CN101433992A - 针脚脉冲焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仅通过指定期望的焊缝形状就自动地设定需要的焊接条件的针脚脉冲焊接装置。针脚脉冲焊接装置(1)在停止了焊炬的状态下产生电弧，在经过规定的焊接时间后使电弧停止，然后一边反复使焊炬在焊接进行方向上移动到仅离开了规定的移动间距的电弧再开始点再产生电弧，一边使一次的电弧产生中所形成的焊接痕即鳞状进行重合来在工件上形成焊缝，在针脚脉冲焊接装置具备：焊接条件数据库部(21)，其存储了焊接条件(Tc)与鳞状直径值(Sr)之间的对应关系；焊接条件计算部(22)，其将鳞状直径值(Sr)作为输入并由焊接条件数据库部(21)计算出焊接条件(Tc)；和移动间距计算部(25)，其通过设定鳞状重合率(Lr)自动地计算出移动间距(Mp)。

Description

针脚脉冲焊接装置

技术领域

本发明涉及一种进行焊接并将带给薄板的母材的热影响抑制到最小限度的针脚脉冲(stitch pulse)焊接装置。

背景技术

所谓针脚脉冲焊接法是一种通过控制焊接时的加热和冷却，将带给薄板的母材的热影响抑制到最小限的焊接法。是将薄板焊接的自动化作为目的的一种焊接法，与现有的薄板焊接相比，能使焊接外观得以提高并降低焊接变形量(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1中，公开了一种方法，在停止焊炬(torch)的状态下仅以预定的时间产生电弧来熔融母材，当经过了该设定时间后，停止电弧并使焊炬移动到熔融部外周侧的电弧再开始点。以下，说明该现有技术。

图5是表示现有针脚脉冲焊接装置51的图。

机械手M对工件W自动地进行电弧焊接，由上臂53、下臂54及手腕部55、和用于旋转驱动它们的多个子电动机(未图示)构成。

电弧焊炬T安装在机械手M的上臂53的前端部分，并用于将卷绕于焊丝盘(wire reel)56上的直径1mm左右的焊丝57引导到工件W的被指示焊接位置上。焊接电源WP在电弧焊炬T与工件W之间供给焊接电压。在对工件W进行焊接时，在将焊丝7从电弧焊炬T的前端仅突出了期望的突出长度Ew的状态下进行。突出长度Ew的长度一般多为15mm左右，但按照焊接处的开始处形状、焊接施工条件等，作业人员可使用后述的指示盘(Teach Pendant)TP来预先调节到希望长度。

导管(conduit)电缆52具备用于在内部引导焊丝57的盘绕导向装置(coil liner)(未图示)，并连接到电弧焊炬T。而且导管电缆52还向电弧焊炬T供给来自焊接电源WP的电力及来自气罐58的保护气(shieldgas)。

作为操作单元的指示盘TP是所谓的可移动式操作盘，用于设定为了进行机械手M的动作、针脚脉冲焊接所需要的条件(焊接电流、焊接电压、移动速度、移动间距、焊接时间和冷却时间)等。作业人员使用该指示盘TP，与机械手M的动作一起制成设定了上述条件的作业程序。

机器人控制装置RC是用于对机械手M执行焊接动作的控制的装置，在内部具备主控制部、动作控制部及子驱动器(都未图示)等。然后，作业人员根据由指示盘TP已指示的作业程序，从子驱动器向机械手M的各子电动机输出动作控制信号，并使机械手M的多个轴分别旋转。机器人控制装置RC，由于通过来自机械手M的子电动机中所具备的编码器(未图示)的输出来识别现在的位置，所以能控制电弧焊炬T的前端位置。而且在焊接部，一边重复以下说明的焊接、移动、冷却，一边进行针脚脉冲焊接。

图6是用于说明进行针脚脉冲焊接时的状态的图。焊丝57从电弧焊炬T的前端突出来。从焊接开始时到焊接结束经常以固定的流量从电弧焊炬T吹出保护气G。以下，对针脚脉冲焊接时的各状态进行说明。

该图(a)表示产生电弧时的情形。根据已设定的焊接电流及焊接电压，在焊丝57的前端与工件W之间产生电弧A，焊丝57熔融后在工件W上形成熔融池Y。产生电弧A后，经过了所指示的焊接时间后停止电弧A。

