(57)【要約】【課題】消耗電極を用いたアーク溶接機において、ワイヤ径、ワイヤ材質、シールドガス、延長ケーブルなどの使用状況にかかわらず、溶接電流と溶接電圧の溶接条件の設定を簡単にできるようにすること、モータ回転数の温度上昇による溶接電流の変動をなくすことが課題である。【解決手段】制御回路の中に溶接電圧と溶接電流の信号と周囲温度を検出する温度センサの信号を取り込み、溶接電流の変動を計測する手段と溶接電圧の変動を計測する手段と短絡回数の変動を計測する手段を設け、任意の溶接電流に対しＡＩでこれらの変動が最少になるように溶接電圧を設定する手段を設け、任意の溶接電流設定値に対応する適正な溶接電圧値を設定している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流を設定する溶接電流設定器、溶接電圧を設定する溶接電圧設定器、溶接電流を表示する溶接電流表示器、溶接電圧を表示する溶接電圧表示器、溶接電流と溶接電圧が個別に独立して調整できる個別調整方式と溶接電流を設定すると溶接電圧が自動的に設定できる一元調整方式の切り換えを行う個別一元切換スイッチを設け、前記溶接電流設定器、前記溶接電圧設定器、前記溶接電流表示器、前記溶接電圧表示器、前記個別一元切換スイッチを溶接電流と溶接電圧の制御を行うマイコンを内蔵した制御回路に接続し、前記制御回路で前記溶接電流設定器からの信号を受けてモータ回転数の設定を行い、前記ワイヤ送給モータにモータ回転数制御信号を送るようにし、前期溶接電圧設定器からの信号を受けて溶接電圧を設定する溶接電圧の指令信号を溶接電源に送るように構成されたアーク溶接装置において、前記個別一元切換スイッチで一元調整方式を選択された場合は、前記溶接電流表示器の設定値に対し微少に溶接電圧を変動さす手段を設け、前記制御回路の中に溶接電流の変動を計測する手段と溶接電圧の変動を計測する手段と短絡回数の変動を計測する手段を設け、前記溶接電流の変動と前記溶接電圧の変動と前記短絡回数の変動が少なくなるように任意の溶接電流における溶接電圧の値を設定する手段を設け、前記登録スイッチが投入された時の溶接条件が登録され、複数の登録された溶接電流設定値と溶接電圧設定値の間の任意の溶接電流設定値に対応する溶接電圧を、登録された溶接電流設定値と溶接電圧設定値の間を直線で結ぶ線上の値から計算で求める手段を設けたことを特徴とするアーク溶接機の溶接条件設定装置。
【請求項２】
前記制御回路の中に前記溶接電流センサの溶接電流信号と溶接用モータの使用時間と前記温度センサからの信号から前記溶接用モータの回転数の変動を計算する手段を設け、前記回転数の変動を計算する手段の計算結果から前期溶接用モータの回転数を元に戻す手段を設け、前記溶接用モータの回転数がモータ電流、モータの使用時間、周囲温度に変動に影響されないようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接機の溶接条件設定装置。
【請求項３】
ワイヤ径切換えスイッチ、ワイヤ材質切換えスイッチ、シールドガス切換えスイッチ、溶接電圧補正調整器を使用しないで、使用されているワイヤ径、ワイヤ材質、シールドガス、延長ケーブル、アーク長を予測する手段を持ち、人工知能が任意の溶接電流に対応する溶接電圧を決定するようにしようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接機の溶接条件設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、消耗電極を使用するアーク溶接機の溶接電流、溶接電圧の溶接条件の設定方法に関するもので、特に溶接電流を指定すると最適な溶接電圧が自動的に決定される一元化調整に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接電流と溶接電圧をそれぞれ独立して設定する方法を個別調整と呼び、溶接電流を設定すれば溶接電圧が自動的に設定される方法を一元化調整と呼んでいる。溶接機の出力特性のグラフ上で、この溶接電流と溶接電圧の軌跡をグラフ上に表したものを一元化曲線と呼んでいる。図６は従来例の溶接条件設定装置の一元化曲線を示している。この一元化曲線はワイヤ径、シールドガス、ワイヤ材質によりそれぞれ異なるものである。この一元化曲線を用いる方法は、マイコンを組み込んだアーク溶接機のほとんど全てがこの方式を採用している。
