电弧焊接装置的制作方法

本发明涉及能在手动焊接中将焊炬的移动速度引导在合适范围内的电弧焊接装置。

背景技术：
在非自耗电极(消耗電)电弧焊接、自耗电极电弧焊接、等离子电弧焊接等的电弧焊接中，在设定了母材的板厚、接缝形状、焊接法等后，焊炬的移动速度即焊接速度的合适值被确定。因此，在机器人焊接等的自动焊接的情况下，只要将焊接速度设定为合适值，焊炬就能按照设定的速度正确地移动。另一方面，在焊接作业者用手握持焊炬来进行的手动焊接的情况下，能否正确地将焊接速度维持在合适值受到各自的技能左右。在熟练的焊接作业者的情况下，通过常年的经验和技能能将焊接速度维持在合适值来进行焊接。但是，在不是熟练的焊接作业者的情况下，难以将焊接速度维持在合适值。在专利文献1的发明中，设置与焊接线平行移动的第1以及第2检测器。第2检测器在第1检测器的规定距离后方移动。第1以及第2检测器检测到来自电弧的光或热后，输出警报。焊接作业者使电弧产生并开始焊炬的移动时，第1以及第2检测器也以与预先确定的焊接速度对应的速度开始移动。在焊炬位于第1检测器和第2检测器之间的情况下，焊炬的移动速度与所设定的焊接速度大致相同。若焊炬的移动速度变快，则由于接近了第1检测器，因此第1检测器检测到来自电弧的光或热而发出第1警报。焊接作业者接受该第1警报并认识到移动速度过快，从而降低移动速度。反之，若焊炬的移动速度变慢，则由于接近第2检测器，因此第2检测器检测到来自电弧的光或热而发出第2警报。焊接作业者接受该第2警报并认识到移动速度过慢，从而加快移动速度。如此，在专利文献1的发明中，对将焊炬的移动速度维持在合适范围内起到了支援。在专利文献2的发明中，在机器人焊接中，在焊炬设置加速度传感器，对来自该加速度传感器的加速度信号进行积分来算出速度波形，以该速度波形为基础进一步进行积分来算出位置波形，基于该位置波形来算出焊炬的正确的摆动波形(weavingwave)。专利文献专利文献1：JP特开昭52-126656号公报专利文献2：JP特开2008-80343号公报在上述的专利文献1的发明中，能进行支援来使得焊炬的移动速度维持在合适值。但是，需要与焊接线平行地使第1以及第2检测器移动的特别的装置，由于该装置的设置需要时间，因此存在生产效率降低的间题。

技术实现要素：
因此，在本发明中，目的在于提供一种电弧焊接装置，能够支援在手动的电弧焊接中不降低生产效率地将焊炬的移动速度维持在合适范围内。为了解决上述课题，技术方案1的发明是一种电弧焊接装置，具备：输出焊接电流以及焊接电压的焊接电源、和接受所述焊接电流以及所述焊接电压来在与母材之间发生电弧的焊炬，所述电弧焊接装置的特征在于，具备：3轴加速度传感器，其设置于所述焊炬；移动速度算出部，其在所述电弧点弧时对来自所述3轴加速度传感器的各轴的加速度信号进行积分，并且合成这些积分信号来算出所述焊炬的移动速度信号；和第1警报发生部，其在稳定状态下的所述移动速度信号的值处于规定速度范围外时，发生第1警报。技术方案2的发明根据技术方案1所记载的电弧焊接装置，特征在于，所述电弧焊接装置还具备：第2警报发生部，其在所述电弧点弧后所述移动速度信号的变化率为预先确定的第1基准值以上的最初期间的时间长度为规定时间范围外时，发生第2警报。技术方案3的发明根据技术方案1或2所记载的电弧焊接装置，特征在于，所述电弧焊接装置还具备：第3警报发生部，其在从所述电弧点弧的时间点起的经过时间到达预先确定的停止时间的时间点发出第3警报。技术方案4的发明根据技术方案1到3中任一项所记载的电弧焊接装置，特征在于，所述第1警报发生部在所述移动速度信号的值超过所述速度范围的上限值时、和不足所述速度范围的下限值时发生不同频率的警报声。