CN110267763B - 焊炬和焊接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方面提供一种焊炬。上述焊炬包括传感器部、焊接信息获取部和通信部。上述传感器部检测上述焊炬的行进方向信息和上述焊炬的姿态信息。上述焊接信息获取部获取与上述传感器部检测出的上述行进方向信息和上述姿态信息相适合的焊接信息。上述通信部将上述焊接信息获取部获取的上述焊接信息发送至对上述焊炬供给电力的焊接电源装置。

Description

焊炬和焊接系统
技术领域
本发明涉及焊炬和焊接系统。
背景技术
已知通过从焊接电源装置供给的电力而在焊炬与被加工物之间产生电弧来进行焊接的电弧焊。在半自动式的电弧焊的情况下，作业者握持焊炬，使焊炬的前端靠近被加工物而进行焊接。
发明内容
例如在半自动式的电弧焊中，焊接状态因焊炬的姿态而改变。在使焊炬向焊接行进方向倾斜地进行焊接的方法即后退法的情况下，形成熔深较深、余高较高且宽度较窄的焊道。另一方面，在使焊炬向与焊接行进方向相反的方向倾斜地进行焊接的方法即前进法的情况下，形成熔深较浅、余高较低且宽度较宽的焊道。不使焊炬相对于焊接行进方向倾斜的情况下，成为前进法与后退法之间的焊道状态。作业者根据被加工物W的板厚等条件，在维持焊炬的倾斜的状态下进行焊接。但是，取决于作业者的熟练度，在维持焊炬的倾斜的状态下使焊炬持续移动是困难的，存在焊炬的倾斜在焊接的途中变化的情况。因为焊炬的倾斜变化时焊接状态变化，所以焊接的质量降低。特别是前进法中焊炬的倾斜过大时较多发生飞溅，焊接的质量进一步降低。
本发明是基于上述情况得出的，其目的之一在于提供一种能够抑制焊接的质量降低的焊炬和具有该焊炬的焊接系统。
本申请的第一方面提供一种焊炬。上述焊炬包括传感器部、焊接信息获取部和通信部。上述传感器部检测上述焊炬的行进方向信息和上述焊炬的姿态信息。上述焊接信息获取部获取与上述传感器部检测出的上述行进方向信息和上述姿态信息相适合的焊接信息。上述通信部将上述焊接信息获取部获取的上述焊接信息发送至对上述焊炬供给电力的焊接电源装置。
本申请的第二方面提供一种焊接系统。上述焊接系统包括本申请的第一方面提供的焊炬和上述焊接电源装置。
“行进方向信息”指的是表示焊炬的焊接行进方向的信息，例如包括焊炬的前端部分的速度矢量和3轴的各轴向的速度等。“姿态信息”指的是表示焊炬的姿态的信息，例如包括以重力方向为基准的、焊炬的前端部分的中心轴的方向矢量(姿态矢量)等。“焊接信息”指的是用于控制焊接电源装置输出的焊接电力的参数值。例如，焊接电源装置进行直流输出的情况下，焊接电流设定值、焊接电压设定值、短路时的电流上升变化速度等与焊接信息相当。另外，焊接电源装置进行脉冲输出的情况下，脉冲的基础电流设定值、峰值电流设定值、低电平期间、高电平期间、脉冲频率、脉冲的占空比、脉冲的上升和下降的倾斜等与焊接信息相当，焊接电源装置进行交流输出的情况下，交流频率、使焊炬成为正的时间的比例等与焊接信息相当。“焊炬角度”是表示焊炬的倾斜的角度，包括表示相对于焊接行进方向的朝向的信息。例如，是焊炬的前端部分的中心轴相对于铅垂上方的倾角，包括表示相对于焊接行进方向的朝向的信息，或者包括所谓前进角、后退角等。
本公开的其他特征和优点将通过参考附图在以下进行的详细说明而进一步说明。
附图说明
图1A是表示第一实施方式的焊接系统的整体结构的概要图。
图1B是表示第一实施方式的焊接系统的功能结构的框图。
图2A是第一实施方式的焊炬的一例的外观的正面图。
图2B是第一实施方式的焊炬的一例的外观的平面图。
图3是用于说明焊炬的焊炬角度与前进角和后退角的关系的图。
图4是用于说明焊炬角度的图。
图5是用于说明焊接信息的设定处理的流程图。
图6A-C示出了与焊炬角度θ相应地变更了各焊接信息的情况下的输出电流波形。
图7A-C示出了与焊炬角度θ相应地变更了各焊接信息的情况下的输出电流波形。
图8A是表示设定与焊炬角度θ对应的各焊接信息的值的表的一例的图。
图8B示出了与焊炬角度θ和图8A所示的表相应地变更了各焊接信息的情况下的输出电流波形。
图9A-B示出了与焊炬角度θ相应地变更了各焊接信息的情况下的输出电流波形。
图10是表示第二实施方式的焊接系统的功能结构的框图。
具体实施方式
以下，参考附图具体地说明本发明的实施方式。
图1A-B是用于说明第一实施方式的焊接系统A1的图。图1A是表示焊接系统A1的整体结构的概要图。图1B是表示焊接系统A1的功能结构的框图。
如图1所示，焊接系统A1包括焊接电源装置1、焊丝供给装置2、焊炬3、电源线缆41、42、输电线5、信号线8、气体罐6和气体配管7。焊接电源装置1的一个输出端子经由电源线缆41与焊炬3连接。焊丝供给装置2将焊丝电极对焊炬3送出，使焊丝电极的前端从焊炬3的前端突出。在配置于焊炬3的前端的导电嘴处，电源线缆41与焊丝电极电连接。焊接电源装置1的另一个输出端子经由电源线缆42与被加工物W连接。焊接电源装置1在从焊炬3的前端突出的焊丝电极的前端与被加工物W之间产生电弧，对电弧供电。焊接系统A1通过该电弧的热进行被加工物W的焊接。
