JP2013255941A - アークスタート制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチスタート状態でリトラクトアークスタート制御を行ったときのアークスタート性を向上させる。
【解決手段】溶接ワイヤを前進送給する前進送給ステップと、溶接ワイヤと母材とが短絡すると後退送給し溶接電流Ｉｗを通電する短絡処理ステップと、溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを前進送給して定常のアーク発生状態へと移行させる移行ステップとを備える。溶接トーチが溶接開始位置に到達する前に溶接ワイヤと母材とが時刻ｔ１２において短絡したときは、溶接トーチの移動Ｍｃを停止し、時刻ｔ１２〜ｔ４の短絡処理ステップ及び時刻ｔ４〜ｔ７の移行ステップを行う。これにより、溶接ワイヤが母材と短絡したときは溶接トーチの移動を停止するので、溶接ワイヤが溶接トーチ内部に押し込まれる過負荷状態になることがないために、良好なアークスタート性となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、溶接ワイヤを一旦母材に接触させた後に引き離してアークを発生させるアークスタート制御方法の改善に関するものである。

溶接電源から溶接電圧及び溶接電流を出力して溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させると共に、溶接トーチをロボットによって移動させて溶接するロボット溶接が広く行われている。このロボット溶接に使用される消耗電極アーク溶接法としては、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスアーク溶接法等がある。

このロボット溶接において、ロボット制御装置に溶接開始信号が入力されると、ロボットを移動させることによって溶接トーチを予め教示された溶接開始位置まで移動させて停止させ、ワイヤ送給モータを正回転させて溶接ワイヤを母材へ前進送給し、続けて溶接ワイヤが母材に短絡したことを判別するとワイヤ送給モータを逆回転させて溶接ワイヤを後退送給し、同時に小電流値（５０Ａ未満）の初期電流の溶接電流を通電し、続けて後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを定常送給速度で前進送給すると共に定常溶接電流を通電し、同時に溶接トーチを上記の停止状態から予め教示された溶接方向への移動に切り換えることによって定常のアーク発生状態に移行させるアークスタート制御方法（リトラクトアークスタート制御方法と呼ばれる）が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

このリトラクトアークスタート制御は、溶接ワイヤを前進送給して母材と短絡させてアークを発生させる通常アークスタート制御に比べて後退送給を行う分だけアークスタートに時間がかかるという短所があるが、溶接ワイヤの種類に関わらずスパッタ発生の少ない良好なアークスタート性を得ることができるという長所を有している。このために、リトラクトアークスタート制御は、通常アークスタート制御ではアークスタート性が良くない細径ワイヤ、（直径１．０mm以下）アルミニウムワイヤ、ステンレスワイヤ等に対して使用されることが多い。また、鉄鋼ワイヤであっても、特に高いアークスタート性を要求される場合にはこのリトラクトアークスタート制御が使用される。

リトラクトアークスタート制御では、上述したように、非常に良好なアークスタート性を得ることができる。しかし、このリトラクトアークスタート制御であっても、溶接ワイヤと母材とが溶接を開始する初めから短絡状態にあるいわゆるタッチスタート状態になると、初期アークが発生した直後に再短絡が発生しやすくなり、スパッタが多く発生する不良なアークスタートになる確率が高くなる。このようになる理由は、ロボットによって溶接トーチが溶接開始位置に近づいたときに溶接ワイヤの先端が母材と短絡状態になると、溶接トーチが溶接開始位置に到達した時点において溶接ワイヤが溶接トーチ内部に押し込まれた状態になっている。そして、後退送給によって溶接ワイヤの先端が母材から少し離れると初期アークが発生するが、その直後に押し込まれていた溶接ワイヤが前方に飛び出して再短絡を発生させることになるからである。

