JP6027887B2 - 非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの移動によって電極を装着した溶接トーチが溶接開始位置に到着すると、溶接トーチを前進移動させて電極を母材と接触させ、その後に溶接トーチを後退移動させて電極を母材から引き離してアークを発生させる非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法に関するものである。

非消耗電極アーク溶接には、ティグ溶接、プラズマアーク溶接等がある。これらの非消耗電極アーク溶接において、アークを点弧するために高周波高電圧を電極と母材との間に引火する方法が慣用されている。しかし、このような高周波高電圧を使用するアークスタート方法では、強い電磁波ノイズが発生するために、周辺機器に対して誤動作を引き起こしたり、ときには故障を生じさせる場合もある。また、高周波高電圧を使用するアークスタート方法は、溶接用ケーブルが数十ｍと長くなると、電圧値が減衰するために、アークスタート性が悪くなるという問題もある。

これらの問題を解決するために、タッチスタート制御と呼ばれる方法が使用されている。このタッチスタート制御方法では、ロボットの移動によって溶接トーチが溶接開始位置に到着すると、溶接トーチを前進移動させて電極を母材と接触させ、電極が母材と接触して短絡状態になると小電流値の初期電流を通電し、その後に溶接トーチを後退移動させて電極を母材から引き離してアークを発生させ、アークが発生すると予め定めた定常電流を通電する。初期電流としては、電極と母材とが溶着しない値、例えば１〜１０Ａ程度に設定される。このタッチスタート制御方法では、電磁波ノイズは発生せず、溶接用ケーブルが長いときでも良好なアークスタート性を得ることができる。

特許文献１の発明では、タッチスタート制御において、電極を母材から引き離してアークを発生させたときに、アークを維持することができずにアークが消弧してしまうことを抑制するために、アークが発生した時点で定常電流よりも大きな電流を一定期間通電している。また、特許文献２の発明では、タッチスタート制御方法において、電極と母材とが接触したときに過渡的に大きな電流が通電して電極と母材とが溶着することを抑制するために、過渡的に大電流を通電しない初期電流通電用電源を溶接電源とは独立して設けるものである。

特許第２６４０３１３号公報 特開２０００−１７６６４０号公報

上述したように、タッチスタート制御方法では、高周波高電圧を印加しないので電磁波ノイズが発生せず、溶接用ケーブルが長いときでも良好なアークスタート性を得ることができる。溶接トーチをロボットに取り付けてタッチスタート制御を行う場合には、ロボットを前進移動させることで溶接トーチを前進移動させて電極を母材に接触させ、その後はロボットを後退移動させることで溶接トーチを後退移動させて電極を母材から引き離してアークを発生させる。このときに、ロボットの前進移動の速度が速いと、電極先端が母材と激しく接触することになり、電極先端が変形又は欠損することが生じる。電極先端がこのような状態になると、定常状態のアークが非対象形状になったり、広がりすぎた形状になったりして、溶接結果が悪くなる。このために、電極の研磨又は交換を頻繁に行うことになる。逆に、ロボットによる前進移動の速度が遅くなると、接触時の電極先端の変形又は欠損は防止することはできるが、電極が母材に接触するまでに要する時間が長くなる。短い溶接長の溶接個所を繰り返して溶接する場合には、１回当たりのアークスタートに要する時間が長くなるので、タクトタイムが長くなり、生産効率が低下するという問題が生じる。

