(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチ側に配置されて、定速度制御がなされるプルモータと、
ワイヤリール側に配置されたプッシュモータと、
前記プルモータとプッシュモータ間にワイヤを案内するコンジットと、
ワイヤの案内経路を伸縮する伸縮器と、
その伸縮器の伸縮状態を検出する検出手段とを備え、
その検出手段からの信号に基づいて常に一定の伸縮器長となるように前記プッシュモータの回転を制御するように構成された溶接用ワイヤ送給制御装置において、
独立して定速度制御される前記プルモータの駆動電流を検出して、そのプルモータと母材間のワイヤ送給抵抗を検知する送給抵抗検知手段を備えたことを特徴とする溶接用ワイヤ送給制御装置。
【請求項２】
請求項１記載において、ワイヤ送給用プルモータと母材間におけるワイヤ送給抵抗を一定とするためにワイヤ加熱電力を調整するように構成したことを特徴とする溶接用ワイヤ送給制御装置。
【請求項３】
請求項２記載において、ワイヤが母材と接触しているか分離しているかを検知する検知手段を備え、ワイヤが母材と接触している時のプルモータと母材間のワイヤ送給抵抗が、ワイヤが母材と分離している時のプルモータと母材間のワイヤ送給抵抗に近づくようにワイヤ加熱電力を制御するように構成したことを特徴とする溶接用ワイヤ送給制御装置。
【請求項４】
ホットワイヤＴＩＧ溶接用のワイヤが母材と接触しているか分離しているかを検知する接触検知手段を備え、
その接触検知手段によってワイヤが母材から分離していることが検知されたときのプルモータと母材間のワイヤ送給抵抗をプルモータ電流で検出して、チップ詰まりを未然に検知するように構成したことを特徴とする溶接用ワイヤ送給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶接用ワイヤ送給制御装置に係り、特にコールドあるいはホットワイヤ添加のＴＩＧ溶接におけるワイヤ加熱状態の制御、および消耗電極アーク溶接などにおけるチップ詰まりを未然に検知する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に、ホットワイヤＴＩＧ溶接法として従来から一般的に用いられている溶接装置の構成を示す。
【０００３】
ＴＩＧ溶接トーチ１の中のタングステン電極２と母材３に直流溶接用のアーク電源４を接続し、アルゴン・シールドガス中でタングステン電極２を負極としてアーク５を形成する。溶接用の添加ワイヤ６はワイヤ送給装置７からコンジット８、およびそれと連結されたワイヤトーチ９を通ってアーク形成部に導かれて母材３と接触させる。ワイヤトーチ９はＴＩＧ溶接トーチ１と連結部材１０によって機械的に結合されていて一体になって動く。
【０００４】
ワイヤトーチ９の先端部に配置されたコンタクトチップ１１と母材３間にワイヤ加熱電源１２を接続し、直流または交流電流をワイヤ６に流してジュール発熱させ、それによりワイヤ６の溶融速度を高めている。なお、ワイヤ６に通電加熱しないコールドワイヤＴＩＧ溶接の場合には、図２でワイヤ加熱電源１２を除外した構成になる。
【０００５】
このホットワイヤＴＩＧ溶接では添加するワイヤ送給速度に応じて加熱電力を調整することが必要で、加熱電力が不足気味の時には、ワイヤ６が溶融池から押し出てきたり、母材３に突き当たってワイヤトーチ９およびそれと連結されたＴＩＧ溶接トーチ１を持ち上げ、その結果、アーク長を非常に長くしてしまうので溶接が続行できなくなる。逆に加熱電力が過大の時には、ワイヤ６が頻繁に過熱溶断し、スパッタを発生してタングステン電極２に付着したり、ワイヤ６の先端とタングステン電極２間にアークを形成したりして溶接状態を不安定にする。
【０００６】
そこで通常は、ワイヤ６が適正溶融状態、即ちワイヤ先端が溶融ないし溶融直前の状態になっていてかつ常に母材３と接触している状態になるよう、作業者が溶接部を監視しながら加熱電流を手動で調整することによって結果的に加熱電力を調整している。
【０００７】
