JP2011189378A - Arc welding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスシールドアーク溶接を行うための改良されたアーク溶接装置に関するものである。 The present invention relates to an improved arc welding apparatus for performing gas shielded arc welding.
消耗電極式または非消耗電極式のガスシールドアーク溶接では、アークおよび溶融池に対して炭酸ガス、アルゴンガス等のシールドガスを噴出して大気から遮蔽し、大気が溶接雰囲気内に侵入することを防ぐ必要がある。シールドガスは、その流量が一定の許容範囲内に収まっていることが重要である。ガス流量が少ない場合は、大気が溶接雰囲気内に侵入することによってアークの状態が不安定になるために、ブローホールが発生したり、スパッタが大量に発生したりする。逆にガス流量が多すぎる場合は、乱流が発生するためにシールド不良となったり、溶け込み不足などが生じたりすることがある。この結果、溶接ビードの外観が悪化し、溶接不良となることがある。 In consumable electrode type or non-consumable electrode type gas shielded arc welding, shield gas such as carbon dioxide gas and argon gas is blown out to the arc and molten pool to shield it from the atmosphere, and the atmosphere enters the welding atmosphere. It is necessary to prevent. It is important that the flow rate of the shielding gas is within a certain allowable range. When the gas flow rate is small, the arc state becomes unstable due to the intrusion of the atmosphere into the welding atmosphere, so that blowholes are generated or a large amount of spatter is generated. Conversely, if the gas flow rate is too high, turbulent flow may occur, resulting in poor shielding or insufficient melting. As a result, the appearance of the weld bead may be deteriorated, resulting in poor welding.
シールドガスを電磁弁でON/OFFする一般的なアーク溶接装置においては、電磁弁を開いた時、すなわち溶接を開始する際に必要なプリフロー処理中に過大な流量のシールドガスが噴出される。この現象を以下では突流と表現する。突流は、配管長、圧力、前回のガスOFFからの経過時間等によって、そのピーク流量と継続時間が異なるため、シールドガスを噴出してから流量が許容範囲に収まるまでの時間も異なる。以下に一例を示す。なお、上記した前回のガスOFFからの経過時間とは、溶接区間が連続して複数存在している場合に、前回の溶接区間におけるシールドガスの出力停止からの経過時間を意味する。 In a general arc welding apparatus in which the shield gas is turned ON / OFF with a solenoid valve, an excessive flow of shield gas is ejected during the preflow process required when the solenoid valve is opened, that is, when welding is started. This phenomenon is expressed as rush current below. The rush flow differs in peak flow rate and duration time depending on the pipe length, pressure, time elapsed since the last gas OFF, etc., and therefore the time from when the shield gas is jetted until the flow rate falls within the allowable range also differs. An example is shown below. Note that the elapsed time from the previous gas OFF means the elapsed time from the shield gas output stop in the previous welding section when there are a plurality of continuous welding sections.
図5は、シールドガスの突流の様子を説明するための図である。同図は、設定流量を15リットル/分とした場合に、前回のガスOFFからの経過時間が何秒だったかによってガス流量が時間の経過とともにどのように変化するかを示している。同図(a)は前回のガスOFFからの経過時間が4秒のときの流量変化を示している。同様に、同図(b)は3秒、同図(c)は2秒、同図(d)は1秒、同図(e)は0.5秒のときの流量変化をそれぞれ示している。同図に示すように、電磁弁を開いてしばらくの間は、突流によって過剰な流量のガスが噴出され、時間の経過とともに、ガス流量設定器で定められた設定流量(同図では15リットル/分)に近づく。プリフロー時間が0.5秒に設定されていると仮定すると、例えば同図(a)では、約42リットル/分のシールドガスが出力されている状態でアークスタート処理が行われることになるために、上述したような溶接不良が発生する可能性がある。 FIG. 5 is a diagram for explaining the state of the rush of shielding gas. The figure shows how the gas flow rate changes with time depending on how many seconds have elapsed since the last gas OFF when the set flow rate is 15 liters / minute. FIG. 4A shows the flow rate change when the elapsed time from the previous gas OFF is 4 seconds. Similarly, FIG. 7B shows the flow rate change at 3 seconds, FIG. 10C shows 2 seconds, FIG. 10D shows 1 second, and FIG. 9E shows 0.5 seconds. . As shown in the figure, for a while after opening the solenoid valve, an excessive flow of gas is ejected by rush flow, and with the passage of time, the set flow rate determined by the gas flow rate setting device (15 liter / Minutes). Assuming that the preflow time is set to 0.5 seconds, for example, in FIG. 5A, the arc start process is performed in a state where a shield gas of about 42 liters / minute is output. There is a possibility that poor welding as described above may occur.