そこで、本発明では、タッチスタート制御方法において、電極が母材に接触したときに電極先端が変形又は欠損することを抑制し、かつ、アークスタートに要する時間が長くなることを抑制することができる非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、ロボットの移動によって電極を装着した溶接トーチが溶接開始位置に到着すると、前記溶接トーチを前進移動させて前記電極を母材と接触させ、その後に前記溶接トーチを後退移動させて前記電極を前記母材から引き離してアークを発生させる非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法において、
前記溶接開始位置、前記溶接開始位置における前記電極と前記母材との目標距離である初期距離設定値、前記初期距離設定値よりも小さな値の高速前進距離、第１前進速度及び前記第１前進速度よりも高速な値の第２前進速度を予め設定し、
第１回目のアークスタート時は、前記溶接トーチが前記溶接開始位置に到着すると、前記溶接トーチを第１前進速度で前記電極が前記母材と接触するまで前進移動させると共にこの前進移動の時間を計測し、その後に前記溶接トーチを後退移動させて前記電極を前記母材から引き離してアークを発生させ、前記前進移動時間と前記第１前進速度を乗算して初期距離算出値を演算し、この初期距離算出値が前記初期距離設定値と等しくなるように前記溶接開始位置を修正し、
第２回目以降のアークスタート時は、前記溶接トーチが修正された前記溶接開始位置に到着すると、前記溶接トーチを前記高速前進距離に達するまで前記第２前進速度で前進移動させ、それ以降は前記第１前進速度に切り換えて前記電極が前記母材と接触するまで前進移動させ、その後に前記溶接トーチを後退移動させて前記電極を前記母材から引き離してアークを発生させる、
ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法である。

請求項２の発明は、第２回目以降のアークスタート時は、前記溶接トーチが前回のアークスタート時に修正された前記溶接開始位置に到着すると、前記溶接トーチを前記高速前進距離に達するまで前記第２前進速度で前進移動させ、それ以降は前記第１前進速度に切り換えて前記電極が前記母材と接触するまで前進移動させ、その後は前記溶接トーチを後退移動させて前記電極を前記母材から引き離してアークを発生させ、このアークスタート時における前記第１前進速度による前進移動時間を第１前進移動時間として計測し、この第１前進移動時間と前記第１前進速度を乗算した値に前記高速前進距離を加算して前記初期距離算出値を演算し、この初期距離算出値が前記初期距離設定値と等しくなるように前記溶接開始位置を修正する、
ことを特徴とする請求項１記載の非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法である。

請求項３の発明は、複数の溶接個所がある場合には、各溶接個所ごとに前記溶接開始位置、前記初期距離設定値、前記高速前進距離、前記第１前進速度及び前記第２前進速度を独立して設定する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法である。

本発明によれば、電極が母材と接触するときの第１前進速度は低速であるので、電極先端に変形又は欠損が生じることを抑制することができる。さらに、第２回目以降のアークスタート時は、前進移動速度が途中まで高速な第２前進速度であるので、前進移動に要する時間が短縮されて、アークスタートに要する総時間を短縮することができる。さらに、初期距離算出値が初期距離設定値と等しくなるように溶接開始位置が修正されるので、電極の研磨又は交換、ワーク固定位置の調整等によって初期距離が変動しても、溶接開始位置が自動的に修正される。このために、電極の変形又は欠損対策効果及びアークスタート時間短縮効果を、初期距離が変動しても常に発揮させることができる。

本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法を実施するための溶接装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法において、第１回目のアークスタート時の動作を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法において、第２回目以降のアークスタート時の動作を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法を実施するためのロボットを使用した溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して、各構成物について説明する。

短絡判別回路ＳＤは、電極１と母材２との間に印加される溶接電圧Ｖｗを入力として、溶接電圧Ｖｗの値がしきい値未満のときは短絡状態であると判別してＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。しきい値は１０Ｖ程度に設定される。この短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルのときは、電極１と母材２との間に７０Ｖ程度の無負荷電圧が印加されている状態又は１５〜４０Ｖ程度のアーク電圧が印加されたアーク発生状態のときである。この短絡判別回路ＳＤは、ロボット制御装置ＲＣ又は溶接電源ＰＳに内蔵されることが多い。

