JP4844565B2 - 自動溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、非消耗電極と溶接ワークとの間にアークを発生させ、その発生しているアークに溶加材を自動送給して溶接を行う自動溶接装置に関する。

近年、溶接業界では生産性向上のために溶接の高速度化及びスパッタ低減及びこれらの高品位溶接の安定性に対する要求が高まってきている。溶接速度を高速化することは時間当たりの生産数を増加させ、またスパッタ低減はワークに付着したスパッタを除去する後処理工程を削減でき、溶接生産性を向上できるからである。特に外観を重要視する部品にはスパッタが付着すると、商品価値が著しく低下するので付着を避けなければならない。このような溶接を行うために、スパッタを発生させない非消耗電極溶接と溶加材を組み合わせた自動溶接装置が用いられている。

従来の自動溶接装置は、スパッタ付着が無い高品位溶接を実現することが可能であるが、そのためには非消耗電極と溶加材（以下、フィラワイヤとも記す）と溶接ワーク（以下、被溶接材とも記す）のそれぞれの距離を適正に保つことが極めて重要である。それに関連して溶加材に流れる電流などを制御する手法が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。

以下、図７を用いて従来の自動溶接装置について説明する。図７は、従来の自動溶接装置の概略構成を示す図である。図に示すように、従来の自動溶接装置は、非消耗電極であるタングステン電極３０１と被溶接材３０５の間に溶接電圧を印加して溶接アーク３０８を発生させる溶接電源３０２と、ワイヤチップ３０７に電力を供給するフィラワイヤ通電電源３０３とを有している。フィラワイヤ通電電源３０３と被溶接材３０５との間には、通電電流計測部３１３が接続されている。また、通電電流計測部３１３には、フィラワイヤ通電電流検出部３１６が接続されている。そして、フィラワイヤ通電電流検出部３１６は、ワイヤチップ３０７に通電される電流を、通電電流計測部３１３を介して検出する。そして、フィラワイヤ通電電流検出部３１６は、検出した電流値をフィラワイヤ電流値として、フィラワイヤ昇降判断部３１０および電流スレッショルド値計算部３１４に出力するようになっている。

このような構成により、作業員の操作により、フィラワイヤ３０６が溶融池方向に下降されることになる。そして、作業員によりフィラワイヤ３０６と溶融池との接触が確認されると、フィラワイヤ３０６の下降が停止され、フィラワイヤ送給制御手順が実行されることになる。そして、フィラワイヤ電流値を比較値に参照しながら溶接の施工を行い、比較値よりもフィラワイヤ電流値の変動が大きくなるとフィラワイヤ３０６への通電を停止するように制御している。

しかしながら、このように構成された従来の自動溶接装置においては、溶接スタート時のフィラワイヤ３０６の先端位置を検出する手段を備えておらず、溶接スタート部分のビ−ド形状が一定にならないという課題を有していた。
特開平９−１３３４号公報

本発明の自動溶接装置は、非消耗電極を備えた溶接トーチと、溶接トーチを保持して溶接トーチを移動させるアクチュエータと、溶接箇所に溶加材を送給する溶加材送給部と、非消耗電極と溶接ワークとの間および溶加材と溶接ワークとの間に電力を供給する電源部と、溶加材と溶接ワークとの間の電圧を検出する溶加材電圧検出部とを備えている。また、この溶加材電圧検出部の出力を入力とし溶加材と溶接ワークとの接触を検出する溶加材接触検出部と、非消耗電極と溶接ワークとの間の電圧を検出する非消耗電極電圧検出部とを備えている。そして、非消耗電極電圧検出部の出力を入力として非消耗電極と溶接ワークとの接触を検出する非消耗電極接触検出部と、少なくとも溶加材接触検出部の検出結果と非消耗電極接触検出部の検出結果とに基づいてアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、電源部を制御する電源制御部とを備えている。

このような構成により、溶加材接触検出部が、溶接スタ−ト時に溶加材と溶接ワークが接触した後に接触が開放するタイミングを検出する。そのタイミングに基づき、電源制御部は、非消耗電極と溶接ワークとの間に供給する電力をアークスタ−ト用の電力からアークスタート用の電力よりも大きい主溶接用の電力に向けて増加するので、溶接スタート部分のビ−ド形状を安定させることができる。

そして、非消耗電極接触検出部は、溶接終了後に非消耗電極と溶接ワークとが接触しているか否かを検出し、非消耗電極と前記溶接ワークとが接触している場合、アクチュエータ制御部は、少なくとも非消耗電極と溶接ワークとの接触している旨を報知するか、アクチュエータの動作による非消耗電極の移動を停止して保持するか、とのいずれかをする。

また、溶加材接触検出部は、溶接終了後に、溶加材と溶接ワークとが接触しているか否か、および非消耗電極電圧検出部は非消耗電極と溶接ワークとが接触しているか否かを検出する。そして、それらが接触している場合には接触している旨を報知するものである。そして、アクチュエータ制御部は、溶加材と溶接ワークとが接触している場合にはアクチュエータの動作による溶加材の移動を停止して保持し、非消耗電極と溶接ワークとが接触している場合にはアクチュエータの動作による非消耗電極の移動を停止して保持するものである。

