WO2012039104A1

WO2012039104A1 - 溶接機

Info

Publication number: WO2012039104A1
Application number: PCT/JP2011/005042
Authority: WO
Inventors: 信介島林; 田中　義朗
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2012-03-29

Abstract

本発明の溶接機（１）は、溶接出力部（２）と出力端子（３）との間にスイッチング素子（９）とスイッチング素子（９）に対して並列に抵抗部（１０）を設け、タッチセンサやスティックチェックを行う際にはスイッチング素子（９）をオフし、抵抗部（１０）を介して溶接電極（５）と溶接対象物（６）が接触した場合にはスイッチング素子（９）ではなく抵抗部（１０）に電流が流れるようにすることで、短絡電流を抑制することでき、溶接電極が（５）弾き飛ばされる、あるいは、火花が発生するといったことを抑制することができる。

Description

溶接機

　本発明は、非消耗電極または消耗電極等の溶接用電極を用いてアーク溶接を行う溶接機に関する。

　近年、溶接業界において、例えば溶接ロボット等の外部機器に接続された溶接機は、高品位溶接が可能となっている。なお、溶接対象物（溶接ワークあるいは母材ともいう）の外観の品質を左右するスパッタの低減だけでなく、溶接対象物がずれた状態で設置されても、指定された溶接箇所に対して位置ずれがなく、非消耗電極または消耗電極といった溶接用電極と溶接対象物との間のそれぞれの距離を適正に保つ溶接が求められている。

　また、溶接終了時には、溶接用電極と溶接対象物とが融着した状態で終了することがある。この融着した状態で溶接用電極を有する溶接トーチを備えた溶接ロボット等の外部機器が溶接トーチを移動した場合、溶接用電極や溶接対象物を損傷することがある。そのため、溶接終了後に溶接用電極と溶接対象物との融着状態を確認する必要がある。

　従来の溶接機では、溶接機から検出用の電圧を供給し、溶接用電極と溶接対象物とが接触しているか否かを検出する機能を備えており、溶接対象物の位置ずれの検知や、融着状態の確認を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。

　以下、図８を用いて、従来の溶接機について説明する。図８は従来の溶接機と外部機器とが接続されている溶接システムの概略構成を示す図である。

　図８に示すように、溶接機１０１は、溶接出力を行う溶接出力部１０２と、２つの出力端子１０３と、電圧検出部１０４と、電流検出部１０５と、制御部１０９と、判定部１１０と、を備えている。ここで、２つの出力端子１０３は、溶接出力部１０２からの出力を外部に供給するために設けられている。電圧検出部１０４は、出力端子１０３の両端の溶接電圧を検出する。電流検出部１０５は、２つの出力端子１０３のどちらか一方と溶接出力部１０２との間に取り付けられており、溶接電流を検出する。制御部１０９は、溶接出力を制御するための制御信号を溶接出力部１０２に対して出力する。判定部１１０は、電圧検出部１０４からの検出信号を受けて溶接用電極１０６と溶接対象物１０７とが接触しているか否かを判定して制御部１０９に判定信号を送信する。

　そして、溶接機１０１には、溶接ロボット等の外部機器１１１が接続されている。外部機器１１１は、溶接用電極１０６を備えた溶接トーチ１０８が設けられており、溶接トーチ１０８を移動させることで溶接を行うことができる。なお、溶接機１０１は、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との間にアークを発生させて溶接を行うものである。

　従来の溶接機１０１について、その動作を説明する。従来の溶接機１０１は、溶接トーチ１０８を保持して溶接トーチ１０８を移動させる外部機器１１１と接続されている。溶接機１０１の判定部１１０は、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７とが接触しているか否かを溶接終了時に検出する。外部機器１１１は、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７とが接触している場合には、接触していることを報知するか、あるいは、溶接トーチ１０８の移動を行わないようにする。これにより、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７とが接触した状態で溶接トーチ１０８が移動してしまうことを防ぐ。これにより、溶接対象物１０７や溶接用電極１０６の損傷を防ぐことができる。

　このように、従来の溶接機１０１は、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との接触を検出する機能を有していた。

　溶接対象物１０７の位置ずれの検知（タッチセンサ機能）や溶着状態の確認（スティックチェック機能）を行う場合、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との間に溶接出力部１０２から電圧を供給して溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との接触を検出する。これについて、図９を用いて説明する。

　なお、図９は、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との接触の検出に関し、出力電圧と、出力電流と、接触／開放信号と、タッチセンサ信号と、インバータ駆動信号の時間変化を示す図である。すなわち、図９は、従来の溶接機１０１における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。