焊接系统A1在焊接时使用保护气体。气体罐6的保护气体被通过焊丝供给装置2的气体配管7供给至焊炬3的前端。从焊接电源装置1向焊丝供给装置2经由输电线5供给用于驱动供给电动机等的电力(例如DC24V)。另外，焊接电源装置1与焊丝供给装置2经由信号线8进行通信。另外，焊接系统A1可以使冷却水循环于焊炬3。
焊接电源装置1对焊炬3供给用于电弧焊的电力。焊接电源装置1将从电力系统P输入的三相交流电力转换为适合电弧焊的电力并将其输出。另外，焊接电源装置1将从电力系统P输入的三相交流电力转换为用于驱动焊丝供给装置2的供给电动机等的直流电力，并经由输电线5对焊丝供给装置2输出。
焊接电源装置1被控制成适合于焊接信息地输出电力，焊接信息与未图示的操作部的操作相应地被变更。另外，焊接电源装置1与经由信号线8从焊炬3输入的信号相应地变更焊接信息。
焊丝供给装置2将焊丝电极对焊炬3送出。焊丝电极通过焊炬线缆39和设置在焊炬3的内部的衬套的内部，被引导至焊炬3的前端。焊丝供给装置2通过经由输电线5从焊接电源装置1供给的电力，来驱动供给电动机等。另外，该电力也从焊丝供给装置2经由设置在焊炬线缆39内部的输电线(未图示)对焊炬3供给。焊丝供给装置2经由信号线8与焊接电源装置1进行通信。另外，焊丝供给装置2经由设置在焊炬线缆39内部的信号线(未图示)与焊炬3进行通信。焊炬3与焊接电源装置1经由焊丝供给装置2进行通信。
焊丝供给装置2与焊炬3通过焊炬线缆39连接。焊炬线缆39是与焊炬3的根端连接的线缆，在线缆内部配置有电源线缆41、气体配管7、衬套、输电线和信号线。
连接器21是用于将焊炬3与焊丝供给装置2连接的连接用端子。例如，连接器21是凹型的连接用端子，通过将在焊炬3的焊炬线缆39的一端所具有的凸型的焊炬插头(未图示)插入，来将焊炬3与焊丝供给装置2连接。焊丝供给装置2的内部的电源线缆41、气体配管7、衬套、输电线5和信号线8经由该连接器21分别与焊炬线缆39的内部的电源线缆41、气体配管7、衬套、输电线和信号线连接。
焊炬3通过从焊接电源装置1供给的焊接电力进行被加工物W的焊接。焊炬3具有通信部31、显示部32、操作部33、存储部34、传感器部35和控制部36作为功能模块。
通信部31用于与焊丝供给装置2之间进行通信。通信部31将从控制部36输入的信号经由焊炬线缆39内部的信号线发送至焊丝供给制装置2。另外，通信部31接收经由焊炬线缆39内部的信号线从焊丝供给装置2输入的信号，并将其输出至控制部36。作为通信的标准，例如使用CAN(Controller Area Network)。
显示部32进行各种显示，例如具备作为液晶显示装置的显示器321(后述)。显示部32被控制部36控制，进行存储部34中存储的焊接信息的显示。
操作部33具有多个操作单元，将作业者进行的各操作单元的操作作为操作信号对控制部36输出。作为操作单元，如后所述有焊炬开关331和操作按钮332。另外，也可以在操作部33中设置其他操作单元。
存储部34存储焊接信息的各设定值和总焊接时间等信息。
传感器部35具有多个传感器，将各传感器的检测值对控制部36输出。本实施方式中，传感器部35具有后述的加速度传感器351和陀螺仪传感器352。另外，传感器部35也可以具有其他传感器。
控制部36进行焊炬3的控制，例如是用微型计算机等实现的。控制部36按照从操作部33输入的操作信号进行规定的处理。另外，控制部36控制通信部31进行的通信、和存储部34的信息的写入和读取、以及显示部32上的显示。另外，控制部36基于从传感器部35输入的检测值来进行规定的运算，将运算结果用于处理。具体而言，控制部36基于加速度传感器351检测出的检测值、和陀螺仪传感器352检测出的检测值，运算焊炬3的焊炬角度(后述)，进行适合于该焊炬角度的焊接信息的设定。对于适合于速度信息的焊接信息的设定处理的详情在后文中叙述。
图2A-B是表示焊炬3的一例的外观的图。图2A是正面图，图2B是平面图。如图2A-B所示，焊炬3具有焊炬主体37、握柄38、控制电路板381、焊炬开关331、操作按钮332、显示器321、加速度传感器351、陀螺仪传感器352和焊炬线缆39。
焊炬主体37是金属制的筒状的部件，在内部配置有插通了焊接线缆的衬套、电源线缆41和气体配管7。在焊炬主体37的前端安装有焊嘴371。焊炬主体37为了使作业者易于将焊嘴371朝向被加工物W而具有弯曲部分。
握柄38是作业者握持用的部位，保持焊炬主体37的根端部。作业者握持该握柄38来进行焊接作业。在握柄38上配置有焊炬开关331、操作按钮332和显示器321。另外，在握柄38的内部配置有控制电路板381。在控制电路板381上搭载有构成通信部31、显示部32、操作部33、存储部34、传感器部35和控制部36的电路。
