JP3786122B2 - 溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ワイヤと被溶接物の接触を検出することのできる溶接装置に関するものである。

近年、自動車産業などに見られるように溶接装置はロボットと組み合わせることにより溶接作業の自動化が推進されている。

ロボット溶接を行う際、ロボットの被溶接物（以後、母材と呼ぶ）に対する位置決めが重要となるため、溶接ワイヤが母材に接触したことを検出し、その時のロボット位置情報に基づき溶接開始点に対する位置決めまたは位置補正を行うタツチセンサが用いられている。

このため接触検出装置もしくは接触検出機能を有した溶接装置は、溶接ワイヤと母材の接触を検出すると外部へ接触信号を出力している。

このような溶接装置には、接触検出用電源部と溶接電源部を共用にした構成をしているものがある（例えば特許文献１参照）。

図５は上記従来の溶接装置を示しており、５１は溶接ワイヤ、５２は溶接ワイヤ５１と母材間に供給する溶接電流または電力を制御する出力制御回路部、５５は出力制御回路部５２に適切な出力指令を与える出力指令部、５３は溶接ワイヤ５１と母材間の溶接電圧を検出する溶接電圧検出部、５４は、出力された溶接電流を検出する溶接電流検出部、５６は溶接動作と検出動作を切り替える溶接・検出切替手段、５７は溶接ワイヤ５１と母材の接触を検出する接触判定部である。

以上のように構成された溶接装置について、その動作を説明する。

溶接ワイヤ５１と母材との接触を検出する場合、溶接・検出切替
手段５６により検出時の溶接出力値が出力指令部５５に伝えられ、出力制御回路部５２を通じて検出時の電力を溶接ワイヤ５１と母材間に印加する。

接触判定部５７は、溶接電圧検出部５３により検出される溶接電圧を検出する。溶接ワイヤ５１と母材の接触が発生すると溶接電圧検出部５３の検出する電圧が低下し、その電圧の低下より接触判定部５７は接触状態を検出し、外部に接触信号Ｓｏを出力する。
特開２００１−１２１２６４号公報

しかし、従来の溶接装置は、被溶接物の表面状態に黒皮や油膜の付着がある場合、接触時の通電性が悪くなるため高電圧を印加する必要があった。

また溶接ワイヤの直径が小さい場合、高電圧を印加すると接触時にワイヤ先端が溶融または破裂による変形を起こし、溶接ワイヤの突き出し長の変化によりロボットの位置決めまたは位置補正の精度が低下するという課題を有していた。

本発明は、被溶接物または溶接ワイヤの少なくとも一方の状態に応じた電力を提供する溶接装置を提供することを目的とする。

本発明の溶接装置は、上記課題を解決するために、溶接ワイヤと被溶接物に供給する電力を制御する出力制御部と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、前記溶接電圧検出部と溶接電流検出部の少なくとも一方からの信号を入力して前記溶接ワイヤと被溶接物の接触を判定する接触判定部を備えている。

そして、この構成により本発明の溶接装置は、接触判定用の電力として被溶接物または溶接ワイヤの少なくとも一方の状態に応じた電力を出力することができるため接触時の溶接ワイヤの変形等を防止することができる。

また、本発明の溶接装置は、溶接ワイヤを被溶接物の所望の部位に移動させるロボットと、前記ロボットの動作を制御するロボットコントローラと、前記ロボットコントローラにロボットの動作を入力する入力装置を有し、前記入力装置からロボットコントローラを経由して出力制御部に接触判定用の電力として被溶接物または溶接ワイヤの少なくとも一方の状態に応じた電力を出力するための信号を入力する。

この構成により、被溶接物または溶接ワイヤの少なくとも一方の状態に応じた出力を容易に設定することができる。

また、本発明の溶接装置は、溶接ワイヤまたは被溶接物と出力制御部の間に出力遮断手段を備えている。

そして、この構成により接触判定後直ちに溶接ワイヤおよび被溶接物に流れる出力電流を遮断することができる。

また、本発明の溶接装置は、溶接ワイヤと被溶接物の間に高電圧を印加する高電圧印加手段を出力制御部に備えている。

この構成により、溶接装置の出力可能な電圧より高電圧な電圧を印加することができ、接触検出の精度を向上させることができる。

以上のように、本発明は、接触判定用の電力として被溶接物または溶接ワイヤの少なくとも一方の状態に応じた電力を出力することができる。

このため様々な溶接ワイヤおよび被溶接物の状況に対応できるとともに溶接ワイヤと被溶接物の接触時における溶接ワイヤの変形等を防止することができ、溶接時のロボット位置決めまたは位置補正の精度を向上し、高品質なロボット溶接を可能にする溶接装置を提供することができる。

