JP6287598B2 - アーク溶接システム、アーク溶接方法および溶接品の製造方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、アーク溶接システム、アーク溶接方法および溶接品の製造方法に関する。

従来、溶接チップへ消耗電極を送給しつつ消耗電極の先端部とワークとの間でアーク状態と短絡状態とを交互に発生させて、溶接チップを溶接線に沿って移動させることで溶接を行うアーク溶接システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１０／１４６８４４号

しかしながら、上記した従来技術では、消耗電極が詰りなどにより正常に送給されない場合に、ビードに間欠的な未溶接部が生じる、いわゆる「ビードとび」などによる溶接品質の低下が起こる可能性があった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、溶接品質をより向上させることができるアーク溶接システム、アーク溶接方法および溶接品の製造方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るアーク溶接システムは、送給部と、電源部と、溶接制御部と、ロボットと、ロボット制御部と、検出部と、判定部と、指示部とを備える。前記送給部は、溶接トーチへ消耗電極を送給する。前記電源部は、前記消耗電極と被溶接物との間に電力を供給する。前記溶接制御部は、前記送給部と前記電源部との動作を制御して前記消耗電極と前記被溶接物との間に短絡状態およびアーク状態を繰り返し発生させる。前記ロボットは、前記溶接トーチを溶接線に沿って移動させる。前記ロボット制御部は、前記ロボットの動作を制御する。前記検出部は、前記消耗電極と前記被溶接物との間が前記短絡状態および前記アーク状態のいずれであるかを検出する。前記判定部は、前記検出部によって前記アーク状態が検出されてから前記アーク状態の継続期間が、第１の期間または前記第１の期間より長い第２の期間を経過したか否かを判定する。前記指示部は、前記判定部によって前記継続期間が前記第１の期間を経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを減速させるとともに、前記判定部によって前記継続期間が前記第２の期間を経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを停止させるように前記ロボット制御部へ指示する。

実施形態の一態様によれば、溶接品質をより向上させることができる。

図１は、実施形態に係るアーク溶接方法の概要を示す模式図である。 図２は、アーク溶接システムの全体構成を示す図である。 図３は、アーク溶接システムのブロック図である。 図４Ａは、アーク溶接の実行における動作タイムチャートの例（その１）である。 図４Ｂは、アーク溶接の実行における動作タイムチャートの例（その２）である。 図５は、アーク溶接システムが実行する処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するアーク溶接システム、アーク溶接方法および溶接品の製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、実施形態に係るアーク溶接方法の概要について、図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係るアーク溶接方法の概要を示す模式図である。なお、図１では、説明をわかりやすくするために、所定の期間である「第１の期間Ｐ１」および「第２の期間Ｐ２」における溶接トーチの移動距離を実際よりも誇張して示している。

図１に示すように、実施形態に係るアーク溶接方法では、消耗電極が送給される溶接トーチを、たとえばロボットなどによって構成される移動部（不図示）によって移動させる。具体的に、移動部は、溶接トーチの先端方向（たとえば矢印２０１）に送給された消耗電極の先端が溶接線に沿うように溶接トーチを移動させる。

また、移動部が溶接トーチを移動させる間、消耗電極と被溶接物（不図示）との間には電力が供給される。かかる電力の供給は、消耗電極と被溶接物との間に「短絡状態」と「アーク状態」とを繰り返し発生させるように、消耗電極の送給とあわせて制御される。

ここで、「短絡状態」とは、消耗電極の先端が被溶接物へ近接または接触し、消耗電極と被溶接物とが導通する状態、言い換えれば消耗電極から被溶接物へ溶滴が移行する状態を指す。また、これに対し、「アーク状態」とは、消耗電極と被溶接物との間にアークが存在する状態、言い換えれば消耗電極の先端に溶滴が形成され成長する状態を指す。

かかる「短絡状態」と「アーク状態」とを繰り返し発生させながら、上述のように移動部が溶接トーチを移動させることによってアーク溶接が行われ、被溶接物には溶接線に沿ってビードが形成される。

ところで、消耗電極は、たとえばライナーへの詰りや送給装置の不具合などによって、アーク溶接を行ううえで適正な量が送給されない場合がある。この場合、消耗電極と被溶接物との間でアーク状態が長く継続してしまい、正常なビードが形成されないなどの溶接状態の異常が生じる。

そこで、実施形態に係るアーク溶接方法では、溶接電流や溶接電圧に基づいて消耗電極と被溶接物との間が短絡状態またはアーク状態のいずれであるかを検出することとした。そして、検出されたアーク状態の継続期間に基づいて溶接トーチの移動速度を調節することで、溶接状態の異常によってビードに間欠部などの溶接不良が生じる事態を回避することとした。

より具体的に実施形態に係るアーク溶接方法について説明する。図１に示すように、実施形態に係るアーク溶接方法ではまず、上述のように消耗電極と被溶接物との間に短絡状態およびアーク状態を繰り返し発生させながら溶接線に沿って溶接トーチを移動させることによってアーク溶接を行い、被溶接物には溶接線に沿ってビードが形成される（図１のステップＳ１参照）。

