(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023125854
(43)【公開日】2023-09-07
(54)【発明の名称】アーク溶接装置及びアーク溶接方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/073 20060101AFI20230831BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20230831BHJP
B23K 9/16 20060101ALI20230831BHJP
【ＦＩ】
B23K9/073 545
B23K9/12 305
B23K9/16 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022030195
(22)【出願日】2022-02-28
(71)【出願人】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(74)【代理人】
【識別番号】100114557
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 英仁
(74)【代理人】
【識別番号】100078868
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 登夫
(72)【発明者】
【氏名】高田 賢人
(72)【発明者】
【氏名】中俣 利昭
【テーマコード（参考）】
4E001
4E082
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB06
4E001DD02
4E001DD04
4E001EA01
4E001EA03
4E001EA04
4E082AA01
4E082AB01
4E082BA01
4E082DA01
4E082EB26
4E082EE01
4E082EE02
4E082EE05
4E082EF16
(57)【要約】
【課題】溶接速度及び設定電流に応じて溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅を調整し、溶接品質を向上させることができるアーク溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接ワイヤを周期的に正逆送させることにより短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接装置であって、溶接ワイヤの送給速度を設定する送給速度設定回路と、送給速度設定回路にて設定された送給速度に基づいて、溶接ワイヤの送給を制御する送給制御回路とを備え、送給速度設定回路は、溶接速度を示す溶接速度データと、溶接の設定電流を示す設定電流データとを取得し、取得した溶接速度データと、設定電流データとに基づいて、溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅とを調整する。
【選択図】図１
【解決手段】溶接ワイヤを周期的に正逆送させることにより短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接装置であって、溶接ワイヤの送給速度を設定する送給速度設定回路と、送給速度設定回路にて設定された送給速度に基づいて、溶接ワイヤの送給を制御する送給制御回路とを備え、送給速度設定回路は、溶接速度を示す溶接速度データと、溶接の設定電流を示す設定電流データとを取得し、取得した溶接速度データと、設定電流データとに基づいて、溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅とを調整する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接ワイヤを周期的に正逆送させることにより短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接装置であって、
前記溶接ワイヤの送給速度を設定する送給速度設定回路と、
該送給速度設定回路にて設定された前記送給速度に基づいて、前記溶接ワイヤの送給を制御する送給制御回路と
を備え、
前記送給速度設定回路は、
溶接速度を示す溶接速度データと、溶接の設定電流を示す設定電流データとを取得し、
取得した前記溶接速度データと、前記設定電流データとに基づいて、前記溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅とを調整する
アーク溶接装置。
前記溶接ワイヤの送給速度を設定する送給速度設定回路と、
該送給速度設定回路にて設定された前記送給速度に基づいて、前記溶接ワイヤの送給を制御する送給制御回路と
を備え、
前記送給速度設定回路は、
溶接速度を示す溶接速度データと、溶接の設定電流を示す設定電流データとを取得し、
取得した前記溶接速度データと、前記設定電流データとに基づいて、前記溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅とを調整する
アーク溶接装置。
【請求項2】
更に、シールドガスにおけるアルゴンガスの比率を示すガス比率データを取得し、
前記送給速度設定回路は、
取得した前記溶接速度データと、前記設定電流データと、前記ガス比率データとに基づいて、前記送給周波数又は前記送給振幅とを調整する
請求項１に記載のアーク溶接装置。
前記送給速度設定回路は、
取得した前記溶接速度データと、前記設定電流データと、前記ガス比率データとに基づいて、前記送給周波数又は前記送給振幅とを調整する
請求項１に記載のアーク溶接装置。
