JP5761168B2 - アーク溶接用電源装置、アーク溶接システムおよびアーク溶接用電源装置の制御方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、アーク溶接用電源装置、アーク溶接システムおよびアーク溶接用電源装置の制御方法に関する。

従来、消耗電極と母材（ワーク）との間にアークを発生させて溶接するアーク溶接システムが知られている。かかるアーク溶接システムでは、溶接電圧の変化量に基づいて判定される短絡開放の直前に、所定の割合で上昇させている溶接電流を一時的に低下させ、消耗電極の先端に生じた溶滴のくびれを穏やかに溶断させる処理がなされる。

また、同一のワークを複数の溶接ロボットおよび複数のアーク溶接用電源装置で同時に溶接するアーク溶接システムにおいて、いずれかのアーク溶接用電源装置のスイッチング動作等に起因して他のアーク溶接用電源装置の溶接電圧にノイズが重畳される場合があることが知られている。

このように、溶接電圧にノイズが重畳した場合には、溶滴にくびれが生じた場合と同様、溶接電圧の変化量が上昇する。このため、従来のアーク溶接システムでは、ノイズを溶滴のくびれとして誤検知して上記した穏やかな溶断処理が行われてしまい、その後、実際に溶滴にくびれが生じた際には穏やかな溶断処理が行われず、溶滴が飛び散るスパッタを発生させる懸念があった。

かかるノイズの検知を防止するために、溶滴のくびれ検知を一定期間禁止することが知られている（例えば、特許文献１参照）。かかるアーク溶接システムによれば、くびれ検知の禁止期間内には溶接電圧に重畳されたノイズは検知されない。

特開２００７−２４５２３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたアーク溶接システムでは、ノイズの検知を防止できるのは予め定められた期間のみであり、別のタイミングでノイズが重畳されるとかかるノイズが検知されてしまう場合がありうる。このため、特許文献１に記載のアーク溶接システムは、スパッタの発生を抑制する対策としては不十分なものであった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズが存在する場合であってもスパッタの発生を抑制することができるアーク溶接用電源装置、アーク溶接システムおよびアーク溶接用電源装置の制御方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るアーク溶接用電源装置は、制約付短絡開放部と、再実行部とを備え、消耗電極とワークとの短絡状態と、前記消耗電極と前記ワークとの間にアークが存在するアーク状態とを繰り返し発生させながら溶接を行う。制約付短絡開放部は、消耗電極とワークとの間の溶接電流を上昇させている間に溶接電圧の変化量が所定の閾値以上となった場合には前記溶接電流を所定の期間低下させることによって前記短絡状態を開放する制約付短絡開放処理を実行する。再実行部は、前記制約付短絡開放処理が実行された後、前記短絡状態の継続中に前記制約付短絡開放部に前記制約付短絡開放処理を再実行させる。また、アーク溶接用電源装置は、前記制約付短絡開放処理を再実行するごとに前記閾値を変化させる。

実施形態の一態様によれば、ノイズが存在する場合であってもスパッタの発生を抑制することができる。

図１は、実施形態に係るアーク溶接システムの説明図である。 図２は、実施形態に係るアーク溶接システムの構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係るアーク溶接システムの一部を示す外観模式図である。 図４は、実施形態に係るアーク溶接用電源装置の構成を示すブロック図である。 図５は、実施形態に係るアーク溶接用電源装置による制約付短絡開放処理の一例を示すタイミングチャートである。 図６は、実施形態に係るアーク溶接用電源装置による制約付短絡開放処理の一例を示すタイミングチャートである。 図７は、実施形態に係るアーク溶接用電源装置による制約付短絡開放処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するアーク溶接用電源装置、アーク溶接システムおよびアーク溶接用電源装置の制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。まず、実施形態に係るアーク溶接システムの概要について図１を用いて説明する。

図１は、実施形態に係るアーク溶接システムの説明図である。なお、ここでは時刻αでノイズが検知された後、時刻βで溶滴のくびれが検知された場合を例に挙げて説明する。

図１中、上段は実施形態に係るアーク溶接システムにおける経過時間ｔに対する溶接電流Ｉの変化を模式的に示したものである。また、図１の下段は時刻α、βにおける消耗電極ＣＥの端部およびワークＷを含む溶滴の外観をそれぞれ模式的に図示したものである。なお、図１において、時間経過や溶接電流の変化はその一例を模式的に示したものであり、実測値とは必ずしも対応していない。

実施形態に係るアーク溶接システムは、消耗電極ＣＥとワークＷ上に形成された溶融池ＭＰとの間にアークが存在するアーク状態において、消耗電極ＣＥの下端部分がアーク熱により溶融する。そして、消耗電極ＣＥの下端部分が溶融池ＭＰに対して近接または接触し、消耗電極ＣＥと溶融池ＭＰとが導通することで実施形態に係るアーク溶接システムはアーク状態から短絡状態に移行する。なお、実施形態に係るアーク溶接システムがアーク状態から短絡状態に移行したことは、例えば、溶接電圧が所定の閾値以下となったことで判定される。

