JP2016196036A - アーク溶接装置 - Google Patents

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、溶接機の製造や点検が難しいといった問題、常時出力調整パラメータの情報を送信しているので誤動作の危険性が高いと言った問題、溶接していない時に電極が母材に短絡した時火花が発生するといった問題をなくすことが解決すべき課題である。
【解決手段】出力調整の信号を送信する送信回路を設けた溶接用トーチの近くに設けた制御装置、受信回路を設けた溶接電源の近くに設けた制御装置とパワーサプライとしての溶接電源部の三種類のユニットに分割し、溶接機出力調整パラメータの情報をパケットにして周期的に無線で送信するようにしている。溶接出力端の電圧を監視して、電極が母材に短絡したときに流れる電流を押さえ、火花が発生しないようにしている。
【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１のアーク溶接装置側は、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。

この先行発明では、溶接電源側に送信回路で送られた信号を復調する回路と溶接機の出力を制御する回路が内蔵されている。信号を送信する溶接用トーチの近くの制御装置と溶接電源部の二種類のユニットに分解される。

先行発明は、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を用いて伝送している。

先行発明では溶接電流ケーブルに変調された信号を載せるため、溶接用トーチの近くの設けた制御装置に電源を必要としている。そのため、溶接用トーチの近くの設けた制御装置に電源として、出力１０ワット程度の電源を溶接電源側から溶接電流ケーブルを介して供給する必要があった。

特許公開昭和５９−１９３７６５号公報

先行発明では、溶接機の出力電流を作り出す溶接電源部と溶接機の出力調整信号の受信部が溶接電源の1つの筐体に中に内蔵されているので、溶接機を製造する場合、それぞれ設計製作する必要があった。また、保守点検が難しいといった問題があった。本発明の解決すべき課題は、溶接機の製造を容易にすると共に保守点検作業を容易にすることが解決すべき第一の課題である。

先行発明では、搬送波を用いて溶接電流ケーブルに重畳し溶接出力調整信号を伝送しているが、隣接した溶接用ケーブルがあると電磁的に誘導して誤動作する可能性がある。この誤動作の可能性を無くすことが解決すべき第二の課題である。

従来例では、溶接用トーチの近くの設けた制御装置に常時電源が供給されているため、溶接しないときでも電極が母材にタッチすると、電極と母材の間で火花が出る問題が生じていた。この不必要なアークを無くすことが解決すべき第三の課題である。

溶接機を製造する際の煩雑さ、保守点検の困難さを解決するため、溶接機を溶接用トーチの近くに設けた制御装置と前記溶接電源の近くに設けた制御装置と溶接電源部の分割される三種類のユニットで構成している。

溶接機の調整信号や開閉信号の制御パラメータを操作部から溶接電源に伝送する手段として特定小電力無線を用い、溶接用トーチの近くに設けた制御装置にて、出力調整器信号や出力開閉器信号の変化を検出し、検出後送信回路で調整信号や開閉信号の制御パラメータを送信するようにしている。

溶接電源の近くの制御装置に設けた電源回路において、複数の異なる出力特性もたせるようにし、溶接用トーチの近くに設けた制御装置にある開閉器からの信号により出力特性が切り換えられるように構成している。

溶接していないときには、溶接用トーチの近くに設けた制御装置に、極めて小さな電源を供給している。また、溶接機の出力端の電圧を検出する前記電圧検出回路により溶接機の出力端の電圧を監視し、電圧が一定の値以下になると溶接用ケーブル間に供給する電源の出力特性を極めて小さい電力の出力特性になるようにしている。

本発明のアーク溶接装置では、溶接電源部と溶接電源の出力調整信号の受信部が別のユニットに分割されているので、溶接電源は指令信号を受けて指令された出力電圧を発生する電源機能のみとなるので、溶接機の製造が容易になる。

また、溶接機に異常が発生した場合、原因がどこにあるのかユニットを交換するだけで判り、修理も問題のあるユニットを交換するだけで済むので保守点検が容易になる。

検出後の送信回路で溶接機の調整信号や開閉信号の制御パラメータを送信しているので、空中線電力の利用率も低い。また、調整信号や開閉信号が何も変化しないときに受信し続ける必要がないため高周波ノイズにより誤動作する危険性も極めて低くなる。

