(57)【要約】【課題】ワイヤ送給ボビンから引き出された溶接ワイヤを、モータで駆動されるワイヤ送給装置により牽引しつつ溶接ヘッドに送給して溶接を行うアーク溶接機において、設備維持コストや操業コストの上昇を抑えつつも、ワイヤ送給ボビンと溶接ヘッド間の溶接ワイヤの過張力や緩みの発生を防止または抑制し得るアーク溶接機を提供する。【解決手段】このアーク溶接機１０は、ワイヤ送給ボビン５を駆動するボビン駆動モータ８と、溶接電圧を測定する溶接電圧測定器１４と、この溶接電圧測定器１４で測定された溶接電圧の変化に応じてボビン駆動モータ８による溶接ワイヤＷの送給速度を制御する制御装置９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ送給ボビンに巻回された溶接ワイヤを、第一のモータで駆動されるワイヤ送給部により牽引しつつ溶接ヘッドに送給して溶接を行うアーク溶接機であって、
前記ワイヤ送給ボビンを駆動する第二のモータと、溶接電圧を測定する溶接電圧測定器と、該溶接電圧測定器で測定された溶接電圧の変化に応じて前記第二のモータによる溶接ワイヤの送給速度を制御する制御装置とを備えることを特徴とするアーク溶接機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第一のモータの電流値の増加または減少の変化に応じて、前記第二のモータによる溶接ワイヤの送給速度を補正制御することを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ送給ボビンから溶接ワイヤを溶接ヘッドに送給して溶接を行うアーク溶接機の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のアーク溶接機としては、図７に示す構造を有するものがある。
同図に示すように、このアーク溶接機１００は、パイプ（鋼管）Ｐの突き合わせ端面を溶接するものであり、溶接ワイヤＷがワイヤ送給ボビン５に巻回され、溶接ヘッド４の位置まで引き出されている。ワイヤ送給ボビン５と溶接ヘッド４との間には、複数のワイヤガイドロール６が配置されている。そして、溶接ヘッド４の手前側にはワイヤ送給部３、ワイヤ送給モータ２および制御装置１が設けられている。制御装置１は、外部からの速度指令信号Ｓ１に基づいてワイヤ送給モータ２の駆動に必要な指令を出す。それによりワイヤ送給モータ２が駆動されると、ワイヤ送給部３が溶接ワイヤＷを牽引し、従動されたワイヤ送給ボビン５から溶接ワイヤＷを引き出しつつ、溶接ワイヤＷを溶接ヘッド４に送給して溶接を行うようになっている。
【０００３】
制御装置１は、図８に制御系のブロック図を示すように、比例積分（ＰＩ）制御を行う、速度調節器（ＡＳＲ）２０および電流調節器（ＡＣＲ）３０を有する。速度調節器（ＡＳＲ）２０は、速度指令発生器１８からの速度基準の信号である速度指令値と、溶接電圧検出器１４で検出されてゲイン乗算部３９で変換された溶接電圧に係る信号とが入力される。自動速度制御器（ＡＳＲ）２０は、速度指令値の信号と溶接電圧に係る信号とに基づいて電流指令値を算出し、この値を電流調節器（ＡＣＲ）３０に出力する。そして、これにより駆動されたワイヤ送給モータ２の電流実績の値は、ゲイン乗算部４０でトルクに係る値に変換され、さらに、このトルクに係る値が積分器５０によって速度実績に変換される。そして、ゲイン乗算部４２は、積分器５０で変換された速度実績から溶接ワイヤＷの張力に係る値を求め、この溶接ワイヤＷの張力に係る値がゲイン乗算部４３でトルクに係る値に変換され、改めてゲイン乗算部４０で変換されたトルクに係る値との偏差が上記積分器５０に入力されるようになっている。
【０００４】
