JP2013066906A - アーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明では、溶接トーチのケーブルが長くても溶接条件の調整を作業者の手元で調整できるアーク溶接装置を提供する。
【解決手段】 トーチスイッチをオンすると溶接開始信号を出力する溶接トーチと溶接電源とを備えたアーク溶接装置において、加速度センサを溶接トーチ内部に具備し、溶接電源は、トーチスイッチの設定モード切換操作に応じて実溶接モードから出力調整モードに移行し、出力調整モードのとき、溶接トーチを移動させ、Ｘ軸方向の加速度センサ信号の加速値の絶対値が第１の加速基準値を超え、且つ第１の加速基準値より大きい第２の加速基準値を超えたとき、溶接条件設定値を増加させ、Ｙ軸方向の加速度センサ信号の加速値の絶対値が第３の加速基準値を超え、且つ第３の加速基準値より大きい第４の加速基準値を超えたとき、溶接条件設定値を減少させる、ことを特徴とするアーク溶接装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アーク溶接装置に使用される溶接トーチに関するものである。

作業者は溶接ワーク毎に溶接条件（例えば、溶接電流又は溶接電圧）を調整して作業するが、作業現場において出力ケーブルを延長して作業を行うときがある。このときリモコン調整器の制御ケーブルが短いため、作業者がリモコン調整器まで移動して溶接条件の調整を行なうことになり、移動が作業者に大きな負担をかけていた。この対策として、溶接トーチに溶接条件調整器を設けて、作業者の手元で溶接条件の調整を行って作業者の負担を軽減していた。

図７は、従来技術のアーク溶接装置の電気接続図である。同図において、アーク溶接装置は、溶接電源ＷＧと、シールドガスが充填されたガスボンベＧＢと、ガスボンベＧＢに取り付けられたガス流量調整器ＧＣと、溶接ワイヤを巻回したワイヤリールＷＬと、溶接電力、溶接ワイヤ及びシールドガスの中継及び供給を行うワイヤ送給機ＷＦと、トーチスイッチＴＳを設けたアーク溶接トーチＴＨとにより構成されている。

図７に示す、被加工物Ｍと溶接電源ＷＧとの距離が近いとき、リモコン調整器ＲＥＣを作業者の手元に置いて溶接条件調整ツマミで溶接条件の調整が行えるので、作業者が溶接条件調整のため、そのつど溶接電源ＷＧの設置位置まで移動する必要がない。

しかし、溶接作業現場において、被加工物用ケーブル２及び溶接用ケーブル３を、例えば、１０ｍに延長して作業を行うこともある。このときリモコン調整器ＲＥＣを手元に置いて溶接条件の調整を行うことができなくなる。
この対策として、溶接トーチＴＨに溶接条件の変更できる調整器を設けて、作業者が溶接条件の調整を手元で行えるようにしていた。

図８は、溶接条件の調整を作業者の手元に行う溶接トーチＴＨの操作部の概略図である。同図において、トーチスイッチＴＳをオンすることにより、トーチ先端部からシールドガスが放流され、ワイヤが送給され、被加工物Ｍとワイヤ先端との間に出力電圧が印加され、アーク溶接が開始される。

図８に示す溶接トーチＴＨは、上面にモード選択ボタンＭＳ及び調整器ＣＢから成る溶接条件調整器が設けられている。モード選択ボタンＭＳを押すことによって、溶接電源ＷＧは溶接条件を調整するための溶接電流調整モード又は溶接電圧調整モードのどちらかが設定され、図示省略の第１調整ボタンＣＢａを押すことによって調整値が増加し、第２調整ボタンＣＢｂを押すことによって調整値が減少する。

