KR102167563B1 - 아크 용접의 표시 장치 및 표시 방법 - Google Patents

Abstract

아크 추적 용접을 행할 시에 작업자가 용접 중의 정보를 확인하는 것을 가능하게 하고, 확인한 정보에 기초하여 정확한 아크 추적 용접을 가능하게 하는 아크 용접의 표시 기술을 제공한다. 본 발명의 아크 용접 표시 장치는, 용접 방향에 대하여 토치를 요동시키는 위빙 기능을 구비한 용접 장치에 구비된 것이며, 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압 중 적어도 하나를, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획하여 화면에 표시한다. 바람직하게는, 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압으로부터, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전류, 또는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전압을 감산하고, 감산 후의 값을 화면에 표시한다.

Description

아크 용접의 표시 장치 및 표시 방법

본 발명은, 예를 들어 자동 용접 장치 또는 용접 로봇을 이용한 아크 용접 기술에 관한 것이며, 특히 아크 추적 용접에서의 추적 상황의 가시화를 가능하게 하는 표시 기술에 관한 것이다.

아크 용접에 있어서는, 용접 전류나 용접 전압 등의 변화에 기초하여, 용접해야 할 조인트 위치와 와이어 선단 위치의 어긋남양을 검출하고, 이를 보정함으로써 용접선을 자동 추종하는 「아크 추적」이 자주 이용되고 있다. 이는, 대상 워크의 설치 오차, 가공 오차, 가공 중의 변형 등에 의하여 발생하는 가공 도구(용접 토치)의 목표 위치의 어긋남을 검출하여 보정함으로써, 용접 결함을 방지하고 자동화율을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.

이와 같은 아크 추적의 원리는, 용접 와이어의 돌출 길이(정확히 말하면 토치 급전 개소와 모재 사이의 거리 L)의 변화에 따라 용접 전류 또는 용접 전압이 변화되는 것을 이용하여, 위빙 동작 시의 아크 전류 파형 또는 아크 전압 파형의 비대칭성으로부터 토치의 목표 위치의 어긋남을 검출하고, 이를 자동 용접 장치 또는 용접 로봇 시스템에 피드백하여 토치 선단 위치의 어긋남이 없게 되는 방향으로 수정함으로써, 용접선을 자동 추종한다.

이와 같은 아크 추적에 있어서는, 이하와 같은 문제가 있음이 알려져 있다.

예를 들어 실제 용접에 있어서는, 용접 조건(전류, 전압, 용접 속도, 위빙 폭, 위빙 주파수)과 추적 파라미터(게인이나 좌우 전류 차의 오프셋)에 따라 용접 시의 로봇 동작 궤적(추적의 궤적)이 변화되는 경우가 있다. 그 때문에, 작업자가 로봇을 티칭한 후에 용접을 행하고, 또한 용접 후에 아크 추적의 확인이 필요하다.

이때, 도 1에 도시한 바와 같이, 작업자는 용접 조건과 추적 파라미터를 입력 조건으로서 설정하여, 그 출력인 로봇의 동작 궤적(추적 제어가 가해진 수정 동작 궤적)을 얻고 있다. 달리 말하면, 용접 중의 정보인 용접 전류 파형 등을 보는 일 없이 추적의 확인을 행하고 있다.

그 때문에, 로봇의 동작 궤적 등의 확인 후, 추적이 제대로 되지 않았다고 판단하더라도, 왜 아크 추적이 어긋났는지 원인 파악이 정확히 행해지지는 않으며, 작업자의 경험과 감에 따라, 시행 착오를 반복하여 희망하는 궤적으로 되도록 용접 조건과 추적 파라미터를 조정하는 것이 보통이었다. 또한 아크 추적이 제대로 되지 않는 경우에는, 구체적으로는 용접 궤적의 어긋남이나 용접선의 사행이나 용접 결함이 발생하여 불량품 발생의 원인으로 된다.

전술한 바와 같이, 현 상황에 있어서, 용접 중의 용접 전류 파형을 보지 않고 결과인 로봇의 동작 궤적만을 봄으로써 아크 추적의 확인을 행하고 있다. 그러나 아크 추적 불량을 줄이기 위하여, 작업자가 용접 중의 용접 전류 파형을 보고자 하여 단순히 전류 파형을 화면에 표시하기만 해서는, 다른 사람이 보더라도 즉시 어긋남과의 관계를 알 수 없는 파형(위빙에 기인하는 파형)으로 되어 있다.

