(57)【要約】【課題】  メインアークをより確実に点弧することのできるプラズマアーク溶接システムを提供すること。【解決手段】  非消耗電極１２１および非消耗電極１２１を囲むプラズマノズル１２２を含むトーチ１２を用いる、プラズマアーク溶接方法のためのプラズマアーク溶接システムＡ１であって、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間にパイロットアーク電流Ｉｐを流すパイロットアーク電源回路３１と、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２との間に発生しているパイロットアークＰａの状態を示すアーク状態パラメータに基づき、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成するパイロットアーク不具合検出回路３７と、を備え、アーク状態パラメータは、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間のパイロットアーク電圧Ｖｐ、および、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間に流れるパイロットアーク電流Ｉｐのいずれかである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非消耗電極および前記非消耗電極を囲むプラズマノズルを含むトーチを用いる、プラズマアーク溶接方法のためのプラズマアーク溶接システムであって、
前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間にパイロットアーク電流を流すパイロットアーク電源回路と、
前記非消耗電極および前記プラズマノズルとの間に発生しているパイロットアークの状態を示すアーク状態パラメータに基づき、パイロットアーク不具合検出信号を生成するパイロットアーク不具合検出回路と、を備え、
前記アーク状態パラメータは、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間のパイロットアーク電圧、および、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間に流れるパイロットアーク電流のいずれかである、プラズマアーク溶接システム。
【請求項２】
基準値を記憶する基準値記憶部を更に備え、
前記パイロットアーク不具合検出回路は、前記アーク状態パラメータの値が前記基準値を下回ると、前記パイロットアーク不具合検出信号を生成する、請求項１に記載のプラズマアーク溶接システム。
【請求項３】
前記パイロットアーク不具合検出信号が生成されると、上記パイロットアークが不具合状態であること示す不具合情報を報知する報知部を更に備える、請求項１または請求項２に記載のプラズマアーク溶接システム。
【請求項４】
プラズマガスのガス流量を制御するプラズマガス流量制御回路を更に備え、
前記プラズマガス流量制御回路は、前記パイロットアーク不具合検出信号が生成されると、前記プラズマガスのガス流量を増加させるためのプラズマガス流量制御信号を生成する、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマアーク溶接システム。
【請求項５】
待機期間を記憶する待機期間記憶部と、
前記パイロットアーク不具合検出信号を受けた時刻から前記待機期間が経過すると、待機期間経過信号を送る演算回路と、を更に備え、
前記演算回路は、前記パイロットアーク不具合検出信号を受けた時刻から前記待機期間が経過するまでの間に、前記パイロットアーク電源回路の出力が停止されない場合に、前記待機期間経過信号を送り、
前記プラズマガス流量制御回路は、前記待機期間経過信号を受けると、前記プラズマガスのガス流量を増加させるためのプラズマガス流量制御信号を生成する、請求項４に記載のプラズマアーク溶接システム。
【請求項６】
前記パイロットアーク不具合検出回路は、前記非消耗電極および母材の間にメインアークが発生していない場合にのみ、前記パイロットアーク不具合検出信号を生成する、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラズマアーク溶接システム。
【請求項７】
前記非消耗電極と母材との間にメインアーク電流を流すメインアーク電源回路を更に備える、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプラズマアーク溶接システム。
【請求項８】
前記プラズマガスを流すプラズマガス供給装置を更に備える、請求項４に記載のプラズマ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、プラズマアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラズマアーク溶接方法が知られている。プラズマアーク溶接方法では、電極とプラズマノズルとの間にパイロットアークが発生している状態で、電極と母材との間にメインアークを点弧させる。メインアークは、パイロットアークに誘発されることにより、点弧する。そして、メインアークが発生している状態で母材の定常溶接を行う。プラズマアーク溶接方法は、たとえば、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−５８７５号公報
【特許文献２】特開２００９−９５８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなプラズマアーク溶接方法において、メインアークを確実に点弧できなくなることがあった。このようなことでは、作業効率の悪化を招いてしまう。
【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、メインアークをより確実に点弧することのできるプラズマ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、非消耗電極および前記非消耗電極を囲むプラズマノズルを含むトーチを用いる、プラズマアーク溶接方法のためのプラズマアーク溶接システムであって、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間にパイロットアーク電流を流すパイロットアーク電源回路と、前記非消耗電極および前記プラズマノズルとの間に発生しているパイロットアークの状態を示すアーク状態パラメータに基づき、パイロットアーク不具合検出信号を生成するパイロットアーク不具合検出回路と、を備え、前記アーク状態パラメータは、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間のパイロットアーク電圧、および、前記非消耗電極および前記プラズマノズルの間に流れるパイロットアーク電流のいずれかである、プラズマアーク溶接システムが提供される。
【０００７】
