CN107530811A - 水平角焊方法、水平角焊系统以及程序 - Google Patents

水平角焊方法、水平角焊系统以及程序 Download PDF

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Abstract

在水平角焊中，抑制焊道外观不良以及焊接缺陷的产生。焊接系统将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以焊接线为中心进行摆动，从而沿着焊接线进行焊接。在该焊接系统中，进行控制，以使得立板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以下，下板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以上，并且立板侧的摆动端的电弧电压低于下板侧的摆动端的电弧电压。

Description

水平角焊方法、水平角焊系统以及程序
技术领域
本发明涉及水平角焊方法、水平角焊系统以及程序。
背景技术
在使用消耗电极式的电弧焊接方法来进行中或厚板(以下称作中厚板)的水平角焊时，要求确保焊脚长度大(以下称作大焊脚长度)且大宽度的焊道。为了确保大焊脚长度、大宽度的焊道，需要增加焊接电流或降低焊接速度等来使每单位焊接长度的熔敷量增加。但是，在使焊接电流恒定而通过使焊接速度降低来增加熔敷量的情况下，有时生产效率差且得不到适合的熔深。另一方面，在使焊接速度恒定而提高焊接电流来增加熔敷量的情况下，有时熔池的温度会变高、粘性降低。在该情况下，因增加的熔敷量和熔池的粘性降低，从而立板侧的熔池在重力的影响下向下板侧下垂，所以有时会产生立板侧和下板侧的焊脚长度与目标不同这样的焊道外观不良、焊道的端部未熔敷而成为仅重叠于母材的状态的搭叠等焊接缺陷。另外，一般，所谓角焊，是指在搭接接头、T字接头、角接接头等处对大致正交的2个面进行焊接的三角形状焊接，水平角焊成为以向下水平姿势进行的角焊。
另外，为了提高生产效率，一般进行高焊接速度下的焊接，但是随着提高焊接速度，为了维持每单位焊接长度的熔敷量，需要增加焊接电流。但是，越使焊接电流增加，则施加在熔池的电弧力就越大，成为电弧正下方的熔池被向后方推出的状态，有时会不对在立板侧被电弧挖出的槽提供熔融金属而产生成为槽残留下来的咬边(undercut)，或者凝固后的焊道形状成为凸状的外观不良。
如此，在角焊中的大焊脚长度以及高速焊接中，存在产生焊道外观不良，或产生咬边、搭叠这样的焊接缺陷的问题。
为了解决这样的问题，一般使用如下方法：将电弧电压设定得高，扩大电弧长度，由此来降低电弧力，谋求焊道外观的改善。另外，例如在专利文献1中公开了如下技术：在摆动的两端将焊接电流降低至不会产生咬边的电流值，使摆动中央部成为高电流，由此来使焊接速度成为高速，或者在摆动的两端提高焊接电流，由此来改善坡口壁的熔深。
在此，所谓摆动，是指使焊炬的前端以母材的焊接线为中心摇动的动作。图12是用于说明水平角焊中的现有技术的摆动动作的一例的图。在图12所示的示例中，将下板配置成水平，并且将立板的端面贴在下板的上表面进行配置，对使立板和下板对接的对接部(在图12的示例中为对接部的接合角度a＝90度)进行角焊。如图示那样，在现有技术的摆动动作中，使设置于焊炬101的前端的电极按照相对于焊接行进方向成大致直角地交替移动的方式前进，从而进行焊接。如此，在现有技术的摆动动作中，焊炬101重复进行向立板侧的摆动端以及下板侧的摆动端移动的动作，始终朝向焊接行进方向的前方进行摇动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-321055号公报
发明内容
发明要解决的课题
在为了实现焊道外观的改善而将电弧电压设定得高的情况下，会产生熔深不良或保护性劣化所引起的焊接缺陷。另外，即使在摆动的两端调整焊接电流，在进行设想了中厚板的水平角焊的大焊脚长度且高速的焊接的情况下，也需要使熔敷量增加，无法抑制因立板侧的熔融金属在重力的影响下向下板侧下垂而引起的下板侧的搭叠或立板侧的咬边等焊接缺陷。
本发明目的在于，在水平角焊中抑制焊道外观不良以及焊接缺陷的产生。
用于解决课题的手段
基于这样的目的，本发明提供一种水平角焊方法，将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以焊接线为中心进行摆动，从而沿着焊接线进行焊接，该水平角焊方法的特征在于，进行控制，以使得立板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以下，下板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以上，并且立板侧的摆动端的电弧电压低于下板侧的摆动端的电弧电压。
在此，也可以，将立板侧的摆动端的电弧电压设为相对于焊接线中心位置的电弧电压为85％以上且100％以下的范围内的值，将下板侧的摆动端的电弧电压设为相对于焊接线中心位置的电弧电压为100％以上且125％以下的范围内的值。
另外，也可以，电极在立板侧以及下板侧移动时的电弧电压与摆动的动作同步地以直线方式、阶梯方式以及曲线方式这3种方式当中的任一种方式进行变化，或者组合这3种方式当中的2种以上的方式进行变化。