　図９において、出力電圧とは、溶接出力部１０２により出力されている電圧のことを示す。また、出力電流とは、溶接出力部１０２より出力され、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７とが接触した場合や、実際の溶接中に流れる電流のことを示す。但し、図９を用いた説明においては、出力電流は溶接用電極１０６と溶接対象物１０７とが接触した場合の電流のことのみを示すこととする。

　接触／開放信号は、判定部１１０による溶接用電極１０６と溶接対象物１０７の接触状態の判定結果（接触判定はハイレベル、開放判定はローレベル）を示す。

　また、タッチセンサ信号は、タッチセンサ機能を行わせることを指示するための信号である。

　インバータ駆動信号は、制御部１０９から溶接出力部１０２へのインバータ駆動信号を示し、オンはハイレベルであり、オフはローレベルである。

　溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との接触を検出するために、溶接出力部１０２が出力し、溶接機１０１の出力端子１０３を介して溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との間に供給された電圧が高い場合、以下のような問題が生じる。なお、接触検出の際、溶接出力部１０２が出力する電圧は低い方が良い。しかしながら、溶接出力部１０２が出力可能な低電圧にも下限値がある。従って、定常溶接を行う際にはこの下限値は低電圧であっても、接触検知の観点から見ればこの下限値でも高い電圧となる場合がある。

　高い電圧（接触検知の観点から見た場合の高い電圧も含む）が供給された状態で溶接用電極１０６と溶接対象物１０７とが接触すると、高い短絡電流ＩＳ２が流れ、この電流により溶接用電極１０６が弾き飛ばされるといったことが起こる。また、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７とが接触しないまでも近くに位置する場合、溶接出力部１０２から出力された電圧により溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との間で火花が発生する場合もある。そして、このように溶接用電極１０６が弾き飛ばされる、あるいは、溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との間で火花が発生することにより、不都合が生じる。すなわち、溶接対象物１０７を損傷させてしまい、その結果として溶接対象物１０７の外観不良が発生し、また、後工程での溶接対象物１０７に対する処理が増え、生産性が悪化するという課題がある。

　また、上記のような高い電圧による溶接用電極１０６と溶接対象物１０７との接触時の不具合を防ぐため、溶接出力部１０２の出力は用いず、不具合を発生しない程度の電圧を出力する電源容量の小さいスイッチング電源等の外部電源（図示せず）を用いて接触の検出を行うこともできる。

　しかしながら、別途外部電源を用いると、設置場所が必要になり、また、費用もかかるといった課題がある。

国際公開第２００８／０５０５１３号

　本発明は、新たな外部電源を追加することなく接触検出時の短絡電流を抑制することができ、溶接用電極や溶接対象物を損傷等することなく接触検出を行うことができる溶接機を提供する。

　本発明の溶接機は、外部機器に接続して使用される溶接機であって、溶接出力を行う溶接出力部と、上記溶接出力を上記溶接機の外部に供給するための２つの出力端子と、上記２つの出力端子の間の電圧を検出する電圧検出部と、上記電圧検出部の検出結果に基づいて溶接用電極と溶接対象物とが接触しているか否かを検出する判定部と、上記２つの出力端子の一方と上記溶接出力部との間に設けられたスイッチング素子と、上記スイッチング素子に対して並列に接続された抵抗部と、上記溶接用電極と上記溶接対象物とが接触しているか否かの検出を行うことを指示する旨の信号である検出指示信号を上記外部機器から入力して上記スイッチング素子の制御と上記溶接出力部の制御を行う制御部とを備え、上記制御部が検出指示信号を入力すると、上記制御部は上記スイッチング素子をオフするように制御し、上記制御部は上記溶接出力部が溶接出力を行うように制御する構成からなる。

　この構成により、新たな外部電源を追加することなく、溶接機が備えている溶接出力部およびスイッチング素子を制御する。これにより、溶接用電極と溶接対象物との接触検出時の短絡電流を抑制することができ、溶接用電極や溶接対象物を損傷等することなく接触検出を行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態１における溶接機の概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。図３は、本発明の実施の形態１における別の溶接機の概略構成を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。図５は、本発明の実施の形態２における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。図６は、本発明の実施の形態３における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。図７は、本発明の実施の形態４における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。図８は、従来の溶接機の概略構成を示す図である。図９は、従来の溶接機における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。

　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における溶接機の概略構成を示す図であり、図２は後述する接触検知に関する各信号の時間変化を示す図であり、図３は図１とは異なる構成の、別の溶接機の概略構成を示す図である。

