(57)【要約】【課題】母材のアーク溶接時に印加する溶接電圧の変動を容易に抑制でき、この結果、アーク溶接の欠陥を抑制して、母材の良好なアーク溶接状態を安定して得ることができること。【解決手段】本発明の一態様であるアーク溶接制御装置１１は、電圧検出部４と、フィードバック係数算出部５と、評価関数演算部６と、補正演算部９とを備える。電圧検出部４は、アーク溶接の溶接電圧を検出する。評価関数演算部６は、溶接電圧検出値をもとに溶接電圧の変動量の評価関数を算出する。補正演算部９は、この評価関数に摂動信号を与えて溶接電圧の変動量に応じた係数値を算出し、この評価関数の極小値に対応する基準値から係数値を減算してフィードバック係数誤差の補正値を算出する。フィードバック係数算出部５は、この補正値をもとにフィードバック係数を補正し、補正後のフィードバック係数をワイヤ送給速度のフィードバック制御に供する。【選択図】図１
2014039948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象の母材と溶接ワイヤとの間に印加される溶接電圧を検出する電圧検出部と、
前記溶接電圧の検出値をもとに、前記溶接電圧の変動量を評価する評価関数を算出する評価関数演算部と、
前記評価関数に摂動信号を与えて、前記溶接電圧の変動量に応じた係数値を算出し、前記評価関数の極小値に対応する基準値から前記係数値を減算して、前記基準値と前記係数値との誤差の補正値を算出する補正演算部と、
前記溶接電圧の検出値をもとに、前記溶接ワイヤの溶融速度と送給速度とを均衡させるフィードバック制御のフィードバック係数を算出し、前記補正値をもとに前記フィードバック係数の算出値と前記基準値との誤差を補正して、前記補正後のフィードバック係数を前記フィードバック制御に供するフィードバック係数算出部と、
を備えたことを特徴とするアーク溶接制御装置。
【請求項２】
前記評価関数演算部は、前記溶接電圧の検出値の周波数特性をもとに、前記溶接電圧の変動に基づく総変動エネルギー値を算出して、前記総変動エネルギー値と前記フィードバック係数との相関を示す前記評価関数を算出することを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接制御装置。
【請求項３】
前記補正演算部は、前記総変動エネルギー値に相関する前記フィードバック係数の相関値における前記評価関数の勾配を算出し、前記勾配を積分して前記係数値を得ることを特徴とする請求項２に記載のアーク溶接制御装置。
【請求項４】
前記勾配をもとに前記係数値の変化速度を設定し、前記変化速度に従って前記フィードバック係数の算出値が前記基準値へ変化するように前記フィードバック係数算出部を制御する補正制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載のアーク溶接制御装置。
【請求項５】
溶接対象の母材と溶接ワイヤとの間に印加される溶接電圧を検出する電圧検出ステップと、
前記溶接電圧の検出値をもとに、前記溶接電圧の変動量を評価する評価関数を算出する評価関数算出ステップと、
前記評価関数に摂動信号を与えて、前記溶接電圧の変動量に応じた係数値を算出し、前記評価関数の極小値に対応する基準値から前記係数値を減算して、前記基準値と前記係数値との誤差の補正値を算出する補正値算出ステップと、
前記溶接電圧の検出値をもとに算出したフィードバック係数の算出値と前記基準値との誤差を、前記補正値をもとに補正するフィードバック係数補正ステップと、
を含み、前記溶接ワイヤの溶融速度と送給速度とを均衡させるフィードバック制御に前記補正後のフィードバック係数を供することを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記評価関数算出ステップは、前記溶接電圧の検出値の周波数特性をもとに、前記溶接電圧の変動に基づく総変動エネルギー値を算出して、前記総変動エネルギー値と前記フィードバック係数との相関を示す前記評価関数を算出することを特徴とする請求項５に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
前記補正値算出ステップは、前記総変動エネルギー値に相関する前記フィードバック係数の相関値における前記評価関数の勾配を算出し、前記勾配を積分して前記係数値を得ることを特徴とする請求項６に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
前記フィードバック係数補正ステップは、前記勾配をもとに設定した前記係数値の変化速度に従って、前記フィードバック係数の算出値を前記基準値へ変化させることを特徴とする請求項７に記載のアーク溶接制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母材に対するアーク溶接を行うアーク溶接装置を制御するアーク溶接制御装置およびアーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、定電流特性または垂下特性を有する溶接電源を用いたアーク溶接において、溶接電圧の変動に極めて大きい影響を及ぼすアーク長が制御される。一般に、上述した出力特性を有する溶接電源を備えたアーク溶接装置は、母材（鉄鋼材等の金属材料）に向けて溶接ワイヤを送給するとともに、溶接電源から溶接ワイヤへ溶接電流を流してアークを発生させる。この発生したアークによって、溶接ワイヤは溶融し、この結果、母材がアーク溶接される。このようなアーク溶接における溶接電圧は、アーク長の変動に伴って変動する。なお、母材の良好なアーク溶接状態を安定的に得るためには、アーク長を定常状態に収束させる制御を行って、溶接電圧の変動を抑制する必要がある。
【０００３】
例えば、溶接ワイヤの送給速度（以下、ワイヤ送給速度という）に溶接電圧の検出値をフィードバックして、溶接ワイヤの溶融速度（以下、ワイヤ溶融速度という）とワイヤ送給速度との均衡をとるようにワイヤ送給速度のフィードバック制御が行われる。また、アーク溶接制御の従来技術の一例として、溶接電圧の設定値と検出値とを比較し、検出値が設定値に比して大きい場合、ワイヤ溶融速度の上限に比して高くワイヤ送給速度を制御し、検出値が設定値に比して小さい場合、ワイヤ溶融速度の下限に比して低くワイヤ送給速度を制御するものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