该图(b)表示电弧停止后的情形。电弧停止后，在经过所设定的冷却时间之前维持焊接后的状态。即由于机械手M及电弧焊炬T在与焊接时的状态同样地停止了的状态下，从电弧焊炬T仅吹出保护气G，所以熔融池Y实际上由保护气G进行冷却后凝固。

该图(c)表示将电弧焊炬T移动到下一个焊接位置的情形。经过冷却时间后，使电弧焊炬T在焊接进行方向上移动到仅离开了预先已设定的移动间距Mp的位置即电弧再开始点。此时的移动速度是已设定的移动速度。上述移动间距，如该图(c)所示，是以在熔融池Y凝固后的焊接痕Y’的外周侧定位焊丝57的方式进行调整后的距离。

该图(d)表示在电弧再开始点再次产生电弧A的情形。在焊接痕Y’的前端部重新形成熔融池Y来进行焊接。如此，在针脚脉冲焊接装置1中，会成为产生电弧来进行焊接的状态与进行冷却、移动的状态交替地反复的情形。于是，以焊接痕即鳞状(ウロコ)重合的方式来形成焊缝(bead)。

图7是用于说明焊接施工后所形成的焊缝的图。如同图所示，在最初的电弧开始点P1形成焊接痕Sc，并在向焊接进行方向Dr仅离开了移动间距Mp的再次电弧开始点P2也形成同样的焊接痕Sc。电弧再次开始点P3以后也接着逐次形成焊接痕Sc。如此，以焊接痕即鳞状重合的方式形成的结果，将形成鳞状的焊缝B。

专利文献1：日本特开平6—55268号公报

为了形成理想的焊缝形状，有必要以焊接电流及焊接电压、焊接时间成为最佳组合的方式进行设定。例如，当希望使鳞状的直径约为5mm时，会存在用于成为5mm的焊接电流、焊接电压及焊接时间的组合。例如，可考虑提高焊接电流及焊接电压而较短地设定焊接时间，或相反地，降低焊接电流及焊接电压而较长地设定焊接时间这样的各种组合。而现状是仅一部分的熟练作业人员理解这样的组合，其他的作业人员不知道以何种组合来设定条件为好。

而且，上述的移动间距有必要在对鳞状的直径成为多大的尺寸进行了某种程度的预测的基础上来对值进行设定。例如，当已预测鳞状的直径成为约5mm时，优选设定移动间距为4mm左右。但是将焊接电流、焊接电压及焊接时间修正后的结果，当鳞状的直径成为约3mm时，移动间距也有必要修正为2mm左右。

即由于焊接电流、焊接电压及焊接时间的组合是非常困难的，且由它们的组合还需要相应地设定移动间距，所以存在为了形成理想的焊缝形状而花费大量的指示工作量的问题。

发明内容

在此，本发明的目的是提供一种作业人员仅通过指定所希望的焊缝形状(鳞状的直径、重合率)，就可自动地设定所需要的焊接条件(焊接电流、焊接电压、焊接时间)的针脚脉冲焊接装置。

为了达到上述目的，第一发明是一种针脚脉冲焊接装置，根据包含由操作单元设定的焊接电流、焊接电压及焊接时间的焊接条件，在停止了焊炬的状态下产生电弧，在经过所述焊接时间后使电弧停止，然后一边反复使所述焊炬在焊接进行方向上移动到仅离开了规定的移动间距的电弧再开始点来再次产生电弧，一边使一次的电弧产生中所形成的焊接痕即鳞状进行重合而在工件上形成焊缝，该针脚脉冲焊接装置中具备：焊接条件数据库部，其预先存储了所述鳞状的直径值与所述焊接条件之间的对应关系；鳞状直径值设定部，其设定所述直径值；和焊接条件计算部，其以所述直径值作为输入来由所述焊接条件数据库部算出所述焊接条件。

第二发明是根据第一发明所述的针脚脉冲焊接装置，其特征在于，具备：鳞状重合率设定部，其设定所述鳞状的重合率来代替所述移动间距；和移动间距计算部，其将所述重合率及所述直径值作为输入来自动地计算出所述移动间距。

第三发明是根据第一或第二发明所述的针脚脉冲焊接装置，其特征在于，具备：显示处理部，其将所述焊接条件显示在所述操作单元上，所述显示处理部在所述操作单元上显示所述焊接条件计算部所计算出的一个或者多个所述焊接电流、所述焊接电压以及所述焊接时间的组合方式。

