JP2015071178A - ワイヤ送給装置、および、溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】短絡状態が継続した場合に生じる問題を解消することができるワイヤ送給装置を提供する。【解決手段】ワイヤ送給装置２において、溶接電源装置１から供給される電力を内部電源に用いる電源部２１と、電源部２１に蓄積された電力が不足することを検出する制御部２２と、溶接電源装置１と通信を行うための通信部２３とを備えた。通信部２３は、制御部２２が電力不足を検出した場合、その旨を知らせる信号を溶接電源装置１に送信する。当該信号を受信した溶接電源装置１は、溶接作業を停止する。これにより、溶接中に電源部２１からの電力供給が停止することにより生じる問題を解消することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、パワーケーブルで供給される電力をワイヤ送給機構などの電源として用いるワイヤ送給装置、および、当該ワイヤ送給装置を備えている溶接システムに関する。

消耗電極式の溶接システムは、通常、重量があるために移動させない溶接電源装置と、溶接個所の変更に伴って溶接作業者が持ち運びするワイヤ送給装置とに分離されている。溶接電源装置とワイヤ送給装置とは、パワーケーブルで接続されている。ワイヤ送給装置が溶接トーチに送り出すワイヤ電極とパワーケーブルとは、溶接トーチ先端に配置されているコンタクトチップにおいて電気的に接続されており、溶接電源装置は、パワーケーブルを介してワイヤ電極の先端に電圧を印加する。

パワーケーブルから供給される電力をワイヤ送給機構などの電源として用いるワイヤ送給装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

図１２は、従来のワイヤ送給装置を説明するための図であり、溶接システムの全体構成を示している。ワイヤ送給装置２００の電源部２１０は、パワーケーブル４１，４２を介して溶接電源装置１から電力を供給され、電圧の変換を行って制御部２２０、送給機構２４０、ガス電磁弁２５０に電力を供給する。送給機構２４０は、モータを備えており、溶接トーチＴにワイヤ電極の送給を行う。ガス電磁弁２５０は、ガスタンクと溶接トーチＴとを接続するガス配管に設けられており、開放されることで溶接トーチＴへのシールドガスの供給を行う。制御部２２０は、送給機構２４０のモータの回転制御、ガス電磁弁２５０の開閉制御、および、通信制御などを行う。

特開２００３−１９１０７５号公報

消耗電極式の溶接システムの小電流域の溶滴移行の形態として、短絡移行がある。短絡移行の場合、一時的にワイヤ電極が被加工物Ｗに接触して短絡状態になる。この短絡状態の期間が長くなると電源部２１０内部のコンデンサの電圧が低下して、制御部２２０等に電力を供給できなくなる。制御部２２０への電力供給が停止すると、制御部２２０は、送給機構２４０およびガス電磁弁２５０を制御できなくなる。送給機構２４０への電力供給が停止すると、モータが停止するので、溶接トーチＴにワイヤ電極の送給が行われなくなる。アーク溶接継続中にワイヤ電極の送給が停止すると、ワイヤ電極がコンタクトチップに溶着してしまう場合がある。また、電力供給の停止によりモータが停止する場合、モータは惰性で回転を続けるため、すぐには停止しない。モータが惰性で回転を続けているときにアーク溶接が停止されると、ワイヤ電極が被加工物Ｗに接触した状態で停止する場合がある。この場合、ワイヤ電極をペンチなどで切断する作業が必要になる。また、ビード外観にも影響を及ぼす。ガス電磁弁２５０への電力供給が停止すると、ガス配管が閉路されて、溶接トーチＴへのシールドガスの供給が停止される。アーク溶接継続中にシールドガスの供給が停止すると、ブローが発生し溶接欠陥につながる。また、制御部２２０への電力供給が停止すると、溶接電源装置１との通信も行えなくなるので、異常発生を知らせる信号を送受信することもできなくなる。また、操作の受け付けや状態の表示などもできなくなる。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、短絡状態が継続した場合に生じる上述した問題を解消することができるワイヤ送給装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供されるワイヤ送給装置は、溶接電源装置から供給される電力を内部電源に用いる電源手段と、前記電源手段に蓄積された電力が不足することを検出する検出手段と、前記溶接電源装置と通信を行うための通信手段とを備えており、前記通信手段は、前記検出手段が電力不足を検出した場合、その旨を知らせる信号を前記溶接電源装置に送信することを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源手段は、電力を蓄積するためのコンデンサと、前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段とをさらに備え、前記検出手段は、前記端子間電圧が所定電圧以下になった場合に、電力が不足することを検出する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源手段は、前記電源手段に印加される電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、前記検出手段は、前記印加電圧が所定電圧以下になった状態が所定時間継続した場合に、電力が不足することを検出する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源手段は、前記電源手段に印加される電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、前記検出手段は、前記印加電圧の平均値が所定電圧以下になった場合に、電力が不足することを検出する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記電源手段は、前記電源手段に印加される電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、前記検出手段は、前記印加電圧が所定電圧以下になった短絡状態の時間が溶接時間に占める割合である短絡時間率が所定のしきい値以上になった場合に、電力が不足することを検出する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出手段が電力不足を検出した場合に、ワイヤ送給用のモータを停止させるモータ停止手段をさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記モータ停止手段は、前記モータが前記電源手段に接続された状態から、前記モータが抵抗に接続された状態に切り替えることで、前記モータを停止させる。

