アークスタート制御方法

【課題】消耗電極アーク溶接において、アークスタート性の良否に基づいて、通常アークスタート制御又はリトラクトアークスタート制御を自動的に選択すること。
【解決手段】溶接ワイヤ1を母材2に接触させて定常アークを発生させる通常アークスタート制御と、溶接ワイヤ1を母材2に一旦接触させた後に引き離し、この引き離しによって初期アークを発生させた後に定常アークへと移行させるリトラクトアークスタート制御とを備え、通常アークスタート制御とリトラクトアークスタート制御とを切り換えて溶接するアークスタート制御方法において、通常アークスタート制御を複数回行ってアークスタート性の良否を示す指標Bdを算出し、この指標Bdに基づいてアークスタート制御の方式を通常アークスタート制御からリトラクトアークスタート制御に、自動的に切り換える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、通常アークスタート制御とリトラクトアークスタート制御とを切り換えて溶接するアークスタート制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
溶接開始信号が入力されると、溶接ワイヤを母材へ前進送給し、溶接ワイヤが母材に接触すると定常の溶接電流を通電して定常のアークを発生させる通常アークスタート制御と、溶接開始信号が入力されると溶接ワイヤを母材へ前進送給し、溶接ワイヤが母材に接触すると小電流値の初期電流を通電すると共に溶接ワイヤを母材から後退送給し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを再び前進送給すると共に定常の溶接電流を通電して定常のアークに移行させるリトラクトアークスタート制御とを備えた溶接電源が慣用されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
リトラクトアークスタート制御によって溶接を開始すると、種々の溶接条件によらず良好なアークスタート性を得ることができる。しかし、リトラクトアークスタート制御では、溶接ワイヤを後退送給する期間が余分に必要となるために、アークスタートに時間がかかり、生産効率が低下するという問題がある。このために、できるだけ通常アークスタート制御を選択し、アークスタート性が問題となる場合のみにリトラクトアークスタート制御を選択している。
【0004】
したがって、溶接ワイヤの直径、材質、送給速度、溶接休止期間等に応じて通常アークスタート制御とリトラクトアークスタート制御とを切り換えている。溶接ワイヤの直径が1.2mmであるときはアークスタート性は悪くないので通常アークスタート制御が選択され、直径が1.0mm以下となるとアークスタート性が悪くなるので、リトラクトアークスタート制御が選択されることが多い。また、溶接ワイヤの材質が鉄鋼であるときはアークスタート性は悪くないので通常アークスタート制御が選択され、ステンレス鋼のときはアークスタート性が悪いのでリトラクトアークスタート制御が選択されることが多い。送給速度が比較的高速であるときはアークスタート性は悪くないので通常アークスタート制御が選択され、比較的低速であるときはアークスタート性が悪いのでリトラクトアークスタート制御が選択されることが多い。上記の溶接休止期間とは、前回の溶接が終了してから今回の溶接が開始されるまでの期間である。この溶接休止期間が短いときにはワイヤ先端温度が高い状態で溶接が開始されるためにアークスタート性は悪くないので通常アークスタート制御が選択され、長いときはワイヤ先端温度が低くなった状態で溶接が開始されるためにアークスタート性が悪いのでリトラクトアークスタート制御が選択されることが多い。ロボット溶接にあっては、溶接個所ごとにこれらの溶接条件を考慮して通常アークスタート制御を選択するかリトラクトアークスタート制御を選択するかを作業プログラムに記載している。これにより、溶接条件に適したアークスタート制御の方式が選択されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2003−145266号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
溶接ワイヤの直径、材質、送給速度、溶接休止期間等の溶接条件が決まり、通常アークスタート制御によってテスト溶接を行い、そのときのアークスタート性が明らかに悪い場合にはリトラクトアークスタート制御を選択することができる。反面、アークスタート性が悪くなければ、通常アークスタート制御が選択されることになる。
【0007】
