CN106470789A - 电弧焊接质量判断系统 - Google Patents

Abstract

本技术的一种实施方式的电弧焊接质量判断系统具备：物理量估算部，估算形成的焊缝截面的物理量；以及质量判断部，根据物理量，判断形成的焊缝的质量。物理量是例如焊脚长度、焊缝宽度、焊缝余高、焊缝深度和焊缝截面积中的任何一个。作为判断形成的焊缝的质量的参数，因为使用了焊缝的截面的物理量，所以与焊接电流、焊接电压相比能够设定更适当的阈值。

Description

电弧焊接质量判断系统

技术领域

本发明涉及一种电弧焊接质量判断系统。

背景技术

在使用焊接机器人的生产现场，作为阻碍稳定生产的1个主要原因，可以举出焊接不良。作为焊接不良的1种的焊缝形成不足，可能由例如如下所示的原因而发生。例如即使事前设定焊接条件以使对施工的工件形成适当的焊缝形状，也可能在实际施工时，由于工件的位置偏移而突出长度变动。在这种情况下，伴随突出长度的变动而焊接电流变动，其结果是：有可能发生焊缝形成不足。另外，例如供电给焊丝的接触片摩耗，有可能伴随接触片的摩耗而发生供电不足。在这种情况下，由于供电不足而焊接电流降低，其结果是：有可能发生焊缝形成不足。另外，例如在送丝装置内有可能发生焊丝切屑的堵塞。在这种情况下，由于送丝不良而发生电弧中断，其结果是：有可能发生焊缝缺口等焊缝形成不良。另外，例如在脉冲焊接中，起因于磁偏吹现象，有可能发生焊缝形成不足。

因此，以往就开发了减少焊接不良的技术和更正确地检测出焊接不良的技术。作为更正确地检测出焊接不良的技术，例如有提出下列专利文献1、2。在专利文献1中，提出了：如果电弧焊接中实际的焊接电流或焊接电压的移动平均值超出预先设定的范围，那么判断为发生了焊接不良的技术。在专利文献2中，提出了：当电弧焊接中的焊接电流和焊接电压有异常时，将判断为异常的部分与机器人的动作轨迹的关联显示在显示器上的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公平7-2275号

专利文献2：日本专利第5426076号。

发明内容

但是，关于焊接电流、焊接电压的变化是如何影响焊缝的形状的问题，还没有得到正确的答案。因此，在上述专利文献1、2所记载的发明中，对于焊接电流、焊接电压，不容易设定适当的阈值。在上述专利文献1、2所记载的发明中，即使在判断为焊接有异常的情况下，也有可能实际上没有发生焊缝形成的不良。在这种情况下，因为不必要地停止工作中的机器人，所以将导致生产效率的降低。

因此，期望提供一种与焊接电流、焊接电压相比可以设定更加适当的阈值的电弧焊接质量判断系统。

本技术的一种实施方式的电弧焊接质量判断系统具备：物理量估算部，估算形成的焊缝截面的第一物理量或与截面相关的第二物理量；以及质量判断部，根据第一物理量或第二物理量，判断形成的焊缝的质量。

在本技术的一种实施方式的电弧焊接质量判断系统中，作为判断形成的焊缝的质量的参数，使用焊缝的截面的第一物理量或与截面相关的第二物理量。上述第一物理量是例如焊脚长度、焊缝宽度、焊缝余高、焊缝深度和焊缝截面积中的任何一个。另外，上述第一物理量例如是前方焊缝长度，该前方焊缝长度相当于焊缝中的、相比焊接电极的前端部分处于焊接方向的前方的部分的长度。另外，上述第二物理量例如是焊接电极的前端部分到达焊缝的前端部分所需的时间。关于上述第一物理量或上述第二物理量的变化对焊缝的形状的影响，相比焊接电流、焊接电压对焊缝的形状的影响，直观易懂。再有，作为上述第一物理量和上述第二物理量例示的焊脚长度等是可以使用测量值导出的参数，该测量值通过至少测量焊接电流、焊接电压、送丝速度和焊接速度中的焊接电流和焊接电压来获得。

根据本技术的一种实施方式的电弧焊接质量判断系统，因为作为判断形成的焊缝的质量的参数，使用了焊缝的截面的第一物理量或与截面相关的第二物理量，所以与焊接电流、焊接电压相比能够设定更加适当的阈值。因此，能够降低不必要地停止工作中的机器人的频度，可以提高生产效率。

附图说明

[图1]是表示具备本发明的一种实施方式的电弧焊接质量判断系统的焊接机器人系统的概略结构的一个例子的图。

[图2]是表示图1的焊接机器人系统的功能块的一个例子的图。

[图3]是表示图1的机器人控制装置的概略结构的一个例子的图。

[图4]是表示图1的示教盒的概略结构的一个例子的图。

[图5]是表示图1的示教盒的显示面的图形显示的一个例子的图。

[图6]是表示图1的示教盒的显示面的图形显示的一个例子的图。

[图7]是表示图1的示教盒的显示面的图形显示的一个例子的图。

[图8]是表示图1的示教盒的显示面的图形显示的一个例子的图。

[图9]是表示图1的焊接电源装置的概略结构的一个例子的图。

[图10A]是表示使用图1的焊接机器人系统的电弧焊接的状况的一个例子的立体图。

[图10B]是表示图10A的A-A线的截面结构的一个例子的图。

[图11A]是表示使用图1的焊接机器人系统的电弧焊接的状况的一个例子的立体图。

[图11B]是表示图11A的A-A线的截面结构的一个例子的图。

[图12]是表示电弧焊接质量判断程序的一个例子的图。

[图13]是表示使用图1的焊接机器人系统的电弧焊接的状况的一个例子的截面图。

[图14]是表示图1的示教盒的显示面的图形显示的一个例子的图。

[图15]是表示图1的示教盒的显示面的图形显示的一个例子的图。

[图16]是表示图1的示教盒的显示面的图形显示的一个例子的图。

[图17]是表示图1的示教盒的显示面的图形显示的一个例子的图。

[图18]是表示电弧焊接质量判断程序的一个例子的图。

[图19]是表示使用图1的焊接机器人系统的电弧焊接的状况的一个例子的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一种实施方式进行详细的说明。再有，说明按下列顺序进行。

