JPH09271943A - パルスアーク溶接のアーク長制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 アーク長の変動に対してアーク長制御の応答
性を向上させる。 【解決手段】 ディジタル信号Ｖddの検出電圧値を積算
して、その値の積算電圧ディジタル信号Ｖi を出力する
検出電圧積算回路ＶＩと、積算電圧ディジタル信号Ｖi
の平均溶接電圧値を算出し、その値の平均溶接電圧信号
Ｖa(n-1)を出力する平均溶接電圧値演算回路ＶＡと、平
均溶接電圧信号Ｖa(n-1)の平均溶接電圧値と溶接電圧設
定信号Ｖs の溶接電圧設定値Ｖs とから次回のベース期
間Ｔbnを算出し、その値のベース期間制御信号Ｔbnを出
力するベース期間算出回路ＴＢとから成り、通電指令信
号が終了するまで、設定したピーク期間に、設定したピ
ーク電流値の電流を通電し、設定した回数のパルス周期
ごとに算出したベース期間に、設定したベース電流値の
電流を通電するパルスアーク溶接装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、消耗電極（以下、
ワイヤという）を定速度送給し、パルス電流を通電して
アーク長を制御するパルスアークのアーク長制御方法及
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明は、パルスアーク溶接機のアーク
長制御を高速に行ない、溶接作業者の手振れによるチッ
プ、母材間距離の変化その他外乱によってアーク長が変
化したときに、アークの安定の向上をはかる制御方法及
び装置に関する発明である。

【０００３】図１は、従来技術の溶接装置が出力する溶
接電流の制御方式を説明する図である。ワイヤは、定速
度送給されているので、アーク長を制御するためには、
溶接電流の平均値を制御してワイヤ溶融速度を増減させ
ている。パルスアーク溶接の溶接電流は、ピーク電流値
Ｉｐの電流とベース電流値Ｉｂの電流とを、それぞれピ
ーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとの周期で、交互に繰り
返し通電する。

【０００４】図１の溶接装置は、パルス周波数ｆを増減
させることによって、溶接電流の平均値を変化させてワ
イヤ溶融速度を増減させている。同図（Ａ）は、パルス
周波数ｆ＝ｆ1 が、同図（Ｂ）のパルス周波数ｆ＝ｆ2
よりも大であるので、溶接電流の平均値Ｉａ＝Ｉa1が同
図（Ｂ）の溶接電流の平均値Ｉａ＝Ｉa2よりも小にな
り、ワイヤ溶融速度が大きい。なお、同図（Ａ）及び同
図（Ｂ）のパルスの周期Ｔは、それぞれＴ1 ＝１／ｆ1
及びＴ2 ＝１／ｆ2である。

【０００６】従来から、アークを安定にするために、パ
ルス周波数ｆ、パルス幅（ピーク期間）Ｔｐ、ピーク電
流値Ｉｐ又はベース電流値Ｉｂを制御することによって
アーク長制御が行われている。

【０００８】以下、ピーク電流値Ｉｐの設定値及びベー
ス電流値Ｉｂの設定値を一定にした定電流特性の溶接電
源を使用したパルスアーク溶接において、パルス周波数
ｆを制御して溶接電流を変化させる従来技術のアーク長
制御方法及び装置について説明する。

【００１０】図２は、アーク長制御を考慮しないで、ピ
ーク電流値Ｉｐ、ベース電流値Ｉｂ、ピーク期間Ｔｐ及
びベース期間Ｔｂのパルス電流を周期的に繰り返して通
電して溶接したときに、溶接電圧Ｖ、溶接電流Ｉ及び平
均アーク長Ｌの関係を示す図である。以下、図２を参照
して、段差を通過させたとき、従来技術のアーク長制御
方法について説明する。定電流特性の電流を通電してい
るので、段差を通過した前後で、溶接電流値は変化しな
い。段差を通過した後も、定電圧特性の溶接電源のよう
に電源の特性から直接に出力電流が値が変化しないため
に、ワイヤの溶融速度も変化しない。したがって、アー
ク長は、段差の変化前のアーク長Ｌ１から段差の変化後
のアーク長Ｌ２まで、段差の高さだけ変化する。このと
き、溶接電圧の平均値Ｖａ（以下、平均溶接電圧値とい
う）は、段差変化前の平均溶接電圧値Ｖa1から段差変化
後の平均溶接電圧値Ｖa2に上昇するので、平均溶接電圧
値Ｖａは、アーク長の変化を示すパラメータとして使用
されている。

【００１２】そこで、従来技術は、後述する図３に示す
ように、溶接電圧の瞬時値を検出して平滑した検出電圧
平滑信号Ｖdaと、アーク長に対応する溶接電圧値が設定
された溶接電圧設定信号Ｖs とを比較して、その差の設
定・検出電圧比較信号Ｃm2によって、パルス数ｆを制御
してワイヤ溶融速度を変化させ、設定した溶接電圧値と
検出した溶接電圧値とが等しくなるように制御してい
る。

【００１４】図３は、パルス電流を通電して、パルス周
波数を制御することによってアーク長制御をする従来の
パルスアーク溶接装置のブロック図である。以下、図３
を参照して、従来の溶接装置のアーク長制御方法につい
て説明する。同図において、パルス溶接電源ＰＳは、商
用電源ＡＣを入力して溶接用電力をワイヤ１と被溶接物
２に出力する。ワイヤ送給速度設定回路ＷＳは、設定し
たワイヤ送給速度のワイヤ送給速度設定信号Ｗs をワイ
ヤ送給モータＷＭに出力する。

【００１６】溶接電圧瞬時値検出回路ＶＤは、溶接電圧
の瞬時値を検出して溶接電圧瞬時値検出信号Ｖd を出力
する。検出電圧平滑回路ＶＤＡは、溶接電圧の瞬時値を
平滑して検出電圧平滑信号Ｖdaを出力する。溶接電圧設
定回路ＶＳは、溶接電圧設定信号Ｖs を出力する。設定
・検出電圧比較回路ＣＭ２は、検出電圧平滑信号Ｖdaと
溶接電圧設定信号Ｖs とを入力として、設定・検出電圧
比較信号Ｃm2を出力する。

【００１８】電圧・周波数変換回路ＶＦは、設定・検出
電圧比較信号Ｃm2を入力して、パルス周波数ｆに対応し
た周波数制御信号Ｖf を出力する。パルス幅設定回路Ｔ
Ｐは、設定したパルス幅のパルス幅設定信号Ｔp を出力
する。パルス周波数・幅制御回路ＤＦは、周波数制御信
号Ｖf 及びパルス幅設定信号Ｔp を入力して、周波数制
御信号Ｖf のパルス周波数に同期して、設定したパルス
幅のパルス周波数・幅制御信号Ｄf を出力する。

【００２０】ベース電流値設定回路ＩＢＳは、ベース電
流値設定信号Ｉbsを出力し、ピーク電流値設定回路ＩＰ
Ｓは、ピーク電流値設定信号Ｉpsを出力する。ピーク・
ベース電流値切換回路ＳＷ１は、ピーク電流値設定信号
Ｉpsとベース電流値設定信号Ｉbsとを切換えて、ピーク
・ベース電流値切換信号Ｓw1を出力する。このピーク・
ベース電流値切換信号Ｓw1は、後述する図４の経過時間
ｔに示すように、パルス周波数・幅制御信号Ｄf の周波
数に同期して、ピーク期間Ｔpのときはパルス電流値設
定信号Ｉpsを出力し、ベース期間Ｔb のときはベース電
流値設定信号Ｉbsを出力する。

【００２２】設定・検出電流比較回路ＣＭ１は、溶接電
流検出信号Ｉd とピーク・ベース値電流切換信号Ｓw1と
を入力して、その差の溶接電流制御信号Ｃm1を出力し
て、例えばＰＷＭ制御のインバータ回路を含むパルス溶
接電源ＰＳに出力して溶接電流値を制御する。

【００２４】溶接条件は、次の回路で設定する。溶接電
圧設定回路ＶＳは出力（アーク）電圧を設定し、パルス
幅設定回路ＴＰはパルス幅を設定し、ピーク電流値設定
回路ＩＰＳはピーク電流値を設定し、ベース電流値設定
回路ＩＢＳはベース電流値を設定する。

