JPH0571357B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高周波誘導溶接における溶接装置の溶
接部に与える溶接電力の測定方法に関するもので
ある。

〔従来技術〕

電縫管の製造は連続送給される金属板を所定径
寸法に曲成して端縁を互いに対向させたオープン
パイプを形成し、高周波誘導コイル内に挿通させ
るとともに、スクイズロールにて側圧を加えて端
縁同士を高周波溶着する。ところで、この高周波
を発振させる発振管に真空管を用いて高周波誘導
溶接を行う場合には、作業者は発振管の陽極直流
電圧、陽極直流電流を指標とするとともに、溶接
火色、ビード形状を見て被溶接材の材質、寸法等
に適合した入熱量を得るよう制御している。

またこのような入熱量又は溶接条件の制御方法
とは別に、高周波溶接装置の出力電力の計測を、
出力電圧の実効値、出力電流の実効値及び出力電
圧と出力電流の位相差とを測定して行う方法（特
開昭59−24585号）が提案されており、また高周
波発振器出力側と溶接部間の進行波電力と反射波
電力との差を測定して溶接電力を求める方法（特
開昭52−44752号）が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した如く作業者が入熱量又は溶接条件設定
のための指標としていた発振管の陽極直流電圧、
陽極直流電流は溶接装置の入力であるから、溶接
装置の効率が変化した場合には溶接装置の出力が
変化して溶接条件が一定しないことになる。また
発振管に真空管を使用しているこの種の溶接装置
では効率が低く、例えば発振管効率が60〜80％で
あり、総合効率は50％程度である。そして、この
効率は電縫管製造ラインに設けている加熱コイル
とスクイズロールとの距離、帯鋼の突き合わせ角
度、被加熱材の肉厚、外径の大小等の負荷状態に
よつて大きく変化する。これを補うのが作業者の
熟練及び勘による調節であるが安定した溶接が行
えないという問題がある。

一方、前記特開昭59−24585号により提案され
ている方法においては、出力電圧及びこれと出力
電流の位相差を正確に測定することが難しい。即
ち出力電圧が高電圧であり、正確な瞬時値の計測
が甚だ難しく、また溶接電力が50kHz〜1000kHz
の高周波であるため出力電圧と出力電流との位相
差の計測は、ナノ秒オーダの極短い周期の計測が
必要であるためであり、より正確な計測が困難で
ある。これは特開昭52−44752号のものについて
も同様である。

本発明は高周波溶接時の溶接電力を汎用の演算
装置を用いて高精度で求め得て、安定した溶接状
態を得ることができる溶接電力の測定方法を提供
することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前述した問題に鑑み、高周波溶接装置
の溶接電力を、発振出力が与えられている共振回
路の入力側における高周波電圧と、高周波電流と
を共振回路に加わる脈動電圧の１周期内の異なる
時点夫々で所定期間にわたりサンプリングしたデ
ータ、つまり発振器出力である高周波電圧と高周
波電流とを一時的に記憶装置に記憶した後、記憶
したデータを順次、演算装置で演算することによ
り、高精度で溶接電力を測定し得て、溶接状態を
常に安定したものとなし得る溶接電力測定方法を
提案するものである。

本発明に係る高周波溶接装置の溶接電力測定方
法は、高周波発振器を発振させて溶接を行う高周
波溶接装置の溶接電力測定方法において、前記発
振器出力を与えるべき共振回路を備えており、該
共振回路の入力側における高周波電圧と高周波電
流とを、共振回路に加わる脈動電圧の１周期内の
異なる時点夫々で所定期間にわたりサンプリング
して、サンプリングしたデータを記憶装置に記憶
し、記憶した計測値のデータを順次読出して演算
装置へ伝送し該演算装置で演算して溶接電力を求
めることを特徴とする。

〔作用〕

発振器出力である高周波電圧と高周波電流と
を、共振回路の入力側で、共振回路に加わる脈動
電圧の１周期内の異なる時点夫々で所定期間にわ
たりサンプリングする。サンプリングしたサンプ
リングデータを一時的に記憶装置に読込む。記憶
装置は読込んだサンプリングデータを演算装置に
入力し、演算装置は記憶装置からのサンプリング
データに基づいて演算を行つて溶接電力が測定さ
れる。これにより、高速度で演算する演算装置を
要しない。また高周波溶接における溶接電力を高
精度に測定できる。

