(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の板材から形成されるワークを設置台に取り付けてアーク溶接を開始するアーク溶接開始方法において、
溶接開始指令が出力されると、給電金具をワークに押し付けてワークと設置台とを接触状態にし、前記給電金具と設置台との間に電圧を印加して前記給電金具からワークを経て設置台へと接触電流を通電して通電経路中の板材表面のメッキ層又は加工用油を除去することによって、板材間及びワーク・設置台間の接触抵抗を減少させ、前記接触電流の通電を停止した後に溶接電源によって溶接用電極とワークとの間にアークを発生させて溶接を開始する、ことを特徴とするアーク溶接開始方法。
【請求項２】
請求項１記載の接触電流の通電を、補助電源によって行う、ことを特徴とするアーク溶接開始方法。
【請求項３】
請求項１記載の接触電流の通電を、溶接電源の出力経路を切り換えて行う、ことを特徴とするアーク溶接開始方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークと設置台との間の接触抵抗を減少させてアークスタート性を良好にするためのアーク溶接開始方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、溶接ロボットを用いた一般的なアーク溶接装置の構成図である。同図は消耗電極式アーク溶接の場合である。溶接開始指令生成回路ＳＴは、溶接を開始するための溶接開始指令Ｓｔを出力する。この溶接開始指令生成回路ＳＴには、溶接開始ボタン、ＰＬＣ等が対応する。ロボット制御装置ＲＣは、上記の溶接開始指令Ｓｔを受けて、マニピュレータＲＭの各軸のサーボモータを制御する動作制御信号Ｍｃを出力すると共に、クランプ４ａ、４ｂの開閉を制御するクランプ制御信号Ｃｃ及び溶接電源ＰＳを起動する起動信号Ｏｎを出力する。溶接電源ＰＳは、上記の起動信号Ｏｎを受けて、出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを出力すると共に、送給モータＭを制御するための送給制御信号Ｆｃを出力する。マニピュレータＲＭは、送給モータＭ及び溶接トーチ５を搭載し、教示された溶接線に沿って溶接トーチ先端を移動させる。溶接用電極（消耗電極）である溶接ワイヤ１は、送給モータＭによって送給される。ワーク３は、設置台２に載置されて、クランプ４ａ、４ｂによって固定される。
【０００３】
図９は、上記の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始指令Ｓｔの、同図（Ｂ）はクランプ制御信号Ｃｃの、同図（Ｃ）は起動信号Ｏｎの、同図（Ｄ）は出力電流Ｉｏの時間変化を示す。以下、同図を参照して溶接開始時の動作を説明する。
【０００４】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始指令Ｓｔが出力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、クランプ制御信号ＣｃがＨｉｇｈレベルになり、クランプ４ａ、４ｂが閉まりワーク３が設置台２に固定される。時刻ｔ２において、同図（Ｃ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、溶接電源ＰＳは溶接ワイヤ１の送給を開始してアークが発生し、同図（Ｄ）に示すように、出力電流Ｉｏが通電して溶接が開始する。時刻ｔ３において、マニピュレータＲＭが溶接線の終端に達すると、同図（Ｃ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになり、同図（Ｄ）に示すように、出力電流Ｉｏの通電が停止して溶接を終了する。時刻ｔ４において、同図（Ｂ）に示すように、クランプ制御信号ＣｃがＬｏｗレベルになり、クランプ４ａ、４ｂが開放されて、ワーク３の交換が行われる。
【０００５】
上記の時刻ｔ２において、円滑にアークを発生させることが、良好な溶接品質を得るための重要な要素である。このアークスタート性を良好にするために、特許文献２に記載する従来技術１では、溶接電源の出力端子間に大容量のコンデンサを設け、アークスタート時にこのコンデンサから急峻な大電流を通電することによってアークスタート性を向上させている。
【０００６】
また、特許文献３に記載する従来技術２では、溶接電源に測定モードという特別なモードを設け、この測定モードでは溶接電源の出力端子間の通電経路抵抗値を測定する。溶接電源の出力端子と溶接トーチとの接続状態及び出力端子と母材との接続状態（アース状態）に接続不良がある場合、上記の通電経路抵抗値がしきい値よりも大きくなるために、アース状態等の不良を発見することができる。したがって、溶接装置を配置・接続するセ；チトアップ時に１回テストすることになる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２３５４９４号公報