이와 같이, 아크 추적 용접 시에 일어날 수 있는 문제를 해결하는 것을 의도한 기술로서, 이하의 특허문헌 1 내지 4에 든 것이 있다.

예를 들어 특허문헌 1은, 용접 현상의 변화를 이용하여 용접 토치의 위치를 보정하는 아크 센서를 사용하는 용접 로봇 시스템에 있어서, 아크 센서 회로로부터 출력되는 용접 토치 칩과 모재 간의 위치 보정 정보, 즉, 상하 방향 보정 정보, 및 용접 토치 칩의 각 오실레이트 단부 위치 보정 정보, 즉, 좌우 방향 보정 정보를 입력하는 수단과, 해당 각 정보에 따라 실시간으로 해당 각 정보의 값의 정도를 그래픽 표시하는 출력 수단을 갖는 아크 센서 모니터 장치를 개시한다.

특허문헌 2는, 용접 토치를 좌우로 위빙시키면서 용접선을 추적하여 용접을 행하는 소모 전극식 아크 용접에 있어서, 좌측으로부터 우측으로 이르는 우진 위빙 기간에 위빙 좌단부 전류값을 검출한 후, 상기 우진 위빙 기간에 있어서의 용접 전류 최솟값을 검출하고, 또한 우측으로부터 좌측에 이르는 좌진 위빙 기간에 위빙 우단부 전류값을 검출한 후, 상기 좌진 위빙 기간에 있어서의 용접 전류 최솟값을 검출하고, 그 후, 상기 우진 위빙 기간 중에 있어서의 각 검출 전류의 차 전류값과 상기 좌진 위빙 기간 중에 있어서의 각 검출 전류의 차 전류값을 연산하여 양 차 전류값을 서로 비교하고, 양 차 전류값의 편차에 따라 용접 토치의 위빙 폭 중심 위치를 이동 제어하는 소모 전극식 아크 용접 방법을 개시한다.

특허문헌 3은, 시프트양이 상이한 복수의 구간으로 구획된 교시선 상을 따라 용접 토치를 용접시키면서 이동시킬 때, 상기 구간마다 정해져 있는 시프트양에 따라 상기 용접 토치를 시프트시켜 이동시키는 이동 공정과, 상기 구간마다 이동 중인 용접 토치에 공급되어 샘플링된 전기량을, 해당 샘플링 주기(이하, 샘플링 주기라 함)보다도 긴 소정 주기마다 평균화하는 평균화 공정과, 해당 평균화한 값과 기준값의 차분값을 산출하는 차분값 산출 공정과, 상기 구간마다의 상기 차분값의 평균 차분값을 산출하는 평균 차분값 산출 공정과, 상기 구간마다의 상기 차분값의 평균 차분값에 기초하여 회귀 직선 및 해당 회귀 직선과 상기 평균 차분값의 상관 계수를 구하는 회귀 직선 및 상관 계수 취득 공정과, 상기 회귀 직선의 기울기, 및 절편에 관계되는 추적에 관한 파라미터를 상기 상관 계수에 기초하여 평가하고, 해당 파라미터를 추적 파라미터로서 설정하는 평가 공정을 포함하는 로봇용 아크 센서의 추적 파라미터의 설정 방법을 개시한다.

특허문헌 4는, 아크 용접용 로봇 제어 장치의 아크 용접 표시 장치에 있어서, 용접 전류 및 용접 전압 중 적어도 한쪽을 검출하는 용접 전기 신호 검출 수단과, 상기 검출한 용접 전기 신호를 저장하는 데이터 저장 수단과, 로봇의 동작 궤적을 기억하는 동작 궤적 기억 수단과, 상기 용접 전기 신호 검출 수단으로 검출한 용접 전류 및 용접 전압 중 적어도 한쪽과, 상기 동작 궤적 기억 수단으로 기억된 로봇의 동작 궤적을 디스플레이 상에서 표시하는 표시 수단과, 상기 표시를 행하는 범위를 설정하는 표시 범위 설정 수단을 구비한 아크 용접 표시 장치를 개시한다.

일본 특허 공개 평5-329645호 공보 일본 특허 공개 소58-53375호 공보 일본 특허 공개 제2010-120042호 공보 일본 특허 공개 평11-58007호 공보

상기한 특허문헌 1 내지 4는 다양한 기술을 개시하고 있기는 하지만, 본원이 의도하는 문제를 해결하기에 충분한 것은 없다.

