JP4891726B2 - タンデムアーク溶接システムを制御するロボット制御装置およびそれを用いたアーク倣い制御方法 - Google Patents

タンデムアーク溶接システムを制御するロボット制御装置およびそれを用いたアーク倣い制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、V形、L形またはこれらに類似した開先を、ロボットを利用して2つの電極を備える溶接トーチを左右にウィービングさせながら、溶接線に倣って進行させてアーク溶接を行うタンデムアーク溶接システムを制御するロボット制御装置およびそれを用いたアーク倣い制御方法に関するものである。

従来、ロボット制御装置等を利用して溶接を自動化したタンデムアーク溶接システムは、あらかじめ作業軌跡をティーチングし、記憶したティーチング軌跡(溶接線)を再生する、いわゆるアーク倣いすることで溶接作業を行う。ここで、アーク倣いとは、溶接トーチのウィービング中心軌跡をティーチング軌跡に正しく倣わせる処理をいう。そして、アーク溶接時のアーク倣いに関する先行技術として、特許文献1がある。この特許文献1には、ロボットの先端に取り付けられた2本の電極(先行極および後行極)の溶接状態量を検出し、先行極または後行極のいずれか1方の溶接状態量に基づいてロボットの軌跡を左右方向に補正し、残りの電極の溶接状態量に基づいてロボット軌跡を上下方向に補正するタンデムアーク溶接システムを制御するロボット制御装置が記載されている。
特開2005−254242号公報(請求項1〜請求項4、図1)

しかしながら、溶接構造物で特に大型の構造物(以下、溶接ワーク)の場合、溶接ワーク自体の位置決めの誤差、各部材の取付誤差、溶接中の熱歪みなどが原因で、実溶接線にティーチング軌跡(溶接線)からの位置ずれが生じる。この位置ずれは、ティーチング軌跡(溶接線)に平行にずれる場合だけでなく、図10に示すように、斜めにずれる場合もある。この場合、先行極2aは、前記したロボット軌跡を左右方向に補正するアーク倣いによって、ティーチング軌跡(溶接線)に追従しても、後行極2bがティーチング軌跡(溶接線)から外れ、アーク倣いの精度が低いという問題があった。この精度の低いアーク倣いでは、結果的に溶接欠陥が生じる。

そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その目的は、アーク倣いの精度に優れ、溶接欠陥が生じることのないアーク溶接が可能となるタンデムアーク溶接システムを制御するロボット制御装置およびそれを用いたアーク倣い制御方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、先行極および後行極を先端に備える溶接トーチと、前記溶接トーチが先端に取り付けられ、当該溶接トーチを溶接進行方向に対して左右にウィービングさせるロボットと、前記先行極および前記後行極に給電を行う先行極電源および後行極電源と、前記先行極および前記後行極のウィービング中の溶接状態量を検出する先行極検出部および後行極検出部とを備え、溶接線に倣ってアーク溶接を行うタンデムアーク溶接システムの前記溶接トーチの位置を制御するロボット制御装置であって、前記先行極検出部で検出された溶接状態量から電気的変化量を算出する先行極処理部と、前記先行極処理部で算出された電気的変化量に基づいてウィービング中心軌跡の前記先行極での前記溶接線からの左右方向および上下方向の位置ずれを補正するための補正量を算出する先行極補正部と、前記後行極検出部で検出された溶接状態量から電気的変化量を算出する後行極処理部と、前記後行極処理部で算出された電気的変化量に基づいて、前記ウィービング中心軌跡の前記後行極での前記溶接線からの前記先行極を中心軸とする回転方向の位置ずれを補正するための補正量を算出する後行極補正部とを備えることを特徴とする。

前記構成によれば、先行極補正部で算出される補正量で、溶接トーチを溶接進行方向に対して左右方向および上下方向に制御するアーク倣いが行われると共に、後行極補正部で算出される補正量で、溶接トーチを溶接進行方向に対して先行極を中心軸とする回転方向に制御するアーク倣いが行われるため、溶接トーチのアーク倣いの精度が向上する。

請求項2に係る発明は、請求項1に記載のロボット制御装置を用いたアーク倣い制御方法において、ウィービング1周期の間に、前記先行極処理部において前記先行極検出部で検出される溶接状態量から電気的変化量を算出して先行極第1変化量および先行極第2変化量とし、前記先行極補正部において前記先行極第1変化量に基づいて、ウィービング中心軌跡の前記先行極での前記溶接線からの左右方向の位置ずれを補正する先行極左右補正量を算出すると共に、前記先行極第2変化量に基づいて、前記ウィービング中心軌跡の前記先行極での前記溶接線からの上下方向の位置ずれを補正する先行極上下補正量を算出し、前記先行極左右補正量および前記先行極上下補正量で、前記溶接トーチを前記溶接進行方向に対して左右方向および上下方向に制御する先行極制御工程と、前記先行極制御工程と同時に、または、前記先行極制御工程に続いて、前記ウィービング1周期の間に、前記後行極処理部において前記後行極検出部で検出される溶接状態量から電気的変化量を算出して後行極変化量とし、前記後行極補正部において前記後行極変化量に基づいて、前記ウィービング中心軌跡の前記後行極での前記溶接線からの前記先行極を中心軸とする回転方向の位置ずれを補正する後行極補正量を算出し、前記後行極補正量で、前記溶接トーチを前記溶接進行方向に対して前記先行極を中心軸とする回転方向に制御する後行極制御工程とを含むことを特徴とする。