【特許文献２】特開昭６１−７８５６９号公報
【特許文献３】特開２００４−７４２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１０は、ワーク３ａ、３ｂから設置台２への出力電流Ｉｏの通電経路を示す図である。同図では、ワークは上板３ａと下板３ｂとからなる重ね継手の場合であり、板材には亜鉛メッキ層６ａ、６ｂが表面加工されている場合である。同図に示すように、出力電流Ｉｏは上板３ａ→亜鉛メッキ層６ａ→下板３ｂ→亜鉛メッキ層６ｂ→設置台２の経路で通電する。この亜鉛メッキ層６ａ、６ｂは板材間及びワーク・設置台間の接触抵抗値を大幅に大きくする。アークスタート時において接触抵抗値が大きいと、出力電流Ｉｏが急峻に立ち上がることができずにアークスタート性が悪くなる。一旦アークスタートすると、電流の通電によって通電経路の亜鉛メッキ層６ａ、６ｂが除去されて接触抵抗値は小さくなる。このために、定常時は良好な溶接が行うことができる。
【０００９】
上述した従来技術１によってアークスタート時にコンデンサからの急峻な電流を通電しようとしても、上記の接触抵抗値が大きいために急峻に通電することができない。この結果、アークスタート性の悪さは改善されない。さらに、上述した従来技術２は、アース状態等の接続不良を発見して警報を発するものである。このために、ワークを次々と交換して溶接する際の大きな接触抵抗値に起因するアークスタート不良を改善することができない。上記においては、ワークを形成する板材表面に亜鉛メッキ層が存在する場合であるが、これ以外にも機械加工用の油が付着している場合又は板材自体の抵抗値が大きいステンレス鋼板の場合ても接触抵抗値は大きくなる。
【００１０】
そこで、本発明では、板材表面にメッキ層、加工用油等が存在するために板材間及びワーク・設置台間の接触抵抗値が大きくなった場合でも、良好なアークスタート性を得ることができるアーク溶接開始方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、複数の板材から形成されるワークを設置台に取り付けてアーク溶接を開始するアーク溶接開始方法において、
溶接開始指令が出力されると、給電金具をワークに押し付けてワークと設置台とを接触状態にし、前記給電金具と設置台との間に電圧を印加して前記給電金具からワークを経て設置台へと接触電流を通電して通電経路中の板材表面のメッキ層又は加工用油を除去することによって、板材間及びワーク・設置台間の接触抵抗を減少させ、前記接触電流の通電を停止した後に溶接電源によって溶接用電極とワークとの間にアークを発生させて溶接を開始する、ことを特徴とするアーク溶接開始方法である。
【００１２】
また、第２の発明は、第１の発明記載の接触電流の通電を、補助電源によって行う、ことを特徴とするアーク溶接開始方法である。
【００１３】
また、第３の発明は、第１の発明記載の接触電流の通電を、溶接電源の出力経路を切り換えて行う、ことを特徴とするアーク溶接開始方法である。
【発明の効果】
【００１４】
上記第１の発明によれば、アークスタート前に、給電金具をワークに押し付けて接触電流を通電することによって、通電経路中のメッキ層、油等が除去してワーク・設置台間の接触抵抗値を小さくすることができる。特に、ワークを形成する板材が亜鉛メッキ鋼板又は油の付着した鋼板のように接触抵抗値が大きい場合には、その接触抵抗値を大きく減少させることができる。この結果、ワークを交換するごとに小さな接触抵抗値の状態にすることができ、常に良好なアークスタート性を得ることができる。また、ワークが交換されるごとに自動的に接触電流の通電及び停止制御が行われるので、本発明は自動溶接システムに適用することができる。
【００１５】
上記第２の発明によれば、接触電流を溶接電源とは別個の補助電源によって供給することで、上述した第１の発明の効果を奏することができる。このために、溶接電源として通常のものを使用することができる
。
【００１６】
上記第３の発明によれば、接触電流を溶接電源の通電経路を溶接時とは切り換えて供給することで、上述した第１の発明の効果を奏することができる。このために、溶接電源とは別個の補助電源を必要としないという有利さがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接開始方法を実施するための溶接装置の構成図である。同図において上述した図８と同一物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図８とは異なる点線で示す構成物について説明する。
【００１９】
