(57)【要約】      （修正有）【課題】電力変換器、磁界システム、及びこれら両方と同期する制御装置を含むアーク溶接システムを提供する。【解決手段】アーク溶接システム１０は、溶接信号３６に基づいて溶接波形２４を出力する電力変換器２２を含む。電力変換器２２は、溶接波形２４に基づいて溶接トーチ２６とワーク１８との間に電気アーク１４を形成するために、溶接トーチ２６に作動可能に接続される。アーク１４によって、溶融材料の少なくとも１つの液滴をワーク１８に移動させる。アーク溶接システム１０は、磁気ステアリング信号に基づいて磁界を発生させる磁界発生器と、電力変換器２２及び磁界制御装置に作動可能に接続された制御装置３４とを備えた磁界システムを含む。制御装置２２は、溶接信号３６に応じて電力変換器２２の動作を制御するとともに、同時に磁気ステアリング信号に応じて磁界システムを制御する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接システム（１０）であって、当該システムは：
溶接信号に基づいて溶接波形（２４）を出力するとともに、該溶接波形（２４）に基づいて溶接トーチ（２６）とワーク（１８）との間で電気アーク（１４）を形成するために前記溶接トーチ（２６）に作動可能に接続される電力変換器（２２）であって、前記アーク（１４）は、溶融材料の少なくとも１つの溶滴（１１７）を前記ワーク（１８）上に移動させる、電力変換器と；
磁気ステアリング信号に基づいて磁界（１０９）を発生する磁界発生器（１０５）を含む磁界システムと；
前記電力変換器（２２）と前記磁界発生器（１０５）とに作動可能に接続された制御装置（３４）と；を備えており、
前記制御装置（３４）は、前記溶接信号に応じて前記電力変換器（２２）の動作を制御するとともに、同時に前記磁気ステアリング信号に応じて前記磁界システムを制御し、
前記溶接信号が、各波形サイクルについてのピーク部とバックグラウンド部とを含み、
前記磁気ステアリング信号は、ピーク部を含む、
システム。
【請求項２】
前記磁気ステアリング信号のピーク部は、前記溶接信号のピーク部と同期され、それによって、全てのＮ個の溶接信号ピークについて、１つの前記磁気ステアリング信号のピークが存在し、ここで、Ｎは正の整数であり、
前記磁界は、前記溶融材料の溶滴の移動中に前記溶滴の経路に影響を及ぼす、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
Ｎは、１〜２０の包括的な数である、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記磁気ステアリング信号のピークは、前記溶接信号のピークからオフセットしており、それによって、前記磁界は、前記溶接波形がピーク値に達した後に、ピーク値に到達する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記磁気ステアリング信号のピーク部は、前記溶接信号のバックグラウンド部と同期しており、
前記磁界（１０９）は、前記アーク（１４）によって形成された溶接パドルを前記ワーク（１８）上で制御する、前記溶接パドルを引き伸ばす、及び前記ワーク（１８）の表面を予備洗浄することのうちの１つを実行する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御装置（３４）は、並列状態ベースの制御装置であり、該並列状態ベースの制御装置は：
前記溶接信号を少なくとも規定するような第１の複数の制御状態を含む溶接状態テーブル（１５４）と；
前記磁気ステアリング信号を少なくとも規定するような第２の複数の制御状態を含む磁界システムの状態テーブル（１５８）と；を有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
第１の複数の制御状態は、ピーク波形の制御状態を含み、前記溶接信号は、並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク波形の制御状態に入ったときに、ピーク値に移行し、
第２の複数の制御状態は、ピーク磁界の制御状態を含み、前記磁気ステアリング信号は、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク磁界の制御状態に入ったときに、ピーク値に移行し、
全てのＮ回について、Ｎは、正の整数であり、前記並列状態ベースの制御装置は、前記ピーク波形の制御状態に入り、前記並列状態ベースの制御装置は、前記ピーク磁界の制御状態に入り、
前記磁界（１０９）は、溶融材料の溶滴（１１７）の移動中に、前記溶滴（１１７）の経路に影響を及ぼす、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク波形の制御状態にＮ回入った後で、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク磁界の制御状態に入る前に、遅延が存在する、
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記遅延は、１〜１００ミリ秒である、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
アーク溶接電源（１０）であって、当該電源は：
溶接信号に基づいて溶接波形（２４）を出力するような電力変換器（２２）と；
少なくとも前記溶接信号と磁気ステアリング信号とを生成する制御装置（３４）と；を備えており、
前記磁気ステアリング信号は、前記磁気ステアリング信号に基づいて磁界（１０９）を発生させるような磁界システムに出力され、
前記電力変換器（２２）は、前記溶接波形（２４）に基づいて溶接トーチ（２６）とワーク（１８）との間で電気アーク（１４）を形成するために、前記溶接トーチ（２６）に作動可能に接続され、前記アークによって、溶融材料（１４）の少なくとも１つの液滴（１１７）がワーク（１８）上に移動され、
前記制御装置（３４）は、前記溶接信号に応じて前記電力変換器（２２）の動作を制御するとともに、同時に前記磁気ステアリング信号に応じて前記磁界システムを制御し、
前記溶接信号は、各波形サイクルについてピーク部とバックグラウンド部とを含み、
前記磁気ステアリング信号は、ピーク部を含む、
電源。
【請求項１１】
前記磁気ステアリング信号のピーク部は、前記溶接信号のピーク部と同期され、全てのＮ個の溶接信号ピークについて、１つの前記磁気ステアリング信号のピークが存在しており、ここで、Ｎは正の整数であり、及び前記磁界は、溶融材料の溶滴の移動中に、前記溶滴の経路に影響を与え、及び／又はＮは、１〜２０の間の包括的な数である、
請求項１０に記載の電源。
【請求項１２】
前記磁気ステアリング信号のピークが、前記溶接信号のピークからオフセットされており、それによって、前記磁界は、前記溶接波形がピーク値に達した後に、ピーク値に到達する、
請求項１０又は１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記磁気ステアリング信号のピーク部は、前記溶接信号のバックグラウンド部と同期されており、前記磁界は、前記アークによって形成された溶接パドルを前記ワーク上で制御する、前記溶接パドルを引き延ばす、及び前記ワークの表面を予備洗浄することのうちの１つを実行する、
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御装置は、並列状態ベースの制御装置であり、該並列状態ベースの制御装置は、前記溶接信号を少なくとも規定するような第１の複数の制御状態を含む溶接状態テーブルと、前記磁気ステアリング信号を少なくとも規定するような第２の複数の制御状態を含む磁界システムの状態テーブルとを含んでおり、
好ましくは：第１の複数の制御状態は、ピーク波形の制御状態を含み、前記溶接信号は、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク波形の制御状態に入るときに、ピーク値に移行し、第２の複数の制御状態は、ピーク磁界の制御状態を含み、前記磁気ステアリング信号は、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク磁界の制御状態に入ったときに、ピーク値に移行し、
全てのＮ回について、Ｎは正の整数であり、前記並列状態ベースの制御装置は、前記ピーク波形の制御状態に入り、前記並列状態ベースの制御装置は、前記ピーク磁界の制御状態に入り、前記磁界は、溶融材料の溶滴の移動中に、前記溶滴の経路に影響を与え、
好ましくは：前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク波形の制御状態にＮ回入った後に、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク磁界の制御状態に入る前に遅延が存在しており、
好ましくは：前記遅延は、１〜１００ミリ秒である、
請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のシステム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許出願第１３／５３４，１１９号の一部継続出願であり、これについて優先権を主張するものであり、この文献の全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、また、米国特許出願第１３／４３８，７０３号の一部継続出願であり、これについて優先権を主張するものであり、この文献の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本考案は、アーク溶接システムの制御装置、及びアーク溶接システムで使用するための制御方法に関し、より具体的には、アーク溶接システム及びアーク溶接電源に関する。
【背景技術】
【０００３】
状態ベースの制御原理を、溶接中にワークに印加される溶接波形を制御するために用いることができる。溶接電源に格納された状態テーブルは、溶接波形の異なる部分にそれぞれに対応する複数の制御状態によって溶接波形を規定する。例えば、ある状態が、溶接波形のピーク電流に対応することができ、他の状態が、溶接波形のバックグラウンド電流に対応することができる。状態テーブルの個々の状態が、一緒に全体的な溶接波形を規定する。
【０００４】
追加の別個の制御装置（すなわち、溶接電源から分離した制御装置）が、アーク溶接システムの他の態様を制御するために設けられている。例えば、アーク溶接システムは、溶接トーチの動きを位置決めし且つ制御するために、モータ制御装置等の専用の制御装置と、消耗ワイヤ電極のワイヤ送り速度を制御するための別の専用の制御装置とを有することができる。アーク溶接システムは、アークの動きを制御するために、溶接中の溶接トーチのウィービング(weaving)、ワークの長さに沿ったトーチの並進又は移動、パイプの周りに溶接トーチの周方向（軌道）運動等を制御するためのさらなる制御装置を有することができる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
