(57)【要約】【課題】溶接電源の機種に依存せず均一な溶接開始部の溶接ビードを得ることができ、溶着チェックを速やかに完了することにより生産性を向上することができる自動アーク溶接装置を提供する。【解決手段】デジタル通信制御部２５、３２を有するロボット制御装置１と溶接電源３からなる自動アーク溶接装置において、ロボット制御装置１はアーク発生判定手段４０を有し、デジタル通信制御部２５、３２は溶接電流指令値を含む溶接条件指令をロボット制御装置１から溶接電源３へデジタル量で伝送し、デジタル通信制御部２５、３２は溶接中の溶接電流値および溶接電圧値を含む溶接状態量を溶接電源３からロボット制御装置１へデジタル量で伝送し、アーク発生判定手段４０にて、アーク発生判定条件と溶接電流値または溶接電圧値を比較することにより、アーク発生判定する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル通信制御部を有するロボット制御装置と溶接電源からなる自動アーク溶接装置において、前記ロボット制御装置は予め設定したアーク発生判定条件によりアーク発生を判定するアーク発生判定手段を有し、前記デジタル通信制御部は溶接電流指令値を含む溶接条件指令を前記ロボット制御装置から前記溶接電源へデジタル量で伝送し、前記デジタル通信制御部は溶接中の溶接電流および溶接電圧を含む溶接状態量を前記溶接電源から前記ロボット制御装置へデジタル量で伝送し、前記アーク発生判定手段にて、前記アーク発生判定条件と前記溶接電流値または前記溶接電圧値を比較することにより、アーク発生判定することを特徴とする自動アーク溶接装置。
【請求項２】
デジタル通信制御部を有するロボット制御装置と溶接電源からなる自動アーク溶接装置において、前記ロボット制御装置は予め設定した溶接ワイヤ惰走期間判定条件により溶接ワイヤ送給装置の停止動作時における溶接ワイヤの惰走期間を判定する溶接ワイヤ惰走期間判定手段と、予め設定した溶着判定条件により溶接ワイヤと溶接ワークとの溶着を判定する溶着判定手段とを有し、前記デジタル通信制御部は溶接電流指令を含む溶接条件指令を前記ロボット制御装置から前記溶接電源へデジタル量で伝送し、前記デジタル通信制御部は溶接中の溶接電流および溶接電圧、ワイヤ送給速度を含む溶接状態量を前記溶接電源から前記ロボット制御装置へデジタル量で伝送し、溶接終了時に、前記溶接ワイヤ惰走期間判定手段にて、前記溶接ワイヤ惰走期間判定条件とワイヤ送給速度を比較し、前記ワイヤ送給速度が前記溶接ワイヤ惰走期間判定条件以下になった時点で、前記溶着判定手段により前記溶着判定条件と前記溶接電流および前記溶接電圧を比較することにより、溶着判定することを特徴とする自動アーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル通信制御部を有するロボット制御装置と溶接電源からなるアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットにアーク溶接トーチを取り付けた自動アーク溶接装置は自動車産業等の分野で広く普及している。図５は一般的な自動アーク溶接装置の構成図である。
図５に示すように、自動アーク溶接装置は、ロボット制御装置１、ロボット２、溶接電源３、トーチ４、溶接ワイヤ送給装置５、ロボット制御ケーブル６、溶接制御ケーブル７、パワーケーブル８から構成される。ロボット制御装置１は、ロボット２にロボット制御ケーブル６を通じ動作指令を与えてロボット２を動作させ、溶接電源３に溶接制御ケーブル７を通じ溶接条件および溶接制御指令を与える。溶接電源３は溶接ワイヤ送給装置５を駆動し溶接ワイヤ１０を送給するとともに、パワーケーブル８を介し溶接ワーク９に電気エネルギーを供給し、ロボット２のアーム先端に取り付けられたトーチ４を通じ送給される溶接ワイヤ１０を溶融し、溶接ワーク９を接合する。
【０００３】
