JP2017039144A - アーク溶接システムおよびアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接軌跡の溶接線からのずれを良好に補正すること。
【解決手段】実施形態に係るアーク溶接システムは、電圧検出部と、送給部と、多関節ロボットと、動作制御部と、判定部と、補正部とを備える。電圧検出部は、消耗電極である溶接ワイヤと溶接対象であるワークとの間の電圧を検出する。送給部は、溶接ワイヤをワークに対して前進および後退させる動作を繰り返す。多関節ロボットには、送給部が設けられる。動作制御部は、所定の軌道を跨いで所定の振幅で往復させながら軌道に沿ってワークに対して移動させる動作を多関節ロボットに行わせる。判定部は、電圧検出部によって検出された電圧に基づいて軌道があらかじめ定められた溶接線からずれたか否かを判定する。補正部は、判定部によって軌道が溶接線からずれたと判定された場合に、軌道を補正する。
【選択図】図５

Description

開示の実施形態は、アーク溶接システムおよびアーク溶接方法に関する。

従来、溶接対象となるワークにおいて複数の母材が接する線（以下、「溶接線」という）に沿ってアーク溶接する際に、溶接ワイヤをウィービング動作させながら溶接線に沿って移動させるアーク溶接システムが知られている。ここで、ウィービング動作とは、かかる溶接線を跨いで溶接ワイヤを所定の振幅で往復させる動作のことを指す。

また、上記したウィービング動作を伴うアーク溶接において、ウィービング動作に伴う溶接電流の変化に基づいて溶接軌跡の溶接線からのずれを補正する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２４００６４号公報

しかしながら、溶接ワイヤをワークに対して前進および後退させる動作を繰り返しつつアーク溶接を行う場合、溶接電流の変化がウィービング動作に連動しないため、溶接電流の変化に基づいて溶接線からのずれを検出することはできない。

具体的には、溶接ワイヤを前進および後退させる動作を繰り返しつつウィービング動作を行うとワークと溶接ワイヤとの距離が絶えず変化するので、電流変化からウィービング動作の中心線（振幅が０の点を結んだ線）をみつけることが難しいためである。

実施形態の一態様は、溶接軌跡の溶接線からのずれを良好に補正することができるアーク溶接システムおよびアーク溶接方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るアーク溶接システムは、電圧検出部と、送給部と、多関節ロボットと、動作制御部と、判定部と、補正部とを備える。電圧検出部は、消耗電極である溶接ワイヤと溶接対象であるワークとの間の電圧を検出する。送給部は、溶接ワイヤをワークに対して前進および後退させる動作を繰り返す。多関節ロボットには、送給部が設けられる。動作制御部は、所定の軌道を跨いで所定の振幅で往復させながら軌道に沿ってワークに対して移動させる動作を多関節ロボットに行わせる。判定部は、電圧検出部によって検出された電圧に基づいて軌道があらかじめ定められた溶接線からずれたか否かを判定する。補正部は、判定部によって軌道が溶接線からずれたと判定された場合に、軌道を補正する。

実施形態の一態様によれば、溶接軌跡の溶接線からのずれを良好に補正することが可能なアーク溶接システムおよびアーク溶接方法を提供することができる。

図１は、アーク溶接方法の概要を示す図である。 図２は、アーク溶接システムの全体構成を示す図である。 図３は、アーク溶接装置のブロック図である。 図４は、アーク溶接装置における制御部および記憶部のブロック図である。 図５は、ロボットコントローラのブロック図である。 図６は、溶接線に対する軌道のずれがない場合のワークとウィービング動作との関係を示す図である。 図７は、溶接線に対する軌道のずれがない場合のウィービング動作と溶接電圧との関係を示す図である。 図８は、溶接線に対する軌道のずれがある場合のワークとウィービング動作との関係を示す図である。 図９は、溶接線に対する軌道のずれがある場合のウィービング動作と溶接電圧との関係を示す図である。 図１０は、ロボットコントローラが実行する処理手順を示すフローチャート（その１）である。 図１１は、ロボットコントローラが実行する処理手順を示すフローチャート（その２）である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するアーク溶接システムおよびアーク溶接方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下に示す実施形態では、「平行」、「同値」、「同じ」、「対称」といった表現を用いる場合があるが、厳密にこれらの状態を満たすことを要しない。すなわち、上記した各表現は、製造精度、設置精度、処理精度、検出精度などのずれを許容するものとする。

まず、実施形態に係るアーク溶接方法の概要について図１を用いて説明する。図１は、アーク溶接方法の概要を示す図である。図１に示すワークＷは、たとえば、２つの板状の母材が接する溶接線１００に沿って溶接される。ここで、図１には、ワークＷをＹ軸の負方向から正方向へ向かう向きにみた拡大図をあわせて示している。なお、以下の説明では、かかる溶接線１００が直線である場合について説明するが、溶接線１００は、曲線や、直線と曲線との組み合わせであってもよい。

