JP7008030B2 - ワイヤ送給装置及びアーク溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接トーチへ溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置及びアーク溶接装置に関する。

消耗電極式のアーク溶接システムは、溶接ワイヤをワイヤ供給源から溶接トーチへ送給するワイヤ送給装置と、電源装置とを備える。プッシュプル方式のワイヤ送給装置は、ワイヤリール、パックワイヤ等のワイヤ供給源から溶接ワイヤを溶接トーチへ押し出すプッシュフィーダと、溶接ロボットのアーム等に設けられており、プッシュフィーダによって押し出された溶接ワイヤを引き込み、溶接トーチへ送給するプルフィーダとを備える。通常、プッシュフィーダはトルク制御、プルフィーダは速度制御される（例えば、特許文献１）。

特開２００６－９０７号公報

しかしながら、特許文献１においては、プッシュフィーダをトルク制御しているため、ワイヤ送給速度の応答性が悪く、プル側の送給速度が急激に変動した場合、プッシュ側がプル側の送給速度変化に追従できず、溶接ワイヤの滑り、座屈等が発生するという問題があった。特に、溶接ワイヤの高速送給が必要な大電流溶接において、この問題が顕著になる。また、溶接ワイヤ経路の状態、ワイヤ径に応じて、プッシュ側のトルク調整が必要である。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、所要の速度で溶接ワイヤを安定的に溶接トーチへ送給することができるワイヤ送給装置及びアーク溶接装置を提供することにある。

本発明に係るワイヤ送給装置は、溶接ワイヤをワイヤ供給源から溶接トーチへ送給するワイヤ送給装置であって、前記ワイヤ供給源及び前記溶接トーチの間に配され、前記ワイヤ供給源から供給される溶接ワイヤを一時的に収容し、収容された溶接ワイヤを前記溶接トーチへ供給する中間ワイヤ供給源と、前記ワイヤ供給源の溶接ワイヤを前記中間ワイヤ供給源へ送給する第１送給部と、前記中間ワイヤ供給源に収容された溶接ワイヤを前記溶接トーチへ送給する第２送給部と、前記第１送給部及び前記第２送給部による溶接ワイヤの送給をそれぞれ速度制御する送給制御部とを備える。

本発明にあっては、第１送給部及び第２送給部によるワイヤ送給が共に速度制御されるため、基本的に第２送給部に対する第１送給部の送給速度の追従遅れの問題は発生せず、ワイヤ送給の高応答性を実現することができる。また、第１送給部及び第２送給部間に中間ワイヤ供給源を備えるため、第１送給部及び第２送給部を高精度で同期させる必要が無く、所要の速度で溶接ワイヤを安定的に溶接トーチへ送給することができる。更に、本発明に係るワイヤ送給装置にあっては、トルク制御に必要とされるトルク調整が不要である。

本発明に係るワイヤ送給装置は、前記送給制御部は、前記第１送給部及び前記第２送給部による溶接ワイヤの送給速度が略同一になるように、各送給部による送給を速度制御する。

本発明にあっては、第１送給部及び第２送給部による溶接ワイヤの送給速度が略同一であるため、当該送給速度で溶接ワイヤを安定的に溶接トーチへ送給することができる。

本発明に係るワイヤ送給装置は、前記中間ワイヤ供給源に収容された溶接ワイヤの収容量を検出する検出部を備え、前記送給制御部は、前記検出部の検出結果に基づいて、所定量の溶接ワイヤが前記中間ワイヤ供給源に収容されるように前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度を補正する。

本発明にあっては、中間ワイヤ供給源に所定量の溶接ワイヤが収容されるように、前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度が補正される。従って、第１送給部及び第２送給部による溶接ワイヤの送給速度に差異が生じても、中間ワイヤ供給源に所定量の溶接ワイヤが確保され、溶接ワイヤを安定的に溶接トーチへ供給することができる。

本発明に係るワイヤ送給装置は、前記所定量は上限値及び下限値を有し、前記送給制御部は、前記検出部にて検出された収容量が前記上限値よりも大きい場合、前記収容量及び前記上限値の差分に応じて、前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度が小さくなるように送給速度を補正し、前記検出部にて検出された収容量が前記下限値よりも小さい場合、前記収容量及び前記下限値の差分に応じて、前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度が大きくなるように送給速度を補正する。

本発明にあっては、所定の下限値以上及び上限値以下の溶接ワイヤが中間ワイヤ供給源に確保される。溶接ワイヤの収容量が上限値より大きくなった場合、第１送給部による送給速度が小さくなり、収容量が抑えられる。逆に溶接ワイヤの収容量が下限値より小さくなった場合、第１送給部による送給速度が大きくなり、収容量が増大する。

本発明に係るワイヤ送給装置は、前記送給制御部は、前記検出部にて検出された収容量が前記下限値以上、かつ前記上限値以下である場合、前記収容量の変化率が正であるとき、前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度が小さくなるように補正し、前記収容量の変化率が負であるとき、前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度が大きくなるように補正する。

本発明にあっては、所定の下限値以上かつ上限値以下の溶接ワイヤが中間ワイヤ供給源にある場合、溶接ワイヤの収容量は現時点の収容量で安定化する。従って、中間ワイヤ供給源に収容される溶接ワイヤの収容量が振動するようなことは無く、中間ワイヤ供給源における溶接ワイヤの収容状態を安定化させることができ、溶接ワイヤを安定的に溶接トーチへ供給することができる。