1.实施方式

作为用于判断质量的物理量，使用焊脚长度、焊缝宽度、焊缝余高、焊缝深度和焊缝截面积中的任何一个的例子。

2.变形例

变形例A：作为用于判断质量的物理量，使用前方焊缝长度的例子

变形例B：作为用于判断质量的物理量，使用到达时间或电弧中断检出时间的例子

<1.实施方式>

[结构]

图1表示具备本发明的一种实施方式的电弧焊接质量判断系统的焊接机器人系统1的概略结构的一个例子。图2表示图1的焊接机器人系统1的功能块的一个例子。焊接机器人系统1通过程序控制的多关节机器人对工件W进行电弧焊接。焊接机器人系统1具备：操纵器10、机器人控制装置20、示教盒30和焊接机40。由机器人控制装置20、示教盒30和焊接机40构成的系统相当于本发明的“电弧焊接质量判断系统”的一个具体例子。再有，机器人控制装置20与示教盒30可以相互一体构成，也可以如图1所示相互分开构成。

焊接机器人系统1例如具备将机器人控制装置20和各种装置互相连接的电缆L1～L6。电缆L1是用于机器人控制装置20与操纵器10之间的通信的通信电缆，连接于机器人控制装置20和操纵器10。电缆L2是用于机器人控制装置20与示教盒30之间的通信的通信电缆，连接于机器人控制装置20和示教盒30。电缆L3是用于机器人控制装置20与焊接机40之间的通信的通信电缆，连接于机器人控制装置20和焊接机40。电缆L4是用于焊接机40与后述送丝装置14之间的通信的通信电缆，连接于焊接机40和送丝装置14。电缆L5、L6是用于对后述焊丝14与工件W之间供应高电压的焊接电压Vs的电力电缆。电缆L5连接于焊接机40和后述工作台15，电缆L6连接于焊接机40和后述焊枪13。

(操纵器10)

操纵器10通过由机器人控制装置20、示教盒30和焊接机40的控制，来对工件W进行电弧焊接。操纵器10具有：固定在地板等上的基座部件11、设置在基座部件11上的多关节杆部12、连接在多关节杆部12前端的焊枪13、固定在多关节杆部12等上的送丝装置14、和工作台15。

多关节杆部12例如具有：多根杆件12A、和将2根杆件12A彼此以可以旋转的方式连接的关节轴(未图示)。多关节杆部12进一步具有例如：在每根杆件12A上设置1个且驱动对应的杆件12A的多个驱动马达(未图示)、连接于各个驱动马达且检测各根杆件12A的现在位置的编码器(未图示)。各个驱动马达由通过电缆L1从机器人控制装置20输入的控制信号驱动。通过如此驱动各个驱动马达，各根杆件12A位移，结果是焊枪13向上下前后左右移动。编码器将检测出的各根杆件12A的现在位置(以下称为“位置信息”。)通过电缆L1向机器人控制装置20输出。

多关节杆部12的一端(前端)连接于焊枪13，多关节杆部12的另一端连接于基座部件11。在焊枪13的前端，露出有作为焊料的焊丝14。焊枪13通过使焊丝14的前端与工件W之间产生电弧，并且用该电弧的热使焊丝14和工件W熔融，来对工件W进行电弧焊接。焊枪13具有电连接于电缆L4的接触片(未图示)。接触片以将从电缆L4供给的焊接电压Vs供应给焊丝14的方式构成。

送丝装置14将焊丝14供应给焊枪13。送丝装置14例如具有：以支撑且可以传送焊丝14的方式构成的一对辊(未图示)、和旋转驱动一方的辊的马达(未图示)。一对辊构成为：夹持焊丝14，并且用由上述马达的旋转驱动产生的摩擦力将焊丝14从焊丝盘(未图示)拉出。上述马达例如由附带编码器的伺服马达构成。上述马达由通过电缆L4从焊接机40输入的控制信号驱动。上述马达例如构成为：将从上述编码器反馈的脉冲通过电缆L4向焊接机40输出。该脉冲可以适用于焊丝14的传送速度的算出。再有，上述马达也可以生成作为上述脉冲的替代的某种信号输出。

工作台15固定在地板等上，作为设置工件W的台座使用。工作台15也可以是用于维持对工件W的最适焊枪姿势的定位器。在工作台15是上述定位器的情况下，通过机器人控制装置20驱动控制定位器的轴。工作台15构成为：通过电缆L5连接于焊接机40，将设置在工作台15上的工件W与电缆L5互相电连接。

(机器人控制装置20)

图3表示机器人控制装置20的概略结构的一个例子。机器人控制装置20按照来自示教盒30的指示控制多关节杆部12和焊接机40。机器人控制装置20进一步判断通过使焊丝14的前端与工件W之间发生电弧而形成的焊缝的质量。机器人控制装置20具有：控制部21、伺服控制部22、通信部23和存储部24。以下，按照存储部24、伺服控制部22、通信部23、控制部21的顺序进行说明。伺服控制部22相当于本发明的“测量部”的一个具体例子。

存储部24可以储存各种程序、各种数据文件。存储部24储存有控制多关节杆部12的动作的控制程序22A。控制程序22A例如保存在ROM(read only memory)中。存储部24进一步储存有：包含操纵器10的焊接操作的步骤的1个或多个工作程序22B、判断焊缝的质量的电弧焊接质量判断程序22C和记述有各种设定值的设定文件22D。1个或多个工作程序22B、电弧焊接质量判断程序22C和设定文件22D例如保存在硬盘中。

设定文件22D例如记述有：焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和焊接速度Vw各自的设定值；物理量Pw的目标值(目标物理量Pwo)；以及作为物理量Pw所许可的上限值Pw_max和下限值Pw_min。在电弧焊接质量判断程序22C中，物理量Pw被作为判断有无焊接不良的参数使用。另外，上限值Pw_max和下限值Pw_min被作为上述参数的阈值使用。关于物理量Pw，在后面详述。物理量Pw相当于本发明的“第一物理量”的一个具体例子。关于电弧焊接质量判断程序22C，也在后面详述。

