JP3227938U

JP3227938U - 変動振幅ウィービング溶接装置および溶接ロボット

Info

Publication number: JP3227938U
Application number: JP2019600172U
Authority: JP
Inventors: 欧陽超; 劉曙; 王亜磊; 汪金祥; 甘霖; 侯軍華; 黄世涛
Original assignee: 中建鋼構有限公司
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2028-06-22
Also published as: WO2019041984A1; DE212018000302U1; CN107755937A

Abstract

【課題】部材の組立が非対称の状況で、溶接ロボットを採用すると、溶接不良が容易に出現することを改善する変動振幅ウィービング溶接装置を提供する。【解決手段】測定センサ、溶接トーチおよび制御装置を含む変動振幅ウィービング溶接装置であって、制御装置は、測定センサを使用して開先の開先情報を測定する測定モジュール、開先情報に基づいて３次元直角座標系を構築し、さらに溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する計算モジュール、および、算出した各溶接点の座標に基づいて、溶接トーチに対応するウィービング経路を作成し、さらに溶接トーチがウィービング経路に沿って溶接するように制御する制御モジュールを、含む。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照

本出願は２０１７年０８月３１日に中国特許庁に出願された、出願番号第２０１７１０７７０８９４．６号「変動振幅ウィービング溶接方法、装置および溶接ロボット」の優先権を主張し、その開示全体は引用により本出願に組み込まれる。

本考案は、溶接技術分野に関し、特に変動振幅ウィービング溶接方法、装置および溶接ロボットに関する。

溶接は、加熱、高温または高圧の方法により、金属またはその他の熱可塑性材料（例えばプラスチック）を接合する製造プロセスおよび技術であり、建築工事の施工および鉄骨構造部材の製造分野に幅広く応用される。

このうち、溶接効率および溶接の質は、建築工事の施工および鉄骨構造部材の製造における効率および質に直接影響を及ぼす。したがって、溶接の効率および溶接の質を高めるため、現在、溶接ロボットの自動化技術は次第に手溶接を代替し始めている。しかし、溶接ロボットの溶接過程は比較的複雑な機構、制御、冶金成形過程であり、柔軟性は人に及ばない。したがって部材の組立が非対称の状況で、溶接ロボットが楔形の開先または「ベルマウス」形の開先に出くわした場合、溶接不良の問題が容易に出現する。

本考案は、変動振幅ウィービング溶接方法、装置および溶接ロボットを提供し、既存技術において、部材の組立が非対称の状況で、溶接ロボットを採用して溶接すると、溶接不良が容易に出現する技術的課題を改善することを目的とする。

上記目的を実現するため、本考案の第１の方面は、変動振幅ウィービング溶接方法を提供する。前記変動振幅ウィービング溶接方法は、
予め設けた測定センサを使用して開先の開先情報を測定すること、
前記開先情報に基づいて３次元直角座標系を構築し、さらに溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出すること、および、
算出した各溶接点の座標に基づいて、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成し、さらに前記溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って溶接するように制御することを、含む。

任意に、前記開先情報は、前記開先に対応する溶接シームの溶接シーム長さおよび溶接シーム夾角を含む。予め設けた測定センサを使用して開先の開先情報を測定する前記工程は、
前記測定センサを使用して前記溶接シームの位置パラメータ情報を測定し、前記位置パラメータ情報に基づいて前記溶接シームの始端部および終端部を確定し、さらに前記始端部および終端部の間の相対距離を前記溶接シーム長さとすること、および、
前記位置パラメータ情報に基づいて、前記始端部および終端部の溶接シーム幅を確定し、さらに前記始端部および終端部の溶接シーム幅および前記溶接シーム長さに基づいて、前記溶接シーム夾角を算出することを、含む。

任意に、前記溶接トーチにプリセットされたステップ幅は、２．５ｃｍ〜４．５ｃｍである。

任意に、溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する工程は、
前記溶接シームをいくつかのサブ溶接シームに均等に分け、前記サブ溶接シームの長さを前記溶接トーチのステップ幅とし、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出することをさらに含む。

任意に、算出した各溶接点の座標に基づいて、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成する工程は、
各溶接点の横座標値を抽出し、各溶接点の横座標値の大きさに基づいて、順番に前記各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続すること、および、
前記各溶接点の間の接続線を前記溶接トーチに対応するウィービング経路とし、前記接続線は直線であるか、または設定した弧度を有する円弧であることを、含む。

任意に、前記変動振幅ウィービング溶接方法は、
前記開先の加工精度に基づいて、前記溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定すること、および、
前記溶接トーチが前記開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが前記溶接点に対して溶接補償を行うように制御することを、さらに含む。

任意に、前記振幅補償値は０．５ｍｍ〜３ｍｍである。

任意に、前記測定センサは、距離測定センサ、ＣＣＤ画像センサ、過電流センサまたは電磁センサである。

上記目的を実現するため、本考案の第２の方面は変動振幅ウィービング溶接装置を提供する。前記装置は測定センサ、溶接トーチおよび制御装置を含み、前記制御装置は、
前記測定センサを使用して開先の開先情報を測定する測定モジュール、
前記開先情報に基づいて３次元直角座標系を構築し、さらに溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する計算モジュール、および、
算出した各溶接点の座標に基づいて、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成し、さらに前記溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って溶接するように制御する制御モジュールを、含む。