上述したタッチスタート状態は、以下のようにして発生する。ロボット溶接において、溶接トーチが溶接終了位置に移動して溶接を終了するときは、溶接ワイヤの先端が溶融池と溶着しないようにするために、アンチスティック制御と呼ばれる溶接終了処理を行う。この溶接終了処理は、溶接ワイヤの先端をアークによって燃え上がらせて、溶接ワイヤの先端と母材との距離が５mm程度になるようにする処理である。この溶接終了処理のもう１つの目的は、次の溶接開始位置に溶接トーチが移動したときに、溶接ワイヤの先端と母材とが短絡状態（タッチスタート状態）にならないようにするためである。

しかし、アンチスティック制御によるワイヤ先端の燃え上がりにはある程度のバラツキがあるために、溶接が終了した時点での溶接ワイヤの先端と母材との距離が適正値よりも短くなる場合が生じる。さらには、溶接トーチのケーブルの曲がり状態は、ロボットの姿勢が溶接終了位置から溶接開始位置への移動中に変化するために、溶接ワイヤが溶接トーチ先端から突出する長さが長くなる場合が生じる。これらのことが起因となって、タッチスタート状態になる場合が生じる。

このタッチスタート状態を解消するために、以下のような処理が溶接開始前に行われる（例えば、特許文献２参照）。溶接トーチが溶接開始位置に到達した時点で、溶接ワイヤと母材とが短絡状態にあるかを判別し、短絡状態にないと判別されたときはリトラクトアークスタート制御を開始する。他方、短絡状態にあると判別されたときは、溶接電圧を印加することなく溶接ワイヤを後退送給して母材から離反させる。その後に、リトラクトアークスタート制御を開始する。このようにすると、タッチスタート状態を解消することができるので、常に良好なアークスタート性を得ることができる。

特開２０１１−２５３０７号公報 特開２００７−２２２８８８号公報

上述したように、リトラクトアークスタート制御は、非常に良好なアークスタート性を得ることができる。しかし、そのリトラクトアークスタート制御であっても、タッチスタート状態になると、アークスタート性が低下することになる。これを抑制するために、特許文献２のようなタッチスタート状態の解消処理を行うと、溶接ワイヤを母材から離反させるために時間が必要になり、アークスタートにかかる時間が長くなるという問題が生じる。短い溶接個所を多数回溶接するような場合に、このようなタッチスタート状態の解消処理を行うと、生産効率が大幅に低下することになる。

そこで、本発明では、タッチスタート状態であっても、良好なアークスタート性を得ることができ、かつ、アークスタートにかかる時間が長くなることを抑制することができるアークスタート制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給する前進送給ステップと、前記溶接ワイヤと母材とが短絡すると前記溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に溶接電流を通電する短絡処理ステップと、この後退送給によって前記溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に前記溶接ワイヤを予め定めた定常送給速度で前記前進送給して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させる移行ステップと、を備えたアークスタート制御方法において、
前記溶接トーチが予め教示された溶接開始位置に到達する前に前記溶接ワイヤと母材とが短絡したときは、前記溶接トーチの移動を停止し、前記前進送給ステップを省略して前記短絡処理ステップ及び前記移行ステップを行う、
ことを特徴とするアークスタート制御方法である。

請求項２の発明は、前記溶接トーチが前記溶接開始位置に到達する前に前記溶接ワイヤと母材とが短絡したときは、前記移行ステップ中又は前記定常のアーク発生状態中に給電チップ・母材間距離が予め定めた設定値と等しくなるように前記溶接トーチを移動させる、
ことを特徴とする請求項１記載のアークスタート制御方法である。

本発明によれば、溶接トーチが溶接開始位置に到達する前に溶接ワイヤと母材とが短絡したときは、溶接ワイヤの後退送給から制御を開始するので、従来技術のようにタッチスタート状態を解消するための追加の処理が不要となる。さらには、溶接ワイヤが母材と短絡した時点で溶接トーチの移動を停止するので、溶接ワイヤが溶接トーチ内部に押し込まれた状態になることはない。このために、初期アークが発生した直後に、溶接ワイヤが前方に飛び出して再短絡状態になることがないので、良好なアークスタート性を得ることができる。したがって、本発明では、タッチスタート状態であっても、良好なアークスタート性を得ることができ、かつ、アークスタートにかかる時間が長くなることを抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を実施するためのロボットを使用した溶接装置の構成図である。 タッチスタート状態にあるときの本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。 タッチスタート状態でないときの本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を実施するためのロボットを使用した溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して各構成物について説明する。

