以下、添付図面を参照して、本願の開示するアーク溶接システムおよびアーク溶接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。
また、以下に示す実施形態では、「平行」、「垂直」、「水平」あるいは「対称」といった表現を用いる場合があるが、厳密にこれらの状態を満たすことを要しない。すなわち、上記した各表現は、製造精度、設置精度、処理精度、検出精度などのずれを許容するものとする。また、図1には、説明をわかりやすくするために、ワークWの表面における法線向き120を正方向とするZ軸を含む3次元の直交座標系を図示している。
まず、実施形態に係るアーク溶接方法の概要について図1を用いて説明する。図1は、アーク溶接方法の概要を示す図である。図1に示すように、ワークW側へ送給される溶接ワイヤ200は、溶接トーチ13から突出しており、溶接ワイヤ200とワークWとの間に印加された電流で溶融して消耗するいわゆる消耗電極として用いられる。
図1に示すように、実施形態に係るアーク溶接方法では、溶接トーチ13を、ワークWにおける溶接線100に沿って、同図に示す進行方向110へワークWに対して相対的に移動させることで、ワークWを溶接する。なお、以下の説明では、かかる溶接線100が直線である場合について説明するが、溶接線100は、曲線や、直線と曲線との組み合わせであってもよい。
ここで、溶接トーチ13を用いてワークWの溶接を行う際には、溶接トーチ13のトーチ向き130を、ワークWの法線向き120と平行にすることが好ましい。しかしながら、ワークWの周辺に配置される治具などの障害物と溶接トーチ13との干渉を避けるなどの理由から、トーチ向き130を法線向き120からずらさざるをえない場合がある。
ここで、溶接トーチ13の進行方向110における前進角または後退角であるずれ角αが増大していくと、溶接トーチ13直下のワークW側に形成される溶融プールが少なくなる。このため、溶けた金属が、ワークWの表面に沿った向きにアーク力によって飛び散りやすくなり、スパッタが発生しやすくなる。
そこで、実施形態に係るアーク溶接方法では、かかるずれ角αに応じて溶接電流を制御することで、スパッタの発生を抑制することとした。具体的には、まず、上記したずれ角αを算出し(ステップS1)、算出したずれ角αに基づいて溶接に用いる溶接パラメータを変更する(ステップS2)。そして、変更した溶接パラメータに基づく溶接電流波形を出力する(ステップS3)。
このようにすることで、ずれ角αの大小に関わらず、スパッタの発生を抑制することができる。したがって、実施形態に係るアーク溶接方法によれば、溶接トーチ13の進行方向110における向き(ずれ角α)によらずアーク発生状態におけるスパッタ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方法は、ワークWおよび溶接ワイヤ200の間でアーク発生状態と短絡状態を繰り返す短絡溶接、パルス状の電流を印加することで溶滴をワークW側へ移行させるパルス溶接など、様々なアーク溶接に広く適用することができる。なお、本実施形態に係るアーク溶接方法のさらに具体的な内容は、以下に示すアーク溶接システムの説明においてあわせて説明することとする。
次に、本実施形態に係るアーク溶接システムの全体構成について図2を用いて説明する。図2は、アーク溶接システム1の全体構成を示す図である。図2に示すように、アーク溶接システム1は、多関節ロボット10と、ロボットコントローラ20と、アーク溶接装置30とを備える。
なお、同図には、溶接対象となるワークWと、多関節ロボット10へ溶接ワイヤ200を供給するワイヤ貯蔵部201と、アーク溶接に用いるシールドガスを供給するガスボンベ202とをあわせて示している。また、同図では、アーク溶接システム1の説明に用いる構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。
まず、多関節ロボット10の構成について説明する。多関節ロボット10は、ロボットアーム11と、関節部12と、溶接トーチ13と、送給部14とを備える。多関節ロボット10は、関節部12を介してロボットアーム11がそれぞれ接続され、複数のロボットアーム11および関節部12を有する多関節のロボットである。また、先端側のロボットアーム11には、溶接トーチ13が取り付けられ、基端側のロボットアーム11は、基台などを介して設置面に固定される。