実際の溶接施工において、選択された通常アークスタート制御によって繰り返して溶接を行っている場合に、アークスタート性が明らかに悪いほどではないが、良好であるとも言えない微妙なケースが生じることがある。このような中間的なアークスタート性となる場合には、リトラクトアークスタート制御に切り換えるべきかについて判断を迷うことになる。これは、通常アークスタート制御からリトラクトアークスタート制御に切り換えるかめの明確な基準がないためである。明確な基準がないことは、品質管理の面からも問題がある。
【0008】
そこで、本発明では、通常アークスタート制御によって溶接施工を行っている場合に、アークスタート性の良否を示す明確な基準に基づいて、通常アークスタート制御を継続するか、リトラクトアークスタート制御に切り換えるかを自動判別することができるアークスタート制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、溶接の開始に際して、溶接ワイヤを母材に接触させて定常アークを発生させる通常アークスタート制御と、前記溶接ワイヤを母材に一旦接触させた後に引き離し、この引き離しによって初期アークを発生させた後に定常アークへと移行させるリトラクトアークスタート制御とを備え、前記通常アークスタート制御と前記リトラクトアークスタート制御とを切り換えて溶接するアークスタート制御方法において、
前記通常アークスタート制御を複数回行ってアークスタート性の良否を示す指標を算出し、この指標に基づいてアークスタート制御の方式を前記通常アークスタート制御から前記リトラクトアークスタート制御に切り換える
ことを特徴とするアークスタート制御方法である。
【0010】
請求項2の発明は、前記指標が、単位アークスタート回数に占める、アークスタート時の最初の短絡が基準時間以上であった回数の比率である、
ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法である。
【0011】
請求項3の発明は、前記指標が、アークスタート時の最初の短絡の平均時間である、
ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、通常アークスタート制御によって溶接施工を行っている場合に、アークスタート性の良否を示す指標に基づいて、通常アークスタート制御を継続するか、リトラクトアークスタート制御に切り換えるかを自動判別することができる。したがって、アークスタート制御の切り換えを、客観的な基準に基づいて行うことができるので、溶接品質を均一化することができる。さらには、この切り換えは自動的に行われるので、特別な工数を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法において、通常アークスタート制御が選択されたときの各信号のタイミングチャートである。
【図2】本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法において、リトラクトアークスタート制御が選択されたときの各信号のタイミングチャートである。
【図3】本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【0015】
本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法において、通常アークスタート制御が選択されたときの各信号のタイミングチャートを図1に示し、リトラクトアークスタート制御が選択されたときの各信号のタイミングチャートを図2に示す。本実施の形態では、消耗電極アーク溶接が消耗電極パルスアーク溶接である場合である。
【0016】
図1は、本発明の実施の形態に係る通常アークスタート制御のタイミングチャートである。同図(A)は溶接開始信号Stを示し、同図(B)はアークスタート制御設定信号Srを示し、同図(C)は溶接ワイヤの送給速度Fwを示し、同図(D)は溶接電流Iwを示し、同図(E)は溶接電圧Vwを示し、同図(F)は短絡判別信号Adを示す。以下、同図を参照して説明する。
【0017】
同図は、ロボットを使用した溶接装置の場合である。時刻t1において、ロボットが移動して溶接トーチが溶接開始位置に到達すると、ロボット制御装置から溶接電源に対して溶接開始信号St(Highレベル)が出力される。また、同図(B)に示すアークスタート制御設定信号SrはHighレベルであるので、通常アークスタート制御が選択されている。
【0018】
同図(A)に示すように、時刻t1において、ロボット制御装置からの溶接開始信号StがHighレベルになると、溶接電源の出力が開始されるので、同図(E)に示すように、無負荷電圧が溶接ワイヤと母材との間に印加する。同時に、同図(C)に示すように、送給速度Fwは1〜2m/min程度の遅いスローダウン送給速度となり、溶接ワイヤは母材へと次第に接近する。通常アークスタート制御では、送給速度Fwの値は0又は正の値となり、0のときは送給が停止しており、正の値のときは前進送給されている。
