CN107921587B - 电弧焊接质量判断系统 - Google Patents

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Abstract

一种电弧焊接质量判断系统具备：设定部，在所定的母集团中，在每个第一时刻，根据第一时刻或包含第一时刻的多个时刻的最大值设定第一时刻的上限值，并且根据第一时刻或包含第一时刻的多个时刻的最小值设定第一时刻的下限值；以及判断部，在焊接时得到的测量值处于上限值与下限值的范围内时，判断为没有焊接不良，而在测量值处于该范围之外时，判断为有焊接不良。

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。
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。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。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平7-2275号公报
发明内容
但是，在上述专利文献1所记载的发明中，因为阈值是以稳定时的焊接条件(焊接电流、焊接电压等)为基准的定值，所以在非稳定时的状态(例如焊接开始时、焊接结束时或有意变更焊接条件时等)下，存在不能判断焊接不良的问题。
因此，期望提供一种即使在稳定时以外的焊接中也可以判断焊接不良的电弧焊接质量判断系统。
本发明的一种实施方式的第一电弧焊接质量判断系统具备：设定部，将在设定共同的焊接条件下反复进行焊接时得到的多个测量值作为母集团时，在母集团中，在每个第一时刻，根据第一时刻或包含第一时刻的多个时刻的最大值设定第一时刻的上限值，并且根据第一时刻或包含第一时刻的多个时刻的最小值设定第一时刻的下限值；以及判断部，在设定上述焊接条件下焊接时得到的测量值处于上限值与下限值的范围内时，判断为没有焊接不良，而在测量值处于该范围之外时，判断为有焊接不良。
本发明的一种实施方式的第二电弧焊接质量判断系统具备：设定部，将在设定共同的焊接条件下反复进行焊接时得到的多个测量值作为母集团时，在母集团中，在每个第一时刻，根据第一时刻或包含第一时刻的多个时刻的标准偏差设定第一时刻的上限值和下限值；以及判断部，在设定上述焊接条件下焊接时得到的测量值处于上限值与下限值的范围内时，判断为没有焊接不良，而在测量值处于该范围之外时，判断为有焊接不良。
在本发明的一种实施方式的第一和第二电弧焊接质量判断系统中，根据从包含过去的多个测量值的母集团得到的统计值，设定用于判断焊接不良的阈值。因此，用于判断焊接不良的阈值成为反映焊接安定性的值。
根据本发明的一种实施方式的第一和第二电弧焊接质量判断系统，因为使用于判断焊接不良的阈值成为反映焊接安定性的值，所以即使在稳定时以外的焊接中也能够判断焊接不良。
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学习模式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4A]是表示使用图1的焊接机器人系统的电弧焊接的样子的一个例子的立体图。
[图4B]是表示将图4A的焊接区间区分为多个轨道时，各个轨道m、单位时间ΔT和设定开始指令各自的关系的一个例子的图。
[图5]是表示阈值的设定方法的一个例子的图。
[图6]是表示阈值的设定方法的一个例子的图。
[图7]是表示阈值的设定方法的一个例子的图。
[图8]是表示阈值的设定方法的一个例子的图。
[图9]是表示图1的示教盒的概略结构的一个例子的图。
[图10]是表示图1的焊接机的概略结构的一个例子的图。
[图11]是表示图1的焊接机器人系统的异常判断模式的功能块的一个例子的图。
[图12]是表示图11的示教盒的显示面的图形显示的一个例子的图。
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。
[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的学习模式的功能块的一个例子。焊接机器人系统1具备：学习模式和异常判断模式2个模式。
焊接机器人系统1最初在学习模式中，在同一设定条件下进行多次(N次)电弧焊接掌握电弧的特征。焊接机器人系统1之后从学习模式转换至异常判断模式，在与学习模式时同一的设定条件下进行电弧焊接，通过将在学习模式中得到的电弧特征与在异常判断模式中得到的电弧特征进行对比，来判断形成的焊缝的状态。再有，设定条件是指形成焊缝时的设定条件。
也就是说，“学习模式”是指：通过在与在异常判断模式下形成焊缝时的设定条件同一的设定条件下多次实施电弧焊接，来制作判断在异常判断模式下形成的焊缝的状态时的所定的判断基准的模式。另外，“异常判断模式”是指：使用在学习模式中取得的所定的判断基准，来判断在异常判断模式下形成的焊缝的状态的模式。在下文中，最初以与学习模式相关的结构为中心进行说明，之后对与异常判断模式相关的结构进行说明。
[学习模式的结构]
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例如具备与机器人控制装置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16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，和使2根杆件12A彼此以可以旋转的方式连接的1个或多个关节轴(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)，以及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)。各个驱动马达通过电缆L1由从机器人控制装置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发生位移，结果是焊枪13在上下前后左右移动。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16。焊枪13通过使焊丝16的前端与工件W之间产生电弧，并且用该电弧的热使焊丝16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16的方式构成。
