(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置と、溶接トーチを保持して前記溶接トーチを移動するアクチュエータと、位置制御系を有しており前記アクチュエータを駆動制御する制御装置と、被溶接物と前記溶接ワイヤとの間に溶接出力を加える溶接電源装置を備え、前記アクチュエータにより前記溶接トーチを前記被溶接物から引き離す方向に移動し、前記溶接ワイヤの前記被溶接物に対する速度を制御する溶接システムであって、
前記位置制御系は、Ｄ−ＰＤ位置制御系を含み、アークスタートのシーケンスに従って前記Ｄ−ＰＤ制御系の制御ゲインを変化する溶接システム。
【請求項２】
Ｄ−ＰＤ制御系の制御ゲインを、アクチュエータが溶接トーチを被溶接物から引き離す方向に移動する引き離し動作時には、定常動作時よりも値が小さくなるように制御する請求項１記載の溶接システム。
【請求項３】
溶接ワイヤと被溶接物との接触を検出する検出部を有し、アークスタートのシーケンスにおいて前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出すると、Ｄ−ＰＤ制御系の制御ゲインを、定常動作時の値よりも小さくなるように急激に低下する請求項２記載の溶接システム。
【請求項４】
引き離し動作後、Ｄ−ＰＤ制御系の制御ゲインは、引き離し動作時の制御ゲインから定常動作時の制御ゲインに向けて、時間の経過に伴って増加するように制御される請求項２または３記載の溶接システム。
【請求項５】
引き離し動作とは、アクチュエータによる溶接トーチの移動を停止した状態で溶接ワイヤを被溶接物に向けて送給して前記溶接ワイヤが前記被溶接物に接触した後に、この接触を解除するために前記アクチュエータが前記溶接トーチを前記被溶接物から離れるように移動する動作である請求項２から４のいずれか１項に記載の溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接トーチを移動するアクチュエータおよびアクチュエータを制御する制御装置を備えた溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接業界では、国際的な競争力を確保するため、更なる生産性の向上と品質の向上を両立させる努力が続けられている。溶接ロボットにおいても、動作タクトの短縮と軌跡精度の向上の両立が求められている。動作タクトを短縮するために動作指令の速度や加減速を大きくしても、ロボット制御の追従遅れによる軌跡ズレや振動が発生してしまっては、溶接品質を劣化させてしまう。すなわち、ロボット制御の応答性向上と低振動化の両立が求められている。
【０００３】
図１は、消耗電極式溶接方法を行う溶接用ロボットを用いた溶接システムの概略構成を示す図である。
【０００４】
図１において、消耗電極である溶接ワイヤ１は、ワイヤースプール２からワイヤ送給モータ３により溶接トーチ４の方向に繰り出される。
【０００５】
溶接電源装置５は、溶接トーチ４および溶接チップ６を経由して溶接ワイヤ１と被溶接物である母材７との間に所定の溶接電流Ｉ及び溶接電圧Ｖを印加してアーク８を発生させるとともに、ワイヤ送給モータ３を制御して溶接ワイヤ１を送給しながら溶接を行う。
【０００６】
アクチュエータであるロボットマニピュレータ９は、溶接トーチ４を保持し、溶接開始位置（図示せず）に溶接トーチ４の位置決めを行うと共に溶接線（図示せず）に沿って溶接トーチ４を移動する。
【０００７】
ロボットマニピュレータ９の応答性を決めるのは、ロボット制御装置１０内に構成される位置制御ループ２１６であり、その構成を図２に示す。
【０００８】
図２において、溶接トーチ４に所望の軌跡を動作させる時、逆キネマ演算により、ロボットマニピュレータ９を構成する各軸のモータ位置の軌跡を求め、その速度成分をトーチ速度指令ＴＶＣ２０１として、位置制御ループ２１６に入力する。
【０００９】
位置制御ループ２１６の入力を位置成分では無く、速度成分としている理由は、位置成分ではロボットマニピュレータ９の動作範囲を全て含む大きな有効桁数が必要となり、データ処理の負荷が重くなるためである。
【００１０】
このトーチ速度指令ＴＶＣ２０１を積分要素２０２で積分したトーチ位置指令ＴＰＣ２０３を位置制御ループ２１６に入力する。
