(57)【要約】【課題】溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、溶接電圧Ｖｗに重畳する異常電圧を効率よく除去して精密なアーク長制御を行うこと。【解決手段】本発明は、ピーク立上り期間Ｔｕｐから溶接電圧Ｖｗの積分を開始し、ピーク立下り期間Ｔｄｗの終了時点でのピーク期間積分値Ｓｐを算出し、このピーク期間積分値Ｓｐを変動積分範囲Ｓｃ±ΔＳｃ内に制限してピーク期間積分制限値Ｓｐｆを算出し、ベース期間Ｔｂ中は溶接電圧Ｖｗを変動電圧範囲Ｖｂｃ±ΔＶｂｃ内に制限して溶接電圧制限値Ｖｆｔを算出し、ベース期間Ｔｂから溶接電圧制限値Ｖｆｔを積分し、この積分値とピーク期間積分制限値Ｓｐｆとの加算値によって溶接電圧Ｖｗの平均値を算出して溶接電源の出力を制御する。【選択図】図１
2006167767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク立上り期間中はベース電流からピーク電流へと曲線又は直線状に上昇する遷移電流を通電し続いてピーク期間中は前記ピーク電流を通電し続いてピーク立下り期間中は前記ピーク電流から前記ベース電流へと曲線又は直線状に下降する遷移電流を通電し続いてベース期間中は前記ベース電流を通電しこれらの通電を１パルス周期として繰り返して通電すると共に、溶接電圧の平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記ピーク立上り期間の開始時点から前記溶接電圧の積分を開始し、前記ピーク期間を経過して前記ピーク立下り期間が終了した時点での前記積分値をピーク期間積分値として算出し、このピーク期間積分値を入力として予め定めた基準積分値を中心値とする予め定めた変動積分範囲内に制限してピーク期間積分制限値を算出し、
続いて前記ベース期間中は前記溶接電圧を入力として予め定めた基準ベース電圧値を中心値とする予め定めた変動電圧範囲内に制限して溶接電圧制限値を算出し、前記ベース期間の開始時点から前記溶接電圧制限値を積分し、この積分値と前記ピーク期間積分制限値との加算値に基づいて前記溶接電圧の平均値を算出して溶接電源の出力を制御する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の基準積分値を、前記ピーク期間積分制限値を過去所定期間にわたって移動平均して算出する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。
【請求項３】
請求項１記載の基準ベース電圧値を、前記ベース期間中の前記溶接電圧制限値を過去所定期間にわたって移動平均して算出する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接電圧に重畳するアーク長とは関係のない異常電圧をシンプルなアルゴリズムに基づいて除去することによってアーク長を精密に制御するためのパルスアーク溶接のアーク長制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、消耗電極式パルスアーク溶接の電流・電圧波形図であり、同図（Ａ）はアークを通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は給電チップ・母材間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上り期間Ｔup中は、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電し、続いて時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電流Ｉｐが通電し、続いて時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下り期間Ｔdw中は、上記のピーク電流Ｉｐから上記のベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流が通電し、続いて時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、上記のベース電流Ｉｂが通電する。一般的に、パルスアーク溶接用の溶接電源は定電流制御されるために、上記の各期間の電流設定値が変化して上記の各期間の溶接電流Ｉｗが通電する。また、上記の溶接電流Ｉｗの通電に対応して、同図（Ｂ）に示すように、上記のピーク立上り期間Ｔup中は、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する遷移電圧が印加し、続いて上記のピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電圧Ｖｐが印加し、続いて上記のピーク立下り期間Ｔdw中は、上記のピーク電圧Ｖｐから上記のベース電圧Ｖｂへと下降する遷移電圧が印加し、続いて上記のベース期間Ｔｂ中は、上記のベース電圧Ｖｂが印加する。上記の時刻ｔ１〜ｔ５の期間を１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。ところで、溶接中のアーク長を適正値に維持するために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの平均値Ｖavが予め定めた電圧設定値（Ｖｓ）と略等しくなるように、上記のパルス周期Ｔｆの長さがフィードバック制御される。したがって、パルス周期Ｔｆ以外の波形パラメータ（Ｔup、Ｔｐ、Ｔdw、Ｉｐ、Ｉｂ）は予め設定される。時刻ｔ１〜ｔ５のパルス周期Ｔｆ中の溶接電圧平均値Ｖavは、下式によって算出される。