예를 들어 특허문헌 1에 개시된 아크 센서 모니터 장치 및 그 사용법은, 추적의 궤적을 펜던트에 표시하는 것으로 하여 토치 위치의 보정 정보를 모니터링하고 있다. 그러나 특허문헌 1의 기술에서는 보정 결과를 모니터링할 수는 있지만, 어떠한 전류가 흐르고 있는지 등의 용접 중의 정보를 작업자가 인식하기 쉬운 형태로 알 수 없어, 원하는 아크 추적을 실현하지 못하였다.

특허문헌 2에 개시된 소모 전극식 아크 용접 방법은, 위빙 시의 우단 좌단에 있어서의 최대 전류값, 최소 전류값에 따라 위빙의 중심 위치를 용접선에 정확히 추적시키는 것으로 되어 있다. 그러나 이 기술을 채용하였다고 하더라도 실제로는, 개선 형상이나 용접 조건, 위빙 조건, 추적의 제어 게인에 따라서는 추적 제어 후의 위빙 중심 위치의 궤적이 변화되어 사행 등이 발생하기 때문에, 작업자에 의한 각종 조건이나 파라미터의 조정이 필요하여, 원하는 아크 추적을 실현하는 것이 곤란할 것으로 생각된다.

특허문헌 3에 개시된 로봇용 아크 센서의 추적 파라미터의 설정 방법 및 로봇용 아크 센서의 추적 파라미터의 설정 장치는, 자동으로 추적 파라미터를 조정하는 기술을 개시한다. 그러나 이 기술을 채용하였다고 하더라도, 예를 들어 용접 시공의 관점에서, 용접 조건이나 위빙 조건을 변경한 경우에 다시 자동 조정의 일련의 시퀀스 실시가 필요하다. 또한 실물에 가까운 워크로 용접 개소로부터 어긋난 위치를 용접할 필요가 있기 때문에, 워크를 쓸모없게 해 버린다. 실제로는, 작업자는 로봇에 의한 용접을 보면서, 원하는 용접 품질과 추적 정밀도를 확보할 수 있기 위한 용접 조건과 추적 파라미터를 실시간으로 동시에 조절하기 때문에, 특허문헌 3의 기술을 채용한 경우, 효율이 나빠진다.

특허문헌 4에 개시된 아크 용접 표시 장치는, 로봇의 동작 궤적과 용접 전류 파형을 표시하는 표시 수단과, 표시 범위를 설정하는 표시 범위 설정 수단을 구비하며, 로봇의 동작 궤적에 있어서의 지정한 범위를 표시하는 것으로 되어 있다. 그러나 이 기술을 채용하였다고 하더라도, 위빙의 추적의 조정에 이용할 때는, 설정 범위를 어떻게 하면 될지 알 수 없으며, 표시의 입도가 지나치게 넓은 것, 달리 말하면 적절한 범위를 지정하는 것이 어려울 것으로 생각된다. 또한 용접을 확인하면서 설정 변경을 실시간으로 행하는 것이 곤란하다.

본 발명은 전술한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 아크 추적 용접을 행할 시에 작업자가 용접 중의 정보를 확인하는 것을 가능하게 하고, 확인한 정보를 기초에 기초하여 정확한 아크 추적 용접을 가능하게 하는 아크 용접의 표시 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 아크 용접 표시 장치는 이하의 기술적 수단을 강구하고 있다.

즉, 본 발명에 따른 아크 용접의 표시 장치 형태는, 용접 방향에 대하여 토치를 요동시키는 위빙 기능을 구비한 용접 장치에 구비된 아크 용접의 표시 장치이며, 상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압 중 적어도 하나를, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획하여 화면에 표시하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압으로부터, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전류, 또는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전압을 감산하고, 상기 감산 후의 값을 화면에 표시하면 된다.

바람직하게는, 상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압에 관하여, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획한 파형을, 수 주기분을 중첩시켜 화면에 표시하면 된다.

바람직하게는, 상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압에 관하여, 위빙 동작의 좌단 또는 우단에 대응하는 위치를 나타내는 표시를 화면에 표시하면 된다.

바람직하게는, 상기 아크 용접에 필요하다고 여겨지는 정보를 화면에 표시하면 된다.

또한 본 발명에 따른 아크 용접의 표시 방법 형태는, 용접 방향에 대하여 토치를 요동시키는 위빙 기능을 구비한 용접 장치에서 아크 용접의 상황을 표시하는 방법이며, 상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압 중 적어도 하나를, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획하여 표시하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압으로부터, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전류, 또는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전압을 감산하고, 상기 감산 후의 값을 표시하면 된다.

바람직하게는, 상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압에 관하여, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획한 파형을 수 주기분을 중첩시켜 표시하면 된다.

