CN105050762B - 焊缝方法及系统 - Google Patents

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Abstract

求出基准点C在焊缝装置(10)处于三个姿势时在自动机坐标系下的变化，获取校正数据(STEP1)。基于弹性机构(22a)对应焊缝装置(10)相对自动机(20)的姿势并由于焊缝装置(10)的重量而产生的变形获取校正数据，并根据该校正数据求出修正数据(STEP5)。基于修正数据修正教学数据(STEP6)。

Description

焊缝方法及系统
技术领域
本发明涉及焊缝方法及焊缝系统。
背景技术
在现有技术中，人们已知下述一种焊缝装置：将焊接物件(工件)夹持在一对电极辊之间，施压通电并同时旋转电极辊，从而对焊接物件实施连续的焊接。
当电极辊对焊接物件的施压超过容许范围时，会对工件、移动电极辊或焊缝装置的自动机等造成坏的影响。因此，设置介于焊缝装置和自动机之间有线圈弹簧的平衡机构，让电极辊追随工件的高度(例如，参照专利文献1)。
因此，在焊接工件时能够在有效地保护工件的同时进行良好的焊接作业，而不会产生下述问题：电极头在工件上的滑动，对工件施加例如作用弯折力、挤压力等过度的负荷，支承电极辊的电极柄或施压杆的弯扭。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4653892号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而近年来，通常实施预先通过计算机确定自动机的移动路径、即离线教学。并且，在离线教学中，平衡机构的线圈弹簧预期是处于中立的状态。
但是，实际上平衡机构的线圈弹簧会因焊缝装置相对自动机的姿势而处于从中立发生变化的状态，电极辊的实际夹持位置(焊接位置)从预期的位置发生偏离。在该情况下，由于自动机的夹持位置上的移动速度与电极辊的旋转速度产生不一致，当焊缝部分是曲线形时，电极辊会发生滑动，从而有可能导致焊接不良。
本发明鉴于上述问题，目的在于提供一种能够防止电极辊滑动的焊缝方法及焊缝系统。
用于解决课题的手段
本发明的焊缝方法是将焊缝装置连结在设置于移动机构的顶端部上的弹性机构上并移动该焊缝装置的方法，所述焊缝装置在将多个焊接物件夹持在一对电极辊之间的状态下对所述电极辊间通电来进行焊缝，该焊缝方法的特征在于具有，
修正步骤：基于所述弹性机构对应所述焊缝装置相对所述移动机构的姿势并由于所述焊缝装置的重量发生的变形，对通过所述移动机构来被移动的所述焊缝装置的移动路径进行修正。
根据本发明的焊缝方法，基于弹性机构对应焊缝装置相对移动机构的姿势并由于焊缝装置的重量发生的变形，对通过移动机构来被移动的焊缝装置的移动路径进行修正。由此，能够考虑到弹性机构对应了焊缝装置相对移动机构的姿势的变形，使得移动机构赋予焊缝装置的移动速度、进而是电极辊的夹持位置的移动速度成为预期的速度。因此，夹持位置的移动速度与电极辊的旋转速度之间不会产生不一致，即使要焊缝的部分是曲线形，电极辊也不会发生滑动，因而不会产生焊接不良。
例如，在本发明的焊缝方法中具备：第一步骤，求出在所述焊缝装置相对所述移动机构处于第一姿势时，所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化，第二步骤，求出在所述焊缝装置相对所述移动机构处于与第一姿势不同的第二姿势时，所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化，以及第三步骤，求出在所述焊缝装置相对所述移动机构处于与第一姿势及第二姿势不同的第三姿势时，所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化，在所述修正步骤中，可以基于分别在所述第一步骤至所述第三步骤中求出的所述相对位置关系的变化，对应所述焊缝装置相对所述移动机构的姿势，求出所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化。
本发明的焊缝系统的特征在于具备：
焊缝装置，在将多个焊接物件夹持在一对电极辊之间的状态下，对所述电极辊间通电来进行焊缝，
移动机构，将所述焊缝装置连结在设置于该移动机构的顶端部上的弹性机构上，并移动该焊缝装置，以及，
修正装置，基于所述弹性机构对应所述焊缝装置相对所述移动机构的姿势并由于所述焊缝装置的重量发生的变形，对通过所述移动机构来被移动的所述焊缝装置的移动路径进行修正。