好ましくは、基準値を記憶する基準値記憶部を更に備え、前記パイロットアーク不具合検出回路は、前記アーク状態パラメータの値が前記基準値を下回ると、前記パイロットアーク不具合検出信号を生成する。
【０００８】
好ましくは、前記パイロットアーク不具合検出信号が生成されると、上記パイロットアークが不具合状態であること示す不具合情報を報知する報知部を更に備える。
【０００９】
好ましくは、プラズマガスのガス流量を制御するプラズマガス流量制御回路を更に備え、前記プラズマガス流量制御回路は、前記パイロットアーク不具合検出信号が生成されると、前記プラズマガスのガス流量を増加させるためのプラズマガス流量制御信号を生成する。
【００１０】
好ましくは、待機期間を記憶する待機期間記憶部と、前記パイロットアーク不具合検出信号を受けた時刻から前記待機期間が経過すると、待機期間経過信号を送る演算回路と、を更に備え、前記演算回路は、前記パイロットアーク不具合検出信号を受けた時刻から前記待機期間が経過するまでの間に、前記パイロットアーク電源回路の出力が停止されない場合に、前記待機期間経過信号を送り、前記プラズマガス流量制御回路は、前記待機期間経過信号を受けると、前記プラズマガスのガス流量を増加させるためのプラズマガス流量制御信号を生成する。
【００１１】
好ましくは、前記パイロットアーク不具合検出回路は、前記非消耗電極および母材の間にメインアークが発生していない場合にのみ、前記パイロットアーク不具合検出信号を生成する。
【００１２】
好ましくは、前記非消耗電極と母材との間にメインアーク電流を流すメインアーク電源回路を更に備える。
【００１３】
好ましくは、前記プラズマガスを流すプラズマガス供給装置を更に備える。
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプラズマアーク溶接システムのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかるプラズマアーク溶接システムにおけるトーチを示す拡大断面図である。
【図３】図１のプラズマアーク溶接システムを用いたプラズマアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。
【図４】プラズマノズルに酸化物が付着した状態を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかるプラズマアーク溶接システムのブロック図である。
【図６】図５のプラズマアーク溶接システムを用いたプラズマアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１〜図４を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態にかかるプラズマアーク溶接システムのブロック図である。
【００１９】
同図に示すプラズマアーク溶接システムＡ１は、溶接ロボット１と、動作制御回路２と、パイロットアーク用回路３と、メインアーク用回路４と、プラズマガス流量制御回路４９１と、シールドガス流量制御回路４９２と、プラズマガス供給装置８１と、シールドガス供給装置８２と、報知部８５と、を備える。
【００２０】
溶接ロボット１は、母材Ｗに対してプラズマアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、マニピュレータ１１と、トーチ１２と、を含む。
【００２１】
マニピュレータ１１は、たとえば多関節ロボットである。トーチ１２は、マニピュレータ１１の駆動により、上下前後左右に自在に移動できる。
【００２２】
図２によく表れているように、トーチ１２は、非消耗電極１２１と、プラズマノズル１２２と、シールドガスノズル１２３とを有する。
【００２３】
非消耗電極１２１は、たとえばタングステンからなる金属棒である。プラズマノズル１２２は筒状の部材である。プラズマノズル１２２は非消耗電極１２１を囲んでいる。プラズマノズル１２２は、非消耗電極１２１の先端の位置する側とは反対側に開放している。
【００２４】
プラズマノズル１２２内をプラズマガスＰＧが流れる。プラズマガスＰＧを媒体として、プラズマノズル１２２と非消耗電極１２１との間にパイロットアークＰａが発生する。パイロットアークＰａが発生している際、プラズマノズル１２２と非消耗電極１２１との間には、パイロットアーク電流Ｉｐが流れる。なお、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値とは、特に断りのない限り、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値の絶対値の時間平均値のことを意味する。
【００２５】
非消耗電極１２１と母材Ｗとの間には、メインアークＭａが発生する。メインアークＭａは、プラズマノズル１２２のノズル開口に拘束される。メインアークＭａが発生している際、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間には、メインアーク電流Ｉｍが流れる。メインアーク電流Ｉｍは、母材Ｗの材質に応じて、直流もしくは交流いずれかが選択される。メインアーク電流Ｉｍは、直流のパルス電流である場合もあるし、交流のパルス電流である場合もある。なお、メインアーク電流Ｉｍの電流値とは、特に断りのない限り、メインアーク電流Ｉｍの電流値の絶対値の時間平均値のことを意味する。メインアークＭａが発生している際、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間には、メインアーク電圧Ｖｍが印加される。
【００２６】
シールドガスノズル１２３は筒状の部材である。シールドガスノズル１２３はプラズマノズル１２２を囲んでいる。シールドガスノズル１２３とプラズマノズル１２２との間を、シールドガスＳＧが流れる。本実施形態とは異なり、トーチ１２がシールドガスノズル１２３を含んでいなくてもよい。
【００２７】
動作制御回路２は、マイクロコンピュータおよびメモリ（ともに図示略）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。動作制御回路２はロボット移動速度Ｖｒを制御する。ロボット移動速度Ｖｒは、母材Ｗに沿った溶接進行方向Ｄｒにおける、母材Ｗに対する非消耗電極１２１の速度である。動作制御回路２は、上記作業プログラム、溶接ロボット１における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、マニピュレータ１１を駆動させ、トーチ１２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。
【００２８】
