被覆アーク溶接の出力制御方法
【課題】 本発明では、溶接機の出力ケーブルの長さに影響されない良好なアークスタートを行う被覆アーク溶接の出力制御方法を提供する。
【解決手段】 溶接電源の出力電流値を検出し、前記出力電流値と予め定めた出力電流設定値との誤差を算出し、前記算出した誤差を予め定めた基準増幅率で増幅して誤差増幅値を算出し、前記誤差増幅値に基づいて前記溶接電源の出力電流を制御する被覆アーク溶接の出力制御方法において、前記出力電流のリップル値を算出し、前記リップ値が予め定めたリップル基準値未満のとき前記基準増幅率を予め定めた値に増加させる、ことを特徴とする被覆アーク溶接の出力制御方法である。
【解決手段】 溶接電源の出力電流値を検出し、前記出力電流値と予め定めた出力電流設定値との誤差を算出し、前記算出した誤差を予め定めた基準増幅率で増幅して誤差増幅値を算出し、前記誤差増幅値に基づいて前記溶接電源の出力電流を制御する被覆アーク溶接の出力制御方法において、前記出力電流のリップル値を算出し、前記リップ値が予め定めたリップル基準値未満のとき前記基準増幅率を予め定めた値に増加させる、ことを特徴とする被覆アーク溶接の出力制御方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆アーク溶接の出力ケーブルの長さ変動に伴う出力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年被覆アーク溶接において、インバータ回路の使用により直流リアクトルが小型化になり、溶接機の出力ケーブルを延長して被覆アーク溶接を行うとき、出力ケーブル延長に伴うインダクタンス値の増加が無視できず、標準設定されているフィード・バックのゲインでは応答性に遅れが生じ、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるときに、フィード・バックの応答性の遅れによりアークのスタートが度々失敗する。このスタートの失敗を抑制するために、フィード・バックのゲインを所定値大きめに設定して応答性の遅れを改善していた。
【０００３】
図７は従来技術のアーク溶接機の電気接続図であり、同図に示す電源主回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する誤差増幅信号Ｇｏに基づいて電源主回路ＩＮＶを出力制御する。直流リアクトルＤＣＬは、所定のインダクタンス値Ｌｉを有し出力電流Ｉｉを平滑する。
【０００４】
図７に示すホルダ４に装着された被覆溶接棒１と被加工物２との間にアーク３が発生し、出力電流Ｉｉを通電する。出力電流検出回路ＩＤは、出力電流Ｉｉを検出して出力電流検出信号Ｉｄとして出力する。
【０００５】
出力電流設定回路ＩＲは、所望の出力電流設定値を出力電流設定信号Ｉｒとして出力する。誤差検出回路ＥＩＲは、出力電流設定信号Ｉｒと出力電流検出信号Ｉｄとの誤差を検出して誤差検出信号Ｅｉｒを出力する。増幅回路ＧＯは、予め定めた基準増幅率を有し誤差検出信号Ｅｉｒを増幅して誤差増幅信号Ｇｏとして出力する。電源主回路ＩＮＶは、この誤差増幅信号Ｇｏを入力としてパルス幅変調を行い、出力電流Ｉｉを定電流制御する。
【０００６】
図８は、フィード・バックのゲインを標準値とし溶接電源の出力ケーブル５が長いとき（例えば、５ｍから１０ｍ）の動作を説明するタイミング図である。図８において、同図（Ａ）は出力電圧Ｅｖを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示す。以下、図７及び図８を参照して従来の被覆アーク溶接の動作について説明する。
【０００７】
被覆アーク溶接において、図８に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると図８（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄに小さなリップルが発生する。時刻ｔ＝ｔ２のとき、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、出力ケーブル５のインダクタンス値の増加により、フィード・バック制御の応答性に遅れが生じ、この遅れによって短絡からアークへ移行するときの出力電流信号Ｉｄが一瞬減少し、アーク切れが生じる。このスタート時のアーク切れを抑制するために、フィード・バックのゲインを大きく設定して応答性を改善し、短絡からアークへ移行するときの出力電流信号Ｉｄの減少を抑制していた。
【０００８】
図９は、フィード・バックのゲインを標準値より所定値大きくし、溶接電源の出力ケーブル５が短いとき（例えば、５ｍから１ｍ）の動作を説明するタイミング図である。
図９において、同図（Ａ）は出力電圧Ｅｖを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示す。以下、図７及び図９を参照して従来の被覆アーク溶接の動作について説明する。
【０００９】
被覆アーク溶接において、図９に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると出力ケーブル５のインダクタンス値の減少により、図９（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄに大きなリップル電流が発生する。時刻ｔ＝ｔ２のとき、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、出力ケーブル５のインダクタンス値の減少により、且つ、フィード・バックのゲインを大きく設定しているでフィード・バックの応答性が速くなり、この高速化により出力電流にハンチングが生じてアーク発生後のリップル電流の収束に時間を必要とし、アークが不安定に陥り時刻ｔ＝ｔ３のとき、アーク切れという問題が発生する。
【００１０】
上述より、溶接電源の出力ケーブルの長さが変化すると、フィード・バックのゲインの協調性が崩れて、アークのスタート性が悪くなるという不具合が生じる。
【００１１】
特許文献１には、リップルの大きさとインダクタンス値との関係が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２１５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
被覆アーク溶接において、近年インバータ回路を使用して直流リアクトルの小型化を図り、溶接機を小さくしている。しかし、溶接機の出力ケーブルを、例えば、標準５ｍを中心に３ｍ〜８ｍの範囲で被覆アーク溶接を行うとき、出力ケーブルが８ｍ近傍になると外部のインダクタンス値の増加が無視できず、標準設定されているフィード・バックのゲインではフィード・バック制御の応答性に若干遅れが生じ、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、この応答性に遅れにより短絡電流からアーク電流に移行するとき、出力電流に一瞬落ち込みが生じてアークのスタートが失敗することがあった。
このスタート時のアーク切れを抑制するために、従来ではフィード・バックのゲインを標準値より若干大きく設定して応答性を速くし、アーク発生時の出力電流の落ち込みを抑制していた。
【００１４】
しかし、溶接機の出力ケーブルを更に延長して１０ｍ以上で被覆アーク溶接を行うとき、出荷時に設定したゲインでは、出力ケーブルの延長にともなう外部のインダクタンス値の増加に対応できず、アークを発生させるとき、フィード・バック制御の応答性の遅れで短絡電流からアーク電流に移行するとき、出力電流に落ち込みが生じてアークのスタートが失敗する。この不具合を解消するために、現場で作業者がフィード・バックのゲインを再調整する必要があり、この作業は非常に手間のいる作業になる。
【００１５】
そこで、本発明では、溶接機の出力ケーブルの長さに影響されない安定したアーク発生を行う被覆アーク溶接の出力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接電源の出力電流値を検出し、前記出力電流値と予め定めた出力電流設定値との誤差を算出し、前記算出した誤差を予め定めた基準増幅率で増幅して誤差増幅値を算出し、前記誤差増幅値に基づいて前記溶接電源の出力電流を制御する被覆アーク溶接の出力制御方法において、
前記出力電流のリップル値を算出し、前記リップ値が予め定めたリップル基準値未満のとき前記基準増幅率を予め定めた値に増加させる、ことを特徴とする被覆アーク溶接の出力制御方法である。
【００１７】
請求項２の発明は、前記リップル基準値より大きい第２のリップル基準値を設け、前記リップル値が前記第２のリップル基準値以上のとき、前記基準増幅率を予め定めた値に減少させる、ことを特徴とする請求項１記載の被覆アーク溶接の出力制御方法である。
【００１８】
請求項３の発明は、前記リップル値を、前記被覆溶接棒が被加工物に短絡しているときに算出する、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接の出力制御方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１によれば、被覆アーク溶接において、出力電流のリップル値を算出し、このリップル値が予め定めたリップル基準値未満になると、溶接機の出力側のインダクタンス値が増加したと判別し、フィード・バックのゲインを自動で所定値まで増加するので、出力ケーブルを、例えば、１０ｍ以上にして被覆アーク溶接を行っても、フィード・バックの応答性に遅れが無くなり、短絡電流からアーク電流に移行するときの出力電流の落ち込みが抑制されアークのスタート性が向上する。