なお、制御対象の数値を一定値に制御する定値制御方法として、制御系の動特性や負荷変動、外乱の性質に応じて変動する補償要素の係数値に摂動信号を与え、予め指定した評価関数を最大もしくは最小にする値に係数値を自動調整するものが一般的である（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５１−１２５８４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】電気学会  「システム制御」ｐ２２０、２３３  １９７４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ワイヤ溶融速度は、溶接ワイヤの直径、溶接電流および溶接電圧等の溶接条件によって異なるため、上述した従来技術では、このような溶接条件別に異なるワイヤ溶融速度とワイヤ送給速度とをフィードバック制御によって均衡させることは困難である。例えば、ワイヤ送給速度のフィードバック制御に用いる係数値、すなわちフィードバック係数は、溶接条件別にアーク溶接の実験等を幾度も繰り返すことによって、溶接電圧が安定する値に調整される。このように試行錯誤してフィードバック係数を調整するまでに、多大な時間および労力が掛かってしまう。また、フィードバック係数の調整後に、溶接ワイヤの送給経路の負荷変動または送給装置の応答性の変動（以下、設備的変動という）に起因して、フィードバック制御系統の静特性または動特性に変化が生じた場合、フィードバック係数の調整値と適正値との誤差が生じる可能性がある。この結果、ハンチングが発生して溶接電圧の変動を増大させてしまう。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、母材のアーク溶接時に印加する溶接電圧の変動を容易に抑制でき、この結果、アーク溶接の欠陥を抑制して、母材の良好なアーク溶接状態を安定して得ることができるアーク溶接制御装置およびアーク溶接制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるアーク溶接制御装置は、溶接対象の母材と溶接ワイヤとの間に印加される溶接電圧を検出する電圧検出部と、前記溶接電圧の検出値をもとに、前記溶接電圧の変動量を評価する評価関数を算出する評価関数演算部と、前記評価関数に摂動信号を与えて、前記溶接電圧の変動量に応じた係数値を算出し、前記評価関数の極小値に対応する基準値から前記係数値を減算して、前記基準値と前記係数値との誤差の補正値を算出する補正演算部と、前記溶接電圧の検出値をもとに、前記溶接ワイヤの溶融速度と送給速度とを均衡させるフィードバック制御のフィードバック係数を算出し、前記補正値をもとに前記フィードバック係数の算出値と前記基準値との誤差を補正して、前記補正後のフィードバック係数を前記フィードバック制御に供するフィードバック係数算出部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかるアーク溶接制御装置は、上記の発明において、前記評価関数演算部は、前記溶接電圧の検出値の周波数特性をもとに、前記溶接電圧の変動に基づく総変動エネルギー値を算出して、前記総変動エネルギー値と前記フィードバック係数との相関を示す前記評価関数を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるアーク溶接制御装置は、上記の発明において、前記補正演算部は、前記総変動エネルギー値に相関する前記フィードバック係数の相関値における前記評価関数の勾配を算出し、前記勾配を積分して前記係数値を得ることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかるアーク溶接制御装置は、上記の発明において、前記勾配をもとに前記係数値の変化速度を設定し、前記変化速度に従って前記フィードバック係数の算出値が前記基準値へ変化するように前記フィードバック係数算出部を制御する補正制御部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかるアーク溶接制御方法は、溶接対象の母材と溶接ワイヤとの間に印加される溶接電圧を検出する電圧検出ステップと、前記溶接電圧の検出値をもとに、前記溶接電圧の変動量を評価する評価関数を算出する評価関数算出ステップと、前記評価関数に摂動信号を与えて、前記溶接電圧の変動量に応じた係数値を算出し、前記評価関数の極小値に対応する基準値から前記係数値を減算して、前記基準値と前記係数値との誤差の補正値を算出する補正値算出ステップと、前記溶接電圧の検出値をもとに算出したフィードバック係数の算出値と前記基準値との誤差を、前記補正値をもとに補正するフィードバック係数補正ステップと、を含み、前記溶接ワイヤの溶融速度と送給速度とを均衡させるフィードバック制御に前記補正後のフィードバック係数を供することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかるアーク溶接制御方法は、上記の発明において、前記評価関数算出ステップは、前記溶接電圧の検出値の周波数特性をもとに、前記溶接電圧の変動に基づく総変動エネルギー値を算出して、前記総変動エネルギー値と前記フィードバック係数との相関を示す前記評価関数を算出することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかるアーク溶接制御方法は、上記の発明において、前記補正値算出ステップは、前記総変動エネルギー値に相関する前記フィードバック係数の相関値における前記評価関数の勾配を算出し、前記勾配を積分して前記係数値を得ることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかるアーク溶接制御方法は、上記の発明において、前記フィードバック係数補正ステップは、前記勾配をもとに設定した前記係数値の変化速度に従って、前記フィードバック係数の算出値を前記基準値へ変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、母材のアーク溶接時に印加する溶接電圧の変動を容易に抑制でき、この結果、アーク溶接の欠陥を抑制して、母材の良好なアーク溶接状態を安定して得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるアーク溶接制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかるアーク溶接制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本実施の形態における溶接電圧変動の評価関数の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明にかかるアーク溶接制御をアーク溶接装置に適用した場合の溶接電圧の経時変化を例示する図である。
【図５】図５は、従来のアーク溶接制御をアーク溶接装置に適用した場合の溶接電圧の経時変化を例示する図である。
【図６】図６は、本発明にかかるアーク溶接制御をアーク溶接装置に適用した場合の溶接電圧の周波数特性を例示する図である。
【図７】図７は、従来のアーク溶接制御をアーク溶接装置に適用した場合の溶接電圧の周波数特性を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、添付図面を参照して、本発明にかかるアーク溶接制御装置およびアーク溶接制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００２０】
