JP2022107350A - 溶接ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を高めることができる溶接ロボットを提供する。【解決手段】アーク溶接を行う溶接部２と、溶接の施工条件に従って溶接部２の動作を制御する制御部１１と、を備え、制御部１１は、溶接部２にアーク溶接を行なわせている間、アーク放電のための電流を出力させない第１期間とアーク放電のための電流を出力させる第２期間とを交互に繰り返し、溶接部２に含まれる溶接トーチ２２を継続して移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、溶接ロボットに関する。

溶接ロボットを使用して物を生産する場合、生産物の品質を一定以上に保つことが求められる。下記特許文献１には、溶接母材に対する溶接入熱を減らすことで、生産物の品質を高めようとする溶接ロボットが開示されている。この溶接ロボットは、溶接トーチを停止させた状態でアークを発生させ、そのアークを終わらせた後に、次回のアークを発生させる位置まで溶接トーチを移動させる。

特開平６－５５２６８号公報

特許文献１のようにアークを発生させている間、ずっと溶接トーチを停止させ続けると、溶接時間が長くなってしまい、生産性が低下する。

そこで、本発明は、生産性を高めることができる溶接ロボットを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る溶接ロボットは、アーク溶接により形成される溶接ビードをウロコ状に重ね合わせながら溶接を行う溶接ロボットであって、アーク溶接を行う溶接部と、溶接の施工条件に従って溶接部の動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、溶接部にアーク溶接を行なわせている間、アーク放電のための電流を出力させない第１期間とアーク放電のための電流を出力させる第２期間とを交互に繰り返し、溶接部に含まれる溶接トーチを継続して移動させる。

この態様によれば、溶接部にアーク溶接を行なわせている間、溶接トーチを継続して移動させることができるため、アークを発生させている間に溶接トーチを停止させる場合に比べ、溶接時間を短縮することが可能となる。

上記態様において、制御部は、溶接トーチを継続して移動させる際に、一定の速度で溶接トーチを移動させることとしてもよい。

この態様によれば、一定の速度で溶接トーチを確実に移動させ続けることができるため、溶接時間を確実に短縮することが可能となる。

上記態様において、制御部は、溶接トーチを継続して移動させる際に、溶接トーチの速度を可変にすることとしてもよい。

この態様によれば、溶接トーチを異なる速度で移動させることができるため、結果物の外観及び品質を考慮しつつ、溶接時間を短縮することが可能となる。

上記態様において、制御部は、溶接トーチの速度を可変にする際に、第１期間の速度を第１速度とし、第２期間の速度を第１速度よりも遅い第２速度とすることとしてもよい。

この態様によれば、一定の速度で溶接トーチを移動させ続ける場合に比べ、溶接入熱を増やし、より大きなうろこ状の溶接ビードを形成させることが可能となる。

上記態様において、制御部は、アーク放電のための電流を、施工条件に含まれる溶接電流よりも高い電流に変更し、かつアーク放電のための電流の出力時間を短くすることとしてもよい。

この態様によれば、施工条件に含まれる溶接電流を目標として制御する場合と比較して、溶接ビードの溶着量を維持しつつ、溶接ビードの冷却時間を長くすることが可能となる。

上記態様において、制御部は、第２期間において、変更後のアーク放電のための電流を出力してから変更後のアーク放電のための電流よりも低い電流を所定時間さらに出力することとしてもよい。

この態様によれば、溶接ビードへの入熱を抑えつつ、溶接ビードの溶着量を増やすことが可能となる。

本発明によれば、生産性を高めることができる溶接ロボットを提供することができる。

本発明に係る溶接ロボットとしての制御装置を含む溶接システムの概略構成を例示する図である。 溶接トーチがアーク溶接中に一定の速度で移動する様子を表すグラフである。 溶接トーチがアーク溶接中に溶接電流値に基づいて速度を変えながら移動する様子を表すグラフである。 図１の溶接システムの動作の一例を説明するためのフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

図１は、本発明に係る溶接ロボットとしての制御装置を含む溶接システムの概略構成を例示するブロック図である。溶接システム１００は、例えば、制御装置１及び溶接部２を備える。溶接部２は、制御装置１において設定される施工条件に従ってアーク溶接を行う部位であり、例えばマニピュレータである。具体的に、溶接部２は、工場の床面等に固定されるベース部材上に設けられる多関節アーム２１と、多関節アーム２１の先端に連結される溶接トーチ２２と、多関節アーム２１に固定されるワイヤ送給装置２３と、ワークを設置する作業台２４とを有する。

制御装置１は、例えば、プロセッサ、メモリ及び通信インタフェースを含む制御ユニットにより構成される。制御装置１は、例えば、プロセッサがメモリに格納された所定のプログラムを実行することにより、後述する各種機能を実現する。