実施形態に係るアーク溶接システムは、短絡状態に移行後、区間Ａ（図１参照）において制約付短絡開放処理を実行する。ここで「制約付短絡開放処理」とは、所定の割合で上昇させている溶接電流Ｉの上昇を停止して一時的に低下させ、消耗電極ＣＥの先端に生じた溶滴のくびれＮを穏やかに溶断させる処理のことを指す。

すなわち、実施形態に係るアーク溶接システムは、図１に示す時刻ｔ１から溶接電流Ｉを所定の割合で上昇させつつ、溶接電圧を所定の時間間隔で監視している。そして、実施形態に係るアーク溶接システムは、溶接電圧の変化量が所定の閾値以上となった時刻αで溶接電流Ｉの上昇を停止し、即座に溶接電流Ｉを一時的に低下させる。

上述したように、実施形態に係るアーク溶接システムは、時刻αで溶接電圧に重畳されたノイズを検知したことで溶接電流Ｉを一時的に低下させる制約付短絡開放処理を図１に示す区間Ａで実行した。しかし、依然として消耗電極ＣＥとワークＷ上の溶融池ＭＰとが導通した短絡状態が継続中である。

区間Ａでの制約付短絡開放処理を実行後、実施形態に係るアーク溶接システムは区間Ｂ（図１参照）において制約付短絡開放処理を再実行する。すなわち、実施形態に係るアーク溶接システムは、時刻αから時刻ｔ２までの間、一時的に溶接電流を低下させていたが、時刻ｔ２から溶接電流を所定の割合で上昇させつつ、溶接電圧の変化量が所定の閾値以上となった時刻βで溶接電流Ｉの上昇を停止し、即座に溶接電流Ｉを一時的に低下させる。

上述した区間Ｂで実行される制約付短絡開放処理は、区間Ａで実行される制約付短絡開放処理と同様である。すなわち、実施形態に係るアーク溶接システムでは、短絡状態において制約付短絡開放処理が再実行される。

区間Ｂでの制約付短絡開放処理を実行後、実施形態に係るアーク溶接システムは区間Ｃ（図１参照）において溶接電流を上昇させる処理を実行する。そして、溶接電圧が所定の閾値を超えると、実施形態に係るアーク溶接システムは短絡状態からアーク状態に移行し、一連の短絡開放処理が終了する。

従来のアーク溶接システムは、図１に示す区間Ａでの制約付短絡開放処理を実行後、溶接電圧の変化量の制約がなく無条件に溶接電流を再上昇させる区間Ｃでの短絡開放処理を実行していた。したがって、区間Ａでの制約付短絡開放処理において溶滴のくびれＮではなくノイズが検知された場合、従来のアーク溶接システムでは短絡開放時には溶接電流がさらに高くなるため、スパッタによる不具合が懸念される。

これに対し、実施形態に係るアーク溶接システムは、制約付短絡開放処理を実行する区間Ａと短絡開放処理を実行する区間Ｃとの間に、区間Ａと同様の制約付短絡開放処理を実行する区間Ｂを設けることにより、制約付短絡開放処理を再実行することとした。区間Ｂでの制約付短絡開放処理が区間Ａでの制約付短絡開放処理の後に再実行されると、実施形態に係るアーク溶接システムにおいては、区間Ａでノイズを検知した後でも消耗電極ＣＥと溶融池ＭＰとの間の溶滴に生じたくびれＮを区間Ｂで検知することができる。このため、短絡開放時におけるスパッタの発生を抑制することができる。

なお、実施形態に係るアーク溶接システムにおいて、区間Ａと区間Ｃとの間で制約付短絡開放処理が再実行される回数は図１に例示する一回に制限しても良く、また二回以上の所定の回数を上限として再実行の回数を設定しても良い。また、短絡状態からアーク状態に移行するまで繰り返し再実行されるように再実行の回数を無制限としても良く、制約付短絡開放処理を実行中にアーク状態に移行した場合、区間Ｃでの短絡開放処理を省略しても良い。

次に、実施形態に係るアーク溶接用電源装置（以下、単に「電源装置」ともいう）および実施形態に係る電源装置を備えるアーク溶接システムの構成について図２〜図４を用いて説明する。図２は実施形態に係るアーク溶接システムの構成を示すブロック図、図３は実施形態に係るアーク溶接システムの構成を示す外観模式図、図４は実施形態に係るアーク溶接システムを構成する電源装置の詳細ブロック図である。

