JP4799719B2 - 直流アーク加工電源制御方法及び電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極に検出用電圧を印加して、消耗性電極と被加工物とを接触したことを検出するアーク加工用電源装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接ロボットの位置決めにはワイヤタッチセンサが用いられる。このワイヤタッチセンサとは溶接トーチの消耗性電極が被加工物に接触したこを検知するものである。
【０００３】
図１０はワイヤタッチセンサの従来技術を示す。１は交流電源であり、三相交流商用電源が用いられる。一次整流回路２は、三相交流商用電源の出力が整流され平滑されて直流電力に変換する。インバータ回路３は、一次整流回路２の直流電力を高周波交流パルス電圧に変換する。４は主変圧器であり、インバータ回路３の出力をアーク加工に適した高周波交流パルス電圧に変換する。二次整流回路５は、主変圧器の出力を整流・平滑して直流電力に変換する。６は直流リアクトルである。上述より溶接電源回路５７が形成されている。また、３２は主制御回路である。
【０００４】
図１０に示すように、検知電圧供給手段である定電流電源回路５１はダイオードＤＲ１を介して出力端子のプラス側（溶接トーチ１３側）に接続してある。従って溶接電源が出力していないときにはこの定電流電源５１によりダイオードＤＲ１を介して溶接トーチ１３の先端の消耗性電極１４に検知電圧が印加されている。
【０００５】
溶接トーチ１３の先端の消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると電流が流れ出力端子間の電圧が低下するが、交流増幅器５５は、上記出力端子間の電圧変化を増幅するとともに、この出力をＯＮ、ＯＦＦ信号に変換するコンパレータ機能を有する短絡検出回路５６を介して接触信号Ｓを送出するように構成してある。
【０００６】
消耗性電極１４と被加工物１５の間の電圧は、接触検知能力を高める上ではできるだ高い方が望ましいが、あまり高圧になると二次整流回路５のダイオードを破壊してしまうので制限される。そこで、二次整流回路５のダイオードの耐圧を考慮した電圧としている。また、電流の変化を電圧に変換するため、抵抗を使用することも考えられるが、感度を高めるために高抵抗を使用すると、逆に接触検知のための電圧が低下してしまうので、内部抵抗が高く、検知電圧の低下の少ない定電流電源回路５１を使用している。
【０００７】
一般に溶接電源の内部回路は、図１０のように単純ではなくさまざまな漏れ電流が存在する。また、溶接トーチ１３側のケーブルや被加工物１５と溶接電源を接続するケーブルにも漏れ電流が存在し、これらはケーブル長さや設置状況によっても変化する。これらの変動要因によって溶接トーチ１３と被加工物間の抵抗が低下してしまうと、接触検知のための電圧も低下してしまい検出感度を低下する。上記問題を解決するために定電流値自動調整回路５４を設けている。これは検知電圧を監視し、予め定めた所定時間この電圧が低い状態にあると定電流電源５１の電流設定値を増加させ、検知電圧を常に一定に保つ役割をはたす。
【０００８】
溶接トーチ１３と被加工物１５の間の電気抵抗が低下した時に無制限に、定電流電源５１の電流を増加させると定電流電源回路５１が発熱によって破壊されるので、上記問題を解決するために電流制限回路５３を設けている。この電流制限回路５３によって定電流電源回路５１の最大電流が制限される。
【０００９】
消耗性電極１４が被加工物１５に接触した時、接触抵抗は非常に小さくなる。この状態が長く続くと定電流値自動調整回路５４と電流制限回路５３の働きによって定電流電源回路５１の電流値は最大の状態で保たれ、この状態を保たれることは寿命と信頼性の点で望ましくない。そこで、消耗性電極１４と被加工物１５とが接触状態にあることを検知して、定電流電源回路５１の電流値を極めて低い値に抑えるべく短絡保護回路５２を設けている。
【００１０】
一般に、被加工物１５の金属表面が酸化物で覆われている場合、極めて導通が悪いが、酸化物には水分も含まれており完全な絶縁物ではない。従って、電圧を印加しても僅かながら電流が流れ、この電流を電圧の変化に変換して増幅することにより高電圧を印加した時と同程度の検知能力を有する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示す従来装置においては、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出して、消耗性電極が被加工物に接触した位置を判断するために、溶接電源とは別に接触検出用電源回路５０が必要であった。また、溶接電源からの出力電圧が接触検出用電源回路５０に印加されたときに、上記回路を保護するための保護用ダイオードＤＲ１が必要となり、さらに、上記接触検出用電源回路５０及び保護用ダイオードＤＲ１を溶接電源の外部に別途設置する必要があり、作業性が非常に悪く、又、高価である欠点を有していた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、三相交流商用電源を整流して直流電力とし、前記直流電力をインバータにより高周波交流パルス電圧に変換して各正負の電圧を出力し、前記高周波交流パルス電圧を負荷に適した交流パルス電圧に変換し、前記交流パルス電圧を整流し直流電力として消耗電極に供給する直流アーク加工電源制御方法において、接触検出時に所定の発振期間と停止期間とを有する接触検出用クロック周期でインバータを駆動して前記消耗電極に接触検出電流を通電し、前記消耗電極が被加工物に接触すると、前記インバータが前記接触検出用クロック周期から溶接用駆動周期に切り換えて駆動すると共に前記接触検出電流から溶接電流に移行し前記溶接電流を前記消耗電極に通電する、ことを特徴とする直流アーク加工電源制御方法である。
【００１３】
第２の発明は、三相交流商用電源を整流して直流電力を得る一次整流回路と、前記直流電力を高周波交流パルス電圧に変換して各正負の電圧を出力するインバータ回路と、前記高周波交流パルス電圧を負荷に適した交流パルス電圧に変換する主変圧器と、前記主変圧器の出力を二次整流回路で整流して直流電力を消耗電極に供給する直流アーク加工電源装置において、検出・溶接電流切換信号によって接触検出用クロック回路の所定の発振期間と停止期間とを有する接触検出用クロック信号と溶接用駆動回路の溶接用駆動信号とを切り換えてＰＷＭ制御回路に入力する検出・溶接切換スイッチと、前記検出・溶接電流切換信号によって出力設定器の出力設定信号と接触検出設定器の接触検出基準信号とを切り換える出力制御切換スイッチと、前記出力制御切換スイッチにより選択した接触検出基準信号又は出力設定信号に応じてパルス幅に変調し出力制御する前記ＰＷＭ制御回路とを具備し、前記検出・溶接電流切換信号に応じてインバータ回路の出力を接触検出電流と溶接電流とに切り換える、ことを特徴とする直流アーク加工電源装置である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、図１の電源装置接続図及び同接続図の動作を説明するタイミングチャート図２に示すように、三相交流商用電源を整流して直流電力を得る一次整流回路と、直流電力を高周波交流パルス電圧に変換して各正負の電圧を出力するインバータ回路と、高周波交流パルス電圧を負荷に適した交流パルス電圧に変換する主変圧器と、主変圧器の出力を二次整流回路で整流して直流電力を供給する直流アーク加工電源装置において、検出・溶接電流切換信号Ｓｔによって接触検出用クロック回路の出力信号と溶接用駆動回路の出力信号とを切り換えてＰＷＭ回路を制御する検出・溶接切換スイッチと、検出・溶接電流切換信号によって出力設定器の出力設定信号Ｉｓと接触検出設定器とを切り換える出力制御切換スイッチと、出力制御切換スイッチにより選択した接触検出基準信号Ｉｃ又は出力設定信号Ｉｓに応じてパルス幅に変調し出力制御するＰＷＭ回路とを具備し、インバータ駆動信号によってインバータ回路の出力を制御して検出用接触低電流と溶接電流とを切り換える直流アーク加工電源装置である。
【００３５】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の消耗性電極が被加工物に接触した位置を判定するタッチセンサによる直流アーク加工電源制御方法及び電源装置について説明する。
