラ３１からガス電磁弁３３までの配管長、配管径、ガスシリンダ３０の設定圧力、設定流量、チャンバ３２の体積等、溶接環境における様々な要因に左右される。当然、遅延時間Ｄｔもこれらの要因に左右されることになるが、遅延時間Ｄｔは、溶接品質に影響を与えない程度の突流が発生する時間であることが望まれる。出願人が上記溶接環境を数十パターン用意し、試行錯誤を行いながら繰り返し実験した結果では、遅延時間Ｄｔは、０．５〜０．６秒程度（以下では、基準値という。）が望ましいとされる。当然のことながら、上記パターンに含まれない溶接環境である場合は、遅延時間Ｄｔとして上記基準値が適さない場合もあり得る。この場合は、溶接環境に応じた遅延時間を実験によって求めるか、実際の溶接施工結果に応じて基準値を見直すなどして、ティーチペンダント１５で調整すればよいのである。
【００５１】
以上説明したように、ガス電磁弁３３およびマスフローコントローラ３１を両方備え、シールドガスの停止に際し、まずガス電磁弁３３を閉じ、次いで予め定めた遅延時間Ｄｔだけ経過した後にマスフローコントローラ３１にガス停止信号を出力してシールドガスを停止するようにしている。このことによって、ガス電磁弁３３とマスフローコントローラ３１との間のガス通路に所定圧力以上のシールドガスが充填される。そして、次回のガス出力の際に、ガス電磁弁とマスフローコントローラの両方から同時にガスを出力させることによって、充填されたシールドガスが一気に放出されて溶接品質に影響を与えない程度の小さな突流が発生し、溶接開始に必要なガス流量を即座に確保することができる。また、ガス流量が設定流量に到達するのを待つ必要がないので、サイクルタイムを短縮することができる。
【００５２】
また、マスフローコントローラ３１とガス電磁弁３３との間のガス通路の途中位置に、シールドガスを封入するための気密性のチャンバ３２を備えたことによって、ガス通路に必要以上のシールドガスが充填されるのを防止することができる。
【００５３】
また、マスフローコントローラ３１に対するガス出力制御を、ロボットコントローラ１６に行わせるようにしたことによって、特別な制御機器を用いることなく、上記効果を発揮することができる。
【００５４】
また、遅延時間Ｄｔを、ティーチペンダント１５によって設定可能にしたことによって、遅延時間を、ガス管の径、ガス圧力等の溶接環境に応じて任意に設定することができる。
【００５５】
なお、上記した実施形態においては、マスフローコントローラ３１およびガス電磁弁３３を溶接電源３に接続するようにした。さらに、ガス電磁弁３３の開閉作動を行わせるための電磁弁開閉信号Ｄｓ、マスフローコントローラ３１にシールドガスの出力・停止を行わせるためのガス出力信号Ｍｇ、シールドガスの流量設定を行わせるためのガス流量設定信号Ｍｓを、ロボットコントローラ１６が溶接電源３に対して出力するようにした。この形態ではなく、マスフローコントローラ３１およびガス電磁弁３３をロボットコントローラ１６に接続し、上記した電磁弁開閉信号Ｄｓ、ガス出力信号Ｍｇおよびガス流量設定信号Ｍｓを、ロボットコントローラ１６が直接的にマスフローコントローラ３１およびガス電磁弁３３に出力することによって、制御する形態としてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ アーク溶接装置
２ ワーク
３ 溶接電源
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 ロボットコントローラ
２１ 作業プログラム解析部
２２ ハードディスク
２３ 軌道計画部
２４ バッファ
２５ サーボ制御部
２６ サーボ駆動部
２７ 現在位置監視部
２８ 溶接制御部
３０ ガスシリンダ
３１ マスフローコントローラ
３２ チャンバ
３３ ガス電磁弁
３４ａ 上流側ガス通路
３４ｂ 下流側ガス通路
３５ コンジットケーブル
Ｄｓ 電磁弁開閉信号
Ｄｔ 遅延時間
Ｄｗ 作業プログラム
Ｇｖ ガス流量設定値
Ｈａ 波形
Ｈｂ 波形
Ｈｃ 波形
Ｍｃ 動作制御信号
Ｍｇ ガス出力信号
Ｍｓ ガス流量設定信号
