(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ電極と母材との間に、設定周波数のパルス電流を流す出力回路と、
上記母材に形成されたキーホールのサイズを検出するキーホールサイズ検出部と、
上記キーホールサイズ検出部によって検出された上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記設定周波数を算出する周波数算出回路と、を備え、
上記プラズマ電極および上記母材の間の溶接電圧を検出する電圧検出回路を更に備え、
上記キーホールサイズ検出部は、上記電圧検出回路によって検出された上記溶接電圧の低周波成分のみを通過させるローパスフィルタを含み、
上記周波数算出回路は、上記ローパスフィルタの出力電圧値に基づき、上記設定周波数を算出する、プラズマキーホール溶接システム。
【請求項２】
上記ローパスフィルタの出力電圧値を、基準電圧値として記憶する基準電圧値記憶部を更に備え、
上記周波数算出回路は、電圧差が正である場合には周波数差が０以上であるように、上記設定周波数を算出し、且つ、上記電圧差が負である場合には上記周波数差が０以下であるように、上記設定周波数を算出し、
上記電圧差は、上記ローパスフィルタの出力電圧値から、上記基準電圧値を減算した値であり、
上記周波数差は、算出される上記設定周波数から、上記出力電圧値が上記基準電圧値である時の上記設定周波数を減算した値である、請求項１に記載のプラズマキーホール溶接システム。
【請求項３】
上記基準電圧値記憶部は、上記キーホールが貫通した時刻以降に上記ローパスフィルタの出力電圧値が安定したときの上記出力電圧値を、上記基準電圧値として記憶する、請求項２に記載のプラズマキーホール溶接システム。
【請求項４】
上記キーホールのサイズに基づき、補助情報を求める確認補助部を更に備え、上記補助情報は、上記母材に形成されたビードの確認を補助するための情報であり、
上記確認補助部は、上記補助情報を報知する報知部を含む、請求項２または請求項３に記載のプラズマキーホール溶接システム。
【請求項５】
しきい値を記憶するしきい値記憶部を更に備え、
上記確認補助部は、上記キーホールのサイズの変動を表す変動パラメータと、上記しきい値とを比較する比較回路を含む、請求項４に記載のプラズマキーホール溶接システム。
【請求項６】
上記報知部は、上記しきい値を上記変動パラメータが超えたと上記比較回路によって判断されると、上記補助情報を報知する、請求項５に記載のプラズマキーホール溶接システム。
【請求項７】
上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき箇所を示す確認箇所情報を有し、  上記確認補助部は、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認箇所情報を求める演算回路を含み、  上記報知部は、上記演算回路によって求められた上記確認箇所情報を、報知する、請求項４または請求項５に記載のプラズマキーホール溶接システム。
【請求項８】
上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき範囲を指示する確認範囲情報を有し、
上記演算回路は、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認範囲情報を求め、
上記報知部は、上記演算回路によって求められた上記確認範囲情報を、報知する、請求項７に記載のプラズマキーホール溶接システム。
【請求項９】
上記変動パラメータは、上記電圧差である、請求項５ないし請求項８のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接システム。
【請求項１０】
上記報知部は、音もしくは光によって、上記補助情報を報知する、請求項４ないし請求項９のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接システム。
【請求項１１】
プラズマ電極と母材との間のアークによってキーホールを貫通させる工程と、
上記キーホールが貫通した後に、上記プラズマ電極と上記母材との間に、設定周波数のパルス電流を流しつつ、定常溶接を行う工程と、を備え、
上記定常溶接を行う工程は、
上記母材に形成されたキーホールのサイズを検出する工程と、
上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記設定周波数を算出する工程と、を含み、
上記プラズマ電極および上記母材の間の溶接電圧を検出する工程を更に備え、
上記キーホールのサイズを検出する工程は、ローパスフィルタによって上記溶接電圧の低周波成分のみを通過させる工程を含み、
上記設定周波数を算出する工程においては、上記ローパスフィルタの出力電圧値に基づき、上記設定周波数を算出する、プラズマキーホール溶接方法。
【請求項１２】
上記ローパスフィルタの出力電圧値を、基準電圧値として基準電圧値記憶部に記憶する工程を更に備え、
上記設定周波数を算出する工程においては、電圧差が正である場合には周波数差が０以上であるように、上記設定周波数を算出し、且つ、上記電圧差が負である場合には上記周波数差が０以下であるように、上記設定周波数を算出し、
上記電圧差は、上記ローパスフィルタの出力電圧値から、上記基準電圧値を減算した値であり、
上記周波数差は、算出される上記設定周波数から、上記出力電圧値が上記基準電圧値である時の上記設定周波数を減算した値である、請求項１１に記載のプラズマキーホール溶接方法。
【請求項１３】
上記設定周波数を算出する工程においては、上記キーホールが貫通した時刻以降に上記ローパスフィルタの出力電圧値が安定したときの上記出力電圧値を、上記基準電圧値として用いる、請求項１２に記載のプラズマキーホール溶接方法。
【請求項１４】
上記キーホールのサイズに基づき、上記母材に形成されたビードの確認を補助するための補助情報を求める工程と、
上記補助情報を報知する工程と、を備える、請求項１２または請求項１３に記載のプラズマキーホール溶接方法。
【請求項１５】
上記補助情報を求める工程においては、上記キーホールのサイズの変動を表す変動パラメータと、しきい値とを比較する、請求項１４に記載のプラズマキーホール溶接方法。
【請求項１６】
上記報知する工程は、上記しきい値を上記変動パラメータが超えたと、上記比較する工程において判断された場合に、行われる、請求項１５に記載のプラズマキーホール溶接方法。
【請求項１７】
上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき箇所を示す確認箇所情報を有し、
上記補助情報を求める工程は、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認箇所情報を求める工程を含み、
上記報知する工程においては、上記確認箇所情報を報知する、請求項１４または請求項１５に記載のプラズマキーホール溶接方法。
【請求項１８】
上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき範囲を指示する確認範囲情報を有し、
上記確認箇所情報を求める工程においては、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認範囲情報を求め、
上記報知する工程においては、上記確認範囲情報を報知する、請求項１７に記載のプラズマキーホール溶接方法。
【請求項１９】
上記変動パラメータは、上記電圧差である、請求項１５ないし請求項１８のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接方法。
【請求項２０】
