JP3199187U - 溶接電源用の並列状態ベースの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】並列状態ベースの制御装置を統合して制御し、相乗効果を得るアーク溶接システムを提供する。【解決手段】アーク溶接システム１０は、溶接トーチ２６と、電極１６と、溶接トーチに接続されたスイッチ切替式電力変換器２２を有する電源１２とを有する。並列状態ベースの制御装置３４は、電力変換器に接続され、その動作を制御するために波形制御信号を電力変換器に提供すると共に、電極及び／又は溶接トーチの動きを制御するための動作制御信号６２を生成する。センサ４８は、溶接電圧又は溶接電流を感知する。メモリ５０は、シーケンス制御状態を含む溶接状態テーブル５４と、さらなるシーケンス制御状態を含む動作制御システムの状態テーブル５６を格納する。溶接波形２４は、溶接状態テーブルに規定される。制御装置は、溶接状態テーブルに応じて波形制御信号を用いて電力変換器を制御し、同時に、動作制御システムの状態テーブルに応じて動作制御信号を調整する。【選択図】図１

Description

本考案は、アーク溶接システムにおける制御装置、及びアーク溶接システムにおいて使用するための制御方法に関し、より具体的には、並列状態ベースの制御装置を有するアーク溶接システム、及び並列状態ベースの制御装置を有するアーク溶接システムを制御するための方法に関する。

状態ベースの制御原理を、溶接中にワークに印加される溶接波形を制御するために用いることができる。溶接電源に格納された状態テーブルは、溶接波形の異なる部分にそれぞれに対応する複数の制御状態によって溶接波形を規定する。例えば、ある状態が、溶接波形のピーク電流に対応することができ、他の状態が、溶接波形のバックグラウンド電流に対応することができる。状態テーブルの個々の状態が、一緒に全体的な溶接波形を規定する。

追加の別個の制御装置（すなわち、溶接電源から分離した制御装置）が、アーク溶接システムの他の態様を制御するために設けられている。例えば、アーク溶接システムは、溶接トーチの動きを位置決めし且つ制御するために、モータ制御装置等の専用の制御装置と、消耗ワイヤ電極のワイヤ送り速度を制御するための別の専用の制御装置とを有することができる。アーク溶接システムは、溶接中の溶接トーチのウィービング(weaving)、ワークの長さに沿ったトーチの並進又は移動、パイプの周りに溶接トーチの周方向（軌道）運動を制御するためのさらなる制御装置を有することができる。

そのような制御装置は、状態ベースの溶接制御装置から分離されており、そのような制御装置と状態ベースの溶接制御装置との間にほとんど統合が存在していない。こうして、分離した制御装置の間には相乗効果がない。分離した追加の制御装置は、全体的な溶接制御システム内の不安定性を回避するために、状態ベースの溶接制御装置よりもはるかに遅い制御周波数で動作する傾向がある。例えば、分離した追加の制御装置は、１〜１０ヘルツ（Ｈｚ）の範囲の制御周波数で動作するが、溶接制御装置の制御周波数は、数百又は数千倍速くなり得る。さらに、分離した制御装置は、多くの場合、溶接システム内に重複するセンサ（例えば、電圧、電流等）の使用を必要とする。

本考案の一態様によれば、アーク溶接システムが提供される。アーク溶接システムは、溶接トーチを有する。電極が、溶接トーチに作動可能に接続されており、溶接トーチから電気エネルギーを受け取る。電極は、アーク溶接システムからの電気アークを確立する。溶接電源は、溶接波形に応じて電気アークを発生させるための電気エネルギーを供給する。溶接電源は、スイッチ切替式電力変換器を有する。スイッチ切替式電力変換器は、電気エネルギーを溶接トーチに供給するために溶接トーチに作動可能に接続される。並列状態ベースの制御装置が、スイッチ切替式電力変換器に作動可能に接続されており、且つこのスイッチ切替式電力変換器の動作を制御するためのスイッチ切替式電力変換器に波形制御信号を供給する。並列状態ベースの制御装置は、電極及び溶接トーチの少なくとも一方の動きを制御するための動作制御信号を生成する。並列状態ベースの制御装置は、プロセッサを有する。センサは、並列状態ベースの制御装置に作動可能に接続された出力を有しており、溶接電圧及び溶接電流の少なくとも一方を感知する。メモリ部は、プロセッサに動作可能に接続されており、且つ第１の複数のシーケンス制御状態を含む溶接状態テーブルと、第２の複数のシーケンス制御状態を含む動作制御システムの状態テーブルとを格納する。溶接波形は、溶接状態テーブルに規定される。並列状態ベースの制御装置は、溶接状態テーブルに応じて波形制御信号を用いてスイッチ切替式電力変換器の動作を制御し、同時に動作制御システムの状態テーブルに応じて動作制御信号を調整する。並列状態ベースの制御装置は、センサから受信した信号に応じて溶接状態テーブルの制御状態同士の間で移行し、且つセンサから受信した信号に応じて動作制御システムの状態テーブルの制御状態同士の間で移行する。

本考案の別の態様によれば、アーク溶接システムを制御する方法が、提供される。この方法は、アーク溶接システムを提供するステップを含む。アーク溶接システムは、溶接トーチと、溶接電源とを有する。溶接電源は、溶接トーチに作動可能に接続されたスイッチ切替式電力変換器を有する。並列状態ベースの制御装置は、溶接状態テーブルと、動作制御システムの状態テーブルとを含む。アーク溶接システムは、溶接電圧センサと、溶接電流センサとを有する。電気アークが、アーク溶接システムとワークとの間に発生する。並列状態ベースの制御装置は、スイッチ切替式電力変換器を制御して、溶接状態テーブルに応じて溶接波形を発生させる。溶接状態テーブルは、溶接波形を規定するような第１の複数のシーケンス制御状態を含む。スイッチ切替式電力変換器を制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、溶接状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。並列状態ベースの制御装置は、スイッチ切替式電力変換器を同時に制御しながら、動作制御システムの状態テーブルに応じて溶接トーチの動きを制御する。動作制御システムの状態テーブルは、第２の複数のシーケンス制御状態を含む。溶接トーチの動きを制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、動作制御システムの状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。

本考案の別の態様によれば、アーク溶接システムを制御する方法が提供される。この方法は、アーク溶接システムを提供するステップを含む。アーク溶接システムは、溶接用電極と、溶接電源とを有する。溶接電源は、溶接用電極に作動可能に接続されたインバータを有する。並列状態ベースの制御装置は、溶接状態テーブルと、動作制御システムの状態テーブルとを含む。アーク溶接システムは、溶接電圧センサと、溶接電流センサとを有する。電気アークが、溶接用電極とワークとの間に発生する。並列状態ベースの制御装置は、インバータを制御して、溶接状態テーブルに応じて溶接波形を発生させる。溶接状態テーブルは、溶接波形を規定するような第１の複数のシーケンス制御状態を含む。インバータを制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、溶接状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。並列状態ベースの制御装置は、インバータを同時に制御しながら、動作制御システムの状態テーブルに応じて溶接用電極の動きを制御する。動作制御システムの状態テーブルは、第２の複数のシーケンス制御状態を含む。溶接用電極の動きを制御するステップは、溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、動作制御システムの状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む。本考案のさらなる実施形態、態様、及び詳細は、以下の詳細な説明、図面及び実用新案登録請求の範囲から推論可能である。

例示的なアーク溶接システムの概略図である。 状態図である。 例示的なアーク溶接システムの概略図である。 例示的なアーク溶接システムの概略図である。 状態図である。 例示的なアーク溶接システムの概略図である。 例示的なアーク溶接システムの概略図である。 例示的なアーク溶接システムの概略図である。