前記手順によれば、先行極制御工程と後行極制御工程とを、同時に、または、連続して行うことにより、溶接トーチを溶接進行方向に対して左右方向、上下方向および先行極を中心軸とする回転方向に制御するアーク倣いが行われるため、溶接トーチのアーク倣いの精度が向上する。

請求項3に係る発明は、前記先行極制御工程において、前記溶接状態量が溶接電流値であり、前記先行極第2変化量が、ウィービング1周期の間に検出される前記先行極の平均溶接電流値と、あらかじめ設定された基準溶接電流値との差であることを特徴とする。

前記手順によれば、先行極のウィービング中の電気的変化量が精度よく算出され、先行極上下補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度がさらに向上する。

請求項4に係る発明によれば、前記先行極制御工程において、前記先行極第1変化量が、ウィービング左端で検出される前記先行極の左端溶接状態量とウィービング右端で検出される前記先行極の右端溶接状態量との差であることを特徴とする。

前記手順によれば、先行極のウィービング中の電気的変化量が精度よく算出され、先行極左右補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度がさらに向上する。

請求項5の発明は、前記先行極制御工程において、前記先行極第1変化量が、第1溶接状態量差と第2溶接状態量差との差であって、前記第1溶接状態量差が、ウィービング左端から右端に至る右進ウィービング期間の間に検出される前記先行極の右進最大溶接状態量と、右進最小溶接状態量との差で定義され、前記第2溶接状態量差が、ウィービング右端から左端に至る左進ウィービング期間の間に検出される前記先行極の左進最大溶接状態量と、左進最小溶接状態量との差で定義されることを特徴とする

前記手順によれば、先行極のウィービング中の電気的変化量が精度よく算出され、先行極左右補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度がさらに向上する。

請求項6に係る発明は、前記後行極制御工程において、前記後行極変化量が、ウィービング左端で検出される前記後行極の左端溶接状態量とウィービング右端で検出される前記後行極の右端溶接状態量との差であることを特徴とする。

前記手順によれば、後行極のウィービング中の電気的変化量が精度よく算出され、後行極補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度がさらに向上する。

請求項7に係る発明は、前記後行極制御工程において、前記後行極変化量が、第3溶接状態量差と第4溶接状態量との差であって、前記第3溶接状態量差が、ウィービング左端から右端に至る右進ウィービング期間の間に検出される前記後行極の右進最大溶接状態量と、右進最小溶接状態量との差で定義され、前記第4溶接状態量差が、ウィービング右端から左端に至る左進ウィービング期間の間に検出される前記後行極の左進最大溶接状態量と、左進最小溶接状態量との差で定義されることを特徴とする。

前記手順によれば、後行極のウィービング中の電気的変化量が精度よく算出され、後行極左右補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度がさらに向上する。

請求項8に係る発明は、前記先行極制御工程において、前記先行極上下補正量が、前記先行極第2変化量の大きさに比例したものであることを特徴とする。

前記手順によれば、先行極上下補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度もさらに向上する。

請求項9に係る発明は、前記先行極制御工程において、前記先行極左右補正量が、前記先行極第1変化量の大きさに比例したものであることを特徴とする。

前記手順によれば、先行極左右補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度もさらに向上する。

請求項10に係る発明は、前記後行極制御工程において、前記後行極補正量が、前記後行極変化量の大きさに比例したものであることを特徴とする。

前記手順によれば、後行極補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度もさらに向上する。

請求項11に係る発明は、前記先行極制御工程において、前記先行極上下補正量が、前記先行極第2変化量があらかじめ定めた閾値を超えるまではゼロとし、前記先行極第2変化量が前記閾値を超えた場合にあらかじめ定めた所定量とすることを特徴とする。

前記手順によれば、先行極上下補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度もさらに向上する。

請求項12に係る発明は、前記先行極制御工程において、前記先行極左右補正量が、前記先行極第1変化量があらかじめ定めた閾値を超えるまではゼロとし、前記先行極第1変化量が前記閾値を超えた場合にあらかじめ定めた所定量とすることを特徴とする

前記手順によれば、先行極左右補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度もさらに向上する。

請求項13に係る発明は、前記後行極制御工程において、前記後行極補正量が、前記後行極変化量があらかじめ定めた閾値を超えるまではゼロとし、前記後行極変化量が前記閾値を超えた場合にあらかじめ定めた所定量とすることを特徴とする。