【００２６】図４は、図３に示す従来の溶接装置の各動
作信号と経過時間ｔとの関係を示す図である。同図
（Ａ）は溶接電圧瞬時値検出信号Ｖd を示し、同図
（Ｂ）は検出電圧平滑信号Ｖda及び溶接電圧設定信号Ｖ
s を示し、同図（Ｃ）は周波数制御信号Ｖf を示し、同
図（Ｄ）はパルス周波数・幅制御信号Ｄf を示す。同図
（Ｅ）は、パルス周波数・幅制御信号Ｄf を入力したピ
ーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１から出力されるピー
ク・ベース電流値切換信号Ｓw1を示す。同図（Ｆ）は、
溶接電流検出信号Ｉd を示す。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来のアーク長
制御方法は、以下の問題がある。アーク長の変動に対し
てアーク長制御の応答性を向上させるために、従来のア
ナログ信号のフィードバック制御回路を使用した溶接装
置においては、溶接電圧瞬時値検出信号Ｖd を直接又は
平滑を小さくして設定・検出電圧比較回路ＣＭ２に入力
てフィードバック制御するとハンチングが生じる。そこ
で、溶接電圧瞬時値検出信号Ｖd をアナログの平滑回路
によってハンチングをしない程度に平滑してフィードバ
ックいる。

【００３１】図５は、溶接中の経過時間ｔの時刻ｔ１
で、アークが段差のある位置を通過したとき、アーク長
に対応した平均溶接電圧値Ｖａ、平均溶接電流値Ｉａ及
び平均アーク長Ｌａの変化を示す図である。同図（Ａ）
は、溶接中の経過時間ｔの時刻ｔ１で、段差のある位置
を通過したとき、パルス電流波形に対応した溶接電圧の
瞬時値及びアーク長に対応した平均溶接電圧値Ｖａの変
化の応答性を示す図であり、同図（Ｂ）は、制御された
パルス周波数ｆ（ピーク電流Ｉｐの通電周期Ｔ）の時間
的変化を示す図であり、同図（Ｃ）は、平均アーク長Ｌ
ａの変化の応答性を示す図である。

【００３２】溶接中の経過時間ｔの時刻ｔ１で、段差の
ある位置を通過したとき、同図（Ｃ）に示すように、ア
ーク長が段差変化前のアーク長Ｌ１から段差変化後のア
ーク長Ｌ２に変化するので、前述した図３の溶接装置の
動作によって、周波数制御信号Ｖf がパルス周波数ｆを
減少させるので、同図（Ｂ）に示すように、パルス電流
のピーク電流Ｉｐの通電周期Ｔ＝１／ｆが長くなって、
平均溶接電流値Ｉａが徐々に低下して、同図（Ｃ）に示
すように、平均アーク長Ｌａが徐々に短くなって、時刻
ｔ５で、段差変化前のアーク長Ｌ１に復帰する。

【００３３】このように、従来のアナログ信号のフィー
ドバック制御回路を使用した溶接装置では、溶接電圧瞬
時値検出信号Ｖd をアナログの平滑回路によってハンチ
ングをしない程度に平滑しているために、段差のある位
置を通過した直後のアーク長Ｌ２が、段差変化前のアー
ク長Ｌ１に復帰するまでの時間が長くなり応答性が優れ
ていない。

【００３４】図６は、従来のアーク長制御によって溶接
をしてアークが段差を通過したときの溶接ビード外観の
変化状態を示す図である。同図に示すように、段差通過
後にアーク長が長くなって、被溶接物がアーク熱を受け
る範囲が広くなってビード幅Ｗが広がる。このときに、
従来の装置では、アーク長Ｌａを速やかに復帰させるこ
とができないので、広いビード幅の部分が長くなる。そ
の結果、従来の装置では、溶接ビード幅Ｗが広がる期間
が長くなって溶け込み形状の変化が大きくなって溶接結
果の均一性が低下する。

【００４０】

【課題を解決するための手段】本発明のパルスアーク溶
接のアーク長制御方法は、溶接電圧の瞬時値を検出して
平滑しないで、パルス電流の１周期又は短周期ごとに平
均電圧値を計算し、設定された溶接電圧の設定値と比較
し、その比較値によって、次の周期のベース期間を制御
して、アーク長が変動したときハンチングを生じない
で、高速にアーク長を復帰させるアーク長制御方法及び
装置である。

【００４１】請求項１のパルスアーク溶接のアーク長制
御方法は、溶接電圧の瞬時値を検出して平滑しないで、
パルス電流の設定した１周期又は短周期ごとに平均電圧
値を計算し、設定された溶接電圧設定値と比較し、その
比較値によって、次の周期のベース期間を制御して、ア
ーク長が変動したときアーク長を復帰させるパルスアー
ク溶接のアーク長制御方法である。

【００４２】請求項２のパルスアーク溶接のアーク長制
御方法は、溶接中のピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂ
が設定したピーク期間Ｔｐ及び算出したベース期間Ｔb
(n-1)に達したかどうかを判別して、ピーク期間Ｔｐに
達していないときは、設定したピーク電流値Ｉｐの値を
出力して達するまで繰り返し、設定したピーク期間Ｔｐ
に達していたときは、設定したベース電流値Ｉｂの値を
出力し、算出したベース期間Ｔｂに達していないときは
ベース電流値Ｉｂの値を出力して達するまで繰り返し、
達したときは次の周期終了判別ステップを実行する周期
終了判別ステップと、パルス周期の１周期が終了したと
き、検出電圧値Ｖddを積算した積算電圧値Ｖi から、そ
の周期の平均溶接電圧値Ｖa(n-1)を算出し、その平均溶
接電圧値Ｖa(n-1)と溶接電圧設定値Ｖs とから、その周
期のベース期間を算出して次回の周期のベース期間Ｔbn
とするベース期間演算ステップとから成り、通電指令信
号が終了するまで、設定したピーク期間に、設定したピ
ーク電流値の電流を通電し、設定した回数のパルス周期
ごとに算出したベース期間に、設定したベース電流値の
電流を通電するパルスアーク溶接のアーク長制御方法で
ある。

【００４３】請求項３のパルスアーク溶接のアーク長制
御方法は、溶接中のピーク期間Ｔｐが設定したピーク期
間Ｔｐの設定値に達したかどうかを判別して、ピーク期
間Ｔｐに達していないときは、設定したピーク電流値Ｉ
ｐの値を出力して達するまで繰り返し、設定したピーク
期間Ｔｐに達していたときは、設定したベース電流値Ｉ
ｂの値を出力するピーク期間終了判別ステップと、ベー
ス期間Ｔｂが、算出したベース期間Ｔb(n-1)に達したか
どうかを判別し、ピーク期間Ｔｐに達していないとき
は、ベース電流値Ｉｂの値を出力して達するまで繰り返
ベース期間終了判別ステップと、算出したベース期間Ｔ
b(n-1)に達してパルス周期の１周期が終了したとき、検
出電圧値Ｖddを積算した積算電圧値Ｖi から、その周期
の平均溶接電圧値Ｖa(n-1)を算出する平均溶接電圧値演
算ステップと、平均溶接電圧値Ｖa(n-1)と溶接電圧設定
値Ｖs との差電圧及び前回の周期のベース期間Ｔb(n-1)
から、次回の周期のベース期間Ｔbnを算出するベース期
間演算ステップとから成り、通電指令信号が終了するま
で、設定したピーク期間に、設定したピーク電流値の電
流を通電し、設定した回数のパルス周期ごとに算出した
ベース期間に、設定したベース電流値の電流を通電する
パルスアーク溶接のアーク長制御方法である。

【００４４】請求項４のパルスアーク溶接のアーク長制
御方法は、ピーク期間（パルス幅）Ｔｐ、ピーク電流値
Ｉｐ及びベース電流値Ｉｂを設定する初期設定ステップ
と、溶接中のピーク期間Ｔｐが設定したピーク期間Ｔｐ
に達したかどうかを判別して、ピーク期間Ｔｐに達して
いないときは、ピーク電流値Ｉｐの値を出力して達する
まで繰り返し、設定したピーク期間Ｔｐに達していたと
きは、ベース電流値Ｉｂの値を出力するピーク期間終了
判別ステップと、検出電圧値Ｖddを積算して積算電圧値
Ｖi を記憶する検出電圧積算ステップと、ベース期間Ｔ
ｂが、算出したベース期間Ｔb(n-1)に達したかどうかを
判別し、ピーク期間Ｔｐに達していないときは、ベース
電流値Ｉｂの値を出力して達するまで繰り返すベース期
間終了判別ステップと、算出したベース期間Ｔb(n-1)に
達してパルス周期の１周期が終了したとき、検出電圧値
Ｖddを積算した積算電圧値Ｖi から、その周期の平均溶
接電圧値Ｖa(n-1)を算出する平均溶接電圧値演算ステッ
プと、平均溶接電圧値Ｖa(n-1)と溶接電圧設定値Ｖs と
から、その差の平均・設定差電圧値ｅ(n-1) を算出する
平均・設定差電圧値演算ステップと、平均・設定差電圧
値ｅ(n-1) を、ベース期間の変化率を算出する関数Ｆに
代入し、その周期のベース期間Ｔb(n-1)と乗算して算出
し、次回の周期のベース期間Ｔbnとするベース期間演算
ステップとから成り、通電指令信号が終了するまで、設
定したピーク期間に、設定したピーク電流値の電流を通
電し、設定した回数のパルス周期ごとに算出したベース
期間に、設定したベース電流値の電流を通電するパルス
アーク溶接のアーク長制御方法である。

