(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤと、サーボモータによって駆動され溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段と、少なくとも速度および電流のフィードバックループを備え、サーボモータをフィードバック制御するワイヤ送給制御手段と、サーボモータのトルク情報からコンジットチューブ内を経て溶接トーチ先端から被溶接体に向けて送給される溶接ワイヤが通る送給経路の抵抗力を計測する送給抵抗計測手段と、送給抵抗計測手段の計測結果を表示する表示手段を設けた溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置であって、前記サーボモータのトルク情報は、電流フィードバック又は電流ループに入力されるトルク指令値を用いて計測され、前記送給抵抗計測手段が、目標指令値を入力として送給抵抗力以外のトルク成分を推定し、モータのトルク情報から推定トルク成分を減ずることにより送給抵抗を算出する送給抵抗算出手段を備えたことを特徴とする溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置。
【請求項２】
ワイヤ送給手段が遊星ローラ式の送給機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置。
【請求項３】
送給抵抗計測手段の計測結果を表示する表示手段がロボットのティーチングペンダントの表示部であることを特徴とする請求項１または２記載の溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置。
【請求項４】
送給抵抗の計測結果がシリアル通信により表示部に送信されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置。
【請求項５】
送給抵抗の上下限値設定記憶手段と、送給抵抗の計測結果を上下限設定値と比較し、計測結果が上下限設定値を超えた場合には警告を発する比較警告手段を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置。
【請求項６】
比較警告手段の出力が特定アドレスへの電子メール出力であることを特徴とする請求項５に記載の溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置。
【請求項７】
溶接トーチを支持している溶接用ロボットにより実際に溶接を行う前に、溶接位置や前記溶接用ロボットの姿勢により変化する溶接ワイヤ送給経路の抵抗力を表示することで、前記溶接ワイヤ送給経路の取り回しを変更して前記抵抗力を確認しながら適した溶接ワイヤ送給経路の配置を検討可能とする請求項１から６のいずれか１項に記載の溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアーク溶接における溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動アーク溶接を行う場合、溶接ワイヤはモータによって駆動される送りローラによりワイヤリール等から引き出され、コンジットチューブ内を経て溶接トーチへ送出される。
【０００３】
この時、溶接トーチへの溶接ワイヤの送給速度は、溶接条件として予め定められた一定速度に制御される必要があり、一般的には送りローラを駆動するモータを速度制御することにより管理されているが、送りローラは駆動モータの速度制御により定速で回転していたとしても、当該ローラでの滑りやコンジットチューブ内での摩擦等によって溶接ワイヤの送給速度は往々にして変動し、この変動量が過大になると溶接部に不具合を生じる。
【０００４】
そこで、溶接ワイヤの送給速度を監視して、送給異常を検出する方法として、例えば特開昭５７−１８４５８１号に示されるように、溶接ワイヤの送給速度を検出する手段を設けて、ワイヤ送給速度が目標速度から大きくずれた場合にはモータ（すなわち送りローラ）を停止するようにした溶接ワイヤ送給制御装置が提案されている。
【０００５】