溶接開始部での突流を抑制するための技術が、特許文献1および2に開示されている。特許文献1には、2つの電磁弁を直列に設け、同時にON/OFFするアーク溶接装置が開示されている(以下、従来技術1という)。また、特許文献2には、オリフィス等の機械的なガス流量制御手段を備えた溶接装置が開示されている(以下、従来技術2という)。従来技術1および2によれば、機械的な手段を用いて突流を抑えることによって、溶接不良の発生を防止することができるとともに、シールドガスの消費量を節約することもできるという効果を奏している。
一方、溶接開始部における突流を抑制するだけでなく、アーク溶接中におけるガス流量を最適な流量に維持する必要もある。図5で説明したように、ガス流量は、溶接開始部における突流が収まった後は、ガス流量調整器で定められた設定流量に近づいて一定となる。適度なガス流量で一定となれば、溶接不良に結びつくことはない。しかしながら、例えば、アーク溶接ロボット等のアーク溶接装置を用いて溶接を行う場合には、一つのワークが複数の溶接部位を有していることが一般的であり、溶接部位によって開先形状、溶接法、板厚等が異なることも多い。このような場合には、各溶接部位に応じてシールドガスの設定流量を変更することが望まれる。例えば、開先形状が重ね隅肉である場合よりも水平隅肉である場合の方がシールドガスの設定流量を少なくしても問題ないことが多い。ところが、ガス流量はガス流量調整器で定められた一定量であるため、アーク溶接中のガス流量が多めのまま使用されている場合がある。この場合は、シールドガスが無駄に消費されてしまう可能性がある。 On the other hand, it is necessary not only to suppress the rush flow at the welding start portion but also to maintain the gas flow rate during arc welding at an optimum flow rate. As described with reference to FIG. 5, the gas flow rate becomes constant by approaching the set flow rate determined by the gas flow rate regulator after the rush flow at the welding start portion is settled. If it becomes constant at an appropriate gas flow rate, it will not lead to poor welding. However, for example, when welding is performed using an arc welding apparatus such as an arc welding robot, it is common that one workpiece has a plurality of welded portions, and the groove shape and the welding are determined depending on the welded portions. In many cases, the method and thickness are different. In such a case, it is desirable to change the set flow rate of the shielding gas in accordance with each welding site. For example, there is often no problem even if the set flow rate of the shield gas is reduced when the groove shape is a horizontal fillet than when the groove shape is a stacked fillet. However, since the gas flow rate is a fixed amount determined by the gas flow regulator, the gas flow rate during arc welding may be used with a large amount. In this case, there is a possibility that the shield gas is wasted.
この課題を解決するための技術が、特許文献3に開示されている。特許文献3には、マスフローコントローラを用いて、ガス流量を動的に制御するガス加工装置が開示されている(以下、従来技術3という)。一般的に、マスフローコントローラは、外部からガス流量の設定を変更することでき、内蔵されたガス流量検出器およびガス流量調整器によって、実際のガス流量が設定したガス流量になるよう制御するとともに、マスフローコントローラ単体でもガスの出力および停止が可能となっている。従来技術3によれば、ガス流量を動的に制御することによって最適流量を維持することができるとともに、シールドガスの消費量も節約することができる。 A technique for solving this problem is disclosed in Patent Document 3. Patent Document 3 discloses a gas processing apparatus that dynamically controls a gas flow rate using a mass flow controller (hereinafter referred to as Conventional Technology 3). In general, the mass flow controller can change the setting of the gas flow rate from the outside, and controls the actual gas flow rate to the set gas flow rate by the built-in gas flow rate detector and gas flow rate regulator, A gas flow controller alone can output and stop gas. According to the prior art 3, the optimum flow rate can be maintained by dynamically controlling the gas flow rate, and the consumption of shield gas can be saved.
