專利名稱：電弧焊接機(jī)器人的控制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)更改電弧焊接機(jī)器人的焊接條件的電弧焊接機(jī) 器人的控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，在使用了電弧焊接機(jī)器人的電弧焊接中，為了階段性地更改焊 接電流、焊接電壓、焊接速度、擺動周期、擺動振幅等焊接條件，需要在 焊接線上設(shè)定(示教)多個焊接條件更改位置(示教點(diǎn))，并在每個焊接 條件更改位置手動設(shè)定不同的焊接條件。因此，由于在每個焊接條件更改 位置手動設(shè)定焊接條件是非常繁雜的，因而公開了自動地更改焊接條件的
技術(shù)(參照日本國實開昭61 — 138470號、美國專利第6177650號)。
例如，日本國實開昭61 — 138470號所公開的技術(shù)是，基于焊接機(jī)器 人的移動距離，線性更改電弧焊接機(jī)器人的焊接條件。另外，美國專利第 6177650號所公幵的技術(shù)是，設(shè)定更改焊接條件的起點(diǎn)及終點(diǎn)，再設(shè)定該 起點(diǎn)及終點(diǎn)的焊接條件，為了達(dá)到終點(diǎn)的焊接條件在該終點(diǎn)逐步更改焊接 條件。
在上述兩個專利文獻(xiàn)所公開的技術(shù)中，焊槍每執(zhí)行1周期擺動就要更 改焊接電流等焊接條件，由于在擺動的左右兩端的焊接電流的指令值不 同，因而產(chǎn)生焊道厚度不勻的問題。另外，即使在電弧焊接機(jī)器人具備電 弧傳感器的情況下，由于即使在工件上不產(chǎn)生偏移，在擺動的左右兩端的 實際焊接電流也不同，因而不能跟蹤所期望的焊接線在焊條的目標(biāo)上產(chǎn)生 偏移。另外，對于擺動指令，在實際的焊槍擺動動作上產(chǎn)生微小的延遲， 由于該延遲，而使焊槍實際執(zhí)行1周期擺動的定時和更改焊接電流等焊接 條件的定時不一致，使得在擺動的左右兩端的焊接電流變得不相等，造成 擺動周期越提前焊道越厚度不勻。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，解決上述的問題，提供一種即使在焊接機(jī) 器人進(jìn)行擺動的情況下，也無焊道厚度不勻的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置 A升A/広o
為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種電弧焊接機(jī)器人的控制裝置，一
邊按照規(guī)定的動作模式進(jìn)行擺動一邊焊接工件，其包括存儲單元，其存 儲焊接條件更改開始位置、焊接條件更改結(jié)束位置、在所述焊接條件更改 開始位置的焊接條件及在所述焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件，在所述 焊接條件更改開始位置的焊接條件及在所述焊接條件更改結(jié)束位置的焊 接條件包括擺動周期、擺動振幅、以及焊接電流、焊接電壓、焊接速度中 的至少一種；擺動動作控制單元，其生成使所述電弧焊接機(jī)器人的焊槍按 照所述規(guī)定的動作模式進(jìn)行擺動的擺動指令，并在所述焊槍按照所述擺動 指令每執(zhí)行1周期所述規(guī)定動作模式的擺動時，就輸出擺動1周期結(jié)束信 號；焊接條件更改位置計算單元，其對所述焊槍自所述焊接條件更改開始 位置向所述焊接條件更改結(jié)束位置前進(jìn)的行進(jìn)位置進(jìn)行計算；焊接條件計 算單元，其基于在所述焊接開始位置的焊接條件和在所述焊接結(jié)束位置的 焊接條件之差，對與自所述焊接條件更改開始位置至所述行進(jìn)位置的距離 相對應(yīng)的修正值進(jìn)行計算，將所述修正值與在所述焊接開始位置的焊接條 件相加來計算所述行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件；以及焊接條件更改單
元，其每輸入所述擺動l周期結(jié)束信號，就基于所述行進(jìn)位置的更改預(yù)定 焊接條件對所述電弧焊接機(jī)器人的焊接條件進(jìn)行更改。
根據(jù)這樣的構(gòu)成，電弧焊接機(jī)器人的控制裝置在電弧焊接機(jī)器人的焊 槍位于自焊接條件更改開始位置至焊接條件更改結(jié)束位置之間的情況下， 每使焊槍執(zhí)行1周期擺動，就基于行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件來更改電 弧焊接機(jī)器人的焊接條件。由此，電弧焊接機(jī)器人的控制裝置在使焊槍執(zhí) 行l(wèi)周期擺動期間，不對焊接條件進(jìn)行更改。在此，電弧焊接機(jī)器人的控 制裝置可以根據(jù)坡口的形狀、工件的形狀、材質(zhì)及大小任意設(shè)定焊接條件 更改開始位置、焊接條件更改結(jié)束位置、焊接條件更改開始位置的焊接條 件及焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件。
另外，上述的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置還具備擺動動作延遲時間調(diào)
5節(jié)單元，其基于從向所述焊接條件更改單元輸入所述擺動1周期結(jié)束信號 后直至所述焊槍執(zhí)行1周期所述規(guī)定的動作模式的擺動為止的延遲時間， 在輸入所述擺動1周期結(jié)束信號后經(jīng)過所述延遲時間，使所述焊接條件更 改單元更改所述電弧焊接機(jī)器人的焊接條件。
