(57)【要約】【課題】スパッタの発生を抑制することができるとともに、短絡状態に至ってからより早くこの短絡状態を解消することができるアーク溶接方法を提供すること。【解決手段】溶接ワイヤ１５を所定の溶接位置に導く溶接トーチ１４を用いて、溶接ワイヤ１４と溶接母材Ｗとの間にアークＡ１，Ａ２を発生させて溶接を行うアーク溶接方法であって、アークＡ１が発生しているアーク発生状態（Ｈ１）から溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとが短絡している短絡状態（Ｈ２）へ変化した後に、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗから離間させ短絡状態（Ｈ２）を解消する工程を有する。このような構成により、上記短絡状態を応答性よく解消可能であり、高速溶接におけるスパッタ発生を抑制することができる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを所定の溶接位置に導く溶接トーチを用いて、上記溶接ワイヤと溶接母材との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接方法であって、
上記アークが発生しているアーク発生状態から上記溶接ワイヤと上記溶接母材とが短絡している短絡状態へ変化した後に、上記溶接トーチを上記溶接母材から離間させ上記短絡状態を解消する工程を有することを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項２】
上記アーク発生状態から上記短絡状態へ変化するときは、上記アークを発生させて溶接を行うための溶接電源の出力極性を切り換える場合を含む、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記短絡状態を解消する時において、上記溶接ワイヤから上記溶接母材に流れるアーク再発生初期電流の絶対値は、上記アーク発生状態における上記溶接ワイヤから上記溶接母材に流れる定常アーク電流の絶対値より小さい、請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記短絡状態へ変化した際の上記溶接ワイヤと上記溶接母材の間の電圧低下を検出したとき、上記溶接ワイヤから上記溶接母材に流れる電流を、上記定常アーク電流から上記アーク再発生初期電流へと変化させる、請求項３に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記短絡状態へ変化した際の上記溶接ワイヤと上記溶接母材の間の電圧低下を検出したとき、上記短絡状態を解消する工程を開始する、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】
上記短絡状態においても上記溶接ワイヤの送給がなされている、請求項１ないし５のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
上記溶接母材に対する上記溶接トーチの離間移動は、上記溶接トーチを上記溶接母材に対して接近および離間させることができるカム機構により行われる、請求項１ないし６のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、消耗電極として溶接ワイヤを送給しながら、この溶接ワイヤと溶接母材の間にアークを発生させ溶接を行うアーク溶接方法が知られている。このようなアーク溶接の工程においては、アーク発生状態、および、溶接ワイヤと溶接母材とが短絡している短絡状態、が繰り返される。この短絡状態が解消しアークが発生する際には、通電によるジュール熱によって溶接ワイヤが溶断し、大量のスパッタの発生を伴う。スパッタは塗装欠陥などの原因となり、溶接品質に悪影響を与える。そのため、大量のスパッタが発生すると、これらのスパッタを除去するといった煩わしい作業が必要となり、作業効率が低下する。
【０００３】
スパッタの発生を抑制する方法として、特許文献１に示す方法が提案されている。特許文献１に示す方法においては、短絡状態に至った時に上記溶接ワイヤを後退送給させることにより、この短絡状態を解消している。この短絡状態の解消時には溶断を伴わない。これにより、スパッタの発生を抑制している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示す方法においては、上記短絡状態に至った後に、上記溶接ワイヤを前進送給している状態から上記溶接ワイヤを後退送給する状態に変化させる必要がある。そのため、上記短絡状態に至ってから応答性よく上記溶接ワイヤを後退送給することが困難となっている。このようなことでは、短絡状態とアーク発生状態との反復が高速になれば上記方法では対応できないといった不都合が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５０８９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、スパッタの発生を抑制することができるとともに、短絡状態に至ってからより早くこの短絡状態を解消することができるアーク溶接方法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】
【０００７】