(実施の形態)
図１は、本発明の実施の形態にかかるアーク溶接制御装置の一構成例を示すブロック図である。なお、図１には、本実施の形態にかかるアーク溶接制御装置１１が適用されるアーク溶接装置１００の概略構成も図示されている。以下では、図１を参照しつつ、まず、アーク溶接装置１００の概略構成を説明し、つぎに、アーク溶接制御装置１１の構成を説明する。
【００２１】
アーク溶接装置１００は、サブマージアーク溶接、被覆アーク溶接または炭酸ガスアーク溶接等のアーク溶接を行う装置であり、図１に示すように、溶接ワイヤ１０１と、送給ローラ１０２と、モータ１０３と、溶接電源１０４と、電極１０５とを備える。
【００２２】
溶接ワイヤ１０１は、溶接対象の母材１１０に対するアーク溶接に用いる金属ワイヤである。送給ローラ１０２は、母材１１０の被溶接部分に向けて溶接ワイヤ１０１を送給するためのものであり、モータ１０３の作用によって動作する。モータ１０３は、アーク溶接制御装置１１の制御に基づき駆動して、母材１１０へ溶接ワイヤ１０１を送給するように送給ローラ１０２を回転駆動させる。
【００２３】
溶接電源１０４は、母材１１０のアーク溶接に必要な電力を出力する電源であり、垂下特性、定電流特性、または、これに近似する出力特性を有する。溶接電源１０４は、溶接ワイヤ１０１側の電極１０５および母材１１０と電気的に接続され、電極１０５を介して溶接ワイヤ１０１に溶接電流を流す。これによって、溶接電源１０４は、電極１０５と母材１１０との間にアークを発生させ、このアークの熱によって溶接ワイヤ１０１を溶融する。この結果、母材１１０がアーク溶接される。なお、母材１１０は、鋼板または鋼管（ＵＯＥ鋼管、スパイラル鋼管等）等の鉄鋼材である。
【００２４】
アーク溶接制御装置１１は、図１に示すように、アーク溶接条件等の情報を入力する入力部１と、ワイヤ溶融速度等のアーク溶接に関する情報を算出する溶接演算部２と、アーク溶接装置１００に対するワイヤ送給制御を行うワイヤ送給制御部３とを備える。また、アーク溶接制御装置１１は、アーク溶接における溶接電圧を検出する電圧検出部４と、ワイヤ送給制御に用いるフィードバック係数を算出するフィードバック係数算出部５とを備える。さらに、アーク溶接制御装置１１は、溶接電圧の変動量の評価関数を算出する評価関数演算部６と、摂動信号を発振する発振器７と、フィードバック係数の基準値を算出する基準値算出部８と、フィードバック係数の補正値を算出する補正演算部９と、フィードバック係数の補正処理を制御する補正制御部１０とを備える。
【００２５】
入力部１は、アーク溶接の電力調整盤または入力デバイス等を用いて実現される。入力部１は、操作者の入力操作に対応して、溶接演算部２、フィードバック係数算出部５、および基準値算出部８にアーク溶接条件等の情報を入力する。例えば、入力部１は、溶接演算部２および基準値算出部８に対し、アーク溶接における溶接電流の設定値（以下、溶接電流設定値Ｉｒという）と溶接電圧の設定値（以下、溶接電圧設定値Ｖｒという）とを入力する。また、入力部１は、フィードバック係数算出部５に対し、溶接電圧設定値Ｖｒを入力する。
【００２６】
溶接演算部２は、ＰＬＣ（Programmable  Logic  Controller）等を用いて実現され、アーク溶接に関する情報を算出する。具体的には、溶接演算部２は、入力部１によって入力された溶接電流設定値Ｉｒ、溶接電圧設定値Ｖｒ、および溶接ワイヤ１０１に関する条件（ワイヤ径、ワイヤ密度等）を用いて、溶接ワイヤ１０１の設定溶融速度（以下、ワイヤ溶融速度ｖmという）を算出する。ついで、溶接演算部２は、このワイヤ溶融速度ｖmに対応する溶接ワイヤ１０１の設定送給速度（以下、ワイヤ送給速度ｖwという）とアーク溶接の溶接電圧との相関を算出する。ここで、ワイヤ溶融速度ｖmは、溶接電圧の増減に伴って変化する傾斜特性（例えば比例特性）を有する。溶接演算部２は、溶接電圧の変化に対するワイヤ溶融速度ｖmの変化の勾配を算出する。また、溶接演算部２は、アーク溶接の溶接電圧が溶接電圧設定値Ｖｒに等しい場合においてワイヤ溶融速度ｖmとワイヤ送給速度ｖwとが均衡するように、この傾斜特性の切片を算出する。溶接演算部２は、このように算出した勾配および切片を用い、アーク溶接のワイヤ送給速度ｖwと溶接電圧との傾斜特性を示す関数（以下、傾斜特性関数という）を導出する。その後、溶接演算部２は、得られた傾斜特性関数の情報をワイヤ送給制御部３に送信する。
【００２７】
ワイヤ送給制御部３は、アーク溶接装置１００が母材１１０をアーク溶接する際の溶接ワイヤ１０１の送給動作を制御する。具体的には、ワイヤ送給制御部３は、溶接演算部２からワイヤ送給速度ｖwと溶接電圧との傾斜特性関数を取得し、この傾斜特性関数をもとに、ワイヤ送給速度ｖwと溶接電圧との相関を初期設定する。また、ワイヤ送給制御部３は、電圧検出部４から取得した溶接電圧の検出値とフィードバック係数算出部５から取得したフィードバック係数とを用いて、ワイヤ溶融速度ｖmとワイヤ送給速度ｖwとを均衡させるフィードバック制御を行う。このフィードバック制御において、ワイヤ送給制御部３は、設定した傾斜特性関数に対し、電圧検出部４からフィードバックされた溶接電圧と、フィードバック係数算出部５からのフィードバック係数とを導入する。これによって、ワイヤ送給制御部３は、アーク溶接装置１００に指示すべきワイヤ送給速度ｖwを算出する。ワイヤ送給制御部３は、このように算出したワイヤ送給速度ｖwに基づいてモータ１０３を駆動制御し、このモータ１０３の駆動制御を通して、ワイヤ送給速度ｖwに従った溶接ワイヤ１０１の送給を行うように送給ローラ１０２を制御する。この結果、ワイヤ送給制御部３は、母材１１０に対するアーク溶接のアーク長Ｌａを定常状態に収束させる。
【００２８】
電圧検出部４は、アーク溶接において母材１１０と溶接ワイヤ１０１との間に印加される溶接電圧を検出する。具体的には、電圧検出部４は、絶縁アンプ等を用いて実現され、アーク溶接装置１００の電極１０５と溶接対象の母材１１０とに対して電気的に接続される。電圧検出部４は、この母材１１０に対するアーク溶接の溶接電圧として、電極１０５と母材１１０との間の電圧を所定の時間毎に順次検出する。電圧検出部４は、このように検出した溶接電圧（以下、溶接電圧検出値Ｖａという）の情報を時系列順に順次、ワイヤ送給制御部３とフィードバック係数算出部５と評価関数演算部６とに送信する。なお、電圧検出部４は、アーク溶接装置１００の溶接電源１０４が交流電源である場合、整流回路を備える。
【００２９】