加熱電力調整については、本発明者らは特公平５−７５５１２号公報に記載されているように、ワイヤ電圧から溶断の発生を検知し、溶断発生時には多少ワイヤ加熱電力を下げ、そこから徐々に加熱電力を増加して再び溶断を発生させることを繰り返すことにより、適正溶融状態に近い状態に自動的にワイヤ加熱電力を保つ制御方法を提案した。
【０００８】
溶断の発生はなるべく少ないことが好ましいが、この方法では２〜３秒に１回程度の頻度ではあるが溶断を発生させる必要があり、多少のスパッタ発生は避けられなかった。
【０００９】
また、モータからチップに至る添加ワイヤの送給経路を溶接中に伸縮する装置として、本発明者らはプッシュプルワイヤ送給装置を提案した（特願平６−４１１７０号：特開平７−２４６４７０号）
【００１０】
図３はその構成を示す説明図で、多関節溶接ロボット１３の先端アーム１４などに取り付けたＧＭＡ溶接トーチ１５に組み込まれたプルモータ１６により駆動されるプルローラ１７へのワイヤ導入部に、ワイヤ送給経路の伸縮に応じて伸縮する伸縮器１８を設け、その伸縮量に応じて中間アーム１９を載せたプッシュモータ２０によるワイヤ送給速度を制御することを特徴としている。
【００１１】
なお、２１はプッシュモータ２０と伸縮器１８間を結ぶコンジットで、２２はプルモータ１６とプッシュモータ２０用の制御装置、２３はワイヤリール２４とプッシュモータ２０間のワイヤを案内するコンジット、２５はスタンド、２６はワイヤである。
【００１２】
図４はその伸縮器１８の詳細を説明するもので、１７はプルモータに取り付けられたプル送給ローラ、２７，２８，２９は伸縮器１８の中に設けられたリミットスイッチ、３０は圧縮バネ、３１はリニアシャフト、３２はスライダ、
３３は外筒、３４はストッパ、２１はコンジット、２６は溶接ワイヤである。
【００１３】
圧縮バネ３０の伸縮に対応してスライダ３２がリニアシャフト３１に沿って動き、その状態によりリミットスイッチ２７，２８，２９がオン／オフされる。スライダ３２は、圧縮バネ３０が伸びきった状態よりもさらに離れないように、ストッパ３４によりその動きに制限を設けてある。
【００１４】
この状態でプルモータ１７およびプッシュモータ２０を定速度でワイヤ送給すると、両モータから送り出されるワイヤ速度の差および途中のコンジット２１内でのワイヤ経路の変化などの結果として伸縮器１８が伸縮する。
【００１５】
伸縮器１８の伸縮の状況をリミットスイッチ２７，２８，２９の変化から知り、常に中央のリミットスイッチ２８近くにスライダ３２の先端が来るように、プッシュモータ２０の速度を制御している。
【００１６】
これにより、溶接ロボット１３のアームが急激な動きをして、コンジット２１が大きく撓むなどしてコンジット２１内のワイヤ経路が急激に変化しても、伸縮器１８でその変化量を一時的に吸収し、その後にプッシュモータ２０の速度を変化して基準の伸縮状態に戻す。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平７−２４６４７０号公報にて提案した技術においては、プルモータで定速供給することのみに着眼しており、プルモータから母材側の状態についての配慮がはされていなかった。すなわち、ワイヤの突っ張りによるトーチの持ち上げや過熱溶断によるスパッタ発生を防止するために、常時、溶接作業者がワイヤの溶接状況を監視しながらワイヤ送給速度や加熱電流を調節しなければならないという難点を有している。
【００１８】
また、前述した溶断現象を利用した従来の自動制御方法では、まだスパッタが発生することがあり、タングステン電極にスパッタが蓄積するので、長時間連続運転することが難しいという問題がある。
【００１９】
さらに、前述のＧＭＡ溶接においては、通電チップは長時間使用するとチップ孔の磨耗が進行して接触不良を起こしてアーク切れを起こす。このため、殊に溶接ロボットに搭載したＧＭＡ溶接では、時間を決めてアーク切れを起こす前に交換することがしばしば行われている。
【００２０】
しかし、同時に銅メッキワイヤのメッキ屑など異物が通電チップ孔に溜まって、溶接中にワイヤ詰まりを起こすようなことがしばしば発生する。このワイヤ詰まりは発生時期が定まらないこと、それを事前に検知する実用的な方法はまだ実現されていないため、突然アークが中断して製品に溶接欠陥を発生したりするので、溶接ロボットを用いた連続無人運転を実現する上で大きな支障となっている。
