JP2008221307A - 溶接トーチ及びロボットアーク溶接のアークスタート方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価でマニピュレータの応答性に左右されずに良好なアークスタートを実現することができる溶接トーチ及びロボットアーク溶接のアークスタート方法を提供する。
【解決手段】溶接トーチ４が溶接開始位置に到着して停止して、ソレノイドコイル１４に電力が供給され、ソレノイドシャフト１３が下方向に移動してばね１５を圧縮する。そして、溶接ワイヤ１が被溶接物２へ前進送給されて、ワイヤ先端が被溶接物と短絡したことが判別されると、ソレノイドコイルに供給されていた電力を停止し、高い応答性によってソレノイドシャフトがばねによって押し上げられる。溶接ワイヤは被溶接物から引き離され、同時に、小電流値の初期電流が通電され、初期アークが発生する。その後、溶接ワイヤが定常送給されて、定常アークを発生する定常アーク発生状態へと移行する。この結果、良好なアークスタートを実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接ワイヤを被溶接物へ近づけて一旦接触させた後に、溶接ワイヤを被溶接物から引き離して初期アークを発生させ、再び溶接ワイヤを被溶接物へ近づけて定常のアークへと移行させるロボットアーク溶接のアークスタート制御方法に関する。

従来、消耗電極式のロボットアーク溶接において、ワイヤ先端と被溶接物との間で確実にアークを発生させ、かつスパッタの発生を低減する方法として、以下のアークスタート制御方法が提案されていた。即ち、消耗電極式のロボットアーク溶接において、ワイヤ送給モータを正回転させて溶接ワイヤを被溶接物へ前進送給する。そして、溶接ワイヤが被溶接物と短絡したことを判別すると、ワイヤ送給モータを逆回転させて溶接ワイヤを後退送給し、同時に小電流値の初期電流を通電する。この後退送給によって初期アークが発生すると、溶接ワイヤを定常の送給速度で再び前進送給し、同時に定常の溶接電流を通電してアークスタートさせる方法である（例えば、特許文献１参照。）。以下、この従来技術のアークスタート制御方法について図６及び図７を参照して説明する。

図６は、従来技術のロボットアーク溶接のアークスタート制御方法を説明するための溶接ワイヤの送給系統を示す模式図である。同図において、溶接トーチ４とワイヤ送給モータＷＭとがマニピュレータ（図示を省略）に搭載されていて、溶接ワイヤ１が、ワイヤ送給モータＷＭと直結した送給ロール５によって、溶接トーチ４を通って送給される。ワイヤ送給モータＷＭが正回転すると溶接ワイヤ１は被溶接物２へ前進送給し、逆回転すると被溶接物２から後退送給する。溶接電源装置ＰＳは、溶接トーチ４の先端に取り付けたコンタクトチップ６によって、溶接ワイヤ１に溶接電圧Ｖｗを給電する。

図７は、従来技術のロボットアーク溶接のアークスタート制御方法を説明するための図である。溶接開始信号が外部から溶接電源装置ＰＳ（図６参照）に入力されると、図７（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ１は被溶接物２へ初期送給速度で前進送給される。また、同時に、溶接ワイヤ１と被溶接物２との間に無負荷電圧が溶接電圧Ｖｗとして印加される。そして上記の前進送給によって、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗが徐々に短くなる。

次に、図７（Ｂ）に示すように、前進送給によってワイヤ先端１ａが被溶接物２と短絡したことが判別されると、溶接ワイヤ１は被溶接物２から後退送給される。同時に、小電流値の初期電流が通電される。

次に、図７（Ｃ）に示すように、後退送給によってワイヤ先端１ａと被溶接物２とが離れると、上記の初期電流が通電される初期アーク３ａが発生する。この初期アーク３ａが発生したことを判別して、予め定めた時間中は、同図（Ｄ）に示すように、上記の初期アーク発生状態を維持したままで後退送給を継続する。従って、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは、徐々に長くなる。

次に、上記の予め定めた時間経過後に、溶接ワイヤ１は定常の送給速度で被溶接物２へ再び前進送給される。同時に、上記の定常の送給速度に対応した大電流の定常の溶接電流が通電される。従って、図７（Ｄ）に示す初期アーク発生状態から同図（Ｅ）に示す定常アーク３ｂが発生する定常アーク発生状態へと移行する。
特開２００２−２０５１６９号公報