【００４５】請求項５のパルスアーク溶接のアーク長制
御方法は、ピーク期間（パルス幅）Ｔｐ、ピーク電流値
Ｉｐ及びベース電流値Ｉｂを設定し、ピーク期間カウン
ト値Ｔpcとベース期間カウント値Ｔbcと検出電圧ディジ
タル信号Ｖddの積分電圧値Ｖｉとをリセットする初期設
定ステップと、クロック信号Ｃk の周期ごとに制御割込
みの有無を判別する制御割込み判別ステップと、溶接中
のピーク期間Ｔｐに入力されるクロック信号Ｃk の回数
をカウントし、カウントした（ｎ−１）回目のピーク期
間のカウント値Ｔpcが、設定したピーク期間Ｔｐのカウ
ント回数に達したかどうかを判別して、ピーク期間のカ
ウント値Ｔpcが、設定したピーク期間Ｔｐのカウント回
数に達していないときは、ピーク電流値Ｉｐの値を制御
電流ディジタル信号Ｉcdの値として、達するまで繰り返
し、ピーク期間のカウント値Ｔpcが、設定したピーク期
間Ｔｐに達していたときは、ベース電流値Ｉｂの値を制
御電流ディジタル信号Ｉcdの値とするピーク期間終了判
別ステップと、ピーク電流値Ｉｐの値とした制御電流デ
ィジタル信号Ｉcdを出力する制御電流出力ステップと、
クロック信号Ｃk ごとに、検出電圧値Ｖddを読み込み、
（ｎ−１）回目の周期中のｍ番目のクロック信号Ｃk の
ときにサンプリングした検出電圧値Ｖdd＝Ｖmを、１回
前の（ｍ−１）番目までに積算した積算電圧値に加算し
て積算電圧値Ｖi を記憶する検出電圧積算ステップと、
カウントしたベース期間のカウント値Ｔbcが、算出した
ベース期間Ｔb(n-1)のカウント回数に達したかどうかを
判別し、ベース期間のカウント値Ｔbcが、算出したベー
ス期間Ｔb(n-1)のカウント値に達していないときは、達
するまで繰り返すベース期間終了判別ステップと、ベー
ス期間のカウント値Ｔbcが、算出したベース期間Ｔb(n-
1)のカウント値に達してパルス周期の１周期が終了した
とき、積算電圧値Ｖi を、サンプリング個数ｍで除算し
て、その周期の平均溶接電圧値Ｖa(n-1)を算出する平均
溶接電圧値演算ステップと、平均溶接電圧値Ｖa(n-1)と
溶接電圧設定値Ｖs とを引算し、その差の平均・設定差
電圧値ｅ(n-1) を算出する平均・設定差電圧値演算ステ
ップと、平均・設定差電圧値ｅ(n-1) を、ベース期間の
変化率を算出する関数Ｆに代入し、その周期のベース期
間Ｔb(n-1)と乗算して算出し、その算出したベース期間
を次回の周期のベース期間Ｔbnとするベース期間演算ス
テップと、ピーク期間カウント値Ｔpcとベース期間カウ
ント値Ｔbcと検出電圧ディジタル信号Ｖddを積分した積
分電圧Ｖｉとをリセットするカウント値リセットステッ
プとから成り、通電指令信号が終了するまで、設定した
ピーク期間に、設定したピーク電流値の電流を通電し、
設定した回数のパルス周期ごとに算出したベース期間
に、設定したベース電流値の電流を通電するパルスアー
ク溶接のアーク長制御方法である。

【００４６】請求項６の溶接装置は、設定電圧ディジタ
ル信号Ｖsdと設定された時間間隔で検出された検出電圧
ディジタル信号Ｖddとを入力して、その設定された時間
間隔ごとに、差の信号から演算したベース期間Ｔｂを算
出して、その算出したベース期間Ｔｂに相当するベース
期間制御信号Ｔbnを出力するベース期間演算回路ＴＢＮ
と、設定されたパルス幅のピーク期間Ｔｐ に設定され
たピーク電流Ｉｐを出力し、算出されたベース期間Ｔｂ
に、設定されたベース電流Ｉｂを出力するピーク期間設
定・ベース期間制御回路ＴＰＢとから成り、通電指令信
号が終了するまで、設定したピーク期間に、設定したピ
ーク電流値の電流を通電し、設定した回数のパルス周期
ごとに算出したベース期間に、設定したベース電流値の
電流を通電するパルスアーク溶接装置である。

【００４７】請求項７の溶接装置は、設定電圧ディジタ
ル信号Ｖsdと設定された時間間隔で検出された検出電圧
ディジタル信号Ｖddとを入力して、その設定された時間
間隔ごとに、差の信号から演算したベース期間Ｔｂを算
出して、その算出したベース期間Ｔｂに相当するベース
期間制御信号Ｔbnを出力するベース期間演算回路ＴＢＮ
と、設定されたピーク期間Ｔｐに、ピーク電流Ｉｐを通
電させるパルス幅設定信号Ｔp を出力し、算出されたベ
ース期間Ｔｂに、ベース期間信号Ｔbnを出力するピーク
期間設定・ベース期間制御回路ＴＰＢと、パルス幅設定
信号Ｔp を入力して設定されたピーク期間Ｔｐに設定さ
れたピーク電流値設定信号Ｉpsを出力し、次に、演算さ
れたベース期間制御信号Ｔbnを入力して、そのベース期
間制御信号Ｔbnに対応したベース期間Ｔbnにベース電流
値設定信号Ｉbsを出力するピーク・ベース電流値制御回
路ＩＰＢ回路と、制御電流ディジタル信号Ｉcdを入力し
て制御電流アナログ信号Ｉcaを出力する溶接電流ディジ
タル／アナログ変換回路ＤＡ１と、溶接電流検出信号Ｉ
d と制御電流アナログ信号Ｉcaとを入力して、その差の
溶接電流制御信号Ｃm1をパルス溶接電源ＰＳに出力して
溶接電流値を制御する設定・検出電流比較回路ＣＭ１と
から成り、通電指令信号が終了するまで、設定したピー
ク期間に、設定したピーク電流値の電流を通電し、設定
した回数のパルス周期ごとに算出したベース期間に、設
定したベース電流値の電流を通電するパルスアーク溶接
装置である。

【００４８】請求項８の溶接装置は、請求項７のベース
期間演算回路ＴＢＮが、 検出電圧ディジタル信号Ｖdd
の検出電圧値を積算して、その値の積算電圧ディジタル
信号Ｖi を出力する検出電圧積算回路ＶＩと、積算電圧
ディジタル信号Ｖi の平均溶接電圧値を算出し、その値
の平均溶接電圧信号Ｖa(n-1)を出力する平均溶接電圧値
演算回路ＶＡと、平均溶接電圧信号Ｖa(n-1)の平均溶接
電圧値と溶接電圧設定信号Ｖs の溶接電圧設定値Ｖs と
から次回のベース期間Ｔbnを算出し、その値のベース期
間制御信号Ｔbnを出力するベース期間算出回路ＴＢとか
ら成るパルスアーク溶接装置である。

【００４９】請求項９の溶接装置は、請求項７のベース
期間演算回路ＴＢＮが、検出電圧ディジタル信号Ｖddの
検出電圧値を積算して、その値の積算電圧ディジタル信
号Ｖi を出力する検出電圧積算回路ＶＩと、積算電圧デ
ィジタル信号Ｖi の平均溶接電圧値を算出し、その値の
平均溶接電圧信号Ｖa(n-1)を出力する平均溶接電圧値演
算回路ＶＡと、平均溶接電圧信号Ｖa(n-1)の平均溶接電
圧値と溶接電圧設定信号Ｖs の溶接電圧設定値Ｖs とを
引算し、その値の平均・設定差電圧信号ｅ(n-1) を出力
する平均・設定差電圧値演算回路ＶＥと、平均・設定差
電圧信号ｅ(n-1) の値の平均・設定差電圧値を、ベース
期間の変化率を算出する関数Ｆに代入して、次回のベー
ス期間Ｔbnを算出し、その値のベース期間制御信号Ｔbn
を出力するベース期間算出回路ＴＢとから成るパルスア
ーク溶接装置である。

