(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、
溶接出力を制御するスイッチング部と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
前記溶接電圧検出部の出力および／または前記溶接電流検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡アーク検出部と、
前記短絡状態であるときの溶接出力制御信号を出力する短絡制御部と、
前記アーク状態であるときの溶接出力制御信号を出力するアーク制御部と、
前記短絡制御部または前記アーク制御部からの信号に基づいて前記スイッチング部を制御する駆動部と、
前記溶接電圧検出部が検出した溶接電圧および／または前記溶接電流検出部が検出した溶接電流に基づいて短絡期間またはアーク期間における溶接不具合を検出する溶接不具合検出部と、
前記溶接不具合と前記溶接不具合を解決するための解決方法とを対応付けて記憶している溶接不具合解決データ格納部と、
前記溶接不具合の内容と前記解決方法を表示するための表示部とを備え、
前記短絡期間および／または前記アーク期間の溶接電流または溶接電圧をリアルタイムに監視し、溶接中の溶接電流および／または溶接電圧に基づいて特定される溶接不具合の発生前の予兆を検出し、前記予兆を検出すると前記溶接不具合の予兆の内容を表示すると共に前記溶接不具合の解決方法を表示するものであって、短絡溶接による溶接開始時から溶接終了の全溶接期間において、各短絡周期が溶接中の短絡周期の平均である平均周期に対して所定以上の差が生じた場合には、短絡周期不安定の予兆であると検出し、表示部に短絡周期不安定の予兆であることを表示すると共に、解決方法として、設定されている溶接電圧を高くするまたは設定されている前記短絡期間中の溶接電流の単位時間当りの変化量である短絡電流の傾きを大きくすることを表示するアーク溶接装置。
【請求項２】
消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、
溶接出力を制御するスイッチング部と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
前記溶接電圧検出部の出力および／または前記溶接電流検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡アーク検出部と、
前記短絡状態であるときの溶接出力制御信号を出力する短絡制御部と、
前記アーク状態であるときの溶接出力制御信号を出力するアーク制御部と、
前記短絡制御部または前記アーク制御部からの信号に基づいて前記スイッチング部を制御する駆動部と、
前記溶接電圧検出部が検出した溶接電圧および／または前記溶接電流検出部が検出した溶接電流に基づいて短絡期間またはアーク期間における溶接不具合を検出する溶接不具合検出部と、
前記溶接不具合と前記溶接不具合を解決するための解決方法とを対応付けて記憶している溶接不具合解決データ格納部と、
前記溶接不具合の内容と前記解決方法を表示するための表示部とを備え、
前記短絡期間および／または前記アーク期間の溶接電流または溶接電圧をリアルタイムに監視し、溶接中の溶接電流および／または溶接電圧に基づいて、
短絡溶接による溶接開始時から溶接終了の全溶接期間において、短絡期間が所定時間継続した場合には、ワイヤがはじけ飛びアーク切れが発生する予兆であると検出し、表示部にアーク切れの予兆であることを表示すると共に、解決方法として、設定されている溶接電圧を高くするまたは設定されている前記短絡期間中の溶接電流の単位時間当りの変化量である短絡電流の傾きを大きくすることを表示するものであって、短絡電流の傾きとして、第１の短絡電流増加傾きと、前記第１の短絡電流増加傾きに続く第２の短絡電流増加傾きを有し、さらに、前記第１の短絡電流増加傾きから前記第２の短絡電流増加傾きに変わる時点の電流値である屈曲点を有し、解決方法として、前記第１の短絡電流増加傾きおよび前記第２の短絡電流増加傾きの傾きを大きくすることと、前記屈曲点を大きくすることを表示部に表示するアーク溶接装置。
【請求項３】
短絡電流の傾きとして、第１の短絡電流増加傾きと、前記第１の短絡電流増加傾きに続く第２の短絡電流増加傾きを有し、さらに、前記第１の短絡電流増加傾きから前記第２の短絡電流増加傾きに変わる時点の電流値である屈曲点を有し、解決方法として、前記第１の短絡電流増加傾きおよび前記第２の短絡電流増加傾きの傾きを大きくすることと、前記屈曲点を大きくすることを表示部に表示する請求項１記載のアーク溶接装置。
【請求項４】
溶接不具合検出部が検出した溶接不具合の予兆または溶接不具合の発生の内容と、溶接不具合解決データ格納部に基づいて決定された前記溶接不具合の解決方法とを表示し、溶接条件を解決方法として表示された溶接条件に変更することに、溶接作業者が前記変更の可否を選択するための選択部を操作して合意すると、溶接不具合の解決方法としての溶接条件が、短絡制御部またはアーク制御部に自動的に記憶され、変更された溶接条件に基づいて溶接を行う請求項１または２に記載のアーク溶接装置。
【請求項５】
消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、
溶接出力を制御するスイッチング部と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
前記溶接電圧検出部の出力および／または前記溶接電流検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡アーク検出部と、
前記短絡状態であるときの溶接出力制御信号を出力する短絡制御部と、
前記アーク状態であるときの溶接出力制御信号を出力するアーク制御部と、
