JPH0613144B2 - 消耗電極式両極性アーク溶接電源における出力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、溶接終了から溶接ワイヤ・母材間の溶着検
出動作終了までに要する時間を短縮するようにした、消
耗電極式両極性アーク溶接電源における出力制御方法に
関する。

〔従来の技術〕

周知のように、消耗電極式両極性アーク溶接電源（以
下、両極性アーク溶接電源という）は、溶接ワイヤと母
材間に、母材が正極となる正極性の直流溶接電圧と母材
が負極となる逆極性の直流溶接電圧とを交互に繰り返し
印加してアーク溶接するものである。この両極性アーク
溶接電源は、特に薄板の溶接に際して、溶け込み深さの
制御が容易であると共に溶け落ちを防止できるなどの優
れた利点を有しているため、アーク溶接ロボットなどの
自動溶接装置と組み合わせて用いられることが多い。そ
して、このアーク溶接ロボットなどの自動溶接装置に
は、溶接終了時にトーチから突き出した溶接ワイヤ（以
下、ワイヤという）の先端部と母材との溶着の有無を検
出する溶着検出手段が備えられている。これは、溶着が
生じた状態でトーチを予め定めた移動手順に従って次の
溶接箇所に移動させようとすると、トーチなどが破損し
てその交換や修理に多くの時間を要するので、これを未
然に防止するためである。

以下、従来の両極性アーク溶接電源と、溶着検出手段と
を備えた自動溶接装置における溶着検出動作を、その手
順を示すタイムチャートの第３図に基づき説明する。

すなわち、第３図(a)示すように、溶接の終了が指令さ
れると、溶接動作指令信号がオフする。これに同期して
ワイヤ送給モータへの送給停止が指令され、第３図(b)
に示すように、ワイヤ送給モータは慣性による回転を続
けたのち停止遅れ時間Td経過後に完全停止する。第３図
(c)は第１遅延信号を示しており、この第１遅延信号は
上記の溶接動作指令信号のオフ動作から所定の第１遅延
時間T1だけ遅れてオフ動作する信号である。即ち、この
第１遅延時間T1は、ワイヤ送給モータの完全停止までに
要する停止遅れ時間Tdの最大値に余裕しろを加算して設
定された時間である。そして、この第１遅延信号のオフ
動作に同期して、第３図(f)に示すように、ワイヤ・母
材間への両極性アーク溶接電源からの両極性溶接電圧の
印加が停止される。なお、第３図(f)は母材を基準にし
たときのワイヤ・母材間の電圧を示す。このように、ワ
イヤの送給停止が指令されたのち上記のようにして定め
られた第１遅延時間T1だけ遅れて、両極性アーク溶接電
源から交互に繰り返す正極性直流溶接電圧と逆極性直流
溶接電圧との印加を停止し、ワイヤ送給モータが完全停
止するまでの間に送り出されるワイヤを溶融させるよう
にしている。

そして、第３図(d)に示す第２遅延信号は、溶接動作指
令信号のオフ動作から第１遅延時間T1よりわずかに長い
第２遅延時間T2だけ遅れてオフする信号であり、この第
２遅延信号のオフ動作に同期して、第３図(e)に示すよ
うに、検出時間幅T3を有する溶着検出指令信号が出力さ
れる。この溶着検出指令信号に従ってワイヤ・母材間に
溶着検出用直流電源から溶着検出用直流電圧（母材に対
しワイヤが正極）を印加し、このとき検出したワイヤ・
母材間の電圧値と予め定めた設定値とを比較することに
よってワイヤと母材との溶着の有無を検出するようにし
ている。そして、アーク溶接ロボット等の自動溶接装置
では、溶着が検出されたときは、自動溶接装置の移動動
作を停止し、警報を発したり、溶着しているワイヤを溶
断したりする手段が採られ、また、溶着なしと検出され
たときは、トーチを予め定めた移動手順に従って次の溶
接箇所に移動させるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、アーク溶接ロボットなどの自動溶接装置では
その生産性向上のために秒単位の作業時間短縮が強く要
請されている。そのため、溶接の終了が指令されてから
溶着検出動作終了までに要する時間を短縮しようとする
と、溶着検出手段を有する自動溶接装置を用いられる上
記紹介した従来の両極性アーク溶接電源においては、以
下に説明する問題点があってこの時間短縮ができなかっ
た。

