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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-14
(45)【発行日】2022-03-23
(54)【発明の名称】溶接電源、溶接システム、溶接電源の制御方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
B23K 9/095 20060101AFI20220315BHJP
B23K 9/173 20060101ALI20220315BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20220315BHJP
【ＦＩ】
B23K9/095 501E
B23K9/173 A
B23K9/12 305
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2018180184
(22)【出願日】2018-09-26
(65)【公開番号】P2020049506
(43)【公開日】2020-04-02
【審査請求日】2020-11-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100104880
【弁理士】
【氏名又は名称】古部 次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100125346
【弁理士】
【氏名又は名称】尾形 文雄
(74)【代理人】
【識別番号】100166981
【弁理士】
【氏名又は名称】砂田 岳彦
(72)【発明者】
【氏名】中司 昇吾
(72)【発明者】
【氏名】橋本 裕志
(72)【発明者】
【氏名】北村 佳昭
(72)【発明者】
【氏名】戸田 亮
【審査官】一ノ瀬 薫
(56)【参考文献】
【文献】特表２００７－５１３７７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１０／１４６８４４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭６０－１８０６７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１６７４２６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ９／０９５
Ｂ２３Ｋ ９／１７３
Ｂ２３Ｋ ９／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給する溶接電源において、前記ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動する当該ワイヤの先端位置に応じて前記溶接電流を変化させる制御手段を有し、
前記制御手段は、周期的に変動する前記ワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも前記母材側に位置する場合に、
前記ワイヤの先端位置が、前記変動範囲の最下点から前記波高の１／２に達するまでの間に、前記溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始する、
ことを特徴とする溶接電源。
【請求項2】
前記制御手段は、前記ワイヤの送給速度の指令値に従って、前記ワイヤの先端の位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の溶接電源。
【請求項3】
前記低電流期間は、前記ワイヤの先端が正送給される期間から逆送給される期間に切り替わる時点における当該ワイヤの先端位置から、逆送給に切り替わった当該ワイヤの送給速度の指令値が最大になる時点における当該ワイヤの先端位置までの範囲内で開始される、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接電源。
【請求項4】
前記低電流期間は、逆送給に切り替わった前記ワイヤの送給速度の指令値が最大になった時点における当該ワイヤの先端位置から、当該ワイヤの先端が逆送給される期間から正送給される期間に切り替わる時点における当該ワイヤの先端位置までの範囲内で終了される
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接電源。
【請求項5】
前記低電流期間は、前記ワイヤの先端位置が、前記波高の１／２から前記変動範囲の最上点に達するまでの間で終了される、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接電源。
【請求項6】
前記ワイヤの送給速度の指令値と実測された送給速度との位相差に基づいて前記低電流期間の開始を補正する、請求項３に記載の溶接電源。
【請求項7】
前記ワイヤの送給速度の指令値と実測された送給速度との位相差に基づいて前記低電流期間の終了を補正する、請求項４又は５に記載の溶接電源。
【請求項8】
前記溶接電流は、平均値より大きい電流が流れる第１の期間と当該平均値よりも小さい電流が流れる第２の期間とが周期的に繰り返すパルス波形を有し、低電流期間は、前記第２の期間に対応し、当該低電流期間以外は、前記第１の期間に対応する、
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接電源。
【請求項9】
前記第２の期間の終了端と前記第１の期間の開始端との間には立ち上がり遷移期間が設けられ、前記第１の期間の終了端と前記第２の期間の開始端との間には立ち下がり遷移期間が設けられる、
ことを特徴とする請求項８に記載の溶接電源。
【請求項10】
前記立ち上がり遷移期間における前記溶接電流は階段状に変化する、ことを特徴とする請求項９に記載の溶接電源。
【請求項11】
前記ワイヤの先端からの溶滴の離脱を検出する離脱検出部を更に有し、前記ワイヤの先端が逆送給される期間中に当該ワイヤの離脱が前記離脱検出部で検出されなかった場合、前記制御手段は、当該ワイヤの先端が逆送給される期間の終了後に予め定めた一定速度で当該ワイヤを正送給させる制御を開始し、
前記ワイヤが一定速度で正送給される間に当該ワイヤの離脱が前記離脱検出部で検出された場合、前記制御手段は、当該ワイヤの先端が正送給される期間と逆送給される期間が周期的に繰り返される初期条件に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接電源。
【請求項12】
前記ワイヤの先端からの溶滴の離脱を検出する離脱検出部を更に有し、前記ワイヤの先端が正送給される期間で当該ワイヤの送給速度の指令値が最大になる時点から、当該ワイヤの先端が逆送給される期間に切り替わる期間までの間で当該ワイヤの離脱が前記離脱検出部で検出された場合、前記制御手段は、当該ワイヤの先端が逆送給される期間から正送給される期間に切り替わる時点で予め定めた一定速度で当該ワイヤを正送給させる制御を開始し、
前記ワイヤが一定速度で正送給される間に当該ワイヤの離脱が前記離脱検出部で検出された場合、前記制御手段は、当該ワイヤの先端が正送給される期間と逆送給される期間が周期的に繰り返される初期条件に切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接電源。
【請求項13】
消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給してアーク溶接する溶接システムにおいて、前記ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動する当該ワイヤの先端位置に応じて前記溶接電流を変化させる制御手段
を有し、
前記制御手段は、周期的に変動する前記ワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも前記母材側に位置する場合に、
前記ワイヤの先端位置が、前記変動範囲の最下点から前記波高の１／２に達するまでの間に、前記溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始する、
ことを特徴とする溶接システム。
【請求項14】
消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給する溶接電源の制御方法において、前記ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動する前記ワイヤの先端位置に応じて前記溶接電流を変化させる、
ことを特徴とする溶接電源の制御方法であり、
周期的に変動する前記ワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも前記母材側に位置する場合に、
前記ワイヤの先端位置が、前記変動範囲の最下点から前記波高の１／２に達するまでの間に、前記溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始する、
溶接電源の制御方法。
【請求項15】
消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給してアーク溶接する溶接システムのコンピュータに、前記ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動する前記ワイヤの先端位置に応じて前記溶接電流を変化させる機能
を実現させるためのプログラムであり、
周期的に変動する前記ワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも前記母材側に位置する場合に、
前記ワイヤの先端位置が、前記変動範囲の最下点から前記波高の１／２に達するまでの間に、前記溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始させる、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接電源、溶接システム、溶接電源の制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスシールドアーク溶接は、自動車、鉄骨、建機、造船その他様々な業種の溶接で用いられているが、現場では、作業効率の更なる改善が求められている。例えばスパッタの低減が求められている。スパッタが母材（ワーク）に付着すると、その除去作業等のために作業効率が低下するためである。
【0003】
