JPH0910940A - 電極交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、任意の溶接ト−チの位置や任
意の溶接ト−チの向きで電極を交換することができる電
極交換システムを提供するにある。 【構成】溶接台車２１は、Ｙ方向に移動し、この溶接台
車２１上に載置された左右移動装置２３は、Ｘ方向に移
動する。左右移動装置２３の上に載置された上下移動装
置２２は、Ｚ方向に移動する。溶接トーチ６は、上下移
動装置２２に取り付けられている。各移動装置は、溶接
コントローラ１１によって制御され、溶接トーチにより
被溶接物を溶接する。電極を保持する電極ホルダ４６が
上記溶接台車に載置され、電極ホルダ４６は、交換用電
極及び使用済み電極が挿入される複数の保持孔４７と、
この保持孔に挿入された交換用電極及び使用済み電極を
保持する押さえ金具５１と、保持孔に挿入された使用済
み電極を把持可能なユニット把持装置４８を備え、溶接
トーチは、電極を把持可能な電極把持装置１７０を備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動溶接装置における
電極交換システムに係り、特に、自走式自動溶接装置に
おける電極の交換作業の完全自動化を図り得る電極交換
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】作業者が作業を行うことに制限のある場
所，例えば、原子力プラントの被ばく領域や、その他の
極限環境の場所に採用される溶接装置や、テ−チングプ
レイバック機能を有するロボットによる自動溶接ライン
に採用された溶接装置においては、その作業の完全自動
化が要求され、消耗した電極の交換作業や整形作業も自
動化すべく、例えば、特開昭６３−２２８１００号公
報，特開平４−４９７９号公報や特開平６−３０４７５
６号公報に記載のように、種々の電極交換装置が知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の電極交換装置においては、使用済みの電極を溶
接ト−チから外す場合には、電極の自重を利用して電極
を落下させており、その後、交換用電極を取付けるよう
にしている。従って、例えば、配管溶接等の場合には、
任意の溶接ト−チの位置や任意の溶接ト−チの向きで電
極を交換することができないとう問題があった。

【０００４】また、非消耗電極式溶接では、常に満足す
る溶接品質を得るために、電極の先端形状及び突出し長
さ等の管理は重要である。しかし、溶接中に発生するヒ
ュ−ムの電極への付着，あるいは点孤，消孤時の電極の
消耗等により電極の形状は変化し、適正な溶接を続ける
ためには、適当なタイミングで電極を交換する必要があ
る。特に、多層多パス溶接ともなれば、その溶接作業内
においてア−ク発生時間も長く、点孤，消孤の回数も多
い。また、積層する毎に溶接開先深さも変化する。この
ため、電極の交換は溶接品質を保つ上で必要条件であ
る。

【０００５】この点において、特開平６−３０４７５６
号公報に記載のように、画像モニタ−で電極先端の形状
を確認する方法もあるが、この方法では、電極の先端形
状の確認のたびごとに、画像モニタ−用のセンサ位置ま
で溶接ト−チを移動しなければならず、溶接作業中に電
極の状態を把握できないという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、任意の溶接ト−チの位置
や任意の溶接ト−チの向きで電極を交換することができ
る電極交換システムを提供するにある。

【０００７】本発明の他の目的は、溶接作業中に電極の
状態を把握でき、必要に応じて電極の交換を行なえる電
極交換システムを提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、Ｙ方向に移動するＹ移動手段と、このＹ
移動手段の上に載置され、Ｚ方向に移動するＺ移動手段
と、このＺ移動手段の上に載置され、Ｘ方向に移動する
Ｘ移動手段と、このＸ移動手段に取り付けられた溶接ト
ーチと、上記Ｙ移動手段と上記Ｚ移動手段と上記Ｘ移動
手段の駆動を制御する制御手段とを有し、上記制御手段
は、上記各移動手段を制御して、上記溶接トーチにより
被溶接物を溶接するとともに、さらに、交換用電極を保
持する電極保持手段とを有し、この電極保持手段に保持
された電極を上記溶接トーチに取り付けて使用する電極
交換システムにおいて、上記電極保持手段は、上記Ｙ移
動手段の上に載置され、Ｙ方向に移動可能であるととも
に、交換用電極及び使用済み電極が挿入される複数の保
持孔と、この保持孔に挿入された上記交換用電極及び使
用済み電極を保持する押さえ金具と、上記保持孔に挿入
された使用済み電極を把持可能な第１の把持手段を備
え、また、上記溶接トーチは、電極を把持可能な第２の
把持手段を備え、上記制御手段は、電極の交換時には、
上記Ｘ移動手段及び上記Ｚ移動手段により上記溶接トー
チの位置を移動制御するとともに、上記電極保持手段の
上記保持孔の内、空の保持孔に使用済み電極を挿入した
状態で、上記第２の把持手段により、上記使用済みの電
極を把持するように制御し、その後、第１の把持手段に
よる上記電極の把持をオフするように制御して、上記電
極保持手段に使用済み電極を保持するとともに、上記電
極保持手段に保持された交換用電極を上記第１の把持手
段により把持するように制御することにより、溶接トー
チの電極を交換するようにしたものである。

【０００９】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、上記第１の把持手段は、往復動可能なピストンと、
このピストンとともに往復動するとともに、その先端に
複数本のスリットの形成された中空の電極把持手段と、
この電極把持手段の先端と係合するテーパ管とから構成
され、上記電極把持手段が一方向に移動した時に、上記
テーパ管と係合して上記スリットが狭められることによ
り、上記電極を把持し、上記電極把持手段が反対方向に
移動した時に、上記スリットが開いて電極の把持をオフ
するようにしたものである。

【００１０】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、上記第２の電極把持手段は、上記電極保持手段の上
記保持孔と直交する方向に形成された穴から挿入可能な
ピストンであり、このピストンを上記穴に挿入すること
により、上記保持孔に挿入された使用済み電極を把持す
るようにしたものである。

【００１１】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、上記電極保持手段は、回転可能なホルダであり、こ
のホルダの上の同心円上に形成された上記保持孔に交換
用電極若しくは使用済み電極を保持するようにしたもの
である。

【００１２】また、上記目的を達成するために、本発明
は、Ｙ方向に移動するＹ移動手段と、このＹ移動手段の
上に載置され、Ｚ方向に移動するＺ移動手段と、このＺ
移動手段の上に載置され、Ｘ方向に移動するＸ移動手段
と、このＸ移動手段に取り付けられた溶接トーチと、上
記Ｙ移動手段と上記Ｚ移動手段と上記Ｘ移動手段の駆動
を制御する制御手段とを有し、上記制御手段は、上記各
移動手段を制御して、上記溶接トーチにより被溶接物を
溶接するとともに、さらに、交換用電極を保持する電極
保持手段とを有し、この電極保持手段に保持された電極
を上記溶接トーチに取り付けて使用する電極交換システ
ムにおいて、上記溶接トーチに取り付けられた上記電極
と、上記被溶接物との間の電圧を検出する溶接電圧検出
手段を備え、この溶接電圧検出手段の出力により、電極
異常を検出するようにしたものである。

【００１３】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、さらに、上記溶接トーチに取り付けられた上記電極
と、上記溶接トーチによって発生するアークの近傍に配
置されるワイヤとの間の電圧を検出する電極・ワイヤ電
圧検出手段を備え、この電極・ワイヤ電圧検出手段の出
力により、電極異常を検出するようにしたものである。

【００１４】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、上記溶接電圧検出手段の出力若しくは上記電極・ワ
イヤ電圧検出手段の出力が、それぞれ、予め設定した電
圧より小さい時には、電極異常と判断する判断手段を備
え、この判断手段からの信号により、上記制御手段は溶
接を中断するようにしたものである。

【００１５】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、上記制御手段による溶接中断後、上記判断手段は、
上記溶接電圧検出手段の出力若しくは上記電極・ワイヤ
電圧検出手段の出力が、それぞれ、予め設定した電圧よ
り小さい時には、電極溶着若しくはワイヤ溶着と判断し
て、上記電極の自動交換が不可能であることを出力する
ようにしたものである。

【００１６】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、溶接パスの溶接動作終了時に、上記判断手段は、上
記溶接電圧検出手段の出力若しくは上記電極・ワイヤ電
圧検出手段の出力が、それぞれ、予め設定した電圧より
小さい時には、電極溶着若しくはワイヤ溶着と判断し
て、上記電極の自動交換が不可能であることを出力する
ようにしたものである。

【００１７】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、上記制御手段は、溶接パスの溶接終了毎にパス番号
を更新するとともに、この更新されたパス番号が予め設
定された所定番号になった時、上記移動手段により、上
記電極の交換を行うようにしたものである。

【００１８】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、上記制御手段は、溶接パスの溶接終了毎に電極寸法
を計測するとともに、電極寸法が所定値より短い時に
は、上記移動手段により、上記電極の交換を行うように
したものである。

