JP5498246B2 - タンデムアーク溶接システムを制御するロボットコントローラ、それを用いたアーク倣い制御方法およびタンデムアーク溶接システム - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施形態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コントローラについて、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、本発明に係るロボットコントローラを備え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システムである。また、タンデムアーク溶接システムは、前記した図9(b)に示すように、ティーチング位置を変えずに動作方向を逆向きに変更してアーク溶接を行う場合もある。
次に、本発明に係るロボットコントローラ8を用いたアーク倣い制御方法について、詳細に説明する。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、回転中心制御工程と、を含むものである。ここで、後行極制御工程と先行極制御工程と回転中心制御工程とは、それぞれ同時に行ってもよく、あるいはこの順番で行ってもよい。
先行極制御工程は、先行極変化量算出工程と、先行極補正量算出工程と、を含むことが好ましい。
先行極変化量算出工程では、前記した先行極処理部11aにおいて、ウィービング1周期の間における溶接状態量、すなわち溶接電流および/または溶接電圧の電気的変化から、溶接線に対するウィービング中心軌跡の左右方向における位置ずれを示す先行極第1変化量と、溶接線に対するウィービング中心軌跡の上下方向における位置ずれを示す先行極第2変化量と、を所定の算出方法で算出する。
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2a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2aの右端溶接状態量(L_B)との差とする。
[dI_Lrl]=[L_B]−[L_A] ・・・(1)
[dI_Lrl]=([L_lmax]−[L_lmin])−([L_rmax]−[L_rmin]) ・・・(2)
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2a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電流値および最小溶接電流値(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(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、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。
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、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。
[U_Lrl]=[k_Lrl]×[dI_Lrl]+[ki_Lrl]×Σ[dI_Lrl]
[U_Lud]=[k_Lud]×[dI_Lud]+[ki_Lud]×Σ[dI_Lud]
後行極制御工程は、後行極変化量算出工程と、後行極補正量算出工程と、を含むことが好ましい。
後行極変化量算出工程では、前記した後行極処理部11bにおいて、ウィービング1周期の間における溶接状態量、すなわち溶接電流および/または溶接電圧の電気的変化から、溶接線に対するウィービング中心軌跡の回転方向の位置ずれを示す後行極変化量を所定の算出方法で算出する。
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2b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2bの右端溶接状態量(T_B)との差とする。
[dI_Trl]=[T_B]−[T_A] ・・・(6)
[dI_Trl]=([T_lmax]−[T_lmin])−([T_rmax]−[T_rmin]) ・・・(7)
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、上式(6)または上式(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。
[U_Trl]=[k_Trl]×[dI_Trl] ・・・(9)
回転中心制御工程では、前記した回転ずれ補正制御処理部16において、後行極補正量に基づいて、後行極補正量を用いて補正を行った場合における先行極2aの位置ずれを補正するための回転中心補正量を算出し、倣い補正時における溶接トーチ2の回転中心を制御する(図7参照)。
先行極基準位置算出工程では、先行極2aと倣い補正時における溶接トーチ2の回転中心との距離と、ロボット3を基準とした溶接トーチ2の姿勢を示すトーチ姿勢情報とから、先行極2aの基準位置を算出する。
回転中心補正量(△tcp)は、より具体的には、以下の算出方法で算出することが好ましい。なお、以下の算出方法は、回転中心であるTCPを先行極2aと後行極2bとの中間に設定し、かつ、後行極補正量が同一平面状で回転する場合の算出方法である。
2 溶接トーチ
2a 先行極
2b 後行極
3 ロボット
4,5 溶接電源
6,7 電流電圧検出器
8 ロボットコントローラ
9a,9b 送給モータ
10a,10b 溶接ワイヤ
11a 先行極処理部
11b 後行極処理部
12 ティーチングデータ部
13 ロボット軌跡計画処理部
14a 先行極補正部
14b 後行極補正部
15 設定値格納メモリ
16 回転ずれ補正制御処理部
17 アーク倣い制御処理部
W 溶接ワーク
Claims (5)
- 先行極および後行極が溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置された溶接トーチと、先端に取り付けられた前記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溶接電源と、前記先行極および前記後行極のウィービング中における溶接電流および/または溶接電圧を検出する電流電圧検出器と、を備え、前記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コントローラであって、
前記電流電圧検出器で検出された前記先行極の溶接電流および/または溶接電圧の電気的変化に基づいて、前記溶接線に対する前記溶接トーチのウィービング中心軌跡の左右方向および上下方向における位置ずれ量である先行極変化量を算出する先行極処理部と、
前記先行極変化量に基づいて、前記ウィービング中心軌跡の左右方向および上下方向における位置ずれを補正するための先行極補正量を算出する先行極補正部と、
前記電流電圧検出器で検出された前記後行極の溶接電流および/または溶接電圧の電気的変化に基づいて、前記溶接線に対する前記溶接トーチのウィービング中心軌跡の左右方向における位置ずれ量である後行極変化量を算出する後行極処理部と、