【００１１】
ロボットマニピュレータ９に動作の軌跡をティーチングする場合は、始点と終点の位置を指定することが一般的であり、位置制御ループ２１６が必要な理由は、速度制御ループ２１８のみでは、位置決めが正確にできないためである。
【００１２】
そこで、一般的なフィードバック制御（以後、ＦＢ制御）では、トーチ位置指令ＴＰＣ２０３とモータ２１４に備えられた回転位置検出装置２１５から出力されるトーチ位置フィードバック（以下ＦＢと省略）信号ＴＰＦ２０４の差に、位置ループゲインＫＰＰ２０５を乗じて、速度ループ指令ＴＶＣＡ２００を生成し、速度制御ループ２１８に入力する。なお、速度ループ指令ＴＶＣＡ２００は、式（１）で表される。
【００１３】
ＴＶＣＡ＝ＫＰＰ×∫（ＴＰＣ−ＴＰＦ）ｄｔ      −−−  式（１）
速度制御ループ２１８は、速度ループ指令ＴＶＣＡ２００とトーチ位置ＦＢ信号ＴＰＦ２０４を微分したトーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ２０８との差に基づいて、電流指令ＴＣＣ２１２を生成する。この電流指令ＴＣＣ２１２を受けた電流アンプ２１３が実際の電流をモータ２１４に流すことにより、ロボットマニピュレータ９を駆動する。
【００１４】
この位置制御ループ２１６は、位置ループゲインＫＰＰ２０５による比例（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御のみなので「Ｐ位置制御ループ」と定義する。
【００１５】
この位置制御ループ２１６により演算される速度ループ指令ＴＶＣＡ２００は、モータ位置指令ＴＰＣ２０３の速度成分であるトーチ速度指令ＴＶＣ２０１から位相が遅れた信号となる。このことが主因となり、トーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ２０８は、トーチ速度指令ＴＶＣ２０１に十分追従できず、位相が遅れる。
【００１６】
そこで、ロボットマニピュレータ９の応答性を良くするために、一般的に用いられる方式として、図３に示すフィードフォワード制御（以後、ＦＦ制御）を追加する方式がある。
【００１７】
図３においては、図２の制御ブロックの位置制御ループ２１６内に、トーチ速度指令ＴＶＣ２０１に、速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ２２０で乗じて、上記の式（１）で求めた速度ループ指令ＴＶＣＡ２００に加算するＦＦ制御ブロック２１７を追加して速度ループ指令ＴＶＣＢ２０６を出力する新たな第２の位置制御ループ３１６を構成する。
【００１８】
この第２の位置制御ループ３１６は、「Ｐ位置制御ループ」である位置制御ループ２１６に位置指令の微分（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）成分である速度指令をＦＦ加算するため「Ｄ−Ｐ位置制御ループ」と定義する。
【００１９】
この「Ｄ−Ｐ位置制御ループ」である第２の位置制御ループ３１６で、速度ループ指令ＴＶＣＢ２０６は、下記の式（２）で演算される。
【００２０】
ＴＶＣＢ＝ＴＶＣＡ  ＋  ＫＤ１Ａ×ＴＶＣ      −−−  式（２）
式（２）で計算された速度ループ指令ＴＶＣＢ２０６を、速度指令として速度制御ループ（２１８）に入力することにより、速度追従性が向上することが知られている。
【００２１】
ここで、速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ２２０の範囲は、下記式（３）の通りである。
【００２２】
０  ≦  ＫＤ１Ａ  ≦  １．０            −−−  式（３）
ところで、溶接開始点到達直後、消耗電極式溶接方法におけるアークスタートの制御として、下記の方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００２３】
図４は、縦軸に、溶接トーチ４の移動速度であるトーチ速度ＴＶＦ、溶接ワイヤの送給速度であるワイヤ速度ＷＦ、短絡判定信号Ａ／Ｓ、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖの各状況を表している。また、横軸は、時間を表わしている。タイミングとしては、溶接開始信号がロボット制御装置１０から溶接電源装置５に送信された時点を時点Ｔ０とし、以後時点Ｔ１から時点Ｔ５は、それぞれのタイミングを表している。