上述したように、従来技術1および2では、溶接開始部における突流を抑制することは可能であるが、動的にガス流量を変更することができないため、アーク溶接中におけるガス流量を最適値に調整することはできない。一方、従来技術3では、マスフローコントローラを用いることによって、溶接開始部における突流を抑制することも、アーク溶接中におけるガス流量を最適値に調整することも可能となっている。しかしながら、後述する課題を有している。
As described above, in the
図6は、従来技術におけるシールドガスの流量変化を示す図である。同図(a)は、ガス制御信号のタイミングチャートであり、時刻t1にOFFからONとなっている。同図(b)は、ガス制御信号をON/OFFした結果、ガス流量が時間の経過とともにどのように変化するかを示した図である。同図(b)において、波形Haは、電磁弁1つのみでシールドガスの制御を行ったときの波形を示しており、波形Hbは、上述した従来技術3のマスフローコントローラによってガス流量が制御されたときの波形を示している。 FIG. 6 is a diagram showing a change in the flow rate of the shield gas in the prior art. FIG. 4A is a timing chart of the gas control signal, which is turned from OFF to ON at time t1. FIG. 5B is a diagram showing how the gas flow rate changes with time as a result of turning on / off the gas control signal. In FIG. 6B, a waveform Ha shows a waveform when the shield gas is controlled by only one solenoid valve, and the waveform Hb is a gas flow rate controlled by the mass flow controller of the above-described prior art 3. The waveform is shown.
従来技術3においては、波形Hbに示すように、時刻t1からt2の期間(約1秒程度。以下では、設定流量到達時間という。)の間に、ガス流量を徐々に増加させて設定流量に到達させている。マスフローコントローラは、実際のガス流量を設定流量に到達させるまでに、ある程度の時間をかけることによって突流を抑えているのである。 In the prior art 3, as shown by the waveform Hb, the gas flow rate is gradually increased to the set flow rate during the period from time t1 to t2 (about 1 second, hereinafter referred to as set flow rate arrival time). Is reaching. The mass flow controller suppresses the rush flow by taking a certain amount of time until the actual gas flow rate reaches the set flow rate.
上記した設定流量到達時間の間に溶接を開始してしまうと、必要なガス流量が確保されていないために、シールド不良による溶接欠陥が発生する可能性がある。溶接開始時に必要なガス流量を確保するには、ガス流量が設定流量に到達するのを待つ必要があるため、サイクルタイムの遅れ要因になってしまうという課題を有している。上記した設定流量到達時間が0.3秒程度の高性能のマスフローコントローラも存在しているが、非常に高価であるために導入しづらいという問題がある。 If welding is started during the above-described set flow rate arrival time, a necessary gas flow rate is not ensured, which may cause a welding defect due to defective shielding. In order to secure the necessary gas flow rate at the start of welding, it is necessary to wait for the gas flow rate to reach the set flow rate, which causes a problem of causing a delay in cycle time. Although there is a high-performance mass flow controller with the above-described set flow rate arrival time of about 0.3 seconds, there is a problem that it is very expensive and difficult to introduce.
そこで、本発明は、ガス電磁弁および比較的安価なマスフローコントローラを用いて、溶接開始時に必要なガス流量を即座に確保することができるアーク溶接装置を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an arc welding apparatus that can immediately secure a necessary gas flow rate at the start of welding using a gas solenoid valve and a relatively inexpensive mass flow controller.
第1の発明は、
外部からの信号入力によりシールドガスの出力、停止および流量調整を行うマスフローコントローラを有し、前記シールドガスをガス供給源から前記マスフローコントローラを経由して溶接トーチへと供給するためのガス通路を備えるアーク溶接装置において、
前記溶接トーチおよび前記マスフローコントローラの間のガス通路に設けたガス電磁弁と、
このガス電磁弁に電磁弁開閉信号を出力して開閉作動を制御するとともに、前記マスフローコントローラにガス制御信号を出力するガス制御手段と、を備え、
前記ガス制御手段は、前記シールドガスの停止に際し、まず前記ガス電磁弁を閉作動させ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後に前記マスフローコントローラからのガス出力を停止させ、次回のガス出力の開始時に、前記ガス電磁弁を開作動させると同時に前記マスフローコントローラからガス出力を開始させることを特徴とするアーク溶接装置である。
The first invention is
It has a mass flow controller that outputs, stops, and adjusts the flow of shield gas by external signal input, and has a gas passage for supplying the shield gas from a gas supply source to the welding torch via the mass flow controller In arc welding equipment,
A gas solenoid valve provided in a gas passage between the welding torch and the mass flow controller;
Gas control means for outputting an electromagnetic valve open / close signal to the gas electromagnetic valve to control the open / close operation and outputting a gas control signal to the mass flow controller,
When the shielding gas is stopped, the gas control means first closes the gas solenoid valve, then stops the gas output from the mass flow controller after a predetermined delay time has elapsed, and starts the next gas output. In some cases, the arc welding apparatus is characterized in that gas output is started from the mass flow controller simultaneously with opening the gas solenoid valve.