【００１９】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、さらに、上記溶接トーチの近傍に配置されており、
溶接中の電極状態並びに上記電極交換中の状態を検知す
る視覚センサを備え、この視覚センサの出力をモニタに
表示するようにしたものである。

【００２０】上記電極交換システムにおいて、好ましく
は、さらに、上記視覚センサと上記溶接ヘッドから発生
するアーク光の間に配置され、アーク光の影響を除去す
るとともに、開閉可能なフィルタを備えるようにしたも
のである。

【００２１】

【作用】本発明では、電極保持手段は、Ｙ移動手段の上
に載置され、Ｙ方向に移動可能であるとともに、交換用
電極及び使用済み電極が挿入される複数の保持孔と、こ
の保持孔に挿入された交換用電極及び使用済み電極を保
持する押さえ金具と、保持孔に挿入された使用済み電極
を把持可能な第１の把持手段を備え、また、溶接トーチ
は、電極を把持可能な第２の把持手段を備え、制御手段
は、電極の交換時には、Ｘ移動手段及びＺ移動手段によ
り溶接トーチの位置を移動制御するとともに、電極保持
手段の保持孔の内、空の保持孔に使用済み電極を挿入し
た状態で、第２の把持手段により、使用済みの電極を把
持するように制御し、その後、第１の把持手段による電
極の把持をオフするように制御して、電極保持手段に使
用済み電極を保持するとともに、電極保持手段に保持さ
れた交換用電極を上記第１の把持手段により把持するよ
うに制御することにより、任意の溶接トーチの位置及び
向きで溶接トーチの電極を交換し得るものとなる。

【００２２】また、第１の把持手段は、往復動可能なピ
ストンと、このピストンとともに往復動するとともに、
その先端に複数本のスリットの形成された中空の電極把
持手段と、この電極把持手段の先端と係合するテーパ管
とから構成され、電極把持手段が一方向に移動した時
に、テーパ管と係合して上記スリットが狭められること
により、電極を把持し、電極把持手段が反対方向に移動
した時に、スリットが開いて電極の把持をオフすること
により、容易に電極の把持のオン・オフを行い得るもの
となる。

【００２３】また、さらに、第２の電極把持手段は、電
極保持手段の保持孔と直交する方向に形成された穴から
挿入可能なピストンであり、このピストンをこの穴に挿
入することにより、保持孔に挿入された使用済み電極を
把持することにより、容易に電極保持手段側に電極を把
持し得るものとなる。

【００２４】また、電極保持手段は、回転可能なホルダ
であり、このホルダの上の同心円上に形成された保持孔
に交換用電極若しくは使用済み電極を保持することによ
り、ホルダの回転のみで容易に電極を交換位置に移動し
得るものとなる。

【００２５】また、本発明では、溶接トーチに取り付け
られた上記電極と、被溶接物との間の電圧を検出する溶
接電圧検出手段を備えることにより、この溶接電圧検出
手段の出力に基づいて、電極異常を検出し得るものとな
る。

【００２６】また、さらに、溶接トーチに取り付けられ
た電極と、溶接トーチによって発生するアークの近傍に
配置されるワイヤとの間の電圧を検出する電極・ワイヤ
電圧検出手段を備えることにより、この電極・ワイヤ電
圧検出手段の出力に基づいて、電極異常を検出し得るも
のとなる。

【００２７】また、溶接電圧検出手段の出力若しくは上
記電極・ワイヤ電圧検出手段の出力が、それぞれ、予め
設定した電圧より小さい時には、電極異常と判断する判
断手段を備えることにより、この判断手段からの信号に
基づいて、制御手段は溶接を中断し得るものとなる。

【００２８】また、さらに、制御手段による溶接中断
後、判断手段は、溶接電圧検出手段の出力若しくは上記
電極・ワイヤ電圧検出手段の出力が、それぞれ、予め設
定した電圧より小さい時には、電極溶着若しくはワイヤ
溶着と判断して、電極の自動交換が不可能であることを
出力することにより、溶着を自動的に知り得るものとな
る。

【００２９】また、溶接パスの溶接動作終了時に、判断
手段は、溶接電圧検出手段の出力若しくは電極・ワイヤ
電圧検出手段の出力が、それぞれ、予め設定した電圧よ
り小さい時には、電極溶着若しくはワイヤ溶着と判断し
て、電極の自動交換が不可能であることを出力すること
により、溶着を自動的に知り得るものとなる。

【００３０】また、さらに、制御手段は、溶接パスの溶
接終了毎にパス番号を更新するとともに、この更新され
たパス番号が予め設定された所定番号になった時、移動
手段により、電極の交換を行うことにより、所定タイミ
ングで自動的に交換し得るものとなる。

【００３１】また、制御手段は、溶接パスの溶接終了毎
に電極寸法を計測するとともに、電極寸法が所定値より
短い時には、移動手段により、電極の交換を行うことに
より、自動的に、交換時期を判断して交換し得るものと
なる。

【００３２】また、さらに、溶接トーチの近傍に配置さ
れており、溶接中の電極状態並びに上記電極交換中の状
態を検知する視覚センサを備え、この視覚センサの出力
をモニタに表示することにより、視覚的に認識し得るも
のとなる。

【００３３】また、視覚センサと溶接ヘッドから発生す
るアーク光の間に配置され、アーク光の影響を除去する
とともに、開閉可能なフィルタを備えることにより、ア
ーク光の影響を除去し得るものとなる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を用
いて説明する。

【００３５】図１は、本発明の一実施例による電極交換
システムの構成図である。

【００３６】固定管の被溶接物１の外周にレール１０が
設定されており、このレール１０の上を溶接ヘッド９が
走行する。溶接コントローラ１１は、溶接ヘッド９の駆
動制御及び溶接電源１２の出力制御を行う。溶接コント
ローラ１１と溶接ヘッド９の間は、溶接ヘッド制御ケー
ブル、溶接トーチ位置信号ケーブル、電圧検出ケーブ
ル、溶接シールドガス導管、トーチ冷却水導管、溶接電
源ケーブル等を含んで成る複合ケーブル１３６で接続さ
れている。溶接コントローラ１１や溶接ヘッド９の運転
管理および制御は、演算制御装置１４によって行われ
る。演算制御装置１４には、キーボード１５及びＣＲＴ
１６が接続されている。また、溶接コントローラ１１に
は、操作ペンダント１３が接続されている。

【００３７】溶接ヘッド９の先端には、溶接トーチ６が
移動可能に取り付けられている。溶接トーチ６は、左右
移動装置２３の左右移動軸１３８に沿って、Ｘ軸方向に
揺動（ウィビング）可能である。左右移動装置２３は、
上下移動装置２２の上下移動軸１３７に沿って、Ｚ軸方
向に移動可能である。上下移動装置２２は、溶接台車２
１の上に固定されており、溶接台車２１は、レール１０
に沿って、被溶接物１の外周に沿って、Ｙ軸方向に移動
可能である。

【００３８】溶接トーチ６の先端には、電極５が交換可
能に保持されており、電極交換のために、電極把持装置
を備えているが、この電極把持装置の詳細については、
図４，５を用いて後述する。

【００３９】ワイヤ７は、ワイヤリール８に巻回されて
いる。ワイヤ７は、ワイヤ送給装置１３９によって、ワ
イヤ送給管１４０内を通り、溶接トーチ６の先端に送給
される。溶接トーチ６の先端近傍には、ワイヤ送給ガイ
ド３が設けられており、このワイヤ送給ガイド３を介し
て、溶接中のアーク（図示せず）内に送給される。溶接
トーチ６に然るべき支持材を用いて支持されるワイヤ送
給ガイド３は、後述する電極とワイヤの接触を検知する
ために必要となるＶｅ電圧信号を検出するため導体素材
で造られ、ワイヤ送給ガイド３は、その内部でワイヤと
接触しており、後述するワイヤ・電極短洛検出回路に導
線（図示せず）で継がれる。

【００４０】また、溶接ヘッド９には、これら溶接台車
２１、上下移動装置２２、左右移動装置２３の位置検出
を行う検出器（図示せず）が内蔵されており、複合ケー
ブル１３６によって、溶接コントローラ１１と接続さ
れ、溶接トーチ６の位置の検出、検知が可能となってい
る。また、左右移動装置２３，上下移動装置２２の移動
範囲内であって、溶接ヘッド９上には、使用済み電極１
９を離脱し、交換用電極１８を装着させる為の場所であ
る電極交換場所４５が形成され、電極交換場所４５には
使用済み電極１９を離脱、保持および交換用電極１８を
保持させておくための電極ホルダ４６が設けられてい
る。電極ホルダ４６は、支持部材１５２に回転可能に支
持されており、支持部材１５２は、溶接台車２１に固定
されている。また、支持部材１５２には、電極交換のた
めの、ユニット把持装置が固定されているが、ユニット
把持装置の詳細については、図２，３を用いて後述す
る。