【００２０】
本発明の請求項２によれば、上述の効果に加えて、出力電流のリップル値が予め定めた第２のリップル基準値以上になると、溶接機の出力側のインダクタンス値が減少したと判別し、フィード・バックのゲインを所定値まで減少させる。このこのゲインの減少により被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、アーク発生時の大きなリップル電流の収束時間が短くなり、アーク発生後にアークが不安定に陥ることが抑制でき、アーク切れという不具合がなくなる。
【００２１】
本発明の請求項３によれば、被覆溶接棒が被加工物に短絡したときの出力電流のリップル値を算出し、このリップル値に基づいて溶接機の出力側のインダクタンス値が増加又は減少の判別を行うと、この判別精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１に係る被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。
【図２】実施形態１のリップル算出回路の詳細図である。
【図３】実施形態１で溶接機の出力ケーブルの長さが標準のときの動作を説明する形図である。
【図４】実施形態１で溶接機の出力ケーブルが長いときの動作を説明する波形図である。
【図５】実施形態２に係る被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。
【図６】実施形態２で溶接機の出力ケーブルが短いときの動作を説明する波形図である。
【図７】従来技術の被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。
【図８】従来技術の動作を説明する第１の波形図である。
【図９】従来技術の動作を説明する第２の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１〜図３を参照して本発明の実施形態１について説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。同図において、図７に示す従来技術の被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。
【００２４】
図２に示すリップル算出回路ＩＭは、クランプ回路ＫＣ、短絡判別回路ＳＴ、反転回路ＯＰ、第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１、第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２及び加算回路ＡＤＣによって形成され、クランプ回路ＫＣは、リップル値の直流成分をクランプして交流成分のみをクランプ信号Ｋｃとして出力する。短絡判別回路ＳＴは、被覆溶接棒と被加工物との短絡を判別して短絡判別信号Ｓｔを出力する。反転回路ＯＰは、クランプ信号Ｋｃを反転して反転信号Ｏｐとして出力する。第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１は、短絡判別信号Ｓｔに応じてクランプ信号Ｋｃの最大値をピーク・ホールドして第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１として出力する。第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、短絡判別信号Ｓｔに応じて反転信号Ｏｐの最大値をピーク・ホールドしてピーク・ホールド信号Ｐｈ２として出力する。加算回路ＡＤＣは、第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１と第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２とを加算しリップル算出信号Ｉｍとして出力する。
【００２５】
図１に示すリップル基準値設定回路ＬＲは、例えば、溶接機の出力ケーブル５の長さが１０ｍであって、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡して短絡電流に発生するときのリップルの値を予め定めたリップル基準値とし、リップル基準信号Ｌｒとして出力する。ゲイン制御回路ＧＣは、リップル算出信号Ｉｍの値とリップル基準信号Ｌｒの値とを比較し、リップル算出信号Ｉｍの値がリップル基準信号Ｌｒの値未満のときにゲイン制御信号ＧｃをＨｉｇｈレベルにして出力する。第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、予め定めた基準増幅率を有し、ゲイン制御信号ＧｃがＬｏｗレベルのとき基準増幅率を維持し、ゲイン制御信号ＧｃがＨｉｇｈレベルになると基準増幅率を（例えば、４／３）増加させる。
【００２６】
図１に示す電源主回路ＩＮＶは、第１の誤差増幅信号Ｇａ１に応じて出力電流Ｉｉを出力制御する。
【００２７】
図３は、実施形態１で溶接機の出力ケーブル５の長さが標準（例えば、５ｍ）のときの動作を説明する波形図である。
図３において、同図（Ａ）は出力電圧信号Ｖｄを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示し、同図（Ｃ）はクランプ信号Ｋｃを示し、同図（Ｄ）は反転信号Ｏｐを示し、同図（Ｅ）は第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１を示し、同図（Ｆ）は第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２を示し、同図（Ｇ）はリップル算出信号Ｉｍを示し、同図（Ｈ）は短絡判別信号Ｓｔを示し、同図（Ｉ）はゲイン制御信号Ｇｃを示す。以下、同図を参照して動作について説明する。
【００２８】
被覆アーク溶接において、図３に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると負荷変動に応じて図３（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄは略ゼロになると共に図３（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄにリップルが発生する。
【００２９】
図２にクランプ回路ＫＣは、図３（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄの直流成分をクランプして同図（Ｃ）に示す交流成分をクランプ信号Ｋｃとして出力する。そして、反転回路ＯＰはクランプ信号Ｋｃを反転し反転信号Ｏｐとして出力する。短絡判別回路ＳＴは、被覆溶接棒と被加工物との短絡を判別し時刻ｔ＝ｔ１のとき、短絡判別信号ＳｔをＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００３０】
第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１は、図３（Ｈ）に示す短絡判別信号ＳｔのＨｉｇｈレベルに応じて動作を行い、図３（Ｃ）に示すクランプ信号Ｋｃの最大値をピーク・ホールドし、時刻ｔ＝ｔ２のとき同図（Ｅ）に示す第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１として出力する。
【００３１】
第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、図３（Ｈ）に示す短絡判別信号ＳｔのＨｉｇｈレベルに応じて動作を行い、図３（Ｄ）に示す反転信号Ｏｐの最大値をピーク・ホールドし、時刻ｔ＝ｔ３のとき同図（Ｆ）に示す第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２として出力する。
【００３２】
図２に示す加算回路ＡＤＣは、第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１と第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２とを加算し図３（Ｇ）に示すリップル算出信号Ｉｍとして出力する。
【００３３】
図１に示すゲイン制御回路ＧＣは、図３（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄの入力に応じて図３（Ｇ）に示すリップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒとを比較し、時刻ｔ＝ｔ１のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ未満のとき同図（Ｉ）に示すゲイン制御信号ＧｃをＨｉｇｈレベルにして出力する。第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、ゲイン制御信号ＧｃがＨｉｇｈレベルのとき基準増幅率を予め定めた値に増加する。
【００３４】