かかるアーク溶接の過程においては、実施形態に係るアーク溶接方法では、消耗電極と被溶接物との間が短絡状態またはアーク状態のいずれであるかが逐次検出される。

ここで、消耗電極と被溶接物との間がアーク状態であることが検出されたものとする（図１のステップＳ２参照）。かかる場合、実施形態に係るアーク溶接方法では、アーク状態が検出されてから所定の期間である第１の期間Ｐ１が経過すると、溶接状態の異常を推定して溶接トーチを減速させる（図１のステップＳ３参照）。

すなわち、実施形態に係るアーク溶接方法では、アーク状態が第１の期間Ｐ１を経ることによって、消耗電極の送給不良などが生じているものと仮にみなして、溶接トーチの移動を制限させる。

そして、実施形態に係るアーク溶接方法では、アーク状態が検出されてから、第１の期間Ｐ１よりも長い第２の期間Ｐ２がさらに経過しても消耗電極と被溶接物との間が引き続きアーク状態にあるならば、溶接状態の異常を確定して溶接トーチの移動を停止させる（図１のステップＳ４参照）。

すなわち、実施形態に係るアーク溶接方法では、アーク状態が第２の期間Ｐ２を経ることによって、消耗電極の送給不良などが生じていることを確定し、溶接トーチの移動を停止させる。

また、実施形態に係るアーク溶接方法では、第２の期間Ｐ２の期間中に短絡状態が検出された場合には、溶接状態が正常に復帰したものとして溶接トーチの減速状態の解除を行う。これら実施形態に係るアーク溶接方法において実行される手順の詳細については、図４Ａおよび図４Ｂを用いて後述する。

このように、実施形態に係るアーク溶接方法では、溶接電流や溶接電圧に基づいて消耗電極と被溶接物との間が短絡状態またはアーク状態のいずれであるかを検出することとした。そして、検出されたアーク状態の継続期間に基づいて溶接トーチの移動速度を調節することで、溶接状態の異常によってビードに間欠部などの溶接不良が生じる事態を回避することとした。

したがって、実施形態に係るアーク溶接方法によれば、ビードに間欠部が生じるいわゆる「ビードとび」や正常にビードが形成されないといった事態を回避して溶接品質をより向上させることができる。

なお、上述した説明では、第１の期間Ｐ１の経過後に溶接トーチを減速させることとしたが、これに限らず、第１の期間Ｐ１の経過後から第２の期間Ｐ２の経過前までの溶接トーチの移動は、減速および停止を適宜組み合わせたものであってもよい。

次に、実施形態に係るアーク溶接システムの全体構成について、図２を用いて説明する。図２は、アーク溶接システムの全体構成を示す図である。

図２に示すように、実施形態に係るアーク溶接システム１は、ロボット１０と、ロボット１０を動作させてポジショナＰ上のワークＷを溶接するアーク溶接装置２０を備える。ポジショナＰはロボット１０がワークＷを溶接し易いように、ワークＷの位置や姿勢を変化させる不図示のアクチュエータを備える。また、アーク溶接装置２０とポジショナＰとは、電力供給線（以下「ケーブル」という）４２によって繋がれている。

アーク溶接装置２０は、図２に示すように、制御装置３０と電源装置４０とを備える。制御装置３０は、ロボット１０およびポジショナＰを制御してポジショナＰ上のワークＷをアーク溶接する。また、制御装置３０には、操作装置６０と、報知部７０とが接続される。

ロボット１０は、図２に示すように、ベース部１１を介して床面などに固定される。ロボット１０は、複数のロボットアーム１２を有しており、各ロボットアーム１２は、関節部１３を介して他のロボットアーム１２と接続される。

また、関節部１３を介して相互に接続されたロボットアーム１２のうち、ベース部１１に最も近いロボットアーム１２の基端はベース部１１に固定され、ベース部１１から最も遠いロボットアーム１２の先端には溶接機器１５が取り付けられる。各々の関節部１３は、不図示のサーボモータなどにより駆動され、溶接機器１５の位置や姿勢を様々に変更させる。

送給部１４は、ロボットアーム１２の所定位置に配置され、溶接ワイヤ缶１８に格納された溶接ワイヤ１８ａを、トーチケーブル１７を介して溶接機器１５へ送り出す。なお、トーチケーブル１７は、コンジットケーブル１７ａを内包しており、コンジットケーブル１７ａ内を通して消耗電極である溶接ワイヤ１８ａが溶接機器１５へ送り出される。

また、送給部１４は、ガスボンベ１９から供給されたシールドガスを、トーチケーブル１７を介して溶接機器１５へ供給する。なお、トーチケーブル１７は、ガス供給ホース１７ｂを内包しており、ガスボンベ１９から供給されたシールドガスが、ガス供給ホース１７ｂ内を通して溶接機器１５へ供給される。