【００４１】なお、本例では、１つの電極ホルダ４６に
よって、使用済み電極１９を離脱・保持し、また、交換
用電極１８を保持させておく構成を示しているが、使用
済み電極１９を離脱・保持するホルダと交換用電極１８
を保持させておくホルダとを別々のホルダを分離し、電
極交換場所４５として、電極離脱場所と電極装着場所を
別々に設定するようにしてもよい。 次に、電極ホルダ
の近傍に配置されたユニット把持装置の詳細について、
図２，３を用いて説明する。

【００４２】図２は、本発明の一実施例による電極交換
システムの電極ホルダ及びユニット把持装置の構成図で
ある。図３は、図２のＡ矢視図である。

【００４３】図２において、支持部材１５２は、溶接ヘ
ッドの一部を構成する支持板９ａに、固定支持部材１５
１ａにより固定されている。支持部材１５２の上には、
電極ホルダ４６が回転可能に支持されている。電極ホル
ダ４６は、空気導入孔１７７から導入されるエアにより
回転される。電極ホルダ４６には、２本の交換用電極１
８ａ，１８ｂ及び使用済み電極１９が載置されている状
態を示している。また、電極ホルダ４６の破線で示す電
極交換場所４５には、電極は載置されておらず、電極の
ための保持孔４７が形成されている。

【００４４】交換用電極１８ａ，１８ｂ及び使用済み電
極１９は、電極ホルダ４６に形成された保持孔に挿入さ
れ、押さえ金具５０によって、電極ホルダ４６に保持さ
れている。押さえ金具５０は、その内部に、図示しない
ボールとスプリングを備え、スプリングの附勢力により
ボールを保持孔４７に挿入された電極に押圧することに
より、電極を保持している。このスプリングによる保持
力は、電極をスムーズに抜き差しするのに適度な保持力
であり、図１に示す溶接台車２１が、Ｙ軸に沿って移動
し、支持部材１５２の天地が逆の位置まで移動しても、
保持孔に保持された電極が落下しない程度の保持力であ
る。使用済み電極１９を電極ホルダ４６から取り外す場
合には、人間の手によって容易に取り外すことができ
る。

【００４５】電極ホルダ４６の近傍の支持部材１５２上
には、近接スイッチ１７１が配置されており、電極ホル
ダ４６の保持孔４７に電極が保持されているか否かの検
出に使用される。また、支持部材１５２上には、近接ス
イッチ５１が配置されており、電極の交換時に、溶接ト
ーチが電極交換場所４５の近傍に移動してきて、電極の
交換後、溶接トーチの電極把持装置に交換用電極が把持
されているか否かの検出に使用される。近接スイッチ１
７１，５１は、いづれも、金属製の電極の接近を検出す
るものである。

【００４６】また、支持部材１５２には、固定支持部材
１５１ｂによって、ユニット把持装置４８が固定されて
いる。ユニット把持装置４８には、エアで駆動されるピ
ストンが内蔵されている。このピストンの詳細について
は、図３を用いて後述するが、このピストンが電極ホル
ダ４６に設けられた把持孔１５３に挿入され、保持孔４
７に挿入された交換すべき使用済みの電極を把持する。
把持孔１５３は、保持孔４７に対して直交する方向に設
けられている。

【００４７】交換すべき使用済みの電極は、溶接トーチ
６の電極把持装置に把持された状態で、電極交換場所４
５に移動してきて、その先端を保持孔４７に挿入する。
そこで、ユニット把持装置４８のピストンにより、その
交換すべき使用済みの電極を把持した後、溶接トーチ６
の電極把持装置を動作させて電極を離脱させることによ
り、交換すべき使用済みの電極は、電極ホルダ４６に残
置される。上述したように電極ホルダ４６には、押さえ
金具５０が設けてあるため、ユニット把持装置４８のピ
ストンを把持孔１５３から引き抜いても、この押さえ金
具５０により、使用済み電極を電極ホルダ４６上に保持
できる。

【００４８】また、４個の保持孔４７は、固有の番号を
有しており、溶接コントローラ１１により、それぞれの
保持孔を番号により指定，選択し、電極交換を可能とな
るようにしてある。

【００４９】図３は、図２のＡ矢視図であり、図２と同
一符号は同一部分を示している。

【００５０】支持部材１５２上に支持された電極ホルダ
４６は、矢印Ｒ方向に回転可能である。電極ホルダ４６
には、２本の交換用電極１８ａ，１８ｂ及び使用済み電
極１９が載置されている。電極ホルダ４６の一部を切り
欠いて示してあるように、電極ホルダ４６に取り付けら
れた押さえ金具５０は、保持孔４７内に突出するように
先端にボール５０ａを備えており、このボール５０ａ
は、図示しないスプリングにより、矢印Ｓ方向に附勢力
を与えられている。従って、保持孔４７に電極が挿入さ
れた状態では、このボールにより電極を保持できる。ま
た、支持部材１５２上に支持されたユニット把持装置４
８は、その先端にエアで駆動されるピストン４８ａを有
し、このピストン４８ａは、矢印Ｔ方向に往復動可能で
あり、その先端が把持孔１５３に挿入されることによ
り、保持孔４７に挿入された電極を把持できる。

【００５１】使用済み電極が保持孔４７に把持される
と、電極ホルダ４６は、反時計回りに９０゜回転するこ
とにより、交換用電極１８ａが電極交換位置に移動する
ので、この位置で、溶接トーチの電極把持装置により、
新しい電極を溶接トーチに把持可能である。

【００５２】ここでは、電極の移動手段として、回転し
て移動する電極ホルダを示してあるが、これが直線移動
するような部材であってもよい。

【００５３】次に、図４，５を用いて、溶接トーチの電
極把持装置について説明する。

【００５４】図４は、本発明の一実施例による電極交換
システムの溶接トーチの電極把持装置の断面図である。
図５は、図４の要部の斜視図である。

【００５５】図４において、溶接トーチ６の中心部に電
極５が把持されている。電極５は、電極把持装置１７０
の電極把持金具１７２に把持されている。電極把持金具
１７２の構成については、図５を用いて詳述する。電極
把持金具１７２は、矢印Ｕ方向に移動するピストン１７
３によって、テーパ管１７５の細口になっている先に押
しつけられることによって電極５を把持できる。電極把
持金具１７２は、ナット１７６によってピストン１７３
に取り付けられており、ピストン１７３の矢印Ｕ方向の
動きに連動して往復動できる。

【００５６】図中左方向に移動した状態で、電極把持金
具１７２は、電極５を把持しており、図中右方向に移動
した状態で、電極把持金具１７２は、電極５の把持が開
放される。ピストン１７３は、エア導入孔１７７ａ，１
７７ｂから導入，排出されるエアによって駆動される。
また、溶接トーチ６に設けられた近接スイッチ１７４に
よって、ピストン１７３の矢印Ｕ方向の動きが検出さ
れ、電極の把持，開放状態を溶接コントローラに出力で
きる。

【００５７】次に、図５を用いて、電極把持金具の詳細
について説明する。

【００５８】電極把持金具１７２は、図示したように、
先端に複数本のスリットを有する管であり、その先端を
テーパ管に押さえ付けることにより、先端がすぼまり、
電極を把持できる。電極把持金具１７２は、ナット１７
６によって、ピストン１７３の先端に取り付けれてお
り、ピストン１７３と一体的に移動する。

【００５９】次に、図６，７を用いて、電極交換システ
ムのシステム構成について説明する。

【００６０】図６は、本発明の一実施例による電極交換
システムのブロック図である。図７は、本発明の一実施
例による電極交換システムの自動交換制御のフローチャ
ートである。

【００６１】図６において、溶接コントローラ１１の内
部には、溶接ヘッド９を駆動するために、溶接ヘッド９
の左右移動装置２３によるＸ軸方向の駆動，上下移動装
置２２によるＺ軸方向の駆動，走行台車移動装置２１に
よるＹ軸方向の駆動及びワイヤ送給装置１３９によるワ
イヤＷの送給のための、駆動回路２５が備えられてお
り、制御回路２８からの制御信号に応じて、ヘッド位置
やワイヤ送給を制御する。位置カウント回路２６は、溶
接ヘッド９の位置を検出するための位置検出器２４から
の信号を受信し、検出された位置と、駆動回路２５から
の目標位置によって位置制御を行う。電磁弁４２は、制
御回路２８からの指令により、電磁弁駆動回路４３から
の制御信号により駆動されて、エアの供給を制御して、
溶接トーチ６内の電極把持装置１７０，電極ホルダ４６
のユニット把持装置４８および電極ホルダ４６の移動手
段を駆動させる。