【００３６】
図１は、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工電源装置の実施例を示す電源装置接続図である。
【００３７】
図１において、１は交流電源であり、三相交流商用電源が用いられる。一次整流回路２は、三相交流商用電源の出力が整流され平滑されて直流電力に変換する。インバータ回路３は、一次整流回路２の直流電力を高周波交流パルス電圧に変換する。４は主変圧器であり、インバータ回路３の出力をアーク加工に適した高周波交流パルス電圧に変換する。二次整流回路５は、主変圧器の出力を整流・平滑して直流電力に変換する。６は直流リアクトルである。
【００３８】
出力電圧検出器７は、出力端子間の電圧を検出し、図２（Ｅ）に示すように、出力電圧信号Ｖｏを出力する。出力電流検出器８は、出力電流を検出して出力電流信号Ｉｏを出力する。過電流保護用電流検出器９は、インバータ回路の出力電流値Ｉｒを出力する。
【００３９】
過電流保護回路１０は、過電流検出用比較器１６、過電流基準信号切換スイッチＳＷ１、溶接用過電流基準信号器１８及び接触検出用過電流基準信号器１９で形成されており、過電流検出用比較器１６でインバータ回路の出力電流値Ｉｒと過電流基準信号切換スイッチＳＷ１で選択された溶接用過電流基準信号Ｉａ及び接触検出用過電流基準信号Ｉｂとを比較し、Ｉｒ＜Ｉａ及びＩｒ＜Ｉｂのとき、過電流検出信号Ｓｃを出力する。
【００４０】
主制御回路１１は、ＰＷＭ制御回路１７、出力制御切換スイッチＳＷ３、出力波形制御回路２２及び接触検出設定器２４で形成されており、ＰＷＭ制御回路１７は、出力制御切換スイッチＳＷ３によって選択された、出力波形制御信号ΔＶ及び接触検出基準信号Ｉｃに応じて、インバータ駆動信号Ｐｓのパルス幅を制御する。
【００４１】
ドライバ回路１２は、インバータ駆動信号Ｐｓをインバータ回路３に対応した信号レベルに変換して、インバータ制御信号Ｄｓを出力する。１３は溶接トーチであり、１４は消耗性電極であり、１５は被加工物である。
【００４２】
検出・溶接切換スイッチＳＷ２は、溶接用駆動回路２０の溶接用駆動信号Ｓａ及び接触検出用クロック回路２１の接触検出用クロック信号Ｓｂを検出・溶接電流切換信号Ｓｔによって選択し、ＰＷＭ制御回路１７に入力し、上記各信号に応じてＰＷＭ制御回路１７の発振期間及び停止期間を制御する。
【００４３】
短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏが入力され、図示していない予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａと比較して、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部に出力する。
【００４４】
２５は起動スイッチで起動信号Ｓ１を出力する。２６は出力設定器で、出力設定信号Ｉｓを出力する。
【００４５】
図２は、図１に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図１に示した実施例の動作を図２のタイミング図によって説明する。図２（Ａ）は、起動信号Ｓ１を示し、接触検出期間Ｔ１と溶接期間Ｔ２との期間を有する。図２（Ｂ）は、検出・溶接電流切換信号Ｓｔを示し、図２（Ｃ）は、溶接用駆動信号Ｓａを示し、図２（Ｄ）は、接触検出用クロック信号Ｓｂを示し、図２（Ｅ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏを示す。図２（Ｆ）は、過電流保護用電流検出器９から出力するインバータ回路の出力電流値Ｉｒを示し、図２（Ｇ）は、過電流検出用比較器１６から出力する過電流検出信号Ｓｃを示す。図２（Ｈ）は、短絡検出回路２３から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００４６】
起動スイッチ２５から図２（Ａ）に示す起動信号Ｓ１が出力されると、ＰＷＭ制御回路１７が動作可能状態で待機する。また、検出時において、検出・溶接電流切換号Ｓｔにより、過電流基準信号切換切替スイッチＳＷ１、検出・溶接切換スイッチＳＷ２及び出力制御切換スイッチＳＷ３を全てｂ側にする。
【００４７】
過電流基準信号切換スイッチＳＷ１がｂ側のとき、接触検出時過電流基準信号Ｉｂを選択して、過電流検出用比較器１６に入力する。消耗性電極１４が被加工物１５に接触したとき、設定した出力電流が大きいと溶着やスパークにより被加工物１５を傷つけてしまう。よって、接触検出時過電流基準信号Ｉｂの値は、上述を防止するために、予め定めた値Ｉｂ＝１Ａ〜３Ａの範囲に設定する。
【００４８】
検出・溶接切換スイッチＳＷ２がｂ側のとき、図２（Ｄ）に示す接触検出用クロック信号Ｓｂを選択して、ＰＷＭ制御回路１７に入力する。上記ＰＷＭ制御回路１７は、入力信号Ｓｂの発振期間ｔｂに同期して発振する。
【００４９】
図２（Ｄ）に示す接触検出用クロック信号Ｓｂの停止期間ｔａ中に、消耗性電極１４が被加工物１５に接触しても、接触の判断を行わないため、電極接触信号Ｓｏの出力が遅れてしまう。そのため、接触検出用クロック信号Ｓｂの発振期間ｔｂと停止期間ｔａの周期を適宜に速くすることで、上述の遅れに対し対応する。
【００５０】
出力制御切換スイッチＳＷ３がｂ側のとき、接触検出設定器２４からの接触検出基準信号Ｉｃを選択して、ＰＷＭ制御回路１７に入力する。また、接触検出基準信号Ｉｃは、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したとき、被加工物１５を傷つけてない予め定めた値に設定する。
【００５１】
図２（Ｅ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると、接触検出は図２（Ｄ）の２回目の発振期間ｔｂより開始する。
【００５２】
出力電圧検出器７は、図２（Ｅ）に示す出力電圧信号Ｖｏを短絡検出回路２３に入力する。短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較して、Ｖａ＞Ｖｏのとき消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、図２（Ｈ）に示す、電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部に出力する。
【００５３】
過電流保護用電流検出器９は、図２（Ｆ）に示すインバータ回路の出力電流値Ｉｒを過電流検出用比較器１６に入力する。過電流検出用比較器１６は、インバータ回路の出力電流値Ｉｒと接触検出時過電流基準信号Ｉｂとを比較して、Ｉｂ＜Ｉｒのとき、過電流と判断して、図２（Ｇ）に示す過電流検出信号Ｓｃを出力し、ＰＷＭ制御回路１７の発振を過電流検出信号Ｓｃが出力する期間、一時停止させて出力電流値を制御する。
【００５４】
図２（Ｅ）に示す時刻ｔ＝ｔ２において、消耗性電極１４が被加工物１５から開放されたとき、図２（Ｄ）の接触検出用クロック信号Ｓｂの４回目の発信期間ｔｂより、接触か開放かの判断を開始する。
【００５５】
図２（Ｅ）に示す４回目の出力電圧信号Ｖｏが短絡検出回路２３に入力されると、短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較して、Ｖａ＜Ｖｏのときに消耗性電極１４が被加工物１５から開放したと判断して、図２（Ｈ）に示す、電極接触信号ＳｏをＬｏｗにする。
【００５６】
過電流保護用電流検出器９は、消耗性電極１４が被加工物１５から開放されているため、図２（Ｆ）に示すインバータ回路の出力電流値Ｉｒが０となる。過電流検出用比較器１６は、インバータ回路の出力電流値Ｉｒと接触検出時過電流基準信号Ｉｂとを比較して、Ｉｂ＞Ｉｒとなり、図２（Ｇ）に示す過電流検出信号Ｓｃの出力を停止する。
【００５７】
図２（Ａ）に示す起動信号Ｓ１の接触検出期間Ｔ１が終了する時刻ｔ＝ｔ３において、検出・溶接電流切換信号Ｓｔにより、過電流基準信号切換スイッチＳＷ１、検出・溶接切換スイッチＳＷ２及び出力制御切換スイッチＳＷ３を全てａ側にする。また、溶接期間Ｔ２は溶接時における無負荷状態を示す。
【００５８】
過電流基準信号切換スイッチＳＷ１がａ側に切替ると、溶接時過電流基準信号Ｉａを選択して、過電流検出用比較器１６に入力する。溶接中に過電流が流れると、電源装置の破壊及び被加工物１５を損傷してしまう。よって、溶接時過電流基準信号Ｉａの値は、上述を防止できる、予め定めた値設定する。
