(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接終了プロセス中にワイヤ材料移行ルーチンを実行する電気アーク溶接システムを提供する。【解決手段】電源１１０、溶接ワイヤを供給するように構成されたワイヤ給送装置１３０、開口部を有し、開口部から溶接ワイヤ１３２が延びる溶接ガン１２０、及び制御装置１４０を含む。制御装置は、溶接ワイヤ１３２とワークピースＷとの間の接触を感知する、溶接終了プロセスを始めてもよい。そのような接触に応じて、制御装置１４０は、溶接ワイヤ１３２の溶融材料を溶接ワイヤ１３２からワークピースＷに移行させるための、ワイヤ材料移行ルーチンを実行する。このルーチンは、溶接終了プロセス中に、ワイヤ給送装置１３０が、溶接ワイヤ１３２をワークピースＷに向かって前進させることを停止するまで繰り返されてもよい。【選択図】図１
0003204227.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
溶接システムであって、
溶接電源、
溶接ワイヤを供給するように構成されたワイヤ給送装置、
開口部を有し、該開口部から溶接ワイヤが延びる溶接ガン、並びに
前記溶接電源及び前記ワイヤ給送装置と動作的に連絡する溶接制御装置であり、該溶接制御装置は、
溶接終了プロセスを始めるための論理回路、
前記溶接ワイヤとワークピースとの間の接触を感知するための論理回路、及び
溶接ワイヤの溶融液滴を前記溶接ワイヤから前記ワークピースに移行させるための液滴移行ルーチンを実行するための論理回路、を有し、
前記液滴移行ルーチンは、前記溶接終了プロセス中に、前記ワイヤ給送装置が前記ワークピースに向かって前記溶接ワイヤを前進させることを停止するまで繰り返される、溶接制御装置、
を有する、システム。
【請求項２】
前記溶接制御装置は、前記溶接終了プロセスを完了した後に前記溶接ワイヤを後退させるための論理回路を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記溶接ワイヤとワークピースとの間の接触を感知するための前記論理回路は、前記溶接ワイヤと前記ワークピースとの間の電気的短絡を感知するための論理回路を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
当該溶接システムは、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）用に構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
当該溶接システムは、自動的な溶接プロセス用に構成されており、前記溶接終了プロセスを始めるための前記論理回路は、溶接終了シークエンスステップに関連する信号に応答する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
当該溶接システムは、半自動的な溶接プロセス用に構成されており、前記溶接終了プロセスを始めるための前記論理回路は、前記溶接ガンのトリガの解放に関連する信号に応答する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ワイヤ給送装置は、サーボ給送制御装置を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
溶接システムであって、
少なくとも溶接電力を供給するための手段、溶接ワイヤを供給するための手段、及び、開口部を有する溶接するための手段であり、該開口部から前記溶接ワイヤが延びる、溶接するための手段を有する、溶接装置、
溶接終了プロセスを始めるための手段、
前記溶接ワイヤとワークピースとの間の接触を感知するための手段、及び
前記溶接ワイヤの溶融材料を前記溶接ワイヤから前記ワークピースに移行させるための、ワイヤ材料移行ルーチンを実行するための手段、
を有し、
前記ワイヤ材料移行ルーチンは、前記溶接終了プロセス中に、前記ワイヤを供給するための手段が前記溶接ワイヤを前記ワークピースに向かって前進させることを停止するまで繰り返される、
システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電気アーク溶接の分野に関し、より具体的には溶接終了プロセス中にワイヤ材料移行ルーチンを実行する電気アーク溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気アーク溶接において、一般的な溶接プロセスは、ワイヤ給送装置を使って給送される固体の電極を使用する。溶接の開始時に、電極とワークピースとの間にアークが確立されなければならない。電極の先端部が汚染、損傷及び／又は先に溶融材料であった硬化した材料を含む場合は、アークを確立することは困難であり得る。これらの状況は、ワイヤ給送装置がワイヤ給送を停止する信号を受けた後に、電極ワイヤがワイヤ給送装置を通して送り込まれ続けることによって引き起こされ得る。具体的には、ワイヤ給送装置を停止することに関連する応答遅延が、溶接機（又は溶接工）が溶接を停止した後に電極ワイヤがワークピースに接触することを引き起こし得る。