任意に、前記開先情報は、前記開先に対応する溶接シームの溶接シーム長さおよび溶接シーム夾角を含む。前記測定モジュールは、
前記測定センサを使用して前記溶接シームの位置パラメータ情報を測定し、前記位置パラメータ情報に基づいて前記溶接シームの始端部および終端部を確定し、さらに前記始端部および終端部の間の相対距離を前記溶接シーム長さとし、
前記位置パラメータ情報に基づいて、前記始端部および終端部の溶接シーム幅を確定し、さらに前記始端部および終端部の溶接シーム幅および前記溶接シーム長さに基づいて、前記溶接シーム夾角を算出する。

任意に、前記溶接トーチにプリセットされたステップ幅は２．５ｃｍ〜４．５ｃｍである。

任意に、前記計算モジュールは、さらに、前記溶接シームをいくつかのサブ溶接シームに均等に分け、前記サブ溶接シームの長さを前記溶接トーチのステップ幅とし、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する。

任意に、前記制御モジュールは、
各溶接点の横座標値を抽出し、各溶接点の横座標値の大きさに基づいて、順番に前記各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続し、前記各溶接点の間の接続線を前記溶接トーチに対応するウィービング経路とし、前記接続線は直線であるか、または設定した弧度を有する円弧である。

任意に、前記制御装置は、
前記開先の加工精度に基づいて、前記溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定し、前記溶接トーチが前記開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが前記溶接点に対して溶接補償を行うように制御する振幅補償モジュールをさらに含む。

任意に、前記振幅補償値は０．５ｍｍ〜３ｍｍである。

上記目的を実現するため、本考案の第３の方面は溶接ロボットを提供する。前記溶接ロボットは変動振幅ウィービング溶接装置が設置され、前記変動振幅ウィービング溶接装置は、第２の方面で提供した変動振幅ウィービング溶接装置である。

本考案が提供する変動振幅ウィービング溶接方法は、開先の開先情報を自動的に測定することができ、その後測定した開先情報および溶接トーチのステップ幅に基づいて、開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出し、さらに溶接トーチが移動するウィービング経路を作成する。さらに溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って往復し、ウィービングするように制御することにより、前記開先の溶接を完了する。従来の技術と比較して、前記溶接トーチは溶接シーム中で往復してウィービング溶接することができるため、例えば楔形の開先または「ベルマウス」形の開先を有する部材を効果的に溶接することができる。これにより従来の技術において、部材の組立が非対称の状況で、溶接ロボットを採用して溶接すると、溶接不良が容易に出現する技術的課題を改善した。

本考案の実施例または従来の技術の技術案をより明確に説明するため、以下に、実施例または従来の技術の記載に使用する必要がある図について簡単に説明する。以下に記載する図は本考案のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的労働を行わない前提で、これらの図に基づいてその他の図を得ることもできることは明らかである。

図１は、本考案の１つの実施例における変動振幅ウィービング溶接方法のフローチャートである。図２は、本考案の１つの実施例において、開先情報に基づいて構築した３次元直角座標系の概要図である。図３は、本考案の１つの実施例において、開先の両側の開先面における各溶接点の座標の概要図である。図４は、図１に示す工程Ｓ１０を細分化した工程のフローチャートである。図５は、本考案の１つの実施例において、測定センサで開先情報を測定する場面の概要図である。図６は、本考案の１つの実施例において、測定センサが溶接部材表面のＡ点からＣ点まで移動する際、測定センサから溶接部材表面までの距離の変化傾向を示す概要図である。図７は、図１に示す工程Ｓ３０を細分化した工程のフローチャートである。図８（ａ）は、本考案の１つの実施例において、溶接トーチに対応する直線ウィービング経路の概要図である。図８（ｂ）は、本考案の１つの実施例において、溶接トーチに対応する円弧状ウィービング経路の概要図である。図９は、本考案の１つの実施例における変動振幅ウィービング溶接装置の機能モジュールの概要図である。図１０は、本考案のもう１つの実施例における変動振幅ウィービング溶接装置の機能モジュールの概要図である。

１００変動振幅ウィービング溶接装置
１１０測定モジュール
１２０計算モジュール
１３０制御モジュール
１４０振幅補償モジュール

本考案の目的、特徴、利点をより明確にし、わかりやすくするため、以下、本考案の実施例の図を組み合わせて、本考案の実施例の技術内容を明確、完全に記載する。記載する実施例は本考案の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例でないことは明らかである。本考案の実施例に基づいて、当業者が創造的労働を行わない前提で得られるその他のすべての実施例は、いずれも本考案の保護範囲に属する。