【００２４】
図４において、溶接開始信号がロボット制御装置１０から溶接電源装置５に溶接開始信号が送信されると（時点Ｔ０）、溶接電源装置５は、溶接ワイヤ１と母材７との間に無負荷電圧Ｖ０を印加すると共に、ワイヤ送給モータ３を起動して溶接ワイヤ１を被溶接物である母材７に向かって加速する。
【００２５】
溶接ワイヤ１の送給速度が初期ワイヤ速度Ｗ０に達すると、溶接電源装置５は、ワイヤ送給モータ３の加速を停止し、一定速度で溶接ワイヤ１の送給を継続する。
【００２６】
やがて、時点Ｔ１において溶接ワイヤ１と母材７とが接触すると、溶接電源装置５の内部にある短絡判定手段（図示せず）により、短絡判定信号Ａ／Ｓが出力される。
【００２７】
短絡判定信号Ａ／Ｓは、双方向通信Ｓによってロボット制御装置１０に伝達され、ロボット制御装置１０は、直ちにロボットマニピュレータ９を溶接トーチ４が母材７から概ね離れる方向への動作を開始し、溶接トーチ４の引き上げ動作を行う。
【００２８】
時点Ｔ１から時点Ｔ３までの間は初期短絡期間であり、この間、溶接ワイヤ１は初期ワイヤ速度Ｗ０での送給が継続され、ロボットマニピュレータ９は、溶接トーチ４の引き上げ動作を継続する。
【００２９】
トーチ速度ＴＶＦの絶対値がワイヤ速度Ｗ０の絶対値を超える時点Ｔ２までの間は、溶接ワイヤ１を母材７に押しつけることになる。しかし、時点Ｔ２以降は、合成速度が負に転じるので押しつけ量は減少して行き、やがて時点Ｔ３で短絡が解除される。時点Ｔ３のタイミングは、ワイヤ供給量である面積ＳＷよりもワイヤ引き上げ量である面積ＳＴが上回った時点である。
【００３０】
なお、溶接電源装置５は、時点Ｔ１において初期短絡が発生すると、溶接電流Ｉを溶接電流Ｉ１に制御し、所定の時間経過後に溶接電流を溶接電流Ｉ２に増加して短絡開放を待つ。
【００３１】
初期短絡期間の第１段階として、溶接電流を比較的低く設定された溶接電流Ｉ１に制御する理由は、初期短絡によってワイヤ先端部のジュール加熱により溶接ワイヤ１が溶融し、アーク８の発生と同時に溶融した溶接ワイヤ１が飛散してスパッタとなることを防止するためである。
【００３２】
また、溶接電流を溶接電流Ｉ１から溶接電流Ｉ２に変化させる理由は、時点Ｔ３で短絡解放時にアーク８を発生させるに十分なエネルギを与える為である。
【００３３】
時点Ｔ１で短絡を検出し、その後、トーチの引き上げ動作において、トーチ速度ＴＶＦに追従遅れが生じ、ワイヤ速度ＷＦの絶対値を上回る時間が余分にかかった場合、その間も溶接ワイヤ１は供給され続けるので、溶接ワイヤ１の押しつけ量が過大となり、溶接ワイヤ１が挫屈する可能性が発生する。
【００３４】
時点Ｔ１である短絡検出時点を予め教示することはできない。従って、追従遅れを見越して前もって引き上げ動作を行うことは出来ない。
【００３５】
そこで、トーチ速度ＴＶＦの追従遅れを少なくすることが必須となり、トーチ引き上げ動作以外の通常動作時（例えば溶接開始位置到達動作や定常溶接動作）よりも応答性を上げることを最優先に調整する必要がある。
【００３６】
従来の図３に示す「Ｄ−Ｐ位置制御ループ」である第２の位置制御ループ３１６に、トーチ引き上げ動作のみの応答性を改善するトーチ引き離し制御ブロック２２４を追加した第３の位置制御ループ５１６を図５に示す。
【００３７】
図５では、速度指令をアークスタートにおける時点Ｔ１から時点Ｔ４迄のトーチ引き上げ動作に関するトーチ引き上げ速度指令ＴＵＶＣ２２２と、それ以外の通常動作における通常動作速度指令ＴＮＶＣ２２３が分離される。
【００３８】
トーチ引き離し制御ブロック２２４は、トーチ引き上げ速度指令ＴＵＶＣ２２２に基づき、応答性を改善するＦＦ制御を行うものとする。
【００３９】
通常動作速度指令ＴＮＶＣ２２３は、速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ２２０で乗じ、トーチ引き上げ速度指令ＴＵＶＣ２２２は、速度ＦＦゲインＫＤ１Ｂ２２１で乗じたものを、式（１）で計算した速度ループ指令ＴＣＶＡ２００に加算することにより、新たに速度ループ指令ＴＶＣＤ５０６を演算する。なお、速度ループ指令ＴＶＣＤ５０６は、式（６）で表される。
