(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ロボツトと溶接用電源装置とを組み合わせて前記溶接ロボットからの指令により前記溶接用電源装置の出力を決定するようにしたアーク溶接の制御方法において、
前記溶接ロボットは、現在のトーチ位置と次の目標のトーチ位置とから現在トーチが動作しようとしているベクトルを算出し、この現在トーチが動作しようとしているベクトルと重力の方向より重力に対する傾きを算出し、これら現在トーチが動作しようとしているベクトル及び重力に対する傾きに基づく重力の方向を基準とした溶接姿勢及びトーチ角度の情報を前記アーク溶接用電源装置に供給し、前記情報によって前記溶接用電源装置の出力特性を変化させて重力に基因する溶接不安定を補償したアーク溶接の制御方法。
【請求項２】
前記溶接用電源装置の出力特性が、短絡時の電流立ち上がり速度または出力電流に対する出力電圧の変化特性である、請求項１記載のアーク溶接の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接ロボツトと組み合わせてアーク溶接を行うに際して、トーチ角度・溶接方向などの溶接姿勢情報に基づき溶接電源装置の出力を制御することによって、重力の影響を補償して溶接の安定性向上を図り、高品質な溶接結果を得るためのアーク溶接制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶接ロボットから、溶接電流・溶接電圧などの指令信号を受けて、指令値に応じた溶接電流制御を行って、溶接状態の安定性を向上させることが提案されている。図６は従来技術の短絡移行アーク溶接制御方法を実施する溶接用電源装置のブロツク図であり、以下同図を参照して説明する。溶接ロボットは、マニユピユレータＭとロボットコントローラＣＴと教示ペンダントＴＰに分けられる。ロボットコントローラＣＴは、制御プログラムと作業内容によりサーボ駆動量を演算するマイクロプロセツサＭＰＵと、ロボットの制御プログラムを格納した記憶回路ＲＯＭと、作業内容を記憶する一時記憶回路ＲＡＭ、溶接電源装置Ｗに溶接電流値、アーク電圧値等の指令信号を伝達するインターフェイスＩ／Ｆ、マニュピユレータＭに駆動信号を出力するサーボドライバＳＤ、マイクロプロセツサＭＰＵにより演算されたサーボ駆動量を逐次記憶する両方向一時記憶回路ＤＰＲＡＭと、教示ペンダントＴＰからの作業内容を一時記憶回路ＲＡＭに入力する入出力回路Ｉ／Ｏと、インターフェイスＩ／Ｆ、両方向一時記憶回路ＤＰＲＡＭ、マイクロプロセッサＭＰＵ、記億回路ＲＯＭ、一時記憶回路ＲＡＭないし入出力回路Ｉ／Ｏとのデータのやり取りを伝送するバスＢＵＳとから構成される。マニュピュレータＭは例えば６軸から構成され、サーボドライバＳＤからの駆動信号によって動作する。
【０００３】
溶接用電源装置Ｗは、電力源ＰＳからの電力を指令値に変換する電力制御回路１０、ロボットコントローラＣＴのインターフェイスＩ／Ｆからの指令をうける起動回路ＴＳ、溶接電圧設定回路ＶＳ、溶接電流設定回路ＩＳ、アーク・短絡制御切替スイッチＳＷ、比較回路ＣＭ１およびＣＭ２、出力電圧検出器ＶＢ、溶接電圧検出器ＶＣ、短絡検出回路ＶＴ、溶接電流検出回路ＣＤ、ゲイン調整回路ＧＳ、微分回路ＤＩからなる。
【０００４】
溶接開始前に溶接作業者は溶接ロボットの教示ペンダントＴＰを使って、溶接トーチの動き、溶接開始・終了点、溶接電流設定値・溶接電圧設定値などの溶接条件を教示する。教示した作業内容は人出力装置Ｉ／ＯとバスＢＵＳを介して一時記憶回路ＲＡＭに記憶される。溶接を行うときは、一時記憶回路ＲＡＭに記憶された作業内容に応じて前記の条件をインターフェイスＩ／Ｆを介して溶接電源装置に指示する。溶接開始・終了はトーチスイッチ回路ＴＳ、溶接電流設定値は溶接電流設定回路ＩＳ、溶接電圧値は溶接電圧設定回路ＶＳに設定される。
【０００５】
