JP2988176B2 - 自動アーク溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動アーク溶接方法に係
り、特にアーク発生確認信号に基づいて、放電状態を推
定しながらアーク溶接を行う自動アーク溶接方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ロボット等を用いてアーク溶
接を自動で行う方法が知られている。このような自動ア
ーク溶接方法では、アーク放電の開始・停止と、溶接ト
ーチ等の移動・停止とを互いに同期させて行う必要があ
る。

【０００３】ここで、溶接トーチの移動及び停止に関し
て、またはアーク放電の停止に関しては従来よりそれら
を制御する制御信号とほぼ同期させることが可能であり
問題はない。しかし、アーク放電の開始については、放
電が形成されるまでには若干の時間を必要とし、更には
ワークの状態等により放電が形成されないない場合があ
り、放電開始を指令する制御信号の発生時期と放電開始
時期とは必ずしも同期しないという問題があった。

【０００４】つまり、アーク放電の開始時期と溶接トー
チ等の動作時期とを同期させるためには、アーク放電が
開始されたことを検出する機構を設け、その検出信号を
基に同期を図る必要がある。このため、かかる自動アー
ク溶接方法を採用する設備においては、一般にアーク発
生確認信号（ＷＣＲ信号）を発生する機構を設け、その
信号を基に自動溶接を行う各種装置を同期させる機構が
採用されている。

【０００５】ここで、溶接棒とワークとの間にアーク放
電が形成されたか否かは、両者間に流れる電流を監視す
ることによって容易、かつ確実に判別することができ
る。それらの間の電位差のように、両者の間隔や雰囲気
ガス等の影響を受けず、放電が形成されていれば所定の
電流が検出され、放電が形成されていなければ電流は全
く検出されないからある。

【０００６】このため、従来より自動アーク溶接装置に
おいては、アーク放電の電流（以下、アーク電流と称
す）を監視してＷＣＲ信号を発生する構成が広く採用さ
れている。そして、このＷＣＲ信号を用いて溶接トーチ
の移動開始時期を判断することにより、放電開始時期と
溶接トーチ移動開始時期との同期を図り、安定した溶接
品質の確保を可能としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来用いら
れている自動アーク溶接装置においては、アーク電流の
流通・遮断に応じてオン・オフするウェルディングカレ
ントリレーによってＷＣＲ信号を発生させる構成が一般
に用いられている。従って、ＷＣＲ信号をオンからオフ
にまたはオフからオンに切り換える場合、リレーにその
状態を切り換えるべき旨の指示がなされてから実際にＷ
ＣＲ信号が切り替わるまでには所定のディレイタイムが
存在する。

【０００８】そして、従来よりこのディレイタイムは、
ＷＣＲ信号がオフからオンに切り替わる際の時間（オン
ディレイ）が２２〜２６ms程度、ＷＣＲ信号がオンから
オフに切り替わる際の時間（オフディレイ）が１７０〜
２３０ms程度に設定されている。

【０００９】この場合においてオンディレイが短時間に
設定されているのは、アーク放電の開始を精度良く検出
する必要があるからであり、オフディレイが長く設定さ
れているのは、必ずしもＷＣＲ信号によらなくてもアー
ク放電の停止時期は正確に検知することができるからで
ある。

【００１０】つまり、アーク放電の開始時期の検知は、
上記したようにＷＣＲ信号の監視に頼らざるを得ない
が、アーク放電の停止時期は、アーク電流の停止を指令
する制御信号を監視することによってより正確に知るこ
とができる。更に、オフディレイをオンディレイと同等
に短時間とすると、ＷＣＲ信号がアーク電流の変化に対
して敏感に反応し過ぎ、制御に使用し難い信号となる。

【００１１】これらの事情を考慮し、ＷＣＲ信号を発生
するウェルディングカレントリレーについては、上記し
たようにオンディレイについては良好な応答性を優先し
て短時間に、オフディレイについては、ＷＣＲ信号の安
定性を優先して比較的長時間に設定されている。

【００１２】しかしながら上記従来の方法においては、
アーク電流が所定値を越えて一旦ＷＣＲ信号がオンとな
ると、以後上記した１７０〜２３０msのオフディレイを
越える時間継続してアーク電流が所定値を下回らない限
りＷＣＲ信号がオフとなることはない。

【００１３】従って、溶接開始時において一旦溶接棒に
所定値を越える電流が流れ、その後適正にアーク放電が
形成されなかった場合は、アーク放電が形成されていな
いにもかかわらず溶接トーチが移動を開始することとな
り、所望の溶接品質を確保できなくなる場合が生ずる。

【００１４】かかる現象の代表例としては、アーク溶接
開始時におけるスティック現象がある。スティック現象
とは、自動アーク溶接装置において溶接開始時に比較的
頻繁に起こる現象であり、高電圧を給電した溶接棒とワ
ークとを短絡させた際に溶接棒が爆ぜてアーク放電に移
行しない現象である。例えば、放電回路を構成すべきワ
ークの接地不良や、溶接棒への給電不良、または溶接棒
の酸化等に起因して発生する。