本発明の好ましい実施の形態においては、溶接トーチにシールドガスを供給するガス供給手段と、前記検出手段が電力不足を検出した場合、第２の所定時間が経過した後に、前記ガス供給手段にシールドガスの供給を停止させるガス停止手段とをさらに備え、前記電源手段は、前記ガス供給手段に供給するための電力を蓄積するための第２のコンデンサをさらに備えている。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記溶接電源装置は、前記その旨を知らせる信号を受信した場合、アンチスティック電圧を低下させるか、アンチスティック電圧を印加する時間を短縮して、アンチスティック制御により溶接終了処理を行う。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記通信手段は、前記検出手段が電力不足を検出した場合、設定されているアンチスティック電圧を低下させるか、アンチスティック電圧を印加する時間を短縮させるための信号を、前記溶接電源装置に送信し、前記溶接電源装置は、前記その旨を知らせる信号を受信した場合、アンチスティック制御により溶接終了処理を行う。

本発明の第２の側面によって提供される溶接システムは、本発明の第１の側面によって提供されるワイヤ送給装置と、前記溶接電源装置とを備えていることを特徴とする。

本発明によると、検出手段が電源手段に蓄積された電力が不足することを検出した場合に、その旨を知らせる信号を溶接電源装置に送信する。当該信号を受信した溶接電源装置は、溶接作業を停止する。これにより、溶接中に電源手段からの電力供給が停止することにより生じる問題を解消することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

第１実施形態に係るワイヤ送給装置を説明するための図である。 電源部の内部構成を説明するための図である。 制御部が行う電力不足検出処理を説明するためのフローチャートである。 溶接電源装置の出力電圧とコンデンサの端子間電圧の関係を示すタイムチャートである。 送給機構の内部構成を説明するための図である。 電力不足を検出した場合の処理について説明するためのタイムチャートである。 第２実施形態に係るワイヤ送給装置を説明するための図である。 第２実施形態に係る電力不足検出処理を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態に係る電力不足検出処理の他の実施例を説明するためのフローチャートである。 第３実施形態に係る溶接システムを説明するための図である。 第４実施形態に係る溶接システムを説明するための図である。 従来の溶接システムを説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、第１実施形態に係るワイヤ送給装置２を説明するための図であり、溶接システムＡの全体構成を示している。

図１に示すように、溶接システムＡは、溶接電源装置１、ワイヤ送給装置２、遠隔操作装置３、パワーケーブル４１,４２、および、溶接トーチＴを備えている。溶接電源装置１の一方の出力端子は、パワーケーブル４１を介して、ワイヤ送給装置２に接続されている。ワイヤ送給装置２は、ワイヤ電極を溶接トーチＴに送り出して、ワイヤ電極の先端を溶接トーチＴの先端から突出させる。溶接トーチＴ先端に配置されているコンタクトチップにおいて、パワーケーブル４１とワイヤ電極とは電気的に接続されている。溶接電源装置１の他方の出力端子は、パワーケーブル４２を介して、被加工物Ｗに接続される。溶接電源装置１は、溶接トーチＴの先端から突出するワイヤ電極の先端と、被加工物Ｗとの間に高電圧を印加してアークを発生させ、アークに電力を供給する。溶接システムＡは、当該アークの熱で被加工物Ｗの溶接を行う。

溶接電源装置１は、アーク溶接のための電力を溶接トーチＴに供給するものである。溶接電源装置１は、電源部１１、制御部１２、および、通信部１３を備えている。

電源部１１は、電力系統から入力される三相交流電力をアーク溶接に適した直流電力に変換して出力するものである。電源部１１に入力される三相交流電力は、整流回路によって直流電力に変換され、インバータ回路によって交流電力に変換される。そして、トランスによって降圧（または昇圧）され、整流回路によって直流電力に変換されて出力される。また、電源部１１は、溶接を行っていない場合にもワイヤ送給装置２に電力を供給するために、低電圧の電力を出力する構成を有している。これにより、ワイヤ送給装置２は、溶接が行われていない期間でも、溶接電源装置１から電力を供給される。なお、電源部１１の構成は、上記したものに限定されない。

制御部１２は、溶接電源装置１の制御を行うものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御部１２は、溶接電源装置１から出力される溶接電圧や溶接電流が設定電圧や設定電流になるように、制御を行う。また、制御部１２は、溶接条件の変更や電源部１１の起動、異常の検出などを行う。また、制御部１２は、ワイヤ送給装置２に対する送給指令やガス電磁弁の開放指令のための信号を通信部１３に出力させる。

また、制御部１２は、溶接を終了するときにアンチスティック制御と呼ばれる溶接終了処理を行う。この溶接終了処理は、所定の電圧（アンチスティック電圧）を所定の時間だけ印加することで電流を流し、ワイヤ電極の先端をアークによって燃え上がらせて、ワイヤ電極の先端が被加工物Ｗから適度の距離だけ離れた状態にする処理である。この溶接終了処理により、ワイヤ電極の先端が被加工物Ｗに接触した状態で溶接が終了してしまうことを防ぎ、溶接トーチＴ先端からのワイヤ電極の突出量を適切にし、ワイヤ電極の先端の粒径を適切な大きさにすることができる。制御部１２は、ワイヤ送給装置２から電力不足を示す信号を受信した場合、溶接を終了させる。この時のアンチスティック制御では、通常の場合よりアンチスティック電圧の印加時間を短くするか、アンチスティック電圧を低くする。なお、アンチスティック電圧またはその印加時間の変更は、ワイヤ送給装置２からの電力不足を示す信号の受信に基づいて溶接電源装置１が切り替えるようにしてもよいし、ワイヤ送給装置２が電力不足を示す信号を送信するのと合わせて、アンチスティック電圧またはその印加時間を変更する信号を送信するようにしてもよい。