すなわち、この時間を短縮するために、第３図(b)に破
線で示すように第２遅延時間T2を短縮し、第３図(e)に
破線で示すように溶着検出指令信号の出力を早めて、ワ
イヤ送給モータが停止した後、両極性アーク溶接電源か
ら正極性と逆極性との直流溶接電圧がワイヤ・母材間に
交互に印加されているうちに溶着検出動作を行おうとす
ると、正極性直流溶接電圧が印加されている時は、ワイ
ヤ・母材間の電圧が母材に対し負電圧の状態となる。

その結果、ワイヤと母材との溶着が実際に生じていない
ときでも、検出したワイヤ・母材間の電圧値が設定値
（母材の電位よりわずかに高い予め定められた電圧値）
より低くなって溶着ありという誤判定が生じる。このた
めに、従来は、両極性アーク溶接電源からの溶接電圧の
印加停止後に溶着検出動作を開始するようにしていたの
で、溶接の終了が指令されてから溶着検出動作終了まで
に要する時間を短縮することができなかった。

したがって、この発明は、溶着検出手段を有する溶接装
置に用いられる両極性アーク溶接電源における上記のよ
うな問題点を解消するためになされたものであり、溶接
の終了が指令されてから溶着検出動作終了までに要する
時間を溶着検出に係る誤判定を生じることなく短縮でき
る、消耗電極式両極性アーク溶接電源における出力制御
方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明による方法は、
溶接の終了に際し溶接ワイヤを送給するワイヤ送給モー
タへの送給停止が指令されたのち所定時間経過後に溶接
ワイヤと母材間に溶接電圧と異なる溶着検出用直流電圧
を印加し、検出した溶接ワイヤ・母材間の電圧値と設定
値とを比較することによって溶接ワイヤと母材との溶着
の有無を検出する溶着検出手段を有する溶接装置に用い
られ、且つ、溶接ワイヤと母材間に正極性の直流溶接電
圧と逆極性の直流溶接電圧とを交互に繰り返し印加する
消耗電極式両極性アーク溶接電源における出力制御方法
において、溶接の終了に際し上記ワイヤ送給モータへの
送給停止が指令されてから上記溶着検出用直流電圧が印
加されるまでの間に、上記正極性と逆極性の直流溶接電
圧を交互に繰り返し印加する極性切替え制御を停止し、
以後、溶接ワイヤと母材間に上記溶着検出用直流電圧と
同じ極性の直流溶接電圧を所定時間印加することを特徴
とするものである。

〔作用〕

この発明による消耗電極式両極性アーク溶接電源におけ
る出力制御方法においては、溶接の終了に際し溶接ワイ
ヤを送給するワイヤ送給モータヘの送給停止が指令され
てから、この送給停止が指令されたのち所定時間経過後
に溶接ワイヤと母材間に溶着検出用直流電圧が印加され
るまでの間に、正極性と逆極性の直流溶接電圧を交互に
繰り返し印加する極性切替え制御が停止され、以後、溶
接ワイヤと母材間に溶着検出用直流電圧と同じ極性の直
流溶接電圧が所定時間印加される。このことにより、極
性切替え制御停止後に出力される直流溶接電圧の印加中
に溶着検出用直流電圧を印加しても、極性の不一致によ
る溶着検出に係る誤判定を生じることがないので、溶着
検出動作を早めることができる。

〔実施例〕

以下、この発明に係る実施例を、第１図及び第２図を参
照しながら説明する。

第１図は、この発明による方法を実施する両極性アーク
溶接電源と、溶着検出手段とを備えた自動溶接装置のブ
ロック図であり、同図において、この自動溶接装置は溶
着検出装置(1)、両極性アーク溶接電源(2)および図示し
ない主制御装置とから構成されている。(3)はワイヤ、
(4)はワイヤ(3)に通電するためのトーチ、(5)はワイヤ
送給モータ、(6)はワーク、すなわち母材である。尚、
トーチ(4)、ワイヤ送給モータ(5)などは、図示しない主
制御装置によって移動制御される移動装置（図示省略）
に取り付けられている。

