JP2022185732A - 溶接ワイヤ送給装置及びそれを備えたアーク溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ワイヤの母材への送給速度を所望の速度に維持するためのユーザの作業量及び作業時間を削減するとともに安定した良好な溶接品質を得る。【解決手段】溶接ワイヤ送給装置７に、溶接ワイヤ３が母材５に向かって前進と後退を所定周期で繰り返しながら送給されるように第１のモータ７１３を制御する第１のモータ制御部７３１と、第１のモータ７１３のモータ電流に基づいて、前記所定周期の整数倍である所定時間分のこのモータ電流の平均値と所定の基準値との差が小さくなり、かつ溶接ワイヤ３が第１の加圧ローラ７１１及び第１の送給ローラ７１２に向かって前進するように第２のモータ７２３を制御する第２のモータ制御部７３２とを設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、溶接ワイヤを母材に向けて送給する溶接ワイヤ送給装置及びそれを備えたアーク溶接システムに関する。

特許文献１には、溶接ワイヤを母材に向かって進退させる第１のローラと、前記第１のローラを回転させる第１のモータと、前記第１のローラの反母材側で前記溶接ワイヤを前記母材に向かって進退させる第２のローラと、前記第２のローラを回転させる第２のモータとを備えた溶接ワイヤ送給装置が開示されている。この溶接ワイヤ送給装置では、前記第１のローラと前記第２のローラとの間にワイヤバッファを設け、当該ワイヤバッファにバッファリングされている溶接ワイヤの量が所定の数値範囲内となるように前記第１のモータ及び第２のモータの少なくとも一方を制御することにより、適切なワイヤ送給を実現している。

特許第６１５５１５１号公報

ところで、特許文献１のような溶接ワイヤ送給装置にワイヤバッファを設けず、溶接ワイヤを所望の速度で母材に送給するように第１のモータを制御する場合、第２のローラによる溶接ワイヤの送給力を適切な数値範囲内に設定しないと、第１のローラに送給される溶接ワイヤの送給抵抗が大きくなり過ぎて溶接ワイヤの母材への送給速度を所望の速度に維持できなくなる。また、第２のローラによる溶接ワイヤの送給力の適切な数値範囲は、第１のローラの位置や姿勢、及び溶接ワイヤの種類等によって異なる。しかし、溶接トーチの位置や姿勢、又は溶接ワイヤの種類を変更する度に、第２のローラによる溶接ワイヤの送給力が適切な数値範囲内となるように第２のモータのモータ電流を手作業で調整するようにすると、ユーザの作業量及び作業時間が増大するとともに溶接品質がばらつきやすくなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、溶接ワイヤの母材への送給速度を所望の速度に維持するためのユーザの作業量及び作業時間を削減するとともに安定した良好な溶接品質を得ることにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、溶接ワイヤを母材に向けて送給する溶接ワイヤ送給装置であって、前記溶接ワイヤを挟む第１の送給ローラ及び第１の加圧ローラと、前記第１の送給ローラを回転させる第１のモータと、前記溶接ワイヤが前記母材に向かって前進と後退を所定周期で繰り返しながら送給されるように前記第１のモータを制御する第１のモータ制御部と、前記第１の送給ローラ及び前記第１の加圧ローラの反母材側で前記溶接ワイヤを挟む第２の送給ローラ及び第２の加圧ローラと、前記第２の送給ローラを回転させる第２のモータと、前記第１のモータのモータ電流に基づいて、前記所定周期の整数倍である所定時間分の当該モータ電流の平均値と所定の基準値との差が小さくなり、かつ前記第２の送給ローラ及び前記第２の加圧ローラが前記溶接ワイヤを前進させるように前記第２のモータを制御する第２のモータ制御部とを備えていることを特徴とする。

これにより、第２のモータ制御部が、第１のモータのモータ電流の所定時間分の平均値と所定の基準値との差が小さくなるように第２のモータを自動的に制御するので、第２のモータのモータ電流を手作業で調整しなくても、第１のローラに送給される溶接ワイヤの送給抵抗が大きくなり過ぎるのを抑制できる。したがって、溶接ワイヤの母材への送給速度を所望の速度に維持するためのユーザの作業量及び作業時間を削減でき、より安定した良好な溶接品質が得られる。

本発明によると、溶接ワイヤの母材への送給速度を所望の速度に維持するためのユーザの作業量及び作業時間を削減でき、より安定した良好な溶接品質が得られる。

本発明の実施形態に係るアーク溶接システムの構成を示す概略図である。 溶接ワイヤ送給装置の構成を示すブロック図である。 ワイヤブースターによる溶接ワイヤの送給力と、第１のモータのモータ電流の所定時間分の平均値の基準値との差との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

図１は、本発明の実施形態に係るアーク溶接システム１の構成を示す。このアーク溶接システム１は、溶接ワイヤ３を母材５に向けて送給してアーク溶接を行う。このアーク溶接システム１は、溶接ワイヤ送給装置７と、マニピュレータ９と、溶接電流供給装置１１とを備えている。