【００１５】スティック現象が発生した場合、溶接棒と
ワークとの間にはそれらが短絡している間、すなわち５
０〜７０ms程度の間だけ電流が流れる。そして、その後
爆ぜた溶接棒が再びワークに接触して短絡するまでの
間、１００〜１５０ms程度の間は電流が流れない。

【００１６】ここで、スティック現象によってアーク電
流が停止される時間である１００〜１５０msは、上記し
たＷＣＲ信号のオフディレイの１７０〜２３０msよりも
短い時間である。従って、上記従来の構成の装置におい
ては、複数回にわたり連続的にスティック現象が生じた
場合でもＷＣＲ信号は連続信号として送信され、まさに
上記した溶接品質不良を引き起こしていた。

【００１７】このため、上記従来の構成に係る自動アー
ク溶接装置を使用するに際しては、外観検査等を実施し
て不良ワークの流出を防止する必要があり、自動機の長
所である省人効果を十分に発揮することができないとい
う問題を有していた。

【００１８】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、アーク発生確認信号がオンとなった場合、以後ア
ーク電圧に基づいて正常にアーク放電が形成されている
か否かを判断し、正常にアーク放電が形成されている場
合にのみ溶接トーチを移動させることにより上記の課題
を解決し得る自動アーク溶接方法を提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】図１は、上記の目的を達
成し得る自動アーク溶接方法の原理図を示す。

【００２０】すなわち、上記の目的は、溶接棒と溶接す
べきワークとの間に流れる電流を測定し、該電流値が所
定のしきい値以上である場合にアーク発生確認信号をオ
ンとすると共に、該アーク発生確認信号がオンである場
合に、前記溶接棒を移送するキャリジを溶接終了位置に
向けて移動する自動アーク溶接方法において、図１
（Ａ）に示すように、前記アーク発生確認信号がオンと
なると共に前記溶接棒と前記ワークとの間の電圧差を監
視する第１の処理と、該電位差がアーク放電形成時に発
生する電圧以上の値に達してから後の継続時間を計測す
る第２の処理と、該計測時間が所定の判定時間に達した
時点で前記キャリジの移動開始を指示する第３の処理と
を実行する自動アーク溶接方法により達成される。

【００２１】また、図１（Ｂ）に示すように、前記アー
ク発生確認信号がオンとなると共に前記溶接棒と前記ワ
ークとの間の電位差を監視する第１の処理に続けて、該
電位差がアーク放電形成時に起こり得ない電圧となった
時間を累積する第４の処理と、該累積時間が所定の判定
値に達した場合、溶接品質に異常が生じたと判断する第
５の処理とを実行する自動アーク溶接方法も上記の目的
達成に有効である。

【００２２】

【作用】上記図１（Ａ）に示す構成の自動アーク溶接方
法において、溶接を開始すべく前記溶接棒と前記ワーク
とを短絡させると、前記溶接棒とワークとの間には所定
の電流が流通して前記アーク発生確認信号がオンとな
る。

【００２３】この場合において、前記溶接棒と前記アー
クとの短絡後、適正にアーク放電が形成された場合、両
者間の雰囲気ガスの絶縁破壊に応じた適正な電位差が発
生する。一方、短絡後、適正なアーク放電が形成されな
かった場合は、前記溶接棒と前記ワークとの間が雰囲気
ガスによって絶縁されるため一旦は電源電圧と同等に昇
圧し、その後再び短絡することによって接地レベルにま
で降圧する。

【００２４】ところで前記第１の処理は、アーク発生確
認信号が発生した後、すなわち初回の短絡が起こった後
の前記溶接棒と前記ワークとの間に生ずる電位差を監視
する。従って、その電位差が継続的にアーク放電が形成
された時に発生する電圧以上の高電圧に維持されていれ
ば、アーク放電が正常に形成されていると判断すること
ができ、維持されなければアーク放電が正常に形成され
ていないと判断することができる。

【００２５】ここで、前記第２の処理は、前記第１の処
理で監視する電圧がアーク放電形成時に発生する電圧水
準以上に維持されている継続時間を計測する。そして、
前記第３の処理は、その継続時間が所定時間を越えて確
実にアーク放電が形成されたと判断した後に、前記キャ
リジの移動を開始すべく指示を発する。

【００２６】また、前記第４の処理においては、前記第
１の処理で監視した電圧がアーク放電形成時には起こり
得ない水準以下の電圧となった時間、すなわち初回の短
絡が起きた後に生ずる短絡時間を累積する。そして、第
５の処理は、前記第４の処理で累積した時間が所定時間
に達した場合に、ワークの溶接が適切に行われなかった
として溶接品質不良と判断する。

【００２７】

【実施例】 図２は、本発明に係る自動アーク溶接方法
の実施に適した自動アーク溶接装置の一実施例の構成図
を示す。

【００２８】同図において、符号１０はキャリジで、溶
接トーチ１１を保持している。キャリジ１０はモータで
駆動されるリードスクリューにより溶接トーチ１１を高
精度に所定方向に移送させることができる。

