JP7414478B2

JP7414478B2 - 溶着検出装置及びアーク溶接ロボットシステム

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Publication number: JP7414478B2
Application number: JP2019204015A
Authority: JP
Inventors: 雄一松田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2024-01-16
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Description

本発明は、溶着検出装置及びアーク溶接ロボットシステムに関する。

アーク溶接は、溶接トーチによって支持される溶接ワイヤと溶接母材であるワークとの間に溶接電源装置から溶接用電圧を印加してアークを発生させ、溶接ワイヤを溶かして溶接を行う。アーク溶接がロボット動作によって行われる場合、ワークの１つの溶接個所に対する溶接が終了した後、溶接ワイヤは、アーク溶接ロボットの動作によってワークから離隔し、ワークの次の溶接個所に向けて移動する。

溶接終了後、アーク溶接ロボットによって溶接ワイヤが移動する際、溶接によってワークに融着した溶融金属（溶接ビード）と溶接ワイヤの先端とが連結されたままとなる「溶着」という現象が発生する場合がある。溶接ワイヤとワークとが溶着した状態のままアーク溶接ロボットが移動すると、溶接トーチと溶接ワイヤとが干渉することによって、溶接トーチが損傷するおそれがある。そのため、従来では、溶接終了後に溶接ワイヤとワークとに一定の電圧を印加し、溶着検出回路によって、その電圧値から溶接ワイヤとワークとの溶着の有無を判断するようにしている（例えば、特許文献１等参照）。

特開平５－２４５６３８号公報

一般に、溶接電源装置は、溶接ワイヤをプラス（＋）電極に接続し、ワークをマイナス（－）電極に接続している。溶着検出回路によって溶着の有無を判断する場合、溶接ワイヤとワークとに印加された溶着検出用電圧（例えば２０Ｖ）の電圧値を監視する。溶接ワイヤとワークとが溶着している場合は、溶接ワイヤがワークを介して接地されるため、電圧値は０Ｖ近くまで低下する。溶着検出回路は、電圧値が０Ｖ近くまで低下したことを検知すると、溶着検出信号をロボット制御装置に送信する。一方、溶接ワイヤとワークとが溶着していない場合は、溶接ワイヤとワークとは離隔しているため、電圧値は変化しない。したがって、溶着検出回路は溶着検出信号をロボット制御装置に送信しない。ロボット制御装置は、溶着検出回路からの溶着検出信号を受信した場合、「溶着有り」と判断してロボット動作を停止させ、所定の溶着検出時間内に溶着検出信号を受信しなかった場合、「溶着無し」と判断してアーク溶接ロボットを次の溶接動作に移行させる。

しかしながら、ロボット制御装置は、溶着検出回路からの溶着検出信号の有無によって溶着の有無を判断しているだけであるため、溶着検出の確実性に課題を有している。すなわち、例えば溶着検出回路の不具合によって溶着検出信号が正常に送信されない場合、実際には溶着が発生していても、ロボット制御装置は「溶着無し」と判断し、溶接ワイヤとワークとが溶着した状態のままアーク溶接ロボットを次の溶接動作に移行させてしまうおそれがある。したがって、溶接ワイヤとワークとの溶着の有無をより確実に判断できるようにすることが望まれている。

本開示の一態様は、アーク溶接ロボットに配置される溶接ワイヤとワークとの溶着の有無を検出する溶着検出装置であって、前記溶接ワイヤ及び前記ワークに対して印加した電圧を検出した電圧値に基づいて、溶着の有無を検出する第１の溶着検出部と、前記第１の溶着検出部の検出結果と前記電圧値とに基づいて、溶着の有無を決定する第２の溶着検出部と、を備える。