通信部１３は、パワーケーブル４１を介して、ワイヤ送給装置２との間で通信を行うためのものである。通信部１３は、ワイヤ送給装置２から受信した信号を復調して、制御部１２に出力する。ワイヤ送給装置２から受信する信号には、例えば、溶接条件を設定するための信号や、電源部１１の起動を指示する起動信号、電力不足を示す信号などがある。また、通信部１３は、制御部１２から入力される信号を変調して、ワイヤ送給装置２に送信する。ワイヤ送給装置２に送信する信号には、例えば、検出された溶接電圧または溶接電流の検出信号や、異常発生を示す信号、送給指令やガス電磁弁の開放指令のための信号などがある。なお、ワイヤ送給装置２との間で送受信される信号は、上記したものに限定されない。

通信部１３は、直接スペクトル拡散（Direct Sequence Spread Spectrum:DSSS）通信方式を用いて通信を行う。直接スペクトル拡散通信方式では、送信側は、送信する信号に対して拡散符号による演算を行い、元の信号のスペクトルをより広い帯域に拡散して送信する。受信側は、受信した信号を共通する拡散符号を用いて逆拡散することで、元の信号に戻す。溶接システム毎に異なる拡散符号を用いていれば、別の溶接システムで送受信される信号を誤って受信したとしても、当該信号は異なる拡散符号で逆拡散されて、ノイズとして除去される。したがって、高い通信品質で通信を行うことができる。

通信部１３は、パワーケーブル４１の周囲に配置されてパワーケーブル４１に磁気結合したコイルを備えている。通信部１３は、当該コイルを介して、信号をパワーケーブル４１で送信し、また、パワーケーブル４１で送られる信号を当該コイルによって検出する。通信部１３は、制御部１２より入力される信号に応じてキャリア信号をＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調し、変調信号にスペクトル拡散を行い、アナログ信号に変換して送信する。なお、変調方法はＢＰＳＫ変調に限られず、ＡＳＫ変調やＦＳＫ変調を行うようにしてもよい。また、スペクトル拡散は直接拡散方式に限られず、周波数ホッピング方式を用いてもよい。なお、本実施形態では、スペクトル拡散を行っているが、これに限定されず、スペクトル拡散を行わないようにしてもよい。また、通信部１３は、パワーケーブル４１で送られる信号をコイルによって検出し、デジタル信号に変換して、逆拡散およびフィルタリングを行い、復調を行って、制御部１２に出力する。なお、溶接電源装置１からワイヤ送給装置２に送信する信号と、ワイヤ送給装置２から溶接電源装置１に送信する信号とでは、異なる周波数帯域を利用している。

ワイヤ送給装置２は、ワイヤ電極を溶接トーチＴに送り出すものである。また、ワイヤ送給装置２は、ガスタンクのシールドガスを溶接トーチＴの先端に供給する。ワイヤ送給装置２は、電源部２１、制御部２２、通信部２３、送給機構２４、および、ガス電磁弁２５を備えている。

電源部２１は、制御部２２、送給機構２４およびガス電磁弁２５に電力を供給するものである。電源部２１は、パワーケーブル４１，４２を介して溶接電源装置１から電力を供給され、電圧の変換を行って出力する。

図２は、電源部２１の内部構成を説明するための図である。図２に示すように、電源部２１は、ダイオード２１１、コンデンサ２１２、電圧検出部２１３、昇降圧部２１４，２１５，２１６、コンデンサ２１７を備えている。

ダイオード２１１は、コンデンサ２１２からパワーケーブル４１に電流が逆流するのを防ぐためのものである。コンデンサ２１２は、パワーケーブル４１，４２を介して溶接電源装置１から供給される電力を蓄積するものである。電圧検出部２１３は、コンデンサ２１２の端子間電圧を検出するものであり、検出した電圧値Ｖｃを制御部２２に出力する。昇降圧部２１４，２１５，２１６は、それぞれ制御部２２、送給機構２４、ガス電磁弁２５に出力する電圧を調整するものであり、例えばＤＣ／ＤＣコンバータを備えている。昇降圧部２１４，２１５，２１６は、コンデンサ２１２の端子間電圧を、それぞれ制御部２２、送給機構２４、ガス電磁弁２５に適した電圧に昇圧（または降圧）して出力する。コンデンサ２１７は、昇降圧部２１６から供給される電力を蓄積するものである。コンデンサ２１７は、溶接が終了するまでシールドガスの供給が停止しないように、制御部２２および送給機構２４への電力供給が停止した後もガス電磁弁２５へ電力供給ができるようにしている。なお、コンデンサ２１７に代えて、電池や蓄電池を設けるようにしてもよい。

図１に戻って、制御部２２は、ワイヤ送給装置２の制御を行うものであり、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されている。制御部２２は、通信部２３との間で各種信号の入出力を行い、遠隔操作装置３との間でも各種信号の入出力を行う。遠隔操作装置３は、離れた位置から溶接電源装置１を操作するためのものであり、操作部３１、表示部３２および報知部３３を備えている。操作部３１、表示部３２および報知部３３と同様の機能は、ワイヤ送給装置２にも備えられているが、記載および説明を省略している。

制御部２２は、操作部３１より入力される起動のための操作信号に応じて、溶接電源装置１の電源部１１を起動するための起動信号を通信部２３に出力する。また、操作部３１より入力される溶接条件を変更するための操作信号に応じて、図示しない記憶部に記憶されている溶接条件を変更する。制御部２２は、あらかじめ設定された送信周期ごとに、記憶部に記憶されている溶接条件を読み出して、通信部２３および表示部３２に出力する。また、制御部２２は、通信部２３より入力される溶接電圧または溶接電流の検出値を、表示部３２に出力して表示させたり、通信部２３より入力される異常発生を示す信号に基づいて、報知部３３に異常の報知（例えば、スピーカによる警告音や振動による報知）をさせたりする。