　図１に示すように、溶接機１は、溶接出力を行う溶接出力部２と、２つの出力端子３と、電圧検出部４と、判定部８と、スイッチング素子９と、抵抗部１０と、制御部１２と、を備えている。ここで、２つの出力端子３は、溶接出力部２から外部に溶接出力を供給する。電圧検出部４は、出力端子３の両端の溶接電圧を検出する。判定部８は、電圧検出部４の検出結果に基づいて、溶接用電極の一例である消耗電極としての溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが接触しているか否を検出する。スイッチング素子９は、２つの出力端子３のうち一方の出力端子３と溶接出力部２との間に設けられている。なお、スイッチング素子９は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などである。抵抗部１０は、スイッチング素子９に対して並列に接続されている。制御部１２は、外部機器の一例である溶接ロボット１１から、タッチセンサを行う旨の信号、あるいは、スティックチェックを行う旨の信号を入力して、スイッチング素子９の制御と溶接出力部２の制御を行う。

　なお、溶接機１には、図１に示すように溶接ロボット１１が接続されている。そして、溶接ロボット１１には、溶接ワイヤ５を備えた溶接トーチ７が設けられており、溶接ロボット１１により溶接トーチ７を移動させることで溶接を行うことができる。なお、溶接機１が出力した電力を溶接ワイヤ５と溶接対象物６に供給し、溶接ワイヤ５と溶接対象物６との間にアークを発生させて溶接を行うものである。また、溶接トーチ７は、図示しない送給モータによって送給された溶接ワイヤ５を溶接対象物６に対して意図するところ（例えば、溶接を行う領域）に送給するためのものであり、また、溶接機１が出力した電力を溶接ワイヤ５に供給するものである。

　図１に示すように、溶接機１の溶接出力部２は、溶接機１の外部から給電される商用電力（例えば、３相２００Ｖ等）を入力とし、インバータ動作を行って予め設定された溶接条件に適した溶接電圧や溶接電流を出力するものである。

　溶接出力部２を構成する図示しないインバータ部は、通常、制御部１２によるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）動作やフェーズシフト動作などにより駆動されるＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等で構成される。そして、図示しない送給モータから送給される溶接ワイヤ５と溶接対象物６との間に溶接出力部２からの溶接電圧および溶接電流が供給されて溶接が行われる。

　ここで、溶接用電極が送給モータにより送給されて、溶接用電極と溶接対象物６との間にアークを発生させて溶接を行う方式において、溶接用電極である溶接ワイヤ５を消耗電極と呼ぶ。一方、溶接トーチ７に固定された溶接用電極と溶接対象物６との間にアークを発生させて溶接を行う方式において、その溶接用電極を非消耗電極と呼ぶ。そして、本実施の形態１では、消耗電極である溶接ワイヤ５を用いた例について説明する。

　電圧検出部４は、溶接機１の２つの出力端子３の間の溶接電圧を検出する。ＣＰＵまたはオペアンプなどの電子回路で構成される判定部８は、電圧検出部４からの電圧検出信号を入力とする。接触判定中に溶接電圧が予め設定される接触判定レベル（例えば、５Ｖ）を下回った場合は、判定部８は溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが接触したと判断し、接触判定を「接触」とする。また、溶接電圧が接触判定レベルを上回っている場合は、判定部８は溶接ワイヤ５と溶接対象物６とは接触していないと判断し、接触判定を「開放」とする。

　２つの出力端子３の内の一方と溶接出力部２との間に、スイッチング素子９が配置されている。そして、このスイッチング素子９に対して、抵抗値の小さい抵抗部１０が並列接続されている。この抵抗部１０の抵抗値は小さいが（例えば、０．１Ωから２Ω）、スイッチング素子９がオン（導通）している場合のスイッチング素子９の抵抗値よりも大きい抵抗値としている。

　ここで、溶接中におけるスイッチング素子９と抵抗部１０の動作について説明する。例えば、短絡とアークとを交互に繰り返す消耗電極式のアーク溶接において、溶接中に溶接ワイヤ５と溶接対象物６が短絡し、その後、短絡が開放してアークとなる場合を考える。この場合は、短絡からアークになる場合の前兆現象であり、溶接ワイヤ５の溶融部分が細くなる状態（以下、「くびれ」とする。）を溶接電圧に基づいて検出する。そして、このくびれを検出すると、スイッチング素子９をオン（導通）からオフ（非導通）に制御する。これにより溶接電流はスイッチング素子９ではなく抵抗部１０に流れることとなり、抵抗部１０の抵抗により溶接電流は瞬時に低減される。そして、溶接電流が低減された状態で短絡からアークに移行する。これにより、溶接ワイヤ５に電流値が高い短絡電流が流れないので、短絡からアークへの移行の際に発生するスパッタを低減でき、高品質な溶接を実現することができる。

