(57)【要約】【課題】アークスタート時の被溶接物との接触による溶接トーチの電極先端の非鋭利化への進行を抑制し、アークの発生状態を長期に亘って良好に維持できるアークスタート方法を提供する。【解決手段】タッチスタート方式のアークスタートを行う溶接システムにおいて、溶接トーチ１３の電極１４の先端部１４ａを被溶接物Ｍの表面Ｍａに対して接触させる際、電極１４を被溶接物Ｍの表面Ｍａに対して傾斜（角度α°）させて電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃが接触する動作を行うようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ロボット及び非消耗電極式アーク溶接機を備え、前記溶接ロボットの可動アームにて前記溶接機の溶接トーチを支持し、該溶接トーチの電極先端と被溶接物との間にアークを発生させ、前記可動アームによる前記溶接トーチの動作を伴う前記被溶接物の一連のアーク溶接を行う溶接システムにおいて、前記溶接トーチの電極先端にて初期アークを発生させるアークスタート方法であって、
前記溶接機に備えられる溶接電源を制御して前記溶接トーチの電極に所定電圧印加を行うとともに、前記溶接ロボットの可動アームの動作を制御して前記溶接トーチの電極を前記被溶接物に一旦接触させてから引き離して初期アークを発生させるタッチスタート方式が用いられ、
前記溶接トーチの電極の先端部は先細形状をなすものであり、その先端部を前記被溶接物の表面に対して接触させる際、前記電極を前記被溶接物の表面に対して傾斜させて前記電極の先端部の頂部を接触させるべく、前記溶接ロボットの可動アームの動作制御を行うようにしたことを特徴とするアークスタート方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアークスタート方法において、
前記電極は、その先端部の頂部の角度が鋭角に設定されているものであることを特徴とするアークスタート方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアークスタート方法において、
前記電極を前記被溶接物から引き離す際、前記電極への印加電流を次第に増加させるように制御することを特徴とするアークスタート方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアークスタート方法において、
前記溶接トーチの近傍にフィラーワイヤが供給動作可能に支持され、支持されるそのフィラーワイヤと前記溶接トーチとが一体的に動作するものであり、
前記溶接トーチの電極の傾斜の際、前記フィラーワイヤが前記被溶接物から離間する方向に前記溶接トーチの傾斜動作が行われることを特徴とするアークスタート方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアークスタート方法が用いられることを特徴とする溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ロボット及び非消耗電極式アーク溶接機を備える溶接システム、特にそのアークスタート方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＩＧ溶接等の非消耗電極式アーク溶接におけるアークスタート方法としては、高周波スタート方式やタッチスタート方式等が知られている。高周波スタート方式は、溶接トーチの電極と被溶接物との間に数千ボルトの高周波電圧を印加し、溶接トーチの電極を被溶接物に非接触で初期アークを発生させる方式である。
【０００３】
一方、タッチスタート方式は、溶接トーチの電極と被溶接物との間に無負荷電圧を印加した状態で溶接トーチの電極を被溶接物に一旦接触（タッチ）させてから引き離し、初期アークを発生させる方式である。タッチスタートによるアークスタート方法については、例えば特許文献１〜３等にて開示がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５３−９５１５５号公報
【特許文献２】特開昭５５−５４２７１号公報
【特許文献３】特開２０００−１７６６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、タッチスタート方式では、高電圧、高周波を用いる高周波スタート方式に対して回路素子の耐圧、電磁ノイズの影響は小さい反面、溶接トーチの電極を被溶接物に接触させる必要がある。
【０００６】