また、送給部１４には、溶接ワイヤ１８ａの溶接機器１５への送給速度を検出する送給速度検出器が設けられており、かかる送給速度の情報は電源装置４０へ出力される。そして、制御装置３０は、電源装置４０を介して送給部１４による溶接ワイヤ１８ａの供給速度も制御する。

溶接機器１５は、溶接トーチ１５ａとコンタクトチップ１５ｂとを備える。溶接トーチ１５ａは、中空部位にトーチケーブル１７が挿入された中空構造を有し、最先端部にはコンタクトチップ１５ｂが取り付けられる。

コンタクトチップ１５ｂは貫通孔を有し、溶接ワイヤ１８ａは、かかる貫通孔を貫通してコンタクトチップ１５ｂの先端から送り出される。また、コンタクトチップ１５ｂには、ケーブル１７ｃが接続され、電源装置４０からアーク溶接のための溶接電力が供給される。

また、溶接トーチ１５ａ内には、ガス供給ホース１７ｂからシールドガスが供給される。このように供給されたシールドガスは溶接トーチ１５ａの先端から吐出され、溶接ワイヤ１８ａの先端から発生するアークを雰囲気から遮蔽する。

なお、溶接ワイヤ１８ａの送給は、ワークＷへの方向（正送）への一方向（いわゆるプッシュ式）に限らず、正送と、正送とは逆方向へ送給する逆送とを交互に切り替えつつ行う（いわゆるプッシュ・プル式）こととしてもよい。このようにすることで、溶接ワイヤ１８ａの、たとえばトーチケーブル１７やコンジットケーブル１７ａ内での詰りが自己的に解消されやすくなる。したがって、溶接ワイヤ１８ａの送給を良好に行うことができる。

操作装置６０は、たとえば、アーク溶接の作業内容を作業者がプログラムする場合やアーク溶接の状態を作業者が監視する場合などに用いられる。

操作装置６０は、通信ネットワーク６１を介して制御装置３０へ溶接設定情報を送信する。通信ネットワーク６１としては、有線ＬＡＮ（Local Area Network）や、無線ＬＡＮといった一般的なネットワークを用いることができる。なお、溶接設定情報が操作装置６０から制御装置３０に送信されるのではなく、制御装置３０が操作装置６０からの情報に基づいて溶接設定情報を生成することとしてもよい。

報知部７０は、制御装置３０に接続され、図４Ａを用いて後述する溶接異常にともないロボット１０が停止したことを含む旨を作業者に報知する。報知部７０は、たとえばディスプレイやスピーカ等で構成され、警告を示す表示や音等を出力することにより警告情報を報知する。

なお、図２には、制御装置３０と別体に設けられた報知部７０を例示しているが、これに限らず、報知部７０は、たとえば操作装置６０などのアーク溶接システム１が含む各種装置と一体に設けられることとしてもよい。

制御装置３０は、操作装置６０から取得した溶接設定情報に基づき、制御ケーブル３４，３５を介してロボット１０や電源装置４０を制御して、ワークＷに対するアーク溶接を行う。溶接設定情報には、ロボット制御情報や電源制御情報が含まれる。

具体的には、制御装置３０は、溶接設定情報のうちロボット制御情報に従って、ロボット１０を制御し、先端のロボットアーム１２に取り付けられた溶接機器１５の位置や姿勢を変化させる。ロボット制御情報には、溶接線の情報や溶接速度の情報、ポジショナＰの動作情報、溶接ワイヤ１８ａの送給速度の情報などが含まれる。

ここで、溶接線の情報は、たとえば溶接機器１５の軌道を示す情報である。すなわち、溶接線の情報は、溶接機器１５の位置の変化や溶接機器１５のワークＷに対する姿勢の変化を示す情報であり、移動位置の座標情報や姿勢情報としてロボット１０へ入力される。溶接速度の情報は、たとえば溶接機器１５によるアーク溶接の速度（単位時間当たりの溶接機器１５の移動量）を示す情報であり、溶接速度指令値としてロボット１０へ出力される。

また、制御装置３０は、溶接設定情報のうち電源制御情報に従って電源装置４０を制御する。具体的には、制御装置３０は、送給部１４によって溶接ワイヤ１８ａを供給させつつ、電源制御情報に基づいて電源装置４０に溶接機器１５への溶接電力の供給を行わせて、溶接機器１５にアーク溶接を実行させる。電源制御情報には、溶接電圧指令値、溶接電流指令値、溶接開始指令、溶接停止指令などが含まれる。

また、電源装置４０は、電流・電圧検出部４１（後述）を有しており、溶接ワイヤ１８ａとワークＷとの間の溶接電流および溶接電圧を検出する。そして、制御装置３０は、かかる検出情報に基づいてアーク溶接の実行中におけるロボット１０の動作を制御する。この点の詳細については、図３以降を用いて後述する。