そして、上記電流調節器（ＡＣＲ）３０は、入力された電流指令値に基づいて、図７に示したワイヤ送給モータ２の速度を増加または減少させるように変化させて溶接ワイヤの送給速度を変えている。一般に行われている制御方法は、溶接電圧が増加するとワイヤ送給モータ２の速度を増加させ、溶接電圧が低下するとワイヤ送給モータ２の速度を低下させる。この場合に、ワイヤ送給ボビン５を駆動させないのが一般的である。
【０００５】
ここで、この種のアーク溶接において安定した溶接を行うためには、溶接ワイヤの送給を安定して行うことが非常に重要である。そのため、溶接ワイヤを安定して送給することを目的として、特許文献１には、「溶接ワイヤ巻替え方法およびその装置」が提案されている。同文献に開示される装置は、溶接ワイヤをワイヤ送給ボビンから別の巻取り機に一旦巻替える際に、ダンサロールやローラ矯正機を用いることによって、ワイヤ自体の曲がり癖を矯正するものである。曲がり癖を矯正することによって、溶接機へのワイヤ送給速度の変動を抑制し、安定した溶接を行うことを狙いとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１９４５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、アーク溶接中において、溶接ワイヤの送給速度は、アーク溶接時の電圧変動に応じて制御されているのが普通であり、送給速度が常に増加または減少に変動している。しかし、前述したアーク溶接機では、ワイヤ送給速度が変動した際に、後方にあるワイヤ送給ボビン自体は従動回転するものの回転駆動はされておらず、また、ワイヤ送給ボビン自身には慣性がある。そのため、ワイヤ送給部３の部分のワイヤ送給速度とワイヤ送給ボビン５の出側のワイヤ送給速度とが相互に同調できない。したがって、前述したアーク溶接機では、溶接ワイヤに過張力が発生したり、逆に、溶接ワイヤが緩んでしまったりするという問題がある。溶接ワイヤに過張力や緩みが発生すると、溶接ヘッドへの溶接ワイヤの安定送給が行えず、溶接品質が悪化するという問題が発生してしまう。
【０００８】
ここで、前述した引用文献１に開示される巻替え装置を利用すれば、溶接ヘッドへの溶接ワイヤの安定送給に効果があると思われるものの、この装置を使ったとしても以下に示す問題がある。
つまり、第一に、溶接ワイヤを巻替えるという工程が追加されてしまうため、設備維持コストや操業コストが高くなってしまう。第二に、巻替え装置を設置するためのスペースが必要となる。そのため、装置設置スペースの無い場合には適用できない。第三に、本装置で曲がり癖を矯正した溶接ワイヤで溶接を行ったとしても、ワイヤ送給ボビンと溶接ヘッド間の溶接ワイヤの過張力や緩みを防止できるものではない。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、ワイヤ送給ボビンに巻回された溶接ワイヤを牽引しつつ溶接ヘッドに送給して溶接を行うアーク溶接機において、溶接ワイヤの送給速度を同調させるための特段のスペース（巻替え装置等の設置スペース）が不要であり、設備維持コストや操業コストの上昇を抑えつつも、ワイヤ送給ボビンと溶接ヘッド間の溶接ワイヤの過張力や緩みの発生を防止または抑制し得るアーク溶接機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るアーク溶接機は、ワイヤ送給ボビンに巻回された溶接ワイヤを、第一のモータで駆動されるワイヤ送給部により牽引しつつ溶接ヘッドに送給して溶接を行うアーク溶接機であって、前記ワイヤ送給ボビンを駆動する第二のモータと、溶接電圧を測定する溶接電圧測定器と、該溶接電圧測定器で測定された溶接電圧の変化に応じて前記第二のモータによる溶接ワイヤの送給速度を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