【００６２】溶接出力回路２７は、制御回路２８からの
指令に基づいて、溶接電源１２から任意の電流波形を溶
接トーチ６に出力させる。入出力回路２９は、操作ペン
ダント１３からの入力信号を設定・記憶回路３０および
制御回路２８に伝達する。操作ペンダント１３からは、
電極番号の選択や電極交換の指示を行える。

【００６３】通信インタフェース回路３１，３３は、演
算制御装置１４から指令信号を制御回路２８に伝達す
る。

【００６４】位置検出器２４としては、左右移動装置２
３，上下移動装置２２，溶接台車移動装置２１，ワイヤ
送給装置１３９ともパルスエンコーダを使用しており、
このパルス信号を位置検出カウント回路２６に取り込む
ことによって、溶接トーチ６の現在位置およびワイヤ送
給量を求めることが可能となっている。この溶接コント
ローラ１１は、制御回路２８によってコントロールされ
ており、演算制御装置１４からの遠隔制御の指令信号あ
るいは操作ペンダント１３による操作信号をそれぞれ取
り込んで、溶接ヘッド９の駆動制御，電極交換制御およ
び溶接電源１２の出力制御ができるようになっている。
演算制御装置１４は、溶接動作を制御するための溶接動
作制御部３４を備えており、この溶接動作制御部３４
は、通信インターフェース回路３３を介して溶接コント
ローラ１１と接続されている。溶接動作制御部３４は、
通信インターフェース回路３３を介して、溶接出力デー
タ４１及び溶接ヘッド位置データ３７を取り込み、この
データに基づいて、溶接動作を制御するための制御信号
を通信インターフェース回路３３を介して、溶接コント
ローラ１１に送る。

【００６５】溶接出力データ４１は、例えば、多層多パ
スの溶接を行う場合に、１本の溶接パスの溶接を終了し
た時に、その溶接パス終了のデータを保持する。溶接ヘ
ッド位置データ３７は、溶接トーチ６のＸ軸，Ｙ軸及び
Ｚ軸方向の位置をデータとして保持する。溶接動作制御
部３４は、画面表示処理３５による画面処理に基づい
て、マンマシーンインターフェース回路３６を介して接
続され、ＣＲＴ１６に画面表示する。また、マンマシー
ンインターフェース回路３６には、キーボード１５が接
続されており、キーボード１５からの入力情報は、マン
マシーンインターフェース回路３６を介して溶接動作制
御部３４に取り込まれる。

【００６６】次に、具体的な電極交換動作について、電
極交換作業の手順に従って、図７を用いて説明する。制
御回路２８は、ステップ５２において、電極交換要求が
出されると、ステップ５３において、制御回路２８は、
各軸の駆動回路２５を通じて、溶接トーチ６を上下移動
装置２２の原点位置（上下移動装置２２の上昇限位置）
まで移動させ、次に、左右移動装置２３の原点まで移動
させる。次に、ステップ５４において、電極交換場所移
動要求により、制御回路２８は、各軸の駆動回路２５を
通じて、溶接トーチ６を、左右移動装置２３にて溶接ト
ーチ６を電極交換場所４５の上方の位置に位置させる。

【００６７】これらの移動動作は、前述の移動動作直前
の上下移動装置２２，左右移動装置２３の原点出しによ
り、各駆動軸に起こりうる僅かの誤差も排除し、また前
述の各軸駆動回路２５及び位置検出器２４からの信号を
受信する各軸位置カウント回路２６とによる制御とあい
まって正確かつ確実に実施され、動作完了が確認され
る。ステップ５５において、制御回路２８は、電極交換
場所の保存孔は空か否かを判断する。電極ホルダ４６に
は、番号が付与されているので、この番号と電極の有無
を予め記憶しておくことにより、制御回路２８は電極交
換場所の保存孔は空か否かを容易に判断できる。電極交
換場所の保存孔が空でない時には、ステップ５６におい
て、制御回路２８は、電極ホルダ４６を回転させて、電
極交換場所を移動し、電極を保持していない保持孔４７
を電極交換場所４５へ移動する。

【００６８】次に、ステップ５７において、制御回路２
８は、駆動回路２５に制御指令を送り、上下移動装置２
２を駆動して、溶接トーチ６を電極交換場所まで下降さ
せ、保持孔４７に使用済み電極１９を挿入させる。ステ
ップ５８において、制御回路２８は、溶接トーチ６に微
弱電流を流し、その電流が電極ホルダ４６からアースに
流れるか否かによって、電極が電極ホルダ４６にささっ
ているかどうかを判断する。ささっていない場合には、
ステップ５９において、制御回路２８は、エラーメッセ
ージを送り、通信インターフェース回路３１，３３及び
マンマシーンインターフェース回路３６を介してＣＲＴ
１６に表示する。

【００６９】次に、ステップ６０において、制御回路２
８は、電磁弁駆動回路４３を介して電磁弁４２を駆動し
て、溶接トーチ６内の電極把持装置１７０による電極把
持を解除させ、溶接トーチ６から使用済み電極を開放す
る。その後、ステップ６１において、制御回路２８は、
電磁弁駆動回路４３を介して電磁弁４２を駆動して、ユ
ニット把持装置４８を作動させ、電極ホルダ４６に使用
済み電極を把持させる。ステップ６２において、制御回
路２８は、溶接トーチ６を上下移動装置２２により、そ
の原点まで移動（上昇）させることで、使用済み電極を
溶接トーチ６から離脱させる。

【００７０】次に、ステップ６３において、制御回路２
８は、電磁弁駆動回路４３を介して電磁弁４２を駆動し
て、ユニット把持装置４８による電極把持を開放して、
電極ホルダ４６が回転可能な状態とする。ステップ６４
において、制御回路２８は、電極ホルダ４６を１回転さ
せ、その時の近接スイッチ１７１からの信号により、使
用済みの電極が溶接トーチ６内の電極把持装置１７０に
より把持されたまま溶接トーチ６とともに移動していな
いかどうかを確認するため、電極ホルダ４６に電極がさ
さっているかどうかを確認する。ささっていない場合に
は、ステップ５９において、制御回路２８は、エラーメ
ッセージを送り、通信インターフェース回路３１，３３
及びマンマシーンインターフェース回路３６を介して、
ＣＲＴ１６に表示する。

【００７１】次に、ステップ６６において、制御回路２
８は、電極ホルダ４６を作動させ、要求された番号の保
持孔４７に保持された交換用電極１８を電極交換場所４
５に移動させ、ステップ６７において、制御回路２８
は、再び溶接トーチ６を電極交換場所まで移動（下降）
させ、溶接トーチ６に交換用電極１８を挿入させ、ステ
ップ６８において、溶接トーチ６内の電極把持装置１７
０を作動させ、溶接トーチ６に交換用電極を把持させ、
ステップ６９において、溶接トーチ６を上下移動装置２
２の原点まで移動（上昇）させる。

【００７２】ステップ７０において、制御回路２８は、
電極ホルダ４６を１回転させ、その時の近接スイッチ１
７１からの信号により、交換用の電極がまだ、電極交換
場所の保持孔にささっていないかどうかを判断し、ささ
ったままの場合には、ステップ７１にて、ＣＲＴ１６に
エラーメッセージを表示する。正常に交換の行われた場
合には、ステップ７２において、溶接トーチ６を近接ス
イッチ５１の近傍に移動して、その時の近接スイッチ５
１からの信号により、溶接トーチ６に新しい電極が取り
付けられたか否かを確認する。電極が無い場合には、ス
テップ７３にて、ＣＲＴ１６にエラーメッセージを表示
する。

【００７３】以上により、交換用電極１８を溶接トーチ
６に取付ることが達成される。また、以上の動作により
電極交換作業は達成される。溶接交換作業が終了した溶
接トーチ６は、制御回路２８からの要求に従い、溶接作
業場所に移動して待機状態となる。

【００７４】本実施例によれば、電極把持装置及びユニ
ット把持装置を設けることにより、溶接ヘッドが溶接台
車によりＹ方向に移動して、どのような姿勢にある場合
でも使用済み電極の離脱及び新電極への交換が行い得る
ものとなる。

【００７５】次に、本発明の他の実施例について、図８
乃至図１０を用いて説明する。

【００７６】図８は、本発明の他の実施例による電極交
換システムの電極交換判断装置のブロック図である。図
８は、図１に示した電極交換システムを紙面の後ろ斜め
方向側から見た場合の図である。