进而，也可以，在摆动中，在电极的位置与立板侧的摆动端的距离处于立板侧的摆动端与焊接线中心位置之间的距离的1/4的范围内的情况下，将电弧电压控制成成为作为立板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值，在电极的位置与下板侧的摆动端的距离处于下板侧的摆动端与焊接线中心位置之间的距离的1/4的范围内的情况下，将电弧电压控制成成为作为下板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值。
另外，本发明还提供一种水平角焊方法，将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以焊接线为中心进行摆动，从而沿着焊接线进行焊接，该水平角焊方法的特征在于，将立板侧的摆动端的电弧电压控制成抑制咬边的电压，将下板侧的摆动端的电弧电压控制成抑制搭叠的电压。
进而，本发明还提供一种水平角焊系统，其具备：水平角焊装置，将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以焊接线为中心进行摆动，从而沿着焊接线进行焊接；和控制装置，对水平角焊装置进行控制，以使得立板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以下，下板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以上，并且立板侧的摆动端的电弧电压低于下板侧的摆动端的电弧电压。
并且，本发明还提供一种水平角焊系统，将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以焊接线为中心进行摆动，从而沿着焊接线进行焊接，该水平角焊系统具备：摆动位置指示单元，基于确定焊接条件的示教数据来指示使电极摆动的位置；位置信息生成单元，生成根据摆动位置指示单元的指示而移动的电极的位置信息；和电弧电压控制单元，基于由位置信息生成单元生成的位置信息来进行与电极的摆动动作同步的电压控制，控制成立板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以下，下板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以上，并且立板侧的摆动端的电弧电压低于下板侧的摆动端的电弧电压。
在此，也可以，位置信息生成单元基于摆动位置指示单元的指示和从进行指示起到电极实际到达指示位置为止的时间来生成表示电极实际存在的位置的信息，作为电极的位置信息。
另外，本发明还提供一种程序，用于水平角焊系统，该水平角焊系统将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以焊接线为中心进行摆动，从而沿着焊接线进行焊接，该程序使水平角焊系统实现如下功能：进行控制，以使得立板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以下，下板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以上，并且立板侧的摆动端的电弧电压低于下板侧的摆动端的电弧电压。
发明效果
根据本发明，能在水平角焊中抑制焊道外观不良以及焊接缺陷的产生。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的焊接系统的概略构成的一例的图。
图2是从焊接行进方向对本实施方式所涉及的水平角焊进行观察的概略图。
图3是表示本实施方式所涉及的机器人控制器的功能构成例的框图。
图4是用于说明摆动中的电极的振幅的一例的图。
图5A是用于说明配合摆动的轨迹而被控制的电弧电压的一例的图。
图5B是用于说明配合摆动的轨迹而被控制的电弧电压的一例的图。
图5C是用于说明配合摆动的轨迹而被控制的电弧电压的一例的图。
图6是用于说明配合摆动的轨迹而控制成电弧电压以直线方式和阶梯方式进行变化的情况下的一例的图。
图7A是用于说明按照摆动端附近的电弧电压来分类的波形图案的一例的图。
图7B是用于说明按照摆动端附近的电弧电压来分类的波形图案的一例的图。
图7C是用于说明按照摆动端附近的电弧电压来分类的波形图案的一例的图。
图8是表示机器人控制器对电弧电压进行控制的过程的一例的流程图。
图9是表示实施例以及比较例中的试验结果的图。
图10是用于说明侧面角度(flank angle)的图。
图11是表示机器人控制器的硬件构成例的图。
图12是用于说明水平角焊中的现有技术的摆动动作的一例的图。
具体实施方式
以下参考附图来详细说明本发明的实施方式。
<系统构成>
首先，说明本实施方式所涉及的焊接系统1。图1是表示本实施方式所涉及的焊接系统1的概略构成的一例的图。
如图1所示，本实施方式所涉及的焊接系统1具备：焊接机器人10、机器人控制器20、焊接电源30、和进给装置40。焊接电源30经由正的电缆(1)与电极侧连接，经由负的电缆(2)与工件W连接。另外，图中的电缆(3)将焊接电源30和焊丝的进给装置40连接，对焊丝的进给速度进行控制。并且，焊接系统1将使立板和下板T字对接的对接部周边的任意位置作为焊接线，沿着焊接线进行水平角焊。另外，所谓对接部周边，例如设为从对接部起在下板侧为30mm、在立板侧为30mm的范围。在本实施方式中，作为水平角焊装置的一例而使用焊接机器人10。另外，作为控制装置的一例而使用机器人控制器20。