本考案は、アーク溶接システムの制御装置、及びアーク溶接システムで使用するための制御方法に関する。本考案について、図面を参照しながら説明する。同じ参照符号は、全体を通して同様な要素を指すために使用される。様々な図面は、必ずしも１つの図面から別の図面において同じ縮尺で描かれておらず、所定の図面内でその寸法で描かれていないことを理解すべきであり、特に、部品の大きさは、図面の理解を容易にするために任意の大きさで描かれていることを理解されたい。以下の詳細な説明では、説明の目的のために、多数の特定の詳細が、本考案の完全な理解を提供するために述べられる。しかしながら、本考案は、これらの特定の詳細なしに実施できることは明らかであろう。さらに、本考案の他の実施形態が可能であり、本考案は、説明する以外の他の方法で実践し且つ実施することが可能である。本考案を説明する際に使用される用語及び表現は、本考案の理解を促進する目的のために使用され、限定するものとして解釈すべきではない。

本明細書中で使用される場合に、用語「溶接」は、アーク溶接プロセスを意味する。例示的なアーク溶接プロセスには、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、フラックス芯入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、金属芯入り溶接アーク（ＭＣＡＷ）、プラズマアーク溶接（ＰＡＷ）等が挙げられる。

本明細書中で使用される場合に、用語「電極」及び「溶接用電極」は、電気エネルギーを溶接電源からワークに伝達させるような、溶接トーチに関連する電極を指す。例示的な「電極」及び「溶接用電極」には、溶接中に消費される消耗（例えば、ワイヤ）電極、（例えば、溶接トーチの一部を形成する）非消耗電極、及び電気エネルギーを消耗電極に伝達させるためのトーチ内の接触チップが挙げられる。電極／溶接用電極の動きは、消耗ワイヤ電極をトーチを介してワークに向けて供給するような、溶接トーチ及び／又はワークに対する電極の動きを指す。電極／溶接用電極の動きはまた、トーチの接触チップ又は非消耗電極と共に、ワークに対するトーチ自体の動きを指す。

例示的なアーク溶接システム１０が、図１に概略的に示される。アーク溶接システム１０は、溶接電源１２を含む。溶接電源１２は、電極１６とワーク１８との間に電気アーク１４を発生させて溶接作業を行う。溶接電源１２は、商用電力源又は発電機等の電源２０からアーク１４を発生させるための電気エネルギーを受け取る。電源２０は、単相又は三相電源とすることができる。

溶接電源１２は、所望の溶接波形２４に応じてアークを発生させるためのスイッチ切替式電力変換器２２を含む。例示的なスイッチ切替式電力変換器２２には、インバータ、チョッパー等が挙げられる。

アーク溶接システム１０は、電力変換器２２に作動可能に接続された溶接トーチ２６を含む。電力変換器２２は、電気エネルギーを溶接トーチ２６に供給して、溶接作業を行う。図１では、トーチ２６は、電力変換器２２から供給される電気エネルギーを電極１６に伝達するための接触チップ２８を有する。電極１６は、溶接トーチ２６から延びる溶接作業中に消費される消耗電極、又は溶接トーチの一部である非消耗電極のいずれかとすることができることを理解すべきである。

電気リード線３０，３２は、アーク溶接電流が、電力変換器２２からトーチ２６及び電極１６を介して、アーク１４を横切って、ワーク１８を通じて流れる完成した回路を提供する。

溶接電源１０は、並列状態ベースの制御装置である制御装置３４を含む。並列状態ベースの制御装置の動作について、以下で詳細に説明する。並列状態ベースの制御装置３４は、電力変換器２２に作動可能に接続されており、且つ波形制御信号３６を電力変換器２２に供給する。並列状態ベースの制御装置３４は、波形制御信号３６を用いて電力変換器２２の出力を制御し、この制御装置３４は、所望の溶接波形２４に応じて波形制御信号３６を生成する。溶接波形２４は、溶接サイクルの様々な状態又は位相によって形成される任意の数の形状を有することができる。例えば、溶接波形２４は、アークを維持するためのバックグラウンド電流状態３８、短絡クリア状態４０、ピーク電流状態４２、テールアウト(tail out)電流状態４４、又はオーバーシュート（図示せず）を含む又は含まないランプアップ(ramp up)状態を有することができる。溶接波形２４は、ピーク時間、ランプアップ率、テールアウト速度等の関連する時間パラメータを含むことができる。並列状態ベースの制御装置３４は、所望の溶接波形２４に従って溶接作業を達成するために、波形制御信号３６を調整する。波形制御信号３６は、電力変換器２２内の各種スイッチ（例えば、半導体スイッチ）の動作を制御するために複数の別個の制御信号を含むことができる。また、波形制御信号３６は、電力変換器２２の一部である別個の制御装置（例えば、インバータ制御装置）に供給される。

並列状態ベースの制御装置３４は、フィードバック信号を介して溶接プロセスの様々な態様を監視する。例えば、シャント４６又は変流器（ＣＴ）は、溶接電流フィードバック信号を並列状態ベースの制御装置３４に供給することができ、電圧センサ４８は、溶接電圧フィードバック信号を制御装置３４に供給することができる。

並列状態ベースの制御装置３４は、電子制御装置とすることができ、且つプロセッサを含むことができる。並列状態ベースの制御装置３４は、１つ以上のマイクロプロセッサ、マイクロ・コントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ディスクリート論理回路等を含むことができる。並列状態ベースの制御装置３４は、メモリ部５０（例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ）を含む。メモリ部５０は、並列状態ベースの制御装置３４に本明細書で説明される機能を提供させるような、アーク溶接プログラム及び動作制御プログラムを規定するプログラム命令を格納することができる。特定の実施形態では、並列状態ベースの制御装置３４は、制御装置によって使用されるプログラム及び／又はパラメータを格納するようなリモートメモリ（図示せず）にアクセスすることができる。並列状態ベースの制御装置３４は、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、インターネット等のネットワークを介して、リモートメモリ等にアクセスすることができる。例示的なリモートメモリには、リモートサーバ、クラウドベースのメモリ等が挙げられる。

上述したように、制御装置３４は、並列状態ベースの制御装置である。並列状態ベースの制御装置３４は、状態テーブル・コンセプトに応じて溶接作業を制御する。溶接作業は、所望の溶接波形２４を含んでおり、一連のシーケンス制御状態に分解される。波形制御信号３６を用いて、並列状態ベースの制御装置３４は、現在の制御状態に従って電力変換器２２の出力を制御する。例示的な制御状態には、ＯＦＦ、ピーク電流、バックグラウンド電流等が含まれる。並列状態ベースの制御装置３４は、溶接作業のパラメータに基づいて制御状態からある制御状態に移行する。例えば、並列状態ベースの制御装置３４は、溶接電流フィードバック信号からの溶接電流レベル、溶接電圧フィードバック信号からの溶接電圧レベル、経過時間（例えば、電流状態での経過時間等）、他のフィードバック信号（例えば、位置信号、リミットスイッチの状態）等のパラメータに基づいて、制御状態同士の間で移行することができる。

メモリ部５０は、並列状態ベースの制御装置３４で使用するための複数の状態テーブル５２を格納する。格納された状態テーブル５２は、溶接状態テーブルと、動作制御システムの状態テーブルとを含む。並列状態ベースの制御装置３４は、溶接作業を制御するために、少なくとも１つの動作制御システムの状態テーブルと同時に溶接状態テーブルを実装する。

状態テーブル５２は、様々な状態の機能を表すようなコード化パラメータを含むことができる。例えば、ピーク電流状態を有する状態テーブルは、所望のピーク電流を表すようなパラメータを有するだろう。状態テーブル５２には、状態が終了したときを示すためのパラメータが含まれ、現在の状態が終了すると、次の状態を入力する。各状態は、溶接中に監視される種々のパラメータに基づいて、複数の次の状態に関連付けることができる。例えば、現在の状態は、短絡状況が検出された場合に、第１の次の状態に移行し、あるいはまた、経過時間に基づいて（第１の次の状態とは異なる）第２の次の状態に移行するかもしれない。

