JP7155821B2 - 溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Description

本開示は、溶接装置及び溶接方法に関する。

特許文献１には、消耗電極と溶接対象との間に正極性電流と逆極性電流とを交互に印加する交流パルスアーク溶接装置が開示されている。この装置は、逆極性でパルス電流を出力する第１ステップを実行し、その後逆極性でベース電流を出力して短絡を発生させる第２ステップを実行し、その後正極性でパルス電流を出力する第３ステップを実行し、その後正極性でベース電流を出力する第４ステップを実行する制御手段を備える。

特開２００９－２８５７０１号公報

本開示は、溶接品質の向上に有効な溶接装置を提供する。

本開示の一側面に係る溶接装置は、消耗電極と溶接対象物との間に電流を出力する溶接電源と、消耗電極を溶接対象物側に送る送給装置と、溶接対象物を正極としてピーク電流を出力する正極ピーク期間と、溶接対象物を負極としてピーク電流を出力する負極ピーク期間とを、ベース電流を出力するベース期間を介して交互に繰り返すように溶接電源を制御する交流パルス制御部と、少なくとも正極ピーク期間後のベース期間において、消耗電極と溶接対象物とを一時的に短絡させるように、送給装置によって消耗電極を溶接対象物に接近させる送給制御部と、を備える。

本開示の他の側面に係る溶接方法は、消耗電極と溶接対象物との間に溶接電源により電流を出力することと、送給装置により消耗電極を溶接対象物側に送ることと、溶接対象物を正極としてピーク電流を出力する正極ピーク期間と、溶接対象物を負極としてピーク電流を出力する負極ピーク期間とを、ベース電流を出力するベース期間を介して交互に繰り返すように溶接電源を制御することと、少なくとも正極ピーク期間後のベース期間において、消耗電極と溶接対象物とを一時的に短絡させるように、送給装置によって消耗電極を溶接対象物に接近させることと、を含む。

本開示によれば、溶接品質の向上に有効な溶接装置を提供することができる。

溶接システムの構成を例示する模式図である。 溶接装置の構成を例示する模式図である。 溶接コントローラの機能的な構成を例示するブロック図である。 電流及び送給速度の推移を例示するグラフである。 電流制御の変形例を示すグラフである。 電流制御の他の変形例を示すグラフである。 電流制御の他の変形例を示すグラフである。 電流制御の他の変形例を示すグラフである。 ロボットコントローラ及び溶接コントローラのハードウェア構成を例示するブロック図である。 溶接の詳細条件の設定手順を例示するフローチャートである。 送給装置の制御手順を例示するフローチャートである。 溶接電源の制御手順を例示するフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔溶接システム〕
図１に示す溶接システム１は、溶接対象物（以下、「ワークＷ」という。）のアーク溶接作業の少なくとも一部を自動実行するためのシステムである。溶接システム１は、溶接装置１０と、ロボットシステム３０とを備える。

ロボットシステム３０は、ロボット４０と、ロボット４０を制御するロボットコントローラ２００とを有する。ロボット４０は、溶接対象位置に溶接用のツール（例えば溶接トーチ１１）を配置する。例えばロボット４０は、６軸の垂直多関節ロボットであり、基部４１と、ツール保持部４２と、多関節アーム５０とを有する。基部４１は、ロボット４０の作業エリアにおいて例えば床面に設置されている。なお、基部４１が台車等の可動部に設置される場合もある。

多関節アーム５０は、基部４１とツール保持部４２とを接続し、基部４１に対するツール保持部４２の位置及び姿勢を変更する。多関節アーム５０は、例えばシリアルリンク型であり、旋回部５１と、第一アーム５２と、第二アーム５３と、手首部５４と、アクチュエータ７１，７２，７３，７４，７５，７６とを有する。

旋回部５１は、鉛直な軸線Ａｘ１まわりに旋回可能となるように、基部４１の上部に設けられている。すなわち多関節アーム５０は、軸線Ａｘ１まわりに旋回部５１を旋回可能とする関節６１を有する。第一アーム５２は、軸線Ａｘ１に交差（例えば直交）する軸線Ａｘ２まわりに揺動可能となるように基部４１に接続されている。すなわち多関節アーム５０は、軸線Ａｘ２まわりに第一アーム５２を揺動可能とする関節６２を有する。なお、ここでの交差とは、所謂立体交差のように、互いにねじれの関係にある場合も含む。以下においても同様である。第二アーム５３は、軸線Ａｘ１に交差する軸線Ａｘ３まわりに揺動可能となるように、第一アーム５２の端部に接続されている。すなわち多関節アーム５０は、軸線Ａｘ３まわりに第二アーム５３を揺動可能とする関節６３を有する。軸線Ａｘ３は軸線Ａｘ２に平行であってもよい。

手首部５４は、旋回アーム５５及び揺動アーム５６を有する。旋回アーム５５は、第二アーム５３の中心に沿って第二アーム５３の端部から延出しており、第二アーム５３の中心に沿う軸線Ａｘ４まわりに旋回可能である。すなわち多関節アーム５０は、軸線Ａｘ４まわりに旋回アーム５５を旋回可能とする関節６４を有する。揺動アーム５６は、軸線Ａｘ４に交差（例えば直交）する軸線Ａｘ５まわりに揺動可能となるように旋回アーム５５の端部に接続されている。すなわち多関節アーム５０は、軸線Ａｘ５まわりに揺動アーム５６を揺動可能とする関節６５を有する。