しかし、溶接トーチＴＨにモード選択ボタンＭＳ、調整器ＣＢ等を設けると溶接トーチ自体が大きく、重くなって溶接作業を長時間行うことが困難になり作業性が落ちる。

特許文献１には、モード選択ボタンＭＳ、調整器ＣＢ等を設けた溶接トーチが開示されている。

特開２００７−２１５４２号公報

溶接作業現場において、被加工物用ケーブル２及び溶接用ケーブル３を延長して溶接ワーク毎に溶接条件の調整を必要とする溶接作業では、標準仕様のリモコン調整器では、リモコン調整器に接続されたリモコン用ケーブルが短く、作業者が手元にリモコン調整器を置いて溶接条件を調整できないので、調整の度にリモコン調整器の傍まで移動して溶接条件を調整する必要があり、作業者に大きな負担となっていた。この対策として、従来の溶接トーチに溶接条件調整器を設けて、作業者の手元で溶接条件の調整を行っていた。

しかし、この溶接条件調整器を設けた溶接トーチでは、溶接トーチ自体が大きくなり且つ、重量も増えるので溶接作業を長時間継続することが困難になり作業性が落ちてしまう。更に、溶接条件調整器の設定部が小さく、皮手袋を付けて溶接条件の調整を行うとき、調整がしにくいので作業者が皮手袋を脱いで溶接条件の調整を行う必要があり作業性が落ちる、という課題が生じる。

そこで、本発明では、溶接機の出力ケーブルが長くなっても、作業者が容易に溶接条件の調整を行うことができる、アーク溶接装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、トーチスイッチをオンすると溶接開始信号を出力する溶接トーチと、前記溶接開始信号に応じて動作する溶接電源と、を備えたアーク溶接装置において、
各方向の加速度を検出し加速度センサ信号として前記溶接電源に出力する加速度センサを前記溶接トーチ内部に具備し、前記溶接電源は、前記トーチスイッチの設定モード切換操作に応じて実溶接モードから出力調整モードに移行し、前記出力調整モードのとき、作業者が前記溶接トーチを移動させたとき、Ｘ軸方向の加速度センサ信号の加速値の絶対値が、予め定めた第１の加速基準値を超え、且つ、前記第１の加速基準値より大きい第２の加速基準値を超えたとき、溶接条件の設定値を所定の増加幅だけ増加させ、Ｙ軸方向の加速度センサ信号の加速値の絶対値が、予め定めた第３の加速基準値を超え、且つ、前記第３の加速基準値より大きい第４の加速基準値を超えたとき、前記溶接条件の設定値を所定の減少幅だけ減少させたのち、前記設定モード切換操作を再度行なって出力調整モードから実溶接モードに移行する、ことを特徴とするアーク溶接装置である。

請求項２の発明は、前記トーチスイッチの設定モード切換操作を、ダブルクリック操作又は複数のクリック操作とする、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置である。

請求項３の発明は、前記溶接条件の設定値が、溶接電流設定値及び／又は溶接電圧設定値である、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のアーク溶接装置である。

請求項４の発明は、前記溶接条件設定値の増減幅を、Ｚ軸方向の加速度センサ信号の加速値が正で予め定めた第５の加速基準値を超え、且つ、前記第５の加速基準値より大きい第６の加速基準値を超えたとき増加させ、前記Ｚ軸方向の加速度センサ信号の加速値が負で予め定めた第５の加速基準値を超え、且つ、前記第５の加速基準値より大きい第６の加速基準値を超えたとき減少させる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置である。

本発明の請求項１及び請求項２によれば、作業者が手元の溶接トーチのトーチスイッチを設定モード切換操作（例えば、複数のクリック操作又はダブルクリック操作）を行うことで出力調整モードが設定でき、出力調整モードを設定したのちに、溶接トーチをＸ軸に沿って移動すると溶接条件の値が増加でき、Ｙ軸に沿って移動すると溶接条件の値が減少できるので、作業者が溶接条件設定値の調整のために離れたリモコン調整器又はフロントパネルの調整期まで移動する必要が無くなり、作業の負担が大きく軽減できる。更に、皮手袋を付けた状態で溶接電流設定値及び溶接電圧設定値の調整が容易できるので作業効率が大きく向上する。

本発明の請求項３によれば、出力調整モードを設定したのちに、溶接トーチをＸ軸又はＹ軸に沿って移動するだけで、溶接電流設定値及び／又は溶接電圧設定値の調整が遠隔から可能になる。

