TWI735215B - 可搬式熔接機器人之熔接控制方法、熔接控制裝置、可搬式熔接機器人及熔接系統 - Google Patents

可搬式熔接機器人之熔接控制方法、熔接控制裝置、可搬式熔接機器人及熔接系統 Download PDF

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Abstract

一種可搬式熔接機器人之熔接控制方法，是用於使用沿著導軌移動之可搬式熔接機器人來將具有開槽之工件進行熔接，在從熔接起點到熔接終點之熔接區間，設定2處以上的開槽形狀偵知位置，透過在導軌上移動之可搬式熔接機器人所具有的偵知手段來偵測在開槽形狀偵知位置(Pn )之開槽形狀，從偵測所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊，根據開槽形狀資訊來取得熔接條件。

Description

可搬式熔接機器人之熔接控制方法、熔接控制裝置、可搬式熔接機器人及熔接系統
本發明是關於可在導軌上移動而自動進行熔接的可搬式熔接機器人之熔接控制方法、熔接控制裝置、可搬式熔接機器人及熔接系統。
以往，在造船、鋼構、橋梁等之熔接構造物的製造中，工廠內的熔接作業朝自動化進展，而大量使用大型的多軸熔接機器人。另一方面，在無法運用大型的多軸熔接機器人之現場熔接作業中也朝自動化進展，而從半自動熔接這樣的手動熔接進展到運用操作員一個人就能搬運之輕量小型的可搬式熔接機器人之熔接方法。像這樣的可搬式熔接機器人之運用，在之前以手動進行熔接的熔接現場中，能讓熔接效率提高。
作為運用該可搬式熔接機器人的技術，例如專利文獻1。在專利文獻1，是對於在施工現場所使用的方形鋼管，將使用了具有直線部和曲線部之轉角單元(corner unti)而構成之導軌安裝在熔接對象的方形鋼管之外周。而且，在導軌上可滑動地設置熔接機器人。控制裝置的控制部，當藉由熔接機器人進行熔接之熔接部分之曲率中心的位置、和在轉角單元將熔接部分進行熔接時之熔接機器人所在的位置之曲率中心的位置不同的情況，控制裝置的控制部是以使熔接機器人所熔接之每單位時間之熔接部分的長度(熔接速度)成為一定的方式，控制熔接機器人的移動速度。藉此，將各種形狀的多角形鋼管有效率地熔接。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-58078號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，在熔接的現場，要熔接的工件(work)按照在前工序之組裝精度、切斷精度而帶有與圖面的誤差被搬入現場。然後，進行將所搬入的工件彼此組裝的作業，形成作為熔接接頭之開槽(groove)形狀，當然，在該組裝作業也會發生誤差。因此，在現場要熔接之熔接接頭的開槽形狀，縱使在同一接頭部，開槽形狀的剖面會依熔接的場所不同而有差異。另一方面，在熔接品質方面，要求熔接接頭之銲縫寬度(bead width)、餘高(reinforcement height)滿足一定的基準尺寸。當然，過熔低陷(undercut)、重搭(overlap)這樣的熔接缺陷是不容許的。像這樣開槽形狀會依熔接接頭的場所不同而有差異之熔接施工，為了滿足熔接品質，要求讓熔接機器人事先認識開槽形狀，按照開槽形狀的剖面積而將熔接條件適切地控制，縱使開槽形狀改變，仍能使熔接開槽內之熔接金屬的高度在整個熔接長度保持一定。
此外，因為供可搬式熔接機器人行走之導軌的設置是藉由手工操作來進行，縱使欲將導軌高精度地設置而花費許多時間，導軌和熔接開槽的位置關係會因熔接接頭不同而有差異乃是現狀。在熔接現場，必須將導軌和開槽形狀的位置關係在每次設置導軌後進行確認，根據該位置關係資料讓可搬式熔接機器人正確地作動。 在專利文獻1所揭示之使用了可搬式熔接機器人之熔接，對於開槽形狀會改變的熔接接頭，若以使每單位時間之熔接部分的長度(亦即，熔接速度)成為一定的方式控制熔接機器人的移動速度，熔接開槽內之熔接金屬的高度會因應開槽形狀的變化而變得不同，在最終的精加工，依場所不同會使熔接金屬的寬度、餘高超出基準值，在極端的地方會導致過熔低陷、重搭的缺陷，而有無法滿足熔接品質的疑慮。再者，關於起因於導軌設置精度之導軌和開槽形狀的位置偏差所產生之熔接作業性完全沒有任何的考慮，將工件上所附著的銲濺物(spatter)除去等的修補作業等變得必要，而有作業效率大幅降低的疑慮。
本發明是有鑑於前述問題而開發完成的，其目的是為了提供可搬式熔接機器人之熔接控制方法、熔接控制裝置、可搬式熔接機器人及熔接系統，可不受開槽形狀的變化、導軌設置精度等影響而進行熔接，能謀求作業效率及熔接品質的提高。 [解決問題之技術手段]
本發明的上述目的，是藉由可搬式熔接機器人之熔接控制方法相關之下述(1)的構成來達成。
(1) 一種可搬式熔接機器人之熔接控制方法，係用於使用沿著導軌移動之可搬式熔接機器人將具有開槽的工件進行熔接之熔接控制方法，其特徵在於，係具有偵測工序、開槽形狀資訊算出工序及熔接條件取得工序， 該偵測工序，是在從熔接起點到熔接終點之熔接區間中設定2處以上的開槽形狀偵知位置，透過在前述導軌上移動之前述可搬式熔接機器人所具有的偵知手段來偵測在前述開槽形狀偵知位置之開槽形狀； 該開槽形狀資訊算出工序，是根據在前述偵測工序所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊； 該熔接條件取得工序，是根據前述開槽形狀資訊來取得熔接條件。
可搬式熔接機器人之熔接控制方法相關之本發明的較佳實施形態，是關於下述(2)~(11)。
(2) 如上述(1)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 將前述開槽形狀偵知位置和前述工件上事先決定的熔接線之交點設為熔接線位置偵知點，並將鄰接的前述熔接線位置偵知點間進行熔接時之熔接的軌跡設為熔接軌跡線的情況， 以使前述熔接線和前述熔接軌跡線之相對距離的最大值成為熔接銲線徑之2倍以下的方式設定前述開槽形狀偵知位置。
(3) 如上述(1)或(2)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 當在前述開槽形狀偵知位置間發生前述熔接條件的變化的情況， 根據在每個前述開槽形狀偵知位置取得之前述熔接條件的值，在前述開槽形狀偵知位置間，以讓前述熔接條件呈直線狀、階梯狀、曲線狀當中之至少1者變化的方式進行控制。
(4) 如上述(3)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述熔接條件當中之至少一個為熔接速度， 當將前述可搬式熔接機器人的移動方向設為X方向， 將與前述X方向垂直之開槽寬度方向設為Y方向， 將與前述X方向垂直之開槽深度方向設為Z方向的情況， 根據在前述X方向、前述Y方向、前述Z方向這3方向每個所取得之在前述開槽形狀偵知位置的前述熔接速度之值，算出在前述3方向每個的移動速度， 依據在前述3方向每個的移動速度，控制前述開槽形狀偵知位置間之前述熔接速度。
(5) 如上述(3)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述熔接條件當中之至少一個為熔接速度， 當將前述可搬式熔接機器人的移動方向設為X方向， 將與前述X方向垂直之開槽寬度方向設為Y方向， 將與前述X方向垂直之開槽深度方向設為Z方向的情況， 根據在前述X方向、前述Y方向、前述Z方向這3方向每個所取得之在前述開槽形狀偵知位置之前述熔接速度的值，算出在前述3方向每個的移動速度， 將前述開槽形狀偵知位置間之熔接距離或移動時間分割成2個以上的區間，依據各分割點之在前述3方向每個的移動速度，算出前述各分割點的熔接速度， 以使每個前述分割點之熔接速度成為一定且前述開槽形狀偵知位置間之熔接速度呈階梯狀變化的方式進行控制。
(6) 如上述(2)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 在前述導軌之直線部和曲線部之邊界區域、或前述導軌之曲線部的曲率改變之邊界區域，設置至少1個前述開槽形狀偵知位置。
(7) 如上述(6)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 在設置於前述邊界區域之前述開槽形狀偵知位置的緊挨前方或緊挨後方，設置控制前述熔接條件的區間。
(8) 如上述(1)~(7)中任一者所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 作為前述熔接條件，是選擇擺動(weaving)條件、熔接速度及熔接電流當中之至少一者， 根據前述開槽形狀偵知位置間之前述開槽形狀資訊，以使前述開槽內的熔接金屬對於熔接方向成為一定高度的方式，控制前述擺動條件、前述熔接速度及前述熔接電流當中之至少一者。
(9) 如上述(1)~(8)中任一者所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述偵測工序，除了在前述開槽形狀偵知位置之前述開槽形狀的偵測，還包含：前述工件之設置前述開槽的一側之工件表面、及前述工件之熔接線方向上之工件端部當中的至少1者的偵測。
(10) 如上述(1)~(9)中任一者所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述偵測是觸碰(touch)偵測， 在前述開槽形狀偵知位置，將沿著前述開槽的橫剖面配置之偵知點在前述開槽之根部間隙(root gap)及兩側的開槽側面上至少設置5點， 根據從前述偵知點獲得之前述偵知資料來算出前述開槽形狀資訊。
(11) 如上述(2)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述熔接線是前述開槽形狀之兩側的開槽側面之任一方的開槽端。
此外，本發明的上述目的，是藉由可搬式熔接機器人之熔接控制裝置相關之下述(12)的構成來達成。