本考案の以下の実施例は、変動振幅ウィービング溶接方法を示す。前記方法は、予め設けた測定センサを使用して開先の開先情報を測定してから、測定した開先情報に基づいて、溶接トーチが移動するウィービング経路を作成する。さらに溶接トーチが前記ウィービング経路に沿ってウィービングするように制御することにより、前記開先の溶接を完了する。前記溶接トーチは溶接シーム中で往復してウィービング溶接することができるため、例えば楔形の開先または「ベルマウス」形の開先を有する部材を効果的に溶接することができる。

図１を参照されたい。図１は、本考案の１つの実施例における変動振幅ウィービング溶接方法のフローチャートである。本実施例において、変動振幅ウィービング溶接方法は、以下の工程を含む。
工程Ｓ１０、予め設けた測定センサを使用して開先の開先情報を測定する。
本実施例において、予め設けた測定センサを使用して、溶接部材表面をスキャンすることにより、溶接部材表面の開先の開先情報を確定する。このうち、開先とは、溶接部材の被溶接部位を加工、組み立ててなる一定の幾何形状の溶接シームを指し、例えばＶ型開先、Ｕ型開先、Ｋ型開先などである。

このうち、前記測定センサはレーザ距離測定センサ、または赤外線距離測定センサ、または光電子距離測定センサなどを採用することができる。測定するとき、測定センサを溶接部材表面で設定したスキャン経路により移動させ、測定センサおよび溶接部材表面の距離の変化値をリアルタイムで記録し、その後記録した変化値に基づいて、開先の開先情報を確定する。

他に、前記測定センサはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）画像センサ、または過電流センサ、または電磁センサなどを採用することもできる。異なるタイプの測定センサを採用するとき、測定方式は異なってもよい。例えばＣＣＤ画像センサを採用するとき、講じる測定方式は、溶接シーム部分を撮影して画像処理を行い、画像の識別により、開先の開先情報を確定する。

工程Ｓ２０、前記開先情報に基づいて３次元直角座標系を構築し、さらに溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する。
本実施例において、開先の開先情報を確定すると、前記開先情報に基づいて３次元直角座標系を構築することができる。このうち、溶接シームの一端を原点、溶接シームの長さの延伸方向を横軸方向、溶接シームの幅の延伸方向を縦軸方向、溶接シームの深さの延伸方向を垂直軸方向とし、３次元直角座標系を構築することができる。

本考案をより良好に理解するため、図２を参照されたい。図２は、本考案の１つの実施例において、開先情報に基づいて構築した３次元直角座標系の概要図である。図２において、０点は原点、Ｘ軸は横軸、Ｙ軸は縦軸、Ｚ軸は垂直軸である。

当然、前記開先は一定の深さを有する立体型の溶接シームであり、さらに前記溶接シームの下底面および上表面の面積は異なるため、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標とは、溶接シームの上表面両側の縁部における溶接トーチが経過する各点の座標、または溶接シーム両側の斜辺における溶接トーチが経過する各点の座標を指す。

このうち、溶接トーチが開先の一側からもう一側にウィービングする過程において、溶接トーチの横軸方向の移動距離を溶接トーチのステップ幅とする。前記ステップ幅の値は実際の溶接の需要に基づいて設定し、一般的に２．５ｃｍ〜４．５ｃｍの間に設定される。

本考案をより良好に理解するため、図３を参照されたい。図３は、本考案の１つの実施例において、開先の両側の開先面における各溶接点の座標の概要図である。図３において、溶接トーチのステップ幅に基づいて、前記開先の一側の各溶接点「Ａ１、Ａ２……Ａ（ｎ−１）、Ａｎ」の座標、および前記開先のもう一側の各溶接点「Ｂ１、Ｂ２、……Ｂ（ｎ−１）、Ｂｎ」の座標を算出することができる。

さらに、工程Ｓ２０に記載の溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する工程は、
前記溶接シームをいくつかのサブ溶接シームに均等に分け、前記サブ溶接シームの長さを前記溶接トーチのステップ幅とし、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出することをさらに含むことができる。

本実施例において、前記溶接シームをいくつかのサブ溶接シームに均等に分け、前記サブ溶接シームの長さを前記溶接トーチのステップ幅とし、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出することができる。

工程Ｓ３０、算出した各溶接点の座標に基づいて、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成し、さらに前記溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って溶接するように制御する。

本実施例において、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出した後、溶接シームの延伸方向に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続することができ、これにより溶接トーチに対応するウィービング経路を作成する。

さらに、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成した後、前記溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って溶接するように制御する。

本実施例が提供する変動振幅ウィービング溶接方法は、開先の開先情報を自動的に測定することができ、その後測定した開先情報および溶接トーチのステップ幅に基づいて、開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出し、さらには溶接トーチが移動するウィービング経路を作成する。さらに溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って往復し、ウィービングするように制御することにより、前記開先の溶接を完了する。従来の技術と比較して、前記溶接トーチは溶接シーム中で往復してウィービング溶接することができるため、例えば楔形の開先または「ベルマウス」形の開先を有する部材を効果的に溶接することができる。これにより従来の技術において、部材の組立が非対称の状況で、溶接ロボットを採用して溶接すると、溶接不良が容易に出現する技術的課題を解決した。