本発明に係るアーク溶接装置は、上記ワイヤ送給装置と、該ワイヤ送給装置によって母材へ送給される溶接ワイヤに溶接電流を供給する電源装置とを備え、溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させて前記母材を溶接する。

本発明にあっては、所要の速度で溶接ワイヤを安定的に溶接トーチへ送給し、母材をアーク溶接することができる。

本発明に係るアーク溶接装置は、前記電源装置は、並列接続される第１電源及び第２電源を備え、前記送給制御部は、前記第１電源に設けられており、前記第１送給部による送給を速度制御する第１制御部と、前記第２電源に設けられており、前記第２送給部による送給を速度制御する第２制御部とを備え、前記第２電源は、前記第２送給部による溶接ワイヤの送給速度を示す速度情報を前記第１電源へ送信する送信部を備え、前記第１電源は、前記第２電源から送信された速度情報を受信する受信部を備え、前記第１制御部は、前記受信部にて受信した速度情報に基づいて、前記第１送給部による送給を速度制御する。

本発明にあっては、電源装置は、並列接続された少なくとも２つの電源、即ち第１電源及び第２電源を備え、第１電源に設けられた第１制御部は第１送給部を速度制御し、第２電源に設けられた第２制御部は第２送給部を速度制御する。第２電源は、第２送給部による溶接ワイヤの送給速度を示す速度情報を第１電源へ送信し、第１電源は、第２電源から送信された速度情報を受信する。第１制御部は、当該速度情報に基づいて、第１送給部を速度制御する。従って、送給部へ速度指令を出力するポートが各電源に一つしか設けられていない構成であっても、第１送給部及び第２送給部による溶接ワイヤの送給をそれぞれ速度制御することができる。

本発明によれば、所要の速度で溶接ワイヤを安定的に溶接トーチへ送給することができる。

実施形態１に係るアーク溶接システムの一構成例を示す模式図である。 実施形態１に係る中間ワイヤ供給源及び電源装置の一構成例を示す模式図である。 実施形態２に係る中間ワイヤ供給源及び電源装置の一構成例を示す模式図である。 送給速度の補正方法を示す模式図である。 収容量検出部にて検出される棒部材の回転角度と、送給速度の補正量との関係を示すグラフである。 収容量検出部にて検出される棒部材の回転角度の変化率と、送給速度の補正量との関係を示すグラフである。 実施形態２に係る送給制御部の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態３に係るアーク溶接システムの一構成例を示す模式図である。 実施形態３に係る第１制御部及び第２制御部の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態４に係るアーク溶接システムの一構成例を示す模式図である。

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るアーク溶接システムの一構成例を示す模式図である。本実施形態に係るアーク溶接システムは、消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、ワイヤ供給源３と、ワイヤ送給装置４と、電源装置５とを備える。

溶接ロボット１は、母材Ａのアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、床面の適宜箇所に固定される基部１１を備える。基部１１には、複数のアーム１２が図示しない軸部を介して回転可能に連結している。先端側に連結されたアーム１２の先端部には、溶接トーチ１３が保持されている。アーム１２の連結部分にはモータが設けられており、モータの回転駆動力によって軸部を中心に各アーム１２が回転する。モータの回転はロボット制御装置２によって制御されている。ロボット制御装置２は、各アーム１２を回転させることによって、母材Ａに対して溶接トーチ１３を上下前後左右に移動させることができる。また、各アーム１２の連結部分には、アーム１２の回転位置を示す信号をロボット制御装置２へ出力するエンコーダが設けられており、ロボット制御装置２は、エンコーダから出力された信号に基づいて、溶接トーチ１３の位置を認識する。

溶接トーチ１３は、銅合金等の導電性材料からなり、溶接対象の母材Ａへ溶接ワイヤＷを案内すると共に、アークの発生に必要な溶接電流を供給する円筒形状のコンタクトチップを有する。コンタクトチップは、その内部を挿通する溶接ワイヤＷに接触し、溶接電流を溶接ワイヤＷに供給する。また、溶接トーチ１３は、コンタクトチップを囲繞する中空円筒形状をなし、先端の開口から母材Ａへシールドガスを噴射するノズルを有する。シールドガスは、アークによって溶融した母材Ａ及び溶接ワイヤＷの酸化を防止するためのものである。シールドガスは、例えば炭酸ガス、炭酸ガス及びアルゴンガスの混合ガス、アルゴン等の不活性ガス等である。

ワイヤ供給源３は、溶接トーチ１３へ溶接ワイヤＷを繰り出し可能に収容している。溶接ワイヤＷは、例えばソリッドワイヤであり、その直径は０．８ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であり、消耗電極として機能する。ワイヤ供給源３は、螺旋状に巻かれた状態でペールパックに収容されたパックワイヤ、あるいはワイヤリールに巻回されたリールワイヤである。

ワイヤ送給装置４は、ワイヤ供給源３及び溶接トーチ１３の間に配され、ワイヤ供給源３から供給される溶接ワイヤＷを一時的に収容し、収容された溶接ワイヤＷを溶接トーチ１３へ供給する中間ワイヤ供給源４１を備える。

