CN103028827B - 等离子小孔焊接系统及等离子小孔焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能形成更美观的焊道的等离子小孔焊接方法及等离子小孔焊接系统。具备：输出电路(31)，其在等离子电极(112)与母材(W)之间流动设定频率(Ffr)的脉冲电流；小孔尺寸检测部，其检测形成于母材(W)的小孔的尺寸；和频率算出电路(38)，其基于由所述小孔尺寸检测部检测出的小孔的尺寸的变化来算出设定频率(Ffr)。根据这样的构成，通过调整脉冲电流的频率，从而能调整小孔的尺寸。由此，能形成更美观的焊道。

Description

等离子小孔焊接系统及等离子小孔焊接方法

技术领域

本发明涉及一种等离子小孔焊接(Plasmakeyholewelding)系统及等离子小孔焊接方法。

背景技术

等离子小孔焊接方法，在对母材焊接例如I形坡口的对接接头时，一般以钨电极作为阴极进行放电时的电弧是由被水冷过的喷嘴和等离子气体的气流进行约束的。并且，该等离子小孔焊接方法是下述的焊接，即：产生集中性良好的高温等离子流，该高温等离子流在焊接线上一边于熔池的前端形成贯通母材的小孔一边移动。对于该焊接来说，电弧热直接被提供直到到达背面为止，背面的焊接也能适当进行。例如，在专利文献1中记载了等离子小孔焊接方法。

在一边移动等离子流一边进行焊接的稳定焊接中，小孔的大小有时会发生变动。如果小孔的大小发生变动，则有可能会产生母材上形成的焊道宽度不均匀或者母材的背面没有形成焊道等不良情况。

专利文献1：日本特公平02-18953号公报

发明内容

本发明是针对上述情况作出的发明，所要解决的主要技术问题在于提供一种能形成更美观的焊道的等离子小孔焊接方法及等离子小孔焊接系统。

根据本发明的第1侧面，提供一种等离子小孔焊接系统，具备：输出电路，其在等离子电极与母材之间流动设定频率的脉冲电流；小孔尺寸检测部，其检测形成于所述母材的小孔的尺寸；和频率算出电路，其基于由所述小孔尺寸检测部检测出的所述小孔的尺寸的变化，算出所述设定频率。

优选，所述等离子小孔焊接系统还具备电压检测电路，该电压检测电路检测所述等离子电极与所述母材之间的焊接电压；所述小孔尺寸检测部包括低通滤波器，该低通滤波器仅使由所述电压检测电路检测出的所述焊接电压的低频分量通过；所述频率算出电路基于所述低通滤波器的输出电压值来算出所述设定频率。

优选，所述等离子小孔焊接系统还具备基准电压值存储部，该基准电压值存储部将所述低通滤波器的输出电压值作为基准电压值进行存储；所述频率算出电路在电压差为正的情况下按照频率差为0以上的方式算出所述设定频率，并且在所述电压差为负的情况下按照所述频率差为0以下的方式算出所述设定频率；所述电压差是从所述低通滤波器的输出电压值中减去所述基准电压值后的值；所述频率差是从所算出的所述设定频率中减去所述输出电压值为所述基准电压值时的所述设定频率后的值。

优选，所述基准电压值存储部将在所述小孔贯通了的时刻以后所述低通滤波器的输出电压值稳定之时的所述输出电压值作为所述基准电压值进行存储。

优选，所述等离子小孔焊接系统还具备确认辅助部，该确认辅助部基于所述小孔的尺寸来求出辅助信息；所述辅助信息是用于对形成于所述母材的焊道的确认进行辅助的信息；所述确认辅助部包括报知部，该报知部报知所述辅助信息。

优选，所述等离子小孔焊接系统还具备阈值存储部，该阈值存储部存储阈值；所述确认辅助部包括比较电路，该比较电路比较表示所述小孔的尺寸的变动的变动参数和所述阈值。

优选，在由所述比较电路判断出所述变动参数超过了所述阈值的情况下，所述报知部报知所述辅助信息。

优选，所述辅助信息具有确认地方信息，该确认地方信息表示形成于所述母材的焊道中的应该确认的地方；所述确认辅助部包括运算电路，该运算电路基于所述小孔的尺寸的变化来求出所述确认地方信息；所述报知部报知由所述运算电路求出的所述确认地方信息。

优选，所述辅助信息具有确认范围信息，该确认范围信息指示形成于所述母材的焊道中的应该确认的范围，所述运算电路基于所述小孔的尺寸的变化来求出所述确认范围信息，所述报知部报知由所述运算电路求出的所述确认范围信息。

优选，所述变动参数是所述电压差。

优选，所述报知部利用声音或者光来报知所述辅助信息。

根据本发明的第2侧面，提供一种等离子小孔焊接方法，包括：利用等离子电极与母材之间的电弧来使小孔贯通的工序；和在所述小孔贯通之后，在所述等离子电极与所述母材之间流动设定频率的脉冲电流并且进行稳定焊接的工序，进行所述稳定焊接的工序包括：检测形成于所述母材的小孔的尺寸的工序；和基于所述小孔的尺寸的变化来算出所述设定频率的工序。

优选，所述等离子小孔焊接方法还包括检测所述等离子电极与所述母材之间的焊接电压的工序；检测所述小孔的尺寸的工序包括利用低通滤波器仅使所述焊接电压的低频分量通过的工序；在算出所述设定频率的工序中，基于所述低通滤波器的输出电压值来算出所述设定频率。

优选，所述等离子小孔焊接方法还包括将所述低通滤波器的输出电压值作为基准电压值而存储于基准电压值存储部的工序；在算出所述设定频率的工序中，在电压差为正的情况下按照频率差为0以上的方式算出所述设定频率，并且在所述电压差为负的情况下按照所述频率差为0以下的方式算出所述设定频率；所述电压差是从所述低通滤波器的输出电压值中减去所述基准电压值后的值；所述频率差是从所算出的所述设定频率中减去所述输出电压值为所述基准电压值时的所述设定频率后的值。