関節部12には、サーボモータなどのアクチュエータやアクチュエータの回転を減速する減速機が取り付けられており、ロボットコントローラ20からの指令に基づいてアクチュエータを駆動させることでロボットアーム11の位置や姿勢を変化させる動作を行う。
すなわち、多関節ロボット10は、ロボットコントローラ20からの指令に基づいて溶接トーチ13の位置や姿勢を変化させる。これにより、多関節ロボット10は、溶接トーチ13のずれ角α(図1参照)を適宜変更しつつ、ワークWの溶接線100(図1参照)に沿って移動させることで溶接を実行する。
溶接トーチ13は、送給部14を介して送給される溶接ワイヤ200を通過させる貫通孔を有しており、先端の開口から溶接ワイヤ200を突出させる。また、溶接トーチ13は、アーク溶接装置30から供給される電力を溶接ワイヤ200に当接するコンタクトチップ(図示せず)を介して溶接ワイヤ200へ提供する。
送給部14は、アーク溶接装置30からの指令に基づいて溶接ワイヤ200を溶接トーチ13側へ送り出す動作や溶接トーチ13側から引き込む動作を行う。ここで、送給部14は、かかる指令に基づいて送給速度を任意の速度へ変更することができる。なお、以下では、溶接ワイヤ200を溶接トーチ13側へ送り出す動作を「正送」、溶接トーチ13側から引き込む動作を「逆送」という場合がある。
次に、図3および図4を用いてアーク溶接装置30の構成について説明する。図3は、アーク溶接装置30のブロック図である。
図3に示すように、アーク溶接装置30は、一次整流回路30aと、スイッチング回路30bと、変圧器30cと、二次整流回路30dと、リアクトル30eとを備える。また、アーク溶接装置30は、制御部31と、記憶部32と、電圧検出部33と、電流検出部34と、切替部35とを備える。また、アーク溶接装置30は、溶接トーチ13およびワークWへ溶接用の電力を供給する。
なお、アーク溶接装置30は、たとえば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。
コンピュータのCPUは、たとえば、ROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部31の検出部31a、指示部31b、送給調整部31c、電力制御部31dおよび取得部31eとして機能する(図4参照)。
また、検出部31a、指示部31b、送給調整部31c、電力制御部31dおよび取得部31eの少なくともいずれか一つまたは全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで構成することもできる。
記憶部32は、たとえば、RAMやHDDに対応する。RAMやHDDは、送給速度情報32aを記憶することができる(図4参照)。なお、アーク溶接装置30は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。
なお、図3には、アーク溶接装置30との接続関係をわかりやすくするために、アーク溶接装置30へ交流電力を供給する商用電源40と、ロボットコントローラ20と、溶接トーチ13と、送給部14と、溶接ワイヤ200と、ワークWとをあわせて示している。
一次整流回路30aは、商用電源40と接続され、商用電源40から供給される交流電力を整流する。そして、一次整流回路30aは、整流した電力をスイッチング回路30bへ供給する。
スイッチング回路30bは、一次整流回路30aから供給される電力に対してPWM(Pulse Width Modulation)制御を行い、任意の電流波形や任意の電圧波形を生成する。そして、スイッチング回路30bは、生成した電流波形や電圧波形を変圧器30cへ出力する。
変圧器30cは、スイッチング回路30bから供給された電力を変圧し、変圧後の電力を二次整流回路30dへ出力する。二次整流回路30dは、変圧器30cから出力される供給電力を整流する。なお、二次整流回路30dの2つの出力端のうち一方は、切替部35を介してワークWに接続される。
