(57)【要約】【課題】溶接条件の切替えを適切に制御することが可能な制御装置を提供する。【解決手段】ワークの状態に応じて溶接条件を決定する制御装置１は、将来の溶接位置における前記ワークの状態を監視するワーク状態監視部１０１と、将来及び過去の前記溶接位置における前記ワークの状態に基づく統計値を算出し、前記統計値に応じて前記溶接条件を決定する溶接条件制御部１０２と、前記溶接条件に基づいて、現在の溶接位置における溶接を行う溶接部１０３と、を有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの状態に応じて溶接条件を決定する制御装置であって、
将来の溶接位置における前記ワークの状態を監視するワーク状態監視部と、
将来及び過去の前記溶接位置における前記ワークの状態に基づく統計値を算出し、前記統計値に応じて前記溶接条件を決定する溶接条件制御部と、
前記溶接条件に基づいて、現在の溶接位置における溶接を行う溶接部と、を有することを特徴とする
制御装置。
【請求項２】
前記溶接条件制御部は、前記溶接条件の決定後、前記統計値が所定のしきい値を超えて変化するまでの間、前記溶接条件を変更しないことを特徴とする
請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記ワークの状態は、溶接対象の複数のワーク間の幅であり、
前記統計値は、前記ワーク間の幅の平均値であることを特徴とする
請求項１記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関し、特に溶接条件の切替えを適切に制御することが可能な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御装置がロボットを制御して実施する溶接において、ロボットのアーム先端に溶接ヘッドとセンサとを装着し、センサにより溶接個所の状態を監視しながら溶接を実施する技術が存在する（図１参照）。この技術によれば、溶接によりワークに歪み等が生じた場合に、センサがそれを検知して制御装置にフィードバックし、制御装置は歪みに応じて溶接条件を変更することができる。例えばウィービングによる突合せ溶接を実施する制御装置は、図２に示すような設定に従い、ワーク間の隙間ｄに応じて、溶接時のウィービング溶接の幅を切替える。
【０００３】
特許文献１には、レーザビームのウィービングが可能なレーザ溶接装置において、被溶接部の間隙量を光学系センサで検出し、検出データに応じてウィービング溶接の幅を制御するレーザ溶接装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７０２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の制御装置では、センサが検出する状態が溶接条件切替えの閾値付近である場合に、溶接条件が頻繁に切替わるという問題が生じることがある。
【０００６】
図２に示す設定に従ってウィービング溶接を行う制御装置を例として、この問題について説明する。この制御装置は、ワーク間の隙間が１ｍｍ未満であるか１ｍｍ以上であるかに応じ、ウィービング溶接の幅を２ｍｍ又は３ｍｍに決定する。図３に示すように、溶接の進行に応じてワーク間の隙間ｄが広がるようにワークを突き合わせてウィービング溶接を行う場合、ワーク間の隙間ｄと、加工時間の進行と、の関係は図４のグラフのようになる。
【０００７】
図４のグラフにおいて、２点鎖線は、真の（すなわち理想的な）ワーク間の隙間ｄと、加工時間の進行と、の関係を示している。この理想的な関係によれば、ワーク間の隙間ｄが１ｍｍ以上となった時点で、ウィービング溶接の幅は図２の設定に従って１度限り、２ｍｍから３ｍｍに切替えられる。しかし実際には、センサが検出するワーク間の隙間ｄは、図５に示すようにばらつきを有する場合が多い。これをグラフに示したものが図４の実線であり、センサが検出するワーク間の隙間ｄは非線形に推移していることが分かる。そのため図４右図（拡大図）に示すように、ワーク間の隙間ｄが、ウィービング溶接の幅の切替え閾値である１ｍｍの前後においてさまよう場合がある。
【０００８】
このような場合、図４右図及び図６に示すように、制御装置はウィービング溶接の幅を２ｍｍ又は３ｍｍに頻繁に切替えることになる。これによってチャタリングのような現象が起き、溶接品位の低下を招きうる。なおウィービング溶接の幅に限らず、例えばフォーカスやレーザ周波数など種々の溶接条件においても同様の問題が生じうる。
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、溶接条件の切替えを適切に制御することが可能な制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態にかかる制御装置は、ワークの状態に応じて溶接条件を決定する制御装置であって、将来の溶接位置における前記ワークの状態を監視するワーク状態監視部と、将来及び過去の前記溶接位置における前記ワークの状態に基づく統計値を算出し、前記統計値に応じて前記溶接条件を決定する溶接条件制御部と、前記溶接条件に基づいて、現在の溶接位置における溶接を行う溶接部と、を有することを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる制御装置は、前記溶接条件制御部は、前記溶接条件の決定後、前記統計値が所定のしきい値を超えて変化するまでの間、前記溶接条件を変更しないことを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる制御装置は、前記ワークの状態は、溶接対象の複数のワーク間の幅であり、前記統計値は、前記ワーク間の幅の平均値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、溶接条件の切替えを適切に制御することが可能な制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の溶接機及び制御装置を示す図である。