パイロットアーク用回路３は、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間にパイロットアーク電流Ｉｐを流す。本実施形態では、パイロットアーク用回路３は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を、設定された値となるように制御する。すなわち、パイロットアーク用回路３は、定電流制御を行う。本実施形態とは異なり、パイロットアーク用回路３は、定電圧制御を行なってもよい。パイロットアーク用回路３が定電圧制御を行う場合、パイロットアーク用回路３は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値を設定された値となるように制御する。
【００２９】
パイロットアーク用回路３は、パイロットアーク電源回路３１と、パイロットアーク電圧検出回路３６と、パイロットアーク不具合検出回路３７と、基準値記憶部３７１と、演算回路３９と、を含む。
【００３０】
パイロットアーク電源回路３１は、たとえば２００Ｖ等の商用電源を整流し抵抗器を直列に挿入した回路である。これにより、パイロットアーク電源回路３１は、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間にパイロットアーク電流Ｉｐを流す。パイロットアーク電源回路３１は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を、設定された値となるように制御する。
【００３１】
パイロットアーク電圧検出回路３６は、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間のパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値を検出するためのものである。パイロットアーク電圧検出回路３６は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値に対応するパイロットアーク電圧検出信号Ｖｄｐを送る。
【００３２】
パイロットアーク不具合検出回路３７はパイロットアーク電圧検出信号Ｖｄｐを受ける。パイロットアーク不具合検出回路３７は、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２との間に発生しているパイロットアークＰａの状態を示すアーク状態パラメータに基づき、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成する。アーク状態パラメータは、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間のパイロットアーク電圧Ｖｐ、および、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間に流れるパイロットアーク電流Ｉｐのいずれかである。本実施形態では、アーク状態パラメータは、パイロットアーク電圧Ｖｐである。
【００３３】
具体的には、パイロットアーク不具合検出回路３７は、アーク状態パラメータ（本実施形態ではパイロットアーク電圧Ｖｐ）の値が基準値記憶部３７１に記憶された基準値ｖｐ１を下回ると、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成する。パイロットアーク不具合検出回路３７は、生成したパイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを演算回路３９に送る。
【００３４】
演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出回路３７からパイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受ける。演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けると、各種処理を行う。本実施形態では、演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けると、報知部８５に報知指示信号ＳＩｎを送る。
【００３５】
メインアーク用回路４は、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間にメインアーク電流Ｉｍを流す。本実施形態では、メインアーク用回路４は、メインアーク電流Ｉｍの電流値を、設定された値となるように制御する。すなわち、メインアーク用回路４は、定電流制御を行う。
【００３６】
メインアーク用回路４は、メインアーク電源回路４１を含む。
【００３７】
メインアーク電源回路４１は、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、インバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行う。これにより、メインアーク電源回路４１は、非消耗電極１２１および母材Ｗの間にメインアーク電流Ｉｍを流す。メインアーク電源回路４１は、メインアーク電流Ｉｍの電流値を、設定された値となるように制御する。
【００３８】
プラズマガス流量制御回路４９１は、プラズマガスＰＧの流量を制御するためのものである。プラズマガス流量制御回路４９１は、プラズマガスＰＧの流量を指示するためのプラズマガス流量制御信号Ｓｐｇを送る。
【００３９】
シールドガス流量制御回路４９２は、シールドガスＳＧの流量を制御するためのものである。シールドガス流量制御回路４９２は、シールドガスＳＧの流量を指示するためのシールドガス流量制御信号Ｓｓｇを送る。
【００４０】
プラズマガス供給装置８１は、プラズマガスＰＧをプラズマノズル１２２の内部に供給するためのものである。プラズマガス供給装置８１は、プラズマガス流量制御回路４９１から受けたプラズマガス流量制御信号Ｓｐｇに基づき、プラズマガスＰＧを供給する。
【００４１】
シールドガス供給装置８２は、シールドガスＳＧをプラズマノズル１２２とシールドガスノズル１２３との間に供給するためのものである。シールドガス供給装置８２は、シールドガス流量制御回路４９２から受けたシールドガス流量制御信号Ｓｓｇに基づき、シールドガスＳＧを供給する。
【００４２】
報知部８５は、たとえば、ブザーや警告灯や表示装置である。報知部８５は、報知指示信号ＳＩｎを受けると、不具合情報Ｉｎｆを報知する。不具合情報Ｉｎｆは、パイロットアークＰａが不具合状態であることを示す情報である。不具合情報Ｉｎｆは、たとえばブザー音やアラーム音やライトの点灯やパイロットアークＰａに不具合が生じた旨の表示である。
【００４３】
次に、図３を更に用いて、プラズマ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。
【００４４】
図３は、プラズマアーク溶接システムＡ１を用いたプラズマアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。同図では、（ａ）はパイロットアーク電流Ｉｐの電流値、（ｂ）はメインアーク電流Ｉｍの電流値、（ｃ）はパイロットアーク不具合検出信号Ｓｂ、（ｄ）はロボット移動速度Ｖｒ、（ｅ）はパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値、（ｆ）はメインアーク電圧Ｖｍの電圧値、（ｇ）はプラズマガスＰＧの流量、（ｈ）不具合情報Ｉｎｆのそれぞれの変化状態を示す。
