JP7161903B2 - 溶接装置および溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接装置に関するものである。

一般に、溶接強度を決定する指標の一つに溶け込みがある。この点で、溶接品質の安定には、溶け込みを安定化させることが重要である。しかしながら、溶接を行う部材精度に起因して、溶接を行う部材間に隙間ができる場合があり、部材間の隙間の大きさに比例して溶け込みが深くなる。したがって、部材間の隙間の有無および隙間の大きさによって、溶け込みがばらついてしまうため溶接品質が悪化する恐れがある。さらに、溶け込みが深くなりすぎると、溶接金属が部材の裏側まで到達し、穴があいてしまう「溶け落ち」という溶接欠陥が発生する可能性がある。

この点で、特開２０１３－１２１６１７号公報においては、溶接を行う際に部材の裏側に溶け落ちを抑制する裏当部材を設ける方式が開示されている。

しかしながら、溶接を行う際に裏当部材を接触させることはコストが掛かるとともに溶接作業が煩雑化する。

一方、特開２００９－６３８３号公報においては、溶け落ちを防止する方式として、裏当部材を設けることなく、レーザセンサを用いて溶接ビードの余盛高さを計測し、計測結果に基づいて入熱を調整する方式が提案されている。

特開２０１３－１２１６１７号公報 特開２００９－６３８３号公報

しかしながら、レーザセンサを用いて溶接ビードの余盛高さを計測することは新たなセンサを用いるためコストが掛かるとともに溶接処理の工程が複雑化する。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な方式で精度の高い溶接が可能な溶接装置および溶接方法を提供することである。

本発明の溶接装置は、溶接条件に基づいて、ウィービング動作による溶接処理を実行する溶接トーチと、ウィービング動作中の溶接電流を検出する検出部と、検出部によって検出された溶接電流の変化に基づいて入熱量を補正するために溶接条件を変更する補正部とを備える。

本発明の溶接方法は、溶接条件に従って溶接トーチをウィービング動作させるステップと、ウィービング動作中の溶接電流を検出するステップと、検出された溶接電流の変化に基づいて入熱量を補正するために溶接条件を変更するステップとを備える。

以上説明したように本発明の溶接装置および溶接方法によれば、簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

実施形態１に基づく溶接装置１を説明する図である。 実施形態１に基づく溶接トーチ３０のウィービング動作について説明する図である。 溶接の具体例について説明する図である。 実施形態１に基づく溶接装置１の溶接条件を変更する補正処理について説明するフロー図である。 実施形態１に基づく電流差検出処理を説明するフロー図である。 実施形態１に基づく溶接装置１の溶接電流の変化について説明する図である。 実施形態１に基づく溶接制御部１４の溶接条件補正処理について説明する図である。 実施形態１に基づく溶接装置１による溶接の具体例について説明する図である。 実施形態２に基づく溶接トーチ３０のウィービング動作について説明する図である。 実施形態２に基づく溶接装置１の溶接電流の変化について説明する図である。 実施形態３に基づく溶接制御部１４の溶接条件補正処理について説明する図である。 実施形態４に従う溶接装置１のアークセンサ機能について説明する図である。

実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施形態１）
＜溶接装置の全体構成＞
図１は、実施形態１に基づく溶接装置１を説明する図である。

図１を参照して、実施形態１に基づく溶接装置１は、工場内の床面などに据え付けられた溶接ロボット２０と、溶接電源装置１３と、溶接制御装置１０と、ワイヤ送給装置４０と、溶接電流計測器５０とを備えている。ここで、溶接ロボット２０は、溶接ワイヤＷと部材１００との間に発生させたアーク放電による熱を利用して溶接を行うためのアーク溶接ロボットである。溶接ロボット２０は、各々が所定の方向に回動する複数の関節を介して連結された連結アーム２１と、連結アーム２１の先端部に取り付けられた溶接トーチ３０と、連結アーム２１を動作させて溶接トーチ３０を移動させるアクチュエータ２２とを備えた多関節型ロボットである。ワイヤ送給装置４０は、アーク溶接が行われる際に、所定の速度で溶接ワイヤＷを繰り出し、溶接トーチ３０の先端部に供給されるように構成されている。

溶接制御装置１０は、溶接ロボット２０および溶接電源装置１３の動作制御を行うために設けられている。

溶接制御装置１０は、複数の機能ブロックを有する。具体的には、溶接制御装置１０は、溶接電源制御部１１と、溶接制御部１４と、記憶部６０と、ロボット動作制御部１５と、Ａ／Ｄ変換部１２とを含む。

記憶部６０は、各種のプログラムおよびデータを記憶する。本例においては、記憶部６０は、溶接条件保存部６２と、補正量保存部６４とを含む。

溶接制御部１４は、記憶部６０に格納されているプログラムに基づいて溶接動作を実行する。溶接制御部１４は、溶接条件保存部６２に格納されている溶接条件データに基づいて溶接動作を実行するために各部に対する各種指示を出力する。溶接制御部１４は、補正量保存部６４に格納されている補正量データに基づいて溶接条件を補正する。