【００４０】
ＴＶＣＤ＝ＴＶＣＡ  ＋  ＫＤ１Ａ×ＴＮＶＣ  ＋  ＫＤ１Ｂ×ＴＵＶＣ  −−−  式（６）
ここで、速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ、ＫＤ１Ｂの範囲は、下記の式（７）の通りである。
【００４１】
０  ≦  ＫＤ１Ａ  ≦  １．０          −−−  式（７）
０  ≦  ＫＤ１Ｂ  ≦  １．０
なお、位置指令ＴＰＣ２０３は、下記の式（８）で示すように、トーチ引き上げ速度指令ＴＵＶＣ２２２と通常動作速度指令ＴＮＶＣ２２３との和を積分したものとする。
【００４２】
ＴＰＣ＝∫（ＴＮＶＣ＋ＴＵＶＣ）ｄｔ    −−−  式（８）
図５に示す様に、トーチ引き離し制御ブロック２２４を追加した第３の位置制御ループ５１６を構成することで、時点Ｔ１から時点Ｔ４迄のトーチ引き上げ動作と、それ以外の通常動作（例えば、溶接開始位置到達動作や定常溶接動作）における速度追従特性を独立して調整することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】特開２００６−１１６５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
図５において、通常動作の速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ＝０．２、トーチ引き上げ速度ＦＦゲインＫＤ１Ｂ＝１．０とした時の通常動作時（溶接開始位置への移動や停止等）の波形を図７に示し、トーチ引き上げ動作時のトーチ上昇量とトーチ速度ＴＶＦの波形を図６に示す。
【００４５】
図７において、トーチ位置ＦＢ信号ＴＰＦ２０４は０．７秒後に溶接開始の停止位置に到達した後は、ほとんど振動が発生していない。その反面、トーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ２０８は、トーチ速度指令ＴＶＣ２０１に十分追従できず、位相が遅れており、すなわち通常動作時の速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ＝０．２と低く設定したため、ロボットマニピュレータ９の応答性が低いことがわかる。
【００４６】
ここで、ロボットマニピュレータ９の動作タクトを短縮させるために、通常動作におけるロボットマニピュレータ９の応答性を向上させることを考える。
【００４７】
速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ２２０を大きく設定すれば、通常動作時のロボットマニピュレータ９の応答性が向上する反面、ロボットマニピュレータ９停止時の振動が大きくなる可能性がある。その理由は、速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ２２０を大きくするだけでは、フィードバック信号（トーチ位置ＦＢ信号ＴＰＦ２０４、トーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ２０８）による振動を抑制する特性（閉ループ特性）は変わらないためである。
【００４８】
図８は、溶接開始位置への移動・停止時に発生する溶接トーチ４の振動を、図５において通常動作の速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ＝０．７と設定した場合を示す。図８において、トーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ２０８のトーチ速度指令ＴＶＣ２０１への追従が改善され、図７に比べて位相遅れが少なくなっていることがわかる。その反面、トーチ位置ＦＢ信号ＴＰＦ２０４は、０．５５秒後に目標位置に到達した後、大きな振動が発生していることがわかる。振動抑制特性が変わらない状態で、トーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ２０８がトーチ速度指令ＴＶＣ２０１に追従し、図７に比べて停止前に素早く減速したためである。