従来、ロボット制御装置１と溶接電源３の間でやり取りされる制御パラメータ、例えば溶接電流、溶接電流の指令値などは、アナログ信号が用いられていた。しかし、近年、ロボット制御装置１と溶接電源３の間でデジタル信号で制御パラメータのやり取りをする、いわゆるフルデジタル制御の自動アーク溶接装置が提案されている（例えば、特許文献１）
【０００４】
図６は、特許文献１に記載された自動アーク溶接装置の制御ブロック図である。図６に示すように、ロボット制御装置１は、ＣＰＵ（中央処理装置）２０を有し、ＣＰＵ２０には、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、教示手段２３、サーボ回路２４、デジタル通信制御部２５、演算処理部２６が、バス２７で接続されている。ＲＯＭ２１には、ＣＰＵ２０が実行すべき各種制御プログラムが格納されている。ＲＡＭ２２には、教示手段２３から入力された教示データや各種パラメータの設定値等のデータが格納されている。教示手段２３は、ロボット２の操作に必要な数値制御・表示器、ランプ及び操作ボタンを有する。サーボ回路２４は、各軸のサーボモータ（図示せず）を制御し、ロボットを動作させる。デジタル通信制御部２５は溶接電源とのインターフェイスであり、溶接条件や溶接制御指令などを溶接電源３に送信し、溶接電源３からアーク発生信号や溶着チェック完了信号などを受信する。演算処理部２６は、ロボット２の動作軌跡や各種制御条件などを演算する。
【０００５】
溶接電源３は、ＣＰＵ３０、ＡＤ変換器３１、デジタル通信制御部３２、ドライバ３３を有し、バス３４で接続されている。ＡＤ変換器３１は溶接中の溶接電流値および溶接電圧値等の溶接状態量を取得する。デジタル通信制御部３２はロボット制御装置１からの溶接条件および溶接制御指令を受信し、アーク発生信号および溶着チェック完了信号などをロボット制御装置１に返信する。ドライバ３３はＣＰＵ３０により駆動され溶接ワーク９に電気エネルギーを供給しアークを発生させる。溶接中、溶接電源３は溶接中の溶接電流値および溶接電圧値をＡＤ変換器３１により取得し、所望の溶接状態となるようにＣＰＵ３０によりフィードバック制御する。
【０００６】
次に、この自動アーク溶接装置の自動運転による溶接作業について説明する。図７は溶接作業中のトーチ４の動作を示した図である。トーチ４は、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点の順に動作するように教示されている。Ｂ点は溶接開始点、Ｃ点は溶接終了点である。自動アーク溶接装置の自動運転では、ＲＡＭ２２に記憶されている予め教示された位置情報に従いロボット２が動作することによって、トーチ４はＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点を順に辿るのである。
【０００７】
溶接開始時の自動アーク溶接装置の制御を、図８を用いて説明する。図８は溶接開始時の溶接状態信号および各種制御信号を示すタイミングチャートである。時刻t0において、ロボット２は溶接開始点Ｂに到達し、ロボット制御装置１はロボット２を停止させる。さらに、ＲＡＭ２２に記憶された溶接条件に従い溶接電流指令および溶接電圧指令をデジタル通信制御部２５、デジタル通信制御部３２を通じて溶接電源３に指令する。溶接電源３はＣＰＵ３０がドライバ３３を駆動し無負荷電圧V0をパワーケーブル８を介して溶接ワーク９に印加するとともに、溶接ワイヤ送給装置５により溶接ワイヤ１０の送給を開始する。時刻t1において、溶接ワイヤ１０は溶接ワーク９に接触し溶接電流I1が流れる。溶接電源３は溶接電流I1を流し続けて熱を与えることにより溶接ワイヤ１０を溶融させることで、時刻t2においてアークが発生し、溶接電圧がV1になる。溶接電源３はアーク発生判定条件Vsよりも溶接電圧V1が高いことを検出してアーク発生したと判定する。溶接電源３は時刻t2においてアーク発生と判定し、デジタル通信制御部３２により溶接制御ケーブル７を介して、アーク発生信号（アークアンサ）をロボット制御装置１に返信する。時刻t2で、ロボット制御装置１はアーク発生信号を受信すると、溶接開始点Ｂで停止していたロボット２を所定の溶接速度で溶接終了点Ｃへ向けて移動を開始させ、溶接を実施する。