スパッタの低減に効果的とされる従来の方法に、溶接ワイヤの正送給と逆送給とを周期的に繰り返す方法がある。この方法は、短絡状態とアーク発生状態とを交互に繰り返す短絡移行時に用いられる。具体的には、溶接ワイヤの先端を溶融池に接触させて短絡させ、その後、電流によるピンチ力と逆送による引き戻しとによって短絡を安定的に解除し、溶滴を溶融池に強制的に移行させる方法となる。
【0004】
溶接ワイヤの送給に上記技術を活用する従来技術には、例えば特許文献１及び２がある。
特許文献１には、「溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返す溶接方法において、溶接状態の安定性を向上させる。溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの正送と逆送とを周期的に繰り返して短絡期間とアーク期間とを発生させ、アーク期間中は第１溶接電流Ｉｗ１を通電した後に第１溶接電流よりも小さい第２溶接電流Ｉｗ２を通電するアーク溶接制御方法において、アーク期間から短絡期間に移行した時点ｔ２１の送給速度Ｆｗの位相を検出し、検出された位相に応じて第１溶接電流の値Ｉｗ１及び／又は通電期間Ｔｗ１を変化させる。これにより、外乱による短絡発生時の送給速度の位相が変動することを抑制することができるので、溶接状態の安定性を向上させることができる。」と記載されている。
特許文献１には、「溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返す溶接方法において、溶接状態の安定性を向上させる。溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの正送と逆送とを周期的に繰り返して短絡期間とアーク期間とを発生させ、アーク期間中は第１溶接電流Ｉｗ１を通電した後に第１溶接電流よりも小さい第２溶接電流Ｉｗ２を通電するアーク溶接制御方法において、アーク期間から短絡期間に移行した時点ｔ２１の送給速度Ｆｗの位相を検出し、検出された位相に応じて第１溶接電流の値Ｉｗ１及び／又は通電期間Ｔｗ１を変化させる。これにより、外乱による短絡発生時の送給速度の位相が変動することを抑制することができるので、溶接状態の安定性を向上させることができる。」と記載されている。
【0005】
また、特許文献２には、「溶接ワイヤと溶接対象物との間にピーク電流とベース電流とをパルス状に繰り返し供給するパルスアーク溶接制御方法であって、ピーク電流期間中の第１の時点からベース電流期間中の第２の時点までの所定期間の間は、前記溶接ワイヤの送給速度を、前記ピーク電流の立ち上がり時点の送給速度よりも低くする、あるいは、前記溶接ワイヤを前記溶接対象物から引き離す方向に送給する逆送とする。これによりアーク長を短くすると共に、溶滴離脱時の短絡を抑制する。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】国際公開２０１５／１６３１０１号
【文献】特開２０１４－８３５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１に記載の技術は、スパッタの低減を実現可能であるものの、短絡を伴う制御方法であって、溶滴移行の移行形態が短絡移行という性質上、必然的に適用可能である電流範囲は低くなるのが一般的である。このため、特許文献１に記載の技術では、低入熱の溶接が好まれる薄板の溶接には適しているが、高入熱の溶接が好まれる厚板の溶接に対しては、一定の溶込みを確保できないため、適していない。すなわち、特許文献１に記載の技術を厚板の溶接に適用する場合、入熱の不足による溶込み不足の発生に加え、ビードの外観が凸形状になる等の課題がある。具体的には、溶接電流に上限がある特許文献１に記載の技術を厚板の構造物に適用しても、溶着量が少ないために溶接効率が悪いだけでなく、低入熱のために溶接品質が十分に確保できない。
また、特許文献２に記載の技術は、パルス電流の周期的な変化を基準に定めた離脱予測期間にワイヤを逆送するための送給速度の指令値を制御することを記すのみであり、安定した離脱を実現する条件は記されていない。換言すると、スパッタの抑制を安定的に実現する条件が記されていない。
また、特許文献２に記載の技術は、パルス電流の周期的な変化を基準に定めた離脱予測期間にワイヤを逆送するための送給速度の指令値を制御することを記すのみであり、安定した離脱を実現する条件は記されていない。換言すると、スパッタの抑制を安定的に実現する条件が記されていない。
【0008】
本発明の目的は、消耗電極であるワイヤの先端の正送給と逆送給を周期的に繰り返すアーク溶接方式において、高い入熱で効率良く溶接できる高電流域（短絡移行以外の移行形態をとる電流域）の場合によってもスパッタの低減を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
かかる目的のもと、本発明は、消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給する溶接電源において、ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動するワイヤの先端位置に応じて溶接電流を変化させる制御手段を有し、制御手段は、周期的に変動するワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも母材側に位置する場合に、ワイヤの先端位置が、変動範囲の最下点から波高の１／２に達するまでの間に、溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始する、ことを特徴とする溶接電源を提供する。
ここで、制御手段は、ワイヤの送給速度の指令値に従って、ワイヤの先端の位置を算出してもよい。
ここで、制御手段は、ワイヤの送給速度の指令値に従って、ワイヤの先端の位置を算出してもよい。
【0010】
なお、低電流期間は、ワイヤの先端が正送給される期間から逆送給される期間に切り替わる時点におけるワイヤの先端位置から、逆送給に切り替わったワイヤの送給速度の指令値が最大になる時点におけるワイヤの先端位置までの範囲内で開始されてもよい。
さらに、低電流期間は、逆送給に切り替わったワイヤの送給速度の指令値が最大になった時点におけるワイヤの先端位置から、ワイヤの先端が逆送給される期間から正送給される期間に切り替わる時点におけるワイヤの先端位置までの範囲内で終了されてもよい。もしくは、低電流期間は、ワイヤの先端位置が、波高の１／２から変動範囲の最上点に達するまでの間で終了されてもよい。
ここで、ワイヤの送給速度の指令値と実測された送給速度との位相差に基づいて低電流期間の開始を補正してもよいし、ワイヤの送給速度の指令値と実測された送給速度との位相差に基づいて低電流期間の終了を補正してもよい。
さらに、低電流期間は、逆送給に切り替わったワイヤの送給速度の指令値が最大になった時点におけるワイヤの先端位置から、ワイヤの先端が逆送給される期間から正送給される期間に切り替わる時点におけるワイヤの先端位置までの範囲内で終了されてもよい。もしくは、低電流期間は、ワイヤの先端位置が、波高の１／２から変動範囲の最上点に達するまでの間で終了されてもよい。
ここで、ワイヤの送給速度の指令値と実測された送給速度との位相差に基づいて低電流期間の開始を補正してもよいし、ワイヤの送給速度の指令値と実測された送給速度との位相差に基づいて低電流期間の終了を補正してもよい。
【0011】
また、溶接電流は、平均値より大きい電流が流れる第１の期間と平均値よりも小さい電流が流れる第２の期間とが周期的に繰り返すパルス波形を有し、低電流期間は、第２の期間に対応し、低電流期間以外は、第１の期間に対応してもよい。
ここで、第２の期間の終了端と第１の期間の開始端との間には立ち上がり遷移期間が設けられ、第１の期間の終了端と第２の期間の開始端との間には立ち下がり遷移期間が設けられてもよい。なお、立ち上がり遷移期間における溶接電流は階段状に変化してもよい。
ここで、第２の期間の終了端と第１の期間の開始端との間には立ち上がり遷移期間が設けられ、第１の期間の終了端と第２の期間の開始端との間には立ち下がり遷移期間が設けられてもよい。なお、立ち上がり遷移期間における溶接電流は階段状に変化してもよい。
【0012】
また、ワイヤの先端からの溶滴の離脱を検出する離脱検出部を更に有し、ワイヤの先端が逆送給される期間中にワイヤの離脱が離脱検出部で検出されなかった場合、制御手段は、ワイヤの先端が逆送給される期間の終了後に予め定めた一定速度でワイヤを正送給させる制御を開始し、ワイヤが一定速度で正送給される間にワイヤの離脱が離脱検出部で検出された場合、制御手段は、ワイヤの先端が正送給される期間と逆送給される期間が周期的に繰り返される初期条件に切り替えてもよい。
また、ワイヤの先端からの溶滴の離脱を検出する離脱検出部を更に有し、ワイヤの先端が正送給される期間でワイヤの送給速度の指令値が最大になる時点から、ワイヤの先端が逆送給される期間に切り替わる期間までの間でワイヤの離脱が離脱検出部で検出された場合、制御手段は、ワイヤの先端が逆送給される期間から正送給される期間に切り替わる時点で予め定めた一定速度でワイヤを正送給させる制御を開始し、ワイヤが一定速度で正送給される間にワイヤの離脱が離脱検出部で検出された場合、制御手段は、ワイヤの先端が正送給される期間と逆送給される期間が周期的に繰り返される初期条件に切り替えてもよい。
また、ワイヤの先端からの溶滴の離脱を検出する離脱検出部を更に有し、ワイヤの先端が正送給される期間でワイヤの送給速度の指令値が最大になる時点から、ワイヤの先端が逆送給される期間に切り替わる期間までの間でワイヤの離脱が離脱検出部で検出された場合、制御手段は、ワイヤの先端が逆送給される期間から正送給される期間に切り替わる時点で予め定めた一定速度でワイヤを正送給させる制御を開始し、ワイヤが一定速度で正送給される間にワイヤの離脱が離脱検出部で検出された場合、制御手段は、ワイヤの先端が正送給される期間と逆送給される期間が周期的に繰り返される初期条件に切り替えてもよい。
【0013】
また、本発明は、消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給してアーク溶接する溶接システムにおいて、ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動するワイヤの先端位置に応じて溶接電流を変化させる制御手段を有し、制御手段は、周期的に変動するワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも母材側に位置する場合に、ワイヤの先端位置が、変動範囲の最下点から波高の１／２に達するまでの間に、溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始する、溶接システムを提供する。
