(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極および母材の間にアークが発生している状態、並びに、上記消耗電極および上記母材が短絡している状態、を周期的に繰り返すアーク溶接システムであって、
上記消耗電極を溶接トーチに向かって送り出す送給装置と、
上記消耗電極および上記母材の間に流れる溶接電流の値を降下させる降下時刻を算出する算出回路と、
上記降下時刻に至ると、上記溶接電流の値を降下させることにより、上記溶接電流としてスパッタ抑制電流の通電を開始する電源回路と、を備え、
上記電源回路は、上記消耗電極および上記母材の短絡が発生したこと、および、上記短絡が解消し上記消耗電極および上記母材の間にアークが発生したこと、のいずれか一方であるアーク状態変化が生じた時点において、上記スパッタ抑制電流の通電を継続し、
上記算出回路は、上記送給装置から送り出される上記消耗電極の平均送給速度が減少する場合、連続する上記降下時刻の間隔が短くなるように、且つ、上記平均送給速度が増加する場合、連続する上記降下時刻の間隔が長くなるように、（４）式および（５）式によって求められる予測時刻Ｐ（ｔ）から予め定められた設定時間だけ前の時刻を上記降下時刻として算出する、アーク溶接システム。
Ｐ（ｔ）＝Ｃｔ＋Ｔｗ＋Ｔｅ（ｔ）      ・・・・・・（４）
ただし、Ｃｔは、アーク状態変化が生じた変化時刻、Ｔｗは、定数である単位期間、Ｔｅ（ｔ）は、（５）式で算出される時刻ｔの関数である補正値である。
Ｔｅ（ｔ）＝α（Ｉｓｅｔ（ｔ）−Ｉｓｅｔ（Ｃｔ））・・・・・・（５）
ただし、αは、正の値の予め得られた係数であり、Ｉｓｅｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける設定電流値であり、Ｉｓｅｔ（Ｃｔ）は、時刻Ｃｔにおける設定電流値である。
【請求項２】
上記算出回路は、上記平均送給速度に関する送給速度情報に基づき、上記降下時刻を算出する、請求項１に記載のアーク溶接システム。
【請求項３】
上記算出回路は、
上記アーク状態変化が生じた変化時刻に関する変化時情報に基づき、上記変化時刻の後における、上記アーク状態変化が生じる予測時刻に関する予測情報を求める処理、並びに、
上記予測情報に基づき、上記予測時刻より設定時間だけ前の時刻を、上記降下時刻として算出する処理、を行う、請求項１または請求項２に記載のアーク溶接システム。
【請求項４】
上記消耗電極のうち、上記消耗電極の軸線方向における上記送給装置から上記溶接トーチに至る長さを、周期的に変化させる経路長変化装置を更に備える、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のアーク溶接システム。
【請求項５】
上記平均送給速度は、上記アークが発生している状態と上記短絡している状態とが一度ずつ行われる期間における、上記送給装置から送り出される上記消耗電極の送給速度の時間平均値として定義される、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のアーク溶接システム。
【請求項６】
消耗電極および母材の間にアークが発生している状態、並びに、上記消耗電極および上記母材が短絡している状態、を周期的に繰り返すアーク溶接システムであって、
上記消耗電極を溶接トーチに向かって送り出す送給装置と、
上記消耗電極および上記母材の間に流れる溶接電流の値を降下させる降下時刻を算出する算出回路と、
上記降下時刻に至ると、上記溶接電流の値を降下させることにより、上記溶接電流としてスパッタ抑制電流の通電を開始する電源回路と、を備え、
上記電源回路は、上記消耗電極および上記母材の短絡が発生したこと、および、上記短絡が解消し上記消耗電極および上記母材の間にアークが発生したこと、のいずれか一方であるアーク状態変化が生じた時点において、上記スパッタ抑制電流の通電を継続し、
上記算出回路は、設定電流値が減少する場合、連続する上記降下時刻の間隔が短くなるように、且つ、上記設定電流値が増加する場合、連続する上記降下時刻の間隔が長くなるように、（４）式および（５）式によって求められる予測時刻Ｐ（ｔ）から予め定められた設定時間だけ前の時刻を上記降下時刻として算出し、
上記設定電流値は、上記送給装置から送り出される上記消耗電極の送給速度を規定する、アーク溶接システム。
Ｐ（ｔ）＝Ｃｔ＋Ｔｗ＋Ｔｅ（ｔ）      ・・・・・・（４）
ただし、Ｃｔは、アーク状態変化が生じた変化時刻、Ｔｗは、定数である単位期間、Ｔｅ（ｔ）は、（５）式で算出される時刻ｔの関数である補正値である。
Ｔｅ（ｔ）＝α（Ｉｓｅｔ（ｔ）−Ｉｓｅｔ（Ｃｔ））・・・・・・（５）
ただし、αは、正の値の予め得られた係数であり、Ｉｓｅｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける設定電流値であり、Ｉｓｅｔ（Ｃｔ）は、時刻Ｃｔにおける設定電流値である。
【請求項７】
消耗電極を溶接トーチに向かって送り出す送給装置と、
上記消耗電極のうち、上記消耗電極の軸線方向における上記送給装置から上記溶接トーチに至る長さを、周期的に変化させる経路長変化装置と、
上記消耗電極および母材の間に流れる溶接電流の値を降下させる降下時刻を算出する算出回路と、
上記降下時刻に至ると、上記溶接電流の値を降下させることにより、上記溶接電流としてスパッタ抑制電流の通電を開始する電源回路と、を備え、
上記電源回路は、上記消耗電極および上記母材の短絡が発生したこと、および、上記短絡が解消し上記消耗電極および上記母材の間にアークが発生したこと、のいずれか一方であるアーク状態変化が生じた時点において、上記スパッタ抑制電流の通電を継続し、
上記算出回路は、上記送給装置から送り出される上記消耗電極の平均送給速度が減少する場合、連続する上記降下時刻の間隔が短くなるように、且つ、上記平均送給速度が増加する場合、連続する上記降下時刻の間隔が長くなるように、（４）式および（５）式によって求められる予測時刻Ｐ（ｔ）から予め定められた設定時間だけ前の時刻を上記降下時刻として算出する、アーク溶接システム。
Ｐ（ｔ）＝Ｃｔ＋Ｔｗ＋Ｔｅ（ｔ）      ・・・・・・（４）
ただし、Ｃｔは、アーク状態変化が生じた変化時刻、Ｔｗは、定数である単位期間、Ｔｅ（ｔ）は、（５）式で算出される時刻ｔの関数である補正値である。
Ｔｅ（ｔ）＝α（Ｉｓｅｔ（ｔ）−Ｉｓｅｔ（Ｃｔ））・・・・・・（５）
ただし、αは、正の値の予め得られた係数であり、Ｉｓｅｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける設定電流値であり、Ｉｓｅｔ（Ｃｔ）は、時刻Ｃｔにおける設定電流値である。
【請求項８】
定常溶接状態では、上記消耗電極のうち上記溶接トーチに囲まれた部位の、上記溶接トーチから上記母材へ向かう速度が、周期関数として表される、請求項１ないし７のいずれかに記載のアーク溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すように、消耗電極を送給しながら、この消耗電極と母材との間にアークを発生させつつ溶接を行うアーク溶接方法が知られている。同文献では、ワイヤ送給装置から溶接トーチに向かって、消耗電極を一定の速度で送給している。そして、消耗電極のうち、消耗電極の軸線方向におけるワイヤ送給装置から溶接トーチに至る長さ（送給経路長）を、経路長変化装置によって周期的に変化させる。これにより、消耗電極と母材とが短絡している短絡期間と、消耗電極と母材との間にアークが発生しているアーク発生期間とを、一定の周期で繰り返す。短絡期間からアーク発生期間に切り替わる直前には、消耗電極と母材との間に流れる溶接電流の値を減少させる。これにより、短絡期間からアーク発生期間への切替時に生じうるスパッタの発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７４５４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
