JP6117037B2

JP6117037B2 - 溶接装置

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Publication number: JP6117037B2
Application number: JP2013146583A
Authority: JP
Inventors: 裕之外山; 孝典大西
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: JP2015016500A

Description

本発明は、溶接装置に関し、特に、通信によって溶接ワイヤの送給を行なうことができる溶接装置に関する。

電気エネルギーを利用して溶接を行なうアーク溶接は、設備費用が比較的安価なことや作業性に優れるといったこともあり、広く用いられている。

アーク溶接では、ワイヤ送給装置が、溶接機器である溶接トーチに溶接ワイヤを送給する。さらに、溶接電源が、溶接トーチに、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させるのに必要な電力（電圧および電流）を供給する。

特開２００３−１１１１６８号公報

ワイヤ送給装置は、作業者がリモートコントローラ（リモコン）を用いて操作する。作業者は、たとえば、溶接作業の開始前にリモコンに設けられたインチングボタンをオンにすることで所定量の溶接ワイヤをワイヤ送給装置に送給させ、溶接トーチ部分の溶接ワイヤの長さを調整する。

ワイヤ送給装置は、主に、溶接電源からの電力を受けて溶接ワイヤの送給を行う。ワイヤ送給装置は、リモコンからインチングの指示（インチング信号）を受けると、溶接電源と通信を行い、ワイヤ送給装置に電力を供給するように溶接電源に指示する。

ワイヤ送給装置と溶接電源との間の通信には、変復調などの信号処理が含まれる。一般に、そのような信号処理には時間が掛かる（たとえば特開２００３−１１１１６８号公報参照）。その結果、作業者がインチングボタンを押してから、ワイヤ送給装置が溶接電源からの電力を受けて溶接ワイヤの送給を開始するまでの間にタイムラグ（たとえば数百ミリ秒）が生じてしまうため、作業がしにくい。

特に、作業者がリモコンを操作して溶接ワイヤの先端を正確に位置決めするような場合、上記のタイムラグが生じると、その作業が難しくなる。

本発明の目的は、作業者がリモートコントローラのインチングボタンを押してから、ワイヤ送給がなされるまでのタイムラグを低減することを可能にする溶接装置を提供することである。

本発明は、要約すると、溶接トーチを用いて溶接を行なう溶接装置であって、溶接トーチに溶接ワイヤを送給する送給機構と送給機構を駆動する駆動部とを含むワイヤ送給装置と、溶接トーチに電圧および電流を供給する電源であって、駆動部にも電力を供給可能な溶接電源装置と、ワイヤ送給装置を溶接作業者が操作するために使用するリモートコントローラとを備える。ワイヤ送給装置は、溶接電源装置と通信を行なうための通信部と、リモートコントローラから溶接ワイヤを送給するように指示を受けたとき、溶接ワイヤを送給するように駆動部を制御するとともに、通信部を用いて、駆動部に電力を供給するように溶接電源装置を制御する制御部と、駆動部に電力を供給する補助電源とをさらに含む。補助電源は、制御部が駆動部の制御を開始してから溶接電源装置の電力が駆動部に供給されるまでの間、駆動部が送給機構を駆動して溶接ワイヤを送給するのに必要な電力を供給する。

好ましくは、溶接電源装置は、電源ラインを介して駆動部に電力を供給する。補助電源は、電源ラインから充電可能に構成された蓄電装置である。

好ましくは、溶接電源装置は、パワーケーブルを介して溶接トーチに電圧および電流を供給する。補助電源は、パワーケーブルから充電可能に構成された蓄電装置である。

好ましくは、ワイヤ送給装置は、パワーケーブルと補助電源との間に設けられた降圧回路をさらに含む。

好ましくは、溶接電源装置は、パワーケーブルに出力する電圧を、溶接トーチに供給するための電圧および蓄電装置を充電するための電圧のいずれかの電圧に切り替える切り替え部をさらに含む。

