特開 2024-153248 熱加工システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024153248

(43)【公開日】2024-10-29

(54)【発明の名称】熱加工システム

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/067 20060101AFI20241022BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20241022BHJP

   B23K 9/073 20060101ALI20241022BHJP

   B23K 9/10 20060101ALI20241022BHJP

   B23K 10/00 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

B23K9/067

B23K9/12 331J

B23K9/073 560

B23K9/10 Z

B23K10/00 502C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023067022

(22)【出願日】2023-04-17

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】山口 耕作

【テーマコード（参考）】

4E082

【Ｆターム（参考）】

4E082AA01

4E082BA01

4E082CA01

4E082DA01

4E082EA02

4E082EA13

4E082EB02

4E082EE08

4E082FA14

(57)【要約】

【課題】回生電力を有効に活用することで、エネルギー効率の向上を図った熱加工システムを提供する。
【解決手段】溶接システムＳ１は、モータＭ１を有し、モータＭ１で動作するロボットＡ１と、ロボットＡ１の制御を行うロボット制御装置Ｅ１と、溶接電力（熱加工用の加工電力）を発生させる電源装置Ｂ１と、コンデンサＣ１と、を備える。コンデンサＣ１は、モータＭ１の減速時に発生する回生電力によって充電される。コンデンサＣ１に蓄積された電力は、溶接（熱加工）の開始時に利用される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを有し、当該モータで動作するロボットと、
前記ロボットの制御を行うロボット制御装置と、
熱加工用の加工電力を発生させる電源装置と、
コンデンサと、
を備え、
前記コンデンサは、前記モータの減速時に発生する回生電力によって充電され、
前記コンデンサに蓄積された電力は、熱加工の開始時に利用される、熱加工システム。

【請求項2】

前記コンデンサは、空走区間での前記モータの減速時に発生する回生電力により充電され、
前記空走区間は、前記ロボットが熱加工を行わずに第１作業位置から第２作業位置まで移動する区間であり、
前記コンデンサに蓄積された電力は、前記第２作業位置での作業開始時に利用される、請求項１に記載の熱加工システム。

【請求項3】

前記熱加工は、アーク熱を用いた加工であり、
前記電源装置は、絶縁トランスと、当該絶縁トランスの二次側に接続され且つ熱加工の開始時のアークスタートを補助するスタート回路を含み、
前記スタート回路は、前記コンデンサを含み、
前記コンデンサに蓄積された電力は、前記アークスタートの補助電力として利用される、請求項１または請求項２に記載の熱加工システム。

【請求項4】

前記電源装置は、インバータ回路を含み、
前記コンデンサは、前記インバータ回路の一次側に接続されており、
前記コンデンサに蓄積された電力は、熱加工の開始時の前記加工電力に重畳する電力に利用される、請求項１または請求項２に記載の熱加工システム。

【請求項5】

前記コンデンサを第１コンデンサとして、前記回生電力によって充電可能な第２コンデンサをさらに備え、
前記電源装置は、前記絶縁トランスの一次側に接続されたインバータ回路を含み、
前記第２コンデンサは、前記インバータ回路の一次側に接続されており、
前記第２コンデンサに蓄積された電力は、熱加工の開始時の前記加工電力に重畳する電力に利用され、
前記回生電力は、前記第２コンデンサよりも前記第１コンデンサに優先して供給される、請求項３に記載の熱加工システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱加工システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、溶接ロボットを用いた自動溶接が普及している。例えば、特許文献１には、溶接ロボットを用いた溶接システムの一例が開示されている。特許文献１に記載の溶接システム（ロボット制御システム）は、プログラム制御された多関節ロボットによってワークにアーク溶接を行う。ロボット制御システムは、ロボット（例えばマニピュレータ）と、ロボット制御装置と、溶接電源等を含む溶接機とを備える。ロボットは、ロボットモータを含み、このロボットモータの駆動により、多関節アームの移動等が制御される。ロボットモータは、ロボット制御装置によって制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１０９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

モータは、その減速時において、発電機となって回生電力を発生させることが知られている。このような回生電力は、特許文献１に記載されたロボットモータにおいても同様に発生する。

【0005】

本開示は、上記事情に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、回生電力を有効に活用することで、エネルギー効率の向上を図った熱加工システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示によって提供される溶接システムは、モータを有し、当該モータで動作するロボットと、前記ロボットの制御を行うロボット制御装置と、熱加工用の加工電力を発生させる電源装置と、コンデンサと、を備え、前記コンデンサは、前記モータの減速時に発生する回生電力によって充電され、前記コンデンサに蓄積された電力は、熱加工の開始時に利用される。

【0007】

前記溶接システムの好ましい実施の形態において、前記コンデンサは、空走区間での前記モータの減速時に発生する回生電力により充電され、前記空走区間は、前記ロボットが熱加工を行わずに第１作業位置から第２作業位置まで移動する区間であり、前記コンデンサに蓄積された電力は、前記第２作業位置での作業開始時に利用される。