ツール保持部４２は、揺動アーム５６の中心に沿う軸線Ａｘ６まわりに旋回可能となるように、揺動アーム５６の端部に接続されている。すなわち多関節アーム５０は、軸線Ａｘ６まわりにツール保持部４２を旋回可能とする関節６６を有する。

アクチュエータ７１，７２，７３，７４，７５，７６は、例えば電動モータを動力源とし、多関節アーム５０の複数の関節６１，６２，６３，６４，６５，６６をそれぞれ駆動する。例えばアクチュエータ７１は、軸線Ａｘ１まわりに旋回部５１を旋回させ、アクチュエータ７２は軸線Ａｘ２まわりに第一アーム５２を揺動させ、アクチュエータ７３は軸線Ａｘ３まわりに第二アーム５３を揺動させ、アクチュエータ７４は軸線Ａｘ４まわりに旋回アーム５５を旋回させ、アクチュエータ７５は軸線Ａｘ５まわりに揺動アーム５６を揺動させ、アクチュエータ７６は軸線Ａｘ６まわりにツール保持部４２を旋回させる。

上述したロボット４０の構成はあくまで一例である。ロボット４０は、基部４１に対するツール保持部４２の位置及び姿勢を多関節アーム５０により変更する限りいかに構成されていてもよい。例えばロボット４０は、上記６軸の垂直多関節ロボットに冗長軸を追加した７軸のロボットであってもよい。

溶接装置１０は、溶接個所に消耗電極を供給し、消耗電極とワークＷとの間に溶接用の電力を供給する装置である。消耗電極とは、溶接材として溶融し、消耗する電極である。例えば溶接装置１０は、溶接トーチ１１と、ペールパック１２と、ガスボンベ１３と、送給装置１４と、溶接電源２０と、溶接電源２０を制御する溶接コントローラ１００とを有する。なお、図において溶接コントローラ１００は溶接電源２０と別になっているが、溶接電源２０に内蔵されていてもよい。

溶接トーチ１１は、上述のようにツール保持部４２により保持され、溶接個所まで消耗電極（例えば溶接ワイヤ１６）を案内する。ペールパック１２は、溶接トーチ１１に溶接ワイヤ１６を供給する。例えばペールパック１２は、コイル状に巻かれた溶接ワイヤ１６を収容し、コンジットケーブル１５を介して溶接トーチ１１に接続されている。

ガスボンベ１３は、溶接トーチ１１にシールドガスを供給する。シールドガスとしては、二酸化炭素、アルゴン又はこれらの混合ガス等が挙げられる。例えばガスボンベ１３は、ガスホース１７を介して溶接トーチ１１に接続されている。

送給装置１４は、溶接トーチ１１に供給された溶接ワイヤ１６をワークＷ側に送る。例えば送給装置１４は、溶接トーチ１１に設けられており、サーボモータ等のアクチュエータを動力源として溶接ワイヤ１６の正送および逆送を行う。正送とは、溶接ワイヤ１６の先端がワークＷに近付くように溶接ワイヤ１６を前進させることを意味する。逆送とは、溶接ワイヤ１６の先端がワークＷから遠ざかるように溶接ワイヤ１６を後退させることを意味する。

溶接電源２０は、溶接ワイヤ１６とワークＷとの間に電流を出力する。図２に示すように、例えば溶接電源２０は、一次整流回路２１と、インバータ回路２２と、変圧器２３と、二次整流回路２４と、極性切替部２８と、リアクトル２５と、電流センサ２６と、電圧センサ２７とを有する。

一次整流回路２１は、商用電源ＰＳの交流電力を直流化する。インバータ回路２２は、一次整流回路２１により直流化された直流電力を制御指令に従った振幅・周波数の交流電力に変換する。変圧器２３は、一次側（インバータ回路２２側）と二次側とを絶縁しつつ、一次側の電圧及び電流を変更して二次側に出力する。二次整流回路２４は、変圧器２３の二次側の交流電力を直流化して溶接ワイヤ１６とワークＷとの間に出力する。極性切替部２８は、二次整流回路２４から出力される電力の極性を切り替える。具体的に、極性切替部２８は、ワークＷが正極となる正極性出力と、ワークＷが負極となる負極性出力とを切り替える。リアクトル２５は、二次整流回路２４からの出力電力（例えば二次整流回路２４から極性切替部２８への出力電力）を平滑化する。電流センサ２６は、二次整流回路２４からの出力電流を検出する。電圧センサ２７は、二次整流回路２４からの出力電圧を検出する。なお、極性切替部２８は必ずしも溶接電源２０に内蔵されていなくてもよい。極性切替部２８は、溶接電源２０とは別のユニットとして構成され、溶接電源２０と、溶接ワイヤ１６及びワークＷとの間に介在していてもよい。

（溶接コントローラ）
溶接コントローラ１００は、予め設定された溶接条件に従って、溶接ワイヤ１６の供給と、溶接ワイヤ１６への電力出力（溶接ワイヤ１６とワークＷとの間への電力出力）とを行うように送給装置１４及び溶接電源２０を制御する。例えば溶接コントローラ１００は、ワークＷを正極としてピーク電流を出力する正極ピーク期間と、ワークＷを負極としてピーク電流を出力する負極ピーク期間とを、ベース電流を出力するベース期間を介して交互に繰り返すように溶接電源２０を制御することと、少なくとも正極ピーク期間後のベース期間において、溶接ワイヤ１６とワークＷとを一時的に短絡させるように、送給装置１４によって溶接ワイヤ１６をワークＷに接近させることと、を実行するように構成されている。

