CN102240838A - 控制前后弧焊系统的机器人控制器、使用它的跟踪控制方法和前后弧焊系统 - Google Patents

Abstract

本发明的控制前后弧焊系统的机器人控制器，具有如下：先行电极修正部，其根据先行电极处理部计算的先行电极变动量，计算修正左右和上下方向的位置偏移的先行电极修正量；后行电极处理部，其根据后行电极处理部计算的后行电极变动量，计算修正旋转方向的位置偏移的后行电极修正量；旋转偏移修正控制处理部，其修正示教位置和跟踪修正时的焊炬的旋转中心的位置。根据这样的构成，即使在任意的旋转中心进行电弧跟踪时，也不会使先行电极发生位置偏移，不产生焊接缺陷。

Description

控制前后弧焊系统的机器人控制器、使用它的跟踪控制方法和前后弧焊系统

技术领域

本发明涉及控制前后弧焊(tandem arc welding)系统的机器人控制器，使用它的跟踪控制方法和前后弧焊系统，前后弧焊系统是一边利用机器人使具有两个电极的焊炬左右摆动，一边使之跟踪焊接线行进，从而对于V形、L形或与之类似的坡口进行电弧焊的系统。 

背景技术

作为涉及现有的前后焊接时的电弧跟踪的先行技术，例如有日本特开2008-93670号记载的这种技术。该技术是根据横向摆动一个周期之间的先行电极和后行电极的电的变动量计算修正量，从而进行电弧跟踪，后行电极以先行电极为中心旋转而进行电弧跟踪。即，在现有的前后弧焊时的电弧跟踪中，后行电极的电弧跟踪是围绕先行电极焊炬进行修正，需要将旋转中心，即TCP(Tool Center Point)设定于先行电极。 

在此，进行焊接的机器人控制的前后弧焊，会预先示教操作轨迹，再生存储的轨迹而进行焊接操作。该操作轨迹的示教在指定前述的TCP的基础上进行。在前后弧焊系统中，先行电极的焊丝前端位置或后行电极的焊丝前端位置和极间位置，作为机器人距凸缘面的距离、角度被预先设定，可以根据状况变更。 

在前后弧焊中，若将该TCP设定在先行电极和后行电极的中间，则在运用方法占优势。例如图9所示，有改变机器人的动作方向的情况。如图9(a)所示，将TCP设定于先行电极2a而进行示教时，若不改变示教位置而将动作方向变成逆向，则只有距离S端点变化。因此会造成焊炬和焊接结构物的干扰，需要进行示教位置的修改。另一方面，如图9(b)所示，将TCP设定在先行电极2a和后行电极2b的中间而进行示教时，不改变示教位置而将动作方向变成逆向，端点也不会发生变化，因此，示教位 置的修变变少。 

但是，例如在上述的日本特开2008-93670号所述的电弧跟踪中，若将TCP设定在先行电极2a和后行电极2b的中间等先行电极2a以外，则如图10(a)所示，后行电极2b的电弧跟踪以作为TCP的先行电极2a和后行电极2b的中间作为旋转中心旋转，如同图所示，后行电极2b的电弧跟踪导致先行电极2a的位置发生变化。如此若电弧焊中先行电极2a的位置发生变化，则无法焊接本来应该进行焊接的地方，因此有造成未焊透等焊接缺陷的可能性。因此，在同专利公报所述的电弧跟踪中，为了极力防止焊接缺陷的发生，如图10(b)所示，不得不将TCP设定于先行电极2a而修改示教位置。 

发明内容

本发明为了解决这样的问题而创立，其课题在于，提供一种控制前后弧焊系统的机器人控制器，使用它的电弧跟踪控制方法和前后弧焊系统，即使在先行电极和后行电极之间的任意的旋转中心进行电弧跟踪时，也不会使先行电极发生位置偏移，可以进行没有焊接缺陷发生的电弧焊。 

为了解决前述课题，本发明的控制前后弧焊系统的机器人控制器，是对跟踪焊接线进行电弧焊的前后弧焊系统的焊炬的位置进行控制的机器人控制器，所述前后弧焊系统具有：配置有在焊接线方向上具有规定的电极间距离的先行电极和后行电极的焊炬；使安装在前端的所述焊炬相对于焊接行进方向左右横向摆动的机器人；对所述先行电极和所述后行电极进行供电的焊接电源；检测所述先行电极和所述后行电极的横向摆动中的焊接电源和焊接电压的至少一个的电流电压检测器，所述机器人控制器由如下构成：先行电极处理部，其基于由所述电流电压检测器检测出的所述先行电极的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算所述焊炬相对于所述焊接线的横向摆动中心轨迹的左右方向和上下方向的位置偏移量即先行电极变动量；先行电极修正部，其基于所述先行电极变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹的左右方向和上下方向的位置偏移的先行电极修正量；后行电极处理部，其基于由所述电流电压检测器检测出的所述后行电极的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算所述焊 炬相对于所述焊接线的横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移量即后行电极变动量；后行电极修正部，其基于所述后行电极变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移的后行电极修正量；旋转偏移修正控制处理部，其根据使用所述后行电极修正量进行修正之前的所述先行电极的位置和使用所述后行电极修正量进行了修正之后的所述先行电极的位置的差，计算使用所述后行电极修正量进行修正时的所述先行电极的位置偏移量，基于该先行电极的位置偏移量，计算用于修正所述先行电极的位置偏移的旋转中心修正量；机器人轨迹计划处理部，其对于所述先行电极修正量和所述后行电极修正量进行加法运算或减法运算，并修正在进行所述电弧焊时预先计算出的示教轨迹的示教位置，并且对所述旋转中心修正量进行加法运算或减法运算，由此，修正跟踪修正时的所述焊炬的旋转中心的位置。 