　以上のように構成された溶接機１に関し、以後、溶接中ではなく、溶接終了後あるいは溶接開始前における溶接ワイヤ５と溶接対象物６との接触の検出について説明する。なお、接触判定を行った際の各信号の変化として、出力電圧、出力電流、接触／開放信号、スイッチング信号、タッチセンサ信号およびインバータ駆動信号の時間変化について、図２を用いて説明する。

　図２に示す出力電圧とは、溶接出力部２により出力されている電圧のことを示す。また、出力電流とは、溶接出力部２より出力され、溶接ワイヤ５と溶接対象物６が接触した場合や、実際の溶接中に流れる電流のことを示す。但し、図２を用いた説明においては、出力電流は溶接ワイヤ５と溶接対象物６が接触した場合の電流のことのみを示すこととする。なお、出力電圧や出力電流は、本来、商用電源の電源周波数や溶接出力部２のインバータ動作によるリップルが発生しているが、図２ではリップルの記載を省略する。

　接触／開放信号は、判定部８による溶接ワイヤ５と溶接対象物６の接触状態の判定結果を示す。接触判定時はハイレベルとなり、開放判定時はローレベルとなる。

　スイッチング信号は、スイッチング素子９のオン（ハイレベル）／オフ（ローレベル）信号を示す。なお、オンは導通状態であり、オフは非導通状態である。

　次に、タッチセンサ信号について説明する。溶接対象物６が正規の位置からずれた状態で設置されている場合や、溶接対象物６そのものが歪んでいる場合、溶接の位置ずれが発生することがある。そして、位置ずれや歪みを補正するため、溶接ワイヤ５と溶接対象物６とを接触させて位置ずれや歪みの状態を検出し、補正を行う必要があり、このような検出をタッチセンサという。そして、タッチセンサ信号は、タッチセンサを行うことを指示するための信号であり、溶接ロボット１１から出力される。また、タッチセンサ信号は、接触の判定中か否かを示す信号であり、判定中はハイレベルであり、判定外のときはローレベルである。

　インバータ駆動信号は、制御部１２から溶接出力部２へのインバータ駆動信号を示し、オンはハイレベルであって溶接出力部２が出力を行い、オフはローレベルであって溶接出力部２は出力を行わない。

　次に、図２における各信号の変化について、詳細について説明する。溶接ロボット１１は溶接トーチ７を保持している。また、溶接ロボット１１には、溶接台（治具）などに設置された溶接対象物６を溶接するための軌道を予め設定し記憶しておくことができる。

　ここで、溶接対象物６は、溶接ロボット１１が予め軌道を設定し記憶したときと同じ溶接台（治具）の位置に設置されることもあれば、位置がずれて設置されることもあり、溶接軌道の位置補正が必要となる場合がある。また、溶接対象物６が溶接前から歪んだ状態で設置されることもあり、溶接軌道の補正が必要となる場合もある。このような場合に、タッチセンサ機能により溶接軌道の位置補正を行うことが有用である。

　図２において、タッチセンサ信号の起動信号（検出指示信号）を制御部１２が入力したときに（時点Ｅ１）、制御部１２がスイッチング素子９をオフするスイッチング信号を出力し、さらに、溶接出力部２に対してインバータをオンするインバータ駆動信号を出力する。これにより、スイッチング素子９はオフ（非導通）となり、溶接ワイヤ５と溶接対象物６の間に出力電圧が印加される。

　この状態で溶接ワイヤ５と溶接対象物６が接触した場合（時点Ｅ２）、出力電圧が低下し、電圧検出部４の検出信号が接触判定レベルを下回る。そうすると、接触／開放信号が接触判定（オン）となり、溶接ワイヤ５と溶接対象物６が接触したことを検出することができる。

　なお、溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが接触すると、溶接ワイヤ５と溶接対象物６との間で短絡電流ＩＳ１が流れる。しかし、この短絡電流ＩＳ１は、従来の溶接機１０１の場合のように、溶接ワイヤ５を弾き飛ばすことや火花が発生するほどの電流ではないため、溶接対象物６を損傷させることはない。その理由について以下に説明する。

