JP2024511684A - 接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー電子調節システム及び装置 - Google Patents

Abstract

接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー電子調節システム及び装置の提供。本発明の接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムは、アーク時間、使用されるガスフロー、ガス容量、電流、電圧、ワイヤ送給速度及びワイヤ累計等のパラメーターデータをリアルタイムでモニタリングするシステムを備えたガスフロー調整器（１００）からなり、したがってモニタリングや工程の管理、生産データの保存及び追跡は完全にオンラインで行われる。調節器（１００）はデータ処理用の電子基板及び工程のしかるべき変数を読み取り調節器のマイクロプロセスコントローラーへ信号を送るセンサー一式からなる。マイクロコントローラー（１５）はすべての変数の読み取りを担い、特定のソフトウエアを介して比例弁と連動し、ガスフローの挙動が機器のユーザーが予め選択した挙動と同じになるよう制御する。【選択図】 図１

Description

発明の属する分野
本発明は接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムに関する。より詳しく言えば、アーク時間、使用されるガスフロー、ガス容量、電流、電圧、ワイヤ送給速度及びワイヤ累計等のパラメーターデータをリアルタイムでモニタリングするシステムを備えたガスフロー調整器からなり、したがってモニタリングや工程の管理、生産データの保存及び追跡は完全にオンラインで行われる。

調節器はデータ処理用の電子基板及び工程のしかるべき変数を読み取り調節器のマイクロプロセスコントローラーへ信号を送るセンサー一式からなる。マイクロプロセスコントローラーはすべての変数の読み取りを担い、特定のソフトウエアを介して比例弁と連動しガスフローの挙動を制御する。

この技術は、ガスの制御をするばかりでなく、工程の変数をモニタリングし、内部で情報をまとめ、WiFi経由で（ユーザーのネットワークインフラストラクチャー又は3Gルーターモジュールを通じて）サーバーに情報を送信する。これらの情報はデータバンクに保存され装置のポータルで表示される。工程の変数は、同装置に設置された複数のセンサーによって取得される：電流は電流センサーによって、電圧はそのために開発された専用のハードウエアによって、ガスフローは装置内部にあるガスフローセンサーによって、またワイヤの速度と重量はワイヤセンサー（パルス計測によりワイヤの重量と送給速度を計算する装置）によって得られる。

装置にこの新しい構成形態を応用することにより、ユーザーがより有効に情報を統合することを可能にする接続インターフェースによって制御・モニタリングシステムを向上させることができ、装置の生産データについて文書化された情報及びビジュアル情報を出力することができる。
同装置はまた、電圧、電流、 電圧、電流、ガスフロー、ワイヤ送給速度といった工程変数に対するモニタリング統合システムも備えている。このシステムは上述の各変数を特定の範囲内でモニタリングし、それらの変数が所定の限度を超えた場合エラートリガーが起動する。

発明の経緯
溶接工程において使用される保護ガスの第一の役目は溶接部位の雰囲気ガス、特に溶接工程に有害な酸素、窒素及び水素を押し出して溶融池を守ることである。また、保護ガスはさらに、溶接に活性ガスが使用される場合、溶接性、溶け込みに関する機能を持ち、溶融池の化学的成分に少し関与する。

保護ガスは溶接中、溶接ガン又は溶接トーチのノズルから予め調節された流量で噴射される。保護ガスの流出は流量計及び減圧器によって調節される。これらの装置はガスをガンのノズルに所定の流量で一定して供給することを可能にする。

保護ガスを使用しての溶接工程においては、ガスが多すぎたり不足したりすると金属の溶融の品質を損なう可能性があるので、信頼性のある溶接を行うには、ガスの噴出が理想的な状態に調節されているか確認する必要がある。また、溶接工程のコスト削減のためにも保護ガスの流量を制御し調節する必要がある。

保護ガスの流量率決定についていうと、溶接工程は非常に無駄が多い。どのような溶接工程においても、保護ガスのコストは最も高価な要素の一つであり、溶接業者たちは必要な、あるいは推奨されるレベル以上の流量を設定することはまずない。溶接機製造者の大部分は、過剰な流量が使用されることのないよう、上限を設定することのできる流量制御装置又は付属品を提供している。