目标物理量Pwo例如相当于上限值Pw_max与下限值Pw_min的中间值。虽然在除去电弧焊接刚刚开始、电弧焊接即将结束的期间，目标物理量Pwo大多为具有大致一定的值，但是由于工件W的规格等，在电弧焊接期间的中途，目标物理量Pwo也可能不连续地变为大的值或小的值。这时，对于上限值Pw_max和下限值Pw_min，也可能跟随目标物理量Pwo的变化而不连续地变为大的值或小的值。总之，目标物理量Pwo、上限值Pw_max和下限值Pw_min由于工件W的规格等，可能发生动态变化。

存储部24可以进一步储存通过执行电弧焊接质量判断程序22C而生成的各种数据文件。作为这样的数据文件，例如可以列举：焊接电流文件22E、焊接电压文件22F、送丝速度文件22G、焊接速度文件22H、物理量文件22I和判断结果文件22J。这些文件例如保存在RAM(Random Access Memory)中。

焊接电流文件22E是记述有焊接电流Is的测量值的文件。焊接电压文件22F是记述有从焊接机40得到的焊接电压Vs的测量值的文件。送丝速度文件22G是记述有送丝速度Vf的测量值的文件。焊接速度文件22H是记述有焊接速度Vw的测量值的文件。物理量文件22I是记述有物理量Pw的文件。判断结果文件22J是记述有通过电弧焊接质量判断程序22C判断的结果的文件。

伺服控制部22控制操纵器10的各个驱动马达。伺服控制部22根据记载在工作程序22B中的移动命令、和来自操纵器10的编码器的位置信息，控制操纵器10的各个驱动马达。移动命令可以包含例如移动开始命令、移动停止命令、工作路径(指示点)和焊枪姿势等。另外，伺服控制部22根据来自操纵器10的编码器的位置信息，导出(测量)焊接速度Vw。伺服控制部22将焊接速度Vw输出至控制部21。

通信部23通过电缆L2与示教盒30进行通信、通过电缆L3与焊接机40进行通信。通信部23接收来自示教盒30的工作指令，并向控制部21输出。工作指令可以包含例如工作者所选择的工作程序22B的号码等。通信部23将来自控制部21的监控信息发送至示教盒30。监控信息可以包含例如：焊接电流Is和焊接电压Vs各自的测量值、送丝速度Vf的测量值或设定值、焊接速度Vw的测量值或设定值、物理量Pw以及后述的判断结果等。

通信部23将来自控制部21的焊接命令发送给焊接机40。在焊接命令中，可以包含例如电弧焊接的开始命令、电弧焊接的结束命令、焊接电流Is的设定值、焊接电压Vs的设定值、送丝的开始命令、送丝的停止命令和送丝速度Vf的设定值等。通信部23接收来自焊接机40的显示器信息(例如各种测量值或通知信息)，并且输出至控制部21。在各种测量值中，可以包含例如焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf的测量值。通知信息可以包含例如电弧发生通知等。

控制部21具有：根据从示教盒30输入的工作指令，读出工作程序22B、电弧焊接质量判断程序22C，并分析其内容的解析部211(参照图2)。解析部211根据在解析部211分析的结果，生成对应于这些程序所记载的指示的命令通知。控制部21具有：根据在解析部211生成的命令通知的内容，输出移动命令、焊接命令的执行部212(参照图2)。

控制部21具有：将在执行部212生成的焊接命令，通过通信部23输出至焊接机40的焊接控制部213(参照图2)。焊接控制部213例如对应于从焊接机40通过通信部23输入的显示器信息(例如电弧发生通知)，根据电弧焊接质量判断程序22C生成开始监控的通知(监控开始通知)。另外，焊接控制部213例如对应于焊接距离Wp，根据电弧焊接质量判断程序22C生成结束监控的通知(监控结束通知)。焊接距离Wp例如由焊接速度Vw×起弧时间At导出。焊接控制部213使用从伺服控制部22输入的焊接速度Vw、与收到电弧发生通知后的时间(起弧时间)导出焊接距离Wp。

控制部21具有：按照来自焊接控制部213的监控开始通知，执行电弧焊接质量判断程序22C的物理量估算部214(参照图2)。具体地说，物理量估算部214估算形成的焊缝截面的物理量(物理量Pw)。物理量估算部214使用测量值来估算物理量Pw，并且该测量值通过至少测量焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和焊接速度Vw中的焊接电流Is和焊接电压Vs而获得。在这里，测量值虽然可以是瞬时值，但是鉴于容易设定阈值，优选移动平均值。

物理量估算部214至少对于焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf中的焊接电流Is和焊接电压Vs，将通过通信部23输入至物理量估算部214的测量值用于物理量Pw的估算。总之，物理量估算部214对于送丝速度Vf，根据需要，将通过通信部23输入至物理量估算部214的测量值、和从设定文件22D读出的设定值中的任何一个用于物理量Pw的估算。另外，物理量估算部214对于焊接速度Vw，也根据需要，将从伺服控制部22输入至物理量估算部214的测量值、和从设定文件22D读出的设定值中的任何一个用于物理量Pw的估算。

物理量估算部214将焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和焊接速度Vw的测量值与焊接距离Wp和起弧时间At的至少一方的关系保存在焊接电流文件22E、焊接电压文件22F、送丝速度文件22G和焊接速度文件22H中。物理量估算部214将物理量Pw与焊接距离Wp和起弧时间At的至少一方的关系保存在物理量文件22I中。物理量估算部214按照来自焊接控制部213的监控结束通知，结束电弧焊接质量判断程序22C的执行。

控制部21具有：根据物理量估算部214估算的物理量Pw，判断形成的焊缝的质量的质量判断部215。质量判断部215在物理量Pw处于从设定文件22D读出的上限值Pw_max与下限值Pw_min的范围内时，判断为没有焊接不良，而在物理量Pw处于上述范围之外时，判断为有焊接不良。监控信息生成部216将上述判断结果与焊接距离Wp和起弧时间At的至少一方的关系保存在判断结果文件22J中。