【０００３】
既存の溶接装置の先述の課題及び短所を考慮して、本出願は、これらの短所を克服するためのシステム及び方法を記述する。
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つの実施形態において、電気アーク溶接は、少なくとも溶接電源（power  supply）、溶接ワイヤを供給するように構成されたワイヤ給送装置（feeder）、及び、開口部を有する溶接ガンであり、開口部から溶接ワイヤが延びる、溶接ガンを有する溶接装置（welding  apparatus）を提供するステップ、溶接終了プロセス（weld  ending  process）を始める（initiating）ステップ、溶接ワイヤとワークピースとの間の接触を感知する（sensing）ステップ、及び溶接ワイヤの溶融材料を溶接ワイヤからワークピースに移行させるための、ワイヤ材料移行ルーチン（transfer  routine）を実行するステップを含み、ワイヤ材料移行ルーチンは、溶接終了プロセス中に、ワイヤ給送装置が溶接ワイヤをワークピースに向かって前進させることを停止するまで繰り返される。
【０００５】
本考案の記述は、如何なる点においても実用新案登録請求の範囲において使用される文言を限定せず、又は実用新案登録請求若しくは考案の範囲を限定しない。実用新案登録請求の範囲において使用される文言は、それらの完全な通常の意味の全てを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本明細書に取り込まれ、その一部を構成する添付の図面において、本考案の複数の実施形態が示される。それらは、上記の本考案の全体的な説明及び下記の詳細な説明と共に、本考案の実施形態を例示する助けとなる。
【０００７】
【図１】本考案の一つの実施形態を実行するための、例示的な溶接機のための例示的なブロック図及びシステムアーキテクチャである。
【０００８】
【図２】溶接中の例示的な電極及びワークピースの図面である。
【０００９】
【図３】例示的な溶接プロセスの様々な段階における、例示的な溶接ガン、電極、アーク、ワークピース及び溶融池を示す。
【００１０】
【図４】溶接終了プロセス中の例示的な液滴移行ルーチンを含む、一つの実施形態に関連する例示的なタイミング及び波形を示すチャートである。
【００１１】
【図５】溶接終了プロセスを実行するための例示的な手順を例示するプロセス流れ図である。
【００１２】
【図６】ロボット溶接機及び自動溶接セル制御装置を含む、一つの例示的な溶接システムのブロック図及び図面である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
以下は、本開示を通して使用される例示的な用語の定義を含む。全ての用語の単数形及び複数形の両方は、各々の意味の範囲に入る。
【００１４】
“論理回路（Logic）”は、本明細書において使用される場合は“回路（circuit）”と同義であり、（複数の）機能又は（複数の）動作を実行するためのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア及び／又は各々の組み合わせを含むが、これらに限定されない。例えば、所望の用途又は必要性に基づき、論理回路は、ソフトウェアに制御されるマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような個別論理回路、又はその他のプログラムドロジックデバイス及び／又は制御装置を含んでもよい。論理回路はまた、完全にソフトウェアとして具体化されてもよい。
【００１５】
“ソフトウェア”は、本明細書において使用される場合、コンピュータ、論理回路又はそのたの電子デバイスに機能、動作を実行させる及び／又は所望の方法で振る舞わせる、一つ又はそれ以上のコンピュータ可読及び／又は実行可能な命令を含むが、これらに限定されない。命令は、別個のアプリケーション若しくはダイナミックに結合されたライブラリからのコードを含むルーチン（routines）、アルゴリズム、モジュール又はプログラムのような、様々な形式で具体化されてもよい。ソフトウェアはまた、スタンドアロンプログラム、関数呼び出し、サーブレット、アプレット、メモリに記憶された命令、オペレーティングシステムの一部又はその他の種類の実行可能な命令のような、様々な形式で実装されてもよい。ソフトウェアの形式は、例えば、所望の用途の要求、それが作動する環境、及び／又は設計者／プログラマー等の希望に依存することが、当業者によって明確に理解されるであろう。
【００１６】
