(57)【要約】【課題】  よりきれいなビードを形成できるアーク溶接方法、アーク溶接ロボット制御装置、およびアーク溶接システムを提供すること。【解決手段】  アークを発生させることにより溶滴移行させる工程と、アークを発生させつつ溶接母材に形成される溶融池を冷却する工程とを含む単位溶接工程を備え、上記単位溶接工程を繰り返すアーク溶接方法であって、上記各単位溶接工程において規定され、且つ、消耗電極の溶融状態もしくは上記溶接母材の溶融状態に反映する、たとえば溶滴移行させる工程を行う時間Ｔ１などの溶接条件値を、上記単位溶接工程ごとに段階的に変化させる工程を更に備える。このようにすることで、たとえば上記母材の温度が変化しても、最適な溶接条件値を決定することができる。これにより、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態を最適にできる。その結果、形成されるビードをよりきれいにすることができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１工程と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２工程とを含む単位溶接工程を備え、上記単位溶接工程を繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各単位溶接工程において規定され、且つ、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する１または複数種類の溶接条件値を、上記単位溶接工程ごとに段階的に変化させる工程を更に備える、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記変化させる工程においては、上記溶接条件値を単調に増加もしくは減少させる、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第１工程を行う時間である、請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記変化させる工程は、アーク溶接開始時から所定の期間実行される、請求項３に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
上記第２工程においては、上記母材の面内方向に沿って上記母材に対し上記消耗電極を消耗電極移動速度で相対移動させ、
１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記消耗電極移動速度である、１ないし４のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
上記変化させる工程は、アーク溶接の途中から所定の期間実行される、請求項５に記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流のＥＮ比率、上記第１工程における上記溶接電流の絶対値の平均値、または、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に印加される溶接電圧の絶対値の平均値、である、請求項１ないし６のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項８】
消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１期間と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２期間とを含み、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する溶接条件値が規定される各単位溶接期間を繰り返し発生させる制御手段と、
複数の上記単位溶接期間を含み且つ上記溶接条件値が変化する移行期間の開始時における溶接条件値である第１溶接条件値と、上記移行期間の終了時における溶接条件値である第２溶接条件値とを入力する入力手段と、
上記移行期間における上記溶接条件値である移行溶接条件値を、入力された上記第１溶接条件値と上記第２溶接条件値との間の値として算出する算出手段と、を備えることを特徴とする、アーク溶接ロボット制御装置。
【請求項９】
上記算出手段は、上記移行期間において単調に増加もしくは減少する移行溶接条件値を算出する、請求項８に記載のアーク溶接ロボット制御装置。
【請求項１０】
上記溶接条件値は、上記第１期間の長さである、請求項８または９に記載のアーク溶接ロボット制御装置。
【請求項１１】
上記溶接条件値は、上記第２期間における、上記母材の面内方向に沿う上記母材に対する上記消耗電極の移動速度である、請求項８ないし１０のいずれかに記載のアーク溶接ロボット制御装置。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれかに記載のアーク溶接ロボット制御装置と、
上記消耗電極を保持する溶接トーチと、
上記アーク溶接ロボット制御装置により制御され、且つ、上記溶接トーチを上記母材に対して相対移動させる溶接ロボットと、を備えることを特徴とする、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、アーク溶接方法、アーク溶接ロボット制御装置、およびアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来の溶接システムの一例を示す図である。同図における溶接システム９１は、いわゆるステッチパルス溶接法を用いて溶接を行う。ステッチパルス溶接法とは、溶接時の入熱と冷却をコントロールすることにより、母材に与える熱影響を抑えやすい溶接法である。このステッチパルス溶接法を用いると、従来の薄板溶接に比べ、溶接外観を向上させ、溶接歪み量を低減させることができるとされている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
マニピュレータ９Ｍは、ワーク９Ｗに対してアーク溶接を自動で行うものであり、上アーム９３、下アーム９４及び手首部９５と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（図示せず）とによって構成されている。
【０００４】
アーク溶接トーチ９Ｔは、マニピュレータ９Ｍの手首部９５の先端部分に取り付けられており、ワイヤリール９６に巻回された直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ９７をワーク９Ｗの教示された溶接位置に導くためのものである。溶接電源９ＷＰは、アーク溶接トーチ９Ｔとワーク９Ｗとの間に溶接電圧を供給する。ワーク９Ｗに溶接を行う際は、溶接ワイヤ９７をアーク溶接トーチ９Ｔの先端から所望の突き出し長だけ突き出した状態で行われる。
【０００５】
コイルライナ９２は、溶接ワイヤ９７を案内するためのものであり、アーク溶接トーチ９Ｔに接続されている。
【０００６】
操作手段としてのティーチペンダント９ＴＰは、いわゆる可搬式操作盤であって、マニピュレータ９Ｍの動作、ステッチパルス溶接を行わせるために必要な条件等を設定するためのものである。
【０００７】
ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍに溶接動作の制御を実行させるためのものであり、内部に主制御部、動作制御部およびサーボドライバ（いずれも図示せず）等を備えている。そして、作業者がティーチペンダント９ＴＰによって教示した作業プログラムに基づき、サーボドライバからマニピュレータ９Ｍの各サーボモータに動作制御信号を出力し、マニピュレータ９Ｍの複数の軸をそれぞれ回転させる。ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍのサーボモータに備えられたエンコーダ（図示せず）からの出力によって現在位置を認識しているのでアーク溶接トーチ９Ｔの先端位置を制御することができる。そして溶接部においては、以下に説明する溶接、移動、冷却を繰り返しながらステッチパルス溶接を行う。
【０００８】
図１４は、ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。溶接ワイヤ９７はアーク溶接トーチ９Ｔの先端から突出している。シールドガスＧは、溶接開始時から溶接終了時まで常に一定の流量でアーク溶接トーチ９Ｔから吹き出される。以下、ステッチパルス溶接時の各状態について説明する。
【０００９】
同図（ａ）は、アーク発生時の様子を示している。設定された溶接電流および溶接電圧に基づいて、溶接ワイヤ９７の先端とワーク９Ｗとの間にアークａが発生し、溶接ワイヤ９７が溶融してワーク９Ｗに溶融池Ｙが形成される。アークａが発生してから、教示された溶接時間が経過した後に、アークａを停止する。
【００１０】
同図（ｂ）は、アーク停止後の様子を示している。アーク停止後は、設定された冷却時間が経過するまで溶接後の状態を維持させる。すなわち、マニピュレータ９Ｍおよびアーク溶接トーチ９Ｔは溶接時の状態と同様に停止した状態で、アーク溶接トーチ９ＴからシールドガスＧが吹き出されるだけとなるので、溶融池ＹがシールドガスＧによって実質的に冷却されて凝固する。
【００１１】
同図（ｃ）は、アーク溶接トーチ９Ｔを次の溶接位置に移動させる様子を示している。冷却時間の経過後は、アーク溶接トーチ９Ｔを溶接進行方向に予め設定された移動ピッチＭｐだけ離間した位置であるアーク再開始点に移動させる。このときの移動速度は、設定された移動速度である。上記移動ピッチは、同図（ｃ）で示すように溶融池Ｙが凝固した後の溶接痕Ｙ’の外周側に溶接ワイヤ９７を位置づけるように調整された距離である。
【００１２】
同図（ｄ）は、アーク再開始点においてアークａを再発生する様子を示している。溶接痕Ｙ’の前端部に新たに溶融池Ｙが形成されて溶接が行われるようになる。このように、ステッチパルス溶接システム９１では、アークを発生させて溶接を行っている状態と、冷却、移動を行っている状態とが交互に繰り返されることになる。そして、溶接痕であるウロコが重ね合わさるように溶接ビードが形成される。
【００１３】
図１５は、溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。同図に示すように、最初のアーク開始点Ｐ１において溶接痕Ｓｃが形成され、溶接進行方向Ｄｒに向けて移動ピッチＭｐだけ離間した再アーク開始点Ｐ２においても同様の溶接痕Ｓｃが形成される。再アーク開始点Ｐ３以降においてもさらなる溶接痕Ｓｃが順次形成されていく。このように、溶接痕Ｓｃであるウロコが重なり合うように形成された結果、ウロコ状の溶接ビードＢが形成されるのである。
【００１４】
上述した方法では、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）等に示したように、アークａを停止させ、その後アークａを再発生させる工程を繰り返している。アークａを再発生させるたびに、スパッタが発生し、溶接ビードＢの外観が悪化するといった問題があった。そこで、図１６に示すように、アークａを停止させずアークａの再発生を不要にする溶接法が提案されている（たとえば特許文献２参照）。
【００１５】
図１６（ｂ）、図１６（ｃ）によく表れているように、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）に示した場合と異なり、溶融池Ｙを冷却する際にもアークａを停止させておらず、アークａが発生している状態を保っている。アークａを再発生させる必要がなくなっているため、スパッタの発生を抑制することが可能になっている。このように従来から、よりきれいなビードを形成できるステッチパルス溶接の研究および開発がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平６−５５２６８号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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アーク溶接方法、アーク溶接ロボット制御装置、およびアーク溶接システムを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の側面によって提供されるアーク溶接方法は、消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１工程と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２工程とを含む単位溶接工程を備え、上記単位溶接工程を繰り返すアーク溶接方法であって、上記各単位溶接工程において規定され、且つ、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する１または複数種類の溶接条件値を、上記単位溶接工程ごとに段階的に変化させる工程を更に備える。
【００１９】
このような構成によれば、上記母材の板厚、上記母材間のギャップ幅、上記母材間の角度、および上記母材の温度が変化しても、最適な溶接条件値を決定することができる。これにより、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態を最適にできる。その結果、形成されるビードをよりきれいにすることができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記変化させる工程においては、上記溶接条件値を単調に増加もしくは減少させる。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第１工程を行う時間である。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記変化させる工程は、アーク溶接開始時から所定の期間実行される。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第２工程においては、上記母材の面内方向に沿って上記母材に対し上記消耗電極を消耗電極移動速度で相対移動させ、１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記消耗電極移動速度である。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記変化させる工程は、アーク溶接の途中から所定の期間実行される。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流のＥＮ比率、上記第１工程における上記溶接電流の絶対値の平均値、または、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に印加される溶接電圧の絶対値の平均値、である。
【００２６】
本発明の第２の側面によって提供されるアーク溶接ロボット制御装置は、消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１期間と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２期間とを含み、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する溶接条件値が規定される各単位溶接期間を繰り返し発生させる制御手段と、複数の上記単位溶接期間を含み且つ上記溶接条件値が変化する移行期間の開始時における溶接条件値である第１溶接条件値と、上記移行期間の終了時における溶接条件値である第２溶接条件値とを入力する入力手段と、上記移行期間における上記溶接条件値である移行溶接条件値を、入力された上記第１溶接条件値と上記第２溶接条件値との間の値として算出する算出手段と、を備える。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記算出手段は、上記移行期間において単調に増加もしくは減少する移行溶接条件値を算出する。