そして、溶接ロボットとアーク溶接機とが連携してアーク溶接を行う溶接システムにおいては、溶接トーチを支持する溶接ロボットの可動アーム（マニピュレータ）にて溶接トーチの電極を接触させる動作を行わせるが、この場合、溶接トーチの電極を被溶接物表面に対して垂直姿勢を維持しつつ次第に近接させて接触を図る動作が一般的である。
【０００７】
一方で、溶接トーチの電極先端は一般的に先細状に研磨されており、アーク発生点の安定化、つまりアークの安定化が図られている。しかしながら、非消耗電極とはいっても、アークによる電極先端は若干消耗していき、次第に鋭利ではなくなっていく。これに加え、アークスタートの度に被溶接物表面に対して溶接トーチの電極を垂直に接触させる動作が繰り返されることで、電極先端の頂部がその接触動作時の押圧力にて押し潰されて変形し、電極先端の頂部の非鋭利化がより一層進行する。結果、早期に電極先端でのアーク発生点が様々移動するようになり、アークスタート性の悪化、溶接中のアークが不安定となるといったことが早期に発生することが懸念されている。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アークスタート時の被溶接物との接触による溶接トーチの電極先端の非鋭利化への進行を抑制し、アークの発生状態を長期に亘って良好に維持することができるアークスタート方法、及びそのアークスタート方法を用いる溶接システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するアークスタート方法は、溶接ロボット及び非消耗電極式アーク溶接機を備え、前記溶接ロボットの可動アームにて前記溶接機の溶接トーチを支持し、該溶接トーチの電極先端と被溶接物との間にアークを発生させ、前記可動アームによる前記溶接トーチの動作を伴う前記被溶接物の一連のアーク溶接を行う溶接システムにおいて、前記溶接トーチの電極先端にて初期アークを発生させるアークスタート方法であって、前記溶接機に備えられる溶接電源を制御して前記溶接トーチの電極に所定電圧印加を行うとともに、前記溶接ロボットの可動アームの動作を制御して前記溶接トーチの電極を前記被溶接物に一旦接触させてから引き離して初期アークを発生させるタッチスタート方式が用いられ、前記溶接トーチの電極の先端部は先細形状をなすものであり、その先端部を前記被溶接物の表面に対して接触させる際、前記電極を前記被溶接物の表面に対して傾斜させて前記電極の先端部の頂部を接触させるべく、前記溶接ロボットの可動アームの動作制御を行うものである。
【００１０】
この構成によれば、タッチスタート方式のアークスタートにおいて、電極の先端部を被溶接物の表面に対して接触させる際、電極を被溶接物の表面に対して傾斜させて電極の先端部の頂部が接触する動作が行われる。これにより、接触動作時の押圧力のうち、電極の先端部の頂部を押し潰す方向（軸線方向）の力としてはその分力となるため、アークスタートを繰り返す過程での電極の先端部の頂部を押し潰す変形（非鋭利化への進行）は抑制され、アークの発生状態を長期に亘って良好に維持することが可能となる。
【００１１】
また上記のアークスタート方法において、前記電極は、その先端部の頂部の角度が鋭角に設定されるのが好ましい。
この構成によれば、電極の先端部の頂部の角度が鋭角に設定される場合、電極の先端部の頂部を押し潰す変形が生じ易い状況となるため、このような電極を用いる溶接システムへの適用は効果大である。
【００１２】
また上記のアークスタート方法において、前記電極を前記被溶接物から引き離す際、前記電極への印加電流を次第に増加させるように制御するのが好ましい。
この構成によれば、電極を被溶接物から引き離す際、電極への印加電流が次第に増加される。換言すれば、電極への印加電流を被溶接物との接触時には低く、離間するに伴い増大させることで、電極への負担を軽減しつつ、発生したアークの維持を図ることが可能となる。
【００１３】
また上記のアークスタート方法において、前記溶接トーチの近傍にフィラーワイヤが供給動作可能に支持され、支持されるそのフィラーワイヤと前記溶接トーチとが一体的に動作するものであり、前記溶接トーチの電極の傾斜の際、前記フィラーワイヤが前記被溶接物から離間する方向に前記溶接トーチの傾斜動作が行われるのが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、溶接トーチと一体的に動作するフィラーワイヤが被溶接物から離間する方向となるように溶接トーチの傾斜動作が行われるため、傾斜動作時のフィラーワイヤの被溶接物に対する接触を特段考慮しなくて済む。
【００１５】
上記課題を解決する溶接システムとしては、上記のアークスタート方法が用いられて構成される。