根據(jù)這樣的構(gòu)成，電弧焊接機(jī)器人的控制裝置通過擺動動作延遲時間 調(diào)節(jié)單元，延遲濾波延遲及機(jī)械延遲等的延遲時間的量，在焊槍到達(dá)焊接 線中心時，使焊接條件更改單元更改焊接條件。通常，擺動周期越提前則 延遲的影響越大，但電弧焊接機(jī)器人的控制裝置即使在這樣的情況下也可 以降低延遲的影響。
本發(fā)明的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置可以用于在所述焊槍的前端具 備前電極及后電極、且具備向所述前電極及所述后電極供電的兩個焊接電 源的串聯(lián)電弧焊接系統(tǒng)。此時，所述存儲單元針對所述前電極及所述后電 極分別儲存在所述焊接開始位置的焊接條件和在所述焊接結(jié)束位置的焊 接條件，所述焊接條件計算單元針對所述前電極及所述后電極分別計算所 述行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件。
另外，本發(fā)明提供電弧焊接機(jī)器人的控制方法，其一邊按照規(guī)定的動 作模式進(jìn)行擺動一邊對工件進(jìn)行焊接，其包括下述步驟
存儲步驟，其將焊接條件更改開始位置、焊接條件更改結(jié)束位置、在 所述焊接條件更改開始位置的焊接條件以及在所述焊接條件更改結(jié)束位 置的焊接條件儲存于存儲單元，其中，在所述焊接條件更改開始位置的焊 接條件及在所述焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件包括擺動周期、擺動振 幅、以及焊接電流、焊接電壓、焊接速度中的至少一種；擺動動作控制步 驟，其生成使所述電弧焊接機(jī)器人的焯槍按照所述規(guī)定的動作模式進(jìn)行擺 動的擺動指令，并在所述焊槍按照所述擺動指令每執(zhí)行1周期所述規(guī)定動 作模式的擺動時，就輸出擺動l周期結(jié)束信號；焊接條件更改位置計算步
驟，其對所述焊槍自所述焊接條件更改開始位置向所述焊接條件更改結(jié)束
位置前進(jìn)的行進(jìn)位置進(jìn)行計算；焊接條件計算步驟，其基于在所述焊接條 件更改開始位置的焊接條件和在所述焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件 之差，對與自所述焊接條件更改開始位置至所述行進(jìn)位置的距離相對應(yīng)的 修正值進(jìn)行計算，將所述修正值與在所述焊接條件更改開始位置的焊接條件相加來計算所述行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件；以及焊接條件更改步 驟，其每輸入所述擺動1周期結(jié)束信號，就基于所述行進(jìn)位置的更改預(yù)定 焊接條件對所述電弧焊接機(jī)器人的焊接條件進(jìn)行更改。
根據(jù)本發(fā)明的焊接機(jī)器人的控制裝置及其控制方法，可以達(dá)到如下所 述的良好效果。即，由于即使在電弧焊接機(jī)器人進(jìn)行擺動的情況下，也可 以使焊槍每執(zhí)行1周期擺動就更改焊接條件，因而可防止焊道厚度不勻。 另外，根據(jù)還具備擺動動作延遲時間調(diào)節(jié)單元這一結(jié)構(gòu)，即使在擺動周期 提前的情況下也可以防止焊道的厚度不勻，降低延遲的影響且能夠進(jìn)行正 確的電弧焊接。


圖1的(a)是表示含有本發(fā)明的控制裝置的電弧焊接系統(tǒng)的概要的 構(gòu)成圖，(b)是本發(fā)明中的工件及焊接線的放大圖2是示意性表示圖1所示的控制裝置的構(gòu)成的框圖3是表示輸入到圖1所示的控制裝置的一例焊接條件的說明圖4是為了說明本發(fā)明中焊接條件的更改而示出工件的焊接線的說明
圖5的(a)是示出本發(fā)明中的電弧焊接機(jī)器人的焊槍軌跡的說明圖， (b)是示出本發(fā)明中的電弧焊接機(jī)器人的焊槍的擺動動作的說明圖6的(a)是示出本發(fā)明中的電弧焊接機(jī)器人的焊槍的擺動軌跡的 說明圖，(b)是示出與焊槍的位置相對應(yīng)的焊接電流的指令值的說明圖； 圖7是示出圖2所示的控制裝置的動作的流程圖8是示意性表示串聯(lián)式電弧焊接機(jī)器人用的圖1所示的控制裝置的 構(gòu)成的框圖9是示意性表示串聯(lián)式電弧焊接機(jī)器人用的輸入到圖1所示的控制 裝置的一例焊接條件的說明圖。
具體實施例方式
(控制裝置概要)
下面，參照適當(dāng)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。參照圖1說明控制裝置的概要。(a)是表示含有本發(fā)明的控制裝置的電弧焊接系統(tǒng)的概要的
構(gòu)成圖，(b)是本發(fā)明中的工件及焊接線的放大圖。圖1的(a)中示出 控制裝置(電弧焊接機(jī)器人的控制裝置)1、電弧焊接機(jī)器人2、示教懸架 式按鈕臺4、焊槍9及工件W。另外，圖1的(b)示出工件W及焊道B。
控制裝置1基于從示教懸架式按鈕臺4輸入的指令及示教程序?qū)﹄娀?焊接機(jī)器人2進(jìn)行控制，更改電弧焊接機(jī)器人2的焊接條件。另外，控制 裝置1與電弧焊接機(jī)器人2及示教懸架式按鈕臺4相連接。
電弧焊接機(jī)器人2例如是6軸結(jié)構(gòu)的垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人，在其手腕部 分安裝有焊槍9。另外，電弧焊接機(jī)器人2可以基于來自控制裝置1的移 動命令來驅(qū)動電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M，使焊槍9沿著工件W的焊接 線移動。在圖1中，為了說明而例示了 1個電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M， 但其數(shù)量無特別限制，例如，如果電弧焊接機(jī)器人2是6軸結(jié)構(gòu)的垂直多 關(guān)節(jié)機(jī)器人，則具備6個電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M。