同文献に記載のアーク溶接方法において、ワイヤ送給装置から送給される消耗電極の送給速度が変化することがある。消耗電極の送給速度が変化した場合、短絡期間からアーク発生期間への切替の周期も変化する。そうすると、短絡期間からアーク発生期間への切替前に、溶接電流を適切に低下させることができなくなるおそれがある。このようなことでは、スパッタの発生を適切に抑制できなくなる。
【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、スパッタの発生を適切に抑制できるアーク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、消耗電極および母材の間にアークが発生している状態、並びに、上記消耗電極および上記母材が短絡している状態、を周期的に繰り返すアーク溶接システムであって、上記消耗電極を溶接トーチに向かって送り出す送給装置と、上記消耗電極および上記母材の間に流れる溶接電流の値を降下させる降下時刻を算出する算出回路と、上記降下時刻に至ると、上記溶接電流の値を降下させることにより、上記溶接電流としてスパッタ抑制電流の通電を開始する電源回路と、を備え、上記電源回路は、上記消耗電極および上記母材の短絡が発生したこと、および、上記短絡が解消し上記消耗電極および上記母材の間にアークが発生したこと、のいずれか一方であるアーク状態変化が生じた時点において、上記スパッタ抑制電流の通電を継続し、上記算出回路は、上記送給装置から送り出される上記消耗電極の平均送給速度が減少する場合、連続する上記降下時刻の間隔が短くなるように、且つ、上記平均送給速度が増加する場合、連続する上記降下時刻の間隔が長くなるように、（４）式および（５）式によって求められる予測時刻Ｐ（ｔ）から予め定められた設定時間だけ前の時刻を上記降下時刻として算出する、アーク溶接システムが提供される。
Ｐ（ｔ）＝Ｃｔ＋Ｔｗ＋Ｔｅ（ｔ）      ・・・・・・（４）
ただし、Ｃｔは、アーク状態変化が生じた変化時刻、Ｔｗは、定数である単位期間、Ｔｅ（ｔ）は、（５）式で算出される時刻ｔの関数である補正値である。
Ｔｅ（ｔ）＝α（Ｉｓｅｔ（ｔ）−Ｉｓｅｔ（Ｃｔ））・・・・・・（５）
ただし、αは、正の値の予め得られた係数であり、Ｉｓｅｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける設定電流値であり、Ｉｓｅｔ（Ｃｔ）は、時刻Ｃｔにおける設定電流値である。
【０００７】
好ましくは、上記算出回路は、上記平均送給速度に関する送給速度情報に基づき、上記降下時刻を算出する。
【０００８】
好ましくは、上記算出回路は、上記アーク状態変化が生じた変化時刻に関する変化時情報に基づき、上記変化時刻の後における、上記アーク状態変化が生じる予測時刻に関する予測情報を求める処理、並びに、上記予測情報に基づき、上記予測時刻より設定時間だけ前の時刻を、上記降下時刻として算出する処理、を行う。
【０００９】
好ましくは、上記消耗電極のうち、上記消耗電極の軸線方向における上記送給装置から上記溶接トーチに至る長さを、周期的に変化させる経路長変化装置を更に備える。
【００１０】
好ましくは、上記平均送給速度は、上記アークが発生している状態と上記短絡している状態とが一度ずつ行われる期間における、上記送給装置から送り出される上記消耗電極の送給速度の時間平均値として定義される。
【００１１】
本発明の第２の側面によると、消耗電極および母材の間にアークが発生している状態、並びに、上記消耗電極および上記母材が短絡している状態、を周期的に繰り返すアーク溶接システムであって、上記消耗電極を溶接トーチに向かって送り出す送給装置と、上記消耗電極および上記母材の間に流れる溶接電流の値を降下させる降下時刻を算出する算出回路と、上記降下時刻に至ると、上記溶接電流の値を降下させることにより、上記溶接電流としてスパッタ抑制電流の通電を開始する電源回路と、を備え、上記電源回路は、上記消耗電極および上記母材の短絡が発生したこと、および、上記短絡が解消し上記消耗電極および上記母材の間にアークが発生したこと、のいずれか一方であるアーク状態変化が生じた時点において、上記スパッタ抑制電流の通電を継続し、上記算出回路は、設定電流値が減少する場合、連続する上記降下時刻の間隔が短くなるように、且つ、上記設定電流値が増加する場合、連続する上記降下時刻の間隔が長くなるように、（４）式および（５）式によって求められる予測時刻Ｐ（ｔ）から予め定められた設定時間だけ前の時刻を上記降下時刻として算出し、上記設定電流値は、上記送給装置から送り出される上記消耗電極の送給速度を規定する、アーク溶接システムが提供される。
Ｐ（ｔ）＝Ｃｔ＋Ｔｗ＋Ｔｅ（ｔ）      ・・・・・・（４）
ただし、Ｃｔは、アーク状態変化が生じた変化時刻、Ｔｗは、定数である単位期間、Ｔｅ（ｔ）は、（５）式で算出される時刻ｔの関数である補正値である。
Ｔｅ（ｔ）＝α（Ｉｓｅｔ（ｔ）−Ｉｓｅｔ（Ｃｔ））・・・・・・（５）
ただし、αは、正の値の予め得られた係数であり、Ｉｓｅｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける設定電流値であり、Ｉｓｅｔ（Ｃｔ）は、時刻Ｃｔにおける設定電流値である。
【００１２】
本発明の第３の側面によると、消耗電極を溶接トーチに向かって送り出す送給装置と、上記消耗電極のうち、上記消耗電極の軸線方向における上記送給装置から上記溶接トーチに至る長さを、周期的に変化させる経路長変化装置と、上記消耗電極および母材の間に流れる溶接電流の値を降下させる降下時刻を算出する算出回路と、上記降下時刻に至ると、上記溶接電流の値を降下させることにより、上記溶接電流としてスパッタ抑制電流の通電を開始する電源回路と、を備え、上記電源回路は、上記消耗電極および上記母材の短絡が発生したこと、および、上記短絡が解消し上記消耗電極および上記母材の間にアークが発生したこと、のいずれか一方であるアーク状態変化が生じた時点において、上記スパッタ抑制電流の通電を継続し、上記算出回路は、上記送給装置から送り出される上記消耗電極の平均送給速度が減少する場合、連続する上記降下時刻の間隔が短くなるように、且つ、上記平均送給速度が増加する場合、連続する上記降下時刻の間隔が長くなるように、（４）式および（５）式によって求められる予測時刻Ｐ（ｔ）から予め定められた設定時間だけ前の時刻を上記降下時刻として算出する、アーク溶接システムが提供される。
Ｐ（ｔ）＝Ｃｔ＋Ｔｗ＋Ｔｅ（ｔ）      ・・・・・・（４）
ただし、Ｃｔは、アーク状態変化が生じた変化時刻、Ｔｗは、定数である単位期間、Ｔｅ（ｔ）は、（５）式で算出される時刻ｔの関数である補正値である。
Ｔｅ（ｔ）＝α（Ｉｓｅｔ（ｔ）−Ｉｓｅｔ（Ｃｔ））・・・・・・（５）