Ｖav＝（１／Ｔｆ）・∫Ｖｗ・ｄｔ
但し、積分は時刻ｔ１〜ｔ５の期間行う。パルス周期Ｔｆの終了時点ｔ５においてＶav＝Ｖｓとなる。したがって、時刻ｔ１の時点から電圧積分値Ｓｖ＝∫Ｖｗ・ｄｔを算出し、この積分値が目標積分値Ｓｍ＝∫Ｖｓ・ｄｔと等しくなった時点でパルス周期Ｔｆを終了すればよい。これがアーク長制御のためのパルス周期変調制御の基本的な考え方である。
【０００４】
ピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwを長く設定すると、アークはすそ野が広がった形状となり、アークの集中性が弱くなり、アーク力は弱くなり、ソフトなアーク特性になる。このために、姿勢溶接に適しており、アンダーカットの発生を抑制する効果もある。他方、ピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwを短く設定すると、アークはすそ野が狭い形状となり、アークの集中性が強くなり、アーク力は強くなり、ハードなアーク特性になる。このために、溶け込み深さを深くする効果がある。上記の効果以外にも、アーク特性によって溶接の作業性が変化するために、熟練した溶接作業者は、自分の好みに合ったアーク特性に調整して溶接を行うことが多い。このように、ピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwをワークに応じて適正化することは、溶接品質を向上させるために重要である。
【０００５】
ところで、パルスアーク溶接においては、消耗電極である溶接ワイヤと母材とが短絡しその短絡が解除されてアークが再点弧したとき、母材表面の酸化皮膜の不均一に起因するアーク陰極点のふらつき現象が発生したとき等において、異常電圧が溶接電圧Ｖｗに重畳することがある。この異常電圧はアーク長とは比例しない電圧であるので、アーク長を検出するためには溶接電圧Ｖｗに重畳した異常電圧を除去する必要がある。この除去のための方法としては、パルス波形の基準電圧波形Ｖｃ及び変動電圧範囲ΔＶｃを予め設定し、溶接電圧ＶｗがＶｃ±ΔＶｃの範囲外になる部分は異常電圧であるとしてカットして制限する従来技術が提案されている。以下、この従来技術について説明する（特許文献１参照）。
【０００６】
図６は、上記の基準電圧波形Ｖｃの設定方法を示す図である。まず、溶接ワイヤの種類、送給速度等に応じて、基準ピーク電圧値Ｖpc、基準ベース電圧値Ｖbc及び変動電圧範囲ΔＶｃを、実験等によって予め設定する。そして、同図に示すように、ピーク立上り期間Ｔupの開始時点を０秒とする経過時間ｔによって、下式のように基準電圧波形Ｖｃが定義される。
０≦ｔ＜Ｔup
Ｖｃ＝（（Ｖpc−Ｖbc）／Ｔup）・ｔ＋Ｖbc    （11）式
Ｔup≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ
Ｖｃ＝Ｖpc    （12）式
Ｔup＋Ｔｐ≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw
Ｖｃ＝（（Ｖbc−Ｖpc）／Ｔdw）・（ｔ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpc    （13）式
Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw＋Ｔｂ
Ｖｃ＝Ｖbc    （14）式
【０００７】
例えば、同図に示すように、経過時間ｔａにおける溶接電圧検出値がＶd1であったとする。経過時間ｔａはＴup＋Ｔｐ≦ｔａ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdwのときであるので、上記（13）式に代入して、基準電圧波形の中心値Ｖc1は下式となる。
Ｖｃ1＝（（Ｖbc−Ｖpc）／Ｔdw）・（ｔａ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpc
したがって、経過時間ｔａのときの溶接電圧検出値Ｖd1は、変動電圧範囲Ｖｃ１±ΔＶｃ内に制限される。すなわち、Ｖd1≧Ｖc1＋ΔＶｃのときにはＶd1＝Ｖｃ＋ΔＶｃに制限され、Ｖd1≦Ｖc1−ΔＶｃのときにはＶd1＝Ｖｃ−ΔＶｃに制限される。このようにして算出された溶接電圧制限値Ｖftは、異常電圧が略除去されたアーク長に略比例する電圧値となる。
【０００８】