溶接開始回路ＳＴは、溶接開始信号Ｓｔを出力する。この溶接開始回路ＳＴとしては、押しボタン、溶接ラインを制御するプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）等が相当する。ロボット制御装置ＲＣは、この溶接開始信号Ｓｔが入力されると、ロボットＲＭの動作制御を行う動作制御信号ＭｃをロボットＲＭのサーボモータに出力すると共に、電圧設定信号Ｖｒ、定常送給速度設定信号Ｆcr、起動信号Ｏｎ、スタート完了信号Ｗcr、短絡判別信号Ｓｄを含む送受信信号Ｉｆを溶接電源ＰＳとの間で送受信する。電圧設定信号Ｖｒ、定常送給速度設定信号Ｆcr及び起動信号Ｏｎは、ロボット制御装置ＲＣから溶接電源ＰＳに送信される信号であり、スタート完了信号Ｗcr及び短絡判別信号Ｓｄは溶接電源ＰＳからロボット制御装置ＲＣに送信される信号である。これらの信号の詳細については、後述する。

ロボットＲＭは、ワイヤ送給モータＷＭ及び溶接トーチ４を搭載して、上記の動作制御信号Ｍｃに従って溶接トーチ４の先端位置（ＴＣＰ）を予め教示された動作軌跡に沿って移動させる。溶接ワイヤ１は、上記のワイヤ送給モータＷＭと上記の溶接トーチ４の本体との間をつなぐコイルライナ４ａの中を通って送給される。

溶接電源ＰＳは、上記の送受信信号Ｉｆを送受信し、溶接トーチ４の先端に装着された給電チップを介して溶接ワイヤ１に溶接電圧Ｖｗを給電し、溶接電流Ｉｗを通電して溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３を発生させる。また、この溶接電源ＰＳは、送給制御信号Ｆｃを出力して、上記のワイヤ送給モータＷＭの回転方向及び回転速度を制御して溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗを制御する。以下の説明において、送給速度Ｆｗとは、溶接ワイヤ１の先端の速度を表している。ワイヤ送給モータＷＭが回転していても、溶接ワイヤ１の先端が母材と短絡している場合には、送給速度Ｆｗ＝０となる。すなわち、ワイヤ送給モータＷＭの回転と送給速度Ｆｗとが対応しない状態が存在する。溶接ワイヤ１の先端と母材２との距離がワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ［mm］であり、したがってこのワイヤ先端・母材間距離Ｌｗはアーク発生中はアーク長と略同一になる。また、給電チップ先端と母材２との距離が、給電チップ・母材間距離Ｌｔ（mm）となる。

次に説明する図２及び図３は、本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。図２は、ロボットＲＭに搭載された溶接トーチ４が溶接開始位置に到達する前に溶接ワイヤ１と母材２とが短絡状態になった場合（タッチスタート状態の場合）のタイミングチャートである。他方、図３は、溶接トーチ４が溶接開始位置に到達した時点において溶接ワイヤ１と母材２とが離反状態であった場合（非タッチスタート状態の場合）のタイミングチャートである。上述したように、アンチスティック制御によるワイヤ燃え上がりの変動、ロボットの移動に伴う姿勢の変化等によって、溶接トーチからの溶接ワイヤの突出長さは想定値よりも最大５mm程度長くなる場合が生じる。このような場合には、溶接トーチは母材の表面上の溶接開始座標には略到達しており、給電チップ・母材間距離Ｌｔを短くして予め定めた設定値Ｌｓになるように溶接トーチを移動させているときに溶接ワイヤと母材との短絡が発生する場合がほとんどである。すなわち、溶接トーチが溶接開始位置に到達する前に溶接ワイヤと母材とが短絡状態になった時点においては、溶接ワイヤと母材との短絡位置は、母材上の略溶接開始位置にある。但し、給電チップ・母材間距離Ｌｔは設定値Ｌｓよりも最大５mm程度長い状態にある。

