(57)【要約】  溶接作業又は溶断作業のための電力供給装置であって、溶接回路内で発生するインダクタンスに関する情報をリアルタイムに監視し、画面表示するための電力供給装置およびその方法が開示され、それにより、溶接システムのインダクタンスが電力供給装置の作動状態に悪影響を及ぼしていないか否かを判断するために、利用者が電力供給装置の性能を監視することを可能にする。  当該電力供給装置は：第１の出力端子；第２の出力端子；および、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子の各々に対して接続され、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子の少なくとも一方を介して出力電力信号を出力する電力コンポーネント・モジュールであって、前記出力電力信号は、直流信号、交流信号および可変極性信号の中の何れか一つである、電力コンポーネント・モジュール；前記第１の出力端子に接続されている正（プラス）極のリード線；前記第２の出力端子に接続されている第２のリード線；溶接作業プロセスまたは溶断作業プロセスの実行中において、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に生じる反射された電圧を検出する電圧検出回路；前記反射された電圧を閾値電圧と比較する比較回路；および、前記電力供給装置の利用者のために、前記反射された電圧と前記閾値電圧との間の前記比較の結果を画面表示する利用者用表示ディスプレイ；を具備しており、前記反射された電圧は、前記電力コンポーネント・モジュールから出力された電流が変化した際に生じたインダクタンスにより励起される電圧であり、前記閾値電圧は、前記電力コンポーネント・モジュールの出力電力の上限であることを特徴とする。
2014530106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接作業または溶断作業のための電力供給装置であって：
第１の出力端子；
第２の出力端子；および、
前記第１の出力端子と前記第２の出力端子の各々に対して接続され、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子の少なくとも一方を介して出力電力信号を出力する電力コンポーネント・モジュールであって、前記出力電力信号は、直流信号、交流信号および可変極性信号の中の何れか一つである、電力コンポーネント・モジュール；
前記第１の出力端子に接続されている第１のリード線；
前記第２の出力端子に接続されている第２のリード線；
溶接作業プロセスまたは溶断作業プロセスの実行中において、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に生じる反射された電圧を検出する電圧検出回路；
前記反射された電圧を閾値電圧と比較する比較回路；および、
前記電力供給装置の利用者のために、前記反射された電圧と前記閾値電圧との間の前記比較の結果を画面表示する利用者用表示ディスプレイ；
を具備しており、前記反射された電圧は、前記電力コンポーネント・モジュールから出力された電流が変化した際に生じたインダクタンスにより励起される電圧であり、
前記閾値電圧は、前記電力コンポーネント・モジュールの出力電力の上限であることを特徴とする、電力供給装置。
【請求項２】
溶接作業または溶断作業のための請求項１記載の電力供給装置であって、
少なくとも一つの前記比較回路は、前記反射された電圧を前記閾値電圧と比較し、前記出力電力信号の予測される電流傾斜率が電流傾斜率に関する閾値以上であるときに、前記電圧検出回路が前記出力電圧を検出し、
前記電流傾斜率に関する閾値は好適には２５０アンペア／ミリ秒であることを特徴とする、電力供給装置。
【請求項３】
溶接作業または溶断作業のための請求項１または請求項２に記載された電力供給装置であって、
前記反射された電圧が第１の数値範囲内である場合には第１の画面表示内容を使用し、前記反射された電圧が第２の数値範囲内である場合には第２の画面表示内容を使用し、前記第１と第２の画面表示内容は互いに異なり、前記第１と第２の画面表示内容は、好適には、前記利用者用表示ディスプレイ上の異なる表示領域内に示されることを特徴とする、電力供給装置。
【請求項４】
溶接作業または溶断作業のための請求項１乃至請求項３の中の何れか一項に記載された電力供給装置であって、
前記閾値電圧は、前記電力供給装置の所定の電圧上限であり、および／または前記閾値電圧は、前記電力供給装置が出力可能な最大の電圧であることを特徴とする、電力供給装置。
【請求項５】
溶接作業または溶断作業のための請求項１乃至請求項４の中の何れか一項に記載された電力供給装置であって、
前記反射された電圧が所定の電圧レベルに到達したときに、前記電力コンポーネント・モジュールが前記出力電力信号を出力することを防止する制御回路をさらに具備する、ことを特徴とする、電力供給装置。
【請求項６】
溶接作業または溶断作業のための請求項１乃至請求項５の中の何れか一項に記載された電力供給装置であって、