図２は、実施形態１に係る中間ワイヤ供給源４１及び電源装置５の一構成例を示す模式図である。中間ワイヤ供給源４１は、送給経路内における各部のワイヤ送給速度の相違を吸収すると共に、溶接トーチ１３側における溶接ワイヤＷの送給負荷を低減させるものである。中間ワイヤ供給源４１は、溶接ワイヤＷを収容する中空略直方体の筐体４１ａを有する。筐体４１ａの側面には、ワイヤ供給源３から供給された溶接ワイヤＷが導入される入口部４１ｂが形成され、筐体４１ａの上面部には、筐体４１ａの内部に収容された溶接ワイヤＷを送出する出口部４１ｃが形成されている。筐体４１ａに引き込まれた溶接ワイヤＷは入口部４１ｂ及び出口部４１ｃの間で弧状に湾曲した状態で収容される。
ワイヤ供給源３と、中間ワイヤ供給源４１の入口部４１ｂとは、溶接ワイヤＷが挿通する第１コンジットケーブル４ａによって接続されている。筐体４１ａ内部の入口部４１ｂには、ワイヤ供給源３から溶接ワイヤＷを引き出し、入口部４１ｂを介して筐体４１ａ内に溶接ワイヤＷを押し出す第１送給部４１ｄが設けられている。第１送給部４１ｄは、入口部４１ｂから導入された溶接ワイヤＷを挟むことが可能な位置で対向する１対のローラを有する。少なくとも一方のローラは速度制御可能な第１モータ４１ｅによって回転駆動される。
第１送給部４１ｄは、例えば３０ｍ／分～１００ｍ／分以上の速度で溶接ワイヤＷの送給を行うことができる。中間ワイヤ供給源４１は、電源装置５から出力された速度指令信号が入力される入力ポート４１ｆが設けられており、第１モータ４１ｅは、入力ポート４１ｆに入力された速度指令信号に応じた速度でローラを回転させる。第１モータ４１ｅは、例えば図示しないエンコーダによってローラの回転速度を検出し、ローラの回転速度が、速度指令信号に応じた回転速度で回転するように動作する。

第１コンジットケーブル４ａから入口部４１ｂを介して筐体４１ａ内部へ引き込まれた溶接ワイヤＷは、任意形状に湾曲し、所定量の溶接ワイヤＷが筐体４１ａ内に収容される。図２に示す例では、溶接ワイヤＷは、弧状に湾曲して収容されている。筐体４１ａ内部には、溶接ワイヤＷが所定の空間領域内に絡まらずに収容されるように、溶接ワイヤＷを案内する部材を設けると良い。例えば、筐体４１ａ内部の入口部４１ｂ及び出口部４１ｃにはガイドローラ４１ｇがそれぞれ設けられている。より具体的には、入口部４１ｂ側のガイドローラ４１ｇは、第１送給部４１ｄの出側に配されており、溶接ワイヤＷを挟み、入口部４１ｂから筐体４１ａ内部へ案内可能な位置で対向する１対のローラを有する。出口部４１ｃ側のガイドローラ４１ｇは、溶接ワイヤＷを挟み、筐体４１ａ内部から出口部４１ｃへ案内可能な位置で対向する１対のローラを有する。なお、ガイドローラ４１ｇは、第１モータ４１ｅに同期して回転するモータによって回転駆動される構成であっても良いし、受動的に回転するものであっても良い。

また、ワイヤ送給装置４は、中間ワイヤ供給源４１から溶接ワイヤＷを引き出し、引き出された溶接ワイヤＷを溶接トーチ１３へ送給する第２送給部４２を備える。第２送給部４２は、例えば図１に示すように溶接ロボット１のアーム１２に設けられている。第２送給部４２は、溶接ワイヤＷが挿通する第２コンジットケーブル４ｂによって中間ワイヤ供給源４１の出口部４１ｃに接続され、第３コンジットケーブル４ｃによって溶接トーチ１３に接続されている。中間ワイヤ供給源４１は、溶接ロボット１の近傍に並置されている。第２送給部４２は、溶接ワイヤＷを挟むことが可能な位置で対向する１対のローラを有し、各ローラを回転させることによって、中間ワイヤ供給源４１から溶接ワイヤＷを引き出し、引き出された溶接ワイヤＷを溶接トーチ１３へ送給する。少なくとも一方のローラは速度制御可能な第２モータ４２ａによって回転駆動される。第２送給部４２は、例えば３０ｍ／分～１００ｍ／分以上の速度で溶接ワイヤＷの送給を行うことができる。第２送給部４２は、電源装置５から出力される速度指令信号によってローラを回転させる。第２モータ４２ａは、例えば図示しないエンコーダによってローラの回転速度を検出し、ローラの回転速度が、速度指令信号に応じた回転速度で回転するように動作する。

電源装置５は、給電ケーブルを介して、溶接トーチ１３のコンタクトチップ及び母材Ａに接続され、溶接電流を供給する給電部５ａと、溶接ワイヤＷの送給速度を制御する送給制御部５ｂと、第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２へそれぞれ速度指令信号を出力する第１速度指令出力部５ｃ及び第２速度指令出力部５ｄとを備える。