本発明によって提供されるアーク溶接方法は、溶接ワイヤを所定の溶接位置に導く溶接トーチを用いて、上記溶接ワイヤと溶接母材との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接方法であって、上記アークが発生しているアーク発生状態から上記溶接ワイヤと上記溶接母材とが短絡している短絡状態へ変化した後に、上記溶接トーチを上記溶接母材から離間させ上記短絡状態を解消する工程を有することを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、上記短絡状態の解消は、上記溶接トーチの離間移動により実現される。そのため、上記短絡状態の解消時に溶断を伴わない。これにより、スパッタの発生を抑制できる。また、上記短絡状態に至った時は、上記アーク発生状態の終了時である。そのため、上記短絡状態に至った時に、上記溶接トーチを上記溶接母材に接近移動させている必要はない。これにより、上記溶接トーチの上記溶接母材に対する離間移動を、上記短絡状態に至った時から応答性よく開始することができる。その結果、上記短絡状態に至ってからより早く上記短絡状態を解消することができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記アーク発生状態から上記短絡状態へ変化するときは、上記アークを発生させて溶接を行うための溶接電源の出力極性を切り換えるときを含む。このような構成によれば、溶接電源の出力極性を切り換えるときにも、スパッタの発生を抑制することができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記短絡状態を解消する時において、上記溶接ワイヤから上記溶接母材に流れるアーク再発生初期電流の絶対値は、上記アーク発生状態における上記溶接ワイヤから上記溶接母材に流れる定常アーク電流の絶対値より小さい。このような構成によれば、さらにスパッタの発生を抑制することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記短絡状態へ変化した際の上記溶接ワイヤと上記溶接母材の間の電圧低下を検出したとき、上記溶接ワイヤから上記溶接母材に流れる電流を、上記定常アーク電流から上記アーク再発生初期電流へと変化させる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記短絡状態へ変化した際の上記溶接ワイヤと上記溶接母材の間の電圧低下を検出したとき、上記短絡状態を解消する工程を開始する。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記短絡状態においても上記溶接ワイヤの送給がなされている。このような構成によれば、上記短絡状態への変化に応じて、上記溶接ワイヤの送給方向を反転させる必要がない。そのため、上記溶接ワイヤの送給方向を反転させる構成を用いる必要がない。これは、上記短絡状態と上記アーク発生状態との反復が高速になっても、上記アーク溶接方法を適切に使用できることを意味する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記溶接母材に対する上記溶接トーチの離間移動は、上記溶接トーチを上記溶接母材に対して接近および離間させることができるカム機構により行われる。
【００１５】
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】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法の一例に用いられる溶接システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示した構成の要部拡大図である。
【図３】図２の一部分の要部拡大図である。
【図４】図３に示したドライブカムの動作を示す図である。
【図５】第１実施形態にかかるアーク溶接方法の一例に用いられる溶接システムの内部構成を示す図である。
【図６】第１実施形態にかかる各信号のタイミングチャートを示す図である。
【図７】第２実施形態にかかるアーク溶接方法の一例に用いられる溶接システムの内部構成を示す図である。
【図８】第２実施形態にかかる各信号のタイミングチャートを示す図である。
【図９】第２実施形態にかかる各信号のタイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態にかかるアーク溶接方法の一例に用いられる溶接システムの構成を示す図である。
【００１９】
同図に示された溶接システムは、溶接ロボット１、ロボット制御装置２、および溶接電源装置３を備えている。溶接ロボット１は、溶接母材Ｗに対してたとえば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、複数のアーム１２、複数のモータ１３、溶接トーチ１４、ワイヤ送給装置１６、およびコイルライナ１９を備えている。
【００２０】
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。
【００２１】
溶接トーチ１４は、溶接ロボット１の最も先端側に設けられたアーム１２ａの先端部に設けられている。溶接トーチ１４は、消耗電極としてのたとえば直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１５を溶接母材Ｗ近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、Ａｒなどのシールドガスを供給するためのシールドガスノズル（図示略）が備えられている。モータ１３は、アーム１２の両端または一端に設けられている（一部図示略）。モータ１３は、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、複数のアーム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ようになっている。
