JP2012183566A - 溶接システム及び溶接用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーケーブルの敷設状態が変化する使用態様においても制御に用いる電極先端電圧を精度良く算出でき、溶接性能の更なる向上に寄与できる溶接システムを提供する。
【解決手段】溶接ロボットシステム５０では、電極１２側の可動に基づいてパワーケーブル１４の敷設状態が変化する。こうした変化に対応すべく複数位置α〜γ毎に測定した電極１２までの測定値（抵抗値Ｒα〜γ、インダクタンス値Ｌα〜γ）が記憶装置６３に複数保持される。そして、位置α〜γ毎に保持される測定値が各位置α〜γでの溶接開始指令ＡＳα〜γにて切り替えられ、電源装置１１での先端電圧Ｖａの算出の際にその測定値にかかる電圧変化分を個別に補正した先端電圧Ｖａの算出が行われる。つまり、電源装置１１の制御に用いる先端電圧Ｖａの算出にパワーケーブル１４の敷設状態に応じた電圧補正が行われるため、その時々で精度の高い先端電圧Ｖａの算出が可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電極先端電圧の算出に基づいてフィードバック制御を実施する溶接用電源装置を備える溶接システム及びその溶接用電源装置に関するものである。

アーク溶接用電源装置は、例えば特許文献１にて示されるように、商用電源からの交流入力電力を整流した直流電力をインバータ回路にて高周波交流電力に変換し、溶接トランスにて電圧調整された高周波交流電力を整流回路と直流リアクトルとでアーク溶接に適した直流出力電力に変換するように構成されている。電源装置にて生成された出力電力はトーチにて支持される電極に供給され、これにより電極先端と溶接対象との間にアークが生じて、溶接対象の溶接が行われるようになっている。

また、このような溶接用電源装置は、出力電流及び出力電圧の検出を行っており、制御装置は、その時々で検出された出力電流及び出力電圧をインバータ回路のＰＷＭ制御にフィードバックし、その時々の出力電力を適正値とする制御を実施することで、溶接性能の向上が図られている。

特開平８−１０３８６８号公報

ところで、好適なアークを生じさせるためには、電源装置内で検出する出力電圧をインバータ回路の制御値に反映させるのみならず、正にそのアークが生じている電極の先端電圧を算出し、算出した電極先端電圧を制御値に反映させるのが好ましい。

と言うのは、実際には溶接を行うトーチ（電極）と電源装置との間は離間していることが多く、両者間がパワーケーブルを介して接続されているのが一般的な使用形態である。従って、パワーケーブルのケーブル長が使用者毎に異なるため、ケーブル自体の抵抗値が異なるばかりか、ケーブルの敷設状態（余長分の配置形状）の違いによってインダクタンス値も異なってくる。そのため、更なる溶接性能の向上を図るためには、パワーケーブルを含む電源装置外部の電極までの間での抵抗及びインダクタンスの電圧変動分が無視できないためである。

従って、電源装置内で検出する出力電圧をインバータ回路の制御値に反映させる態様では、真の電極先端電圧とは乖離した電圧値がインバータ回路の制御値に反映されることになり、このことが好適なアークの発生の妨げとなって、更なる溶接性能の向上の妨げとなることが懸念されるものである。

また、使用者の使用態様によっては、パワーケーブルの敷設状態が変化し、電極先端電圧に影響を与えるインダクタンス値が都度変化することがある。具体的に、例えば大型構造物や長尺物を溶接する溶接ロボットシステムにおいて、１つの溶接ロボットが担当する溶接範囲が数十［ｍ］にも及ぶような場合に、トーチ（電極）を支持する溶接ロボットをスライダ装置等で移動させながら溶接が行われることがある。この場合、不動とした電源装置に対して可動側の溶接ロボットが最離間位置に移動した時を想定してパワーケーブルのケーブル長が決定されるが、溶接ロボットが逆に近接位置に配置された時にはパワーケーブルに余長分が生じてしまうため、その余長分は溶接ロボットの動作等に支障を来さないように支持される。例えば所定高さに支持された支持ワイヤにパワーケーブルを波状に吊り下げるようにしたものにおいては、溶接ロボットが近接位置に配置された時には間隔の狭い波形状に、離間位置に配置された時には間隔の広い波形状となるようにケーブルが支持される。