そのような制御装置は、状態ベースの溶接制御装置から分離されており、そのような制御装置と状態ベースの溶接制御装置との間にほとんど統合が存在していない。こうして、分離した制御装置の間には相乗効果がない。分離した追加の制御装置は、全体的な溶接制御システム内の不安定性を回避するために、状態ベースの溶接制御装置よりもはるかに遅い制御周波数で動作する傾向がある。例えば、分離した追加の制御装置は、１〜１０ヘルツ（Ｈｚ）の範囲の制御周波数で動作するが、溶接制御装置の制御周波数は、数百又は数千倍速くなり得る。さらに、分離した制御装置は、多くの場合、溶接システム内に重複するセンサ（例えば、電圧、電流等）の使用を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案の一態様によれば、アーク溶接システムが提供される。アーク溶接システムは、溶接トーチを有する。電極が、溶接トーチに作動可能に接続されており、溶接トーチから電気エネルギーを受け取る。電極は、アーク溶接システムからの電気アークを確立する。溶接電源は、溶接波形に応じて電気アークを発生させるための電気エネルギーを供給する。溶接電源は、スイッチ切替式電力変換器を有する。スイッチ切替式電力変換器は、電気エネルギーを溶接トーチに供給するために溶接トーチに作動可能に接続される。並列状態ベースの制御装置が、スイッチ切替式電力変換器に作動可能に接続されており、且つこのスイッチ切替式電力変換器の動作を制御するためのスイッチ切替式電力変換器に波形制御信号を供給する。並列状態ベースの制御装置は、電極及び溶接トーチの少なくとも一方の動きを制御するための動作制御信号を生成する。並列状態ベースの制御装置は、プロセッサを有する。センサは、並列状態ベースの制御装置に作動可能に接続された出力を有しており、溶接電圧及び溶接電流の少なくとも一方を感知する。メモリ部は、プロセッサに動作可能に接続されており、且つ第１の複数のシーケンス制御状態を含む溶接状態テーブルと、第２の複数のシーケンス制御状態を含む動作制御システムの状態テーブルとを格納する。溶接波形は、溶接状態テーブルに規定される。並列状態ベースの制御装置は、溶接状態テーブルに応じて波形制御信号を用いてスイッチ切替式電力変換器の動作を制御し、同時に動作制御システムの状態テーブルに応じて動作制御信号を調整する。並列状態ベースの制御装置は、センサから受信した信号に応じて溶接状態テーブルの制御状態同士の間で移行し、且つセンサから受信した信号に応じて動作制御システムの状態テーブルの制御状態同士の間で移行する。いくつかの実施形態では、並列状態ベースの制御装置は、溶接状態テーブルに応じて波形制御信号を用いてスイッチ切替式電力変換器の動作を制御し、同時に磁気アークシステムの状態テーブルに応じて磁気アーク信号を調整する。並列状態ベースの制御装置は、センサから受信した信号に応じて溶接状態テーブルの制御状態同士の間で移行し、且つセンサから受信した信号に応じて磁気アークシステムの状態テーブルの制御状態同士の間で移行する。当然のことながら、いくつかの実施形態では、並列状態ベースの制御装置は、スイッチ切替式電力変換器、動作制御システム、及び磁気アークシステムの動作を同時に制御することができる。
【０００７】
本考案の別の態様によれば、アーク溶接システムを制御する方法が、提供される。この方法は、アーク溶接システムを提供するステップを含む。アーク溶接システムは、溶接トーチと、溶接電源とを有する。溶接電源は、溶接トーチに作動可能に接続されたスイッチ切替式電力変換器を有する。並列状態ベースの制御装置は、溶接状態テーブルと、動作制御システムの状態テーブルとを含む。アーク溶接システムは、溶接電圧センサと、溶接電流センサとを有する。電気アークが、アーク溶接システムとワークとの間に発生する。並列状態ベースの制御装置は、スイッチ切替式電力変換器を制御して、溶接状態テーブルに応じて溶接波形を発生させる。溶接状態テーブルは、溶接波形を規定するような第１の複数のシーケンス制御状態を含む。スイッチ切替式電力変換器を制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、溶接状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。並列状態ベースの制御装置は、スイッチ切替式電力変換器を同時に制御しながら、動作制御システムの状態テーブルに応じて溶接トーチの動きを制御する。動作制御システムの状態テーブルは、第２の複数のシーケンス制御状態を含む。溶接トーチの動きを制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、動作制御システムの状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。いくつかの実施形態では、並列状態ベースの制御装置は、スイッチ切替式電力変換器を同時に制御しながら、磁気アークシステムの状態テーブルに応じてアークの動きを制御する。磁気アークシステムの状態テーブルは、複数のシーケンス制御状態を含む。アークの動きを制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、磁気アークシステムの状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。当然のことながら、いくつかの実施形態では、並列状態ベースの制御装置は、スイッチ切替式電力変換器、動作制御システム、及び磁気アークシステムの動作を同時に制御することができる。
【０００８】
本考案の別の態様によれば、アーク溶接システムを制御する方法が提供される。この方法は、アーク溶接システムを提供するステップを含む。アーク溶接システムは、溶接用電極と、溶接電源とを有する。溶接電源は、溶接用電極に作動可能に接続されたインバータを有する。並列状態ベースの制御装置は、溶接状態テーブルと、動作制御システムの状態テーブルとを含む。アーク溶接システムは、溶接電圧センサと、溶接電流センサとを有する。電気アークが、溶接用電極とワークとの間に発生する。並列状態ベースの制御装置は、インバータを制御して、溶接状態テーブルに応じて溶接波形を発生させる。溶接状態テーブルは、溶接波形を規定するような第１の複数のシーケンス制御状態を含む。インバータを制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、溶接状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。並列状態ベースの制御装置は、インバータを同時に制御しながら、動作制御システムの状態テーブルに応じて溶接用電極の動きを制御する。動作制御システムの状態テーブルは、第２の複数のシーケンス制御状態を含む。溶接用電極の動きを制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、動作制御システムの状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。いくつかの実施形態では、並列状態ベースの制御装置は、インバータを同時に制御しながら、磁気アークシステムの状態テーブルに応じてアークの動きを制御する。磁気アークシステムの状態テーブルは、複数のシーケンス制御状態を含む。アークの動きを制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、磁気アークシステムの状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。当然のことながら、いくつかの実施形態では、並列状態ベースの制御装置は、インバータ、動作制御システム、及び磁気アークシステムの動作を同時に制御することができる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、アーク溶接システムは、溶接信号に基づいて溶接波形を出力するような電力変換器を含む。電力変換器は、溶接トーチに作動可能に接続されており、溶接波形に基づいて溶接トーチとワークとの間に電気アークを形成する。アークによって、溶融材料の少なくとも１つの液滴がワークに移動する。アーク溶接システムは、磁気ステアリング信号に基づいて磁界を発生する磁界発生器を含む磁界システムと、電力変換器及び磁界制御装置に作動可能に接続された制御装置とを含む。この制御装置は、溶接信号に応じて電力変換器の動作を制御し、同時に磁気ステアリング信号に応じて磁界システムを制御する。溶接信号は、各波形サイクルについてのピーク部とバックグラウンド部とを含み、磁気ステアリング信号は、ピーク部を含む。本考案のさらなる実施形態、態様、及び詳細は、以下の詳細な説明、図面及び実用新案登録請求の範囲から推論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的なアーク溶接システムの概略図である。
【図２】状態図である。
【図３】例示的なアーク溶接システムの概略図である。
【図４】例示的なアーク溶接システムの概略図である。
【図５】状態図である。
【図６】例示的なアーク溶接システムの概略図である。
【図７】例示的なアーク溶接システムの概略図である。
【図８】例示的なアーク溶接システムの概略図である。
【図９】本考案の例示的な実施形態に係る溶接システムの概略表現を示す図である。
【図１０】図９の例示的なアーク溶接システムの概略図である。
【図１１】本考案の例示的な実施形態に係る例示的な溶接波形及び磁気ステアリング波形を示す図である。
【図１２】本考案の例示的な実施形態に係る例示的な状態図である。
【図１３】本考案の例示的な実施形態に係る例示的な溶接波形及び磁気ステアリング波形を示す図である。
【図１４】本考案の例示的な実施形態に係る例示的な状態図である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
本考案は、アーク溶接システムの制御装置、及びアーク溶接システムで使用するための制御方法に関する。本考案について、図面を参照しながら説明する。同じ参照符号は、全体を通して同様な要素を指すために使用される。様々な図面は、必ずしも１つの図面から別の図面において同じ縮尺で描かれておらず、所定の図面内でその寸法で描かれていないことを理解すべきであり、特に、部品の大きさは、図面の理解を容易にするために任意の大きさで描かれていることを理解されたい。以下の詳細な説明では、説明の目的のために、多数の特定の詳細が、本考案の完全な理解を提供するために述べられる。しかしながら、本考案は、これらの特定の詳細なしに実施できることは明らかであろう。さらに、本考案の他の実施形態が可能であり、本考案は、説明する以外の他の方法で実践し且つ実施することが可能である。本考案を説明する際に使用される用語及び表現は、本考案の理解を促進する目的のために使用され、限定するものとして解釈すべきではない。
【００１２】
本明細書中で使用される場合に、用語「溶接」は、アーク溶接プロセスを意味する。例示的なアーク溶接プロセスには、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、フラックス芯入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、金属芯入り溶接アーク（ＭＣＡＷ）、プラズマアーク溶接（ＰＡＷ）等が挙げられる。