【００２９】溶接トーチ１１は先端部に溶接棒に相当す
るワイヤを備えており、必要に応じてこのワイヤを送り
出すことができる。また、ワイヤ１２は、溶接トーチ１
１を介して溶接電源１３の正極端子１３ａと接続されて
おり、ワイヤ１２の先端部は溶接電源１３の正極端子１
３ａと等電位に保たれている。

【００３０】また、溶接電源１３の負極端子１３ｂは、
被溶接物であるワーク１４に接続されて、負極端子１３
ｂとワーク１４は等電位に保たれている。このため、ワ
イヤ１２の先端部とワーク１４とが離間し、かつ両者間
にアーク放電が形成されていない場合、それらの間には
正極端子１３ａと負極端子１３ｂとの間に発生する電位
差が生ずることとなる。

【００３１】同図中、符号１５は制御盤で、キャリジ１
０，溶接電源１３及び本実施例の要部である検出ユニッ
ト１６と、それぞれ電気的に接続されている。ここで、
溶接電源１３は制御盤１５から供給されるスタート指令
を受けて、ワイヤ１２とワーク１４との間に電圧を印加
し、ワイヤ１２を定速で送給して所定のアーク溶接が実
現されるべくアーク放電を開始または停止させる。

【００３２】一方、溶接電源１３は、ワイヤ１２を流れ
る電流をピックアップコイルまたはホール素子等で検出
して、ワイヤ１２及びワーク１４からなる放電回路に流
通する電流値を検出する。そして、その電流値が所定値
以上となったら、内蔵するウェルディングカレントリレ
ーをオンとしてアーク発生確認信号（ＷＣＲ信号）を発
生する。このＷＣＲ信号は、図２に示すように検出ユニ
ット１６へ供給される。

【００３３】また、本実施例の溶接電源１３は、正極端
子１３ａと負極端子１３ｂとの間に発生する電圧、すな
わちワイヤ１２とワーク１４との間に発生するアーク電
圧を検出する電圧検出機構を備えている。そして、検出
したアーク電圧をＷＣＲ信号と共に検出ユニット１６に
供給している。

【００３４】検出ユニット１６は、溶接電源１３から供
給されるこれらＷＣＲ信号及びアーク電圧に基づいて後
述する所定の制御信号を発生して制御盤１５に供給す
る。制御盤１５は、これらの信号に基づいて後述の如
く、適切なアーク溶接を実行すべくキャリジ１０に向け
て移動指令を発すると共に不良品の流出防止処理を実行
する。

【００３５】以下、本実施例の動作について説明する
が、それに先立って本実施例の実行する処理の必要性に
ついての説明を行う。

【００３６】図３は、従来より公知である自動アーク溶
接方法を実施する溶接装置の構成図を示す。図３に示す
従来の溶接装置は、上記図２に示す検出ユニット１６を
備えておらず、溶接電源１３で発生したＷＣＲ信号を直
接制御盤１５に入信している点が上記実施例装置と異な
り他の構成は同一である。以下、図４に示すタイムート
を参照して、従来の自動アーク溶接装置の動作について
説明する。

【００３７】同図（Ａ）は制御盤１５から溶接電源１３
に向けて送信されるアークスタート指令の信号を示す。
この信号はアーク放電の開始及び終了を指令する信号
で、ハイレベルが放電、ローレベルが放電停止の指令で
ある。従って、同図中、時刻ｔ ₁ において信号がハイレ
ベルとなると、溶接電源１３はこれを受けてアーク放電
を開始すべくワイヤ１２とワーク１４との間に所定の電
圧を印加すると共に、溶接トーチ１１に対してワイヤ１
２の送給を開始させる。

【００３８】この結果、ワイヤ１２とワーク１４とが所
定の電位差を有する状態で短絡して絶縁破壊を引き起こ
し、アーク放電が開始される。そして、時刻ｔ₄ におい
てアークスタート指令がローレベルになると、溶接電源
１３は放電を停止すべく電圧の印加を止めると共に、ワ
イヤ１２の送給を停止させる。

【００３９】同図（Ｂ）は、溶接電源１３が発するＷＣ
Ｒ信号を示す。すなわち、時刻ｔ₁にアークスタート指
令が発せられると共に上記したように放電が形成される
と、所定値を越える電流がワイヤ１２に流通する。これ
を受けて溶接電源１３に内蔵されるウェルディングカレ
ントリレーが所定のオンディレイの後（時刻ｔ₂ ）オン
となり、それに伴ってＷＣＲ信号がハイレベルとなる。

【００４０】そして、時刻ｔ₄ においてアーク電流が消
滅すると、所定のオフディレイの後ウェルディングカレ
ントリレーがオフとなり（時刻ｔ₅ ）ＷＣＲ信号がロー
レベルに切り替わる。

【００４１】尚、このオンディレイ及びオフディレイ
は、ＷＣＲ信号に要求される高速応答性と、制御信号と
して使用する際の取扱い容易性とを合わせ考慮し、図２
に示す本実施例装置も図３に示す従来の装置と同様にそ
れぞれオンディレイ２２〜２６ms、オフディレイは１７
０〜２３０msに設定している。