ロボット制御装置ＲＣは、外部からの溶接開始信号Ｓｔ及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、図２及び図３で詳述する以下の処理を行い、ロボットＲＭの動作制御を行う動作制御信号ＭｃをロボットＲＭの各軸のサーボモータ（図示は省略）に出力すると共に、起動信号Ｏｎ及び電流設定信号Ｉｒを溶接電源ＰＳに出力する。
１）溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、ロボットＲＭに搭載された溶接トーチ４を予め教示された溶接開始位置Ｓｐに移動させるための動作制御信号Ｍｃを出力する。
２）溶接トーチ４が溶接開始位置Ｓｐに到着すると、起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベル（溶接電源ＰＳの出力開始）にして出力すると共に、電流設定信号Ｉｒを予め定めた初期電流設定値Ｉirにして出力する。同時に、溶接トーチ４を前進移動させるための動作制御信号Ｍｃを出力する。前進移動する方向は、電極１の長手方向である。前進移動の詳細については、図２で後述する。
３）前進移動によって電極１が母材２と接触すると、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接トーチ４を後退移動させるための動作制御信号Ｍｃを出力する。後退移動の方向は、前進移動と逆方向である。
４）後退移動によって電極１と母材２とが引き離されてアーク３が発生すると、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルに変化する。この変化に応動して、電流設定信号Ｉｒを予め定めたスタート電流設定値Ｉsrに切り換えて出力する。後退移動は継続される。
５）後退移動によって溶接トーチ４が予め教示された定常溶接開始位置Ｃｐに復帰すると、電流設定信号Ｉｒを予め定めた定常電流設定値Ｉcrに切り換えて出力する。同時に、溶接トーチ４の後退移動を停止させ、溶接線に沿って移動させるための動作制御信号Ｍｃを出力し、溶接を開始する。

ロボットＲＭは、溶接トーチ４を搭載して、上記の動作制御信号Ｍｃに従って溶接トーチ４の先端位置（ＴＣＰ）を予め教示された動作軌跡に沿って移動させる。

溶接電源ＰＳは、垂下特性又は定電流特性の電源であり、上記の起動信号Ｏｎ及び上記の電流設定信号Ｉｒを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると出力を開始して、電流設定信号Ｉｒによって定まる溶接電流Ｉｗを出力する。

溶接トーチ４に装着されたタングステン等の非消耗の電極１と母材２との間にアーク３が発生する。電極１と母材２との間に溶接電圧Ｖｗが印加し、アーク３中を溶接電流Ｉｗが通電する。電極１の先端と母材２との距離が電極先端・母材間距離Ｌｗ（mm）であり、したがってこの電極先端・母材間距離Ｌｗはアーク発生中はアーク長と同一になる。

図２は、本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法において、第１回目のアークスタート時の動作を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの時間変化を示し、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示し、同図（Ｄ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は電極先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

第１回目のアークスタートとは、同一のワークの溶接を繰り返して行う場合において、最初に行うアークスタートのことである。溶接を休止した後に再開する場合には、再開後の最初のアークスタートのことである。したがって、前日と同一のワークの溶接を本日も行う場合には、本日の最初のアークスタートのことである。また、電極の研磨、交換、ワーク固定位置の調整、溶接機器の清掃等によって溶接を中断した場合には、中断後の最初のアークスタートのことである。

（１）時刻ｔ１〜ｔ２の期間
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが外部から入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、ロボットＲＭに搭載された溶接トーチ４を移動させて、時刻ｔ２において溶接トーチ４は予め教示された溶接開始位置Ｓｐに到着して停止する。

（２）時刻ｔ２〜ｔ４の期間
時刻ｔ２において、溶接トーチ４が溶接開始位置Ｓｐに到着すると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源ＰＳは定電流特性を形成して出力を開始するが、この期間中は電極１と母材２とは離れており無負荷状態にあるために、無負荷電圧が印加する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは、時刻ｔ２において、予め定めた定常電流設定値Ｉcrから小さな値の予め定めた初期電流設定値Ｉirに変化する。ロボットＲＭは、時刻ｔ２から前進移動を開始して、溶接トーチ４も前進移動する。この前進移動の方法を以下に詳述する。