ピーク電流は、例えば発熱により溶接ワイヤ１６の溶融を進行させる大きさに設定されている。ベース電流は、ピーク電流より小さく設定されており、例えば溶接ワイヤ１６の溶融を進行させないが、溶接ワイヤ１６とワークＷとの間のアークを維持する大きさに設定されている。溶接コントローラ１００は、負極ピーク期間後のベース期間においても、溶接ワイヤ１６とワークＷとを一時的に短絡させるように、送給装置１４によって溶接ワイヤ１６をワークＷに接近させるように構成されていてもよい。

図３に示すように、例えば溶接コントローラ１００は、機能上の構成（以下、「機能モジュール」という。）として、交流パルス制御部１１１と、溶接指令取得部１１２と、期間設定部１１３と、短絡検出部１１４と、送給制御部１１５とを有する。

交流パルス制御部１１１は、上記正極ピーク期間と、上記負極ピーク期間とを、ベース期間を介して交互に繰り返すように溶接電源２０を制御する。図４の（ａ）は、交流パルス制御部１１１の制御に従って溶接電源２０が出力する電流の推移を例示するグラフである。このグラフの横軸は経過時間を示している。このグラフの縦軸は溶接ワイヤ１６からワークＷ側へ向かう方向を正とする電流値を示している。このため、このグラフにおいては、正極ピーク期間Ｐ１０が負側に図示され、負極ピーク期間Ｐ２０が正側に図示されている。

図４の（ａ）に示すように、交流パルス制御部１１１は、ワークＷを正極としてピーク電流Ａ１を出力する正極ピーク期間Ｐ１０と、ワークＷを負極としてピーク電流Ａ１１を出力する負極ピーク期間Ｐ２０とを、ベース期間Ｐ３０を介して交互に繰り返すように溶接電源２０を制御する。より具体的に、交流パルス制御部１１１は、ベース期間Ｐ３０を介して正極ピーク期間Ｐ１０と負極ピーク期間Ｐ２０とを交互に繰り返すパターンに電流値（例えば電流センサ２６により検出される電流値）を追従させるようにインバータ回路２２を制御する。一例として、交流パルス制御部１１１は、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０においてはワークＷを正極としてベース電流Ａ２を出力し、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０においてはワークＷを負極としてベース電流Ａ１２を出力するように溶接電源２０を制御する。

溶接指令取得部１１２は、他のコントローラ（例えばロボットコントローラ２００）から溶接指令を取得する。溶接指令取得部１１２は、ロボットコントローラ２００からの指令取得に代えて、操作パネル等へのユーザの入力に基づいて溶接指令を取得してもよい。溶接指令は、溶接の開始及び終了の指令と、溶接条件とを含む。溶接条件は、目標ビード幅、目標溶け込み深さ、ワークの厚さ、目標電流、目標電圧、及び溶接ワイヤ１６の目標送給速度の少なくとも一つを含む。目標電流は、例えば電流の大きさの平均値に対する目標である。目標電圧は、例えば電圧の大きさの平均値に対する目標である。

期間設定部１１３は、目標電流に基づいて、少なくともベース期間Ｐ３０の長さを設定する。例えば期間設定部１１３は、溶接電源２０が出力する電流の大きさの平均値が目標電流に一致するように、ベース期間Ｐ３０の長さを設定する。期間設定部１１３は、正極ピーク期間Ｐ１０及び負極ピーク期間Ｐ２０の長さを固定してベース期間Ｐ３０の長さを変更してもよいし、正極ピーク期間Ｐ１０及び負極ピーク期間Ｐ２０の長さと、ベース期間Ｐ３０の長さとの両方を変更してもよい。

短絡検出部１１４は、溶接ワイヤ１６とワークＷとの間の短絡の開始及び解除を検出する。短絡とは、溶接ワイヤ１６とワークＷとが、溶接ワイヤ１６の溶融物を介して電気的に接続された状態を意味する。アーク状態から短絡状態に移行すると、溶接ワイヤ１６とワークＷとの間の電位差の絶対値が急に小さくなる。一方、短絡状態からアーク状態に移行すると、溶接ワイヤ１６とワークＷとの間の電位差の絶対値が急に大きくなる。この性質を利用し、短絡検出部１１４は、例えば電圧センサ２７による電圧検出値（以下、単に「電圧検出値」という。）に基づいて短絡の開始及び解除を検出する。

例えば短絡検出部１１４は、電圧検出値の絶対値が所定の閾値を下回った場合に短絡の開始を検出する。短絡検出部１１４は、電圧検出値の絶対値の減少速度が所定の閾値を超えた場合に短絡の開始を検出してもよい。短絡検出部１１４は、電圧検出値の絶対値が所定の閾値を上回った場合に短絡の解除を検出する。短絡検出部１１４は、電圧検出値の絶対値の増加速度が所定の閾値を超えた場合に短絡の解除を検出してもよい。

送給制御部１１５は、予め設定された目標送給速度に従って、溶接ワイヤ１６をワークＷ側に送るように送給装置１４を制御する。上述したように、消耗電極である溶接ワイヤ１６は、溶接材として溶融し、消耗する。目標送給速度は、消耗する溶接ワイヤ１６の先端部とワークＷとの距離を所定範囲内に保つように設定されている。当該所定範囲は、例えば溶接ワイヤ１６とワークＷとの間のアーク状態を維持し得るように予め設定されている。