上記報知する工程においては、音もしくは光によって、上記補助情報を報知する、請求項１４ないし請求項１９のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマキーホール溶接システム、および、プラズマキーホール溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマキーホール溶接方法は、母材がたとえばＩ形開先の突合せ継手を溶接するときに、タングステン電極を一般的に陰極として放電したときのアークを、水冷されたノズルとプラズマガスのガス流とによって拘束する。そして、集中性の良い高温プラズマ流を発生させ、この高温のプラズマ流が溶接線上に、溶融池の先端で母材を貫通するキーホールを形成しながら移動していく溶接である。この溶接はアーク熱が裏面に至るまで直接に与えられ、裏面の溶融も適切に行うことができる。プラズマキーホール溶接方法は、たとえば特許文献１に記載されている。
【０００３】
プラズマ流を移動させつつ溶接を行う定常溶接中に、キーホールの大きさが変動することがある。キーホールの大きさが変動すると、母材に形成されるビードの幅が不均一になったり、もしくは、母材の裏面にビードが形成されない等の不具合が生じるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平０２−１８９５３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、よりきれいなビードを形成できるプラズマキーホール溶接方法、および、プラズマキーホール溶接システムを提供することをその主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によると、プラズマ電極と母材との間に、設定周波数のパルス電流を流す出力回路と、上記母材に形成されたキーホールのサイズを検出するキーホールサイズ検出部と、上記キーホールサイズ検出部によって検出された上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記設定周波数を算出する周波数算出回路と、を備え、上記プラズマ電極および上記母材の間の溶接電圧を検出する電圧検出回路を更に備え、上記キーホールサイズ検出部は、上記電圧検出回路によって検出された上記溶接電圧の低周波成分のみを通過させるローパスフィルタを含み、上記周波数算出回路は、上記ローパスフィルタの出力電圧値に基づき、上記設定周波数を算出する、プラズマキーホール溶接システムが提供される。
【０００８】
好ましくは、上記ローパスフィルタの出力電圧値を、基準電圧値として記憶する基準電圧値記憶部を更に備え、上記周波数算出回路は、電圧差が正である場合には周波数差が０以上であるように、上記設定周波数を算出し、且つ、上記電圧差が負である場合には上記周波数差が０以下であるように、上記設定周波数を算出し、上記電圧差は、上記ローパスフィルタの出力電圧値から、上記基準電圧値を減算した値であり、上記周波数差は、算出される上記設定周波数から、上記出力電圧値が上記基準電圧値である時の上記設定周波数を減算した値である。
【０００９】
好ましくは、上記基準電圧値記憶部は、上記キーホールが貫通した時刻以降に上記ローパスフィルタの出力電圧値が安定したときの上記出力電圧値を、上記基準電圧値として記憶する。
【００１０】
好ましくは、上記キーホールのサイズに基づき、補助情報を求める確認補助部を更に備え、上記補助情報は、上記母材に形成されたビードの確認を補助するための情報であり、上記確認補助部は、上記補助情報を報知する報知部を含む。
【００１１】
好ましくは、しきい値を記憶するしきい値記憶部を更に備え、上記確認補助部は、上記キーホールのサイズの変動を表す変動パラメータと、上記しきい値とを比較する比較回路を含む。
【００１２】
好ましくは、上記報知部は、上記しきい値を上記変動パラメータが超えたと上記比較回路によって判断されると、上記補助情報を報知する。
【００１３】
好ましくは、上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき箇所を示す確認箇所情報を有し、上記確認補助部は、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認箇所情報を求める演算回路を含み、上記報知部は、上記演算回路によって求められた上記確認箇所情報を、報知する。
【００１４】
好ましくは、上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき範囲を指示する確認範囲情報を有し、上記演算回路は、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認範囲情報を求め、上記報知部は、上記演算回路によって求められた上記確認範囲情報を、報知する。
【００１５】
好ましくは、上記変動パラメータは、上記電圧差である。
【００１６】
好ましくは、上記報知部は、音もしくは光によって、上記補助情報を報知する。
【００１７】
本発明の第２の側面によると、プラズマ電極と母材との間のアークによってキーホールを貫通させる工程と、上記キーホールが貫通した後に、上記プラズマ電極と上記母材との間に、設定周波数のパルス電流を流しつつ、定常溶接を行う工程と、を備え、上記定常溶接を行う工程は、上記母材に形成されたキーホールのサイズを検出する工程と、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記設定周波数を算出する工程と、を含み、上記プラズマ電極および上記母材の間の溶接電圧を検出する工程を更に備え、上記キーホールのサイズを検出する工程は、ローパスフィルタによって上記溶接電圧の低周波成分のみを通過させる工程を含み、上記設定周波数を算出する工程においては、上記ローパスフィルタの出力電圧値に基づき、上記設定周波数を算出する、プラズマキーホール溶接方法が提供される。
【００１９】
好ましくは、上記ローパスフィルタの出力電圧値を、基準電圧値として基準電圧値記憶部に記憶する工程を更に備え、上記設定周波数を算出する工程においては、電圧差が正である場合には周波数差が０以上であるように、上記設定周波数を算出し、且つ、上記電圧差が負である場合には上記周波数差が０以下であるように、上記設定周波数を算出し、上記電圧差は、上記ローパスフィルタの出力電圧値から、上記基準電圧値を減算した値であり、上記周波数差は、算出される上記設定周波数から、上記出力電圧値が上記基準電圧値である時の上記設定周波数を減算した値である。
【００２０】
好ましくは、上記設定周波数を算出する工程においては、上記キーホールが貫通した時刻以降に上記ローパスフィルタの出力電圧値が安定したときの上記出力電圧値を、上記基準電圧値として用いる。
【００２１】
好ましくは、上記キーホールのサイズに基づき、上記母材に形成されたビードの確認を補助するための補助情報を求める工程と、上記補助情報を報知する工程と、を備える。
【００２２】
好ましくは、上記補助情報を求める工程においては、上記キーホールのサイズの変動を表す変動パラメータと、しきい値とを比較する。
【００２３】
好ましくは、上記報知する工程は、上記しきい値を上記変動パラメータが超えたと、上記比較する工程において判断された場合に、行われる。
【００２４】
好ましくは、上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき箇所を示す確認箇所情報を有し、上記補助情報を求める工程は、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認箇所情報を求める工程を含み、上記報知する工程においては、上記確認箇所情報を報知する。
【００２５】
好ましくは、上記補助情報は、上記母材に形成されたビードにおける確認すべき範囲を指示する確認範囲情報を有し、上記確認箇所情報を求める工程においては、上記キーホールのサイズの変化に基づき、上記確認範囲情報を求め、上記報知する工程においては、上記確認範囲情報を報知する。