【００２８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記溶接条件値は、上記第１期間の長さである。
【００２９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記溶接条件値は、上記第２期間における、上記母材の面内方向に沿う上記母材に対する上記消耗電極の移動速度である。
【００３０】
本発明の第３の側面によって提供されるアーク溶接システムは、本発明の第２の側面にかかるアーク溶接ロボット制御装置と、上記消耗電極を保持する溶接トーチと、上記アーク溶接ロボット制御装置により制御され、且つ、上記溶接トーチを上記母材に対して相対移動させる溶接ロボットと、を備える。
【００３１】
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】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図２】図１に示した溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】第１実施形態にかかる溶接システムの溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図４】溶滴移行期間における溶接電流の変化状態を示す図である。
【図５】第１実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図６】第１実施形態における溶滴移行期間の長さのを示す図である。
【図７】第２実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図８】第２実施形態におけるロボット移動速度の変化状態を示す図である。
【図９】第３実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図１０】第３実施形態における溶接電圧の値および溶接電流の値の変化状態を示す図である。
【図１１】第４実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図１２】第５実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図１３】従来の溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図１４】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明する図である。
【図１５】溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。
【図１６】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。
【００３５】
図１に示された溶接システムＡは、溶接ロボット１、ロボット制御装置２、および溶接電源装置３を備える。溶接ロボット１は、溶接母材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、複数のアーム１２、複数のモータ１３、溶接トーチ１４、ワイヤ送給装置１６、およびコイルライナ１９を備える。
【００３６】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。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。
【００３７】
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手首部１２ａの先端部に設けられている。溶接トーチ１４は、消耗電極としてのたとえば直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１５を、溶接母材Ｗ近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、Ａｒなどのシールドガスを供給するためのシールドガスノズル（図示略）が備えられている。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。
【００３８】
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。
【００３９】
ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に対して、溶接ワイヤ１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給モータ１６１、ワイヤリール（図示略）、およびワイヤプッシュ手段（図示略）、を備えている。送給モータ１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ手段が、上記ワイヤリールに巻かれた溶接ワイヤ１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００４０】
コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状に形成されており、その内部には、溶接ワイヤ１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された溶接ワイヤ１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された溶接ワイヤ１５は、溶接トーチ１４から外部に突出して消耗電極として機能する。
【００４１】
図２は、図１に示した溶接システムＡの内部構成を示す図である。
【００４２】
図１、図２に示したロボット制御装置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。図２に示すように、ロボット制御装置２は、動作制御回路２１、インターフェイス回路２２、演算部２３、およびティーチペンダントＴＰを備える。
【００４３】
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等に基づいて、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｃを与える。この動作制御信号Ｍｃにより、各モータ１３は回転駆動し、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗの所定の溶接開始位置に移動させたり、溶接母材Ｗの面内方向に沿って移動させたりする。
【００４４】
ティーチペンダントＴＰは、動作制御回路２１および演算部２３に接続されている。ティーチペンダントＴＰは、ユーザによって各種動作を設定するためのものである。
【００４５】
演算部２３には、ティーチペンダントＴＰから、ティーチペンダントＴＰにおいてユーザが入力した設定値が送られる。演算部２３は、当該設定値について演算し、その結果を動作制御回路２１に送る。
【００４６】
インターフェイス回路２２は、溶接電源装置３と各種信号をやり取りするためのものである。インターフェイス回路２２には、動作制御回路２１から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００４７】
溶接電源装置３は、溶接ワイヤ１５と溶接母材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、溶接ワイヤ１５の送給を行うための装置である。図２に示すように、溶接電源装置３は、出力制御回路３１、電流検出回路３２、送給制御回路３４、インターフェイス回路３５、および電圧検出回路３６を備えている。
【００４８】
インターフェイス回路３５は、ロボット制御装置２と各種信号をやり取りするためのものである。具体的には、インターフェイス回路３５には、インターフェイス回路２２から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００４９】
出力制御回路３１は、複数のトランジスタ素子からなるインバータ制御回路を有する。出力制御回路３１は外部から入力される商用電源（たとえば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行う。
【００５０】
出力制御回路３１の出力は、一端が溶接トーチ１４に接続され、他端が溶接母材Ｗに接続されている。出力制御回路３１は、溶接トーチ１４の先端に設けられたコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流す。これにより、溶接ワイヤ１５の先端と溶接母材Ｗとの間にアークａが発生する。このアークａによりもたらされる熱で溶接ワイヤ１５が溶融する。そして、溶接母材Ｗに対して溶接が施されるようになっている。
【００５１】
出力制御回路３１には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの電流設定信号Ｉｓ、および出力開始信号Ｏｎが送られる。
【００５２】
電流検出回路３２は、溶接ワイヤ１５に流れる溶接電流Ｉｗを検出するためのものである。電流検出回路３２は、溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを、出力制御回路３１、および動作制御回路２１に出力する。
【００５３】
電圧検出回路３６は、出力制御回路３１の出力端の電圧である溶接電圧Ｖｗを検出するためのものである。電圧検出回路３６は、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを出力制御回路３１に出力する。
【００５４】
送給制御回路３４は、溶接ワイヤ１５の送給を行うための送給制御信号Ｆｃを送給モータ１６１に出力するものである。送給制御信号Ｆｃは、溶接ワイヤ１５の送給速度を示す信号である。また、送給制御回路３４には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００５５】
次に、溶接システムＡを用いたアーク溶接方法について説明する。以下では、まずステッチパルス溶接の一般的な方法について説明する。その後に、よりきれいなウロコ状のビードが形成されるアーク溶接方法について具体的に説明する。
【００５６】
まず図３を用いて、ステッチパルス溶接の一般的な溶接方法について説明する。同図（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は溶接電圧Ｖｗの絶対値の時間平均値の変化状態を示し、（ｃ）は溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値の変化状態を示す。ロボット移動速度ＶＲは、溶接母材Ｗの面内方向のうちの所定の溶接進行方向（図１５に示した溶接進行方向Ｄｒに対応する）に沿った溶接トーチ１４の移動速度である。
【００５７】
まず、ティーチペンダントＴＰからの溶接開始信号Ｓｔ（図２参照）が入力されることにより、一般的には、過渡的な溶接開始処理が行われる。溶接開始処理においては、動作制御回路２１は、出力開始信号Ｏｎを出力制御回路３１および送給制御回路３４に出力する。出力制御回路３１は、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。これにより、アークａが点弧される。そして、図３に示すように、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを含む単位溶接期間Ｔαを繰り返すことにより溶接を行う。溶滴移行期間Ｔ１においては、溶接電圧Ｖｗ１を印加し、溶接電流Ｉｗ１を流すことにより溶滴移行を行い、溶融池を形成する。一方、アーク継続期間Ｔ２においては、溶接電圧Ｖｗ２を印加し、溶接電流Ｉｗ２を流すことにより、溶滴移行をほとんどさせることなく、且つ、アークａを維持しつつ溶接トーチ１４を移動させる。以下、詳細に説明する。
【００５８】
（１）溶滴移行期間Ｔ１（時刻ｔ１〜ｔ２）
溶滴移行期間Ｔ１では、従来技術の説明において図１４（ａ）、図１６（ａ）で示した、溶融池Ｙを形成する処理を行う。溶滴移行期間Ｔ１においては、図３（ａ）に示すように、ロボット移動速度ＶＲを０に設定する。そのため溶接トーチ１４は溶接母材Ｗに対して停止している。同図（ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗとして、絶対値の時間平均値が電圧値ｖｗ１である溶接電圧Ｖｗ１が、印加されている。同図（ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗとして、絶対値の平均値が電流値ｉｗ１である溶接電流Ｉｗ１が流れている。溶滴移行期間Ｔ１においては、定電圧制御がなされている。定電圧制御では、溶接電流Ｉｗは、溶接ワイヤ１５の材質、直径、溶接ワイヤ１５の突出し長さ、電極極性等の溶接条件が決定されれば、溶接ワイヤ１５の送給速度により定まる。すなわち、溶接電流Ｉｗ１は、送給速度設定信号Ｗｓにより設定される。
【００５９】
図４は、溶接電流Ｉｗ１の時間変化を詳細に示す図である。同図に示すように、溶接電流Ｉｗ１は交流パルス電流である。図４における電流値ｉｗ１は、図３における電流値ｉｗ１に一致する。図４における時間のスケールは、図３における時間のスケールに比べ極めて小さい。図４において、溶接電流Ｉｗを示す縦軸は、溶接ワイヤ１５が陽極となったときに流れる電流をプラスとしている。
【００６０】
本図から理解されるように、溶接電流Ｉｗ１は、パルス周期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。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、溶接ワイヤ１５が陽極、溶接母材Ｗが陰極となった状態で流れる電流である。溶接電流Ｉｗ１が電極プラス極性電流Ｉｅｐであるのは、期間Ｔｕ，Ｔｐ，Ｔｄ，Ｔｂの間である。電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、溶接ワイヤ１５が陰極、溶接母材Ｗが陽極となった状態で流れる電流である。溶接電流Ｉｗ１が電極マイナス極性電流Ｉｅｎであるのは、期間Ｔｎの間である。溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｕの間、増加する。そして溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｐの間、一定の値Ｉｅｐｐで流れる。そして溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｄの間、減少する。そして溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｂの間、一定の値Ｉｅｐｂで流れる。そして溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｎの間、一定の値Ｉｅｎｐで流れる。期間Ｔｎにおける溶接電流Ｉｗ１の絶対値を時間積分した値（面積Ｓｅｎ）を、一パルス周期Ｔｅにおける溶接電流Ｉｗ１の絶対値を時間積分した値（面積Ｓｅｐ＋面積Ｓｅｎ）で割った値は、ＥＮ比率とよばれる。ＥＮ比率を調整することで、同じ溶接電流で、溶接ワイヤ１５の溶融速度と溶接母材Ｗへの入熱を制御することができる。
【００６１】
値Ｉｅｐｐ，Ｉｅｐｂ，Ｉｅｎｐ、期間Ｔｐ，Ｔｎは、所定値に設定される。期間Ｔｂは、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定められた溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御される。この制御によってアークａの長さが適正値に制御される。溶接電流Ｉｗ１の絶対値について時間平均した値が、電流値ｉｗ１に一致する。
【００６２】