【００５０】請求項１０の溶接装置は、請求項７のベー
ス期間演算回路ＴＢＮが、クロック信号Ｃk ごとに読み
込んだ検出電圧ディジタル信号Ｖddの検出電圧値を積算
して積算電圧値Ｖi を算出し、その値の積算電圧ディジ
タル信号Ｖi を出力する検出電圧積算回路ＶＩと、ベー
ス期間完了信号Ｔbkが入力されたときに積算電圧ディジ
タル信号Ｖi を入力して、その積算電圧値Ｖi を積算し
た個数ｍで除算して平均溶接電圧値Ｖa(n-1)を算出し、
その値の平均溶接電圧信号Ｖa(n-1)を出力する平均溶接
電圧値演回路ＶＡと、平均溶接電圧信号Ｖa(n-1)と溶接
電圧設定信号Ｖs とを入力して、それらの値の平均溶接
電圧値Ｖa(n-1)と溶接電圧設定値Ｖs とを引算してその
差の平均・設定差電圧値ｅ(n-1) ＝Ｖa(n-1)−Ｖs を算
出し、その値の平均・設定差電圧信号ｅ(n-1) を出力す
る平均・設定差電圧値演算回路ＶＥと、平均・設定差電
圧信号ｅ(n-1) を入力して、その値の平均・設定差電圧
値ｅ(n-1) を、ベース期間の変化率を算出する関数Ｆに
代入して前回の周期のベース期間Ｔb(n-1)と乗算し、次
回のベース期間Ｔbn＝Ｔb(n-1)＊Ｆ（ｅ(n-1) ）を算出
し、その値のベース期間制御信号Ｔbnを出力するベース
期間算出回路ＴＢとから成るパルスアーク溶接装置であ
る。

【００５１】

【発明の実施の形態】図７は、本発明のパルスアーク溶
接のアーク長制御方法を実施する溶接装置の実施例のブ
ロック図である。本発明のアーク長制御方法と従来のア
ーク長制御方法との相違は、つぎのとおりである。

【００５２】前述した従来のアーク長制御方法は、アナ
ログ信号のフィードバック制御回路を使用し、溶接電圧
の瞬時値を検出して平滑した検出電圧平滑信号Ｖdaと、
アーク長に対応する溶接電圧値が設定された溶接電圧設
定信号Ｖs とを比較して、その差の設定・検出電圧比較
信号Ｃm2によってパルス数ｆを増減させ、平均溶接電流
値Ｉａを変化させて、アーク長を制御している。

【００５３】上記の従来技術に対して、本発明のパルス
アーク溶接のアーク長制御方法は、ピーク・ベース電流
制御回路ＩＣの機能を実行するソフトウェアの制御回路
又はハードウエアの制御回路を使用して、溶接電圧の瞬
時値を検出して平滑しないで、パルス電流の１周期又は
短周期ごとに平均電圧値を計算し、設定された溶接電圧
の設定値と比較して、その比較値によって、次の周期の
ベース期間を算出してベース期間を増減させ、平均溶接
電流値Ｉａを変化させて、アーク長を制御している。以
下、図３と異なる回路について説明する。

【００５４】溶接電圧瞬時値検出回路ＶＤは、溶接電圧
の瞬時値を検出して溶接電圧瞬時値検出信号Ｖd を出力
する。検出電圧アナログ／ディジタル変換回路（以下、
Ａ／Ｄ変換回路という）ＡＤ１は、溶接電圧瞬時値検出
信号Ｖd を入力して検出電圧ディジタル信号Ｖddを出力
する。設定電圧Ａ／Ｄ変換回路ＡＤ２は、溶接電圧設定
信号Ｖs を入力して設定電圧ディジタル信号Ｖsdを出力
する。

【００５５】ピーク・ベース電流制御回路ＩＣは、この
回路ＩＣの機能を実行するソフトウェアの制御回路又は
ハードウエアの制御回路で構成される。ソフトウェアの
制御回路の機能は、図８及び図９に示すフローチャート
（１／２）及び（２／２）の手順で実行される。また、
ハードウエアの制御回路は、後述する図１３及び図１４
に示す回路で構成される。図１３に示すハードウエアの
制御回路は、ベース期間演算回路ＴＢＮとピーク期間設
定・ベース期間制御回路ＴＰＢ及びピーク・ベース電流
値制御回路ＩＰＢ回路で構成される。

【００５６】ベース期間演算回路ＴＢＮは、設定電圧デ
ィジタル信号Ｖsdと設定された時間間隔で検出された検
出電圧ディジタル信号Ｖddとを入力して、その設定され
た時間間隔ごとに、差の信号に対応した（差の信号から
演算した）ベース期間Ｔｂを算出して、その算出したベ
ース期間Ｔｂに相当するベース期間制御信号Ｔbnを出力
する。

【００５７】ピーク期間設定・ベース期間制御回路ＴＰ
Ｂは、設定されたピーク期間Ｔｐに、ピーク電流Ｉｐを
通電させるパルス幅設定信号Ｔp を出力し、算出された
ベース期間Ｔｂに、ベース電流Ｉｂを通電させるベース
期間信号Ｔbnを出力する。

【００５８】ピーク・ベース電流値制御回路ＩＰＢ回路
は、パルス幅設定信号Ｔp を入力して設定されたピーク
期間Ｔｐに設定されたピーク電流値設定信号Ｉpsを出力
し、次に、演算されたベース期間制御信号Ｔbnを入力し
て、そのベース期間制御信号Ｔbnに対応したベース期間
Ｔbnにベース電流値設定信号Ｉbsを出力する。

【００５９】溶接電流ディジタル／アナログ変換回路
（以下、Ｄ／Ａ変換回路という）ＤＡ１は、制御電流デ
ィジタル制御信号Ｉcdを入力して制御電流アナログ信号
Ｉcaを出力する。

【００６０】設定・検出電流比較回路ＣＭ１は、溶接電
流検出信号Ｉd と制御電流アナログ信号Ｉcaとを入力し
て、その差の溶接電流制御信号Ｃm1を出力して、例えば
ＰＷＭ制御のインバータ回路を含むパルス溶接電源ＰＳ
に出力して溶接電流値を出力する。

【００６１】

【実施例】図８及び図９は、図７の本発明のアーク長制
御方法を実施する溶接装置のブロック図において、ピー
ク・ベース電流制御回路ＩＣの機能をソフトウェアで実
行するフローチャート（１／２）及び（２／２）であ
る。以下、図８及び図９を参照して、溶接開始後のパル
ス周期の「（ｎ−１）回目の周期からｎ回目の周期ま
で」の動作にしたがって、本発明のパルスアーク溶接の
アーク長制御方法について説明する。 （１）初期設定ステップ（ＳＴ１） ａ．ピーク期間（パルス幅）Ｔｐ、ピーク電流値Ｉｐ及
びベース電流値Ｉｂを設定する。 ｂ．ピーク期間カウンタＴＰＣのカウント値Ｔpc（以
下、ピーク期間カウント値Ｔpcという）及びベース期間
カウンタＴＢＣのカウント値Ｔbc（以下、ベース期間カ
ウント値Ｔbcという）と検出電圧ディジタル信号Ｖddの
積分した電圧Ｖｉのリセットを行なう。 ｃ．制御割込みタイマの出力信号（以下、クロック信号
Ｃk という）の周期を１００μs に設定する。これらの
設定は、溶接開始前に行う動作である。なお、ベース期
間Ｔｂは、後述するステップで算出する。

【００６２】以下、溶接開始後の動作について説明す
る。 （２）制御割込み判別ステップ（ＳＴ２） クロック信号Ｃk の１００μs になるまで期間待ちを
し、制御割込みの有無を判別する。以下のディジタル回
路は、このタイミングごとに動作する。

【００６３】（３）ピーク期間終了判別ステップ（ＳＴ
３） ａ．ピーク期間カウンタＴＰＣは、溶接開始後の通電指
令信号が継続している溶接中において、ピーク期間Ｔｐ
に入力されるクロック信号Ｃk の回数をカウントし、カ
ウントした（ｎ−１）回目のピーク期間のカウント値Ｔ
pcが、設定したピーク期間Ｔｐの設定回数に達したかど
うかを判別する。 ｂ．ピーク期間のカウント値Ｔpcが、設定したピーク期
間Ｔｐの回数に達していないときは、ピーク電流値Ｉｐ
の値を制御電流ディジタル信号Ｉcdの値とする。 ｃ．ピーク期間カウント値Ｔpcを１だけインクリメント
（加算）する。

【００６４】（４）制御電流ディジタル信号出力ステッ
プ（ＳＴ４） ピーク電流値Ｉｐの値とした制御電流ディジタル信号Ｉ
cdを、制御電流Ｄ／Ａ変換回路ＤＡ１に出力する。

【００６５】（５）検出電圧ディジタル信号の積算ステ
ップ（ＳＴ５） ａ．クロック信号Ｃk ごとに、検出電圧ディジタル信号
Ｖddを、検出電圧Ａ／Ｄ変換回路ＡＤ１から読込む。説
明の時点では、（ｎ−１）回目の周期中のクロック信号
Ｃk 、例えばｍ番目のクロック信号Ｃk のときにサンプ
リングした検出電圧ディジタル信号Ｖddである。 ｂ．上記の タイミングのｍ番目のクロック信号Ｃk の
ときにサンプリングした検出電圧ディジタル信号Ｖdd＝
Ｖm を、１回前の（ｍ−１）番目までに積算した積算電
圧ディジタル信号Ｖ1 ＋Ｖ2 ＋…＋Ｖ(m-1) に加算し、
加算した積算電圧ディジタル信号Ｖi を記憶する。積算
電圧ディジタル信号Ｖi は、Ｖi ＝（Ｖ1 ＋Ｖ2 ＋…＋
Ｖ(m-1) ）＋Ｖmとなる。