【００４５】
＜時刻ｔ１１以前＞
時刻ｔ１１以前において、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間にメインアークＭａが発生した状態で、定常溶接が行われている。
【００４６】
＜時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２＞
時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間も定常溶接が行われている。同図（ｂ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、メインアーク電流Ｉｍが流れている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２のメインアーク電流Ｉｍの電流値は、たとえば、２０〜３５０Ａである。同図（ｆ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間には、メインアーク電圧Ｖｍが印加されている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２のメインアーク電圧Ｖｍの電圧値は、たとえば、１０Ｖ〜３０Ｖである。同図（ｄ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、ロボット移動速度Ｖｒが予め定められた値（０より大きい）となっている。すなわち、溶接進行方向Ｄｒに、非消耗電極１２１が母材Ｗに対して移動している。同図（ｇ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、プラズマガスＰＧが、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間に流れている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間のプラズマガスＰＧのガス流量は、たとえば、０．３〜１．０Ｌ／ｍｉｎである。
【００４７】
また、本実施形態では、定常溶接の間、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間にパイロットアークＰａが発生したままとなっている。そのため、同図（ａ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、パイロットアーク電流Ｉｐが流れている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２のパイロットアーク電流Ｉｐの電流値は、たとえば、５〜１５Ａである。同図（ｅ）に示すように、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間には、パイロットアーク電圧Ｖｐが印加されている。時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２のパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値は、たとえば、１５〜１７Ｖである。なお、本実施形態とは異なり、定常溶接の間、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間にパイロットアークＰａを発生させていなくてもよい。
【００４８】
＜時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３＞
時刻ｔ１２において、定常溶接終了信号（図示略）が、メインアーク電源回路４１および動作制御回路２に送られる。メインアーク電源回路４１は、定常溶接終了信号を受けると、出力を停止し、メインアークＭａを消弧させる。これにより、同図（ｂ）に示すように、時刻ｔ１２において、メインアーク電流Ｉｍは０になる。また、同図（ｆ）に示すように、時刻ｔ１２において、メインアーク電圧Ｖｍは０になる。同図（ｄ）に示すように、動作制御回路２は、定常溶接終了信号を受けると、ロボット移動速度Ｖｒを０と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、時刻ｔ１２において、溶接進行方向Ｄｒにおける、非消耗電極１２１の母材Ｗに対する移動が停止する。
【００４９】
時刻ｔ１２においても、パイロットアーク用回路３（パイロットアーク電源回路３１）は定電流制御を行っているため、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値は変化しない。時刻ｔ１２において、メインアークＭａが消弧すると、同様に、同図（ｅ）に示すように、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が増加する。これは、パイロットアーク電流Ｉｐが、メインアークＭａを経由して流れることができなくなるためである。時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３にて上昇後のパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値は、たとえば、２４〜２８Ｖである。図２に示すように、時刻ｔ１２直後のパイロットアークＰａは、母材Ｗにより近接する位置まで発生している。
【００５０】
時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３の間、パイロットアークＰａが弱くなる。図４には、時刻ｔ１３におけるパイロットアークＰａを示している。パイロットアークＰａが弱くなるにつれ、同図（ｅ）に示すように、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が減少してゆく。
【００５１】
パイロットアークＰａが弱くなるにつれ、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が減少してゆく原因としては、たとえば、次の理由が考えられる。まず、プラズマノズル１２２の内面に酸化物が付着する。このような酸化物は、非消耗電極１２１を構成する材料（たとえばタングステン）の酸化物である可能性がある。プラズマノズル１２２の内面に酸化物が付着すると、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間に、酸化物を経由した電流経路が形成され、パイロットアークＰａのうちプラズマノズル１２２の開口から出ている部分が少なくなる。また、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間に、酸化物を経由した電流経路が形成されると、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間の抵抗値が小さくなる。非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間の抵抗値が小さくなると、パイロットアーク電圧Ｖｐが減少していく。