前記反射された電圧と前記閾値電圧との間の前記比較の結果は、前記インダクタンスの強度を判定するために使用され、前記インダクタンスの強度は、前記電力コンポーネント・モジュール、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子、前記正極のリード線と前記第２のリード線および溶接又は溶断されるべき作業対象物から構成される溶接回路または溶断回路から発生したインダクタンスの強度であることを特徴とする、電力供給装置。
【請求項７】
溶接作業または溶断作業のための請求項１乃至請求項６の中の何れか一項に記載された電力供給装置であって、
前記利用者用表示ディスプレイは、第１、第２および第３の表示領域を具備しており、前記反射された電圧が第１の数量を下回るならば、前記第１の表示領域内に点灯表示を表示し、前記反射された電圧が第１の数量から第２の数量までの範囲内にあるならば、前記第２の表示領域内に点灯表示を表示し、前記反射された電圧が第２の数量を上回るならば、前記第３の表示領域内に点灯表示を表示し、
前記第１、第２および第３の表示領域は、互いに異なる画面表示内容を有しており、および／または前記第１の数量は、前記閾値電圧の７５％であり、前記第２の数量は、前記閾値電圧の９５％であることを特徴とする、電力供給装置。
【請求項８】
溶接作業または溶断作業のための請求項１乃至請求項７の中の何れか一項に記載された電力供給装置であって、
前記利用者用表示ディスプレイ、前記電圧検出回路および前記比較回路の中の少なくとも一つ以上をアクティブ化する監視スイッチをさらに具備し、前記監視スイッチによるアクティブ化が全く行われていない場合には、前記利用者用表示ディスプレイは前記比較の結果を画面表示しないように構成されている、電力供給装置。
【請求項９】
溶接作業または溶断作業のための方法であって：
第１のリード線を溶接作業または溶断作業のための電力供給装置の第１の出力端子に接続するステップ；
第２のリード線を溶接作業または溶断作業のための電力供給装置の第２の出力端子に接続するステップ；
作業対象物を溶接または溶断するために、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子の少なくとも一方を介して溶接信号又は溶断信号を出力するステップであって、前記溶接信号又は溶断信号は、直流信号、交流信号および可変極性信号の中の何れか一つである、ステップ；
前記作業対象物を溶接または溶断する作業の実行中において、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子との間に生じる反射された電圧を検出するステップ；
前記反射された電圧を閾値電圧と比較するステップ；および、
前記溶接または溶断する作業の実行中において、利用者のために、前記比較の結果を利用者用表示ディスプレイの上に画面表示するステップ；
を具備しており、前記反射された電圧は、前記電力コンポーネント・モジュールから出力された電流が変化した際に生じたインダクタンスにより励起される電圧であり、
前記閾値電圧は、前記電力コンポーネント・モジュールの出力電力の上限であることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
前記検出するステップ、前記比較するステップおよび前記画面表示するステップの各々は、前記出力電力信号の予測される電流傾斜率が電流傾斜率に関する閾値以上であるときに実行されることを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記画面表示するステップは、前記反射された電圧が第１の数値範囲内である場合には前記利用者用表示ディスプレイの第１の表示領域内に点灯表示を表示し、前記反射された電圧が第２の数値範囲内である場合には前記利用者用表示ディスプレイの第２の表示領域内に点灯表示を表示し、および／または
前記画面表示するステップは、前記反射された電圧が第１の数値範囲内である場合には第１の画面表示内容を表示し、前記反射された電圧が第２の数値範囲内である場合には第２の画面表示内容を表示する動作を具備し、
前記第１と第２の画面表示内容は互いに異なることを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載された方法。
【請求項１２】
前記閾値電圧は、前記電力供給装置の所定の電圧上限であり、および／または前記閾値電圧は、前記電力供給装置が出力可能な最大の電圧であることを特徴とする、請求項９乃至請求項１１の中の何れか一項に記載された方法。
【請求項１３】
前記反射された電圧が所定の電圧レベルに到達したときに、前記出力電力信号を遮断するステップをさらに具備する、請求項９乃至請求項１２の中の何れか一項に記載された方法。
【請求項１４】
前記反射された電圧と前記閾値電圧との間の前記比較の結果は、前記インダクタンスの強度を判定するために使用され、前記インダクタンスの強度は、前記電力供給装置、前記第１の出力端子と前記第２の出力端子、前記第１のリード線と前記第２のリード線および溶接又は溶断されるべき作業対象物から構成される溶接回路または溶断回路から発生したインダクタンスの強度であることを特徴とする、請求項９乃至請求項１３の中の何れか一項に記載された方法。