このように、制御装置３０は、溶接機器１５の位置や姿勢を変化させつつ、溶接ワイヤ１８ａを送給部１４から溶接機器１５へ送給させるとともに、溶接電力を電源装置４０からコンタクトチップ１５ｂへ供給させる。

これにより、実施形態に係るアーク溶接システム１は、溶接ワイヤ１８ａの先端からアークを発生させ、短絡状態およびアーク状態を繰り返しつつ溶接線に沿ってワークＷを溶接する。

次に、実施形態に係るアーク溶接システム１の内部構成について、図３を用いて説明する。図３は、アーク溶接システムのブロック図である。なお、図３では、実施形態に係るアーク溶接システム１の説明に必要な構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。また、図３を用いた説明では、主として制御装置３０の内部構成について説明することとし、既に図２で示した各種装置については説明を簡略化する場合がある。

図３に示すように、制御装置３０は、溶接制御部３１と、記憶部３２と、ロボット制御部３３とを備える。溶接制御部３１は、取得部３１ａと、状態検出部３１ｂと、期間判定部３１ｃと、指示部３１ｄとをさらに備える。取得部３１ａは、電流・電圧検出部４１から溶接ワイヤ１８ａ（図２参照）とワークＷ（図２参照）との間の溶接電流値や溶接電圧値の情報を受け取って状態検出部３１ｂへ送る。

状態検出部３１ｂは、溶接電流や溶接電圧の値を閾値情報３２ａと比較して、消耗電極とワークＷとの間が短絡状態およびアーク状態のいずれであるかを検出する。ここで、閾値情報３２ａは、溶接電流値（以下、「閾値電流Ｉｔｈ」という）や溶接電圧値の閾値（以下、「閾値電圧Ｖｔｈ」という）を含む情報であり、あらかじめ記憶部３２に登録される。

たとえば、状態検出部３１ｂは、溶接電流の値が閾値電流Ｉｔｈより大きい、または、溶接電圧の値が閾値電圧Ｖｔｈ以下の場合に短絡状態を検出する。一方、状態検出部３１ｂは、溶接電流の値が閾値電流Ｉｔｈ以下、または、溶接電圧の値が閾値電圧Ｖｔｈより大きい場合にアーク状態を検出する。そして、状態検出部３１ｂは、かかる検出結果を期間判定部３１ｃへ送る。

また、状態検出部３１ｂは、一定期間における溶接電流の平均値（以下、「平均電流値」という）や溶接電圧の積算値（以下、「電圧積算値」という）を閾値情報３２ａと比較して、消耗電極とワークＷとの間が「短絡状態を含む状態」およびアーク状態のいずれであるかを検出することとしてもよい。ここで、短絡状態を含む状態とは、短絡状態とアーク状態が繰り返し発生してアーク溶接が行われている状態のことを指す。

具体的には、状態検出部３１ｂは、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈより大きい、または、電圧積算値が閾値電圧Ｖｔｈ以下の場合に短絡状態を含む状態を検出する。一方、状態検出部３１ｂは、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下、または、電圧積算値が閾値電圧Ｖｔｈより大きい場合にアーク状態を検出する。

期間判定部３１ｃは、期間情報３２ｂに基づき、状態検出部３１ｂから受け取った検出結果からアークの発生状態の期間に関する判定を行い、ロボット移動許可信号や溶接異常検出信号を生成して指示部３１ｄへ送る。

具体的には、期間判定部３１ｃは、状態検出部３１ｂによって短絡状態や短絡状態を含む状態が検出された場合、ロボット移動許可信号を生成して指示部３１ｄへ送る。また、期間判定部３１ｃは、状態検出部３１ｂによってアーク状態が検出された場合、期間情報３２ｂに基づいてかかるアーク状態の期間を判定してロボット移動許可信号の生成を停止したり、溶接異常検出信号を生成したりする。この点の詳細については図４Ａおよび図４Ｂを用いて後述する。

ここで、期間情報３２ｂは、状態検出部３１ｂによってアーク状態が検出されてから、ロボット移動許可信号の生成の停止までの時間や溶接異常検出信号の生成までの時間を含む情報であり、あらかじめ記憶部３２に登録される。

指示部３１ｄは、期間判定部３１ｃからの情報に基づき、電源装置４０や報知部７０といった各種装置を動作させる動作信号を生成して各種装置へ向け出力したり、ロボット制御部３３にロボット１０の動作を指示したりする。

ロボット制御部３３は、実行部３３ａを有し、ロボット１０に所定の動作を実行させる。具体的には、ロボット制御部３３は、指示部３１ｄからの指示に基づいてロボット１０（図２参照）を、たとえば減速させたり停止させたりする。

記憶部３２は、ハードディスクドライブや不揮発性メモリといった記憶デバイスであり、閾値情報３２ａおよび期間情報３２ｂを記憶する。なお、閾値情報３２ａおよび期間情報３２ｂの内容については既に説明したため、ここでの記載を省略する。