図２に示すように、実施形態に係るアーク溶接システム１は、溶接ロボット１０，１０Ａ，１０Ｂと、溶接ロボット１０，１０Ａ，１０Ｂをそれぞれ動作させてポジショナＰ上の同一のワークＷを同時に溶接する複数のアーク溶接装置５０，５０Ａ，５０Ｂとを備える。ポジショナＰは溶接ロボット１０，１０Ａ，１０ＢがワークＷを溶接し易いよう、ワークＷの位置や姿勢を変化させるアクチュエータを備えている。

実施形態に係るアーク溶接システム１は、アーク溶接装置５０，５０Ａ，５０ＢとポジショナＰとを繋ぐ電力供給線（以下「ケーブル」という）４８，４８Ａ，４８ＢのうちポジショナＰに近い部分が、一本のパワーケーブルとしてまとめられている。ケーブル４８，４８Ａ，４８Ｂの一部が一本にまとめられると、例えば断線防止や省スペース化等に寄与する反面、別のアーク溶接装置５０，５０Ａ，５０Ｂでのスイッチング操作等により生じるノイズが互いに重畳され易くなる。しかしながら、実施形態に係るアーク溶接システム１によれば、制約付短絡開放処理を再実行する構成としたので、アーク溶接装置５０，５０Ａ，５０Ｂに由来するノイズが存在する場合であってもスパッタの発生を抑制することができる。

なお、図２に示す溶接ロボット１０Ａ，１０Ｂおよびアーク溶接装置５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ、溶接ロボット１０およびアーク溶接装置５０と同様の構成を備えている。そこで、以後、実施形態に係るアーク溶接システム１を説明する際において、溶接ロボット１０Ａ，１０Ｂおよびアーク溶接装置５０Ａ，５０Ｂに関する説明は省略する。また、図３では、図２に示す溶接システム１のうち溶接ロボット１０Ａ，１０Ｂおよびアーク溶接装置５０Ａ，５０Ｂの構成は図示していない。

次に、実施形態に係るアーク溶接システム１を構成するアーク溶接装置５０について説明する。アーク溶接装置５０は、図３に示すように、溶接制御装置２０と電源装置３０とを備える。溶接制御装置２０は、溶接ロボット１０およびポジショナＰを制御してポジショナＰ上のワークＷをアーク溶接する。

まず、溶接ロボット１０の構成について説明する。溶接ロボット１０は、図３に示すように、ベース部１１を介して床面などに固定される。溶接ロボット１０は、複数のロボットアーム１２を有しており、各ロボットアーム１２は、関節部１３を介して他のロボットアーム１２と接続される。

また、関節部１３を介して相互に接続されたロボットアーム１２のうち、ベース部１１に最も近いロボットアーム１２の基端はベース部１１に固定され、最も遠いロボットアーム１２の先端には溶接機器１５が取り付けられる。各々の関節部１３は、サーボモータ等のアクチュエータにより駆動され、溶接機器１５の位置や姿勢を様々に変更することができる。

送給部１４は、ロボットアーム１２の所定位置に配置され、溶接ワイヤ缶１８に格納された溶接ワイヤ１８ａを、トーチケーブル１７を介して溶接機器１５へ送り出す。なお、トーチケーブル１７は、コンジットケーブル１７ａを内包しており、コンジットケーブル１７ａ内を通して消耗電極ＣＥである溶接ワイヤ１８ａが溶接機器１５へ送り出される。

また、送給部１４は、ガスボンベ１９から供給されたシールドガスを、トーチケーブル１７を介して溶接機器１５へ供給する。なお、トーチケーブル１７は、ガス供給ホース１７ｂを内包しており、ガス供給ホース１７ｂ内を通してガスボンベ１９から供給されたシールドガスが溶接機器１５へ供給される。

また、送給部１４には、溶接ワイヤ１８ａの溶接機器１５への送給速度を検出する送給速度検出器が設けられており、この送給速度検出器によって検出された溶接ワイヤ１８ａの送給速度の情報は電源装置３０へ出力される。溶接制御装置２０は電源装置３０を介して送給部１４による溶接ワイヤ１８ａの供給速度も制御する。

溶接機器１５は、溶接トーチ１５ａとコンタクトチップ１５ｂとを備える。溶接トーチ１５ａは、トーチケーブル１７を挿入するために中空構造となっており、溶接トーチ１５ａの最先端部にコンタクトチップ１５ｂが取り付けられる。

溶接ワイヤ１８ａは、コンタクトチップ１５ｂの貫通孔を介して、コンタクトチップ１５ｂの先端から送り出される。また、コンタクトチップ１５ｂは、ケーブル４９と接続され、ケーブル４９を介して、電源装置３０からアーク溶接のための溶接電力が供給される。

また、溶接トーチ１５ａ内にはガス供給ホース１７ｂの先端開口からシールドガスが供給される。このように供給されたシールドガスは溶接トーチ１５ａの先端から吐出され、溶接ワイヤ１８ａの先端から発生するアークを雰囲気から遮蔽する。