具有如此构成的机器人控制器，进行的是根据由先行电极修正部计算出的先行电极修正量，将焊炬相对于焊接行进方向控制为左右方向和上下方向的电弧跟踪，进行的是根据由后行电极修正部计算出的后行电极修正量，将焊炬相对于焊接行进方向控制为旋转方向的电弧跟踪，并且进行的是，根据由旋转偏移修正控制处理部计算出的旋转中心修正量，控制跟踪修正时的焊炬的旋转中心的位置的电弧跟踪。 

如此，除了先行电极修正量和后行电极修正量，通过使用旋转中心修正量修正跟踪修正时的焊炬的旋转中心的位置，基于后行电极进行的电弧跟踪，即基于由后行电极修正部计算出的后行电极修正量进行的焊炬的旋转方向的控制而发生或假定发生的先行电极的位置偏移得到修正。因此，在任意的旋转中心进行基于后行电极的电弧跟踪时，也不会发生先行电极的位置偏移。 

另外，为了解决前述课题，本发明的使用了机器人控制器的电弧跟踪控制方法，该机器人控制器控制跟踪焊接线而进行电弧焊的前后弧焊系统的焊炬的位置，其中，由如下工序构成：先行电极控制工序，检测横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线的左右方向和上下方向的位置偏移，相对于焊接行进方向在左右方向和上下方向上控制所述焊炬的位置，由此，修正该位置偏移；后行电极控制工序，检测横向摆动中心轨迹相对于所述焊接 线的旋转方向的位置偏移，在旋转方向上控制所述焊炬的位置，由此，修正该位置偏移；旋转中心控制工序，检测所述后行电极控制工序中因所述后行电极的修正而产生的所述先行电极的位置偏移，控制跟踪修正时的所述焊炬的旋转中心，由此，修正该位置偏移。 

进行如此步骤的电弧跟踪控制方法，进行的是将焊炬相对于焊接行进方向控制为左右方向、上下方向和旋转方向的电弧跟踪，并且进行的是控制焊炬的旋转中心的位置的电弧跟踪。因此，即使在任意的旋转中心进行基于后行电极的电弧跟踪时，也不会产生先行电极的位置偏移。 

另外，本发明的电弧跟踪控制方法，优选所述先行电极控制工序包括如下工序：先行电极变动量计算工序，在先行电极处理部，根据横向摆动一个周期间的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算表示横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线的左右方向的位置偏移的先行电极第一变动量和表示横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线的上下方向的位置偏移的先行电极第二变动量；先行电极修正量计算工序，在先行电极修正部，基于所述先行电极第一变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹的左右方向的位置偏移的先行电极左右修正量，并且基于所述先行电极第二变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹的上下方向的位置偏移的先行电极上下修正量，所述后行电极控制工序包括如下工序：后行电极变动量计算工序，在后行电极处理部，根据所述横向摆动一个周期间的焊接电流和/或焊接电压的电气变化，计算表示横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线的位置偏移的后行电极变动量；后行电极修正量计算工序，在后行电极修正部，基于所述后行电极变动量，计算用于修正横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线的旋转方向的位置偏移的后行电极修正量，所述旋转中心控制工序，是在旋转偏移修正控制处理部，基于所述后行电极修正量，计算使用该后行电极修正量进行修正时，用于修正所述先行电极的位置偏移的旋转中心修正量，控制跟踪修正时的所述焊炬旋转中心。 

进行如此步骤的电弧跟踪控制方法，进行的是根据由先行电极修正部计算的先行电极修正量，将焊炬相对于焊接行进方向控制为左右方向、上下方向的电弧跟踪，进行的是根据由后行电极修正部计算的后行电极修正量，将焊炬相对于焊接行进方向控制为旋转方向电弧跟踪，并且进行的是， 根据由旋转偏移修正控制处理部计算的旋转中心修正量，控制焊炬的旋转中心的位置的电弧跟踪。 

如此，除了先行电极修正量和后行电极修正量，通过使用旋转中心修正量修正跟踪修正时的焊炬的旋转中心，基于后行电极进行的电弧跟踪，即基于由后行电极修正部计算出的后行电极修正量进行的焊炬的旋转方向的控制而发生或假定发生的先行电极的位置偏移得到修正。因此，在任意的旋转中心进行基于后行电极的电弧跟踪时，也不会发生先行电极的位置偏移。 

另外，本发明的电弧跟踪控制方法，优选所述旋转中心控制工序包括如下工序：先行电极基准位置计算工序，根据先行电极与跟踪修正时的所述焊炬的旋转中心的距离，和以所述机器人为基准的表示焊炬的姿势的焊炬姿势信息，计算所述先行电极的基准位置；旋转中心修正量计算工序，根据所述先行电极的基准位置和所述后行电极修正量，求得使用该后行电极修正量进行修正之前的所述先行电极的位置与使用所述后行电极修正量进行了修正后的所述先行电极的位置的差，由此，计算所述旋转中心修正量。 

进行如此步骤的跟踪控制方法，通过使用先行电极-旋转中心间距离、焊炬姿势信息和后行电极修正量，能够容易地计算用于修正因基于后行电极修正量进行的焊炬的旋转方法的控制而发生或假定发生的先行电极的位置偏移的旋转中心修正量。 

而且，为了解决前述课题，本发明的沿焊接线进行电弧焊的前后弧焊系统，其中，由如下构成：配置有在所述焊接线方向上具有规定的电极间距离的先行电极和后行电极的焊炬；在前端安装有所述焊炬的机器人，所述机器人使所述焊炬相对于焊接前进方向左右横向摆动；向所述先行电极和所述后行电极进行供电的焊接电源；检测所述先行电极和所述后行电极的横向摆动中的焊接电流和焊电压的至少一个的电流电压检测器；控制所述焊炬的位置的机器人控制器，其中，所述机器人控制器由如下构成：先行电极处理部，其基于由所述电流电压检测器检测出的所述先行电极的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算所述焊炬相对于所述焊接线的横向摆动中心轨迹的左右方向和上下方向的位置偏移量即先行电极 变动量；先行电极修正部，其基于所述先行电极变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹的左右方向和上下方向的位置偏移的先行电极修正量；后行电极处理部，其基于由所述电流电压检测器检测出的所述后行电极的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算所述焊炬相对于所述焊接线的横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移量即后行电极变动量；后行电极修正部，其基于所述后行电极变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移的后行电极修正量；旋转偏移修正控制处理部，其根据使用所述后行电极修正量进行修正之前的所述先行电极的位置和使用所述后行电极修正量进行了修正之后的所述先行电极的位置的差，计算使用所述后行电极修正量进行修正时的所述先行电极的位置偏移量，基于该先行电极的位置偏移量，计算用于修正所述先行电极的位置偏移的旋转中心修正量；机器人轨迹计划处理部，其对于所述先行电极修正量和所述后行电极修正量进行加法运算或减法运算，并修正在进行所述电弧焊时预先计算出的示教轨迹的示教位置，并且对所述旋转中心修正量进行加法运算或减法运算，由此，修正跟踪修正时的所述焊炬的旋转中心的位置。 

