JP6937646B2

JP6937646B2 - ワイヤ送給装置及び較正方法

Info

Publication number: JP6937646B2
Application number: JP2017186336A
Authority: JP
Inventors: 太郎楠本; 智荒金
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: CN109552938B; JP2019058936A; CN109552938A

Description

本発明は、ワイヤ送給装置及び較正方法に関する。

下記特許文献１には、２つのワイヤ送給部の間にワイヤバッファを設けたワイヤ送給装置が開示されている。このワイヤ送給装置は、ワイヤバッファに収容される溶接ワイヤの量（以下、「バッファ量」という。）の取得値を、溶接ワイヤに対する押力（長さ方向に圧縮する力）及び張力に基づいて較正（キャリブレーション）する。具体的に、ワイヤ送給装置は、バッファ量が増えるように溶接ワイヤを移動させ、溶接ワイヤに対する押力が閾値を超えたときのバッファ量を最大値に設定する一方、バッファ量が減るように溶接ワイヤを移動させ、溶接ワイヤに対する張力が閾値を超えたときのバッファ量を最小値に設定する。

特開２０１５−５８４６９号公報

ところで、特許文献１に記載のワイヤ送給装置では、バッファ量の最大値にばらつきが生じることがある。その要因として、例えば溶接ワイヤの種類や溶接ロボットの姿勢によって、押力に対するバッファ量が変化することが挙げられる。具体的に、鉄の溶接ワイヤとアルミの溶接ワイヤとのそれぞれに同じ押力を付与した場合、バッファ量は、鉄の溶接ワイヤよりもアルミの溶接ワイヤの方が大きくなる。したがって、アルミの溶接ワイヤを装備しているときに設定したバッファ量の最大値は、鉄の溶接ワイヤを装備しているときに設定したバッファ量の最大値よりも大きくなる傾向にある。つまり、特許文献１のワイヤ送給装置のように、溶接ワイヤに対する押力に基づいてバッファ量の最大値を設定すると、バッファ量の最大値にばらつきが生じ、較正の精度が低下する要因となる。

そこで、本発明は、較正の精度を向上させることができるワイヤ送給装置及び較正方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るワイヤ送給装置は、溶接ワイヤを送給する第１のワイヤ送給部と、第１のワイヤ送給部により送給された溶接ワイヤを収容するワイヤバッファと、ワイヤバッファに収容された溶接ワイヤを溶接トーチに送給する第２のワイヤ送給部と、ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤのバッファ量を取得するバッファ量取得部と、バッファ量取得部の較正を実行する較正部と、少なくとも第１のワイヤ送給部及び第２のワイヤ送給部のいずれか一方において溶接ワイヤを移動させるモータと、を備え、較正部は、モータを駆動させ、バッファ量が減るように溶接ワイヤを移動させるワイヤ移動制御部と、モータのトルクが閾値に到達したときのバッファ量を、バッファ量の最小値に設定し、当該最小値に所定値を加算した値を、バッファ量の最大値に設定する設定部と、を含む。

この態様によれば、第１のワイヤ送給部と第２のワイヤ送給部との間に設けられたワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤのバッファ量を取得するバッファ量取得部の較正を実行する際に、少なくとも第１のワイヤ送給部及び第２のワイヤ送給部のいずれか一方において溶接ワイヤを移動させるモータを駆動させて、バッファ量が減るように溶接ワイヤを移動させ、モータのトルクが閾値に到達したときのバッファ量を、バッファ量の最小値に設定し、当該最小値に所定値を加算した値をバッファ量の最大値に設定することが可能となる。これにより、較正時のばらつきが比較的少ない最小値に対して、所定値を加えることで、最大値を算出することができるため、バッファ量の最大値のばらつきを抑えることができる。

上記態様において、バッファ量は、ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤの長さにより定まることとしてもよい。ワイヤバッファに収容できる溶接ワイヤの最小及び最大の長さは、ワイヤバッファ内の形状によって機械的に定めることができる。したがって、バッファ量を、ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤの長さで定めることにより、バッファ量の最小値及び最大値が把握しやすくなる。

上記態様において、ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤの所定位置における角度を検出する角度検出部をさらに備え、バッファ量は、角度検出部により検出される角度により定まることとしてもよい。ワイヤバッファへの溶接ワイヤの収容量が最小のとき及び最大のときの所定位置における角度は、ワイヤバッファ内の形状によって機械的に定めることができる。したがって、バッファ量を、角度検出部により検出される角度で定めることにより、バッファ量の最小値及び最大値が把握しやすくなる。