送丝装置14将焊丝16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16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16，并且用由上述马达的旋转驱动产生的摩擦力将焊丝16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16的传送速度(送丝速度Vf)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。送丝装置14例如进一步具备：测量流过上述马达的驱动电流的电流计(未图示)。由该电流计测量的驱动电流可以适用于焊丝16的传送负荷(送丝负荷Ld)的算出。
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的最适焊枪姿势的转动换位器。在工作台15是上述转动换位器的情况下，通过机器人控制装置20驱动控制转动换位器的轴。工作台15构成为：通过电缆L5连接于焊接机40，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16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。控制部21相当于本发明的“设定部”、“判断部”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。对于电弧焊接质量判断程序22C，在后面详述。记载在1个或多个工作程序22B中的焊接操作的步骤、和记述在设定文件22D上的各种设定值相当于本发明的“焊接条件”的一个具体例子。
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。作为包含那样的数据的文件，例如可以列举测量文件22E和阈值文件22F。在测量文件22E中，记述有各种物理量的测量值。在这里，测量值虽然可以是瞬时值，但是鉴于阈值设定的容易度，优选移动平均值。各种物理量例如包含焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf、焊接速度Vw和短路频率fs。再有，短路频率fs是在焊接中的每1秒中、焊丝16与工件W短路的次数。在测量文件22E中，记述有通过用采样频率Δfs测量而获得的各种物理量的测量值。在阈值文件22F中，例如记述由后述的设定部215生成的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)。这些文件例如保存在RAM(Random Access Memory)中。对于上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)，在后面详述。
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。移动命令例如包含移动开始命令、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)焊枪13前端的位置信息Pf、焊接速度Vw。伺服控制部22将位置信息Pf、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。工作指令例如可以包含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的焊接命令发送给焊接机40。在焊接命令中，例如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、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。通信部23接收来自焊接机40的监控信息(例如各种测量值或通知信息)，并储存在存储部24的测量文件22E中。通信部23进一步根据需要将来自焊接机40的通知信息输出至控制部21。在各种测量值中，例如包含焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和短路频率fs各自的测量值。通知信息例如包含电弧发生通知等。
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，并分析该内容的解析部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例如如果在执行部212生成焊接命令，那么生成开始焊枪13前端的轨道记录的通知(轨道记录开始通知)。另外，焊接控制部213例如根据焊枪13前端的移动距离Δdist(＝焊接距离Wp)，生成结束焊枪13前端的轨道记录的通知(轨道记录结束通知)。移动距离Δdist由后述的轨道记录部214(参照图2)导出。