また、本実施形態では、２つの母材が鋭角に接する側から溶接を行うものとする。また、図１では、かかる鋭角を２等分するようにワークＷから溶接ワイヤ２００側へ向かう向きを正方向とするＺ軸、溶接線１００と平行で溶接向きを正方向とするＹ軸を含んだ３次元の直交座標系を示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。なお、後述するウィービング動作は、ＸＹ平面と平行な平面上で行われるものとする。

図１に示すように、溶接トーチ１３は、ワークＷ側へ溶接ワイヤ２００を突出させる。溶接ワイヤ２００は、溶接ワイヤ２００とワークＷとの間に印加された電流で溶融して消耗するいわゆる消耗電極として用いられる。

溶接トーチ１３は、上記した溶接線１００に対応する軌道１１０に沿って移動する。ここで、溶接トーチ１３は、軌道１１０に沿って移動しつつ、同図に示すＸ軸と平行な方向に往復するウィービング動作を行う。このため、軌道１１０に沿った移動と、ウィービング動作とが合成され、溶接トーチ１３は、同図に示すサインカーブ状のウィービング軌跡１１１をとる。なお、ウィービング軌跡１１１に沿って形成される溶接跡が溶接軌跡に相当する。

また、本実施形態に係るアーク溶接方法では、溶接ワイヤ２００をワークＷに対して前進させる動作（図１のＺ軸負方向へ前進させる動作）と、後退させる動作（Ｚ軸正方向へ後退させる動作）を繰り返す。これにより、本実施形態に係るアーク溶接では、溶接ワイヤ２００とワークＷとが短絡する短絡状態と、両者間にアークを発生させるアーク状態とを繰り返し発生させる。

なお、以下の説明では、溶接ワイヤ２００を前進させる動作と、後退させる動作とをあわせて「進退動作」という場合がある。図１には、かかる進退動作の向きを、両矢印の進退方向１１２として示している。

ところで、図１の拡大図に示した形状のワークＷを、ウィービング動作を行いつつアーク溶接する場合、溶接線１００からＺ軸正方向へ向かう位置に軌道１１０があることが好ましい。

しかし、溶接トーチ１３とワークＷとの間でＸ軸についての相対位置に誤差が生じた場合には、このような理想的な軌道から軌道１１０がずれてしまう。なお、図１の拡大図には、参考のため、溶接トーチ１３の軌道１１０が、溶接線１００よりもＸ軸正方向へずれた場合を示している。

ここで、仮に、溶接ワイヤ２００の進退動作を伴わない溶接を行う場合には、溶接ワイヤ２００と、ワークＷとの距離の変化は、図１に示したようなワークＷの凹部の形状によって定まる。このため、かかる場合には、溶接ワイヤ２００とワークＷとの間に印加される溶接電流の変化に応じて軌道１１０を補正することが行われていた。

ところが、上記したように、溶接ワイヤ２００の進退動作でアーク溶接を行う場合、かかる進退動作に伴って溶接電流が絶えず変化する。このため、溶接電流に基づいて軌道１１０の補正を行うことは困難である。

そこで、本実施形態に係るアーク溶接方法では、溶接ワイヤ２００とワークＷとの間の電圧（以下、「溶接電圧」という）に基づいて溶接線１００と軌道１１０とのずれがあるか否かを判定することとした。そして、両者にずれがあると判定された場合には、軌道１１０を溶接線１００へ近づける補正を行うこととした。

特に、定電圧特性を有する溶接電源を用いて電流制御を行う場合、アーク溶接に伴う電圧変化が小さいため、溶接電圧の変化を溶接線１００と軌道１１０とのずれの判定に用いることは行われていなかった。しかしながら、溶接ワイヤ２００の進退動作でアーク溶接を行う場合には、溶接電圧の変化が大きいことが判明したため、本実施形態に係るアーク溶接方法では、溶接電圧に基づいてずれの判定や、ずれの補正を行うこととした。

このように、本実施形態に係るアーク溶接方法によれば、軌道１１０の溶接線１００からのずれを良好に補正することができる。なお、本実施形態に係るアーク溶接方法のさらに具体的な内容は、以下に示すアーク溶接システムの説明においてあわせて説明することとする。

次に、本実施形態に係るアーク溶接システムの全体構成について図２を用いて説明する。図２は、アーク溶接システム１の全体構成を示す図である。図２に示すように、アーク溶接システム１は、多関節ロボット１０と、ロボットコントローラ２０と、アーク溶接装置３０とを備える。