(12) 一種可搬式熔接機器人之熔接控制裝置，係用於使用沿著導軌移動之可搬式熔接機器人將具有開槽的工件進行熔接，其特徵在於，係具有開槽形狀資訊算出部及熔接條件取得部， 該開槽形狀資訊算出部，是根據在偵測工序所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊，該偵測工序，是在從熔接起點到熔接終點之熔接區間設定2處以上的開槽形狀偵知位置，將在前述開槽形狀偵知位置之開槽形狀透過在前述導軌上移動之前述可搬式熔接機器人所具有的偵知手段進行偵測； 該熔接條件取得部，是根據前述開槽形狀資訊來取得熔接條件。
此外，本發明的上述目的，是藉由可搬式熔接機器人相關之下述(13)的構成來達成。
(13) 一種可搬式熔接機器人，係一邊在導軌上移動一邊將具有開槽的工件進行熔接且藉由上述(12)所記載的熔接控制裝置控制，其特徵在於，係具有偵知手段， 該偵知手段，是在配置於前述導軌上的狀態下，在從熔接起點到熔接終點之熔接區間設定2處以上的開槽形狀偵知位置，並偵測在前述開槽形狀偵知位置之開槽形狀。
此外，本發明的上述目的，是藉由可搬式熔接機器人之熔接系統相關之下述(14)的構成來達成。
(14) 一種可搬式熔接機器人之熔接系統，係具有：一邊在導軌上移動一邊將具有開槽的工件進行熔接之可搬式熔接機器人、及可控制前述可搬式熔接機器人的動作之熔接控制裝置，其特徵在於， 前述可搬式熔接機器人，是在從熔接起點到熔接終點之熔接區間設定2處以上的開槽形狀偵知位置，並具有偵測在前述開槽形狀偵知位置的開槽形狀之偵知手段， 前述熔接控制裝置係具有：根據在前述偵測所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊之開槽形狀資訊算出部、及根據前述開槽形狀資訊來取得熔接條件之熔接條件取得部。 [發明之效果]
依據本發明的可搬式熔接機器人之熔接控制方法、熔接控制裝置、可搬式熔接機器人及熔接系統，是根據在對於開槽設置了導軌及可搬式熔接機器人的狀態下所獲得之在開槽形狀偵知位置的偵知資料來取得開槽形狀資訊，並根據該開槽形狀資訊來設定熔接條件，因此每個開槽形狀偵知位置之開槽形狀的變化、因導軌之設置誤差所產生之導軌和開槽的位置關係之變化，是包含於偵知資料內而被考慮，能夠根據正確的數值來取得熔接條件。 如此，可藉由不受開槽形狀的變化、導軌設置精度的影響之熔接控制進行熔接。結果能夠進行高精度的熔接。又在熔接作業面方面，在形成開槽形狀時之工件的組裝作業變容易，此外，導軌及可搬式熔接機器人的位置調整變容易，而能夠進行作業效率良好的熔接。
以下，針對本發明的一實施形態之熔接系統，參照圖式做說明。又本實施形態是使用可搬式熔接機器人的情況之一例，本發明的熔接系統並不限定於本實施形態的構成。
＜熔接系統的構成＞ 圖1係顯示本實施形態之熔接系統的構成之概略圖。熔接系統50，如圖1所示般，係具備：可搬式熔接機器人100、送給裝置300、熔接電源400、遮護氣體(shielding gas)供給源500、以及控制裝置600。
[控制裝置] 控制裝置600，是藉由機器人用控制纜線610來與可搬式熔接機器人100連接，並藉由電源用控制纜線620來與熔接電源400連接。 控制裝置600係具有保持教導(teaching)資料之資料保持部601，該教導資料是事先決定了可搬式熔接機器人100的動作模式(pattern)、熔接開始位置、熔接結束位置、熔接條件、擺動動作等，並根據該教導資料對可搬式熔接機器人100及熔接電源400發送指令，藉此控制可搬式熔接機器人100的動作及熔接條件。 此外，控制裝置600係具有：根據藉由後述的偵測所獲得之偵知資料來算出開槽形狀資訊之開槽形狀資訊算出部602、以及根據該開槽形狀資訊將上述教導資料的熔接條件修正並取得之熔接條件取得部603。而且，由上述開槽形狀資訊算出部602和熔接條件取得部603來構成控制部604。
再者，控制裝置600，是將用於進行教導之控制器和具備其他的控制功能之控制器一體化而形成。但控制裝置600並不限定於此，也能分成用於進行教導之控制器和具備其他的控制功能之控制器這2個等，可按照作用而分割成複數個，也能在可搬式熔接機器人100包含控制裝置600。此外，在本實施形態中，是使用機器人用控制纜線610及電源用控制纜線620來發送信號，但並不限定於此，亦可利用無線方式發送信號。又基於在熔接現場之使用性的觀點，較佳為分成用於進行教導的控制器和具備其他的控制功能之控制器這2個。
[熔接電源] 熔接電源400，依據來自控制裝置600的指令，對消耗電極(以下也稱為「熔接銲線」)211及工件Wo 供給電力，而在熔接銲線211和工件Wo 之間讓電弧產生。來自熔接電源400的電力，透過電力電纜410送到送給裝置300，從送給裝置300透過線管(conduit tube)420送到熔接炬200。接著，如圖2所示般，透過熔接炬200前端之接點尖(contact tip)對熔接銲線211供給電力。又熔接作業時的電流是直流或交流皆可，此外，其波形沒有特別的限定。因此，電流可為矩形波、三角波等的脈波(pulse)。
此外，熔接電源400，例如使電力電纜410成為正(+)電極而連接於熔接炬200側，使電力電纜430成為負(-)電極而連接於工件Wo 。又這是反極性(reverse polarity)進行熔接的情況，而在正極性(straight polarity)進行熔接的情況，熔接電源400只要透過正(+)的電力電纜430連接於工件Wo 側並透過負(-)的電力電纜410連接於熔接炬200側即可。
[遮護氣體供給源] 遮護氣體供給源500是由封入了遮護氣體之容器及閥等的附帶構件所構成。從遮護氣體供給源500，透過輸氣管(gas tube)510將遮護氣體送往送給裝置300。被送到送給裝置300的遮護氣體，透過線管420送到熔接炬200。被送到熔接炬200之遮護氣體，在熔接炬200內流動，藉由噴嘴210導引，而從熔接炬200的前端側噴出。作為在本實施形態所使用之遮護氣體，例如可使用氬(Ar)、二氧化碳(CO2 )或其等的混合氣體。
[送給裝置] 送給裝置300，是將熔接銲線211放出而送到熔接炬200。藉由送給裝置300送出的熔接銲線211沒有特別的限定，可按照工件Wo 的性質、熔接形態等來選擇，例如是使用實心銲線、含銲劑芯銲線(以下也稱為「FCW」)。又熔接銲線的材質也沒有特別的限定，例如可為軟鋼，亦可為不鏽鋼、鋁、鈦這樣的材質。再者，熔接銲線的線徑也沒有特別的限制。
又在本實施形態中，基於熔接作業性的觀點，較佳為運用FCW，更佳為鹼性的FCW。再者，在運用鹼性FCW的情況，較佳為正極性。此外，在本實施形態中之較佳線徑，上限為1.6mm，下限為0.9mm。
本實施形態的線管420，是在管的外皮側形成用於發揮電力電纜的功能之導電路徑，在管的內部配置用於保護熔接銲線211之保護管，並形成遮護氣體的流路。但線管420並不限定於此，例如也能使用：以用於將熔接銲線211送給熔接炬200之保護管為中心，將電力供給用纜線、遮護氣體供給用的軟管挷在一起而成者。此外，例如，也能將用於送出熔接銲線211及遮護氣體的管和電力電纜個別地設置。
[可搬式熔接機器人] 可搬式熔接機器人100，如圖2及圖3所示般，係具備：導軌120、設置於導軌120上且沿著該導軌120移動之機器人本體110、以及在機器人本體110上所載置之炬連接部130。機器人本體110主要是由：設置於導軌120上之本體部112、安裝於該本體部112之固定臂部114、以可旋轉(可朝箭頭R1 方向旋轉)的狀態安裝於該固定臂部114之可動臂部116所構成。
炬連接部130是透過曲柄170安裝於可動臂部116。炬連接部130係具備：用於固定熔接炬200之炬夾持器132及炬夾持器134。此外，在本體部112，在熔接炬200裝設側之相反側設有纜線夾持器150，纜線夾持器150是用於支承將送給裝置300和熔接炬200連結之線管420。
此外，在本實施形態中是使用觸碰感測器作為偵知手段，該觸碰感測器，是在工件Wo 和熔接銲線211間施加電壓，利用熔接銲線211接觸工件Wo 時所產生之電壓下降現象來偵測開槽10的表面等。偵知手段並不限定於本實施形態的觸碰感測器，可使用圖像感測器或雷射感測器等、或是這些偵知手段的組合，基於裝置結構的簡便性，較佳為使用本實施形態的觸碰感測器。
機器人本體110的本體部112，如圖2之箭頭X所示般，可朝相對於紙面的垂直方向、亦即機器人本體110沿著導軌120移動的X方向驅動。此外，本體部112也能朝與X方向形成垂直之開槽10的深度方向之Z方向驅動。此外，固定臂部114，相對於本體部112，可透過滑動支承部113而朝與X方向形成垂直之開槽10的寬度方向之Y方向驅動。 再者，安裝了熔接炬200之炬連接部130，藉由讓曲柄170如圖3的箭頭R2 所示般轉動，可在X方向上前後擺頭地驅動。此外，可動臂部116是如箭頭R1 所示般，相對於固定臂部114安裝成可旋轉，可調整成最佳角度而固定住。
如以上般，機器人本體110可將其前端部之熔接炬200以3個自由度驅動。但機器人本體110並不限定於此，可按照用途而以任意數量的自由度驅動。
藉由如以上般構成，安裝於炬連接部130之熔接炬200的前端部可朝向任意的方向。再者，機器人本體110可在導軌120上於圖2中朝X方向驅動。一邊使熔接炬200沿Y方向往復移動一邊使機器人本體110沿X方向移動，藉此可進行擺動熔接。此外，藉由曲柄170所進行的驅動，例如可按照設置前進角或後退角等的施工狀況而使熔接炬200傾斜。
在導軌120的下方，設置例如磁鐵等的安裝構件140，導軌120構成為，藉由安裝構件140而輕易地對工件Wo 進行裝卸。要將可搬式熔接機器人100裝設於工件Wo 的情況，操作員是抓住可搬式熔接機器人100之兩側把手160，藉此可將可搬式熔接機器人100輕易地裝設於工件Wo 上。
＜熔接條件之控制方法＞ 接下來，針對使用了本實施形態的熔接系統50之熔接條件的控制方法詳細地說明。