优选，在算出所述设定频率的工序中，将在所述小孔贯通了的时刻以后所述低通滤波器的输出电压值稳定之时的所述输出电压值用作所述基准电压值。

优选，所述等离子小孔焊接方法包括：基于所述小孔的尺寸来求出辅助信息的工序，该辅助信息用于对形成于所述母材的焊道的确认进行辅助；和报知所述辅助信息的工序。

优选，在求出所述辅助信息的工序中，比较表示所述小孔的尺寸的变动的变动参数和阈值。

优选，在所述比较的工序中判断出所述变动参数超过了所述阈值的情况下，进行所述报知的工序。

优选，所述辅助信息具有确认地方信息，该确认地方信息表示形成于所述母材的焊道中的应该确认的地方；求出所述辅助信息的工序包括基于所述小孔的尺寸的变化来求出所述确认地方信息的工序；在所述报知的工序中，报知所述确认地方信息。

优选，所述辅助信息具有确认范围信息，该确认范围信息指示形成于所述母材的焊道中的应该确认的范围；在求出所述确认地方信息的工序中，基于所述小孔的尺寸的变化来求出所述确认范围信息；在所述报知的工序中，报知所述确认范围信息。

优选，所述变动参数是所述电压差。

优选，在所述报知的工序中，利用声音或者光来报知所述辅助信息。

根据这样的构成，通过调整脉冲电流的频率，从而能调整小孔的尺寸。由此，能形成更美观的焊道。

本发明的其他特征和优点，根据参照附图以下进行的详细说明，可以更加明确。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的等离子小孔焊接系统的构成的图。

图2是表示图1所示的焊接焊炬的局部放大截面图。

图3是表示用于由图1的频率算出电路算出设定频率的、电压差与频率差之间关系的曲线图。

图4是表示本发明的第1实施方式所涉及的等离子小孔焊接方法的一例的时序图。

图5是详细地表示焊接电流的波形的一例的图。

图6是详细地表示焊接电流的波形的一例的图。

图7是详细地表示焊接电流的波形的一例的图。

图8是表示在本发明的第1实施方式的等离子小孔焊接方法中的母材状态的截面图。

图9是表示在进行小孔等离子弧焊接时所期望的焊接状态的图。

图10是表示本发明的第2实施方式所涉及的等离子小孔焊接系统的构成的图。

图11是表示在焊接过程中小孔的尺寸发生了变动的情况下的信号等的变化状态的时序图。

图12是表示本发明的第3实施方式所涉及的等离子小孔焊接系统的构成的图。

图13是表示在示教器(teachpendant)的显示部中显示的、辅助信息、确认地方信息及确认范围信息的一例的图。

[符号说明]

A1、A2、A3等离子小孔焊接系统

1焊接机器人

11焊接焊炬

111喷嘴

112等离子电极

12机械手

2机器人控制装置

21动作控制电路

211运算电路

23示教器

231显示部

3焊接电源装置

31输出电路

311电源电路

312频率控制电路

32电压检测电路

33稳定焊接开始判断电路

331小孔贯通检测电路

341绝对值运算电路

342低通滤波器

343电压变动检测电路

332比较电路

361比较电路

362阈值存储部

364报知部

38频率算出电路

39基准电压值存储部

4气体供给装置

881熔池

882表面

889小孔

a1电弧

Bth1基准值

Bth2基准值

BV微分电路

Bv电压微分信号

Bth3基准值

CM1比较电路

Cm1小孔形成开始信号

CM2比较电路

Cm2小孔贯通检测信号

Cm3稳定焊接开始指示信号

Dr焊接行进方向

Ff频率

Ffs频率设定信号

Ffr设定频率

Ia时间平均值

Iep电极正极性电流

Ien电极负极性电流

Iepp最大绝对值

Ienp最大绝对值

Inf1辅助信息

Inf2确认地方信息

Inf3确认范围信息

Inp电极负极性峰值电流

Inb电极负极性基值电流

Iw焊接电流

Ms动作控制信号

St焊接v开始信号

Sc小孔尺寸变动检测信号

t1、t2、t3、t4、t21、t22、t23时刻

Te2周期

Te周期

Ten电极负极性期间

Tep电极正极性期间

PG等离子气体

Va电压绝对值信号

Vd电压检测信号

Vf成形电压信号

Vf1基准电压值

VS小孔形成开始基准电压设定电路

Vs小孔形成开始基准电压信号

Vth阈值

Vw焊接电压

W母材

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式具体地说明。

<第1实施方式>

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的等离子小孔焊接系统的构成的图。

图1所示的等离子小孔焊接系统A1具备：焊接机器人1、机器人控制装置2、焊接电源装置3和气体供给装置4。

焊接机器人1包括焊接焊炬11和机械手12。

如图2所示，焊接焊炬11具有喷嘴111和等离子电极112。喷嘴111是由例如铜等金属构成的筒状构件。喷嘴111适当具有水冷结构。等离子电极112是非消耗电极。等离子电极112是由例如钨构成的金属棒。等离子电极112是用于在与母材W之间施加焊接电压Vw的电极。从喷嘴111按照包围等离子电极112的方式喷出等离子气体PG。等离子气体PG是例如Ar。通过在等离子电极112与母材W之间施加焊接电压Vw，从而以等离子气体PG为媒介产生电弧a1。在产生电弧a1时，焊接电流Iw在等离子电极112与母材W之间流动。机械手12保持着焊接焊炬11。机械手12是例如多关节机器人。母材W由例如铝、铝合金或者不锈钢制成。

气体供给装置4用于提供向母材W喷出的等离子气体PG。气体供给装置4所提供的等离子气体PG的供给量(即，来自喷嘴111的等离子气体PG的喷出量)由气体流量设定信号(图略)决定。

机器人控制装置2包括动作控制电路21和示教器23。机器人控制装置2用于控制焊接机器人1的动作。

示教器23与动作控制电路21连接。示教器23用于使等离子小孔焊接系统A1的用户设定各种动作。如果从等离子小孔焊接系统A1的用户接收到开始焊接的指示，则示教器23送出焊接开始信号St。

动作控制电路21具有未图示出的微型计算机和存储器。在该存储器中，存储有设定了焊接机器人1的各种动作的作业程序。另外，动作控制电路21控制等离子电极112的移动速度VR。移动速度VR是沿母材W的焊接行进方向Dr上的、相对于母材W的等离子电极112的速度。动作控制电路21基于上述作业程序、来自编码器的坐标信息及移动速度VR等，向焊接机器人1送出动作控制信号Ms。焊接机器人1接收动作控制信号Ms，使电动机(图略)驱动旋转。由此，焊接焊炬11在母材W中规定的焊接开始位置上移动，或沿母材W的平面内方向移动。