本発明の請求項４によれば、溶接トーチのＺ軸に沿って移動するだけで、溶接条件設定値の増減幅を遠隔から作業者が所望する値に変更できるので、更なる溶接の品質向上に繋がる。

本発明の実施形態に係るアーク溶接装置の電気接続図である。 実施形態の溶接トーチの詳細図である。 実施形態１の調整モードのとき、溶接トーチをＸ軸に沿って移動（左右）したときの動作を説明する波形図である。 実施形態１の調整モードのとき、溶接トーチをＹ軸に沿って移動（上下）したときの動作を説明する波形図である。 実施形態２の調整モードのとき、溶接トーチをＺ軸に沿って移動（前後）したときの動作を説明する波形図である。 溶接トーチと３軸との相関図である 従来技術のアーク溶接装置の電気接続図である。 従来技術の溶接トーチの詳細図である。

図１は、本発明の実施形態に係るアーク溶接装置の電気接続図である。同図において、図８示す従来技術のアーク溶接装置の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。

近年、物体の移動加速度を検知できる２軸加速度センサが、ゲーム機等に多く使用されており、この２軸加速度センサＡＳは、Ｘ軸（左右方向）、Ｙ軸（上下方向）の加速度を１個のセンサで検出でき、例えば、Ｘ軸の右方向に移動し加速するとプラスの加速度信号が出力され、左向に移動し加速するとマイナスの加速度信号が出力され、Ｙ軸の上方向に移動し加速するとプラスの加速度信号が出力され、下右向に移動し加速するとマイナスの加速度信号が出力される。図２は２軸加速度センサＡＳをトーチスイッチＴＳの上側の溶接トーチＴＨの内部に設けた詳細図である。

図３及び図４は、本発明の実施形態１の動作を説明する波形図である。図３において、図３（Ａ）は、トーチスイッチ信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）は、溶接トーチＴＨをＸ軸（左右）に沿って移動したときのＸ軸対応加速度センサ信号Ｘｓを示し、同図（Ｃ）は、溶接電流設定値Ｉｓを示し、同図（Ｄ）は、溶接電圧設定値Ｖｓを示す。

次に、図１〜図４を参照して本発明の実施形態１の動作について説明する。
図１に示す溶接電源ＷＧの前面のフロントパネルに設けられた図示省略の溶接電流設定器又は溶接電圧設定器で、作業者が、例えば、溶接電流設定値１００Ａ、溶接電圧設定値２０Ｖに設定して溶接を開始する。そして、溶接が終了し新たに被加工物Ｍを交換して再度溶接を開始するとき、作業者が若干の溶接電流設定値又は溶接電圧設定値の調整を必要と判断し、例えば、溶接電流設定値を１００Ａから１０１Ａ、溶接電圧設定値を２０Ｖから２１Ｖに増加したいと思ったとき、作業者は、設定モード切換操作、例えば、トーチスイッチのオン、オフを繰り返すダブルクリック操作を行い、時刻ｔ＝ｔ２において、溶接電源ＷＧを出力調整モードに設定する。このとき、設定モード切換操作を、例えば、複数のクリック操作でも良い。

溶接電源ＷＧが出力調整モードを設定したのち、作業者が、溶接トーチＴＨを図６のＸ軸（左右）に沿って移動したとき、図２に示す溶接トーチＴＨに設けられた速度センサＡＳは、Ｘ軸（左右）に沿って移動したときの加速度を検出して図３（Ｂ）に示すＸ軸対応加速度センサ信号Ｘｓを出力し、図１に示すトーチケーブル１、ワイヤ送給機ＷＦ及び制御ケーブル６を介して溶接電源ＷＧに送信する。

溶接電源ＷＧは、図３（Ｂ）に示すＸ軸対応加速度センサ信号Ｘｓの時刻ｔ＝ｔ３の初速値零から時刻ｔ＝ｔ５の終速値零の間の最大加速値の絶対値を（ピークホールド）検出し、この検出した絶対値が、零近傍の予め定めた第１の加速基準値Ａｒｘを超え、且つ、第１の加速基準値Ａｒｘより大きい第２の加速基準値Ａｒｘ２を超えたとき、時刻ｔ＝ｔ４おいて、溶接電流設定値１００Ａに予め定めた加算電流値１Ａを加算し、溶接電流設定値を図３（Ｃ）に示すように１００Ａから１０１Ａに増加させ、且つ、溶接電圧設定値２０Ｖに予め定めた加算電圧値１Ｖを加算し、溶接電圧設定値を図３（Ｄ）に示すように２０Ｖから２１Ｖに増加させる。