リアクトル30eは、二次整流回路30dの2つの出力端のうち他方に接続され、二次整流回路30dによって整流された供給電力を平滑化する。なお、リアクトル30eの下流側は、切替部35に接続されており、かかる切替部35を介して溶接トーチ13が接続される。
制御部31は、ロボットコントローラ20と通信しつつ、アーク溶接装置30の全体制御を行う。なお、制御部31の具体的な内容については、図4を用いて後述する。記憶部32は、たとえば、不揮発性メモリであり、制御部31が用いる情報を記憶する。なお、記憶部32が記憶する具体的な内容については、図4を用いて後述する。
電圧検出部33は、二次整流回路30dの2つの出力端にそれぞれ接続され、溶接トーチ13とワークWとの間の電圧(以下、「溶接電圧」という)を検出する。なお、電圧検出部33は、検出結果を制御部31へ出力する。
電流検出部34は、リアクトル30eと切替部35との間に接続され、溶接トーチ13とワークWとの間の電流(以下、「溶接電流」という)を検出する。なお、電流検出部34は、検出結果を制御部31へ出力する。
切替部35は、二次整流回路30dの2つの出力端の下流側にそれぞれ接続され、制御部31からの指示に基づいて溶接トーチ13とワークWとの極性を切り替える。すなわち、切替部35は、溶接ワイヤ200が負極でワークWが正極である正極性と、溶接ワイヤ200が正極でワークWが負極である逆極性とを交互に切り替えることができる。
これにより、アーク溶接装置30は、交流短絡溶接や、交流パルスアーク溶接を行うことができる。なお、直流短絡溶接や、直流パルスアーク溶接を行う場合には、切替部35を省略したアーク溶接装置30を用いることとすればよい。また、切替部35を省略するかわりに、切替部35の切替動作を停止させることによっても、直流短絡溶接や、直流パルスアーク溶接を行うことができる。
次に、アーク溶接装置30における制御部31および記憶部32の詳細について図4を用いて説明する。図4は、アーク溶接装置30における制御部31および記憶部32のブロック図である。
図4に示すように、制御部31は、検出部31aと、指示部31bと、送給調整部31cと、電力制御部31dと、取得部31eとを備える。また、記憶部32は、送給速度情報32aを記憶する。
なお、図4には、制御部31との接続関係をわかりやすくするために、ロボットコントローラ20と、送給部14と、電圧検出部33と、電流検出部34と、スイッチング回路30bとをあわせて示している。
検出部31aは、溶接ワイヤ200とワークWとの間が短絡状態であるかアーク発生状態であるかを検出する。具体的には、検出部31aは、電圧検出部33が検出した電圧値が所定値以下の間は短絡状態を検出し、所定値より大きい間はアーク発生状態を検出する。そして、検出部31aは、検出結果を指示部31bへ出力する。
指示部31bは、検出部31aの検出結果に基づき、溶接ワイヤ200の送給状態を調整するように送給調整部31cへ指示する。たとえば、溶接ワイヤ200の正送および逆送を繰り返す溶接を行う場合、指示部31bは、検出部31aがアーク発生状態を検出すると溶接ワイヤ200を正送するように送給調整部31cへ指示する。一方、指示部31bは、検出部31aが短絡状態を検出すると溶接ワイヤ200を逆送するように送給調整部31cへ指示する。
そして、指示部31bは、検出部31aの検出結果に基づき、溶接ワイヤ200とワークWとの間の溶接電流や溶接電圧を制御するように電力制御部31dへ指示する。
送給調整部31cは、記憶部32の送給速度情報32aおよび指示部31bの指示に基づき、送給部14の送給向きおよび送給速度を調整する。ここで、送給速度情報32aは、たとえば、正送の送給速度、逆送の送給速度の経時変化をあらかじめ定めた情報である。なお、正送の送給速度を一定速度としたり、逆送の送給速度を一定速度としたりすることとしてもよい。
また、送給調整部31cは、指示部31bから溶接ワイヤ200を正送するように指示された場合には、送給速度情報32aにおける正送の送給速度に関する情報に基づく送給速度指示を送給部14へ出力する。一方、送給調整部31cは、指示部31bから溶接ワイヤ200を逆送するように指示された場合には、送給速度情報32aにおける逆送の送給速度に関する情報に基づく送給速度指示を送給部14へ出力する。