【０００８】
次に溶接終了時の自動アーク溶接装置の制御を、図９を用いて説明する。図９は溶接終了時の溶接状態信号および各種制御信号を示すタイミングチャートである。時刻t10において、ロボット２は溶接終了点Cに到達し、ロボット制御装置１はロボット２を停止させ、溶接終了指令をデジタル通信制御部２５、デジタル通信制御部３２を通じて溶接電源３に指令する。溶接電源３は溶接ワイヤ送給装置５を停止させるとともに時刻t11まで溶接電源３の出力をOFFする。時刻t10で溶接ワイヤ送給装置５は停止されるが、溶接ワイヤ１０は時刻t12まで慣性力により惰走する。この溶接ワイヤ１０の惰走量が大きいと、溶接ワイヤ１０が溶接ワーク９に接触し溶着が発生する。時刻t11において、溶接電源３は溶着検出電圧V11を印加し、溶接ワイヤ１０が溶接ワーク９に溶着していないかをチェックする。溶着判定は溶着判定条件VESを用い、検出した溶接電圧値が溶着判定条件VES以上の場合は溶着なし、VES以下の場合溶着ありと判定する。溶接電源３側で予め設定された時間、溶着チェックした後、時刻t13において、溶接電源３は溶着検出電圧をOFFし、デジタル通信制御部３２により溶接制御ケーブル７を介して、溶着チェック完了信号をロボット制御装置１に返信する。時刻t13で、ロボット制御装置１は溶着チェック完了信号を受信すると、ロボット制御装置１は溶接終了点Cで停止していたロボット２を所定の移動速度で次教示点Dへ向けて移動を開始させる。
【０００９】
このように、従来の自動溶接装置は、ロボット２が溶接開始点Ｂに到達した時にロボット２を一旦停止させ、ロボット制御装置１は溶接電源３からのアーク発生信号（アークアンサ）を受信した後、溶接開始点Ｂよりロボット２の移動を開始させていた。
同様にロボット２が溶接終了点Ｃに到達した時にロボット２を一旦停止させ、ロボット制御装置１は溶接電源３からの溶着チェック完了信号を受信した後、溶接終了点Ｃより次教示点Ｄへロボット２を移動開始させていた。
【特許文献１】特開２０００−１１７４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の自動アーク溶接装置、溶接開始点Ｂにおいて溶接電源３が判定したアーク発生信号をもとに、ロボット制御装置１はロボット２を溶接開始点Ｂから移動させるようにしていたため、溶接電流指令、溶接電圧指令どおりの溶接状態になっていなくてもロボット２が移動を開始してしまうので、図１０（ａ）に示すように溶接ビードの溶接開始部が細くなるという問題が発生した。図１０（ａ）に示す溶接ビードは好ましくなく、図１０（ｂ）に示すような均一な溶接ビード幅の溶接ビードが望ましい。図８のタイミングチャートを参照すると、アークが発生した時刻ｔ２では溶接電流はＩ１であり、設定した溶接条件である溶接電流Ｉ２にはなっていないことが分かる。溶接電源３からのアーク発生信号はアークが発生したという最低限の状態信号なので、アーク発生信号が立ち上がったとしても、まだ設定した溶接条件どおりの溶接電流値、溶接電圧値になっていないから、図１０（ａ）に示すような溶接ビードの溶接開始部が細くなるという問題が発生するのである。
【００１１】
また、溶接電源３のメーカや機種が異なると、アーク発生判定条件も異なり、溶接電源３を交換すると溶接ビードの溶接開始部における外観が異なってしまい、溶接条件やロボット２の動作プログラムを修正する必要が生じる。
【００１２】
また、溶接終了部においては、溶接電源３からの溶着チェック完了信号を受信した後でなければロボット２は移動開始しないため、溶着チェック時間だけロボット２は溶接終了点Ｃに停止しなければならず、生産性が低下するという問題があった。図９のタイミングチャートに示すように、溶接は時刻ｔ１０で完了しており、溶接電源３の出力をＯＦＦし、時刻ｔ１１において溶着検出開始した時に、溶着していなければ、ロボット２はそのまま次の教示点に移動しても良い。しかし、溶接電源３からの溶着チェック完了信号が返信されるまで、ロボット２は停止しなければならないために、無駄な待ち時間が生じ、生産性が低下していた。
