专利名称：焊接系统及自耗电极式焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种控制由电机驱动的焊接机械手的位置的控制方法。
背景技术：
近来，在焊接工业中，不断努力提高生产率。具体地，减少小问题造成的生产线的短时停止以及缩短生产节拍时间的需求比以前更大。
许多因素被认为是造成生产线停止的原因。最大的原因是由于起弧较差造成的。
因此，在常规的自耗电极式焊接过程的起弧中，当从外部输入开始信号时，驱动机械手操纵器将焊炬移动到已知的焊接起始位置处。之后，在停止焊丝进给的状态下，由机械手操纵器在近似焊丝的进给方向上移动焊炬，并且焊丝的前端被逐渐带到工件附近。当判断出焊丝前端已与工件接触时，由焊接电源单元施加具有预设小电流值的初始电流。同时，焊炬在与焊丝进给方向相反的方向上移动，以进行焊丝前端远离工件的回退操作。当焊丝通过回退操作与工件分离时，产生初始电流所连接的电弧。在保持初始电弧产生的状态下，继续回退移动，从而使焊炬返回到焊接开始位置。此后，回退移动切换为在已知的焊接方向上的移动，同时开始焊丝进给并施加稳定的焊接电流，由此初始电弧产生状态变为稳定电弧产生状态(参考例如专利文献1)。
图4是具有采用上述自耗电极式焊接过程的机械手的焊接系统的总体示意框图。
在图4中，通过焊丝进给电机103，在焊炬104的方向上从绕线盘102中抽出用作自耗电极的焊丝101。
焊接电源单元105通过焊炬104和焊接芯片106在焊丝101与用作工件的基材107之间施加焊接电流I和焊接电压V，从而生成电弧108并控制焊丝进给电机103。
机械手操纵器109握持焊炬104，将焊炬104放置于焊接开始位置(未示出)，并沿焊接线(未示出)移动焊炬104。
机械手控制器110与焊接电源单元105进行双向通讯S，并传递焊接条件(例如焊接电流I和焊接电压V)以及焊接开始和结束指令，从而控制机械手操纵器109。
将参照图5的时间图描述在如上所述构造的焊接系统中的自耗电极式焊接过程。
在图5中，纵轴表示每种条件，即，焊炬移动速度TV，焊丝进给速度WF，短路判断信号A/S，焊接电流I以及焊接电压V；横轴表示时间。焊接开始信号从机械手控制器110传输到焊接电源单元105的时间点由TS0′表示，下文将描述TS0′之后的TS1′到TS5′。
首先，机械手控制器110将焊接开始信号传送到焊接电源单元105，致动机械手操纵器109，并使焊炬104朝基材107加速。当焊炬104的速度达到初始焊炬速度TV0时，停止机械手操纵器109的加速，使得焊炬104以等速继续下降。
进一步地，在从机械手控制器110接收到焊接开始信号时，焊接电源单元105在焊丝101与基材107之间施加无负载电压V0。
当焊丝101与基材107在时刻TS1′互相接触时，从设置在焊接电源单元105内的短路判断单元(未示出)输出短路判断信号A/S。
当该短路判断信号A/S通过双向通讯S传输到机械手控制器110时，机械手控制器110减速并立即停止机械手操纵器109。在时刻TS2′，机械手操纵器109的操作，即焊炬104的速度变为零。
之后，机械手控制器110立即反向机械手操纵器109的操作，由此焊炬104开始在从基材107分离的方向上操作以拉起焊炬104。
时刻TS1′与时刻TS3′之间的间隔是初始短路周期。从TS1′到机械手操纵器109减速并且焊炬104的速度变为零的时刻TS2′期间，机械手操纵器109将焊丝101压向基材107。从时刻TS2′起，机械手操纵器109的操作反向，使得焊丝101的按压量逐步降低，并在时刻TS3′点解除短路。
当由表示焊炬104的速度的线TV形成并表示焊丝101的拉起量的三角形cde的面积大于表示焊丝101的按压量的三角形abc的面积的时刻为解除该短路的时刻TS3′。
进一步地，当在时刻TS1′出现初始短路时，焊接电源单元105将焊接电流I控制在焊接电流I1′。预设时间后，焊接电源单元105将焊接电流I1′增加到电流I2′，并等待短路解除。
在该初始短路期间在第一阶段将焊接电流控制在设置得比较低的I1′的原因是防止因初始短路而被焊丝101的前端部分的焦耳热融化的焊丝101在产生电弧的同时发散而飞溅。
进一步地，将电流I1′变到电流I2′的原因是为了在时刻TS3′的短路解除时刻给予足够能量以产生电弧。
在时刻TS3′产生电弧时，焊接电源单元105启动焊丝进给电机103并朝基材107加速焊丝101。继续加速直到焊丝101的速度达到用于正常焊接的焊丝速度。在焊丝101的速度达到用于正常焊接的焊丝速度后，继续等速进给焊丝101。
进一步地，在与焊丝进给电机103的启动同步的一段固定时间中，焊接电源单元105将电弧电流I控制在电弧初始电流I3′，之后将电弧电流I控制在第二初始电流I4。之后，焊接电源单元105将电弧电流I控制在正常焊接输出(未示出)。