なお、同図には、溶接対象となるワークＷと、多関節ロボット１０へ溶接ワイヤ２００を供給するワイヤ貯蔵部２０１と、アーク溶接に用いるシールドガスを供給するガスボンベ２０２とをあわせて示している。また、同図では、アーク溶接システム１の説明に用いる構成要素のみを示しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

まず、多関節ロボット１０の構成について説明する。多関節ロボット１０は、ロボットアーム１１と、関節部１２と、溶接トーチ１３と、送給部１４とを備える。多関節ロボット１０は、関節部１２を介してロボットアーム１１がそれぞれ接続され、複数のロボットアーム１１および関節部１２を有する多関節のロボットである。また、先端側のロボットアーム１１には、溶接トーチ１３が取り付けられ、基端側のロボットアーム１１は、基台などを介して接地面に固定される。

関節部１２は、サーボモータなどのアクチュエータや、アクチュエータの回転を減速する減速機が取り付けられており、ロボットコントローラ２０からの指令に基づいてアクチュエータを駆動させることでロボットアーム１１の位置や姿勢を変化させる動作を行う。

すなわち、多関節ロボット１０は、ロボットコントローラ２０からの指令に基づいて溶接トーチ１３の位置や姿勢を変化させる。これにより、多関節ロボット１０は、溶接トーチ１３を軌道１１０に沿ってウィービング動作させる（図１のウィービング軌跡１１１参照）。

溶接トーチ１３は、送給部１４を介して送給される溶接ワイヤ２００を通過させる貫通孔を有しており、先端の開口から溶接ワイヤ２００を突出させる。また、溶接トーチ１３は、アーク溶接装置３０から供給される電力を溶接ワイヤ２００に当接するコンタクトチップ（図示せず）を介して溶接ワイヤ２００へ提供する。

送給部１４は、アーク溶接装置３０からの指令に基づいて溶接ワイヤ２００を溶接トーチ１３側へ送り出す動作および溶接トーチ１３側から引き込む動作を行う。これにより、送給部１４は、溶接ワイヤ２００を進退動作させる（図１の進退方向１１２参照）。なお、以下では、溶接ワイヤ２００を溶接トーチ１３側へ送り出す動作を「正送」、溶接トーチ１３側から引き込む動作を「逆送」という場合がある。

次に、図３および図４を用いてアーク溶接装置３０の構成について説明する。図３は、アーク溶接装置３０のブロック図である。

図３に示すように、アーク溶接装置３０は、一次整流回路３０ａと、スイッチング回路３０ｂと、変圧器３０ｃと、二次整流回路３０ｄと、リアクトル３０ｅとを備える。また、アーク溶接装置３０は、制御部３１と、記憶部３２と、電圧検出部３３と、電流検出部３４とを備える。アーク溶接装置３０は、溶接トーチ１３およびワークＷへ溶接用の電力を供給する。

なお、制御部３１および記憶部３２は、後述するロボットコントローラ２０の制御部２１および記憶部２２と同様にコンピュータや記憶デバイスを用いて構成することができる。

なお、図３には、アーク溶接装置３０との接続関係をわかりやすくするために、アーク溶接装置３０へ交流電力を供給する商用電源４０と、ロボットコントローラ２０と、溶接トーチ１３と、送給部１４と、溶接ワイヤ２００と、ワークＷとをあわせて示している。

一次整流回路３０ａは、商用電源４０と接続され、商用電源４０から供給される交流電力を整流する。そして、一次整流回路３０ａは、整流した電力をスイッチング回路３０ｂへ供給する。

スイッチング回路３０ｂは、一次整流回路３０ａから供給される電力に対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行い、任意の電流波形や任意の電圧波形を生成する。そして、スイッチング回路３０ｂは、生成した電流波形や電圧波形を変圧器３０ｃへ出力する。

変圧器３０ｃは、スイッチング回路３０ｂから供給された電力を変圧し、変圧後の電力を二次整流回路３０ｄへ出力する。二次整流回路３０ｄは、変圧器３０ｃから出力される供給電力を整流する。なお、二次整流回路３０ｄの２つの出力端のうち一方は、ワークＷに接続される。

リアクトル３０ｅは、二次整流回路３０ｄの２つの出力端のうち他方に接続され、二次整流回路３０ｄによって整流された供給電力を平滑化する。なお、リアクトル３０ｅの下流側に溶接トーチ１３が接続される。

制御部３１は、ロボットコントローラ２０と通信しつつ、アーク溶接装置３０の全体制御を行うとともに、送給部１４の送給速度を制御する。なお、制御部３１の具体的な内容については、図４を用いて後述する。記憶部３２は、たとえば、不揮発性メモリであり、制御部３１が用いる情報を記憶する。なお、記憶部３２が記憶する具体的な内容については、図４を用いて後述する。