【００１３】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、溶接電源の機種に依存せず均一な溶接開始部の溶接ビードを得ることができ、溶着チェックを速やかに完了することにより生産性を向上することができる自動アーク溶接装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、デジタル通信制御部を有するロボット制御装置と溶接電源からなる自動アーク溶接装置において、前記ロボット制御装置は予め設定したアーク発生判定条件によりアーク発生を判定するアーク発生判定手段を有し、前記デジタル通信制御部は溶接電流指令を含む溶接条件指令を前記ロボット制御装置から前記溶接電源へデジタル量で伝送し、前記デジタル通信制御部は溶接中の溶接電流および溶接電圧を含む溶接状態量を前記溶接電源から前記ロボット制御装置へデジタル量で伝送し、前記アーク発生判定手段にて、予め設定した前記アーク発生判定条件と前記溶接電流または前記溶接電圧を比較することにより、アーク発生判定するものである。
このようになっているため、溶接開始部が細い溶接ビードにはならず、常に均一な溶接ビードが得られる。また、溶接電源のメーカや機種が異なっても、ロボット制御装置側で設定したアーク発生判定条件をもとにロボットは動作するので、溶接電源を交換しても常に同様な溶接開始部の溶接ビード外観が得られ、溶接条件やロボットの動作プログラムを修正する必要がない。さらに、ロボット制御装置側で独自にアーク発生判定条件を設定できるので、溶接箇所の溶接条件に応じたアーク発生判定条件を設定することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、デジタル通信制御部を有するロボット制御装置と溶接電源からなる自動アーク溶接装置において、前記ロボット制御装置は予め設定した溶接ワイヤ惰走期間判定条件により溶接ワイヤ送給装置の停止動作時における溶接ワイヤの惰走期間を判定する溶接ワイヤ惰走期間判定手段と、予め設定した溶着判定条件により溶接ワイヤと溶接ワークとの溶着を判定する溶着判定手段とを有し、前記デジタル通信制御部は溶接電流指令を含む溶接条件指令を前記ロボット制御装置から前記溶接電源へデジタル量で伝送し、前記デジタル通信制御部は溶接中の溶接電流および溶接電圧、ワイヤ送給速度を含む溶接状態量を前記溶接電源から前記ロボット制御装置へデジタル量で伝送し、溶接終了時に、前記溶接ワイヤ惰走期間判定手段にて、前記溶接ワイヤ惰走期間判定条件とワイヤ送給速度を比較し、前記ワイヤ送給速度が前記溶接ワイヤ惰走期間判定条件以下になった時点で、前記溶着判定手段により前記溶着判定条件と前記溶接電流および前記溶接電圧を比較することにより、溶着判定するものである。
このようになっているため、溶接終了時に溶接ワイヤ惰走期間になった時点で溶着判定するので、速やかに溶着チェックすることができ生産性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、つぎのような効果を生じる。
請求項１に記載の自動アーク溶接装置は、溶接開始時にロボット制御装置側で予め設定したアーク発生判定条件によりアーク発生を判定するので、溶接条件どおりの溶接状態になるまで溶接開始点でロボットは停止するため、溶接開始部が細い溶接ビードにはならず、常に均一な溶接ビードが得られる。また、溶接電源のメーカや機種が異なっても、ロボット制御装置側で設定したアーク発生判定条件をもとにロボットは動作するので、溶接電源を交換しても常に同様な溶接開始部の溶接ビード外観が得られ、溶接条件やロボットの動作プログラムを修正する必要がない。さらに、ロボット制御装置側で独自にアーク発生判定条件を設定できるので、溶接箇所の溶接条件に応じたアーク発生判定条件を設定することができる。