また、本発明は、消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給する溶接電源の制御方法において、ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動するワイヤの先端位置に応じて前記溶接電流を変化させる、溶接電源の制御方法であり、周期的に変動するワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも母材側に位置する場合に、ワイヤの先端位置が、変動範囲の最下点から波高の１／２に達するまでの間に、溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始する、溶接電源の制御方法である。
また、本発明は、消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給してアーク溶接する溶接システムのコンピュータに、ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動するワイヤの先端位置に応じて溶接電流を変化させる機能を実現させるためのプログラムであり、周期的に変動するワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも母材側に位置する場合に、ワイヤの先端位置が、変動範囲の最下点から波高の１／２に達するまでの間に、溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始させる、プログラムを提供する。
また、本発明は、消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給する溶接電源の制御方法において、ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動するワイヤの先端位置に応じて前記溶接電流を変化させる、溶接電源の制御方法であり、周期的に変動するワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも母材側に位置する場合に、ワイヤの先端位置が、変動範囲の最下点から波高の１／２に達するまでの間に、溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始する、溶接電源の制御方法である。
また、本発明は、消耗電極としてのワイヤに溶接電流を供給してアーク溶接する溶接システムのコンピュータに、ワイヤの先端が、正送給される期間と逆送給される期間の周期的な切り替えを伴いながら母材に向けて送給される場合に、母材の表面との距離が周期的に変動するワイヤの先端位置に応じて溶接電流を変化させる機能を実現させるためのプログラムであり、周期的に変動するワイヤの先端位置が、変動範囲の上下点で規定される波高の１／２の位置よりも母材側に位置する場合に、ワイヤの先端位置が、変動範囲の最下点から波高の１／２に達するまでの間に、溶接電流を予め定めた電流値よりも低下させる低電流期間を開始させる、プログラムを提供する。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、消耗電極であるワイヤの先端の正送給と逆送給を周期的に繰り返すアーク溶接方式において、高い入熱で効率良く溶接できる高電流域（短絡移行以外の移行形態となる電流域）の場合によってもスパッタの低減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本実施の形態に係るアーク溶接システムの構成例を示す図である。
【図2】溶接電源の制御系部分の構成例を説明する図である。
【図3】ワイヤ送給速度の時間変化を説明する波形図である。
【図4】溶接ワイヤの先端位置の時間変化を説明する波形図である。
【図5】本実施の形態における溶接電流の制御例を説明するフローチャートである。
【図6】溶接電流の電流値を指定する電流設定信号の制御例を示す図である。
【図7】溶接ワイヤの先端位置に応じて溶接電流を変化させる制御手法の特徴を説明する図である。
【図8】離脱が有る場合と離脱が無い場合のそれぞれについてのイベントの遷移の関係を説明する図表である。
【図9】変形例に係る電流設定信号の波形を示す図である。（Ａ）～（Ｃ）は立ち上がりが階段状に遷移する場合、（Ｄ）は立ち上がりも立ち下がりも階段状に遷移する場合、（Ｅ）は立ち上がりが階段状であり、立ち下がりが減少の傾斜で遷移する場合である。
【図10】他の変形例に係る電流設定信号の波形を示す図である。（Ａ）は立ち上がりが増加の傾斜であり、立ち下がりが減少の傾斜で遷移する場合、（Ｂ）は立ち上がりが増加の傾斜であり、立ち下がりが曲線付きの傾斜で遷移する場合、（Ｃ）は立ち上がりが階段状であり、立ち下がりが曲線付きの傾斜で遷移する場合、（Ｄ）は立ち上がりが傾斜付きの傾斜であり、立ち下がりが減少の傾斜で遷移する場合、（Ｅ）は周波数成分が重畳している例である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る溶接電源、溶接システム、溶接電源の制御方法及びプログラムの実施形態の例を説明する。なお、各図は、本発明の説明のために作成されたものであり、本発明の実施の形態は、図示の内容に限らない。
【0017】
＜システムの全体構成＞
図１は、本実施の形態に係るアーク溶接システム１の構成例を示す図である。
アーク溶接システム１は、溶接ロボット１２０と、ロボットコントローラ１６０と、溶接電源１５０と、送給装置１３０と、シールドガス供給装置１４０とを備えている。
溶接電源１５０は、プラスのパワーケーブルを介して溶接電極に接続され、マイナスのパワーケーブルを介して被溶接物（以下「母材」又は「ワーク」ともいう）２００と接続されている。この接続は、逆極性で溶接を行う場合であり、正極性で溶接を行う場合、溶接電源１５０は、プラスのパワーケーブルを介して母材２００に接続され、マイナスのパワーケーブルを介して溶接電極に接続される。
また、溶接電源１５０と消耗式電極（以下「溶接ワイヤ」ともいう）１００の送給装置１３０とも信号線によって接続され、溶接ワイヤの送り速度を制御することができる。
図１は、本実施の形態に係るアーク溶接システム１の構成例を示す図である。
アーク溶接システム１は、溶接ロボット１２０と、ロボットコントローラ１６０と、溶接電源１５０と、送給装置１３０と、シールドガス供給装置１４０とを備えている。
溶接電源１５０は、プラスのパワーケーブルを介して溶接電極に接続され、マイナスのパワーケーブルを介して被溶接物（以下「母材」又は「ワーク」ともいう）２００と接続されている。この接続は、逆極性で溶接を行う場合であり、正極性で溶接を行う場合、溶接電源１５０は、プラスのパワーケーブルを介して母材２００に接続され、マイナスのパワーケーブルを介して溶接電極に接続される。
また、溶接電源１５０と消耗式電極（以下「溶接ワイヤ」ともいう）１００の送給装置１３０とも信号線によって接続され、溶接ワイヤの送り速度を制御することができる。
【0018】
溶接ロボット１２０は、エンドエフェクタとして、溶接トーチ１１０を備えている。溶接トーチ１１０は、溶接ワイヤ１００に通電させる通電機構（コンタクトチップ）を有している。溶接ワイヤ１００は、コンタクトチップからの通電により、先端からアークを発生し、その熱で溶接の対象である母材２００を溶接する。
さらに、溶接トーチ１１０は、シールドガスノズル（シールドガスを噴出する機構）を備える。シールドガスは、炭酸ガス、アルゴン＋炭酸ガス（ＣＯ２）等の混合ガスのどちらでもよい。なお、炭酸ガスがより好ましく、混合ガスの場合はＡｒに１０～３０％の炭酸ガスを混合した系が好ましい。シールドガスは、シールドガス供給装置１４０から供給される。
本実施の形態で使用する溶接ワイヤ１００は、フラックスを含まないソリッドワイヤとフラックスを含むフラックス入りワイヤのどちらでもよい。溶接ワイヤ１００の材質も問わない。例えば材質は、軟鋼でも良いし、ステンレス、アルミニウム、チタンでも良い。さらに、溶接ワイヤ１００の径も特に問わない。本実施の形態の場合、好ましくは、径の上限を１．６ｍｍ、下限を０．８ｍｍとする。
さらに、溶接トーチ１１０は、シールドガスノズル（シールドガスを噴出する機構）を備える。シールドガスは、炭酸ガス、アルゴン＋炭酸ガス（ＣＯ２）等の混合ガスのどちらでもよい。なお、炭酸ガスがより好ましく、混合ガスの場合はＡｒに１０～３０％の炭酸ガスを混合した系が好ましい。シールドガスは、シールドガス供給装置１４０から供給される。
本実施の形態で使用する溶接ワイヤ１００は、フラックスを含まないソリッドワイヤとフラックスを含むフラックス入りワイヤのどちらでもよい。溶接ワイヤ１００の材質も問わない。例えば材質は、軟鋼でも良いし、ステンレス、アルミニウム、チタンでも良い。さらに、溶接ワイヤ１００の径も特に問わない。本実施の形態の場合、好ましくは、径の上限を１．６ｍｍ、下限を０．８ｍｍとする。
【0019】
ロボットコントローラ１６０は、溶接ロボット１２０の動作を制御する。ロボットコントローラ１６０は、予め溶接ロボット１２０の動作パターン、溶接開始位置、溶接終了位置、溶接条件、ウィービング動作等を定めたティーチングデータを保持し、溶接ロボット１２０に対してこれらを指示して溶接ロボット１２０の動作を制御する。また、ロボットコントローラ１６０は、ティーチングデータに従い、溶接作業中の電源を制御する指令を溶接電源１５０に与える。
ここでのアーク溶接システム１は、溶接システムの一例である。また、溶接電源１５０は、溶接電流を変化させる制御手段の一例でもある。
ここでのアーク溶接システム１は、溶接システムの一例である。また、溶接電源１５０は、溶接電流を変化させる制御手段の一例でもある。
【0020】
＜溶接電源の構成＞
図２は、溶接電源１５０の制御系部分の構成例を説明する図である。
溶接電源１５０の制御系部分は、例えばコンピュータによるプログラムの実行を通じて実行される。
溶接電源１５０の制御系部分には、電流設定部３６が含まれる。本実施の形態における電流設定部３６は、溶接ワイヤ１００に流れる溶接電流を規定する各種の電流値を設定する機能と、溶接電流の電流値が抑制される期間が開始される時間と終了する時間を設定する機能（電流抑制期間設定部３６Ａ）と、溶接ワイヤ１００の先端位置の情報を求めるワイヤ先端位置変換部３６Ｂとを有する。
