(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１トーチ内で２本のワイヤを送給して溶接する消耗電極アーク溶接方法において、
アークスタート時の先行ワイヤ先端の座標を座標Ａとし、
先行ワイヤ座標系における後行ワイヤ先端の座標を座標Ｂとし、
前記先行ワイヤ座標系における先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤ先端の座標を座標Ｃとし、
先行ワイヤ又は後行ワイヤの標準突出し長さをＬ１とし、
標準突出し長さのワイヤ先端間距離をＬ２とし、
アークスタート時の先行ワイヤ突出し長さをＬ３とし、
アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さをＬ５とし、
前記先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤの突出し長さをＬ６とし、
前記先行ワイヤのアークスタート時の前記先行ワイヤ先端と前記後行ワイヤ先端との距離をＬ７とし、
溶接速度をＷｓとし、
後行ワイヤスローダウン送給速度をＷｆとし、
先行チップ角度をαとし、
後行チップ角度をβとし、
トーチの前進角をγとし、
θ＝α＋γとし、
φ＝α＋β＋γとすると、
前記座標Ａ（ＸＡ、ＹＡ）は、座標Ａ（ＸＡ、ＹＡ）＝［（Ｌ１−Ｌ３）sinγ、（Ｌ１−Ｌ３）cosγ］となり、
前記座標Ｂ（ＸＢ、ＹＢ）は、座標Ｂ（ＸＢ、ＹＢ）＝（Ｌ２cosθ、−Ｌ２sinθ）となり、
前記後行ワイヤ４の突出し長さ方向の直線方程式がＹ＝Ｘ／tanφ−Ｌ２（sinθ＋cosθ／tanφ）であり、
この直線方程式において、Ｙ＝ＹＡとなる点が前記座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）であることから、
前記座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）は、座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）＝｛［（Ｌ１−Ｌ３）cosγ＋Ｌ２（sinθ＋cosθ／tanφ）］tanφ、（Ｌ１−Ｌ３）cosγ｝となり、
前記座標Ｂと前記座標Ｃとの距離をＬ４とすると、Ｌ４＝［（ＸＣ−ＸＢ）２＋（ＹＣ−ＹＢ）２］１／２となり、
前記先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤの突出し長さＬ６は、Ｌ６＝Ｌ１−Ｌ４＝Ｌ１−［（ＸＣ−ＸＢ）２＋（ＹＣ−ＹＢ）２］１／２となり、
前記先行ワイヤのアークスタート時の前記先行ワイヤ先端と前記後行ワイヤ先端との距離Ｌ７は、Ｌ７＝ＸＣ−ＸＡとなることから、
後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１は、Ｔ１＝（Ｌ７／Ｗｓ）−［（Ｌ６−Ｌ５）÷Ｗｆ］で算出され、
前記先行ワイヤ先端にアークが発生してから前記後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１の終了時に、前記後行ワイヤの送給を開始して前記後行ワイヤ先端にアークを発生させる消耗電極アーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極アーク溶接において、１トーチ内で２本以上の消耗電極（以下、ワイヤという）を送給して溶接するアーク溶接のアークスタート方法の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種溶接構造物の建造において、薄板高速溶接又は厚板高溶着溶接を行うことによって作業能率の向上を図っているが、さらに向上させるために、図２に示すように、１本のトーチから２本のワイヤを送給する２電極１トーチ方式の消耗電極アーク溶接方法が採用されている。同図において、先行チップ１及び後行チップ２と被溶接物８との間に図示しない溶接用電源から電力を供給し、先行チップ１及び後行チップ２からそれぞれ送給される先行ワイヤ先端３ａ及び後行ワイヤ先端４ａからアーク５及び６がそれぞれ発生している。ノズル１０は先行チップ１及び後行チップ２を囲繞して、ノズル１０の内部にシールドガス１１を供給する。
【０００３】
図２において、先行ワイヤ３から発生しているアーク５によって形成される溶融池７の溶融金属が表面張力によって後方へ流れていこうとするが、後行ワイヤ４から発生しているアーク６のアーク力がこの後方へ流れようとする溶融金属を先行ワイヤ３から発生するアーク５の直下へ押し戻して、各溶接位置における溶融金属量を均一にしている。
【０００４】
図３は前述した２電極１トーチ方式のアーク溶接用ロボットの一般的な構成を示す図である。同図において、先行チップ１及び後行チップ２がマニピュレータ２１の先端に取付けられ、先行チップ１に供給する先行ワイヤ用溶接電源装置２３及び後行チップ２に供給する後行ワイヤ用溶接電源装置２４が先行チップ１及び後行チップ２と被溶接物８との間にそれぞれ溶接用電力を供給する。先行ワイヤ送給装置２５及び後行ワイヤ送給装置２６が先行チップ１及び後行チップ２にそれぞれワイヤを送給する。ロボット制御装置２７がマニピュレータ２１及び先行ワイヤ用溶接電源装置２３及び後行ワイヤ用溶接電源装置２４を制御する。
尚、溶接方向を変更すると先行と後行とが入れ代わるので、先行チップ１、先行ワイヤ３、先行ワイヤ送給装置２５及び先行ワイヤ用溶接用電源装置２３と後行チップ２、後行ワイヤ４、後行ワイヤ送給装置２６及び後行ワイヤ用溶接用電源装置２４との各符号の説明の先行及び後行とが入れ代わる。
【０００５】
従来から提案されているにもかかわらず実用化が進んでいない２電極１トーチ方式のアーク溶接用ロボットを使用したアークスタート方法を、図４及び図５を参照して説明する。説明を簡略化するために、先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４を鉛直線方向に送給する場合とする。図４は、従来の２電極１トーチ方式の消耗電極アーク溶接のアークスタート方法を説明する図であり、図５は図４に続く従来の２電極１トーチ方式の消耗電極アーク溶接のアークスタート方法を説明する図である。
【０００６】