【００４９】
すなわち、速度ＦＦゲインＫＤ１Ａを調整するだけでは、通常動作時のロボットマニピュレータ９の制御の応答性向上と低振動化の両立を達成することは難しい。そこで、トーチ引き上げ動作への影響を最小限に抑えて、図５に示すトーチ引き離し制御ブロック２２４を追加した第３の位置制御ループ５１６の構成の改善が必要となる。
【００５０】
本発明は、良好なアークスタート性能を保ちつつ、通常動作時のロボットマニピュレータ（９）の制御の応答性向上と低振動化の両立が可能な溶接システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
上記目的を達成するために、本発明の溶接システムは、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置と、溶接トーチを保持して前記溶接トーチを移動するアクチュエータと、位置制御系を有しており前記アクチュエータを駆動制御する制御装置と、被溶接物と前記溶接ワイヤとの間に溶接出力を加える溶接電源装置を備え、前記アクチュエータにより前記溶接トーチを前記被溶接物から引き離す方向に移動し、前記溶接ワイヤの前記被溶接物に対する速度を制御する溶接システムであって、前記位置制御系は、Ｄ−ＰＤ位置制御系を含み、アークスタートのシーケンスに従って前記Ｄ−ＰＤ制御系の制御ゲインを変化する。
【００５２】
また、本発明の溶接システムは、上記に加えて、Ｄ−ＰＤ制御系の制御ゲインを、アクチュエータが溶接トーチを被溶接物から引き離す方向に移動する引き離し動作時には、定常動作時よりも値が小さくなるように制御する。
【００５３】
また、本発明の溶接システムは、上記に加えて、溶接ワイヤと被溶接物との接触を検出する検出部を有し、アークスタートのシーケンスにおいて前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出すると、Ｄ−ＰＤ制御系の制御ゲインを、定常動作時の値よりも小さくなるように急激に低下する。
【００５４】
また、本発明の溶接システムは、上記に加えて、引き離し動作後、Ｄ−ＰＤ制御系の制御ゲインは、引き離し動作時の制御ゲインから定常動作時の制御ゲインに向けて、時間の経過に伴って増加するように制御される。
【００５５】
また、本発明の溶接システムは、上記に加えて、引き離し動作とは、アクチュエータによる溶接トーチの移動を停止した状態で溶接ワイヤを被溶接物に向けて送給して前記溶接ワイヤが前記被溶接物に接触した後に、この接触を解除するために前記アクチュエータが前記溶接トーチを前記被溶接物から離れるように移動する動作である。
【発明の効果】
【００５６】
以上のように、本発明は、位置制御ループとしてトーチ引き離し制御ブロックを追加したＤ−ＰＤ位置制御ループを構成し、アークスタートのシーケンスに従ってＤ−ＰＤ制御系の制御ゲインを変化させることで、良好なアークスタート性能を保ちつつ、通常動作時のロボットマニピュレータの制御の応答性向上と低振動化両立が可能になり、生産性向上と品質向上を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】溶接システムの概略構成を示す図
【図２】従来技術におけるＰ位置制御ループを含む制御系を示すブロック図
【図３】従来技術におけるＤ−Ｐ位置制御ループを含む制御系を示すブロック図
【図４】アークスタート時のタイミングチャート
【図５】従来技術におけるトーチ引き上げ用フィードフォワード制御を加えたＤ−Ｐ位置制御ループを含む制御系を示すブロック図
【図６】従来技術におけるＤ−Ｐ位置制御ループのトーチ引き上げ動作におけるトーチ上昇量とトーチ速度ＴＶＦを示す図
【図７】従来技術におけるＤ−Ｐ位置制御ループでの通常動作を示す図
【図８】従来技術におけるＤ−Ｐ位置制御ループで、ＦＦゲインを上げたときの通常動作を示す図
【図９】本発明の実施の形態１におけるトーチ引き上げ用フィードフォワード制御を加えたＤ−ＰＤ位置制御ループを含む制御系を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態１におけるＤ−ＰＤ位置制御ループでの通常動作を示す図