図２は、タッチスタート状態にあるときの本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。すなわち、同図は、ロボットＲＭに搭載された溶接トーチ４が溶接開始位置に到達する前に溶接ワイヤ１と母材２とが短絡状態になった場合である。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）はロボットの動作制御信号Ｍｃの時間変化を示し、同図（Ｃ）は給電チップ・母材間距離Ｌｔの時間変化を示し、同図（Ｄ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示し、同図（Ｅ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）はスタート完了信号Ｗcrの時間変化を示し、同図（Ｉ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示す動作制御信号Ｍｃは、ここではロボットが移動しているときにＨｉｇｈレベルになり、停止しているときにＬｏｗレベルになる信号とする。同図（Ｄ）に示す送給制御信号Ｆｃ及び同図（Ｅ）に示す送給速度Ｆｗは、正の値のときは前進送給を示し、負の値のときは後退送給を示す。以下、同図を参照して説明する。

（１）時刻ｔ１以前の期間（待機期間）
時刻ｔ１以前の期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔはＬｏｗレベル（溶接停止）であるために、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号ＭｃはＬｏｗレベルでありロボットは待機位置で停止したままである。同図（Ｃ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｔは、ロボットが待機位置にあるので大きな値となっている。同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは０のままであり、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗも０となっている。すなわち、溶接ワイヤの送給は停止状態にある。この期間中は溶接電源ＰＳはまだ起動されていないので、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは印加されずに０Ｖのままであり、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電していないので０Ａのままである。また、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、ロボットが待機位置にあるために大きな値となっている。

（２）時刻ｔ１〜ｔ１２の期間（ロボットＲＭの溶接開始位置への移動期間）
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると、ロボット制御装置ＲＣによってロボットＲＭに搭載された溶接トーチ４は、待機位置から予め教示された溶接開始位置への移動を開始する。このために、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号Ｍｃは、時刻ｔ１において移動状態を示すＨｉｇｈレベルに変化する。そして、ロボットＲＭの移動によって溶接トーチ４が溶接開始位置まで所定距離に近づいたことをロボット制御装置ＲＣが時刻ｔ１１において判別すると、ロボット制御装置ＲＣは溶接電源ＰＳに対して起動信号Ｏｎを０から１にして出力する。起動信号Ｏｎが１になると、溶接電源ＰＳは起動されて溶接電圧Ｖｗが出力される。起動信号が２ではないので、溶接ワイヤ１の送給は行われない。溶接電圧Ｖｗの出力を開始するのは、溶接ワイヤ１と母材２との短絡を判別するためである。短絡したときに溶着しないようにするために、溶接電流Ｉｗが小電流値（５０Ａ未満）になるように溶接電源ＰＳは定電流制御される。

所定距離は、溶接ワイヤ１と母材２との短絡が発生する可能性がある距離に余裕分を加えた距離であり、例えば２０mmに設定する。所定距離になってから起動信号Ｏｎを１にする理由は、起動信号Ｏｎが１になると溶接ワイヤ１には電圧が印加されるので、不要な所では電圧が印加されないようにして安全性を考慮するためである。短絡を判別するために、溶接電源ＰＳの起動は行わずに、短絡判別用電源を設けても良い。この短絡判別用電源は、溶接電源ＰＳ又はロボット制御装置ＲＣに内蔵する。短絡判別用電源は、溶接ワイヤ１が母材２と短絡したときに溶着しないようにするために、低電圧低電流（例えば、１０Ｖ、１Ａ）の電源とする。安全面の問題がない場合には、溶接電源ＰＳ又は短絡判別用電源からの電圧の印加をロボットＲＭが待機位置にあるときから常時行うようにしても良い。