ボンベであってもバルク方式であっても、保護ガスに使用される流量制御装置の多くは約２０～３０ＰＳＩＧの呼び入口圧で作動するように設計されている。純二酸化炭素を使用する場合は、５０ＰＳＩＧまで使用できる。すなわち、溶接トーチが起動するとき常に溶接ノズルの初期圧は２０～３０又は５０ＰＳＩＧとなっており、トーチのトリガーを引くとこの安定した圧力によって大量のガスがノズルから出るようになっている。

より定量的に理解するためには、次のことに注目されたい。１） 溶接工程には３５ ＳＣＦＨのアルゴンが必要であり、２） 溶接機に設置され接続された流量計の圧力は２０ＰＳＩＧに校正されている。通常のガス制気口では、この設定では初期流量値は容易に１８０ＳＣＦＨあるいはそれ以上のアルゴンを放出するであろう。雰囲気の条件によってライン圧力は下がるため流量値はすぐに下がるとはいえ、それでも溶接工程に必要な流量値の５倍である。これはトリガーを引くたびに起こる。作業によっては１時間に２００～３００回トリガーを引くことがあり、無駄になるガスが飛躍的に多くなる。

そこで、本発明者は、ガスフロー制御及びこれらの情報のモニタリングを向上させることを目的として、より経済的であり、ユーザーによる制御と情報のモニタリングを向上させることのできるオンラインプラットフォームによってリアルタイムにすべてのパラメーターデータをモニタリングする調節器を開発した。

従来の技術を検索したところ、溶接工程に応用される保護ガスフロー制御装置を複数発見したが、そのうち次の文献を挙げることができる。

同じ発明者による文献ＢＲ２０２０１６０１８８０７－０（２０１６）は、電流センサー（シャント）によって、使用されている電流を確認し、このデータをソフトウエアによる処理システム（マイクロコンピューター）に送り、その後測定されている溶接電流に応じて直線的動作のバルブによってガスを放出するＭＩＧ／ＭＡＧ／ＴＩＧ 保護ガス節約システムを示しており、正確な流量を保証するために流量センサーによって放出流量の確認を行う。

同じ発明者による文献ＢＲ２０２０１７０１３８１６－５（２０１７）は、顧客が予め設定した流量に応じて溶接機のソレノイドバルブの開口度を設定することによりガス流量を確認し制御し、ガス供給のピークや変動一切を軽減するべく一定の流量を維持するＭＩＧ／ＭＡＧ／ＴＩＧ溶接ガス節約システムを示している。こうしてユーザーは各工程に希望する流量を正確に設定し、平均５０％の節約を達成するほか、作動中の調節器によってガス流量を測定するという問題を解消する。

同じ発明者によるこれらの従来技術文献は、ガスフローの即時読み取り、ネットワークの圧力読み取り及び溶接電流の読み取りによって溶接ガスの制御を行う装置を示しており、工程で使用するガスの容量を計算するシステムと、ガス漏れやガス切れを検知する能力を備える。そこで本発明者はその装置と制御システムに改良を加え、装置が工程のデータをサーバーに送信し、サーバーでそれらのデータをデータバンクに保存しポータルを介して開示できるように接続インターフェースを改良した。これらのデータは様々なフォーマットのデータバンク（ＣｏｍｐａｃｔＤＢ、ＬｏｃａｌＤＢ又はＳＱＬ）に保存される。一旦データが保存されたら、ポータルがデータ開示を担当する。

また、．ＸＬＳＸ形式、ＳＱＬ形式又はＭＱＴＴプロトコルを通じてデータをエクスポートすることもでき、溶接工程におけるガス流量調節システムを向上させるべく装置の作動パラメーターの制御とモニタリングを向上させる。

ブラジル特許出願２０２０１６０１８８０７－０号 ブラジル特許出願２０２０１７０１３８１６－５号

したがって、本発明の対象は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、アーク時間、使用されるガスフロー、ガス容量、電流、電圧、ワイヤ送給速度及びワイヤ累計等のパラメーターデータをリアルタイムにモニタリングするシステムを備えたガスフロー調節器からなり、モニタリング、工程管理、生産データの保存及び追跡はすべてオンラインで行われる。調節器はデータ処理のための電子基板としかるべき工程変数の読み取りを行い装置のマイクロプロセスコントローラーに信号を送るセンサー一式からなる。マイクロプロセスコントローラーはすべての変数の読み取りを担当し、ガスフローの挙動が機器のユーザーが予め選択した挙動と同じであるように、比例弁と連動する特定のソフトウエアを使用する。この新しい装置の構成によって、ユーザーがより有効に情報を統合することを可能にする接続インターフェースによって制御・モニタリングシステムを向上させることができ、装置の生産データについて文書化された情報及びビジュアル情報を出力することができる。

