(57)【要約】【課題】速度指令制御による応答性の高いワイヤ送給を行いながらも、突き出し長を所望値に保つことができるアーク溶接ロボットを提供する。【解決手段】ワイヤ送給装置１に内蔵された送給モータを回転駆動させて溶接ワイヤを送給するアーク溶接ロボットにおいて、所定のタイミングでモータ回転信号Ｗｓ及びモータ回転位置固定信号Ｓｖを出力するロボット制御装置ＲＣと、前記モータ回転信号Ｗｓが入力されている間は前記送給モータを所定の速度で回転駆動し、モータ回転位置固定信号Ｓｖが入力されている間は前記送給モータの回転位置を固定するワイヤ送給制御装置ＷＣと、を備えたことを特徴とするアーク溶接ロボット。【選択図】図１
2007296543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ送給装置に内蔵された送給モータを回転駆動させて溶接ワイヤを送給するアーク溶接ロボットにおいて、
所定のタイミングでモータ回転信号及びモータ回転位置固定信号を出力するロボット制御装置と、
前記モータ回転信号が入力されている間は前記送給モータを所定の速度で回転駆動し、モータ回転位置固定信号が入力されている間は前記送給モータの回転位置を固定するワイヤ送給制御装置と、
を備えたことを特徴とするアーク溶接ロボット。
【請求項２】
教示された溶接作業を自動で行うための再生運転中にのみ前記送給モータの回転位置を固定することを特徴とする請求項１記載のアーク溶接ロボット。
【請求項３】
回転位置固定モード切替手段をさらに備え、回転位置固定モードが有効の時にのみ前記送給モータの回転位置を固定することを特徴とする請求項１記載のアーク溶接ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ送給装置に内蔵されたワイヤ送給用のモータ（以下、送給モータという。）を回転駆動することによって溶接ワイヤを送給するアーク溶接ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、送給モータを内蔵したワイヤ送給装置をロボットアームの先端部に取り付け、溶接ワイヤを引っ張って溶接トーチに送給するアーク溶接ロボットが採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、上記ワイヤ送給装置を取り付けたアーク溶接ロボットの構成図である。同図に示すように、アーク溶接ロボットは、ロボットＲ、ロボット制御装置ＲＣ及び溶接電源ＷＰによって大略構成される。
【０００４】
ロボットＲは、ワークＷに対してアーク溶接を自動で行うものである。ロボットＲは、上アーム２、下アーム３等の複数のアームと、複数のアームを回転駆動するための複数のサーボモータ（図示せず）とによって構成されている。
【０００５】
ワイヤ送給装置１は、上アーム２の先端部に取り付けられており、溶加材である直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１１を溶接トーチ４に送給するためのものである。図示するように上アーム２の先端に取り付けるために、ロボットの動作時にワーク、周辺機器等と干渉しない程度の小型軽量化されたものが採用されている。このワイヤ送給装置１は、例えばＡＣサーボモータ等の送給モータを内部に備えており、制御ケーブル２５によって接続されたワイヤ送給制御装置ＷＣからの制御信号によって駆動される。このことによって、溶接ワイヤ１１をワイヤリール１０からガイド用のパワーケーブル（図示せず）を介して溶接トーチ４に送給する。
【０００６】
ワイヤ送給制御装置ＷＣは、ワイヤ送給装置１をサーボ制御するためのサーボドライバ（図示せず）を備え、溶接電源ＷＰと制御ケーブル２２によって接続されている。そして、ロボット制御装置ＲＣから溶接電源ＷＰを介して入力されるモータ回転信号Ｗｓによってワイヤ送給装置１を制御する。
【０００７】
溶接トーチ４は、ワイヤ送給装置１に取り付けられ、溶接ワイヤ１１をワークＷ上に教示された溶接位置に導くためのものである。
【０００８】