時刻ｔ＝ｔ３のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒより大きくなると同図（Ｉ）に示すゲイン制御信号ＧｃをＬｏｗレベルにする。第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、ゲイン制御信号ＧｃがＬｏｗレベルになると増加した増幅率を基準増幅率に戻し、誤差検出信号Ｅｉｒを基準増幅率で増幅して第１の誤差増幅信号Ｇａ１として出力する。そして、時刻ｔ＝ｔ４のとき、短絡判別信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するとき、リップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒとを比較し、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ以上のとき図４（Ｉ）に示すゲイン制御信号Ｇｃを再度Ｌｏｗレベルにする。
【００３５】
時刻ｔ＝ｔ４のとき、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、フィード・バックのゲインが最適な値になっているので、短絡電流からアーク電流に移行するときの出力電流の落ち込みが抑制されるのでアークのスタートが容易に行われる。
【００３６】
図２に示す短絡判別回路ＳＴは、図３（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄを図示省略の出力電圧基準値と比較し、時刻ｔ＝ｔ４のとき出力電圧検出信号Ｖｄの値が出力電圧基準値より大きいとき、被覆溶接棒１が被加工物２から短絡を解除したと判別し短絡判別信号ＳｔをＬｏｗレベルにする。そして、第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１及び第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、短絡判別信号ＳｔがＬｏｗレベルに応じてピーク・ホールド値を零にリセットする。ゲイン制御回路ＧＣは、短絡判別信号ＳｔのＬｏｗレベルに応じてゲイン制御信号ＧｃのＬｏｗレベルを記憶する。
【００３７】
時刻ｔ＝ｔ５において、被覆アーク溶接を終了すると、ゲイン制御回路ＧＣは、図３（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄの入力が終了すると、憶したゲイン制御信号ＧｃのＬｏｗレベルに初期化し、第１の誤差増幅回路ＧＡ１の増幅率を基準増幅率にする。
上述より、出力ケーブル５の長さが標準（例えば、５ｍ）のとき、被覆溶接棒１を被加工物２から引き上げてアークを発生させるとき、短絡電流からアーク電流に移行するときの出力電流に落ち込みがなくアーク発生がうまくいく。
【００３８】
図４は、実施形態１で溶接機の出力ケーブル５の長さを、例えば、１０ｍ以上に延長したときの動作を説明する波形図である。以下、同図を参照して動作について説明する。
【００３９】
被覆アーク溶接において、図４に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると負荷変動に応じて図４（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄは略ゼロになると共に同図（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄにリップルが発生する。このとき、出力ケーブル５の延長に伴ってインダクタンス値が増加し、この増加に応じてリップルが小さくなる。
【００４０】
図２にクランプ回路ＫＣは、図４（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄの直流成分をクランプして同図（Ｃ）に示す交流成分をクランプ信号Ｋｃとして出力する。そして、反転回路ＯＰはクランプ信号Ｋｃを反転し反転信号Ｏｐとして出力する。短絡判別回路ＳＴは、被覆溶接棒と被加工物との短絡を判別し時刻ｔ＝ｔ１のとき、短絡判別信号ＳｔをＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００４１】
第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１は、図４（Ｈ）に示す短絡判別信号ＳｔのＨｉｇｈレベルに応じて動作を行い、同図（Ｃ）に示すクランプ信号Ｋｃの最大値をピーク・ホールドし、時刻ｔ＝ｔ２のとき同図（Ｅ）に示す第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１として出力する。
【００４２】
第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、図４（Ｈ）に示す短絡判別信号ＳｔのＨｉｇｈレベルに応じて動作を行い、同図（Ｄ）に示す反転信号Ｏｐの最大値をピーク・ホールドし、時刻ｔ＝ｔ３のとき同図（Ｆ）に示す第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２として出力する。
【００４３】
図２に示す加算回路ＡＤＣは、第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１と第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２とを加算し図４（Ｇ）に示すリップル算出信号Ｉｍとして出力する。
【００４４】
図１に示すゲイン制御回路ＧＣは、図４（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄの入力に応じて同図（Ｇ）に示すリップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒとを比較し、時刻ｔ＝ｔ１のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ未満のとき同図（Ｉ）に示すゲイン制御信号ＧｃをＨｉｇｈレベルにして出力する。第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、ゲイン制御信号ＧｃがＨｉｇｈレベルのとき基準増幅率を予め定めた値（例えば、基準増幅率を４／３倍）に増加する。そして、時刻ｔ＝ｔ３、ｔ４のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ未満となり同図（Ｉ）に示すゲイン制御信号ＧｃのＨｉｇｈレベルを維持する。
【００４５】
ゲイン制御回路ＧＣは、時刻ｔ＝ｔ６の短絡判別信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化すると、リップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒとを比較し、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ以上のとき図４（Ｉ）に示すゲイン制御信号Ｇｃを再度Ｈｉｇｈレベルにして出力する。そして、第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１及び第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、は、短絡判別信号ＳｔがＬｏｗレベルになるとピーク・ホールド値を零にリセットする。
【００４６】
時刻ｔ＝ｔ６のとき、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、基準増幅率を（例えば、４／３倍）に増加しているので、この基準増幅率の増加により被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、フィード・バックの応答性が速くなり、時刻ｔ＝ｔ６の短絡電流からアーク電流に移行するときの出力電流に落ち込みが抑制され、アークのスタート性が向上する。
【００４７】
時刻ｔ＝ｔ７のとき、被覆アーク溶接を終了すると、ゲイン制御回路ＧＣは、図４（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄの入力が終了するとゲイン制御信号ＧｃをＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルにし、第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、例えば、基準増幅率の４／３倍にした増幅率をもとの基準増幅率に戻す。
【００４８】
「実施の形態２」
通常、溶接機の出力ケーブルを極端に短くして、例えば、１ｍにして被覆アーク溶接を行うことも稀にある。このとき、出力ケーブルのインダクタンス値が減少し、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると出力電流に大きなリップルが発生する。この状態で被覆溶接棒１を被加工物２から引き上げてアークを発生させるとき、出荷時に設定したフィード・バックのゲインのでは、逆に、フィード・バックの応答性が速くなり、出力電流に大きなハンチングが生じ、アーク発生時のリップルの収束に時間が係り、アークが不安定に陥りアーク発生した後にアークが切れていう不具合が発生する。
上述の不具合を解決するための本発明の実施形態２について、図５及び図６を用いて実施形態１と相違する動作についてのみ説明する。
【００４９】