また、本発明の自動溶接装置は、非消耗電極を備えた溶接トーチと、溶接トーチを保持して溶接トーチを移動させるアクチュエータと、溶接箇所に溶加材を送給する溶加材送給部と、非消耗電極と溶接ワークとの間および前記溶加材と溶接ワークとの間に電力を供給する電源部と、溶加材に流れる電流を検出する溶加材電流検出部とを備えている。また、この溶加材電流検出部が検出した電流が所定値以上である場合に溶加材と溶接ワークとが接触したことを検出する溶加材接触検出部と、非消耗電極と溶接ワークとの間の電圧を検出する非消耗電極電圧検出部とを備えている。そして、この非消耗電極電圧検出部の出力を入力として非消耗電極と溶接ワークとの接触を検出する非消耗電極接触検出部と、溶加材接触検出部の検出結果または非消耗電極接触検出部の検出結果に基づいてアクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、電源部を制御する電源制御部とを備えている。

そして、溶加材接触検出部は、溶接終了後に溶加材と溶接ワークとが接触しているかを検出する。その結果、溶加材と溶接ワークとが接触している場合には、少なくとも接触している旨を報知するか、アクチュエータの動作による溶加材の移動を停止して保持するか、のいずれかをする。また、非消耗電極接触検出部は、溶接終了後に非消耗電極と溶接ワークとが接触しているか否かを検出する。その結果、非消耗電極と溶接ワークとが接触している場合には、少なくとも接触している旨を報知するか、アクチュエータの動作による非消耗電極の移動を停止して保持するか、のいずれかをするものである。

以上のように、本発明によれば、溶接スタート部分のビ−ド形状を安定させることができる。また、溶加材の接触検出用の電源を溶接用の電源と共用にする等して溶加材と溶接ワークとの接触を検出する溶加材接触検出部を溶接制御装置に内蔵する構成とすることで、部品点数を削減して安価となり、設置場所は溶接制御装置以外に別途スペースを確保する不要がなくなる。

なお、本発明を実施するための最良の形態について記述する前に、まず、この関連の技術情報について説明する。本発明者らは、提起された課題を解決するために自動溶接装置の構成について検討した。図１は、検討した自動溶接装置の概略構成を示す図であり、この自動溶接装置は、主に、溶接制御装置３１と溶加材接触検出装置１５とアクチュエータ７からなる。以下、図１に示す自動溶接装置の構成と動作について説明する。

図１において、溶接制御装置３１は、電源部２と制御部３と非消耗電極電圧検出部４と非消耗電極接触検出部５を備えている。また、アクチュエータ７には、非消耗電極１１を備えた溶接トーチ６と、溶加材９を送給するための溶加材送給部８が取り付けられている。また、溶加材９と溶接ワーク１０との接触を検出するための溶加材接触検出装置１５は、溶加材９と溶接ワーク１０との間の電圧を検出する溶加材電圧検出部１３と、溶加材電圧検出部１３の出力信号を入力して溶加材９が溶接ワーク１０と接触しているか否かを検出する溶加材接触検出部１４とを備えている。また、溶加材接触検出装置１５は、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触しているか否かを検出するための電圧を供給する溶加材接触検出用電源部１６と、溶接時の溶接出力が溶加材接触検出装置１５内に進入しないように通電経路を導通または遮断するスイッチング素子１７とを備えている。

以上のように構成された自動溶接装置について、その動作を説明する。まず、溶接終了後の動作について述べる。溶接が終了すると溶接に必要な電源部２からの溶接トーチ６および溶接ワーク１０との間に供給される電力は停止される。そして、溶接終了直後にスイッチング素子１７を導通状態にし、溶加材接触検出用電源部１６により溶加材９と溶接ワーク１０との間に例えば、５Ｖから２０Ｖ程度の電圧を供給する。なお、この電圧は、これらの値に限定されるものではない。この時、電源部２から、溶接トーチ６および溶接ワーク１０との間には電圧は印加されていない。したがって、溶加材９と溶接ワーク１０と溶接トーチ６とが仮に接触していても、電源部２と溶加材接触検出用電源部１６とが接続されて破損に到るようなことはない。

溶加材９と溶接ワーク１０とが接触していない場合には、溶加材電圧検出部１３で検出される電圧は例えば、５Ｖから２０Ｖ程度の高い値である。しかし、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触している場合には、検出電圧は０Ｖに近い低い値となる。このため溶接終了後には、溶加材接触検出部１４に例えば、３Ｖ程度のしきい値電圧を適正に設定することで、溶加材９と溶接ワーク１０との接触状態を検出することができる。

しかしながら、このような構成においては、溶接スタート部分のビ−ド形状が一定にならなかった。その理由について図２を用いて説明する。図２は、図１のように構成された自動溶接装置の各部の動作タイミングチャ−トを示す模式図であり、特に溶接開始に関する動作タイミングチャ−トを詳細に示している。

この自動溶接装置では、溶接スタート時に電源部２が溶接に必要な電力を供給する。そのため、電源部２と溶加材接触検出用電源部１６とが、互いに接続されて破損に到ることがないように、予めスイッチング素子１７を非導通状態とする。したがって、溶加材電圧検出部１３は溶加材９と溶接ワーク１０との間の電圧を検出できない。その結果、溶加材接触検出部１４は、溶接スタート時に溶加材９の先端位置が溶接ワーク１０に接触しているかどうかを検出することができない。