ロボット制御装置ＲＣ２は、溶接開始指令Ｓｔを受けて、マニピュレータＲＭの各軸のサーボモータを制御する動作制御信号Ｍｃを出力すると共に、クランプ４の開閉を制御するクランプ制御信号Ｃｃ、給電金具７の開閉を制御する給電金具制御信号Ｋｃ、補助電源ＨＰの起動を制御する補助電源起動信号Ｈｐ及び溶接電源ＰＳの起動を制御する起動信号Ｏｎを出力する。給電金具７は、設置台２とは絶縁されており、上記の給電金具制御信号Ｋｃに従ってワーク３へ押し付けられる。ワーク３に押し付けられる部分は、銅、アルミニウム等の導電性の良い材料を使用する。補助電源ＨＰは、上記の補助電源起動信号Ｈｐに従って起動されて給電金具７と設置台２との間に電圧を印加し、給電金具７を介してワーク３→設置台２へと接触電流Ｉｓを通電する。補助電源ＨＰは、定電流特性又は垂下特性の電源で良い。また、補助電源ＨＰは、商用電源を変圧器で降圧して限流抵抗器を挿入した簡単な構成のものでも十分である。接触電流Ｉｓの電流値及び通電時間は、小径の通電経路中のメッキ層、油等が除去されて接触抵抗値が小さくなる値の組合せであれば良い。
【００２０】
図２は、図１で上述した溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始指令Ｓｔの、同図（Ｂ）は給電金具制御信号Ｋｃの、同図（Ｃ）はクランプ制御信号Ｃｃの、同図（Ｄ）は補助電源起動信号Ｈｐの、同図（Ｅ）は接触電流Ｉｓの、同図（Ｆ）は溶接電源ＰＳの起動信号Ｏｎの、同図（Ｇ）は出力電流Ｉｏの時間変化を示す。以下、同図を参照して溶接開始時の動作を説明する。
【００２１】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始指令Ｓｔが出力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、給電金具制御信号ＫｃがＨｉｇｈレベルになり、給電金具７がワーク３に押し付けられる。時刻ｔ２において、同図（Ｄ）に示すように、補助電源起動信号ＨｐがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｅ）に示すように、補助電源ＨＰ→給電金具７→ワーク３→設置台２の経路で接触電流Ｉｓが通電する。これにより、通電経路中のメッキ層、油等が除去されて接触抵抗値が小さくなる。
【００２２】
時刻ｔ３において、同図（Ｄ）に示すように、補助電源起動信号ＨｐがＬｏｗレベルになると、同図（Ｅ）に示すように、接触電流Ｉｓの通電は停止する。時刻ｔ４において、同図（Ｃ）に示すように、クランプ制御信号ＣｃがＨｉｇｈレベルになり、クランプ４が閉じてワーク３を設置台２に固定する。時刻ｔ５において、同図（Ｆ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになり、溶接ワイヤ１の送給及び溶接電源の出力が開始されて、同図（Ｇ）に示すように、良好なアークスタートが行われて出力電流Ｉｏが通電する。良好なアークスタートとなる理由は、接触電流Ｉｓの通電によって接触抵抗値が小さくなっているためである。この動作をワーク３が交換される度に自動的に行うことで、常に良好なアークスタート性を得ることができる。
【００２３】
上記において、同図（Ｃ）に示すクランプ制御信号Ｃｃを、同図（Ｂ）に示す給電金具７と同じタイミングの時刻ｔ１にＨｉｇｈレベルにして閉じるようにしても良い。この場合、接触電流Ｉｓの一部がクランプ４側にも分留するが、上述した効果にはほとんど影響しない。
【００２４】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接開始方法を実施するための溶接装置の構成図である。同図において上述した図１と同一物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図１とは異なる点線で示す構成物について説明する。
【００２５】
ロボット制御装置ＲＣ３は、溶接開始指令Ｓｔを受けて、マニピュレータＲＭの各軸のサーボモータを制御する動作制御信号Ｍｃを出力すると共に、クランプ４の開閉を制御するクランプ制御信号Ｃｃ、給電金具７の開閉を制御する給電金具制御信号Ｋｃ、溶接電源ＰＳからの出力電流Ｉｏの通電経路を切り換える接点を開閉する接点開閉信号Ｃｒ及び溶接電源ＰＳの起動を制御する起動信号Ｏｎを出力する。電磁開閉器ＣＲは、上記の接点開閉信号Ｃｒに従ってその接点を開閉する。この接点を閉状態にして溶接電源ＰＳを起動することによって、接触電流Ｉｓを給電金具７→ワーク３→設置台２の経路で通電する。このとき、溶接用電極（溶接ワイヤ１）はワーク３と離れた位置にある。また、接触電流Ｉｓ通電時の溶接電源ＰＳの特性は、定電流特性又は垂下特性で良い。また、上記の電磁開閉器ＣＲの代わりにスイッチング素子を使用しても良い。
【００２６】
図４は、図３で上述した溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始指令Ｓｔの、同図（Ｂ）は給電金具制御信号Ｋｃの、同図（Ｃ）はクランプ制御信号Ｃｃの、同図（Ｄ）は接点開閉信号Ｃｒの、同図（Ｅ）は接触電流Ｉｓの、同図（Ｆ）は溶接電源ＰＳの起動信号Ｏｎの、同図（Ｇ）は出力電流Ｉｏの時間変化を示す。以下、同図を参照して溶接開始時の動作を説明する。