溶接開始位置Ｓｐにおける電極１と母材２との目標距離である初期距離設定値Ｌir及び第１前進速度Ｗ１を予め設定する。時刻ｔ２において、溶接トーチ４の第１前進速度Ｗ１での前進移動を開始し、時刻ｔ４において電極１が母材２と接触するまで継続する。この時刻ｔ２〜ｔ４の前進移動時間Ｔｉを計測する。そして、この前進移動時間Ｔｉと第１前進速度Ｗ１とを乗算して初期距離算出値Ｌic＝Ｔｉ×Ｗ１を演算する。同図（Ｆ）に示すように、電極先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中は緩やかに短くなり、時刻ｔ４で０となる。

ここで、上記の初期距離算出値Ｌicが上記の初期距離設定値Ｌirと等しくなるように上記の溶接開始位置Ｓｐが修正される。例えば、Ｌic＝８mm、Ｌir＝１０mmの場合、溶接開始位置Ｓｐは母材２から２mmだけ電極１の長手方向に遠ざかる位置に修正される。逆に、Ｌic＝１３mm、Ｌir＝１０mmの場合、溶接開始位置Ｓｐは電極１の長手方向に３mmだけ母材２に近づく位置に修正される。この修正された溶接開始位置Ｓｐが、第２回目以降のアークスタート時に溶接トーチ４が移動して停止する位置となる。

上記の初期距離設定値Ｌirは、定常溶接時のアーク長よりも長い距離に設定される。これは、電極１の突出長さ、母材２の設置状態等のばらつきによって溶接開始位置Ｓｐに向かって移動している途中で電極１が母材２と激しく接触することを防止するためである。初期距離設定値Ｌirは、例えば１０mmである。上記の第１前進速度Ｗ１は、この速度で電極先端が母材と接触しても変形又は欠損を生じない速度に設定される。第１前進速度Ｗ１は、例えば５mm／sである。

（３）時刻ｔ４〜ｔ５の期間
時刻ｔ４において、同図（Ｆ）に示すように、溶接トーチ４の前進移動によって電極１が母材２に接触すると、溶接電圧Ｖｗ（図示は省略）が無負荷電圧から数Ｖの短絡電圧値に急減し、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは初期電流設定値Ｉirであるので、同図（Ｅ）に示すように、溶接電流Ｉｗは初期電流Ｉｉが通電する。短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化したことに応動して、溶接トーチ４は前進移動とは逆方向への後退移動を開始する。しかし、ロボットＲＭが前進移動から後退移動に切り換わるのに時間遅れが生じるので、時刻ｔ５までは電極１と母材２とは短絡状態のままである。したがって、同図（Ｆ）に示すように、電極先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中は０のままである。

（４）時刻ｔ５〜ｔ６の期間
時刻ｔ５において、上記の溶接トーチ４の後退移動によって電極１の先端が母材２から引き離されると、アーク３が発生する。アーク３が発生すると、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増するので、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは予め定めたスタート電流設定値Ｉsrに変化する。このために、同図（Ｅ）に示すように、溶接電流Ｉｗはスタート電流Ｉｓが通電する。ここでは、スタート電流Ｉｓは定常電流Ｉｃよりも大きな値である。溶接トーチ４の後退移動は継続される。この結果、同図（Ｆ）に示すように、電極先端・母材間距離Ｌｗは時刻ｔ５の０から次第に長くなる。