具有如此构成的前后弧焊系统，进行的是根据由机器人控制部的先行电极修正部计算出的先行电极修正量，将焊炬相对于焊接行进方向控制为左右方向和上下方向的电弧跟踪，进行的是根据由后行电极修正部计算出的后行电极修正量，将焊炬相对于焊接行进方向控制为旋转方向的电弧跟踪，并且进行的是，根据由旋转偏移修正控制处理部计算出的旋转中心修正量，控制跟踪修正时的焊炬的旋转中心的位置的电弧跟踪。 

如此，除了先行电极修正量和后行电极修正量，通过使用旋转中心修正量修正跟踪修正时的焊炬的旋转中心的位置，基于后行电极进行的电弧跟踪，即基于由后行电极修正部计算出的后行电极修正量进行的焊炬的旋转方向的控制而发生或假定发生的先行电极的位置偏移得到修正。因此，在任意的旋转中心进行基于后行电极的电弧跟踪时，也不会发生先行电极的位置偏移。 

根据本发明的机器人控制器和前后弧焊系统，即使在先行电极和后行电极之间的任意的旋转中心进行电弧焊时的电弧跟踪时，先行电极也不会 发生位置偏移，能够恰当地防止因先行电极的位置偏移造成的焊接缺陷。另外，根据本发明的电弧跟踪控制方法，按照前述的步骤进行焊炬的左右方向、上下方向和旋转方向的控制，并且通过控制修正时的焊炬的旋转中心，可以恰当地修正在先行电极和后行电极之间的任意的旋转中心进行电弧焊时的电弧跟踪情况下的先行电极的位置偏移。 

附图说明

图1是表示前后弧焊系统的一例的结构说明图。 

图2是控制前后弧焊系统的本发明的机器人控制器的框图。 

图3是表示前后弧焊的焊炬的横向摆动的状态的说明图。 

图4是表示使用本发明的机器人控制器的电弧跟踪的状态的说明图。 

图5是表示使用本发明的机器人控制器的左右方向的电弧跟踪的状态的说明图。 

图6是表示使用本发明的机器人控制器的旋转方向的电弧跟踪的状态的说明图。 

图7是表示使用本发明的机器人控制器的旋转中心修正量的具体的计算步骤的一例。 

图8是说明使用本发明的机器人控制器的电弧跟踪控制方法的处理流程图。 

图9是表示在前后弧焊中，改变机器人的动作方向的情况的模式图，(a)是表示将TCP设定于先行电极而进行示教的情况的图，(b)是表示将TCP设定于先行电极和后行电极的中间而进行示教的情况的图。 

图10是表示前后弧焊的后行电极的电弧跟踪的模式图，(a)是表示将TCP设定在先行电极和后行电极的中间的情况的图，(b)是表示将TCP设定在先行电极的情况的图。 

具体实施方式

<机器人控制器> 

以下，一边参照附图，一边对于本发明的实施方式的控制前后弧焊系统的机器人控制器详细地进行说明。首先，具有本发明的机器人控制器的 前后弧焊系统，是一边使两个电极相对于焊接工件的焊接行进方向左右横向摆动，一边跟踪焊接线而进行电弧焊的系统。另外，前后弧焊系统如前述图9(b)所示，也有不改变示教位置，而是将动作方向变成逆向而进行电弧焊的情况。 

前后弧焊系统1如图1所示，除了机器人控制器8以外，还具有如下作为主要的构成：具有先行电极2a和后行电极2b的焊炬2；机器人3；焊接电源4、5；电流电压检测器6、7。以下，对于各构成进行说明。

焊炬2具有如下：在其前端配置于焊接工件W的焊接线方向的前方的先行电极2a；和与先行电极2a具有规定的电极间距离(例如10～30mm)，配置于焊接线方向的后方的后行电极2b。先行电极2a和后行电极2b优选作为消耗电极发挥作用，将焊丝10a、10b插入贯通管状的先行电极焊炬和后行电极焊炬(未图示)的内部从各焊炬的前端以规定的突出长度(例如20～35mm)突出。然后，焊丝10a、10b从进给电动机9a、9b被供给。另外，所使用的焊丝10a、10b根据焊接工件W的材质、焊接方式等，适宜选择具有规定的组成，例如含有规定量的C、Si、Mn、Ti、S和O，余量由Fe和不可避免的杂质构成。 

焊炬2也可以具有保护气体喷嘴。而且，作为保护气体使用的是，气体组成为惰性气体丰富的，可列举Ar+CO₂、Ar+He+O、Ar+He+CO₂等。 

机器人3如图3所示，在其前端安装焊接炬2，使该焊炬2在电弧焊时相对于焊接行进方向左右地横向摆动。横向摆动驱动机器人3的各轴进行控制，该控制由后述的机器人控制器8进行。 