電力制御部31dは、取得部31eがロボットコントローラ20から受け取った溶接パラメータおよび指示部31bの指示に基づき、溶接ワイヤ200とワークWとの間の溶接電流や溶接電圧を制御する。具体的には、電力制御部31dは、かかる溶接パラメータによって規定される電流波形や電圧波形を出力するようにスイッチング回路30bへ指示する。
次に、ロボットコントローラ20の構成について図5を用いて説明する。図5は、ロボットコントローラ20のブロック図である。図5に示すように、ロボットコントローラ20は、制御部21と、記憶部22とを備える。なお、制御部21および記憶部22は、上記したアーク溶接装置30の制御部31および記憶部32と同様にコンピュータや記憶デバイスを用いて構成することができる。
制御部21は、動作制御部21aと、ずれ角算出部21bと、パラメータ算出部21cとを備え、記憶部22は、教示情報22aと、変換情報22bとを記憶する。なお、図5には、ロボットコントローラ20との接続関係をわかりやすくするために、多関節ロボット10と、アーク溶接装置30とをあわせて示している。
制御部21は、ロボットコントローラ20の全体制御および多関節ロボット10の動作制御を行う。なお、本実施形態では、溶接パラメータの算出をロボットコントローラ20が行う場合について説明するが、溶接パラメータの算出をアーク溶接装置30が行うこととしてもよい。
つまり、図5に示したパラメータ算出部21cに相当する機能をアーク溶接装置30の制御部31に設けるとともに、変換情報22bを、アーク溶接装置30の記憶部32に記憶させることとしてもよい。この場合、ロボットコントローラ20は、算出したずれ角α(図1参照)をアーク溶接装置30へ送信することになる。
動作制御部21aは、記憶部22の教示情報22aに基づいて多関節ロボット10の動作を制御する。具体的には、動作制御部21aは、多関節ロボット10に取り付けられた溶接トーチ13(図1参照)をワークWの溶接線100(図1参照)に沿って移動させる動作を多関節ロボット10に指示することでアーク溶接を行わせる。
ここで、教示情報22aは、多関節ロボット10へ動作を教示する段階で作成され、多関節ロボット10の動作経路を規定するプログラムである「ジョブ」を含んだ情報である。動作制御部21aは、教示情報22aに基づいて多関節ロボット10を動作させることで、任意のずれ角α(図1参照)で溶接トーチ13を移動させることによって、アーク溶接を実行させる。
ずれ角算出部21bは、動作制御部21aが多関節ロボット10へ指示した溶接トーチ13の姿勢と、ワークWの姿勢とに基づき、溶接トーチ13の進行方向110における前進角または後退角であるずれ角α(図1参照)を算出する。また、ずれ角算出部21bは、算出したずれ角αをパラメータ算出部21cへ通知する。
パラメータ算出部21cは、ずれ角算出部21bから受け取ったずれ角αと、記憶部22の変換情報22bとに基づき、溶接に用いる溶接パラメータを算出する。そして、アーク溶接装置30は、算出した溶接パラメータをアーク溶接装置30へ送信する。
次に、変換情報22bについて図6を用いて説明する。図6は、変換情報22bの説明図である。ここで、図6に示した横軸は、ずれ角αであり、前進角側を正、後退角側を負としている。また、縦軸は溶接電流の波形生成に用いられる各パラメータのパラメータ値である。なお、パラメータの具体例については、図7および図8を用いて後述する。
また、図6に示したパラメータ値は、電流の積算値を大きくする側を正とする。このように、図6に示した波形151は、ずれ角αとパラメータ値との関係をあらわしている。図6に示すように、変換情報22bは、前進角側においてずれ角αが大きくなるほど、パラメータ値が小さくなる旨の情報を含む。また、後退角側においてずれ角αが小さくなるほど、パラメータ値が小さくなる旨の情報を含む。
このように、ずれ角αの絶対値が大きくなるほど、パラメータ値を小さくするのは、アーク発生状態における溶接電流を抑えるためである。すなわち、ずれ角αの絶対値が大きくなると、スパッタが発生しやすくなるので、溶接電流を抑えてアーク力を弱め、溶融した金属の飛び散りを防止するのである。
ここで、同図に示すように、ずれ角αが「−Th」よりも大きく「+Th」よりも小さい区間は不感帯であり、かかる不感帯では、ずれ角αが変化してもパラメータ値を変化させないこととした。すなわち、ずれ角αの変化は無視される。