【0008】

前記溶接システムの好ましい実施の形態において、前記熱加工は、アーク熱を用いた加工であり、前記電源装置は、絶縁トランスと、当該絶縁トランスの二次側に接続され且つ熱加工の開始時のアークスタートを補助するスタート回路を含み、前記スタート回路は、前記コンデンサを含み、前記コンデンサに蓄積された電力は、前記アークスタートの補助電力として利用される。

【0009】

前記溶接システムの好ましい実施の形態において、前記電源装置は、インバータ回路を含み、前記コンデンサは、前記インバータ回路の一次側に接続されており、前記コンデンサに蓄積された電力は、熱加工の開始時の前記加工電力に重畳する電力に利用される。

【0010】

前記溶接システムの好ましい実施の形態において、前記コンデンサを第１コンデンサとして、前記回生電力によって充電可能な第２コンデンサをさらに備え、前記電源装置は、前記絶縁トランスの一次側に接続されたインバータ回路を含み、前記第２コンデンサは、前記インバータ回路の一次側に接続されており、前記第２コンデンサに蓄積された電力は、熱加工の開始時の前記加工電力に重畳する電力に利用され、前記回生電力は、前記第２コンデンサよりも前記第１コンデンサに優先して供給される。

【発明の効果】

【0011】

本開示の熱加工システムは、コンデンサを備え、当該コンデンサは、モータの減速時に発生する回生電力によって充電される。そして、コンデンサに蓄積された電力は、熱加工の開始時に、利用される。これにより、ロボットの動作によって発生する回生電力を熱加工の作業に有効利用できるため、エネルギー効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態に係る溶接システムの全体構成例を示すブロック図である。

【図2】第１実施形態に係る溶接システムの溶接ロボットを示す概略図である。

【図3】第１実施形態に係る溶接システムの溶接電源およびロボット制御装置の構成例を示す回路図である。

【図4】第１実施形態に係る溶接システムの動作例を示すタイミングチャートである。

【図5】第２実施形態に係る溶接システムの溶接電源およびロボット制御装置の構成例を示す回路図である。

【図6】第２実施形態の変形例に係る溶接システムの溶接電源の構成例を示す回路図である。

【図7】第３実施形態に係る溶接システムのロボット制御装置の構成例を示す回路図である。

【図8】溶接ロボットの他の構成例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本開示の熱加工システムの好ましい実施の形態として、アーク溶接を行う溶接システムを例に、図面を参照して、以下に説明する。以下では、同一あるいは類似の構成要素に、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。なお、本開示の熱加工システムは、アーク溶接以外の溶接（プラズマ溶接あるいは抵抗溶接等）を行う溶接システムであってもよいし、切断（溶断）を行う切断システム（例えばアーク切断あるいはプラズマ切断等）であってもよい。

【0014】

図１～図３は、第１実施形態に係る溶接システムＳ１を示している。溶接システムＳ１は、図１に示すように、ロボットＡ１と、電源装置Ｂ１と、ロボット制御装置Ｅ１と、溶接トーチＴ１と、コンデンサＣ１を備える。溶接システムＳ１は、アーク熱を利用した溶接を行う。この例において、溶接システムＳ１は、ロボットＡ１によって溶接トーチＴ１を移動させつつ、電源装置Ｂ１から電力を供給して、溶接トーチＴ１とワークＷとの間にアークを発生させて、アーク溶接を行う。なお、溶接システムＳ１が消耗電極式の溶接を行う場合、図示しないワイヤ送給装置から溶接トーチＴ１に溶接ワイヤが送給される。

【0015】

ロボットＡ１は、ロボット制御装置Ｅ１によって制御され、溶接トーチＴ１を移動させる。溶接トーチＴ１は、ロボットＡ１に取り付けられている。ロボットＡ１は、モータＭ１を有し、当該モータＭ１で動作する。また、溶接システムＳ１のロボットＡ１は、図２に示すように、台車１１を備える。