　本実施の形態１の溶接機１によれば、溶接終了後や溶接開始前に溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが接触検出を行う際、検出を行うために溶接出力部２から出力される電圧が高い場合であっても、スイッチング素子９がオフ（非導通）となるように制御されている。これにより、溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが接触して短絡電流ＩＳ１が流れるに際し、スイッチング素子９ではなくスイッチング素子９に並列に接続されている抵抗部１０に短絡電流ＩＳ１が流れることとなる。そして、この抵抗部１０の抵抗値の大きさにより、短絡電流ＩＳ１は、従来の溶接機１０１の場合と比べて低い電流値に抑えられる。

　故に、従来の溶接機１０１の溶接出力部１０２と、本実施の形態１の溶接機１の溶接出力部２が、接触を検出するための電圧として同じ値の高い電圧を出力していたとする。その場合でも、スイッチング素子９と抵抗部１０を備えておりスイッチング素子９の制御を行う本実施の形態１の溶接機１は、スイッチング素子９を備えていない従来の溶接機１０１と比べて、溶接ワイヤ５と溶接対象物６との接触時に流れる短絡電流を低減することができる。

　従って、本実施の形態１の溶接機１では、接触を検出するための電力を溶接出力部２から供給し、溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが接触しても、溶接ワイヤ５を弾き飛ばすほどの大きな短絡電流が流れることを抑えることができる。また、本実施の形態１の溶接機１は、溶接ワイヤ５と溶接対象物６の間で火花が発生することを抑えることができる。

　さらに、溶接出力部２からの出力電圧を接触／開放判定に用いることで、溶接ワイヤ５を弾き飛ばさず、さらに、溶接ワイヤ５と溶接対象物６との間で火花の発生しない程度の電源容量の小さい外部電源（スイッチング電源）などを別途用意する必要がない。これにより、溶接機の構成部品あるいは外部装置を増やさずにすむことが可能であることは言うまでもない。

　なお、溶接ロボット１１の動作により溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが、接触から開放されたとき（時点Ｅ３）は、出力電圧が元の電圧に戻るため、電圧検出部４の検出信号が接触判定レベルより高くなり、接触／開放信号も開放判定（オフ）となる。

　また、タッチセンサ信号の起動信号がオフしたとき、すなわち、制御部１２が溶接ロボット１１からタッチセンサの終了を指示する信号を入力したとき（時点Ｅ４）に、制御部１２より出力されるスイッチング信号はオン信号を出力する。このオン信号により、スイッチング素子９はオン（導通）となり、インバータ駆動信号はオフ信号を出力し、これにより溶接出力部２は出力を停止し、タッチセンサ機能またはスティックチェック機能を停止する。

　すなわち、本発明の溶接機１は、外部機器に接続して使用される溶接機であって、溶接出力を行う溶接出力部２と、２つの出力端子３と、電圧検出部４と、判定部８と、スイッチング素子９と、抵抗部１０と、制御部１２とを備えている。ここで、２つの出力端子３は、溶接出力を溶接機１の外部に供給する。電圧検出部４は、２つの出力端子３の間の電圧を検出する。判定部８は、電圧検出部４の検出結果に基づいて溶接用電極と溶接対象物６とが接触しているか否かを検出する。スイッチング素子９は、２つの出力端子３の一方と溶接出力部２との間に設けられている。抵抗部１０は、スイッチング素子９に対して並列に接続されている。制御部１２は、溶接用電極と溶接対象物６とが接触しているか否かの検出を行うことを指示する旨の信号である検出指示信号を外部機器から入力してスイッチング素子９の制御と溶接出力部２の制御を行う。そして、本発明の溶接機１は、制御部１２が検出指示信号を入力すると、制御部１２はスイッチング素子９をオフするように制御し、制御部１２は溶接出力部２が溶接出力を行うように制御する構成からなる。

　この構成により、新たな外部電源を追加することなく、溶接機１が備えている溶接出力部２およびスイッチング素子９を制御する。これにより、溶接用電極と溶接対象物６との接触検出時の短絡電流を抑制することができ、溶接用電極や溶接対象物６を損傷等することなく接触検出を行うことができる。

　また、制御部１２が外部機器から検出指示信号を入力すると、制御部１２はスイッチング素子９をオフすると同時に溶接出力部２を制御する構成としてもよい。

　この構成により、溶接用電極と溶接対象物６との接触検出時の短絡電流を抑制することができ、溶接用電極や溶接対象物６を損傷等することなく接触検出を行うことができる。

　また、制御部１２が外部機器から検出指示信号を入力してスイッチング素子９と溶接出力部２を制御した後に、制御部１２が外部機器から溶接用電極と溶接対象物６とが接触しているか否かを検出することを停止する旨の信号である検出停止指示信号を入力する。そうすると、制御部１２は溶接出力部２が溶接出力を停止するように制御し、制御部１２はスイッチング素子９をオンするように制御する構成としてもよい。