【0019】
時刻t2において、溶接ワイヤと母材とが接触して導通すると、同図(E)に示すように、溶接電圧Vwは、数V程度の短絡電圧値に急減する。溶接電圧Vwが短絡判別基準値(10V程度に設定)以下になったことを判別すると、同図(F)に示すように、短絡判別信号AdがHighレベルに変化する。同時に、同図(D)に示すように、溶接電流Iwは大電流値に予め定めたホットスタート電流Ihが通電する。短絡判別信号Adが最初にHighレベル(短絡)になると、同図(C)に示すように、送給速度Fwは3〜20m/min程度の範囲で設定された定常送給速度に変化する。このホットスタート電流Ihは、最初の短絡が継続している期間中通電する。このホットスタート電流Ihは、450〜600A程度に設定される。このホットスタート電流Ihは、溶接ワイヤの先端を早急に溶融してアークを発生させるために通電する。
【0020】
最初の短絡が継続した後の時刻t3において、アークが発生すると、同図(E)に示すように、溶接電圧Vwは数十V程度のアーク電圧値に急増する。このために、溶接電圧Vwが短絡判別基準値よりも大きくなるので、同図(F)に示すように、短絡判別信号AdはLowレベルに変化する。したがって、起動後の最初の短絡が、時刻t3で終了したことになる。これに応動して、同図(D)に示すように、溶接電流Iwは、ベース電流Ibの通電を開始し、その後はピーク期間Tp中のピーク電流Ipとベース期間Tb中のベース電流Ibとの通電をパルス周期Tfとして繰り返すことになる。同様に、同図(E)に示すように、溶接電圧Vwは、ベース電圧となり、その後はピーク電圧とベース電圧とを繰り返すことになる。したがって、時刻t1〜t3の期間がアークスタート期間となり、時刻t3以降が定常溶接期間となる。ピーク電流Ipは臨界値以上の400〜500A程度に設定され、ピーク期間は1.0〜1.5ms程度に設定され、ベース電流Ibは臨界値未満の20〜80A程度に設定される。ピーク電圧及びベース電圧は、アーク長に比例した値となる。ピーク期間Tpとピーク電流Ipとの組合せは、ユニットパルス条件と呼ばれ、実験によって溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等に応じて、いわゆる1パルス周期1溶滴移行となる適正値を算出し、この適正値に設定される。溶接電圧Vwの平均値が予め定めた定常溶接電圧設定値と等しくなるように上記のパルス周期Tfがフィードバック制御されて、アーク長制御が行われる。このアーク長制御の方式を周波数変調制御と呼ぶ。また、パルス周期Tfを固定してピーク期間Tpを変化させるパルス幅変調制御も慣用される。
【0021】
同図(F)に示すように、溶接開始信号StがHighレベルになってから短絡判別信号Adが最初にHighレベルになっている期間(時刻t2〜t3の期間)を、最初の短絡期間Tsiと呼ぶことにする。アークスタート性が良好であるときは、この最初の短絡期間Tsiが短くなる。アークスタート性が悪いときは、この最初の短絡期間Tsiが長くなる。したがって、この最初の短絡期間Tsiに基づく以下に説明する第1又は第2の指標によって、アークスタート性の良否を判別することができる。
【0022】
(第1の指標)
アークスタート性の良否を示す指標が、単位アークスタート回数に占める、アークスタート時の最初の短絡期間Tsiが基準時間Tt以上であった回数の比率である場合である。以下の各ステップを行うことによって、第1の指標を算出することができる。
1)実際の溶接工程において、通常アークスタート制御によって実溶接を行いながら、アークスタート時の最初の短絡期間Tsiを計測する。
2)上記の最初の短絡期間Tsiが予め定めた基準時間Tt以上であるかを判別し、以上であるときはカウンタに1を加算する。すなわち、このカウンタ値は、アークスタート性が悪かった回数を示すことになる。
3)上記1)及び2)を単位アークスタート回数繰り返す。
4)単位アークスタート回数に達すると、第1の指標=比率=カウンタ値/単位アークスタート回数を算出する。そして、この第1の指標が予め定めた基準比率以上であるかを判別し、以上であるときはアークスタート性不良と判定し、アークスタート性判定信号BdをHighレベルにセットして出力する。したがって、このアークスタート性判定信号BdがHighレベルのときは不良であることを示し、Lowレベルであるときは良好であることを示す。
5)カウンタを0にリセットして、上記1)のステップに戻る。
【0023】