一般に、各溶接状態テーブルは、溶接波形及び溶接作業の態様を一緒に規定するような複数の別個の状態を含む。溶接状態テーブル内の個々の状態は、その状態（例えば、ピーク電流レベル）によって提供される関数に対応する少なくとも１つのパラメータ又は命令、その状態の終了を示すパラメータ又はチェック、次の状態（複数可）を示すパラメータを含む。その状態によって提供される関数に対応するパラメータ又は命令に加えて、各状態は、実行するための追加の維持管理タスクを有することができる。例示的な維持管理タスクには、タイマの再設定、カウンタの消去等が挙げられる。各状態テーブルは、状態テーブルで使用される各種パラメータを格納するような関連データテーブル５３を有することができる。データテーブルは、集計表のように構成することができ、状態テーブルの操作は、その関連するデータテーブルの入力を変更することによって修正することができる。多数の波形は、複数の状態を一緒に紐付けするによって形成することができ、溶接プログラムは、状態の追加、状態の削除、及び／又は状態の順序を変更することによって修正することができることを理解すべきである。

並列状態ベースの制御装置３４は、２つ以上の状態テーブルを使用して、２つ以上の別々の制御操作を同時に（すなわち、並列に）行う。図１では、並列状態ベースの制御装置３４は、溶接状態テーブル５４及び動作制御システムの状態テーブル５６を使用して、溶接波形２４と溶接トーチ２６の位置との両方を同時に制御する。溶接状態テーブル５４は、溶接波形２４を制御するための第１の複数のシーケンス制御状態を含み、及び動作制御システムの状態テーブル５６は、溶接トーチ２６の動きを制御するための第２の複数のシーケンス制御状態を含む。説明を簡単にするために、各種制御操作は、並列状態ベースの制御装置３４によって、溶接状態テーブル５４によって、又は動作制御システムの状態テーブル５６によって実行されるものとして以下に説明される。このような全ての制御は、並列状態ベースの制御装置３４が、状態テーブル５４，５６のそれぞれで規定された制御動作を実行する際に、並列状態ベースの制御装置３４によって実行されることを理解すべきである。

溶接トーチ２６は、トーチを移動させるような動作制御システムに取り付けられる。図１では、動作制御システムは、溶接トーチ２６をワーク１８に直線的に接近離間させるモータ５８と、このモータ５８を作動させる動作制御システムの制御装置６０（例えば、モータ制御装置）とを含むものとして概略的に示されている。動作制御システムは、ロボットによって行われる際に、トーチ２６を複数の次元に移動させる、又はトーチをワークの長さに沿って移動させる、又は溶接中にトーチを振動させる（例えば、ウィービングさせる）ことができることを理解すべきである。しかしながら、図１では、動作制御システムは、トーチを１つの次元に（例えば、垂直方向に）移動させる。動作制御システムの制御装置６０は、並列状態ベースの制御装置３４から動作制御信号６２を受信する。動作制御システムの制御装置６０は、位置を調整するか、そうでなければ、並列状態ベースの制御装置３４から受信した動作制御信号６２に従ってトーチ２６の動きを制御する。動作制御信号６２は、アナログ信号（例えば、０−１０ＶＤＣ、４−２０ｍＡ等）、又はデジタル信号とすることができる。特定の実施形態では、動作制御システムの制御装置６０と並列状態ベースの制御装置３４とは、双方向シリアル通信（例えば、ＵＳＢ、イーサネット（登録商標）等）等を介して、双方向に通信する。

位置センサ６４は、トーチ２６の位置や動きを感知し、位置フィードバック信号６６を、並列状態ベースの制御装置３４に及び／又は動作制御システムの制御装置６０に供給することができる。位置フィードバック信号６６は、並列状態ベースの制御装置３４と動作制御システムの制御装置６０とによって、それぞれの制御動作において使用される。また、溶接状態テーブル５４及び動作制御システムの状態テーブル５６の両方が、それぞれの状態テーブル内の１つ以上の状態に関連付けられたパラメータとして、トーチ位置を含むことができる。位置センサ６４は、絶対位置、移動量、速度、又は移動方向を感知することができる。

位置センサ６４は、トーチ２６の位置を感知するように概略的に示されている。しかしながら、位置センサ６４は、モータ５８の回転、ワーク１８の位置、アークの長さ等の他の条件を感知することができる。

動作制御システムの状態テーブル５６は、溶接トーチ２６の動きに関連付けられた複数の状態を含む。動作制御システムの状態テーブル５６内の状態は、所望の溶接作業を達成するために、溶接状態テーブル５４内の状態と連動して動作する。溶接状態テーブル５４及び動作制御システムの状態テーブル５６にそれぞれ含まれるような溶接制御命令と動作制御命令とが、共通の制御装置３４によって実行されるので、状態ベースの動作制御は、状態ベースの溶接制御に密接に結合することができる。これによって、別々の溶接制御装置及び動作制御装置を用いる従来の制御システムと比較した場合に、状態ベースの動作制御を高速で行うことが可能になる。別々の溶接制御装置及び動作制御装置の使用は、多くの場合、重複するセンサを必要とし、制御装置の動作間に（例えば、５０ミリ秒以上の）遅延が追加され、このような遅延は、制御装置間の密接な制御が必要な場合に、望ましくないことである。また、従来の動作制御装置によって使用されるフィードバック信号（例えば、溶接電圧、溶接電流等）は、時々ノイズが多く、それは、動作制御装置の迅速及び／又は正確な動作能力に影響を与えることがある。溶接状態と、溶接トーチや溶接用電極の動きとの間の密接な制御は、次のような動作中に望まれる：（ａ）タッチ後退の開始（ｂ）短絡を感知した際の停止又は後退（ｃ）電極ワイヤ送り速度プロセスの適合又は変調（ｄ）自動突出し制御（例えば、作業距離に対して接触チップを調節する）（ｅ）自動電圧制御を含む又は含まないウィービング・システム（ｆ）継ぎ目の追跡（ｇ）バグの位置に基づく制御でバグシステムを使用する軌道パイプ溶接等の動作である。図１に示される一般的な制御装置のアプローチによって、情報がリアルタイムで状態テーブル同士の間で共有することができ、各状態テーブルは、他の状態テーブルの制御動作に基づいて調節を迅速に行う、又は他の状態テーブルの制御動作を考慮することができる。一般的な制御装置のアプローチによって、各状態テーブル５４，５６における状態移行が、同じパラメータ（例えば、共有パラメータ又はフィードバック信号）に基づいて発生することが可能になる。従って、動作制御システムによって、位置「ハンチング（hunting）」等の制御の不安定性を引き起こすことなく、状態ベースの動作制御を迅速に行うことができる。例えば、電力変換器２２を制御しながら、並列状態ベースの制御装置３４は、１００Ｈｚ以上の周波数で動作制御信号６２を更新する（例えば、信号レベルを更新する）ことができ、その周波数は、典型的には１Ｈｚの範囲で動作するような従来のシステムよりもはるかに速い制御速度である。

図２は、溶接インバータ及び動作制御システムを、上述したように、並列状態テーブルを使用してどの様に同時に制御することができるかを示す例示的な状態図を提供する。制御状態は、共通の制御装置３４（図１）によって実現されるため、１つの状態テーブルの実行中に発生するパラメータ又は計算は、他の状態テーブルに迅速に共有され、且つ他の状態テーブルによって使用することができる。こうして、状態テーブルは、情報を共有又は交換するような概念的な考えとすることができる。また、溶接電圧、溶接電流、トーチ位置等の同じフィードバック信号が、両方の状態テーブルで使用されて、状態テーブル内の状態移行を制御することができる。