従って、上記のように溶接動作中にパワーケーブルの敷設状態（敷設形状）が変化すると、ケーブル部分でのインダクタンス値が変化するため、算出する電極先端電圧にこの変化分を考慮しないと、更にこの先端電圧に基づいて算出されるインバータ回路のその時々の制御値が適正値から大きく乖離することが生じてしまう。結果、電極先端電圧に基づいてインバータ回路の制御を行っても、パワーケーブルの敷設状態が変化するような使用状態では、溶接性能を十分に向上できない虞があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、パワーケーブルの敷設状態が変化する使用態様においても制御に用いる電極先端電圧を精度良く算出でき、溶接性能の更なる向上に寄与することができる溶接システム、及びその溶接システムに用いる溶接用電源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、直流電力を高周波交流電力に変換するインバータ回路と、変換した交流電力の電圧調整を行う溶接トランスと、該溶接トランスの二次側交流電力から溶接に適した直流出力電力を生成する直流変換手段とを備え、生成した前記出力電力の電極への供給に基づいて溶接対象との間に溶接のためのアークを生じさせるものであり、本装置内の検出手段にて検出した出力電流と出力電圧とに基づいて前記電極の先端電圧を算出し、算出した先端電圧に基づいて前記インバータ回路の制御が行われるものであって更に、前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時の前記出力電圧の電圧値に基づいて前記電極先端までの経路上の合計抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時からの電流減衰量に基づいて前記電極先端までの経路上の合計インダクタンス値を算出するインダクタンス値算出手段とを含む処理を実行する測定モードを有し、前記検出手段にて検出した前記出力電圧の電圧値に対して前記電極先端までの経路上の前記合計抵抗値及び前記合計インダクタンス値にかかる電圧変化分を補正して前記先端電圧を算出する先端電圧算出手段を備えた溶接用電源装置を用い、前記電極側を可動させる可動手段と前記電源装置とが連携し前記電極側の可動を伴う溶接を実施する溶接システムであって、前記電源装置と前記電極との間の主電路上に使用するパワーケーブルの敷設状態が変化する使用態様を含む前記電極側の位置変化に対応すべく、複数位置毎に測定した少なくとも前記合計インダクタンス値を複数保持する保持手段を備えており、前記電源装置の先端電圧算出手段は、前記電極側の所定位置毎に保持される少なくとも前記合計インダクタンス値のその位置に基づく切替指令にて、前記電圧変化分を個別に補正した前記先端電圧の算出を行うことをその要旨とする。

この発明では、可動手段による電極側の可動に基づいて電源装置と電極との間の主電路上に使用するパワーケーブルの敷設状態が変化する使用態様を含む電極側の位置変化に対応すべく、複数位置毎に測定した少なくとも合計インダクタンス値が保持手段にて複数保持される。そして、電極側の所定位置毎に保持される少なくとも合計インダクタンス値がその位置に基づく切替指令にて切り替えられ、電源装置の先端電圧算出手段にて、合計抵抗値及び合計インダクタンス値にかかる電圧変化分を個別に補正した先端電圧の算出が行われる。つまり、電源装置（インバータ回路）の制御に用いる電極先端電圧の算出に、可動する電極側の位置毎、即ちその可動に基づいて変化するパワーケーブルの敷設状態に応じた電圧補正が行われるため、精度の高い先端電圧の算出が可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の溶接システムにおいて、前記可動手段及び前記電源装置の所定動作を操作教示し、これらの連携制御の基となる教示プログラムを作成する操作教示手段を備え、前記操作教示途中で前記測定を実施可能に構成され、前記教示プログラム中に前記電極側の位置情報に関連付けて少なくとも前記合計インダクタンス値の保持が行われることをその要旨とする。

この発明では、操作教示途中で合計インダクタンス値等の測定が実施可能に構成され、教示プログラム中に電極側の位置情報に関連付けて合計インダクタンス値等の保持が行われる。これにより、可動手段の操作教示を行いながら、電極側の所定位置での合計インダクタンス値等の測定及びその測定値の保持がなされるため、操作教示と測定（測定値の保持）とを別に行う態様よりも、当然ながらこれらにかかる時間が短時間で容易に行うことが可能となる。

請求項３に記載の発明は、直流電力を高周波交流電力に変換するインバータ回路と、変換した交流電力の電圧調整を行う溶接トランスと、該溶接トランスの二次側交流電力から溶接に適した直流出力電力を生成する直流変換手段とを備え、生成した前記出力電力の電極への供給に基づいて溶接対象との間に溶接のためのアークを生じさせるものであり、本装置内の検出手段にて検出した出力電流と出力電圧とに基づいて前記電極の先端電圧を算出し、算出した先端電圧に基づいて前記インバータ回路の制御が行われる溶接用電源装置であって、前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時の前記出力電圧の電圧値に基づいて前記電極先端までの経路上の合計抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時からの電流減衰量に基づいて前記電極先端までの経路上の合計インダクタンス値を算出するインダクタンス値算出手段とを含む処理を実行する測定モードを有し、前記検出手段にて検出した前記出力電圧の電圧値に対して前記電極先端までの経路上の前記合計抵抗値及び前記合計インダクタンス値にかかる電圧変化分を補正して前記先端電圧を算出する先端電圧算出手段を備えており、前記電極側を可動手段にて可動させ前記電源装置と前記電極との間の主電路上に使用するパワーケーブルの敷設状態が変化する使用態様を含む前記電極側の位置変化に対応すべく、前記電源装置自身又は外部に設けた保持手段に複数位置毎に測定した少なくとも前記合計インダクタンス値を複数保持しておき、前記先端電圧算出手段は、前記電極側の所定位置毎に保持される少なくとも前記合計インダクタンス値のその位置に基づく切替指令にて、前記電圧変化分を個別に補正した前記先端電圧の算出を行うことをその要旨とする。