図４に示す第２のリップル基準値設定回路ＬＲ２は、リップル基準信号Ｌｒの値より予め大きく設定した第２のリップル基準値設定信号Ｌｓを出力する。（例えば、溶接機の出力ケーブル５の長さが１ｍであって、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡して短絡電流に発生するときのリップルの値を予め定めた第２のリップル基準値とする。）
自動ゲイン制御回路ＧＡＣは、リップル算出信号Ｉｍの値とリップル基準信号Ｌｒの値、並びに、リップル算出信号Ｉｍの値と第２のリップル基準信号Ｌｒ２の値とを比較し、リップル算出信号Ｉｍの値がリップル基準信号Ｌｒの値未満のとき、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＨｉｇｈレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００５０】
次に、リップル算出信号Ｉｍの値がリップル基準信号Ｌｒの値より大きく第２のリップル基準信号Ｌｒ２の値未満のとき、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２をＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００５１】
続いて、リップル算出信号Ｉｍの値が第２のリップル基準信号Ｌｒ２の値より大きいとき、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａ２もＬｏｗレベルにして出力する。
【００５２】
第２の誤差増幅回路ＧＡ２は、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＨｉｇｈレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２がＨｉｇｈレベルのとき、基準増幅率を（例えば、４／３）増加させる。そして、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＬｏｗレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＬｏｗレベルのとき、基準増幅率を（例えば、２／３倍）減少させる。
【００５３】
図６は、実施形態２で溶接機の出力ケーブル５の長さを標準、例えば、５ｍから１ｍに短くしたときの動作を説明する波形図である。
図６において、同図（Ａ）は出力電圧信号Ｖｄを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示し、同図（Ｃ）はクランプ信号Ｋｃを示し、同図（Ｄ）は反転信号ＯＰを示し、同図（Ｅ）は第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１を示し、同図（Ｆ）は第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２を示し、同図（Ｇ）はリップル算出信号Ｉｍを示し、同図（Ｈ）は短絡判別信号Ｓｔを示し、同図（Ｉ）は第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１示し、同図（Ｊ）は第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２を示す。以下、同図を参照して動作について説明する。
【００５４】
被覆アーク溶接において、図６に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると負荷変動に応じて図４（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄは略ゼロになると共に同図（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄにリップルが発生する。このとき、出力ケーブル５が短くなることでインダクタンス値が減少し、この減少に応じてリップルが大きくなる。
【００５５】
図５に示す自動ゲイン制御回路ＧＡＣは、リップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒ、並びに、リップル算出信号Ｉｍと第２のリップル基準信号Ｌｒ２とを比較し、時刻ｔ＝ｔ１のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ未満のとき、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＨｉｇｈレベルにし第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＨｉｇｈレベルにして出力する。このとき、第２の誤差増幅回路ＧＡ２は、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＨｉｇｈレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２がＨｉｇｈレベルのとき、基準増幅率を（例えば、４／３倍）増加させる。
【００５６】
時刻ｔ＝ｔ２のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒより大きくなり第２のリップル基準信号Ｌｒ２未満になると、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２をＨｉｇｈレベルにして出力する。第２の誤差増幅回路ＧＡ２は、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＬｏｗレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２がＨｉｇｈレベルのとき、増加させた増幅率を基準増幅率に戻す。
【００５７】
時刻ｔ＝ｔ３のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒより大きく、第２のリップル基準信号Ｌｒ２より大きくになると、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＬｏｗレベルにして出力する。第２の誤差増幅回路ＧＡ２は、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＬｏｗレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＬｏｗレベルのとき、基準増幅率を（例えば、２／３倍）減少させる。このとき基準増幅率の減少に応じてリップルが小さくなる。
【００５８】
自動ゲイン制御回路ＧＡＣは、時刻ｔ＝ｔ４のとき短絡判別信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するとき、リップル算出信号Ｉｍと第２のリップル基準信号Ｌｒ２とを比較し、リップル算出信号Ｉｍが第２のリップル基準信号Ｌｒ２より大きいと、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＬｏｗレベルにして出力する。そして、第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１及び第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、は、短絡判別信号ＳｔがＬｏｗレベルになるとピーク・ホールド値を零にリセットする。
【００５９】
時刻ｔ＝ｔ４のとき、被覆溶接棒１を被加工物２から引き上げてアークを発生させるとき、第２の誤差増幅回路ＧＡ１は、基準増幅率を（例えば、２／３倍）に減少しているので、短絡電流からアーク電流に移行するとき、出力電流のリップルの減少及びハンチングが抑制され、アーク発生後のリップルの収束が速くなり、アーク発生後にアークが素早く安定しアーク切れという不具合がなくなる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 被覆溶接棒１
２ 被加工物
３ アーク
４ ホルダ
５ 出力ケーブル
ＡＤＣ 加算回路
ＤＣＬ 直流リアクトル
ＥＩＲ 誤差検出回路
Ｅｉｒ 誤差検出信号
Ｅｖ 出力電圧
ＧＡＣ 自動ゲイン制御回路
Ｇａｃ１ 第１の自動ゲイン制御信号
Ｇａｃ２ 第２の自動ゲイン制御信号
ＧＡ１ 第１の誤差増幅回路
Ｇａ１ 第１の誤差増幅尊号
ＧＣ ゲイン制御回路
Ｇｃ ゲイン制御信号
ＧＯ 増幅回路
Ｇｏ 誤差増幅信号
ＫＣ クランプ回路
Ｋｃ クランプ信号
ＩＮＶ 電源主回路
ＩＤ 出力電流検出回路
Ｉｄ 出力電流検出信号
Ｉｉ 出力電流
ＩＭ リップル算出回路
Ｉｍ リップル算出信号
ＩＲ 出力電流設定回路
Ｉｒ 出力電流設定信号
ＬＲ リップル基準値設定回路
Ｌｒ リップル基準値設定信号
ＬＳ 第２のリップル基準値設定回路
Ｌｓ 第２のリップル基準値設定信号
ＯＰ 反転回路
Ｏｐ 反転信号
ＰＨ１ 第１のピーク・ホールド回路
Ｐｈ１ 第１のピーク・ホールド信号
ＰＨ２ 第２のピーク・ホールド回路
Ｐｈ２ 第２のピーク・ホールド信号
ＳＴ 短絡判別回路
Ｓｔ 短絡判別信号
ＶＤ 出力電圧検出回路
Ｖｄ 出力電圧検出信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆アーク溶接の出力ケーブルの長さ変動に伴う出力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年被覆アーク溶接において、インバータ回路の使用により直流リアクトルが小型化になり、溶接機の出力ケーブルを延長して被覆アーク溶接を行うとき、出力ケーブル延長に伴うインダクタンス値の増加が無視できず、標準設定されているフィード・バックのゲインでは応答性に遅れが生じ、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるときに、フィード・バックの応答性の遅れによりアークのスタートが度々失敗する。このスタートの失敗を抑制するために、フィード・バックのゲインを所定値大きめに設定して応答性の遅れを改善していた。