図２には、溶接状態テーブルの態様が、左側に示されており、動作制御システムの状態テーブルの態様が、右側に示されている。溶接状態テーブルと動作制御システムの状態テーブルを一緒に動作させて、溶接作業のタッチ後退の開始(touch retract starting)を実行するとともに、溶接トーチのワークに対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を調節するように実行する。ＣＴＷＤは、図１に距離「Ｄ」として示されており、及びＣＴＷＤは、溶接トーチを上下に移動させることによって調整することができる。ＣＴＷＤ調節することは、溶接アークのアーク長さを調節するのに役立つであろう。

溶接トーチに関連するトリガのスイッチをオンにするときに、並列状態ベースの制御装置は、最初に、状態１ａに応じてインバータを制御するとともに、状態１ｂに応じてトーチの動きを制御する。状態１ａでは、並列状態ベースの制御装置は、ワークに向けてトーチを移動させながら、溶接電源の開回路電圧（ＯＣＶ）を調節する。溶接状態テーブルと動作制御システムの状態テーブルとの両方は、電圧センサからの減少した溶接電圧（例えば、＜１０Ｖ）に応答する。その減少した溶接電圧は、溶接ワイヤがワークに接触したことを示す。従って、溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルは、状態２ａ，２ｂにそれぞれ移行する。状態２ａでは、並列状態ベースの制御装置は、２０Ａの溶接電流を達成するために、インバータに供給される波形制御信号を調整するとともに、トーチを後退させるように動作制御信号を調整する。溶接電圧が上昇する（例えば、＞１５Ｖ）ときに、アークが確立しており、状態テーブルは、状態３ａ，３ｂに移行する。状態３ａでは、並列状態ベースの制御装置は、供給装置に指示して、所望のワイヤ送り速度（ＷＦＳ）で溶接ワイヤの供給を開始させ、トーチの後退を停止させるように動作制御信号を調整する。溶接状態テーブルは、動作制御システムの状態テーブルがＣＴＷＤを調節する間に（状態４ｂ）、所定の時間（例えば、ピーク時間及びバックグラウンド時間）に基づいて、ピーク電流状態（４ａ）とバックグラウンド電流状態（５ａ）との間で交互に切り替えることによって溶接作業を制御する。ピーク電流状態での経過時間が、ピーク時間を超えるときに（ｔ＞ピーク時間）、溶接状態テーブルが、バックグラウンド状態に移行し、タイマがリセットされる。バックグラウンド状態での経過時間が、バックグラウンド時間を超えるときに（ｔ＞バックグラウンド時間）、溶接状態テーブルが、ピーク電流状態に再び移行し、タイマが再びリセットされる。溶接状態テーブルは、トリガのスイッチがオフにされるまで動作制御システムの状態テーブルがＣＴＷＤを調節する間に（状態４ｂ）、ピーク電流状態（４ａ）及びバックグラウンド電流状態（５ａ）を交互に切り替えることを継続する。その後、両方の状態テーブルは、ＯＦＦ６ａ状態又は停止５ｂ状態に入る。

なお、ＣＴＷＤは、ワークの形状及び／又はワークの不完全性（例えば、あらゆるスポット）によって影響されることを理解すべきである。従って、ＣＴＷＤは、溶接中に変化し得る。ＣＴＷＤは、並列状態ベースの制御装置３４によって、（例えば位置測定によって）適切なフィードバック信号（複数可）から直接的に決定することができる。ＣＴＷＤは、溶接パラメータにも関連しており（例えば、溶接電圧に比例する）、こうして、溶接電圧、溶接電流等の溶接パラメータから決定することもできる。定電流中に又は調節された電流の溶接手順の間に、増大したＣＴＷＤは、増大した平均溶接電圧として観測可能になる一方、減少したＣＴＷＤは、減少した平均溶接電圧として観測可能になる。定電圧中に又は調節された電圧の溶接手順では、増大したＣＴＷＤは、減少した平均溶接電流として観測可能になる一方、減少したＣＴＷＤは、増大した平均溶接電流として観測可能になる。動作制御システムの状態テーブルは、フィードバック信号（例えば、溶接電圧、溶接電流等）を基準と比較することにより、ＣＴＷＤを調節することができ、フィードバック信号と基準信号との差である誤差信号に基づいて、ＣＴＷＤを調整する。ＣＴＷＤを調節する際に、動作制御システムの状態テーブルは、その平均値（例えば、平均電圧）、そのピーク値（例えば、ピーク電流）、積算値等のフィードバック信号の特定の特性を考慮することができる。

溶接電源が、一定のアーク長を維持するように溶接電流制御することにより、ＣＴＷＤの変化を調整するような適応制御方式が知られている。電力変換器は、４０〜１２０ｋＨｚの範囲の周波数で動作し、従って、溶接波形を非常に迅速に調整することができる。適応制御は、平均電圧に基づいて溶接電流を調整する。一般に、溶接波形は、２０〜３００Ｈｚの間の周波数を有しており、適応制御は、このような範囲で動作する。適応制御は、電力変換器よりもゆっくりと動作するため、適応制御及び電力変換器は、一緒にうまく機能する。トーチ及び／又は電極の動作制御が上述したように追加されるときに、それは適応制御を排除し、動作制御システムの状態テーブル５６がＣＴＷＤの変化を単独で調整することを可能にすることが望ましい場合がある。この場合には、動作制御信号６２は、適応制御の速度と同様の１００Ｈｚ以上の周波数で更新することができる。あるいはまた、適応制御を維持して、動作制御の速度を例えば約１０Ｈｚに低減することができる。

図１を参照すると、溶接状態テーブル５４及び動作制御システムの状態テーブル５６は、フィードバック信号（溶接電圧、溶接電流、位置等）を直接的に使用することができ、すなわちフィードバック信号が処理され、次に状態テーブルによって使用することができる。例えば、並列状態ベースの制御装置３４は、フィードバック信号を処理するための１つ又は複数のフィルタ６８又は計算ブロック７０を含むことができる。フィルタ及び他の処理ブロックを用いて、状態テーブル５４，５６は、平均電流及び平均電圧、平均位置、ピーク電流及びピーク電圧、平均ピーク電力、積算値、微分値等のパラメータを使用することができる。溶接電力は、電圧及び電流フィードバック信号を乗算する計算ブロックによって計算することができ、溶接電力は、追加の計算ブロック（図示せず）によって処理することができる。

メモリ部５０は、複数の溶接状態テーブル、複数の動作制御システムの状態テーブル、及びそれらに関連するデータテーブルを格納することができる。並列状態ベースの制御装置３４は、溶接電源１２におけるユーザ入力に基づいて、溶接作業を制御するのに使用するための特定の溶接状態テーブル及び／又は動作制御システムの状態テーブルを選択することができる。例えば、溶接電源１２は、ユーザが、特定の溶接プログラムを選択することを可能にする入力装置７２と、ＷＦＳ、ボルト、アンペア、溶接サイズ（例えば１／４インチ、５／１６インチ）等の種々のパラメータを設定するための入力装置７４，７６，７８とを含む。並列状態ベースの制御装置３４は、ユーザ入力に基づいて、適切な溶接状態テーブル及び／又は動作制御システムの状態テーブルを選択及び／又は修正することができる。特定の実施形態では、溶接電源１２は、溶接サイズ、ＷＦＳ等の単一のユーザ入力から、溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルを含む溶接プログラムを選択するように構成される。溶接電源１２は、選択された溶接プログラム、種々の溶接パラメータ等をユーザに知らせるための、ディスプレイ等の出力装置をさらに含む。

溶接電圧、溶接電流、及び溶接トーチの位置等のフィードバック信号に加えて、状態テーブル５４，５６は、溶接システムからのアナログとデジタルの入力、内部タイマ及びフラグの状態、入力装置７４，７６，７８の設定等の、それらの制御機能を実行する際の多数の追加のパラメータ、を利用することができることを理解すべきである。