【００１３】
本明細書中で使用される場合に、用語「電極」及び「溶接用電極」は、電気エネルギーを溶接電源からワークに伝達させるような、溶接トーチに関連する電極を指す。例示的な「電極」及び「溶接用電極」には、溶接中に消費される消耗（例えば、ワイヤ）電極、（例えば、溶接トーチの一部を形成する）非消耗電極、及び電気エネルギーを消耗電極に伝達させるためのトーチ内の接触チップが挙げられる。電極／溶接用電極の動きは、消耗ワイヤ電極をトーチを介してワークに向けて供給するような、溶接トーチ及び／又はワークに対する電極の動きを指す。電極／溶接用電極の動きはまた、トーチの接触チップ又は非消耗電極と共に、ワークに対するトーチ自体の動きを指す。
【００１４】
例示的なアーク溶接システム１０が、図１に概略的に示される。アーク溶接システム１０は、溶接電源１２を含む。溶接電源１２は、電極１６とワーク１８との間に電気アーク１４を発生させて溶接作業を行う。溶接電源１２は、商用電力源又は発電機等の電源２０からアーク１４を発生させるための電気エネルギーを受け取る。電源２０は、単相又は三相電源とすることができる。
【００１５】
溶接電源１２は、所望の溶接波形２４に応じてアークを発生させるためのスイッチ切替式電力変換器２２を含む。例示的なスイッチ切替式電力変換器２２には、インバータ、チョッパー等が挙げられる。
【００１６】
アーク溶接システム１０は、電力変換器２２に作動可能に接続された溶接トーチ２６を含む。電力変換器２２は、電気エネルギーを溶接トーチ２６に供給して、溶接作業を行う。図１では、トーチ２６は、電力変換器２２から供給される電気エネルギーを電極１６に伝達するための接触チップ２８を有する。電極１６は、溶接トーチ２６から延びる溶接作業中に消費される消耗電極、又は溶接トーチの一部である非消耗電極のいずれかとすることができることを理解すべきである。
【００１７】
電気リード線３０，３２は、アーク溶接電流が、電力変換器２２からトーチ２６及び電極１６を介して、アーク１４を横切って、ワーク１８を通じて流れる完成した回路を提供する。
【００１８】
溶接電源１０は、並列状態ベースの制御装置である制御装置３４を含む。並列状態ベースの制御装置の動作について、以下で詳細に説明する。並列状態ベースの制御装置３４は、電力変換器２２に作動可能に接続されており、且つ波形制御信号３６を電力変換器２２に供給する。並列状態ベースの制御装置３４は、波形制御信号３６を用いて電力変換器２２の出力を制御し、この制御装置３４は、所望の溶接波形２４に応じて波形制御信号３６を生成する。溶接波形２４は、溶接サイクルの様々な状態又は位相によって形成される任意の数の形状を有することができる。例えば、溶接波形２４は、アークを維持するためのバックグラウンド電流状態３８、短絡クリア状態４０、ピーク電流状態４２、テールアウト(tail  out)電流状態４４、又はオーバーシュート（図示せず）を含む又は含まないランプアップ(ramp  up)状態を有することができる。溶接波形２４は、ピーク時間、ランプアップ率、テールアウト速度等の関連する時間パラメータを含むことができる。並列状態ベースの制御装置３４は、所望の溶接波形２４に従って溶接作業を達成するために、波形制御信号３６を調整する。波形制御信号３６は、電力変換器２２内の各種スイッチ（例えば、半導体スイッチ）の動作を制御するために複数の別個の制御信号を含むことができる。また、波形制御信号３６は、電力変換器２２の一部である別個の制御装置（例えば、インバータ制御装置）に供給される。
【００１９】
並列状態ベースの制御装置３４は、フィードバック信号を介して溶接プロセスの様々な態様を監視する。例えば、シャント４６又は変流器（ＣＴ）は、溶接電流フィードバック信号を並列状態ベースの制御装置３４に供給することができ、電圧センサ４８は、溶接電圧フィードバック信号を制御装置３４に供給することができる。
【００２０】
並列状態ベースの制御装置３４は、電子制御装置とすることができ、且つプロセッサを含むことができる。並列状態ベースの制御装置３４は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロ・コントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ディスクリート論理回路等を含むことができる。並列状態ベースの制御装置３４は、メモリ部５０（例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ）を含む。メモリ部５０は、並列状態ベースの制御装置３４に本明細書で説明される機能を提供させるような、アーク溶接プログラム及び動作制御プログラムを規定するプログラム命令を格納することができる。特定の実施形態では、並列状態ベースの制御装置３４は、制御装置によって使用されるプログラム及び／又はパラメータを格納するようなリモートメモリ（図示せず）にアクセスすることができる。並列状態ベースの制御装置３４は、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、インターネット等のネットワークを介して、リモートメモリ等にアクセスすることができる。例示的なリモートメモリには、リモートサーバ、クラウドベースのメモリ等が挙げられる。
【００２１】
上述したように、制御装置３４は、並列状態ベースの制御装置である。並列状態ベースの制御装置３４は、状態テーブル・コンセプトに応じて溶接作業を制御する。溶接作業は、所望の溶接波形２４を含んでおり、一連のシーケンス制御状態に分解される。波形制御信号３６を用いて、並列状態ベースの制御装置３４は、現在の制御状態に従って電力変換器２２の出力を制御する。例示的な制御状態には、ＯＦＦ、ピーク電流、バックグラウンド電流等が含まれる。並列状態ベースの制御装置３４は、溶接作業のパラメータに基づいて制御状態からある制御状態に移行する。例えば、並列状態ベースの制御装置３４は、溶接電流フィードバック信号からの溶接電流レベル、溶接電圧フィードバック信号からの溶接電圧レベル、経過時間（例えば、電流状態での経過時間等）、他のフィードバック信号（例えば、位置信号、リミットスイッチの状態）等のパラメータに基づいて、制御状態同士の間で移行することができる。
【００２２】
メモリ部５０は、並列状態ベースの制御装置３４で使用するための複数の状態テーブル５２を格納する。格納された状態テーブル５２は、溶接状態テーブルと、動作制御システムの状態テーブルとを含む。並列状態ベースの制御装置３４は、溶接作業を制御するために、少なくとも１つの動作制御システムの状態テーブルと同時に溶接状態テーブルを実装する。
【００２３】
状態テーブル５２は、様々な状態の機能を表すようなコード化パラメータを含むことができる。例えば、ピーク電流状態を有する状態テーブルは、所望のピーク電流を表すようなパラメータを有するだろう。状態テーブル５２には、状態が終了したときを示すためのパラメータが含まれ、現在の状態が終了すると、次の状態を入力する。各状態は、溶接中に監視される種々のパラメータに基づいて、複数の次の状態に関連付けることができる。例えば、現在の状態は、短絡状況が検出された場合に、第１の次の状態に移行し、あるいはまた、経過時間に基づいて（第１の次の状態とは異なる）第２の次の状態に移行するかもしれない。
【００２４】
一般に、各溶接状態テーブルは、溶接波形及び溶接作業の態様を一緒に規定するような複数の別個の状態を含む。溶接状態テーブル内の個々の状態は、その状態（例えば、ピーク電流レベル）によって提供される関数に対応する少なくとも１つのパラメータ又は命令、その状態の終了を示すパラメータ又はチェック、次の状態（複数可）を示すパラメータを含む。その状態によって提供される関数に対応するパラメータ又は命令に加えて、各状態は、実行するための追加の維持管理タスクを有することができる。例示的な維持管理タスクには、タイマの再設定、カウンタの消去等が挙げられる。各状態テーブルは、状態テーブルで使用される各種パラメータを格納するような関連データテーブル５３を有することができる。データテーブルは、集計表のように構成することができ、状態テーブルの操作は、その関連するデータテーブルの入力を変更することによって修正することができる。多数の波形は、複数の状態を一緒に紐付けするによって形成することができ、溶接プログラムは、状態の追加、状態の削除、及び／又は状態の順序を変更することによって修正することができることを理解すべきである。
【００２５】
並列状態ベースの制御装置３４は、２つ以上の状態テーブルを使用して、２つ以上の別々の制御操作を同時に（すなわち、並列に）行う。図１では、並列状態ベースの制御装置３４は、溶接状態テーブル５４及び動作制御システムの状態テーブル５６を使用して、溶接波形２４と溶接トーチ２６の位置との両方を同時に制御する。溶接状態テーブル５４は、溶接波形２４を制御するための第１の複数のシーケンス制御状態を含み、及び動作制御システムの状態テーブル５６は、溶接トーチ２６の動きを制御するための第２の複数のシーケンス制御状態を含む。説明を簡単にするために、各種制御操作は、並列状態ベースの制御装置３４によって、溶接状態テーブル５４によって、又は動作制御システムの状態テーブル５６によって実行されるものとして以下に説明される。このような全ての制御は、並列状態ベースの制御装置３４が、状態テーブル５４，５６のそれぞれで規定された制御動作を実行する際に、並列状態ベースの制御装置３４によって実行されることを理解すべきである。
【００２６】
溶接トーチ２６は、トーチを移動させるような動作制御システムに取り付けられる。図１では、動作制御システムは、溶接トーチ２６をワーク１８に直線的に接近離間させるモータ５８と、このモータ５８を作動させる動作制御システムの制御装置６０（例えば、モータ制御装置）とを含むものとして概略的に示されている。動作制御システムは、ロボットによって行われる際に、トーチ２６を複数の次元に移動させる、又はトーチをワークの長さに沿って移動させる、又は溶接中にトーチを振動させる（例えば、ウィービングさせる）ことができることを理解すべきである。しかしながら、図１では、動作制御システムは、トーチを１つの次元に（例えば、垂直方向に）移動させる。動作制御システムの制御装置６０は、並列状態ベースの制御装置３４から動作制御信号６２を受信する。動作制御システムの制御装置６０は、位置を調整するか、そうでなければ、並列状態ベースの制御装置３４から受信した動作制御信号６２に従ってトーチ２６の動きを制御する。動作制御信号６２は、アナログ信号（例えば、０−１０ＶＤＣ、４−２０ｍＡ等）、又はデジタル信号とすることができる。特定の実施形態では、動作制御システムの制御装置６０と並列状態ベースの制御装置３４とは、双方向シリアル通信（例えば、ＵＳＢ、イーサネット（登録商標）等）等を介して、双方向に通信する。
【００２７】