発明の要約
本発明は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、入力点、出力点及び外部サーバーとの接続をするＷｉ－Ｆｉアンテナを有し、アンテナと繋がったＷｉ－Ｆｉマイクロコントローラーを備えた電子基板を内部に有する装置を備えることを特徴としている。

本発明は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、出力点に連結した圧力センサー、入力点に配置された比例弁、ガス通過ラインに配置されたガスフローセンサー及び電流センサーの電気接続点からなる基板を設けたことを特徴とする。

本発明は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、入力点に配置した比例弁と連動する搭載ソフトウエアを使用した様々な変数の読み取りを行い、ガスフローの挙動を制御するマイクロコントローラーを備えたことを特徴とする。

本発明は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、ユーザーがガスフロー及び必要なパラメーターを設定することを可能にするボタン一式とインジケーターを有するディスプレイを備えたことを特徴とする。

本発明は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、電源用入力点と、外部の装置との通信を可能にするオートメーションインターフェース用入力点とを設けたことを特徴とする。

本発明は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、ユーザーとのインターフェースに連結した外部サーバーを通じて生産データの処理と追跡のオンラインモニタリング、制御及び保存を可能にする装置を設けたことを特徴とする。

本発明は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、オプションとして、基板に重ねて嵌めた追加基板に連結しワイヤセンサーと電圧センサーの管理を可能にする、入力点に従属するオートメーションインターフェースを備えたことを特徴とする。

本発明は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、パルス計測によって溶接工程中使用されるワイヤの重量と送給速度を計算するワイヤセンサーを設けたことを特徴とする。

本発明は、接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムであって、外部サーバーと装置との間でデータを交換する電子基板によりオンラインでの工程モニタリング及び制御、生産データの保存及び追跡を行う装置を設けたことを特徴とする。

図１はガス調節器の内部の構成を詳細に示す背面図である。 、図１Ａは 装置の構成と外部部品の配置を示す前面図である。 図１Ｂはオートメーションインターフェースの入力点及び基板におけるその位置を示すガス調節器の背面図である。 図２は溶接工程における調節器の設置方式を示す。 図２Ａは溶接工程における調節器の設置方式を示す。 図３は調節器設置用のネットワークトポロジーを示す。 図４は会社の消費データとマスターダッシュボードを示す。 図５は区毎のダッシュボードを示す。 図６は装置のパラメーターの変更を行うタブを示す。 図７は装置が記録した履歴を含むタブを示す。 図８はデータ取得に使用される、装置に接続されたセンサーを示す。 図９はワイヤセンサーの詳細な構成を示す斜視図である。

発明の説明
本発明の接続インターフェース付きの、溶接装置に応用した保護ガスフロー調節電子システムは、溶接システムに繋がれ接続インターフェースによりサーバーに接続された調節器（１００）からなる。このシステムはオンラインでの工程のモニタリング、制御及び保存及び生産データの追跡を可能にする。

調節器（１００） は入力点 （１０１）、出力点（１０２）及び外部サーバーとの接続を可能にするＷｉ－Ｆｉアンテナ（１０３）を備えている。

装置（１００）はその内部に、アンテナ（１０３）と共に外部サーバーとの情報交換を行うＷｉ－Ｆｉマイクロコントローラーを備えた電子基板 （１０） を備え、同基板（１０）は出力点（１０２）に連結された圧力センサー （１１）、ガス通過ラインに配置されたガスフローセンサー（１２）及び装置外部に配置された電流センサー（１３１）の電気接続点（１３）を備えている。図１に示す通り、各センサーはしかるべき工程変数の読み取りを行い、信号を装置の基板の処理のマイクロコントローラー（１５）へ送信する。

基板（１０）に配置されたマイクロプロセスコントローラーは入力点（１０１）配置された比例弁（２０）と連動するための特定の搭載ソフトウエアを使用してすべての変数を読み取り、機器のユーザーが予め選択した挙動と同じであるようにガスフローの挙動を制御する。

比例弁（２０）はバルブが、付加された電気信号に比例して開閉できるように電気信号を使用し、それによってバルブの内孔は付加された電気信号に比例して開閉し、その結果孔の物理的開閉が容易になり、流出の揺れを減らしガスフローの直線性を向上させる。かくして、 比例弁 （２０）は一定したフローのガス放出を維持する。

