(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子からなる変換回路と、該変換回路の直流電力のプラス側に接続される入力端と前記直流電力のマイナス側に接続される出力端との間に、アノード側が前記入力端に接続されるダイオードと、一端が前記ダイオードのカソード側に接続され他端が前記直流電力のマイナス側に接続されるコンデンサと抵抗の並列回路とからなる直流スナバ回路とを配置し、入力される直流電力を交流または直流電力に変換して外部に出力にする交流または交直両用アーク溶接用電源において、スイッチを備える切替回路と、プラス側が前記スイッチを介して前記直流電力のプラス側に、またマイナス側が前記直流電力のマイナス側にそれぞれ接続される出力が直流で高電圧・高インピーダンスの検査電圧出力回路と、プラス側が前記直流スナバ回路のコンデンサの前記ダイオードのカソード側に、またマイナス側が前記直流電力のマイナス側にそれぞれ接続される逆バイアス回路と、一方の入力端が前記検査電圧出力回路のプラス側に、他方の入力端が前記検査電圧出力回路のマイナス側にそれぞれ接続される短絡判定回路とを設け、前記逆バイアス回路により前記直流スナバ回路に前記検査電圧出力回路の出力電圧相当の電圧を印加し、前記検査電圧出力回路から前記直流スナバ回路へ電流が流入しないようにしておき、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たことを特徴とする交流または交直両用アーク溶接用電源。
【請求項２】
前記検査電圧出力回路と前記逆バイアス回路の電源を共通にすることを特徴とする請求項１に記載の交流または交直両用アーク溶接用電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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交流または交直両用アーク溶接用電源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のロボットで使用される溶接系統の外部接続図である。図で、Ｐは交流アーク溶接電源である。１は直流電源で、点線で示すインバータ回路２に接続されている。３ａ〜３ｄはトランジスタでブリッジ接続されている。４ａ〜４ｄはエネルギ回生用のダイオードで、トランジスタ３ａ〜３ｄの両端にそれぞれ接続あるいはトランジスタ３ａ〜３ｄに予め作り込まれている。Ｓは直流スナバ回路で、ダイオード５と並列に接続したコンデンサ６および抵抗７を接続点Ｍで出力の極性切り換え時にトランジスタ３ａ〜３ｄに発生するターンオフ時のスパイク電圧を吸収する。８は電圧計で、インバータ回路２の出力側端子Ｂ、Ｄ間に接続されている。９、１０は外部への出力端子である。１１はチップで、出力端子９に接続され、図示しないロボットに保持されている。１２はワイヤで、チップ１１から給電される。１３はワークで、出力端子１０に接続されている。１４は直流高電圧電源で、出力電圧は３００Ｖ程度であり、スイッチ１５を介しプラス側はチップ１１に、マイナス側はワーク１３に接続されている。
【０００３】
次に、ワーク１３に対するチップ１１の位置決め手順を説明する。チップ１１の先端からワイヤ１２を所定の長さ突き出させ、スイッチ１５を閉じる。この状態でチップ１１を移動させ、ワーク１３とワイヤ１２間の電圧が０あるいは所定の電圧以下になった位置の座標の基準位置からのずれ量を求めてからスイッチ１５を開く。そして、求めたずれ量を補正しながら溶接をすると、ワークの固定位置にばらつきがあっても、チップ１１先端とワーク１３との距離および位置は一定になり、良好な溶接部を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
出力端子９、１０は内部抵抗が数ｋΩである電圧計８と、出力端子９→出力側端子Ｂ→ダイオード４ａ→入力側端子Ａ→ダイオード５→抵抗７→入力側端子Ｃ→ダイオード４ｃ→出力側端子Ｄ→出力端子１０を結ぶ回り回路で電気的に接続されている。このため、ワイヤ１２の先端がワーク１３から離れていても、スイッチ１５を閉じた時の両者間の電圧は数Ｖになるため、検出が不確実になる。そこで、特開平２−１７９３６１号公報では溶接ケーブルの切り換え装置を設け、短絡検出をする際は、出力端子９とチップ１１を接続する溶接ケーブルを回路的に切断することにより上記回り回路が形成されることを防止し、チップ１１とワーク１３との間に高電圧を印加するようにしている。しかし、溶接ケーブルの切り換え装置は容量の大きいものにしなければならず、装置が大きくなった。
【０００５】
なお、図６に示すように、電圧計８にスイッチ１６を直列に接続して出力端子９、１０間に配置し、直流スナバ回路Ｓの回路中にスイッチ１７を設け、スイッチ１５を閉じる前にスイッチ１６、１７を開くようにすれば、上記回り回路は形成されない。しかし、直流スナバ回路Ｓを効果的に動作させるためには、回路断面積を太く、かつ回路長さを短くするする必要がある。この場合、回路断面積はスイッチ１７の容量を大きくすることにより容易に大きくできるが、接続距離を短くすることは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、ワイヤとワークの短絡の有無を確実に判定し、かつ直流スナバ回路を効果的に動作させることができる自動溶接に好適な交流または交直両用アーク溶接用電源を提供するにある。