突き出し長Ｅｗは、溶接トーチ４の給電チップ（図示せず）から突出させた溶接ワイヤ１１先端までの距離である。突き出し長Ｅｗは、溶接時に発生するアーク長まで含めた長さのことを示すこともあるが、本明細書で説明する突き出し長Ｅｗは、溶接が行われていない状態の時に溶接トーチ４の先端から突出させた溶接ワイヤ１１の長さを表すものとする。なお、突き出し長Ｅｗは、溶接箇所の開先形状、溶接施工条件等に合わせて作業者がティーチペンダントＴＰを用いて予め所望値に調整することが可能になっており、一般的に１０ｍｍ前後に調整される。
【０００９】
溶接電源ＷＰは、溶接トーチ４とワークＷとの間に溶接電圧を供給するものであり、制御ケーブル２１によってロボット制御装置ＲＣと、制御ケーブル２２によってワイヤ送給制御装置ＷＣとそれぞれ接続されている。
【００１０】
ロボット制御装置ＲＣは、制御ケーブル２４で接続されたロボットＲを動作制御するためのものであり、動作制御部及びサーボドライバ（図示せず）を備えている。そして、作業者がティーチペンダントＴＰによって教示した作業プログラムに基づき、サーボドライバからロボットＲの各サーボモータに動作制御信号Ｍｃを出力し、ロボットＲの複数の軸をそれぞれ回転させる。ロボット制御装置ＲＣは、ロボットＲのサーボモータに備えられたエンコーダ（図示せず）からの出力によって溶接トーチ４の現在位置を認識している。このことによって、溶接トーチ４の先端位置を制御する。さらに、ロボット制御装置ＲＣは、溶接電源ＷＰと制御ケーブル２１で接続されている。制御ケーブル２１を通じて所定のタイミングで溶接制御信号を溶接電源ＷＰに出力することによって、ワークＷ上に教示された溶接線に対する溶接制御を行う。
【００１１】
以下、溶接ワイヤ１１の送給方法について説明する。
【００１２】
ロボット制御装置ＲＣは、作業プログラムに記述された溶接開始のタイミングでモータ回転信号Ｗｓを溶接電源ＷＰを介してワイヤ送給制御装置ＷＣに出力する。モータ回転信号Ｗｓとは、送給モータの回転を開始させるためのモータスタート信号及び指定された送給速度を出力するための速度指令信号を含んでいる。モータ回転信号Ｗｓを受信したワイヤ送給制御装置ＷＣは、指定された速度で溶接ワイヤが送給されるように送給モータを回転させる。
【００１３】
ところで、送給モータを回転駆動するための制御方法としては、速度指令信号による速度指令制御又は位置指令信号による位置指令制御のどちらかが可能である。速度指令制御は、ワイヤ送給の高い応答性を得ることができるという利点があるが、オフセットを有するアナログ電圧特性のために、速度指令信号を与えていない場合でも微弱な指令電圧が出力されてしまうという欠点を有している。この欠点によって、溶接中以外は送給する必要がないにも関わらず、溶接ワイヤが送給されてしまうという問題がある。一方、位置指令制御はワイヤ送給量のきめ細やかな制御が可能であるが、高い応答性を得ることができないという欠点を有している。
【００１４】
近年では、溶接ワイヤ１１の先端を一旦ワークＷに接触させて初期電流を通電し、その後に後退送給（リトラクト）に転じることによって溶接ワイヤ１１の先端を引き上げて初期アークを確実に発生させる、いわゆるリトラクトスタートを行うことによって、アークスタート時のスパッタを低減させることが行われている。このリトラクトスタートを行うには、ワイヤ送給装置１に高い応答性が求められるために、速度指令信号による速度指令制御を行うことが一般的となっている。ところが、上述したように、速度指令制御の場合は速度指令信号を与えていない場合でも微弱な指令電圧が出力されるために、ワイヤを送給する必要がない溶接中以外でもワイヤが送給されてしまうという問題がある。
【００１５】
突き出し長Ｅｗが変化することは、タクトタイムが増大するということを意味している。例えば、溶接開始点において突き出し長Ｅｗが所望値よりも短くなった場合は、アークスタート時に溶接ワイヤ１１をワークＷに近づけるスローダウン処理を行う際、短くなっている分だけ余計にスローダウン処理を行う必要があるために、タクトタイムが増大する。逆に突き出し長Ｅｗが長くなった場合は、溶接開始点への到達時点で溶接ワイヤ１１がワークＷに接触して曲がってしまうことがあり、その後のアークスタートに失敗することがある。アークスタートに失敗すると自動復旧するためのリトライ処理等が行われることになるために、タクトタイムが増大する。従来は、以下に述べる方法によって、突き出し長Ｅｗの変化量を抑えている。
【００１６】
