(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接時には、商用交流電圧を整流した直流電圧を第１のインバータ回路により高周波交流電圧に変換し、変換した高周波交流電圧を高周波変圧器により溶接に適した交流電圧に変換し、変換した交流電圧を整流した直流電圧を第２のインバータ回路により交流または直流の電圧に変換して溶接負荷に印加し、ワークの位置測定時には、直流高圧の検査電圧を抵抗と開閉手段を介して前記溶接負荷に印加する交流または交直両用アーク溶接電源において、前記高周波変圧器の出力側に補助巻線を設けると共に、整流手段を設け、前記補助巻線の両端を前記整流手段の入力側に接続し、前記整流手段の出力端を前記抵抗と前記開閉手段と前記溶接負荷を介して接続し、溶接時には、前記開閉手段を開いた状態で前記第１のインバータ回路と第２のインバータ回路を動作させ、ワークの位置測定時には、前記開閉手段を閉じた状態で前記第１のインバータ回路を動作させ、前記第２のインバータ回路を休止させることを特徴とする交流または交直両用アーク溶接電源。
【請求項２】
前記高周波変圧器の出力側に第２の補助巻線を設けると共に、第２の整流手段を設け、前記第２の補助巻線の両端を前記第２の整流手段の入力側に接続し、前記第２の整流手段の出力により、前記第２のインバータ回路の直流スナバ回路を前記検査電圧以上に充電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電源。
【請求項３】
前記抵抗に生じる電圧降下からワークの位置を測定することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の交流または交直両用アーク溶接電源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の交流アーク溶接電源の接続図であり、ロボットと組み合わせた場合を示している。この交流アーク溶接用電源Ｐ（以下、溶接電源という。）は溶接負荷に電力を供給する機能と、ワークの位置を測定する機能を備えている。はじめに、溶接用の電力供給について説明する。溶接電源Ｐは、商用の三相交流電源１の交流電圧を整流回路２で整流し、整流した直流電圧をＩＧＢＴやＦＥＴ等の大電流スイッチング素子で構成された第１のインバータ回路３で約２０ｋＨｚの高周波交流電圧に変換する。そして、変換した高周波交流電圧を高周波変圧器４で溶接に適した交流電圧に変換し、主回路巻線４ｂの出力をダイオード５ａ〜５ｄで整流し、整流した直流電圧を大電流スイッチング素子（図示の場合はトランジスタ）６ａ、６ｂから構成される第２のインバータ回路６で交流電圧に変換し、出力端子７、８に電圧Ｖｄを出力する。そして、出力端子７に接続されたチップ９に接触するワイヤ１０と出力端子８に接続されたワーク１１との間でアークを発生させ、ワーク１１を溶接する。
【０００３】
図中、１２はスイッチング制御回路であり、第１のインバータ回路３を制御する。また、１３ａ、１３ｂはエネルギ回生用のダイオードであり、トランジスタ６ａ、６ｂの両端にそれぞれ接続されたり、あるいはトランジスタ６ａ、６ｂに予め作り込まれている。１４ａ、１４ｂは、コイルが同一の鉄心に巻かれたリアクタであり、ダイオード５ａ〜５ｄにより整流された電圧を平滑する。また、１５は直流スナバ回路であり、出力端子７、８間の極性切り換え時に発生するスパイク電圧を吸収する。直流スナバ回路１５は、ダイオード１６と抵抗１７とコンデンサ１８とから構成され、ダイオード１６のアノードはトランジスタ６ａのコレクタに、カソードは抵抗１７とコンデンサ１８の並列回路の一方の接続点Ｍにそれぞれ接続されている。抵抗１７とコンデンサ１８の並列回路の他方の接続点Ｎは、トランジスタ６ｂのエミッタに接続されている。
【０００４】
２０はロボットであり、チップ９を支持している。２１はロボット制御装置であり、ロボット２０を制御する。２２はインターフェイス回路であり、ロボット制御装置２１からの指令より、後述するスイッチ３６の切り替えおよび溶接電源Ｐの制御を行うと共に、溶接電源Ｐからの情報をロボット制御装置２１にフィードバックする。
【０００５】
次に、ワーク１１の位置を測定する機能について説明する。
【０００６】
