アーク溶接方法およびアーク溶接システム
【課題】 幅の均一なビードを形成できるアーク溶接方法およびアーク溶接システムを提供すること。
【解決手段】 消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴１５１を移行させる溶滴移行期間Ｔ１と、母材Ｗに形成された溶融池を冷却する冷却期間Ｔ２とを繰り返すアーク溶接方法であって、各溶滴移行期間Ｔ１中に、ピーク値ｉｐで電流を流すピーク期間Ｔｐとピーク値ｉｐよりも小さいベース値ｉｂで電流を流すベース期間Ｔｂとを含む単位パルス波形の電流を、消耗電極１５から母材Ｗへ繰り返し流す工程と、各冷却期間Ｔ２中に、溶接進行方向に、消耗電極１５を母材Ｗに対し母材Ｗに沿って移動させる工程と、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数が設定数に達したとき、当該溶滴移行期間Ｔ１を終了する工程と、を備える。このような構成によれば、各溶滴移行期間Ｔ１に母材Ｗに形成される各溶接痕の大きさを均一にすることができる。したがって、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【解決手段】 消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴１５１を移行させる溶滴移行期間Ｔ１と、母材Ｗに形成された溶融池を冷却する冷却期間Ｔ２とを繰り返すアーク溶接方法であって、各溶滴移行期間Ｔ１中に、ピーク値ｉｐで電流を流すピーク期間Ｔｐとピーク値ｉｐよりも小さいベース値ｉｂで電流を流すベース期間Ｔｂとを含む単位パルス波形の電流を、消耗電極１５から母材Ｗへ繰り返し流す工程と、各冷却期間Ｔ２中に、溶接進行方向に、消耗電極１５を母材Ｗに対し母材Ｗに沿って移動させる工程と、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数が設定数に達したとき、当該溶滴移行期間Ｔ１を終了する工程と、を備える。このような構成によれば、各溶滴移行期間Ｔ１に母材Ｗに形成される各溶接痕の大きさを均一にすることができる。したがって、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法およびアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返す溶接方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。この溶接方法では、溶滴移行期間中に消耗電極から母材に溶滴を移行させる。溶滴移行期間中、消耗電極を保持する溶接トーチは母材に対し停止させる。これにより溶滴移行期間中に平面視にて円形状の溶融池が形成される。一方、冷却期間中は、消耗電極から母材に溶滴を移行しない程度のわずかな溶接電流を、消耗電極から母材に流す。また、冷却期間中に、母材のうち次の溶滴移行期間を開始する地点まで、上記溶接トーチを移動させる。冷却期間中に上記溶融池は凝固し溶接痕となる。以上のような溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返す。これにより、円形状の溶接痕が一方向に連なったうろこ状のビードを形成する。
【０００３】
従来の溶接方法においては、溶接ロボットもしくは溶接電源装置が、各溶滴移行期間の長さをある一定の長さとなるように制御している。このような方法では、各溶滴移行期間の長さは一定の長さとはなりにくく、ばらついてしまうことが多い。各溶滴移行期間の長さがばらつくと、円形状の溶接痕の大きさがばらついてしまう。そうすると、ビードの幅が不均一となり、ビードの外観の悪化を招いてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１―２６７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、幅の均一なビードを形成できるアーク溶接方法およびアーク溶接システムを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供されるアーク溶接方法は、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる溶滴移行期間と、上記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法であって、上記各溶滴移行期間中に、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形の電流を、消耗電極から母材へ繰り返し流す工程と、上記各冷却期間中に、溶接進行方向に、上記消耗電極を上記母材に対し上記母材に沿って移動させる工程と、上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数に達したとき、当該溶滴移行期間を終了する工程と、を備える。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記繰り返し流す工程は、上記各溶滴移行期間中にパルス生成指示信号を繰り返し生成する工程と、上記パルス生成指示信号が生成されるごとに単位パルス波形を生成する工程と、を含み、上記溶滴移行期間を終了する工程は、上記パルス生成指示信号が生成された回数に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する工程を含む。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記溶滴移行期間を終了する工程は、上記消耗電極と上記母材との間に流れる電流の値に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する工程を含む。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数を超えると、上記母材に沿って上記母材に対し上記消耗電極を相対移動させ始める工程を更に備える。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記繰り返し流す工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が第１値であるように流し、上記移動させる工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が上記第１値より小さい第２値であるように流し、上記第２値は５〜２０Ａである。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記繰り返し流す工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が第１値であるように流し、上記移動させる工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が上記第１値より小さい第２値であるように流し、上記第２値は０Ａである。
【００１２】
本発明の第２の側面によって提供されるアーク溶接システムは、消耗電極から母材にパルス電流を流す溶滴移行期間と、上記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間と、を交互に繰り返す出力回路を備え、上記パルス電流の波形は、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形を繰り返す形状である、アーク溶接システムであって、設定数を記憶する設定数記憶部と、上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が上記設定数に達すると、終了指示信号を送る終了判断回路と、を備え、上記出力回路は、上記終了指示信号を受けたときに上記各溶滴移行期間を終了する。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記出力回路は、上記各溶滴移行期間中にパルス生成指示信号を繰り返し生成する信号生成回路と、上記パルス生成指示信号を受けるごとに、上記単位パルス波形を生成する電流波形生成回路と、を含み、上記終了判断回路は、上記パルス生成指示信号が生成された回数に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する計測回路を含む。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記終了判断回路は、上記消耗電極と上記母材との間に流れる電流を検出する電流検出回路と、上記電流検出回路に検出された電流の値に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する計測回路と、を含む。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記消耗電極を保持する溶接ロボットと、上記溶接ロボットに動作制御信号を送る動作制御回路と、を更に備え、上記動作制御回路は、上記終了指示信号を受けると、上記動作制御信号として、上記母材に沿って上記母材に対して上記消耗電極を相対移動させる信号を送る。
【００１６】
このような構成によれば、各溶滴移行期間に母材に形成される各溶接痕の大きさを均一にすることができる。したがって、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００１７】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示すアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】図２の電流波形生成回路の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる溶接方法における信号等のタイミングチャートである。
【図５】図４に示すタイミングチャートを詳細に示す図である。
【図６】（ａ）は本発明の第１実施形態にかかる溶接方法の溶滴移行期間中のアーク等の状態を示す図である。（ｂ）は本発明の第１実施形態にかかる溶接方法の冷却期間の開始時のアーク等の状態を示す図である。（ｃ）は本発明の第１実施形態にかかる溶接方法の冷却期間の終了時のアーク等の状態を示す図である。（ｄ）は本発明の第１実施形態にかかる溶接方法の溶滴移行期間の再開時のアーク等の状態を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態にかかる溶接方法によって形成されるビードの形状を示す平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかる溶接方法における信号等のタイミングチャートである。
【図１１】図１０に示すタイミングチャートを詳細に示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムの構成を示す図である。
【００２１】
同図に示すアーク溶接システムＡ１は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３とを備える。溶接ロボット１は、母材Ｗに対してアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、ベース部材１１と、複数のアーム１２と、複数のモータ１３と、溶接トーチ１４と、ワイヤ送給装置１６と、コイルライナ１９とを含む。
【００２２】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。各アーム１２は、ベース部材１１に軸を介して連結されている。溶接トーチ１４は、消耗電極１５（溶接ワイヤ）を母材Ｗの近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、シールドガスノズル（図示略）が設けられている。シールドガスノズルは、アルゴンなどのシールドガスを供給するためのものである。モータ１３は、移動機構であり、ロボット制御装置２により回転駆動する。この回転駆動により、各アーム１２の移動が制御され、溶接トーチ１４が上下前後左右に自在に移動できる。
【００２３】
モータ１３には、エンコーダ（図示略）が設けられている。エンコーダの出力は、ロボット制御装置２に送られる。ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に消耗電極１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給機構１６１（モータＷＭ）と、ワイヤリール（図示略）と、ワイヤプッシュ装置（図示略）とを含む。送給機構１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ装置が、上記ワイヤリールに巻かれた消耗電極１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００２４】
コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状を呈し、その内部には消耗電極１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された消耗電極１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された消耗電極１５は、溶接トーチ１４から突出する。
【００２５】
図２は、図１に示したアーク溶接システムＡ１の内部構成を示す図である。
【００２６】
ロボット制御装置２は、動作制御回路２１と、ティーチペンダント２３とを含む。ロボット制御装置２は、溶接ロボット１の動作を制御するためのものである。