次に、操作装置６０の構成について説明する。操作装置６０は、例えば、アーク溶接の作業内容を作業者がプログラムする場合やアーク溶接の状態を作業者が監視する場合などに用いられる。操作装置６０は溶接制御装置２０に対し、通信ネットワーク２３を介して溶接設定情報を送信する。通信ネットワーク２３としては、有線ＬＡＮ（Local Area Network）や、無線ＬＡＮといった一般的なネットワークを用いることができる。なお、操作装置６０から溶接制御装置２０に溶接設定情報が送信されるのではなく、溶接制御装置２０が操作装置６０からの情報に基づいて溶接設定情報を生成する構成とすることもできる。

次に、溶接制御装置２０の構成について説明する。溶接制御装置２０は、図３に示すように、操作装置６０から通信ネットワーク２３経由で取得した溶接設定情報に基づき、制御ケーブル４６，４７を介して溶接ロボット１０及び電源装置３０を制御して、ワークＷに対するアーク溶接を行う。溶接設定情報には、ロボット制御情報や電源制御情報が含まれる。

具体的には、溶接制御装置２０は、溶接設定情報のうちロボット制御情報に従って、溶接ロボット１０を制御し、先端のロボットアーム１２に取り付けられた溶接機器１５の位置や姿勢を変化させる。ロボット制御情報には、溶接予定線の情報や溶接速度の情報、ポジショナＰの動作情報、溶接ワイヤ１８ａの送給速度の情報などがある。

溶接予定線の情報は、溶接機器１５の軌道を示す情報である。すなわち、溶接予定線の情報は、溶接機器１５の位置の変化や溶接機器１５のワークＷに対する姿勢の変化を示す情報であり、移動位置の座標情報や姿勢情報として溶接ロボット１０へ入力される。溶接速度の情報は、溶接機器１５によるアーク溶接の速度（単位時間当たりの溶接機器１５の移動量）を示す情報であり、溶接速度指令値として溶接ロボット１０へ出力される。

また、溶接制御装置２０は、溶接設定情報のうちロボット制御情報に従って電源装置３０を制御することにより送給部１４から溶接ワイヤ１８ａの供給をさせながら電源制御情報に従って電源装置３０から溶接機器１５への溶接電力の供給を行わせて、溶接機器１５によるアーク溶接を実行させる。電源制御情報には、溶接電圧指令値、溶接電流指令値、溶接開始指令、溶接停止指令などが含まれる。

このように溶接制御装置２０は、溶接機器１５の位置や姿勢を変化させながら電源装置３０を制御し、溶接ワイヤ１８ａを送給部１４から溶接機器１５へ送給させるとともに、電源装置３０から溶接電力をコンタクトチップ１５ｂへ供給させる。これにより、実施形態に係るアーク溶接システム１は溶接ワイヤ１８ａの先端からアークを発生させてワークＷを溶接する。

次に、電源装置３０の構成について説明する。電源装置３０は、ケーブル４９を介して溶接電力を溶接機器１５へ供給することによってコンタクトチップ１５ｂとケーブル４８に接続されたポジショナＰとの間に溶接電流を流し、溶接ワイヤ１８ａの先端からアークを発生させる。かかる電源装置３０は、図４に示すように、電流検出器３１と、電圧検出器３２と、記憶部３３と、制限付短絡開放部３４と、再実行部３７と、電源制御部３８と、電源部３９とを備える。

電流検出器３１は、図４に示すように、ワークＷを載置するポジショナＰに接続されたケーブル４８へ流れる電流に基づいて溶接電流を検出する。電流検出器３１によって検出された溶接電流の情報は、制御ケーブル４７を介して溶接制御装置２０へ出力される。

一方、電圧検出器３２は、ケーブル４８とケーブル４９との間の電圧に基づいて溶接電圧を検出する。電圧検出器３２によって検出された溶接電圧の情報は状態判定部３５へ出力される。

次に、記憶部３３の構成について説明する。記憶部３３は、不揮発性メモリやハードディスクドライブなどの記憶デバイスで構成される。なお、記憶部３３は、一時的にデータを記憶する揮発性メモリを含んでよい。記憶部３３には、例えば、後述する電圧パラメータＶｐ、電流変化量パラメータΔＩｐ、電圧変化量パラメータΔＶｐなどの各種パラメータなどが格納される。

次に、制約付短絡開放部３４の構成について説明する。制約付短絡開放部３４は、図４に示すように、状態判定部３５と演算部３６とを備える。状態判定部３５は、電圧検出器３２から出力された溶接電圧と記憶部３３に予め記憶させた電圧パラメータＶｐとを比較して電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０が短絡状態かアーク状態かを判定する。

具体的には、例えば、電圧検出器３２から出力された溶接電圧が電圧パラメータＶｐよりも高い場合、状態判定部３５は実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０がアーク状態であると判定する。一方、電圧検出器３２から出力された溶接電圧が電圧パラメータＶｐ以下の場合、状態判定部３５は実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０が短絡状態であると判定する。