【請求項１５】
前記利用者用表示ディスプレイは、第１、第２および第３の表示領域を具備しており、前記反射された電圧が第１の数量を下回るならば、前記第１の表示領域内に点灯表示を表示し、前記反射された電圧が第１の数量から第２の数量までの範囲内にあるならば、前記第２の表示領域内に点灯表示を表示し、前記反射された電圧が第２の数量を上回るならば、前記第３の表示領域内に点灯表示を表示し、
前記第１、第２および第３の表示領域は、互いに異なる画面表示内容を有しており、および／または前記第１の数量は、前記閾値電圧の７５％であり、前記第２の数量は、前記閾値電圧の９５％であることを特徴とする、請求項９乃至請求項１４の中の何れか一項に記載された方法。
【請求項１６】
監視スイッチがアクティブ化されない限り、前記検出するステップ、前記比較するステップおよび前記画面表示するステップの中の少なくとも一つが起動されないことを特徴とする、請求項９乃至請求項１５の中の何れか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係る方法とシステムは、金属部材を溶接したり溶断したりするための電力供給源と関係し、より具体的には、溶接と溶断のための電力供給装置であって、自身のインダクタンス変化を監視することが可能な電力供給装置と関係する。
【背景技術】
【０００２】
溶接と溶断のための電力供給装置に関する技術が進歩するにつれて、当該電力供給装置は、しばしば複雑な波形を有する溶接電力波形を必要とする従来よりも複雑な溶接制御を実行することが可能となってきており、上述した溶接電力波形は、高い電流と高い電圧傾斜率を含んでいる。しかしながら、電力供給装置と溶接作業の本来的な性質に起因して、溶接回路内には著しい強度のインダクタンスが発生する場合があり、このようなインダクタンスの発生源には、電力供給装置本体、溶接作業の作業対象物および溶接ケーブルなどが含まれ得る。電力供給装置内部において本来的に発生し得るインダクタンスを制御し又は対処することが可能な電力供給装置が開発されてきてはいるものの、電力供給装置は、常に溶接作業位置に近接して設置されているとは限らないので、溶接ケーブルが長く伸びていることに起因して発生するインダクタンスや溶接作業対象物から発生するインダクタンスに対処することはさらに困難な技術的課題である。溶接ケーブルが過度に長く伸びすぎていると、上記のようにして発生するインダクタンスは、電力供給装置の動作を劣化させ、または電力供給装置の作動性能を一定以下に制限してしまう場合があり得る。
【発明の概要】
【０００３】
本発明に係る実施例は、第１の出力端子と第２の出力端子とを有し、金属部材の溶接作業又は溶断作業のために使用される電力供給装置を具備しており、第１の出力端子と第２の出力端子の各々に対して電力コンポーネント・モジュールが接続されていることにより、第１の出力端子と第２の出力端子を介して出力電力信号を出力する。正（プラス）極のリード線が第１の出力端子に接続されており、第２のリード線が第２の出力端子に接続されている。本実施例においては、金属部材の溶接作業又は溶断作業の実行中において、第１の出力端子と第２の出力端子との間の電圧を検知する電圧検知回路と、当該検知された電圧を閾値電圧と比較する比較回路とがさらに設けられている。本実施例は、利用者用の表示ディスプレイ装置をさらに含むことが可能であり、当該表示ディスプレイ装置は、本実施例に係る電力供給装置の利用者のために、当該検知された電圧と当該閾値電圧との間の比較結果を画面表示することが可能である。本発明に係るさらなる実施例および技術的側面は、本明細書中の以下の説明、本明細書に添付した添付図面および特許請求の範囲の記載から明らかとなるだろう。
【０００４】
本発明に係る技術的側面、技術的特徴および実施例のうち、上述したものやそれ以外のものは、以下において簡単に説明する添付図面を参照しながら、本明細書の「発明を実施するための形態」欄における詳細な例示的実施例に記載された説明を理解することにより、一層明らかなものとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明に係る例示的実施例に従う溶接システムのブロック図表現
【図２】本発明に係る例示的実施例に従う電力供給装置のブロック図表現
【図３】本発明に係る例示的実施例に従うユーザ・インターフェースのブロック図表現
【図４Ａ】電圧と電流の波形を示す図的表現
【図４Ｂ】電圧と電流の波形を示す図的表現
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る複数の実施例について説明する。以下において後述する複数の例示的実施例は、本発明についての理解を助けることを意図して記述されており、如何なる方法であるかによらず、本発明の技術的範囲を限定することを意図して記述されたものではない。本明細書と添付図面の全体を通して、同様の参照番号は同様の構成要素を指して言うものとする。
【０００７】