この構成によれば、タッチスタート方式のアークスタートを繰り返す過程での溶接トーチの電極先端の非鋭利化への進行を抑制でき、アークの発生状態を長期に亘って良好に維持する溶接システムの提供が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のアークスタート方法、及びそのアークスタート方法を用いる溶接システムによれば、アークスタート時の被溶接物との接触による溶接トーチの電極先端の非鋭利化への進行を抑制でき、アークの発生状態を長期に亘って良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態における溶接システムの概略構成図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は実施形態におけるアークスタート動作の説明図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は比較例におけるアークスタート動作の説明図である。
【図４】実施形態における電極支持態様を説明するための概略構成図である。
【図５】別例におけるアークスタート動作の説明図である。
【図６】別例におけるアークスタート動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、アークスタート方法及び溶接システムの一実施形態について説明する。
図１に示すように、溶接システム１０は、溶接機１１と溶接ロボット２１とが連携動作するように構成されたシステムである。
【００１９】
溶接機１１は、非消耗電極式アーク溶接機の一つであるＴＩＧ溶接機である。溶接機１１は、商用電源等からアーク溶接用の電力を生成する溶接電源１２を備え、溶接電源１２のプラス側出力端子に被溶接物Ｍが接続され、溶接電源１２のマイナス側出力端子に溶接トーチ１３が接続される。そして、溶接電源１２での生成電力の供給に基づいて、溶接トーチ１３にて支持される電極１４の先端にてアークが生じ、被溶接物Ｍのアーク溶接が可能となる。このような溶接電源１２には制御装置１５が備えられており、制御装置１５は、その時々でアークが適切となるような電力制御や初期アークを生じさせるアークスタート制御等、各種制御を行っている。また、制御装置１５は、溶接ロボット２１の制御装置２５との連携制御が可能に構成されている。
【００２０】
溶接ロボット２１は可動アーム（マニピュレータ）２２を備えており、可動アーム２２の先端部に溶接機１１の溶接トーチ１３が支持される。溶接ロボット２１は、付随する制御装置２５による動作制御に基づいて可動アーム２２を動作させ、溶接トーチ１３（電極１４）の移動・姿勢も含む所定動作を行う。また、溶接電源１２の制御装置１５との連携制御が可能に構成されており、可動アーム２２の動作に応じた溶接電源１２の電気的な制御が連動して行われるようになっている。
【００２１】
次に、本実施形態の溶接システム１０の動作（作用）を説明する。
溶接システム１０では、被溶接物Ｍに対する溶接を実施する際、使用者が被溶接物Ｍに対する溶接ロボット２１及び溶接機１１（溶接電源１２）の両者の一連の溶接動作をティーチペンダントＴＰにて教示し、その教示プログラムが溶接ロボット２１側の制御装置２５に格納される。
【００２２】
そして、溶接開始指令に基づいて、溶接ロボット２１側の制御装置２５は、溶接電源１２側の制御装置１５と連携を図りながら教示プログラムを実行し、溶接ロボット２１の可動アーム２２の機械的な動作と溶接電源１２の電気的な動作との連携動作にて、被溶接物Ｍの一連の溶接が行われる。
【００２３】
また、上記の一連の溶接動作には、タッチスタート方式のアークスタート動作が含まれる。図２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態のアークスタート動作において、先ず、溶接トーチ１３の電極１４が被溶接物Ｍに対して所定離間位置Ｐ１まで近接する。次いで、電極１４と被溶接物Ｍとの間に無負荷電圧が印加され、溶接トーチ１３の電極１４の先端部１４ａが被溶接物Ｍの表面Ｍａに接触する接触位置Ｐ０まで近接動作する。本実施形態では、先の所定離間位置Ｐ１においては、溶接トーチ１３の電極１４の中心軸線Ｌ１が被溶接物Ｍの表面Ｍａに対して垂直となるように溶接トーチ１３の姿勢が設定され、そこから溶接トーチ１３の電極１４の近接動作に伴って、電極１４が所定角度α°傾けられて被溶接物Ｍの表面Ｍａとの接触が図られる。
【００２４】