ここで、電圧パラメータＶｐは、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０がアーク状態か短絡状態かを判定する基準となる閾値である。電圧パラメータＶｐは、例えば、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０の構成および溶接条件等に応じて予め設定される。なお、記憶部３３に記憶される電圧パラメータＶｐは１つに限らず、複数であっても良い。

電圧パラメータＶｐを複数設定する場合、例えば、短絡状態からアーク状態へ移行したことを判定する場合とアーク状態から短絡状態へ移行したことを判定する場合とでそれぞれ異なる閾値に基づいて状態判定部３５が状態判定するように構成しても良い。かかる構成にすると、例えば、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０がアーク状態と短絡状態との間で溶接電圧を大きく変動させる場合であっても状態判定を速やかに実行することができる。このため、電源制御部３８による電源部３９の制御モードを遅滞なく変更させることができる。

また、制約付短絡開放部３４は、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０が短絡状態であると状態判定部３５により判定された場合、電源制御部３８に制約付短絡開放処理を実行させる。具体的には、状態判定部３５により短絡状態であると判定されると、制約付短絡開放部３４は、記憶部３３に予め記憶させた電流変化量パラメータΔＩｐに基づいて溶接電流を上昇させる溶接電流指令を電源制御部３８に出力する。

ここで、電流変化量パラメータΔＩｐは、制限付短絡開放処理を実行させるために制限付短絡開放部３４から電源制御部３８に溶接電流を上昇させる割合を指令するための基準値である。電流変化量パラメータΔＩｐは、例えば、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０の構成および溶接条件等に応じて予め設定される。

一方、演算部３６は、電圧検出器３２から出力された溶接電圧に基づき、溶接電圧の変化量を算出する。演算部３６は、例えば、溶接電圧の単位時間当たりの変化量ｄＶ／ｄｔを溶接電圧の変化量として算出しても良く、また、電圧検出器３２により所定間隔ごとに検出された溶接電圧の差分を溶接電圧の変化量として算出しても良い。

そして、制約付短絡開放部３４は、演算部３６で算出された溶接電圧の変化量と記憶部３３に予め記憶させた電圧変化量パラメータΔＶｐとを比較する。そして、溶接電圧の変化量が電圧変化量パラメータΔＶｐ以上となった場合、制約付短絡開放部３４は電源制御部３８に対して制約指令を出力し、溶接電流を一時的に低下させる。

ここで、電圧変化量パラメータΔＶｐは、所定の割合で上昇させている溶接電流を一時的に低下させる制約指令を制約付短絡開放部３４から電源制御部３８に出力させる基準となる閾値である。電圧変化量パラメータΔＶｐは、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０の構成および溶接条件等に応じて予め設定される。

再実行部３７は、状態判定部３５からの状態判定に基づき、制約付短絡開放部３４に再実行指令を出力する。具体的には、制約付短絡開放部３４から電源制御部３８に出力された溶接電流指令および制約指令に基づく一連の制約付短絡開放処理の後、状態判定部３５により短絡状態と再判定されると、再実行部３７は制約付短絡開放部３４に再実行指令を出力する。そして再実行指令を受け取った制約付短絡開放部３４は、記憶部３３が記憶した再実行回数の上限に到達するか、または実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０が短絡状態からアーク状態に移行するまで電源制御部３８に制約付短絡開放処理を再実行させる。

電源制御部３８は、溶接制御装置２０からの要求に従って電源部３９を制御する。例えば、電源制御部３８は、溶接制御装置２０から溶接開始指令を受信すると、電源部３９を制御して、電源部３９から溶接機器１５への電力供給を行う。また、電源制御部３８は、溶接制御装置２０から溶接停止指令を受信すると、電源部３９を制御して、電源部３９から溶接機器１５への電力供給を停止する。

また、電源制御部３８は、制限付短絡開放部３４からの溶接電流指令を受け取ると、電源部３９を制御して電流変化量パラメータΔＩｐに基づく所定の変化量で溶接電流を上昇させる。また、電源制御部３８は、制限付短絡開放部３４から制約指令を受け取ると、例えば電源部３９のスイッチング動作により電源部３９から溶接機器１５への電力供給を一時的に遮断し、溶接電流を一時的に低下させる。

そして、電源部３９は、電源制御部３８から出力された指令に基づき、溶接電力をパワーケーブル４９経由で溶接機器１５へ供給する。

次に、図５，６を参照して、制約付短絡開放部３４および再実行部３７を備える電源装置３０によって実行される制約付短絡開放処理の具体例を説明する。図５，６はそれぞれ、実施形態に係る電源装置３０による制約付短絡開放処理の一例を示すタイミングチャートである。図５，６において、上段は電流検出器３１によって検出された溶接電流Ｉを、下段は演算部３６によって算出された単位時間当たりの溶接電圧の変化量ｄＶ／ｄｔを、時刻ｔに対してそれぞれ図示したものである。