制御装置１は、単一の制御ユニットにより構成されることとしてもよいし、複数のユニットにより構成されることとしてもよい。複数のユニットにより構成される場合の一例として、制御装置本体と、ティーチペンダントと、溶接電源とにより構成されるものがある。

ティーチペンダントは、作業者が溶接部２の動作を教示するユニットであり、例えば、制御部、記憶部、通信部、入力部及び表示部を含むことができる。

制御装置本体は、ティーチペンダントからの指示に従い、溶接部２及び溶接電源を制御するユニットであり、例えば、制御部、記憶部及び通信部を含むことができる。

溶接電源は、溶接ワイヤの先端とワークとの間にアークを発生させるために、予め定められた溶接の施工条件に従って、溶接電流及び溶接電圧等を溶接部２に供給するユニットである。溶接電源は、例えば、制御部、記憶部、通信部及び計測部を含むことができる。

ここで、溶接の施工条件は、制御装置本体で設定されるデータであり、ワークにアーク溶接を施した結果物の品質に影響を与え得るデータ項目を含む。具体的に、溶接の施工条件には、例えば、溶接条件、溶接開始位置、溶接終了位置、アーク放電の時間、溶接距離、溶接トーチの姿勢及び溶接トーチの移動速度等のデータ項目が含まれる。施工条件に含まれる溶接条件は、アーク溶接を行う際の諸条件を定めるデータ項目である。この溶接条件には、例えば、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度及びワークの厚さ等のデータ項目が含まれる。

施工条件は、例えば、制御装置１が溶接開始命令や溶接終了命令を実行するときに参照する設定ファイルに記憶される。溶接開始命令は、溶接部２にアーク溶接を開始させるための命令である。溶接終了命令は、溶接部２にアーク溶接を終了させるための命令である。

図１の説明に戻る。本実施形態における制御装置１は、機能構成として、例えば、制御部１１、記憶部１２、通信部１３、入力部１４、表示部１５及び溶接電源部１６を有する。なお、制御装置１の機能は、これに限定されることなく、必要に応じて任意の機能を適宜追加することができる。

記憶部１２は、制御装置１における処理の実行に必要な各種プログラムや各種の情報を記憶する。各種の情報として、例えば、溶接の施工条件が該当する。通信部１３は、例えば通信ケーブルＣを介して接続される溶接部２との通信を制御する。

入力部１４及び表示部１５は、例えばティーチペンダントが有する入力機能及び出力機能を含むことができる。具体的に、入力部１４は、複数のキーを有しており、各キーの操作に応じて入力信号を生成し、制御部１１に出力する。表示部１５は、文字や映像等をディスプレイに表示させる。

溶接電源部１６は、例えば溶接電源が有する機能を含むことができる。具体的に、溶接電源部１６は、溶接ワイヤの先端とワークとの間にアークを発生させるために、施工条件に従って、溶接電流及び溶接電圧を溶接部２に供給する。

制御部１１は、メモリに格納された所定のプログラムをプロセッサが実行することにより、各種機能を実現する。各種機能として、例えば、溶接の施工条件に従って溶接部２の動作を制御する機能がある。この溶接部２の動作を制御する機能の一つとして、以下の機能がある。

その機能は、溶接部２にアーク溶接を行なわせている間、アーク放電のための電流を出力させない期間（第１期間、以下「オフ期間」とも言う。）とアーク放電のための電流を出力させる期間（第２期間、以下「オン期間」とも言う。）とを交互に繰り返し、溶接部２に含まれる溶接トーチ２２を継続して移動させる機能である。この機能は、アーク溶接により形成される溶接ビードをウロコ状に重ね合わせながら溶接を行う際に適用されるものである。

上記溶接部２にアーク溶接を行なわせている間とは、例えば、溶接開始命令を出力し、その命令により溶接トーチ２２が動き始めてから、溶接終了命令を出力し、その命令により溶接トーチ２２が停止するまでの期間である。

この機能について、図２を参照して具体的に説明する。図２は、溶接トーチ２２がアーク溶接中に一定の速度Ｖａで移動する様子を表すグラフである。

オフ期間Ｔ１は、例えば、図２に示す、溶接電流Ｉｗが出力されていない期間であり、具体的には、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間や、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間が該当する。なお、オフ期間Ｔ１は、溶接電流Ｉｗが０[Ａ]となることを要件にする必要はなく、溶接電流Ｉｗがアーク放電を行うことができない電流値の範囲内であればよい。

オン期間Ｔ２は、例えば、図２に示す、溶接電流Ｉｗが出力されている期間であり、具体的には、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間や、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間が該当する。なお、オン期間Ｔ２は、溶接電流ＩｗがＩａ[Ａ]となることを要件にする必要はなく、溶接電流Ｉｗがアーク放電を行わせることができる電流値の範囲内であればよい。