控制部21具有：将保存在存储部24内的各种文件(22D～22J)中的数据作为监控信息，通过通信部23输出至示教盒30的监控信息生成部216。作为上述各种数据，例如可以列举：物理量Pw的目标值(目标物理量Pwo)、以及作为物理量Pw所许可的上限值Pw_max和下限值Pw_min。

控制部21通过通信部23与焊接机40进行通信，由此与焊接机40同期，例如指示电弧焊接的开始和结束、焊接电压Vs的设定或送丝速度Vf的设定。另外，控制部21对焊接机40指示送丝装置14的控制，从焊接机40对送丝装置14指示例如电弧焊接的开始和结束、或焊接电压Vs等的设定。

(示教盒30)

图4表示示教盒30的概略结构的一个例子。示教盒30是工作者指示操纵器10的动作的装置。示教盒30例如具有：控制部31、显示部32、输入部33、通信部34和存储部35。

显示部32根据图像信号显示图像。显示部32具备：具有显示图像的显示面的显示面板、根据图像信号驱动显示面板的驱动部。输入部33接受来自工作者的指示。输入部33例如具有多个键，对应于各个键的操作生成输入信号，向控制部31输出。通信部34通过电缆L2与机器人控制装置20进行通信。通信部34将来自控制部31的工作指令发送至机器人控制装置20。通信部34接收来自机器人控制装置20的监控信息，输出至控制部31。存储部35储存可以在各种模式中进行种种表示、工作指示的指示程序35A。指示程序35A例如保存在ROM中。

控制部31生成图像信号向显示部32输出，并且根据需要生成工作指令向通信部34输出。控制部31按照读出的指示程序35A生成图像信号、根据需要生成工作指令。例如在从输入部33输入的输入信号为实施加工工序的播放模式的选择信号的情况下，控制部31按照指示程序35A，生成用于显示储存在存储部24的1个或多个工作程序22B的一览表的图像信号。进一步说，例如在选择播放模式的情况下，再生的1个工作程序22B被选择时，控制部31按照指示程序35A，生成包含再生的工作程序22B的号码等的工作指令。更进一步说，例如在选择播放模式的情况下，控制部31从通信部34取得监控信息时，生成用于显示取得的监控信息的图像信号。

图5、图6、图7、图8表示示教盒30的显示面的图形显示的一个例子。如图5所示，显示部32根据用于显示监控信息的图像信号，将通过测量得到的物理量Pw与焊接距离Wp的关系、以及物理量Pw的目标值(目标物理量Pwo)、作为物理量Pw所许可的上限值Pw_max和下限值Pw_min一起用图形显示。

显示部32优选地，如图5所示，以正常值的物理量Pw配置在上限值Pw_max与下限值Pw_min的范围内的方式进行图形显示。另外，显示部32优选地，如图6所示，以在某个区间中为异常值的物理量Pw在该区间处于上限值Pw_max与下限值Pw_min的范围之外的方式进行图形显示。

显示部32也可以使用判断结果，对于物理量Pw处于上限值Pw_max与下限值Pw_min的范围之外的区间，例如显示标记、改变颜色。另外，显示部32如图7所示，也可以用起弧时间At来代替焊接距离Wp。

显示部32也可以将焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和焊接速度Vw中的至少1个、与物理量Pw排列且用图形显示。显示部32如图8所示，也可以将焊接电流Is和焊接电压Vs与物理量Pw排列且用图形显示。图8中的焊接电流Is是瞬间焊接电流的移动平均值。图8中的焊接电压Vs是瞬间焊接电压的移动平均值。再有，也可以用瞬间焊接电流和瞬间焊接电压来代替焊接电流Is和焊接电压Vs，并且进行图形显示。

另外，显示部32也可以用三维显示来代替图5～图8所示的二维显示。这时，显示部32也可以将物理量Pw与焊接距离Wp或起弧时间At的关系、以及工件W的坡口形状一起显示。像这样，在显示部32进行三维显示的情况下，显示部32可以更加真实地显示形成的焊缝。因此，例如在形成的焊缝为曲线的情况下，显示部32可以忠实地用曲线显示形成的焊缝的形状。

(焊接机40)

图9表示焊接机40的概略结构的一个例子。焊接机40根据由机器人控制装置20的控制，通过精密控制焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf等，使焊丝14的前端与工件W之间产生电弧。焊接机40具有：控制部41、通信部42、焊接控制部43、焊接电源44、电流·电压测量部45和存储部46。焊接控制部43相当于本发明的“测量部”的一个具体例子。电流·电压测量部45相当于本发明的“测量部”的一个具体例子。

存储部46储存有控制焊接控制部43和焊接电源44的动作的控制程序46A。控制程序46A例如保存在ROM中。控制部41控制焊接机40的各个部分，并且按照读出的控制程序46A，控制焊接控制部43和焊接电源44的动作。通信部42通过电缆L3与机器人控制装置20进行通信。通信部42接收来自机器人控制装置20的焊接指令向控制部41输出。通信部42将来自控制部41的显示器信息(例如：各种测量值或通知信息)向机器人控制装置20输出。

焊接控制部43按照根据控制程序46A、和来自机器人控制装置20的焊接命令的来自控制部41的指示，控制送丝装置14的动作。来自机器人控制装置20的焊接命令例如可以包含送丝的开始命令、送丝的停止命令和送丝速度Vf的设定值等。另外，焊接控制部43根据从送丝装置14的马达输出的脉冲(或代替上述脉冲的某种信号)，测量送丝速度Vf。焊接控制部43将送丝速度Vf的测量值向控制部41输出。

焊接电源44例如具有数字逆变器电路，通过逆变器控制电路，对从外部输入的商用电源(例如三相200V)以快速应答的方式进行精密的焊接电流波形控制。也就是说，焊接电源44通过电缆L5、L6向焊枪13与工件W之间供应高电压的焊接电压Vs。焊接电源44按照控制程序46A和来自机器人控制装置20的焊接命令，控制焊接电流Is和焊接电压Vs。来自机器人控制装置20的焊接命令例如可以包含电弧焊接的开始命令、电弧焊接的结束命令、焊接电流Is的设定值和焊接电压Vs的设定值等。电流·电压测量部45测量流经焊枪13与工件W之间的焊接电流Is、焊枪13与工件W之间的焊接电压Vs。电流·电压测量部45将焊接电流Is和焊接电压Vs各自的测量值向控制部41输出。