【００５９】
検出・溶接切換スイッチＳＷ２がａ側に切替ると、図２（Ｃ）に示す溶接用駆動信号Ｓａを選択して、ＰＷＭ制御回路１７に入力する。上記ＰＷＭ制御回路１７は、入力信号Ｓａが入力中は発振する。
【００６０】
出力制御切換スイッチＳＷ３がａ側に切替ると、フィードバック制御が開始され、出力波形制御回路２２において、出力設定信号Ｉｓと出力電流信号Ｉｏとを比較してその差を求め、上記求めた出力波形制御信号ΔＶがＰＷＭ制御回路１７に入力される。ＰＷＭ制御回路１７は、出力設定信号Ｉｓと出力電流信号Ｉｏとが等しくなるように、ＰＷＭ制御回路１７の出力信号Ｐｓのパルス幅を制御する。
【００６１】
図３は、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工電源装置の第２の実施例を示す電源装置接続図である。同図において、図１と同一の符号は図１と同一動作を行うので詳細な説明は省略し違いのみを説明する。図３に示す、短絡検出起動回路２３は、出力電圧信号Ｖｏが入力されると、予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａと比較し、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、電極接触信号Ｓｏを第２の接触検出用クロック回路２８に入力し、また、上記電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部にも出力する。
【００６２】
図４は、図３に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図４（Ａ）は、起動信号Ｓ１を示し、接触検出期間Ｔ１と溶接期間Ｔ２との期間を有する。図４（Ｂ）は、検出・溶接電流切換号Ｓｔを示し、図４（Ｃ）は、溶接用駆動信号Ｓａを示し、図４（Ｄ）は、第２の接触検出用クロック信号Ｓｂを示し、図４（Ｅ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏを示す。図４（Ｆ）は、過電流保護用電流検出器９から出力するインバータ回路の出力電流値Ｉｒを示し、図４（Ｇ）は、過電流検出用比較器１６から出力する過電流検出信号Ｓｃを示す。図４（Ｈ）は、短絡検出回路２３から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００６３】
図４（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると、出力電圧検出器７は、図４（Ｅ）に示す出力電圧信号Ｖｏを短絡検出回路２３に入力する。短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較して、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、図４（Ｈ）に示す、電極接触信号Ｓｏを出力して、第２の接触検出用クロック回路２８に入力し、溶接電源の外部にも出力する。
【００６４】
第２の接触検出用クロック回路２８は、電極接触信号ＳｏがＨｉｇｈに立上がってから、予め定めた第２の発振期間ｔｃ経過後に、図４（Ｄ）に示す接触検出クロック信号ＳｂをＬｏｗにして、ＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。上述より消耗性電極１４が被加工物１５に接触している出力電流期間を短くする。
【００６５】
図４（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触していると、第２の接触検出用クロック回路２８は、図４（Ｄ）に示す接触検出クロック信号Ｓｂの発振期間ｔｂを第２の発振期間ｔｃに変更して、接触時の出力電流期間を短くする。その他の回路の説明は、図１の説明と同じである。
【００６６】
図５は、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工電源装置の第３の実施例を示す電源装置接続図である。同図において、図１と同一の符号は図１と同一動作を行うので詳細な説明は省略し違いのみを説明する。図５に示す、短絡検出起動回路２３は、出力電圧信号Ｖｏが入力され、予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａと比較し、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、電極接触信号Ｓｏを第３の接触検出用クロック回路２９に入力し、上記電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部にも出力する。
【００６７】
図６は、図５に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートであり、同図において、図２のタイミングチャートとの違いのみを説明する。図６（Ｄ）は、第３の接触検出用クロック回路２９の接触検出用クロック信号Ｓｂを示し、図６（Ｅ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏを示す。図６（Ｈ）は、短絡検出回路２３から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００６８】
図６（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると、出力電圧検出器７は、図６（Ｅ）に示す出力電圧信号Ｖｏを短絡検出回路２３に入力する。短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較して、Ｖａ＞Ｖｏのとき消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、図６（Ｈ）に示す、電極接触信号ＳｏをＨｉｇｈにして、第３の接触検出用クロック回路２９に入力し、溶接電源の外部にも出力する。
【００６９】
第３の接触検出用クロック回路２９は、電極接触信号ＳｏがＨｉｇｈに立ち上がってから、予め定めた第２の発振期間ｔｃ経過後に、図６（Ｄ）に示す接触検出クロック信号ＳｂをＬｏｗにして、ＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。上述より消耗性電極１４が被加工物１５に接触している出力電流期間を短くする。
【００７０】
図６（Ｅ）に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触していると、第３の接触検出用クロック回路２９は、図６（Ｄ）に示す接触検出クロック信号Ｓｂの発振期間ｔｂの出力を停止してＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。その他の回路の説明は、図１の説明と同じである。
【００７１】
図７は、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工電源装置の第４の実施例を示す電源装置接続図である。同図において、図１と同一の符号は図１と同一動作を行うので詳細な説明は省略し違いのみを説明する。図７に示す、第２の短絡検出起動回路２７は、出力電圧信号Ｖｏが入力され、接触検出禁止期間ｔｄ経過後に、予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａと比較し、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、電極接触信号Ｓｏを第３の接触検出用クロック回路２９に入力し、また、上記電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部にも出力する。
【００７２】
図８は、図７に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。同図において、図２のタイミングチャートとの違いのみを説明する。図８（Ｄ）は、第３の接触検出用クロック回路２９の接触検出用クロック信号Ｓｂを示し、図８（Ｅ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏを示す。図８（Ｈ）は、第２の短絡検出回路２７から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００７３】