溶接ワイヤ送給装置７は、溶接ワイヤ３を母材５に向けて送給する。具体的には、溶接ワイヤ送給装置７は、溶接トーチとしてのサーボプルトーチ７１と、ワイヤブースター７２と、制御装置７３と、引き出し装置７４と、ペールパック７５とを備えている。

サーボプルトーチ７１は、溶接ワイヤ３を保持した状態で、シールドガス及び溶接ワイヤ３を母材５に供給し、溶融した溶接ワイヤ３をシールドガスで包囲して保護しながら母材５を溶接するように構成されている。具体的には、サーボプルトーチ７１は、図２に示すように、第１の加圧ローラ７１１と、第１の送給ローラ７１２と、第１のモータ７１３とを備えている。なお、シールドガスは、図示しないボンベから図示しない供給手段によってサーボプルトーチ７１に送られる。

第１の加圧ローラ７１１と第１の送給ローラ７１２は、溶接ワイヤ３を挟んだ状態で溶接ワイヤ３に接触している。

第１のモータ７１３は、第１の送給ローラ７１２を回転させる。

ワイヤブースター７２は、ペールパック７５から引き出し装置７４を介して引き出された溶接ワイヤ３をサーボプルトーチ７１に送給する。具体的には、ワイヤブースター７２は、第２の加圧ローラ７２１と、第２の送給ローラ７２２と、第２のモータ７２３とを備えている。

第２の加圧ローラ７２１と第２の送給ローラ７２２は、第１の加圧ローラ７１１及び第１の送給ローラ７１２の反母材５側で、溶接ワイヤ３を挟んだ状態で溶接ワイヤ３に接触している。

第２のモータ７２３は、第２の送給ローラ７２２を回転させる。

制御装置７３は、第１のモータ７１３を制御する第１のモータ制御部７３１と、第２のモータ７２３を制御する第２のモータ制御部７３２とを有している。

第１のモータ制御部７３１は、溶接ワイヤ３が母材５に向かって前進と後退を所定周期で繰り返しながら所望の速度で送給されるように第１のモータ７１３を制御する。第１のモータ制御部７３１は、溶接電圧（アーク電圧）を参照し、当該溶接電圧が所定の設定電圧となるように第１のモータ７１３を制御する。

第２のモータ制御部７３２は、第２の加圧ローラ７２１及び第２の送給ローラ７２２が溶接ワイヤ３を第１の加圧ローラ７１１及び第１の送給ローラ７１２に向かって前進（正送）させるように第２のモータ７２３を制御する。このとき、第２のモータ制御部７３２は、第１のモータ７１３のモータ電流に基づいて、当該モータ電流と所定の基準値との差が小さくなるように第２のモータ７２３を制御する。第１のモータ７１３のモータ電流は、第１のモータ７１３のコイルを流れる電流であり、第１のモータ７１３の入力電流を測定する電流計により取得できるが、取得方法はこれに限定されない。

マニピュレータ９は、多関節型アームで構成されている。マニピュレータ９の先端に前記サーボプルトーチ７１が取り付けられている。マニピュレータ９は、サーボプルトーチ７１を所定の溶接計画線（予定された溶接軌跡）に沿って移動させるように図示しない制御手段によって制御される。

溶接電流供給装置１１は、溶接ワイヤ３と母材５との間に溶接電流を供給する。

上述のように構成されたアーク溶接システム１では、溶接ワイヤ３と母材５との間に溶接電流が供給された状態で、溶接ワイヤ送給装置７の第１のモータ制御部７３１の制御により、第１のモータ７１３が第１の送給ローラ７１２を２方向に回転させ、溶接ワイヤ３が母材５に向かって前進と後退を所定周期で繰り返しながら送給される。また、第２のモータ制御部７３２の制御により、第２のモータ７２３が第２の送給ローラ７２２を回転させ、第２の加圧ローラ７２１及び第２の送給ローラ７２２が、溶接ワイヤ３を第１の加圧ローラ７１１及び第１の送給ローラ７１２に向かって前進させる。溶接動作中、第２のモータ制御部７３２は、溶接ワイヤ３を第１の加圧ローラ７１１及び第１の送給ローラ７１２に向かって前進させるが、後退させないように、第２のモータ７２３を制御する。したがって、第２の加圧ローラ７２１及び第２の送給ローラ７２２は、溶接動作中、溶接ワイヤ３を前進させるが、後退させない。また、このとき、第２のモータ制御部７３２は、第１のモータ７１３のモータ電流に基づいて、当該モータ電流の所定時間分の平均値と所定の基準値との差を算出し、当該差が小さくなるように第２のモータ７２３を制御する。当該所定時間は、溶接ワイヤ３が前進と後退を繰り返す前記所定周期の整数倍である。詳しくは、第２のモータ制御部７３２は、所定の制御周期毎に、第１のモータ７１３のモータ電流を参照し、当該モータ電流の前記所定時間分の平均値と所定の基準値との差を算出し、当該差が小さくなるように第２のモータ７２３のモータ電流を更新する。