[熔接線位置偵知點Tn 間之熔接速度的控制] 圖4A顯示工件Wo 的開槽部位之立體圖，開槽10是沿著其長度方向之熔接方向X蛇行，且在開槽10的寬度方向Y使根部間隙G發生變化，其係將開槽10進行熔接時的示意立體圖。此外，圖4B顯示，對於圖4A那樣之蛇行的開槽10，設置運用了直線狀的導軌120之可搬式熔接機器人100時之示意立體圖。圖4C係顯示開槽10和導軌120在平面上的位置關係、及開槽形狀偵知位置Pn 之概念圖。
在將開槽10熔接時，於熔接開始前，使用沿著導軌120移動之機器人本體110，取得熔接時的熔接條件。詳細的說，例如根據控制裝置600的動作信號，驅動機器人本體110而開始進行開槽形狀的自動偵測，算出開槽形狀資訊，進一步運算熔接條件，而實現自動氣體遮蔽電弧熔接。
偵測，是藉由上述的觸碰感測器，如以下般實施開槽形狀、板厚、始端終端等的偵測工序。 例如考慮以下情況：如圖4A所示般，在從開槽10的熔接起點10s 到熔接終點10e 之熔接區間，開槽蛇行，根部間隙G也發生變化，按照場所不同而使開槽形狀產生差異。在這樣的情況，在偵測工序中，關於倒梯形的剖面形狀之開槽10的剖面形狀，作為開槽形狀偵知位置Pn (P0 ,P2 ,…,P5 )是設置複數處，在本實施形態是設置6處。詳細的說，將最接近熔接起點10s 的開槽形狀偵知位置Pn 設為第一開槽形狀偵知位置Ps (P0 )，將最接近熔接終點10e 的開槽形狀偵知位置Pn 設為第二開槽形狀偵知位置Pe (P5 )，一邊讓機器人本體110在導軌120上移動一邊藉由觸碰感測器進行偵測。
接下來，針對第一開槽形狀偵知位置Ps 和第二開槽形狀偵知位置Pe 的設定方式，做更詳細地說明。 最接近熔接起點10s 側之第一開槽形狀偵知位置Ps 和最接近熔接終點10e 側之第二開槽形狀偵知位置Pe ，第一開槽形狀偵知位置Ps 與第二開槽形狀偵知位置Pe 的差|Ps -Pe |相對於工件端部We 間的距離L，設定成滿足下述式子。 0.5≦|Ps -Pe |/L≦1 如此般，藉由規定第一開槽形狀偵知位置Ps 及第二開槽形狀偵知位置Pe 的設定位置，可提高偵知資料的精度。又上述「|Ps -Pe |/L」值，較佳為0.6以上，更佳為0.7以上，特佳為0.8以上。 又第一開槽形狀偵知位置Ps 較佳為設定在熔接起點附近，第二開槽形狀偵知位置Pe 較佳為設定在熔接終點附近。
又第一開槽形狀偵知位置Ps 及第二開槽形狀偵知位置Pe 的位置設定，可藉由教導等而事先輸入控制裝置600。此外，亦可藉由偵測而自動設定。此外亦可為，藉由偵測來算出工件端部We 間的距離L，在滿足上述式子的範圍內自動決定第一開槽形狀偵知位置Ps 及第二開槽形狀偵知位置Pe 。
在偵測工序之後，根據在偵測工序所獲得之在各開槽形狀偵知位置Pn (P0 ~P5 )的開槽剖面形狀的偵知資料，算出開槽形狀資訊，亦即算出如圖5所示般之開槽形狀的開槽角度θ1 ,θ2 、板厚H1 ,H2 、根部間隙G、工件端部We 間的距離L等(開槽形狀資訊算出工序)。接下來，根據在各開槽形狀偵知位置Pn (P0 ~P5 )之開槽形狀的偵知資料，對於在控制裝置600內所生成或事先設定的熔接條件修正各開槽形狀偵知位置Pn (P0 ~P5 )的熔接條件(熔接條件取得工序)，取得實際實施熔接時的熔接條件。接下來，使用該熔接條件，驅動機器人本體110，開始進行熔接。
開槽形狀偵知位置Pn 的間隔，是以滿足以下條件的方式進行設定。例如用以下情況做說明，如圖4B所示般，將圖4A所示之開槽10蛇行、根部間隙G變化而依場所不同使開槽形狀產生差異的熔接部，使用直線狀的導軌120進行熔接的情況。此外，關於在此情況的決定開槽形狀偵知位置Pn 的間隔的條件之詳情，用圖4C做說明。首先，在工件Wo 上的開槽10之任意位置，事先設定熔接線WL。例如，曲線狀的熔接線WL與導軌120(具體而言，軌道中心Rc )之相對距離L1 會變化。將開槽形狀偵知位置Pn 與熔接線WL之交點設為熔接線位置偵知點Tn (T0 ~T5 )。該熔接線位置偵知點Tn ，是在開槽形狀偵知位置Pn 內用於獲得偵知資料之重要的點。此外，將在鄰接的熔接線位置偵知點Tn 間實際進行熔接時之熔接的軌跡設為熔接軌跡線TWL，以讓熔接銲線211前端沿著熔接軌跡線TWL的方式驅動機器人本體110。又在直線狀的導軌120，熔接軌跡線TWL成為直線。
這時，熔接線WL和熔接軌跡線TWL之相對距離Δd會產生。較佳為，在該相對距離Δd當中，以將相對距離之最大值maxΔd儘量縮小的方式設定間隔。在此，為了將相對距離的最大值maxΔd縮小，雖可考慮將開槽形狀偵知位置Pn 增多，但隨著開槽形狀偵知位置Pn 增多會造成偵測效率降低。在本實施形態，在設定熔接線WL上之熔接線位置偵知點Tn 的情況較佳為，例如，在熔接線WL大幅彎曲的部分，為了將對於熔接線WL的誤差縮小而將開槽形狀偵知位置Pn 的間隔縮窄，在熔接線WL比較不彎曲之直線狀的部分則將間隔拉開。又相對距離Δd，是考慮三維空間中的相對距離來給予。
接下來，圖4D及圖4E的情況，是將圖4A所示之開槽10蛇行、根部間隙G變化而依場所不同使開槽形狀產生差異之熔接部，使用曲線狀的導軌120進行熔接的情況。在此情況，機器人本體110是以導軌120的曲率中心O為中心而行走，這時的熔接軌跡線TWL是受導軌120曲率的影響而成為曲線。 在此情況，運用了圖4D那樣之曲線狀的導軌120之開槽形狀偵知位置Pn 的間隔，與運用了直線狀的導軌120的情況同樣的，是如圖4E所示般設定。熔接軌跡線TWL，雖受到導軌120之曲率的影響而成為曲線，但與圖4C所示之直線狀的導軌120的情況相同，較佳為以將相對距離的最大值maxΔd儘量縮小的方式設定間隔。
在本實施形態，較佳為以使相對距離的最大值maxΔd成為熔接銲線徑2倍以下的方式設定開槽形狀偵知位置Pn ，更佳為以使相對距離的最大值maxΔd成為熔接銲線徑以下的方式設定開槽形狀偵知位置Pn 。具體而言，在使用熔接銲線徑1.2mm的情況，較佳為以使相對距離的最大值maxΔd成為2mm以下的方式設定開槽形狀偵知位置Pn 。相對距離的最大值maxΔd設定為熔接銲線徑的2倍以下意味著，亦即，對於原來應進行熔接的熔接線WL可確保良好熔接品質的裕度是熔接銲線徑之2倍以內的誤差。
此外，基於明確性的觀點，熔接線WL較佳為，在工件Wo 上，在開槽10的剖面形狀當中，圖4A、圖4B及圖5所示的上端角部分、即開槽端緣11e ,12e (工件上表面Wu ,Wi 與開槽側面11,12之交叉部)、或根部13的兩端。此外，基於提高明確性的觀點，更佳為以開槽端緣11e ,12e 作為熔接線WL，如此可精度良好地掌握因錯位、熔接變形、尺寸不良等所呈現之開槽形狀的變化。 又在圖4C中，熔接線WL設定為通過開槽10的內部(中心)。
在本實施形態，用於獲得開槽形狀的資料之觸碰感測器的偵測方法沒有特別的限定，可如以下般進行。
針對使用觸碰感測器之開槽10的偵測方法，參照圖5做說明。
觸碰感測器之偵知點，例如從A0點開始，依A1點,A2點,…,A14點的順序一邊沿圖中箭頭所示的方向移動一邊進行偵測。在該偵測是偵知下述的項目。
[1]從A0點開始，藉由A1點及A3點的偵知，偵知開槽10的一端側之工件表面Wu 的位置。 [2]在A4’點，當比在A1點及A3點所偵知之工件表面Wu 的位置下降了設定的距離時，判斷是位於開槽中，返回到工件表面Wu 的緊挨下方附近的高度，朝向A5點的偵知。 [3]藉由A6點及A9點的偵知，偵知開槽10的一端側之開槽側面11之暫定的傾斜角度θ1 。 [4]藉由A5點及A8點的偵知，偵知開槽10的另一端側之開槽側面12之暫定的傾斜角度θ2 。 [5]藉由暫定的傾斜角度θ1 ,θ2 之偵知，決定可確實地偵知開槽10的根部13之位置後，偵知根部13的A10點。例如，實際上是將離A8點既定尺寸之下方側的位置設定為根部13。 [6]藉由A1點、A3點及A10點的偵知，算出板厚H1 ，利用板厚H1 來偵知開槽10的根部13附近之A11點及A12點，藉由A12點及A6點的偵知，偵知一端側的開槽側面11之更正確的傾斜角度θ1 。此外，藉由A11點及A5點的偵知，決定另一端側的開槽側面12之更正確的傾斜角度θ2 。
[7]從連結A6點及A12點的線(亦即，一端側的傾斜面)、連結A5點及A11點的線(亦即，另一端側的傾斜面)、與連結A3點及A1點的線平行且通過A10點的直線這三條線的交點，算出根部間隙G。 [8]此外，在A13點偵知在開槽10之另一端側是否存在構成開槽側面12之壁。又在本實施形態，是成為壁並不存在之平接頭的開槽。 [9]只要縱使通過連結A5點及A11點的線之延長線上也沒有偵知到壁，則判斷沒有壁，而就那樣進展，在A14點偵知另一端側的工件表面Wi 。接下來，藉由A14點及A10點的偵知，算出板厚H2 ，由板厚H1 和板厚H2 的差算出開槽10之兩側的高低差D。 [10]對高低差D事先設定閾值，若為該閾值以上，則不是平接頭的開槽而視為T接頭的開槽，選定T接頭的熔接條件。 [11]若高低差D為閾值以下，則視為平接頭的錯位，選定平接頭的熔接條件。
又偵測的程序，並不限定於圖示之梯形的開槽10，在其他之例如V字型的開槽也能以同樣的程序偵知開槽形狀。此外，偵測之偵知點間的偵知節距Sp 沒有特別的限定而能適宜地設定。
此外，用於獲得開槽10的剖面形狀的資訊之偵知點，必須確保作為開槽形狀資訊之充分的精度。因此，偵知點的數量較佳為5點以上。此外，藉由選定偵知點的位置，可更高精度地獲得偵知資料。這5點的偵知點，例如圖5所示般，可在包含左右兩側的開槽側面11,12之上下端的4處之各角部分C1 ,C2 ,C3 ,C4 、及根部13的部分C5 各取1點。此外，基於偵測效率的觀點，用於獲得開槽形狀資訊之偵知點較佳為10點以下。
藉由如此般觸碰感測器的偵測，可獲得為了算出開槽形狀偵知位置Pn 的開槽形狀資訊所需的偵知資料，且機器人本體110的位置和開槽形狀偵知位置Pn 之相對距離也能作為偵知資料而獲得。