前記短絡制御部または前記アーク制御部からの信号に基づいて前記スイッチング部を制御する駆動部と、
前記溶接電圧検出部が検出した溶接電圧および／または前記溶接電流検出部が検出した溶接電流に基づいて短絡期間またはアーク期間における溶接不具合を検出する溶接不具合検出部と、
前記溶接不具合と前記溶接不具合を解決するための解決方法とを対応付けて記憶している溶接不具合解決データ格納部と、
前記溶接不具合の内容と前記解決方法を表示するための表示部とを備え、
前記短絡期間および／または前記アーク期間の溶接電流または溶接電圧をリアルタイムに監視し、溶接中の溶接電流および／または溶接電圧に基づいて、
短絡溶接による溶接開始時から溶接終了の全溶接期間において、各短絡周期が溶接中の短絡周期の平均である平均周期に対して所定以上の差が生じた場合には、短絡周期不安定の予兆であると検出し、
表示部に短絡周期不安定の予兆であることを表示すると共に、前記溶接不具合の解決方法を表示するアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながら溶接を行うアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
短絡とアークを繰り返して溶接が実施されるアーク溶接において、溶接電流や溶接電圧を検出して溶接性の良否を判定する溶接性判定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、従来のアーク溶接の溶接性判定方法を説明するための溶接電圧と溶接電流の波形を示す図である。一般的に、ＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接では、短絡とアークを繰り返して溶接が行われる。図１３は、その時の溶接電圧波形と溶接電流波形を示したものである。図１３において、Ｔｓは短絡時間、Ｔａはアーク時間、Ｔは短絡から次の短絡までの１周期、Ｉｓ．ａｖｅは短絡平均電流、Ｉａ．ａｖｅはアーク平均電流を示す。なお、短絡平均電流Ｉｓ．ａｖｅとアーク平均電流Ｉａ．ａｖｅは、それぞれ、短絡時間Ｔｓおよびアーク時間Ｔａの電流を矩形波に置き換えた場合の値である。このように、短絡とアークを繰り返す溶接の溶接性は、アーク状態の均一性、アーク切れの発生の程度、アークの燃え上り度を総合して判定される。
【０００４】
ＣＯ２溶接等に使用される溶接電源は定電圧特性電源であり、出力電圧は制御されている。しかし、出力電流や短絡の時間やアークの時間は、ワイヤ送給量等に応じて電源特性・アーク特性の自己制御作用によって決められるものであり、制御対象因子ではない。但し、電流値や短絡の時間やアークの時間は、アーク状態と密接な関係があり、これらの値の変動は、アーク状態の変動や均一性に大きな影響を与える。すなわち、アーク状態の均一性は短絡時間Ｔｓ、アーク時間Ｔａ、短絡平均電流Ｉｓ．ａｖｅおよびアーク平均電流Ｉａ．ａｖｅのバラツキ具合に関係し、簡便法として標準偏差を用いて表わすことができる。これら４個の因子のうち、どれか１つでもバラツキ標準偏差が大きくなれば、アーク状態の均一性は悪くなる。従って、４個の因子は直列結合と考えられ、アークの均一性Ｗａｒｃは下記のように表わすことができる。
【０００５】
Ｗａｒｃ＝σＴＳ・σＴａ・σＩｓ．ａｖｅ・σＩａ．ａｖｅ
ここで、σＴＳ・σＴａ・σＩｓ．ａｖｅ・σＩａ．ａｖｅは、それぞれ、短絡時間Ｔｓ，アーク時間Ｔａ，短絡平均電流Ｉｓ．ａｖｅ，アーク平均電流Ｉａ．ａｖｅの標準偏差である。なお、アークから短絡への移行時や、短絡からアークへの移行時には、溶接電圧は、図１３に示すように急変する。従って、短絡とアークの判別は、所定の電圧Ｖｊ（一般に１０Ｖ〜２０Ｖ程度）より電圧値が高いか低いかで判別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平２−６２０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の短絡溶接の溶接性判定方法は、溶接電流や溶接電圧の溶接波形から溶接性を判定する方法であり、判定はするものの、溶接不具合に対しての解決方法や対処方法については記載されていない。
【０００８】
なお、溶接性の判定結果によっては、例えば溶接を行っているロボットを停止する必要があるなど、生産効率を考えると、溶接不具合が発生してからの対応では手遅れであり、予め対処できることが必要である。
【０００９】
しかしながら、溶接作業者は、溶接不具合に対して、設定電流や設定電圧等の溶接条件や短絡溶接時の短絡電流増加傾きやパルス溶接時のピーク電流やベース電流等の微調整パラメータが沢山ある中で、どのように対応したらよいかわからないということが昨今の課題である。
【００１０】
そこで、本発明では、溶接波形から特定できるものに限るが、溶接波形から溶接不具合の予兆を把握し、溶接不具合に対処するための解決方法の提案を、ロボットや溶接装置などに設けられた表示部に表示し、溶接作業者に対して視認可能とする。