【００７７】この電極交換判断装置では、電極の異常に
起因する電極交換の必要の有る無し、及び電極交換の可
不可を判定するようにしている。

【００７８】溶接ヘッド９は、走行台車２１により、レ
ール１０上を走行する。溶接コントローラ１１は、溶接
ヘッド９の駆動制御及び溶接電源１２の出力制御を行
う。

【００７９】溶接ヘッド９には、溶接トーチ６とその先
端に送給されるワイヤ７が搭載してある。溶接ヘッド９
には、また、溶接台車上に設置された溶接トーチ６及び
ワイヤ送給ガイド３を上下動させるための上下移動装置
２２や、上下移動装置２２上に設置された左右に揺動
（ウィビング）させるための左右移動装置２３と、レー
ル１０上を走行するための溶接台車２１（走行軸）と、
これら各移動装置の位置検出を行う検出器が内蔵されて
いる。

【００８０】左右移動装置２３に取り付けられた溶接ト
ーチ６には、溶接用電極５が着脱自在に取付け可能とな
っており、溶接トーチ６内には自動クランプ手段である
電極把持装置が備えられている。

【００８１】溶接コントローラ１１は、Ｖｅ電圧信号を
検出する手段である電極・ワイヤ電圧検出回路７８と、
Ｅａ電圧信号を検出する手段である溶接電圧検出回路８
０と、これらの電極・ワイヤ電圧検出回路７８及び溶接
電圧検出回路８０とに接続され、溶接用電極５の状態を
判定する電極状態判定回路７６と、この電極状態判定回
路７６に接続された制御回路２８とから構成されてい
る。

【００８２】電極・ワイヤ電圧検出回路７８は、アーク
４中に送られる無通電のワイヤ７とアーク発生中の溶接
用電極５との間に生じる電圧を検出し、Ｖｅ電圧信号と
して電極状態判定回路７６に出力する。溶接電圧検出回
路８０は、アーク４が発生している溶接用電極５と被溶
接材１の間に生じる電圧Ｅａを検出し、Ｅａ電圧信号と
して電極状態判定回路７６に出力する。また、電極状態
判定回路７６は、前述の電極・ワイヤ電圧検出回路７８
および溶接電圧検出回路８０から送信されるＶｅ電圧信
号およびＥａ電圧信号を、異常判定の基準電圧ｅ２と比
較して、溶接用電極５の異常の有無を判定する。そし
て、電極状態判定回路７６は異常ありと判定した場合
は、溶接中断の指令、電極異常の表示指令を制御回路２
８に送信する。

【００８３】図９は、本発明の他の実施例による電極交
換システムのブロック図である。図６と同一符号は同一
部分を示している。

【００８４】図６と相違しているのは、図８において説
明をした電極状態判定回路７６，電極・ワイヤ電圧検出
回路７８および溶接電圧検出回路８０を備えた点にあ
る。センサヘッド１２６及びセンサ画像処理装置１２７
については、後述する。

【００８５】図１０は、図８及び図９に示した実施例に
よる電極の異常に起因する電極交換の必要の有る無し、
及び電極交換の可不可を判定する検出判断方法を実施す
るためのフローチャートを示している。

【００８６】最初に、ステップ８１において、溶接のア
ークが発生しているか否かを検出し、検出されないとき
には、ステップ８２において、溶接が行われていないの
で、無検出とする。溶接中の時には、ステップ８３にお
いて、アップスロープのために、例えば、１０秒ほどの
検出待ち時間ｔｄを経過した後、ステップ８４におい
て、電圧検出の処理を開始する。

【００８７】ステップ８５において、電極状態判定回路
８０は、電圧検出回路７６，７８からの検出電圧Ｅａ，
Ｖｅに基づいて、動作異常検知を行なう。ステップ８５
の動作異常検知では、溶接作業中での溶接停止の状態を
検出し、その結果に応じた電極の判定処理を行う。

【００８８】具体的には、溶接停止状態の判定では、電
極状態判定回路８０は、ステップ１２２において、電極
−被溶接材接触検知を行い、ステップ１２３において、
電極−ワイヤ接触検知を行う。

【００８９】電極−被溶接材接触検知は、溶接電圧Ｅａ
の値がＥａ≦ｅ２かどうかが判断される。Ｅａ≦ｅ２と
なったときは、制御回路２８は、電極が溶融池（被溶接
材）に接触したと判断して、ステップ８７において、溶
接中断動作を実施する。

【００９０】また、ステップ１２３では、電極−ワイヤ
接触検知のために、Ｖｅ≦ｅ２かどうかが判断される。
Ｖｅ≦ｅ２となったときには、制御回路２８は、溶接ワ
イヤが電極に接触したと判断され、ステップ８７におい
て、溶接中断動作を実施する。

【００９１】この電極−被溶接材接触及び電極−ワイヤ
接触の異常におけるステップ８７の溶接中断動作では、
制御回路２８は、溶接台車２１を直ちに停止させ、装置
の破損を防止する。そして、さらに、制御回路２８は、
ステップ８６において、電極異常処理を行い、電極状態
判定回路８０は、ステップ８９ａにおいて、溶着検知を
行う。ここでは、再度、電圧検出回路７６，７８からの
電圧Ｖｅ，Ｅａを検出し、異常判定の基準電圧ｅ２と比
較して溶接用電極５の異常の有無を判定する。その前に
ステップ８７で、溶接中断動作を行ったので、ステップ
８５における電圧検出時には、電極接触の電圧条件を満
たしていても、その後の溶接中断動作により、非接触状
態に復帰する場合もある。

【００９２】ステップ８９ａにおいて、電圧が正常な場
合には、制御回路２８は、ステップ９０において、未溶
着と判断をする。しかし、この場合既に、電極−被溶接
材接触あるいは電極−ワイヤ接触が起こっており、電極
はそのままの使用には耐えず、電極交換が必要であるた
め、制御回路２８は、ステップ９６において、自動交換
可能と判断をし、通信インターフェース回路３１，３３
を介して、溶接動作制御部３４に溶接交換可の指令を送
る。溶接動作制御部３４は、ステップ１００ａにおい
て、マンマシーンインターフェース回路３６を介して、
ＣＲＴ１６に電極交換可能の表示や電極番号選択のため
の表示等をする。例えば、操作ペンダント１３の電極交
換のボタンが選択されると、ステップ９９において、制
御回路２８は、電極交換の制御指令を出力し、電極把持
装置１７０とユニット把持装置４８を駆動して電極交換
を自動で行う。

【００９３】ステップ８９ａにおいて、電極状態判定回
路８０が、Ｅａ≦ｅ２となったことを検出すると、ステ
ップ９１ａにおいて、制御回路２８は、電極溶着と判断
をする。電極溶着時には、ステップ９７ａにおいて、制
御回路２８は、自動交換不可と判断し、通信インターフ
ェース回路３１，３３を介して、溶接動作制御部３４に
溶接交換不可の指令を送る。溶接動作制御部３４は、ス
テップ１００ｂにおいて、マンマシーンインターフェー
ス回路３６を介して、ＣＲＴ１６に電極交換不可能の表
示，アラーム表示やエラー表示等を行う。そして、ステ
ップ１０１ａにおいて、制御回路２８において、手動交
換が必要と判断される。ステップ１０２ａは、作業者に
よる手作業であり、溶着除去作業及び電極交換作業が行
われる。

【００９４】また、ステップ８９ａにおいて、電極状態
判定回路８０が、Ｖｅ≦ｅ２となったことを検出する
と、ステップ９２ａにおいて、制御回路２８は、ワイヤ
溶着と判断をする。ワイヤ溶着時には、ステップ９７ａ
において、制御回路２８は、自動交換不可と判断し、通
信インターフェース回路３１，３３を介して、溶接動作
制御部３４に溶接交換不可の指令を送る。溶接動作制御
部３４は、ステップ１００ｂにおいて、マンマシーンイ
ンターフェース回路３６を介して、ＣＲＴ１６に電極交
換不可能の表示，アラーム表示やエラー表示等を行う。
そして、ステップ１０１ａにおいて、制御回路２８にお
いて、手動交換が必要と判断される。ステップ１０２ａ
は、作業者による手作業であり、溶着除去作業及び電極
交換作業が行われる。

【００９５】なお、それ以外の電圧条件となった時に
は、制御回路２８は、ステップ９３ａにおいて、エラー
メッセージを出力する。

【００９６】以上のようにして、ステップ８９ａ以降の
処理を終わると、溶接動作を再開する。

【００９７】また、ステップ８５において、電極状態判
定回路８０において、正常と判定され、さらに、ステッ
プ１６５において、制御回路２８により、正常な溶接動
作終了と判断された場合にも、同様に、電極状態判定回
路８０は、ステップ８９ｂにおいて、Ｖｅ電圧信号およ
びＥａ電圧信号を異常判定の基準電圧ｅ２と比較して溶
接用電極５の異常の有無を判定する。

