JP3608060B2 - 溶接線倣い制御方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせ、アーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、溶接トーチの中心を溶接線に正しく倣わせる溶接線倣い制御方法および、ウィービング位置に対する検出信号のリサージュ波形を表示する溶接線倣い制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶接トーチの中心を溶接線に倣わせる制御方法として、溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせて、アーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を利用したアークセンサが広く使用されている。
従来の制御方法は、主に、開先幅方向の位置ずれに対し、ウィービング左端で得られた溶接電流の積分値ＩＬ とウィービング右端で得られた溶接電流の積分値ＩＲ の大きさを比較し、その比較信号に基づいて溶接トーチを左右方向に修正し、溶接線を倣わせることが提案されている（特開昭５２−９６５７号公報）。
即ち、
ＩＬ＞ＩＲの時は、右方向に修正、
ＩＬ＜ＩＲの時は、左方向に修正、
ＩＬ＝ＩＲの時は、修正しないという制御方法を使用していた。
【０００３】
ここで、積分領域としては、
▲１▼ウィービング左半分、ウィービング右半分を積分する全波積分法（図１４参照）▲２▼ウィービング左端、ウィービング右端の領域を積分する中間積分法（図１５参照）等がある。
次に、溶接トーチの位置と溶接線との関係を述ベる。図１６（ａ）は、溶接トーチ３の中心が溶接線２５に対して、左方向にずれている場合（以後、左ずれと呼ぶ）、図１６（ｂ）は、溶接トーチ３の中心が溶接線２５と一致している場合（以後、位置ずれなしと呼ぶ）、図１６（ｃ）は、溶接トーチ３の中心が溶接線２５に対して右方向にずれている場合（以後、右ずれと呼ぶ）である。なお、２６は溶接をする母材である。
【０００４】
一般に、ウィービング周波数が３Ｈｚ程度の低周波領域での溶接は、図１７に示すような、溶接トーチの位置と溶接電流の関係がある。図１７（ａ）は、左ずれの場合、図１７（ｂ）は、位置ずれなしの場合、図１７（ｃ）は、右ずれの場合である。図１７より、溶接トーチの位置ずれの有無にかかわらず、ウィービング動作の往路と復路での溶接電流に差が生じない。これは、溶接電源の自己制御作用により、アーク長が一定に保たれるためであり、ワイヤの突き出し長変化のみが検出信号の変化量と考えることができるためである。この原理成立を前提条件として、従来制御方式による溶接線倣いが行われていた。例として、中間積分方式での積分領域を図１８に示す。図１８の斜線部が積分領域であり、この領域を比較して溶接線倣いが行われている。図１８から明らかなように、位置ずれなしと右ずれ、左ずれの違いは明瞭である。
【０００５】
このような従来の制御方法は、アーク長一定と仮定し、ウィービング動作の往路と復路での検出信号の差が生じない場合は、有効な制御方法である。
又、開先高さ方向の修正としては、ウィービング１周期の平均電流Ｉｃを利用しており、
Ｉｃ＞（設定電流値）の時は、上方向に修正
Ｉｃ＜（設定電流値）の時は、下方向に修正
という制御方法を使用している。
また従来、アークセンサを用いた溶接線倣い制御のモニタ装置として特開平５−３２９６４５号公報がある。これは、溶接電流、あるいは溶接電圧を検出して、開先倣いに必要な成分を開先幅方向のセンシング情報（ＩＬ−ＩＲ）および開先高さ方向のセンシング情報（Ｉｃ）として取り出し、それらのデータ結果を時間経過に対して表示を行っているものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ウィービング周波数が高速になってくると、溶接電源の自己制御作用が、ウィービング動作速度に追いつかなくなり、アーク長を一定に保てなくなる。その結果、ウィービング位置に対する溶接電流値の軌跡が複雑に変化し、ウイービング動作の往路と復路での検出信号の差が生じるために、従来の検出方式にて求めた比較値により、高精度に溶接線を検出することが困難となる。
ウィービング周波数が高速の場合の、溶接電流の変化の一例を図１９に示す。図１９（ａ）は、左ずれの場合、図１９（ｂ）は、位置ずれなしの場合、図１９（ｃ）は、右ずれの場合である。例として、中間積分方式での積分領域を図２０に示す。図２０から、検出感度が最大の領域を積分していないので位置ずれなしと右ずれ、左ずれの違いが不明瞭であることがわかる。この場合、前述の従来制御方法の全波積分法、中間積分法とも、位置ずれ情報を最も感度よく検出できる検出方式とはなっていない。
【０００７】
又、通常、ウィービング周波数が高速であると、前述した図１９のような関係にあるが、位置ずれ量が大きくなるとウィービングの一端で短絡が生じる。その時の電流波形を図２１に示す。図２１（ａ）は、左ずれの場合でありウィービング左端で短絡が生じている。この時、溶接電流の回転方向が図１９（ａ）の場合と逆方向になっている。同様に、図２１（ｂ）は、右ずれの場合でありウィービング右端で短絡が生じている。この時、溶接電流の回転方向が図１９（ｃ）の場合とは、逆方向になっている。よって、ウィービングー端で短絡が発生した場合と、短絡が発生しなかった場合では、溶接電流軌跡の回転方向が異なるという現象がある。
又、従来制御方式では、溶接トーチの狙い角度が変わるとウィービング両端の電流値が変化するため、狙い角度のばらつきによる影響を受け、複雑な構造を有する溶接物に関しては安定した溶接線倣い制御を実現することが困難である。
【０００８】
従来検出方式では、溶接トーチの中心が開先中心位置に対しずれている場合と、ずれていない場合での検出信号の差が小さく、さらに、ウィービング両端で発生する短絡によって検出感度が著しく劣化する。又、溶接トーチの狙い角の影響を受ける。このため、位置ずれの情報が十分に得られず、高精度な溶接線倣い制御が実現しない。