特定の実施形態では、並列状態ベースの制御装置３４は、溶接作業で使用するために選択された溶接状態テーブル５４の特性に基づいて、特定の動作制御システムの状態テーブルを自動的に選択する。例えば、溶接状態テーブル５４は、定電流又は調節された電流、或いは一定の電力レベル又は調節された電力レベルで溶接するように構成することができ、並列状態ベースの制御装置３４は、電圧（例えば、平均電圧、ピーク電圧、電圧変化等）に基づいてＣＴＷＤを調節するような適切な状態テーブルを、動作制御システムの状態テーブル５６として自動的に選択することができる。同様に、溶接状態テーブル５４は、一定の電圧レベル又は調節された電圧レベルで溶接するように構成することができ、並列状態ベースの制御装置３４は、電流（例えば、平均電流、ピーク電圧、電流変化等）に基づいてＣＴＷＤを調節するような適切な状態テーブルを、動作制御システムの状態テーブル５６として自動的に選択することができる。溶接状態テーブル５４が、溶接電圧を調整するテーブルから溶接電流を調節するテーブルに変更された場合に（例えば、異なる溶接状態テーブルが、溶接作業を制御するために選択された場合に）、並列状態ベースの制御装置３４は、溶接電流に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルから電圧に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルに、それに応じて、動作制御システムの状態テーブル５６を自動的に変更することができる。ＣＴＷＤを調節するよりもむしろ、自動的に選択された動作制御状態テーブルは、ＷＦＳ、ワークに沿った溶接トーチの移動、パイプの周りの溶接トーチの移動等の溶接作業の態様を制御することができる。

異なる溶接状態テーブルによって実行される溶接手順のタイプと、ＣＴＷＤを制御するためにそれぞれの動作制御システムの状態テーブルで使用されるフィードバック信号との関連する例は、次の通りである：

図３を参照すると、例示的な実施形態では、動作制御システムは、アーク継ぎ目追跡システムの一部であるウィーバー(weaver)制御部６０ａとウィーバーモータ５８ａとを有している。ウィーバーモータによって、溶接トーチ２６を、動作制御信号６２に従ってウィービング溶接運動を行うように振動させる。溶接電源１２は、上述したように並列状態ベースの制御装置等を使用して、溶接作業と溶接トーチ２６の動きとの双方を制御する。この場合に、（図３の「ウィーバー状態テーブル」として示される）動作制御システムの状態テーブルは、溶接トーチ２６の振動ウィービング溶接運動を制御するように構成される。溶接電源１２は、複数の状態テーブルを用いて所定の溶接サイズ（例えば、わずかな長さ）を得るために、溶接電流、及び溶接トーチ２６の振動ウィービング溶接運動を制御することができる。溶接中に溶接トーチ２６のウィービングを制御する際に、溶接電源１２は、上述したようにＣＴＷＤを調節し、及び／又はトーチの振動速度を制御することができる。溶接電源１２は、溶接電圧の及び／又は溶接電流のフィードバック信号に基づいて、溶接接合部のエッジを判定することもできる。動作制御信号６２を用いて（例えば、動き制御信号の信号レベルに応じて）、溶接電源１２は、ワーク１８に対するトーチの振動速度及び／又はトーチの位置を制御することができる。

図４を参照すると、図４は、並列状態ベースの制御装置３４が、電極１６のワイヤ送り速度（ＷＦＳ）を制御するような実施例を示している。電極１６は、電動ピンチローラ８２によってスプール８０から供給される。電動ピンチローラ８２は、電極１６の動作制御システムの一部である。動作制御システムは、ピンチローラ８２を作動させるような動作制御システムの制御装置６１（例えば、モータ制御装置）をさらに含む。動作制御システムの制御装置６１は、並列状態ベースの制御装置３４から動作制御信号６３を受信し、動作制御システムの制御装置６１は、並列状態ベースの制御装置から受信した動作制御信号６３に従ってＷＦＳを調整する。図４では、動作制御信号６３は、動作制御システムの状態テーブル５７によって決定されるＷＦＳの制御信号である。動作制御信号６３は、アナログ信号又はデジタル信号とすることができる。

動作制御システムの状態テーブル５７は、溶接状態テーブル５４で規定された溶接作業と協働して、ＣＴＷＤというよりもむしろＷＦＳ又は堆積速度を制御するように構成されることを除いて、上述した動作制御システムの状態テーブル５６に類似している。このように、動作制御システムの状態テーブル５７は、図１，図２に関連して上述したテーブルとは異なる状態を有することができる。例えば、動作制御システムの状態テーブル５７は、モータ速度、上昇速度、ブレーキ、ブレーキ及び逆転等を調整するような状態を有することができる。

並列状態ベースの制御装置３４及び動作制御システムの制御装置６１は、電動ピンチローラ８２の速度や電極１６の速度を示す速度フィードバック信号８４を速度センサ８６から受信する。例示的な速度センサ８６は、ピンチローラの実際の速度、ピンチローラを駆動するモータの速度、又はピンチローラを駆動するギアの速度を感知するようなエンコーダ又は他の回転センサである。センサ８６は、電極１６の速度及び方向を直接的に測定することができる。

図５は、溶接インバータ及び電極ワイヤ送給装置を、上述したように並列状態テーブルを使用してどの様に同時に制御することができるかを示す例示的な状態図を提供する。溶接状態テーブルの態様が、左側に示されており、動作制御システムの状態テーブルの態様が、右側に示されている。溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルを一緒に作動させて、溶接作業のタッチ後退の開始を行い、ＷＦＳを調節する。溶接トーチに関連付けられたトリガのスイッチをオンにするときに、並列状態ベースの制御装置は、最初に、状態１ａに応じてインバータを制御し、且つ状態１ｂに応じて電極の動きを制御する。状態１ａでは、並列状態ベースの制御装置は、ワークに向けてワイヤ電極を移動させながら、溶接電源の開回路電圧（ＯＣＶ）を調節する。溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルの両方が、電圧センサからの減少した溶接電圧（例えば、＜１０Ｖ）に応答する。その減少した溶接電圧は、ワイヤ電極がワークに接触したことを示している。従って、溶接状態テーブル及び動作制御システムの状態テーブルは、状態２ａ，２ｂにそれぞれ移行する。状態２ａでは、並列状態ベースの制御装置は、２０Ａの溶接電流を達成するために、インバータに供給される波形制御信号を調整するとともに、ワイヤ電極のブレーキによってワークから後退させるような動作制御信号を調整する。溶接電圧が上昇するときに（例えば、＞１５Ｖ）、アークが確立しており、状態テーブルが、状態３ａ，３ｂに移行する。状態３ａでは、並列状態ベースの制御装置は、実際の溶接を開始し、ワイヤ電極が、後退を停止し、ワークに向けて再び移動し、溶接ＷＦＳまで上昇させるように、動作制御信号を調整する。速度フィードバック信号からの実際のＷＦＳが、溶接ＷＦＳの８０％を超えるときに、溶接状態テーブルは、所定の時間に基づいてピーク電流状態（４ａ）とバックグラウンド電流状態（５ａ）との間で交互に切り替えることで溶接作業を制御する一方、動作制御システムの状態テーブルは、所定の溶接又はアーク電圧を維持するようにＷＦＳを調節する（状態４ｂ）。溶接状態テーブルは、ピーク電流状態（４ａ）とバックグラウンド電流との間で交互に切り替えることを継続する一方、動作制御システムの状態テーブルは、トリガのスイッチがオフにされるまで、ＷＦＳを調節する（状態４ｂ）。その後、両方の状態テーブルは、ＯＦＦ６ａ状態又は停止５ｂ状態に入る。