前記手順によれば、後行極補正量の精度が向上し、結果的にアーク倣いの精度も向上する。

本発明に係るロボット制御装置によれば、アーク倣いの精度に優れ、溶接欠陥が生じることがないアーク溶接が可能となる。

本発明に係るロボット制御装置を用いたアーク倣い制御方法によれば、アーク倣い精度に優れ、溶接欠陥も生じないアーク溶接を行なうことが可能となる。また、先行極第1変化量、先行極第2変化量および後行極変化量の少なくとも1つの算出方法、または、先行極左右補正量、先行極上下補正量および後行極補正量の少なくとも1つの算出方法を特定することにより、アーク倣い精度がさらに優れ、溶接欠陥もさらに生じないアーク溶接を行なうことが可能となる。

本発明に係るタンデムアーク溶接システムを制御するロボット制御装置について、図面を参照して説明する。図1はタンデムアーク溶接システムの構成説明図、図2はロボット制御装置のブロック図、図3は溶接トーチのウィービングの状態を示す説明図、図4はアーク倣いの状態を示す説明図、図5は左右方向のアーク倣いの状態を示す説明図、図6は回転方向のアーク倣いの状態を示す説明図である。

まず、本発明に係るロボット制御装置で制御するタンデムアーク溶接システムについて説明する。タンデムアーク溶接システムは、2つの電極を溶接ワークの溶接進行方向に対して左右にウィービングしながら、溶接線に倣ってアーク溶接を行うタンデムアーク溶接システムである。そして、図1に示すように、タンデムアーク溶接システム1は、先行極2aと後行極2bとを備える溶接トーチ2と、ロボット3と、先行極電源4と、後行極電源5と、先行極検出部6と、後行極検出部7とを備える。以下、各構成について説明する。

溶接トーチ2は、その先端に溶接ワークWの溶接進行方向の前方に配置される先行極2aと、先行極2aと所定の電極間距離(例えば、10〜30mm)を有して溶接方向の後方に配置される後行極2bとを備える。先行極2aおよび後行極2bは、消耗電極として作用し、溶接ワイヤ10a、10bを管状の先行極トーチおよび後行極トーチ(図示せず)の内部に挿通し、各トーチの先端から所定の突き出し長さ(20〜35mm)で突き出したものであることが好ましい。そして、溶接ワイヤ10a、10bは、ワイヤ供給装置9a、9bから供給される。また、溶接ワイヤ10a、10bは、溶接ワークWの材質、溶接形態等によって、所定の組成を有するものを適宜選択し、例えば、所定量のC、Si、Mn、Ti、SおよびOを含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなるものが使用される。

溶接トーチ2は、シールドガスノズルを備えたものであってもよい。そして、シールドガスとしては、ガス組成が不活性ガスリッチのものが使用され、Ar+CO2、Ar+He+O、Ar+He+CO2等が挙げられる。

ロボット3は、その先端に溶接トーチ2を取り付け、その溶接トーチ2をアーク溶接の際に溶接進行方向に対して左右にウィービングさせるものである(図3参照)。ウィービングは、ロボット3の各軸を駆動して制御され、その制御は後記するロボット制御装置8で行われる。

先行極電源4および後行極電源5は、先行極2a、後行極2bおよび溶接ワークWに電力を供給し、先行極2aと溶接ワークWとの間、および、後行極2bと溶接ワークWとの間にアークを発生させる。

先行極検出部6および後行極検出部7は、先行極2aおよび後行極2bのウィービング中の所定の位置、例えば、ウィービング左端および右端での溶接状態量を検出する。図1においては、先行極検出部6、後行極検出部7が、先行極電源4および後行極電源5の内部に備えられた例を記載したが、先行極電源4および後行極電源5の外部に備えられたものであってもよい。

本発明に係るロボット制御装置8は、前記タンデムアーク溶接システムの前記溶接トーチの位置を制御するもので、先行極検出部6および後行極検出部7で検出された溶接状態量に基づいて、ロボット3を介して溶接トーチ2の位置を制御するものである。具体的には、先行極2aの電気的変化量を用いてウィービング中心軌跡の左右方向および上下方向の位置を補正し、後行極2bの電気的変化量を用いてウィービング中心軌跡の回転方向の位置を補正するものである。そして、図2に示すように、ロボット制御装置8は、先行極処理部11aと、先行極補正部14aと、後行極処理部11bと、後行極補正部14bとを備える。

先行極処理部11aおよび後行極処理部11bでは、ロボット軌跡計画処理部13からのウィービング位置情報、例えば、ウィービング左端または右端であるか、または、右進ウィービングまたは左進ウィービングであるか等の位置情報を基に、その位置での先行極検出部6および後行極検出部7で検出された溶接状態量のデータから所定の算出方法で、例えば、後記する各位置での溶接状態量の差を算出する方法、または、平均溶接状態量を算出し、その平均溶接状態量と基準溶接状態量との差を算出する方法等で電気的変化量を算出する。