【請求項3】
前記溶接速度データ、前記設定電流データ及び前記ガス比率データが入力された場合に、前記送給周波数又は前記送給振幅の調整方法に係るデータを出力するように学習された学習モデルに、取得した前記溶接速度データ、前記設定電流データ及び前記ガス比率データを入力して、前記調整方法に係るデータを出力する
請求項２に記載のアーク溶接装置。
請求項２に記載のアーク溶接装置。
【請求項4】
前記送給速度設定回路は、
前記溶接ワイヤの加減速時間を変更することによって、前記送給周波数を変更する
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
前記溶接ワイヤの加減速時間を変更することによって、前記送給周波数を変更する
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
【請求項5】
溶接ワイヤを周期的に正逆送させることにより短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接方法であって、
溶接速度を示す溶接速度データと、溶接の設定電流を示す設定電流データとを取得し、
取得した前記溶接速度データと、前記設定電流データとに基づいて、前記溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅とを調整する
アーク溶接方法。
溶接速度を示す溶接速度データと、溶接の設定電流を示す設定電流データとを取得し、
取得した前記溶接速度データと、前記設定電流データとに基づいて、前記溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅とを調整する
アーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、消耗電極式のアーク溶接装置及びアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【0002】
溶接ワイヤを周期的に正逆送させて溶接するアーク溶接方法が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１のアーク溶接方法によれば、一定の送給速度で溶接ワイヤを送給する場合に比べて、短絡とアークとの繰り返し周期を安定化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－８４１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、溶接ワイヤの送給周波数及び送給振幅は、溶接速度及び設定電流によって適正な値が異なる。従って、予め決定された送給周波数及び送給振幅では溶接性能が低下することがある。作業者が設定電流及び設定電圧を微調整することによって安定した溶接を実現することも可能だが、時間とスキルを要する。
【0005】
本開示の目的は、溶接速度及び設定電流に応じて溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅を調整し、溶接品質を向上させることができるアーク溶接装置及びアーク溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一側面に係るアーク溶接装置は、溶接ワイヤを周期的に正逆送させることにより短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接装置であって、前記溶接ワイヤの送給速度を設定する送給速度設定回路と、該送給速度設定回路にて設定された前記送給速度に基づいて、前記溶接ワイヤの送給を制御する送給制御回路とを備え、前記送給速度設定回路は、溶接速度を示す溶接速度データと、溶接の設定電流を示す設定電流データとを取得し、取得した前記溶接速度データと、前記設定電流データとに基づいて、前記溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅とを調整する。
【0007】
本開示の他の側面に係るアーク溶接方法は、溶接ワイヤを周期的に正逆送させることにより短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接方法であって、溶接速度を示す溶接速度データと、溶接の設定電流を示す設定電流データとを取得し、取得した前記溶接速度データと、前記設定電流データとに基づいて、前記溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅とを調整する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、溶接速度及び設定電流に応じて溶接ワイヤの送給周波数又は送給振幅を調整し、溶接品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本実施形態に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。
【図2】本実施形態に係る送給速度設定回路等の構成例を示すブロック図である。
【図3】送給周波数及び送給振幅の調整処理手順を示すフローチャートである。
【図4】送給周波数及び送給振幅の調整内容の概要を示す図表である。
【図5】送給周波数及び送給振幅の調整方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示の実施形態に係るアーク溶接装置及びアーク溶接方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、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及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。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【0011】