ここで、本発明の一態様に係るアーク溶接機において、前記制御装置は、前記第一のモータの電流値の増加または減少の変化に応じて、前記第二のモータによる溶接ワイヤの送給速度を補正制御することは好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ワイヤ送給ボビンを駆動する第二のモータと、溶接電圧を測定する溶接電圧測定器と、この溶接電圧測定器で測定された溶接電圧の変化に応じて第二のモータによる溶接ワイヤの送給速度を制御する制御装置とを備えるので、溶接電圧の変化に応じてワイヤ送給ボビンの速度を制御して溶接ワイヤの送給速度を変えることができる。そのため、溶接ワイヤの送給速度を同調させるための特段のスペース（巻替え装置等の設置スペース）が不要であり、設備維持コストや操業コストの上昇を抑えつつも、ワイヤ送給ボビンと溶接ヘッド間の溶接ワイヤの過張力や緩みの発生を防止または抑制することができる。
さらに、制御装置が、第一のモータの電流値の増加または減少の変化に応じて、第二のモータによる溶接ワイヤの送給速度を補正制御するようにすれば、溶接ワイヤでの過張力や緩みの発生を防止または抑制する上で一層好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様に係るアーク溶接機の一実施形態を説明する概略構成図である。
【図２】本発明の一態様に係るアーク溶接機の一実施形態の制御系を説明するブロック図である。
【図３】本発明の一態様に係るアーク溶接機の一実施形態における、溶接ワイヤの送給速度の変動を表す図である。
【図４】本発明の一態様に係るアーク溶接機の一実施形態の変形例を説明する概略構成図である。
【図５】本発明の一態様に係るアーク溶接機の一実施形態の変形例の制御系を説明するブロック図である。
【図６】本発明の一態様に係るアーク溶接機の一実施形態の変形例における、溶接ワイヤの送給速度の変動を表す図である。
【図７】従来のアーク溶接機の一例を示す概略構成図である。
【図８】従来のアーク溶接機の一例における制御系のブロック図である。
【図９】従来のアーク溶接機の一例における溶接ワイヤの送給速度の変動を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一態様に係るアーク溶接機の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
まず、第一実施形態について説明する。なお、上述した従来のアーク溶接機と同様の構成については同一の符号を付して説明する。
図１に示すように、このアーク溶接機１０は、パイプＰの突き合わせ端面を溶接するものであり、溶接ワイヤＷがワイヤ送給ボビン５に巻回され、溶接ヘッド４の位置まで引き出されている。ワイヤ送給ボビン５と溶接ヘッド４との間には、複数のワイヤガイドロール６が配置されている。そして、溶接ヘッド４の手前側にはワイヤ送給部３、ワイヤ送給モータ２および第一の制御装置１が設けられている。第一の制御装置１は、外部からの速度指令信号Ｓ１に基づいてワイヤ送給モータ２の駆動に必要な指令を出す。それによりワイヤ送給モータ２が駆動されると、ワイヤ送給部３が溶接ワイヤＷを牽引し、従動されたワイヤ送給ボビン５から溶接ワイヤＷを引き出しつつ、溶接ワイヤＷを溶接ヘッド４に送給して溶接を行うようになっている。なお、ワイヤ送給モータ２が第一のモータに対応する。
【００１４】
ここで、このアーク溶接機１０では、ワイヤ送給ボビン５をも連動させて駆動するものである。