位置センサ６４は、トーチ２６の位置や動きを感知し、位置フィードバック信号６６を、並列状態ベースの制御装置３４に及び／又は動作制御システムの制御装置６０に供給することができる。位置フィードバック信号６６は、並列状態ベースの制御装置３４と動作制御システムの制御装置６０とによって、それぞれの制御動作において使用される。また、溶接状態テーブル５４及び動作制御システムの状態テーブル５６の両方が、それぞれの状態テーブル内の１つ以上の状態に関連付けられたパラメータとして、トーチ位置を含むことができる。位置センサ６４は、絶対位置、移動量、速度、又は移動方向を感知することができる。
【００２８】
位置センサ６４は、トーチ２６の位置を感知するように概略的に示されている。しかしながら、位置センサ６４は、モータ５８の回転、ワーク１８の位置、アークの長さ等の他の条件を感知することができる。
【００２９】
動作制御システムの状態テーブル５６は、溶接トーチ２６の動きに関連付けられた複数の状態を含む。動作制御システムの状態テーブル５６内の状態は、所望の溶接作業を達成するために、溶接状態テーブル５４内の状態と連動して動作する。溶接状態テーブル５４及び動作制御システムの状態テーブル５６にそれぞれ含まれるような溶接制御命令と動作制御命令とが、共通の制御装置３４によって実行されるので、状態ベースの動作制御は、状態ベースの溶接制御に密接に結合することができる。これによって、別々の溶接制御装置及び動作制御装置を用いる従来の制御システムと比較した場合に、状態ベースの動作制御を高速で行うことが可能になる。別々の溶接制御装置及び動作制御装置の使用は、多くの場合、重複するセンサを必要とし、制御装置の動作間に（例えば、５０ミリ秒以上の）遅延が追加され、このような遅延は、制御装置間の密接な制御が必要な場合に、望ましくないことである。また、従来の動作制御装置によって使用されるフィードバック信号（例えば、溶接電圧、溶接電流等）は、時々ノイズが多く、それは、動作制御装置の迅速及び／又は正確な動作能力に影響を及ぼすことがある。溶接状態と、溶接トーチや溶接用電極の動きとの間の密接な制御は、次のような動作中に望まれる：（ａ）タッチ後退の開始（ｂ）短絡を感知した際の停止又は後退（ｃ）電極ワイヤ送り速度プロセスの適合又は変調（ｄ）自動突出し制御（例えば、作業距離に対して接触チップを調節する）（ｅ）自動電圧制御を含む又は含まないウィービング・システム（ｆ）継ぎ目の追跡（ｇ）バグの位置に基づく制御でバグシステムを使用する軌道パイプ溶接等の動作である。図１に示される一般的な制御装置のアプローチによって、情報がリアルタイムで状態テーブル同士の間で共有することができ、各状態テーブルは、他の状態テーブルの制御動作に基づいて調節を迅速に行う、又は他の状態テーブルの制御動作を考慮することができる。一般的な制御装置のアプローチによって、各状態テーブル５４，５６における状態移行が、同じパラメータ（例えば、共有パラメータ又はフィードバック信号）に基づいて発生することが可能になる。従って、動作制御システムによって、位置「ハンチング（hunting）」等の制御の不安定性を引き起こすことなく、状態ベースの動作制御を迅速に行うことができる。例えば、電力変換器２２を制御しながら、並列状態ベースの制御装置３４は、１００Ｈｚ以上の周波数で動作制御信号６２を更新する（例えば、信号レベルを更新する）ことができ、その周波数は、典型的には１Ｈｚの範囲で動作するような従来のシステムよりもはるかに速い制御速度である。
【００３０】
図２は、溶接インバータ及び動作制御システムを、上述したように、並列状態テーブルを使用してどの様に同時に制御することができるかを示す例示的な状態図を提供する。制御状態は、共通の制御装置３４（図１）によって実現されるため、１つの状態テーブルの実行中に発生するパラメータ又は計算は、他の状態テーブルに迅速に共有され、且つ他の状態テーブルによって使用することができる。こうして、状態テーブルは、情報を共有又は交換するような概念的な考えとすることができる。また、溶接電圧、溶接電流、トーチ位置等の同じフィードバック信号が、両方の状態テーブルで使用されて、状態テーブル内の状態移行を制御することができる。
【００３１】
図２には、溶接状態テーブルの態様が、左側に示されており、動作制御システムの状態テーブルの態様が、右側に示されている。溶接状態テーブルと動作制御システムの状態テーブルを一緒に動作させて、溶接作業のタッチ後退の開始(touch  retract  starting)を実行するとともに、溶接トーチのワークに対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を調節するように実行する。ＣＴＷＤは、図１に距離「Ｄ」として示されており、及びＣＴＷＤは、溶接トーチを上下に移動させることによって調整することができる。ＣＴＷＤ調節することは、溶接アークのアーク長さを調節するのに役立つであろう。
【００３２】
溶接トーチに関連するトリガのスイッチをオンにするときに、並列状態ベースの制御装置は、最初に、状態１ａに応じてインバータを制御するとともに、状態１ｂに応じてトーチの動きを制御する。状態１ａでは、並列状態ベースの制御装置は、ワークに向けてトーチを移動させながら、溶接電源の開回路電圧（ＯＣＶ）を調節する。溶接状態テーブルと動作制御システムの状態テーブルとの両方は、電圧センサからの減少した溶接電圧（例えば、＜１０Ｖ）に応答する。その減少した溶接電圧は、溶接ワイヤがワークに接触したことを示す。従って、溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルは、状態２ａ，２ｂにそれぞれ移行する。状態２ａでは、並列状態ベースの制御装置は、２０Ａの溶接電流を達成するために、インバータに供給される波形制御信号を調整するとともに、トーチを後退させるように動作制御信号を調整する。溶接電圧が上昇する（例えば、＞１５Ｖ）ときに、アークが確立しており、状態テーブルは、状態３ａ，３ｂに移行する。状態３ａでは、並列状態ベースの制御装置は、供給装置に指示して、所望のワイヤ送り速度（ＷＦＳ）で溶接ワイヤの供給を開始させ、トーチの後退を停止させるように動作制御信号を調整する。溶接状態テーブルは、動作制御システムの状態テーブルがＣＴＷＤを調節する間に（状態４ｂ）、所定の時間（例えば、ピーク時間及びバックグラウンド時間）に基づいて、ピーク電流状態（４ａ）とバックグラウンド電流状態（５ａ）との間で交互に切り替えることによって溶接作業を制御する。ピーク電流状態での経過時間が、ピーク時間を超えるときに（ｔ＞ピーク時間）、溶接状態テーブルが、バックグラウンド状態に移行し、タイマがリセットされる。バックグラウンド状態での経過時間が、バックグラウンド時間を超えるときに（ｔ＞バックグラウンド時間）、溶接状態テーブルが、ピーク電流状態に再び移行し、タイマが再びリセットされる。溶接状態テーブルは、トリガのスイッチがオフにされるまで動作制御システムの状態テーブルがＣＴＷＤを調節する間に（状態４ｂ）、ピーク電流状態（４ａ）及びバックグラウンド電流状態（５ａ）を交互に切り替えることを継続する。その後、両方の状態テーブルは、ＯＦＦ６ａ状態又は停止５ｂ状態に入る。
【００３３】
なお、ＣＴＷＤは、ワークの形状及び／又はワークの不完全性（例えば、あらゆるスポット）によって影響されることを理解すべきである。従って、ＣＴＷＤは、溶接中に変化し得る。ＣＴＷＤは、並列状態ベースの制御装置３４によって、（例えば位置測定によって）適切なフィードバック信号（複数可）から直接的に決定することができる。ＣＴＷＤは、溶接パラメータにも関連しており（例えば、溶接電圧に比例する）、こうして、溶接電圧、溶接電流等の溶接パラメータから決定することもできる。定電流中に又は調節された電流の溶接手順の間に、増大したＣＴＷＤは、増大した平均溶接電圧として観測可能になる一方、減少したＣＴＷＤは、減少した平均溶接電圧として観測可能になる。定電圧中に又は調節された電圧の溶接手順では、増大したＣＴＷＤは、減少した平均溶接電流として観測可能になる一方、減少したＣＴＷＤは、増大した平均溶接電流として観測可能になる。動作制御システムの状態テーブルは、フィードバック信号（例えば、溶接電圧、溶接電流等）を基準と比較することにより、ＣＴＷＤを調節することができ、フィードバック信号と基準信号との差である誤差信号に基づいて、ＣＴＷＤを調整する。ＣＴＷＤを調節する際に、動作制御システムの状態テーブルは、その平均値（例えば、平均電圧）、そのピーク値（例えば、ピーク電流）、積算値等のフィードバック信号の特定の特性を考慮することができる。
【００３４】
溶接電源が、一定のアーク長を維持するように溶接電流制御することにより、ＣＴＷＤの変化を調整するような適応制御方式が知られている。電力変換器は、４０〜１２０ｋＨｚの範囲の周波数で動作し、従って、溶接波形を非常に迅速に調整することができる。適応制御は、平均電圧に基づいて溶接電流を調整する。一般に、溶接波形は、２０〜３００Ｈｚの間の周波数を有しており、適応制御は、このような範囲で動作する。適応制御は、電力変換器よりもゆっくりと動作するため、適応制御及び電力変換器は、一緒にうまく機能する。トーチ及び／又は電極の動作制御が上述したように追加されるときに、それは適応制御を排除し、動作制御システムの状態テーブル５６がＣＴＷＤの変化を単独で調整することを可能にすることが望ましい場合がある。この場合には、動作制御信号６２は、適応制御の速度と同様の１００Ｈｚ以上の周波数で更新することができる。あるいはまた、適応制御を維持して、動作制御の速度を、例えば約１０Ｈｚに低減することができる。
【００３５】
図１を参照すると、溶接状態テーブル５４及び動作制御システムの状態テーブル５６は、フィードバック信号（溶接電圧、溶接電流、位置等）を直接的に使用することができ、すなわちフィードバック信号が処理され、次に状態テーブルによって使用することができる。例えば、並列状態ベースの制御装置３４は、フィードバック信号を処理するための１つ又は複数のフィルタ６８又は計算ブロック７０を含むことができる。フィルタ及び他の処理ブロックを用いて、状態テーブル５４，５６は、平均電流及び平均電圧、平均位置、ピーク電流及びピーク電圧、平均ピーク電力、積算値、微分値等のパラメータを使用することができる。溶接電力は、電圧及び電流フィードバック信号を乗算する計算ブロックによって計算することができ、溶接電力は、追加の計算ブロック（図示せず）によって処理することができる。
【００３６】
メモリ部５０は、複数の溶接状態テーブル、複数の動作制御システムの状態テーブル、及びそれらに関連するデータテーブルを格納することができる。並列状態ベースの制御装置３４は、溶接電源１２におけるユーザ入力に基づいて、溶接作業を制御するのに使用するための特定の溶接状態テーブル及び／又は動作制御システムの状態テーブルを選択することができる。例えば、溶接電源１２は、ユーザが、特定の溶接プログラムを選択することを可能にする入力装置７２と、ＷＦＳ、ボルト、アンペア、溶接サイズ（例えば１／４インチ、５／１６インチ）等の種々のパラメータを設定するための入力装置７４，７６，７８とを含む。並列状態ベースの制御装置３４は、ユーザ入力に基づいて、適切な溶接状態テーブル及び／又は動作制御システムの状態テーブルを選択及び／又は修正することができる。特定の実施形態では、溶接電源１２は、溶接サイズ、ＷＦＳ等の単一のユーザ入力から、溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルを含む溶接プログラムを選択するように構成される。溶接電源１２は、選択された溶接プログラム、種々の溶接パラメータ等をユーザに知らせるための、ディスプレイ等の出力装置をさらに含む。