これから、図面を参照する。図面は、本考案の例示的な実施形態を示すのみの目的のためであり、これを限定する目的のためではない。図１は、例示的な溶接システム１００のブロック図を示す。溶接システム１００は、高速スイッチング電源のような電源１１０、溶接ガン１２０、ワイヤ給送装置１３０及び制御装置１４０を含んでもよい。溶接システム１００は、例えばガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）、フラックス入りガスシールド（ＦＣＡＷ−Ｇ）、フラックス入りセルフシールド（ＦＣＡＷ−Ｓ）等を含む、様々な種類の電気アーク溶接プロセスをサポートしてもよい。例示的な電源１１０は、出力線１１２，１１４を通して電力を提供する。その出力線１１２，１１４は、電極Ｅ及びワークピースＷに接続される。溶接中に、電極ＥとワークピースＷとの間にアークが生じる（図２も参照）。例示的なワイヤ給送装置１３０は、溶接ガン１２０を通してワークピースＷに向かって溶接ワイヤ１３２を給送する。溶接中、ワイヤ１３２はアークにおける電極Ｅとして働く。アークでは、ワイヤ１３２は溶解されて溶融材料となり、ワークピースＷの上に置かれる。一つの実施形態において、ワイヤ給送装置１３０はサーボモータ１３４を含む。サーボモータ１３４は、制御装置１４０によって指令されたワイヤ給送速度で、例えばワイヤスプールのようなワイヤ供給源からワイヤ１３２を引っ張る。
【００１７】
溶接システム１００はまた、電流フィードバック手段１５０及び電圧フィードバック手段１６０を含んでもよい。これらのフィードバック手段１５０，１６０は、それぞれ、出力線１１２，１１４で制御装置１４０に関連付けられた電流及び電圧フィードバックを提供するための、様々なセンサ、回路等を含んでもよい。例示的な制御装置１４０は、所望の溶接プロセス及びフィードバックに基づいて、電源１１０及びワイヤ給送装置１３０を制御する。制御装置１４０は、様々な溶接パラメータを特定するために、様々な溶接設定及び入力を含んでもよい。制御装置１４０はまた、様々な溶接ルーチン、プロセス、パラメータ等を決定及び実行するための、例えば、探索表（look-up  table）を含む、論理回路又はメモリを含んでもよい。
【００１８】
制御装置１４０は、様々な溶接プロセス、用途、状況、入力設定、パラメータ等のために、溶接システム１００に関連する様々な波形を作るための波形発生器１４２を含んでもよい。例えば、溶接システム１００がＧＭＡＷプロセス用に構成される場合に、波形発生器１４２は、例えば短絡回路金属移行、グロビュール移行、軸スプレー移行、パルススプレー移行等のような様々なＧＭＡＷ型溶接プロセス又は実施形態に関連する、様々な波形の一つを実施してもよい。これらの様々な実施形態のいずれにおいても、継時的な電圧及び電流の組み合わせ及び変動は、高周波パルスを規定するために、規制されてもよい。それは、溶接中に、溶融材料の電極ＥからワークピースＷへの移行を制御するために使用され得る。上述の構成要素及び装置のいずれも、同じ能力を尚も含んだままで、他の装置と組み合わせられてもよく又は他の装置に分割されてもよいことが、明確に理解されるべきである。例えば、電源１１０及び制御装置１４０は組み合わされて、例えば、溶接機のｔｈｅ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ（登録商標）シリーズのようなユニットにされてもよい。
【００１９】
様々な実施形態において、溶接システム１００は、自動的なシステム、半自動的なシステム又は手動のシステムであってもよい。これらの実施形態の各々は、様々な他の関連する装置、設備及び／又は能力を含んでもよい。例えば、一つの半自動的な実施形態において、溶接ガン１２０は、溶接を開始及び終了するときに信号を送るために制御装置１４５と動作的に連絡する（in  operative  communication）トリガを含んでもよい。一つの自動的な実施形態において、溶接ガン１２０は、制御装置１４０と動作的に連絡するロボットに装着され、開始及び停止溶接信号は、自動化された溶接シークエンスに従う。これらの実施形態の全てにおいて、制御装置１４０は、溶接レート、電流及び／又は溶接開始信号及び溶接停止信号に従ってワイヤ給送装置１３０を制御してもよい。すなわち、制御装置１４０は、ワイヤ給送装置１３０に、溶接と協調した方法で、ガン１２０を通してワークピースＷに向かって溶接ワイヤ１３２を給送することをいつ開始及び停止するかを含め、ワイヤ給送レート（例えば、ワイヤ給送速度（ＷＦＳ）信号）を通信する。典型的に、ＷＦＳ及び電流は、ワイヤ給送レートが電流と共に増大するように関係付けられる。以下の表（表１）は、例示的な溶接電流に対するワイヤ給送速度を示す。
【００２０】
【表１】
0003204227.tif 000003
溶接中の例示的な電極Ｅを示す図２を更に参照して、電極Ｅが例示的な溶接ガン２２０からワークピースＷに向かって前進するにつれて、アークＡが、電極ＥとワークピースＷとの間の隙間を横切って確立される。ガン２２０のコンタクトチップの端部からアークＡに延びる電極Ｅの長さは、電極突出し長さ（electrode  extension）である。電極突出し長さの代わりの他の用語は、電気的突出し（ＥＳＯ）である。ＧＭＡＷにおいては、これが、溶接工が見ることができる電極Ｅの量である。電極突出し長さは、電極Ｅの長さのみを含み、突出し長さに加えてアークＡの長さは含まない。用語電極突出し長さの使用は、自動的な溶接、例えばロボット又は機械化された溶接操作に関して使用されるよりも、半自動的な溶接に関してより一般的に使用される。コンタクトチップからワークへの距離（ＣＴＷＤ）は、自動的な溶接において典型的に使用される用語である。ＣＴＷＤは、コンタクトチップの端部からワークピースＷまで測定される。