【0016】

台車１１は、溶接作業のために溶接トーチＴ１を移動させる。溶接トーチＴ１は、台車１１に取り付けられており、台車１１とともに移動する。例えば、台車１１は、レール上に置かれ、レールに沿って移動する（走行する）。台車１１は、モータＭ１による車輪の回転により、移動する。台車１１は、複数の溶接作業位置の間を移動する。図２に示す例では、各区間Ｇ１は、溶接区間であり、この区間Ｇ１では、ロボットＡ１（台車１１）は、溶接を行いながら移動する。区間Ｇ１の開始地点Ｐ１１，Ｐ２１は、溶接開始位置であり、区間Ｇ１の終了地点Ｐ１２，Ｐ２２は、溶接終了位置である。つまり、各区間Ｇ１では、ロボットＡ１は、対応する開始地点Ｐ１１，Ｐ２１で溶接を開始して、溶接を継続しつつ、対応する終了地点Ｐ１２，Ｐ２２まで移動する。その後、各終了地点Ｐ１２，Ｐ２２で溶接を停止する。一方、区間Ｇ２は、空走区間であり、この区間Ｇ２では、ロボットＡ１（台車１１）は、溶接を行わずに移動する。つまり、区間Ｇ２では、前回の溶接作業位置の終了地点Ｐ１２から次の溶接作業位置の開始地点Ｐ２１まで、溶接を行うことなく移動する。台車１１は、複数の区間Ｇ１と複数の区間Ｇ２とを交互に繰り返しながら移動する。台車１１は、各区間Ｇ１では、例えばＣＰ（Continuous Path）制御により制御され、区間Ｇ２では、例えばＰＴＰ（Point to Point）制御により制御される。このような各区間Ｇ１，Ｇ２での制御により、区間Ｇ２での台車１１の移動速度は、区間Ｇ１での台車１１の移動速度よりも早い。

【0017】

モータＭ１には、ロボット制御装置Ｅ１から駆動電力が供給される。モータＭ１は、供給される駆動電力により、台車１１の車輪を回転させ、台車１１を移動させる。また、モータＭ１は、減速時において、発電機として作動して回生電力を発生させる。回生電力は、ロボット制御装置Ｅ１に出力される。

【0018】

コンデンサＣ１は、モータＭ１の減速時に発生する回生電力によって充電される。本実施形態では、コンデンサＣ１は、図１および図３に示すように、電源装置Ｂ１（後述のスタート回路２６）に設けられる。

【0019】

電源装置Ｂ１は、溶接電力（溶接電流および溶接電圧等）を発生させ、溶接トーチＴ１に供給する。溶接電力は、特許請求の範囲に記載の「加工電力」の一例である。図３に示すように、電源装置Ｂ１は、整流平滑回路２１、インバータ回路２２、トランス２３、整流回路２４、平滑回路２５およびスタート回路２６を含む。

【0020】

整流平滑回路２１は、電力系統Ｋから入力される交流電力を整流し且つ平滑する。図３に示す例では、整流平滑回路２１は、複数のダイオードおよびコンデンサを含む。整流平滑回路２１により交流電力が直流電力に変換され、当該直流電力がインバータ回路２２に出力される。

【0021】

インバータ回路２２は、例えばフルブリッジ型のＰＷＭ制御インバータであり、図３に示すように、複数のスイッチング素子を備える。インバータ回路２２は、図示しない制御回路から入力される駆動信号によって各スイッチング素子をスイッチングさせることで、整流平滑回路２１から入力される直流電力を高周波電力に変換して出力する。インバータ回路２２は、直流電力を高周波電力に変換するものであればよく、例えばハーフブリッジ型であってもよいし、その他の構成のインバータ回路であってもよい。

【0022】

トランス２３は、インバータ回路２２が出力する高周波電圧を変圧して、整流回路２４に出力する。トランス２３は、一次巻線および二次巻線を備える。一次巻線の各端子は、インバータ回路２２の各出力端子にそれぞれ接続される。二次巻線の各端子は、整流回路２４の各入力端子にそれぞれ接続される。インバータ回路２２の出力電圧は、一次巻線と二次巻線の巻き数比に応じて変圧されて、整流回路２４に入力される。二次巻線は一次巻線に対して絶縁されているので、溶接部（溶接トーチＴ１およびワークＷ）と電力系統Ｋの混触を防止し、作業者を感電の危険性から守る。

【0023】

整流回路２４は、トランス２３から入力される高周波電力を直流電力に変換して出力する。平滑回路２５は、整流回路２４から出力される直流電力を平滑化して出力する。平滑回路２５から出力される平滑後の直流電力が、先述の溶接電力に相当する。

【0024】

スタート回路２６は、トランス２３の二次側（平滑回路２５の出力側）に接続され、溶接開始時のアークスタート（アークの発生）を補助する。本実施形態において、コンデンサＣ１は、スタート回路２６の一部である。スタート回路２６は、アークスタート時に、溶接電力（溶接電流）に補助電力（補助電流）を重畳させる。これにより、アークの発生をより安定させることができる。スタート回路２６は、このアークスタートの補助において、コンデンサＣ１に蓄積された電力を利用して、補助電力を発生させる。

【0025】

ロボット制御装置Ｅ１は、電源装置Ｂ１と協調して、溶接システムＳ１の自動溶接を制御する。ロボット制御装置Ｅ１は、ロボットＡ１の動作を制御する。ロボット制御装置Ｅ１は、モータＭ１に駆動電力を供給することで、モータＭ１の駆動を制御する。ロボット制御装置Ｅ１は、図３に示すように、整流平滑回路３１、モータインバータ３２、絶縁コンバータ３３、消費回路３４、切替回路３５および制御部３７を含む。