本発明によると、作業者がリモートコントローラのインチングボタンを押してから、ワイヤ送給がなされるまでのタイムラグを低減することが可能になる。

本発明の実施の形態の一例による溶接装置の概略構成を示す図である。インチングを行なう際の制御を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態の変形例による溶接装置の概略構成を示す図である。図１、図３に示すワイヤ送給装置１００、１００Ａの変形例を示す図である。図１、図３に示す電源部１２の変形例を示す図である。図５に示す電源部１２Ａに対応した、ワイヤ送給装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施の形態の一例による溶接装置の概略構成を示す図である。
図１を参照して、溶接装置１は、溶接機器である溶接トーチ１４０と、溶接トーチ１４０に溶接ワイヤ１６６を送給するワイヤ送給装置１００と、ワイヤ送給装置１００に溶接ワイヤ１６６を供給するワイヤリール１１１と、ワイヤ送給装置１００を操作するためのリモートコントローラ（リモコン）１２０と、溶接トーチ１４０に電圧および電流を供給する溶接電源装置１０と、溶接時にアークや溶融金属を大気から保護するためなどに用いられるシールドガス（たとえば炭酸ガス）をワイヤ送給装置１００を介して溶接トーチ１４０に供給するガスボンベ３０とを含む。

溶接トーチ１４０は、作業者が溶接作業を行なう際に操作するトリガ部１４１を含む。
ワイヤ送給装置１００は、溶接ワイヤ１６６を送給するための送給機構１０２と、送給機構１０２を駆動する駆動部１０１と、駆動部１０１に補助電力を供給する補助電源１０３と、溶接電源装置１０と無線通信を行なうための無線通信部１０６と、表示器１１０と、それらを制御する制御部１０４とを含む。制御部１０４は、リモコン１２０からの指示を受けることができる。

駆動部１０１は、主に溶接電源装置１０の電源部１２からの電力を用いて送給機構１０２を駆動する。ただし、駆動部１０１は、所定時間であれば補助電源１０３の電力を用いて送給機構１０２を駆動することができる。

リモコン１２０は、作業者が操作する操作部１２２と、作業者が音声入力操作を行なうためのマイク１２４と、作業者が音などによって情報を得るためのスピーカと、作業者が文字や画像などによって情報を得るための表示器１２８とを含む。

操作部１２２には、たとえば、インチングボタンなどが設けられている。表示器１２８には、たとえば、ワイヤ送給装置１００と溶接電源装置１０との無線通信における無線電波の強度や送受信レートなどの通信状況を示すデータが表示される。

溶接電源装置１０は、外部電源２０からの電力を受けて動作して所望の電圧および電流を出力する電源部１２と、ワイヤ送給装置１００と通信を行なうための無線通信部１６と、それらを制御する制御部１４とを含む。

電源部１２は、パワーケーブル１６０を介してワイヤ送給装置１００に接続されている。また、電源部１２は、溶接接地ケーブル１６２を介して溶接対象である母材１５０に接続されている。

電源部１２はさらに、電源ライン１６８を介して駆動部１０１に接続されている。これにより、駆動部１０１は、電源部１２からの電力を用いて送給機構１０２を駆動することができる。なお、電源ライン１６８は、実際には２本の線からなるが、図１では、それらをまとめて１本の線で表している。

補助電源１０３は、たとえばコンデンサや二次電池（蓄電池）からなる電源であり、電源ライン１６８から充電できるように、電源ライン１６８に接続されている。補助電源１０３から電源部１２への放電（逆流）を防ぐために、電源部１２の出力には、ダイオード（図示しない）を設けておいてもよい。

ガスボンベ３０と溶接トーチ１４０とは、ガスホース１６４を介して接続されている。
以上の構成により、溶接装置１においては、作業者はリモコン１２０を用いてワイヤ送給装置１００（および溶接電源装置１０）を操作することにより、インチングを行なうことができる。

