(57)【要約】【課題】シールドガスの噴射状態をより正確に把握でき、溶接状況の監視をより適切に行うことができる溶接機を提供する。【解決手段】処理回路２４において、シールドガスＧのガス流速音を含む音をマイク２３を介して取得し、取得した音からガス流速音特有の周波数帯域の音を抽出し、抽出した帯域の音圧レベルに基づいてシールドガスＧの噴射状態の良否判定を行うようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接のための出力電力を生成する電源生成手段と、アーク周りにシールドガスを噴射するガス供給手段と、アーク溶接に係る各種制御を行う制御手段とを備えた溶接機であって、
前記シールドガスのガス流速音を含む音をマイクを介して取得し、取得した音からガス流速音特有の周波数帯域の音を抽出し、抽出した帯域の音圧レベルに基づいて前記シールドガスの噴射状態の良否判定を行うガス噴射状態判定手段を備えたことを特徴とする溶接機。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接機において、
前記ガス噴射状態判定手段は、溶接実施毎において、溶接実施直前の無負荷動作時のガス流速音を基準とし、この基準のガス流速音と溶接実施中の時々のガス流速音との比較に基づいて前記シールドガスの噴射状態の良否判定を行うことを特徴とする溶接機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の溶接機において、
前記制御手段は、前記ガス噴射状態判定手段による前記シールドガスの噴射状態の否側への判定に基づいて、警告と、前記電源生成手段に対する出力停止とを段階的に実施することを特徴とする溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドガスを用いるアーク溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接機において、アーク周りにシールドガスを噴射しアークによる溶接部分を外気から遮蔽して溶接性能の向上を狙ったガスシールドアーク溶接機が知られている。この種の溶接機としては例えば特許文献１や特許文献２に開示のものがあり、同文献の溶接機では、アーク音をマイクにて採取し、採取した音の特定周波数（１０ｋＨｚ付近又は２０ｋＨｚ付近）の音圧レベルから溶接施工状況を判断する手段が備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２９９５６６号公報
【特許文献２】特開平１０−９９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、シールドガスの噴射状態が悪いと溶接外観を悪化させ、場合によっては溶接欠陥に至る虞がある。特許文献１や特許文献２の技術では、シールドガスの噴射状態の把握が十分でなく、把握できたとしてもアーク音の周波数分析による間接的なものであった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、シールドガスの噴射状態をより正確に把握でき、溶接状況の監視をより適切に行うことができる溶接機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する溶接機は、アーク溶接のための出力電力を生成する電源生成手段と、アーク周りにシールドガスを噴射するガス供給手段と、アーク溶接に係る各種制御を行う制御手段とを備えた溶接機であって、前記シールドガスのガス流速音を含む音をマイクを介して取得し、取得した音からガス流速音特有の周波数帯域の音を抽出し、抽出した帯域の音圧レベルに基づいて前記シールドガスの噴射状態の良否判定を行うガス噴射状態判定手段を備える。
【０００７】
この構成によれば、マイクを介して取得した音からシールドガスのガス流速音特有の周波数帯域の音が抽出され、抽出された帯域の音圧レベルに基づいてシールドガスの噴射状態の良否判定が行われる。つまり、ガス流速音に基づくシールドガスの噴射状態の直接的な良否判定がなされるため、より正確な判定が可能で、溶接状況の監視をより適切に行うことが可能となる。
【０００８】