先行極補正部14aおよび後行極補正部14bでは、先行極処理部11a、後行極処理部11bからの電気的変化量に基づいて、所定の算出方法で、例えば、後記する比例関係を利用して算出する方法、または、閾値を利用して算出する方法等でウィービング中心軌跡の左右方向、上下方向および回転方向の位置ずれを制御するための補正量(倣い補正量)を算出する。算出された補正量(倣い補正量)はロボット軌跡計画処理部13に送られる。

ロボット軌跡計画処理部13では、先行極補正部14aおよび後行極補正部14bから送られた倣い補正量で、ティーチングデータ部12から送られてくるティーチング位置データを補正して、その補正データをロボット3の各軸指令値としてロボット3(サーボドライブ)へ送り、ロボット3の先端に取り付けられた溶接トーチ2を溶接進行方向に対して左右方向、上下方向および回転方向に制御している(図4〜図6参照)。

本発明に係るタンデムアーク溶接システムでは、溶接状態量として、溶接電流および/または溶接電圧を使用する。前記したウィービング中心軌跡の上下方向の位置ずれ補正には、溶接電流を使用する。また、ウィービング中心軌跡の左右方向の位置ずれ補正には、溶接電流または溶接電圧を使用する。その際、ウィービング周期に対して溶接電源の定電圧制御の応答性が速い場合は溶接電流、遅い場合は溶接電圧を使用する。なお、溶接電流と溶接電圧の両者を使用する場合もある。

<アーク倣い制御方法>
次に、本発明に係るロボット制御装置を用いたアーク倣い制御方法について、図面を参照して説明する。図7(a)、(b)は図6の回転方向のアーク倣いの状態を示す斜視図、図8(a)はアーク倣い制御方法における先行極第1変化量と先行極左右補正量との関係、(b)は先行極第2変化量と先行極上下補正量との関係、(c)は後行極変化量と後行極補正量との関係を示すグラフ図、図9はアーク倣い制御方法を説明する処理フロー図である。

本発明に係るアーク倣い制御方法は、先行極制御工程と、後行極制御工程とを含むものである。そして、後行極制御工程は、先行極制御工程と同時に、または、先行極制御工程に続いて行う。

(1)先行極制御工程
先行極制御工程では、ウィービング1周期の間に、先行極で検出される溶接状態量から電気的変化量を所定の算出方法で算出して先行極第1変化量および先行極第2変化量とし、先行極第1変化量に基づいて、ウィービング中心軌跡の左右方向の位置ずれを補正する先行極左右補正量を所定の算出方法で算出すると共に、先行極第2変化量に基づいて、ウィービング中心軌跡の上下方向の位置ずれを補正する先行極上下補正量を所定の算出方法で算出する。そして、先行極左右補正量および先行極上下補正量で、タンデムアーク溶接システムの溶接トーチを溶接進行方向に対して左右方向および上下方向に制御する(図4、図5参照)。

(先行極第1変化量)
先行極第1変化量は、以下の2つの算出方法のいずれか1方の算出方法で算出することが好ましい。
第1の算出方法では、先行極第1変化量(dI_Lrl)は、下式(1)で表されるように、ウィービング左端で検出される先行極の左端溶接状態量(L_A)と、ウィービング右端で検出される先行極の右端溶接状態量(L_B)との差とする。
[dI_Lrl]=[L_B]−[L_A] (1)

第2の算出方法では、先行極第1変化量(dI_Lrl)は、下式(2)で表されるように、第1溶接状態量差と第2溶接状態量差との差とする。そして、第1溶接状態量差は、ウィービング左端から右端に至る右進ウィービングrw(図3参照)期間の間に検出される先行極の右進最大溶接状態量(L_lmax)と、右進最小溶接状態量(L_lmin)との差で定義される。また、第2溶接状態量差は、ウィービング右端から左端に至る左進ウィービングlw(図3参照)期間の間に検出される先行極の左進最大溶接状態量(L_rmax)と、左進最小溶接状態量(L_rmin)との差で定義される。
[dI_Lrl]=([L_lmax]−[L_lmin])−([L_rmax]−[L_rmin]) (2)

(先行極第2変化量)
先行極第2変化量(dI_Lud)は、下式(3)の算出方法で算出することが好ましい。すなわち、溶接状態量が溶接電流値であり、ウィービング1周期の間に検出される先行極の平均溶接電流値と、あらかじめ設定された基準溶接電流値との差とする。下式(3)では、平均溶接電流値として、右進ウィービング期間および左進ウィービング期間の間に検出された最大溶接状態量(最大溶接電流値)および最小溶接状態量(最小溶接電流値)(L_lmax、L_lmin、L_rmax、L_rmin)の4点の溶接電流値の平均としたが、検出点数は4点に限定されず、倣いの精度、または、情報処理時間の短縮を考慮して、検出点数を増減してもよい。
[dI_Lud]=[基準溶接電流値]−[平均溶接電流値] (3)
[平均溶接電流値]=([L_lmax]+[L_lmin]+[L_rmax]+[L_rmin])/4