溶接電源制御部１１は、溶接制御部１４からの指示に従って溶接電源装置１３に対して、入熱を制御するための指令信号を出力する。

溶接電源装置１３は、溶接制御装置１０からの制御指令に基づいて所定の動作を行うように構成されている。

溶接電源装置１３は、ワイヤ送給装置４０から繰り出される溶接ワイヤＷの供給速度を制御する機能を有するとともに、給電ケーブルＣＢ（＋）およびＣＢ（－）を用いて溶接トーチ３０および部材１００間に所定の大きさの電力（入熱）を供給する機能を有している。具体的には、溶接電圧印加用の給電ケーブルＣＢ（＋）が溶接ロボット２０と接続され、給電ケーブルＣＢ（－）が部材２００と接続される。溶接電源装置１３は、溶接電源制御部１１からの指令信号に対応する電流値および電圧値に調整された電力を溶接ロボット２０に出力して、溶接ワイヤＷと部材１００との間にアーク放電を発生させるように構成されている。

溶接電流計測器５０は、給電ケーブルＣＢ（－）側に設けられ、溶接動作が行われている際の溶接電流を計測する。溶接電流計測器５０は、計測結果を溶接制御装置１０にフィードバックする。Ａ／Ｄ変換部１２は、溶接電流計測器５０からのアナログ信号をデジタル信号に変換して、溶接制御部１４に出力する。

溶接電源制御部１１は、溶接制御部１４からの指示に従って溶接電源装置１３に対してワイヤ送給装置４０から繰り出される溶接ワイヤＷの供給速度を調整するための指令信号を出力する。ワイヤ送給装置４０は、溶接電源装置１３からの指令信号に従って溶接ワイヤＷの供給速度を調整する。

アークセンサ制御部１６は、アークセンサ機能によりロボット動作制御部１５に対して所定の動作を実行するように指示する。

ロボット動作制御部１５は、溶接制御部１４からの指示に従ってアクチュエータ２２を制御する。ロボット動作制御部１５は、アクチュエータ２２に対して溶接トーチ３０を位置制御するための連結アーム２１および溶接トーチ３０を動作させる動作指令を出力する。アクチュエータ２２は、溶接制御装置１０から送信された動作指令に基づいて連結アーム２１および溶接トーチ３０を動作させ、溶接トーチ３０を所定の位置に動作させる。具体的には、溶接制御装置１０は、溶接処理に際して溶接トーチ３０をウィービング動作させる。

なお、溶接制御部１４、溶接トーチ３０、溶接電流計測器５０およびアクチュエータ２２は、本発明の「補正部」、「溶接トーチ」、「検出部」および「駆動部」の一例である。

＜ウィービング動作＞
図２は、実施形態１に基づく溶接トーチ３０のウィービング動作について説明する図である。

図２（Ａ）には、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に溶接トーチ３０が配置されて部材間を溶接する場合が示されている。溶接トーチ３０のウィービング動作は、進行方向に進みながら左右に揺動する動作をいう。進行方向とは、溶接線Ｌが延びる方向である。

本例においては、部材１００Ａおよび１００Ｂを側面視した場合において、溶接トーチ３０がウィービング動作中に左右に揺動する様子が描かれている。本例においては、溶接線Ｌの延びる方向から視た溶接トーチ３０の先端動作が描かれている。

図２（Ｂ）には、部材１００Ａおよび１００Ｂを上面視した場合の溶接トーチ３０の軌跡が点線で示されている。

本例においては、部材１００Ａおよび１００Ｂの開先の中心から進行方向に進みながら上面視で正弦曲線状に溶接トーチ３０が移動する軌跡が示されている。ウィービング動作は、周期的な動作であり、開先の中心から左右に揺動して再び開先の中心に戻るまでを１周期とする。溶接線Ｌは、正弦曲線の振幅の中央に位置する。

＜溶接の具体例＞
図３は、溶接の具体例について説明する図である。図３には部材１００Ａと部材１００Ｂの溶接接合が示されている。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）には、部材の寸法のばらつきなどにより部材１００Ａと部材１００Ｂの間隔が異なる溶接接合がそれぞれ示されている。

図３（Ａ）に示されるように、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間が無い状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。本例においては、部材間には隙間が無いため溶け込みは浅い場合が示されている。

図３（Ｂ）に示されるように、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間が生じている状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。本例においては、部材間には隙間があるため溶け込みが深い場合が示されている。したがって、部材間に隙間が無い状況と比較して溶け込みが一定ではなく安定しないという事象が発生する可能性がある。

図３（Ｃ）に示されるように、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に大きな隙間が生じている状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。本例においては、部材間の隙間が大きく溶接金属の溶け落ちが生じている場合が示されている。したがって、部材間の隙間が大きい場合には溶け落ちの事象が発生する可能性がある。図３は、従来の溶接では、接合部材間の間隔のばらつき及び隙間の有無により、溶け込みにばらつきが生じて接合品質が安定しないことがあることを説明する。

実施形態１の溶接装置１は、溶接電流の波形の変化に基づいて溶け込みの程度を推定し、入熱量を補正するために溶接条件を変更する。具体的には、溶け込みが深いあるいは溶け落ちの前兆であると推定した場合には、入熱量を小さくするために溶接条件を変更する。