フィードバック係数算出部５は、上述したワイヤ送給制御部３によるフィードバック制御に用いるフィードバック係数を導出する。具体的には、フィードバック係数算出部５は、電圧検出部４から溶接電圧検出値Ｖａを取得し、取得した溶接電圧検出値Ｖａをもとに、上述したワイヤ送給制御部３によるフィードバック制御のフィードバック係数Ｋ［ｍｐｍ／Ｖ］を算出する。このフィードバック係数Ｋは、溶接電圧検出値Ｖａと溶接電圧設定値Ｖｒとの偏差量の一単位（例えば１［Ｖ］）当たりに変化するワイヤ送給速度ｖw［ｍｐｍ］の変化量である。なお、溶接電圧設定値Ｖｒの情報は、上述したように、入力部１によってフィードバック係数算出部５に入力される。一方、フィードバック係数算出部５は、補正演算部９から補正値を取得し、この取得した補正値をもとに、上述したフィードバック係数Ｋの算出値と基準値（後述する係数基準値Ｋｓ）との誤差を補正する演算処理を行う。これによって、フィードバック係数算出部５は、誤差補正済みのフィードバック係数Ｋｃ［ｍｐｍ／Ｖ］を算出する。その都度、フィードバック係数算出部５は、補正後のフィードバック係数Ｋｃの情報をワイヤ送給制御部３へ送信して、ワイヤ送給制御部３によるフィードバック制御にフィードバック係数Ｋｃを供する。
【００３０】
評価関数演算部６は、アーク溶接装置１００における溶接電圧の変動量の評価関数を算出する。具体的には、評価関数演算部６は、ＦＦＴ（Fast  Fourier  Transform）回路および積分回路等を用いて実現される。評価関数演算部６は、電圧検出部４による溶接電圧検出値Ｖａをもとに各種演算処理を行って、アーク溶接装置１００の溶接電圧の変動量を評価する評価関数を算出する。すなわち、評価関数演算部６は、溶接電圧検出値Ｖａの時系列データを電圧検出部４から取得し、この時系列データに対して高速フーリエ変換処理を行う。これによって、評価関数演算部６は、溶接電圧検出値Ｖａの周波数特性を得る。なお、溶接電圧検出値Ｖａの周波数特性は、例えば、電圧検出部４によって検出された溶接電圧検出値Ｖａを示す溶接電圧信号の各周波数成分の振幅（例えば電圧変動振幅）等である。評価関数演算部６は、上述した溶接電圧検出値Ｖａの周波数特性をもとに積分処理等の演算処理を行って、溶接電圧の変動に基づく総変動エネルギー値Ｅ［Ｖｒｍｓ2］を算出する。ここで、総変動エネルギー値Ｅは、母材１１０に対するアーク溶接時における溶接電圧の変動の大きさを示す物理量であり、上述したように溶接電圧検出値Ｖａをもとに算出されるフィードバック係数Ｋに対して所定の相関関係を有する。評価関数演算部６は、このような総変動エネルギー値Ｅとフィードバック係数Ｋとの相関を示す評価関数Ｅ(Ｋ)を、アーク溶接装置１００の溶接電圧の変動量を評価する関数として算出する。評価関数演算部６は、算出した評価関数Ｅ(Ｋ)の情報を補正演算部９に送信する。
【００３１】
発振器７は、所定の振幅および周期を有する微小な摂動信号Ａｓｉｎωｔを発振する。発振器７は、基準値算出部８および補正演算部９に対し、発振した摂動信号Ａｓｉｎωｔを送信する。この場合、発振器７は、基準値算出部８および補正演算部９の各演算処理の必要に応じて摂動信号Ａｓｉｎωｔを送信してもよいし、演算処理のタイミングに関わらず常時、摂動信号Ａｓｉｎωｔを送信してもよい。
【００３２】
基準値算出部８は、上述したワイヤ溶融速度ｖmとワイヤ送給速度ｖwとを均衡させるフィードバック制御のフィードバック係数Ｋの基準値（以下、係数基準値Ｋｓという）を算出する。具体的には、基準値算出部８は、ＦＦＴ回路および加算回路等を用いて実現される。基準値算出部８は、入力部１によって入力された溶接電圧設定値Ｖｒの周波数特性をもとに積分処理等を行って、総変動エネルギー値Ｅの基準値（以下、エネルギー基準値Ｅｓという）を算出する。ここで、エネルギー基準値Ｅｓ［Ｖｒｍｓ2］は、評価関数演算部６による評価関数Ｅ(Ｋ)の極小値であって係数基準値Ｋｓに対応する。基準値算出部８は、このように評価関数Ｅ(Ｋ)においてエネルギー基準値Ｅｓと相関する係数基準値Ｋｓの候補値に対し、発振器７から取得した摂動信号Ａｓｉｎωｔを付与して、エネルギー基準値Ｅｓの変動量を算出する。基準値算出部８は、算出した変動量が最小となる候補値を係数基準値Ｋｓとして算出する。基準値算出部８は、算出した係数基準値Ｋｓの情報を補正演算部９に送信する。
【００３３】
補正演算部９は、上述したフィードバック係数Ｋの誤差を補正するための補正値を算出する。具体的には、補正演算部９は、掛算回路、平均回路および積分回路等の各種演算回路を用いて実現される。補正演算部９は、溶接電圧の変動量を評価する評価関数Ｅ(Ｋ)を評価関数演算部６から取得し、所定の摂動信号Ａｓｉｎωｔを発振器７から取得する。補正演算部９は、評価関数Ｅ(Ｋ)に摂動信号Ａｓｉｎωｔを与えて、溶接電圧の変動量に応じたフィードバック係数Ｋの値（以下、係数値Ｋfという）を算出する。詳細には、補正演算部９は、評価関数Ｅ(Ｋ)において総変動エネルギー値Ｅに相関するフィードバック係数Ｋの相関値での評価関数Ｅ(Ｋ)の勾配を算出し、得られた勾配を積分して係数値Ｋfを得る。なお、この係数値Ｋfは、上述したフィードバック係数算出部５による補正前のフィードバック係数Ｋの算出値に相当する。一方、補正演算部９は、上述したように評価関数Ｅ(Ｋ)の極小値に対応する係数基準値Ｋｓを基準値算出部８から取得する。補正演算部９は、この係数基準値Ｋｓから係数値Ｋfを減算して、係数基準値Ｋｓと係数値Ｋfとの誤差を補正するための補正値△Ｋを算出する。
【００３４】
補正制御部１０は、時系列順に沿って各種電気信号を入出力するようにフィードバック係数算出部５を制御するとともに、補正演算部９によって算出された補正値△Ｋを用いてフィードバック係数Ｋの算出値を補正するようにフィードバック係数算出部５を制御する。また、補正制御部１０は、フィードバック係数算出部５によるフィードバック係数Ｋの補正演算処理の速度を制御する。具体的には、補正制御部１０は、上述した係数値Ｋfに対応する評価関数Ｅ(Ｋ)の勾配を補正演算部９から取得し、この取得した勾配をもとに、係数値Ｋfの変化速度を設定する。補正制御部１０は、設定した変化速度に従ってフィードバック係数Ｋの算出値が係数基準値Ｋｓへ変化するように、フィードバック係数算出部５を制御する。
【００３５】
つぎに、本発明の実施の形態にかかるアーク溶接制御方法について説明する。図２は、本発明の実施の形態にかかるアーク溶接制御方法の一例を示すフローチャートである。本実施の形態にかかるアーク溶接制御方法では、図１に示したアーク溶接制御装置１１により、溶接電圧変動を加味してアーク溶接装置１００のワイヤ送給速度ｖwがフィードバック制御され、これによって、アーク溶接装置１００のアーク長Ｌａが定常状態に収束するように制御される。
【００３６】
具体的には、ワイヤ送給速度ｖwのフィードバック制御において、アーク溶接制御装置１１は、図２に示すように、まず、アーク溶接装置１００の溶接電圧を検出する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、電圧検出部４は、溶接対象の母材１１０と溶接ワイヤ１０１との間に印加される溶接電圧を検出する。この場合、電圧検出部４は、所定の時間毎に溶接電圧を順次検出し、これによって、溶接電圧検出値Ｖａの時系列データを得る。得られた溶接電圧検出値Ｖａの時系列データは、ワイヤ送給制御部３、フィードバック係数算出部５、および評価関数演算部６に対して時系列順に順次送信される。