焊接电源装置3是用于在等离子电极112与母材W之间施加焊接电压Vw并流动焊接电流Iw的装置。焊接电源装置3包括：输出电路31、电压检测电路32、稳定焊接开始判断电路33、频率算出电路38和基准电压值存储部39。

输出电路31用于在等离子电极112与母材W之间以所指示的值流动焊接电流Iw。焊接电流Iw是脉冲电流。输出电路31具有电源电路311和频率控制电路312。

电源电路311以例如3相200V等商用电源为输入，根据电流误差信号(图略)进行逆变控制、晶闸管相位控制等输出控制，输出焊接电压Vw和焊接电流Iw。电源电路311从动作控制电路21接收焊接开始信号St。

频率控制电路312对作为脉冲电流的焊接电流Iw的频率Ff进行控制。频率控制电路312，将用于采用后述的设定频率Ffr流动焊接电流Iw的频率设定信号Ffs送到电源电路311。

电压检测电路32用于检测等离子电极112与母材W之间的焊接电压Vw的值。电压检测电路32送出与焊接电压Vw的值对应的电压检测信号Vd。

稳定焊接开始判断电路33从电压检测电路32接收电压检测信号Vd。稳定焊接开始判断电路33基于电压检测信号Vd来判断是否开始稳定焊接。如果判断出应该开始稳定焊接，则稳定焊接开始判断电路33将稳定焊接开始指示信号Cm3送到动作控制电路21。

在本实施方式中，稳定焊接开始判断电路33具有小孔贯通检测电路331和比较电路332。如果检测出母材W上小孔889贯通了，则小孔贯通检测电路331生成小孔贯通检测信号Cm2并送到比较电路332。

具体而言，小孔贯通检测电路331具有：绝对值运算电路341、低通滤波器342和电压变动检测电路343。

电压检测信号Vd输入到绝对值运算电路341。绝对值运算电路341运算所输入的电压检测信号Vd的绝对值。然后，绝对值运算电路341将该运算结果作为电压绝对值信号Va进行输出。电压绝对值信号Va输入到低通滤波器342。低通滤波器342进行下述运算：去除所输入的电压绝对值信号Va的高频分量且仅使低频分量通过。然后，低通滤波器342将该运算结果作为成形电压信号Vf进行输出。另外，在电压绝对值信号Va不是交流而是直流的情况下不需要绝对值运算电路341。

电压变动检测电路343是用于检测成形电压信号Vf的变动的电路。设置电压变动检测电路343是为了检测成形电压信号Vf的变动且检测小孔889贯通了的时刻。电压变动检测电路343具有：微分电路BV、比较电路CM1、小孔形成开始基准电压设定电路VS和比较电路CM2。

成形电压信号Vf输入到微分电路BV。微分电路BV计算所输入的成形电压信号Vf的时间微分值，并输出电压微分信号Bv。电压微分信号Bv输入到比较电路CM1。在该电压微分信号Bv变为预先规定的基准值Bth1以下的情况下，比较电路CM1判断出小孔889的形成开始了。此时，比较电路CM1输出仅在短时间内变为High电平的小孔形成开始信号Cm1。

小孔形成开始信号Cm1和成形电压信号Vf被输入到小孔形成开始基准电压设定电路VS。小孔形成开始基准电压设定电路VS，将小孔形成开始信号Cm1被输入时的成形电压信号Vf设定为小孔形成开始基准电压信号Vs。然后，小孔形成开始基准电压设定电路VS输出小孔形成开始基准电压信号Vs。

小孔形成开始基准电压信号Vs和成形电压信号Vf被输入到比较电路CM2。在小孔形成开始基准电压信号Vs与成形电压信号Vf之差变为根据等离子气体PG的种类等预先规定的基准值Bth2以上的情况下，比较电路CM2判断出小孔889贯通了。此时，比较电路CM2输出仅在短时间内变为High电平的小孔贯通检测信号Cm2。

比较电路332接收小孔贯通检测信号Cm2和电压微分信号Bv。在接收到小孔贯通检测信号Cm2之后，在电压微分信号Bv达到了预先规定的基准值Bth3以下时，比较电路332判断出适当地形成了焊接背面焊道且小孔889成为适当大小。此时，比较电路332判断出应该开始稳定焊接且送出仅在短时间内变为High电平的稳定焊接开始指示信号Cm3。稳定焊接开始指示信号Cm3被送至频率算出电路38、基准电压值存储部39和动作控制电路21。

另外，上面说明过的稳定焊接开始判断电路33还承担小孔尺寸检测部的功能。也就是说，稳定焊接开始判断电路33对形成于母材W的小孔889的尺寸进行检测。在本实施方式中，计算成形电压信号Vf的值相当于检测小孔889的尺寸。在本实施方式中，可以说小孔889的尺寸是指形成于母材W的背面侧的、小孔889的开口的直径。

基准电压值存储部39接收成形电压信号Vf。基准电压值存储部39将在某一时点接收到的成形电压信号Vf的值(低通滤波器342的输出电压值)作为基准电压值Vf1进行存储。优选，基准电压值存储部39将在母材W上小孔889贯通了的时刻以后低通滤波器342的输出电压值稳定之时的输出电压值作为基准电压值Vf1进行存储。在本实施方式中，基准电压值存储部39接收稳定焊接开始指示信号Cm3。如果接收到稳定焊接开始指示信号Cm3，则基准电压值存储部39将低通滤波器342的输出电压值作为基准电压值Vf1进行存储。

频率算出电路38算出设定频率Ffr。设定频率Ffr是用于指示焊接电流Iw的频率Ff的值。频率算出电路38将算出的设定频率Ffr送到频率控制电路312。在本实施方式中，频率算出电路38从低通滤波器342接收成形电压信号Vf。频率算出电路38基于成形电压信号Vf的值(低通滤波器342的输出电压值)，算出设定频率Ffr。详细内容以后叙述。另外，频率算出电路38也接收稳定焊接开始指示信号Cm3。