【００２１】
例えば、半自動的な溶接のような、短絡回路金属移行（ＧＭＡＷ−Ｓ）の実施形態において、電極突出し長さは、約３／８”−１／２”（１０−１２ｍｍ）の間であってもよい。軸スプレー又はパルススプレー金属移行（ＧＭＡＷ−Ｐ）のいずれかの実施形態に関しては、電極突出し長さは、約３／４”−１”（１９−２５ｍｍ）の間であってもよい。適切な電極突出し長さを維持することは、溶接の長さに沿った溶け込み（penetration）プロファイルの均質さのために重要であり、また、それは、如何なるＧＭＡＷプロセスに関しても重要な変数であると考えられる。
【００２２】
溶接中に、アークＡの存在下で電極Ｅの先端部が溶解するにつれて、溶融材料は、溶接パドル／溶融池ＰにおいてワークピースＷの上に移行され又は置かれる。その溶接パドル／溶融池Ｐは、電極Ｅ及びワークピースＷの材料から構成される溶融材料の領域である。選択される溶接プロセスに依存して、電極Ｅからの溶融材料は溶融池Ｐと不断の接触状態にあってもよく、溶融液滴が溶融池Ｐの中に供給されて／落とされてもよく、且つ／或いは溶融液滴が溶融池Ｐの中にスプレーされてもよい。これらの実施形態のいずれにおいても、電極Ｅの固体の部分は、溶融池Ｐに非常に接近してもよく、電極Ｅの溶融部分及び／又はアーク長さの寸法でのみ隔てられてもよい。
【００２３】
図３は、例示的な溶接終了プロセスを含む、例示的な溶接プロセスの様々なステージ（Ｉ−ＶＩＩ）における例示的な溶接ガン３２０、電極Ｅ、アークＡ、ワークピースＷ及び溶融池Ｐを示す。本実施形態において、例示の目的のため、ＣＴＷＤは約２０ｍｍ、ＥＳＯは約１０ｍｍのＧＭＡＷ−Ｐ溶接プロセスが示される。ステージ（Ｉ）において、溶接プロセスはアクティブ溶接モードで示され、液滴（droplet）Ｄは電極ＥからワークピースＷ上の溶融池Ｐにまさに移行しようとしている。ステージ（Ｉ）の間、ワイヤはあるＷＦＳでガン３２０を通して給送され、電極ＥはアークＡにおいて連続的に溶解され、液滴Ｄは溶融池ＰでワークピースＷ上に置かれる。
【００２４】
また、ステージ（Ｉ）中に、電流は、ある溶接電流レベルである。例えば、一つの実施形態において、溶接電流は、軸スプレー移行溶接プロセス中、大電流（例えば約３００−３５０アンペア）であってもよい。他の実施形態において、溶接電流は、パルススプレー移行溶接プロセス中、ピーク電流（例えば約４５０アンペア）と低いバックグラウンド電流（例えば約１００アンペア）との間を交互に行ったり来たりしてもよい。本実施形態において、ピーク電流の間、期間の高点、溶融材料の単一の液滴Ｄが分離され、アークＡを横切ってワークピースＷに移行される。低いバックグラウンド電流への下降は、アーク安定性を提供し、溶接への熱入力全体に大きく貢献する。周波数は、周期が秒毎に起こる又は秒毎にサイクルする回数の数である。周期の周波数は、ＷＦＳに比例して増大する。
【００２５】
ステージ（ＩＩ）において、溶接終了プロセスはシャットダウンコマンドに基づいて始められてもよい。シャットダウンコマンドは、例えば、ロボット溶接中の自動的な溶接シークエンスからであってもよく、又は半自動的な溶接中の操作者による溶接ガンのトリガの解放からであってもよい。溶接終了プロセス中に、ＷＦＳ信号は、ワイヤ給送装置に対してガン３２０を通してワイヤを給送することを停止するように命令し、電流は、低いレベルに低下する。そのレベルはバックグラウンド電流よりも低くてもよい（例えば約２０アンペア）。ステージ（ＩＩ）において制御装置はワイヤを給送することを停止するようにワイヤ給送装置に信号を送っているが、処理遅延、（例えば７００インチ毎分（約１７．７８ｍ毎分）以上でワイヤを給送することによる）ワイヤ給送装置の勢い等が、ワイヤが瞬時に停止することを妨げ得る。したがって、ワイヤ給送装置が停止信号を受信した後のある時間の間、ワイヤは、ガン３２０を通してワークピースＷに向かって更に送り込まれている。加えて、ステージ（ＩＩ）において、電流は、溶融材料を作り出して電極Ｅの先端部からワークピースＷに移行させるのに十分でない。
【００２６】
これらの状況下で、電極ＥワイヤはワークピースＷに向かって更に動いているため、電極Ｅの先端部がワークピースＷと“ぶつかる（stub  out）”又は接触することがよく起こる。これは、電極Ｅの先端部への、例えば屈曲を含む損傷、及び／又は、電極Ｅの先端部上での溶融材料の積層を、結果として生じ得る。例えば、溶融材料は、電極ＥがワークピースＷの溶融池Ｐと接触するときに電極Ｅの先端部に付着し得る。加えて、溶融材料は、例えば溶接プロセスが終了される前に形成し始めたが、溶融材料がワークピースＷに移行される前の液滴Ｄのような、溶融材料に由来し得る。ひとたび冷却されると、電極Ｅの先端部上で硬化した材料の形状及び／又は組成は、例えば溶融材料に起因する先端部の鈍い及び／又は不規則な形状、溶融材料に起因する先端部の表面上のシリコン残渣、折れ曲がったワイヤの先端部等のような、次の溶接のためのアーク確立に問題を引き起こし得る。
