JP4199163B2 - レーザ照射を伴うアーク溶接のアーク開始方法、該方法を行なう溶接装置及び制御装置 - Google Patents
レーザ照射を伴うアーク溶接のアーク開始方法、該方法を行なう溶接装置及び制御装置 Download PDFInfo
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Description
アークスタートミスの回避法としては、母材の汚れを落とす、アークスタート前にワイヤをカットする等の手法が知られているが、完全には解決できていない。
その一方、レーザを照射することにより弊害も発生する。即ち、レーザの照射とアーク放電の開始を同時に指令した場合、アーク放電側ではアーク発生のメカニズムから、溶接ワイヤが母材に接触するまでに若干の時間を要する。この時間は、ワイヤの突き出し長さによって変化するため、いつも一定ではない。一方、レーザ側は指令伝達による遅延のみで照射が開始され、それに要する時間は極めて短い。そのため、一般に、レーザ照射の方がアーク放電に比べて早く開始されてしまう。
先ずレーザ発振機4にレーザ照射準備指令を出力する。これにより、レーザ発振機4の励起源(例えば励起ランプ)等が立ち上がり、レーザ照射のスタンドバイ状態となる。但し、この時点ではシャッタは閉まっており、レーザ照射ノズル14からレーザ光の照射は行なわれない。
溶接装置3にアーク開始備指令、アーク電圧指令及びワイヤ給送指令を出力する。これにより、溶接装置3の電源が立ち上がり、溶接ワイヤ12に溶接電圧指令に従って溶接電圧が印加される。また、ワイヤ給送指令が指定する給送速度で溶接ワイヤ7の送給が開始される。ここで溶接電圧指令が指定する溶接電圧は、後述するレーザ照射と組み合わせてアーク発生を誘起させるに適した値とされ、アーク発生後の溶接時の値と同じとは限らない。
ステップS5;
溶接対象母材の材質、板厚、シールドガスの種類、及びアーク溶接ワイヤの種類等に関連させて予め設定されている複数のパターンIDの中でどれが今回のアーク発生処理において選択/指定されているかを読み取る。この指定は、例えば加工開始前に予めユーザが指定しても良く、一部のデータ(例えば厚みのデータ)を流れ作業の上流側の機器から外部信号で受け取って最終的にIDが選択されるようにしても良い。
レーザ照射のパワー推移の進行に関連する指標(読み取りカウンター)IをI=0(初期値)に設定する。
ステップS7;
予め設定されている複数のレーザ照射パワー推移パターンの中から今回のアーク発生処理において選択/指定されるものを読み取る。ここで、選択/指定は、ステップS5で読み取ったパターンIDに対して一意的にレーザ照射パワー推移パターンを自動選択する形で実行される。例えばIDがID=1〜ID=20まである時に、ID=1〜8ならパターン1、ID=9〜15ならパターン2、ID=15〜20ならパターン3というような対応付けルールに従がってレーザ照射パワー推移パターンを自動的にロボット制御装置1内で決定する。なお、このような方式に代え、ユーザが任意にレーザ照射パワー推移パターンを強制指定できるモードを用意しておいても良いことは言うまでもない。
ステップS7で読み取られたパタ−ンで指定されている指標Iに対応条件で、レーザ照射を行なう。第1回目の処理周期では、指標I=0である。従って、例えばステップS7で読み取られたパタ−ンがパタ−ン2(図4(b)参照)であれば、ハイレベル500W、ローレベル100W、デューティ比50%の条件でレーザ照射が開始される。
溶接装置3のアーク検出部からの信号に基づき、アーク発生の有無をチェックする。アーク未発生であればステップS10へ進み、アークが発生していればステップS15へ進む。
ステップS10;
予め設定された時間ΔTの間待機する。時間ΔTはパワー推移の緩急を調整するパラメータで、例えば0.0秒〜0.5秒の範囲で適当な値を事前に設定しておく。ΔT=0(待機なし)の場合もあり得る。
指標(読み取りカウンター)Iを1アップする。
ステップS12;
指標(読み取りカウンター)が予め定めた上限Imax を越えていないかどうかチェックする。もしも越えていればステップS13へ進む。越えていなければステップS7へ戻る。なお、2回目のステップS7での読み取りではI=1であるから、例えばステップS7で読み取られるパタ−ンがパタ−ン2(図4(b)参照)であれば、ハイレベル490W、ローレベル100W、デューティ比50%の条件にレーザ照射条件が変更される。
ステップS13/S14;
アーク未発生アラームとして、レーザ照射を停止し、処理を終了する。
アーク発生を検出したならば、レーザパワー指令読み取りループから抜け出て、レーザ照射、アークの各々の指令を、加工用の指令に変更する。既述の通り、加工用の指令では、アーク発生前に比してレーザパワーは大きい方向に変更される。
(i)ロボット制御装置1から、レーザ照射開始指令(準備指令)が、アーク発生前のレーザパワー指令条件とともに、レーザ発振機に対して指令される(上記ステップS1、S5〜S11参照)。