〔実施例〕

まず、本発明の溶接電力測定方法を実施するた
めの溶接装置を図面によつて詳述する。第１図は
発振器に真空管を使用した高周波溶接装置の構成
を示す模式図である。

第１図において、発振器１はＣ級増幅動作を行
う真空管であつて、10〜15kV程度の直流高電圧
からなるプレート直流電圧Epを発振器１のプレ
ートＰに与えている。

また発振器１のプレートＰとカソードＫとの間
には、結合コンデンサ（ブロツキングコンデン
サ）６を介して、共振コイルＬに共振コンデンサ
C₁，C₂との直列回路が並列接続された共振回路
（タンク回路）２が接続されていて、前記共振コ
ンデンサC₂と並列にコンデンサ３，４を直列接
続してなる分圧回路が接続されている。コンデン
サ３，４の接続点を発振器１のグリツドＧに接続
していて、共振回路２から分圧コンデンサ３，４
によつて帰還される信号をグリツドＧに与えてい
る。またグリツドＧはグリツド抵抗５によりバイ
アス電圧が与えられている。これにより発振器１
はグリツド交流電圧に同期するスイツチング動
作、つまり負荷を含めた共振回路２の共振周波数
によつて回路が発振し、通常は50〜1000kHzの周
波数として共振回路２に高周波エネルギーを供給
する。

そして、溶接電力Pwは変流器CTで得られるプ
レート高周波電流ipと、共振回路２に加わるプレ
ート高周波電圧epとの積で(1)式の如くなる。

Pw＝ip・ep ……(1) 前記共振回路２の共振コイルＬには１ターンの
２次コイルLaがリンク結合されていて、その両
端は図示しない前述した高周波誘導コイルに接続
されており、共振回路２の高周波電力エネルギー
が溶接電力Pwとして図示しない溶接部に与えら
れるようになつている。

７は変流器CTによりプレート高周波電流ipを
計測する高周波電流計測装置であり、８は共振コ
ンデンサＣの両端からプレート高周波電圧epを
計測する高周波電圧計測装置である。９は高周波
電流計測装置７及び高周波電圧計測装置８が計測
した計測値を一時的に記憶する記憶装置であり、
この記憶装置９に記憶した計測データは演算装置
１０に伝送されて演算装置１０で計測データを演
算処理して溶接電力Pwを求めるようになつてい
る。そして記憶装置９に計測値を読込むサンプリ
ング速度は発振器１のプレート高周波電圧の基本
波成分並びに高周波成分を精度良く読取るための
１〜50nsecとしている。

次にこの高周波溶接装置における溶接電力の測
定手順を第２図乃至第４図によつて説明する。第
２図は高周波電圧のサンプリングから演算までを
示したタイミングチヤートであり、第３図はサン
プリング期間内のプレート高周波電圧の波形図、
第４図は演算動作を説明するための高周波電圧１
サイクル分の波形図である。

共振回路２に加わる高周波電圧は、発振器１の
プレート直流電圧Epに50Hz又は60Hzの交流電圧
を整流した脈動電圧が与えられているために、波
高値が300Hz又は360Hzの周波数で第２図に示した
HFの波形の如く変化している。つまり、高周波
溶接の溶接電力が微妙に変化している。

したがつて、このような溶接電力を高精度で求
めるべく、高周波電圧の波高値が変化している略
１サイクル、即ち300Hzと360Hzの平均的周期
3msecの期間内における電気角90°間隔で設定し
たＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのタイミングで、各タイミング
について20μsecの期間内の高周波電圧のサンプリ
ングを行う。このサンプリング期間では高周波電
圧が200kHzである場合には、第３図の如く４サ
イクルの波高値を計測し得てサンプリングした計
測値を記憶装置９に読込む。そして記憶装置９に
読込んだ計測データ１０ａは、演算装置１０によ
る演算速度に相応して与えられる制御信号１０ｂ
により40msecかけて演算装置１０にデータ伝送
され、このような計測値のサンプリングとデータ
伝送とを５回繰返す。