図７は、短絡解除直後のアーク再点弧に伴う異常電圧発生時の電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は基準電圧波形によって異常電圧を除去した後の溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは基準電圧波形を中心値Ｖｃとする変動電圧範囲Ｖｃ±ΔＶｃ内に制限される。この結果、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間中の溶接電圧制限値Ｖft＝Ｖｃ−ΔＶｃとなり、時刻ｔ２〜ｔ３の異常電圧発生期間中の溶接電圧制限値Ｖft＝Ｖｃ＋ΔＶｃとなる。このように、異常電圧を略除去することができる。
【０００９】
図８は、図６で上述した基準電圧波形Ｖｃを自動設定する方法を説明するための溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す図である。同図において、現時点は時刻ｔｎであり、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)の開始時点である。また、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Ｖpf(n-1)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-1)である。同様に、第ｎ−ｍ回目のパルス周期Ｔｆ(n-m)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Ｖpf(n-m)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-m)である。
【００１０】
時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のピーク電圧制限値Ｖpfを入力として、下式のようにピーク電圧移動平均値Ｖpr(n)を算出する。
Ｖpr(n)＝（Ｖpf(n-1)＋…＋Ｖpf(n-m)）／ｍ
同様に、時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のベース電圧制限値Ｖbfを入力として、下式のようにベース電圧移動平均値Ｖbr(n)を算出する。
Ｖbr(n)＝（Ｖbf(n-1)＋…＋Ｖbf(n-m)）／ｍ
【００１１】
そして、上述した（11）〜（14）式において、基準ピーク電圧値Ｖpcに上記のピーク電圧移動平均値Ｖprを代入し、かつ、基準ベース電圧値Ｖbcに上記のベース電圧移動平均値Ｖbrを代入すると、下式のように第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)期間中の基準電圧波形が自動設定される。
０≦ｔ＜Ｔup
Ｖｃ(n)＝（（Ｖpr(n）−Ｖbr(n)）／Ｔup）・ｔ＋Ｖbr(n)    （21）式
Ｔup≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ
Ｖｃ(n)＝Ｖpr(n)    （22）式
Ｔup＋Ｔｐ≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw
Ｖｃ(n)＝（（Ｖbr(n)−Ｖpr(n)）／Ｔdw）・（ｔ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpr(n)    （23）式
Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw＋Ｔｂ
Ｖｃ(n)＝Ｖbr(n)    （24）式
【００１２】
上述したように、パルス周期の開始時点ごとに、上記のピーク電圧移動平均値Ｖpr及びベース電圧移動平均値Ｖbrを算出し、上記（21）式〜（24）式によって基準電圧波形が自動設定される。上記において、ピーク電圧移動平均値Ｖprを算出するときに、ピーク電圧制限値Ｖpfを重み付け移動平均して算出しても良い。同様に、ベース電圧移動平均値Ｖbrを算出するときに、ベース電圧制限値Ｖbfを重み付け移動平均して算出しても良い。また、移動平均する期間の長さは、過去数周期〜数十周期程度に設定する。
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−３１１４０９号公報
【特許文献２】特開昭６２−１９２２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した従来技術においては、ピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwの基準電圧波形の中心値Ｖｃを、上記（１１）式及び（１３）式並びに（２１）式及び（２３）式の直線式に基づいて経過時間ｔごとに算出する必要がある。ピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂ中は、基準電圧波形の中心値Ｖｃは、ピーク電圧基準値Ｖpc又はベース電圧基準値Ｖbcとなり、経過時間ｔに伴って刻々と算出する必要はない。このように、上記のピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwにおいて基準電圧波形の中心値Ｖｃを刻々と算出することは、制御回路に対する処理負荷が重くなるために、高速演算が可能な高価なＣＰＵ等を使用する必要があった。