図４（Ａ）は消耗電極アーク溶接を開始する前の状態であって、ノズル１０から先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４が突出している。図３に示した先行ワイヤ用溶接電源装置２３及び後行ワイヤ用溶接電源装置２４の起動スイッチを同時にＯＮすると、溶接電流通電時のワイヤ送給速度よりも遅い予め定められた速度（以下、スローダウン送給速度という）によって先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４が送給される。その後、図４（Ｂ）に示すように、先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４が被溶接物８と短絡して、図４（Ｃ）に示すように、先行ワイヤ先端３ａ及び後行ワイヤ先端４ａからアーク５及び６がそれぞれ発生する。１２及び１３は先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４から被溶接物８に溶着した溶着金属である。
【０００７】
図４（Ｃ）において、アーク５、６が発生すると、図３に示すロボット制御装置２７がアークが発生したことを判別して、マニピュレータ２１を制御して先行チップ１及び後行チップ２を溶接方向に移動させる。従って、アークスタート時に先行ワイヤ３の真下に形成される溶接ビードは、図５（Ａ）の溶接ビード９に示すように、先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４によって形成されるので、一体になった溶接ビードが形成されている。
これに対して、アークスタート時に後行ワイヤ４の真下に形成される溶接ビード９は、後行ワイヤ４のみによって形成されるために、図５（Ｂ）のビード開始部９ａに示すように細くなり、溶接継手強度が弱くなり、溶接ビード外観が不良である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、従来の２電極１トーチ方式の消耗電極アーク溶接方法においては、後行ワイヤ４のみによって形成される溶接ビード開始部９ａの部分が細くなるために、この部分の溶接継手強度が弱くなり、破断する危険性がある。また、溶接ビード外観も不良となる欠陥を有する。
これらの欠陥を改善するために、作業者が、溶接を行う度に、後行ワイヤ４の突出し長さを先行ワイヤ３の突出し長さよりも短くなるようにニッパ等で切断している。このように、後行ワイヤ４の突出し長さを先行ワイヤ３の突出し長さよりも短くなるように後行ワイヤ適正突出し長さにしておくと、「先に後行ワイヤ４の送給を開始しておいて、次に後行ワイヤ４が先行ワイヤ３のアーク発生位置に達した時に、後行ワイヤ４に通電してアークを発生させる」ことができる。しかし、この後行ワイヤ４の突出し長さは、先行ワイヤ先端３ａと後行ワイヤ先端４ａとの距離と後行ワイヤ４のスローダウン送給速度等から定まる長さであるために、溶接条件の変更の度毎に、上記の後行ワイヤ適正突出し長さが変化する。したがって、溶接条件の変更の度毎に、上記の後行ワイヤ適正突出し長さに切断することは手間がかかり作業工数が増加するだけでなく、後行ワイヤ突出し長さを適正値で切断することができない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、１トーチ内で２本のワイヤを送給して溶接する消耗電極アーク溶接方法において、
アークスタート時の先行ワイヤ先端３ａの座標を座標Ａとし、
先行ワイヤ座標系における後行ワイヤ先端４ａの座標を座標Ｂとし、
前記先行ワイヤ座標系における先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤ先端４ａの座標を座標Ｃとし、
先行ワイヤ３又は後行ワイヤ４の標準突出し長さをＬ１とし、
標準突出し長さのワイヤ先端間距離をＬ２とし、
アークスタート時の先行ワイヤ突出し長さをＬ３とし、
アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さをＬ５とし、
前記先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤ４の突出し長さをＬ６とし、
前記先行ワイヤ３のアークスタート時の前記先行ワイヤ先端３ａと前記後行ワイヤ先端４ａとの距離をＬ７とし、
溶接速度をＷｓとし、
後行ワイヤスローダウン送給速度をＷｆとし、
先行チップ角度をαとし、
後行チップ角度をβとし、
トーチの前進角をγとし、
θ＝α＋γとし、
φ＝α＋β＋γとすると、
前記座標Ａ（ＸＡ、ＹＡ）は、座標Ａ（ＸＡ、ＹＡ）＝［（Ｌ１−Ｌ３）sinγ、（Ｌ１−Ｌ３）cosγ］となり、
前記座標Ｂ（ＸＢ、ＹＢ）は、座標Ｂ（ＸＢ、ＹＢ）＝（Ｌ２cosθ、−Ｌ２sinθ）となり、
前記後行ワイヤ４の突出し長さ方向の直線方程式がＹ＝Ｘ／tanφ−Ｌ２（sinθ＋cosθ／tanφ）であり、
この直線方程式において、Ｙ＝ＹＡとなる点が前記座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）であることから、
前記座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）は、座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）＝｛［（Ｌ１−Ｌ３）cosγ＋Ｌ２（sinθ＋cosθ／tanφ）］tanφ、（Ｌ１−Ｌ３）cosγ｝となり、
前記座標Ｂと前記座標Ｃとの距離をＬ４とすると、Ｌ４＝［（ＸＣ−ＸＢ）２＋（ＹＣ−ＹＢ）２］１／２となり、
前記先行ワイヤアークスタート時の前記後行ワイヤ４の突出し長さＬ６は、Ｌ６＝Ｌ１−Ｌ４＝Ｌ１−［（ＸＣ−ＸＢ）２＋（ＹＣ−ＹＢ）２］１／２となり、
前記先行ワイヤ３のアークスタート時の前記先行ワイヤ先端３ａと前記後行ワイヤ先端４ａとの距離Ｌ７は、Ｌ７＝ＸＣ−ＸＡとなることから、
後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１は、Ｔ１＝（Ｌ７／Ｗｓ）−［（Ｌ６−Ｌ５）÷Ｗｆ］で算出され、