給電部５ａは、絶縁型のスイッチング電源であり、交流を所要の直流にＡＣ／ＤＣ変換し、交直変換された直流を負荷へ供給する。具体的には、給電部５ａは、ＰＷＭ制御された直流電流を出力する電源回路、電源回路の動作を制御する信号処理部、電圧検出部、電流検出部等を備える。電圧検出部は、溶接トーチ１３及び母材Ａに印加される電圧を検出し、検出した電圧値を示す電圧値信号を信号処理部へ出力する。電流検出部は、例えば、電源装置５から溶接トーチ１３を介して溶接ワイヤＷへ供給され、アークを流れる溶接電流を検出し、検出した電流値を示す電流値信号を信号処理部へ出力する。信号処理部は、電圧値信号、電流値信号、溶接条件の設定値等に基づいて、電源回路をＰＷＭ制御するための信号を電源回路へ出力する。電源回路は、商用交流を交直変換するＡＣ－ＤＣコンバータ、交直変換された直流をスイッチングにより所要の交流に変換するインバータ回路、変換された交流を整流する整流回路等を備える。電源回路は、信号処理部から出力される信号に従ってインバータ回路をＰＷＭ制御し、所定の溶接電流及び電圧を溶接ワイヤＷへ出力する。例えば、母材Ａ及び溶接ワイヤＷ間には、周期的に変動する溶接電圧が印加され、溶接電流が通電する。なお、電源装置５には、制御通信線を介してロボット制御装置２から出力指示信号が入力されるように構成されており、給電部５ａは、出力指示信号をトリガにして、電源回路に溶接電流の供給を開始させる。

送給制御部５ｂは、給電部５ａが溶接電流の供給を開始した場合、溶接条件に応じた送給速度を示す速度指令信号を、第１速度指令出力部５ｃ及び第２速度指令出力部５ｄから、第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２へそれぞれ出力させる。第１送給部４１ｄへ出力される速度指令信号及び第２送給部４２へ出力される速度指令信号は略同一であり、第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２は略同一速度で溶接ワイヤＷを送給する。なお、第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２を構成するローラの径の差異等が存在するため、第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２へ出力される速度指令信号は必ずしも完全同一では無い。略同一の各速度指令信号には、溶接ワイヤＷの滑り、座屈等の問題が発生せず、所定量の溶接ワイヤＷが中間ワイヤ供給源４１に収容される範囲において互いに異なるものも含まれる。

以上の通り、本実施形態１に係るワイヤ送給装置４及びアーク溶接装置によれば、電源装置５の送給制御部５ｂは、溶接条件に応じた略同一の速度指令信号を第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２へ出力し、第１及び第２送給部４１ｄ、４２による溶接ワイヤＷの送給を速度制御する。第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２は、電源装置５から出力された速度指令信号に従ってローラを回転させ、溶接ワイヤＷを所要の速度で送給する。
従って、トルク制御で問題となる送給速度の追従遅れは発生せず、ワイヤ送給の高応答性を実現することができる。また、中間ワイヤ供給源４１を備えるため、第１及び第２送給部４１ｄ、４２による溶接ワイヤＷを高精度に同期させる必要は無く、所要の速度で溶接ワイヤＷを安定的に溶接トーチ１３へ送給することができる。

また、溶接ワイヤＷが入口部４１ｂ及び出口部４１ｃの間で弧状に湾曲した状態で中間ワイヤ供給源４１に収容される。従って、ループ状等、溶接ワイヤＷを大きく曲げて筐体４１ａ内に収容する場合に比べて、送給負荷を低減することができる。また収容する溶接ワイヤＷをループ状にして収容する場合に比べて、筐体４１ａの内部構造を簡単化することができる。

更に、第１及び第２送給部４１ｄ、４２を速度制御することによって、送給速度の差異を最小限に抑えることができ、筐体４１ａを小型化することができる。

更に、ワイヤ供給源３及び中間ワイヤ供給源４１間における溶接ワイヤＷの送給負荷が大きい場合であっても、中間ワイヤ供給源４１から安定的に溶接トーチ１３へ溶接ワイヤＷを送給することができる。例えば、ワイヤ供給源３が溶接ロボット１から離れた位置に配され、第１コンジットケーブル４ａが長いときも、溶接トーチ１３へ安定的に溶接ワイヤＷを送給することができる。

なお、実施形態１では、第１送給部４１ｄを、中間ワイヤ供給源４１の筐体４１ａ内部に設ける例を説明したが、第１送給部４１ｄと、中間ワイヤ供給源４１とを別体で構成しても良い。別体の第１送給部４１ｄの設置箇所は必ずしも限定されるものでは無く、ワイヤ供給源３に設けても良い。
また、中間ワイヤ供給源４１を溶接ロボット１に並べ置く例を説明したが、中間ワイヤ供給源４１の設置箇所は特に限定されるものでは無く、溶接ロボット１のアーム１２に設けても良い。

また、本実施形態では、ワイヤ送給装置に一組の中間ワイヤ供給源４１及び第１送給部４１ｄを備える構成を説明したが、複数組みの中間ワイヤ供給源４１及び第１送給部４１ｄを備えても良い。

（実施形態２）
実施形態２に係るアーク溶接装置及びワイヤ送給装置２０４は、中間ワイヤ供給源２４１及び送給制御方法の詳細が実施形態１と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態１と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図３は、実施形態２に係る中間ワイヤ供給源２４１及び電源装置２０５の一構成例を示す模式図である。実施形態２に係る中間ワイヤ供給源２４１は、実施形態１と同様の筐体４１ａを備え、入口部４１ｂ、出口部４１ｃ、第１送給部４１ｄ、第１モータ４１ｅ、入力ポート４１ｆ、ガイドローラ４１ｇが設けられている。