又偵測工序較佳為，除了偵側上述的開槽形狀偵知位置Pn 之開槽形狀，還偵測開槽10周邊的形狀。具體而言較佳為，如圖6所示般，使熔接銲線211的前端在X方向上之離工件Wo 既定距離的位置和與工件Wo 接觸的位置之間移動，並在工件Wo 面內沿Y方向移動，藉此實施工件Wo 之設置開槽10的一側之工件上表面Wu ,Wi 的偵知、及工件Wo 之熔接線方向上之工件端部We 的偵測。藉由對於開槽10周邊的形狀之偵測，可取得工件Wo 及工件端部We 的位置和機器人本體110位置之相關距離來作為偵知資料。
如以上般，對於圖4A所示的開槽10蛇行使根部間隙G變化而依場所不同使開槽形狀產生差異，進而產生導軌的設置誤差之熔接部，本實施例的偵測工序可獲得用於讓可搬式熔接機器人100精度良好地自動熔接所必要的偵知資料。
在控制裝置600中，根據在偵測工序所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊，根據開槽形狀資訊來取得熔接條件。所取得的熔接條件，除了熔接速度、熔接電流、熔接電壓以外，還包含在開槽10內部之電弧點的目標位置(如後述般，電弧點之目標位置視為與熔接銲線211前端的位置相同)、熔接金屬之積層數等。在使用該熔接條件進行熔接控制時，可如圖7A~圖7C所示的圖形(graph)般控制熔接條件。例如，當在開槽形狀偵知位置Pn 間一個熔接條件、即熔接速度Wn 的變化產生的情況，根據在每個開槽形狀偵知位置Pn 所取得之熔接速度Wn (熔接條件)的值，在鄰接的開槽形狀偵知位置Pn 間(例如P1 和P2 間)讓熔接速度Wn 隨著時間經過而以既定的形狀變化。
在圖7A所示的情況是控制成，讓從開槽形狀偵知位置P1 到開槽形狀偵知位置P2 移動的期間之熔接速度Wn 呈曲線狀變化。在圖7B所示的情況是控制成，讓從開槽形狀偵知位置P1 移動到開槽形狀偵知位置P2 的期間之熔接速度Wn 呈直線狀變化。圖7C所示的情況是控制成，讓從開槽形狀偵知位置P1 移動到開槽形狀偵知位置P2 的期間之熔接速度Wn 呈階梯狀、亦即階狀變化。
依據上述說明，當在開槽形狀偵知位置Pn 間產生熔接條件的變化的情況是控制成，根據在每個開槽形狀偵知位置Pn 所取得之熔接條件的值，在開槽形狀偵知位置Pn 間讓熔接條件呈直線狀、階梯狀、曲線狀當中之至少1者變化。因此，縱使在開槽形狀偵知位置Pn 間發生熔接條件大幅變化的情況，仍可讓熔接條件逐漸改變，能避免在開槽形狀偵知位置Pn 間之熔接條件的急劇變化而實現平滑的熔接。結果可實施高精度的熔接。
[在導軌為直線狀的情況，3方向每個的移動速度之求出方式] 接下來，針對圖4B及圖4C所示之導軌120為直線狀的情況之上述熔接線位置偵知點Tn 間之熔接速度的控制，參照圖8A、圖8B及圖8C，先說明熔接速度W的求出方式。然後說明上述X方向、Y方向、Z方向這3方向每個的移動速度之求出方式。
圖8A係在直線狀的導軌120上之機器人本體110的熔接銲線211之前端在熔接線位置偵知點Tn 間移動時之熔接速度W及熔接距離DWn 的說明圖。此外，圖8B係將圖8A所示的VIII部分放大，是用於說明在熔接線位置偵知點Tn 間(Tn-1 ~Tn )的任意點之熔接速度W之說明圖。圖8C係顯示熔接距離DWn 、和X方向、Y方向及Z方向這3方向的移動距離(VDXn ,VDYn ,VDZn )的關係之說明圖。
在圖8A中，是在熔接線位置偵知點Tn 、熔接線位置偵知點Tn 的前1個熔接線位置偵知點Tn-1 、及熔接線位置偵知點Tn 的後1個熔接線位置偵知點Tn+1 這3點間，在偵知點Tn-1 為熔接速度Wn-1 、在偵知點Tn 為熔接速度Wn 、而且在偵知點Tn+1 為熔接速度Wn+1 而在使熔接速度變化的狀態下，讓機器人本體110之熔接銲線211的前端移動。 又機器人本體110之熔接銲線211的前端，是視為與在實際熔接所產生之熔接銲線211前端的電弧點相同，後述的熔接速度、熔接距離、熔接時間，是與熔接銲線211前端的移動速度、移動距離、移動時間同義。
首先，表示速度、加速度、移動距離的關係之基本想法，可用下述基本式(1)~(3)來表示。
Figure 02_image001
Figure 02_image003
Figure 02_image005
其中，v:速度、vo :初速度、α:加速度、x:移動距離、xo :初期位置、s:位移距離、t:時間。
以下，針對圖8A、圖8B及圖8C、以及式中所示的符號及記號做說明。
Wn-1 :在熔接線位置偵知點Tn-1 的熔接速度，是在熔接條件取得部603之算出值 Wn :在熔接線位置偵知點Tn 的熔接速度，是在熔接條件取得部603之算出值 Wn+1 :在熔接線位置偵知點Tn+1 的熔接速度，是在熔接條件取得部603之算出值 又Wn-1 ,Wn ,Wn+1 ，是根據各個開槽形狀偵知位置(Pn-1 , Pn ,Pn+1 )之開槽形狀資訊，以使在各開槽形狀偵知位置Pn 之熔接開槽內之熔接金屬的高度成為相同的方式由熔接條件取得部603算出。
VDXn ,VDYn ,VDZn :Tn-1 ~Tn 之2點間的3方向(X方向,Y方向,Z方向)之機器人本體110之熔接銲線211前端的移動距離，是在偵測工序取得的偵知資料 VX,VY,VZ:在熔接線位置偵知點Tn-1 開始進行熔接之t秒後的3方向(X方向,Y方向,Z方向)之機器人本體110之熔接銲線211前端的移動速度 又VDXn 及VX，是與在導軌120上行走之機器人本體110的行走距離及行走速度相同。 DWn :熔接線位置偵知點Tn-1 ~Tn 之2點間的熔接距離 tn :熔接線位置偵知點Tn-1 ~Tn 之2點間的熔接時間 a:熔接速度在熔接線位置偵知點Tn-1 ~Tn 之2點間變化時之加速度 W:在熔接線位置偵知點Tn-1 開始進行熔接之t秒後的熔接速度
依以上求出熔接速度後，可用下述式子求出控制機器人本體110之3方向(X方向,Y方向,Z方向)之熔接銲線211前端的移動速度之數學式。
從圖8C，Tn-1 ~Tn 之2點間的熔接距離DWn 是藉由VDXn ,VDYn ,VDZn 的合成而用以下式子表示。
Figure 02_image007
依上述求出熔接距離DWn ，在Tn-1 及Tn 之熔接速度Wn-1 ,Wn 也是已知的，因此在2點間變化之熔接速度的加速度a，可根據上述基本式(3)式而由以下式子求出。
Figure 02_image009
依上述，2點間的加速度a成為已知，在熔接線位置偵知點Tn-1 開始進行熔接之t秒後的熔接速度W，可根據上述基本式(1)而由以下式子求出。
Figure 02_image011
此外，在熔接線位置偵知點Tn-1 點開始進行熔接之t秒後的3方向(X方向,Y方向,Z方向)之熔接銲線211前端的各移動速度(VX,VY,VZ)，如圖8B所示般，成為熔接速度W之3方向的速度成分。各方向的速度成分，是用各3方向的移動距離VDXn ,VDYn ,VDZn 對於熔接距離DWn 的比例乘以熔接速度W之下述式子表示。
Figure 02_image013
Figure 02_image015
Figure 02_image017
依以上方式可獲得式(7)、式(8)及式(9)，而在Tn-1 ~Tn 的2點間，在熔接線位置偵知點Tn-1 以熔接速度Wn-1 開始進行熔接，以在熔接線位置偵知點Tn 到達熔接速度Wn 的方式控制機器人本體110之3方向的移動速度(VX,VY,VZ)。
如此般，在相鄰的開槽形狀偵知位置Pn 間，因為能事先計算機器人本體110之3方向的移動速度(VX,VY,VZ)，在資料保持部601保持計算結果，而根據計算結果控制機器人本體110的驅動。結果，機器人本體110之熔接銲線211前端(視為在實際熔接之電弧點的位置)，藉由運用這些式子，成為如圖7B所示般之熔接速度Wn 的變化，在Tn-1 ~Tn 的2點間之熔接開槽內，因應開槽形狀的變化而讓熔接速度Wn 變化，使熔接開槽內之熔接金屬的高度保持為一定。
在此，針對本實施例的效果，使用圖8D做說明。圖8D係運用本實施例時之熔接部的剖面形狀，是用於說明本實施例的效果之圖。在圖8D中，以圖4A所示之熔接開始側的開槽形狀偵知位置P0 (Ps )和熔接結束位置側的開槽形狀偵知位置P5 (Pe )之熔接後的剖面形狀作為代表例而進行比較。又圖中之①~③表示熔接的順序，開槽10中的邊界線表示熔接金屬的邊界。
如圖所示般，在開槽形狀偵知位置P0 和P5 間隙G會變化，而使開槽形狀變得不同，但在本實施例，能使同一熔接順序之熔接金屬的高度(D1 ,D2 ,D3 )無論間隙G的大小如何而在開槽形狀偵知位置P0 和P5 都成為一定。而且，在其他開槽形狀偵知位置P1 ~P4 也是同樣的，能使同一熔接順序之熔接金屬的高度成為一定。亦即，以在開槽形狀偵知位置Pn (P0 ~P5 )使熔接開槽內之熔接金屬的高度成為相同的方式設定熔接速度，在開槽形狀偵知位置Pn 間，藉由上述的機器人本體110之3方向的移動速度的控制式、即式(7)、式(8)及式(9)，在相鄰的開槽形狀偵知位置Pn 間平滑地使熔接速度變化，藉此縱使在相鄰的開槽形狀偵知位置Pn 間，仍能在開槽內獲得一定的熔接金屬的高度。
結果，在最終的精加工(圖中③之熔接銲縫)，在整個熔接長度，無論間隙G的大小如何，銲縫寬度m都不會發生過熔低陷、重搭缺陷而成為與開槽寬度同樣的寬度以上，餘高h也是，無論間隙G的大小如何，都能確保符合熔接品質基準的高度，而能夠以良好的熔接品質實施高精度的熔接。此外，開槽形狀的變化不僅是間隙G，對於開槽側面(開槽壁)11,12之傾斜的變化也能獲得同樣的效果。
另一方面，在圖8E中，作為比較，是顯示未運用本實施例而將熔接速度設為一定的情況之開槽形狀偵知位置P0 及P5 之熔接後的剖面形狀。亦即，將根據從開槽形狀偵知位置P0 的偵知資料算出之開槽形狀資訊所求出的熔接速度設為一定而進行熔接。如此般，在熔接開始側之開槽形狀偵知位置P0 雖成為良好的熔接，但在間隙G變大之熔接結束側的開槽形狀偵知位置P5 ，同一熔接順序之熔接金屬的高度無法成為一定而發生變化(D1 →D1 ’、D2 →D2 ’、D3 →D3 ’)，無法將開槽內用熔接金屬填滿，而誘發熔接不良。在依場所不同而使開槽形狀產生差異之連續的熔接部，開槽所包圍之熔接方向之每單位長度的體積當然會有差異，如果不因應此體積變化來控制熔接金屬的堆積量，就會誘發圖8E那樣的熔接不良。