【００４２】同図（Ｃ）は、制御盤１５が内蔵する開始
時アーク切れ検知のタイマを示す。このタイマは、アー
ク放電の発生を知らせるＷＣＲ信号によりクリアされる
タイマで、制御盤１５は、時刻ｔ₁ においてアークスタ
ート指令を出すと同時にこのタイマのカウントを始め
る。そして、Ｔ₁ 秒内にＷＣＲ信号が供給されない場合
は、開始時アーク切れ異常と判断する。

【００４３】従って、溶接トーチ１１がワイヤ１２を適
切に送給しない場合や、溶接電源１３が所定の電圧を発
生しない場合、または溶接電源１３とワイヤ１２及びワ
ーク１４で構成する放電回路に断線が生じている場合等
には、その異常が検知され、これらの異常に起因した溶
接不良ワークが流出することはない。

【００４４】また同図（Ｄ）は、一旦アーク放電が開始
されて、途中でアークが切れた場合を検知する途中アー
ク切れ検知回路の動作状態を表す。この回路は、溶接電
源１３からハイレベルのＷＣＲ信号が送信されると（同
図中、時刻ｔ₂ ）、これを受けて動作を開始し、アーク
スタート指令がローレベルとなるまで（同図（Ａ）中、
時刻ｔ₄ ）常時ＷＲＣ信号を監視する。

【００４５】そして、この期間中に何らかの異常が発生
し、所定のオフディレイを経てＷＣＲ信号がローレベル
となった場合、溶接の途中でアーク切れが生じたと判断
して異常信号を出力する。従って、かかるアーク切れ異
常についてもその異常が検知され、不良品質のワークの
流出は防止することができる。

【００４６】更に、図（Ｅ）はアーク発生記憶回路の記
憶状態を示している。。同図にに示すようにこの記憶状
態は、ＷＣＲ信号の入力（同図中、時刻ｔ₂ ）によって
励起され、加工終了時にアークスタート指令がローレベ
ルに反転するまで（同図（Ａ）中、時刻ｔ₄ ）その状態
が保持される。

【００４７】すなわちこの信号は、放電回路の状態等に
影響されず、放電が開始された時点から放電が終了すべ
き時点までハイレベルを維持する。従って、異常発生時
においてキャリジ１０を定位置まで搬送させて待機させ
たい場合には、このアーク発生記憶信号に基づいてキャ
リジ１０を搬送することにより、溶接開始後の異常によ
らず常にキャリジ１０を所定の位置まで搬送することが
可能となる。

【００４８】同図（Ｆ）は、溶接トーチ等を保持するキ
ャリジの移送を制御する移動指令信号を示す。この信号
は、制御盤１５からキャリジ１０に向けて発信される信
号で、その開始時期及び終了時期は共に上記のアーク発
生記憶信号を基に設定される。すなわち、時刻ｔ₂ にお
いてアーク放電の発生が記憶されると、これを受けてま
ず動作遅延タイマが作動する。

【００４９】この動作遅延タイマは、安定したアーク放
電が形成されるまでに要するであろうと予想される時間
Ｔ₂ 、例えば０．１〜０．３秒程度でカウントアップさ
れるように設定されたタイマである。そして、その設定
時間Ｔ₂ が経過すると移動指令信号が立ち上がり、アー
ク発生記憶が解除されるまで移動指令が維持されるよう
に設定されている。

【００５０】このため、溶接トーチ１１を搬送するキャ
リジ１０は、ＷＣＲ信号が立ち上がってから（時刻
ｔ₂ ）所定時間Ｔ₂ 後の移動を開始して、その後正常に
溶接が実行されるか否かにかかわらず、加工が終了する
時刻ｔ₄ までは必ず移動を続けることになる。

【００５１】ところで、上記図２に示す本実施例装置及
び図３に示す従来装置におけるワイヤ１２に流通する電
流（以下ワイヤ電流と称す）と、ワイヤ１２・ワーク１
４間に生ずる電圧（以下ワイヤ電圧と称す）及びＷＣＲ
信号とは、図５または図６のタイムチャートのような関
係を示す。

【００５２】図５は、アーク放電開始の指令に対して正
常にアーク放電が開始された場合の波形を示す。図５中
時刻ｔ₁ は、アーク放電開始指令に対して溶接トーチ１
１から送りだされたがワイヤ１２と、ワーク１４とが短
絡した時刻である。

【００５３】このため、図５においてワイヤ電流は時刻
ｔ₁ に急増し（図５（Ａ））、ワイヤ電圧はほぼ０Ｖま
で急減する（図５（Ｂ））。以後、ワイヤ１２の溶融に
伴ってワイヤ１２とワーク１４とが離間する際に正常に
アーク放電に移行する場合は、両者の間隔が離れるにつ
れてワイヤ電流は徐々に減少し（図５（Ａ）中、期間
）、やがて所定の基準電流値となる（時刻ｔ₃ ）。そ
して、その後所定の電流の流通が開始され、ワイヤ１２
とワーク１４とが短絡してからおよそ２０〜８０ms程度
の後には、安定したアーク放電が形成されることとな
る。