すなわち、このアーク溶接機１０は、第二の制御装置９と、この制御装置９からの指令で制御されるボビン駆動モータ８と、溶接電圧検出器１４とを有する。溶接電圧検出器１４は、電圧測定端子の一方が溶接ワイヤＷに摺接され、他方がパンタアース１５を介してパイプＰの外周面に接続されている。そして、溶接電圧検出器１４は、ワイヤ送給速度を制御するに際して溶接電圧（Ｖ）を測定し、第二の制御装置９に送る。第二の制御装置９は、外部からの速度指令信号Ｓ２、および上記溶接電圧検出器１４で測定された溶接電圧（Ｖ）の変化に応じてボビン駆動モータ８の駆動に必要な駆動指令を出す。これにより、ボビン駆動モータ８が駆動されるとワイヤ送給ボビン５が回転し、ワイヤ送給部３による溶接ワイヤＷの牽引動作との協働によりワイヤ送給ボビン５から適切な量のワイヤＷが溶接ヘッド４に送給される。
【００１５】
そして、このアーク溶接機１０では、図２に制御系のブロック図を示すように、第一の制御装置１は、比例積分（ＰＩ）制御を行う、速度調節器（ＡＳＲ）２０および電流調節器（ＡＣＲ）３０を有する。速度調節器（ＡＳＲ）２０は、速度指令発生器１８からの速度基準の信号である速度指令値（Ｓ１）と、溶接電圧検出器１４で検出されてゲイン乗算部３９で変換された溶接電圧（Ｖ）に係る信号とが入力される。自動速度制御器（ＡＳＲ）２０は、速度指令値の信号と溶接電圧に係る信号とに基づいて電流指令値を算出し、この値を電流調節器（ＡＣＲ）３０に出力する。電流調節器（ＡＣＲ）３０は、入力された電流指令値に基づいて、ワイヤ送給モータ２の速度を増減変化させる。そして、これにより駆動されたワイヤ送給モータ２の電流実績の値は、ゲイン乗算部４０でトルクに係る値に変換され、さらに、このトルクに係る値が積分器５０によって速度実績に変換される。
【００１６】
一方、第二の制御装置９も、上記制御装置１同様の制御系を有する。つまり、制御装置９は、比例積分（ＰＩ）制御を行う、速度調節器（ＡＳＲ）２１および電流調節器（ＡＣＲ）３１を有する。速度調節器（ＡＳＲ）２１は、速度指令発生器１８からの速度基準の信号である速度指令値（Ｓ２）と、溶接電圧検出器１４で検出されてゲイン乗算部３９で変換された溶接電圧（Ｖ）に係る信号とが入力される。自動速度制御器（ＡＳＲ）２１は、速度指令値の信号と溶接電圧に係る信号とに基づいて電流指令値を算出し、この値を電流調節器（ＡＣＲ）３１に出力する。電流調節器（ＡＣＲ）３１は、入力された電流指令値に基づいて、ボビン駆動モータ８の速度を増減変化させる。そして、これにより駆動されたボビン駆動モータ８の電流実績の値は、ゲイン乗算部４１でトルク値に変換され、さらに、このトルク値が積分器５１によって速度実績に変換される。
【００１７】
そして、ゲイン乗算部４２は、第一の制御装置１の積分器５０で変換された速度実績、および第二の制御装置９の積分器５１で変換された速度実績相互の偏差から溶接ワイヤＷの張力に係る値を求め、この溶接ワイヤＷの張力に係る値がゲイン乗算部４３でトルクに係る値に変換され、改めてゲイン乗算部４０で変換されたトルクに係る値との偏差が上記積分器５０に入力されるようになっている。
【００１８】
このような制御系によって行われる制御は、このアーク溶接機１０では、第一の制御装置１に入力される外部からの速度指令信号Ｓ１と、第二の制御装置９に入力される外部からの速度指令信号Ｓ２とを同じ値とし、かつ、溶接電圧測定器１４によって測定される溶接電圧測定値Ｖの変化に応じてワイヤ送給ボビン５を駆動するボビン駆動モータ８の速度を増加または減少させるように変化させる制御を行って、これにより、溶接ワイヤＷの送給速度を補正制御しており、溶接電圧（Ｖ）が増加するとボビン駆動モータ８の速度を増加させ、溶接電圧（Ｖ）が低下するとボビン駆動モータ８の速度を低下させている。なお、ボビン駆動モータ８が第二のモータに対応する。
【００１９】
次に、上述した第一実施形態のアーク溶接機１０の作用・効果について説明する。
