JP2016093814A

JP2016093814A - アーク溶接装置

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Publication number: JP2016093814A
Application number: JP2014229636A
Authority: JP
Inventors: 芳道光田; Yoshimichi Mitsuda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-05-26

Abstract

【課題】制御信号ケーブルを全く使用しないアーク溶接装置において、隣接する溶接機どうしがお互いに干渉して誤動作するといった問題と、溶接中発生する高周波ノイズにより誤動作が発生するといった問題もなくすことが解決すべき課題である。【解決手段】アーク溶接電源の出力調整信号を、スペクトラム拡散変調技術を使用して溶接用トーチの近くの制御装置側から溶接電源側に伝送するようにして、隣接する溶接機どうしが互いに干渉することによる誤動作と、溶接中発生する高周波ノイズにより誤動作する問題を無くしている。起動時は制御装置の電源は充電電池から供給し、溶接中は溶接出力ケーブルから電力を取って充電電池を充電している。【選択図】図１

Description

この発明は、溶接電源と溶接用トーチの近くの制御装置側を接続する複数の信号線からなる信号ケーブルを用いないアーク溶接装置に関するものである。

特許文献のアーク溶接装置は、溶接電源側と溶接用トーチの近くの制御装置側を結ぶ出力条件の調整用の制御信号ケーブルを少なくする手段を提案するものである。搬送波を利用して溶接出力調整信号を溶接用トーチの近くに設けた制御装置側から溶接電源側に溶接電流ケーブル上に重畳して伝送し、溶接機の複数の多芯信号線からなる信号ケーブルを無くすものである。

特許文献１に記載のアーク溶接装置は、溶接出力調整可変抵抗器で設定された電圧を周波数信号に変換し、搬送波を用いてこの周波数信号を振幅変調して溶接電源側に溶接電流ケーブルを用いて伝送し、この信号を溶接電源側で復調してアナログ量の溶接出力調整信号として取り出し溶接機の出力を調整していることを特徴とするアーク溶接装置である。

これらの先行発明では、溶接中にアークから発生するノイズの成分が搬送波と同じ周波数である場合、溶接機の出力調整値を変化させたしまう可能性がある。また、同じ作業上で同種の溶接機が使用され、隣接するアーク溶接装置の溶接電流ケーブルどうしが平行に沿わされると、隣のアーク溶接装置の溶接出力調整信号が溶接電流ケーブルを介して静電的な結合、もしくは電磁的な結合により伝わり、隣接するアーク溶接装置の出力調整値を変化させ溶接欠陥に引き起こすことがある。

特許公開昭和５９−１９３７６５号公報

先行発明では、隣接する溶接機による誤動作を避けるため、「搬送波を用いるアーク溶接装置の延長ケーブルどうしを一定の長さ以上並行して配置してはいけない。」など使用上の制限があった。また、溶接中溶接電流の急激な変化から発生する高周波ノイズにより誤動作が発生すると問題があった。本発明の解決すべき課題は、高周波による誤動作の心配をなくすことである。

従来例では、溶接用トーチの近くの設けた制御装置の電源として１０Ｖ以下の電圧で１Ａ程度の電流制限回路を付いた直流電源を用いていた。この方法は溶接しないときでも溶接電源側から起動時の制御回路の電源を供給する必要があるため、溶接をしていないとき電極が母材にタッチすると、接触した電極と母材の間で火花が出ると言った問題が生じていた。

溶接用トーチの近くの設けた制御装置に溶接出力調整や溶接開始信号などのパラメータを伝送する送信回路を設け、溶接電源側にこれらのパラメータを受信する受信回路を設けている。信号伝送の手段として、通常の搬送波を用いた変調方法の外にスペクトラム変調技術を使用している。

制御装置に充電電池と充電回路を備え、起動時溶接出力ケーブルから電気が供給されていないときには、制御装置の電源を充電電池から供給し、溶接中に溶接機の出力から制御装置に電源を供給している。溶接中に溶接電流ケーブルから電気の供給を受けて、充電回路によって充電電池を充電している。そのため、溶接機の出力に定電圧の電圧を常時供給しないで済むようにしている。

本発明のアーク溶接装置では、元々軍事用に開発されたスペクトラム拡散技術を用いて対ノイズ生に強い通信技術を採用しているので、溶接中発生する高周波ノイズにより誤動作が発生するといった問題も、同一作業場に同種のアーク溶接装置が複数台同時に使用されたと誤って誤動作する問題も無くなる。