ここで、レーザパワー指令(*1)のケースは、上述のパターン3(図4(c)参照)を選択したケースに対応する。また、レーザパワー指令(*2)のケースは、上述のパターン2で入熱量を抑えるケースに対応する。更に、レーザパワー指令(*3)のケースは、レーザパワー指令を徐々に落とすパターンにより、入熱量を抑えるケースに対応している。なお、(*2)と(*3)を例えば交互に行うパターンも効果があることは言うまでもない。
(ii)アーク溶接開始指令は、溶接電圧、ワイヤ送給速度指令とともに、アーク溶接電源に対して指令される(上記ステップS2〜S4参照)。
ここで、既述の通り、ワイヤ送給速度指令の代わりに、等価の関係を持つ電流指令をインタフェースとして持つアーク溶接電源もあることや、パルスアーク溶接電源等の場合には、電圧、ワイヤ送給指令(電流指令)以外にも、周波数やべ一ス電流などの指令も必要となることは周知である。
(iii)アーク溶接指令がなされ、ワイヤが母材に接触するまでは、無付加電圧となる。また、既述の通り、ワイヤ送給速度は、アークが発生するまでは、アーク溶接電源において加工用に指示された指令条件より遅い速度でワイヤ送給機に指令される場合が多い。本タイミングチャートはその例を示している。
(iv)ワイヤ12の先端13(図1(b)参照)が母材20に接触し、アークが発生すると、それをアーク溶接電源が検出し、アーク発生検出情報がロボット制御装置1に入力される。ロボット制御装置1は、アーク発生検出情報を受信すると、レーザパワー指令条件を加工用の条件に変更する(上記ステップS9、S12参照)。
2 ロボット(ハイブリッド溶接ロボット)
3 アーク溶接装置
4 レーザ発振機(TYAGレーザ発振機)
5 溶接ワイヤ送給装置
6 光ファイバ
7 溶接ワイヤ(送給配管内挿通)
10 加工ヘッド部
11 アーク溶接トーチ
12 溶接ワイヤ(導体露出)
13 溶接ワイヤの先端
20 母材(溶接対象物)
21 溶接開始位置
Claims (6)
- 溶接対象母材上の溶接開始位置又はその近傍にレーザを照射すると共に、アーク溶接ワイヤの送給及び溶接電圧の出力を行うことにより、前記溶接対象母材と前記アーク溶接ワイヤとの間にアークを発生させる、レーザ照射を伴うアーク溶接のアーク開始方法において、
アークの発生が検出されるまでは、放電開始前のために予め定められた第1種のレーザ照射パワー指令を出力し、
アークの発生を検出後には、前記第1種のレーザ照射パワー指令とは異なる、放電開始後のために予め定められた溶接に適した第2種のレーザ照射パワー指令を出力し、
溶接対象母材の材質、板厚、シールドガスの種類、及びアーク溶接ワイヤの種類の内、少なくとも一つの設定に対応して、前記第1種のレーザ照射パワー指令におけるレーザ照
射パワー指令値、又はレーザ照射パワー推移パターンが選択又は変更されることを特徴とする、レーザ照射を伴うアーク溶接のアーク開始方法。 - 前記第1種のレーザ照射パワー指令は、レーザ照射がパルス状に行なわれるようにするものである、請求項1に記載のレーザ照射を伴うアーク溶接のアーク開始方法。
- 溶接対象母材上の溶接開始位置又はその近傍にレーザを照射すると共に、アーク溶接ワイヤの送給及び溶接電圧の出力を行うことにより、前記溶接対象母材と前記アーク溶接ワイヤとの間にアークを発生させるアーク開始手段を備えた、レーザ照射を伴うアーク溶接を行なう溶接装置であって、
前記アーク開始手段は、請求項1または請求項2に記載のアーク開始方法を実行する手段であることを特徴とする、溶接装置。 - 溶接対象母材上の溶接開始位置又はその近傍にレーザを照射すると共に、アーク溶接ワイヤの送給及び溶接電圧の出力を行うことにより、前記溶接対象母材と前記アーク溶接ワイヤとの間にアークを発生させる、レーザ照射を伴うアーク溶接におけるアーク開始を制御する制御装置であって、
アークの発生が検出されるまでは、放電開始前のために予め定められた第1種のレーザ照射パワー指令を出力する手段と、
アークの発生を検出後には、前記第1種のレーザ照射パワー指令とは異なる、放電開始後のために予め定められた溶接に適した第2種のレーザ照射パワー指令を出力する手段とを備え、
溶接対象母材の材質、板厚、シールドガスの種類、及びアーク溶接ワイヤの種類の内、少なくとも一つの設定に対応して、前記第1種のレーザ照射パワー指令におけるレーザ照射パワー指令値、又はレーザ照射パワー推移パターンが選択又は変更されることを特徴とする、制御装置。 - 前記第1種のレーザ照射パワー指令は、レーザ照射がパルス状に行なわれるようにするものである、請求項4に記載の制御装置。
- 前記制御装置が、溶接対象母材に対してレーザ照射及びアーク溶接を行なう加工ヘッド部を搭載したロボットを制御する制御装置である、請求項4または請求項5に記載の制御装置。
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