(先行極左右補正量)
先行極左右補正量(U_Lrl)は、前記式(1)または式(2)で算出された先行極第1変化量(dI_Lrl)に基づいて、下式(4)の算出方法で算出することが好ましい。ここで、(k_Lrl)は定数を表す。
[U_Lrl]=[k_Lrl]×[dI_Lrl] (4)
すなわち、図8(a)に示すように、先行極左右補正量(U_Lrl)として、先行極第1変化量(dI_Lrl)の大きさに比例したものを使用する。なお、後記する後行極制御工程で用いられている閾値を用いた算出方法で算出してもよい(図8(c)参照)。

(先行極上下補正量)
先行極上下補正量(U_Lud)は、前記式(3)で算出された先行極第2変化量(dI_Lud)に基づいて、下式(5)の算出方法で算出することが好ましい。ここで、(k_Lud)は定数を表す。
[U_Lud]=[k_Lud]×[dI_Lud] (5)
すなわち、図8(b)に示すように、先行極上下補正量(U_Lud)として、先行極第2変化量(dI_Lud)の大きさに比例したものを使用する。なお、後記する後行極制御工程で用いられている閾値を用いた算出方法で算出してもよい(図8(c)参照)。

前記した式(4)、(5)で示された先行極左右補正量および先行極上下補正量の算出方法は、電気的変化量(先行極第1変化量および先行極第2変化量)に比例した補正量の計算方法である。しかしながら、以下のように、比例項に加えて積算項([ki_Lrl]×Σ[dI_Lrl]、[ki_Lud]×Σ[dI_Lud])を加算してもよい。これにより、ウィービング中心軌跡の位置ずれ偏差をさらに小さくすることが可能となる。
[U_Lrl]=[k_Lrl]×[dI_Lrl]+[ki_Lrl]×Σ[dI_Lrl]
[U_Lud]=[k_Lud]×[dI_Lud]+[ki_Lud]×Σ[dI_Lud]

(2)後行極制御工程
後行極制御工程では、ウィービング1周期の間に、後行極で検出される溶接状態量から電気的変化量を算出して後行極変化量とし、後行極変化量に基づいて、ウィービング中心軌跡の回転方向の位置ずれを補正する後行極補正量を算出し、後行極補正量で、溶接トーチを溶接進行方向に対して回転方向に制御する(図6参照)。このような回転方向への制御は、溶接トーチ2全体を先行極2aを中心に回転する。そして、回転中心軸は、図7(a)に示すように先行極2aの先端を通る溶接トーチ2の軸線Yと平行な直線Y1や、図7(b)に示すように先行極2aの軸線Y2のどちらでもよい。

(後行極変化量)
後行極変化量は、以下の2つの算出方法のいずれか1方の算出方法で算出することが好ましい。
第1の算出方法では、後行極変化量(dI_Trl)は、下式(6)で表されるように、ウィービング左端で検出される後行極の左端溶接状態量(T_A)と、ウィービング右端で検出される後行極の右端溶接状態量(T_B)との差とする。
[dI_Trl]=[T_B]−[T_A] (6)

第2の算出方法では、後行極変化量(dI_Trl)は、下式(7)で表されるように、第3溶接状態量差と第4溶接状態量差との差とする。そして、第3溶接状態量差は、ウィービング左端から右端に至る右進ウィービングrw(図3参照)期間の間に検出される先行極の右進最大溶接状態量(T_lmax)と、右進最小溶接状態量(T_lmin)との差で定義される。また、第4溶接状態量差は、ウィービング右端から左端に至る左進ウィービングlw(図3参照)期間の間に検出される先行極の左進最大溶接状態量(T_rmax)と、左進最小溶接状態量(T_rmin)との差で定義される。
[dI_Trl]=([T_lmax]−[T_lmin])−([T_rmax]−[T_rmin]) (7)

(後行極補正量)
後行極補正量(U_Trl)は、以下の条件式(8)によって決定されることが好ましい。すなわち、図8(c)に示すように、前記式(6)または式(7)で算出された後行極変化量(dI_Trl)があらかじめ定めた閾値(±△I)を超えるまではゼロとし、後行極変化量(dI_Trl)が閾値(±△I)を超えた場合にあらかじめ定めた所定量(±△U)とする。
[条件式(8)]
[dI_Trl]>△Iの場合には、[U_Trl]=△Uとし、
−△I≦[dI_Trl]≦△Iの場合には、[U_Trl]=0とし、
[dI_Trl]<−△Iの場合には、[U_Trl]=−△Uとする。

また、後行極補正量(U_Trl)を、先行極制御工程と同様な、後行極変化量(dI_Trl)の大きさに比例したものとして算出してもよい。すなわち、下式(9)で算出してもよい。ここで、[K_Trl]は定数である。
[U_Trl]=[k_Trl]×[dI_Trl] (9)。