【００３７】
つぎに、アーク溶接制御装置１１は、アーク溶接装置１００に指示するワイヤ送給速度ｖwのフィードバック制御のフィードバック係数Ｋを算出する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において、フィードバック係数算出部５は、ステップＳ１０１によって検出された溶接電圧検出値Ｖａと、入力部１によって入力された溶接電圧設定値Ｖｒとの偏差量を算出する。ついで、フィードバック係数算出部５は、算出した溶接電圧偏差量の一単位当たりのワイヤ送給速度ｖw［ｍｐｍ］の変化量を、ワイヤ送給制御部３によるフィードバック制御のフィードバック係数Ｋ［ｍｐｍ／Ｖ］として算出する。なお、ステップＳ１０２におけるフィードバック係数Ｋは、補正前の値であり、ワイヤ送給速度ｖwのフィードバック制御に供されずに、フィードバック係数算出部５に保存される。
【００３８】
続いて、アーク溶接制御装置１１は、上述した溶接電圧検出値Ｖａをもとに、アーク溶接装置１００における溶接電圧の変動量を評価する評価関数Ｅ(Ｋ)を算出する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において、評価関数演算部６は、電圧検出部４から取得した溶接電圧検出値Ｖａの時系列データに対して高速フーリエ変換処理を行い、これによって、溶接電圧検出値Ｖａの周波数特性を得る。ついで、評価関数演算部６は、得られた溶接電圧検出値Ｖａの周波数特性をもとに、溶接電圧の変動に基づく総変動エネルギー値Ｅ［Ｖｒｍｓ2］を算出する。詳細には、評価関数演算部６は、溶接電圧検出値Ｖａの周波数特性の２乗値を全周波数帯域に亘って積分し、この積分算出値を総変動エネルギー値Ｅとして得る。その後、評価関数演算部６は、アーク溶接装置１００の溶接電圧の変動量を評価する関数として、この総変動エネルギー値Ｅとフィードバック係数Ｋとの相関を示す評価関数Ｅ(Ｋ)を算出する。このようにして算出された評価関数Ｅ(Ｋ)は、補正演算部９へ送信される。
【００３９】
つぎに、アーク溶接制御装置１１は、ステップＳ１０３において算出した溶接電圧変動の評価関数Ｅ(Ｋ)の基準値を算出する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、基準値算出部８は、評価関数Ｅ(Ｋ)の基準値として、ワイヤ溶融速度ｖmとワイヤ送給速度ｖwとを均衡させるフィードバック制御の係数基準値Ｋｓを算出する。
【００４０】
詳細には、まず、基準値算出部８は、入力部１によって入力された時間領域の溶接電圧設定値Ｖｒに対して高速フーリエ変換処理を行い、これによって、溶接電圧設定値Ｖｒの周波数特性（例えば電圧変動振幅等）を得る。ついで、基準値算出部８は、この溶接電圧設定値Ｖｒの周波数特性の２乗値を全周波数帯域に亘って積分し、この積分算出値を、溶接電圧変動のエネルギー基準値Ｅｓとして得る。続いて、基準値算出部８は、評価関数Ｅ(Ｋ)においてエネルギー基準値Ｅｓと相関する係数基準値Ｋｓの候補値を複数設定し、これらの各候補値に対し、発振器７から取得した摂動信号Ａｓｉｎωｔを付与して、エネルギー基準値Ｅｓの変動信号Ｓを算出する。なお、この変動信号Ｓは、エネルギー基準値Ｅｓの変動の大きさを振幅の大きさによって示す。その後、基準値算出部８は、係数基準値Ｋｓの候補値毎に変動信号Ｓの振幅を算出し、これら複数の候補値の中から、変動信号Ｓの振幅が最小となる候補値を係数基準値Ｋｓとして得る。このように算出された係数基準値Ｋｓは、評価関数Ｅ(Ｋ)の極小値に対応しており、補正演算部９に送信される。
【００４１】
ついで、アーク溶接制御装置１１は、溶接電圧変動を加味したフィードバック係数Ｋの補正値△Ｋを算出する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、補正演算部９は、ステップＳ１０３によって算出された評価関数Ｅ(Ｋ)に、発振器７から取得した摂動信号Ａｓｉｎωｔを与えて、溶接電圧の変動量に応じた係数値Ｋfを算出する。ついで、補正演算部９は、ステップＳ１０４によって算出された係数基準値Ｋｓから係数値Ｋfを減算し、これによって、係数基準値Ｋｓと係数値Ｋfとの誤差を補正するための補正値△Ｋを算出する。
【００４２】
詳細には、まず、補正演算部９は、評価関数Ｅ(Ｋ)において溶接電圧検出値Ｖａに対応する係数値Ｋf（未知数）に摂動信号Ａｓｉｎωｔを重畳して、評価関数Ｅ(Ｋ)に摂動信号Ａｓｉｎωｔを与える。これによって、補正演算部９は、次式（１）に示すように、評価関数Ｅ(Ｋ)を一次近似式に変換する。
【００４３】
【数１】
2014039948.tif 000003
【００４４】
ここで、式（１）の一次近似式の右辺は、係数値Ｋfにおける評価関数Ｅ(Ｋ)の変動信号Ｓを表す。すなわち、補正演算部９は、上述したように評価関数Ｅ(Ｋ)に摂動信号Ａｓｉｎωｔを与えることによって、総変動エネルギー値Ｅの変動信号Ｓを算出する。なお、この変動信号Ｓは、総変動エネルギー値Ｅの変動の大きさを振幅の大きさによって示す。
【００４５】
続いて、補正演算部９は、式（１）に示される評価関数Ｅ(Ｋ)の一次近似式と摂動信号Ａｓｉｎωｔとの積を算出し、次式（２）に示すように、この算出した積をその１周期または周期の整数倍にわたって平均する。これによって、補正演算部９は、係数値Ｋfにおける評価関数Ｅ(Ｋ)の勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfの定数倍（例えば整数倍）を算出する。なお、この勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfは、溶接電圧検出値Ｖａをもとに算出された総変動エネルギー値Ｅ（算出値）に相関するフィードバック係数Ｋの相関値における評価関数Ｅ(Ｋ)の勾配である。補正演算部９は、このように算出した勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfを積分し、これによって、係数値Ｋfを算出する。
【００４６】
【数２】
2014039948.tif 000004
【００４７】
その後、補正演算部９は、評価関数Ｅ(Ｋ)の極小値に対応する係数基準値Ｋｓから、上述したように算出した係数値Ｋfを減算する。これによって、補正演算部９は、係数基準値Ｋｓと係数値Ｋfとの誤差を補正可能な補正値△Ｋを算出する。なお、補正演算部９は、この係数基準値Ｋｓを基準値算出部８から取得する。このように算出された補正値△Ｋは、フィードバック係数算出部５へ送信される。
【００４８】