【００５２】
＜時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４＞
時刻ｔ１３において、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値（アーク状態パラメータの値）が、基準値記憶部３７１に記憶された基準値ｖｐ１を下回る。すると、パイロットアーク不具合検出回路３７は、パイロットアークＰａに不具合が発生したと判断し、図３（ｃ）に示すように、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成する。パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂは、パイロットアーク不具合検出回路３７から演算回路３９に送られる。なお、基準値ｖｐ１は、たとえば１７〜１８Ｖである。
【００５３】
本実施形態では、演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けると、報知部８５に報知指示信号ＳＩｎを送る。報知部８５は、報知指示信号ＳＩｎを受けると、不具合情報Ｉｎｆを報知する。不具合情報Ｉｎｆは、たとえばブザー音やアラーム音やライトの点灯やパイロットアークＰａに不具合が生じた旨の表示である。
【００５４】
報知部８５によって、不具合情報Ｉｎｆが報知されると、ユーザがパイロットアークＰａの状態が悪いことを知る。これにより、ユーザがティーチペンダントで操作するなどして、時刻ｔ１４にてパイロットアーク用回路３の出力を停止し、パイロットアークＰａを消弧させる。その結果、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１４にてパイロットアーク電流Ｉｐの電流値が０となり、同図（ｅ）に示すように、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値が０となる。また、同図（ｇ）に示すように、プラズマガスＰＧのガス流量も０とする。
【００５５】
＜時刻ｔ１４以降＞
時刻ｔ１４以降、ユーザが、プラズマノズル１２２に付着した酸化物を除去する。これにより、その後パイロットアークＰａを発生させた場合、パイロットアークＰａは、図２に示したより強いものとなる。
【００５６】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００５７】
本実施形態においては、パイロットアーク不具合検出回路３７が、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２との間に発生しているパイロットアークＰａの状態を示すアーク状態パラメータに基づき、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成する。アーク状態パラメータは、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間のパイロットアーク電圧Ｖｐ、および、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間に流れるパイロットアーク電流Ｉｐのいずれかである。一方、本出願の発明者によって、パイロットアークＰａが不具合である（パイロットアークＰａがメインアークＭａを点弧させにくい状態である）場合には、アーク状態パラメータが変動することが発見された。そのため、本実施形態によると、パイロットアークＰａが不具合である（メインアークＭａを点弧させにくい状態である）場合に、よりメインアークＭａを発生させやすくする対処を行うことができる。これにより、より確実にメインアークＭａを点弧させることができる。
【００５８】
本実施形態においては、報知部８５が、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂが生成されると、パイロットアークＰａが不具合状態である不具合情報Ｉｎｆを報知する。このような構成によると、プラズマアーク溶接システムＡ１のユーザが、パイロットアークＰａが不具合であることを、知ることができる。これにより、ユーザが、プラズマノズル１２２や非消耗電極１２１のメンテナンスを迅速に行うことができる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
図５、図６を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。
【００６０】
図５は、本発明の第２実施形態にかかるプラズマアーク溶接システムのブロック図である。
【００６１】
同図に示すプラズマアーク溶接システムＡ２は、溶接ロボット１と、動作制御回路２と、パイロットアーク用回路３と、メインアーク用回路４と、プラズマガス流量制御回路４９１と、シールドガス流量制御回路４９２と、プラズマガス供給装置８１と、シールドガス供給装置８２と、報知部８５と、を備える。
【００６２】
本実施形態における溶接ロボット１と、動作制御回路２と、プラズマガス流量制御回路４９１と、シールドガス流量制御回路４９２と、プラズマガス供給装置８１と、シールドガス供給装置８２と、報知部８５と、については第１実施形態における説明を適用できるから、説明を省略する。
【００６３】
パイロットアーク用回路３は、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間にパイロットアーク電流Ｉｐを流す。本実施形態では、パイロットアーク用回路３は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値を、設定された値となるように制御する。すなわち、パイロットアーク用回路３は、定電流制御を行う。本実施形態とは異なり、パイロットアーク用回路３は、定電圧制御を行なってもよい。パイロットアーク用回路３が定電圧制御を行う場合、パイロットアーク用回路３は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値を設定された値となるように制御する。
【００６４】
パイロットアーク用回路３は、パイロットアーク電源回路３１と、パイロットアーク電流検出回路３３と、パイロットアーク電流通電検出回路３５と、パイロットアーク電圧検出回路３６と、パイロットアーク不具合検出回路３７と、基準値記憶部３７１と、と、演算回路３９と、待機期間記憶部３９１と、を含む。
【００６５】
本実施形態における、パイロットアーク電源回路３１と、パイロットアーク電圧検出回路３６と、基準値記憶部３７１と、については第１実施形態における説明を適用できるから、説明を省略する。