さらに、従来の技術では、開先幅方向のセンシング情報と開先高さ方向のセンシング情報といった一部のデータを画面表示するのみであり、これはセンシング検出原理や積分領域が適正である場合のみに有効である。センシング検出原理や積分領域が最適でない場合、センシングは不安定となるが、開先幅方向のセンシング情報と開先高さ方向のセンシング情報といった一部のデータを表示するだけでは、最適な検出方式や積分領域を設定することができない。一例として、図２０のような溶接電流の変化を示す。図２０（ａ）は左ずれの場合、図２０（ｂ）は位置ずれなしの場合、図２０（ｃ）は右ずれの場合である。例として、中間積分方式での積分領域を図２０の斜線部として示す。図２０から、検出感度が最大の領域を積分していないため、ＩＬとＩＲの差がほとんど生じておらず、そのためずれ有／無の識別が困難であることがわかる。そのため、センシングが不安定となり、場合によっては追従不可能な場合が生じる。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ウィービング周波数が高速の場合、ウィービングの一端で短絡が発生した場合、および、溶接トーチの狙い角度が変動した場合でも、高精度な溶接線倣いが実現できる溶接線倣い制御方法を提供することを目的とする。
ウィービング位置に対する溶接電流の変化が視覚的に捉えられ、アークセンサの検出方式や積分領域が最適であるか確認が行えることにより、安定した高精度なアークセンサが実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従来技術の上記欠点を解決するために、本発明の制御方法は、溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御方法において、前記溶接トーチがウィービング中央からウィービング左端へ左方向に進行している時に検出した第１の検出信号の積分値と、前記溶接トーチがウィービング中央からウィービング右端ヘ右方向に進行している時に検出した第２の検出信号の積分値とを比較し、前記第１の検出信号の積分値と前記第２の検出信号の積分値との差が小さくなる方向に、前記溶接トーチの中心を移動させることを特徴とする。
【００１１】
上記の第１の検出信号の積分値としては、溶接トーチがウィービング左端からウィービング中央ヘ右方向に進行している時のものや、ウィービング中央部を左方向に進行している時のもの、また 第２の検出信号の積分値としては、溶接トーチがウィービング右端からウィービング中央ヘ左方向に進行している時のものや、ウィービング中央部を右方向に進行している時のものを用いることを特徴とする。
また、溶接ワイヤ短絡時の制御方法として、ウィービング左端、又は右端での検出信号の積分値が第１のしきい値以上でかつ、前記第１の検出信号の積分値と前記第２の検出信号の積分値との差の絶対値が第２のしきい値以上の場合、上記第１の検出信号の積分値と上記第２の検出信号の積分値との差が小さくなる方向とは逆方向に、前記溶接トーチの中心を移動させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の制御装置は、溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御装置において、ウィービング位置を記憶する手段と、前記検出信号を記憶する手段と、前記ウィービング位置に対する前記検出信号のリサージュ波形を表示するとともに、前記リサージュ波形内に前記電気的変化を検出する区間を表示することを特徴とする。さらに、前記ウィービング位置を一軸、前記検出信号を一軸、時間を一軸として３次元的にウィービング位置に対する前記検出信号のリサージュ波形を表示することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明を実施するためのシステムの概要を示すブロック図であり、１はロボット制御装置、２は溶接機である。
トーチ３は、溶接ロボット等に取り付けられ、ウィービング動作を行いながら、治具１０上に置かれたワークを溶接する。その時、電流検出器４、電圧検出器５により、電流、電圧値が検出され、それぞれローパスフィルタ６、７で高周波成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器８、９によりディジタル値に変換され、ロボット制御装置１に取り入れられる。取り入れられたデータは、演算器１３内で各種演算が行われ、その結果を基にトーチ３の中心が溶接線の中心に一致するように制御される。
【００１４】
図２は、本発明を実施するための演算回路の構成を示すブロック図である。演算回路２０は、図１中の演算器１３の一具体例を表しており、検出された溶接電流、溶接電圧値は、第１の検出信号積分器２１と第２の検出信号積分器２２で積分される。前記検出信号積分器２１および前記検出信号積分器２２で得られた積分値は、比較器２３により修正信号が演算され、制御回路２４によって、溶接線倣い制御が行われる。
次に、本発明のいくつかの制御方法について、図面を参照しながら順次に説明する。
第１の制御方法では、第１の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング中央からウィービング左端ヘ左方向に進行しているときに検出した信号の積分値であり、第２の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング中央からウィービング右端ヘ右方向に進行しているときに検出した信号の積分値であり、図３の斜線部の領域に相当する。次に、図５の溶接現象となるウィービング周波数が高速の場合を考える。第１の制御方法では、図７の斜線部が第１の検出信号の積分値と第２の検出信号の積分値を表している。図７（ｂ）の位置ずれがない場合、第１の検出信号と第２の検出信号の積分値に差がないが、図７（ａ）、（ｃ）のように位置ずれがある場合、図中の斜線部で表される両積分値の差は明瞭であり、この時、検出感度が最大となっていることがわかる。
【００１５】