焊接电源4、5向先行电极2a、后行电极2b和焊接工件W供给电力，使先行电极2a与焊接工件W之间，以及后行电极2b与焊接工件W之间发生电弧。 

电流电压检测器6、7检测先行电极2a和后行电极2b的横向摆动中的规定的位置，例如横向摆动左端和右端的焊接状态量。在此，所谓焊接状态量，表示由电流电压检测器6、7检测出的先行电极2a或后行电极2b的焊接电流和/或焊接电压。还有在图1中记述的例子是，在焊接电源4、5的内部具有电流电压检测器6、7，但也可以在焊接电源4、5的外部具有。 

机器人控制器8控制前后弧焊系统1的焊炬2的位置，基于由电流电压检测器6、7检测出的焊接状态量，经由机器人3控制焊炬2的位置。机器人控制器8具体来说如后述，使用根据先行电极2a的焊接状态量的电气变化计算也的修正量即先行电极修正量，修正横向摆动中心轨迹的左右方向和上下方向的位置，使用根据后行电极2b的焊接状态量的电气变化计算也的修正量即后行电极修正量，修正横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置。另外，机器人控制器8如后述，使用根据后行电极修正量等计算出的旋转中心修正量，修正跟踪修正时的焊炬2的旋转中心。 

机器人控制器8如图2所示，具有如下：先行电极处理部11a；先行电极修正部14a；后行电极处理部11b；后行电极修正部14b；设定值存储器15；旋转偏移修正控制处理部16；电弧跟踪控制处理部17。以下对于各构成进行说明。 

先行电极处理部11a，基于由电流电压检测器6、7检测出的先行电极2a的焊接状态量的电气变化，计算焊炬2相对于焊接线的横向摆动中心轨迹的左右方向和上下方向的位置偏移量即先行电极变动量。另外，后行电极处理部11b，基于由电流电压检测器6、7检测出的后行电极2b的焊接状态量的电气变化，计算焊炬2相对于焊接线的横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移量即后行电极变动量。 

在先行电极处理部11a和后行电极处理部11b中，以来自机器人轨迹计划处理部13的横向摆动位置信息，例如横向摆动左端或右端，或者右进横向摆动或左进横向摆动等的位置信息为基础，根据由该位置下的电流电压检测器6、7检测出的焊接状态量的电弧，以规定的计算方法，例如后述的计算各位置下的焊接状态量的差的方法等，计算焊接状态量的电气变化。还有，这里的焊接状态量的电的变动量，如后述，表示相对于焊接线的横向摆动轨迹的位置的偏移量。 

先行电极修正部14a，基于由先行电极处理部11a计算出的先行电极变动量，计算用于修正横向摆动中心轨迹的左右方向和上下方向的位置偏移的先行电极修正量。另外，后行电极修正部14b，基于由后行电极处理部11b计算出的后行电极变动量，计算用于修正横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移的后行电极修正量。 

在先行电极修正部14a和后行电极修正部14b中，基于由先行电极处理部11a、后行电极处理部11b计算出的焊接状态量的电气变化，以规定的计算方法，例如利用后述的比例关系计算的方法或利用阈值计算的方法等，计算用于控制相对于焊接线的横向摆动中心轨迹的左右方向、上下方向和旋转方向的位置偏移的跟踪修正量。具体来说，先行电极修正部14a计算作为先行电极2a的跟踪修正量的先行电极修正量，后行电极修正部14b计算作为后行电极2b的跟踪修正量的后行电极修正量。然后，计算出的各修正量如图2所示，被送到机器人轨迹计划处理部13。另外，前述的后行电极修正部14b计算的后行电极修正量，如图2所示，被送到旋转偏移修正控制处理部16。 

设定值存储器15预先保存焊炬2的先行电极2a与跟踪修正时的焊炬2的旋转中心之间的距离即先行电极-旋转中心间距离。该先行电极-旋转中心间距离如图2所示，被送到旋转偏移修正控制处理部16。该先行电极-旋转中心间距离具体来说，是以矢量表示从作为焊炬2的坐标系的工具坐标系上的先行电极2a至焊炬2的旋转中心的距离。 

旋转偏移修正控制处理部16，根据前述的后行电极修正量、先行电极-旋转间距离、焊炬姿势信息，计算旋转中心修正量，即TCP修正量。在此，所谓焊炬姿势信息，是表示以机器人3为基准的焊炬2的姿势的信息，具体来说，是用于从作为焊炬2的坐标系的工具坐标系，向作为机器人3的机器人坐标系进行坐标系转换的旋转矩阵。该焊炬姿势信息，如图2所示，从后述的机器人轨迹计划处理部13被送至旋转偏移修正控制处理部16。然后，在旋转偏移修正控制处理部16中计算出的旋转中心修正量，如图2所示，被送至机器人轨迹计划处理部13。 

旋转偏移修正控制处理部16，根据使用后行电极修正量进行修正之前的先行电极2a的位置，和使用后行电极修正量进行了修正之后的先行电极2a的位置的差，计算使用后行电极修正量进行修正时的先行电极2a的位置偏移量，基于该先行电极2a的位置偏移量，计算用于修正先行电极2a的位置偏移的旋转中心修正量。在此，关于旋转中心修正量的具体的计算步骤后述。 

电弧跟踪控制处理部17，控制前后弧焊系统的电弧跟踪。电弧跟踪控 制处理部17如前述，具有先行电极处理部11a、后行电极处理部11b、先行电极修正部14a、后行电极修正部14b。 

机器人轨迹计划处理部13，分别对于从先行电极修正部14a和后行电极修正部14b传送的先行电极修正量和所述后行电极修正量进行加法运算或减法运算，从而修正从示教数据部12传送的示教位置数据。在此，所谓示教位置数据，是表示进行电弧焊时预先计算出的示教轨迹的示教位置的数据。 

另外，机器人轨迹计划处理部13，对于从旋转偏移修正控制处理部16传送的旋转中心修正量进行加法运算或减法运算，从而修正焊炬2的旋转中心数据。在此，所谓旋转中心数据，是表示跟踪修正时的焊炬2的旋转中心位置的数据。 