上記態様において、較正部は、バッファ量の中央値として、最小値及び最大値の平均値を設定することとしてもよい。これにより、溶接ワイヤの送給を制御する際の目標値にバッファ量の中央値を設定することができるため、溶接ワイヤを送給する際にバッファ量が最小値又は最大値に到達する可能性を低減させることができ、溶接時の安定性を向上させることが可能となる。

本発明の他の態様に係る較正方法は、溶接ワイヤを送給する第１のワイヤ送給部と、第１のワイヤ送給部により送給された溶接ワイヤを収容するワイヤバッファと、ワイヤバッファに収容された溶接ワイヤを溶接トーチに送給する第２のワイヤ送給部と、ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤのバッファ量を取得するバッファ量取得部と、を備えるワイヤ送給装置においてバッファ量取得部の較正を実行する方法であって、少なくとも第１のワイヤ送給部及び第２のワイヤ送給部のいずれか一方において溶接ワイヤを移動させるモータを駆動させ、バッファ量が減るように溶接ワイヤを移動させるステップと、モータのトルクが閾値に到達したときのバッファ量を、バッファ量の最小値に設定し、当該最小値に所定値を加算した値を、バッファ量の最大値に設定するステップと、を含む。

本発明によれば、較正の精度を向上させることができるワイヤ送給装置及び較正方法を提供することができる。

実施形態におけるワイヤ送給装置の概略構成を例示するブロック図である。図１のワイヤバッファの構成を例示する模式図である。図１のワイヤ送給装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。変形例におけるワイヤバッファの構成を例示する模式図である。

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、本発明に係るワイヤ送給装置の概略構成を例示するブロック図である。ワイヤ送給装置１は、ワイヤリール２に巻かれた溶接ワイヤ４を、アーク溶接を行う溶接トーチ３に送給する装置である。ワイヤ送給装置１は、例えば、第１のワイヤ送給部１１と、ワイヤバッファ１２と、第２のワイヤ送給部１３と、バッファ量取得部１４と、ワイヤ送給制御部１５１及び較正部１５２を有する制御部１５と、を備える。

第１のワイヤ送給部１１は、ワイヤリール２に巻かれた溶接ワイヤ４を溶接トーチ３に向けて送給する。第１のワイヤ送給部１１は、例えば、溶接ワイヤ４を前進又は後退させるローラ（不図示）と、このローラを回転させるモータ（不図示）とを有する。溶接ワイヤ４の前進とは、溶接ワイヤ４が溶接トーチ３の方向に移動することであり、溶接ワイヤ４の後退とは、溶接ワイヤ４がワイヤリール２の方向に移動することである。

モータは、制御部１５からの指示に従って、溶接ワイヤ４を前進させる方向又は後退させる方向に回転する。例示的に、第１のワイヤ送給部１１は、溶接するときには、ワイヤ送給制御部１５１からの指示に従って、溶接ワイヤ４を前進させる方向に送給する。また、第１のワイヤ送給部１１は、較正するときには、較正部１５２からの指示に従って、溶接ワイヤ４を前進させる方向又は後退させる方向に移動させる。

第２のワイヤ送給部１３は、ワイヤバッファ１２に収容された溶接ワイヤ４を溶接トーチ３に送給する。第２のワイヤ送給部１３は、前述した第１のワイヤ送給部１１と同様に、ローラとモータとを有する。ローラ及びモータの詳細については省略する。

例示的に、第２のワイヤ送給部１３は、溶接するときには、ワイヤ送給制御部１５１からの指示に従って、溶接ワイヤ４を母材に対して前進、後退させることを高速に繰り返しながら、溶接トーチ３に溶接ワイヤ４を送給する。また、第２のワイヤ送給部１３は、較正するときには、較正部１５２からの指示に従って、溶接ワイヤ４を前進させる方向又は後退させる方向に移動させる。

ワイヤバッファ１２は、第１のワイヤ送給部１１と第２のワイヤ送給部１３との間に設けられる。ワイヤバッファ１２は、第１のワイヤ送給部１１により送給された溶接ワイヤ４を収容し、収容した溶接ワイヤ４を第２のワイヤ送給部１３に渡す。第１のワイヤ送給部１１により送給された溶接ワイヤ４の量と、第２のワイヤ送給部１３によって前進方向に送給された溶接ワイヤ４の量とに応じて、ワイヤバッファ１２に収容される溶接ワイヤ４の量、すなわちバッファ量が変動する。