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
＜アーク溶接装置の構成＞
図１は、本実施形態に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。本実施形態に係るアーク溶接装置は、アルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接電源１、溶接トーチ２及びワイヤ送給部３を備える。アーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤ５を周期的に正逆送させることにより短絡期間とアーク期間とを繰り返して母材４を溶接する。
＜アーク溶接装置の構成＞
図１は、本実施形態に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。本実施形態に係るアーク溶接装置は、アルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接電源１、溶接トーチ２及びワイヤ送給部３を備える。アーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤ５を周期的に正逆送させることにより短絡期間とアーク期間とを繰り返して母材４を溶接する。
【0012】
溶接トーチ２は、銅合金等の導電性材料からなり、母材４へ溶接ワイヤ５を案内すると共に、アークの発生に必要な溶接電流Ｉｗを供給する円筒形状のコンタクトチップを有する。コンタクトチップは、その内部を挿通する溶接ワイヤ５に接触し、溶接電流Ｉｗを溶接ワイヤ５に供給する。溶接トーチ２は、コンタクトチップを囲繞する中空円筒形状をなし、シールドガスを噴射するノズルを有する。シールドガスは、アルゴンを含む混合ガスである。例えば、シールドガスは、炭酸ガス及びアルゴンガスの混合ガス、酸素及びアルゴンガスの混合ガス等である。
【0013】
溶接ワイヤ５は、例えばソリッドワイヤであり、消耗電極として機能する。溶接ワイヤ５は、例えば、螺旋状に巻かれた状態でペールパックに収容されたパックワイヤ、あるいはワイヤリールに巻回されたリールワイヤである。
【0014】
ワイヤ送給部３は、溶接ワイヤ５を溶接トーチ２へ送給する送給ローラ３ａと、当該送給ローラ３ａを回転させる送給モータ３ｂとを有する。ワイヤ送給部３は、送給ローラ３ａを回転させることによって、ペールパック又はワイヤリールから溶接ワイヤ５を引き出し、引き出された溶接ワイヤ５を溶接トーチ２へ供給する。ワイヤ送給部３による溶接ワイヤ５の送給は溶接電源１によって制御される。具体的には、送給モータ３ｂは、後述する送給制御回路１４から出力される送給制御信号Ｆｃの値に相当する速度及び向きに送給ローラ３ａを回転させる。
【0015】
溶接電源１は、電源回路１１と、電源特性切替回路１２と、送給速度設定回路１３と、送給制御回路１４と、電流検出回路１５と、電圧検出回路１６と、電流設定回路１７と、電流誤差増幅回路１８と、出力電圧設定回路１９と、電圧誤差増幅回路２０と、短絡検知回路２１と、溶接速度設定回路２２と、溶接速度センサ２２ａと、Ａｒ比率設定回路２３と、操作パネル２３ａを備える。
【0016】
電流検出回路１５は、例えば、溶接電源１から溶接トーチ２を介して溶接ワイヤ５へ供給され、アークを流れる溶接電流Ｉｗを検出し、検出した電流値を示す電流検出信号Ｉｄを電流誤差増幅回路１８へ出力する。
【0017】
電圧検出回路１６は、アーク電圧Ｖｗを検出し、検出した電圧値を示す出力電圧検出信号Ｅｄを電圧誤差増幅回路２０及び短絡検知回路２１へ出力する。
【0018】
電流設定回路１７は、設定電流を示す電流制御設定信号Ｉｃｒを電流誤差増幅回路１８へ出力する。設定電流は、例えば、作業者が操作パネル２３ａを操作することによって溶接電源１に設定された電流である。
【0019】
電流誤差増幅回路１８は、電流制御設定信号Ｉｃｒ及び電流検出信号Ｉｄを入力として、電流制御設定信号Ｉｃｒ（＋）と電流検出信号Ｉｄ（－）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを電源特性切替回路１２へ出力する。
【0020】
出力電圧設定回路１９は、設定電圧を示す出力電圧設定信号Ｅｒを電圧誤差増幅回路２０へ出力する。設定電圧は、例えば、作業者が操作パネル２３ａを操作することによって溶接電源１に設定された電圧である。なお、上記設定電流に応じた一元電圧を設定電圧としてもよい。
【0021】
電圧誤差増幅回路２０は、出力電圧設定信号Ｅｒ及び出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（－）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを電源特性切替回路１２へ出力する。
【0022】
短絡検知回路２１は、出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、短絡検知信号Ｓｄを電源特性切替回路１２及び送給速度設定回路１３へ出力する。具体的には、短絡検知回路２１は、出力電圧検出信号Ｅｄの値が所定の閾値未満である場合、短絡期間にあると判別してハイレベルの短絡検知信号Ｓｄを出力する。短絡検知回路２１は、出力電圧検出信号Ｅｄの値が上記閾値以上である場合、アーク期間にあると判別してローレベルの短絡検知信号Ｓｄを出力する。