焊炬开关331是用于接受焊接的开始/停止操作的操作单元，配置在握持了握柄38的作业者易于用食指进行按动操作的位置。通过焊炬开关331的ON操作(按下)，对控制部36输出操作信号，通过对焊接电源装置1输入该操作信号，焊接电源装置1进行焊接电力的输出。通过解除ON操作，焊接电源装置1使焊接电力的输出停止。即，仅在按下焊炬开关331的期间进行焊接。
显示器321进行各种显示，为了使握持握柄38进行焊接作业的作业者易于观看画面，而配置在握柄38的与焊炬开关331相反的一侧。
操作按钮332是用于进行画面的切换和变更各种设定值的操作的操作单元，配置在握柄38的与显示器321相同的一侧的、握柄38的握持部分与显示器321之间。操作按钮332由上按钮332a、下按钮332b、左按钮332c和右按钮332d构成。各按钮332a～332d被按下时，对控制部36输出对应的操作信号，控制部36进行对应的处理。左按钮332c和右按钮332d是用于切换显示器321上显示的画面的操作单元。上按钮332a和下按钮332b是用于变更显示器321上显示的设定值的操作单元。
检测各操作按钮332的按下的传感器搭载在控制电路板381上。另外，显示器321配置在同一控制电路板381上。本实施方式中，为了使作业者易于在观看显示器321的显示画面的同时进行各操作按钮332的操作，而使显示器321的显示画面相对于控制电路板381具有规定的角度。另外，显示器321也可以配置为显示画面与控制电路板381平行。在控制电路板381上也搭载了作为控制部36的微型计算机、作为存储部34的存储器、作为通信部31的通信模块、和各种电子部件。加速度传感器351和陀螺仪传感器352也搭载在控制电路板381上。
加速度传感器351是3轴的加速度传感器，检测各轴向的加速度，并将检测值对控制部36输出。陀螺仪传感器352是3轴的陀螺仪传感器，检测绕各轴的角速度，并将检测值对控制部36输出。控制部36基于从传感器部35的加速度传感器351和陀螺仪传感器352输入的检测值，运算焊炬3的焊炬角度。
陀螺仪传感器352检测绕设定于自身的彼此正交的3个轴的各轴的角速度。控制部36通过对这些角速度进行积分而计算绕各轴的旋转角。然后，基于绕各轴的旋转角，运算各轴向的加速度。进而，通过从运算得到的各加速度减去以焊嘴371的前端部分为中心的因陀螺仪传感器352的旋转运动而产生的加速度的要素，来运算焊嘴371的前端部分处的3轴向的各加速度。控制部36通过对从焊嘴371的前端部分处的各轴向的加速度减去重力加速度的要素得到的加速度(因焊嘴371的前端部分的移动而产生的加速度)进行积分而运算各轴向的速度。该运算得到的3轴的各轴向的速度(即速度矢量)相当于“行进方向信息”的一例。另外，控制部36根据焊嘴371的前端部分处的3轴向的各加速度，运算以重力方向为基准的焊炬3的姿态、更具体而言是焊炬3的焊嘴371的中心轴的姿态矢量。该运算得到的姿态矢量相当于“姿态信息”的一例。加速度传感器351检测在自身中设定的彼此正交的3个轴的各轴向的加速度。控制部36将这些加速度用于陀螺仪传感器352的各轴向的加速度的修正。本实施方式中，加速度传感器351、陀螺仪传感器352和控制部36的一部分相当于“传感器部”的一例。然后，控制部36根据速度矢量和姿态矢量来运算焊炬角度。对于焊炬角度的运算在后文中叙述。
另外，控制部36对速度矢量和姿态矢量的运算方法并不限定。例如，控制部36对速度矢量和姿态矢量的运算方法包括不使用加速度传感器351、而是仅根据陀螺仪传感器352得到的检测值来运算。另外，例如，控制部36对速度矢量和姿态矢量的运算方法包括不使用陀螺仪传感器352、而是仅根据加速度传感器351得到的检测值来运算。
另外，焊炬3的外观不限定于以上所说明的。例如，焊炬开关331、操作按钮332和显示器321的配置场所和形状并不限定。另外，本实施方式中，示出了操作按钮332是4个独立的按钮的情况，但也可以是1个十字按钮。另外，按钮的数量也不限定。
接着，对于焊炬角度的运算和适合于焊炬角度的焊接信息的设定处理进行说明。
在后退法中，焊炬3的焊嘴371的中心轴相对于铅垂上方的倾角被称为后退角，在前进法中，焊炬3的焊嘴371的中心轴相对于铅垂上方的倾角被称为前进角。本申请说明书等中，将对于焊炬3的焊嘴371的中心轴相对于铅垂上方的倾角、在向焊接行进方向倾斜的情况下用正值、在向与行进方向相反的方向倾斜的情况下用负值表示的角度作为“焊炬角度”。即，焊炬角度在正值的情况下表示后退角，在负值的情况下表示前进角。图3所示的焊炬3b示出了焊嘴371的中心轴与铅垂上方一致的情况、即焊炬角度是0°的情况。焊炬3c示出了焊嘴371的中心轴向焊接行进方向(图中的粗线箭头的方向)倾斜的情况、即是用后退法进行的焊接、焊炬角度是正值的情况(后退角)。焊炬3a示出了焊嘴371的中心轴向与焊接行进方向(图中的粗线箭头的方向)相反的方向倾斜的情况、即是用前进法进行的焊接、焊炬角度是负值的情况(前进角)。