並列状態ベースの制御装置３４は、複数の並列状態テーブルを使用してアーク溶接システム１０のいくつかの態様を同時に制御することができる。図６では、例えば、並列状態ベースの制御装置３４は、３つの並列状態テーブル５４，５６，５７を用いて、同時に溶接波形を制御し、ＣＴＷＤを調節し、ＷＦＳを調節する。一方の動作制御システムの状態テーブル５６は、ＣＴＷＤを制御するように構成されており、及び他方の動作制御システムの状態テーブル５７は、ＷＦＳを制御するように構成されている。並列状態ベースの制御装置３４がＣＴＷＤ及びＷＦＳを制御するための動作制御信号６２，６３の値を調整する頻度は、位置ハンチング等の不安定性を回避するように調整することができる。例えば、並列状態ベースの制御装置３４は、例えば１００Ｈｚの第１の周波数でＣＴＷＤ用の動作制御信号６２を更新することができ、及び例えば１０Ｈｚ以下の第２のより遅い周波数でＷＦＳ用の動作制御信号６３を更新することができる。

図７は、溶接電源１２が、ウィーバー制御装置６０ａ及びバグ制御装置６５の溶接波形と動作とを同時に制御することを示している。バグ制御装置は、溶接バグ９０を使用してパイプ８８の周りに溶接トーチ２６の周方向（軌道）運動を制御する。こうして、溶接電源１２は、溶接トーチ１２の振動ウィービング溶接運動と、パイプ８８であるワークに沿った溶接トーチの移動との両方を同時に制御する。これを行うには、溶接電源１２は、３つの並列状態テーブル、１つが溶接波形用であり、１つがウィービングの制御用であり（すなわち、「ウィーバー状態テーブル」）、１つがパイプ８８の周りの溶接トーチ２６の移動制御用である（すなわち、「バグの状態テーブル」）、を使用する並列状態ベースの制御装置を用いる。

図８は、キャリッジ(carriage)制御装置９２及びトラッカー(tracker)制御装置９４の溶接波形と動作とを同時に制御する溶接電源１２を示す。再び、溶接電源１２は、３つの並列状態テーブル、１つが溶接波形用であり、１つがキャリッジ９６（すなわち、「キャリッジ制御装置」）の動き制御用であり、１つがトラッカー制御装置９４（すなわち、「トラッカー制御装置」）用である、を使用する並列状態ベースの制御装置を用いる。キャリッジ制御装置９２は、溶接電源１２から動作制御信号を受信し、その制御信号に基づいて、ワーク１８の長さの長手方向に沿ってキャリッジ９６及び溶接トーチ２６の移動を制御する。接合部の追跡は、入力装置（左又は右／上又は下方向に継ぎ目を追跡する）と出力装置（トーチを継ぎ目に位置決めするために上／下、左／右方向にスライドさせる）との両方を追加することができる。

本開示は一例であり、種々の変更は、本開示に含まれる教示の公正な範囲から逸脱することなく細部を追加、変更、又は除去することによって行うことができることは明らかである。従って、本考案は、以下の特許請求の範囲がそのように限定されている場合を除き、本開示の特定の詳細に限定されるものではない。