上述したように、時刻ｔ１１において、起動信号Ｏｎが１になると溶接電源ＰＳは起動されるので、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧となる。同図（Ｃ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｔは、時刻ｔ１から次第に小さくなり、時刻ｔ１２において、破線で示す予め定めた設定値Ｌｓよりも少し大きな値となる。同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ１から次第に小さくなり、時刻ｔ１２において、０mmとなる。

（４）時刻ｔ１２〜ｔ４の期間（短絡処理ステップ）
時刻ｔ１２において、溶接トーチ４が溶接開始位置に到達する前に溶接ワイヤ１が母材２と短絡すると、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmとなる。同時に、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧から数Ｖ程度の小さな値の短絡電圧値に急減する。また、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電し、その値は５０Ａ程度の初期電流値となる。溶接電源ＰＳは、溶接電圧Ｖｗの低下によって短絡状態を判別すると、短絡判別信号ＳｄをＨｉｇｈレベルに変化させる。この短絡判別信号Ｓｄは、溶接電源ＰＳからロボット制御装置ＲＣに送受信信号Ｉｆとして送信される。ロボット制御装置ＲＣは、溶接トーチ４が溶接開始位置に到達する前に、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化したことを受けて、溶接トーチ４の移動をこの時点で停止する。すなわち、溶接ワイヤ１が母材２と短絡した時点で、溶接トーチ４の移動は停止する。この停止位置は、上述したように、母材２の溶接開始位置と略等しい位置であり、給電チップ・母材間距離Ｌｔが上記の設定値Ｌｓよりも少し大きな値となっている。同時に、溶接電源ＰＳは、短絡を判別すると、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃを負の値の予め定めた後退送給速度設定値に変化させる。しかし、ワイヤ送給モータＷＭが回転を開始するまでの過渡時間及び溶接トーチ４のコイルライナ４ａ内を蛇行しながら送給されている溶接ワイヤ１の遊び分を送給するのに必要な時間のために、時刻ｔ４まではワイヤ先端は移動しない。このために、同図（Ｅ）に示すように、この期間中の送給速度Ｆｗは０のままである。

（５）時刻ｔ４〜ｔ５の期間（第１の移行ステップ）
時刻ｔ４において、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは０からスロープ状に立ち上がって負の値の後退送給速度に変化する。これによって、ワイヤ先端が後退移動して母材２から離れるので、初期アークが発生する。初期アークが発生すると、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧値から数十Ｖ程度のアーク電圧値に急増する。溶接電源ＰＳは、溶接電圧Ｖｗが急増したことによって初期アークの発生を判別してから予め定めた遅延期間（５０〜５００ms程度）が経過する時刻ｔ５までの期間中は、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃを後退送給速度設定値に維持するので、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは後退送給速度のままである。このために、後退送給が継続されることになり、初期アークの長さが次第に長くなる。この結果、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmからスロープ状に大きくなる。そして、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも、アーク長に比例してスロープ状に大きくなる。同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは初期電流値のままである。