【００５４】尚、本実施例装置は、公知のパルスアーク
溶接を行うため同図に示すように、５ms〜１０ms周期の
パルス電流をベース電流に重畳させている。このため、
アーク放電時において、ワイヤ１２端部の溶融部はパル
ス電流によるピンチ効果のために微粒子化されてワーク
１４上に付着し、良好なビードが得られる。この場合に
おいてワイヤ電圧は、放電ギャップが一定であるため、
図５（Ｂ）は直線で示すが、パルス電流の重畳にかかわ
らず大きな変動はしない。

【００５５】一方、図５（Ｃ）に示すように、ＷＣＲ信
号はワイヤ電流が所定電流以上となった後、２２〜２６
msのオンディレイが経過するとハイレベルとなる。従っ
て、その後０．１〜０．３msが経過して動作遅延タイマ
がカウントアップすると制御盤１５からキャリジ１０へ
向けて移動指令が発信され、溶接トーチ１１の移動が開
始される。

【００５６】上記したようにワイヤ１２とワーク１４と
が短絡してから２０〜８０ms後には正常なアーク放電が
開始されていることから、この場合は、溶接トーチ１１
の移動開始時から確実に溶接を実行することができ、規
格に適合した溶接品質を確保することが可能である。

【００５７】一方、図６に示すように、アーク放電開始
時にスティック現象が生じた場合は、ワイヤ１２とワー
ク１４との間に正常なアーク放電が形成される前にキャ
リジ１０の移動が開始され、溶接開始初期において所望
の溶接品質を確保できない場合が生ずる。

【００５８】つまり、図６（Ａ）中時刻ｔ₁ においてワ
イヤ１２とワーク１４とが短絡し、５０ms〜７０msの短
絡電流が流通する際にワイヤ１２が爆ぜて、正常にアー
ク放電に移行しなかった場合でもＷＣＲ信号は、図６
（Ｃ）に示すように所定のオンディレイの後（時刻
ｔ₂ ）にハイレベルとなる。

【００５９】そして、爆ぜたワイヤ１２は溶接トーチ１
１に送給されて１００〜１５０msの後には再びワーク１
４と短絡する位置に達する。従って、スティック現象が
連続的に発生した場合は、ワイヤ１２とワーク１４との
短絡が繰り返されているだけであるにもかかわらず、Ｗ
ＣＲ信号がローレベルに反転しないという事態を生ず
る。

【００６０】この場合、従来の溶接装置における制御盤
１５は、アーク放電が正常に行われているものとして移
動指令を発するため、図７（Ｂ）に示す如く、溶接開始
直後に溶け込みの不完全な不良ビード１４ｂが形成され
た不良ワークが発生することがあった。

【００６１】そこで、上記図２に示す本実施例装置にお
いては、かかる自動アーク溶接装置による不良ワークの
流出を防止するため、検出ユニット１６を設けることと
した。以下、上記図２に示す検出ユニットの動作を中心
に、本実施例装置の動作について詳細に説明する。

【００６２】図８は、検出ユニット１６と溶接電源１３
及び制御盤１５との結線状態を表すブロック図を示す。
同図及び図２に示すように検出ユニット１６には溶接電
源１３からＷＣＲ信号及びアーク電圧信号が供給されて
いる。また、これらの間には検出ユニット１６に電力を
供給する電源ケーブルも接続されている。一方、検出ユ
ニット１６から制御盤１５へは、後述のキャリジスター
ト信号が制御信号として供給される。

【００６３】ところで、この検出ユニット１６は、例え
ば図９に示すフローチャートに沿った処理を実行するこ
とにより、前記した第１〜第３の処理を実施する。すな
わち、図９に示すようにアーク溶接を開始すべく制御盤
１５から溶接電源１３に向けてアークスタート指令が出
力されると共に処理が開始され、ステップ１００におい
てＷＣＲ信号が入信したか否かを判別する。

【００６４】溶接電源１３，溶接トーチ１１等が正常に
作動しており、所定のＷＣＲ信号が入信されたら、ステ
ップ１１０へ進み、所定時間毎に溶接電源１３から供給
されるＷＣＲ信号とアーク電圧信号とを監視する。一
方、ＷＣＲ信号が入信されない場合は、その入信がある
までステップ１００を繰り返し実行する。

【００６５】尚、本実施例においては、ステップ１１０
における所定時間を４msに設定している。このようにし
て、ステップ１１０では、前記した電圧監視処理、すな
わち第１の処理を実行する。

【００６６】今回の処理におけるＷＣＲ信号とアーク電
圧とを検出したら、ステップ１２０へ進み、ＷＣＲ信号
がオンに維持され、かつアーク電圧が所定電圧、例えば
１０Ｖ以上であるか否かを判別する。

【００６７】ここでＷＣＲ信号を監視するのは、仮にＷ
ＣＲ信号がオフとなっていたとすれば、溶接電源１３ま
たは放電回路等に何らかの異常が発生したか、若しくは
溶接が終了してアーク放電が消滅したかであり、いずれ
にしろもはや検出ユニット１６による以後の処理を実行
する用がないからである。