作業者がインチングを行なうためにリモコン１２０を操作すると、インチング信号がリモコン１２０からワイヤ送給装置１００の制御部１０４に送信される。制御部１０４は、リモコン１２０からのインチング信号を受信すると、送給機構１０２を駆動するように駆動部１０１を制御するとともに、無線通信部１０６を用いて、駆動部１０１に電力を供給するように溶接電源装置１０を制御する。

ここで、溶接電源装置１０の制御は、無線通信部１０６と無線通信部１６との間の無線通信を利用して行なわれるため、通信信号の信号処理（変復調など）に時間が掛かる。そのため、作業者がリモコン１２０を操作した後、電源部１２から駆動部１０１に電力が供給されるまでに一定のタイムラグが生じる（たとえば数百ミリ秒）。

一方、作業者がリモコン１２０を操作した後、駆動部１０１はすぐに送給機構１０２を駆動する（すなわちインチングが行なわれる）。このとき、電源部１２から駆動部１０１に電力が供給されるまでの所定時間は、駆動部１０１は補助電源１０３の電力を用いて送給機構１０２を駆動する。補助電源１０３は、少なくとも上記のタイムラグの間の電力を供給可能であればよく、たとえば、数十ワット×数百ミリ秒の電力容量を供給可能なものであればよい。

その後、電源部１２から駆動部１０１に電力が供給されると、駆動部１０１は電源部１２からの電力を利用して送給機構１０２を駆動する。

このように駆動部１０１が補助電源１０３の電力を用いて送給機構１０２を駆動することにより上記タイムラグにより、インチングの開始が遅れるのを防ぐことができる。

図２は、インチングを行なう際の制御を説明するためのフローチャートである。
図１と図２とを参照して、作業者がインチングを行なうためにリモコン１２０を操作すると、リモコン１２０からワイヤ送給装置１００にインチング信号が送信され（ステップＳ１０１）、ワイヤ送給装置１００はリモコン１２０からのインチング信号を受信する（ステップＳ２０１）。たとえば、リモコンのインチングボタンを押している間、インチング信号がリモコンから送信される。

インチング信号を受信したワイヤ送給装置１００は、駆動部１０１を制御するとともに、電力供給開始信号を溶接電源装置１０に送信する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０２において制御された駆動部１０１は、補助電源１０３の電力を用いて送給機構１０２を駆動する（ステップＳ２０３）。これにより、溶接ワイヤ１６６の送給（インチング）が開始される。

ステップＳ２０３の処理が行われている一方で、溶接電源装置１０は、電力供給開始信号を受信する（ステップＳ３０１）。

電力供給開始信号を受信した溶接電源装置１０は、駆動部１０１に電力を供給するように電源部１２を制御し（ステップＳ３０２）、電源部１２は、駆動部１０１に電力の供給を開始する（ステップＳ３０３）。

ステップＳ３０３の処理が行なわれた後、駆動部１０１は、電源部１２からの電力を用いて送給機構１０２を駆動する（ステップＳ２０４）。これにより、ステップＳ２０３において開始されたインチングが持続され、溶接ワイヤ１６６が一定量送給される。

ステップＳ２０４において溶接ワイヤ１６６が一定量送給された後、インチングが終了する（ステップＳ２０５）。

なお、図２に示すフローチャートは、インチングのみに関する制御であるが、インチングとともに溶接ワイヤ１６６と母材１５０との間にアークを発生させて溶接を行なえるように、溶接トーチ１４０に電圧および電流を供給するようにしてもよい。

具体的には、ステップＳ２０２において、ワイヤ送給装置１００はさらに、電力供給開始信号を溶接電源装置１０に送信する。そして、ステップＳ３０２において、溶接電源装置１０はさらに、溶接トーチ１４０に所定の電圧および電流を供給するように電源部１２を制御する。これにより、インチングが行なわれ、また、溶接ワイヤ１６６と母材１５０との間にアークを発生させるのに必要な電圧および電流が、電源部１２から溶接トーチ１４０に供給されるため、溶接が開始される。その場合、電源部１２は、駆動部１０１と溶接トーチ１４０とに、個別に電圧および電流を供給する。