なお、送給装置１４の制御には、送給装置１４のアクチュエータを駆動するためのドライバ回路が必要となる。このドライバ回路として、例えばロボットコントローラ２００の外部軸用ドライバ回路（ロボット４０のアクチュエータ７１，７２，７３，７４，７５，７６以外のアクチュエータ用のドライバ回路）を利用可能である。この場合、送給制御部１１５は、ロボットコントローラ２００を介して送給装置１４を制御することとなる。

送給制御部１１５は、正極ピーク期間後のベース期間及び負極ピーク期間後のベース期間において、溶接ワイヤ１６とワークＷとを一時的に短絡させるように、送給装置１４によって溶接ワイヤ１６をワークＷに接近させる。例えば送給制御部１１５は、送給装置１４による溶接ワイヤ１６の送給速度（ワークＷ側への送給速度）を一時的に目標送給速度より大きくして、溶接ワイヤ１６をワークＷに接近させる。

図４の（ｂ）は、送給装置１４による溶接ワイヤ１６の送給速度の推移を例示するグラフである。このグラフの横軸は経過時間を示している。このグラフの縦軸は溶接ワイヤ１６からワークＷ側へ送る方向を正とする送給速度を示している。図４の（ｂ）に示すように、送給制御部１１５は、ピーク期間（正極ピーク期間Ｐ１０又は負極ピーク期間Ｐ２０）の完了時を基準にして待機期間Ｐ５０が経過したときに、送給装置１４による溶接ワイヤ１６の送給速度を目標送給速度ｖ１よりも大きくし、ワークＷへの溶接ワイヤ１６の接近を開始する。なお、経過時間の基準時は、必ずしもピーク期間の完了時に限られない。送給制御部１１５は、ベース期間の開始時を経過時間の基準時としてもよい。

溶接ワイヤ１６がある程度ワークＷに接近すると、溶接ワイヤ１６の先端の溶融部分がワークＷに接触して短絡が開始され、溶接電源２０が出力する電流の絶対値が上昇する（図４の時刻Ｔ２，Ｔ１２参照）。この短絡の開始は、上述のように短絡検出部１１４により検出される。送給制御部１１５は、短絡検出部１１４による短絡開始の検出に応じて、送給装置１４による溶接ワイヤ１６の送給速度を目標送給速度ｖ１よりも小さくし、ワークＷからの溶接ワイヤ１６の離脱を開始する。

溶接ワイヤ１６がある程度ワークＷから離れると、溶接ワイヤ１６の先端がワークＷから離れて短絡が解除され、溶接電源２０が出力する電流の絶対値が減少する（図４の時刻Ｔ３，Ｔ１３参照）。この短絡の解除も、短絡検出部１１４により検出される。送給制御部１１５は、短絡検出部１１４による短絡解除の検出に応じて、送給装置１４による溶接ワイヤ１６の送給速度を目標送給速度ｖ１よりも大きくし、溶接ワイヤ１６をワークＷに再接近させた後に、溶接ワイヤ１６の送給速度を目標送給速度ｖ１に復帰させる。

なお、送給制御部１１５は、ワークＷからの溶接ワイヤ１６の離脱を、必ずしも短絡検出部１１４による短絡開始の検出に応じて開始しなくてもよい。例えば送給制御部１１５は、ピーク期間の完了時又はベース期間の開始時等からの経過時間に応じてワークＷからの溶接ワイヤ１６の離脱を開始してもよい。また、送給制御部１１５は、ワークＷへの溶接ワイヤ１６の再接近を、必ずしも短絡検出部１１４による短絡解除の検出に応じて開始しなくてもよい。例えば送給制御部１１５は、ピーク期間の完了時又はベース期間の開始時等からの経過時間に応じてワークＷへの溶接ワイヤ１６の再接近を開始してもよい。

ここで、交流パルス制御部１１１は、上記短絡の開始及び解除に応じて、溶接電源２０が出力する電流の絶対値を調節してもよい。例えば交流パルス制御部１１１は、短絡の開始から解除までは、電流の上昇を抑制するように溶接電源２０を制御する。また、交流パルス制御部１１１は、短絡の解除後、所定の移行期間Ｐ４０が経過するまでは、所定の移行電流Ａ３，Ａ１３を出力するように溶接電源２０を制御する。移行電流Ａ３，Ａ１３は、ベース電流Ａ２，Ａ１２とピーク電流Ａ１，Ａ１１との間において、溶接ワイヤ１６の溶融を進行させない大きさに設定されている。また、短絡解除後におけるベース期間Ｐ３０の残り期間に比較して、移行期間Ｐ４０は短く設定されている。移行期間Ｐ４０の後、交流パルス制御部１１１は、再度ベース電流Ａ２，Ａ１２を出力するように溶接電源２０を制御する。

なお、以上に例示したように、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０においてワークＷを負極とする場合、溶接ワイヤ１６をワークＷに接近させなくても、溶接ワイヤ１６からワークＷへの溶融部の移行が比較的高い確率で生じる。このため、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０において、溶接ワイヤ１６とワークＷとを一時的に短絡させることは必須ではない。