【００６６】
パイロットアーク電流検出回路３３は、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間に流れるパイロットアーク電流Ｉｐの電流値を検出するためのものである。パイロットアーク電流検出回路３３は、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値に対応するパイロットアーク電流検出信号Ｉｄｐを送る。
【００６７】
パイロットアーク電流通電検出回路３５はパイロットアーク電流検出信号Ｉｄｐを受ける。パイロットアーク電流通電検出回路３５は、パイロットアーク電流Ｉｐの通電を検出するためのものである。パイロットアーク電流通電検出回路３５は、パイロットアーク電流Ｉｐの通電を検出すると、パイロットアーク電流通電検出信号Ｄｉｐを演算回路３９に送る。パイロットアーク電流通電検出回路３５は、パイロットアーク電流Ｉｐの通電を、たとえば、パイロットアーク電流Ｉｐの電流値とあるしきい値とを比較することにより、検出する。なお、本実施形態では、パイロットアーク電流通電検出回路３５は、パイロットアーク電流Ｉｐの通電を検出している間は常に、パイロットアーク電流通電検出信号Ｄｉｐを演算回路３９に送り続ける。
【００６８】
パイロットアーク電圧検出回路３６は、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間のパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値を検出するためのものである。パイロットアーク電圧検出回路３６は、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値に対応するパイロットアーク電圧検出信号Ｖｄｐを送る。
【００６９】
パイロットアーク不具合検出回路３７はパイロットアーク電圧検出信号Ｖｄｐを受ける。本実施形態では更に、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍ（後述）を受ける。パイロットアーク不具合検出回路３７は、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２との間に発生しているパイロットアークＰａの状態を示すアーク状態パラメータに基づき、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成する。アーク状態パラメータは、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間のパイロットアーク電圧Ｖｐ、および、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２の間に流れるパイロットアーク電流Ｉｐのいずれかである。本実施形態では、アーク状態パラメータは、パイロットアーク電圧Ｖｐである。
【００７０】
具体的には、パイロットアーク不具合検出回路３７は、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを受けていない場合に、アーク状態パラメータ（本実施形態ではパイロットアーク電圧Ｖｐ）の値が基準値記憶部３７１に記憶された基準値ｖｐ１を下回ると、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成する。一方、パイロットアーク不具合検出回路３７は、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを受けている場合に、アーク状態パラメータ（本実施形態ではパイロットアーク電圧Ｖｐ）の値が基準値記憶部３７１に記憶された基準値ｖｐ１を下回ったとしても、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成しない。パイロットアーク不具合検出回路３７は、生成したパイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを演算回路３９に送る。
【００７１】
演算回路３９は、パイロットアーク電流通電検出回路３５から、パイロットアーク電流通電検出信号Ｄｉｐを受け、パイロットアーク不具合検出回路３７からパイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受ける。演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けると、各種処理を行う。本実施形態では、演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けると、報知部８５に報知指示信号ＳＩｎを送る。本実施形態では更に、演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けた時刻から、待機期間記憶部３９１に記憶された待機期間Ｔｗが経過するまでの間、パイロットアーク電流通電検出信号Ｄｉｐを受けている場合、待機期間経過信号Ｓｅｌを生成し、プラズマガス流量制御回路４９１に送る。すなわち、演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けた時刻から、待機期間記憶部３９１に記憶された待機期間Ｔｗが経過するまでの間に、パイロットアーク電源回路３１の出力が停止されない場合、待機期間経過信号Ｓｅｌを生成し、プラズマガス流量制御回路４９１に送る。
【００７２】
メインアーク用回路４は、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間にメインアーク電流Ｉｍを流す。本実施形態では、メインアーク用回路４は、メインアーク電流Ｉｍの電流値を、設定された値となるように制御する。すなわち、メインアーク用回路４は、定電流制御を行う。
【００７３】
メインアーク用回路４は、メインアーク電源回路４１と、メインアーク電流検出回路４３と、メインアーク電流通電検出回路４５と、を含む。
【００７４】
本実施形態における、メインアーク電源回路４１については第１実施形態における説明を適用できるから、説明を省略する。
【００７５】
メインアーク電流検出回路４３は、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間に流れるメインアーク電流Ｉｍの電流値を検出するためのものである。メインアーク電流検出回路４３は、メインアーク電流Ｉｍの電流値に対応するメインアーク電流検出信号Ｉｄｍを送る。
【００７６】