（２）アーク継続期間Ｔ２（時刻ｔ２〜ｔ３）
図３に示すアーク継続期間Ｔ２では、従来技術の説明において図１６（ｂ），（ｃ）で示した、溶融池Ｙを冷却する処理を、アークａを継続させつつ行う。
【００６３】
図３（ａ）に示すように、アーク継続期間Ｔ２の開始時である時刻ｔ２において、ロボット移動速度ＶＲをＶ２に設定する。これにより溶接トーチ１４は、所定の溶接進行方向に沿って移動を開始する。同図（ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗとして、絶対値の時間平均値がｖｗ２である溶接電圧Ｖｗ２が、印加されている。アーク継続期間Ｔ２においては、溶滴移行期間Ｔ１と異なり、定電流制御がなされている。同図（ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗとして、絶対値の時間平均値が電流値ｉｗ２である一定の溶接電流Ｉｗ２が流れている。電流値ｉｗ２は、溶滴移行が行われにくい程度の小さい値である。また、溶接電流Ｉｗ２は、溶接ワイヤ１５が陽極、溶接母材Ｗが陰極となった状態で流れる、いわゆる電極プラス極性電流である。なお溶接ワイヤ１５は、溶接母材Ｗに向かって溶滴移行期間Ｔ１における値より小さな値の送給速度で送給されている（図示略）。
【００６４】
その後、時刻ｔ３からは、再度、溶滴移行期間Ｔ１が開始する。このようにして、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを含む単位溶接期間Ｔαが繰り返される。
【００６５】
一般的なステッチパルス溶接は上述のように行う。次に、図５、図６を用いて、よりきれいなウロコ状のビードが形成されるアーク溶接方法について具体的に説明する。
【００６６】
以下では簡略化のため、特に断りのない限り、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗを時間平均した値ｉｗ１のことを、溶接電流Ｉｗの値という。また同様に、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電圧Ｖｗを時間平均した値ｖｗ１のことを、溶接電圧Ｖｗの値という。また同様に、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流ＩｗのＥＮ比率のことを、単に溶接電流ＩｗのＥＮ比率という。また同様に、アーク継続期間Ｔ２におけるロボット移動速度ＶＲのことを、単にロボット移動速度ＶＲという。
【００６７】
本実施形態において、溶接を行っている最中に以下の溶接条件値を変化させている。本明細書において溶接条件値とは、各単位溶接期間Ｔαにおいて規定され、且つ、溶接ワイヤ１５の溶融状態もしくは溶接母材Ｗの溶融状態に反映する値である。このような溶接条件値は、たとえば、溶滴移行期間Ｔ１の長さ、ロボット移動速度ＶＲ、溶接電流ＩｗのＥＮ比率、溶接電流Ｉｗの値、もしくは、溶接電圧Ｖｗの値、である。
【００６８】
溶接開始前に具体的な数値を指定しなければならない溶接条件値は、溶滴移行期間Ｔ１の長さ、溶接電流Ｉｗの値、および、ロボット移動速度ＶＲ、である。溶接開始前に既に動作制御回路２１におけるデータベースに格納されている溶接条件値は、溶接電圧Ｖｗの値、溶接電流ＩｗのＥＮ比率である。よりきれいなビードを得るために、溶接電圧Ｖｗの値、もしくは溶接電流ＩｗのＥＮ比率について、微調整することもできる。以下ではまた、溶接条件値を具体的に指定すること、および溶接条件値について微調整すること、のいずれをも、溶接条件値を入力することという。
【００６９】
図５を用いて、アーク溶接を開始する時から所定期間の間、溶接条件値を変化させる場合について説明する。図５（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図５の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図５の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ｃ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、溶滴移行期間Ｔ１の長さである。
【００７０】
まず溶接開始前に、ａ１地点の溶接条件値、すなわち溶接開始時の溶接条件値と、ａ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２のティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ａ１地点からａ２地点までの期間（移行期間ＴＴ１）における溶接条件値を、ａ１地点の溶接条件値と、ａ２地点の溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３は、ａ１地点からａ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に減少する値として算出する。図５は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、移行期間ＴＴ１における各単位溶接工程ごとの溶滴移行期間Ｔ１の長さは、図６のような変化状態を示す。また、ａ２地点としては、溶接母材Ｗが充分に熱せられたといえる位置を採用すればよい。ａ１地点からａ２地点までの距離は、たとえば１５〜２０ｍｍである。
【００７１】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。溶接母材Ｗは、溶接開始時にはほとんど熱せられていない。このような溶接母材Ｗにより入熱させるため、溶接開始時のａ１地点では、溶接条件値の一つである溶滴移行期間Ｔ１の長さは相対的に長く設定されている。
【００７２】
次に、ａ１地点からａ２地点に向かうにつれ、段階的に溶滴移行期間Ｔ１の長さを短くしてゆく。ａ２地点の溶接を行う時以降、溶滴移行期間Ｔ１の長さを一定に維持する。
【００７３】
このような構成においては、溶接開始時には、溶滴移行期間Ｔ１の長さは相対的に長く設定されている。そのため、溶接母材Ｗの温度が低い状態で溶接を施さねばならない時間を短くできる。これにより、形成されるビードの幅およびビードの形状を一定にすることができる。
【００７４】
また、溶接開始後、段階的に溶滴移行期間Ｔ１の長さを短くしている。そのため、溶接母材Ｗの温度が上昇するにつれ、溶接母材Ｗに与える熱を徐々に少なくできる。また、溶接母材Ｗに与える熱を少なくすることにより、溶接母材Ｗの温度が充分に上昇した状態において溶接母材Ｗに過度に熱を与えることを抑制できる。溶接母材Ｗへの過度の入熱の抑制は、溶接母材Ｗの温度が充分に上昇した状態において溶接母材Ｗが溶融し過ぎる事態を防止するのに資する。
【００７５】
また本実施形態においては、溶接母材Ｗへの入熱を調整するために、溶接電流Ｉｗおよび溶接電圧Ｖｗの値を変化させずに溶滴移行期間Ｔ１の長さのみを変化させている。溶接電流Ｉｗや溶接電圧Ｖｗの値を変化させると、アークａが不安定になりやすい。しかしながら、本実施形態では溶接電流Ｉｗおよび溶接電圧Ｖｗの値を変化させていない。そのため本実施形態によると、アークａが不安定になるといった不都合が生じにくい。
【００７６】
なお、溶接母材Ｗへの入熱を調整するには、溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させても溶接母材Ｗへの入熱を調整できる。たとえば本実施形態において、ＥＮ比率をａ１地点からａ２地点まで増加させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電圧Ｖｗの値をａ１地点からａ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電流Ｉｗの値をａ１地点からａ２地点まで減少させてもよい。
【００７７】
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００７８】
＜第２実施形態＞
図７、図８を用いて、本発明の第２実施形態として、アーク溶接の途中から所定期間の間、溶接条件値を変化させる場合について説明する。図７は、図５と同様に、各溶接条件値の変化状態を示す。図７（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図７の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図７の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ａ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、ロボット移動速度ＶＲの値である。
【００７９】
まず溶接を開始する前に、ｂ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｂ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２に示したティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ｂ１地点からｂ２地点までの期間（移行期間ＴＴ２）における溶接条件値を、ｂ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｂ２地点からの溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３は、ｂ１地点からｂ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に減少する値として算出する。図７は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、移行期間ＴＴ２における各単位溶接工程ごとのロボット移動速度ＶＲの値は、図８に示すように、単位溶接工程ごとに変化し、かつ、各単位溶接工程においては一定である。
【００８０】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。溶接母材Ｗは、ｂ１地点に至るまで、熱が加わることにより温度が徐々に上昇している。ｂ１地点の溶接を行う時からｂ２地点の溶接を行う時まで、溶融池をより長いあいだ冷却するためロボット移動速度ＶＲの値を段階的に小さくしてゆく。ｂ２地点の溶接を行う時以降、ロボット移動速度ＶＲの値を一定に維持する。
【００８１】
このような構成においては、ｂ１地点の溶接を行う時からｂ２地点の溶接を行う時まで、ロボット移動速度ＶＲの値を段階的に小さくしている。したがって、アーク継続期間Ｔ２に移動する距離は一定であるから、アーク継続期間Ｔ２の長さが徐々に長くなる。そのため、溶接母材Ｗに形成される溶融池をより長い時間冷却することができる。これにより、各溶滴移行期間Ｔ１において形成されるウロコの各形状の輪郭を明瞭にすることができる。このように、本実施形態によると、溶接母材Ｗに形成されるビードをよりきれいなものとすることができる。
【００８２】
また本実施形態においては、溶接電流Ｉｗの値、溶接電圧Ｖｗの値、および溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させずに、ロボット移動速度ＶＲのみを変化させている。溶接電流Ｉｗの値や溶接電圧Ｖｗの値、もしくは溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させると、溶融する金属の量が変化する。そのため、形成されるビードにおけるウロコの大きさが、ウロコごとに異なってしまう。しかしながら、本実施形態では、溶接電流Ｉｗの値、溶接電圧Ｖｗの値、および溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させていない。そのため、本実施形態によると、ウロコの大きさがウロコごとに異なるといった不都合が生じにくい。これは、よりきれいなビードを形成するのに適する。
【００８３】
なお、溶融池を凝固させ易くすることによってきれいなビードを形成するには、ロボット移動速度ＶＲを変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させてもよい。たとえば本実施形態において、ＥＮ比率をｂ１地点からｂ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶滴移行期間Ｔ１の長さをｂ１地点からｂ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電圧Ｖｗの値をｂ１地点からｂ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電流Ｉｗの値をｂ１地点からｂ２地点まで減少させてもよい。
【００８４】
＜第３実施形態＞
図９、図１０を用いて、本発明の第３実施形態として、溶接中に溶接母材Ｗの厚さが徐々に変化する場合に溶接条件値を変化させる例を示す。図９は、図５および図７と同様に、各溶接条件値の変化状態を示す。図９（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図９の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図９の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ｄ），同図（ｅ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、溶接電圧Ｖｗの値および溶接電流Ｉｗの値である。図９に示すように、ｃ１地点からｃ２地点まで、溶接母材Ｗの厚さが徐々に厚くなっている。
【００８５】
まず溶接を開始する前に、ｃ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｃ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２に示したティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ｃ１地点からｃ２地点までの期間（移行期間ＴＴ３）における溶接条件値を、ｃ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｃ２地点からの溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３は、ｃ１地点からｃ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に増加する値として算出する。図９は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、移行期間ＴＴ３における各単位溶接工程ごとの溶接電圧Ｖｗの値および溶接電流Ｉｗは、図１０に示すように、単位溶接工程ごとに変化し、かつ、各単位溶接工程においては一定である。
【００８６】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。ｃ１地点に至るまでは、溶接母材Ｗの厚さは一定である。ｃ１地点に至るまでは、各溶接条件値を一定の値に維持しつつ、溶接を行う。ｃ１地点からｃ２地点までは、溶接母材Ｗの厚さが増加する。溶接母材Ｗの厚さが厚くなると、適切な溶接をするためには、溶接母材Ｗに対しより入熱させる必要がある。そのためｃ１地点の溶接を行う時からｃ２地点の溶接を行う時まで、溶接電流Ｉｗの値と、溶接電圧Ｖｗの値とを、段階的に増加させる。ｃ２地点の溶接を行う時以降、溶接電流Ｉｗの値と、溶接電圧Ｖｗの値とを一定のまま維持する。
【００８７】
このような構成においては、ｃ１地点の溶接を行う時からｃ２地点の溶接を行う時まで、溶接電流Ｉｗの値および溶接電圧Ｖｗの値を、段階的に大きくしている。そのため、溶接母材Ｗへの入熱量を徐々に増加させることができる。これにより、溶接母材Ｗが厚くなっても、きれいなビードを形成することができる。