【００６６】（６）ベース期間終了判別ステップ（ＳＴ
６） ａ．前述した（３）のピーク期間終了判別ステップにお
いて、ピーク期間のカウント値Ｔpcが、設定したピーク
期間Ｔｐに達していたときは、ベース電流値Ｉｂの値を
制御電流ディジタル信号Ｉcdの値とする。 ｂ．ベース期間カウント値Ｔbcを１だけインクリメント
する。 ｃ．ベース期間カウンタＴＢＣは、溶接中のベース期間
Ｔｂに入力されるクロック信号Ｃk の回数をカウント
し、カウントした（ｎ−１）回目のベース期間のカウン
ト値Ｔbcが、後述する算出したベース期間Ｔbnの設定回
数に達したかどうかを判別する。 ｄ．ピーク期間のカウント値Ｔpcが、設定したピーク期
間Ｔｐに達した後に、ベース期間のカウント値Ｔbcが、
後述する算出したベース期間Ｔbnの設定回数に達してい
ないときは、達するまで、上記の（２）乃至（５）のス
テップを繰り返す。 ｅ．ピーク期間のカウント値Ｔpcが、設定したピーク期
間Ｔｐに達した後に、ベース期間のカウント値Ｔbcが、
後述する算出したベース期間Ｔｂの設定回数に達したと
きは、溶接開始後のパルス周期の（ｎ−１）回目の周期
が終了したので、次のｎ回目の周期のベース期間Ｔｂを
算出するステップ（ＳＴ７）を実行する。

【００６８】（７）ｎ回目の周期のベース期間Ｔｂの算
出ステップ（ＳＴ７） ａ．溶接開始後のパルス周期の（ｎ−１）回目の周期が
終了したときは、上記の（６）のステップで積算してお
いた（ｎ−１）回目の周期の積算電圧ディジタル信号Ｖ
i を、サンプリング個数ｍ、［ただし、ｍ＝（Ｔpc＋Ｔ
bc）／１００μs］で除算して、（ｎ−１）回目の周期
の平均溶接電圧値Ｖa(n-1)を算出する。この（ｎ−１）
回目の周期の平均溶接電圧値は、Ｖa(n-1)＝Ｖｉ／ｍで
ある。 ｂ．この平均溶接電圧値Ｖa(n-1)と溶接電圧設定値Ｖs
とを引算し、その差の平均・設定差電圧値ｅ(n-1) を算
出する。この（ｎ−１）回目の周期の平均・設定差電圧
値は、ｅ(n-1) ＝Ｖa(n-1)−Ｖsdである。 ｃ．この平均・設定差電圧値ｅ(n-1) を、ベース期間の
変化率を算出する関数Ｆに代入し、溶接開始後のパルス
周期の（ｎ−１）回目の周期のベース期間Ｔb(n-1)と乗
算する。この算出したＴbnを、次回のｎ周期目のベース
期間Ｔｂとして採用する。このｎ回目の周期のベース期
間は、Ｔbn＝Ｔb(n-1)＊Ｆ（ｅ(n-1) ）である。

【００７０】（８）カウント値のリセットステップ ピーク期間カウント値Ｔpc及びベース期間カウント値Ｔ
bcと検出電圧ディジタル信号Ｖddを積分した積分電圧Ｖ
ｉのリセットを行なう。 （９）制御停止の判定ステップ 通電指令信号が停止の場合は終了し、それ以外のとき
は、前述した（２）のステップに戻る。

【００７２】図１０は、溶接開始後のパルス周期の（ｎ
−１）回目の周期の平均溶接電圧値Ｖa(n-1)及び（ｎ−
１）回目の周期のベース期間Ｔb(n-1)を算出する手順の
一部を示す図である。同図において、溶接開始後のパル
ス周期のｎ周期目のベース期間Ｔbnは、その１周期前の
（ｎ−１）回目の周期の平均溶接電圧値Ｖa(n-1)と設定
電圧ディジタル信号Ｖsdとの差の平均・設定差電圧値ｅ
(n-1) をベース期間の変化率を算出する関数Ｆに代入し
て算出したＦ（ｅ）となる。次のｎ周期目のベース期間
Ｔbnは、その算出したＦ（ｅ）と（ｎ−１）回目の周期
のベース期間Ｔb(n-1)とを乗算して算出する。このｎ周
期目のベース期間Ｔbnは、Ｔbn＝Ｔb(n-1)＊Ｆ（ｅ(n-
1) ）である。（ｎ−１）回目の周期の平均溶接電圧値
Ｖa(n-1)は、図１１に示す点Ｖad1 ・・・ Ｖadm のと
なり、設定られたクロック信号の周期（１００μ）でサ
ンプリングし、それら積算して、積算した積算電圧ディ
ジタル信号Ｖi をサンプリンク個数ｍで除算して算出す
る。

【００７４】図１１は、ベース期間の変化率を算出する
関数Ｆの特性を示す図である。関数Ｆは、１周期前の
（ｎ−１）回目の周期の平均溶接電圧値Ｖa(n-1)と設定
電圧ディジタル信号Ｖsdとの差の平均・設定差電圧値ｅ
(n-1) を変数とする関数であり、ワイヤの種類、ワイヤ
径、ガスの種類等によって異なる。

【００７６】図１２は、本発明の溶接装置が出力する溶
接電流の制御方式を説明する図である。同図の溶接装置
は、ベース期間Ｔbnを増減させることによって、溶接電
流の平均値を変化させてワイヤ溶融速度を増減させてい
る。同図（Ａ）は、ベース期間Ｔbn＝Ｔb1 が、同図
（Ｂ）のベース期間Ｔbn＝Tb2 よりも大であるので、溶
接電流の平均値Ｉａ＝Ｉa1が同図（Ｂ）の溶接電流の平
均値Ｉａ＝Ｉa2よりも大になり、ワイヤ溶融速度が大き
くなる。

【００８０】このハードウエアの制御回路は、ベース期
間演算回路ＴＢＮとピーク期間設定・ベース期間制御回
路ＴＰＢとピーク・ベース電流値制御回路ＩＰＢ回路と
から構成され、各回路の動作は、次のとおりである。

【００８１】ベース期間演算回路ＴＢＮの実施例は、後
述する図１４で説明する。

【００８２】ピーク期間設定・ベース期間制御回路ＴＰ
Ｂは、設定されたピーク期間Ｔｐに、ピーク電流Ｉｐを
通電させるパルス幅設定信号Ｔp を出力し、算出された
ベース期間Ｔbnに、ベース電流Ｉｂを通電させるベース
期間制御信号Ｔbnを出力する。

【００８３】以下、図１３を参照してピーク期間設定・
ベース期間制御回路ＴＰＢについて説明する。クロック
信号発生回路ＣＫは、例えば、１００μs の周期のクロ
ック信号Ｃkを発生する。後述する各ディジタル回路
は、このタイミングごとに動作する。回路ＡＮＤ１は、
溶接開始の通電指令信号Ｔｓが入力されている間、クロ
ック信号Ｃk を出力する。

【００８４】最初に、ピーク期間カウンタＴＰＣのピー
ク期間カウント値Ｔpc及びベース期間カウンタＴＢＣの
ベース期間カウント値Ｔbcと後述する検出電圧ディジタ
ル信号Ｖddの積分電圧Ｖｉとをリセットする。

【００８５】ピーク期間カウンタＴＰＣは、ピーク期間
Ｔｐに入力されるクロック信号Ｃkの回数をカウント
し、カウントしたパルス周期のピーク期間カウント値Ｔ
pcが、設定したピーク期間Ｔｐのサンプリング回数に達
したかどうかを判別する。ピーク期間カウント値Ｔpc
が、設定したピーク期間Ｔｐの回数に達していないとき
は、ピーク期間カウント信号Ｔpcを出力し、ピーク期間
カウント値Ｔpcを１だけインクリメント（加算）する。

【００８６】ピーク期間のカウント値Ｔpcが、設定した
ピーク期間Ｔｐに達していたときは、ピーク期間カウン
ト完了信号Ｔpkを出力し、ベース期間カウント値Ｔbcを
１だけインクリメントする。

【００８７】ベース期間カウンタＴＢＣは、溶接中のパ
ルス周期のベース期間Ｔｂに入力されるクロック信号Ｃ
k の回数をカウントし、カウントしたパルス周期のベー
ス期間カウント値Ｔbcが、後述する算出したベース期間
Ｔbnの算出回数に達したかどうかを判別する。ベース期
間カウント値Ｔbcが、算出したピーク期間Ｔbnに達して
いないときは、ベース期間カウント信号Ｔbcを出力し、
ベース期間カウント値Ｔbcを１だけインクリメント（加
算）する。