焊槍9向工件W的焊接線輸送焊條(未圖示)。通過在送出的焊條和 工件W的焊接線之間形成電弧來進(jìn)行電弧焊接。另外，焊槍9經(jīng)由焊條 輸送裝置(未圖示)與焊接電源連接。該焊接電源與控制裝置l連接。另 外，若控制裝置1向焊接電源輸出焊接指令，則通過來自焊接電源的供電 驅(qū)動焊條輸送裝置，將焊條輸送到焊槍9。另外，電弧焊接機(jī)器人2也可 以是具備2個焊槍9的串聯(lián)式電弧焊接機(jī)器人。
控制裝置1例如內(nèi)裝有傳感計算機(jī)。該傳感計算機(jī)基于焊接電流的變 化和電弧焊接機(jī)器人2的焊條的突出長度的對應(yīng)關(guān)系，對在擺動的右端的 焊接電流和在擺動的左端的焊接電流進(jìn)行檢測(電弧傳感器)。
示教懸架式按鈕臺4在電弧焊接機(jī)器人2的示教作業(yè)之際，輸入示教 程序、焊接條件更改開始位置的焊接條件及焊接條件更改結(jié)束位置的焊接 條件。另外，示教懸架式按鈕臺4可以根據(jù)操作者的操作，向控制裝置l 輸出使電弧焊接機(jī)器人2停止的指令。在圖1中，示教懸架式按鈕臺4通 過有線通信線路與控制裝置1連接，但也可以通過無線通信線路與控制裝 置1連接。另外，示教懸架式按鈕臺4也可以將示教程序記錄于小型閃存 卡(注冊商標(biāo))等記錄介質(zhì)，控制裝置l從該記錄介質(zhì)讀出示教程序。
工件W是成為電弧焊接對象的金屬等的部件。在圖1的(b)中，控制裝置1對擺動周期及擺動振幅等焊接條件進(jìn)行連續(xù)更改，以形成被稱為 所謂須狀焊道的焊道B。 (控制裝置的結(jié)構(gòu)) 參照圖2說明控制裝置1的結(jié)構(gòu)。圖2是示意性示出圖1所示的控制
裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。控制裝置1例如由CPU (Central Processing Unit)、 ROM (Read Only Memory)、 RAM (Random Access Memory)、 HDD (Hard Disk Drive)及輸入輸出接口構(gòu)成。另外，為了實現(xiàn)下述的各種功能，控 制裝置1具備傳感計算機(jī)3、輸入輸出單元10、存儲單元20、機(jī)器人軸 控制單元30、電弧焊接機(jī)器人控制單元40及焊接電源控制單元50。
輸入輸出單元10由規(guī)定的輸入接口及輸出接口構(gòu)成。在圖2中，為 了說明的方便，將輸入輸出單元10表示成一體，但也可以單個構(gòu)成。該 輸入輸出單元10向存儲單元20及機(jī)器人軸控制單元30輸出從示教懸架 式按鈕臺4輸入的指令及示教程序。另外，輸入輸出單元10向焊接電源P 輸出從焊接電源控制單元50輸出的焊接指令。
另外，輸入輸出單元10向電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M輸出來自電弧 焊接機(jī)器人控制單元40的命令，將來自電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M的表 示焊槍9的位置等的反饋信號及前饋信號輸出到電弧焊接機(jī)器人控制單元 40。
存儲單元20例如由ROM、 RAM、 HDD等構(gòu)成，且具備示教程序存 儲單元21、焊接條件更改位置存儲單元22及焊接條件存儲單元23。另外， 優(yōu)選在通過焊條的切斷及噴嘴的接觸來中斷電弧焊接的情況下具備，且存 儲單元20對下述的剩余距離及計算出的行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件進(jìn) 行儲存。該情況下，即使在焊接條件更改時中斷焊接，控制裝置l也可以 從存儲單元20讀出剩余距離及行迸位置的更改預(yù)定焊接條件而再開始進(jìn) 行電弧焊接。在圖2中，為了便于說明，將存儲單元20表示成一體，但 也可以由單個構(gòu)成。
示教程序存儲單元21儲存記載有向電弧焊接機(jī)器人2的命令等的示 教程序。另外，儲存于示教程序存儲單元21的示教程序是預(yù)先編成的， 可以通過在示教懸架式按鈕臺4或者個人計算機(jī)等連接儀器(未圖示)的 操作進(jìn)行編輯。焊接條件更改位置存儲單元22儲存有焊接條件更改開始位置及焊接 條件更改結(jié)束位置。在此，焊接條件更改開始位置是開始對焊接條件進(jìn)行 更改的位置，不限于一個，可以設(shè)定多個。另外，焊接條件更改結(jié)束位置 是結(jié)束焊接條件的更改的位置，其位于焊接條件更改開始位置的后方。另 外，焊接條件更改結(jié)束位置不限于一個，也可以設(shè)定與焊接條件更改開始 位置相同的數(shù)量。
焊接條件存儲單元23儲存焊接條件更改開始位置的焊接條件及焊接 條件更改結(jié)束位置的焊接條件。參照圖3說明一例焊接條件。圖3是示出 輸入到圖2所示的控制裝置的一例焊接條件的說明圖。首先，"焊接條件 連續(xù)更改區(qū)間開始"表示位置P1為焊接條件更改開始位置。"直線移動" 表示直線移動到設(shè)定于工件W的位置Pl 。"電弧ON"表示進(jìn)行電弧焊接。 另外，在位置P1的焊接條件表示焊接電流為220A，焊接電壓為額定電 壓的100%，焊接速度為30cm /分鐘，擺動周期為120次/分鐘，擺動振 幅為5mm。在本例中，未設(shè)定代表朝著擺動的行進(jìn)方向在左右兩端停止的 時間的兩端停止時間，但也可以設(shè)定該兩端時間。