ただし、αは、正の値の予め得られた係数であり、Ｉｓｅｔ（ｔ）は、時刻ｔにおける設定電流値であり、Ｉｓｅｔ（Ｃｔ）は、時刻Ｃｔにおける設定電流値である。
【００１３】
好ましくは、定常溶接状態では、上記消耗電極のうち上記溶接トーチに囲まれた部位の、上記溶接トーチから上記母材へ向かう速度が、周期関数として表される。
【００１４】
このような構成によると、アーク状態変化の生じるタイミングの変化に応じて、降下時刻を算出することができる。そのため、送給速度が変化している期間中、アーク状態変化が生じる前に、溶接電流の値を確実に降下させ、スパッタ抑制電流の通電を開始することが可能となる。これにより、送給速度が変化している期間中、アーク状態変化が生じた時刻において、スパッタ抑制電流を確実に通電させることができ、アーク状態変化が生じた時におけるスパッタの発生を適切に抑制することができる。
【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システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示すアーク溶接システムにおける経路長変化装置の近傍の要部拡大図（一部透視化）である。
【図３】図２の経路長変化装置のみを示す拡大図である。
【図４】図２の経路長変化装置のカム機構の変化状態を示す図である。
【図５】溶接トーチとコンジットケーブルとに経路長変化装置が固定された状態を模式的に示す要部拡大断面図である。
【図６】消耗電極の送給経路長を模式的に示す図である。
【図７】図１のアーク溶接システムにおけるロボット制御装置と電源装置との詳細を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１実施形態のアーク溶接方法の定常溶接状態における、各信号等を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の第１実施形態のアーク溶接方法にて送給速度が変化した場合の、各信号等を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［アーク溶接システムＡ１について］
図１に示すアーク溶接システムＡ１は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、電源装置３とを備える。アーク溶接システムＡ１は、消耗電極１５および母材Ｗの間にアークａ１（図２参照）が発生している状態、並びに、消耗電極１５および母材Ｗが短絡している状態、を周期的に繰り返す。
【００１８】
溶接ロボット１は、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と、複数のアーム１２と、複数のモータ１３と、溶接トーチ１４と、送給装置１６と、経路長変化装置１７と、コンジットケーブル１９と、を含む。
【００１９】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定されている。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。
【００２０】
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１５を母材Ｗの近傍の所定の位置に導くものである。図５に模式的に示すように、溶接トーチ１４は、コンタクトチップ１４１と、ノズル１４２とを有する。コンタクトチップ１４１は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金製である。コンタクトチップ１４１には、消耗電極１５を挿通するための貫通孔が設けられている。この貫通孔は、内面が消耗電極１５に擦れ合う程度の寸法である。ノズル１４２は、たとえば、ＣｕまたはＣｕ合金製である。ノズル１４２は、適宜、水冷構造を有する。ノズル１４２には開口１４３が形成されている。ノズル１４２とコンタクトチップ１４１との間には、たとえばＡｒなどのシールドガスＳＧが供給される。供給されたシールドガスＳＧは開口１４３から噴出する。このシールドガスＳＧ内に消耗電極１５が送給される。
【００２１】
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。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。
【００２２】
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。送給装置１６は、溶接トーチ１４に対して、消耗電極１５を送り出すためのものである。送給装置１６は、送給モータ１６１（図１参照）と、プッシュ装置１６２（図６参照）とを有する。送給モータ１６１はプッシュ装置１６２を駆動する。プッシュ装置１６２は、送給モータ１６１を駆動源として、ワイヤリールＷＬ（図６参照）に巻かれた消耗電極１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００２３】
コンジットケーブル１９は、消耗電極１５を挿通し、且つ、消耗電極１５を送給装置１６から溶接トーチ１４へと導くものである。図１によく表れているように、コンジットケーブル１９は、送給装置１６から溶接トーチ１４に至るまでの中途部分において、湾曲した部位を有する。図５に模式的に示すように、コンジットケーブル１９は、コイルライナ１９１と、被覆チューブ１９２とを有する。
【００２４】
コイルライナ１９１は、たとえば金属線材をコイル状に形成したものである。コイルライナ１９１には、消耗電極１５が挿通される。上述のようにコンジットケーブル１９は湾曲した部位を有する。そのためこの湾曲した部位において、消耗電極１５がコイルライナ１９１の内壁に擦れながら送給される。被覆チューブ１９２は、チューブ状を呈する。被覆チューブ１９２は、たとえば、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ：ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ  ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）よりなる。被覆チューブ１９２はコイルライナ１９１を囲んでいる。上述のようにコンジットケーブル１９は湾曲した部位を有するため、この湾曲した部位において、被覆チューブ１９２はコイルライナ１９１と擦れ合う。
【００２５】
図１〜図３に示す経路長変化装置１７は、送給経路長Ｌａ（図６参照）を変化させるものである。送給経路長Ｌａは、消耗電極１５のうち、消耗電極１５の軸線方向における、プッシュ装置１６２から溶接トーチ１４に至るまでの長さのことを言う。本実施形態においては、経路長変化装置１７は、モータ１７１と、偏芯シャフト１７２と、カム機構１７３と、ベアリング１７４ａ，１７４ｂと、マウント１７５と、ブッシュ１７６と、シャフト１７７とを有する。
【００２６】