下面，再用图4对使用了等离子小孔焊接系统A1的等离子小孔焊接方法的一例进行说明。

图4(a)表示电压检测信号Vd的时间变化，(b)表示电压绝对值信号Va的时间变化，(c)表示成形电压信号Vf(低通滤波器342的输出电压值)的时间变化，(d)表示小孔形成开始信号Cm1的时间变化，(e)表示小孔贯通检测信号Cm2的时间变化，(f)表示稳定焊接开始指示信号Cm3的时间变化，(g)表示等离子电极112的移动速度VR的时间变化，(h)表示焊接开始信号St的时间变化，(i)表示焊接电流Iw的脉冲频率Ff的时间变化。

图8(s-1)、(s-2)、(s-3)分别与图4(s-1)、(s-2)、(s-3)的电弧a1及母材W的状态相对应。

图4(a)所示的电压检测信号Vd表示具有峰值和基值的交流脉冲波形电压信号。

<时刻t1～时刻t2>

在时刻t1，如果来自外部的焊接开始信号St经由示教器23被输入到动作控制电路21，则动作控制电路21将焊接开始信号St送到输出电路31(具体而言是电源电路311)。于是，电源电路311在等离子电极112与母材W之间施加焊接电压Vw，电弧a1被引弧。然后，开始焊接电流Iw的通电。

如图4(i)所示，从时刻t1起焊接电流Iw以规定的频率Ff开始流动。

在这里，边参照图5边对脉冲电流的波形进行说明。图5是表示焊接电流Iw的大致2周期份脉冲的曲线图。另外，图5中的时间比例尺(scale)与图4中的时间比例尺相比是极小的。

在图5中，表示焊接电流Iw的纵轴，以等离子电极112变为阳极时流动的电流为正。由图5可理解出：焊接电流Iw是在周期Te中各取1次电极正极性电流Iep和电极负极性电流Ien的交流电流。电极正极性电流Iep是在等离子电极112变为阳极、母材W变为阴极的状态下流动的电流。电极负极性电流Ien是在等离子电极112变为阴极、母材W变为阳极的状态下流动的电流。

电极负极性电流Ien成为具有周期Te2的脉冲电流。周期Te2比电极负极性期间Ten更短。在该周期Te2之间，电极负极性电流Ien各取1次电极负极性峰值电流Inp和电极负极性基值电流Inb。

在图5中，用虚线表示电极负极性电流Ien的绝对值。另外，在图5中，还示出了焊接电流Iw的时间平均值Ia。

并且，频率Ff和周期Te之间关系如下。

Ff＝1/Te

另外，EN比率是使用周期Te、电极负极性期间Ten、乃至电极正极性期间Tep并由下式规定的。

EN比率(％)＝Ten/Te×100

＝Ten/(Ten+Tep)×100

为了使频率Ff发生变化，例如可不使EN比率以及时间平均值Ia都发生变化，而使电极负极性期间Ten以及电极正极性期间Tep都发生变化。但是，使频率Ff发生变化并不局限于这种方法，也可以一面变化EN比率一面调整频率Ff。另外，为了使时间平均值Ia发生变化，例如可不使EN比率发生变化，而使焊接电流Iw的最大绝对值Iepp的值、焊接电流Iw的最大绝对值Ienp等发生变化。

焊接电流Iw的波形不限于图5所示波形，也可以是图6或图7所示波形。

如图4(g)所示，在从时刻t1到时刻t4之间，移动速度VR为0，等离子电极112相对于母材W处于停止状态。

绝对值运算电路341运算与焊接电压Vw对应的电压检测信号Vd的绝对值，并送出图4(b)所示的电压绝对值信号Va。低通滤波器342去除电压绝对值信号Va的高频分量，输出图4(c)所示的成形电压信号Vf。低通滤波器342去除焊接电流Iw的频率Ff的例如10倍以上的高频分量。如图8(s-1)所示，在时刻t1以后，电弧a1在母材W的表面上形成熔池881。开始形成熔池881之时，电弧a1是不稳定的。因此，成形电压信号Vf容易发生变动。

<时刻t2～t3(小孔形成期间)>

如图4(c)所示，若成形电压信号Vf上升且到时刻t2，则电弧a1是稳定的。因此，在时刻t2以后，成形电压信号Vf的上升率变小。在对成形电压信号Vf进行时间微分后的电压微分信号Bv变为预先规定的基准值Bth1以下的情况下，比较电路CM1判断出电弧a1在母材W上开始挖掘小孔889，开始形成小孔889。如果判断出开始形成小孔889，则比较电路CM1如图4(d)所示，输出仅在短时间内变为High电平的小孔形成开始信号Cm1。如果接收到小孔形成开始信号Cm1，则小孔形成开始基准电压设定电路VS将输入该小孔形成开始信号Cm1时的成形电压信号Vf设定为小孔形成开始基准电压信号Vs(参照图4(c))。如图8(s-2)所示，在时刻t2以后，继续形成小孔889，熔池881的表面882慢慢降低。另外，从开始形成小孔889之时(时刻t2)到小孔889贯通之时(后述的时刻t3)的期间为小孔形成期间。

<时刻t3～t4>

在时刻t3，如图8(s-3)所示，在母材W上小孔889贯通。在小孔889贯通了时，在时刻t3，如图4(c)所示，成形电压信号Vf与小孔形成开始基准电压信号Vs之差变得比预先规定的基准值Bth2更大。在这种情况下，比较电路CM2判断出小孔889贯通了。于是，如图4(e)所示，比较电路CM2将小孔贯通检测信号Cm2送到比较电路332。小孔889刚贯通了之后，由于小孔889贯通的影响而成形电压信号Vf是不稳定的。小孔889贯通了的时刻t3之后不久，成形电压信号Vf减少后，成形电压信号Vf稳定且成形电压信号Vf的减少率变小。

<时刻t4以后>

在时刻t4，如果电压微分信号Bv达到预先规定的基准值Bth3以下，则比较电路332判断出适当地形成了焊接背面焊道且小孔889成为适当的大小。此时，如图4(f)所示，比较电路332判断出应该开始稳定焊接且送出仅在短时间内变为High电平的稳定焊接开始指示信号Cm3。

在时刻t4，如果接收到稳定焊接开始指示信号Cm3，则如图4(g)所示，动作控制电路21将用于把移动速度VR设定为规定速度的动作控制信号Ms送给焊接机器人1。由此，开始在焊接行进方向Dr上的等离子电极112相对于母材W的移动。