このアーク溶接機１０では、ワイヤ送給部３のワイヤ送給モータ２でワイヤ送給ボビン５から溶接ワイヤＷを溶接ヘッドに送給するとともに、ワイヤ送給ボビン５をもボビン駆動モータ８で駆動しており、さらに、ワイヤ送給ボビン５を駆動するボビン駆動モータ８の速度を、溶接電圧測定器１４によって測定される溶接電圧測定値Ｖの変化に応じて、増加または減少させる補正制御を行っているので、これにより、ワイヤ送給部３での溶接ワイヤＷとワイヤ送給ボビン５の出側での溶接ワイヤＷの送給速度を同調させることができる。そのため、溶接ワイヤＷの過張力や緩みの発生を抑えることができる。そして、このような構成であれば、上記例示した特許文献１に開示される装置の構成に比べて、溶接ワイヤＷの送給速度を同調させるための特段のスペース（巻替え装置等の設置スペース）が不要なので、設備維持コストや操業コストの上昇を抑えることができる。
【００２０】
なお、本発明に係るアーク溶接機は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。
例えば、上記第一実施形態の変形例として、以下に第二実施形態を示す。なお、上述した従来のアーク溶接機ないし第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
この第二実施形態のハードウエア構成は第一実施形態と同様であるが、図４に示すように、第一の制御装置１から、ワイヤ送給モータ２の電流値Ａを、第二の制御装置９に対してインターフェースするようになっている点が異なっている。
【００２１】
つまり、上記第一実施形態の構成であれば、溶接ワイヤＷの過張力や緩みを防止することは可能となるものの、実際には、各制御装置１，９は速度制御上の誤差を持っている。そのため、ワイヤ送給モータ２が牽引する溶接ワイヤＷとワイヤ送給ボビン８から繰り出される溶接ワイヤＷの送給速度が完全に一致しないことが現実には起こり、送給される溶接ワイヤＷの過張力や緩みを完全には防ぎきれない可能性がある。そこで、この第二の実施形態では、このような問題に対しても過張力や緩みに対して更に高い改善効果を発揮するようにしたものである。
【００２２】
すなわち、もし溶接ワイヤＷが過張力になった場合、その原因は、ワイヤ送給ボビン５からの送給速度が遅いために溶接ワイヤＷが過張力になったと考えられ、ワイヤ送給部３は引っ張り勝手となり電流が増加する。このような場合には、ワイヤ送給ボビン５の速度を上げるように制御を行えばよい。一方、ワイヤ送給部３のワイヤ送給モータ２の電流が減少した場合は、ワイヤ送給ボビン５からの送給速度が速いために溶接ワイヤＷが緩み、ワイヤ送給部３の電流が減少したと考えられる。そのため、このような場合には、ワイヤ送給ボビン５の速度を下げるように制御を行えばよい。
【００２３】
そこで、図５に示すように、この第二の実施形態では、電流調節器（ＡＣＲ）３０からの電流実績の値がゲイン乗算部４４で変換されてから速度調節器（ＡＳＲ）２１に送られる構成が付加されている。これにより、自動速度制御器（ＡＳＲ）２１は、速度指令値の信号、溶接電圧に係る信号およびワイヤ送給モータ２の電流実績の値に係る信号に基づいて電流指令値を算出することで、溶接ワイヤＷの過張力発生状況や緩み発生状況をワイヤ送給部３のワイヤ送給モータ２の電流実績によって監視し、電流値の増減変化に応じて、ワイヤ送給ボビン５の速度を増減コントロールできるようにしている。
【００２４】
本発明のアーク溶接機をＵＯ鋼管溶接機に適用し、下記溶接条件にて実際に稼働して効果を確認した。なお、下記設定は一例であって、溶接条件に応じて任意に変更してよい。
［溶接条件］
鋼管厚：２５ｍｍ
溶接長さ：３０ｍ
鋼種：普通鋼
溶接電圧：５０Ｖ
溶接電流：１０００Ａ
鋼管搬送速度：１ｍｐｍ
ワイヤ送給部のモータ速度：３ｍｐｍ
ワイヤ送給ボビンのモータ速度：３ｍｐｍ