また上記の溶接機において、前記ガス噴射状態判定手段は、溶接実施毎において、溶接実施直前の無負荷動作時のガス流速音を基準とし、この基準のガス流速音と溶接実施中の時々のガス流速音との比較に基づいて前記シールドガスの噴射状態の良否判定を行うものが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、シールドガスの噴射状態の良否判定で、溶接実施中の時々のガス流速音との比較に用いる基準のガス流速音は、溶接実施毎における溶接実施直前の無負荷動作時のガス流速音としている。つまり、溶接実施毎にガス流速音がばらつくため、基準のガス流速音をその溶接実施毎に設定し直すことで、シールドガスの噴射状態の良否判定をより正確に行うことが可能となる。
【００１０】
また上記の溶接機において、前記制御手段は、前記ガス噴射状態判定手段による前記シールドガスの噴射状態の否側への判定に基づいて、警告と、前記電源生成手段に対する出力停止とを段階的に実施するものが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、シールドガスの噴射状態の否側への判定において、警告と、電源生成手段に対する出力停止とが段階的に実施される。つまり、シールドガスの噴射状態が悪化して電源生成手段での出力停止、即ち溶接動作が停止される前段階で一先ず警告が実施されることで、作業者等が溶接施工の継続が妥当かを判断でき、また何らかの対策を講じる猶予が生じるため、溶接施工の継続性向上に寄与できる等の効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の溶接機によれば、シールドガスの噴射状態をより正確に把握でき、溶接状況の監視をより適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態におけるアーク溶接機の概略構成図。
【図２】シールドガスのガス流速音の判定を説明するための説明図。
【図３】シールドガスのガス流速音の判定にかかる動作を説明するためのフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、溶接機の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の溶接機１０は、ガスシールドアーク溶接機である。溶接機１０に備えられる溶接電源装置１１は、インバータ１１ａを用いる絶縁型電力変換装置等で構成され、三相交流の商用電源等からアーク溶接に適した直流の出力電力の生成を行う。電源装置１１内には、インバータ１１ａのスイッチング制御を含むアーク溶接の統合的な制御を行う制御回路１２を備えている。電源装置１１の一方の出力端子は、電力線及び通信線を含む接続ケーブル１３を介して送給装置１４に接続され、該送給装置１４は同じく電力線及び通信線を含む接続ケーブル１３を介して溶接トーチ１５に接続される。電源装置１１の他方の出力端子は、接地用ケーブル１６を介して溶接対象（母材）１７に接続される。
【００１５】
送給装置１４は、溶接トーチ１５に対してワイヤ電極１８の送給を行う（送給装置１４と溶接トーチ１５との間のワイヤ電極については図示略）。即ち、溶接トーチ１５ではワイヤ電極１８が支持され、溶接時に電源装置１１からの出力電力の供給に基づいてワイヤ電極１８の先端から溶接対象１７に対してアークを生じさせるが、そのアークによりワイヤ電極１８が消耗する。送給装置１４は、電源装置１１の制御回路１２の制御に基づき、ワイヤ電極１８の消耗状況等に応じた送給速度でワイヤ電極１８の送給動作を行う。ワイヤ電極１８の送給速度は、制御回路１２にてその都度適切値に設定される。
【００１６】
溶接トーチ１５においては、ワイヤ電極１８からのアークの発生とともに、そのアークの周囲（電極１８の周囲）にシールドガスＧの噴射が行われる。即ち、ガス貯蔵装置１９と送給装置１４との間、及び送給装置１４と溶接トーチ１５との間は、ガス貯蔵装置１９にて貯蔵されるシールドガスＧのトーチ１５への送給が可能となるようにそれぞれ送給ホース２０にて接続される。ガス貯蔵装置１９には、ガスＧの流量を調整するガスレギュレータ２１が備えられ、該レギュレータ２１は、制御回路１２の制御に基づき、溶接トーチ１５にて噴射させるガスＧの流量調整を行う。ガスＧの流量は、制御回路１２にてその都度適正値に設定される。
【００１７】