【0023】
電源特性切替回路１２は、電流誤差増幅信号Ｅｉ、電圧誤差増幅信号Ｅｖ及び短絡検知信号Ｓｄを入力として、誤差増幅信号Ｅａを電源回路１１へ出力する。電源特性切替回路１２は、短絡検知信号Ｓｄがローレベルである場合、つまりアーク期間である場合、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして電源回路１１へ出力する。電源特性切替回路１２は、短絡検知信号Ｓｄがハイレベルである場合、つまり短絡期間である場合、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして電源回路１１へ出力する。電源特性切替回路１２によって、アーク期間は定電圧特性となり、溶接電源１の特性は、短絡期間は定電流特性となる。
【0024】
電源回路１１は、給電ケーブルを介して、溶接トーチ２のコンタクトチップ及び母材４に接続され、溶接電流Ｉｗを供給する回路である。電源回路１１は、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御による出力制御を行い、出力電圧Ｅを出力する。電源回路１１は、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を直流に整流する２次整流器を備える。電源回路１１は、電源特性切替回路１２から出力された誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータの動作を制御する。
誤差増幅信号Ｅａが電圧誤差増幅信号Ｅｖである場合、電源回路１１は、定電圧特性で動作し、電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じて調整された電圧が電源回路１１から出力されるように、インバータを駆動制御する。なお、電源回路１１は、溶接電源１の通電経路に存在する電気抵抗Ｒ及びリアクトルＬを電子的に制御し、定電圧特性を実現する。
誤差増幅信号Ｅａが電流誤差増幅信号Ｅｉである場合、電源回路１１は、定電流特性で動作し、電流誤差増幅信号Ｅｉに応じて調整された電流が電源回路１１から出力されるように、インバータを駆動制御する。
誤差増幅信号Ｅａが電圧誤差増幅信号Ｅｖである場合、電源回路１１は、定電圧特性で動作し、電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じて調整された電圧が電源回路１１から出力されるように、インバータを駆動制御する。なお、電源回路１１は、溶接電源１の通電経路に存在する電気抵抗Ｒ及びリアクトルＬを電子的に制御し、定電圧特性を実現する。
誤差増幅信号Ｅａが電流誤差増幅信号Ｅｉである場合、電源回路１１は、定電流特性で動作し、電流誤差増幅信号Ｅｉに応じて調整された電流が電源回路１１から出力されるように、インバータを駆動制御する。
【0025】
溶接速度設定回路２２は、溶接速度を示す溶接速度設定信号Ｗｓｒを送給速度設定回路１３へ出力する。溶接速度は、母材４の溶接線に沿って移動する溶接トーチ２の移動速度である。
溶接速度設定回路２２には、溶接トーチ２の速度を検出する溶接速度センサ２２ａが接続されている。溶接速度センサ２２ａは、例えば溶接トーチ２に設けられた加速度センサ、母材４に対する溶接トーチ２の位置の変化を検出する光センサ、カメラ等であり、溶接速度を示す信号を溶接速度設定回路２２へ出力する。ロボット溶接の場合、ロボット制御装置が溶接速度を示す信号を溶接速度設定回路２２へ出力するように構成してもよい。溶接速度設定回路２２は、溶接速度の変化をリアルタイムで検出し、溶接速度設定信号Ｗｓｒを送給速度設定回路１３へ出力する構成が好ましい。溶接速度設定回路２２は、溶接速度の変化を所定時間毎に間欠的に検出し、溶接速度設定信号Ｗｓｒを送給速度設定回路１３へ出力するように構成してもよい。なお、作業者が操作パネル２３ａを操作することによって溶接速度を溶接速度設定回路２２に設定する態様でもよい。
溶接速度設定回路２２には、溶接トーチ２の速度を検出する溶接速度センサ２２ａが接続されている。溶接速度センサ２２ａは、例えば溶接トーチ２に設けられた加速度センサ、母材４に対する溶接トーチ２の位置の変化を検出する光センサ、カメラ等であり、溶接速度を示す信号を溶接速度設定回路２２へ出力する。ロボット溶接の場合、ロボット制御装置が溶接速度を示す信号を溶接速度設定回路２２へ出力するように構成してもよい。溶接速度設定回路２２は、溶接速度の変化をリアルタイムで検出し、溶接速度設定信号Ｗｓｒを送給速度設定回路１３へ出力する構成が好ましい。溶接速度設定回路２２は、溶接速度の変化を所定時間毎に間欠的に検出し、溶接速度設定信号Ｗｓｒを送給速度設定回路１３へ出力するように構成してもよい。なお、作業者が操作パネル２３ａを操作することによって溶接速度を溶接速度設定回路２２に設定する態様でもよい。
【0026】
Ａｒ比率設定回路２３は、シールドガスのアルゴン比率を示すＡｒガス比率設定信号Ｇｒを送給速度設定回路１３へ出力する。アルゴン比率は、シールドガスに含まれるアルゴンガスの体積％である。アルゴン比率は、例えば、作業者が操作パネル２３ａを操作することによってＡｒ比率設定回路２３に設定される。
【0027】
送給速度設定回路１３は、電流制御設定信号Ｉｃｒ、短絡検知信号Ｓｄ、溶接速度設定信号Ｗｓｒ及びＡｒガス比率設定信号Ｇｒを入力として、溶接ワイヤ５を周期的に正逆送させる送給速度設定信号Ｆｒを送給制御回路１４へ出力する。例えば、送給速度設定回路１３は、正負の台形波状に変化する送給パターンの送給速度設定信号Ｆｒを生成し（図５参照）、出力する。送給速度設定信号Ｆｒの値が正のとき、溶接ワイヤ５は正方向（母材４へ送り出される方向）に送給され、送給速度設定信号Ｆｒの値が負のとき、溶接ワイヤ５は逆方向（溶接トーチ２へ引き戻される方向）に送給される。