（５）時刻ｔ６以降の期間
時刻ｔ６において、時刻ｔ５〜ｔ６の後退移動距離が予め定めた定常距離Ｌｃに達すると、溶接トーチ４は後退移動を停止する。これで、溶接トーチ４は、定常溶接開始位置Ｃｐに復帰したことになる。ここで、時刻ｔ４〜ｔ５の後退移動距離は、後退速度×後退移動時間によって算出することができる。時刻ｔ６において、溶接トーチ４が定常溶接開始位置Ｃｐに復帰すると、同図（Ｃ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは予め定めた定常電流設定値Ｉcrに変化する。このために、同図（Ｅ）に示すように、溶接電流Ｉｗは定常電流Ｉｃが通電する。ロボットＲＭは、時刻ｔ６からは溶接線に沿って移動を開始する。同図（Ｆ）に示すように、電極先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ６において、時刻ｔ２のときよりも短い定常距離Ｌｃと等しくなり、それ以降はその値を維持する。

上記の後退速度は、速すぎると電極１と母材２とが引き離されたときにアークが発生するのに失敗するおそれがある。逆に、後退速度が遅いと、アークスタートに要する時間が長くなる。したがって、後退速度は、アークが確実に発生し、後退移動途中でアークが消弧しない最速の値に設定することが望ましい。後退速度は、例えば２０mm/sである。上記の定常距離Ｌｃは、定常状態のアーク長であり、溶接品質を考慮して設定される。定常距離Ｌｃは、例えば５mmである。同図においては、スタート電流Ｉｓは定常電流Ｉｃよりも大きな値に設定されている。これは、電極１の温度を速く上昇させて、安定したアーク発生状態に導くためである。スタート電流Ｉｓを、時刻ｔ５にアーク３が発生した時点から所定期間だけ通電するようにしても良い。

図３は、本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法において、第２回目以降のアークスタート時の動作を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの時間変化を示し、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示し、同図（Ｄ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は電極先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。同図は上述した図２と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ４の期間の動作のみが異なり、それ以外の期間の動作は同一である。以下、同図を参照して、異なる動作の期間について説明する。

（１）時刻ｔ１〜ｔ２の期間
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが外部から入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、ロボットＲＭに搭載された溶接トーチ４を移動させて、時刻ｔ２において溶接トーチ４は図２で上述した修正された溶接開始位置Ｓｐに到着して停止する。図２で上述した第１回目のアークスタート時の溶接開始一Ｓｐは予め教示された位置であったが、第２回目以降のアークスタート時の溶接開始位置Ｓｐは、第１回目のアークスタート時に修正された位置である。

（２）時刻ｔ２〜ｔ４の期間
時刻ｔ２において、溶接トーチ４が修正された溶接開始位置Ｓｐに到着すると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源ＰＳは定電流特性を形成して出力を開始するが、この期間中は電極１と母材２とは離れており無負荷状態にあるために、無負荷電圧が印加する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは、時刻ｔ２において、上記の定常電流設定値Ｉcrから小さな値の上記の初期電流設定値Ｉirに変化する。ロボットＲＭは、時刻ｔ２から前進移動を開始して、溶接トーチ４も前進移動する。溶接トーチ４の前進移動の方向は、電極１の長手方向である。この前進移動の方法を以下に詳述する。

上記の初期距離設定値Ｌirよりも小さな値の高速前進距離Ｌｈ及び上記の第１前進速度Ｗ１よりも高速な値の第２前進速度Ｗ２を予め設定する。時刻ｔ２において、溶接トーチ４を第２前進速度Ｗ２で前進移動させる。同図（Ｆ）に示すように、時刻ｔ３において、時刻ｔ２〜ｔ３の前進移動距離が高速前進距離Ｌｈと等しくなると、前進移動速度を第１前進速度Ｗ１に切り換えて、電極１が母材２と接触する時刻ｔ４まで前進移動を継続する。時刻ｔ２〜ｔ３の前進移動距離は、時刻ｔ２〜ｔ３の第２前進移動時間Ｔ２を計測し、Ｔ２×Ｗ２で算出することができる。同図（Ｆ）に示すように、電極先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は急速に短くなり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は緩やかに短くなり、時刻ｔ４で０となる。