焊炬角度在规定范围内的情况下焊接状态不会大幅地变化，但在焊炬角度变得比规定范围更大的情况(后退角过大)、和焊炬角度变得比规定范围更小的情况(前进角过大)下，焊接状态大幅地变化。本实施方式中，焊炬3通过检测焊炬角度并与检测出的焊炬角度相适合地、自动地变更焊接电压，而抑制焊接状态的变化。特别是，在焊炬角度变得比规定范围更小的情况(前进角过大)下，通过提高焊接电压而抑制飞溅的发生。
控制部36基于从加速度传感器351和陀螺仪传感器352输入的检测值，运算速度矢量和姿态矢量，基于速度矢量和姿态矢量运算焊炬角度。使姿态矢量投影在由铅垂方向和速度矢量规定的平面上得到的矢量与铅垂上方所成的角度是焊炬角度。
图4是用于说明焊炬角度的图。该图所示的矢量A是速度矢量，示出了焊接行进方向。z轴表示铅垂上方，以由z轴和x轴规定的xz平面与速度矢量(矢量A)平行的方式设定x轴。使x轴的方向与矢量A的方向一致。y轴与z轴和x轴正交。矢量B是姿态矢量，示出了焊炬3的焊嘴371的中心轴的方向(从前端朝向根端的方向)。矢量C是将姿态矢量(矢量B)投影在xz平面上得到的矢量。z轴与矢量C所成的角度θ是焊炬角度。矢量C是与x轴的方向相反的方向的情况下，角度θ是负值(前进角)。
另外，运算焊炬角度的方法并不限定。例如，运算焊炬角度的方法包括根据速度矢量(矢量A)和姿态矢量(矢量B)(根据两个矢量所成的角度是钝角还是锐角)判断是前进角还是后退角、简易地运算出姿态矢量(矢量B)与铅垂上方(z轴)所成的角度作为焊炬角度。
控制部36读取存储部34中存储的焊接电压设定值并将其作为基准电压值。对于焊接电压设定值，接收用焊接电源装置1设定的值，并将其存储在存储部34中。控制部36在计算出的焊炬角度θ在规定范围内的情况下，将基准电压值作为焊接电压设定值。规定范围作为焊接状态不会大幅变化的范围被预先设定。本实施方式中，例如将-10°～10°设定为规定范围。另外，这是一例，如何设定规定范围并不限定。对于规定范围，与被加工物W的板厚和材质、焊丝电极的材质、直径、供给速度等相应地设定，在焊接开始时通过设定这些信息而自动地设定。图3所示的焊炬3b的情况下，因为焊炬角度θ是0°、在规定范围内，所以对焊接电压设定值设定基准电压值。
另外，控制部36在运算得到的焊炬角度θ是比规定范围小的角度的情况(前进角过大)下，将对基准电压值加上规定值α得到的值作为焊接电压设定值。图3所示的焊炬3a的情况下，因为焊炬角度θ比-10°更小，所以对焊接电压设定值设定在基准电压值上加上规定值α得到的值。另一方面，在运算得到的焊炬角度θ是比规定范围更大的角度的情况(后退角过大)下，将从基准电压值减去规定值β得到的值作为焊接电压设定值。图3所示的焊炬3c的情况下，因为焊炬角度θ比10°更大，所以对焊接电压设定值设定从基准电压值减去规定值β得到的值。对于规定值α和规定值β，与基准电压值相应地预先设定。例如，本实施方式中，基准电压值是20V的情况下，将规定值α和规定值β设定为0.5V。从而，焊炬角度θ是规定范围的情况(-10≤θ≤10)下，焊接电压设定值是基准电压值即20V，焊炬角度θ比规定范围更小的情况(θ<-10)下，焊接电压设定值是对基准电压值加上规定值α得到的20.5V，焊炬角度θ比规定范围更大的情况(θ>10)下，焊接电压设定值是从基准电压值减去规定值β得到的19.5V。另外，这是规定值α和规定值β的一例，并不限定于此。规定值α和规定值β可以是相同的值，也可以是不同的值。另外，也可以不是对规定值进行加减，而是乘以作为比例的规定值(例如更小的情况下乘以1.025，更大的情况下乘以0.975)。本实施方式中，控制部36相当于“焊接信息获取部”的一例。
控制部36将焊接电压设定值输出至通信部31，并发送至焊接电源装置1。从通信部31发送来的焊接电压设定值被焊接电源装置1接收并设定。焊接电源装置1进行控制以使得输出电压成为设定的焊接电压设定值。由此，焊接电源装置1的输出电压被控制为适合于焊炬角度θ的电压。另外，控制部36也可以不是从通信部31对焊接电源装置1发送焊接电压设定值自身，而是发送用于使在焊接电源装置1中设定的焊接电压设定值增加规定值α(或者减少规定值β)的信号。