溶接用電源装置Ｗではアーク発生時と短絡時との制御を、短絡検出回路ＶＴから短絡検出信号Ｖt を検出することによりスイツチＳＷを使って切替える。アーク発生時は、切替えスイッチＳＷがａ側となり、溶接電圧設定値Ｖs が比較回路ＣＭ１に出力され、電力制御回路１０を制御する。
【０００６】
次に短絡時には、アーク発生時の制御に加えて、短絡検出信号Ｖt と微分信号Ｄi とを使って制御する。
溶接電庄Ｖａは溶接電圧検出器ＶＣにて検出されて溶接電圧検出信号Ｖc となり短絡検出回路ＶＴに供給される。短絡検出回路ＶＴはアーク電圧検出信号Ｖc と短絡検出レベルとを比較し溶接電圧検出信号Ｖc が短絡検出レベルよりも低くなったときに短絡検出信号Ｖt を出力する。短絡検出信号Ｖt はスイツチＳＷをｂ側に切替える。溶接電流検出器ＣＤは、溶接電流値Ｉａを検出して溶接電流検出信号Ｉc を微分回路ＤＩに出力する。微分回路ＤＩは、溶接電流検出信号Ｉc とゲイン設定回路ＧＳからのゲイン設定信号Ｇi を入力して微分信号Ｄi を出力する。この微分信号Ｄi は、比較回路ＣＭ２の一方に入力される。
【０００７】
この結果、短絡時の溶接電圧設定値、即ち比較回路ＣＭ１へのアーク電圧設定値Ｖssは、
Ｖss= Ｖs −Ｇi ・（ｄＩｃ／ｄｔ）
（但し、Ｖs ＝アーク時設定電圧、Ｇi ＝電流補正ゲイン、ｄＩｃ／ｄｔ＝電流微分）
となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、溶接電流に応じて短絡時の電流立ち上がり速度を変化させている。しかし、溶接状態の安定性を向上させるためには、溶接電流値に応じた電流の立ち上がり速度の制御だけでは不十分である。例えば、図１(a) のように上進溶接の場合は溶融池が下方に偏りやすいので、溶接ワイヤが被溶接物に短絡するところに溶融池が十分に形成されていないことが多い。このために、溶滴をスムースに移行させるためには、短絡時の電流の立上がり速度を速くする必要がある。逆に図１(b) のような下進溶接の場合は、溶接ワイヤが被溶接物に短絡するところには十分な溶融池が形成されているために短絡時の電流の立上がり速度を遅くしたほうが、スパツタ発生量が少ないので好ましい。しかし、従来の装置ではそのゲインを設定された溶接電流によってのみ決定していたので、溶接姿勢、トーチ角度、溶接方向などによって溶接電流の制御ゲインを変えることができなかった。このために、これらの条件が溶接線の途中で変化するような被溶接物では全溶接長に亘って安定した溶滴移行を得ることができなかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、溶接ロボツトと溶接用電源装置とを組み合わせて前記溶接ロボットからの指令により前記溶接用電源装置の出力を決定するようにしたアーク溶接の制御方法において、
前記溶接ロボットは、現在のトーチ位置と次の目標のトーチ位置とから現在トーチが動作しようとしているベクトルを算出し、この現在トーチが動作しようとしているベクトルと重力の方向より重力に対する傾きを算出し、これら現在トーチが動作しようとしているベクトル及び重力に対する傾きに基づく重力の方向を基準とした溶接姿勢及びトーチ角度の情報を前記アーク溶接用電源装置に供給し、前記情報によって前記溶接用電源装置の出力特性を変化させて重力に基因する溶接不安定を補償したアーク溶接の制御方法である。
【００１０】