【0026】

整流平滑回路３１は、電力系統Ｋから入力される交流電力を整流し且つ平滑する。図３に示す例では、整流平滑回路３１は、例えば複数のダイオードおよびコンデンサを含む。整流平滑回路３１により交流電力が直流電力に変換され、当該直流電力がモータインバータ３２に出力される。

【0027】

モータインバータ３２は、モータＭ１に駆動電力を供給する。モータインバータ３２は、三相交流インバータであり、図３に示すように、複数のスイッチング素子を備える。複数のスイッチング素子の各々には、ダイオードが逆並列に接続されている。当該ダイオードは、スイッチング素子とは別に設けてもよいし、スイッチング素子の寄生ダイオード成分を用いてもよい。また、モータインバータ３２は、モータＭ１の減速時において、モータＭ１が発生させた回生電力を、電力系統Ｋ側に出力する。回生電力は、モータインバータ３２の各ダイオードにより、整流されて出力される。

【0028】

絶縁コンバータ３３は、回生電力が入力されると、当該回生電力を、電源装置Ｂ１（スタート回路２６）のコンデンサＣ１に供給する。絶縁コンバータ３３により、ロボット制御装置Ｅ１と電源装置Ｂ１とは、絶縁される。

【0029】

消費回路３４は、回生電力が入力されると、当該回生電力を消費する。図示された例では、消費回路３４は、抵抗Ｒ１により構成される。この例と異なり、消費回路３４は、電力を消費するものであれば、抵抗に限定されない。

【0030】

切替回路３５は、制御部３７によって制御され、回生電力の出力先を切り替える。切替回路３５は、複数の切替部ＳＷ１～ＳＷ４および２つのダイオードＤ１，Ｄ２を含む。

【0031】

図示された例では、各切替部ＳＷ１～ＳＷ４はそれぞれ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。各切替部ＳＷ１～ＳＷ４は、ＭＯＳＦＥＴに限定されず、他のスイッチング素子（例えばバイポーラトランジスタおよびＩＧＢＴ等）であってもよいし、機械スイッチであってもよい。各切替部ＳＷ１～ＳＷ４のオンオフの切り替えは、制御部３７によって制御される。なお、図３と異なる例において、２つの切替部ＳＷ１，ＳＷ４の代わりに、双方向のスイッチング素子を用いてもよい。

【0032】

ダイオードＤ１は、切替部ＳＷ１に直列に接続され、切替部ＳＷ１と整流平滑回路３１との間に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、整流平滑回路３１に接続され、ダイオードＤ１のカソードは、切替部ＳＷ１に接続されている。ダイオードＤ２は、切替部ＳＷ４に直列に接続され、切替部ＳＷ４と整流平滑回路３１との間に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、切替部ＳＷ４に接続され、ダイオードＤ２のカソードは、整流平滑回路３１に接続されている。ダイオードＤ１と切替部ＳＷ１との直列回路と、ダイオードＤ２と切替部ＳＷ４との直列回路とは、互いに並列に接続されている。

【0033】

制御部３７は、切替回路３５の各切替部ＳＷ１～ＳＷ４の切り替えを行うことで、回生電力の出力先を制御する。制御部３７は、回生信号Ｓｎ１、消費信号Ｓｎ２および一次側回生信号Ｓｎ３を生成し、これらの信号を用いて、各切替部ＳＷ１～ＳＷ４の切り替えを行う。具体的には、図３に示すように、制御部３７は、切替部ＳＷ１に回生信号Ｓｎ１の反転信号を出力し、切替部ＳＷ２に回生信号Ｓｎ１とＰＷＭ信号との論理積を出力し、切替部ＳＷ３に消費信号Ｓｎ２に出力し、切替部ＳＷ４に一次側回生信号Ｓｎ３を出力する。回生信号Ｓｎ１、消費信号Ｓｎ２および一次側回生信号Ｓｎ３はそれぞれ、例えばハイレベルの状態とローレベルの状態とを有する。そして、各切替部ＳＷ１～ＳＷ４は、入力される信号がハイレベルの場合にオンとなり、入力される信号がローレベルの場合にオフとなるように構成される。なお、反対に、入力される信号がローレベルの場合にオフとなり、入力される信号がハイレベルの場合にオンとなるように構成してもよい。

【0034】

制御部３７は、モータＭ１の駆動時（加速時および等速時）において、回生信号Ｓｎ１、消費信号Ｓｎ２および一次側回生信号Ｓｎ３をそれぞれローレベルにする。これにより、切替部ＳＷ１がオンとなり、各切替部ＳＷ２～ＳＷ４がそれぞれオフ状態となるので、電力系統Ｋから整流平滑回路３１およびモータインバータ３２を介して、駆動電力がモータＭ１に出力される。