本開示の他の一態様は、溶接ワイヤを有するアーク溶接ロボットと、前記アーク溶接ロボットを制御するロボット制御装置と、前記溶接ワイヤとワークとの間に電圧を印加する溶接電源装置と、前記溶接ワイヤと前記ワークとの溶着の有無を検出する溶着検出装置と、を備えるアーク溶接ロボットシステムであって、前記溶着検出装置は、前記溶接ワイヤ及び前記ワークに対して印加した電圧を検出した電圧値に基づいて、溶着の有無を検出する第１の溶着検出部と、前記第１の溶着検出部の検出結果と前記電圧値とに基づいて、溶着の有無を決定する第２の溶着検出部と、を有する。

本開示の一態様によれば、アーク溶接における溶接ワイヤとワークとの溶着の有無をより確実に判断することができる。

アーク溶接ロボットシステムの一実施形態を示す概略図である。アーク溶接ロボットシステムにおける溶接電源装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。アーク溶接ロボットシステムにおけるロボット制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。溶着検出時のアーク溶接ロボットシステムにおける溶接電源装置の動作の一実施形態を示すフローチャートである。溶着検出時のアーク溶接ロボットシステムにおけるロボット制御装置の動作の一実施形態を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、アーク溶接ロボットシステムの一実施形態を示す概略図である。図２は、アーク溶接ロボットシステムの一実施形態における溶接電源装置の機能ブロック図である。図３は、アーク溶接ロボットシステムの一実施形態におけるロボット制御装置の機能ブロック図である。

アーク溶接ロボットシステム１は、ワーク支持台１０１に支持される溶接母材であるワーク１００に対するアーク溶接を行うために、溶接トーチ２５を所定の溶接経路に沿って移動させる溶接動作を自動的に実行可能なシステムである。本実施形態に示すアーク溶接ロボットシステム１は、アーク溶接ロボット２と、後述する溶接ワイヤ２６に対して電圧を印加する溶接電源装置３と、アーク溶接ロボット２を制御するロボット制御装置４と、を備える。溶接電源装置３とロボット制御装置４とは、信号線によって相互に信号の送受信が可能に電気的に接続されている。

アーク溶接ロボット２は、サーボモータ等により構成される複数の関節部２３によって回動可能に連結される複数のアーム部２４を有する多関節ロボットであり、旋回部２２を介してベース部２１上に設けられる。溶接トーチ２５は、アーム部２４の先端に取り付けられている。アーク溶接ロボット２は、旋回部２２及び各関節部２３を回動させることによって、ワーク１００に対する溶接トーチ２５の位置及び姿勢を自在に変更することが可能である。

溶接トーチ２５は、アーク溶接ロボット２の外部から溶接トーチ２５に送給される溶接ワイヤ２６を、溶接トーチ２５の先端から所定長さで突出させて支持している。溶接ワイヤ２６は、導線３ａを介して、溶接電源装置３のプラス（＋）電極に電気的に接続される。ワーク１００は、導線３ｂを介して、溶接電源装置３のマイナス（－）電極に電気的に接続される。

溶接電源装置３は、導線３ａ，３ｂを介して、アーク溶接ロボット２の溶接ワイヤ２６及びワーク１００に対して溶接動作用電圧及び溶着検出用電圧の給電を行うとともに、溶着検出動作のうちの一部の動作を行う。図２に示すように、本実施形態に示す溶接電源装置３は、電圧出力部３１と、第１の溶着検出部３２と、を少なくとも有する。

電圧出力部３１は、ロボット制御装置４から受信した溶接動作指令信号に基づいて、溶接ワイヤ２６及びワーク１００に対して溶接用電圧を印加する機能と、ロボット制御装置４から受信した溶着検出動作指令信号に基づいて、溶接ワイヤ２６及びワーク１００に対して溶着検出用電圧を印加する機能と、溶接ワイヤ２６及びワーク１００に印加される溶着検出用電圧を検出し、その検出された電圧値を監視するとともに、その電圧値の情報を第１の溶着検出部３２及びロボット制御装置４の第２の溶着検出部４３にそれぞれ送信する機能と、を少なくとも有する。溶接用電圧は、溶接動作指令信号を受信している間だけ溶接ワイヤ２６及びワーク１００に対して印加される。溶着検出用電圧は、溶着検出動作指令信号を受信している間だけ溶接ワイヤ２６及びワーク１００に対して印加される。