上述したステップＳ１０５を実行後、アーク溶接制御装置１１は、ステップＳ１０５において算出した補正値△Ｋを用いてフィードバック係数Ｋの補正処理を行う（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６において、補正制御部１０は、上述した式（２）に基づき算出された勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfを補正演算部９から取得する。ついで、補正制御部１０は、次式（３）に示すように、この取得した勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfに定数Ｂを乗じ、これによって、係数値Ｋfの変化速度（∂Ｋf／∂ｔ）を算出する。
【００４９】
【数３】
2014039948.tif 000005
【００５０】
なお、変化速度（∂Ｋf／∂ｔ）は、式（３）に示すように、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfに対して反比例の関係にある。また、定数Ｂは、この変化速度（∂Ｋf／∂ｔ）と勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfとの反比例関係における反比例係数である。
【００５１】
補正制御部１０は、フィードバック係数算出部５によるフィードバック係数Ｋの補正演算処理の速度として、式（３）に基づく変化速度（∂Ｋf／∂ｔ）を設定する。補正制御部１０は、上述したように勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfをもとに設定した変化速度（∂Ｋf／∂ｔ）に従ってフィードバック係数Ｋの算出値が係数基準値Ｋｓへ変化するように、フィードバック係数算出部５を制御する。
【００５２】
一方、同じステップＳ１０６において、フィードバック係数算出部５は、ステップＳ１０５によって算出された補正値△Ｋを補正演算部９から取得する。ついで、フィードバック係数算出部５は、ステップＳ１０２において溶接電圧検出値Ｖａをもとに算出したフィードバック係数Ｋの算出値と係数基準値Ｋｓとの誤差を、この補正値△Ｋをもとに補正する。この場合、フィードバック係数算出部５は、補正制御部１０による制御に基づいて、この誤差を補正する演算処理を行う。
【００５３】
すなわち、フィードバック係数算出部５は、式（３）に示したように勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfに相関する変化速度（∂Ｋf／∂ｔ）に従って、フィードバック係数Ｋの算出値を補正値△Ｋ分、係数基準値Ｋｓへ近づける。具体的には、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfが負である場合、フィードバック係数算出部５は、フィードバック係数Ｋの算出値を補正値△Ｋ分、正の方向に変化（増加）させる。勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfが正である場合、フィードバック係数算出部５は、フィードバック係数Ｋの算出値を補正値△Ｋ分、負の方向に変化（減少）させる。また、フィードバック係数算出部５は、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfの絶対値の増大に伴い、フィードバック係数Ｋの算出値を係数基準値Ｋｓへ速く変化させ、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfの絶対値の減少に伴い、フィードバック係数Ｋの算出値を係数基準値Ｋｓへ遅く変化させる。勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋfが零である場合、フィードバック係数算出部５は、フィードバック係数Ｋの算出値の変化を止める。このような算出値の変化の結果、フィードバック係数算出部５は、誤差補正済みのフィードバック係数Ｋｃ［ｍｐｍ／Ｖ］を算出する。なお、フィードバック係数Ｋｃは、係数基準値Ｋｓに近似または一致している。
【００５４】
上述したステップＳ１０６を実行後、アーク溶接制御装置１１は、補正後のフィードバック係数Ｋｃを用いてワイヤ送給速度ｖwをフィードバック制御する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７において、フィードバック係数算出部５は、ワイヤ溶融速度ｖmとワイヤ送給速度ｖwとを均衡させるフィードバック制御に、補正後のフィードバック係数Ｋｃを供する。すなわち、フィードバック係数算出部５は、ステップＳ１０６において算出した誤差補正済みのフィードバック係数Ｋｃの情報をワイヤ送給制御部３へ送信する。ワイヤ送給制御部３は、電圧検出部４から取得した溶接電圧検出値Ｖａとフィードバック係数算出部５から取得したフィードバック係数Ｋｃとを用いて、ワイヤ送給速度ｖwのフィードバック制御を行う。
【００５５】
その後、アーク溶接制御装置１１は、上述したステップＳ１０１に戻り、このステップＳ１０１以降の処理手順を繰り返す。アーク溶接制御装置１１は、このようにステップＳ１０１〜Ｓ１０７を適宜繰り返すことによって、溶接電圧検出値Ｖａに基づくフィードバック係数Ｋを、溶接電圧の変動を加味したフィードバック係数Ｋｃに自動補正する。アーク溶接制御装置１１は、常にフィードバック係数Ｋｃを用いてワイヤ送給速度ｖwをフィードバック制御し、これによって、ワイヤ溶融速度ｖmとワイヤ送給速度ｖwとの均衡をとる。この結果、溶接ワイヤ１０１の直径、密度、材質、溶接電流および溶接電圧等の溶接条件の変化やアーク溶接装置１００の設備的変動によらず常に、アーク長Ｌａ（図１参照）が定常状態に収束することから、溶接電圧の変動が容易に抑制される。
【００５６】
つぎに、本実施の形態にかかるアーク溶接制御方法におけるフィードバック係数Ｋの補正処理を具体的に説明する。図３は、本実施の形態における溶接電圧変動の評価関数の一例を示す図である。なお、図３には、この評価関数Ｅ(Ｋ)における総変動エネルギー値Ｅとフィードバック係数Ｋとの相関関係と、評価関数Ｅ(Ｋ)に摂動信号Ａｓｉｎωｔを与えて得られる変動信号Ｓの具体例とが図示されている。
【００５７】
評価関数Ｅ(Ｋ)は、図３に示すような総変動エネルギー値Ｅとフィードバック係数Ｋとの相関を示す。具体的には、評価関数Ｅ(Ｋ)において、総変動エネルギー値Ｅは、フィードバック係数Ｋが係数基準値Ｋｓである場合に極小値、すなわち、エネルギー基準値Ｅｓになるように、フィードバック係数Ｋの増減変化に伴って増加または減少する。また、任意のフィードバック係数Ｋにおける評価関数Ｅ(Ｋ)の勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）の絶対値は、フィードバック係数Ｋが係数基準値Ｋｓから離間する方向に変化するに伴って増加し、フィードバック係数Ｋが係数基準値Ｋｓに近づく方向に変化するに伴って減少する。なお、係数基準値Ｋｓにおける評価関数Ｅ(Ｋ)の勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋｓの絶対値は、零である。