図４は、実施形態１に基づく溶接装置１の溶接条件を変更する補正処理について説明するフロー図である。

図４を参照して、溶接装置１は、溶接を開始する（ステップＳ０）。具体的には、溶接制御部１４は、溶接条件保存部６２に保存されている溶接条件データに従って溶接処理を実行するために溶接電源制御部１１およびロボット動作制御部１５に対して指示する。溶接電源制御部１１は、溶接制御部１４からの指示に従って溶接電源装置１３に対して溶接処理における溶接ワイヤＷの供給速度および溶接電圧を設定するための指令信号を出力する。溶接電源装置１３は、溶接電源制御部１１からの指令信号に従ってワイヤ送給装置４０に対して溶接ワイヤＷの供給速度を規定する指令電流を出力する。また、溶接電源装置１３は、設定された溶接電圧を給電ケーブルＣＢ（＋）に印加する。ロボット動作制御部１５は、溶接制御部１４からの指示に従ってアクチュエータ２２に対して溶接処理における溶接ロボット２０の動作を設定するための指令信号を出力する。アクチュエータ２２は、ロボット動作制御部１５からの指令信号に従って連結アーム２１を動作させ、図２で説明したウィービング動作を実行する。

次に、溶接装置１は、溶接電流を計測する（ステップＳ２）。具体的には、溶接電流計測器５０は、計測した溶接電流をＡ／Ｄ変換部１２に出力する。Ａ／Ｄ変換部１２は、溶接電流計測器５０からの溶接電流のアナログ信号をデジタル信号に変換して溶接制御部１４に出力する。溶接制御部１４は、Ａ／Ｄ変換部１２からの溶接電流の値を記憶部６０に格納する。

次に、溶接装置１は、ウィービング動作の１周期が終了したか否かを判断する（ステップＳ４）。具体的には、溶接制御部１４は、アクチュエータ２２によるウィービング動作の１周期が終了したかどうかを判断する。

次に、溶接装置１は、ウィービング動作の１周期が終了していないと判断した場合には、ステップＳ２に戻り、上記処理を繰り返す。

一方、溶接装置１は、ステップＳ４において、ウィービング動作の１周期が終了したと判断した場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）には、電流差検出処理を実行する（ステップＳ６）。具体的には、溶接制御部１４は、ウィービング動作の１周期の期間における溶接電流の最大値と最小値との差を検出する電流差検出処理を実行する。

図５は、実施形態１に基づく電流差検出処理を説明するフロー図である。
図５を参照して、溶接装置１は、ウィービング１周期の電流データｎ点を取得する（ステップＳ２０）。具体的には、溶接制御部１４は、記憶部６０に格納されているウィービング１周期の電流データｎ点を取得する。

次に、溶接装置１は、電流データｎ点を降順に並べ替える（ステップＳ２２）。具体的には、溶接制御部１４は、算出処理のためにｎ点のデータの配列を降順に並べ替える。

次に、溶接装置１は、電流の最大値（ｍａｘ）を算出する（ステップＳ２４）。具体的には、溶接制御部１４は、降順に並べ替えられたｎ点のデータのうち全体の上位５％のデータの平均値を最大値（ｍａｘ）として算出する。

次に、溶接装置１は、電流の最小値（ｍｉｎ）を算出する（ステップＳ２６）。具体的には、溶接制御部１４は、降順に並べ替えられたｎ点のデータのうち全体の下位５％のデータの平均値を最小値（ｍｉｎ）として算出する。

次に、溶接装置１は、電流差を算出する（ステップＳ２８）。溶接制御部１４は、算出した最大値と最初値との差分を電流差として算出する。

そして、処理を終了する（リターン）。具体的には、溶接装置１は、図４のステップＳ８に進む。なお、本例においては、ｎ点のデータのうち全体の上位あるいは下位のデータの５％のデータの平均値を用いて最大値あるいは最小値を算出する方式について説明したがこれに限られず、ｎ点のデータ配列の最大値（ｍａｘ）あるいは最小値（ｍｉｎ）をそのまま利用するようにしてもよい。

再び図４を参照して、溶接装置１は、補正量算出処理を実行する（ステップＳ８）。具体的には、溶接制御部１４は、電流差検出処理の検出結果に基づいて補正量保存部６４に格納されている補正量データに基づいて補正量を算出する。補正量の算出については後述する。

次に、溶接装置１は、溶接条件を変更する補正処理が必要か否かを判断する（ステップＳ１０）。具体的には、溶接制御部１４は、算出した補正量が０より小さいか否かを判断する。溶接制御部１４は、算出した補正量が０より小さいと判断した場合には、溶け込みが深いあるいは溶け落ちの前兆と推定する。そして、溶接制御部１４は、入熱量を小さくするために溶接条件を変更する補正処理が必要であると判断する。