【００８８】
また、溶接母材Ｗへの入熱量を増加するために、ｃ１地点からｃ２地点まで、ロボット移動速度ＶＲを減少させてもよい。しかしながら、ロボット移動速度ＶＲを減少させると、溶接に要する時間が長くなる。一方、本実施形態においては、ロボット移動速度ＶＲを減少させていないため、溶接に要する時間が長くなるおそれがない。
【００８９】
なお、ｃ１地点からｃ２地点において溶接母材Ｗへの入熱量を変化するには、溶接電流Ｉｗの値および溶接電圧Ｖｗの値を変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させてもよい。たとえば本実施形態において、ロボット移動速度ＶＲを、ｃ１地点からｃ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、ＥＮ比率をｃ１地点からｃ２地点まで増加させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶滴移行期間Ｔ１の長さをｃ１地点からｃ２地点まで増加させてもよい。
【００９０】
＜第４実施形態＞
図１１を用いて、本発明の第４実施形態として、溶接中に溶接母材Ｗ間のギャップが徐々に変化する場合に溶接条件値を変化させる例について説明する。図１１は、図５、図７、および図９と同様に、各溶接条件値の変化状態を示す。図１１（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図１１の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図１１の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ｂ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、溶接電流ＩｗのＥＮ比率である。図１１に示すように、ｄ１地点からｄ２地点まで、溶接母材Ｗ間のギャップが徐々に大きくなっている。
【００９１】
まず溶接を開始する前に、ｄ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｄ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２に示したティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ｄ１地点からｄ２地点までの期間（移行期間ＴＴ４）における溶接条件値を、ｄ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｄ２地点からの溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３は、ｄ１地点からｄ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に増加する値として算出する。図１１は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、上述の実施形態と同様に、移行期間ＴＴ４における各単位溶接工程ごとの溶接電流ＩｗのＥＮ比率の値は、各単位溶接工程ごとに変化し、かつ、各単位溶接工程においては一定である。
【００９２】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。ｄ１地点に至るまでは、溶接母材Ｗのギャップは一定である。ｄ１地点に至るまでは、各溶接条件値を一定のまま維持しつつ溶接を行う。ｄ１地点からｄ２地点までは、溶接母材Ｗのギャップが大きくなる。溶接母材Ｗのギャップが大きくなると、適切な溶接をするためには、溶接ワイヤ１５をより多く溶融させる必要がある。そのためｄ１地点の溶接を行う時からｄ２地点の溶接を行う時まで、溶接電流ＩｗのＥＮ比率を、段階的に増加させる。ｄ２地点の溶接を行う時以降、溶接電流ＩｗのＥＮ比率は、一定のまま維持する。
【００９３】
このような構成においては、ｄ１地点の溶接を行う時からｄ２地点の溶接を行う時まで、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流ＩｗのＥＮ比率を、段階的に大きくしている。そのため、溶接ワイヤ１５が徐々に溶融されやすくなる。これにより、溶接母材Ｗのギャップが大きくなっても、きれいなビードを形成することができる。
【００９４】
また、本実施形態においては、溶接ワイヤ１５の溶融を促進するために、溶接電流Ｉｗ値や、溶接電圧Ｖｗの値を変化させているのではない。溶接電流Ｉｗの値や溶接電圧Ｖｗの値を変化させると、溶接母材Ｗへの入熱量が変化するおそれがある。溶接母材Ｗへの入熱量が変化すると、溶接母材Ｗに形成されるビード幅やビードの形状が変化してしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態においては、溶接ワイヤ１５の溶融量を変化させるために値ｉｗ１や溶接電圧Ｖｗの値を変化させておらず、溶接電流ＩｗのＥＮ比率を変化させているだけである。そのため本実施形態によれば、溶接母材Ｗへの入熱量の変化が少ない状態で、溶接ワイヤ１５の溶融量を増加させることができる。これにより、さらにきれいなビードを形成することができる。
【００９５】
なお、ｄ１地点からｄ２地点において溶接ワイヤ１５の溶融量を変化させるには、溶接電流ＩｗのＥＮ比率を変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶滴移行期間Ｔ１の長さをｄ１地点からｄ２地点まで増加させてもよい。溶滴移行期間Ｔ１の長さを増加させた場合、ロボット移動速度ＶＲを、ｄ１地点からｄ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電流Ｉｗの値をｄ１地点からｄ２地点まで増加させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電圧Ｖｗの値をｄ１地点からｄ２地点まで増加させてもよい。
【００９６】
＜第５実施形態＞
図１２を用いて、本発明の第５実施形態として、溶接中に溶接母材Ｗ間の角度が徐々に変化する場合に溶接条件値を変化させる場合について説明する。図１２は、図５、図７、図９、および図１１と同様に、各溶接条件値の変化状態を示す。図１２（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図１２の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図１２の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ｄ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、溶接電圧Ｖｗの値である。図１２に示すように、ｅ１地点からｅ２地点まで、溶接母材Ｗ間の角度が徐々に大きくなっている。
【００９７】
まず溶接を開始する前に、ｅ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｅ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２に示したティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ｅ１地点からｅ２地点までの期間（移行期間ＴＴ５）における溶接条件値を、入力されたｅ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｅ２地点からの溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３はまた、ｅ１地点からｅ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に増加する値として算出する。図１２は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、上述の実施形態と同様に、移行期間ＴＴ５における溶接電圧Ｖｗの値は、各単位溶接工程ごとに変化し、かつ、各単位溶接工程においては一定である。
【００９８】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。ｅ１地点に至るまでは、溶接母材Ｗ間の角度は一定である。ｅ１地点に至るまでは、各溶接条件値を一定のまま維持しつつ溶接を行う。ｅ１地点からｅ２地点までは、溶接母材Ｗ間の角度は大きくなる。溶接母材Ｗ間の角度が大きくなると、溶接母材Ｗに形成される溶融池による溶接ワイヤ１５の加熱状態が変化する。そのため、溶接ワイヤ１５を溶融させるために必要なエネルギ量が変化する。そこで、ｅ１地点の溶接を行う時からｅ２地点の溶接を行う時まで、溶接電圧Ｖｗの値を段階的に増加させる。ｅ２地点の溶接を行う時以降、溶接電圧Ｖｗの値を一定のまま維持する。
【００９９】
このような構成においては、ｅ１地点の溶接を行う時からｅ２地点の溶接を行う時まで溶接電圧Ｖｗの値を段階的に増加させている。そのため、溶接ワイヤ１５を適切に溶融させることができる。これにより、溶接母材Ｗ間の角度が大きくなっても、きれいなビードを形成することができる。
【０１００】
また、本実施形態においては、ｅ１地点からｅ２地点に至るまで、溶接ワイヤ１５を適切に溶融できるように、溶接電圧Ｖｗの値のみを変化させている。仮に、ｅ１地点からｅ２地点に至るまでに溶接電圧Ｖｗの値のみならず、溶接電流Ｉｗの値をも変化させると、溶融金属量を保つため、溶滴移行期間Ｔ１の長さをも変化させなければならない。一方、本実施形態において、溶接ワイヤ１５の溶融量を保つために溶接電流Ｉｗの値を変化させておらず、溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させる必要はなく、溶接に要する時間が長くなるといった不都合が生じにくい。
【０１０１】
なお、ｅ１地点からｅ２地点において溶接ワイヤ１５を適切に溶融させるには、溶接電流Ｖｗの値を変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させてもよい。たとえば本実施形態において、ロボット移動速度ＶＲを、ｅ１地点からｅ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶滴移行期間Ｔ１の長さをｅ１地点からｅ２地点まで増加させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電流Ｉｗの値をｅ１地点からｅ２地点まで増加させてもよい。
【０１０２】
本発明の範囲は、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。一度の溶接を行う際に、たとえば第１実施形態と第２実施形態で示した溶接方法のいずれをも用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
Ａ  （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  手首部
１３  モータ
１４  溶接トーチ
１５  溶接ワイヤ（消耗電極）
１６  ワイヤ送給装置
１６１  送給モータ
２  （アーク溶接）ロボット制御装置
２１  動作制御回路
２２  インターフェイス回路
２３  演算部
３  溶接電源装置
３１  出力制御回路
３２  電流検出回路
３４  送給制御回路
３５  インターフェイス回路
３６  電圧検出回路
Ｆｃ  送給制御信号
Ｉｅｐ  電極プラス極性電流
Ｉｅｎ  電極マイナス極性電流
Ｉｓ  電流設定信号
Ｉｗ，Ｉｗ１，Ｉｗ２  溶接電流
ｉｗ１，ｉｗ２  電流値
Ｍｃ  動作制御信号
Ｏｎ  出力開始信号
Ｓｔ  溶接開始信号
Ｔ１  溶滴移行期間（第１の期間）
Ｔ２  アーク継続期間（第２の期間）
Ｔｅ  パルス周期
Ｔｕ，Ｔｐ，Ｔｄ，Ｔｂ，Ｔｎ  期間
ＴＰ  ティーチペンダント
Ｔα  単位溶接期間
ＶＲ  ロボット移動速度
Ｖｗ，Ｖｗ１，Ｖｗ２  溶接電圧
ｖｗ１，ｖｗ２  電圧値
Ｗ  溶接母材（母材）
Ｗｓ  送給速度設定信号
【図１】
2011152545.tif 000003
【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】
2011152545.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011152545.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１４】
2011152545.tif 000017
【図１６】
2011152545.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月24日(2010.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図２】図１に示した溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】第１実施形態にかかる溶接システムの溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図４】溶滴移行期間における溶接電流の変化状態を示す図である。
【図５】第１実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図６】第１実施形態における溶滴移行期間の長さの推移を示す図である。
【図７】第２実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図８】第２実施形態におけるロボット移動速度の変化状態を示す図である。
【図９】第３実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図１０】第３実施形態における溶接電圧の値および溶接電流の値の変化状態を示す図である。
【図１１】第４実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図１２】第５実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図１３】従来の溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図１４】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明する図である。
【図１５】溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。
【図１６】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
また、本実施形態においては、溶接ワイヤ１５の溶融を促進するために、溶接電流Ｉｗ値や、溶接電圧Ｖｗの値を変化させているのではない。溶接電流Ｉｗの値や溶接電圧Ｖｗの値を変化させると、溶接母材Ｗへの入熱量が変化するおそれがある。溶接母材Ｗへの入熱量が変化すると、溶接母材Ｗに形成されるビード幅やビードの形状が変化してしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態においては、溶接ワイヤ１５の溶融量を変化させるために溶接電流Ｉｗの値や溶接電圧Ｖｗの値を変化させておらず、溶接電流ＩｗのＥＮ比率を変化させているだけである。そのため本実施形態によれば、溶接母材Ｗへの入熱量の変化が少ない状態で、溶接ワイヤ１５の溶融量を増加させることができる。これにより、さらにきれいなビードを形成することができる。