Ｗｓ 溶接制御信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスシールドアーク溶接を行うための改良されたアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極式または非消耗電極式の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。シールドガスは、その流量が一定の許容範囲内に収まっていることが重要である。ガス流量が少ない場合は、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。逆にガス流量が多すぎる場合は、乱流が発生するためにシールド不良となったり、溶け込み不足などが生じたりすることがある。この結果、溶接ビードの外観が悪化し、溶接不良となることがある。
【０００３】
シールドガスを電磁弁でＯＮ／ＯＦＦする一般的なアーク溶接装置においては、電磁弁を開いた時、すなわち溶接を開始する際に必要なプリフロー処理中に過大な流量のシールドガスが噴出される。この現象を以下では突流と表現する。突流は、配管長、圧力、前回のガスＯＦＦからの経過時間等によって、そのピーク流量と継続時間が異なるため、シールドガスを噴出してから流量が許容範囲に収まるまでの時間も異なる。以下に一例を示す。なお、上記した前回のガスＯＦＦからの経過時間とは、溶接区間が連続して複数存在している場合に、前回の溶接区間におけるシールドガスの出力停止からの経過時間を意味する。
【０００４】
図５は、シールドガスの突流の様子を説明するための図である。同図は、設定流量を１５リットル／分とした場合に、前回のガスＯＦＦからの経過時間が何秒だったかによってガス流量が時間の経過とともにどのように変化するかを示している。同図（ａ）は前回のガスＯＦＦからの経過時間が４秒のときの流量変化を示している。同様に、同図（ｂ）は３秒、同図（ｃ）は２秒、同図（ｄ）は１秒、同図（ｅ）は０．５秒のときの流量変化をそれぞれ示している。同図に示すように、電磁弁を開いてしばらくの間は、突流によって過剰な流量のガスが噴出され、時間の経過とともに、ガス流量設定器で定められた設定流量（同図では１５リットル／分）に近づく。プリフロー時間が０．５秒に設定されていると仮定すると、例えば同図（ａ）では、約４２リットル／分のシールドガスが出力されている状態でアークスタート処理が行われることになるために、上述したような溶接不良が発生する可能性がある。
【０００５】
溶接開始部での突流を抑制するための技術が、特許文献１および２に開示されている。特許文献１には、２つの電磁弁を直列に設け、同時にＯＮ／ＯＦＦするアーク溶接装置が開示されている（以下、従来技術１という）。また、特許文献２には、オリフィス等の機械的なガス流量制御手段を備えた溶接装置が開示されている（以下、従来技術２という）。従来技術１および２によれば、機械的な手段を用いて突流を抑えることによって、溶接不良の発生を防止することができるとともに、シールドガスの消費量を節約することもできるという効果を奏している。
【０００６】
一方、溶接開始部における突流を抑制するだけでなく、アーク溶接中におけるガス流量を最適な流量に維持する必要もある。図５で説明したように、ガス流量は、溶接開始部における突流が収まった後は、ガス流量調整器で定められた設定流量に近づいて一定となる。適度なガス流量で一定となれば、溶接不良に結びつくことはない。しかしながら、例えば、アーク溶接ロボット等のアーク溶接装置を用いて溶接を行う場合には、一つのワークが複数の溶接部位を有していることが一般的であり、溶接部位によって開先形状、溶接法、板厚等が異なることも多い。このような場合には、各溶接部位に応じてシールドガスの設定流量を変更することが望まれる。例えば、開先形状が重ね隅肉である場合よりも水平隅肉である場合の方がシールドガスの設定流量を少なくしても問題ないことが多い。ところが、ガス流量はガス流量調整器で定められた一定量であるため、アーク溶接中のガス流量が多めのまま使用されている場合がある。この場合は、シールドガスが無駄に消費されてしまう可能性がある。
【０００７】
この課題を解決するための技術が、特許文献３に開示されている。特許文献３には、マスフローコントローラを用いて、ガス流量を動的に制御するガス加工装置が開示されている（以下、従来技術３という）。一般的に、マスフローコントローラは、外部からガス流量の設定を変更することでき、内蔵されたガス流量検出器およびガス流量調整器によって、実際のガス流量が設定したガス流量になるよう制御するとともに、マスフローコントローラ単体でもガスの出力および停止が可能となっている。従来技術３によれば、ガス流量を動的に制御することによって最適流量を維持することができるとともに、シールドガスの消費量も節約することができる。
【０００８】