次に、ステップＳ１０において、溶接装置１は、補正処理が必要であると判断した場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）には、溶接条件補正処理を実行する（ステップＳ１２）。具体的には、溶接制御部１４は、溶接条件を変更し、変更した溶接条件に基づいて溶接処理を実行するように溶接電源制御部１１に指示する。

一方、ステップＳ１０において、溶接装置１は、補正処理が必要でないと判断した場合（ステップＳ１０においてＮＯ）には、ステップＳ１２をスキップしてステップＳ１４に進む。

次に、溶接装置１は、溶接処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４において、溶接装置１は、溶接が終了していないと判断した場合（ステップＳ１４においてＮＯ）には、ステップＳ２に戻り、上記処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１４において、溶接装置１は、溶接が終了したと判断した場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）には、処理を終了する（エンド）。

図６は、実施形態１に基づく溶接装置１の溶接電流の変化について説明する図である。
図６（Ａ）には、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間が無い状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。また、溶接トーチ３０が部材間の開先の中央と端の位置に移動する場合が示されている。

図６（Ｂ）には、図６（Ａ）の場合における溶接電流の変化が示されている。
溶接電流は、溶接トーチ３０から部材までの距離である突き出し距離が短いほど大きくなり、突き出し距離が長いほど溶接電流は小さくなる。したがって、ウィービング１周期の間において、溶接トーチ３０が部材間の開先の端領域に近づくほど溶接トーチ３０と端領域との突き出し距離が短くなり、溶接トーチ３０が中央に近づくほど溶接トーチ３０と中央領域との突き出し距離が長くなる。それゆえ、図６（Ｂ）に示されるように中央領域において溶接電流が下がり、端領域により溶接電流が大きくなる電流波形となる。

図６（Ｃ）には、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間がある状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。また、溶接トーチ３０が部材間の開先の中央と端の位置に移動する場合が示されている。

図６（Ｄ）には、図６（Ｃ）の場合における溶接電流の変化が示されている。
上記したように、溶接電流は、溶接トーチ３０から部材までの距離である突き出し距離が短いほど大きく、突き出し距離が長いほど溶接電流は小さくなる。

したがって、ウィービング１周期の間において、溶接トーチ３０が部材間の開先の端領域に近づくほど溶接トーチ３０と端領域との突き出し距離が短くなり、溶接トーチ３０が中央に近づくほど溶接トーチ３０と中央領域との距離が長くなる。それゆえ、図６（Ｄ）に示されるように中央領域において溶接電流が下がり、端領域により溶接電流が大きくなる。さらに、本例に示されるように、部材間に隙間がある場合には中央領域の湯面がさらに下がるため距離がさらに長くなり、中央領域において溶接電流の値はさらに下がる。したがって、隙間が無い状況で溶接する場合の最大電流と最小電流との間の電流差（振幅）と、隙間がある状況で溶接する場合の最大電流と最小電流との間の電流差（振幅）は異なる。具体的には、隙間がある状況で溶接する場合の最大電流と最小電流との間の電流差（振幅）の方が隙間が無い状況で溶接する場合の最大電流と最小電流との間の電流差（振幅）よりも大きくなる。溶接電流の波形の変化に基づいて溶け込みの程度を推定することが可能である。

溶接装置１は、部材間に隙間が無い溶接電流の波形の振幅を基準値に設定する。当該基準値以上に溶接電流の波形の振幅変化を検出した場合には、溶け込みが深いあるいは、溶け落ちの前兆と判断することが可能である。

図７は、実施形態１に基づく溶接制御部１４の溶接条件補正処理について説明する図である。

図７を参照して、記憶部６０の補正量保存部６４に格納されている溶接条件の補正テーブルが示されている。一例として、溶接条件としてワイヤ送給装置４０に溶接電源装置１３が出力する指令電流の補正テーブルである。具体的には、１次関数の補正テーブルを用いて算出した電流差に基づいて補正量を算出する。一例として、補正量は、１次関数（補正量＝ａ×電流差＋ｂ）を用いて算出する。

溶接制御部１４は、溶接条件としてワイヤ送給装置４０に出力する基準となる指令電流（指令基準電流）を補正する。具体的には、溶接制御部１４は、隙間が無い状況の電流差を基準値として、算出された電流差が大きい場合には、指令電流の補正量を大きくし、算出された電流差が小さいほど指令電流の補正量を小さくする。

図８は、実施形態１に基づく溶接装置１による溶接の具体例について説明する図である。

図８（Ａ）に示されるように、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間が無い状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。本例においては、部材間には隙間が無いため溶け込みが深い場合が示されている。

図８（Ｂ）に示されるように、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間が生じている状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。本例においては、部材間には隙間があるため溶け込みが深い場合が推定され、入熱量を小さくするために溶接条件を変更する。本例においては、溶接電流の波形の振幅変化が部材間に隙間のない場合の振幅変化（所定振幅変化）と異なる場合に、振幅変化の相違量に応じて入熱量を小さくする。本例においては、溶接電流の振幅が部材間に隙間のない場合の振幅よりも大きい場合に、入熱量を小さくする。