ここで、溶接トーチ１３の電極１４の先端部１４ａは、先細状（円錐状）に加工され、本実施形態ではその角度β°が例えば３０°（電極１４の中心軸線Ｌ１に対しては１５°）のより鋭角な形状に加工されたものが用いられる。そして、電極１４の接触時には、例えば電極１４の先端部１４ａの斜面１４ｂと被溶接物Ｍの表面Ｍａとのなす角度の半分程度（（９０°−１５°）／２＝３７．５°程度）の傾き角度α°が設定される。つまり、電極１４の軸線Ｌ１が被溶接物Ｍの表面Ｍａに対してその角度α°で傾き、電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃにて被溶接物Ｍとの接触が図られる。
【００２５】
これにより、溶接トーチ１３の電極１４の先端部１４ａではその頂部１４ｃが被溶接物Ｍの表面Ｍａに当接するものの、可動アーム２２の接触動作により生じる押圧力のうち、電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃを押し潰す方向（軸線Ｌ１方向）に作用する力はその押圧力の分力である。そのため、接触動作時において、電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃを押し潰すような変形が抑制される。
【００２６】
これに対し、図３（ａ）（ｂ）に示す比較例でのアークスタート動作では、電極１４の被溶接物Ｍとの接触の際、電極１４を被溶接物Ｍの表面Ｍａに対して垂直な状態を保ったまま、単に同方向に沿って近接させてその接触が図られるものである。
【００２７】
このような比較例の動作では、接触動作時の押圧力の全てが電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃを押し潰す方向に作用するため、アークスタートを繰り返す過程で、その頂部１４ｃの非鋭利化への進行が早まる。結果、早期に電極１４の先端部１４ａ（頂部１４ｃ）でのアーク発生点が様々移動するようになり、アークの発生状態が早期に悪化する虞がある。また特に、先端部１４ａの頂部１４ｃの角度β°が例えば３０°に設定されたより鋭角な先端形状、換言すれば頂部１４ｃの押し潰し変形が生じ易い形状の電極１４を用いる場合では、比較例のようなアークスタート動作を行うと、頂部１４ｃの非鋭利化への進行がより早く、アークの発生状態がより早期に悪化し易い。
【００２８】
従って、図２（ａ）（ｂ）に示す本実施形態のように電極１４を被溶接物Ｍの表面Ｍａに対して所定角度α°傾けて接触させるようにすれば、接触時の押圧力による電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃの押し潰し変形が生じ難くなるため、頂部１４ｃの非鋭利化への進行が遅く、アークスタート性、溶接中のアークの安定性等、アークの発生状態を長期に亘って良好に維持することが可能である。特に、鋭角な先端形状をなす電極１４を用いる程、その効果は大である。
【００２９】
また図４に示すように、溶接トーチ１３に対する電極１４の支持態様として、一般に電極１４の軸線Ｌ１と交差する方向に弾性力を以て支持がなされている。これは、可動アーム２２の動作に伴い電極１４の横方向（軸交差方向）に力が作用した場合に、被溶接物Ｍやその他の部材に不用意に衝突したことを検出するショックセンサーが組み込まれているためである。またこのショックセンサーは、電極１４の軸方向の力に対しては働かない構造である。つまり、電極１４は、軸方向には弾性力を有していない支持態様となっている。
【００３０】
このような電極１４の支持態様を考えると、図３に示す比較例では電極１４の接触時における先端部１４ａの頂部１４ｃの押し潰し変形がより生じ易いが、図２に示す本実施形態のように電極１４を傾けて接触させるようにすれば、接触時の反力がショックセンサーでの弾性力にて吸収され、頂部１４ｃの押し潰し変形がより生じ難い状況である。このような電極１４の支持態様であれば、本実施形態の有効性はより大きくなる。
【００３１】
そして、上記接触動作後、溶接トーチ１３の電極１４を接触位置Ｐ０から所定離間位置Ｐ１まで離間させることで、電極１４に印加されている無負荷電圧に基づき主として頂部１４ｃから初期アークが発生する。その後、上記のようなアークスタート動作を行わせたアークスタート制御から通常のアーク制御に切り替り、可動アーム２２による溶接トーチ１３の動作を伴う被溶接物Ｍの一連のアーク溶接が行われる。