なお、図５では時刻α１でノイズが検知された後、時刻β１で溶滴のくびれＮが検知された場合、図６では時刻α２でノイズが検知された後、時刻β２で溶滴のくびれＮが検知された場合を例に挙げてそれぞれ説明する。また、図５，６において、時間経過や溶接電流の変化はその一例を模式的に示したものであり、実測値とは必ずしも対応していない。

まず、実施形態に係る電源装置３０による制約付短絡開放処理の一例について図５を用いて説明する。状態判定部３５により短絡状態と判定されたアーク溶接装置５０の電源装置３０では、制約付短絡開放部３４から電源制御部３８に溶接電流指令が出力され、図５に示すように、期間Ａ１において、溶接電流Ｉを電流変化量パラメータΔＩｐに基づく所定の変化量で上昇させる。

一方、演算部３６では、電圧検出器３２によって検出された溶接電圧の単位時間当たりの変化量ｄＶ／ｄｔが予め定められたタイミングで演算されている。そして、ｄＶ／ｄｔが記憶部３３に格納された電圧変化量パラメータΔＶｐに基づく第１の閾値Ｔｈ１以上となった時刻α１において制約付短絡開放部３４が電源制御部３８に制約指令を出力し、溶接電流Ｉを一時的に低下させる。

上述したように、時刻α１では、溶滴のくびれＮではなくノイズが検知されたものであり、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０は期間Ａ１を経過後も依然として短絡状態のままである。そこで、再実行部３７は制約付短絡開放部３４に再実行指令を出力する。

再実行部３７から再実行指令を出力された制約付短絡開放部３４は、電源制御部３８に溶接電流指令を出力し、期間Ｂ１において溶接電流Ｉを電流変化量パラメータΔＩｐに基づく期間Ａ１と同様の変化量で上昇させる。なお、期間Ａ１と期間Ｂ１との間での溶接電流Ｉの変化量の異同を明確にするために、図５の上段には、期間Ａ１における溶接電流Ｉの変化量（傾き）を破線で付している。

一方、演算部３６で演算されるｄＶ／ｄｔが記憶部３３に格納された電圧変化量パラメータΔＶｐに基づく第２の閾値Ｔｈ２以上となった時刻β１において制約付短絡開放部３４が電源制御部３８に制約指令を出力し、溶接電流Ｉを一時的に低下させる。これにより、再実行部３７からの再実行指令に基づく一連の制約付短絡開放処理が終了する。

このように、電圧変化量パラメータΔＶｐに基づいて設定され、ｄＶ／ｄｔと比較される閾値は、再実行部３７からの出力により制約付短絡開放処理が再実行されるごとに変化するようにしても良い。このとき、制約付短絡開放処理を再実行するごとに閾値が順に高く、例えば図５の例ではＴｈ１＜Ｔｈ２となるように電圧変化量パラメータΔＶｐを設定すると、例えば制約付短絡開放処理を再実行するに従ってノイズではなくくびれＮを検知する可能性が高まる。したがって、本実施形態に係る電源装置３０によれば、制約付短絡開放処理を再実行する回数を低下させることができ、アーク溶接装置５０のアーク状態への移行の遅延を抑制することができる。

次に、実施形態に係る電源装置３０による制約付短絡開放処理の他の例について図６を用いて説明する。状態判定部３５により短絡状態と判定されたアーク溶接装置５０の電源装置３０では、制約付短絡開放部３４から電源制御部３８に溶接電流指令が出力され、図６に示すように、期間Ａ２において、溶接電流Ｉを電流変化量パラメータΔＩｐに基づく変化量（傾き）ΔＩｐＡで上昇させる。

一方、演算部３６で演算されるｄＶ／ｄｔが記憶部３３に格納された電圧変化量パラメータΔＶｐに基づく閾値Ｔｈ３以上となった時刻α２において制約付短絡開放部３４が電源制御部３８に制約指令を出力し、溶接電流Ｉを一時的に低下させる。

上述したように、時刻α２では、溶滴のくびれＮではなくノイズが検知されたものであり、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０は依然として短絡状態のままであるため、再実行部３７は制約付短絡開放部３４に再実行指令を出力する。

再実行部３７から再実行指令を出力された制約付短絡開放部３４は、電源制御部３８を制御して、期間Ｂ２において溶接電流Ｉを電流変化量パラメータΔＩｐに基づく変化量ΔＩｐＢで上昇させる。そして、ｄＶ／ｄｔが電圧変化量パラメータΔＶｐに基づく閾値Ｔｈ３以上となった時刻β２において制約付短絡開放部３４が電源制御部３８に制約指令を出力し、溶接電流Ｉを一時的に低下させる。これにより、再実行部３７からの再実行指令に基づく一連の制約付短絡開放処理が終了する。