溶接していない時に、本発明のアーク溶接装置の出力端子間に加えられる電力は極めて小さいため、溶接をしていない時、電極が母材にタッチしても、電極と母材の間で火花が出る心配も無い。

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、作業者の可搬重量が少なくできるため、作業の機動性が向上し、アーク溶接作業の作業効率が向上する。

本発明のアーク溶接装置の構成 本発明の電波の送信のタイミングを示すタイムチャート 本発明の溶接ケーブルの間に加えられる電源の出力特性

制御ケーブルを用いないアーク溶接装置で、信号の伝送に電波を用いる方法と電力線に信号を搬送する方の二通りが考えられるが、ここでは電波を使用する実施例について説明する。図１は本発明のアーク溶接装置の構成、図２は、本発明の電波の送信のタイミングを示すタイムチャート、図３は、本発明の溶接ケーブルの間に加えられる電源の出力特性を示す。

図１において、１は溶接用可変電源、2は出力端子、3は送給ローラ、4は母材、5はトーチ側ケーブル、6は母材側ケーブル、7は通電部、8は消耗電極、9は送給モータである。アーク溶接機では溶接用可変電源部からの電流が供給され、送給モータで送られた消耗電極と母材の間でアークが発生させ、アーク熱により母材を溶融させ金属を接合している。

一般のアーク溶接装置は、送給モータの回転数を制御するモータ回転数制御回路や溶接用可変電源部の駆動回路は溶接電源の中に内蔵され、出力調整を行う出力調整器が溶接作業者の近くに配置される遠隔制御器に納められ、複数の信号線からなる制御ケーブルで溶接電源部と遠隔制御器を接続している。本発明ではこの遠隔制御器に接続される制御ケーブルを無くすことを目的にしている。

Ｃの溶接用トーチの近くの制御装置において、溶接機の出力を調整する溶接開始信号や溶接電圧調整信号などのパラメータを無線でＢの溶接電源部の近くに設けた制御装置に送っている。Ｂの溶接電源部の近くに設けた制御装置では、無線で送信された溶接機の出力パラメータを受信し、溶接機の調整信号や開閉信号をＡの溶接電源部に加え溶接電源の出力を調整するようにしている。

Ａの溶接電源部は、電圧指令信号を受けて指令通りの電圧を発生するだけの単なるパワーサプライとして動作する。そのため、Ａの溶接電源部に溶接を行う上で必要となる複雑なシーケンスコントロールも溶接電流をコントロールする制御回路は含んでいない。

本発明では、従来例の発明のアーク溶接装置のように溶接電流ケーブル間に搬送波を用いて溶接機の出力調整パラメータを伝送していないので、直流リアクトルを用いて搬送波信号をブロックする高周波ブロッキングコイルとして利用する必要がないため、Ｂの溶接電源部の近くに設けた制御装置とＡの溶接電源を全く別のユニットとして分離が容易となる。

本発明のアーク溶接装置は、図１示すようにＡの溶接電源部、Ｂの溶接電源部の近くに設けた制御装置、Ｃの溶接用トーチの近くの制御装置で構成されている。

Ｂの溶接電源部の近くに設けた制御装置とＡの溶接電源部は、切り離しが可能な24のコネクタで接続されている。

溶接機の出力として調整しないといけないものは、溶接電圧と溶接電流であるが、溶接電流は9の送給モータの回転数で決定される。Ｃの溶接用トーチの近くの制御装置に送給モータの回転数を制御する回路を設けているため、無線を用いて送信するのは溶接電圧信号だけである。本発明では、この溶接電圧調整信号を無線で送信している。

無線で溶接出力調整用パラメータを送信するときに送信時間制限する回路を設け、電波を輻射する時間に制限を設け、電波を利用する時間の比率を小さくしている。電波の輻射時間の制限方法として調整パラメータが変化した時だけ溶接出力調整パラメータの情報をパケットにして送信する方法と、周期的に調整パラメータの情報をパケットにして送信する方法がある。

調整パラメータが変化した時だけ送信する方法は、Ｃの溶接用トーチの近くの制御装置の近くにある溶接用出力パラメータを可変する12の出力調整器や11の出力開閉器からの信号が変化したかを、13の出力信号変化検出回路にて検出し、出力調整器や出力開閉器からの信号が変化した時から14の送信時間制限回路で15の送信回路から電波を用いて送信している。