［請求項１］
アーク溶接システム（１０）であって、当該アーク溶接システムは：
溶接トーチ（２６）と；
該溶接トーチ（２６）に作動可能に接続されるとともに、前記溶接トーチ（２６）から電気エネルギーを受け取り、前記アーク溶接システム（１０）からの電気アーク（１４）を確立する電極（１６）と；
溶接波形（２４）に応じて前記電気アーク（１４）を発生させるための電気エネルギーを供給するための溶接電源（１２）と；を備えており、該溶接電源（１２）は：
電気エネルギーを前記溶接トーチ（２６）に供給するために前記溶接トーチ（２６）に作動可能に接続されたスイッチ切替式電力変換器（２２）と；
該スイッチ切替式電力変換器（２２）に作動可能に接続されるとともに、前記スイッチ切替式電力変換器（２２）の動作を制御するための波形制御信号（３６）を前記スイッチ切替式電力変換器（２２）に供給し、さらに前記電極（１６）及び前記溶接トーチ（２６）の少なくとも一方の動作を制御するための動作制御信号（６２）を生成するような並列状態ベースの制御装置（３４）であって、該並列接続状態ベースの制御装置（３４）は、プロセッサを含む、並列接続状態ベースの制御装置と；
前記並列状態ベースの制御装置（３４）に作動可能に接続された出力を有しており、溶接電圧及び溶接電流の少なくとも一方を感知するセンサ（４８）と；
前記プロセッサに動作可能に接続されるとともに、第１の複数のシーケンスの制御状態を含む溶接状態テーブル（５４）を格納し、さらに第２の複数のシーケンス制御状態を含む動作制御システムの状態テーブル（５６）を格納するメモリ部（５０）と；を有しており、
前記溶接波形（２４）は、前記溶接状態テーブル（５４）で規定され、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記溶接状態テーブル（５４）に応じて前記波形制御信号（３６）を用いて前記スイッチ切替式電力変換器（２２）の動作を制御するとともに、同時に前記動作制御システムの状態テーブル（５６）に応じて前記動作制御信号（６２）を調整し、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記センサ（４８）から受信した信号に応じて前記溶接状態テーブル（５４）の制御状態同士の間で移行し、また前記センサ（４８）から受信した信号に応じて前記動作制御システムの状態テーブル（５６）の制御状態同士の間で移行する、
アーク溶接システム。
［請求項２］
前記溶接トーチ（２６）は、接触チップ（２８）を有しており、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）は、ワークに対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を制御し、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、溶接電圧を調節し且つ前記溶接状態テーブル（５４）によって規定されるような第１の溶接手順から、溶接電流を調節し且つ別の溶接状態テーブル（５４）によって規定されるような第２の溶接手順に変更するときに、前記並列状態ベースの制御装置は、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）を、平均化された溶接電流に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルから平均化された溶接電圧に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルに自動的に変更する、
請求項１に記載のアーク溶接システム。
［請求項３］
前記電極（１６）は、消耗ワイヤ電極を有しており、
前記アーク溶接システム（１０）は：
前記消耗ワイヤ電極をワイヤ送り速度で供給するモータ（５６）と、前記ワイヤ送り速度を制御するモータ制御装置と、をさらに有しており、
前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、さらに、第３の複数のシーケンス制御状態を含む第３の状態テーブルに応じて前記モータ（５８）の動作を同時に制御する。
請求項１又は２に記載のアーク溶接システム。
［請求項４］
前記動作制御信号（６２）は、アナログ信号であり、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記アナログ制御信号の信号レベルを少なくとも１００ヘルツの周波数でさらに更新する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
［請求項５］
前記溶接トーチ（２６）及び前記電極（１６）の少なくとも一方の動きを制御するような動作制御システムをさらに含んでおり、前記動作制御システムは、動作制御システムの制御装置（６０）をさらに備えており、前記動作制御信号は、前記並列状態ベースの制御装置（３４）によって前記動作制御システムの制御装置（６０）に提供されるアナログ信号である、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
［請求項６］
前記電極（１６）は、消耗ワイヤ電極であり、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）は、前記電極（１６）がワークに接触したことを前記並列状態ベースの制御装置（３４）が判断する際に、前記溶接トーチ（２６）及び前記電極（１６）の少なくとも一方を後退させるように前記動作制御システムの制御装置に指示するための退避状態を含む、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
［請求項７］
前記動作制御システムは、前記並列状態ベースの制御装置（３４）からの前記アナログ信号に応じて、前記動作制御システムの制御装置によって制御されるワイヤ送り速度で前記消耗ワイヤ電極（１６）を供給するようなモータ（５８）を含む、
請求項４，請求項４に従属する請求項５、請求項４に従属する請求項６、請求項４及び５に従属する請求項６に記載のアーク溶接システム。
［請求項８］
前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、選択された溶接状態テーブル（５４）の特性に基づいて、複数の状態テーブルの中から特定の状態テーブルを前記動作制御システムの状態テーブル（５６）として自動的に選択し、及び／又は前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、所望の溶接サイズのユーザ入力に応じて前記複数の状態テーブルの中から前記溶接状態テーブルを選択する、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
［請求項９］
前記動作制御信号に応じて所定の溶接サイズを得るために、前記溶接トーチ（２６）の振動ウィービング溶接運動を制御するための動作制御システムの制御装置（６０ａ）を含む動作制御システムをさらに有しており、及び／又はワークの長さに沿って前記溶接トーチの動きを制御するための動作制御システムの制御装置を含む動作制御システムをさらに有する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
［請求項１０］
前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記溶接状態テーブル（５４）に応じて溶接電流を調節するとともに、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）に応じて且つ平均溶接電圧に基づいて、ワークに対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を調節し、及び／又は、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記溶接状態テーブル（５４）に応じて溶接電圧を調節するとともに、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）に応じて且つ平均溶接電流に基づいて、ワークに対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を調節する、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
［請求項１１］
アーク溶接システムを制御するための方法であって、当該方法は：
特に請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のアーク溶接システムを提供するステップを含み、
前記アーク溶接システムは：
接触チップ（２８）を含む溶接トーチ（２６）と；
溶接電源と；を有しており、
該溶接電源は：
前記溶接トーチに作動可能に接続されたスイッチ切替式電力変換器（２２）と；
溶接状態テーブルと、動作制御システムの状態テーブルとを含む並列状態ベースの制御装置と；
溶接電圧センサと；
溶接電流センサと；を有しており、
前記アーク溶接システムとワークとの間に電気アークを発生させるステップと；
前記並列状態ベースの制御装置によって、前記溶接状態テーブルに応じて溶接波形を発生させるために前記スイッチ切替式電力変換器制御するステップであって、前記溶接状態テーブルは、前記溶接波形を規定する第１の複数のシーケンス制御状態を含み、前記スイッチ切替式電力変換器を制御するステップは、前記溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び前記溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくともの一方に基づいて、前記溶接状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む、制御するステップと；
前記スイッチ切替式電力変換器を同時に制御する前記並列状態ベースの制御装置によって、前記動作制御システムの状態テーブルに応じて溶接トーチの動きを制御するステップであって、前記動作制御システムの状態テーブルは、第２の複数のシーケンス制御状態を含み、前記溶接トーチの動きを制御するステップは、前記溶接電圧センサからの前記溶接電圧信号及び前記溶接電流センサからの前記溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、前記動作制御システムの状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む、
方法。
［請求項１２］
前記溶接トーチ（２６）の動きを制御するステップは、前記ワークに対して前記溶接トーチ（２６）のワーク対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を制御するステップを含む、
請求項１１に記載の方法。
［請求項１３］
前記アーク溶接システムは、動作制御システムの制御装置を含む動作制御システムを有しており、前記方法は：
前記動作制御システムの状態テーブルに応じて、前記並列状態ベースの制御装置によってアナログの動作制御信号を生成するステップと；
前記アナログの動作制御信号の信号レベルを少なくとも１００Ｈｚの周波数で更新するステップと；
前記アナログの動作制御信号の信号レベルに応じて、前記動作制御システムによってＣＴＷＤを調整するステップと；をさらに含む、
請求項１１又は１２に記載の方法。
［請求項１４］
前記アーク溶接システムの電極が、ワークに接触したと判断するステップをさらに含み、
前記動作制御システムの状態テーブルは、前記電極がワークに接触したと判定したときに、前記溶接トーチを前記ワークから後退させるための退避状態を含み、前記動作制御システムの状態テーブルは、前記溶接電圧センサからの前記溶接電圧信号及び前記溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、ＣＴＷＤを調節するための調節ＣＴＷＤ状態をさらに含む、
請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
［請求項１５］
溶接電圧を調節し且つ前記溶接状態テーブルによって規定される第１の溶接手順から、溶接電流を調節し且つ別の溶接状態テーブルによって規定される第２の溶接手順に切り替えるステップと；
前記並列状態ベースの制御装置によって、前記動作制御システムの状態テーブルを、平均化された溶接電圧に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルから、平均化され溶接電流に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルに自動的に切替るステップと；をさらに含む、
請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
［請求項１６］
前記溶接トーチの動きを制御するステップは、所定の溶接サイズを得るために、前記溶接トーチを振動するステップを含む、
請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
［請求項１７］
アーク溶接システム（１０）を制御する方法であって、当該方法は：
特に請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のアーク溶接システム（１０）を提供するステップと；
前記アーク溶接システム（１０）は：
溶接用電極（１６）と；
溶接電源と；を有しており、
前記溶接電源は：
前記溶接用電極に作動可能に接続されたインバータ（２２）と；
溶接状態テーブルと動作制御システムの状態テーブルとを含む並列状態ベースの制御装置と；
溶接電圧センサと；
溶接電流センサと；を有しており、
前記溶接用電極と前記ワークとの間に電気アークを発生させるステップと；
前記並列状態ベースの制御装置によって、溶接状態テーブルに応じた溶接波形を発生させるインバータ制御するステップであって、前記溶接状態テーブルは、前記溶接波形を規定する第１の複数のシーケンス制御状態を含み、前記インバータを制御するステップは、前記溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び前記溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、前記溶接状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む、制御するステップと；
前記インバータを同時に制御する前記並列状態ベースの制御装置によって、前記動作制御システムの状態テーブルに応じて溶接用電極の動きを制御するステップであって、前記動作制御システムの状態テーブルは、第２の複数のシーケンス制御状態を含み、前記溶接用電極の動きを制御するステップは、前記溶接電圧センサからの溶接電圧信号及び前記溶接電流センサからの溶接電流信号の少なくとも一方に基づいて、前記動作制御システムの状態テーブルの制御状態同士の間でシーケンスで移行させるステップを含む、
方法。
［請求項１８］
前記溶接用電極は、消耗ワイヤ電極であり、前記アーク溶接システムは、前記消耗ワイヤ電極をワイヤ送り速度で供給するためのモータと、ワイヤ送り速度を制御するモータ制御装置とをさらに備えており、前記方法は：
前記ワイヤ送り速度を制御するために、前記動作制御システムの状態テーブルに応じて前記並列状態ベースの制御装置によって、アナログの動作制御信号を生成するステップと；
前記アナログの動作制御信号の信号レベルに応じて、前記モータ制御装置によってワイヤ送り速度を調整するステップと；をさらに含む、
請求項１７に記載の方法。
［請求項１９］
前記溶接用電極が、前記ワークに接触したと判断するステップをさらに含み、
前記動作制御システムの状態テーブルは、前記電極が前記ワークに接触したと判断するときに、前記溶接用電極を退避させる退避状態を含み、
前記動作制御システムの状態テーブルは、さらに、所定の溶接電圧を維持するためのワイヤ送り速度の調節状態を含む、
請求項１７又は１８に記載の方法。
［請求項２０］
前記アーク溶接システムは、接触チップを有する溶接トーチを有しており、前記並列状態ベースの制御装置は、第３の複数のシーケンス制御状態を含む第３の状態テーブルをさらに含み、前記方法は：
前記インバータを同時に制御し、且つ前記溶接用電極の動きを制御するステップと；
前記並列状態ベースの制御装置によって、第３の状態テーブルに応じて前記溶接トーチのワークに対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を制御するステップをさらに含む、
請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
［請求項２１］
前記溶接用電極の動きを制御するために、前記動作制御システムの状態テーブルに応じて前記並列状態ベースの制御装置によって、アナログの動作制御信号を生成するステップと；
溶接電圧を調節し且つ前記溶接状態テーブルによって規定される第１の溶接手順を、溶接電流を調節し且つ別の溶接状態テーブルによって規定される第２の溶接手順に切り替えるステップと；
前記並列状態ベースの制御装置によって、前記動作制御システムの状態テーブルを、溶接電圧レベルに基づいて前記溶接用電極の動きを制御する状態テーブルから、溶接電流レベルに基づいて前記溶接用電極の動きを制御する状態テーブルに自動的に切り替るステップと；
前記アナログの動作制御信号の信号レベルを少なくとも１００Ｈｚの周波数で更新するステップと；をさらに含む、
請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の方法。