技术方案5的发明根据技术方案1到4中任一项所记载的电弧焊接装置，特征在于，将所述第1警报发生部的所述稳定状态设为从所述电弧的点弧起的经过时间为预先确定的基准时间以上的期间。技术方案6的发明根据技术方案1到4中任一项所记载的电弧焊接装置，特征在于，将所述第1警报发生部的所述稳定状态设为从所述电弧点弧起所述移动速度信号的变化率从预先确定的第2基准值以上的状态最初变化为不足所述第2基准值的状态的时间点以后的期间。技术方案7的发明根据技术方案1到6中任一项所记载的电弧焊接装置，特征在于，所述电弧焊接装置还具备：电流控制设定部，其按照所述稳定状态下的所述移动速度信号的值来改变所述焊接电流的值。发明效果根据本发明，在焊炬的移动速度处于规定速度范围外时，发出警报声等的警报。焊接作业者能被该警报引导来将焊炬的移动速度操作在上述速度范围内。另外，为了发出警报，不需要焊接前的准备以及在焊接中追加作业，因此也不会降低生产效率。因此，在本发明中，在手动的电弧焊接中，不会降低生产效率，能对将焊炬的移动速度维持在合适范围内进行支援。附图说明图1是本发明的实施方式1所涉及的电弧焊接装置的框图。图2是图1的电弧焊接装置的各信号的时序图。图3是本发明的实施方式2所涉及的电弧焊接装置的框图。图4是图3的电弧焊接装置的各信号的时序图。符号说明1电极2母材3电弧4焊炬CD通电判别电路Cd通电判别信号DS加速度传感器DST移动速度变化率算出电路Dst移动速度变化率信号Dxx轴方向的加速度信号Dyy轴方向的加速度信号Dzz轴方向的加速度信号ID焊接电流检测电路Id电流检测信号IR电流设定电路Ir电流设定信号Iw焊接电流KH1第1警报发生电路Kh1第1警报信号KH2第2警报发生电路Kh2第2警报信号KH3第3警报发生电路Kh3第3警报信号ON焊炬开关On焊接开始信号PL异常显示灯电路PS焊接电源SD声响输出电路Sd声响信号SR焊接速度设定电路Sr焊接速度设定信号ST移动速度算出电路St移动速度(信号)Sxx轴方向的移动速度syy轴方向的移动速度Szz轴方向的移动速度Ts停止时间Vw焊接电压具体实施方式下面，参照附图来说明本发明的实施方式。[实施方式1]下面说明根据来自设置在焊炬的3轴加速度传感器的加速度信号来算出移动速度的方法。将来自x轴、y轴以及z轴的加速度信号分别设为Dx、Dy以及Dz。若如下式那样对这些加速度信号进行积分，则能算出各轴方向的速度Sx、Sy以及Sz。Sx＝∫Dx·dtSy＝∫Dy·dtSz＝∫Dz·dt这些积分从电弧的被点弧(焊接电流通电)的时间点起直到焊接结束为止的期间进行。如下式那样对算出的各轴方向的速度Sx、Sy以及Sz进行合成，从而算出焊炬的移动速度St。St＝(Sx2+Sy2+Sz2)1/2(1)式因此，只要使用该(1)式，就能将各轴的加速度信号Dx～Dz作为输入来算出焊炬的移动速度St。图1是本发明的实施方式1所涉及的电弧焊接装置的框图。图1是电弧焊接装置为非自耗电极电弧焊接装置的情况，但自耗电极电弧焊接装置以及等离子电弧焊接装置的情况也相同。下面，参照图1来对各模块进行说明。电流设定电路IR输出预先确定的电流设定信号Ir。焊接电源PS是一般的具有恒电流特性的非自耗电极电弧焊接用的焊接电源，将后述的焊接开始信号On以及上述的电流设定信号Ir作为输入，在焊接开始信号On成为高电平时输出通过电流设定信号Ir设定的焊接电流Iw。在安装在焊炬4的前端的钨等的电极1与母材2之间发生焊接电流Iw通电而得到的电弧3，施加焊接电压Vw。为了使电弧点弧而将高频高电压重叠到焊接电压Vw中，但对该高频高电压发生电路省略图示。在焊炬4设置有3轴的加速度传感器DS。该加速度传感器DS输出x轴方向的加速度信号Dx、y轴方向的加速度信号Dy以及z轴方向的加速度信号Dz。