(物理量Pw)

其次，对物理量Pw进行说明。图10A、图11A表示使用焊接机器人系统1的电弧焊接的状况的一个例子。图10B表示图10A的A-A线的截面结构的一个例子。图11B表示图11A的A-A线的截面结构的一个例子。在图10A、图10B中，表示：作为工件W，2片母材110以互相正交的方式，2片母材110的端部彼此互相接触。在图10A、图10B中，例示有所谓边角焊的状况。另一方面，在图11A、图11B中，表示：作为工件W，以由2片母材110形成锐角的方式，2片母材110的端部彼此互相接触。在图11A、图11B中，例示有所谓V型焊接的状况。再有，在图11A中，为了容易观察V型焊接的状况，切除了母材110的一部分来表示。

物理量Pw是指例如由上述边角焊、V型焊接形成的焊缝120的截面的物理量。物理量Pw是例如焊脚长度Bw、焊缝宽度Ww、焊缝余高Tw、焊缝深度Dw和焊缝截面积Fw中的任何一个。再有，物理量Pw并不限定于由上述边角焊、V型焊接形成的焊缝120的截面的物理量，也可以是由其他方式形成的焊缝120的截面的物理量。

其次，对物理量Pw的估算方法进行说明。以下，对物理量Pw之一的焊脚长度Bw的估算方法进行说明。

焊脚长度Bw能够用下列式(1)、(2)进行估算。在下列式(1)、(2)中，至少焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和焊接速度Vw中的焊接电流Is和焊接电压Vs是测量值(移动平均值)。

Bw＝(Vf×Fs)/(Wf×Bs×Vw)…(1)

Bs＝Ks/(Is×Vs)…(2)

Vf：送丝速度

Fs：焊丝截面积

Wf：板厚

Bs：截面系数

Vw：焊接速度

Ks：每种焊丝的系数

Is：焊接电流

Vs：焊接电压

焊接距离Wp能够用下列式(3)导出。

Wp＝At×Vw···(3)

At：起弧时间

再有，在计算焊脚长度Bw、焊缝宽度Ww、焊缝余高Tw、焊缝深度Dw和焊缝截面积Fw中的任何一个时，例如也可以使用专利5426076号说明书所记载的模拟装置。该模拟装置具备：算出从电弧到熔池的供热量的热源模型、和根据该供热量通过热传导计算算出熔池形状且估算焊缝形状的溶融地模型。在该模拟装置中，在计算供热量时，焊接电流和焊接电压被当作时刻变动的变数，对于送丝速度和焊接速度使用设定值。总之，在使用该模拟装置的情况下，对于焊接电流Is和焊接电压Vs使用测量值，对于送丝速度Vf和焊接速度Vw使用设定值，由此能够估算焊缝形状。从这样估算出的焊缝形状，能够导出焊脚长度Bw、焊缝宽度Ww、焊缝余高Tw、焊缝深度Dw和焊缝截面积Fw中的任何一个。

[质量判断]

其次，参照图12对焊接机器人系统1的电弧焊接质量判断步骤进行说明。图12表示电弧焊接质量判断步骤的一个例子。

首先，机器人控制装置20(控制部21)对焊接机40发出进行焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf的采样的指示。于是，焊接机40按照来自控制部21的指示，进行焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf的采样，并且将这些测量值向控制部21输出。控制部21取得来自焊接机40的焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf的测量值(步骤S101)。

另外，控制部21对伺服控制部22发出进行焊接速度Vw的采样的指示。于是，伺服控制部22按照来自控制部21的指示，进行焊接速度Vw的采样，并且将焊接速度Vw的测量值向控制部21输出。控制部21取得来自控制部21的焊接速度Vw的测量值(步骤S102)。

其次，控制部21判断从测量开始时(或再计算开始时)到现在的经过期间是否超过移动平均值的算出所需要的期间(算出期间)(步骤S103)。算出期间例如至少为10μs左右。控制部21在经过期间没有超过算出期间的情况下，返回上述步骤S101。控制部21在经过期间超过算出期间的情况下，算出焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和焊接速度Vw的移动平均值(步骤S104)。

其次，控制部21估算形成的焊缝截面的物理量Pw(步骤S105)。接着，根据物理量Pw，判断形成的焊缝的质量。具体地说，判断物理量Pw是否处于上限值Pw_max与下限值Pw_min的范围内(步骤S106)。控制部21在物理量Pw处于上述范围内的情况下，判断为没有焊接不良(步骤S107)，返回上述步骤S101。控制部21在物理量Pw处于上述范围之外的情况下，判断为有焊接不良(步骤S108)，从而结束质量判断。

再有，控制部21也可以在判断为有焊接不良的情况下，不结束质量判断(也就是说，不停止焊接操作)，而一边返回上述步骤S101使焊接操作进行到最后，一边继续质量判断。

另外，在上述质量判断过程中，控制部21也可以对焊接机40发出仅进行焊接电流Is和焊接电压Vs的采样的指示。这时，控制部21例如也可以将记述在设定文件22D中的送丝速度Vf和焊接速度Vw各自的设定值代替送丝速度Vf和焊接速度Vw各自的测量值来使用。

另外，在上述质量判断过程中，控制部21也可以仅对焊接速度Vw使用记述在设定文件22D中的焊接速度Vw的设定值，而对焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf使用测量值。

[效果]

其次，对焊接机器人系统1的电弧焊接质量判断系统的效果进行说明。

一般来说，关于焊接电流Is、焊接电压Vs的变化是如何影响焊缝的形状的问题，还没有得到正确的答案。为此，对于焊接电流Is、焊接电压Vs，不容易设定适当的阈值。即使工作者具有电弧焊接的知识，也很难即刻判断适当的阈值。因此，在对焊接电流Is、焊接电压Vs设定阈值的情况下，即使在判断为焊接有异常时，也有可能实际上没有发生焊缝形成的不良。在这种情况下，因为不必要地停止工作中的机器人，所以将导致生产效率的降低。