【図２】従来の溶接条件の決定方法を説明する図である。
【図３】従来の溶接条件の決定方法を説明する図である。
【図４】従来の溶接条件の決定方法を説明する図である。
【図５】従来の溶接条件の決定方法を説明する図である。
【図６】従来の溶接条件の決定方法を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかる制御装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかる制御装置１の機能構成の一例を示す図である。
【図９】ワーク状態監視部１０１の動作を示す図である。
【図１０】ワーク状態監視部１０１の動作を示す図である。
【図１１】溶接条件制御部１０２の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図７は、制御装置１の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。制御装置１は、レーザ溶接機を含む溶接機の制御を行う装置である。制御装置１は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４、バス１０、軸制御回路１６、サーボアンプ１７、インタフェース１８１、インタフェース１８２、インタフェース１８３を有する。制御装置１には、サーボモータ５０、入出力装置６０、熱源制御装置７０、センサ８０が接続される。
【００１４】
ＣＰＵ１１は、制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス１０を介して読み出し、システム・プログラムに従って制御装置１全体を制御する。
【００１５】
ＲＯＭ１２は、溶接機の各種制御等を実行するためのシステム・プログラムを予め格納している。
【００１６】
ＲＡＭ１３は、一時的な計算データや表示データ、入出力装置６０を介してオペレータが入力したデータやプログラム等を一時的に格納する。
【００１７】
不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされており、制御装置１の電源が遮断されても記憶状態を保持する。不揮発性メモリ１４は、入出力装置６０から入力されるデータやプログラム等を格納する。不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラムやデータは、実行時及び利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。
【００１８】
軸制御回路１６は、溶接機の動作軸を制御する。例えば図１のようにロボットを利用する場合には、軸制御回路１６は、ＣＰＵ１１が出力する軸の移動指令量を受けて、ロボットの動作軸の移動指令をサーボアンプ１７に出力する。
【００１９】
サーボアンプ１７は、軸制御回路１６が出力する軸の移動指令を受けて、サーボモータ５０を駆動する。
【００２０】
サーボモータ５０は、サーボアンプ１７により駆動されて溶接機の動作軸を動かす。サーボモータ５０は、典型的には位置・速度検出器を内蔵する。位置・速度検出器は位置・速度フィードバック信号を出力し、この信号が軸制御回路１６にフィードバックされることで、位置・速度のフィードバック制御が行われる。
【００２１】
なお、図７では軸制御回路１６、サーボアンプ１７、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる溶接機に備えられた軸の数だけ用意される。
【００２２】
入出力装置６０は、ディスプレイやハードウェアキー等を備えたデータ入出力装置であり、典型的には操作盤である。入出力装置６０は、インタフェース１８１を介してＣＰＵ１１から受けた情報をディスプレイに表示する。入出力装置６０は、ハードウェアキー等から入力された指令やデータ等をインタフェース１８１を介してＣＰＵ１１に渡す。
【００２３】
熱源制御装置７０は、溶接の熱源を制御する装置である。例えばレーザ溶接の場合、熱源制御装置７０はスキャナ制御装置であり、図示しないレーザ発振器にレーザ指令を出力してレーザ出力を制御する。また、図示しないレーザスキャナにモータ指令を出力してレーザスキャナの動作を制御する。熱源制御装置７０は、インタフェース１８２を介してＣＰＵ１１から受けた情報に応じて熱源を制御する。
【００２４】
センサ８０は、溶接位置近傍のワークの状態を検知するセンサであり、典型的には光学センサである。通常、センサ８０はレーザスキャナとは独立した装置であるが、レーザスキャナと共にロボットのアーム先端に取り付けられる。センサ８０は、検知したワークの状態をインタフェース１８３を介してＣＰＵ１１に渡す。
【００２５】
図８は、制御装置１の概略的な機能構成を示すブロック図である。制御装置１は、を有する。ワーク状態監視部１０１、溶接条件制御部１０２、溶接部１０３を有する。
【００２６】