上述したように、従来技術１および２では、溶接開始部における突流を抑制することは可能であるが、動的にガス流量を変更することができないため、アーク溶接中におけるガス流量を最適値に調整することはできない。一方、従来技術３では、マスフローコントローラを用いることによって、溶接開始部における突流を抑制することも、アーク溶接中におけるガス流量を最適値に調整することも可能となっている。しかしながら、後述する課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−２０７５８４号公報
【特許文献２】特開２００６−３２６６７７号公報
【特許文献３】特開平８−２００６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図６は、従来技術におけるシールドガスの流量変化を示す図である。同図（ａ）は、ガス制御信号のタイミングチャートであり、時刻ｔ１にＯＦＦからＯＮとなっている。同図（ｂ）は、ガス制御信号をＯＮ／ＯＦＦした結果、ガス流量が時間の経過とともにどのように変化するかを示した図である。同図（ｂ）において、波形Ｈａは、電磁弁１つのみでシールドガスの制御を行ったときの波形を示しており、波形Ｈｂは、上述した従来技術３のマスフローコントローラによってガス流量が制御されたときの波形を示している。
【００１１】
従来技術３においては、波形Ｈｂに示すように、時刻ｔ１からｔ２の期間（約１秒程度。以下では、設定流量到達時間という。）の間に、ガス流量を徐々に増加させて設定流量に到達させている。マスフローコントローラは、実際のガス流量を設定流量に到達させるまでに、ある程度の時間をかけることによって突流を抑えているのである。
【００１２】
上記した設定流量到達時間の間に溶接を開始してしまうと、必要なガス流量が確保されていないために、シールド不良による溶接欠陥が発生する可能性がある。溶接開始時に必要なガス流量を確保するには、ガス流量が設定流量に到達するのを待つ必要があるため、サイクルタイムの遅れ要因になってしまうという課題を有している。上記した設定流量到達時間が０．３秒程度の高性能のマスフローコントローラも存在しているが、非常に高価であるために導入しづらいという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、ガス電磁弁および比較的安価なマスフローコントローラを用いて、溶接開始時に必要なガス流量を即座に確保する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】
【００１４】
第１の発明は、
外部からの信号入力によりシールドガスの出力、停止および流量調整を行うマスフローコントローラを有し、前記シールドガスをガス供給源から前記マスフローコントローラを経由して溶接トーチへと供給するためのガス通路を備えるアーク溶接装置において、
前記溶接トーチおよび前記マスフローコントローラの間のガス通路に設けたガス電磁弁と、
このガス電磁弁に電磁弁開閉信号を出力して開閉作動を制御するとともに、前記マスフローコントローラにガス制御信号を出力するガス制御手段と、を備え、
前記ガス制御手段は、前記シールドガスの停止に際し、まず前記ガス電磁弁を閉作動させ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後に前記マスフローコントローラからのガス出力を停止させ、次回のガス出力の開始時に、前記ガス電磁弁を開作動させると同時に前記マスフローコントローラからガス出力を開始させることを特徴とするアーク溶接装置である。
【００１５】
第２の発明は、前記マスフローコントローラと前記ガス電磁弁との間のガス通路の途中位置に、前記シールドガスを封入するための気密性チャンバを備えた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。
【００１６】
第３の発明は、前記ガス制御手段は、予め作成された教示データに基づいて前記溶接トーチを搭載したマニピュレータを駆動制御するロボットコントローラであることを特徴とする第１または第２の発明に記載のアーク溶接装置である。
【００１７】