【０００７】
【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、複数のスイッチング素子からなる変換回路と、該変換回路の直流電力のプラス側に接続される入力端と前記直流電力のマイナス側に接続される出力端との間に、アノード側が前記入力端に接続されるダイオードと、一端が前記ダイオードのカソード側に接続され他端が前記直流電力のマイナス側に接続されるコンデンサと抵抗の並列回路とからなる直流スナバ回路とを配置し、入力される直流電力を交流または直流電力に変換して外部に出力にする交流または交直両用アーク溶接用電源において、スイッチを備える切替回路と、プラス側が前記スイッチを介して前記直流電力のプラス側に、またマイナス側が前記直流電力のマイナス側にそれぞれ接続される出力が直流で高電圧・高インピーダンスの検査電圧出力回路と、プラス側が前記直流スナバ回路のコンデンサの前記ダイオードのカソード側に、またマイナス側が前記直流電力のマイナス側にそれぞれ接続される逆バイアス回路と、一方の入力端が前記検査電圧出力回路のプラス側に、他方の入力端が前記検査電圧出力回路のマイナス側にそれぞれ接続される短絡判定回路とを設け、前記逆バイアス回路により前記直流スナバ回路に前記検査電圧出力回路の出力電圧相当の電圧を印加し、前記検査電圧出力回路から前記直流スナバ回路へ電流が流入しないようにしておき、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たことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検査電圧出力回路と前記逆バイアス回路の電源を共通にすることを特徴とする。
【０００９】
【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は本発明の実施の形態に係る交流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、６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２０の交流電圧を整流する。２２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。２３はスイッチング制御回路でスイッチング回路２２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。２４は高周波トランスである。２５は整流回路で、高周波交流を整流する。なお、整流回路２５を構成するダイオードは直流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、電圧計８と等価である電圧表示器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１６の一方の端子に、マイナス側は整流回路２５のマイナス側に接続されている。スイッチ１６の他方の端子は整流回路２５のプラス側に接続されている。
【００１０】
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と合わせて高電圧電源回路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。高電圧電源回路３２のプラス側は高インピーダンスの抵抗３３と一方のスイッチ１５（この実施の形態におけるスイッチ１５は２連のスイッチである。）に、マイナス側は出力端子１０に接続されている。抵抗３３の他端は他方のスイッチ１５を介して整流回路２５のプラス側に接続されている。一方のスイッチ１５の他端はダイオード３４を介して直流スナバ回路Ｓの接続点Ｍに接続されている。なお、抵抗３３と高電圧電源回路３２とで検査電圧出力回路を構成し、ダイオード３４と高電圧電源回路３２とで逆バイアス回路を構成する。また、二次側巻線３０ｂは整流用ダイオード３５および電圧安定化回路３６とで検出回路用電源を構成し、１５Ｖの直流電圧を出力する。
【００１１】
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ｋ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。
【００１２】
５０は切替回路で、制御装置５３からの指令により、スイッチ１５、１６および４７を切り換える。５１はランプで、スイッチ１５が閉じると点灯するように構成されている。
【００１３】
５３は制御装置で、ロボット５４を制御すると共に、インターフェイス５２を介して交流溶接機Ｐを制御する。
【００１４】