【００３７】
溶接電圧、溶接電流、及び溶接トーチの位置等のフィードバック信号に加えて、状態テーブル５４，５６は、溶接システムからのアナログとデジタルの入力、内部タイマ及びフラグの状態、入力装置７４，７６，７８の設定等の、それらの制御機能を実行する際の多数の追加のパラメータを利用することができることを理解すべきである。
【００３８】
特定の実施形態では、並列状態ベースの制御装置３４は、溶接作業で使用するために選択された溶接状態テーブル５４の特性に基づいて、特定の動作制御システムの状態テーブルを自動的に選択する。例えば、溶接状態テーブル５４は、定電流又は調節された電流、或いは一定の電力レベル又は調節された電力レベルで溶接するように構成することができ、並列状態ベースの制御装置３４は、電圧（例えば、平均電圧、ピーク電圧、電圧変化等）に基づいてＣＴＷＤを調節するような適切な状態テーブルを、動作制御システムの状態テーブル５６として自動的に選択することができる。同様に、溶接状態テーブル５４は、一定の電圧レベル又は調節された電圧レベルで溶接するように構成することができ、並列状態ベースの制御装置３４は、電流（例えば、平均電流、ピーク電圧、電流変化等）に基づいてＣＴＷＤを調節するような適切な状態テーブルを、動作制御システムの状態テーブル５６として自動的に選択することができる。溶接状態テーブル５４が、溶接電圧を調整するテーブルから溶接電流を調節するテーブルに変更された場合に（例えば、異なる溶接状態テーブルが、溶接作業を制御するために選択された場合に）、並列状態ベースの制御装置３４は、溶接電流に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルから電圧に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルに、それに応じて、動作制御システムの状態テーブル５６を自動的に変更することができる。ＣＴＷＤを調節するよりもむしろ、自動的に選択された動作制御状態テーブルは、ＷＦＳ、ワークに沿った溶接トーチの移動、パイプの周りの溶接トーチの移動等の溶接作業の態様を制御することができる。
【００３９】
異なる溶接状態テーブルによって実行される溶接手順のタイプと、ＣＴＷＤを制御するためにそれぞれの動作制御システムの状態テーブルで使用されるフィードバック信号との関連する例は、次の通りである：
【表１】
0003199188.tif 000003
【００４０】
図３を参照すると、例示的な実施形態では、動作制御システムは、アーク継ぎ目追跡システムの一部であるウィーバー(weaver)制御部６０ａとウィーバーモータ５８ａとを有している。ウィーバーモータによって、溶接トーチ２６を、動作制御信号６２に従ってウィービング溶接運動を行うように振動させる。溶接電源１２は、上述したように並列状態ベースの制御装置等を使用して、溶接作業と溶接トーチ２６の動きとの双方を制御する。この場合に、（図３の「ウィーバー状態テーブル」として示される）動作制御システムの状態テーブルは、溶接トーチ２６の振動ウィービング溶接運動を制御するように構成される。溶接電源１２は、複数の状態テーブルを用いて所定の溶接サイズ（例えば、わずかな長さ）を得るために、溶接電流、及び溶接トーチ２６の振動ウィービング溶接運動を制御することができる。溶接中に溶接トーチ２６のウィービングを制御する際に、溶接電源１２は、上述したようにＣＴＷＤを調節し、及び／又はトーチの振動速度を制御することができる。溶接電源１２は、溶接電圧の及び／又は溶接電流のフィードバック信号に基づいて、溶接接合部のエッジを判定することもできる。動作制御信号６２を用いて（例えば、動き制御信号の信号レベルに応じて）、溶接電源１２は、ワーク１８に対するトーチの振動速度及び／又はトーチの位置を制御することができる。また、溶接電圧の及び／又は溶接電流のフィードバック信号を使用して、溶接電源１２は、振動の中心を調整することにより、接合部のエッジを追跡することができる。
【００４１】
図４を参照すると、図４は、並列状態ベースの制御装置３４が、電極１６のワイヤ送り速度（ＷＦＳ）を制御するような実施例を示している。電極１６は、電動ピンチローラ８２によってスプール８０から供給される。電動ピンチローラ８２は、電極１６の動作制御システムの一部である。動作制御システムは、ピンチローラ８２を作動させるような動作制御システムの制御装置６１（例えば、モータ制御装置）をさらに含む。動作制御システムの制御装置６１は、並列状態ベースの制御装置３４から動作制御信号６３を受信し、動作制御システムの制御装置６１は、並列状態ベースの制御装置から受信した動作制御信号６３に従ってＷＦＳを調整する。図４では、動作制御信号６３は、動作制御システムの状態テーブル５７によって決定されるＷＦＳの制御信号である。動作制御信号６３は、アナログ信号又はデジタル信号とすることができる。
【００４２】
動作制御システムの状態テーブル５７は、溶接状態テーブル５４で規定された溶接作業と協働して、ＣＴＷＤというよりもむしろＷＦＳ又は堆積速度を制御するように構成されることを除いて、上述した動作制御システムの状態テーブル５６に類似している。このように、動作制御システムの状態テーブル５７は、図１，図２に関連して上述したテーブルとは１６個の異なる状態を有することができる。例えば、動作制御システムの状態テーブル５７は、モータ速度、上昇速度、ブレーキ、ブレーキ及び逆転等を調整するような状態を有することができる。
【００４３】
並列状態ベースの制御装置３４及び動作制御システムの制御装置６１は、電動ピンチローラ８２の速度や電極１６の速度を示す速度フィードバック信号８４を速度センサ８６から受信する。例示的な速度センサ８６は、ピンチローラの実際の速度、ピンチローラを駆動するモータの速度、又はピンチローラを駆動するギアの速度を感知するようなエンコーダ又は他の回転センサである。センサ８６は、電極１６の速度及び方向を直接的に測定することができる。
【００４４】
図５は、溶接インバータ及び電極ワイヤ送り装置を、上述したように並列状態テーブルを使用してどの様に同時に制御することができるかを示す例示的な状態図を提供する。溶接状態テーブルの態様が、左側に示されており、動作制御システムの状態テーブルの態様が、右側に示されている。溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルを一緒に作動させて、溶接作業のタッチ後退の開始を行い、ＷＦＳを調節する。溶接トーチに関連付けられたトリガのスイッチをオンにするときに、並列状態ベースの制御装置は、最初に、状態１ａに応じてインバータを制御し、且つ状態１ｂに応じて電極の動きを制御する。状態１ａでは、並列状態ベースの制御装置は、ワークに向けてワイヤ電極を移動させながら、溶接電源の開回路電圧（ＯＣＶ）を調節する。溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルの両方が、電圧センサからの減少した溶接電圧（例えば、＜１０Ｖ）に応答する。その減少した溶接電圧は、ワイヤ電極がワークに接触したことを示している。従って、溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルは、状態２ａ，２ｂにそれぞれ移行する。状態２ａでは、並列状態ベースの制御装置は、２０Ａの溶接電流を達成するために、インバータに供給される波形制御信号を調整するとともに、ワイヤ電極のブレーキによってワークから後退させるような動作制御信号を調整する。溶接電圧が上昇するときに（例えば、＞１５Ｖ）、アークが確立しており、状態テーブルが、状態３ａ，３ｂに移行する。状態３ａでは、並列状態ベースの制御装置は、実際の溶接を開始し、ワイヤ電極が、後退を停止し、ワークに向けて再び移動し、溶接ＷＦＳまで上昇させるように、動作制御信号を調整する。速度フィードバック信号からの実際のＷＦＳが、溶接ＷＦＳの８０％を超えるときに、溶接状態テーブルは、所定の時間に基づいてピーク電流状態（４ａ）とバックグラウンド電流状態（５ａ）との間で交互に切り替えることで溶接作業を制御する一方、動作制御システムの状態テーブルは、所定の溶接又はアーク電圧を維持するようにＷＦＳを調節する（状態４ｂ）。溶接状態テーブルは、ピーク電流状態（４ａ）とバックグラウンド電流との間で交互に切り替えることを継続する一方、動作制御システムの状態テーブルは、トリガのスイッチがオフにされるまで、ＷＦＳを調節する（状態４ｂ）。その後、両方の状態テーブルは、ＯＦＦ６ａ状態又は停止５ｂ状態に入る。
【００４５】
並列状態ベースの制御装置３４は、複数の並列状態テーブルを使用してアーク溶接システム１０のいくつかの態様を同時に制御することができる。図６では、例えば、並列状態ベースの制御装置３４は、３つの並列状態テーブル５４，５６，５７を用いて、同時に溶接波形を制御し、ＣＴＷＤを調節し、ＷＦＳを調節する。一方の動作制御システムの状態テーブル５６は、ＣＴＷＤを制御するように構成されており、及び他方の動作制御システムの状態テーブル５７は、ＷＦＳを制御するように構成されている。並列状態ベースの制御装置３４がＣＴＷＤ及びＷＦＳを制御するための動作制御信号６２，６３の値を調整する頻度は、位置ハンチング等の不安定性を回避するように調整することができる。例えば、並列状態ベースの制御装置３４は、例えば１００Ｈｚの第１の周波数でＣＴＷＤ用の動作制御信号６２を更新することができ、及び例えば１０Ｈｚ以下の第２のより遅い周波数でＷＦＳ用の動作制御信号６３を更新することができる。
【００４６】
図７は、溶接電源１２が、ウィーバー制御装置６０ａ及びバグ制御装置６５の溶接波形と動作とを同時に制御することを示している。バグ制御装置は、溶接バグ９０を使用してパイプ８８の周りに溶接トーチ２６の周方向（軌道）運動を制御する。こうして、溶接電源１２は、溶接トーチ１２の振動ウィービング溶接運動と、パイプ８８であるワークに沿った溶接トーチの移動との両方を同時に制御する。これを行うには、溶接電源１２は、３つの並列状態テーブル、１つが溶接波形用であり、１つがウィービングの制御用であり（すなわち、「ウィーバー状態テーブル」）、１つがパイプ８８の周りの溶接トーチ２６の移動制御用である（すなわち、「バグの状態テーブル」）、を使用する並列状態ベースの制御装置を用いる。
【００４７】
図８は、キャリッジ(carriage)制御装置９２及びトラッカー(tracker)制御装置９４の溶接波形と動作とを同時に制御する溶接電源１２を示す。再び、溶接電源１２は、３つの並列状態テーブル、１つが溶接波形用であり、１つがキャリッジ９６（すなわち、「キャリッジ制御装置」）の動き制御用であり、１つがトラッカー制御装置９４（すなわち、「トラッカー制御装置」）用である、を使用する並列状態ベースの制御装置を用いる。キャリッジ制御装置９２は、溶接電源１２から動作制御信号を受信し、その制御信号に基づいて、ワーク１８の長さの長手方向に沿ってキャリッジ９６及び溶接トーチ２６の移動を制御する。接合部の追跡は、入力装置（左又は右／上又は下方向に継ぎ目を追跡する）と出力装置（トーチを継ぎ目に位置決めするために上／下、左／右方向にスライドさせる）との両方を追加することができる。