溶接していないときには、溶接機の出力ケーブルの間には電圧が供給されていないので電極が母材に接触しても火花が出ることは無い。

本発明によると、溶接電源と溶接用トーチの近くに設けた制御装置の間を結ぶ制御ケーブルがなくすことができ、移動して溶接をする場合の作業者の可搬重量が少なくすることができるため、作業の機動性の向上が図れ、アーク溶接作業の作業効率が向上する。また、危険な作業上を頻繁に移動して溶接を行う現場では可搬重量が軽減できるので、移動作業も容易になり安全性も大幅に向上する。

本発明の溶接用ケーブル搬送方式のアーク溶接装置の構成本発明の空中伝搬方式のアーク溶接装置の構成

本発明のアーク溶接装置の実施の形態は、溶接電源と溶接用トーチを結ぶ２本の溶接電流ケーブルを用いて信号を伝送する溶接用ケーブル搬送方式のアーク溶接装置の構成とアンテナから空中に輻射される電波を利用して信号を伝送する空中伝搬方式のアーク溶接装置の構成の２通りが考えられる。
図１は、本発明の溶接用ケーブル搬送方式のアーク溶接装置の構成、図２は、本発明の空中伝搬方式のアーク溶接装置の構成である。まず、溶接電流ケーブルに載せて伝送する溶接用ケーブル搬送方式のアーク溶接装置の回路を説明する。次に、電波を利用して信号を伝送する空中伝搬方式のアーク溶接装置について説明する。

図１において、１は溶接用可変電源、2はリアクトル、3は電極、4は母材、5はトーチ側ケーブル、6は母材側ケーブル、7は溶接出力調整器、8はＡ／Ｄ変換器、9は変調回路、10は充電回路、11は充電電池、12は拡散符号回路、13はスペクトラム拡散変調回路、14は結合用トランス、15は結合用コンデンサ、16は結合用トランス、17は結合用コンデンサ、18はスペクトラム拡散復調回路、19は拡散符号回路、20は復調回路、21はＤ／Ａ変換回路、22は溶接用可変電源駆動回路、23は送信用アンテナ、24は受信用アンテナである。1から11、18から22までの構成要素は、図1、図2において共通である。図１の電流ケーブルを用いる方式では、14から17の高周波を電力線に載せる結合用のコンデンサと結合用のトランスが、図２の電波を用いる方式では23と24のアンテナが含まれる。

図１を用いて搬送波を用いた出力調整信号の伝送の原理について説明する。３の溶接用トーチの近くの制御装置側で、7の溶接出力調整器からの信号を8のＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、被変調波の搬送波を8のＡ／Ｄ変換器からの信号で9の変調回路で変調し、この変調回路の信号を13のスペクトラム拡散変調回路に加え周波数帯域を広げて変調を行う。このスペクトラム拡散変調回路の出力を14の結合用トランスと15の結合用コンデンサを用いて5のトーチ側ケーブルと6の母材側ケーブルの間に重畳する。

溶接電源側でトーチ側ケーブルと母側ケーブルの間に重畳された高周波信号のみを17の結合用コンデンサと16の結合用トランスを用いて取り出し、18のスペクトラム復調回路で復調を行い21の復調回路にてデジタル信号を復調し、21のＤ／Ａ変換回路にてデジタル信号を電圧信号に変換して22の溶接用可変電源駆動回路に加え、この出力信号により1の溶接用可変電源の電圧を可変して溶接電源の出力を調整している。

22と19の拡散符号回路では周波数を一定の帯域内で不規則に変化させ、使用する周波数のスペクトラムを広げている。スペクトラムを拡散して伝送することにより、溶接中にアークより発する高周波ノイズに対して誤動作することを防いでいる。また、アーク溶接装置が同じ作業現場で使用されても干渉することなく使用することが可能となる。溶接用ケーブル搬送方式のアーク溶接装置は、原理的には空中に電波を放出しないので同時に使用される溶接装置の台数に制限は無い。

図2の電波を利用して信号を伝送する空中伝搬方式のアーク溶接装置は、23と24のアンテナを用いて電波として信号を伝送している。空中伝搬方式のアーク溶接装置は電波を使用しているので、同じ作業現場で使用される台数は数十台までと限定される。

図１の溶接用ケーブル搬送方式のアーク溶接装置も図２の空中伝搬方式のアーク溶接装置も溶接用トーチの近くに設けた制御装置に、10の充電回路11の充電電池を内蔵している。溶接開始時、制御回路の電源は充電式の電池から供給される。溶接しているときは充電式電池に充電回路を介して充電するようにしている。こうすることにより、溶接開始時溶接電流ケーブルに電気が来ていないときでもアーク溶接装置の起動が可能である。