前記先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生してから前記後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１の終了時に、前記後行ワイヤ４の送給を開始して前記後行ワイヤ先端４ａにアーク６を発生させる消耗電極アーク溶接方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。後述する図８と同じなので、説明は図８で後述する。
【００２４】
【実施例】
ここで、明細書で使用する用語の意味を説明する。
（１）後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１とは、実施例１では、先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生してから後行ワイヤ先端４ａが先行ワイヤ先端３ａのアーク発生位置に達するまでの到達時間であり、実施例２では、先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生してから後行ワイヤ４の送給を開始するまでの時間である。
（２）先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生するとは、(1)先に、先行ワイヤ先端３ａに溶接電圧を印加しておいて、次に、図３に示す先行ワイヤ送給装置２５が先行ワイヤ３の送給を開始して先行ワイヤ３が被溶接物８と短絡して先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生する時、又は(2)先に、先行ワイヤ送給装置２５が先行ワイヤ３の送給を開始しておいて先行ワイヤ３が被溶接物８と接触した後で、先行ワイヤ先端３ａに溶接電圧を印加して先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生する時のいずれでもよい。ここで、先行ワイヤ先端３ａのアーク発生位置とは、被溶接物８上のアーク発生位置である。また、後行ワイヤ先端４ａにアーク６が発生する場合についても、上記先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生する場合と同様である。
（３）先行ワイヤ又は後行ワイヤのワイヤ送給速度とは、最初から通常のワイヤ送給速度で送給してもよいし、最初はスローダウン送給速度で送給してアーク発生後に通常のワイヤ送給速度に切り替えてもよい。
（４）溶接速度とは、先行ワイヤのアーク発生後から通常の溶接速度で溶接トーチ及び被溶接物の一方又は両者を移動させてもよいし、また、最初は低速度で溶接トーチ及び被溶接物の一方又は両者を移動させて後行ワイヤのアーク発生後に通常の溶接速度に切り替えてもよい。
（５）先行ワイヤ又は後行ワイヤに通電するとは、上述した先行ワイヤ又は後行ワイヤにアークを発生させることと同様の意味である。
（６）予め定めたとは、溶接開始前又は溶接開始後に出力もしくは算出するまでに、回路に設定しておく、教示してプログラムに記憶させておく、他の回路から入力する等を意味する。
（７）チップ角度とは、ワイヤ送給方向のチップ先端におけるワイヤ送給方向の鉛直線に対する角度である。例えば図６はノズル１０内に先端に角度を有する先行チップ１及び後行チップ２から先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４をそれぞれ送給する図である。同図において、先行チップ１及び後行チップ２のそれぞれのチップ角度は、それぞれのチップ先端におけるワイヤ送給方向の鉛直線に対する角度である先行チップ角度α及び後行チップ角度βをそれぞれ示す。
【００２５】
まず実施例１を示す図７乃至図９を参照して、先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４を鉛直線方向に送給する場合の実施例を説明する。次に実施例２を示す図１０乃至図１２を参照して、先行チップ１及び後行チップ２に角度を設けて、ロボット制御装置２７による制御方法を行う実施例を説明する。
［実施例１］
図７は本発明の先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４を鉛直線方向に送給する場合の実施例１の溶接方法において溶接アークスタート直後の先行ワイヤ先端３ａ及び後行ワイヤ先端４ａの位置を示す図である。
図７（Ａ）は消耗電極アーク溶接を開始する前の状態であって、ノズル１０から先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４が鉛直線方向に突出している。図３に示した先行ワイヤ用溶接電源装置２３及び後行ワイヤ用溶接電源装置２４の起動スイッチをＯＮすると、スローダウン送給速度で先行ワイヤ３のみが送給される。その後、図７（Ｂ）に示すように、先行ワイヤ３が被溶接物８と短絡して、図７（Ｃ）に示すように、先行ワイヤ先端３ａからアーク５が発生する。１２は先行ワイヤ３から被溶接物８に溶着した溶着金属である。
【００２６】
図７（Ｃ）に示すように先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生すると、図３に示すロボット制御装置２７がアーク５が発生したことを判別して、マニピュレータ２１を制御して先行チップ１及び後行チップ２を溶接方向に移動させる。この先行チップ１及び後行チップ２の移動速度、すなわち、溶接速度をＷｓ、先行ワイヤ３と後行ワイヤ４とのワイヤ間距離をＤ１とすると、先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生してから後行ワイヤ到達時間（Ｔ１＝Ｄ１／Ｗｓ）の終了時に後行ワイヤ４のワイヤ送給を開始する信号をロボット制御装置２７が後行ワイヤ用溶接電源装置２４に出力する。
【００２７】
図８は、実施例１の溶接方法において図７に続く溶接アークスタート後の先行ワイヤ先端３ａ及び後行ワイヤ先端４ａの位置を示す図である。続けて図７（Ｃ）に続く図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）について説明する。図７において、後行ワイヤ先端４ａと被溶接物８との距離が短い状態とする。従って、図８（Ａ）に示すように、後行ワイヤ４が先行ワイヤ３によって溶着された溶着金属１２の端部の位置１２ａに達した時に後行ワイヤ４がスローダウン送給速度で送給される。そして、図８（Ｂ）に示すように、後行ワイヤ先端４ａが先行ワイヤ３によって溶着された溶着金属１２と短絡又は先行ワイヤ３のアークによって発生するプラズマ中に入ると、図８（Ｃ）に示すように後行ワイヤ先端４ａからアーク６が発生する。従って、図８（Ｃ）に示すように、先行ワイヤ３による溶接ビードの開始部分と後行ワイヤ４による溶接ビードの開始部分とが一致する。