【００２６】
好ましくは、上記変動パラメータは、上記電圧差である。
【００２７】
好ましくは、上記報知する工程においては、音もしくは光によって、上記補助情報を報知する。
【００２８】
このような構成によると、パルス電流の周波数を調整することによって、キーホールのサイズを調整できる。これにより、よりきれいなビードを形成することができる。
【００２９】
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】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマキーホール溶接システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す溶接トーチを示す部分拡大断面図である。
【図３】図１の周波数算出回路が設定周波数を算出するための、電圧差と周波数差との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるプラズマキーホール溶接方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】溶接電流の波形の一例を詳細に示す図である。
【図６】溶接電流の波形の一例を詳細に示す図である。
【図７】溶接電流の波形の一例を詳細に示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態のプラズマキーホール溶接方法における、母材の状態を示す断面図である。
【図９】プラズマキーホール溶接を行う際に望まれる溶接状態を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態にかかるプラズマキーホール溶接システムの構成を示す図である。
【図１１】溶接途中においてキーホールのサイズが変動した場合の信号等の変化状態を示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明の第３実施形態にかかるプラズマキーホール溶接システムの構成を示す図である。
【図１３】ティーチペンダントの表示部に表示された、補助情報、確認箇所情報、および確認範囲情報の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかるプラズマキーホール溶接システムの構成を示す図である。
【００３３】
同図に示すプラズマキーホール溶接システム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、ガス供給装置４と、を備える。
【００３４】
溶接ロボット１は、溶接トーチ１１と、マニピュレータ１２とを含む。
【００３５】
図２に示すように、溶接トーチ１１は、ノズル１１１とプラズマ電極１１２とを有する。ノズル１１１は、たとえば銅などの金属からなる筒状部材である。ノズル１１１は適宜、水冷構造を有する。プラズマ電極１１２は非消耗電極である。プラズマ電極１１２は、たとえばタングステンからなる金属棒である。プラズマ電極１１２は、母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加するための電極である。ノズル１１１からは、プラズマガスＰＧがプラズマ電極１１２を囲むように噴出される。プラズマガスＰＧはたとえばＡｒである。プラズマ電極１１２と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗが印加されることにより、プラズマガスＰＧを媒体としてアークａ１が発生する。アークａ１が発生している際には、プラズマ電極１１２と母材Ｗとの間には溶接電流Ｉｗが流れている。マニピュレータ１２は、溶接トーチ１１を保持している。マニピュレータ１２はたとえば多関節ロボットである。母材Ｗは、たとえば、アルミニウム、アルミニウムの合金、もしくはステンレスよりなる。
【００３６】
ガス供給装置４は、母材Ｗに向かって噴出させるプラズマガスＰＧを供給するためのものである。ガス供給装置４によるプラズマガスＰＧの供給量（すなわちノズル１１１からのプラズマガスＰＧの噴出量）は、ガス流量設定信号（図示略）によって決定される。
【００３７】
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。
【００３８】
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、各種動作をプラズマキーホール溶接システムＡ１のユーザが設定するためのものである。ティーチペンダント２３は、プラズマキーホール溶接システムＡ１のユーザから溶接を開始する旨の指示を受けると、溶接開始信号Ｓｔを送る。
【００３９】
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。また、動作制御回路２１は、プラズマ電極１１２の移動速さＶＲを制御する。移動速さＶＲは、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおける、母材Ｗに対するプラズマ電極１１２の速さである。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、エンコーダからの座標情報、および移動速さ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、モータ（図示略）を回転駆動させる。これにより、溶接トーチ１１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。
【００４０】
溶接電源装置３は、プラズマ電極１１２と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加し溶接電流Ｉｗを流すための装置である。溶接電源装置３は、出力回路３１と、電圧検出回路３２と、定常溶接開始判断回路３３と、周波数算出回路３８と、基準電圧値記憶部３９と、を含む。
【００４１】
出力回路３１は、プラズマ電極１１２と母材Ｗとの間に指示された値で溶接電流Ｉｗを流すためのものである。溶接電流Ｉｗはパルス電流である。出力回路３１は、電源回路３１１と、周波数制御回路３１２と、を有する。
【００４２】
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、電流誤差信号（図示略）に従ってインバータ制御、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。電源回路３１１は動作制御回路２１から溶接開始信号Ｓｔを受ける。
【００４３】
周波数制御回路３１２は、パルス電流たる溶接電流Ｉｗの周波数Ｆｆを制御する。周波数制御回路３１２は、後述の設定周波数Ｆｆｒで溶接電流Ｉｗを流すための周波数設定信号Ｆｆｓを、電源回路３１１に送る。
【００４４】
電圧検出回路３２は、プラズマ電極１１２と母材Ｗとの間の溶接電圧Ｖｗの値を検出するためのものである。電圧検出回路３２は、溶接電圧Ｖｗの値に対応する電圧検出信号Ｖｄを送る。
【００４５】
定常溶接開始判断回路３３は、電圧検出回路３２から電圧検出信号Ｖｄを受ける。定常溶接開始判断回路３３は、電圧検出信号Ｖｄに基づき、定常溶接を開始するか否かを判断する。定常溶接開始判断回路３３は、定常溶接を開始すべきと判断すると、定常溶接開始指示信号Ｃｍ３を動作制御回路２１に送る。
【００４６】
本実施形態において定常溶接開始判断回路３３は、キーホール貫通検知回路３３１と、比較回路３３２とを有する。キーホール貫通検知回路３３１は母材Ｗにてキーホール８８９が貫通したことを検知すると、キーホール貫通検知信号Ｃｍ２を生成し、比較回路３３２に送る。
【００４７】