そして、溶接スタート時に、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間にアークを発生させるために、例えば、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に高周波の１０ｋＶから１５ｋＶ程度の電圧を印加する。あるいは、非消耗電極１１と溶接ワーク１０を接触させて１０Ｖから２０Ｖ程度の電圧を印加しながら引き離すことを行ってもよい。また、一度溶接が開始されると、印加する電圧は例えば１０Ｖから４０Ｖ程度の電圧に制御する。従って、溶加材９の送給を開始してから溶加材９が溶接ワーク１０に接触する溶加材接触タイミングＴ２２は不定であった。図２では、不定であることを示すために、仮に３つの溶加材接触タイミングＴ２２を例として示している。

図２に示すように、タイミングＴ２０において、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間にアークが発生して溶接電流が流れる。そして、制御部３は、電源部２から信号を入力してこのタイミングＴ２０を検出し、タイミングＴ２０を起点として溶加材９の送給を開始する。なお、上記したように、予めスイッチング素子１７を非導通状態としているため、溶接開始時に溶加材９と溶接ワーク１０との接触状態は検出できない。また、溶接電流や溶加材９の送給の制御、アクチュエータ７の動作の制御は、タイミングＴ２０を起点として各々独立に制御され、予め設定した所定時間Ｔ２１および所定時間Ｔ２３の経過後に溶接状態に関わらず動作するように制御されていた。なお、所定時間Ｔ２１は、例えば０．１秒から０．５秒程度であり、所定時間Ｔ２３は、０．１秒から１秒程度である。但し、これらの時間は溶接を行う条件や溶接対象物によって異なるものであり、これらに限るものではない。

ここで、図２に示す溶加材接触タイミングＴ２２が早期に発生すると、溶接ワーク１０への入熱が不十分な状態のまま溶加材９が送給される。したがって、溶加材９が溶け込み不足となる。逆に、溶加材接触タイミングＴ２２が遅れて発生すると、溶接ワーク１０への入熱が過多となるので、溶接ワーク１０が溶け落ちたりする。また、溶加材９が十分送給される前にアクチュエータ７が動作を開始してしまうこともあり、このような場合には溶接スタート部分のビ−ドが欠落するといった溶接不良が発生する場合があった。

このように、溶接スタート時の溶加材９の先端位置が検出できないため、アークが発生してから、溶加材９が溶接ワーク１０に接触して、溶加材９が溶接ワーク１０に移行するタイミングを制御できなかった。このため、アーク発生のタイミングと、溶加材９と溶接ワーク１０との接触タイミングと、アクチュエータの移動開始のタイミングの同期がとれていなかった。その結果、溶接スタート部分のビ−ドが入熱過多となるため溶け落ちが生じたり、逆に入熱不足のため溶け込みが不足して溶接不良が生じたりした。また、アクチュエータ７が溶加材９と溶接ワーク１０との接触に先行して動作を開始することにより、溶接スタート部分のビ−ドが欠落する場合があった。

また、本発明者らが検討した自動溶接装置では、溶加材９の溶接ワーク１０への接触を検出するための溶加材接触検出装置１５を、溶接制御装置３１とは別に設けていた。この場合、溶加材接触検出装置１５は部品点数が多いために装置が大きくなり、コストも高く、設置場所の確保も必要である。また、溶加材接触検出装置１５から溶接制御装置３１に接触検出信号を伝送する際に、外部ノイズの影響により誤動作してしまう、あるいはノイズ対策が必要であった。

そこで、本発明者らは、更なる検討を行い、本願発明の自動溶接装置の構想に到った。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図３を用いて本実施の形態における自動溶接装置について説明する。図３は本実施の形態における自動溶接装置の概略構成を示す図である。図３において、自動溶接装置は主に、溶接制御装置１とアクチュエータ７とから構成される。なお、アクチュエータ７の例としては、産業用ロボット等が挙げられる。

溶接制御装置１は、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間および溶加材９と溶接ワーク１０との間に電圧を供給する電源部２と、アクチュエータ７の動作あるいは溶加材送給部８の送給の制御を行う制御部３と、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間の電圧である溶接電圧を検出する非消耗電極電圧検出部４とを備えている。また、この非消耗電極電圧検出部４の出力に基づいて非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触を検出する非消耗電極接触検出部５を備えている。なお、非消耗電極１１と溶接ワーク１０とが接触していない場合には、非消耗電極電圧検出部４で検出される電圧は高い値である。しかし、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触している場合には、検出電圧は０Ｖに近い低い値となる。このため非消耗電極接触検出部５は、しきい値電圧を適正に設定することで、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触状態を検出することができる。そして、非消耗電極接触検出部５は、その検出信号を制御部３へ出力している。

なお、溶接制御装置１は、電源部２と非消耗電極１１とを電気的に接続するための第１のスイッチ１２と、電源部２と溶加材９とを電気的に接続するための第２のスイッチ１９とを備えている。但し、これら第１のスイッチ１２と第２のスイッチ１９は、溶接制御装置１の外部に設けるようにしてもよい。また、制御部３がこれら第１のスイッチ１２と第２のスイッチ１９の入り切りを制御するようにしてもよい。

溶接制御装置１は、さらに、溶加材９と溶接ワーク１０との間の電圧を測定する溶加材電圧検出部１３と、溶加材電圧検出部１３の出力に基づいて溶加材９と溶接ワーク１０との接触を検出する溶加材接触検出部１４を備えている。なお、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触していない場合には、溶加材電圧検出部１３で検出される電圧は高い値である。しかし、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触している場合には、検出電圧は０Ｖに近い低い値となる。このため溶加材接触検出部１４は、しきい値電圧を適正に設定することで、溶加材９と溶接ワーク１０との接触状態を検出することができる。そして、溶加材接触検出部１４は、その検出信号を制御部３へ出力している。