この発明では、請求項１に記載の溶接システムと同様の作用効果が得られる溶接用電源装置を提供できる。

本発明によれば、パワーケーブルの敷設状態が変化する使用態様においても制御に用いる電極先端電圧を精度良く算出でき、溶接性能の更なる向上に寄与することができる溶接システム、及びその溶接システムに用いる溶接用電源装置を提供することができる。

本実施形態のアーク溶接機の電源装置を示す構成図である。 インダクタンス値の変化を説明するための説明図である。 抵抗値及びインダクタンス値の算出手法を説明するための説明図である。 （ａ）（ｂ）は、アーク溶接機を用いた溶接ロボットシステムの概略構成図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、消耗電極式のアーク溶接機１０を示す。アーク溶接機１０では、溶接用電源装置１１のプラス側出力端子にトーチＴＨにて支持されるワイヤ電極１２が接続され、該電源装置１１のマイナス側出力端子に溶接対象Ｍが接続され、該電源装置１１にて生成された直流出力電力のワイヤ電極１２への給電によりアーク溶接が行われる。このとき、ワイヤ電極１２は溶接時に消耗するため、ワイヤ供給装置１３にて消耗に応じて送給がなされる。ワイヤ電極１２及び溶接対象Ｍには、電源装置１１の出力端子に接続されるパワーケーブル１４を介して出力電力が供給されるようになっている。

溶接用電源装置１１は、商用電源から供給される三相の交流入力電力をアーク溶接に適した直流出力電力に変換するものである。交流入力電力は、ダイオードブリッジ及び平滑コンデンサよりなる整流平滑回路２１にて直流電力に変換され、変換された直流電力はインバータ回路２２で高周波交流電力に変換される。インバータ回路２２は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子ＴＲを４個用いたブリッジ回路にて構成され、制御装置３１によるＰＷＭ制御が実施される。

インバータ回路２２にて生成された高周波交流電力は、溶接トランス２３にて所定電圧値に調整された二次側交流電力に変換される。溶接トランス２３の二次側交流電力は、ダイオードを用いた整流回路２４と直流リアクトル２５とで、アーク溶接に適した直流出力電力に変換される。

本実施形態の直流リアクトル２５には、過飽和特性を有する過飽和リアクトルが用いられている。図２に示すように、直流リアクトル２５の特性は、電流値Ｉｐ１を含む所定電流値Ｉａより大となる高電流領域は、必要最低限のインダクタンス値Ｌａで一定となる通常特性領域Ａ１である。一方、所定電流値Ｉａ以下となる低電流領域は、電流値の減少に伴ってインダクタンス値が直線的に次第に大きくなる過飽和特性領域Ａ２である（電流値Ｉｐ２でインダクタンス値Ｌｂ）。つまり、このような特性の直流リアクトル２５を用いることで、高電流領域ではインダクタンス値が小さいことから電流平滑のための波形制御への影響が小さく、低電流領域ではインダクタンス値が増大することでアーク切れが防止されると言うように、全電流領域に亘って好適な直流出力電力が生成される。

図１に示すように、制御装置３１は、インバータ回路２２のスイッチング素子ＴＲに対しＰＷＭ制御を実施し、直流出力電力をその時々で適正値とする制御を行っている。このとき、制御装置３１は、その時々の出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖの検出を行い、検出した出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖに基づくＰＷＭ制御へのフィードバックを行っている。

即ち、電源装置１１内のマイナス側出力端子の電源線上に電流センサ３３が備えられており、制御装置３１は、処理部（ＣＰＵ）３２においてその電流センサ３３を介して電源装置１１の出力電流Ｉを検出している。また、整流回路２４の直後の電源線間に電圧センサ３４が備えられており、制御装置３１は、処理部３２においてその電圧センサ３４を介して電源装置１１の出力電圧Ｖを検出している。制御装置３１は、処理部３２にてその時々に検出した出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖに基づいてＰＷＭ制御のデューティの算出を行い、インバータ回路２２に出力するＰＷＭ制御信号を生成する。

ここで、ＰＷＭ制御には、制御に用いる出力電圧Ｖとして、正にアークが生じるワイヤ電極１２の先端電圧Ｖａを用いるのが好ましいが、先端電圧Ｖａの直接的な検出は困難である。そこで、制御装置３１は、その時々に検出した出力電圧Ｖに対して電圧センサ３４から電極１２までの間の電圧変化分の補正を行って先端電圧Ｖａを得るようにし、算出した先端電圧Ｖａを用いたＰＷＭ制御を実施する。