なお、期間Ａ２と期間Ｂ２との間での溶接電流Ｉの変化量の異同を明確にするために、図６の上段には、図５の上段と同様に期間Ａ２における溶接電流Ｉの変化量（傾き）ΔＩｐＡを破線で付している。そして、図６で例示された電源装置３０では、期間Ｂ２における溶接電流Ｉの変化量ΔＩｐＢが期間Ａ２における溶接電流Ｉの変化量ΔＩｐＡよりも高く、ΔＩｐＡ＜ΔＩｐＢとなるように電流変化量パラメータΔＩｐが設定されている。

このように、実施形態に係る電源装置３０では、制約付短絡開放処理を再実行するごとに溶接電流Ｉを上昇させる割合を高くすると、制約付短絡開放部３４からの制約指令によって電源制御部３８が一時的に低下させた溶接電流Ｉを速やかに上昇させることができる。このように構成すると、溶接ワイヤ１８ａの温度低下に伴うアーク状態への移行の遅延を抑制することができる。

なお、図５，６では実施形態に係る電源装置３０が制約指令を出力するための閾値または溶接電流Ｉを上昇させる割合の一方を制約付短絡開放処理が再実行されるごとに変更する構成について説明したが、これらの両方を同時に変更するよう構成しても良い。

次に、図７を参照して、実施形態に係る電源装置３０において実行される制約付短絡開放処理を具体的に説明する。図７は、実施形態に係る電源装置３０において実行される制約付短絡開放処理の手順を示すフローチャートである。

図７に示すように、状態判定部３５は電圧検出器３２で検出された溶接電圧と記憶部３３に格納された電圧パラメータＶｐとを比較して実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０が短絡状態か否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０が短絡状態でないと判定されると（ステップＳ１０１，Ｎｏ）実施形態に係る電源装置３０は制約付短絡開放処理を終了する。

一方、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０が短絡状態であると状態判定部３５により判定されると（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、制約付短絡開放部３４は電源制御部３８に溶接電流指令を出力し、電流変化量パラメータΔＩｐに基づく所定の変化量で溶接電流Ｉを上昇させる（ステップＳ１０２）。

一方、制約付短絡開放部３４では演算部３６で演算された溶接電圧の変化量と電圧変化量パラメータΔＶｐに基づく閾値Ｔｈとを比較した結果に基づいて制約指令を出力するか否かを判定する（ステップＳ１０３）。演算された溶接電圧の変化量が電圧変化量パラメータΔＶｐに基づく閾値Ｔｈ未満の場合には制約情報は出力されず（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、電源制御部３８は溶接電流Ｉをさらに上昇させる。

そして、演算された溶接電圧の変化量が電圧変化量パラメータΔＶｐに基づく閾値Ｔｈ以上となり、制約付短絡開放部３４から電源制御部３８に制約指令が出力されると（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、電源制御部３８は電源部３９を制御して溶接電流Ｉを一時的に低下させる（ステップＳ１０４）。これにより、１回目の制約付短絡開放処理が完了する。

そして、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０が短絡状態でないと状態判定部３５により判定されると（ステップＳ１０５，Ｎｏ）実施形態に係る電源装置３０は制約付短絡開放処理を終了する。一方、実施形態に係る電源装置３０を備えるアーク溶接装置５０において、短絡状態が継続中であると状態判定部３５により判定されると（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、再実行部３７は制約付短絡開放部３４に制約付短絡開放処理を再実行させる再実行指令を出力する（ステップＳ１０６）。

次に、再実行部３７から制約付短絡開放部３４に再実行指令が出力されると、再実行部３７からの再実行指令の出力回数が記憶部３３で予め定められた制限回数に到達したか否かが判定される（ステップＳ１０７）。そして、再実行指令の出力回数が予め定められた制限回数に到達していない場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、制約付短絡開放部３４は電源制御部３８を制御して溶接電流Ｉを再び上昇させる（ステップＳ１０２）。

一方、再実行部３７からの再実行指令の出力回数が予め定められた繰り返し回数に到達すると（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、実施形態に係る電源装置３０は制約付短絡開放処理を終了する。

上述してきたように、実施形態に係る電源装置３０では、例えば図２に示すアーク溶接装置５０Ａ，５０Ｂをそれぞれ構成する電源装置でのスイッチング動作等により発生したノイズが存在する場合であっても、スパッタの発生を抑制することができる。

なお、図２に示すアーク溶接システム１において、ワークＷの位置や姿勢を変化させる必要がなければ、ポジショナＰを使用しない構成とし、ケーブル４８，４８Ａ，４８Ｂまたはそれらの一部を一本のパワーケーブルとしてまとめた一端をポジショナＰに代えてワークＷにそれぞれ接続させても良い。このように構成すると、例えばポジショナＰに代えて載置台の上に載せたワークＷを溶接するために実施形態に係るアーク溶接システム１を利用することができる。