また、制御部２２は、通信部２３から送給指令を入力されている間、送給機構２４にワイヤ電極の送給を行わせて、溶接トーチＴにワイヤ電極を送り出す。また、通信部２３から開放指令を入力されている間、ガス電磁弁２５を開放させて、溶接トーチＴにシールドガスを供給する。

また、制御部２２は、電源部２１から入力される電圧値Ｖｃに基づいて、電源部２１の電力が不足することを検出して、通信部２３を介して溶接電源装置１に電力不足を示す信号を出力し、送給機構２４によるワイヤ電極の送給を停止させ、ガス電磁弁２５を閉鎖させる。すなわち、溶接中に電源部２１の電力が不足してしまうと問題が生じるので、不足する可能性がある場合に、溶接を停止してしまう。

以下に、電源部２１の電力が不足することを検出する方法について、図３および図４を参照して説明する。

図３は、制御部２２が行う電力不足検出処理を説明するためのフローチャートである。当該処理は、電源部２１に電力が供給されることによって制御部２２に電力が供給された時に開始される。図４は、溶接電源装置１の出力電圧Ｖと、コンデンサ２１２の端子間電圧の電圧値Ｖｃの関係を示すタイムチャートである。図４（ａ）は溶接電源装置１の出力電圧Ｖを示し、図４（ｂ）は電圧値Ｖｃを示している。

ワイヤ電極が被加工物Ｗに接触して短絡状態になると、出力電圧Ｖは０［ｖ］になる。短絡移行の場合、定期的に短絡状態になるので、図４（ａ）に示すように、出力電圧Ｖは、所定の電圧の期間と０［ｖ］の期間とを繰り返す。コンデンサ２１２は、出力電圧Ｖが所定の電圧の期間に充電され、０［ｖ］の期間に放電するので、電圧値Ｖｃは図４（ｂ）に示すように変化する。短絡状態の期間が長くなると、コンデンサ２１２の電圧が低下してしまい、電力を供給できなくなる。コンデンサ２１２が電力を供給できなくなる電圧より大きい所定の電圧値Ｖ₀をしきい値として電圧値Ｖｃと比較し、電圧値Ｖｃが所定の電圧値Ｖ₀以下になった時に、電力が不足すると判断する。

まず、電源部２１の電圧検出部２１３が検出した電圧値Ｖｃが取得される（Ｓ１）。次に、電圧値Ｖｃが所定の電圧値Ｖ₀より大きいか否かが判別される（Ｓ２）。電圧値Ｖｃが所定の電圧値Ｖ₀より大きい場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻って、電圧値Ｖｃが取得される。電圧値Ｖｃが所定の電圧値Ｖ₀以下の場合（Ｓ２：ＮＯ）、電力が不足することが検出され（Ｓ３）、溶接電源装置１に電力不足を示す信号が出力され、送給機構２４によるワイヤ電極の送給が停止され、ガス電磁弁２５が閉鎖されて、当該処理は終了する。なお、電力不足検出処理のフローチャートは、図３に示すものに限定されない。

制御部２２は、電圧値Ｖｃが所定の電圧値Ｖ₀以下になった時に、電源部２１の電力が不足する可能性があると判断して、溶接を停止させる処理を行う。図４（ｂ）において、時刻ｔ１までは電圧値Ｖｃが所定の電圧値Ｖ₀より大きいので、電力が不足すると判断されず、電圧値Ｖｃの取得と比較が繰り返される。時刻ｔ１のときに電圧値Ｖｃが所定の電圧値Ｖ₀と等しくなり、電力が不足すると判断される。

図１に戻って、通信部２３は、パワーケーブル４１を介して、溶接電源装置１との間で通信を行うためのものである。通信部２３は、溶接電源装置１から受信した信号を復調して、制御部２２に出力する。溶接電源装置１から受信する信号には、例えば、溶接電源装置１においてセンサで検出された溶接電圧または溶接電流の検出信号や、異常発生を示す信号、送給指令やガス電磁弁の開放指令のための信号などがある。また、通信部２３は、制御部２２から入力される信号を変調して、溶接電源装置１に送信する。溶接電源装置１に送信する信号には、例えば、溶接条件を設定するための信号や、電源部１１の起動を指示する起動信号、電力不足を示す信号などがある。なお、溶接電源装置１との間で送受信される信号は、上記したものに限定されない。

通信部２３は、パワーケーブル４１の周囲に配置されてパワーケーブル４１に磁気結合したコイルを備えている。通信部２３は、当該コイルを介して、信号をパワーケーブル４１で送信し、また、パワーケーブル４１で送られる信号を当該コイルによって検出する。通信部２３は、制御部２２より入力される信号に応じてキャリア信号をＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調し、変調信号にスペクトル拡散を行い、アナログ信号に変換して送信する。なお、変調方法はＢＰＳＫ変調に限られず、ＡＳＫ変調やＦＳＫ変調を行うようにしてもよい。また、スペクトル拡散は直接拡散方式に限られず、周波数ホッピング方式を用いてもよい。なお、本実施形態では、スペクトル拡散を行っているが、これに限定されず、スペクトル拡散を行わないようにしてもよい。また、通信部２３は、パワーケーブル４１で送られる信号をコイルによって検出し、デジタル信号に変換して、逆拡散およびフィルタリングを行い、復調を行って、制御部２２に出力する。なお、溶接電源装置１からワイヤ送給装置２に送信する信号と、ワイヤ送給装置２から溶接電源装置１に送信する信号とでは、異なる周波数帯域を利用している。