第2の発明は、前記マスフローコントローラと前記ガス電磁弁との間のガス通路の途中位置に、前記シールドガスを封入するための気密性チャンバを備えたことを特徴とする第1の発明に記載のアーク溶接装置である。 According to a second aspect of the invention, an airtight chamber for sealing the shield gas is provided at a midway position in a gas passage between the mass flow controller and the gas solenoid valve. Arc welding equipment.
第3の発明は、前記ガス制御手段は、予め作成された教示データに基づいて前記溶接トーチを搭載したマニピュレータを駆動制御するロボットコントローラであることを特徴とする第1または第2の発明に記載のアーク溶接装置である。 According to a third aspect of the invention, in the first or second aspect, the gas control means is a robot controller that drives and controls a manipulator on which the welding torch is mounted based on teaching data created in advance. Arc welding equipment.
第4の発明は、前記遅延時間は、前記教示データを作成するためのティーチペンダントによって設定可能であることを特徴とする第3の発明に記載のアーク溶接装置である。 A fourth invention is the arc welding apparatus according to the third invention, wherein the delay time can be set by a teach pendant for creating the teaching data.
第1の発明によれば、ガス電磁弁およびマスフローコントローラを両方備え、シールドガスの停止に際し、まずガス電磁弁を閉じ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後にマスフローコントローラにガス停止信号を出力してシールドガスを停止するようにしている。このことによって、ガス電磁弁とマスフローコントローラとの間のガス通路に所定圧力以上のシールドガスが充填される。そして、次回のガス出力の際に、ガス電磁弁とマスフローコントローラの両方から同時にガスを出力させることによって、充填されたシールドガスが一気に放出されて溶接品質に影響を与えない程度の小さな突流が発生し、溶接開始に必要なガス流量を即座に確保することができる。 According to the first aspect of the present invention, both the gas solenoid valve and the mass flow controller are provided. When the shield gas is stopped, the gas solenoid valve is first closed, and then a gas stop signal is output to the mass flow controller after a predetermined delay time has elapsed. The shield gas is stopped. As a result, the gas passage between the gas solenoid valve and the mass flow controller is filled with a shielding gas having a predetermined pressure or higher. At the next gas output, the gas is output from both the gas solenoid valve and the mass flow controller at the same time, so that the filled shield gas is released at once and a small rush current that does not affect the welding quality occurs. In addition, the gas flow rate required for starting welding can be secured immediately.
第2の発明によれば、マスフローコントローラとガス電磁弁との間のガス通路の途中位置に、シールドガスを封入するための気密性チャンバを備えたことによって、第1の発明が奏する効果に加えて、ガス通路に必要以上のシールドガスが充填されるのを防止することができる。 According to the second invention, in addition to the effect of the first invention, the airtight chamber for sealing the shield gas is provided in the middle of the gas passage between the mass flow controller and the gas solenoid valve. Thus, it is possible to prevent the gas passage from being filled with more shielding gas than necessary.
第3の発明によれば、ガス電磁弁およびマスフローコントローラに対するガス出力制御を、ロボットコントローラに行わせるようにしたことによって、特別な制御機器を用いることなく、第1および第2の発明が奏する効果を容易に発揮することができる。 According to the third aspect of the present invention, the robot controller performs gas output control for the gas solenoid valve and the mass flow controller, so that the effects of the first and second aspects of the invention can be achieved without using a special control device. Can be easily achieved.
第4の発明によれば、前記遅延時間を、教示データを作成するためのティーチペンダントによって設定可能にしたことによって、第1〜第3の発明が奏する効果に加えて、遅延時間を、ガス管の径、ガス圧力等の溶接環境に応じて任意に設定することができる。 According to the fourth invention, since the delay time can be set by the teach pendant for creating the teaching data, in addition to the effect exhibited by the first to third inventions, the delay time is set to the gas pipe. It can be arbitrarily set according to the welding environment such as the diameter and gas pressure.