溶着検出装置(1)において、符号Ｅは溶着検出用直流電
源であって、この溶着検出用直流電源Ｅの負極側は母材
(6)に接続され、正極側は高抵抗値を有する抵抗などの
インピーダンス素子(7)と、これに直列接続されたスイ
ッチSW１とを介してトーチ(4)に接続されている。(8)は
図示しない主制御装置から溶接動作指令信号Ｓが入力さ
れる第２遅延回路、(9)はこの第２遅延回路(8)の第２遅
延信号S2が入力されるワンショット回路であり、このワ
ンショット回路(9)は上記のスイッチSW１をオン・オフ
動作させる溶着検出指令信号S3を出力するものである。
(10)はスイッチSW１がオン状態の時にワイヤ(3)・母材
(6)間の電圧値を検出する電圧検出回路、(11)は溶着電
圧設定器、(12)は電圧検出回路(10)の出力と溶着電圧設
定器(11)の出力とが入力される比較器である。この比較
器(12)の溶着判定信号S4は図示しない主制御装置に出力
される。

また、両極性アーク溶接電源(2)において、(13)は交流
電源を入力とし、その直流出力電圧の値が半導体スイッ
チング素子によって制御される直流電源、(14)はこの直
流電源(13)の出力側に接続されたインバータ回路であ
り、ブリッジ接続されたトランジスタQ1〜Q4により構成
されている。(15)は溶接動作指令信号Ｓが入力される第
１遅延回路で、その出力である第１遅延信号S1を直流電
源(13)に出力する。(16)は正極性と逆極性の時間比率を
設定する極性比率設定器、(17)はトランジスタQ1〜Q4を
スイッチング制御するドライブ回路であり、この極性比
率設定器(16)とドライブ回路(17)とは溶接動作指令信号
Ｓによりオン・オフ動作するスイッチSW２を介して接続
されている。

さらに、(18)は正極性と逆極性の時間比率を逆極性100%
に設定し、ワイヤ(3)・母材(6)間に直流電源(13)から逆
極性の直流溶接電圧のみを印加するようにした逆極設定
器であって、スイッチSW３を介してドライブ回路(17)に
接続されている。(19)は溶接動作指令信号Ｓが入力され
る信号反転器であって、その出力信号により上記のスイ
ッチSW３がオン・オフされる。そして、(20)は溶接動作
指令信号Ｓにより起動・停止すると共に、ワイヤ送給モ
ータ(5)を制御するワイヤ送給制御回路である。

以下、この発明による出力制御方法を、第２図のその制
御動作を示すタイムチャートをも参照しながら説明す
る。

まず、図示しない主制御装置の溶接動作指令信号Ｓがハ
イレベル（オン動作）になると、ワイヤ送給制御回路(2
0)が起動されワイヤ(3)が母材(6)に向けて送給される。
また、この溶接動作指令信号Ｓのオン動作に同期して、
第１遅延回路(15)から第１遅延信号S1が直流電源(13)に
出力されると共にスイッチSW２がオンされる。これによ
り、直流電源(13)から所定の値に設定された直流溶接電
圧がインバータ回路(14)に印加されると共に、極性比率
設定器(16)の設定比率に従って出力されるドライブ回路
(17)の出力信号によりトランジスタQ1〜Q4がスイッチン
グ制御される。すなわち、トランジスタQ1、Q4をオン
し、トランジスタQ2、Q3をオフしてワイヤ(3)・母材(6)
間の逆極性の直流溶接電圧を印加することにより逆極性
の溶接が行われる。また、トランジスタQ2、Q3をオン
し、トランジスタQ1、Q4をオフしてワイヤ(3)・母材(6)
間に正極性の直流溶接電圧を印加することにより正極性
の溶接が行われ、この逆極性と正極性の溶接とが交互に
繰り返されて両極性アーク溶接が行われる。

ここで、溶接動作指令信号Ｓがハイレベルのときは、信
号反転器(19)の出力信号がローレベルとなっているので
逆極設定器(18)とドライブ回路(17)とを接続するスイッ
チSW３はオフしており、さらに、溶着検出装置(1)のワ
ンショット回路(9)からは溶着検出指令信号S3が後述す
るタイミングで出力されるので溶着検出動作を開始する
ためのスイッチSW１はオフした状態にある。

次いで、この両極性アーク溶接の終了に際し、図示しな
い主制御装置から入力されていた溶接動作指令信号Ｓが
第２図(a)に示すようにローレベル（オフ動作）になる
と、ワイヤ送給制御回路(20)はワイヤ送給モータ(5)の
駆動をただちに停止し制動動作を行う。これにより、第
２図(b)に示すようにワイヤ送給モータ(5)は慣性による
回転を続けながらその回転数が徐々に低下して停止遅れ
時間Td経過後に完全停止する。