（実施の形態１）
図１において、１は溶接ワイヤ、２は溶接ワイヤ１および母材間に電力を出力する出力制御部、３は出力制御部２より出力された電力に基づき溶接ワイヤ１と母材間に印加される電圧を検出する溶接電圧検出部、４は出力制御部２より出力された電力に基づき溶接ワイヤ１と母材間に流れる電流を検出する溶接電流検出部、５は溶接電圧検出部３と溶接電流検出部４の少なくとも一方からの信号を入力して溶接ワイヤ１と母材の接触を判定する接触判定部を示す。

以上のように構成された溶接装置について、その動作を説明する。

まず、溶接ワイヤ１と母材の接触を検出する場合、出力制御部２は、状態信号Ｓｃに応じて母材または溶接ワイヤの少なくとも一方の状態に応じた電力を出力する。溶接ワイヤ１と母材が接触する前、溶接電圧検出部３は、出力端が無負荷な状態の高い電圧を検出する。この時溶接電流検出部３は、回路の漏れ電流などに起因した微少電流のみを検出する。

次に、溶接ワイヤ１と母材とが接触すると、出力制御部２の出力した電力により、溶接ワイヤ１と母材に印加した電力に応じた電流か流れるとともに溶接ワイヤ１と母材間の電圧は著しく低下する。

また、溶接電圧検出部３で検出された溶接電圧値を溶接電流検出部４検出された溶接電流値で除した値、即ち出力端の抵抗値についても著しい低下を示す。

接触判定部５は、検出された溶接電圧値の変化量が所定の値より大きい場合または溶接電圧値が所定のレベルより低下した場合、または、検出された溶接電流値の変化量が所定の値より大きい場合、または溶接電流値が所定のレベルを越えた場合、または、検出した電圧値と電圧値より求められた抵抗値の変化量が所定の値より大きい場合または抵抗値か所定のレベルより低下した場合のいずれかにより溶接ワイヤ１と母材の接触を検出し、接触信号Ｓｔとして出力制御部２および外部に出力する。出力制御部２は、接触信号ＳｔがＯＮされると溶接ワイヤ１と母材との間への電力出力を停止し、溶接ワイヤ１および母材の溶融・変形を防止する。

外部の装置（例えば、産業用ロボット）などは、接触判定部５の接触信号ＳｔかＯＮとなった時点での位置情報を取り込み、その情報に基づいて溶接開始点の位置決めまたは位置修正を行い、所望の溶接パスに沿つた溶接作業を実施する。

また、黒皮や油膜などの付着により溶接ワイヤ１と母材の接触時の導通状態が悪い場合、接触時の通電量が小さくなる。そのため、状態信号Ｓｃにより母材の状態に応じて、より高い電力を出力制御部２より与え、通電量を確保することで表面状態の悪い母材に対しても同様な接触判定精度を確保することができる。

また、溶接ワイヤ１が極めて細い場合、溶接ワイヤ１と母材の接触時に溶接ワイヤ１が溶融等の変形を起こす可能性がある。そのため、状態信号Ｓｃにより溶接ワイヤ１の状態に応じてより低い電力を出力制御部２より与え、接触時における溶接ワイヤ１の変形を防止することができる。

以上のように接触判定用の電力として母材または溶接ワイヤ１の少なくとも一方の状態に応じた電力を出力し接触を検出することで、母材または溶接ワイヤ１の状態に関係なく接触状態を正しく検出することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。図２において、２７は溶接ワイヤを所定の溶接個所に移動させるロポット、２８は前記ロボットを制御するロボットコントローラ、２９はロボット２７の手動操作、またはロボット２７の教示プログラムの作成等を行う入力装置である。実施の形態１と異なるのは、入力装置２９がロボットコントローラ２８を介して溶接装置６に接続された点である。