更に、中間ワイヤ供給源２４１は、溶接ワイヤＷの収容量を検出する収容量検出部２４１ｈを備える。収容量検出部２４１ｈは、一端部が回転可能に固定された棒部材２４１ｉを備える。棒部材２４１ｉの他端部には、溶接ワイヤＷの湾曲部分を挟む１対の曲率検出ローラ２４１ｊが回転可能に支持されている。溶接ワイヤＷの収容量が増減すると、図３中二点鎖線で示すように筐体４１ａ内に収容された溶接ワイヤＷの曲率が変化し、棒部材２４１ｉが上記一端部を支点にして回転する。収容量検出部２４１ｈは、棒部材２４１ｉの回転位置を検出する回転位置センサであり、収容量検出部２４１ｈは、棒部材２４１ｉの回転位置を検出することによって、溶接ワイヤＷの収容量を検出することができ、収容量を示す検出信号を、出力ポート２４１ｋを介して電源装置２０５へ出力する。
なお、回転位置センサを備えた収容量検出部２４１ｈは一例であり、溶接ワイヤＷの収容量を、赤外線センサ等を用いて光学的に検出しても良い。また、収容された溶接ワイヤＷに当接し、当該溶接ワイヤＷの収容量に応じてオンオフするリミットスイッチを用いて収容量検出部２４１ｈを構成しても良い。

電源装置２０５は、実施形態１に係る電源装置５と同様、給電部５ａ、送給制御部５ｂ、第１速度指令出力部５ｃ、第２速度指令出力部５ｄを備え、更に、中間ワイヤ供給源２４１から出力された検出信号が入力される信号入力部２０５ｅを備える。電源装置２０５は、信号入力部２０５ｅに入力された検出信号に基づいて、第１送給部４１ｄへの速度指令が示す送給速度を補正し、補正後の速度指令信号を第１送給部４１ｄへ出力する。

＜溶接ワイヤの収容量を所定量に近づける偏差制御＞
図４は、送給速度の補正方法を示す模式図、図５は、収容量検出部２４１ｈにて検出される棒部材２４１ｉの回転角度と、送給速度の補正量との関係を示すグラフである。図５に示すグラフの横軸は、棒部材２４１ｉの回転角度を示し、縦軸は速度指令の補正量を示す。
図４に示すように棒部材２４１ｉの回転角度は、中間ワイヤ供給源２４１における溶接ワイヤＷの収容量に応じて増減する。棒部材２４１ｉの回転角度は、溶接ワイヤＷの収容量が増加すると小さくなり（図３及び図４中、時計回りに回転）、溶接ワイヤＷの収容量が減少すると大きくなる（図３及び図４中、反時計回りに回転）。中間ワイヤ供給源２４１には所定量の溶接ワイヤＷが収容される。所定量は、中間ワイヤ供給源２４１に収容されるべき溶接ワイヤＷの収容量であり、下限値及び上限値を有する。つまり、所定量は一定の幅を有する。溶接ワイヤＷの収容量が上限値と下限値との中間値であるときの棒部材２４１ｉの回転角度を０度とする。図４に示す目標角度範囲は、所定量に対応する棒部材２４１ｉの回転角度である。上限値に対応する棒部材２４１ｉの回転角度は、例えば－５度、下限値に対応する棒部材２４１ｉの回転角度は５度である。

送給制御部５ｂは、溶接ワイヤＷの収容量が下限値より小さい場合、例えば棒部材２４１ｉの回転角度が５度以上である場合、第１送給部４１ｄによる送給速度を増加させる。つまり、第１送給部４１ｄのローラの回転数を増加させる。具体的には、送給制御部５ｂは、収容量検出部２４１ｈにて検出された棒部材２４１ｉの回転角度と、下限値に対応する角度との差分に比例する補正量（％）を算出する。そして、送給制御部５ｂは、補正前の送給速度、つまり、第２送給部４２の送給速度に、補正量（％）を乗算して得た値を、当該送給速度に加算することによって、第１送給部４１ｄの送給速度を補正する。送給制御部５ｂは、補正後の送給速度を示す速度指令信号を第１送給部４１ｄへ出力する。

同様に、送給制御部５ｂは、溶接ワイヤＷの収容量が上限値より大きい場合、例えば棒部材２４１ｉの回転角度が－５度以下である場合、第１送給部４１ｄの送給速度を減少させる。つまり、第１送給部４１ｄのローラの回転数を減少させる。具体的には、送給制御部５ｂは、収容量検出部２４１ｈにて検出された棒部材２４１ｉの回転角度と、下限値に対応する角度との差分に比例する補正量（％）を算出する。そして、送給制御部５ｂは、補正前の送給速度、つまり、第２送給部４２の送給速度に負の補正量（％）を乗算し、乗算して得た値を、当該送給速度に加算することによって、第１送給部４１ｄの送給速度を補正する。送給制御部５ｂは、補正後の送給速度を示す速度指令信号を第１送給部４１ｄへ出力する。

送給制御部５ｂは、溶接ワイヤＷの収容量が下限値以上、上限値以下である場合、つまり、棒部材２４１ｉの回転角度が目標角度範囲内にある場合、送給制御部５ｂは、当該回転角度に応じた送給速度の補正を行わない。言い換えると、送給制御部５ｂは、棒部材２４１ｉの回転角度と、目標となる角度、例えば０度との差分に基づく偏差制御を行わない。