ところで、電圧センサ３４から電極１２までの間の電圧変化分には、電源装置１１内部の電圧変化分（整流回路２４から出力端子までの抵抗値Ｒ１とインダクタンス値Ｌ１による電圧変化分）と、外部の電圧変化分（出力端子からパワーケーブル１４を介しての電極１２先端までの抵抗値Ｒ２とインダクタンス値Ｌ２による電圧変化分）とがある。電源装置１１の内部電圧変化分は、使用状態の影響を受けないために予め補正項として先端電圧Ｖａの算出に組み込むことが可能であるが、外部電圧変化分は、パワーケーブル１４のケーブル長や敷設状態（直線敷設や周回敷設、その周回数）等、使用者毎に条件が相違するため、抵抗値Ｒ２、特にインダクタンス値Ｌ２の変化の影響を大きく受ける。

そのため、使用者がアーク溶接機１０を現場に設置し、パワーケーブル１４の敷設も含めて正に使用状態としたところで、内部の抵抗値Ｒ１及びインダクタンス値Ｌ１と、外部の抵抗値Ｒ２及びインダクタンス値Ｌ２とを合計した抵抗値Ｒ及びインダクタンス値Ｌが測定される。測定した合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌは、制御装置３１内に保持される。

尚、本実施形態の電源装置１１には、前記合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌの測定を行うための処理を実行する測定モードが備えられており、電源装置１１に備えられる操作スイッチ（図示略）の操作に基づいて制御装置３１が測定モードに移行できるようになっている。また、トーチＴＨに備えられるトーチスイッチや、ワイヤ供給装置１３に備えられる操作リモコン（共に図示略）を使用し、電源装置１１から離れた位置から測定モードに移行可能に構成してもよい。因みに、測定モードでの測定時においては、ワイヤ電極１２を溶接対象Ｍと短絡状態とする必要があるが、本実施形態では図１に示すように、ワイヤ電極１２を溶接対象Ｍに直接短絡させず、トーチＴＨの先端部に備えられワイヤ電極１２への給電を行うコンタクトチップＴＨａを溶接対象Ｍと短絡させて行う。この場合、短絡用の特殊治具を作製して使用してもよい。

測定モードについて詳述すると、図３に示すように、先ずインバータ回路２２を動作させて、出力電流Ｉが電流値Ｉｐ１まで増大される。この電流値Ｉｐ１は、過飽和特性を有する直流リアクトル２５の単体において、インダクタンス値Ｌａで一定となる通常特性領域Ａ１の電流値である。実際には図２に示すように、パワーケーブル１４の敷設状態等で特性がオフセットするため、合計インダクタンス値Ｌはオフセットした値Ｌａ１で一定となるが、そのオフセット分も考慮した通常特性領域Ａ１の電流値に設定される。そして、このような電流値Ｉｐ１で保持した区間での平均電圧値Ｖｅが測定される。これにより、先ず合計抵抗値Ｒが次式（ａ）にて算出される。

Ｒ＝Ｖｅ／Ｉｐ１ ・・・ （ａ）

次いで、インバータ回路２２の動作を停止させて、この時の時刻Ｔ０から計時が開始される。同時に、時刻Ｔ０を起点に刻々と変化する出力電流Ｉのサンプリングが行われ、時定数に該当する電流減衰量となる電流値ΔＩｐ１（Ｉｐ１×３６．８％）に到達した時刻をＴ１とし、その時刻Ｔ１−Ｔ０間の時間（時定数）τ１が求められる。これにより、通常特性領域Ａ１で変化する合計インダクタンス値Ｌａ１（リアクトル２５の単体ではインダクタンス値Ｌａ）が次式（ｂ）にて算出される。

Ｌａ１＝Ｒ・τ１（＝Ｖｅ・τ１／Ｉｐ１） ・・・ （ｂ）

次いで、再びインバータ回路２２を動作させて、出力電流Ｉが過飽和特性領域Ａ２内の所定電流値Ｉｐ２に調整される。調整後、インバータ回路２２の動作を再び停止させて、この時の時刻Ｔ２から計時が開始される。同時に、時刻Ｔ２を起点に刻々と変化する出力電流Ｉのサンプリングが行われ、時定数に該当する電流減衰量となる電流値ΔＩｐ２（Ｉｐ２×３６．８％）に到達した時刻をＴ３とし、その時刻Ｔ３−Ｔ２間の時間（時定数）τ２が求められる。これにより、過飽和特性領域Ａ２で変化する合計インダクタンス値Ｌｂ１（リアクトル２５の単体ではインダクタンス値Ｌｂ）が次式（ｃ）にて算出される。