具体的には、ワイヤ送給装置４０に出力する指令電流を補正して、溶接ワイヤＷを送給する速度を遅くする。これにより、溶接電流が小さくなるため入熱量を小さくすることが可能である。したがって、部材間に隙間がある状況でも入熱量を小さくして溶け込みを一定にし、安定させることが可能である。

図８（Ｃ）に示されるように、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に大きな隙間が生じている状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。本例においては、部材間の隙間が大きく溶け込みがかなり深い場合が推定され、入熱量をさらに小さくするために溶接条件を変更する。

具体的には、ワイヤ送給装置４０に出力する指令電流を補正して、溶接ワイヤＷを送給する速度を遅くする。これにより、溶接電流が小さくなるため入熱量を小さくすることが可能である。したがって、部材間に隙間がある状況でも入熱量を小さくして溶け込みが深くなることを抑制するとともに溶接金属の溶け落ちを抑制することが可能である。

実施形態１に従う溶接装置１は、検出した溶接電流の波形の変化に基づいて溶け込みの程度を推定し、入熱量を補正するための溶接条件を変更する。溶接条件として溶接ワイヤＷの送給速度を変更して溶接電流を小さくすることにより入熱量を補正する。これにより、簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

（実施形態２）
図９は、実施形態２に基づく溶接トーチ３０のウィービング動作について説明する図である。

図９を参照して、実施形態２に基づく溶接トーチ３０のウィービング動作は、部材間の開先の中心から進行方向に進みながら左右および上下に揺動する。溶接ロボット２０は、溶接トーチ３０の進行方向に対して直交する第１方向（左右方向）および進行方向および第１方向（左右方向）に対して直交する第２方向（上下方向）にウィービング動作させる。これによりウィービング動作の際に部材の端領域と溶接トーチ３０との干渉を抑制することが可能となる。

図１０は、実施形態２に基づく溶接装置１の溶接電流の変化について説明する図である。

図１０（Ａ）には、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間が無い状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。また、溶接トーチ３０が部材間の開先の中央と端の位置に移動する場合が示されている。

図１０（Ｂ）には、図１０（Ａ）の場合における溶接電流の変化が示されている。
溶接電流は、溶接トーチ３０から部材までの距離である突き出し距離が短いほど大きくなり、突き出し距離が長いほど溶接電流は小さくなる。

実施形態２に従うウィービング動作は、実施形態１に従うウィービング動作と比較して左右の揺動に加えて上下の揺動が加わる。溶接トーチ３０が開先の端領域に近づくほど溶接トーチ３０と端領域との突き出し距離が長くなり、溶接トーチ３０が中央に近づくほど溶接トーチ３０と中央領域との突き出し距離が短くなる。それゆえ、図１０（Ｂ）に示されるように中央領域において溶接電流が上がり、端領域により溶接電流が小さくなる電流波形となり、電流差が大きい電流波形となる。したがって、実施形態２に従うウィービング動作により電流差の検出が容易になる。

図１０（Ｃ）には、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間がある状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。また、溶接トーチ３０が開先の中央と端の位置に移動する場合が示されている。

図１０（Ｄ）には、図１０（Ｃ）の場合における溶接電流の変化が示されている。
上記したように、溶接電流は、溶接トーチ３０から部材までの距離である突き出し距離が短いほど大きく、突き出し距離が長いほど溶接電流は小さくなる。したがって、ウィービング１周期の間において、溶接トーチ３０が開先の端領域に近づくほど溶接トーチ３０と端領域との突き出し距離が長くなり、溶接トーチ３０が中央に近づくほど溶接トーチ３０と中央領域との距離が短くなる。それゆえ、図１０（Ｄ）に示されるように中央領域において溶接電流が下がり、端領域により溶接電流が大きくなる。さらに、部材間に隙間がある場合には中央領域の湯面がさらに下がるため距離がさらに長くなり、中央領域において溶接電流はさらに下がる。

したがって、隙間が無い状況で溶接する場合の最大電流と最小電流との間の電流差（振幅）と、隙間がある状況で溶接する場合の最大電流と最小電流との間の電流差（振幅）は異なる。具体的には、隙間がある状況で溶接する場合の最大電流と最小電流との間の電流差（振幅）の方が隙間が無い状況で溶接する場合の最大電流と最小電流との間の電流差（振幅）よりも小さくなる。溶接電流の波形の変化に基づいて溶け込みの程度を推定することが可能である。

溶接装置１は、部材間に隙間が無い溶接電流の波形の振幅を基準値に設定する。当該基準値以上に溶接電流の波形の振幅変化を検出した場合には、溶け込みが深いあるいは、溶け落ちの前兆と判断することが可能である。本例においては、溶接電流の波形の振幅変化が部材間に隙間のない場合の振幅変化（所定振幅変化）と異なる場合に、振幅変化の相違量に応じて入熱量を小さくする。本例においては、溶接電流の振幅が部材間に隙間のない場合の振幅よりも小さい場合に、入熱量を小さくする。

溶接装置１は、溶け込みが深いあるいは溶け落ちの前兆と推定される場合には、溶接条件を補正する溶接条件補正処理を実行する。溶接条件補正処理については実施形態１で説明したのと同じ考え方であるのでその詳細な説明については繰り返さない。

