(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電圧・大電流の出力を最終段に設けた半導体素子を介して外部出力端子に出力する溶接電圧出力回路を備えるアーク溶接用電源において、高電圧・小電流の出力を出力する検査電圧出力回路と、第１と第２のスイッチを備える切替回路と、短絡判定回路と、溶接電圧検出回路とを設け、前記半導体素子を前記検査電圧に耐えられるものとし、前記検査電圧出力回路の一方の出力端を第１のスイッチを介して前記外部出力端子の一方に、また他方の出力端を前記外部出力端子の他方にそれぞれ接続し、前記溶接電圧検出回路の一方の入力端を第２のスイッチを介して前記外部出力端子の一方に、また他方の入力端を前記外部出力端子の他方にそれぞれ接続し、前記短絡判定回路の一方の入力端を前記検査電圧出力回路の一方の出力端に、また他方の入力端を前記検査電圧出力回路の他方の出力端にそれぞれ接続し、前記切替回路により前記第１と第２のスイッチを排他制御すると共に、前記短絡判定回路の判定結果を外部に出力するように構成し、前記検査電圧出力回路、前記切替回路、前記短絡判定回路および前記溶接電圧検出回路を前記溶接電圧出力回路が収納される筐体に収納したことを特徴とするアーク溶接用電源。
【請求項２】
前記第１または第２のスイッチのいずれか一方を閉じる時、前記切替回路は前記外部出力端子間の電圧が０であることを確認する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用電源。
【請求項３】
前記外部出力端子間に検査電圧が出力されていることを表示する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用電源。
【請求項４】
前記短絡判定回路に、電極とワークが短絡した場合と等価の信号を出力させる手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用電源。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボット等による自動溶接に好適なアーク溶接用電源に関するものである。
【従来の技術】
例えば消耗電極式のアーク溶接をする場合、良好な溶接部を得るためには、ワイヤに給電するためのチップ先端とワークとの距離を一定に保つ必要がある。しかし、ロボット等により自動溶接をする場合、ワークの固定位置にはばらつきがある。そこで、溶接開始前にチップ先端とワークとの距離を測定し、チップ先端をワークに対して予め定めた値に補正してから溶接をするようにしている。両者の位置を確認する方法としては、チップとワークとの間に所定の電圧を印加しておき、チップ先端から所定の長さ突き出させたワイヤを触針にして前記電圧が０あるいは所定の電圧以下になる位置を探すことにより両者の位置を求めている。以下、特開平２−１７９３６１号公報に開示された技術を図により説明する。図５はロボットにより溶接をする場合の外部接続図である。図で、１はアーク溶接用電源で、ダイオード２を介して直流電圧を外部出力端子３、４間に出力する。５はプラス側の出力ケーブルで、外部出力端子３とチップ６を接続している。７はワイヤ。８はロボットで、チップ６を保持している。９はマイナス側の出力ケーブルで、外部出力端子４とワーク１０を接続している。１１は開始点検出ユニットで、内部に直流の高電圧を発生する電源部１２と、リレー１３を内蔵している。リレー１３のａ接点は抵抗成分１４の一方の端子に、ｂ接点は電源部のプラス側端子に、共通端子ｃは出力ケーブル５にそれぞれ接続されている。そして、抵抗成分１４の他方の端子と電源部１２のマイナス側端子は、それぞれ出力ケーブル９に接続されている。なお、抵抗成分１４は溶接中に溶接電圧のフィードバックを行うための溶接電圧検出回路に含まれるものであり、大きさは数キロオーム程度である。１５は制御装置で、ロボット８を制御すると共に、インターフェイス１６、１７を介して溶接電源１および開始点検出ユニット１１を制御する。