第４の発明は、前記遅延時間は、前記教示データを作成するためのティーチペンダントによって設定可能であることを特徴とする第３の発明に記載のアーク溶接装置である。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、ガス電磁弁およびマスフローコントローラを両方備え、シールドガスの停止に際し、まずガス電磁弁を閉じ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後にマスフローコントローラにガス停止信号を出力してシールドガスを停止するようにしている。このことによって、ガス電磁弁とマスフローコントローラとの間のガス通路に所定圧力以上のシールドガスが充填される。そして、次回のガス出力の際に、ガス電磁弁とマスフローコントローラの両方から同時にガスを出力させることによって、充填されたシールドガスが一気に放出されて溶接品質に影響を与えない程度の小さな突流が発生し、溶接開始に必要なガス流量を即座に確保することができる。
【００１９】
第２の発明によれば、マスフローコントローラとガス電磁弁との間のガス通路の途中位置に、シールドガスを封入するための気密性チャンバを備えたことによって、第１の発明が奏する効果に加えて、ガス通路に必要以上のシールドガスが充填されるのを防止することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、ガス電磁弁およびマスフローコントローラに対するガス出力制御を、ロボットコントローラに行わせるようにしたことによって、特別な制御機器を用いることなく、第１および第２の発明が奏する効果を容易に発揮することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、前記遅延時間を、教示データを作成するためのティーチペンダントによって設定可能にしたことによって、第１〜第３の発明が奏する効果に加えて、遅延時間を、ガス管の径、ガス圧力等の溶接環境に応じて任意に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るアーク溶接装置の構成図である。
【図２】本発明に係るアーク溶接装置のガス通路を説明するための接続図である。
【図３】ロボットコントローラの内部構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明によるシールドガスの出力制御を説明するための図である。
【図５】ガスの突流の様子を説明するための図である。
【図６】従来技術におけるシールドガスの流量変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
図１は、本発明に係るアーク溶接装置１の構成図である。同図に示すように、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、ロボットコントローラ１６および溶接電源３によって大略構成される。
【００２５】
同図において、マニピュレータ１４は、ワーク２に対してアーク溶接を自動で行うものであり、複数のアーム部および手首部と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（いずれも図示せず）とによって構成されている。このマニピュレータ１４の上アームの先端部分には、溶接トーチ７が取り付けられている。溶接トーチ７は、ワイヤリール（図示せず）に巻回された直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１３を、ワーク２上の教示された溶接線に導くためのものである。
【００２６】
ティーチペンダント１５は、溶接加工を行う区間の各教示点、溶接条件（溶接電流、溶接電圧溶接速度等）を、作業プログラムＤｗとして入力したり、ガス流量設定値Ｇｖおよび遅延時間Ｄｔを予め設定したりするためのものであり、これらはロボットコントローラ１６に入力される。ガス流量設定値Ｇｖとは、溶接箇所に応じた最適な流量のことであり、所望値をティーチペンダント１５により予め定めておくことができる。遅延時間Ｄｔとは、後述するガス電磁弁３３を閉作動させるタイミングと、マスフローコントローラ３１によるガス停止タイミングとを調整するための時間のことである。
【００２７】
ロボットコントローラ１６は、ティーチペンダント１５から入力された作業プログラムＤｗを解釈し、解釈結果に基づいた所定のタイミングで、動作制御信号Ｍｃをマニピュレータ１４に出力する。同様に、溶接制御信号Ｗｓ、電磁弁開閉信号Ｄｓ、ガス出力信号Ｍｇおよびガス流量設定信号Ｍｓを溶接電源３に出力する。
【００２８】