바람직하게는, 상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압에 관하여, 위빙 동작의 좌단 또는 우단에 대응하는 위치를 나타내는 표시를 표시하면 된다.

바람직하게는, 상기 아크 용접에 필요하다고 여겨지는 정보를 표시하면 된다.

본 발명의 아크 용접 표시 기술을 이용함으로써 아크 추적 용접을 행할 시에 작업자가 용접 중의 정보를 확인할 수 있고, 확인한 정보에 기초하여 정확한 아크 추적 용접을 행하는 것이 가능해진다.

도 1은 아크 추적 용접을 행하는 모습을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2a는 용접 시의 전류 파형을 나타낸 도면이다(어긋남=0㎜).
도 2b는 용접 시의 전류 파형을 나타낸 도면이다(어긋남=1㎜).
도 2c는 용접 시의 전류 파형을 나타낸 도면이다(어긋남=2㎜).
도 3a는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기에서의 전류 파형을 나타낸 도면이다(어긋남=0㎜).
도 3b는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기에서의 전류 파형을 나타낸 도면이다(어긋남=1㎜).
도 3c는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기에서의 전류 파형을 나타낸 도면이다(어긋남=2㎜).
도 3d는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기에서의 전류 파형을 나타낸 도면이다(어긋남=2㎜, 추적의 좌우 전류 차의 검출 로직에 사용되는 점을 강조).
도 4a는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기에서의 전류 파형으로부터 위빙마다의 평균 전류를 뺀 결과를 나타낸 도면이다(어긋남=0㎜).
도 4b는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기에서의 전류 파형으로부터 위빙마다의 평균 전류를 뺀 결과를 나타낸 도면이다(어긋남=1㎜).
도 4c는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기에서의 전류 파형으로부터 위빙마다의 평균 전류를 뺀 결과를 나타낸 도면이다(어긋남=2㎜).
도 5a는 용접 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 5b는 용접 시스템의 구성을 도시한 도면이다(토치부).

이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 아크 용접의 표시 장치 및 표시 방법에 대하여 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

이하에 있어서는, 용접 동작을 행하는 기기를, 용접 토치를 요동 동작(위빙 동작)시키는 다관절 용접 로봇으로서 설명하지만, 이는 일례에 불과하며, 전용의 자동 용접 장치여도 상관없다.

본 실시 형태에 따른 표시 장치 및 표시 방법은, 예를 들어 도 5a에 도시한 바와 같은 수직 다관절형 로봇 시스템에 적용된다. 수직 다관절형 로봇 시스템의 개요는 이하와 같다.

예를 들어 수직 다관절형 로봇 시스템은, 용접 로봇(1)과, 교시 펜던트(2)를 구비한 제어 장치(3)와, 퍼스널 컴퓨터를 포함한다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 용접 로봇(1)은 수직 다관절형의 6축의 산업용 로봇이며, 그 선단에, 용접 토치(5) 등으로 구성되는 용접 툴이 마련되어 있다. 이 용접 로봇(1)은, 그 자체를 이동시키는 슬라이더에 탑재되어 있어도 된다.

제어 장치(3)는 용접 로봇(1)을, 미리 교시한 프로그램에 따라 제어한다. 이 프로그램은, 제어 장치(3)에 접속된 교시 펜던트(2)를 사용하여 작성하는 경우나, 퍼스널 컴퓨터를 이용한 오프라인 교시 시스템을 사용하여 작성하는 경우가 있다. 어느 경우에도 이 프로그램은 실제 동작 전에 미리 작성된다. 퍼스널 컴퓨터에 의하여 작성된 프로그램은 기억 매체 등을 통하여 제어 장치(3)에 전달되거나 데이터 통신에 의하여 제어 장치(3)에 전송되거나 한다.

퍼스널 컴퓨터, 즉, 오프라인 교시 시스템은, 그래픽 표시 가능한 디스플레이를 구비하고, 입력 장치로서 키보드 또는 마우스를 구비한다. 또한 워크의 CAD 정보를 도입하기 위하여 기억 장치 또는 통신 장치가 마련되어 있다.

본 실시 형태에 따른 표시 방법은, 제어 장치(3) 내에 마련된 프로그램으로서 실현되고 있다.

이하, 본 실시 형태에 따른 표시 장치 및 표시 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 5b에 아크 용접의 모식도를 도시한다.