（６）時刻ｔ５〜ｔ７の期間（第２の移行ステップ）
時刻ｔ５において、溶接電源ＰＳは、遅延期間が終了すると、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃを正の値の定常送給速度設定値に変化させる。この定常送給速度設定値は、ロボット制御装置ＲＣから送受信信号Ｉｆとして溶接電源ＰＳに送信される定常送給速度設定信号Ｆcrによって設定される。しかし、ワイヤ送給モータＷＭの反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間の間（時刻ｔ５〜ｔ６）は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは、慣性によって負の値の後退送給速度から曲線状に低下して、時刻ｔ６において０となる。そして、時刻ｔ６〜ｔ７の期間中は、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から曲線状に大きくなり、時刻ｔ７において定常送給速度Ｆcwに収束する。この時刻ｔ６〜ｔ７の期間は、送給速度Ｆｗが０から定常送給速度Ｆcwに収束するまでの送給立上り期間となる。上記の時刻ｔ５〜ｔ７の期間が、定常送給速度による前進送給に設定を切り換えてから定常送給速度Ｆcwに収束するまでの過渡期間となる。時刻ｔ５において、溶接電源ＰＳの外部特性が定電流特性から定電圧特性に切り換えられる。この結果、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、この過渡期間の間に変化して、時刻ｔ７において定常アーク長に収束する。同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも、この過渡期間中に変化して、時刻ｔ７において定常値に収束する。この定常値は、送受信信号Ｉｆの電圧設定信号Ｖｒによって設定される。また、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ５において初期電流値よりも大きな値に一旦上昇する。そして、上記の過渡期間中に変化して、時刻ｔ７において定常値に収束する。溶接電流Ｉｗの定常値は、定常送給速度Ｆcwによって定まる値である。時刻ｔ５において、同図（Ｈ）に示すように、スタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルになり、溶接電源ＰＳからロボット制御装置ＲＣに送受信信号Ｉｆとして送信される。これを受信したロボット制御装置ＲＣは、ロボットＲＭを教示された動作軌跡に沿って移動させるので、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号Ｍｃは移動を示すＨｉｇｈレベルに変化する。同時に、ロボット制御装置ＲＣは、給電チップ・母材間距離Ｌｔが破線で示す上記の設定値Ｌｓと等しくなるように溶接トーチ４を移動させる。同図（Ｃ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｔは、時刻ｔ１２〜ｔ５までは設定値Ｌｓよりも少し大きな値であり、時刻ｔ５からはスロープ状に減少して設定値Ｌｓに収束する。上記においては、同図（Ｈ）に示すスタート完了信号Ｗcrが定常送給速度での前進送給に指令が切り換わる時刻ｔ５においてＨｉｇｈレベルに変化する場合を例示している。これ以外にも、定常のアーク発生状態となる時刻ｔ７においてスタート完了信号ＷcrがＨｉｇｈレベルに変化するように設定しても良い。

上記の動作によってアークスタート制御は終了し、時刻ｔ７以降は定常のアーク発生状態になる。上述したように、本発明の実施の形態では、溶接トーチ４が溶接開始位置に到達する前に溶接ワイヤ１と母材２とが短絡したときは、溶接ワイヤ１を母材２から後退送給すると共に溶接電流Ｉｗを通電し、この後退送給によって溶接ワイヤ１が母材２から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤ１を定常送給速度で前進送給して初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させる。このようにすると、従来技術のようにタッチスタート状態を解消するための追加の処理が不要となる。さらには、溶接ワイヤ１が母材２と短絡した時点で溶接トーチ４の移動を停止するので、溶接ワイヤ１が溶接トーチ４の内部に押し込まれた状態になることはない。このために、初期アークが発生した直後に、溶接ワイヤ１が前方に飛び出して再短絡状態になることがないので、良好なアークスタート性を得ることができる。したがって、本発明の実施の形態では、タッチスタート状態であっても、良好なアークスタート性を得ることができ、かつ、アークスタートにかかる時間が長くなることを抑制することができる。そして、初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態への移行期間中又は定常のアーク発生状態中に、給電チップ・母材間距離Ｌｔが予め定めた設定値Ｌｓと等しくなるように溶接トーチ４を移動させる。これにより、定常のアーク発生状態中は、設定された給電チップ・母材間距離で溶接を行うことができるので、溶接品質が良好になる。

図３は、タッチスタート状態ではないときの本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図は、ロボットＲＭに搭載された溶接トーチ４が溶接開始位置に到達するまでに、溶接ワイヤ１と母材２との短絡が発生しなかった場合である。すなわち、溶接トーチ４が溶接開始位置に到達した時点で、溶接ワイヤ１と母材２とが離反している通常スタート状態の場合である。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）はロボットの動作制御信号Ｍｃの時間変化を示し、同図（Ｃ）は給電チップ・母材間距離Ｌｔの時間変化を示し、同図（Ｄ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示し、同図（Ｅ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）はスタート完了信号Ｗcrの時間変化を示し、同図（Ｉ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示す。通常スタート状態（非タッチスタート状態）の場合には、本発明の実施の形態におけるタイミングチャートと、従来技術のリトラクトアークスタート制御におけるタイミングチャートとは同一となる。同図において上述した図２と同一の事項の説明は省略する。以下、同図を参照して説明する。