搬送波の周波数が高すぎると電波が直進し、障害物があったときに電波の回り込みが無いので、空中伝搬方式のアーク溶接装置を造船や建築現場の現場での作業には適用することが難しい。1ＧＨｚ以下の電波法で使用が認められる周波数を利用すると電波が回り込み信号の伝送が可能となる。

本発明の実施例では溶接機の出力調整を搬送波で伝送する実施例について説明したが、溶接出力調整とは溶接機の出力の起動と停止も行うことを意味する。溶接用トーチのところに取り付けられたトーチスイッチの信号も同じように搬送波を用いて伝送しているので、溶接の開始・停止信号も全く制御ケーブルを用いないで伝送することが可能である。

この発明によると、広い作業上で移動をしながら溶接しないといけない場合、制御ケーブルが無くなるので作業者の負担を大幅に軽減できる。本発明のアーク溶接装置を、特に造船所や建築現場などの屋外の溶接現場で使用されるアーク溶接装置に利用されることが期待される。また、多芯の制御ケーブルが無くなることによりシステム全体でのトータルコストの削減になり、産業上の利用可能性は十分あると考えられる。

１溶接用可変電源
2 リアクトル
3 電極
4 母材
5 トーチ側ケーブル
6 母材側ケーブル
7 溶接出力調整器
8 Ａ／Ｄ変換回路
9 変調回路
10 充電回路
11 充電電池
12 搬送波周波数選択器
13 高周波増幅回路
14 結合用トランス
15 結合用コンデンサ
16 結合用トランス
17 結合用コンデンサ
18 スペクトラム拡散復調回路
19 拡散符号回路
20 復調回路
21 Ｄ／Ａ変換回路
22 溶接用可変電源駆動回路
23 送信用アンテナ
24 受信用アンテナ

Claims

アーク溶接機の溶接用トーチの近くの制御装置に、充電電池と充電電池にアーク溶接機からの出力からの電気を充電する充電回路と、アーク溶接電源の出力を設定する溶接出力調整器と、前記溶接出力調整器からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と搬送波に前記Ａ／Ｄ変換回路からの信号で搬送波を変調する変調回路と、前記変調回路からの信号をスペクトラム変調する為の拡散符号回路とスペクトラム変調回路を設け、結合用トランスと結合用コンデンサを用いて前記スペクトラム変調回路の出力信号をトーチ側ケーブルと母材側ケーブルの間に重畳するように構成し、アーク溶接機の溶接電源側に前記トーチ側ケーブルと母材側ケーブルの間に重畳された高周波信号を結合用コンデンサと結合用トランスを用いて取り出し、スペクトラム拡散された信号をスペクトラム復調するスペクトラム復調回路と、前記スペクトラム復調回路に拡散符号を供給する拡散符号回路と、前記スペクトラム復調回路からの信号を受けて前記変調信号を取り出す復調回路と、前記復調回路からのデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路と、前記Ｄ／Ａ変換回路の出力信号を溶接用可変電源駆動回路に加え、前記溶接用可変電源駆動回路からの信号を受けて溶接用電源の出力を可変する溶接用可変電源を備え、制御ケーブルを用いないで溶接用電源の出力の調整および開閉を行うことを特徴としたアーク溶接装置。
アーク溶接機の溶接用トーチの近くの制御装置に充電電池と充電電池にアーク溶接機からの出力からの電気を充電する充電回路と、アーク溶接電源の出力を設定する溶接出力調整器と、前記溶接出力調整器からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と搬送波に前記Ａ／Ｄ変換回路からの信号で搬送波を変調する変調回路と、前記変調回路からの信号をスペクトラム変調する為の拡散符号回路とスペクトラム変調回路を設け、前記スペクトラム変調回路の信号を送信する送信用アンテナを設け、アーク溶接機の溶接電源側に受信用アンテナと、前記受信用アンテナからのスペクトラム拡散された受信信号をスペクトラム復調するスペクトラム復調回路と、前記スペクトラム復調回路に拡散符号を供給する拡散符号回路と、前記スペクトラム復調回路からの信号を受けて前記変調信号を取り出す復調回路と、前記復調回路からのデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路と、前記Ｄ／Ａ変換回路の出力信号を溶接用可変電源駆動回路に加え、前記溶接用可変電源駆動回路からの信号を受けて溶接用電源の出力を可変する溶接用可変電源を備え、制御ケーブルを用いないで溶接用電源の出力の調整および開閉を行うことを特徴としたアーク溶接装置。
前記搬送波の周波数を１ＧＨｚ以下とした請求項２に記載のアーク溶接装置。