【００２８】
図９は、図７及び図８の方法で実施した溶接開始部分の溶接結果を示す図である。同図に示すように溶接ビードの開始部分から均一な溶接ビード幅を有する美麗な溶接ビード９が形成される。
【００２９】
［実施例２］
次に、本発明の先行チップ１及び後行チップ２に角度を設けてノズル１０に配置した実施例２の溶接方法において図３に示すアーク溶接用ロボットに適用した場合のロボット制御装置２７によるロボットの制御方法及びロボットについて説明する。図１０は、本発明の溶接方法を図３に示すアーク溶接用ロボットに適用した場合のロボット制御装置２７のブロック図である。図１１は、本発明の先行チップ１及び後行チップ２に角度を設けてノズル１０に配置した実施例２の溶接方法においてノズルの中心軸をＹ軸とし溶接線ＷＬをＸ軸とした場合の先行ワイヤ先端３ａと後行ワイヤ先端４ａとの位置関係を示す図である。図１２は、図１１の位置関係を示す図においてＹ軸に対して前進角γとした先行ワイヤ先端３ａと後行ワイヤ先端４ａとの位置関係を示す図であって、本発明の後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１を算出する方法を説明するための図である。なお、実施例２では、実施例１の先行ワイヤと後行ワイヤとのワイヤ間距離Ｄ１の代わりに、標準突出し長さのワイヤ先端間距離Ｌ２を使用する。
【００３０】
図１０において、作業プログラムファイル出力回路２９には、被溶接物８の各溶接区間における予め定めた▲１▼溶接電流値と▲２▼溶接速度Ｗｓと▲３▼各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γと▲４▼後行ワイヤスローダウン送給速度Ｗｆとを記憶させている。また、この作業プログラムファイル出力回路２９は、溶接電流値の代わりに、各溶接区間に対応する溶接電流値及び溶接電圧値の組合せを記憶させてもよい。
【００３１】
後行ワイヤ突出し長さ出力回路３０には、図１１に示す予め定めた（前回の溶接終了時に）アンチスチック処理をした後の後行ワイヤ４のワイヤ突出し長さの平均値である「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ５を記憶させている。ここで、アンチスチック処理をする理由は次のとおりである。ワイヤ送給装置に停止信号を入力した後も、モータは慣性力によってワイヤを送給する。従って、ワイヤが溶融池に突っ込み、溶融池が冷却するとワイヤ先端が溶着金属に固着（スチック）してしまう。このスチックを防ぐために、ワイヤ送給装置に停止信号を入力した後に、溶接電流値よりも小さい電流を通電することによってワイヤを溶融させて、ワイヤが溶融池に突っ込むことを防止する処理である。従って、前回の溶接終了時にアンチスチック処理をした後の後行ワイヤ４のワイヤ突出し長さの平均値が、上記予め定めた「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ５として記憶させる。
【００３２】
電極パラメータ出力回路３１には、図１１に示す予め定めた▲１▼先行チップ角度α、▲２▼後行チップ角度β、▲３▼先行チップ１又は後行チップ２の先端から先行ワイヤ３又は後行ワイヤ４を予め定めた長さ突出したときの先行ワイヤ３又は後行ワイヤ４の先端位置（ツールセンタ位置）までの長さである「先行ワイヤ３又は後行ワイヤ４の標準突出し長さ」Ｌ１（例えば２０[mm]）及び▲４▼先行ワイヤ３又は後行ワイヤ４の突出し長さが標準突出し長さＬ１のときの先行ワイヤと後行ワイヤとのワイヤ間距離である「標準突出し長さのワイヤ先端間距離」Ｌ２を記憶させている。
【００３３】
溶接トーチ移動経路算出回路３２は、作業プログラムファイル出力回路２９の出力信号を入力して、アークスタート位置及びアークスタート以後の目標位置に先行チップ１及び後行チップ２を移動させるためのマニピュレータ２１の各関節角度を算出して、後述するサーボ制御回路３３に各関節角度の算出値を出力すると共に、後述する後行ワイヤ到達時間算出回路３４に溶接速度Ｗｓと、各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γと、後行ワイヤスローダウン送給速度Ｗｆとを出力する。
【００３４】
後行ワイヤ到達時間算出回路３４は、先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生してから後行ワイヤ４の送給を開始するまでの時間を、（１）上記後行ワイヤ突出し長さ出力回路３０から出力した「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ５と、（２）上記電極パラメータ出力回路３１から出力した上記電極パラメータと、（３）上記溶接トーチ移動経路算出回路３２から出力した溶接速度Ｗｓ、各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γ、後行ワイヤスローダウン送給速度Ｗｆとから算出して後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１とし、上記後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１に対応する後行ワイヤ到達算出時間信号Ｓ３を後述する後行ワイヤ到達時間計測回路３７に出力する。
【００３５】
先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５は、先行チップ１が予め定めたアークスタート位置に達して、後述するサーボ制御回路３３から先行ワイヤ３に溶接電流の通電を指令する先行ワイヤアークスタート位置信号Ｓ１が入力された時に、マニピュレータ２１の動作を一時停止して先行チップ１の移動を一時停止し、上記作業プログラムファイル出力回路２９が出力する先行ワイヤ３の溶接電流値の溶接電流の通電を指令する信号を出力する。さらに、先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５は、先行ワイヤ３にアーク５が発生して先行ワイヤアークスタート完了信号Ｓ５が入力された時に一時停止していたマニピュレータ２１の動作を解除させるマニピュレータの動作解除指令信号Ｓ４を出力する。