具体的には、キーホール貫通検知回路３３１は、絶対値演算回路３４１と、ローパスフィルタ３４２と、電圧変動検出回路３４３と、を有する。
【００４８】
絶対値演算回路３４１には、電圧検出信号Ｖｄが入力される。絶対値演算回路３４１は、入力された電圧検出信号Ｖｄの絶対値を演算する。そして絶対値演算回路３４１は、当該演算の結果を電圧絶対値信号Ｖａとして出力する。ローパスフィルタ３４２には、電圧絶対値信号Ｖａが入力される。ローパスフィルタ３４２は、入力された電圧絶対値信号Ｖａの高周波成分を除去し、低周波成分のみを通過させる演算を行う。そしてローパスフィルタ３４２は、当該演算の結果を成形電圧信号Ｖｆとして出力する。なお、絶対値演算回路３４１は、電圧絶対値信号Ｖａが交流ではなく直流であった場合は不要である。
【００４９】
電圧変動検出回路３４３は、成形電圧信号Ｖｆの変動を検出するための回路である。電圧変動検出回路３４３は、成形電圧信号Ｖｆの変動を検出し、キーホール８８９が貫通した時刻を検出するために設けられている。電圧変動検出回路３４３は、微分回路ＢＶ、比較回路ＣＭ１、キーホール形成開始基準電圧設定回路ＶＳ、および比較回路ＣＭ２を有する。
【００５０】
微分回路ＢＶには、成形電圧信号Ｖｆが入力される。微分回路ＢＶは、入力された成形電圧信号Ｖｆの時間微分値を計算し、電圧微分信号Ｂｖを出力する。比較回路ＣＭ１には、電圧微分信号Ｂｖが入力される。比較回路ＣＭ１は、この電圧微分信号Ｂｖが予め定められた基準値Ｂｔｈ１以下となった場合に、キーホール８８９の形成が開始されたと判断する。この時、比較回路ＣＭ１は、短時間だけＨｉｇｈレベルになるキーホール形成開始信号Ｃｍ１を出力する。
【００５１】
キーホール形成開始基準電圧設定回路ＶＳには、キーホール形成開始信号Ｃｍ１と、成形電圧信号Ｖｆとが入力される。キーホール形成開始基準電圧設定回路ＶＳは、キーホール形成開始信号Ｃｍ１が入力された時の成形電圧信号Ｖｆをキーホール形成開始基準電圧信号Ｖｓと設定する。そして、キーホール形成開始基準電圧設定回路ＶＳは、キーホール形成開始基準電圧信号Ｖｓを出力する。
【００５２】
比較回路ＣＭ２には、キーホール形成開始基準電圧信号Ｖｓと、成形電圧信号Ｖｆとが入力される。比較回路ＣＭ２は、キーホール形成開始基準電圧信号Ｖｓと、成形電圧信号Ｖｆとの差が、プラズマガスＰＧの種類等によって予め定められた基準値Ｂｔｈ２以上になった場合、キーホール８８９が貫通したと判断する。この時、比較回路ＣＭ２は、短時間だけＨｉｇｈレベルになるキーホール貫通検知信号Ｃｍ２を出力する。
【００５３】
比較回路３３２は、キーホール貫通検知信号Ｃｍ２および電圧微分信号Ｂｖを受ける。比較回路３３２は、キーホール貫通検知信号Ｃｍ２を受けた後に電圧微分信号Ｂｖが予め定められた基準値Ｂｔｈ３以下に達したときに、溶接裏ビードが適切に形成され且つキーホール８８９が適切な大きさになったと判断する。このとき、比較回路３３２は、定常溶接を開始すべきと判断し、短時間だけＨｉｇｈレベルになる定常溶接開始指示信号Ｃｍ３を送る。定常溶接開始指示信号Ｃｍ３は、周波数算出回路３８と基準電圧値記憶部３９と動作制御回路２１とに送られる。
【００５４】
なお、以上に説明した、定常溶接開始判断回路３３は、キーホールサイズ検出部の機能も担う。すなわち、定常溶接開始判断回路３３は、母材Ｗに形成されたキーホール８８９のサイズを検出する。本実施形態において成形電圧信号Ｖｆの値を計算することは、キーホール８８９のサイズを検出することに相当する。本実施形態ではキーホール８８９のサイズとは、母材Ｗの裏面側に形成された、キーホール８８９の開口の直径のことを言うものとする。
【００５５】
基準電圧値記憶部３９は、成形電圧信号Ｖｆを受ける。基準電圧値記憶部３９は、ある時点に受けた成形電圧信号Ｖｆの値（ローパスフィルタ３４２の出力電圧値）を基準電圧値Ｖｆ１として記憶する。好ましくは、基準電圧値記憶部３９は、母材Ｗにキーホール８８９が貫通した時刻以降にローパスフィルタ３４２の出力電圧値が安定したときの出力電圧値を、基準電圧値Ｖｆ１として記憶する。本実施形態では、基準電圧値記憶部３９は定常溶接開始指示信号Ｃｍ３を受ける。基準電圧値記憶部３９は、定常溶接開始指示信号Ｃｍ３を受けると、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値を基準電圧値Ｖｆ１として記憶する。
【００５６】
周波数算出回路３８は設定周波数Ｆｆｒを算出する。設定周波数Ｆｆｒは、溶接電流Ｉｗの周波数Ｆｆを指示するための値である。周波数算出回路３８は、算出した設定周波数Ｆｆｒを周波数制御回路３１２に送る。本実施形態においては、周波数算出回路３８は、ローパスフィルタ３４２から成形電圧信号Ｖｆを受ける。周波数算出回路３８は、成形電圧信号Ｖｆの値（ローパスフィルタ３４２の出力電圧値）に基づき、設定周波数Ｆｆｒを算出する。詳細については後述する。なお、周波数算出回路３８は、定常溶接開始指示信号Ｃｍ３も受ける。
【００５７】
次に、図４をさらに用いて、プラズマキーホール溶接システムＡ１を用いたプラズマキーホール溶接方法の一例について説明する。
【００５８】
同図（ａ）は電圧検出信号Ｖｄの時間変化を示し、（ｂ）は電圧絶対値信号Ｖａの時間変化を示し、（ｃ）は成形電圧信号Ｖｆ（ローパスフィルタ３４２の出力電圧値）の時間変化を示し、（ｄ）キーホール形成開始信号Ｃｍ１の時間変化を示し、（ｅ）はキーホール貫通検知信号Ｃｍ２の時間変化を示し、（ｆ）は定常溶接開始指示信号Ｃｍ３の時間変化を示し、（ｇ）は、プラズマ電極１１２の移動速さＶＲの時間変化を示し、（ｈ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、（ｉ）は溶接電流Ｉｗのパルスの周波数Ｆｆの時間変化を示す。
【００５９】
図８（ｓ−１）、（ｓ−２）、（ｓ−３）はそれぞれ、図４（ｓ−１）、（ｓ−２）、（ｓ−３）のアークａ１および母材Ｗの状態に対応する。
【００６０】
図４（ａ）に示す電圧検出信号Ｖｄは、ピーク値とベース値とを有する交流パルス波形電圧信号を示す。
【００６１】
＜時刻ｔ１〜時刻ｔ２＞
時刻ｔ１において、外部からの溶接開始信号Ｓｔがティーチペンダント２３を経由して動作制御回路２１に入力されると、動作制御回路２１は、溶接開始信号Ｓｔを、出力回路３１（具体的には、電源回路３１１）に送る。すると、電源回路３１１はプラズマ電極１１２と母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加し、アークａ１が点弧される。そして溶接電流Ｉｗの通電が開始される。
【００６２】
図４（ｉ）に示すように、時刻ｔ１からは溶接電流Ｉｗは、所定の周波数Ｆｆで流れ始める。
【００６３】
ここで、パルス電流の波形について、図５を参照しつつ説明する。図５は、溶接電流Ｉｗのほぼパルス２周期分を示すグラフである。なお、図５における時間のスケールは、図４における時間のスケールに比べ極めて小さい。
【００６４】
図５において、溶接電流Ｉｗを示す縦軸は、プラズマ電極１１２が陽極となったときに流れる電流をプラスとしている。本図から理解されるように、溶接電流Ｉｗは、周期Ｔｅにおいて電極プラス極性電流Ｉｅｐと電極マイナス極性電流Ｉｅｎとを１回ずつとる、交流電流である。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、プラズマ電極１１２が陽極、母材Ｗが陰極となった状態で流れる電流である。電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、プラズマ電極１１２が陰極、母材Ｗが陽極となった状態で流れる電流である。
【００６５】
電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、周期Ｔｅ２を有するパルス電流となっている。周期Ｔｅ２は、電極マイナス極性期間Ｔｅｎよりも短い。この周期Ｔｅ２の間に、電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、電極マイナス極性ピーク電流Ｉｎｐと電極マイナス極性ベース電流Ｉｎｂとを１回ずつとる。