这些加速度信号Dx～Dz是检测加在各个轴方向的加速度后输出的。焊炬开关ON设置于焊炬4，在焊接作业者接通焊炬开关ON时，将成为高电平的焊接开始信号On输出给上述的焊接电源PS。焊接电源PS在该焊接开始信号On成为高电平时起动。焊接电流检测电路ID检测上述的焊接电流Iw并输出电流检测信号Id。通电判别电路CD将该电流检测信号Id作为输入，在该值成为预先确定的阈值以上时输出成为高电平的通电判别信号Cd。阈值设定为1A左右，以使得能判别焊接电流Iw通电。通电判别信号Cd为高电平时是产生了电弧3时。移动速度算出电路ST将上述的各轴的加速度信号Dx～Dz以及上述的通电判别信号Cd作为输入，在通电判别信号Cd变化为高电平(通电)时基于上述的(1)式来算出焊炬4的移动速度信号St。移动速度变化率算出电路DST以该移动速度信号St为输入，算出其变化率(微分值)，并作为移动速度变化率信号Dst进行输出。第3警报发生电路KH3将上述的通电判别信号Cd作为输入，在从通电判别信号Cd变化为高电平(通电)的时间点起经过了预先确定的停止时间Ts后的时间点，输出成为短时间高电平的第3警报信号Kh3。焊接作业者从电弧3点弧而焊接电流Iw开始通电起直到形成合适的熔池(moltenpool)为止，使焊炬4停止。该使焊炬4停止的时间相当于上述的停止时间Ts。第2警报发生电路KH2将上述移动速度变化率信号Dst以及上述通电判别信号Cd作为输入，在从通电判别信号Cd变化为高电平(通电)起移动速度变化率信号Dst的值为预先确定的第1基准值以上的最初的期间的长度为规定时间范围外时，输出成为高电平的第2警报信号Kh2。该第1基准值是用于判别焊炬4是停止状态还是恒速状态，是加速状态还是减速状态的阈值。上述从通电判别信号Cd变化为高电平(通电)起移动速度变化率信号Dst的值为第1基准值以上的最初的期间是指电弧点弧从而从停止焊炬4的状态移转到恒速状态的加速状态的期间。异常显示灯电路PL将该第2警报信号Kh2作为输入，在第2警报信号Kh2为高电平时点亮异常显示灯。焊接速度设定电路SR输出用于设定合适的焊接速度的预先确定的焊接速度设定信号Sr。第1警报发生电路KH1将该焊接速度设定信号Sr、上述的移动速度信号St以及上述的移动速度变化率信号Dst作为输入，按照在从移动速度变化率信号Dst的值为预先确定的第2基准值以上的状态变化为不足第2基准值的状态的时间点以后的期间(稳定状态)中，在移动速度信号St的值超过基于焊接速度设定信号Sr而设定的规定速度范围的上限值时，其值成为1，在不足上述的规定速度范围的下限值时，其值成为2，在上述规定速度范围内时，其值成为0的方式来输出第1警报信号Kh1。该第2基准值基本上可以是与上述的第1基准值相同的值。声响输出电路SD将上述的第3警报信号Kh3以及上述的第1警报信号Kh1作为输入，输出用于在第3警报信号Kh3为高电平时、第1警报信号Kh1＝1时或第1警报信号Kh1＝2时分别鸣响不同频率的声音的声响Sd。将声响Sd的频率设为不同的值是为了通过声音来区分警报的种类。也可以将上述的电流设定电路IR、上述的焊接电流检测电路ID、上述的通电判别电路CD、上述的移动速度算出电路ST、上述的移动速度变化率算出电路DST、上述的第3警报发生电路KH3、上述的第2警报发生电路KH2、上述的异常显示灯电路PL、上述的焊接速度设定电路SR、上述的第1警报发生电路KH1、上述的声响输出电路SD内置在上述的焊接电源PS中。另外，也可以将这些电路内置在其它的独立的声响发生器中。图2是由图1所述的电弧焊接装置的各信号的时序图。