【００９８】ステップ８９ｂにおいて、電圧が正常な場
合には、制御回路２８は、ステップ９５において、正常
動作終了として、ステップ９８において、次動作に進
む。

【００９９】ステップ８９ｂにおいて、電極状態判定回
路８０が、Ｅａ≦ｅ２となったことを検出すると、ステ
ップ９１ｂにおいて、制御回路２８は、電極溶着と判断
をする。電極溶着時には、ステップ９７ｂにおいて、制
御回路２８は、自動交換不可と判断し、通信インターフ
ェース回路３１，３３を介して、溶接動作制御部３４に
溶接交換不可の指令を送る。溶接動作制御部３４は、ス
テップ１００ｃにおいて、マンマシーンインターフェー
ス回路３６を介して、ＣＲＴ１６に電極交換不可能の表
示，アラーム表示やエラー表示等を行う。そして、ステ
ップ１０１ｂにおいて、制御回路２８において、手動交
換が必要と判断される。ステップ１０２ｂは、作業者に
よる手作業であり、溶着除去作業及び電極交換作業が行
われる。手動交換終了後、ステップ１０３において、制
御回路２８は、次動作を再開する。

【０１００】また、ステップ８９ｂにおいて、電極状態
判定回路８０が、Ｖｅ≦ｅ２となったことを検出する
と、ステップ９２ｂにおいて、制御回路２８は、ワイヤ
溶着と判断をする。ワイヤ溶着時には、ステップ９７ｂ
において、制御回路２８は、自動交換不可と判断し、通
信インターフェース回路３１，３３を介して、溶接動作
制御部３４に溶接交換不可の指令を送る。溶接動作制御
部３４は、ステップ１００ｃにおいて、マンマシーンイ
ンターフェース回路３６を介して、ＣＲＴ１６に電極交
換不可能の表示，アラーム表示やエラー表示等を行う。
そして、ステップ１０１ｂにおいて、制御回路２８は、
手動交換が必要と判断される。ステップ１０２ｂは、作
業者による手作業であり、溶着除去作業及び電極交換作
業が行われる。

【０１０１】なお、それ以外の電圧条件となった時に
は、制御回路２８は、ステップ９３ｂにおいて、エラー
メッセージを出力する。

【０１０２】また、ステップ８５において、制御回路２
８が、その他の動作異常と判断した時は、ステップ１０
４において、通信インターフェース回路３１，３３を介
して、溶接動作制御部３４に動作異常の指令を送る。溶
接動作制御部３４は、ステップ１００ｃにおいて、マン
マシーンインターフェース回路３６を介して、ＣＲＴ１
６に動作異常の表示，アラーム表示やエラー表示等を行
う。そして、ステップ１０５において、その他の動作異
常の処理を行い、ステップ１０６において、動作解除
後、ステップ１０７において、次動作を再開する。

【０１０３】以上のようにして、電極の異常に起因する
電極交換の必要の有る無し、及び電極交換の可不可を判
定し、電極の自動交換が実施される。従来は、溶接作業
中にしばしば起こりうることである溶加材（フィラワイ
ヤ）と電極の接触が起こったならば、一般の自動溶接機
を操作する熟練溶接作業者であれば、直ちに溶接機を停
止させ、電極と溶加材（フィラワイヤ）が溶着する以前
に溶接停止動作が完了するよう心がけ、電極と溶加材が
溶着しなかったならば、電極の状態に応じて直ちに交換
用電極と交換を行う事ができる。しかし、従来の自動電
極交換システムにおいては、電極の交換の要不要の検出
判定装置がなく、溶接作業中に電極接触に対しては、対
処は不可能であったが、以上のようにして、電極の異常
に起因する電極交換の必要の有る無し、及び電極交換の
可不可を判定し、電極の自動交換が可能となる。本実施
例によれば、電極の異常に起因する電極交換の必要の有
無、及び電極交換の可不可を判定し、電極の自動交換が
実施し得るものとなる。

【０１０４】次に、本発明の第３の実施例について、図
９を用いて説明する。

【０１０５】溶接トーチ６の近傍には、センサヘッド１
２６が配置されている。センサヘッド１２６は、視覚セ
ンサを有するとともに、溶接中、すなわち、アーク発生
中にはアーク光からこの視覚センサを保護し、またアー
ク光の影響を排除するフィルタが開閉可能に具備されて
おり、また、照明を具備することによって、溶接中も溶
接停止時にも溶接トーチ６に取り付けられた電極の遠隔
監視が可能となるように構成されている。

【０１０６】センサヘッド１２６は、常に、電極を監視
可能なように溶接トーチ６に取り付けられ、センサ画像
処理装置１２７のカメラ制御器１２９を介して、画像モ
ニタ１３１に信号線で接続され、溶接中、および電極自
動交換中の状況を遠隔監視可能としている。また、セン
サヘッド１２６に具備されたフィルタは、信号線を介し
てフィルタ制御器１３０に接続され、遠隔操作にてフィ
ルタの開閉が可能となっており、同様に、センサヘッド
１２６に具備された照明も信号線を介して、照明用電源
１２８に接続され、遠隔での照明ＯＮ，ＯＦＦが可能と
なっている。また、操作ペンダント１３には電極番号選
択ボタン、電極交換動作指令ボタンが備えられ、作業者
が遠隔操作により自動電極交換が可能となっている。電
極の交換時期または交換状況を知る手段として、視覚セ
ンサとその表示装置を備えることにより、作業者の遠隔
操作による自動電極交換が実現される。

【０１０７】本実施例によれば、溶接中並びに電極交換
中の状況を遠隔監視し得るものとなる。

【０１０８】本発明の第４の実施例について、図９及び
図１１を用いて説明する。

【０１０９】図１１は、本発明の第４の実施例による電
極交換システムの電極交換判断装置の制御フローチャー
トである。

【０１１０】電極交換システムの全体構成は、図９に示
したとおりであり、本実施例では、その制御フローに追
加がある。図１１に示したフローチャートは、図１０の
（Ｃ）に続いて実行可能な制御フローである。

【０１１１】本実施例では、あらかじめ設定された条件
に従い、交換用電極を選択し、電極把持装置およびユニ
ット把持装置と連動して動作させる判断制御動作が可能
となっている。

【０１１２】この制御動作は、ソフトウェアとして演算
処理装置１４の中の溶接動作制御部３４に組み込まれて
いる。

【０１１３】本実施例における自動電極交換システムで
は、溶接積層作業の中で、１パスを１つの溶接作業ステ
ップとして、電極を交換させる作業法案として電極交換
基準パスＫ１〜Ｋ３を設定し、前述の実施例で示したよ
うな電極異常、電極消耗で自動交換電極交換が実施され
た場合にも不整合が起きないように、各パス溶接作業実
施前に、今実施しようとしているパスＮｏ．である更新
溶接パスＰと前回電極を交換したパスＮｏ．であるＰｅ
との差Ｐ−Ｐｅを電極交換基準パスＫ１〜Ｋ３と比較
し、Ｐ−ＰｅがＫ１〜Ｋ３のいずれかに一致した場合自
動電極交換を実施するようになっている。Ｐ，Ｐｅ，Ｋ
１〜Ｋ３は演算処理装置１４内の溶接動作制御プログラ
ム３４で管理され、Ｋ１〜Ｋ３は溶接データファイル４
０内で場合に応じて設定できるようになっている。例え
ば、Ｋ１〜Ｋ３は、それぞれ、Ｋ１＝６，Ｋ２＝１２，
Ｋ３＝１８のように設定されており、６パス毎に、自動
電極交換を行えるようになっている。図１１において、
ステップ１０８において、溶接動作制御部３４は、現在
溶接作業を実施中のパス（現パス）の溶接動作の終了を
判断すると、溶接動作制御部３４は、溶接コントローラ
１１に指示して、溶接トーチ６を次パスの溶接開始位置
に移動する。ステップ１０９において、溶接動作制御部
３４は、溶接コントローラ１１からの信号により、溶接
トーチ６の移動終了を検知すると、次のステップ１１１
において、溶接パス番号をＰに更新する。ステップ１１
２において、溶接動作制御部３４は、前回に電極を交換
した時のパス番号をＰｅとして入力する。仮に、多層パ
スの溶接開始時に電極を交換しているとすると、Ｐｅ＝
０となる。

【０１１４】溶接作業の各パスの動作終了時毎に、更新
溶接パスＰは更新されるので、この更新されたパスＰ
と、前回電極交換時のパス番号Ｐｅの差分（Ｐ−Ｐｅ）
により、ステップ１１３において、電極交換の判定が行
われる。

【０１１５】ステップ１１３において、溶接動作制御部
３４は、（Ｐ−Ｐｅ）＜Ｋ１と判断すると、ステップ１
５５において、溶接動作制御部３４は、交換不要と判断
し、ステップ１６４に進んで、溶接動作を再開する。