以下、動作を説明する。ワイヤ７の先端とワーク１０との距離を測定するときには、リレー１３のｂ接点と共通端子ｃとを接続する。そして、ワイヤ７とワーク１０の間に直流高電圧を印加する。この場合、印加する電圧値が高いから、ワーク１０の表面に電気抵抗が大きい錆等が存在していても、両者間の短絡を確実に判定できる。なお、抵抗成分１４を溶接電源１の出力回路に接続した状態で検出電圧を印加すると、抵抗成分１４が回り回路になってワイヤ７とワーク１０間に印加される電圧値が降下してしまい、両者間の短絡判定が不確実になる。
【発明が解決しようとする課題】
通常、アーク溶接用電源１の無負荷電圧は１００Ｖ以下であるため、耐圧が低いダイオード２も使用される。このため、高い検出電圧を常に印加できるとは限らず、耐圧が低いダイオード２を使用したアーク溶接用電源１の場合は、検出電圧の値を下げる必要があった。また、溶接をするための装置数が多く、設置面積を必要とした。また、それぞれの装置を接続する信号ケーブルや制御用電源ケーブルの数が多くなり、保守点検が面倒であった。
本発明の目的は、上記した課題を解決し、保守点検が容易で、設置面積を必要とせず、さらにワイヤとワークの短絡を確実に判定することができるアーク溶接用電源を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、低電圧・大電流の出力を最終段に設けた半導体素子を介して外部出力端子に出力する溶接電圧出力回路を備えるアーク溶接用電源において、高電圧・小電流の出力を出力する検査電圧出力回路と、第１と第２のスイッチを備える切替回路と、短絡判定回路と、溶接電圧検出回路とを設け、前記半導体素子を前記検査電圧に耐えられるものとし、前記検査電圧出力回路の一方の出力端を第１のスイッチを介して前記外部出力端子の一方に、また他方の出力端を前記外部出力端子の他方にそれぞれ接続し、前記溶接電圧検出回路の一方の入力端を第２のスイッチを介して前記外部出力端子の一方に、また他方の入力端を前記外部出力端子の他方にそれぞれ接続し、前記短絡判定回路の一方の入力端を前記検査電圧出力回路の一方の出力端に、また他方の入力端を前記検査電圧出力回路の他方の出力端にそれぞれ接続し、前記切替回路により前記第１と第２のスイッチを排他制御すると共に、前記短絡判定回路の判定結果を外部に出力するように構成し、前記検査電圧出力回路、前記切替回路、前記短絡判定回路および前記溶接電圧検出回路を前記溶接電圧出力回路が収納される筐体に収納したことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１または第２のスイッチのいずれか一方を閉じる時、前記切替回路は前記外部出力端子間の電圧が０であることを確認する手段を設けたことを特徴とする。
さらに、請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記外部出力端子間に検査電圧が出力されていることを表示する手段を設けたことを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記短絡判定回路に、電極とワークが短絡した場合と等価の信号を出力させる手段を設けたことを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。◆
図１は本発明の一実施の形態に係るアーク溶接用電源を用いてロボットにより溶接をする場合の外部接続図であり、図５と同じものまたは同一機能のものは同一符号を付して説明を省略する。２１は入力側ダイオードで、三相交流電源２２の交流電圧を整流する。２３はスイッチング回路で、通常ＩＧＢＴやＦＥＴ等の大電流スイッチング素子で構成され、入力側ダイオードで整流された電流を約２０ｋＨｚの交流電流に変換しする。２４はスイッチング制御回路でスイッチング回路２３を構成する大電流スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦのタイミング制御を行う。２５は高周波トランスである。そして、ダイオード２は直流３００Ｖに十分耐えられるものが使用されている。２６はリアクタである。２７は溶接電圧検出回路で、電圧表示器２７ａ、コンデンサ２７ｂ、抵抗２７ｃ、バリスタ２７ｄで構成されている。そして、溶接電圧検出回路２７のプラス側はスイッチ２８の一方の端子に、マイナス側は外部出力端子４に接続されている。スイッチ２８の他方の端子は外部出力端子３に接続されている。