第四发明是根据第三发明所述的针脚脉冲焊接装置，其特征在于，具备：焊缝形状生成部，其根据所述直径值及所述移动间距，在二维平面上生成从所述焊炬一侧的垂直方向看到所述焊缝时的预测焊缝形状，所述显示处理部在所述操作单元上显示所述预测焊缝形状。

第五发明是根据第四发明所述的针脚脉冲焊接装置，其特征在于，除了所述预测焊缝形状之外，还显示所述直径值、所述重合率以及所述移动间距之中的任一个以上。

根据第一发明，由于通过指定焊接痕即鳞状的直径值，自动地计算出最佳的焊接电流、焊接电压及焊接时间，所以可减少指示工作量。

根据第二发明，通过不是以绝对的值而是以鳞状的重合率这样相对的值来设定移动间距，就不再需要按照鳞状直径值的修正而再设定移动间距。即除了第一发明所发挥的效果之外，还能更进一步地减少指示工作量。

根据第三发明，通过在操作单元上显示所计算出的焊接电流、焊接电压及焊接时间的组合的方式，尤其是在计算出多个组合方式时，除了第一发明和第二发明所发挥的效果之外，还能选择最佳的焊接条件的组合方式。例如，通过作业人员选择焊接时间短的组合方式，就达到可缩短生产节拍时间(tact time)的效果。

根据第四发明，通过在操作单元上显示焊接施工后所预测的预测焊缝形状，除了第一～第三发明所发挥的效果之外，还能在视觉上识别焊接施工后的焊缝形状。

根据第五发明，由于除了显示预测焊缝形状之外，还显示直径值、重合率、移动间距之中至少一个以上，所以除了第一～第四发明所发挥的效果之外，还能更明确地反映(image)焊接施工后的焊缝形状。

附图说明

图1是本发明相关的针脚脉冲焊接装置的框图。

图2是表示焊接条件数据库的一个示例的图。

图3是用于说明生成预测焊缝形状的样子的图。

图4是用于说明鳞状重合率的图。

图5是表示现有的针脚脉冲焊接装置的图。

图6是用于说明进行针脚脉冲焊接时的状态的图。

图7是用于说明焊接施工后所形成的焊缝的图。

图中：

1—针脚脉冲焊接装置，3—主控制部，4—硬盘，5—RAM，6—CPU，7—焊丝，11—动作控制部，12—驱动指令部，13—焊接控制部，20—指示处理部，21—焊接条件数据库，22—焊接条件计算部，23—焊缝形状生成部，24—显示处理部，25—移动间距计算部，41—显示部，42—设定部，42a—鳞状直径值设定部；42b—鳞状重合率设定部；51—现有的针脚脉冲焊接装置，52—导管电缆，53—上臂，54—下臂，55—手腕部，56—焊丝盘，57—焊丝，58—气罐，A—电弧，Bd—预测焊缝形状，Cr—正圆，Ct—冷却时间，Db—焊接条件数据库，Dr—焊接进行方向，Ew—突出长度，G—保护气，Hr—二维平面，Lr—鳞状重合率，M—机械手，Mp—移动间距，P1—电弧开始点，RC—机器人控制装置，Sc—焊接痕，Sr—鳞状直径值，T—电弧焊炬，Tc—焊接条件，TP—指示盘，W—工件，WP—焊接电源，Y—熔融池，Y’—焊接痕。

具体实施方式

以下，根据实施例并参照附图来说明发明的实施方式。

图1是本发明的针脚脉冲焊接装置1的框图。在该图中，与现有技术的图5不同在于机器人控制装置RC和作为操作单元的指示盘TP。此外，未图示并省略了图4中所说明的机械手M、焊接电源WP、焊丝盘56、气罐58等。以下，对构成本发明的主要部分的机器人控制装置RC及指示盘TP进行说明。

机器人控制装置RC是用于对机械手M执行焊接动作的控制的装置，具备：成为该中枢的主控制部3；进行机械手M的轨迹运算等，并将运算结果作为驱动信号输出到驱动指令部12的动作控制部11；输出用于对机械手M的各子电动机进行旋转控制的子控制信号的驱动指令部12；用于存储作业程序及各种参数等的硬盘4；作为暂时的计算区域的RAM5；作为中央处理装置的CPU6；执行焊接的控制的焊接控制部13及未图示的子驱动器，它们通过总线(未图示)进行连接。