電圧検出部３３は、二次整流回路３０ｄの２つの出力端にそれぞれ接続され、溶接トーチ１３とワークＷとの間の電圧（以下、「溶接電圧」という）を検出する。なお、電圧検出部３３は、検出結果を制御部３１へ出力する。

電流検出部３４は、リアクトル３０ｅの下流側に接続され、溶接トーチ１３とワークＷとの間の電流（以下、「溶接電流」という）を検出する。なお、電流検出部３４は、検出結果を制御部３１へ出力する。

次に、アーク溶接装置３０における制御部３１および記憶部３２の詳細について図４を用いて説明する。図４は、アーク溶接装置３０における制御部３１および記憶部３２のブロック図である。

図４に示すように、制御部３１は、検出部３１ａと、指示部３１ｂと、送給調整部３１ｃと、電力調整部３１ｄとを備える。また、記憶部３２は、送給速度情報３２ａと、溶接情報３２ｂとを記憶する。なお、図４には、制御部３１との接続関係をわかりやすくするために、ロボットコントローラ２０と、送給部１４と、電圧検出部３３と、電流検出部３４と、スイッチング回路３０ｂとをあわせて示している。

検出部３１ａは、溶接ワイヤ２００とワークＷとの間が短絡状態であるかアーク状態であるかを検出する。具体的には、検出部３１ａは、電圧検出部３３が検出した電圧値が所定値以下の間は短絡状態を検出し、所定値より大きい間はアーク状態を検出する。そして、検出部３１ａは、検出結果を指示部３１ｂへ出力する。

指示部３１ｂは、検出部３１ａの検出結果に基づき、溶接ワイヤ２００の送給状態を調整するように送給調整部３１ｃへ指示する。具体的には、指示部３１ｂは、検出部３１ａがアーク状態を検出すると溶接ワイヤ２００を正送するように送給調整部３１ｃへ指示する。一方、指示部３１ｂは、検出部３１ａが短絡状態を検出すると溶接ワイヤ２００を逆送するように送給調整部３１ｃへ指示する。

また、指示部３１ｂは、検出部３１ａの検出結果に基づき、溶接ワイヤ２００とワークＷとの間の電力を調整するように電力調整部３１ｄへ指示する。具体的には、指示部３１ｂは、検出部３１ａが短絡状態を検出すると溶接電流を徐々に増加させるように電力調整部３１ｄへ指示する。一方、指示部３１ｂは、検出部３１ａがアーク状態を検出すると、電流値が最大となる溶接電流を所定の期間にわたって維持した後、徐々に減少させるように電力調整部３１ｄへ指示する。

送給調整部３１ｃは、記憶部３２の送給速度情報３２ａおよび指示部３１ｂの指示に基づき、送給部１４の送給向きおよび送給速度を調整する。ここで、送給速度情報３２ａは、たとえば、正送の送給速度、逆送の送給速度の経時変化をあらかじめ定めた情報である。なお、正送の送給速度を一定速度としたり、逆送の送給速度を一定速度としたりすることとしてもよい。

送給調整部３１ｃは、指示部３１ｂから溶接ワイヤ２００を正送するように指示された場合には、送給速度情報３２ａにおける正送の送給速度に関する情報に基づく送給速度指示を送給部１４へ出力する。一方、送給調整部３１ｃは、指示部３１ｂから溶接ワイヤ２００を逆送するように指示された場合には、送給速度情報３２ａにおける逆送の送給速度に関する情報に基づく送給速度指示を送給部１４へ出力する。

電力調整部３１ｄは、記憶部３２の溶接情報３２ｂおよび指示部３１ｂの指示に基づき、溶接ワイヤ２００とワークＷとの間の電流や電圧を調整する。ここで、溶接情報３２ｂは、電流変化や電圧変化のプロファイルをあらかじめ定めた各種パラメータを含んだ情報である。なお、電力調整部３１ｄは、生成した電流調整信号や電圧調整信号をスイッチング回路３０ｂへ出力する。この際、電力調整部３１ｄは、電圧を定電圧に保つ信号をスイッチング回路３０ｂへ出力することができる。

次に、ロボットコントローラ２０の構成について図５を用いて説明する。図５は、ロボットコントローラ２０のブロック図である。図５に示すように、ロボットコントローラ２０は、制御部２１と、記憶部２２とを備える。

制御部２１は、動作制御部２１ａと、判定部２１ｂと、補正部２１ｃとを備え、記憶部２２は、教示情報２２ａを記憶する。なお、図５には、ロボットコントローラ２０との接続関係をわかりやすくするために、多関節ロボット１０と、アーク溶接装置３０とをあわせて示している。

ここで、ロボットコントローラ２０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部２１の動作制御部２１ａ、判定部２１ｂおよび補正部２１ｃとして機能する。

また、動作制御部２１ａ、判定部２１ｂおよび補正部２１ｃの少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