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溶接進行方向に対する水平面内における回転方向の位置ずれを補正するための後行極補正量を算出する後行極補正部と、
前記後行極補正量を用いて補正を行う前の前記先行極の位置と、前記後行極補正量を用いて補正を行った後の前記先行極の位置との差から、前記後行極補正量を用いて補正を行った場合における前記先行極の位置ずれ量を算出し、当該先行極の位置ずれ量に基づいて、前記溶接トーチの前記先行極および前記後行極の間に設定した水平面内における回転中心の位置ずれを補正するための回転中心補正量を算出する回転ずれ補正制御処理部と、
前記先行極補正量および前記後行極補正量を加算または減算することで、前記アーク溶接を行う際に予め算出したティーチング軌跡のティーチング位置を補正するとともに、前記回転中心補正量を加算または減算することで、倣い補正時における前記溶接トーチの回転中心の位置を補正するロボット軌跡計画処理部と、
を備えることを特徴とするロボットコントローラ。 - 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溶接トーチの位置を制御するロボットコントローラを用いたアーク倣い制御方法であって、
前記溶接線に対するウィービング中心軌跡の左右方向および上下方向における位置ずれを検出し、前記溶接トーチの位置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ことで当該位置ずれを補正する先行極制御工程と、
前記溶接線に対するウィービング中心軌跡の左右方向における位置ずれを検出し、前記溶接トーチの位置を溶接進行方向に対する水平面内における回転方向に制御することで当該位置ずれを補正する後行極制御工程と、
前記後行極制御工程における前記後行極の補正によって生じる前記先行極の位置ずれを検出し、倣い補正時における前記溶接トーチの前記先行極および前記後行極の間に設定した水平面内における回転中心の位置ずれを制御することで当該位置ずれを補正する回転中心制御工程と、
を行うことを特徴とするアーク倣い制御方法。 - 前記先行極制御工程は、
先行極処理部において、ウィービング1周期の間における溶接電流および/または溶接電圧の電気的変化から、前記溶接線に対するウィービング中心軌跡の左右方向における位置ずれを示す先行極第1変化量と、前記溶接線に対するウィービング中心軌跡の上下方向における位置ずれを示す先行極第2変化量と、を算出する先行極変化量算出工程と、
先行極補正部において、前記先行極第1変化量に基づいて前記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ための先行極左右補正量を算出するとともに、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上下方向の位置ずれを補正するための先行極上下補正量を算出する先行極補正量算出工程と、を含み、
前記後行極制御工程は、
後行極処理部において、前記ウィービング1周期の間における溶接電流および/または溶接電圧の電気的変化から、前記溶接線に対するウィービング中心軌跡の左右方向の位置ずれを示す後行極変化量を算出する後行極変化量算出工程と、
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溶接線に対するウィービング中心軌跡の溶接進行方向に対する水平面内における回転方向の位置ずれを補正するための後行極補正量を算出する後行極補正量算出工程と、を含み、
前記回転中心制御工程は、回転ずれ補正制御処理部において、前記後行極補正量に基づいて、当該後行極補正量を用いて補正を行った場合における前記溶接トーチの前記先行極および前記後行極の間に設定した水平面内における回転中心の位置ずれを補正するための回転中心補正量を算出し、倣い補正時における前記溶接トーチの回転中心を制御す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。 - 前記回転中心制御工程は、
先行極と倣い補正時における前記溶接トーチの回転中心との距離と、前記ロボットを基準とした溶接トーチの姿勢を示すトーチ姿勢情報とから、前記先行極の基準位置を算出する先行極基準位置算出工程と、
前記先行極の基準位置と前記後行極補正量とから、当該後行極補正量を用いて補正を行う前の前記先行極の位置と、前記後行極補正量を用いて補正を行った後の前記先行極の位置との差を求めることで前記回転中心補正量を算出する回転中心補正量算出工程と、
を含むことを特徴とする請求項3に記載のアーク倣い制御方法。 - 溶接線に沿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って、
先行極および後行極が前記溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置された溶接トーチと、
先端に取り付けられた前記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溶接電源と、
前記先行極および前記後行極のウィービング中における溶接電流および/または溶接電圧を検出する電流電圧検出器と、
前記溶接トーチの位置を制御するロボットコントローラと、を備え、
前記ロボットコントローラは、
前記電流電圧検出器で検出された前記先行極の溶接電流および/または溶接電圧の電気的変化に基づいて、前記溶接線に対する前記溶接トーチのウィービング中心軌跡の左右方向および上下方向における位置ずれ量である先行極変化量を算出する先行極処理部と、
前記先行極変化量に基づいて、前記ウィービング中心軌跡の左右方向および上下方向における位置ずれを補正するための先行極補正量を算出する先行極補正部と、
前記電流電圧検出器で検出された前記後行極の溶接電流および/または溶接電圧の電気的変化に基づいて、前記溶接線に対する前記溶接トーチのウィービング中心軌跡の左右方向における位置ずれ量である後行極変化量を算出する後行極処理部と、
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溶接進行方向に対する水平面内における回転方向の位置ずれを補正するための後行極補正量を算出する後行極補正部と、
前記後行極補正量を用いて補正を行う前の前記先行極の位置と、前記後行極補正量を用いて補正を行った後の前記先行極の位置との差から、前記後行極補正量を用いて補正を行った場合における前記先行極の位置ずれ量を算出し、当該先行極の位置ずれ量に基づいて、前記溶接トーチの前記先行極および前記後行極の間に設定した水平面内における回転中心の位置ずれを補正するための回転中心補正量を算出する回転ずれ補正制御処理部と、
前記先行極補正量および前記後行極補正量を加算または減算することで、前記アーク溶接を行う際に予め算出したティーチング軌跡のティーチング位置を補正するとともに、前記回転中心補正量を加算または減算することで、倣い補正時における前記溶接トーチの回転中心の位置を補正するロボット軌跡計画処理部と、
を備えることを特徴とするタンデムアーク溶接システム。
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