図９は、図８に示すタイミングチャートの詳細図である。図９（Ａ）は、第３の接触検出用クロック回路２９の接触検出用クロック信号Ｓｂの詳細を示し、図９（Ｂ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏの詳細を示す。図９（Ｃ）は、第２の短絡検出信号２７から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００７４】
図９（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると、出力電圧検出器７は、図９（Ｂ）に示す出力電圧信号Ｖｏを第２の短絡検出回路２７に入力する。第２の短絡検出回路２７は図９（Ｂ）に示す、出力電圧信号Ｖｏの立上がり時の時刻ｔ＝ｔ５において、第２の短絡検出回路２７が動作を開始してしまい、その結果、Ｖａ＞Ｖｏとなり、接触していないのに接触と判断して誤動作し、図９（Ｃ）の点線で示す誤動作した電極接触信号Ｓｏを出力する。
【００７５】
第２の短絡検出回路２７は、上述の誤動作防止のため、出力電圧信号Ｖｏが入力され図９（Ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ５から予め定めた接触検出禁止期間ｔｄを設け、上記接触検出禁止期間ｔｄ経過直後、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較することにより、消耗性電極１４が被加工物１５に正確に接触したと判断でき、図９（Ｃ）の実線に示す、電極接触信号ＳｏをＨｉｇｈにして、接触検出用クロック回路２９に入力し、溶接電源の外部にも出力する。
【００７６】
接触検出用クロック回路２９は、電極接触信号ＳｏのＨｉｇｈに立ち上がってから、予め定めた第２の発振期間ｔｃ経過後に、図８（Ｄ）に示す接触検出シーケンス信号ＳｂをＬｏｗにして、ＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。
【００７７】
図８（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触していると、第３の接触検出用クロック回路２９は、図８（Ｄ）に示す接触検出クロック信号Ｓｂの発振期間ｔｂの出力を停止してＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。
【００７８】
図８（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ２において、消耗性電極１４が被加工物１５から開放されると、図８（Ｄ）の時刻ｔ＝ｔ４より、接触か開放かの判断を開始する。
【００７９】
出力電圧検出器７は、図８（Ｄ）の接触検出用クロック信号Ｓｂの時刻ｔ＝ｔ４の発振期間ｔｂと同期した、図８（Ｅ）に示す出力電圧信号Ｖｏを短絡検出回路２７に入力する。第２の短絡検出回路２７は、予め定めた接触検出禁止期間ｔｄ経過直後、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出レベルＶａとを比較して、Ｖａ＜Ｖｏとなり消耗性電極１４が被加工物１５から開放したと判断して、図８（Ｈ）に示す、電極接触信号ＳｏをＬｏｗにして接触検出を終了する。その他の回路の説明は、図１の説明と同じである。
【００８０】
【発明の効果】
（１）溶接電源の電源回路をそのまま接触検出用電源として兼用できるので、従来のように短絡検出用電源回路及び保護用ダイオード等を別途電源装置に設置する必要がなく、消耗性電極が被溶接物に接触したことを簡単に検出できるため、作業性が著しく改善できる。（２）実施例２の発明では、消耗性電極が被加工物に接触している期間において、接触検出用低電流の出力電流期間を低減できるので、接触検出用低電流による被加工物の損傷を軽減できる。（３）実施例３の発明では、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出した直後に、接触検出用低電流の出力電流期間を無しにするので、接触検出用低電流による被加工物の損傷を更に軽減できる。（４）実施例４の発明では、出力電圧の立上がり時に接触検出禁止期間を設けることにより、出力電圧の立上がり時における接触検出の誤動作が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工方法を実施する電源装置の実施例を示す電源装置接続図である。
【図２】図１に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工方法を実施する電源装置の第２の実施例を示す電源装置接続図である。
【図４】図３に示す第２の実施例の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工方法を実施する電源装置の第３の実施例を示す電源装置接続図である。
【図６】図５に示す第３の実施例の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工方法を実施する電源装置の第４の実施例を示す電源装置接続図である。
【図８】図７に示す第４の実施例の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】図８に示す詳細なタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、短絡検出回路等を溶接電源の外部に設けた従来技術の直流アーク加工電源装置の接続図である。
【符号の説明】
１ 三相交流商用電源
２ 一次整流回路
３ インバータ回路
４ 主変圧器
５ 二次整流回路
６ 直流リアクトル
７ 出力電圧検出器
８ 出力電流検出器
９ 過電流保護用電流検出器
１０ 過電流保護回路
１１ 主制御回路
１２ ドライバ回路
１３ 溶接トーチ
１４ 消耗性電極
１５ 被加工物
１６ 過電流検出用比較器
１７ ＰＷＭ制御回路
１８ 溶接用過電流基準信号器
１９ 接触検出用過電流基準信号器
２０ 溶接用駆動回路
２１ 接触検出用クロック回路
２２ 出力波形制御回路
２３ 短絡検出回路
２４ 接触検出設定器
２５ 起動スイッチ
２６ 出力設定器
２７ 第２の短絡検出回路
２８ 第２の接触検出用クロック回路
２９ 第３の接触検出用クロック回路
３２ 主制御回路
３３ 溶接電源回路
５０ 接触検出用電源回路
５１ 定電流電源回路
５２ 短絡保護回路
５３ 電流制限回路
５４ 定電流自動調整回路
５５ 交流増幅器
５６ 短絡検出回路
５７ 溶接電源回路
５８ 溶接制御回路
ＤＲ１ ダイオード
Ｄｓ インバータ制御信号
Ｐｓ インバータ駆動信号
Ｉａ 溶接用過電流基準信号
Ｉｂ 接触検出用過電流基準信号
Ｉｃ 接触検出基準信号
Ｉｏ 出力電流信号
Ｉｒ インバータ回路の出力電流値
Ｉｓ 出力設定信号
Ｓａ 溶接用駆動信号
Ｓｂ 接触検出用クロック信号
Ｓｃ 過電流検出信号
Ｓｏ 電極接触信号
Ｓｔ 検出・溶接電流切換信号
Ｓ１ 起動信号
ＳＷ１ 過電流基準信号切換スイッチ
ＳＷ２ 検出・溶接切換スイッチ
ＳＷ３ 出力制御切換スイッチ
Ｔ１ 接触検出期間
Ｔ２ 溶接期間
Ｔａ 消耗性電極非接触期間
Ｔｂ 消耗性電極接触期間
ｔａ 停止期間
ｔｂ 発振期間
ｔｃ 第２の発振期間
ｔｄ 接触検出禁止期間
ｔ１ 接触開始時刻
ｔ２ 接触終了時刻
ｔ３ 検出・溶接切換時刻
Ｖａ 接触電圧検出用基準値
Ｖｏ 出力電圧信号（無負荷電圧）
Ｖｒ 短絡基準信号
ΔＶ 出力波形制御信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極に検出用電圧を印加して、消耗性電極と被加工物とを接触したことを検出するアーク加工用電源装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接ロボットの位置決めにはワイヤタッチセンサが用いられる。このワイヤタッチセンサとは溶接トーチの消耗性電極が被加工物に接触したこを検知するものである。
【０００３】