図５は、送給モータの送給モータの状態遷移を説明するためのタイミングチャートである。同図（Ａ）は、モータ回転信号Ｗｓが溶接開始時にＯＮ入力され、溶接終了時にＯＦＦ入力されるタイミングを示している。同図（Ｂ）は、このときの送給モータのサーボ電源状態を示している。同図（Ｃ）は、送給モータの制御状態を示している。
【００１７】
同図（Ｃ）に示すように、送給モータの制御状態は、（１）溶接開始前までは送給モータがフリーの状態（サーボ電源が入っていない状態）から、（２）溶接中は送給モータが回転駆動される状態になり、（３）溶接終了後は、再度、送給モータがフリーの状態（サーボ電源が入っていない状態）へと遷移する。
【００１８】
このように、従来は、溶接中にのみ送給モータのサーボ電源を投入して回転駆動し、溶接中以外は送給モータのサーボ電源を遮断することによって、送給モータが回転しないようにしている。しかしながら、この方法であっても後述する課題を有している。
【００１９】
【特許文献１】特開２００５−０６６６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ワイヤ送給装置は小型軽量のものであるから、送給モータのサーボ電源が遮断されていると溶接ワイヤの拘束力が弱い。したがって、送給モータのサーボ電源を遮断する溶接中以外のときに、ロボットアームの捻れ動作・曲げ動作に伴って溶接ワイヤに対して捻れ・曲げの外力が働くと、溶接ワイヤが簡単に前後に動いてしまう。すなわち、溶接していない間にワイヤ送給装置のサーボ電源を遮断して送給モータの回転を停止させても、突き出し長Ｅｗが所望値から変化するという課題を依然有している。
【００２１】
突き出し長が変化する問題を解決するために、溶接ワイヤをクランプ装置によって強力に拘束したり、ワイヤ送給装置自身にブレーキ機構を設けたりという方法も考えられるが、これらの方法には、コストアップ、干渉領域の拡大等の新たな課題がある。また、突き出し長を維持するために、速度指令制御によるワイヤ送給ではなく位置制御によるワイヤ送給にすると、高い応答性を得られないために上述したリトラクトスタート等を実現することができない。
【００２２】
本発明は、速度指令制御による応答性の高いワイヤ送給を行いながらも、突き出し長を所望値に保つことができるアーク溶接ロボット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】
【００２３】
上記目的を達成するために、第１の発明は、
ワイヤ送給装置に内蔵された送給モータを回転駆動させて溶接ワイヤを送給するアーク溶接ロボットにおいて、
所定のタイミングでモータ回転信号及びモータ回転位置固定信号を出力するロボット制御装置と、
入力されている間は前記送給モータを応答性の高い速度指令制御にて所定の速度で回転駆動し、モータ回転位置固定信号が入力されている間は前記送給モータの回転位置を固定するワイヤ送給制御装置と、
を備えたことを特徴とするアーク溶接ロボットである。
【００２４】
第２の発明は、教示された溶接作業を自動で行うための再生運転中にのみ前記送給モータの回転位置を固定することを特徴とする第１の発明記載のアーク溶接ロボットである。
【００２５】
第３の発明は、回転位置固定モード切替手段を備え、回転位置固定モードが有効の時にのみ前記送給モータの回転位置を固定することを特徴とする第１の発明記載のアーク溶接ロボットである。
【発明の効果】
【００２６】
第１の発明によれば、溶接を行っていない間は、ワイヤ送給装置に電力を供給することによって送給モータの拘束力を低下させないと同時に、速度指令制御時のオフセット電圧による送給モータの回転を抑止して回転位置を固定している。したがって、溶接中以外におけるロボットアームの捻れ・曲げ動作に起因して溶接ワイヤが前後に動くことがないので、突き出し長を所望値に保つことができる。
【００２７】
第２の発明によれば、教示された溶接作業を自動で行うための再生運転中にのみ送給モータの回転位置を固定している。言い換えると、再生運転を行わない教示作業時はワイヤ送給装置への電力を遮断している。このため、作業者が教示作業を行う際に溶接ワイヤ及びワイヤ送給装置の回転部に触れる場合の安全を確保できる。また、教示作業時・再生運転時共にワイヤ送給装置へ電力を供給するのに比べて省エネルギー効果を奏する。
【００２８】