【００４８】
少なくとも溶接電力変換器（すなわち、インバータ）と磁気アーク制御装置とを含む様々な溶接システム構成で使用することができるような、並列状態ベースの制御装置のさらなる例示的な実施形態について以下に説明する。しかしながら、この例示的なシステム構成は、限定されるものではなく、本明細書で説明する並列状態ベースの制御装置の概念は、実質的に任意の溶接システム構成に組み込むことができる。例えば、米国特許出願第１３／４３８，７０３号は、本考案に組み込むことができるような溶接電源（インバータ）と磁気アーク制御装置構成とを含み、この文献の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００４９】
図９は、本考案の実施形態に従った例示的なＧＭＡＷ式溶接システム１００を示す。システム１００は、少なくとも１つの溶接電源１０１を含む。電源１０１は、パルス状溶接波形で溶接することが可能であり、且つ溶接電流を溶接トーチ１１１を介して消耗溶接用電極１１３に導き、この溶接用電極は、液滴移動、又は同様の移動操作を介して溶接パドルに堆積される。システム１００は、少なくとも１つの磁界プローブ１０７を有する磁界発生装置１０５に結合された磁界電源／制御装置１０３も含み、磁界プローブは、溶接作業中に溶接アーク１１５に近接して位置決めされる。図１０に示される溶接電源１０１は、図１の電源１２と類似している。しかしながら、この実施形態では、並列状態ベースの制御装置は、磁界制御装置１０３を制御するように設定することもできる。図１０に示されるように、並列状態ベースの制御装置１３４は、図１の並列状態ベースの制御装置３４と同様に動作するが、少なくとも溶接状態テーブル１５４と、磁界システムの状態テーブル１５８とを含む。当然のことながら、溶接電源１０１は、他の状態テーブル、例えば上述した動作制御システムの状態テーブルを含むことができる。
【００５０】
当業者に理解されるように、ＧＭＡＷ式溶接作業は、パルス状溶接波形を使用して溶接アーク１１５を形成し、溶接用電極１１３の一部を溶融する。この波形パルスの間に、電極１１５の溶滴１１７は、電極からアーク１１５を介して溶接パドルに移動する。典型的に、溶滴１７は、溶接電流パルスのピークの間に移動する。このような溶接作業は、非常によく知られているので、ここでは詳細に説明しない。本明細書に参照されるようなＧＭＡＷ式溶接又はパルス溶接は、ＧＭＡＷ、ＭＩＧ、ＦＣＡＷ、ＭＣＡＷ式溶接パルスを含むが、これらに限定されないようなパルス状溶接波形が使用される任意の溶接を指すことが理解される。
【００５１】
なお、明確性と効率性の目的のために、本明細書の議論の多くは、図に示すようなＧＭＡＷ式溶接を参照する。しかしながら、本考案の実施形態は、ＧＭＡＷ式溶接システムを用いる使用に限定されるものではない。特に、本考案の実施形態は、本出願の範囲及び精神から逸脱することなく、ＴＩＧ／ＧＴＡＷ（ガスタングステンアーク溶接）システムを用いて使用することもできる。本明細書での議論と同様に、磁界を使用して、溶接中にＴＩＧアークの動きを制御する。ＴＩＧ／ＧＴＡＷ溶接において、アークを形成するために使用される電極は、（ＧＭＡＷプロセスのように）消耗電極でないことが知られており、本考案の実施形態では、磁界によって、このアークの動きを制御する。従って、本明細書での議論及び図面の多くは、ＧＭＡＷシステム及びプロセスを参照し且つ描写するが、これは例示を目的としており、本考案の実施形態をＧＭＡＷタイプのプロセスに限定するものではない。例えば、図９及び図１０のそれぞれにおいて、ＧＭＡＷ電源（例えば、１０１）及びトーチ（例えば、１１１）は、本考案の範囲及び精神から逸脱することなく、ＧＴＡＷ電源及びＧＴＡＷ電極に置き換えることができる。当然のことながら、消耗電極の供給は、ＧＴＡＷトーチによるものではなく、公知の手段を介して行われることに留意されたい。また、本明細書で議論及び示される電流波形、及び磁界電流と溶接電流との関係は、ＧＭＡＷ及びＧＴＡＷ式溶接作業に同様に適用可能である。当然のことながら、ＧＭＡＷ式溶接中に、溶滴を提供する消耗品は、電極であることが知られているが、ＧＴＡＷ式溶接において、消耗品は、電極から分離されている。
【００５２】
図９に戻ると、システム１００は、磁界電源／制御装置１０３と、磁界発生装置１０５とを含む。磁界制御装置１０３は、磁界１０９がプローブ１０７によって生成されるように、電流を装置１０５に導く。磁界電源／制御装置１０３は、電流を磁界装置に供給して磁界を発生させるような任意のタイプの電源を含むことができる。制御装置１０３は、例えば溶接電源１０１の並列状態ベースの制御装置１３４からの信号１６２に基づいて、パルス溶接電源に適切に反応できるように磁界発生電流の高い周波及び正確な制御を提供することが可能とすべきである。
【００５３】
本考案の実施形態では、プローブ１０７は、溶接アーク１１５に近接して位置決めされており、それによって、磁界１０９は、液滴１１７が飛行する間に、アーク１１５と液滴１１７とに影響を及ぼすことができる。上述した動作制御システムのように、本考案の実施形態は、最適化された溶接作業が達成されるように、磁界１０９とパルス溶接波形との発生を同期させる。磁界１０９の発生をアーク１１５及び液滴移送に同期させることにより、特に特殊な溶接接合部を得ようとするときに、最適化された溶接作業を実現することができる。この同期について以下で詳細に説明する。
【００５４】
図９に示されるように、トーチ１１１は、ワークＷの溶接接合部の上方でセンター決めされていない。これは、例えば溶接接合部の付近の障害物等の、複数の理由のために必要とされる。従って、単一の磁界発生装置１０５を使用して、溶接中に、アーク１１５及び液滴１１７を溶接接合部の一方の側に誘導する。つまり、磁界電源１０３は、溶接電源１０１によって生成された溶接波形と同期している電流を装置１０５に供給する。磁界１０９の発生によって、アークをその一方の側に移動させ、アークの動きによって、溶滴１１７を、接触チップ１１１及びフィラー１１３の直下というよりは異なる位置に配置する。
【００５５】
図１１は、単一の磁気装置１０５を用いる実施形態で使用することができる例示的な溶接波形と磁界波形とを示す。示されるように、電流は、複数の電流ピーク１，２，３を有するパルス状波形である。一般的に知られるように、多くのパルス溶接作業において、溶滴１１７は、ピーク電流の間に、フィラー１１３から分離する。このように、いくつかの実施形態では、磁気ステアリング(steering)電流は、溶接電流と同相であり、それによって、溶接電流及び磁界電流のそれぞれが同時に立ち上がるように開始し、ピークに達する。このような実施形態では、磁界１０９は、液滴１１７がフィラーワイヤ１１３から分離する前に完全な強さであろう。また図１１に示されるように、いくつかの例示的な実施形態では、磁気ステアリング電流は、全ての溶接電流パルスでパルス化されない。示される実施形態では、ステアリング電流は、他の全ての溶接パルス（パルス１及び３）についてパルス化される。このような実施形態では、溶接中に、いくつかの液滴１１７は、第１の位置で溶接パドルに衝突する一方、他の液滴１１７は、別の領域でこの溶接パドルに衝突する。これによって、フィラー１１３を溶接パドルの様々な場所に堆積させることが可能になる。当然のことながら、本考案の実施形態は、他の全ての溶接パルスでステアリング電流をパルス化することに限定されないが、異なるパルス数を使用することができる。例えば、ステアリング電流は、１０個の連続した溶接パルスに対してパルス化することができ、その後、次の１０個の溶接パルスに対してオフにすることが企図される。他の実施形態では、必要に応じてパルスの数を変更することができる。つまり、いくつかの例示的な実施形態では、磁界システムの状態テーブル１５８は、磁気ステアリング電流が、Ｎ個の溶接パルス毎に一度にパルス化するように構成することができ、ここで、Ｎは正の整数であり、例えば、Ｎは、１〜２０の包括的な整数とすることができ、又は他の値とすることができる。当然のことながら、所望の溶接操作に基づいて、当業者は、磁気ステアリング電流パルスに対する溶接パルスの任意の所望の比を得るために他の方法を使用することができる。また示される実施形態では、ステアリング電流パルスの持続時間は、溶接パルスの持続時間と同じである。しかしながら、他の実施形態では、その持続時間は、必要に応じてステアリングパルスを長くする又は短くするようなケースではないかもしれない。
【００５６】
図１２は、並列状態ベースの制御装置１３４によって、少なくとも電力変換器２２及び磁界制御装置１０３を同時に制御するように使用することができるような例示的な状態図を示している。上述したように、電力変換器２２は、溶接動作を行うために使用される溶接電流波形を生成し、磁界制御装置１０３は、磁界装置１０５によって使用される磁気ステアリング電流を発生させて、磁界１０９を発生させる。上述した実施形態と同様に、制御状態が、共通の状態ベースの制御装置１３４（図１０参照）によって実装されているため、１つの状態テーブルの実行中に発生したパラメータ又は計算が迅速に共有され、他の状態テーブル（複数可）によって使用することができる。こうして、状態テーブルは、概念的に共有又は交換する情報として考えることができる。また、溶接電圧、溶接電流、トーチ位置等の同じフィードバック信号を両方の状態テーブルで使用して、状態テーブル内の状態移行を制御することができる。当然のことながら、並列状態ベースの制御装置１３４は、他の状態テーブル、例えば上述したようなワイヤ送り装置の速度及びＣＴＷＤを調節するための状態テーブルを含むことができる。
【００５７】
図１２では、溶接状態テーブル１５４の態様が、左側に示されており、磁界システムの状態テーブル１５８の態様が、右側に示されている。溶接状態テーブル１５４は、電力変換器２２によって生成された溶接電流波形を少なくとも規定し、磁界システムの状態テーブル１５８は、アークの動きを調節するような磁界を発生するために使用される磁気ステアリング電流を少なくとも規定する。溶接状態テーブル１５４と磁界システムの状態テーブル１５８とを一緒に操作して、アークの位置が上述したように調節される間に溶接作業を行う。溶接状態テーブルは、図２及び図５において上述したような状態テーブルと同様である。従って、図２及び図５と相違する関連項目のみについて説明する。また、明確にするために、ワイヤ供給速度及び／又はＣＴＷＤを調節する状態テーブルは、省略されている。当然のことながら、いくつかの実施形態では、並列状態ベースの制御装置１３４は、ワイヤ送り装置制御、ＣＴＷＤ制御装置、及び／又は任意の他の所望の制御装置を含むことができる。
【００５８】