焊接机器人10从电极发出电弧，用其热对焊接的对象即工件W(母材、即立板以及下板)进行焊接。在此，焊接机器人10具有保持电极的焊炬11。并且，焊接机器人10以焊接线为中心使设置于焊炬11的前端的电极进行摆动，从而沿着焊接线(沿着焊接行进方向)进行焊接。
在焊炬11的前端，将电极即焊接材料(以后称作焊丝)从被称作接触片的圆筒形的导体的前端保持一定的突出长度。另外，本实施方式中运用的焊接方法成为消耗电极式，其中，接触片和焊丝接触，施加电弧电压来进行通电，由此在工件W与焊丝前端之间产生电弧，使焊丝熔融，这样来进行焊接。另外，焊接时的电极的突出长度优选将上限设为40mm，将下限设为15mm。若突出长度超过40mm，则不会充分得到焊接线上的熔深，因保护性劣化而产生焊接缺陷的可能性变高。另外，若突出长度低于15mm，则焊接电流会变大，易于在摆动端产生焊接缺陷。
焊炬11还具备保护气体喷嘴(喷出保护气体的机构)。作为保护气体，例如使用100％CO2、100％Ar、使CO2混合到Ar中的气体等即可。特别在使用100％CO2的情况下，熔深效果大，因而优选。另外，从防止保护气体不良的观点出发，优选气体流量的上限为40升/min，下限为15升/min。
机器人控制器20对焊接机器人10的动作进行控制。在此，机器人控制器20预先保持用于确定焊接机器人10的动作模式、焊接开始位置、焊接结束位置、焊接条件等的示教数据，对焊接机器人10指示这些示教数据来控制焊接机器人10的动作。另外，机器人控制器20在焊接作业中遵循示教数据来对焊接电源30进行控制电源的指示。
焊接电源30根据来自机器人控制器20的指示来对电极以及工件W提供电力，由此在电极与工件W之间产生电弧。另外，焊接电源30根据来自机器人控制器20的指示来对进给装置40提供电力。另外，焊接作业时的电流可以是直流或交流，其波形没有特别要求，可以是矩形波或三角波等脉冲。
进给装置40配合焊接作业的行进来对焊炬11送出焊丝。由进给装置40送出的焊丝并没有特别限定，根据工件W的性质和焊接形态等来选择，例如使用实芯焊丝或药芯焊丝。另外，焊丝的材质也没有要求，例如可以是软钢，也可以是不锈钢或铝、钛这样的材质。进而，焊丝的直径也没有特别要求，本实施方式中优选上限为1.6mm，下限为1.0mm。
图2是从焊接行进方向对本实施方式所涉及的水平角焊进行观察的概略图。如图示那样，将下板配置成水平，并且将立板的端面贴在下板的上表面进行配置，对使立板和下板对接的对接部(图2的示例中，对接部的接合角度a＝90度)进行角焊。在此，焊接在与纸面垂直的方向上行进。另外，焊炬11例如如图12所示的现有技术的摆动那样，在箭头所示的方向上摆动，即，交替在朝向下板的方向和朝向立板的方向上摆动。进而，使焊炬11倾斜，以使得下板与电极所成的角度(以下称作焊炬倾斜角度θ)成为例如45度，这样进行焊接。另外，焊接线中心位置表示下板侧的摆动端与立板侧的摆动端之间的焊接线上的位置。
另外，在本实施方式中，将电极说明为如图12所示的现有技术的摆动那样进行动作，但作为电极的摆动动作，并不限于这样的构成。作为电极的动作，只要在水平角焊中进行向立板侧和下板侧交替移动的摆动即可。例如，也可以电极向焊接行进方向的前方移动到下板侧的摆动端，若到达下板侧的摆动端，就相对于焊接行进方向向后方移动到立板侧的摆动端，进行这样的摆动动作。
<机器人控制器的功能构成>
接下来，说明机器人控制器20的功能构成。图3是表示本实施方式所涉及的机器人控制器20的功能构成例的框图。
如图3所示那样，机器人控制器20具备：存放预先作成的示教数据的示教数据存放部21；对示教数据进行解释的示教数据解释处理部22；生成用于对控制焊接机器人10的各轴的伺服驱动器进行指示的伺服指示信息的机器人轨迹规划处理部23；生成用于配合电极的位置来设定电弧电压的指示信息并输出给焊接电源30的焊接电源接口处理部(以下标记为焊接电源I/F处理部)24。
另外，焊接电源I/F处理部24具有摆动位置信息延迟补正部24a和电压指示生成处理部24b。
示教数据存放部21存放用于确定焊接机器人10的动作模式等的示教数据。示教数据由作业者预先作成。
示教数据解释处理部22例如以进行焊接开始的操作为契机，从示教数据存放部21调入示教数据，对示教数据进行解释。根据该示教数据的解释来生成示教轨迹信息以及电压指示信息。示教轨迹信息是确定焊接作业中的焊接机器人10的轨迹的信息。另外，电压指示信息是用于进行与焊接作业中的电弧电压相关的指示的信息，包含电弧ON/OFF的指示、电弧电压的控制指示等。并且，示教数据解释处理部22将生成的示教轨迹信息输出到机器人轨迹规划处理部23。另外，示教数据解释处理部22将生成的电压指示信息输出到焊接电源I/F处理部24的电压指示生成处理部24b。
机器人轨迹规划处理部23基于从示教数据解释处理部22输入的示教轨迹信息来计算焊接机器人10的目标位置，生成用于控制焊接机器人10的各轴的伺服指示信息。并且，机器人轨迹规划处理部23将生成的伺服指示信息输出到焊接机器人10。根据伺服指示信息，焊接机器人10进行基于示教数据的动作。
另外，在伺服指示信息中包含用于指示使电极摆动的位置的摆动位置指示信息，机器人轨迹规划处理部23将摆动位置指示信息输出到焊接电源I/F处理部24的摆动位置信息延迟补正部24a。在本实施方式中，作为摆动位置指示单元的一例而使用机器人轨迹规划处理部23。