另外，本实施方式中，在显示器321上显示基于焊炬角度θ的信息。具体而言，控制部36将通过运算计算出的焊炬角度θ输出至显示部32。显示部32在显示器321上显示基于输入的焊炬角度θ的信息。另外，可以直接显示焊炬角度θ，也可以显示焊炬角度θ是规定范围、还是更小、还是更大。另外，也可以显示焊炬的图画、用动画显示前进角(后退角)超过了规定范围。作业者通过观看显示器321，能够得知焊炬3的焊炬角度θ超过了规定范围，所以能够以成为适当的角度的方式使焊炬3的姿态变化。另外，作业者能够切换显示器321的画面而显示当前设定的焊接电压设定值，也能够手动地改变该焊接电压设定值。例如，在焊接中观察焊接状态，在想要略微使电压增大(减小)的情况下，能够通过按下左按钮332c或右按钮332d来切换显示器321上显示的画面而显示“焊接电压设定”画面，通过按下上按钮332a(下按钮332b)而使焊接电压设定值增大(减小)。
存在因作业者不熟练的情况或被加工物W的关系，焊炬角度θ变得过大(小)的情况。该情况下，即使如上所述地与焊炬角度θ相适合地变更焊接电压设定值，焊接的质量也会降低。本实施方式中，在焊炬角度θ变得过大(小)的情况下在显示器321上显示警告。具体而言，控制部36在焊炬角度θ变得过大的情况(例如超过了20°的情况)和焊炬角度θ变得过小的情况(例如变得不足-20°的情况)下，对显示部32输出显示警告的指示。另外，用于判定焊炬角度θ变得过大(小)的阈值并不限定。从控制部36输入了指示的显示部32在显示器321上显示规定的警告文字(例如“焊炬的后退角过大”、“焊炬的前进角过大”)。另外，警告的通知不限定于在显示器321上显示的情况。例如，也可以用声音或蜂鸣音通知警告。作业者能够通过警告察觉到焊炬角度θ变得过大(小)，而以成为适当的角度的方式使焊炬3的姿态变化。
另外，焊炬角度θ的变化剧烈的情况下，存在发生焊接缺陷的情况。本实施方式中，在焊炬角度θ发生了急剧变化的情况下，也在显示器321上显示警告。具体而言，控制部36运算规定时间中的焊炬角度θ的变化量Δθ，在变化量Δθ的绝对值超过了规定值的情况(焊炬角度θ发生了急剧变化的情况)下，对显示部32输出显示警告的指示。本实施方式中，例如在1秒间变化10°以上的情况下进行警告，但不限定于此。从控制部36输入了指示的显示部32在显示器321上显示规定的警告文字(例如“请注意焊接缺陷。”)。作业者能够通过警告而得知存在发生了焊接缺陷的可能性，能够察觉到焊接缺陷。
图5是用于说明控制部36进行的焊接信息的设定处理的流程图。该处理在焊接作业时(焊炬开关331被按下的期间)，以规定的时间间隔反复执行。
首先，从存储部34读取焊接电压设定值作为基准电压值V(S1)。接着，检测加速度信息和角速度信息(S2)，运算焊炬角度θ(S3)。具体而言，控制部36获取加速度传感器351检测出的3轴的加速度检测值和陀螺仪传感器352检测出的3轴的角速度检测值，使用这些检测值通过规定的运算计算出焊炬角度θ。
接着，基于焊炬角度θ设定焊接电压设定值V＇(S4～S8)。首先，判别焊炬角度θ是否不足-10°(S4)。焊炬角度θ不足-10°的情况下(S4：是)，将对基准电压值V加上规定值α得到的值设定为焊接电压设定值V＇(S5)。焊炬角度θ在-10°以上的情况下(S4：否)，判别焊炬角度θ是否在10°以下(S6)。焊炬角度θ在10°以下的情况下(S6：是)，认为焊炬角度θ是规定范围，将基准电压值V设定为焊接电压设定值V＇(S7)。焊炬角度θ比10°更大的情况下(S6：否)，将从基准电压值V减去规定值β得到的值设定为焊接电压设定值V＇(S8)。
接着，将焊接电压设定值V＇发送至焊接电源装置1(S9)。具体而言，控制部36将焊接电压设定值V＇对通信部31输出。通信部31将焊接电压设定值V＇发送至焊接电源装置1。焊接电源装置1接收焊接电压设定值V＇并设定，对输出电压以成为设定的焊接电压设定值V＇的方式进行控制。由此，焊接电源装置1的输出电压被控制为适合于焊炬角度θ的电压。
接着，在显示器321上显示基于焊炬角度θ的信息(S10)。具体而言，控制部36将焊炬角度θ对显示部32输出。显示部32在显示器321上显示基于输入的焊炬角度θ的信息。
接着，判别焊炬角度θ是否不足-20°(S11)。焊炬角度θ不足-20°的情况下(S11：是)，判断为焊炬角度θ过小，显示警告(S15)，结束处理。具体而言，控制部36对显示部32输出显示警告的指示。输入了该指示的显示部32在显示器321上显示规定的警告文字。另一方面，焊炬角度θ在-20°以上的情况下(S11：否)，判别焊炬角度θ是否比20°更大(S12)。焊炬角度θ比20°更大的情况下(S12：是)，判断为焊炬角度θ过大，显示警告(S15)，结束处理。另一方面，焊炬角度θ在20°以下的情况下(S12：否)，前进至步骤S13。
接着，运算焊炬角度θ的变化量Δθ(S13)。具体而言，控制部36根据本次运算得到的焊炬角度θ与上一次运算得到的焊炬角度θ的差，运算变化量Δθ。然后，判别变化量Δθ的绝对值是否在规定值Δθ0以下(S14)。变化量Δθ的绝对值在规定值Δθ0以下的情况下(S14：是)，结束处理。另一方面，变化量Δθ的绝对值比规定值Δθ0更大的情况下(S14：否)，判断为焊炬角度θ的变化过大，显示警告(S15)，结束处理。