【図１１】Ｄ−ＰＤ位置制御ループ（制御ゲインを変化させない）でトーチ引き上げ動作におけるトーチ上昇量とトーチ速度ＴＶＦを示す図
【図１２】Ｄ−ＰＤ位置制御ループ（制御ゲインを変化させない）でＦＦゲインを上げた時のトーチ引き上げ動作におけるトーチ上昇量とトーチ速度ＴＶＦを示す図
【図１３】本発明の実施の形態１におけるアークスタートのシーケンスとＤ−ＰＤ制御系の制御ゲインの変化を示すタイミングチャート
【図１４】本発明の実施の形態１におけるＤ−ＰＤ位置制御ループのトーチ引き上げ動作におけるトーチ上昇量とトーチ速度ＴＶＦを示す図
【発明を実施するための形態】
【００５８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図９、図１３を用いて説明する。なお、背景技術で説明したものと同様のものについては、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、本実施の形態における溶接システムの基本構成は、図１と同様であり、ロボット制御装置１０が有する位置制御系が異なる。
【００５９】
図９は、図５に示すトーチ引き離し制御ブロック２２４を追加した第３の位置制御ループ５１６に、速度ＦＢブロック４００を加えて第４の位置制御ループ６１６を構成したものである。
【００６０】
図９に示す第４の位置制御ループ６１６は、「Ｄ−Ｐ位置制御ループ」に位置ＦＢ信号の微分（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）成分である速度ＦＢ信号をＦＢ加算するため「Ｄ−ＰＤ位置制御ループ」と定義する。
【００６１】
速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ２２０と速度ＦＢゲインＫＤ２  ４０１を別々に設定することができる第４の位置制御ループ６１６は、通常動作におけるロボットマニピュレータ９の制御の応答性向上と低振動化両立の実現を意図したものである。
【００６２】
速度ＦＢブロック４００は、トーチ位置ＦＢ信号ＴＰＦ２０４を微分して得られるトーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ４０２に、速度ＦＢゲインＫＤ２  ４０１で乗じて、式（２）で求めた速度ループ指令ＴＶＣＢ（図３参照）に加算して、新たな速度ループ指令ＴＶＣＣ６０６を生成する。なお、速度ループ指令ＴＶＣＣ６０６は、式（４）で表される。
【００６３】
ＴＶＣＣ＝ＴＶＣＢ  ＋  ＫＤ２×ＴＶＦ    −−−  式（４）
ここで、速度ＦＢゲインＫＤ２  ４０１の範囲は、下記の式（５）の通りである。
【００６４】
０  ≦  ＫＤ２  ≦  １．０    −−−  式（５）
速度ＦＢブロック４００を加えることで、粘性摩擦と同様の効果（速度に比例して減速トルクが大きくなる）が得られ、加減速を鈍らせる様に働くので、振動抑制効果が大きくなる。
【００６５】
図１０は、溶接開始位置への移動・停止時に発生する溶接トーチ４の振動を、図９で示す第４の位置制御ループ６１６で、ＫＤ１Ａ＝１．０、ＫＤ２＝０．３と設定した場合を示す。ＫＤ１Ａ−ＫＤ２＝０．７となり、図５でＫＤ１Ａ＝０．７と設定した場合と同等の応答性を示す。
【００６６】
図１０において、トーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ２０８のトーチ速度指令ＴＶＣ２０１への追従特性は、図８とほぼ同じである。また、０．４秒でトーチ速度指令ＴＶＣ２０１が０になった以後は、ＦＦ制御ブロック２１７の出力は０となって働かなくなる反面、速度ＦＢブロック４００は、速度ＦＢ信号ＴＶＦ４０２が０ではないので、粘性摩擦と同様の効果が持続し、速度ＦＢ信号ＴＶＦ４０２の減速を鈍らせる様に働くので、図８に比べて穏やかに減衰し、トーチ位置ＦＢ信号ＴＰＦ２０４の振動も発生しない。
【００６７】
ところで、図９で示すトーチ引き離し制御ブロックを追加した「Ｄ−ＰＤ位置制御系」である第４の位置制御ループ６１６において、通常動作の速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ＝１．０、速度ＦＢゲインＫＤ２＝０．３（通常動作波形は図１０になる）、トーチ引き上げ速度ＦＦゲインＫＤ１Ｂ＝１．０とした時の、トーチ上昇量とトーチ速度ＴＶＦの波形を図１１に示す。