　また、制御部１２は溶接出力部２による溶接出力を停止すると同時にスイッチング素子９をオンするように制御する構成としている。

　なお、本実施の形態１では、主に消耗電極方式の溶接機１について説明したが、消耗電極を非消耗電極に置き換えて適用することができることは言うまでもない。

　すなわち、溶接用電極は、消耗電極である溶接ワイヤ５または非消耗電極であるＴＩＧ電極である構成としてもよい。

　また、図３は、本実施の形態１の別の溶接機２１の概略構成を示しており、溶接電流を検出する電流検出部１３を備えている。この電流検出部１３を備えている点が図１の溶接機１と異なる点である。

　図３の溶接機２１は、電流検出部１３を備えているので、溶接ワイヤ５と溶接対象物６の接触／開放判定に関し、電圧検出ではなく電流検出のみで接触判定レベルを設定し、接触／開放判定を行うようにしても良い。あるいは、溶接電圧と溶接電流の両方を検出し、溶接電圧と溶接電流の両方から接触／開放判定を行うようにしても良い。

　なお、上述のようにタッチセンサの例を示した。しかし、スティックチェックにおいても、溶接ワイヤ５と溶接対象物６との接触を検出するので、タッチセンサの場合と同様の課題がある。従って、スティックチェックを行う際、タッチセンサの場合と同様に、スイッチング素子９をオフ（非導通）とする制御を行っている。以下、スティックチェックについて説明する。

　消耗電極である溶接ワイヤ５を用いた溶接を行う場合、溶接終了直前に溶接ワイヤ５の送給を停止し、溶接出力部２のインバータを駆動させて溶接出力を与えることで溶接ワイヤ５を溶かす。これにより溶接ワイヤ５の先端と溶接対象物６との間の距離を確保するようにして溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが融着しないように制御を行っているものもある。しかしながら、このような制御を行っても、溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが融着する場合がある。そして、この状態で溶接ロボット１１が溶接トーチ７を移動すると、溶接対象物６や溶接トーチ７を損傷することがある。

　また、非消耗電極を用いた溶接を行う場合においても、溶接終了直前に溶接用電極（例えば、ＴＩＧ電極）と溶接対象物６とが接触した場合、融着状態となることがある。そして、溶接用電極と溶接対象物６とが融着した状態で溶接トーチ７を備えた溶接ロボット１１が動作してしまうと、溶接対象物６を傷つけるだけでなく、溶接トーチ７も損傷することがある。

　そのため、溶接終了時に、溶接ワイヤ５あるいは非消耗電極と溶接対象物６とが融着しているか否かを判定する必要がある。この判定を行うための動作をスティックチェックという。そして、このスティックチェックを行わせることを指示するための信号がスティックチェック信号であり、溶接ロボット１１から出力される。

　図４は、スティックチェックを行う際の、出力電圧、出力電流、接触／開放信号、スイッチング信号、スティックチェック信号およびインバータ駆動信号の時間変化を示す。なお、時点Ｅ５はスティックチェックが起動した時点であり、時点Ｅ６はスティックチェックが終了した時点である。

　図４が図２と異なるのは、タッチセンサ信号ではなく、スティックチェック信号を記載している点である。また、スティックチェックにおいて、溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが融着している場合、スティックチェック信号が入力されて溶接出力部２が電圧を出力すると、直ぐに短絡電流ＩＳ１が流れ、出力電圧も低いものとなる。このように、溶接電圧と溶接電流の波形が図２とは異なる。

　しかし、タッチセンサを行う場合と同様に、スイッチング素子９に与えるスイッチング信号をオフ（非導通）とし、溶接出力部２に与えるインバータ駆動信号をオンとする。これにより、溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが融着していることに伴う短絡電流ＩＳ１は従来の溶接機１０１の場合と比べて低く抑えることができる。したがって、短絡電流ＩＳ１により溶接ワイヤ５が弾き飛ばされるといったことは生じない。

　故に、溶接対象物６を損傷させることはなく、溶接対象物６の外観不良は発生じず、後工程での処理が増えることもなく、生産性が悪化するということもなく、スティックチェックを行うことができる。