以上のように構成された溶接装置について、その動作を説明する。

まず、入力装置２９を用いて、ロボット２７の溶接作業教示プログラムを作成する。その際、接触検出を行う個所で溶接ワイヤ１または母材の少なくとも一方の状態に応じた電力を出力するための状態信号Ｓｃを出力するように教示プログラムを作成する。

溶接作業時においては、教示プログラムに沿って接触検出個所において、ロボットコントローラ２８を介して入力装置２９で設定された状態信号Ｓｃを出力制御部２に出力する。出力制御部２は、入力された状態信号Ｓｃに応じた電力を出力し、接触判定部５は、溶接電圧検出部３と溶接電流検出部４の少なくとも一方からの信号に基づき溶接ワイヤ１と母材の接触を検出するとともに接触信号Ｓｔを出力する。

ロボットコントローラ２８は、接触判定部５の接触信号がＯＮとなった時点でのロボット２７の位置情報を取り込み、その情報に基づいて溶接開始点の位置決めまたは位置修正を行い、所望の溶接パスに沿った溶接作業を実施する。

なお、本実施の形態においては、教示プログラムを作成することにより状態信号Ｓｃを出力したが、ロボット動作時において、入力装置２９を操作することによりロボットコントローラ２８を介して、状態信号Ｓｃ出力制御部２に出力してもよい。

以上のように、ロボットコントローラ２８に接続された入力装置２９より出力制御部２の接触検出時の出力電力を指定することにより、溶接ワイヤ１または母材の少なくとも一方の状態に応じた設定およびその変更を容易に行うことができる。

（実施の形態３）
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。図３において、３７は出力制御部２の出力する電力を遮断する出力遮断手段である。実施の形態１と異なるのは、溶接ワイヤ１または母材と出力制御部２の間に出力遮断手段３７を設けた点である。

以上のように構成された溶接装置について、その動作を説明する。

出力制御部２は、溶接ワイヤ１または母材の状況に応じた状態信号Ｓｃに基づき接触検出用の電力を出力する。接触判定部５は、溶接電圧検出部３または溶接電流検出部４の少なくとも一方の情報に基づき溶接ワイヤ１と母材の接触状態を検出する。接触判定部５は、接触か検出されると接触信号Ｓｔを出力し、出力制御部２はその接触信号Ｓｔに基づき出力を停止するとともに出力遮断手段３７に対し出力遮断信号Ｓｓを出力し、溶接ワイャ１および母材への電力供給を遮断する。

例えば母材が表面に油膜等の付着により通電性の悪く、溶接ワイヤ１か極めて細い場合、溶接ワイヤ１と母材の接触判定を確実に行うため、出力制御部２は通常より高い電力を出力し接触時の通電性を確保する必要がある。しかし一般に出力制御部２には、高電流を取り出すための溶接変圧器が用いられているため、出力を停止した後も変圧器および周辺のコンデンサ等に蓄電されたエネルギーにより溶接ワイヤ１に電流が流れ溶融等の変形を起こす可能性があるが、このような状況においても出力遮断手段３７により瞬時に溶接ワイヤに印加される電力を遮断することができる。

なお、本実施の形態においては、出力遮断手段３７を出力制御部２と溶接ワイヤ１との間に設けたが、出力遮断手段を出力制御部２と母材との間に設けてもよい。

以上のように、出力遮断手段３７を設けることにより、接触検出時において出力制御部２から溶接ワイヤまたは母材の状態に応じた高電力を出力した場合においても、溶接ワイヤ１や母材の変形を防止することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態において実施の形態３と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。図４において、４８は溶接ワイヤ１と母材の間に高電圧を印加する高電圧印加手段である。

実施の形態３と異なるのは、出力制御部２に高電圧印加手段４８を設けた点である。

以上のよう―に構成された溶接装置について、その動作を説明する。

一般に溶接装置６の出力制御部２には、大電流を出力するための溶接変圧器４９を備えており、その溶接変圧器４９の巻数比がｎ：１の値であれば、溶接変圧器の入力側に流れる電流のｎ倍の電流を出力することが可能となっている。