【００３６】
先行ワイヤ用溶接電源装置２３は、▲１▼上記先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５から上記先行ワイヤ３の溶接電流の通電を指令する信号が入力された時に先行ワイヤ３に溶接電流を通電し、さらに、▲２▼先行ワイヤ３にアーク５が発生した時に先行ワイヤアークスタート完了信号Ｓ５を、上記先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５及び後述する後行ワイヤ到達時間計測回路３７に出力する。
【００３７】
後行ワイヤ到達時間計測回路３７は、上記先行ワイヤアークスタート完了信号Ｓ５が入力された時から後行ワイヤ到達計測時間Ｔの計測を開始して上記後行ワイヤ到達算出時間信号Ｓ３に対応する後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１に達した時に後行ワイヤアークスタート開始信号Ｓ２を、後述する後行ワイヤ用溶接条件出力回路３６に出力する。
【００３８】
後行ワイヤ用溶接条件出力回路３６は、上記後行ワイヤアークスタート開始信号Ｓ２が入力された時に、上記作業プログラムファイル出力回路２９が出力する後行ワイヤの溶接電流値の溶接電流の通電を指令する。
【００３９】
サーボ制御回路３３は、上記溶接トーチ移動経路算出回路３２から先行チップ１及び後行チップ２を移動させるためのマニピュレータ２１の各関節角度の算出値を入力してマニピュレータ２１を制御し、先行チップ１をアークスタート位置に移動させた後に（上記）「先行ワイヤアークスタート位置信号」Ｓ１を先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５に出力する。さらに、サーボ制御回路３３は、上記マニピュレータの動作解除指令信号Ｓ４が入力された時に、一時停止していたマニピュレータ２１の動作を解除させる。
【００４０】
後行ワイヤ用溶接電源装置２４は、上記後行ワイヤ用溶接条件出力回路３６から上記後行ワイヤの溶接電流の通電を指令する信号が入力された時に後行ワイヤに溶接電流を通電する。
【００４１】
次に、図１０に示したロボット制御装置２７の動作を図１３乃至図１６に示すフローチャートを用いて説明する。図１３乃至図１６は、図１０に示すロボット制御装置２７の動作を示すフローチャートである。
ステップＳＴ１「作業プログラムファイル出力ステップ」において、作業プログラムファイル出力回路２９が、被溶接物８の各溶接区間における予め定めた▲１▼溶接電流値又は溶接電流値と溶接電圧値との組合せと▲２▼溶接速度Ｗｓと▲３▼各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の図１２に示す先行チップ前進角γと▲４▼後行ワイヤスローダウン送給速度Ｗｆとを出力する。この作業プログラムファイル出力回路２９が指定する溶接区間における先行ワイヤ用及び後行ワイヤ用の溶接電流値又は溶接電流値と溶接電圧値との組合せを読み出し、先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５及び後行ワイヤ用溶接条件出力回路３６にそれぞれ出力する。
【００４２】
ステップＳＴ２「電極パラメータ出力ステップ」において、電極パラメータ出力回路３１が予め定めた▲１▼先行チップ角度αと▲２▼後行チップ角度βと▲３▼先行ワイヤ３又は後行ワイヤ４の標準突出し長さＬ１と▲４▼先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４の「標準突出し長さのワイヤ先端間距離」Ｌ２とを含む電極パラメータを後述する後行ワイヤ到達時間算出回路３４に出力する。
【００４３】
ステップＳＴ３「後行ワイヤ突出し長さ出力ステップ」において、後行ワイヤ突出し長さ出力回路３０が、予め定めた「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ５を後述する後行ワイヤ到達時間算出回路３４に出力する。
【００４４】
ステップＳＴ４「溶接トーチ移動経路算出ステップ」において、溶接トーチ移動経路算出回路３２が上記作業プログラムファイル出力回路２９が出力する（１）各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γと、（２）溶接速度Ｗｓと、（３）後行ワイヤスローダウン送給速度Ｗｆとを入力して、アークスタート位置及びアークスタート以後の目標位置に先行チップ１及び後行チップ２を移動させるためのマニピュレータ２１の各関節角度を算出して、上記各関節角度の算出値を後述するサーボ制御回路３３に出力すると共に、上記（１）溶接速度Ｗｓと、（２）各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γと、（３）後行ワイヤスローダウン送給速度Ｗｆとを後述する後行ワイヤ到達時間算出回路３４に出力する。
【００４５】
ステップＳＴ５「後行ワイヤ到達時間算出ステップ」において、後行ワイヤ到達時間算出回路３４が、（１）上記電極パラメータ出力回路３１が出力する先行チップ角度α、後行チップ角度β、標準突出し長さＬ１、「標準突出し長さのワイヤ先端間距離」Ｌ２と、（２）上記後行ワイヤ突出し長さ出力回路３０が出力する「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ５と、（３）溶接トーチ移動経路算出回路３２が出力する溶接速度Ｗｓ、各区間のアークスタート位置及びアークスタート後の先行チップ前進角γ、後行ワイヤスローダウン送給速度Ｗｆとを入力して、先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生してから後行ワイヤ４の送給を開始するまでの到達時間を算出し、後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１とする。