　すなわち、検出指示信号は、タッチセンサを行う旨の信号あるいはスティックチェックを行う旨の信号である構成としてもよい。

　また、検出停止指示信号は、タッチセンサを停止する旨の信号あるいはスティックチェックを停止する旨の信号である構成としてもよい。

　（実施の形態２）
　本実施の形態２について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態２における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。

　本実施の形態２が実施の形態１と異なる主な点は、スイッチング信号のオフ信号を出力するタイミングとインバータ駆動信号のオン信号を出力するタイミングである。実施の形態１では、スイッチング信号のオフ信号を出力するタイミングとインバータ駆動信号のオン信号を出力するタイミングを同時とする例を示した。しかし、本実施の形態２では、スイッチング信号のオフ信号の出力を先に行い、その後、所定時間後に、インバータ駆動信号のオン信号を出力する。すなわち、インバータ駆動信号のオン信号のタイミングを、スイッチング信号のオフ信号のタイミングよりも遅らせるようにしている。

　図５に示すようにタッチセンサ信号の起動信号を制御部１２が入力したときに（時点Ｅ１）、スイッチング素子９をオフするスイッチング信号を制御部１２から出力する。その後、所定時間後に（時点Ｅ７）、制御部１２から溶接出力部２に対してインバータ駆動信号のオン信号を出力して溶接出力部２が出力を行う。

　本実施の形態２によれば、スイッチング素子９をオフした後に溶接出力部２から接触検出用の電圧を出力する。これにより、溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが接触して短絡電流が流れる場合でも、短絡電流は抵抗部１０を流れるので、短絡電流が大きくなることを抑制することができる。特に、タッチセンサ信号が出力された時にすでに溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが接触していた場合であっても、上述のようにスイッチング素子９をオフしてから溶接出力部２により接触検出用の電圧を出力するので、短絡電流が大きくなることはない。

　以上のように、短絡電流を抑制することができるので、溶接ワイヤ５と溶接対象物６との接触を検出する場合に溶接ワイヤ５や溶接対象物６が損傷することを防ぐことができる。

　すなわち、制御部１２が外部機器から検出指示信号を入力すると、制御部１２はスイッチング素子９をオフした後に溶接出力部２が溶接出力を行うように溶接出力部２を制御する構成としてもよい。

　なお、スティックチェックを行う場合も同様であり、スティックチェック信号を入力した後、先ずは、スイッチング素子９をオフし、その後に溶接出力部２から接触検出用の電圧を出力する。

　（実施の形態３）
　以下、本実施の形態３について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態３における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。

　図６に示すように、タッチセンサ信号の起動信号を制御部１２が入力したときに（時点Ｅ１）、制御部１２は溶接出力部２に対してインバータ駆動信号をオンさせる。このとき、制御部１２は、溶接出力部２の出力が出力可能な最小の出力となるように制御する。あるいは、この最小の出力より大きく、この最小の出力に近い出力となるように制御する。

　なお、溶接出力部２が出力可能な最小の出力、この最小に近い出力は、例えば、溶接出力部２が出力可能な最大の出力の５％から１０％である。

　また、図６の出力電圧と出力電流に関し、実線が最小の出力の場合を示しており、点線が最小の出力に近い出力の場合を示している。

　本実施の形態３のように、接触検出時の溶接出力部２の出力を、最小または最小に近い出力とする。すなわち、本発明の溶接機１、２１において、制御部１２が溶接ロボット１１などの外部機器から検出指示信号を入力すると、制御部１２は溶接出力部２が出力可能な最小の溶接出力または最小に近い溶接出力を行うように溶接出力部２を制御する構成としてもよい。

　この構成により、溶接ワイヤ５と溶接対象物６とが接触した際に流れる短絡電流をより小さくすることができる。

　なお、スティックチェックを行う場合も同様であり、溶接出力部２が出力可能な最小の出力、あるいは、この最小に近い出力を行うことにより、短絡電流をより小さくすることができる。

　（実施の形態４）
　以下、本実施の形態４について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態４における接触検出時の各信号の時間変化を示す図である。本実施の形態４が実施の形態１と異なる主な点は、スイッチング信号のオン信号を出力するタイミングとインバータ駆動信号のオフ信号を出力するタイミングである。実施の形態１では、スイッチング信号のオン信号を出力するタイミングとインバータ駆動信号のオフ信号を出力するタイミングを同時とする例を示した。しかし、本実施の形態４では、インバータ駆動信号のオフ信号の出力を先に行い、その後、所定時間後に、スイッチング信号のオン信号を出力する。すなわち、スイッチング信号のオン信号のタイミングを、インバータ駆動信号のオフ信号のタイミングよりも遅らせるようにしている。