【0035】

また、制御部３７は、ロボットＡ１をＰＴＰ制御している際の、モータＭ１の減速時において、回生信号Ｓｎ１をハイレベルにし、消費信号Ｓｎ２および一次側回生信号Ｓｎ３をローレベルにする。これにより、各切替部ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４はオフとなり、切替部ＳＷ２はオンとオフとが（ＰＷＭ信号に応じて）交互に切り替わるので、モータＭ１からモータインバータ３２を介して出力される回生電力が、絶縁コンバータ３３を介して、コンデンサＣ１に充電される。なお、コンデンサＣ１が満充電である場合には、一次側回生信号Ｓｎ３をハイレベルにして、切替部ＳＷ４をオンにすることで、回生電力を整流平滑回路３１のコンデンサに供給する。また、回生電力を、コンデンサＣ１の充電にも、整流平滑回路３１のコンデンサの充電にも用いない場合には、消費信号Ｓｎ２をハイレベルにして、切替部ＳＷ３をオンにすることで、回生電力を消費回路３４に供給する（消費回路３４で消費する）。制御部３７は、各切替部ＳＷ１～ＳＷ４の切り替えにより、回生電力の出力先を、コンデンサＣ１、消費回路３４あるいは整流平滑回路３１のコンデンサに切り替えることができる。

【0036】

次に、溶接システムＳ１の動作例について、図４を参照して、説明する。図４（ａ）は、ロボットＡ１（台車１１）の制御シーケンスであって、上記ＣＰ制御と上記ＰＴＰ制御との切り替わりを示す。図４（ｂ）は、ロボットＡ１の動作速度の変化、すなわちモータＭ１の回転数の変化を示す。図４（ｃ）は、回生信号Ｓｎ１のハイレベルとローレベルとの切り替わりを示す。図４（ｄ）は、コンデンサＣ１の電圧、すなわちコンデンサＣ１の蓄電量の変化を示す。図４（ｅ）は、電源装置Ｂ１のインバータ回路２２の動作状態の切り替わりを示す。なお、インバータ回路２２の動作状態において、オンとは、インバータ回路２２に駆動信号が入力され、高周波電力を出力している状態であり、一方、オフとは、インバータ回路２２に駆動信号が入力されず、高周波電力を出力していない状態である。図４（ｆ）は、溶接トーチＴ１に供給される溶接電流の変化を示す。

【0037】

図４（ａ）に示すように、ロボットＡ１は、各区間Ｇ１でＣＰ制御され、各区間Ｇ２でＰＴＰ制御される。このため、図４（ｂ）に示すように、各区間Ｇ２でのロボットＡ１の動作速度は、各区間Ｇ１でのロボットＡ１の動作速度よりも速い。各区間Ｇ２でのロボットＡ１の動作速度が速いので、各溶接作業位置での開始地点Ｐ１１，Ｐ２１に到達する前の地点Ｐｘから（すなわち各区間Ｇ２の終盤において）、ロボットＡ１（モータＭ１）は、大きく減速する。この減速時において、ロボット制御装置Ｅ１の制御部３７は、図４（ｃ）に示すように、回生信号Ｓｎ１をハイレベルにする。回生信号Ｓｎ１がハイレベルとなり、モータＭ１の減速によって発生した回生電力がコンデンサＣ１に供給される。したがって、図４（ｄ）に示すように、コンデンサＣ１の電圧（蓄電量）が増加する。

【0038】

その後、ロボットＡ１が、各溶接作業位置での開始地点Ｐ１１，Ｐ２１に到達すると、ロボットＡ１は、ＣＰ制御に切り替わり、且つ、図４（ｃ）に示すように回生信号Ｓｎ１は、ローレベルに切り替わる。そして、図４（ｅ）に示すように、インバータ回路２２がオンとなり、溶接が開始され、図４（ｆ）に示すように、溶接電流が出力される。この溶接の開始時には、電源装置Ｂ１は、スタート回路２６のコンデンサＣ１に蓄積された電力を使って、溶接電力に補助電力を重畳させる。このため、溶接開始の溶接電流が大きくなり、アーク発生の失敗が抑制される。なお、図４（ｆ）に示す破線は、補助電力が重畳されない場合の溶接電流の変化を示している。

【0039】

以上のように、溶接システムＳ１では、コンデンサＣ１は、モータＭ１の減速時に発生する回生電力によって充電され、コンデンサＣ１に蓄積された電力は、溶接の開始時に、利用される。このように、溶接システムＳ１では、ロボットＡ１の動作によって発生する回生電力を溶接作業に有効に利用できる。したがって、溶接システムＳ１は、エネルギー効率を向上させることができる。特に、溶接システムＳ１では、電源装置Ｂ１は、コンデンサＣ１を有するスタート回路２６を備えており、当該コンデンサＣ１は、回生電力によって充電される。そして、電源装置Ｂ１は、コンデンサＣ１に蓄積された電力を、アークスタートの補助電力（すなわち溶接開始時に溶接電力に重畳する補助電力）として利用する。