第２の制御方法では、第１の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング左端からウィービング中央ヘ右方向に進行している時に検出した信号の積分値であり、第２の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング右端からウィービング中央ヘ左方向に進行している時に検出した信号の積分値であり、図４の斜線部の領域に相当する。次に、図６の溶接現象となるウィービング周波数が高速の場合を考える。第２の制御方法では、図８の斜線部が第１の検出信号の積分値と第２の検出信号の積分値を表している。図８（ｂ）の位置ずれがない場合、第１の検出信号と第２の検出信号の積分値に差がないが、図８（ａ）、（ｃ）のように位置ずれがある場合、両積分値の差は明瞭であり、この時、検出感度が最大となっていることがわかる。
【００１６】
第３の制御方法では、第１の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング中央部を右方向に進行しているときに検出した信号の積分値であり、第２の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング中央部を左方向に進行しているときに検出した信号の積分値であり、図９の斜線部の領域に相当する。図１９のような溶接現象となるウィービング周波数が高速の場合を考える。第３の制御方法では、図１０の斜線部が第１の検出信号の積分値と第２の検出信号の積分値の差を表している。図１０（ｂ）の位置ずれがない場合、第１の検出信号と第２の検出信号の両積分値に差がないが、図１０（ａ）、図１０（ｃ）のように位置ずれがある場合、両積分値の差は明瞭であり、それぞれ符号が反転している。以上のように、ウィービング周波数が高速の場合、位置ずれなしと、右ずれ、左ずれの違いが明瞭である。よって、この制御方法により、高精度な溶接線倣い制御が可能である。
【００１７】
第４の制御方法は、ウィービングの一端で短絡が生じた場合に特に有効な制御方法である。図１１は第４の制御方法を実施するためのブロック図である。図１２は第４の制御方法の処理手順を示すフローチャートである。
図１１において、３１、３２はウィービング左端検出信号積分器、ウィービング右端検出信号積分器で、それぞれウィービング左端、右端での検出信号を積分するものである。３３はしきい値αが設定されたしきい値設定器、３４、３５は積分器３１、積分器３２で得られた信号が、それぞれしきい値α以上であるかを判断する比較器である。しきい値α以上の場合、短絡がウィービング一端で発生したと判断し、識別信号Ａ（短絡発生）が判定器３８に出力される。３６はしきい値βが設定されたしきい値設定器、３７は第３の制御方法を実施した演算回路２０で得られた比較信号が、しきい値設定器３６のしきい値β以上であるかを判断する比較器３７で、その識別信号Ｂ（短絡発生）が判定器３８に出力される。３９は、識別信号Ａ、識別信号Ｂがともに真であるとき、修正信号を逆方向ヘ反転し、制御回路２４に出力する反転器である。判定器３８は識別信号Ａ、識別信号Ｂの一方が偽であるとき、修正信号を反転せず、制御回路２４に出力する。
【００１８】
次に、処理手順について図１２のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、第３の制御方法による処理が行われ（ステップ１）、その後の処理が第４の制御方法による処理になる。即ち、溶接トーチがウィービング中央部を左方向に進行している時は、ウィービングの右端部での検出信号の積分値としきい値αを比較し、又、溶接トーチがウィービング中央部を右方向に進行している時は、ウィービング左端部での検出信号の積分値としきい値αを比較し（ステップ２）、しきい値αより各々の積分値が小さければ、第３の制御方法による処理で得られた修正方向をもとに修正動作が行われる（ステップ５）。また、しきい値αよりどちらか一方の積分値が大きければ、ステップ３に進み、ウィービング中央部を右方向に進行している時に検出した第１の検出信号の積分値と、ウィービング中央部を左方向に進行しているときに検出した第２の検出信号の積分値との差の絶対値がしきい値β以上であるかを比較し、しきい値β以上の場合、第３の制御方法による処理で得られた修正方向とは逆の方向に修正が行われる（ステップ４、５）。以上のように、しきい値αとβによって、短絡がウィービングの一端で発生しているかどうか識別し、短絡が発生している場合は修正方向を反転することで、高精度な溶接線倣い制御が実現できる。
【００１９】
次に、ウィービング位置に対する検出信号のリサージュ波形表示について、図１を参照しながら説明する。リサージュ波形表示は、前述の溶接線倣い制御方法等に用いるに最適である。
第１の装置では、Ａ／Ｄ変換器８、Ａ／Ｄ変換器９により得られた溶接電流および溶接電圧データと、ロボット制御装置１内のウィービング位置検出器１１により得られるトーチ３のウィービング位置データが、モニタ装置１２に入力される。モニタ装置１２は、ウィービング位置データに対しての溶接電流、溶接電圧の関係を図１３のようなリサージュ波形で表示する。リサージュ波形の表示により、ウィービング位置に対する溶接電流の関係が明確になり、検出方法および積分領域の選択も容易となる。図１３のような溶接電流のリサージュ波形が得られている場合は、図１０に示すように、ウィービング左進行方向時のウィービング中心の領域の積分溶接電流をＩＬ、ウィービング右進行方向時のウィービング中心の領域の積分溶接電流をＩＲと設定すると、２つの溶接電流ＩＬとＩＲ の差がより大きく明確となり、図２０の場合に比べ、ずれ情報の把握が明確となることがわかる。
【００２０】
第２の装置では、第１の装置によって得られるリサージュ波形に、検出区間（積分領域）を明示するものである。一例としては、検出区問（積分領域）の検出信号を他の箇所とは異なる色で表示させる方法がある。これにより、検出区間の判断が明確となり、又、検出方法および積分領域が最適であるか確認が容易となる。