上述した従来技術のロボットアーク溶接のアークスタート制御方法においては、図７（Ｂ）に示したように、前進送給によってワイヤ先端１ａが被溶接物２と短絡したことが判別されると、溶接ワイヤ１は被溶接物２から後退送給される。同時に、小電流値の初期電流が通電される。そして、同図（Ｃ）に示すように、後退送給によってワイヤ先端１ａと被溶接物２とが離れると、上記の初期電流が通電される初期アーク３ａが発生する。この前進送給によってワイヤ先端１ａが被溶接物２と短絡した後に、溶接ワイヤ１は被溶接物２から後退送給されるときに、ワイヤ送給装置の送給性能には高い応答性が要求される。このために、通常、ワイヤ送給装置にサーボモータが使用されるが、このサーボモータやサーボドライバは高価である。

一方、溶接ワイヤ１を被溶接物２に近づけたり離したりするために、溶接ワイヤ１を前進送給したり後退送給する代わりに、溶接トーチ４をロボットのマニピュレータの先端に取り付けて、マニピュレータを動作させる例もある。しかし、この方法では、溶接ワイヤ１を被溶接物２から引き離す動作が、マニピュレータの応答性に大きく左右される。

本発明は、安価でマニピュレータの応答性に左右されずに良好なアークスタートを実現することができる溶接トーチ及びロボットアーク溶接のアークスタート方法を提供することを目的としている。

第１の発明は、
溶接ワイヤが送給される溶接トーチと溶接トーチ移動機構とを備えた溶接トーチであって、
前記溶接トーチ移動機構が溶接ロボットのマニピュレータに取り付けた移動機構本体と、
前記溶接トーチを取り付けたソレノイドシャフトと、
ソレノイドコイルと、
前記ソレノイドシャフトを押し上げるばねとで形成され、
前記ソレノイドコイルに電力を供給すると前記ソレノイドシャフトが下方向に移動して前記ばねを圧縮し、
前記ソレノイドコイルに供給している電力を停止すると前記ソレノイドシャフトが前記ばねによって押し上げられることを特徴とする溶接トーチである。

第２の発明は、
第１の発明に記載の溶接トーチを使用して、溶接開始に際して、前記マニピュレータを移動させて前記溶接トーチを予め教示された溶接開始位置へ移動させ、
前記溶接開始位置に到達後は前記ソレノイドコイルに電力を供給して前記ソレノイドシャフトを下方向へ移動させ、
その後前記溶接トーチから前記溶接ワイヤを被溶接物へ前進送給し、
前記溶接ワイヤの先端が前記被溶接物と短絡したことを判別したときに、前記溶接ワイヤの前進送給を継続させるか停止させ、前記ソレノイドコイルに供給している電力を停止して前記ソレノイドシャフトを前記ばねによって押し上げることによって、前記溶接トーチを上方向に移動して前記溶接ワイヤの先端を前記被溶接物から引き離して初期アークを発生させた後に、前記溶接ワイヤの定常送給をして定常アークへと移行させるロボットアーク溶接のアークスタート方法である。

第３の発明は、
溶接ワイヤが送給される溶接トーチと溶接トーチ移動機構とを備えた溶接トーチであって、
前記溶接トーチ移動機構が溶接ロボットのマニピュレータに取り付けた移動機構本体と、
前記溶接トーチを取り付けたソレノイドシャフトと、
ソレノイドコイルと、
前記ソレノイドシャフトを下方向へ引っ張るばねとで形成され、
前記ソレノイドコイルに電力を供給すると、前記ソレノイドシャフトが上方向に移動して前記ばねを伸ばし、
前記ソレノイドコイルに供給している電力を停止すると、前記ソレノイドシャフトが前記ばねによって下方向へ引っ張られることを特徴とする溶接トーチである。