送給機構２４は、溶接トーチＴにワイヤ電極の送給を行うものである。図５は、送給機構２４の内部構成を説明するための図である。図５に示すように、送給機構２４は、スイッチ２４１、抵抗２４２およびモータ２４３を備えている。モータ２４３は、ワイヤ電極を送り出すための図示しない送給ローラを回転させる。送給機構２４は、制御部２２からの指令に基づいて、スイッチ２４１を切り替えることで、ワイヤ電極の送給と送給停止とを切り替える。制御部２２からの指令が送給指令の場合、スイッチ２４１が端子ａに接続され、電源部２１からモータ２４３に電力が供給される。これによりモータ２４３が送給ローラを回転させ、ワイヤ電極が溶接トーチＴに送給される。なお、制御部２２は、電源部２１の昇降圧部２１５が出力する電圧を調整することで、モータ２４３の回転速度を制御する。制御部２２からの指令が送給停止指令に切り替えられた場合、スイッチ２４１が端子ｂに切り替えられ、モータ２４３と抵抗２４２とが直列接続される。これにより、モータ２４３で発生した起電力を抵抗２４２が消費するので、モータ２４３の回転が弱まり、回転停止までの時間を短くする。つまり、抵抗２４２は、モータ２４３の回転を弱めるブレーキとしての役割を果たす。したがって、スイッチ２４１が端子ａに接続された状態で電源部２１からの電力が不足することでモータ２４３が停止する場合と比べて、モータ２４３を短い時間で停止させることができる。

ガス電磁弁２５は、ガスタンクと溶接トーチＴとを接続するガス配管に設けられており、制御部２２からの指令に基づいて開閉される。制御部２２から開放指令が入力されている間、ガス電磁弁２５は開放され、溶接トーチＴへシールドガスの供給が行われる。一方、制御部２２から閉鎖指令が入力されている間、ガス電磁弁２５は閉鎖され、溶接トーチＴへのシールドガスの供給が停止される。

次に、電源部２１の電力が不足することを検出した場合の処理について、図６を参照して説明する。

図６は、電力不足を検出した場合の処理について説明するためのタイムチャートである。図６（ａ）は溶接電源装置１の出力電圧Ｖを示し、図６（ｂ）はコンデンサ２１２の端子間電圧の電圧値Ｖｃを示している。また、図６（ｃ）はモータ２４３の回転速度を示し、図６（ｄ）はガス電磁弁２５の開閉状態を示している。

時刻ｔ１のときに電圧値Ｖｃが所定の電圧値Ｖ₀と等しくなり（図６（ｂ）参照）、電力が不足すると判断される。制御部２２は、溶接電源装置１に電力不足を示す信号を送信し、送給機構２４に送給停止指令を出力する。また、制御部２２は、電力が不足すると判断してから所定時間経過後に、ガス電磁弁２５に閉鎖指令を出力する。

送給指令から送給停止指令に切り替えられたことにより、送給機構２４はモータ２４３の回転を停止させる。モータ２４３で発生する起電力を抵抗２４２が消費するので、モータ２４３の回転速度が急速に減少し、短い時間でモータ２４３の回転が停止する。図６（ｃ）に示すように、モータ回転速度は時刻ｔ１から急速に減少し、電力不足によって惰性で回転しながら停止する場合（図６（ｃ）の破線参照）と比べて、短い時間で「０」になる。

ワイヤ送給装置２から電力不足を示す信号を受信した溶接電源装置１は、アンチスティック制御による溶接終了処理を行う。図６（ａ）に示すように、出力電圧Ｖとしてアンチスティック電圧が時刻ｔ２から印加される。ただし、アンチスティック電圧が印加される時間は通常のアンチスティック制御の場合より短い時間とされ、時刻ｔ３で終了される。なお、アンチスティック電圧が印加される時間を通常のアンチスティック制御の場合と同じとし、アンチスティック電圧を通常より低い電圧としてもよい（図６（ａ）の破線参照）。

制御部２２から閉鎖指令が入力されることにより、時刻ｔ４にガス電磁弁２５は閉鎖され、溶接トーチＴへのシールドガスの供給が停止される。電力が不足すると判断されてから所定時間経過後に閉鎖指令が出力されるので、溶接が終了する前にシールドガスの供給が停止されることを防ぐことができる。

本実施形態によると、制御部２２は、電源部２１から入力される電圧値Ｖｃに基づいて、電源部２１の電力が不足することを検出して、通信部２３を介して溶接電源装置１に電力不足を示す信号を出力する。この信号を受信した溶接電源装置１は、溶接作業を停止する。これにより、溶接中に電源部２１からの電力供給が停止することにより生じる問題を解消することができる。

また、制御部２２は、電力が不足することを検出した場合、送給機構２４のスイッチ２４１を切り替えることで、モータ２４３を抵抗２４２に直列接続させて、モータ２４３の回転を早急に停止させる。これにより、モータの惰性による回転でワイヤ電極が被加工物Ｗに接触した状態で停止することを抑制することができる。

また、溶接電源装置１は、ワイヤ送給装置２から電力不足を示す信号を受信した場合、アンチスティック電圧が印加される時間を通常のアンチスティック制御の場合より短い時間とする（または、アンチスティック電圧を通常より低い電圧とする）。本実施形態によると、制御部２２による検出で制御部２２が直ちにモータ２４３を停止させるので、溶接電源装置１からの送給停止指令によってモータ２４３を停止させる場合よりも早くモータ２４３が停止する。したがって、ワイヤ電極の溶接トーチＴ先端からの突出部分が通常より短くなる。しかし、アンチスティック電圧印加時間が通常より短くなっているので（または、アンチスティック電圧が通常より低くなっているので）、燃え上がり量が少なくなり、溶接トーチＴ先端からのワイヤ電極の突出量や先端の粒径を適切なものにすることができる。