另一方面，在本实施方式中，作为判断形成的焊缝的质量的参数，使用焊缝的截面的物理量。该物理量如上所述，例如是焊脚长度Bw、焊缝宽度Ww、焊缝余高Tw、焊缝深度Dw和焊缝截面积Fw中的任何一个。关于物理量Pw的变化对焊缝的形状的影响，相比焊接电流Is、焊接电压Vs对焊缝的形状的影响，直观易懂。再有，作为物理量Pw例示的焊脚长度Bw等是可以使用测量值导出的参数，该测量值通过至少测量焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和焊接速度Vw中的焊接电流Is和焊接电压Vs来获得。

像这样，在本实施方式中，对焊缝的形状的影响直观易懂的物理量Pw被用作焊缝的质量判断用的参数。因此，与焊接电流Is、焊接电压Vs相比，能够设定更加适当的阈值。其结果是：能够降低不必要地停止工作中的机器人的频度，可以提高生产效率。

另外，在本实施方式中，没有必要使用照相机等高价检查系统。因此，能够用廉价系统进行焊缝的质量管理。

另外，在本实施方式中，如图5、图6、图8所示，在将由测量得到的物理量Pw与焊接距离Wp的关系、与目标物理量Pwo、上限值Pw_max和下限值Pw_min一起用图形显示的情况下，工作者能够直观地将异常位置的显示与实际的异常位置对应。

另一方面，在将由测量得到的物理量Pw与起弧时间At对应显示的情况下，很难直观地把握焊缝的何处发生了异常。特别是，在采用焊接速度Vw在途中发生很大变化的工序的情况下，极难直观地把握焊缝的何处发生了异常。

关于这一点，在本实施方式中，在将由测量得到的物理量Pw与焊接距离Wp的关系用图形显示的情况下，工作者没有必要考虑工序中的焊接速度Vw的变化而查看显示内容。因此，即使在采用焊接速度Vw在途中发生很大变化的工序时，工作者也能够直观地将异常位置的显示与实际的异常位置对应。

另外，在本实施方式中，使用判断结果，对于物理量Pw处于上限值Pw_max与下限值Pw_min的范围之外的区间，例如显示标记、改变颜色，在这种情况下，工作者能够容易直观地把握异常的有无。

<2.变形例>

以下，对上述实施方式的焊接机器人系统1的变形例进行说明。再有，在下文中，对与上述实施方式共同的构成要素，赋予与上述实施方式同样的符号。另外，主要说明与上述实施方式不同的构成要素，对与上述实施方式共同的构成要素的说明，适当加以省略。

[变形例A]

在上述实施方式中，作为用于质量判断的物理量Pw，使用了焊脚长度Bw、焊缝宽度Ww、焊缝余高Tw、焊缝深度Dw和焊缝截面积Fw中的任何一个。但是，作为物理量Pw，也可以使用前方焊缝长度Rw。物理量Pw相当于本发明的“第一物理量”的一个具体例子。前方焊缝长度Rw如图13示意性地所示，在焊缝120中，相当于相比焊丝14(焊接电极)的前端部分处于焊接方向的前方的部分的长度。图13表示使用焊接机器人系统1的电弧焊接的状况的一个例子。焊丝14相当于本发明的“焊接电极”的一个具体例子。

在本变形例中，质量判断部215在物理量Pw没有超过从设定文件22D读出的上限值Pw_max时，判断为没有焊接不良，而在物理量Pw超过上限值Pw_max时，判断为有焊接不良。监控信息生成部216将上述判断结果与焊接距离Wp和起弧时间At的至少一方的关系保存在判断结果文件22J中。

图14、图15、图16、图17表示示教盒30的显示面的图形显示的一个例子。如图14所示，显示部32根据用于显示监控信息的图像信号，将由测量得到的物理量Pw与焊接距离Wp的关系、以及作为物理量Pw所许可的上限值Pw_max一起用图形显示。

显示部32优选地，如图14所示，将正常值的物理量Pw用图形显示在上限值Pw_max之下的区域。另外，显示部32优选地，如图15所示，将在某个区间中为异常值的物理量Pw用图形显示在该区间中的上限值Pw_max之上的区域。显示部32也可以使用判断结果，对于物理量Pw超过上限值Pw_max的区间，例如显示标记、改变颜色。另外，显示部32如图16所示，也可以用起弧时间At来代替焊接距离Wp。

显示部32也可以将焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和焊接速度Vw中的至少1个、与物理量Pw排列且用图形显示。显示部32如图17所示，也可以将焊接电流Is和焊接电压Vs与物理量Pw排列且用图形显示。图17中的焊接电流Is是瞬间焊接电流的移动平均值。图17中的焊接电压Vs是瞬间焊接电压的移动平均值。再有，也可以用瞬间焊接电流和瞬间焊接电压来代替焊接电流Is和焊接电压Vs，并且进行图形显示。

另外，显示部32也可以用三维显示来代替图14～图17所示的二维显示。这时，显示部32也可以将物理量Pw与焊接距离Wp或起弧时间At的关系、以及工件W的坡口形状一起显示。像这样，在显示部32进行三维显示的情况下，显示部32可以更加真实地显示形成的焊缝。因此，例如在形成的焊缝为曲线的情况下，显示部32可以忠实地用曲线显示形成的焊缝的形状。

其次，对前方焊缝长度Rw的估算方法进行说明。前方焊缝长度Rw例如使用下列式(4)来估算。前方焊缝长度Rw也可以例如使用下列式(5)来估算。

Rw＝Bw···式(4)

Rw＝Ms×Bw···式(5)

Ms：系数

再有，前方焊缝长度Rw也可以使用式(4)和式(5)以外的函数来估算。前方焊缝长度Rw也可以使用例如至少将焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf中的焊接电流Is和焊接电压Vs作为参数的函数来估算。再有，在计算前方焊缝长度Rw时，例如也可以使用专利5426076号说明书所记载的模拟装置。