"悍接條件連續(xù)更改區(qū)間結(jié)束"表示位置P2為焊接條件更改結(jié)束位 置。另外，在位置P2的焊接條件表示焊接電流為280A，焊接電壓為額 定電壓的100%，焊接速度為60cm/分鐘，擺動周期為180次/分鐘，擺 動振幅為5mm。因此，控制裝置1在自位置Pl至位置P2之間，連續(xù)地 將擺動周期從120次/分鐘增加至180次/分鐘，將焊接電流從220A增 加至280A，將焊接速度從30cm/分鐘增加至60cm/分鐘?？刂蒲b置1 既可以只更改焊接條件更改開始位置的焊接條件及焊接條件更改結(jié)束位 置的焊接條件中的一部分，如上所述的焊接電流、焊接速度、擺動周期， 也可以對焊接條件更改開始位置的焊接條件及焊接條件更改結(jié)束位置的 焊接條件的全部進(jìn)行更改。
機(jī)器人軸控制單元30執(zhí)行儲存于示教程序的命令，進(jìn)行焊接條件的 更改，例如具備示教程序執(zhí)行單元31、焊接條件更改位置計算單元32、 焊接條件計算單元33、焊接條件更改單元34及擺動動作控制單元35。
示教程序執(zhí)行單元31從示教程序存儲單元21讀出示教程序，且執(zhí)行 該示教程序中存儲的命令。另外，示教程序執(zhí)行單元31根據(jù)表示焊槍9的位置的信號來判斷表示焊槍9的位置的信號是否到達(dá)規(guī)定的示教點(diǎn)，在 表示焊槍9的位置的信號到達(dá)其示教點(diǎn)時，執(zhí)行在該示教點(diǎn)設(shè)定的命令。
焊接條件更改位置計算單元32通過對電弧焊接機(jī)器人2的焊槍9的 插值位置進(jìn)行計算的插值計算，來計算焊槍9自焊接條件更改開始位置向 焊接條件更改結(jié)束位置前進(jìn)的行進(jìn)位置。另外，焊接條件更改位置計算單 元32在插值位置超出焊接條件更改開始位置的情況下，根據(jù)插值位置和 焊接條件更改開始位置之差來計算行進(jìn)位置。在此，所謂插值位置是在示 教點(diǎn)間進(jìn)行插值的位置。
擺動動作控制單元35例如根據(jù)作為焊接條件而輸入的擺動周期及擺 動振幅，生成使焊槍9按照規(guī)定的動作模式(八。夕一y)進(jìn)行擺動的擺動 指令。另外，擺動動作控制單元35將所生成的擺動指令經(jīng)由電弧焊接機(jī) 器人控制單元40輸出到電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M。另外，擺動動作控 制單元35根據(jù)擺動指令，在焊槍9每執(zhí)行1周期規(guī)定的動作模式的擺動 時，向焊接條件計算單元33和焊接條件更改單元34輸出擺動1周期結(jié)束 信號。
焊接條件計算單元33根據(jù)焊接條件更改開始位置的焊接條件和焊接 條件更改結(jié)束位置的焊接條件之差，計算出與自焊接條件更改開始位置至 行進(jìn)位置的距離相對應(yīng)的修正值，將修正值加在焊接條件更改開始位置的 焊接條件上來計算出更改預(yù)定焊接條件。 (更改預(yù)定焊接條件的計算)
參照圖4具體說明行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件的計算。圖4是為了 說明在本發(fā)明中焊接條件的更改而示出工件的焊接線的說明圖。圖4中示 出了焊接線、行進(jìn)位置、焊接條件更改開始位置P1、焊接條件更改結(jié)束位 置P2，并且將自焊接條件更改開始位置Pl至焊接條件更改結(jié)束位置P2 的距離表示成總距離1，將自行進(jìn)位置至焊接條件更改結(jié)束位置P2的距離 表示成剩余距離L。
焊接條件計算單元33可以對行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件中的焊接 速度、擺動周期及擺動振幅使用式1計算出行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件。 另外，將焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件和焊接條件更改開始位置的焊 接條件之差設(shè)為焊接條件差量。在此，式1中，{(總距離一剩余距離)/總距離)X焊接條件差量一項，是與自焊接條件更改開始位置至行進(jìn)位 置的距離相對應(yīng)的修正值，焊接條件計算單元33將該修正值與焊接條件 更改開始位置的焊接條件相加計算出行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件。在焊 接條件更改開始位置的焊接條件比焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件大
的情況下，修正值為負(fù)值，焊接條件計算單元33將負(fù)值與焊接條件更改
開始位置的焊接條件相加，即從焊接條件更改開始位置的焊接條件中減去 修正值。
(數(shù)學(xué)式1)
更改預(yù)定焊接條件={(總距離一剩余距離)/總距離)x焊接條件差
量+焊接條件更改開始位置的焊接條件 …(1)
例如，在焊接條件更改開始位置的焊接條件中擺動周期為120次/分 鐘、焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件中擺動周期為180次/分鐘、總距 離1為100mm及剩余距離^為50mm的情況下，在行進(jìn)位置的擺動周期是 150次/分鐘(參照式2)。
(數(shù)學(xué)式2)
150次/分鐘={ (100 — 50) / 100}X (180—120) +120 …(2)
另外，在焊接條件更改開始位置的焊接條件中焊接速度為30cm/分 鐘、焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件中焊接速度為60cm/分鐘、總距 離1為100mm及剩余距離^為50mm的情況下，在行進(jìn)位置的焊接速度是 45cm/分鐘(參照式3)。
(數(shù)學(xué)式3)
45cm/分鐘二( (100 — 50) / 100}X (60 — 30) +30…(3)
另外，焊接條件計算單元33可以對行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件中 的焊接電流及焊接電壓使用式4計算出行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件。式