メインアーク電流通電検出回路４５はメインアーク電流検出信号Ｉｄｍを受ける。メインアーク電流通電検出回路４５は、メインアーク電流Ｉｍの通電を検出するためのものである。メインアーク電流通電検出回路４５は、メインアーク電流Ｉｍの通電を検出すると、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍをパイロットアーク不具合検出回路３７に送る。メインアーク電流通電検出回路４５は、メインアーク電流Ｉｍの通電を、たとえば、メインアーク電流Ｉｍの電流値とあるしきい値とを比較することにより、検出する。なお、メインアーク電流通電検出回路４５は、メインアーク電流Ｉｍの通電を検出している間は常に、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを送り続ける。
【００７７】
図６は、プラズマアーク溶接システムＡ２を用いたプラズマアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートである。
【００７８】
＜ｔ２３まで＞
本実施形態の時刻ｔ２３までの工程は、第１実施形態の時刻ｔ１３までの工程と同様の工程が行われる。
【００７９】
＜時刻ｔ２３〜時刻ｔ２４＞
時刻ｔ２３において、パイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値（アーク状態パラメータの値）が、基準値記憶部３７１に記憶された基準値ｖｐ１を下回る。また、時刻ｔ２３においてはメインアークＭａが消弧しているため、メインアーク電流Ｉｍは流れていない。そのため、パイロットアーク不具合検出回路３７は、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを受けていない。パイロットアーク不具合検出回路３７がメインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを受けていない場合に、アーク状態パラメータ（本実施形態ではパイロットアーク電圧Ｖｐ）の値が基準値記憶部３７１に記憶された基準値ｖｐ１を下回っている。この場合、パイロットアーク不具合検出回路３７は、パイロットアークＰａに不具合が発生したと判断し、図６（ｃ）に示すように、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成する。パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂは、パイロットアーク不具合検出回路３７から演算回路３９に送られる。
【００８０】
本実施形態では、演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けると、報知部８５に報知指示信号ＳＩｎを送る。報知部８５は、報知指示信号ＳＩｎを受けると、不具合情報Ｉｎｆを報知する。不具合情報Ｉｎｆは、パイロットアークが不具合状態であることを示す情報である。不具合情報Ｉｎｆは、たとえばブザー音やアラーム音やライトの点灯やパイロットアークＰａに不具合が生じた旨の表示である。
【００８１】
報知部８５によって、不具合情報Ｉｎｆが報知されると、ユーザがパイロットアークＰａの状態が悪いことを知る。
【００８２】
＜時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５＞
しかしながら、本実施形態では、演算回路３９が、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けた時刻から、待機期間記憶部３９１に記憶された待機期間Ｔｗが経過する時刻（時刻ｔ２４）までの間、パイロットアーク電流通電検出信号Ｄｉｐを受けている。すなわち、演算回路３９がパイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けた時刻から、待機期間記憶部３９１に記憶された待機期間Ｔｗが経過する時刻（時刻ｔ２４）までの間に、パイロットアーク電源回路３１の出力が停止されない。時刻ｔ２４において、演算回路３９は、待機期間経過信号Ｓｅｌを生成し、プラズマガス流量制御回路４９１に送る。なお、待機期間Ｔｗは、たとえば、１〜５ｍｉｎである。
【００８３】
時刻ｔ２４において、プラズマガス流量制御回路４９１は、待機期間経過信号Ｓｅｌを受けると、プラズマガスＰＧのガス流量を増加させるためのプラズマガス流量制御信号Ｓｐｇを生成して、プラズマガス供給装置８１に送る。これにより、同図（ｇ）に示すように、時刻ｔ２４からプラズマガスＰＧのガス流量は増加する。本実施形態では、時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５までの間、プラズマガスＰＧのガス流量を増加させたまま維持する。プラズマガスＰＧの風圧により、プラズマノズル１２２や非消耗電極１２１に付着した酸化物が除去される。時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５の長さは、たとえば、１〜１０ｍｉｎである（なお、図では時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５は極めて短いものとして記載しているが、実際には、時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５は待機期間Ｔｗよりも長いことが好ましい）。時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５の間のプラズマガスＰＧのガス流量は、たとえば、３〜４Ｌ／ｍｉｎである。なお、本実施形態では、時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５の間は、プラズマガスＰＧのガス流量は一定であるが、プラズマガスＰＧのガス流量はこれに限定されない。たとえば、時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５の間、プラズマガスＰＧのガス流量の増減を複数回繰り返してもよい。すなわち、プラズマガスＰＧのガス流量をパルス状に変化させてもよい。これにより、プラズマノズル１２２や非消耗電極１２１に付着した酸化物をより効果的に除去することができる。
【００８４】
＜時刻ｔ２５〜時刻ｔ２６＞
時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５の間にプラズマノズル１２２や非消耗電極１２１に付着した酸化物が除去されたことにより、時刻ｔ２５以降、パイロットアーク電圧Ｖｐが時刻ｔ２２〜時刻ｔ２３における上昇後の値にまで上昇する。これは、パイロットアークＰａが、図２に示した適切なものに戻ったからであると考えられる。
【００８５】
＜時刻ｔ２６〜時刻ｔ２７＞
時刻ｔ２６において、溶接開始指示信号（図示略）が動作制御回路２やメインアーク用回路４に送られる。これにより、図６（ｆ）に示すように、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間に、メインアーク電圧Ｖｍが印加され、非消耗電極１２１と母材Ｗとの間にメインアークＭａが発生する。メインアークＭａが発生すると、図６（ｂ）に示すように、メインアーク電流Ｉｍが流れ始める。メインアーク電流Ｉｍが流れ始めると、メインアーク電流通電検出回路４５からメインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍが、パイロットアーク不具合検出回路３７に送られる。