上記の第２前進速度Ｗ２は、アークスタートに要する時間を最大限に短縮するために第１前進速度Ｗ１の１０倍程度に設定される。第２前進速度Ｗ２は、例えば５０mm/sである。上記の高速前進距離Ｌｈは、第２前進速度Ｗ２から第１前進速度Ｗ１に切り換わったときに、電極１と母材２とが接触するまでに第１前進速度Ｗ１に収束することができる距離に設定される。高速前進距離Ｌｈは、例えば５mmである。

時刻ｔ４以降の期間の動作は、図２と同一であるので、説明は省略する。

上述した実施の形態１に係る非消耗電極のタッチスタート制御方法は、以下の２つのステップを含んでいる。
（１）第１回目のアークスタート時は、溶接トーチが予め設定された溶接開始位置に到着すると、低速な第１前進速度で溶接トーチを前進移動させて電極と母材とを接触させて、タッチスタート制御を行う。同時に、前進移動の時間を計測し、第１前進速度と乗算して初期距離算出値を演算する。この初期距離算出値が予め定めた初期距離設定値と等しくなるように溶接開始位置を修正する。
（２）第２回目以降のアークスタート時は、溶接トーチが修正された溶接開始位置に到着すると、溶接トーチを予め定めた高速前進距離に達するまで高速な第２前進速度で前進移動させ、それ以降は低速な第１前進速度に切り換えて電極が母材と接触するまで前進移動させて、タッチスタート制御を行う。

したがって、実施の形態１によれば、電極が母材と接触するときの第１前進速度は低速であるので、電極先端に変形又は欠損が生じることを抑制することができる。さらに、第２回目以降のアークスタート時は、前進移動速度が途中まで高速な第２前進速度であるので、前進移動に要する時間が短縮されて、アークスタートに要する総時間を短縮することができる。さらに、初期距離算出値が初期距離設定値と等しくなるように溶接開始位置が修正されるので、電極の研磨又は交換、ワーク固定位置の調整等によって初期距離が変動しても、溶接開始位置が自動的に修正される。このために、電極の変形又は欠損対策効果及びアークスタート時間短縮効果を、初期距離が変動しても常に発揮させることができる。

上記の短縮効果を数値例で示す。所期距離設定値Ｌir＝１０mm、高速前進距離Ｌｈ＝５mm、第１前進速度Ｗ１＝５mm/s、第２前進速度Ｗ２＝５０mm/sである。従来技術のように、初期距離Ｌｉを第１前進速度Ｗ１で前進移動すると、接触するまでの時間はＬｉ／Ｗ１＝２秒となる。これに対して、本実施の形態における第２回目以降のアークスタート時では、接触までの時間は、Ｌ２／Ｗ２＋Ｌ１／Ｗ１＝０．１＋１＝１．１秒となる。したがって、約半分に短縮される。このために、アークスタートを頻繁に繰り返す溶接では、生産効率が大幅に向上する。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、
１） 第１回目のアークスタート時は、図２で上述した実施の形態１と同様のタッチスタート制御を行う。そして、初期距離算出値Ｌicが初期距離設定値Ｌirと等しくなるように溶接開始位置Ｓｐを修正する。
（２）第２回目以降のアークスタート時は、溶接トーチが前回のアークスタート時に修正された溶接開始位置Ｓｐに到着すると、図３で上述した実施の形態１のタッチスタート制御を行う。このアークスタート時における第１前進速度Ｗ１による前進移動時間を第１前進移動時間Ｔ１として計測し、この第１前進移動時間Ｔ１と第１前進速度Ｗ１を乗算した値に高速前進距離Ｌｈを加算して初期距離算出値Ｌicを演算し、この初期距離算出値Ｌicが初期距離設定値Ｌirと等しくなるように溶接開始位置Ｓｐを修正する。