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月22日(2010.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法、アーク溶接ロボット制御装置、およびアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来の溶接システムの一例を示す図である。同図における溶接システム９１は、いわゆるステッチパルス溶接法を用いて溶接を行う。ステッチパルス溶接法とは、溶接時の入熱と冷却をコントロールすることにより、母材に与える熱影響を抑えやすい溶接法である。このステッチパルス溶接法を用いると、従来の薄板溶接に比べ、溶接外観を向上させ、溶接歪み量を低減させることができるとされている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
マニピュレータ９Ｍは、ワーク９Ｗに対してアーク溶接を自動で行うものであり、上アーム９３、下アーム９４及び手首部９５と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（図示せず）とによって構成されている。
【０００４】
アーク溶接トーチ９Ｔは、マニピュレータ９Ｍの手首部９５の先端部分に取り付けられており、ワイヤリール９６に巻回された直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ９７をワーク９Ｗの教示された溶接位置に導くためのものである。溶接電源９ＷＰは、アーク溶接トーチ９Ｔとワーク９Ｗとの間に溶接電圧を供給する。ワーク９Ｗに溶接を行う際は、溶接ワイヤ９７をアーク溶接トーチ９Ｔの先端から所望の突き出し長だけ突き出した状態で行われる。
【０００５】
コイルライナ９２は、溶接ワイヤ９７を案内するためのものであり、アーク溶接トーチ９Ｔに接続されている。
【０００６】
操作手段としてのティーチペンダント９ＴＰは、いわゆる可搬式操作盤であって、マニピュレータ９Ｍの動作、ステッチパルス溶接を行わせるために必要な条件等を設定するためのものである。
【０００７】
ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍに溶接動作の制御を実行させるためのものであり、内部に主制御部、動作制御部およびサーボドライバ（いずれも図示せず）等を備えている。そして、作業者がティーチペンダント９ＴＰによって教示した作業プログラムに基づき、サーボドライバからマニピュレータ９Ｍの各サーボモータに動作制御信号を出力し、マニピュレータ９Ｍの複数の軸をそれぞれ回転させる。ロボット制御装置９ＲＣは、マニピュレータ９Ｍのサーボモータに備えられたエンコーダ（図示せず）からの出力によって現在位置を認識しているのでアーク溶接トーチ９Ｔの先端位置を制御することができる。そして溶接部においては、以下に説明する溶接、移動、冷却を繰り返しながらステッチパルス溶接を行う。
【０００８】
図１４は、ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。溶接ワイヤ９７はアーク溶接トーチ９Ｔの先端から突出している。シールドガスＧは、溶接開始時から溶接終了時まで常に一定の流量でアーク溶接トーチ９Ｔから吹き出される。以下、ステッチパルス溶接時の各状態について説明する。
【０００９】
同図（ａ）は、アーク発生時の様子を示している。設定された溶接電流および溶接電圧に基づいて、溶接ワイヤ９７の先端とワーク９Ｗとの間にアークａが発生し、溶接ワイヤ９７が溶融してワーク９Ｗに溶融池Ｙが形成される。アークａが発生してから、教示された溶接時間が経過した後に、アークａを停止する。
【００１０】
同図（ｂ）は、アーク停止後の様子を示している。アーク停止後は、設定された冷却時間が経過するまで溶接後の状態を維持させる。すなわち、マニピュレータ９Ｍおよびアーク溶接トーチ９Ｔは溶接時の状態と同様に停止した状態で、アーク溶接トーチ９ＴからシールドガスＧが吹き出されるだけとなるので、溶融池ＹがシールドガスＧによって実質的に冷却されて凝固する。
【００１１】
同図（ｃ）は、アーク溶接トーチ９Ｔを次の溶接位置に移動させる様子を示している。冷却時間の経過後は、アーク溶接トーチ９Ｔを溶接進行方向に予め設定された移動ピッチＭｐだけ離間した位置であるアーク再開始点に移動させる。このときの移動速度は、設定された移動速度である。上記移動ピッチは、同図（ｃ）で示すように溶融池Ｙが凝固した後の溶接痕Ｙ’の外周側に溶接ワイヤ９７を位置づけるように調整された距離である。
【００１２】
同図（ｄ）は、アーク再開始点においてアークａを再発生する様子を示している。溶接痕Ｙ’の前端部に新たに溶融池Ｙが形成されて溶接が行われるようになる。このように、ステッチパルス溶接システム９１では、アークを発生させて溶接を行っている状態と、冷却、移動を行っている状態とが交互に繰り返されることになる。そして、溶接痕であるウロコが重ね合わさるように溶接ビードが形成される。
【００１３】
図１５は、溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。同図に示すように、最初のアーク開始点Ｐ１において溶接痕Ｓｃが形成され、溶接進行方向Ｄｒに向けて移動ピッチＭｐだけ離間した再アーク開始点Ｐ２においても同様の溶接痕Ｓｃが形成される。再アーク開始点Ｐ３以降においてもさらなる溶接痕Ｓｃが順次形成されていく。このように、溶接痕Ｓｃであるウロコが重なり合うように形成された結果、ウロコ状の溶接ビードＢが形成されるのである。
【００１４】
上述した方法では、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）等に示したように、アークａを停止させ、その後アークａを再発生させる工程を繰り返している。アークａを再発生させるたびに、スパッタが発生し、溶接ビードＢの外観が悪化するといった問題があった。そこで、図１６に示すように、アークａを停止させずアークａの再発生を不要にする溶接法が提案されている（たとえば特許文献２参照）。
【００１５】
図１６（ｂ）、図１６（ｃ）によく表れているように、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）に示した場合と異なり、溶融池Ｙを冷却する際にもアークａを停止させておらず、アークａが発生している状態を保っている。アークａを再発生させる必要がなくなっているため、スパッタの発生を抑制することが可能になっている。このように従来から、よりきれいなビードを形成できるステッチパルス溶接の研究および開発がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平６−５５２６８号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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アーク溶接方法、アーク溶接ロボット制御装置、およびアーク溶接システムを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の側面によって提供されるアーク溶接方法は、消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１工程と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２工程とを含む単位溶接工程を備え、上記単位溶接工程を繰り返すアーク溶接方法であって、上記各単位溶接工程において規定され、且つ、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する１または複数種類の溶接条件値を、上記単位溶接工程ごとに段階的に変化させる工程を更に備え、上記変化させる工程においては、上記溶接条件値を単調に増加もしくは減少させ、１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第１工程を行う時間である。
【００１９】
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記変化させる工程は、アーク溶接開始時から所定の期間実行される。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の平均値を、一定のまま維持し、上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に印加される溶接電圧の絶対値の平均値を、一定のまま維持する。
【００２２】
本発明の第２の側面によって提供されるアーク溶接方法は、消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１工程と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２工程とを含む単位溶接工程を備え、上記単位溶接工程を繰り返すアーク溶接方法であって、上記各単位溶接工程において規定され、且つ、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する１または複数種類の溶接条件値を、上記単位溶接工程ごとに段階的に変化させる工程を更に備え、上記第２工程においては、上記母材の面内方向に沿って上記母材に対し上記消耗電極を消耗電極移動速度で相対移動させ、１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第２工程における上記消耗電極移動速度であり、上記変化させる工程における上記各第２工程中の、上記面内方向における上記母材に対する上記消耗電極の移動距離は、互いに同一である。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記変化させる工程は、アーク溶接の途中から所定の期間実行される。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記変化させる工程における上記各第２工程中、上記消耗電極移動速度を一定のまま維持する。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の平均値を、一定のまま維持し、上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に印加される溶接電圧の絶対値の平均値を、一定のまま維持し、上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程を行う時間を、一定のまま維持する。
【００２６】
本発明の第３の側面によって提供されるアーク溶接方法は、消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１工程と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２工程とを含む単位溶接工程を備え、上記単位溶接工程を繰り返すアーク溶接方法であって、上記各単位溶接工程において規定され、且つ、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する１または複数種類の溶接条件値を、上記単位溶接工程ごとに段階的に変化させる工程を更に備え、１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流のＥＮ比率、上記第１工程における上記溶接電流の絶対値の平均値、または、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に印加される溶接電圧の絶対値の平均値、であり、上記変化させる工程における上記各第１工程中、常に、上記溶接条件値を一定のまま維持する。
【００２７】
本発明の第４の側面によって提供されるアーク溶接ロボット制御装置は、消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１期間と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２期間とを含み、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する溶接条件値が規定される各単位溶接期間を繰り返し発生させる制御手段と、複数の上記単位溶接期間を含み且つ上記溶接条件値が変化する移行期間の開始時における溶接条件値である第１溶接条件値と、上記移行期間の終了時における溶接条件値である第２溶接条件値とを入力する入力手段と、上記移行期間における上記溶接条件値である移行溶接条件値を、入力された上記第１溶接条件値と上記第２溶接条件値との間の値として算出する算出手段と、を備え、上記算出手段は、上記移行期間において単調に増加もしくは減少する移行溶接条件値を算出し、上記溶接条件値は、上記第１期間の長さである。
【００２８】
本発明の第５の側面によって提供されるアーク溶接ロボット制御装置は、消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１期間と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２期間とを含み、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する溶接条件値が規定される各単位溶接期間を繰り返し発生させる制御手段と、複数の上記単位溶接期間を含み且つ上記溶接条件値が変化する移行期間の開始時における溶接条件値である第１溶接条件値と、上記移行期間の終了時における溶接条件値である第２溶接条件値とを入力する入力手段と、上記移行期間における上記溶接条件値である移行溶接条件値を、入力された上記第１溶接条件値と上記第２溶接条件値との間の値として算出する算出手段と、を備え、上記算出手段は、上記移行期間において単調に増加もしくは減少する移行溶接条件値を算出し、上記溶接条件値は、上記第２期間における、上記母材の面内方向に沿う上記母材に対する上記消耗電極の移動速度である。
【００２９】
本発明の第６の側面によって提供されるアーク溶接システムは、本発明の第４の側面または本発明の第５の側面に記載のアーク溶接ロボット制御装置と、上記消耗電極を保持する溶接トーチと、上記アーク溶接ロボット制御装置により制御され、且つ、上記溶接トーチを上記母材に対して相対移動させる溶接ロボットと、を備える。
【００３０】
このような構成によれば、上記母材の板厚、上記母材間のギャップ幅、上記母材間の角度、および上記母材の温度が変化しても、最適な溶接条件値を決定することができる。これにより、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態を最適にできる。その結果、形成されるビードをよりきれいにすることができる。
【００３１】
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】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図２】図１に示した溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】第１実施形態にかかる溶接システムの溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図４】溶滴移行期間における溶接電流の変化状態を示す図である。
【図５】第１実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図６】第１実施形態における溶滴移行期間の長さの推移を示す図である。
【図７】第２実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図８】第２実施形態におけるロボット移動速度の変化状態を示す図である。
【図９】第３実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図１０】第３実施形態における溶接電圧の値および溶接電流の値の変化状態を示す図である。