また、アクチュエータ７には、非消耗電極１１を備えた溶接トーチ６と、溶加材９を送給するための溶加材送給部８が取り付けられている。

図１を用いて説明した本発明者らが検討した自動溶接装置と本実施の形態における自動溶接装置との異なる主な点は、電源部２が、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間および溶加材９と溶接ワーク１０との間に、電圧を供給する点である。すなわち、電源部２を共用とすることで溶加材接触検出用電源部１６を不要とし、さらに、溶加材電圧検出部１３と溶加材接触検出部１４とを溶接制御装置１に内蔵する構成とした点である。

以上のように構成された本実施の形態における自動溶接装置の動作について、図３を用いて説明する。なお、先ず、溶接終了後に溶加材９と溶接ワーク１０との接触を検出する動作について説明する。そして、次に、溶接終了後に非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触を検出する動作について説明し、その後に溶接スタート時の動作について説明する。

電源部２は、溶接中には、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に、１０Ｖから４０Ｖ程度の電圧を印加して制御している。そして、溶接終了後に、まず、電源部２は、溶接に必要な非消耗電極１１および溶接ワーク１０との間に供給される電力を停止する。そして、第１のスイッチ１２を非導通状態とする。次に、第２のスイッチ１９を導通状態とし、電源部２により溶加材９と溶接ワーク１０との間に、例えば、５Ｖから２０Ｖ程度の電圧を供給する。溶加材９と溶接ワーク１０とが接触していない場合には、溶加材電圧検出部１３で検出される電圧は例えば５Ｖから２０Ｖ程度の高い値となる。しかし、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触している場合には、検出電圧は０Ｖに近い低い値となる。このため溶加材接触検出部１４は、しきい値電圧を例えば３Ｖ程度の適正な所定値に設定することで、溶加材９と溶接ワーク１０との接触状態を検出することができる。

そして、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触（溶着）している場合、制御部３は、少なくとも、接触している旨を報知するか、アクチュエータ７の動作を停止するか、のいずれかをする。このようにすることで、溶加材９が溶接ワーク１０に接触した状態で溶加材９が移動してしまうことを防ぎ、溶接ワーク１０や溶加材９等に与える損傷を防ぐことができる。報知の例としては、図示しない表示部に接触している旨を表示するようにしても良いし、図示しないブザーや音声発生装置等の音源により音で報知するようにしても良い。

また、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触（溶着）している場合、制御部３は、溶加材送給部８の送給動作を停止することにより、溶加材９の移動を停止して保持する。なお、溶加材９と溶接ワーク１０との間の電圧検出をするために、検出位置の一端として溶加材９側の電圧検出位置は、溶接トーチ６の近傍としてもよいし、溶加材送給部８の近傍としてもよい。その理由は、電圧検出位置が検出される電圧にそれほど大きく影響しないためである。

次に、溶接終了後に非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触を検出する動作について説明する。溶接終了後に、第１のスイッチ１２を導通状態とし、さらに、第２のスイッチ１９を非導通の状態とする、そして、電源部２により非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に、例えば、５Ｖから２０Ｖ程度の電圧を供給する。なお、ここで印加する電圧は、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間にアークを発生させるものではない。非消耗電極１１と溶接ワーク１０とが接触していない場合には、非消耗電極電圧検出部４で検出される電圧は、５Ｖから２０Ｖ程度の高い値である。しかし、非消耗電極１１と溶接ワーク１０とが接触している場合には、検出電圧は０Ｖに近い低い値となる。このため非消耗電極接触検出部５では、しきい値電圧を例えば３Ｖ程度の適正な所定値に設定することで、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触状態を検出することができる。

非消耗電極１１と溶接ワーク１０とが接触（溶着）している場合、制御部３はアクチュエータ７の動作を停止して保持する。このようにすることで、非消耗電極１１が溶接ワーク１０に接触した状態で非消耗電極１１が移動することを防ぎ、溶接ワーク１０や非消耗電極１１等に与える損傷を防ぐことができる。さらに、接触（溶着）している場合には、接触している旨を報知するようにしても良い。報知の例としては、図示しない表示部に接触している旨を表示するようにしても良いし、図示しないブザーや音声発生装置等の音源により音で報知するようにしても良い。

なお、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触しておらず、かつ、非消耗電極１１と溶接ワーク１０とが接触していない場合には、溶接制御装置１の制御部３は、アクチュエータ７を動作させることにより溶接トーチ６を退避位置に移動させる等、各部の所定の動作を続行させる。

以上のように、本実施の形態における自動溶接装置は、溶加材電圧検出部１３と溶加材接触検出部１４を溶接制御装置１に内蔵している。そして、溶加材９と溶接ワーク１０との接触を検出する際に、溶加材９と溶接ワーク１０との間に印加する電圧および非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に印加する電圧を電源部２により供給する構成としている。従って、図１で示した自動溶接装置における溶加材接触検出用電源部１６が不要となり、別途設けていた溶加材接触検出装置１５が必要なくなる。