このようなインチングとともに溶接を行なう制御は、溶接トーチ１４０のトリガ部１４１の操作に連動させることもできる。具体的には、トリガ部１４１から制御部１０４にトリガ信号を送り、そのトリガ信号を受けた制御部１０４が、上述の制御を行なうようにする。これにより、作業者は、リモコン１２０を操作せずとも、溶接トーチ１４０のトリガ部１４１を操作するだけで溶接作業を行なうことができる。これにより、とくに、溶接ワイヤ１６６の送給（および停止）を繰り返し行うようなタック溶接の場合、作業時間を大幅に短縮することができる。

この実施の形態の溶接装置１によると、作業者がリモコン１２０を操作してから溶接電源装置１０からの電力供給が開始されるまでの間、補助電源１０３の電力を利用して駆動部１０１が送給機構１０２を駆動し、溶接ワイヤ１６６が送給される。そのため、リモコン１２０の操作から溶接ワイヤ１６６が送給されるまでのタイムラグが低減し、インチング作業が行ないやすくなる。

図１に示すような実施の形態では、ワイヤ送給装置１００と溶接電源装置１０とは無線で通信を行なっていたが、通信は、無線に限らず有線であってもよいし、また無線と有線の両方を用いるものであってもよい。

図３は、本発明の実施の形態の変形例による溶接装置の概略構成を示す図である。
図３に示す溶接装置１Ａでは、ワイヤ送給装置１００Ａと溶接電源装置１０Ａとが、いわゆる電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）によって、パワーケーブル１６０を介して有線で通信できるように構成されている。

溶接装置１Ａは、ワイヤ送給装置１００ＡがＰＬＣ通信部１０８を含み、溶接電源装置１０ＡがＰＬＣ通信部１８を含む点を除き、図１に示す溶接装置１とほぼ同様である。同様の部分については説明を繰り返さない。

ＰＬＣ通信部１０８は、制御部１０４から与えられた通信信号をパワーケーブル１６０に重畳してＰＬＣ通信部１８に送信する。ＰＬＣ通信部１８は、パワーケーブル１６０に重畳された通信信号を分離して受信データを制御部１４に伝達する。これにより、ワイヤ送給装置１００Ａと溶接電源装置１０Ａとが通信を行なうことができる。もちろん、ＰＬＣ通信部１８から通信部１０８へ通信信号を送ることもできる。具体的な通信の内容は、図２のフローチャートに示す内容と同様である。

このように、溶接装置１Ａでは、無線通信と有線通信のいずれをも行なうことができるため、各々の通信状態に応じて、通信経路を選択することが可能になる。たとえば、ワイヤ送給装置１００Ａと溶接電源装置１０Ａとの間で、無線通信に用いる電波が互いに届きにくいような場合は、有線通信を選択することができる。

図４は、図１、図３に示すワイヤ送給装置１００、１００Ａの変形例を示す図である。
図４に示すワイヤ送給装置１００Ｂは、降圧回路１０５を含む点を除き、図１、図３に示すワイヤ送給装置１００、１００Ａとほぼ同様である。同様の部分については説明を繰り返さない。

ワイヤ送給装置１００Ｂでは、補助電源１０３Ａは、電源ライン１６８から充電されるのではなく、パワーケーブル１６０から降圧回路１０５を介して充電される。降圧回路１０５は、パワーケーブル１６０の電圧を降圧して補助電源１０３Ａに出力する。

通常、パワーケーブル１６０の電圧（たとえば１１０Ｖ）は、電源ライン１６８の電圧（たとえば２４Ｖや４８Ｖ）よりも高いため、パワーケーブル１６０の電圧でそのまま補助電源１０３Ａを充電すると、パワーケーブル１６０の電圧が低下するといった問題が生じてしまう。そこで、図４に示すように、パワーケーブル１６０と補助電源１０３Ａとの間に降圧回路１０５を介在させることによって、パワーケーブル１６０の電圧を一定に保ったまま、補助電源１０３Ａを充電することができる。