装置（１００）は、図１Ａが示す通り、ユーザーがガスフロー及び必要なパラメーターを設定することができるボタン一式（１０５）及び装置の状態を示すインジケーター（１０６）を備えたディスプレイ（１０４）を備えるほか、電源用入力点（１０７）及び外部装置との通信を可能にするオート―メーションインターフェース（１４）の入力点（１０８）を備えている。

入力点（１０８）にはワイヤセンサー（２００）及び電圧センサー（２０１）が接続され、これらのセンサーは追加基板（１０Ａ）のオートメーションインターフェース（１４）によって管理され、システムのオプション部品であり、前記基板（１０Ａ）は、ワイヤセンサー（２００）と電圧センサー（２０１）の点（１０８）を結合するために必要な時基板（１０）に重ねられる。

ワイヤセンサー（２００）はロボットの近くに配置されたワイヤの挿入点（２０２）及び排出点（２０３）を備えており、センサー（２００）は放出されるガスフローに応じて使用されるワイヤ数量の通過をモニタリングする。センサー（２００）は装置と接続するための電気接続点（２０４）を有する。

ワイヤセンサーの技術的構成（図９に詳細を示す）を述べると、パルス計測により溶接工程中使用されるワイヤの重量と送給速度を計算する。電圧センサーは溶接工程中の電圧を測定するために使用される。図2Aはオプションアイテムを設置したシステムを例示している。

装置（１００）はオンラインでの工程モニタリング及び制御及び生産データの保存と追跡を行う。そのために、外部サーバーと装置との間でデータ交換を行う電子基板（１０）を備えている。

工程追跡のパラメーターの中でも、次の情報を保存することができる：装置の名称、サイクルの開始日及び終了日、サイクルタイム、サイクルの流量、現在のフロー、ワイヤ速度、サイクル毎のワイヤ数量、ガス／ワイヤ因数、圧力、サイクル総容量、装置がオンになっている時間、有効モードにおけるガスの累積容量、無効モードにおけるガスの累積容量、ワイヤの累積数量及び電圧のほか、装置の状態、ガスの種類、放出前／後、スケール及び厚板機能。

工程のデータは装置に設置されたセンサーから抽出されると共に、図８に示す通り工程のアルゴリズムにおいて行われるデータ処理によって生み出される。

これらの情報はシリアル通信によって、基板（１０）に配置されたＷｉ－Ｆｉ手段付きチップに送信される。ＷｉＦｉチップはそれらの情報を、Ｗｉ－Ｆｉを通じてプロプライエタリ・プロトコルで一定のネットワークに送信する。サーバーに着信した情報はデータバンクに保存され、後にポータルによって開示される。図３は装置が設置されサーバーとのデータ交換を行うネットワークトポロジーの１例を示す。

データバンクに保存されたデータは処理されポータルに開示される。ポータルは消費のグラフ（月次の）及び工場に設置されたすべての装置を即時に示すダッシュボードを表示する。図４は会社の消費データ及び全体のダッシュボードを示す。

同ポータルはまた、設置された機器をグループに区分けする能力も持ち合わせている。そのため、生成された情報はグループ別に選択的に開示することができる。図５は区分けされたダッシュボードを示す。

各装置のパラメーターデータ及び状態はポータルに表示保存され、会社の溶接工程のビッグデータを生成する。同ポータルを通じて、モニタリングのほか、装置をパラメーター化することもできる。図６は、装置のパラメーターの変更を行うタブを示す。

保存された工程のデータは、電流、電圧、ガスフロー、送給率等溶接工程の主なパラメーターに関するもののほか、これらのデータから派生する情報（係数又はアキュムレータ）である。追跡はサイクル毎、及び一定の時間間隔で行われ、いずれの場合も装置の選択が可能である。図７は装置が記録した履歴を記載したタブを示す。

Claims (7)