また、図１で示した自動溶接装置のように、溶加材接触検出装置１５から溶接制御装置３１にこれらの外部にある通信線を介して接触検知信号等を送信する必要がなくなるので、ノイズの影響を受けることがなく、ノイズ対策も不要となる。また、図１で示した自動溶接装置と比べて部品点数を削減してコスト低減ができ、別途設けていた溶加材接触検出装置１５の設置場所の確保も不要となる。

なお、本実施の形態における自動溶接装置では、溶加材９と溶接ワーク１０との接触（溶着）および非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触（溶着）の検出を行う例について説明した。しかし、必要により、溶加材９と溶接ワーク１０との接触（溶着）のみ、あるいは、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触（溶着）のみを検出して各部の制御を行う構成としても良い。

また、本実施の形態における各部構成要素は、各々単独の構成部材であっても良いし、複数の構成部をまとめた構成部材であっても良い。すなわち、例えば、制御部３はアクチュエータ７の動作の制御および溶加材送給部８の送給の制御等を行う例を示しているが、制御部３を分けて、電源部２を制御する電源制御部５６と、アクチュエータ７を制御するアクチュエータ制御部５７と、溶加材送給部８を制御する溶加材送給制御部５８とを個別に設けるようにしても良い。

次に、図４を用いて、本実施の形態における自動溶接装置の溶接スタート時の動作について説明する。図４は本実施の形態における自動溶接装置の各部の動作タイミングを示す模式図である。

溶接スタート時において、まず、第１のスイッチ１２を導通状態とし、第２のスイッチ１９を非導通状態とする。すなわち、溶加材９と溶接ワーク１０との間には電圧が印加されていない。そして、溶接をスタートするために、例えば、電源部２から、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に高周波の１０ｋＶから１５ｋＶ程度の電圧を印加する。あるいは、非消耗電極１１と溶接ワーク１０を接触させて１０Ｖから２０Ｖ程度の電圧を印加しながら引き離す。このようにして、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間にアークを発生させる。また、一度溶接が開始されると、電源部２は、印加する電圧を、例えば１０Ｖから４０Ｖ程度の電圧に制御する。

そして、アークが発生した部分に、溶加材送給部８が溶加材９を送給する。その結果、溶加材９が溶加材接触タイミングＴ６において、溶接ワーク１０に接触する。接触する直前の溶加材９と溶接ワーク１０との間には電圧が印加されていないので、図４に示す溶加材９と溶接ワーク１０との接触タイミングである溶加材接触タイミングＴ６を検出することができない。なお、溶加材９と溶接ワーク１０が接触している間は、溶加材電圧検出部１３が溶加材９と溶接ワーク１０とが同電位（０Ｖ）であると検出する。

そして、非消耗電極１１からの距離は溶接ワーク１０よりも溶加材９の方が近いので、溶加材９と非消耗電極１１との間にもアークが発生する。その後、溶加材９の先端部分が発熱され、溶加材９が溶融することで溶接ワーク１０との接触が開放される。その結果、溶加材９と溶接ワーク１０との間に、図４に示す溶加材接触開放タイミングＴ７のように、例えば１０Ｖ程度の電圧が発生する。この電圧は、溶加材９と非消耗電極１１との間に発生したアークに起因する。この発生する電圧を溶加材電圧検出部１３が検出する。そして、溶加材接触検出部１４で所定の電圧しきい値（例えば、５Ｖ程度）と比較することで接触状態から開放状態となる溶加材接触開放タイミングＴ７を検出する。すなわち、溶加材接触検出部１４が、溶接スタ−ト時に溶加材９と溶接ワーク１０との接触を検出した後に、その接触が開放されるタイミングを検出できることになる。

そして、この溶加材接触開放タイミングＴ７を時間起点として、所定時間Ｔ４が経過した後に、制御部３は溶接電流を溶接スタート時電流Ｉ１の低い値から主溶接電流Ｉ２に向けて増加を開始する。すなわち、制御部３は、接触が開放されるタイミングから所定時間Ｔ４の後に非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に供給する電力をアークスタ−ト用の電力からアークスタート用の電力よりも大きい主溶接用の電力に向けて増加させる。なお、所定時間Ｔ４は、例えば、０．２秒から０．３秒程度である。また、溶接スタート時電流Ｉ１は１０Ａ程度であり、主溶接電流Ｉ２は１０Ａよりも大きく５００Ａ程度である。但し、溶接スタート時電流Ｉ１，主溶接電流Ｉ２，所定時間Ｔ４は、溶接条件や溶接ワーク１０等に基づいて決定されるものであり、これらの条件によって異なるものである。また、溶加材送給部８は、溶加材９の送給量を溶接スタート時の低い値（ＷＦ１）から主溶接用の高い値（ＷＦ２）への加速を開始する。つまり、溶加材９の接触状態が開放してから所定時間Ｔ４が経過した後に、溶加材送給制御部５８は、溶接電流の増加に同期して、溶加材９の送給速度を増加させるように制御する。このような制御を行うことで、溶接ワーク１０に過不足のない適正な入熱を与えることができる。また、溶接ワーク１０への入熱不足や溶接ワーク１０の溶け落ちを防ぐことができる。従って、溶接スタート部分のビ−ド形成の安定性を向上することができる。