溶接電源３は、ロボットコントローラ１６からの溶接制御信号Ｗｓを入力として、溶接トーチ７とワーク２との間の電力供給を行う。さらに、ロボットコントローラ１６からの電磁弁開閉信号Ｄｓを入力として、後述するガス電磁弁３３を開閉作動させるための指令信号を出力する。また、ガス出力信号Ｍｇおよびガス流量設定信号Ｍｓを入力として、後述するマスフローコントローラ３１に対し、シールドガスを出力または停止させたり、シールドガスの流量を設定するための指令信号を出力する。
【００２９】
マスフローコントローラ３１は、溶接電源３と接続されており、溶接電源３からの入力に応じて、シールドガスの供給自体を出力または停止させる。また、予め設定されたガス流量設定値Ｇｖとなるよう、ガスシリンダ３０から供給されるシールドガスの流量を調整する。ガス電磁弁３３もまた、溶接電源３と接続されており、溶接電源３からの入力に応じて電磁弁を開閉作動する。
【００３０】
次に、ガス電磁弁３３およびマスフローコントローラ３１等の配置位置について説明する。
【００３１】
図２は、本発明に係るアーク溶接装置のガス通路を説明するための接続図である。同図において、ガスシリンダ３０に充填されているシールドガスは、上流側ガス通路３４ａを通ってマスフローコントローラ３１に供給される。マスフローコントローラ３１は、シールドガスの流量を調整する。流量調整後のシールドガスは、気密性のチャンバ３２を介して下流側ガス通路３４ｂに供給される。下流側ガス通路３４ｂは、マニピュレータ１４の側面に沿うように配設されており、溶接トーチ７の近傍に設けたガス電磁弁３３と接続されている。ガス電磁弁３３は、その開閉作動によりシールドガスを、コンジットケーブル３５の内部に設けられたガスホース（図示せず）を介して溶接トーチ７へと供給する。この結果、溶接トーチ７からシールドガスが噴出される。
【００３２】
図３は、ロボットコントローラ１６の内部構成を示す機能ブロック図である。ロボットコントローラ１６は、マイクロコンピュータおよび各種メモリ等によって構成されており、より詳細には、作業プログラム解析部２１、ハードディスク２２、軌道計画部２３、ＲＡＭ８、バッファ２４、サーボ制御部２５、サーボ駆動部２６、現在位置監視部２７および溶接制御部２８を備えている。
【００３３】
記憶手段としてのハードディスク２２は不揮発性メモリであり、作業プログラムＤｗ、遅延時間Ｄｔ、ガス流量設定値Ｇｖ等が予め記憶されている。
【００３４】
作業プログラム解析部２１は、ハードディスク２２に格納されている作業プログラムＤｗを教示ステップごとに読み出し、その内容を解析するものである。例えば、作業プログラム解析部２１は、作業プログラム中に含まれている移動命令（座標、速度情報等のデータからなる）を読み出し、それを軌道計画部２３に通知する。さらに、ガス出力を開始および終了するタイミングを求めて、軌道計画部２３に通知する。
【００３５】
軌道計画部２３は、作業プログラム解析部２１から送られる各種の移動命令をバッファ２４に格納するものである。この移動命令には、ガス出力・停止のタイミング等も付与されている。また、軌道計画部２３は、バッファ２４に格納された移動命令を読み出し、それに基づいて溶接トーチ７の軌道計画を立案して、マニピュレータ１４の各モータの回転角、回転速度等の情報をサーボ制御部２５に対して通知する。
【００３６】
バッファ２４は、いわゆる先入れ先出し（ＦＩＦＯ：first-in first-out）用のメモリからなり、軌道計画部２３から送られた移動命令を格納するものである。
【００３７】
サーボ制御部２５は、軌道計画部２３から送られる軌道計画に基づいて、マニピュレータ１４の各モータを回転駆動すべく駆動信号をサーボ駆動部２６に送るものである。また、サーボ制御部２５は、図示しないエンコーダからの出力を取得して、現在位置監視部２７にその情報を送るものである。
【００３８】
サーボ駆動部２６は、サーボ制御部２５からの指令に基づいて各モータに対して動作制御信号Ｍｃを出力するものである。
【００３９】
現在位置監視部２７は、マニピュレータ１４の各モータに設けられた図示しないエンコーダからの検出信号により、溶接トーチ７の現在位置を監視するものである。
【００４０】
溶接制御部２８は、現在位置監視部２７からの各種命令を適切な処理タイミングで溶接電源３に出力することで、溶接トーチ７による溶接およびシールドガスの噴出を行わせるものである。より具体的には、溶接制御部２８は、現在位置監視部２７から指定された処理タイミングで溶接電源３に対してシールドガスを噴出させるために必要な、電磁弁開閉信号Ｄｓ、ガス出力信号Ｍｇおよびガス流量設定信号Ｍｓを出力する。また、溶接制御部２８は、現在位置監視部２７からの溶接制御命令に基づいて溶接電源３によって溶接が行われるための溶接制御信号Ｗｓを出力する。