さらに、図１に示す実施例に基づくと、本考案の１つの実施例において、前記開先情報は、開先に対応する溶接シームの溶接シーム長さおよび溶接シーム夾角を任意に含む。図４を参照されたい。図４は、図１に示す工程Ｓ１０を細分化した工程のフローチャートである。本実施例において、前記工程Ｓ１０は以下の工程を含む。
工程Ｓ１１、前記測定センサを使用して前記溶接シームの位置パラメータ情報を測定し、前記位置パラメータ情報に基づいて前記溶接シームの始端部および終端部を確定し、さらに前記始端部および終端部の間の相対距離を前記溶接シーム長さとする。
工程Ｓ１２、前記位置パラメータ情報に基づいて、前記始端部および終端部の溶接シーム幅を確定し、さらに前記始端部および終端部の溶接シーム幅および前記溶接シーム長さに基づいて、前記溶接シーム夾角を算出する。

本考案をより良好に理解するため、図５を参照されたい。図５は、本考案の１つの実施例において、測定センサで開先情報を測定する場面の概要図である。図５において、測定センサが溶接部材の外表面（溶接シーム付近の表面であり、開先の内表面を含まない）に平行な方向に沿って、溶接部材表面のＡ点からＢ点まで移動し、その後さらにＣ点まで移動する過程において、測定センサは溶接部材の外表面に垂直な方向で溶接部材表面（開先の内表面を含む）までの距離をリアルタイムで記録する。図６を参照されたい。図６は、本考案の１つの実施例において、測定センサが溶接部材表面のＡ点からＣ点まで移動する際、測定センサから溶接部材表面までの距離の変化傾向を示す概要図である。溶接部材の表面で全面スキャンすると、溶接シームの位置パラメータ情報を確定することができ、例えば溶接シーム長さ、溶接シームの各位置の幅、深さなどの情報である。

具体的に、前記溶接シームの位置パラメータ情報を測定すると、前記位置パラメータ情報に基づいて、前記溶接シームの始端部および終端部を確定することができ、さらに前記始端部および終端部の間の相対距離を溶接シームの溶接シーム長さとする。任意に、始端部および終端部の間の相対距離は、始端部における溶接シームの幅方向の中点と、終端部における溶接シームの幅方向の中点との間の距離である。

他に、前記位置パラメータ情報に基づいて、前記始端部および終端部の溶接シーム幅を確定することもでき、その後前記溶接シーム長さを再び利用して、三角関数演算により、前記溶接シームの溶接シーム夾角を算出することができる。例えば、前記始端部および終端部の溶接シーム幅をそれぞれＬ₁およびＬ₂、前記溶接シーム長さをｄ、溶接シーム夾角をＱと仮定すると、以下の式（数１）の通りである。

当然、本実施例において、溶接シームにおける任意の２つの位置の溶接シーム幅、およびこの２つの位置の間の距離により、前記溶接シーム角度を算出することもできる。

本実施例が提供する変動振幅ウィービング溶接方法は、測定センサを使用して溶接シームの位置パラメータ情報を測定することにより、溶接シームの溶接シーム長さおよび溶接シーム角度を確定する。前記溶接シーム長さおよび溶接シーム角度、さらに溶接トーチのステップ幅に基づいて、溶接トーチが移動するウィービング経路を作成することができ、これにより前記溶接トーチが溶接シーム中で往復してウィービング溶接するように制御することができる。

図７を参照されたい。図７は、図１に示す工程Ｓ３０を細分化した工程のフローチャートである。さらに、本考案の図１に示す実施例に基づくと、任意に、工程Ｓ３０に記載の算出した各溶接点の座標に基づいて、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成する工程は、以下を含む。
工程Ｓ３１、各溶接点の横座標値を抽出し、各溶接点の横座標値の大きさに基づいて、順番に前記各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続する。
工程Ｓ３２、前記各溶接点の間の接続線を前記溶接トーチに対応するウィービング経路とし、前記接続線は直線であるか、または設定した弧度を有する円弧である。

本考案をより良好に理解するため、図８（ａ）および図８（ｂ）を参照されたい。図８（ａ）は、本考案の１つの実施例において、溶接トーチに対応する直線ウィービング経路の概要図であり、図８（ｂ）は、本考案の１つの実施例において、溶接トーチに対応する円弧状ウィービング経路の概要図である。

このうち、前記ウィービング経路が円弧であるとき、すべての円弧の弧度を同じ値に設定することも、異なる値にすることもできる。各弧度の値が異なるとき、各弧度の値は、前記円弧両端の直線距離に基づいて確定することができる。例えば円弧の弧度および円弧両端の直線距離は反比例または正比例の関係になるように設定し、比率は、当業者が溶接の需要に基づいて設定することができる。