图2(A)表示焊接开始信号On，图2(B)表示焊接电流Iw，图2(C)表示通电判别信号Cd，图2(D)表示移动速度信号St，图2(E)表示移动速度变化率信号Dst，图2(F)表示第3警报信号Kh3，图2(G)表示第2警报信号Kh2，图2(H)表示第1警报信号Kh1，图2(I)表示声响Sd。下面参照图2来进行说明。在时刻t0，在焊接作业者使焊炬开关ON接通时，如图2(A)所示，焊接开始信号On变化为高电平。随动于此，图1的焊接电源PS起动，从而在电极1和母材2之间施加无负载电压值的焊接电压Vw，将用于使电弧3点弧的高频高电压重叠在焊接电压Vw中。焊炬4直到时刻t2为止为停止的状态。并且，电极1与母材2的距离(焊炬的高度)从时刻t0起直到焊接结束为止维持在合适值。在时刻t1，在电弧3点弧时，如图2(B)所示，通过图1的电流设定信号Ir设定的值的焊接电流Iw开始通电。随动于此，如图2(C)所示，通电判别信号Cd变化为高电平。在从通电判别信号Cd变化为高电平的时刻t1经过了预先确定的停止时间Ts后的时刻t2，如图2(F)所示，第3警报信号Kh3成为短时间的高电平。随动于此，如图(I)所示，输出短时间的声响Sd，例如较短地鸣响“噼-”这样的警报声。焊接作业者听到该警报声时，开始焊炬4的向焊接方向的移动。随动于此，如图2(D)所示，移动速度信号St从时刻t2起逐渐变快，在时刻t3收敛到恒速状态的St1，直到时刻t4为止都持续该状态。如图2(E)所示，移动速度变化率信号Dst直到时刻t2为止都为0，从时刻t2起曲线状地增大，在时刻t2～时刻t3的中间时间点成为峰值，之后曲线状地减小，在时刻t3返回到0。图1的第2警报发生电路KH2检测移动速度变化率信号Dst成为稍大于0的值的第1基准值以上的过渡期间(大致在时刻t2～t3的期间)的时间长度，对该时间长度是否在规定时间范围内进行判别。该过渡期间是移动速度信号St正变化的期间，是从开始焊炬4的移动起直到恒速状态为止的过渡区间。图2中，该过渡期间的时间长度比规定时间范围短，是处于规定时间范围外的情况。由此，在时刻t3，如图2(G)所示，第2警报信号Kh2变化为高电平，并保持该状态。第2警报信号Kh2变化为高电平时图1的异常显示灯PL点亮。上述的第2警报发生电路KH2判别从开始焊炬4的移动起直到成为恒速状态为止的过渡期间是否合适。该过渡区间不管比合适范围(规定时间范围)长还是短都有可能会造成焊接质量变差。因此，在过渡区间处于合适范围外时，通过发出点亮异常显示灯等的警报，焊接作业者能认识到该判别结果。由此，焊接作业者能在下次的焊接中充分利用该判别结果。上述规定时间范围设定为焊接质量不会变差的过渡期间的时间长度。图1的第1警报发生电路KH1将图2(E)所示的移动速度变化率信号Dst的值从大于比0稍大的值的第2基准值(也可以是与第1基准值相同的值)的值下降为较小的值的时间点(大致时刻t3)以后的期间判别为稳定状态。另外，也可以将在时刻t1中电弧3点弧起的经过时间到达预先确定的基准时间以后的期间判别为稳定状态。即，将图2(D)所示的移动速度信号St的值经过过渡期间而收敛到恒速状态的状态判别为稳定状态。在图2中，时刻t3～t4的稳定状态下的移动速度信号St的值成为St1。然后，第1警报发生电路KH1判别该移动速度St1是否处于规定速度范围内。即，第1警报发生电路KH1在移动速度St1快于规定速度范围的上限值时，输出成为1的警报信号Kh1，在慢于下限值时，输出成为2的第1警报信号Kh1。在图2中，设为移动速度St1快于规定速度范围的上限值的情况。为此，如图2(H)所示，第1警报信号Kh在时刻t3～t5的期间中成为1(显示为高电平)。随动于此，如图2(I)所示，在时刻t3～t5的期间中输出声响信号Sd，鸣响与此对应的频率的声音。