아크 용접은, 용접 토치(5)로부터 공급되는 용접 와이어(6)(소모 전극)와 모재(4)(워크) 사이에 용접 전원(7)으로 전압을 인가하여 용접 와이어(6)와 모재(4) 사이에서 아크를 발생시킨다. 그 아크 열로 모재(4)와 용접 와이어(6)를 용융시키면서 용접한다. 아크 용접에 수반하여 용접 와이어(6)은 용락되어 가기 때문에, 용접 중에는 송급 장치에 의하여 용접 토치(5) 내를 경유하여 용접 와이어(6)가 계속해서 공급된다.

모재(4)와 용접 와이어(6)가 용융된 용접 금속이 응고하여 용접 비드가 형성되어, 견고한 용접이 실현된다. 후강판의 용접으로 대표되는 중후판 용접에서는, 용접부의 강도를 유지하기 위하여 용접 비드의 폭을 넓게 하여 용착량이나 용입 깊이를 확보할 필요가 있다. 그 때문에 중후판 용접에서는, 용접 토치(5)를 좌우로 요동시키는 위빙이라는 동작을 행하면서 용접함으로써 용접 비드를 폭 확장하여 용접 강도를 확보하고 있다.

또한 용접 토치(5)로부터는 실드 가스도 아울러 공급되어 아크를 대기로부터 보호하고 있다. 또한 용융 후의 용융 금속도, 용접 와이어(6)에 포함되는 플럭스의 분해에 의하여 발생하는 가스에 의하여 대기로부터 보호되어, 블로우 홀 등의 용접 결함을 억제하고 있다.

그런데, 예를 들어 중후판의 용접 분야에서는, 용접 워크의 가공 정밀도가 나쁘거나, 용접 워크의 설치 정밀도가 나쁘거나, 용접 워크가 용접 중에 열변형으로 변형되는 등, 용접해야 할 위치인 용접선이 항시 정해된 위치에 있는 것만은 아니다. 용접선의 어긋남은 대략 수 ㎜ 내지 ㎝ 오더로 발생한다.

그러나 용접 품질의 관점에서 후판 분야에서 아크 용접 로봇(1)에 허용되는 용접선과의 어긋남은 일반적으로 1㎜ 미만이며, 사전에 정해진 위치를 동작하는 플레이 백 방식의 로봇으로는 용접할 수 없다. 즉, 중후판용 용접 로봇(1)에서는, 미리 교시된 용접 위치와 실제 워크의 용접 위치의 어긋남을 실시간으로 검출하면서 그때그때 이에 적응하여 서브 ㎜ 오더의 정밀도로 용접선을 「추적하는」 것이 필수 조건이며, 빼놓을 수 없는 매우 중요한 기능의 하나이다.

이상 설명한 아크 용접의 표시 장치 및 표시 방법을 행할 시에 본 실시 형태에서는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 아크 용접의 상태를 표시하여 모니터 가능하게 하는 표시 장치(8)를 구비하고 있다. 이 표시 장치(8)로서 본 실시 형태에서는 교시 펜던트(2)의 표시 화면을 채용하고 있다. 그러나 표시 장치(8)로서, 오프라인 교시 시스템을 구성하는 퍼스널 컴퓨터를 이용해도 된다.

본 실시 형태의 표시 장치(8)에서는, 이하와 같은 정보가 화면 상에 표시되어 작업자에게 제시되게 된다.

(ⅰ) 표시 장치(8)는, 아크 추적 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압이 표시된다. 표시되는 구간으로서는, 용접 전류 또는 용접 전압 중 적어도 하나를, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획하여 화면에 표시하여 작업자(용접 오퍼레이터)에게 제시하도록 한다. 바람직하게는, 용접 토치(5)가 일방단에 도달한 시점으로부터 다음에 일방단에 도달하기까지의 1위빙 주기가 포함되도록 일정 주기마다 구획하여 화면에 표시하면 된다.

일반적인 MIG, MAG 아크 용접은, 정전압 전원을 이용하여 용접을 행하기 때문에 용접선의 중심으로부터의 어긋남이 전류에 나타난다. 한편, TIG 용접은 정전류 전원을 이용하고 있기 때문에, 용접선의 중심으로부터의 어긋남이 전압에 나타난다. 그 때문에 표시 장치(8)는, 아크 추적 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압 중 적어도 하나 내지는 양쪽을 표시하도록 한다.

이와 같이 일정 주기마다 구획하여 표시 장치(8)에 용접 전류 내지는 용접 전압을 표시함으로써, 아크 추적에 필요 충분한 적절한 범위(시간 폭)에서 전류 파형이나 전압 파형을 관찰할 수 있다.

