CN100503125C

CN100503125C - 弧焊机器人

Info

Publication number: CN100503125C
Application number: CNB2005800238184A
Authority: CN
Inventors: 池田达也; 相见圭; 向井康士
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: WO2006006518B1; WO2006006518A1; JP2006026655A; EP1767306A1; CN1984743A; US20080302773A1; EP1767306A4; JP4857534B2

Abstract

在焊接件的目视检查中，存在有对焊接质量控制的限制。即使在使用通用测量仪器的焊接质量控制中，也不能收集到足够的数据而且会增加所需的成本。本发明提供一种弧焊机器人，它利用预定的模式并按照事先示教的操作程序来操作，它在操作模式中每个预定的时期在事先设置的预定的焊接条件下来焊接工件，该设备包括：存储装置，用于存储在执行操作程序时的程序名称、焊接部分、测量数据中至少之一来作为历史信息。因此，可能以低成本和精确度来收集焊接质量控制所必须的数据，而且不用增加任何特别的测量仪器。

Description

弧焊机器人

技术领域

本发明涉及具有数据测量功能的弧焊机器人，用于控制焊接工艺中的焊接质量。

背景技术

通常，在如像汽车工业和建筑工业中实行的质量控制，就其隐含的意义而言，主要是指对“不导致不满意”方面的质量控制。但是，近几年来，质量控制的概念已转变到以“吸引人的满意”、“用户挑选的质量”和“公司生存的质量”为基准的质量控制上。结合质量控制的整个操作，越来越需要对需要焊接的部件进行焊接质量控制。通过对焊接件进行目视检查、电流测量和电压测量，通过将具有记录检测结果的功能的通用测量记录器和焊接电缆相连接，并通过分析和控制记录的结果，来实行常规的控制焊接质量的方法。

图9示出了在使用常规的通用测量记录器进行测量时的一个示意图。在图9中，标号126表示在焊接时作为消耗性电极的焊条；123表示用于进给焊条的进给电机；124表示用于引导焊条126并用作为焊接输出的电极的焊枪；125表示所焊接的焊接件；121表示用于控制焊接输出和进给电机123的焊接输出/进给电机控制单元；1001表示通用测量记录器，用于检测焊接输出的电流和电压。

在目视检查中，可能发现会引起焊接结构严重事故的裂痕和有缺陷的形状。然而，利用通用测量记录器来进行电流测量和电压测量，能够连续地记录焊接处理中的焊接情况，从而可以检测电流值和电压值是否达到了异常水平，并检测目视检查不能发现的异常情况。

此外，作为记录焊接处理的常规例子，提出了一个方法，用此方法进行数据测量可以缩短周期而不需要操作者自己进行测量(参照专利文献1)。

作为另一个常规的例子，为了分析在微观时区中的焊接现象和在宏观时区中的焊接输出的变化，通常要连接通用测量记录器以便收集和显示波形数据.

专利文献1：JP-A-5-6216(图1)。

然而，在焊接件的目视检查中，难于进行透彻的检查。与此同时，在进行抽样检查的情况下，不可能防止偶然的缺陷和焊穿(melt-through)。

此外，在用通用测量记录器来进行电流测量和电压测量以便连续记录焊接处理中的焊接状态的情况下，没有确定命令值和实际输出值之间的差别的功能。因此，需要人工检查记录的数据，以确定焊接是否有异常。此外，在所有要检查的焊接处理中，准备昂贵的通用测量记录器会导致高成本，并且，不能用通用测量记录器来测量所有的焊接现象。

此外，在专利文献1的焊接处理中，利用测量和显示每个操作所需的时间和周期的方法不能确定焊接件的好坏。

再则，需要连接通用测量记录器来分析焊接现象并测量焊接输出的变化，在工厂中的所有焊接处理中，连接这样的通用测量记录器会增加成本，并且，连接测量仪器需要时间和工夫。此外，无法用通用测量记录器来测量在焊接现象中的短路频率。

鉴于上述的常见问题，本发明的目的在于提供一种弧焊机器人，它具有收集焊接质量控制所必须的数据的功能。

发明内容

根据本发明的弧焊机器人利用预定的操作模式并按照事先示教的操作程序来操作，并在操作模式中每个预定的时期内在事先设置的预定的焊接条件下来焊接工件，该设备包括：存储装置，用于存储在执行操作程序时的程序名称、焊接部分、测量数据中至少之一来作为历史信息。