控制部21具有：按照来自焊接控制部213的轨道记录开始通知，开始焊枪13前端的轨道记录的轨道记录部214(参照图2)。轨道记录部214在每个单位时间ΔT记录焊接区间WS的焊枪13前端的位置信息Pf，并且算出每个单位时间ΔT的焊枪13前端的移动距离Δdist进行记录。移动距离Δdist例如通过取得最新的位置信息Pf与单位时间ΔT前的位置信息Pf之差份而获得。再有，轨道记录部214也可以通过“焊接速度Vw×起弧时间At”，来导出移动距离Δdist(＝焊接距离Wp)。起弧时间At相当于接收到电弧发生通知以后的时间。
在这里，对焊接区间WS、单位时间ΔT和轨道m进行说明。图4A表示使用焊接机器人系统1的电弧焊接的样子的一个例子。图4B表示将焊接区间WS区分为多个(M个)轨道m(1≤m≤M)时，各个轨道m与单位时间ΔT的关系的一个例子。在图4A中，表示：作为工件W，2张母材110以互相正交的方式，2张母材110的端部彼此互相接触。在图4A中，示例有所谓边角焊的样子。再有，焊接机器人系统1的用途不限定于边角焊，可以用于其他方式的焊接。
焊接区间WS表示从电弧焊接开始至电弧焊接结束的焊接线的区间。焊缝120形成在焊接区间WS的全部或一部分。焊接区间WS被分割为M个轨道m，焊枪13的前端在各个轨道m上移动所需要的时间为单位时间ΔT。轨道记录部214如果从焊接控制部213接收到第N次轨道记录结束通知，那么输出设定开始指令Os。再有，图4B中的采样周期Δt是采样频率Δfs的倒数。
控制部21具有：按照设定开始指令Os进行设定的设定部215(参照图2)。设定部215相当于本发明的“设定部”的一个具体例子。设定部215如果受到设定开始指令Os，那么从存储部24的测量文件22E取得特定物理量的多个(N个)测量值P1～PN作为母集团。特定的物理量例如为由用户预先设定的物理量，例如是焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf、焊接速度Vw和短路频率fs中的至少1个。
控制部21也可以检测包含在取得的各个测量值P1～PN中的、离焊接开始位置或焊接开始时最近的测量值Px(i)(开始时测量值)。在这种情况下，控制部21也可以以按每个测量值P1～PN所检测出的开始时测量值的时刻作为起点，设定以采样周期Δt规定的时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)。控制部21也可以例如根据保存在存储部24的测量文件22E中的焊接开始位置或焊接开始时间，检测包含在取得的各个测量值P1～PN中的、离焊接开始位置或焊接开始时最近的测量值Px(i)(开始时测量值)。控制部21也可以例如根据取得的各个测量值P1～PN的时间变化的特征，检测包含在取得的各个测量值P1～PN中的、离焊接开始位置或焊接开始时最近的测量值Px(i)(开始时测量值)。
设定部215在将从存储部24的测量文件22E取得的特定物理量的N个测量值P1～PN(1≤i≤N)作为母集团时，在该母集团中，在每个以采样周期Δt规定的时刻tx(1≤x≤X)，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的最大值Pmax(x)，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。设定部215如图5所示，使用式(1)设定Pupper(x)。在式(1)中，Pupper(x)用时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的最大值Pmax(x)加上定数K(K≥0)的值表示。
再有，设定部215例如也可以使用下式设定Pupper(x)。在下式中，Pupper(x)用时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的最大值Pmax(x)加上定数K，和表示各个时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的平均值μx的函数中的平均值μx的微分Δμx的绝对值(|Δμx|)的L倍的值表示。
Pupper(x)＝Pmax(x)+K+L|Δμx|
Δμx＝(μx-μx-1)/(tx-tx-1)
设定部215进一步在上述母集团中，在每个时刻tx，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的最小值Pmin(x)，设定时刻tx的下限值Plower(x)。设定部215如图5所示，使用式(2)设定Plower(x)。在式(2)中，Plower(x)用时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的最小值Pmin(x)减去定数K(K≥0)的值表示。
再有，设定部215例如也可以使用下式设定Plower(x)。在下式中，Plower(x)用时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的最小值Pmin(x)减去定数K和L|Δμx|的值表示。
Plower(x)＝最小值Pmin(x)-K-L|Δμx|
设定部215也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的标准偏差σx，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。设定部215也可以如图6所示，使用式(3)设定上限值Pupper(x)。具体地说，设定部215也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，将时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的平均值μx加上时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的标准偏差σx的K倍(K≥1)的值设定为时刻tx的上限值Pupper(x)。