このように、不感帯を設けることで、過度なパラメータ値の変化を抑えることができる。なお、Thの値は0以上の任意の値とすることができる。Thの値を0とすれば、不感帯を設けないことと同義となる。また、不感帯におけるパラメータ値は該当パラメータの規定値に対応する。
また、図6では、波形151が縦軸について対称である場合を示したが、これに限らず、前進角側と、後退角側とで波形151の傾きを異ならせることとしてもよい。また、図6では、前進角側と、後退角側とで不感帯の幅を揃えた場合を示したが、これに限らず、前進角側と、後退角側とで不感帯の幅を異ならせることとしてもよい。このようにすることで、さらにきめ細かいスパッタ防止制御を行うことができる。
次に、短絡溶接における溶接電流の制御について図7を用いて説明する。図7は、短絡溶接における電流制御を示す説明図である。ここで、同図に示す波形101は、ずれ角α(図1参照)が0の場合、すなわち、規定状態における溶接電流の波形である。
まず、短絡溶接の流れについて時間t1〜t6を用いて説明する。時間t1から時間t2までの期間は短絡期間であり、時間t2から時間t3にかけて溶接電流を上昇させることで溶接ワイヤ200の溶滴に「くびれ」を形成する。そして、溶接電圧に基づいてかかる「くびれ」を検出すると、時間t3で溶接電流を急激に低下させるとともに、低下させた状態を時間t4まで継続させる。これにより、時間t3から時間t4の間で溶滴が溶接ワイヤ200から切り離される。
そして、時間t4で溶接電流をピーク電流PIまで急激に上昇させることでアーク発生状態へ移行させる。つづいて、ピーク電流PIを時間t4から時間t5までの期間PTにわたって継続させた後、時間t5から時間t6までの期間DTをかけて、ピーク電流PIをベース電流BIまで低下させる。
ここで、図4に示したアーク溶接装置30の電力制御部31dは、図5に示したロボットコントローラ20のパラメータ算出部21cがずれ角αに応じて算出した溶接パラメータに基づき、波形101を変化させる。
具体的には、電力制御部31dは、ずれ角αが大きくなるほど、上記したアーク発生状態において溶接電流がピーク電流PIからベース電流BIまで低下する期間(同図に示す期間PTおよび期間DT)の電流積算値が小さくなるように溶接電流を制御する。このようにすることで、アーク発生状態におけるアーク力を弱めることができるので、スパッタの発生を抑制することができる。
たとえば、電力制御部31dは、図7に破線で示した波形101aのように、ずれ角αが大きくなるほど(図6参照)、ピーク電流PIからベース電流BIまで低下する期間DTが短くなるように、溶接電流を制御する。
なお、期間DTを変化させずに、時間t5から時間t6までの波形が、波形101よりも下側(時間軸寄り)になるように、溶接電流を制御することとしてもよい。ここで、波形101aの形状は、直線状であっても、下側(時間軸寄り)に凸な形状であってもよい。すなわち、波形101aの形状は、ずれ角αについての任意の関数で定めることができる。
また、ずれ角αが大きくなるほど、ピーク電流PIが小さくなるように溶接電流を制御することとしてもよい。また、ずれ角αが大きくなるほど、ピーク電流PIの継続時間である期間PTが短くなるように溶接電流を制御することとしてもよい。さらに、ずれ角αが大きくなるほど、ベース電流BIが小さくなるように溶接電流を制御することとしてもよい。
いずれの場合であっても、アーク発生状態(図7の時間t4以降)における電流積算値が小さくなるので、ずれ角αが大きくなるほどアーク発生状態におけるアーク力を弱めることが可能となり、スパッタの発生を効果的に抑制することができる。
次に、パルス溶接における溶接電流の制御について図8を用いて説明する。図8は、パルス溶接における電流制御を示す説明図である。ここで、同図に示す波形102は、ずれ角α(図1参照)が0の場合、すなわち、規定状態における溶接電流の波形である。
まず、パルス溶接の流れについて時間t11〜時間t13を用いて説明する。まず、時間t11でピーク電流PIを印加することで、溶接ワイヤ200の先端が溶融し、溶接ワイヤ200の先端部に溶滴が形成される。