【０００３】
特許文献に記載されるアーク溶接機の溶接条件設定方法は、あらかじめ用意された溶接条件テーブルを記憶装置の中に記憶して置き、溶接電流の設定値、使用するシールドガス、使用するワイヤ径、使用するワイヤの材質に合わせて、複数ある一元化曲線の中から一個の一元化曲線を選び出すものである。
【０００４】
高電流で長時間溶接するとワイヤ送給モータの回転が上昇し、溶接電流が大きくなりこの一元化曲線から外れてしまい溶接条件がずれてしまう欠点を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−６８１６９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一元化曲線はワイヤ径切換スイッチ、シールドガス切換スイッチ、材料切換スイッチで選択されるようになっている。この一元化曲線は数十通りも有りユーザが使用されるワイヤ径、シールドガス、ワイヤ材質を選択する操作が必要となる。延長ケーブルを使用する場合や、アーク長が標準のアーク長より長くなった場合、溶接電圧が一元化曲線から外れてしまうため、溶接電圧の微調整をしなければならなかった。
【０００７】
本発明の解決すべき課題は、溶接電流の設定値に対し適切な溶接電圧の設定を簡単にできるようにすることと、ケーブルの長さやアーク長による補正をなくすこと、モータ回転数の温度による変動をなくすことが本発明の解決すべき課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
個別一元切換スイッチが一元調整方式を選択された場合は、制御回路の中に溶接電圧と溶接電流を検出する電流センサの信号を取り込み、制御回路の中に溶接電流の変動を計測する手段と溶接電圧の変動を計測する手段と短絡回数の変動を計測する手段を設けている。
【０００９】
制御回路の中に任意の溶接電流における溶接電流の変動と溶接電圧の変動と短絡回数の変動が最少になるように溶接電圧の値を設定する手段を設けている。実際に溶接を行った時に、マイコンが、溶接電流の変動、溶接電圧の変動、短絡回数の変動が最も少なくなるような電圧値をその溶接電流に対する適切な溶接条件を与える溶接電圧であると判断している。
【００１０】
複数の溶接電流値でその電流値に最適な溶接電圧を決定し、それぞれの適正として登録された溶接条件の設定ポイントを直線で結び一元化曲線としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、溶接電流の設定値に対し適切な溶接電圧の設定を人工知能（ＡＩ）がしているので、溶接出力条件の設定が大幅に簡単になる。ケーブル長の補正やアーク長の補正も必要ない。
【００１２】
本発明の溶接条件設定装置は、複数の溶接条件テーブルを用意していないので、ワイヤ材質切換えスイッチ、シールドガス切換えスイッチ、ワイヤ径切換えスイッチを製品に取り付ける必要もないので製品を安く提供できる。
【００１３】
長時間溶接しても、溶接電流が大きく変わることもない。したがって溶接条件の設定が簡単になるばかりでなく溶接の品質の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のアーク溶接機の溶接条件設定装置の構成
【図２】本発明のアーク溶接機の溶接条件設定装置の一元化曲線
【図３】本発明の溶接条件設定装置の一元化曲線を決定するフローチャートと動作
【図４】本発明の溶接条件設定装置のモータ回転数を補正するフローチャートと動作
【図５】従来例のアーク溶接機の溶接条件設定装置の構成
【図６】従来例のアーク溶接機の溶接条件設定装置の一元化曲線