设定部215也可以进一步在上述母集团中，在每个时刻tx，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的标准偏差σx，设定时刻tx的下限值Plower(x)。设定部215也可以如图6所示，使用式(4)设定下限值Plower(x)。具体地说，设定部215也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，将时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的平均值μx减去时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的标准偏差σx的K倍(K≥1)的值设定为时刻tx的下限值Plower(x)。
设定部215也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)测量值Pz(1)～Pz(NY)的最大值Pmax(x)，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。这时，设定部215也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx及其前后的时刻tx-1、tx+1的3个以上的时刻的NY个(Y≥3)测量值Pz(1)～Pz(NY)的最大值Pmax(x)，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。设定部215也可以如图7所示，使用式(5)设定Pupper(x)。在式(5)中，Pupper(x)用时刻tx-1、tx、tx+1的3N个测量值Pz(1)～Pz(3N)的最大值Pmax(x)加上定数K(K≥0)的值表示。3N个测量值Pz(1)～Pz(3N)是N个测量值Px-1(1)～Px-1(N)、N个测量值Px(1)～Px(N)和N个测量值Px+1(1)～Px+1(N)。
设定部215也可以进一步在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)测量值Pz(1)～Pz(NY)的最小值Pmin(x)，设定时刻tx的下限值Plower(x)。这时，设定部215也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx及其前后的时刻tx-1、tx+1的3个以上的时刻的NY个(Y≥3)测量值Pz(1)～Pz(NY)的最小值Pmin(x)，设定时刻tx的下限值Plower(x)。设定部215也可以如图7所示，使用式(6)设定Plower(x)。在式(6)中，Plower(x)用时刻tx-1、tx、tx+1的3N个测量值Pz(1)～Pz(3N)的最小值Pmin(x)减去定数K(K≥0)的值表示。
设定部215也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)测量值Pz(1)～Pz(NY)的标准偏差σx，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。这时，设定部215也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx及其前后的时刻tx-1、tx+1的3个以上的时刻的NY个(Y≥3)测量值Pz(1)～Pz(NY)的标准偏差σx，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。设定部215也可以如图8所示，使用式(7)设定上限值Pupper(x)。在式(7)中，Pupper(x)用时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的平均值μx加上时刻tx-1、tx、tx+1的3N个测量值Pz(1)～Pz(NY)的标准偏差σx的K倍(K≥1)的值表示。
设定部215也可以进一步在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)测量值Pz(1)～Pz(NY)的标准偏差σx，设定时刻tx的下限值Plower(x)。这时，设定部215也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx及其前后的时刻tx-1、tx+1的3个以上的时刻的NY个(Y≥3)测量值Pz(1)～Pz(NY)的标准偏差σx，设定时刻tx的下限值Plower(x)。设定部215也可以如图8所示，使用式(8)设定下限值Plower(x)。在式(8)中，Plower(x)用时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的平均值μx减去时刻tx-1、tx、tx+1的3N个测量值Pz(1)～Pz(NY)的标准偏差σx的K倍(K≥1)的值表示。
设定部215将以如上所述的方式导出的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)储存在存储部24的阈值文件22F中。此后，设定部215按照设定开始指令Os结束阈值分析的执行。
(示教盒30)
图9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，以及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。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，学习模式或异常判断模式被选择时，控制部31按照指示程序35A，生成包含学习模式或异常判断模式的启动指令的工作指令。