また、溶接トーチ１５には、操作スイッチ２２が備えられている。操作スイッチ２２は、アーク溶接の開始や停止（オン・オフ）、出力電流・電圧といったパラメータ調整、連続アークやパルスアークといったアーク態様変更等、溶接に係る各種の操作指令が可能であり、各種指令信号は接続ケーブル１３を介して制御回路１２に送信される。
【００１８】
また、溶接トーチ１５には、シールドガスＧのガス流速音を含む電極１８の先端付近の音を採取するマイク２３が接続されている。マイク２３にて採取した音は、音信号として溶接トーチ１５内に備えられる処理回路２４に入力される。処理回路２４は、入力された音信号の周波数解析を行う。
【００１９】
本実施形態の処理回路２４は、毎回の溶接開始時において、ワイヤ電極１８が溶接対象１７に接触する直前（溶接実施直前の無負荷動作時）のガス流速音の周波数帯域及び音圧レベルを基準データとして保存する。換言すれば、溶接実施毎に基準データが書き換えられている。処理回路２４は、例えば今回の溶接施工の際に取得したガス流速音がａ帯域とした時、そのａ帯域以外の周波数の音をカットするバンドパスフィルタを備え、ａ帯域の周波数の音のみを取得するようにしている。尚、ガス流速音の基準データの処理回路２４への保存は自動で行うが、操作スイッチ２２の操作に基づく等、手動で行う態様でもよい。
【００２０】
そして、処理回路２４は、溶接実施中においてもガス流速音を適時モニタしており、溶接実施中の時々のガス流速音と、実施直前に取得・保存した基準となるガス流速音のａ帯域での音圧レベルの比較を行う。本実施形態の処理回路２４は、図２に示すように、基準のガス流速音から−２５％を第１閾値ｔｈ１、基準のガス流速音から−５０％を第２閾値ｔｈ２と設定されており、溶接実施中の時々のガス流速音と基準のガス流速音との比較判定を行っている。
【００２１】
次に、本実施形態の溶接機１０のシールドガスＧの噴射良否及びこれに付随する溶接機１０の動作を図３に示すフローを参照しつつ説明する。
溶接開始に際して先ず、ワイヤ電極１８が溶接対象１７に接触する直前の基準ガス流速音がマイク２３を通じて取得され、保存される（ステップＳ１）。つまり、溶接開始に際し、シールドガスＧの噴射状態が適正となるように設定されているとして、溶接実施直前の無負荷動作時のガス流速音が基準として保存される。次いで溶接施工が実施されると（ステップＳ２）、処理回路２４はその時々に取得したガス流速音と基準のガス流速音との比較を行う（ステップＳ３）。
【００２２】
ガス流速音のａ帯域内の音圧レベルが第１閾値ｔｈ１を上回っている場合（ステップＳ４→Ｓ５）、処理回路２４は溶接実施直前のガス流速音と同等でシールドガスＧの噴射状態が許容範囲内であると判定し、その旨の判定信号を制御回路１２に出力する。制御回路１２は、その判定信号に基づいて通常制御を行い、溶接施工を継続させる。
【００２３】
ガス流速音のａ帯域内の音圧レベルが第１閾値ｔｈ１以下（第２閾値ｔｈ２よりは大）になると（ステップＳ４→Ｓ６→Ｓ７）、処理回路２４はガス流速が低下しシールドガスＧの流量が若干不足したと判定し、その旨の判定信号を制御回路１２に出力する。制御回路１２は、その判定信号に基づいて作業者等に対して警告を行う。作業者等においては、この時点で溶接施工の継続が妥当かの判断が可能となる。
【００２４】
また、ガス流速音のａ帯域内の音圧レベルが更に第２閾値ｔｈ２以下になると（ステップＳ６→Ｓ８）、処理回路２４はガス流速が大きく低下しシールドガスＧの流量不足が大きいと判定し、その旨の判定信号を制御回路１２に出力する。制御回路１２は、その判定信号に基づいて、これ以上の溶接施工の継続は溶接外観の悪化、場合によっては溶接欠陥を発生させる虞があるとしてインバータ１１ａの動作を停止させ、電源装置１１の出力停止を行う。これにより、溶接外観の悪化や溶接欠陥の発生を未然に防止することが可能で、溶接品質の向上に貢献できる。
【００２５】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）マイク２３を介して取得した音からシールドガスＧのガス流速音特有の周波数帯域（ａ帯域）の音が抽出され、抽出された帯域の音圧レベルに基づいてシールドガスＧの噴射状態の良否判定が行われる。つまり、ガス流速音に基づくシールドガスＧの噴射状態の直接的な良否判定がなされるため、より正確な判定を行うことができ、溶接状況の監視をより適切に行うことができる。