溶接制御部１４は、溶け込みが深いあるいは溶け落ちの前兆と推定される場合には、溶接条件としてワイヤ送給装置４０に出力する基準となる指令電流（指令基準電流）を補正する。ワイヤ送給装置４０に出力する指令電流を補正して、溶接ワイヤＷを送給する速度を遅くする。これにより、溶接電流が小さくなるため入熱量を小さくすることが可能である。したがって、部材間に隙間がある状況でも入熱量を小さくして溶け込みが深くなることを抑制するとともに溶接金属の溶け落ちを抑制することが可能である。

実施形態２に従う溶接装置１は、実施形態１で説明したのと同様に検出した溶接電流の波形の変化に基づいて溶け込みの程度を推定し、入熱量を補正するための溶接条件を変更する。これにより、簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

（実施形態３）
上記の実施形態１および２においては、入熱量を補正するために溶接条件の変更として溶接電流を小さくする補正について説明した。具体的には、溶接ワイヤＷを送給する速度を変更して入熱量を補正する方式について説明したが、溶接電流は、溶接ワイヤＷを送給する速度に限られず、溶接トーチ３０の先端と部材との間の距離である突き出し距離にも依存する。上記したように、突き出し距離が短くなるほど溶接電流は大きく、突き出し距離が短いほど溶接電流は小さい。したがって、溶接制御部１４は、ロボット動作制御部１５に指示して、溶接トーチ３０と部材との間の溶接条件の基準値として設定されている突き出し距離を変更するようにしてもよい。具体的には、突き出し距離を基準値よりも長く設定することにより溶接トーチ３０と部材との距離が長くなるため溶接電流を小さくすることが可能である。

入熱量は、下記式で表わされる。

上式に示されるように入熱量は、溶接電流のみならず、溶接電圧Ｅ、溶接トーチ３０の送り速度ｖにも依存する。送り速度ｖは、溶接トーチ３０の進行方向に対する速度である。溶接電圧Ｅの電圧値を調整することにより入熱量を変更することが可能である。具体的には、溶接電圧Ｅの電圧値を低く補正することにより入熱量を小さくすることが可能である。溶接制御部１４は、溶接電源制御部１１に指示して、溶接トーチ３０に印加する溶接電圧Ｅの電圧値を低くするように設定するようにしてもよい。あるいは、溶接制御部１４は、溶接トーチ３０の送り速度ｖを調整することにより入熱量を変更することが可能である。溶接条件は、溶接電流、溶接電圧Ｅ、溶接トーチ３０の送り速度ｖの少なくともいずれか一つである。

図１１は、実施形態３に基づく溶接制御部１４の溶接条件補正処理について説明する図である。

図１１を参照して、記憶部６０の補正量保存部６４に格納されている溶接条件の補正テーブルが示されている。一例として、溶接条件として溶接トーチ３０の送り速度の補正テーブルである。具体的には、１次関数の補正テーブルを用いて算出した電流差について、基準値との差に基づいて補正量を算出する。一例として、補正量は、１次関数（補正量＝ａ＃×電流差＋ｃ）を用いて算出する。

溶接制御部１４は、溶接条件としてロボット動作制御部１５に指示して溶接トーチ３０の送り速度ｖを変更する。具体的には、溶接制御部１４は、隙間が無い状況の電流差を基準値として、算出された電流差が小さい場合には、補正量を小さくし、算出された電流差が大きい場合には補正量を大きくする。溶接制御部１４は、補正量により溶接トーチ３０の送り速度ｖを速くすることにより入熱量を小さくすることが可能である。したがって、部材間に隙間がある状況でも入熱量を小さくして溶け込みが深くなることを抑制するとともに溶接金属の溶け落ちを抑制する。

実施形態３に従う溶接装置１は、検出した溶接電流の波形の変化に基づいて溶け込みの程度を推定し、入熱量を補正するための溶接条件として突き出し距離、溶接電圧Ｅあるいは溶接トーチ３０の送り速度を変更する。これにより、簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

（実施形態４）
実施形態４においては、入熱量を変更するためのアークセンサ機能を利用する方式について説明する。

図１２は、実施形態４に従う溶接装置１のアークセンサ機能について説明する図である。

図１２（Ａ）には、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間が無い状況で溶接する場合が示されている。一例として溶接トーチ３０から溶接ワイヤＷが送給されてアーク放電により部材１００Ａおよび部材１００Ｂの間の部材間に溶接金属が流れ込み溶接される場合が示されている。また、溶接トーチ３０が部材間の開先の中央と端の位置に移動する場合が示されている。本例においては、実施形態２に従うウィービング動作を実行する場合について説明する。

図１２（Ｂ）には、図１２（Ａ）の場合における溶接電流の変化が示されている。
図１０（Ｂ）で説明したように中央領域において溶接電流が上がり、端領域により溶接電流が小さくなる電流波形となり、電流差が大きい電流波形となる。ここで、アークセンサの目標電流は、溶接電流の平均値に設定されている。