【００１５】
また、図９は、特許文献２に記載するピーク電圧の立上り及び立下りが曲線状に変化するときの電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は上述した図５と対応しており、ピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwの溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの変化が直線ではなく曲線状である点が異なる。直線状ではなく曲線状に変化させることで、溶接品質をさらに向上させることができる。
【００１６】
同図（Ｂ）に示す溶接電圧波形において、基準電圧波形の中心値Ｖｃを算出する方法として、上述した（１１）〜（１４）式の方法又は（２１）〜（２４）式の方法を使用することはできない。理由は、これらの式はピーク電圧の立上り及び立下りが直線であることを前提にしているからである。したがって、同図（Ｂ）において基準電圧波形の中心値Ｖｃを算出するためには、立上り及び立下りを２次又はそれ以上の高次の近似曲線を使用して算出する必要がある。このためには、ますます制御回路への処理負荷が重くなり、さらに演算速度の高速なさらに高価なＣＰＵ等を使用しなければならなくなる。
【００１７】
そこで、本発明は、異常電圧を除去する効果はそのまま維持しつつ、除去のためのアルゴリズムを簡素化することができるパルスアーク溶接のアーク長制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、ピーク立上り期間中はベース電流からピーク電流へと曲線又は直線状に上昇する遷移電流を通電し続いてピーク期間中は前記ピーク電流を通電し続いてピーク立下り期間中は前記ピーク電流から前記ベース電流へと曲線又は直線状に下降する遷移電流を通電し続いてベース期間中は前記ベース電流を通電しこれらの通電を１パルス周期として繰り返して通電すると共に、溶接電圧の平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記ピーク立上り期間の開始時点から前記溶接電圧の積分を開始し、前記ピーク期間を経過して前記ピーク立下り期間が終了した時点での前記積分値をピーク期間積分値として算出し、このピーク期間積分値を入力として予め定めた基準積分値を中心値とする予め定めた変動積分範囲内に制限してピーク期間積分制限値を算出し、
続いて前記ベース期間中は前記溶接電圧を入力として予め定めた基準ベース電圧値を中心値とする予め定めた変動電圧範囲内に制限して溶接電圧制限値を算出し、前記ベース期間の開始時点から前記溶接電圧制限値を積分し、この積分値と前記ピーク期間積分制限値との加算値に基づいて前記溶接電圧の平均値を算出して溶接電源の出力を制御する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【００１９】
また、第２の発明は、第１の発明記載の基準積分値を、前記ピーク期間積分制限値を過去所定期間にわたって移動平均して算出する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【００２０】
また、第３の発明は、第１の発明記載の基準ベース電圧値を、前記ベース期間中の前記溶接電圧制限値を過去所定期間にわたって移動平均して算出する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【発明の効果】
【００２１】
上記第１の発明によれば、ピーク電圧の立上り及び立下りが曲線又は直線状に変化する場合でも、上述したシンプルなアルゴリズムによって異常電圧を除去することができる。このために、制御回路のＣＰＵ等への処理負荷が軽減されるので、高速演算が可能な高価なＣＰＵ等を使用する必要がなく、溶接電源のコストを低減することができる。
【００２２】
さらに、上記第２の発明によれば、上述した効果に加えて、異常電圧除去アルゴリズムに使用する基準積分値Ｓｃを自動設定することができるので、種々の溶接条件に応じて基準積分値Ｓｃを常に適正化することができる。このために、異常電圧の除去を確実に行うことができ、アーク長を精密に制御することができる。
【００２３】
さらに、上記第３の発明によれば、上述した効果に加えて、異常電圧除去アルゴリズムに使用する基準ベース電圧値Ｖbcを自動設定することができるので、種々の溶接条件に応じて基準ベース電圧値Ｖbcを常に適正化することができる。このために、異常電圧の除去を確実に行うことができ、アーク長を精密に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を示す波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電圧制限値Ｖftの、同図（Ｃ）は電圧積分値Ｓｖの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２６】