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
図1は、本発明に係るアーク溶接装置1の構成図である。同図に示すように、アーク溶接装置1は、マニピュレータ14、ティーチペンダント15、ロボットコントローラ16および溶接電源3によって大略構成される。
FIG. 1 is a configuration diagram of an arc welding apparatus 1 according to the present invention. As shown in the figure, the arc welding apparatus 1 is roughly constituted by a
同図において、マニピュレータ14は、ワーク2に対してアーク溶接を自動で行うものであり、複数のアーム部および手首部と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ(いずれも図示せず)とによって構成されている。このマニピュレータ14の上アームの先端部分には、溶接トーチ7が取り付けられている。溶接トーチ7は、ワイヤリール(図示せず)に巻回された直径1mm程度の溶接ワイヤ13を、ワーク2上の教示された溶接線に導くためのものである。
In the figure, a
ティーチペンダント15は、溶接加工を行う区間の各教示点、溶接条件(溶接電流、溶接電圧溶接速度等)を、作業プログラムDwとして入力したり、ガス流量設定値Gvおよび遅延時間Dtを予め設定したりするためのものであり、これらはロボットコントローラ16に入力される。ガス流量設定値Gvとは、溶接箇所に応じた最適な流量のことであり、所望値をティーチペンダント15により予め定めておくことができる。遅延時間Dtとは、後述するガス電磁弁33を閉作動させるタイミングと、マスフローコントローラ31によるガス停止タイミングとを調整するための時間のことである。
The
ロボットコントローラ16は、ティーチペンダント15から入力された作業プログラムDwを解釈し、解釈結果に基づいた所定のタイミングで、動作制御信号Mcをマニピュレータ14に出力する。同様に、溶接制御信号Ws、電磁弁開閉信号Ds、ガス出力信号Mgおよびガス流量設定信号Msを溶接電源3に出力する。
The robot controller 16 interprets the work program Dw input from the
溶接電源3は、ロボットコントローラ16からの溶接制御信号Wsを入力として、溶接トーチ7とワーク2との間の電力供給を行う。さらに、ロボットコントローラ16からの電磁弁開閉信号Dsを入力として、後述するガス電磁弁33を開閉作動させるための指令信号を出力する。また、ガス出力信号Mgおよびガス流量設定信号Msを入力として、後述するマスフローコントローラ31に対し、シールドガスを出力または停止させたり、シールドガスの流量を設定するための指令信号を出力する。
The welding power source 3 inputs the welding control signal Ws from the robot controller 16 and supplies power between the welding torch 7 and the
マスフローコントローラ31は、溶接電源3と接続されており、溶接電源3からの入力に応じて、シールドガスの供給自体を出力または停止させる。また、予め設定されたガス流量設定値Gvとなるよう、ガスシリンダ30から供給されるシールドガスの流量を調整する。ガス電磁弁33もまた、溶接電源3と接続されており、溶接電源3からの入力に応じて電磁弁を開閉作動する。
The
次に、ガス電磁弁33およびマスフローコントローラ31等の配置位置について説明する。
Next, arrangement positions of the
図2は、本発明に係るアーク溶接装置のガス通路を説明するための接続図である。同図において、ガスシリンダ30に充填されているシールドガスは、上流側ガス通路34aを通ってマスフローコントローラ31に供給される。マスフローコントローラ31は、シールドガスの流量を調整する。流量調整後のシールドガスは、気密性のチャンバ32を介して下流側ガス通路34bに供給される。下流側ガス通路34bは、マニピュレータ14の側面に沿うように配設されており、溶接トーチ7の近傍に設けたガス電磁弁33と接続されている。ガス電磁弁33は、その開閉作動によりシールドガスを、コンジットケーブル35の内部に設けられたガスホース(図示せず)を介して溶接トーチ7へと供給する。この結果、溶接トーチ7からシールドガスが噴出される。
FIG. 2 is a connection diagram for explaining a gas passage of the arc welding apparatus according to the present invention. In the figure, the shield gas filled in the
図3は、ロボットコントローラ16の内部構成を示す機能ブロック図である。ロボットコントローラ16は、マイクロコンピュータおよび各種メモリ等によって構成されており、より詳細には、作業プログラム解析部21、ハードディスク22、軌道計画部23、RAM8、バッファ24、サーボ制御部25、サーボ駆動部26、現在位置監視部27および溶接制御部28を備えている。