図２に示すように、モータ１７１は、溶接トーチ１４に対し固定されている。すなわちモータ１７１は溶接トーチ１４に対し相対移動しない。モータ１７１は、経路長変化装置１７を駆動する。モータ１７１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１７１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１７２は、モータ１７１の回転軸に固定されている。偏芯シャフト１７２は、モータ１７１の回転軸に対して偏芯した位置にボルトが設けられている。カム機構１７３は、ドライブカムであり、カム機構１７３には２つの孔が形成されている（図４参照）。カム機構１７３は、これらの２つの孔の一方に設けられたベアリング１７４ａを介して、偏芯シャフト１７２の上記ボルトに連結されている。マウント１７５は、上記２つの孔の他方に設けられたベアリング１７４ｂを介してカム機構１７３に連結されている。マウント１７５は、ブッシュ１７６を介して、シャフト１７７に連結されている。シャフト１７７は、モータ１７１の本体に対して固定されている。マウント１７５は、シャフト１７７に沿って、図２の上下方向に移動できる。図５に示すように、マウント１７５は、コンジットケーブル１９のコイルライナ１９１に固定されている。
【００２７】
モータ１７１が回転すると、偏芯シャフト１７２のボルトが偏芯回転する。すると、この偏芯回転に従って、図４に示すように、カム機構１７３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１７５は、シャフト１７７に沿って往復運動をする。これにより、コンジットケーブル１９（本実施形態においてはコイルライナ１９１）が溶接トーチ１４に対し図５の上下に微小に往復運動をする。コイルライナ１９１の往復運動に伴い、コイルライナ１９１と擦れ合う消耗電極１５が往復運動をする。コイルライナ１９１の往復運動によって、送給経路長Ｌａが変化することとなる。なお、経路長変化装置１７からは、モータ１７１の回転角θ（ｔ）に関する回転角信号Ｓθが後述の電流制御回路３２に送られる。カム機構１７３が図４の（Ｋ１）に示す状態である場合、回転角θ（ｔ）＝０（ｒａｄ）である。カム機構１７３が同図（Ｋ２）に示す状態である場合、回転角θ（ｔ）＝π／２（ｒａｄ）である。カム機構１７３が同図（Ｋ３）に示す状態である場合、回転角θ（ｔ）＝π（ｒａｄ）である。カム機構１７３が同図（Ｋ４）に示す状態である場合、回転角θ（ｔ）＝３π／２（ｒａｄ）である。
【００２８】
図７は、図１のアーク溶接システムＡ１におけるロボット制御装置２と電源装置３との詳細を示すブロック図である。
【００２９】
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。
【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。また、動作制御回路２１は、後述のロボット移動速度ＶＲを設定する。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、およびロボット移動速度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、各モータ１３を回転駆動させる。これにより、溶接トーチ１４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。
【００３１】
動作制御回路２１は、終了判断回路２１１を有する。終了判断回路２１１は、溶接を終了すべきと判断すると、溶接終了指示信号Ｗｓを送る。溶接を終了すべきと終了判断回路２１１が判断するのは、たとえば、溶接トーチ１４が母材Ｗの所定の終了位置に到達したことや、溶接開始から所定の時間が経過したことに基づく。もしくは、溶接を終了すべきと終了判断回路２１１が判断するのは、下記のティーチペンダント２３に対しユーザから溶接を終了する旨の入力がされたことに基づいてもよい。
【００３２】
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、各種動作をアーク溶接システムＡ１のユーザが設定するためのものである。
【００３３】
電源装置３は、電源回路３１と、電流制御回路３２と、電圧制御回路３３と、算出回路３５と、送給制御回路３６と、経路長制御回路３７と、電流値記憶部３９と、を含む。電源装置３は、消耗電極１５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とともに、消耗電極１５の送給を行うための装置である。
【００３４】
電源回路３１は、電力発生回路ＭＣと、電源特性切替回路ＳＷと、電流誤差計算回路ＥＩと、電圧誤差計算回路ＥＶと、電流検出回路ＩＤと、電圧検出回路ＶＤとを有する。電源回路３１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に指示された値で溶接電圧Ｖｗを印加し、また、消耗電極１５から母材Ｗに指示された値で溶接電流Ｉｗを流すためのものである。
【００３５】
電力発生回路ＭＣは、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述の誤差信号Ｅａ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。
【００３６】
電流検出回路ＩＤは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を検出するためのものである。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを送る。電流誤差計算回路ＥＩは、実際に流れている溶接電流Ｉｗの値と、設定された溶接電流の値との差ΔＩｗを計算するためのものである。具体的には、電流誤差計算回路ＥＩは、電流検出信号Ｉｄと、設定された溶接電流の値に対応する後述の電流設定信号Ｉｒとを受け、差ΔＩｗに対応する電流誤差信号Ｅｉを送る。なお、電流誤差計算回路ＥＩは、電流誤差信号Ｅｉとして、差ΔＩｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３７】
電圧検出回路ＶＤは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗの値を検出するためのものである。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを送る。電圧誤差計算回路ＥＶは、実際に印加されている溶接電圧Ｖｗの値と、設定された溶接電圧の値との差ΔＶｗを計算するためのものである。具体的には、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧検出信号Ｖｄと、設定された溶接電圧の値に対応する後述の電圧設定信号Ｖｒとを受け、差ΔＶｗに対応する電圧誤差信号Ｅｖを送る。なお、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧誤差信号Ｅｖとして、差ΔＶｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３８】