(焊接机40)
图10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16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。
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。控制部41将从电流·电压测量部45取得的监控信息(例如：各种测量值或电弧发生通知等通知信息)向通信部42输出。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的监控信息(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根据从送丝装置14的电流计输出的驱动电流的测量值，测量送丝负荷Ld。焊接控制部43将送丝速度Vf和送丝负荷Ld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按照控制程序46A、来自机器人控制装置20的焊接命令，以采样频率Δfs测量焊接电流Is、焊接电压Vs和短路频率fs，并且将焊接电流Is、焊接电压Vs和短路频率fs各自的测量值(各种测量值)向控制部41输出。电流·电压测量部45根据需要，测量焊接中的每1秒的脉冲数(脉冲频率fp)，向控制部41输出。电流·电压测量部45进一步从焊接电流Is和焊接电压Vs的测量值判断电弧发生的有无。电流·电压测量部45在发生电弧的情况下，生成电弧发生通知，向控制部41输出。
[学习模式的动作步骤]
其次，对学习模式的动作步骤进行说明。在下文中，在对实施履历积累进行说明之后，对阈值生成进行说明。
(实施履历积累)
首先，对学习模式的实施履历积累进行说明。在示教盒30中，例如用户选择播放模式，然后进一步选择学习模式。于是，示教盒30的控制部31按照指示程序35A，生成包含学习模式的启动指令的工作指令，向机器人控制装置20输出。如果从示教盒30输入包含学习模式的启动指令的工作指令，那么机器人控制装置20的控制部21就读出工作程序22B和电弧焊接质量判断程序22C。控制部21根据从工作程序22B和电弧焊接质量判断程序22C读出的内容，和从存储部24的设定文件22D读出的各种设定值，生成对应于这些程序所记载的指示的命令通知。控制部21根据生成的命令通知的内容，输出移动命令、焊接命令。
控制部21通过通信部23将生成的焊接命令向焊接机40输出。焊接命令例如包含焊接开始指令、焊接电流Is、焊接电压Vs和送丝速度Vf的设定值。如果从机器人控制装置20输入焊接命令，那么焊接机40的控制部41读出控制程序46A，根据焊接命令，设定焊接电流Is和焊接电压Vs，并且对送丝装置14设定送丝速度Vf，由此开始电弧焊接。这时，电流·电压测量部45对各种物理量进行采样，并且将通过采样得到的各种物理量的测量值向控制部41输出。另外，电流·电压测量部45在检出电弧发生时，将电弧发生通知向控制部41输出。控制部41通过通信部42，将从电流·电压测量部45取得的监控信息(例如：各种测量值或电弧发生通知等通知信息)向机器人控制装置20输出。控制部41例如在经过了预先设定的时间间隔(例如最小10ms左右)后，算出该期间的各种测量值的移动平均值，并且通过通信部42向机器人控制装置20输出。
控制部21进一步通过通信部23将生成的移动命令向操纵器10输出。操纵器10在从机器人控制装置20输入移动命令的情况下，根据输入的移动命令，使各根杆件12A发生位移，结果使焊枪13在上下前后左右移动。这时，控制部21从编码器取得位置信息。
控制部21将从焊接机40取得的各种测量值保存在存储部24的测量文件22E中。这时，控制部21也可以根据从焊接机40取得的焊接开始指令，导出焊接开始位置或焊接开始时刻并保存在存储部24的测量文件22E中。控制部21根据从编码器取得的位置信息Pf，导出焊接速度Vw并保存在存储部24的测量文件22E中。控制部21根据从编码器取得的位置信息Pf，判断焊接区间WS的结束，在焊接区间WS结束的情况下，将识别焊接区间WS的号码保存在存储部24的测量文件22E中。
(阈值生成)
其次，对学习模式的阈值生成进行说明。控制部21在检出焊接区间WS的结束次数达到所定次数(N次)的情况下，从存储部24的测量文件22E取得作为母集团的特定物理量的多个(N个)测量值P1～PN。控制部21在将从存储部24的测量文件22E取得的特定物理量的N个测量值P1～PN(1≤i≤N)作为母集团时，在该母集团中，在每个时刻tx(1≤x≤X)，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的最大值Pmax(x)，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。控制部21进一步在上述母集团中，在每个时刻tx，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的最小值Pmin(x)，设定时刻tx的下限值Plower(x)。控制部21例如通过上述具体方法，设定时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)。