同図（Ａ）は、ピーク立下り期間Ｔdw及びベース期間Ｔｂ中に異常電圧が重畳した例である。上述したように、精密なアーク長制御を行うためには、この異常電圧を除去しなければならない。本発明では、同図（Ｂ）に示す溶接電圧制限値Ｖftは、ベース期間Ｔｂ以外の期間は何らの制限も加えずにそのままの電圧値とする。すなわち、同図（Ａ）に示すピーク立下り期間Ｔdwの異常電圧もそのまま同図（Ｂ）に示す溶接電圧制限値Ｖftに重畳したままである。他方、ベース期間Ｔｂ中は、溶接電圧Ｖｗを基準ベース電圧値Ｖbcからの変動電圧範囲Ｖbc±ΔＶbc内に制限して。溶接電圧制限値Ｖftを出力する。したがって、同図（Ｂ）に示すように、ベース期間Ｔｂ中の異常電圧は略除去される。上記の基準ベース電圧値Ｖbc及び変動電圧範囲ΔＶbcは、溶接条件に応じて予め適正値に設定する。
【００２７】
次に、同図（Ｃ）に示すように、アーク長制御のために上記の溶接電圧制限値Ｖftを各パルス周期Ｔｆの開始時点から積分して電圧積分値Ｓｖ＝∫Ｖft・ｄｔを算出する。この電圧積分値Ｓｖはピーク立上り期間Ｔup、ピーク期間Ｔｐ及びピーク立下り期間Ｔdwが経過するに伴って増加し、ピーク立下り期間Ｔdwの終了時点でのその値がピーク期間積分値Ｓｐとなる。この値にはピーク立下り期間Ｔdw中の異常電圧分も含まれている。ここで、ピーク期間積分値Ｓｐを予め定めた基準積分値Ｓｃを中心値とする変動積分範囲Ｓｃ±ΔＳｃ内に制限する。同図（Ｃ）に示すように、内部に斜線を引いた四角形の真中の横線が基準積分値Ｓｃを示し、上辺の横線が変動積分範囲の上限Ｓｐ＋ΔＳｃを示し、下辺の横線が変動積分範囲の下限Ｓｃ−ΔＳｃを示す。したがって、ピーク期間積分値Ｓｐがこの四角形の範囲内になるように制限される。これによって、同図（Ｃ）においては、ピーク期間積分値Ｓｐは変動積分範囲の上限に制限されてピーク期間積分制限値Ｓpf＝Ｓｃ＋ΔＳｃが出力される。これによって、ピーク期間積分値Ｓｐに含まれるピーク立下り期間Ｔdw中の異常電圧分は除去される。
【００２８】
続いてベース期間Ｔｂに入ると、上記のピーク期間積分制限値Ｓpfに溶接電圧制限値Ｖftの積分値を加算する。すなわち、電圧積分値Ｓｖ＝Ｓpf＋∫Ｖft・ｄｔを算出する。また、電圧設定値Ｖｓをパルス周期の開始時点から積分した目標積分値Ｓｍ＝∫Ｖｓ・ｄｔを同時に算出する。そして、電圧積分値Ｓｖが目標積分値Ｓｍと等しくなった時点（ｔ５）で現パルス周期Ｔｆを終了する。
【００２９】
上述したように、ピーク立上り期間Ｔup、ピーク期間Ｔｐ及びピーク立下り期間Ｔdw中の異常電圧は、ピーク期間積分値Ｓｐに一旦含めておき、その値を基準積分値からの変動積分値範囲Ｓｃ±ΔＳｃ内に制限することによってまとめて除去している。このために、ピーク電圧の立上り及び立下りが直線又は曲線状に変化しても同一のアルゴリズムによって取り扱うことができる。かつ、ピーク期間積分値Ｓｐのみを制限してピーク期間積分制限値Ｓpfを算出するので制御回路の処理負荷は大幅に軽減される。
【００３０】
図２は、実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３１】
電源主回路ＰＭは、商用交流電源（３相２００Ｖ等）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従って、インバータ制御、チョッパ制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給されて、母材２との間でアーク３が発生する。
【００３２】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。基準ベース電圧設定回路ＶＢＣは、予め定めた基準ベース電圧設定信号Ｖbcを出力する。変動電圧範囲設定回路ΔＶＢＣは、予め定めた変動電圧範囲設定信号ΔＶbcを出力する。溶接電圧制限値回路ＦＴは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄをベース期間中は上記の基準ベース電圧設定信号Ｖbc及び変動電圧範囲設定信号ΔＶbcによって定まる変動電圧範囲内に制限して、溶接電圧制限値信号Ｖftを出力する。
【００３３】
基準積分設定回路ＳＣは、予め定めた基準積分設定信号Ｓｃを出力する。変動積分範囲設定回路ΔＳＣは、予め定めた変動積分範囲設定信号ΔＳｃを出力する。電圧積分回路ＳＶは、後述する経過時間信号Ｓｔを入力として、ピーク立上り期間Ｔupの開始時点から上記の溶接電圧制限値信号Ｖftの積分を開始し、ピーク立下り期間Ｔdw終了時点のピーク期間積分値を上記の基準積分設定信号Ｓｃ及び変動積分範囲設定信号ΔＳｃによって定まる範囲内に制限してピーク期間積分制限値を算出する。そして、この電圧積分回路ＳＶは、ベース期間Ｔｂの開始時点からピーク期間積分制限値に加算して溶接電圧制限値信号Ｖftの積分を継続し、電圧積分信号Ｓｖを出力する。電圧設定回路ＶＳは、予め定めた電圧設定信号Ｖｓを出力する。比較回路ＣＭは、上記の電圧積分値信号Ｓｖと上記の電圧設定信号Ｖｓを積分した目標積分値とを比較して同じ値になった瞬間だけＨｉｇｈレベルとなるパルス周期信号Ｔｆを出力する。すなわち、パルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになる信号である。