第３の装置では、同様にＡ／Ｄ変換器８、Ａ／Ｄ変換器９により得られた溶接電流および溶接電圧データと、ロボット制御装置１内のウィービング位置検出器１１により得られるトーチ３のウィービング位置データが、モニタ装置１２に入力される。モニタ装置１２は、ウィービング位置データに対しての溶接電流、溶接電圧の関係をリサージュ波形で表示し、又、時間の経過を一軸として追加して３次元的にリサージュ波形を表示する。これにより、第１の装置の特徴に加え、時間経過に対してのリサージュ波形の変化も捉えることができる。
【００２１】
本発明により、ウィービング位置に対する溶接電流の変化を視覚的に捉えられ、センシング情報の最もゲインの高い領域も明確になり、適切な積分領域・検出方式が選択可能となる。又、ウィービング動作に対する溶接電流の周期性についても、把握可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述ベたように、本発明によれば以下のような効果がある。
１）検出感度が最も高い領域を積分するので、位置ずれ情報を正確に把握でき、高精度な溶接線倣い制御が実現できる。
２）溶接トーチの狙い角の影響を受けにくいので、安定した溶接線倣い制御が実現できる。
３）ウィービングの一端で短絡が発生しても、確実に短絡情報を把握するので、短絡による影響が少なく高精度な溶接線倣い制御が実現できる。
４）ウィービング周波数が高速な場合に適用できるので、高速溶接が可能である。
５）ウィービング位置に対する溶接電流の変化が視覚的に捉えられ、アークセンサの検出方式や積分領域が最適であるか確認が行えることにより、安定した高精度なアークセンサが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するためのシステムの概要を示すブロック図
【図２】本発明を実施するための演算回路の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１の制御方法での積分領域を示す図
【図４】本発明の第２の制御方法での積分領域を示す図
【図５】ウィービングが高周波の場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【図６】ウィービングが高周波の場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【図７】ウィービングが高周波の場合の第１の制御方法での積分領域を示す図
【図８】ウィービングが高周波の場合の第２の制御方法での積分領域を示す図
【図９】本発明の第３の制御方法での積分領域を示す図
【図１０】ウィービングが高周波の場合の第３の制御方法での検出信号の差分を示す図
【図１１】本発明の第４の制御方法を実施するための要部のブロック図
【図１２】第４の制御方法の処理手順を示すフローチャート
【図１３】ウィービング位置と溶接電流との関係をリサージュ波形で示す図
【図１４】従来の制御方法である全波積分法を示す図
【図１５】従来の制御方法である中間積分法を示す図
【図１６】溶接トーチの溶接線に対する位置を示す図
【図１７】ウィービングが低周波の場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【図１８】ウィービングが低周波の場合の中間積分法での積分領域を示す図
【図１９】ウィービングが高周波の場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【図２０】ウィービングが高周波の場合の中間積分法での積分領域を示す図
【図２１】ウィービングが高周波であり、ウィービングの一端で短絡が生じた場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【符号の説明】
１ ロボット制御装置
２ 溶接機
３ 溶接トーチ
４ 電流検出器
５ 電圧検出器
６、７ ローパスフィルタ
８、９ Ａ／Ｄ変換器
１０ 治具
１１ ウイービング位置検出器
１２ モニタ装置
１３ 演算器
２０ 演算回路
２１ 第１の検出信号積分器
２２ 第２の検出信号積分器
２３ 比較器
２４ 制御回路
２５ 溶接線
２６ 母材
３１ ウィービング左端検出信号積分器
３２ ウィービング右端検出信号積分器
３３ しきい値設定器
３４、３５ 比較器
３６ しきい値設定器
３７ 比較器
３８ 判定器
３９ 反転器
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせ、アーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、溶接トーチの中心を溶接線に正しく倣わせる溶接線倣い制御方法および、ウィービング位置に対する検出信号のリサージュ波形を表示する溶接線倣い制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶接トーチの中心を溶接線に倣わせる制御方法として、溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせて、アーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を利用したアークセンサが広く使用されている。
従来の制御方法は、主に、開先幅方向の位置ずれに対し、ウィービング左端で得られた溶接電流の積分値ＩＬ とウィービング右端で得られた溶接電流の積分値ＩＲ の大きさを比較し、その比較信号に基づいて溶接トーチを左右方向に修正し、溶接線を倣わせることが提案されている（特開昭５２−９６５７号公報）。
即ち、
ＩＬ＞ＩＲの時は、右方向に修正、
ＩＬ＜ＩＲの時は、左方向に修正、
ＩＬ＝ＩＲの時は、修正しないという制御方法を使用していた。
【０００３】
ここで、積分領域としては、
▲１▼ウィービング左半分、ウィービング右半分を積分する全波積分法（図１４参照）▲２▼ウィービング左端、ウィービング右端の領域を積分する中間積分法（図１５参照）等がある。