上記の基準時間は、5〜20ms程度の範囲で実験によって適正値に設定される。上記の単位アークスタート回数は、10〜100程度の範囲で実験によって適正値に設定される。上記の基準比率は、0.1〜0.3程度の範囲で実験によって適正値に設定される。1回のアークスタートに基づいて良否を判定しないで、単位アークスタート回数ごとに判定している理由は、以下のとおりである。同一の溶接条件によって溶接を行っても、1回ごとのアークスタート性の良否にはバラツキがある。このために、アークスタート性を評価するためには、ある程度のアークスタートを行い、その結果に基づいて統計的に判定を行う必要があるためである。
【0024】
(第2の指標)
アークスタート性の良否を示す指標が、アークスタート時の最初の短絡期間Tsiの平均値である場合である。以下の各ステップを行うことによって、第2の指標を算出することができる。
1)実際の溶接工程において、通常アークスタート制御によって実溶接を行いながら、アークスタート時の最初の短絡期間Tsiを計測し、記憶する。
2)上記1)を単位アークスタート回数繰り返す。
3)単位アークスタート回数に達すると、第2の指標として、各アークスタート時の上記最初の短絡期間Tsiの平均値を算出する。そして、この第2の指標が予め定めた基準平均値以上であるかを判別し、以上であるときはアークスタート性不良と判定し、アークスタート性判定信号BdをHighレベルにセットして出力する。したがって、このアークスタート性判定信号BdがHighレベルのときは不良であることを示し、Lowレベルであるときは良好であることを示す。
4)上記1)のステップに戻る。
【0025】
上記の単位アークスタート回数は、上述した第1の指標のときと同様である。上記の基準平均値は、3〜10ms程度の範囲で実験によって適正値に設定される。
【0026】
次に、上記の指標及びアークスタート性判定信号Bdを用いて、通常アークスタート制御からどのようにしてリトラクトアークスタート制御に切り換えるかを説明する。この切換えは、以下のステップによって行う。
1)実際の溶接工程において、通常アークスタート制御によって実溶接を行い、単位アークスタート回数ごとに、上述した第1又は第2の指標を算出して、アークスタート性判定信号Bdを出力する。上述したように、このアークスタート性判定信号BdがHighレベルになるとアークスタート性が不良であることを示し、Lowレベルであるときは良好であることを示す。
2)アークスタート性判定信号BdがHighレベルになると、アークスタート制御の方式を通常アークスタート制御からリトラクトアークスタート制御に切り換える。そして、次の溶接からはリトラクトアークスタート制御によって溶接を開始する。一旦リトラクトアークスタート制御に切り換えられると、アークスタート性判定信号Bdがリセットされない限り継続する。
【0027】
図2は、本発明の実施の形態に係るリトラクトアークスタート制御のタイミングチャートである。同図(A)は溶接開始信号Stを示し、同図(B)はアークスタート制御設定信号Srを示し、同図(C)は溶接ワイヤの送給速度Fwを示し、同図(D)は溶接電流Iwを示し、同図(E)は溶接電圧Vwを示し、同図(F)は短絡判別信号Adを示す。以下、同図を参照して説明する。
【0028】
同図は、ロボットを使用した溶接装置の場合である。時刻t1において、ロボットが移動して溶接トーチが溶接開始位置に到達すると、ロボット制御装置から溶接電源に対して溶接開始信号St(Highレベル)が出力される。また、同図(B)に示すアークスタート制御設定信号SrはLowレベルであるので、リトラクトアークスタート制御が選択されている。
【0029】
同図(A)に示すように、時刻t1において、ロボット制御装置からの溶接開始信号StがHighレベルになると、溶接電源の出力が開始されるので、同図(E)に示すように、無負荷電圧が溶接ワイヤと母材との間に印加する。同時に、同図(C)に示すように、送給速度Fwは1〜2m/min程度の遅いスローダウン送給速度(正の値)となり、溶接ワイヤは前進送給されて母材へと次第に接近する。ここで、送給速度Fwの値が、0であるときは溶接ワイヤが停止していることを示し、正の値であるときは溶接ワイヤが前進送給されていることを示し、負の値であるときは溶接ワイヤが後退送給されていることを示す。
【0030】