図１２を参照すると、アークが確立され且つ溶接プロセスが開始された後で（すなわち、状態３ａの後で）、並列状態ベースの制御装置１３４は、電力変換器２２に命令して、その溶接波形信号を送信することにより、溶接作業を行うとともに、磁界システム制御装置１０３に命令して、その磁気ステアリング電流信号を送信することにより、アークの動きを調節する。溶接波形信号は、ステップ４ａ及び５ａにおいてそれぞれピーク電流信号とバックグラウンド電流信号との間で交互に切り替えるように形成される。ピーク電流信号とバックグラウンド電流信号とは、図１１のピーク電流とバックグラウンド溶接電流とに対応する。溶接状態テーブル１５４は、所定の時間（例えば、ピーク時間及びバックグラウンド時間）に基づいて波形を調節する。すなわち、溶接が状態３ａで開始した後に、溶接状態テーブルは、溶接波形信号が、所定時間に亘ってピーク電流に設定される状態４ａに移行する。ピーク電流状態での経過時間が、予め設定されたピーク時間を超えるときに（ｔ＞ピーク時間）、溶接状態テーブル１５４は、バックグラウンド状態５ａに移行し、溶接タイマが、リセットされる。同様に、バックグラウンド状態での経過時間が、予め設定されたバックグラウンド時間を超えたとき（ｔ＞バックグラウンド時間）、溶接状態テーブル１５４は、ピーク電流状態４ａに再び移行し、溶接タイマが、再びリセットされる。溶接状態テーブルは、溶接プロセス中に、ピーク電流状態４ａとバックグラウンド電流状態５ａとの間で交互に切り替えるように継続する。
【００５９】
状態４ａの開始時に、溶接状態テーブル１５４は、ピーク電流信号が開始されたことを示す磁界システムの状態テーブル１５８の状態１ｃにおいて、カウント信号をカウンタに送信する。磁界システムの状態テーブル１５８の状態１ｃは、溶接状態テーブル１５４からのカウント信号を受信し、カウンタをインクリメントする（増加させる）。状態１ｃのカウントＮが、予め設定されたカウント値に到達したときに（Ｎ＝プリセット値）、磁界システムの状態テーブル１５８は、磁気ステアリング電流信号を開始する状態２ｃに移行する。並列状態ベースの制御装置１３４は、次に、磁界制御装置１０３に命令して、ステアリング電流を開始させる。例えば、図１１のシステムでは、磁気ステアリング電流が、他の全ての溶接ピークパルスについて開始されるので、プリセット値は、２に等しい。従って、状態１ｃのカウントＮが、２に等しいとき、磁界システムの状態テーブルが、状態２ｃに移行し、上述したように磁気ステアリング電流信号を開始する。当然のことながら、プリセット値は、２に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。つまり、磁気ステアリング電流信号が、１０番目のピーク溶接パルス毎に必要とされる場合に、次に、プリセット値は、１０に等しくなる。全ての溶接パルスについて磁気ステアリングの電流信号を開始するシステムでは、状態１ｃは、磁界システムの状態テーブル１５８から排除することができ、又はプリセット値を１に設定することができる。
【００６０】
状態２ｃでは、磁界システムの状態テーブル１５８は、所定のステアリング電流時間に亘って磁気ステアリング電流信号を開始する。ステアリング電流タイマが所定ステアリング電流時間を超えたときに（ｔ＞ステアリング時間）、磁界状態テーブル１５８は、磁気ステアリング電流信号がオフにされ、且つピーク電流カウンタ及びステアリング電流タイマがリセットされるような状態３ｃにトランザクションする。溶接条件及び所望の溶接特性に基づいて、所定の磁気ステアリング電流時間は、所定の溶接電流時間と同じ、より長いか、より短くてもよい。例えば、図１１は、磁気ステアリング電流時間が、ピーク電流の時間と同じであるような実施形態を示している。カウンタ及びタイマをリセットした後に、磁界システムの状態テーブル１５８は、状態１ｃでのピーク溶接パルスをカウントするために再びトランザクションする。溶接状態テーブル１５４がＯＦＦ状態６ａに入るときに、磁気アークシステムの状態テーブルは、停止状態４ｃに入る。
【００６１】
図１１にも示されるように、ステアリングパルスは、溶接パルスと位相をずらすことができる。具体的には、ステアリングパルスは、例えば４５〜１３５°だけ溶接パルスと位相をずらしてもよいことが企図される。アーク溶接のいくつかの実施形態では、液滴１１７は、溶接パルスピークの終了近くまでワイヤ１１３から分離しておらず、液滴１１７はアーク電流が減少する際に、飛行中である。このような実施形態では、ステアリング電流は、溶接パルスと位相をずらすようにパルス化することができ（図１１中の破線）、それによって、磁界１０９は、液滴１１７が自由になるとき、又は液滴１１７がその限界点にあるときのみ発生する。このような実施形態では、状態２ｃ（図１２参照）は、磁気ステアリング電流信号を磁界制御装置１０３に送る際に、適切な遅延を含む。例えば、いくつかの例示的な実施形態では、磁気ステアリング電流は、溶接パルスの開始後、１〜１００ミリ秒（ｍｓ）だけ遅延させることができる。いくつかの実施形態では、遅延は、５〜２０ｍｓとすることができる。当然のことながら、他の実施形態は、異なるタイミング遅延を使用してもよい。位相遅延を使用する実施形態では、磁界１０９は、自由になる前にアーク１１５と干渉しておらず、液滴が飛行している間に、磁界１０９はそのピークにある。また、位相のずれたステアリング電流を用いることにより、磁界１０９は、アーク電流が降下するが、液滴が依然として飛行中にある間であっても、そのピークにあるだろう。いくつかの実施形態では、ステアリング電流は、アーク電流がそのバックグラウンドレベルに達するまで、ピーク電流のままである。
【００６２】
別の例示的な実施形態では、ステアリング電流は、アーク溶接電流と１８０°位相をずらすことができる。このような実施形態では、磁界状態テーブル１５８の状態２ｃは、適切な位相遅延を含むことができ、及び／又は状態テーブル１５８の状態１ｃに対するカウント信号は、溶接状態テーブル１５４の状態５ａにおけるバックグラウンド電流の開始（又はピーク電流の完了）に基づくことができる。また、このような実施形態では、磁界１０９は、飛行中の液滴１１７を移動させるために使用されるものではなく、溶接パドルを制御する、溶接パドルを引き延ばす、又はワーク表面を予備洗浄するために使用される。例えば、磁気装置１０５及びプローブ１０７は、チップ１１１の（進行方向の）前面又は背面のいずれかに位置決めすることができる。このような実施形態では、磁界１０９は、溶接パドルを引き延ばすために、必要に応じてアークを前方又は後方に移動させることができる。例えば、アークは、アークの熱が、液滴１１７が溶接パドルに渡される前に、任意のコーティング又は表面汚染物を除去するように、（アーク中の液滴無しに）前方に偏向させることができる。同様に、アークは、溶接パドルが、所望の冷却又は固化プロファイルに引き延ばされるように、後方に偏向させることができる。図１３は、上述したような例示的なクリーニング波形を示す。示されるように、磁気ステアリング電流は、その電流が、アーク溶接パルスの前に始まるが、液滴１１７がワイヤ１１３から放出されるポイントの前に終了するようにパルス化される。クリーニングパルスは、Ｎ個のアークパルス溶接毎に、又は所定の持続時間の後に通電される（エネルギーが与えられる）。図１３の実施形態では、磁気ステアリング電流が、全ての溶接電流パルスに提供されることを示す、すなわちＮ＝１である。図１４は、図１３に示される磁気ステアリングパルス及び溶接パルスを実施するための例示的な磁界システムの状態テーブルを示す図である。
【００６３】
図１４では、溶接状態テーブルは、図２、図５、及び図１２に関して上述した状態テーブルと同様である。従って、相違する関連項目のみについて説明する。溶接が状態３ａで開始された後に、溶接状態テーブルは、ピーク溶接パルスが所定の遅延時間後に開始されることを示すような磁界システムの状態テーブルにカウント信号が送信される状態４ａに移行する。一旦、時間が所定の遅延時間を超えると（ｔ＞遅延時間）、溶接状態テーブルは、ピーク溶接電流信号が開始する状態５ａに移行する。時間が所定のピーク時間を超えた後に（ｔ＞ピーク時間）、溶接状態テーブルは、バックグラウンド溶接電流信号が開始する状態６ａに移行する。時間がバックグラウンド時間を超えた後に（ｔ＞バックグラウンド時間）、溶接状態テーブルは、次の溶接サイクルを開始するために、状態４ａに再び移行する。
【００６４】
磁界システムの状態テーブルの状態１ｃにおいて、カウンタは、磁界状態テーブルが、溶接状態テーブルからカウント信号を受信した後に更新される。一旦、カウント値Ｎが、予め設定されたカウント値に等しくなると、磁界状態テーブルは、磁気ステアリング電流信号が開始する状態２ｃに移行する。磁気ステアリング電流が、全ての溶接ピークパルスの直前に開始するような図１３に示される実施形態では、プリセットカウント値は１である。当然のことながら、プリセットカウント値は、１に限定されるものではなく、任意の所望の値とすることができる。例えば、磁気ステアリング電流が、１０番目の溶接ピーク電流パルス毎に一回パルス化された場合に、プリセットカウント値は１０になり、磁界状態テーブルは、Ｎ＝１０になったときに、状態１ｃから状態２ｃに移行する。
【００６５】
状態２ｃでは、磁気ステアリング電流信号が開始する。時間がステアリング時間を超えた後に（ｔ＞ステアリング時間）、磁界状態テーブルは、カウンタ及びタイマがリセットされる状態３ｃに移行し、磁界状態テーブルは、状態１ｃに再び移行する。
【００６６】
当然のことながら、状態テーブルの用途は、上述した溶接／動作制御／磁界システム構成の例示的な実施形態に限定されるものではない。本考案は、米国特許出願第１３／４３８，７０３号に開示された構成を含むような、溶接システム、動作制御システム、及び磁界システムの任意の組み合わせを組み込むことができる。
【００６７】
溶接システムの例示的な実施形態は、図面に示されるように、別々の構成要素として、溶接電源、磁界電源、及びシステム制御装置を示している。しかしながら、これらの構成要素は、単一のユニットに統合することができるケースでなくてもよい。また、磁界の制御ハードウェア及びソフトウェア（例えば、制御状態テーブル）は、溶接電源、システム制御装置及び／又は磁界電源のいずれかに見出すことができる。本考案の実施形態は、この点に限定されるものではなく、システムの構成要素が別々に提供されるが、組み合わせ可能なモジュールとすることができるようなモジュール構造も同様に有することができる。
【００６８】
本考案は、例示的な実施形態を参照して特に図示及び説明してきたが、本考案は、これらの実施形態に限定されるものではない。形式及び詳細における様々な変更は、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本考案の精神及び範囲から逸脱することなく、行うことができることが当業者によって理解されるであろう。
【００６９】
本開示は一例であり、種々の変更は、本開示に含まれる教示の公正な範囲から逸脱することなく細部を追加、変更、又は除去することによって行うことができることは明らかである。従って、本考案は、以下の特許請求の範囲がそのように限定されている場合を除き、本開示の特定の詳細に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７０】
１ａ    状態
１ｂ    状態
１ｃ    状態
２ａ    状態
２ｂ    状態
２ｃ    状態
３ａ    状態
３ｂ    状態
３ｃ    状態