なお、そのような降圧回路１０５がない場合であっても、図１、図３に示す電源部１２において工夫すれば、次に説明するように、補助電源１０３Ａの充電が可能になる。

図５は、図１、図３に示す電源部１２の変形例を示す図である。
図１、図３および図５を参照して、電源部１２Ａは、溶接ワイヤ１６６と母材１５０との間にアークを発生させるための電圧および電流を溶接トーチ１４０に供給する電源４１と、駆動部１０１が送給機構１０２を駆動するための電力を供給する電源４２と、パワーケーブル１６０を電源４１または電源４２のいずれかに接続するスイッチ４３とを含む。

電源４１の出力電圧（たとえば１１０Ｖ）は、電源４２の出力電圧（たとえば２４Ｖや４８Ｖ）よりも高い。

スイッチ４３は、図１、図３に示す制御部１４によって切り替えられるように構成されていてもよいし、作業者などが手動で切り替えることができるように構成されていてもよい。

図６は、図５に示す電源部１２Ａに対応した、ワイヤ送給装置を示す図である。
図６に示すワイヤ送給装置１００Ｃにおいては、補助電源１０３Ａが、パワーケーブル１６０に直接接続されている。

図５に示す電源部１２Ａと図６に示すワイヤ送給装置１００Ｃとを組み合わせることで、アークを発生させて溶接を行なう際は、電源４１からパワーケーブル１６０に電圧（および電流）を供給し、補助電源１０３Ａを充電する際は、電源４２からパワーケーブル１６０に電圧（および電流）を供給することが、スイッチ４３の切り替えにより可能になる。補助電源１０３Ａの充電が完了した状態にしておけば、インチング時に直ちに溶接ワイヤ１６６の送給を開始することが可能となる。

これにより、図４に示す降圧回路１０５を用いることなく、補助電源１０３Ａを充電できる。なお、補助電源１０３Ａから電源４１への放電（逆流）を防ぐために、電源４１の出力には、ダイオード（図示しない）を設けておいてもよい。

最後に、本発明の実施の形態について総括する。
図１を参照して、本発明は、溶接トーチを用いて溶接を行なう溶接装置（１）であって、溶接トーチ（１４０）に溶接ワイヤ（１６６）を送給する送給機構（１０２）と送給機構（１０２）を駆動する駆動部（１０１）とを含むワイヤ送給装置（１００）と、溶接トーチ（１４０）に電圧および電流を供給する電源であって、駆動部（１０１）にも電力を供給可能な溶接電源装置（１０）と、ワイヤ送給装置（１００）を溶接作業者が操作するために使用するリモートコントローラ（１２０）とを備える。ワイヤ送給装置（１００）は、溶接電源装置（１０）と通信を行なうための通信部（１０６）と、リモートコントローラ（１２０）から溶接ワイヤ（１６６）を送給するように指示を受けたとき、溶接ワイヤ（１６６）を送給するように駆動部（１０１）を制御するとともに、通信部（１０６）を用いて、駆動部（１０１）に電力を供給するように溶接電源装置（１０）を制御する制御部（１０４）とをさらに含む。

好ましくは、ワイヤ送給装置（１００）は、駆動部（１０１）に電力を供給する補助電源（１０３）をさらに含む。補助電源（１０３）は、制御部（１０４）が駆動部（１０１）の制御を開始してから溶接電源装置（１０）の電力が駆動部（１０１）に供給されるまでの間、駆動部（１０１）が送給機構（１０２）を駆動して溶接ワイヤ（１６６）を送給するのに必要な電力を供給する。

好ましくは、溶接電源装置（１０）は、電源ライン（１６８）を介して駆動部（１０１）に電力を供給する。補助電源（１０３）は、電源ライン（１６８）から充電可能に構成された蓄電装置である。