また、制御部２２は、電力が不足することを検出した場合、所定時間経過後にガス電磁弁２５を閉鎖させる。コンデンサ２１７には当該所定時間の間もガス電磁弁２５に供給するための電力が蓄積されている。これにより、溶接が終了する前にシールドガスの供給が停止されることを防ぐことができる。

なお、本実施形態においては、通信部１３および通信部２３が、パワーケーブル４１の周囲に配置されたコイルによる磁気結合を利用する場合について説明したが、これに限られない。例えば、パワーケーブル４１に接続されたコンデンサを用いて、送信信号を電圧信号としてパワーケーブル４１で送信し、また、パワーケーブル４１で送られる電圧信号を検出するようにしてもよい。また、パワーケーブル４１を介して信号を送受信するのではなく、無線通信によって信号を送受信するようにしてもよい。

本実施形態においては、電源部２１の電力が不足することを検出した場合、制御部２２が送給機構２４を直接停止させる場合について説明したが、これに限られない。制御部２２は、通信部２３を介して溶接電源装置１に電力不足を示す信号を送信するだけとし、溶接電源装置１が溶接終了処理で送給機構２４を停止させるようにしてもよい。この場合、溶接電源装置１は、アンチスティック電圧印加時間（または、アンチスティック電圧）を変更することなく溶接終了処理を行う（すなわち、通常のアンチスティック制御を行う）ようにすればよい。

上記第１実施形態においては、電圧検出部２１３が検出したコンデンサ２１２の端子間電圧の電圧値Ｖｃを用いて、電源部２１の電力が不足することを検出する場合について説明したが、これに限られない。他の方法で、電力が不足することを検出するようにしてもよい。例えば、溶接電源装置１の出力電圧Ｖを検出して、これを用いて電源部２１の電力が不足することを検出するようにしてもよい。この場合を第２実施形態として、以下に説明する。

図７は、第２実施形態に係るワイヤ送給装置２を説明するための図であり、電源部２１’の内部構成を示している。電源部２１’以外の構成は第1実施形態に係るワイヤ送給装置２（図１参照）と共通するので、記載を省略している。図７において、第１実施形態に係る電源部２１(図２参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

図７に示す電源部２１’は、電圧検出部２１３’が溶接電源装置１の出力電圧Ｖを検出して制御部２２に出力する点で、第１実施形態に係る電源部２１と異なる。

制御部２２は、電圧検出部２１３’が検出した出力電圧Ｖを用いて、電源部２１の電力が不足することを検出する。図４（ａ）に示すように、出力電圧Ｖは、所定の電圧の期間と０［ｖ］の期間とを繰り返す。０［ｖ］の期間が短絡時間を示している。短絡時間が所定時間ｔ₀以上になった場合に、電圧値Ｖｃが所定の電圧値Ｖ₀以下になる（図４（ｂ）参照）。したがって、短絡時間が所定時間ｔ₀以上になった場合にも、電力が不足すると判断することができる。

図８は、第２実施形態に係る制御部２２が行う電力不足検出処理を説明するためのフローチャートである。当該処理は、電源部２１’に電力が供給されることによって制御部２２に電力が供給された時に開始される。

まず、電源部２１’の電圧検出部２１３’が検出した出力電圧Ｖが取得される（Ｓ１１）。次に、出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖ₁より大きいか否かが判別される（Ｓ１２）。所定の電圧値Ｖ₁は、短絡状態であるか否かを判断するためのしきい値であり、電圧検出部２１３’での検出誤差を見込んで設定されている。出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖ₁より大きい場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、短絡状態でないと判断され、ステップＳ１１に戻って、出力電圧Ｖが取得される。出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖ₁以下の場合（Ｓ１２：ＮＯ）、短絡状態であると判断され、短絡時間を計時するための変数ｔが「０」に初期化される（Ｓ１３）。

次に、変数ｔが所定時間ｔ₀より小さいか否かが判別される（Ｓ１４）。変数ｔが所定時間ｔ₀より小さい場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、出力電圧Ｖが取得され（Ｓ１５）、出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖ₁より小さいか否かが判別される（Ｓ１６）。出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖ₁より小さい場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、短絡状態が継続していると判断され、ステップＳ１４に戻る。変数ｔが所定時間ｔ₀以上になる（Ｓ１４：ＮＯ）か、出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖ₁以上になる（Ｓ１６：ＮＯ）まで、ステップＳ１４、Ｓ１５，Ｓ１６が繰り返される。この間、変数ｔによって短絡時間が計時される。

ステップＳ１６において、出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖ₁以上になった場合（Ｓ１６：ＮＯ）、短絡状態が終了したと判断され、ステップＳ１１に戻る。また、変数ｔが所定時間ｔ₀以上になった場合（Ｓ１４：ＮＯ）、短絡時間が所定時間ｔ₀になったので、電力が不足することが検出され（Ｓ１７）、溶接電源装置１に電力不足を示す信号が出力され、送給機構２４によるワイヤ電極の送給が停止され、ガス電磁弁２５が閉鎖されて、当該処理は終了する。なお、電力不足検出処理のフローチャートは、図８に示すものに限定されない。

制御部２２は、出力電圧Ｖが所定の電圧値Ｖ₁以下の状態（短絡状態）が所定時間ｔ₀継続した時に、電源部２１’の電力が不足する可能性があると判断して、溶接を停止させる処理を行う。図４（ａ）において、時刻ｔ１までは、短絡時間が所定時間ｔ₀まで継続しないので、電力が不足すると判断されず、短絡時間の計時が繰り返される。時刻ｔ１のときに短絡状態が所定時間ｔ₀まで継続したので、電力が不足すると判断される。