図１は、本発明に係る溶接システム１００の例示的実施例を図示している。図１に示したシステム１００は溶接システムであるが、本発明に係る実施例の適用対象は溶接システムだけに限定されず、金属部材を溶断するシステム（例えば、プラズマ溶断システム）もまた本実施例の適用対象に含まれ得る。本明細書の全体を通して、用語「溶接システム」が使用されているが、当該用語は、本発明に係る実施例を単に検討する目的で使用されているだけであり、本発明に係る実施例は、溶接システムと同様の構造と動作態様を有する溶断システムにおいても使用可能であることが理解されよう。
【０００８】
アーク溶接システムとすることが可能な溶接システム１００は、溶接用の２本のリード線１０３と１０５を介して溶接信号を作業対象物Ｗに供給する電力供給装置１０１を含んでいる。溶接信号は、特定の電流と電圧を有し、電流があるレベルから別のレベルへと変動させることを要する如何なるタイプの溶接信号であっても良い。例えば、当該溶接信号は、溶接作業中にバックグラウンド・レベルからピーク・レベルへと変動するパルス波形の溶接信号とすることが可能であり、または、ある極性から逆の極性へと既知の頻度で反復的に変化する交替極性波形の溶接信号とすることも可能である。電力供給装置１０１からの電流は、接触端子１０９を介して電極１１１に配送され、それにより、電極１１１と作業対象物Ｗとの間にアーク放電を生じさせる。一般的な溶接システムに共通してみられることとして、正（プラス）極のリード線１０３は、ワイヤ供給装置１０７に接続され、その上で、ワイヤ供給装置１０７は、溶接ケーブルを介して接触端子１０９に対して溶接電流を配送する。上記のようなシステム構成においては、正（プラス）極のリード線１０３の全体の長さは、電力供給装置１０１からワイヤ供給装置１０７までの接続線の長さとワイヤ供給装置１０７から接触端子１０９までの接続線の長さの合計となる。当然であるが、正（プラス）極のリード線１０３は、接触端子１０９に直接に接続されることも可能である。さらに言うならば、ここでの議論とそれに関連する図面の記載は、一般的には、ガスメタル・アーク溶接（ＧＭＡＷ）プロセスと関係しているが、ここでの議論とそれに関連する図面の記載は単に例示目的のものに過ぎない。本発明に係る複数の実施例は、多種多様なタイプの溶接作業を実行可能な様々な溶接システムにおいて実施することが可能であり、そのような様々な溶接システムには、ＦＣＡＷ、ＳＡＷ、ＴＩＧなどが含まれるがこれらだけに限定はされず、さらに、本発明に係る実施例は、プラズマ溶断システムにおいても使用することが可能である。
【０００９】
図１において、作業対象物Ｗは、電力供給装置１０１から遠く離れた場所に設置される場合があり得るので、溶接用の２本のリード線１０３と１０５は非常に長く伸びているように図示されている。例えば、幾つかの工業上の応用用途においては、２本のリード線１０３と１０５は少なくとも１００フィート以上の長さを有する場合があり得る。リード線が上記のように長く伸びている状態においては、溶接回路内で発生するインダクタンスの強度が著しく増大する。
【００１０】
従来における全ての溶接作業用（および溶断作業用）の電力供給装置と同様に、電力供給装置１０１は、当該装置に固有の設計に応じて、電流と電圧の出力上限を有している。このような出力上限を課すことは、電源装置のハードウェアを設計する際の検討事項の一部であり、電源装置内の制御システムにおける保護回路の機能の一部によって実現することが可能である。もちろん、このような出力上限は、電力供給装置のタイプ、設計および大きさなどに応じて変わってくるけれども、いずれにしても、電力供給装置の各々は、所定の出力上限を有している。溶接作業プロセス又は溶断作業プロセスによって要求される電力量が、電力供給装置１０１から供給される出力電力を上述した出力上限よりも上に押し上げようとすると、溶接作業又は溶断作業のために電力供給装置１０１から供給される実際の出力電力は、上述した出力上限に応じて制限され、そのような出力制限によって溶接特性／溶断特性は劣化させられてしまうだろう。
【００１１】
最近の数多くの溶接作業プロセスは、２つ以上の電流レベルおよび異なる電流レベル間を遷移する際ために事前に定義された電流傾斜率によって規定される。例えば、パルス波形に基づく溶接作業プロセスにおいては、事前に定義された高いピーク電流レベルと事前に定義された低いバックグラウンド電流レベルに加え、これらの電流レベルの間を電流がどの程度速く変化するのかを規定する上昇傾斜率と下降傾斜率が定義されている。第２の例として可変極性タイプの溶接システムにおいては、正（プラス）極性の電流レベルと負（マイナス）極性の電流レベルが定義されるのに加えて、これら２つの極性レベルの間を電流が遷移する際の電流傾斜率が定義されている。
【００１２】