記憶部２２は、たとえば、ＲＡＭやＨＤＤに対応する。ＲＡＭやＨＤＤは、教示情報２２ａを記憶することができる。なお、ロボットコントローラ２０は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。

制御部２１は、ロボットコントローラ２０の全体制御および多関節ロボット１０の動作制御を行う。なお、本実施形態では、送給部１４の制御をアーク溶接装置３０が行う場合について示したが、送給部１４の制御をロボットコントローラ２０が行うこととしてもよい。すなわち、アーク溶接装置３０の送給調整部３１ｃをロボットコントローラ２０の制御部２１に設けることとしてもよい。

動作制御部２１ａは、記憶部２２の教示情報２２ａに基づいて多関節ロボット１０の動作を制御する。具体的には、動作制御部２１ａは、多関節ロボット１０に取り付けられた溶接トーチ１３（図２参照）にウィービング動作を行わせつつ、溶接線１００に沿って移動させる動作を多関節ロボット１０に指示することでアーク溶接を行わせる。

ここで、教示情報２２ａは、多関節ロボット１０へ動作を教示する段階で作成され、多関節ロボット１０の動作経路を規定するプログラムである「ジョブ」を含んだ情報である。動作制御部２１ａは、教示情報２２ａに基づいて多関節ロボット１０を動作させることで溶接トーチ１３を移動させ、アーク溶接を実行させる。

判定部２１ｂは、動作制御部２１ａから受け取ったウィービング動作の動作状況と、電圧検出部３３の検出結果とに基づいて溶接トーチ１３の軌道１１０（図１参照）が、溶接線１００（図１参照）からずれたか否かを判定する。

具体的には、判定部２１ｂは、軌道１１０に沿ったウィービング動作における軌道１１０の右側（Ｘ軸正方向）と、左側（Ｘ軸負方向）とのうち、電圧が低い側に軌道１１０がずれていると判定する。なお、判定部２１ｂが行う判定処理の詳細については、図６〜図９を用いて後述する。

補正部２１ｃは、判定部２１ｂが、溶接トーチ１３の軌道１１０（図１参照）が、溶接線１００（図１参照）からずれたと判定した場合に、ずれた向きと逆側へ軌道１１０を戻すように動作制御部２１ａに対して指示する。

具体的には、補正部２１ｃは、判定部２１ｂが、電圧が低い側に軌道１１０がずれていると判定するので、電圧が高い側へ軌道１１０を戻すように補正する。たとえば、図１に示したように、軌道１１０が溶接線１００の右側（Ｘ軸正方向）にずれている場合には、補正部２１ｃは、軌道１１０を左側（Ｘ軸負方向）へ戻すように動作制御部２１ａへ指示する。

ここで、補正部２１ｃは、軌道１１０の補正をあらかじめ定められた補正量ずつ行う。なお、かかる補正量の大きさを適宜定めておくことで、補正によって軌道１１０が過度に補正されて波打つ事態を防止することができる。すなわち、軌道１１０の補正をあらかじめ定められた補正量ずつ行うことで軌道１１０の補正を滑らかに行うことができる。

次に、上記した判定部２１ｂが行う判定処理の詳細について図６〜図９を用いて説明する。以下では、溶接線１００に対する軌道１１０のずれがない場合について、図６および図７を用いて説明し、両者にずれがある場合について、図８および図９を用いて説明することとする。

まず、溶接線１００に対する軌道１１０のずれがない場合について図６および図７を用いて説明する。図６は、溶接線１００に対する軌道１１０のずれがない場合のワークＷとウィービング動作との関係を示す図である。また、図７は、溶接線１００に対する軌道１１０のずれがない場合のウィービング動作と溶接電圧との関係を示す図である。

図６に示すように、溶接トーチ１３は、ＸＹ平面と平行な平面において振幅Ａでウィービング動作を行っているものとする。この場合、ウィービング動作の中心Ｃは、溶接線１００からＺ軸正方向へ向かう直線上に存在する。

なお、中心Ｃは、軌道１１０に対応する。また、同図には、ウィービング動作の右端Ｒと、左端Ｌとを示すとともに、各端における溶接トーチ１３の位置を破線で示している。また、図１を用いて既に説明したように、溶接トーチ１３から突出する溶接ワイヤ２００は、ワークＷに対して進退方向１１２に沿って進退する。

このように、溶接線１００に対する軌道１１０のずれがない場合、溶接トーチ１３とワークＷとの距離は、右端Ｒと左端Ｌとで同じになる。このため、図７に示すように、ウィービング動作における右端Ｒ側における溶接電圧の最小ピーク値７１と、左端Ｌ側における溶接電圧の最小ピーク値７２とは同値となる。