【００４１】
サーボ駆動部２６は、サーボ制御部２５からの駆動命令に基づいてマニピュレータ１４の各モータに対して動作制御信号Ｍｃを送るものである。
【００４２】
次に、アーク溶接装置１の動作について説明する。ロボットコントローラ１６に起動信号が入力されると作業プログラム解析部２１が作業プログラムＤｗを解釈して軌道計画等の演算を行い、演算結果に基づいてマニピュレータ１４の各モータに動作制御信号Ｍｃを出力するとともに、溶接電源３に溶接制御信号Ｗｓ、電磁弁開閉信号Ｄｓ、ガス出力信号Ｍｇ、ガス流量設定信号Ｍｓ等を出力する。この結果、溶接トーチ７が溶接開始位置へ到達し、ガス流量設定値Ｇｖに応じたシールドガスが出力される。溶接を開始した後は、溶接終了位置まで溶接トーチ７を移動させてから溶接を終了し、アフターフロー制御を行う。ここまでの一連の動作は、上述した従来技術と同様である。
【００４３】
作業プログラムＤｗに溶接施工を行う複数の溶接区間が教示されている場合は、上述した一連の工程を複数の溶接区間毎に順次実行することになるが、本発明では、次の溶接区間での溶接開始時、必要なガス流量を即座に確保できるように、シールドガスを停止させる際および次の溶接区間でシールドガスの出力を開始する際に、以下の処理を行う。
【００４４】
図４は、本発明によるシールドガスの出力制御を説明するための図である。同図（ａ）はガス電磁弁３３のＯＮ／ＯＦＦ（開閉）、同図（ｂ）はマスフローコントローラ３１のＯＮ／ＯＦＦ（ガス出力／停止）のそれぞれのタイミングチャートを示している。同図（ｃ）は、同図（ａ）および（ｂ）のタイミングでシールドガスの停止および出力を行った場合に、次の溶接開始時にガス流量が時間の経過とともにどのように変化するかを、波形Ｈｃで示した図である。同図（ｄ）において、点線で示した波形Ｈａおよび波形Ｈｂは、従来技術での波形であり、本発明による波形Ｈｃと比較するために記載している。波形Ｈａは、電磁弁１つのみでシールドガスの制御を行ったときの波形であり、波形Ｈｂは、従来技術３のマスフローコントローラによってガス流量が制御されたときの波形である。
【００４５】
（１．時刻ｔ１）
時刻ｔ１は、アフターフロー処理が完了したタイミングである。同図（ａ）に示すように、ロボットコントローラ１６は、溶接電源３を介してガス電磁弁３３に対してのみ閉作動信号を出力する（電磁弁開閉信号ＤｓをＯＦＦにする）。この処理によってガス電磁弁３３が閉じるので、ガス電磁弁３３から溶接トーチ７の間のガス通路には、シールドガスが供給されないようになる。
【００４６】
（２．時刻ｔ１〜ｔ２の期間）
時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、ガス電磁弁３３が閉じている一方で、マスフローコントローラ３１はシールドガスの出力を継続している。このことによって、マスフローコントローラ３１からガス電磁弁３３までの間のガス通路に、所定圧力以上（通常時に供給されるときの圧力以上）のシールドガスが充填されることになる。このとき、気密性のチャンバ３２を備えるようにしておくことによって、ガス通路内に必要以上のシールドガスが充填されるのを防止することができる。
【００４７】
（３．時刻ｔ２）
時刻ｔ２は、時刻ｔ１から、予め定められた遅延時間Ｄｔが経過した時刻である。ロボットコントローラ１６は、この時刻ｔ２のタイミングで、溶接電源３を介してマスフローコントローラ３１に対してガスの停止信号を出力する（ガス出力信号ＭｇをＯＦＦにする）。この処理によって、シールドガスの供給が完全に停止することになる。
【００４８】
（４．時刻ｔ３）
時刻ｔ３は、次の溶接区間の溶接を行うためにシールドガスの出力を開始するタイミングである。ロボットコントローラ１６は、ガス電磁弁３３に開作動させるために、電磁弁開閉信号ＤｓをＯＮにする）。同時に、マスフローコントローラ３１にガスの出力を開始させるために、ガス出力信号ＭｇをＯＮにする。
【００４９】
（５．時刻ｔ３〜ｔ４）