위빙마다 표시를 갱신함으로써 1위빙 주기마다의 전류 파형이나 전압 파형을 관찰할 수 있어, 현재의 용접 상황을 적확하게 아는 것이 가능해진다.

(ⅱ) 표시 장치(8)에 있어서는, 아크 추적 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압의 파형으로부터, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전류, 또는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전압을 감산한 것을 표시한다.

이것에 의하여, 용접 토치(5)의 상하 위치 변동에 의한 전류 파형이나 전압 파형의 상하의 오프셋이 제거되는 점에서, 작업자는 순수하게 좌우의 전류 밸런스를 주시할 수 있다. 또한 상하 방향(토치 방향)의 어긋남은 상하 방향 추적에 의하여 제거하는 것이 바람직하다. 상하 방향의 추적은, 일반적으로는 단순히 평균 전류를 보고 기준보다 큰지 작은지에 의하여 제어되고 있기 때문에, 작업자는 신경 쓸 필요성이 적다.

(ⅲ) 상기한 (ⅱ)의 표시를 행할 시에는, 필요에 따라 표시 장치(8)에서는, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획한 파형을 수 주기분을 중첩시켜 표시하면 된다.

이와 같이 전류 파형이나 전압 파형의 수 주기분을 중첩시킴으로써, 금회의 위빙에 있어서의 전류 파형을 일정 시간(수 주기의 위빙) 후에 확인할 수 있고, 반대로 수 주기 전부터의 전류 파형 또는 전압 파형이 변화되지 않았는지 여부의 확인도 가능하다.

또한 중첩하여 표시함으로써, 위빙 수 주기분의 파형을 동시에 볼 수 있기 때문에, 위빙 1주기에 있어서의 저주파 노이즈나, 아크 현상에 의한 순시적인 전류 변화의 영향을 받기 어려워, 작업자는 정확한 파형을 관찰하는 것이 가능해진다. 또한 이상 전류 파형이 연속되어 계속되면, 작업자는 아크 추적을 할 수 없다는 것이나, 용접 조건 설정이 이상하다는 것도 알아차릴 수 있다.

종래라면, 전류 파형을 적절한 시간 폭으로 구획해서 보고 있지 않기 때문에, 작업자는 비정상적인 파형임을 알아차리지 못할 것으로 생각된다. 아크 추적은, 좌우의 전류 차를 2점이나 4점 정도의 샘플로 행하는 것이 일반적이며, 비정상적인 파형이더라도, 짧은 용접 구간 등, 때로는 추적이 생겨버리는 것도 생각할 수 있다. 그러나 동일한 형상의 새로운 워크를 용접할 때는, 추적이 생기지 않게 되는 것도 생각할 수 있다. 그러나 본 실시 형태의 기술이면, 이와 같은 문제를 회피할 수 있다.

(ⅳ) 표시 장치(8)에 있어서는, 위빙 동작에 있어서의 좌단, 우단(일방단, 타방단)을 나타내는 표지를 화면에 표시할 수도 있다. 또한 화면에, 아크 추적 용접에 필요한 정보로서, 추적의 제어에 사용되고 있는 수치나 보조적인 정보를 표시하는 것도 가능하다. 표시하는 정보로서는, 예를 들어 좌우의 전류 차, 평균 전류, 좌우의 전압 차, 좌우의 평균 전압 등을 들 수 있다.

이것에 의하여, 좌우의 표지가 있음으로써, 작업자가, 위빙의 어느 쪽 전류가 높은지를 순시에 알 수 있다. 게다가 아크 추적 용접에 필요한 정보(추적의 제어에 사용되고 있는 수치나, 보조적인 정보)를 표시 장치(8) 상에서 인식할 수 있으므로, 작업자는 이들을 참고로 하면서 용접 작업을 적절하게 행할 수 있다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 아크 용접의 표시 장치 및 표시 방법을 이용함으로써 아크 추적 용접을 행할 시에 작업자가 용접 조건과 추적의 파라미터를 정할 때, 표시 장치(8)의 화면 표시를 보고 효율적으로 작업을 할 수 있으며, 작업 시간이나 시행 횟수를 단축하는 것을 가능하게 하면서 현장에 있어서도 정확한 아크 추적 용접이 가능해진다.

또한 전술한 바와 같이, 전류 파형 등의 표시는 교시 펜던트(2)에 한정되는 것은 아니며, 실시간으로 퍼스널 컴퓨터나 표시 장치(8)에 데이터를 전송하여 전송처의 기기에 표시해도 된다. 용접 전원(7)이나 컨트롤러 내부에 데이터를 저장해 두고, 그것을 퍼스널 컴퓨터 등에 전송하여 퍼스널 컴퓨터의 표시 모니터에 표시 해도 된다.