进而，机器人轨迹规划处理部23计算从将伺服指示信息输出到焊接机器人10起到焊接机器人10实际到达所指示的位置为止的时间(以下称作摆动延迟时间)。该摆动延迟时间的计算方法没有要求，例如根据伺服驱动器的控制增益来计算。并且，机器人轨迹规划处理部23将计算出的摆动延迟时间输出到焊接电源I/F处理部24的摆动位置信息延迟补正部24a。
焊接电源I/F处理部24生成用于配合电极的位置来设定电弧电压的指示信息，将生成的指示信息输出到焊接电源30。
在此，焊接电源I/F处理部24的摆动位置信息延迟补正部24a从机器人轨迹规划处理部23取得摆动位置指示信息以及摆动延迟时间的信息。并且，摆动位置信息延迟补正部24a考虑摆动延迟时间来补正基于摆动的电极的位置，生成表示电极实际正存在的位置的信息(以下称作真实摆动位置信息)。摆动位置信息延迟补正部24a将生成的真实摆动位置信息输出到电压指示生成处理部24b。在本实施方式中，作为位置信息生成单元的一例而使用摆动位置信息延迟补正部24a。
电压指示生成处理部24b从示教数据解释处理部22取得电压指示信息，并且从摆动位置信息延迟补正部24a取得真实摆动位置信息。并且，电压指示生成处理部24b基于取得的电压指示信息以及真实摆动位置信息来生成用于与电极的摆动动作同步地设定电弧电压的指示信息，将生成的指示信息输出到焊接电源30。根据电弧电压的指示信息，焊接电源30配合摆动中的电极的位置来提供电弧电压。在本实施方式中，作为电弧电压控制单元的一例而使用电压指示生成处理部24b。
<电弧电压>
接下来，详细说明本实施方式中的电弧电压。如上述那样，在本实施方式中，电弧电压配合摆动中的电极的位置而受到控制，但是由于电弧电压的增减影响到电弧力，所以会影响到熔深深度、焊道形状。在角焊的情况下，优选在焊接线上设为能确保熔深的电弧电压，在摆动的两端设为能防止咬边或搭叠的电弧电压。在立板侧的摆动端，熔池因电弧力而被向后方推出，并且熔池在重力的影响下向下板侧下垂，因此易于产生咬边。另一方面，在下板侧的摆动端，立板侧的的熔池下垂从而与母材重叠而不融合，易于产生搭叠。
在此，电弧形状一般成为吊钟状，从电极前端向母材侧扩展那样产生。为此，越提高电弧电压，即越加长电弧长度，母材侧的电弧就越扩展。
因此，在立板侧，若提高电弧电压，就会由扩展的电弧来削减母材，变得易于产生咬边。因而，立板侧的电弧电压需要设定得低。另外，在下板侧，通过将电弧电压设定得高，从而将下板侧的熔融金属更加铺开，来抑制搭叠。
因此，在本实施方式中，进行控制，以使得电极在立板侧的摆动端进行移动时的电弧电压(以下称作立板侧电压)示出电极在焊接线中心位置进行移动时的电弧电压(以下称作焊接线中心电压)以下的值，电极在下板侧的摆动端进行移动时的电弧电压(以下称作下板侧电压)示出焊接线中心电压以上的值，并且控制成立板侧电压低于下板侧电压(即，下板侧电压高于立板侧电压)。附言之，立板侧电压被设定成抑制咬边的电压，下板侧电压被设定成抑制搭叠的电压。
如此，在本实施方式中，通过对立板侧和下板侧的电弧电压设置高低差，更加抑制了咬边或搭叠这样的焊接缺陷，从而焊道外观变得良好。
另外，关于电弧电压，优选控制成与电极的摆动动作同步地以直线方式、阶梯方式或曲线方式进行变化。图4是用于说明摆动中的电极的振幅的一例的图。另外，图5A～图5C是用于说明配合摆动的轨迹而被控制的电弧电压的一例的图。在图4所示的示例中，示出了1周期的摆动动作，电极向立板侧的摆动端以及下板侧的摆动端移动。
并且，在图5A所示的示例中，配合图4所示的摆动的轨迹，电弧电压以直线方式进行变化。在此，VH是高的电压，VL是低的电压，VLower表示下板侧电压，VUpper表示立板侧电压。并且，在电极相对于焊接线处于立板侧的情况下，电弧电压被设定得低于焊接线中心电压(VO)。另一方面，在电极相对于焊接线处于下板侧的情况下，电弧电压被设定得高于焊接线中心电压VO。
另外，在图5B所示的示例中，配合图4所示的摆动的轨迹，电弧电压以阶梯方式进行变化。并且，在电极相对于焊接线处于立板侧的情况下，电弧电压被设定得低于VO，在电极相对于焊接线处于下板侧的情况下，电弧电压被设定得高于VO。进而，在图5C所示的示例中，配合图4所示的摆动的轨迹，电弧电压以曲线方式进行变化。并且，在电极相对于焊接线处于立板侧的情况下，电弧电压被设定得低于VO，在电极相对于焊接线处于下板侧的情况下，电弧电压被设定得高于VO。
如此，通过配合摆动的轨迹来以直线方式、阶梯方式或曲线方式控制电弧电压，从而确保了焊接线上的熔深并且确保了良好的焊道外观。
进而，可以对电弧电压进行控制，以使得组合直线方式、阶梯方式以及曲线方式这3种方式当中的2种以上的方式(例如直线方式以及阶梯方式、直线方式以及曲线方式等)进行变化。图6是用于说明配合摆动的轨迹而控制成电弧电压以直线方式和阶梯方式进行变化的情况下的一例的图。在图6所示的示例中，首先，在电极从焊接线中心位置向立板侧的摆动端移动时，电弧电压以直线方式变化，但从中途起以阶梯方式变化。另外，在电极到达立板侧的摆动端后，在从焊接线中心位置向下板侧的摆动端移动时，电弧电压以直线方式变化，但从中途起以阶梯方式变化。
另外，如上述那样，优选立板侧电压低于下板侧电压，更优选立板侧电压设定为相对于焊接线中心位置的电弧电压值(焊接线上的电弧电压值)为85％(百分比)以上且100％以下的范围，下板侧电压设定为相对于焊接线中心位置的电弧电压值为100％以上且125％以下的范围。