時刻t2において、溶接ワイヤと母材とが接触して導通すると、同図(E)に示すように、溶接電圧Vwは、数V程度の短絡電圧値に急減する。溶接電圧Vwが短絡判別基準値(10V程度に設定)以下になったことを判別すると、同図(F)に示すように、短絡判別信号AdがHighレベルに変化する。同時に、同図(D)に示すように、溶接電流Iwが通電して、その値は予め定めた初期電流値Iiとなる。この初期電流値Iiは、50A程度の小電流値に設定される。小電流値に設定する理由は、後述する時刻t2〜t3の短絡期間及び時刻t3〜t4の初期アーク発生期間中に溶接ワイヤの先端を溶融しないようにするためである。短絡期間中にワイヤ先端が溶融すると溶着して、溶接ワイヤの引き離しができなくなり、スタート不良となる。初期アーク発生期間中にワイヤ先端が溶融すると、初期アークのアーク長を所定値まで引き上げるときにバラツクことになり、定常アークへの行こうが円滑でなくなる。時刻t2に短絡判別信号AdがHighレベル(短絡)に変化すると、送給モータに後退送給指令が送られる。しかし、送給モータの回転が逆転するまでに時間遅れがあるために、同図(C)に示すように、送給速度Fwは、時刻t2からスロープ状に小さくなり、時刻t21で0となる。その後、送給モータは逆回転を開始するが、溶接トーチの送給経路内の溶接ワイヤの遊び分を後退送給によって吸収するには時間が必要となる。このために、同図(C)に示すように、送給速度Fwは、時刻t21〜t3の間は0のままである。この時刻t2〜t3の期間が短絡期間となる。
【0031】
同図(C)に示すように、送給速度Fwは、時刻t3からスロープ状に変化して負の値の後退送給速度となる。この時刻t3直後に溶接ワイヤが母材から離れるので、初期アークが発生する。初期アークが発生すると、同図(E)に示すように、溶接電圧Vwは数十V程度のアーク電圧値に急増する。このために、溶接電圧Vwが短絡判別基準値よりも大きくなるので、同図(F)に示すように、短絡判別信号AdはLowレベル(アーク)に変化する。短絡判別信号AdがLowレベルに変化した時点t3から予め定めた遅延期間だけ経過した時刻t4までが、初期アーク発生期間となる。この初期アーク発生期間中は、同図(C)に示すように、送給速度Fwは上記の後退送給速度のままであるので、溶接ワイヤの後退送給が継続される。したがって、初期アークのアーク長は次第に長くなる。この遅延期間は、初期アークのアーク長が定常アークのアーク長と等しくなるように設定される。この遅延期間は、例えば100ms程度である。初期アーク発生期間中は、同図(D)に示すように、溶接電流Iwは上記の初期電流値Iiのままである。
【0032】
時刻t4において上記の遅延期間が経過すると、同図(C)に示すように、送給速度Fwはスロープ状に変化して正の値の定常送給速度となる。このために、溶接ワイヤは後退送給から再前進送給へと切り換えられる。時刻t1〜t4までがアークスタート期間となり、時刻t4以降の期間が定常溶接期間となる。定常溶接期間になると、同図(D)に示すように、ピーク期間Tp中のピーク電流Ipとベース期間Tb中のベース電流Ibとの通電をパルス周期Tfとして繰り返すことになる。同様に、同図(E)に示すように、ピーク電圧とベース電圧とを繰り返すことになる。定常溶接期間中のピーク電流Ip、ピーク期間Tp及びベース電流Ibの設定方法については、上述した図1と同様である。また、アーク長制御のための周波数変調制御によってパルス周期Tfがフィードバック制御されることも同様である。
【0033】
図3は、上述した本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【0034】
電源主回路PMは、3相200V等の商用電源(図示は省略)を入力として、後述する駆動信号Dvに従ってインバータ制御による出力制御を行い、溶接電流Iw及び溶接電圧Vwを出力する。この電源主回路PMは、図示は省略するが、商用電源を整流する1次整流器、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Dvに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を整流する2次整流器、整流された直流を平滑するリアクトルから構成される。溶接ワイヤ1は、送給モータWMに結合された送給ロール5の回転によって溶接トーチ4内を送給されて、母材2との間にアーク3が発生して溶接が行われる。溶接トーチ4は、ロボット(図示は省略)に搭載されている。
【0035】
溶接電圧検出回路VDは、上記の溶接電圧Vwを検出して、溶接電圧検出信号Vdを出力する。溶接電圧平均化回路VAVは、この溶接電圧検出信号Vdを入力として、ローパスフィルタ等によって平均化して、溶接電圧平均値信号Vavを出力する。溶接電圧設定回路VRは、予め定めた溶接電圧設定信号Vrを出力する。電圧誤差増幅回路EVは、上記の溶接電圧設定信号Vrと上記の溶接電圧平均値信号Vavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Evを出力する。V/Fコンバータ回路VFは、この電圧誤差増幅信号Evに比例した周波数の信号に変換して、パルス周期信号Tfsを出力する。したがって、このパルス周期信号Tfsは、パルス周期ごとに短時間Highレベルになる信号である。ピーク期間回路TPSは、このパルス周期信号Tfsを入力として、この信号が短時間Highレベルに変化するごとに予め定めたピーク期間だけHighレベルになり、それ以降は次の短時間のHighレベルの信号が来るまではLowレベルになるピーク期間信号Tpsを出力する。このピーク期間信号Tpsは、ピーク期間中はHighレベルになり、ベース期間中はLowレベルになる信号である。