操作单元即指示盘TP具备：显示各种信息的显示部41；和设定机械手M的移动目标位置、焊接条件等各种条件的设定部42。设定部42包括：设定鳞状直径值的鳞状直径值设定部42a；和设定鳞状的重合率的鳞状重合率设定部42b。由设定部42所输入的各种条件等被输入到机器人控制装置RC的主控制部3。

主控制部3具备指示处理部20，其用于对从设定部42输入的焊接条件进行存储处理。在从设定部42输入针脚焊接时所必需的条件即鳞状的直径值、移动速度、移动间距以及冷却时间时，指示处理部20将鳞状直径值Sr、移动速度Sp、移动间距Mp以及冷却时间Ct存储在硬盘4中。

主控制部3还具备：焊接条件计算部22；移动间距计算部25；焊缝形状生成部23；和显示处理部24。另一方面，在硬盘4中，存储有将焊接条件(焊接电流、焊接电压及焊接时间)与该焊接条件下形成的鳞状(焊接痕)的直径值之间的关系对应关联起来的焊接条件数据库21。该焊接条件数据库21是通过事先的试验等预先设定的数据库。

图2是表示焊接条件数据库的一个示例的图。焊接条件数据库21是将以在所使用的工件的板厚、焊丝的材质或直径值等实际的焊接环境下一边改变焊接电流及焊接电压一边记录鳞状的直径值的方法所积累的数据进行了数据库化的数据库。更具体而言，例如在工件的板厚为1mm，焊丝为铁的0.6mm的焊接环境下，将焊接时间固定为0.2秒，并一边改变焊接电流及焊接电压，一边记录进行了一次针脚脉冲焊接时所形成的鳞状的直径值。接着，例如将焊接时间定为0.3秒，并再次一边改变焊接电流及焊接电压一边记录鳞状的直径值。将该一连串的作业反复进行而积累的数据作为焊接条件数据库21预先存储在硬盘4中。理所当然，例如当工件的板厚为1mm、焊丝为铁的0.8mm的与上述不同的焊接环境存在时，需要制成与各个焊接环境对应的焊接条件数据库。

接着，对动作进行说明。焊接条件计算部22根据输入后的鳞状直径值Sr，由焊接条件数据库21计算出焊接条件Tc即焊接电流、焊接电压及焊接时间。如图2所示，焊接条件数据库21虽然是在选择了代表性的焊接电流值、焊接电压值以及焊接时间的状态下所取得的数据库，但由于它们能通过内部的近似曲线进行扩展，所以例如即便输入数据库中未登录的鳞状直径值Sr，根据近似曲线也能计算出焊接条件Tc。在硬盘4中存储所计算出的焊接条件Tc。而且，也可在计算后不立即存储到硬盘4中，而是在指示盘TP的显示部41上显示焊接条件Tc。此时，作业人员可确认所显示的焊接条件Tc。然后作业人员的确认输入后在硬盘4中进行存储即可。

此外，在焊接条件Tc的计算时，焊接电流、焊接电压及焊接时间的组合方式有存在多种的情况。此时，优选在指示盘TP的显示部41上将多个组合方式全部进行显示。由此，作业人员可通过设定部42从所显示的组合方式之中选择任意一个。

另外，在上述中虽以从设定部42输入移动间距Mp为前提进行了说明，但也可具备对鳞状重合率Lr进行设定来取代移动间距Mp的鳞状重合率设定部42b，并根据鳞状重合率Lr及鳞状直径值Sr自动地计算出移动间距Mp。下面，对计算移动间距Mp的移动间距计算部25进行说明。

图4是用于说明鳞状重合率的图。所谓鳞状重合率Lr是指鳞状与下一个鳞状重合的比率。移动间距计算部25由下式计算移动间距Mp。

移动间距Mp＝鳞状直径值Sr—(鳞状直径值Sr×鳞状重合率Lr)