【０１１６】ステップ１１３において、溶接動作制御部
３４は、（Ｐ−Ｐｅ）＝Ｋ１と判断すると、ステップ１
５６において、溶接動作制御部３４は、交換要と判断す
る。溶接動作制御部３４は、ステップ１６２において、
ＣＲＴ１６に自動電極交換の表示を行い、通信インター
フェース回路３１，３３を介して、制御回路２８に電極
交換要の指令を送る。制御回路２８は、ステップ１６３
において、電極交換の制御指令を出力し、電極把持装置
１７０とユニット把持装置４８を駆動して電極交換を自
動で行う。

【０１１７】ステップ１１３において、溶接動作制御部
３４は、Ｋ１＜（Ｐ−Ｐｅ）＜Ｋ２と判断すると、ステ
ップ１５７において、溶接動作制御部３４は、交換不要
と判断し、ステップ１６４に進んで、溶接動作を再開す
る。

【０１１８】ステップ１１３において、溶接動作制御部
３４は、（Ｐ−Ｐｅ）＝Ｋ２と判断すると、ステップ１
５８において、溶接動作制御部３４は、交換要と判断す
る。溶接動作制御部３４は、ステップ１６２において、
ＣＲＴ１６に自動電極交換の表示を行い、通信インター
フェース回路３１，３３を介して、制御回路２８に電極
交換要の指令を送る。制御回路２８は、ステップ１６３
において、電極交換の制御指令を出力し、電極把持装置
１７０とユニット把持装置４８を駆動して電極交換を自
動で行う。

【０１１９】ステップ１１３において、溶接動作制御部
３４は、Ｋ２＜（Ｐ−Ｐｅ）＜Ｋ３と判断すると、ステ
ップ１５９において、溶接動作制御部３４は、交換不要
と判断し、ステップ１６４に進んで、溶接動作を再開す
る。

【０１２０】ステップ１１３において、溶接動作制御部
３４は、（Ｐ−Ｐｅ）＝Ｋ３と判断すると、ステップ１
６０において、溶接動作制御部３４は、交換要と判断す
る。溶接動作制御部３４は、ステップ１６２において、
ＣＲＴ１６に自動電極交換の表示を行い、通信インター
フェース回路３１，３３を介して、制御回路２８に電極
交換要の指令を送る。制御回路２８は、ステップ１６３
において、電極交換の制御指令を出力し、電極把持装置
１７０とユニット把持装置４８を駆動して電極交換を自
動で行う。

【０１２１】ステップ１１３において、溶接動作制御部
３４は、Ｋ３＜（Ｐ−Ｐｅ）と判断すると、ステップ１
６１において、溶接動作制御部３４は、交換不要と判断
し、ステップ１６４に進んで、溶接動作を再開する。

【０１２２】以上のようにして、設定された条件に従い
交換用電極を選択し、電極把持装置及びユニット把持装
置を連動して動作させることにより、溶接作業要領にあ
わせた自動電極交換が可能となり、使いやすさが向上す
る。本実施例によれば、溶接作業要領にあわせた自動電
極交換が可能となり、使いやすさが向上される。本発明
の第５の実施例について、図９及び図１２を用いて説明
する。

【０１２３】図１２は、本発明の第５の実施例による電
極交換システムの電極交換判断装置の制御フローチャー
トである。

【０１２４】電極交換システムの全体構成は、図９に示
したとおりであり、本実施例では、その制御フローに追
加がある。図１２に示したフローチャートは、図１０の
（Ｃ）に続いて実行可能な制御フローである。

【０１２５】本実施例では、溶接開始前に、電極消耗量
を検出し電極交換の必要の有る無し、を判定し、電極把
持装置およびユニット把持装置と連動して動作させる検
出判断動作を行うことが可能となっている。

【０１２６】この制御動作は、ソフトウェアとして演算
処理装置１４の中の溶接動作制御部３４に組み込まれて
いる。

【０１２７】本実施例における自動電極交換システムで
は、溶接開始前に、電極消耗量を検出し電極交換の必要
の有る無しを判定し、電極把持装置およびユニット把持
装置と連動して動作させる検出判断動作を行うことが、
あらかじめ設定された条件に従い、交換用電極を選択
し、電極把持装置およびユニット把持装置を連動して動
作させる。

【０１２８】図１２において、ステップ２０８におい
て、溶接動作制御部３４は、現在溶接作業を実施中のパ
ス（現パス）の溶接動作の終了を判断すると、溶接動作
制御部３４は、溶接コントローラ１１に指示して、溶接
トーチ６を次パスの溶接開始位置に移動する。ステップ
２０９において、溶接動作制御部３４は、溶接コントロ
ーラ１１からの信号により、溶接トーチ６の移動終了を
検知すると、次のステップ２１１において、溶接パス番
号をＰに更新する。

【０１２９】その後、ステップ２１３において、溶接動
作制御部３４は、電極寸法計測有りと判断して、ステッ
プ２１４において、各パス毎の溶接開始前に、電極寸法
計測指令を溶接コントローラ１１に出力し、溶接コント
ローラ１１は、計測位置移動及び計測実行指令を実行す
る。溶接コントローラ１１は、溶接トーチ６を移動し
て、図３に示した近接スイッチ５１の位置に移動する。
また、計測実行に当たっては、近接スイッチ５１の上に
おいて、溶接トーチ６を所定距離だけ下降させ、電極の
先端が近接スイッチ５１に接近して、近接スイッチ５１
から信号がでるかどうかによって、電極の長さが所定の
長さより長いかどうかを測定する。なお、ここで、スイ
ッチ５１と下降した電極が接触するまでの溶接トーチ６
のＺ軸方向への移動距離から電極の長さを求めてもよ
い。

【０１３０】ステップ２１６において、溶接動作制御部
３４は、電極消耗長さΔｌを求める。ステップ２１７に
おいて、溶接動作制御部３４は、この電極消耗長さΔｌ
を予め設定してある電極消耗基準長さｌ0と比較して、
Δｌ≦ｌ₀ならば、ステップ２２１において、溶接動作
制御部３４は、交換不要と判定し、ステップ２１０にお
いて、次作業に移る。Δｌ＞ｌ₀であれば、ステップ２
１８において、溶接動作制御部３４は、電極消耗大と判
定し、ステップ２１９において、電極交換が必要である
と判定して、ステップ２２０において、溶接動作制御部
３４は、自動電極交換を指示する。溶接動作制御部３４
は、自動電極交換の指示を通信インターフェース回路３
１，３３を介して、制御回路２８に送り、制御回路２８
は、自動電極交換を行う。

【０１３１】以上のようにして、電極の消耗を確認し、
自動電極交換を実施することが可能となる。電極交換を
機械による完全自動化もしくは作業者による遠隔操作可
能としても、従来の方法のように、あらかじめ設定され
た累積時間毎に自動交換をするだけでは不十分であっ
て、まだ充分に使用可能な電極であっても廃棄される事
が起こりうる為、無駄が多いという問題があるが、電極
の消耗を確認し、自動電極交換を実施することにより、
かかる無駄を省くことができる。また、その結果とし
て、異常に電極が消耗した状態での溶接継続がなくな
り、システムの信頼性が向上する。