【００８８】ベース期間カウント値Ｔbcが、算出したベ
ース期間Ｔbnに達していたときは、ベース期間カウント
完了信号Ｔbkを出力し、またピーク期間カウンタＴＰＣ
とベース期間カウンタＴＢＣと後述する検出電圧積算回
路ＶＩとをリセットする。以上で、溶接開始後のパルス
周期の（ｎ−１）回目の周期が終了したので、次のｎ回
目のパルス周期の動作を繰り返す。

【００９０】ピーク・ベース電流値制御回路ＩＰＢ回路
は、パルス幅設定信号Ｔp を入力して設定されたピーク
期間Ｔｐに設定されたピーク電流値設定信号Ｉpsを出力
し、次に、算出されたベース期間制御信号Ｔbnを入力し
て、そのベース期間制御信号Ｔbnに対応したベース期間
Ｔbnにベース電流値設定信号Ｉbsを出力する。このピー
ク・ベース電流値制御回路ＩＰＢは、ピーク電流値記憶
回路ＩＰＭとベース電流値記憶回路ＩＢＭと電流ディジ
タル信号出力回路ＩＣＤとから構成され、各回路の動作
は、次のとおりである。

【００９１】ピーク電流値記憶回路ＩＰＭは、設定され
たピーク電流値Ｉｐを記憶して、ピーク期間のカウント
信号Ｔpcが入力されるごとに、ピーク電流値信号Ｉpsを
制御電流ディジタル信号出力回路ＩＣＤに出力する。ベ
ース電流値記憶回路ＩＢＭは、設定されたベース電流値
Ｉｂを記憶して、ベース期間のカウント信号Ｔbcが入力
されるごとに、ベース電流値信号Ｉbsを制御電流ディジ
タル信号出力回路ＩＣＤに出力する。

【００９２】制御電流ディジタル信号出力回路ＩＣＤ
は、ピーク電流値Ｉps又はベース電流値Ｉbsの制御電流
ディジタル信号Ｉcdを、制御電流Ｄ／Ａ変換回路ＤＡ１
に出力する。上記の構成から成る装置によって、通電指
令信号が終了するまで、設定したピーク期間に、設定し
たピーク電流値の電流を通電し、算出したベース期間
に、設定したベース電流値の電流を通電してパルスアー
ク溶接のアーク長制御をする。

【００９３】図１４は、図１３のベース期間演算回路Ｔ
ＢＮの実施例を示す図である。同図において、ベース期
間演算回路ＴＢＮは、設定電圧ディジタル信号Ｖsdと設
定された時間間隔で検出された検出電圧ディジタル信号
Ｖddとを入力して、その設定された時間間隔ごとに、差
の信号に対応した（差の信号から演算した）ベース期間
Ｔｂを算出して、その算出したベース期間Ｔｂに相当す
るベース期間制御信号Ｔbnを出力する。

【００９４】検出電圧積算回路ＶＩは、検出電圧ディジ
タル信号Ｖddを入力し、（ｎ−１）回目の周期のｍ番目
のクロック信号Ｃk のときにサンプリングした検出電圧
ディジタル信号Ｖddの電圧値Ｖm を、１回前の（ｍ−
１）番目までに積算した積算電圧値Ｖ1 ＋Ｖ2 ＋…＋Ｖ
(m-1) に加算し、その加算した積算電圧値Ｖi の積算電
圧ディジタル信号Ｖi を出力する。

【００９５】平均・設定差電圧値演算回路ＶＥは、ベー
ス期間完了信号Ｔbkが入力されたとき、（ｎ−１）回目
の周期の積算電圧ディジタル信号Ｖi の積算電圧値Ｖi
を、サンプリング個数ｍ、［ただし、ｍ＝（Ｔpc＋Ｔb
c）／１００μs ］で除算して（ｎ−１）回目の周期の
平均溶接電圧値Ｖa(n-1)＝Ｖｉ／ｍを算出し、その算出
した値の平均溶接電圧信号Ｖa(n-1)を出力する。

【００９６】平均・設定差電圧値演算回路ＶＥは、平均
溶接電圧信号Ｖa(n-1)と溶接電圧設定信号Ｖs とを入力
して、（ｎ−１）回目の周期の平均溶接電圧値Ｖa(n-1)
と溶接電圧設定値Ｖs とを引算し、その差の平均・設定
差電圧値ｅ(n-1) ＝Ｖa(n-1)−Ｖs を算出し、その算出
した値の平均・設定差電圧信号をｅ(n-1) 出力する。

【００９７】ベース期間演算回路ＴＢＮは、平均・設定
差電圧信号ｅ(n-1) を入力して、その値の平均・設定差
電圧値ｅ(n-1) を、ベース期間の変化率を算出する関数
Ｆに代入して前回の周期のベース期間Ｔb(n-1)と乗算
し、次回のベース期間Ｔbn＝Ｔb(n-1)＊Ｆ（ｅ(n-1) ）
を算出し、その値のベース期間制御信号Ｔbnを出力す
る。

【０１００】

【本発明の効果】図１５は、溶接中の経過時間ｔの時刻
ｔ１で、アークが段差のある位置を通過したとき、アー
ク長に対応した平均溶接電圧値Ｖａ、平均溶接電流値Ｉ
ａ及び平均アーク長の変化Ｌａを示す図である。同図
（Ａ）は、溶接中の経過時間ｔの時刻ｔ１で、アークが
段差のある位置を通過したとき、パルス電流波形に対応
した溶接電圧の瞬時値及びアーク長に対応した平均溶接
電圧値Ｖａの変化の応答性を示す図であり、同図（Ｂ）
は、制御されたベース期間Ｔｂの時間的変化を示す図で
あり、同図（Ｃ）は、平均アーク長Ｌａの変化の応答性
を示す図である。

【０１０１】溶接中の経過時間ｔの時刻ｔ１で、アーク
が段差のある位置を通過したとき、同図（Ｃ）に示すよ
うに、アーク長が段差変化前のアーク長Ｌ１から段差変
化後のアーク長Ｌ２に変化するので、前述した図８及び
図９又は図１３及び図１４の溶接装置の動作によって、
ベース期間制御信号Ｔbnによってベース期間Ｔｂを増加
させるので、同図（Ｂ）に示すように、平均溶接電流値
Ｉａが急激に低下して、同図（Ｃ）に示すように、平均
アーク長Ｌａが速やかに短くなって、時刻ｔ３で、段差
変化前のアーク長Ｌ１に復帰する。

【０１０２】図１６は、本発明のアーク長制御によって
溶接をしてアークが段差を通過したときの溶接ビード外
観の変化状態を示す図である。同図に示すように、段差
通過後に、一時的に、アーク長が長くなって、被溶接物
がアーク熱を受ける範囲が広くなってビード幅Ｗが広が
る。しかし、このときに、本発明の方法及び装置では、
図６の従来の装置よりも短時間でアーク長Ｌａを速やか
に復帰させることができるので、広いビード幅の部分が
短くなる。その結果、本発明の方法及び装置では、溶接
ビード幅Ｗが広がる期間がわずかで、溶け込み形状の変
化がほとんどなく、溶接結果の均一性が維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来技術の溶接装置が出力する溶接電
流の制御方式を説明する図である。

【図２】図２は、アーク長制御を考慮しないで、ピーク
電流値Ｉｐ、ベース電流値Ｉｂ、ピーク期間Ｔｐ及びベ
ース期間Ｔｂのパルス電流を周期的に繰り返して通電し
て溶接したときに、溶接電圧Ｖ、溶接電流Ｉ及びアーク
長Ｌの関係を示す図である。

【図３】図３は、パルス電流を通電して、パルス周波数
を制御することによってアーク長制御をする従来のパル
スアーク溶接装置のブロック図である。

【図４】図４は、図３に示す従来の溶接装置の各動作信
号と経過時間ｔとの関係を示す図である。

【図５】図５は、溶接中の経過時間ｔの時刻ｔ１で、ア
ークが段差のある位置を通過したとき、アーク長に対応
した平均溶接電圧値Ｖａ、平均溶接電流値Ｉａ及び平均
アーク長Ｌａの変化を示す図である。

【図６】図６は、従来のアーク長制御によって溶接をし
てアークが段差を通過したときの溶接ビード外観の変化
状態を示す図である。

【図７】図７は、本発明のパルスアーク溶接のアーク長
制御方法を実施する溶接装置の実施例のブロック図であ
る。

【図８】図８は、図７の本発明のアーク長制御方法を実
施する溶接装置のブロック図において、ピーク・ベース
電流制御回路ＩＣの機能をソフトウェアで実行するフロ
ーチャート（１／２）である。