【００２７】
動作制御回路２１は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、溶接ロボット１の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。動作制御回路２１は、ロボット移動速度ＶＲを設定する。ロボット移動速度ＶＲは、母材Ｗの面内方向における、母材Ｗに対する溶接トーチ１４の速度である。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、およびロボット移動速度ＶＲ等に基づき、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｓを送る。溶接ロボット１は動作制御信号Ｍｓを受け、各モータ１３を回転駆動させる。各モータ１３の回転駆動により、溶接トーチ１４が、母材Ｗにおける所定の溶接開始位置に移動したり、母材Ｗの面内方向に沿って移動したりする。動作制御回路２１は、溶滴移行開始信号Ｓｓを送る。
【００２８】
ティーチペンダント２３は、動作制御回路２１に接続されている。ティーチペンダント２３は、溶接を実行する際のパラメータ等をアーク溶接システムＡ１のユーザが設定するためのものである。
【００２９】
溶接電源装置３は、出力回路３１と、電流値記憶部３３と、終了判断回路３４と、設定数記憶部３５と、送給制御回路３８とを含む。溶接電源装置３は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加しつつ溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、消耗電極１５の送給を行うための装置である。
【００３０】
電流値記憶部３３は第２値ｉｒ２を記憶する。設定数記憶部３５は設定数Ｎｂを記憶する。第２値ｉｒ２および設定数Ｎｂの各値は、たとえば、ティーチペンダント２３から入力され動作制御回路２１を経由して、各記憶部に記憶される。
【００３１】
出力回路３１は、電源回路３１１と、電流検出回路３１２と、電流誤差計算回路ＥＩと、電流切替回路３１３と、電流制御回路３１４と、電流波形生成回路３１５と、信号生成回路３１６と、電圧検出回路３１７と、電圧誤差計算回路ＥＶと、電圧制御回路３１８とを有する。出力回路３１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に指示された値で溶接電圧Ｖｗを印加し、もしくは、消耗電極１５から母材Ｗに指示された値で溶接電流Ｉｗを流すためのものである。
【００３２】
電源回路３１１は、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、インバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗを出力する。
【００３３】
電流検出回路３１２は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を検出するためのものである。電流検出回路３１２は、溶接電流Ｉｗの値に対応する電流検出信号Ｉｄを送る。電流誤差計算回路ＥＩは、実際に流れている溶接電流Ｉｗの値と、設定された溶接電流の値との差ΔＩｗを計算するためのものである。電流誤差計算回路ＥＩは、電流検出信号Ｉｄと、設定された溶接電流の値に対応する後述の電流設定信号Ｉｒとを受け、差ΔＩｗに対応する電流誤差信号Ｅｉを電源回路３１１に送る。なお、電流誤差計算回路ＥＩは、電流誤差信号Ｅｉとして、差ΔＩｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３４】
電圧検出回路３１７は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗの値を検出するためのものである。電圧検出回路３１７は、溶接電圧Ｖｗの値に対応する電圧検出信号Ｖｄを送る。本実施形態においては、電圧検出回路３１７は、溶接電圧Ｖｗの時間平均値に対応する電圧検出信号Ｖｄを送る。電圧制御回路３１８は、消耗電極１５と母材Ｗと間に印加する溶接電圧Ｖｗの値を設定するためのものである。電圧制御回路３１８は、図示しない記憶部に記憶された設定電圧値に基づき、溶接電圧Ｖｗの値を指示するための電圧設定信号Ｖｒを送る。電圧誤差計算回路ＥＶは、実際に印加されている溶接電圧Ｖｗの値と、設定された溶接電圧の値との差ΔＶｗを計算するためのものである。電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧検出信号Ｖｄと設定された溶接電圧の値に対応する電圧設定信号Ｖｒとを受け、差ΔＶｗに対応する電圧誤差信号Ｅｖを送る。なお、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧誤差信号Ｅｖとして、差ΔＶｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３５】
信号生成回路３１６は、パルス生成指示信号Ｐｓを繰り返し発生させるためのものである。本実施形態においては、信号生成回路３１６は電圧周波数変換回路である。そのため、信号生成回路３１６は、電圧誤差信号Ｅｖを受け、差ΔＶｗを差ΔＶｗに比例する周波数（１／Ｔｆ）に変換し、期間Ｔｆごとに短期間のあいだＨｉｇｈレベルに変化するパルス生成指示信号Ｐｓを送る。なお、周波数（１／Ｔｆ）が差ΔＶｗに比例するため、期間Ｔｆは一定の値ではなく多少ばらつく。
【００３６】
電流波形生成回路３１５は、後述の溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの波形を生成するためのものである。具体的には、電流波形生成回路３１５は、パルス生成指示信号Ｐｓを受けるごとに、単位パルス波形（図５（ｃ）の期間Ｔｆにおける溶接電流Ｉｗの波形）を生成する。電流波形生成回路３１５は、生成した波形の電流に対応する電流設定信号Ｉｒ１を送る。
【００３７】
図３は、電流波形生成回路３１５の一例を示すブロック図である。なお、同図に示す電流波形生成回路３１５のブロック図は、図５（ｃ）に示す単位パルス波形を生成するためのものであり、単位パルス波形が図５（ｃ）に示すものと異なれば、電流波形生成回路３１５のブロック図も図３とは異なるものとなる。
【００３８】
同図に示すように、電流波形生成回路３１５は、タイマ回路ＴＭと、切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＰＲ，ＩＢＲと、増加期間記憶部ＴＵと、ピーク期間記憶部ＴＰと、減少期間記憶部ＴＤと、ピーク電流記憶部ＩＰと、ベース電流記憶部ＩＢとを有する。
【００３９】
増加期間記憶部ＴＵは増加期間Ｔｕを記憶し、ピーク期間記憶部ＴＰはピーク期間Ｔｐを記憶し、減少期間記憶部ＴＤは減少期間Ｔｄを記憶し、ピーク電流記憶部ＩＰはピーク電流値ｉｐを記憶し、ベース電流記憶部ＩＢはベース電流値ｉｂを記憶する。
【００４０】
タイマ回路ＴＭは、パルス生成指示信号Ｐｓを受け、期間信号ｔｓｓを送る。期間信号ｔｓｓは、パルス生成指示信号ＰｓがＨｉｇｈレベルに変化した時点から、予め設定した期間Ｔｓ（図５（ｃ）参照）のあいだＨｉｇｈレベルになる。電流制御回路ＩＰＲは、期間信号ｔｓｓを受け、電流設定信号ｉｐｒを送る。電流制御回路ＩＰＲは、増加期間記憶部ＴＵと、ピーク期間記憶部ＴＰと、減少期間記憶部ＴＤと、ピーク電流記憶部ＩＰと接続している。電流制御回路ＩＰＲは、期間信号ｔｓｓがＨｉｇｈレベルとなった時刻（図５ではｔａ（１））から、溶接電流Ｉｗが、図５に示す期間Ｔｓにおける波形となるための電流設定信号ｉｐｒを、生成する。電流制御回路ＩＢＲは、ベース電流記憶部ＩＢに接続している。電流制御回路ＩＢＲは、溶接電流Ｉｗがベース電流値ｉｂとなるための電流設定信号ｉｂｒを生成する。
【００４１】
切替回路ＳＷは、期間信号ｔｓｓと、電流設定信号ｉｐｒ，ｉｂｒとを受け、電流設定信号Ｉｒ１を送る。期間信号ｔｓｓがＨｉｇｈレベルのあいだは、切替回路ＳＷは電流設定信号Ｉｒ１として、電流設定信号ｉｐｒを電流切替回路３１３に送る。一方、期間信号ｔｓｓがＬｏｗレベルのあいだは、切替回路ＳＷは電流設定信号Ｉｒ１として、電流設定信号ｉｂｒを電流切替回路３１３に送る。以上のように、電流波形生成回路３１５は図５（ｃ）に示す単位パルス波形を生成し、電流設定信号Ｉｒ１を送る。
【００４２】
図２に示す電流制御回路３１４は、後述の冷却期間Ｔ２における、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を設定するためのものである。電流制御回路３１４は、溶接電流Ｉｗを第２値ｉｒ２で流すための電流設定信号Ｉｒ２を送る。
【００４３】
電流切替回路３１３は、出力回路３１の電源特性（定電圧特性もしくは定電流特性）を切り替えるものである。出力回路３１の電源特性が定電圧特性である場合、溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となるように、出力回路３１の出力が制御される。一方、出力回路３１の電源特性が定電流特性である場合、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となるように、出力回路３１の出力が制御される。より具体的にはつぎのとおりである。電流切替回路３１３は、電流設定信号Ｉｒ１，Ｉｒ２と、後述の溶滴移行開始信号Ｓｓと、後述の終了指示信号Ｅｓと、を受ける。電流切替回路３１３が溶滴移行開始信号Ｓｓを受けると、電流切替回路３１３におけるスイッチは図２のａ側に接続される。この場合、出力回路３１の電源特性は定電圧特性である。すなわち、電流切替回路３１３は、電流設定信号Ｉｒ１を電流設定信号Ｉｒとして電流誤差計算回路ＥＩに送り、溶接電圧Ｖｗが電圧制御回路３１８によって設定された値となる。一方、電流切替回路３１３が終了指示信号Ｅｓを受けると、電流切替回路３１３におけるスイッチは図２のｂ側に接続される。この場合、出力回路３１の電源特性は定電流特性である。すなわち、電流切替回路３１３は、電流設定信号Ｉｒ２を電流設定信号Ｉｒとして電流誤差回路ＥＩに送り、溶接電流Ｉｗが電流制御回路３１４によって設定された値となる。
【００４４】
終了判断回路３４は、溶滴移行期間Ｔ１を終了するか否かを判断するためのものである。終了判断回路３４は、計測回路３４１と比較回路３４２とを有する。計測回路３４１は、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓ（すなわち、各溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの単位パルス波形の数）を計測するためのものである。本実施形態においては、計測回路３４１は、ピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓを、パルス生成指示信号Ｐｓが生成された回数に基づき計測する。比較回路３４２は、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓが、設定数記憶部３５に記憶された設定数Ｎｂに達すると、終了指示信号Ｅｓを出力回路３１（本実施形態では電流切替回路３１３）と動作制御回路２１とに送る。
【００４５】
送給制御回路３８は、溶接トーチ１４から消耗電極１５を送り出す速度（送給速度Ｆｗ）を制御するためのものである。送給制御回路３８は、送給速度Ｆｗを指示するための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。
【００４６】
次に、図４、図５をさらに用いて、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法について説明する。図４は、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。同図（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗの接続状態（電源特性の変化状態）を示し、（ｃ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示し、（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの変化状態を示し、（ｅ）は送給速度Ｆｗの変化状態を示し、（ｆ）は溶滴移行開始信号Ｓｓの変化状態を示し、（ｇ）は終了指示信号Ｅｓの変化状態を示し、（ｈ）はパルス生成指示信号Ｐｓの変化状態を示す。同図（ｂ）にてＨｉｇｈレベルは、電流切替回路３１３のスイッチＳｗがａ側に接続していることを示し、Ｌｏｗレベルは、スイッチＳｗがｂ側に接続していることを示す。
【００４７】
アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法においては、溶滴移行期間Ｔ１と冷却期間Ｔ２とを交互に繰り返す。溶滴移行期間Ｔ１は、たとえば０．１〜０．５秒である。冷却期間Ｔ２は、たとえば０．１〜０．５秒である。図５は、図４の溶滴移行期間Ｔ１における各信号等の変化状態を詳細に示すタイミングチャートである。
【００４８】
＜溶滴移行期間Ｔ１（時刻ｔａ（１）〜時刻ｔａ（ｎ＋１））＞