【００２７】
これらの状況を防止するために、溶接終了プロセスは、溶接終了プロセス中に、ワイヤ給送装置がワークピースＷに向かって溶接ワイヤを前進させることを停止するまで、繰り返し溶融材料を作り出し、電極ＥからワークピースＷに移行させるための、ワイヤ材料移行ルーチンを実行してもよい。一つの実施形態において、ワイヤ材料移行ルーチンは、繰り返し溶融材料の液滴を作り出し、電極ＥからワークピースＷに移行させる、液滴移行ルーチンであってもよい。これから、図３のステージ（ＩＩＩ）を参照すると、溶融池ＰでワークピースＷと接触している電極Ｅが示されている。この接触は、例えば電圧を感知することによって、制御装置の液滴移行ルーチンによって感知され得る（例えば、図１に示される出力線１１２，１１４に交差する電圧フィードバック１６０を参照）。一つの実施形態において、電極ＥがワークピースＷと接触したときに、それは、電極ＥとワークピースＷとの間の電気的な“短絡”として感知される。
【００２８】
短絡に応じて、図３のステージ（ＩＶ）に示されるように、ここでは液滴移行ルーチンとして示されるワイヤ材料移行ルーチンは、電極Ｅ及びワークピースＷを通る電流を増大させ、溶融液滴Ｄを形成し、その後溶融液滴Ｄを電極ＥからワークピースＷに移行させる。図３のステージ（Ｖ）は、ステージ（ＩＶ）で生じた液滴Ｄが溶融池Ｐに移行させられた後の、電極Ｅ、ワークピースＷ及び溶融池Ｐを示す。溶接終了プロセスの液滴移行ルーチンは、ワイヤがガン３２０を通してワークピースＷに向かって更に送り込まれている場合は、電極ＥとワークピースＷとの間の接触の感知を続ける。ステージ（ＩＩＩ）から（Ｖ）は、ワイヤがガン３２０を通して送り込まれることを停止するまで、（例えば、最大で回数の数Ｎまで）繰り返される。様々な実施形態において、ワイヤ材料移行ルーチンは、ＷＦＳ、ワイヤ給送装置、ＣＴＷＤ等に依存して、およそ１００ｍｓ又はそれ以上の間、実行してもよい。
【００２９】
図３のステージ（ＶＩ）において、ワイヤがガン３２０を通して送り込まれることを停止した後の電極Ｅ、ワークピースＷ及びプールＰが示される。短絡を感知することによって電極ＥとワークピースＷとの間の接触が決定される本実施形態において、短絡は感知されない。このステージにおいて、溶接終了プロセスは、電極から延びるワイヤの全て若しくは一部分又はＥＳＯ距離を後退させ、ガン３２０の中に戻すことに進んでもよい。後退距離は、制御装置に関連する探索表の使用を含め、ＥＳＯ、ＣＴＷＤ等に基づいて決定されてもよい。例えば、ＣＴＷＤが２０ｍｍである一つの実施形態において、後退距離は約１９−２１ｍｍであってもよい。他の実施形態において、後退距離は、ＣＴＷＤの約半分であってもよく、約１０ｍｍであってもよい。概して、後退距離は、ワイヤを十分に保護する如何なる距離であってもよく、ＥＳＯ及びＣＴＷＤを除く他の要素に基づいてもよい。例えば、溶接シークエンスが完了し、コンタクトチップがホーム位置又は保管位置に動かされる場合等は、溶接の間の潜在的な障害物に対するコンタクトチップの近さに基づいてもよい。いくつかの実施形態において、後退距離は溶接毎に変動し得る。これらの実施形態において、選択された後退距離だけワイヤを後退させることは、ガンが動かされる間、電極Ｅの先端部をコンタクトチップ内で保護する。
【００３０】
ワイヤ材料移行ルーチンは、例えば溶融液滴の生成及び移行を含む、電極Ｅのワイヤ材料を融解して電極ＥからワークピースＷに移行させるための如何なる適用可能なプロセスでも利用し得る。例えば、ワイヤ材料移行ルーチンは、短絡回路金属移行ルーチン、短絡アーク応答ルーチン、短絡解消ルーチン、表面張力移行（ＳＴＴ）ルーチン等の使用を含んでもよい。様々な実施形態において、（例えば短絡として測定された）接触に応じて、これらのルーチンは、電極Ｅの材料を溶解させるために迅速に電流を（例えば、約５０−１００アンペア毎ミリ秒に）強め、溶融材料を電極ＥからワークピースＷに移行させるために溶融材料に作用するピンチ力を増大させてもよい。いくつかの実施形態において、電流は、短絡が解消されたこと（すなわち、溶融材料がワークピースＷに移行し、もはや電極ＥとワークピースＷとの間の接触を生じさせる如何なる材料も存在しないこと）を示す電圧スパイクが感知されるまで高められる。
【００３１】
例えば、図４は、溶接終了プロセス中に、ワイヤ材料移行ルーチン（例えば、この場合は液滴移行ルーチン）としてＳＴＴルーチンが利用される一つの実施形態を示す。ＷＦＳ４１０は、同じタイムラインに沿って電流４２０の上に示される。時点ｔ１の前に、溶接プロセスは、「Ａ」で示されるように溶融液滴を溶解し、電極の先端部からワークピースに移行させるのに十分な、ピーク電流及びバックグラウンド電流を含む、特定のＷＦＳ及び電流で実行する。時点ｔ１において、溶接終了プロセスが始められる。時点ｔ１における、ワイヤ給送装置に対するワイヤ給送を停止させる信号に従い、ＷＦＳは低下を開始し、ワイヤ給送が実際に停止する時点ｔ２まで低下する。図４は、時点ｔ１及び時点ｔ２にそれぞれ対応する、点４１２から点４１４までの例示的なＷＦＳ低下を示す。簡明さのために、ＷＦＳ４１０は、時点ｔ１と時点ｔ２との間で線形な型式で低下するように示されている。しかしながら、ＷＦＳは、様々な非線形な型式で低下してもよい。溶接終了プロセス及び液滴移行ルーチンは、速度上昇を含む、継時的なワイヤ速度の変動を受け入れることができる。