從熔接銲線211熔化的金屬量，是由熔接電流和電壓所大致決定。在本實施例，從熔接銲線211熔化的金屬量是固定的(熔接電流和電壓設為一定)，因應開槽所包圍之熔接方向的每單位長度之體積變化來控制熔接速度，藉此可將在開槽內堆積之熔接金屬的高度保持為一定。
此外，只要使圖4C所示之熔接線WL和熔接軌跡線TWL的相對距離之最大值maxΔd成為熔接銲線徑的2倍以下，熔接速度W和熔接距離DWn 可視為與機器人本體110之行走方向(X方向)的移動速度VX和移動距離VDXn 相同。在此情況，因為[VX=W]，若將X方向的加速度設為ax，則基本式(3)成為下述式子。
Figure 02_image019
此外，X方向的移動速度是從基本式(1)變成以下式子。
Figure 02_image021
Y方向及Z方向的移動距離VDYn ,VDZn 視為非常短的距離，Y方向及Z方向的移動速度VY,VZ設為以等速度移動，而變成以下式子。
Figure 02_image023
Figure 02_image025
在此，熔接時間tn 是從基本式(1)及式(10)變成以下式子。
Figure 02_image027
只要使圖4C所示之熔接線WL和熔接軌跡線TWL的相對距離之最大值maxΔd成為熔接銲線徑的2倍以下，縱使簡易地使用式(11)、式(12)及式(13)來控制機器人本體110之3方向的移動速度，仍可獲得與使用式(7)、式(8)及式(9)時相同的效果。
[在導軌為曲線狀的情況，3方向每個的移動速度之求出方式] 以下，在圖4D及圖4E所示之曲線狀的導軌120上之熔接線位置偵知點Tn 間之熔接速度的控制中，參照圖9A~圖9D，先說明熔接速度W的求出方式。然後說明上述X方向、Y方向、Z方向這3方向每個的移動速度之求出方式。
圖9A係在曲線狀的導軌120上之機器人本體110之熔接銲線211的前端在熔接線位置偵知點Tn 間移動時之熔接速度W及熔接距離DWn 的說明圖。圖9B係將圖9A所示的IX部分放大，是說明在熔接線位置偵知點Tn 間(Tn-1 ~Tn )之任意點的熔接速度W、機器人本體110之熔接銲線211的前端之3方向(X方向、Y方向及Z方向)的移動速度(AX,VY,VZ)、在曲線狀的導軌120上行走之機器人本體行走速度(VX)三者的關係之圖。圖9C係將圖9B在XY平面上顯示的圖。圖9D係顯示熔接距離DWn 、機器人本體110之熔接銲線211的前端之3方向(X方向、Y方向及Z方向)的移動距離(ADXn ,VDYn ,VDZn )、在曲線狀的導軌120上行走之機器人本體行走距離(VDXn )三者的關係之說明圖。
首先，針對圖9A~圖9D所示的記號和式子的符號做說明。
VX:在從熔接線位置偵知點Tn-1 往Tn 使機器人本體110之熔接銲線211前端移動時，在導軌120上行走之機器人本體110的移動速度 AX:在從熔接線位置偵知點Tn-1 往Tn 使機器人本體110之熔接銲線211前端移動時之X方向的移動速度 VDXn :在從熔接線位置偵知點Tn-1 到Tn 使機器人本體110之熔接銲線211前端移動時，在導軌120上行走的機器人本體110之移動距離，是在偵測工序獲得的偵知資料 ADXn :在從熔接線位置偵知點Tn-1 到Tn 使機器人本體110之熔接銲線211前端移動時之X方向的移動距離 GR:曲線狀的導軌半徑，是事先輸入熔接條件取得部603的數值 O:曲線部的曲率中心 YRn-1 :從熔接線位置偵知點Tn-1 到曲率中心O之XY平面上的距離，是在偵測工序獲得的偵知資料 YR:從在熔接線位置偵知點Tn-1 讓機器人本體110之熔接銲線211前端開始進行熔接之t秒後所在的點(圖中的Q點)到曲率中心O之XY平面上的距離 VDY:在熔接線位置偵知點Tn-1 讓機器人本體110之熔接銲線211前端開始進行熔接之t秒後所在的點(圖中的Q點)之Y方向的移動距離 又其他記號是與圖8A、圖8B及圖8C相同。
在先前說明之直線狀導軌的情況，機器人本體110之熔接銲線211前端X方向的移動速度和移動距離，分別是與機器人本體110行走之移動速度和移動距離相等，但在曲線狀導軌的情況因為並不相同，予以區別而說明其關係。亦即，如圖9B、圖9C及圖9D所示般，在以曲率中心O為中心之曲線狀導軌上行走之機器人本體110的行走方向之移動速度VX及移動距離VDXn ，與機器人本體110之熔接銲線211前端的X方向之移動速度AX及移動距離ADXn 之間，導軌半徑GR和從機器人本體110之熔接銲線211前端到曲率中心O之XY平面上的距離(YR及YRn-1 )的比之比例，是成立以下的關係式。
Figure 02_image029
Figure 02_image031
此外，如圖9C所示般，在YRn-1 和YR之間，變成包含VDY之以下的關係式。
Figure 02_image033
如以上般，與曲線狀導軌的情況相同，求出熔接速度後，可用下述式子求出控制機器人本體110之3方向(X方向,Y方向,Z方向)之熔接銲線211前端的移動速度之數學式。
從圖9D，Tn-1 ~Tn 之2點間的熔接距離DWn ，是藉由ADXn ,VDYn ,VDZn 之合成並近似地求出。進而，若將式(14”)代入，與式(4)同樣地求出，熔接距離DWn 變成以下式子。
Figure 02_image035
使用式(15)，熔接速度的加速度a和在熔接線位置偵知點Tn-1 開始進行熔接之t秒後的熔接速度W，與式(5)及式(6)同樣地變成以下式子。
Figure 02_image037
Figure 02_image039
接下來，根據熔接速度W求出機器人本體110之熔接銲線211前端的3方向之移動速度(AX,VY,VZ)。如圖9B所示般，機器人本體110之熔接銲線211前端的3方向之移動速度(AX,VY,VZ)變成熔接速度W的3方向之速度成分。各方向的速度成分，是將熔接速度W乘上各3方向的移動距離ADXn ,VDYn ,VDZn 相對於熔接距離DWn 之比例，而用下述式子表示。
Figure 02_image041
Figure 02_image043
Figure 02_image045
機器人本體110之熔接銲線211前端的Y方向及Z方向之移動速度VY及VZ，因為本體部112的驅動部和熔接炬200直接連接，而與本體部112之驅動部的Y方向及Z方向之移動速度相同。關於式(16)的移動速度AX，若進一步將式(14’)、式(14”)及式(14”’)代入並整理，可求出以下式子所表示之機器人本體110的行走方向之移動速度VX。
Figure 02_image047
式(18’)之VDY(熔接銲線211前端在t秒後所在的點之Y方向的移動距離)，因為用式(17)求出Y方向的移動速度，若使用基礎式(2)進行整理則變成以下式子。
Figure 02_image049
如以上般，與直線狀導軌120的情況同樣的，可獲得式(17)、式(18)及式(18’)，而在Tn-1 ~Tn 的2點間，在熔接線位置偵知點Tn-1 以熔接速度Wn-1 開始進行熔接，以在熔接線位置偵知點Tn 到達熔接速度Wn 的方式控制機器人本體110之3方向的移動速度(VX,VY,VZ)。如此般，在相鄰的開槽形狀偵知位置Pn 間，因為能事先計算機器人本體110之3方向的移動速度(VX,VY,VZ)，在資料保持部601保持計算結果，而根據計算結果控制機器人本體110的驅動。結果，成為如圖7A所示般之熔接速度Wn 的變化，在Tn-1 ~Tn 的2點間之熔接開槽內，因應開槽形狀的變化而讓熔接速度Wn 變化，使熔接開槽內之熔接金屬的高度保持為一定，獲得與使用圖8D所示者相同的效果。再者，在最終的精加工，可獲得熔接金屬的寬度和餘高符合熔接品質的基準之熔接接頭，而能夠實施高精度的熔接。
此外，只要使圖4E所示之熔接線WL和熔接軌跡線TWL之相對距離的最大值maxΔd成為熔接銲線徑的2倍以下，熔接速度W及熔接距離DWn 可視為從熔接線位置偵知點Tn-1 往Tn 使機器人本體110之熔接銲線211前端移動時之X方向的移動速度AX和移動距離ADXn 。在此情況，因為[AX=W]，若將機器人本體110之熔接銲線211前端在X方向移動時之加速度設為ax，從基本式(3)變成以下式子。
Figure 02_image051
若將式(14”)代入，則加速度ax變成以下式子。
Figure 02_image053
使用式(20)從基本式(1)求出AX，若將式(14’)、式(14”’)代入，則機器人本體110之行走方向的移動速度VX可用以下式子求出。
Figure 02_image055
Y方向及Z方向的移動距離VDYn ,VDZn ，視為非常短的距離，Y方向及Z方向的移動速度VY,VZ設為以等速度移動，而變成以下式子。
Figure 02_image057
Figure 02_image059
在此，熔接時間tn 是從基本式(1)及式(20)變成以下式子。
Figure 02_image061
此外，式(21)的VDY(在熔接銲線211前端t秒後所在的點之Y方向的移動距離)，因為用式(22)求出移動速度，而成為以下式子。
Figure 02_image063
如此般，只要使在圖4E所示之熔接線WL和熔接軌跡線TWL之相對距離的最大值maxΔd成為熔接銲線徑的2倍以下，縱使簡易地使用式(21)、式(22)及式(23)來控制機器人本體110之3方向的移動速度，仍可獲得與使用式(17)、式(18)及式(18’)的情況同樣的效果。
如以上般，縱使對開槽10蛇行、進而使開槽形狀變化之熔接使用直線狀及曲線狀的導軌，藉由可搬式熔接機器人100，可沿著熔接線WL因應開槽形狀的變化而將熔接開槽內之熔接金屬的高度保持為一定，而以良好的熔接品質實施熔接。在最終之熔接接頭的精加工，可獲得熔接金屬的寬度和餘高符合熔接品質的基準之熔接接頭，而能夠實施高精度的熔接。