【0036】
ロボット制御装置RCは、予め教示された作業プログラムを記憶しており、この作業プログラムに従ってロボット(図示は省略)の動作を制御すると共に、溶接電源に対して溶接開始信号Stを出力する。
【0037】
短絡判別回路ADは、上記の溶接電圧検出信号Vdを入力として、その値が予め定めた短絡判別基準値以下になったことを判別すると、Highレベルとなる短絡判別信号Adを出力する。アークスタート性判定回路BDは、上記の溶接開始信号St及び上記の短絡判別信号Adを入力として、溶接開始信号StがHighレベルに変化し他時点から最初に短絡判別信号AdがHighレベル(短絡)になっている時間長さTsiを計測して記憶し、上述したように、第1又は第2の指標を算出して、この指標に基づいてアークスタート性判定信号Bdを出力する。このアークスタート性判定信号Bdは、上述したように、アークスタート性が不良であると判定されたときはHighレベルにセットされる信号である。このアークスタート性判定信号Bdは、溶接ワイヤの直径、材質、定常送給速度、溶接休止期間、ワークの種類等の溶接条件が変更されたときはLowレベルにリセットされる。
【0038】
アークスタート制御選択回路SSは、通常アークスタート制御を選択するときはHighレベルとなり、リトラクトアークスタート制御を選択するときはLowレベルとなるアークスタート制御選択信号Ssを出力する。このアークスタート制御選択信号Ssは、上述したように、テスト溶接の結果に基づいて、溶接管理者がアークスタート制御の方式を選択するための信号である。アークスタート制御設定回路SRは、このアークスタート制御選択信号Ss及び上記のアークスタート性判定信号Bdを入力として、以下の処理を行い、アークスタート制御設定信号Srを出力する。
1)アークスタート制御選択信号SsがLowレベル(リトラクトアークスタート制御)のときは、アークスタート制御設定信号SrをLowレベル(リトラクトアークスタート制御)にして出力する。
2)アークスタート制御選択信号SsがHighレベル(通常アークスタート制御)であり、かつ、アークスタート性判定信号BdがLowレベル(良好)であるときは、アークスタート制御設定信号SrをHighレベル(通常アークスタート制御)にして出力する。
3)アークスタート制御選択信号SsがHighレベル(通常アークスタート制御)であり、かつ、アークスタート性判定信号BdがHighレベル(不良)であるときは、アークスタート制御設定信号SrをLowレベル(リトラクトアークスタート制御)にして出力する。
【0039】
期間設定回路MSは、上記の短絡判別信号Ad、上記のピーク期間信号Tps、上記の溶接開始信号St及び上記のアークスタート制御設定信号Srを入力として、以下のような処理を行い期間設定信号Msを出力する。
1)溶接開始信号StがHighレベル(開始)に変化すると、その値が1となる期間設定信号Msを出力する。すなわち、スローダウン送給期間中は1となる。
2)その後に、短絡判別信号AdがHighレベル(短絡)に変化すると、その値が2となる期間設定信号Msを出力する。すなわち、最初の短絡期間中は2となる。
3)アークスタート制御設定信号SrがHighレベル(通常アークスタート制御)であるときは、短絡判別信号AdがLowレベル(アーク)に変化した後に、ピーク期間信号TpsがHighレベル(ピーク期間)のときその値が4となり、Lowレベル(ベース期間)のときその値が5となる期間設定信号Msを出力する。
他方、アークスタート制御設定信号SrがLowレベル(リトラクトアークスタート制御)であるときは、短絡判別信号AdがLowレベル(アーク)に変化した時点でその値が3となり、それから遅延期間が経過した後にピーク期間信号TpsがHighレベル(ピーク期間)のときその値が4となり、Lowレベル(ベース期間)のときその値が5となる期間設定信号Msを出力する。
したがって、通常アークスタート制御である図1の場合、この期間設定信号Msは、時刻t1〜t2のスローダウン送給期間中は1となり、時刻t2〜t3の最初の短絡期間中は2となり、時刻t3以降のピーク期間Tp中は4となり、ベース期間Tb中は5となる。他方、リトラクトアークスタート制御である図2の場合、この期間設定信号Msは、時刻t1〜t2のスローダウン送給期間中は1となり、時刻t2〜t3の最初の短絡期間中は2となり、時刻t3〜t4の初期アーク発生期間中は3となり、時刻t4以降のピーク期間Tp中は4となり、ベース期間Tb中は5となる。