本実施の形態の場合、パルス電流であって、電流設定部３６は、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ、溶滴離脱用の定常電流Ｉａを設定する。本実施の形態の場合、溶接電流は、基本的に、ピーク電流Ｉｐとベース電流Ｉｂの２値で制御される。このため、電流値が抑制される期間が開始される時間ｔ１は、ベース電流Ｉｂが開始する時間（ベース電流開始時間）を表し、電流値が抑制される期間が終了する時間ｔ２はベース電流Ｉｂが終了する時間（ベース電流終了時間）を表す。
図２は、溶接電源１５０の制御系部分の構成例を説明する図である。
溶接電源１５０の制御系部分は、例えばコンピュータによるプログラムの実行を通じて実行される。
溶接電源１５０の制御系部分には、電流設定部３６が含まれる。本実施の形態における電流設定部３６は、溶接ワイヤ１００に流れる溶接電流を規定する各種の電流値を設定する機能と、溶接電流の電流値が抑制される期間が開始される時間と終了する時間を設定する機能（電流抑制期間設定部３６Ａ）と、溶接ワイヤ１００の先端位置の情報を求めるワイヤ先端位置変換部３６Ｂとを有する。
本実施の形態の場合、パルス電流であって、電流設定部３６は、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ、溶滴離脱用の定常電流Ｉａを設定する。本実施の形態の場合、溶接電流は、基本的に、ピーク電流Ｉｐとベース電流Ｉｂの２値で制御される。このため、電流値が抑制される期間が開始される時間ｔ１は、ベース電流Ｉｂが開始する時間（ベース電流開始時間）を表し、電流値が抑制される期間が終了する時間ｔ２はベース電流Ｉｂが終了する時間（ベース電流終了時間）を表す。
【0021】
溶接電源１５０の電源主回路は、交流電源（ここでは三相交流電源）１と、１次側整流器２と、平滑コンデンサ３と、スイッチング素子４と、トランス５と、２次側整流器６と、リアクトル７とで構成される。
交流電源１から入力された交流電力は、１次側整流器２により全波整流され、さらに平滑コンデンサ３により平滑されて直流電力に変換される。次に、直流電力は、スイッチング素子４によるインバータ制御により高周波の交流電力に変換された後、トランス５を介して２次側電力に変換される。トランス５の交流出力は、２次側整流器６によって全波整流され、さらにリアクトル７により平滑される。リアクトル７の出力電流は、電源主回路からの出力として溶接チップ８に与えられ、消耗電極としての溶接ワイヤ１００に通電される。
交流電源１から入力された交流電力は、１次側整流器２により全波整流され、さらに平滑コンデンサ３により平滑されて直流電力に変換される。次に、直流電力は、スイッチング素子４によるインバータ制御により高周波の交流電力に変換された後、トランス５を介して２次側電力に変換される。トランス５の交流出力は、２次側整流器６によって全波整流され、さらにリアクトル７により平滑される。リアクトル７の出力電流は、電源主回路からの出力として溶接チップ８に与えられ、消耗電極としての溶接ワイヤ１００に通電される。
【0022】
溶接ワイヤ１００は、送給モータ２４によって送給され、母材２００との間にアーク９を発生させる。本実施の形態の場合、送給モータ２４は、溶接ワイヤ１００の先端を平均速度よりも速い速度で母材２００に送り出す正送給期間と、溶接ワイヤ１００の先端を平均速度よりも遅い速度で母材２００に送り出す逆送給期間とが周期的に切り替わるように、溶接ワイヤ１００を送給する。逆送給期間における溶接ワイヤ１００の先端は、母材２００から遠ざかる方向に移動する。
送給モータ２４による溶接ワイヤ１００の送給は、送給駆動部２３からの制御信号Ｆｃによって制御される。送給速度の平均値は、ほぼ溶融速度と同じである。本実施の形態の場合、送給モータ２４による溶接ワイヤ１００の送給も溶接電源１５０により制御される。
送給モータ２４による溶接ワイヤ１００の送給は、送給駆動部２３からの制御信号Ｆｃによって制御される。送給速度の平均値は、ほぼ溶融速度と同じである。本実施の形態の場合、送給モータ２４による溶接ワイヤ１００の送給も溶接電源１５０により制御される。
【0023】
電流設定部３６には、溶接チップ８と母材２００との間に加える電圧の目標値（電圧設定信号Ｖｒ）が電圧設定部３４から与えられる。
ここでの電圧設定信号Ｖｒは、電圧比較部３５にも与えられ、電圧検出部３２によって検出された電圧検出信号Ｖｏと比較される。電圧検出信号Ｖｏは、実測値である。
電圧比較部３５は、電圧設定信号Ｖｒと電圧検出信号Ｖｏとの差分を増幅し、電圧誤差増幅信号Ｖａとして電流設定部３６に出力する。
電流設定部３６は、アーク９の長さ（すなわちアーク長）が一定になるように溶接電流を制御する。換言すると、電流設定部３６は、溶接電流の制御を通じて定電圧制御を実行する。
ここでの電圧設定信号Ｖｒは、電圧比較部３５にも与えられ、電圧検出部３２によって検出された電圧検出信号Ｖｏと比較される。電圧検出信号Ｖｏは、実測値である。
電圧比較部３５は、電圧設定信号Ｖｒと電圧検出信号Ｖｏとの差分を増幅し、電圧誤差増幅信号Ｖａとして電流設定部３６に出力する。
電流設定部３６は、アーク９の長さ（すなわちアーク長）が一定になるように溶接電流を制御する。換言すると、電流設定部３６は、溶接電流の制御を通じて定電圧制御を実行する。
【0024】
電流設定部３６は、電圧設定信号Ｖｒと電圧誤差増幅信号Ｖａとに基づいて、ピーク電流Ｉｐの値、ベース電流Ｉｂの値、ピーク電流Ｉｐを与える期間、又は、ピーク電流Ｉｐの値、ベース電流Ｉｂの値の大きさを再設定し、再設定された期間又は値の大きさに応じた電流設定信号Ｉｒを電流誤差増幅部３７に出力する。
本実施の形態の場合、ピーク電流Ｉｐを与える期間は、ベース電流Ｉｂを与えられる期間以外の期間である。換言すると、ピーク電流Ｉｐを与える期間は、電流が抑制されていない期間（電流非抑制期間）である。このピーク電流Ｉｐを与える期間は、第１の期間の一例である。
一方、ベース電流Ｉｂを与える期間を電流抑制期間ともいう。電流抑制期間は低電流期間の一例であるとともに、第２の期間の一例でもある。
電流誤差増幅部３７は、目標値として与えられた電流設定信号Ｉｒと電流検出部３１で検出された電流検出信号Ｉｏとの差分を増幅し、電流誤差増幅信号Ｅｄとしてインバータ駆動部３０に出力する。
インバータ駆動部３０は、電流誤差増幅信号Ｅｄによってスイッチング素子４の駆動信号Ｅｃを補正する。
本実施の形態の場合、ピーク電流Ｉｐを与える期間は、ベース電流Ｉｂを与えられる期間以外の期間である。換言すると、ピーク電流Ｉｐを与える期間は、電流が抑制されていない期間（電流非抑制期間）である。このピーク電流Ｉｐを与える期間は、第１の期間の一例である。
一方、ベース電流Ｉｂを与える期間を電流抑制期間ともいう。電流抑制期間は低電流期間の一例であるとともに、第２の期間の一例でもある。
電流誤差増幅部３７は、目標値として与えられた電流設定信号Ｉｒと電流検出部３１で検出された電流検出信号Ｉｏとの差分を増幅し、電流誤差増幅信号Ｅｄとしてインバータ駆動部３０に出力する。
インバータ駆動部３０は、電流誤差増幅信号Ｅｄによってスイッチング素子４の駆動信号Ｅｃを補正する。
【0025】
電流設定部３６には、溶接ワイヤ１００の先端からの溶滴の離脱を検知する信号（離脱検出信号Ｄｒｌ）も入力される。離脱検出信号Ｄｒｌは、離脱検出部３３から出力される。離脱検出部３３は、電圧検出部３２が出力する電圧検出信号Ｖｏの変化を監視し、その変化から溶接ワイヤ１００からの溶滴の離脱を検知する。離脱検出部３３は、検出手段の一例である。
ここでの離脱検出部３３は、例えば電圧検出信号Ｖｏを微分又は二階微分した値を検出用の閾値と比較することにより、溶滴の離脱を検出する。検出用の閾値は、不図示の記憶部に予め記憶されている。
なお、離脱検出部３３は、実測値である電圧検出信号Ｖｏと電流検出信号Ｉｏとから算出される抵抗値の変化に基づいて離脱検出信号Ｄｒｌを生成してもよい。
ここでの離脱検出部３３は、例えば電圧検出信号Ｖｏを微分又は二階微分した値を検出用の閾値と比較することにより、溶滴の離脱を検出する。検出用の閾値は、不図示の記憶部に予め記憶されている。
なお、離脱検出部３３は、実測値である電圧検出信号Ｖｏと電流検出信号Ｉｏとから算出される抵抗値の変化に基づいて離脱検出信号Ｄｒｌを生成してもよい。
【0026】
電流設定部３６には、送給される溶接ワイヤ１００の平均送給速度Ｆａｖｅも与えられる。平均送給速度Ｆａｖｅは、平均送給速度設定部２０が不図示の記憶部に記憶されているティーチングデータに基づいて出力する。
電流設定部３６は、与えられた平均送給速度Ｆａｖｅに基づいて、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ、定常電流Ｉａ、ベース電流Ｉｂが開始する時間ｔ１、ベース電流Ｉｂが終了する時間ｔ２の値を決定する。
本実施形態では、図２の通り、平均送給速度Ｆａｖｅを電流設定部３６に入力しているが、電流設定部３６に入力される信号は平均送給速度Ｆａｖｅに関連する値を設定値として、平均送給速度Ｆａｖｅに置き換えて用いても良い。例えば、不図示の記憶部に平均送給速度と、その平均送給速度に対して最適な溶接が可能となる平均電流値のデーターベースが記憶されている場合、平均電流値を設定値として、平均送給速度Ｆａｖｅに置き換えて用いても良い。
平均送給速度Ｆａｖｅは、振幅送給速度設定部２１と送給速度指令設定部２２にも与えられる。
ここでの振幅送給速度設定部２１は、入力された平均送給速度Ｆａｖｅに基づいて、振幅Ｗｆと周期Ｔｆの値を決定する。振幅送給とは、平均送給速度Ｆａｖｅよりも送給速度が速い期間（正送給期間）と平均送給速度Ｆａｖｅに対して送給速度が遅い期間（逆送給期間）が交互に現れる送給方式をいう。振幅Ｗｆは平均送給速度Ｆａｖｅに対する変化幅を与え、周期Ｔｆは繰り返し単位である振幅変化の時間を与える。振幅送給速度設定部２１は、決定された振幅Ｗｆと周期Ｔｆの値に応じた振幅送給速度Ｆｆを生成して出力する。
電流設定部３６は、与えられた平均送給速度Ｆａｖｅに基づいて、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ、定常電流Ｉａ、ベース電流Ｉｂが開始する時間ｔ１、ベース電流Ｉｂが終了する時間ｔ２の値を決定する。
本実施形態では、図２の通り、平均送給速度Ｆａｖｅを電流設定部３６に入力しているが、電流設定部３６に入力される信号は平均送給速度Ｆａｖｅに関連する値を設定値として、平均送給速度Ｆａｖｅに置き換えて用いても良い。例えば、不図示の記憶部に平均送給速度と、その平均送給速度に対して最適な溶接が可能となる平均電流値のデーターベースが記憶されている場合、平均電流値を設定値として、平均送給速度Ｆａｖｅに置き換えて用いても良い。