第１の溶着検出部３２は、ロボット制御装置４から受信した溶着検出動作指令信号に基づいて、所定の溶着検出動作を実行し、溶着を検出した場合に、第２の溶着検出部４３に溶着有りを示す溶着検出信号を送信する機能を少なくとも有する。第１の溶着検出部３２による溶着検出動作は、従来の溶着検出回路と同様の動作である。すなわち、第１の溶着検出部３２は、溶着検出用電圧の電圧値が低下して閾値を下回ったか否かを監視することによって、溶着の有無を検出する。

ロボット制御装置４は、アーク溶接ロボット２の動作を統括的に制御する。図３に示すように、本実施形態に示すロボット制御装置４は、溶接指令部４１と、動作指令部４２と、第２の溶着検出部４３と、表示部４４と、を少なくとも有する。

溶接指令部４１は、溶接電源装置３に対して、アーク溶接のための溶接用電圧を溶接ワイヤ２６及びワーク１００に印加するように指示する溶接指令信号を送信する機能を少なくとも有する。溶接指令信号を受信した溶接電源装置３は、導線３ａ，３ｂを介して、溶接ワイヤ２６及びワーク１００に溶接用電圧を印加する。

動作指令部４２は、アーク溶接ロボット２に対して、アーク溶接のためのロボット動作を行わせるロボット動作指令信号を送信する機能と、溶接電源装置３に対して、溶着検出のための溶着検出動作指令信号を送信する機能と、を少なくとも有する。ロボット動作指令信号を受信したアーク溶接ロボット２は、溶接トーチ２５を所定の溶接経路に沿って移動させる溶接動作等のロボット動作を行う。溶着検出動作指令信号を受信した溶接電源装置３は、導線３ａ，３ｂを介して、溶接ワイヤ２６及びワーク１００に溶着検出用電圧を印加する。

第２の溶着検出部４３は、第１の溶着検出部３２の検出結果である溶着検出信号の受信の有無と、溶接電源装置３から受信した溶着検出用電圧の電圧値と、に基づいて、溶着の有無を決定する機能を有する。第２の溶着検出部４３による溶着の有無の決定が、アーク溶接ロボットシステム１における溶着の有無の最終判断である。第２の溶着検出部４３は、溶着の有無の最終判断を行った場合、溶接電源装置３に対して溶着検出動作終了を指示する信号を送信する。

第２の溶着検出部４３の決定結果が「溶着無し」である場合、第２の溶着検出部４３は、動作指令部４２に対して次の溶接動作への移行を指示する信号を送信する。これによって、動作指令部４２は、アーク溶接ロボット２に対してロボット動作指令信号を送信し、次の溶接動作に移行するためのロボット動作を実行させる。一方、第２の溶着検出部４３の決定結果が「溶着有り」である場合、第２の溶着検出部４３は、動作指令部４２に対してロボット動作の停止を指示する信号を送信する。これによって、動作指令部４２は、アーク溶接ロボット２のロボット動作を停止させる。

表示部４４は、アーク溶接ロボット２のロボット動作に関する各種情報、溶着の有無の結果、システムエラー等の警告情報等を、作業者に対して視認可能に表示する。一般に、表示部４４は、液晶ディスプレイ等の表示装置によって構成され、ロボット制御装置４の筐体表面に設けられる。表示部４４は、スピーカによって音声表示を行う機能を更に有してもよい。