ワーク状態監視部１０１は、図９に示すように、センサ８０を使用して、現在の溶接位置の少し先の部分、換言すれば所定時間後つまり将来の溶接位置を監視し、ワーク間の隙間ｄを計測する。例えば、ワーク状態監視部１０１は、制御周期ごとに、センサ８０としての光学カメラで現在の溶接位置の少し先の部分を撮影して画像を取得する。ワーク状態監視部１０１は、取得した画像を使用して、公知の画像処理手法によりワーク間の隙間ｄを特定することができる。ワーク状態監視部１０１は、ワーク間の隙間ｄを図示しない記憶領域に蓄積する。これにより、ワーク間の隙間ｄの時系列データセットが生成される。
【００２７】
溶接条件制御部１０２は、ワーク状態監視部１０１が生成したワーク間の隙間ｄの時系列データセットに基づいて、ワーク間の隙間ｄの統計値を算出する。統計量は、ワーク間の隙間ｄのばらつきを捨象できるようなものが好ましく、典型的には現在の溶接位置を含む所定の区間つまり時間幅において取得されたワーク間の隙間ｄの平均値や中央値などである。換言すれば、将来及び過去の溶接位置などにおいて収集、蓄積されたワーク間の隙間ｄの平均値や中央値などである。
【００２８】
図１０に示すように、溶接機が現在の溶接位置を加工している時、ワーク状態監視部１０１は現在の溶接位置の少し先の部分、つまり将来の溶接位置のワーク間の隙間ｄを取得しており、その前には現在の溶接位置のワーク間の隙間ｄや、より過去の溶接位置のワーク間の隙間ｄを既に取得、蓄積している。したがって、溶接条件制御部１０２は現在の溶接位置の前後を含む区間で取得されたワーク間の隙間ｄの統計値を計算できる。
【００２９】
また、図１１に示すように、溶接条件制御部１０２は、ワーク間の隙間ｄの統計値に基づいて溶接条件を一旦切替えたならば、その後、ワーク間の隙間ｄの統計値が所定の幅（以下、再切替閾値という）を超えて変動するまでの間は、溶接条件の切替えを行わないことが好ましい。なお再切替閾値は、図１１に示すように、典型的には溶接条件を切替えた時点におけるワーク間の隙間ｄの統計値の上下にそれぞれ１つずつ設けられる。但し、溶接条件を切替えた時点におけるワーク間の隙間ｄの統計値の上下いずれか一方にのみ再切替閾値を設けても構わない。
【００３０】
図１１のグラフにおいて、２点鎖線は、ワーク間の隙間ｄの統計値と、加工時間の進行と、の関係を示している。この例における溶接条件制御部１０２は、ワーク間の隙間ｄの平均値が１ｍｍ以上となった時点で、ウィービング溶接の幅を図２の設定に従って２ｍｍから３ｍｍに切替える。その後、センサが検出するワーク間の隙間ｄは、図１１右図（拡大図）のようにばらつきを示し、１ｍｍを下回る場合もある。しかしながら、溶接条件制御部１０２は、溶接条件が切替えられた後、ワーク間の隙間ｄの平均値が再切替閾値を超えるまでの間は、センサが検出するワーク間の隙間ｄの値に関わらず、溶接条件を切替えることがない。したがって、溶接条件の切替えが頻繁に行われる事象を抑制できる。
【００３１】
溶接部１０３は、溶接条件制御部１０２が決定した溶接条件を使用して、溶接加工を実行する。
【００３２】
上述のように、従来の制御装置は、現在の溶接位置のワーク間の隙間ｄに応じて溶接条件を決定していた。現在の溶接位置のワーク間の隙間ｄをそのまま使用していたので、ワーク間の隙間ｄにばらつきが生じると、溶接条件が頻繁に切替わることがあった。一方、本実施の形態では現在の溶接位置のワーク間の隙間ｄに代えて、現在の溶接位置の前後を含む区間で取得されたワーク間の隙間ｄの統計値を使用する。これにより、ワーク間の隙間ｄのばらつきがある程度捨象される。したがって、溶接条件の頻繁な切替わりも抑制される。
【００３３】
本実施の形態によれば、制御装置１は、センサからの情報をそのまま使うのではなく、所定の時間幅の統計値を使用して溶接条件を決定する。また制御装置１は、溶接条件の再切替を行う際には、一定のしきい値を超えて統計値が変動することを要求する。これにより、センサからの情報通りに溶接すると生じていた頻繁な溶接条件の切替わりを抑制することができる。
【００３４】
以上、本発明の主要な実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、溶接の熱源としてレーザを例示したが、本発明はこれに限定されず任意の熱源を利用できる。また、上述の実施の形態では、ワーク間の隙間ｄに応じてウィービング溶接の幅を変更する例を示したが、本発明はこれに限定されず、ワークの状態に応じて変更される任意の溶接条件について適用可能である。また、上述の実施の形態では、統計値としてワーク間の隙間ｄの平均値を例示したが、本発明はこれに限定されず、ワーク間の隙間ｄの小変動を捨象しうる任意の統計値を採用して良い。
【符号の説明】
【００３５】
１  制御装置
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  不揮発性メモリ
１８１，１８２，１８３  インタフェース
１０  バス
１６  軸制御回路
１７  サーボアンプ
５０  サーボモータ
６０  入出力装置
７０  熱源制御装置
８０  センサ
１０１  ワーク状態監視部
１０２  溶接条件制御部
１０３  溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020015075.tif 000010
【図９】
2020015075.tif 000011
【図１０】
2020015075.tif 000012
【図１１】
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