接下來，顯示本發明的實施例之圖10，係將圖3所示之可搬式熔接機器人100安裝於方形鋼管的情況之立體圖。如圖10所示般，導軌120，是對多角形鋼管之工件Wo ，沿著周方向安裝於鋼管外面。在此情況，導軌120是透過安裝構件140設置成在鋼管外面繞一圈，且是成為具有直線部121及曲線部122的形狀。此外，可搬式熔接機器人100是以熔接炬200朝向下方的狀態安裝在導軌120上。
在圖10所示之導軌120，在直線部121和曲線部122具有導引路徑改變的邊界區域128。在此情況之開槽形狀偵知位置Pn (包含熔接線位置偵知點Tn )，是設定成包含與邊界區域128對應的位置。藉此，可取得與邊界區域128對應之開槽形狀資訊。
在本發明的實施例，在導軌120之可搬式熔接機器人100的導引路徑變化的邊界區域128設置至少1個開槽形狀偵知位置Pn ，較佳為在設置於邊界區域128之開槽形狀偵知位置Pn 的緊挨前方或緊挨後方，設置控制熔接條件的區間。
圖11顯示，將圖10從正上方觀察時之導軌120及方形鋼管的1/4角部的區域之導軌120和開槽10的位置關係。當機器人本體110從直線部121朝向曲線部122行走的情況，在直線部121雖熔接速度W和機器人本體110之行走方向(X方向)的移動速度VX相同，但通過邊界區域128之後，因為機器人本體110以曲線部122的曲率中心O為中心而行走，為了在邊界區域128(圖中之開槽形狀偵知位置Pn 點)將熔接速度W平滑地銜接，必須以[GR/YRn ]的量讓機器人本體110之行走方向的移動速度VX急劇變化。
在本實施例，為了避免讓機器人本體110之X方向的移動速度VX急劇變化，在設置於邊界區域128之開槽形狀偵知位置Pn 的緊挨前方或緊挨後方設置：以縱使不讓移動速度VX急劇變化仍能使開槽10內的熔接金屬的高度在邊界區域128之前後成為一定的方式控制熔接條件的區間。此外，若在邊界區域128未設置至少1個開槽形狀偵知位置Pn ，因為無法明白讓移動速度VX急劇變化的位置，也無法進行上述的在邊界區域128前後之熔接條件的控制，而會成為不穩定的熔接。
亦即，在本實施例，對應於圖10般之具備直線部121及曲線部122之導軌120的導引路徑的變化位置之資料收集是可能的，能取得正確的偵知資料，可實施使開槽10內之熔接金屬的高度成為一定之高精度的熔接控制。
接下來，針對如圖7C所示般讓熔接速度Wn 逐步變化的情況之熔接速度Wn 和機器人本體110之3方向的移動速度(VX,VY,VX)之求出方式，作為使用圖4B之直線狀導軌的情況之實施例，使用圖12做說明。 如圖12所示般是控制成，對於將熔接距離DWn 均等分割之橫軸，以均等分割之距離間成為等速度的熔接速度的方式讓其逐步變化。首先，將熔接距離DWn 除以事先設定之分割距離Q而求出分割數m。
Figure 02_image065
又分割數m是將式(25)四捨五入而得的整數值。
接下來，將鄰接的熔接線位置偵知位置間(Pn-1 ,Pn )之熔接速度的差除以分割數m，求出成為每一分割距離Q的增加量之熔接速度ΔW。
Figure 02_image067
圖12的縱軸，分割數m每增加一個，會增加熔接速度的增加量ΔW，而使分割距離Q間成為一定的熔接速度。若用式子表示則成為以下式子。
Figure 02_image069
在此，k是0~m的整數值。 藉此，作成圖12所示之在熔接線位置偵知點Tn 間之逐步的熔接速度之控制圖。而且，是以熔接速度的增加量ΔW位於不致影響熔接的範圍內的方式設定分割距離Q。
同樣的，機器人本體110之3方向(X,Y,Z)的移動速度(VX,VY,VZ)也用分割數m個分割，只要以與式(27)同樣的方式求出，並將圖12的縱軸置換成3方向(X,Y,Z)的移動速度，就能獲得機器人本體110之3方向(X,Y,Z)的移動速度之控制圖。藉由如此般獲得之機器人本體110之3方向(X,Y,Z)的逐步移動速度之控制，可實施圖12所示之逐步的熔接速度之控制。
如此般，藉由將熔接線位置偵知位置間(Pn-1 , Pn )的熔接速度視為逐步變化之一定速度的集合體，能簡便地進行可搬式熔接機器人100的控制。如上述般，在圖7A、圖7B那樣之熔接速度的控制法，必須求出熔接速度之加速度等而事先予以數學式化。但在圖7C所示般之讓熔接速度逐步變化的控制法，將在偵測工序獲得之偵知資料、和在熔接條件取得部603算出之熔接線位置偵知位置(Pn-1 ,Pn )之熔接速度(Wn-1 ,Wn )的資訊利用簡單的數學式算出，就能取得控制資料。此外，在後述的擺動熔接是有效的控制法。
此外，因為在熔接開槽是如圖5所示般具有根部間隙G，為了在熔接時確保朝向兩開槽側面11,12方向之充分熔寬，並使開槽內的熔接金屬對於熔接方向成為一定的高度，機器人本體110一邊沿X方向前進一邊將熔接炬200在根部間隙G內擺動，而進行圖13所示般的擺動熔接。圖13中之鋸齒狀的軌跡為擺動線UL，擺動線UL之Y方向上的移動距離YOn-1 及YOn 表示擺動寬度。Y方向上的移動距離YOn-1 及YOn ，是按照在開槽形狀偵知位置(Pn-1 ,Pn )之開槽形狀偵知時可取得之根部間隙G的大小來設定，其間的擺動寬度設定成從YOn-1 往YOn 漸近。
擺動，是藉由機器人本體110之Y方向的往復運動來進行，本來也考慮在開槽形狀偵知位置(Pn-1 ,Pn )間之Y方向的移動量來做設定。此外，擺動的周期(圖13中，2×Q的長度)設定成，使由熔接距離DWn 均等分割而成之分割距離Q每個的測時(timing)一致。這時，剛才所說明之逐步的熔接速度的控制是有效的。如圖14所示般，每個分割距離Q與擺動的半周期一致，而以在該分割距離Q間之擺動速度(亦即，機器人本體110之Y方向的移動速度，方向成為正、負的交互)也成為一定的方式進行設定。如此可控制成，在分割距離Q之間，熔接速度及擺動速度都是成為一定速度，每個分割距離Q之熔接速度及擺動速度都是逐步變化。
在一般的電弧熔接，為了藉由擺動而確保充分的熔寬，並使熔接金屬的高度成為一定，分割距離Q必須以數毫米(mm)單位做設定。在本實施例，分割距離Q設定為1~3mm。此外，擺動寬度也是，必須以從YOn-1 往YOn 漸近的方式將每個擺動的半周期精細地設定。若熔接的長度變長，擺動次數會變龐大，而使可搬式熔接機器人100的控制變得煩雜化。
如上述般，將每個分割距離Q之熔接速度和擺動速度以一定速度正確地設定並控制，而能實施正確無誤之高精度的控制。在現場熔接，依形成開槽10之組裝作業的精度，在開槽形狀偵知位置(Pn-1 ,Pn )間，開槽形狀會變化，也會存在開槽10蛇行的狀態。再者，還會發生起因於導軌設置精度之偏差，如此般，藉由將每個分割距離Q之熔接速度和擺動速度以一定速度正確地設定並控制，可獲得良好的熔接品質，熔接準備作業時之導軌120及可搬式熔接機器人100的位置調整變容易，而能夠進行作業效率良好的熔接。
本發明，並不限定於上述實施形態，可因應必要而適宜地變更。例如，在上述實施形態之熔接系統50中，是將機器人本體110在導軌120上設置一台，但也能將機器人本體110設置複數台。
在上述實施形態中，雖是實施使用了觸碰感測器之偵測，但也能藉由雷射感測器、視覺感測器等、或其組合來進行偵測。
在上述實施形態中，供熔接條件的設定之資料，雖是藉由自動偵測來自動設定，但在各開槽形狀的偵知所設定之熔接條件，亦可藉由教導等而事先輸入控制裝置600。例如，可讓控制裝置600內事先記錄開槽形狀資訊和熔接條件資料之資料庫，將根據偵測所獲得之開槽形狀的偵知資料而從資料庫導出的最佳熔接條件進行自動設定。此外，亦可對利用機械學習或深度學習等進行學習後之AI(Artificial Intelligence)學習完畢模式，將偵測所獲得的開槽形狀資訊輸入，而讓最佳熔接條件輸出。
如以上所述，在本說明書揭露以下的事項。
(1) 一種可搬式熔接機器人之熔接控制方法，係用於使用沿著導軌移動之可搬式熔接機器人將具有開槽的工件進行熔接之熔接控制方法，其特徵在於，係具有偵測工序、開槽形狀資訊算出工序及熔接條件取得工序， 該偵測工序，是在從熔接起點到熔接終點之熔接區間中設定2處以上的開槽形狀偵知位置，透過在前述導軌上移動之前述可搬式熔接機器人所具有的偵知手段來偵測在前述開槽形狀偵知位置之開槽形狀； 該開槽形狀資訊算出工序，是根據在前述偵測工序所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊； 該熔接條件取得工序，是根據前述開槽形狀資訊來取得熔接條件。
依據上述(1)，是根據在對於開槽設置了導軌及可搬式熔接機器人的狀態下所獲得之在開槽形狀偵知位置的偵知資料來取得開槽形狀資訊，並根據該開槽形狀資訊來設定熔接條件，因此每個開槽形狀偵知位置之開槽形狀的變化、導軌和開槽的位置關係，都包含於偵知資料內而被考慮，能夠根據正確的數值來取得熔接條件。如此，可藉由不受開槽形狀的變化、導軌設置精度的影響之熔接控制進行熔接。結果能夠進行高精度的熔接。又在熔接作業面方面，在形成開槽形狀時之工件的組裝作業變容易，此外，在熔接準備作業時之導軌及可搬式熔接機器人的位置調整變容易，而能夠進行作業效率良好的熔接。
(2) 如上述(1)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 將前述開槽形狀偵知位置和前述工件上事先決定的熔接線之交點設為熔接線位置偵知點，並將鄰接的前述熔接線位置偵知點間進行熔接時之熔接的軌跡設為熔接軌跡線的情況， 以使前述熔接線和前述熔接軌跡線之相對距離的最大值成為熔接銲線徑之2倍以下的方式設定前述開槽形狀偵知位置。
依據上述(2)，對於原來預定的熔接線，可在維持良好的熔接品質下進行具有裕度的熔接。
(3) 如上述(1)或(2)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 當在前述開槽形狀偵知位置間發生前述熔接條件的變化的情況， 根據在每個前述開槽形狀偵知位置取得之前述熔接條件的值，在前述開槽形狀偵知位置間，以讓前述熔接條件呈直線狀、階梯狀、曲線狀當中之至少1者變化的方式進行控制。