平均送給速度Ｆａｖｅは、振幅送給速度設定部２１と送給速度指令設定部２２にも与えられる。
ここでの振幅送給速度設定部２１は、入力された平均送給速度Ｆａｖｅに基づいて、振幅Ｗｆと周期Ｔｆの値を決定する。振幅送給とは、平均送給速度Ｆａｖｅよりも送給速度が速い期間（正送給期間）と平均送給速度Ｆａｖｅに対して送給速度が遅い期間（逆送給期間）が交互に現れる送給方式をいう。振幅Ｗｆは平均送給速度Ｆａｖｅに対する変化幅を与え、周期Ｔｆは繰り返し単位である振幅変化の時間を与える。振幅送給速度設定部２１は、決定された振幅Ｗｆと周期Ｔｆの値に応じた振幅送給速度Ｆｆを生成して出力する。
【0027】
送給速度指令設定部２２は、振幅送給速度Ｆｆと平均送給速度Ｆａｖｅとに基づいて、送給速度指令信号Ｆｗを出力する。
本実施の形態の場合、送給速度指令信号Ｆｗは、次式で表される。
Ｆｗ＝Ｆｆ＋Ｆａｖｅ …式１
ただし、式１で表される送給速度指令信号Ｆｗは、溶接ワイヤ１００の先端からの溶滴の離脱が想定する期間内に検知されている場合に限られる。
想定する期間内に溶滴の離脱が検出されなかった場合、送給速度指令設定部２２は、送給速度指令信号Ｆｗを一定速度による送給制御に切り替える。例えば平均送給速度Ｆａｖｅによる送給に切り替える。平均送給速度Ｆａｖｅによる送給から式１で表される送給制御への切り替えは、溶滴の離脱が検知されるタイミングに応じて定まる。具体的な制御例については後述する。
送給速度指令設定部２２は、離脱検出部３３から与えられる離脱検出信号Ｄｒｌにより、振幅送給のどの位相で離脱が発生したかを検知する。
本実施の形態の場合、送給速度指令信号Ｆｗは、次式で表される。
Ｆｗ＝Ｆｆ＋Ｆａｖｅ …式１
ただし、式１で表される送給速度指令信号Ｆｗは、溶接ワイヤ１００の先端からの溶滴の離脱が想定する期間内に検知されている場合に限られる。
想定する期間内に溶滴の離脱が検出されなかった場合、送給速度指令設定部２２は、送給速度指令信号Ｆｗを一定速度による送給制御に切り替える。例えば平均送給速度Ｆａｖｅによる送給に切り替える。平均送給速度Ｆａｖｅによる送給から式１で表される送給制御への切り替えは、溶滴の離脱が検知されるタイミングに応じて定まる。具体的な制御例については後述する。
送給速度指令設定部２２は、離脱検出部３３から与えられる離脱検出信号Ｄｒｌにより、振幅送給のどの位相で離脱が発生したかを検知する。
【0028】
送給速度指令信号Ｆｗは、位相ずれ検出部２６と、送給誤差増幅部２８と、電流設定部３６に出力される。
送給誤差増幅部２８は、目標速度である送給速度指令信号Ｆｗと送給モータ２４による溶接ワイヤ１００の送給速度を実測した送給速度検出信号Ｆｏとの差分を増幅し、誤差分を補正した速度誤差増幅信号Ｆｄを送給駆動部２３に出力する。
送給駆動部２３は、速度誤差増幅信号Ｆｄに基づいて制御信号Ｆｃを生成し、送給モータ２４に与える。
ここでの送給速度変換部２５は、送給モータ２４の回転量などを溶接ワイヤ１００の送給速度検出信号Ｆｏに変換する。
本実施の形態における位相ずれ検出部２６は、送給速度指令信号Ｆｗと測定値である送給速度検出信号Ｆｏとを比較し、位相ずれ時間Ｔθｄを出力する。なお、位相ずれ検出部２６は、振幅送給を規定するパラメータ（周期Ｔｆ、振幅Ｗｆ、平均送給速度Ｆａｖｅ）を可変した場合における送給モータ２４の送給動作を測定して位相ずれ時間Ｔθｄを求めても良い。
送給誤差増幅部２８は、目標速度である送給速度指令信号Ｆｗと送給モータ２４による溶接ワイヤ１００の送給速度を実測した送給速度検出信号Ｆｏとの差分を増幅し、誤差分を補正した速度誤差増幅信号Ｆｄを送給駆動部２３に出力する。
送給駆動部２３は、速度誤差増幅信号Ｆｄに基づいて制御信号Ｆｃを生成し、送給モータ２４に与える。
ここでの送給速度変換部２５は、送給モータ２４の回転量などを溶接ワイヤ１００の送給速度検出信号Ｆｏに変換する。
本実施の形態における位相ずれ検出部２６は、送給速度指令信号Ｆｗと測定値である送給速度検出信号Ｆｏとを比較し、位相ずれ時間Ｔθｄを出力する。なお、位相ずれ検出部２６は、振幅送給を規定するパラメータ（周期Ｔｆ、振幅Ｗｆ、平均送給速度Ｆａｖｅ）を可変した場合における送給モータ２４の送給動作を測定して位相ずれ時間Ｔθｄを求めても良い。
【0029】
位相ずれ時間Ｔθｄは、電流設定部３６のワイヤ先端位置変換部３６Ｂに与えられる。ワイヤ先端位置変換部３６Ｂは、送給速度指令信号Ｆｗと位相ずれ時間Ｔθｄとに基づいて、母材２００を基準面とした溶接ワイヤ１００の先端位置を算出し、算出された先端位置の情報を電流抑制期間設定部３６Ａに与える。
ここで、電流抑制期間設定部３６Ａは、溶接ワイヤ１００の先端位置の情報に基づいて、又は、溶接ワイヤ１００の先端位置の情報と送給速度指令信号Ｆｗとに基づいて溶接電流を抑制する期間（すなわち、電流設定信号Ｉｒをベース電流Ｉｂに制御する期間）を設定する。
ここでの電流設定部３６は、溶接ワイヤ１００の先端位置に応じて溶接電流を変化させる制御手段の一例である。
ここで、電流抑制期間設定部３６Ａは、溶接ワイヤ１００の先端位置の情報に基づいて、又は、溶接ワイヤ１００の先端位置の情報と送給速度指令信号Ｆｗとに基づいて溶接電流を抑制する期間（すなわち、電流設定信号Ｉｒをベース電流Ｉｂに制御する期間）を設定する。
ここでの電流設定部３６は、溶接ワイヤ１００の先端位置に応じて溶接電流を変化させる制御手段の一例である。
【0030】
＜溶接電流の制御例＞
以下では、溶接電源１５０による溶接電流の制御例について説明する。
溶接電流の制御は、溶接電源１５０を構成する電流設定部３６によって実現される。前述したように、本実施の形態における電流設定部３６は、プログラムの実行を通じて制御を実現する。
本実施の形態における電流設定部３６は、溶接ワイヤ１００の送給速度指令信号Ｆｗと溶接ワイヤ１００の先端位置の情報とに基づいて溶接電流の電流値の切り替えを制御する。このため、溶接電流の制御の説明に先立って、送給速度指令信号Ｆｗの時間変化と溶接ワイヤ１００の先端位置の時間変化について説明する。
以下では、溶接電源１５０による溶接電流の制御例について説明する。
溶接電流の制御は、溶接電源１５０を構成する電流設定部３６によって実現される。前述したように、本実施の形態における電流設定部３６は、プログラムの実行を通じて制御を実現する。
本実施の形態における電流設定部３６は、溶接ワイヤ１００の送給速度指令信号Ｆｗと溶接ワイヤ１００の先端位置の情報とに基づいて溶接電流の電流値の切り替えを制御する。このため、溶接電流の制御の説明に先立って、送給速度指令信号Ｆｗの時間変化と溶接ワイヤ１００の先端位置の時間変化について説明する。
【0031】
図３は、送給速度指令信号Ｆｗの時間変化を説明する波形図である。横軸は時間（位相）であり、縦軸は速度である。縦軸の単位はメートル毎分または回転数である。ただし、数値は一例である。例えば溶接ワイヤ１００（図２参照）の直径を１．２ｍｍとする場合、平均送給速度Ｆａｖｅは１２～２５メートル毎分である。もっとも、後述するグロビュール移行または、スプレー移行を維持するためには、溶接ワイヤ１００の突出し長さにもよるが、送給速度を８メートル毎分以上にすることが望ましい。例えば溶接ワイヤ１００の突出し長さを２５ｍｍとする場合、溶接電流は２２５Ａ程度となる。短絡移行とグロビュール移行の臨界領域は、およそ２５０Ａである。
【0032】
図３では、平均送給速度Ｆａｖｅよりも速い速度を正値で表し、平均送給速度Ｆａｖｅよりも遅い速度を負値で表している。なお、溶接ワイヤ１００（図２参照）は母材２００（図２参照）に近づくように送出される。
本実施の形態の場合、送給速度指令信号Ｆｗは、周期Ｔｆと振幅Ｗｆで規定される正弦波形状で変化する。以下では、送給速度が平均送給速度Ｆａｖｅよりも速い期間を正送給期間といい、反対に送給速度が平均送給速度Ｆａｖｅよりも遅い期間を逆送給期間という。また、説明の都合上、各送給期間の前半を前期、後半を後期という。
平均送給速度Ｆａｖｅは、ワイヤ溶融速度Ｆｍとみなすことができる。
以下では、図３に示すように、正送給期間と逆送給期間が周期的に繰り返される振幅送給を初期条件ということがある。
本実施の形態の場合、送給速度指令信号Ｆｗは、周期Ｔｆと振幅Ｗｆで規定される正弦波形状で変化する。以下では、送給速度が平均送給速度Ｆａｖｅよりも速い期間を正送給期間といい、反対に送給速度が平均送給速度Ｆａｖｅよりも遅い期間を逆送給期間という。また、説明の都合上、各送給期間の前半を前期、後半を後期という。
平均送給速度Ｆａｖｅは、ワイヤ溶融速度Ｆｍとみなすことができる。
以下では、図３に示すように、正送給期間と逆送給期間が周期的に繰り返される振幅送給を初期条件ということがある。
【0033】
図４は、溶接ワイヤ１００（図２参照）の先端位置（ワイヤ先端位置）の時間変化を説明する波形図である。横軸は時間（位相）であり、縦軸は母材２００の表面（母材表面）から法線方向上方への距離（高さ）を表している。
ただし、図４では、溶接ワイヤ１００が平均送給速度Ｆａｖｅで送給される場合における距離（高さ）を基準距離とし、基準距離よりも大きい距離を正値、基準距離よりも小さい距離を負値で表している。
図４に示すように、溶接ワイヤ１００の先端位置が時間の経過とともに母材表面に近づく期間が正送給期間であり、溶接ワイヤ１００の先端位置が時間の経過とともに母材表面から遠ざかる期間が逆送給期間である。
図４では、溶接ワイヤ１００の先端位置が母材表面に最も近づいた位置（最下点）に対応する時点をＴ０、Ｔ４で表し、溶接ワイヤ１００の先端位置が母材表面から最も遠ざかった位置（頂点）に対応する時点をＴ２で表している。ここでの頂点は、最上点の一例である。
ただし、図４では、溶接ワイヤ１００が平均送給速度Ｆａｖｅで送給される場合における距離（高さ）を基準距離とし、基準距離よりも大きい距離を正値、基準距離よりも小さい距離を負値で表している。
図４に示すように、溶接ワイヤ１００の先端位置が時間の経過とともに母材表面に近づく期間が正送給期間であり、溶接ワイヤ１００の先端位置が時間の経過とともに母材表面から遠ざかる期間が逆送給期間である。
図４では、溶接ワイヤ１００の先端位置が母材表面に最も近づいた位置（最下点）に対応する時点をＴ０、Ｔ４で表し、溶接ワイヤ１００の先端位置が母材表面から最も遠ざかった位置（頂点）に対応する時点をＴ２で表している。ここでの頂点は、最上点の一例である。
【0034】
また、基準距離に対応する時点をＴ１、Ｔ３とする。Ｔ１は、溶接ワイヤ１００の先端位置が母材表面に最も近づいた位置（最下点）から最も遠ざかる位置（頂点）に向かう中間の時点である。Ｔ３は、溶接ワイヤ１００の先端位置が母材表面に最も遠ざかった位置から最も近づく位置に向かう中間の時点である。図４に示すように、溶接ワイヤ１００の先端位置と平均送給速度Ｆａｖｅとの差分が振幅であり、溶接ワイヤ１００の先端位置の変化幅が波高である。