第４の発明は、
第３の発明に記載の溶接トーチを使用して、溶接開始に際して、前記マニピュレータを移動させて前記溶接トーチを予め教示された溶接開始位置へ移動させ、
前記溶接開始位置に到達後は前記溶接トーチから前記溶接ワイヤを被溶接物へ前進送給し、
前記溶接ワイヤの先端が前記被溶接物と短絡したことを判別したときに、前記溶接ワイヤの前進送給を継続させるか停止させ、前記ソレノイドコイルに電力を供給して前記ソレノイドシャフトを上方向へ移動させることによって、前記溶接トーチを上方向に移動して前記溶接ワイヤの先端を前記被溶接物から引き離して初期アークを発生させた後に、前記溶接ワイヤの定常送給をして定常アークへと移行させるロボットアーク溶接のアークスタート方法である。

本発明の溶接トーチ及びロボットアーク溶接のアークスタート方法は、ワイヤ先端が被溶接物と短絡した後に、溶接トーチ移動機構の高い応答性を有するソレノイドシャフトの動作によって、溶接ワイヤが被溶接物から引き離されるので、初期アークが発生しないという不具合が生じることがない。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１を実施例に基づき図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１のロボットアーク溶接のアークスタート方法の構成図である。同図において、ロボット制御装置ＲＣは、溶接開始信号Ｓｔが外部から入力されると、マニピュレータＲＭの動作制御を行う動作制御信号Ｍｃを出力する。それと共に、電圧設定信号Ｖｓ、定常の送給速度設定信号Ｗｓ及び出力開始信号Ｏｎによって形成されるインターフェース信号Ｉｆを、溶接電源装置ＰＳへ送信する。マニピュレータＲＭは、ワイヤ送給モータＷＭを搭載して、マニピュレータＲＭの先端に溶接トーチ移動機構１１を取り付けている。この溶接トーチ移動機構１１は、マニピュレータＲＭに取り付けた移動機構本体１２と、溶接トーチ４を取り付けたソレノイドシャフト１３と、このソレノイドシャフト１３を移動させるソレノイドコイル１４と、ソレノイドシャフト１３を押し上げるばね１５とで形成されている。

この溶接トーチ移動機構１１は、ソレノイドコイル１４に電力を供給すると、ソレノイドシャフト１３が、図２（Ａ）に示す位置から同図（Ｂ）に示すように下方向に移動して、ばね１５を圧縮する。図２は、本発明の実施の形態１の溶接トーチ移動機構の動作を説明するための図である。そして、ソレノイドコイル１４に供給している電力を停止すると、同図（Ａ）に示すように、ソレノイドシャフト１３がばね１５によって押し上げられて、移動機構本体１２に接触して停止する。

図１において、マニピュレータＲＭは、上記の動作制御信号Ｍｃに従って溶接トーチ４の先端位置（ＴＣＰ）を予め教示された動作軌跡に沿って移動させる。溶接ワイヤ１は、上記のワイヤ送給モータＷＭと上記の溶接トーチ４の本体との間をつなぐ長さ１．５ｍ程度のコイルライナの中を通って送給される。

溶接電源装置ＰＳは、上記のインターフェース信号Ｉｆを受信して、溶接トーチ４の先端に装着されたコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ１に溶接電圧Ｖｗを給電する。そして、溶接ワイヤ１と被溶接物２との間にアーク３を発生させて、溶接電流Ｉｗを通電する。同様に、この溶接電源装置ＰＳは、上記のワイヤ送給モータＷＭに送給制御信号Ｆｃを出力して、ワイヤ送給モータＷＭの回転速度を制御する。ワイヤ先端１ａと被溶接物２との距離がワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗであり、このワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは、アーク発生中はアーク長と同一になる。

電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡／
アーク判別回路ＳＡは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、ワイヤ先端１ａと被溶接物２との間が短絡状態のときは短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）を、アーク発生状態のときはアーク発生信号（Ｌｏｗレベル）を、短絡／アーク判別信号Ｓａとして出力する。遅延回路ＤＴは、初期アーク発生後に再び前進送給を行うタイミングを遅延するために、上記の短絡／アーク判別信号Ｓａが、短絡信号からアーク発生信号に変化した時点から予め定めた遅延時間Ｔｄの間だけＨｉｇｈレベルとなる遅延信号Ｄｔを出力する。