電源特性切替回路ＳＷは、電源回路３１の電源特性（定電流特性もしくは定電圧特性）を切り替えるものである。電源回路３１の電源特性が定電流特性である場合には、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となるように、電源回路３１において出力が制御される。一方、電源回路３１の電源特性が定電圧特性である場合には、電源回路３１は溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となるように、電源回路３１において出力が制御される。より具体的には、電源特性切替回路ＳＷは、後述の電源特性切替信号Ｓｗと、電流誤差信号Ｅｉと、電圧誤差信号Ｅｖとを受ける。電源特性切替回路ＳＷの受ける電源特性切替信号ＳｗがＨｉｇｈレベルである場合には、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチは、図７のａ側に接続される。この場合、電源回路３１の電源特性は定電圧特性であり、電源特性切替回路ＳＷは、電圧誤差信号Ｅｖを誤差信号Ｅａとして電力発生回路ＭＣに送る。このとき、電力発生回路ＭＣは、溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となる（すなわち上述の差ΔＶｗがゼロとなる）ような制御を行う。一方、電源特性切替回路ＳＷの受けた電源特性切替信号ＳｗがＬｏｗレベルである場合には、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチは、図７のｂ側に接続される。この場合、電源回路３１の電源特性は定電流特性であり、電源特性切替回路ＳＷは、電流誤差信号Ｅｉを誤差信号Ｅａとして電力発生回路ＭＣに送る。このとき、電力発生回路ＭＣは、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となる（すなわち上述の差ΔＩｗがゼロとなる）ような制御を行う。
【００３９】
電流値記憶部３９は、スパッタ抑制電流値ｉｒ１の値を記憶する。スパッタ抑制電流値ｉｒ１は、たとえばティーチペンダント２３から入力され動作制御回路２１を経由して、電流値記憶部３９に記憶される。
【００４０】
電流制御回路３２は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を設定するためのものである。電流制御回路３２は、電流値記憶部３９に記憶された、スパッタ抑制電流値ｉｒ１に基づき、溶接電流Ｉｗの値を指示するための電流設定信号Ｉｒを生成する。そして電流制御回路３２は、生成した電流設定信号Ｉｒを電源回路３１に送る。
【００４１】
電圧制御回路３３は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加する溶接電圧Ｖｗの値を設定するためのものである。電圧制御回路３３は、図示しない記憶部に記憶された設定電圧値に基づき、溶接電圧Ｖｗの値を指示するための電圧設定信号Ｖｒを電源回路３１に送る。
【００４２】
算出回路３５は、溶接電流Ｉｗの値を降下させる降下時刻ｔｄ１（図８参照）を算出する。算出回路３５は、アーク状態検出回路３５１と、計算回路３５２と、設定時間記憶部３５３と、を含む。
【００４３】
設定時間記憶部３５３は、設定時間Ｔｂの値を記憶する。設定時間Ｔｂの値は、たとえばティーチペンダント２３から入力され動作制御回路２１を経由して、設定時間記憶部３５３に記憶される。
【００４４】
アーク状態検出回路３５１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間のアークａ１が発生しているか消滅しているかを検出する。本実施形態においては、アーク状態検出回路３５１は、電圧検出信号Ｖｄを受ける。アーク状態検出回路３５１は、溶接電圧Ｖｗの値に基づき、アークａ１の発生の有無を判断する。アーク状態検出回路３５１は、溶接電圧Ｖｗがあるしきい値を下回っているときは、アークａ１が消滅していると判断する。またアーク状態検出回路３５１は、溶接電圧Ｖｗが当該しきい値を上回っているときは、アークａ１が発生していると判断する。
【００４５】
アーク状態検出回路３５１は、アーク状態変化Ｃｈ１（図８参照）を検出すると、アーク状態変化検出信号Ａｓ１を計算回路３５２に送る。アーク状態変化Ｃｈ１とは、消耗電極１５および母材Ｗの短絡が発生すること、および、上記短絡が解消し消耗電極１５および母材Ｗの間にアークａ１が発生すること、のいずれか一方である。本実施形態において、アーク状態変化Ｃｈ１は、短絡が解消し消耗電極１５および母材Ｗの間にアークａ１が発生することである。
【００４６】
計算回路３５２は、アーク状態変化検出信号Ａｓ１と、回転角信号Ｓθと、溶接終了指示信号Ｗｓと、を受ける。計算回路３５２は、上述の降下時刻ｔｄ１を求める。本実施形態においては、計算回路３５２は、アーク状態変化検出信号Ａｓ１と、回転角信号Ｓθと、設定時間記憶部３５３に記憶された設定時間Ｔｂと、に基づき、降下時刻ｔｄ１を求める。計算回路３５２による降下時刻ｔｄ１を求める工程については、後述する。計算回路３５２は、降下時刻ｔｄ１に至ると、電源回路３１（具体的には、電源特性切替回路ＳＷ）に送っている電源特性切替信号Ｓｗを、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに切り替える。これにより、電源回路３１の電源特性が定電圧特性から定電流特性に切り替わる。
【００４７】
送給制御回路３６は、送給装置１６が消耗電極１５を送り出す速度（送給速度Ｖｆ）を制御するためのものである。送給制御回路３６は、送給速度Ｖｆを指示するための送給速度制御信号Ｆｃを送給装置１６に送る。送給速度Ｖｆは、設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）（図８（ｆ）、図９（ｆ）参照）によって規定される。設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）は、たとえばティーチペンダント２３から入力され動作制御回路２１を経由して、記憶部（図示略）に予め記憶されている。
【００４８】
経路長制御回路３７は、上述の送給経路長Ｌａの値を制御するためのものである。本実施形態においては、経路長制御回路３７は、回転速度信号Ｗｃを経路長変化装置１７に送る。回転速度信号Ｗｃは、経路長変化装置１７におけるモータ１７１の回転速度ｄθ（ｔ）／ｄｔを指示するものである。
【００４９】
［アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法について］
次に、図８、図９をさらに用いて、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法について説明する。図８は、本実施形態のアーク溶接方法の定常溶接状態における、各信号等を示すタイミングチャートである。
【００５０】
図８（ａ）はモータ１７１の回転角θ（ｔ）、（ｂ）は送給経路長Ｌａの変化量Ｖ１（ｔ）、（ｃ）は溶接トーチ１４に囲まれた部位（図５のＲａ）の消耗電極１５の溶接トーチ１４から母材Ｗへ向かう母材Ｗに対する相対的な速度Ｖ２（ｔ）、（ｄ）は溶接電圧Ｖｗ、（ｅ）は電流設定信号Ｉｒ、（ｆ）は溶接電流Ｉｗ、（ｇ）は電源特性切替信号Ｓｗ、の変化状態をそれぞれ示す。なお、変化量Ｖ１（ｔ）、速度Ｖ２（ｔ）、および送給速度Ｖｆなどは、溶接トーチ１４から母材Ｗへ向かう方向を正とする。なお、速度Ｖ２（ｔ）は、消耗電極１５のうち溶接トーチ１４の先端における部位の速度と同一である。
【００５１】
本実施形態の定常溶接状態では、経路長制御回路３７は、モータ１７１の回転速度ｄθ（ｔ）／ｄｔを一定の値２π／ＴWに指示する回転速度信号Ｗｃを、経路長変化装置１７に送る（ＴWはたとえば、１０〜２０ｍｓである）。これにより、モータ１７１は、値２π／ＴWの回転速度ｄθ（ｔ）／ｄｔで回転する。そして、図８（ａ）に示すモータ１７１の回転角θ（ｔ）は、下記（１）式により表わされる。