具体的には、図７に示すように、溶接トーチ１３が中心Ｃを通過するタイミングｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４で、溶接電圧は、最大ピーク値をとる。これは、図６に示したように、中心Ｃで、溶接トーチ１３とワークＷとの距離が最大となるためである。

一方、図７に示したように、溶接トーチ１３が右端Ｒおよび左端Ｌを通過する際には、溶接電圧は、最小ピーク値をとる。そして、右端Ｒに対応する最小ピーク値７１と、左端Ｌに対応する最小ピーク値７２とには差はみられない。

これは、図６に示したように、ワークＷの形状が中心Ｃと溶接線１００とを結ぶ線について対称であるので、中心ＣがワークＷの凹みの中央に位置する場合には、溶接トーチ１３とワークＷとの距離が右端Ｒと左端Ｌとで最小かつ同値となるためである。

ここで、図６に示したように、溶接ワイヤ２００はワークＷに対する進退動作を繰り返す。このため、実際の溶接電圧は、細かい変動を繰り返しながら、図７に示した溶接電圧の変動曲線に沿って変化するが、図７では、説明をわかりやすくするために、かかる細かい変動を省略している。また、図７では、溶接トーチ１３の位置の経時変化が、いわゆるサインカーブ状である場合を例示しているが、任意の形状であっても構わない。

次に、溶接線１００に対する軌道１１０のずれがある場合について図８および図９を用いて説明する。図８は、溶接線１００に対する軌道１１０のずれがある場合のワークＷとウィービング動作との関係を示す図である。また、図９は、溶接線１００に対する軌道１１０のずれがある場合のウィービング動作と溶接電圧との関係を示す図である。なお、図８および図９では、軌道１１０が溶接線１００よりもＸ軸正方向へずれた場合をあらわしており、図６および図７における中心Ｃの位置を、参考のため、中間位置１００ａとして示している。

図８に示すように、軌道１１０が溶接線１００よりもＸ軸正方向へずれた場合、溶接トーチ１３とワークＷとの距離は、右端Ｒのほうが左端Ｌよりも小さくなる。このため、図９に示すように、右端Ｒ側における溶接電圧の最小ピーク値９１は、左端Ｌ側における溶接電圧の最小ピーク値９２よりも小さくなる。

そこで、上記したロボットコントローラ２０の判定部２１ｂ（図５参照）は、ウィービング動作における右端Ｒ側の最小ピーク値９１と、左端Ｌ側の最小ピーク値９２とを比較し、比較結果に基づいて溶接線１００と軌道１１０とがずれているか否かを判定することとした。

たとえば、図９に示すように、判定部２１ｂは、最小ピーク値９１と最小ピーク値９２との差分ｄが予め定められた閾値よりも大きい場合に、溶接線１００と軌道１１０とがずれていると判定する。また、判定部２１ｂは、最小ピーク値９１と最小ピーク値９２とのうち小さいほうに軌道１１０がずれていると判定する。

たとえば、図９に示したように、最小ピーク値９２のほうが最小ピーク値９１よりも大きい場合には、ウィービング動作における右端Ｒ側に軌道１１０がずれていると判定する。逆に、最小ピーク値９１のほうが最小ピーク値９２よりも大きい場合には、ウィービング動作における左端Ｌ側に軌道１１０がずれていると判定する。

なお、判定部２１ｂは、最小ピーク値９１と最小ピーク値９２との比を用いて判定を行うこととしてもよい。たとえば、最小ピーク値９１を最小ピーク値９２で除した値から１を引いた値の絶対値が、予め定められた閾値よりも大きい場合に、判定部２１ｂは、溶接線１００と軌道１１０とがずれていると判定する。

そして、判定部２１ｂは、最小ピーク値９１を最小ピーク値９２で除した値が１よりも大きい場合には、ウィービング動作における左端Ｌ側に軌道１１０がずれていると判定し、１よりも小さい場合には、右端Ｒ側に軌道１１０がずれていると判定する。

ところで、これまでは、判定部２１ｂが、最小ピーク値９１と最小ピーク値９２との比較に基づいて溶接線１００と軌道１１０とのずれを判定する場合について説明した。しかしながら、これに限らず、判定部２１ｂが、ウィービング動作における右端Ｒ側における溶接電圧の積算値と、左端Ｌ側における溶接電圧の積算値との比較に基づいてかかる判定を行うこととしてもよい。

具体的には、図９に示したように、判定部２１ｂは、ウィービング動作における右端Ｒ側における溶接電圧の積算値９３と、左端Ｌ側における溶接電圧の積算値９４とを比較する。そして、積算値９３と積算値９４との差があらかじめ定められた閾値よりも大きい場合に、判定部２１ｂは、溶接線１００と軌道１１０とがずれていると判定する。そして、判定部２１ｂは、積算値９３と積算値９４とのうち小さいほうに軌道１１０がずれていると判定する。