例えば、第１のワイヤ送給部１１によって前進方向に送給された溶接ワイヤ４の量が、第２のワイヤ送給部１３によって前進方向に送給された溶接ワイヤ４の量よりも多い場合に、バッファ量が増加する。また、第１のワイヤ送給部１１によって前進方向に送給された溶接ワイヤ４の量が、第２のワイヤ送給部１３によって前進方向に送給された溶接ワイヤ４の量よりも少ない場合に、バッファ量が減少する。

これらを言い換えると、ワイヤバッファ１２に収容される溶接ワイヤ４の長さが変化することにより、バッファ量が変動する。したがって、バッファ量は、ワイヤバッファ１２に収容されている溶接ワイヤ４の長さに基づいて定めることができる。

図２を参照し、ワイヤバッファ１２の構成の一例について説明する。ワイヤバッファ１２は、例えば、ケース１２１と、ワイヤガイド１２２と、支持部１２３とを有する。

ケース１２１には、内部に溶接ワイヤ４を通過させるための入口１２１ａ及び出口１２１ｂが設けられている。入口１２１ａと出口１２１ｂとの間には、溶接ワイヤ４をガイドするワイヤガイド１２２が設けられている。ワイヤガイド１２２は、例えば、コイル状にした金属線材又は樹脂により形成され、ケース１２１に収容される溶接ワイヤ４の量、すなわちバッファ量に応じて、長さが伸び縮みする。

具体的に、バッファ量が増えると、ワイヤガイド１２２の長さが長くなり、バッファ量が最大になると、ワイヤガイド１２２が図２の１２２ｘの状態になる。一方、バッファ量が減ると、ワイヤガイド１２２の長さが短くなり、バッファ量が最小になると、ワイヤガイド１２２が図２の１２２ｎの状態になる。

支持部１２３は、ワイヤガイド１２２の少なくとも一部をケース１２１に対して回転可能に支持する。図２に例示する支持部１２３は、ケース１２１の略中央において、ワイヤガイド１２２の略中央を回転可能（図示の回転方向）に支持する。支持部１２３は、例えば、ケース１２１に対して回転可能に設けられた円盤状の部材により形成され、支持部１２３の直径方向に設けられた孔にワイヤガイド１２２を通過させる。

支持部１２３は、バッファ量が増えると、図示の反時計回り方向に回転する。一方、支持部１２３は、バッファ量が減ると、図示の時計回り方向に回転する。

支持部１２３の内部には、エンコーダ（不図示）が設けられている。エンコーダは、支持部１２３のケース１２１に対する回転角度を検出する。なお、回転角度を検出するのは、エンコーダに限定されず、例えば回転角度を検出可能なセンサ等を含む角度検出部であればよい。

図１に示すバッファ量取得部１４は、ワイヤバッファ１２に収容されている溶接ワイヤ４の量、すなわちバッファ量を取得する。具体的に説明すると、バッファ量取得部１４は、支持部１２３のエンコーダにより検出された回転角度を取得することで、バッファ量を取得する。

ここで、前述したように、バッファ量が増減すると、支持部１２３の回転角度が増減する関係にある。つまり、バッファ量と支持部１２３の回転角度とは単調写像の関係にある。したがって、回転角度が判明すれば、その回転角度をバッファ量に換算することができる。これにより、回転角度を取得することで、その回転角度に基づいてバッファ量を取得することができる。

なお、バッファ量を取得する方法は、前述したエンコーダを用いるものには限定されない。例えば、バッファ量取得部１４は、ケース１２１の入口１２１ａと出口１２１ｂとにそれぞれ設けられた、溶接ワイヤ４の移動に応じて回転するローラと、このローラの回転数を検知するエンコーダとを用いてバッファ量を取得することとしてもよい。この場合、バッファ量取得部１４は、ケース１２１に入った溶接ワイヤ４の長さと、ケース１２１から出た溶接ワイヤ４の長さとを取得することで、バッファ量を取得することができる。具体的に、バッファ量取得部１４は、ケース１２１に入った溶接ワイヤ４の長さから、ケース１２１から出た溶接ワイヤ４の長さを減算することで、バッファ量を取得する。

図１に示す制御部１５は、物理的な構成として、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。制御部１５は、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、図１に例示するワイヤ送給制御部１５１及び較正部１５２としての機能を実現する。