数多くの応用目的においては、様々な理由により、電源装置は実際の溶接作業場所から離れた位置に設置されなくてはならない。電源装置から長く伸びた２本の電極ケーブル１０３と１０５は、電源装置から作業対象物Ｗおよびワイヤ供給装置１０７へと電流を伝送するために使用される。これらの電極ケーブル１０３と１０５が長く伸びれば伸びるほど、溶接回路全体が受けるインダクタンスの強度が増加してゆく場合が起こり得る。このようにしてインダクタンス強度が増加することにより、電流の上昇に伴う出力電圧のピーク状態を引き起こす場合が起こり得る。その結果、電流が望ましいピーク電流出力状態に差しかかる手前で、このような出力電圧のピーク状態が生じてしまうことがしばしばある。このようにして起こる電圧のスパイク波形を指して「反射された電圧」と呼ぶことが可能である。何故なら本質的には、そのような電圧は、溶接回路が受けるインダクタンスに起因して電力供給装置１０１へと反射されて戻ってくる電流の変化量の積となるからである。従って、本質的には、当該「反射された電圧」は、溶接作業中において、溶接システム内でインダクタンスが発生した結果として、電源装置からの出力波形の突出位置において観察される電圧である。溶接用のリード線が長く伸びた結果生じるインダクタンス強度の増加分により、このような「反射された電圧」は、出力電圧が電力供給装置１０１に関して事前に設計された又は所望の電圧出力閾値に到達するか又は超過してしまう状態を引き起こし得る。以下のように、電圧Ｖｏｌｔが：
【００１３】
【数１】
2014530106.tif 000003
で表されると仮定し、Ｌは溶接用ケーブルのインダクタンスであり、（ｄｉ／ｄｔ）は電流の傾斜率（単位は「アンペア／ミリ秒」）であり、Ｒは、アークと溶接用ケーブルの両者を合わせた抵抗値であり、Ｉは電流を表すとすると、上記のような「反射された電圧」（すなわち、電圧の異常ピーク状態）の意味をもっと良く理解することが可能となる。溶接用ケーブルが長く伸びた状態（上記の式においてＬの値が大きい状態）で溶接回路に対して高速な傾斜率を強制的に適用する（すなわち、上述した（ｄｉ／ｄｔ）の値を大きくする）と、高い電圧スパイク波形が生じる。ピーク電流を高くとる（上記の式においてＩの値を大きくとる）ことが必要な場合には、この事は特に注目すべきである。高いインダクタンス強度と高いピーク電流が重なった加算的な影響により、観察されるピーク電圧は増幅される。上記の状態方程式において、電流の変化率（上述した（ｄｉ／ｄｔ）の値）と電流値（上述したＩの値）の両者は、溶接特性または使用される動作モードによって規定される。複数の異なる溶接モードは、複数の異なる傾斜率と複数の異なる電流レベルをそれぞれ規定している。インダクタンス（Ｌ）と抵抗値（Ｒ）は使用中の溶接回路を構成するパラメータの一部である。使用される溶接モードに依存して、溶接回路内のインダクタンスと抵抗値（すなわち、上述した傾斜率と電流レベルを規定する構成パラメータ）は、電源装置の出力電圧が電源装置の設計上の出力上限よりも上になるようにしても良いし、そうなるようにしなくても良い。
【００１４】
最近の電力供給装置の中の数種類は、溶接システムに固有のインダクタンスと抵抗値を判定するために、診断テスト処理を実行することが可能である。しかしながら、これらのテスト処理は静的な試験であり、溶接作業（または溶断作業）の実行中に溶接回路内のインダクタンスの変動をリアルタイムに監視することによって溶接システム内で発生するインダクタンスが溶接システムの動作性能にどのような影響を及ぼしているかをユーザが監視することが出来るようには設計されていない。現在使用中のアクティブな溶接モード、必要とされる実際の傾斜率及び電流レベルに依存して、上述した静的なテスト処理は、現実に起きている克服すべき異常な動作状態に関してほとんど何も知らせてくれない。本発明に係る例示的な実施例は、上記のようにインダクタンスの変動をリアルタイムに監視し、インダクタンスを推移をリアルタイムにフィードバックする仕組みを実現するものである。
【００１５】
図２に示すように、電力供給装置１０１は、自身の正（プラス）極の端子１１３と負（マイナス）極の端子１１５との間における電力供給装置１０１の出力電圧を監視するために、リアルタイム電圧監視回路１１７を有している。本発明に係る例示的実施例においては、この電圧監視回路１１７は、溶接または溶断の作業プロセスにおけるアーク放電電圧を監視する目的に使用される電圧監視回路とは同一の回路ではないだろう。代替的に、電力供給装置内の既存の電圧監視回路を使用することが可能であるが、そのような回路は、溶接／溶断回路の全体が受けるインダクタンス強度の変動を監視するものでなければならない。このようにして、検出された電圧の大きさは、溶接ケーブルによって発生するインダクタンスの影響を反映したものとなる。
【００１６】
本発明に係る幾つかの実施例においては、電圧監視回路１１７は出力電圧を常に監視している一方で、その他の実施例においては、電圧監視回路１１７は、（例えば、溶接電流パルスの開始部分の立ち上がり区間内のように）電流がバックグラウンド・レベルからピーク・レベルへと遷移する間だけ電圧を監視する。本発明に係るさらに別の実施例においては、電流の上昇傾斜率（ｄｉ／ｄｔ）が閾値を超えた場合のみ電圧を監視する。例えば、所与の電力供給装置１０１に関して電流の傾斜率が閾値を下回る場合、溶接回路が受けるインダクタンスの影響は重大なものではなく、従ってわざわざ監視する必要が無い。その反面、電流の傾斜率が閾値を上回る場合、インダクタンスの変動を監視することはより重要となる。本発明に係る幾つかの実施例においては、上述した傾斜率の閾値は、事前に定義された値であり、電力供給装置の製造パラメータの関数である一方で、その他の実施例においては、上述した傾斜率の閾値は、実行中の溶接作業プロセスの関数であり、この閾値は、実行中の溶接作業プロセスに応じて変化し得る。