【0035】
図５は、本実施の形態における溶接電流の制御例を説明するフローチャートである。図５に示す制御は、電流設定部３６（図２参照）において実行される。図中の記号Ｓはステップである。
図５に示す制御は、溶接ワイヤ１００の先端位置の変化（１周期）に対応する。このため、図５においては、時間Ｔが時点Ｔ０の状態をステップ１とする。
本実施の形態における電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒの制御のために、溶接ワイヤ１００の先端位置を算出する。
平均送給速度Ｆａｖｅは、ワイヤ溶融速度Ｆｍと同等である。従って、送給速度指令信号Ｆｗとワイヤ溶融速度Ｆｍ（≒Ｆａｖｅ）の差分を積分すれば、溶接ワイヤ１００の先端位置を求めることができる。
そこで、電流設定部３６は、次式に基づいて、溶接ワイヤ１００の先端位置を設定する。
ワイヤ先端位置＝∫（Ｆｗ－Ｆａｖｅ）・ｄｔ …式２
式２で計算される先端位置の変化は、図４に対応する。
図５に示す制御は、溶接ワイヤ１００の先端位置の変化（１周期）に対応する。このため、図５においては、時間Ｔが時点Ｔ０の状態をステップ１とする。
本実施の形態における電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒの制御のために、溶接ワイヤ１００の先端位置を算出する。
平均送給速度Ｆａｖｅは、ワイヤ溶融速度Ｆｍと同等である。従って、送給速度指令信号Ｆｗとワイヤ溶融速度Ｆｍ（≒Ｆａｖｅ）の差分を積分すれば、溶接ワイヤ１００の先端位置を求めることができる。
そこで、電流設定部３６は、次式に基づいて、溶接ワイヤ１００の先端位置を設定する。
ワイヤ先端位置＝∫（Ｆｗ－Ｆａｖｅ）・ｄｔ …式２
式２で計算される先端位置の変化は、図４に対応する。
【0036】
ただし、溶接ワイヤ１００の送給に送給モータ２４（図２参照）を用いる場合、指令と実際の送給速度（すなわち送給速度検出信号Ｆｏ）との間に位相ずれが生じる場合がある。そこで、電流設定部３６は、位相ずれ検出部２６から与えられる位相ずれ時間Ｔθｄにより、平均送給速度Ｆａｖｅ及び送給速度指令信号Ｆｗから計算される溶接ワイヤ１００の先端位置に応じて計算されるベース電流開始時間ｔ１を補正する。具体的には、次式に示すように、ベース電流開始時間ｔ１の値を再設定する。
ｔ１＝ｔ１＋Ｔθｄ …式３
同じく、電流設定部３６は、位相ずれ時間Ｔθｄにより、平均送給速度Ｆａｖｅ及び送給速度指令信号Ｆｗから計算されるベース電流終了時間ｔ２を補正する。
ｔ２＝ｔ２＋Ｔθｄ …式４
ここでは、送給速度の観点からベース電流開始時間ｔ１とベース電流終了時間ｔ２を制御する場合について説明しているが、位置制御の観点でも同様である。
ｔ１＝ｔ１＋Ｔθｄ …式３
同じく、電流設定部３６は、位相ずれ時間Ｔθｄにより、平均送給速度Ｆａｖｅ及び送給速度指令信号Ｆｗから計算されるベース電流終了時間ｔ２を補正する。
ｔ２＝ｔ２＋Ｔθｄ …式４
ここでは、送給速度の観点からベース電流開始時間ｔ１とベース電流終了時間ｔ２を制御する場合について説明しているが、位置制御の観点でも同様である。
【0037】
図６は、溶接電流の電流値を指定する電流設定信号Ｉｒの制御例を示す図である。横軸は時間であり、縦軸は電流検出信号Ioである。図中の時点Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、それぞれ図４の時点Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４に対応する。ここでの時点Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、平均送給速度Ｆａｖｅ及び送給速度指令信号Ｆｗから計算された溶接ワイヤ１００の先端位置から決定される。
図６に示すようにベース電流開始時間ｔ１は、溶接ワイヤ１００の先端が最下点に位置する時点Ｔ０（すなわち、正送給期間から逆送給期間に切り替わる時点）から遅れた位相を表現する。なお、図６には、ベース電流開始時間ｔ１の最大値をｔ１’で表している。
図５の説明に戻る。
溶接ワイヤ１００の先端位置が最下点（すなわち時点Ｔ０）になると、電流設定部３６は、時点Ｔ０から計測を開始した時間Ｔがベース電流開始時間ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップ２）。
ステップ２の判定結果が否定（Ｆａｌｓｅ）の間、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてピーク電流Ｉｐを出力する（ステップ３）。
この期間は、図６における電流非抑制期間に対応する。
図６に示すようにベース電流開始時間ｔ１は、溶接ワイヤ１００の先端が最下点に位置する時点Ｔ０（すなわち、正送給期間から逆送給期間に切り替わる時点）から遅れた位相を表現する。なお、図６には、ベース電流開始時間ｔ１の最大値をｔ１’で表している。
図５の説明に戻る。
溶接ワイヤ１００の先端位置が最下点（すなわち時点Ｔ０）になると、電流設定部３６は、時点Ｔ０から計測を開始した時間Ｔがベース電流開始時間ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップ２）。
ステップ２の判定結果が否定（Ｆａｌｓｅ）の間、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてピーク電流Ｉｐを出力する（ステップ３）。
この期間は、図６における電流非抑制期間に対応する。
【0038】
ところで、ベース電流Ｉｂに切り替わる直前のピーク電流Ｉｐの供給期間は、ピーク電流Ｉｐによる溶接ワイヤ１００の溶融が進み、その先端に形成される溶滴が大きく成長している期間である。また、溶接ワイヤ１００の先端位置は、母材表面に近づいていく期間でもある。この期間は、短絡が発生しやすく、短絡に伴うスパッタが発生しやすい期間でもある。
そこで、本実施の形態では、時間ｔ１が経過するまではピーク電流Ｉｐを与え、短絡の発生を防止又は抑制する。換言すると、短絡が生じないように、溶接電流の供給を制御する。
本実施の形態の場合、ピーク電流Ｉｐの好ましい範囲は、３００Ａ～６５０Ａである。また、ベース電流Ｉｂの好ましい範囲は、１０Ａ～２５０Ａである。
そこで、本実施の形態では、時間ｔ１が経過するまではピーク電流Ｉｐを与え、短絡の発生を防止又は抑制する。換言すると、短絡が生じないように、溶接電流の供給を制御する。
本実施の形態の場合、ピーク電流Ｉｐの好ましい範囲は、３００Ａ～６５０Ａである。また、ベース電流Ｉｂの好ましい範囲は、１０Ａ～２５０Ａである。
【0039】
なお、短絡の発生の可能性がある間は、逆送給期間が開始した後も、ピーク電流Ｉｐの供給が望まれる。この期間は、おおよそ時点Ｔ０～Ｔ１の間である。このため、ピーク電流Ｉｐが供給される期間（電流非抑制期間）の終了は、時点Ｔ０～Ｔ１の間で実行されることが望ましい。すなわち、時点Ｔ０とその近傍は、アークの力で押しのけられた溶融池の中に、囲われるようにワイヤ先端の溶滴が位置する、いわゆる「埋もれアーク」の状態になり、短絡しやすい状況になるため、ピーク電流Ｉｐが供給される期間の終了を時点Ｔ０～Ｔ１の間で実行することによって、アークによる溶融池表面の押し下げ作用や溶滴の持ち上げ作用を維持することができ、「埋もれアーク」時における短絡の発生を防止できる。
従って、望ましくは、溶接ワイヤ１００の先端が最下点に位置する時点Ｔ０よりも少し経過した時点（例えば時点Ｔ０を起点として約π／１８～π／３（すなわち１０～６０°））で、ベース電流Ｉｂへの切り替えが実行されるように時間ｔ１を設定することが望ましい。
従って、望ましくは、溶接ワイヤ１００の先端が最下点に位置する時点Ｔ０よりも少し経過した時点（例えば時点Ｔ０を起点として約π／１８～π／３（すなわち１０～６０°））で、ベース電流Ｉｂへの切り替えが実行されるように時間ｔ１を設定することが望ましい。
【0040】
図５の説明に戻る。
ステップ２の判定結果が肯定（Ｔｒｕｅ）になると、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてベース電流Ｉｂの出力を開始する（ステップ４）。前述したように、ベース電流Ｉｂへの切り替えが開始した時点では、溶接ワイヤ１００の送給は、既に逆送給期間に切り替わっており、溶接ワイヤ１００の先端は、母材表面から遠ざかる方向への移動を始めている。
ピーク電流Ｉｐが大きい場合、溶接ワイヤ１００の先端から離脱する溶滴は、適用したシールドガスや電流域によって変化する移行形態によって異なるが、例えば、グロビュール移行となる場合には溶接ワイヤ１００の直径よりも大きい大粒の形状となり、スプレー移行となる場合には小粒の形状となる。
なお、シールドガスに炭酸ガスを用いた場合には、アークが緊縮して溶滴の底部（溶融池表面と対向する部分）にアーク反力が集中することから、溶滴を持ち上げる力が大きくなり、グロビュール移行となる。また、シールドガスがアルゴンガスまたはアルゴンの混合率が高いガスを用いた場合には、スプレー移行になる。
ステップ２の判定結果が肯定（Ｔｒｕｅ）になると、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてベース電流Ｉｂの出力を開始する（ステップ４）。前述したように、ベース電流Ｉｂへの切り替えが開始した時点では、溶接ワイヤ１００の送給は、既に逆送給期間に切り替わっており、溶接ワイヤ１００の先端は、母材表面から遠ざかる方向への移動を始めている。
ピーク電流Ｉｐが大きい場合、溶接ワイヤ１００の先端から離脱する溶滴は、適用したシールドガスや電流域によって変化する移行形態によって異なるが、例えば、グロビュール移行となる場合には溶接ワイヤ１００の直径よりも大きい大粒の形状となり、スプレー移行となる場合には小粒の形状となる。
なお、シールドガスに炭酸ガスを用いた場合には、アークが緊縮して溶滴の底部（溶融池表面と対向する部分）にアーク反力が集中することから、溶滴を持ち上げる力が大きくなり、グロビュール移行となる。また、シールドガスがアルゴンガスまたはアルゴンの混合率が高いガスを用いた場合には、スプレー移行になる。
【0041】
溶接ワイヤ１００の先端が最下点に位置する時点Ｔ０近傍における溶滴は、溶融池近傍に位置しているのでアーク長が短くなる。また、時点Ｔ０以降は、逆送給期間に切り替わる。すなわち、溶接ワイヤ１００の先端は、引き上げられるように移動する。成長した溶滴全体には、正送給方向（母材２００（図２参照）に近づく方向）への慣性力が作用しているのに対し、溶接ワイヤ１００には逆方向（母材２００から遠ざかる方向）に移動するため、溶滴はより懸垂形状へと変化し、更に離脱が促進される。