（１）時刻ｔ１以前の期間（待機期間）
時刻ｔ１以前の期間の動作は、図２と同一であるので、説明は省略する。

（２）時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ロボットＲＭの溶接開始位置への移動期間）
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると、ロボット制御装置ＲＣによってロボットＲＭに搭載された溶接トーチ４は、待機位置から上記の溶接開始位置への移動を開始する。このために、同図（Ｂ）に示すように、動作制御信号Ｍｃは、時刻ｔ１において移動状態を示すＨｉｇｈレベルに変化する。そして、ロボットＲＭの移動によって溶接トーチ４が溶接開始位置まで上記の所定距離に近づいたことをロボット制御装置ＲＣが時刻ｔ１１において判別すると、ロボット制御装置ＲＣは溶接電源ＰＳに対して起動信号Ｏｎを０から１にして出力する。時刻ｔ１１において、起動信号Ｏｎが１になると溶接電源ＰＳは起動されるので、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧となる。電圧を印加するのは、溶接ワイヤ１と母材２との短絡を判別するためである。起動信号Ｏｎが２ではないので、この時点では、送給は開始されない。同図（Ｃ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｔは、時刻ｔ１から次第に小さくなり、溶接開始位置に到達する時刻ｔ２において、破線で示す上記の設定値Ｌｓと等しくなる。同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ１から次第に小さくなり、タッチスタート状態ではないので時刻ｔ２において０よりも大きな値となっている。

（３）時刻ｔ２〜ｔ３の期間（前進送給ステップ）
時刻ｔ２において溶接トーチ４が溶接開始位置に到達して停止すると、ロボット制御装置ＲＣから溶接電源ＰＳに起動信号Ｏｎ＝２が送受信信号Ｉｆとして送信される。これに応動して、溶接電源ＰＳは、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃを小さな正の値の予め定めたスローダウン送給速度設定値に変化させる。このために、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは小さな正の値のスローダウン送給速度（１m/min程度）に変化する。したがって、この期間中は、溶接ワイヤ１は非常に低速なスローダウン送給速度で母材２に向かって前進送給される。同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、この期間中は溶接ワイヤ１の先端は母材２にまだ到達していないので、無負荷電圧の状態を維持する。同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗはまだ通電していないので０Ａになる。また、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、前進送給によって次第に短くなり、時刻ｔ３で０mmとなる。

（４）時刻ｔ３〜ｔ４の期間（短絡処理ステップ）
時刻ｔ３において溶接ワイヤ１が母材２と短絡すると、同図（Ｉ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmとなる。同時に、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧から数Ｖ程度の小さな値の短絡電圧値に急減する。また、同図（Ｇ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電し、その値は５０Ａ程度の初期電流値となる。溶接電源ＰＳは、溶接電圧の低下によって短絡状態を判別すると、短絡判別信号ＳｄをＨｉｇｈレベルに変化させる。溶接電源ＰＳは、短絡を判別すると、同図（Ｄ）に示すように、送給制御信号Ｆｃを負の値の予め定めた後退送給速度設定値に変化させる。しかし、ワイヤ送給モータＷＭが反転するまでの過渡時間及び溶接トーチ４のコイルライナ４ａ内を蛇行しながら送給されている溶接ワイヤ１の遊び分を送給するのに必要な時間のために、時刻ｔ４まではワイヤ先端は移動しない。このために、同図（Ｅ）に示すように、この期間中の送給速度Ｆｗは０のままである。