本実施例が提供する変動振幅ウィービング溶接方法は、各溶接点の横座標値の大きさに基づいて、順番に各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続する。前記各溶接点の間の接続線を溶接トーチに対応するウィービング経路とし、前記接続線は直線であるか、または設定した弧度を有する円弧である。これにより、例えば楔形の開先または「ベルマウス」形の開先を有する部材を効果的に溶接することができ、溶接の質を高める。

さらに、本考案の前記変動振幅ウィービング溶接方法の各実施例に基づくと、本考案のもう１つの実施例において、前記変動振幅ウィービング溶接方法は、さらに以下を含むことができる。
前記開先の加工精度に基づいて、前記溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定する。
前記溶接トーチが前記開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが前記溶接点に対して溶接補償を行うように制御する。

本実施例において、溶接トーチをより良好に前記開先の両側の開先面における各溶接点と接触させ、溶接過程で溶接が堅固でない状況が出現するのを防止するため、開先の加工精度に基づいて、前記溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定することができる。前記溶接トーチが開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが各溶接点に対して溶接補償を行うように制御する。

任意に、振幅補償値は０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、前記振幅補償値は当業者が実際の溶接の需要に基づいて設定することも、溶接の精度に基づいて自動的に作成することもできる。前記振幅補償値が１ｍｍであると仮定すると、前記溶接トーチが開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、前記溶接トーチは引き続き開先の幅方向に沿って１ｍｍ移動してから戻る。

当然、前記溶接の精度の要求が高いほど、前記振幅補償値は小さく、溶接精度の要求が低いほど、前記振幅補償値は大きい。

本実施例が提供する変動振幅ウィービング溶接方法は、開先の加工精度に基づいて、溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定する。前記溶接トーチが開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが前記溶接点に対して溶接補償を行うように制御し、これにより溶接過程で溶接が堅固でない状況が出現するのを効果的に防止することができ、溶接の質を確保する。

本考案の以下の実施例は、変動振幅ウィービング溶接装置を提供する。図９を参照されたい。図９は、本考案の１つの実施例における変動振幅ウィービング溶接装置の機能モジュールの概要図である。本実施例において、変動振幅ウィービング溶接装置１００は、測定モジュール１１０を含み、測定モジュール１１０は前記測定センサを使用して開先の開先情報を測定する。
本実施例において、測定モジュール１１０は予め設けた測定センサを使用して、溶接部材表面をスキャンすることにより、溶接部材表面の開先の開先情報を確定する。このうち、開先とは、溶接部材の被溶接部位を加工、組み立ててなる一定の幾何形状の溶接シームを指し、例えばＶ型開先、Ｕ型開先、Ｋ型開先などである。

このうち、前記測定センサはレーザ距離測定センサ、または赤外線距離測定センサ、または光電子距離測定センサなどを採用することができる。測定するとき、測定センサを溶接部材表面で設定したスキャン経路により移動させ、測定センサおよび溶接部材表面の距離の変化値をリアルタイムで測定し、その後記録した変化値に基づいて、開先の開先情報を確定する。

他に、測定センサはＣＣＤ画像センサ、または過電流センサ、または電磁センサなどを採用することもできる。異なるタイプの測定センサを採用するとき、測定方式は異なってもよい。例えばＣＣＤ画像センサを採用するとき、溶接シーム部分を撮影して画像処理を行い、画像の識別により、開先の開先情報を確定することができる。

変動振幅ウィービング溶接装置１００は、計算モジュール１２０をさらに含み、計算モジュール１２０は前記開先情報に基づいて３次元直角座標系を構築し、さらに溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する。
本実施例において、測定モジュール１１０が開先の開先情報を確定すると、計算モジュール１２０は前記開先情報に基づいて３次元直角座標系を構築することができる。このうち、溶接シームの一端を原点、溶接シームの長さの延伸方向を横軸方向、溶接シームの幅の延伸方向を縦軸方向、溶接シームの深さの延伸方向を垂直軸方向とし、３次元直角座標系を構築する。

本考案をより良好に理解するため、図３を参照されたい。図３は、本考案の１つの実施例において、開先の両側の開先面における各溶接点の座標の概要図である。図３において、溶接トーチのステップ幅に基づいて、前記開先の一側の各溶接点「Ａ１、Ａ２……Ａ（ｎ−１）、Ａｎ」の座標、および前記開先のもう一側の各溶接点「Ｂ１、Ｂ２……Ｂ（ｎ−１）、Ｂｎ」の座標を算出することができる。

さらに、前記計算モジュール１２０は、前記溶接シームをいくつかのサブ溶接シームに均等に分け、前記サブ溶接シームの長さを前記溶接トーチのステップ幅とし、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する。

本実施例において、計算モジュール１２０は前記溶接シームをいくつかのサブ溶接シームに均等に分けることができ、前記サブ溶接シームの長さを前記溶接トーチのステップ幅とし、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する。

変動振幅ウィービング溶接装置１００は、制御モジュール１３０をさらに含み、制御モジュール１３０は算出した各溶接点の座標に基づいて、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成し、さらに前記溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って溶接するように制御する。

本実施例において、計算モジュール１２０が前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出した後、制御モジュール１３０は溶接シームの延伸方向に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続することができ、これにより溶接トーチに対応するウィービング経路を作成する。