ここで、図３は、ワイヤブースター（第２の加圧ローラ７２１及び第２の送給ローラ７２２）７２による溶接ワイヤ３の送給力と、第１のモータ７１３のモータ電流の前記所定時間分の平均値の基準値との差の関係を示す。本実施形態において、基準値は、第１の送給ローラ７１２に送給される溶接ワイヤ３の送給抵抗が０である場合に、溶接ワイヤ３を所望の速度で送給するのに必要な第１のモータ７１３のモータ電流の前記所定時間分の平均値である。

図３中、符号ＥＸ１、ＥＸ２、ＥＸ３で示す点では、第１のモータ７１３のモータ電流の前記所定時間分の平均値の基準値との差が、０Ａを上回っている。これらの場合、ワイヤブースター７２による溶接ワイヤ３の送給力が弱すぎると考えられる。したがって、第２のモータ制御部７３２は、ワイヤブースター７２による溶接ワイヤ３の送給力がより大きくなるように、第２のモータ７２３を制御する。つまり、第２のモータ制御部７３２は、第２のモータ７２３のモータ電流を増大させる。

一方、図３中、符号ＥＸ４、ＥＸ５、ＥＸ６で示す点では、第１のモータ７１３のモータ電流の前記所定時間分の平均値の基準値との差が、０Ａを下回っている。これらの場合、ワイヤブースター７２による溶接ワイヤ３の送給力が強すぎると考えられる。したがって、第２のモータ制御部７３２は、ワイヤブースター７２による溶接ワイヤ３の送給力がより小さくなるように、第２のモータ７２３を制御する。つまり、第２のモータ制御部７３２は、第２のモータ７２３のモータ電流を減らす。

このように、本実施形態では、第１の加圧ローラ７１１及び第１の送給ローラ７１２がマニピュレータ９の先端に取り付けられたサーボプルトーチ７１に設けられているので、ワイヤブースター７２による溶接ワイヤ３の送給力の適切な数値範囲は、マニピュレータ９の動きに伴うサーボプルトーチ７１の位置や姿勢の変化に応じて変動する。しかし、第２のモータ制御部７３２が、第１のモータ７１３のモータ電流の前記所定時間分の平均値と基準値との差が小さくなるように第２のモータ７２３を自動的に制御するので、サーボプルトーチ７１の位置や姿勢が変化する度に第２のモータ７２３のモータ電流を手作業で調整しなくても、第１の送給ローラ７１２に送給される溶接ワイヤ３の送給抵抗が大きくなり過ぎるのを抑制できる。したがって、溶接ワイヤ３の速度を所望の速度に維持するためのユーザの作業量及び作業時間を削減でき、より安定した良好な溶接品質が得られる。

本発明の溶接ワイヤ送給装置及びそれを備えたアーク溶接システムは、溶接ワイヤの送給速度を所望の速度に維持するためのユーザの作業量及び作業時間を削減でき、より安定した良好な溶接品質が得られ、溶接ワイヤを母材に向けて送給する溶接ワイヤ送給装置及びそれを備えたアーク溶接システムとして有用である。

１ アーク溶接システム
３ 溶接ワイヤ
５ 母材
７ 溶接ワイヤ送給装置
９ マニピュレータ
７１１ 第１の加圧ローラ
７１２ 第１の送給ローラ
７１３ 第１のモータ
７２１ 第１の加圧ローラ
７２２ 第２の送給ローラ
７２３ 第２のモータ
７３１ 第１のモータ制御部
７３２ 第２のモータ制御部

Claims (3)

1. 溶接ワイヤを母材に向けて送給する溶接ワイヤ送給装置であって、
   前記溶接ワイヤを挟む第１の送給ローラ及び第１の加圧ローラと、
   前記第１の送給ローラを回転させる第１のモータと、
   前記溶接ワイヤが前記母材に向かって前進と後退を所定周期で繰り返しながら送給されるように前記第１のモータを制御する第１のモータ制御部と、
   前記第１の送給ローラ及び前記第１の加圧ローラの反母材側で前記溶接ワイヤを挟む第２の送給ローラ及び第２の加圧ローラと、
   前記第２の送給ローラを回転させる第２のモータと、
   前記第１のモータのモータ電流に基づいて、前記所定周期の整数倍である所定時間分の当該モータ電流の平均値と所定の基準値との差が小さくなり、かつ前記第２の送給ローラ及び前記第２の加圧ローラが前記溶接ワイヤを前進させるように前記第２のモータを制御する第２のモータ制御部とを備えていることを特徴とする溶接ワイヤ送給装置。
2. 請求項１に記載の溶接ワイヤ送給装置において、
   前記第１の送給ローラ及び前記第１の加圧ローラは、溶接トーチに設けられていることを特徴とする溶接ワイヤ送給装置。
3. 請求項２に記載の溶接ワイヤ送給装置と、
   前記溶接トーチを移動させるマニピュレータとを備えたアーク溶接システム。

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