【００２２】
モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられている。このエンコーダの出力は、ロボット制御装置２に与えられる。この出力値により、ロボット制御装置２では、溶接トーチ１４の現在位置を認識するようになっている。
【００２３】
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に対して、溶接ワイヤ１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給モータ１６１、ワイヤリール（図示略）、およびワイヤプッシュ手段（図示略）を備えている。送給モータ１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ手段が、上記ワイヤリールに巻かれた溶接ワイヤ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、チューブ状に形成されている。コイルライナ１９の内部には、溶接ワイヤ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から送り出された溶接ワイヤ１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された溶接ワイヤ１５は、溶接トーチ１４から外部に突出して消耗電極として機能する。
【００２５】
図２は、図１に示した溶接トーチ１４が取り付けられている部分の要部拡大図である。図３は、図２の一部分の要部拡大図である。
【００２６】
図２に示すように、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗに対して離間させ、そして接近させるための往復動発生手段４を介して、溶接トーチ１４はアーム１２ａに取り付けられている。図３によく表れているように、往復動発生手段４は、モータ４１、偏芯シャフト４２、ドライブカム４３、ベアリング４４ａ，４４ｂ、マウント４５、ブッシュ４６、およびシャフト４７を備えている。
【００２７】
図２に示すように、モータ４１は、アーム１２ａに固定されている。モータ４１は、図３の左右方向に延びる軸を回転軸としている。モータ４１には、図示しないエンコーダが取り付けられている。偏芯シャフト４２は、モータ４１の回転軸に固定されている。偏芯シャフト４２は、モータ４１の回転方向と同一方向に回転可能になっている。偏芯シャフト４２には、モータ４１の回転軸に対して距離Ｌだけ偏芯した位置にボルト４２ａが設けられている。ドライブカム４３には２つの溝が形成されている。ドライブカム４３は、これらの２つの孔の一方に設けられたベアリング４４ａを介して、偏芯シャフト４２の上記ボルト４２ａに連結されている。マウント４５は、上記２つの孔の他方に設けられたベアリング４４ｂを介して、ドライブカム４３に連結されている。マウント４５は、ブッシュ４６を介して、シャフト４７に連結されている。シャフト４７は、モータ４１の本体に対して固定されている。マウント４５は、シャフト４７に沿って、図２の上下方向に移動可能である。マウント４５には、溶接トーチ１４が連結されている。
【００２８】
モータ４１が回転すると、偏芯シャフト４２のボルト４２ａが偏芯回転する。すると、この偏芯回転に従って、図４に示すように、ドライブカム４３が（Ｋ１）から（Ｋ４）まで一連の動作をする。そして図３に示すように、マウント４５は、シャフト４７に沿って往復運動をする。これにより、溶接トーチ１４が図２の上下方向において微小な移動をできるようになっている。
【００２９】
図１に示したロボット制御装置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。図５に示すように、ロボット制御装置２は、動作制御回路２１とインターフェイス回路２２とによって構成されている。
【００３０】
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、この作業プログラムおよび上記エンコーダからの座標情報等に基づいて、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｃを与える。この動作制御信号Ｍｃにより、各モータ１３およびモータ４１は回転駆動し、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗの所定の溶接開始位置に移動させたり、上下動させたりする。
【００３１】
動作制御回路２１には、図示しない操作設定装置が接続されている。この操作設定装置は、ユーザによって各種動作を設定するためのものである。
【００３２】
インターフェイス回路２２は、溶接電源装置３と各種信号をやり取りするためのものである。インターフェイス回路２２には、動作制御回路２１から、電圧設定信号Ｖｓ、出力開始信号Ｏｎ、復帰信号Ｒｐ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。インターフェイス回路２２からは、動作制御回路２１に、短絡／アーク判別信号Ｓａが送られる。
【００３３】
溶接電源装置３は、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加するための装置であるとともに、溶接ワイヤ１５の送給を行うための装置である。図５に示すように、溶接電源装置３は、出力制御回路３１、電圧検出回路３２、短絡／アーク判別回路３３、送給制御回路３４、およびインターフェイス回路３５を備えている。