124中，{總距離一 (剩余距離一焊接速度/擺動周期))/總距離X焊接條 件差量這一項，是與自焊接條件更改開始位置至行進(jìn)位置的距離相對應(yīng)的
修正值，焊接條件計算單元33將該修正值與焊接條件更改幵始位置的焊 接條件相加來計算行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件。在此，焊槍9每執(zhí)行1 周期擺動，焊接條件計算單元33就用焊接速度除以擺動周期，求出焊槍9 執(zhí)行1周期擺動之前的距離。
(數(shù)學(xué)式4)
更改預(yù)定焊接條件={總距離一 (剩余距離一焊接速度/擺動周期)} /總距離X焊接條件差量+焊接條件更改開始位置的焊接條件…(4)
例如，在焊接條件更改開始位置的焊接條件中焊接電流為220A、焊 接條件更改結(jié)束位置的焊接條件中焊接電流為280A、總距離l為100mm、 剩余距離L為50mm、擺動周期為150次/分鐘及焊接速度為450mm /分 鐘的情況下，在行進(jìn)位置的焊接電流為251.8A (參照圖5)。下面返回到 圖2，繼續(xù)說明控制裝置1的構(gòu)成。
(數(shù)學(xué)式5)
251.8A={100— (50—450 / 150) } / 100X (280—220) +220'.. (5)
返回圖2，繼續(xù)說明控制裝置1的構(gòu)成。焊接條件更改單元34具備擺 動動作延遲時間調(diào)節(jié)單元36，每當(dāng)從擺動動作控制單元35輸入擺動1周 期結(jié)束信號，就根據(jù)焊接條件計算單元33計算出的行進(jìn)位置的更改預(yù)定 焊接條件來更改電弧焊接機(jī)器人2的焊接條件。另外，當(dāng)在行進(jìn)位置的更 改預(yù)定焊接條件中對焊接電流及/或焊接電壓進(jìn)行更改時，焊接條件更改 單元34向焊接電源控制單元50輸出焊接指令，使焊接電源P更改焊接電 流及/或焊接電壓。另外，當(dāng)在行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件中對擺動周 期及擺動振幅進(jìn)行更改時，焊接條件更改單元34向擺動動作控制單元35 輸出更改后的擺動周期及擺動振幅。擺動動作控制單元35根據(jù)上述更改 后的擺動周期及擺動振幅生成擺動指令，并將其輸出到電弧焊接機(jī)器人控制單元40。另外，當(dāng)在行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件中對焊接速度進(jìn)行更
改時，焊接條件更改單元34將更改后的焊接速度輸出到焊接條件更改位 置計算單元32。而且，焊接條件更改位置計算單元32將更改后的焊接速 度應(yīng)用到插值計算來對插值位置進(jìn)行計算，更新，經(jīng)由電弧焊接機(jī)器人控 制單元40將該插值位置輸出到電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M。
電弧焊接機(jī)器人控制單元40將來自機(jī)器人軸控制單元30的移動命令 及擺動指令輸出到電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M。另外，電弧焊接機(jī)器人控 制單元40將來自電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M的信號例如反饋信號及前饋 信號輸出到機(jī)器人軸控制單元30。進(jìn)而，電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M根 據(jù)上述的移動命令驅(qū)動電弧焊接機(jī)器人2而移動焊槍9的位置，根據(jù)上述 的擺動指令使焊槍9進(jìn)行擺動，同時更改擺動周期及擺動振幅。
焊接電源控制單元50將來自機(jī)器人軸控制單元30的焊接指令輸出到 焊接電源P。另外，焊接電源P根據(jù)來自焊接電源控制單元50的焊接指 令來更改焊接電流及焊接電壓。 (延遲影響的減小)
參照圖5及圖6說明產(chǎn)生了濾波延遲及機(jī)械延遲等延遲時控制裝置1 降低其影響的情況。圖5的(a)是示出本發(fā)明的電弧焊接機(jī)器人的焊槍 的軌跡的說明圖，圖5的(b)是示出本發(fā)明的電弧焊接機(jī)器人的焊槍的 擺動動作的說明圖。在圖5的(a)中，用箭頭表示時間的行進(jìn)，用實線 表示跟隨擺動指令的焊槍9的位置(指令位置)，用虛線表示實際的焊槍9 的位置(實際位置)，用符號T表示延遲時間。
如圖5的(b)所示，焊槍9 一邊左右擺動一邊在焊接線上移動。在 此，控制裝置1中有時產(chǎn)生在電弧焊接機(jī)器人控制單元40的濾波延遲， 及電弧焊接機(jī)器人控制單元40輸出移動命令及擺動指令后直至實際驅(qū)動 電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M的機(jī)械延遲等延遲。如圖5的(a)所示，發(fā) 生延遲時，焊槍9的實際位置相對于指令位置滯后延遲時間T。而該延遲 時間T是由電弧焊接機(jī)器人2的特性引起的，也可以預(yù)先求出延遲時間T 且儲存于存儲單元20。另外，也可以使擺動動作延遲時間調(diào)節(jié)單元36參 照儲存于存儲單元20的延遲時間T。
此時，控制裝置1以下述形式降低延遲的影響。圖6的(a)是示出本發(fā)明中的電弧焊接機(jī)器人的焊槍的擺動軌跡的說明圖，圖6的(b)是