以下、図３を参照して動作を説明する。図３は、本発明の実施の形態１のロボットアーク溶接のアークスタート制御方法の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は動作制御信号Ｍｃの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は出力開始信号Ｏｎの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｅ）はソレノイドコイルに供給する電力Ｐｃの時間変化を示しており、同図（Ｆ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示しており、同図（Ｇ）はワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの時間変化を示しており、同図（Ｈ）は短絡／アーク判別信号Ｓａの時間変化を示しており、同図（Ｉ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｊ）は遅延信号Ｄｔの時間変化を示しており、同図（Ｋ１）〜（Ｋ５）は各時刻における溶接ワイヤ１の送給状態を示している。

［時刻ｔ１〜ｔ２の期間］
時刻ｔ１において、図３（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが外部からロボット制御装置ＲＣに入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータＲＭに取り付けられた溶接トーチ４を移動させる動作制御信号Ｍｃを、マニピュレータＲＭへ出力する。そして、時刻ｔ２において、同図（Ｋ１）に示すように、溶接トーチ４は予め教示された溶接開始位置に到着して停止する。

［時刻ｔ２〜ｔ３の期間］
時刻ｔ２において、溶接トーチ４が溶接開始位置に到着すると、図３（Ｃ）に示すように、ロボット制御装置ＲＣから出力開始信号Ｏｎが出力（Ｈｉｇｈレベル）される。これに応じて、同図（Ｅ）に示すように、溶接電源装置ＰＳから溶接トーチ移動機構１１のソレノイドコイル１４に電力Ｐｃが供給され、ソレノイドシャフト１３は、図２（Ａ）に示す位置から同図（Ｂ）に示すように下方向に移動して、ばね１５を圧縮して停止する。このとき、ソレノイドシャフト１３に取り付けられた溶接トーチ４が被溶接物２方向へ移動して、同図（Ｇ）に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは短くなる。

同時に、図１で上述したように、溶接電源装置ＰＳ内の出力制御回路は定電流特性又は垂下特性を形成して出力している。しかし、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は溶接ワイヤ１と被溶接物２とは離れており無負荷状態にあるために、図３（Ｄ）に示すように、無負荷電圧が溶接電圧Ｖｗとし印加される。

［時刻ｔ３〜ｔ４の期間］
時刻ｔ３において、ソレノイドシャフト１３が下方向へ移動した後に、送給制御信号Ｆｃは初期送給速度設定値Ｗｉとなり、溶接ワイヤ１が被溶接物２へ初期送給速度Ｗfiで前進送給される。また、時刻ｔ３〜ｔ４の期間も図３（Ｄ）に示すように、無負荷電圧が溶接電圧Ｖｗとして印加されている。また、この期間中は、上記の前進送給によって、同図（Ｇ）に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは徐々に短くなる。

［時刻ｔ４〜ｔ５の期間］
時刻ｔ４において、図３（Ｋ２）に示すように、前進送給によって溶接ワイヤ１が被溶接物２に接触すると、同図（Ｈ）に示すように、短絡／アーク判別信号Ｓａが短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）に変化する。これに応じて、同図（Ｆ）に示すように、送給制御信号ＦｃがＬｏｗレベルとなって溶接ワイヤの送給を停止する。同時に、同図（Ｅ）に示すように、ソレノイドコイル１４に供給している電力Ｐｃを停止して、ソレノイドシャフト１３が、図２（Ｂ）に示す位置からばね１５によって高い応答性で押し上げられて、図２（Ａ）に示すように移動機構本体１２に接触して停止する。これによって、ワイヤ先端１ａと被溶接物２とが離れる。

また同時に、図３（Ｉ）に示すように、上述した溶接電源装置ＰＳ内の出力制御回路から定電流特性又は垂下特性によって小電流値の初期電流Ｉｓが通電される。この初期電流Ｉｓの値を数Ａ〜数十Ａ程度の小電流値に設定している。その理由は、溶接ワイヤ１が初期電流Ｉｓによって溶融して、被溶接物２に溶着しないようにするためである。