【００２１】
本発明はこのような背景に基づいてなされたものであり、その目的は、ＴＩＧ溶接においてスパッタの発生頻度をより少なくして適正なワイヤ溶融状態に保つように、ワイヤ加熱電流やワイヤ送給速度などの自動調整を行うことができる溶接用ワイヤ送給制御装置を提供することにある。
【００２２】
また、他の目的は、ＧＭＡ溶接においてチップ詰まり発生前にチップ交換が行える、チップ詰まりの進行状態検出器つきの溶接用ワイヤ送給制御装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の本発明は、
溶接トーチ側に配置されて定速度制御がなされるプルモータと、ワイヤリール側に配置されたプッシュモータと、前記プルモータとプッシュモータ間にワイヤを案内するコンジットと、ワイヤの案内経路を伸縮する伸縮器と、その伸縮器の伸縮状態を検出する検出手段とを備え、
その検出手段からの信号に基づいて常に一定の伸縮器長となるように前記プッシュモータの回転を制御するように構成された溶接用ワイヤ送給制御装置を対象とするものである。
【００２４】
そして独立して定速度制御される前記プルモータの駆動電流を検出して、そのプルモータと母材間のワイヤ送給抵抗を検知する送給抵抗検知手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
前記目的を達成するため、第２の本発明は、
ホットワイヤＴＩＧ溶接用のワイヤが母材と接触しているか分離しているかを検知する接触検知手段を備え、
その接触検知手段によってワイヤが母材から分離していることが検知されたときのプルモータと母材間のワイヤ送給抵抗をプルモータ電流で検出して、チップ詰まりを未然に検知するように構成したことを特徴とするものである。
【００２７】
【作用】
前記第１の本発明は前述のように、プルモータとプッシュモータの間にワイヤ送給経路伸縮器を配置し、その伸縮状態が一定になるようプッシュモータでフィードバック制御し、かつプルモータをトーチの近傍において定速度でワイヤ送給する場合には、プルモータは、伸縮器が発生する一定の力と、ワイヤ送給用プルローラを無負荷で回転する一定の力、およびそこから母材に至る間にワイヤが外部から受ける力を加算した力を発生することになる。
【００２８】
この場合、通電したワイヤをガイドするチップを通過する際に受ける摩擦力とワイヤが母材に接触して母材から受ける反力とで構成される力の変動は、結果としてプルモータのモータ電流の変動として検出される。
【００２９】
従って、ワイヤが母材と接触しているかどうかを電気的に検知し、ワイヤが接触している時のプルモータ電流の変化量、接触していない時のプルモータ電流の変化量から、ワイヤが母材に押し付けられる力やチップ詰まりの進行状況を検知でき、ワイヤ溶融状態の制御やチップ詰まりの未然検知に役立てることができる。
【００３０】
ＴＩＧ溶接においては、ワイヤ溶融が進まず硬いワイヤが母材に当たっている場合には、強い押し付け力を発生する。適正なワイヤ溶融状態の場合には、ワイヤが軟化しているため、接触しても押し付けの反力を発生しない。従って、この母材からの反力を検知できると、ワイヤ送給速度、ワイヤ加熱電力、ワイヤ挿入位置などを変化させて、ワイヤ加熱状態を適正な値に制御できる。
【００３１】
また第２の本発明により、チップ詰まりの発生を未然にかつ確実に検知でき、チップ詰まり発生前の適当時期にチップ交換できるから、溶接中にチップ詰まりを発生して不良製品を生じることがなくなり、ロボット溶接ラインなどでの連続無人運転が可能となる。
【００３２】
【実施例】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例に係るＴＩＧ溶接装置用のプッシュプルワイヤ送給制御装置の構成図である。
【００３３】
ＴＩＧアーク電源４、ワイヤ加熱電源１２、ＴＩＧ溶接トーチ１の他、ＴＩＧ溶接トーチ１から離れた所にワイヤ送給用プッシュモータ２０を内蔵したワイヤ送給装置７を置き、プルモータ１６を組み込んだワイヤトーチ９側へワイヤ６を案内するコンジット８のワイヤトーチ側端部とプルモータ１６との間にワイヤ６の案内経路を伸縮する伸縮器１８を配置し、これらの機器によってホットワイヤＴＩＧ溶接を行う。