なお、図３で制御装置３０の内部に示した各構成要素は、制御装置３０単体に配置されなくともよい。たとえば、溶接制御部３１を含む制御装置とロボット制御部３３を含む制御装置とは別体に設けられたり、制御対象となる各種装置のそれぞれに対応付けられた複数個の筐体で構成されたりしてもよい。

次に、実施形態に係るアーク溶接システム１が、平均電流値に基づいて溶接状態の異常を確定し、ロボット１０を停止させる場合を例にとって図４Ａを用いて説明する。図４Ａは、アーク溶接の実行における動作タイムチャートの例（その１）である。

タイムチャートの縦軸はそれぞれ平均電流値、ロボット移動許可信号、溶接異常検出信号およびロボット動作を示しており、横軸はいずれも時間を示している。なお、図４Ａにおいて、時間経過や平均電流値の変化は一例を模式的に示したものであり、実測値と必ずしも対応していない。

また、以下では、説明の便宜上、溶接ワイヤ１８ａとワークＷとの間に供給される溶接電流および溶接電圧の波形が矩形波状である場合を主たる例に挙げて説明を行うが、波形の形状を限定するものではなく、たとえば台形波状や三角波状、正弦波状といった場合にも置換可能である。

まず、時刻Ｔ０においては平均電流値が閾値電流Ｉｔｈより大きく、時刻Ｔ１において平均電流値が閾値電流Ｉｔｈより大きい値から閾値電流Ｉｔｈ以下へ変化したものとする。ここで、制御装置３０は、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈより大きい場合、短絡状態を含む状態であることを、閾値電流Ｉｔｈ以下の場合には、アーク状態であることをそれぞれ判定する。なお、短絡状態を含む状態においては、短絡状態とアーク状態とが繰り返し発生してアーク溶接が行われる。

制御装置３０は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２において平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下であっても、アーク溶接にともなう安定したアークが発生している（ロボット移動許可信号「ＯＮ」）ものとしてロボット１０の移動を継続する（ロボット動作「ＯＮ」）。なお、図４Ａには、時刻Ｔ０から時刻Ｔ２までをロボット１０の「移動期間」として、また時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までを「第１の期間Ｐ１」として、それぞれ示している。

そして、制御装置３０は、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下となってから第１の期間Ｐ１が経過した場合、ロボット移動許可信号の生成を停止して（ロボット移動許可信号「ＯＦＦ」）、ロボット１０の動作、すなわち溶接機器１５の移動を減速させる（ロボット動作「ＯＦＦ」）。すなわち、制御装置３０は、かかる第１の期間Ｐ１の経過によって溶接ワイヤ１８ａの詰りなどによる溶接状態の異常を推定し、溶接不良が生じないように溶接機器１５の移動を減速させる。かかる減速は、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下となってから第２の期間Ｐ２が経過したことを示す時刻Ｔ３まで行われる。

なお、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３におけるロボット１０の動作は、溶接機器１５の減速に限らず、減速および停止を適宜組み合わせて行うものであってもよい。図４Ａには、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までをロボット１０の「減速期間」として、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までを「第２の期間Ｐ２」として示している。

また、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３において、説明の便宜上、ロボット動作を「ＯＦＦ」としているが、ロボット１０は移動期間よりも小さい速度で移動する期間を含むものとする。

そして、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下となってから第２の期間Ｐ２を経過した場合（時刻Ｔ３）、制御装置３０は、溶接状態の異常が確定したものとして溶接異常検出信号を生成し（溶接異常検出信号「ＯＮ」）、ロボット１０の動作を停止させる。図４Ａには、時刻Ｔ３以降の期間をロボット１０の「停止期間」として示している。

このように、実施形態に係るアーク溶接システム１では、溶接異常が検出された場合に、ロボット１０の移動を停止させる。これにより、溶接ワイヤ１８ａの詰りなどによってアーク状態が長く続くことでビードとびや正常なビードが形成されないといった溶接不良を防ぐことができる。すなわち、溶接品質をより向上させることができる。

また、制御装置３０は、時刻Ｔ３におけるロボット１０の動作の停止を報知部７０（図２参照）にて作業者などに報知することとしてもよい。このようにすることで、作業者はアーク溶接が異常状態となったことを容易に把握することができる。

なお、上述したように第１の期間Ｐ１の経過によって一時的に溶接状態の異常を推定した場合であっても、かかる溶接状態が所定の期間内に正常な状態に復帰した場合には、ロボット１０の移動を再開させることとしてもよい。

この点につき、図４Ｂを用いて説明する。図４Ｂは、アーク溶接の実行における動作タイムチャートの例（その２）である。なお、図４Ｂでは、説明をわかりやすくするために図４Ａで既に説明した時刻Ｔ０〜Ｔ３を同趣旨のものとして示した。