若立板侧电压相对于焊接线中心电压的值低于85％，则在立板侧的摆动端有可能会产生焊渣。另外，若立板侧电压相对于焊接线中心电压的值超过100％，则咬边的防止效果难以呈现。
另一方面，若下板侧电压相对于焊接线中心电压的值低于100％，则搭叠的防止效果难以呈现。另外，若下板侧电压相对于焊接线中心电压的值超过125％，则电弧长度会过大，存在产生熔深不足或电弧中断的可能性。
进而，若机器人控制器20在摆动端位置以及摆动端的近旁进行电弧电压的增减控制，就会产生电弧电压的增减变化所引起的电弧长度变动，存在在摆动端位置因电弧不稳定而产生焊渣或产生焊接缺陷、或者熔融金属的亲和度变差(例如后述的侧面角度变差)的可能性。
因此，更优选控制成摆动端位置以及摆动端的近旁的电弧电压的增减不会变大。附带说一下，在摆动中的电极的位置与立板侧的摆动端的距离处于立板侧的摆动端与焊接线中心位置之间的距离的1/4的范围内的情况下，更优选将电弧电压控制成成为作为立板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值。另外，在摆动中的电极的位置与下板侧的摆动端的距离处于下板侧的摆动端与焊接线中心位置之间的距离的1/4的范围内的情况下，更优选将电弧电压控制成成为作为下板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值。
具体地，所谓作为立板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值，是相对于焊接线中心电压的值为85％以上且100％以下的范围内，例如确定为相对于焊接线中心电压的值为90％以上且95％以下的范围内的值。另外，例如可以确定为相对于焊接线中心电压的值为92％的值那样的固定值。
同样地，所谓作为下板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值，是相对于焊接线中心电压的值为100％以上且125％以下的范围内，例如确定为相对于焊接线中心电压的值为115％以上且120％以下的范围内的值。另外，例如可以确定为相对于焊接线中心电压的值为118％的值那样的固定值。
图7A～图7C是用于说明按照摆动端附近的电弧电压来分类的波形图案的一例的图。在图7A～图7C所示的示例中，说明了电弧电压以阶梯方式进行变化的情况，但在电弧电压例如以直线方式、曲线方式进行变化的情况下也同样地分类。
在图7A～图7C所示的示例中，电弧电压配合摆动的轨迹而以阶梯方式变化，但是在摆动端附近被控制成成为预先确定的范围内的值。在立板侧的摆动端附近，电弧电压被控制成成为固定的VUpper(即，将作为立板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值设为VUpper来进行控制)，在下板侧的摆动端附近，电弧电压被控制成成为固定的VLower(即，将作为立板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值设为VUpper来进行控制)。
在此，若将立板侧的摆动端与焊接线中心位置之间的距离设为d(下板侧的摆动端与焊接线中心位置之间的距离也为d)，则在图7A所示的示例中，在电极的位置与下板侧的摆动端之间的距离处于d/2的范围内的情况下，电弧电压被控制成成为VLower。另外，在电极的位置与立板侧的摆动端之间的距离处于d/2的范围内的情况下，电弧电压被控制成成为VUpper。另外，在图7B所示的示例中，在电极的位置与下板侧的摆动端之间的距离处于d/4的范围内的情况下，电弧电压被控制成成为VLower。另外，在电极的位置与立板侧的摆动端之间的距离处于d/4的范围内的情况下，电弧电压被控制成成为VUpper。
即，在电极的位置处于从各摆动端起d/4的范围的情况下，电弧电压被控制成预先确定的范围内的值，可以说，作为摆动端位置以及摆动端的近旁的电弧电压的控制，进行了用于抑制焊渣产生或焊接缺陷的产生、熔融金属的亲和度的变差等的更优选的控制。
另一方面，在图7C所示的示例中，在电极的位置与下板侧的摆动端之间的距离处于d/8的范围内的情况下，电弧电压被控制成成为VLower，但若电极的位置与下板侧的摆动端之间的距离超出d/8，电弧电压就被控制成小于VLower。另外，在电极的位置与立板侧的摆动端之间的距离处于d/8的范围内的情况下，电弧电压被控制成成为VUpper，但若电极的位置与下板侧的摆动端的距离超出d/8，则电弧电压被控制成大于VUpper。
因此，在图7C所示的情况下，不同于图7A以及图7B所示的情况，不能说作为摆动端位置以及摆动端的近旁的电弧电压的控制而进行了更优选的控制。
<电弧电压的控制过程>
接下来，说明机器人控制器20控制电弧电压的过程。图8是表示机器人控制器20对电弧电压进行控制的过程的一例的流程图。
首先，若由作业者进行了焊接开始的操作，则示教数据解释处理部22从示教数据存放部21调入示教数据，对示教数据进行解释来生成示教轨迹信息以及电压指示信息(步骤101)。生成的示教轨迹信息被输出到机器人轨迹规划处理部23，电压指示信息被输出到电压电源I/F处理部24的电压指示生成处理部24b。
接下来，机器人轨迹规划处理部23基于从示教数据解释处理部22输入的示教轨迹信息来计算焊接机器人10的目标位置，生成伺服指示信息(步骤102)。然后，机器人轨迹规划处理部23将生成的伺服指示信息输出到焊接机器人10，并且将摆动位置指示信息输出到电压电源I/F处理部24的摆动位置信息延迟补正部24a。