また、請求項２の発明は、前記溶接用電源装置の出力特性が、短絡時の電流立ち上がり速度または出力電流に対する出力電圧の変化特性である、請求項１記載のアーク溶接の制御方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の溶接方法を実施する装置の例を示すブロック図である。同図においては、図６の従来装置に対して、ロボット側にティーチングデータより重力方向を基準とした溶接姿勢、トーチ角度、溶接方向などの情報（以後溶接状態という）を遂次計算する溶接状態演算プログラムをＲＯＭに追加するとともに、溶接電源装置側に溶接状態演算回路ＭＳを追加したものである。ロボットコントローラーＣＴは溶接状態信号Ｍc をロボットインターフェイス回路Ｉ／Ｆから溶接機の溶接状態演算回路ＭＳに出力する。例えばこの信号は、重力の方向にたいしてトーチ角度の０度（真下方向）〜１８０度（真上方向）を０Ｖ〜１０ｖに割り付け、またその溶接進行方向に応じて＋（下進）、±（下進から上進）、−（上進）の符号をつけたアナログ信号である。溶接状態演算回路ＭＳは、入力信号Ｍc に対応した溶接状態信号Ｍc をゲイン設定回路ＧＳに出力する。
【００１２】
この結果、短絡時の設定電圧Ｖssは以下のようになる。
Ｖss= Ｖs −（Ｇi ＋Ｇm ）・（ｄＩｃ／ｄｔ）
（但し、Ｖs ＝アーク時設定電圧、Ｇi ＝電流補正ゲイン、Ｇm ＝溶接状態に対する補正ゲイン、ｄＩｃ／ｄｔ＝電流徴分）
【００１３】
つぎに、図２の装置の動作を図３の動作説明フローチヤートを使って説明する。ロボットが起動された後、第１ステツプＳＰ１にてティーチングデータ番号ｊを初期化する。第２ステップＳＰ２にて一時記憶回路ＲＡＭに記憶されている作業内容からｊ番目のティーチングデータをマイクロプロセッサＭＰＵに取り込む。マイクロプロセッサＭＰＵは第３ステップにおいて記憶回路ＲＯＭに記憶された制御プログラムとｊ番目のティーチングデータから軌道計画を立てる。また、第４ステップにて軌道補間番号ｉを初期化し、第５ステップにて現在のトーチ位置を変数Ａに記憶する。次に、現在のトーチ位置と軌道計画による計画位置との誤差を演算して軌道補間を行い、次の目標のトーチ位置を求める第６ステツプに進む。第７ステップにて次の目標のトーチ位置を変数Ｂに記憶し、第８ステップにて変数Ａと変数Ｂから現在トーチが動作しようとしているベクトルを求める。この現在トーチが動作しようとしているベクトルと重力の方向より重力に対する傾きを第９ステップで計算し、インターフェイスＩ／Ｆを介して溶接機の溶接状態演算回路ＭＳに溶接状態信号Ｍs を出力する。一方、次の目標のトーチ位置までのサーボ駆動量をサーボドライバＳＤに第１１ステップにて出力する。第１２ステツプにて目標のティーチング点まで到達したかどうか判定し、到達していないならば軌道補間番号ｉに１を加えて第５ステツプにもどり、到達しているならば第１３ステップに進む。第１３ステツプにてティーチングデータがすべて終了したかどうかを判断し、終了していないならばティーチングデータ番号ｊにｌを加えて第２ステップにもどり、終了したならば終了ステップＳＴＯＰに進む。
【００１４】
次に本発明を図４に示すようにパイプの円周内側溶接を溶接電流一定でトーチを移動させて全姿勢溶接に適用するときの動作を図５に示したゲイン設定回路ＧＳと微分回路ＤＩの具体例とともに説明する。
図５において、ゲイン設定回路ＧＳはアナログ信号Ｍc を２ビットのディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器Ｄ１とこのＡ／Ｄ変換器Ｄ１の出力ａ，ｂによって閉じるアナログスイッチＡｓ１，Ａｓ２とからなり、また、微分回路ＤＩは微分要素となるコンデンサＣ１と抵抗器Ｒｏおよびゲイン調整用抵抗器ｒ１ないしｒ３からなり、このうち抵抗器ｒ２はアナログスイッチＡｓ１にて短絡され、また抵抗器ｒ３はアナログスイッチＡｓ２によって短絡される。また、抵抗器ｒ２の抵抗値よりも抵抗器ｒ３の抵抗値のほうを大きな値となるように選定してある。
【００１５】
溶接状態演算回路ＭＳは、ティーチングデータから重力の方向を基準とした溶接姿勢・トーチ角度・溶接方向のデータを得て溶接状態演算値を演算し、溶接状態信号Ｍc と符号とを出力する。いま、この演算例を図７のように定めるものとする。
【００１６】
ゲイン設定回路ＧＳは溶接状態信号Ｍc をデジタルの２ビットに変換し、ゲイン設定信号Ｇm を微分回路ＤＩに出力する。この変換例を図８に示す。
【００１７】