机器人轨迹计划处理部13，以这些修正数据作为机器人3的各轴指令值并送至机器人3的伺服驱动器，如图4～图6所示，控制安装在机器人3的前端的焊炬2，使之相对于焊接行进方向为左右方向、上下方向和旋转方法，并且如图7所示，控制跟踪修正时的焊炬2的旋转中心。 

在此，本发明的前后弧焊系统1中，作为用于前述的横向摆动中心轨迹的上下方向的位置偏移修正的焊接状态量，使用焊接电流。另外，作为用于横向摆动中心轨迹的左右方向的位置偏移修正的焊接状态量，使用焊接电流或焊接电压。这时，对于横摆周期来说，焊接电源4、5的恒定电压控制的响应性快时，使用焊接电流，慢时使用焊接电压。还有，也有使用焊接电流和焊接电压两者的情况。 

<电弧跟踪控制方法> 

其次，对于使用了本发明的机器人控制器8的电弧跟踪控制方法进行详细说明。本发明的电弧跟踪控制方法包括先行电极控制工序、后行电极控制工序、旋转中心控制工序。在此，后行电极控制工序、先行电极控制工序和旋转中心控制工序可以分别同时进行，或者也可以按这一顺序进行。 

(1)先行电极控制工序 

先行电极控制工序，优选包括先行电极变动量计算工序和先行电极修正量计算工序。 

在先行电极变动量计算工序中，在前述的先行电极处理部11a，根据横向摆动一个周期之间的焊接状态量，即焊接电流和/或焊接电压的电气变化，以规定的计算方法，计算表示相对于焊接线的横向摆动中心轨迹的左右方向的位置偏移的先行电极第一变动量，和表示相对于焊接线的横向摆动中心轨迹的上下方向的位置偏移的先行电极第二变动量。 

(先行电极第一变动量的计算方法) 

先行电极第一变动量优选通过以下两种计算方法的任意一种计算。 

在第一计算方法中，先行电极第一变动量(dI_Lrl)如下式(1)所示，为在横向摆动左端检测的先行电极2a的左端焊接状态量(L_A)，和在横向摆动右端检测的先行电极2a的右端焊接状态量(L_B)的差。 

[dI_Lrl]＝[L_B]-[L_A]  …(1) 

在第二计算方法中，先行电极第一变动量(dI_Lrl)如下式(2)所示，为第一焊接状态量差和第二焊接状态量差的差。而且，第一焊接状态量差由从横向摆动左端至右端的右进横向摆动rw(参照图3)期间之间所检测的先行电极2a的右进最大焊接状态量(L_lmax)和右进最小焊接状态量(L_lmin)的差定义。另外，第二焊接状态量差由从横向摆动右端至左端的左进横向摆动1w(参照图3)期间之间所检测的先行电极2a的左进最大焊接状态量(L_rmax)和左进最小焊接状态量(L_rmin)的差定义。 

[dI_Lrl]＝([L_lmax]-[L_lmin])-([L_rmax]-[L_rmin])…(2) 

(先行电极第二变化量的计算方法) 

先行电极第二变动量(dI_Lud)优选由下式(3)的计算方法计算。即，焊接状态量为焊接电流值，为横向摆动一个周期之间所检测的先行电极2a的平均焊接电流值，和预先设定的基准焊接电流值的差。在下式(3)中，作为平均焊接电流值，为右进横向摆动期间和左进横向摆动期间之间所检测的最大焊接电流值和最小焊接电流值(L_lmax、L_lmin、L_rmax、L_rmin)的4点的焊接电流值的平均，但检测点数并不限定为4点，考虑跟踪的精度或信息处理时间的缩短，也可以增减检测点数。 

[dI_Lud]＝[基准焊接电流值]-[平均焊接电流值]…(3) 

[平均焊接电流值]＝([L_lmax]+[L_lmin]+[L_rmax]+[L_rmin])/4 

在先行电极修正量计算工序中，在前述的先行电极修正部14a，基于先行电极第一变动量，计算用于修正横向摆动中心轨迹的左右方向的位置偏移的先行电极左右修正量，并且基于先行电极第二变动量，以规定的计算方法，计算用于修正横向摆动中心轨迹的上下方向的位置偏移的先行电极上下修正量。 

(先行电极左右修正量的计算方法) 

先行电极左右修正量(U_Lrl)，优选基于由前述式(1)或式(2)计算的先行电极第一变动量(dI_Lrl)，以下式(4)的计算方法计算。在此，(k_Lrl)表示常数。 

[U_Lrl]＝[k_Lrl]×[dI_Lrl]…(4) 

即，作为先行电极左右修正量(U_Lrl)，使用与先行电极第一变动量(dI_Lrl)的大小成比例的。 

(先行电极上下修正量的计算方法) 

先行电极上下修正量(U_Lud)，优选基于由前述式(3)计算的先行电极第二变动量(dI_Lud)，以下式(5)的计算方法计算。在此，(k_Lud)表示常数。 

[U_Lud]＝[k_Lud]×[dI_Lud] …(5) 

即，作为先行电极上下修正量(U_Lud)，使用与先行电极第二变动量(dI_Lud)的大小成比例的。 

前述的式(4)、(5)所示的先行电极左右修正量和先行电极上下修正量的计算方法，是与先行电极第一变动量和先行电极第二变动量成比例的修正量的计算方法。但是如下，除了比例项以外，也可以对求积项([ki_Lrl]×∑[dI_Lrl]、[ki_Lud]×∑[dI_Lud])进行加法运算。由此，可以进一步减小横向摆中心轨迹的位置偏移偏差。 

[U_Lrl]＝[k_Lrl]×[dI_Lrl]+[ki_Lrl]×∑[dI_Lrl] 

[U_Lud]＝[k_Lud]×[dI_Lud]+[ki_Lud]×∑[dI_Lud] 