正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０及び負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０のいずれにおいても溶接ワイヤ１６とワークＷとを一時的に短絡させるのであれば、溶接ワイヤ１６の溶融部は極性によらず確実にワークＷに移される。このため、ベース期間Ｐ３０における極性はいかようにも変更可能である。例えば交流パルス制御部１１１は、上記と同様に、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０における極性と、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０における極性とを相違させつつ、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０においてはワークＷを負極とし、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０においてはワークＷを正極としてもよい（図５参照）。また、交流パルス制御部１１１は、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０及び負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０のいずれにおいても、ワークＷを負極としてもよい（図６参照）。また、交流パルス制御部１１１は、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０及び負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０のいずれにおいても、ワークＷを正極としてもよい（図７参照）。

溶接コントローラ１００は、目標入熱設定部１１６と回数設定部１１７とを更に有してもよい。目標入熱設定部１１６は、目標ビード幅、目標溶け込み深さ、ワークの厚さ、目標電流、目標電圧及び目標送給速度の少なくとも一つに基づいて目標入熱を算出する。入熱は、単位時間あたりに溶接部に与える平均熱量である。例えば目標入熱設定部１１６は、目標ビード幅、目標溶け込み深さ又はワークの厚さが大きくなるのに応じて目標入熱を大きくする。

回数設定部１１７は、正極ベース期間を介して正極ピーク期間を繰り返す正極回数と、負極ベース期間を介して負極ピーク期間を繰り返す負極回数とを目標入熱に基づいて設定する。例えば回数設定部１１７は、目標入熱が大きくなるのに応じて正極期間に対する負極期間の比率が大きくなるように正極回数及び負極回数を設定する。

溶接コントローラ１００が目標入熱設定部１１６及び回数設定部１１７を有する場合、交流パルス制御部１１１は、図８に示すように、ベース期間Ｐ３０を介して正極回数の正極ピーク期間Ｐ１０を繰り返す正極期間Ｐ１と、ベース期間Ｐ３０を介して負極回数の負極ピーク期間Ｐ２０を繰り返す負極期間Ｐ２とを、ベース期間Ｐ３０を介して交互に繰り返すように溶接電源２０を制御してもよい。

（コントローラのハードウェア構成）
図９は、ロボットコントローラ及び溶接コントローラのハードウェア構成を例示するブロック図である。溶接コントローラ１００は、回路１２０を含む。回路１２０は、少なくとも一つのプロセッサ１２１と、メモリ１２２と、ストレージ１２３と、入出力ポート１２４と、ドライバ回路１２６と、通信ポート１２５とを含む。ストレージ１２３は、コンピュータによって読み取り可能な不揮発型の記憶媒体（例えばフラッシュメモリ）である。例えばストレージ１２３は、ワークＷを正極としてピーク電流を出力する正極ピーク期間と、ワークＷを負極としてピーク電流を出力する負極ピーク期間とを、ベース電流を出力するベース期間を介して交互に繰り返すように溶接電源２０を制御することと、少なくとも正極ピーク期間後のベース期間において、溶接ワイヤ１６とワークＷとを一時的に短絡させるように、送給装置１４によって溶接ワイヤ１６をワークＷに接近させることと、を溶接コントローラ１００に実行させるためのプログラムを記憶している。一例として、ストレージ１２３は、溶接コントローラ１００内に上述の各種機能モジュールを構成するためのプログラムを記憶している。

メモリ１２２は、ストレージ１２３からロードしたプログラム及びプロセッサ１２１による演算結果等を一時的に記憶する。プロセッサ１２１は、メモリ１２２と協働して上記プログラムを実行することで、溶接コントローラ１００の各機能モジュールを構成する。ドライバ回路１２６は、プロセッサ１２１からの指令に従って、送給装置１４のアクチュエータを駆動する。入出力ポート１２４は、プロセッサ１２１からの指令に応じてインバータ回路２２、電流センサ２６、電圧センサ２７及び極性切替部２８との間で電気信号の入出力を行う。通信ポート１２５は、プロセッサ１２１からの指令に応じ、ロボットコントローラ２００との間でネットワーク通信を行う。例えば通信ポート１２５は、上記溶接指令取得部１１２による溶接指令の取得に用いられる。

ロボットコントローラ２００は、コントローラ本体２０１と、表示デバイス２０２と、入力デバイス２０３とを有する。表示デバイス２０２は、例えば液晶モニタ等を含み、ユーザに対する情報表示に用いられる。入力デバイス２０３は、例えばフットスイッチ又はキーボード等であり、ユーザによる入力情報を取得する。表示デバイス２０２及び入力デバイス２０３は、所謂タッチパネルとして一体化されていてもよい。表示デバイス２０２及び入力デバイス２０３は、ロボット４０に対する操作入力に用いられる。表示デバイス２０２及び入力デバイス２０３は、ユーザによる溶接条件の入力にも用いられる。

コントローラ本体２０１は、回路２２０を含む。回路２２０は、少なくとも一つのプロセッサ２２１と、メモリ２２２と、ストレージ２２３と、入出力ポート２２４と、複数のドライバ回路２２５と、通信ポート２２７とを含む。ストレージ２２３は、コンピュータによって読み取り可能な不揮発型の記憶媒体（例えばフラッシュメモリ）である。例えばストレージ２２３は、ロボットコントローラ２００にロボット４０の制御を実行させるためのプログラムを記憶している。