そして、溶接不具合の予兆の検出時に、解決方法の提案を溶接作業者に対してメッセージで表示することで、溶接作業者に課題解決を促し、溶接不具合が発生する前に対処することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、溶接出力を制御するスイッチング部と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、前記溶接電圧検出部の出力および／または前記溶接電流検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡アーク検出部と、前記短絡状態であるときの溶接出力制御信号を出力する短絡制御部と、前記アーク状態であるときの溶接出力制御信号を出力するアーク制御部と、前記短絡制御部または前記アーク制御部からの信号に基づいて前記スイッチング部を制御する駆動部と、前記溶接電圧検出部が検出した溶接電圧および／または前記溶接電流検出部が検出した溶接電流に基づいて短絡期間またはアーク期間における溶接不具合を検出する溶接不具合検出部と、前記溶接不具合と前記溶接不具合を解決するための解決方法とを対応付けて記憶している溶接不具合解決データ格納部と、前記溶接不具合の内容と前記解決方法を表示するための表示部とを備え、前記短絡期間および／または前記アーク期間の溶接電流または溶接電圧をリアルタイムに監視し、溶接中の溶接電流および／または溶接電圧に基づいて特定される溶接不具合の発生前の予兆を検出し、前記予兆を検出すると前記溶接不具合の予兆の内容を表示すると共に前記溶接不具合の解決方法を表示するものであって、短絡溶接による溶接開始時から溶接終了の全溶接期間において、各短絡周期が溶接中の短絡周期の平均である平均周期に対して所定以上の差が生じた場合には、短絡周期不安定の予兆であると検出し、表示部に短絡周期不安定の予兆であることを表示すると共に、解決方法として、設定されている溶接電圧を高くするまたは設定されている前記短絡期間中の溶接電流の単位時間当りの変化量である短絡電流の傾きを大きくすることを表示するものである。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、溶接出力を制御するスイッチング部と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
溶接電流を検出する溶接電流検出部と、前記溶接電圧検出部の出力および／または前記溶接電流検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡アーク検出部と、前記短絡状態であるときの溶接出力制御信号を出力する短絡制御部と、前記アーク状態であるときの溶接出力制御信号を出力するアーク制御部と、前記短絡制御部または前記アーク制御部からの信号に基づいて前記スイッチング部を制御する駆動部と、前記溶接電圧検出部が検出した溶接電圧および／または前記溶接電流検出部が検出した溶接電流に基づいて短絡期間またはアーク期間における溶接不具合を検出する溶接不具合検出部と、前記溶接不具合と前記溶接不具合を解決するための解決方法とを対応付けて記憶している溶接不具合解決データ格納部と、前記溶接不具合の内容と前記解決方法を表示するための表示部とを備え、前記短絡期間および／または前記アーク期間の溶接電流または溶接電圧をリアルタイムに監視し、溶接中の溶接電流および／または溶接電圧に基づいて、
短絡溶接による溶接開始時から溶接終了の全溶接期間において、短絡期間が所定時間継続した場合には、ワイヤがはじけ飛びアーク切れが発生する予兆であると検出し、表示部にアーク切れの予兆であることを表示すると共に、解決方法として、設定されている溶接電圧を高くするまたは設定されている前記短絡期間中の溶接電流の単位時間当りの変化量である短絡電流の傾きを大きくすることを表示するものであって、短絡電流の傾きとして、第１の短絡電流増加傾きと、前記第１の短絡電流増加傾きに続く第２の短絡電流増加傾きを有し、さらに、前記第１の短絡電流増加傾きから前記第２の短絡電流増加傾きに変わる時点の電流値である屈曲点を有し、解決方法として、前記第１の短絡電流増加傾きおよび前記第２の短絡電流増加傾きの傾きを大きくすることと、前記屈曲点を大きくすることを表示部に表示するものである。
【００１４】
また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、短絡電流の傾きとして、第１の短絡電流増加傾きと、前記第１の短絡電流増加傾きに続く第２の短絡電流増加傾きを有し、さらに、前記第１の短絡電流増加傾きから前記第２の短絡電流増加傾きに変わる時点の電流値である屈曲点を有し、解決方法として、前記第１の短絡電流増加傾きおよび前記第２の短絡電流増加傾きの傾きを大きくすることと、前記屈曲点を大きくすることを表示部に表示するものである。
【００１５】
また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、溶接不具合検出部が検出した溶接不具合の予兆または溶接不具合の発生の内容と、溶接不具合解決データ格納部に基づいて決定された前記溶接不具合の解決方法とを表示し、溶接条件を解決方法として表示された溶接条件に変更することに、溶接作業者が前記変更の可否を選択するための選択部を操作して合意すると、溶接不具合の解決方法としての溶接条件が、短絡制御部またはアーク制御部に自動的に記憶され、変更された溶接条件に基づいて溶接を行うものである。
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、溶接出力を制御するスイッチング部と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
溶接電流を検出する溶接電流検出部と、前記溶接電圧検出部の出力および／または前記溶接電流検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡アーク検出部と、前記短絡状態であるときの溶接出力制御信号を出力する短絡制御部と、前記アーク状態であるときの溶接出力制御信号を出力するアーク制御部と、前記短絡制御部または前記アーク制御部からの信号に基づいて前記スイッチング部を制御する駆動部と、前記溶接電圧検出部が検出した溶接電圧および／または前記溶接電流検出部が検出した溶接電流に基づいて短絡期間またはアーク期間における溶接不具合を検出する溶接不具合検出部と、前記溶接不具合と前記溶接不具合を解決するための解決方法とを対応付けて記憶している溶接不具合解決データ格納部と、前記溶接不具合の内容と前記解決方法を表示するための表示部とを備え、前記短絡期間および／または前記アーク期間の溶接電流または溶接電圧をリアルタイムに監視し、溶接中の溶接電流および／または溶接電圧に基づいて、