【００２６】
（２）シールドガスＧの噴射状態の良否判定で、溶接実施中の時々のガス流速音との比較に用いる基準のガス流速音は、溶接実施毎における溶接実施直前の無負荷動作時のガス流速音としている。つまり、溶接実施毎にガス流速音がばらつくため、基準のガス流速音をその溶接実施毎に設定し直すことで、シールドガスＧの噴射状態の良否判定をより正確に行うことができる。
【００２７】
（３）シールドガスＧの噴射状態の否側への判定において、警告と、インバータ１１ａに対する出力停止とが段階的に実施される。つまり、シールドガスＧの噴射状態が悪化してインバータ１１ａでの出力停止、即ち溶接動作が停止される前段階で一先ず警告が実施されることで、作業者等が溶接施工の継続が妥当かを判断でき、また何らかの対策を講じる猶予が生じるため、溶接施工の継続性向上に寄与できる等の効果が期待できる。
【００２８】
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・処理回路２４を溶接トーチ１５内に備え、マイク２３で採取した音の分析、アーク状態の判定を行う処理回路２４をトーチ１５側に配置したが、制御回路１２に処理回路２４を配置し、制御回路１２側で音の分析、アーク状態の判定を行うようにしてもよい。
【００２９】
・マイク２３を溶接トーチ１５に接続したが、送給装置１４に接続する態様としてもよい。また、マイク２３から制御回路１２への信号送信を接続ケーブル１３を介した有線送信としたが、マイク２３側に送信機、制御回路１２側に受信機を備え、両者間の信号送信を無線送信としてもよい。
【００３０】
・基準のガス流速音を毎回の溶接開始時に取得・保存するようにしたが、予め基準データを保存する態様であってもよい。
・ガス流速音の比較判定において、ａ帯域内で更に細分化した周波数帯域の内の少なくとも１箇所の音圧レベルの比較判定を行ってもよい。また、ａ帯域内でより重要な周波数帯域の音を少なくとも含んで比較判定を行ったり、ａ帯域の音圧レベルの合計値（面積）で比較判定を行ったりする等、その態様を適宜変更してもよい。
【００３１】
・図３のフローは一例であり、適宜変更してもよい。例えば、シールドガスＧの噴射状態の否側への判定に伴い警告と出力停止とを段階的に実施するとしたが、一度に出力停止とともにその報知を行うようにしてもよい。また、警告の際にシールドガスＧの流量を増加させる制御を行うようにしてもよい。
【００３２】
・アークにより電極１８が消耗する消耗電極式の溶接機１０に適用したが、非消耗電極式の溶接機に適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
【００３３】
（イ）  アーク溶接のための出力電力を生成する電源生成手段と、アーク周りにシールドガスを噴射するガス供給手段と、アーク溶接に係る各種制御を行う制御手段とを備えた溶接機の溶接状況監視方法であって、
前記シールドガスのガス流速音を含む音をマイクを介して取得し、取得した音からガス流速音特有の周波数帯域の音を抽出し、抽出した帯域の音圧レベルに基づいて前記シールドガスの噴射状態の良否判定を行うようにしたことを特徴とする溶接機の溶接状況監視方法。
【００３４】
（ロ）  溶接実施毎において、溶接実施直前の無負荷動作時のガス流速音を基準とし、この基準のガス流速音と溶接実施中の時々のガス流速音との比較に基づいて前記シールドガスの噴射状態の良否判定を行うようにしたことを特徴とする溶接機の溶接状況監視方法。
【００３５】
（ハ）  前記シールドガスの噴射状態の否側への判定に基づいて、警告と、前記電源生成手段に対する出力停止とを段階的に実施するようにしたことを特徴とする溶接機の溶接状況監視方法。
【符号の説明】
【００３６】
Ｇ      シールドガス
１０    溶接機
１１    溶接電源装置（電源生成手段）
１１ａ  インバータ（電源生成手段）
１２    制御回路（制御手段）
１９    ガス貯蔵装置（ガス供給手段）
２１    ガスレギュレータ（ガス供給手段）
２３    マイク
２４    処理回路（ガス噴射状態判定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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