これらの方法によれば、溶接不良が発生しているにもかかわらず、そのまま生産が続けられ溶接不良品を多数生産してしまうと言ったことがなくなり、異常が発生したときには直ちに適切なメンテナンスが行えることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、何れも溶接ワイヤの送給速度自体を検出監視しているために、送給系の問題が溶接ワイヤの送給速度の変動として顕在化した時点、すなわち溶接品質に影響が出て初めて察知することができるものである。
【０００７】
送給経路には、コンジットチューブの摩耗など必然的に寿命が短く、定期的なメンテナンスを必要とする部品が多く、異常が発生してから事後対処するのではなく、送給系の状態を常に定量的に把握し、予防的にメンテナンスを行うための仕組みが強く求められていた。
【０００８】
また、特にロボット溶接の場合、溶接位置やロボットの姿勢によっては送給経路中に曲率の小さくなる部分が生じる場合があり、この部分の摩擦抵抗が増加して溶接ワイヤの送給速度が変動し、溶接中の特定の部分で溶接不良が発生しやすくなるといった問題があった。
【０００９】
このような場合、送給経路の取り回しを変更しながら最適な送給経路の配置を検討していくわけであるが、多くの時間と手間を費やす結果となっていた。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するもので、溶接ワイヤの送給抵抗を力として検出し、検出した抵抗値を作業者に対して表示することにより、設置時に於いては作業者は最適な溶接ワイヤ送給経路を送給抵抗の表示を確認しながら検討することができ、生産時に於いては定期的に溶接ワイヤの送給抵抗を管理することで、溶接品質に影響が出る前に予防的にメンテナンスを行うことができ、溶接品質と稼働率を共に向上することのできる溶接ワイヤ送給抵抗モニタ装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、溶接ワイヤと、サーボモータによって駆動され溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段と、少なくとも速度および電流のフィードバックループを備え、サーボモータをフィードバック制御するワイヤ送給制御手段と、サーボモータのトルク情報からコンジットチューブ内を経て溶接トーチ先端から被溶接体に向けて送給される溶接ワイヤが通る送給経路の抵抗力を計測する送給抵抗計測手段と、送給抵抗計測手段の計測結果を表示する表示手段を設けた溶接ワイヤの送給抵抗モニタ装置であって、前記サーボモータのトルク情報は、電流フィードバック又は電流ループに入力されるトルク指令値を用いて計測され、前記送給抵抗計測手段が、目標指令値を入力として送給抵抗力以外のトルク成分を推定し、モータのトルク情報から推定トルク成分を減ずることにより送給抵抗を算出する送給抵抗算出手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
さらに本発明は、ワイヤ送給手段が遊星ローラ式の送給機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
さらに本発明は、送給抵抗計測手段の計測結果を表示する表示手段がロボットのティーチングペンダントの表示部であることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに本発明は、送給抵抗の計測結果がシリアル通信により表示部に送信されることを特徴とするものである。
【００１７】
さらに本発明は、送給抵抗の上下限値設定記憶手段と、送給抵抗の計測結果を上下限設定値と比較し、計測結果が上下限設定値を超えた場合には警告を発する比較警告手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに本発明は、比較警告手段の出力が特定アドレスへの電子メール出力であることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００２０】
図１は溶接ワイヤ送給抵抗モニタ機能を備えたロボット自動溶接装置の全体構成を示す図である。図１において、溶接トーチ１は溶接用ロボット２のアーム２１に支持されており、溶接用ロボット２はロボット制御装置３に制御されて、アーム２１先端の溶接トーチ１を被溶接体Ｂの溶接線に沿って移動させる。
【００２１】
ロボットアーム２１の移動軌跡や移動速度等は予めロボット制御装置３内に記憶されており、この時同時に移動軌跡上の各溶接部位の指定と、溶接部位毎の溶接条件も記憶されている。溶接条件は例えば溶接電流、溶接電圧、溶接ワイヤ送給速度等である。