【0040】

溶接システムＳ１と異なる構成であって、スタート回路２６のコンデンサＣ１を、回生電力を用いず、電源装置Ｂ１において電力系統Ｋから供給される電力により充電する構成では、当該コンデンサＣ１の充電は、溶接開始直前に無負荷電圧が出力される期間（例えば溶接ワイヤがワークＷに接触しない期間）で行われる。この場合、溶接ワイヤまたはワークＷが変形するなどの異常が発生すると、溶接開始前に溶接ワイヤがワークＷに接触する可能性があり、この時は無負荷電圧によるコンデンサＣ１の充電が行われず、アークスタートが失敗する可能性が高まる。このことから、溶接システムＳ１では、コンデンサＣ１に蓄積された電力をアークスタートの補助電力として利用することで、回生電力によって得られるエネルギーを有効に活用しつつ、アークスタート性を向上することができる。

【0041】

溶接システムＳ１では、コンデンサＣ１は、区間Ｇ２（空走区間）でのモータＭ１の減速時に発生する回生電力により充電される。この構成によれば、コンデンサＣ１への充電は、区間Ｇ２（空走区間）にのみ行われるので、区間Ｇ１（溶接区間）でのロボットＡ１の軌跡精度に悪影響を及ぼすことを抑制できる。したがって、溶接システムＳ１は、溶接品質の低下を抑制できる。また、先述の通り、溶接システムＳ１では、区間Ｇ２でのモータＭ１の減速後に、溶接が開始される。したがって、溶接システムＳ１では、回生電力発生直後の溶接開始時に、コンデンサＣ１に蓄積された電力が利用される。このため、コンデンサＣ１に不必要に電力を蓄積しておく必要がない。また、先述の通り、溶接システムＳ１では、区間Ｇ２（空走区間）でのロボットＡ１（台車１１）の移動速度は、区間Ｇ１（溶接区間）でのロボットＡ１（台車１１）の移動速度よりも早い。つまり、区間Ｇ２（空走区間）でのモータＭ１の回転数は、区間Ｇ１（溶接区間）でのモータＭ１の回転数よりも高い。そのため、区間Ｇ２（空走区間）での減速時に得られる回生電力は、区間Ｇ１（溶接区間）での減速時に得られる回生電力よりも大きい。したがって、次の溶接作業に向けて、十分な電力量をコンデンサＣ１に充電することができる。また、溶接システムＳ１と異なる構成であって、回生電力をすべて消費回路３４（抵抗Ｒ１）で消費する構成においては、消費回路３４の電力耐量は、区間Ｇ２（空走区間）での最大の回生電力に合わせて設計しなければならない。このことから、溶接システムＳ１は、回生電力をすべて消費回路３４で消費させる場合と比較して、消費回路３４の電力耐量を抑制することができるので、消費回路３４のコストを低減することができる。

【0042】

以下に、本開示の熱加工システム（溶接システム）の他の実施形態および変形例について、説明する。各実施形態および各変形例における各部の構成は、技術的な矛盾が生じない範囲において相互に組み合わせ可能である。

【0043】

図５は、第２実施形態に係る溶接システムＳ２の電源装置Ｂ１およびロボット制御装置Ｅ１の各構成を示している。溶接システムＳ２は、溶接システムＳ１と比較して、次の点で異なる。第１に、溶接システムＳ２の電源装置Ｂ１は、スタート回路２６を備えていない。第２に、溶接システムＳ２のコンデンサＣ１は、トランス２３の一次側に接続されている。第３に、ロボット制御装置Ｅ１の構成（主にコンデンサＣ１への回生電力の供給路）が異なる。

【0044】

図５に示すように、コンデンサＣ１は、トランス２３の一次側であって、整流平滑回路２１とインバータ回路２２との間に接続されている。また、コンデンサＣ１の一端は、ダイオードを介して、インバータ回路２２の高電位側の接続線に接続され、コンデンサＣ１の他端は、インバータ回路２２の低電位側の接続線に接続されている。

【0045】

また、図５に示すように、コンデンサＣ１が、トランス２３の一次側に接続されているため、ロボット制御装置Ｅ１は、絶縁コンバータ３３を備えていない。回生電力は、切替部ＳＷ２およびダイオードを介して、電源装置Ｂ１のコンデンサＣ１に供給される。なお、切替部ＳＷ２に直列に接続されたダイオードは、電源装置Ｂ１からロボット制御装置Ｅ１に電流が流れることを阻止する。このような構成では、切替部ＳＷ２には、回生信号Ｓｎ１とＰＷＭ信号との論理積ではなく、回生信号Ｓｎ１が入力される。