【００８６】
同図（ｅ）に示すように、メインアークＭａが発生すると、パイロットアーク電圧Ｖｐが低下する。これは、パイロットアーク電流Ｉｐの一部がメインアークＭａを経由して流れる結果、非消耗電極１２１とプラズマノズル１２２との間の抵抗が低下するためである。
【００８７】
パイロットアーク不具合検出回路３７は、メインアーク電流通電検出信号Ｄｉｍを受けている場合に、アーク状態パラメータ（本実施形態ではパイロットアーク電圧Ｖｐ）の値が基準値記憶部３７１に記憶された基準値ｖｐ１を下回ったとしても、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成しない。すなわち、パイロットアーク不具合検出回路３７は、メインアークＭａが発生している場合には、アーク状態パラメータ（本実施形態ではパイロットアーク電圧Ｖｐ）の値が基準値記憶部３７１に記憶された基準値ｖｐ１を下回ったとしても、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成しない。
【００８８】
＜時刻ｔ２７以降＞
同図（ｄ）に示すように、時刻ｔ２７において、プラズマノズル１２２が母材Ｗに対して移動し始め（ロボット移動速度Ｖｒが０より大きい値となり）、定常溶接が開始される。
【００８９】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００９０】
本実施形態においては、パイロットアーク不具合検出回路３７が、非消耗電極１２１およびプラズマノズル１２２との間に発生しているパイロットアークＰａの状態を示すアーク状態パラメータに基づき、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成する。このような構成によると、第１実施形態と同様に、より確実にメインアークＭａを点弧させることができる。
【００９１】
本実施形態においては、プラズマガス流量制御回路４９１は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂが生成されると、プラズマガスＰＧのガス流量を増加させるためのプラズマガス流量制御信号Ｓｐｇを生成する。このような構成によると、プラズマガスＰＧの風圧によって、プラズマノズル１２２等に付着した酸化物を除去することができる。これにより、プラズマノズル１２２等に付着した酸化物を除去するユーザの手間を省くことができる。
【００９２】
本実施形態においては、プラズマアーク溶接システムＡ２は、待機期間Ｔｗを記憶する待機期間記憶部３９１と、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けた時刻から待機期間Ｔｗが経過すると、待機期間経過信号Ｓｅｌを送る演算回路３９と、を備える。演算回路３９は、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを受けた時刻から待機期間Ｔｗが経過するまでの間に、パイロットアーク電源回路３１の出力が停止されない場合に、待機期間経過信号Ｓｅｌを送る。プラズマガス流量制御回路４９１は、待機期間経過信号Ｓｅｌを受けると、プラズマガスＰＧのガス流量を増加させるためのプラズマガス流量制御信号Ｓｐｇを生成する。このような構成によると、待機期間Ｔｗの間に、プラズマノズル１２２や非消耗電極１２１のメンテナンスをするためにパイロットアーク電源回路３１の出力をユーザが停止させない場合であっても、自動でプラズマノズル１２２等に付着した酸化物を除去することができる。このことは、忙しいユーザにとって好適である。
【００９３】
本実施形態においては、パイロットアーク不具合検出回路３７は、非消耗電極１２１および母材Ｗの間にメインアークＭａが発生していない場合にのみ、パイロットアーク不具合検出信号Ｓｂを生成する。このような構成によると、正常にメインアークＭａが点弧した場合に、パイロットアークＰａが不具合であると判断される不具合を回避できる。
【００９４】
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。
【００９５】
上述の説明では、アーク状態パラメータがパイロットアーク電圧Ｖｐの電圧値である例を示したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、パイロットアーク電源回路３１が定電圧制御を行う場合、アーク状態パラメータがパイロットアーク電流Ｉｐの電流値であってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１  溶接ロボット
１１  マニピュレータ
１２  トーチ
１２１  非消耗電極
１２２  プラズマノズル
１２３  シールドガスノズル
２  動作制御回路
３  パイロットアーク用回路
３１  パイロットアーク電源回路
３３  パイロットアーク電流検出回路
３５  パイロットアーク電流通電検出回路
３６  パイロットアーク電圧検出回路
３７  パイロットアーク不具合検出回路
３７１  基準値記憶部
３９  演算回路
３９１  待機期間記憶部
４  メインアーク用回路
４１  メインアーク電源回路
４３  メインアーク電流検出回路
４５  メインアーク電流通電検出回路
４９１  プラズマガス流量制御回路
４９２  シールドガス流量制御回路
８１  プラズマガス供給装置
８２  シールドガス供給装置
８５  報知部
Ａ１，Ａ２  プラズマアーク溶接システム
Ｄｉｍ  メインアーク電流通電検出信号
Ｄｉｐ  パイロットアーク電流通電検出信号
Ｄｒ  溶接進行方向
Ｉｄｍ  メインアーク電流検出信号
Ｉｄｐ  パイロットアーク電流検出信号
Ｉｍ  メインアーク電流
Ｉｎｆ  不具合情報
Ｉｐ  パイロットアーク電流
Ｍａ  メインアーク
Ｍｓ  動作制御信号
Ｐａ  パイロットアーク
ＰＧ  プラズマガス
Ｓｂ  パイロットアーク不具合検出信号
Ｓｅｌ  待機期間経過信号
ＳＧ  シールドガス
ＳＩｎ  報知指示信号
Ｓｐｇ  プラズマガス流量制御信号
Ｓｓｇ  シールドガス流量制御信号
ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ２１，ｔ２２，ｔ２３，ｔ２４，ｔ２５，ｔ２６，ｔ２７  時刻
Ｔｗ  待機期間
Ｖｄｐ  パイロットアーク電圧検出信号
Ｖｍ  メインアーク電圧
Ｖｐ  パイロットアーク電圧
ｖｐ１  基準値
Ｖｒ  ロボット移動速度
Ｗ  母材
【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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