进而，机器人轨迹规划处理部23计算摆动延迟时间(步骤103)，将计算出的摆动延迟时间的信息输出到电压电源I/F处理部24的摆动位置信息延迟补正部24a。
接下来，摆动位置信息延迟补正部24a从机器人轨迹规划处理部23取得摆动位置指示信息以及摆动延迟时间的信息，考虑摆动延迟时间来补正基于摆动的电极的位置，生成真实摆动位置信息(步骤104)。生成的真实摆动位置信息被输出到电压电源I/F处理部24的电压指示生成处理部24b。
接下来，电压指示生成处理部24b从示教数据解释处理部22取得电压指示信息，并且从摆动位置信息延迟补正部24a取得真实摆动位置信息，生成用于与电极的摆动动作同步地设定电弧电压的指示信息(步骤105)。生成的指示信息被输出到焊接电源30。基于该指示信息，焊接电源30配合摆动中的电极的位置来提供电弧电压。然后，本处理流程结束。
<实施例>
接下来，关于本发明的实施例，与偏离本发明的范围的比较例进行对比来说明。另外，该实施例以及比较例还给出了上述的数值限定等的根据。
首先，说明在实施例以及比较例中进行焊接时的焊接条件。但是，在此说明的焊接条件是一例，在本实施方式中并不限定于以下的焊接条件。
将目标焊脚长度设为6mm，将焊接电流设定为400安培(电流的单位：A)，将与电极的焊接电流对应的平均的电弧电压设定在约30伏特(电压的单位：V)以上且35V以下的范围。在此，使电弧电压配合电极的摆动的轨迹以阶梯状进行变化。另外，焊炬11动作时的速度即焊接速度被设定为50cm/min，摆动的频率被设定为2.5Hz。进而，摆动幅度(从下板侧的摆动端到立板侧的摆动端的距离)被设定为3mm。
另外，作为焊丝，使用直径1.2mm的软钢的实芯焊丝。作为立板以及下板，使用板厚为12mm的一般结构用压延钢材(SS400)。作为保护气体，使用Ar-20％CO2。
接下来，说明实施例以及比较例的试验结果。图9是表示实施例以及比较例的试验结果的图。在图9所示的示例中，作为实施例而示出No.1～12，作为比较例而示出No.13～15。
另外，在图9中，示出焊接条件当中摆动动作时的电弧电压，作为电弧电压，示出对“电弧电压的波形图案”、“平均电压”、“电弧电压VO”、“电弧电压VLower”、“电弧电压VUpper”各个项目设定的结果。
“电弧电压的波形图案”表示摆动动作时的电弧电压的波形图案。在此，将图7A所示的波形设为图案A，将图7B所示的波形设为图案B，将图7C所示的波形设为图案C。“平均电压”表示焊接中的电弧电压的平均值。
“电弧电压VO”表示焊接线中心位置的电弧电压值(即，焊接线中心电压的值)。“电弧电压VLower”表示下板侧的摆动端的电弧电压值(即，下板侧电压的值)。另外，用百分比表示相对于电弧电压VO的比例(电弧电压VLower/电弧电压VO)。“电弧电压VUpper”表示立板侧的摆动端的电弧电压值(即，立板侧电压的值)。另外，用百分比表示相对于电弧电压VO的比例(电弧电压VUpper/电弧电压VO)。
并且，在实施例、比较例中，对这些电弧电压，使之如上述那样在约30V以上且35V以下的范围进行变化，来进行试验。
另外，作为评价结果，关于焊接后的状态，示出以“侧面角度”、“焊渣附着引起的外观不良”、“焊接缺陷”这3个项目进行评价的结果。
“侧面角度”示出基于对焊趾部(母材的面与焊道的表面相交叉的部分)的形状进行评价的指标之一即侧面角度进行评价的结果。图10是用于说明侧面角度的图。如图示那样，所谓侧面角度，是指从焊趾部起的焊道的抬升角度。在本实施例中，对下板侧的侧面角度进行测定、评价。一般，侧面角度越大则越平滑，成为良好的焊道形状。因此，在侧面角度低于90度的情况下成为搭叠，在侧面角度超过150度的情况下成为焊缝厚度(熔融金属的截面的厚度)不足，因此评价为“×”，在侧面角度为90度以上且150度以下的情况下评价为“○”。进而，在侧面角度为110度以上且135度以下的情况下，作为更良好的趾形状而评价为“◎”。
关于“焊渣附着引起的外观不良”，在相对于焊接长度50mm、从焊接线起下板侧25mm、立板侧25mm的范围附着的焊渣为1.0mm以下的情况下设为“◎”，在超过1.0mm的焊渣为1个以上且5个以下的附着的情况下设为“○”，进而，在超过1.0mm的焊渣超出5个的情况下，作为焊渣附着所引起的外观不良显著，设为“×”。
“焊接缺陷”示出试验实施者目视确认焊接结束后的焊道并且观察宏观截面的结果。通过焊道外观的确认、宏观截面观察，在产生咬边、搭叠等焊接缺陷的情况下评价为“×”，在未产生焊接缺陷而正常的情况下评价为“○”。
并且，在实施例的No.1～12中，作为电弧电压的焊接条件，波形是图案A～C的任一者，电弧电压VUpper是电弧电压VO以下，电弧电压VLower是电弧电压VO以上，电弧电压VUpper＜电弧电压VLower。其结果，是良好的侧面角度，成为焊渣的附着也为少量、外观良好、并且没有焊接缺陷的良好的焊道形状。即，在No.1～12的评价结果中，关于“侧面角度”、“焊渣附着引起的外观不良”、“焊接缺陷”的项目，全都成为“○”或“◎”，示出良好的结果。
特别，在No.1～4中，电弧电压VLower/电弧电压VO处于100％以上且125％以下的范围，电弧电压VUpper/电弧电压VO处于85％以上且100％以下的范围。进而，电弧电压的波形是图案A。其结果，侧面角度成为更适合的范围，评价为“◎”，焊渣的附着量也少，评价为“◎”，示出更良好的结果。