【００２２】
溶接トーチ１にはワイヤ送給装置６が取り付けられており、ワイヤリール５に収納された溶接ワイヤ５１をフレキシブルなコンジットチューブ５２内を経て溶接トーチ１へ引き出すいわゆるプル方式の溶接ワイヤ送給系を構成している。
【００２３】
ワイヤ送給装置６はワイヤ送給制御装置７によってフィードバック制御されるサーボモータ（図示略）によって回転駆動されており、溶接ワイヤ５１はワイヤリール５から引き出されて所定の速度で溶接トーチ１の先端から被溶接体Ｂに向けて送給される。
【００２４】
ロボット制御装置３とアーク溶接電源４およびロボット制御装置３とワイヤ送給制御装置７はそれぞれシリアル通信３ａ、３ｂによって接続されており、通信によって信号のやり取りが行われる。
【００２５】
ロボット制御装置３からシリアル通信３ａを経て溶接指令が送信されるとアーク溶接電源４はガスボンベ８内のシールドガスを溶接トーチ先端部から被溶接体Ａに向かって噴出させ、溶接部を不活性ガスでシールドするとともに、溶接トーチ１と被溶接体Ａとの間に指示された電圧を印加して、溶接ワイヤ５１の先端と被溶接体Ａとの間にアーク放電を生じさせ溶接を行う。この時ロボット制御装置３はワイヤ送給制御装置７に対してもシリアル通信３ｂを経てワイヤ送給指令を送信し、ワイヤ送給制御装置７は指示された指令速度でサーボモータを定速制御してワイヤ送給装置６を駆動し、溶接ワイヤ５１を送給する。
【００２６】
実際のアーク電流およびアーク電圧はそれぞれアーク溶接電源４内の電流計と電圧計（共に図示せず）で検出されてシリアル通信３ａを経てロボット制御装置３に送信され、ロボット制御装置３のティーチングペンダントの表示部３１に表示される。
【００２７】
同様に、ワイヤ送給抵抗はワイヤ送給制御装置７内のサーボ制御部（図示略）で検出されたサーボモータのトルク情報を基に送給抵抗が算出されてシリアル通信３ｂを経てロボット制御装置３に出力され、ロボット制御装置３のティーチングペンダントの表示部３１に表示される。
【００２８】
ワイヤ送給装置６の詳細構造を図２を用いて説明する。本実施例に於ける送給装置では、送給機構に遊星ローラ式の送給機構６１を用いており、遊星ローラ式送給機構６１はタイミングプーリー６３及びタイミングベルト６４を介してサーボモータ６５により回転駆動される。
【００２９】
遊星ローラ式の送給機構６１は、溶接ワイヤの周りに互いに筋違いに指向するよう配置された一対の遊星ローラ６２で溶接ワイヤ５１を挟み込み、遊星ローラ対６２を送給軸線Ｂ周りに回転させることにより、遊星ローラ対６２が接触線に沿ってほぼ接線方向の応力を溶接ワイヤ５１に対し作用することにより溶接ワイヤ５１を送給軸線Ｂに沿って送給するものである。
【００３０】
駆動ローラと加圧ローラで溶接ワイヤを挟み込んで送給する一般的な送給機構では駆動モータの発生する駆動力を減速機構によって減速する必要があり、機械効率は決して高くない。これに対して遊星ローラ式の送給機構は構造がシンプルなため機械効率が高く、溶接ワイヤ送給経路の抵抗力がダイレクトに駆動モータに伝わるため、本発明の目的とする溶接ワイヤ送給抵抗のモニタ機能にとって好適な送給機構といえる。
【００３１】
次にワイヤ送給制御装置７の詳細を図３のブロック図を用いて説明する。
【００３２】
ワイヤ送給制御装置７は通信部７１、コマンド制御部７２、サーボ制御部７３、送給抵抗算出部７４で構成されており、ソフトウエアで実現されたソフトウエアサーボとなっている。
【００３３】
通信部７１は、ロボット制御装置３に対してシリアル通信３ｂを介して信号を送受信する。コマンド制御部７２は、ロボット制御装置３から通信で送られてきた命令を解析し、サーボ制御部７３に位置や速度の目標指令値を出力する。
【００３４】
サーボ制御部７３は位置ループ７５、速度ループ７６、電流ループ７７を有し、コマンド解析部７２から入力された目標指令値と実際のサーボモータ６５の位置、速度、電流（トルク）が一致する様にサーボモータ６５を駆動する。
【００３５】
ロボット制御装置３からワイヤ送給速度指令が送信されると、コマンド制御部７２は指令されたワイヤ送給速度に対応するサーボモータ６５の回転速度を算出し、サーボ制御部７３に回転速度指令として出力する。本実施例のサーボ制御部７３は位置ループ７５を有しているので、実際の回転速度指令は制御周期当たりの回転量として与えられ偏差カウンタ方式のＰＩＤ制御により各ループがフィードバック制御を行う。