【図９】図９は、図７の本発明のアーク長制御方法を実
施する溶接装置のブロック図において、ピーク・ベース
電流制御回路ＩＣの機能をソフトウェアで実行するフロ
ーチャート（２／２）である。

【図１０】図１０は、溶接開始後のパルス周期の（ｎ−
１）回目の周期の平均溶接電圧値Ｖa(n-1)及び（ｎ−
１）回目の周期のベース期間Ｔb(n-1)を算出する手順の
一部を示す図である。

【図１１】図１１は、ベース期間の変化率を算出する関
数Ｆの特性をを示す図である。

【図１２】図１２は、本発明の溶接装置が出力する溶接
電流の制御方式を説明する図である。

【図１３】図１３は、本発明のアーク長制御方法を実施
する溶接装置のブロック図のピーク・ベース電流制御回
路ＩＣを、ハードウエアで構成した制御回路である。

【図１４】図１４は、図１２のベース期間演算回路ＴＢ
Ｎの実施例を示す図である。

【図１５】図１５は、溶接中の経過時間ｔの時刻ｔ１
で、アークが段差のある位置を通過したとき、アーク長
に対応した平均溶接電圧値Ｖａ、平均溶接電流値Ｉａ及
びアーク長の変化Ｌａを示す図である。

【図１６】図１６は、本発明のアーク長制御によって溶
接をしてアークが段差を通過したときの溶接ビード外観
の変化状態を示す図である。

【符号の説明】

１…ワイヤ ２…被溶接物 ＡＣ…商用電源 ＡＤ１…検出電圧Ａ／Ｄ変換回路 ＡＤ２…設定電圧Ａ／Ｄ変換回路 ＣＭ１…設定・検出電流比較回路 ＣＭ２…設定・検出電圧比較回路 ＤＡ１…溶接電流Ｄ／Ａ変換回路 ＤＦ…パルス周波数・幅制御回路 Ｆ…ベース期間の変化率を算出する関数 ＩＢＳ…ベース電流値設定回路 ＩＣ…ピーク・ベース電流制御回路 ＩＰＢ…ピーク・ベース電流値制御回路 ＩＰＳ…ピーク電流値設定回路 Ｌ１…段差変化前のアーク長 Ｌ２…段差変化後のアーク長 ＰＳ…パルス溶接電源 ＳＷ１…ピーク・ベース電流値切換回路 ＴＢ…ベース期間算出回路 ＴＢＣ…ベース期間カウンタ ＴＢＮ…ベース期間演算回路 ＴＰ…パルス幅設定回路 ＴＰＢ…ピーク期間設定・ベース期間制御回路 ＴＰＣ…ピーク期間カウンタ ＶＡ…平均溶接電圧値演算回路 ＶＥ…平均・設定差電圧値演算回路 ＶＤ…溶接電圧瞬時値検出回路 ＶＤＡ…検出電圧平滑回路 ＶＦ…電圧・周波数変換回路 ＶＩ…検出電圧積算回路 ＷＭ…ワイヤ送給モータ ＷＳ…ワイヤ送給速度設定回路 Ｃk …クロック信号 Ｃm1…溶接電流制御信号 Ｃm2…設定・検出電圧比較信号 Ｄf …パルス周波数・幅制御信号 ｅ(n-1) …平均・設定差電圧信号／平均・設定差電圧値 Ｉａ…平均溶接電流／平均溶接電流値 Ｉｂ…ベース電流／ベース電流値 Ｉbs…ベース電流値設定信号 Ｉca…制御電流アナログ信号 Ｉcd…制御電流ディジタル信号 Ｉd …溶接電流検出信号 Ｉｐ…ピーク電流値 Ｉps…ピーク電流値設定信号 ＩSd…溶接電流ディジタル制御信号 Ｌａ…平均アーク長 ｍ…サンプリング個数 Ｓw1…ピーク・ベース電流値切換信号 Ｔｂ…ベース期間 Ｔbc…ベース期間カウント値 Ｔbk…ベース期間完了信号 Ｔbn…ｎ周期目のベース期間／ベース期間制御信号 Ｔb(n-1)…（ｎ−１）回目の周期のベース期間 Ｔｐ…ピーク期間 Ｔp …パルス幅設定信号 Ｔpc…ピーク期間カウント値 Ｔpk…ピーク期間完了信号 Ｔs …通電指令信号 Ｖａ…平均溶接電圧／平均溶接電圧値 Ｖa1…段差変化前の平均溶接電圧値 Ｖa2…段差変化後の平均溶接電圧値 Ｖa(n-1)…平均溶接電圧信号／（ｎ−１）回目の周期の
平均溶接電圧値 Ｖd …溶接電圧瞬時値検出信号 Ｖda…検出電圧平滑信号 Ｖdd…検出電圧ディジタル信号／検出電圧値 Ｖf …周波数制御信号 Ｖi …積算電圧ディジタル信号／積算電圧値 Ｖs …溶接電圧設定信号 Ｖsd…設定電圧ディジタル信号 Ｗs …ワイヤ送給速度設定信号