【００３４】
インターフェイス回路３５は、ロボット制御装置２と各種信号をやり取りするためのものである。具体的には、インターフェイス回路３５には、インターフェイス回路２２から、電圧設定信号Ｖｓ、出力開始信号Ｏｎ、復帰信号Ｒｐ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。また、インターフェイス回路３５からは、インターフェイス回路２２に、短絡／アーク判別信号Ｓａが送られる。
【００３５】
出力制御回路３１は、複数のトランジスタ素子からなるインバータ制御回路を有する。出力制御回路３１は、外部から入力される商用電源（たとえば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行う。
【００３６】
出力制御回路３１の出力は、たとえば、正極側が溶接トーチ１４に接続され、負極側が溶接母材Ｗに接続されている。溶接トーチ１４の先端に設けられたコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗが印加されるようになっている。これにより、溶接ワイヤ１５の先端と溶接母材Ｗとの間にアークが発生する。このアークによりもたらされる熱で溶接ワイヤ１５が溶融する。そして、溶接母材Ｗに対して溶接が施されるようになっている。
【００３７】
出力制御回路３１には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの電圧設定信号Ｖｓ、出力開始信号Ｏｎ、および復帰信号Ｒｐが送られる。
【００３８】
電圧検出回路３２は、出力制御回路３１の出力端の電圧である溶接電圧Ｖｗを検出するためのものである。電圧検出回路３２は、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを出力する。
【００３９】
短絡／アーク判別回路３３は、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗが短絡したか否かを検出するとともに、アークが正常に生じているかを検出する回路である。短絡／アーク判別回路３３には、電圧検出回路３２から、電圧検出信号Ｖｄが入力する。
【００４０】
短絡／アーク判別回路３３は、入力した電圧検出信号Ｖｄによって溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗが短絡していると判断したとき、短絡／アーク判別信号Ｓａとして短絡信号（Ｈｉｇｈレベルの信号）を出力する。一方、短絡／アーク判別回路３３は、入力した電圧検出信号Ｖｄによってアークが発生している状態と判断したとき、短絡／アーク判別信号Ｓａとしてアーク発生信号（Ｌｏｗレベルの信号）を出力する。短絡／アーク判別信号Ｓａが一旦Ｈｉｇｈレベルの信号になった後にＬｏｗレベルの信号となったとき、このＬｏｗレベルの信号がアーク発生信号と判断される。
【００４１】
短絡／アーク判別回路３３からは、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１に短絡／アーク判別信号Ｓａ（短絡信号およびアーク発生信号いずれも）が送られる。さらに、短絡／アーク判別回路３３からは、出力制御回路３１に、短絡／アーク判別信号Ｓａ（短絡信号のみ）が送られる。
【００４２】
送給制御回路３４は、溶接ワイヤ１５の送給を行うための送給制御信号Ｆｃを送給モータ１６１に出力するものである。送給制御信号Ｆｃは、溶接ワイヤ１５の送給速度を示す信号である。また、送給制御回路３４には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの出力開始信号Ｏｎ、復帰信号Ｒｐ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００４３】
次に、本発明にかかるアーク溶接方法の一例について、図６を参照しつつ説明する。
【００４４】
同図（ａ）は動作制御信号Ｍｃの変化状態を示し、（ｂ）は送給制御信号Ｆｃの変化状態を示し、（ｃ）は短絡／アーク判別信号Ｓａの変化状態を示し、（ｄ）は復帰信号Ｒｐの変化状態を示し、（ｅ）は溶接電圧Ｖｗの変化状態を示し、（ｆ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。同図下方の（Ｋ１）〜（Ｋ４）は、図４に示した（Ｋ１）〜（Ｋ４）に対応する。
【００４５】
（１）溶接開始から時刻ｔ１の期間
図５に示した溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈ状態となることにより、一般的には、過渡的な溶接開始処理を経た後に、定常溶接処理が開始される。定常溶接処理においては、出力開始信号Ｏｎが出力されている。図６（ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、定常溶接電圧Ｖｃに設定されている。同図（ｆ）に示すように、定常溶接処理においては、予め定められた大電流値のアーク電流Ｉｃが流れている。このとき、同図（Ｈ１）に示すように、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間にアークＡ１が発生している。同図（ｃ）に示すように、短絡／アーク判別信号Ｓａとしてアーク信号（Ｌｏｗ信号）が、短絡／アーク判別回路３３から動作制御回路２１に出力されている。同図（ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃが送給制御回路３４から送給モータ１６１に送られている。これにより、溶接ワイヤ１５が、溶接母材Ｗに向かって定常速度Ｗｃで送給されている。同図（ａ）に示すように、動作制御信号Ｍｃとして溶接トーチ１４を教示された溶接方向に移動させるものが、動作制御回路２１から溶接ロボット１に出力されている。