なお、ウィービング中心軌跡の位置ずれが、ティーチング軌跡(溶接線)に対して平行な位置ずれのみの場合には、溶接トーチを溶接進行方向に対して回転方向へ制御することにより、ウィービング中心軌跡がティーチング軌跡(溶接線)から左右に位置ずれする恐れがある。そのため、後行極補正量(U_Trl)は、先行極左右補正量(U_Lrl)に対して、相対的に小さな値とすることが好ましい。具体的には、前記条件式(8)の閾値(△I)、または、式(9)の定数(k_Trl)を調整して、後行極補正量(U_Trl)を先行極補正量(U_Lrl)に対して小さい値とする。

あるいは、前記先行極制御工程において、溶接トーチを溶接進行方向に対して左右方向に制御すると、回転方向への位置ずれも同時に生じる。したがって、後行極制御工程における後行極補正量(U_Trl)は、条件式(8)または式(9)で算出される後行極補正量(U_Trl)から、先行極制御工程で生じる回転方向への位置ずれの分を差し引いた補正量とすることが好ましい。

本発明に係るアーク倣い制御方法において、先行極制御工程および後行極制御工程の補正量の算出方法は、以下のように選択することが好ましい。

アーク溶接中の溶接状態量は、同じ狙い位置をアーク溶接している状態であっても、不規則な短絡などバラツキ要素が多く、アーク溶接中の溶接状態量は一定にはならず、ある程度の範囲で変動する。このバラツキが比較的小さく、かつ、位置ずれに対する電気的変化量が大きい場合(少しの位置ずれで大きな電気的変化がでる場合)には、図8(a)、(b)に示すような、電気的変化量に比例した補正量とする比例関係を用いた算出方法を選択するのがよい。

また、アーク溶接中の溶接状態量のバラツキが比較的大きい、または、位置ずれに対する電気的変化量が小さい場合(大きな位置ずれでも少しの電気的変化しかでない場合)には、図8(c)に示すような、電気的変化量の閾値を用いて補正量を決定する算出方法を用いるのがよい。

特に、後行極制御工程では、先行極で大きな溶接ビードを形成する溶接条件の場合、後行極は先行極が溶かした溶融プールの上でアークを発生するため、少しの位置ずれでは、電気的変化が表れない。したがって、電気的変化量に比例した補正量(図8(a)、(b)参照)とするより、電気的変化量の閾値を用いて決定した補正量(図8(c)参照)とした方がよい。なお、先行極の溶融プールの影響を受けにくい溶接条件の場合には、電気的変化量に比例した補正量(図8(a)、(b)参照)でもよい。

次に、アーク倣い制御方法の処理フローについて、図1、図2、図9を参照して説明する。なお、溶接状態量としては溶接電流を用い、ステップ1〜12は先行極制御工程および後行極制御工程で同一とし、先行極制御工程と後行極制御工程を同時に行い、先行極第1変化量および後行極変化量の算出は第2の算出方法を使用し、先行極左右補正量および先行極上下補正量の算出は比例関係を用いた算出方法で行い、後行極補正量の算出は閾値を用いた算出方法で行う場合を例にとって説明する。

(1)ステップ1〜6(S1〜6)では、先行極処理部11aおよび後行極処理部11bにおいて、先行極検出部6および後行極検出部7で検出された溶接状態量から、右進ウィービング期間の間の先行極2aおよび後行極2bにおける右進最大溶接状態量(L_lmax、T_lmax)および右進最小溶接状態量(L_lmin、T_lmin)を抽出する。なお、溶接状態量として溶接電流を用いているので、ウィービング左端で検出された先行極検出電流および後行極検出電流が右進最大溶接状態量(L_lmax、T_lmax)となる。

(2)前記ステップと同様に、ステップ7〜11(S7〜11)では、先行極検出部6および後行極検出部7で検出された溶接状態量から、左進ウィービング期間の間の先行極2aおよび後行極2bにおける左進最大溶接状態量(L_rmax、T_rmax)および左進最小溶接状態量(L_rmin、T_rmin)を抽出する。なお、溶接状態量として溶接電流を用いているので、ウィービング右端で検出された先行極検出電流および後行極検出電流が左進最大溶接状態量(L_rmax、T_rmax)となる。

(3)ステップ12では、先行極処理部11aおよび後行極処理部11bにおいて、右進最大溶接状態量(L_lmax、T_lmax)、右進最小溶接状態量(L_lmin、T_lmin)、左進最大溶接状態量(L_rmax、T_rmax)および左進最小溶接状態量(L_rmin、T_rmin)から、前記した式(2)を用いて先行極第1変化量(dI_Lrl)が算出され、前記した式(7)を用いて後行極変化量(dI_Trl)が算出される。また、溶接状態量を溶接電流値とし、右進最大溶接状態量(右進最大溶接電流値)(L_lmax、T_lmax)、右進最小溶接状態量(右進最小溶接電流値)(L_lmin、T_lmin)、左進最大溶接状態量(左進最大溶接電流値)(L_rmax、T_rmax)および左進最小溶接状態量(左進最小溶接電流値)(L_rmin、T_rmin)から平均溶接状態量(平均溶接電流値)を算出し、あらかじめ先行極処理部11aに格納されている基準溶接状態量(基準溶接電流値)と共に、前記した式(3)を用いて先行極第2変化量(dI_Lud)が算出される。