また、溶接動作指令信号Ｓがローレベルになると、それ
までオンしていたスイッチSW２がオフして極性比率設定
器(16)とドライブ回路(17)との接続が遮断され、同時
に、信号反転器(19)の出力信号がハイレベルとなってス
イッチSW３がオンして逆極設定器(18)がドライブ回路(1
7)に接続される。これにより、それまで行われていた逆
極性と正極性とを交互に繰り返す極性切替え制御を停止
し、以後、第２図(f)に示すように後述する第１遅延回
路(15)の第１遅延信号S1がオフ状態となるまでの期間は
トランジスタQ1、Q4をオンし、トランジスタQ2、Q3をオ
フしてワイヤ(3)・母材(6)間に逆極性の直流溶接電圧が
印加される。

一方、溶接動作指令信号Ｓがローレベルになると、第１
遅延回路(15)は、この時点から計時を開始して、第２図
(c)に示すようにワイヤ送給モータ(5)が慣性による回転
を停止するのに十分な第１遅延時間T1が経過したのちそ
まで出力していた第１遅延信号S1をオフする。なお、こ
の第１遅延時間T1は予め設定されるものである。

さらに、溶着検出装置(1)の第２遅延回路(8)は、第１遅
延回路(15)と同様に指令信号Ｓがローレベルになった時
点から計時を開始して、第２遅延時間T2が経過したのち
第２図(d)に示すようにそれまで出力していた第２遅延
信号S2をオフする。この第２遅延時間T2は、予め実験で
求めたワイヤ送給モータ(5)の停止遅れ時間Tdより長
く、かつ上記の第１遅延時間T1より短い時間になるよう
に予め設定される。そして、この溶着検出装置(1)の第
２遅延信号S2がオフすると、これに同期して、ワンショ
ット回路(9)から第２図(e)に示す所定の時間幅T3を有す
る溶着検出指令信号S3が出力され、この出力期間中はス
イッチSW１がオン状態となる。

これにより、逆極性直流溶接電圧の印加中に、溶着検出
用直流電圧が溶着検出用直流電源Ｅからインピーダンス
素子(7)を介してワイヤ(3)・母材(6)間に母材(6)に対し
ワイヤ(3)が正極となる極性で印加される。そして、電
圧検出回路(10)はワイヤ(3)・母材(6)間の電圧値を、検
出してその値を比較器(12)に出力する。比較器(12)はこ
の検出したワイヤ(3)・母材(6)間の電圧値と溶着電圧設
定器(11)の設定電圧値とを比較し、溶着判定信号S4を図
示しない主制御装置に出力する。即ち、第２図(e)に示
す溶着検出指令信号S3の出力期間中、比較器(12)は、電
圧検出回路(10)の出力が溶着電圧設定器(11)の出力より
低いときは溶着ありという溶着判定信号S4を主制御装置
に出力し、また、電圧検出回路(10)の出力が溶着電圧設
定器(11)の出力より高いときは溶着なしという溶着判定
信号S4を主制御装置に出力する。

以上述べたように、この実施例では、両極性アーク溶接
電源(2)は、溶接の終了に際しワイヤ送給モータ(5)への
送給停止が指令されると、逆極性と正極性とを交互に繰
り返す極性切替え制御を停止し、ワイヤ(3)・母材(6)間
に溶着検出用直流電圧と同じ極性である逆極性の直流溶
接電圧を所定時間印加するように出力制御される。これ
により、逆極性直流溶接電圧の印加中に溶着検出用直流
電圧を印加しても極性の不一致による誤判定を生じるこ
とがないので溶着検出動作の開始を従来より早めること
ができ、溶接の終了が指令されてから溶着検出動作終了
までに要する時間を短縮することができる。

なお、上記実施例では、溶接の終了に際しワイヤ送給モ
ータ(5)への送給停止が指令された時点で極性切替え制
御を停止し、以後、逆極性直流溶接電圧を所定時間印加
するように出力制御しているが、次にように、両極性ア
ーク溶接電源(2)の出力を制御するようにしてもよい。