図１０はワイヤタッチセンサの従来技術を示す。１は交流電源であり、三相交流商用電源が用いられる。一次整流回路２は、三相交流商用電源の出力が整流され平滑されて直流電力に変換する。インバータ回路３は、一次整流回路２の直流電力を高周波交流パルス電圧に変換する。４は主変圧器であり、インバータ回路３の出力をアーク加工に適した高周波交流パルス電圧に変換する。二次整流回路５は、主変圧器の出力を整流・平滑して直流電力に変換する。６は直流リアクトルである。上述より溶接電源回路５７が形成されている。また、３２は主制御回路である。
【０００４】
図１０に示すように、検知電圧供給手段である定電流電源回路５１はダイオードＤＲ１を介して出力端子のプラス側（溶接トーチ１３側）に接続してある。従って溶接電源が出力していないときにはこの定電流電源５１によりダイオードＤＲ１を介して溶接トーチ１３の先端の消耗性電極１４に検知電圧が印加されている。
【０００５】
溶接トーチ１３の先端の消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると電流が流れ出力端子間の電圧が低下するが、交流増幅器５５は、上記出力端子間の電圧変化を増幅するとともに、この出力をＯＮ、ＯＦＦ信号に変換するコンパレータ機能を有する短絡検出回路５６を介して接触信号Ｓを送出するように構成してある。
【０００６】
消耗性電極１４と被加工物１５の間の電圧は、接触検知能力を高める上ではできるだ高い方が望ましいが、あまり高圧になると二次整流回路５のダイオードを破壊してしまうので制限される。そこで、二次整流回路５のダイオードの耐圧を考慮した電圧としている。また、電流の変化を電圧に変換するため、抵抗を使用することも考えられるが、感度を高めるために高抵抗を使用すると、逆に接触検知のための電圧が低下してしまうので、内部抵抗が高く、検知電圧の低下の少ない定電流電源回路５１を使用している。
【０００７】
一般に溶接電源の内部回路は、図１０のように単純ではなくさまざまな漏れ電流が存在する。また、溶接トーチ１３側のケーブルや被加工物１５と溶接電源を接続するケーブルにも漏れ電流が存在し、これらはケーブル長さや設置状況によっても変化する。これらの変動要因によって溶接トーチ１３と被加工物間の抵抗が低下してしまうと、接触検知のための電圧も低下してしまい検出感度を低下する。上記問題を解決するために定電流値自動調整回路５４を設けている。これは検知電圧を監視し、予め定めた所定時間この電圧が低い状態にあると定電流電源５１の電流設定値を増加させ、検知電圧を常に一定に保つ役割をはたす。
【０００８】
溶接トーチ１３と被加工物１５の間の電気抵抗が低下した時に無制限に、定電流電源５１の電流を増加させると定電流電源回路５１が発熱によって破壊されるので、上記問題を解決するために電流制限回路５３を設けている。この電流制限回路５３によって定電流電源回路５１の最大電流が制限される。
【０００９】
消耗性電極１４が被加工物１５に接触した時、接触抵抗は非常に小さくなる。この状態が長く続くと定電流値自動調整回路５４と電流制限回路５３の働きによって定電流電源回路５１の電流値は最大の状態で保たれ、この状態を保たれることは寿命と信頼性の点で望ましくない。そこで、消耗性電極１４と被加工物１５とが接触状態にあることを検知して、定電流電源回路５１の電流値を極めて低い値に抑えるべく短絡保護回路５２を設けている。
【００１０】
一般に、被加工物１５の金属表面が酸化物で覆われている場合、極めて導通が悪いが、酸化物には水分も含まれており完全な絶縁物ではない。従って、電圧を印加しても僅かながら電流が流れ、この電流を電圧の変化に変換して増幅することにより高電圧を印加した時と同程度の検知能力を有する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示す従来装置においては、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出して、消耗性電極が被加工物に接触した位置を判断するために、溶接電源とは別に接触検出用電源回路５０が必要であった。また、溶接電源からの出力電圧が接触検出用電源回路５０に印加されたときに、上記回路を保護するための保護用ダイオードＤＲ１が必要となり、さらに、上記接触検出用電源回路５０及び保護用ダイオードＤＲ１を溶接電源の外部に別途設置する必要があり、作業性が非常に悪く、又、高価である欠点を有していた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、三相交流商用電源を整流して直流電力とし、前記直流電力をインバータにより高周波交流パルス電圧に変換して各正負の電圧を出力し、前記高周波交流パルス電圧を負荷に適した交流パルス電圧に変換し、前記交流パルス電圧を整流し直流電力として消耗電極に供給する直流アーク加工電源制御方法において、接触検出時に所定の発振期間と停止期間とを有する接触検出用クロック周期でインバータを駆動して前記消耗電極に接触検出電流を通電し、前記消耗電極が被加工物に接触すると、前記インバータが前記接触検出用クロック周期から溶接用駆動周期に切り換えて駆動すると共に前記接触検出電流から溶接電流に移行し前記溶接電流を前記消耗電極に通電する、ことを特徴とする直流アーク加工電源制御方法である。
【００１３】
第２の発明は、三相交流商用電源を整流して直流電力を得る一次整流回路と、前記直流電力を高周波交流パルス電圧に変換して各正負の電圧を出力するインバータ回路と、前記高周波交流パルス電圧を負荷に適した交流パルス電圧に変換する主変圧器と、前記主変圧器の出力を二次整流回路で整流して直流電力を消耗電極に供給する直流アーク加工電源装置において、検出・溶接電流切換信号によって接触検出用クロック回路の所定の発振期間と停止期間とを有する接触検出用クロック信号と溶接用駆動回路の溶接用駆動信号とを切り換えてＰＷＭ制御回路に入力する検出・溶接切換スイッチと、前記検出・溶接電流切換信号によって出力設定器の出力設定信号と接触検出設定器の接触検出基準信号とを切り換える出力制御切換スイッチと、前記出力制御切換スイッチにより選択した接触検出基準信号又は出力設定信号に応じてパルス幅に変調し出力制御する前記ＰＷＭ制御回路とを具備し、前記検出・溶接電流切換信号に応じてインバータ回路の出力を接触検出電流と溶接電流とに切り換える、ことを特徴とする直流アーク加工電源装置である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、図１の電源装置接続図及び同接続図の動作を説明するタイミングチャート図２に示すように、三相交流商用電源を整流して直流電力を得る一次整流回路と、直流電力を高周波交流パルス電圧に変換して各正負の電圧を出力するインバータ回路と、高周波交流パルス電圧を負荷に適した交流パルス電圧に変換する主変圧器と、主変圧器の出力を二次整流回路で整流して直流電力を供給する直流アーク加工電源装置において、検出・溶接電流切換信号Ｓｔによって接触検出用クロック回路の出力信号と溶接用駆動回路の出力信号とを切り換えてＰＷＭ回路を制御する検出・溶接切換スイッチと、検出・溶接電流切換信号によって出力設定器の出力設定信号Ｉｓと接触検出設定器とを切り換える出力制御切換スイッチと、出力制御切換スイッチにより選択した接触検出基準信号Ｉｃ又は出力設定信号Ｉｓに応じてパルス幅に変調し出力制御するＰＷＭ回路とを具備し、インバータ駆動信号によってインバータ回路の出力を制御して検出用接触低電流と溶接電流とを切り換える直流アーク加工電源装置である。
【００３５】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の消耗性電極が被加工物に接触した位置を判定するタッチセンサによる直流アーク加工電源制御方法及び電源装置について説明する。
【００３６】
図１は、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工電源装置の実施例を示す電源装置接続図である。
【００３７】
図１において、１は交流電源であり、三相交流商用電源が用いられる。一次整流回路２は、三相交流商用電源の出力が整流され平滑されて直流電力に変換する。インバータ回路３は、一次整流回路２の直流電力を高周波交流パルス電圧に変換する。４は主変圧器であり、インバータ回路３の出力をアーク加工に適した高周波交流パルス電圧に変換する。二次整流回路５は、主変圧器の出力を整流・平滑して直流電力に変換する。６は直流リアクトルである。