然后，使用如此计算的先行电极左右修正量和先行电极上下修正量，将前后弧焊系统1的焊炬2相对于焊接行进方向控制为左右方向和上下方向(参照图4、图5)。 

(2)后行电极控制工序 

后行电极控制工序优选包括后行电极变动量计算工序和后行电极修正量计算工序。

在后行电极变动量计算工序中，在前述的后行电极处理部11b，根据横向摆动一个周期之间的焊接状态量，即焊接电流和/或焊接电压的电气变化，以规定的计算方法，计算表示相对于焊接线的横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移的后行电极变动量。 

(后行电极变动量的计算方法) 

后行电极变动量优选由以下两种计算方法的任意一种计算。 

在第一计算方法中，后行电极变动量(dI_Trl)，如下式(6)所示，为在横向摆动左端检测的后行电极2b的左端焊接状态量(T_A)和在横向摆动右端检测的后行电极2b的右端焊接状态量(T_B)的差。 

[dI_Trl]＝[T_B]-[T_A] …(6) 

在第二计算方法中，后行电极变动量(dI_Trl)，如下式(7)所示，为第三焊接状态量差和第四焊接状态量差的差。那么，第三焊接状态量差由从横向摆动左端至右端的右进横向摆动rw(参照图3)期间之间所检测的先行电极2a的右进最大焊接状态量(T_lmax)和右进最小焊接状态量(T_lmin)的差定义。另外，第四焊接状态量差由从横向摆动右端至左端的左进横向摆动lw(参照图3)期间之间所检测的先行电极2a的左进最大焊接状态量(T_rmax)和左进最小焊接状态量(T_rmin)的差定义。 

[dI_Trl]＝([T_lmax]-[T_lmin])-([T_rmax]-[T_rmin])…(7) 

在先行电极修正量计算工序中，在前述的后行电极修正部14b，基于后行电极变动量，以规定的方法，计算用于修正相对于焊接线的横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移的后行电极修正量。 

(后行电极修正量的计算方法) 

后行电极修正量(U_Trl)优选由以下的条件式(8)决定。即，由上式(6)或上式(7)计算的后行电极变动量(dI_Trl)直至超过预先设定的阈值(±ΔI)时均为0，后行电极变动量(dI_Trl)超过阈值(±ΔI)时为预先设定的规定量(±ΔU)。 

[条件式(8)] 

[dI_Trl]＞ΔI时，[U_Trl]＝ΔU， 

-△I≤[dI_Trl]≤ΔI时，[U_Trl]＝0， 

[dI_Trl]＜-ΔI时，[U_Trl]＝-ΔU。 

另外，也可以与先行电极控制工序同样的、与后行电极变动量(dI_Trl)的大小成比例而计算后行电极修正量(U_Trl)。即，也可以由下式(9)计算。在此，[K_Trl]为常数。 

[U_Trl]＝[k_Trl]×[dI_Trl] …(9) 

然后，使用如此计算的后行电极修正量，将焊炬2相对于焊接行进方向控制为旋转方向(参照图6)。还有，对这样的旋转方向的控制，以焊炬2的先行电极2a和后行电极2b之间的任意的位置作为旋转中心进行。 

(3)旋转中心控制工序 

在旋转中心控制工序中，在前述的旋转偏移修正控制处理部16，基于后行电极修正量，计算用于修正使用后行电极修正量进行修正时的先行电极2a的位置偏移的旋转中心修正量，控制跟踪修正时的焊炬2的旋转中心(参照图7)。 

旋转中心控制工序，优选包括先行电极基准位置计算工序和旋转中心修正量计算工序。 

在先行电极基准位置计算工序中，根据先行电极2a与跟踪修正时的焊炬2的旋转中心的距离，和表示以机器人3为基准的焊炬2的姿势的焊炬姿势信息，计算先行电极2a的基准位置。 

另外，在旋转中心修正量计算工序中，根据先行电极2a的基准位置和后行电极修正量，求得使用后行电极修正量进行修正之前的先行电极2a的位置，和使用后行电极修正量进行了修正之后的先行电极2a的位置的差，从而计算旋转中心修正量。 

(旋转中心修正量的计算方法) 

旋转中心修正量(Δtcp)，更具体地说，优选由以下的计算方法计算。还有，以下的计算方法，是将作为旋转中心的TCP设定在先行电极2a和后行电极2b的中间，并且以后行电极修正量为同一平面状下进行旋转时的计算方法。 

首先，根据下式(10)，对于先行电极2a至旋转中心的矢量进行坐标 转换，使之从工具坐标系转换为机器人坐标系，如图7(a)所示，计算作为基准的基准先行电极位置矢量(n)。在此，下式(10)中的(^RR_T)是前述的焊炬姿势信息，是用于从工具坐标系向机器人坐标系进行坐标系转换的旋转矩阵。另外，下式(10)中的矢量(d)是前述的先行电极-旋转中心距离，是从工具坐标系上的先行电极2a至焊炬2的旋转中心的矢量。 

$\stackrel{\&RightArrow;}{n}=R_T^R\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{d}...\left(10\right)$

接着，根据下式(11)，由旋转矩阵(R_α)使基准先行电极位置矢量(n)旋转θ(α、β＝0，γ＝0)，如图7(b)所示，计算当前的先行电极位置矢量(1)。还有，前述的θ是后行电极跟踪修正量的累计值(α：ROLL，β：PITCH，γ：YAW)。还有，当前的先行电极位置矢量(1)是电弧焊开始时的先行电极2a的位置矢量。 

$\stackrel{\&RightArrow;}{l}=R_{\mathrm{\&alpha;}}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{n}...\left(11\right)$

接着，根据下式(12)，由旋转矩阵(R_α+Δα)使基准先行电极位置矢量(n)旋转θ+Δθ(α+Δα，β+Δβ＝0，γ+Δγ＝0)，如图7(c)所示，计算跟踪修正后的先行电极位置矢量(1’)。还有，前述的Δθ是这次的后行电极跟踪修正量(Δα：ROLL，Δβ：PITCH，Δγ：YAW)。 

${\stackrel{\&RightArrow;}{l}}^{\&prime;}=R_{\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{n}...\left(12\right)$