Ｌｂ１＝Ｒ・τ２＝（Ｖｅ・τ２／Ｉｐ２） ・・・ （ｃ）

次いで、図２に示すように、算出された通常特性領域Ａ１の合計インダクタンス値Ｌａ１と過飽和特性領域Ａ２の合計インダクタンス値Ｌｂ１とが直線補完により、合計インダクタンス値Ｌが電流Ｉの関数Ｌ（Ｉ）として得られる。そして、このようにして得られた合計インダクタンス値Ｌの関数Ｌ（Ｉ）と、先に求めた合計抵抗値Ｒとが制御装置３１内に保持される。以上で、測定モードが終了する。

そして、制御装置３１は、溶接動作時において、その時々の出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖから次式（ｄ）にて先端電圧Ｖａを算出している。

Ｖａ＝Ｖ−Ｌ（Ｉ）・ｄＩ／ｄｔ−ＲＩ ・・・ （ｄ）

因みに、具体的数値で示すと、インバータ回路２２のオンに基づいて出力電流Ｉの電流値Ｉｐ１＝４００［Ａ］を１０［ｍｓ］間出力させ、その後、インバータ回路２２をオフさせる。この間の平均電圧値Ｖｅが４［Ｖ］であると、上記式（ａ）から、

Ｒ＝Ｖｅ／Ｉｐ１＝４／４００＝０．０１［Ω］

と合計抵抗値Ｒが算出される。

次いで、電流値Ｉｐ１が時定数τ１に相当する電流減衰量となる電流値ΔＩｐ１は、

ΔＩｐ１＝４００×０．３６８＝１４７［Ａ］

であり、インバータ回路２２をオフしてから出力電流Ｉが４００［Ａ］からその１４７［Ａ］に達するその時定数τ１が３［ｍｓ］であれば、上記式（ｂ）から、

Ｌａ１＝Ｒ・τ１＝０．０１×３＝０．０３［ｍＨ］

と通常特性領域Ａ１において、直流リアクトル２５の単体のインダクタンス値Ｌａを含む合計インダクタンス値Ｌａ１が算出される。尚、上記した電流値Ｉｐ１は、予め使用する直流リアクトル２５の仕様から推定し、過飽和特性領域Ａ２に達しない値に設定する必要がある。

次いで、インバータ回路２２を再びオンさせて出力電流Ｉを過飽和特性領域Ａ２内となる例えばアーク溶接機１０の最小電流に相当する電流値Ｉｐ２＝２０［Ａ］として１０［ｍｓ］間出力させ、その後、インバータ回路２２をオフさせる。電流値Ｉｐ２が時定数τ２に相当する電流減衰量となる電流値ΔＩｐ２は、

ΔＩｐ２＝２０×０．３６８＝７［Ａ］

であり、インバータ回路２２をオフしてから出力電流Ｉが２０［Ａ］からその７［Ａ］に達するその時定数τ２が１０［ｍｓ］であれば、上記式（ｃ）から、

Ｌｂ１＝Ｒ・τ２＝０．０１×１０＝０．１［ｍＨ］

と過飽和特性領域Ａ２において、直流リアクトル２５の単体のインダクタンス値Ｌｂを含む合計インダクタンス値Ｌｂ１が算出される。

そして、これらＬａ１＝０．０３［ｍＨ］、Ｌｂ１＝０．１［ｍＨ］の直線補完を行うことで合計インダクタンス値Ｌの関数Ｌ（Ｉ）が得られ、先に得られた合計抵抗値Ｒとで、上記式（ｄ）からその時々の先端電圧Ｖａが算出できるようになっている。尚、上記に挙げた具体的数値は一例であり、これに限定されない。

このように過飽和特性を有する直流リアクトル２５を用いた本実施形態の溶接用電源装置１１であっても先端電圧Ｖａが適切に算出されることから、適切に算出される先端電圧Ｖａに基づいたインバータ回路２２のその時々の制御が一層適切に行われる。従って、過飽和特性のリアクトル２５を用いることとの相乗効果で、全電流領域に亘って一層適切なアーク溶接用の直流出力電力の生成ができるものとなっている。

ところで、溶接対象Ｍが大型構造物や長尺物等である場合、上記した溶接機１０は図４（ａ）（ｂ）に示すような溶接ロボットシステム５０に組み込まれる。溶接ロボットシステム５０は、溶接ロボット５１が担当する溶接範囲が数十［ｍ］に及ぶものを対応可能とするものであり、トーチＴＨ（電極１２）を支持する溶接ロボット５１自体がスライダ装置５２にてその溶接範囲に合わせて移動可能に構成されている。

溶接用電源装置１１は、外部からの電力供給に好適な位置に不動に設置され、ワイヤ電極１２を支持するトーチＴＨやワイヤ供給装置１３は、可動の溶接ロボット５１側に設置される。電源装置１１とトーチＴＨとの間の主電路として用いられるパワーケーブル１４は、溶接ロボット５１がスライダ装置５２にて図４（ｂ）に示す最離間位置まで移動することを想定したケーブル長に決定される。そのため、図４（ａ）に示す近接位置では、パワーケーブル１４に余長分が生じてしまうため、その余長分が溶接ロボット５１の動作等に支障を来さないように支持装置５３によるパワーケーブル１４の支持がなされる。