溶滴移行期間Ｔ１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴１５１を移行させるための期間である。図４（ａ）、図５（ａ）に示す時刻ｔａ（１）において、動作制御回路２１は、ロボット移動速度ＶＲを速度ｖ１とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、消耗電極１５を保持する溶接トーチ１４の、母材Ｗに対する速度ＶＲはｖ１となる。本実施形態ではｖ１＝０である。そのため、溶滴移行期間Ｔ１中、溶接トーチ１４は、母材Ｗの面内方向において母材Ｗに対し停止している。同図（ｆ）に示すように、時刻ｔａ（１）において、動作制御回路２１は溶滴移行開始信号Ｓｓを、送給制御回路３８と、出力回路３１の電流切替回路３１３と、終了判断回路３４の計測回路３４１と、に送る。送給制御回路３８は溶滴移行開始信号Ｓｓを受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ１とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、図５（ｅ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ１で送給され始める。送給速度Ｆｗは、溶接トーチ１４から母材Ｗに向かう方向が正である。速度ｆｗ１は、たとえば、１００〜３００ｃｍ／ｍｉｎである。同図（ｈ）に示すように、時刻ｔａ（１）において、パルス生成指示信号ＰｓがＨｉｇｈレベルに変化する。これにより、電流波形生成回路３１５は、単位パルス波形の溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒ１を電流切替回路３１３に送る。また、同図（ｂ）に示すように、電流切替回路３１３が溶滴移行開始信号Ｓｓを受けると、電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗはａ側に接続する。そのため、時刻ｔａ（１）から、同図（ｃ）に示す単位パルス波形を有する溶接電流Ｉｗが流れる。
【００４９】
図５（ｃ）に示すように、単位パルス波形の溶接電流Ｉｗが流れる期間Ｔｆは、増加期間Ｔｕとピーク期間Ｔｐと減少期間Ｔｄとベース期間Ｔｂとから構成されている。増加期間Ｔｕにおいて、溶接電流Ｉｗはピーク電流値ｉｐにまで増加する。ピーク期間Ｔｐの間、溶接電流Ｉｗはピーク電流値ｉｐで流れる。減少期間Ｔｄにおいて、溶接電流Ｉｗはピーク電流値ｉｐからベース電流値ｉｂにまで減少する。ベース期間Ｔｂの間、溶接電流Ｉｗはベース電流値ｉｂで流れる。本実施形態においては、溶接電圧Ｖｗの時間平均値が予め設定された電圧値ｖｒ１となるように、ベース期間Ｔｂの長さが調整される。これにより、アークａ１の長さが適正値に保たれる。そして、溶接電流Ｉｗが、絶対値の時間平均値が第１値ｉｒ１で流れることとなる。また、ピーク期間Ｔｐにおいて、消耗電極１５の先端にて成長した溶滴１５１が電磁的ピンチ力の影響を受ける。そして、溶滴１５１がピーク期間Ｔｐもしくは減少期間Ｔｄ中に、消耗電極１５から離脱し、母材Ｗに落下する。このように、期間Ｔｆの間に一個の溶滴１５１が母材Ｗへ移行する。
【００５０】
図５（ｈ）に示すように、時刻ｔａ（２）において、再び、パルス生成指示信号ＰｓがＨｉｇｈレベルに変化する。これにより、電流波形生成回路３１５は、単位パルス波形の溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒ１を電流切替回路３１３に送る。また、同図（ｂ）に示すように、電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗはａ側に接続している。そのため、時刻ｔａ（２）から、同図（ｃ）に示す単位パルス波形を有する溶接電流Ｉｗが流れる。同様にして、時刻ｔａ（３），ｔａ（４）・・・ｔａ（ｎ）（ｎは整数）から、単位パルス波形を有する溶接電流Ｉｗが流れる。すなわち、溶滴移行期間Ｔ１においては、単位パルス波形を複数回繰り返す形状のパルス電流が流れる。図６（ａ）に示すように、溶滴移行期間Ｔ１では、溶滴が母材Ｗへ移行し母材Ｗに溶融池８８１が形成される。
【００５１】
溶滴移行期間Ｔ１中、パルス生成指示信号Ｐｓは終了判断回路３４における計測回路３４１に送られる。また、上述のように、溶滴移行期間Ｔ１の開始時である時刻ｔａ（１）において、溶滴移行開始信号Ｓｓが計測回路３４１に送られる。計測回路３４１は、溶滴開始信号Ｓｓを受けた時刻以降にパルス生成指示信号Ｐｓを受けた回数を計測する。これにより、計測回路３４１は、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓを計測する。そして、比較回路３４２は、回数Ｎｓが設定数Ｎｂに達すると、終了指示信号Ｅｓを出力回路３１における電流切替回路３１３と送給制御回路３８と動作制御回路２１とに送る。本実施形態においては、比較回路３４２は、回数Ｎｓが設定数Ｎｂに達したと判断した時刻（時刻ｔａ（ｎ））から、期間Ｔｆ後の時刻（時刻ｔａ（ｎ＋１））に、終了指示信号Ｅｓを送っている。比較回路３４２が終了指示信号Ｅｓを送る時刻は時刻ｔａ（ｎ＋１）である必要はなく、時刻ｔａ（ｎ＋１）より前であってもよい。たとえば、比較回路３４２が終了指示信号Ｅｓを送る時刻は、回数Ｎｓが設定数Ｎｂに達したと判断した時刻（時刻ｔａ（ｎ））から期間Ｔｓ後の時刻であってもよい。設定数Ｎｂはたとえば１５〜１８である。
【００５２】
＜冷却期間Ｔ２＞
冷却期間Ｔ２は、母材Ｗに形成された溶融池８８１を冷却するための期間である。時刻ｔａ（ｎ＋１）にて電流切替回路３１３が終了指示信号Ｅｓを受けると、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗはｂ側に接続する。これにより、溶滴移行期間Ｔ１が終了し冷却期間Ｔ２が開始する。同図（ｃ）に示すように、電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗがｂ側に接続すると、時刻ｔａ（ｎ＋１）から溶接電流Ｉｗは絶対値の時間平均値が第２値ｉｒ２で流れる。本実施形態では第２値ｉｒ２は直流である。第２値ｉｒ２は、第１値ｉｒ１より小さい。第２値は、消耗電極１５から母材Ｗに溶滴が移行しない程度の極めて小さい値であり、たとえば５〜２０Ａである。本実施形態では冷却期間Ｔ２においてアークａ１が発生している状態を継続している。そのため、次の溶滴移行期間Ｔ１を開始する際にアークａ１を再発生させる必要がない。一方、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、時刻ｔａ（ｎ＋１）において動作制御回路２１は、終了指示信号Ｅｓを受けると、ロボット移動速度ＶＲを速度ｖ２とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、消耗電極１５を保持する溶接トーチ１４は、母材Ｗの面内方向において、図６（ｂ）、図７の溶接進行方向Ｄｒに沿って、母材Ｗに対し速度ｖ２で移動し始める。速度ｖ２は速度ｖ１より大きい。速度ｖ２は、たとえば、５０〜１５０ｃｍ／ｍｉｎである。各冷却期間Ｔ２における溶接進行方向Ｄｒは互いに共通である。図４（ｅ）に示すように、送給制御回路３８は終了指示信号Ｅｓを受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ２とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、消耗電極１５が、溶接トーチ１４から母材Ｗに向かって速度ｆｗ２で送給され始める。速度ｆｗ２は、速度ｆｗ１より小さく、たとえば、７０ｃｍ／ｍｉｎである。図６（ｃ）に示すように、冷却期間Ｔ２にて、溶融池８８１は冷却されることにより固化し、平面視で円形状の溶接痕８８２が形成される（図７参照）。そして、溶接トーチ１４が母材Ｗの所定の位置に到達すると、同図（ｄ）に示すように再び溶滴移行期間Ｔ１を開始する。
【００５３】
以上のように、溶滴移行期間Ｔ１と冷却期間Ｔ２とを繰り返すことにより溶接を行う。これにより、図７に示すように、円形状の複数の溶接痕８８２が溶接進行方向Ｄｒに沿って連なるうろこ状のビードが形成される。
【００５４】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００５５】
本実施形態においては、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓ（溶接電流Ｉｗの単位パルス波形の数）が設定数Ｎｂに達したときに、当該溶滴移行期間Ｔ１を終了している。一つの単位パルス波形の溶接電流Ｉｗが流れる期間Ｔｆのあいだに、一つの溶滴１５１が消耗電極１５から母材Ｗへと移行する。よって、各溶滴移行期間Ｔ１にて移行する溶滴１５１の数を均一にすることができる。また、各期間Ｔｆにて移行する溶滴１５１の体積は略同一である。よって、各溶滴移行期間Ｔ１に母材Ｗに形成される各溶接痕８８２の大きさを均一にすることができる。したがって、本実施形態によれば、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００５６】
一般に、電圧周波数変換回路たる信号生成回路３１６が送るパルス生成指示信号Ｐｓの周期である期間Ｔｆは、一定の値ではなく多少ばらつく。そのため、タイマ回路を用いて溶滴移行期間Ｔ１を一定の長さとなるように制御した場合、各溶滴移行期間Ｔ１における回数Ｎｓが各溶滴移行期間Ｔ１ごとに、ばらつくおそれがある。各溶滴移行期間Ｔ１における回数Ｎｓがばらつくと、各溶滴移行期間Ｔ１にて移行する溶滴１５１の数がばらつく。そうすると、各溶滴移行期間Ｔ１に母材Ｗに形成される各溶接痕８８２の大きさがばらつくため、幅の均一なきれいなビードを形成することができない。これに対し、本実施形態によると、上述のように、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓを計測することにより、当該溶滴移行期間Ｔ１を終了する。そのため、各溶滴移行期間Ｔ１における回数Ｎｓがばらつくことがない。各溶滴移行期間Ｔ１における回数Ｎｓがばらつかないと、上述のように、各溶滴移行期間Ｔ１に母材Ｗに形成される各溶接痕８８２の大きさを均一にすることができる。したがって、本実施形態は、幅の均一なきれいなビードを形成するのに適する。
【００５７】
次に、図８を用いて本発明の第２実施形態について説明する。
【００５８】
図８は、本実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【００５９】
同図に示すアーク溶接システムＡ２は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３とを備える。アーク溶接システムＡ２は、上述のアーク溶接システムＡ１に対し、計測回路３４１が回数Ｎｓを計測する方法が異なり、その他の点は同様である。計測回路３４１が、ピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓをパルス生成指示信号Ｐｓが生成された回数に基づき計測するのではなく、回数Ｎｓを電流検出回路３１２に検出された溶接電流Ｉｗの値に基づき計測する。そのため、本実施形態においては、計測回路３４１に電流検出回路３１２から電流検出信号Ｉｄが送られる。計測回路３４１は、たとえば、溶接電流Ｉｗの値があるしきい値を超えた回数を回数Ｎｓとして採用する。
【００６０】
本実施形態によれば、第１実施形態で述べたのと同様の理由により、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００６１】
次に、図９〜図１１を用いて本発明の第３実施形態について説明する。
【００６２】
図９は、本実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。図１０は、本実施形態にかかる溶接方法における信号等のタイミングチャートである。図１１は、図１０の溶滴移行期間期間Ｔ１における各信号等の変化状態を詳細に示すタイミングチャートである。
【００６３】
本実施形態は、図１０、図１１に示すように、冷却期間Ｔ２中にアークａ１を消弧させた状態で溶接トーチ１４を母材Ｗに対し移動する点において、第１実施形態と異なる。図９に示すアーク溶接システムＡ３は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３とを備える。アーク溶接システムＡ３における溶接ロボット１およびロボット制御装置２は、第１実施形態にかかるアーク溶接システムＡ１と同様であるから説明を省略する。溶接電源装置３は、出力回路３１と、電流値記憶部３７と、終了判断回路３４と、設定数記憶部３５と、送給制御回路３８とを含む。溶接電源装置３の各構成は、出力回路３１と電流値記憶部３７とを除き、第１実施形態における構成とほぼ同様であるから、説明を省略する。
【００６４】
電流値記憶部３７は第３値ｉｒ３を記憶する。第３値ｉｒ３の値は、たとえば、ティーチペンダント２３から入力され動作制御回路２１を経由して、記憶部に記憶される。
【００６５】
出力回路３１は、電源回路３１１と、電流検出回路３１２と、電流誤差計算回路ＥＩと、電流切替回路３１３と、電流制御回路３１９と、電流波形生成回路３１５と、信号生成回路３１６と、電圧検出回路３１７と、電圧誤差計算回路ＥＶと、電圧制御回路３１８とを有する。出力回路３１の各構成は、電流制御回路３１９を除き、第１実施形態における構成と略同様であるから、説明を省略する。電流制御回路３１９は、後述のアーク発生期間Ｔ０に流す溶接電流Ｉｗの値を設定するためのものである。電流制御回路３１９は、溶接電流Ｉｗを第３値ｉｒ３で流すための電流設定信号Ｉｒ３を、電流切替回路３１３に送る。
【００６６】
次に、図１０、図１１をさらに用いて、アーク溶接システムＡ３を用いたアーク溶接方法について説明する。本実施形態にかかる方法においては、アーク発生期間Ｔ０と溶滴移行期間Ｔ１と冷却期間Ｔ２とを繰り返す。
【００６７】
＜アーク発生期間Ｔ０（時刻ｔｇ１〜時刻ｔａ（１））＞
［時刻ｔｇ１〜時刻ｔｇ２］