另外，图4的流程图所示的处理是一例，控制部36进行的焊接信息的设定处理不限定于上述的。例如，用于警告显示的处理(S11～S15)也可以在与设定焊接信息的处理(S1～S10)不同的时机(例如进行了规定次数的S1～S10时等)执行。
接着，对于焊炬3的作用效果进行说明。
根据本实施方式，控制部36基于从加速度传感器351和陀螺仪传感器352输入的检测值，运算焊炬角度θ，与计算出的焊炬角度θ相应地变更焊接电压设定值(也包括不变更的情况)。焊接电压设定值被经由通信部31发送，并设定在焊接电源装置1中。焊接电源装置1对于输出电压以成为设定的焊接电压设定值的方式进行控制。由此，焊接电源装置1的输出电压被控制为适合于焊炬3的焊炬角度θ的电压。从而，即使焊炬3的焊炬角度θ在焊接的中途变化，也能够抑制焊接的质量降低。
另外，根据本实施方式，在显示器321上显示基于焊炬角度θ的信息。由此，作业者通过观看显示器321能够得知焊炬3的焊炬角度θ超过了规定范围，所以能够以成为适当的角度的方式使焊炬3的姿态变化。另外，作业者根据焊接状态和焊炬角度θ判断，想要略微使电压增大(减小)的情况下，也能够手动地变更焊接电压设定值。
另外，根据本实施方式，控制部36在焊炬角度θ变得过大(小)的情况下，在显示部32上显示警告。由此，作业者能够察觉到焊炬角度θ变得过大(小)，而以成为适当的角度的方式使焊炬3的姿态变化。另外，控制部36运算焊炬角度θ的变化量Δθ，在变化量Δθ的绝对值超过规定值Δθ0的情况(焊炬角度θ发生了急剧变化的情况)下，在显示部32上显示警告。由此，作业者能够通过警告得知存在发生了焊接缺陷的可能性，能够察觉到焊接缺陷。
另外，本实施方式中，说明了控制部36根据加速度传感器351和陀螺仪传感器352检测出的检测值运算速度矢量和姿态矢量，基于速度矢量和姿态矢量运算焊炬角度θ的情况，但不限于此。也可以根据加速度传感器351和陀螺仪传感器352检测出的检测值，运算表示焊接行进方向的信息(行进方向信息)、和表示焊炬3的姿态的信息(姿态信息)，基于它们运算焊炬角度θ。另外，也可以不运算焊炬角度θ，基于表示焊接行进方向的信息和表示焊炬3的姿态的信息，变更焊接电压设定值。另外，表示焊接行进方向的信息(行进方向信息)或表示焊炬3的姿态的信息(姿态信息)也可以根据加速度传感器351或陀螺仪传感器352以外的传感器检测出的检测值运算。例如，也可以在焊炬3中具备用于检测位置的传感器，根据焊炬3的位置的变化，运算表示焊接行进方向的信息(行进方向信息)。
本实施方式中，判别焊炬角度θ属于-10≤θ≤10(规定范围)、θ<-10(前进角过大)、θ>10(后退角过大)中的哪一个范围，但不限于此。例如，也可以在各范围的边界区间设置具有迟滞特性的区间(依赖于过去的焊炬角度θ地变更焊接电压设定值的区间)。例如，设为θ<-15(前进角过大)、-15≤θ≤-5(迟滞区间)、-5≤θ≤5(规定范围)、5<θ≤15(迟滞区间)、θ>15(后退角过大)的情况下，焊炬角度θ从(前进角过大)范围进入(迟滞区间)时，使焊接电压设定值保持为对基准电压值加上规定值α得到的值，从(迟滞区间)进入(规定范围)时，将焊接电压设定值变更为基准电压值。另一方面，焊炬角度θ从(规定范围)进入(迟滞区间)时，使焊接电压设定值保持为基准电压值，从(迟滞区间)进入(后退角过大)范围时，将焊接电压设定值变更为从基准电压值减去规定值β得到的值。由此，能够防止焊炬角度θ在各范围的边界频繁地增减而引起的焊接电压设定值的频繁的切换。
另外，本实施方式中，将用于判别焊炬角度θ的范围划分设为3个范围，但不限于此，也可以是2个范围，也可以是4个以上范围。例如，可以是θ<-15(前进角过大)、-15≤θ<-10(前进角略大)、-10≤θ≤10(规定范围)、10<θ≤15(后退角略大)、θ>15(后退角过大)这5个范围。该情况下，能够按5个阶段切换焊接电压设定值。
另外，也可以使焊接电压设定值与焊炬角度θ相应地线性地变化。例如，基准电压值V、焊接电压设定值V＇的情况下，使a为规定的系数时，可以通过下述式(1)计算出焊接电压设定值V＇。该情况下，设a＝0.05时，θ＝0时V＇＝V，θ＝-10时V＇＝V+0.5，θ＝10时V＇＝V-0.5，能够使它们之间线性地变化。
V＇＝V-a·θ……(1)
本实施方式中，对于基于焊炬角度θ变更焊接电压设定值的情况进行了说明，但不限于此。也可以代替焊接电压设定值地变更焊接电流设定值。该情况下，焊炬角度θ越大，将焊接电流设定值设定为越小即可。另外，也可以变更短路时的电流的上升变化速度。该情况下，焊炬角度θ越大，将上升变化速度设定为越小即可。另外，变更的焊接信息可以是多种。另外，可以将与焊炬角度θ对应的各焊接信息的值作为表存储在存储部34中。