【００６６】
図５において、電極マイナス極性電流Ｉｅｎの絶対値を破線で示している。さらに同図には、溶接電流Ｉｗの時間平均値Ｉａを示している。
【００６７】
そして、周波数Ｆｆと周期Ｔｅとの関係は以下のとおりである。
Ｆｆ＝１／Ｔｅ
【００６８】
また、ＥＮ比率が、周期Ｔｅ、電極マイナス極性期間Ｔｅｎ、ないし電極プラス極性期間Ｔｅｐを用いて、以下の式によって規定される。
ＥＮ比率（％）＝Ｔｅｎ／Ｔｅ×１００
＝Ｔｅｎ／（Ｔｅｎ＋Ｔｅｐ）×１００
【００６９】
周波数Ｆｆを変化させるには、たとえば、ＥＮ比率および時間平均値Ｉａをいずれも変化させずに、電極マイナス極性期間Ｔｅｎおよび電極プラス極性期間Ｔｅｐのいずれをも変化させる。ただし、周波数Ｆｆを変化させるのはこれに限られず、ＥＮ比率を変化させつつ周波数Ｆｆを調整してもよい。また、時間平均値Ｉａを変化させるには、たとえば、ＥＮ比率を変化させずに、溶接電流Ｉｗの最大絶対値Ｉｅｐｐの値や、溶接電流Ｉｗの最大絶対値Ｉｅｎｐなどを変化させる。
【００７０】
溶接電流Ｉｗの波形は、図５に示すものに限られず、図６や図７に示すものであってもよい。
【００７１】
図４（ｇ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ４の間は、移動速さＶＲは０であり、プラズマ電極１１２は母材Ｗに対し停止している。
【００７２】
絶対値演算回路３４１は、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄの絶対値を演算し、図４（ｂ）に示す電圧絶対値信号Ｖａを送る。ローパスフィルタ３４２は、電圧絶対値信号Ｖａの高周波成分を除去し、同図（ｃ）に示す成形電圧信号Ｖｆを出力する。ローパスフィルタ３４２は、溶接電流Ｉｗの周波数Ｆｆのたとえば１０倍以上の高周波成分を除去する。図８（ｓ−１）に示すように、時刻ｔ１以降、アークａ１は、母材Ｗの表面に溶融池８８１を形成する。溶融池８８１が形成され始めた時はアークａ１は不安定である。そのため成形電圧信号Ｖｆは変動しやすい。
【００７３】
＜時刻ｔ２〜ｔ３（キーホール形成期間）＞
図４（ｃ）に示すように、成形電圧信号Ｖｆが上昇して時刻ｔ２になると、アークａ１は安定する。そのため時刻ｔ２以降、成形電圧信号Ｖｆの上昇率が小さくなる。比較回路ＣＭ１は、成形電圧信号Ｖｆを時間微分した電圧微分信号Ｂｖが、予め定めた基準値Ｂｔｈ１以下となった場合、アークａ１が母材Ｗにキーホール８８９を掘り始め、キーホール８８９の形成が開始されたと判断する。キーホール８８９の形成が開始されたと判断すると、比較回路ＣＭ１は、同図（ｄ）に示すように、短時間だけＨｉｇｈレベルになるキーホール形成開始信号Ｃｍ１を出力する。キーホール形成開始基準電圧設定回路ＶＳは、キーホール形成開始信号Ｃｍ１を受けると、このキーホール形成開始信号Ｃｍ１を入力した時の成形電圧信号Ｖｆをキーホール形成開始基準電圧信号Ｖｓ（同図（ｃ）参照）として設定する。図８（ｓ−２）に示すように、時刻ｔ２以降、キーホール８８９の形成が継続され、溶融池８８１の表面８８２が徐々に低下してゆく。なお、キーホール８８９の形成が開始した時（時刻ｔ２）から、キーホール８８９が貫通する時（後述の時刻ｔ３）までの期間は、キーホール形成期間である。
【００７４】
＜時刻ｔ３〜ｔ４＞
時刻ｔ３において、図８（ｓ−３）に示すように、母材Ｗにてキーホール８８９が貫通する。キーホール８８９が貫通したとき、時刻ｔ３において、図４（ｃ）に示すように、成形電圧信号Ｖｆとキーホール形成開始基準電圧信号Ｖｓとの差が予め定めた基準値Ｂｔｈ２より大きくなる。この場合、比較回路ＣＭ２は、キーホール８８９が貫通したと判断する。すると同図（ｅ）に示すように、比較回路ＣＭ２は、キーホール貫通検知信号Ｃｍ２を、比較回路３３２に送る。キーホール８８９が貫通した直後は、成形電圧信号Ｖｆはキーホール８８９の貫通の影響で不安定である。キーホール８８９が貫通した時刻ｔ３からしばらくすると、成形電圧信号Ｖｆが減少したのちに成形電圧信号Ｖｆが安定し、成形電圧信号Ｖｆの減少率が小さくなる。
【００７５】
＜時刻ｔ４以降＞
時刻ｔ４において、比較回路３３２は、電圧微分信号Ｂｖが予め定めた基準値Ｂｔｈ３以下に達すると、溶接裏ビードが適切に形成され且つキーホール８８９が適切な大きさになったと判断する。このとき、図４（ｆ）に示すように、比較回路３３２は、定常溶接を開始すべきと判断し、短時間だけＨｉｇｈレベルになる定常溶接開始指示信号Ｃｍ３を送る。
【００７６】
時刻ｔ４において、動作制御回路２１は、定常溶接開始指示信号Ｃｍ３を受けると、図４（ｇ）に示すように、移動速さＶＲを所定の速さに設定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、溶接進行方向Ｄｒにおける、プラズマ電極１１２の母材Ｗに対する移動が開始される。
【００７７】
以上のように時刻ｔ４から、定常溶接を行う工程が開始され、母材Ｗに対する溶接が行われる。これにより、図９に示すように、母材Ｗの表面に溶接進行方向Ｄｒに沿って溶接表ビードが、母材Ｗの裏面には溶接進行方向Ｄｒに沿って溶接裏ビードが形成される。
【００７８】
時刻ｔ４において、基準電圧値記憶部３９は、定常溶接開始指示信号Ｃｍ３を受けると、成形電圧信号Ｖｆの値（ローパスフィルタ３４２の出力電圧値）を、基準電圧値Ｖｆ１（図１、図４参照）として記憶する。すなわち、基準電圧値記憶部３９は、キーホール８８９が貫通した時刻（時刻ｔ３）以降にローパスフィルタ３４２の出力電圧値が安定したときのローパスフィルタ３４２の出力電圧値を、基準電圧値Ｖｆ１として記憶する。基準電圧値Ｖｆ１は、たとえば、２０．５Ｖである。なお、本実施形態とは異なり、基準電圧値記憶部３９は、時刻ｔ４から数秒程度の時間が経過した後のローパスフィルタ３４２の出力電圧値を、基準電圧値Ｖｆ１として記憶してもよい。これによっても、基準電圧値記憶部３９は、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値が安定したときのローパスフィルタ３４２の出力電圧値を、基準電圧値Ｖｆ１として記憶することができる。
【００７９】
時刻ｔ４以降の定常溶接を行う工程において、キーホール８８９のサイズに変動が生じることがある。キーホール８８９のサイズの変動は、アークａ１から母材Ｗへの入熱のバランスの変動や母材Ｗの温度の変化等によって生じる。もしくは、キーホール８８９のサイズの変動は、母材Ｗの厚さの変化によって生じる。母材Ｗの厚さの変化の例としては、母材Ｗの厚さが６ｍｍや１０ｍｍから１５ｍｍに変化する場合が挙げられる。キーホール８８９のサイズは、成形電圧信号Ｖｆの値（すなわちローパスフィルタ３４２の出力電圧値）と正の相関がある。すなわち、キーホール８８９のサイズが大きくなればローパスフィルタ３４２の出力電圧値は増加する一方、キーホール８８９のサイズが小さくなればローパスフィルタ３４２の出力電圧値の値は減少する。
【００８０】
キーホール８８９のサイズとローパスフィルタ３４２の出力電圧値の一例を挙げると、キーホール８８９のサイズ（母材Ｗの裏面側に形成された、キーホール８８９の開口の直径）が２．０ｍｍである場合、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値は２２．０Ｖであり、キーホール８８９のサイズ（母材Ｗの裏面側に形成された、キーホール８８９の開口の直径）が５．０ｍｍである場合、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値は２５．０Ｖである。時刻ｔ４以降の定常溶接を行う工程において、キーホール８８９のサイズが１．５〜２．５ｍｍの範囲内で変動する場合、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値は、たとえば、２１．５〜２２．５Ｖの範囲内で変動する。