本実施形態のアーク溶接ロボットシステム１において、溶接電源装置３に設けられる第１の溶着検出部３２と、ロボット制御装置４に設けられる第２の溶着検出部４３とによって、溶着検出装置５が構成される。すなわち、本実施形態の溶着検出装置５は、第１の溶着検出部３２と第２の溶着検出部４３とを、溶接電源装置３とロボット制御装置４とに分離して配置し、信号線を介して電気的に接続することによって構成されている。これによって、溶着検出処理が二重化され、第１の溶着検出部３２もしくは第２の溶着検出部４３のいずれかに問題が発生した場合においても、もう片方の溶着検出部によって溶着を検出することができる。

次に、アーク溶接ロボットシステムにおける具体的な溶着検出動作について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、溶着検出時のアーク溶接ロボットシステムにおける溶接電源装置の動作の一実施形態を示すフローチャートである。図５は、溶着検出時のアーク溶接ロボットシステムにおけるロボット制御装置の動作の一実施形態を示すフローチャートである。

図４に示すように、溶着検出動作は、アーク溶接ロボット２によるワーク１００の１つの溶接個所に対する溶接が終了した後、ロボット制御装置４の動作指令部４２が、溶接電源装置３に対して溶着検出動作指令信号（溶着検出動作指令：ＯＮ）を送信することによって開始される。溶着検出動作指令信号を受信した溶接電源装置３は、電圧出力部３１によって、溶接ワイヤ２６及びワーク１００に対して所定の溶着検出用電圧を印加する（溶着検出用電圧：ＯＮ）。溶着検出用電圧は、例えば２０Ｖである。これと同時に、溶接電源装置３は、第１の溶着検出部３２によって、所定の溶着検出時間を設定する図示しないタイマを起動させ（溶着検出時間：ＯＮ）、溶着検出時間のカウントを開始する（Ｓ１０１）。溶着検出時間は、例えば１ｓｅｃである。

溶接ワイヤ２６及びワーク１００に溶着検出用電圧が印加されると、電圧出力部３１は、溶接ワイヤ２６及びワーク１００に印加した溶着検出用電圧の電圧値を検出する。第１の溶着検出部３２は、その電圧値を監視し、予め設定されている閾値と比較することによって、電圧値が閾値を下回ったか否かを判定する（Ｓ１０２）。閾値は、実際に溶着が発生している場合に検出される電圧値である０Ｖ近くの電圧値よりもやや大きい値に設定されている。

溶着が発生している場合、溶接ワイヤ２６はワーク１００を介して接地されるため、電圧値は０Ｖ近くまで低下して閾値を下回る。第１の溶着検出部３２は、溶着検出時間内に電圧値が閾値を下回ったことを検出した場合に、溶着有りを示す溶着検出信号をロボット制御装置４に送信する（Ｓ１０３）。

溶着検出信号の送信後、溶接電源装置３は、ロボット制御装置４から溶着検出動作終了を指示する信号（溶着検出動作指令：ＯＦＦ）を受信するまで動作を待機する（Ｓ１０４）。当該信号を受信した後、溶接電源装置３は、電圧出力部３１による溶着検出用電圧の印加を停止させ（溶着検出用電圧：ＯＦＦ）、溶着検出動作を終了する（Ｓ１０５）。

ステップＳ１０２において、溶着検出時間がタイムアップしても閾値を下回ったことが検出されない場合、溶接電源装置３は、溶着検出信号を第１の溶着検出部３２からロボット制御装置４に送信することなく、ステップＳ１０４の処理に移行する。

一方、ロボット制御装置４では、図５に示すように、動作指令部４２が、溶接電源装置３に対して溶着検出動作指令信号（溶着検出動作指令：ＯＮ）を送信すると同時に、第２の溶着検出部４３が、第１の溶着検出部３２と同様に溶着検出時間（例えば１ｓｅｃ）を設定する図示しないタイマを起動させ（溶着検出時間：ＯＮ）、溶着検出時間のカウントを開始する（Ｓ２０１）。