接着，根据下式(13)，取当前的先行电极位置矢量(1)和跟踪修正后的先行电极位置矢量(1’)的，如图7d所示，计算旋转中心修量(Δtcp)。还有，先行电极位置矢量(1)表示使用后行电极修正量进行修正之前的先行电极2a的位置，先行电极位置矢量(1’)表示使用后行电极修正量进行了修正之后的先行电极2a的位置。 

$\mathrm{\&Delta;tcp}=\stackrel{\&RightArrow;}{l}-{\stackrel{\&RightArrow;}{l}}^{\&prime;}...\left(13\right)$

接着，根据下式(14)，当前的旋转中心(TCP)加上旋转中心修正量(Δtcp)，如图7(e)所示，计算目标旋转中心(TCP’)。 

TCP＝TCP+Δtcp…(14) 

在此，使用了上式(10)～(13)的旋转中心修正量(Δtcp)的计算，在前述的机器人控制器8的旋转偏移修正控制处理部16进行。另外，使用了上述(14)的目标旋转中心(TCP’)的计算，在前述的机器人控制器8的机器人轨迹计划处理部13进行。 

接下来，参照图1、图2、图7、图8，对于电弧跟踪控制方法的处理流程进行说明。还有，以如下情况为例进行说明：作为焊接状态量使用焊接电流，步骤1～12(S1～12)在先行电极控制工序和后行电极控制工序中相同，同时进行先行电极控制工序、后行电极控制工序和旋转中心控制工序，先行电极第一变动量和后行电极变动量的计算使用第二计算方法，先行电极左右修正量和先行电极上下修正量的计算由使用了比例关系的计算方法进行，后行电极修正量的计算以使用阈值的计算方法进行，旋转中心修正量的计算以前述的计算方法进行。 

(1)在步骤1～6中(S1～6)中，在先行电极处理部11a和后行电极处理部11b，从由电流电压检测器6、7检测的焊接状态量，抽取右进横向摆动期间之间的先行电极2a和后行电极2b的右进最大焊接状态量(L_lmax，T_lmax)和右进最小焊接状态量(L_lmin，T_lmin)。还有，因为作为焊接状态量使用焊接电流，所以由横向摆动左端检测的先行电极检测电流和后行电极检测电流成为右进最大焊接状态量(L_lmax，T_lmax)。 

(2)与前述步骤同样，在步骤7～11中(S7～11)中，从由电流电压检测器6、7检测的焊接状态量，抽取左进横向摆动期间之间的先行电极2a和后行电极2b的左进最大焊接状态量(L_rmax，T_rmax)和左进最小焊接状态量(L_rmin，T_rmin)。还有，因为作为焊接状态量使用焊接电流，所以由横向摆动右端检测的先行电极检测电流和后行电极检测电流成为左进最大焊接状态量(L_rmax，T_rmax)。 

(3)在步骤12(S12)中，在先行电极处理部11a和后行电极处理部11b，根据右进最大焊接状态量(L_lmax，T_lmax)、右进最小焊接状态量(L_lmin，T_lmin)、左进最大焊接状态量(L_rmax，T_rmax)和左进最小焊接状态量(L_rmin，T_rmin)，使用前述的式(2)计算先行 电极第一变动量(dI_Trl)。另外，将焊接状态量作为焊接电流值，根据右进最大焊接状态量(右进最大焊接电流值)(L_lmax，T_lmax)、右进最小焊接状态量(右进最小焊接电流值)(L_lmin，T_lmin)、左进最大焊接状态量(左进最大焊接电流值)(L_rmax，T_rmax)和左进最小焊接状态量(左进最小焊接电流值)(L_rmin，T_rmin)，计算平均焊接状态量(平均焊接电流值)，计算出预先存储在先行电极处理部11a中的基准焊接状态量(基准焊接电流值)，并且使用前述的式(3)计算先行电极第二变动量(dI_Lud)。 

然后，在先行电极修正部14a和后行电极修正部14b，根据先行电极第一变动量(dI_Lrl)，运用式(4)计算先行电极左右修正量(U_Lrl)，根据先行电极第二变动量(dI_Lud)，运用式(5)计算先行电极上下修正量(U_Lud)，根据后行电极变化量(dI_Trl)，运用条件式(8)，计算后行电极修正量(U_Trl)。 

(4)在步骤13(S13)中，在旋转偏移修正控制处理部16，根据后行电极修正量、先行电极-旋转间距离、焊炬姿势信息，运用式(10)～(13)计算旋转中心修正量(Δtcp)。 

经由机器人轨迹计划处理部13，将计算出的修正量(U_Lrl、U_Lud、U_Trl、Δtcp)送到机器人3，由此将焊炬2相对于焊接行进方向控制为左右方向、上下方向和旋转方向，并且实行控制跟踪修正时的焊炬2的旋转中心的电弧跟踪。然后，以横向摆动一个周期单位实行这样的电弧跟踪，由此可以进行电弧跟踪精度优异，不会发生焊接缺陷的电弧焊。 

以上，通过用于实施发明的方式，对于本发明的控制前后电弧焊系统1的机器人控制器8和使用它的电弧跟踪控制方法更具体地进行了说明，但本发明的宗旨不受这些记述限定，必须基于权利要求范围的记述而做宽泛的解释。另外，基于这些记述而进行的各种变更、改变等当然也包含在本发明的宗旨内。 

Claims (5)

1.一种机器人控制器，其特征在于，是对跟踪焊接线进行电弧焊的前后弧焊系统的焊炬的位置进行控制的机器人控制器，所述前后弧焊系统具有：配置有在焊接线方向上具有规定的电极间距离的先行电极和后行电极的焊炬；使安装在前端的所述焊炬相对于焊接行进方向左右横向摆动的机器人；对所述先行电极和所述后行电极进行供电的焊接电源；检测所述先行电极和所述后行电极的横向摆动中的焊接电源和焊接电压的至少一个的电流电压检测器，