次に、溶接トーチの位置と溶接線との関係を述ベる。図１６（ａ）は、溶接トーチ３の中心が溶接線２５に対して、左方向にずれている場合（以後、左ずれと呼ぶ）、図１６（ｂ）は、溶接トーチ３の中心が溶接線２５と一致している場合（以後、位置ずれなしと呼ぶ）、図１６（ｃ）は、溶接トーチ３の中心が溶接線２５に対して右方向にずれている場合（以後、右ずれと呼ぶ）である。なお、２６は溶接をする母材である。
【０００４】
一般に、ウィービング周波数が３Ｈｚ程度の低周波領域での溶接は、図１７に示すような、溶接トーチの位置と溶接電流の関係がある。図１７（ａ）は、左ずれの場合、図１７（ｂ）は、位置ずれなしの場合、図１７（ｃ）は、右ずれの場合である。図１７より、溶接トーチの位置ずれの有無にかかわらず、ウィービング動作の往路と復路での溶接電流に差が生じない。これは、溶接電源の自己制御作用により、アーク長が一定に保たれるためであり、ワイヤの突き出し長変化のみが検出信号の変化量と考えることができるためである。この原理成立を前提条件として、従来制御方式による溶接線倣いが行われていた。例として、中間積分方式での積分領域を図１８に示す。図１８の斜線部が積分領域であり、この領域を比較して溶接線倣いが行われている。図１８から明らかなように、位置ずれなしと右ずれ、左ずれの違いは明瞭である。
【０００５】
このような従来の制御方法は、アーク長一定と仮定し、ウィービング動作の往路と復路での検出信号の差が生じない場合は、有効な制御方法である。
又、開先高さ方向の修正としては、ウィービング１周期の平均電流Ｉｃを利用しており、
Ｉｃ＞（設定電流値）の時は、上方向に修正
Ｉｃ＜（設定電流値）の時は、下方向に修正
という制御方法を使用している。
また従来、アークセンサを用いた溶接線倣い制御のモニタ装置として特開平５−３２９６４５号公報がある。これは、溶接電流、あるいは溶接電圧を検出して、開先倣いに必要な成分を開先幅方向のセンシング情報（ＩＬ−ＩＲ）および開先高さ方向のセンシング情報（Ｉｃ）として取り出し、それらのデータ結果を時間経過に対して表示を行っているものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ウィービング周波数が高速になってくると、溶接電源の自己制御作用が、ウィービング動作速度に追いつかなくなり、アーク長を一定に保てなくなる。その結果、ウィービング位置に対する溶接電流値の軌跡が複雑に変化し、ウイービング動作の往路と復路での検出信号の差が生じるために、従来の検出方式にて求めた比較値により、高精度に溶接線を検出することが困難となる。
ウィービング周波数が高速の場合の、溶接電流の変化の一例を図１９に示す。図１９（ａ）は、左ずれの場合、図１９（ｂ）は、位置ずれなしの場合、図１９（ｃ）は、右ずれの場合である。例として、中間積分方式での積分領域を図２０に示す。図２０から、検出感度が最大の領域を積分していないので位置ずれなしと右ずれ、左ずれの違いが不明瞭であることがわかる。この場合、前述の従来制御方法の全波積分法、中間積分法とも、位置ずれ情報を最も感度よく検出できる検出方式とはなっていない。
【０００７】
又、通常、ウィービング周波数が高速であると、前述した図１９のような関係にあるが、位置ずれ量が大きくなるとウィービングの一端で短絡が生じる。その時の電流波形を図２１に示す。図２１（ａ）は、左ずれの場合でありウィービング左端で短絡が生じている。この時、溶接電流の回転方向が図１９（ａ）の場合と逆方向になっている。同様に、図２１（ｂ）は、右ずれの場合でありウィービング右端で短絡が生じている。この時、溶接電流の回転方向が図１９（ｃ）の場合とは、逆方向になっている。よって、ウィービングー端で短絡が発生した場合と、短絡が発生しなかった場合では、溶接電流軌跡の回転方向が異なるという現象がある。
又、従来制御方式では、溶接トーチの狙い角度が変わるとウィービング両端の電流値が変化するため、狙い角度のばらつきによる影響を受け、複雑な構造を有する溶接物に関しては安定した溶接線倣い制御を実現することが困難である。
【０００８】
従来検出方式では、溶接トーチの中心が開先中心位置に対しずれている場合と、ずれていない場合での検出信号の差が小さく、さらに、ウィービング両端で発生する短絡によって検出感度が著しく劣化する。又、溶接トーチの狙い角の影響を受ける。このため、位置ずれの情報が十分に得られず、高精度な溶接線倣い制御が実現しない。
さらに、従来の技術では、開先幅方向のセンシング情報と開先高さ方向のセンシング情報といった一部のデータを画面表示するのみであり、これはセンシング検出原理や積分領域が適正である場合のみに有効である。センシング検出原理や積分領域が最適でない場合、センシングは不安定となるが、開先幅方向のセンシング情報と開先高さ方向のセンシング情報といった一部のデータを表示するだけでは、最適な検出方式や積分領域を設定することができない。一例として、図２０のような溶接電流の変化を示す。図２０（ａ）は左ずれの場合、図２０（ｂ）は位置ずれなしの場合、図２０（ｃ）は右ずれの場合である。例として、中間積分方式での積分領域を図２０の斜線部として示す。図２０から、検出感度が最大の領域を積分していないため、ＩＬとＩＲの差がほとんど生じておらず、そのためずれ有／無の識別が困難であることがわかる。そのため、センシングが不安定となり、場合によっては追従不可能な場合が生じる。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ウィービング周波数が高速の場合、ウィービングの一端で短絡が発生した場合、および、溶接トーチの狙い角度が変動した場合でも、高精度な溶接線倣いが実現できる溶接線倣い制御方法を提供することを目的とする。
ウィービング位置に対する溶接電流の変化が視覚的に捉えられ、アークセンサの検出方式や積分領域が最適であるか確認が行えることにより、安定した高精度なアークセンサが実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