【0046】

溶接システムＳ２では、インバータ回路２２がオンとなり、溶接電力の出力を開始すると、その開始時において、コンデンサＣ１に蓄積された電力が重畳される。したがって、溶接システムＳ２は、溶接システムＳ１と同様に、ロボットＡ１の動作によって発生する回生電力を溶接作業に有効に利用できるので、エネルギー効率を向上させることができる。また、溶接システムＳ２では、溶接システムＳ１と同様に、コンデンサＣ１に蓄積された電力が、溶接開始時の溶接電力に重畳されるので、溶接開始の溶接電流が大きくなり、アーク発生の失敗が抑制される。つまり、溶接システムＳ２は、溶接システムＳ１と同様に、回生電力によって得られるエネルギーを有効に活用して、アークスタート性を向上することができる。

【0047】

上記第２実施形態では、溶接システムＳ２の電源装置Ｂ１は、スタート回路２６を備えていない例を示したが、この例と異なり、スタート回路２６を備えていてもよい。図６は、このような変形例に係る溶接システムＳ２１の電源装置Ｂ１の構成例を示している。図６に示すように、溶接システムＳ２１は、電源装置Ｂ１に２つのコンデンサＣ１１，Ｃ１２を備える。

【0048】

２つのコンデンサＣ１１，Ｃ１２はそれぞれ、回生電力によって充電可能である。なお、回生電力によって充電可能なコンデンサの数は、３つ以上であってもよい。図６に示すように、コンデンサＣ１１は、溶接システムＳ１のコンデンサＣ１と同様に、スタート回路２６に設けられている。コンデンサＣ１２は、溶接システムＳ２のコンデンサＣ１と同様に、トランス２３の一次側（整流平滑回路２１とインバータ回路２２との間）に設けられている。

【0049】

溶接システムＳ２１では、モータＭ１の減速時において発生した回生電力は、まず、コンデンサＣ１１の充電に利用される。そして、コンデンサＣ１１が満充電となると、あるいは、既にコンデンサＣ１１が満充電であった場合、コンデンサＣ１２の充電に利用される。このように、溶接システムＳ２１では、回生電力は、コンデンサＣ１２よりもコンデンサＣ１１に優先して供給される。なお、この例と異なり、回生電力は、コンデンサＣ１１よりもコンデンサＣ１２に優先して供給されてもよい。

【0050】

溶接システムＳ２１は、２つのコンデンサＣ１１，Ｃ１２を備えている。この構成によれば、回生電力の供給先を、２つのコンデンサＣ１１，Ｃ１２の一方にしている状態で、この一方のコンデンサＣ１１，Ｃ１２が満充電になると、回生電力の供給先を、２つのコンデンサＣ１１，Ｃ１２の他方に切り替えることができる。これにより、回生電力を消費回路３４で消費させる頻度を抑制することができる。つまり、溶接システムＳ２１は、モータＭ１の減速時に発生する回生電力を無駄なく利用することができる。

【0051】

図７は、第３実施形態に係る溶接システムＳ３のロボット制御装置Ｅ１の構成例を示している。溶接システムＳ３は、溶接システムＳ１と比較して、コンデンサＣ１がロボット制御装置Ｅ１に設けられている点で異なる。

【0052】

図７に示すように、溶接システムＳ３では、コンデンサＣ１は、切替部ＳＷ２に直列に接続されている。そして、切替部ＳＷ２とコンデンサＣ１との直列回路が、モータインバータ３２に対して並列に接続されている。また、当該直列回路は、切替部ＳＷ１とモータインバータ３２との間に接続されている。

【0053】

溶接システムＳ３では、モータＭ１の減速時において発生した回生電力は、ロボット制御装置Ｅ１に設けられたコンデンサＣ１に供給される。そして、コンデンサＣ１に蓄積された電力は、溶接の開始時において、電源装置Ｂ１によって利用される。したがって、溶接システムＳ３においても、溶接システムＳ１と同様に、ロボットＡ１の動作によって発生する回生電力を溶接作業に有効に利用できるので、エネルギー効率を向上させることができる。このように、本開示の熱加工システムは、コンデンサＣ１を電源装置Ｂ１に設けるかロボット制御装置Ｅ１に設けるかを何ら限定されない。

【0054】

なお、溶接システムＳ３において、ロボット制御装置Ｅ１は、ダイオードＤ１，Ｄ２および切替部ＳＷ４を備えず、切替部ＳＷ１に対して逆並列に接続されたダイオード（還流ダイオード）を設けてもよい。なお、切替部ＳＷ１がトランジスタである場合、先述の還流ダイオードは、切替部ＳＷ１の寄生ダイオードであってもよい。このような構成では、コンデンサＣ１の充電が進み、コンデンサＣ１の電圧が、整流平滑回路３１のコンデンサの電圧よりも大きくなると、回生電力は、先述の還流ダイオードを通して、整流平滑回路３１のコンデンサに供給される。さらに、整流平滑回路３１のコンデンサの電圧が所定値以上に大きくなると、整流平滑回路３１のコンデンサの電圧上昇を抑えるため、切替部ＳＷ３をオンにして（消費信号Ｓｎ２をハイレベルにして）、回生電力を消費回路３４に消費させる。