支持装置５３は、スライダ装置５２による溶接ロボット５１の移動方向に延び所定高さで支持された支持ワイヤ５３ａに移動可能な複数の吊下部材５３ｂにて、パワーケーブル１４の複数箇所が吊り下げ支持される。そして、パワーケーブル１４は、溶接ロボット５１が電源装置１１の近接位置に配置された時には間隔の狭い波形状をなし、溶接ロボット５１の離間に伴って次第に間隔の広い波形状（略直線状）に変化する。このようなパワーケーブル１４の敷設状態（敷設形状）の変化は、ケーブル１４にかかるインダクタンス値を変化させる。

ここで、溶接ロボット５１及びスライダ装置５２は、ロボットコントローラ（ＲＣ）６１にてその動作が制御されるが、該コントローラ６１に接続された可搬式操作教示装置であるティーチペンダント（ＴＰ）６２にて溶接対象Ｍへの溶接動作に応じて動作教示が行われ、その動作教示が教示プログラム６４として記憶装置（データベースＤＢ）６３に保持される。つまり、ロボットコントローラ６１は、記憶装置６３に保持された教示プログラム６４に従って溶接ロボット５１及びスライダ装置５２の動作制御を行いつつ、溶接用電源装置１１と連携して溶接動作を行わせるようになっている。尚、記憶装置６３は、電源装置１１及びロボットコントローラ６１のいずれか一方に設けられるか、各自身に関する事項を各自身で保持すべく両者それぞれに設けてもよい。

教示プログラム６４には、溶接ロボット５１及びスライダ装置５２の動作基準となる位置情報や動作指令が設定されると共に、所定位置毎に溶接ロボット５１にて溶接を行う場合にはその溶接条件（溶接時の出力電圧・電流値等）が設定される。位置情報／動作指令や溶接条件は複数設定可能である。加えて本実施形態では、先端電圧Ｖａの算出にかかる各測定値（合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌ）についても複数設定可能となっており、教示プログラム６４の溶接条件にその測定値を設定、即ち測定値に基づく先端電圧Ｖａの電圧変化分をインバータ回路２２の制御値に反映できるようになっている。また、測定値を取得するための実測定は、動作教示途中に行うことが可能となっている。

このような教示プログラム６４の作成に際し、具体的に位置α、位置β、位置γにスライダ装置５２にて溶接ロボット５１を移動させ、各位置α〜γにて溶接動作を行う場合について説明する。

先ず、作業者によるティーチペンダント６２の操作に基づいて、スライダ装置５２による溶接ロボット５１の位置αへの移動が行われると共に、溶接ロボット５１が所定の溶接姿勢に動作される。これら各動作は、教示プログラム６４に位置情報／動作指令として設定される。

次いで、溶接ロボット５１の現位置α及び現姿勢での溶接にかかる溶接条件が設定される。その際、先ずは位置αにて上記の測定モードが実行され、合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌの実測定が行われる。つまり、パワーケーブル１４の敷設状態（敷設形状）の影響を受ける特にインダクタンス値Ｌについては、位置αでのケーブル１４の敷設状態が反映された値として測定される。尚、抵抗値Ｒについては、ケーブル１４の敷設状態の影響は極めて小さい。そして、各測定値は、位置αでの溶接条件として設定されるべく、例えば位置αでの溶接開始指令ＡＳαに関連付けて抵抗値Ｒα、インダクタンス値Ｌαとして教示プログラム６４中に設定される。これにより、溶接条件として他に出力電流Ｉ及び出力電圧Ｖが設定されるが、その出力電圧Ｖに同位置αでのパワーケーブル１４の敷設状態を含む電圧変化分が加味され、より適切な先端電圧Ｖａの算出が行われる。因みに、溶接は電極１２を移動させながら行われるため、該溶接と並行して溶接ロボット５１の姿勢制御が行われる。従って、教示プログラム６４には、溶接条件と位置情報／動作指令とが混在するものとなっている。

位置αでの溶接が終了すると、次に溶接を行う位置βへの溶接ロボット５１の移動が行われ、溶接ロボット５１が所定の溶接姿勢に動作される。位置βでの溶接にかかる溶接条件の設定についても、先ずは位置βにて測定モードが実行され、同位置βでのパワーケーブル１４の敷設状態に応じた合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌの実測定が行われる。測定された抵抗値Ｒβ、インダクタンス値Ｌβは、教示プログラム６４中の位置βでの溶接開始指令ＡＳβに関連付けて設定される。