次に、作業者が、溶接電流設定値を１０１Ａから１０２Ａ、溶接電圧設定値を２１Ｖから２２Ｖにさらに増加したいと判断したとき、溶接トーチＴＨを図６のＸ軸（左右）に沿って移動したとき、溶接電源ＷＧは、図３（Ｂ）に示すＸ軸対応加速度センサ信号Ｘｓの時刻ｔ＝ｔ６の初速値零から時刻ｔ＝ｔ８の終速値零の間の最大加速値の絶対値を（ピークホールド）検出し、この検出した絶対値が、零近傍の予め定めた第１の加速基準値Ａｒｘを超え、且つ、第１の加速基準値Ａｒｘより大きい第２の加速基準値Ａｒｘ２を超えたとき、時刻ｔ＝ｔ７おいて、溶接電流設定値１０１Ａに加算電流値１Ａを加算し、溶接電流設定値を図３（Ｃ）に示すように１０１Ａから１０２Ａに増加させ、且つ、溶接電圧設定値２１Ｖに加算電圧値１Ｖを加算し、溶接電圧設定値を図３（Ｄ）に示すように２１Ｖから２２Ｖに増加させる。

溶接電流設定値及び溶接電流設定値の調整が終了すると、作業者は、再度トーチスイッチのオン、オフを繰り返すダブルクリック操作を行い、調整モードを解除して通常の溶接モードに移行する。

上記より、図３に示す調整モード時間Ｔ１の間に、溶接トーチＴＨを図６のＸ軸（左右）に沿って移動する移動回数に応じて加算回数が決定し、作業者の所望する値に調整することができる。

次に作業者が、例えば、溶接電流設定値１００Ａ、溶接電圧設定値２０Ｖに設定して溶接を開始する。そして、溶接が終了し新たに被加工物Ｍを交換して再度溶接を開始するとき、作業者が、例えば、溶接電流設定値を１００Ａから９９Ａ、溶接電圧設定値を２０Ｖから１９Ｖに減少したいと思ったとき、作業者は、設定モード切換操作、例えば、トーチスイッチのオン、オフを繰り返すダブルクリック操作を行い、図４の時刻ｔ＝ｔ２において、溶接電源ＷＧを出力調整モードに設定する。

溶接電源ＷＧが出力調整モードを設定したのち、作業者が、溶接トーチＴＨを図６のＹ軸（上下）に沿って移動したとき、図２に示す溶接トーチＴＨに設けられた速度センサＡＳは、Ｙ軸（上下）に沿って往復移動したときの加速度を検出して図４（Ｂ）に示すＹ軸対応加速度センサ信号Ｙｓを出力し、図１に示すトーチケーブル１、ワイヤ送給機ＷＦ及び制御ケーブル６を介して溶接電源ＷＧに送信する。

溶接電源ＷＧは、図４（Ｂ）に示すＹ軸対応加速度センサ信号Ｙｓの時刻ｔ＝ｔ３の初速値零から時刻ｔ＝ｔ５の終速値零の間の最大加速値の絶対値を（ピークホールド）検出し、この検出した絶対値が予め定めた第１の加速基準値Ａｒｙを超え、且つ、第１の加速基準値Ａｒｙより大きい第２の加速基準値Ａｒｙ２を超えたとき、時刻ｔ＝ｔ４において、溶接電流設定値１００Ａに予め定めた減算電流値１Ａを減算し、溶接電流設定値を図４（Ｃ）に示すように１００Ａから９９Ａに減算させ、且つ、溶接電圧設定値２０Ｖに予め定めた減算電圧値１Ｖを減算し、溶接電圧設定値を図４（Ｄ）に示すように２０Ｖから１９Ｖに減算させる。