［時刻ｔ５〜ｔ６の期間］
時刻ｔ５において、図３（Ｋ３）に示すように、ワイヤ先端１ａと被溶接物２とが離れると、上記の初期電流Ｉｓが通電される初期アーク３ａが発生する。このとき、短絡／アーク判別回路ＳＡがこの初期アーク３ａが発生したことを判別して、同図（Ｈ）に示すように、短絡／アーク判別信号Ｓａが短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）からアーク発生信号（Ｌｏｗレベル）へと変化する。この変化をトリガとして、同図（Ｊ）に示すように、遅延回路ＤＴは、遅延信号Ｄｔを予め定めた遅延時間Ｔｄ（時刻ｔ５〜ｔ６）の間、出力（Ｈｉｇｈレベル）する。

［時刻ｔ６〜ｔ７の期間］
時刻ｔ６において、図３（Ｊ）に示すように、遅延信号ＤｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ変化すると、同図（Ｆ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の定常送給速度設定信号Ｗｓとなり、溶接ワイヤ１は定常送給速度Ｗfsで被溶接物２へ再び前進送給される。同時に、上述した溶接電源装置ＰＳ内の出力制御回路は電圧設定信号Ｖｓに対応する定電圧特性を形成するので、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の電圧設定信号Ｖｓに相当する値となると共に、同図（Ｉ）に示すように、上記の定常の送給速度Ｗfsに対応した大電流の定常溶接電流Ｉｃを通電する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、ロボット制御装置ＲＣは、溶接トーチ４を移動させる動作制御信号ＭｃをマニピュレータＲＭへ出力して、溶接トーチ４を停止状態から予め教示された溶接方向へ移動させる。

時刻ｔ７において、図３（Ｇ）に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは、時刻ｔ６のときの再前進送給時のワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌwtから、上記の定常溶接電流Ｉｃの通電によって収束時間Ｔc1経過後の時刻ｔ７において、定常のアーク長（定常のワイヤ先端・被溶接物間距離）Ｌwcへと収束する。従って、この期間中において、同図（Ｋ４）に示す初期アーク３ａを発生する初期アーク発生状態から同図（Ｋ５）に示す定常アーク３ｂを発生する定常アーク発生状態へと移行する。

この結果、本発明の実施の形態１のロボットアーク溶接のアークスタート方法においては、溶接トーチ４が溶接開始位置に到着して停止して、ソレノイドコイル１４に電力が供給され、ソレノイドシャフト１３が下方向に移動してばね１５を圧縮する。そして、溶接ワイヤ１が被溶接物２へ前進送給されて、ワイヤ先端１ａが被溶接物２と短絡したことが判別されると、ソレノイドコイル１４に供給されていた電力を停止し、ソレノイドシャフト１３がばね１５によって押し上げられて移動機構本体１２に接触して停止する。このために、溶接ワイヤ１は被溶接物２から引き離され、同時に、小電流値の初期電流が通電される。そして、ワイヤ先端１ａと被溶接物２とが離れると、上記の初期電流が通電される初期アーク３ａが発生する。その後、溶接ワイヤ１が再び前進送給されて、定常アーク３ｂを発生する定常アーク発生状態へと移行する。

従って、ワイヤ先端１ａが被溶接物２と短絡した後に、上述した高い応答性を有するソレノイドシャフト１３の動作によって、溶接ワイヤ１は被溶接物２から引き離されるので、初期アークが発生しないという不具合が生じることがない。

なお、上述した時刻ｔ４において、溶接ワイヤ１の送給を停止したが、溶接ワイヤ１の送給を停止する代わりに、溶接ワイヤ１を初期送給速度Ｗfiで前進送給することを継続させて、時刻ｔ６において、溶接ワイヤ１を定常送給速度Ｗfsで被溶接物２へ前進送給しても良い。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を実施例に基づき図面を参照して説明する。本発明の実施の形態２のロボットアーク溶接のアークスタート方法の構成は、図１に示した本発明の実施の形態１の構成において、溶接トーチ移動機構のみが異なり、その他の機能は図１で示した機能と同様であるので、説明を省略する。本発明の実施の形態２の溶接トーチ移動機構１６は、ソレノイドコイル１４に電力が供給されると、ソレノイドシャフト１３が、図４（Ａ）に示す位置から上方向に移動して、ばね１５を伸ばして、同図（Ｂ）に示すように、移動機構本体１２に接触して停止する。そして、ソレノイドコイル１４に供給している電力が停止されると、ソレノイドシャフト１３は、同図（Ｂ）に示す位置からばね１５によって下方向へ引っ張られて、ソレノイドシャフト１３が下方向に移動して、同図（Ａ）に示すようにばね１５を圧縮して、ソレノイドシャフト１３が停止する。図４は、本発明の実施の形態２の溶接トーチ移動機構の動作を説明するための図である。