また、溶加材接触開放タイミングＴ７を時間起点として、所定時間Ｔ５が経過した後に、アクチュエータ制御部５７は、アクチュエータ７を動作させて溶接トーチ６を溶接線方向に移動を開始させる。なお、所定時間Ｔ５は、例えば、０．１秒から１秒程度である。但し、所定時間Ｔ５は、溶接条件や溶接ワーク１０等に基づいて決定されるものであり、これらの条件によって異なるものである。このような制御を行うことで、溶加材９が十分送給される前にアクチュエータ７が動作を開始してしまうことを防ぐことができ、溶接スタート部分のビ−ド形成の安定性を向上することができる。

なお、上記では溶加材接触開放タイミングＴ７を検出してから所定時間後に溶接電流や溶加材送給量を増加する例を示した。しかし、制御部３は、溶加材接触開放タイミングＴ７を検出した時点から、溶接電流や溶加材送給量を増加させるようにしてもよいし、アクチュエータ７を動作させて溶接トーチ６を溶接線方向に移動を開始させるようにしてもよい。すなわち、溶加材接触開放タイミングＴ７を検出した時点から所定時間までのどの時点でも、上記した制御を開始してもよいし、どのように制御を行うかは溶接条件や溶接ワーク１０の材質等に基づいて決定すれば良い。

（実施の形態２）
図５を用いて本実施の形態２における自動溶接装置について説明する。図５は本実施の形態における自動溶接装置の概略構成を示す図である。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

実施の形態１では溶接終了後の動作について、溶加材電圧検出部１３が溶加材９と溶接ワーク１０との間の電圧を検出することで溶加材接触検出部１４が溶加材９と溶接ワーク１０の接触を検出し、制御部３が自動溶接装置の各部の制御を行う例について示した。しかし、本実施の形態では、溶加材９に流れる電流を検出することで溶加材９と溶接ワーク１０との接触を検出し、制御部３が自動溶接装置の各部の制御を行うようにしている。

このように実施の形態１と実施の形態２との異なる主な点は、図３に示す溶加材電圧検出部１３と第１のスイッチ１２と第２のスイッチ１９とをなくし、図５に示すように、溶加材９に流れる電流を検出するための溶加材電流検出部１８を設けた構成とした点である。また、溶加材電流検出部１８を介して、電源部２の非消耗電極１１と接続している側を溶加材９に電気的に接続した点である。

以上のように構成された自動溶接装置について、その動作を説明する。なお、先ず、溶接終了後に溶加材９と溶接ワーク１０との接触を検出する動作について説明する。そして、次に、溶接終了後に非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触を検出する動作について説明する。

電源部２は、溶接中には、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に、１０Ｖから４０Ｖ程度の電圧を印加して制御している。そして、溶接終了後に、まず、電源部２は、溶接に必要な非消耗電極１１および溶接ワーク１０との間に供給される電力を停止する。そして、溶加材９と溶接ワーク１０との接触を検出するために、電源部２により溶加材９と溶接ワーク１０との間に例えば、５Ｖから２０Ｖ程度の電圧を印加する。溶加材９と溶接ワーク１０とが接触していない場合には、溶加材電流検出部１８で検出される電流は０Ａに近い値である。しかし、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触している場合には、検出電流は印加された電圧と溶加材９の抵抗に基づく電流値で、例えば１０ｍＡ以上となる。このため溶加材接触検出部１４では、しきい値電流を例えば、５ｍＡ程度の適正な所定値に設定することで、溶加材９と溶接ワーク１０との接触状態を検出することができる。

そして、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触（溶着）している場合には、少なくともアクチュエータ７の動作を停止、または溶加材送給部８の送給動作を停止する。このようにすることで、溶加材９が溶接ワーク１０に接触した状態で溶加材９が移動してしまうことを防ぎ、溶接ワーク１０や溶加材９等に与える損傷を防ぐことができる。さらに、接触（溶着）している場合には、接触している旨を報知するようにしても良い。報知の例としては、図示しない表示部に接触している旨を表示するようにしても良いし、図示しないブザーや音声発生装置等の音源により音で報知するようにしても良い。

次に、溶接終了後に非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触を検出する動作について説明する。

溶接終了後に、電源部２により非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に、例えば、５Ｖから２０Ｖ程度の電圧を供給する。なお、ここで印加する電圧は、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間にアークを発生させるものではない。非消耗電極１１と溶接ワーク１０とが接触していない場合には、非消耗電極電圧検出部４で検出される電圧は、５Ｖから２０Ｖ程度の高い値である。しかし、非消耗電極１１と溶接ワーク１０とが接触している場合には、検出電圧は０Ｖに近い低い値となる。このため非消耗電極接触検出部５は、しきい値電圧を例えば３Ｖ程度の適正な値に設定することで、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触状態を検出することができる。

そして、非消耗電極１１と溶接ワーク１０とが接触（溶着）している場合、アクチュエータ制御部５７は、アクチュエータ７の動作を停止して保持する。このようにすることで、非消耗電極１１が溶接ワーク１０に接触した状態で非消耗電極１１が移動することを防ぎ、溶接ワーク１０や非消耗電極１１等に与える損傷を防ぐことができる。さらに、接触（溶着）している場合、アクチュエータ制御部５７は、接触している旨を報知するようにしても良い。報知の例としては、図示しない表示部に接触している旨を表示するようにしても良いし、図示しないブザーや音声発生装置等の音源により音で報知するようにしても良い。

なお、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触しておらず、かつ、非消耗電極１１と溶接ワーク１０とが接触していない場合には、溶接制御装置１の制御部３は、アクチュエータ７を動作させることにより溶接トーチ６を退避位置に移動させる等、各部の所定の動作を続行させる。