１ａ 状態
１ｂ 状態
２ａ 状態
２ｂ 状態
３ａ 状態
３ｂ 状態
４ａ 状態
４ｂ 状態
５ａ 状態
５ｂ 状態
６ａ 状態
１０ 溶接システム
１２ 溶接電源
１４ 電気アーク
１６ 電極
１８ ワーク
２０ 電源
２２ 電力変換器
２４ 溶接波形
２６ 溶接トーチ
２８ 接触チップ
３０ 電気リード線
３２ 電気リード線
３４ 制御装置
３６ 波形制御信号
３８ バックグラウンド電流状態
４０ 短絡クリア状態
４２ ピーク電流状態
４４ テールアウト電流状態
４６ シャント
４８ 電圧センサ
５０ メモリ部
５２ 状態テーブル
５３ データテーブル
５４ 溶接状態テーブル
５６ 制御システムの状態テーブル
５７ 動作制御システムの状態テーブル
５８ モータ
５８ａ ウィーバーモータ
６０ 動作制御システムの制御装置
６０ａ ウィーバー制御装置
６１ 動作制御システムの制御装置
６２ 動作制御信号
６３ 動作制御信号
６４ 位置センサ
６５ バグ制御装置
６６ 位置フィードバック信号
６８ フィルタ
７０ 計算ブロック
７２ 入力装置
７４ 入力装置
７６ 入力装置
７８ 入力装置
８０ スプール
８２ ピンチローラ
８４ 速度フィードバック信号
８６ 速度センサ
８８ パイプ
９０ 溶接バグ
９２ キャリッジ制御装置
９４ トラッカー制御装置
９６ キャリッジ

Claims (10)

1. アーク溶接システム（１０）であって、当該アーク溶接システムは：
   溶接トーチ（２６）と；
   該溶接トーチ（２６）に作動可能に接続されるとともに、前記溶接トーチ（２６）から電気エネルギーを受け取り、前記アーク溶接システム（１０）からの電気アーク（１４）を確立する電極（１６）と；
   溶接波形（２４）に応じて前記電気アーク（１４）を発生させるための電気エネルギーを供給するための溶接電源（１２）と；を備えており、該溶接電源（１２）は：
   電気エネルギーを前記溶接トーチ（２６）に供給するために前記溶接トーチ（２６）に作動可能に接続されたスイッチ切替式電力変換器（２２）と；
   該スイッチ切替式電力変換器（２２）に作動可能に接続されるとともに、前記スイッチ切替式電力変換器（２２）の動作を制御するための波形制御信号（３６）を前記スイッチ切替式電力変換器（２２）に供給し、さらに前記電極（１６）及び前記溶接トーチ（２６）の少なくとも一方の動作を制御するための動作制御信号（６２）を生成するような並列状態ベースの制御装置（３４）であって、該並列接続状態ベースの制御装置（３４）は、プロセッサを含む、並列接続状態ベースの制御装置と；
   前記並列状態ベースの制御装置（３４）に作動可能に接続された出力を有しており、溶接電圧及び溶接電流の少なくとも一方を感知するセンサ（４８）と；
   前記プロセッサに動作可能に接続されるとともに、第１の複数のシーケンスの制御状態を含む溶接状態テーブル（５４）を格納し、さらに第２の複数のシーケンス制御状態を含む動作制御システムの状態テーブル（５６）を格納するメモリ部（５０）と；を有しており、
   前記溶接波形（２４）は、前記溶接状態テーブル（５４）で規定され、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記溶接状態テーブル（５４）に応じて前記波形制御信号（３６）を用いて前記スイッチ切替式電力変換器（２２）の動作を制御するとともに、同時に前記動作制御システムの状態テーブル（５６）に応じて前記動作制御信号（６２）を調整し、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記センサ（４８）から受信した信号に応じて前記溶接状態テーブル（５４）の制御状態同士の間で移行し、また前記センサ（４８）から受信した信号に応じて前記動作制御システムの状態テーブル（５６）の制御状態同士の間で移行する、
   アーク溶接システム。
2. 前記溶接トーチ（２６）は、接触チップ（２８）を有しており、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）は、ワークに対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を制御し、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、溶接電圧を調節し且つ前記溶接状態テーブル（５４）によって規定されるような第１の溶接手順から、溶接電流を調節し且つ別の溶接状態テーブル（５４）によって規定されるような第２の溶接手順に変更するときに、前記並列状態ベースの制御装置は、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）を、平均化された溶接電流に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルから平均化された溶接電圧に基づいてＣＴＷＤを調節するテーブルに自動的に変更する、
   請求項１に記載のアーク溶接システム。
3. 前記電極（１６）は、消耗ワイヤ電極を有しており、
   前記アーク溶接システム（１０）は：
   前記消耗ワイヤ電極をワイヤ送り速度で供給するモータ（５６）と、前記ワイヤ送り速度を制御するモータ制御装置と、をさらに有しており、
   前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、さらに、第３の複数のシーケンス制御状態を含む第３の状態テーブルに応じて前記モータ（５８）の動作を同時に制御する。
   請求項１又は２に記載のアーク溶接システム。
4. 前記動作制御信号（６２）は、アナログ信号であり、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記アナログ制御信号の信号レベルを少なくとも１００ヘルツの周波数でさらに更新する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
5. 前記溶接トーチ（２６）及び前記電極（１６）の少なくとも一方の動きを制御するような動作制御システムをさらに含んでおり、前記動作制御システムは、動作制御システムの制御装置（６０）をさらに備えており、前記動作制御信号は、前記並列状態ベースの制御装置（３４）によって前記動作制御システムの制御装置（６０）に提供されるアナログ信号である、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
6. 前記電極（１６）は、消耗ワイヤ電極であり、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）は、前記電極（１６）がワークに接触したことを前記並列状態ベースの制御装置（３４）が判断する際に、前記溶接トーチ（２６）及び前記電極（１６）の少なくとも一方を後退させるように前記動作制御システムの制御装置に指示するための退避状態を含む、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
7. 前記動作制御システムは、前記並列状態ベースの制御装置（３４）からの前記アナログ信号に応じて、前記動作制御システムの制御装置によって制御されるワイヤ送り速度で前記消耗ワイヤ電極（１６）を供給するようなモータ（５８）を含む、
   請求項４，請求項４に従属する請求項５、請求項４に従属する請求項６、請求項４及び５に従属する請求項６に記載のアーク溶接システム。
8. 前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、選択された溶接状態テーブル（５４）の特性に基づいて、複数の状態テーブルの中から特定の状態テーブルを前記動作制御システムの状態テーブル（５６）として自動的に選択し、及び／又は前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、所望の溶接サイズのユーザ入力に応じて前記複数の状態テーブルの中から前記溶接状態テーブルを選択する、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
9. 前記動作制御信号に応じて所定の溶接サイズを得るために、前記溶接トーチ（２６）の振動ウィービング溶接運動を制御するための動作制御システムの制御装置（６０ａ）を含む動作制御システムをさらに有しており、及び／又はワークの長さに沿って前記溶接トーチの動きを制御するための動作制御システムの制御装置を含む動作制御システムをさらに有する、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。
10. 前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記溶接状態テーブル（５４）に応じて溶接電流を調節するとともに、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）に応じて且つ平均溶接電圧に基づいて、ワークに対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を調節し、及び／又は、前記並列状態ベースの制御装置（３４）は、前記溶接状態テーブル（５４）に応じて溶接電圧を調節するとともに、前記動作制御システムの状態テーブル（５６）に応じて且つ平均溶接電流に基づいて、ワークに対する接触チップの距離（ＣＴＷＤ）を調節する、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載のアーク溶接システム。

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