従来技術の上記欠点を解決するために、本発明の制御方法は、溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御方法において、前記溶接トーチがウィービング中央からウィービング左端へ左方向に進行している時に検出した第１の検出信号の積分値と、前記溶接トーチがウィービング中央からウィービング右端ヘ右方向に進行している時に検出した第２の検出信号の積分値とを比較し、前記第１の検出信号の積分値と前記第２の検出信号の積分値との差が小さくなる方向に、前記溶接トーチの中心を移動させることを特徴とする。
【００１１】
上記の第１の検出信号の積分値としては、溶接トーチがウィービング左端からウィービング中央ヘ右方向に進行している時のものや、ウィービング中央部を左方向に進行している時のもの、また 第２の検出信号の積分値としては、溶接トーチがウィービング右端からウィービング中央ヘ左方向に進行している時のものや、ウィービング中央部を右方向に進行している時のものを用いることを特徴とする。
また、溶接ワイヤ短絡時の制御方法として、ウィービング左端、又は右端での検出信号の積分値が第１のしきい値以上でかつ、前記第１の検出信号の積分値と前記第２の検出信号の積分値との差の絶対値が第２のしきい値以上の場合、上記第１の検出信号の積分値と上記第２の検出信号の積分値との差が小さくなる方向とは逆方向に、前記溶接トーチの中心を移動させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の制御装置は、溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御装置において、ウィービング位置を記憶する手段と、前記検出信号を記憶する手段と、前記ウィービング位置に対する前記検出信号のリサージュ波形を表示するとともに、前記リサージュ波形内に前記電気的変化を検出する区間を表示することを特徴とする。さらに、前記ウィービング位置を一軸、前記検出信号を一軸、時間を一軸として３次元的にウィービング位置に対する前記検出信号のリサージュ波形を表示することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明を実施するためのシステムの概要を示すブロック図であり、１はロボット制御装置、２は溶接機である。
トーチ３は、溶接ロボット等に取り付けられ、ウィービング動作を行いながら、治具１０上に置かれたワークを溶接する。その時、電流検出器４、電圧検出器５により、電流、電圧値が検出され、それぞれローパスフィルタ６、７で高周波成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器８、９によりディジタル値に変換され、ロボット制御装置１に取り入れられる。取り入れられたデータは、演算器１３内で各種演算が行われ、その結果を基にトーチ３の中心が溶接線の中心に一致するように制御される。
【００１４】
図２は、本発明を実施するための演算回路の構成を示すブロック図である。演算回路２０は、図１中の演算器１３の一具体例を表しており、検出された溶接電流、溶接電圧値は、第１の検出信号積分器２１と第２の検出信号積分器２２で積分される。前記検出信号積分器２１および前記検出信号積分器２２で得られた積分値は、比較器２３により修正信号が演算され、制御回路２４によって、溶接線倣い制御が行われる。
次に、本発明のいくつかの制御方法について、図面を参照しながら順次に説明する。
第１の制御方法では、第１の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング中央からウィービング左端ヘ左方向に進行しているときに検出した信号の積分値であり、第２の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング中央からウィービング右端ヘ右方向に進行しているときに検出した信号の積分値であり、図３の斜線部の領域に相当する。次に、図５の溶接現象となるウィービング周波数が高速の場合を考える。第１の制御方法では、図７の斜線部が第１の検出信号の積分値と第２の検出信号の積分値を表している。図７（ｂ）の位置ずれがない場合、第１の検出信号と第２の検出信号の積分値に差がないが、図７（ａ）、（ｃ）のように位置ずれがある場合、図中の斜線部で表される両積分値の差は明瞭であり、この時、検出感度が最大となっていることがわかる。
【００１５】
第２の制御方法では、第１の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング左端からウィービング中央ヘ右方向に進行している時に検出した信号の積分値であり、第２の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング右端からウィービング中央ヘ左方向に進行している時に検出した信号の積分値であり、図４の斜線部の領域に相当する。次に、図６の溶接現象となるウィービング周波数が高速の場合を考える。第２の制御方法では、図８の斜線部が第１の検出信号の積分値と第２の検出信号の積分値を表している。図８（ｂ）の位置ずれがない場合、第１の検出信号と第２の検出信号の積分値に差がないが、図８（ａ）、（ｃ）のように位置ずれがある場合、両積分値の差は明瞭であり、この時、検出感度が最大となっていることがわかる。
【００１６】
第３の制御方法では、第１の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング中央部を右方向に進行しているときに検出した信号の積分値であり、第２の検出信号の積分値は、溶接トーチがウィービング中央部を左方向に進行しているときに検出した信号の積分値であり、図９の斜線部の領域に相当する。図１９のような溶接現象となるウィービング周波数が高速の場合を考える。第３の制御方法では、図１０の斜線部が第１の検出信号の積分値と第２の検出信号の積分値の差を表している。図１０（ｂ）の位置ずれがない場合、第１の検出信号と第２の検出信号の両積分値に差がないが、図１０（ａ）、図１０（ｃ）のように位置ずれがある場合、両積分値の差は明瞭であり、それぞれ符号が反転している。以上のように、ウィービング周波数が高速の場合、位置ずれなしと、右ずれ、左ずれの違いが明瞭である。よって、この制御方法により、高精度な溶接線倣い制御が可能である。
【００１７】