【００３６】
この時、溶接ワイヤ送給経路の摩擦等により溶接ワイヤの送給抵抗が増加すると、電流ループ７７のトルク指令値（電流指令値）或いは電流フィードバックが増加するので、これらの信号を取り出せば溶接ワイヤの送給抵抗をリアルタイムに検出することができる。
【００３７】
しかしながら、電流ループ７７のトルク指令には溶接ワイヤの送給抵抗力以外に、サーボモータ６５自身が指定速度で回転するための無負荷運転トルクや起動停止時や変速時の加減速トルクが含まれるため、これらを除去する必要がある。
【００３８】
このような作用を行うのが送給抵抗算出部７４で、コマンド制御部７２から入力した目標指令値を基に無負荷運転トルクや加減速トルクを推定し、サーボ制御部７３の電流ループ７７から得られたトルク情報から該推定値を減ずることにより正確な溶接ワイヤの送給抵抗を算出する。
【００３９】
このようにして得られた送給抵抗はコマンド制御部７２から通信部７１を経てシリアル通信３ｂによりロボット制御装置３に送信され、溶接電源４から受信した溶接電流や溶接電圧と言った他の溶接情報と共にロボット制御装置３に付随するティーチングペンダントの表示部３１に表示される。
【００４０】
ロボットの制御装置３には、送給抵抗の上下限値の設定記憶手段（図示略）が設けられており、溶接部位毎に予め送給抵抗の上下限値を設定記憶する事ができ、送給抵抗の計測結果は表示手段３１に表示されると同時に上下限設定値と比較され、計測結果が上下限設定値を超えた場合には警告を発する比較警告手段（図示）も設けられている。
【００４１】
比較警告手段の出力は、主に表示部３１への警告表示あるいは外部への警告通知に使用される。
【００４２】
これは、本実施の形態によれば、例え警告が発せられたとしても、この警告はあくまで送給抵抗が増加したことを示すのみで、溶接ワイヤの送給速度自体はワイヤ送給制御装置７の位置或いは速度フィードバック制御（７５，７６）により依然として一定に制御されており、この時点では溶接不良は発生していない為であり、あわててメンテナンス等の対処をする必要がないので、外部への警告通知には例えば電子メール等の即時性が保証されない通知手段を用いても十分に効果を奏することができる。
【００４３】
なお、本実施例ではプル構成の溶接ワイヤ送給系を示したが、プッシュ構成やプッシュプル構成の溶接ワイヤ送給系に対しても利用可能である。
【００４４】
また、比較警告手段の出力は、ロボット自身の停止や、外部機器への停止信号として利用することも可能であることは言うまでもないことである。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の溶接ワイヤ送給モニタ装置によれば、設置時に於いては作業者は最適な溶接ワイヤ送給経路を送給抵抗の表示を確認しながら検討することができ、生産時に於いては定期的に溶接ワイヤの送給抵抗を管理することで、溶接品質に影響が出る前に予防的にメンテナンスを行うことができ、溶接品質と稼働率を共に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例を示す全体構成図
【図２】本発明の実施の形態例におけるワイヤ送給装置の詳細構造図
【図３】本発明の実施の形態例におけるワイヤ送給制御装置の詳細を示すブロック図
【符号の説明】
１    溶接トーチ
２    ロボット
２１  ロボットアーム
３    ロボット制御装置
３１  ティーチングペンダントの表示部
３ａ  シリアル通信（ロボット制御装置、溶接電源間）
３ｂ  シリアル通信（ロボット制御装置、ワイヤ送給制御装置間）
４    溶接電源
５    ワイヤリール
５１  溶接ワイヤ
５２  コンジットケーブル
６    ワイヤ送給装置
６１  遊星ローラ式送給機構
６２  一対の遊星ローラ
６３  タイミングプーリー
６４  タイミングベルト
６５  サーボモータ
７    ワイヤ送給制御装置
７１  通信部
７２  コマンド制御部
７３  サーボ制御部
７４  送給抵抗算出部
７５  位置ループ
７６  速度ループ
７７  電流ループ
８    ガスボンベ
Ａ    被溶接体
Ｂ    送給軸線
【図１】
0004719953.tif 000002
【図２】
0004719953.tif 000003
【図３】
0004719953.tif 000004