台形波状の送給速度設定信号Ｆｒ及び送給速度は、正送ピーク値と、逆送ピーク値とを有する。送給速度設定回路１３は、短絡検知信号Ｓｄがローレベルからハイレベルに変化した場合、つまりアーク期間から短絡期間に変化した場合、送給速度を正送ピーク値から逆送ピーク値まで、送給速度を減速させる送給速度設定信号Ｆｒを生成し、出力する。送給速度が正送ピーク値から０に達するまでの時間を正送減速時間、０から逆送ピーク値に達するまでの時間を逆送減速時間と呼ぶ。
送給速度設定回路１３は、短絡検知信号Ｓｄがハイレベルからローレベルに変化した場合、つまり短絡期間からアーク期間に変化した場合、送給速度を逆送ピーク値から正送ピーク値まで、送給速度を加速させる送給速度設定信号Ｆｒを生成し、出力する。送給速度が逆送ピーク値から０に達するまでの時間を逆送加速時間、０から正送ピーク値に達するまでの時間を正送加速時間と呼ぶ。
台形波状の送給速度設定信号Ｆｒ及び送給速度は、正送ピーク値と、逆送ピーク値とを有する。送給速度設定回路１３は、短絡検知信号Ｓｄがローレベルからハイレベルに変化した場合、つまりアーク期間から短絡期間に変化した場合、送給速度を正送ピーク値から逆送ピーク値まで、送給速度を減速させる送給速度設定信号Ｆｒを生成し、出力する。送給速度が正送ピーク値から０に達するまでの時間を正送減速時間、０から逆送ピーク値に達するまでの時間を逆送減速時間と呼ぶ。
送給速度設定回路１３は、短絡検知信号Ｓｄがハイレベルからローレベルに変化した場合、つまり短絡期間からアーク期間に変化した場合、送給速度を逆送ピーク値から正送ピーク値まで、送給速度を加速させる送給速度設定信号Ｆｒを生成し、出力する。送給速度が逆送ピーク値から０に達するまでの時間を逆送加速時間、０から正送ピーク値に達するまでの時間を正送加速時間と呼ぶ。
【0028】
送給制御回路１４は、送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度で溶接ワイヤ５を送給するための送給制御信号Ｆｃを送給モータ３ｂへ出力する。
【0029】
図２は、本実施形態に係る送給速度設定回路１３等の構成例を示すブロック図である。図２Ａは、送給速度設定回路１３のブロック図である。送給速度設定回路１３は、演算装置１３１、記憶部１３２、入力部１３３及び出力部１３４を備える。
【0030】
演算装置１３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）等の１又は複数の演算装置１３１、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の内部記憶装置、Ｉ／Ｏ端子、計時部等を有するプロセッサ又はコンピュータである。演算装置１３１は、ＴＰＵ（Tensor Processing Unit）、ＧＰＧＰＵ（General-Purpose Computing on Graphics Processing unit）、又はＡＩチップ（ＡＩ用半導体）等の１又は複数の回路を備えてもよい。演算装置１３１には、記憶部１３２と、出力部１３４と、出力部１３４とが接続されている。
【0031】
演算装置１３１は、記憶部１３２が記憶するコンピュータプログラム（プログラム製品）１３５を実行することによって、本実施形態に係る送給速度調整方法を実施する。コンピュータプログラム１３５を実行することにより、演算装置１３１は、設定電流、溶接速度、シールドガス中のアルゴン比率に応じて、溶接ワイヤ５の送給周波数及び送給振幅を最適化する処理を実行する。なお、送給速度調整に係る各種処理機能部は、ソフトウェア的に実現しても良いし、一部又は全部をハードウェア的に実現しても良い。
【0032】
記憶部１３２は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶部１３２は、溶接ワイヤ５の送給速度を調整するためのコンピュータプログラム１３５を記憶する。また、記憶部１３２は、学習モデル１３６を記憶する。学習モデル１３６の詳細は後述する。
【0033】
コンピュータプログラム１３５は、プログラム提供サーバからネットワークを介して配信される態様でもよい。溶接電源１は通信にてプログラム提供サーバからコンピュータプログラム１３５を取得して記憶部１３２に書き込む。コンピュータプログラム１３５は、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、光ディスク、光磁気ディスク、磁気ディスク等の記録媒体６に読み出し可能に記録された態様でもよい。
【0034】
入力部１３３は、電流設定回路１７、短絡検知回路２１、溶接速度設定回路２２及びＡｒ比率設定回路２３から出力された電流制御設定信号Ｉｃｒ、短絡検知信号Ｓｄ、溶接速度設定信号Ｗｓｒ及びＡｒガス比率設定信号Ｇｒが入力する信号入力回路である。電流制御設定信号Ｉｃｒ、溶接速度設定信号Ｗｓｒ及びＡｒガス比率設定信号Ｇｒはそれぞれ、設定電流データ、溶接速度データ及びガス比率データにＡＤ変換され、演算装置１３１に与えられる。
【0035】
出力部１３４は、演算装置１３１による演算処理によって得られた送給速度設定値を示す送給速度設定信号Ｆｒを送給制御回路１４へ出力する回路である。
【0036】
図２Ｂは学習モデル１３６の構成を示す概念図である。学習モデル１３６は、例えば深層学習による学習済みのニューラルネットワークを含む。学習モデル１３６は、設定電流データ、溶接速度データ及びガス比率データが入力される入力層１３６ａと、これらのデータの特徴量を抽出する中間層１３６ｂと、送給周波数及び送給振幅の調整方法を示す確度データを出力する出力層１３６ｃとを有する。