【００３８】
出力電圧検出器７は、出力端子間の電圧を検出し、図２（Ｅ）に示すように、出力電圧信号Ｖｏを出力する。出力電流検出器８は、出力電流を検出して出力電流信号Ｉｏを出力する。過電流保護用電流検出器９は、インバータ回路の出力電流値Ｉｒを出力する。
【００３９】
過電流保護回路１０は、過電流検出用比較器１６、過電流基準信号切換スイッチＳＷ１、溶接用過電流基準信号器１８及び接触検出用過電流基準信号器１９で形成されており、過電流検出用比較器１６でインバータ回路の出力電流値Ｉｒと過電流基準信号切換スイッチＳＷ１で選択された溶接用過電流基準信号Ｉａ及び接触検出用過電流基準信号Ｉｂとを比較し、Ｉｒ＜Ｉａ及びＩｒ＜Ｉｂのとき、過電流検出信号Ｓｃを出力する。
【００４０】
主制御回路１１は、ＰＷＭ制御回路１７、出力制御切換スイッチＳＷ３、出力波形制御回路２２及び接触検出設定器２４で形成されており、ＰＷＭ制御回路１７は、出力制御切換スイッチＳＷ３によって選択された、出力波形制御信号ΔＶ及び接触検出基準信号Ｉｃに応じて、インバータ駆動信号Ｐｓのパルス幅を制御する。
【００４１】
ドライバ回路１２は、インバータ駆動信号Ｐｓをインバータ回路３に対応した信号レベルに変換して、インバータ制御信号Ｄｓを出力する。１３は溶接トーチであり、１４は消耗性電極であり、１５は被加工物である。
【００４２】
検出・溶接切換スイッチＳＷ２は、溶接用駆動回路２０の溶接用駆動信号Ｓａ及び接触検出用クロック回路２１の接触検出用クロック信号Ｓｂを検出・溶接電流切換信号Ｓｔによって選択し、ＰＷＭ制御回路１７に入力し、上記各信号に応じてＰＷＭ制御回路１７の発振期間及び停止期間を制御する。
【００４３】
短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏが入力され、図示していない予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａと比較して、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部に出力する。
【００４４】
２５は起動スイッチで起動信号Ｓ１を出力する。２６は出力設定器で、出力設定信号Ｉｓを出力する。
【００４５】
図２は、図１に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図１に示した実施例の動作を図２のタイミング図によって説明する。図２（Ａ）は、起動信号Ｓ１を示し、接触検出期間Ｔ１と溶接期間Ｔ２との期間を有する。図２（Ｂ）は、検出・溶接電流切換信号Ｓｔを示し、図２（Ｃ）は、溶接用駆動信号Ｓａを示し、図２（Ｄ）は、接触検出用クロック信号Ｓｂを示し、図２（Ｅ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏを示す。図２（Ｆ）は、過電流保護用電流検出器９から出力するインバータ回路の出力電流値Ｉｒを示し、図２（Ｇ）は、過電流検出用比較器１６から出力する過電流検出信号Ｓｃを示す。図２（Ｈ）は、短絡検出回路２３から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００４６】
起動スイッチ２５から図２（Ａ）に示す起動信号Ｓ１が出力されると、ＰＷＭ制御回路１７が動作可能状態で待機する。また、検出時において、検出・溶接電流切換号Ｓｔにより、過電流基準信号切換切替スイッチＳＷ１、検出・溶接切換スイッチＳＷ２及び出力制御切換スイッチＳＷ３を全てｂ側にする。
【００４７】
過電流基準信号切換スイッチＳＷ１がｂ側のとき、接触検出時過電流基準信号Ｉｂを選択して、過電流検出用比較器１６に入力する。消耗性電極１４が被加工物１５に接触したとき、設定した出力電流が大きいと溶着やスパークにより被加工物１５を傷つけてしまう。よって、接触検出時過電流基準信号Ｉｂの値は、上述を防止するために、予め定めた値Ｉｂ＝１Ａ〜３Ａの範囲に設定する。
【００４８】
検出・溶接切換スイッチＳＷ２がｂ側のとき、図２（Ｄ）に示す接触検出用クロック信号Ｓｂを選択して、ＰＷＭ制御回路１７に入力する。上記ＰＷＭ制御回路１７は、入力信号Ｓｂの発振期間ｔｂに同期して発振する。
【００４９】
図２（Ｄ）に示す接触検出用クロック信号Ｓｂの停止期間ｔａ中に、消耗性電極１４が被加工物１５に接触しても、接触の判断を行わないため、電極接触信号Ｓｏの出力が遅れてしまう。そのため、接触検出用クロック信号Ｓｂの発振期間ｔｂと停止期間ｔａの周期を適宜に速くすることで、上述の遅れに対し対応する。
【００５０】
出力制御切換スイッチＳＷ３がｂ側のとき、接触検出設定器２４からの接触検出基準信号Ｉｃを選択して、ＰＷＭ制御回路１７に入力する。また、接触検出基準信号Ｉｃは、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したとき、被加工物１５を傷つけてない予め定めた値に設定する。
【００５１】
図２（Ｅ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると、接触検出は図２（Ｄ）の２回目の発振期間ｔｂより開始する。
【００５２】
出力電圧検出器７は、図２（Ｅ）に示す出力電圧信号Ｖｏを短絡検出回路２３に入力する。短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較して、Ｖａ＞Ｖｏのとき消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、図２（Ｈ）に示す、電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部に出力する。
【００５３】
過電流保護用電流検出器９は、図２（Ｆ）に示すインバータ回路の出力電流値Ｉｒを過電流検出用比較器１６に入力する。過電流検出用比較器１６は、インバータ回路の出力電流値Ｉｒと接触検出時過電流基準信号Ｉｂとを比較して、Ｉｂ＜Ｉｒのとき、過電流と判断して、図２（Ｇ）に示す過電流検出信号Ｓｃを出力し、ＰＷＭ制御回路１７の発振を過電流検出信号Ｓｃが出力する期間、一時停止させて出力電流値を制御する。
【００５４】
図２（Ｅ）に示す時刻ｔ＝ｔ２において、消耗性電極１４が被加工物１５から開放されたとき、図２（Ｄ）の接触検出用クロック信号Ｓｂの４回目の発信期間ｔｂより、接触か開放かの判断を開始する。
【００５５】
図２（Ｅ）に示す４回目の出力電圧信号Ｖｏが短絡検出回路２３に入力されると、短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較して、Ｖａ＜Ｖｏのときに消耗性電極１４が被加工物１５から開放したと判断して、図２（Ｈ）に示す、電極接触信号ＳｏをＬｏｗにする。
【００５６】
過電流保護用電流検出器９は、消耗性電極１４が被加工物１５から開放されているため、図２（Ｆ）に示すインバータ回路の出力電流値Ｉｒが０となる。過電流検出用比較器１６は、インバータ回路の出力電流値Ｉｒと接触検出時過電流基準信号Ｉｂとを比較して、Ｉｂ＞Ｉｒとなり、図２（Ｇ）に示す過電流検出信号Ｓｃの出力を停止する。
【００５７】
図２（Ａ）に示す起動信号Ｓ１の接触検出期間Ｔ１が終了する時刻ｔ＝ｔ３において、検出・溶接電流切換信号Ｓｔにより、過電流基準信号切換スイッチＳＷ１、検出・溶接切換スイッチＳＷ２及び出力制御切換スイッチＳＷ３を全てａ側にする。また、溶接期間Ｔ２は溶接時における無負荷状態を示す。
【００５８】
過電流基準信号切換スイッチＳＷ１がａ側に切替ると、溶接時過電流基準信号Ｉａを選択して、過電流検出用比較器１６に入力する。溶接中に過電流が流れると、電源装置の破壊及び被加工物１５を損傷してしまう。よって、溶接時過電流基準信号Ｉａの値は、上述を防止できる、予め定めた値設定する。
【００５９】
検出・溶接切換スイッチＳＷ２がａ側に切替ると、図２（Ｃ）に示す溶接用駆動信号Ｓａを選択して、ＰＷＭ制御回路１７に入力する。上記ＰＷＭ制御回路１７は、入力信号Ｓａが入力中は発振する。
【００６０】
出力制御切換スイッチＳＷ３がａ側に切替ると、フィードバック制御が開始され、出力波形制御回路２２において、出力設定信号Ｉｓと出力電流信号Ｉｏとを比較してその差を求め、上記求めた出力波形制御信号ΔＶがＰＷＭ制御回路１７に入力される。ＰＷＭ制御回路１７は、出力設定信号Ｉｓと出力電流信号Ｉｏとが等しくなるように、ＰＷＭ制御回路１７の出力信号Ｐｓのパルス幅を制御する。