【0040】
ホットスタート電流設定回路IHRは、予め定めたホットスタート電流設定信号Ihrを出力する。初期電流設定回路IIRは、予め定めた初期電流設定信号Iirを出力する。スタート電流設定回路ISRは、上記のホットスタート電流設定信号Ihr、上記の初期電流設定信号Iir及び上記のアークスタート制御設定信号Srを入力として、Sr=Highレベル(通常アークスタート制御)のときはホットスタート電流設定信号Ihrをスタート電流設定信号Isrとして出力し、Sr=Lowレベル(リトラクトアークスタート制御)のときは初期電流設定信号Iirをスタート電流設定信号Isrとして出力する。ピーク電流設定回路IPRは、予め定めたピーク電流設定信号Iprを出力する。ベース電流設定回路IBRは、予め定めたベース電流設定信号Ibrを出力する。
【0041】
電流設定回路IRは、上記のピーク電流設定信号Ipr、上記のベース電流設定信号Ibr、上記のスタート電流設定信号Isr及び上記の期間設定信号Msを入力として、期間設定信号Ms=1〜3のときはスタート電流設定信号Isrを電流設定信号Irとして出力し、Ms=4のときはピーク電流設定信号Iprを電流設定信号Irとして出力し、Ms=5のときはベース電流設定信号Ibrを電流設定信号Irとして出力する。
【0042】
溶接電流検出回路IDは、上記の溶接電流Iwを検出して、溶接電流検出信号Idを出力する。電流誤差増幅回路EIは、上記の電流設定信号Irと上記の溶接電流検出信号Idとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Eiを出力する。駆動回路DVは、この電流誤差増幅信号Ei及び上記の溶接開始信号Stを入力として、溶接開始信号StがHighレベルのときは電流誤差増幅信号Eiに基づいてPWM変調制御を行い、上記のインバータ回路を駆動するための駆動信号Dvを出力し、溶接開始信号StがLowレベルのときは駆動信号Dvの出力を停止する。
【0043】
送給速度設定回路FRは、上記のアークスタート制御設定信号Sr及び上記の期間設定信号Msを入力として、以下の処理を行い、送給速度設定信号Frを出力する。
1)Sr=Highレベル(通常アークスタート制御)であり、Ms=1のときは予め定めたスローダウン送給速度を送給速度設定信号Frとして出力し、Ms≧2のときは予め定めた定常送給速度を送給速度設定信号Frとして出力する。
2)Sr=Lowレベル(リトラクトアークスタート制御)であり、Ms=1のときは予め定めたスローダウン送給速度を送給速度設定信号Frとして出力し、Ms=2〜3のときは予め定めた後退送給速度を送給速度設定信号Frとして出力し、Ms≧4のときは予め定めた定常送給速度を送給速度設定信号Frとして出力する。
【0044】
送給制御回路FCは、上記の送給速度設定信号Fr及び上記の溶接開始信号Stを入力として、溶接開始信号StがHighレベルのときは溶接ワイヤ1を送給速度設定信号Frによって定まる速度で送給するための送給制御信号Fcを上記の送給モータWMに出力し、溶接開始信号StがLowレベルのときは送給を停止するための送給制御信号Fcを上記の送給モータWMに出力する。
【0045】
上述した実施の形態では、リトラクトアークスタート制御の場合を示す図2において、時刻t1〜t2の溶接ワイヤを母材に接触させる動作を前進送給によって行っているが、ロボットを動作させて溶接トーチを前進移動させて行うようにしても良い。同様に、時刻t2〜t4の溶接ワイヤを母材から引き離す動作を後退送給によって行っているが、ロボットを動作させて溶接トーチを後退移動させて行うようにしても良い。上述した実施の形態では、消耗電極パルスアーク溶接の場合を例示したが、炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接、ミグ溶接、交流消耗電極アーク溶接、交流消耗電極パルスアーク溶接等の消耗電極アーク溶接全般に適用することができる。また、1つのワークに異なる溶接条件で溶接する複数の溶接個所がある場合には、各溶接個所ごとにアークスタート性判定信号Bdの値を算出及び記憶するようにすれば良い。さらに、アークスタート性判定信号Bdによって通常アークスタート制御からリトラクトアークスタート制御に切り換えられた情報を、ロボット制御装置RCに送信して、作業プログラムに反映させるようにしても良い。
【0046】
以下、上述した実施の形態の作用効果について説明する。
1)溶接対称となるワーク(母材)が決まり、これに対応した溶接ワイヤの直径、材質、定常送給速度、溶接休止期間等の溶接条件が設定される。