ワイヤ送給制御部１５１は、バッファ量取得部１４により取得されるバッファ量が、目標値に合致するように、少なくとも第１のワイヤ送給部１１及び第２のワイヤ送給部１３のいずれかに指令を出力し、溶接ワイヤ４の送給を制御する。上記目標値は、例えば、バッファ量の最大値及び最小値の中央値であってもよいし、バッファ量の最大値と最小値との間を予め定められた割合で分割する値であってもよい。

較正部１５２は、ワイヤ移動制御部１５２ａ及び設定部１５２ｂを有し、バッファ量取得部１４の較正を実行する。

ワイヤ移動制御部１５２ａは、少なくとも第１のワイヤ送給部１１及び第２のワイヤ送給部１３のいずれかに設けられたモータを駆動させ、バッファ量が減るように溶接ワイヤ４を移動させる。

設定部１５２ｂは、モータのトルクが閾値に到達したときのバッファ量を、バッファ量の最小値に設定し、この最小値に所定値を加算した値を、バッファ量の最大値に設定する。閾値は、バッファ量の最小値が最適な値となるときのモータのトルクを予め実験等により求め、設定することが好ましい。所定値は、ワイヤ送給装置１ごとに固有の値を任意に定めることができるが、例えば、ワイヤバッファ１２において機械的に動作可能な範囲に対応するエンコーダの検出値の幅を、所定値として定めることが好ましい。これにより、較正時のばらつきが比較的少ない最小値に対し、ワイヤバッファ１２に固有の機械的に動作可能な範囲に対応するエンコーダの検出値の幅を加えて最大値を算出することができるため、バッファ量の最大値のばらつきを抑えることができる。

設定部１５２ｂは、最小値及び最大値の平均値を、バッファ量の中央値に設定する。ここで、設定部１５２ｂにより設定されるバッファ量の最小値、最大値及び中央値等は、例えば、メモリ上に構築された設定値テーブルに格納される。

次に、図３を参照して、実施形態におけるワイヤ送給装置１の動作について説明する。

最初に、ワイヤ移動制御部１５２ａは、少なくとも第１のワイヤ送給部１１及び第２のワイヤ送給部１３のいずれかに設けられたモータを駆動させ、バッファ量が減るように溶接ワイヤ４を移動させる（ステップＳ１０１）。

続いて、設定部１５２ｂは、モータのトルクが閾値に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）には、ＹＥＳになるまでステップＳ１０２の判定を繰り返す。

上記ステップＳ１０２の判定でモータのトルクが閾値に到達したと判定された場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）に、設定部１５２ｂは、モータのトルクが閾値に到達したときのバッファ量を、バッファ量の最小値に設定する（ステップＳ１０３）。

続いて、設定部１５２ｂは、上記ステップＳ１０３で設定した最小値に、所定値を加算した値を、バッファ量の最大値に設定する（ステップＳ１０４）。

続いて、設定部１５２ｂは、上記ステップＳ１０３で設定した最小値及び上記ステップＳ１０４で設定した最大値の平均値を、バッファ量の中央値に設定する（ステップＳ１０５）。

上述したように、実施形態におけるワイヤ送給装置１によれば、第１のワイヤ送給部１１と第２のワイヤ送給部１３との間に設けられたワイヤバッファ１２に収容されている溶接ワイヤ４のバッファ量を取得するバッファ量取得部１４の較正を実行する際に、少なくとも第１のワイヤ送給部１１及び第２のワイヤ送給部１３のいずれか一方において溶接ワイヤ４を移動させるモータを駆動させて、バッファ量が減るように溶接ワイヤ４を移動させ、モータのトルクが閾値に到達したときのバッファ量を、バッファ量の最小値に設定し、当該最小値に所定値を加算した値を、バッファ量の最大値に設定することが可能となる。

これにより、較正時のばらつきが比較的少ない最小値に対して、ワイヤ送給装置１固有の値を加えることで、最大値を算出することができるため、バッファ量の最大値のばらつきを抑えることができる。それゆえ、実施形態におけるワイヤ送給装置１によれば、較正の精度を向上させることが可能となる。

[変形例]
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。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、または並列に実行することができる。

また、ワイヤバッファの構成は、前述した実施形態における構成に限定されない。例えば、図４に示すワイヤバッファ１２Ｓにも本発明を適用することができる。図４のワイヤバッファ１２Ｓは、例えば、ケース１２１Ｓと、ワイヤガイド１２２Ｓと、支持部１２３Ｓとを有する。ケース１２１Ｓには、内部に溶接ワイヤ４を通過させるための入口１２１Ｓａ及び出口１２１Ｓｂが設けられている。