（５）時刻ｔ４〜ｔ５の期間（第１の移行ステップ）
この期間の動作は、図２と同様であるので、説明は省略する。

（６）時刻ｔ５〜ｔ７の期間（第２の移行ステップ）
この期間の動作は、図２と同様であるので、説明は省略する。但し、同図（Ｃ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｔは、時刻ｔ２から設定値Ｌｓと等しくなっている。したがって、図２のときのように、給電チップ・母材間距離Ｌｔを設定値Ｌｓと等しくするための溶接トーチ４の移動処理は不要である。

上記の動作によってアークスタート制御は終了し、時刻ｔ７以降は定常のアーク発生状態になる。上述したように、本発明の実施の形態では、溶接トーチ４が溶接開始位置に到達するまでに溶接ワイヤ１と母材２との短絡が発生せずに、溶接開始位置に到達した時点で溶接ワイヤ１と母材２とが離反状態にある通常スタート状態の場合には、従来技術と同様のリトラクトアークスタート制御が行われる。このために、良好なアークスタート性を得ることができる。

上述した実施の形態によれば、溶接トーチが溶接開始位置に到達する前に溶接ワイヤと母材とが短絡したときは、溶接トーチの移動を停止し、溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に溶接電流を通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に溶接ワイヤを予め定めた定常送給速度で前進送給して初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させる。このために、従来技術のようにタッチスタート状態を解消するための追加の処理が不要となる。さらには、溶接ワイヤが母材と短絡した時点で溶接トーチの移動を停止するので、溶接ワイヤが溶接トーチ内部に押し込まれた状態になることはない。このために、初期アークが発生した直後に、溶接ワイヤが前方に飛び出して再短絡状態になることがないので、良好なアークスタート性を得ることができる。したがって、本実施の形態では、タッチスタート状態であっても、良好なアークスタート性を得ることができ、かつ、アークスタートにかかる時間が長くなることを抑制することができる。そして、初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態への移行期間中又は定常のアーク発生状態中に、給電チップ・母材間距離が予め定めた設定値と等しくなるように溶接トーチを移動させる。これにより、定常のアーク発生状態中は、設定された給電チップ・母材間距離で溶接を行うことができるので、良好な溶接品質を得ることができる。。他方、溶接トーチが溶接開始位置に到達した時点で溶接ワイヤが母材と離反状態にある非タッチスタート状態の場合には、従来技術と同様のアークスタート制御が行われて、良好なアークスタート性を得ることができる。

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
４ａ コイルライナ
Ｆcr 定常送給速度設定信号
Ｆcw 定常送給速度
Ｆｗ 送給速度
Ｉｆ 送受信信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｓ 設定値
Ｌｔ 給電チップ・母材間距離
Ｌｗ ワイヤ先端・母材間距離
Ｍｃ 動作制御信号
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ ロボット
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗcr スタート完了信号
ＷＭ ワイヤ送給モータ

Claims (2)

1. 溶接トーチから溶接ワイヤを母材へ前進送給する前進送給ステップと、前記溶接ワイヤと母材とが短絡すると前記溶接ワイヤを母材から後退送給すると共に溶接電流を通電する短絡処理ステップと、この後退送給によって前記溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に前記溶接ワイヤを予め定めた定常送給速度で前記前進送給して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させる移行ステップと、を備えたアークスタート制御方法において、
   前記溶接トーチが予め教示された溶接開始位置に到達する前に前記溶接ワイヤと母材とが短絡したときは、前記溶接トーチの移動を停止し、前記前進送給ステップを省略して前記短絡処理ステップ及び前記移行ステップを行う、
   ことを特徴とするアークスタート制御方法。
2. 前記溶接トーチが前記溶接開始位置に到達する前に前記溶接ワイヤと母材とが短絡したときは、前記移行ステップ中又は前記定常のアーク発生状態中に給電チップ・母材間距離が予め定めた設定値と等しくなるように前記溶接トーチを移動させる、
   ことを特徴とする請求項１記載のアークスタート制御方法。

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