図２に示すように、溶接トーチ２２は、溶接部２がアーク溶接を行なっている間、一定の速度Ｖａで継続して移動することになる。これにより、アークを発生させている間に溶接トーチを停止させる場合に比べ、溶接時間を短縮することができ、生産性を高めることが可能となる。

溶接トーチ２２を移動させる速度Ｖａは、アーク溶接を施す結果物の外観及び品質と溶接時間とを勘案して適宜設定することができ、施工条件のデータとして結果物ごとに設定してもよい。

溶接トーチ２２を移動させる速度は、一定の速度であることに限定されず、変動させることとしてもよい。つまり、アーク溶接中に溶接トーチ２２を継続して移動させつつ、溶接トーチ２２の移動速度を変えることとしてもよい。これにより、溶接入熱や溶接ビードの外観を調整することが可能となる。

溶接トーチ２２の移動速度を変える場合には、例えば、溶接電流値に基づいて溶接トーチ２２の移動速度を変えることが好ましい。図３を参照して具体的に説明する。図３は、溶接トーチ２２がアーク溶接中に溶接電流値に基づいて速度を変えながら移動する様子を表すグラフである。

図３に示すように、溶接トーチ２２は、オフ期間Ｔ１では、速度Ｖ１（第１速度）で移動し、オン期間Ｔ２では、速度Ｖ２（第２速度）で移動する。つまり、オン期間Ｔ２の速度Ｖ２は、オフ期間Ｔ１の速度Ｖ１よりも遅い。

オン期間Ｔ２の速度Ｖ２をオフ期間の速度Ｖ１よりも遅くすることで、一定の速度Ｖ１で溶接トーチ２２を移動させ続ける場合に比べ、溶接入熱を増やし、より大きなうろこ状の溶接ビードを形成させることが可能となる。

溶接トーチ２２を移動させる速度Ｖ１、Ｖ２は、アーク溶接を施す結果物の外観及び品質と溶接時間とを勘案して適宜設定することができ、施工条件のデータとして結果物ごとに設定してもよい。

次に、図４を参照して、実施形態における溶接システム１００の動作の一例について説明する。

最初に、制御部１１は、溶接を開始させるタイミングになった場合に、溶接開始命令を出力する（ステップＳ１０１）。これにより、アーク溶接が開始される。

続いて、制御部１１は、溶接の施工条件に従って溶接部２の溶接トーチ２２を継続して移動させる（ステップＳ１０２）。溶接トーチ２２の移動は、一定の速度であってもよいし、溶接電流値に基づいて速度を変えてもよい。

続いて、制御部１１は、溶接を終了させるタイミングになったか否かを判定する（ステップＳ１０３）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）に、制御部１１は、アーク溶接が行われていると判定し、上記ステップＳ１０２の処理を継続する。

上記ステップＳ１０３の判定で溶接を終了させるタイミングになったと判定した場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）に、制御部１１は、溶接終了命令を出力し（ステップＳ１０４）、溶接部２の溶接トーチ２２を停止させる（ステップＳ１０５）。これにより、アーク溶接が終了するとともに、本動作も終了する。

前述したように、実施形態における溶接システム１００によれば、溶接部２にアーク溶接を行なわせている間、アーク放電のための電流を出力させないオフ期間と、アーク放電のための電流を出力させるオン期間と、を交互に繰り返し、溶接トーチ２２を継続して移動させることができる。

これにより、アークを発生させている間に溶接トーチを停止させる場合に比べ、溶接時間を短縮することができ、生産性を高めることが可能となる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、他の様々な形で実施することができる。このため、上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。例えば、前述した各処理ステップは処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更し、又は並列に実行することができる。

[第１変形例]
前述した実施形態におけるアーク放電のための電流は、施工条件の溶接条件に設定された溶接電流に従って出力されるが、出力される電流を調整することとしてもよい。例えば、アーク放電のための電流を、施工条件に設定された溶接電流よりも高い電流に変更し、かつ電流の出力時間を短くすることとしてもよい。

その一例として、施工条件に設定された溶接電流が、１００[Ａ]で０．５[ｓ]間出力するように設定されている場合に、アーク放電のための電流を、１３０[Ａ]で０．３[ｓ]間出力するように変更することが挙げられる。

このように、アーク放電のための電流に対応するパルスの出力時間を短くし、その分電流値を高くすることで、施工条件に設定された溶接電流を目標として制御する場合と比較して、溶接ビードの溶着量を維持しつつ、溶接ビードの冷却時間を長くすることが可能となる。これにより、ビード形状のリップルの高さ（うろこ状の高さ）を高くして、ビードの外観を向上させることができる。