【００４６】
（２）時刻ｔ１〜ｔ２の期間
時刻ｔ１において、同図（Ｈ２）に示すように、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとが短絡し、アークＡ１が消滅する。アークＡ１が消滅するため、同図（ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが急激に低下する。このとき、同図（ｃ）に示すように、短絡／アーク判別信号Ｓａとして短絡信号（Ｈｉｇｈ信号）が、短絡／アーク判別回路３３から、出力制御回路３１、および動作制御回路２１に送られる。出力制御回路３１は、定電流特性または垂下特性を形成して出力する。これにより、同図（ｆ）に示すような予め定められた小電流値のアーク再発生初期電流Ｉｓが流れる。同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗから離間させる動作制御信号Ｍｃを、ドライブカム４３のモータ４１に出力する。これにより同図（Ｋ１）と（Ｋ２）に示すようにドライブカム４３が動作し、溶接トーチ１４は、溶接母材Ｗから離間する方向への移動を開始する。この溶接トーチ１４の移動を開始することは、本発明における短絡状態を解消する工程を開始することに相当する。
【００４７】
（３）時刻ｔ２〜ｔ３の期間
溶接トーチ１４の移動がなされることにより、時刻ｔ２において、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの短絡が解消する。このとき、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間には、アーク再発生初期電流Ｉｓが流れており、同図（Ｈ３）に示すように再びアークＡ２が発生する。
【００４８】
（４）時刻ｔ３以降の期間
ドライブカム４３が移動し、同図（Ｈ４）に示すように、溶接トーチ１４が溶接開始位置Ｓｐに位置する。このとき、同図（ｄ）に示すように、復帰信号ＲｐがＯｎ状態となる。この復帰信号Ｒｐは、動作制御回路２１から、出力制御回路３１および送給制御回路３４に送られる。そして、出力制御回路３１は、定常の溶接電流Ｉｃを流すための電圧設定信号Ｖｓに対応した定電圧特性を形成して出力する。これにより、同図（ｆ）に示すように、定常のアーク電流Ｉｃが流れる。また、同図（ａ）に示すように、動作制御回路２１は、動作制御信号Ｍｃとして溶接トーチ１４を教示された溶接方向に移動させるものを、溶接ロボット１に出力する。そして、上述した定常溶接処理を再開する。再び、時刻ｔ１において溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとが短絡すると、上述したステップを繰り返す。
【００４９】
次に、本実施形態にかかるアーク溶接方法の作用について説明する。
【００５０】
本実施形態によれば、溶接トーチ１４と溶接母材Ｗとの短絡状態の解消は、溶接トーチ１４の移動により実現される。そのため、この短絡状態の解消時に溶断を伴わない。また、上記短絡状態の解消時である時刻ｔ２において、低電流であるアーク再発生初期電流Ｉｓが流れている。その結果、上記短絡状態の解消時におけるスパッタの発生を抑制することができる。また、時刻ｔ１は、上記短絡状態に至った時であるとともにアーク発生状態の終了時である。一般にアーク発生状態においては、溶接トーチ１４は溶接母材Ｗに対して並進移動している。そのため、時刻ｔ１において溶接ワイヤ１５を前進送給させているのに対して、時刻ｔ１において溶接トーチ１４を溶接母材Ｗに対して接近移動させている必要がない。これにより、溶接ワイヤ１５を前進送給している状態から後退送給している状態に変化させる場合に比べて、溶接トーチ１４の離間移動をより早く開始することができる。この結果、時刻ｔ１から上記短絡状態の解消時までの期間をより短くすることができる。
【００５１】
本実施形態において、上記短絡状態に至っても、溶接ワイヤ１５を前進送給させ続けており、溶接ワイヤ１５を後退送給させていない。すなわち、上記短絡状態と上記アーク発生状態との反復に応じて、溶接ワイヤ１５の送給モータ１６１を正転および反転させていない。これは、上記短絡状態と上記アーク発生状態との反復周期が大きくなっても、適切に本実施形態にかかる方法を使用できることを意味する。
【００５２】
溶接トーチ１４を溶接母材Ｗから離間させ、もしくは溶接母材Ｗに対して接近させるためには、ドライブカム４３のモータ４１を正転させるのみでよく、ドライブカム４３のモータ４１を反転させる必要がない。そのため送給モータ１３のイナーシャに起因する応答遅れがない。これにより、上記短絡状態と上記アーク発生状態の反復周期が大きくなっても、不都合無く、本実施形態にかかる方法を使用することができる。
【００５３】
次に、本発明の第２実施形態にかかる溶接システムを説明する。第２実施形態の溶接システムでは、出力制御回路３１の出力をプラス極性およびマイナス極性に交互に切り換える交流アーク溶接が適用される。
【００５４】
図７は、第２実施形態にかかるアーク溶接方法の一例に用いられる溶接システムの内部構成を示す図である。この第２実施形態では、溶接電源装置３に極性切換回路３６が設けられている点、およびロボット制御装置２の動作制御回路２１から溶接電源装置３に極性切換信号Ｐｓが出力される点などで、第１実施形態の溶接システムの内部構成（図５参照）と相違する。なお、この図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００５５】