FIG. 3 is a functional block diagram showing the internal configuration of the robot controller 16. The robot controller 16 includes a microcomputer, various memories, and the like. More specifically, the work
記憶手段としてのハードディスク22は不揮発性メモリであり、作業プログラムDw、遅延時間Dt、ガス流量設定値Gv等が予め記憶されている。
The
作業プログラム解析部21は、ハードディスク22に格納されている作業プログラムDwを教示ステップごとに読み出し、その内容を解析するものである。例えば、作業プログラム解析部21は、作業プログラム中に含まれている移動命令(座標、速度情報等のデータからなる)を読み出し、それを軌道計画部23に通知する。さらに、ガス出力を開始および終了するタイミングを求めて、軌道計画部23に通知する。
The work
軌道計画部23は、作業プログラム解析部21から送られる各種の移動命令をバッファ24に格納するものである。この移動命令には、ガス出力・停止のタイミング等も付与されている。また、軌道計画部23は、バッファ24に格納された移動命令を読み出し、それに基づいて溶接トーチ7の軌道計画を立案して、マニピュレータ14の各モータの回転角、回転速度等の情報をサーボ制御部25に対して通知する。
The
バッファ24は、いわゆる先入れ先出し(FIFO:first-in first-out)用のメモリからなり、軌道計画部23から送られた移動命令を格納するものである。
The
サーボ制御部25は、軌道計画部23から送られる軌道計画に基づいて、マニピュレータ14の各モータを回転駆動すべく駆動信号をサーボ駆動部26に送るものである。また、サーボ制御部25は、図示しないエンコーダからの出力を取得して、現在位置監視部27にその情報を送るものである。
The
サーボ駆動部26は、サーボ制御部25からの指令に基づいて各モータに対して動作制御信号Mcを出力するものである。
The
現在位置監視部27は、マニピュレータ14の各モータに設けられた図示しないエンコーダからの検出信号により、溶接トーチ7の現在位置を監視するものである。
The current position monitoring unit 27 monitors the current position of the welding torch 7 based on a detection signal from an encoder (not shown) provided in each motor of the
溶接制御部28は、現在位置監視部27からの各種命令を適切な処理タイミングで溶接電源3に出力することで、溶接トーチ7による溶接およびシールドガスの噴出を行わせるものである。より具体的には、溶接制御部28は、現在位置監視部27から指定された処理タイミングで溶接電源3に対してシールドガスを噴出させるために必要な、電磁弁開閉信号Ds、ガス出力信号Mgおよびガス流量設定信号Msを出力する。また、溶接制御部28は、現在位置監視部27からの溶接制御命令に基づいて溶接電源3によって溶接が行われるための溶接制御信号Wsを出力する。
The
サーボ駆動部26は、サーボ制御部25からの駆動命令に基づいてマニピュレータ14の各モータに対して動作制御信号Mcを送るものである。
The
次に、アーク溶接装置1の動作について説明する。ロボットコントローラ16に起動信号が入力されると作業プログラム解析部21が作業プログラムDwを解釈して軌道計画等の演算を行い、演算結果に基づいてマニピュレータ14の各モータに動作制御信号Mcを出力するとともに、溶接電源3に溶接制御信号Ws、電磁弁開閉信号Ds、ガス出力信号Mg、ガス流量設定信号Ms等を出力する。この結果、溶接トーチ7が溶接開始位置へ到達し、ガス流量設定値Gvに応じたシールドガスが出力される。溶接を開始した後は、溶接終了位置まで溶接トーチ7を移動させてから溶接を終了し、アフターフロー制御を行う。ここまでの一連の動作は、上述した従来技術と同様である。
Next, the operation of the arc welding apparatus 1 will be described. When an activation signal is input to the robot controller 16, the work
作業プログラムDwに溶接施工を行う複数の溶接区間が教示されている場合は、上述した一連の工程を複数の溶接区間毎に順次実行することになるが、本発明では、次の溶接区間での溶接開始時、必要なガス流量を即座に確保できるように、シールドガスを停止させる際および次の溶接区間でシールドガスの出力を開始する際に、以下の処理を行う。 When a plurality of welding sections to be welded are taught in the work program Dw, the above-described series of steps are sequentially executed for each of the plurality of welding sections. The following processing is performed when the shield gas is stopped and when the output of the shield gas is started in the next welding section so that a necessary gas flow rate can be secured immediately at the start of welding.