【００６８】また、上記ステップにおける１０Ｖとは、
本実施例装置においてアーク放電が形成された際のアー
ク電圧に比べて十分低い電圧である。従って、ＷＣＲ信
号がオンであり、アーク電圧が所定電圧（１０Ｖ）に達
していない場合とは、まさにスティック現象等によっ
て、一旦短絡したワイヤ１２とワーク１４との間にアー
ク放電が形成されなかった場合である（図１０中、期間
及び）。

【００６９】従って、ステップ１２０においてＷＣＲ信
号オン、かつアーク電圧１０Ｖ以上が成立しない場合
は、ステップ１１０へ戻ってかかる条件が成立するまで
繰り返しステップ１１０及び１２０を実行する。そし
て、その条件が成立すると判別された場合はステップ１
３０へと進む。

【００７０】ステップ１３０では、かかる条件が連続し
て所定時間Ｔの間成立しているか否かを判別する。ステ
ィック現象が発生している場合でも、ワイヤ１２とワー
ク１４とが離間している間（図１０中、期間）はかか
る条件が成立するため、この条件が所定時間継続的に成
立しない限り、スティック現象が発生していないと判断
することができないからである。このように、上記ステ
ップ１２０及び１３０は、前記した高圧継続時間計測、
すなわち第２の処理を実行する。

【００７１】従って、ステップ１３０において条件成立
からＴ秒間経過していないと判別された場合は、Ｔ秒間
連続して成立するまでステップ１１０〜１３０を繰り返
し実行する。すなわち４ms毎にＷＣＲ信号及びアーク電
圧を検出して、それらが所定の条件を満足している場合
には４msを継続時間に加算し、その結果がＴ秒間となる
までＷＣＲ信号とアーク電圧との監視を継続する。

【００７２】そして、上記した所定の条件が連続Ｔ秒間
成立したと判別された場合は（図１０中、時刻ｔ₁ ）、
ステップ１４０へ進み、ワイヤ１２とワーク１４との間
に確実にアーク放電が形成されたとしてキャリジスター
ト信号（図１０（Ｄ））をハイレベルとする。尚、この
ステップ１４０の内容は、前記した移動開始指示、すな
わち第３の処理に相当する。

【００７３】従って、制御盤１５からキャリジ１０へ向
けて供給される移動指令を、このキャリジスタート信号
に基づいて発生することとすれば、キャリジ１０の移動
を開始する際には、確実にアーク放電が形成されている
状態を確保することができる。

【００７４】そこで、本実施例の制御盤１５は、図１１
に示す如きタイムチャートで各種の信号等を制御して、
従来の自動溶接装置が備えていた異常検出機構を損ねる
ことなく、アーク放電が形成された後にキャリジ１０の
移動が開始されることを確実ならしめている。

【００７５】すなわち、図１１（Ａ）に示すように、時
刻ｔ₁ においてアークスタート指令を発した場合、それ
と共に開始時アーク切れ検知タイマのカウントを開始す
る（図１１（Ｃ））。そして、従来のＷＣＲ信号に代え
て検出ユニット１６から供給されるキャリジスタート信
号を用いている（図１１（Ｂ））。

【００７６】ここで、上記図９に示すようにキャリジス
タート信号が発せられるためにはＷＣＲ信号が入信され
ることが必須要件であるから（図９中、ステップ１０
０）、ＷＣＲ信号が発生しない場合は、キャリジスター
ト信号も発生しない。従って、溶接電源１３や溶接トー
チ１１の異常に起因してアークスタート指令が発せられ
た後にアーク電流が正常に流通しない場合は、開始時ア
ーク切れ検知タイマがカウントアップされる所定時間Ｔ
₁ 以内にキャリジスタート信号が入信されず、従来の装
置と同様本実施例装置においても開始時アーク切れ異常
として検知されることになる。

【００７７】同様に、一旦発生したＷＣＲ信号が溶接の
途中で途切れた場合もキャリジスタート信号はローレベ
ルに反転する。従って、図１１（Ｄ）に示す途中アーク
切れ検知回路の動作を、キャリジスタート信号に基づい
て起動することとすれば、従来の装置と同様に途中アー
ク切れ異常を検知することも可能である。

【００７８】そして、図１１（Ｆ）に示すようにキャリ
ジ１０の移動開始を指令する移動指令信号はキャリジス
タート信号と同期して立ち上がる構成を採用することに
より、キャリジ１０の移動が確実にアーク放電開始後に
開始される事としている。この場合において、キャリジ
スタート信号は上記したように直接的にアーク放電の開
始を示している。このため、従来の装置のようにＷＣＲ
信号の立ち上がり時期とアーク放電が実際に形成される
時期とのタイムラグを考慮する必要がなく、移動指令信
号の立ち上げに際して遅延時間タイマを用いる必要がな
いという長所をも備えている。

【００７９】更に、本実施例においては、スティック現
象等によって正常にアーク放電が形成されない場合にも
キャリジスタート信号が入信されないことから、かかる
異常が開始時アーク切れ検知タイマの設定時間Ｔ₁ を越
えて継続した場合には、その異常をも開始時アーク切れ
異常として検知することができる。