【００５８】
このような評価関数Ｅ(Ｋ)に摂動信号Ａｓｉｎωｔを与えることによって、変動信号Ｓが算出される。変動信号Ｓは、評価関数Ｅ(Ｋ)の変動を示す信号である。また、変動信号Ｓの振幅は、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）の大きさを示す。具体的には図３に示すように、変動信号Ｓの振幅は、係数基準値Ｋｓにおける評価関数Ｅ(Ｋ)の勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋｓに対応して最小となり、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）の絶対値の増加に伴って増加する。例えば、係数基準値Ｋｓから離間したフィードバック係数Ｋ２における評価関数Ｅ(Ｋ)の勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋ２に対応して、変動信号Ｓの振幅は、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋｓの場合よりも大きくなる。さらに係数基準値Ｋｓから離間したフィードバック係数Ｋ１における評価関数Ｅ(Ｋ)の勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋ１に対応して、変動信号Ｓの振幅は、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋ２の場合よりも大きくなる。一方、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）の符号（正または負）は、変動信号Ｓと摂動信号Ａｓｉｎωｔとの位相関係によって示される。すなわち、図３に示すように、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）が負の勾配（例えば勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋ１）である場合、変動信号Ｓは、摂動信号Ａｓｉｎωｔと逆位相である。勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）が正の勾配（例えば勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋ２）である場合、変動信号Ｓは、摂動信号Ａｓｉｎωｔと同位相である。
【００５９】
ここで、変動信号Ｓは、図３に示すように、フィードバック係数Ｋ１に重畳した摂動信号Ａｓｉｎωｔと逆位相の関係にあり、フィードバック係数Ｋ２に重畳した摂動信号Ａｓｉｎωｔと同位相の関係にある。このようなフィードバック係数Ｋ１，Ｋ２間の値のうち、変動信号Ｓの振幅を最小にする値が係数基準値Ｋｓとして算出される。
【００６０】
また、フィードバック係数Ｋ１が溶接電圧検出値Ｖａ（図１参照）に対応する場合、図２に示したステップＳ１０５によって、フィードバック係数Ｋ１が係数値Ｋfとして算出される。この場合、補正値△Ｋは、係数基準値Ｋｓからフィードバック係数Ｋ１を減算することによって算出される。
【００６１】
溶接電圧検出値Ｖａに基づくフィードバック係数Ｋの算出値は、上述したように算出された補正値△Ｋをもとに補正される。具体的には、図３の太線矢印に示されるように、係数基準値Ｋｓとフィードバック係数Ｋ１（＝Ｋf）との誤差分、フィードバック係数Ｋ１を正の方向に変化させる。この場合、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋ１に相関する変化速度（∂Ｋ１／∂ｔ）に従って、フィードバック係数Ｋ１を係数基準値Ｋｓへ近づける。この結果、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋ１の大きさに応じて速く、フィードバック係数Ｋ１をフィードバック係数Ｋｃに補正する。このようにして得られたフィードバック係数Ｋｃは、係数基準値Ｋｓとフィードバック係数Ｋ１との誤差が解消された値であり、係数基準値Ｋｓに近似または一致する。このような誤差補正済みのフィードバック係数Ｋｃをワイヤ溶融速度ｖmのフィードバック制御に供することによって、図３に示すように、溶接電圧の総変動エネルギー値Ｅ２をエネルギー基準値Ｅｓまで低減する。すなわち、図１に示したアーク溶接装置１００における溶接電圧の変動を最小限に抑制する。
【００６２】
一方、フィードバック係数Ｋ２が溶接電圧検出値Ｖａに対応する場合、ステップＳ１０５によって、フィードバック係数Ｋ２が係数値Ｋfとして算出される。この場合、補正値△Ｋは、係数基準値Ｋｓからフィードバック係数Ｋ２を減算することによって算出される。溶接電圧検出値Ｖａに基づくフィードバック係数Ｋの算出値は、このように算出された補正値△Ｋをもとに補正される。
【００６３】
具体的には、図３の太線矢印に示されるように、係数基準値Ｋｓとフィードバック係数Ｋ２（＝Ｋf）との誤差分、フィードバック係数Ｋ２を負の方向に変化させる。この場合、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋ２に相関する変化速度（∂Ｋ２／∂ｔ）に従って、フィードバック係数Ｋ２を係数基準値Ｋｓへ近づける。この結果、勾配（∂Ｅ／∂Ｋ）Ｋ２の大きさに応じて速く、フィードバック係数Ｋ２をフィードバック係数Ｋｃに補正する。このようにして得られたフィードバック係数Ｋｃは、係数基準値Ｋｓとフィードバック係数Ｋ２との誤差が解消された値であり、係数基準値Ｋｓに近似または一致する。
【００６４】
このような誤差補正済みのフィードバック係数Ｋｃをワイヤ溶融速度ｖmのフィードバック制御に供することによって、図３に示すように、溶接電圧の総変動エネルギー値Ｅ１をエネルギー基準値Ｅｓまで低減する。すなわち、図１に示したアーク溶接装置１００における溶接電圧の変動を最小限に抑制する。
【００６５】
つぎに、本発明による溶接電圧の変動抑制効果を具体的に説明する。図４は、本発明にかかるアーク溶接制御をアーク溶接装置に適用した場合の溶接電圧の経時変化を例示する図である。図５は、従来のアーク溶接制御をアーク溶接装置に適用した場合の溶接電圧の経時変化を例示する図である。図６は、本発明にかかるアーク溶接制御をアーク溶接装置に適用した場合の溶接電圧の周波数特性を例示する図である。図７は、従来のアーク溶接制御をアーク溶接装置に適用した場合の溶接電圧の周波数特性を例示する図である。
【００６６】