焊接作业者听到该警报声，并认识到焊炬4的移动速度St1快于规定速度范围的上限值。为此，焊接作业者从时刻t4起进行操作以使得焊炬4的移动速度变慢。通过该操作，如图2(D)所示，移动速度信号St从时刻t4起逐渐变慢，在时刻t5成为恒速状态，在此之后保持该速度。将该时刻t5以后的恒速状态下的移动速度设为St2。由于该移动速度St2处于规定速度范围内，因此如图(H)所示，第1警报信号Kh1在时刻t5变化为0(低电平)。随动于此，如图2(I)所示，在时刻t5停止声响Sd的输出，也停止警报声。如此，焊接作业者能被基于第1警报信号Kh1的警报声的种类(频率)引导来操作焊炬4的移动速度，以使其收敛在规定速度范围内。如图2(E)所示，移动速度变化率信号Dst在时刻t4～t5的期间中伴随着移动速度的减速而成为示出负的值的峰值的正弦波的半周期波形。根据该波形不进行任何的处理。上述的规定速度范围以根据母材的板厚、接缝形状、焊接法等而确定的合适的焊接速度设定信号Sr的值为中心值，考虑能容许的变动范围来设定。例如，在焊接速度设定信号Sr的值为50cm/min时，将规定速度范围设定为50±5的范围。若进行整理，就是判别稳定状态下的移动速度信号St的值为快于规定速度范围的上限值的情况、处于规定速度范围内的情况、慢于规定速度范围的下限值的情况这3种情况。然后，在快于规定速度范围的情况和慢于下限值的情况下，鸣响不同的频率的警报声。焊接作业者能根据该警报声的种类来认识到移动速度是否处于合适范围内。接下来，说明上述的实施方式所涉及的发明的作用效果。(1)焊接作业者以在焊接开始位置使焊炬停止的状态接通焊炬开关时，电弧点弧。用焊接电流的通电来判别该电弧的点弧，在根据判别经过了预先确定的停止时间Ts后，通过第3警报信号Kh3来鸣响警报声。焊接作业者听到该警报声后，开始焊炬的向焊接方向的移动。由此，由于能在使电弧点弧从而熔池的形成状态成为合适状态的时间点开始焊炬的移动，因此能提高电弧起始部的焊接质量。用上述停止时间Ts来预先设定使电弧点弧从而熔池的形成状态成为合适状态的时间点。(2)焊接作业者开始焊炬的移动，并保持恒速状态。在该焊炬从移动开始起到恒速状态为止的过渡期间中，移动速度从0到恒速值为止进行加速。该过渡期间不管是过短还是过长都会使焊接质量变差。即，对于该过渡期间存在合适范围(规定时间范围)。为此，检测该过渡期间，在该过渡期间的时间长度处于合适范围外时，通过第2警报信号Kh2来发出警报。由此，由于焊接作业者能认识到过渡期间是否处于合适范围内，因此能有效利用在焊接质量的提高中。(3)焊接作业者将焊炬的移动速度保持在恒速值(焊接速度)。判定该焊接速度是否处于根据母材的板厚、接缝形状、焊接法等而决定的合适范围(规定速度范围)内。然后，在该焊接速度快于或慢于合适范围的情况下，通过第1警报信号Kh1来鸣响警报声。在焊接速度快于合适范围、和慢于合适范围的情况下，将该警报声设为不同频率的声音。由此，焊接作业者能认识到焊炬的移动速度(焊接速度)是快于合适范围、处于合适范围内、还是慢于合适范围。由此，焊接作业者能被该警报声引导来将焊炬的移动速度操作在合适范围内，能得到良好的焊接质量。根据上述实施方式1，具备：3轴加速度传感器，其设置于焊炬；移动速度算出部，其在电弧点弧时对来自3轴加速度传感器的各轴的加速度信号进行积分，合成这些积分信号来算出焊炬的移动速度信号；和警报发生部，其在稳定状态下的移动速度信号的值处于规定速度范围外时发生警报。由此，在焊炬的移动速度处于规定速度范围外时发出警报声等的警报。焊接作业者能被该警报引导来将焊炬的移动速度操作到上述速度范围内。另外，为了发出警报，不需要焊接前的准备以及焊接中追加的作业，因此不会出现生产效率降低的情况。