この間、第２の溶着検出部４３は、溶接電源装置３から送信される溶着検出用電圧の電圧値を監視し、予め設定される閾値と比較している。第２の溶着検出部４３に設定される閾値は、第１の溶着検出部３２に設定される閾値と同じであってよい。また、第２の溶着検出部４３のタイマは、第１の溶着検出部３２のタイマと同期している。溶着検出時間をカウントするタイマは、第１の溶着検出部３２及び第２の溶着検出部４３のいずれか一方の溶着検出部のみに設け、そのタイマを第１の溶着検出部３２及び第２の溶着検出部４３で共通にカウント可能に構成されてもよい。

溶着検出動作の開始後、第２の溶着検出部４３は、溶着検出時間内に第１の溶着検出部３２から溶着検出信号を受信したか否かを判定する（Ｓ２０２）。溶着検出時間内に溶着検出信号を受信した場合、第２の溶着検出部４３は、直ちに「溶着有り」を決定する。ロボット制御装置４は、第２の溶着検出部４３において「溶着有り」が決定されると、動作指令部４２によって、溶接電源装置３に対して溶着検出動作終了を指示する信号（溶着検出動作指令：ＯＦＦ）を送信する（Ｓ２０３）。

その後、ロボット制御装置４は、表示部４４によって、溶着が発生したことを示す表示を行うとともに、動作指令部４２によって、ロボット動作を停止させる（Ｓ２０４）。その後、第２の溶着検出部４３による溶着検出動作は終了する。

ステップＳ２０２において、溶着検出時間がタイムアップしても溶着検出信号が受信されない場合、第２の溶着検出部４３は、溶着検出動作の開始時から監視している溶着検出用電圧の電圧値が、溶着検出時間内に閾値を下回ったか否かを判定する（Ｓ２０５）。電圧値が閾値を下回らなかった場合、第２の溶着検出部４３は、「溶着無し」を決定する。ロボット制御装置４は、第２の溶着検出部４３において「溶着無し」が決定されると、動作指令部４２によって、溶接電源装置３に対して溶着検出動作終了を指示する信号（溶着検出動作指令：ＯＦＦ）を送信する（Ｓ２０６）。

その後、ロボット制御装置４は、動作指令部４２によって、アーク溶接ロボット２に対して、次の溶接動作に移行するようにロボット動作指令信号を出力する（Ｓ２０７）。その後、第２の溶着検出部４３による溶着検出動作は終了する。

ステップＳ２０５において、溶着検出時間内に電圧値が閾値を下回った場合、すなわち、電圧値の変化が溶着の発生を示している場合、ステップＳ２０３の処理に移行する。すなわち、第２の溶着検出部４３は、溶着検出時間内に第１の溶着検出部３２から溶着検出信号を受信しなくても、ステップＳ２０２において溶着検出時間内に溶着検出信号を受信した場合と同様に、「溶着有り」を決定し、溶着検出動作を終了する。

このように、第２の溶着検出部４３は、第１の溶着検出部３２とは独立して電圧値を監視するので、第１の溶着検出部３２から溶着有りを示す溶着検出信号を受信しない場合、すなわち、第１の溶着検出部３２の検出結果が溶着無しの場合であっても、第２の溶着検出部４３によって「溶着有り」であることを検出することができる。したがって、この溶着検出装置５を備えるアーク溶接ロボットシステム１によれば、例えば、システム稼働中に、第１の溶着検出部３２に溶着検出信号が正常に送信されないような不具合が発生した場合であっても、溶着の有無を判断できるため、アーク溶接における溶接ワイヤ２６とワーク１００との溶着の有無をより確実に判断することができる。

また、第１の溶着検出部３２から溶着有りを示す溶着検出信号を受信した場合は、第２の溶着検出部４３は必ず「溶着有り」を決定するため、ロボット制御装置４は迅速にロボット動作を停止させることができる。したがって、溶接トーチ２５の損傷のおそれは確実に回避される。