【００６１】
図３は、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工電源装置の第２の実施例を示す電源装置接続図である。同図において、図１と同一の符号は図１と同一動作を行うので詳細な説明は省略し違いのみを説明する。図３に示す、短絡検出起動回路２３は、出力電圧信号Ｖｏが入力されると、予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａと比較し、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、電極接触信号Ｓｏを第２の接触検出用クロック回路２８に入力し、また、上記電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部にも出力する。
【００６２】
図４は、図３に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図４（Ａ）は、起動信号Ｓ１を示し、接触検出期間Ｔ１と溶接期間Ｔ２との期間を有する。図４（Ｂ）は、検出・溶接電流切換号Ｓｔを示し、図４（Ｃ）は、溶接用駆動信号Ｓａを示し、図４（Ｄ）は、第２の接触検出用クロック信号Ｓｂを示し、図４（Ｅ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏを示す。図４（Ｆ）は、過電流保護用電流検出器９から出力するインバータ回路の出力電流値Ｉｒを示し、図４（Ｇ）は、過電流検出用比較器１６から出力する過電流検出信号Ｓｃを示す。図４（Ｈ）は、短絡検出回路２３から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００６３】
図４（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると、出力電圧検出器７は、図４（Ｅ）に示す出力電圧信号Ｖｏを短絡検出回路２３に入力する。短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較して、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、図４（Ｈ）に示す、電極接触信号Ｓｏを出力して、第２の接触検出用クロック回路２８に入力し、溶接電源の外部にも出力する。
【００６４】
第２の接触検出用クロック回路２８は、電極接触信号ＳｏがＨｉｇｈに立上がってから、予め定めた第２の発振期間ｔｃ経過後に、図４（Ｄ）に示す接触検出クロック信号ＳｂをＬｏｗにして、ＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。上述より消耗性電極１４が被加工物１５に接触している出力電流期間を短くする。
【００６５】
図４（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触していると、第２の接触検出用クロック回路２８は、図４（Ｄ）に示す接触検出クロック信号Ｓｂの発振期間ｔｂを第２の発振期間ｔｃに変更して、接触時の出力電流期間を短くする。その他の回路の説明は、図１の説明と同じである。
【００６６】
図５は、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工電源装置の第３の実施例を示す電源装置接続図である。同図において、図１と同一の符号は図１と同一動作を行うので詳細な説明は省略し違いのみを説明する。図５に示す、短絡検出起動回路２３は、出力電圧信号Ｖｏが入力され、予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａと比較し、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、電極接触信号Ｓｏを第３の接触検出用クロック回路２９に入力し、上記電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部にも出力する。
【００６７】
図６は、図５に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートであり、同図において、図２のタイミングチャートとの違いのみを説明する。図６（Ｄ）は、第３の接触検出用クロック回路２９の接触検出用クロック信号Ｓｂを示し、図６（Ｅ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏを示す。図６（Ｈ）は、短絡検出回路２３から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００６８】
図６（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると、出力電圧検出器７は、図６（Ｅ）に示す出力電圧信号Ｖｏを短絡検出回路２３に入力する。短絡検出回路２３は、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較して、Ｖａ＞Ｖｏのとき消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、図６（Ｈ）に示す、電極接触信号ＳｏをＨｉｇｈにして、第３の接触検出用クロック回路２９に入力し、溶接電源の外部にも出力する。
【００６９】
第３の接触検出用クロック回路２９は、電極接触信号ＳｏがＨｉｇｈに立ち上がってから、予め定めた第２の発振期間ｔｃ経過後に、図６（Ｄ）に示す接触検出クロック信号ＳｂをＬｏｗにして、ＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。上述より消耗性電極１４が被加工物１５に接触している出力電流期間を短くする。
【００７０】
図６（Ｅ）に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触していると、第３の接触検出用クロック回路２９は、図６（Ｄ）に示す接触検出クロック信号Ｓｂの発振期間ｔｂの出力を停止してＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。その他の回路の説明は、図１の説明と同じである。
【００７１】
図７は、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工電源装置の第４の実施例を示す電源装置接続図である。同図において、図１と同一の符号は図１と同一動作を行うので詳細な説明は省略し違いのみを説明する。図７に示す、第２の短絡検出起動回路２７は、出力電圧信号Ｖｏが入力され、接触検出禁止期間ｔｄ経過後に、予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａと比較し、Ｖａ＞Ｖｏのとき、消耗性電極１４が被加工物１５に接触したと判断して、電極接触信号Ｓｏを第３の接触検出用クロック回路２９に入力し、また、上記電極接触信号Ｓｏを溶接電源の外部にも出力する。
【００７２】
図８は、図７に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。同図において、図２のタイミングチャートとの違いのみを説明する。図８（Ｄ）は、第３の接触検出用クロック回路２９の接触検出用クロック信号Ｓｂを示し、図８（Ｅ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏを示す。図８（Ｈ）は、第２の短絡検出回路２７から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００７３】
図９は、図８に示すタイミングチャートの詳細図である。図９（Ａ）は、第３の接触検出用クロック回路２９の接触検出用クロック信号Ｓｂの詳細を示し、図９（Ｂ）は、出力電圧検出器７から出力する出力電圧信号Ｖｏの詳細を示す。図９（Ｃ）は、第２の短絡検出信号２７から出力する電極接触信号Ｓｏを示す。
【００７４】