さらに、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成した後、制御モジュール１３０は前記溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って溶接するように制御する。

本実施例が提供する変動振幅ウィービング溶接装置１００は、測定モジュール１１０が開先の開先情報を測定することにより、計算モジュール１２０が前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を計算する。その後制御モジュール１３０が、測定した開先情報に基づいて、溶接トーチが移動するウィービング経路を作成する。さらに溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って往復し、ウィービングするように制御することにより、前記開先の溶接を完了する。従来の技術と比較して、前記溶接トーチは溶接シーム中で往復してウィービング溶接することができるため、例えば楔形の開先または「ベルマウス」形の開先を有する部材を効果的に溶接することができる。これにより従来の技術において、部材の組立が非対称の状況で、溶接ロボットを採用して溶接すると、溶接不良が容易に出現する技術的課題を解決した。

さらに、図９の実施例に示す変動振幅ウィービング溶接装置に基づくと、任意に、前記開先情報は開先に対応する溶接シームの溶接シーム長さおよび溶接シーム夾角を含む。前記測定モジュール１１０は、
前記測定センサを使用して前記溶接シームの位置パラメータ情報を測定し、前記位置パラメータ情報に基づいて前記溶接シームの始端部および終端部を確定し、さらに前記始端部および終端部の間の相対距離を前記溶接シーム長さとし、
前記位置パラメータ情報に基づいて、前記始端部および終端部の溶接シーム幅を確定し、さらに前記始端部および終端部の溶接シーム幅および前記溶接シーム長さに基づいて、前記溶接シーム夾角を算出する。

具体的に、測定モジュール１１０は、前記溶接シームの位置パラメータ情報を測定すると、前記位置パラメータ情報に基づいて、前記溶接シームの始端部および終端部を確定することができ、さらに前記始端部および終端部の間の相対距離を溶接シームの溶接シーム長さとする。任意に、始端部および終端部の間の相対距離は、始端部における溶接シームの幅方向の中点と、終端部における溶接シームの幅方向の中点との間の距離である。

他に、前記位置パラメータ情報に基づいて、前記始端部および終端部の溶接シーム幅を確定することもでき、その後前記溶接シーム長さを再び利用して、三角関数演算により、前記溶接シームの溶接シーム夾角を算出することができる。例えば、前記始端部および終端部の溶接シーム幅をそれぞれＬ₁およびＬ₂、前記溶接シーム長さをそれぞれｄ、溶接シーム夾角をＱと仮定すると、以下の式（数２）の通りである。

当然、本実施例において、測定モジュール１１０は溶接シームにおける任意の２つの位置の溶接シーム幅、およびこの２つの位置の間の距離により、前記溶接シーム角度を算出することもできる。

本実施例が提供する変動振幅ウィービング溶接装置１００は、測定モジュール１１０が測定センサを使用して溶接シームの位置パラメータ情報を測定することにより、溶接シームの溶接シーム長さおよび溶接シーム角度を確定する。前記溶接シーム長さおよび溶接シーム角度、さらに溶接トーチのステップ幅に基づいて、溶接トーチが移動するウィービング経路を作成することができ、これにより前記溶接トーチが溶接シーム中で往復してウィービング溶接するように制御することができる。

さらに、図９の実施例に示す変動振幅ウィービング溶接装置に基づくと、任意に、前記制御モジュール１３０は、各溶接点の横座標値を抽出し、各溶接点の横座標値の大きさに基づいて、順番に前記各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続し、前記各溶接点の間の接続線を前記溶接トーチに対応するウィービング経路とし、前記接続線は直線であるか、または設定した弧度を有する円弧である。

このうち、前記ウィービング経路が円弧であるとき、すべての円弧の弧度を同じ値に設定することも、異なる値にすることもできる。各弧度の値が異なるとき、各弧度の値は前記円弧両端の直線距離に基づいて確定することができる。例えば円弧の弧度および円弧両端の直線距離が反比例または正比例関係になるように設定し、比率は、当業者が溶接の需要に基づいて設定することができる。

本実施例が提供する変動振幅ウィービング溶接装置１００は、制御モジュール１３０が各溶接点の横座標値の大きさに基づいて、順番に各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続する。前記各溶接点の間の接続線を溶接トーチに対応するウィービング経路とし、前記接続線は直線であるか、または設定した弧度を有する円弧である。これにより、例えば楔形の開先または「ベルマウス」形の開先を有する部材を効果的に溶接することができる。

さらに、上記各実施例の変動振幅ウィービング溶接装置について、図１０を参照されたい。図１０は、本考案のもう１つの実施例における変動振幅ウィービング溶接装置の機能モジュールの概要図である。本実施例において、前記変動振幅ウィービング溶接装置１００は、前記開先の加工精度に基づいて、前記溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定し、前記溶接トーチが前記開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが前記溶接点に対して溶接補償を行うように制御する振幅補償モジュール１４０をさらに含む。