以上のように、本実施の形態における自動溶接装置によれば、図１に示した自動溶接装置における溶加材接触検出用電源部１６が不要となり、別途設けていた溶加材接触検出装置１５も必要なくなる。また、その自動溶接装置のように、溶加材接触検出装置１５から溶接制御装置３１にこれらの外部にある通信線を介して接触検知信号等を送信する必要がなくなる。したがって、ノイズの影響を受けることがなく、ノイズ対策も不要となる。また、その自動溶接装置と比べて部品点数を削減してコスト低減ができ、別途設けていた溶加材接触検出装置１５の設置場所の確保も不要となる。

なお、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触しているかどうかの判別のために用いる溶加材電流検出部１８と溶加材接触検出部１４は、フォトカプラのような所定の電流しきい値により判別信号が出力される部品で代用することもできる。このような部品を使用することでさらに部品数を削減しコストを低下させ、省スペ−ス化を実現することが可能となる。

また、図５に示す本実施の形態における自動溶接装置においては、溶加材電流検出部１８を溶接制御装置２１に内蔵する構成としているが、アクチュエータ７に内蔵する構成としてもよい。

また、本実施の形態における自動溶接装置では、溶加材９と溶接ワーク１０との接触（溶着）および非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触（溶着）の検出を行う例について説明した。しかし、必要により、溶加材９と溶接ワーク１０との接触（溶着）のみ、あるいは、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との接触（溶着）のみを検出して各部の制御を行う構成としても良い。

次に、図６を用いて、本実施の形態における自動溶接装置の溶接スタート時の動作について説明する。図６は本実施の形態における自動溶接装置の各部の動作タイミングを示す模式図である。

溶接スタート時において、例えば、電源部２から、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に高周波の１０ｋＶから１５ｋＶ程度の電圧を印加する。あるいは、非消耗電極１１と溶接ワーク１０を接触させて１０Ｖから２０Ｖ程度の電圧を印加しながら引き離す。このようにして、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間にアークを発生させる。また、一度溶接が開始されると、電源部２は、印加する電圧を、例えば１０Ｖから４０Ｖ程度の電圧に制御する。

そして、アークが発生した部分に、溶加材送給部８が溶加材９を送給する。その結果、溶加材９が溶加材接触タイミングＴ６において、溶接ワーク１０に接触する。接触期間中は溶加材９と溶接ワーク１０とが同電位となる。そして、非消耗電極１１からの距離は溶接ワーク１０よりも溶加材９の方が近いので、溶加材９と非消耗電極１１との間にもアークが発生する。この時、電源部２からは３つの経路の電流路が形成される。１番目は、溶接ワーク１０から非消耗電極１１に流れて電源部２に至る経路であり、２番目は、溶接ワーク１０から溶加材９を介して非消耗電極１１に流れて電源部２に至る経路であり、３番目は、溶接ワーク１０から溶加材９に流れ、溶加材電流検出部１８を流れて電源部２に至る経路である。従って、溶加材９と溶接ワーク１０とが接触している場合には、溶加材電流検出部１８により電流が検出されるので、図６に示す溶加材接触タイミングＴ６に示すように、溶加材９の溶接ワーク１０への接触タイミングを検出することができる。

その後、溶加材９の先端部分は発熱され、溶加材９の先端部分が溶融することで溶加材９と溶接ワーク１０との接触状態が開放状態となる。その結果、溶加材９を流れる電流は低い値か０Ａとなる。従って、電流を検出することで、溶加材９と溶接ワーク１０との接触が開放状態となるタイミングである溶加材接触開放タイミングＴ７を検出できる。

そして、制御部３は、この溶加材接触開放タイミングＴ７を時間起点として、所定時間Ｔ４が経過した後に溶接電流を溶接スタート時の低い値（Ｉ３）から主溶接電流（Ｉ４）に向けて増加を開始する。すなわち、制御部３は、接触が開放するタイミングＴ７から所定時間Ｔ４の後に、非消耗電極１１と溶接ワーク１０との間に供給する電力をアークスタ−ト用の電力からアークスタート用の電力よりも大きい主溶接用の電力に向けて増加を開始するように制御する。なお、所定時間Ｔ４は、溶接条件や溶接ワーク１０等に基づいて決定される。例えば、所定時間Ｔ４は、０．２秒から０．３秒程度である。また、溶加材９の送給量においても、溶接スタート時の低い値（ＷＦ３）から主溶接用の高い値（ＷＦ４）への加速を開始する。つまり、制御部３は、溶加材９の接触状態が開放してから所定時間後に溶加材９の送給量の増加と溶接電流の増加を同期させて制御する。このような制御を行うことで、溶接ワーク１０に過不足のない適正な入熱を与えることができ、溶接ワーク１０への入熱不足や溶接ワーク１０の溶け落ちを防ぐことができ、溶接スタート部分のビ−ド形成の安定性を向上することができる。

また、制御部３は、溶加材接触開放タイミングＴ７を時間起点として、所定時間Ｔ５が経過した後にアクチュエータ７を動作させて溶接トーチ６を溶接線方向に移動させる。なお、所定時間Ｔ５は、溶接条件や溶接ワーク１０等に基づいて決定される。このような制御を行うことで、溶加材９が十分送給される前にアクチュエータ７が動作を開始してしまうことを防ぐことができ、溶接スタート部分のビ−ド形成の安定性を向上することができる。