次に、動作を説明する。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１１は移動原点にあり、チップ１１の先端からワイヤ１２を所定の長さに突き出させてあり、スイッチング制御回路２３はオフされている。また、トランジスタ３ａ、３ｃはオンされている。
先ず、スイッチ１６を開く（手順Ｓ２０）。次に、スイッチ１５を閉じる（手順Ｓ３０）。すると、ダイオード３４を介してコンデンサ６は略３００Ｖ（Ｖｄ）でピーク充電される。また、出力端子９と出力端子１０の間に電圧Ｖａが印加されると共にランプ５１が点灯する。スイッチ１５が閉じることにより、トランジスタ３ａおよびダイオード４ａを通してダイオード５のアノード側に電圧Ｖａが印加されるが、ダイオード５のカソード側の電圧が上記電圧Ｖｄであるため、回り回路は形成されない。そして、短絡信号ｋが出力されるまで、チップ１１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）、ワイヤ１２の先端がワーク１３と短絡して短絡信号ｋが出力されたら（手順Ｓ５０）、チップ１１の移動を停止して（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ずれ量を計算する。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１５を開いてから（手順Ｓ８０）、スイッチ１６を閉じる（手順Ｓ９０）。
【００１５】
次に、短絡判定回路４０の動作をさらに詳細に説明する。図３は上記電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄのタイミングチャートである。ワイヤ１２の先端がワーク１３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ｋ（論理値１の信号）を出力する。なお、接触していたワイヤ１２がワーク１３から離れると（図中の時間Ｔｃ）、ワイヤ１２とワーク１３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ｋ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。
【００１６】
次に、スイッチ４７の動作を図４により説明する。スイッチ１５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ｋが出力される。そして、再びスイッチ４７を開くと、短絡信号ｋ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１２とワーク１３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５３と交流溶接機Ｐ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。
【００１７】
なお、上記では高電圧電源回路３２を検査電圧出力回路と逆バイアス回路とで共用するようにしたが、それぞれ専用の高電圧電源を設けても良い。
【００１８】
また、図１における逆バイアス回路中のスイッチ１５を設けず、高電圧電源回路３２とダイオード３４とを直結し、溶接中も逆バイアス回路の出力を直流スナバ回路に印加させてもよい。このようにすると、スイッチ１５を単連とすることができる。
【００１９】
また、上記交流溶接機Ｐは、インバータ回路２を構成するトランジスタ３ａと３ｂあるいはトランジスタ３ｃと３ｄの一方だけオンさせることにより直流電源とすることもできるいわゆる交直両用の電源であるから、本発明が交直両用電源に適用できることは明らかである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直流スナバ回路にスイッチを設ける必要がなく、直流スナバ回路の性能を向上させることができる。また、逆バイアス回路の電源と検査電圧出力回路の電源を共用するようにすれば、構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る交流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】本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１における電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ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】従来のロボットで使用される溶接系統の外部接続図である。
【図６】回り回路を形成しないようにした回路の例である。
【符号の説明】
３ａ、３ｃ  トランジスタ
４ａ、５  ダイオード
６  コンデンサ
１１  チップ
１２  ワイヤ
１３  ワーク
１５  スイッチ
３２  高電圧電源回路
３３  抵抗
３４  ダイオード
Ｖａ、Ｖｄ  電圧
【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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