第２実施形態によると、制御部２２は、電源部２１’から入力される出力電圧Ｖに基づいて、電源部２１’の電力が不足することを検出することができる。したがって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、短絡時間で判断する代わりに、出力電圧Ｖの平均値や、短絡時間率で判断するようにしてもよい。

図４（ｃ）は、出力電圧Ｖの所定時間での平均値Ｖａを示している。図４（ｃ）に示すように平均値Ｖａは、出力電圧Ｖが所定の電圧である期間に増加し、出力電圧Ｖが０［ｖ］である期間（短絡期間）に減少する。したがって、所定の電圧値Ｖａ₀をしきい値として平均値Ｖａと比較し、平均値Ｖａが所定の電圧値Ｖａ₀以下になった場合にも、電力が不足すると判断することができる。

図９（ａ）は、第２実施形態に係る制御部２２が行う電力不足検出処理の別の実施例を説明するためのフローチャートである。当該処理は、電源部２１’に電力が供給されることによって制御部２２に電力が供給された時に開始される。

まず、電源部２１’の電圧検出部２１３’が検出した出力電圧Ｖが取得される（Ｓ２１）。次に、出力電圧Ｖの平均値Ｖａが算出され（Ｓ２２）、平均値Ｖａが所定の電圧値Ｖａ₀より大きいか否かが判別される（Ｓ２３）。所定の電圧値Ｖａ₀は、あらかじめ設定されている。平均値Ｖａが所定の電圧値Ｖａ₀より大きい場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２１に戻って、出力電圧Ｖが取得される。平均値Ｖａが所定の電圧値Ｖａ₀以下の場合（Ｓ２３：ＮＯ）、電力が不足することが検出され（Ｓ２４）、溶接電源装置１に電力不足を示す信号が出力され、送給機構２４によるワイヤ電極の送給が停止され、ガス電磁弁２５が閉鎖されて、当該処理は終了する。なお、電力不足検出処理のフローチャートは、図９（ａ）に示すものに限定されない。

制御部２２は、平均値Ｖａが所定の電圧値Ｖａ₀以下になった時に、電源部２１’の電力が不足する可能性があると判断して、溶接を停止させる処理を行う。図４（ｃ）において、時刻ｔ１までは平均値Ｖａが所定の電圧値Ｖａ₀より大きいので、電力が不足すると判断されず、出力電圧Ｖの取得、平均値Ｖａの算出、および、電圧値Ｖａ₀との比較が繰り返される。時刻ｔ１のときに平均値Ｖａが所定の電圧値Ｖａ₀と等しくなり、電力が不足すると判断される。

本実施例においても、制御部２２は電源部２１’の電力が不足することを検出することができるので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

図４（ｄ）は、所定の溶接時間における短絡時間の割合である短絡時間率を示している。図４（ｄ）に示すように短絡時間率は、出力電圧Ｖが所定の電圧である期間に減少し、出力電圧Ｖが０［ｖ］である期間（短絡期間）に増加する。したがって、所定のしきい値と比較し、短絡時間率が所定のしきい値以上になった場合にも、電力が不足すると判断することができる。

図９（ｂ）は、第２実施形態に係る制御部２２が行う電力不足検出処理の別の実施例を説明するためのフローチャートである。当該処理は、電源部２１’に電力が供給されることによって制御部２２に電力が供給された時に開始される。

まず、電源部２１’の電圧検出部２１３’が検出した出力電圧Ｖが取得される（Ｓ３１）。次に、短絡時間率が算出され（Ｓ３２）、短絡時間率が所定のしきい値より小さいか否かが判別される（Ｓ３３）。所定のしきい値は、あらかじめ設定されている。短絡時間率が所定のしきい値より小さい場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、ステップＳ３１に戻って、出力電圧Ｖが取得される。短絡時間率が所定のしきい値以上の場合（Ｓ３３：ＮＯ）、電力が不足することが検出され（Ｓ３４）、溶接電源装置１に電力不足を示す信号が出力され、送給機構２４によるワイヤ電極の送給が停止され、ガス電磁弁２５が閉鎖されて、当該処理は終了する。なお、電力不足検出処理のフローチャートは、図９（ｂ）に示すものに限定されない。

制御部２２は、短絡時間率が所定のしきい値以上になった時に、電源部２１’の電力が不足する可能性があると判断して、溶接を停止させる処理を行う。図４（ｄ）において、時刻ｔ１までは短絡時間率が所定のしきい値より小さいので、電力が不足すると判断されず、出力電圧Ｖの取得、短絡時間率の算出、および、しきい値との比較が繰り返される。時刻ｔ１のときに短絡時間率が所定のしきい値と等しくなり、電力が不足すると判断される。

本実施例においても、制御部２２は電源部２１’の電力が不足することを検出することができるので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

上記第１および第２実施形態においては、遠隔操作装置３がワイヤ送給装置２に接続されている場合について説明したが、これに限られない。遠隔操作装置３とワイヤ送給装置２とが無線通信を行う場合を第３実施形態として、以下に説明する。

図１０は、第３実施形態に係る溶接システムＡ’を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る溶接システムＡ(図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

図１０に示す溶接システムＡ’は、ワイヤ送給装置２’に無線通信部２６が設けられており、遠隔操作装置３’に無線通信部３５と制御部３４とが設けられている点で、第１実施形態に係る溶接システムＡと異なる。溶接システムＡ’においては、ワイヤ送給装置２’の制御部２２と遠隔操作装置３’の制御部３４とが、無線通信部２６および３５を介して、無線通信で各種信号の入出力を行う。第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