【００８１】
本実施形態では、キーホール８８９のサイズを同じ大きさのまま維持するため、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値を同一のまま維持できるような制御を行う。具体的には、周波数算出回路３８が、電圧差ΔＶと周波数差ΔＦｆとが、たとえば図３（ａ）〜図３（ｆ）のいずれかに示す関係となるように、設定周波数Ｆｆｒを算出する。同図に示す電圧差ΔＶは、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値から、基準電圧値Ｖｆ１を減算した値である。周波数差ΔＦｆは、算出される設定周波数Ｆｆｒから、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値が基準電圧値Ｖｆ１である時（時刻ｔ４）の設定周波数Ｆｆｒを減算した値である。図３（ａ）〜図３（ｆ）のいずれにおいても、電圧差ΔＶが正である場合には周波数差ΔＦｆが０以上であり、電圧差ΔＶが負である場合には周波数差ΔＦｆが０以下である。
【００８２】
電圧差ΔＶが正である場合、キーホール８８９のサイズが時刻ｔ４におけるサイズよりも大きくなっている。周波数算出回路３８は、電圧差ΔＶが正である場合には周波数差ΔＦｆが０以上であるように、設定周波数Ｆｆｒを算出する。これにより、溶接電流Ｉｗの周波数Ｆｆが時刻ｔ４の時よりも大きくなると、アーク圧力が小さくなる。その結果、母材Ｗがあまり溶融しなくなり、キーホール８８９のサイズが小さくなる。
【００８３】
一方、電圧差ΔＶが負である場合、キーホール８８９のサイズが時刻ｔ４におけるサイズよりも小さくなっている。周波数算出回路３８は、電圧差ΔＶが負である場合には周波数差ΔＦｆが０以下であるように、設定周波数Ｆｆｒを算出する。これにより、溶接電流Ｉｗの周波数Ｆｆが時刻ｔ４の時よりも小さくなると、アーク圧力が大きくなる。その結果、母材Ｗがよく溶融するようになり、キーホール８８９のサイズが大きくなる。
【００８４】
以上のように周波数算出回路３８によって設定周波数Ｆｆｒが算出され、電圧差ΔＶが０となるように制御される。これにより、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値が、時刻ｔ４における基準電圧値Ｖｆ１に一致するように、制御される。すなわち、キーホール８８９のサイズが時刻ｔ４におけるサイズと同一となるように制御される。
【００８５】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００８６】
本実施形態においては、プラズマキーホール溶接システムＡ１は周波数算出回路３８を備える。周波数算出回路３８は、キーホールサイズ検出部（本実施形態では定常溶接開始判断回路３３）によって検出されたキーホール８８９のサイズの変化に基づき、設定周波数Ｆｆｒを算出する。このような構成にて、溶接電流Ｉｗの周波数Ｆｆは設定周波数Ｆｆｒによって決定されるから、キーホール８８９のサイズの変化に基づき、周波数Ｆｆを調整することができる。周波数Ｆｆを調整できると、アーク圧力を調整することができ、キーホール８８９のサイズを調整できる。したがって、本実施形態によるとキーホール８８９のサイズの変化に応じて、キーホール８８９そのもののサイズを調整することができる。これにより、よりきれいなビードを形成することができる。
【００８７】
なお、周波数Ｆｆを調整することに加え、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値Ｉａを調整してもよいし、プラズマガスＰＧのガス流量を調整してもよいし、移動速さＶＲを調整してもよい。一方、周波数Ｆｆを調整する際に、溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値Ｉａを変化させなくてもよい。この場合、母材Ｗへの入熱量を変化させなくてよいといったメリットがある。また、周波数Ｆｆを調整する際に、プラズマガスＰＧのガス流量を変化させなくてもよい。この場合には、アークａ１をプラズマガスＰＧによってシールドできなくなるおそれを回避できる。また、周波数Ｆｆを調整する際に、移動速さＶＲを変化させなくてもよい。この場合、溶接に要する時間が所望の時間よりも長くなることを防止できる。
【００８８】
本実施形態においては、プラズマキーホール溶接システムＡ１は溶接電圧Ｖｗを検出する電圧検出回路３２を備える。上記キーホールサイズ検出部（本実施形態では定常溶接開始判断回路３３）は、電圧検出回路３２によって検出された溶接電圧Ｖｗの低周波成分のみを通過させるローパスフィルタ３４２を含む。周波数算出回路３８は、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値に基づき、設定周波数Ｆｆｒを算出する。上述のように、キーホール８８９のサイズとローパスフィルタ３４２の出力電圧値とは、正の相関がある。そのため本実施形態の構成によると、キーホール８８９のサイズを、プラズマキーホール溶接システムＡ１内の回路で検知できる。したがって、本実施形態によると、キーホール８８９のサイズを検出できる装置を、より簡単に得ることができる。
【００８９】
本実施形態においては、プラズマキーホール溶接システムＡ１は、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値を、基準電圧値Ｖｆ１として記憶する基準電圧値記憶部３９を備える。図３（ａ）〜図３（ｆ）を参照して説明したように、周波数算出回路３８は、電圧差ΔＶが正である場合には周波数差ΔＦｆが０以上であるように、設定周波数Ｆｆｒを算出する。一方、周波数算出回路３８は、電圧差ΔＶが負である場合には周波数差ΔＦｆが０以下であるように、設定周波数Ｆｆｒを算出する。このような構成によると、上述のように、ΔＶが０となるように、設定周波数Ｆｆｒを算出することができる。したがって、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値を、基準電圧値Ｖｆ１に維持することができる。すなわち、キーホール８８９のサイズを均一に維持することが可能となる。
【００９０】
本実施形態においては、基準電圧値記憶部３９は、キーホール８８９が貫通した時刻（時刻ｔ３）以降にローパスフィルタ３４２の出力電圧値が安定したときのローパスフィルタ３４２の出力電圧値を、基準電圧値Ｖｆ１として記憶する。キーホール８８９が貫通した時刻（時刻ｔ３）以降にローパスフィルタ３４２の出力電圧値が安定した際には、キーホール８８９は適切な大きさになっている。したがって、本実施形態の構成は、キーホール８８９のサイズを適切な大きさのまま均一に維持するのに適する。
【００９１】
＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の第２実施形態にかかるプラズマキーホール溶接システムの構成を示す図である。
【００９２】
同図に示すプラズマキーホール溶接システム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、ガス供給装置４と、を備える。
【００９３】
プラズマキーホール溶接システムＡ２における溶接ロボット１およびガス供給装置４は、プラズマキーホール溶接システムＡ１における構成と同様であるから、説明を省略する。
【００９４】
溶接電源装置３は、比較回路３６１と、しきい値記憶部３６２と、報知部３６４と、を更に含む点を除き、第１実施形態と同様である。
【００９５】