示出與焊槍的位置相對應(yīng)的焊接電流的指令值的說明圖。在圖6的(a) 中，用箭頭表示時間的行進(jìn)，用實線表示跟隨擺動指令的焊槍9的位置(指 令位置)，用虛線表示實際的焊槍9的位置(實際位置)，用符號T表示延 遲時間。另外，在圖6的(b)中，用實線表示沒有與本發(fā)明的延遲相對 應(yīng)時的焊接電流的指令值，用虛線表示與本發(fā)明的延遲相對應(yīng)時的焊接電 流的指令值，將焊槍9按照擺動指令執(zhí)行1周期擺動的定時和更改焊接電 流的定時的偏差表示為焯接電流的偏差。
在未發(fā)生延遲時，焊槍9的指令位置和焊槍9的實際位置相同(在圖 6的(a)中實線和虛線相重合的狀態(tài))，就是焊槍9實際執(zhí)行1周期擺動 的定時和焊接條件更改單元34將焊接電流的更改指令輸出到焊接電源P 的定時(將擺動1周期結(jié)束信號輸入到焊接條件更改單元34的定時)相 一致。但是，如圖6所示，在發(fā)生了延遲時，焊槍9實際執(zhí)行1周期擺動 的定時和焊接條件更改單元34將焊接電流的更改指令輸出到焊接電源P 的定時有偏差(參照圖6的(a)的焊槍的實際位置和圖6的(b)的沒有 與延遲相對應(yīng)的焊接電流的指令值)。該情況下，在焊槍9實際實施1周 期擺動且經(jīng)過延遲時間T之后，才更改焊接電流(參照圖6的(b)的焊 接電流的偏差)。
因此，擺動動作延遲時間調(diào)節(jié)單元36輸入擺動1周期結(jié)束信號之后 經(jīng)過延遲時間T，使焊接條件更改單元34更改電弧焊接機(jī)器人的焊接條 件。例如，擺動動作延遲時間調(diào)節(jié)單元36預(yù)先將等待信號輸出到焊接條 件更改單元34。接收到該等待信號的焊接條件更改單元34在從擺動動作 延遲時間調(diào)節(jié)單元36接收到延遲時間T信號之前不向焊接電源P輸出焊 接電流的更改指令。然后，擺動動作延遲時間調(diào)節(jié)單元36計算出延遲時 間T，將包含延遲時間T的信號(延遲時間信號)輸出到焊接條件更改單 元34。焊接條件更改單元34接收該延遲時間信號后向焊接電源P輸出焊 接電流的更改指令。這樣，控制裝置1就使得焊槍9實際執(zhí)行1周期擺動 的定時(實際位置)和焊接條件更改單元34將焊接電流的更改指令輸出 到焊接電源P的定時相一致，從而可以降低延遲的影響(參照圖6的(a) 的焊槍的實際位置和圖6的(b)的與延遲相對應(yīng)的焊接電流的指令值)。另外，雖然通過焊接電流與延遲相對應(yīng)的實例進(jìn)行了說明，但控制裝置1
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(控制裝置的動作)
參照圖7說明本實施方式的控制裝置的動作。圖7是示出圖2所示的
控制裝置的動作的流程圖。另外，控制裝置1預(yù)先將焊接條件等儲存在存
儲單元20。
以焊槍9到達(dá)某一示教點(diǎn)為例作下述說明。首先，控制裝置l通過示 教程序執(zhí)行單元31依次執(zhí)行設(shè)定于示教點(diǎn)的命令(步驟S1)，另外，控制 裝置1將通過示教程序執(zhí)行單元31使焊槍9向由示教程序所設(shè)定的下一 個示教點(diǎn)移動的移動命令，經(jīng)由電弧焊接機(jī)器人控制單元40輸出到電弧 焊接機(jī)器人用電動機(jī)M (步驟S2)。
控制裝置1通過焊接條件更改位置計算單元32來判斷是否連讀更改 焊接條件(步驟S3)。若是連續(xù)更改焊接條件，則控制裝置1進(jìn)入步驟S4 的處理(在步驟S3為"Yes")。若是沒有連續(xù)更改焊接條件，則控制裝置 1進(jìn)入步驟S7的處理(在步驟S3為"No")。
當(dāng)在步驟S3為"Yes"時，控制裝置1從存儲單元20獲取設(shè)定于示 教點(diǎn)的焊接條件(步驟S4)。另外，控制裝置1對是否在焊接條件存儲單 元23設(shè)定有悍接條件更改開始位置的焊接條件及焊接條件更改結(jié)束位置 的焊接條件進(jìn)行判斷(步驟S5)。在設(shè)定有焊接條件更改開始位置的焊接 條件及焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件時，控制裝置1進(jìn)入步驟S6的 處理(在步驟S5為"Yes")。若未設(shè)定焊接條件更改開始位置的焊接條件 及焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件，則控制裝置1進(jìn)入步驟S7的處理 (在步驟S5為"No")。
當(dāng)在步驟S5為"Yes"時，控制裝置1通過焊接條件更改位置計算單 元32，從焊接條件更改位置存儲單元22讀出焊接條件更改開始位置及焊 接條件更改結(jié)束位置，通過焊接條件計算單元33，從焊接條件存儲單元 23讀出焊接條件更改幵始位置的悍接條件及焊接條件更改結(jié)束位置的焊 接條件，獲取運(yùn)算用數(shù)據(jù)(步驟S6)。該步驟S6的處理之后，焊槍9開 始向下一個示教點(diǎn)移動。另外，控制裝置1通過焊接條件更改位置計算單 元32計算出示教點(diǎn)間的焊槍9的插值位置，例如通過直線插值、圓弧插值等插值計算計算出每個控制周期焊槍9的插值位置，經(jīng)由電弧焊接機(jī)器
人控制單元40將該插值位置輸出到電弧焊接機(jī)器人用電動機(jī)M (步驟 S7)。
控制裝置1通過示教程序執(zhí)行單元31來判斷焊槍9是否到達(dá)作為目 標(biāo)的示教點(diǎn)(步驟S8)。在焊槍9己經(jīng)到達(dá)示教點(diǎn)時，控制裝置l返回到 步驟Sl的處理(在步驟S8為"Yes")。在焊槍9沒有到達(dá)示教點(diǎn)時，控 制裝置1進(jìn)入步驟S9的處理(在步驟S8為"No")。