１アーク溶接ロボットシステム
２アーク溶接ロボット
３溶接電源装置
４ロボット制御装置
５溶着検出装置
２６溶接ワイヤ
３２第１の溶着検出部
４３第２の溶着検出部
１００ワーク

Claims

アーク溶接ロボットに配置される溶接ワイヤとワークとの溶着の有無を検出する溶着検出装置であって、
前記溶接ワイヤ及び前記ワークに対して印加した電圧を検出した電圧値に基づいて、溶着の有無を検出する第１の溶着検出部と、
前記第１の溶着検出部の検出結果と前記電圧値とに基づいて、溶着の有無を決定する第２の溶着検出部と、を備え、
前記第２の溶着検出部は、
前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着有りである場合、溶着有りを決定し、
前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着無しであり、且つ、前記電圧値が閾値を下回ったことを検出した場合に、溶着有りを決定する、溶着検出装置。
アーク溶接ロボットに配置される溶接ワイヤとワークとの溶着の有無を検出する溶着検出装置であって、
前記溶接ワイヤ及び前記ワークに対して印加した電圧を検出した電圧値に基づいて、溶着の有無を検出する第１の溶着検出部と、
前記第１の溶着検出部の検出結果と前記電圧値とに基づいて、溶着の有無を決定する第２の溶着検出部と、を備え、
前記第２の溶着検出部は、
前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着有りであり、且つ、前記電圧値が閾値を下回ったことを検出した場合に、溶着有りを決定し、
前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着有りであり、且つ、前記電圧値が閾値を下回ったことを検出しない場合、または、前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着無しであり、且つ、前記電圧値が閾値を下回ったことを検出した場合に、エラー発生を決定する、溶着検出装置。
溶接ワイヤを有するアーク溶接ロボットと、
前記アーク溶接ロボットを制御するロボット制御装置と、
前記溶接ワイヤとワークとの間に電圧を印加する溶接電源装置と、
前記溶接ワイヤと前記ワークとの溶着の有無を検出する溶着検出装置と、
を備えるアーク溶接ロボットシステムであって、
前記溶着検出装置は、
前記溶接ワイヤ及び前記ワークに対して印加した電圧を検出した電圧値に基づいて、溶着の有無を検出する第１の溶着検出部と、
前記第１の溶着検出部の検出結果と前記電圧値とに基づいて、溶着の有無を決定する第２の溶着検出部と、を有し、
前記第２の溶着検出部は、
前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着有りである場合、溶着有りを決定し、
前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着無しであり、且つ、前記電圧値が閾値を下回ったことを検出した場合に、溶着有りを決定する、アーク溶接ロボットシステム。
溶接ワイヤを有するアーク溶接ロボットと、
前記アーク溶接ロボットを制御するロボット制御装置と、
前記溶接ワイヤとワークとの間に電圧を印加する溶接電源装置と、
前記溶接ワイヤと前記ワークとの溶着の有無を検出する溶着検出装置と、
を備えるアーク溶接ロボットシステムであって、
前記溶着検出装置は、
前記溶接ワイヤ及び前記ワークに対して印加した電圧を検出した電圧値に基づいて、溶着の有無を検出する第１の溶着検出部と、
前記第１の溶着検出部の検出結果と前記電圧値とに基づいて、溶着の有無を決定する第２の溶着検出部と、を有し、
前記第２の溶着検出部は、
前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着有りであり、且つ、前記電圧値が閾値を下回ったことを検出した場合に、溶着有りを決定し、
前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着有りであり、且つ、前記電圧値が閾値を下回ったことを検出しない場合、または、前記第１の溶着検出部の検出結果が溶着無しであり、且つ、前記電圧値が閾値を下回ったことを検出した場合に、エラー発生を決定する、アーク溶接ロボットシステム。
前記第１の溶着検出部は、前記溶接電源装置に設けられ、
前記第２の溶着検出部は、前記ロボット制御装置に設けられる、請求項３又は４に記載のアーク溶接ロボットシステム。