アークセンサ機能とは、溶接電流の平均電流をアークセンサの目標電流となるように溶接トーチ３０の突き出し距離を調整する機能である。部材のばらつきに起因して突き出し距離が変わる場合にも変更する距離に追従して安定した溶接動作を実行することが可能である。

図１２（Ｃ）には、部材１００Ａおよび部材１００Ｂの部材間に隙間がある状況で溶接する場合が示されている。

図１２（Ｄ）には、図１２（Ｃ）の場合における溶接電流の変化が示されている。
図１０（Ｄ）で説明したように、部材間に隙間がある場合には中央領域の湯面がさらに下がるため距離がさらに長くなり、中央領域において溶接電流はさらに下がる。これにより、溶接電流の平均電流は下がることになる。したがって、アークセンサ機能により、溶接電流の平均電流をアークセンサの目標電流となるように調整する動作が実行される。

図１２（Ｅ）には、アークセンサ機能が実行された場合の状態が示されている。
図１２（Ｆ）には、図１２（Ｅ）の場合における溶接電流の変化が示されている。

溶接電流の平均電流をアークセンサの目標電流となるように調整するために、アークセンサ機能により溶接トーチ３０の突き出し距離が変更されている場合が示されている。具体的には、突き出し距離を短くする場合が示されている。突き出し距離を調整することにより、溶接電流の平均電流は、アークセンサの目標電流に調整される。

実施形態４に従う溶接装置１は、検出した溶接電流の波形の変化に基づいて溶け込みの程度を推定し、入熱量を補正するために溶接条件を変更する。具体的には、溶け込みが深いあるいは溶け落ちの前兆と推定した場合には、入熱量を小さくするために溶接条件を変更する。

具体的には、溶接制御部１４は、アークセンサ制御部１６に指示してアークセンサの目標電流を変更する。溶接制御部１４は、入熱量を小さくするためにアークセンサの目標電流の値を低く設定する。ロボット動作制御部１５は、アークセンサ制御部１６からの指示に従ってアークセンサ機能により溶接トーチ３０の突き出し距離を変更する。具体的には、溶接トーチ３０の突き出し距離が長くなるように変更して入熱量を小さくする。したがって、部材間に隙間がある状況でも入熱量を小さくして溶け込みが深くなることを抑制するとともに溶接金属の溶け落ちを抑制することが可能である。

実施形態４に従う溶接装置１は、検出した溶接電流の波形の変化に基づいて溶け込みの程度を推定し、入熱量を補正するための溶接条件としてアークセンサの目標電流を変更する。これにより、簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

［作用効果］
次に、実施形態の作用効果について説明する。

実施形態の溶接装置１には、図１に示すように、溶接条件に基づいて、溶接ロボット２０によりウィービング動作による溶接処理を実行する溶接トーチ３０と、ウィービング動作中の溶接電流を検出する溶接電流計測器５０と、溶接制御装置１０とが設けられる。溶接制御装置１０は、溶接電流計測器５０によって検出された溶接電流の変化に基づいて入熱量を補正するために溶接条件を変更する溶接制御部１４を含む。溶接電流計測器５０によって検出された溶接電流の波形の変化に基づいて溶接条件を変更して入熱量を補正することが可能であるため簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

溶接制御部１４は、溶接電流計測器５０によって検出された溶接電流の波形の振幅変化に基づいて入熱量を補正するために溶接条件を変更してもよい。溶接電流の波形の振幅変化に基づいて溶接条件を変更して入熱量を補正することが可能であるため簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

溶接制御部１４は、溶接電流計測器５０によって検出された溶接電流の波形の振幅変化の相違量に基づいて入熱量を小さくするために溶接条件を変更する。溶接電流の波形の振幅が小さくなる場合には、溶接条件を変更して入熱量を小さくするため溶け込みが深くなり過ぎたり溶け落ちが生じることを抑制することが可能である。

溶接装置１には、溶接条件の補正量を算出するための補正テーブルを格納する補正量保存部６４がさらに設けられる。溶接制御部１４は、溶接電流計測器５０によって検出された溶接電流の波形の振幅変化量と補正テーブルとに基づいて入熱量を補正するための補正量を算出する。補正テーブルを用いることにより簡易な方式で溶接条件を変更することが可能である。

溶接制御部１４は、溶接条件として溶接電流または溶接トーチ３０に印加される溶接電圧を変更してもよい。溶接条件として溶接電流または溶接電圧を変更することにより入熱量を補正することが可能であり、簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

溶接制御部１４は、溶接電流を変更するために溶接トーチ３０に送給する溶接ワイヤＷの送給速度を変更してもよい。溶接ワイヤＷの送給速度を変更することにより容易に溶接電流を変更することが可能であるため簡易な方式で溶接条件を変更することが可能である。

溶接制御部１４は、溶接電源制御部１１に指示して溶接ワイヤＷの送給速度を規定する指令電流の電流量を変更してもよい。溶接電源制御部１１は、溶接電源装置１３からワイヤ送給装置４０に出力する指令電流を制御する。ワイヤ送給装置４０は、溶接電源装置１３からの指令電流に従って溶接ワイヤＷの送給速度を調整する。当該指令電流の電流量の変更により簡易な方式で溶接条件を変更することが可能である。