ステップＳＴ６「後行ワイヤ到達算出時間信号出力ステップ」において、上記後行ワイヤ到達時間算出回路３４が、上記後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１に対応する後行ワイヤ到達算出時間信号Ｓ３を後述する後行ワイヤ到達時間計測回路３７に出力する。
【００４６】
ステップＳＴ７「マニピュレータ一時停止ステップ」は、アークスタート位置において、マニピュレータ２１を一時停止するときに付加されるステップであって、先行チップ１がアークスタート位置に達した時に、サーボ制御回路３３がマニピュレータ２１の動作を一時停止して先行ワイヤアークスタート位置信号Ｓ１を後述する先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５に出力する。例えば、プログラムに教示した先行チップ１がアークスタート位置に達した時に、プログラムに従って、サーボ制御回路３３がマニピュレータ２１の動作を一時停止する。
【００４７】
ステップＳＴ８「先行ワイヤアークスタート位置出力ステップ」において、アークスタート位置に先行チップ１及び後行チップ２が移動して、ステップＳＴ４に記載したアークスタート位置の関節角度の算出値に達した時に、サーボ制御回路３３が、先行ワイヤアークスタート位置信号Ｓ１を先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５に出力する。この先行ワイヤアークスタート位置信号Ｓ１は、マニピュレータ２１を一時停止するときは、マニピュレータ一時停止ステップ信号と一時停止した後のアークスタート開始信号とを兼用した信号となり、またマニピュレータ２１を一時停止しないときは、アークスタート開始信号となる。
【００４８】
ステップＳＴ９「先行ワイヤ通電開始ステップ」において、先行ワイヤアークスタート位置信号Ｓ１が先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５に入力された時に、この先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５が、先行ワイヤ３に供給する溶接電流値又は溶接電流値と溶接電圧値との組み合わせを先行ワイヤ用溶接電源装置２３に出力して先行ワイヤ３に通電する。
ステップＳＴ１０「先行ワイヤアークスタート完了信号出力ステップ」において、先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生した時に、先行ワイヤ用溶接電源装置２３が、先行ワイヤアークスタート完了信号Ｓ５を後述する先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５及び後述する後行ワイヤ到達時間計測回路３７に出力する。
ステップＳＴ１１「マニピュレータ一時停止動作の解除指令ステップ」において、先行ワイヤアークスタート完了信号Ｓ５が入力された時に、先行ワイヤ用溶接条件出力回路３５が、サーボ制御回路３３に「マニピュレータの動作解除指令信号」Ｓ４を出力してステップＳＴ８で一時停止していたマニピュレータ２１の動作を解除する。
【００４９】
ステップＳＴ１２「後行ワイヤ到達時間計測ステップ」において、後行ワイヤ到達時間計測回路３７が、上記先行ワイヤアークスタート完了信号Ｓ５が入力された時から後行ワイヤ到達計測時間Ｔの計測を開始して、上記後行ワイヤ到達算出時間信号Ｓ３に対応する後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１に達した時に、後行ワイヤアークスタート開始信号Ｓ２を後述する後行ワイヤ用溶接条件出力回路３６に出力する。
ステップＳＴ１３「後行ワイヤ通電開始ステップ」において、後行ワイヤアークスタート開始信号Ｓ２が後行ワイヤ用溶接条件出力回路３６に入力された時に、この後行ワイヤ用溶接条件出力回路３６が、後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１の計測の終了時に、後行ワイヤ４に供給する溶接電流値又は溶接電流値と溶接電圧値との組み合わせを後行ワイヤ用溶接電源装置２４に出力して後行ワイヤ４に通電する。
【００５０】
次に、図１２を参照して、前述したステップ５における後行ワイヤ到達時間算出回路３４が後行ワイヤ到達時間を算出する方法を説明する。説明を容易にするために、溶接線ＷＬを直線で示し、先行ワイヤ３のアークスタート時の先行ワイヤ先端３ａと後行ワイヤ先端４ａとの距離である「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」Ｌ７、溶接速度Ｗｓ、先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ４の突出し長さである「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ６、「アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ５及び後行ワイヤスローダウン送給速度Ｗｆから後行ワイヤ到達時間を求める方法を説明する。
同図において、先行チップ１の先端から先行ワイヤ３を予め定めた長さを突出した先行ワイヤ３の先端位置であるツールセンター位置を原点Ｏ（０、０）とし、原点Ｏ（０、０）を通り先行チップ１及び後行チップ２を含む平面内で被溶接物８に対して垂直方向をＹ軸とし、原点Ｏ（０、０）を通りＹ軸と直角となる溶接方向と逆方向をＸ軸とする先行ワイヤ座標系Ｘ−Ｙを設ける。
【００５１】
後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１を算出する場合、移動開始時の加速に要する時間は、後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１に対して十分小さく無視することができるので、マニピュレータ２１が先行チップ１及び後行チップ２の先端を溶接線ＷＬに沿って移動させる溶接速度Ｗｓは一定とみなす。