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明のアーク溶接機の溶接条件設定装置の構成、図５は、従来例のアーク溶接機の溶接条件設定装置の構成である。図１と図５の大きな違いは、図１の本発明の構成では１０の溶接条件登録スイッチが必要になるが、図５の従来例で必要であった１４のワイヤ材質切換えスイッチ、１５のシールドガス切換えスイッチ、１６のワイヤ径切換えスイッチが不要になることである。
【００１６】
図２は、本発明のアーク溶接機の溶接条件設定装置の一元化曲線、図６は、従来例のアーク溶接機の溶接条件設定装置の一元化曲線である。従来例の溶接条件設定装置ではあらかじめ工場で準備された標準の一元化曲線が記憶装置の中に格納され、使用者が使用するワイヤ径、ワイヤ材質、シールドガスを指定し記憶装置の中から呼び出すようにしている。
【００１７】
本発明の溶接条件設定装置ではＡＩを使用して、使用者の延長ケーブルの使用やアーク長の変動などの使用状況を組み込んだ最も使用者に合った一元化曲線を作成している。ＡＩが自動的に一元化曲線を作成しているので、４のワイヤ材質切換えスイッチ、１５のシールドガス切換えスイッチ、１６のワイヤ径切換えスイッチは必要ない。
【００１８】
図１、図２において１は溶接電流調整器、２は溶接電圧調整器、３は溶接電流表示器、４  は溶接電圧表示器、５は個別一元切換えスイッチ、６はワイヤ送給モータ、７は溶接電流センサ、８はプラス側出力端子、９はマイナス側出力端子、１１は温度センサ、１２は制御回路、この制御回路の中には１２−１のマイコンが含まれている。１３は溶接電源である。図１の本発明の溶接条件設定装置の構成には１０は溶接条件登録スイッチが含まれている。図５の従来例の溶接条件設定装置にある１４のワイヤ材質切換えスイッチ、１５のシールドガス切換えスイッチ、１６のワイヤ径切換えスイッチである。通常これらの切換えＬＥＤ表示機能の付いたタクトスイッチが使用され、複数の切換えスイッチのうち一個の切換えスイッチがオン状態であると他のスイッチはオフ状態になる。
【００１９】
図１、図２において５の個別一元切換えスイッチで個別調整を選択した場合は、１の溶接電流調整器で設定された信号はワイヤ送給モータの回転数指令信号として１２の制御回路に加えられ、モータ回転数の出力信号は６のワイヤ送給モータに送られ回転数を制御する。また、２の溶接電圧調整器で設定された信号は、１２の制御回路に加えられ、溶接電圧の出力信号は１３の溶接電源に送られ溶接電源の出力を制御する。個別モードでアーク溶接機を使用する時には本発明の溶接条件設定装置も従来例の溶接条件設定装置も変わらない。
【００２０】
５の個別一元切換えスイッチで一元調整を選択した場合は、本発明の溶接条件設定装置の溶接条件設定方法は、従来例の溶接条件設定装置の設定方法と異なる。本発明の溶接条件設定装置は任意の溶接電流に対する溶接電圧をＡＩで決めているのに対し、従来例の溶接条件設定装置ではデータテーブルの中から溶接電圧のデータを取り出して決めている。
【００２１】
従来例の溶接条件設定装置では標準の一元化曲線が記憶装置の中に格納され、標準の一元化曲線はワイヤ径、ワイヤ材質、シールドガスの組み合わせにより複数の一元化曲線が存在する。図６の従来例のグラフでは軟鋼のワイヤ材質だけを取り上げたが、この他にステンレスやアルミニウムを入れれば数十種類の組み合わせがあることになる。このうちの一つの一元化曲線を選択し記憶装置の中から呼び出すようにしている。
【００２２】
一元化曲線は通常３ｍの標準溶接電流ケーブルを使用し、標準アーク長を保持した状態で溶接した条件の下で作成されたものである。３ｍの標準溶接電流ケーブルを使用しないで3ｍ以上の長さを持つ延長ケーブルを使用した場合、延長ケーブルの電圧ドロップが溶接条件に影響する。また、狭い箇所での溶接でアーク長を長くしないといけないような溶接ではアーク長が標準アーク長より長くなり、一元化曲線で与えられる標準溶接条件では安定な溶接が得られない。そこで、延長ケーブルが長くなった場合やアーク長が長くなった場合の溶接電圧の微調整をする必要がある。この電圧微調整ボリューウムとして図５の２の個別調整の時には溶接電圧設定器として使用されたボリュームが使用される。