先ず、構成を説明する。３個の二次巻線３０ａ、３０ｂ、３０ｃを持つ絶縁トランス３０の一次側巻線３０ａが三相交流電源１に単相接続されている。第１の二次巻線３０ｂは整流回路３１と共にスナバ回路１５の充電電源回路を構成し、プラス側は限流抵抗３４を介して接続点Ｍに、マイナス側は接続点Ｎにそれぞれ接続され、コンデンサ１８を充電することにより接続点Ｍ、Ｎ間の電圧を約５００Ｖに保つ。第２の二次巻線３０ｃは整流回路３２と共に検査電源回路を構成し、プラス側は限流抵抗３５、スイッチ３６を介して出力端子７に、マイナス側は出力端子８にそれぞれ接続され、出力端子７、８間に約３００Ｖの電圧を印加する。第３の二次巻線３０ｄは整流回路３３および安定化回路３７と共に検出電源回路を構成し、検出回路４０に対して１５Ｖの直流電圧を出力する。
【０００７】
検出回路４０において、４１、４２は抵抗であり、電圧Ｖａを分圧する。４３は両端の電圧がＶｂのツエナーダイオード、４４はコンデンサである。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の場合に、インターフェイス回路２２に短絡信号ｋを出力する。なお、電圧Ｖｂは０ないし数Ｖに設定される。
【０００８】
次に、ワーク１１の位置を測定する手順を説明する。予めチップ９の先端からワイヤ１０を所定の長さ突き出しておく。スイッチ３６を閉じると、電圧Ｖｄは電圧Ｖａになる。この状態でチップ９をワーク１１に向けて移動させ、チップ９とワーク１１とが短絡することによりＶｃ≧Ｖｂとなり、短絡信号ｋが出力されたら、その時のチップ９の座標と加工プログラム上の座標とからワーク１１のずれ量を求める。ワーク１１の予め定める個所についてそれぞれのずれ量を求めた後、スイッチ３６を開く。このようにすると、ワーク１１の位置にばらつきがあっても、求めたずれ量を補正しながら溶接をすることにより、チップ９とワーク１１との距離を一定に保つことができ、良好な溶接部を得ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、絶縁トランス３０の容量は略１００ＶＡになるため、重量が約６ｋｇになり、容積も大きく、高価になった。
【００１０】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、絶縁トランスを軽量かつ小形にすると共に安価にすることができる交流または交直両用アーク溶接電源を提供するにある。
【００１１】
【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、溶接時には、商用交流電圧を整流した直流電圧を第１のインバータ回路により高周波交流電圧に変換し、変換した高周波交流電圧を高周波変圧器により溶接に適した交流電圧に変換し、変換した交流電圧を整流した直流電圧を第２のインバータ回路により交流または直流の電圧に変換して溶接負荷に印加し、ワークの位置測定時には、直流高圧の検査電圧を抵抗と開閉手段を介して前記溶接負荷に印加する交流または交直両用アーク溶接電源において、前記高周波変圧器の出力側に補助巻線を設けると共に、整流手段を設け、前記補助巻線の両端を前記整流手段の入力側に接続し、前記整流手段の出力端を前記抵抗と前記開閉手段と前記溶接負荷を介して接続し、溶接時には、前記開閉手段を開いた状態で前記第１のインバータ回路と第２のインバータ回路を動作させ、ワークの位置測定時には、前記開閉手段を閉じた状態で前記第１のインバータ回路を動作させ、前記第２のインバータ回路を休止させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１において、前記高周波変圧器の出力側に第２の補助巻線を設けると共に、第２の整流手段を設け、前記第２の補助巻線の両端を前記第２の整流手段の入力側に接続し、前記第２の整流手段の出力により、前記第２のインバータ回路の直流スナバ回路を前記検査電圧以上に充電することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２のいずれかにおいて、前記抵抗に生じる電圧降下からワークの位置を測定することを特徴とする。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、本発明に係る交流アーク溶接電源の接続図であり、図３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。