３０は絶縁トランスで、二次側巻線３０ａは整流用ダイオード３１と共に検査電圧出力回路３２を構成し、波高値約３００Ｖ（以下、電圧Ｖａという。）の直流電圧を出力する。３３は抵抗で、二次側巻線３０ａを流れる電流を数十ｍＡ以下に制限する。そして、検査電圧出力回路３２のプラス側は抵抗３３を介してスイッチ２９の一方の端子に、マイナス側は外部出力端子４に接続されている。スイッチ２９の他方の端子は外部出力端子３に接続されている。また、二次側巻線３０ｂは整流用ダイオード３４および電圧安定化回路３５とで検出回路用電源を構成し、１５Ｖの直流電圧を出力する。
４０は短絡判定回路である。４１，４２は抵抗で、電圧Ｖａを分圧する。４３はツェナーダイオード、４４はコンデンサ４４である。ここで、ツェナーダイオード４３の両端の電圧はＶｂである。４５は基準電圧発生回路で、基準電圧Ｖｃを電圧比較器４６に入力する。電圧比較器４６はＶｃ≧Ｖｂのとき短絡信号Ｓを出力する。４７はスイッチで、端子はツェナーダイオード４３の両端に接続されている。
５０は切替回路で、制御装置１５からの指令により、スイッチ２８、２９、４７を切り換える。また、５１はランプで、スイッチ２９が閉じると点灯するように構成されている。そして、上記検査電圧出力回路３２、切替回路５０、短絡判定回路４０および溶接電圧検出回路２７は溶接電圧出力回路を収納するアーク溶接用電源１の筐体に収納されている。
次に、本実施の形態の動作を図２により説明する。図２は本実施の形態の動作を示すフローチャートである。なお、チップ６は移動原点にあり、チップ６の先端からワイヤ７を所定の長さ突き出させてあり、スイッチング制御回路２４はオフされている。
先ず、外部出力端子３と外部出力端子４の間の端子間電圧が０であることを確認し（手順Ｓ１０）、０でない場合は、０になるのを待つ。端子間電圧が０になったら、スイッチ２８を開く（手順Ｓ２０）。次に、スイッチ２９を閉じると（手順Ｓ３０）、外部出力端子３と外部出力端子４の間に電圧Ｖａが印加されると共に、ランプ５１が点灯する。そして、短絡信号Ｓが出力されるまで、チップ６を現在位置を確認しながら所定の方向に移動させ（手順Ｓ４０）、短絡信号Ｓが出力されたら（手順Ｓ５０）、移動を停止して（手順Ｓ６０）移動原点からの距離を求め、予めプログラムされた位置と実際の位置との誤差を計算する。そして、位置測定作業が総て完了したかどうかを確認し（手順Ｓ７０）、終了していない場合は手順Ｓ４０の処理に戻り、位置測定作業が終了の場合はスイッチ２９を開いてから（手順Ｓ８０）、スイッチ２８を閉じる（手順Ｓ９０）。
次に、図３により、短絡判定回路４０の動作をさらに詳細に説明する。図３は電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃのタイミングチャートである。ワイヤ７の先端がワーク１０に接触すると（図中の時間Ｔａ）、電圧Ｖａは直ちに約０に下がる。この結果、電圧Ｖｂは抵抗４１、４２およびコンデンサ４３からなるＣＲ回路で決まる時定数によって低下する。そして、Ｖｃ≧Ｖｂになると（図中の時間Ｔｂ）、電圧比較器４６は短絡信号Ｓ（論理値１の信号）を出力する。なお、接触していたワイヤ７がワーク１０から離れると（図中の時間Ｔｃ）、ワイヤ７とワーク１０との間には再び電圧Ｖａが印加される。また、電圧Ｖｂは上記ＣＲ回路で決まる時定数によって上昇し、Ｖｂ＞Ｖｃになると（図中の時間Ｔｄ）、短絡信号Ｓ（論理値１の信号）は停止する（論理値０の信号になる）。なお、時間Ｔａと時間Ｔｂおよび時間Ｔｃと時間Ｔｄとの間には２０ｍｓｅｃ程度のずれが発生するが、実用上問題になることはない。また、手順Ｓ２０において、スイッチ２８を開く前に外部出力端子３と外部出力端子４の間の端子間電圧が０であることを確認するのは、溶接終了信号が出された後であっても、リアクタ２６にエネルギが残っている場合があるからである。なお、溶接終了信号が出されてから所定時間（２秒以上）後にスイッチ２８を開く場合には、外部出力端子３と外部出力端子４の間の端子間電圧の確認を省略することができる。