【００６８】
図９において速度ＦＢ信号ＴＶＦ４０２は、回転位置検出装置２１５で検出されたトーチ位置ＦＢ信号ＴＰＦ２０４を微分して得られるので、通常動作とトーチ引き上げ動作の成分に分離できない。そのため、速度ＦＢブロック４００は、トーチ引き上げ動作でも有効であり、速度ＦＢ信号ＴＶＦ４０２の上昇を抑える様に働く。
【００６９】
このため、図１１では、従来短絡解放される時点Ｔ３’の時点で、トーチの上昇量が不十分になり短絡解放が実行されず、アークスタートが失敗する可能性が高い。
【００７０】
そこで、トーチ引き上げ速度ＦＦゲインＫＤ１Ｂを設定範囲外の過補償であるＫＤ１Ｂ＝１．３とし、ＫＤ１Ｂ−ＫＤ２＝１．０として、従来並の応答性を確保した場合の波形が図１２である。
【００７１】
図１２において、トーチ引き上げ速度ＦＦゲインＫＤ１Ｂ＝１．３と過補償に設定したため、速度ＦＢ信号ＴＶＦ４０２が指令加速度を超えて加速しようとし、それを速度ＦＢブロック４００が急激に減速させようとするため、減速機にバネ成分が存在するロボットマニピュレータ９では振動が発生する。
【００７２】
つまり、通常動作におけるロボットマニピュレータ９の制御の応答性向上と低振動化の両立を意図したＤ−ＰＤ位置制御系では、トーチ引き上げ動作のみの応答性を改善するトーチ引き離し制御ブロックを従来通りに追加しただけでは、アークスタートの性能に支障が出ることになる。
【００７３】
そこで、アークスタートのシーケンスに従ってＤ−ＰＤ制御系の制御ゲインを変化させることで、トーチ引き上げ動作への影響を削減する手段を追加する。その内容を図１３で説明する。
【００７４】
図１３は、縦軸に、トーチ速度ＴＶＦ、ワイヤ速度ＷＦ、Ｄ−ＰＤ制御の速度ＦＢゲインＫＤ２、Ｄ−ＰＤ制御の速度ＦＦゲインＫＤ１Ａの各状況を表している。また、横軸に、時間を表わしている。タイミングとして、ロボット制御装置１０から溶接電源装置５に溶接開始信号が送信された時点を時点Ｔ０とし、以後時点Ｔ１から時点Ｔ５はそれぞれのタイミングを表している。
【００７５】
図１３において、本実施の形態では、ロボット制御装置１０から溶接電源装置５に溶接開始信号が送信されると（時点Ｔ０）、溶接電源装置５は、溶接ワイヤ１と母材７との間に無負荷電圧Ｖ０を印加すると共に、ワイヤ送給モータ３を起動して溶接ワイヤ１を母材７に向かって加速する。
【００７６】
溶接ワイヤ１の送給速度が初期ワイヤ速度Ｗ０に達すると、ワイヤ送給モータ３の加速を停止し、一定速度で溶接ワイヤ１の送給を継続する。
【００７７】
やがて、時点Ｔ１において溶接ワイヤ１と母材７が接触すると、溶接電源装置５の内部にある短絡判定手段（図示せず）により、短絡判定信号Ａ／Ｓが出力される。
【００７８】
短絡判定信号Ａ／Ｓは、双方向通信Ｓによってロボット制御装置１０に伝達され、ロボット制御装置１０は、直ちにロボットマニピュレータ９を溶接トーチ４が母材７から概ね離れる方向への動作を開始し、溶接トーチ４の引き上げ動作を行う。
【００７９】
時点Ｔ１から時点Ｔ３の間は初期短絡期間である。この間、溶接ワイヤ１は、初期ワイヤ速度Ｗ０での送給が継続され、ロボットマニピュレータ９は、溶接トーチ４の引き上げ動作を継続し、やがて時点Ｔ３において短絡が解除される。
【００８０】
図９において、通常動作の場合、速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ＝ＫＤ１Ａ０（＝１．０）、速度ＦＢゲインＫＤ２＝ＫＤ２０（＝０．３）（通常動作波形は図１０になる）としている。
【００８１】
そして、トーチ引き上げ速度ＦＦゲインＫＤ１Ｂ＝１．０とした時、時点Ｔ１において、速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ及び速度ＦＢゲインＫＤ２を式（９）に示す値に急激に変化させる。
【００８２】
ＫＤ１Ａ  ＝ＫＤ１Ａ１（＝０．２）          −−−  式（９）
ＫＤ２  ＝ＫＤ２１（＝０．０）