複数のドライバ回路２２５は、プロセッサ２２１からの指令に従って、ロボット４０のアクチュエータ７１，７２，７３，７４，７５，７６をそれぞれ駆動する。入出力ポート２２４は、プロセッサ２２１からの指令に応じて表示デバイス２０２及び入力デバイス２０３との間で電気信号の入出力を行う。通信ポート２２７は、プロセッサ２２１からの指令に応じ、溶接コントローラ１００との間でネットワーク通信を行う。

〔溶接方法〕
続いて、溶接方法の一例として、溶接システム１が実行する溶接手順を例示する。この溶接手順は、溶接ワイヤ１６とワークＷとの間に溶接電源２０により電流を出力することと、送給装置１４により溶接ワイヤ１６をワークＷ側に送ることと、上記ベース期間を介して上記正極ピーク期間と上記負極ピーク期間とを交互に繰り返すように溶接電源２０を制御することと、少なくとも正極ピーク期間後のベース期間において、溶接ワイヤ１６とワークＷとを一時的に短絡させるように、送給装置１４によって溶接ワイヤ１６をワークＷに接近させることと、を含む。以下、溶接の詳細条件の設定手順と、送給装置の制御手順と、溶接電源の制御手順とに分けて、溶接手順を具体的に例示する。

（溶接の詳細条件の設定手順）
図１０に示すように、溶接コントローラ１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２を実行する。ステップＳ０１では、溶接指令取得部１１２が、ロボットコントローラ２００から上記溶接条件を取得する。ステップＳ０２では、期間設定部１１３が、目標電流に基づいて正極ピーク期間Ｐ１０、負極ピーク期間Ｐ２０及びベース期間Ｐ３０の長さを設定する。

次に、溶接コントローラ１００は、ステップＳ０３，Ｓ０４を実行する。ステップＳ０３では、目標入熱設定部１１６は、目標ビード幅、目標溶け込み深さ、ワークの厚さ、目標電流、目標電圧及び目標送給速度の少なくとも一つに基づいて目標入熱を算出する。例えば目標入熱設定部１１６は、目標ビード幅、目標溶け込み深さ又はワークの厚さが大きくなるのに応じて目標入熱を大きくする。ステップＳ０４では、回数設定部１１７は、正極ベース期間を介して正極ピーク期間を繰り返す正極回数と、負極ベース期間を介して負極ピーク期間を繰り返す負極回数とを目標入熱に基づいて設定する。以上で溶接の詳細条件の設定手順が完了する。なお、ステップＳ０２～Ｓ０４の実行順序は適宜変更可能である。溶接コントローラ１００は、例えばステップＳ０２をステップＳ０３，Ｓ０４の後に実行してもよい。

（送給装置の制御手順）
図１１に示すように、溶接コントローラ１００は、まずステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を実行する。ステップＳ１１では、溶接指令取得部１１２が、ロボットコントローラ２００からの溶接開始指令の取得を待機する。ステップＳ１２では、送給制御部１１５が、目標送給速度に追従した速度にて、溶接ワイヤ１６をワークＷ側に送る通常送給を開始するように送給装置１４を制御する。ステップＳ１３では、送給制御部１１５が、ピーク期間（正極ピーク期間Ｐ１０又は負極ピーク期間Ｐ２０）の完了を待機する。

次に、溶接コントローラ１００は、ステップＳ１４，Ｓ１６，Ｓ１７を実行する。ステップＳ１４では、送給制御部１１５が、ピーク期間の完了時からの経過時間が上記待機期間Ｐ５０に達するのを待機する。ステップＳ１６では、送給制御部１１５が、送給装置１４による溶接ワイヤ１６の送給速度を目標送給速度ｖ１よりも大きくし、ワークＷへの溶接ワイヤ１６の接近を開始する。ステップＳ１７では、送給制御部１１５が、短絡検出部１１４による短絡開始の検出を待機する。

次に、溶接コントローラ１００は、ステップＳ１８，Ｓ１９，Ｓ２１，Ｓ２２を実行する。ステップＳ１８では、送給制御部１１５が、送給装置１４による溶接ワイヤ１６の送給速度を目標送給速度ｖ１よりも小さくし、ワークＷからの溶接ワイヤ１６の離脱を開始する。ステップＳ１９では、送給制御部１１５が、短絡検出部１１４による短絡解除の検出を待機する。ステップＳ２１では、送給制御部１１５が、送給装置１４による溶接ワイヤ１６の送給速度を目標送給速度ｖ１よりも大きくし、溶接ワイヤ１６をワークＷに再接近させた後に、溶接ワイヤ１６の送給速度を目標送給速度ｖ１に復帰させる。ステップＳ２２では、溶接指令取得部１１２が、ロボットコントローラ２００からの溶接停止指令の有無を確認する。

ステップＳ２２において溶接停止指令がないと判定した場合、溶接コントローラ１００は処理をステップＳ１３に戻す。以後、ロボットコントローラ２００から溶接停止指令を取得するまでは、通常送給を行いながらベース期間Ｐ３０において一時的な短絡を生じさせることが繰り返される。

ステップＳ２２において溶接停止指令があると判定した場合、溶接コントローラ１００はステップＳ２３を実行する。ステップＳ２３では、送給制御部１１５が、溶接ワイヤ１６の送給を停止するように送給装置１４を制御する。以上で送給装置１４の制御手順が完了する。