【００２３】
本発明の溶接条件設定装置では、マイコンを用いプログラムで、従来例の溶接条件設定装置の持っていた一元化曲線を選択する問題、延長ケーブルが長くなった場合やアーク長が長くなった場合の問題に対応できるようにしている。図３は本発明の溶接条件設定装置の一元化曲線を決定するプログラムのフローチャートと、その動作を一元化曲線上に示したものである。
【００２４】
溶接電流信号は溶接電流を検出する７の電流センサから、溶接電圧信号は８のプラス側出力端子と９のマイナス側出力端子から１２の制御回路の中に取り込んでいる。短絡回数の信号は溶接電圧信号から作り出している。短絡とは溶接用ワイヤが母材に突っ込んだ時の状態のことで、溶接電圧が一定以下の電圧になることで判断できる。ここでは、１秒間に短絡が何回起きるかを計測している。
【００２５】
１２の制御回路の中に１２−１のマイコンが含まれており、マイコンにて溶接電流の変動を計測する手段と溶接電圧の変動を計測する手段と短絡回数の変動を計測する手段を設けている。具体的には任意の溶接電流を設定した時の溶接電流の標準偏差、溶接電圧の標準偏差、短絡回数の標準偏差、溶接電流の平均値、溶接電圧の平均値、短絡回数の平均値をマイコンで計算している。
【００２６】
溶接電流を任意の値に設定した時、溶接電圧を動かし、溶接電流の変動と溶接電圧の変動と短絡回数の変動が最少になるところが最適な溶接電圧であると判断する手段を持っている。溶接電流の標準偏差、溶接電圧の標準偏差、短絡回数の標準偏差が最も少ない溶接電圧の設定値が、設定された溶接電流に対して適正な溶接電圧であると判断している。
【００２７】
溶接電流の標準偏差、溶接電圧の標準偏差、短絡回数の標準偏差が最も少なくなる溶接電圧の設定値を３種類のパラメータを用いて決定しても良いし、３種類のうちのどれか一つが最少になる溶接電圧の設定値で決定してもかまわない。特に短絡移行領域では短絡回数の標準偏差の少ない溶接電圧の設定値が任意の溶接電流に対して適正な溶接電圧であることが多い。したがって、溶接電圧決定に短絡回数の標準偏差だけを用いてもかまわない。
【００２８】
しかし、任意の溶接電流に対しＡＩが数値の上で適正である判断した溶接電圧は、溶接の溶け込み深さやビード外観などの溶接結果の判断が盛り込まれない欠点がある。そこで、溶接作業者が溶接結果を見て１０の溶接条件登録スイッチを押し、任意の溶接電流に対する適正な溶接電圧を登録するようになっている。最初にＡＩが適正な溶接条件を数値的に処理された結果を見て求め、最終的には作業者が実際の溶接結果を見て溶接条件の良否の判断するようにして、理論上の値から導き出される溶接結果と実際の溶接を行ってからの溶接結果の差を埋め合わせるようにしている。
【００２９】
本発明では一元化曲線を決定するために、登録された異なる溶接条件の設定ポイントの間の任意の溶接電流設定値に対応する溶接電圧を、２個の設定ポイントの間を直線で結ぶ線上の値から計算で求める手段を設けている。図２の出力特性上で示されるように、出力特性上の２個のポイントが決まればその間の溶接電圧は簡単に計算で求めることができる。例えば、２００Ａの溶接電流の時の溶接電圧は２５Ｖとなる。      
【００３０】
図３の本発明の溶接条件設定装置の一元化曲線のグラフのように、複数の溶接条件が登録されると、任意の溶接電流に対する溶接電圧は、折れ線で結んだ線で近似される。正確な意味で言うと曲線ではないが、登録した適正条件を増やせば曲線に近くなる。  
【００３１】
長時間の溶接を行う場合ワイヤ送給モータの内部の温度が上昇し、回転数が変動する問題も発生していた。６のワイヤ送給モータは界磁に永久磁石を用いているため、温度が上昇すると回転数が上昇する。溶接電流は突き出し長が一定ならモータの回転数に比例することが分かっている。そのため、回転数が上昇すると溶接電流が上昇し、溶接電流が上昇すれば溶接結果が変わってしまう。この温度上昇によるモータ回転数が変動することを防ぐためＡＩを用いて温度上昇してもモータ回転数が変わらないようにしている。