θ（ｔ）＝（２π／Ｔw）・（ｔ−（ｎ−１）Ｔw）
（（ｎ−１）Ｔw≦ｔ＜ｎＴw）  （ｎは整数）    ・・・・（１）
【００５２】
図８（ａ）に示すように、モータ１７１が回転すると、図８（ｂ）に示すように、送給経路長Ｌａの変化量Ｖ１（ｔ）が変化する。変化量Ｖ１（ｔ）は、下記（２）式により表わされる。
Ｖ１（ｔ）＝Ｖａ・ｃｏｓ（θ（ｔ））・・・・（２）
（２）式においてＶａは振幅であり、一定の値である。このように、変化量Ｖ１（ｔ）は周期的に変化する。
【００５３】
一方、本実施形態の定常溶接状態では、送給制御回路３６が、送給速度Ｖｆを指示するための送給速度制御信号Ｆｃを送給装置１６に送っている。そのため、消耗電極１５は、送給装置１６からは送給速度Ｖｆで溶接トーチ１４に向かって送り出されている。よって、図８（ｃ）に示すように、溶接トーチ１４に囲まれた部位（図５のＲａ）の速度Ｖ２（ｔ）は、上述の変化量Ｖ１（ｔ）と送給速度Ｖｆとを加算したものとなる。すなわち、速度Ｖ２（ｔ）は、下記（３）式により表わされる。
Ｖ２（ｔ）＝Ｖｆ＋Ｖａ・ｃｏｓ（θ（ｔ））・・・・（３）
【００５４】
図８（ｃ）に示すように、本実施形態の定常溶接状態では、消耗電極１５が、速度Ｖ２（ｔ）が単位期間ＴWを一周期とする周期関数となるように、送給される。実際、（１）式および（３）式によると、Ｖ２（ｔ＋Ｔw）＝Ｖ２（ｔ）の関係が満たされている。単位期間Ｔｗは定数である。単位期間Ｔwは、速度Ｖ２（ｔ）が正の値である前進送給期間ＴW１と、速度Ｖ２（ｔ）が負の値である後退送給期間ＴW２とからなる。前進送給期間ＴW１においては、速度Ｖ２（ｔ）が正の値であるから、消耗電極１５は溶接トーチ１４から送り出されている状態（前進送給されている状態）にある。一方、後退送給期間ＴW２においては、速度Ｖ２（ｔ）が負の値であるから、消耗電極１５は溶接トーチ１４から引き上げられている状態（後退送給されている状態）にある。
【００５５】
以上のように、本実施形態の定常溶接状態では、溶接電流Ｉｗや溶接電圧Ｖｗの値の変化に依らず、速度Ｖ２（ｔ）が一定の周期の周期関数となるように消耗電極１５が送給される。そして、このように消耗電極１５を送給した状態で、消耗電極１５と母材Ｗとが短絡している短絡期間Ｔｓと、消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１が発生しているアーク発生期間Ｔａとを繰り返す。各前進送給期間ＴW１のある時点で、消耗電極１５を母材Ｗに短絡させる。これにより、短絡期間Ｔｓが開始する。また、各後退送給期間ＴW２のある時点で、消耗電極１５を母材Ｗから離間させ、消耗電極１５と母材Ｗとの短絡状態を開放する。これにより、アーク発生期間Ｔａが開始する。以下、溶接開始時からの工程について具体的に説明する。
【００５６】
なお、送給装置１６から送り出される消耗電極１５の平均送給速度が、アークａ１が発生している状態と消耗電極１５および母材Ｗが短絡している状態とが一度ずつ行われる期間における、送給装置１６から送り出される消耗電極１５の送給速度Ｖｆの時間平均値として定義される。本実施形態では、送給速度Ｖｆの値は、周期的に変動しない。よって、本実施形態では、送給装置１６から送り出される消耗電極１５の送給速度Ｖｆは、送給装置１６から送り出される消耗電極１５の平均送給速度と、同義であるとして説明を行う。
【００５７】
まず、溶接開始時において、溶接トーチ１４と母材Ｗとがある程度離間した状態で、溶接を開始するための溶接開始信号Ｓｔ（図示略）がティーチペンダント２３に入力される。入力された溶接開始信号Ｓｔが、ティーチペンダント２３から動作制御回路２１を経由して、算出回路３５と、経路長制御回路３７と、送給制御回路３６と、に送られる。すると、送給制御回路３６は送給速度制御信号Ｆｃを送給装置１６に送り、また、経路長制御回路３７は経路長変化装置１７に回転速度信号Ｗｃを送り、消耗電極１５が図８（ｃ）に示す速度Ｖ２（ｔ）で送給される。次に、溶接トーチ１４を母材Ｗに接近させてゆき、短絡期間Ｔｓとアーク発生期間Ｔａとが繰り返し発生する定常溶接状態に移行させる。定常溶接状態においては、溶接トーチ１４は、母材Ｗとの距離を一定に保ちつつ、母材Ｗの面内方向における溶接進行方向に沿って、ロボット移動速度ＶＲで移動している。
【００５８】
（１）アーク発生期間Ｔａ（時刻ｔ０〜時刻ｔ３）
アーク発生期間Ｔａは、アークａ１を発生させ母材Ｗを加熱するための期間である。図８（ｇ）に示すように、アーク発生期間Ｔａのほぼ全期間（時刻ｔ１〜時刻ｔ３）において、電源特性切替信号ＳｗはＨｉｇｈレベルとなっている。そのため、時刻ｔ１〜時刻ｔ３において、電源回路３１の電源特性は定電圧特性となっている。また、同図（ｃ）に示すように、時刻ｔ２において、消耗電極１５が後退送給される状態から前進送給される状態に変化する。
【００５９】
（２）短絡期間Ｔｓ（時刻ｔ３〜時刻ｔ５）
＜時刻ｔ３〜降下時刻ｔｄ１＞
短絡期間Ｔｓは、消耗電極１５の先端を母材Ｗに接触させ消耗電極１５の一部を母材Ｗに移行させるための期間である。消耗電極１５が前進送給されることにより、時刻ｔ３において、消耗電極１５と母材Ｗとが接触し消耗電極１５と母材Ｗとが短絡する。消耗電極１５と母材Ｗとが短絡すると、図８（ｄ）に示すように、時刻ｔ３において、溶接電圧Ｖｗの値が急激に低下する。時刻ｔ３〜降下時刻ｔｄ１において、ジュール熱により消耗電極１５が溶融し、消耗電極１５と母材Ｗとの接触面積が徐々に大きくなる。これにより、消耗電極１５から母材Ｗに流れる溶接電流Ｉｗに対する抵抗値が小さくなり、図８（ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの値が徐々に上昇する。図８（ｃ）に示すように、時刻ｔ３〜降下時刻ｔｄ１においては、消耗電極１５は前進送給されている。しかし、時刻ｔ３〜降下時刻ｔｄ１においては、消耗電極１５は、上述のように溶融し軟化しているため座屈しにくくなっている。
【００６０】
＜降下時刻ｔｄ１〜時刻ｔ５＞
図８（ｇ）に示すように、算出回路３５の計算回路３５２は、降下時刻ｔｄ１において、電源特性切替信号ＳｗをＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化させる。これにより、電源回路３１の電源特性が定電流特性に変化する。一方、同図（ｅ）に示すように、電流制御回路３２は、溶接電流Ｉｗを比較的小さなスパッタ抑制電流値ｉｒ１で通電させるための電流設定信号Ｉｒを電源回路３１（本実施形態においては、電流誤差計算回路ＥＩ）に送っている。そのため、同図（ｆ）に示すように、降下時刻ｔｄ１に至ると、溶接電流Ｉｗの値がスパッタ抑制電流値ｉｒ１まで降下し、溶接電流Ｉｗとしてスパッタ抑制電流Ｉｗ１が流れる。なお、降下時刻ｔｄ１の決定方法は後述する。そして、同図（ｃ）に示すように、時刻ｔ４において、消耗電極１５が前進送給される状態から後退送給される状態に変化する。
【００６１】
（３）アーク発生期間Ｔａ（時刻ｔ５〜）