【図１１】第４実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図１２】第５実施形態における溶接条件値の変化状態を示す図である。
【図１３】従来の溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図１４】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明する図である。
【図１５】溶接施工後に形成される溶接ビードを説明するための図である。
【図１６】ステッチパルス溶接を行っているときの状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。
【００３５】
図１に示された溶接システムＡは、溶接ロボット１、ロボット制御装置２、および溶接電源装置３を備える。溶接ロボット１は、溶接母材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、複数のアーム１２、複数のモータ１３、溶接トーチ１４、ワイヤ送給装置１６、およびコイルライナ１９を備える。
【００３６】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。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。
【００３７】
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手首部１２ａの先端部に設けられている。溶接トーチ１４は、消耗電極としてのたとえば直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１５を、溶接母材Ｗ近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、Ａｒなどのシールドガスを供給するためのシールドガスノズル（図示略）が備えられている。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。
【００３８】
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。
【００３９】
ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に対して、溶接ワイヤ１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給モータ１６１、ワイヤリール（図示略）、およびワイヤプッシュ手段（図示略）、を備えている。送給モータ１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ手段が、上記ワイヤリールに巻かれた溶接ワイヤ１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００４０】
コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状に形成されており、その内部には、溶接ワイヤ１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された溶接ワイヤ１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された溶接ワイヤ１５は、溶接トーチ１４から外部に突出して消耗電極として機能する。
【００４１】
図２は、図１に示した溶接システムＡの内部構成を示す図である。
【００４２】
図１、図２に示したロボット制御装置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。図２に示すように、ロボット制御装置２は、動作制御回路２１、インターフェイス回路２２、演算部２３、およびティーチペンダントＴＰを備える。
【００４３】
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等に基づいて、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｃを与える。この動作制御信号Ｍｃにより、各モータ１３は回転駆動し、溶接トーチ１４を溶接母材Ｗの所定の溶接開始位置に移動させたり、溶接母材Ｗの面内方向に沿って移動させたりする。
【００４４】
ティーチペンダントＴＰは、動作制御回路２１および演算部２３に接続されている。ティーチペンダントＴＰは、ユーザによって各種動作を設定するためのものである。
【００４５】
演算部２３には、ティーチペンダントＴＰから、ティーチペンダントＴＰにおいてユーザが入力した設定値が送られる。演算部２３は、当該設定値について演算し、その結果を動作制御回路２１に送る。
【００４６】
インターフェイス回路２２は、溶接電源装置３と各種信号をやり取りするためのものである。インターフェイス回路２２には、動作制御回路２１から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００４７】
溶接電源装置３は、溶接ワイヤ１５と溶接母材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、溶接ワイヤ１５の送給を行うための装置である。図２に示すように、溶接電源装置３は、出力制御回路３１、電流検出回路３２、送給制御回路３４、インターフェイス回路３５、および電圧検出回路３６を備えている。
【００４８】
インターフェイス回路３５は、ロボット制御装置２と各種信号をやり取りするためのものである。具体的には、インターフェイス回路３５には、インターフェイス回路２２から、電流設定信号Ｉｓ、出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００４９】
出力制御回路３１は、複数のトランジスタ素子からなるインバータ制御回路を有する。出力制御回路３１は外部から入力される商用電源（たとえば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行う。
【００５０】
出力制御回路３１の出力は、一端が溶接トーチ１４に接続され、他端が溶接母材Ｗに接続されている。出力制御回路３１は、溶接トーチ１４の先端に設けられたコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流す。これにより、溶接ワイヤ１５の先端と溶接母材Ｗとの間にアークａが発生する。このアークａによりもたらされる熱で溶接ワイヤ１５が溶融する。そして、溶接母材Ｗに対して溶接が施されるようになっている。
【００５１】
出力制御回路３１には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの電流設定信号Ｉｓ、および出力開始信号Ｏｎが送られる。
【００５２】
電流検出回路３２は、溶接ワイヤ１５に流れる溶接電流Ｉｗを検出するためのものである。電流検出回路３２は、溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを、出力制御回路３１、および動作制御回路２１に出力する。
【００５３】
電圧検出回路３６は、出力制御回路３１の出力端の電圧である溶接電圧Ｖｗを検出するためのものである。電圧検出回路３６は、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを出力制御回路３１に出力する。
【００５４】
送給制御回路３４は、溶接ワイヤ１５の送給を行うための送給制御信号Ｆｃを送給モータ１６１に出力するものである。送給制御信号Ｆｃは、溶接ワイヤ１５の送給速度を示す信号である。また、送給制御回路３４には、インターフェイス回路３５，２２を介して、動作制御回路２１からの出力開始信号Ｏｎ、および送給速度設定信号Ｗｓが送られる。
【００５５】
次に、溶接システムＡを用いたアーク溶接方法について説明する。以下では、まずステッチパルス溶接の一般的な方法について説明する。その後に、よりきれいなウロコ状のビードが形成されるアーク溶接方法について具体的に説明する。
【００５６】
まず図３を用いて、ステッチパルス溶接の一般的な溶接方法について説明する。同図（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は溶接電圧Ｖｗの絶対値の時間平均値の変化状態を示し、（ｃ）は溶接電流Ｉｗの絶対値の時間平均値の変化状態を示す。ロボット移動速度ＶＲは、溶接母材Ｗの面内方向のうちの所定の溶接進行方向（図１５に示した溶接進行方向Ｄｒに対応する）に沿った溶接トーチ１４の移動速度である。
【００５７】
まず、ティーチペンダントＴＰからの溶接開始信号Ｓｔ（図２参照）が入力されることにより、一般的には、過渡的な溶接開始処理が行われる。溶接開始処理においては、動作制御回路２１は、出力開始信号Ｏｎを出力制御回路３１および送給制御回路３４に出力する。出力制御回路３１は、溶接ワイヤ１５と溶接母材Ｗとの間に溶接電圧Ｖｗを印加する。これにより、アークａが点弧される。そして、図３に示すように、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを含む単位溶接期間Ｔαを繰り返すことにより溶接を行う。溶滴移行期間Ｔ１においては、溶接電圧Ｖｗ１を印加し、溶接電流Ｉｗ１を流すことにより溶滴移行を行い、溶融池を形成する。一方、アーク継続期間Ｔ２においては、溶接電圧Ｖｗ２を印加し、溶接電流Ｉｗ２を流すことにより、溶滴移行をほとんどさせることなく、且つ、アークａを維持しつつ溶接トーチ１４を移動させる。以下、詳細に説明する。
【００５８】
（１）溶滴移行期間Ｔ１（時刻ｔ１〜ｔ２）
溶滴移行期間Ｔ１では、従来技術の説明において図１４（ａ）、図１６（ａ）で示した、溶融池Ｙを形成する処理を行う。溶滴移行期間Ｔ１においては、図３（ａ）に示すように、ロボット移動速度ＶＲを０に設定する。そのため溶接トーチ１４は溶接母材Ｗに対して停止している。同図（ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗとして、絶対値の時間平均値が電圧値ｖｗ１である溶接電圧Ｖｗ１が、印加されている。同図（ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗとして、絶対値の平均値が電流値ｉｗ１である溶接電流Ｉｗ１が流れている。溶滴移行期間Ｔ１においては、定電圧制御がなされている。定電圧制御では、溶接電流Ｉｗは、溶接ワイヤ１５の材質、直径、溶接ワイヤ１５の突出し長さ、電極極性等の溶接条件が決定されれば、溶接ワイヤ１５の送給速度により定まる。すなわち、溶接電流Ｉｗ１は、送給速度設定信号Ｗｓにより設定される。
【００５９】
図４は、溶接電流Ｉｗ１の時間変化を詳細に示す図である。同図に示すように、溶接電流Ｉｗ１は交流パルス電流である。図４における電流値ｉｗ１は、図３における電流値ｉｗ１に一致する。図４における時間のスケールは、図３における時間のスケールに比べ極めて小さい。図４において、溶接電流Ｉｗを示す縦軸は、溶接ワイヤ１５が陽極となったときに流れる電流をプラスとしている。
【００６０】
本図から理解されるように、溶接電流Ｉｗ１は、パルス周期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。電極プラス極性電流Ｉｅｐは、溶接ワイヤ１５が陽極、溶接母材Ｗが陰極となった状態で流れる電流である。溶接電流Ｉｗ１が電極プラス極性電流Ｉｅｐであるのは、期間Ｔｕ，Ｔｐ，Ｔｄ，Ｔｂの間である。電極マイナス極性電流Ｉｅｎは、溶接ワイヤ１５が陰極、溶接母材Ｗが陽極となった状態で流れる電流である。溶接電流Ｉｗ１が電極マイナス極性電流Ｉｅｎであるのは、期間Ｔｎの間である。溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｕの間、増加する。そして溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｐの間、一定の値Ｉｅｐｐで流れる。そして溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｄの間、減少する。そして溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｂの間、一定の値Ｉｅｐｂで流れる。そして溶接電流Ｉｗ１は、期間Ｔｎの間、一定の値Ｉｅｎｐで流れる。期間Ｔｎにおける溶接電流Ｉｗ１の絶対値を時間積分した値（面積Ｓｅｎ）を、一パルス周期Ｔｅにおける溶接電流Ｉｗ１の絶対値を時間積分した値（面積Ｓｅｐ＋面積Ｓｅｎ）で割った値は、ＥＮ比率とよばれる。ＥＮ比率を調整することで、同じ溶接電流で、溶接ワイヤ１５の溶融速度と溶接母材Ｗへの入熱を制御することができる。
【００６１】
値Ｉｅｐｐ，Ｉｅｐｂ，Ｉｅｎｐ、期間Ｔｐ，Ｔｎは、所定値に設定される。期間Ｔｂは、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定められた溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御される。この制御によってアークａの長さが適正値に制御される。溶接電流Ｉｗ１の絶対値について時間平均した値が、電流値ｉｗ１に一致する。
【００６２】
（２）アーク継続期間Ｔ２（時刻ｔ２〜ｔ３）
図３に示すアーク継続期間Ｔ２では、従来技術の説明において図１６（ｂ），（ｃ）で示した、溶融池Ｙを冷却する処理を、アークａを継続させつつ行う。
【００６３】
図３（ａ）に示すように、アーク継続期間Ｔ２の開始時である時刻ｔ２において、ロボット移動速度ＶＲをＶ２に設定する。これにより溶接トーチ１４は、所定の溶接進行方向に沿って移動を開始する。同図（ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗとして、絶対値の時間平均値がｖｗ２である溶接電圧Ｖｗ２が、印加されている。アーク継続期間Ｔ２においては、溶滴移行期間Ｔ１と異なり、定電流制御がなされている。同図（ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗとして、絶対値の時間平均値が電流値ｉｗ２である一定の溶接電流Ｉｗ２が流れている。電流値ｉｗ２は、溶滴移行が行われにくい程度の小さい値である。また、溶接電流Ｉｗ２は、溶接ワイヤ１５が陽極、溶接母材Ｗが陰極となった状態で流れる、いわゆる電極プラス極性電流である。なお溶接ワイヤ１５は、溶接母材Ｗに向かって溶滴移行期間Ｔ１における値より小さな値の送給速度で送給されている（図示略）。
【００６４】
その後、時刻ｔ３からは、再度、溶滴移行期間Ｔ１が開始する。このようにして、溶滴移行期間Ｔ１とアーク継続期間Ｔ２とを含む単位溶接期間Ｔαが繰り返される。
【００６５】
一般的なステッチパルス溶接は上述のように行う。次に、図５、図６を用いて、よりきれいなウロコ状のビードが形成されるアーク溶接方法について具体的に説明する。
【００６６】
以下では簡略化のため、特に断りのない限り、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗを時間平均した値ｉｗ１のことを、溶接電流Ｉｗの値という。また同様に、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電圧Ｖｗを時間平均した値ｖｗ１のことを、溶接電圧Ｖｗの値という。また同様に、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流ＩｗのＥＮ比率のことを、単に溶接電流ＩｗのＥＮ比率という。また同様に、アーク継続期間Ｔ２におけるロボット移動速度ＶＲのことを、単にロボット移動速度ＶＲという。
【００６７】
本実施形態において、溶接を行っている最中に以下の溶接条件値を変化させている。本明細書において溶接条件値とは、各単位溶接期間Ｔαにおいて規定され、且つ、溶接ワイヤ１５の溶融状態もしくは溶接母材Ｗの溶融状態に反映する値である。このような溶接条件値は、たとえば、溶滴移行期間Ｔ１の長さ、ロボット移動速度ＶＲ、溶接電流ＩｗのＥＮ比率、溶接電流Ｉｗの値、もしくは、溶接電圧Ｖｗの値、である。