動作制御回路２１は、出力制御回路３１の出力の極性を切り換えるための極性切換信号Ｐｓをインターフェース回路２２，３５を介して極性切換回路３６に出力する。極性切換信号Ｐｓは、たとえばＬｏｗレベルでプラス極性を示し、Ｈｉｇｈレベルでマイナス極性を示す。動作制御回路２１は、短絡／アーク判別回路３３から短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）を受け取ると、ＬｏｗレベルおよびＨｉｇｈレベルを交互に繰り返し出力する。
【００５６】
極性切換回路３６は、動作制御回路２１から出力される極性切換信号Ｐｓに基づいて、出力制御回路３１の出力の極性を切り換えるための駆動信号を出力制御回路３１に出力するものである。極性切換回路３６は、極性切換信号ＰｓとしてＬｏｗレベルが入力されると、出力制御回路３１の出力をプラス極性にするための駆動信号を出力する。また、極性切換回路３６は、極性切換信号ＰｓとしてＨｉｇｈレベルが入力されると、出力制御回路３１の出力をマイナス極性にするための駆動信号を出力する。
【００５７】
図８および図９は、第２実施形態にかかる各信号のタイミングチャートを示す図である。図８に示すタイミングチャートは、出力極性がプラス極性からマイナス極性に切り換わる際の状態を示すものである。図９に示すタイミングチャートは、出力極性がマイナス極性からプラス極性に切り換わる際の状態を示すものである。
【００５８】
（１）溶接開始から時刻ｔ１の期間
交流アーク溶接の過渡的な溶接開始処理を経た後の定常溶接処理においては、たとえば溶接電圧Ｖｗとしてプラス極性の定常溶接電圧Ｖｃｐが供給され、溶接電流Ｉｗとしてプラス極性のアーク電流Ｉｃｐが流れている（図８（ｆ），（ｇ）参照）。このプラス極性の期間Ｔｎ（図８（ｄ）参照）のときには、同図（Ｈ１）に示すように、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間にアークＡ１が発生している。また、溶接ワイヤ１５は、図（ｂ）に示すように、溶接母材Ｗに向かってプラス極性における定常速度Ｗｃｐで送給されている。
【００５９】
（２）時刻ｔ１〜ｔ２の期間
時刻ｔ１において、同図（Ｈ２）に示すように、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとが短絡状態となると、短絡／アーク判別回路３３は、同図（ｃ）に示すように、短絡／アーク判別信号Ｓａとして短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）を出力制御回路３１および動作制御回路２１に出力する。動作制御回路２１は、同図（ｄ）に示すように、上記短絡信号に応じてＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化した極性切換信号Ｐｓを極性切換回路３６に出力する。極性切換回路３６は、この極性切換信号Ｐｓに応じて出力制御回路３１の出力の極性を切り換える（この場合、プラス極性からマイナス極性に切り換える）ための駆動信号を出力する。これにより、交流アーク溶接状態は、プラス極性の期間Ｔｎからマイナス極性の期間Ｔｐに変化される。
【００６０】
短絡状態となると、溶接電圧Ｖｗは、同図（ｆ）に示すように、プラス極性の定常溶接電圧Ｖｃｐからマイナス極性の短絡電圧Ｖｓｎに変化する。この場合、短絡電圧Ｖｓｎの絶対値は、定常溶接電圧Ｖｃｐの絶対値より小さい。また、溶接電流Ｉｗは、同図（ｇ）に示すように、プラス極性の定常溶接電流Ｉｃｐからマイナス極性のアーク再発生初期電流Ｉｓｎに変化される。この場合、アーク再発生初期電流Ｉｓｎの絶対値は、定常溶接電流Ｉｃｐの絶対値より小さい。さらに、溶接ワイヤ１５の送給速度は、プラス極性の定常速度Ｗｃｐより高い、マイナス極性の定常速度Ｗｃｎに切り替わる。このとき、動作制御回路２１は、同図（ａ）に示すように、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗから離間させる動作制御信号Ｍｃを、ドライブカム４３のモータ４１に出力する。これにより、同図（Ｋ１），（Ｋ２）に示すように、ドライブカム４３が動作し、溶接トーチ１４は、溶接母材Ｗから離間する方向への移動を開始する。
【００６１】
（３）時刻ｔ２〜ｔ３の期間
溶接トーチ１４が離間移動することにより、時刻ｔ２において、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの短絡が解消する。このとき、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間には、マイナス極性のアーク再発生初期電流Ｉｓｎが流れており、同図（Ｈ３）に示すようにアークＡ２が発生する。
【００６２】
（４）時刻ｔ３以降の期間
ドライブカム４３が移動し、同図（Ｈ４）に示すように、溶接トーチ１４が溶接開始位置Ｓｐに位置すると、同図（ｅ）に示すように、復帰信号ＲｐがＯｎ状態となる。これにより、出力制御回路３１は、同図（ｇ）に示すように、マイナス極性の定常溶接電流Ｉｃｎを流す。その後、溶接トーチ１４は、動作制御信号Ｍｃにより教示された溶接方向に移動される。
【００６３】