【0055】

上記第１ないし第３実施形態（変形例を含む）と異なる例において、ロボットは、多関節ロボットであってもよい。図８は、このような変形例に係る溶接システムのロボットＡ２を示している。当該ロボットＡ２は、上記溶接システムＳ１，Ｓ２，Ｓ２１，Ｓ３のロボットＡ１の代わりに用いられる。

【0056】

図８に示すように、ロボットＡ２は、マニピュレータ１３を備える。マニピュレータ１３は、多関節ロボットであり、台車１１と同様に、溶接作業のために溶接トーチＴ１を自動的に移動させる。マニピュレータ１３は、フロア等にベース部材が固定され、ベース部材に複数のアームが順に軸を介して連結されている。最先端のアームには、溶接トーチＴ１が取り付けられている。マニピュレータ１３は、ベース部材に設けられたモータＭ１および各アームに設けられた各モータＭ２が、ロボット制御装置Ｅ１からの駆動信号に応じてそれぞれ回転駆動することで、溶接トーチＴ１を移動させる。図８において、モータＭ１および各モータＭ２の回転軸を、想像線（二点鎖線）で示している。なお、ロボットＡ２は、マニピュレータ１３を載置するスライダをさらに備えていてもよい。当該スライダは、載置されたマニピュレータ１３を移動させるスライド機構（例えば直動機構）を含んでおり、当該スライダを備える例では、モータＭ１は、当該スライド機構を動作させるものであってもよい。

【0057】

図８に示す溶接システムでは、ロボットＡ２に設けられたモータＭ１の減速時に発生する回生電力は、コンデンサＣ１に供給され、コンデンサＣ１の充電に利用される。なお、モータＭ１の減速時に発生する回生電力に加えてあるいは変えて、各モータＭ２の減速時に発生する回生電力を、コンデンサＣ１に供給し、コンデンサＣ１の充電に利用してもよい。ただし、モータＭ１で発生する回生電力は、各モータＭ２で発生する回生電力よりも大きく、モータＭ１で発生する回生電力で、コンデンサＣ１を充電するのに、必要な電力量を十分に確保することが可能である。そのため、モータＭ１で発生する回生電力のみを利用する構成では、エネルギー効率を向上するとともに、さらに各モータＭ２で発生する回生電力を用いる構成よりも溶接システムの構成を簡単にすることができる。

【0058】

上記第１ないし第３実施形態（変形例を含む）と異なる例において、コンデンサＣ１（コンデンサＣ１１，Ｃ１２）に蓄積された電力を、溶接開始位置の検出のための電源（例えば高電圧電源またはレーザセンサ用電源）に供給してもよいし、ＴＩＧ溶接の場合には、スタート時に高周波を印加するための高周波電源に供給してもよい。つまり、本開示の熱加工システムにおいて、コンデンサＣ１（コンデンサＣ１１，Ｃ１２）に蓄積された電力は、溶接（熱加工）の開始時に利用するエネルギーに利用すれば、当該電力の利用先は何ら限定されない。

【0059】

上記第１ないし第３実施形態（変形例を含む）では、電源装置Ｂ１が、コンデンサＣ１に蓄積された電力を利用する例を示したが、この例と異なり、電源装置Ｂ１以外のものが利用してもよい。例えば、溶接作業の開始時において、ロボット制御装置Ｅ１が利用してもよいし、図示しない周辺機器（例えばワイヤ送給装置や冷却装置等）が利用してもよいし、ワークＷを予熱するための電磁誘導加熱装置（ＩＨ：Induction Heating）が利用してもよい。

【0060】

上記第１ないし３実施形態（変形例を含む）では、区間Ｇ２（空走区間）でのモータＭ１の減速時に発生する回生電力を、コンデンサＣ１（コンデンサＣ１１，Ｃ１２）に充電する例を示したが、この回生電力に加えてあるいは変えて、区間Ｇ１（溶接区間）でのモータＭ１の減速時に発生する回生電力を、コンデンサＣ１（コンデンサＣ１１，Ｃ１２）に充電してもよい。

【0061】

上記第１ないし第３実施形態（変形例を含む）と異なる例において、ロボットＡ１，Ａ２は、ワークＷを溶接トーチＴ１の代わりに移動させるもの（例えばスライダおよびポジショナ等）であってもよいし、溶接トーチＴ１を移動させる機構とワークＷを移動させる機構との両方を含むもの（協調制御するロボット）であってもよい。

【0062】

本開示に係る熱加工システムは、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の熱加工システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0063】

Ｓ１，Ｓ２，Ｓ２１，Ｓ３：溶接システム（熱加工システム）、Ａ１，Ａ２：ロボット、Ｂ１：電源装置、Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２：コンデンサ、Ｅ１：ロボット制御装置、Ｇ２：区間（空走区間）、Ｇ２：区間、Ｍ１，Ｍ２：モータ、２２：インバータ回路、２３：トランス、２６：スタート回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】