【０１３２】本実施例によれば、電極の消耗を確認し、
自動電極交換を実施できるため、電極交換の無駄を省く
ことができる。

【０１３３】また、システムの信頼性が向上する。

【０１３４】

【発明の効果】本発明によれば、電極交換システムにお
いて、任意の溶接ト−チの位置や任意の溶接ト−チの向
きで電極を交換することが可能となる。

【０１３５】また、本発明によれば、電極交換システム
において、溶接作業中に電極の状態を把握でき、必要に
応じて電極の交換を行なえるものとなる。

【０１３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による電極交換システムの構
成図である。

【図２】本発明の一実施例による電極交換システムの電
極ホルダ及びユニット把持装置の構成図である。

【図３】図２のＡ矢視図である。

【図４】本発明の一実施例による電極交換システムの溶
接トーチの電極把持装置の断面図である。

【図５】図４の要部斜視図である。

【図６】本発明の一実施例による電極交換システムのブ
ロック図である。

【図７】本発明の一実施例による電極交換システムの自
動交換制御のフローチャートである。

【図８】本発明の他の実施例による電極交換システムの
電極交換判断装置のブロック図である。

【図９】本発明の他の実施例，第３の実施例，第４の実
施例及び第５の実施例による電極交換システムのブロッ
ク図である。

【図１０】本発明の他の実施例による電極交換システム
の電極交換検出判断方法のフローチャートである。

【図１１】本発明の第３の実施例による電極交換システ
ムの電極交換判断装置の制御フローチャートである。

【図１２】本発明の第５の実施例による電極交換システ
ムの電極交換判断装置の制御フローチャートである。

【符号の説明】

１…被溶接物 ３…ワイヤ送給ガイド ４…アーク ５…溶接用電極 ６…溶接トーチ ７…ワイヤ ８…ワイヤリール ９…溶接ヘッド １０…レール １１…溶接コントローラ １２…溶接電源 １３…操作ペンダント １４…演算制御装置 １５…キーボード １６…ＣＲＴモニタ １８…交換用電極 １９…使用済み電極 ２１…溶接台車 ２２…上下移動装置 ２３…左右移動装置 ２４…位置検出器 ２５…駆動回路 ２６…位置カウント回路 ２７…溶接出力回路 ２８…制御回路 ２９…入出力回路 ３０…設定・記憶回路 ３１…通信インタフェース回路 ３３…通信インタフェイス回路 ３４…溶接動作制御プログラム ３５…画面表示処理 ３６…マンマシーンインターフェース回路 ３７…溶接ヘッド位置データ ４１…溶接出力データ ４２…電磁弁 ４３…各電磁弁駆動回路 ４４…電圧検出回路 ４５…電極交換場所 ４６…電極ホルダ ４７…保持孔 ４８…ユニット把持装置 ５０…押さえ金具 ５１…近接スイッチ ７５…ワイヤ・被溶接材短洛検出回路 ７６…電極・ワイヤ状態判定回路 ７８…ワイヤ・電極短洛検出回路 ８０…溶接電圧検出回路 １２６…センサヘッド １２７…センサ画像処理装置 １２８…照明用電源 １２９…カメラ制御器 １３０…フィルタ制御器 １３１…画像モニタ １３６…複合ケーブル １３７…上下移動軸 １３８…左右移動軸 １３９…ワイヤ送給装置 １４０…ワイヤ送給管 １５１…固定支持部材 １５２…支持部材 １５３…把持孔 １７０…電極把持装置 １７１…近接スイッチ １７２…電極把持金具 １７３…ピストン １７４…近接スイッチ １７５…テーパ管 １７６…ナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森沢 潤一郎 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 中島 吉男 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 羽田 光明 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 今永 昭慈 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｙ方向に移動するＹ移動手段と、 このＹ移動手段の上に載置され、Ｚ方向に移動するＺ移
   動手段と、 このＺ移動手段の上に載置され、Ｘ方向に移動するＸ移
   動手段と、 このＸ移動手段に取り付けられた溶接トーチと、 上記Ｙ移動手段と上記Ｚ移動手段と上記Ｘ移動手段の駆
   動を制御する制御手段とを有し、 上記制御手段は、上記各移動手段を制御して、上記溶接
   トーチにより被溶接物を溶接するとともに、さらに、 交換用電極を保持する電極保持手段とを有し、この電極
   保持手段に保持された電極を上記溶接トーチに取り付け
   て使用する電極交換システムにおいて、 上記電極保持手段は、上記Ｙ移動手段の上に載置され、
   Ｙ方向に移動可能であるとともに、 交換用電極及び使用済み電極が挿入される複数の保持孔
   と、 この保持孔に挿入された上記交換用電極及び使用済み電
   極を保持する押さえ金具と、 上記保持孔に挿入された使用済み電極を把持可能な第１
   の把持手段を備え、 また、上記溶接トーチは、電極を把持可能な第２の把持
   手段を備え、 上記制御手段は、電極の交換時には、上記Ｘ移動手段及
   び上記Ｚ移動手段により上記溶接トーチの位置を移動制
   御するとともに、上記電極保持手段の上記保持孔の内、
   空の保持孔に使用済み電極を挿入した状態で、上記第２
   の把持手段により、上記使用済みの電極を把持するよう
   に制御し、その後、第１の把持手段による上記電極の把
   持をオフするように制御して、上記電極保持手段に使用
   済み電極を保持するとともに、上記電極保持手段に保持
   された交換用電極を上記第１の把持手段により把持する
   ように制御することにより、溶接トーチの電極を交換す
   ることを特徴とする電極交換システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電極交換システムにおい
   て、 上記第１の把持手段は、 往復動可能なピストンと、 このピストンとともに往復動するとともに、その先端に
   複数本のスリットの形成された中空の電極把持手段と、 この電極把持手段の先端と係合するテーパ管とから構成
   され、 上記電極把持手段が一方向に移動した時に、上記テーパ
   管と係合して上記スリットが狭められることにより、上
   記電極を把持し、上記電極把持手段が反対方向に移動し
   た時に、上記スリットが開いて電極の把持をオフするこ
   とを特徴とする電極交換システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載の電極交換システムにおい
   て、 上記第２の電極把持手段は、上記電極保持手段の上記保
   持孔と直交する方向に形成された穴から挿入可能なピス
   トンであり、このピストンを上記穴に挿入することによ
   り、上記保持孔に挿入された使用済み電極を把持するこ
   とを特徴とする電極交換システム。
4. 【請求項４】 請求項１記載の電極交換システムにおい
   て、 上記電極保持手段は、回転可能なホルダであり、このホ
   ルダの上の同心円上に形成された上記保持孔に交換用電
   極若しくは使用済み電極を保持することを特徴とする電
   極交換システム。
5. 【請求項５】 Ｙ方向に移動するＹ移動手段と、 このＹ移動手段の上に載置され、Ｚ方向に移動するＺ移
   動手段と、 このＺ移動手段の上に載置され、Ｘ方向に移動するＸ移
   動手段と、 このＸ移動手段に取り付けられた溶接トーチ(6)と、 上記Ｙ移動手段と上記Ｘ移動手段と上記Ｚ移動手段の駆
   動を制御する制御手段とを有し、 上記制御手段は、上記各移動手段を制御して、上記溶接
   トーチにより被溶接物を溶接するとともに、さらに、 交換用電極を保持する電極保持手段とを有し、この電極
   保持手段に保持された電極を上記溶接トーチに取り付け
   て使用する電極交換システムにおいて、 上記溶接トーチに取り付けられた上記電極と、上記被溶
   接物との間の電圧を検出する溶接電圧検出手段を備え、 この溶接電圧検出手段の出力により、電極異常を検出す
   ることを特徴する電極交換システム。
6. 【請求項６】 請求項５記載の電極交換システムにおい
   て、さらに、 上記溶接トーチに取り付けられた上記電極と、上記溶接
   トーチによって発生するアークの近傍に配置されるワイ
   ヤとの間の電圧を検出する電極・ワイヤ電圧検出手段を
   備え、 この電極・ワイヤ電圧検出手段の出力により、電極異常
   を検出することを特徴する電極交換システム。
7. 【請求項７】 請求項５若しくは請求項６のいづれかに
   記載の電極交換システムにおいて、 上記溶接電圧検出手段の出力若しくは上記電極・ワイヤ
   電圧検出手段の出力が、それぞれ、予め設定した電圧よ
   り小さい時には、電極異常と判断する判断手段を備え、 この判断手段からの信号により、上記制御手段は溶接を
   中断することを特徴する電極交換システム。
8. 【請求項８】 請求項７記載の電極交換システムにおい
   て、 上記制御手段による溶接中断後、上記判断手段は、上記
   溶接電圧検出手段の出力若しくは上記電極・ワイヤ電圧
   検出手段の出力が、それぞれ、予め設定した電圧より小
   さい時には、電極溶着若しくはワイヤ溶着と判断して、
   上記電極の自動交換が不可能であることを出力すること
   を特徴する電極交換システム。
9. 【請求項９】 請求項７記載の電極交換システムにおい
   て、 溶接パスの溶接動作終了時に、上記判断手段は、上記溶
   接電圧検出手段の出力若しくは上記電極・ワイヤ電圧検
   出手段の出力が、それぞれ、予め設定した電圧より小さ
   い時には、電極溶着若しくはワイヤ溶着と判断して、上
   記電極の自動交換が不可能であることを出力することを
   特徴する電極交換システム。
10. 【請求項１０】 請求項５記載の電極交換システムにお
    いて、 上記制御手段は、溶接パスの溶接終了毎にパス番号を更
    新するとともに、この更新されたパス番号が予め設定さ
    れた所定番号になった時、上記移動手段により、上記電
    極の交換を行うことを特徴する電極交換システム。
11. 【請求項１１】 請求項５記載の電極交換システムにお
    いて、 上記制御手段は、溶接パスの溶接終了毎に電極寸法を計
    測するとともに、電極寸法が所定値より短い時には、上
    記移動手段により、上記電極の交換を行うことを特徴す
    る電極交換システム。
12. 【請求項１２】 請求項５記載の電極交換システムにお
    いて、さらに、 上記溶接トーチの近傍に配置されており、溶接中の電極
    状態並びに上記電極交換中の状態を検知する視覚センサ
    を備え、 この視覚センサの出力をモニタに表示することを特徴す
    る電極交換システム。
13. 【請求項１３】 請求項１０記載の電極交換システムに
    おいて、さらに、 上記視覚センサと上記溶接ヘッドから発生するアーク光
    の間に配置され、アーク光の影響を除去するとともに、
    開閉可能なフィルタを備えたことを特徴する電極交換シ
    ステム。