以下、図５を参照して動作を説明する。図５は、本発明の実施の形態２のロボットアーク溶接のアークスタート制御方法の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は動作制御信号Ｍｃの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は出力開始信号Ｏｎの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｅ）はソレノイドコイルに供給する電力Ｐｃの時間変化を示しており、同図（Ｆ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示しており、同図（Ｇ）はワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの時間変化を示しており、同図（Ｈ）は短絡／アーク判別信号Ｓａの時間変化を示しており、同図（Ｉ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｊ）は遅延信号Ｄｔの時間変化を示しており、同図（Ｋ１）〜（Ｋ５）は各時刻における溶接ワイヤ１の送給状態を示している。

［時刻ｔ１〜ｔ２の期間］
時刻ｔ１において、図５（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが外部からロボット制御装置ＲＣに入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータＲＭに取り付けられた溶接トーチ４を移動させる動作制御信号Ｍｃを、マニピュレータＲＭへ出力する。そして、時刻ｔ２において、同図（Ｋ１）に示すように、溶接トーチ４は予め教示された溶接開始位置に到着して停止する。

［時刻ｔ２〜ｔ３の期間］
時刻ｔ２において、溶接トーチ４が溶接開始位置に到着すると、図５（Ｃ）に示すように、ロボット制御装置ＲＣから出力開始信号Ｏｎが出力（Ｈｉｇｈレベル）される。これに応じて、同図（Ｆ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の初期送給速度設定値Ｗｉとなり、溶接ワイヤ１が被溶接物２へ初期送給速度Ｗfiで前進送給される。また、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は、上記の前進送給によって、同図（Ｇ）に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは徐々に短くなる。

同時に、図１で上述したように、溶接電源装置ＰＳ内の出力制御回路は定電流特性又は垂下特性を形成して出力している。しかし、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は溶接ワイヤ１と被溶接物２とは離れており無負荷状態にあるために、図５（Ｄ）に示すように、無負荷電圧が溶接電圧Ｖｗとし印加される。

［時刻ｔ３〜ｔ４の期間］
時刻ｔ３において、図５（Ｋ２）に示すように、前進送給によって溶接ワイヤ１が被溶接物２に接触すると、同図（Ｈ）に示すように、短絡／アーク判別信号Ｓａが短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）に変化する。これに応じて、同図（Ｆ）に示すように、送給制御信号Ｆｃが零になり、溶接ワイヤ１の送給が停止される。さらに、同図（Ｅ）に示すように、ソレノイドコイル１４に電力Ｐｃが供給され、ソレノイドシャフト１３は、図４（Ａ）に示す位置から、高い応答性で引き上げられて、ばね１５が伸びて、図４（Ｂ）に示すように、ソレノイドシャフト１３が移動機構本体１２に接触して停止する。これによって、同図（Ｇ）に示すように、ワイヤ先端１ａと被溶接物２とが離れる。

同時に、図５（Ｉ）に示すように、上述した溶接電源装置ＰＳ内の出力制御回路から定電流特性又は垂下特性によって小電流値の初期電流Ｉｓが通電される。この初期電流Ｉｓの値を数Ａ〜数十Ａ程度の小電流値に設定している。その理由は、溶接ワイヤ１が初期電流Ｉｓによって溶融して、被溶接物２に溶着しないようにするためである。

［時刻ｔ４〜ｔ５の期間］
時刻ｔ４において、同図（Ｋ３）に示すように、ワイヤ先端１ａと被溶接物２とが離れると、上記の初期電流Ｉｓが通電される初期アーク３ａが発生する。このとき、短絡／アーク判別回路ＳＡがこの初期アーク３ａが発生したことを判別して、同図（Ｈ）に示すように、短絡／アーク判別信号Ｓａが短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）からアーク発生信号（Ｌｏｗレベル）へと変化する。この変化をトリガとして、同図（Ｊ）に示すように、遅延回路ＤＴは、遅延信号Ｄｔを予め定めた遅延時間Ｔｄ（時刻ｔ４〜ｔ５）の間、出力（Ｈｉｇｈレベル）する。