第４の制御方法は、ウィービングの一端で短絡が生じた場合に特に有効な制御方法である。図１１は第４の制御方法を実施するためのブロック図である。図１２は第４の制御方法の処理手順を示すフローチャートである。
図１１において、３１、３２はウィービング左端検出信号積分器、ウィービング右端検出信号積分器で、それぞれウィービング左端、右端での検出信号を積分するものである。３３はしきい値αが設定されたしきい値設定器、３４、３５は積分器３１、積分器３２で得られた信号が、それぞれしきい値α以上であるかを判断する比較器である。しきい値α以上の場合、短絡がウィービング一端で発生したと判断し、識別信号Ａ（短絡発生）が判定器３８に出力される。３６はしきい値βが設定されたしきい値設定器、３７は第３の制御方法を実施した演算回路２０で得られた比較信号が、しきい値設定器３６のしきい値β以上であるかを判断する比較器３７で、その識別信号Ｂ（短絡発生）が判定器３８に出力される。３９は、識別信号Ａ、識別信号Ｂがともに真であるとき、修正信号を逆方向ヘ反転し、制御回路２４に出力する反転器である。判定器３８は識別信号Ａ、識別信号Ｂの一方が偽であるとき、修正信号を反転せず、制御回路２４に出力する。
【００１８】
次に、処理手順について図１２のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、第３の制御方法による処理が行われ（ステップ１）、その後の処理が第４の制御方法による処理になる。即ち、溶接トーチがウィービング中央部を左方向に進行している時は、ウィービングの右端部での検出信号の積分値としきい値αを比較し、又、溶接トーチがウィービング中央部を右方向に進行している時は、ウィービング左端部での検出信号の積分値としきい値αを比較し（ステップ２）、しきい値αより各々の積分値が小さければ、第３の制御方法による処理で得られた修正方向をもとに修正動作が行われる（ステップ５）。また、しきい値αよりどちらか一方の積分値が大きければ、ステップ３に進み、ウィービング中央部を右方向に進行している時に検出した第１の検出信号の積分値と、ウィービング中央部を左方向に進行しているときに検出した第２の検出信号の積分値との差の絶対値がしきい値β以上であるかを比較し、しきい値β以上の場合、第３の制御方法による処理で得られた修正方向とは逆の方向に修正が行われる（ステップ４、５）。以上のように、しきい値αとβによって、短絡がウィービングの一端で発生しているかどうか識別し、短絡が発生している場合は修正方向を反転することで、高精度な溶接線倣い制御が実現できる。
【００１９】
次に、ウィービング位置に対する検出信号のリサージュ波形表示について、図１を参照しながら説明する。リサージュ波形表示は、前述の溶接線倣い制御方法等に用いるに最適である。
第１の装置では、Ａ／Ｄ変換器８、Ａ／Ｄ変換器９により得られた溶接電流および溶接電圧データと、ロボット制御装置１内のウィービング位置検出器１１により得られるトーチ３のウィービング位置データが、モニタ装置１２に入力される。モニタ装置１２は、ウィービング位置データに対しての溶接電流、溶接電圧の関係を図１３のようなリサージュ波形で表示する。リサージュ波形の表示により、ウィービング位置に対する溶接電流の関係が明確になり、検出方法および積分領域の選択も容易となる。図１３のような溶接電流のリサージュ波形が得られている場合は、図１０に示すように、ウィービング左進行方向時のウィービング中心の領域の積分溶接電流をＩＬ、ウィービング右進行方向時のウィービング中心の領域の積分溶接電流をＩＲと設定すると、２つの溶接電流ＩＬとＩＲ の差がより大きく明確となり、図２０の場合に比べ、ずれ情報の把握が明確となることがわかる。
【００２０】
第２の装置では、第１の装置によって得られるリサージュ波形に、検出区間（積分領域）を明示するものである。一例としては、検出区問（積分領域）の検出信号を他の箇所とは異なる色で表示させる方法がある。これにより、検出区間の判断が明確となり、又、検出方法および積分領域が最適であるか確認が容易となる。
第３の装置では、同様にＡ／Ｄ変換器８、Ａ／Ｄ変換器９により得られた溶接電流および溶接電圧データと、ロボット制御装置１内のウィービング位置検出器１１により得られるトーチ３のウィービング位置データが、モニタ装置１２に入力される。モニタ装置１２は、ウィービング位置データに対しての溶接電流、溶接電圧の関係をリサージュ波形で表示し、又、時間の経過を一軸として追加して３次元的にリサージュ波形を表示する。これにより、第１の装置の特徴に加え、時間経過に対してのリサージュ波形の変化も捉えることができる。
【００２１】
本発明により、ウィービング位置に対する溶接電流の変化を視覚的に捉えられ、センシング情報の最もゲインの高い領域も明確になり、適切な積分領域・検出方式が選択可能となる。又、ウィービング動作に対する溶接電流の周期性についても、把握可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述ベたように、本発明によれば以下のような効果がある。
１）検出感度が最も高い領域を積分するので、位置ずれ情報を正確に把握でき、高精度な溶接線倣い制御が実現できる。
２）溶接トーチの狙い角の影響を受けにくいので、安定した溶接線倣い制御が実現できる。
３）ウィービングの一端で短絡が発生しても、確実に短絡情報を把握するので、短絡による影響が少なく高精度な溶接線倣い制御が実現できる。
４）ウィービング周波数が高速な場合に適用できるので、高速溶接が可能である。
５）ウィービング位置に対する溶接電流の変化が視覚的に捉えられ、アークセンサの検出方式や積分領域が最適であるか確認が行えることにより、安定した高精度なアークセンサが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するためのシステムの概要を示すブロック図
【図２】本発明を実施するための演算回路の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１の制御方法での積分領域を示す図
【図４】本発明の第２の制御方法での積分領域を示す図