＜棒部材の回転角度の変化率に基づく安定化制御＞
図６は、収容量検出部２４１ｈにて検出される棒部材２４１ｉの回転角度の変化率と、送給速度の補正量との関係を示すグラフである。図６に示すグラフの横軸は、棒部材２４１ｉの回転角度の変化率を示し、縦軸は速度指令の補正量を示す。送給制御部５ｂは、中間ワイヤ供給源２４１における溶接ワイヤＷの収容量が所定量の範囲内にある場合、収容量の変化率に応じて、第１送給部４１ｄによる溶接ワイヤＷの送給速度を補正する。具体的には、棒部材２４１ｉの回転角度の変化率に正比例する補正量を算出する。そして、送給制御部５ｂは、補正前の送給速度、つまり第１送給部４１ｄの送給速度に補正量（％）を乗算して得た値を、当該送給速度に加算することによって、第１送給部４１ｄの送給速度を補正する。送給制御部５ｂは、補正後の送給速度を示す速度指令信号を第１送給部４１ｄへ出力する。

次に、速度制御手順を説明する。
図７は、実施形態２に係る送給制御部５ｂの処理手順を示すフローチャートである。まず、送給制御部５ｂは、収容量検出部２４１ｈにて溶接ワイヤＷの収容量を検出し（ステップＳ２１１）、収容量が所定量範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。収容量が所定量範囲内であると判定した場合（ステップＳ２１２：ＹＥＳ）、送給制御部５ｂは、図６に示すように収容量の変化率に応じて、溶接条件に応じた送給速度を補正する（ステップＳ２１３）。収容量が所定量範囲外であると判定した場合（ステップＳ２１２：ＮＯ）、送給制御部５ｂは、図５に示すように所定量の上限値又は下限値と、収容量との差分に応じて、溶接条件に応じた送給速度を補正する（ステップＳ２１４）。ステップＳ２１３又はステップＳ２１４の処理を終えた送給制御部５ｂは、補正された送給速度を示す速度指令信号を、第１速度指令出力部５ｃを介して第１送給部４１ｄへ出力する（ステップＳ２１５）。次いで、送給制御部５ｂは、溶接条件に応じた送給速度を示す速度指令信号を、第２速度指令出力部５ｄを介して第２送給部４２へ出力する（ステップＳ２１６）。

以上の通り、送給制御部５ｂは、中間ワイヤ供給源２４１における溶接ワイヤＷの収容量が所定量の範囲外にある場合、第１送給部４１ｄによる溶接ワイヤＷの送給速度を比例制御し、当該所定量の範囲内にある場合、第１送給部４１ｄによる溶接ワイヤＷの送給速度を微分制御する。

このように構成された本実施形態２に係るワイヤ送給装置２０４及びアーク溶接装置によれば、筐体４１ａ内に収容された溶接ワイヤＷの収容量を監視し、中間ワイヤ供給源２４１に所定量の溶接ワイヤＷを収容するようにしているため、中間ワイヤ供給源２４１から安定的に溶接トーチ１３へ溶接ワイヤＷを送給することができる。

具体的には、中間ワイヤ供給源２４１における溶接ワイヤＷの収容量が所定量の範囲外にある場合、第１送給部４１ｄによる溶接ワイヤＷの送給速度を比例制御する。つまり、溶接ワイヤＷの収容量が上限値より大きくなった場合、第１送給部４１ｄによる送給速度が小さくなるように補正することによって、収容量を減少させる。逆に溶接ワイヤＷの収容量が下限値より小さくなった場合、第１送給部４１ｄによる送給速度が大きくなるように補正し、収容量を増大させる。従って、第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２による溶接ワイヤＷの送給速度に差異が生じても、中間ワイヤ供給源２４１に所定量の溶接ワイヤＷが確保され、溶接ワイヤＷを安定的に溶接トーチ１３へ供給することができる。

また、中間ワイヤ供給源２４１に収容すべき所定量に幅を持たせることによって、第１送給部４１ｄによる溶接ワイヤＷの送給速度が不必要に変動することを防ぐことができる。つまり、中間ワイヤ供給源２４１における溶接ワイヤＷの収容状態を安定化させることができる。

更に、中間ワイヤ供給源２４１における溶接ワイヤＷの収容量が所定量の範囲内にある場合、第１送給部４１ｄによる溶接ワイヤＷの送給速度を微分制御する。従って、中間ワイヤ供給源２４１に収容された溶接ワイヤＷの収容量が所定量の範囲内にある場合、現在の収容量から変動しないように、第１送給部４１ｄによる送給を速度制御し、中間ワイヤ供給源２４１における溶接ワイヤＷの収容状態を安定化させることができる。

（実施形態３）
実施形態３に係るアーク溶接装置及びワイヤ送給装置３０４は、電源装置３０５の構成が実施形態２と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態１及び２と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図８は、実施形態３に係るアーク溶接システムの一構成例を示す模式図である。本実施形態３に係る電源装置３０５は、アーク溶接に係る共通の負荷に並列接続され、当該負荷に対して給電を行う第１電源３５１及び第２電源３５２を備えており、大電流を出力することができる。第１電源３５１及び第２電源３５２は通信線によって接続されている。

第２電源３５２は、通信線を介して第１電源３５１へＰＷＭ制御情報を送信することにより、第１及び第２電源３５１、３５２の出力を制御するマスタ電源として機能する。第１電源３５１は当該第２電源３５２から送信されたＰＷＭ制御情報を受信し、受信したＰＷＭ制御情報に基づいて出力を制御するスレーブ電源として機能する。