根据本发明的弧焊机器人利用预定的操作模式并按照事先示教的操作程序来操作，并在操作模式中每个预定的时期内在事先设置的预定的焊接条件下来焊接工件，该设备包括：存储装置，用于至少存储测量数据来作为历史信息，其中，该测量数据至少包括以下数据之一：焊接电流命令值、焊接电流输出平均值、焊接电压命令值、焊接电压输出平均值、焊条进给速度、短路频率、进给电机电流、焊接误差，这些都是在预定时期内的数据命令命令。

根据本发明的弧焊机器人利用预定的操作模式并按照事先示教的操作程序来操作，并在操作模式中每个预定的时期内在事先设置的预定的焊接条件下来焊接工件，该设备包括：存储装置，用于至少存储测量数据来作为历史信息，其中，该测量数据包括一个确定结果，在此确定结果中确定以下数据之一是否落入了事先设置的预定范围，这些数据是焊接电流输出平均值、焊接电压输出平均值、短路频率、进给电机电流，这些都是在预定时期内的数据。

根据本发明的弧焊机器人利用预定的操作模式并按照事先示教的操作程序来操作，并在操作模式中每个预定的时期内在事先设置的预定的焊接条件下来焊接工件，该设备包括：存储装置，用于存储在执行操作程序时的程序名称、焊接部分、测量数据中至少之一来作为历史信息，其中，能够从改变全部焊接条件的时间或出现异常的时间二者之中选择存储装置存储历史信息的定时。

根据本发明的弧焊机器人利用预定的操作模式并按照事先示教的操作程序来操作，并在操作模式中每个预定的时期内在事先设置的预定的焊接条件下来焊接工件，该设备包括：存储装置，用于存储在执行操作程序时的程序名称、焊接部分、测量数据中至少之一来作为历史信息，其中，能将存储的历史信息转发给外部存储器。

本发明的优点在于：

在本发明中，由于提供了用于存储与焊接相关的历史信息的装置，因而可能以低成本和高准确度来收集焊接质量控制所必须的数据而不增加特殊的测量仪器。

附图说明

图1A是根据本发明的第一实施例的弧焊机器人的示意图。

图1B示出了焊接部分的内部配置。

图2示出了操作程序的一个例子。

图3根据本发明的第一实施例示出了弧焊机器人的作业流程。

图4示出了历史信息的第一例。

图5示出了设置屏幕屏幕的一个例子。

图6A是历史信息第二例中的第一图表。

图6B是历史信息第二例中的第二图表。

图7A是在历史定时设置是改变所有焊接条件的时间的情况下，历史信息例子中的第一图表。

图7B是在相同的历史信息的例子中的第二图表。

图8A是在历史定时设置是出现异常的时间的情况下，历史信息例子中的第一图表。

图8B是在相同的历史信息的例子中的第二图表。

图9是在用常规的通用记录器进行测量时的示意图。

具体实施方式

(第一实施例)

以下，参照附图1到5来详细说明执行本发明的最佳方式。

图1A示出了一个用于实现本发明的工业机器人的配置。标号101表示一个操纵器，125表示焊枪(welding torch)；102是用于控制整个机器人的控制器；108是用于操作操纵器和控制器的示教示教盒(teach pendant)；109是外部存储器，它能够存储设置的数据和由操作者示教的操作程序；103是用于控制控制器自身的CPU；104是用于实行焊接控制的焊接单元；105是只读存储器ROM，用于为CPU存储控制器软件以便解释和操作；106是随机存取存储器RAM，用于存储设置的数据以及操作者示教的操作程序，并能对其进行随机读写；107是一个用于驱动操纵器的驱动单元。

下面，在图1B中示出了焊接单元104的内部配置。标号126表示在焊接时用作为消耗性电极的焊条；123是用于馈送焊条的进给电机；124是用于引导焊条126并用作为焊接输出的电极的焊枪；125是所焊接的焊接件；121是焊接输出/进给电机的控制单元，用于控制焊接输出和进给电机123；122是电流/电压检测单元，用于检测焊接输出的电流和电压。

下面，将参照图2来说明操作程序的例子。图2是说明操作程序的例子的程序图，其中，标号207表示操作程序的程序名。此外，标号201表示机器人的操作命令。“移动”是移动操纵台的命令，并且可以指定线性移动、弧形移动或类似的移动。在此，应当说明的是，它们之间的区别并非是特地形成的。此外，标号202表示示教点名称，相应于进行焊接的部分中的焊接部分。应当说明的是，尽管能随便命名示教点的名称，在此，作为例子，将示教点的名称表达为P1和P2。此外，标号203表示在移动操纵器时的移动速度，并且，为焊接区段指定了0.30米/分到3.0米/分或在此范围附近的速度，而通常为不进行焊接的空转区段指定接近于最大速度的速度。进而，标号401、403和404表示焊接条件命令，它们被指定为在焊接开始之前、焊接之中和焊接完成时的焊接条件。应当说明的是，在此例子中，401的电流命令值为120A(安培)，电压命令值为18.0V(伏)。