［時刻ｔ５〜ｔ６の期間］
時刻ｔ５において、図５（Ｊ）に示すように、遅延信号ＤｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ変化する。そして同図（Ｆ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは定常送給速度設定信号Ｗｓとなり、溶接ワイヤ１は定常送給速度Ｗfsで被溶接物２へ再び前進送給される。同時に、上述した溶接電源装置ＰＳ内の出力制御回路は電圧設定信号Ｖｓに対応する定電圧特性を形成するので、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の電圧設定信号Ｖｓに相当する値となると共に、同図（Ｉ）に示すように、上記の定常の送給速度Ｗfsに対応した大電流の定常溶接電流Ｉｃを通電する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、ロボット制御装置ＲＣは、溶接トーチ４を移動させる動作制御信号ＭｃをマニピュレータＲＭへ出力して、溶接トーチ４を停止状態から予め教示された溶接方向へ移動させる。

時刻ｔ６において、図５（Ｇ）に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは、時刻ｔ５のときの再前進送給時のワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌwtから、上記の定常溶接電流Ｉｃの通電によって収束時間Ｔc1経過後の時刻ｔ６において、定常のアーク長（定常のワイヤ先端・被溶接物間距離）Ｌwcへと収束する。従って、この期間中において、同図（Ｋ４）に示す初期アーク３ａを発生する初期アーク発生状態から同図（Ｋ５）に示す定常アーク３ｂを発生する定常アーク発生状態へと移行する。

この結果、本発明の実施の形態２ロボットアーク溶接のアークスタート方法においては、溶接トーチ４が溶接開始位置に到着して停止して、溶接ワイヤ１を前進送給させる。そして、ワイヤ先端１ａが被溶接物２と短絡したことが判別されると、溶接ワイヤの前進送給を停止して、ソレノイドコイル１４に電力が供給され、ソレノイドシャフト１３が上方向に移動してばね１５を伸ばして、ソレノイドシャフト１３が移動機構本体１２に接触して停止する。このために、溶接ワイヤ１は被溶接物２から引き離され、同時に、小電流値の初期電流が通電される。そして、ワイヤ先端１ａと被溶接物２とが離れると、上記の初期電流が通電される初期アーク３ａが発生する。その後、ソレノイドコイル１４に供給されていた電力を停止し、ソレノイドシャフト１３がばね１５によって引っ張られて、ばね１５を圧縮して、ソレノイドシャフト１３が停止し、溶接ワイヤ１を再前進送給する。この再前進送給によって、定常アーク３ｂを発生する定常アーク発生状態へと移行する。

従って、ワイヤ先端１ａが被溶接物２と短絡した後に、上述した高い応答性を有するソレノイドシャフト１３の動作によって、溶接ワイヤ１は被溶接物２から引き離されるので、初期アークが発生しないという不具合が生じることがない。

なお、ソレノイドコイル１４に供給している電力Ｐｃ節約するために、溶接中に、ソレノイドコイル１４に供給している電力Ｐｃを停止しても良い。

また、上述した時刻ｔ３において、溶接ワイヤ１の送給を停止したが、溶接ワイヤ１の送給を停止する代わりに、溶接ワイヤ１を初期送給速度Ｗfiで前進送給することを継続させて、時刻ｔ５において、溶接ワイヤ１を定常送給速度Ｗfsで被溶接物２へ前進送給しても良い。