【０００３】
図７は従来技術のアーク溶接機の電気接続図であり、同図に示す電源主回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する誤差増幅信号Ｇｏに基づいて電源主回路ＩＮＶを出力制御する。直流リアクトルＤＣＬは、所定のインダクタンス値Ｌｉを有し出力電流Ｉｉを平滑する。
【０００４】
図７に示すホルダ４に装着された被覆溶接棒１と被加工物２との間にアーク３が発生し、出力電流Ｉｉを通電する。出力電流検出回路ＩＤは、出力電流Ｉｉを検出して出力電流検出信号Ｉｄとして出力する。
【０００５】
出力電流設定回路ＩＲは、所望の出力電流設定値を出力電流設定信号Ｉｒとして出力する。誤差検出回路ＥＩＲは、出力電流設定信号Ｉｒと出力電流検出信号Ｉｄとの誤差を検出して誤差検出信号Ｅｉｒを出力する。増幅回路ＧＯは、予め定めた基準増幅率を有し誤差検出信号Ｅｉｒを増幅して誤差増幅信号Ｇｏとして出力する。電源主回路ＩＮＶは、この誤差増幅信号Ｇｏを入力としてパルス幅変調を行い、出力電流Ｉｉを定電流制御する。
【０００６】
図８は、フィード・バックのゲインを標準値とし溶接電源の出力ケーブル５が長いとき（例えば、５ｍから１０ｍ）の動作を説明するタイミング図である。図８において、同図（Ａ）は出力電圧Ｅｖを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示す。以下、図７及び図８を参照して従来の被覆アーク溶接の動作について説明する。
【０００７】
被覆アーク溶接において、図８に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると図８（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄに小さなリップルが発生する。時刻ｔ＝ｔ２のとき、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、出力ケーブル５のインダクタンス値の増加により、フィード・バック制御の応答性に遅れが生じ、この遅れによって短絡からアークへ移行するときの出力電流信号Ｉｄが一瞬減少し、アーク切れが生じる。このスタート時のアーク切れを抑制するために、フィード・バックのゲインを大きく設定して応答性を改善し、短絡からアークへ移行するときの出力電流信号Ｉｄの減少を抑制していた。
【０００８】
図９は、フィード・バックのゲインを標準値より所定値大きくし、溶接電源の出力ケーブル５が短いとき（例えば、５ｍから１ｍ）の動作を説明するタイミング図である。
図９において、同図（Ａ）は出力電圧Ｅｖを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示す。以下、図７及び図９を参照して従来の被覆アーク溶接の動作について説明する。
【０００９】
被覆アーク溶接において、図９に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると出力ケーブル５のインダクタンス値の減少により、図９（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄに大きなリップル電流が発生する。時刻ｔ＝ｔ２のとき、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、出力ケーブル５のインダクタンス値の減少により、且つ、フィード・バックのゲインを大きく設定しているでフィード・バックの応答性が速くなり、この高速化により出力電流にハンチングが生じてアーク発生後のリップル電流の収束に時間を必要とし、アークが不安定に陥り時刻ｔ＝ｔ３のとき、アーク切れという問題が発生する。
【００１０】
上述より、溶接電源の出力ケーブルの長さが変化すると、フィード・バックのゲインの協調性が崩れて、アークのスタート性が悪くなるという不具合が生じる。
【００１１】
特許文献１には、リップルの大きさとインダクタンス値との関係が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２１５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
被覆アーク溶接において、近年インバータ回路を使用して直流リアクトルの小型化を図り、溶接機を小さくしている。しかし、溶接機の出力ケーブルを、例えば、標準５ｍを中心に３ｍ〜８ｍの範囲で被覆アーク溶接を行うとき、出力ケーブルが８ｍ近傍になると外部のインダクタンス値の増加が無視できず、標準設定されているフィード・バックのゲインではフィード・バック制御の応答性に若干遅れが生じ、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、この応答性に遅れにより短絡電流からアーク電流に移行するとき、出力電流に一瞬落ち込みが生じてアークのスタートが失敗することがあった。
このスタート時のアーク切れを抑制するために、従来ではフィード・バックのゲインを標準値より若干大きく設定して応答性を速くし、アーク発生時の出力電流の落ち込みを抑制していた。
【００１４】
しかし、溶接機の出力ケーブルを更に延長して１０ｍ以上で被覆アーク溶接を行うとき、出荷時に設定したゲインでは、出力ケーブルの延長にともなう外部のインダクタンス値の増加に対応できず、アークを発生させるとき、フィード・バック制御の応答性の遅れで短絡電流からアーク電流に移行するとき、出力電流に落ち込みが生じてアークのスタートが失敗する。この不具合を解消するために、現場で作業者がフィード・バックのゲインを再調整する必要があり、この作業は非常に手間のいる作業になる。
【００１５】
そこで、本発明では、溶接機の出力ケーブルの長さに影響されない安定したアーク発生を行う被覆アーク溶接の出力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接電源の出力電流値を検出し、前記出力電流値と予め定めた出力電流設定値との誤差を算出し、前記算出した誤差を予め定めた基準増幅率で増幅して誤差増幅値を算出し、前記誤差増幅値に基づいて前記溶接電源の出力電流を制御する被覆アーク溶接の出力制御方法において、
前記出力電流のリップル値を算出し、前記リップ値が予め定めたリップル基準値未満のとき前記基準増幅率を予め定めた値に増加させる、ことを特徴とする被覆アーク溶接の出力制御方法である。
【００１７】
請求項２の発明は、前記リップル基準値より大きい第２のリップル基準値を設け、前記リップル値が前記第２のリップル基準値以上のとき、前記基準増幅率を予め定めた値に減少させる、ことを特徴とする請求項１記載の被覆アーク溶接の出力制御方法である。
【００１８】
請求項３の発明は、前記リップル値を、前記被覆溶接棒が被加工物に短絡しているときに算出する、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接の出力制御方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１によれば、被覆アーク溶接において、出力電流のリップル値を算出し、このリップル値が予め定めたリップル基準値未満になると、溶接機の出力側のインダクタンス値が増加したと判別し、フィード・バックのゲインを自動で所定値まで増加するので、出力ケーブルを、例えば、１０ｍ以上にして被覆アーク溶接を行っても、フィード・バックの応答性に遅れが無くなり、短絡電流からアーク電流に移行するときの出力電流の落ち込みが抑制されアークのスタート性が向上する。
【００２０】
本発明の請求項２によれば、上述の効果に加えて、出力電流のリップル値が予め定めた第２のリップル基準値以上になると、溶接機の出力側のインダクタンス値が減少したと判別し、フィード・バックのゲインを所定値まで減少させる。このこのゲインの減少により被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、アーク発生時の大きなリップル電流の収束時間が短くなり、アーク発生後にアークが不安定に陥ることが抑制でき、アーク切れという不具合がなくなる。
【００２１】
本発明の請求項３によれば、被覆溶接棒が被加工物に短絡したときの出力電流のリップル値を算出し、このリップル値に基づいて溶接機の出力側のインダクタンス値が増加又は減少の判別を行うと、この判別精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態１に係る被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。
【図２】実施形態１のリップル算出回路の詳細図である。
【図３】実施形態１で溶接機の出力ケーブルの長さが標準のときの動作を説明する形図である。
【図４】実施形態１で溶接機の出力ケーブルが長いときの動作を説明する波形図である。
【図５】実施形態２に係る被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。