【００３２】
また、時点ｔ１において、溶接終了プロセスに従い、電流は、バックグラウンド電流よりも低い溶接終了電流まで低減される。上述されたように、溶接終了電流は、溶融材料を溶解させて電極Ｅの先端部からワークピースＷに移行させるのに十分でない。上述されたように、ワイヤ給送装置はＷＦＳ４１０を瞬時に停止することができないため、「Ｂ」で示されるように、電極ＥはワークピースＷに接触し得る。応答して、ＳＴＴ液滴移行ルーチンは、溶接ワイヤの溶融液滴を電極ＥからワークピースＷに移行することを実行する。ステージＣ，Ｄ及びＥは、ＳＴＴ液滴移行ルーチン中の、電流の上昇及び低下を含む、材料の溶融液滴を生成し電極ＥからワークピースＷに移行させることに関連する電流波形４３０を示す。
【００３３】
具体的に、電流は、液滴を生成するために（「Ｃ」参照）迅速に、また、電流の上昇に関連するピンチ力（電磁力）が電極の溶融カラムが狭窄を形成されて下方に落ち始める点まで（「Ｄ」参照）強められてもよい。この点において電源は、継時的な電圧の変化を監視し始めてもよい。なぜなら、それは、溶融金属が尚もワークピースＷ上の溶融池と接触している間の、溶融液滴の狭窄形成に関係するからである。電圧を感知する手段を用いて、電源は、観察された電圧を参照し、新たな電圧値を先の電圧値に対して連続的に比較してもよい。溶融金属が電極Ｅの端部からまさに分離しようとしている点において、電源は、電流をバックグラウンド電流よりも低くまで低下させてもよい。波形４３０内のこの点において、表面張力が崩壊し、溶融液滴はワークピースＷに移行する（「Ｅ」参照）。図４は、電極Ｅのワイヤ材料の液滴を生成してワークピースＷに移行させるために急上昇（スパイク）する、ある具体的な電流プロファイルを有する波形４３０を示すが、時間、電流及び／又は電圧等の他の変動を有する波形形状を含む、如何なる波形形状でも、電極Ｅのワイヤ材料を溶解させて電極ＥからワークピースＷに移行させるために使用され得る。
【００３４】
図示されるように、波形４３０を含むＳＴＴ液滴移行ルーチンは、ＷＦＳがゼロに等しくなるまで、如何なる回数の数Ｎだけ繰り返し実行されてもよい。ＷＦＳが低下するにつれて、ＳＴＴ液滴移行ルーチンの実行の間の時間は、増大してもよい。図４のステージＢ−Ｅを繰り返すことは、ワイヤ給送が停止するまで図３のステージ（ＩＩＩ）−（Ｖ）をループすることに対応する。
【００３５】
このようにして、溶接及び溶接終了プロセスの完了の後に、電極Ｅの先端部には先に溶解された硬化材料がなく、次の溶接のためのより容易なアーク始動を可能にする。上述されたように、ワイヤをガン先端部の中に後退させることによって更なる保護が提供されてもよい。
【００３６】
図５は、プロセスを実行するための例示的な手順／論理回路を示すプロセスフローチャートを含む。図示されるように、複数のブロックは、そこで実行される機能、動作及び／又は事象を示す。電子的アプリケーション及びソフトウェアアプリケーションは、例示されるブロックが図示されたものとは異なる他のシークエンスにおいて実行され得るように、動的且つ柔軟なプロセスを伴うことが明確に理解されるであろう。ソフトウェアとして具体化される要素は、機械語、手続き型、オブジェクト指向型又は人工知能技術のような様々なプログラミングのアプローチを使用して実装され得ることもまた、当業者によって明確に理解されるであろう。さらに、要求され且つ適切である場合には、論理回路／ソフトウェアのいくつか又は全ては、デバイスのオペレーションシステムの一部として具体化されてもよく且つ／或いはデバイスの制御装置内で具体化されてもよいことが、明確に理解されるであろう。
【００３７】
流れ図において、要素は、“処理ブロック”を意味し、論理回路、コンピュータソフトウェアの命令及び／又は一群の命令を示す。ひし形の要素は、“決定ブロック”を意味し、処理ブロックによって示されるコンピュータソフトウェア命令の実行に影響を与える論理回路、コンピュータソフトウェアの命令及び／又は一群の命令を示す。代替的に、処理ブロック及び決定ブロックは、デジタル信号処理回路又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のような機能的に同等な回路によって実行されるステップを示す。流れ図は、如何なる具体的なプログラミング言語の統語論（シンタックス）も表現しない。むしろ、流れ図は、回路を組み立てるため又はシステムの処理を実行するための論理回路／コンピュータソフトウェアを生成するために当業者が使用し得る機能的な情報を例示する。ループ及び変数の初期化並びにテンポラリ変数の使用のような多くのルーチンプログラム要素が図示されていないことが、留意されるべきである。