本実施形態において、比較回路３６１および報知部３６４は、本発明の確認補助部を構成している。確認補助部は、キーホール８８９のサイズに基づき、補助情報Ｉｎｆ１を求める。補助情報Ｉｎｆ１は、母材Ｗに形成されたビードの確認を補助するための情報である。補助情報Ｉｎｆ１については後述する。
【００９６】
しきい値記憶部３６２にはしきい値Ｖｔｈが記憶されている。比較回路３６１は、ローパスフィルタ３４２から成形電圧信号Ｖｆを受ける。また、比較回路３６１は、基準電圧値記憶部３９から基準電圧値Ｖｆ１を受ける。比較回路３６１は、キーホール８８９のサイズの変動を表す変動パラメータと、しきい値記憶部３６２に記憶されたしきい値とを比較する。本実施形態においては、比較回路３６１は変動パラメータとして上述の電圧差ΔＶ（ローパスフィルタ３４２の出力電圧値から、基準電圧値Ｖｆ１を減算した値）を用いる。比較回路３６１は、電圧差ΔＶがしきい値Ｖｔｈを超えたと判断すると、キーホール８８９のサイズの変動が生じたと判断し、キーホールサイズ変動検知信号Ｓｃを生成する。比較回路３６１は、生成したキーホールサイズ変動検知信号Ｓｃを、報知部３６４に送る。
【００９７】
報知部３６４は補助情報Ｉｎｆ１を報知するためのものである。報知部３６４は、前記変動パラメータが前記しきい値を超えたと比較回路３６１によって判断されると、補助情報Ｉｎｆ１を報知する。本実施形態においては、変動パラメータとしての上述の電圧差ΔＶがしきい値Ｖｔｈを超えたと比較回路３６１によって判断されると、補助情報Ｉｎｆ１を報知する。具体的には、報知部３６４は、キーホールサイズ変動検知信号Ｓｃを受けると、補助情報Ｉｎｆ１を報知する。報知部３６４は、たとえば、ブザーや警告灯や表示装置である。報知部３６４は、音もしくは光によって、補助情報Ｉｎｆ１を報知する。補助情報Ｉｎｆ１は、たとえばブザー音やライトやキーホールのサイズが変動した旨の表示である。
【００９８】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００９９】
図１１は、溶接途中においてキーホールのサイズが変動した場合の信号等の変化状態を示すタイミングチャートである。同図を用いて、キーホール８８９のサイズが変化した場合（図１１では、大きくなった場合）の、キーホール８８９のサイズ、および、プラズマキーホール溶接システムＡ２内における信号の変化状態について説明する。同図（ａ）はキーホール８８９のサイズ、同図（ｂ）は成形電圧信号Ｖｆ、同図（ｃ）は周波数Ｆｆ、の変化状態を示す。
【０１００】
同図（ａ）に示すように、時刻ｔ２１から、キーホール８８９のサイズが大きくなる。上述したように、キーホール８８９のサイズは、成形電圧信号Ｖｆ（すなわち、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値）と正の相関がある。そのため、同図（ｂ）に示すように、時刻ｔ２１から、成形電圧信号Ｖｆの値も大きくなる。時刻ｔ２１〜時刻ｔ２２間のある時点において、周波数算出回路３８が、キーホール８８９のサイズの変化に基づき、キーホール８８９のサイズを時刻ｔ２１以前のサイズに戻すための設定周波数Ｆｆｒを算出する。そして、同図（ｃ）に示すように、時刻ｔ２２において、溶接電流Ｉｗの周波数Ｆｆが増加する。溶接電流Ｉｗの周波数Ｆｆが増加するとアーク圧力が小さくなる。その結果、母材Ｗがあまり溶融しなくなる。そして、時刻ｔ２２〜時刻ｔ２３の間、しだいにキーホール８８９のサイズが小さくなり、時刻ｔ２３に、キーホール８８９のサイズが時刻ｔ２１以前のサイズに戻る。
【０１０１】
このように、キーホール８８９のサイズが変化した場合（図１１では大きくなった場合）、キーホール８８９のサイズの変化が開始した時刻ｔ２１からある程度の期間が経過した時刻ｔ２３にて、キーホール８８９のサイズが適性なものとなる。すなわち、時刻ｔ２１〜時刻ｔ２３の期間のキーホール８８９のサイズは、時刻ｔ２１以前におけるサイズと同一ではない。よって、時刻ｔ２１〜時刻ｔ２３に形成されたビードには、他の部位とは幅が異なっていたり、もしくは、母材Ｗの裏面に形成されていない等の不具合が生じている可能性がある。時刻ｔ２１〜時刻ｔ２３における周波数Ｆｆを調整するプロセスは、プラズマキーホール溶接システムＡ２内にて自動で行われる。この調整するプロセスは、第１実施形態にかかるアーク溶接システムＡ１では、アーク溶接システムＡ１のユーザに知らされない。そのため、当該ユーザは、キーホール８８９のサイズに変動が生じたか否かを知ることができず、ビードに不具合が生じている可能性が有るか否かを知ることができない。
【０１０２】
図１１では、時刻ｔ２１からキーホール８８９のサイズが大きくなる場合について説明したが、時刻ｔ２１からキーホール８８９のサイズが小さくなった場合であっても、同様に、キーホール８８９のサイズが変化した時点からある程度の期間が経過した後に、キーホール８８９のサイズが適切なものとなる。なお、時刻ｔ２１〜時刻ｔ２３の期間は、たとえば、１〜数ｓｅｃ程度である。
【０１０３】
本実施形態においては、プラズマキーホール溶接システムＡ２においては、報知部３６４が、母材Ｗに形成されたビードの確認を補助するための補助情報Ｉｎｆ１を報知する。このような構成によると、プラズマキーホール溶接システムＡ２のユーザは、補助情報Ｉｎｆ１として、母材Ｗに形成されたビードに不具合が生じている可能性があることを、知ることができる。よって、プラズマキーホール溶接システムＡ２のユーザが、ビードの確認作業を容易に行うことができる。
【０１０４】
本実施形態においては、報知部３６４は、しきい値Ｖｔｈを変動パラメータである電圧差ΔＶが超えたと比較回路３６１によって判断されると、補助情報Ｉｎｆ１を報知する。このような構成によると、溶接終了後ではなく溶接途中に補助情報Ｉｎｆ１を報知することができる。これにより、プラズマキーホール溶接システムＡ２のユーザは、溶接途中に、ビードに不具合が生じている可能性があることを知ることができる。これにより、溶接が終了すると即座に、ビードの確認作業を行うことができる。
【０１０５】
比較回路３６１は、電圧差ΔＶを用いて、キーホール８８９の変動を検出したが、本発明はこれに限られない。たとえば、比較回路３６１が、周波数算出回路３８によって算出された設定周波数Ｆｆｒの変化に基づき、キーホール８８９が変動したことを検出してもよい。
【０１０６】
＜第３実施形態＞
図１２は、本発明の第３実施形態にかかるプラズマキーホール溶接システムの構成を示す図である。
【０１０７】
同図に示すプラズマキーホール溶接システム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、ガス供給装置４と、を備える。
【０１０８】
プラズマキーホール溶接システムＡ３における溶接ロボット１およびガス供給装置４は、プラズマキーホール溶接システムＡ１，Ａ２における構成と同様であるから、説明を省略する。
【０１０９】
溶接電源装置３は、報知部３６４を有さない点を除き、第２実施形態と同様である。なお、本実施形態においては、比較回路３６１は、生成したキーホールサイズ変動検知信号Ｓｃを、動作制御回路２１に送る。なお、図１２に示したものとは異なり、溶接電源装置３が、第２実施形態で述べた報知部３６４を有していてもよい。
【０１１０】
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。本実施形態においては、動作制御回路２１は、演算回路２１１を有する点を除き第１実施形態と同様である。
【０１１１】
演算回路２１１は、比較回路３６１からキーホールサイズ変動検知信号Ｓｃを受ける。演算回路２１１は、キーホール８８９のサイズの変化に基づき補助情報Ｉｎｆ１を求める。本実施形態にて、補助情報Ｉｎｆ１は、確認箇所情報Ｉｎｆ２と確認範囲情報Ｉｎｆ３とを有する（図１３も参照）。そして、演算回路２１１は、キーホール８８９のサイズの変化に基づき、確認箇所情報Ｉｎｆ２と、確認範囲情報Ｉｎｆ３とを求める。
【０１１２】