如上述，从时刻t4起，开始进行稳定焊接的工序，进行相对于母材W的焊接。由此，如图9所示，在母材W的表面沿焊接行进方向Dr形成焊接表面焊道，在母材W的背面沿焊接行进方向Dr形成焊接背面焊道。

在时刻t4，如果接收到稳定焊接开始指示信号Cm3，则基准电压值存储部39将成形电压信号Vf的值(低通滤波器342的输出电压值)作为基准电压值Vf1(参照图1、图4)进行存储。也就是说，基准电压值存储部39将在小孔889贯通了的时刻(时刻t3)以后低通滤波器342的输出电压值稳定之时的低通滤波器342的输出电压值作为基准电压值Vf1进行存储。基准电压值Vf1是例如20.5V。另外，与本实施方式不同，基准电压值存储部39也可以将自时刻t4起经过几秒左右时间之后的低通滤波器342的输出电压值作为基准电压值Vf1进行存储。由此，基准电压值存储部39也可以将低通滤波器342的输出电压值稳定之时的低通滤波器342的输出电压值作为基准电压值Vf1进行存储。

在进行时刻t4以后的稳定焊接的工序中，小孔889的尺寸有时会发生变动。小孔889的尺寸变动，是由于从电弧a1向母材W的热输入的平衡变动或母材W的温度变化等产生的。或者，小孔889的尺寸变动是由于母材W的厚度变化产生的。作为母材W的厚度变化的例子，可举母材W的厚度从6mm或10mm变化到15mm的情况。小孔889的尺寸和成形电压信号Vf的值(即，低通滤波器342的输出电压值)正相关。也就是说，若小孔889的尺寸变大则低通滤波器342的输出电压值增加，另一方面，若小孔889的尺寸变小则低通滤波器342的输出电压值的值减少。

如果举出小孔889的尺寸和低通滤波器342的输出电压值的一例，则在小孔889的尺寸(在母材W的背面侧形成的、小孔889的开口的直径)是2.0mm的情况下，低通滤波器342的输出电压值是22.0V；在小孔889的尺寸(在母材W的背面侧形成的、小孔889的开口的直径)是5.0mm的情况下，低通滤波器342的输出电压值是25.0V。在进行时刻t4以后的稳定焊接的工序中，小孔889的尺寸在1.5～2.5mm范围内变动的情况下，低通滤波器342的输出电压值在例如21.5～22.5V范围内变动。

在本实施方式中，为了将小孔889的尺寸持续维持在相同的大小，则需要进行将低通滤波器342的输出电压值能持续维持在相同值这一控制。具体而言，频率算出电路38按照电压差ΔV和频率差ΔFf成为例如图3(a)～图3(f)任一个所示的关系的方式算出设定频率Ffr。图3所示的电压差ΔV是从低通滤波器342的输出电压值中减去基准电压值Vf1后的值。频率差ΔFf是从所算出的设定频率Ffr中减去低通滤波器342的输出电压值为基准电压值Vf1时(时刻t4)的设定频率Ffr后的值。不论图3(a)～图3(f)中的哪一个，都有：在电压差ΔV为正的情况下频率差ΔFf为0以上，在电压差ΔV为负的情况下频率差ΔFf为0以下。

在电压差ΔV为正的情况下，小孔889的尺寸变得比时刻t4下的尺寸更大。频率算出电路38按照在电压差ΔV为正的情况下频率差ΔFf为0以上的方式算出设定频率Ffr。由此，如果焊接电流Iw的频率Ff变得比时刻t4时更大，则电弧压力变小。其结果，母材W变得不怎么熔融，小孔889的尺寸变小。

另一方面，在电压差ΔV为负的情况下，小孔889的尺寸变得比时刻t4下的尺寸更小。频率算出电路38按照在电压差ΔV为负的情况下频率差ΔFf为0以下的方式算出设定频率Ffr。由此，如果焊接电流Iw的频率Ff变得比时刻t4时更小，则电弧压力变大。其结果，母材W变得更熔融，小孔889的尺寸变大。

如上所述，由频率算出电路38算出设定频率Ffr，并控制成电压差ΔV为0。由此控制成：低通滤波器342的输出电压值与时刻t4下的基准电压值Vf1一致。也就是说，控制成小孔889的尺寸和时刻t4下的尺寸相同。

下面，对本实施方式的作用效果进行说明。

在本实施方式中，等离子小孔焊接系统A1具备频率算出电路38。频率算出电路38基于由小孔尺寸检测部(本实施方式中是指稳定焊接开始判断电路33)检测出的小孔889的尺寸的变化，算出设定频率Ffr。在这种构成中，因为焊接电流Iw的频率Ff是由设定频率Ffr决定的，所以能够基于小孔889的尺寸的变化来调整频率Ff。若能够调整频率Ff，则能够调整电弧压力，从而能够调整小孔889的尺寸。因此，根据本实施方式，能够根据小孔889的尺寸的变化来调整小孔889本身的尺寸。由此，能形成更美观的焊道。

另外，除了调整频率Ff外，还可以调整焊接电流Iw的绝对值的时间平均值Ia，还可以调整等离子气体PG的气体流量，还可以调整移动速度VR。另一方面，在调整频率Ff时，可以不使焊接电流Iw的绝对值的时间平均值Ia发生变化。在这种情况下，具有可不使传向母材W的热输入量发生变化这一优点。另外，在调整频率Ff时，可以不使等离子气体PG的气体流量发生变化。在这种情况下，能够避免由于等离子气体PG而无法保护电弧a1的问题。另外，在调整频率Ff时，可以不使移动速度VR发生变化。在这种情况下，能够防止焊接所需的时间变得比期望的时间更长。

在本实施方式中，等离子小孔焊接系统A1具备检测焊接电压Vw的电压检测电路32。上述小孔尺寸检测部(本实施方式中是指稳定焊接开始判断电路33)包括仅使由电压检测电路32检测出的焊接电压Vw的低频分量通过的低通滤波器342。频率算出电路38基于低通滤波器342的输出电压值，算出设定频率Ffr。如上所述，小孔889的尺寸和低通滤波器342的输出电压值正相关。因此，根据本实施方式的构成，能够用等离子小孔焊接系统A1内的电路来检测小孔889的尺寸。因此，根据本实施方式，可以更简单地得到能够检测出小孔889的尺寸的装置。