そして、再度、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとが短絡すると、出力制御回路３１の出力の極性は、図９（ａ）に示すように、マイナス極性からプラス極性に切り換えられる。溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとが短絡すると、溶接電圧Ｖｗは、図９（ｂ）に示すように、マイナス極性の定常溶接電圧Ｖｃｎからプラス極性の短絡電圧Ｖｓｐに変化する。また、溶接電流Ｉｗは、図９（ｃ）に示すように、マイナス極性の定常溶接電流Ｉｃｎからプラス極性のアーク再発生初期電流Ｉｓｐに変化される。以降、短絡状態になるごとに、極性が切り換えられ、上述したステップを繰り返す。
【００６４】
この第２実施形態によれば、交流アーク溶接において出力制御回路３１の出力の極性が切り換わるとき、溶接トーチ１４の移動により溶接トーチ１４と溶接母材Ｗとの短絡状態が解消される。この短絡状態の解消時には、溶断を伴わない。したがって、出力制御回路３１の出力極性がプラス極性からマイナス極性に切り換わる際、あるいはマイナス極性からプラス極性に切り換わる際にも、スパッタの発生を抑制することができる。
【００６５】
なお、上記実施形態では、出力極性の切り換えは、アーク発生状態から短絡状態へと変化する１サイクルごとに行われたが、これに限らず、数サイクルごとに行われてもよい。また、極性切換信号Ｐｓは、ロボット制御装置２の外部から入力されてもよい。
【００６６】
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。本発明に係るアーク溶接方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。たとえば、本発明にかかる溶接トーチの離間移動をするための手段としては往復動発生手段４を用いなくてもよい。この場合には、動作制御信号Ｍｃを出力することにより、アーム１２を作動させ溶接トーチ１４を移動させればよい。また、上記実施形態では、短絡／アーク判別回路３３は、溶接電源装置３内に設けられているが、これに代えて、ロボット制御装置２に備えられたワイヤタッチ検出回路（図示略）によって、溶接ワイヤ１５が溶接母材Ｗに短絡（接触）していることを検出するようにしてもよい。また、上記短絡状態においても送給制御信号Ｆｃが継続して出力されている方が好ましいが、本発明は必ずしもこれに限られず、溶接ワイヤ１５の送給を停止させてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１  溶接ロボット
１１  ベース部材
１２，１２ａ  アーム
１３  モータ
１４  溶接トーチ
１５  溶接ワイヤ
１６  ワイヤ送給装置
１６１  送給モータ
１９  コイルライナ
２  ロボット制御装置
２１  動作制御回路
２２  インターフェイス回路
３  溶接電源装置
３１  出力制御回路
３２  電圧検出回路
３３  短絡／アーク判別回路
３４  送給制御回路
３５  インターフェイス回路
Ｗ  溶接母材
４１  モータ
４２  偏芯シャフト
４３  ドライブカム（カム機構）
４４ａ，４４ｂ  ベアリング
４５  マウント
４６  ブッシュ
４７  シャフト
Ｓｔ  溶接開始信号
Ｖｓ  電圧設定信号
Ｏｎ  出力開始信号
Ｒｐ  復帰信号
Ｓａ  短絡／アーク判別信号
Ｗｓ  送給速度設定信号
Ｍｃ  動作制御信号
Ｆｃ  送給制御信号
Ｉｗ  溶接電流
Ｖｗ  溶接電圧
Ｓｐ  溶接開始位置
Ｉｓ  アーク再発生初期電流
Ｉｃ  （定常）アーク電流
【図１】
2010221287.tif 000003
【図２】
2010221287.tif 000004
【図３】
2010221287.tif 000005
【図４】
2010221287.tif 000006
【図５】
2010221287.tif 000007
【図６】
2010221287.tif 000008
【図７】
2010221287.tif 000009
【図８】
2010221287.tif 000010
【図９】
2010221287.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月13日(2009.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図２に示すように、モータ４１は、アーム１２ａに固定されている。モータ４１は、図３の左右方向に延びる軸を回転軸としている。モータ４１には、図示しないエンコーダが取り付けられている。偏芯シャフト４２は、モータ４１の回転軸に固定されている。偏芯シャフト４２は、モータ４１の回転方向と同一方向に回転可能になっている。偏芯シャフト４２には、モータ４１の回転軸に対して距離Ｌだけ偏芯した位置にボルト４２ａが設けられている。ドライブカム４３には２つの孔が形成されている。ドライブカム４３は、これらの２つの孔の一方に設けられたベアリング４４ａを介して、偏芯シャフト４２の上記ボルト４２ａに連結されている。マウント４５は、上記２つの孔の他方に設けられたベアリング４４ｂを介して、ドライブカム４３に連結されている。マウント４５は、ブッシュ４６を介して、シャフト４７に連結されている。シャフト４７は、モータ４１の本体に対して固定されている。マウント４５は、シャフト４７に沿って、図２の上下方向に移動可能である。マウント４５には、溶接トーチ１４が連結されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
（１）溶接開始から時刻ｔ１の期間