本発明にかかるアーク溶接制御装置１１によってワイヤ送給速度ｖwが適正にフィードバック制御されたアーク溶接装置１００（図１参照）では、図４に示すように、溶接電圧の変動が常時、アーク溶接において許容される変動範囲内に抑制されている。一方、従来のアーク溶接制御をアーク溶接装置１００に適用した場合、図５に示すように、溶接電圧の過大ピークがランダムな時間に発生していることが分かる。すなわち、従来のアーク溶接制御では、アーク溶接装置１００における溶接電圧の変動をアーク溶接の許容範囲内に抑えることが困難である。図４，５を比較して分かるように、本発明にかかるアーク溶接制御をアーク溶接装置１００に適用することによって、経時的な溶接電圧の変動量△Ｖ１［Ｖ］が従来のアーク溶接制御の場合に比して低減されている。
【００６７】
また、本発明にかかるアーク溶接制御を適用したアーク溶接装置１００では、アーク長Ｌａが確実に定常状態に収束するため、図６に示すように、全周波数領域について溶接電圧の振幅が安定している。一方、従来のアーク溶接制御を適用したアーク溶接装置１００では、図７に示すように、高周波領域において溶接電圧の振幅が過度に増幅され、これによって、低周波数領域と高周波数領域との間における溶接電圧の振幅の差が激しい。すなわち、溶接電圧の変動振幅が安定していない。これは、ワイヤ送給速度ｖwの過大によるハンチングが発生したためである。すなわち、従来のアーク溶接制御では、アーク溶接装置１００のワイヤ送給速度ｖwを適正に制御することが困難であり、このため、溶接電圧の変動振幅をアーク溶接の許容範囲内に抑えることが困難である。図６，７を比較して分かるように、本発明にかかるアーク溶接制御をアーク溶接装置１００に適用することによって、溶接電圧の振幅の変動量△Ｖ２［Ｖ］が従来のアーク溶接制御の場合に比して低減されている。
【００６８】
図４〜７を比較参照した結果、本発明にかかるアーク溶接制御を適用したアーク溶接装置１００は、従来に比して十分に安定した溶接電圧によって母材１１０をアーク溶接できることが分かる。このようなアーク溶接装置１００は、溶着量不足および介在物（フラックスの塊、気泡等）等の溶接欠陥がなく良好な状態に、母材１１０をアーク溶接することができる。
【００６９】
以上、説明したように、本発明の実施の形態では、溶接対象の母材と溶接ワイヤとの間の溶接電圧検出値をもとに、溶接電圧の変動量の評価関数を算出し、この評価関数に摂動信号を与えて、溶接電圧の変動量に応じた係数値を算出し、この評価関数の極小値に対応する基準値から上述した係数値を減算して補正値を算出し、この補正値をもとに、溶接電圧検出値に基づくフィードバック係数の算出値と上述した基準値との誤差を補正し、この補正後のフィードバック係数を、ワイヤ溶融速度とワイヤ送給速度とを均衡させるフィードバック制御に供している。
【００７０】
このため、溶接ワイヤの直径、密度、材質、溶接電流および溶接電圧等の溶接条件の変化やアーク溶接装置の設備的変動に起因する溶接電圧の変動のエネルギーが最小になるように、ワイヤ送給速度のフィードバック制御のフィードバック係数を補正できる。このようなフィードバック係数を、ワイヤ溶融速度とワイヤ送給速度とを均衡させるフィードバック制御に供することによって、溶接条件の変化や設備的変動等の溶接電圧変動の要因によらず常に、アーク長を定常状態に収束させることができる。これによって、たとえ溶接変動要因が発生した場合であっても、容易に、アーク溶接時の溶接電圧の変動を最小限に抑制できる。この結果、アーク溶接に要する費用を低減しつつ、アーク溶接起因の溶接欠陥を抑制できるとともに、母材の良好なアーク溶接状態を安定して得ることができる。
【００７１】
本発明にかかるアーク溶接制御をアーク溶接装置に適用することによって、溶接欠陥による母材およびエネルギーの損失を低減でき、この結果、アーク溶接の歩留まりおよび能率を向上できるとともに、需要者の要望に合った良質なアーク溶接製品を製造できる。
【００７２】
また、本発明の実施の形態では、フィードバック係数の算出値と係数基準値との誤差の増加に伴って、係数基準値へ近づく方向のフィードバック係数の変化速度を増大させている。このため、フィードバック係数誤差の大きさに応じて高速に、フィードバック係数の算出値を適正値に補正できる。これによって、短時間に効率よくフィードバック係数を補正することができ、この結果、上述したフィードバック制御の効率を向上できるとともに、アーク溶接時の溶接電圧の変動を効率よく抑制できる。
【００７３】
なお、上述した実施の形態では、溶接電圧変動の評価関数Ｅ(Ｋ)を算出した後にフィードバック係数Ｋの係数基準値Ｋｓを算出していたが、これに限らず、係数基準値Ｋｓは、図２に示したステップＳ１０５の処理、すなわち、フィードバック係数Ｋの補正値△Ｋの算出処理までに算出すればよい。例えば、ステップＳ１０１またはステップＳ１０２の後に係数基準値Ｋｓを算出してもよいし、ステップＳ１０１の前に係数基準値Ｋｓを算出してもよい。
【００７４】
また、上述した実施の形態では、フィードバック係数算出部５によるフィードバック係数Ｋの補正タイミングを補正制御部１０によって制御していたが、これに限らず、補正演算部９によって補正値△Ｋがフィードバック係数算出部５に入力されたことをトリガーとして、フィードバック係数Ｋを自動補正してもよい。この場合、補正制御部１０を設けなくてもよい。
【００７５】
さらに、上述した実施の形態では、溶接電圧検出値Ｖａを取得したことをトリガーとして、フィードバック係数算出部５がフィードバック係数Ｋを算出していたが、これに限らず、フィードバック係数算出部５によるフィードバック係数Ｋの算出タイミングは、溶接電圧を検出後からフィードバック係数の補正処理までの期間内であればよい。例えば、図２に示したステップＳ１０３の後、ステップＳ１０４の後、またはステップＳ１０５の後の何れのタイミングにフィードバック係数Ｋを算出してもよい。また、溶接電圧検出値Ｖａおよび補正値△Ｋをもとに、誤差補正後のフィードバック係数Ｋｃを一度に算出してもよい。
【００７６】
また、上述した実施の形態により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。例えば、母材１１０は、鉄鋼材であってもよいし、銅またはアルミニウム等の鉄鋼材以外の金属材であってもよい。その他、上述した実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１  入力部
２  溶接演算部
３  ワイヤ送給制御部
４  電圧検出部
５  フィードバック係数算出部
６  評価関数演算部
７  発振器
８  基準値算出部
９  補正演算部
１０  補正制御部
１１  アーク溶接制御装置
１００  アーク溶接装置
１０１  溶接ワイヤ
１０２  送給ローラ
１０３  モータ
１０４  溶接電源
１０５  電極
１１０  母材
【図１】
2014039948.tif 000006
【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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【図７】
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