本実施例において、溶接トーチをより良好に前記開先の両側の開先面における各溶接点と接触させ、溶接過程で溶接が堅固でない状況が出現するのを防止するため、振幅補償モジュール１４０は開先の加工精度に基づいて、前記溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定することができる。前記溶接トーチが開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが各溶接点に対して溶接補償を行うように制御する。

本実施例が提供する変動振幅ウィービング溶接装置１００は、振幅補償モジュール１４０が開先の加工精度に基づいて、溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定することができる。前記溶接トーチが開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが前記溶接点に対して溶接補償を行うように制御し、これにより溶接過程で溶接が堅固でない状況が出現するのを効果的に防止することができ、溶接の質を確保する。

さらに、本考案は溶接ロボットも提供する。前記溶接ロボットは変動振幅ウィービング溶接装置を含み、前記変動振幅ウィービング溶接装置は上記各実施例のうちの１つの変動振幅ウィービング溶接装置１００であるため、ここでは省略する。

本考案が提供するいくつかの実施例において、開示した装置および方法はその他の方式で実現可能であることを理解すべきであり、例えば、以上に記載する装置の実施例は例示的なものに過ぎない。例えば、前記モジュールの区分は論理的機能の区分に過ぎず、実際に実現するとき、他の区分方式でもよい。例えば、複数のモジュールもしくは構成部品を組み合わせるか、または他のシステムに集積させることができ、あるいはいくつかの特徴を省略するか、または実行しなくてもよい。もう一点、示した、または討論した相互間の連結または直接結合または通信接続は、いくつかのポートを介した装置またはモジュールの間接結合または通信接続でもよく、電気的、機械的またはその他の形式でもよい。

前記分離部材として説明したモジュールは、物理的に分離可能、または分離不可能であり、モジュールとして示した部材は、物理モジュールでも、そうでなくてもよく、１つの場所に位置しても、複数のネットワークモジュールに分布してもよい。実際の需要に基づき、このうちの一部またはすべてのモジュールを選択し、本実施例の目的を実現することができる。

他に、本考案の各実施例における各機能モジュールは、１つの処理モジュールに集積することも、各モジュールが単独で物理的に存在することも、２つまたは２つ以上のモジュールを１つのモジュールに集積することもできる。前記集積したモジュールは、ハードウェアの形式でも、ソフトウェア機能モジュールの形式でも実現することができる。

前記集積したモジュールをソフトウェア機能モジュールの形式で実現し、独立した製品として販売または使用するとき、記憶媒体にアクセス可能な１つのコンピュータに記憶させることができる。このような理解に基づくと、本考案の技術は本質的に、従来の技術に寄与する部分か、または技術のすべてもしくは一部を、ソフトウェア製品の形式で体現することができる。コンピュータソフトウェア製品は、１つの記憶媒体に記憶され、いくつかのコマンドを含み、このコマンドは１台のコンピュータ装置（パーソナルコンピュータ、サーバ、またはネットワーク装置などでよい）が本考案の各実施例に記載する方法のすべてまたは一部の工程を実行するのに用いられる。前記記憶媒体は、ＵＳＢメモリ、ポータブルハードディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ、ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、磁気ディスクまたは光ディスクなどの各種プログラムコードを記憶することができる媒体を含む。

注意すべきなのは、記載を便利にするため、前記各方法の実施例について、一連の動作の組合せと表現するが、当業者は本考案が記載する動作の順序に制限されないことを承知するべきである。なぜなら、本考案に基づくと、いくつかの工程に対して、その他の順序を採用するか、または同時に行うことができるためである。次に、当業者は、明細書中に記載する実施例がいずれも好ましい実施例に属し、係る動作およびモジュールは必ずしも本考案に必須でないことも承知するべきである。

上記実施例において、各実施例に対する記載は、いずれもそれぞれ重点を有し、ある実施例では詳述していなくても、その他の実施例の関連する記載を参照することができる。

以上は、本考案が提供する変動振幅ウィービング溶接方法、装置および溶接ロボットに対する記載であり、当業者は、本考案の実施例の発想に基づいて、具体的な実施方式および応用範囲を変更することができる。要約すると、本明細書の内容は本考案を制限すると理解すべきではない。

本考案が提供する変動振幅ウィービング溶接方法、変動振幅ウィービング溶接装置および溶接ロボットは、例えば楔形の開先または「ベルマウス」形の開先を有する部材を効果的に溶接することができる。これにより既存技術において、部材の組立が非対称の状況で、溶接ロボットを採用して溶接すると、溶接不良が容易に出現する技術的課題を解決した。