そして、先行極補正部14aおよび後行極補正部14bにおいて、先行極第1変化量(dI_Lrl)から式(4)を用いて先行極左右補正量(U_Lrl)が算出され、先行極第2変化量(dI_Lud)から式(5)を用いて先行極上下補正量(U_Lud)が算出され、後行極変化量(dI_Trl)から条件式(8)を用いて後行極補正量(U_Trl)が算出される。

算出された補正量(U_Lrl、U_Lud、U_Trl)をロボット軌跡計画処理部13を介してロボット3に送ることによって、溶接トーチ2を溶接進行方向に対して左右方向、上下方向および回転方向に制御するアーク倣いが実行される。このようなアーク倣いをウィービング1周期単位で実行することによって、アーク倣い精度に優れ、溶接欠陥が生じることがないアーク溶接が可能となる。

なお、先行極第1変化量および後行極変化量の算出に第1の算出方法を使用する場合には、右進最大溶接状態量(L_lmax、T_lmax)が左端溶接状態量(L_A、T_A)となり、左進最大溶接状態量(L_rmax、T_rmax)が右端溶接状態量(L_B、T_B)となる。

また、溶接状態量として溶接電圧を使用し、第2の算出方法を使用する場合には、ステップ4、9(S4、9)におけるウィービング左端で検出された溶接電圧が右進最小溶接状態量(L_lmin、T_lmin)となり、ウィービング右端で検出された溶接電圧が左進最小溶接状態量(L_rmin、T_rmin)となる。そして、ステップ3、8(S3、8)では、検出電圧の最大が判断される。

なお、溶接状態量として溶接電圧を使用し、第1の算出方法を使用する場合には、ウィービング左端で検出された溶接電圧(L_lmin、T_lmin)が左端溶接状態量(L_A、T_A)となり、ウィービング右端で検出された溶接電圧(L_rmin、T_rmin)が右端溶接状態量(L_B、T_B)となる。

タンデムアーク溶接システムの一例を示す構成説明図である。 本発明に係るタンデムアーク溶接システムを制御するロボット制御装置のブロック図である。 タンデムアーク溶接システムの溶接トーチのウィービングの状態を示す説明図である。 本発明に係るロボット制御装置を用いたアーク倣いの状態を示す説明図である。 本発明に係るロボット制御装置を用いた左右方向のアーク倣いの状態を示す説明図である。 本発明に係るロボット制御装置を用いた回転方向のアーク倣いの状態を示す説明図である。 (a)、(b)は図6の回転方向のアーク倣いの状態を示す斜視図である。 (a)は本発明に係るアーク倣い制御方法における先行極第1変化量と先行極左右補正量との関係、(b)は先行極第2変化量と先行極上下補正量との関係、(c)は後行極変化量と後行極補正量との関係を示すグラフ図である。 本発明に係るロボット制御装置を用いたアーク倣い制御方法を説明する処理フロー図である。 従来のタンデムアーク溶接システムにおけるアーク倣いの状態を示す説明図である。

符号の説明

1 タンデムアーク溶接システム
2 溶接トーチ
2a 先行極
2b 後行極
3 ロボット
4 先行極電源
5 後行極電源
6 先行極検出部
7 後行極検出部
8 ロボット制御装置
11a 先行極処理部
11b 後行極処理部
14a 先行極補正部
14b 後行極補正部

Claims (13)