【００６８】
溶接開始前に具体的な数値を指定しなければならない溶接条件値は、溶滴移行期間Ｔ１の長さ、溶接電流Ｉｗの値、および、ロボット移動速度ＶＲ、である。溶接開始前に既に動作制御回路２１におけるデータベースに格納されている溶接条件値は、溶接電圧Ｖｗの値、溶接電流ＩｗのＥＮ比率である。よりきれいなビードを得るために、溶接電圧Ｖｗの値、もしくは溶接電流ＩｗのＥＮ比率について、微調整することもできる。以下ではまた、溶接条件値を具体的に指定すること、および溶接条件値について微調整すること、のいずれをも、溶接条件値を入力することという。
【００６９】
図５を用いて、アーク溶接を開始する時から所定期間の間、溶接条件値を変化させる場合について説明する。図５（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図５の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図５の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ｃ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、溶滴移行期間Ｔ１の長さである。
【００７０】
まず溶接開始前に、ａ１地点の溶接条件値、すなわち溶接開始時の溶接条件値と、ａ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２のティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ａ１地点からａ２地点までの期間（移行期間ＴＴ１）における溶接条件値を、ａ１地点の溶接条件値と、ａ２地点の溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３は、ａ１地点からａ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に減少する値として算出する。図５は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、移行期間ＴＴ１における各単位溶接工程ごとの溶滴移行期間Ｔ１の長さは、図６のような変化状態を示す。また、ａ２地点としては、溶接母材Ｗが充分に熱せられたといえる位置を採用すればよい。ａ１地点からａ２地点までの距離は、たとえば１５〜２０ｍｍである。
【００７１】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。溶接母材Ｗは、溶接開始時にはほとんど熱せられていない。このような溶接母材Ｗにより入熱させるため、溶接開始時のａ１地点では、溶接条件値の一つである溶滴移行期間Ｔ１の長さは相対的に長く設定されている。
【００７２】
次に、ａ１地点からａ２地点に向かうにつれ、段階的に溶滴移行期間Ｔ１の長さを短くしてゆく。ａ２地点の溶接を行う時以降、溶滴移行期間Ｔ１の長さを一定に維持する。
【００７３】
このような構成においては、溶接開始時には、溶滴移行期間Ｔ１の長さは相対的に長く設定されている。そのため、溶接母材Ｗの温度が低い状態で溶接を施さねばならない時間を短くできる。これにより、形成されるビードの幅およびビードの形状を一定にすることができる。
【００７４】
また、溶接開始後、段階的に溶滴移行期間Ｔ１の長さを短くしている。そのため、溶接母材Ｗの温度が上昇するにつれ、溶接母材Ｗに与える熱を徐々に少なくできる。また、溶接母材Ｗに与える熱を少なくすることにより、溶接母材Ｗの温度が充分に上昇した状態において溶接母材Ｗに過度に熱を与えることを抑制できる。溶接母材Ｗへの過度の入熱の抑制は、溶接母材Ｗの温度が充分に上昇した状態において溶接母材Ｗが溶融し過ぎる事態を防止するのに資する。
【００７５】
また本実施形態においては、溶接母材Ｗへの入熱を調整するために、溶接電流Ｉｗおよび溶接電圧Ｖｗの値を変化させずに溶滴移行期間Ｔ１の長さのみを変化させている。溶接電流Ｉｗや溶接電圧Ｖｗの値を変化させると、アークａが不安定になりやすい。しかしながら、本実施形態では溶接電流Ｉｗおよび溶接電圧Ｖｗの値を変化させていない。そのため本実施形態によると、アークａが不安定になるといった不都合が生じにくい。
【００７６】
なお、溶接母材Ｗへの入熱を調整するには、溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させても溶接母材Ｗへの入熱を調整できる。たとえば本実施形態において、ＥＮ比率をａ１地点からａ２地点まで増加させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電圧Ｖｗの値をａ１地点からａ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電流Ｉｗの値をａ１地点からａ２地点まで減少させてもよい。
【００７７】
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には上記実施形態と同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００７８】
＜第２実施形態＞
図７、図８を用いて、本発明の第２実施形態として、アーク溶接の途中から所定期間の間、溶接条件値を変化させる場合について説明する。図７は、図５と同様に、各溶接条件値の変化状態を示す。図７（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図７の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図７の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ａ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、ロボット移動速度ＶＲの値である。
【００７９】
まず溶接を開始する前に、ｂ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｂ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２に示したティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ｂ１地点からｂ２地点までの期間（移行期間ＴＴ２）における溶接条件値を、ｂ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｂ２地点からの溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３は、ｂ１地点からｂ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に減少する値として算出する。図７は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、移行期間ＴＴ２における各単位溶接工程ごとのロボット移動速度ＶＲの値は、図８に示すように、単位溶接工程ごとに変化し、かつ、各単位溶接工程においては一定である。
【００８０】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。溶接母材Ｗは、ｂ１地点に至るまで、熱が加わることにより温度が徐々に上昇している。ｂ１地点の溶接を行う時からｂ２地点の溶接を行う時まで、溶融池をより長いあいだ冷却するためロボット移動速度ＶＲの値を段階的に小さくしてゆく。ｂ２地点の溶接を行う時以降、ロボット移動速度ＶＲの値を一定に維持する。
【００８１】
このような構成においては、ｂ１地点の溶接を行う時からｂ２地点の溶接を行う時まで、ロボット移動速度ＶＲの値を段階的に小さくしている。したがって、アーク継続期間Ｔ２に移動する距離は一定であるから、アーク継続期間Ｔ２の長さが徐々に長くなる。そのため、溶接母材Ｗに形成される溶融池をより長い時間冷却することができる。これにより、各溶滴移行期間Ｔ１において形成されるウロコの各形状の輪郭を明瞭にすることができる。このように、本実施形態によると、溶接母材Ｗに形成されるビードをよりきれいなものとすることができる。
【００８２】
また本実施形態においては、溶接電流Ｉｗの値、溶接電圧Ｖｗの値、および溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させずに、ロボット移動速度ＶＲのみを変化させている。溶接電流Ｉｗの値や溶接電圧Ｖｗの値、もしくは溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させると、溶融する金属の量が変化する。そのため、形成されるビードにおけるウロコの大きさが、ウロコごとに異なってしまう。しかしながら、本実施形態では、溶接電流Ｉｗの値、溶接電圧Ｖｗの値、および溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させていない。そのため、本実施形態によると、ウロコの大きさがウロコごとに異なるといった不都合が生じにくい。これは、よりきれいなビードを形成するのに適する。
【００８３】
なお、溶融池を凝固させ易くすることによってきれいなビードを形成するには、ロボット移動速度ＶＲを変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させてもよい。たとえば本実施形態において、ＥＮ比率をｂ１地点からｂ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶滴移行期間Ｔ１の長さをｂ１地点からｂ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電圧Ｖｗの値をｂ１地点からｂ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電流Ｉｗの値をｂ１地点からｂ２地点まで減少させてもよい。
【００８４】
＜第３実施形態＞
図９、図１０を用いて、本発明の第３実施形態として、溶接中に溶接母材Ｗの厚さが徐々に変化する場合に溶接条件値を変化させる例を示す。図９は、図５および図７と同様に、各溶接条件値の変化状態を示す。図９（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図９の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図９の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ｄ），同図（ｅ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、溶接電圧Ｖｗの値および溶接電流Ｉｗの値である。図９に示すように、ｃ１地点からｃ２地点まで、溶接母材Ｗの厚さが徐々に厚くなっている。
【００８５】
まず溶接を開始する前に、ｃ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｃ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２に示したティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ｃ１地点からｃ２地点までの期間（移行期間ＴＴ３）における溶接条件値を、ｃ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｃ２地点からの溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３は、ｃ１地点からｃ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に増加する値として算出する。図９は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、移行期間ＴＴ３における各単位溶接工程ごとの溶接電圧Ｖｗの値および溶接電流Ｉｗは、図１０に示すように、単位溶接工程ごとに変化し、かつ、各単位溶接工程においては一定である。
【００８６】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。ｃ１地点に至るまでは、溶接母材Ｗの厚さは一定である。ｃ１地点に至るまでは、各溶接条件値を一定の値に維持しつつ、溶接を行う。ｃ１地点からｃ２地点までは、溶接母材Ｗの厚さが増加する。溶接母材Ｗの厚さが厚くなると、適切な溶接をするためには、溶接母材Ｗに対しより入熱させる必要がある。そのためｃ１地点の溶接を行う時からｃ２地点の溶接を行う時まで、溶接電流Ｉｗの値と、溶接電圧Ｖｗの値とを、段階的に増加させる。ｃ２地点の溶接を行う時以降、溶接電流Ｉｗの値と、溶接電圧Ｖｗの値とを一定のまま維持する。
【００８７】
このような構成においては、ｃ１地点の溶接を行う時からｃ２地点の溶接を行う時まで、溶接電流Ｉｗの値および溶接電圧Ｖｗの値を、段階的に大きくしている。そのため、溶接母材Ｗへの入熱量を徐々に増加させることができる。これにより、溶接母材Ｗが厚くなっても、きれいなビードを形成することができる。
【００８８】
また、溶接母材Ｗへの入熱量を増加するために、ｃ１地点からｃ２地点まで、ロボット移動速度ＶＲを減少させてもよい。しかしながら、ロボット移動速度ＶＲを減少させると、溶接に要する時間が長くなる。一方、本実施形態においては、ロボット移動速度ＶＲを減少させていないため、溶接に要する時間が長くなるおそれがない。
【００８９】
なお、ｃ１地点からｃ２地点において溶接母材Ｗへの入熱量を変化するには、溶接電流Ｉｗの値および溶接電圧Ｖｗの値を変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させてもよい。たとえば本実施形態において、ロボット移動速度ＶＲを、ｃ１地点からｃ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、ＥＮ比率をｃ１地点からｃ２地点まで増加させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶滴移行期間Ｔ１の長さをｃ１地点からｃ２地点まで増加させてもよい。
【００９０】
＜第４実施形態＞
図１１を用いて、本発明の第４実施形態として、溶接中に溶接母材Ｗ間のギャップが徐々に変化する場合に溶接条件値を変化させる例について説明する。図１１は、図５、図７、および図９と同様に、各溶接条件値の変化状態を示す。図１１（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図１１の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図１１の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ｂ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、溶接電流ＩｗのＥＮ比率である。図１１に示すように、ｄ１地点からｄ２地点まで、溶接母材Ｗ間のギャップが徐々に大きくなっている。
【００９１】