図４Ｂに示すように、実施形態に係るアーク溶接システム１では、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下となってから第１の期間Ｐ１が経過した場合であっても、第２の期間Ｐ２の経過前（時刻Ｔ４）に平均電流値が閾値電流Ｉｔｈより大きい値となったならば、制御装置３０は、溶接状態が正常な状態に復帰したとしてロボット移動許可信号をＯＦＦからＯＮへ切り替える。

また、これにともない、制御装置３０は、ロボット動作をＯＦＦからＯＮに切り替えてロボット１０の減速状態を解除し、ふたたび通常の移動速度による移動を再開させて、溶接機器１５によるアーク溶接を継続する。また、この場合、制御装置３０は、溶接異常検出信号についてはＯＦＦの状態のままとする。

このように、実施形態に係るアーク溶接システム１は、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下となってから第１の期間Ｐ１が経過した場合にロボット１０を減速させ、第２の期間Ｐ２の経過前に溶接状態が正常な状態に復帰した場合には、かかる減速状態を解除する。

これにより、実施形態に係るアーク溶接システム１では、一時的に溶接異常の状態になっても、ビードに間欠部が生じる事態を回避して溶接作業を継続することができる。したがって、実施形態に係るアーク溶接システム１によれば、作業員の手動介入などによる生産効率の低下を防止しつつ溶接品質をより向上させることができる。

なお、図４Ａおよび図４Ｂでは、アークの発生が平均電流値に基づいて検出される場合について説明したが、これに限らず、アークの発生の検出は一定期間の電圧積算値に基づいて行われることとしてもよい。

この場合、制御装置３０は、かかる一定期間の電圧積算値が閾値電圧Ｖｔｈより大きければ溶接機器１５がアーク状態であることを検出し、閾値電圧Ｖｔｈ以下であれば短絡状態を含む状態であることを検出する。

また、これまでは、アーク信号の生成が、溶接電流の一定期間における平均値や溶接電圧の一定期間における積算値に基づいて判定される場合を例にとって説明した。しかしながら、アーク信号の生成は、溶接電流や溶接電圧の瞬間値（いわゆる「リアルタイムデータ」）に基づくこととしてもよい。

このようにすることで、実際の溶接電流や溶接電圧の変化に対するロボット移動許可信号の生成や停止の追従性をより向上させることができる。したがって、平均電流値や電圧積算値が短時間で頻繁に変化する場合であっても、ロボット１０の動作の停止や復帰を追従させて間欠部の無いビードを得ることができる。

なお、平均電流値や電圧積算値を算出するための期間や第１の期間Ｐ１、第２の期間Ｐ２、ロボット１０の移動速度などの設定方法としては、たとえば、あらかじめ実験等によって最適な値を定めておく方法が挙げられる。

ところで、前述の第１の期間Ｐ１または第２の期間Ｐ２は、図４Ａおよび図４Ｂに示した移動期間におけるロボット１０すなわち溶接トーチ１５ａの移動速度に基づいて適宜定めることができる。具体的には、たとえば溶接トーチ１５ａの移動速度が大きいほど、第１の期間Ｐ１や第２の期間Ｐ２を短くする。

このようにすることで、移動期間における溶接トーチ１５ａの移動速度に関わらず、第１の期間Ｐ１または第２の期間Ｐ２の経過後における溶接トーチ１５ａの移動距離を一定の範囲内に収めて、ビードに間欠部が生じる事態を回避することができる。

次に、実施形態に係るアーク溶接システム１が実行する処理手順について図５を用いて説明する。図５は、実施形態に係るアーク溶接システムが実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、図５では、制御装置３０が平均電流値に基づいて溶接機器１５のアークの発生状態を判定する場合を例にとって説明する。

図５に示すように、ロボット１０が溶接トーチ１５ａを溶接線に沿って移動させつつワークＷを溶接する（ステップＳ１０１）。そして、たとえば平均電流値などの溶接電流が閾値電流Ｉｔｈ以下となった場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、制御装置３０はかかる状態が第１の期間Ｐ１を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

ここで、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下の状態が第１の期間Ｐ１を経過した場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、制御装置３０はロボット１０の動作（すなわち溶接トーチ１５ａの移動）を減速させる（ステップＳ１０４）。なお、制御装置３０はロボット１０（溶接トーチ１５ａ）の動作を停止するまで減速させることとしてもよい。

また、ステップＳ１０２の判定条件を満たさなかった（すなわち、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈより大きい）場合には（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

また、ステップＳ１０３の判定条件を満たさなかった（すなわち、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下の状態が第１の期間Ｐ１より長く継続しなかった）場合には（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

つづいて、制御装置３０は平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下である状態が、第１の期間Ｐ１より長い第２の期間Ｐ２を経過したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下である状態が第２の期間Ｐ２を経過した場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、制御装置３０は溶接異常を判定する（ステップＳ１０６）。そして、制御装置３０は、ロボット１０の動作（すなわち溶接トーチ１５ａの移動）を停止させ（ステップＳ１０７）、処理を終了する。