  1. 先行極および後行極を先端に備える溶接トーチと、前記溶接トーチが先端に取り付けられ、当該溶接トーチを溶接進行方向に対して左右にウィービングさせるロボットと、前記先行極および前記後行極に給電を行う先行極電源および後行極電源と、前記先行極および前記後行極のウィービング中の溶接状態量を検出する先行極検出部および後行極検出部とを備え、溶接線に倣ってアーク溶接を行うタンデムアーク溶接システムの前記溶接トーチの位置を制御するロボット制御装置であって、
    前記先行極検出部で検出された溶接状態量から電気的変化量を算出する先行極処理部と、
    前記先行極処理部で算出された電気的変化量に基づいてウィービング中心軌跡の前記先行極での前記溶接線からの左右方向および上下方向の位置ずれを補正するための補正量を算出する先行極補正部と、
    前記後行極検出部で検出された溶接状態量から電気的変化量を算出する後行極処理部と、
    前記後行極処理部で算出された電気的変化量に基づいて、前記ウィービング中心軌跡の前記後行極での前記溶接線からの前記先行極を中心軸とする回転方向の位置ずれを補正するための補正量を算出する後行極補正部とを備えることを特徴とするロボット制御装置。
  2. 請求項1に記載のロボット制御装置を用いたアーク倣い制御方法において、
    ウィービング1周期の間に、前記先行極処理部において前記先行極検出部で検出される溶接状態量から電気的変化量を算出して先行極第1変化量および先行極第2変化量とし、前記先行極補正部において前記先行極第1変化量に基づいて、ウィービング中心軌跡の前記先行極での前記溶接線からの左右方向の位置ずれを補正する先行極左右補正量を算出すると共に、前記先行極第2変化量に基づいて、前記ウィービング中心軌跡の前記先行極での前記溶接線からの上下方向の位置ずれを補正する先行極上下補正量を算出し、前記先行極左右補正量および前記先行極上下補正量で、前記溶接トーチを前記溶接進行方向に対して左右方向および上下方向に制御する先行極制御工程と、
    前記先行極制御工程と同時に、または、前記先行極制御工程に続いて、前記ウィービング1周期の間に、前記後行極処理部において前記後行極検出部で検出される溶接状態量から電気的変化量を算出して後行極変化量とし、前記後行極補正部において前記後行極変化量に基づいて、前記ウィービング中心軌跡の前記後行極での前記溶接線からの前記先行極を中心軸とする回転方向の位置ずれを補正する後行極補正量を算出し、前記後行極補正量で、前記溶接トーチを前記溶接進行方向に対して前記先行極を中心軸とする回転方向に制御する後行極制御工程とを含むことを特徴とするアーク倣い制御方法。
  3. 前記先行極制御工程において、前記溶接状態量が溶接電流値であり、前記先行極第2変化量が、ウィービング1周期の間に検出される前記先行極の平均溶接電流値と、あらかじめ設定された基準溶接電流値との差であることを特徴とする請求項2に記載のアーク倣い制御方法。
  4. 前記先行極制御工程において、前記先行極第1変化量が、ウィービング左端で検出される前記先行極の左端溶接状態量とウィービング右端で検出される前記先行極の右端溶接状態量との差であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のアーク倣い制御方法。
  5. 前記先行極制御工程において、前記先行極第1変化量が、第1溶接状態量差と第2溶接状態量差との差であって、
    前記第1溶接状態量差が、ウィービング左端から右端に至る右進ウィービング期間の間に検出される前記先行極の右進最大溶接状態量と、右進最小溶接状態量との差で定義され、
    前記第2溶接状態量差が、ウィービング右端から左端に至る左進ウィービング期間の間に検出される前記先行極の左進最大溶接状態量と、左進最小溶接状態量との差で定義されることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のアーク倣い制御方法。
  6. 前記後行極制御工程において、前記後行極変化量が、ウィービング左端で検出される前記後行極の左端溶接状態量とウィービング右端で検出される前記後行極の右端溶接状態量との差であることを特徴とする請求項2ないし請求項5のいずれか一項に記載のアーク倣い制御方法。
  7. 前記後行極制御工程において、前記後行極変化量が、第3溶接状態量差と第4溶接状態量との差であって、
    前記第3溶接状態量差が、ウィービング左端から右端に至る右進ウィービング期間の間に検出される前記後行極の右進最大溶接状態量と、右進最小溶接状態量との差で定義され、
    前記第4溶接状態量差が、ウィービング右端から左端に至る左進ウィービング期間の間に検出される前記後行極の左進最大溶接状態量と、左進最小溶接状態量との差で定義されることを特徴とする請求項2ないし請求項5のいずれか一項に記載のアーク倣い制御方法。
  8. 前記先行極制御工程において、前記先行極上下補正量が、前記先行極第2変化量の大きさに比例したものであることを特徴とする請求項2ないし請求項7のいずれか一項に記載のアーク倣い制御方法。
  9. 前記先行極制御工程において、前記先行極左右補正量が、前記先行極第1変化量の大きさに比例したものであることを特徴とする請求項2ないし請求項8のいずれか一項に記載のアーク倣い制御方法。
  10. 前記後行極制御工程において、前記後行極補正量が、前記後行極変化量の大きさに比例したものであることを特徴とする請求項2ないし請求項9のいずれか一項に記載のアーク倣い制御方法。
  11. 前記先行極制御工程において、前記先行極上下補正量が、前記先行極第2変化量があらかじめ定めた閾値を超えるまではゼロとし、前記先行極第2変化量が前記閾値を超えた場合にあらかじめ定めた所定量とすることを特徴とする請求項2ないし請求項7のいずれか一項に記載のアーク倣い制御方法。
  12. 前記先行極制御工程において、前記先行極左右補正量が、前記先行極第1変化量があらかじめ定めた閾値を超えるまではゼロとし、前記先行極第1変化量が前記閾値を超えた場合にあらかじめ定めた所定量とすることを特徴とする請求項2ないし請求項8のいずれか一項に記載のアーク倣い制御方法。
  13. 前記後行極制御工程において、前記後行極補正量が、前記後行極変化量があらかじめ定めた閾値を超えるまではゼロとし、前記後行極変化量が前記閾値を超えた場合にあらかじめ定めた所定量とすることを特徴とする請求項2ないし請求項9のいずれか一項に記載のアーク倣い制御方法。
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