時刻ｔｇ１にアーク発生期間Ｔ０が開始する。図１１（ｅ）に示すように、時刻ｔｇ１において、送給制御回路３８は、送給速度制御信号Ｆｃとして送給速度Ｆｗを値ｆｗ３（スローダウン送給速度）とするものを、溶接ロボット１の送給機構１６１に送る。これにより、送給速度Ｆｗを値ｆｗ３として消耗電極１５が溶接トーチ１４から送給される。なお、値ｆｗ３は、たとえば、１００〜３００ｃｍ／ｍｉｎである。時刻ｔｇ１においては、消耗電極１５と母材Ｗとが離間しているため、同図（ｃ）に示すように、時刻ｔｇ１からある程度の期間（本実施形態では時刻ｔｇ１〜時刻ｔｇ２）のあいだは消耗電極１５と母材Ｗとの間に溶接電流Ｉｗが流れない。一方、同図（ｄ）に示すように、時刻ｔｇ１から時刻ｔｇ２において、消耗電極１５と母材Ｗとの間には溶接電圧Ｖｗとして、たとえば、８０Ｖ程度の無負荷電圧Ｖ０が印加される。電流制御回路３１９は、電流設定信号Ｉｒ３を電流切替回路３１３に送る。時刻ｔｇ１〜時刻ｔａ（１）のあいだ、電流切替回路３１３のスイッチはｂ側に接続している。そのため、時刻ｔｇ１〜時刻ｔａ（１）のあいだ、電流誤差計算回路ＥＩには、電流切替回路３１３から、電流設定信号Ｉｒとして電流設定信号Ｉｒ３が送られる。
【００６８】
なお、同図（ａ）に示すように、アーク発生期間Ｔ０においては、ロボット移動速度ＶＲは０であり、溶接トーチ１４は母材Ｗに沿って移動していない。
【００６９】
［時刻ｔｇ２〜時刻ｔｇ３］
消耗電極１５が溶接トーチ１４から送給され母材Ｗに接近してゆき、時刻ｔｇ２において、消耗電極１５と母材Ｗとが接触する。すると、図１１（ｄ）に示すように、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗが急激に減少する。また、同図（ｃ）に示すように、消耗電極１５から母材Ｗへの溶接電流Ｉｗの通電が開始する。上述のように、電流誤差計算回路ＥＩには、電流切替回路３１３から、電流設定信号Ｉｒとして電流設定信号Ｉｒ３が送られる。そのため、溶接電流Ｉｗの値は第３値ｉｒ３になるように、急激に増加する。
【００７０】
［時刻ｔｇ３〜時刻ｔｇ４］
図１１（ｃ）に示すように、時刻ｔｇ３において、溶接電流Ｉｗの値が第３値ｉｒ３に至る。そして、時刻ｔｇ３からしばらくの間は、溶接電流Ｉｗは第３値ｉｒ３で流れる。時刻ｔｇ３からわずかな期間（本実施形態では時刻ｔｇ３〜時刻ｔｇ４）の間は、消耗電極１５と母材Ｗとが接触した状態が継続される。消耗電極１５と母材Ｗとが接触している間、消耗電極１５のうち母材Ｗに近接する部分は、ジュール熱により溶融する。
【００７１】
［時刻ｔｇ４〜時刻ｔａ（１）］
時刻ｔｇ４において、消耗電極１５のうち母材Ｗに近接する部分が溶融して、消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１が発生する。図１１（ｄ）に示すように、時刻ｔｇ４の近傍において、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗが、急激に増加する。時刻ｔｇ４〜時刻ｔａ（１）においては、溶接電流Ｉｗを第３値ｉｒ３のまま流し続ける。消耗電極１５と母材Ｗとの離間距離を適切な長さとするためである。
【００７２】
＜溶滴移行期間Ｔ１（時刻ｔａ（１）〜時刻ｔａ（ｎ＋１））＞
時刻ｔａ（１）から溶滴移行期間Ｔ１が開始する。図１０（ｆ）、図１１（ｆ）に示すように、時刻ｔａ（１）において、動作制御回路２１は溶滴移行開始信号Ｓｓを、送給制御回路３８と、出力回路３１の電流切替回路３１３と、終了判断回路３４の計測回路３４１と、に送る。この後は、第１実施形態の溶滴移行期間Ｔ１における工程と同様の工程が行われる。
【００７３】
本実施形態においても、溶滴移行期間Ｔ１中、パルス生成指示信号Ｐｓは終了判断回路３４における計測回路３４１に送られる。また、上述のように、溶滴移行期間Ｔ１の開始時である時刻ｔａ（１）において、溶滴移行開始信号Ｓｓが計測回路３４１に送られる。計測回路３４１は、溶滴移行開始信号Ｓｓを受けた時刻以降にパルス生成指示信号Ｐｓを受けた回数を計測する。これにより、計測回路３４１は、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓを計測する。そして、比較回路３４２は、回数Ｎｓが設定数Ｎｂに達すると、終了指示信号Ｅｓを、電源回路３１１と電流切替回路３１３と送給制御回路３８と動作制御回路２１とに送る。
【００７４】
＜冷却期間Ｔ２＞
冷却期間Ｔ２は、母材Ｗに形成された溶融池８８１を冷却するための期間である。図１１（ｃ）、図１１（ｄ）に示すように、時刻ｔａ（ｎ＋１）にて電源回路３１１が終了指示信号Ｅｓを受けると、電源回路３１１は停止し、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗを０にする（溶接電流Ｉｗを第２値ｉｒ２＝０Ａで流す）。このようにして、溶滴移行期間Ｔ１が終了し冷却期間Ｔ２が開始される。同図（ｅ）に示すように、送給制御回路３８は終了指示信号Ｅｓを受けると、送給速度Ｆｗを０とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、消耗電極１５の送給が停止する。図１０（ａ）、図１１（ａ）に示すように、時刻ｔａ（ｎ＋１）において動作制御回路２１は、終了指示信号Ｅｓを受けると、ロボット移動速度ＶＲを速度ｖ２とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、消耗電極１５を保持する溶接トーチ１４は、母材Ｗの面内方向において、溶接進行方向Ｄｒ（図６、図７参照）に沿って、母材Ｗに対し速度ｖ２で移動し始める。冷却期間Ｔ２にて、溶融池８８１は冷却されることにより固化し、平面視で円形状の溶接痕８８２（図６、図７参照）が形成される。冷却期間Ｔ２を終えると、上述のアーク発生期間Ｔ０を開始しアークａ１を再び発生させる。
【００７５】
以上のように、本実施形態では、アーク発生期間Ｔ０と溶滴移行期間Ｔ１と冷却期間Ｔ２とを繰り返すことにより溶接を行う。
【００７６】
本実施形態によれば、第１実施形態で述べたのと同様の理由により、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００７７】
次に、図１２を用いて本発明の第４実施形態について説明する。
【００７８】
図１２は、本実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【００７９】
同図に示すアーク溶接システムＡ４は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３とを備える。アーク溶接システムＡ４は、上述のアーク溶接システムＡ３に対し、計測回路３４１が回数Ｎｓを計測する方法が異なり、その他の点は同様である。計測回路３４１が、ピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓをパルス生成指示信号Ｐｓが生成された回数に基づき計測するのではなく、回数Ｎｓを電流検出回路３１２に検出された溶接電流Ｉｗの値に基づき計測する。そのため、本実施形態においては、計測回路３４１に電流検出回路３１２から電流検出信号Ｉｄが送られる。計測回路３４１は、たとえば、溶接電流Ｉｗの値があるしきい値を超えた回数を回数Ｎｓとして採用する。
【００８０】
本実施形態によれば、第３実施形態で述べたのと同様の理由により、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００８１】
本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。信号生成回路として上述の実施形態では電圧周波数変換回路を挙げたが、信号生成回路は、積分回路と比較回路とを組み合わせた回路などであってもよい。上述の実施形態では単位パルス波形が直流である例を述べたが、ＥＮ期間を有する交流であっても良い。
【符号の説明】
【００８２】
Ａ１〜Ａ４ アーク溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ ベース部材
１２ アーム
１３ モータ
１４ 溶接トーチ
１５ 消耗電極
１５１ 溶滴
１６ ワイヤ送給装置
１６１ 送給機構
１９ コイルライナ
２ ロボット制御装置
２１ 動作制御回路
２３ ティーチペンダント
３ 溶接電源装置
３１ 出力回路
３１１ 電源回路
３１２ 電流検出回路
３１３ 電流切替回路
３１４ 電流制御回路
３１５ 電流波形生成回路
３１６ 信号生成回路
３１７ 電圧検出回路
３１８ 電圧制御回路
３３ 電流値記憶部
３４ 終了判断回路
３４１ 計測回路
３４２ 比較回路
３５ 設定数記憶部
３７ 電流値記憶部
３８ 送給制御回路
ＥＩ 電流誤差計算回路
Ｅｉ 電流誤差信号
ＥＶ 電圧誤差計算回路
Ｅｖ 電圧誤差信号
Ｅｓ 終了指示信号
Ｆｃ 送給速度制御信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＢ ベース電流記憶部
ｉｂ ベース電流値
ＩＢＲ 電流制御回路
ｉｂｒ 電流設定信号
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＰ ピーク電流記憶部
ｉｐ ピーク電流値
ＩＰＲ 電流制御回路
ｉｐｒ 電流設定信号
Ｉｒ，Ｉｒ１，Ｉｒ２ 電流設定信号
ｉｒ１ 第１値
ｉｒ２ 第２値
Ｉｗ 溶接電流
Ｔ０ アーク発生期間
Ｔ１ 溶滴移行期間
Ｔ２ 冷却期間
ＴＢ ベース期間記憶部
ＴＤ 減少期間記憶部
Ｔｄ 減少期間
ＴＭ タイマ回路
ＴＰ ピーク期間記憶部
Ｔｐ ピーク期間
ｔｓｓ 期間信号
Ｔｓ 期間
ＴＵ 増加期間記憶部
Ｔｕ 増加期間
Ｍｓ 動作制御信号
Ｎｂ 設定数
Ｎｓ 回数
Ｐｓ パルス生成指示信号
Ｓｓ 溶滴移行開始信号
ＳＷ 切替回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ ロボット移動速度
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗ 母材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法およびアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返す溶接方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。この溶接方法では、溶滴移行期間中に消耗電極から母材に溶滴を移行させる。溶滴移行期間中、消耗電極を保持する溶接トーチは母材に対し停止させる。これにより溶滴移行期間中に平面視にて円形状の溶融池が形成される。一方、冷却期間中は、消耗電極から母材に溶滴を移行しない程度のわずかな溶接電流を、消耗電極から母材に流す。また、冷却期間中に、母材のうち次の溶滴移行期間を開始する地点まで、上記溶接トーチを移動させる。冷却期間中に上記溶融池は凝固し溶接痕となる。以上のような溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返す。これにより、円形状の溶接痕が一方向に連なったうろこ状のビードを形成する。
【０００３】
従来の溶接方法においては、溶接ロボットもしくは溶接電源装置が、各溶滴移行期間の長さをある一定の長さとなるように制御している。このような方法では、各溶滴移行期間の長さは一定の長さとはなりにくく、ばらついてしまうことが多い。各溶滴移行期間の長さがばらつくと、円形状の溶接痕の大きさがばらついてしまう。そうすると、ビードの幅が不均一となり、ビードの外観の悪化を招いてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１―２６７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、幅の均一なビードを形成できるアーク溶接方法およびアーク溶接システムを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供されるアーク溶接方法は、消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる溶滴移行期間と、上記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法であって、上記各溶滴移行期間中に、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形の電流を、消耗電極から母材へ繰り返し流す工程と、上記各冷却期間中に、溶接進行方向に、上記消耗電極を上記母材に対し上記母材に沿って移動させる工程と、上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数に達したとき、当該溶滴移行期間を終了する工程と、を備える。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記繰り返し流す工程は、上記各溶滴移行期間中にパルス生成指示信号を繰り返し生成する工程と、上記パルス生成指示信号が生成されるごとに単位パルス波形を生成する工程と、を含み、上記溶滴移行期間を終了する工程は、上記パルス生成指示信号が生成された回数に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する工程を含む。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記溶滴移行期間を終了する工程は、上記消耗電極と上記母材との間に流れる電流の値に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する工程を含む。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数を超えると、上記母材に沿って上記母材に対し上記消耗電極を相対移動させ始める工程を更に備える。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記繰り返し流す工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が第１値であるように流し、上記移動させる工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が上記第１値より小さい第２値であるように流し、上記第２値は５〜２０Ａである。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記繰り返し流す工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が第１値であるように流し、上記移動させる工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が上記第１値より小さい第２値であるように流し、上記第２値は０Ａである。