【0037】
出力層１３６ｃは、送給周波数の複数の調整方法に対応する複数のノードを有し、当該調整方法が適当であることの確からしさを示す確度データを出力する。例えば、送給周波数が高くなるように調整すべきことを示す確度データを出力するノード、送給周波数が低くなるように調整すべきことを示す確度データを出力するノード、送給周波数の調整が不要であることを示す確度データを出力するノードを含む。
出力層１３６ｃは、送給振幅の複数の調整方法に対応する複数のノードを有し、当該調整方法が適当であることの確からしさを示す確度データを出力する。例えば、送給振幅が大きくなるように調整すべきことを示す確度データを出力するノード、送給振幅が小さくなるように調整すべきことを示す確度データを出力するノード、送給振幅の調整が不要であることを示す確度データを出力するノードを含む。
出力層１３６ｃは、送給振幅の複数の調整方法に対応する複数のノードを有し、当該調整方法が適当であることの確からしさを示す確度データを出力する。例えば、送給振幅が大きくなるように調整すべきことを示す確度データを出力するノード、送給振幅が小さくなるように調整すべきことを示す確度データを出力するノード、送給振幅の調整が不要であることを示す確度データを出力するノードを含む。
【0038】
学習モデル１３６の各層は複数のノードを有する。各層のノードはエッジで結ばれている。各層は、活性化関数（応答関数）を有し、エッジは重みを有する。各層のノードから出力される値は、前の層のノードの値と、エッジの重みと、各層が持つ活性化関数とから計算される。エッジの重みは、学習によって変化させることができる。
【0039】
学習モデル１３６の生成方法を説明する。まず、さまざまな設定電流データ、溶接速度データ及びガス比率データを組み合わせたデータと、当該データが示す条件における送給周波数及び送給振幅の調整方法を示す教師データとを含む訓練データを用意する。教師データは、学習モデル１３６から出力されるデータの正解値である。
【0040】
そして、訓練データの設定電流データ、溶接速度データ及びガス比率データが、ニューラルネットワークに入力された場合に、当該ニューラルネットワークから出力されるデータと、教師データが示すデータとの誤差（所定の損失関数又は誤差関数の値）が小さくなるように、誤差逆伝播法、誤差勾配降下法等を用いて、各エッジの重み係数を最適化することによって、学習モデル１３６を生成することができる。
【0041】
なお、学習モデル１３６の一例として時系列を考慮しないニューラルネットワークモデルを説明したが、ＲＮＮ（Recurrent Neural Network）、ＬＳＴＭ（Long Short-Term Memory）、その他のニューラルネットワークにて学習モデル１３６を構成してもよい。決定木、ランダムフォレスト、ＳＶＭ（Support Vector Machine）等のその他の機械学習アルゴリズムを用いた学習モデル１３６を用いてもよい。学習モデル１３６は、上記した複数のアルゴリズムを組み合わせて構成してもよい。
【0042】
＜送給速度調整処理＞
図３は、送給周波数及び送給振幅の調整処理手順を示すフローチャートである。演算装置１３１は、溶接中、以下の処理を繰り返し実行することによって、溶接ワイヤ５の送給速度を調整する。演算装置１３１は、溶接速度データ、設定電流データ及びガス比率データを取得する（ステップＳ１１）。
図３は、送給周波数及び送給振幅の調整処理手順を示すフローチャートである。演算装置１３１は、溶接中、以下の処理を繰り返し実行することによって、溶接ワイヤ５の送給速度を調整する。演算装置１３１は、溶接速度データ、設定電流データ及びガス比率データを取得する（ステップＳ１１）。
【0043】
演算装置１３１は、取得した溶接速度データ、設定電流データ及びガス比率データを学習モデル１３６に入力することにって、送給周波数及び送給振幅の調整方法に係る確度データを出力する（ステップＳ１２）。
【0044】
演算装置１３１は、学習モデル１３６から出力された確度データに基づいて、送給周波数を調整する（ステップＳ１３）。つまり、演算装置１３１は、最も大きな確度データが出力されたノードに対応する送給周波数の調整方法を選択し、送給周波数の値を調整する。具体的には、演算装置１３１は、溶接ワイヤ５の加速度及び減速度を変更することによって、送給周波数を調整する。つまり、演算装置１３１は、送給速度を逆送ピーク値から正送ピーク値までに変化させる加速時間（逆送加速時間及び正送加速時間）を変更し、また送給速度を正送ピーク値から逆送ピーク値までに変化させる減速時間（正送減速時間及び逆送減速時間）を変更することによって、送給周波数を調整する（図５参照）。
本実施形態では、演算装置１３１は、「送給周波数：高」の確度が大きい場合、送給周波数を所定量大きくし、「送給周波数：低」の確度が大きい場合、送給周波数を所定量小さくする。「送給周波数：調整無し」の確度が大きい場合、演算装置１３１は、送給周波数を変更しない。
本実施形態では、演算装置１３１は、「送給周波数：高」の確度が大きい場合、送給周波数を所定量大きくし、「送給周波数：低」の確度が大きい場合、送給周波数を所定量小さくする。「送給周波数：調整無し」の確度が大きい場合、演算装置１３１は、送給周波数を変更しない。
【0045】
演算装置１３１は、学習モデル１３６から出力された確度データに基づいて、送給振幅を調整する（ステップＳ１４）。つまり、演算装置１３１は、最も大きな確度データが出力されたノードに対応する送給振幅の調整方法を選択し、送給振幅の値を調整する。具体的には、演算装置１３１は、送給速度の正送ピーク値及び逆送ピーク値の絶対値の大きさを変化させることによって、送給振幅を調整する。本実施形態では、演算装置１３１は、「送給振幅：大」の確度が大きい場合、送給振幅を所定量大きくし、「送給振幅：小」の確度が大きい場合、送給振幅を所定量小さくする。「送給振幅：調整無し」の確度が大きい場合、演算装置１３１は、送給振幅を変更しない。