再有，控制部21也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的标准偏差σx，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。控制部21也可以进一步在上述母集团中，在每个时刻tx，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的标准偏差σx，设定时刻tx的下限值Plower(x)。这时，控制部21例如也可以通过上述具体方法，设定时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)。
另外，控制部21也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)的测量值Pz(1)～Pz(NY)的最大值Pmax(x)，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。控制部21也可以进一步在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)的测量值Pz(1)～Pz(NY)的最小值Pmin(x)，设定时刻tx的下限值Plower(x)。这时，控制部21例如也可以通过上述具体方法，设定时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)。
另外，控制部21也可以在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)的测量值Pz(1)～Pz(NY)的标准偏差σx，设定时刻tx的上限值Pupper(x)。控制部21也可以进一步在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)的测量值Pz(1)～Pz(NY)的标准偏差σx，设定时刻tx的下限值Plower(x)。这时，控制部21例如也可以通过上述具体方法，设定时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)。
控制部21将以上述方式导出的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)保存在存储部24的阈值文件22F中。像这样，执行学习模式。
[异常判断模式的结构]
其次，对异常判断模式的结构进行说明。
图11表示焊接机器人系统1的异常判断模式的功能块的一个例子。焊接机器人系统1在异常判断模式中，具备判断部216来代替学习模式的设定部215。判断部216相当于本发明的“判断部”的一个具体例子。因此，在下文中，主要说明与学习模式不同的内容，对与学习模式相同的内容，适当加以省略。
轨道记录部214在异常判断模式中，如果从焊接控制部213接收到轨道记录结束通知，那么输出判断开始指令Oh。控制部21具有：按照判断开始指令Oh进行异常判断的判断部216(参照图11)。判断部216相当于本发明的“判断部”的一个具体例子。判断部216在受到判断开始指令Oh的情况下，当在与学习模式的焊接条件设定同样的焊接条件设定下焊接时得到的测量值PN+1处于上限值Pupper(x)与下限值Plower(x)的范围内时，判断为没有焊接不良；当测量值PN+1处于上述范围之外时，判断为有焊接不良。
判断部216也可以在包含在测量值PN+1中的所定数的测量值Px(N+1)处于上述范围之外时，判断为有焊接不良。也就是说，判断部216也可以在判断测量值Px(N+1)处于上述范围之外的次数超过所定数时，判断为有焊接不良。
判断部216也可以在从判断测量值Px(N+1)处于上述范围之外时、经过所定时间(阈值越出容许时间)之后，测量值Px(N+1)处于上述范围之外时，判断为有焊接不良。在这里，判断部216也可以从预先设定的距离、焊接速度Vw，导出阈值越出容许时间。
判断部216也可以在判断为有焊接不良的情况下，对机器人控制装置20发出指示，使焊接立刻停止。另外，判断部216也可以在判断为有焊接不良的情况下，对机器人控制装置20发出指示，通知有焊接不良。
图12表示示教盒30的显示面的图形显示的一个例子。显示部32根据用于显示监控信息的图像信号，如图12所示，将测量值PN+1与焊接距离Wp的关系，以及上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)一起用图形显示。从图12可知：电弧焊接开始时的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)的范围比电弧稳定时的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)的范围宽广些。
[质量判断]
其次，参照图11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11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输出焊接命令。于是，焊接机40按照来自控制部21的指示，开始焊接，并且进行焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf和短路频率fs的采样，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、送丝速度Vf和短路频率fs的测量值。
另外，控制部21对伺服控制部22发出移动命令。于是，伺服控制部22按照来自控制部21的指示，控制操纵器10的动作，并且对来自操纵器10的编码器的位置信息进行采样，从通过采样得到的位置信息，导出(测量)焊枪13前端的位置信息Pf、焊接速度Vw。伺服控制部22将导出的位置信息Pf、焊接速度Vw向控制部21输出。控制部21取得来自伺服控制部22的位置信息Pf、焊接速度Vw的测量值。