しかしながら出力可能な電圧は溶接変圧器４９の巻数比（ｎ：１）に応じて、印加される電圧は、溶接変圧器４９の１次側電圧の１／ｎ倍となり、巻数比が大きいほど接触検出時に溶接ワイヤ１と母材との間に印加できる電圧は低下する。ここで母材表面に油膜等が付着する場合、高電圧を印加することにより、その油膜等を除去し溶接ワイヤ２と母材との間で接触を発生させる必要がある。

そこで、高電圧印加手段４８は、接触検出時に溶接変圧器４９のタップを切り替えることにより、巻数比を変更し、溶接時に印加可能な電圧より高電圧な電力を溶接ワイヤ１と母材との間に印加し、接触検出を行う。接触判定部５は、接触が検出されると接触信号Ｓ／ｔを出力し、出力制御部２はその接触信号Stに基づき出力を停止するとともに出力遮断手段３７に対し出力遮断信号Ｓｓを出力し、溶接ワイヤ１および母材への電力供給を遮断する。接触検出動作が完了すると高電圧印加手段４８は、溶接変圧器４９のタップを溶接用の位置に戻すことで溶接時の高電流出力を可能にする。

以上のように、出力遮断手段３７を設け高電圧手段４８を備えることにより、接触検出時に溶接装置の出力制御部２は、溶接ワイヤまたは母材の状態に応じて高電圧な電力を出力することができるとともに、高電圧印加時に場合においても、溶接ワイヤや母材の変形を防止することができる。

本発明の溶接装置は、接触判定用の電力として被溶接物または溶接ワイヤの少なくとも一方の状態に応じた電力を出力することができ、様々な溶接ワイヤおよび被溶接物の状況に対応できるとともに溶接ワイヤと被溶接物の接触時における溶接ワイヤの変形等を防止することができるので、自動車産業に限らずロボットを用いた溶接分野に有用である。

本発明の溶接装置の実施の形態１における全体構成を示す図 本発明の溶接装置の実施の形態２における全体構成を示す図 本発明の溶接装置の実施の形態３における全体構成を示す図 本発明の溶接装置の実施の形態４における全体構成を示す図 従来の溶接装置における構成を示す図

符号の説明

１、５１ 溶接ワイヤ
２、 出力制御部
３、５３ 溶接電圧検出部
４、５４ 溶接電流検出部
５、５７ 接触判定部
６ 溶接装置
Ｓｃ 状態信号
Ｓｔ、Ｓｏ 接触信号
２７ ロボット
２８ ロボットコントローラ
２９ 入力装置
３７ 出力遮断手段
Ｓｓ 出力遮断信号
４８ 高電圧印加手段
４９ 溶接変圧器
５２ 出力制御回路部
５５ 出力指令部
５６ 溶接・検出切替手段
ＳＬ 溶接・検出切替信号

Claims (4)

1. 溶接ワイヤと被溶接物に供給する電力を制御する出力制御部と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、前記溶接電圧検出部と溶接電流検出部の少なくとも一方からの信号を入力して前記溶接ワイヤと被溶接物の接触を判定する接触判定部を備え、前記出力制御部は、接触判定用の電力として被溶接物または溶接ワイヤの少なくとも一方の状態に応じた電力を出力する溶接装置。
2. 溶接ワイヤを被溶接物の所望の部位に移動させるロボットと、前記ロボットの動作を制御するロボットコントローラと、前記ロボットコントローラにロボットの動作を入力する入力装置を有し、前記入力装置からロボットコントローラを経由して出力制御部に接触判定用の電力として被溶接物または溶接ワイヤの少なくとも一方の状態に応じた電力を出力するための信号を入力する請求項１記載の溶接装置。
3. 溶接ワイヤまたは被溶接物と出力制御部の間に出力遮断手段を設け、出力制御部または接触判定部の信号により前記出力遮断手段を動作させる請求項１または２記載の溶接装置。
4. 溶接ワイヤと被溶接物の間に高電圧を印加する高電圧印加手段を出力制御部に設けた請求項３記載の溶接装置。