當(dāng)在步驟S8為"No"時，控制裝置1通過擺動動作控制單元35來判 斷焊槍9是否執(zhí)行了 1周期擺動(步驟S9)。在此，在焊槍9執(zhí)行了 1周 期擺動時，控制裝置1進(jìn)入步驟S10的處理(在步驟S9為"Yes")。在焊 槍9未執(zhí)行1周期擺動時，控制裝置1返回步驟S7的處理(在步驟S9為 "No")。當(dāng)在步驟S9為"Yes"時，控制裝置1通過焊接條件更改位置計 算單元32來判斷是否對焊接條件進(jìn)行連續(xù)更改(步驟SIO)。在對焊接條 件進(jìn)行連續(xù)更改的情況下，控制裝置1進(jìn)入步驟Sll的處理(在步驟S10 為"Yes")。在對焊接條件沒有進(jìn)行連續(xù)更改的情況下，控制裝置1返回 步驟S7的處理(在步驟S10為"No")。
當(dāng)在步驟S10為"Yes"時，控制裝置1通過焊接條件更改單元34將 行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件中預(yù)先計算出的焊接電流及焊接電壓輸出 到焊接電源P (步驟Sll)。而在產(chǎn)生了延遲的情況下，控制裝置l通過擺 動動作延遲時間調(diào)節(jié)單元36，使焊接條件更改單元34經(jīng)過延遲時間之后 再將焊接電流及焊接電壓輸出到焊接電源P。另外，控制裝置l通過焊接 條件計算單元33，計算出行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件中的作為擺動動作 條件的擺動周期及擺動振幅，且計算出焊接速度(步驟S12)。另外，控制 裝置1通過焊接條件計算單元33，計算出行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件中 的接著執(zhí)行了 1周期擺動時的焊接電流及焊接電壓(步驟S13)。另外，控 制裝置1通過焊接條件更改單元34，將行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件中的 作為擺動動作條件的擺動周期及擺動振幅輸出到擺動動作控制單元35，將 更改后的焊接速度輸出到焊接條件更改位置計算單元32，再計算焊槍9 的動作軌跡后返回步驟S7的處理(步驟S14)。
另外，控制裝置1通過作為上述各單元發(fā)揮功能的程序使一般的計算
17機(jī)進(jìn)行動作。該程序也可以經(jīng)過通信線路配置，也可以寫入CD—ROM及
閃存器等記錄介質(zhì)來配置。另外，在本實施方式中，以將自焊接條件更改 開始位置至焊接條件更改結(jié)束位置的區(qū)間設(shè)為1個區(qū)間為例進(jìn)行了說明，
但也可以將該區(qū)間設(shè)成2個區(qū)間以上。
下面，說明將本發(fā)明的控制裝置應(yīng)用于串聯(lián)式電弧焊接機(jī)器人的實施方式。
在串聯(lián)式電弧焊接機(jī)器人的情況下，相對于前極(先行極)及后極(後
行極)將兩個焊接電源連接于控制裝置1。因此，如圖8所示，相對于兩 個焊接電源(焊接電源1及焊接電源2)分別具有2個焊接電源控制單元 (焊接電源控制單元1及焊接電源控制單元2)。另外，為了區(qū)別兩個電極 而將一個定義為L極，將另一個定義為R極。
在應(yīng)用于串聯(lián)式電弧焊接機(jī)器人時的焊接條件存儲單元23內(nèi)輸入有 例如圖9所示的焊接條件。作為串聯(lián)焊接特有的項目，根據(jù)"串聯(lián)條件" 命令來指示是進(jìn)行串聯(lián)焊接還是進(jìn)行單個焊接。例如，在指定"模式RL" 時，表示R極為前極，L極為后極。還示出在位置P1的焊接開始條件是， 前極的焊接電流為320A、焊接電壓為額定電壓的100%、后極的焊接電流 為220A、焊接電壓為額定電壓的103%、焊接速度為30cm/分鐘、擺動 周期為120次/分鐘、擺動振幅為5mm。另外還示出在位置P2的焊接結(jié) 束條件是，前極的焊接電流為380A、焊接電壓為額定電壓的100%、后極 的焊接電流為280A、焊接電壓為額定電壓的103%、焊接速度為60cm/ 分鐘、擺動周期為180次/分鐘、擺動振幅為5mm。
因此，控制裝置1在自位置P1至位置P2之間，將擺動周期從120次 /分鐘連續(xù)增加至180次/分鐘，將前極的焊接電流自320A連續(xù)增加至 380A，將后極的焊接電流自220A連續(xù)增加至280A，將焊接速度自30cm /分鐘連續(xù)增加至60cm /分鐘。
焊接條件計算單元33中的行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件的計算可與 一個上述電極的情況相同地進(jìn)行。g卩，可以使用式4分別計算前極及后極 的焊接電流及焊接電壓。另外，在圖7的流程圖中，只要在S11的焊接電 流、焊接電壓的更新之處，分別對前極及后極的焊接電流、焊接電壓進(jìn)行 更新，在計算S13的執(zhí)行下一個1周期擺動時的焊接電流及焊接電壓之處，
18分別計算求出執(zhí)行下一個1周期擺動時的前極及后極的焊接電流及焊接電 壓即可。
另外，本發(fā)明的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置在應(yīng)更改的焊接條件中， 也可以只包含焊接電流、焊接電壓或者焊接速度的任意一個。例如，為了 形成所期望的形狀的焊道，本發(fā)明的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置也可以對 焊接電流或者焊接電壓的一方進(jìn)行更改。另外，例如在焊接電流保持恒定 以使焊道變細(xì)的情況下，本發(fā)明的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置也可以提高 焊接速度等，只更改焊接速度。
本發(fā)明的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置在應(yīng)更改的焊接條件中，也可以 包含焊接電流和焊接電壓這兩個、焊接電壓和焊接速度這兩個或者焊接電 流和焊接速度這兩個。例如，本發(fā)明的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置為了使 焊深深度變深也可以提高焊接電流和焊接速度等，對焊接電流和焊接速度 進(jìn)行更改。