次に、作業者が、溶接電流設定値の減少を９９Ａから９８Ａ、溶接電圧設定値を１９Ｖから１８Ｖにさらに減少したいと判断したとき、溶接トーチＴＨを図６のＹ軸（上下）に沿って移動したとき、溶接電源ＷＧは、図４（Ｂ）に示すＹ軸対応加速度センサ信号Ｙｓの時刻ｔ＝ｔ６の初速値零から時刻ｔ＝ｔ８の終速値零の間の最大加速値の絶対値を（ピークホールド）検出し、この検出した絶対値が第１の加速基準値Ａｒｙを超え、且つ、第１の加速基準値Ａｒｙより大きい第２の加速基準値Ａｒｙ２を超えたとき、時刻ｔ＝ｔ７において、溶接電流設定値９９Ａに減算電流値１Ａを減算し９８Ａに減少させ、且つ、溶接電圧設定値を１９Ｖから１８Ｖに減少させる。

溶接電流設定値及び溶接電流設定値の調整が終了すると、作業者は、再度トーチスイッチのオン、オフを繰り返すダブルクリック操作を行い、調整モードを解除して通常の溶接モードに移行する。

上記より、図４に示す調整モード時間Ｔ１の間に、溶接トーチＴＨを図６のＹ軸（上下）に沿って移動する移動回数に応じて減算回数が決定し、作業者の所望する値に調整ができる。
また、溶接電源ＷＧは、加算電流値、減算電流値、加算電圧値及び減算電圧値を個別に予め定めた値に設定でき、例えば、加算電圧値及び減算電圧値を０Ｖにしておけば、溶接電流設定値のみ個別に加算、減算の調整ができ、逆に、加算電流値及び減算電流値を０Ｖにしておけば、溶接電圧設定値のみ個別に加算、減算の調整ができる。

「実施形態２」
図５は、本発明の実施形態２の動作を説明する波形図である。図５において、図５（Ａ）は、トーチスイッチ信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）は、溶接トーチＴＨをＺ軸（上下）に沿って移動したときのＺ軸対応加速度センサ信号Ｚｓを示し、同図（Ｃ）は、溶接条件設定値の電圧増減値を示し、同図（Ｄ）は、溶接条件設定値の電流増減値を示す。

図５を参照して本発明の実施形態２の動作について説明する。
図１に示す溶接電源ＷＧの前面のフロントパネルに設けられた図示省略の溶接電流設定器又は溶接電圧設定器で、作業者が、例えば、溶接電流設定値１００Ａ、溶接電圧設定値２０Ｖに設定し、溶接電流設定値の増減値１Ａ、溶接電圧設定値の増減値１Ｖに設定する。このとき、作業者が溶接電流設定値の増減値１Ａを２Ａ、溶接電圧設定値の増減値１Ｖを２Ｖに変更したいと判断したとき、作業者は、設定モード切換操作、例えば、トーチスイッチのオン、オフを繰り返すダブルクリック操作を行い、図５に示す時刻ｔ＝ｔ２において、溶接電源ＷＧを出力調整モードに設定する。このとき、設定モード切換操作を、例えば、複数のクリック操作でも良い。

溶接電源ＷＧが出力調整モードを設定したのち、作業者が、溶接トーチＴＨをＺ軸に沿って前方向移動したとき、図２に示す溶接トーチＴＨに設けられた速度センサＡＳは、Ｚ軸の前に移動したときの加速度を検出して図５（Ｂ）に示すＺ軸対応加速度センサ信号Ｚｓを出力し、図１に示すトーチケーブル１、ワイヤ送給機ＷＦ及び制御ケーブル６を介して溶接電源ＷＧに送信する。

溶接電源ＷＧは、図５（Ｂ）に示すＺ軸対応加速度センサ信号Ｚｓの時刻ｔ＝ｔ３の初速値零から時刻ｔ＝ｔ５の終速値零の間の加速値を検出し、この検出した加速値が正で予め定めた第１の加速基準値Ａｒｚを超え、且つ、第１の加速基準値Ａｒｚより大きい第２の加速基準値Ａｒｚ２を超えたとき、時刻ｔ＝ｔ４において、溶接電流設定値の増減値１Ａを２Ａに増加させ、溶接電圧設定値の増減値１Ｖを２Ｖに増加させる。