本変形例のワイヤバッファ１２Ｓと図２に示す実施形態のワイヤバッファ１２との間の主な相違点は、本変形例のケース１２１Ｓが肉厚に形成されており、ワイヤガイド１２２Ｓの移動範囲が制限されている点である。本変形例では、バッファ量が最大になると、ケース１２１Ｓの内壁１２１Ｓｄ及び内壁１２１Ｓｅの双方に、ワイヤガイド１２２が当接しそうになる又は当接する。また、バッファ量が最小になると、ケース１２１Ｓの内壁１２１Ｓｃ及び内壁１２１Ｓｆの双方に、ワイヤガイド１２２が当接しそうになる又は当接する。

本変形例のワイヤバッファ１２Ｓにおいて機械的に動作可能となる範囲は、ワイヤガイド１２２が、ケース１２１Ｓの内壁１２１Ｓｃ及び内壁１２１Ｓｆの双方に当接しそうになる又は当接するときから、ワイヤガイド１２２が、ケース１２１Ｓの内壁１２１Ｓｄ及び内壁１２１Ｓｅの双方に当接しそうになる又は当接するときまでの範囲となる。したがって、本変形例においては、この機械的に動作可能となる範囲に対応するエンコーダの検出値の幅を、バッファ量の最大値を算出する際に用いる所定値に設定することが好ましい。

１…ワイヤ送給装置、２…ワイヤリール、３…溶接トーチ、４…溶接ワイヤ、１１…第２のワイヤ送給部、１２…ワイヤバッファ、１３…第１のワイヤ送給部、１４…バッファ量取得部、１５…制御部、１２１…ケース、１２２…ワイヤガイド、１２３…支持部、１５１…ワイヤ送給制御部、１５２…較正部、１５２ａ…ワイヤ移動制御部、１５２ｂ…設定部。

Claims

溶接ワイヤを送給する第１のワイヤ送給部と、
前記第１のワイヤ送給部により送給された溶接ワイヤを収容するワイヤバッファと、
前記ワイヤバッファに収容された溶接ワイヤを溶接トーチに送給する第２のワイヤ送給部と、
前記ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤの所定位置における角度を検出する角度検出部と、
前記角度検出部により検出される角度に基づいて、前記ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤのバッファ量を取得するバッファ量取得部と、
前記バッファ量取得部の較正を実行する較正部と、
少なくとも前記第１のワイヤ送給部及び前記第２のワイヤ送給部のいずれか一方において溶接ワイヤを移動させるモータと、
を備え、
前記較正部は、
前記モータを駆動させ、前記バッファ量が減るように溶接ワイヤを移動させるワイヤ移動制御部と、
前記モータのトルクが閾値に到達したときの前記バッファ量を、前記バッファ量の最小値に設定し、当該最小値に、前記ワイヤバッファにおいて機械的に動作可能な範囲に対応する前記角度検出部による検出値の幅を加算した値を、前記バッファ量の最大値に設定する設定部と、
を含む、
ワイヤ送給装置。
前記バッファ量は、前記ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤの長さにより定まる、
請求項１記載のワイヤ送給装置。
前記較正部は、
前記バッファ量の中央値として、前記最小値及び前記最大値の平均値を設定する、
請求項１又は２記載のワイヤ送給装置。
溶接ワイヤを送給する第１のワイヤ送給部と、前記第１のワイヤ送給部により送給された溶接ワイヤを収容するワイヤバッファと、前記ワイヤバッファに収容された溶接ワイヤを溶接トーチに送給する第２のワイヤ送給部と、前記ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤの所定位置における角度を検出する角度検出部と、前記角度検出部により検出される角度に基づいて、前記ワイヤバッファに収容されている溶接ワイヤのバッファ量を取得するバッファ量取得部と、を備えるワイヤ送給装置において前記バッファ量取得部の較正を実行する方法であって、
少なくとも前記第１のワイヤ送給部及び前記第２のワイヤ送給部のいずれか一方において溶接ワイヤを移動させるモータを駆動させ、前記バッファ量が減るように溶接ワイヤを移動させるステップと、
前記モータのトルクが閾値に到達したときの前記バッファ量を、前記バッファ量の最小値に設定し、当該最小値に、前記ワイヤバッファにおいて機械的に動作可能な範囲に対応する前記角度検出部による検出値の幅を加算した値を、前記バッファ量の最大値に設定するステップと、
を含む較正方法。