本発明の実施の形態１のロボットアーク溶接のアークスタート方法の構成図である。 本発明の実施の形態１の溶接トーチ移動機構の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１のロボットアーク溶接のアークスタート制御方法の各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２の溶接トーチ移動機構の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態２のロボットアーク溶接のアークスタート制御方法の各信号のタイミングチャートである。 従来技術のロボットアーク溶接のアークスタート制御方法を説明するための溶接ワイヤの送給系統を示す模式図である。 従来技術のロボットアーク溶接のアークスタート制御方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 溶接ワイヤ
２ 被溶接物
３ アーク
３ａ 初期アーク
３ｂ 定常アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
６ コンタクトチップ
１１ 溶接トーチ移動機構
１２ 移動機構本体
１３ ソレノイドシャフト
１４ ソレノイドコイル
１５ ばね
１６ 溶接トーチ移動機構
ＤＴ 遅延回路
Ｄｔ 遅延信号
Ｆｃ 送給制御信号
Ｉｃ 定常溶接電流
Ｉｆ インターフェース信号
Ｉｓ 初期電流
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｗ ワイヤ先端・被溶接物間距離
Ｌwt ワイヤ先端・被溶接物間距離
Ｍｃ 動作制御信号
Ｏｎ 出力開始信号
Ｐｃ 電力
ＰＳ 溶接電源装置
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ マニピュレータ
ＳＡ アーク判別回路
Ｓａ アーク判別信号
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔc1 収束時間
Ｔｄ 遅延時間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｓ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗfi 初期送給速度
Ｗfs 定常送給速度
Ｗｉ 初期送給速度設定値
ＷＭ ワイヤ送給モータ
Ｗｓ 定常送給速度設定信号

Claims (4)

1. 溶接ワイヤが送給される溶接トーチと溶接トーチ移動機構とを備えた溶接トーチであって、
   前記溶接トーチ移動機構が溶接ロボットのマニピュレータに取り付けた移動機構本体と、
   前記溶接トーチを取り付けたソレノイドシャフトと、
   ソレノイドコイルと、
   前記ソレノイドシャフトを押し上げるばねとで形成され、
   前記ソレノイドコイルに電力を供給すると前記ソレノイドシャフトが下方向に移動して前記ばねを圧縮し、
   前記ソレノイドコイルに供給している電力を停止すると前記ソレノイドシャフトが前記ばねによって押し上げられることを特徴とする溶接トーチ。
2. 請求項１記載の溶接トーチを使用して、溶接開始に際して、前記マニピュレータを移動させて前記溶接トーチを予め教示された溶接開始位置へ移動させ、
   前記溶接開始位置に到達後は前記ソレノイドコイルに電力を供給して前記ソレノイドシャフトを下方向へ移動させ、
   その後前記溶接トーチから前記溶接ワイヤを被溶接物へ前進送給し、
   前記溶接ワイヤの先端が前記被溶接物と短絡したことを判別したときに、前記溶接ワイヤの前進送給を継続させるか停止させ、前記ソレノイドコイルに供給している電力を停止して前記ソレノイドシャフトを前記ばねによって押し上げることによって、前記溶接トーチを上方向に移動して前記溶接ワイヤの先端を前記被溶接物から引き離して初期アークを発生させた後に、前記溶接ワイヤの定常送給をして定常アークへと移行させるロボットアーク溶接のアークスタート方法。
3. 溶接ワイヤが送給される溶接トーチと溶接トーチ移動機構とを備えた溶接トーチであって、
   前記溶接トーチ移動機構が溶接ロボットのマニピュレータに取り付けた移動機構本体と、
   前記溶接トーチを取り付けたソレノイドシャフトと、
   ソレノイドコイルと、
   前記ソレノイドシャフトを下方向へ引っ張るばねとで形成され、
   前記ソレノイドコイルに電力を供給すると、前記ソレノイドシャフトが上方向に移動して前記ばねを伸ばし、
   前記ソレノイドコイルに供給している電力を停止すると、前記ソレノイドシャフトが前記ばねによって下方向へ引っ張られることを特徴とする溶接トーチ。
4. 請求項３記載の溶接トーチを使用して、溶接開始に際して、前記マニピュレータを移動させて前記溶接トーチを予め教示された溶接開始位置へ移動させ、
   前記溶接開始位置に到達後は前記溶接トーチから前記溶接ワイヤを被溶接物へ前進送給し、
   前記溶接ワイヤの先端が前記被溶接物と短絡したことを判別したときに、前記溶接ワイヤの前進送給を継続させるか停止させ、前記ソレノイドコイルに電力を供給して前記ソレノイドシャフトを上方向へ移動させることによって、前記溶接トーチを上方向に移動して前記溶接ワイヤの先端を前記被溶接物から引き離して初期アークを発生させた後に、前記溶接ワイヤの定常送給をして定常アークへと移行させるロボットアーク溶接のアークスタート方法。

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