逆に、増加させた値を元に戻したいとき、溶接トーチＴＨをＺ軸に沿って後方向に移動移動したとき、図２に示す溶接トーチＴＨに設けられた速度センサＡＳは、Ｚ軸の後方向に移動したときの加速度を検出して図５（Ｂ）に示すＺ軸対応加速度センサ信号Ｚｓを出力し、図１に示すトーチケーブル１、ワイヤ送給機ＷＦ及び制御ケーブル６を介して溶接電源ＷＧに送信する。

溶接電源ＷＧは、図５（Ｂ）に示すＺ軸対応加速度センサ信号Ｚｓの時刻ｔ＝ｔ６の初速値零から時刻ｔ＝ｔ８の終速値零の間の加速値を検出し、この検出した加速値が負で予め定めた第１の加速基準値Ａｒｚを超え、且つ、第１の加速基準値Ａｒｚより大きい第２の加速基準値Ａｒｚ２を超えたとき、時刻ｔ＝ｔ７において、溶接電流設定値の増減値２Ａを１Ａに減少させ、溶接電圧設定値の増減値２Ｖを１Ｖに減少させて、溶接電流設定値の増減値を１Ａ、溶接電圧設定値の増減値を１Ｖに戻すことが可能となる。

１ トーチケーブル
２ 被加工物用ケーブル
３ 溶接用ケーブル
４ ガスホース
５ リモコン用ケーブル
６ 制御用ケーブル
ＡＳ 加速度センサ（３軸加速度センサ）
ＣＢ 調整器
ＧＢ ガスボンベ
ＧＣ ガス流量調整器
Ｍ 被加工物
ＭＳ モード選択ボタン
ＲＥＣ リモコン調整器
ＴＨ 溶接トーチ
ＴＳ トーチスイッチ
ＷＦ ワイヤ送給機
ＷＧ 溶接電源
ＷＬ ワイヤリール

Claims (4)

1. トーチスイッチをオンすると溶接開始信号を出力する溶接トーチと、前記溶接開始信号に応じて動作する溶接電源と、を備えたアーク溶接装置において、
   各方向の加速度を検出し加速度センサ信号として前記溶接電源に出力する加速度センサを前記溶接トーチ内部に具備し、
   前記溶接電源は、前記トーチスイッチの設定モード切換操作に応じて実溶接モードから出力調整モードに移行し、前記出力調整モードのとき、作業者が前記溶接トーチを移動させたとき、Ｘ軸方向の加速度センサ信号の加速値の絶対値が、予め定めた第１の加速基準値を超え、且つ、前記第１の加速基準値より大きい第２の加速基準値を超えたとき、溶接条件の設定値を所定の増加幅だけ増加させ、Ｙ軸方向の加速度センサ信号の加速値の絶対値が、予め定めた第３の加速基準値を超え、且つ、前記第３の加速基準値より大きい第４の加速基準値を超えたとき、前記溶接条件の設定値を所定の減少幅だけ減少させたのち、前記設定モード切換操作を再度行なって出力調整モードから実溶接モードに移行する、ことを特徴とするアーク溶接装置。
2. 前記トーチスイッチの設定モード切換操作を、ダブルクリック操作又は複数のクリック操作とする、ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置。
3. 前記溶接条件の設定値が、溶接電流設定値及び／又は溶接電圧設定値である、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
4. 前記溶接条件設定値の増減幅を、Ｚ軸方向の加速度センサ信号の加速値が正で予め定めた第５の加速基準値を超え、且つ、前記第５の加速基準値より大きい第６の加速基準値を超えたとき増加させ、前記Ｚ軸方向の加速度センサ信号の加速値が負で予め定めた第５の加速基準値を超え、且つ、前記第５の加速基準値より大きい第６の加速基準値を超えたとき減少させる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。

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