在本实施方式中，等离子小孔焊接系统A1具备将低通滤波器342的输出电压值作为基准电压值Vf1进行存储的基准电压值存储部39。如参照图3(a)～图3(f)说明过的那样，频率算出电路38按照在电压差ΔV为正的情况下频率差ΔFf为0以上的方式算出设定频率Ffr。另一方面，频率算出电路38按照在电压差ΔV为负的情况下频率差ΔFf为0以下的方式算出设定频率Ffr。根据这样的构成，如上述那样，能够按照ΔV为0的方式算出设定频率Ffr。因此，能够将低通滤波器342的输出电压值维持在基准电压值Vf1。也就是说，小孔889的尺寸能够均一地维持。

在本实施方式中，基准电压值存储部39将在小孔889贯通了的时刻(时刻t3)以后低通滤波器342的输出电压值稳定之时的低通滤波器342的输出电压值作为基准电压值Vf1进行存储。在小孔889贯通了的时刻(时刻t3)以后低通滤波器342的输出电压值稳定时，小孔889变为适当的大小。因此，本实施方式的构成适于将小孔889的尺寸均一地持续维持在适当的大小。

<第2实施方式>

图10是表示本发明的第2实施方式所涉及的等离子小孔焊接系统的构成的图。

图10所示的等离子小孔焊接系统A2具备：焊接机器人1、机器人控制装置2、焊接电源装置3和气体供给装置4。

在等离子小孔焊接系统A2中的焊接机器人1以及气体供给装置4，因为与等离子小孔焊接系统A1中的构成相同，故省略说明。

焊接电源装置3除了还包括比较电路361、阈值存储部362和报知部364这点外，其余均与第1实施方式相同。

在本实施方式中，比较电路361和报知部364构成了本发明的确认辅助部。确认辅助部基于小孔889的尺寸来求出辅助信息Inf1。辅助信息Inf1是用于对形成于母材W的焊道的确认进行辅助的信息。关于辅助信息Inf1以后叙述。

在阈值存储部362中存储有阈值Vth。比较电路361从低通滤波器342接收成形电压信号Vf。另外，比较电路361从基准电压值存储部39接收基准电压值Vf1。比较电路361比较表示小孔889的尺寸的变动的变动参数和存储于阈值存储部362的阈值。在本实施方式中，比较电路361使用上述电压差ΔV(从低通滤波器342的输出电压值中减去基准电压值Vf1后的值)作为变动参数。如果比较电路361判断出电压差ΔV超过了阈值Vth，则判断出发生了小孔889的尺寸的变动，且生成小孔尺寸变动检测信号Sc。比较电路361将所生成的小孔尺寸变动检测信号Sc送到报知部364。

报知部364用于报知辅助信息Inf1。如果由比较电路361判断出上述变动参数超过了上述阈值，则报知部364报知辅助信息Inf1。在本实施方式中，如果由比较电路361判断出作为变动参数的上述电压差ΔV超过了阈值Vth，则报知辅助信息Inf1。具体而言，如果接收到小孔尺寸变动检测信号Sc，则报知部364报知辅助信息Inf1。报知部364是例如蜂鸣器、警示灯、显示装置。报知部364利用声音或者光来报知辅助信息Inf1。辅助信息Inf1表现为例如蜂鸣声、灯光、表示小孔尺寸发生变动的意思。

下面，对本实施方式的作用效果进行说明。

图11是表示在焊接过程中小孔的尺寸发生变动的情况下的信号等的变化状态的时序图。使用图11，对小孔889的尺寸发生变化的情况下(在图11中是指变大的情况下)的小孔889的尺寸、以及在等离子小孔焊接系统A2内的信号的变化状态进行说明。图11(a)表示小孔889的尺寸变化状态，图11(b)表示成形电压信号Vf的变化状态，图11(c)表示频率Ff的变化状态。

如图11(a)所示，从时刻t21起小孔889的尺寸变大。如上所述，小孔889的尺寸与成形电压信号Vf(即，低通滤波器342的输出电压值)正相关。因此，如图11(b)所示，从时刻t21起成形电压信号Vf的值也变大。在时刻t21～时刻t22间的某个时点，频率算出电路38基于小孔889的尺寸的变化，算出用于使小孔889的尺寸返回到时刻t21以前的尺寸的设定频率Ffr。然后，如图11(c)所示，在时刻t22，焊接电流Iw的频率Ff增加。若焊接电流Iw的频率Ff增加，则电弧压力变小。其结果，母材W变得不怎么熔融。然后，在时刻t22～时刻t23之间，小孔889的尺寸渐渐变小，在时刻t23，小孔889的尺寸返回到时刻t21以前的尺寸。

这样，在小孔889的尺寸发生了变化的情况下(在图11中是指变大的情况下)，在从小孔889的尺寸的变化开始的时刻t21起经过了某种程度的期间的时刻t23，小孔889的尺寸变为合适的尺寸。也就是说，时刻t21～时刻t23的期间的小孔889的尺寸与时刻t21以前的尺寸不相同。因此，在时刻t21～时刻t23所形成的焊道有产生以下不良情况的可能性，即：宽度与其他部位的宽度不同，或者在母材W的背面没有形成焊道等。时刻t21～时刻t23下的调整频率Ff的过程是在等离子小孔焊接系统A2内自动进行的。该调整过程在第1实施方式所涉及的电弧焊接系统A1中，不通知给电弧焊接系统A1的用户。因此，该用户无法获知小孔889的尺寸是否发生了变动，也无法获知焊道是否有产生不良情况的可能性。

在图11中，虽然对从时刻t21起小孔889的尺寸变大的情况进行了说明，但即便在从时刻t21起小孔889的尺寸变小的情况下，也同样地，在从小孔889的尺寸发生变化了的时点起经过了某种程度的期间之后，小孔889的尺寸也变为适当的尺寸。另外，时刻t21～时刻t23的期间是例如1～几sec左右。

在本实施方式中，在等离子小孔焊接系统A2中，报知部364报知用于对形成于母材W的焊道的确认进行辅助的辅助信息Inf1。根据这种构成，等离子小孔焊接系统A2的用户作为辅助信息Inf1而能够获知有形成于母材W的焊道产生不良情况的可能性。因此，等离子小孔焊接系统A2的用户能够很容易地进行焊道的确认作业。