また、マニピュレータの２１の姿勢が変化して後行チップ２に接続されたコンジットの曲がり角度が変化して、コンジット内のワイヤ長さが変動して、先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ４の突出し長さである「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ６が変動するために、後行チップ２のワイヤ先端が先行チップ１の溶融池に達する時間が変動するが、送給装置として過渡特性に優れたＡＣサーボフィーダ等を使用することによって、無視できる程度まで改善することができる。従って、ここでは、マニピュレータ２１の加速に要する時間及びワイヤ送給変動を考慮しないこととするが、微少な誤差要因を考慮するか、又は、タイミングの微調整を図る場合等には、他の溶接条件と同様に、作業プログラムファイル出力回路２９に、被溶接物８の各溶接区間における予め定めた後行ワイヤ到達微調整時間Ｔｄを記憶させてもよい。
後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１は、
Ｔ１＝（Ｌ７／Ｗｓ）−［（Ｌ６−Ｌ５）÷Ｗｆ］＋Ｔｄ・・・（１）
となる。
ここで、
Ｌ７：先行ワイヤ３のアークスタート時の先行ワイヤ先端３ａと後行ワイヤ先端４ａとの距離である「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」
Ｗｓ：溶接速度
Ｌ６：先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ４の突出し長さである「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」
Ｌ５：アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ
Ｗｆ：後行ワイヤスローダウン送給速度
Ｔｄ：後行ワイヤ到達微調整時間
である。
【００５２】
前述した式（１）における溶接速度Ｗｓ、アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さＬ５及び後行ワイヤスローダウン送給速度Ｗｆは、図１０に示すように、作業プログラムファイル出力回路２９及び後行ワイヤ突出し長さ出力回路３０で設定して記憶させている。従って、「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ６及び「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」Ｌ７を下記のように算出することによって後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１を算出することができる。
【００５３】
「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ６及び「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」Ｌ７を算出するために、図１２において、下記の座標Ａ（ＸＡ、ＹＡ）、Ｂ（ＸＢ、ＹＢ）、Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）を設ける。
座標Ａ：アークスタート時の先行ワイヤ先端３ａの座標
座標Ｂ：先行ワイヤ座標系における後行ワイヤ先端４ａの座標
座標Ｃ：先行ワイヤ座標系における先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ先端４ａの座標
座標Ａ（ＸＡ、ＹＡ）は、
座標Ａ（ＸＡ、ＹＡ）＝［（Ｌ１−Ｌ３）sinγ、（Ｌ１−Ｌ３）cosγ］
となる。
ここで、
Ｌ１：先行ワイヤ３又は後行ワイヤ４の標準突出し長さ
Ｌ３：アークスタート時の先行ワイヤ突出し長さ
γ：トーチの前進角
座標Ｂ（ＸＢ、ＹＢ）は
座標Ｂ（ＸＢ、ＹＢ）＝［Ｌ２cos（α＋γ）、−Ｌ２sin（α＋γ）］
となる。
ここで、
Ｌ２：標準突出し長さのワイヤ先端間距離
α：先行チップ角度
γ：トーチの前進角
【００５４】
次に、座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）を算出する。後行ワイヤ４の突出し長さ方向の直線方程式は、
Ｙ＝Ｘ／tanφ−Ｌ２（sinθ＋cosθ／tanφ）・・・・・（２）
となる。
ここで、
Ｌ２：標準突出し長さのワイヤ先端間距離
θ＝α＋γ
φ＝α＋β＋γ
α：先行チップ角度
β：後行チップ角度
γ：トーチの前進角
【００５５】
前述した式（２）において、Ｙ＝ＹＡとなる点が座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）である。従って、座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）は
座標Ｃ（ＸＣ、ＹＣ）＝｛［（Ｌ１−Ｌ３）cosγ＋Ｌ２（sinθ＋cosθ／tanφ）］tanφ、（Ｌ１−Ｌ３）cosγ｝
となる。
【００５６】
次に、図１２において、座標Ｂと座標Ｃとの距離であるＬ４は
Ｌ４＝［（ＸＣ−ＸＢ）２＋（ＹＣ−ＹＢ）２］１／２
となる。
次に、「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さＬ６」は、Ｌ６＝Ｌ１−Ｌ４であるので、
Ｌ６＝Ｌ１−［（ＸＣ−ＸＢ）２＋（ＹＣ−ＹＢ）２］１／２  ・・・（３）
となる。
【００５７】
次に、「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」Ｌ７を算出する。「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」Ｌ７は座標Ａと座標ＣとのそれぞれのＸ座標の差であるので、
Ｌ７＝ＸＣ−ＸＡ・・・（４）
となる。
従って、前述した式（３）及び（４）においてそれぞれ算出した「先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ」Ｌ６及び「先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離」Ｌ７を式（１）に代入して、後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１を算出することができる。
【００５８】