なお、ステップＳ１０５の判定条件を満たさなかった（すなわち、平均電流値が閾値電流Ｉｔｈ以下である状態が第２の期間Ｐ２より長く継続しなかった）場合には（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、制御装置３０は、溶接トーチ１５ａ（ロボット１０）の減速を解除して（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。

上述してきたように、実施形態に係るアーク溶接システムは、送給部と、電源部（電源装置）と、溶接制御部と、ロボットと、ロボット制御部と、検出部（状態検出部）と、判定部（期間判定部）と、指示部とを備える。送給部は、溶接トーチへ消耗電極を送給する。

電源部は、消耗電極（溶接ワイヤ）と被溶接物との間に電力を供給する。溶接制御部は、送給部と電源部との動作を制御して消耗電極と被溶接物（ワーク）との間に短絡状態およびアーク状態を繰り返し発生させる。

ロボットは、溶接トーチを溶接線に沿って移動させる。ロボット制御部は、ロボットの動作を制御する。検出部は、消耗電極と被溶接物との間が短絡状態およびアーク状態のいずれであるかを検出する。判定部は、検出部によってアーク状態が検出されてから第１の期間または第１の期間より長い第２の期間が経過したか否かを判定する。

指示部は、判定部によって第１の期間が経過したと判定された場合に、溶接トーチを減速させるとともに、判定部によって第２の期間が経過したと判定された場合に、溶接トーチを停止させるようにロボット制御部へ指示する。

このように、実施形態に係るアーク溶接システムでは、溶接状態に応じて溶接トーチを減速させたり停止させたりする。したがって、実施形態に係るアーク溶接システムによれば、溶接ビードに間欠部が生じる事態を回避して溶接の品質をより向上することができる。

なお、上述した実施形態では、ワークをポジショナに設置することとしたが、ワークの位置や姿勢を変化させる必要がなければ、ポジショナに代えてワークを載置させる載置台を使用することとしてもよい。この場合、電源装置からのケーブルは、ワークや載置台に接続してもよい。

また、上述した実施形態では、電流・電圧検出部を電源装置に設けることとした。しかしながら、これに限らず、電流検出器および電圧検出器の一方または両方を制御装置に設けることとしてもよい。また、電源装置と制御装置とを別体として説明したが、電源装置と制御装置とを一体化してもよい。

また、上述した実施形態では、１つのワークにつき１台のロボットの溶接機器で溶接作業を行う場合を例にとって説明したが、これに限らず、１つのワークにつき溶接機器を有する複数のロボットで溶接作業を行うこととしてもよい。この場合、複数のロボットのうち一部または全部で制御装置や電源装置を共有することとしても構わない。

また、上述した実施形態では、平均電流値や電圧積算値を算出するための期間や第１の期間、第２の期間、ロボットの移動速度などの各種設定が、操作装置の操作により入力および変更可能となることとしてもよい。このようにすることで、たとえば、実機で溶接した結果物に基づいて各種設定を現場作業者により容易に変更することができる。なお、操作装置ではなく制御装置や電源装置の操作によって上述した各種設定を入力および変更可能としてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ アーク溶接システム
１０ ロボット
１１ ベース部
１２ ロボットアーム
１３ 関節部
１４ 送給部
１５ 溶接機器
１５ａ 溶接トーチ
１５ｂ コンタクトチップ
１７ トーチケーブル
１７ａ コンジットケーブル
１７ｂ ガス供給ホース
１８ 溶接ワイヤ缶
１８ａ 溶接ワイヤ
２０ アーク溶接装置
１９ ガスボンベ
３０ 制御装置
３１ 溶接制御部
３３ ロボット制御部
４０ 電源装置
４１ 電流・電圧検出部
６０ 操作装置
７０ 報知部

Claims (9)