そして、ピーク電流PIを時間t11から時間t12までの期間PTにわたって継続させた後、時間t12から時間t13までの期間DTをかけて、ピーク電流PIをベース電流BIまで低下させる。これにより、溶接ワイヤ200の先端部に形成された溶滴が切り離される。
ここで、図4に示したアーク溶接装置30の電力制御部31dは、図5に示したロボットコントローラ20のパラメータ算出部21cがずれ角αに応じて算出したパラメータに基づき、波形102を変化させる。
具体的には、電力制御部31dは、ずれ角αが大きくなるほど、アーク発生状態において溶接電流がピーク電流PIからベース電流BIまで低下する期間(同図に示す期間PTおよび期間DT)の電流積算値が小さくなるように溶接電流を制御する(図6および図8参照)。このようにすることで、アーク発生状態におけるアーク力を弱めることができるので、スパッタの発生を抑制することができる。
たとえば、電力制御部31dは、図8に破線で示した波形102aのように、ずれ角αが大きくなるほど(図6参照)、溶接電流がピーク電流PIからベース電流BIまで低下する期間DTが短くなるように、溶接電流を制御する。
なお、期間DTを変化させずに、時間t12から時間t13までの波形が、波形102よりも下側(時間軸寄り)になるように、溶接電流を制御することとしてもよい。ここで、波形102aの形状は、直線状であっても、下側(時間軸寄り)に凸な形状であってもよい。すなわち、波形102aの形状は、ずれ角αについての任意の関数で定めることができる。
また、ずれ角αが大きくなるほど、ピーク電流PIが小さくなるように溶接電流を制御することとしてもよい。また、ずれ角αが大きくなるほど、ピーク電流PIの継続時間である期間PTが短くなるように溶接電流を制御することとしてもよい。さらに、ずれ角αが大きくなるほど、ベース電流BIが小さくなるように溶接電流を制御することとしてもよい。
いずれの場合であっても、アーク発生状態(図8の時間t11以降)における電流積算値が小さくなるので、ずれ角αが大きくなるほどアーク発生状態におけるアーク力を弱めることが可能となり、スパッタの発生を効果的に抑制することができる。
ところで、これまでは、電力制御部31dが、ずれ角αに基づいて溶接電流を制御する場合について説明してきたが、電力制御部31dが、ずれ角αに基づいて溶接電圧を制御することとしてもよい。そこで、以下では、電力制御部31dが、溶接電圧を制御する場合について図9を用いて説明する。図9は、短絡溶接における電圧制御を示す説明図である。
なお、図9は、図7に対応する説明図であり、図7に示した時間t4、時間t5および期間PTを図9にも示している。また、図9では、図7に示したアーク発生状態(図7の時間t4以降)の電圧制御を説明するために、時間t4以前の電圧における電圧波形については省略している。ここで、図9に示す波形111は、ずれ角α(図1参照)が0の場合、すなわち、基底状態における溶接電圧の波形である。
図9に示すように、波形111は、時間t4で溶接電圧がピーク電圧まで急激に上昇し、ピーク電圧が時間t4から時間t5までの期間PTにわたって継続する。そして、溶接電圧は、時間t5以降において所定の下限値(図示せず)まで低下する。
ここで、図4に示したアーク溶接装置30の電力制御部31dは、図5に示したロボットコントローラ20のパラメータ算出部21cがずれ角αに応じて算出した溶接パラメータに基づき、波形111を変化させる。
具体的には、電力制御部31dは、ずれ角αが大きくなるほど、上記したアーク発生状態において溶接電圧がピーク電圧から所定の下限値へ低下する期間の電圧積算値が小さくなるように溶接電圧を制御する。このようにすることで、アーク発生状態におけるアーク力を弱めることができるので、スパッタの発生を抑制することができる。
たとえば、電力制御部31dは、図9に破線で示した波形111aのように、ずれ角αが大きくなるほど(図6参照)、ピーク電圧から下限値へ低下する波形111aの傾きが大きくなるように、溶接電圧を制御する。すなわち、電力制御部31dは、ずれ角αが大きくなるほど、アーク発生状態における電圧減少の傾きが大きくなるように、溶接電圧を制御する。