【００３４】
伸縮器１８は従来技術で説明した図４と同じ構造のものを用いたので、その詳細説明は省略する。３５はワイヤ送給制御とワイヤ加熱電流制御信号を形成するワイヤ関連制御装置である。３６は伸縮状態検出回路で、伸縮器１８のリミットスイッチ２７，２８，２９（図４参照）のＨ（ハイ）、Ｌ（ロウ）信号を受け、プッシュモータ２０の制御回路３７に増速、減速を指令する。
【００３５】
３８は作業者の指令に従ってプルモータ１６を定速度制御するプルモータ制御回路、３９はプルモータ電流を検出して制御する回路で、プルモータ電流の状態によってワイヤ加熱電流の増加、減少を指示する制御信号をワイヤ加熱電流制御回路４０に出力する。
【００３６】
なお、ワイヤ加熱電流制御回路４０は、プルモータ制御回路３８からワイヤ速度信号を受け、ワイヤ速度に対応した出力電流を初期電流として出力し、その後はプルモータ電流に対応して電流を増減する。４１はワイヤ加熱電源１２に組み込まれたタッチ検出回路で、前記特公平５−７５５１１号公報に記載したものであり、ワイヤ６が母材３と接触しているか分離しているかをＨ，Ｌ信号でプルモータ電流検出制御回路３９に出力するものである。
【００３７】
次に本実施例の装置の動作について説明する。ワイヤ送給自体は伸縮器１８を利用し、先に説明した特願平６−４１１７０号の方法で行われている。従って、伸縮器１８は基本的には中央のリミットスイッチ２８（図４参照）がオン、オフする程度の長さに縮んでいる。
【００３８】
さて、ＴＩＧアーク５を発生して溶融池にワイヤ６を送給する時、初めワイヤ送給速度に概略対応したワイヤ加熱電流をワイヤ加熱電源１２から供給するようにしている。もし、そのワイヤ加熱電流が不足気味であれば、ワイヤ溶融の進行よりワイヤ送給速度が速くなるので、ワイヤ先端は母材３に突き当たり、プルモータ１６に押し付け力が反力として働く。プルモータ１６は定速送給しようとして、より高いトルクを発生させるためモータ電流が増加する。
【００３９】
逆に、ワイヤ加熱電流が過大の時は、ワイヤ６は過熱して溶断し、ワイヤ先端は母材３から分離する。このワイヤ先端の分離信号をタッチ検出回路４１で検出し、ワイヤ加熱電流を減少するようにワイヤ加熱電源１２に制御信号を出力する。併せて、この時のプルモータ電流をプルモータ電流検出回路３９で測定し、ワイヤ電流増加をさせない基準状態として記憶しておく。そしてプルモータ電流がこの値になるべく近づき、かつワイヤ加熱電流を出来るだけ低い値に保つようにワイヤ加熱電流を制御する。
【００４０】
このようにすると、プルモータ出口からチップ出口までのワイヤ送給抵抗と伸縮器１８からの負荷を加算した負荷がプルモータ電流に反映され、常にそれら負荷を差し引いた形のプルモータ電流、即ちワイヤ６が母材３に当たって生じるモータへの反力を検出して、ワイヤ加熱電流を制御することになっている。
【００４１】
この第１実施例において、チップが新しくて未だ詰まりが発生していない時に、ワイヤ６が母材３から離れている時のプルモータ電流を測定して新チップ状態の基準値として記憶しておくと、その後のワイヤ６が母材３から離れている時のプルモータ電流増加はチップ詰まりによるものと判断される。従って、このプルモータ電流変化から、ＴＩＧ溶接におけるチップ詰まりの発生を未然に検知することができる。
【００４２】
また、この第１実施例においては、タッチ検出回路４１を用いてワイヤ６が母材３に突き当たる反力を検出して、ワイヤ加熱電力を制御する場合について説明した。しかし、チップ詰まりなどによるワイヤ送給抵抗が少ない場合には、単にプルモータ電流が一定になるようにワイヤ加熱電力を制御することによっても、同様な制御が行える。
【００４３】
（第２実施例）
次に、本発明の方法を消耗電極アーク溶接に適用した場合について説明する。実際には、図３の従来装置とほぼ同じ構成をとっており、そのモータ制御装置２２の中に、前記図１のワイヤ送給制御装置３５内のプルモータ電流検出回路
３９を追加したに過ぎないので、図面は省略した。
【００４４】