また、請求項２に記載の自動アーク溶接装置は、溶接終了時に溶接電源からの溶着チェック完了信号を待つまでもなく、ロボット制御装置側で溶接ワイヤ惰走期間を判定し、その時点で溶着チェックすることで瞬時に溶着チェックを完了し、次教示点へロボットを速やかに移動開始させることができるので、生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施例を示す自動アーク溶接装置の制御ブロック図である。図６に示した従来技術の例と共通する構成要素には同一の符号を付したので説明を省略する。
図において、４０はアーク発生判定手段４０である。アーク発生判定手段４０は、予めロボット制御装置１にてアーク発生判定条件を設定し、前記アーク発生判定条件と溶接中の溶接電流値および溶接電圧値を比較し、溶接電源３とは別に独自にアーク発生を判定する手段である。
【００１９】
図２は、図１の装置による溶接開始時の溶接状態信号および各種制御信号を示すタイミングチャートである。図において、ＩｓＲおよびＶｓＲはロボット制御装置１内で予め設定されたアーク発生判定条件であり、ＩｓＲは溶接電流判定値であり、ＶｓＲは溶接電圧判定値である。ロボット２の自動運転時は、溶接電源３より溶接電流値および溶接電圧値をデジタル通信制御部２５、３２を介し受信する。溶接開始時において、アーク発生判定手段４０は溶接電流値および溶接電圧値を監視し、溶接電流判定値ＩｓＲおよび溶接電圧判定値ＶｓＲと比較する。時刻ｔａにおいて、溶接電流値は溶接電流判定値ＩｓＲより大きく、かつ、溶接電圧値は溶接電圧判定値ＶｓＲより大きくなるので、ロボット制御装置１はアーク発生ＯＫと判定し、ロボット動作開始指令をＯＮしトーチ４を溶接開始点Ｂから溶接終了点Ｃへ向けて移動開始させる。
【００２０】
このように、予め設定したアーク発生判定条件ＩｓＲ，ＶｓＲに到達するまでトーチ４は溶接開始点Ｂに停止し続け、アーク発生判定条件ＩｓＲ，ＶｓＲに到達した時点でトーチ４が移動を開始するので、図１０（ａ）に示すような溶接開始部が細い溶接ビード１１にはならず、常に図１０（ｂ）に示すような均一な溶接ビード１１が得られる。また、溶接電源３のメーカや機種が異なっても、ロボット制御装置１側で設定したアーク発生判定条件をもとにロボット２は動作するので、溶接電源３を交換しても常に同様な溶接開始部の溶接ビード外観が得られ、溶接条件やロボット２の動作プログラムを修正する必要がない。又、ロボット制御装置１側で独自にアーク発生判定条件を設定できるので、溶接箇所の溶接条件に応じたアーク発生判定条件を設定することができる。即ち、ロボット制御装置１側は溶接状態量である溶接電流値、溶接電圧値がリアルタイムに取得できるため、アーク発生状態を認識でき、認識された状態に応じた溶接条件の変更やロボット動作制御も可能となる。
【実施例２】
【００２１】
図３は、本発明の第２の実施例を示す自動アーク溶接装置の制御ブロック図である。図６に示した従来技術の例と共通する構成要素には同一の符号を付したので説明を省略する。
図において、４１は溶接ワイヤ惰走期間判定手段であり、４２は溶着判定手段である。。溶接ワイヤ惰走期間判定手段４１は、予めロボット制御装置１にて溶接ワイヤ送給装置５の溶接ワイヤ惰走期間を判定する値を設定し、溶接終了時に溶接ワイヤ送給装置５を停止させた時点から設定された溶接ワイヤ惰走期間判定値と溶接ワイヤ送給装置５のワイヤ送給速度値を比較し、溶接ワイヤが惰走段階になったことを判定する手段である。溶着判定手段４２は、予めロボット制御装置１にて溶接ワイヤ１０と溶接ワーク９との溶着（ワイヤ溶着）を判定する値を設定し、溶接終了時に、設定された溶着判定値と溶接電源３から受信した溶接電圧値を比較し、溶接電源３とは別に独自に溶着判定する手段である。
【００２２】