これにより、時点Ｔ１から時点Ｔ３では図５と等価にし、短絡が解除された時点Ｔ３以後に、元のゲインである速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ＝ＫＤ１Ａ０（＝１．０）と速度ＦＢゲインＫＤ２＝ＫＤ２０（＝０．３）に向けて徐々に増加していく。ここで、速度ＦＦゲインＫＤ１Ａと速度ＦＢゲインＫＤ２は、下記の式（１０）で表される。
【００８３】
ＫＤ１Ａ  ＝  ＫＤ１Ａ  ＋  ＫＤ１ＡＤ（ＫＤ１Ａ＜ＫＤ１Ａ０の時）−−−  式（１０）
ＫＤ２    ＝  ＫＤ２    ＋  ＫＤ２Ｄ  （ＫＤ２  ＜ＫＤ２０の時）
ただし、
ＫＤ１ＡＤ  ＝  （ＫＤ１Ａ０−ＫＤ１Ａ１）／ＴＮ
ＫＤ２Ｄ    ＝  （ＫＤ２０−ＫＤ２１）／ＴＮ
ＴＮ：増加サンプリング回数
上記の様に、アークスタートのシーケンス（時点Ｔ１、時点Ｔ３）に従って、Ｄ−ＰＤ制御系の制御ゲインを式（９）、（１０）に従って変化させることにより、短絡が解除される前（時点Ｔ１から時点Ｔ３の間）は、従来のＤ−Ｐ制御（図５）と同等の応答が得られる。これを図１４に示す。
【００８４】
また、アークスタートシーケンス（時点Ｔ１から時点Ｔ４）以外の通常動作（例えば溶接開始位置到達動作や定常溶接動作）では、ロボットマニピュレータ９の制御の応答性向上と低振動化の両立を意図したＤ−ＰＤ位置制御系（図９）で本来のゲインが適用されることになる。
【００８５】
なお、本実施の形態では、時点Ｔ１においてＤ−ＰＤ制御系の制御ゲインを急激に変化させている。このようにすると、通常は不連続な動作になる。しかし、本実施の形態の場合、時点Ｔ０ではロボットマニピュレータ９が停止状態であり、また、時点Ｔ１以後がトーチの急激な引き上げ動作という元々不連続な動作になることから、時点Ｔ１においてＤ−ＰＤ制御系の制御ゲインを急激に変えても、問題は発生しない。
【００８６】
一方、本実施の形態では、時点Ｔ３からはゲインを徐々に増加させている。その理由は、短絡が解除されてアークが発生するこの時点Ｔ３から溶接が始まっており、制御ゲインを通常動作時の制御ゲインに急激に変えて不連続な動作が発生すると、溶接のビードに影響を与えるからである。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の溶接システムは、アークスタートのシーケンスに従ってＤ−ＰＤ制御系の制御ゲインを変化させることを特徴とする。これにより追従性向上と停止振動抑制の両立を意図したＤ−ＰＤ位置制御系を採用した場合でも、従来と同様の良好なアークスタートが可能になり、生産性向上と品質向上を両立させることができ、例えばアーク溶接を行う溶接システムとして産業上有用である。
【符号の説明】
【００８８】
１  溶接ワイヤ
２  ワイヤースプール
３  ワイヤ送給モータ
４  溶接トーチ
５  溶接電源装置
６  溶接チップ
７  母材
８  アーク
９  ロボットマニピュレータ
１０  ロボット制御装置
２００  速度ループ指令ＴＶＣＡ
２０１  トーチ速度指令ＴＶＣ
２０２  積分要素
２０３  トーチ位置指令ＴＰＣ
２０４  トーチ位置ＦＢ信号ＴＰＦ
２０５  位置ループゲインＫＰＰ
２０６  速度ループ指令ＴＶＣＢ
２０８  トーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ
２０９  速度ループ比例ゲインＫＰＳ
２１１  速度ループ積分ゲインＫＩＳ
２１２  電流指令ＴＣＣ
２１３  電流アンプ
２１４  モータ
２１５  回転位置検出装置
２１６  位置制御ループ
２１７  ＦＦ制御ブロック
２１８  速度制御ループ
２１９  速度ＦＦゲインＫＦＦ
２２０  速度ＦＦゲインＫＤ１Ａ
２２１  速度ＦＦゲインＫＤ１Ｂ
２２２  トーチ引き上げ速度指令ＴＵＶＣ
２２３  通常動作速度指令ＴＮＶＣ
２２４  トーチ引き離し制御ブロック
３１６  第２の位置制御ループ
４００  速度ＦＢブロック
４０１  速度ＦＢゲインＫＤ２
４０２  トーチ速度ＦＢ信号ＴＶＦ
５１６  第３の位置制御ループ
６１６  第４の位置制御ループ
６０６  速度ループ指令ＴＶＣＣ
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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