図９に示した場合では、積算値９３のほうが積算値９４よりも小さいので、判定部２１ｂは、右端Ｒ側に軌道１１０がずれていると判定する。逆に、積算値９３のほうが積算値９４よりも大きい場合には、判定部２１ｂは、左端Ｌ側に軌道１１０がずれていると判定する。

このように、判定部２１ｂは、ウィービング動作における右端Ｒ側の電圧と、左端Ｌ側の電圧のうち、電圧が低い側に軌道１１０がずれていると判定する。そして、補正部２１ｃは、電圧が高い側に軌道１１０を戻すように補正する。ここで、「電圧が高い」という表現は、「溶接電圧の最小ピーク値が高い」、「溶接電圧の積算値が高い」、あるいは、「対応するタイミングにおける溶接電圧が高い」といった意味を含むものとする。

なお、補正部２１ｃは、判定部２１ｂから軌道１１０のずれがある旨の通知を受けるたびに補正を実行してもよいし、同じ側にずれた旨の通知を所定回数連続して受けた場合に補正を実行してもよい。たとえば、補正部２１ｃは、判定部２１ｂから軌道１１０が右端Ｒ側にずれた旨の通知を２回続けて受けた場合に、補正を実行する。このようにすることで、ノイズ等の影響を抑えつつ軌道１１０の補正を行うことができる。

次に、図５に示したロボットコントローラ２０が実行する処理手順について図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、ロボットコントローラ２０が実行する処理手順を示すフローチャート（その１）であり、図１１は、ロボットコントローラ２０が実行する処理手順を示すフローチャート（その２）である。

なお、図１０では、判定部２１ｂが、溶接電圧の最小ピーク値に基づいて判定を行う場合について、図１１では、判定部２１ｂが、溶接電圧の積算値に基づいて判定を行う場合について、それぞれ説明する。

まず、判定部２１ｂが、溶接電圧の最小ピーク値に基づいて判定を行う場合について説明する。図１０に示すように、判定部２１ｂは、隣り合う最小ピーク値の差分が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、かかる差分が閾値よりも大きい場合には（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、判定部２１ｂは、ウィービング動作における右端Ｒ側と左端Ｌ側のどちらが大きいかを含めて補正部２１ｃへ通知する。

かかる通知を受けた補正部２１ｃは、最小ピーク値が大きい側（右端Ｒ側および左端Ｌ側のいずれか）へ、溶接トーチ１３の軌道１１０を補正し（ステップＳ１０２）、処理を終了する。

ここで、補正部２１ｃは、あらかじめ定められた補正値だけ軌道１１０を補正する。なお、ステップＳ１０１の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、ステップＳ１０２の処理を行うことなく処理を終了する。また、図９を用いて既に説明したように、判定部２１ｂは、最小ピーク値同士の比を閾値と比較することとしてもよい。

次に、判定部２１ｂが、溶接電圧の積算値に基づいて判定を行う場合について説明する。図１１に示すように、判定部２１ｂは、ウィービング動作における中心Ｃの各側（右端Ｒ側および左端Ｌ側のそれぞれ）で、溶接電圧の積算値を算出する（ステップＳ２０１）。

つづいて、判定部２１ｂは、積算値同士の差分が閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０２）。そして、かかる差分が閾値よりも大きい場合には（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、判定部２１ｂは、ウィービング動作における右端Ｒ側と左端Ｌ側のどちらが大きいかを含めて補正部２１ｃへ通知する。

かかる通知を受けた補正部２１ｃは、積算値が大きい側（右端Ｒ側および左端Ｌ側のいずれか）へ、溶接トーチ１３の軌道１１０を補正し（ステップＳ２０３）、処理を終了する。

ここで、補正部２１ｃは、あらかじめ定められた補正値だけ軌道１１０を補正する。なお、ステップＳ２０２の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ２０２、Ｎｏ）、ステップＳ２０３の処理を行うことなく処理を終了する。また、図９を用いて既に説明したように、判定部２１ｂは、積算値同士の比を閾値と比較することとしてもよい。

上述してきたように、本実施形態に係るアーク溶接システム１は、電圧検出部３３と、送給部１４と、多関節ロボット１０と、動作制御部２１ａと、判定部２１ｂと、補正部２１ｃとを備える。電圧検出部３３は、消耗電極である溶接ワイヤ２００と溶接対象であるワークＷとの間の電圧を検出する。送給部１４は、溶接ワイヤ２００をワークＷに対して前進および後退させる動作（進退動作）を繰り返す。