図４は、図３の装置による溶接終了時の溶接状態信号および各種制御信号を示すタイミングチャートである。図において、ＶｆＳは溶接終了時に溶接ワイヤ惰走を判定する値であり、ＶＥＲｓは溶着を判定する値であり、それぞれ予めロボット制御装置１にて設定される。ロボット２の自動運転時は、溶接電源３より溶接電流値、溶接電圧値、ワイヤ送給速度値を、デジタル通信制御部２５、３２を介し受信する。溶接終了点Ｃにおいて，溶接ワイヤ惰走期間判定手段４１はワイヤ送給速度を監視し、溶接ワイヤ惰走期間判定条件ＶｆＳと比較する。時刻ｔｂにおいて、ワイヤ送給速度が溶接ワイヤ惰走期間判定条件ＶｆＳよりも小さくなると、惰走期間になったと判定する。また、溶着判定手段４２は溶接電流と溶接電圧を監視し、溶接電流が０でかつ、溶接電圧が溶着判定値ＶＥＲsよりも大きい場合に、溶接ワイヤ１０が溶接ワーク９に溶着していないと判断し、ロボット制御装置１はロボット動作開始指令を出力し、トーチ４を次教示点に移動開始させる。したがって、ロボット教示装置１は溶接電源３からの溶着チェック完了信号が届くまでロボット２を停止させる必要がない。
【００２３】
このように、溶接終了時に溶接電源３からの溶着チェック完了信号を待つまでもなく、ロボット制御装置１側で溶接ワイヤ惰走期間を判定し、その時点で溶着チェックすることで瞬時に溶着チェックを完了し、次教示点へロボット２を速やかに移動開始させることができるので、生産性を向上することができる。即ち、ロボット制御装置１側で溶接状態量である溶接電流値、溶接電圧値に加えて、ワイヤ送給速度値がリアルタイムに取得できるので、溶接ワイヤ１０と溶接ワーク９間の状態（例えば、アーク発生中、ワイヤ溶着、アーク切れ等）が認識でき、認識された状態に応じた溶接条件の変更やロボット動作制御も可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、デジタル通信制御部を有するロボット制御装置と溶接電源からなるアーク溶接装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施例を示す自動アーク溶接装置の制御ブロック図である。
【図２】図１の装置による溶接開始時の溶接状態信号および各種制御信号を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施例を示す自動アーク溶接装置の制御ブロック図である。
【図４】図３の装置による溶接終了時の溶接状態信号および各種制御信号を示すタイミングチャートである。
【図５】一般的な自動アーク溶接装置の構成図である
【図６】従来技術による自動アーク溶接装置の制御ブロック図である。
【図７】溶接作業中のトーチの動作を示した図である。
【図８】従来技術による溶接開始時の溶接状態信号および各種制御信号を示すタイミングチャートである。
【図９】従来技術による溶接終了時の溶接状態信号および各種制御信号を示すタイミングチャートである。
【図１０】溶接ビードの形状を示す図であり、（ａ）は好ましくない例を、（ｂ）は好ましい例を示す。
【符号の説明】
【００２６】
１  ロボット制御装置、２  ロボット、３  溶接電源、４  トーチ、
５  溶接ワイヤ送給装置、６  ロボット制御ケーブル、７  溶接制御ケーブル、
８  パワーケーブル、９  溶接ワーク、１０  溶接ワイヤ、１１  溶接ビード、
２０  ＣＰＵ、２１  ＲＯＭ、２２  ＲＡＭ、２３  教示手段、２４  サーボ回路、
２５  デジタル通信制御部、２６  演算処理部、２７  バス、３０  ＣＰＵ、
３１  ＡＤ変換器、３２  デジタル通信制御部、３３  ドライバ、３４  バス、
４０  アーク発生判定手段、４１  溶接ワイヤ惰走期間判定手段、４２  溶着判定手段
【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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