フロントページの続き (72)発明者 武田 恒雄 大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会 社ダイヘン内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 消耗電極にパルス電流とベース電流と繰
   り返し通電して溶接するパルスアークのアーク長制御方
   法において、溶接電圧の瞬時値を検出して平滑しない
   で、パルス電流の設定した１周期又は短周期ごとに平均
   電圧値を計算し、設定された溶接電圧設定値と比較し、
   その比較値によって、次の周期のベース期間を制御し
   て、アーク長が変動したときアーク長を復帰させるパル
   スアーク溶接のアーク長制御方法。
2. 【請求項２】 消耗電極にパルス電流とベース電流と繰
   り返し通電して溶接するパルスアークのアーク長制御方
   法において、溶接中のピーク期間及びベース期間が設定
   したピーク期間及び算出したベース期間に達したかどう
   かを判別して、ピーク期間に達していないときは、設定
   したピーク電流値の値を出力して達するまで繰り返し、
   設定したピーク期間に達していたときは、設定したベー
   ス電流値の値を出力し、算出したベース期間に達してい
   ないときはベース電流値の値を出力して達するまで繰り
   返し、達したときは次の周期終了判別ステップを実行す
   る周期終了判別ステップと、 パルス周期の１周期が終了したとき、検出電圧値を積算
   した積算電圧値から、その周期の平均溶接電圧値を算出
   し、その平均溶接電圧値と溶接電圧設定値Ｖsとから、
   その周期のベース期間を算出して次回の周期のベース期
   間とするベース期間演算ステップとから成り、 通電指令信号が終了するまで、設定したピーク期間に、
   設定したピーク電流値の電流を通電し、設定した回数の
   パルス周期ごとに算出したベース期間に、設定したベー
   ス電流値の電流を通電するパルスアーク溶接のアーク長
   制御方法。
3. 【請求項３】消耗電極にパルス電流とベース電流と繰り
   返し通電して溶接するパルスアークのアーク長制御方法
   において、溶接中のピーク期間が設定したピーク期間の
   設定値に達したかどうかを判別して、ピーク期間に達し
   ていないときは、設定したピーク電流値の値を出力して
   達するまで繰り返し、設定したピーク期間に達していた
   ときは、設定したベース電流値Ｉｂの値を出力するピー
   ク期間終了判別ステップと、 ベース期間が、算出したベース期間に達したかどうかを
   判別し、ピーク期間に達していないときは、ベース電流
   値の値を出力して達するまで繰り返ベース期間終了判別
   ステップと、 算出したベース期間に達してパルス周期の１周期が終了
   したとき、検出電圧値を積算した積算電圧値から、その
   周期の平均溶接電圧値を算出する平均溶接電圧値演算ス
   テップと、 平均溶接電圧値と溶接電圧設定値との差電圧及び前回の
   周期のベース期間から、次回の周期のベース期間を算出
   するベース期間演算ステップとから成り、 通電指令信号が終了するまで、設定したピーク期間に、
   設定したピーク電流値の電流を通電し、設定した回数の
   パルス周期ごとに算出したベース期間に、設定したベー
   ス電流値の電流を通電するパルスアーク溶接のアーク長
   制御方法。
4. 【請求項４】 消耗電極にパルス電流とベース電流と繰
   り返し通電して溶接するパルスアークのアーク長制御方
   法において、ピーク期間、ピーク電流値及びベース電流
   値を設定する初期設定ステップと、 溶接中のピーク期間が設定したピーク期間に達したかど
   うかを判別して、ピーク期間に達していないときは、ピ
   ーク電流値の値を出力して達するまで繰り返し、設定し
   たピーク期間に達していたときは、ベース電流値の値を
   出力するピーク期間終了判別ステップと、検出電圧値を
   積算して積算電圧値を記憶する検出電圧積算ステップ
   と、 ベース期間が、算出したベース期間に達したかどうかを
   判別し、ピーク期間に達していないときは、ベース電流
   値の値を出力して達するまで繰り返すベース期間終了判
   別ステップと、 算出したベース期間に達してパルス周期の１周期が終了
   したとき、検出電圧値を積算した積算電圧値から、その
   周期の平均溶接電圧値を算出する平均溶接電圧値演算ス
   テップと、 平均溶接電圧値と溶接電圧設定値とから、その差の平均
   ・設定差電圧値を算出する平均・設定差電圧値演算ステ
   ップと、平均・設定差電圧値を、ベース期間の変化率を
   算出する関数に代入し、その周期のベース期間と乗算し
   て算出し、次回の周期のベース期間とするベース期間演
   算ステップとから成り、 通電指令信号が終了するまで、設定したピーク期間に、
   設定したピーク電流値の電流を通電し、設定した回数の
   パルス周期ごとに算出したベース期間に、設定したベー
   ス電流値の電流を通電するパルスアーク溶接のアーク長
   制御方法。
5. 【請求項５】 消耗電極にパルス電流とベース電流と繰
   り返し通電して溶接するパルスアーク溶接溶接装置にお
   いて、ピーク期間、ピーク電流値及びベース電流値を設
   定し、ピーク期間カウント値とベース期間カウント値と
   検出電圧ディジタル信号の積分電圧値とをリセットする
   初期設定ステップと、 クロック信号の周期ごとに制御割込みの有無を判別する
   制御割込み判別ステップと、 溶接中のピーク期間に入力されるクロック信号の回数を
   カウントし、カウントした（ｎ−１）回目のピーク期間
   のカウント値が、設定したピーク期間のカウント回数に
   達したかどうかを判別して、ピーク期間のカウント値
   が、設定したピーク期間のカウント回数に達していない
   ときは、ピーク電流値の値を制御電流ディジタル信号の
   値として、達するまで繰り返し、ピーク期間のカウント
   値が、設定したピーク期間に達していたときは、ベース
   電流値の値を制御電流ディジタル信号の値とするピーク
   期間終了判別ステップと、 ピーク電流値の値とした制御電流ディジタル信号を出力
   する制御電流出力ステップと、 クロック信号ごとに、検出電圧値Ｖddを読み込み、（ｎ
   −１）回目の周期中のｍ番目のクロック信号Ｃk のとき
   にサンプリングした検出電圧値を、１回前の（ｍ−１）
   番目までに積算した積算電圧値に加算して積算電圧値を
   記憶する検出電圧積算ステップと、カウントしたベース
   期間のカウント値が、算出したベース期間のカウント回
   数に達したかどうかを判別し、ベース期間のカウント値
   が、算出したベース期間のカウント値に達していないと
   きは、達するまで繰り返すベース期間終了判別ステップ
   と、 ベース期間のカウント値が、算出したベース期間のカウ
   ント値に達してパルス周期の１周期が終了したとき、積
   算電圧値を、サンプリング個数ｍで除算して、その周期
   の平均溶接電圧値を算出する平均溶接電圧値演算ステッ
   プと、 平均溶接電圧値と溶接電圧設定値とを引算し、その差の
   平均・設定差電圧値を算出する平均・設定差電圧値演算
   ステップと、平均・設定差電圧値を、ベース期間の変化
   率を算出する関数に代入し、その周期のベース期間と乗
   算して算出し、その算出したベース期間を次回の周期の
   ベース期間とするベース期間演算ステップと、 ピーク期間カウント値とベース期間カウント値と検出電
   圧ディジタル信号を積分した積分電圧とをリセットする
   カウント値リセットステップとから成り、 通電指令信号が終了するまで、設定したピーク期間に、
   設定したピーク電流値の電流を通電し、設定した回数の
   パルス周期ごとに算出したベース期間に、設定したベー
   ス電流値の電流を通電するパルスアーク溶接のアーク長
   制御方法。
6. 【請求項６】 消耗電極にパルス電流とベース電流と繰
   り返し通電して溶接するパルスアーク溶接装置におい
   て、設定電圧ディジタル信号と設定された時間間隔で検
   出された検出電圧ディジタル信号とを入力して、その設
   定された時間間隔ごとに、差の信号から演算したベース
   期間を算出して、その算出したベース期間に相当するベ
   ース期間制御信号を出力するベース期間演算回路と、 設定されたパルス幅のピーク期間に設定されたピーク電
   流を出力し、算出されたベース期間に、設定されたベー
   ス電流を出力するピーク期間設定・ベース期間制御回路
   とから成り、 通電指令信号が終了するまで、設定したピーク期間に、
   設定したピーク電流値の電流を通電し、設定した回数の
   パルス周期ごとに算出したベース期間に、設定したベー
   ス電流値の電流を通電するパルスアーク溶接装置。
7. 【請求項７】 消耗電極にパルス電流とベース電流と繰
   り返し通電して溶接するパルスアーク溶接装置におい
   て、設定電圧ディジタル信号と設定された時間間隔で検
   出された検出電圧ディジタル信号とを入力して、その設
   定された時間間隔ごとに、差の信号から演算したベース
   期間を算出して、その算出したベース期間に相当するベ
   ース期間制御信号を出力するベース期間演算回路と、 設定されたピーク期間に、ピーク電流を通電させるパル
   ス幅設定信号を出力し、算出されたベース期間に、ベー
   ス期間信号を出力するピーク期間設定・ベース期間制御
   回路と、 パルス幅設定信号を入力して設定されたピーク期間に設
   定されたピーク電流値設定信号を出力し、次に、演算さ
   れたベース期間制御信号を入力して、そのベース期間制
   御信号に対応したベース期間にベース電流値設定信号を
   出力するピーク・ベース電流値制御回路回路と、 制御電流ディジタル信号を入力して制御電流アナログ信
   号を出力する溶接電流ディジタル／アナログ変換回路
   と、 溶接電流検出信号と制御電流アナログ信号とを入力し
   て、その差の溶接電流制御信号をパルス溶接電源に出力
   して溶接電流値を制御する設定・検出電流比較回路とか
   ら成り、通電指令信号が終了するまで、設定したピーク
   期間に、設定したピーク電流値の電流を通電し、設定し
   た回数のパルス周期ごとに算出したベース期間に、設定
   したベース電流値の電流を通電するパルスアーク溶接装
   置。
8. 【請求項８】 請求項７のベース期間演算回路が、検出
   電圧ディジタル信号の検出電圧値を積算して、その値の
   積算電圧ディジタル信号を出力する検出電圧積算回路
   と、 積算電圧ディジタル信号の平均溶接電圧値を算出し、そ
   の値の平均溶接電圧信号を出力する平均溶接電圧値演算
   回路と、 平均溶接電圧信号の平均溶接電圧値と溶接電圧設定信号
   の溶接電圧設定値とから次回のベース期間を算出し、そ
   の値のベース期間制御信号を出力するベース期間算出回
   路とから成るパルスアーク溶接装置。
9. 【請求項９】 請求項７のベース期間演算回路が、検出
   電圧ディジタル信号の検出電圧値を積算して、その値の
   積算電圧ディジタル信号を出力する検出電圧積算回路
   と、 積算電圧ディジタル信号の平均溶接電圧値を算出し、そ
   の値の平均溶接電圧信号を出力する平均溶接電圧値演算
   回路と、 平均溶接電圧信号の平均溶接電圧値と溶接電圧設定信号
   の溶接電圧設定値とを引算し、その値の平均・設定差電
   圧信号を出力する平均・設定差電圧値演算回路と、 平均・設定差電圧信号の値の平均・設定差電圧値を、ベ
   ース期間の変化率を算出する関数に代入して、次回のベ
   ース期間を算出し、その値のベース期間制御信号を出力
   するベース期間算出回路とから成るパルスアーク溶接装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項７のベース期間演算回路が、ク
    ロック信号ごとに読み込んだ検出電圧ディジタル信号の
    検出電圧値を積算して積算電圧値を算出し、その値の積
    算電圧ディジタル信号を出力する検出電圧積算回路と、 ベース期間完了信号が入力されたときに積算電圧ディジ
    タル信号を入力して、その積算電圧値を積算した個数ｍ
    で除算して平均溶接電圧値を算出し、その値の平均溶接
    電圧信号を出力する平均溶接電圧値演回路と、 平均溶接電圧信号と溶接電圧設定信号を入力して、それ
    らの値の平均溶接電圧値と溶接電圧設定値とを引算して
    その差の平均・設定差電圧値を算出し、その値の平均・
    設定差電圧信号を出力する平均・設定差電圧値演算回路
    と、 平均・設定差電圧信号を入力して、その値の平均・設定
    差電圧値を、ベース期間の変化率を算出する関数に代入
    して前回の周期のベース期間と乗算し、次回のベース期
    間を算出し、その値のベース期間制御信号を出力するベ
    ース期間算出回路とから成るパルスアーク溶接装置。