次の溶接位置である位置γについても同様に、同位置γへの溶接ロボット５１の移動等が行われると共に、同位置γでのパワーケーブル１４の敷設状態に応じた合計抵抗値Ｒ及び合計インダクタンス値Ｌの実測定が行われ、測定された抵抗値Ｒγ、インダクタンス値Ｌγは、教示プログラム６４中の位置γでの溶接開始指令ＡＳγに関連付けて設定される。そして、このようなティーチング操作が繰り返されて教示プログラム６４が作成される。

そして、ロボットコントローラ６１は、作成された教示プログラム６４のプレイバックを行うことで、溶接用電源装置１１と連携した溶接対象Ｍへの溶接を実施する。その際、教示プログラム６４中には、上記したように、位置α〜γ毎でのパワーケーブル１４の敷設状態に応じた合計抵抗値Ｒα〜γ及び合計インダクタンス値Ｌα〜γが設定されていることから、算出されるその時々の先端電圧Ｖａがより適切なものとなる。これにより、溶接動作中にパワーケーブル１４の敷設状態が変化する場合であってもその時々のインバータ回路２２の制御が好適となり、溶接性能の向上が見込めるものである。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）本実施形態のような溶接ロボットシステム５０では、電極１２側の可動に基づいてパワーケーブル１４の敷設状態が変化する。こうした変化に対応すべく、例えば複数位置α〜γ毎に測定した合計抵抗値Ｒα〜γ及び合計インダクタンス値Ｌα〜γが記憶装置６３にて複数保持される。そして、電極１２側の所定位置α〜γ毎に保持される抵抗値Ｒα〜γ及びインダクタンス値Ｌα〜γがその位置α〜γでの溶接開始指令ＡＳα〜γにて切り替えられ、電源装置１１での先端電圧Ｖａの算出の際に、抵抗値Ｒα〜γ及びインダクタンス値Ｌα〜γにかかる電圧変化分を個別に補正した先端電圧Ｖａの算出が行われる。つまり、電源装置１１（インバータ回路２２）の制御に用いる先端電圧Ｖａの算出に、可動する電極１２側の位置α〜γ毎、即ちその可動に基づいて変化するパワーケーブル１４の敷設状態に応じた電圧補正が行われるため、その時々で精度の高い先端電圧Ｖａを算出することができる。結果、電源装置１１（インバータ回路２２）のその時々の制御を好適に行うことができ、溶接性能の更なる向上を図ることができる。

（２）ティーチペンダント６２による操作教示途中で合計インダクタンス値Ｌ等の測定が実施可能に構成され、教示プログラム６４中に電極１２側の位置情報に関連付けて合計インダクタンス値Ｌ等の保持が行われる。これにより、溶接ロボット５１及びスライダ装置５２の操作教示を行いながら、電極１２側の所定位置α〜γでのインダクタンス値Ｌ等の測定及びその測定値の保持がなされるため、操作教示と測定（測定値の保持）とを別に行う態様よりも、当然ながら本実施形態ではこれらにかかる時間が短時間で済み、容易に行うことができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、支持ワイヤ５３ａと吊下部材５３ｂとを用いた支持装置５３にてパワーケーブル１４を波状に支持したが、ケーブル１４の支持態様はこれに限定されず適宜変更してもよい。例えば蛇腹管内にケーブル１４を挿通し、溶接ロボット５１が離間位置で略直線状に、近接位置で大きく湾曲するように支持する構成としてもよい。

・上記実施形態では、複数の位置α〜γでそれぞれ合計抵抗値Ｒα〜γと合計インダクタンス値Ｌα〜γとの両者の測定値を保持し、各位置α〜γでその両者を先端電圧Ｖａの算出に用いたが、パワーケーブル１４の敷設状態の影響を大きく受けるインダクタンス値Ｌのみ、位置α〜γ毎に複数保持するようにしてもよい。

・上記実施形態では、溶接ロボット５１が位置α〜γ毎に個々の溶接を実施する動作としたが、１回の連続する溶接中に溶接ロボット５１の移動を伴うような動作に適用してもよい。この場合、予め溶接ロボット５１の所定位置毎に測定しておいた抵抗値Ｒ及びインダクタンス値Ｌ（少なくともインダクタンス値Ｌ）が溶接中の溶接ロボット５１の位置情報によって切り替えられる。

・上記実施形態では、過飽和特性を有する直流リアクトル２５を用いたが、電流値とインダクタンス値とが一定に変化する線形特性を有する一般的なリアクトルを用いてもよい。因みに、このようなリアクトルを用いれば、一回の電流減衰量の測定にてインダクタンス値の取得が可能（関数の取得は不要）で、先端電圧Ｖａの算出が容易である。