상기한 (ⅰ) 내지 (ⅳ)의 파형을 표시할 시에는, 용접 전류·용접 전압은 고주파 노이즈를 다분히 포함하는 것이며, 아날로그 필터나 FIR 필터 등의 저역 통과 필터를 걸어 처리 후의 파형을 표시하도록 하는 것이 바람직하다.

그런데 용접 전원(7)으로부터의 전류 피드백값이나 전압 피드백값과, 용접 로봇(1)의 위빙이 좌단이나 우단에 도달하는 타이밍에는 시간 차가 있다. 예를 들어 용접 로봇(1)이 위빙 좌단에 상당하는 위치의 명령을 내린 후, 각각의 모터가 위빙 좌단에 상당하는 위치에 가기까지는 통신이나 제어 주기 등에서 약간의 시간 지연이 있다.

또한 위빙에 있어서의 좌단의 위치에서 용접된 전류나 전압을 용접 전원(7)이 인식하여 피드백값으로서 제어 장치(3)에 통신하고, 제어 장치(3)가 피드백된 전류나 전압값을 인식하기까지는 통신 지연 시간이 있다. 제어 장치(3)에서, 인식한 값에 저역 통과 필터를 걸면 필터 만큼의 지연 시간이 있다.

통상의 아크 추적에서는, 이들 지연 시간을 실험에 의하여 미리 시산하고 있어서, 시간 차를 조정하고 있다. 구체적으로는, 좌우단을 명령한 타이밍과, 전류 파형이나 전압 파형이 피크로 되는 타이밍이, 그 시간 차에 상당하기 때문에, 단순히 시간을 측정하면 된다.

즉, 명령값 베이스인 좌우단의 인식과, 피드백되어 온 전류 전압의 시간 차는 기지이다. 따라서 본 실시 형태의 파형 표시 기술에 있어서도, 이들 아크 추적에서 이용되고 있는 시간 차를 고려하여 파형을 표시하면 된다. 아크 추적을 행하지 않는 장치이더라도, 시간 차는 마찬가지의 실험에 의하여 미리 시산해 두면 된다.

실시예

이하, 상기 기술에 의하여 표시되는 파형 중 몇 가지를 실시예로서 설명한다.

도 2a 내지 도 2c는 종래의 표시 기술에 관한 것이며, 아크 추적 용접 시의 전류 파형을 나타낸 것이다. 파형의 표시 시간은 0초 내지 25초의 범위이다. 이와 같이 긴 시간의 파형을 나타낸 경우, 아크 추적에 어긋남이 생겼다고 하더라도 작업자는 그것을 인식하는 것이 곤란하다. 즉, 도 2a 내지 도 2c에 표시된 파형은 고주파 노이즈를 제거한 파형이지만, 단순히 화면 상에 플롯하기만 해서는 전류 파형 자체가 위빙이나 아크 용접 현상의 영향 등으로 왜곡되어 있어, 작업자에게 있어 이해하기 어려운 파형이다.

그래서, 아크 추적 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압 중 적어도 하나를, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획하여 화면에 표시하도록 하여 작업자(용접 오퍼레이터)에게 제시하도록 한다.

도 3a 내지 도 3c는, 1주기를 약간 초과하는 시간에서의 용접 전류의 변화를 나타낸 것이다. 즉, 용접 토치(5)가 우단에 도달한 시점으로부터 다음에 우단에 도달한 시점까지의 1위빙 주기를 표시함과 함께, 그 1위빙 주기의 전후도 표시하고 있다.

도 3a 내지 도 3c에서는 480msec 주기로 위빙하고 있다. 우단와 좌단의 간격은 240msec이다.

도 3a는, 어긋남이 없는 경우의 전류 파형을 나타내고 있다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 우단의 최대 전류값과 좌단의 최대 전류값이 거의 동일한 것을 순시에 파악할 수 있어, 아크 추적이 정상적으로 행해지고 있음을 확인할 수 있다.

한편, 도 3b, 도 3c는, 추적 예정선에 대하여 어긋남이 생긴 경우를 나타내고 있다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 우단의 최대 전류값과 좌단의 최대 전류값이 크게 상이하여 아크 추적에 이상이 발생하였음을 순시에 파악할 수 있다.

또한 파형의 표시에 있어서는, 위빙의 반주기 정도, 표시하는 시간을 증가시키면 보기 쉬워진다. 즉, 위빙 1.5주기분 정도를 표시하면, 우단와 좌단이 전후의 거동을 포함하여 충분히 잡히기 때문에, 작업자에게 인식하기 쉬운 파형으로 된다.