【図６】実施形態２で溶接機の出力ケーブルが短いときの動作を説明する波形図である。
【図７】従来技術の被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。
【図８】従来技術の動作を説明する第１の波形図である。
【図９】従来技術の動作を説明する第２の波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１〜図３を参照して本発明の実施形態１について説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。同図において、図７に示す従来技術の被覆アーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接電源の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。
【００２４】
図２に示すリップル算出回路ＩＭは、クランプ回路ＫＣ、短絡判別回路ＳＴ、反転回路ＯＰ、第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１、第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２及び加算回路ＡＤＣによって形成され、クランプ回路ＫＣは、リップル値の直流成分をクランプして交流成分のみをクランプ信号Ｋｃとして出力する。短絡判別回路ＳＴは、被覆溶接棒と被加工物との短絡を判別して短絡判別信号Ｓｔを出力する。反転回路ＯＰは、クランプ信号Ｋｃを反転して反転信号Ｏｐとして出力する。第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１は、短絡判別信号Ｓｔに応じてクランプ信号Ｋｃの最大値をピーク・ホールドして第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１として出力する。第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、短絡判別信号Ｓｔに応じて反転信号Ｏｐの最大値をピーク・ホールドしてピーク・ホールド信号Ｐｈ２として出力する。加算回路ＡＤＣは、第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１と第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２とを加算しリップル算出信号Ｉｍとして出力する。
【００２５】
図１に示すリップル基準値設定回路ＬＲは、例えば、溶接機の出力ケーブル５の長さが１０ｍであって、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡して短絡電流に発生するときのリップルの値を予め定めたリップル基準値とし、リップル基準信号Ｌｒとして出力する。ゲイン制御回路ＧＣは、リップル算出信号Ｉｍの値とリップル基準信号Ｌｒの値とを比較し、リップル算出信号Ｉｍの値がリップル基準信号Ｌｒの値未満のときにゲイン制御信号ＧｃをＨｉｇｈレベルにして出力する。第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、予め定めた基準増幅率を有し、ゲイン制御信号ＧｃがＬｏｗレベルのとき基準増幅率を維持し、ゲイン制御信号ＧｃがＨｉｇｈレベルになると基準増幅率を（例えば、４／３）増加させる。
【００２６】
図１に示す電源主回路ＩＮＶは、第１の誤差増幅信号Ｇａ１に応じて出力電流Ｉｉを出力制御する。
【００２７】
図３は、実施形態１で溶接機の出力ケーブル５の長さが標準（例えば、５ｍ）のときの動作を説明する波形図である。
図３において、同図（Ａ）は出力電圧信号Ｖｄを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示し、同図（Ｃ）はクランプ信号Ｋｃを示し、同図（Ｄ）は反転信号Ｏｐを示し、同図（Ｅ）は第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１を示し、同図（Ｆ）は第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２を示し、同図（Ｇ）はリップル算出信号Ｉｍを示し、同図（Ｈ）は短絡判別信号Ｓｔを示し、同図（Ｉ）はゲイン制御信号Ｇｃを示す。以下、同図を参照して動作について説明する。
【００２８】
被覆アーク溶接において、図３に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると負荷変動に応じて図３（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄは略ゼロになると共に図３（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄにリップルが発生する。
【００２９】
図２にクランプ回路ＫＣは、図３（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄの直流成分をクランプして同図（Ｃ）に示す交流成分をクランプ信号Ｋｃとして出力する。そして、反転回路ＯＰはクランプ信号Ｋｃを反転し反転信号Ｏｐとして出力する。短絡判別回路ＳＴは、被覆溶接棒と被加工物との短絡を判別し時刻ｔ＝ｔ１のとき、短絡判別信号ＳｔをＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００３０】
第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１は、図３（Ｈ）に示す短絡判別信号ＳｔのＨｉｇｈレベルに応じて動作を行い、図３（Ｃ）に示すクランプ信号Ｋｃの最大値をピーク・ホールドし、時刻ｔ＝ｔ２のとき同図（Ｅ）に示す第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１として出力する。
【００３１】
第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、図３（Ｈ）に示す短絡判別信号ＳｔのＨｉｇｈレベルに応じて動作を行い、図３（Ｄ）に示す反転信号Ｏｐの最大値をピーク・ホールドし、時刻ｔ＝ｔ３のとき同図（Ｆ）に示す第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２として出力する。
【００３２】
図２に示す加算回路ＡＤＣは、第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１と第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２とを加算し図３（Ｇ）に示すリップル算出信号Ｉｍとして出力する。
【００３３】
図１に示すゲイン制御回路ＧＣは、図３（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄの入力に応じて図３（Ｇ）に示すリップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒとを比較し、時刻ｔ＝ｔ１のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ未満のとき同図（Ｉ）に示すゲイン制御信号ＧｃをＨｉｇｈレベルにして出力する。第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、ゲイン制御信号ＧｃがＨｉｇｈレベルのとき基準増幅率を予め定めた値に増加する。
【００３４】
時刻ｔ＝ｔ３のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒより大きくなると同図（Ｉ）に示すゲイン制御信号ＧｃをＬｏｗレベルにする。第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、ゲイン制御信号ＧｃがＬｏｗレベルになると増加した増幅率を基準増幅率に戻し、誤差検出信号Ｅｉｒを基準増幅率で増幅して第１の誤差増幅信号Ｇａ１として出力する。そして、時刻ｔ＝ｔ４のとき、短絡判別信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するとき、リップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒとを比較し、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ以上のとき図４（Ｉ）に示すゲイン制御信号Ｇｃを再度Ｌｏｗレベルにする。
【００３５】
時刻ｔ＝ｔ４のとき、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、フィード・バックのゲインが最適な値になっているので、短絡電流からアーク電流に移行するときの出力電流の落ち込みが抑制されるのでアークのスタートが容易に行われる。
【００３６】