【００２７】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始指令Ｓｔが出力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、給電金具制御信号ＫｃがＨｉｇｈレベルになり、給電金具７がワーク３に押し付けられる。時刻ｔ２において、同図（Ｄ）に示すように、接点開閉信号ＣｒがＨｉｇｈレベルになり、かつ、同図（Ｆ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、溶接電源ＰＳの出力電流Ｉｏの経路が切り換わり、同図（Ｅ）に示すように、給電金具７→ワーク３→設置台２の経路で接触電流Ｉｓ（＝出力電流Ｉｏ）が通電する。これにより、通電経路中のメッキ層、油等が除去されて、接触抵抗値が小さくなる。
【００２８】
時刻ｔ３において、同図（Ｄ）に示すように、接点開閉信号ＣｒがＬｏｗレベルになり、同図（Ｆ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになると、同図（Ｅ）に示すように、接触電流Ｉｓの通電は停止する。時刻ｔ４において、同図（Ｃ）に示すように、クランプ制御信号ＣｃがＨｉｇｈレベルになり、クランプ４が閉じられてワーク３を設置台２に固定する。時刻ｔ５において、同図（Ｆ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになり、溶接ワイヤ１の送給及び溶接電源の出力が開始されて、同図（Ｇ）に示すように、良好なアークスタートが行われて出力電流Ｉｏが通電し溶接が行われる。良好なアークスタートとなる理由は、接触電流Ｉｓの通電によって接触抵抗値が小さくなっているためである。この動作をワーク３が交換される度に自動的に行うことで、常に良好なアークスタート性を得ることができる。
【００２９】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３に係るアーク溶接開始方法を実施するための溶接装置の構成図である。同図において上述した図３と同一物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図３とは異なる点線で示す構成物について説明する。
【００３０】
ロボット制御装置ＲＣ４は、溶接開始指令Ｓｔを受けて、マニピュレータＲＭの各軸のサーボモータを制御する動作制御信号Ｍｃを出力すると共に、クランプ４の開閉を制御するクランプ制御信号Ｃｃ、給電金具７の開閉を制御する給電金具制御信号Ｋｃ及び溶接電源ＰＳの起動を制御する起動信号Ｏｎを出力する。同図では、溶接電源ＰＳの出力端子は図３とは異なり直接給電金具７に接続される。給電金具７をワーク３に押し付けられた状態にして溶接電源ＰＳを起動することによって、接触電流Ｉｓを給電金具７→ワーク３→設置台２の経路で通電する。このときの溶接電源ＰＳの特性は、定電流特性又は垂下特性で良い。溶接を行うときは、給電金具７を開放して出力電流Ｉｏの分流経路を切り離し、出力電流Ｉｏが溶接ワイヤ１→ワーク３→設置台２と通常経路で通電するようにする。すなわち、同図では接点の代わりに給電金具７の開閉を利用していることになる。
【００３１】
図６は、図５で上述した溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始指令Ｓｔの、同図（Ｂ）は給電金具制御信号Ｋｃの、同図（Ｃ）はクランプ制御信号Ｃｃの、同図（Ｄ）は接触電流Ｉｓの、同図（Ｅ）は溶接電源ＰＳの起動信号Ｏｎの、同図（Ｆ）は出力電流Ｉｏの時間変化を示す。以下、同図を参照して溶接開始時の動作を説明する。
【００３２】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始指令Ｓｔが出力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、給電金具制御信号ＫｃがＨｉｇｈレベルになり、給電金具７がワーク３に押し付けられる。時刻ｔ２において、同図（Ｅ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｄ）に示すように、給電金具７→ワーク３→設置台２の経路で接触電流Ｉｓが通電する。これにより、通電経路中のメッキ層、油等が除去されて、接触抵抗値が小さくなる。
【００３３】