【００３２】
７の溶接電流センサからの溶接電流信号と１１の温度センサからの信号を１２の制御回路の中に取り込み、ＡＩにより溶接電流、連続使用時間、周囲温度を考慮して６のワイヤ送給モータの温度上昇を計算し、モータ回転数の指令信号に補正を加えることにより、モータ回転数を一定にしている。
【００３３】
６のワイヤ送給モータの温度上昇を計算するためには本来モータ電流を用いるのが正しいが、本発明の実施例では、７の溶接電流センサからの溶接電流信号を用いてモータ電流を予測し、温度上昇の計算を行っている。モータ電流の流れる電線に電流センサを取り付け、直接モータ電流を計測してモータ電流からモータの温度上昇を予測する方法もある。
【００３４】
図４は本発明の溶接条件設定装置のモータ回転数を補正するフローチャートと出力特性上動きを示す図である。図４の出力特性のグラフにおいて、溶接開始時はポイントＡで溶接していたものが、長時間溶接をしていると次第にポイントＡ’に移動してくる。本発明では溶接電流値と溶接使用時間と周囲温度からモータの回転数の上昇を計算しポイントＡに戻すようにしている。
【００３５】
本発明では６の溶接電流設定器の設定が一定である限り、ワイヤ送給モータの回転数を一定に保持している。ファジイ制御で用いられているような突き出し長が変化した時モータ回転数を変え、溶接電流を一定にする制御方法とは異なるものである。
【００３６】
従来例の溶接条件設定装置はワイヤ材質、ワイヤ径、シールドガスの切換えスイッチで使用者の実態に合わせて溶接条件を設定するようにしているが、実際これらの切換えスイッチは、溶接装置を設置された時に一度設定されればあまり変更されない。多様な業界に汎用のアーク溶接機を販売するために、数十種類の一元化曲線を組み込んだアーク溶接機を販売している。本発明の溶接条件設定装置は数十種類の一元化曲線の中から一個の一元化曲線を選択する必要がないので、アーク溶接機を設置した時の初期設定が省ける。
【００３７】
現実のアーク溶接機は、ほとんどの使用者が延長ケーブルを使用されている。延長ケーブルを使用して溶接条件が設定した場合、電圧微調整の調整をする必要がある。このような時、本発明の溶接条件設定装置は、溶接電流の設定だけで済むので溶接条件の操作が楽になる。
【００３８】
本発明の溶接条件設定装置は作業者の使用実態や作業状況に合わせて出力条件を簡単に設定できる。機械が作業者の作業状況や作業実態を理解するだけでなく、作業者の好みや癖を学習するので、使えば使うほど賢くなる。溶接作業者が機械の特徴を理解し機械に合わせるのではなく、機械の方が溶接作業者の方に合わせて溶接条件の設定作業を簡単にしてくれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の溶接条件設定装置は溶接条件の設定を簡単にし、溶接作業の効率化に大きく貢献できるものである。本発明の溶接条件設定装置は溶接作業の経験の少ない人でも使うことができ、温度上昇による溶接電流の変動も補償してくれるので溶接品質も向上する。本発明の溶接条件設定装置は広く産業界に普及するものと考える。
【符号の説明】
【００４０】
１  溶接電流調整器
２  溶接電圧調整器
３  溶接電流表示器
４  溶接電圧表示器
５  個別一元切換えスイッチ
６  ワイヤ送給モータ
７  溶接電流センサ
８  プラス側出力端子
９  マイナス側出力端子
１０  溶接条件登録スイッチ
１１  温度センサ
１２  制御回路
１２−１  マイコン
１３  溶接電源
１４  ワイヤ材質切換えスイッチ
１５  シールドガス切換えスイッチ
１６  ワイヤ径切換えスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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