短絡溶接による溶接開始時から溶接終了の全溶接期間において、各短絡周期が溶接中の短絡周期の平均である平均周期に対して所定以上の差が生じた場合には、短絡周期不安定の予兆であると検出し、表示部に短絡周期不安定の予兆であることを表示すると共に、前記溶接不具合の解決方法を表示するものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、溶接状況を溶接電流や溶接電圧に基づいて監視することで、アーク切れや磁気吹きなどの溶接不具合の予兆を把握し、予兆を把握した時点で対処するための解決方法を表示部に表示することで、溶接不具合が発生する前に対処を促すことができる。
【００１８】
従って、生産現場において溶接不具合の発生を抑制でき、溶接不良率の低減や溶接不具合発生によるロボットの停止（チョコ停ともいう）を低減でき、生産効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１におけるアーク切れ現象の予兆を検出し、溶接条件を微調整変更した場合の溶接電流と溶接電圧の波形を示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるアーク切れ予兆時間と短絡電流傾きＩＳ１の増加量の関係の一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１におけるアーク切れの発生を検出し、溶接条件を微調整変更した場合の溶接電流と溶接電圧の波形を示す図
【図５】本発明の実施の形態１におけるアーク切れの発生を検出し、溶接条件を微調整変更しなかった場合の溶接電流と溶接電圧の波形を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における磁気吹き現象の予兆を検出し、溶接条件を微調整変更した場合の溶接電流と溶接電圧の波形を示す図
【図７】本発明の実施の形態１におけるアークブロー予兆電圧とベース電流ＩＢの増加量との関係の一例を示す図
【図８】本発明の実施の形態１における磁気吹きの発生を検出し、溶接条件を微調整変更した場合の溶接電流と溶接電圧の波形を示す図
【図９】本発明の実施の形態１における磁気吹きの発生を検出し、溶接条件を微調整変更しなかった場合の溶接電流と溶接電圧の波形を示す図
【図１０】本発明の実施の形態１におけるアーク不安定の予兆を検出するための溶接電流と溶接電圧の波形を示す図
【図１１】本発明の実施の形態１における短絡周期変動率と短絡電流傾きＩＳ１の増加量との関係の一例を示す図
【図１２】（ａ）本発明の実施の形態１における溶接不具合と解決方法の提案をメッセージ表示する表示部の画面の一例を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における溶接不具合と解決方法の提案をメッセージ表示する表示部の画面の一例を示す図
【図１３】従来技術の溶接電流と溶接電圧の波形を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
本実施の形態１のアーク溶接装置について、図１を用いて説明する。
【００２２】
図１に示すアーク溶接装置は、入力電源１から入力した電力を整流する１次整流部２と、１次整流部２の出力を交流に変換するスイッチング部３と、スイッチング部３の出力を変圧するトランス４と、トランス４の出力を整流する２次整流部５およびＤＣＬ６と、スイッチング部３を制御する駆動部７と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部８と、溶接電流を検出する溶接電流検出部９と、溶接電圧検出部８の出力および／または溶接電流検出部９の出力に基づいて溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡アーク検出部１０と、短絡状態である場合の溶接出力制御を行う短絡制御部１１と、アーク状態である場合の溶接出力制御を行うアーク制御部１２を備えている。
【００２３】
また、消耗電極である溶接用のワイヤ１７は、ワイヤ送給モータ２１により送給される。ワイヤ１７は、図示しない溶接用トーチに設けられているチップ１８を介して電力が供給され、被溶接物２０との間で溶接アーク１９が発生して溶接が行われる。なお、溶接用トーチは、例えば、図示しない産業用ロボットを構成するマニピュレータに取り付けられて移動される。
【００２４】
本実施の形態１のアーク溶接装置は、上記した一般的な構成に加え、短絡制御部１１において後述する溶接不具合の予兆や溶接不具合の発生を検出する短絡期間溶接不具合検出部１３と、アーク制御部１２において後述する溶接不具合の予兆や溶接不具合の発生を検出するアーク期間溶接不具合検出部１４と、溶接不具合の解決方法に関する情報を有する溶接不具合解決方法データ格納部１５と、溶接不具合の解決方法等を表示するための表示部１６を備えている。
【００２５】
そして、短絡期間溶接不具合検出部１３やアーク期間溶接不具合検出部１４において、溶接中の溶接電圧波形や溶接電流波形に基づいて溶接不具合の予兆を検出した場合、表示部１６に溶接不具合の内容の信号を送ることにより、表示部１６に溶接不具合内容を表示する。あわせて、溶接不具合解決方法データ格納部１５にも信号を送ることにより、溶接不具合解決方法データ格納部１５において、溶接不具合解決方法データ格納部１５が有しているデータベースを用いて、溶接不具合内容に基づいて解決方法を導き出し、表示部１６に解決方法の信号を送ることで、表示部１６に解決方法を表示することができる。表示部１６の表示内容を溶接作業者が見ることにより、溶接不具合の予兆を把握すると共に、解決方法の提案を溶接作業者にメッセージ表示することで、溶接作業者に課題解決を促し、溶接不具合が発生する前に対処することが可能となる。