2)上記のワークに対して上記の溶接条件によってテスト溶接を行い、アークスタート制御の方式を通常アークスタート制御にするか、リトラクトアークスタート制御にするかを決定する。この決定に従い、図3で上述したアークスタート制御選択回路SSのアークスタート制御選択信号Ssを、通常アークスタート制御を選択するときはHighレベルに設定し、リトラクトアークスタート制御を選択するときはLowレベルに設定する。
3)上記のワークに対して上記の溶接条件によって実溶接施工を繰り返して行う。このときに、上記のアークスタート制御選択信号SsがLowレベルであるときは、リトラクトアークスタート制御による溶接を常に繰り返す。他方、上記のアークスタート制御選択信号SsがHighレベルであるときは、図3で上述したアークスタート性判定信号BdがLowレベル(良好)である限り通常アークスタート制御による溶接を繰り返し、アークスタート性判定信号BdがHighレベル(不良)にセットされるとリトラクトアークスタート制御に自動的に切り換えてそれ以降の溶接を繰り返す。
【0047】
上述した実施の形態によれば、通常アークスタート制御によって溶接施工を行っている場合に、アークスタート性の良否を示す指標(アークスタート性判定信号Bd)に基づいて、通常アークスタート制御を継続するか、リトラクトアークスタート制御に切り換えるかを自動判別することができる。したがって、アークスタート制御の切り換えを、客観的な基準に基づいて行うことができるので、溶接品質を均一化することができる。さらには、この切り換えは自動的に行われるので、特別な工数を必要としない。
【符号の説明】
【0048】
1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
5 送給ロール
AD 短絡判別回路
Ad 短絡判別信号
BD アークスタート性判定回路
Bd アークスタート性判定信号
DV 駆動回路
Dv 駆動信号
EI 電流誤差増幅回路
Ei 電流誤差増幅信号
EV 電圧誤差増幅回路
Ev 電圧誤差増幅信号
FC 送給制御回路
Fc 送給制御信号
FR 送給速度設定回路
Fr 送給速度設定信号
Fw 送給速度
Ib ベース電流
IBR ベース電流設定回路
Ibr ベース電流設定信号
ID 溶接電流検出回路
Id 溶接電流検出信号
Ih ホットスタート電流
IHR ホットスタート電流設定回路
Ihr ホットスタート電流設定信号
Ii 初期電流値
IIR 初期電流設定回路
Iir 初期電流設定信号
Ip ピーク電流
IPR ピーク電流設定回路
Ipr ピーク電流設定信号
IR 電流設定回路
Ir 電流設定信号
ISR スタート電流設定回路
Isr スタート電流設定信号
Iw 溶接電流
MS 期間設定回路
Ms 期間設定信号
PM 電源主回路
RC ロボット制御装置
SR アークスタート制御設定回路
Sr アークスタート制御設定信号
SS アークスタート制御選択回路
Ss アークスタート制御選択信号
St 溶接開始信号
Tb ベース期間
Tf パルス周期
Tfs パルス周期信号
Tp ピーク期間
TPS ピーク期間回路
Tps ピーク期間信号
Tsi 最初の短絡期間
Tt 基準時間
VAV 溶接電圧平均化回路
Vav 溶接電圧平均値信号
VD 溶接電圧検出回路
Vd 溶接電圧検出信号
VF V/Fコンバータ回路
VR 溶接電圧設定回路
Vr 溶接電圧設定信号
Vw 溶接電圧
WM 送給モータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接の開始に際して、溶接ワイヤを母材に接触させて定常アークを発生させる通常アークスタート制御と、前記溶接ワイヤを母材に一旦接触させた後に引き離し、この引き離しによって初期アークを発生させた後に定常アークへと移行させるリトラクトアークスタート制御とを備え、前記通常アークスタート制御と前記リトラクトアークスタート制御とを切り換えて溶接するアークスタート制御方法において、
前記通常アークスタート制御を複数回行ってアークスタート性の良否を示す指標を算出し、この指標に基づいてアークスタート制御の方式を前記通常アークスタート制御から前記リトラクトアークスタート制御に切り換える
ことを特徴とするアークスタート制御方法。
【請求項2】
前記指標が、単位アークスタート回数に占める、アークスタート時の最初の短絡が基準時間以上であった回数の比率である、
ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法。
【請求項3】
前記指標が、アークスタート時の最初の短絡の平均時間である、
ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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