所述机器人控制器由如下构成：

先行电极处理部，其基于由所述电流电压检测器检测出的所述先行电极的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算所述焊炬相对于所述焊接线的横向摆动中心轨迹在左右方向和上下方向的位置偏移量即先行电极变动量；

先行电极修正部，其基于所述先行电极变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹的左右方向和上下方向的位置偏移的先行电极修正量；

后行电极处理部，其基于由所述电流电压检测器检测出的所述后行电极的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算所述焊炬相对于所述焊接线的横向摆动中心轨迹在旋转方向的位置偏移量即后行电极变动量；

后行电极修正部，其基于所述后行电极变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移的后行电极修正量；

旋转偏移修正控制处理部，其根据使用所述后行电极修正量进行修正之前的所述先行电极的位置和使用所述后行电极修正量进行了修正之后的所述先行电极的位置的差，计算使用所述后行电极修正量进行修正时的所述先行电极的位置偏移量，基于该先行电极的位置偏移量，计算用于修正所述先行电极的位置偏移的旋转中心修正量；

机器人轨迹计划处理部，其对于所述先行电极修正量和所述后行电极修正量进行加法运算或减法运算，修正在进行所述电弧焊时预先计算出的示教轨迹的示教位置，并且对所述旋转中心修正量进行加法运算或减法运算，由此，修正跟踪修正时的所述焊炬的旋转中心的位置。

2.一种使用了机器人控制器的电弧跟踪控制方法，该机器人控制器控制跟踪焊接线而进行电弧焊的前后弧焊系统的焊炬的位置，其中，由如下工序构成：

先行电极控制工序，检测横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线在左右方向和上下方向的位置偏移，相对于焊接行进方向在左右方向和上下方向上控制所述焊炬的位置，由此，修正该位置偏移；

后行电极控制工序，检测横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线在旋转方向的位置偏移，在旋转方向上控制所述焊炬的位置，由此，修正该位置偏移；

旋转中心控制工序，检测所述后行电极控制工序中因所述后行电极的修正而产生的所述先行电极的位置偏移，控制跟踪修正时的所述焊炬的旋转中心，由此，修正该位置偏移。

3.根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其中，

所述先行电极控制工序包括如下工序：

先行电极变动量计算工序，在先行电极处理部，根据一个横向摆动周期内的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算表示横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线在左右方向的位置偏移的先行电极第一变动量和表示横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线在上下方向的位置偏移的先行电极第二变动量；

先行电极修正量计算工序，在先行电极修正部，基于所述先行电极第一变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹在左右方向的位置偏移的先行电极左右修正量，并且基于所述先行电极第二变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹在上下方向的位置偏移的先行电极上下修正量，

所述后行电极控制工序包括如下工序：

后行电极变动量计算工序，在后行电极处理部，根据所述横向摆动一个周期间的焊接电流和/或焊接电压的电气变化，计算表示横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线的位置偏移的后行电极变动量；

后行电极修正量计算工序，在后行电极修正部，基于所述后行电极变动量，计算用于修正横向摆动中心轨迹相对于所述焊接线的旋转方向的位置偏移的后行电极修正量，

所述旋转中心控制工序，是在旋转偏移修正控制处理部，基于所述后行电极修正量，计算使用该后行电极修正量进行修正时，用于修正所述先行电极的位置偏移的旋转中心修正量，控制跟踪修正时的所述焊炬旋转中心。

4.根据权利要求3所述的电弧跟踪控制方法，其中，

所述旋转中心控制工序包括如下工序：

先行电极基准位置计算工序，根据先行电极与跟踪修正时的所述焊炬的旋转中心的距离和以所述机器人为基准的表示焊炬的姿势的焊炬姿势信息，计算所述先行电极的基准位置；

旋转中心修正量计算工序，根据所述先行电极的基准位置和所述后行电极修正量，求得使用该后行电极修正量进行修正之前的所述先行电极的位置与使用所述后行电极修正量进行了修正后的所述先行电极的位置的差，由此，计算所述旋转中心修正量。

5.一种沿焊接线进行电弧焊的前后弧焊系统，其中，由如下构成：

配置有在所述焊接线方向上具有规定的电极间距离的先行电极和后行电极的焊炬；

在前端安装有所述焊炬的机器人，所述机器人使所述焊炬相对于焊接前进方向左右横向摆动；

向所述先行电极和所述后行电极进行供电的焊接电源；

检测所述先行电极和所述后行电极的横向摆动中的焊接电流和焊电压的至少一个的电流电压检测器；

控制所述焊炬的位置的机器人控制器，

其中，所述机器人控制器由如下构成：

先行电极处理部，其基于由所述电流电压检测器检测出的所述先行电极的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算所述焊炬相对于所述焊接线的横向摆动中心轨迹在左右方向和上下方向的位置偏移量即先行电极变动量；

先行电极修正部，其基于所述先行电极变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹在左右方向和上下方向的位置偏移的先行电极修正量；

后行电极处理部，其基于由所述电流电压检测器检测出的所述后行电极的焊接电流和焊接电压的至少一个的电气变化，计算所述焊炬相对于所述焊接线的横向摆动中心轨迹在旋转方向的位置偏移量即后行电极变动量；

后行电极修正部，其基于所述后行电极变动量，计算用于修正所述横向摆动中心轨迹在旋转方向的位置偏移的后行电极修正量；

旋转偏移修正控制处理部，其根据使用所述后行电极修正量进行修正之前的所述先行电极的位置和使用所述后行电极修正量进行了修正之后的所述先行电极的位置的差，计算使用所述后行电极修正量进行修正时的所述先行电极的位置偏移量，基于该先行电极的位置偏移量，计算用于修正所述先行电极的位置偏移的旋转中心修正量；

机器人轨迹计划处理部，其对于所述先行电极修正量和所述后行电极修正量进行加法运算或减法运算，修正在进行所述电弧焊时预先计算出的示教轨迹的示教位置，并且对所述旋转中心修正量进行加法运算或减法运算，由此，修正跟踪修正时的所述焊炬的旋转中心的位置。

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