【００１２】
本発明の第２の側面によって提供されるアーク溶接システムは、消耗電極から母材にパルス電流を流す溶滴移行期間と、上記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間と、を交互に繰り返す出力回路を備え、上記パルス電流の波形は、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形を繰り返す形状である、アーク溶接システムであって、設定数を記憶する設定数記憶部と、上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が上記設定数に達すると、終了指示信号を送る終了判断回路と、を備え、上記出力回路は、上記終了指示信号を受けたときに上記各溶滴移行期間を終了する。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記出力回路は、上記各溶滴移行期間中にパルス生成指示信号を繰り返し生成する信号生成回路と、上記パルス生成指示信号を受けるごとに、上記単位パルス波形を生成する電流波形生成回路と、を含み、上記終了判断回路は、上記パルス生成指示信号が生成された回数に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する計測回路を含む。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記終了判断回路は、上記消耗電極と上記母材との間に流れる電流を検出する電流検出回路と、上記電流検出回路に検出された電流の値に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する計測回路と、を含む。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記消耗電極を保持する溶接ロボットと、上記溶接ロボットに動作制御信号を送る動作制御回路と、を更に備え、上記動作制御回路は、上記終了指示信号を受けると、上記動作制御信号として、上記母材に沿って上記母材に対して上記消耗電極を相対移動させる信号を送る。
【００１６】
このような構成によれば、各溶滴移行期間に母材に形成される各溶接痕の大きさを均一にすることができる。したがって、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００１７】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示すアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】図２の電流波形生成回路の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる溶接方法における信号等のタイミングチャートである。
【図５】図４に示すタイミングチャートを詳細に示す図である。
【図６】（ａ）は本発明の第１実施形態にかかる溶接方法の溶滴移行期間中のアーク等の状態を示す図である。（ｂ）は本発明の第１実施形態にかかる溶接方法の冷却期間の開始時のアーク等の状態を示す図である。（ｃ）は本発明の第１実施形態にかかる溶接方法の冷却期間の終了時のアーク等の状態を示す図である。（ｄ）は本発明の第１実施形態にかかる溶接方法の溶滴移行期間の再開時のアーク等の状態を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態にかかる溶接方法によって形成されるビードの形状を示す平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態にかかる溶接方法における信号等のタイミングチャートである。
【図１１】図１０に示すタイミングチャートを詳細に示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接システムの構成を示す図である。
【００２１】
同図に示すアーク溶接システムＡ１は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３とを備える。溶接ロボット１は、母材Ｗに対してアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、ベース部材１１と、複数のアーム１２と、複数のモータ１３と、溶接トーチ１４と、ワイヤ送給装置１６と、コイルライナ１９とを含む。
【００２２】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。各アーム１２は、ベース部材１１に軸を介して連結されている。溶接トーチ１４は、消耗電極１５（溶接ワイヤ）を母材Ｗの近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、シールドガスノズル（図示略）が設けられている。シールドガスノズルは、アルゴンなどのシールドガスを供給するためのものである。モータ１３は、移動機構であり、ロボット制御装置２により回転駆動する。この回転駆動により、各アーム１２の移動が制御され、溶接トーチ１４が上下前後左右に自在に移動できる。
【００２３】
モータ１３には、エンコーダ（図示略）が設けられている。エンコーダの出力は、ロボット制御装置２に送られる。ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に消耗電極１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給機構１６１（モータＷＭ）と、ワイヤリール（図示略）と、ワイヤプッシュ装置（図示略）とを含む。送給機構１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ装置が、上記ワイヤリールに巻かれた消耗電極１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００２４】
コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状を呈し、その内部には消耗電極１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された消耗電極１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された消耗電極１５は、溶接トーチ１４から突出する。
【００２５】
図２は、図１に示したアーク溶接システムＡ１の内部構成を示す図である。
【００２６】
ロボット制御装置２は、動作制御回路２１と、ティーチペンダント２３とを含む。ロボット制御装置２は、溶接ロボット１の動作を制御するためのものである。
【００２７】
動作制御回路２１は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、溶接ロボット１の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。動作制御回路２１は、ロボット移動速度ＶＲを設定する。ロボット移動速度ＶＲは、母材Ｗの面内方向における、母材Ｗに対する溶接トーチ１４の速度である。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、およびロボット移動速度ＶＲ等に基づき、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｓを送る。溶接ロボット１は動作制御信号Ｍｓを受け、各モータ１３を回転駆動させる。各モータ１３の回転駆動により、溶接トーチ１４が、母材Ｗにおける所定の溶接開始位置に移動したり、母材Ｗの面内方向に沿って移動したりする。動作制御回路２１は、溶滴移行開始信号Ｓｓを送る。
【００２８】
ティーチペンダント２３は、動作制御回路２１に接続されている。ティーチペンダント２３は、溶接を実行する際のパラメータ等をアーク溶接システムＡ１のユーザが設定するためのものである。
【００２９】
溶接電源装置３は、出力回路３１と、電流値記憶部３３と、終了判断回路３４と、設定数記憶部３５と、送給制御回路３８とを含む。溶接電源装置３は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加しつつ溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、消耗電極１５の送給を行うための装置である。
【００３０】
電流値記憶部３３は第２値ｉｒ２を記憶する。設定数記憶部３５は設定数Ｎｂを記憶する。第２値ｉｒ２および設定数Ｎｂの各値は、たとえば、ティーチペンダント２３から入力され動作制御回路２１を経由して、各記憶部に記憶される。
【００３１】
出力回路３１は、電源回路３１１と、電流検出回路３１２と、電流誤差計算回路ＥＩと、電流切替回路３１３と、電流制御回路３１４と、電流波形生成回路３１５と、信号生成回路３１６と、電圧検出回路３１７と、電圧誤差計算回路ＥＶと、電圧制御回路３１８とを有する。出力回路３１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に指示された値で溶接電圧Ｖｗを印加し、もしくは、消耗電極１５から母材Ｗに指示された値で溶接電流Ｉｗを流すためのものである。
【００３２】
電源回路３１１は、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、インバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗを出力する。
【００３３】
電流検出回路３１２は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を検出するためのものである。電流検出回路３１２は、溶接電流Ｉｗの値に対応する電流検出信号Ｉｄを送る。電流誤差計算回路ＥＩは、実際に流れている溶接電流Ｉｗの値と、設定された溶接電流の値との差ΔＩｗを計算するためのものである。電流誤差計算回路ＥＩは、電流検出信号Ｉｄと、設定された溶接電流の値に対応する後述の電流設定信号Ｉｒとを受け、差ΔＩｗに対応する電流誤差信号Ｅｉを電源回路３１１に送る。なお、電流誤差計算回路ＥＩは、電流誤差信号Ｅｉとして、差ΔＩｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３４】
電圧検出回路３１７は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗの値を検出するためのものである。電圧検出回路３１７は、溶接電圧Ｖｗの値に対応する電圧検出信号Ｖｄを送る。本実施形態においては、電圧検出回路３１７は、溶接電圧Ｖｗの時間平均値に対応する電圧検出信号Ｖｄを送る。電圧制御回路３１８は、消耗電極１５と母材Ｗと間に印加する溶接電圧Ｖｗの値を設定するためのものである。電圧制御回路３１８は、図示しない記憶部に記憶された設定電圧値に基づき、溶接電圧Ｖｗの値を指示するための電圧設定信号Ｖｒを送る。電圧誤差計算回路ＥＶは、実際に印加されている溶接電圧Ｖｗの値と、設定された溶接電圧の値との差ΔＶｗを計算するためのものである。電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧検出信号Ｖｄと設定された溶接電圧の値に対応する電圧設定信号Ｖｒとを受け、差ΔＶｗに対応する電圧誤差信号Ｅｖを送る。なお、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧誤差信号Ｅｖとして、差ΔＶｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３５】
信号生成回路３１６は、パルス生成指示信号Ｐｓを繰り返し発生させるためのものである。本実施形態においては、信号生成回路３１６は電圧周波数変換回路である。そのため、信号生成回路３１６は、電圧誤差信号Ｅｖを受け、差ΔＶｗを差ΔＶｗに比例する周波数（１／Ｔｆ）に変換し、期間Ｔｆごとに短期間のあいだＨｉｇｈレベルに変化するパルス生成指示信号Ｐｓを送る。なお、周波数（１／Ｔｆ）が差ΔＶｗに比例するため、期間Ｔｆは一定の値ではなく多少ばらつく。
【００３６】
電流波形生成回路３１５は、後述の溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの波形を生成するためのものである。具体的には、電流波形生成回路３１５は、パルス生成指示信号Ｐｓを受けるごとに、単位パルス波形（図５（ｃ）の期間Ｔｆにおける溶接電流Ｉｗの波形）を生成する。電流波形生成回路３１５は、生成した波形の電流に対応する電流設定信号Ｉｒ１を送る。
【００３７】