４ａ    状態
４ｂ    状態
５ａ    状態
５ｂ    状態
１０    アーク溶接システム
１２    溶接電源
１４    電気アーク
１６    電極
１８    ワーク
２０    電源
２２    電力変換器
２４    溶接波形
２６    溶接トーチ
２８    接触チップ
３０    電気リード線
３２    電気リード線
３４    制御装置
３６    波形制御信号
３８    バックグラウンド電流状態
４０    短絡クリア状態
４２    ピーク電流状態
４４    テールアウト電流状態
４６    シャント
４８    電圧センサ
５０    メモリ部
５２    状態テーブル
５３    データテーブル
５４    溶接状態テーブル
５６    動作制御システムの状態テーブル
５７    動作制御システムの状態テーブル
５８    モータ
５８ａ  ウィーバーモータ
６０    動作制御システムの制御装置
６０ａ  ウィーバー制御装置
６１    動作制御システムの制御装置
６２    動作制御信号
６３    動作制御信号
６４    位置センサ
６５    バグ制御装置
６６    位置フィードバック信号
６８    フィルタ
７０    計算ブロック
７２    入力装置
７４    入力装置
７６    入力装置
７８    入力装置
８０    スプール
８２    ピンチローラ
８４    速度フィードバック信号
８６    速度センサ
８８    パイプ
９０    溶接バグ
９２    キャリッジ制御装置
９４    トラッカー制御装置
９６    キャリッジ
１００  ＧＭＡＷ式溶接システム
１０１  溶接電源
１０３  電源／制御装置
１０５  磁界発生装置
１０７  磁界プローブ
１０９  磁界
１１１  溶接トーチ
１１３  溶接用電極
１１５  溶接アーク
１１７  溶滴
１３４  状態ベースの制御装置
１５４  溶接状態テーブル
１５８  磁界システムの状態テーブル
Ｎ      溶接パルス
ｔ      バックグラウンド時間
Ｗ      ワーク
【図１】
0003199188.tif 000004
【図２】
0003199188.tif 000005
【図３】
0003199188.tif 000006
【図４】
0003199188.tif 000007
【図５】
0003199188.tif 000008
【図６】
0003199188.tif 000009
【図７】
0003199188.tif 000010
【図８】
0003199188.tif 000011
【図９】
0003199188.tif 000012
【図１０】
0003199188.tif 000013
【図１１】
0003199188.tif 000014
【図１２】
0003199188.tif 000015
【図１３】
0003199188.tif 000016
【図１４】
0003199188.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月10日(2015.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接システム（１０）であって、当該システムは：
溶接信号に基づいて溶接波形（２４）を出力するとともに、該溶接波形（２４）に基づいて溶接トーチ（２６）とワーク（１８）との間で電気アーク（１４）を形成するために前記溶接トーチ（２６）に作動可能に接続される電力変換器（２２）であって、前記アーク（１４）は、溶融材料の少なくとも１つの溶滴（１１７）を前記ワーク（１８）上に移動させる、電力変換器と；
磁気ステアリング信号に基づいて磁界（１０９）を発生する磁界発生器（１０５）を含む磁界システムと；
前記電力変換器（２２）と前記磁界発生器（１０５）とに作動可能に接続された制御装置（３４）と；を備えており、
前記制御装置（３４）は、前記溶接信号に応じて前記電力変換器（２２）の動作を制御するとともに、同時に前記磁気ステアリング信号に応じて前記磁界システムを制御し、
前記溶接信号が、各波形サイクルについてのピーク部とバックグラウンド部とを含み、
前記磁気ステアリング信号は、ピーク部を含む、
システム。
【請求項２】
前記磁気ステアリング信号のピーク部は、前記溶接信号のピーク部と同期され、それによって、全てのＮ個の溶接信号ピークについて、１つの前記磁気ステアリング信号のピークが存在し、ここで、Ｎは正の整数であり、
前記磁界は、前記溶融材料の溶滴の移動中に前記溶滴の経路に影響を及ぼす、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
Ｎは、１〜２０の包括的な数である、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記磁気ステアリング信号のピークは、前記溶接信号のピークからオフセットしており、それによって、前記磁界は、前記溶接波形がピーク値に達した後に、ピーク値に到達する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記磁気ステアリング信号のピーク部は、前記溶接信号のバックグラウンド部と同期しており、
前記磁界（１０９）は、前記アーク（１４）によって形成された溶接パドルを前記ワーク（１８）上で制御する、前記溶接パドルを引き伸ばす、及び前記ワーク（１８）の表面を予備洗浄することのうちの１つを実行する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御装置（３４）は、並列状態ベースの制御装置であり、該並列状態ベースの制御装置は：
前記溶接信号を少なくとも規定するような第１の複数の制御状態を含む溶接状態テーブル（１５４）と；
前記磁気ステアリング信号を少なくとも規定するような第２の複数の制御状態を含む磁界システムの状態テーブル（１５８）と；を有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
第１の複数の制御状態は、ピーク波形の制御状態を含み、前記溶接信号は、並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク波形の制御状態に入ったときに、ピーク値に移行し、
第２の複数の制御状態は、ピーク磁界の制御状態を含み、前記磁気ステアリング信号は、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク磁界の制御状態に入ったときに、ピーク値に移行し、
全てのＮ回について、Ｎは、正の整数であり、前記並列状態ベースの制御装置は、前記ピーク波形の制御状態に入り、前記並列状態ベースの制御装置は、前記ピーク磁界の制御状態に入り、
前記磁界（１０９）は、溶融材料の溶滴（１１７）の移動中に、前記溶滴（１１７）の経路に影響を及ぼす、
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク波形の制御状態にＮ回入った後で、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク磁界の制御状態に入る前に、遅延が存在する、
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記遅延は、１〜１００ミリ秒である、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
アーク溶接電源（１０）であって、当該電源は：
溶接信号に基づいて溶接波形（２４）を出力するような電力変換器（２２）と；
少なくとも前記溶接信号と磁気ステアリング信号とを生成する制御装置（３４）と；を備えており、
前記磁気ステアリング信号は、前記磁気ステアリング信号に基づいて磁界（１０９）を発生させるような磁界システムに出力され、
前記電力変換器（２２）は、前記溶接波形（２４）に基づいて溶接トーチ（２６）とワーク（１８）との間で電気アーク（１４）を形成するために、前記溶接トーチ（２６）に作動可能に接続され、前記アークによって、溶融材料（１４）の少なくとも１つの液滴（１１７）がワーク（１８）上に移動され、
前記制御装置（３４）は、前記溶接信号に応じて前記電力変換器（２２）の動作を制御するとともに、同時に前記磁気ステアリング信号に応じて前記磁界システムを制御し、
前記溶接信号は、各波形サイクルについてピーク部とバックグラウンド部とを含み、
前記磁気ステアリング信号は、ピーク部を含む、
電源。
【請求項１１】
前記磁気ステアリング信号のピーク部は、前記溶接信号のピーク部と同期され、全てのＮ個の溶接信号ピークについて、１つの前記磁気ステアリング信号のピークが存在しており、ここで、Ｎは正の整数であり、及び前記磁界は、溶融材料の溶滴の移動中に、前記溶滴の経路に影響を与え、及び／又はＮは、１〜２０の間の包括的な数である、
請求項１０に記載の電源。
【請求項１２】
前記磁気ステアリング信号のピークが、前記溶接信号のピークからオフセットされており、それによって、前記磁界は、前記溶接波形がピーク値に達した後に、ピーク値に到達する、
請求項１０又は１１に記載の電源。
【請求項１３】
前記磁気ステアリング信号のピーク部は、前記溶接信号のバックグラウンド部と同期されており、前記磁界は、前記アークによって形成された溶接パドルを前記ワーク上で制御する、前記溶接パドルを引き延ばす、及び前記ワークの表面を予備洗浄することのうちの１つを実行する、
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の電源。
【請求項１４】
前記制御装置は、並列状態ベースの制御装置であり、該並列状態ベースの制御装置は、前記溶接信号を少なくとも規定するような第１の複数の制御状態を含む溶接状態テーブルと、前記磁気ステアリング信号を少なくとも規定するような第２の複数の制御状態を含む磁界システムの状態テーブルとを含んでおり、
好ましくは：第１の複数の制御状態は、ピーク波形の制御状態を含み、前記溶接信号は、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク波形の制御状態に入るときに、ピーク値に移行し、第２の複数の制御状態は、ピーク磁界の制御状態を含み、前記磁気ステアリング信号は、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク磁界の制御状態に入ったときに、ピーク値に移行し、
全てのＮ回について、Ｎは正の整数であり、前記並列状態ベースの制御装置は、前記ピーク波形の制御状態に入り、前記並列状態ベースの制御装置は、前記ピーク磁界の制御状態に入り、前記磁界は、溶融材料の溶滴の移動中に、前記溶滴の経路に影響を与え、
好ましくは：前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク波形の制御状態にＮ回入った後に、前記並列状態ベースの制御装置が、前記ピーク磁界の制御状態に入る前に遅延が存在しており、
好ましくは：前記遅延は、１〜１００ミリ秒である、
請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の電源。