上記第１ないし第３実施形態においては、溶接システムＡ，Ａ’が消耗電極式の溶接システムである場合について説明したが、これに限られない。非消耗電極式の溶接システムの場合、ワイヤ電極を用いないが、フィラワイヤを供給しながら溶接が行われる。本発明は、非消耗電極式の溶接システムにおいてフィラワイヤを送給するワイヤ送給装置においても、適用することができる。本発明を非消耗電極式の溶接システムのフィラワイヤのワイヤ送給装置に適用した場合を第４実施形態として、以下に説明する。

図１１は、第４実施形態に係る溶接システムＡ”の全体構成を説明するための図である。同図において、第１実施形態に係る溶接システムＡ(図１参照）と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。

図１１に示す溶接システムＡ”は、送給機構２４が溶接トーチＴにワイヤ電極を供給するのではなく、フィラワイヤを供給する点と、ガス電磁弁２５がワイヤ送給装置２”に設けられる代わりに、ガス電磁弁１４が溶接電源装置１’に設けられている点で、第１実施形態に係る溶接システムＡと異なる。第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

図１１においては、非消耗電極式の溶接システムの場合、ガス電磁弁１４を溶接電源装置１’に設けているのが一般的なので、そのような例を記載したが、ガス電磁弁２５をワイヤ送給装置２”に設けるようにしてもよい。

本発明に係るワイヤ送給装置および溶接システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るワイヤ送給装置および溶接システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

Ａ，Ａ’，Ａ” 溶接システム
１，１’ 溶接電源装置
１１ 電源部
１２ 制御部
１３ 通信部
１４ ガス電磁弁
２，２’，２” ワイヤ送給装置
２１，２１’ 電源部（電源手段）
２１１ ダイオード
２１２ コンデンサ
２１３，２１３’ 電圧検出部（検出手段、電圧検出手段）
２１４，２１５，２１６ 昇降圧部
２１７ コンデンサ（第２のコンデンサ）
２２ 制御部（検出手段、モータ停止手段、ガス停止手段、通信手段）
２３ 通信部（通信手段）
２４ 送給機構
２４１ スイッチ（モータ停止手段）
２４２ 抵抗（モータ停止手段）
２４３ モータ
２５ ガス電磁弁（ガス供給手段、ガス停止手段）
２６ 無線通信部
３，３’ 遠隔操作装置
３１ 操作部
３２ 表示部
３３ 報知部
３４ 制御部
３５ 無線通信部
４１，４２ パワーケーブル
Ｔ 溶接トーチ
Ｗ 被加工物

Claims (11)

1. 溶接電源装置から供給される電力を内部電源に用いる電源手段と、
   前記電源手段に蓄積された電力が不足することを検出する検出手段と、
   前記溶接電源装置と通信を行うための通信手段と、
   を備えており、
   前記通信手段は、前記検出手段が電力不足を検出した場合、その旨を知らせる信号を前記溶接電源装置に送信する、
   ことを特徴とするワイヤ送給装置。
2. 前記電源手段は、
   電力を蓄積するためのコンデンサと、
   前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
   をさらに備え、
   前記検出手段は、前記端子間電圧が所定電圧以下になった場合に、電力が不足することを検出する、
   請求項１に記載のワイヤ送給装置。
3. 前記電源手段は、前記電源手段に印加される電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
   前記検出手段は、前記印加電圧が所定電圧以下になった状態が所定時間継続した場合に、電力が不足することを検出する、
   請求項１に記載のワイヤ送給装置。
4. 前記電源手段は、前記電源手段に印加される電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
   前記検出手段は、前記印加電圧の平均値が所定電圧以下になった場合に、電力が不足することを検出する、
   請求項１に記載のワイヤ送給装置。
5. 前記電源手段は、前記電源手段に印加される電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
   前記検出手段は、前記印加電圧が所定電圧以下になった短絡状態の時間が溶接時間に占める割合である短絡時間率が所定のしきい値以上になった場合に、電力が不足することを検出する、
   請求項１に記載のワイヤ送給装置。
6. 前記検出手段が電力不足を検出した場合に、ワイヤ送給用のモータを停止させるモータ停止手段をさらに備えている、
   請求項１ないし５のいずれかに記載のワイヤ送給装置。
7. 前記モータ停止手段は、前記モータが前記電源手段に接続された状態から、前記モータが抵抗に接続された状態に切り替えることで、前記モータを停止させる、
   請求項６に記載のワイヤ送給装置。
8. 溶接トーチにシールドガスを供給するガス供給手段と、
   前記検出手段が電力不足を検出した場合、第２の所定時間が経過した後に、前記ガス供給手段にシールドガスの供給を停止させるガス停止手段と、
   をさらに備え、
   前記電源手段は、前記ガス供給手段に供給するための電力を蓄積するための第２のコンデンサをさらに備えている、
   請求項１ないし７のいずれかに記載のワイヤ送給装置。
9. 前記溶接電源装置は、前記その旨を知らせる信号を受信した場合、アンチスティック電圧を低下させるか、アンチスティック電圧を印加する時間を短縮して、アンチスティック制御により溶接終了処理を行う、
   請求項１ないし８のいずれかに記載のワイヤ送給装置。
10. 前記通信手段は、前記検出手段が電力不足を検出した場合、設定されているアンチスティック電圧を低下させるか、アンチスティック電圧を印加する時間を短縮させるための信号を、前記溶接電源装置に送信し、
    前記溶接電源装置は、前記その旨を知らせる信号を受信した場合、アンチスティック制御により溶接終了処理を行う、
    請求項１ないし８のいずれかに記載のワイヤ送給装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載のワイヤ送給装置と、前記溶接電源装置とを備えていることを特徴とする溶接システム。

Images