次に、スイッチ４７の動作を図４により説明する。スイッチ２９を開いた状態でスイッチ４７を閉じると、電圧Ｖｂは直ちに０になり、短絡信号Ｓが出力される。そして、再びスイッチ４７を開くと、短絡信号Ｓは直ちに停止する。このように、電圧Ｖａを印加せず、また、ワイヤ７とワーク１０とを接触させなくても短絡状態を作ることができるから、例えば、制御装置１５と溶接用電源１間の信号ケーブルの接続状態等を容易に確認することができる。
なお、スイッチ４７の開閉は手動にしても良い。また、ランプ５１の代わりにブザーを用いても良い。さらに、スイッチ２８とスイッチ２９を別のスイッチで構成したが、接点間の耐圧が高く、信号同士が短絡しなければ、ＮＣ接点回路とＮＯ接点回路を備える１つの制御リレー接点回路に代えてもよい。
また、本発明は、消耗電極式のアーク溶接に限られるものではなく、ＴＩＧ溶接等の非消耗電極式のアーク溶接にも使用することができる。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、低電圧・大電流の出力を最終段に設けた半導体素子を介して外部出力端子に出力する溶接電圧出力回路を備えるアーク溶接用電源において、高電圧・小電流の出力を出力する検査電圧出力回路と、第１と第２のスイッチを備える切替回路と、短絡判定回路と、溶接電圧検出回路とを設け、前記半導体素子を前記検査電圧に耐えられるものとし、前記検査電圧出力回路の一方の出力端を第１のスイッチを介して前記外部出力端子の一方に、また他方の出力端を前記外部出力端子の他方にそれぞれ接続し、前記溶接電圧検出回路の一方の入力端を第２のスイッチを介して前記外部出力端子の一方に、また他方の入力端を前記外部出力端子の他方にそれぞれ接続し、前記短絡判定回路の一方の入力端を前記検査電圧出力回路の一方の出力端に、また他方の入力端を前記検査電圧出力回路の他方の出力端にそれぞれ接続し、前記切替回路により前記第１と第２のスイッチを排他制御すると共に、前記短絡判定回路の判定結果を外部に出力するように構成し、前記検査電圧出力回路、前記切替回路、前記短絡判定回路および前記溶接電圧検出回路を前記溶接電圧出力回路が収納される筐体に収納したから、従来アーク溶接用電源と開始点ユニットおよびインターフェイス等を接続していた信号ケーブルや制御ケーブルの接続作業が不要になり、保守点検が容易になると共に設置面積を小さくでき、しかもワイヤとワークの短絡を確実に判定することができる。また、高電圧を出力している時には、ランプで表示するから、誤操作、感電等のトラブルを未然に防ぐことができる。さらに、スイッチを操作させるだけで擬似的に短絡検出を行えるため、保守点検が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアーク溶接用電源を用いてロボットにより溶接をする場合の外部接続図である。
【図２】本実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃのタイミングチャートである。
【図４】スイッチ４７の動作を説明する図である。
【図５】従来の、アーク溶接用電源を用いてロボットにより溶接をする場合の外部接続図である。
【符号の説明】
１  アーク溶接用電源
２  ダイオード
３，４  外部出力端子
２７  溶接電圧検出回路
２８，２９  スイッチ
３２  検査電圧出力回路
４０  短絡判定回路
５０  切替回路
【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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