このときの電波の送信の状態は、図2の本発明の電波の送信のタイミングを示すタイムチャートの「出力調整信号の変化を検出後送信」に示されるようになる。出力調整器や出力開閉器の信号が変化していない時は、電波を輻射していない。このようにして電波を長時間占有しないようにしていると同時に誤動作の危険性を少なくしている。

Ｂの溶接電源部の近くに設けた制御装置では、19の受信アンテナで電波を受け信号を受信し、21の受信信号変化検出回路にて、信号に変化があったことを検出している。また、20の受信回路で受信した信号を22の調整信号保持回路にて、次の信号が変化されるまで保持し溶接電源部に送っている。

溶接出力調整パラメータを周期的に送信する方法は、Ｃの溶接用トーチの近くの制御装置の14の送信時間制限回路で溶接出力調整パラメータをパケットにして周期的に15の送信回路から送信するようにしている。

特定小電力無線においては、電波法の規制により使用する無線の周波数が空いているか確認して送信しなければならないが、同じタイミングで送信すると誤動作してしまう。

本発明では、同じタイミングで送信した時に発生する誤動作を避けるため、同じ周波数の無線を使用するアーク溶接装置が同時に送信しないようにＣの溶接用トーチの近くの制御装置の14の送信時間制限回路で電波の送信のタイミングをずらして溶接出力調整パラメータをパケットにして送信している。

このときの電波の送信の状態は、図2の本発明の電波の送信のタイミングを示すタイムチャートの「周期的に調整信号を送信」に示されるようになる。同様に電波を占有しないようにし誤動作の危険性を少なくしている。

近接して無線を使用する同一方式のアーク溶接機が同時に使用された場合、電波の混信による誤動作の危険性を少なす方法として、本発明のアーク溶接装置では、使用する無線の周波数を複数用意し簡単に切り換えられるようにしている。

Ｂの溶接電源部の近くに設けた制御装置からの溶接出力調整信号は、Ｃの溶接電源部の23の溶接用可変電源ドライブ回路に送られ、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴのパワーエレクトロニクス素子で構成される１の溶接用可変電源を動かし電圧を調整する。

溶接を行っていない時にＣの溶接用トーチの近くの制御装置を動かすのに電源が必要になるが、この電源は、Ｂの溶接電源部の近くに設けた制御装置から溶接電流ケーブルを介して供給される。この電源は、Ｂの溶接電源の近くに設けた制御装置の内部にある１７の電源回路で作られるようにしている。

Ａの溶接用トーチの近くに設けた制御装置に供給される電源は、図３の本発明の溶接ケーブルの間に加えられる電源の出力特性に示されるような複数の異なる電源出力特性切り換えられるようにしている。

溶接していない時に、溶接用トーチの近くに設けた制御装置に10ｍＷ以下の電波を発生するために必要な極めて小さな電源を供給している。このときの溶接機の出力ケーブルに加えられる電源の出力特性を表すと、図３の第一の出力特性となる。

Ａの溶接用トーチの近くに設けた制御装置で消耗電極を送給する9の送給モータを駆動するときには数十Ｗの電源を供給する必要がある。このときの電源の出力特性は図３の第二の出力特性となる。

本発明の電源回路の実施例では、トランジスタを用いた定電圧回路の基準電圧を切り換えている。17の受信回路にて待機状態なのか消耗電極を送給しようとする信号が受信されたかを判断し、17-2の切り換え器で17-3の第一の定電圧ダイオード、17-4の第二の定電圧ダイオードを選択し、異なる二種類の出力特性をもつ電源を溶接機の出力端に供給するようにしている。

また、本発明では溶接機の出力端の電圧を検出する18の電圧検出回路により溶接機の出力端の電圧を常時監視し、電圧が一定の値以下になると溶接用ケーブル間に供給する電源の出力特性を極めて小さい電力の出力特性になるようにしている。

この発明によると、制御ケーブルが無くなるので、広い作業上で移動をしながら溶接しないといけない作業現場で作業者の負担を大幅に軽減できる。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。