第３の発明によれば、送給モータの回転を抑止するための回転位置固定モード切替手段を備えているので、作業者が任意のタイミングで送給モータの回転位置固定を設定したり解除したりすることができる。例えば、ロボットを基本位置からほとんど動かさずに溶接作業を行わせる場合等は、突き出し長の変化がほとんどないので、溶接中以外は送給モータの回転位置固定を予め解除しておけばよい。このことによって、さらなる省エネルギー効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態を示すアーク溶接ロボットのブロック図である。同図において、図４と同一のものについては同符号を付与して以降の説明を省略する。以下、図４と異なるロボット制御装置ＲＣ、通信ケーブル２６及びワイヤ送給制御装置ＷＣについて説明する。
【００３１】
ロボット制御装置ＲＣは、通信ケーブル２６によって接続されたワイヤ送給制御装置ＷＣにモータ回転位置固定信号Ｓｖを出力する。また、溶接電源ＷＰを介してモータ回転信号Ｗｓを出力する。モータ回転信号Ｗｓは、送給モータの回転を開始させるためのモータスタート信号及び指定された送給速度を出力するための速度指令信号を含んでいる。モータ回転位置固定信号Ｓｖは、モータの回転を停止させると共に回転停止位置を固定するための信号である。
【００３２】
ワイヤ送給制御装置ＷＣは、モータ回転信号Ｗｓが入力されると送給モータの回転を開始して入力されている間は所定の速度で回転駆動し、モータ回転位置固定信号Ｓｖが入力されている間は、送給モータの回転停止位置が移動しないように固定する。このワイヤ送給制御装置ＷＣの処理フローについて、以下説明する。
【００３３】
図２は、ワイヤ送給制御装置の処理の流れを説明するためのフローチャートである。ワイヤ送給制御装置ＷＣは、ロボット制御装置ＲＣが速度指令信号を出力していない場合でも微弱な指令電圧が出力されてしまう速度指令制御特有の現象を吸収し、送給モータの回転停止位置を固定するという特徴を有している。より具体的には、送給モータの現在の回転停止位置をワイヤ送給装置１のエンコーダから位置情報をフィードバックすることによって認識し、微弱な速度指令信号が入力されて回転した分だけ逆方向に回転駆動することによって、回転停止位置を固定する。
【００３４】
同図のステップＳ１において、モータ回転位置固定信号ＳｖがＯＮ入力されたか否かを判定する。ＯＮ入力されていない場合（Ｎｏの場合）は、何もせずにフローを終了する。ＯＮ入力された場合（Ｙｅｓの場合）は、ステップＳ２にフローを移し、送給モータのサーボ電源を投入してモータ回転位置の固定制御を開始する。
【００３５】
ステップＳ３において、モータ回転信号ＷｓがＯＮ入力されたか否かを判定する。ＯＮ入力されていない場合（Ｎｏの場合）は、何もしない。ＯＮ入力された場合（Ｙｅｓの場合）はステップＳ４にフローを移し、回転位置の固定を解除すると共に速度指令信号に従って送給モータを回転駆動する。
【００３６】
ステップＳ５において、モータ回転信号ＷｓがＯＦＦ入力されたか否かを判定する。ＯＦＦ入力されていない場合（Ｎｏの場合）は、何もしない。ＯＦＦ入力された場合（Ｙｅｓの場合）はステップＳ６にフローを移し、回転駆動を停止すると共に、モータ回転位置の固定制御を開始する。
【００３７】
ステップＳ７において、モータ回転位置固定信号ＳｖがＯＦＦ入力されたか否かを判定する。ＯＦＦ入力されていない場合（Ｎｏの場合）は、何もしない。ＯＮ入力された場合（Ｙｅｓの場合）は、ステップＳ８にフローを移し、送給モータのサーボ電源を遮断する。
【００３８】
図３は、モータ回転信号及びモータ回転位置固定信号が入力されたときの送給モータの状態遷移を説明するためのタイミングチャートである。同図（Ａ）は、モータ回転位置固定信号ＳｖがＯＮ入力及びＯＦＦ入力されるタイミングを示している。同図（Ｂ）は、モータ回転信号がＯＮ入力されるタイミングを示している。同図（Ｃ）は、送給モータのサーボ電源状態を示している。同図（Ｄ）は、送給モータの制御状態を示している。なお、モータ回転位置固定信号Ｓｖを入力するタイミングは、本実施形態を顕著に示す例として、教示された溶接作業をアーク溶接ロボットに自動的に行わせるための再生運転の開始時にＯＮ入力し、再生運転の終了時にＯＦＦ入力するものとする。教示作業中（再生運転を行っていない間）は、従来と同様にモータ回転位置固定信号Ｓｖを出力する必要はない。
【００３９】