図９（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触すると、出力電圧検出器７は、図９（Ｂ）に示す出力電圧信号Ｖｏを第２の短絡検出回路２７に入力する。第２の短絡検出回路２７は図９（Ｂ）に示す、出力電圧信号Ｖｏの立上がり時の時刻ｔ＝ｔ５において、第２の短絡検出回路２７が動作を開始してしまい、その結果、Ｖａ＞Ｖｏとなり、接触していないのに接触と判断して誤動作し、図９（Ｃ）の点線で示す誤動作した電極接触信号Ｓｏを出力する。
【００７５】
第２の短絡検出回路２７は、上述の誤動作防止のため、出力電圧信号Ｖｏが入力され図９（Ｂ）に示す時刻ｔ＝ｔ５から予め定めた接触検出禁止期間ｔｄを設け、上記接触検出禁止期間ｔｄ経過直後、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出用基準値Ｖａとを比較することにより、消耗性電極１４が被加工物１５に正確に接触したと判断でき、図９（Ｃ）の実線に示す、電極接触信号ＳｏをＨｉｇｈにして、接触検出用クロック回路２９に入力し、溶接電源の外部にも出力する。
【００７６】
接触検出用クロック回路２９は、電極接触信号ＳｏのＨｉｇｈに立ち上がってから、予め定めた第２の発振期間ｔｃ経過後に、図８（Ｄ）に示す接触検出シーケンス信号ＳｂをＬｏｗにして、ＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。
【００７７】
図８（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の期間において、消耗性電極１４が被加工物１５に接触していると、第３の接触検出用クロック回路２９は、図８（Ｄ）に示す接触検出クロック信号Ｓｂの発振期間ｔｂの出力を停止してＰＷＭ制御回路１７の発振を停止する。
【００７８】
図８（Ｄ）に示す時刻ｔ＝ｔ２において、消耗性電極１４が被加工物１５から開放されると、図８（Ｄ）の時刻ｔ＝ｔ４より、接触か開放かの判断を開始する。
【００７９】
出力電圧検出器７は、図８（Ｄ）の接触検出用クロック信号Ｓｂの時刻ｔ＝ｔ４の発振期間ｔｂと同期した、図８（Ｅ）に示す出力電圧信号Ｖｏを短絡検出回路２７に入力する。第２の短絡検出回路２７は、予め定めた接触検出禁止期間ｔｄ経過直後、出力電圧信号Ｖｏと予め定めた接触電圧検出レベルＶａとを比較して、Ｖａ＜Ｖｏとなり消耗性電極１４が被加工物１５から開放したと判断して、図８（Ｈ）に示す、電極接触信号ＳｏをＬｏｗにして接触検出を終了する。その他の回路の説明は、図１の説明と同じである。
【００８０】
【発明の効果】
（１）溶接電源の電源回路をそのまま接触検出用電源として兼用できるので、従来のように短絡検出用電源回路及び保護用ダイオード等を別途電源装置に設置する必要がなく、消耗性電極が被溶接物に接触したことを簡単に検出できるため、作業性が著しく改善できる。（２）実施例２の発明では、消耗性電極が被加工物に接触している期間において、接触検出用低電流の出力電流期間を低減できるので、接触検出用低電流による被加工物の損傷を軽減できる。（３）実施例３の発明では、消耗性電極が被加工物に接触したことを検出した直後に、接触検出用低電流の出力電流期間を無しにするので、接触検出用低電流による被加工物の損傷を更に軽減できる。（４）実施例４の発明では、出力電圧の立上がり時に接触検出禁止期間を設けることにより、出力電圧の立上がり時における接触検出の誤動作が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工方法を実施する電源装置の実施例を示す電源装置接続図である。
【図２】図１に示す電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工方法を実施する電源装置の第２の実施例を示す電源装置接続図である。
【図４】図３に示す第２の実施例の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工方法を実施する電源装置の第３の実施例を示す電源装置接続図である。
【図６】図５に示す第３の実施例の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】消耗性電極が被加工物に接触したことを検出する直流アーク加工方法を実施する電源装置の第４の実施例を示す電源装置接続図である。
【図８】図７に示す第４の実施例の電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】図８に示す詳細なタイミングチャートである。
【図１０】図１０は、短絡検出回路等を溶接電源の外部に設けた従来技術の直流アーク加工電源装置の接続図である。
【符号の説明】
１ 三相交流商用電源
２ 一次整流回路
３ インバータ回路
４ 主変圧器
５ 二次整流回路
６ 直流リアクトル
７ 出力電圧検出器
８ 出力電流検出器
９ 過電流保護用電流検出器
１０ 過電流保護回路
１１ 主制御回路
１２ ドライバ回路
１３ 溶接トーチ
１４ 消耗性電極
１５ 被加工物
１６ 過電流検出用比較器
１７ ＰＷＭ制御回路
１８ 溶接用過電流基準信号器
１９ 接触検出用過電流基準信号器
２０ 溶接用駆動回路
２１ 接触検出用クロック回路
２２ 出力波形制御回路
２３ 短絡検出回路
２４ 接触検出設定器
２５ 起動スイッチ
２６ 出力設定器
２７ 第２の短絡検出回路
２８ 第２の接触検出用クロック回路
２９ 第３の接触検出用クロック回路
３２ 主制御回路
３３ 溶接電源回路
５０ 接触検出用電源回路
５１ 定電流電源回路
５２ 短絡保護回路
５３ 電流制限回路
５４ 定電流自動調整回路
５５ 交流増幅器
５６ 短絡検出回路
５７ 溶接電源回路
５８ 溶接制御回路
ＤＲ１ ダイオード
Ｄｓ インバータ制御信号
Ｐｓ インバータ駆動信号
Ｉａ 溶接用過電流基準信号
Ｉｂ 接触検出用過電流基準信号
Ｉｃ 接触検出基準信号
Ｉｏ 出力電流信号
Ｉｒ インバータ回路の出力電流値
Ｉｓ 出力設定信号
Ｓａ 溶接用駆動信号
Ｓｂ 接触検出用クロック信号
Ｓｃ 過電流検出信号
Ｓｏ 電極接触信号
Ｓｔ 検出・溶接電流切換信号
Ｓ１ 起動信号
ＳＷ１ 過電流基準信号切換スイッチ
ＳＷ２ 検出・溶接切換スイッチ
ＳＷ３ 出力制御切換スイッチ
Ｔ１ 接触検出期間
Ｔ２ 溶接期間
Ｔａ 消耗性電極非接触期間
Ｔｂ 消耗性電極接触期間
ｔａ 停止期間
ｔｂ 発振期間
ｔｃ 第２の発振期間
ｔｄ 接触検出禁止期間
ｔ１ 接触開始時刻
ｔ２ 接触終了時刻
ｔ３ 検出・溶接切換時刻
Ｖａ 接触電圧検出用基準値
Ｖｏ 出力電圧信号（無負荷電圧）
Ｖｒ 短絡基準信号
ΔＶ 出力波形制御信号
Claims (2)
- 三相交流商用電源を整流して直流電力とし、前記直流電力をインバータにより高周波交流パルス電圧に変換して各正負の電圧を出力し、前記高周波交流パルス電圧を負荷に適した交流パルス電圧に変換し、前記交流パルス電圧を整流し直流電力として消耗電極に供給する直流アーク加工電源制御方法において、接触検出時に所定の発振期間と停止期間とを有する接触検出用クロック周期でインバータを駆動して前記消耗電極に接触検出電流を通電し、前記消耗電極が被加工物に接触すると、前記インバータが前記接触検出用クロック周期から溶接用駆動周期に切り換えて駆動すると共に前記接触検出電流から溶接電流に移行し前記溶接電流を前記消耗電極に通電する、ことを特徴とする直流アーク加工電源制御方法。
- 三相交流商用電源を整流して直流電力を得る一次整流回路と、前記直流電力を高周波交流パルス電圧に変換して各正負の電圧を出力するインバータ回路と、前記高周波交流パルス電圧を負荷に適した交流パルス電圧に変換する主変圧器と、前記主変圧器の出力を二次整流回路で整流して直流電力を消耗電極に供給する直流アーク加工電源装置において、検出・溶接電流切換信号によって接触検出用クロック回路の所定の発振期間と停止期間とを有する接触検出用クロック信号と溶接用駆動回路の溶接用駆動信号とを切り換えてＰＷＭ制御回路に入力する検出・溶接切換スイッチと、前記検出・溶接電流切換信号によって出力設定器の出力設定信号と接触検出設定器の接触検出基準信号とを切り換える出力制御切換スイッチと、前記出力制御切換スイッチにより選択した接触検出基準信号又は出力設定信号に応じてパルス幅に変調し出力制御する前記ＰＷＭ制御回路とを具備し、前記検出・溶接電流切換信号に応じてインバータ回路の出力を接触検出電流と溶接電流とに切り換える、ことを特徴とする直流アーク加工電源装置。
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