其次，参照图18对本变形例的焊接机器人系统1的电弧焊接质量判断步骤进行说明。图18表示本变形例的电弧焊接质量判断步骤的一个例子。

首先，机器人控制装置20(控制部21)对焊接机40发出进行焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf的采样的指示。于是，焊接机40按照来自控制部21的指示，进行焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf的采样，并且将这些测量值向控制部21输出。控制部21取得来自焊接机40的焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf的测量值(步骤S201)。

另外，控制部21对伺服控制部22发出进行焊接速度Vw的采样的指示。于是，伺服控制部22按照来自控制部21的指示，进行焊接速度Vw的采样，并且将焊接速度Vw的测量值向控制部21输出。控制部21取得来自控制部21的焊接速度Vw的测量值(步骤S202)。

其次，控制部21判断从测量开始时(或再计算开始时)到现在的经过期间是否超过移动平均值的算出所需要的期间(算出期间)(步骤S203)。算出期间例如至少为10μs左右。控制部21在经过期间没有超过算出期间的情况下，返回上述步骤S201。控制部21在经过期间超过算出期间的情况下，算出焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和焊接速度Vw的移动平均值(步骤S204)。

其次，控制部21判断是否发生了电弧中断(步骤S205)。具体地说，控制部21例如判断焊接电压Vs是否超过了设定的上限值。控制部21在例如焊接电压Vs没有超过设定的上限值(小于等于上限值)的情况下，判断为没有电弧中断，返回步骤S201。控制部21在例如焊接电压Vs超过设定的上限值(大于上限值)的情况下，判断为有电弧中断。

再有，当电弧中断时，在焊接电源44停止施加焊接电压Vs的情况下，控制部21例如也可以判断焊接电压Vs是否超过了设定的下限值。这时，控制部21在例如焊接电压Vs超过设定的下限值(大于下限值)的情况下，判断为没有电弧中断，返回步骤S201。控制部21在例如焊接电压Vs没有超过设定的下限值(小于等于下限值)的情况下，判断为有电弧中断。

控制部21例如也可以判断焊接电流Is是否超过了设定的下限值。在这种情况下，控制部21在例如焊接电流Is超过设定的下限值(大于下限值)时，判断为没有电弧中断，返回步骤S201。控制部21在例如焊接电流Is没有超过设定的下限值(小于等于下限值)时，判断为有电弧中断。

控制部21在判断为有电弧中断的情况下，估算形成的焊缝120的截面的物理量Pw(步骤S206)。具体地说，控制部21估算作为物理量Pw的形成的焊缝120的前方焊缝长度Rw。接着，控制部21根据物理量Pw判断形成的焊缝120的质量。具体地说，控制部21判断物理量Pw是否超过了上限值Pw_max(步骤S207)。控制部21在物理量Pw没有超过上限值Pw_max(小于等于上限值Pw_max)的情况下，判断为没有焊接不良(步骤S208)，返回步骤S205。控制部21在物理量Pw超过上限值Pw_max(大于上限值Pw_max)的情况下，判断为有焊接不良(步骤S209)，从而结束质量判断。

再有，控制部21也可以在判断为有焊接不良的情况下，不结束质量判断(也就是说，不停止焊接操作)，而一边返回上述步骤S201使焊接操作进行到最后，一边继续质量判断。

另外，在上述质量判断过程中，控制部21也可以对焊接机40发出仅进行焊接电流Is和焊接电压Vs的采样的指示。这时，控制部21例如也可以将记述在设定文件22D中的送丝速度Vf和焊接速度Vw各自的设定值代替送丝速度Vf和焊接速度Vw各自的测量值来使用。

另外，在上述质量判断过程中，控制部21也可以仅对焊接速度Vw使用记述在设定文件22D中的焊接速度Vw的设定值，而对焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf使用测量值。

其次，对本变形例的焊接机器人系统1的效果进行说明。

在本变形例中，与上述实施方式同样，对焊缝的形状的影响直观易懂的物理量Pw被用作焊缝的质量判断用的参数。因此，与焊接电流Is、焊接电压Vs相比，能够设定更加适当的阈值。其结果是：能够降低不必要地停止工作中的机器人的频度，可以提高生产效率。

另外，在本变形例中，没有必要使用照相机等高价检查系统。因此，能够用廉价系统进行焊缝的质量管理。

另外，在本变形例中，如图14、图15、图17所示，在将由测量得到的物理量Pw与焊接距离Wp的关系、与上限值Pw_max一起用图形显示的情况下，工作者能够直观地将异常位置的显示与实际的异常位置对应。

然而，在发生电弧中断时，在焊枪13的行进方向上，形成有一定量的焊缝120。因此，在电弧即刻复归的情况下，焊缝的形成有可能没有问题。另外，焊接刚刚开始时发生电弧中断的情况、与正继续进行焊接时发生电弧中断的情况相比，电弧中断对焊缝的形状产生的影响有很大的不同。但是，例如在日本特开昭63-60077等所记载的发明中，没有考虑这些问题。

另外，电弧中断对焊缝的形状产生的影响因焊接条件而有很大的不同。为此，作为用于判断由电弧中断导致的焊接不良的阈值，如果设定唯一的电弧中断检出时间(电弧中断的时间)，那么即使在实际上没有焊缝形成不良的情况下，焊接机器人系统1也有可能判断为有焊缝形成不良。反之，即使在实际上构成焊缝形成不良的情况下，焊接机器人系统1也有可能判断为没有焊缝形成不良。因此，作为用于判断由电弧中断导致的焊接不良的阈值，设定唯一的电弧中断检出时间非常困难。

另一方面，在本变形例中，作为判断焊接不良的物理量Pw，使用前方焊缝长度Rw。前方焊缝长度Rw如上所述，在焊缝120中，相当于在焊枪13的行进方向上形成的一定量的部分的长度。另外，前方焊缝长度Rw如上所述，至少使用焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf中的焊接电流Is和焊接电压Vs导出。总之，前方焊缝长度Rw是对应焊接刚刚开始、正继续进行焊接等状况而变化的参数。因此，在各种各样的焊接条件下，能够正确判断起因于电弧中断的焊接不良。另外，与设定唯一的电弧中断检出时间的情况相比，能够减少焊接不良的误判断。