ゲイン設定回路ＧＳのａ出力およびｂ出力がそれぞれ１の場合に微分信号ＤＩのアナログスイッチＡｓ１、Ａｓ２が閉じてゲイン調整回路の抵抗器ｒ２、ｒ３が短絡されてゲインを変化させる。微分回路ＤＩは溶接電流検出信号Ｉc をゲイン設定信号Ｇs によって定められたゲイン量で微分し比較回路ＣＭ２に出力する。
【００１８】
図７および図８から図９に示すように微分回路ＤＩのゲインが決定されるので短絡時の電流の立ち上がり速度は電流フィードバック量の少ない順に大となる。それ故、図５の溶接例において図６のゲイン設定回路ＧＳと微分回路ＧＩおよび図７および図８の関係を用いたときには、短絡時の電流の立ち上がり速度は下進溶接、下向溶接、上進溶接、上向溶接の順に大きくなる。
【００１９】
この結果、全姿勢において安定した溶接状態を得ることができる。
【００２０】
なお、上記においては、溶接状態に応じて短絡電流の立ち上がり速度を変化させる方法について説明したが、短絡電流の立ち上がり速度に代えて溶接電源装置の出力電流の変化に対する出力電圧の変化特性、即ち出力電圧の低下勾配を変化させてもよい。この場合には、短絡が発生したときの短絡電流の値が溶接状態に応じて変化することになるので、前述の例の場合とほぼ同様に短絡時の電流変化を溶接状態に応じて変化させることがでる。また、上記のいずれにおいても、本発明は、短絡時の出力電流の調整をソフトウエアによって行うことが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は上記の通りであるので、溶接電流のみならず溶接姿勢の変化に対しても常に最適な電流の変化が得られることになので、溶接品質を格段に向上させるこどができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接姿勢による短絡移行の違いを説明するための図。
【図２】本発明の実施例を示すブロック図。
【図３】図３の実施例の動作を説明するためのフローチャート。
【図４】本発明をパイプの内面円周溶接に適用したときの例を説明するための図。
【図５】本発明に用いるゲイン設定回路および微分回路の例を示す接続図。
【図６】従来の装置の例を示すブロック図。
【図７】重力の方向を基準とした溶接姿勢・トーチ角度・溶接方向のデータから演算した溶接状態信号Ｍc と符号との例を示す図。
【図８】ゲイン設定回路ＧＳにおける溶接状態信号Ｍc とこれをデジタルの２ビットに変換したゲイン設定信号Ｇm との関係の例を示す図。
【図９】各種溶接姿勢微分回路ＤＩのゲインと短絡電流の立ち上がり速度との例を示す図。
【符号の説明】
Ｍ        マニュピュレータ
ＴＰ      教示ペンダント
ＳＤ      サーボドライバ
ＣＴ      ロボットコントローラ
Ｗ        溶接用電源装置
Ｉ／Ｆ    インターフェース
ＤＰＲＡＭ  両方向一時記憶回路
ＭＰＵ      マイクロプロセッサ
ＲＯＭ      記憶回路
ＲＡＭ      一時記憶回路
Ｉ／Ｏ      入出力回路
１０        電力制御回路
ＣＭ１、ＣＭ２    比較回路
ＶＢ        出力電圧検出器
ＳＷ        スイッチ
ＶＳ        溶接電圧設定回路
ＭＳ        溶接状態演算回路
ＩＳ        溶接電流設定回路
ＧＳ        ゲイン設定回路
ＤＩ        微分回路
ＣＤ        溶接電流検出器
ＶＴ        短絡検出回路
ＶＣ        溶接電圧検出器
ＢＵＳ      データバス
Ａｓ１、Ａｓ２  アナログスイッチ
Ｃ１      コンデンサ
Ｒｏ      抵抗器
ｒ１、ｒ２、ｒ３    抵抗器
【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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