나아가, 표시 방법 (ⅳ)에서 나타낸 바와 같이, 아크 추적의 좌우 전류 차의 검출 로직에 이용되는 점을 동그라미 표지 등으로 에워쌈으로써 강조하면, 우단의 최대 전류값과 좌단의 최대 전류값을 보다 이해하기 쉬워진다(도 3d를 참조). 또한 전류 차(우단의 최대 전류값과 좌단의 최대 전류값의 차)를 수치로서 표시하도록 하는 것은 매우 바람직하다.

또한 표시 방법 (ⅱ) (ⅲ)에서 나타낸 바와 같이, 위빙마다 구획한 전류 파형으로부터 위빙마다의 평균 전류를 뺀 것이나, 그들을 복수 중첩시킨 것을 표시하면 된다(도 4a 내지 도 4c를 참조).

도 4a는, 어긋남이 없는 경우의 전류 파형을 나타낸다. 우단의 최대 전류값과 좌단의 최대 전류값이 거의 동일한 것을 순시에 파악할 수 있다. 위빙마다의 평균 전류를 뺀 후에 수 주기분의 파형을 중첩시킴으로써 좌우의 전류 밸런스를 극히 잘 관찰할 수 있음을 알 수 있다. 파형을 중첩시켰기 때문에 1주기마다의 변동에 구애받지 않고 대국적인 관찰이 가능해진다.

한편, 도 4b, 도 4c는, 어긋남이 있는 경우의 전류 파형을 나타낸다. 위빙마다의 평균 전류를 뺀 후에 수 주기분의 파형을 중첩시킴으로써 우단의 최대 전류값과 좌단의 최대 전류값의 차가 현저하게 되어 나타나 있다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 아크 용접의 표시 장치 및 표시 방법을 이용함으로써, 아크 추적 용접을 행할 시에 작업자가 용접 조건과 추적 파라미터를 정할 때, 화면 표시를 보고 효율적으로 작업을 할 수 있어, 작업 시간이나 시행 횟수를 단축하는 것을 가능하게 하면서 현장에 있어서도 정확한 아크 추적 용접이 가능해진다.

또한 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 특히 금회 개시된 실시 형태에 있어서 명시적으로 개시되지 않은 사항, 예를 들어 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아니며, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.

본 출원은, 2016년 11월 11일에 출원된 일본 특허 출원(특원 제2016-220666호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.

1: 용접 로봇(용접 장치)
2: 교시 펜던트
3: 제어 장치
4: 모재
5: 용접 토치
6: 용접 와이어
7: 용접 전원
8: 표시 장치

Claims (14)

1. 용접 방향에 대하여 토치를 요동시키는 위빙 기능을 구비한 용접 장치에 구비된 아크 용접의 표시 장치이며,
   상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압 중 적어도 하나를, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획하여 화면에 표시하도록 구성되어 있고,
   상기 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획한 파형을, 수 주기분을 중첩시켜 화면에 표시함과 함께, 위빙 동작의 좌단 또는 우단에 대응하는 위치를 나타내는 표시를 화면 상에 표시하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 아크 용접의 표시 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압으로부터, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전류, 또는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전압을 감산하고, 상기 감산 후의 값을 화면에 표시하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 아크 용접의 표시 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류에 관하여, 위빙 동작의 우단의 최대 전류값과 좌단의 최대 전류값의 차를 화면에 표시하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 아크 용접의 표시 장치.
4. 용접 방향에 대하여 토치를 요동시키는 위빙 기능을 구비한 용접 장치에서 아크 용접의 상황을 표시하는 방법이며,
   상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압 중 적어도 하나를, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획하고, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다 구획한 파형을, 수 주기분을 중첩시킴과 함께, 위빙 동작의 좌단 또는 우단에 대응하는 위치를 나타내는 표시를 표시한 상태에서, 화면에 표시하는 것을 특징으로 하는 아크 용접의 표시 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류 또는 용접 전압으로부터, 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전류, 또는 적어도 1위빙 주기를 포함하는 일정 주기마다의 평균 용접 전압을 감산하고, 상기 감산 후의 값을 표시하는 것을 특징으로 하는 아크 용접의 표시 방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 아크 용접 중에 있어서의 용접 전류를 표시할 때, 위빙 동작의 우단의 최대 전류값과 좌단의 최대 전류값의 차를 화면에 표시하는 것을 특징으로 하는 아크 용접의 표시 방법.
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