【００１７】
電力供給装置１０１は出力電力を供給するための出力電力コンポーネント１２１を含むと共に、一般的に電力供給装置１０１の動作を制御するための制御回路１２３を含んでいる。出力電力コンポーネント１２１は任意の既知の回路構成を有することが可能であり、変圧器型またはインバータ型の電源供給装置とすることが可能である。本発明の技術的範囲はこの点に関して限定されない。制御回路１２３は、電力供給装置１０１に関する所定の傾斜率閾値を含むメモリを有しているか又は溶接作業プロセスに関するユーザ入力内容に基づいて傾斜率閾値を決定するための検索テーブルやその他の同様の仕組みを有することが可能である。本発明に係る幾つかの実施例においては、傾斜率閾値は４００アンペア／ミリ秒以上である。さらに別の実施例においては、傾斜率閾値は２５０アンペア／ミリ秒以上である。当然であるが、その他の実施例においては、傾斜率閾値は使用されずに、溶接システムは、監視結果に関する必要なフィードバックを供給するために、システム全体が受けるインダクタンスの影響をコンスタントに監視している。
【００１８】
傾斜率に関する上述した議論は、電流が正極性の低レベルから正極性のさらに高いレベルへと増加してゆく正の傾斜率だけに限定されるものではなく、（例えば、交流波形を使用した溶接システムや可変極性の波形を使用した溶接システムに見られるように）電流が特定のピーク部分における電流レベルから別のピーク部分における電流レベルへと遷移するまでの傾斜率を含むことも意図しており、これには負（マイナス）の傾斜に対応する傾斜率も含まれ得る。すなわち、上記において検討した傾斜率の値は傾斜率の絶対値である。
【００１９】
制御回路１２３はさらに、電力供給装置１０１の出力電圧閾値を含んでいる。典型的には、この閾値は、事前に定義された閾値であり、電力供給装置１０１の構成パラメータの関数である。従って、本発明に係る例示的な実施例においては、この出力電圧閾値は、電力供給装置の製造業者によって製造時にプログラミングされた値とすることが可能である。この出力電圧閾値は、数多くの異なるパラメータに基づいて決定することが可能であるが、本質的には、電力供給装置の性能や作動状態に悪影響を及ぼさないようにするために溶接作業プロセスの実行中に超過しないようにすることが望まれる電圧レベルである。溶接作業プロセスの実行中において、制御回路（または同様の回路）１２３は、電圧監視回路１１７によって検出された電圧を比較し、その比較の結果に基づいて、システム全体が受けるインダクタンス強度を（ユーザ・インターフェース１２５を介して）利用者に通知し、その結果、利用者は、溶接作業プロセスに関して必要な判断を行うことが可能となる。この事は、以下においてより具体的に後述される。上述したとおり、この電圧比較動作は、溶接作業プロセスの全期間にわたって実行することが可能であり、または溶接作業プロセスの離散的な一部の期間にわたってのみ実行することも可能である（例えば、電流の傾斜率が閾値を超えたときのみ、電流がバックグラウンド・レベルからピーク・レベルへと増加しているときのみ、または可変極性型の溶接システムにおいては電流の極性が変化したときのみ電圧比較を行うなど）。本発明に係る幾つかの実施例においては、電圧の比較データは、制御回路１２３内のメモリ装置に記録されるので、ユーザは、溶接作業プロセスが終了した後の任意の時点において、インダクタンスの変動データを事後的に閲覧することが可能となる。本発明に係る例示的な実施例においては、電圧変動のサンプリング・レート／検出レートは、少なくとも１０ｋＨｚである。その他の例示的な実施例においては、電圧変動のサンプリング・レート／検出レートは、１００ｋＨｚから２００ｋＨｚまでの範囲内のレートである。
【００２０】
本発明に係るその他の例示的な実施例においては、電圧の比較動作は、制御回路１２３の外部に設けられた比較回路によって実行され、続いて、当該比較回路による比較結果は、制御回路１２３に対して通信される。
【００２１】
図３は、電力供給装置１０１のための例示的なユーザ・インターフェース１２５を図示している。典型的には、ユーザ・インターフェース１２５は、複数の溶接制御入力手段１２６を含んでおり、複数の溶接制御入力手段１２６によってそれぞれ設定可能なユーザ設定項目には、ワイヤ供給速度、電圧、電流などが含まれる。これらの制御入力手段による設定項目は、典型的なものを挙げただけであり、本発明の技術的範囲はこの点に関して限定されない。例示的なユーザ・インターフェース１２５はさらに、システム全体が受けるインダクタンス強度に関する情報を画面表示するインダクタンス表示ディスプレイ１２７を有しており、これにより利用者は、溶接システム全体の動作性能を監視しながら、（例えば、溶接ケーブル１０３／１０５の長さを変更する等のような）溶接システムの変更がなされるべきであるかを判断することが可能となる。インダクタンス表示ディスプレイ１２７は制御回路１２３と接続されているので、制御回路１２３からの電圧比較データはインダクタンス表示ディスプレイ１２７の上に画面表示することが可能となる。本発明に係る例示的な実施例においては、インダクタンス表示ディスプレイ１２７は少なくとも一つのユーザ警告インジケータを有している。従って、検出されたピーク電圧がユーザ警告レベルを超過した際には、インダクタンス表示ディスプレイ１２７の上に警告表示が画面表示されることによって、溶接回路のインダクタンスの影響により電力供給装置の作動状態がシステムの閾値に近づいているか又は超過していることを利用者に対して示すことが可能となる。