図4は、本発明によるシールドガスの出力制御を説明するための図である。同図(a)はガス電磁弁33のON/OFF(開閉)、同図(b)はマスフローコントローラ31のON/OFF(ガス出力/停止)のそれぞれのタイミングチャートを示している。同図(c)は、同図(a)および(b)のタイミングでシールドガスの停止および出力を行った場合に、次の溶接開始時にガス流量が時間の経過とともにどのように変化するかを、波形Hcで示した図である。同図(d)において、点線で示した波形Haおよび波形Hbは、従来技術での波形であり、本発明による波形Hcと比較するために記載している。波形Haは、電磁弁1つのみでシールドガスの制御を行ったときの波形であり、波形Hbは、従来技術3のマスフローコントローラによってガス流量が制御されたときの波形である。
FIG. 4 is a diagram for explaining output control of shield gas according to the present invention. FIG. 4A shows a timing chart of ON / OFF (open / close) of the
(1.時刻t1)
時刻t1は、アフターフロー処理が完了したタイミングである。同図(a)に示すように、ロボットコントローラ16は、溶接電源3を介してガス電磁弁33に対してのみ閉作動信号を出力する(電磁弁開閉信号DsをOFFにする)。この処理によってガス電磁弁33が閉じるので、ガス電磁弁33から溶接トーチ7の間のガス通路には、シールドガスが供給されないようになる。
(1. Time t1)
Time t1 is the timing when the afterflow process is completed. As shown in FIG. 5A, the robot controller 16 outputs a closing operation signal only to the gas
(2.時刻t1〜t2の期間)
時刻t1〜t2の期間では、ガス電磁弁33が閉じている一方で、マスフローコントローラ31はシールドガスの出力を継続している。このことによって、マスフローコントローラ31からガス電磁弁33までの間のガス通路に、所定圧力以上(通常時に供給されるときの圧力以上)のシールドガスが充填されることになる。このとき、気密性のチャンバ32を備えるようにしておくことによって、ガス通路内に必要以上のシールドガスが充填されるのを防止することができる。
(2. Period of time t1 to t2)
During the period from time t1 to time t2, the gas
(3.時刻t2)
時刻t2は、時刻t1から、予め定められた遅延時間Dtが経過した時刻である。ロボットコントローラ16は、この時刻t2のタイミングで、溶接電源3を介してマスフローコントローラ31に対してガスの停止信号を出力する(ガス出力信号MgをOFFにする)。この処理によって、シールドガスの供給が完全に停止することになる。
(3. Time t2)
Time t2 is a time at which a predetermined delay time Dt has elapsed from time t1. The robot controller 16 outputs a gas stop signal to the
(4.時刻t3)
時刻t3は、次の溶接区間の溶接を行うためにシールドガスの出力を開始するタイミングである。ロボットコントローラ16は、ガス電磁弁33に開作動させるために、電磁弁開閉信号DsをONにする)。同時に、マスフローコントローラ31にガスの出力を開始させるために、ガス出力信号MgをONにする。
(4. Time t3)
Time t3 is a timing at which the output of shield gas is started in order to perform welding in the next welding section. The robot controller 16 turns on the electromagnetic valve open / close signal Ds to open the gas electromagnetic valve 33). At the same time, the gas output signal Mg is turned ON in order to cause the
(5.時刻t3〜t4)
マスフローコントローラ31およびガス電磁弁33を同時にONすることによって、マスフローコントローラ31からガス電磁弁33までの間のガス通路に充填されていたシールドガスが、一気に放出される。このときの流量変化は波形Hcのようになる。マスフローコントローラ31を単独で使用する従来技術3においては、流量変化が波形Hbのようになり、流量が不足してしまう恐れがあった。これに対し、本発明では、波形Hcで示しているように、溶接品質に影響を与えない程度の小さな突流が発生し、従来技術3では不足していた流量(斜線部)を補うことができる。
(5. Time t3 to t4)
By simultaneously turning on the
ここで、上記遅延時間Dtについて補足する。シールドガスの流量は、マスフローコントローラ31からガス電磁弁33までの配管長、配管径、ガスシリンダ30の設定圧力、設定流量、チャンバ32の体積等、溶接環境における様々な要因に左右される。当然、遅延時間Dtもこれらの要因に左右されることになるが、遅延時間Dtは、溶接品質に影響を与えない程度の突流が発生する時間であることが望まれる。出願人が上記溶接環境を数十パターン用意し、試行錯誤を行いながら繰り返し実験した結果では、遅延時間Dtは、0.5〜0.6秒程度(以下では、基準値という。)が望ましいとされる。当然のことながら、上記パターンに含まれない溶接環境である場合は、遅延時間Dtとして上記基準値が適さない場合もあり得る。この場合は、溶接環境に応じた遅延時間を実験によって求めるか、実際の溶接施工結果に応じて基準値を見直すなどして、ティーチペンダント15で調整すればよいのである。
Here, the delay time Dt will be supplemented. The flow rate of the shield gas depends on various factors in the welding environment, such as the pipe length from the