なお、図9では、波形111aが、最初は、指数関数的に減少し、その後は、一次関数的に減少する場合を示したが、波形111aは、一貫して指数関数的に減少してもよく、一貫して一次関数的に減少してもよい。すなわち、ピーク電圧から下限値へ低下する際の電圧積算値が、ずれ角αが大きくなるほど小さくなりさえすれば、波形111aの形状は問わない。
次に、アーク溶接システム1が実行する処理手順について図10を用いて説明する。図10は、アーク溶接システム1が実行する処理手順を示すフローチャートである。
図10に示すように、ロボットコントローラ20のずれ角算出部21bは、溶接トーチ13とワークWとの相対姿勢を算出する(ステップS101)。つづいて、パラメータ算出部21cは、溶接トーチ13のずれ角αが閾値(Th)以上であるか否かを判定する(ステップS102)。
そして、溶接トーチ13のずれ角αが閾値以上である場合には(ステップS102,Yes)、パラメータ算出部21cは、ずれ角αに基づいて溶接パラメータを算出する(ステップS103)。一方、ずれ角αが閾値未満である場合には(ステップS102,No)、パラメータ算出部21cは、溶接パラメータとして規定値を使用する(ステップS104)。
つづいて、ロボットコントローラ20は、ステップS104で算出した溶接パラメータをアーク溶接装置30へ送信する(ステップS105)。アーク溶接装置30の取得部31eは、ロボットコントローラ20から送信された溶接パラメータを取得する(ステップS106)。そして、アーク溶接装置30は、電力制御部31dの指示に基づいて溶接電流波形を出力し(ステップS107)、処理を終了する。
なお、図10では、ステップS101〜ステップS105の処理をロボットコントローラ20が、ステップS106以降の処理をアーク溶接装置30が、それぞれ行う場合を示したが、ステップS102以降の処理をアーク溶接装置30が行うこととしてもよい。
上述してきたように、本実施形態に係るアーク溶接システム1は、多関節ロボット10と、ずれ角算出部21bと、電力制御部31dとを備える。多関節ロボット10には、ワークWに対してアーク溶接を行う溶接トーチ13が設けられる。ずれ角算出部21bは、溶接トーチ13の進行方向110における前進角または後退角であるずれ角αを算出する。
電力制御部31dは、ずれ角算出部21bによって算出されたずれ角αが大きくなるほど、アーク発生状態においてピーク電流PIからベース電流BIまで低下する期間(期間PTおよび期間DT)の電流積算値が小さくなるように、ワークWおよび溶接トーチ13間の溶接電流を制御する。
したがって、本実施形態に係るアーク溶接システム1によれば、ずれ角αに応じてアーク発生状態における溶接電流を適切に制御するので、溶接トーチ13の進行方向110における向きによらずアーク発生状態におけるスパッタを抑制することができる。
なお、上述した実施形態では、溶接トーチ13をワークWに対して移動させる場合について説明したが、ポジショナなどのワークWを保持する装置によってワークWを溶接トーチ13に対して移動させることとしてもよい。また、溶接トーチ13の移動と、ワークWの移動とを連動させることとしてもよい。
また、上述した実施形態では、溶接トーチ13の進行方向110における前進角または後退角であるずれ角αに応じて溶接電流波形を変更する場合について説明した。しかしながら、これに限らず、ワークWの水平面に対するずれ角αに応じて溶接電流波形を変更することとしてもよい。
一般的に、ワークWの水平面に対するずれ角αは、進行方向110の前側が上り傾斜となる場合には「上進角」、下り傾斜となる場合には「下進角」と呼ばれる。このように、ワークWが水平面に対して傾くほど、ワークW側に形成される溶融プールが溶接トーチ13の先端位置からずれやすいので、スパッタが発生しやすくなる。
したがって、ワークWに上進角や下進角がある場合にも本実施形態に係るアーク溶接システム1を適用することで、スパッタの発生を抑制することができる。また、前進角があり、かつ、上進角がある場合のように、前進角または後退角と、上進角または下進角との組合せにもアーク溶接システム1を適用することができる。この場合、たとえば、図6に示した波形151の傾きを、上記した組合せに応じて適宜変更することとすればよい。
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。