このように、先行ワイヤ先端３ａにアーク５が発生してから後行ワイヤ送給装置２６が後行ワイヤ４の送給を開始するまでの間に、上記後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１を経過させることによって、先行ワイヤ３のアークスタート位置と後行ワイヤ４のアークスタート位置とが一致する。
その結果、アークスタート位置から先行ワイヤのアークで形成された溶着金属が後行ワイヤのアークで形成される溶着金属と一体となるので、溶接継手強度の強い溶接ビード９を形成することができ、また、美麗な溶接ビード外観を形成することができる。
【００５９】
先述した本発明の消耗電極アーク溶接方法は、２本のワイヤを使用した場合を説明したが、本発明は１トーチ内で２本のワイヤに限定されるのではなく、３本以上のワイヤを使用した場合も、同様に後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１を経過させて、それぞれのワイヤのアーク発生（アークスタート）を行うことによって、アークスタート位置においても、十分な溶着金属が形成されて溶接継手強度の強く、また、美麗な溶接ビード外観を形成することができる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の消耗電極アーク溶接方法は、１トーチ内で２本のワイヤを使用して先行ワイヤ３のアークスタートと後行ワイヤ４のアークスタートとの間に時間差を設けて、先行ワイヤ３のアークスタート位置と後行ワイヤ４のアークスタート位置とが一致するようにしたので、アークスタート位置においても、十分な溶着金属が形成されて溶接継手強度の強い溶接ビード９を形成することができ、また、美麗な溶接ビード外観を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願に係る発明の特徴を最もよく表す図である。
【図２】２電極１トーチ方式の消耗電極アーク溶接方法を説明する図である。
【図３】２電極１トーチ方式のアーク溶接用ロボットの一般的な構成を示す図である。
【図４】従来の２電極１トーチ方式の消耗電極アーク溶接のアークスタート方法を説明する図である。
【図５】図４に続く従来の２電極１トーチ方式の消耗電極アーク溶接のアークスタート方法を説明する図である。
【図６】ノズル１０内に先端に角度を有する先行チップ１及び後行チップ２から先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４をそれぞれ送給する図である。
【図７】本発明の先行ワイヤ３及び後行ワイヤ４を鉛直線方向に送給する場合の実施例１の溶接方法において溶接アークスタート直後の先行ワイヤ先端３ａ及び後行ワイヤ先端４ａの位置を示す図である。
【図８】実施例１の溶接方法において図７に続く溶接アークスタート後の先行ワイヤ先端３ａ及び後行ワイヤ先端４ａの位置を示す図である。
【図９】図７の方法で実施した溶接開始部分の溶接結果を示す図である。
【図１０】本発明の溶接方法を図３に示すアーク溶接用ロボットに適用した場合のロボット制御装置２７のブロック図である。
【図１１】本発明の先行チップ１及び後行チップ２に角度を設けてノズル１０に配置した実施例２の溶接方法においてノズルの中心軸をＹ軸とし溶接線ＷＬをＸ軸とした場合の先行ワイヤ先端３ａと後行ワイヤ先端４ａとの位置関係を示す図である。
【図１２】図１１の位置関係を示す図においてＹ軸に対して前進角γとした先行チップ１の先行ワイヤ先端３ａと後行ワイヤ先端４ａとの位置関係を示す図であって、本発明の後行ワイヤ到達算出時間Ｔ１を算出する方法を説明するための図である。
【図１３】図１０に示すロボット制御装置２７の動作を示すフローチャートである。
【図１４】図１３に続く図１０に示すロボット制御装置２７の動作を示すフローチャートである。
【図１５】図１４に続く図１０に示すロボット制御装置２７の動作を示すフローチャートである。
【図１６】図１５に続く図１０に示すロボット制御装置２７の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  先行チップ
２  後行チップ
３  先行ワイヤ
３ａ  先行ワイヤ先端
４  後行ワイヤ
４ａ  後行ワイヤ先端
５、６  アーク
７  溶融池
８  被溶接物
９  溶接ビード
９ａ  ビード開始部
１０  ノズル
１１  シールドガス
１２、１３  溶着金属
１２ａ  溶着金属１２の端部の位置
１４  トーチ
２１  マニピュレータ
２３  先行ワイヤ用溶接電源装置
２４  後行ワイヤ用溶接電源装置
２５  先行ワイヤ送給装置
２６  後行ワイヤ送給装置
２７  ロボット制御装置
２９  作業プログラムファイル出力回路
３０  後行ワイヤ突出し長さ出力回路
３１  電極パラメータ出力回路
３２  溶接トーチ移動経路算出回路
３３  サーボ制御回路
３４  後行ワイヤ到達時間算出回路
３５  先行ワイヤ用溶接条件出力回路
３６  後行ワイヤ用溶接条件出力回路
３７  後行ワイヤ到達時間計測回路
Ｄ１  先行ワイヤ３と後行ワイヤ４とのワイヤ間距離（実施例１）
Ｌ１  先行ワイヤ３又は後行ワイヤ４の標準突出し長さ
Ｌ２  標準突出し長さのワイヤ先端間距離（実施例２）
Ｌ３  アークスタート時の先行ワイヤ突出し長さ
Ｌ４  座標Ｂと座標Ｃとの距離
Ｌ５  アンチスチック処理後の後行ワイヤ突出し長さ
Ｌ６  先行ワイヤアークスタート時の後行ワイヤ突出し長さ
Ｌ７  先行ワイヤアークスタート時のワイヤ先端間距離
Ｓ１  先行ワイヤアークスタート位置信号
Ｓ２  後行ワイヤアークスタート開始信号
Ｓ３  後行ワイヤ到達算出時間信号
Ｓ４  マニピュレータの動作解除指令信号
Ｓ５  先行ワイヤアークスタート完了信号
Ｔ１  後行ワイヤ到達算出時間
Ｔ    後行ワイヤ到達計測時間（０乃至Ｔ１）
Ｔｄ  後行ワイヤ到達微調整時間
ＷＬ  溶接線
Ｗｆ  後行ワイヤスローダウン送給速度
Ｗｓ  溶接速度
α  先行チップ角度
β  後行チップ角度
γ  前進角
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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