【００８０】従って、長期間に渡ってスティック現象が
継続し、ワーク１２の溶接開始位置でワイヤ１４とワー
ク１４とが繰り返し短絡したような場合には、確実に異
常が検知され、その後スティック現象が収束しても、か
かるワークが溶接されて正常品として流出されることは
ない。

【００８１】図１２は、本発明に係る自動アーク溶接方
法の実施に適した自動アーク溶接装置の他の実施例の構
成図を示す。尚、同図において上記図２に示す実施例装
置と同一の構成部分については、同一の符号を付してそ
の説明を省略する。

【００８２】すなわち、本実施例装置は、上記実施例と
ことなる検出ユニット１７を要部とし、溶接電源１３で
発生させたＷＣＲ信号を検出ユニット１７のみでなく、
制御盤１５へも入信している点に特徴がある。

【００８３】更に、本実施例の検出ユニット１７は、図
１３に示すように溶接電源１３から供給される電力によ
り作動し、ＷＣＲ信号及びアーク電圧信号を基に所定の
処理を行う点で上記図２における検出ユニット１６と同
一であり、制御盤１５へ向けてビード欠異常信号を供給
する点に特徴を有している。

【００８４】より具体的には、図１４に示す本実施例装
置の動作タイムチャート、及び上記図４に示す従来の装
置の動作タイムチャートから明らかなように、本実施例
装置は授受される信号にビード欠異常信号（図１４
（Ｇ））が介入する以外、従来の装置と全く同一の動作
を行う。

【００８５】つまり、本実施例装置は、溶接電源１３か
ら検出ユニット１７に供給されるＷＣＲ信号と、アーク
電圧信号とを基に、実行された溶接の品質を推定し、そ
の良否判定を行うことによって不良ワークの流出を防止
するものである。

【００８６】以下、本実施例の検出ユニット１７が実行
する処理の一例のフローチャートである図１５を参照し
て、その動作について説明する。尚、本実施例の検出ユ
ニット１７は、図１５に示すフローチャートに沿った処
理を実行することにより、前記した第１、第４及び第５
の処理を実行するユニットである。

【００８７】すなわち、制御盤１５から溶接電源１３に
向けてアークスタート指令が出力されると、ステップ２
００においてＷＣＲ信号が入信したか否かを判別する。
そしてＷＣＲ信号が入信されたらステップ２１０へ進
み、溶接開始後に異常の有無を監視すべき時間が設定さ
れた監視時間タイマをカウントすると共に、そのタイマ
がカウントアップしているか否かを判別する。

【００８８】ここで、監視時間タイマを設置して、異常
の監視を溶接初期にだけ行うこととしたのは、スティッ
ク現象等による不良は溶接開始直後に発生することが多
く、また溶接初期においてかかる異常が発生した場合
は、溶接の後期が正常であると否とにかかわらず品質不
良として扱えば足りるからである。

【００８９】従って、監視時間タイマがすでにカウント
アップしていると判別された場合は、そのまま処理を終
了する。そして、このタイマが未だカウントアップされ
ていないと判別された場合は、ステップ２２０へ進んで
ＷＣＲ信号とアーク電圧との監視を行う。尚、このステ
ップ２２０の処理内容は、前記した第１の処理の内容に
相当し、所定時間毎、例えば４ms毎に実施されるように
設定されている。

【００９０】ステップ２２０においてＷＣＲ信号とアー
ク電圧とを検出したら、ステップ２３０ではＷＣＲ信号
がオンで、かつアーク電圧が所定電圧以下であるか否か
を判別する。所定の電圧は、アーク放電が形成された際
のアーク電圧に比べて十分低く、かつワイヤ１２とワー
ク１４とが短絡した状態のワイヤ電圧に比べて十分高い
電圧であることを要し、例えば１０Ｖ程度が適してい
る。

【００９１】従って、ステップ２３０で成立性を判別す
る条件、すなわちＷＣＲ信号がオン、かつアーク電圧が
所定電圧（１０Ｖ）以下、とは、ＷＣＲ信号が立ち上が
って後、ワイヤ１２とワーク１４とが短絡していること
を表す条件である。つまり、ワイヤ１２とワーク１４と
の間に正常にアーク放電が形成された場合には原則とし
て成立しない条件である。

【００９２】つまり、ステップ２３０の条件が長時間ま
たは繰り返し成立する場合は、正常にアーク放電が形成
されていないと判断することができる。そこで、本実施
例においては、上記ステップ２３０において条件が不成
立とされた場合は、とりあえずステップ２２０及び２３
０を繰り返し、条件が成立すると判別された場合にだけ
ステップ２４０へ進んで過去において条件が成立した時
間に今回の４msを加算して、累積時間を算出している。
このように、ステップ２３０及び２４０において前記し
た第４の処理を実行する。

【００９３】そして、ステップ２５０においてその累積
時間が所定の判定時間Ｔに達したか否かを判別し、その
時間がＴに達している場合に異常発生と判断してステッ
プ２６０においてビード欠異常信号を出力することとし
た。尚、これらステップ２５０，２６０は、前記した第
５の処理に相当する。