　図７において、タッチセンサ信号の終了信号を制御部１２が入力したとき（時点Ｅ４）、制御部１２より溶接出力部２に対してインバータ駆動信号のオフ信号を出力する。その後、所定時間経過後（時点Ｅ８）、制御部１２はスイッチング素子９に対してオン信号を出力する。

　制御部１２が溶接ロボット１１からタッチセンサの終了信号を入力し、この時点でも溶接ワイヤ５と溶接対象物６が接触していた場合、スイッチング素子９のオン信号より後にインバータ駆動信号としてオフ信号が出力されると、高い短絡電流が流れ、溶接ワイヤ５が弾き飛ぶといったことが生じる。

　しかし、本実施の形態４では、インバータ駆動信号のオフ信号を出力した後にスイッチング素子９をオン（導通）するので、前述のような高い短絡電流が流れることはない。従って、より確実に溶接ワイヤ５や溶接対象物６を傷つけることを防ぐことができる。

　すなわち、本発明の溶接機１、２１において、制御部１２は溶接出力部２による溶接出力を停止した後にスイッチング素子９をオンするように制御する構成としてもよい。この構成により、短絡電流は、抵抗部１０により電流値が低減されるので、さらに確実に溶接ワイヤ５や溶接対象物６を傷つけることを防ぐことができる。

　なお、スティックチェックを行う場合も同様であり、インバータ駆動信号をオフし、その後スイッチング信号をオンするように制御する。

　本発明の溶接機は、溶接用電極と溶接対象物との接触検出時の短絡電流を抑制することができ、溶接用電極や溶接対象物を損傷等することなく接触検出を行うことができるので、産業上有用である。

　１，２１　　溶接機
　２　　溶接出力部
　３　　出力端子
　４　　電圧検出部
　５　　溶接ワイヤ
　６　　溶接対象物
　７　　溶接トーチ
　８　　判定部
　９　　スイッチング素子
　１０　　抵抗部
　１１　　溶接ロボット
　１２　　制御部
　１３　　電流検出部

Claims

外部機器に接続して使用される溶接機であって、
溶接出力を行う溶接出力部と、
前記溶接出力を前記溶接機の外部に供給するための２つの出力端子と、
前記２つの出力端子の間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の検出結果に基づいて溶接用電極と溶接対象物とが接触しているか否かを検出する判定部と、
前記２つの出力端子の一方と前記溶接出力部との間に設けられたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に対して並列に接続された抵抗部と、
前記溶接用電極と前記溶接対象物とが接触しているか否かの検出を行うことを指示する旨の信号である検出指示信号を前記外部機器から入力して前記スイッチング素子の制御と前記溶接出力部の制御を行う制御部とを備え、
前記制御部が検出指示信号を入力すると、前記制御部は前記スイッチング素子をオフするように制御し、前記制御部は前記溶接出力部が溶接出力を行うように制御する溶接機。
前記制御部が前記外部機器から前記検出指示信号を入力すると、前記制御部は前記スイッチング素子をオフすると同時に、または、前記スイッチング素子をオフした後に溶接出力部が溶接出力を行うように前記溶接出力部を制御する請求項１に記載の溶接機。
前記制御部が前記外部機器から前記検出指示信号を入力すると、前記制御部は前記溶接出力部が出力可能な最小の溶接出力または最小に近い溶接出力を行うように前記溶接出力部を制御する請求項１または２のいずれか１項に記載の溶接機。
前記制御部が前記外部機器から前記検出指示信号を入力して前記スイッチング素子と前記溶接出力部を制御した後に、前記制御部が前記外部機器から前記溶接用電極と前記溶接対象物とが接触しているか否かを検出することを停止する旨の信号である検出停止指示信号を入力すると、前記制御部は前記溶接出力部が溶接出力を停止するように制御し、前記制御部は前記スイッチング素子をオンするように制御する請求項１に記載の溶接機。
前記制御部は前記溶接出力部による溶接出力を停止すると同時に、または、前記溶接出力部による溶接出力を停止した後に前記スイッチング素子をオンするように制御する請求項４に記載の溶接機。
前記検出指示信号は、タッチセンサを行う旨の信号あるいはスティックチェックを行う旨の信号である請求項１に記載の溶接機。
前記検出停止指示信号は、タッチセンサを停止する旨の信号あるいはスティックチェックを停止する旨の信号である請求項４または５のいずれか１項に記載の溶接機。
前記溶接用電極は、消耗電極である溶接ワイヤまたは非消耗電極であるＴＩＧ電極である請求項１に記載の溶接機。