Claims

予め設けた測定センサを使用して開先の開先情報を測定すること、
前記開先情報に基づいて３次元直角座標系を構築し、さらに溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出すること、および、
算出した各溶接点の座標に基づいて、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成し、さらに前記溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って溶接するように制御することを含むことを特徴とする、変動振幅ウィービング溶接方法。
前記開先情報が、前記開先に対応する溶接シームの溶接シーム長さおよび溶接シーム夾角を含み、予め設けた測定センサを使用して開先の開先情報を測定する工程が、
前記測定センサを使用して前記溶接シームの位置パラメータ情報を測定し、前記位置パラメータ情報に基づいて前記溶接シームの始端部および終端部を確定し、さらに前記始端部および終端部の間の相対距離を前記溶接シーム長さとすること、および、
前記位置パラメータ情報に基づいて、前記始端部および終端部の溶接シーム幅を確定し、さらに前記始端部および終端部の溶接シーム幅および前記溶接シーム長さに基づいて、前記溶接シーム夾角を算出することとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の変動振幅ウィービング溶接方法。
前記溶接トーチにプリセットされたステップ幅が２．５ｃｍ〜４．５ｃｍであることを特徴とする、請求項１に記載の変動振幅ウィービング溶接方法。
前記溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する工程が、
前記溶接シームをいくつかのサブ溶接シームに均等に分け、前記サブ溶接シームの長さを前記溶接トーチのステップ幅とし、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出することをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の変動振幅ウィービング溶接方法。
算出した各溶接点の座標に基づいて、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成する工程が、
各溶接点の横座標値を抽出し、各溶接点の横座標値の大きさに基づいて、順番に前記各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続すること、および、
前記各溶接点の間の接続線を前記溶接トーチに対応するウィービング経路とし、前記接続線は直線であるか、または設定した弧度を有する円弧であることを含むことを特徴とする、請求項１に記載の変動振幅ウィービング溶接方法。
前記変動振幅ウィービング溶接方法が、
前記開先の加工精度に基づいて、前記溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定すること、および、
前記溶接トーチが前記開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが前記溶接点に対して溶接補償を行うように制御することをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の変動振幅ウィービング溶接方法。
前記振幅補償値が０．５ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項６に記載の変動振幅ウィービング溶接方法。
前記測定センサが、距離測定センサ、ＣＣＤ画像センサ、過電流センサまたは電磁センサであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の変動振幅ウィービング溶接方法。
測定センサ、溶接トーチおよび制御装置を含む変動振幅ウィービング溶接装置であって、
前記制御装置は、
前記測定センサを使用して開先の開先情報を測定する測定モジュール、
前記開先情報に基づいて３次元直角座標系を構築し、さらに溶接トーチにプリセットされたステップ幅に基づいて、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出する計算モジュール、および、
算出した各溶接点の座標に基づいて、前記溶接トーチに対応するウィービング経路を作成し、さらに前記溶接トーチが前記ウィービング経路に沿って溶接するように制御する制御モジュールを、含むことを特徴とする、変動振幅ウィービング溶接装置。
前記開先情報が、前記開先に対応する溶接シームの溶接シーム長さおよび溶接シーム夾角を含み、
前記測定モジュールは、前記測定センサを使用して前記溶接シームの位置パラメータ情報を測定し、前記位置パラメータ情報に基づいて前記溶接シームの始端部および終端部を確定し、さらに前記始端部および終端部の間の相対距離を前記溶接シーム長さとし、
前記位置パラメータ情報に基づいて、前記始端部および終端部の溶接シーム幅を確定し、さらに前記始端部および終端部の溶接シーム幅および前記溶接シーム長さに基づいて、前記溶接シーム夾角を算出することを特徴とする、請求項９に記載の変動振幅ウィービング溶接装置。
前記溶接トーチにプリセットされたステップ幅が２．５ｃｍ〜４．５ｃｍであることを特徴とする、請求項９に記載の変動振幅ウィービング溶接装置。
前記計算モジュールは、前記溶接シームをいくつかのサブ溶接シームに均等に分け、前記サブ溶接シームの長さを前記溶接トーチのステップ幅とし、前記開先の両側の開先面における各溶接点の座標を算出することを特徴とする、請求項１０に記載の変動振幅ウィービング溶接装置。
前記制御モジュールは、各溶接点の横座標値を抽出し、各溶接点の横座標値の大きさに基づいて、順番に前記各溶接点を「Ｚ」状に接続する方式で接続し、前記各溶接点の間の接続線を前記溶接トーチに対応するウィービング経路とし、前記接続線は直線であるか、または設定した弧度を有する円弧であることを特徴とする、請求項９に記載の変動振幅ウィービング溶接装置。
前記制御装置は、
前記開先の加工精度に基づいて、前記溶接トーチの移動経路に対して振幅補償値を設定し、前記溶接トーチが前記開先の両側の開先面における溶接点まで移動したとき、設定した振幅補償値に基づいて、前記溶接トーチが前記溶接点に対して溶接補償を行うように制御する振幅補償モジュールをさらに含むことを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の変動振幅ウィービング溶接装置。
前記振幅補償値が０．５ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項１４に記載の変動振幅ウィービング溶接装置。
前記測定センサが、距離測定センサ、ＣＣＤ画像センサ、過電流センサまたは電磁センサであることを特徴とする、請求項９〜１５のいずれか１項に記載の変動振幅ウィービング溶接装置。
請求項９〜１６のいずれか１項に記載の変動振幅ウィービング溶接装置を含むことを特徴とする、溶接ロボット。