つまり、演算周期50msecの内の215msecの時
間内に、高周波電圧の20波（20サイクル分）の波
高値がサンプリングされる。そして残りの
285msecの時間内に演算を行う。この500msecの
測定周期は、通常の指針型計器により演算結果を
表示する場合にその応答性から定めたものであ
る。

演算装置１０による演算は第４図に示す如く高
周波電圧の各波（１サイクル分）の波高値の＋
Vpと−Vpとを夫々求める。その後、１回のサン
プリングにより得た計測データの高周波電圧８波
の波高値の平均値を演算し、これに１／√２を乗
じて高周波電圧の実効値を得る。またこの高周波
電圧の実効値を求める処理動作と同様にして、高
周波電流の実効値を求める処理動作を並行して行
う。そして最終的に、前述したPw＝ip・epによ
る演算により溶接電力Pwを求め、その値を一時
的にラツチして指針型計器（図示しない）等によ
り溶接時における溶接電力を指示させる。

このようにして、高周波溶接電力である発振器
出力の高周波電圧及び高周波電流をサンプリング
したデータを記憶装置９に一時的に記憶させるか
ら、演算装置１０はサンプリング速度に関係なく
取り込んで演算することができ、汎用の演算装置
を流用し得る。

また、高周波電圧、高周波電流の波高値を、共
振回路に加わる脈動電圧の１周期内の異なる時点
夫々で所定期間にわたりサンプリングするから、
高周波電圧及び高周波電流の多くの波高値が求ま
り、波高値が変化している高周波電圧を平均的に
求め得て、溶接電力を高精度で検出して溶接状態
の安定化を図ることができる。また、共振回路の
入力側で高周波電圧及び高周波電流の波高値をサ
ンプリングするから、高周波電圧と高周波電流と
を位相差が零の状態で測定できることになり、簡
単な演算式で溶接電力を高精度に測定できる。

なお、本実施例では発振器の真空管を用いた
が、パワートランジスタ等の半導体素子を使用し
たものであつても同様の効果が得られる。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明の高周波溶接装置の
溶接電力測定方法は、高速度で変化する高周波電
圧と高周波電流とを、共振回路に加わる脈動電圧
の１周期内の異なる時点夫々で所定期間にわたり
サンプリングして、サンプリングしたデータを記
憶装置に記憶した後に、この記憶したデータを演
算装置に伝送して演算させるから、演算装置には
演算を行う汎用の演算装置を用いることができ
る。また高周波電圧及び高周波電流を、脈動電圧
の１周期内の異なる時点夫々でサンプリングする
から高周波電圧及び高周波電流の波高値を平均的
に求め得て、溶接電力を高精度に測定できる。更
に共振回路の入力側において高周波電圧及び高周
波電流をサンプリングするから、それらの位相差
が零の状態で測定できることになり、簡単な演算
式で溶接電力を高精度に測定できる等の優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る溶接電力測定方法を実施
するための高周波溶接装置の概略回路図、第２図
は高周波電圧のサンプリングから演算までを示し
たタイミングチヤート、第３図はサンプリング時
間内の高周波電圧の波形図、第４図は演算動作の
説明のための高周波電圧波形図である。 １……発振器、２……共振回路、７……高周波
電流計測装置、８……高周波電圧計測装置、９…
…記憶装置、１０……演算装置、Pw……溶接電
力、ep……高周波電圧、ip……高周波電流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高周波発振器を発生させて溶接を行う高周波
   溶接装置の溶接電力測定方法において、 前記発振器出力を与えるべき共振回路を備えて
   おり、該共振回路の入力側における高周波電圧と
   高周波電流とを、共振回路に加わる脈動電圧と１
   周期内の異なる時点夫々で所定期間にわたりサン
   プリングして、サンプリングしたデータを記憶装
   置に記憶し、記憶したデータを順次読出して演算
   装置へ伝送し、該演算装置で演算して溶接電力を
   求めることを特徴とする高周波溶接装置の溶接電
   力測定方法。