【００２６】
さらに、溶接不具合解決方法データ格納部１５が有しているデータベースから導き出して表示した溶接不具合の解決方法としての設定溶接条件や微調整パラメータを採用することを溶接作業者が合意した場合は、設定溶接条件や微調整パラメータを自動的に反映させることで溶接作業者の利便性が上がる。なお、上記合意のやり方と自動的な反映のやり方については、図１２を用いて後述する。
【００２７】
また、溶接作業者が合意した解決方法である設定溶接条件や微調整パラメータは、短絡期間の解決方法であれば短絡制御部１１に、アーク期間の解決方法であればアーク制御部１２に自動的に反映され、反映された設定溶接条件や微調整パラメータにより溶接が行われる。
【００２８】
なお、溶接不具合解決方法データ格納部１５は、データベースとして、溶接不具合内容と解決方法とを対応付けた組を複数有するテーブルあるいは関係式を備えている。
【００２９】
また、図１に示すアーク溶接装置を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成するようにしてもよい。
【００３０】
次に、溶接不具合の予兆を検出し、予兆を検出したことと解決方法とを表示するいくつかの例について以下に説明する。
【００３１】
まず、図２を用いて、短絡溶接時のアーク切れの場合について説明する。
【００３２】
短絡溶接を行う場合の溶接開始時から溶接終了時までの全溶接期間において、短絡期間では、短絡制御部１１により短絡電流が制御される。図２に示す時刻Ｐ１において、ワイヤ１７と被溶接物２０との短絡の発生により短絡期間が開始すると、短絡期間溶接不具合検出部１３において、予め設定されたアーク切れ予兆しきい値Ｔｘである所定時間が経過した時点である時刻Ｐ１１をオーバーした否かが検出される。すなわち、短絡発生時からアーク切れ予兆しきい値Ｔｘの間、短絡状態が継続しているか否かが検出される。
【００３３】
短絡が発生してからアーク切れ予兆しきい値Ｔｘの間、短絡状態が継続している場合は、ワイヤ１７が溶融できずにワイヤ１７が溶断してはじけ飛び、その結果、アーク長が長くなりすぎてアーク切れが発生する状態の予兆であると検出する。この場合、短絡期間溶接不具合検出部１３から表示部１６にアーク切れの予兆であることを示す信号を出力することで、アーク切れの予兆であることを示すメッセージが表示部１６に表示される。あわせて、短絡期間溶接不具合検出部１３から溶接不具合解決方法データ格納部１５にも同じ信号を出力する。
【００３４】
溶接不具合解決方法データ格納部１５において、短絡期間が長くならないように入熱を高めてワイヤ１７を溶融し易くするように、溶接電圧を設定されている溶接電圧よりも数Ｖ高くする（図示せず）、または、短絡電流をたくさん印加してワイヤ１７が溶融し易くなるように、設定されている短絡電流の傾きｄｉ／ｄｔ（短絡電流の単位時間当たりの変化量）である短絡電流傾きＩＳ１およびこの短絡電流傾きＩＳ１に続く短絡電流傾きである短絡電流傾きＩＳ２や、短絡電流傾きＩＳ１から短絡電流傾きＩＳ２に短絡電流の傾きが切り換わる電流値である屈曲点ＩＳＣを高くするなどの微調整パラメータ（時刻Ｐ３から時刻Ｐ４期間で示すように、短絡電流傾きＩＳ１ａから短絡電流傾きＩＳ１ｂへ、短絡電流傾きＩＳ２ａから短絡電流傾きＩＳ２ｂへ、屈曲点ＩＳＣａから屈曲点ＩＳＣｂへ）を、解決方法として選択する。そして、溶接不具合解決方法データ格納部１５は、選択した解決方法に関する情報を表示部１６に出力する。表示部１６は、解決方法の提案をメッセージ表示する。このようにすることで、溶接作業者に対して課題解決を促すことができる。
【００３５】
そして、溶接作業者が、図示しない設定器を用いて、表示部１６の表示内容に基づいて、例えば図２の時刻Ｐ３から時刻Ｐ４までの短絡期間において、短絡電流傾き（増加傾き）や屈曲点を、短絡電流傾きＩＳ１ｂや短絡電流傾きＩＳ２ｂや屈曲点ＩＳＣｂといった表示された微調整パラメータに変更すると、それ以後は、変更された微調整パラメータに基づいて溶接が行われるので、アーク切れの発生を抑制することができる。
【００３６】
さらに、溶接不具合解決方法データ格納部１５が有しているデータベースから解決方法の提案をメッセージ表示させた微調整パラメータに変更することを溶接作業者が合意した場合は、短絡電流傾きや屈曲点であることから、短絡期間の解決方法であるので、短絡制御部１１に自動的に反映される。すなわち、溶接作業者が自ら変更作業を行わなくても、溶接作業者が微調整パラメータを変更することに合意すれば、微調整パラメータが、提案された微調整パラメータに自動的に変更される。
【００３７】
ここで、アーク切れ予兆しきい値Ｔｘ（時間）を経過した時間において、短絡電流傾きＩＳ１ａから短絡電流傾きＩＳ１ｂに増加させる増加量の関係式の一例を図３に示す。短絡時間が長くなるほど、短絡開放が難しい溶接状態であることを表しているので、短絡時間が長くなるほど、短絡電流傾きＩＳ１の増加量は大きくなるようにしている。短絡電流傾きＩＳ２や短絡電流の屈曲点の増加量も、短絡電流傾きＩＳ１と同様の傾向である。
【００３８】
なお、図３では、１次式の例を記載しているが、２次式でもどのような形でも問題ない。
【００３９】
なお、図４に示すように、アーク切れの予兆を検出し、その後アーク切れを発生してしまった場合でも、アーク切れの予兆を検出した時点で、アーク切れの予兆を検出したことと解決方法の表示を行い、その表示に基づいて溶接作業者が微調整パラメータを自ら変更した場合、または、溶接作業者が解決方法に合意して自動的に変更した場合には、微調整パラメータの変更後は、アーク切れの発生を抑制することができる。なお、アーク切れの発生は、短絡期間溶接不具合検出部１３により検出される。