另外，在No.5中，也是电弧电压VLower/电弧电压VO处于100％以上且125％以下的范围，电弧电压VUpper/电弧电压VO处于85％以上且100％以下的范围。另外，电弧电压的波形是图案B。在该情况下，也是侧面角度成为更适合的范围，评价为“◎”，焊渣的附着量也少，评价为“◎”，示出更良好的结果。
在No.6～9中，电弧电压VLower/电弧电压VO处于100％以上且125％以下的范围，电弧电压VUpper/电弧电压VO处于85％以上且100％以下的范围。附言之，在No.6中，电弧电压VLower/电弧电压VO的值是更优选的范围的上限值(125％)，在No.7中，电弧电压VLower/电弧电压VO的值是更优选的范围的下限值(100％)。另外，在No.8中，电弧电压VUpper/电弧电压VO的值是更优选的范围的下限值(85％)，在No.9中，电弧电压VUpper/电弧电压VO的值是更优选的范围的上限值(100％)。另一方面，No.6～9的电弧电压的波形不是图案A以及图案B的任一者，而是图案C。其结果，侧面角度成为更适合的范围，评价为“◎”，但外观不良的评价结果成为“○”。
在No.10中，电弧电压VLower/电弧电压VO的值是128％，偏离了100％以上且125％以下的更优选的范围。另外，在No.11中，电弧电压VUpper/电弧电压VO的值是80％，偏离了85％以上且100％以下的更优选的范围。进而，在No.12中，电弧电压VLower/电弧电压VO的值是127％，偏离了100％以上且125％以下的更优选的范围，并且电弧电压VUpper/电弧电压VO的值是82％，偏离了85％以上且100％以下的更优选的范围。进而，No.10～12的电弧电压的波形不是图案A以及图案B的任一者，而是图案C。其结果，侧面角度的评价结果成为“○”，外观不良的评价结果也成为“○”。
另外，关于比较例，在No.13中，不进行使电弧电压变化的控制而示出大致恒定的值，电弧电压VLower、电弧电压VUpper、电弧电压VO是相同的值。即，可以说，电弧电压VUpper是电弧电压VO以下，电弧电压VLower是电弧电压VO以上，但是不满足电弧电压VUpper＜电弧电压VLower这样的条件。其结果，“侧面角度”、“焊渣附着引起的外观不良”成为“×”，进而在下板侧产生搭叠。
在No.14中，电弧电压VUpper/电弧电压VO的值是100％，电弧电压VUpper可以说是电弧电压VO以下。另一方面，电弧电压VLower/电弧电压VO的值是88％，不满足电弧电压VLower为电弧电压VO以上以及电弧电压VUpper＜电弧电压VLower这样的条件。其结果，“侧面角度”、“焊渣附着引起的外观不良”成为“×”，进而在下板侧产生搭叠。
在No.15中，电弧电压VLower/电弧电压VO的值是94％，电弧电压VUpper/电弧电压VO的值是112％。即，不满足电弧电压VLower为电弧电压VO以上、电弧电压VUpper为电弧电压VO以下、以及电弧电压VUpper＜电弧电压VLower这样的条件。其结果，“焊渣附着引起的外观不良”成为“×”，进而在上板侧产生咬边。
如此，通过作为焊接条件而将电弧电压VLower设为电弧电压VO以上、将电弧电压VUpper设为电弧电压VO以下、以及设为电弧电压VUpper＜电弧电压VLower，从而确认到：侧面角度成为良好，并且抑制了焊渣附着所引起的外观不良，进而抑制了搭叠和咬边这样的焊接缺陷。进而，通过调整电弧电压VLower以及电弧电压VUpper的值，或者将波形图案设定为图案A或图案B，从而确认到侧面角度成为更良好的结果，并且确认到抑制了焊渣附着从而焊道外观成为更良好的结果。
<机器人控制器的硬件构成>
最后，说明机器人控制器20的硬件构成。图11是表示机器人控制器20的硬件构成例的图。
如图11所示，机器人控制器20具备：作为运算单元的CPU201、和作为存储区的易失性存储器202、非易失性存储器203。在此，CPU201执行OS(Operating System，操作系统)和应用软件等各种程序，实现机器人控制器20的各功能。另外，易失性存储器202是存储各种程序和其执行中所用的数据等的存储区，非易失性存储器203是存储针对各种程序的输入数据和来自各种程序的输出数据等的存储区。
另外，机器人控制器20具备：用于进行与外部的通信的通信接口(以下，标记为通信I/F)204、和用于对存储介质进行数据的读写的驱动器205。
并且，例如通过CPU201执行OS和应用软件等各种程序来实现机器人控制器20的功能，进行上述的电弧电压的控制等。
但是，图11只不过是硬件的构成例，机器人控制器20并不限定于图示的构成。另外，实现本发明的实施方式的程序能存放在磁盘、光盘、半导体存储器、其他记录介质中来分发，或者经由网络发布，由此来提供。
如以上说明的那样，本实施方式所涉及的焊接系统1对电弧电压进行控制，以使得立板侧的摆动端的电弧电压VUpper成为焊接线中心位置的电弧电压VO以下，下板侧的摆动端的电弧电压VLower成为焊接线中心位置的电弧电压VO以上，进而电弧电压VUpper低于电弧电压VLower。通过这样的构成，例如与不对立板侧和下板侧的电弧电压设置高低差的构成相比较，抑制了焊道外观不良，并且抑制了立板侧的咬边和下板侧的搭叠这样焊接缺陷的产生。