在本实施方式中，如果由比较电路361判断出作为变动参数的电压差ΔV超过了阈值Vth，则报知部364报知辅助信息Inf1。根据这样的构成，可以不用在焊接结束后而在焊接过程中报知辅助信息Inf1。由此，等离子小孔焊接系统A2的用户能够在焊接过程中获知有焊道发生不良情况的可能性。由此，焊接一结束就能立即进行焊道的确认作业。

比较电路361使用电压差ΔV来检测小孔889的变动，但本发明并不局限于此。例如，比较电路361也可以基于由频率算出电路38算出的设定频率Ffr的变化，检测小孔889的变动。

<第3实施方式>

图12是表示本发明的第3实施方式所涉及的等离子小孔焊接系统的构成的图。

图12所示的等离子小孔焊接系统A3具备：焊接机器人1、机器人控制装置2、焊接电源装置3和气体供给装置4。

在等离子小孔焊接系统A3中的焊接机器人1以及气体供给装置4，因为与等离子小孔焊接系统A1、A2中的构成相同，故省略说明。

焊接电源装置3除了不具有报知部364这点外，其余均和第2实施方式相同。另外，在本实施方式中，比较电路361将所生成的小孔尺寸变动检测信号Sc送至动作控制电路21。此外，与图12所示的不同，焊接电源装置3也可以具有第2实施方式中叙述过的报知部364。

机器人控制装置2包括动作控制电路21和示教器23。在本实施方式中，动作控制电路21除了具有运算电路211这点外，其余均和第1实施方式相同。

运算电路211从比较电路361接收小孔尺寸变动检测信号Sc。运算电路211基于小孔889的尺寸的变化来求出辅助信息Inf1。在本实施方式中，辅助信息Inf1具有确认地方信息Inf2和确认范围信息Inf3(也参照图13)。而且，运算电路211基于小孔889的尺寸的变化来求出确认地方信息Inf2和确认范围信息Inf3。

所谓确认地方信息Inf2是表示形成于母材W的焊道中的应该确认的地方(焊道之中在图11的时刻t21～时刻t23的期间所形成的地方)的信息。如图13所示，确认地方信息Inf2是例如以焊道的起点为基准的位置、距离焊接开始时的时间。在本实施方式中，运算电路211基于接收了小孔尺寸变动检测信号Sc来求出确认地方信息Inf2。也就是说，将在接收到小孔尺寸变动检测信号Sc时所形成的焊道的部位判断为应该确认的地方。

所谓确认范围信息Inf3是表示形成于母材W的焊道中的应该确认的范围的信息。如图13所示，确认范围信息Inf3是表示形成于母材W的焊道之中、在图11的时刻t21～时刻t23之间形成的区域的显示、焊接行进方向Dr上的长度等信息。

示教器23具有显示部231。显示部231相当于本发明的报知部的一例。示教器23的显示部231报知(显示)辅助信息Inf1。具体而言，如图13所示，示教器23的显示部231将确认地方信息Inf2和确认范围信息Inf3作为辅助信息Inf1进行报知(显示)。

另外，在本实施方式中，比较电路361、运算电路211和示教器23构成本发明的确认辅助部。

下面，对本实施方式的作用效果进行说明。

在本实施方式中，辅助信息Inf1具有表示形成于母材W的焊道中的应该确认的地方的确认地方信息Inf2。运算电路211基于小孔889的尺寸的变化来求出确认地方信息Inf2。示教器23的显示部231报知(显示)由运算电路211所求出的确认地方信息Inf2。根据这样的构成，等离子小孔焊接系统A3的用户能够获知形成于母材W的焊道之中应该确认的地方。由此，等离子小孔焊接系统A3的用户能够更容易地进行焊道的确认作业。

在本实施方式中，辅助信息Inf1具有指示形成于母材W的焊道中的应该确认的范围的确认范围信息Inf3。运算电路211基于小孔889的尺寸的变化来求出确认范围信息Inf3。示教器23的显示部231报知(显示)由运算电路211所求出的确认范围信息Inf3。根据这种构成，等离子小孔焊接系统A3的用户能够获知形成于母材W的焊道中的应该确认的范围。由此，等离子小孔焊接系统A3的用户能够更容易地进行焊道的确认作业。

另外，虽然例示出了示教器23的显示部231作为辅助信息Inf1而报知(显示)确认地方信息Inf2和确认范围信息Inf3这两者的例子，但本发明并不局限于此。示教器23的显示部231作为辅助信息Inf1，也可以仅报知(显示)确认地方信息Inf2和确认范围信息Inf3的其中一个。

另外，在本实施方式中，虽然例示出了运算电路为动作控制电路21的构成的例子，但并不局限于此，也可以是焊接电源装置3的构成。

在示教器23的显示部231中，作为辅助信息Inf1还可以显示设定频率Ffr的变化量。

本发明并不局限于上述实施方式。本发明的各部分的具体构成可以自由地进行各种设计变更。

稳定焊接开始判断电路33不一定要包括比较电路332。稳定焊接开始判断电路33也可以在从小孔贯通检测信号Cm2生成之时起经过了规定时间后的时刻，判断为应该开始稳定焊接。或者，稳定焊接开始判断电路33也可以在从输出电路31开始进行输出之时起经过了规定时间后的时刻，判断为应该开始稳定焊接。

与上述实施方式不同，可以在时刻t2之后成形电压信号Vf的变化量超过某值之时，比较电路CM2判断出小孔889贯通了，且输出小孔贯通检测信号Cm2。

在上述实施方式中，频率算出电路38基于电压差ΔV算出设定频率Ffr，但本发明并不局限于此。例如，频率算出电路38也可以基于低通滤波器342的输出电压值的时间微分值来算出设定频率Ffr。

小孔尺寸检测部，也可以由图像处理来检测小孔889的尺寸。

Claims (22)