図２に示す短絡判別回路ＳＴは、図３（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄを図示省略の出力電圧基準値と比較し、時刻ｔ＝ｔ４のとき出力電圧検出信号Ｖｄの値が出力電圧基準値より大きいとき、被覆溶接棒１が被加工物２から短絡を解除したと判別し短絡判別信号ＳｔをＬｏｗレベルにする。そして、第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１及び第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、短絡判別信号ＳｔがＬｏｗレベルに応じてピーク・ホールド値を零にリセットする。ゲイン制御回路ＧＣは、短絡判別信号ＳｔのＬｏｗレベルに応じてゲイン制御信号ＧｃのＬｏｗレベルを記憶する。
【００３７】
時刻ｔ＝ｔ５において、被覆アーク溶接を終了すると、ゲイン制御回路ＧＣは、図３（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄの入力が終了すると、憶したゲイン制御信号ＧｃのＬｏｗレベルに初期化し、第１の誤差増幅回路ＧＡ１の増幅率を基準増幅率にする。
上述より、出力ケーブル５の長さが標準（例えば、５ｍ）のとき、被覆溶接棒１を被加工物２から引き上げてアークを発生させるとき、短絡電流からアーク電流に移行するときの出力電流に落ち込みがなくアーク発生がうまくいく。
【００３８】
図４は、実施形態１で溶接機の出力ケーブル５の長さを、例えば、１０ｍ以上に延長したときの動作を説明する波形図である。以下、同図を参照して動作について説明する。
【００３９】
被覆アーク溶接において、図４に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると負荷変動に応じて図４（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄは略ゼロになると共に同図（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄにリップルが発生する。このとき、出力ケーブル５の延長に伴ってインダクタンス値が増加し、この増加に応じてリップルが小さくなる。
【００４０】
図２にクランプ回路ＫＣは、図４（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄの直流成分をクランプして同図（Ｃ）に示す交流成分をクランプ信号Ｋｃとして出力する。そして、反転回路ＯＰはクランプ信号Ｋｃを反転し反転信号Ｏｐとして出力する。短絡判別回路ＳＴは、被覆溶接棒と被加工物との短絡を判別し時刻ｔ＝ｔ１のとき、短絡判別信号ＳｔをＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００４１】
第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１は、図４（Ｈ）に示す短絡判別信号ＳｔのＨｉｇｈレベルに応じて動作を行い、同図（Ｃ）に示すクランプ信号Ｋｃの最大値をピーク・ホールドし、時刻ｔ＝ｔ２のとき同図（Ｅ）に示す第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１として出力する。
【００４２】
第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、図４（Ｈ）に示す短絡判別信号ＳｔのＨｉｇｈレベルに応じて動作を行い、同図（Ｄ）に示す反転信号Ｏｐの最大値をピーク・ホールドし、時刻ｔ＝ｔ３のとき同図（Ｆ）に示す第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２として出力する。
【００４３】
図２に示す加算回路ＡＤＣは、第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１と第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２とを加算し図４（Ｇ）に示すリップル算出信号Ｉｍとして出力する。
【００４４】
図１に示すゲイン制御回路ＧＣは、図４（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄの入力に応じて同図（Ｇ）に示すリップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒとを比較し、時刻ｔ＝ｔ１のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ未満のとき同図（Ｉ）に示すゲイン制御信号ＧｃをＨｉｇｈレベルにして出力する。第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、ゲイン制御信号ＧｃがＨｉｇｈレベルのとき基準増幅率を予め定めた値（例えば、基準増幅率を４／３倍）に増加する。そして、時刻ｔ＝ｔ３、ｔ４のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ未満となり同図（Ｉ）に示すゲイン制御信号ＧｃのＨｉｇｈレベルを維持する。
【００４５】
ゲイン制御回路ＧＣは、時刻ｔ＝ｔ６の短絡判別信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化すると、リップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒとを比較し、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ以上のとき図４（Ｉ）に示すゲイン制御信号Ｇｃを再度Ｈｉｇｈレベルにして出力する。そして、第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１及び第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、は、短絡判別信号ＳｔがＬｏｗレベルになるとピーク・ホールド値を零にリセットする。
【００４６】
時刻ｔ＝ｔ６のとき、被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、基準増幅率を（例えば、４／３倍）に増加しているので、この基準増幅率の増加により被覆溶接棒を被加工物から引き上げてアークを発生させるとき、フィード・バックの応答性が速くなり、時刻ｔ＝ｔ６の短絡電流からアーク電流に移行するときの出力電流に落ち込みが抑制され、アークのスタート性が向上する。
【００４７】
時刻ｔ＝ｔ７のとき、被覆アーク溶接を終了すると、ゲイン制御回路ＧＣは、図４（Ｂ）に示す出力電流信号Ｉｄの入力が終了するとゲイン制御信号ＧｃをＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルにし、第１の誤差増幅回路ＧＡ１は、例えば、基準増幅率の４／３倍にした増幅率をもとの基準増幅率に戻す。
【００４８】
「実施の形態２」
通常、溶接機の出力ケーブルを極端に短くして、例えば、１ｍにして被覆アーク溶接を行うことも稀にある。このとき、出力ケーブルのインダクタンス値が減少し、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると出力電流に大きなリップルが発生する。この状態で被覆溶接棒１を被加工物２から引き上げてアークを発生させるとき、出荷時に設定したフィード・バックのゲインのでは、逆に、フィード・バックの応答性が速くなり、出力電流に大きなハンチングが生じ、アーク発生時のリップルの収束に時間が係り、アークが不安定に陥りアーク発生した後にアークが切れていう不具合が発生する。
上述の不具合を解決するための本発明の実施形態２について、図５及び図６を用いて実施形態１と相違する動作についてのみ説明する。
【００４９】
図４に示す第２のリップル基準値設定回路ＬＲ２は、リップル基準信号Ｌｒの値より予め大きく設定した第２のリップル基準値設定信号Ｌｓを出力する。（例えば、溶接機の出力ケーブル５の長さが１ｍであって、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡して短絡電流に発生するときのリップルの値を予め定めた第２のリップル基準値とする。）
自動ゲイン制御回路ＧＡＣは、リップル算出信号Ｉｍの値とリップル基準信号Ｌｒの値、並びに、リップル算出信号Ｉｍの値と第２のリップル基準信号Ｌｒ２の値とを比較し、リップル算出信号Ｉｍの値がリップル基準信号Ｌｒの値未満のとき、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＨｉｇｈレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００５０】
次に、リップル算出信号Ｉｍの値がリップル基準信号Ｌｒの値より大きく第２のリップル基準信号Ｌｒ２の値未満のとき、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２をＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００５１】
続いて、リップル算出信号Ｉｍの値が第２のリップル基準信号Ｌｒ２の値より大きいとき、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａ２もＬｏｗレベルにして出力する。
【００５２】