（溶接電源の制御手順）
図１２に示すように、溶接コントローラ１００は、まずステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３を実行する。ステップＳ３１では、溶接指令取得部１１２が、ロボットコントローラ２００からの溶接開始指令の取得を待機する。ステップＳ３２では、交流パルス制御部１１１が、ワークＷを正極又は負極とし、ピーク電流Ａ１，Ａ１１の出力を開始するように溶接電源２０を制御する。ステップＳ３３では、交流パルス制御部１１１が、ピーク期間（正極ピーク期間Ｐ１０又は負極ピーク期間Ｐ２０）の経過を待機する。

次に、溶接コントローラ１００は、ステップＳ３４，Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３７を実行する。ステップＳ３４では、交流パルス制御部１１１が、一つ前のピーク期間と同じ極性にてベース電流Ａ２，Ａ１２の出力を開始するように溶接電源２０を制御する。ステップＳ３５では、交流パルス制御部１１１が、短絡検出部１１４による短絡開始の検出を待機する。ステップＳ３６では、交流パルス制御部１１１が、電流の上昇を抑制するように溶接電源２０を制御することを開始する。ステップＳ３７では、交流パルス制御部１１１が、短絡検出部１１４による短絡解除の検出を待機する。

次に、溶接コントローラ１００は、ステップＳ３８，Ｓ３９，Ｓ４１，Ｓ４２を実行する。ステップＳ３８では、交流パルス制御部１１１が、極性を変えることなく上記移行電流の出力を開始するように溶接電源２０を制御する。ステップＳ３９では、交流パルス制御部１１１が、上記移行期間Ｐ４０の経過を待機する。ステップＳ４１では、交流パルス制御部１１１が、極性を変えることなくベース電流の出力を再開するように溶接電源２０を制御する。ステップＳ４２では、交流パルス制御部１１１が、ステップＳ３４におけるベース電流の出力開始からベース期間Ｐ３０が経過するのを待機する。

次に、溶接コントローラ１００は、ステップＳ４３を実行する。ステップＳ４３では、交流パルス制御部１１１が、極性の切り替え要否を判定する。次のピーク期間の極性が一つ前のピーク期間の極性と異なっている場合には極性の切り替えが必要と判定し、次のピーク期間の極性が一つ前のピーク期間の極性と同じである場合には極性の切り替えが不要と判定する。

ステップＳ４３において極性の切替が必要と判定した場合、溶接コントローラ１００は、ステップＳ４４を実行する。ステップＳ４４では、交流パルス制御部１１１が、ワークＷの極性を切り替える。換言すると、交流パルス制御部１１１は、ワークＷと溶接ワイヤ１６との極性を逆転させる。

次に、溶接コントローラ１００は、ステップＳ４５を実行する。ステップＳ４３において極性の切替が不要であると判定した場合、溶接コントローラ１００は、ステップＳ４４を実行することなくステップＳ４５を実行する。ステップＳ４５では、溶接指令取得部１１２が、ロボットコントローラ２００からの溶接停止指令の有無を確認する。

ステップＳ４５において溶接停止指令がないと判定した場合、溶接コントローラ１００は処理をステップＳ３２に戻す。以後、ロボットコントローラ２００から溶接停止指令を取得するまでは、極性を切り替えながらピーク電流及びベース電流の出力が繰り返される。

ステップＳ４５において溶接停止指令があると判定した場合、溶接コントローラ１００は、ステップＳ４６を実行する。ステップＳ４６では、交流パルス制御部１１１が、ピーク電流及びベース電流の出力を停止するように溶接電源２０を制御する。以上で溶接電源２０の制御手順が完了する。

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、溶接装置１０は、消耗電極とワークＷとの間に電流を出力する溶接電源２０と、消耗電極をワークＷ側に送る送給装置１４と、ワークＷを正極としてピーク電流Ａ１を出力する正極ピーク期間Ｐ１０と、ワークＷを負極としてピーク電流Ａ１１を出力する負極ピーク期間Ｐ２０とを、ベース電流Ａ２，Ａ１２を出力するベース期間Ｐ３０を介して交互に繰り返すように溶接電源２０を制御する交流パルス制御部１１１と、少なくとも正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０において、消耗電極とワークＷとを一時的に短絡させるように、送給装置１４によって消耗電極をワークＷに接近させる送給制御部１１５と、を備える。

ベース期間Ｐ３０を介して正極ピーク期間Ｐ１０と負極ピーク期間Ｐ２０とを交互に繰り返す溶接においては、正極ピーク期間Ｐ１０において消耗電極に形成された溶滴が、負極ピーク期間Ｐ２０まで消耗電極に残存する場合が多い。正極ピーク期間Ｐ１０において消耗電極に形成された溶滴が、負極ピーク期間Ｐ２０への移行過程で飛散してしまうと、溶接品質が低下するおそれがある。これに対し、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０において、消耗電極とワークＷとを一時的に短絡させるように送給装置１４が制御される。このため、正極ピーク期間Ｐ１０において消耗電極に形成された溶滴の大部分が、負極ピーク期間Ｐ２０への移行前にワークＷに移行させられる。これにより、溶滴の飛散が生じ難くなる。従って、溶接品質の向上に有効である。

送給制御部１１５は、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０においても、消耗電極とワークＷとを一時的に短絡させるように、送給装置１４によって消耗電極をワークＷに接近させてもよい。この場合、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０においても、消耗電極の溶滴が、より確実にワークＷ側に移行させられる。これにより、溶滴の飛散が更に生じ難くなる。従って、溶接品質の向上に更に有効である。