根据本发明的焊缝系统，基于弹性机构对应焊缝装置相对移动机构的姿势并由于焊缝装置的重量发生的变形，对通过移动机构来被移动的焊缝装置的移动路径进行修正。由此，能够考虑到弹性机构对应了焊缝装置相对移动机构的姿势的变形，使得移动机构赋予焊缝装置的移动速度、进而是电极辊的夹持位置的移动速度成为预期的速度。因此，夹持位置的移动速度与电极辊的旋转速度之间不会产生不一致，即使要焊缝的部分是曲线形，电极辊也不会发生滑动，因而不会产生焊接不良。
附图说明
图1是表示本发明实施例中焊缝系统的整体构成的概略图。
图2是表示焊缝系统整体构成的框图。
图3(a)～(c)是表示基准点因焊缝装置姿势不同而产生的移动的图。
图4是用于说明本发明实施例中的焊缝方法的的流程图。
具体实施方式
实施例
以下，参照附图说明本发明实施例中的焊缝系统100。焊缝系统100被应用于通过焊缝装置10对由金属薄板构成的多个焊接物件(工件)W进行接合从而制造汽车的窗框和燃料罐等。
如图1所示，工件W通过焊缝装置10实施焊接。该焊缝装置10通过未被图示的固定台被固定在预先确定的位置上。该焊缝装置10通过自动机20沿预先确定的轨迹被移动。参照图2，焊缝系统100具备控制焊缝装置10及自动机(robot)20。焊缝系统100具备相当于本发明的控制机构的控制装置30。
自动机20是一种通过关节联结了多个臂部(arm)的六轴自动机等多关节自动机，并被固定在基部(base)21上。虽未被图示，自动机20在其各关节上具备伺服电机(servomotor)等驱动机构、测定伺服电机的轴角度的编码器(encoder)等测定机构。自动机20构成为通过控制装置30能够进行反馈控制。
在位于自动机20的顶端位置的臂部的顶端部上设置有平衡机构(equalizingmechanism)22。自动机20借助平衡机构22移动焊接装置10。自动机20相当于移动机构。平衡机构22具有两个通过弹簧(spring)等构成的弹性机构22a。弹性机构22a例如是线圈弹簧。
焊缝装置10具备经由平衡机构22而安装在自动机20上的基台11。
这里，平衡机构22具备从侧面看时成U型的支承块(block)11a、两根基部22b以及圆棒状的两根支承梁11b。支承块11a固定在基台11的上部。两根基部22b固定在自动机20的臂部顶端部。两根支承梁11b分别插入于基部22b中形成的贯穿孔，支承梁11b的上下端分别固定在支承块11a上。另外，两根支承梁11b在图1的与纸面垂直的方向(X轴方向)上并列设置。
并且，由两个线圈弹簧构成的弹性机构22a介于支承块11a和基部22b的上下方向的间隙而设置，并包围支承梁11b的外周。由此，基部22b相对支承梁11b能够滑动，并受弹性机构22a施力从而能够恢复到原位。因此，即使在焊接目标部位上产生微小的变动，也能够让焊缝装置10跟随该变动发生移动。
基台11上设置沿上下方向延伸的导轨12，在导轨12上设置有通过驱动机构13能够沿该导轨12在上下方向移动的活动台14。这里，驱动机构13是气缸13。气缸13的活塞杆13a的顶端与活动台14连结。另外，驱动机构也可以是具备油压缸、滚珠丝杠机构的旋转电极、或线性电极等。
在活动台14上轴支承有上部电极15。下部电极16受基台11轴支承。因此，下部电极16被设置在规定高度的位置上，上部电极15被配置成相对下部电极16能够上下活动。另外，上部电极15及下部电极16是圆盘状的电极，也统一称为电极辊15,16。
在电极辊15,16上分别连接有旋转驱动机构17,18。旋转驱动机构17,18用于分别按照预先设定的旋转方向和预先设定的旋转速度驱动所述电极辊15,16旋转。这里，旋转驱动机构17,18是伺服电机。但是旋转驱动机构17,18也可以是具备脉冲马达、旋转编码器等一般电机。
而且，上部电极15上连接有相当于本发明的焊接电流供应机构的焊接电源19。焊接电源19供应焊接所需的电流(焊接电流)。这里，焊接电源19供应直流脉冲电流，但是也可以是一种供应交流电流的电源。
像这样，让气缸13的活塞杆13a伸长从而降下上部电极15，并在把工件W夹入到两电极15,16之间的状态下，由焊接电流19对上部电极15供应电流。由此，焊接电流从上部电极15经由被夹入在两电极15,16之间的工件W流到下部电极16(接地电极)，从而能够实施焊缝。
如上所述，气缸13对上部电极15向下部电极16施压，从而对被夹在两电极15,16之间的工件W进行施压。
如图2所示，控制装置30是通过未被图示的CPU等构成的电路单元。通过由CPU执行记忆体31中保存的控制程序，控制装置30起到控制气缸13的气缸控制部32、控制旋转驱动机构17,18的旋转驱动控制部33、控制焊接电源19的电源控制部34以及控制自动机20的自动机控制部35的功能，对焊缝装置10及自动机20的操作进行控制。