[变形例B]

在上述变形例A中，作为用于质量判断的物理量Pw，使用了前方焊缝长度Rw。但是，作为物理量Pw，也可以使用到达时间Rt。物理量Pw相当于本发明的“第二物理量”的一个具体例子。到达时间Rt如图19示意性地所示，相当于从发生电弧中断的瞬间至焊丝14的前端部分到达焊缝120的前端部分所需要的时间。图19表示使用焊接机器人系统1的电弧焊接的状况的一个例子。在本变形例中，示教盒30的显示面的图形显示与上述变形例A相同。

其次，对到达时间Rt的估算方法进行说明。到达时间Rt例如使用下列式(6)估算。前方焊缝长度Rw例如使用式(4)估算。前方焊缝长度Rw也可以例如使用式(5)估算。前方焊缝长度Rw与上述变形例同样，也可以使用式(4)和式(5)以外的函数来估算。

Rt＝Rw/Vw···式(6)

再有，在由于轻微的电弧中断而在焊缝120的表面形成大的凹处等情况下，根据该凹处的大小有想判断为焊接不良的时候。在这种情况下，也可以使用例如由下列式(7)算出的电弧中断检出时间Rt’来代替到达时间Rt。电弧中断检出时间Rt’相当于作为电弧中断的继续时间所能够允许的时间，与到达时间Rt具有所定的关系。电弧中断检出时间Rt’是比到达时间Rt短的时间。因此，式(7)中的St为0＜St＜1的范围内的值。

Rt’＝St×Rt···式(7)

本变形例的焊接机器人系统1的电弧焊接质量判断程序与上述变形例A相同。再有，关于本变形例，在步骤S206中，控制部21估算到达时间Rt或电弧中断检出时间Rt’来作为物理量Pw。

其次，对本变形例的焊接机器人系统1的效果进行说明。

在本变形例中，与上述实施方式同样，对焊缝的形状的影响直观易懂的物理量Pw被用作焊缝的质量判断用的参数。因此，与焊接电流Is、焊接电压Vs相比，能够设定更加适当的阈值。其结果是：能够降低不必要地停止工作中的机器人的频度，可以提高生产效率。

另外，在本变形例中，没有必要使用照相机等高价检查系统。因此，能够用廉价系统进行焊缝的质量管理。

另外，在本变形例中，如图14、图15、图17所示，在将由测量得到的物理量Pw与焊接距离Wp的关系、与上限值Pw_max一起用图形显示的情况下，工作者能够直观地将异常位置的显示与实际的异常位置对应。

另外，在本变形例中，作为判断焊接不良的物理量Pw，使用到达时间Rt或电弧中断检出时间Rt’。到达时间Rt和电弧中断检出时间Rt’是与前方焊缝长度Rw相关的物理量。到达时间Rt和电弧中断检出时间Rt’与前方焊缝长度Rw同样，是对应焊接刚刚开始、正继续进行焊接等状况而变化的参数。因此，在各种各样的焊接条件下，能够正确判断起因于电弧中断的焊接不良。另外，与设定唯一的电弧中断检出时间的情况相比，能够减少焊接不良的误判断。

本公开含有涉及在2014年6月26日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2014-131561、和在2015年2月3日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2015-019699中公开的主旨，其全部内容包含在此，以供参考。

本领域的技术人员应该理解，虽然根据设计要求和其他因素可能出现各种修改，组合，子组合和可替换项，但是它们均包含在附加的权利要求或它的等同物的范围内。

Claims (11)

1.一种电弧焊接质量判断系统，其中，具备：

物理量估算部，估算形成的焊缝截面的第一物理量或与所述截面相关的第二物理量；以及

质量判断部，根据所述第一物理量或所述第二物理量，判断形成的焊缝的质量。

2.根据权利要求1所述的电弧焊接质量判断系统，其中，所述质量判断部在所述第一物理量处于上限值与下限值的范围内时，判断为没有焊接不良，而在所述第一物理量处于所述范围之外时，判断为有焊接不良。

3.根据权利要求2所述的电弧焊接质量判断系统，其中，所述第一物理量是焊脚长度、焊缝宽度、焊缝余高、焊缝深度和焊缝截面积中的任何一个。

4.根据权利要求1所述的电弧焊接质量判断系统，其中，所述质量判断部在所述第一物理量没有超过所述上限值时，判断为没有焊接不良，而在所述第一物理量超过所述上限值时，判断为有焊接不良。

5.根据权利要求4所述的电弧焊接质量判断系统，其中，所述第一物理量是前方焊缝长度，该前方焊缝长度相当于所述焊缝中的、相比焊接电极的前端部分处于焊接方向的前方的部分的长度。

6.根据权利要求1所述的电弧焊接质量判断系统，其中，所述质量判断部在所述第二物理量没有超过所述上限值时，判断为没有焊接不良，而在所述第二物理量超过所述上限值时，判断为有焊接不良。

7.根据权利要求6所述的电弧焊接质量判断系统，其中，所述第二物理量是焊接电极的前端部分到达所述焊缝的前端部分所需的时间。

8.根据权利要求1所述的电弧焊接质量判断系统，其中，进一步具备测量部，

所述测量部至少测量焊接电流、焊接电压、送丝速度和焊接速度中的所述焊接电流和所述焊接电压，

所述物理量估算部根据所述测量部得到的测量值，估算所述第一物理量或所述第二物理量。

9.根据权利要求2所述的电弧焊接质量判断系统，其中，进一步具备显示部，所述显示部将所述第一物理量与焊接距离的关系、以及所述上限值和所述下限值一起用图形显示。

10.根据权利要求4所述的电弧焊接质量判断系统，其中，进一步具备显示部，所述显示部将所述第一物理量或所述第二物理量与焊接距离的关系、以及所述上限值一起用图形显示。

11.根据权利要求9所述的电弧焊接质量判断系统，其中，所述显示部将焊接电流、焊接电压、送丝速度和焊接速度中的至少1个、与所述第一物理量或所述第二物理量排列且用图形显示。