すなわち、第１図に示す両極性アーク溶接電源(2)にお
いては、スイッチSW２と信号反転器(19)には溶接動作指
令信号Ｓが入力されるように構成されているが、この溶
接動作指令信号Ｓに代えて第２遅延回路(8)の第２遅延
信号S2をスイッチSW２と信号反転器(19)とに入力する構
成とし、この第２遅延信号S2のオフ動作に同期して両極
性アーク溶接電源(2)における逆極性と正極性とを交互
に繰り返す極性切替え制御を停止し、以後、第１遅延回
路(15)の第１遅延信号S1がオフ状態となるまでワイヤ
(3)・母材(6)間に逆極性の直流溶接電圧を印加するよう
にしてもよい。また、ワイヤー送給モータ(5)の停止を
検出する手段を設け、これによりワイヤ送給モータ(5)
が停止した時点でそれまで行っていた極性切替え制御を
停止し、以後、第１遅延回路(15)の第１遅延信号S1がオ
フ状態となるまでワイヤ(3)・母材(6)間に逆極性の直流
溶接電圧を印加するようにしてもよい。

なお、ワイヤ(3)・母材(6)間に溶着検出用直流電源Ｅか
ら溶着検出用直流電圧が母材(6)に対しワイヤ(3)が負極
となる極性が印加される構成になっているときは、極性
切替え制御を停止したのち正極性の直流溶接電圧を所定
時間印加するように両極性アーク溶接電源(2)の出力を
制御すればよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明による消耗電極式両極性ア
ーク溶接電源における出力制御方法は、両極性アーク溶
接終了に際し溶接ワイヤを送給するワイヤ送給モータへ
の送給停止が指令されてから、この送給停止が指令され
たのち所定時間経過後に溶接ワイヤと母材間に溶着検出
用直流電圧が印加されるまでの間に、正極性と逆極性の
直流溶接電圧を交互に繰り返し印加する極性切替え制御
を停止し、以後、溶接ワイヤと母材間に溶着検出用直流
電圧と同じ極性の直流溶接電圧を所定時間印加するよう
にしたものである。したがって、この発明による出力制
御方法によれば、前期極性切替え制御停止後に出力され
る直流溶接電圧の印加中に溶着検出用直流電圧を印加し
ても、極性の不一致による溶着検出に係る誤判定を生じ
ることがないので、溶着検出動作の開始を従来より早め
ることができ、これにより、溶接の終了から溶着検出動
作終了までに要する時間を従来より短縮することができ
るので、アーク溶接ロボットなど自動溶接装置により多
数の溶接箇所を有するワークに溶接を行うにあたり、そ
の生産性の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による方法を実施する消耗電極式両極
性アーク溶接電源と、溶着検出手段とを備えた自動溶接
装置のブロック図、第２図はこの発明による方法の制御
動作を示すタイムチャート、第３図は従来の消耗電極式
両極性アーク溶接電源と、溶着検出手段とを備えた自動
溶接装置における溶着検出動作の手順を示すタイムチャ
ートである。 (1)……溶着検出装置、 (2)……消耗電極式両極性アーク溶接電源、 (3)……溶接ワイヤ、(5)……ワイヤ送給モータ、 (6)……母材、(8)……第２遅延回路、 (9)……ワンショット回路、(10)……電圧検出回路、 (11)……溶着電圧設定器、(12)……比較器、 (13)……直流電源、(14)……インバータ回路、 (15)……第１遅延回路、(16)……極性比率設定器、 (17)……ドライブ回路、(18)……逆極設定器、 (20)……ワイヤ送給制御回路、 Ｅ……溶着検出用直流電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接の終了に際し溶接ワイヤを送給するワ
   イヤ送給モータへの送給停止が指令されたのち所定時間
   経過後に溶接ワイヤと母材間に溶接電圧と異なる溶着検
   出用直流電圧を印加し、検出した溶接ワイヤ・母材間の
   電圧値と設定値とを比較することによって溶接ワイヤと
   母材との溶着の有無を検出する溶着検出手段を有する溶
   接装置に用いられ、且つ、溶接ワイヤと母材間に正極性
   の直流溶接電圧と逆極性の直流溶接電圧とを交互に繰り
   返し印加する消耗電極式両極性アーク溶接電源における
   出力制御方法において、 溶接の終了に際し上記ワイヤ送給モータへの送給停止が
   指令されてから上記溶着検出用直流電圧が印加されるま
   での間に、上記正極性と逆極性の直流溶接電圧を交互に
   繰り返し印加する極性切替え制御を停止し、以後、溶接
   ワイヤと母材間に上記溶着検出用直流電圧と同じ極性の
   直流溶接電圧を所定時間印加することを特徴とする消耗
   電極式両極性アーク溶接電源における出力制御方法。