第２電源３５２は、第２給電部３５２ａ、第２制御部３５２ｂ、第２速度指令出力部３５２ｃ、第２信号入出力部３５２ｄ、及び第２通信部３５２ｅを備える。第２給電部３５２ａ、第２制御部３５２ｂ及び第２速度指令出力部３５２ｃの構成は、実施形態２で説明した電源装置５の構成と同様である。第２制御部３５２ｂは、速度指令信号を第２速度指令出力部３５２ｃから第２送給部４２へ出力させ、第２送給部４２による溶接ワイヤＷの送給を速度制御する。

第２信号入出力部３５２ｄは、外部装置が接続される端子であり、信号が入出力される。当該端子には、例えばアーク溶接装置を操作するための操作装置が接続される。

第２通信部３５２ｅは、第１電源３５１と各種情報を送受信するための通信回路である。第２通信部３５２ｅは、例えばＨＣＩ（Host Control Interface）通信規格に従って情報を送受信する。
動作モードがマスタ電源モードである第２電源３５２は、第２通信部３５２ｅを介して、自装置の第２給電部３５２ａにて算出したＰＷＭ制御情報及び第２送給部４２の速度情報を、スレーブ電源モードで動作している第１電源３５１へ送信する。

第１電源３５１は、第２電源３５２と同様の構成であり、第１給電部３５１ａ、第１制御部３５１ｂ、第１速度指令出力部３５１ｃ、第１信号入出力部３５１ｄ、及び第１通信部３５１ｅを備える。第１電源３５１は、マスタ電源モードで動作している第２電源３５２から送信されたＰＷＭ制御情報及び速度情報を第１通信部３５１ｅにて受信する。第１給電部３５１ａは、受信したＰＷＭ制御情報に基づいて溶接電流を出力する。

第１信号入出力部３５１ｄには、収容量検出部２４１ｈが接続されており、収容量検出部２４１ｈによる検出結果を示す信号が入力される。なお、第１信号入出力部３５１ｄの構成は、第２信号入出力部３５２ｄと同様であり、第１電源３５１をマスタ電源として使用する場合、第１信号入出力部３５１ｄに外部装置、例えばアーク溶接装置を操作するための操作装置を接続しても良い。

第１制御部３５１ｂは、第１通信部３５１ｅにて受信した速度情報を、第１信号入出力部３５１ｄに入力した信号に基づいて補正し、補正された速度情報を示す速度指令信号を、第１速度指令出力部３５１ｃから第１送給部４１ｄへ出力する。第１送給部４１ｄによる送給速度の補正方法は、実施形態２で説明した通りであり、第１制御部３５１ｂは、速度指令信号を第１速度指令出力部３５１ｃから第１送給部４１ｄへ出力させ、第１送給部４１ｄによる溶接ワイヤＷの送給を速度制御する。

次に、速度制御手順を説明する。
図９は、実施形態３に係る第１制御部３５１ｂ及び第２制御部３５２ｂの処理手順を示すフローチャートである。まず、第２電源３５２の第２制御部３５２ｂは、溶接条件に応じた送給速度を示す速度指令信号を、第２速度指令出力部３５２ｃを介して第２送給部４２へ出力し、第２送給部４２による送給を速度制御する（ステップＳ３１１）。次いで、第２制御部３５２ｂは、第２送給部４２の送給速度を示す速度情報を第２通信部３５２ｅにて第１電源３５１へ送信する（ステップＳ３１２）。

第１電源３５１の第１制御部３５１ｂは、第２電源３５２から送信された速度情報を第１通信部３５１ｅにて受信する（ステップＳ３１３）。次いで、第１制御部３５１ｂは、収容量検出部２４１ｈにて溶接ワイヤＷの収容量を検出し（ステップＳ３１４）、収容量が所定量範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３１５）。収容量が所定量範囲内であると判定した場合（ステップＳ３１５：ＹＥＳ）、第１制御部３５１ｂは、図６に示すように収容量の変化率に応じて、受信した速度情報が示す送給速度を補正する（ステップＳ３１６）。収容量が所定量範囲外であると判定した場合（ステップＳ３１５：ＮＯ）、第１制御部３５１ｂは、図５に示すように所定量の上限値又は下限値と、収容量との差分に応じて、受信した速度情報が示す送給速度を補正する（ステップＳ３１７）。ステップＳ３１６又はステップＳ３１７の処理を終えた第１制御部３５１ｂは、補正された送給速度を示す速度指令信号を、第１速度指令出力部３５１ｃを介して第１送給部４１ｄへ出力する（ステップＳ３１８）。

このように構成された本実施形態３に係るワイヤ送給装置３０４及びアーク溶接装置によれば、第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２へ速度指令を出力するポート、即ち第１速度指令出力部３５１ｃ及び第２速度指令出力部３５２ｃが第１電源３５１及び第２電源３５２にそれぞれ一つしか設けられていない構成であっても、第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２による溶接ワイヤＷの送給をそれぞれ速度制御することができる。

なお、本実施形態３では、第１電源３５１及び第２電源３５２がそれぞれ第１送給部４１ｄ及び第２送給部４２を速度制御する構成を説明したが、３つ以上の電源を並列接続させても良い。この場合、更に複数組みの中間ワイヤ供給源及び第１送給部を備え、複数の電源が、複数の第１送給部及び第２送給部による溶接ワイヤＷの送給を速度制御するように構成しても良い。