しかも、離脱が予測される期間で溶接電流の電流値をベース電流Ｉｂに切り替えておくことで、ピーク電流Ｉｐが供給される期間よりも、アーク反力を低下させることができる。この結果、溶滴を持ち上げる力が更に弱くなり、溶滴は、一段と懸垂形状になり易い状況になる。
なお、Ｔ０～Ｔ１の期間は、前述の通り、ワイヤ先端の溶滴が溶融池に埋もれた「埋もれアーク」の状態になるため、溶滴に対し、ピンチ力等を起因としたせん断力が大きく働き、離脱がより促進される。
このように、溶接電流を抑制している期間（電流抑制期間）中に、溶滴を溶接ワイヤ１００の先端から離脱させることで、スパッタの低減が期待できる。
しかも、離脱が予測される期間で溶接電流の電流値をベース電流Ｉｂに切り替えておくことで、ピーク電流Ｉｐが供給される期間よりも、アーク反力を低下させることができる。この結果、溶滴を持ち上げる力が更に弱くなり、溶滴は、一段と懸垂形状になり易い状況になる。
なお、Ｔ０～Ｔ１の期間は、前述の通り、ワイヤ先端の溶滴が溶融池に埋もれた「埋もれアーク」の状態になるため、溶滴に対し、ピンチ力等を起因としたせん断力が大きく働き、離脱がより促進される。
このように、溶接電流を抑制している期間（電流抑制期間）中に、溶滴を溶接ワイヤ１００の先端から離脱させることで、スパッタの低減が期待できる。
【0042】
図５の説明に戻る。
電流設定信号Ｉｒをベース電流Ｉｂに切り替えた電流設定部３６（図２参照）は、時間Ｔがベース電流終了時間ｔ２以上であるか否かを判定する（ステップ５）。図６では、ベース電流終了時間ｔ２の最大値をｔ２’で示している。
ステップ５の判定結果が否定（Ｆａｌｓｅ）の間、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてベース電流Ｉｂを出力する（ステップ４）。
ベース電流Ｉｂの供給が開始された後、溶接ワイヤ１００の先端は、溶滴の離脱を伴いながら頂点（先端が母材２００から最も遠ざかった位置）まで引き上げられるように移動される。
溶滴の離脱後は、溶接ワイヤ１００を溶融させて溶滴を形成するために、ベース電流Ｉｂの供給期間（電流抑制期間）を終了し、ピーク電流Ｉｐを供給する期間（電流非抑制期間）に切り替える必要がある。
電流設定信号Ｉｒをベース電流Ｉｂに切り替えた電流設定部３６（図２参照）は、時間Ｔがベース電流終了時間ｔ２以上であるか否かを判定する（ステップ５）。図６では、ベース電流終了時間ｔ２の最大値をｔ２’で示している。
ステップ５の判定結果が否定（Ｆａｌｓｅ）の間、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてベース電流Ｉｂを出力する（ステップ４）。
ベース電流Ｉｂの供給が開始された後、溶接ワイヤ１００の先端は、溶滴の離脱を伴いながら頂点（先端が母材２００から最も遠ざかった位置）まで引き上げられるように移動される。
溶滴の離脱後は、溶接ワイヤ１００を溶融させて溶滴を形成するために、ベース電流Ｉｂの供給期間（電流抑制期間）を終了し、ピーク電流Ｉｐを供給する期間（電流非抑制期間）に切り替える必要がある。
【0043】
従って、ベース電流Ｉｂの供給は、時点Ｔ１～Ｔ２の間に終了することが望ましい。
一方で、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへの切り替えが早すぎると、溶滴の成長が過多になり、溶接ワイヤ１００が最下点に位置した時点で短絡が発生し易くなる、肥大化した溶滴が持ち上がりすぎる、肥大化した溶滴が離脱しにくくなる等の問題が発生する。
このため、更に望ましくは、ベース電流Ｉｂの供給期間の終了（ベース電流終了時間ｔ２）は、２π／３～π（１２０～１８０°）の間とする。
ステップ５の判定結果が肯定（Ｔｒｕｅ）になると、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてピーク電流Ｉｐの出力を開始する（ステップ６）。
続いて、電流設定部３６は、時点Ｔ０から計測を開始した時間Ｔが時点Ｔ４になったか否かを判定する（ステップ７）。
ステップ７の判定結果が否定（Ｆａｌｓｅ）の間、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてピーク電流Ｉｐを出力する（ステップ６）。
一方、ステップ７の判定結果が肯定（Ｔｒｕｅ）になると、電流設定部３６は、ステップ１に戻る。
以上の制御により、電流設定信号Ｉｒは、ピーク電流Ｉｐとベース電流Ｉｂを周期的に繰り返すパルス波形となる。
一方で、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへの切り替えが早すぎると、溶滴の成長が過多になり、溶接ワイヤ１００が最下点に位置した時点で短絡が発生し易くなる、肥大化した溶滴が持ち上がりすぎる、肥大化した溶滴が離脱しにくくなる等の問題が発生する。
このため、更に望ましくは、ベース電流Ｉｂの供給期間の終了（ベース電流終了時間ｔ２）は、２π／３～π（１２０～１８０°）の間とする。
ステップ５の判定結果が肯定（Ｔｒｕｅ）になると、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてピーク電流Ｉｐの出力を開始する（ステップ６）。
続いて、電流設定部３６は、時点Ｔ０から計測を開始した時間Ｔが時点Ｔ４になったか否かを判定する（ステップ７）。
ステップ７の判定結果が否定（Ｆａｌｓｅ）の間、電流設定部３６は、電流設定信号Ｉｒとしてピーク電流Ｉｐを出力する（ステップ６）。
一方、ステップ７の判定結果が肯定（Ｔｒｕｅ）になると、電流設定部３６は、ステップ１に戻る。
以上の制御により、電流設定信号Ｉｒは、ピーク電流Ｉｐとベース電流Ｉｂを周期的に繰り返すパルス波形となる。
【0044】
図７は、溶接ワイヤ１００の先端位置に応じて溶接電流を変化させる制御手法の特徴を説明する図である。
図７における従来例は、特許文献１に代表される振幅送給で採用される手法、具体的には送給速度の位相を基準に通電期間を変化させる手法に対応する。
本実施の形態の場合、移行形態がグロビュール移行またはスプレー移行等の短絡移行以外の移行形態を好適な対象としているのに対し、従来例は短絡移行である。このため、実施の形態の手法は、従来例よりも高入熱かつ高能率の溶接が可能となる。また、本実施の形態の場合、形成されるビードの外観がフラットになるのに対し、短絡移行の形態を用いた従来例は凸形状になる。
また、本実施の形態の場合、溶け込み深さが深く、溶着量も多くなるのに対し、従来例は、溶け込み深さが浅く、溶着量も少ないという違いがある。
この特性の違いから、従来例はおおよそ９ｍｍ以下の薄板のアーク溶接を用途とするのに対し、本実施の形態の手法はおおよそ９ｍｍ以上の中厚板のアーク溶接を用途とする。
図７における従来例は、特許文献１に代表される振幅送給で採用される手法、具体的には送給速度の位相を基準に通電期間を変化させる手法に対応する。
本実施の形態の場合、移行形態がグロビュール移行またはスプレー移行等の短絡移行以外の移行形態を好適な対象としているのに対し、従来例は短絡移行である。このため、実施の形態の手法は、従来例よりも高入熱かつ高能率の溶接が可能となる。また、本実施の形態の場合、形成されるビードの外観がフラットになるのに対し、短絡移行の形態を用いた従来例は凸形状になる。
また、本実施の形態の場合、溶け込み深さが深く、溶着量も多くなるのに対し、従来例は、溶け込み深さが浅く、溶着量も少ないという違いがある。
この特性の違いから、従来例はおおよそ９ｍｍ以下の薄板のアーク溶接を用途とするのに対し、本実施の形態の手法はおおよそ９ｍｍ以上の中厚板のアーク溶接を用途とする。
【0045】
＜溶滴の離脱のタイミングと制御の関係＞
図５に示す溶接電流の制御は、ベース電流Ｉｂが供給される期間（電流抑制期間）に溶滴が溶接ワイヤ１００の先端から離脱することを前提としているが、現実の溶接では、想定通りの離脱が生じない可能性を考慮する必要がある。
溶滴の離脱は、離脱検出部３３（図２参照）により検出され、離脱検出信号Ｄｒｌとして電流設定部３６（図２参照）及び送給速度指令設定部２２（図２参照）に与えられている。
本実施の形態における送給速度指令設定部２２は、予め定めた期間内に液滴の離脱が検出されなかった場合、溶接ワイヤ１００の送給速度を、送給速度指令信号Ｆｗによる制御から一定速度による制御に切り替えるとともに、電流設定信号Ｉｒを定常電流Ｉａに設定する。ここでの送給速度の制御には、速度切替信号ＳＷが用いられる。
図５に示す溶接電流の制御は、ベース電流Ｉｂが供給される期間（電流抑制期間）に溶滴が溶接ワイヤ１００の先端から離脱することを前提としているが、現実の溶接では、想定通りの離脱が生じない可能性を考慮する必要がある。
溶滴の離脱は、離脱検出部３３（図２参照）により検出され、離脱検出信号Ｄｒｌとして電流設定部３６（図２参照）及び送給速度指令設定部２２（図２参照）に与えられている。
本実施の形態における送給速度指令設定部２２は、予め定めた期間内に液滴の離脱が検出されなかった場合、溶接ワイヤ１００の送給速度を、送給速度指令信号Ｆｗによる制御から一定速度による制御に切り替えるとともに、電流設定信号Ｉｒを定常電流Ｉａに設定する。ここでの送給速度の制御には、速度切替信号ＳＷが用いられる。
【0046】
以下では、一定速度で溶接ワイヤ１００が送給される期間を定速送給期間という。定速送給期間の溶接電流は、定電圧制御で流れる定常電流Ｉａに設定される。
すなわち、溶滴の離脱が想定する期間内に実行されなかった場合、溶接ワイヤ１００の送給は振幅送給から定速送給に切り替えられ、溶接電流は定常電流Ｉａに切り替えられる。
例えば時点Ｔ２になった時点で、時点Ｔ０～Ｔ２の期間内（すなわち逆送給期間）に溶滴の離脱が検出されていなかった場合、送給速度指令設定部２２は、振幅送給期間から定速送給期間に制御を切り替える。
なお、定速送給期間中に溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２は、振幅送給期間に復帰する。ここでは、時点Ｔ１から復帰する。
すなわち、溶滴の離脱が想定する期間内に実行されなかった場合、溶接ワイヤ１００の送給は振幅送給から定速送給に切り替えられ、溶接電流は定常電流Ｉａに切り替えられる。
例えば時点Ｔ２になった時点で、時点Ｔ０～Ｔ２の期間内（すなわち逆送給期間）に溶滴の離脱が検出されていなかった場合、送給速度指令設定部２２は、振幅送給期間から定速送給期間に制御を切り替える。