【００４０】
ここで、図５を用いて、短絡期間溶接不具合検出部１３を備えておらず、短絡発生により短絡期間が開始した時刻Ｐ１からのアーク切れ予兆しきい値Ｔｘを設けていない場合について説明する。図５は、図２に示したような短絡溶接において、ワイヤがはじけ飛び、その結果アーク長が長くなりすぎてアーク切れが発生した場合の一般的な溶接電圧と溶接電流の波形を示している。短絡期間溶接不具合検出部１３を備えておらず、短絡発生により短絡期間が開始した時刻Ｐ１からのアーク切れ予兆しきい値Ｔｘを設けていない。そのため、時刻Ｐ２１において、ワイヤ１７が溶融しきれずにワイヤ１７がはじけ飛び、その結果アーク長が長くなりすぎてアーク切れが発生し、その後、時刻Ｐ２２においてワイヤ１７が再短絡した状態の波形を示している。再短絡が発生した場合、被溶接物２０には溶融プールが確実に形成されていない場合もあるので、ワイヤ１７を溶融しきれず、同様のアーク切れ状態を連続して引き起こす場合も珍しくない。
【００４１】
また、一般的に、ロボットは、溶接中にアーク切れが発生した場合、次の短絡発生までの予め設定されたアーク切れ検出時間をオーバーしたときには、ロボットが停止する機能を有している。ロボットが停止するということ（チョコ停とも呼ばれる）は、最悪の場合、生産ライン全体が停止することになり、生産効率が低下し、予定通りの生産数を確保することができなくなるといった溶接現場では大きな問題となる。
【００４２】
さらに、アーク切れが発生した箇所を手直しする必要もあり、生産効率が更に低下することになる。また、手直ししたことによりビード外観も損ねてしまうことがある。
【００４３】
よって、アーク切れが発生する前にアーク切れの予兆を検出し、解決することにより、ロボットの停止を防ぎ、生産効率およびビード外観を向上させることができる。また、手直しする溶接作業者への負荷も低減することができる。
【００４４】
次に、図６を用いて、パルス溶接時の磁気吹き（アークブロー）の場合について説明する。
【００４５】
パルス溶接による溶接開始時から溶接終了時までの全溶接期間において、時刻Ｐ１０１から時刻１０２まではピーク電流ＩＰを出力するピーク期間であり、時刻Ｐ１０２から時刻Ｐ１０３まではベース電流を出力するベース期間であり、時刻Ｐ１０１から時刻Ｐ１０３までをパルス１周期としている。この制御は、アーク制御部１２により行われる。時刻Ｐ１０２から時刻Ｐ１０３までのベース期間では、ベース電流ＩＢａは低い値である。そのため、アークの指向性がなく、アークがフラツキやすい。よって、アーク期間溶接不具合検出部１４において、ベース電流期間で溶接電流がベース電流ＩＢａになってから、溶接電圧ＶＢａが、ベース期間の異常電圧しきい値ＶＢｓ以上に上昇したことを検出した場合、アークのフラツキである磁気吹き（アークブロー）の予兆であると検出する。
【００４６】
そして、アーク期間溶接不具合検出部１４は、表示部１６に対して、磁気吹きの予兆であることを示す信号を出力することで、表示部１６は、磁気吹きの予兆であることを示すメッセージを表示する。あわせて、アーク期間溶接不具合検出部１４は、溶接不具合解決方法データ格納部１５にも磁気吹きの予兆であることを示す信号を出力する。溶接不具合解決方法データ格納部１５において、アークのフラツキを軽減させるために、アーク長が短くなるように、設定されている溶接電圧を数Ｖ低くする（図示せず）、または、アークの指向性を高めるために設定されているベース電流を高くする微調整パラメータ（時刻Ｐ１０４から時刻Ｐ１０５に示すように、ベース電流ＩＢａからベース電流ＩＢｂへ増加する）を解決方法として選択する。そして、溶接不具合解決方法データ格納部１５は、選択した解決方法に関する情報を表示部１６に出力する。表示部１６は、解決方法の提案をメッセージ表示する。このようにすることで、溶接作業者に対して、課題解決を促すものである。そして、溶接作業者が表示部１６の表示内容に基づいて、ベース電流をベース電流ＩＢａからベース電流ＩＢｂに変更する操作を行うと、それ以後は、磁気吹きを抑制することができる。
【００４７】
さらに、溶接不具合解決方法データ格納部１５が有しているデータベースから解決方法の提案をメッセージ表示させた設定溶接条件や微調整パラメータに変更することを溶接作業者が合意した場合は、パルス溶接のベース電流であることから、アーク期間の解決方法であるので、アーク制御部１２に自動的に反映される。すなわち、溶接作業者が変更作業を自ら行わなくても、溶接作業者が設定溶接条件や微調整パラメータを変更することに合意すれば、設定溶接条件や微調整パラメータが、提案された設定溶接条件や微調整パラメータに自動的に変更される。
【００４８】
ここで、アークブロー予兆電圧である異常電圧しきい値ＶＢｓを超過した電圧量において、ベース電流ＩＢａからベース電流ＩＢｂに増加させる増加量の関係式の一例を図７に示す。電圧が上昇するほど、アークの指向性がないアーク状態であることを表しているので、電圧が上昇するほど、ベース電流ＩＢの増加量は大きくなるようにしている。
【００４９】
なお、図７では、２次式の例を記載しているが、１次式でもどのような形でも問題ない。
【００５０】
なお、図８に示すように、磁気吹きの予兆を検出し、その後磁気吹きによるアーク切れが発生してしまった場合でも、磁気吹きの予兆を検出した時点で、磁気吹きの予兆を検出したことと解決方法の表示を行い、その表示に基づいて溶接作業者が微調整パラメータを自ら変更した場合、または、溶接作業者が解決方法に合意し自動的に変更した場合、微調整パラメータの変更後は、磁気吹きによるアーク切れの発生を抑制することができる。なお、アーク切れの発生は、アーク期間溶接不具合検出部１４により検出される。
【００５１】