【0046】
そして、演算装置１３１は、調整された送給周波数及び送給振幅に応じた送給速度を求め、当該送給速度を示す送給速度設定信号Ｆｒを出力部１３４から出力することによって、溶接ワイヤ５の送給速度を設定する（ステップＳ１５）。
【0047】
なお、送給周波数及び振幅の変更は、短絡期間からアーク期間への切り替わりタイミング、又はアーク期間から短絡期間への切り替わりタイミングで行うとよい。具体的には、演算装置１３１は、短絡検知信号Ｓｄがローレベルからハイレベルに切り替わるタイミング、又はハイレベルからローレベルへ切り替わるタイミングで、送給周波数又は送給振幅を変更する。
【0048】
＜作用効果＞
本実施形態に係る溶接電源１は、溶接ワイヤ５を正逆送させることで短絡期間とアーク期間を繰り返す溶接方法において、学習モデル１３６を利用し、溶接速度、設定電流、シールドガス中のアルゴン含有量の情報に基づいて、溶接ワイヤ５の送給周波数及び振幅を自動的に適正化し、安定した溶接ビードを形成できる等、溶接品質を向上させることができる。送給周波数及び送給振幅の適正値は、特に溶接速度、設定電流、シールドガス中のアルゴン含有量によって変動する。詳細は以下の通りである。
（１）溶接速度
溶接速度が速く（例えば１．０ｍ／分以上）、送給周波数が低い場合、単位長さ当たりの溶着量が減少又は不安定になるため溶接ビード止端部が不安定になり継手強度が低下しやすい。
（２）設定電流
設定電流が高い場合（例えば、２５０Ａ以上）、溶接ワイヤ５の溶融速度が大きくなり、振幅が小さいと送給周波数が急激に低下するため溶接速度を速くすることが難しくなる。
（３）シールドガス中のＡｒ含有量
シールドガス中のＡｒ含有量が７０％を超え、送給周波数が高い場合、アーク期間の電流値が臨界電流を超えるためスプレー化して溶接ワイヤ５を正逆送させる動作と溶滴移行が非同期になり溶接性能が大幅に低下する。
本実施形態に係る溶接電源１は、溶接ワイヤ５を正逆送させることで短絡期間とアーク期間を繰り返す溶接方法において、学習モデル１３６を利用し、溶接速度、設定電流、シールドガス中のアルゴン含有量の情報に基づいて、溶接ワイヤ５の送給周波数及び振幅を自動的に適正化し、安定した溶接ビードを形成できる等、溶接品質を向上させることができる。送給周波数及び送給振幅の適正値は、特に溶接速度、設定電流、シールドガス中のアルゴン含有量によって変動する。詳細は以下の通りである。
（１）溶接速度
溶接速度が速く（例えば１．０ｍ／分以上）、送給周波数が低い場合、単位長さ当たりの溶着量が減少又は不安定になるため溶接ビード止端部が不安定になり継手強度が低下しやすい。
（２）設定電流
設定電流が高い場合（例えば、２５０Ａ以上）、溶接ワイヤ５の溶融速度が大きくなり、振幅が小さいと送給周波数が急激に低下するため溶接速度を速くすることが難しくなる。
（３）シールドガス中のＡｒ含有量
シールドガス中のＡｒ含有量が７０％を超え、送給周波数が高い場合、アーク期間の電流値が臨界電流を超えるためスプレー化して溶接ワイヤ５を正逆送させる動作と溶滴移行が非同期になり溶接性能が大幅に低下する。
【0049】
図４は、送給周波数及び送給振幅の調整内容の概要を示す図表である。図４は、学習モデル１３６を用いて得られる送給周波数及び送給振幅の調整内容の概要又はおおよその傾向を示すものである。
送給速度が速い場合（例えば１．０ｍ／分以上）、送給周波数が高くなるように調整される。送給振幅は調整されない。
設定電流が高い場合（例えば、２５０Ａ以上）、送給振幅が大きくなるように調整される。送給周波数は調整されない。
シールドガスのアルゴン比率が大きい場合（例えば、７０％以上）、送給周波数が低くなるように調整され、送給振幅が大きくなるように調整される。なお、送給振幅は調整されないこともある。
送給速度が速い場合（例えば１．０ｍ／分以上）、送給周波数が高くなるように調整される。送給振幅は調整されない。
設定電流が高い場合（例えば、２５０Ａ以上）、送給振幅が大きくなるように調整される。送給周波数は調整されない。
シールドガスのアルゴン比率が大きい場合（例えば、７０％以上）、送給周波数が低くなるように調整され、送給振幅が大きくなるように調整される。なお、送給振幅は調整されないこともある。
【0050】
【0051】
溶接条件が以下に示す条件（１）から条件（２）へ切り替わった際の調整例を図５に示す。
【0052】
条件（１）
溶接速度：０．８ｍ／分、設定電流：２００Ａ、シールドガス：１００％ＣＯ２、ワイヤ軟鋼ソリッド：φ１．２ｍｍ
正送ピーク速度：４０ｍ／分、逆送ピーク速度：３０ｍ／分、正送加速時間：８００μｓ、正送減速時間：８００μｓ、逆送加速時間：８００μｓ、逆送減速時間：８００μｓ
溶接速度：０．８ｍ／分、設定電流：２００Ａ、シールドガス：１００％ＣＯ２、ワイヤ軟鋼ソリッド：φ１．２ｍｍ
正送ピーク速度：４０ｍ／分、逆送ピーク速度：３０ｍ／分、正送加速時間：８００μｓ、正送減速時間：８００μｓ、逆送加速時間：８００μｓ、逆送減速時間：８００μｓ
【0053】
条件（２）
溶接速度：１．２ｍ／分、設定電流：３００Ａ、シールドガス：１００％ＣＯ２、ワイヤ：軟鋼ソリッドφ１．２ｍｍ
正送ピーク速度：５０ｍ／分、逆送ピーク速度：４０ｍ／分、正送加速時間：４００μｓ、正送減速時間：４００μｓ、逆送加速時間：４００μｓ、逆送減速時間：４００μｓ
溶接速度：１．２ｍ／分、設定電流：３００Ａ、シールドガス：１００％ＣＯ２、ワイヤ：軟鋼ソリッドφ１．２ｍｍ