また、上述において、アーク溶接システム１は電流検出器３１および電圧検出器３２を電源装置３０に設けたが、電流検出器３１および電圧検出器３２の一方または両方を溶接制御装置２０に設けるようにしてもよい。また、溶接制御装置２０と電源装置３０とを別体として説明したが、溶接制御装置２０と電源装置３０とを一体化してもよい。

また、上述において、溶接ロボット１０と溶接制御装置２０とを別体として説明したが、溶接ロボット１０と溶接制御装置２０とを一体化してもよい。また、溶接ロボット１０と溶接制御装置２０と電源装置３０とを一体化してもよい。

また、上述のアーク溶接システム１において、溶接制御装置２０、電源装置３０および操作装置６０はアーク溶接装置５０，５０Ａ，５０Ｂごとにそれぞれ個別に設けたが、これらのうち一部または全部をアーク溶接装置５０，５０Ａ，５０Ｂで共有する構成としても良い。

また、上述において、アーク溶接システム１は３つのアーク溶接装置５０，５０Ａ，５０Ｂを用いて同一のワークＷを同時に溶接するように構成されたが、アーク溶接システム１を構成するアーク溶接装置５０の数に制限はない。つまり、１つのアーク溶接装置５０のみであっても、２つまたは４つ以上のアーク溶接装置を用いて同時に溶接するように構成されても良い。

また、上述の電源装置３０において、記憶部３３に格納された電圧パラメータＶｐ、電圧変化量パラメータΔＶｐおよび電流変化量パラメータΔＩｐや、再実行部３７からの出力により再実行される制約付短絡開放処理の再実行回数の上限等の各種設定が、操作装置６０の操作により入力および変更可能となる構成としても良い。このように構成すると、例えば実機で溶接した結果物に基づいて各種設定を現場作業者により容易に変更することができる。なお、操作装置６０ではなく溶接制御装置２０や電源装置３０の操作によって上述した各種設定を入力および変更可能としても良い。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ アーク溶接システム
１０，１０Ａ，１０Ｂ 溶接ロボット
１５ 溶接機器
２０ 溶接制御装置
３０ 電源装置
３４ 制約付短絡開放部
３５ 状態判定部
３７ 再実行部
３８ 電源制御部
３９ 電源部
５０，５０Ａ，５０Ｂ アーク溶接装置

Claims (6)

1. 消耗電極とワークとの短絡状態と、前記消耗電極と前記ワークとの間にアークが存在するアーク状態とを繰り返し発生させながら溶接を行うアーク溶接用電源装置であって、
   前記短絡状態において前記消耗電極と前記ワークとの間の溶接電流を上昇させている間に溶接電圧の変化量が所定の閾値以上となった場合には前記溶接電流を所定の期間低下させることによって前記短絡状態を開放する制約付短絡開放処理を実行する制約付短絡開放部と、
   前記制約付短絡開放処理が実行された後、前記短絡状態の継続中に前記制約付短絡開放部に前記制約付短絡開放処理を再実行させる再実行部と
   を備え、
   前記制約付短絡開放処理を再実行するごとに前記閾値を変化させること
   を特徴とするアーク溶接用電源装置。
2. 前記短絡状態か前記アーク状態かを判定する状態判定部
   をさらに備え、
   前記再実行部は、
   前記状態判定部が前記短絡状態と判定した場合に、前記制約付短絡開放部に前記制約付短絡開放処理を実行させること
   を特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用電源装置。
3. 前記制約付短絡開放処理を再実行するごとに前記閾値を高くすること
   を特徴とする請求項１または２に記載のアーク溶接用電源装置。
4. 前記制約付短絡開放処理を再実行するごとに前記溶接電流を上昇させる割合を高くすること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のアーク溶接用電源装置。
5. 同一のワークを溶接する複数の溶接ロボットと、
   前記複数の溶接ロボットのそれぞれに溶接電力を供給する複数の電源装置と
   を備え、
   前記複数の電源装置のそれぞれが請求項１〜４のいずれか１つに記載のアーク溶接用電源装置であること
   を特徴とするアーク溶接システム。
6. 消耗電極とワークとの短絡状態と、前記消耗電極と前記ワークとの間にアークが存在するアーク状態とを繰り返し発生させながら溶接を行うアーク溶接用電源装置の制御方法であって、
   前記短絡状態において前記消耗電極と前記ワークとの間の溶接電流を上昇させている間に溶接電圧の変化量が所定の閾値以上となった場合には前記溶接電流を所定の期間低下させることによって前記短絡状態を開放する制約付短絡開放処理を実行する工程と、
   前記制約付短絡開放処理が実行された後、前記短絡状態の継続中に前記制約付短絡開放処理を再実行する工程と
   を含み、
   前記制約付短絡開放処理を再実行するごとに前記閾値を変化させることを特徴とするアーク溶接用電源装置の制御方法。

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