図３は、電流波形生成回路３１５の一例を示すブロック図である。なお、同図に示す電流波形生成回路３１５のブロック図は、図５（ｃ）に示す単位パルス波形を生成するためのものであり、単位パルス波形が図５（ｃ）に示すものと異なれば、電流波形生成回路３１５のブロック図も図３とは異なるものとなる。
【００３８】
同図に示すように、電流波形生成回路３１５は、タイマ回路ＴＭと、切替回路ＳＷと、電流制御回路ＩＰＲ，ＩＢＲと、増加期間記憶部ＴＵと、ピーク期間記憶部ＴＰと、減少期間記憶部ＴＤと、ピーク電流記憶部ＩＰと、ベース電流記憶部ＩＢとを有する。
【００３９】
増加期間記憶部ＴＵは増加期間Ｔｕを記憶し、ピーク期間記憶部ＴＰはピーク期間Ｔｐを記憶し、減少期間記憶部ＴＤは減少期間Ｔｄを記憶し、ピーク電流記憶部ＩＰはピーク電流値ｉｐを記憶し、ベース電流記憶部ＩＢはベース電流値ｉｂを記憶する。
【００４０】
タイマ回路ＴＭは、パルス生成指示信号Ｐｓを受け、期間信号ｔｓｓを送る。期間信号ｔｓｓは、パルス生成指示信号ＰｓがＨｉｇｈレベルに変化した時点から、予め設定した期間Ｔｓ（図５（ｃ）参照）のあいだＨｉｇｈレベルになる。電流制御回路ＩＰＲは、期間信号ｔｓｓを受け、電流設定信号ｉｐｒを送る。電流制御回路ＩＰＲは、増加期間記憶部ＴＵと、ピーク期間記憶部ＴＰと、減少期間記憶部ＴＤと、ピーク電流記憶部ＩＰと接続している。電流制御回路ＩＰＲは、期間信号ｔｓｓがＨｉｇｈレベルとなった時刻（図５ではｔａ（１））から、溶接電流Ｉｗが、図５に示す期間Ｔｓにおける波形となるための電流設定信号ｉｐｒを、生成する。電流制御回路ＩＢＲは、ベース電流記憶部ＩＢに接続している。電流制御回路ＩＢＲは、溶接電流Ｉｗがベース電流値ｉｂとなるための電流設定信号ｉｂｒを生成する。
【００４１】
切替回路ＳＷは、期間信号ｔｓｓと、電流設定信号ｉｐｒ，ｉｂｒとを受け、電流設定信号Ｉｒ１を送る。期間信号ｔｓｓがＨｉｇｈレベルのあいだは、切替回路ＳＷは電流設定信号Ｉｒ１として、電流設定信号ｉｐｒを電流切替回路３１３に送る。一方、期間信号ｔｓｓがＬｏｗレベルのあいだは、切替回路ＳＷは電流設定信号Ｉｒ１として、電流設定信号ｉｂｒを電流切替回路３１３に送る。以上のように、電流波形生成回路３１５は図５（ｃ）に示す単位パルス波形を生成し、電流設定信号Ｉｒ１を送る。
【００４２】
図２に示す電流制御回路３１４は、後述の冷却期間Ｔ２における、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を設定するためのものである。電流制御回路３１４は、溶接電流Ｉｗを第２値ｉｒ２で流すための電流設定信号Ｉｒ２を送る。
【００４３】
電流切替回路３１３は、出力回路３１の電源特性（定電圧特性もしくは定電流特性）を切り替えるものである。出力回路３１の電源特性が定電圧特性である場合、溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となるように、出力回路３１の出力が制御される。一方、出力回路３１の電源特性が定電流特性である場合、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となるように、出力回路３１の出力が制御される。より具体的にはつぎのとおりである。電流切替回路３１３は、電流設定信号Ｉｒ１，Ｉｒ２と、後述の溶滴移行開始信号Ｓｓと、後述の終了指示信号Ｅｓと、を受ける。電流切替回路３１３が溶滴移行開始信号Ｓｓを受けると、電流切替回路３１３におけるスイッチは図２のａ側に接続される。この場合、出力回路３１の電源特性は定電圧特性である。すなわち、電流切替回路３１３は、電流設定信号Ｉｒ１を電流設定信号Ｉｒとして電流誤差計算回路ＥＩに送り、溶接電圧Ｖｗが電圧制御回路３１８によって設定された値となる。一方、電流切替回路３１３が終了指示信号Ｅｓを受けると、電流切替回路３１３におけるスイッチは図２のｂ側に接続される。この場合、出力回路３１の電源特性は定電流特性である。すなわち、電流切替回路３１３は、電流設定信号Ｉｒ２を電流設定信号Ｉｒとして電流誤差回路ＥＩに送り、溶接電流Ｉｗが電流制御回路３１４によって設定された値となる。
【００４４】
終了判断回路３４は、溶滴移行期間Ｔ１を終了するか否かを判断するためのものである。終了判断回路３４は、計測回路３４１と比較回路３４２とを有する。計測回路３４１は、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓ（すなわち、各溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの単位パルス波形の数）を計測するためのものである。本実施形態においては、計測回路３４１は、ピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓを、パルス生成指示信号Ｐｓが生成された回数に基づき計測する。比較回路３４２は、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓが、設定数記憶部３５に記憶された設定数Ｎｂに達すると、終了指示信号Ｅｓを出力回路３１（本実施形態では電流切替回路３１３）と動作制御回路２１とに送る。
【００４５】
送給制御回路３８は、溶接トーチ１４から消耗電極１５を送り出す速度（送給速度Ｆｗ）を制御するためのものである。送給制御回路３８は、送給速度Ｆｗを指示するための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。
【００４６】
次に、図４、図５をさらに用いて、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法について説明する。図４は、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。同図（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗの接続状態（電源特性の変化状態）を示し、（ｃ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示し、（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの変化状態を示し、（ｅ）は送給速度Ｆｗの変化状態を示し、（ｆ）は溶滴移行開始信号Ｓｓの変化状態を示し、（ｇ）は終了指示信号Ｅｓの変化状態を示し、（ｈ）はパルス生成指示信号Ｐｓの変化状態を示す。同図（ｂ）にてＨｉｇｈレベルは、電流切替回路３１３のスイッチＳｗがａ側に接続していることを示し、Ｌｏｗレベルは、スイッチＳｗがｂ側に接続していることを示す。
【００４７】
アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法においては、溶滴移行期間Ｔ１と冷却期間Ｔ２とを交互に繰り返す。溶滴移行期間Ｔ１は、たとえば０．１〜０．５秒である。冷却期間Ｔ２は、たとえば０．１〜０．５秒である。図５は、図４の溶滴移行期間Ｔ１における各信号等の変化状態を詳細に示すタイミングチャートである。
【００４８】
＜溶滴移行期間Ｔ１（時刻ｔａ（１）〜時刻ｔａ（ｎ＋１））＞
溶滴移行期間Ｔ１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１を発生させつつ消耗電極１５から母材Ｗへ溶滴１５１を移行させるための期間である。図４（ａ）、図５（ａ）に示す時刻ｔａ（１）において、動作制御回路２１は、ロボット移動速度ＶＲを速度ｖ１とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、消耗電極１５を保持する溶接トーチ１４の、母材Ｗに対する速度ＶＲはｖ１となる。本実施形態ではｖ１＝０である。そのため、溶滴移行期間Ｔ１中、溶接トーチ１４は、母材Ｗの面内方向において母材Ｗに対し停止している。同図（ｆ）に示すように、時刻ｔａ（１）において、動作制御回路２１は溶滴移行開始信号Ｓｓを、送給制御回路３８と、出力回路３１の電流切替回路３１３と、終了判断回路３４の計測回路３４１と、に送る。送給制御回路３８は溶滴移行開始信号Ｓｓを受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ１とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、図５（ｅ）に示すように、消耗電極１５が、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ１で送給され始める。送給速度Ｆｗは、溶接トーチ１４から母材Ｗに向かう方向が正である。速度ｆｗ１は、たとえば、１００〜３００ｃｍ／ｍｉｎである。同図（ｈ）に示すように、時刻ｔａ（１）において、パルス生成指示信号ＰｓがＨｉｇｈレベルに変化する。これにより、電流波形生成回路３１５は、単位パルス波形の溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒ１を電流切替回路３１３に送る。また、同図（ｂ）に示すように、電流切替回路３１３が溶滴移行開始信号Ｓｓを受けると、電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗはａ側に接続する。そのため、時刻ｔａ（１）から、同図（ｃ）に示す単位パルス波形を有する溶接電流Ｉｗが流れる。
【００４９】
図５（ｃ）に示すように、単位パルス波形の溶接電流Ｉｗが流れる期間Ｔｆは、増加期間Ｔｕとピーク期間Ｔｐと減少期間Ｔｄとベース期間Ｔｂとから構成されている。増加期間Ｔｕにおいて、溶接電流Ｉｗはピーク電流値ｉｐにまで増加する。ピーク期間Ｔｐの間、溶接電流Ｉｗはピーク電流値ｉｐで流れる。減少期間Ｔｄにおいて、溶接電流Ｉｗはピーク電流値ｉｐからベース電流値ｉｂにまで減少する。ベース期間Ｔｂの間、溶接電流Ｉｗはベース電流値ｉｂで流れる。本実施形態においては、溶接電圧Ｖｗの時間平均値が予め設定された電圧値ｖｒ１となるように、ベース期間Ｔｂの長さが調整される。これにより、アークａ１の長さが適正値に保たれる。そして、溶接電流Ｉｗが、絶対値の時間平均値が第１値ｉｒ１で流れることとなる。また、ピーク期間Ｔｐにおいて、消耗電極１５の先端にて成長した溶滴１５１が電磁的ピンチ力の影響を受ける。そして、溶滴１５１がピーク期間Ｔｐもしくは減少期間Ｔｄ中に、消耗電極１５から離脱し、母材Ｗに落下する。このように、期間Ｔｆの間に一個の溶滴１５１が母材Ｗへ移行する。
【００５０】
図５（ｈ）に示すように、時刻ｔａ（２）において、再び、パルス生成指示信号ＰｓがＨｉｇｈレベルに変化する。これにより、電流波形生成回路３１５は、単位パルス波形の溶接電流Ｉｗを流すための電流設定信号Ｉｒ１を電流切替回路３１３に送る。また、同図（ｂ）に示すように、電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗはａ側に接続している。そのため、時刻ｔａ（２）から、同図（ｃ）に示す単位パルス波形を有する溶接電流Ｉｗが流れる。同様にして、時刻ｔａ（３），ｔａ（４）・・・ｔａ（ｎ）（ｎは整数）から、単位パルス波形を有する溶接電流Ｉｗが流れる。すなわち、溶滴移行期間Ｔ１においては、単位パルス波形を複数回繰り返す形状のパルス電流が流れる。図６（ａ）に示すように、溶滴移行期間Ｔ１では、溶滴が母材Ｗへ移行し母材Ｗに溶融池８８１が形成される。
【００５１】
溶滴移行期間Ｔ１中、パルス生成指示信号Ｐｓは終了判断回路３４における計測回路３４１に送られる。また、上述のように、溶滴移行期間Ｔ１の開始時である時刻ｔａ（１）において、溶滴移行開始信号Ｓｓが計測回路３４１に送られる。計測回路３４１は、溶滴開始信号Ｓｓを受けた時刻以降にパルス生成指示信号Ｐｓを受けた回数を計測する。これにより、計測回路３４１は、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓを計測する。そして、比較回路３４２は、回数Ｎｓが設定数Ｎｂに達すると、終了指示信号Ｅｓを出力回路３１における電流切替回路３１３と送給制御回路３８と動作制御回路２１とに送る。本実施形態においては、比較回路３４２は、回数Ｎｓが設定数Ｎｂに達したと判断した時刻（時刻ｔａ（ｎ））から、期間Ｔｆ後の時刻（時刻ｔａ（ｎ＋１））に、終了指示信号Ｅｓを送っている。比較回路３４２が終了指示信号Ｅｓを送る時刻は時刻ｔａ（ｎ＋１）である必要はなく、時刻ｔａ（ｎ＋１）より前であってもよい。たとえば、比較回路３４２が終了指示信号Ｅｓを送る時刻は、回数Ｎｓが設定数Ｎｂに達したと判断した時刻（時刻ｔａ（ｎ））から期間Ｔｓ後の時刻であってもよい。設定数Ｎｂはたとえば１５〜１８である。
【００５２】
＜冷却期間Ｔ２＞
冷却期間Ｔ２は、母材Ｗに形成された溶融池８８１を冷却するための期間である。時刻ｔａ（ｎ＋１）にて電流切替回路３１３が終了指示信号Ｅｓを受けると、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗはｂ側に接続する。これにより、溶滴移行期間Ｔ１が終了し冷却期間Ｔ２が開始する。同図（ｃ）に示すように、電流切替回路３１３におけるスイッチＳｗがｂ側に接続すると、時刻ｔａ（ｎ＋１）から溶接電流Ｉｗは絶対値の時間平均値が第２値ｉｒ２で流れる。本実施形態では第２値ｉｒ２は直流である。第２値ｉｒ２は、第１値ｉｒ１より小さい。第２値は、消耗電極１５から母材Ｗに溶滴が移行しない程度の極めて小さい値であり、たとえば５〜２０Ａである。本実施形態では冷却期間Ｔ２においてアークａ１が発生している状態を継続している。そのため、次の溶滴移行期間Ｔ１を開始する際にアークａ１を再発生させる必要がない。一方、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、時刻ｔａ（ｎ＋１）において動作制御回路２１は、終了指示信号Ｅｓを受けると、ロボット移動速度ＶＲを速度ｖ２とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、消耗電極１５を保持する溶接トーチ１４は、母材Ｗの面内方向において、図６（ｂ）、図７の溶接進行方向Ｄｒに沿って、母材Ｗに対し速度ｖ２で移動し始める。速度ｖ２は速度ｖ１より大きい。速度ｖ２は、たとえば、５０〜１５０ｃｍ／ｍｉｎである。各冷却期間Ｔ２における溶接進行方向Ｄｒは互いに共通である。図４（ｅ）に示すように、送給制御回路３８は終了指示信号Ｅｓを受けると、送給速度Ｆｗを速度ｆｗ２とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、消耗電極１５が、溶接トーチ１４から母材Ｗに向かって速度ｆｗ２で送給され始める。速度ｆｗ２は、速度ｆｗ１より小さく、たとえば、７０ｃｍ／ｍｉｎである。図６（ｃ）に示すように、冷却期間Ｔ２にて、溶融池８８１は冷却されることにより固化し、平面視で円形状の溶接痕８８２が形成される（図７参照）。そして、溶接トーチ１４が母材Ｗの所定の位置に到達すると、同図（ｄ）に示すように再び溶滴移行期間Ｔ１を開始する。