【００９４】従って、本実施例によれば、溶接開始時に
おいて適切にアーク放電が形成された場合は、ステップ
２２０から２５０までが繰り返し実行され、検出ユニッ
ト１７からビード欠異常信号が発せられることはない。
これに対して、スティック現象等によるアーク放電不良
が所定レベルを越えて連続発生した場合は、検出ユニッ
ト１７から制御盤１５へ向けて確実にビード欠異常信号
が発せられる。

【００９５】このため、従来の自動アーク溶接装置と異
なり、溶接初期における溶接が不十分となるビード欠異
常を制御盤１５側で検知可能となり、異常表示等適切な
処理を施すことにより不良ワークの流出を確実に防止す
ることができる。

【００９６】尚、本実施例の処理において、ワイヤ１２
とワーク１４との短絡時間の累積値がＴに達するまで異
常判定をしないのは、キャリジ１０の移動指令を所定の
動作遅延タイマがカウントアップした後に立ち上げるこ
ととしているからである。すなわち、図１４に示すよう
に、ＷＣＲ信号が制御盤１５に入信された後所定時間Ｔ
₂ の間はキャリジ１０が移動することはなく、この間の
アーク放電不良は溶接品質に影響しないことを鑑みたも
のである。

【００９７】

【発明の効果】上述の如く請求項１記載の発明によれ
ば、自動アーク溶接の初期において発生するスティック
現象等によるアーク放電の形成不良を、溶接棒とワーク
との間の電位差を監視することにより検出して、溶接ト
ーチの移動開始時期を適切に制御することができる。従
って、本発明に係る自動アーク溶接方法は、アーク放電
が確実に形成する時期と溶接トーチの移動開始時期とを
同期させることにより、不良ワークの流出を確実に防止
することができるという特長を有している。

【００９８】また、請求項２記載の発明によれば、溶接
棒とワークとの間に生ずる電位差の基づいて、アーク放
電の形成不良を検出し、その不良が溶接品質に影響する
程度に継続した場合には、ワーク品質が不良であると判
断することができる。従って、本発明に係る自動アーク
溶接方法は、上記請求項１記載の発明と同様に不良ワー
クの流出防止に優れているという特長を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動アーク溶接方法の原理図であ
る。

【図２】本発明の実施に適した自動アーク溶接装置の一
実施例の構成図である。

【図３】従来の自動アーク溶接装置の構成図である。

【図４】従来の自動アーク溶接装置の動作を説明するた
めのタイムーチャートである。

【図５】本発明の必要性を説明するための図（その１）
である。

【図６】本発明の必要性を説明するための図（その２）
である。

【図７】従来の自動アーク溶接装置における不良ワーク
の外観を表す斜視図である。

【図８】本実施例装置の要部を表すブロック図である。

【図９】本実施例装置が実行する処理の一例のフローチ
ャートである。

【図１０】本実施例装置の動作を説明するための図であ
る。

【図１１】本実施例装置の動作を説明するためのタイム
ーチャートである。

【図１２】本発明の実施に適した自動アーク溶接装置の
他の実施例の構成図である。

【図１３】本発明の他の実施例の要部を表すブロック図
である。

【図１４】本発明の他の実施例の動作を説明するための
タイムチャートである。

【図１５】本発明の他の実施例装置が実行する処理の一
例のフローチャートである。

【符号の説明】

１０ キャリジ １１ 溶接トーチ １２ ワイヤ １３ 溶接電源 １４ ワーク １５ 制御盤 １６，１７ 検出ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−200380（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−293975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−188571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−212069（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−105768（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−126454（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−23067（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−8038（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−65434（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 9/00 B23K 9/095 B23K 9/127

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接棒と溶接すべきワークとの間に流れ
   る電流を測定し、該電流値が所定のしきい値以上である
   場合にアーク発生確認信号をオンとし、前記溶接棒を移
   送するキャリジを、前記アーク発生確認信号がオンであ
   る際に溶接終了位置に向けて移動する自動アーク溶接方
   法において、 前記アーク発生確認信号がオンとなると共に前記溶接棒
   と前記ワークとの間の電圧監視を開始し、 該電圧が継続してアーク放電形成時に発生する電圧以上
   の値に維持されている時間を計測し、 該計測時間が所定の判定時間に達した時点で前記キャリ
   ジの移動を開始することを特徴とする自動アーク溶接方
   法。
2. 【請求項２】 溶接棒と溶接すべきワークとの間に流れ
   る電流を測定し、該電流値が所定のしきい値以上である
   場合にアーク発生確認信号をオンとし、前記溶接棒を移
   送するキャリジを、前記アーク発生確認信号がオンであ
   る際に溶接終了位置に向けて移動する自動アーク溶接方
   法において、 前記アーク発生確認信号がオンとなると共に前記溶接棒
   と前記ワークとの間の電圧監視を開始し、 該電圧がアーク放電形成時に起こり得ない電圧となった
   時間を累積し、 該累積時間が所定の判定値に達した場合、溶接品質に異
   常が生じたと判断することを特徴とする自動アーク溶接
   方法。