同図（Ｄ）に示すように、送給モータの制御状態は、（１）再生運転開始前までは送給モータがフリーの状態（サーボ電源が入っていない状態）、（２）再生運転の開始後、溶接作業を行うまでの間は回転位置を固定した状態、（３）溶接中は送給モータが回転駆動される状態、（４）溶接作業の終了後、再生運転を終了するまでは回転位置を固定した状態、（５）溶接終了後は、再度、送給モータがフリーの状態（サーボ電源が入っていない状態）へと遷移する。
【００４０】
以上説明したように、溶接を行っていない間は、ワイヤ送給装置に電力を供給することによって送給モータの拘束力を低下させないと同時に、速度指令制御時のオフセット電圧による送給モータの回転を抑止して回転位置を固定している。したがって、溶接中以外におけるロボットアームの捻れ・曲げ動作に起因して溶接ワイヤが前後に動くことがないので、突き出し長を所望値に保つことができる。
【００４１】
さらに、教示された溶接作業を自動で行うための再生運転中にのみ送給モータの回転位置を固定している。言い換えると、再生運転を行わない教示作業時はワイヤ送給装置への電力を遮断している。このため、作業者が教示作業を行う際に溶接ワイヤ及びワイヤ送給装置の回転部に触れる場合の安全を確保できる。また、教示作業時・再生運転時共にワイヤ送給装置へ電力を供給するのに比べて省エネルギー効果を奏する。
【００４２】
なお、図１で示した構成に回転位置固定モード切替手段をさらに備え、回転位置固定モードが有効の時にのみ送給モータの回転位置を固定するようにしてもよい。より具体的には、図１で示したティーチペンダントＴＰに、回転位置固定モードを切り替えるためのスイッチ等を備える構成とし、回転位置固定モードが有効に設定された場合にのみ、ワイヤ送給制御装置ＷＣにモータ回転位置固定信号Ｓｖを入力する。
【００４３】
このように構成することによって、作業者が任意のタイミングで送給モータの回転位置固定を設定したり解除したりすることができる。例えば、ロボットを基本位置からほとんど動かさずに溶接作業を行わせる場合等は、突き出し長の変化がほとんどないので、溶接中以外は送給モータの回転位置固定を予め解除しておけばよい。すなわち、さらなる省エネルギー効果が期待できる。
【００４４】
なお、回転位置固定モード切換手段は、ティーチペンダントＴＰではなく、ワイヤ送給制御装置ＷＣに備えても良い。あるいは、ティーチペンダントＴＰ及びワイヤ送給制御装置ＷＣの両方に備えても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態を示すアーク溶接ロボットのブロック図である。
【図２】本発明のワイヤ送給制御装置の処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の送給モータの状態遷移を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】従来のアーク溶接ロボットの構成図である。
【図５】従来の送給モータの状態遷移を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１            ワイヤ送給装置
２            上アーム
３            下アーム
４            溶接トーチ
１０            ワイヤリール
１１            溶接ワイヤ
２１            制御ケーブル
２２            制御ケーブル
２４            制御ケーブル
２５            制御ケーブル
２６            通信ケーブル
Ｍｃ            動作制御信号
Ｒ            ロボット
ＲＣ            ロボット制御装置
Ｓｖ            モータ回転位置固定信号
ＴＰ            ティーチペンダント
Ｗ            ワーク
ＷＣ            ワイヤ送給制御装置
ＷＰ            溶接電源
Ｗｓ            モータ回転信号
【図１】
2007296543.tif 000003
【図２】
2007296543.tif 000004
【図３】
2007296543.tif 000005
【図４】
2007296543.tif 000006
【図５】
2007296543.tif 000007