【００２２】
図３に示した例示的実施例においては、インダクタンス表示ディスプレイ１２７は、電力供給装置１０１の作動性能に関する相対的なデータを利用者に示すために、複数段階の表示レベルを有している。図３に示すとおり、インダクタンス表示ディスプレイ１２７は３段階の表示レベルを有している。それらは、「最適な状態１２９」、「受容可能な状態１３１」および「危険な状態１３３」の３段階である。さらに、上述した表示レベルの各々は、さらに細かい表示レベルへと細分化することが可能である。当然であるが、図３に図示した内容は、単なる例示目的のものであり、本発明に係る実施例は、このような表示機構だけに限定されるものではない。
【００２３】
図３において、３段階の表示レベル１２９、１３１および１３３の各々は、色やパターン等とすることが可能な別々の表示識別手段を有する。例えば、インダクタンス表示ディスプレイ１２７において、「最適な状態１２９」の表示レベルの表示識別手段として緑色を使用し、「受容可能な状態１３１」の表示レベルの表示識別手段として黄色を使用し、「危険な状態１３３」の表示レベルの表示識別手段として赤色を使用することが可能である。この事は、利用者が電力供給装置１０１の作動性能を容易に判断することを可能にする。
【００２４】
溶接作業プロセスの実行中において、制御回路１２３は、電圧監視回路１１７からの電圧を閾値電圧と比較し、その比較の結果に基づいて、表示ディスプレイ内の適切な表示領域を点灯させる。従って、出力電圧が閾値に関する第１のパーセンテージ範囲内にあるならば、表示ディスプレイ内の第１の表示領域を点灯させ、出力電圧が閾値に関する第２のパーセンテージ範囲内にあるならば、表示ディスプレイ内の第２の表示領域を点灯させ、出力電圧が閾値に関する第２のパーセンテージ範囲を上回るならば、表示ディスプレイ内の第３の表示領域を点灯させる。本発明に係る例示的な実施例においては、検出された電圧が閾値電圧の７５％以下であるならば、制御回路１２３は、インダクタンス表示ディスプレイ１２７の上の第１の表示領域を点灯させる。表示領域１２９内において点灯されているバー表示の個数は、決定されたパーセンテージ差分の関数である。すなわち、検出された差分が閾値電圧の７５％に近いならば、表示領域１２９内の３つのバー表示の全てが点灯される。さらには、検出された差分が閾値電圧の７５％から９５％までの範囲内にあるならば、表示領域１３１内に含まれる少なくとも一部のバー表示が点灯される。最後に、検出された電圧が閾値電圧の９５％を上回るならば、表示領域１３３内に含まれる少なくとも一部のバー表示が点灯される。この事は、溶接システムのインダクタンスが溶接作業プロセスに対してどのように影響しているかに関する明瞭な表示を利用者に提供する。
【００２５】
本発明に係るその他の例示的な実施例においては、パーセンテージに基づく電圧比較動作を使用する必要は無く、その他の電圧比較手段を使用することが可能である。例えば、制御回路１２３の中に単一の閾値だけを記憶させておくのではなく、制御回路１２３が数多くの閾値電圧の値を単に有する又は決定することが可能である。この電圧比較動作は、表示ディスプレイ１２７上における適切な画面表示を決定するために閾値電圧の値に対する相対的なパーセンテージが使用されない点を除いて、上述した比較動作態様と同様であり、制御回路１２３は、検出された電圧を事前に決定された／事前にプログラミングされた複数の閾値電圧レベルと比較し、適切な画面表示を行う。例えば、出力された電圧が４５ボルトを下回るならば、制御回路１２３は表示領域１２９を点灯させ、出力された電圧が４５ボルトから５５ボルトまでの範囲内にあるならば、制御回路１２３は表示領域１３１を点灯させ、出力された電圧が５５ボルトを上回るならば、制御回路１２３は表示領域１３３を点灯させる。上述した複数の電圧範囲は電源装置の機能や性能に基づいて決まることが理解されよう。何故ならば、同じ電流波形を使用して溶接を実行するけれども、それと関連する動作レンジに関して異なる機能や性能を持つ別の電源装置であれば、性能上の問題は生じないかも知れないからである。例えば、上述した具体例との比較で言えば、別の電源装置は、多種多様な閾値に関して、上限が５３ボルトまでの電圧範囲、５３ボルトから６２ボルトまでの電圧範囲および６２ボルトを上回る電圧範囲を有することが可能である。その他の代替的な値や構成は、本発明の技術思想と技術的範囲を逸脱することなく、本発明の実施のために使用することが可能である。