依據上述(3)，縱使在開槽形狀偵知位置間發生熔接條件大幅變化的情況，仍可讓熔接條件逐漸改變，能避免在開槽形狀偵知位置間之熔接條件的急劇變化而實現平滑的熔接。結果可實施高精度的熔接。
(4) 如上述(3)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述熔接條件當中之至少一個為熔接速度， 當將前述可搬式熔接機器人的移動方向設為X方向， 將與前述X方向垂直之開槽寬度方向設為Y方向， 將與前述X方向垂直之開槽深度方向設為Z方向的情況， 根據在前述X方向、前述Y方向、前述Z方向這3方向每個所取得之在前述開槽形狀偵知位置的前述熔接速度之值，算出在前述3方向每個的移動速度， 依據在前述3方向每個的移動速度，控制前述開槽形狀偵知位置間之前述熔接速度。
依據上述(4)，藉由各方向的控制可實施對應於開槽形狀的細微變化之控制。此外，因為熔接條件的控制並不僅是可搬式熔接機器人之移動方向的熔接速度，可減少因導軌設置的精度、開槽形狀等所造成之熔接位置偏差的影響，而能實施高精度的熔接。
(5) 如上述(3)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述熔接條件當中之至少一個為熔接速度， 當將前述可搬式熔接機器人的移動方向設為X方向， 將與前述X方向垂直之開槽寬度方向設為Y方向， 將與前述X方向垂直之開槽深度方向設為Z方向的情況， 根據在前述X方向、前述Y方向、前述Z方向這3方向每個所取得之在前述開槽形狀偵知位置之前述熔接速度的值，算出在前述3方向每個的移動速度， 將前述開槽形狀偵知位置間之熔接距離或移動時間分割成2個以上的區間，依據各分割點之在前述3方向每個的移動速度，算出前述各分割點的熔接速度， 以使前述分割點每個之熔接速度成為一定且前述開槽形狀偵知位置間之熔接速度呈階梯狀變化的方式進行控制。
依據上述(5)，藉由各方向(X方向,Y方向,Z方向)的控制，容易實施對應於開槽形狀的微細變化之控制。此外，因為熔接條件的控制並不僅是可搬式熔接機器人之移動方向的熔接速度，可減少因導軌設置的精度、開槽形狀等所造成之熔接位置偏差的影響，而能實施高精度的熔接。
(6) 如上述(2)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 在前述導軌之直線部和曲線部之邊界區域、或、在前述導軌之曲線部的曲率改變之邊界區域，設置至少1個前述開槽形狀偵知位置。
依據上述(6)，對應於導軌之可搬式熔接機器人的導引路徑變化之邊界區域，設置至少1個開槽形狀偵知位置，因此可進行對應於導軌之導引路徑的變化位置之資料收集，而能取得正確的偵知資料。結果，可進行高精度的熔接控制。
(7) 如上述(6)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 在設置於前述邊界區域之前述開槽形狀偵知位置的緊挨前方或緊挨後方，設置控制前述熔接條件的區間。
依據上述(7)，根據在每個開槽形狀偵知位置獲得的偵知資料，在接近該開槽形狀偵知位置之緊挨前方或緊挨後方的控制區間控制熔接條件，藉此可在離獲得實際的開槽偵知資料之部位很近的位置不降低熔接品質地進行控制，而能實施高精度的熔接。
(8) 如上述(1)~(7)中任一者所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 作為前述熔接條件，是選擇擺動(weaving)條件、熔接速度及熔接電流當中之至少一者， 根據前述開槽形狀偵知位置間之前述開槽形狀資訊，以使前述開槽內的熔接金屬對於熔接方向成為一定高度的方式，控制前述擺動條件、前述熔接速度及前述熔接電流當中之至少一者。
依據上述(8)，可謀求熔融面的高度之穩定化，可提高熔接作業的精度及熔接品質。
(9) 如上述(1)~(8)中任一者所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述偵測工序，除了在前述開槽形狀偵知位置之前述開槽形狀的偵測，還包含：前述工件之設置前述開槽的一側之工件表面、及前述工件之熔接線方向上之工件端部當中的至少1者的偵測。
依據上述(9)，不僅開槽形狀，還能掌握開槽周邊的全體形狀。結果，可根據更多的偵知資料來取得熔接條件，而能實施高精度的熔接。
(10) 如上述(1)~(9)中任一者所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述偵測是觸碰(touch)偵測， 在前述開槽形狀偵知位置，將沿著前述開槽的橫剖面配置之偵知點在前述開槽之根部間隙(root gap)及兩側的開槽側面上至少設置5點， 根據從前述偵知點獲得之前述偵知資料來算出前述開槽形狀資訊。
依據上述(10)，可實施正確地掌握開槽形狀之熔接控制，可進行高精度的熔接。
(11) 如上述(2)所記載的可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中， 前述熔接線是前述開槽形狀之兩側的開槽側面之任一方的開槽端。
依據上述(11)，可正確且容易地偵知開槽之實際的形狀變化，而能實施迅速且正確的熔接控制。結果可提高熔接的精度。
(12) 一種可搬式熔接機器人之熔接控制裝置，係用於使用沿著導軌移動之可搬式熔接機器人將具有開槽的工件進行熔接，其特徵在於，係具有開槽形狀資訊算出部及熔接條件取得部， 該開槽形狀資訊算出部，是根據在偵測工序所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊，該偵測工序，是在從熔接起點到熔接終點之熔接區間設定2處以上的開槽形狀偵知位置，將在前述開槽形狀偵知位置之開槽形狀透過在前述導軌上移動之前述可搬式熔接機器人所具有的偵知手段進行偵測； 該熔接條件取得部，是根據前述開槽形狀資訊來取得熔接條件。
依據上述(12)，熔接控制裝置，是在對於開槽設置了導軌及可搬式熔接機器人的狀態下，透過可搬式熔接機器人上的偵知手段來進行開槽的偵測，根據偵測所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊，根據開槽形狀資訊來取得熔接條件而進行熔接控制。結果，熔接控制裝置，可不受開槽形狀的變化、導軌設置精度的影響而實施高精度的熔接控制，因為沒有必要將導軌的設置精度提高，可將熔接作業性提高。
(13) 一種可搬式熔接機器人，係一邊在導軌上移動一邊將具有開槽的工件進行熔接且藉由上述(12)所記載的熔接控制裝置控制，其特徵在於，係具有偵知手段， 該偵知手段，是在配置於前述導軌上的狀態下，在從熔接起點到熔接終點之熔接區間設定2處以上的開槽形狀偵知位置，並偵測在前述開槽形狀偵知位置之開槽形狀。
依據上述(13)，可搬式熔接機器人具有偵測開槽之偵知手段，對於開槽在配置於導軌上的狀態下，透過偵知手段進行開槽的偵測，從根據偵測所獲得的偵知資料而在熔接控制裝置算出之開槽形狀資訊獲得熔接條件，根據該熔接條件進行控制，因此可不受開槽形狀的變化、導軌設置精度的影響而實施高精度的偵測。再者，可搬式熔接機器人是根據藉由高精度的偵測所取得之熔接條件來進行控制，因此可實施高精度的控制，可將熔接品質提高，可搬式熔接機器人，因為沒有必要將導軌的設置精度提高，能將熔接作業性提高。
(14) 一種可搬式熔接機器人之熔接系統，係具有：一邊在導軌上移動一邊將具有開槽的工件進行熔接之可搬式熔接機器人、及可控制前述可搬式熔接機器人的動作之熔接控制裝置，其特徵在於， 前述可搬式熔接機器人，是在從熔接起點到熔接終點之熔接區間設定2處以上的開槽形狀偵知位置，並具有偵測在前述開槽形狀偵知位置的開槽形狀之偵知手段， 前述熔接控制裝置係具有：根據在前述偵測所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊之開槽形狀資訊算出部、及根據前述開槽形狀資訊來取得熔接條件之熔接條件取得部。
依據上述(14)，熔接系統，在對於開槽設置了導軌及可搬式熔接機器人的狀態下，根據透過可搬式熔接機器人上的偵知手段所獲得的偵知資料，進而藉由從根據偵知資料算出之開槽形狀資訊所獲得的熔接條件，來控制可搬式熔接機器人所進行的熔接，因此可不受開槽形狀的變化、導軌設置的精度的影響而實施高精度的熔接。此外，熔接系統，因為沒有必要將導軌的設置精度提高，能將熔接作業性提高。
以上是參照圖式來說明各種的實施形態，但本發明當然並不限定於該例子。所屬技術領域具有通常知識者在申請專利範圍所記載的範圍內，顯然可想到各種的變更例或修正例，應了解這些當然也屬於本發明的技術範圍。此外，在不脫離發明趣旨的範圍內，將上述實施形態中的各構成要素做任意地組合亦可。
又本申請案是根據2019年8月7日申請之日本特許出願(特願2019-145780)，其內容是以參照的方式援用於本申請案中。
10:開槽 10e :熔接終點 10s :熔接起點 11,12:開槽側面 11e ,12e :開槽端緣 50:熔接系統 100:可搬式熔接機器人 110:機器人本體 120:導軌 121:直線部 122:曲線部 128:邊界區域 200:熔接炬 211:熔接銲線 300:送給裝置 400:熔接電源 500:遮護氣體供給源 600:控制裝置 603:熔接條件取得部 DWn :熔接線位置偵知點Tn-1 ~Tn 之2點間的熔接距離 G:根部間隙 L:工件端部We 間的距離 Pn :開槽形狀偵知位置 Ps :第一開槽形狀偵知位置 Pe :第二開槽形狀偵知位置 T:移動時間 Tn :熔接線位置偵知點 TWL:熔接軌跡線 We :工件端部 Wo :工件 Wi ,Wu :工件表面 WL:熔接線