マスフローコントローラ３１およびガス電磁弁３３を同時にＯＮすることによって、マスフローコントローラ３１からガス電磁弁３３までの間のガス通路に充填されていたシールドガスが、一気に放出される。このときの流量変化は波形Ｈｃのようになる。マスフローコントローラ３１を単独で使用する従来技術３においては、流量変化が波形Ｈｂのようになり、流量が不足してしまう恐れがあった。これに対し、本発明では、波形Ｈｃで示しているように、溶接品質に影響を与えない程度の小さな突流が発生し、従来技術３では不足していた流量（斜線部）を補うことができる。
【００５０】
ここで、上記遅延時間Ｄｔについて補足する。シールドガスの流量は、マスフローコントローラ３１からガス電磁弁３３までの配管長、配管径、ガスシリンダ３０の設定圧力、設定流量、チャンバ３２の体積等、溶接環境における様々な要因に左右される。当然、遅延時間Ｄｔもこれらの要因に左右されることになるが、遅延時間Ｄｔは、溶接品質に影響を与えない程度の突流が発生する時間であることが望まれる。出願人が上記溶接環境を数十パターン用意し、試行錯誤を行いながら繰り返し実験した結果では、遅延時間Ｄｔは、０．５〜０．６秒程度（以下では、基準値という。）が望ましいとされる。当然のことながら、上記パターンに含まれない溶接環境である場合は、遅延時間Ｄｔとして上記基準値が適さない場合もあり得る。この場合は、溶接環境に応じた遅延時間を実験によって求めるか、実際の溶接施工結果に応じて基準値を見直すなどして、ティーチペンダント１５で調整すればよいのである。
【００５１】
以上説明したように、ガス電磁弁３３およびマスフローコントローラ３１を両方備え、シールドガスの停止に際し、まずガス電磁弁３３を閉じ、次いで予め定めた遅延時間Ｄｔだけ経過した後にマスフローコントローラ３１にガス停止信号を出力してシールドガスを停止するようにしている。このことによって、ガス電磁弁３３とマスフローコントローラ３１との間のガス通路に所定圧力以上のシールドガスが充填される。そして、次回のガス出力の際に、ガス電磁弁とマスフローコントローラの両方から同時にガスを出力させることによって、充填されたシールドガスが一気に放出されて溶接品質に影響を与えない程度の小さな突流が発生し、溶接開始に必要なガス流量を即座に確保することができる。また、ガス流量が設定流量に到達するのを待つ必要がないので、サイクルタイムを短縮することができる。
【００５２】
また、マスフローコントローラ３１とガス電磁弁３３との間のガス通路の途中位置に、シールドガスを封入するための気密性のチャンバ３２を備えたことによって、ガス通路に必要以上のシールドガスが充填されるのを防止することができる。
【００５３】
また、マスフローコントローラ３１に対するガス出力制御を、ロボットコントローラ１６に行わせるようにしたことによって、特別な制御機器を用いることなく、上記効果を発揮することができる。
【００５４】
また、遅延時間Ｄｔを、ティーチペンダント１５によって設定可能にしたことによって、遅延時間を、ガス管の径、ガス圧力等の溶接環境に応じて任意に設定することができる。
【００５５】
なお、上記した実施形態においては、マスフローコントローラ３１およびガス電磁弁３３を溶接電源３に接続するようにした。さらに、ガス電磁弁３３の開閉作動を行わせるための電磁弁開閉信号Ｄｓ、マスフローコントローラ３１にシールドガスの出力・停止を行わせるためのガス出力信号Ｍｇ、シールドガスの流量設定を行わせるためのガス流量設定信号Ｍｓを、ロボットコントローラ１６が溶接電源３に対して出力するようにした。この形態ではなく、マスフローコントローラ３１およびガス電磁弁３３をロボットコントローラ１６に接続し、上記した電磁弁開閉信号Ｄｓ、ガス出力信号Ｍｇおよびガス流量設定信号Ｍｓを、ロボットコントローラ１６が直接的にマスフローコントローラ３１およびガス電磁弁３３に出力することによって、制御する形態としてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ アーク溶接装置
２ ワーク
３ 溶接電源
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 ロボットコントローラ
２１ 作業プログラム解析部
２２ ハードディスク
２３ 軌道計画部
２４ バッファ
２５ サーボ制御部
２６ サーボ駆動部
２７ 現在位置監視部
２８ 溶接制御部
３０ ガスシリンダ
３１ マスフローコントローラ
３２ チャンバ
３３ ガス電磁弁
３４ａ 上流側ガス通路
３４ｂ 下流側ガス通路
３５ コンジットケーブル
Ｄｓ 電磁弁開閉信号
Ｄｔ 遅延時間
Ｄｗ 作業プログラム
Ｇｖ ガス流量設定値
Ｈａ 波形
Ｈｂ 波形
Ｈｃ 波形
Ｍｃ 動作制御信号
Ｍｇ ガス出力信号