【００３４】
経過時間計数回路ＳＴは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの経過時間を計数して、経過時間信号Ｓｔを出力する。ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記の経過時間信号Ｓｔを入力として、ピーク立上り期間Ｔup中は上記のベース電流設定信号Ｉbsから上記のピーク電流設定信号Ｉpsへと上昇する電流制御設定信号Ｉscを出力し、その後のピーク期間Ｔｐ中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流制御設定信号Ｉscとして出力し、その後のピーク立下り期間Ｔdw中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsから上記のベース電流設定信号Ｉbsへと下降する電流制御設定信号Ｉscを出力し、その後のベース期間Ｔｂ中は上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉscと電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。上記ブロックにより、上記の電流制御設定信号Ｉscに相当する溶接電流Ｉｗが通電する。
【００３５】
［実施の形態２］
図３は、図１で上述した基準積分値Ｓｃ及び基準ベース電圧値Ｖbcを自動設定する方法を説明するための溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す図である。同図において、現時点は時刻ｔｎであり、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)の開始時点である。また、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)におけるピーク期間積分制限値がＳpf(n-1)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-1)である。同様に、第ｎ−ｍ回目のピーク期間積分制限値がＳpf(n-m)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-m)である。
【００３６】
時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のピーク期間積分制限値Ｓpfを入力として、下式のようにピーク期間積分移動平均値Ｓpr(n)を算出する。
Ｓpr(n)＝（Ｓpf(n-1)＋…＋Ｓpf(n-m)）／ｍ
同様に、時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のベース電圧制限値Ｖbfを入力として、下式のようにベース電圧移動平均値Ｖbr(n)を算出する。
Ｖbr(n)＝（Ｖbf(n-1)＋…＋Ｖbf(n-m)）／ｍ
そして、上記のピーク期間積分移動平均値Ｓpr(n)を第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)における基準積分値Ｓｃ(n)とし、上記のベース電圧移動平均値Ｖbr(n)を第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)の基準ベース電圧値Ｖbc(n)として設定すれば良い。
【００３７】
図４は、実施の形態２に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００３８】
ベース電圧移動平均値算出回路ＶＢＲは、溶接電圧制限値信号Ｖftを入力として、過去所定周期にわたるベース電圧制限値の移動平均を行い、ベース電圧移動平均値信号Ｖbrを出力する。第２基準ベース電圧設定回路ＶＢＣ２は、上記のベース電圧移動平均値信号Ｖbrを基準ベース電圧設定信号Ｖbcとして出力する。
【００３９】
第２電圧積分回路ＳＶ２は、経過時間信号Ｓｔを入力として、ピーク立上り期間Ｔupの開始時点から溶接電圧制限値信号Ｖftの積分を開始し、ピーク立下り期間Ｔdw終了時点のピーク期間積分値を基準積分設定信号Ｓｃ及び変動積分範囲設定信号ΔＳｃによって定まる範囲内に制限してピーク期間積分制限値信号Ｓpfを出力する。そして、この第２電圧積分回路ＳＶ２は、ベース期間Ｔｂの開始時点からピーク期間積分制限値信号Ｓpfに加算して溶接電圧制限値信号Ｖftの積分を継続し、電圧積分信号Ｓｖを出力する。ピーク期間積分移動平均値算出回路ＳＰＲは、過去所定周期にわたって上記のピーク期間積分制限値信号Ｓpfを移動平均して、ピーク期間積分移動平均値信号Ｓprを出力する。第２基準積分設定回路ＳＣ２は、上記のピーク期間積分移動平均値信号Ｓprを基準積分設定信号Ｓｃとして出力する。