【００３８】
図５は、例えば、上述のプロセスによる、溶接終了プロセス５００を実行するための例示的な手順／論理回路を例示するプロセス流れ図を示す。本実施形態においては、ブロック５１０において、例えば、予めプログラムされた自動的な溶接の終了、溶接操作者によるトリガの解放等に起因して、溶接終了プロセスが始められる。このステップはまた、電極ワイヤを給送しているワイヤ給送装置を停止させる制御装置の命令及び溶接機の電流を低下させる（すなわち、溶接を停止する）命令に関連付けられてもよい。ブロック５２０において、プロセスは、電極ワイヤとワークピースとの間に（例えば電極ワイヤの継続した給送に起因する）接触があるかどうかを感知する。このステップは、溶接における溶接機の出力線の間の電圧を監視する電圧センサ／感知回路の使用を伴ってもよい。ブロック５２０においてプロセスが電極ワイヤとワークピースとの間の接触を感知した場合は、次いでプロセスはブロック５３０に進む。ブロック５３０において、プロセスは、（例えば、液滴移行ルーチンを含む上述されたルーチンに従って）ワイヤの先端部を融解してワークピースに移行させるためのワイヤ材料移行ルーチンを実行する。ブロック５３０を実行した後に、プロセスは、ブロック５２０に戻って継続し、再び、電極ワイヤとワークピースとの間に接触があるかどうかを感知する。ブロック５２０とブロック５３０との間のループは、電極ワイヤがワークピースと接触し続ける限り継続する。ブロック５２０においてプロセスが電極ワイヤとワークピースとの間の接触を感知しない場合は、次いでプロセスはブロック５４０に進む。ブロック５２０は、電極ワイヤとワークピースとの間に接触がある場合にいつ感知を停止するかのタイマー又はその他の計器の使用を含んでもよい。ブロック５４０において、プロセスは、次の溶接への移動の準備をするためにワイヤを後退させてもよい。
【００３９】
図６は、一つの例示的な溶接システム６００を示し、一つの例示的な自動溶接セル制御装置６１０のブロック図及び一つの例示的なロボット溶接機６２０を含む。自動溶接セル制御装置６１０は、様々な周辺機器及び関連する制御装置を含む溶接システム６００のために必要な他の装置と共に、電源６１２、ロボット制御装置６１４及び溶接制御装置６１６を含んでもよい。ロボット溶接機は、ロボット６２２（例えば、ファナック（登録商標）ロボティクスのＡＲＣ  Ｍａｔｅ（登録商標）ロボット）、溶接ガン６２４及びサーボ制御されるワイヤ給送装置６２６（例えば、ファナック（登録商標）ロボティクスのＳｅｒｖｏＴｏｒｃｈ（商標）を含む。溶接制御装置６１６、電源６１２及びワイヤ給送装置６２６は、関連する電流及び電圧のフィードバック（図示なし）を含めて、図１において上述されたように構成されてもよい。
【００４０】
サーボ制御されるワイヤ給送装置６２６は、ロボット６２２の頭部に一体化されており、ワイヤ供給装置６２８からワイヤを直接的に引っ張り、ワイヤを、溶接ガン６２４を通して電極Ｅに給送する。ワイヤ供給装置６２８は、例えば、溶接ワイヤのスプールであってもよい。溶接セルは、３つの溶接ステーション６３０，６３２，６３４を、それぞれのワークピースＷ１，Ｗ２，Ｗ３と共に含む。
【００４１】
溶接制御装置６１６は、ロボット６２２が溶接ステーション６３０，６３２，６３４における溶接の終点に到達したときに、ワイヤ材料移行ルーチンを含めて溶接終了プロセスを始めてもよい。溶接終了プロセス及びワイヤ材料移行ルーチンは、図３−５に示されたものを含む、上述されたプロセス及びルーチンを含んでもよい。
【００４２】
例えば、一つの実施形態において、溶接ステーション６３０における溶接の終点において、セル制御装置６１０は、ワイヤ給送を停止することを含めて、溶接を停止させるためにロボット制御装置６１４、溶接制御装置６１６及びワイヤ給送装置６２６と通信してもよい。溶接制御装置６１６は溶接終了プロセスを始め、ワイヤ給送装置６２６がワイヤの給送を停止するまで、電極ＥとワークピースＷ１との間の接触を感知してもよい。電極ＥとワークピースＷ１との間の接触の感知に応じて、制御装置は、ワイヤ給送装置６２６が停止するまで、材料を溶解して電極ＥからワークピースＷ１に移行させるためのワイヤ材料移行ルーチンを繰り返し実行してもよい。ひとたびワイヤ給送装置６２６がワイヤの前進を停止すると、例えば溶接ステーション６３２における更なる溶接のための適切な位置にロボット６２２が溶接ガン６２４を動かす際にワイヤが損傷されないように、溶接制御装置６１６は、ワイヤ給送装置６２６に、ワイヤを溶接ガン６２４の中に後退させるように命令してもよい。このプロセスは、全ての溶接の終点において繰り返されてもよい。上述の構成要素及び装置のいずれも、同じ能力を尚も含んだままで、他の装置と組み合わせられてもよく又は他の装置に分割されてもよいことが、明確に理解されるべきである。例えば、ロボット制御装置６１４及び溶接制御装置６１６は、例えば、セル制御装置６１０を含む、一つの制御装置の中に組み合わされてもよい。同様に、様々なデバイスに関連する論理回路は、様々な構成要素の内部で記憶され、実行されてもよい。