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)。算出期间例如至少为10μs左右。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、短路频率fs和焊接速度Vw的移动平均值。
其次，控制部21判断算出的移动平均值是否处于上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)的范围内。控制部21在算出的移动平均值处于上述范围内的情况下，判断为没有焊接不良。控制部21在算出的移动平均值处于上述范围之外的情况下，判断为有焊接不良，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)，而一边使焊接操作进行到最后，一边继续质量判断。另外，控制部21也可以在焊接开始的时刻开始判断算出的移动平均值是否处于上述范围内，也可以在焊接结束后开始判断算出的移动平均值是否处于上述范围内。
[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。
以往开发了减少焊接不良的技术、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，例如专利文献1所记载。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。但是，在专利文献1所记载的发明中，因为阈值是以稳定时的焊接条件(焊接电流、焊接电压等)为基准的定值，所以在非稳定时的状态(例如焊接开始时、焊接结束时或有意变更焊接条件时等)下，存在不能判断焊接不良的问题。
另一方面，在本实施方式中，根据从包含过去的多个测量值P1～PN的母集团得到的统计值，设定用于判断焊接不良的阈值(上限值Pupper(x)和下限值Plower(x))。因此，用于判断焊接不良的阈值(上限值Pupper(x)和下限值Plower(x))是从过去进行的稳定的焊接结果的积累求得的值。其结果是：即使在稳定时以外的焊接状态，也因为使用在过去同样的焊接状态下得到的阈值，所以能够进行焊接不良的判断。
关于本实施方式，在上述母集团中，在每个时刻tx，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的最大值Pmax(x)和最小值Pmin(x)，设定时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)的情况下，即使在稳定时以外的焊接状态，也能够以少的计算量来进行焊接不良的判断。另外，关于本实施方式，在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)测量值Pz(1)～Pz(NY)的最大值Pmax(x)和最小值Pmin(x)，设定时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)的情况下，即使在稳定时以外的焊接状态，也能够以少的计算量来进行精度较高的焊接不良的判断。
关于本实施方式，在上述母集团中，在每个时刻tx，根据时刻tx的N个测量值Px(1)～Px(N)的标准偏差σx，设定时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)的情况下，即使在稳定时以外的焊接状态，也能够进行精度高的焊接不良的判断。另外，关于本实施方式，在上述母集团中，在每个时刻tx，根据包含时刻tx的多个时刻的NY个(Y≥2)测量值Pz(1)～Pz(NY)的标准偏差σx，设定时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)的情况下，即使在稳定时以外的焊接状态，也能够进行精度更高的焊接不良的判断。
关于本实施方式，在上述母集团中，在每个时刻tx，将时刻tx的平均值μx加上时刻tx或包含时刻tx的多个时刻的标准偏差σx的K倍(K≥1)的值设定为时刻tx的上限值Pupper(x)，并且将时刻tx的平均值μx减去时刻tx或包含时刻tx的多个时刻的标准偏差σx的K倍(K≥1)的值设定为时刻tx的下限值Plower(x)的情况下，即使在稳定时以外的焊接状态，也能够进行精度高的焊接不良的判断。
在本实施方式中，在检测出包含在取得的各个测量值P1～PN中的、离焊接开始位置或焊接开始时最近的测量值Px(i)(开始时测量值)，并且以按每个测量值P1～PN所检测出的开始时测量值的时刻作为起点，设定时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)的情况下，能够减少起因于焊接开始时刻的偏差的误判断。
在本实施方式中，因为作为用于判断焊接不良的测量值，使用了焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf、焊接速度Vw或短路频率fs，所以即使在稳定时以外的焊接状态，也能够进行焊接不良的判断。另外，在本实施方式中，因为设置了测量焊接电流Is、焊接电压Vs、送丝速度Vf、焊接速度Vw或短路频率fs的测量部，并且由该测量部测量得到的值被用于焊接不良的判断，所以即使在稳定时以外的焊接状态，也能够进行焊接不良的判断。
在本实施方式中，因为将测量值Px(i)与焊接距离Wp的关系，以及上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)一起用图形显示在显示部32，所以即使在稳定时以外的焊接状态，用户也能够直观地确认焊接不良的判断结果。