実施の形態２に係る非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法を実施するための溶接装置は、上述した図１と同一である。但し、ロボット制御装置ＲＣの動作が異なっている。上記１）項の動作は、図２で上述した実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。

上記２）項の動作は、図３で上述したタッチスタート制御方法において、前進速度が第１前進速度Ｗ１に変化する時刻ｔ３から電極１が母材２と接触する時刻ｔ４までの第１前進移動時間Ｔ１を計測し、下式によって初期距離算出値Ｌicを演算する。
Ｌic＝Ｔ１×Ｗ１＋Ｌｈ
ここで、Ｗ１は第１前進速度であり、Ｌｈは高速前進距離である。
この初期距離算出値Ｌicが初期距離設定値Ｌirと等しくなるように今回のアークスタート時の溶接開始位置Ｓｐをさらに修正する。この修正された溶接開始位置Ｓｐは、次のアークスタート時に使用される。

上述した実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、以下の効果を奏する。実施の形態１では、第２回目以降のアークスタート時には、第１回目のアークスタート時に修正した溶接開始位置を使用する。しかし、アークスタート回数が多くなるのに伴い、電極１の先端は次第に消耗して、初期距離が変化する。実施の形態２では、アークスタートごとに初期距離算出値を演算して溶接開始位置を修正し、次のアークスタート時に修正された溶接開始位置を使用してタッチスタート制御を行う。このために、常に設定値通りの初期距離に基づいてタッチスタート制御を行うことができるので、電極の変形又は欠損対策効果及びアークスタート時間短縮効果を最大限発揮させることができる。

［実施の形態３］
実施の形態３の発明は、複数の溶接個所がある場合には、各溶接個所ごとに溶接開始位置、初期距離設定値、高速前進距離、第１前進速度及び第２前進速度を独立して設定するものである。

実施の形態３に係る非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法を実施するための溶接装置は、上述した図１と同一である。但し、ロボット制御装置ＲＣの動作が異なっている。この異なる動作については、以下に説明する。

１つのワークに異なる溶接条件の第１〜第３溶接個所がある場合を想定する。溶接は、第１溶接個所、第２溶接個所、第３溶接個所と順次行い、ワークを交換して繰り返して行われる場合とする。

上記の溶接に対して、実施の形態１のタッチスタート制御を行う場合には、第１溶接個所、第２溶接個所及び第３溶接個所それぞれに独立して、溶接開始位置Ｓｐ、高速前進距離Ｌｈ、第１前進速度Ｗ１及び第２前進速度Ｗ２を予め設定する。その上で、第１溶接個所に対する第１回目のアークスタート時は、図２で上述したタッチスタート制御を行うと共に、溶接開始位置Ｓｐを修正する。第２溶接個所及び第３溶接個所に対する第１回目のアークスタート時も同様に、第２溶接個所の溶接開始位置Ｓｐ及び第３溶接個所の溶接開始位置Ｓｐをそれぞれ修正する。第１溶接個所に対する第２回目以降のアークスタート時は、修正された溶接開始位置Ｓｐを使用して、図３で上述したタッチスタート制御を行う。第２溶接個所及び第３溶接個所に対する第２回目以降のアークスタート時も同様である。

上記の溶接に対して、実施の形態２のタッチスタート制御を行う場合には、第１溶接個所、第２溶接個所及び第３溶接個所それぞれに独立して、溶接開始位置Ｓｐ、高速前進距離Ｌｈ、第１前進速度Ｗ１及び第２前進速度Ｗ２を予め設定する。その上で、第１溶接個所に対する第１回目のアークスタート時は、図２で上述したタッチスタート制御を行うと共に、第１溶接個所の溶接開始位置Ｓｐを修正する。第２溶接個所及び第３溶接個所に対する第１回目のアークスタート時も同様に、第２溶接個所の溶接開始位置Ｓｐ及び第３溶接個所の溶接開始位置Ｓｐをそれぞれ修正する。第１溶接個所に対する第２回目以降のアークスタート時は、前回のアークスタート時に修正された第１溶接個所の溶接開始位置Ｓｐを使用して、図３で上述したタッチスタート制御を行うと共に、溶接開始位置Ｓｐをさらに修正する。第２溶接個所及び第３溶接個所に対する第２回目以降のアークスタート時も同様である。