溶接装置が溶接電源部、溶接用トーチの近くに設けた制御装置、溶接電源の近くに設けた制御装置の三種類のユニットで構成されるので機器の製造や修理が容易となる。

電波の使用時間を制限しているため、電波を使用して信号の伝送した場合に心配になる誤動作の危険も少なくなる。

また、溶接ケーブル間に電圧を供給した場合に発生する電極と母材間の火花の心配もないため、産業上の利用可能性は十分あると考えられる。

Ａ 溶接電源部
Ｂ 溶接電源部の近くに設けた制御装置
Ｃ 溶接用トーチの近くの制御装置
１ 溶接用可変電源
2 出力端子
3 送給ローラ
4 母材
5 トーチ側ケーブル
6 母材側ケーブル
7 通電部
8 消耗電極
9 送給モータ
10 モータ回転数制御回路
11 出力開閉器
12 出力調整器
13 出力信号変化検出回路
14 送信時間制限回路
15 送信回路
16 送信アンテナ
17 電源回路
17-1 トランジスタ
17-2 切り換え器
17-3 第一の定電圧ダイオード
17-4 第二の定電圧ダイオード
18 電圧検出回路
19 受信アンテナ
20 受信回路
21 受信信号変化検出回路
22 調整信号保持回路
23 溶接用可変電源ドライブ回路
24 コネクタ

Claims (7)

1. 溶接用トーチの近くに設けた制御装置に、溶接機の出力調整器からの信号と出力開閉器からの信号の変化を検出する出力信号変化検出回路と前記出力調整器からの信号と前記出力開閉器からの信号を送信する送信回路とモータ回転数制御回路と前記出力信号変化検出回路からの信号を受けて送信信号の送信時間を制限する送信時間制限回路を設け、溶接電源の近くに設けた制御装置に、溶接用トーチの近くに設けた制御装置の電源を供給する電源回路と、溶接機の出力端の電圧を検出する電圧検出回路、前記送信回路からの信号を受信する受信回路と、前記受信回路で受信した前記出力調整器からの信号と出力開閉器からの信号の変化を検出する信号変化検出回路と、前記信号変化検出回路からの信号を受けて、前記出力調整信号を保持する調整信号保持回路を設け、溶接電源部に溶接用可変電源と前記溶接用可変電源ドライブ回路を設け、前記調整信号保持回路の信号により前記溶接電源部に溶接用可変電源の出力の調整および開閉を行うことを特徴とする制御ケーブルを用いないアーク溶接装置
2. 第1のユニットとして前記溶接用トーチの近くに設けた制御装置、第２のユニットとして前記溶接電源の近くに設けた制御装置、第３のユニットとして前記溶接電源部、の３種類のユニット構成されるようにし、前記第２のユニットと前記第３ユニットが接続器で分離できるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置
3. 前記溶接用トーチの近くに設けた制御装置において、前記溶接機の出力調整器からの信号と前記出力開閉器からの信号の変化を前記出力信号変化検出回路にて検出し、前記送信時間制御回路で調整信号や開閉信号の溶接機の制御パラメータの信号を前記溶接電源の近くに設けた制御装置に出力信号の変化を検出した時のみ送信することを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置
4. 前記溶接用トーチの近くに設けた制御装置において、前記送信時間制御回路で周期的に調整信号や開閉信号の溶接機の制御パラメータの信号を、近接するアーク溶接装置の制御パラメータ信号に対して遅延時間を設けて、前記溶接電源の近くに設けた制御装置に送信することを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置
5. 前記溶接用トーチの近くに設けた制御装置において、前記送信回路で調整信号や開閉信号の溶接機の制御パラメータの信号を送信する無線周波数を切り換えられるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置
6. 前記溶接電源の近くに設けた制御装置の電源回路において、複数の異なる出力特性を用意し、前記溶接用トーチの近くに設けた制御装置の近くにある前記出力開閉器からの信号により前記出力特性が切り換えられるように構成したことを特徴とした請求項１に記載のアーク溶接装置
7. 前記溶接電源の近くに設けた制御装置の電源回路において、溶接機の出力端の電圧を検出する前記電圧検出回路により溶接機の出力端の電圧が一定の値以下になると溶接用ケーブル間に供給する電源の出力特性を切り換えるようにしたことを特徴とした請求項１に記載のアーク溶接装置

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