因此，在本实施方式中，在手动的电弧焊接中，不会出现降低生产效率的情况，能对将焊炬的移动速度维持在合适范围内作出支援。在上述中，说明了通过声音来进行基于第1警报信号Kh1以及第3警报信号Kh3的警报的情况，但也可以使焊炬振动。另外，也可以与显示灯并用来进行警报。另外，在上述中，说明了使异常显示灯点亮来进行基于第2警报信号Kh2的警报的情况，但也可以通过声音来进行警报。[实施方式2]实施方式2所涉及的发明，按照稳定状态下的移动速度信号的值来改变焊接电流的值。图3是本发明的实施方式2所涉及的电弧焊接装置的框图，图3是电弧焊接装置为非自耗电极电弧焊接装置的情况。图3与上述图1对应，对同一模块赋予同一符号，并省略它们的说明。图3是在图1中追加了电流控制设定电路ICR的构成。下面，参照图3来说明该不同的模块。电流控制设定电路ICR将移动速度信号St、焊接速度设定信号Sr以及电流设定信号Ir作为输入，在稳定状态中，根据预先确定的函数来算出电流控制设定信号Icr并输出。该电流控制设定信号Icr取代电流设定信号Ir而被输入到焊接电源PS，来设定焊接电流Iw的值。上述函数例如是Icr＝Ir×(St/Sr)。根据该函数，若移动速度信号St快于焊接速度设定信号Sr，则电流控制设定信号Icr变得大于电流设定信号Ir。反之，若移动速度信号St慢于焊接速度设定信号Sr，则电流控制设定信号Icr小于电流设定信号Ir。由此，通过在移动速度变快时增大焊接电流Iw的值，能抑制焊缝的宽度变细，通过在移动速度变慢时减小焊接电流Iw的值，能抑制焊缝的宽度变粗。图4是图3中所述的电弧焊接装置的各信号的时序图。图4(A)表示焊接开始信号On，图4(B)表示焊接电流Iw，图4(C)表示通电判别信号Cd，图4(D)表示移动速度信号St，图4(E)表示移动速度变化率信号Dst，图4(F)表示第3警报信号Kh3，图4(G)表示第2警报信号Kh2，图4(H)表示第1警报信号Kh1。图4(I)表示声响Sd。图4与图2对应，图4(B)所示的焊接电流Iw以外的信号的波形都相同。下面，参照图4，以焊接电流Iw的波形为中心来进行说明。在时刻t1，在电弧3点弧时，如图4(B)所示，通过图3的电流设定信号Ir设定的值的焊接电流Iw开始通电。然后，在时刻t1～t2的停止时间Ts以及时刻t2～t3的从焊炬4的开始移动起直到恒速状态为止的过渡期间中，焊接电流Iw维持该值。时刻t3以后的期间成为稳定状态的期间。如图4(D)所示，移动速度信号St在时刻t3～t4的期间中成为St1，从时刻t4起逐渐变慢，在时刻t5以后成为t2。在此，St1是比图3的焊接速度设定信号Sr快的速度，St2是与Sr大致相等的速度。为此，根据图3的电流控制设定电路ICR，时刻t3～t4的期间中的电流控制设定信号Icr成为大于电流设定信号Ir的值，时刻t5以后的期间中的电流控制设定信号Icr成为与电流设定信号Ir大致相等的值。其结果，如图4(B)所示那样，焊接电流Iw在时刻t3增加而变大，在直到时刻t4为止维持该值。然后，焊接电流Iw在时刻t4～t5的期间中逐渐减少，在时刻t5以后的期间中成为通过电流设定信号Ir设定的值。根据上述实施方式2，具备按照稳定状态下的移动速度信号的值来改变焊接电流的值的电流控制设定部。由此，在移动速度变得大于设定值时通过增大焊接电流Iw的值，能抑制焊缝的宽度变细，在移动速度变得慢于设定值时通过减小焊接电流Iw的值，能抑制焊缝的宽度变宽。上述的实施方式2是电弧焊接装置为非自耗电极电弧焊接装置的情况，但等离子电弧焊接装置的情况也相同。另外，在电弧焊接装置为自耗电极电弧焊接装置的情况下，通过电流控制设定信号Icr来改变焊丝的进给速度，由此来改变焊接电流Iw的值。