上述した実施の形態３によれば、実施の形態１又は２のタッチスタート制御を、複数の溶接個所の溶接を繰り返して行う場合に適用することができる。

１ 電極
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
Ｃｐ 定常溶接開始位置
Ｉｃ 定常電流
Ｉcr 定常電流設定値
Ｉｉ 初期電流
Ｉir 初期電流設定値
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｓ スタート電流
Ｉsr スタート電流設定値
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｃ 定常距離
Ｌｈ 高速前進距離
Ｌｉ 初期距離
Ｌic 初期距離算出値
Ｌir 初期距離設定値
Ｌｗ 電極先端・母材間距離
Ｍｃ 動作制御信号
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ ロボット
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｓｐ 溶接開始位置
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔ２ 第２前進移動時間
Ｔｉ 前進移動時間
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗ１ 第１前進速度
Ｗ２ 第２前進速度

Claims (3)

1. ロボットの移動によって電極を装着した溶接トーチが溶接開始位置に到着すると、前記溶接トーチを前進移動させて前記電極を母材と接触させ、その後に前記溶接トーチを後退移動させて前記電極を前記母材から引き離してアークを発生させる非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法において、
   前記溶接開始位置、前記溶接開始位置における前記電極と前記母材との目標距離である初期距離設定値、前記初期距離設定値よりも小さな値の高速前進距離、第１前進速度及び前記第１前進速度よりも高速な値の第２前進速度を予め設定し、
   第１回目のアークスタート時は、前記溶接トーチが前記溶接開始位置に到着すると、前記溶接トーチを第１前進速度で前記電極が前記母材と接触するまで前進移動させると共にこの前進移動の時間を計測し、その後に前記溶接トーチを後退移動させて前記電極を前記母材から引き離してアークを発生させ、前記前進移動時間と前記第１前進速度を乗算して初期距離算出値を演算し、この初期距離算出値が前記初期距離設定値と等しくなるように前記溶接開始位置を修正し、
   第２回目以降のアークスタート時は、前記溶接トーチが修正された前記溶接開始位置に到着すると、前記溶接トーチを前記高速前進距離に達するまで前記第２前進速度で前進移動させ、それ以降は前記第１前進速度に切り換えて前記電極が前記母材と接触するまで前進移動させ、その後に前記溶接トーチを後退移動させて前記電極を前記母材から引き離してアークを発生させる、
   ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法。
2. 第２回目以降のアークスタート時は、前記溶接トーチが前回のアークスタート時に修正された前記溶接開始位置に到着すると、前記溶接トーチを前記高速前進距離に達するまで前記第２前進速度で前進移動させ、それ以降は前記第１前進速度に切り換えて前記電極が前記母材と接触するまで前進移動させ、その後は前記溶接トーチを後退移動させて前記電極を前記母材から引き離してアークを発生させ、このアークスタート時における前記第１前進速度による前進移動時間を第１前進移動時間として計測し、この第１前進移動時間と前記第１前進速度を乗算した値に前記高速前進距離を加算して前記初期距離算出値を演算し、この初期距離算出値が前記初期距離設定値と等しくなるように前記溶接開始位置を修正する、
   ことを特徴とする請求項１記載の非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法。
3. 複数の溶接個所がある場合には、各溶接個所ごとに前記溶接開始位置、前記初期距離設定値、前記高速前進距離、前記第１前進速度及び前記第２前進速度を独立して設定する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の非消耗電極アーク溶接のタッチスタート制御方法。

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