施工条件に設定された溶接電流に対して電流値を高くする度合い及び電流の出力時間を短縮する度合いは、溶接ビードの溶着量を維持しつつ、溶接ビードの冷却時間を長くできる範囲で適宜設定することができ、そのような度合いを施工条件の溶接条件等に設定することが好ましい。また、前述のように施工条件に設定された溶接電流を変更して調整するのではなく、調整後の電流値及び出力時間を施工条件の溶接電流等に設定し、その設定した溶接電流を目標として制御することとしてもよい。

[第２変形例]
前述した第１変形例では、アーク放電のための電流を、施工条件に設定された溶接電流よりも高い電流に変更し、かつ出力時間を短くして出力しているが、変更後の電流を出力し、その出力に続けて、施工条件に設定された溶接電流よりも低い電流を所定時間さらに出力することとしてもよい。この場合、溶接電流よりも高い電流を出力している期間と溶接電流よりも低い電流を出力している期間とを合わせた期間が、オン期間となる。

その一例として、施工条件に設定された溶接電流が、１００[Ａ]で０．５[ｓ]間出力し、溶接電流の間隔が０．５[ｓ]になるように設定されている場合に、アーク放電のための電流を、１３０[Ａ]で０．３[ｓ]間出力し、引き続き７０[Ａ]の電流を０．４[ｓ]間出力し、その後次回のアーク放電のための電流を０．３[ｓ]後に出力するように変更することが挙げられる。

前述した第１変形例のように、アーク放電のための電流に対応するパルスの出力時間を短くして電流値を高めた場合には、電流パルスの出力時間が短くなるため、溶接ビードの溶着量を増やすことが難しくなる。

その問題を解決するために、本第２変形例では、第１変形例における電流パルスを出力した直後に、施工条件に設定された溶接電流よりも低い電流に対応する二段目のパルスを引き続き出力する。これにより、第１変形例と比較して、溶接ビードの溶着量を増やすことが可能となる。また、二段目の電流が低いため、溶接ビードへの入熱を抑えることが可能となり、電流を出力しつつ溶接ビードの冷却を進行させることができる。

施工条件に設定された溶接電流に対して電流値を低くする度合い、電流の出力時間及び電流を出力する間隔は、溶接ビードの溶着量を増やしつつ、溶接ビードの冷却を進行させることができる範囲で適宜設定することができ、そのような条件を施工条件の溶接条件等に設定することが好ましい。また、前述のように施工条件に設定された溶接電流を変更して調整するのではなく、調整後の電流値及び出力時間等を施工条件の溶接電流等に設定し、その設定した溶接電流を目標として制御することとしてもよい。

[第３変形例]
前述した第２変形例では、アーク放電のための電流として、オン期間に二段のパルスを出力しているが、パルスを二段出力することに限定されない。例えば、オン期間において、第１変形例における電流パルスを出力し、その出力に続けてスロープ状に電流値を低下させながら所定時間さらにアーク放電のための電流を出力することとしてもよい。このときスロープ状に低下させる電流が、施工条件に設定された溶接電流よりも低い電流になるように電流の遷移状態を設定することが好ましい。

１…制御装置、２…溶接部、１１…制御部、１２…記憶部、１３…通信部、１４…入力部、１５…表示部、１６…溶接電源部、２１…多関節アーム、２２…溶接トーチ、２３…ワイヤ送給装置、２４…作業台、１００…溶接システム

Claims (6)

1. アーク溶接により形成される溶接ビードをウロコ状に重ね合わせながら溶接を行う溶接ロボットであって、
   アーク溶接を行う溶接部と、
   溶接の施工条件に従って前記溶接部の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記溶接部にアーク溶接を行なわせている間、アーク放電のための電流を出力させない第１期間とアーク放電のための電流を出力させる第２期間とを交互に繰り返し、前記溶接部に含まれる溶接トーチを継続して移動させる、
   溶接ロボット。
2. 前記制御部は、前記溶接トーチを継続して移動させる際に、一定の速度で前記溶接トーチを移動させる、
   請求項１記載の溶接ロボット。
3. 前記制御部は、前記溶接トーチを継続して移動させる際に、前記溶接トーチの速度を可変にする、
   請求項１記載の溶接ロボット。
4. 前記制御部は、前記溶接トーチの速度を可変にする際に、前記第１期間の速度を第１速度とし、前記第２期間の速度を前記第１速度よりも遅い第２速度とする、
   請求項３記載の溶接ロボット。
5. 前記制御部は、アーク放電のための電流を、前記施工条件に含まれる溶接電流よりも高い電流に変更し、かつアーク放電のための電流の出力時間を短くする、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の溶接ロボット。
6. 前記制御部は、前記第２期間において、変更後のアーク放電のための電流を出力してから変更後のアーク放電のための電流よりも低い電流を所定時間さらに出力する、
   請求項５記載の溶接ロボット。

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