時刻ｔ５において、消耗電極１５と母材Ｗとが離間し、アークａ１が発生する。すなわち、上述のアーク状態変化Ｃｈ１（短絡が解消し消耗電極１５および母材Ｗの間にアークａ１が発生すること）が生じる。時刻ｔ５、すなわちアーク状態変化Ｃｈ１が生じた時刻において、スパッタ抑制電流Ｉｗ１の通電は継続している。スパッタ抑制電流Ｉｗ１の電流値は、比較的小さいスパッタ抑制電流値ｉｒ１であるから、アークａ１の発生時に生じうるスパッタの発生を抑制できる。消耗電極１５と母材Ｗとの短絡が解消すると、図８（ｄ）に示すように、時刻ｔ５において、溶接電圧Ｖｗの値が急激に上昇する。この溶接電圧Ｖｗの値の上昇に基づき、アーク状態検出回路３５１は、アーク状態変化Ｃｈ１を検出し、アーク状態変化検出信号Ａｓ１を計算回路３５２に送る。計算回路３５２は、アーク状態変化検出信号Ａｓ１を受けた後の時刻ｔｕ１において、電源特性切替信号ＳｗをＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化させる。これにより、電源回路３１の電源特性が定電圧特性に変化する。そして、同図（ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの値が母材Ｗを熱するのに十分な値にまで上昇し、上述と同様の工程が再び行われる。
【００６２】
降下時刻ｔｄ１は、算出回路３５における計算回路３５２において求められる。降下時刻ｔｄ１の決定方法の一例は次のとおりである。
【００６３】
まず、計算回路３５２は、送給速度Ｖｆに関する送給速度情報と、アーク状態変化Ｃｈ１が生じた変化時刻Ｃｔに関する変化時情報と、に基づき、変化時刻Ｃｔの後における、アーク状態変化Ｃｈ１が生じる予測時刻Ｐ（ｔ）に関する予測情報を求める。送給速度情報は、たとえば、送給装置１６から送給される消耗電極１５の実際の送給速度Ｖｆや、送給制御回路３６から送給装置１６に送られる送給速度制御信号Ｆｃや、送給速度Ｖｆを規定するための設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）である。本実施形態においては、送給速度情報は、送給速度Ｖｆを規定するための設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）である。変化時情報は、たとえば、アーク状態変化Ｃｈ１が生じた変化時刻Ｃｔや、変化時刻Ｃｔにおける回転角θ（ｔ）や、変化時刻Ｃｔにおける変化量Ｖ１（ｔ）や、変化時刻Ｃｔにおける速度Ｖ２（ｔ）の値などである。本実施形態においては、変化時情報は、アーク状態変化Ｃｈ１が生じた変化時刻Ｃｔである。同様に、予測情報は、たとえば、アーク状態変化Ｃｈ１が生じる予測時刻Ｐ（ｔ）や、予測時刻Ｐ（ｔ）における回転角θ（ｔ）や、予測時刻Ｐ（ｔ）における変化量Ｖ１（ｔ）や、予測時刻Ｐ（ｔ）における速度Ｖ２（ｔ）の値などである。本実施形態においては、予測情報は、アーク状態変化Ｃｈ１が生じる予測時刻Ｐ（ｔ）である。
【００６４】
具体的には、計算回路３５２は、下記（４）式によって、ある時刻ｔにおける予測情報たる予測時刻Ｐ（ｔ）を求める。
Ｐ（ｔ）＝Ｃｔ＋Ｔｗ＋Ｔｅ（ｔ）      ・・・・・・（４）
【００６５】
（４）式におけるＴｅ（ｔ）は、補正値であり、Ｉｓｅｔ（ｔ）の関数である。補正値Ｔｅ（ｔ）は、時刻ｔの関数であり、下記（５）式、によって表される。
Ｔｅ（ｔ）＝α（Ｉｓｅｔ（ｔ）−Ｉｓｅｔ（Ｃｔ））・・・・・・（５）
（５）式におけるαは、正の値であり、実験によって予め得られた係数である。（５）式によると、補正値Ｔｅ（ｔ）は、時刻ｔにおける設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）の、変化時刻Ｃｔにおける設定電流値Ｉｓｅｔ（Ｃｔ）からの増加量に比例する。すなわち、補正値Ｔｅ（ｔ）は、時刻ｔにおける送給速度Ｖｆの、変化時刻Ｃｔにおける送給速度Ｖｆからの増加量に比例する。また、（５）式によると、時刻ｔにおける設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）が、変化時刻Ｃｔにおける設定電流値Ｉｓｅｔ（Ｃｔ）から減少した場合（すなわち、時刻ｔにおける送給速度Ｖｆが、変化時刻Ｃｔにおける送給速度Ｖｆから減少した場合）には、補正値Ｔｅ（ｔ）は負の値となる。一方、時刻ｔにおける設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）が、変化時刻Ｃｔにおける設定電流値Ｉｓｅｔ（Ｃｔ）から増加した場合（すなわち、時刻ｔにおける送給速度Ｖｆが、変化時刻Ｃｔにおける送給速度Ｖｆから増加した場合）には、補正値Ｔｅ（ｔ）は正の値となる。
【００６６】
図８に示す定常溶接状態においては、設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）は一定のままである（すなわち送給速度Ｖｆは一定のままである）から、（５）式の右辺の（Ｉｓｅｔ（ｔ）−Ｉｓｅｔ（Ｃｔ））は、０である。そのため、補正値Ｔｅ（ｔ）＝０となり、予測情報たる予測時刻Ｐ（ｔ）は、下記の（４）’式によって求めることとなる。
Ｐ（ｔ）＝Ｃｔ＋Ｔｗ      ・・・・・・（４）’
図８では、Ｃｔがｔ０であるので、Ｐ（ｔ）＝ｔ０＋Ｔｗ＝ｔ５として求められる。
【００６７】
そして、計算回路３５２は、（４）’式によって求められた予測時刻Ｐ（ｔ）よりも、設定時間Ｔｂ前の時刻を、降下時刻ｔｄ１として決定する。設定時間Ｔｂは、たとえば、１００〜５００μｓである。
【００６８】
図９は、本発明の第１実施形態のアーク溶接方法にて送給速度Ｖｆが変化した場合の、各信号等を示すタイミングチャートである。図９の時間のスケールは、図８の時間のスケールよりも大きい。同図（ａ）〜（ｇ）は、図８（ａ）〜（ｇ）における信号とそれぞれ同一である。図９（ｈ）は、補正値Ｔｅ（ｔ）の変化状態を示し、同図（ｉ）は、予測時刻Ｐ（ｔ）−ｔの変化状態を表す。同図では、時刻ｔ３１〜時刻ｔ３２の間、送給速度Ｖｆが減少している。送給速度Ｖｆの値は、同図（ｆ）に示す設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）によって規定される。そのため、同図（ｃ）および同図（ｆ）に示すように、送給速度Ｖｆと設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）は、同様の変化態様を示す。
【００６９】
図９の時刻ｔ３１以前は、定常溶接状態であり、図８を参照しつつ説明した工程と同様の工程が行われる。
【００７０】
図９（ｆ）に示すように、時刻ｔ３１〜時刻ｔ３２の間は、設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）が減少する。このとき、（５）式の右辺の（Ｉｓｅｔ（ｔ）−Ｉｓｅｔ（Ｃｔ））は０以下の値となり、補正値Ｔｅ（ｔ）は、図９（ｈ）に示すように変化する。
【００７１】
このような補正値Ｔｅ（ｔ）を用いて、計算回路３５２は、（４）式によって表される予測時刻Ｐ（ｔ）を求める。そして、計算回路３５２は、図９（ｉ）に示すように、予測時刻Ｐ（ｔ）−ｔ＝Ｔｂの関係を満たす時刻ｔを、降下時刻ｔｄ１として決定する。これは、計算回路３５２が、予測時刻Ｐ（ｔ）よりも設定時間Ｔｂ前の時刻を、降下時刻ｔｄ１とすることとほぼ同義である。
【００７２】
以上のように、算出回路３５における計算回路３５２は、時刻ｔ３１〜時刻ｔ３２においては（４）式によって表される予測時刻Ｐ（ｔ）を用いて、降下時刻ｔｄ１を算出する。（４）式を用いて降下時刻ｔｄ１を算出する算出回路３５は、送給速度Ｖｆが減少する場合、連続する降下時刻ｔｄ１の間隔が短くなるように、降下時刻ｔｄ１を算出している。
【００７３】