进而，标号205和206表示用于开关焊接燃气的命令。如果打开燃气，就将燃气阀(未示出)设置在开的状态，以便提供焊接燃气。如果关掉燃气，就将燃气阀设置在关的状态，以便停止焊接燃气的供给。此外，标号402和405表示用于开关电弧的命令。如果打开了电弧，就从焊接输出/进给电机控制器121上输出焊接输出，以便将电压加到焊条126和焊接件125之间，与此同时，由焊接输出/进给电机控制器121来驱动进给电机，以便向焊接件125馈送焊条126。随后，当焊条126与焊接件125相接触时，有短路电流流过，与此同时，通过熔化作用消除短路，以产生高热电弧。随后，随着短路和电弧的重复进行，使焊接部分处于高热状态，并通过金属的熔化将焊接部分焊接在一起。此外，在重复短路和电弧时，短路频率就构成了进行焊接质量控制的一个要素。

下面，将参照图2到图4来说明存储装置，该装置存储在执行操作程序时的程序名、焊接部分和测量数据中至少之一来作为历史信息。

在图2的操作程序的例子中，在执行打开电弧的命令时，在图3的作业流程中执行打开电弧的处理步骤301。

下面，在执行图2中403处的焊接条件命令2时，执行在图3的流程中的处理步骤302，然后执行处理步骤303的历史处理。在处理步骤303的历史处理中，将下列数据记录在图1的RAM中：操作程序名称207、示教点名称202、焊接电流命令值、焊接电流输出平均值、焊接电压命令值、焊接电压输出平均值、焊条进给速度、短路频率、进给电机电流、焊接误差，直到执行图2中403上的焊接条件命令为止。由图1中的CPU 103来实行记录作业。

图4示出了此时记录的格式的例子。在此，在图4的编号1的部分中，示出了在已执行了图2中401上的焊接条件命令时的历史信息，Prog0001.prg是作为程序名称记录的，P2是作为示教点名称记录的。进而，依次记录在示教点名称P2的时间上的焊接条件。这就是说，将在图2中401上的焊接条件命令中指令的电流命令值120A(安培)记录为焊接电流命令值，并将在图2中401上的焊接条件命令中指令的电压命令值18.0V(伏特)记录为焊接电压命令值。

进而，将图1中由电流/电压检测单元122检测的实际焊接电流值122A(安培)记录为焊接电流输出平均值，并将图1中由电流/电压检测单元122检测的实际焊接电压值18.1V(伏特)记录为焊接电压输出平均值。此外，将在图1的焊接输出/进给电机控制单元121上的焊条进给速度值2.8米/分记录为焊条进给速度。将图1中由电流/电压检测单元122检测的实际短路频率值80记录为短路频率。将在图1的焊接输出/进给电机控制单元121上的进给电机电流值2.0A(安培)记录为进给电机电流。然后，由于没有焊接误差出现，就将其记录为“无”。

下面，示出了在对图4中编号2部分执行图2的404上的焊接条件命令时的历史信息。在此历史信息中，也按照与图4中在编号1的时间上相同的方式，将Prog0001.prg记录为程序名称，P3记录为焊接部分(示教点名称)。随后，按照相同的方式，将140A(安培)记录为在图2中403上的焊接条件命令中指示的焊接电流命令值，将在相同命令中指示的电压命令值20.0V(伏特)记录为焊接电压命令值。按照与在焊接部分(示教点名称)P2的时间上相同的方式，由电流/电压检测单元122和焊接输出/进给电机控制单元121来检测各个值。将实际的焊接电流值140A(安培)记录为焊接电流输出平均值，将实际的焊接电压值21.0V(伏特)记录为焊接电压输出平均值。此外，将焊条进给速度值3.0米/分记录为焊条进给速度。将实际的短路频率值100记录为短路频率。将进给电机电流值2.5A(安培)记录为进给电机电流。然后，由于没有焊接误差出现，就将其记录为“无”。

下面，在执行图2中405上的开关电弧的命令时，在图3的作业流程图的处理步骤304中确定是否已关闭电弧并且结束焊接。应当说明的是，由图1中的CPU 103来实行图3的作业流程中的各个处理步骤。