權(quán)利要求
1、一種電弧焊接機(jī)器人的控制裝置，其一邊按照規(guī)定的動作模式進(jìn)行擺動一邊焊接工件，其包括存儲單元，其存儲焊接條件更改開始位置、焊接條件更改結(jié)束位置、在所述焊接條件更改開始位置的焊接條件及在所述焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件，在所述焊接條件更改開始位置的焊接條件及在所述焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件包括擺動周期、擺動振幅、以及焊接電流、焊接電壓、焊接速度中的至少一種；擺動動作控制單元，其生成使所述電弧焊接機(jī)器人的焊槍按照所述規(guī)定的動作模式進(jìn)行擺動的擺動指令，并在所述焊槍按照所述擺動指令每執(zhí)行1周期所述規(guī)定動作模式的擺動時，就輸出擺動1周期結(jié)束信號；焊接條件更改位置計算單元，其對所述焊槍自所述焊接條件更改開始位置向所述焊接條件更改結(jié)束位置前進(jìn)的行進(jìn)位置進(jìn)行計算；焊接條件計算單元，其基于在所述焊接開始位置的焊接條件和在所述焊接結(jié)束位置的焊接條件之差，對與自所述焊接條件更改開始位置至所述行進(jìn)位置的距離相對應(yīng)的修正值進(jìn)行計算，將所述修正值與在所述焊接開始位置的焊接條件相加來計算所述行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件；以及焊接條件更改單元，其每輸入所述擺動1周期結(jié)束信號，就基于所述行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件對所述電弧焊接機(jī)器人的焊接條件進(jìn)行更改。
2、 如權(quán)利要求1所述的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置，其中，還具備 擺動動作延遲時間調(diào)節(jié)單元，其基于從向所述焊接條件更改單元輸入所述 擺動1周期結(jié)束信號后直至所述焊槍執(zhí)行1周期所述規(guī)定的動作模式的擺 動為止的延遲時間，在輸入所述擺動1周期結(jié)束信號后經(jīng)過所述延遲時間， 使所述焊接條件更改單元更改所述電弧焊接機(jī)器人的焊接條件。
3、 如權(quán)利要求l所述的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置，其中， 所述電弧焊接機(jī)器人的控制裝置用于在所述焊槍的前端具備前電極及后電極、且具備向所述前電極及所述后電極供電的兩個焊接電源的串聯(lián) 電弧焊接系統(tǒng)，所述存儲單元針對所述前電極及所述后電極分別儲存在所述焊接開 始位置的焊接條件和在所述焊接結(jié)束位置的焊接條件，所述焊接條件計算單元針對所述前電極及所述后電極分別計算所述 行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件。
4、 一種電弧焊接機(jī)器人的控制方法，其一邊按照規(guī)定的動作模式進(jìn) 行擺動一邊對工件進(jìn)行焊接，其包括下述步驟存儲步驟，其將焊接條件更改開始位置、焊接條件更改結(jié)束位置、在 所述焊接條件更改開始位置的焊接條件以及在所述焊接條件更改結(jié)束位 置的焊接條件儲存于存儲單元，其中，在所述焊接條件更改開始位置的焊 接條件及在所述焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件包括擺動周期、擺動振 幅、以及焊接電流、焊接電壓、焊接速度中的至少一種；擺動動作控制步驟，其生成使所述電弧焊接機(jī)器人的焊槍按照所述規(guī) 定的動作模式進(jìn)行擺動的擺動指令，并在所述焊槍按照所述擺動指令每執(zhí) 行1周期所述規(guī)定動作模式的擺動時，就輸出擺動1周期結(jié)束信號；焊接條件更改位置計算步驟，其對所述焊槍自所述焊接條件更改開始 位置向所述焊接條件更改結(jié)束位置前進(jìn)的行進(jìn)位置進(jìn)行計算；焊接條件計算步驟，其基于在所述焊接條件更改開始位置的焊接條件 和在所述焊接條件更改結(jié)束位置的焊接條件之差，對與自所述焊接條件更 改開始位置至所述行進(jìn)位置的距離相對應(yīng)的修正值進(jìn)行計算，將所述修正 值與在所述焊接條件更改開始位置的焊接條件相加來計算所述行進(jìn)位置 的更改預(yù)定焊接條件；以及焊接條件更改步驟，其每輸入所述擺動1周期結(jié)束信號，就基于所述 行進(jìn)位置的更改預(yù)定焊接條件對所述電弧焊接機(jī)器人的焊接條件進(jìn)行更 改。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電弧焊接機(jī)器人的控制裝置及其方法，本發(fā)明的電弧焊接機(jī)器人的控制裝置具備存儲單元；控制裝置；焊接條件更改位置計算單元；擺動動作控制單元，焊槍每執(zhí)行1周期規(guī)定的動作模式的擺動就輸出擺動1周期結(jié)束信號；焊接條件計算單元，其對更改預(yù)定焊接條件進(jìn)行計算；焊接條件更改單元，每輸入擺動1周期結(jié)束信號就根據(jù)更改預(yù)定焊接條件對電弧焊接機(jī)器人的焊接條件進(jìn)行更改。通過這樣的構(gòu)成，即使是在焊接機(jī)器人進(jìn)行擺動時，也可以進(jìn)行連續(xù)的焊接條件的更改和高精度的電弧仿形。
文檔編號G05B19/4093GK101422837SQ20081017100
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者淺井明彥, 重吉正之 申請人:株式會社神戶制鋼所