1. 溶接トーチへ消耗電極を送給する送給部と、
   前記消耗電極と被溶接物との間に電力を供給する電源部と、
   前記送給部と前記電源部との動作を制御して前記消耗電極と前記被溶接物との間に短絡状態およびアーク状態を繰り返し発生させる溶接制御部と、
   前記溶接トーチを溶接線に沿って移動させるロボットと、
   前記ロボットの動作を制御するロボット制御部と、
   前記消耗電極と前記被溶接物との間が前記短絡状態および前記アーク状態のいずれであるかを検出する検出部と、
   前記検出部によって前記アーク状態が検出されてから前記アーク状態の継続期間が、第１の期間または前記第１の期間より長い第２の期間を経過したか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記継続期間が前記第１の期間を経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを減速させるとともに、前記判定部によって前記継続期間が前記第２の期間を経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを停止させるように前記ロボット制御部へ指示する指示部と
   を備えることを特徴とするアーク溶接システム。
2. 前記指示部は、
   前記判定部によって前記第１の期間が経過したと判定された場合に、さらに前記判定部によって前記第２の期間が経過したと判定される前に前記検出部によって前記短絡状態が検出されたならば、前記溶接トーチの減速を解除させるように前記ロボット制御部へ指示すること
   を特徴とする請求項１に記載のアーク溶接システム。
3. 報知部をさらに備え、
   前記指示部は、
   前記判定部によって前記第２の期間が経過したと判定された場合に、前記溶接トーチの移動を停止させる旨を報知するように前記報知部へ指示すること
   を特徴とする請求項１または２に記載のアーク溶接システム。
4. 前記指示部は、
   前記消耗電極を前記被溶接物の方向へ送給する正送と、前記消耗電極を前記正送とは逆の方向へ送給する逆送とを交互に切り替えつつ前記消耗電極を送給するように前記送給部へ指示すること
   を特徴とする請求項１、２または３に記載のアーク溶接システム。
5. 前記判定部は、
   前記ロボットが前記溶接トーチを移動させる速度に応じて前記第１の期間および前記第２の期間のいずれか一方または双方を変更しつつ前記第１の期間または前記第２の期間の経過を判定すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のアーク溶接システム。
6. 溶接トーチへ送給される消耗電極と被溶接物との間に短絡状態およびアーク状態を繰り返し発生させながら、ロボットに保持された前記溶接トーチを溶接線に沿って移動させる移動工程と、
   前記消耗電極と前記被溶接物との間が前記短絡状態および前記アーク状態のいずれであるかを検出する検出工程と、
   前記検出工程によって前記アーク状態が検出されてから前記アーク状態の継続期間が、第１の期間または前記第１の期間より長い第２の期間を経過したか否かを判定する判定工程と、
   前記判定工程によって前記継続期間が前記第１の期間を経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを減速させるとともに、前記判定工程によって前記継続期間が前記第２の期間を経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを停止させるように前記ロボットへ指示する指示工程と
   を含むことを特徴とするアーク溶接方法。
7. 溶接トーチへ送給される消耗電極と被溶接物との間に短絡状態およびアーク状態を繰り返し発生させながら、ロボットに保持された前記溶接トーチを溶接線に沿って移動させる移動工程と、
   前記消耗電極と前記被溶接物との間が前記短絡状態および前記アーク状態のいずれであるかを検出する検出工程と、
   前記検出工程によって前記アーク状態が検出されてから前記アーク状態の継続期間が、第１の期間または前記第１の期間より長い第２の期間を経過したか否かを判定する判定工程と、
   前記判定工程によって前記継続期間が前記第１の期間を経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを減速させるとともに、前記判定工程によって前記継続期間が前記第２の期間を経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを停止させるように前記ロボットへ指示する指示工程と
   を含む溶接品の製造方法。
8. 溶接トーチへ消耗電極を送給する送給部と、
   前記消耗電極と被溶接物との間に電力を供給する電源部と、
   前記送給部と前記電源部との動作を制御して前記消耗電極と前記被溶接物との間に短絡状態およびアーク状態を繰り返し発生させる溶接制御部と、
   前記溶接トーチを溶接線に沿って移動させるロボットと、
   前記ロボットの動作を制御するロボット制御部と、
   前記消耗電極と前記被溶接物との間が前記短絡状態および前記アーク状態のいずれであるかを検出する検出部と、
   前記検出部によって前記アーク状態が検出されてから第１の期間または前記第１の期間より長い第２の期間が経過したか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記第１の期間が経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを減速させるとともに、前記判定部によって前記第２の期間が経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを停止させるように前記ロボット制御部へ指示する指示部と
   を備え、
   前記指示部は、
   前記判定部によって前記第１の期間が経過したと判定された場合に、さらに前記判定部によって前記第２の期間が経過したと判定される前に前記検出部によって前記短絡状態が検出されたならば、前記溶接トーチの減速を解除させるように前記ロボット制御部へ指示すること
   を特徴とするアーク溶接システム。
9. 溶接トーチへ消耗電極を送給する送給部と、
   前記消耗電極と被溶接物との間に電力を供給する電源部と、
   前記送給部と前記電源部との動作を制御して前記消耗電極と前記被溶接物との間に短絡状態およびアーク状態を繰り返し発生させる溶接制御部と、
   前記溶接トーチを溶接線に沿って移動させるロボットと、
   前記ロボットの動作を制御するロボット制御部と、
   前記消耗電極と前記被溶接物との間が前記短絡状態および前記アーク状態のいずれであるかを検出する検出部と、
   前記検出部によって前記アーク状態が検出されてから第１の期間または前記第１の期間より長い第２の期間が経過したか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記第１の期間が経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを減速させるとともに、前記判定部によって前記第２の期間が経過したと判定された場合に、前記溶接トーチを停止させるように前記ロボット制御部へ指示する指示部と、
   報知部と
   を備え、
   前記指示部は、
   前記判定部によって前記第２の期間が経過したと判定された場合に、前記溶接トーチの移動を停止させる旨を報知するように前記報知部へ指示すること
   を特徴とするアーク溶接システム。

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