记忆体31中除了存储指示自动机20移动焊缝装置10的移动路径的教学数据(teaching data)外，还存储焊接控制数据。该焊接控制数据包括对应了焊接条件的气缸13的活塞杆13a的移动量、旋转驱动机构17,18的旋转速度以及焊接电源19供应的焊接电流值等。另外，记忆体31中存储有求出修正数据的修正程序。该修正数据对应于焊缝装置10相对自动机20的姿势修正教学数据。即，通过由CPU执行修正程序，控制装置30起到修正装置的功能。
控制装置30将控制信号分别发送给气缸13、旋转驱动机构17,18、焊接电源19及自动机20。所述控制信号由控制装置30读取对应于焊接条件而存储在记忆体31中的焊接控制数据而制成。
这里，焊缝装置10经由平衡机构22的弹性机构22a与自动机20连接。因此，因焊缝装置10的重量，弹性机构22a的伸缩量对应于焊缝装置10相对自动机20的臂部顶端的姿势产生变化，这些机构的相对位置因此发生变化。即，因焊缝装置10的重量，弹性机构22a会从中立状态发生变化。
例如，图3(a)至图3(c)所示，在弹性机构22a的伸缩量是“0”的中立状态时，将自动机20的臂部顶端的特定点设定为基准点O，将以该基准点为原点的坐标系固定于自动机20的臂部顶端的方式进行设定。以下，称该坐标系为自动机坐标系。并且，在焊缝装置10上确定基准点C(例如，下部电极16的中心点)。
如图3(a)所示，焊缝装置10位于相对自动机20的臂部顶端在铅垂方向的下方时、即在焊缝装置10的姿势是朝下时，位于Y轴正向一侧的弹性机构22a因焊缝装置10的重量而伸长，而位于Y轴负向一侧的弹性机构22a收缩。因此，焊缝装置10在自动机坐标系下的基准线C从中立状态向Y轴正向移动。
如图3(b)所示，焊缝装置10位于相对自动机20的臂部顶端在铅垂方向的上方时、即在焊缝装置10的姿势是朝上时，位于Y轴正向一侧的弹性机构22a因焊缝装置10的重量而伸长，而位于Y轴负向一侧的弹性机构22a收缩。因此，焊缝装置10在自动机坐标系下的基准线C从中立状态向Y轴负向移动。
如图3(c)所示，焊缝装置10位于相对自动机20的臂部顶端的水平方向上时、即在焊缝装置10的姿势是横向时，位于Y轴正向一侧的弹性机构22a因焊缝装置10的重量而收缩，而位于Y轴负向一侧的弹性机构22a伸长。因此，焊缝装置10在自动机坐标系下的基准线C从中立状态向Y轴负向移动。
这样，自动机坐标系下的基准点C对应于焊缝装置10相对自动机20的姿势发生移动。并且，能够根据上述焊缝装置10的三个姿势中的基准点C在自动机坐标系下的变化求出上述移动的移动量及移动方向。
接着，参照附图说明使用了上述焊缝系统100的本发明实施例中的焊缝方法。
如图4的流程图所示，首先求出焊缝装置10在三个姿势时的基准点C在自动机坐标系下的变化，进行校正(calibration)，从而获取校正数据(STEP1)。
接着，分别求出电极辊15,16的半径(STEP2)。在该步骤中，具体而言，可以根据活塞杆13a的冲程(stroke)求出电极辊15,16的总计半径，或者可以根据基台11和活动台14的上下方向的相对距离求出电极辊15,16的总计半径。上述冲程是让气缸13的活塞杆13a伸长，让上部电极15下降与下部电极16抵接时的冲程。
然后，获取电极辊15,16相对工件W的移动速度值、即自动机20的臂部顶端的移动速度值(STEP3)。移动速度值作为焊接控制数据而被存储在记忆体31中。
接着，获取自动机20的初期姿势(STEP4)。该姿势中包括自动机20的臂部顶端的姿势。自动机20的初期姿势作为教学数据而被存储在记忆体31红。
然后，基于在STEP4中获取的自动机20的臂部顶端的初期姿势，并根据在STEP1中求得的校正数据，求出修正数据(STEP5)。
接着，基于在STEP5中获取的修正数据，对教学数据进行修正(STEP6)。
然后，基于在STEP2中获取的电极辊15,16的半径、在STEP3中获取的自动机20的臂部顶端的移动速度值以及在STEP6中修正的教学数据，获取电极辊15,16的旋转速度指令值(STEP7)。这时因为，即使在相同的旋转速度下，当半径发生变化时，电极辊15,16与工件W接触的接触长度的单位时间的长度会发生变化。
随后，开始对工件W实施焊缝(STEP8)。
在加工中，获取自动机20的姿势(STEP9)，在自动机的姿势发生变化时(STEP：YES)，返回到STEP5。