また、多関節ロボット１０には、送給部１４が設けられる。動作制御部２１ａは、送給部１４から送給される溶接ワイヤ２００を、所定の軌道１１０を跨いで所定の振幅Ａで往復させながら軌道１１０に沿ってワークＷに対して移動させる動作を多関節ロボット１０に行わせる。判定部２１ｂは、電圧検出部３３によって検出された電圧に基づいて軌道１１０があらかじめ定められた溶接線１００からずれたか否かを判定する。補正部２１ｃは、判定部２１ｂによって軌道１１０が溶接線１００からずれたと判定された場合に、軌道１１０を補正する。

したがって、本実施形態に係るアーク溶接システム１によれば、溶接ワイヤ２００の進退動作およびウィービング動作を行いつつアーク溶接を行う場合であっても、軌道１１０の溶接線１００からのずれを良好に補正することができる。

なお、上述した実施形態では、溶接トーチ１３をワークＷに対して移動する場合について説明したが、溶接トーチ１３をワークＷに対して相対的に移動させることとすれば足りる。たとえば、ポジショナなどのワークＷを保持する装置を動作させることによってワークＷを移動させたり、溶接トーチ１３およびワークＷの双方を移動させたりすることとしてもよい。

また、上述した実施形態では、判定部２１ｂによる判定結果に応じて補正部２１ｃが軌道１１０の補正を行う場合について説明したが、補正部２１ｃを省略することとしてもよい。すなわち、軌道１１０の補正を行うかわりに、エラー報知を行ったり、溶接中止を行ったりすることとしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ アーク溶接システム
１０ 多関節ロボット
１１ ロボットアーム
１２ 関節部
１３ 溶接トーチ
１４ 送給部
２０ ロボットコントローラ
２１ 制御部
２１ａ 動作制御部
２１ｂ 判定部
２１ｃ 補正部
２２ 記憶部
２２ａ 教示情報
３０ アーク溶接装置
３０ａ 一次整流回路
３０ｂ スイッチング回路
３０ｃ 変圧器
３０ｄ 二次整流回路
３０ｅ リアクトル
３１ 制御部
３１ａ 検出部
３１ｂ 指示部
３１ｃ 送給調整部
３１ｄ 電力調整部
３２ 記憶部
３２ａ 送給速度情報
３２ｂ 溶接情報
３３ 電圧検出部
３４ 電流検出部
４０ 商用電源
１００ 溶接線
１１０ 軌道
１１１ ウィービング軌跡
２００ 溶接ワイヤ
２０１ ワイヤ貯蔵部
２０２ ガスボンベ
Ｗ ワーク
Ｃ 中心
Ｒ 右端
Ｌ 左端

Claims (6)

1. 消耗電極である溶接ワイヤと溶接対象であるワークとの間の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記溶接ワイヤを前記ワークに対して前進および後退させる動作を繰り返す送給部と、
   前記送給部が設けられる多関節ロボットと、
   前記送給部から送給される前記溶接ワイヤを、所定の軌道を跨いで所定の振幅で往復させながら当該軌道に沿って前記ワークに対して移動させる動作を前記多関節ロボットに行わせる動作制御部と、
   前記電圧検出部によって検出された電圧に基づいて前記軌道があらかじめ定められた溶接線からずれたか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記軌道が前記溶接線からずれたと判定された場合に、前記軌道を補正する補正部と
   を備えることを特徴とするアーク溶接システム。
2. 前記判定部は、
   前記電圧検出部によって検出された電圧の経時変化における隣り合う最小ピーク値同士の比較結果に基づいて前記軌道が前記溶接線からずれたか否かを判定すること
   を特徴とする請求項１に記載のアーク溶接システム。
3. 前記判定部は、
   前記溶接ワイヤを往復させる動作において前記溶接ワイヤが前記軌道の一方側に位置する区間における前記電圧の積算値と、他方側に位置する区間における前記電圧の積算値との比較結果に基づいて前記軌道が前記溶接線からずれたか否かを判定すること
   を特徴とする請求項１に記載のアーク溶接システム。
4. 前記補正部は、
   前記軌道の両側のうち前記電圧検出部によって検出された電圧が高い側へ当該軌道をずらす補正を行うこと
   を特徴とする請求項１、２または３に記載のアーク溶接システム。
5. 前記補正部は、
   前記軌道をずらす補正を行う際に、あらかじめ定められた補正量ずつ当該軌道をずらすこと
   を特徴とする請求項４に記載のアーク溶接システム。
6. 前進および後退を繰り返しつつ送給される溶接ワイヤを、所定の軌道を跨いで所定の振幅で往復させながら当該軌道に沿ってワークに対して相対的に移動させる移動工程と、
   前記溶接ワイヤおよび前記ワーク間の電圧に基づいて前記軌道があらかじめ定められた溶接線からずれたか否かを判定する判定工程と、
   前記判定工程において前記軌道が前記溶接線からずれたと判定された場合に、前記軌道を補正する補正工程と
   を含むことを特徴とするアーク溶接方法。

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