【００２６】
幾つかの例示的な実施例においては、ユーザ・インターフェース１２５は、インダクタンス監視スイッチ１２８を有することが可能である。このスイッチは、インダクタンスの監視機能を利用者がオンに切り替えたりオフに切り替えたりすることを可能にする。例えば、溶接ケーブルの長さが充分に短い状況においては、利用者はインダクタンスを監視することに興味がないので、そのような機能特性を無効化することが可能である。同様に、通常の場合よりも長く伸びた溶接ケーブルを利用者が使用中である際には、利用者はインダクタンスの監視動作をオンに切り替え、それにより、溶接作業プロセスが通常の動作限界範囲内であるか否かを判断することが可能となる。
【００２７】
その他の例示的な実施例においては、制御回路１２３は、非常遮断閾値を有しており、検出された電圧が受容可能な最大の特定閾値を上回った際に、制御回路１２３は、電力コンポーネント１２１からの電力供給を緊急に遮断し、出力の供給を緊急停止させる。
【００２８】
その他の例示的な実施例においては、ワイヤ供給装置１０７や接触端子１０９を保持している溶接ガンの上にも表示ディスプレイ装置１２７を追加的に／代替的に設けることが可能である。利用者は溶接作業プロセスの実行中は遠く離れた位置に立っている可能性が高いので、ワイヤ供給装置１０７や溶接ガンの上にも表示ディスプレイ装置１２７を設けることは、利用者が電力供給装置から遠く離れた位置に居ても利用者がインダクタンスを監視することを可能にする。代替的に、同様の表示ディスプレイ装置１２７は、溶接用ペンダント１３５（図１を参照）の上に設けることも可能である。溶接用ペンダント１３５を使用して溶接作業を行うことは溶接用の電力供給装置やワイヤ供給装置から遠く離れた位置で溶接作業を行うことを可能にする手段として溶接業界において広く知られている。従って、溶接用ペンダント１３５の上に表示ディスプレイ装置１２７を設けることが可能であり、これにより、利用者は、溶接用の電力供給装置から遠く離れた位置でインダクタンスを監視することが可能となる。溶接用ペンダント１３５は、有線または無線の通信接続手段を介して電力供給装置と接続されることが可能である。
【００２９】
従って、本発明に係る実施例は、溶接作業プロセスの実行中に電圧がピークに達したか否かを監視することによって、ピーク電圧が電力供給装置１０１の収容可能なレベルにあるかそれに近いかを判定する。続いてこの情報は、表示ディスプレイ１２７または同様の表示手段を介して利用者に通信され、それにより、受容可能な電力供給装置の作動性能を保証するために、利用者は溶接システムの構成を調整する（例えば、溶接ケーブルの長さを短くするなど）ことが可能となる。
【００３０】
図４Ａおよび図４Ｂは、溶接回路内のインダクタンスが高い状態と溶接回路内のインダクタンスが低い状態のそれぞれにおいて、代表的な直流の溶接パルス波形を表す電圧変化と電流変化を図示している。図４Ａにおける波形に関し、溶接システムは長く伸びた溶接ケーブルを使用している。図から分かるとおり、バックグラウンド・レベルからピーク・レベルへと電流が傾斜状に上昇するので、ピーク状態で発生する反射された電圧は、平均的なピーク電圧よりもかなり高くなる。上述したとおり、この電圧スパイクは、電力供給装置１０１の動作上の限界に近くなることがあり得る。特に、平均的なピーク電圧が電力供給装置１０１の動作上の限界の近くである場合には、なおさらそうである。他方、図４Ｂにおいては、図４Ａに示された電流傾斜率と同様の傾斜率を有する同様の電流パルス波形が示されている。しかしながら、溶接ケーブルが短いなどの理由により溶接システムのインダクタンス強度がより小さいので、ピーク状態で発生する反射された電圧は、ずっと小さくなり、平均的なピーク電圧に近い値となる。この場合においては、電力供給装置１０１は、自身の動作上の限界範囲内で良好に作動している。図４Ａおよび図４Ｂには直流の溶接パルス波形が表示されているがこれは単に例示目的である。上述したとおり、本発明に係る実施例は、本明細書中で上述したインダクタンスの問題を引き起こし得る電流傾斜率を有する波形を使用して溶接作業を行う任意の溶接システムにおいて使用することが可能である。例えば、溶接用の波形は、交流波形や可変極性型の波形等とすることも可能である。これら様々な溶接波形とその使用態様、電力供給装置からの出力方法などは、当業者にとって自明な事項として理解されよう。
【００３１】
本発明は、例示的な実施例を参照しながら本明細書と添付図面において記述されて来たけれども、本発明の技術的範囲は、そのような例示的実施例だけに限定はされず、当該技術分野における当業者であれば、特許請求の範囲によって規定される本発明の技術思想と技術的範囲から逸脱することなしに、そのような例示的実施例に対して様々な改変を行ったり、詳細な技術内容を実施したりすることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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