溶接制御部１４は、アークセンサ制御部１６に指示して溶接電流計測器５０で検出された溶接電流に基づいて部材の開先に対する溶接トーチ３０の位置を補正するアークセンサの目標電流を変更してもよい。アークセンサ制御部１６は、ロボット動作制御部１５に対してアークセンサ機能による溶接トーチ３０の突き出し距離を変更する。これにより入熱量を補正することが可能であり、簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

溶接制御部１４は、ロボット動作制御部１５に指示して溶接トーチ３０のウィービング動作の進行方向に対する速度を変更してもよい。溶接トーチ３０のウィービング動作の送り速度を変更することにより入熱量を補正することが可能であり、簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

溶接制御部１４は、溶接トーチ３０の進行方向に対して直交する左右方向および進行方向および左右方向に対して直交する上下方向にウィービング動作させるアクチュエータ２２をさらに設ける。溶接トーチ３０は、左右方向および上下方向にウィービング動作するため溶接電流の波形の変化が増加する。当該変化に基づいて入熱量を補正するために溶接条件を変更するため精度の高い溶接が可能である。

溶接装置１の溶接方法は、溶接条件に従って溶接トーチ３０をウィービング動作させるステップと、ウィービング動作中の溶接電流を検出するステップと、検出された溶接電流の変化に基づいて入熱量を補正するために溶接条件を変更するステップとを備える。検出された溶接電流の波形の変化に基づいて溶接条件を変更して入熱量を補正することが可能であるため簡易な方式で精度の高い溶接が可能である。

（その他実施形態）
上記の実施形態においては、多関節型ロボットである溶接ロボット２０を用いてアーク溶接する方式について説明したが、溶接ロボット２０は、溶接トーチ３０をウィービング動作可能な駆動機構を有していればよく、特に多関節ロボットに限定されない。溶接ロボット２０は、三軸マニピュレータよりなる直交型ロボットであってもよい。

また、上記の実施形態においては、入熱量を補正するために溶接条件として、種々の値を変更する方式について説明したが、複数の値を変更するようにしてもよい。

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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ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 溶接装置、１０ 溶接制御装置、１１ 溶接電源制御部、１２ Ａ／Ｄ変換部、１３ 溶接電源装置、１４ 溶接制御部、１５ ロボット動作制御部、１６ アークセンサ制御部、２０ 溶接ロボット、２１ 連結アーム、２２ アクチュエータ、３０ 溶接トーチ、４０ ワイヤ送給装置、５０ 溶接電流計測器、６０ 記憶部、６２ 溶接条件保存部、６４ 補正量保存部、Ｌ 溶接線。

Claims (10)

1. 溶接条件に基づいて、ウィービング動作による溶接処理を実行する溶接トーチと、
   前記ウィービング動作中の溶接電流を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された溶接電流の変化に基づいて入熱量を補正するために前記溶接条件を変更する補正部とを備え、
   前記補正部は、前記検出部で検出された溶接電流に基づいて溶接対象物の開先に対する前記溶接トーチの位置を補正するアークセンサの目標電流を変更する、溶接装置。
2. 前記補正部は、前記検出部によって検出された溶接電流の波形の振幅変化に基づいて入熱量を補正するために前記溶接条件を変更する、請求項１記載の溶接装置。
3. 前記補正部は、前記検出部によって検出された溶接電流の波形の振幅変化の相違量に基づいて前記入熱量を小さくするために前記溶接条件を変更する、請求項２記載の溶接装置。
4. 前記溶接条件の補正量を算出するための補正テーブルを有するメモリをさらに備え、
   前記補正部は、前記検出部によって検出された溶接電流の波形の振幅変化量と前記補正テーブルとに基づいて入熱量を補正するための補正量を算出する、請求項２記載の溶接装置。
5. 前記補正部は、前記溶接条件として前記溶接電流または前記溶接トーチに印加される溶接電圧を変更する、請求項１記載の溶接装置。
6. 前記補正部は、前記溶接電流を変更するために前記溶接トーチに送給するワイヤの送給速度を変更する、請求項５記載の溶接装置。
7. 前記補正部は、前記ワイヤの送給速度を規定する指令電流の電流量を変更する、請求項６記載の溶接装置。
8. 前記補正部は、前記溶接トーチの前記ウィービング動作の進行方向に対する速度を変更する、請求項１記載の溶接装置。
9. 前記溶接トーチの進行方向に対して直交する第１方向および前記進行方向および前記第１方向に対して直交する第２方向にウィービング動作させる駆動部をさらに備える、請求項１記載の溶接装置。
10. 溶接条件に従って溶接トーチをウィービング動作させるステップと、
    前記ウィービング動作中の溶接電流を検出するステップと、
    検出された溶接電流の変化に基づいて入熱量を補正するために前記溶接条件を変更するステップとを備え、
    前記溶接条件を変更するステップは、検出された溶接電流に基づいて溶接対象物の開先に対する前記溶接トーチの位置を補正するアークセンサの目標電流を変更するステップを含む、溶接方法。

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