【００５３】
以上のように、溶滴移行期間Ｔ１と冷却期間Ｔ２とを繰り返すことにより溶接を行う。これにより、図７に示すように、円形状の複数の溶接痕８８２が溶接進行方向Ｄｒに沿って連なるうろこ状のビードが形成される。
【００５４】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００５５】
本実施形態においては、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓ（溶接電流Ｉｗの単位パルス波形の数）が設定数Ｎｂに達したときに、当該溶滴移行期間Ｔ１を終了している。一つの単位パルス波形の溶接電流Ｉｗが流れる期間Ｔｆのあいだに、一つの溶滴１５１が消耗電極１５から母材Ｗへと移行する。よって、各溶滴移行期間Ｔ１にて移行する溶滴１５１の数を均一にすることができる。また、各期間Ｔｆにて移行する溶滴１５１の体積は略同一である。よって、各溶滴移行期間Ｔ１に母材Ｗに形成される各溶接痕８８２の大きさを均一にすることができる。したがって、本実施形態によれば、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００５６】
一般に、電圧周波数変換回路たる信号生成回路３１６が送るパルス生成指示信号Ｐｓの周期である期間Ｔｆは、一定の値ではなく多少ばらつく。そのため、タイマ回路を用いて溶滴移行期間Ｔ１を一定の長さとなるように制御した場合、各溶滴移行期間Ｔ１における回数Ｎｓが各溶滴移行期間Ｔ１ごとに、ばらつくおそれがある。各溶滴移行期間Ｔ１における回数Ｎｓがばらつくと、各溶滴移行期間Ｔ１にて移行する溶滴１５１の数がばらつく。そうすると、各溶滴移行期間Ｔ１に母材Ｗに形成される各溶接痕８８２の大きさがばらつくため、幅の均一なきれいなビードを形成することができない。これに対し、本実施形態によると、上述のように、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓを計測することにより、当該溶滴移行期間Ｔ１を終了する。そのため、各溶滴移行期間Ｔ１における回数Ｎｓがばらつくことがない。各溶滴移行期間Ｔ１における回数Ｎｓがばらつかないと、上述のように、各溶滴移行期間Ｔ１に母材Ｗに形成される各溶接痕８８２の大きさを均一にすることができる。したがって、本実施形態は、幅の均一なきれいなビードを形成するのに適する。
【００５７】
次に、図８を用いて本発明の第２実施形態について説明する。
【００５８】
図８は、本実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【００５９】
同図に示すアーク溶接システムＡ２は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３とを備える。アーク溶接システムＡ２は、上述のアーク溶接システムＡ１に対し、計測回路３４１が回数Ｎｓを計測する方法が異なり、その他の点は同様である。計測回路３４１が、ピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓをパルス生成指示信号Ｐｓが生成された回数に基づき計測するのではなく、回数Ｎｓを電流検出回路３１２に検出された溶接電流Ｉｗの値に基づき計測する。そのため、本実施形態においては、計測回路３４１に電流検出回路３１２から電流検出信号Ｉｄが送られる。計測回路３４１は、たとえば、溶接電流Ｉｗの値があるしきい値を超えた回数を回数Ｎｓとして採用する。
【００６０】
本実施形態によれば、第１実施形態で述べたのと同様の理由により、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００６１】
次に、図９〜図１１を用いて本発明の第３実施形態について説明する。
【００６２】
図９は、本実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。図１０は、本実施形態にかかる溶接方法における信号等のタイミングチャートである。図１１は、図１０の溶滴移行期間期間Ｔ１における各信号等の変化状態を詳細に示すタイミングチャートである。
【００６３】
本実施形態は、図１０、図１１に示すように、冷却期間Ｔ２中にアークａ１を消弧させた状態で溶接トーチ１４を母材Ｗに対し移動する点において、第１実施形態と異なる。図９に示すアーク溶接システムＡ３は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３とを備える。アーク溶接システムＡ３における溶接ロボット１およびロボット制御装置２は、第１実施形態にかかるアーク溶接システムＡ１と同様であるから説明を省略する。溶接電源装置３は、出力回路３１と、電流値記憶部３７と、終了判断回路３４と、設定数記憶部３５と、送給制御回路３８とを含む。溶接電源装置３の各構成は、出力回路３１と電流値記憶部３７とを除き、第１実施形態における構成とほぼ同様であるから、説明を省略する。
【００６４】
電流値記憶部３７は第３値ｉｒ３を記憶する。第３値ｉｒ３の値は、たとえば、ティーチペンダント２３から入力され動作制御回路２１を経由して、記憶部に記憶される。
【００６５】
出力回路３１は、電源回路３１１と、電流検出回路３１２と、電流誤差計算回路ＥＩと、電流切替回路３１３と、電流制御回路３１９と、電流波形生成回路３１５と、信号生成回路３１６と、電圧検出回路３１７と、電圧誤差計算回路ＥＶと、電圧制御回路３１８とを有する。出力回路３１の各構成は、電流制御回路３１９を除き、第１実施形態における構成と略同様であるから、説明を省略する。電流制御回路３１９は、後述のアーク発生期間Ｔ０に流す溶接電流Ｉｗの値を設定するためのものである。電流制御回路３１９は、溶接電流Ｉｗを第３値ｉｒ３で流すための電流設定信号Ｉｒ３を、電流切替回路３１３に送る。
【００６６】
次に、図１０、図１１をさらに用いて、アーク溶接システムＡ３を用いたアーク溶接方法について説明する。本実施形態にかかる方法においては、アーク発生期間Ｔ０と溶滴移行期間Ｔ１と冷却期間Ｔ２とを繰り返す。
【００６７】
＜アーク発生期間Ｔ０（時刻ｔｇ１〜時刻ｔａ（１））＞
［時刻ｔｇ１〜時刻ｔｇ２］
時刻ｔｇ１にアーク発生期間Ｔ０が開始する。図１１（ｅ）に示すように、時刻ｔｇ１において、送給制御回路３８は、送給速度制御信号Ｆｃとして送給速度Ｆｗを値ｆｗ３（スローダウン送給速度）とするものを、溶接ロボット１の送給機構１６１に送る。これにより、送給速度Ｆｗを値ｆｗ３として消耗電極１５が溶接トーチ１４から送給される。なお、値ｆｗ３は、たとえば、１００〜３００ｃｍ／ｍｉｎである。時刻ｔｇ１においては、消耗電極１５と母材Ｗとが離間しているため、同図（ｃ）に示すように、時刻ｔｇ１からある程度の期間（本実施形態では時刻ｔｇ１〜時刻ｔｇ２）のあいだは消耗電極１５と母材Ｗとの間に溶接電流Ｉｗが流れない。一方、同図（ｄ）に示すように、時刻ｔｇ１から時刻ｔｇ２において、消耗電極１５と母材Ｗとの間には溶接電圧Ｖｗとして、たとえば、８０Ｖ程度の無負荷電圧Ｖ０が印加される。電流制御回路３１９は、電流設定信号Ｉｒ３を電流切替回路３１３に送る。時刻ｔｇ１〜時刻ｔａ（１）のあいだ、電流切替回路３１３のスイッチはｂ側に接続している。そのため、時刻ｔｇ１〜時刻ｔａ（１）のあいだ、電流誤差計算回路ＥＩには、電流切替回路３１３から、電流設定信号Ｉｒとして電流設定信号Ｉｒ３が送られる。
【００６８】
なお、同図（ａ）に示すように、アーク発生期間Ｔ０においては、ロボット移動速度ＶＲは０であり、溶接トーチ１４は母材Ｗに沿って移動していない。
【００６９】
［時刻ｔｇ２〜時刻ｔｇ３］
消耗電極１５が溶接トーチ１４から送給され母材Ｗに接近してゆき、時刻ｔｇ２において、消耗電極１５と母材Ｗとが接触する。すると、図１１（ｄ）に示すように、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗが急激に減少する。また、同図（ｃ）に示すように、消耗電極１５から母材Ｗへの溶接電流Ｉｗの通電が開始する。上述のように、電流誤差計算回路ＥＩには、電流切替回路３１３から、電流設定信号Ｉｒとして電流設定信号Ｉｒ３が送られる。そのため、溶接電流Ｉｗの値は第３値ｉｒ３になるように、急激に増加する。
【００７０】
［時刻ｔｇ３〜時刻ｔｇ４］
図１１（ｃ）に示すように、時刻ｔｇ３において、溶接電流Ｉｗの値が第３値ｉｒ３に至る。そして、時刻ｔｇ３からしばらくの間は、溶接電流Ｉｗは第３値ｉｒ３で流れる。時刻ｔｇ３からわずかな期間（本実施形態では時刻ｔｇ３〜時刻ｔｇ４）の間は、消耗電極１５と母材Ｗとが接触した状態が継続される。消耗電極１５と母材Ｗとが接触している間、消耗電極１５のうち母材Ｗに近接する部分は、ジュール熱により溶融する。
【００７１】
［時刻ｔｇ４〜時刻ｔａ（１）］
時刻ｔｇ４において、消耗電極１５のうち母材Ｗに近接する部分が溶融して、消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１が発生する。図１１（ｄ）に示すように、時刻ｔｇ４の近傍において、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗが、急激に増加する。時刻ｔｇ４〜時刻ｔａ（１）においては、溶接電流Ｉｗを第３値ｉｒ３のまま流し続ける。消耗電極１５と母材Ｗとの離間距離を適切な長さとするためである。
【００７２】
＜溶滴移行期間Ｔ１（時刻ｔａ（１）〜時刻ｔａ（ｎ＋１））＞
時刻ｔａ（１）から溶滴移行期間Ｔ１が開始する。図１０（ｆ）、図１１（ｆ）に示すように、時刻ｔａ（１）において、動作制御回路２１は溶滴移行開始信号Ｓｓを、送給制御回路３８と、出力回路３１の電流切替回路３１３と、終了判断回路３４の計測回路３４１と、に送る。この後は、第１実施形態の溶滴移行期間Ｔ１における工程と同様の工程が行われる。
【００７３】
本実施形態においても、溶滴移行期間Ｔ１中、パルス生成指示信号Ｐｓは終了判断回路３４における計測回路３４１に送られる。また、上述のように、溶滴移行期間Ｔ１の開始時である時刻ｔａ（１）において、溶滴移行開始信号Ｓｓが計測回路３４１に送られる。計測回路３４１は、溶滴移行開始信号Ｓｓを受けた時刻以降にパルス生成指示信号Ｐｓを受けた回数を計測する。これにより、計測回路３４１は、各溶滴移行期間Ｔ１におけるピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓを計測する。そして、比較回路３４２は、回数Ｎｓが設定数Ｎｂに達すると、終了指示信号Ｅｓを、電源回路３１１と電流切替回路３１３と送給制御回路３８と動作制御回路２１とに送る。
【００７４】
＜冷却期間Ｔ２＞
冷却期間Ｔ２は、母材Ｗに形成された溶融池８８１を冷却するための期間である。図１１（ｃ）、図１１（ｄ）に示すように、時刻ｔａ（ｎ＋１）にて電源回路３１１が終了指示信号Ｅｓを受けると、電源回路３１１は停止し、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗを０にする（溶接電流Ｉｗを第２値ｉｒ２＝０Ａで流す）。このようにして、溶滴移行期間Ｔ１が終了し冷却期間Ｔ２が開始される。同図（ｅ）に示すように、送給制御回路３８は終了指示信号Ｅｓを受けると、送給速度Ｆｗを０とするための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。これにより、消耗電極１５の送給が停止する。図１０（ａ）、図１１（ａ）に示すように、時刻ｔａ（ｎ＋１）において動作制御回路２１は、終了指示信号Ｅｓを受けると、ロボット移動速度ＶＲを速度ｖ２とするための動作制御信号Ｍｓを溶接ロボット１に送る。これにより、消耗電極１５を保持する溶接トーチ１４は、母材Ｗの面内方向において、溶接進行方向Ｄｒ（図６、図７参照）に沿って、母材Ｗに対し速度ｖ２で移動し始める。冷却期間Ｔ２にて、溶融池８８１は冷却されることにより固化し、平面視で円形状の溶接痕８８２（図６、図７参照）が形成される。冷却期間Ｔ２を終えると、上述のアーク発生期間Ｔ０を開始しアークａ１を再び発生させる。
【００７５】
以上のように、本実施形態では、アーク発生期間Ｔ０と溶滴移行期間Ｔ１と冷却期間Ｔ２とを繰り返すことにより溶接を行う。
【００７６】
本実施形態によれば、第１実施形態で述べたのと同様の理由により、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００７７】
次に、図１２を用いて本発明の第４実施形態について説明する。
【００７８】
図１２は、本実施形態にかかるアーク溶接システムの内部構成を示す図である。
【００７９】