高周波変圧器５０には主回路巻線４ｂに加えて２個の二次巻線（補助巻線）５０ａ、５０ｃが設けられている。二次巻線５０ａは整流回路３１と共にスナバ回路１５の充電電源回路を構成し、プラス側は限流抵抗３４を介して接続点Ｍに、マイナス側は接続点Ｎにそれぞれ接続されている。二次巻線５０ｃは整流回路３２と共に検査電源回路を構成し、プラス側は限流抵抗３５、スイッチ３６を介して出力端子７に、マイナス側は出力端子８にそれぞれ接続されている。絶縁トランス５４は一次巻線３０ａと二次巻線３０ｄとで構成され、容量は約４ＶＡ、重量は約４００ｇである。
【００１６】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
【００１７】
図２は、本発明のワークの位置測定時における動作を示すフローチャートである。チップ９とワーク１１との距離を測定するときには、予めチップ９の先端から予め定める長さワイヤ１０を突き出しておく。先ず、第２のインバータ回路６を停止（オフ）し（手順Ｓ１００）、チップ９を予め定める座標に位置決めする（手順Ｓ１１０）。次に、第１のインバータ回路３をオンすると（手順Ｓ１２０）、高周波変圧器５０に電圧が印加され、二次巻線５０ａ、主回路巻線４ｂおよび二次巻線５０ｃの両端に交流電圧が発生する。二次巻線５０ａの両端に発生した交流電圧は整流回路３１により整流され、コンデンサ１８を略５００Ｖに充電する。次に、スイッチ３６を閉じると（手順Ｓ１３０）、二次巻線５０ｃの両端に発生した交流電圧は整流回路３２により整流され、限流抵抗３４を介してワーク１１とワイヤ１０との間に略３００Ｖの検査電圧Ｖａを印加する。検査電圧Ｖａはダイオード１６、５３を介してスナバ回路１５にも印加されるが、スナバ回路１５は略５００Ｖに充電されているため、回り回路は形成されない。そして、電圧Ｖａ、Ｖｂの値は限流抵抗３４と抵抗４１と抵抗４２の分圧で決まる。この状態でチップ９をワーク１１に向けて低速で移動させながら（手順Ｓ１４０）、短絡信号ｋの有無を確認する（手順Ｓ１５０）。短絡信号ｋが出力されたら、チップ９の移動を停止し（手順Ｓ１６０）、スイッチ３６を開くと共に（手順Ｓ１７０）、第１のインバータをオフする（手順Ｓ１８０）と共に。そして、この時の座標と加工プログラム上の座標から、加工プログラム上の座標に対するずれ量を求める。次に、測定完了かどうかを確認し（手順Ｓ１９０）、測定すべき点が残っている場合は、手順Ｓ１１０の処理を行い、測定が完了した場合は、処理を終了する。
【００１８】
なお、上記では電圧Ｖｃと電圧Ｖｂとを比較したが、限流抵抗３５両端の電圧を監視し、両端の電圧降下から溶接ワイヤと母材の接触を判定するようにしてもよい。このようにすると、絶縁トランス５４を省略することができる。
【００１９】
また、上記交流溶接機Ｐは、第２のインバータ回路６を構成するトランジスタ６ａと６ｂ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、本発明では第２のインバータ回路をオフにしておくと、第１のインバータ回路が動作しても出力端子には電圧が印加されないことを利用し、ワークの位置を測定するための検査電圧およびスナバ回路の充電電圧を溶接用の高周波変圧器から取り出すようにしたから、絶縁トランスは短絡判定回路を動作させる容量があれば良く、絶縁トランスの重量を従来の１／１０以下にすることができると共に、小形かつ安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る交流アーク溶接電源の接続図である。
【図２】本発明のワークの位置測定時における動作を示すフローチャートである。
【図３】従来の交流アーク溶接電源の接続図である。
【符号の説明】
３  第１のインバータ回路
６  第２のインバータ回路
１１  ワーク
１５  スナバ回路
３１  整流回路
３２  整流回路
３６  スイッチ
５０  高周波変圧器
５０ａ  補助巻線
５０ｃ  補助巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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