Ｍｓ ガス流量設定信号
Ｗｓ 溶接制御信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの信号入力によりシールドガスの出力、停止および流量調整を行うマスフローコントローラを有し、前記シールドガスをガス供給源から前記マスフローコントローラを経由して溶接トーチへと供給するためのガス通路を備えるアーク溶接装置において、
前記溶接トーチおよび前記マスフローコントローラの間のガス通路に設けたガス電磁弁と、
このガス電磁弁に電磁弁開閉信号を出力して開閉作動を制御するとともに、前記マスフローコントローラにガス制御信号を出力するガス制御手段と、を備え、
前記ガス制御手段は、前記シールドガスの停止に際し、まず前記ガス電磁弁を閉作動させ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後に前記マスフローコントローラからのガス出力を停止させ、次回のガス出力の開始時に、前記ガス電磁弁を開作動させると同時に前記マスフローコントローラからガス出力を開始させることを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項２】
前記マスフローコントローラと前記ガス電磁弁との間のガス通路の途中位置に、前記シールドガスを封入するための気密性チャンバを備えた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】
前記ガス制御手段は、予め作成された教示データに基づいて前記溶接トーチを搭載したマニピュレータを駆動制御するロボットコントローラであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアーク溶接装置。
【請求項４】
前記遅延時間は、前記教示データを作成するためのティーチペンダントによって設定可能であることを特徴とする請求項３記載のアーク溶接装置。
【請求項１】
外部からの信号入力によりシールドガスの出力、停止および流量調整を行うマスフローコントローラを有し、前記シールドガスをガス供給源から前記マスフローコントローラを経由して溶接トーチへと供給するためのガス通路を備えるアーク溶接装置において、
前記溶接トーチおよび前記マスフローコントローラの間のガス通路に設けたガス電磁弁と、
このガス電磁弁に電磁弁開閉信号を出力して開閉作動を制御するとともに、前記マスフローコントローラにガス制御信号を出力するガス制御手段と、を備え、
前記ガス制御手段は、前記シールドガスの停止に際し、まず前記ガス電磁弁を閉作動させ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後に前記マスフローコントローラからのガス出力を停止させ、次回のガス出力の開始時に、前記ガス電磁弁を開作動させると同時に前記マスフローコントローラからガス出力を開始させることを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項２】
前記マスフローコントローラと前記ガス電磁弁との間のガス通路の途中位置に、前記シールドガスを封入するための気密性チャンバを備えた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】
前記ガス制御手段は、予め作成された教示データに基づいて前記溶接トーチを搭載したマニピュレータを駆動制御するロボットコントローラであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のアーク溶接装置。
【請求項４】
前記遅延時間は、前記教示データを作成するためのティーチペンダントによって設定可能であることを特徴とする請求項３記載のアーク溶接装置。
【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２０１１−１８９３７８（Ｐ２０１１−１８９３７８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５７６８２（Ｐ２０１０−５７６８２）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【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９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]