なお、上記では溶加材接触開放タイミングＴ７を検出してから所定時間後に溶接電流や溶加材送給量を増加する例を示したが、制御部３は、溶加材接触開放タイミングＴ７を検出した時点から溶接電流や溶加材送給量を増加させるようにする、また、アクチュエータ７を動作させるようにしてもよい。あるいは、溶加材接触タイミングＴ６を検出してから溶加材接触開放タイミングＴ７までの所定時間後に溶接電流や溶加材送給量やアクチュエータ７の動作を制御するようにしてもよい。あるいは、制御部３は、溶加材接触タイミングＴ６を検出した時点から溶接電流や溶加材送給量やアクチュエータ７の動作を制御するようにしてもよい。すなわち、所定時間までのどの時点でも、溶接電流や溶加材送給量やアクチュエータ７の動作の制御を開始してもよいし、制御を行うかは溶接条件や溶接ワーク１０の材質等に基づいて決定すれば良い。

本発明の自動溶接装置は、安価かつ省スペ−スで溶加材接触検出が可能であり、また、溶接スタート部分のビ−ド形状を安定化することができ、溶加材と溶接ワークが接触（溶着）する可能性がある場合の自動溶接装置等として産業上有用である。

自動溶接装置の概略構成を説明するための図 自動溶接装置の各部の動作タイミングチャ−トを示す模式図 本発明の実施の形態１における自動溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１における自動溶接装置の各部の動作タイミングチャ−トを示す模式図 本発明の実施の形態２における自動溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態２における自動溶接装置の各部の動作タイミングチャ−トを示す模式図 従来の自動溶接装置の概略構成を示す図

符号の説明

１，２１，３１ 溶接制御装置
２ 電源部
３ 制御部
４ 非消耗電極電圧検出部
５ 非消耗電極接触検出部
６ 溶接トーチ
７ アクチュエータ
８ 溶加材送給部
９ 溶加材
１０ 溶接ワーク
１１ 非消耗電極
１２ 第１のスイッチ
１３ 溶加材電圧検出部
１４ 溶加材接触検出部
１５ 溶加材接触検出装置
１６ 溶加材接触検出用電源部
１８ 溶加材電流検出部
１９ 第２のスイッチ
５６ 電源制御部
５７ アクチュエータ制御部
５８ 溶加材送給制御部

Claims (4)

1. 非消耗電極を備えた溶接トーチと、
   前記溶接トーチを保持して前記溶接トーチを移動させるアクチュエータと、
   溶接箇所に溶加材を送給する溶加材送給部と、
   前記非消耗電極と溶接ワークとの間および前記溶加材と前記溶接ワークとの間に電力を供給する電源部と、
   前記溶加材に流れる電流を検出する溶加材電流検出部と、
   前記溶加材電流検出部が検出した電流が所定値以上である場合に前記溶加材と前記溶接ワークとが接触したことを検出する溶加材接触検出部と、
   前記溶加材接触検出部の検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部と、前記電源部を制御する電源制御部とを備え、
   溶接スタート時に、前記電源部により前記非消耗電極と前記溶接ワークとの間に供給されている電力によるアークが発生している部分に前記溶加材送給部が前記溶加材を送給し、
   前記電源部により前記溶加材と前記溶接ワークとの間に電力が供給されている状態で前記溶加材送給部により前記アークが発生している部分に送給される前記溶加材が前記溶接ワークに接触することにより前記溶加材に流れる電流を検出して前記溶加材と前記溶接ワークとの接触タイミングを検出し、
   前記接触タイミングの検出後も前記溶接ワーク方向への前記溶加材の送給を継続し、
   前記接触タイミングを検出した後、前記溶接ワークに接触している前記溶加材と前記非消耗電極との間にも発生したアークにより前記溶加材の先端部分が溶融することで前記溶加材と前記溶接ワークの接触が開放されたことによる前記溶加材に流れる電流を検出することで前記溶加材と前記溶接ワークとの接触状態が開放状態となる開放タイミングを検出し、
   前記溶加材接触検出部が、前記溶接スタート時に前記溶加材と前記溶接ワークとの接触を検出した後に、前記開放タイミングを検出すると、前記アクチュエータ制御部は、前記アクチュエータにより前記溶接トーチを溶接線方向に移動を開始する、または、前記開放タイミングから所定時間後に前記アクチュエータにより前記溶接トーチを溶接線方向に移動を開始する自動溶接装置。
2. 前記溶加材接触検出部が、溶接スタート時に前記溶加材と前記溶接ワークとの接触を検出すると、
   前記電源制御部は、前記非消耗電極と前記溶接ワークとの間に供給する電力をアークスタート用の電力から前記アークスタート用の電力よりも大きい主溶接用の電力に向けて増加を開始する請求項１記載の自動溶接装置。
3. 前記溶加材接触検出部が、溶接スタート時に前記溶加材と前記溶接ワークとの接触を検出すると、
   前記電源制御部は、前記接触を検出してから所定時間後に前記非消耗電極と前記溶接ワークとの間に供給する電力をアークスタート用の電力から前記アークスタート用の電力よりも大きい主溶接用の電力に向けて増加を開始する請求項１記載の自動溶接装置。
4. 前記溶加材送給制御部は、前記アークスタート用の電力から前記主溶接用の電力に向けての電力の増加に同期して、前記溶加材の送給速度を増加させる請求項２または３に記載の自動溶接装置。

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