１１ 溶接用電源装置
１２ ワイヤ電極（電極）
１４ パワーケーブル
２２ インバータ回路
２３ 溶接トランス
２４ 整流回路（直流変換手段）
２５ 直流リアクトル（直流変換手段）
３１ 制御装置（抵抗値算出手段、インダクタンス値算出手段、先端電圧算出手段）
３３ 電流センサ（検出手段）
３４ 電圧センサ（検出手段）
５０ 溶接ロボットシステム（溶接システム）
５１ 溶接ロボット（可動手段）
５２ スライダ装置（可動手段）
６２ ティーチペンダント（操作教示手段）
６３ 記憶装置（保持手段）
６４ 教示プログラム
Ｍ 溶接対象
Ｉ 出力電流
Ｉｐ１ 電流値
Ｉｐ２ 電流値
Ｖ 出力電圧
Ｖａ 先端電圧
Ｒ 合計抵抗値
Ｌ 合計インダクタンス値
Ｌ（Ｉ） 関数
α，β，γ 位置

Claims (3)

1. 直流電力を高周波交流電力に変換するインバータ回路と、変換した交流電力の電圧調整を行う溶接トランスと、該溶接トランスの二次側交流電力から溶接に適した直流出力電力を生成する直流変換手段とを備え、生成した前記出力電力の電極への供給に基づいて溶接対象との間に溶接のためのアークを生じさせるものであり、本装置内の検出手段にて検出した出力電流と出力電圧とに基づいて前記電極の先端電圧を算出し、算出した先端電圧に基づいて前記インバータ回路の制御が行われるものであって更に、
   前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時の前記出力電圧の電圧値に基づいて前記電極先端までの経路上の合計抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時からの電流減衰量に基づいて前記電極先端までの経路上の合計インダクタンス値を算出するインダクタンス値算出手段とを含む処理を実行する測定モードを有し、前記検出手段にて検出した前記出力電圧の電圧値に対して前記電極先端までの経路上の前記合計抵抗値及び前記合計インダクタンス値にかかる電圧変化分を補正して前記先端電圧を算出する先端電圧算出手段を備えた溶接用電源装置を用い、
   前記電極側を可動させる可動手段と前記電源装置とが連携し前記電極側の可動を伴う溶接を実施する溶接システムであって、
   前記電源装置と前記電極との間の主電路上に使用するパワーケーブルの敷設状態が変化する使用態様を含む前記電極側の位置変化に対応すべく、複数位置毎に測定した少なくとも前記合計インダクタンス値を複数保持する保持手段を備えており、
   前記電源装置の先端電圧算出手段は、前記電極側の所定位置毎に保持される少なくとも前記合計インダクタンス値のその位置に基づく切替指令にて、前記電圧変化分を個別に補正した前記先端電圧の算出を行うことを特徴とする溶接システム。
2. 請求項１に記載の溶接システムにおいて、
   前記可動手段及び前記電源装置の所定動作を操作教示し、これらの連携制御の基となる教示プログラムを作成する操作教示手段を備え、
   前記操作教示途中で前記測定を実施可能に構成され、前記教示プログラム中に前記電極側の位置情報に関連付けて少なくとも前記合計インダクタンス値の保持が行われることを特徴とする溶接システム。
3. 直流電力を高周波交流電力に変換するインバータ回路と、変換した交流電力の電圧調整を行う溶接トランスと、該溶接トランスの二次側交流電力から溶接に適した直流出力電力を生成する直流変換手段とを備え、生成した前記出力電力の電極への供給に基づいて溶接対象との間に溶接のためのアークを生じさせるものであり、本装置内の検出手段にて検出した出力電流と出力電圧とに基づいて前記電極の先端電圧を算出し、算出した先端電圧に基づいて前記インバータ回路の制御が行われる溶接用電源装置であって、
   前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時の前記出力電圧の電圧値に基づいて前記電極先端までの経路上の合計抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、前記電極を短絡状態として行われ、前記インバータ回路の動作にて生じる前記出力電流を所定電流値とした時からの電流減衰量に基づいて前記電極先端までの経路上の合計インダクタンス値を算出するインダクタンス値算出手段とを含む処理を実行する測定モードを有し、前記検出手段にて検出した前記出力電圧の電圧値に対して前記電極先端までの経路上の前記合計抵抗値及び前記合計インダクタンス値にかかる電圧変化分を補正して前記先端電圧を算出する先端電圧算出手段を備えており、
   前記電極側を可動手段にて可動させ前記電源装置と前記電極との間の主電路上に使用するパワーケーブルの敷設状態が変化する使用態様を含む前記電極側の位置変化に対応すべく、前記電源装置自身又は外部に設けた保持手段に複数位置毎に測定した少なくとも前記合計インダクタンス値を複数保持しておき、
   前記先端電圧算出手段は、前記電極側の所定位置毎に保持される少なくとも前記合計インダクタンス値のその位置に基づく切替指令にて、前記電圧変化分を個別に補正した前記先端電圧の算出を行うことを特徴とする溶接用電源装置。

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