1.一种等离子小孔焊接系统，具备：

输出电路，其在等离子电极与母材之间流动设定频率的脉冲电流；

小孔尺寸检测部，其检测形成于所述母材的小孔的尺寸；和

频率算出电路，其基于由所述小孔尺寸检测部检测出的所述小孔的尺寸的变化，算出所述设定频率。

2.根据权利要求1所述的等离子小孔焊接系统，其中，

所述等离子小孔焊接系统还具备电压检测电路，该电压检测电路检测所述等离子电极与所述母材之间的焊接电压，

所述小孔尺寸检测部包括低通滤波器，该低通滤波器仅使由所述电压检测电路检测出的所述焊接电压的低频分量通过，

所述频率算出电路基于所述低通滤波器的输出电压值来算出所述设定频率。

3.根据权利要求2所述的等离子小孔焊接系统，其中，

所述等离子小孔焊接系统还具备基准电压值存储部，该基准电压值存储部将所述低通滤波器的输出电压值作为基准电压值进行存储，

所述频率算出电路在电压差为正的情况下按照频率差为0以上的方式算出所述设定频率，并且在所述电压差为负的情况下按照所述频率差为0以下的方式算出所述设定频率，

所述电压差是从所述低通滤波器的输出电压值中减去所述基准电压值后的值，

所述频率差是从所算出的所述设定频率中减去所述输出电压值为所述基准电压值时的所述设定频率后的值。

4.根据权利要求3所述的等离子小孔焊接系统，其中，

所述基准电压值存储部将在所述小孔贯通了的时刻以后所述低通滤波器的输出电压值稳定之时的所述输出电压值作为所述基准电压值进行存储。

5.根据权利要求3或4所述的等离子小孔焊接系统，其中，

所述等离子小孔焊接系统还具备确认辅助部，该确认辅助部基于所述小孔的尺寸来求出辅助信息，

所述辅助信息是用于对形成于所述母材的焊道的确认进行辅助的信息，

所述确认辅助部包括报知部，该报知部报知所述辅助信息。

6.根据权利要求5所述的等离子小孔焊接系统，其中，

所述等离子小孔焊接系统还具备阈值存储部，该阈值存储部存储阈值，

所述确认辅助部包括比较电路，该比较电路比较表示所述小孔的尺寸的变动的变动参数和所述阈值。

7.根据权利要求6所述的等离子小孔焊接系统，其中，

在由所述比较电路判断出所述变动参数超过了所述阈值的情况下，所述报知部报知所述辅助信息。

8.根据权利要求6所述的等离子小孔焊接系统，其中，

所述辅助信息具有确认地方信息，该确认地方信息表示形成于所述母材的焊道中的应该确认的地方，

所述确认辅助部包括运算电路，该运算电路基于所述小孔的尺寸的变化来求出所述确认地方信息，

所述报知部报知由所述运算电路求出的所述确认地方信息。

9.根据权利要求8所述的等离子小孔焊接系统，其中，

所述辅助信息具有确认范围信息，该确认范围信息指示形成于所述母材的焊道中的应该确认的范围，

所述运算电路基于所述小孔的尺寸的变化来求出所述确认范围信息，

所述报知部报知由所述运算电路求出的所述确认范围信息。

10.根据权利要求6～9任一项所述的等离子小孔焊接系统，其中，

所述变动参数是所述电压差。

11.根据权利要求6～9任一项所述的等离子小孔焊接系统，其中，

所述报知部利用声音或者光来报知所述辅助信息。

12.一种等离子小孔焊接方法，包括：

利用等离子电极与母材之间的电弧来使小孔贯通的工序；和

在所述小孔贯通之后，在所述等离子电极与所述母材之间流动设定频率的脉冲电流并且进行稳定焊接的工序，

进行所述稳定焊接的工序包括：

检测形成于所述母材的小孔的尺寸的工序；和

基于所述小孔的尺寸的变化来算出所述设定频率的工序。

13.根据权利要求12所述的等离子小孔焊接方法，其中，

所述等离子小孔焊接方法还包括检测所述等离子电极与所述母材之间的焊接电压的工序，

检测所述小孔的尺寸的工序包括利用低通滤波器仅使所述焊接电压的低频分量通过的工序，

在算出所述设定频率的工序中，基于所述低通滤波器的输出电压值来算出所述设定频率。

14.根据权利要求13所述的等离子小孔焊接方法，其中，

所述等离子小孔焊接方法还包括将所述低通滤波器的输出电压值作为基准电压值而存储于基准电压值存储部的工序，

在算出所述设定频率的工序中，在电压差为正的情况下按照频率差为0以上的方式算出所述设定频率，并且在所述电压差为负的情况下按照所述频率差为0以下的方式算出所述设定频率，

所述电压差是从所述低通滤波器的输出电压值中减去所述基准电压值后的值，

所述频率差是从所算出的所述设定频率中减去所述输出电压值为所述基准电压值时的所述设定频率后的值。

15.根据权利要求14所述的等离子小孔焊接方法，其中，

在算出所述设定频率的工序中，将在所述小孔贯通了的时刻以后所述低通滤波器的输出电压值稳定之时的所述输出电压值用作所述基准电压值。

16.根据权利要求14或15所述的等离子小孔焊接方法，其中，

所述等离子小孔焊接方法包括：

基于所述小孔的尺寸来求出辅助信息的工序，该辅助信息用于对形成于所述母材的焊道的确认进行辅助；和

报知所述辅助信息的工序。

17.根据权利要求16所述的等离子小孔焊接方法，其中，

在求出所述辅助信息的工序中，比较表示所述小孔的尺寸的变动的变动参数和阈值。

18.根据权利要求17所述的等离子小孔焊接方法，其中，

在所述比较的工序中判断出所述变动参数超过了所述阈值的情况下，进行所述报知的工序。

19.根据权利要求17所述的等离子小孔焊接方法，其中，

所述辅助信息具有确认地方信息，该确认地方信息表示形成于所述母材的焊道中的应该确认的地方，

求出所述辅助信息的工序包括基于所述小孔的尺寸的变化来求出所述确认地方信息的工序，

在所述报知的工序中，报知所述确认地方信息。

20.根据权利要求19所述的等离子小孔焊接方法，其中，

所述辅助信息具有确认范围信息，该确认范围信息指示形成于所述母材的焊道中的应该确认的范围，

在求出所述确认地方信息的工序中，基于所述小孔的尺寸的变化来求出所述确认范围信息，

在所述报知的工序中，报知所述确认范围信息。

21.根据权利要求17～20任一项所述的等离子小孔焊接方法，其中，

所述变动参数是所述电压差。

22.根据权利要求17～20任一项所述的等离子小孔焊接方法，其中，

在所述报知的工序中，利用声音或者光来报知所述辅助信息。