以上説明したように、ガス電磁弁33およびマスフローコントローラ31を両方備え、シールドガスの停止に際し、まずガス電磁弁33を閉じ、次いで予め定めた遅延時間Dtだけ経過した後にマスフローコントローラ31にガス停止信号を出力してシールドガスを停止するようにしている。このことによって、ガス電磁弁33とマスフローコントローラ31との間のガス通路に所定圧力以上のシールドガスが充填される。そして、次回のガス出力の際に、ガス電磁弁とマスフローコントローラの両方から同時にガスを出力させることによって、充填されたシールドガスが一気に放出されて溶接品質に影響を与えない程度の小さな突流が発生し、溶接開始に必要なガス流量を即座に確保することができる。また、ガス流量が設定流量に到達するのを待つ必要がないので、サイクルタイムを短縮することができる。
As described above, both the gas
また、マスフローコントローラ31とガス電磁弁33との間のガス通路の途中位置に、シールドガスを封入するための気密性のチャンバ32を備えたことによって、ガス通路に必要以上のシールドガスが充填されるのを防止することができる。
In addition, since an
また、マスフローコントローラ31に対するガス出力制御を、ロボットコントローラ16に行わせるようにしたことによって、特別な制御機器を用いることなく、上記効果を発揮することができる。
In addition, since the robot controller 16 performs the gas output control for the
また、遅延時間Dtを、ティーチペンダント15によって設定可能にしたことによって、遅延時間を、ガス管の径、ガス圧力等の溶接環境に応じて任意に設定することができる。
Further, since the delay time Dt can be set by the
なお、上記した実施形態においては、マスフローコントローラ31およびガス電磁弁33を溶接電源3に接続するようにした。さらに、ガス電磁弁33の開閉作動を行わせるための電磁弁開閉信号Ds、マスフローコントローラ31にシールドガスの出力・停止を行わせるためのガス出力信号Mg、シールドガスの流量設定を行わせるためのガス流量設定信号Msを、ロボットコントローラ16が溶接電源3に対して出力するようにした。この形態ではなく、マスフローコントローラ31およびガス電磁弁33をロボットコントローラ16に接続し、上記した電磁弁開閉信号Ds、ガス出力信号Mgおよびガス流量設定信号Msを、ロボットコントローラ16が直接的にマスフローコントローラ31およびガス電磁弁33に出力することによって、制御する形態としてもよい。
In the above-described embodiment, the
1 アーク溶接装置
2 ワーク
3 溶接電源
7 溶接トーチ
13 溶接ワイヤ
14 マニピュレータ
15 ティーチペンダント
16 ロボットコントローラ
21 作業プログラム解析部
22 ハードディスク
23 軌道計画部
24 バッファ
25 サーボ制御部
26 サーボ駆動部
27 現在位置監視部
28 溶接制御部
30 ガスシリンダ
31 マスフローコントローラ
32 チャンバ
33 ガス電磁弁
34a 上流側ガス通路
34b 下流側ガス通路
35 コンジットケーブル
Ds 電磁弁開閉信号
Dt 遅延時間
Dw 作業プログラム
Gv ガス流量設定値
Ha 波形
Hb 波形
Hc 波形
Mc 動作制御信号
Mg ガス出力信号
Ms ガス流量設定信号
Ws 溶接制御信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記溶接トーチおよび前記マスフローコントローラの間のガス通路に設けたガス電磁弁と、
このガス電磁弁に電磁弁開閉信号を出力して開閉作動を制御するとともに、前記マスフローコントローラにガス制御信号を出力するガス制御手段と、を備え、
前記ガス制御手段は、前記シールドガスの停止に際し、まず前記ガス電磁弁を閉作動させ、次いで予め定めた遅延時間だけ経過した後に前記マスフローコントローラからのガス出力を停止させ、次回のガス出力の開始時に、前記ガス電磁弁を開作動させると同時に前記マスフローコントローラからガス出力を開始させることを特徴とするアーク溶接装置。 It has a mass flow controller that outputs, stops, and adjusts the flow of shield gas by external signal input, and has a gas passage for supplying the shield gas from a gas supply source to the welding torch via the mass flow controller In arc welding equipment,
A gas solenoid valve provided in a gas passage between the welding torch and the mass flow controller;
Gas control means for outputting an electromagnetic valve open / close signal to the gas electromagnetic valve to control the open / close operation and outputting a gas control signal to the mass flow controller,
When the shielding gas is stopped, the gas control means first closes the gas solenoid valve, then stops the gas output from the mass flow controller after a predetermined delay time has elapsed, and starts the next gas output. Sometimes the gas solenoid valve is opened to start gas output from the mass flow controller at the same time.
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