【００４０】
上記において、移動平均は重み付け移動平均であっても良い。また、移動平均する期間の長さは、過去数周期〜数十周期程度である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を示す波形図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る溶接電源のブロック図である。
【図５】従来技術におけるパルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図６】従来技術における基準電圧波形Ｖｃの設定方法を示す波形図である。
【図７】従来技術における異常電圧の除去方法を示す波形図である。
【図８】従来技術における基準電圧波形Ｖｃを自動設定する方法を示す波形図である。
【図９】従来技術の課題を示すピーク電圧の立上り及び立下りが曲線状に変化するときの電流・電圧波形図である。
【符号の説明】
【００４２】
１            溶接ワイヤ
２            母材
３            アーク
４            溶接トーチ
５            送給ロール
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＦＴ            溶接電圧制限値回路
Ｉｂ            ベース電流
ＩＢＳ            ベース電流設定回路
Ｉbs            ベース電流設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｐ            ピーク電流
ＩＰＳ            ピーク電流設定回路
Ｉps            ピーク電流設定信号
ＩＳＣ            電流制御設定回路
Ｉsc            電流制御設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ＰＭ            電源主回路
ＳＣ            基準積分設定回路
Ｓｃ            基準積分（値／設定信号）
ＳＣ２            第２基準積分設定回路
Ｓｍ            目標積分値
Ｓｐ            ピーク期間積分値
Ｓpf            ピーク期間積分制限値（信号）
ＳＰＲ            ピーク期間積分移動平均値算出回路
Ｓpr            ピーク期間積分移動平均値（信号）
ＳＴ            経過時間計数回路
Ｓｔ            経過時間信号
ＳＶ            電圧積分回路
Ｓｖ            電圧積分値（信号）
ＳＶ２            第２電圧積分回路
ｔａ            経過時間
Ｔｂ            ベース期間
Ｔdw            ピーク立下り期間
Ｔｆ            パルス周期（信号）
Ｔｐ            ピーク期間
Ｔup            ピーク立上り期間
Ｖav            溶接電圧平均値
Ｖｂ            ベース電圧
ＶＢＣ            基準ベース電圧設定回路
Ｖbc            基準ベース電圧（値／設定信号）
ＶＢＣ２          第２基準ベース電圧設定回路
Ｖbf            ベース電圧制限値
ＶＢＲ            ベース電圧移動平均値算出回路
Ｖbr            ベース電圧移動平均値（信号）
Ｖｃ            基準電圧波形
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            溶接電圧検出信号
Ｖft            溶接電圧制限値（信号）
Ｖｐ            ピーク電圧
Ｖpc            基準ピーク電圧値
Ｖpf            ピーク電圧制限値
Ｖpr            ピーク電圧移動平均値
ＶＳ            電圧設定回路
Ｖｓ            電圧設定（値／信号）
Ｖｗ            溶接電圧
ΔＳＣ            変動積分範囲設定回路
ΔＳｃ            変動積分範囲（設定信号）
ΔＶＢＣ          変動電圧範囲設定回路
ΔＶbc          変動電圧範囲（設定信号）
ΔＶｃ            変動電圧範囲
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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