外乱条件：送給開始１．０（秒）後に、アーク火花揺動を想定して溶接電圧検出値をステップ状に＋５Ｖ変化させて与えた。
【００２５】
［効果］
図３、図６および図９のグラフを参照して本発明の効果を説明する。なお、いずれのグラフも、横軸はワイヤ送給開始後の時間経過を示し、縦軸は溶接ワイヤＷの送給速度を示す。
図９は、本発明を適用しなかった場合の、従来の溶接ワイヤＷの送給速度の変動状態であるが、同図に示すように、この場合、ワイヤＷの送給速度は、０．７（ｍｐｍ）まで低下してしまっている。これに対し、図３に示すように、第一実施形態の構成を適用した場合の溶接ワイヤＷの送給速度の変動状態では、図９に示す比較例と比べて、送給速度の低下量が０．３（ｍｐｍ）まで抑えられていることが分かる。
また、図６に示すように、第二実施形態の構成を適用した場合の溶接ワイヤＷの送給速度の変動状態では、更に向上し、送給速度の低下量が０．１（ｍｐｍ）まで抑えられていることが分かる。つまり、本発明を適用したアーク溶接機によれば、送給速度が安定した状態で溶接ワイヤＷが供給されることが確認できた。
【符号の説明】
【００２６】
１    第一の制御装置
２    ワイヤ送給モータ（第一のモータ）
３    ワイヤ送給部
４    溶接ヘッド
５    ワイヤ送給ボビン
６    ワイヤガイドロール
８    ボビン駆動モータ（第二のモータ）
９    第二の制御装置
１０    アーク溶接機
１４    溶接電圧検出器
１５    パンタアース
１８    速度指令発生器
２０、２１    速度調節器（ＡＳＲ）
３０、３１    電流調節器（ＡＣＲ）
３９，４０、４１、４２、４３、４４    ゲイン乗算部
５０、５１    積分器
Ａ    ワイヤ送給モータの電流値
Ｐ    パイプ（鋼管）
Ｓ１    外部（速度指令発生器）からの速度指令信号
Ｓ２    外部（速度指令発生器）からの速度指令信号
Ｖ    溶接電圧（溶接電圧の測定値）
Ｗ    溶接ワイヤ
【図１】
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【図２】
2013039587.tif 000004
【図３】
2013039587.tif 000005
【図４】
2013039587.tif 000006
【図５】
2013039587.tif 000007
【図６】
2013039587.tif 000008
【図７】
2013039587.tif 000009
【図８】
2013039587.tif 000010
【図９】
2013039587.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月18日(2012.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
［効果］
図３、図６および図９のグラフを参照して本発明の効果を説明する。なお、いずれのグラフも、横軸はワイヤ送給開始後の時間経過を示し、縦軸は溶接ワイヤＷの送給速度を示す。
図９は、本発明を適用しなかった場合の、従来の溶接ワイヤＷの送給速度の変動状態であるが、同図に示すように、この場合、ワイヤＷの送給速度低下量は、０．７（ｍｐｍ）である。これに対し、図３に示すように、第一実施形態の構成を適用した場合の溶接ワイヤＷの送給速度の変動状態では、図９に示す比較例と比べて、送給速度の低下量が０．３（ｍｐｍ）に抑えられていることが分かる。
また、図６に示すように、第二実施形態の構成を適用した場合の溶接ワイヤＷの送給速度の変動状態では、更に向上し、送給速度の低下量が０．１（ｍｐｍ）まで抑えられていることが分かる。つまり、本発明を適用したアーク溶接機によれば、送給速度が安定した状態で溶接ワイヤＷが供給されることが確認できた。