1. 入力点（１０１）、出力点（１０２）及び外部サーバーとの接続を可能にするＷｉ－Ｆｉアンテナ（１０３）を備え、その内部に、アンテナ（１０３）と共に外部サーバーとの情報交換を行うＷｉ－Ｆｉマイクロコントローラーを備えた電子基板（１０）を備え、同基板（１０）は出力点（１０２）に連結された圧力センサー（１１）、入力点（１０１）に配置された比例弁（２０）、ガス通過ラインに配置されたガスフローセンサー（１２）及び装置外部に配置された電流センサー（１３１）からなり、これらは入力点（１０１）配置された比例弁（２０）と連動するための特定の搭載ソフトウエアを使用してすべての変数を読み取り、ガスフローの挙動を制御するマイクロコントローラーに連結され、装置（１００）はユーザーがガスフロー及び必要なパラメーターを設定することができるボタン一式（１０５）及び装置の状態を示すインジケーター（１０６）を備えたディスプレイ（１０４）を備えるほか、電源用入力点（１０７）及び外部装置との通信を可能にするオート―メーションインターフェース（１４）の入力点（１０８）を備えており、装置（１００）は、ユーザーとのインターフェースに連結した外部サーバーを通じてオンラインでの工程モニタリング及び制御及び生産データの保存と追跡を行うことを可能にすることを特徴とする調節器。
2. 比例弁（２０）は、バルブが、付加された電気信号に比例して開閉できるように電気信号を使用し、それによってバルブの内孔は付加された電気信号に比例して開閉し、その結果孔の物理的開閉が容易になり、流出の揺れを減らしガスフローの直線性を向上させ、かくして、比例弁（２０）は一定したフローのガス放出を維持することを特徴とする請求項１に記載の調節器。
3. 装置（１００）は、オプションとして基板（１０）に重ねて嵌めた追加基板（１０Ａ）に連結しワイヤセンサー（２００）と電圧センサー（２０１）の管理を可能にする、入力点（１０８）に従属するオートメーションインターフェース（１４）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の調節器。
4. 電圧センサー（２０１）は、溶接工程中電圧を測定するために使用されることを特徴とする請求項３に記載の調節器。
5. ワイヤセンサー（２００）はロボットに配置されたワイヤの挿入点（２０２）及び排出点（２０３）を備え、センサー（２００）は放出されるガスフローに応じて使用されるワイヤ数量の通過をモニタリングし、センサー（２００）は装置と接続するための電気接続点（２０４）を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の調節器。
6. ワイヤセンサー（２００）は、パルス計測により溶接工程中使用されるワイヤの重量と送給速度を計算することを特徴とする請求項５記載の調節器。
7. 外部サーバーと装置の間でデータ交換を行う電子基板（１０）によりオンラインでの工程モニタリング及び制御及び生産データの保存と追跡を行うシステムであって、次の詳細に示す各ステップを実行しており、
   ・ システムは次の情報を保存することができ、すなわち、装置の名称、サイクルの開始日及び終了日、サイクルタイム、サイクルの流量、現在のフロー、ワイヤ速度、サイクル毎のワイヤ数量、ガス／ワイヤ因数、圧力、サイクル総容量、装置がオンになっている時間、有効モードにおけるガスの累積容量、無効モードにおけるガスの累積容量、ワイヤの累積数量及び電圧のほか、装置の状態、ガスの種類、放出前／後、スケール及び厚板機能を保存し、
   ・ 工程のデータは装置に設置されたセンサーから抽出されると共に、図８に示す通り工程のアルゴリズムにおいて行われるデータ処理によって生み出され、
   ・ これらの情報はシリアル通信によって、基板（１０）に配置されたＷｉ－Ｆｉ手段付きチップに送信され、ＷｉＦｉチップはそれらの情報を、Ｗｉ－Ｆｉを通じてプロプライエタリ・プロトコルで一定のネットワークに送信し、
   ・ サーバーに着信した情報はデータバンクに保存され、後にポータルによって開示され、
   ・ ポータルは毎月の消費のグラフ及び工場に設置されたすべての装置を即時に示すダッシュボードを表示し、
   ・ 同ポータルは、設置された機器をグループに区分けするそのため、生成された情報はグループ別に選択的に開示することができ、
   ・ 各装置のパラメーターデータ及び状態はポータルに表示保存され、会社の溶接工程のビッグデータを生成し、
   ・ 同ポータルを通じて、モニタリングのほか、装置をパラメーター化することもでき、
   ・ 保存された工程のデータは、電流、電圧、ガスフロー、送給率等溶接工程の主なパラメーターに関するもののほか、これらのデータから派生する情報（係数又はアキュムレータ）であり、
   ・ 追跡はサイクル毎、及び一定の時間間隔で行われ、いずれの場合も装置の選択が可能である、
   システム。

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