まず溶接を開始する前に、ｄ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｄ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２に示したティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ｄ１地点からｄ２地点までの期間（移行期間ＴＴ４）における溶接条件値を、ｄ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｄ２地点からの溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３は、ｄ１地点からｄ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に増加する値として算出する。図１１は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、上述の実施形態と同様に、移行期間ＴＴ４における各単位溶接工程ごとの溶接電流ＩｗのＥＮ比率の値は、各単位溶接工程ごとに変化し、かつ、各単位溶接工程においては一定である。
【００９２】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。ｄ１地点に至るまでは、溶接母材Ｗのギャップは一定である。ｄ１地点に至るまでは、各溶接条件値を一定のまま維持しつつ溶接を行う。ｄ１地点からｄ２地点までは、溶接母材Ｗのギャップが大きくなる。溶接母材Ｗのギャップが大きくなると、適切な溶接をするためには、溶接ワイヤ１５をより多く溶融させる必要がある。そのためｄ１地点の溶接を行う時からｄ２地点の溶接を行う時まで、溶接電流ＩｗのＥＮ比率を、段階的に増加させる。ｄ２地点の溶接を行う時以降、溶接電流ＩｗのＥＮ比率は、一定のまま維持する。
【００９３】
このような構成においては、ｄ１地点の溶接を行う時からｄ２地点の溶接を行う時まで、溶滴移行期間Ｔ１における溶接電流ＩｗのＥＮ比率を、段階的に大きくしている。そのため、溶接ワイヤ１５が徐々に溶融されやすくなる。これにより、溶接母材Ｗのギャップが大きくなっても、きれいなビードを形成することができる。
【００９４】
また、本実施形態においては、溶接ワイヤ１５の溶融を促進するために、溶接電流Ｉｗ値や、溶接電圧Ｖｗの値を変化させているのではない。溶接電流Ｉｗの値や溶接電圧Ｖｗの値を変化させると、溶接母材Ｗへの入熱量が変化するおそれがある。溶接母材Ｗへの入熱量が変化すると、溶接母材Ｗに形成されるビード幅やビードの形状が変化してしまうおそれがある。しかしながら、本実施形態においては、溶接ワイヤ１５の溶融量を変化させるために溶接電流Ｉｗの値や溶接電圧Ｖｗの値を変化させておらず、溶接電流ＩｗのＥＮ比率を変化させているだけである。そのため本実施形態によれば、溶接母材Ｗへの入熱量の変化が少ない状態で、溶接ワイヤ１５の溶融量を増加させることができる。これにより、さらにきれいなビードを形成することができる。
【００９５】
なお、ｄ１地点からｄ２地点において溶接ワイヤ１５の溶融量を変化させるには、溶接電流ＩｗのＥＮ比率を変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶滴移行期間Ｔ１の長さをｄ１地点からｄ２地点まで増加させてもよい。溶滴移行期間Ｔ１の長さを増加させた場合、ロボット移動速度ＶＲを、ｄ１地点からｄ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電流Ｉｗの値をｄ１地点からｄ２地点まで増加させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電圧Ｖｗの値をｄ１地点からｄ２地点まで増加させてもよい。
【００９６】
＜第５実施形態＞
図１２を用いて、本発明の第５実施形態として、溶接中に溶接母材Ｗ間の角度が徐々に変化する場合に溶接条件値を変化させる場合について説明する。図１２は、図５、図７、図９、および図１１と同様に、各溶接条件値の変化状態を示す。図１２（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、同図（ｂ）は溶接電流ＩｗのＥＮ比率の変化状態を示し、同図（ｃ）は溶滴移行期間Ｔ１の長さの変化状態を示し、同図（ｄ）は溶接電圧Ｖｗの値の変化状態を示し、同図（ｅ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示す。図１２の横軸はアーク溶接を開始する地点からの距離である。図１２の右方向にいくほどアーク溶接を開始する地点から遠い。同図（ｄ）に示すように、本実施形態において変化させる溶接条件値は、溶接電圧Ｖｗの値である。図１２に示すように、ｅ１地点からｅ２地点まで、溶接母材Ｗ間の角度が徐々に大きくなっている。
【００９７】
まず溶接を開始する前に、ｅ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｅ２地点からの溶接条件値と、をたとえば図２に示したティーチペンダントＴＰから入力する。すると、演算部２３は、ｅ１地点からｅ２地点までの期間（移行期間ＴＴ５）における溶接条件値を、入力されたｅ１地点に至るまでの溶接条件値と、ｅ２地点からの溶接条件値との間の値として算出する。演算部２３はまた、ｅ１地点からｅ２地点までの期間における溶接条件値を、当該期間において単調に増加する値として算出する。図１２は溶接条件値を模式的に示しているが実際には、上述の実施形態と同様に、移行期間ＴＴ５における溶接電圧Ｖｗの値は、各単位溶接工程ごとに変化し、かつ、各単位溶接工程においては一定である。
【００９８】
次に、アークａを点弧し、溶接を開始する。ｅ１地点に至るまでは、溶接母材Ｗ間の角度は一定である。ｅ１地点に至るまでは、各溶接条件値を一定のまま維持しつつ溶接を行う。ｅ１地点からｅ２地点までは、溶接母材Ｗ間の角度は大きくなる。溶接母材Ｗ間の角度が大きくなると、溶接母材Ｗに形成される溶融池による溶接ワイヤ１５の加熱状態が変化する。そのため、溶接ワイヤ１５を溶融させるために必要なエネルギ量が変化する。そこで、ｅ１地点の溶接を行う時からｅ２地点の溶接を行う時まで、溶接電圧Ｖｗの値を段階的に増加させる。ｅ２地点の溶接を行う時以降、溶接電圧Ｖｗの値を一定のまま維持する。
【００９９】
このような構成においては、ｅ１地点の溶接を行う時からｅ２地点の溶接を行う時まで溶接電圧Ｖｗの値を段階的に増加させている。そのため、溶接ワイヤ１５を適切に溶融させることができる。これにより、溶接母材Ｗ間の角度が大きくなっても、きれいなビードを形成することができる。
【０１００】
また、本実施形態においては、ｅ１地点からｅ２地点に至るまで、溶接ワイヤ１５を適切に溶融できるように、溶接電圧Ｖｗの値のみを変化させている。仮に、ｅ１地点からｅ２地点に至るまでに溶接電圧Ｖｗの値のみならず、溶接電流Ｉｗの値をも変化させると、溶融金属量を保つため、溶滴移行期間Ｔ１の長さをも変化させなければならない。一方、本実施形態において、溶接ワイヤ１５の溶融量を保つために溶接電流Ｉｗの値を変化させておらず、溶滴移行期間Ｔ１の長さを変化させる必要はなく、溶接に要する時間が長くなるといった不都合が生じにくい。
【０１０１】
なお、ｅ１地点からｅ２地点において溶接ワイヤ１５を適切に溶融させるには、溶接電流Ｖｗの値を変化させることが好ましいが、本発明はこれに限られず、その他の溶接条件値を変化させてもよい。たとえば本実施形態において、ロボット移動速度ＶＲを、ｅ１地点からｅ２地点まで減少させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶滴移行期間Ｔ１の長さをｅ１地点からｅ２地点まで増加させてもよい。またたとえば本実施形態において、溶接電流Ｉｗの値をｅ１地点からｅ２地点まで増加させてもよい。
【０１０２】
本発明の範囲は、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。一度の溶接を行う際に、たとえば第１実施形態と第２実施形態で示した溶接方法のいずれをも用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
Ａ  （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  手首部
１３  モータ
１４  溶接トーチ
１５  溶接ワイヤ（消耗電極）
１６  ワイヤ送給装置
１６１  送給モータ
２  （アーク溶接）ロボット制御装置
２１  動作制御回路
２２  インターフェイス回路
２３  演算部
３  溶接電源装置
３１  出力制御回路
３２  電流検出回路
３４  送給制御回路
３５  インターフェイス回路
３６  電圧検出回路
Ｆｃ  送給制御信号
Ｉｅｐ  電極プラス極性電流
Ｉｅｎ  電極マイナス極性電流
Ｉｓ  電流設定信号
Ｉｗ，Ｉｗ１，Ｉｗ２  溶接電流
ｉｗ１，ｉｗ２  電流値
Ｍｃ  動作制御信号
Ｏｎ  出力開始信号
Ｓｔ  溶接開始信号
Ｔ１  溶滴移行期間（第１の期間）
Ｔ２  アーク継続期間（第２の期間）
Ｔｅ  パルス周期
Ｔｕ，Ｔｐ，Ｔｄ，Ｔｂ，Ｔｎ  期間
ＴＰ  ティーチペンダント
Ｔα  単位溶接期間
ＶＲ  ロボット移動速度
Ｖｗ，Ｖｗ１，Ｖｗ２  溶接電圧
ｖｗ１，ｖｗ２  電圧値
Ｗ  溶接母材（母材）
Ｗｓ  送給速度設定信号
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１工程と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２工程とを含む単位溶接工程を備え、上記単位溶接工程を繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各単位溶接工程において規定され、且つ、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する１または複数種類の溶接条件値を、上記単位溶接工程ごとに段階的に変化させる工程を更に備え、
上記変化させる工程においては、上記溶接条件値を単調に増加もしくは減少させ、
１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第１工程を行う時間である、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記変化させる工程は、アーク溶接開始時から所定の期間実行される、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の平均値を、一定のまま維持し、
上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に印加される溶接電圧の絶対値の平均値を、一定のまま維持する、請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１工程と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２工程とを含む単位溶接工程を備え、上記単位溶接工程を繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各単位溶接工程において規定され、且つ、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する１または複数種類の溶接条件値を、上記単位溶接工程ごとに段階的に変化させる工程を更に備え、
上記第２工程においては、上記母材の面内方向に沿って上記母材に対し上記消耗電極を消耗電極移動速度で相対移動させ、
１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第２工程における上記消耗電極移動速度であり、
上記変化させる工程における上記各第２工程中の、上記面内方向における上記母材に対する上記消耗電極の移動距離は、互いに同一である、アーク溶接方法。
【請求項５】
上記変化させる工程は、アーク溶接の途中から所定の期間実行される、請求項４に記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
上記変化させる工程における上記各第２工程中、上記消耗電極移動速度を一定のまま維持する、請求項５に記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流の絶対値の平均値を、一定のまま維持し、
上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に印加される溶接電圧の絶対値の平均値を、一定のまま維持し、
上記変化させる工程においては、常に、上記第１工程を行う時間を、一定のまま維持する、請求項６に記載のアーク溶接方法。
【請求項８】
消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１工程と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２工程とを含む単位溶接工程を備え、上記単位溶接工程を繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各単位溶接工程において規定され、且つ、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する１または複数種類の溶接条件値を、上記単位溶接工程ごとに段階的に変化させる工程を更に備え、
１または複数種類の上記溶接条件値のいずれかは、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に流れる溶接電流のＥＮ比率、上記第１工程における上記溶接電流の絶対値の平均値、または、上記第１工程において上記消耗電極と上記母材との間に印加される溶接電圧の絶対値の平均値、であり、
上記変化させる工程における上記各第１工程中、常に、上記溶接条件値を一定のまま維持する、アーク溶接方法。
【請求項９】
消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１期間と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２期間とを含み、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する溶接条件値が規定される各単位溶接期間を繰り返し発生させる制御手段と、
複数の上記単位溶接期間を含み且つ上記溶接条件値が変化する移行期間の開始時における溶接条件値である第１溶接条件値と、上記移行期間の終了時における溶接条件値である第２溶接条件値とを入力する入力手段と、
上記移行期間における上記溶接条件値である移行溶接条件値を、入力された上記第１溶接条件値と上記第２溶接条件値との間の値として算出する算出手段と、を備え、
上記算出手段は、上記移行期間において単調に増加もしくは減少する移行溶接条件値を算出し、
上記溶接条件値は、上記第１期間の長さである、アーク溶接ロボット制御装置。
【請求項１０】
消耗電極と母材との間にアークを発生させることにより溶滴移行させる第１期間と、上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させつつ上記母材に形成される溶融池を冷却する第２期間とを含み、上記消耗電極の溶融状態もしくは上記母材の溶融状態に反映する溶接条件値が規定される各単位溶接期間を繰り返し発生させる制御手段と、
複数の上記単位溶接期間を含み且つ上記溶接条件値が変化する移行期間の開始時における溶接条件値である第１溶接条件値と、上記移行期間の終了時における溶接条件値である第２溶接条件値とを入力する入力手段と、
上記移行期間における上記溶接条件値である移行溶接条件値を、入力された上記第１溶接条件値と上記第２溶接条件値との間の値として算出する算出手段と、を備え、
上記算出手段は、上記移行期間において単調に増加もしくは減少する移行溶接条件値を算出し、
上記溶接条件値は、上記第２期間における、上記母材の面内方向に沿う上記母材に対する上記消耗電極の移動速度である、アーク溶接ロボット制御装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のアーク溶接ロボット制御装置と、
上記消耗電極を保持する溶接トーチと、
上記アーク溶接ロボット制御装置により制御され、且つ、上記溶接トーチを上記母材に対して相対移動させる溶接ロボットと、を備えることを特徴とする、アーク溶接システム。