時刻ｔ３２以降は、定常溶接状態となり、設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）は一定のままとなる。そのため、時刻ｔ３２以降は、図８を参照しつつ説明したのと同様の方法により、算出回路３５における計算回路３５２は、降下時刻ｔｄ１を算出する。
【００７４】
なお、上述の説明では、送給速度Ｖｆが減少する場合について説明したが、送給速度Ｖｆが増加する場合であっても、同様に（４）式によって表される予測時刻Ｐ（ｔ）を用いて、降下時刻ｔｄ１を算出できる。（４）式を用いて降下時刻ｔｄ１を算出する算出回路３５は、送給速度Ｖｆが増加する場合、連続する降下時刻ｔｄ１の間隔が長くなるように、降下時刻ｔｄ１を算出している。
【００７５】
本実施形態の作用効果について説明する。
【００７６】
本実施形態においては、図９に示したように、送給速度Ｖｆが減少した場合、連続するアーク状態変化Ｃｈ１の間隔は、短くなる。一方、送給速度Ｖｆが増加した場合、連続するアーク状態変化Ｃｈ１の間隔は、長くなる。算出回路３５は、送給速度Ｖｆが減少する場合、連続する降下時刻ｔｄ１の間隔が短くなるように、且つ、送給速度Ｖｆが増加する場合、連続する降下時刻ｔｄ１の間隔が長くなるように、降下時刻ｔｄ１を算出する。このような構成によると、アーク状態変化Ｃｈ１の生じるタイミングの変化に応じて、降下時刻ｔｄ１を算出することができる。そのため、送給速度Ｖｆが変化している期間中、アーク状態変化Ｃｈ１（本実施形態においては、短絡が解消し消耗電極１５および母材Ｗの間にアークａ１が発生すること）が生じる前に、溶接電流Ｉｗの値を確実に降下させ、スパッタ抑制電流Ｉｗ１の通電を開始することが可能となる。これにより、送給速度Ｖｆが変化している期間中、アーク状態変化Ｃｈ１が生じた時刻において、スパッタ抑制電流Ｉｗ１を確実に通電させることができ、アーク状態変化Ｃｈ１が生じた時におけるスパッタの発生を適切に抑制することができる。
【００７７】
算出回路３５は、送給速度Ｖｆに関する送給速度情報に基づき、降下時刻ｔｄ１を算出する。本実施形態においては、送給速度情報として、設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）を用いる。このような構成によると、溶接途中に送給速度Ｖｆが変化する場合であっても、送給速度Ｖｆの変化に応じ、適切な降下時刻ｔｄ１を算出することができる。これは、スパッタの抑制を図るのに資する。
【００７８】
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。上述の実施形態では、予め決められた設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）が電源装置３内の記憶部に格納されている場合を説明したが、本発明はこれに限られない。たとえば、溶接途中に、アーク溶接システムＡ１のユーザが、設定電流値を調整するつまみをひねることにより設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）を変更する場合に、本発明を用いてもよい。上述の実施形態では、設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）の変化に応じて、降下時刻ｔｄ１を算出する例を示したが、送給速度情報として設定電流値Ｉｓｅｔ（ｔ）を用いるのではなく、実際の送給速度Ｖｆに応じて、降下時刻ｔｄ１を算出してもよい。
【００７９】
上述の実施形態では、逐時、予測時刻Ｐ（ｔ）を求める例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、変化時刻Ｃｔにおいてのみ、次の降下時刻ｔｄ１を算出してもよい。上述の実施形態では、アーク状態変化Ｃｈ１が、上記短絡が解消し消耗電極１５および母材Ｗの間にアークａ１が発生すること、として説明したが、本発明はこれに限られない。アーク状態変化Ｃｈ１が、消耗電極１５および母材Ｗの短絡が発生することであってもよい。すなわち、短絡発生直前に溶接電流を降下させる構成を採用してもよい。また、アーク発生直前、および、短絡発生直前のいずれもにおいて溶接電流を降下させる構成を採用してもよい。
【００８０】
上述の実施形態では、経路長変化装置１７を用いる例を示したが、本発明はこれに限られず経路長変化装置１７を用いなくてもよい。たとえば、送給経路長Ｌａを一定のまま維持しつつ、カム機構等を用いて溶接トーチ１４を母材Ｗに対し接近および離間させてもよい。これにより、アークａ１の発生と、消耗電極１５および母材Ｗの短絡と、を繰り返すことができる。また、溶接トーチ１４を母材Ｗに対し接近および離間させる必要も必ずしもない。すなわち、経路長変化装置１７を用いず、且つ、溶接トーチ１４を母材Ｗに対し接近および離間させずに、送給装置１６による消耗電極の前進送給と、送給装置１６による消耗電極の後退送給とを繰り返してもよい。これにより、アークａ１の発生と、消耗電極１５および母材Ｗの短絡と、を繰り返すことができる。
【符号の説明】
【００８１】
Ａ１  アーク溶接システム
１  溶接ロボット
１１  ベース部材
１２  アーム
１２ａ  アーム
１３  モータ
１４  溶接トーチ
１４１  コンタクトチップ
１４２  ノズル
１４３  開口
１５  消耗電極
１６  送給装置
１６１  送給モータ
１６２  プッシュ装置
１７  経路長変化装置
１７１  モータ
１７２  偏芯シャフト
１７３  カム機構
１７４ａ  ベアリング
１７４ｂ  ベアリング
１７５  マウント
１７６  ブッシュ
１７７  シャフト
１９  コンジットケーブル
１９１  コイルライナ
１９２  被覆チューブ
２  ロボット制御装置
２１  動作制御回路
２１１  終了判断回路
２３  ティーチペンダント
３  電源装置
３１  電源回路
３２  電流制御回路
３３  電圧制御回路
３５  算出回路
３５１  アーク状態検出回路
３５２  計算回路
３５３  設定時間記憶部
３６  送給制御回路
３７  経路長制御回路
３９  電流値記憶部
ａ１  アーク
Ａｓ１  アーク状態変化検出信号
Ｃｈ１  アーク状態変化
Ｃｔ  変化時刻
Ｅａ  誤差信号
ＥＩ  電流誤差計算回路
Ｅｉ  電流誤差信号
ＥＶ  電圧誤差計算回路
Ｅｖ  電圧誤差信号
Ｆｃ  送給速度制御信号
ＩＤ  電流検出回路
Ｉｄ  電流検出信号
Ｉｓｅｔ（ｔ）  設定電流値
Ｉｒ  電流設定信号
ｉｒ１  スパッタ抑制電流値
Ｉｗ  溶接電流
Ｉｗ１  スパッタ抑制電流
Ｌａ  送給経路長
ＭＣ  電力発生回路
Ｍｓ  動作制御信号
Ｐ（ｔ）  予測時刻
ＳＧ  シールドガス
Ｓｓｔ  送給停止検知信号
ＳＷ  電源特性切替回路
Ｓｗ  電源特性切替信号
Ｓθ  回転角信号
Ｔａ  アーク発生期間
Ｔｂ  設定時間
Ｔｅ（ｔ）  補正値
Ｔｓ  短絡期間
Ｖ１（ｔ）  変化量
Ｖ２（ｔ）  速度
ＶＤ  電圧検出回路
Ｖｄ  電圧検出信号
Ｖｆ  送給速度
ＶＲ  ロボット移動速度
Ｖｒ  電圧設定信号
Ｖｗ  溶接電圧
Ｗ  母材
Ｗｃ  回転速度信号
ＷＬ  ワイヤリール
Ｗｓ  溶接終了指示信号
θ（ｔ）  回転角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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