ここで、図９を用いて、アーク期間溶接不具合検出部１４を備えておらず、ベース期間の異常電圧しきい値ＶＢｓを設けていない場合について説明する。
【００５２】
図９は、図６に示したようなパルス溶接において、ベース期間で磁気吹きが発生し、アーク切れが発生した場合の一般的な溶接電圧と溶接電流の波形を示している。アーク期間溶接不具合検出部１４を備えておらず、ベース期間の異常電圧しきい値ＶＢｓを設けていない。そのため、時刻Ｐ１０２から時刻Ｐ１０３までのベース期間では、ベース電流が低い値であるため、アークの指向性がなくアークがフラツキやすいことから、磁気吹き（アークブロー）が発生し、時刻Ｐ１１１でアーク切れが発生し、その後時刻Ｐ１０３でワイヤ１７が再短絡を発生し、次のパルスを出力している状態となっている。
【００５３】
また、一般的に、ロボットは、溶接中にアーク切れが発生した場合、次の短絡発生までの予め設定されたアーク切れ検出時間をオーバーしたときには、ロボットが停止する機能を有している。ロボットが停止するということ（チョコ停とも呼ばれる）は、最悪の場合、生産ライン全体が停止することにもなり、生産効率が低下し、予定通り生産数を確保できなくなるといった溶接現場では大きな問題である。
【００５４】
さらに、アーク切れが発生した箇所を手直しする必要もあり、生産効率が更に低下することになる。また、手直ししたことにより、ビード外観も損ねてしまうことがある。
【００５５】
よって、磁気吹きが発生する前に磁気吹きの予兆を検出し、解決することにより、磁気吹きによるアーク切れに基づくロボットの停止を防ぎ、生産効率およびビード外観を向上させることができる。また、手直しする溶接作業者への負荷も低減させることができる。
【００５６】
次に、図１０を用いて、短絡溶接のアーク安定性（例えば、短絡の周期性の乱れ）の場合について説明する。
【００５７】
短絡溶接における溶接開始時から溶接終了時までの全溶接期間において、時刻Ｐ１で短絡発生により短絡期間が開始し、ワイヤ１７の先端と被溶接物２０との間にできる溶滴のくびれを短絡制御部１１で検出した際に、短絡制御部１１は、短絡電流を急峻に低下し、短絡開放時のスパッタを低減させる制御を行う。図１０において、短絡開放（アーク発生）した時刻を時刻Ｐ２とする。時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までが短絡期間である。
【００５８】
次に、短絡開放（アーク発生）した時刻Ｐ２から次の短絡期間が開始する時刻Ｐ３までがアーク期間である。アーク期間では、アーク制御部１２によって電流制御や電圧制御が行われ、溶滴を成長させた後に短絡が発生するように制御する期間である。
【００５９】
この短絡期間とアーク期間を短絡１周期としている。この短絡周期が不安定な場合、ビード外観不良やスパッタが発生しやすくなる場合がある。例えば、図１０に示すように、短絡周期Ｔ１および短絡周期Ｔ３に比べ、短絡周期Ｔ２だけが周期が長いという状態が発生したことを検出し、アーク不安定（例えば短絡の周期性の乱れ）の予兆として検出する。アーク不安定の検出について以下に説明する。
【００６０】
アーク不安定の予兆を検出する方法としては、短絡期間溶接不具合検出部１３において、例えば溶接中に短絡発生時点をカウントすることで、各短絡周期を求めることができ、各短絡周期の平均周期をリアルタイムに演算する。そして、短絡期間溶接不具合検出部１３において、しきい値として平均周期に対してプラスマイナスに所定パーセント（例えば、５〜３０％）を有し、ある短絡周期において、しきい値をオーバーしたことを検出すると、アーク不安定の予兆であると検出する。なお、図１０の場合、短絡周期Ｔ１と短絡周期Ｔ３はしきい値をオーバーしておらず、短絡周期Ｔ２がしきい値をオーバーしていることを示している。
【００６１】
そして、短絡期間溶接不具合検出部１３は、表示部１６に対して、アーク不安定の予兆であることを示す信号を出力することで、表示部１６は、アーク不安定の予兆であることを示すメッセージを表示する。あわせて、短絡期間溶接不具合検出部１３は、溶接不具合解決方法データ格納部１５にもアーク不安定の予兆であることを示す信号を出力する。溶接不具合解決方法データ格納部１５において、短絡期間が長くならないよう入熱を高めるために、設定されている溶接電圧を数Ｖ高くする（図示せず）、または、短絡電流をたくさん印加してワイヤ１７を溶融しやすいように、設定されている短絡電流の傾きｄｉ／ｄｔである短絡電流傾きＩＳ１や短絡電流傾きＩＳ２や屈曲点ＩＳＣを高くする微調整パラメータ（時刻Ｐ５から時刻Ｐ６期間で示すように、短絡電流傾きＩＳ１ａから短絡電流傾きＩＳ１ｂへ、短絡電流傾きＩＳ２ａから短絡電流傾きＩＳ２ｂへ、屈曲点ＩＳＣａから屈曲点ＩＳＣｂへ）を解決方法として選択する。そして、溶接不具合解決方法データ格納部１５は、選択した解決方法に関する情報を表示部１６に出力する。表示部１６は、解決方法の提案をメッセージ表示する。このようにすることで、溶接作業者に対して課題解決を促すことができる。
【００６２】
さらに、溶接不具合解決方法データ格納部１５が有しているデータベースから解決方法の提案をメッセージ表示させた設定溶接条件や微調整パラメータに変更することを溶接作業者が合意した場合は、短絡電流傾きや屈曲点であることから、短絡期間の解決方法であるので、短絡制御部１１に自動的に反映される。すなわち、溶接作業者が自ら変更作業を行わなくても、溶接作業者が微調整パラメータを変更することに合意すれば、微調整パラメータが、提案された微調整パラメータに自動的に変更される。
【００６３】
ここで、短絡周期変動率の変動量において、短絡電流傾きＩＳ１ａから短絡電流傾きＩＳ１ｂに増加させる増加量の関係式の一例を図１１に示す。短絡周期が変動するほど、アーク安定性がないアーク状態であることを表しているので、短絡周期が変動するほど、短絡電流傾きＩＳ１の増加量は大きくなるようにしている。