【００３２】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）タッチスタート方式のアークスタートを行う溶接システム１０において、溶接トーチ１３の電極１４の先端部１４ａを被溶接物Ｍの表面Ｍａに対して接触させる際、電極１４を被溶接物Ｍの表面Ｍａに対して傾斜（角度α°）させて電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃが接触する動作が行われる。これにより、接触動作時の押圧力のうち、電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃを押し潰す方向（軸線Ｌ１方向）の力としてはその分力となるため、アークスタートを繰り返す過程での電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃを押し潰す変形（非鋭利化への進行）を抑制でき、アークの発生状態を長期に亘って良好に維持することができる。
【００３３】
（２）電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃの角度β°が鋭角に設定される程、電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃを押し潰す変形が生じ易い状況となるため、このような電極１４を用いる本実施形態のような溶接システム１０への適用は効果大である。
【００３４】
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・図５は、フィラーワイヤ１６を用いる溶接システム１０である。フィラーワイヤ１６は溶接トーチ１３の近傍（電極１４の先端部１４ａの近傍）にて供給動作可能に支持され、支持されるフィラーワイヤ１６と溶接トーチ１３とが一体的に動作する。溶接トーチ１３の電極１４の傾斜の際には、フィラーワイヤ１６が被溶接物Ｍから離間する方向に溶接トーチ１３の傾斜動作が行われるように構成される。つまり、溶接トーチ１３と一体的に動作するフィラーワイヤ１６が被溶接物Ｍから離間する方向となるように溶接トーチ１３の傾斜動作が行われることから、傾斜動作時のフィラーワイヤ１６の被溶接物Ｍに対する接触を特段考慮しなくて済む。
【００３５】
・図６に示すように、電極１４を被溶接物Ｍから引き離す、即ち接触位置Ｐ０から所定離間位置Ｐ１まで移動させる際、電極１４への印加電流Ｉを次第に増加させるように溶接電源１２の制御を行ってもよい。換言すれば、電極１４への印加電流Ｉを被溶接物Ｍとの接触時には低く、離間するに伴い増大させることで、電極１４への負担を軽減しつつ、発生したアークの維持を図ることができる。
【００３６】
・電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃの角度β°は３０°以外、例えば６０°や１２０°等、その他の角度に設定された先細形状の電極１４を用いてもよい。この場合、頂部１４ｃの角度β°が鈍角よりも９０°未満の鋭角、鋭角の中でも４５°未満のより鋭利となる程、得られる効果は大きい。
【００３７】
・電極１４の接触時において、上記実施形態では電極１４の先端部１４ａの斜面１４ｂと被溶接物Ｍの表面Ｍａとのなす角度の半分となるように電極１４の傾斜角度α°を設定したが、これに限らない。電極１４の先端部１４ａの頂部１４ｃが被溶接物Ｍと接触する角度範囲であれば、適宜変更してもよい。
【００３８】
・電極１４の被溶接物Ｍとの接触の際、十分に接触したとみなす一定時間以上の接触時間を設定してもよい。このようにすれば、その後の電極１４の引き離し時において、初期アークの確実な発生が期待できる。
【００３９】
・電極１４の使用状況（電極１４の消耗度に相関のある例えばアークスタート回数等）に応じて、電極１４の傾斜角度α°を変化させてもよい。このようにすれば、その時々の電極１４の接触状態をその消耗度に応じた適切な状態とすることが期待できる。
【００４０】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）  前記電極の前記被溶接物との接触の際、一定時間以上の接触時間が設定されていることを特徴とするアークスタート方法。
【００４１】
（ロ）  前記電極の使用状況に応じて、前記電極の傾斜角度を変化させることを特徴とするアークスタート方法。
【符号の説明】
【００４２】
１０    溶接システム
１１    溶接機
１２    溶接電源
１３    溶接トーチ
１４    電極
１４ａ  先端部
１４ｃ  頂部
１６    フィラーワイヤ
２１    溶接ロボット
２２    可動アーム
Ｉ      印加電流
Ｍ      被溶接物
Ｍａ    表面
【図１】
2014113607.tif 000003
【図２】
2014113607.tif 000004
【図３】
2014113607.tif 000005
【図４】
2014113607.tif 000006
【図５】
2014113607.tif 000007
【図６】
2014113607.tif 000008