【図５】ウィービングが高周波の場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【図６】ウィービングが高周波の場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【図７】ウィービングが高周波の場合の第１の制御方法での積分領域を示す図
【図８】ウィービングが高周波の場合の第２の制御方法での積分領域を示す図
【図９】本発明の第３の制御方法での積分領域を示す図
【図１０】ウィービングが高周波の場合の第３の制御方法での検出信号の差分を示す図
【図１１】本発明の第４の制御方法を実施するための要部のブロック図
【図１２】第４の制御方法の処理手順を示すフローチャート
【図１３】ウィービング位置と溶接電流との関係をリサージュ波形で示す図
【図１４】従来の制御方法である全波積分法を示す図
【図１５】従来の制御方法である中間積分法を示す図
【図１６】溶接トーチの溶接線に対する位置を示す図
【図１７】ウィービングが低周波の場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【図１８】ウィービングが低周波の場合の中間積分法での積分領域を示す図
【図１９】ウィービングが高周波の場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【図２０】ウィービングが高周波の場合の中間積分法での積分領域を示す図
【図２１】ウィービングが高周波であり、ウィービングの一端で短絡が生じた場合の溶接トーチの位置と溶接電流との関係を示す図
【符号の説明】
１ ロボット制御装置
２ 溶接機
３ 溶接トーチ
４ 電流検出器
５ 電圧検出器
６、７ ローパスフィルタ
８、９ Ａ／Ｄ変換器
１０ 治具
１１ ウイービング位置検出器
１２ モニタ装置
１３ 演算器
２０ 演算回路
２１ 第１の検出信号積分器
２２ 第２の検出信号積分器
２３ 比較器
２４ 制御回路
２５ 溶接線
２６ 母材
３１ ウィービング左端検出信号積分器
３２ ウィービング右端検出信号積分器
３３ しきい値設定器
３４、３５ 比較器
３６ しきい値設定器
３７ 比較器
３８ 判定器
３９ 反転器
Claims (9)
- 溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御方法において、前記溶接トーチがウィービング中央からウィービング左端へ左方向に進行している時に検出した第１の検出信号の積分値と、前記溶接トーチがウィービング中央からウィービング右端ヘ右方向に進行している時に検出した第２の検出信号の積分値とを比較し、前記第１の検出信号の積分値と前記第２の検出信号の積分値との差が小さくなる方向に、前記溶接トーチの中心を移動させることを特徴とする溶接線倣い制御方法。
- 溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御方法において、前記溶接トーチがウィービング左端からウィービング中央ヘ右方向に進行している時に検出した第１の検出信号の積分値と、前記溶接トーチがウィービング右端からウィービング中央ヘ左方向に進行している時に検出した第２の検出信号の積分値とを比較し、前記第ｌの検出信号の積分値と前記第２の検出信号の積分値との差が小さくなる方向に、前記溶接トーチの中心を移動させることを特徴とする溶接線倣い制御方法。
- 溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御方法において、前記溶接トーチがウィービング中央部を右方向に進行している時に検出した第１の検出信号の積分値と、前記溶接トーチがウィービング中央部を左方向に進行している時に検出した第２の検出信号の積分値とを比較し、前記第１の検出信号の積分値と前記第２の検出信号の積分値との差が小さくなる方向に、前記溶接トーチの中心を移動させることを特徴とする溶接線倣い制御方法。
- ウィービング左端、又は右端での検出信号の積分値が第１のしきい値以上でかつ、前記第１の検出信号の積分値と前記第２の検出信号の積分値との差の絶対値が第２のしきい値以上の場合、請求項３記載の溶接線倣い制御方法における前記第１の検出信号の積分値と前記第２の検出信号の積分値との差が小さくなる方向とは逆方向に、前記溶接トーチの中心を移動させることを特徴とする溶接倣い制御方法。
- ウィービング位置に対する検出信号のリサージュ波形を表示する、請求項１から４記載のいずれか１つに記載の溶接倣い制御方法。
- ウィービング位置に対する検出信号のリサージュ波形を表示するとともに、前記リサージュ波形内に前記電気的変化を検出する区間を表示する、請求項１から４記載のいずれか１つに記載の溶接倣い制御方法。
- ウィービング位置を一軸、検出信号を一軸、時間を一軸として３次元的にウィービング位置に対する検出信号のリサージュ波形を表示する、請求項１から４記載のいずれか１つに記載の溶接倣い制御方法。
- 溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御装置において、ウィービング位置を記憶する手段と、前記検出信号を記憶する手段と、前記ウィービング位置に対する検出信号のリサージュ波形を表示するとともに、前記リサージュ波形内に前記電気的変化を検出する区間を表示する手段とを有することを特徴とする溶接線倣い制御装置。
- 溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせてアーク長及びワイヤ突き出し長の変化に伴う電気的変化を検出し、検出信号により溶接トーチを溶接線に倣わせる溶接線倣い制御装置において、ウィービング位置を記憶する手段と、前記検出信号を記憶する手段と、前記ウィービング位置を一軸、前記検出信号を一軸、時間を一軸として３次元的にウィービング位置に対する前記検出信号のリサージュ波形を表示する手段を有することを特徴とする溶接線倣い制御装置。
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