这样，在每次执行焊接条件命令时，也就是说，在改变焊接条件的时候，就在图1的RAM 106中记录操作程序名称、示教点名称、焊接电流命令值、焊接电流输出平均值、焊接电压命令值、焊接电压输出平均值、焊条进给速度、短路频率、进给电机电流和焊接误差。这就是说，可能实现一种具有存储装置的弧焊机器人，以便存储在执行操作程序时的程序名称、焊接部分和测量数据中至少之一来作为历史信息。

随后，图5示出了用于进行设置的设置屏幕的一个例子，以便确定焊接电流输出平均值、焊接电压输出平均值、短路频率、进给电机电流中至少之一是否处在事先设置的预定范围。

在图5所示的设置屏幕上，在设置602处的焊接电流的预定范围时，例如，如果相对于焊接电流命令值，焊接电流输出的平均值超出±10A(安培)的范围，就确定焊接电流已偏离预定的范围。在图6A和图6B中示出了这种确定的例子。

在图6A的编号1的历史中，如在图5中602处所设置的那样，焊接电流命令值为120A(安培)，允许的输出电流值的上限值和下限值为±10A(安培)。与此相反，由于所检测的焊接电流输出的平均值是131A(安培)，因而确定焊接电流偏离了可允许的预定范围，所以，如图6B所示，在电流偏离的栏目中将历史记录为“有”。

应当说明的是，在图6A和6B中用相同的编号表示相同的历史。这也同样适用于下列的各个图。

进而，利用图1所示的电流/电压检测单元122来执行焊接电流输出的检测，并由CPU 103来确定焊接电流是否已偏离了预定的范围。

同样地，在图5所示的设置屏幕中，在设置603上的焊接电压的预定范围时，如果相对于焊接电压的命令值，焊接电压输出的平均值已超出±1.0V(伏特)，就确定焊接电压已偏离了可允许的预定范围。在图6A和6B中示出了该确定的一个例子。在图6A的编号2的历史中，焊接电压的命令值为20.0V(伏特)，由于焊接电压输出的平均值为22.2V(伏特)，因而确定焊接电压已偏离了预定的范围，因此，在图6B的编号2的历史中，留下电压偏离为“有”的历史。应当说明的是，由图1所示的电流/电压检测单元122来执行焊接电压输出的检测，并由CPU 103来确定焊接电流是否已偏离了预定的范围。

同样地，在图5所示的设置屏幕中，在设置604处的短路频率的预定范围时，如果短路频率超出范围70到140，就确定短路频率已偏离了预定的范围。在图6A和6B中示出了该确定的一个例子。在图6A的编号3的历史中，由于短路频率为60，因而确定短路频率已偏离了可允许的预定范围，因此，在图6B中留下短路频率偏离为“有”的历史。应当说明的是，由图1所示的电流/电压检测单元122来执行短路频率的检测，并由CPU 103来确定短路频率是否已偏离了预定的范围。

此外，在图5所示的设置屏幕中，在设置604处的电机电流的预定范围时，如果电机电流达到3.0A(安培)或更高，就确定电机电流已偏离了预定的范围。在图6A和6B中示出了该确定的一个例子。在图6A中编号4的历史中，由于电机电流为3.1A(安培)，因而确定电机电流已偏离了预定的范围，因此，在图6B中，留下电机电流偏离为“有”的历史。应当说明的是，由图1所示的焊接输出/进给电机控制单元121来执行电机电流的检测，并由CPU103来确定电机电流是否已偏离了预定的范围。

利用通用的测量仪器不能实现确定相关参数是否落入事先设置的预定范围的上述功能。然而，在此实施例中，通过实现下述弧焊机器人只能够提取显示异常结果的部分，该弧焊机器人具有一个存储装置，用于存储在执行操作程序时的程序名称、焊接部分和测量数据中至少之一来作为历史信息，其中，测量数据包括一个确定结果，在此确定结果中至少确定以下数据之一是否进入了事先设置的预定范围之内，这些数据是焊接电流输出的平均值、焊接电压输出的平均值、短路频率和进给电机电流，这些都是在预定时期中的数据。

此外，在图5示出的设置屏幕中，标号601表示历史定时设置显示部分。在此实施例中，其配置使得能够从改变全部焊接条件的时间或出现异常情况的时间二者之中选择存储历史信息的定时，并在历史定时设置显示部件601中显示选择的情况。