好ましくは、溶接電源装置（１０）は、パワーケーブル（１６０）を介して溶接トーチ（１４０）に電圧および電流を供給する。補助電源（１０３）は、図４、図６に示すように、パワーケーブル（１６０）から充電可能に構成された蓄電装置である。

好ましくは、ワイヤ送給装置（１００）は、図４に示すように、パワーケーブル（１６０）と補助電源（１０３）との間に設けられた降圧回路（１０５）をさらに含む。

好ましくは、溶接電源装置（１０）は、図５に示すように、パワーケーブル（１６０）に出力する電圧を、溶接トーチ（１４０）に供給するための電圧および蓄電装置（補助電源１０３）を充電するための電圧のいずれかの電圧に切り替える切り替え部（４３）をさらに含む。

好ましくは、溶接トーチ（１４０）は、溶接作業者の操作によって、溶接作業を開始するためのトリガ信号を制御部（１０４）に送るトリガ部（１４０）を含む。制御部（１０４）は、トリガ信号を受けたとき、溶接ワイヤ（１６６）を送給するように駆動部（１０１）を制御するとともに、通信部（１０６）を用いて、溶接トーチ（１４０）に電圧および電流を供給しかつ駆動部（１０１）に電力を供給するように溶接電源装置（１０）を制御する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ溶接装置、１０，１０Ａ溶接電源装置、１２，１２Ａ電源部、１４，１０４制御部、１６，１０６無線通信部、１８，１０８ＰＬＣ通信部、２０外部電源、３０ガスボンベ、４１，４２電源、４３スイッチ、１００ワイヤ送給装置、１０１駆動部、１０２送給機構、１０３補助電源、１０５降圧回路、１１０，１２８表示機、１１１ワイヤリール、１２０リモコン、１２２操作部、１２４マイク、１４０溶接トーチ、１４１トリガ部、１５０母材、１６０パワーケーブル、１６２溶接接地ケーブル、１６４ガスホース、１６６溶接ワイヤ、１６８電源ライン。

Claims

溶接トーチを用いて溶接を行なう溶接装置であって、
前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給する送給機構と前記送給機構を駆動する駆動部とを含むワイヤ送給装置と、
前記溶接トーチに電圧および電流を供給する電源であって、前記駆動部にも電力を供給可能な溶接電源装置と、
前記ワイヤ送給装置を溶接作業者が操作するために使用するリモートコントローラとを備え、
前記ワイヤ送給装置は、
前記溶接電源装置と通信を行なうための通信部と、
前記リモートコントローラから前記溶接ワイヤを送給するように指示を受けたとき、前記溶接ワイヤを送給するように前記駆動部を制御するとともに、前記通信部を用いて、前記駆動部に電力を供給するように前記溶接電源装置を制御する制御部と、
前記駆動部に電力を供給する補助電源とをさらに含み、
前記補助電源は、前記制御部が前記駆動部の制御を開始してから前記溶接電源装置の電力が前記駆動部に供給されるまでの間、前記駆動部が前記送給機構を駆動して前記溶接ワイヤを送給するのに必要な電力を供給する、溶接装置。
前記溶接電源装置は、電源ラインを介して前記駆動部に電力を供給し、
前記補助電源は、前記電源ラインから充電可能に構成された蓄電装置である、請求項１に記載の溶接装置。
前記溶接電源装置は、パワーケーブルを介して前記溶接トーチに前記電圧および電流を供給し、
前記補助電源は、前記パワーケーブルから充電可能に構成された蓄電装置である、請求項１に記載の溶接装置。
前記ワイヤ送給装置は、前記パワーケーブルと前記補助電源との間に設けられた降圧回路をさらに含む、請求項３に記載の溶接装置。
前記溶接電源装置は、前記パワーケーブルに出力する電圧を、前記溶接トーチに供給するための電圧および前記蓄電装置を充電するための電圧のいずれかの電圧に切り替える切り替え部をさらに含む、請求項３に記載の溶接装置。