なお、定速送給期間中に溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２は、振幅送給期間に復帰する。ここでは、時点Ｔ１から復帰する。
【0047】
溶滴の離脱が検出されても、想定外の期間に離脱が発生する場合も考えられる。例えば時点Ｔ３～Ｔ４の間（すなわち、溶接ワイヤ１００の送給速度が最大になってから逆送給が開始されるまでの間）で溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２は、時点Ｔ４から定速送給期間に制御を切り替える。
すなわち、溶接ワイヤ１００の送給は振幅送給から定速送給に切り替えられ、溶接電流は定常電流Ｉａに切り替えられる。
定速送給期間中に溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２は、振幅送給期間に復帰する。ここでは、時点Ｔ１から復帰する。
図８は、離脱が有る場合と離脱が無い場合のそれぞれについてのイベントの遷移の関係を説明する図表である。
図８では、逆送給期間の前期（時点Ｔ０～Ｔ１の）を状態Ａと表現し、逆送給期間の後期（時点Ｔ１～Ｔ２）を状態Ｂと表現し、正送給期間の前期（時点Ｔ２～Ｔ３）を状態Ｃと表現し、正送給期間の後期（時点Ｔ３～Ｔ４）を状態Ｄと表現し、定速送給期間を状態Ｅと表現する。
すなわち、溶接ワイヤ１００の送給は振幅送給から定速送給に切り替えられ、溶接電流は定常電流Ｉａに切り替えられる。
定速送給期間中に溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２は、振幅送給期間に復帰する。ここでは、時点Ｔ１から復帰する。
図８は、離脱が有る場合と離脱が無い場合のそれぞれについてのイベントの遷移の関係を説明する図表である。
図８では、逆送給期間の前期（時点Ｔ０～Ｔ１の）を状態Ａと表現し、逆送給期間の後期（時点Ｔ１～Ｔ２）を状態Ｂと表現し、正送給期間の前期（時点Ｔ２～Ｔ３）を状態Ｃと表現し、正送給期間の後期（時点Ｔ３～Ｔ４）を状態Ｄと表現し、定速送給期間を状態Ｅと表現する。
【0048】
状態Ａでは、溶滴の離脱が検出されても検出されなくても、送給速度指令設定部２２の制御は状態Ｂに移行する。
状態Ｂで溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２の制御は、状態Ｃに移行するが、溶滴の離脱が検出されない場合、送給速度指令設定部２２の制御は、状態Ｅ（すなわち定速送給期間）に移行する。
状態Ｃでは、溶滴の離脱が検出されても検出されなくても、送給速度指令設定部２２の制御は、状態Ｄに移行する。
状態Ｄで溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２の制御は、状態Ｅ（すなわち定速送給期間）に移行するが、溶滴の離脱が検出されない場合、電流設定部３６の制御は状態Ａに移行する。
状態Ｅで溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２の制御は状態Ｂに移行するが、溶滴の離脱が検出されない場合、送給速度指令設定部２２の制御は維持される。
なお、送給制御の切り替えは、送給速度指令設定部２２に代えて送給駆動部２３で行ってもよい。
状態Ｂで溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２の制御は、状態Ｃに移行するが、溶滴の離脱が検出されない場合、送給速度指令設定部２２の制御は、状態Ｅ（すなわち定速送給期間）に移行する。
状態Ｃでは、溶滴の離脱が検出されても検出されなくても、送給速度指令設定部２２の制御は、状態Ｄに移行する。
状態Ｄで溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２の制御は、状態Ｅ（すなわち定速送給期間）に移行するが、溶滴の離脱が検出されない場合、電流設定部３６の制御は状態Ａに移行する。
状態Ｅで溶滴の離脱が検出された場合、送給速度指令設定部２２の制御は状態Ｂに移行するが、溶滴の離脱が検出されない場合、送給速度指令設定部２２の制御は維持される。
なお、送給制御の切り替えは、送給速度指令設定部２２に代えて送給駆動部２３で行ってもよい。
【0049】
＜他の実施の形態＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上述の実施の形態に記載の範囲に限定されない。上述の実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
例えば前述の実施の形態の説明では、送給駆動部２３（図２参照）と電流設定部３６（図２参照）をいずれも溶接電源１５０（図２参照）に内蔵する場合について説明したが、これらの両方または一方をロボットコントローラ１６０や送給装置１３０に内蔵してもよい。
例えば送給駆動部２３と電流設定部３６の両方をロボットコントローラ１６０に内蔵してもよい。また、送給駆動部２３と電流設定部３６の両方を送給装置１３０に内蔵してもよい。また、送給駆動部２３は溶接電源１５０に内蔵するが、電流設定部３６はロボットコントローラ１６０または送給装置１３０に内蔵してもよい。また、送給駆動部２３はロボットコントローラ１６０に内蔵し、電流設定部３６は送給装置１３０に内蔵してもよい。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上述の実施の形態に記載の範囲に限定されない。上述の実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
例えば前述の実施の形態の説明では、送給駆動部２３（図２参照）と電流設定部３６（図２参照）をいずれも溶接電源１５０（図２参照）に内蔵する場合について説明したが、これらの両方または一方をロボットコントローラ１６０や送給装置１３０に内蔵してもよい。
例えば送給駆動部２３と電流設定部３６の両方をロボットコントローラ１６０に内蔵してもよい。また、送給駆動部２３と電流設定部３６の両方を送給装置１３０に内蔵してもよい。また、送給駆動部２３は溶接電源１５０に内蔵するが、電流設定部３６はロボットコントローラ１６０または送給装置１３０に内蔵してもよい。また、送給駆動部２３はロボットコントローラ１６０に内蔵し、電流設定部３６は送給装置１３０に内蔵してもよい。
【0050】
また、前述の実施の形態においては、電流設定部３６の内部に、電流抑制期間設定部３６Ａ及びワイヤ先端位置変換部３６Ｂを設ける場合について説明したが、各部を独立した機能として電流設定部３６とは別に設けても良い。その場合、独立の機能として電流設定部３６の外部に抽出された機能は、ロボットコントローラ１６０や送給装置１３０に内蔵されてもよい。
また、前述の実施の形態においては、電流設定信号Ｉｒ（図６参照）をピーク電流Ｉｐとベース電流Ｉｂの２値で規定される矩形波として定義しているが、溶滴の成長過多を防止するために、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへの遷移は、段階状でもよいし、増加の傾斜でもよいし、曲線付きの傾斜でもよい。同様に、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへの遷移は、段階状でもよいし、減少の傾斜でもよいし、曲線付きの傾斜でもよい。
また、前述の実施の形態においては、電流設定信号Ｉｒ（図６参照）をピーク電流Ｉｐとベース電流Ｉｂの２値で規定される矩形波として定義しているが、溶滴の成長過多を防止するために、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへの遷移は、段階状でもよいし、増加の傾斜でもよいし、曲線付きの傾斜でもよい。同様に、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへの遷移は、段階状でもよいし、減少の傾斜でもよいし、曲線付きの傾斜でもよい。
【0051】
図９及び図１０に、電流設定信号Ｉｒの変形例を示す。
図９は、変形例に係る電流設定信号Ｉｒの波形を示す図である。（Ａ）～（Ｃ）は立ち上がりが階段状に遷移する場合、（Ｄ）は立ち上がりも立ち下がりも階段状に遷移する場合、（Ｅ）は立ち上がりが階段状であり、立ち下がりが減少の傾斜で遷移する場合である。
図９では、階段の段数が２段であるが、３段以上でもよい。
なお、（Ａ）は１段目と２段目の変化が均等である例であり、（Ｂ）は１段目の変化が小さく２段目の変化が大きい例であり、（Ｃ）は１段目の変化が大きく２段目の変化が小さい例である。
図９は、変形例に係る電流設定信号Ｉｒの波形を示す図である。（Ａ）～（Ｃ）は立ち上がりが階段状に遷移する場合、（Ｄ）は立ち上がりも立ち下がりも階段状に遷移する場合、（Ｅ）は立ち上がりが階段状であり、立ち下がりが減少の傾斜で遷移する場合である。
図９では、階段の段数が２段であるが、３段以上でもよい。
なお、（Ａ）は１段目と２段目の変化が均等である例であり、（Ｂ）は１段目の変化が小さく２段目の変化が大きい例であり、（Ｃ）は１段目の変化が大きく２段目の変化が小さい例である。
【0052】
図１０は、他の変形例に係る電流設定信号Ｉｒの波形を示す図である。（Ａ）は立ち上がりが増加の傾斜であり、立ち下がりが減少の傾斜で遷移する場合、（Ｂ）は立ち上がりが増加の傾斜であり、立ち下がりが曲線付きの傾斜で遷移する場合、（Ｃ）は立ち上がりが階段状であり、立ち下がりが曲線付きの傾斜で遷移する場合、（Ｄ）は立ち上がりが傾斜付きの傾斜であり、立ち下がりが減少の傾斜で遷移する場合、（Ｅ）は周波数成分が重畳している例である。
図１０の場合も、階段の段数は２段に限らない。また、立ち上がりと立ち下がりの両方が曲線付きの傾斜でもよい。
また、前述の実施の形態においては、直流の定電圧により溶接電流を制御しているが（図２参照）が、溶接電流は所定の定電流により制御しても構わない。
図１０の場合も、階段の段数は２段に限らない。また、立ち上がりと立ち下がりの両方が曲線付きの傾斜でもよい。
また、前述の実施の形態においては、直流の定電圧により溶接電流を制御しているが（図２参照）が、溶接電流は所定の定電流により制御しても構わない。
【符号の説明】
【0053】
１…アーク溶接システム、２３…送給駆動部、３３…離脱検出部、３６…電流設定部、３６Ａ…電流抑制期間設定部、３６Ｂ…ワイヤ先端位置変換部、１００…消耗式電極（溶接ワイヤ）、１１０…溶接トーチ、１２０…溶接ロボット、１３０…送給装置、１４０…シールドガス供給装置、１５０…溶接電源、１６０…ロボットコントローラ、２００…母材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