在此，在图7A和7B中示出了一个例子，在此例子中，将改变所有的焊接条件的时间选作为历史定时设置。在图7A中的编号1的历史中，作为在示教点P2上的历史，确定焊接电流输出的平均值已偏离了预定的范围，并在图7B中留下电流偏离为“有”的历史。此外，在编号2的历史中，作为在示教点P3上的历史，确定焊接电压输出的平均值已偏离了预定的范围，并在图7B中留下电压偏离为“有”的历史。然后，在图7A中的编号3和编号4的历史中，作为示教点P4的历史，既没有出现与预定范围的偏离，也没有出现焊接误差；然而，由于将改变所有焊接条件的时间选作为历史定时设置，因此，也留下了若干历史。下面，对于编号5和编号6的历史而言，作为示教点P5和P6的历史，没有出现与预定范围的偏离；但是，由于出现了焊接误差，仍留下了一些历史。

下面，在图8A和8B中示出了一个例子，在此例子中，将出现异常情况的时间选作为历史定时设置。在图8A中的编号1的历史中，作为在示教点P2上的历史，确定焊接电流输出的平均值已偏离预定的范围，并在图8B的编号1中留下电流偏离为“有”的历史。

此外，在编号2的历史中，作为在示教点P3上的历史，确定焊接电压输出的平均值已偏离预定的范围，并留下电压偏离为“有”的历史。然后，作为示教点P4和P5的历史，既没有出现与预定范围的偏离，也没有出现焊接误差，并将出现异常情况的时间选作为历史定时设置，因此，在图8A和8B中没有留下历史。

下面，在编号3和编号4的历史中，作为在示教点P4和P5的历史，没有出现与预定范围的偏离，但是出现了焊接误差，因此，也留下了一些历史。此外，对于编号4的历史而言，作为在示教点P7上的历史，没有出现与预定范围的偏离，但是出现了焊接误差，因此，也留下了历史。

如上所述，可以从改变所有焊接条件的时间或出现异常情况的时间二者之中选择存储装置存储历史信息的定时。因此，如果选择了改变所有焊接条件的时间，就可以计算出现异常情况的次数和总的焊接数的比率。其间，如果选择了出现异常情况的时间，就可能只计算出现异常情况的次数，在此情况下，与选择“全部焊接”的情况相比，要记录的数据的数量变得更小，因此更利于数据的存储、处理和类似的作业。

此外，在图5所示的设置屏幕中，标号606表示历史存储按钮，通过选择这个按钮，将存储的历史信息发送给外部存储器。这就是说，通过选择历史存储按钮606，将记录在图1的RAM 106中的历史信息通过CPU103和示教示教盒108发送到外部存储器109上，并记录在外部存储器109中。外部存储器109可以是市售的存储卡、软盘或其它任何可以利用的介质。

照此办理，使用该机器人的操作人员、管理整个生产线的管理人员或类似人员能够用个人计算机提取记录在外部存储器中的历史信息，并用市售的表单(spread sheet)软件或类似软件来进行统计处理和图像显示。

产业上的可利用性

在本发明中，实现了弧焊机器人，它利用预定的操作模式并按照事先示教的操作程序来操作，并按照操作模式在预定的焊接条件下焊接工件，该设备包括：存储装置，用于存储在执行操作程序时的程序名称、焊接部分和测量数据中至少之一来作为历史信息。因此，可以收集焊接质量控制所必须的数据，本发明对汽车工业和建筑工业中的焊接质量控制是有用的。

Claims

1.一种弧焊机器人，它利用预定的操作模式并按照事先示教的操作程序来操作，并且，在操作模式中事先设置的每个时期内、在事先设置的预定的焊接条件下来焊接工件，该弧焊机器人包括：

存储装置，用于存储在执行操作程序时的程序名称、焊接部分、测量数据中至少之一来作为历史信息；

其中，能够从改变全部焊接条件的时间或出现异常的时间二者之中选择存储装置存储历史信息的定时。

2.如权利要求1的弧焊机器人，其中，存储装置至少存储测量数据来作为历史信息，该测量数据至少包括以下数据之一：焊接电流命令值、焊接电流输出平均值、焊接电压命令值、焊接电压输出平均值、焊条进给速度、短路频率、进给电机电流、焊接误差，这些都是在事先设置的时期内的数据。

3.如权利要求1的弧焊机器人，其中，存储装置至少存储测量数据来作为历史信息，该测量数据包括一个确定结果，在此结果中确定以下数据之一是否落入了事先设置的预定范围中，这些数据是焊接电流输出平均值、焊接电压输出平均值、短路频率、进给电机电流，这些都是在事先设置的时期内的数据。

4.如权利要求1的弧焊机器人，其中，能将存储的历史信息转发给外部存储器。