また、本実施形態３では、スレーブ電源として機能している第１電源３５１が第１送給部４１ｄの送給を制御し、マスタ電源として機能している第２電源３５２が第２送給部４２の送給を制御する構成を説明したが、逆にマスタ電源の第２電源３５２が第１送給部４１ｄの送給を制御し、スレーブ電源の第１電源３５１が第２送給部４２の送給を制御しても良い。

（実施形態４）
実施形態４に係るアーク溶接装置及びワイヤ送給装置４０４は、ワイヤ供給源３に第３送給部４４３を更に備える点が実施形態１と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態１と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１０は、実施形態４に係るアーク溶接システムの一構成例を示す模式図である。実施形態４に係るワイヤ送給装置４０４は、ワイヤ供給源３から溶接ワイヤＷを引き出して、中間ワイヤ供給源４１へ押し出す第３送給部４４３を備える。第３送給部４４３は例えばトルク制御されるローラを備え、第３送給部４４３による溶接ワイヤＷの送給は電源装置５によって制御される。

実施形態４によれば、第３送給部４４３を備えることによって、より安定的に溶接ワイヤＷを溶接トーチ１３へ送給することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 溶接ロボット
２ ロボット制御装置
３ ワイヤ供給源
４、２０４、３０４，４０４ ワイヤ送給装置
４ａ 第１コンジットケーブル
４ｂ 第２コンジットケーブル
４ｃ 第３コンジットケーブル
５、２０５、３０５ 電源装置
５ａ 給電部
５ｂ 送給制御部
５ｃ、３５１ｃ 第１速度指令出力部
５ｄ、３５２ｃ 第２速度指令出力部
１１ 基部
１２ アーム
１３ 溶接トーチ
４１，２４１ 中間ワイヤ供給源
４１ａ 筐体
４１ｂ 入口部
４１ｃ 出口部
４１ｄ 第１送給部
４１ｅ 第１モータ
４１ｆ 入力ポート
４１ｇ ガイドローラ
４２ 第２送給部
４２ａ 第２モータ
２０５ｅ 信号入力部
２４１ｈ 収容量検出部
２４１ｉ 棒部材
２４１ｊ 曲率検出ローラ
２４１ｋ 出力ポート
３５１ 第１電源
３５１ａ 第１給電部
３５１ｂ 第１制御部
３５１ｄ 第１信号入出力部
３５１ｅ 第１通信部
３５２ 第２電源
３５２ａ 第２給電部
３５２ｂ 第２制御部
３５２ｄ 第２信号入出力部
３５２ｅ 第２通信部
４４３ 第３送給部
Ａ 母材
Ｗ 溶接ワイヤ

Claims (4)

1. 溶接ワイヤをワイヤ供給源から溶接トーチへ送給するワイヤ送給装置であって、
   前記ワイヤ供給源及び前記溶接トーチの間に配され、前記ワイヤ供給源から供給される溶接ワイヤを一時的に収容し、収容された溶接ワイヤを前記溶接トーチへ供給する中間ワイヤ供給源と、
   前記ワイヤ供給源の溶接ワイヤを前記中間ワイヤ供給源へ送給する第１送給部と、
   前記中間ワイヤ供給源に収容された溶接ワイヤを前記溶接トーチへ送給する第２送給部と、
   前記中間ワイヤ供給源に収容された溶接ワイヤの収容量を検出する検出部と、
   前記第１送給部及び前記第２送給部による溶接ワイヤの送給をそれぞれ速度制御し、前記検出部の検出結果に基づいて、上限値及び下限値を有する所定量の溶接ワイヤが前記中間ワイヤ供給源に収容されるように前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度を補正する送給制御部と
   を備え、
   前記送給制御部は、
   前記検出部にて検出された収容量が前記上限値よりも大きい場合、前記収容量及び前記上限値の差分に応じて、前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度が小さくなるように送給速度を補正し、前記検出部にて検出された収容量が前記下限値よりも小さい場合、前記収容量及び前記下限値の差分に応じて、前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度が大きくなるように送給速度を補正し、
   前記検出部にて検出された収容量が前記下限値以上、かつ前記上限値以下である場合、前記収容量の変化率が正であるとき、前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度が小さくなるように補正し、前記収容量の変化率が負であるとき、前記第１送給部による溶接ワイヤの送給速度が大きくなるように補正する
   ワイヤ送給装置。
2. 前記送給制御部は、
   前記第１送給部及び前記第２送給部による溶接ワイヤの送給速度が略同一になるように、各送給部による送給を速度制御する
   請求項１に記載のワイヤ送給装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のワイヤ送給装置と、
   該ワイヤ送給装置によって母材へ送給される溶接ワイヤに溶接電流を供給する電源装置と
   を備え、
   溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置。
4. 前記電源装置は、
   並列接続される第１電源及び第２電源を備え、
   前記送給制御部は、
   前記第１電源に設けられており、前記第１送給部による送給を速度制御する第１制御部と、
   前記第２電源に設けられており、前記第２送給部による送給を速度制御する第２制御部と
   を備え、
   前記第２電源は、
   前記第２送給部による溶接ワイヤの送給速度を示す速度情報を前記第１電源へ送信する送信部を備え、
   前記第１電源は、
   前記第２電源から送信された速度情報を受信する受信部を備え、
   前記第１制御部は、
   前記受信部にて受信した速度情報に基づいて、前記第１送給部による送給を速度制御する
   請求項３に記載のアーク溶接装置。

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