本实施方式中，对于焊接电源装置1的输出是直流输出的情况进行了说明，但不限于此。焊接电源装置1的输出也可以是脉冲电流输出。该情况下，焊炬角度θ越大，将脉冲的高电平的电流设定值(峰值电流设定值)设定为越小即可。图6A示出了与焊炬角度θ相应地变更了峰值电流设定值的情况下的输出电流波形。图中所示的虚线的波形是焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的波形，点划线的波形是焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的波形，实线的波形是焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的波形。另外，也可以是焊炬角度θ越大，将脉冲的低电平的电流设定值(基础电流设定值)设定为越小。
另外，也可以是焊炬角度θ越大，将脉冲的高电平期间设定为越短。图6B示出了与焊炬角度θ相应地变更了高电平期间的情况下的输出电流波形。图中所示的虚线的波形是焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的波形，点划线的波形是焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的波形，实线的波形是焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的波形。另外，也可以是焊炬角度θ越大，将脉冲的低电平期间设定为越长。图6C示出了与焊炬角度θ相应地变更了低电平期间的情况下的输出电流波形。图中所示的虚线的波形是焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的波形，点划线的波形是焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的波形，实线的波形是焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的波形。
另外，也可以是焊炬角度θ越大，将脉冲频率设定为越高。图7A示出了与焊炬角度θ相应地变更了脉冲频率的情况下的输出电流波形。图中所示的虚线的波形是焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的波形，点划线的波形是焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的波形，实线的波形是焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的波形。另外，也可以是焊炬角度θ越大，将脉冲的占空比设定为越小。图7B示出了与焊炬角度θ相应地变更了脉冲的占空比的情况下的输出电流波形。图中所示的虚线的波形是焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的波形，点划线的波形是焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的波形，实线的波形是焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的波形。
另外，也可以是焊炬角度θ越大，将脉冲的上升和下降的倾斜设定为越平缓。图7C示出了与焊炬角度θ相应地变更了脉冲的上升和下降的倾斜的情况下的输出电流波形。图中所示的虚线的波形是焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的波形，点划线的波形是焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的波形，实线的波形是焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的波形。
另外，变更的焊接信息也可以是多种。该情况下，将与焊炬角度θ对应的各焊接信息的值作为表存储在存储部34中即可。图8A是表示表的一例的图。在图8A所示的表中，存储了在焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的情况下从基础电流减去规定值I1[A]、以及从低电平期间减去规定值t1[ms](条件1)，在焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的情况下不变更基础电流和低电平期间(条件2)，在焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的情况下对基础电流加上规定值I2[A]、以及对低电平期间加上规定值t2[ms](条件3)。图8B示出了与焊炬角度θ和图8A所示的表相应地变更了基础电流设定值和低电平期间的情况下的输出电流波形。图中所示的虚线的波形是焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的波形，点划线的波形是焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的波形，实线的波形是焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的波形。焊炬角度θ越大，越是减小基础电流与峰值电流的差、延长低电平期间，由此减小供给的电力量。