另外，用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式。能不脱离本发明的精神以及范围地进行各种变更或采用代替方式，这对本领域技术人员来说是明确的。
本申请基于2015年4月30日申请的日本专利申请(JP特愿2015-093672)而提出，将其内容作作为参考引入到此。
标号说明
1 焊接系统
10 焊接机器人
11 焊炬
20 机器人控制器
21 示教数据存放部
22 示教数据解释处理部
23 机器人轨迹规划处理部
24 焊接电源I/F处理部
24a 摆动位置信息延迟补正部
24b 电压指示生成处理部
30 焊接电源
40 进给装置
VLower 下板侧电压
VUpper 立板侧电压
VO 焊接线中心电压

Claims (10)

1.一种水平角焊方法，将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心进行摆动，从而沿着该焊接线进行焊接，该水平角焊方法的特征在于，
进行控制，以使得所述立板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以下，所述下板侧的摆动端的电弧电压成为该焊接线中心位置的电弧电压以上，并且所述立板侧的摆动端的电弧电压低于所述下板侧的摆动端的电弧电压。
2.根据权利要求1所述的水平角焊方法，其特征在于，
将所述立板侧的摆动端的电弧电压设为相对于所述焊接线中心位置的电弧电压为85％以上且100％以下的范围内的值，将所述下板侧的摆动端的电弧电压设为相对于该焊接线中心位置的电弧电压为100％以上且125％以下的范围内的值。
3.根据权利要求1所述的水平角焊方法，其特征在于，
所述电极在所述立板侧以及所述下板侧移动时的电弧电压与所述摆动的动作同步地以直线方式、阶梯方式以及曲线方式这3种方式当中的任一种方式进行变化，或者组合这3种方式当中的2种以上的方式进行变化。
4.根据权利要求2所述的水平角焊方法，其特征在于，
所述电极在所述立板侧以及所述下板侧移动时的电弧电压与所述摆动的动作同步地以直线方式、阶梯方式以及曲线方式这3种方式当中的任一种方式进行变化，或者组合这3种方式当中的2种以上的方式进行变化。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的水平角焊方法，其特征在于，
在所述摆动中，在所述电极的位置与所述立板侧的摆动端的距离处于该立板侧的摆动端与所述焊接线中心位置之间的距离的1/4的范围内的情况下，将电弧电压控制成成为作为立板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值，在该电极的位置与所述下板侧的摆动端的距离处于该下板侧的摆动端与该焊接线中心位置之间的距离的1/4的范围内的情况下，将电弧电压控制成成为作为下板侧的摆动端的电压而预先确定的范围内的值。
6.一种水平角焊方法，将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心进行摆动，从而沿着该焊接线进行焊接，所述水平角焊方法的特征在于，
将所述立板侧的摆动端的电弧电压控制成抑制咬边的电压，
将所述下板侧的摆动端的电弧电压控制成抑制搭叠的电压。
7.一种水平角焊系统，具备：
水平角焊装置，将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心进行摆动，从而沿着该焊接线进行焊接；和
控制装置，对所述水平角焊装置进行控制，以使得所述立板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以下，所述下板侧的摆动端的电弧电压成为该焊接线中心位置的电弧电压以上，并且该立板侧的摆动端的电弧电压低于该下板侧的摆动端的电弧电压。
8.一种水平角焊系统，将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心进行摆动，从而沿着该焊接线进行焊接，所述水平角焊系统具备：
摆动位置指示单元，基于确定焊接条件的示教数据来指示使所述电极摆动的位置；
位置信息生成单元，生成通过所述摆动位置指示单元的指示而移动的电极的位置信息；和
电弧电压控制单元，基于由所述位置信息生成单元生成的所述位置信息来进行与所述电极的摆动动作同步的电压控制，控制成所述立板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以下，所述下板侧的摆动端的电弧电压成为该焊接线中心位置的电弧电压以上，并且该立板侧的摆动端的电弧电压低于该下板侧的摆动端的电弧电压。
9.根据权利要求8所述的水平角焊系统，其特征在于，
所述位置信息生成单元基于所述摆动位置指示单元的指示和从进行该指示起到该电极实际到达指示位置为止的时间来生成表示该电极实际存在的位置的信息，作为所述电极的位置信息。
10.一种程序，是水平角焊系统中所用的程序，该水平角焊系统将使立板和下板对接的对接部作为焊接线，使电极以该焊接线为中心进行摆动，从而沿着该焊接线进行焊接，该程序使所述水平角焊系统实现如下功能：
进行控制，以使得所述立板侧的摆动端的电弧电压成为焊接线中心位置的电弧电压以下，所述下板侧的摆动端的电弧电压成为该焊接线中心位置的电弧电压以上，并且该立板侧的摆动端的电弧电压低于该下板侧的摆动端的电弧电压。
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