然后，继续对工件W实施焊缝(STEP11)，直到焊缝结束(STEP12：YES)。自动机20的姿势作为教学数据而被存储在记忆体31中。
如上所述，在本实施例中，基于弹性机构22a对应焊缝装置10相对自动机20的臂部顶端的姿势并由于焊缝装置10的重量发生的变形，对教学数据进行修正(STEP5)。因此，电极辊15，16的夹持位置(焊接位置)不会从预期位置偏离。
所以，自动机20的夹持位置的移动速度与电极辊15,16的旋转速度之间不会产生不一致，即使要焊缝的部分是曲线形，电极辊15,16也不会发生滑动，不会造成焊接不良。
以上虽然就本发明的实施例进行了说明，但是本发明并不仅限于上述形态。例如，在上述实施例中说明了例如上部电极15是能够上下活动、而下部电极16是被固定的形态。但是，并不仅限于该形态，也可以采用上部电极15受固定而下部电极16是能够上下活动的形态，或者是上部电极15及下部电极16均能够上下活动的形态。
另外，以上就上部电极15和下部电极16是垂直配置的情形进行了说明。但也并不仅限于此，也可以将上部电极15和下部电极16水平配置或倾斜配置。
标号说明
10 焊缝装置
11 基台
11a 支承块
11b 支承梁
12 导轨
13 驱动机构，气缸
13a 活塞杆
14 活动台
15 上部电极，电极辊
16 下部电极，电极辊
17，18 旋转驱动机构
19 焊接电源
20 自动机
21 基座
22 平衡机构
22a 弹性机构
30 控制装置(修正装置)
31 记忆体
32 气缸控制部
33 旋转驱动控制部
34 电源控制部
35 自动机控制部
100 焊缝系统
W 工件(焊接物件)

Claims (2)

1.一种焊缝方法，将焊缝装置连结在设置于移动机构的顶端部上的弹性机构上并移动该焊缝装置，所述焊缝装置在将多个焊接物件夹持在一对电极辊之间的状态下对所述电极辊间通电来进行焊缝，该焊缝方法的特征在于具有：
修正步骤：基于所述弹性机构对应所述焊缝装置相对所述移动机构的姿势并由于所述焊缝装置的重量发生的变形，对通过所述移动机构来被移动的所述焊缝装置的移动路径进行修正；
第一步骤，求出在所述焊缝装置相对所述移动机构处于第一姿势时所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化；
第二步骤，求出在所述焊缝装置相对所述移动机构处于与第一姿势不同的第二姿势时所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化；以及
第三步骤，求出在所述焊缝装置相对所述移动机构处于与第一姿势及第二姿势不同的第三姿势时所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化，
在所述修正步骤中，基于分别在所述第一步骤至所述第三步骤中求出的所述相对位置关系的变化，求出修正数据，对应所述焊缝装置相对所述移动机构的姿势，使用所述修正数据求出所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化。
2.一种焊缝系统，其特征在于具备：
焊缝装置，在将多个焊接物件夹持在一对电极辊之间的状态下，对所述电极辊间通电来进行焊缝；
移动机构，将所述焊缝装置连结在设置于该移动机构的顶端部上的弹性机构上，并移动该焊缝装置；以及
修正装置，基于所述弹性机构对应所述焊缝装置相对所述移动机构的姿势并由于所述焊缝装置的重量发生的变形，对通过所述移动机构来被移动的所述焊缝装置的移动路径进行修正，
所述修正装置执行以下步骤：
第一步骤，求出在所述焊缝装置相对所述移动机构处于第一姿势时所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化；
第二步骤，求出在所述焊缝装置相对所述移动机构处于与第一姿势不同的第二姿势时所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化；以及
第三步骤，求出在所述焊缝装置相对所述移动机构处于与第一姿势及第二姿势不同的第三姿势时所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化，
所述修正装置基于分别在所述第一步骤至所述第三步骤中求出的所述相对位置关系的变化，求出修正数据，对应所述焊缝装置相对所述移动机构的姿势，使用所述修正数据求出所述焊缝装置相对所述移动机构的相对位置关系的变化。
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