【００４３】
本明細書において議論された複数の実施形態は上記のシステム及び方法に関係していたが、これらの実施形態は、例示的であるように意図されており、これらの実施形態の適用可能性を本明細書において説明されたそれらの議論のみに限定するように意図されていない。本明細書において議論された制御システム及び方法論は、上記の考案の精神及び範囲から逸脱することなく、アーク溶接、レーザー溶接、ろう付け、はんだ付け、プラズマ切断、水ジェット切断、レーザー切断、及び類似の制御方法論を使用する任意のその他のシステム又は方法に関係するシステム及び方法に、同等に適用可能であり、利用され得る。本明細書における複数の実施形態及び議論は、当業者によって、これらのシステム及び方法論のいずれにも容易に組み込まれ得る。例えば、ある実施形態はＧＭＡＷプロセスを記述するが、本考案はまた、例えば、フラックス入りガスシールド（ＦＣＡＷ−Ｇ）、フラックス入りセルフシールド（ＦＣＡＷ−Ｓ）等を含む、他の溶接プロセスにも適用可能である。
【００４４】
本考案は、その実施形態の記述によって説明され、また、複数の実施形態は幾分詳細に記述されたが、本出願人は、添付の請求の範囲をそのような詳細に制限すること又は如何なる意味においても限定することを意図しない。追加的な利点及び変更が、当業者には容易に思われるであろう。したがって、その広い態様における本考案は、特定の詳細、代表的な装置又は方法、及び図示及び記述された例示的な実施例に限定されない。その結果、本出願人の全体的な考案の構想の精神及び範囲から逸脱することなく、前記の詳細からの発展が成され得る。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年3月14日(2016.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
溶接システムであって、
溶接電源、
溶接ワイヤを供給するように構成されたワイヤ給送装置、
開口部を有し、該開口部から溶接ワイヤが延びる溶接ガン、並びに
前記溶接電源及び前記ワイヤ給送装置と動作的に連絡する溶接制御装置であり、該溶接制御装置は、
溶接終了プロセスを始めるための論理回路、
前記溶接ワイヤとワークピースとの間の接触を感知するための論理回路、及び
溶接ワイヤの溶融液滴を前記溶接ワイヤから前記ワークピースに移行させるための液滴移行ルーチンを実行するための論理回路、を有し、
前記液滴移行ルーチンは、前記溶接終了プロセス中に、前記ワイヤ給送装置が前記ワークピースに向かって前記溶接ワイヤを前進させることを停止するまで繰り返される、溶接制御装置、
を有する、システム。
【請求項２】
前記溶接制御装置は、前記溶接終了プロセスを完了した後に前記溶接ワイヤを後退させるための論理回路を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記溶接ワイヤとワークピースとの間の接触を感知するための前記論理回路は、前記溶接ワイヤと前記ワークピースとの間の電気的短絡を感知するための論理回路を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
当該溶接システムは、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）用に構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
当該溶接システムは、自動的な溶接プロセス用に構成されており、前記溶接終了プロセスを始めるための前記論理回路は、溶接終了シークエンスステップに関連する信号に応答する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
当該溶接システムは、半自動的な溶接プロセス用に構成されており、前記溶接終了プロセスを始めるための前記論理回路は、前記溶接ガンのトリガの解放に関連する信号に応答する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ワイヤ給送装置は、サーボ給送制御装置を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
溶接システムであって、
少なくとも溶接電力を供給するための手段、溶接ワイヤを供給するための手段、及び、開口部を有する溶接するための手段であり、該開口部から前記溶接ワイヤが延びる、溶接するための手段を有する、溶接装置、並びに
溶接終了プロセスを始めるための手段、
前記溶接ワイヤとワークピースとの間の接触を感知するための手段、及び
前記溶接ワイヤの溶融材料を前記溶接ワイヤから前記ワークピースに移行させるための、ワイヤ材料移行ルーチンを実行するための手段を有する、制御装置、
を有し、
前記ワイヤ材料移行ルーチンは、前記溶接終了プロセス中に、前記ワイヤを供給するための手段が前記溶接ワイヤを前記ワークピースに向かって前進させることを停止するまで繰り返される、
システム。