第２の誤差増幅回路ＧＡ２は、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＨｉｇｈレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２がＨｉｇｈレベルのとき、基準増幅率を（例えば、４／３）増加させる。そして、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＬｏｗレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＬｏｗレベルのとき、基準増幅率を（例えば、２／３倍）減少させる。
【００５３】
図６は、実施形態２で溶接機の出力ケーブル５の長さを標準、例えば、５ｍから１ｍに短くしたときの動作を説明する波形図である。
図６において、同図（Ａ）は出力電圧信号Ｖｄを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示し、同図（Ｃ）はクランプ信号Ｋｃを示し、同図（Ｄ）は反転信号ＯＰを示し、同図（Ｅ）は第１のピーク・ホールド信号Ｐｈ１を示し、同図（Ｆ）は第２のピーク・ホールド信号Ｐｈ２を示し、同図（Ｇ）はリップル算出信号Ｉｍを示し、同図（Ｈ）は短絡判別信号Ｓｔを示し、同図（Ｉ）は第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１示し、同図（Ｊ）は第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２を示す。以下、同図を参照して動作について説明する。
【００５４】
被覆アーク溶接において、図６に示す時刻ｔ＝ｔ１のとき、被覆溶接棒１が被加工物２に短絡すると負荷変動に応じて図４（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄは略ゼロになると共に同図（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄにリップルが発生する。このとき、出力ケーブル５が短くなることでインダクタンス値が減少し、この減少に応じてリップルが大きくなる。
【００５５】
図５に示す自動ゲイン制御回路ＧＡＣは、リップル算出信号Ｉｍとリップル基準信号Ｌｒ、並びに、リップル算出信号Ｉｍと第２のリップル基準信号Ｌｒ２とを比較し、時刻ｔ＝ｔ１のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒ未満のとき、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＨｉｇｈレベルにし第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＨｉｇｈレベルにして出力する。このとき、第２の誤差増幅回路ＧＡ２は、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＨｉｇｈレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２がＨｉｇｈレベルのとき、基準増幅率を（例えば、４／３倍）増加させる。
【００５６】
時刻ｔ＝ｔ２のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒより大きくなり第２のリップル基準信号Ｌｒ２未満になると、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２をＨｉｇｈレベルにして出力する。第２の誤差増幅回路ＧＡ２は、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＬｏｗレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２がＨｉｇｈレベルのとき、増加させた増幅率を基準増幅率に戻す。
【００５７】
時刻ｔ＝ｔ３のとき、リップル算出信号Ｉｍがリップル基準信号Ｌｒより大きく、第２のリップル基準信号Ｌｒ２より大きくになると、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＬｏｗレベルにして出力する。第２の誤差増幅回路ＧＡ２は、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１がＬｏｗレベルで第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＬｏｗレベルのとき、基準増幅率を（例えば、２／３倍）減少させる。このとき基準増幅率の減少に応じてリップルが小さくなる。
【００５８】
自動ゲイン制御回路ＧＡＣは、時刻ｔ＝ｔ４のとき短絡判別信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するとき、リップル算出信号Ｉｍと第２のリップル基準信号Ｌｒ２とを比較し、リップル算出信号Ｉｍが第２のリップル基準信号Ｌｒ２より大きいと、第１の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ１をＬｏｗレベルにし、第２の自動ゲイン制御信号Ｇａｃ２もＬｏｗレベルにして出力する。そして、第１のピーク・ホールド回路ＰＨ１及び第２のピーク・ホールド回路ＰＨ２は、は、短絡判別信号ＳｔがＬｏｗレベルになるとピーク・ホールド値を零にリセットする。
【００５９】
時刻ｔ＝ｔ４のとき、被覆溶接棒１を被加工物２から引き上げてアークを発生させるとき、第２の誤差増幅回路ＧＡ１は、基準増幅率を（例えば、２／３倍）に減少しているので、短絡電流からアーク電流に移行するとき、出力電流のリップルの減少及びハンチングが抑制され、アーク発生後のリップルの収束が速くなり、アーク発生後にアークが素早く安定しアーク切れという不具合がなくなる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 被覆溶接棒１
２ 被加工物
３ アーク
４ ホルダ
５ 出力ケーブル
ＡＤＣ 加算回路
ＤＣＬ 直流リアクトル
ＥＩＲ 誤差検出回路
Ｅｉｒ 誤差検出信号
Ｅｖ 出力電圧
ＧＡＣ 自動ゲイン制御回路
Ｇａｃ１ 第１の自動ゲイン制御信号
Ｇａｃ２ 第２の自動ゲイン制御信号
ＧＡ１ 第１の誤差増幅回路
Ｇａ１ 第１の誤差増幅尊号
ＧＣ ゲイン制御回路
Ｇｃ ゲイン制御信号
ＧＯ 増幅回路
Ｇｏ 誤差増幅信号
ＫＣ クランプ回路
Ｋｃ クランプ信号
ＩＮＶ 電源主回路
ＩＤ 出力電流検出回路
Ｉｄ 出力電流検出信号
Ｉｉ 出力電流
ＩＭ リップル算出回路
Ｉｍ リップル算出信号
ＩＲ 出力電流設定回路
Ｉｒ 出力電流設定信号
ＬＲ リップル基準値設定回路
Ｌｒ リップル基準値設定信号
ＬＳ 第２のリップル基準値設定回路
Ｌｓ 第２のリップル基準値設定信号
ＯＰ 反転回路
Ｏｐ 反転信号
ＰＨ１ 第１のピーク・ホールド回路
Ｐｈ１ 第１のピーク・ホールド信号
ＰＨ２ 第２のピーク・ホールド回路
Ｐｈ２ 第２のピーク・ホールド信号
ＳＴ 短絡判別回路
Ｓｔ 短絡判別信号
ＶＤ 出力電圧検出回路
Ｖｄ 出力電圧検出信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電源の出力電流値を検出し、前記出力電流値と予め定めた出力電流設定値との誤差を算出し、前記算出した誤差を予め定めた基準増幅率で増幅して誤差増幅値を算出し、前記誤差増幅値に基づいて前記溶接電源の出力電流を制御する被覆アーク溶接の出力制御方法において、
前記出力電流のリップル値を算出し、前記リップ値が予め定めたリップル基準値未満のとき前記基準増幅率を予め定めた値に増加させる、ことを特徴とする被覆アーク溶接の出力制御方法。
【請求項２】
前記リップル基準値より大きい第２のリップル基準値を設け、前記リップル値が前記第２のリップル基準値以上のとき、前記基準増幅率を予め定めた値に減少させる、ことを特徴とする請求項１記載の被覆アーク溶接の出力制御方法。
【請求項３】
前記リップル値を、前記被覆溶接棒が被加工物に短絡しているときに算出する、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接の出力制御方法。
【請求項１】
溶接電源の出力電流値を検出し、前記出力電流値と予め定めた出力電流設定値との誤差を算出し、前記算出した誤差を予め定めた基準増幅率で増幅して誤差増幅値を算出し、前記誤差増幅値に基づいて前記溶接電源の出力電流を制御する被覆アーク溶接の出力制御方法において、
前記出力電流のリップル値を算出し、前記リップ値が予め定めたリップル基準値未満のとき前記基準増幅率を予め定めた値に増加させる、ことを特徴とする被覆アーク溶接の出力制御方法。
【請求項２】
前記リップル基準値より大きい第２のリップル基準値を設け、前記リップル値が前記第２のリップル基準値以上のとき、前記基準増幅率を予め定めた値に減少させる、ことを特徴とする請求項１記載の被覆アーク溶接の出力制御方法。
【請求項３】
前記リップル値を、前記被覆溶接棒が被加工物に短絡しているときに算出する、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の被覆アーク溶接の出力制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７９６２５（Ｐ２０１２−１７９６２５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４３４６３（Ｐ２０１１−４３４６３）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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