同図に示すアーク溶接システムＡ４は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３とを備える。アーク溶接システムＡ４は、上述のアーク溶接システムＡ３に対し、計測回路３４１が回数Ｎｓを計測する方法が異なり、その他の点は同様である。計測回路３４１が、ピーク期間Ｔｐの回数Ｎｓをパルス生成指示信号Ｐｓが生成された回数に基づき計測するのではなく、回数Ｎｓを電流検出回路３１２に検出された溶接電流Ｉｗの値に基づき計測する。そのため、本実施形態においては、計測回路３４１に電流検出回路３１２から電流検出信号Ｉｄが送られる。計測回路３４１は、たとえば、溶接電流Ｉｗの値があるしきい値を超えた回数を回数Ｎｓとして採用する。
【００８０】
本実施形態によれば、第３実施形態で述べたのと同様の理由により、幅の均一なきれいなビードを形成することができる。
【００８１】
本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。信号生成回路として上述の実施形態では電圧周波数変換回路を挙げたが、信号生成回路は、積分回路と比較回路とを組み合わせた回路などであってもよい。上述の実施形態では単位パルス波形が直流である例を述べたが、ＥＮ期間を有する交流であっても良い。
【符号の説明】
【００８２】
Ａ１〜Ａ４ アーク溶接システム
１ 溶接ロボット
１１ ベース部材
１２ アーム
１３ モータ
１４ 溶接トーチ
１５ 消耗電極
１５１ 溶滴
１６ ワイヤ送給装置
１６１ 送給機構
１９ コイルライナ
２ ロボット制御装置
２１ 動作制御回路
２３ ティーチペンダント
３ 溶接電源装置
３１ 出力回路
３１１ 電源回路
３１２ 電流検出回路
３１３ 電流切替回路
３１４ 電流制御回路
３１５ 電流波形生成回路
３１６ 信号生成回路
３１７ 電圧検出回路
３１８ 電圧制御回路
３３ 電流値記憶部
３４ 終了判断回路
３４１ 計測回路
３４２ 比較回路
３５ 設定数記憶部
３７ 電流値記憶部
３８ 送給制御回路
ＥＩ 電流誤差計算回路
Ｅｉ 電流誤差信号
ＥＶ 電圧誤差計算回路
Ｅｖ 電圧誤差信号
Ｅｓ 終了指示信号
Ｆｃ 送給速度制御信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＢ ベース電流記憶部
ｉｂ ベース電流値
ＩＢＲ 電流制御回路
ｉｂｒ 電流設定信号
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＰ ピーク電流記憶部
ｉｐ ピーク電流値
ＩＰＲ 電流制御回路
ｉｐｒ 電流設定信号
Ｉｒ，Ｉｒ１，Ｉｒ２ 電流設定信号
ｉｒ１ 第１値
ｉｒ２ 第２値
Ｉｗ 溶接電流
Ｔ０ アーク発生期間
Ｔ１ 溶滴移行期間
Ｔ２ 冷却期間
ＴＢ ベース期間記憶部
ＴＤ 減少期間記憶部
Ｔｄ 減少期間
ＴＭ タイマ回路
ＴＰ ピーク期間記憶部
Ｔｐ ピーク期間
ｔｓｓ 期間信号
Ｔｓ 期間
ＴＵ 増加期間記憶部
Ｔｕ 増加期間
Ｍｓ 動作制御信号
Ｎｂ 設定数
Ｎｓ 回数
Ｐｓ パルス生成指示信号
Ｓｓ 溶滴移行開始信号
ＳＷ 切替回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ ロボット移動速度
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗ 母材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる溶滴移行期間と、上記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各溶滴移行期間中に、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形の電流を、上記消耗電極から上記母材へ繰り返し流す工程と、
上記各冷却期間中に、溶接進行方向に、上記消耗電極を上記母材に対し上記母材に沿って移動させる工程と、
上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数に達したとき、当該溶滴移行期間を終了する工程と、を備える、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記繰り返し流す工程は、上記各溶滴移行期間中にパルス生成指示信号を繰り返し生成する工程と、上記パルス生成指示信号が生成されるごとに単位パルス波形を生成する工程と、を含み、
上記溶滴移行期間を終了する工程は、上記パルス生成指示信号が生成された回数に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する工程を含む、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記溶滴移行期間を終了する工程は、上記消耗電極と上記母材との間に流れる電流の値に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する工程を含む、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数を超えると、上記母材に沿って上記母材に対し上記消耗電極を相対移動させ始める工程を更に備える、請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記繰り返し流す工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が第１値であるように流し、上記移動させる工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が上記第１値より小さい第２値であるように流し、上記第２値は５〜２０Ａである、請求項１ないし４のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
上記繰り返し流す工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が第１値であるように流し、上記移動させる工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が上記第１値より小さい第２値であるように流し、上記第２値は０Ａである、請求項１ないし４のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
消耗電極から母材にパルス電流を流す溶滴移行期間と、上記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間と、を交互に繰り返す出力回路を備え、
上記パルス電流の波形は、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形を繰り返す形状である、アーク溶接システムであって、
設定数を記憶する設定数記憶部と、
上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が上記設定数に達すると、終了指示信号を送る終了判断回路と、を備え、
上記出力回路は、上記終了指示信号を受けたときに上記各溶滴移行期間を終了する、アーク溶接システム。
【請求項８】
上記出力回路は、上記各溶滴移行期間中にパルス生成指示信号を繰り返し生成する信号生成回路と、上記パルス生成指示信号を受けるごとに、上記単位パルス波形を生成する電流波形生成回路と、を含み、
上記終了判断回路は、上記パルス生成指示信号が生成された回数に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する計測回路を含む、請求項７に記載のアーク溶接システム。
【請求項９】
上記終了判断回路は、上記消耗電極と上記母材との間に流れる電流を検出する電流検出回路と、上記電流検出回路に検出された電流の値に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する計測回路と、を含む、請求項７に記載のアーク溶接システム。
【請求項１０】
上記消耗電極を保持する溶接ロボットと、
上記溶接ロボットに動作制御信号を送る動作制御回路と、を更に備え、
上記動作制御回路は、上記終了指示信号を受けると、上記動作制御信号として、上記母材に沿って上記母材に対して上記消耗電極を相対移動させる信号を送る、請求項７ないし９のいずれかに記載のアーク溶接システム。
【請求項１】
消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ上記消耗電極から上記母材へ溶滴を移行させる溶滴移行期間と、上記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各溶滴移行期間中に、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形の電流を、上記消耗電極から上記母材へ繰り返し流す工程と、
上記各冷却期間中に、溶接進行方向に、上記消耗電極を上記母材に対し上記母材に沿って移動させる工程と、
上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数に達したとき、当該溶滴移行期間を終了する工程と、を備える、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記繰り返し流す工程は、上記各溶滴移行期間中にパルス生成指示信号を繰り返し生成する工程と、上記パルス生成指示信号が生成されるごとに単位パルス波形を生成する工程と、を含み、
上記溶滴移行期間を終了する工程は、上記パルス生成指示信号が生成された回数に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する工程を含む、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記溶滴移行期間を終了する工程は、上記消耗電極と上記母材との間に流れる電流の値に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する工程を含む、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が設定数を超えると、上記母材に沿って上記母材に対し上記消耗電極を相対移動させ始める工程を更に備える、請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記繰り返し流す工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が第１値であるように流し、上記移動させる工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が上記第１値より小さい第２値であるように流し、上記第２値は５〜２０Ａである、請求項１ないし４のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
上記繰り返し流す工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が第１値であるように流し、上記移動させる工程においては、上記消耗電極から上記母材へ電流を、絶対値の時間平均値が上記第１値より小さい第２値であるように流し、上記第２値は０Ａである、請求項１ないし４のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
消耗電極から母材にパルス電流を流す溶滴移行期間と、上記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間と、を交互に繰り返す出力回路を備え、
上記パルス電流の波形は、ピーク値で電流を流すピーク期間と上記ピーク値よりも小さいベース値で電流を流すベース期間とを含む単位パルス波形を繰り返す形状である、アーク溶接システムであって、
設定数を記憶する設定数記憶部と、
上記各溶滴移行期間における上記ピーク期間の回数が上記設定数に達すると、終了指示信号を送る終了判断回路と、を備え、
上記出力回路は、上記終了指示信号を受けたときに上記各溶滴移行期間を終了する、アーク溶接システム。
【請求項８】
上記出力回路は、上記各溶滴移行期間中にパルス生成指示信号を繰り返し生成する信号生成回路と、上記パルス生成指示信号を受けるごとに、上記単位パルス波形を生成する電流波形生成回路と、を含み、
上記終了判断回路は、上記パルス生成指示信号が生成された回数に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する計測回路を含む、請求項７に記載のアーク溶接システム。
【請求項９】
上記終了判断回路は、上記消耗電極と上記母材との間に流れる電流を検出する電流検出回路と、上記電流検出回路に検出された電流の値に基づき、上記ピーク期間の回数を計測する計測回路と、を含む、請求項７に記載のアーク溶接システム。
【請求項１０】
上記消耗電極を保持する溶接ロボットと、
上記溶接ロボットに動作制御信号を送る動作制御回路と、を更に備え、
上記動作制御回路は、上記終了指示信号を受けると、上記動作制御信号として、上記母材に沿って上記母材に対して上記消耗電極を相対移動させる信号を送る、請求項７ないし９のいずれかに記載のアーク溶接システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１４３７７４（Ｐ２０１２−１４３７７４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０１４（Ｐ２０１１−３０１４）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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