図５に示した溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈ状態となることにより、一般的には、過渡的な溶接開始処理を経た後に、定常溶接処理が開始される。定常溶接処理においては、出力開始信号Ｏｎが出力されている。図６（ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、定常溶接電圧Ｖｃに設定されている。同図（ｆ）に示すように、定常溶接処理においては、予め定められた大電流値のアーク電流Ｉｃが流れている。このとき、同図（Ｈ１）に示すように、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間にアークＡ１が発生している。同図（ｃ）に示すように、短絡／アーク判別信号Ｓａとしてアーク発生信号（Ｌｏｗ信号）が、短絡／アーク判別回路３３から動作制御回路２１に出力されている。同図（ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃが送給制御回路３４から送給モータ１６１に送られている。これにより、溶接ワイヤ１５が、溶接母材Ｗに向かって定常速度Ｗｃで送給されている。同図（ａ）に示すように、動作制御信号Ｍｃとして溶接トーチ１４を教示された溶接方向に移動させるものが、動作制御回路２１から溶接ロボット１に出力されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
（１）溶接開始から時刻ｔ１の期間
交流アーク溶接の過渡的な溶接開始処理を経た後の定常溶接処理においては、たとえば溶接電圧Ｖｗとしてプラス極性の定常溶接電圧Ｖｃｐが供給され、溶接電流Ｉｗとしてプラス極性のアーク電流Ｉｃｐが流れている（図８（ｆ），（ｇ）参照）。このプラス極性の期間Ｔｐ（図８（ｄ）参照）のときには、同図（Ｈ１）に示すように、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間にアークＡ１が発生している。また、溶接ワイヤ１５は、同図（ｂ）に示すように、溶接母材Ｗに向かってプラス極性における定常速度Ｗｃｐで送給されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
（２）時刻ｔ１〜ｔ２の期間
時刻ｔ１において、同図（Ｈ２）に示すように、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとが短絡状態となると、短絡／アーク判別回路３３は、同図（ｃ）に示すように、短絡／アーク判別信号Ｓａとして短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）を出力制御回路３１および動作制御回路２１に出力する。動作制御回路２１は、同図（ｄ）に示すように、上記短絡信号に応じてＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化した極性切換信号Ｐｓを極性切換回路３６に出力する。極性切換回路３６は、この極性切換信号Ｐｓに応じて出力制御回路３１の出力の極性を切り換える（この場合、プラス極性からマイナス極性に切り換える）ための駆動信号を出力する。これにより、交流アーク溶接状態は、プラス極性の期間Ｔｐからマイナス極性の期間Ｔｎに変化される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
短絡状態となると、溶接電圧Ｖｗは、同図（ｆ）に示すように、プラス極性の定常溶接電圧Ｖｃｐからマイナス極性の短絡電圧Ｖｓｎに変化する。この場合、短絡電圧Ｖｓｎの絶対値は、定常溶接電圧Ｖｃｐの絶対値より小さい。また、溶接電流Ｉｗは、同図（ｇ）に示すように、プラス極性の定常溶接電流Ｉｃｐからマイナス極性のアーク再発生初期電流Ｉｓｎに変化される。この場合、アーク再発生初期電流Ｉｓｎの絶対値は、定常溶接電流Ｉｃｐの絶対値より小さい。さらに、溶接ワイヤ１５の送給速度は、プラス極性の定常速度Ｗｃｐより速い、マイナス極性の定常速度Ｗｃｎに切り替わる。このとき、動作制御回路２１は、同図（ａ）に示すように、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗから離間させる動作制御信号Ｍｃを、ドライブカム４３のモータ４１に出力する。これにより、同図（Ｋ１），（Ｋ２）に示すように、ドライブカム４３が動作し、溶接トーチ１４は、溶接母材Ｗから離間する方向への移動を開始する。
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月18日(2010.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明によって提供されるアーク溶接方法は、溶接ワイヤを所定の溶接位置に導く溶接トーチを用いて、上記溶接ワイヤと溶接母材との間にアークを発生させるアーク発生状態と上記溶接ワイヤと上記溶接母材とが短絡している短絡状態とを繰り返すことにより溶接を行うアーク溶接方法であって、上記発生状態から上記短絡状態へ変化した後に、上記溶接トーチを上記溶接母材から離間させ上記短絡状態を解消する工程を有することを特徴としている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
溶接ワイヤを所定の溶接位置に導く溶接トーチを用いて、上記溶接ワイヤと溶接母材との間にアークを発生させるアーク発生状態と上記溶接ワイヤと上記溶接母材とが短絡している短絡状態とを繰り返すことにより溶接を行うアーク溶接方法であって、
上記発生状態から上記短絡状態へ変化した後に、上記溶接トーチを上記溶接母材から離間させ上記短絡状態を解消する工程を有することを特徴とするアーク溶接方法。