正送ピーク速度：５０ｍ／分、逆送ピーク速度：４０ｍ／分、正送加速時間：４００μｓ、正送減速時間：４００μｓ、逆送加速時間：４００μｓ、逆送減速時間：４００μｓ
【0054】
図５に示すように、アーク期間中の時刻ｔ１で溶接条件の変更指令が入り、溶接速度が０．８ｍ／分から１．２ｍ／分となり、設定電流が２００Ａから３００Ａに変更される。演算装置１３１は、変更後の溶接速度及び設定電流に適した、溶接ワイヤ５の送給周波数及び送給振幅を求める。条件（２）では、溶接速度が１．０ｍ／分を超えるため、送給周波数は高くなり、設定電流が２５０Ａを超えるため送給振幅も大きくなるように調整される。時刻ｔ２で短絡の発生を検知すると、演算装置１３１は、溶接ワイヤ５の送給速度の条件を条件（１）から条件（２）に切り替える。正逆送加減速時間が早くなることで送給周波数が高くなり、同時に正逆送ピーク値（送給速度）が大きくなり、送給振幅が大きくなる。
【0055】
以上の通り、本実施形態に係るアーク溶接装置及びアーク溶接方法によれば、溶接速度、設定電流及びアルゴンガス比率に応じて溶接ワイヤ５の送給周波数及び送給振幅を調整し、溶接品質を向上させることができる。
従って、溶接速度、設定電流、シールドガス中のアルゴン含有量の違いにより溶接性能が変化する環境でも、自動的に送給周波数と送給振幅を適正化し安定した溶接結果を得ることができる。
溶接速度、設定電流及びアルゴン含有量に応じた条件出し行うための熟練した技術は不要であり、容易に溶接品質を向上させることができる。
従って、溶接速度、設定電流、シールドガス中のアルゴン含有量の違いにより溶接性能が変化する環境でも、自動的に送給周波数と送給振幅を適正化し安定した溶接結果を得ることができる。
溶接速度、設定電流及びアルゴン含有量に応じた条件出し行うための熟練した技術は不要であり、容易に溶接品質を向上させることができる。
【0056】
本実施形態によれば、学習モデル１３６を用いることにより、ルールベースに比べより的確に送給周波数及び送給振幅を調整することができる。
【0057】
なお、本実施形態では、溶接ワイヤ５の送給周波数及び送給振幅の調整を所定量だけ増減させる制御を行う例を説明したが、学習モデル１３６が送給周波数及び送給振幅の調整量の大きさを示す情報も出力するように構成してもよい。例えば、学習モデル１３６に、送給周波数及び送給振幅の調整量の大きさに応じた複数のノードを設けるとよい。また、出力層１３６ｃは、送給周波数の補正量を出力するノード、送給振幅の補正量を出力するノードを備えてもよい。
【0058】
本実施形態では、溶接電源１の送給速度設定回路１３が送給周波数及び送給振幅を調整する例を説明したが、溶接電源１の他の回路、外部サーバ、その他の情報処理装置が当該調整を実行するように構成してもよい。
【0059】
本実施形態では、機械学習により、溶接ワイヤ５の送給周波数及び送給振幅を調整する例を説明したが、図４に示す図表に従って、ルールベースで送給周波数及び送給振幅を調整するように構成してもよい。
具体的には、演算装置１３１は、溶接速度が所定速度（例えば１．０ｍ／分）以上であるか否かを判定し、所定速度以上であると判定された場合、送給周波数を増加させる。演算装置１３１は、設定電流が所定電流（例えば２５０Ａ）以上であるか否かを判定し、所定電流以上であると判定された場合、送給振幅を増加させる。演算装置１３１は、シールドガスのアルゴン比率が所定割合（例えば７０％）以上であるか否かを判定し、所定割合以上であると判定された場合、送給周波数を減少させ、送給振幅を増加させる。
ただし、演算装置１３１は、溶接速度が所定速度以上であり、かつアルゴンガスの比率が所定割合以上であると判定した場合、送給周波数を増加させる。
なお、演算装置１３１は、設定電流が所定電流以上であり、かつアルゴンガスの比率が所定割合以上であると判定した場合、送給振幅を加算的に増加させる必要は無く、いずれか一方の条件を満たしたきの増加量と、両方の条件を満たしたときの増加量は実質的に同一である。アルゴン比率が所定割合以上である場合、送給振幅を変更しないように構成してもよい。
具体的には、演算装置１３１は、溶接速度が所定速度（例えば１．０ｍ／分）以上であるか否かを判定し、所定速度以上であると判定された場合、送給周波数を増加させる。演算装置１３１は、設定電流が所定電流（例えば２５０Ａ）以上であるか否かを判定し、所定電流以上であると判定された場合、送給振幅を増加させる。演算装置１３１は、シールドガスのアルゴン比率が所定割合（例えば７０％）以上であるか否かを判定し、所定割合以上であると判定された場合、送給周波数を減少させ、送給振幅を増加させる。
ただし、演算装置１３１は、溶接速度が所定速度以上であり、かつアルゴンガスの比率が所定割合以上であると判定した場合、送給周波数を増加させる。
なお、演算装置１３１は、設定電流が所定電流以上であり、かつアルゴンガスの比率が所定割合以上であると判定した場合、送給振幅を加算的に増加させる必要は無く、いずれか一方の条件を満たしたきの増加量と、両方の条件を満たしたときの増加量は実質的に同一である。アルゴン比率が所定割合以上である場合、送給振幅を変更しないように構成してもよい。
【符号の説明】
【0060】
１：溶接電源、２：トーチ、３：ワイヤ送給部、４：母材、５：溶接ワイヤ、１３：送給速度設定回路、１４：送給制御回路、１７：電流設定回路、２１：短絡検知回路、２２：溶接速度設定回路、２３：Ａｒ比率設定回路、１３１：演算装置、１３２：記憶部、１３３：入力部、１３４：出力部、１３５：コンピュータプログラム、１３６：学習モデル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】