在硬盘4中事先存储所计算出的移动间距Mp。

而且，也可构成为生成预测的焊缝形状并在指示盘TP的显示部41上进行显示。下面，对计算预测焊缝形状的焊缝形状生成部23进行说明。

焊缝形状生成部23根据鳞状直径值Sr及移动间距Mp在二维平面上形成当从焊炬一侧且垂直方向看到焊缝时所预测的预测焊缝形状。

图3是用于说明生成预测焊缝形状的情形的图。如该图所示，首先生成假设的二维平面Hr，且在该二维平面Hr的适当的坐标位置上定义开始位置P1。然后，从该开始点决定适当的方向并作为焊接进行方向Dr。然后，从开始位置仅以移动间距Mp等间隔地分割焊接线。然后，通过在所有分割点P1～Pn上生成直径值Sr的正圆Cr，生成预测焊缝形状Bd。分割点的数目只要是作业人员想象出预测焊缝形状Bd的形象的程度的数目即可，例如既可以为4～5个左右又可以为10个以上。在硬盘4中事先存储所计算出的预测焊缝形状Bd的二维平面数据。

而且，若由设定部42进行显示指示，则显示处理部24将存储于硬盘4中的预测焊缝形状Bd显示到显示部41上。进而，除了预测焊缝形状Bd，也可显示鳞状直径值Sr、移动间距Mp及鳞状重合率Lr之中任意一个或多个。此外，来自设定部42的显示指示虽优选构成为设定针脚脉冲时的焊接条件时可输入，但即使未进行显示指示的输入，也可在由设定部42输入了鳞状直径值Sr、移动间距Mp或鳞状重合率Lr的时刻自动地显示。

如上所述，由于通过设定焊接痕即鳞状的直径值，自动地计算出最佳的焊接电流、焊接电压及焊接时间，所以可减少指示工作量。

另外，通过不是以绝对的值而是以鳞状的重合率这样相对的值来设定移动间距，就不再需要对应于鳞状直径值的修正而再设定移动间距。即除了上述效果之外，还能更进一步地减少指示工作量。

此外，通过在操作单元上显示所计算出的焊接电流、焊接电压及焊接时间的组合方式，尤其是在计算出多个组合方式时，除了上述效果之外，还能选择最佳的焊接条件的组合方式。例如，作业人员通过选择焊接时间尽量短的组合，就达到可缩短作业时间的效果。

而且，通过在操作单元上显示焊接施工后所预测的焊缝形状，除了上述效果之外，还能在视觉上识别焊接施工后的焊缝形状。

此外，由于将直径值、重合率及移动间距之中任意一个以上作为焊缝的形状信息进行显示，所以除了上述的效果之外，还能更明确地反映焊接施工后的焊缝的外观。

Claims (5)

1.一种针脚脉冲焊接装置，根据包含由操作单元设定的焊接电流、焊接电压及焊接时间的焊接条件，在停止了焊炬的状态下产生电弧，在经过所述焊接时间后使电弧停止，然后一边反复使所述焊炬在焊接进行方向上移动到仅离开了规定的移动间距的电弧再开始点来再次产生电弧，一边使一次的电弧产生中所形成的焊接痕即鳞状进行重合而在工件上形成焊缝，该针脚脉冲焊接装置中具备：

焊接条件数据库部，其预先存储了所述鳞状的直径值与所述焊接条件之间的对应关系；

鳞状直径值设定部，其设定所述直径值；和

焊接条件计算部，其以所述直径值作为输入来由所述焊接条件数据库部算出所述焊接条件。

2.根据权利要求1所述的针脚脉冲焊接装置，其特征在于，

具备：鳞状重合率设定部，其设定所述鳞状的重合率来代替所述移动间距；和

移动间距计算部，其基于所述重合率及所述直径值来计算出所述移动间距。

3.根据权利要求1或2所述的针脚脉冲焊接装置，其特征在于，

具备：显示处理部，其将所述焊接条件显示在所述操作单元上，

所述显示处理部在所述操作单元上显示所述焊接条件计算部所计算出的所述焊接电流、所述焊接电压以及所述焊接时间的组合方式中的一个或者多个。

4.根据权利要求3所述的针脚脉冲焊接装置，其特征在于，

具备：焊缝形状生成部，其根据所述直径值及所述移动间距，在二维平面上生成从所述焊炬一侧的垂直方向看到所述焊缝时的预测焊缝形状，

所述显示处理部在所述操作单元上显示所述预测焊缝形状。

5.根据权利要求4所述的针脚脉冲焊接装置，其特征在于，

所述显示处理部除了所述预测焊缝形状之外，还显示所述直径值、所述重合率以及所述移动间距之中的至少一个以上。

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