另外，焊接电源装置1的输出也可以是交流电流输出。该情况下，例如，焊炬角度θ越大，将交流频率设定为越高即可。图9A示出了与焊炬角度θ相应地变更了交流频率的情况下的输出电流波形。图中所示的虚线的波形是焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的波形，点划线的波形是焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的波形，实线的波形是焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的波形。
另外，也可以是焊炬角度θ越大，将使焊炬3成为正的时间的比例设定为越小。焊接电源装置1是交流电流输出的情况下，使焊炬3成为正且使被加工物W成为负地流过电流的状态、和使焊炬3成为负且使被加工物W成为正地流过电流的状态交替地反复。其中，调整使焊炬3成为正的时间的比例。具体而言，在表示焊接电源装置1的输出交流电流的控制目标Iref的下述式(2)中，调整偏移量值x。其中，A是振幅，ω是角频率，φ是初始相位。越是减小偏移量值x，电流波形越是向负侧移动，使焊炬3成为负的时间的比例越小，使被加工物W成为正的时间的比例越大。使焊炬3成为正的时间的比例减小时，焊丝电极难以熔化。相反，越是增大偏移量值x，电流波形越是向正侧移动，使焊炬3成为正的时间的比例越大，使被加工物W成为正的时间的比例越小。使焊炬3成为正的时间的比例增大时，焊丝电极易于熔化。
Iref＝A·sin(ωt+φ)+x……(2)
图9B示出了与焊炬角度θ相应地变更了使焊炬3成为正的时间的比例的情况下的输出电流波形。图中所示的虚线的波形是焊炬角度θ为θ<-10(前进角过大)的波形，点划线的波形是焊炬角度θ为-10≤θ≤10(规定范围)的波形，实线的波形是焊炬角度θ为θ>10(后退角过大)的波形。
另外，以上是焊接信息的参数的一例。与焊炬角度θ相应地变更的焊接信息的参数不限定于如上所述。
本实施方式中，对于焊接电源装置1与焊丝供给装置2经由信号线8进行通信的情况进行了说明，但不限于此。例如，也可以在电源线缆41、42或输电线5中叠加信号进行通信，该情况下，可以不使用将焊接电源装置1与焊丝供给装置2连接的信号线8。
图10是表示第二实施方式的焊接系统A2的功能结构的框图。另外，图10中，对于与上述第一实施方式相同或类似的要素，附加了与上述第一实施方式相同的附图标记。
图10所示的焊接系统A2在焊炬3与焊接电源装置1进行无线通信这一点上，与第一实施方式的焊接系统A1不同。
通信部31经由天线进行信号的发送接收。通信部31对从控制部36输入的信号进行调制，并作为电磁波发送。另外，通信部31对天线接收的电磁波进行解调，并对控制部36输出。通信部31与焊接电源装置1的通信部11进行无线通信。
在第二实施方式中，也能够实现与第一实施方式同样的效果。
本说明书的焊炬和焊接系统不限定于上述实施方式。本说明书的焊炬和焊接系统的各部的具体结构可以自由地进行各种设计变更。

Claims (4)

1.一种焊炬，其特征在于，包括：
传感器部，其检测所述焊炬的行进方向信息和所述焊炬的姿态信息；
焊接信息获取部，其获取适合于所述传感器部检测出的所述行进方向信息和所述姿态信息的焊接信息；和
通信部，其将所述焊接信息获取部获取的所述焊接信息发送至对所述焊炬供电的焊接电源装置，
所述焊接信息获取部基于所述行进方向信息和所述姿态信息来计算焊炬角度，并基于计算出的所述焊炬角度，变更焊接电压设定值或焊接电流设定值，变更后的焊接电压设定值或焊接电流设定值为适合于计算出的所述焊炬角度的值。
2.如权利要求1所述的焊炬，其特征在于：
所述传感器部检测所述焊炬的前端部分的速度矢量作为所述行进方向信息，并检测所述焊炬的所述前端部分的轴向的姿态矢量作为所述姿态信息。
3.如权利要求1所述的焊炬，其特征在于：
所述焊接信息获取部判断所述焊炬角度属于多个范围中的哪一个范围，并基于与被判断为所述焊炬角度所属的范围相关联的值来获取所述焊接信息。
4.一种焊接系统，其特征在于，包括：
权利要求1～3中任一项所述的焊炬；和
所述焊接电源装置。
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