[圖1]係本發明的熔接系統之一實施形態的概略圖。 [圖2]係圖1所示的可搬式熔接機器人之概略側視圖。 [圖3]係圖2所示的可搬式熔接機器人之立體圖。 [圖4A]係用於說明基於圖3所示的可搬式熔接機器人之開槽形狀偵知位置的概略立體圖。 [圖4B]係對蛇行的開槽運用了直線狀的導軌之可搬式熔接機器人的立體圖。 [圖4C]係用於說明表示圖4B之直線狀的導軌和開槽的位置關係的概念之說明圖。 [圖4D]係對蛇行的開槽運用了曲線狀的導軌之可搬式熔接機器人的立體圖。 [圖4E]係用於說明表示圖4D之曲線狀的導軌和開槽的位置關係的概念之說明圖。 [圖5]係用於說明基於圖3所示的可搬式熔接機器人的偵測之概略側視圖。 [圖6]係用於說明基於圖3所示的可搬式熔接機器人的偵測之概略立體圖。 [圖7A]係顯示本發明的熔接控制方法之熔接速度的變化的圖，是以熔接速度成為曲線狀的方式進行控制的情況。 [圖7B]係顯示本發明的熔接控制方法之熔接速度的變化的圖，是以熔接速度成為直線狀的方式進行控制的情況。 [圖7C]係顯示本發明的熔接控制方法之熔接速度的變化的圖，是以熔接速度成為階梯狀的方式進行控制的情況。 [圖8A]係在直線狀的導軌上之可搬式熔接機器人之熔接炬(welding torch)之熔接銲線(wire)前端在熔接線位置偵知點間移動時之熔接速度及熔接距離的說明圖。 [圖8B]係將圖8A所示的VIII部分放大之用於說明熔接速度的說明圖。 [圖8C]係在直線狀的導軌上之可搬式熔接機器人之熔接炬的熔接銲線前端在熔接線位置偵知點間移動之移動距離的說明圖。 [圖8D]係運用本實施例時之熔接部的剖面形狀，是用於說明本實施例的效果之圖。 [圖8E]係未運用本實施例時之熔接部的剖面形狀，是用於說明未運用本實施例時之熔接不良之圖。 [圖9A]係在曲線狀的導軌上之可搬式熔接機器人之熔接炬的熔接銲線前端在熔接線位置偵知點間移動時之熔接速度及熔接距離的說明圖。 [圖9B]係將圖9A所示的IX部分放大之用於說明熔接速度的說明圖。 [圖9C]係將圖9B在XY平面顯示之用於說明熔接速度的說明圖。 [圖9D]係在曲線狀的導軌上之可搬式熔接機器人之熔接炬的熔接銲線前端在熔接線位置偵知點間移動時之移動距離的說明圖。 [圖10]係圖3所示的熔接機器人安裝於方形鋼管的情況之立體圖。 [圖11]係將圖10從正上方觀察時之在導軌及方形鋼管之1/4角部的區域之導軌和開槽的位置關係之說明圖。 [圖12]係將本發明的熔接控制方法的可搬式熔接機器人之熔接炬之熔接銲線前端的移動距離(=熔接距離)均等分割時，顯示其與熔接速度的關係之圖。 [圖13]係用於說明本發明的熔接控制方法的擺動之概略立體圖。 [圖14]係在本發明的熔接控制方法中，顯示熔接速度和Y方向的移動速度(=擺動速度)及擺動寬度的圖。
10:開槽
10e:熔接終點
10s:熔接起點
11e,12e:開槽端緣
G:根部間隙
H:板厚
L:工件端部We間的距離
P0~P5:開槽形狀偵知位置
Ps:第一開槽形狀偵知位置
Pe:第二開槽形狀偵知位置
We:工件端部
Wo:工件
Wi,Wu:工件表面

Claims (13)

  1. 一種可搬式熔接機器人之熔接控制方法，係用於使用沿著導軌移動之可搬式熔接機器人將具有開槽的工件進行熔接之熔接控制方法，其特徵在於，係具有偵測工序、開槽形狀資訊算出工序及熔接條件取得工序，該偵測工序，是在從熔接起點到熔接終點之熔接區間中設定2處以上的開槽形狀偵知位置，透過在前述導軌上移動之前述可搬式熔接機器人所具有的偵知手段來偵測在前述開槽形狀偵知位置之開槽形狀；該開槽形狀資訊算出工序，是根據在前述偵測工序所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊；該熔接條件取得工序，是根據前述開槽形狀資訊來取得熔接條件；將前述開槽形狀偵知位置和前述工件上事先決定的熔接線之交點設為熔接線位置偵知點，並將鄰接的前述熔接線位置偵知點間進行熔接時之熔接的軌跡設為熔接軌跡線的情況，以使前述熔接線和前述熔接軌跡線之相對距離的最大值成為熔接銲線徑之2倍以下的方式設定前述開槽形狀偵知位置。
  2. 如請求項1所述之可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中，當在前述開槽形狀偵知位置間發生前述熔接條件的變 化的情況，根據在每個前述開槽形狀偵知位置取得之前述熔接條件的值，在前述開槽形狀偵知位置間，以讓前述熔接條件呈直線狀、階梯狀、曲線狀當中之至少1者變化的方式進行控制。
  3. 如請求項2所述之可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中，前述熔接條件當中之至少一個為熔接速度，當將前述可搬式熔接機器人的移動方向設為X方向，將與前述X方向垂直之開槽寬度方向設為Y方向，將與前述X方向垂直之開槽深度方向設為Z方向的情況，根據在前述X方向、前述Y方向、前述Z方向這3方向每個所取得之在前述開槽形狀偵知位置的前述熔接速度之值，算出在前述3方向每個的移動速度，依據在前述3方向每個的移動速度，控制前述開槽形狀偵知位置間之前述熔接速度。
  4. 如請求項2所述之可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中，前述熔接條件當中之至少一個為熔接速度，當將前述可搬式熔接機器人的移動方向設為X方向，將與前述X方向垂直之開槽寬度方向設為Y方向，將與前述X方向垂直之開槽深度方向設為Z方向的情況， 根據在前述X方向、前述Y方向、前述Z方向這3方向每個所取得之在前述開槽形狀偵知位置之前述熔接速度的值，算出在前述3方向每個的移動速度，將前述開槽形狀偵知位置間之熔接距離或移動時間分割成2個以上的區間，依據各分割點之在前述3方向每個的移動速度，算出前述各分割點的熔接速度，以使每個前述分割點之熔接速度成為一定且前述開槽形狀偵知位置間之熔接速度呈階梯狀變化的方式進行控制。
  5. 如請求項1所述之可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中，在前述導軌之直線部和曲線部之邊界區域、或前述導軌之曲線部的曲率改變之邊界區域，設置至少1個前述開槽形狀偵知位置。
  6. 如請求項5所述之可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中，在設置於前述邊界區域之前述開槽形狀偵知位置的緊挨前方或緊挨後方，設置控制前述熔接條件的區間。
  7. 如請求項1所述之可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中，作為前述熔接條件，是選擇擺動條件、熔接速度及熔接電流當中之至少一者，根據前述開槽形狀偵知位置間之前述開槽形狀資訊，以使前述開槽內的熔接金屬對於熔接方向成為一定高度的 方式，控制前述擺動條件、前述熔接速度及前述熔接電流當中之至少一者。
  8. 如請求項1所述之可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中，前述偵測工序，除了在前述開槽形狀偵知位置之前述開槽形狀的偵測，還包含：前述工件之設置前述開槽的一側之工件表面、及前述工件之熔接線方向上之工件端部當中的至少1者的偵測。
  9. 如請求項1所述之可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中，前述偵測是觸碰偵測，在前述開槽形狀偵知位置，將沿著前述開槽的橫剖面配置之偵知點在前述開槽之根部間隙及兩側的開槽側面上至少設置5點，根據從前述偵知點獲得之前述偵知資料來算出前述開槽形狀資訊。
  10. 如請求項1所述之可搬式熔接機器人之熔接控制方法，其中，前述熔接線是前述開槽形狀之兩側的開槽側面之任一方的開槽端。
  11. 一種可搬式熔接機器人之熔接控制裝置，係用於使用沿著導軌移動之可搬式熔接機器人將具有開槽的工件進行熔接，其特徵在於，係具有開槽形狀資訊算出部及熔接條件取得部， 該開槽形狀資訊算出部，是根據在偵測工序所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊，該偵測工序，是在從熔接起點到熔接終點之熔接區間設定2處以上的開槽形狀偵知位置，將在前述開槽形狀偵知位置之開槽形狀透過在前述導軌上移動之前述可搬式熔接機器人所具有的偵知手段進行偵測；該熔接條件取得部，是根據前述開槽形狀資訊來取得熔接條件，將前述開槽形狀偵知位置和前述工件上事先決定的熔接線之交點設為熔接線位置偵知點，並將鄰接的前述熔接線位置偵知點間進行熔接時之熔接的軌跡設為熔接軌跡線的情況，以使前述熔接線和前述熔接軌跡線之相對距離的最大值成為熔接銲線徑之2倍以下的方式設定前述開槽形狀偵知位置。
  12. 一種可搬式熔接機器人，係一邊在導軌上移動一邊將具有開槽的工件進行熔接且藉由如請求項11所述之熔接控制裝置控制，其特徵在於，係具有偵知手段，該偵知手段，是在配置於前述導軌上的狀態下，在從熔接起點到熔接終點之熔接區間設定2處以上的開槽形狀偵知位置，並偵測在前述開槽形狀偵知位置之開槽形狀。
  13. 一種可搬式熔接機器人之熔接系統，係具有：一邊在導軌上移動一邊將具有開槽的工件進行熔接 之可搬式熔接機器人、及可控制前述可搬式熔接機器人的動作之熔接控制裝置，其特徵在於，前述可搬式熔接機器人，是在從熔接起點到熔接終點之熔接區間設定2處以上的開槽形狀偵知位置，並具有偵測在前述開槽形狀偵知位置的開槽形狀之偵知手段，前述熔接控制裝置係具有：根據在前述偵測所獲得的偵知資料來算出開槽形狀資訊之開槽形狀資訊算出部、及根據前述開槽形狀資訊來取得熔接條件之熔接條件取得部，將前述開槽形狀偵知位置和前述工件上事先決定的熔接線之交點設為熔接線位置偵知點，並將鄰接的前述熔接線位置偵知點間進行熔接時之熔接的軌跡設為熔接軌跡線的情況，以使前述熔接線和前述熔接軌跡線之相對距離的最大值成為熔接銲線徑之2倍以下的方式設定前述開槽形狀偵知位置。
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