時刻ｔ３において、同図（Ｅ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになり、かつ、同図（Ｂ）に示すように、給電金具制御信号ＫｃがＬｏｗレベルになると、同図（Ｄ）に示すように、接触電流Ｉｓの通電は停止する。これにより、給電金具７がワーク３から解放されるので、溶接電源ＰＳの出力電流Ｉｏの通電経路は通常の溶接トーチ５側となる。時刻ｔ４において、同図（Ｃ）に示すように、クランプ制御信号ＣｃがＨｉｇｈレベルになり、クランプ４が閉じられてワーク３を設置台２に固定する。時刻ｔ５において、同図（Ｅ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになり、溶接ワイヤ１の送給及び溶接電源の出力が開始されて、同図（Ｆ）に示すように、良好なアークスタートが行われて出力電流Ｉｏが通電し溶接が行われる。良好なアークスタートとなる理由は、接触電流Ｉｓの通電によって、接触抵抗値が小さくなっているためである。この動作をワーク３が交換される度に自動的に行うことで、常に良好なアークスタート性を得ることができる。上記において、ワーク３又は設置台２から絶縁されたクランプ４を使用し、時刻ｔ１において、同図（Ｃ）に示すクランプ制御信号ＣｃをＨｉｇｈレベルに変化させてクランプ４を閉状態にしても良い。
【００３４】
［効果の一例］
図７は、従来技術１と本発明とで不良なアークスタートが発生する比率（不良スタート率）を比較した図である。同図は、板材に板厚２mmの亜鉛メッキ鋼板及び軟鋼を使用して炭酸ガスアーク溶接を行った場合であり、ワークを交換しながら多数回のアークスタート試験を繰り返し不良なアークスタートとなった比率を測定したものである。同図から明らかなように、亜鉛メッキ鋼板の不良スタート率は大幅に減少している。また、軟鋼の場合もアークスタート性が改善されている。上記から、本発明は通常の軟鋼に対してもアークスタート性が改善するが、特に、亜鉛メッキ鋼板、油の付着した鋼板及びステンレス鋼板に対してアークスタート性を大幅に改善する。上述した実施の形態１〜３では、接触電流の通電制御をロボット制御装置ＲＣ２〜ＲＣ４が行う場合を例示したが、溶接電源ＰＳ又は別の制御装置が行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接開始方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図２】図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係るアーク溶接開始方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図４】図３の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３に係るアーク溶接開始方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図６】図５の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。
【図７】従来技術１と本発明との不良スタート率の比較図である。
【図８】従来技術におけるアーク溶接開始方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図９】図８の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。
【図１０】課題を説明するためのワーク３ａ、３ｂから設置台２への出力電流Ｉｏの通電経路を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１            溶接ワイヤ
２            設置台
３            ワーク
３ａ            上板
３ｂ            下板
４、４ａ、４ｂ        クランプ
５            溶接トーチ
６ａ、６ｂ        亜鉛メッキ層
７            給電金具
Ｃｃ            クランプ制御信号
ＣＲ            電磁開閉器
Ｃｒ            接点開閉信号
Ｆｃ            送給制御信号
ＨＰ            補助電源
Ｈｐ            補助電源起動信号
Ｉｏ            出力電流
Ｉｓ            接触電流
Ｋｃ            給電金具制御信号
Ｍ            送給モータ
Ｍｃ            動作制御信号
Ｏｎ            起動信号
ＰＳ            溶接電源
ＲＣ            ロボット制御装置
ＲＣ２〜ＲＣ４        ロボット制御装置
ＲＭ            マニピュレータ
ＳＴ            溶接開始指令生成回路
Ｓｔ            溶接開始指令
Ｖｏ            出力電圧
【図１】
0004847079.tif 000002
【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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【図１０】
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