確認箇所情報Ｉｎｆ２とは、母材Ｗに形成されたビードのうちの確認をすべき箇所（ビードのうち、図１１の時刻ｔ２１〜時刻ｔ２３の期間に形成された箇所）を示す情報である。図１３に示すように、確認箇所情報Ｉｎｆ２は、たとえば、ビードの始点を基準とする位置や、溶接開始時からの時間である。本実施形態においては、演算回路２１１は、キーホールサイズ変動検知信号Ｓｃを受けたことに基づき、確認箇所情報Ｉｎｆ２を求める。すなわち、キーホールサイズ変動検知信号Ｓｃを受けた時に形成されているビードの部位を、確認すべき箇所と判断する。
【０１１３】
確認範囲情報Ｉｎｆ３とは、母材Ｗに形成されたビードにおける確認すべき範囲を示す情報である。図１３に示すように、確認範囲情報Ｉｎｆ３は、母材Ｗに形成されたビードのうち、図１１の時刻ｔ２１〜時刻ｔ２３の間に形成された領域を示す表示や、溶接進行方向Ｄｒにおける長さ等である。
【０１１４】
ティーチペンダント２３は表示部２３１を有する。表示部２３１は本発明の報知部の一例に相当する。ティーチペンダント２３の表示部２３１は補助情報Ｉｎｆ１を報知（表示）する。具体的には、図１３に示すように、ティーチペンダント２３の表示部２３１は、補助情報Ｉｎｆ１として、確認箇所情報Ｉｎｆ２と確認範囲情報Ｉｎｆ３とを報知（表示）する。
【０１１５】
なお、本実施形態において、比較回路３６１と、演算回路２１１と、ティーチペンダント２３とが、本発明の確認補助部を構成している。
【０１１６】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【０１１７】
本実施形態においては、補助情報Ｉｎｆ１は、母材Ｗに形成されたビードにおける確認すべき箇所を示す確認箇所情報Ｉｎｆ２を有する。演算回路２１１は、キーホール８８９のサイズの変化に基づき、確認箇所情報Ｉｎｆ２を求める。ティーチペンダント２３の表示部２３１は、演算回路２１１によって求められた確認箇所情報Ｉｎｆ２を、報知（表示）する。このような構成によれば、プラズマキーホール溶接システムＡ３のユーザが、母材Ｗに形成されたビードのうちの確認をすべき箇所を、知ることができる。これにより、よって、プラズマキーホール溶接システムＡ３のユーザが、ビードの確認作業を更に容易に行うことができる。
【０１１８】
本実施形態においては、補助情報Ｉｎｆ１は、母材Ｗに形成されたビードにおける確認すべき範囲を指示する確認範囲情報Ｉｎｆ３を有する。演算回路２１１は、キーホール８８９のサイズの変化に基づき、確認範囲情報Ｉｎｆ３を求める。ティーチペンダント２３の表示部２３１は、演算回路２１１によって求められた確認範囲情報Ｉｎｆ３を、報知（表示）する。このような構成によれば、プラズマキーホール溶接システムＡ３のユーザが、母材Ｗに形成されたビードにおける確認すべき範囲を、知ることができる。これにより、プラズマキーホール溶接システムＡ３のユーザが、ビードの確認作業を更に容易に行うことができる。
【０１１９】
なお、ティーチペンダント２３の表示部２３１は、補助情報Ｉｎｆ１として、確認箇所情報Ｉｎｆ２と確認範囲情報Ｉｎｆ３とのいずれをも報知（表示）する例を示したが、本発明はこれに限定されない。ティーチペンダント２３の表示部２３１は、補助情報Ｉｎｆ１として、確認箇所情報Ｉｎｆ２と確認範囲情報Ｉｎｆ３とのいずれか一方のみを、報知（表示）してもよい。
【０１２０】
また、本実施形態では、演算回路が動作制御回路２１の構成である例を示したが、これに限られず、溶接電源装置３の構成であってもよい。
【０１２１】
ティーチペンダント２３の表示部２３１に、補助情報Ｉｎｆ１として、設定周波数Ｆｆｒの変化量を表示させてもよい。
【０１２２】
本発明は、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。
【０１２３】
定常溶接開始判断回路３３は必ずしも比較回路３３２を含む必要はない。定常溶接開始判断回路３３は、キーホール貫通検知信号Ｃｍ２が生成された時から所定の時間が経過したときに、定常溶接を開始すべきと判断してもよい。もしくは、定常溶接開始判断回路３３は、出力回路３１による出力が開始した時から所定の時間が経過したときに、定常溶接を開始すべきと判断するものであってもよい。
【０１２４】
上述の実施形態とは異なり、比較回路ＣＭ２は、時刻ｔ２ののち成形電圧信号Ｖｆの変化量がある値を超えたときにキーホール８８９が貫通したと判断し、キーホール貫通検知信号Ｃｍ２を出力してもよい。
【０１２５】
上記実施形態では、周波数算出回路３８は、電圧差ΔＶに基づき設定周波数Ｆｆｒを算出したが、本発明はこれに限られない。たとえば、周波数算出回路３８は、ローパスフィルタ３４２の出力電圧値の時間微分値に基づき、設定周波数Ｆｆｒを算出してもよい。
【０１２６】
キーホールサイズ検出部は、画像処理によってキーホール８８９のサイズを検出してもよい。
【符号の説明】
【０１２７】
Ａ１，Ａ２，Ａ３  プラズマキーホール溶接システム
１  溶接ロボット
１１  溶接トーチ
１１１  ノズル
１１２  プラズマ電極
１２  マニピュレータ
２  ロボット制御装置
２１  動作制御回路
２１１  演算回路
２３  ティーチペンダント
２３１  表示部
３  溶接電源装置
３１  出力回路
３１１  電源回路
３１２  周波数制御回路
３２  電圧検出回路
３３  定常溶接開始判断回路
３３１  キーホール貫通検知回路
３４１  絶対値演算回路
３４２  ローパスフィルタ
３４３  電圧変動検出回路
３３２  比較回路
３６１  比較回路
３６２  しきい値記憶部
３６４  報知部
３８  周波数算出回路
３９  基準電圧値記憶部
４  ガス供給装置
８８１  溶融池
８８２  表面
８８９  キーホール
ａ１  アーク
Ｂｔｈ１  基準値
Ｂｔｈ２  基準値
ＢＶ  微分回路
Ｂｖ  電圧微分信号
Ｂｔｈ３  基準値
ＣＭ１  比較回路
Ｃｍ１  キーホール形成開始信号
ＣＭ２  比較回路
Ｃｍ２  キーホール貫通検知信号
Ｃｍ３  定常溶接開始指示信号
Ｄｒ  溶接進行方向
Ｆｆ  周波数
Ｆｆｓ  周波数設定信号
Ｆｆｒ  設定周波数
Ｉａ  時間平均値
Ｉｅｐ  電極プラス極性電流
Ｉｅｎ  電極マイナス極性電流
Ｉｅｐｐ  最大絶対値
Ｉｅｎｐ  最大絶対値
Ｉｎｆ１  補助情報
Ｉｎｆ２  確認箇所情報
Ｉｎｆ３  確認範囲情報
Ｉｎｐ  電極マイナス極性ピーク電流
Ｉｎｂ  電極マイナス極性ベース電流
Ｉｗ  溶接電流
Ｍｓ  動作制御信号
Ｓｔ  溶接開始信号
Ｓｃ  キーホールサイズ変動検知信号
ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ２１，ｔ２２，ｔ２３  時刻
Ｔｅ２  周期
Ｔｅ  周期
Ｔｅｎ  電極マイナス極性期間
Ｔｅｐ  電極プラス極性期間
ＰＧ  プラズマガス
Ｖａ  電圧絶対値信号
Ｖｄ  電圧検出信号
Ｖｆ  成形電圧信号
Ｖｆ１  基準電圧値
ＶＳ  キーホール形成開始基準電圧設定回路
Ｖｓ  キーホール形成開始基準電圧信号
Ｖｔｈ  しきい値
Ｖｗ  溶接電圧
Ｗ  母材
【図１】
0005981735.tif 000002
【図２】
0005981735.tif 000003
【図３】
0005981735.tif 000004
【図４】
0005981735.tif 000005
【図５】
0005981735.tif 000006
【図６】
0005981735.tif 000007
【図７】
0005981735.tif 000008
【図８】
0005981735.tif 000009
【図９】
0005981735.tif 000010
【図１０】
0005981735.tif 000011
【図１１】
0005981735.tif 000012
【図１２】
0005981735.tif 000013
【図１３】
0005981735.tif 000014