【００６４】
なお、図１１では１次式の例を記載しているが、２次式でもどのような形でも問題ない。
【００６５】
そして、溶接作業者が表示部１６の表示内容に基づいて、例えば図１０の時刻Ｐ５から時刻Ｐ６までの短絡期間において、短絡電流傾きや屈曲点を、短絡電流傾きＩＳ１ｂや短絡電流傾きＩＳ２ｂや屈曲点ＩＳＣｂといった微調整パラメータに自ら変更した場合、または、溶接作業者が解決方法に合意して自動的に変更した場合、それ以後は、アーク不安定を抑制することができる。
【００６６】
なお、短絡発生時点とアーク発生（短絡開放）時点をカウントすることで、短絡期間とアーク期間の比率をリアルタイムに演算し、演算した比率が溶接中に算出した平均比率より所定パーセント（例えば、５〜３０％）オーバーしたことを検出すると、アーク不安定の予兆と検出し、同様の解決方法を溶接作業者に事前に課題解決の提案を行うようにしても良い。
【００６７】
ここで、溶接不具合および解決方法の提案をメッセージ表示した画面例を図１２に示す。
【００６８】
表示部１６に溶接不具合の解決方法を表示した際に、溶接作業者に解決方法としての設定溶接条件や微調整パラメータを反映させるか否かを確認し、選択させるものとする。例えば、アーク溶接装置は、図１２に示すような選択部としてのスイッチ２２（ＳＷ）を備え、溶接作業者がスイッチ２２を操作して解決方法としての設定溶接条件や微調整パラメータを反映させることを選択すると、微調整パラメータが反映され、反映された状態で溶接が行われる。
【００６９】
なお、設定溶接条件や微調整パラメータの反映とは、短絡期間における解決方法であれば、設定溶接条件や微調整パラメータが溶接不具合解決方法データ格納部１５から短絡制御部１１に送られて短絡制御部１１に記憶され、短絡制御部１１において使用される。また、アーク期間における解決方法であれば、設定溶接条件や微調整パラメータが溶接不具合解決方法データ格納部１５からアーク制御部１２に送られてアーク制御部１２に記憶され、アーク制御部１２において使用される。
【００７０】
また、１つの溶接不具合に対して複数個の解決方法がある場合にも同様に、溶接作業者に選択させるものとする。解決方法の設定溶接条件の反映は、設定されている条件値にプラスマイナスし、微調整パラメータの反映は、設定されているデータベースの値にプラスマイナス調整することで、解決方法を反映させるようにしてもよい。
【００７１】
上記では、溶接電流や溶接電圧の溶接波形から予兆を把握できる溶接不具合に対する予兆の検出方法や解決方法の一例を説明した。しかし、溶接不具合内容や検出方法、解決方法はいろいろなパターンがあるため、これに限らない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明によれば、溶接状況を溶接波形に基づいて監視することで、アーク切れや磁気吹きなどの溶接不具合の予兆を検出し、予兆を検出した時点で解決方法の提案を溶接作業者に対してメッセージ表示することで、溶接作業者に対して課題解決を促し、溶接不具合が発生する前に対処することが可能となる。よって、生産現場において溶接不具合を低減することで溶接不良率の低減や溶接不具合発生によるロボット停止（チョコ停）を低減して生産効率を向上させることができ、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながら溶接を行うアーク溶接装置として産業上有用である。
【符号の説明】
【００７３】
ＩＳ１、ＩＳ１ａ、ＩＳ１ｂ  短絡電流傾き
ＩＳ２、ＩＳ２ａ、ＩＳ２ｂ  短絡電流傾き
ＩＳＣ、ＩＳＣａ、ＩＳＣｂ  屈曲点
Ｔｘ  アーク切れ予兆しきい値
ＩＰ  ピーク電流
ＩＢａ、ＩＢｂ  ベース電流
ＶＢｓ  異常電圧しきい値
Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５  時刻（短絡発生時）
Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６  時刻（アーク発生時（短絡開放時））
Ｐ１１  時刻（アーク切れ予兆しきい値到達時）
Ｐ２１  時刻（アーク切れ発生時）
Ｐ２２  時刻（アーク切れ後の再短絡発生時）
Ｐ１０１、Ｐ１０３、Ｐ１０５  時刻（パルス期間開始時点）
Ｐ１０２、Ｐ１０４  時刻（ベース期間開始時点）
Ｐ１１１  時刻（アーク切れ発生時）
１  入力電源
２  １次整流部
３  スイッチング部
４  トランス
５  ２次整流部
６  ＤＣＬ
７  駆動部
８  溶接電圧検出部
９  溶接電流検出部
１０  短絡アーク検出部
１１  短絡制御部
１２  アーク制御部
１３  短絡期間溶接不具合検出部
１４  アーク期間溶接不具合検出部
１５  溶接不具合解決方法データ格納部
１６  表示部
１７  ワイヤ
１８  チップ
１９  溶接アーク
２０  被溶接物
２１  ワイヤ送給モータ
２２  スイッチ
【図１】
0005957687.tif 000002
【図２】
0005957687.tif 000003
【図３】
0005957687.tif 000004
【図４】
0005957687.tif 000005
【図５】
0005957687.tif 000006
【図６】
0005957687.tif 000007
【図７】
0005957687.tif 000008
【図８】
0005957687.tif 000009
【図９】
0005957687.tif 000010
【図１０】
0005957687.tif 000011
【図１１】
0005957687.tif 000012
【図１２】
0005957687.tif 000013
【図１３】
0005957687.tif 000014