<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，在每个以采样周期Δt规定的时刻tx(1≤x≤X)，设定了上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)。但是，在上述实施方式中，也可以在每个以不同于采样周期Δt的周期规定的时刻tx(1≤x≤X)，设定上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)。
[变形例B]
在上述实施方式中，在设定文件22D上，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。但是，在上述实施方式及其变形例中，在设定文件22D上，也可以进一步记述上述送丝负荷Ld和脉冲频率fp各自的设定值。这时，在测量文件22E上，记述送丝负荷Ld和脉冲频率fp的测量值。送丝负荷Ld是从送丝装置14的马达电流算出的物理量。脉冲频率fp是以脉冲焊接法进行的焊接中的每1秒的脉冲数。在本变形例B中，因为作为用于判断焊接不良的测量值，使用了送丝负荷Ld或脉冲频率fp，所以即使在稳定时以外的焊接状态，也能够进行焊接不良的判断。另外，在本变形例B中，因为设置了测量送丝负荷Ld或脉冲频率fp的测量部，并且由该测量部测量得到的值被用于焊接不良的判断，所以即使在稳定时以外的焊接状态，也能够进行焊接不良的判断。
[变形例C]
在上述实施方式中，阈值文件22F保存在机器人控制装置20的存储部24内。但是，在上述实施方式及其变形例中，阈值文件22F例如也可以保存在与机器人控制装置20网络连接的别的硬盘等的存储部内。但是，在这种情况下，机器人控制装置20将阈值文件22F保存在用网络连接的别的硬盘等的存储部内，并且可以从用网络连接的别的硬盘等的存储部内读出阈值文件22F。
[变形例D]
在上述实施方式中，控制部21在检出焊接区间WS的结束次数达到所定次数(N次)的情况下，生成时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)。但是，在上述实施方式及其变形例中，也可以在焊接区间WS的结束次数达到所定次数(N次)时，用户对机器人控制装置20(控制部21)发出生成时刻tx的上限值Pupper(x)和下限值Plower(x)的指示。
本公开含有涉及在2015年8月21日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2015-164131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 (9)

1.一种电弧焊接质量判断系统，具备：
设定部，将在设定共同的焊接条件下反复进行焊接时得到的多个测量值作为母集团时，在所述母集团中，在每个第一时刻，根据所述第一时刻或包含所述第一时刻的多个时刻的最大值设定所述第一时刻的上限值，并且根据所述第一时刻或包含所述第一时刻的多个时刻的最小值设定所述第一时刻的下限值；以及
判断部，在设定所述焊接条件下焊接时得到的测量值处于所述上限值与所述下限值的范围内时，判断为没有焊接不良，而在所述测量值处于所述范围之外时，判断为有焊接不良，
所述设定部检测包含在各个所述测量值中的、离焊接开始位置或焊接开始时最近的开始时测量值，并且以按每个所述测量值检测出的所述开始时测量值的时刻作为起点，设定该时刻的所述上限值和所述下限值。
2.根据权利要求1所述的电弧焊接质量判断系统，其中，多个所述测量值是焊接电流、焊接电压、送丝速度、焊接速度、送丝负荷、短路频率或脉冲频率。
3.根据权利要求2所述的电弧焊接质量判断系统，其中，进一步具备测量所述焊接电流、所述焊接电压、所述送丝速度、所述焊接速度、所述送丝负荷、所述短路频率或所述脉冲频率的测量部。
4.根据权利要求1所述的电弧焊接质量判断系统，其中，进一步具备将所述测量值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的显示部。
5.一种电弧焊接质量判断系统，具备：
设定部，将在设定共同的焊接条件下反复进行焊接时得到的多个测量值作为母集团时，在所述母集团中，在每个第一时刻，根据所述第一时刻或包含所述第一时刻的多个时刻的标准偏差设定所述第一时刻的上限值和下限值；以及
判断部，在设定所述焊接条件下焊接时得到的测量值处于所述上限值与所述下限值的范围内时，判断为没有焊接不良，而在所述测量值处于所述范围之外时，判断为有焊接不良，
所述设定部检测包含在各个所述测量值中的、离焊接开始位置或焊接开始时最近的开始时测量值，并且以按每个所述测量值检测出的所述开始时测量值的时刻作为起点，设定该时刻的所述上限值和所述下限值。
6.根据权利要求5所述的电弧焊接质量判断系统，其中，
所述设定部在所述母集团中，在每个所述第一时刻，将所述第一时刻的平均值加上所述第一时刻或包含所述第一时刻的多个时刻的标准偏差的正整数倍的值，设定为所述第一时刻的上限值，
所述设定部在所述母集团中，在每个所述第一时刻，将所述第一时刻的平均值减去所述第一时刻或包含所述第一时刻的多个时刻的标准偏差的正整数倍的值，设定为所述第一时刻的下限值。
7.根据权利要求5所述的电弧焊接质量判断系统，其中，多个所述测量值是焊接电流、焊接电压、送丝速度、焊接速度、送丝负荷、短路频率或脉冲频率。
8.根据权利要求7所述的电弧焊接质量判断系统，其中，进一步具备测量所述焊接电流、所述焊接电压、所述送丝速度、所述焊接速度、所述送丝负荷、所述短路频率或所述脉冲频率的测量部。
9.根据权利要求5所述的电弧焊接质量判断系统，其中，进一步具备将所述测量值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的显示部。
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