ＧＭＡ溶接の場合にはワイヤ先端でアークが発生している。アークスタートの時を除いてはワイヤ先端は瞬間的に母材と接触（短絡）することもあるが、母材に突き当たって反力を発生するような状態にまでは至らず、殆どが空間に浮かんでいる状態といえる。
【００４５】
従って、チップが新しい状態の時のプルモータ電流を測定して記憶しておき、使用中のプルモータ電流の経時的変化から、チップ詰まりの発生を未然に検知することが容易にできた。
【００４６】
第１、第２実施例によれば、ＴＩＧ溶接においては、スパッタ発生が極めて少ない状態でワイヤ６の適正加熱電力を自動的に保てるので、溶接中に作業者が加熱電力調整のために常時監視することは不要となり、無人化・省人化溶接の実現に大きく寄与する。
【００４７】
また、半自動ＴＩＧ溶接に運用すると、ワイヤ６が母材３に突き当たってトーチを母材３から引き離して溶接できなくなる事態が発生せず、半自動ＴＩＧ溶接が容易に行えるようになった。
【００４８】
即ち、通常の半自動ＴＩＧ溶接トーチでは、ワイヤ送給速度調整の難しさから生じるワイヤ突っ張りをなるべく少なくする意味もあって、ワイヤ６はなるべく母材表面に沿うような形でアーク下の溶融池に向けて送給されている。
【００４９】
このため、アーク長が少し長くなったり短くなったりすると、ワイヤ先端が母材３に接する位置が大きくずれ、溶融池から外れたりして溶接困難になる問題が生じてきて、結局ホットワイヤでもコールドワイヤでも、ＴＩＧ溶接の半自動ＴＩＧ溶接が実用されることは殆どなかった。
【００５０】
一方、本発明者らになる特開平３−２９７５７４号公報による、ワイヤをシールドノズルの内側からタングステン電極に沿ってほぼ並行に挿入する方法はロボット溶接では実用されているが、半自動ＴＩＧ溶接では、アーク長が不安定でワイヤ溶融速度が変化しやすいので、益々ワイヤが母材に突き当たってトーチを持ち上げやすくなるのでこれまで採用できなかった。
【００５１】
しかし、本発明によってワイヤ突っ張りがなくなったので、ワイヤをシールドノズル内側から送給できる、より小型のトーチで半自動ＴＩＧ溶接ができるようになった。
【００５２】
ＧＭＡ溶接に本発明を適用すると、チップの詰まり発生を未然に検知し、チップ詰まり発生前の適当時期にチップ交換できるようになったので、溶接中にチップ詰まりを発生して不良製品を生じることが避けられ、ロボット溶接ラインなどでの連続無人運転が可能である。
【００５３】
【発明の効果】
前記第１の本発明は前述のような構成になっており、ワイヤが母材に押し付けられる力が検知でき、それに基づいてワイヤ送給速度、ワイヤ加熱電力、ワイヤ挿入位置などを変化させて、ワイヤ加熱状態を適正な値に制御できる。また、チップ詰まりの進行状況を検知でき、チップ詰まりの未然検知に役立つ。
【００５４】
また第２の本発明により、チップ詰まりの発生を未然にかつ確実に検知でき、チップ詰まり発生前の適当時期にチップ交換できるから、溶接中にチップ詰まりを発生して不良製品を生じることがなくなり、ロボット溶接ラインなどでの連続無人運転が可能となるなどの特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るホットワイヤＴＩＧ溶接装置の一例を示す構成図である。
【図２】従来例に係るホットワイヤＴＩＧ溶接装置の構成図である。
【図３】本発明の先願に係るプッシュプルワイヤ送給装置の構成図である。
【図４】その伸縮器の構成図である。
【符号の説明】
１  ＴＩＧトーチ
２  タングステン電極
３  母材
４  アーク電源
５  アーク
６  ワイヤ
７  ワイヤ送給装置
８  コンジット
９  ワイヤトーチ
１０  連結部材
１１  コンタクトチップ
１２  加熱電源
１６  プルモータ
１８  伸縮器
２０  プッシュモータ
２２  モータ制御装置
３５  ワイヤ関連制御装置
３６  伸縮状態検出回路
３７  プッシュモータ制御回路
３８  プルモータ制御回路
３９  プルモータ電流検出回路
４０  ワイヤ加熱電流制御回路
４１  タッチ検出回路
【図１】
0003600309.tif 000002
【図２】
0003600309.tif 000003
【図３】
0003600309.tif 000004
【図４】
0003600309.tif 000005