交流パルス制御部１１１は、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０における極性と、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０における極性とを相違させるように溶接電源２０を制御してもよい。ピーク電流Ａ１，Ａ１１及びベース電流Ａ２，Ａ１２のいずれが出力される場合においても、ワークＷが正極である場合には、ワークＷが負極である場合に比較して、ワークＷへの入熱が小さくなる傾向がある。正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間における極性と、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間における極性とを相違させることによって、ベース期間Ｐ３０中の入熱の過不足を抑制することができる。

交流パルス制御部１１１は、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０においてはワークＷを正極とし、負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０においてはワークＷを負極とするように溶接電源２０を制御してもよい。この場合、正極ピーク期間Ｐ１０の終了後、及び負極ピーク期間Ｐ２０の終了後のいずれにおいても電流変動が比較的小さく抑えられる。このため、ピーク期間後の電流変動に起因する溶滴の飛散を抑制することができる。

交流パルス制御部１１１は、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０及び負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０のいずれにおいても、ワークＷを負極としてもよい。ベース期間Ｐ３０における溶滴の移行は、ワークＷ側が正極である場合に比べ、ワークＷ側が負極である場合にスムーズとなる傾向がある。このため、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０及び負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０のいずれにおいても、ワークＷ側を負極とすることで、ワークＷ側への移行時における溶滴の飛散を抑制することができる。

交流パルス制御部１１１は、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０及び負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０のいずれにおいても、ワークＷを正極としてもよい。この場合、正極ピーク期間Ｐ１０後のベース期間Ｐ３０及び負極ピーク期間Ｐ２０後のベース期間Ｐ３０のいずれにおいても、ワークＷへの入熱が抑制される。このため、例えば極薄のワークＷへの適用拡大に有効である。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

１０…溶接装置、１４…送給装置、２０…溶接電源、１１１…交流パルス制御部、１１５…送給制御部、Ａ１，Ａ１１…ピーク電流、Ａ２，Ａ１２…ベース電流、Ｐ１０…正極ピーク期間、Ｐ２０…負極ピーク期間、Ｐ３０…ベース期間、Ｗ…ワーク。

Claims (7)

1. 消耗電極と溶接対象物との間に電流を出力する溶接電源と、
   前記消耗電極を前記溶接対象物側に送る送給装置と、
   前記溶接対象物を正極としてピーク電流を出力する正極ピーク期間と、前記溶接対象物を負極としてピーク電流を出力する負極ピーク期間とを、前記溶接対象物の極性を変えずにベース電流を出力するベース期間を介して交互に繰り返すように前記溶接電源を制御する交流パルス制御部と、
   前記消耗電極と前記溶接対象物との距離を所定範囲内に保つように予め設定された目標送給速度に従った送給速度にて、前記消耗電極を前記溶接対象物側に送るように前記送給装置を制御する送給制御部と、を備え、
   前記送給制御部は、少なくとも前記正極ピーク期間後の前記ベース期間において、前記消耗電極と前記溶接対象物とを一時的に短絡させるように、前記送給装置による前記消耗電極の送給速度を一時的に前記目標送給速度よりも大きくする、溶接装置。
2. 前記送給制御部は、前記負極ピーク期間後の前記ベース期間においても、前記消耗電極と前記溶接対象物とを一時的に短絡させるように、前記送給装置による前記消耗電極の送給速度を一時的に前記目標送給速度よりも大きくする、請求項１記載の溶接装置。
3. 前記交流パルス制御部は、前記正極ピーク期間後の前記ベース期間における極性と、前記負極ピーク期間後の前記ベース期間における極性とを相違させるように前記溶接電源を制御する、請求項２記載の溶接装置。
4. 前記交流パルス制御部は、前記正極ピーク期間後の前記ベース期間においては前記溶接対象物を正極とし、前記負極ピーク期間後の前記ベース期間においては前記溶接対象物を負極とするように前記溶接電源を制御する、請求項３記載の溶接装置。
5. 前記交流パルス制御部は、前記正極ピーク期間後の前記ベース期間及び前記負極ピーク期間後の前記ベース期間のいずれにおいても、前記溶接対象物を負極とする、請求項２記載の溶接装置。
6. 前記交流パルス制御部は、前記正極ピーク期間後の前記ベース期間及び前記負極ピーク期間後の前記ベース期間のいずれにおいても、前記溶接対象物を正極とする、請求項２記載の溶接装置。
7. 消耗電極と溶接対象物との間に溶接電源により電流を出力することと、
   送給装置により前記消耗電極を前記溶接対象物側に送ることと、
   前記溶接対象物を正極としてピーク電流を出力する正極ピーク期間と、前記溶接対象物を負極としてピーク電流を出力する負極ピーク期間とを、前記溶接対象物の極性を変えずにベース電流を出力するベース期間を介して交互に繰り返すように前記溶接電源を制御することと、
   前記消耗電極と前記溶接対象物との距離を所定範囲内に保つように予め設定された目標送給速度に従った送給速度にて、前記消耗電極を前記溶接対象物側に送るように前記送給装置を制御することと、
   少なくとも前記正極ピーク期間後の前記ベース期間において、前記消耗電極と前記溶接対象物とを一時的に短絡させるように、前記送給装置による前記消耗電極の送給速度を一時的に前記目標送給速度よりも大きくすることと、を含む溶接方法。

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