专利文献1JP-A-2002-205169但是，常规的自耗电极式焊接过程要求机械手操纵器109的逆操作。即，当判断焊丝101的前端已与基材107接触时，开始对向前移动的机械手操纵器109进行减速。一旦减速停止之后，机械手操纵器109反向并在回退方向上加速。因此，需要有机械手操纵器109的响应时间和加速减速时间。
通常由电机通过减速齿轮驱动机械手操纵器109。因此，当机械手操纵器109的速度在时刻TS2′反向时，由于减速齿轮的齿隙(啮合齿隙)、弹簧组件、摩擦不连续等因素而产生振动。
因此，焊丝101会因上述振动而被过度压向基材107，从而焊丝101有可能会弯曲。
进一步地，如果机械手操纵器109的响应性差，并且在焊炬104的速度指令(velocity command)与其实际速度之间产生延迟时，从时刻TS1′检测到短路到时刻TS2′速度减小并反向的时间被延长。因此，焊丝101会被过度压向基材107，因而焊丝101有可能会弯曲。
这里，机械手操纵器109的响应性由在机械手控制器110内构成的位置控制回路确定。图6示出该位置控制回路的组成。
图6中，当在所需轨迹上操作焊炬104时，组成机械手操纵器109的每个轴的电机位置的轨迹通过逆动力学计算得到，其速度分量作为速度回路指令(velocity loop command)TVC 201输入到控制回路中。
将速度分量而不是位置分量输入到控制回路中的原因是位置分量要求包括机械手所有操作范围的非常多的数位，因而增加了数据处理负担。
焊炬位置指令TPC 203由积分元件202通过积分该速度回路指令TVC201而获得。
如果预知机械手操纵器109的轨迹，则通常会指定开始点和结束点的位置。需要位置回路216的原因是只利用速度回路218不能实现精确定位。
因此，在通常的反馈控制(以下由FB控制表示)中，焊炬位置指令TPC203和从用于电机214的旋转位置传感器215输出的焊炬位置反馈(以下由FB表示)信号TPF 204之间的差乘以位置回路增益KPP 205，从而产生速度回路指令TVCA 200，并将速度回路指令TVCA 200输入到速度控制回路218。
TVCA＝KPP×(TPC-TPF)速度控制块218利用速度回路指令TVCA 200与焊炬速度FB信号TVF208之间的差产生电流指令TCC 212，其中，所述焊炬速度FB信号TVF 208通过微分焊炬位置FB信号TPF 204，速度回路比例增益KPS 209，积分元件210和速度回路积分增益211而获得。已接收该电流指令TCC 212的电流放大器213将实际电流施加到电机214，从而驱动操纵器109。
在这种状态下，通常，通过该位置回路216计算得到的速度回路指令TVCA 200成为与作为电机位置指令TPC 203的速度分量的焊炬速度指令TVC 201存在相位延迟的信号。这一点是焊炬速度FB信号TVF 208不能充分跟踪焊炬速度指令TVC 201并发生相位延迟的主要原因。图7(a)示出该相延迟。
图7(a)示出焊炬速度指令TVC 201的例子，其中以大致梯形的形状给出加速、等速、减速。焊炬速度FB信号TVF 208不能充分跟踪焊炬速度指令TVC 201，焊炬速度FB信号TVF 208的相延迟，并且最大速度比方面的最大误差为35.3％。
因此，作为通常用于提高机械手操纵器109的响应性的方法，使用一种增加如图9所示的前馈控制(以下用FF控制表示)的方法。
在图9中，FF控制块217加到图6的控制块中的位置控制回路216，从而使得速度回路指令进入TVCB 206内。FF控制块217将焊炬速度指令TVC201乘以速度FF增益KFF 219并将其计算结果加到由数值表达式1获得的速度回路指令TVCA 200中。
TVCB＝TVCA+KFF×TVC已知通过将数值表达式2计算的TVCB 206作为速度指令输入到速度控制回路218，如后所述的速度跟随(follow-up)性能提高。
速度FF增益KFF 219的范围如以下数值表达式3所示。
0≤KFF≤1.0图9中，如果KFF＝0，图9中的控制指令等于图6中的控制指令。
随着速度FF增益KFF 219增加，即随着速度FF增益KFF 219更接近于1，速度跟随性能更加提高，但超调增加。图7(b)和7(c)示出该关系。
在图7(b)中，KFF＝0.5；而在图7(c)中，KFF＝1.0。作为焊炬速度指令TVC 201，在图7(b)和7(c)中给出与图7(a)中相同的波形。
在机械手操纵器109的正常操作中，焊炬速度指令TVC 201的波形通过机械手操纵器109的负载参数，电机214的最大旋转数，以及最大力矩来预设。通常，对跟随延迟的校正不是实时进行的。
在图8(a)到8(c)中，图7(a)到7(c)中纵轴表示出的焊炬速度变为焊炬位置，其中端部位置被当作100％。这里，可以发现类似于速度的情况，当速度FF增益KFF 219增加并更接近1时，位置的超调增加。
位置超调的增加导致以下问题。
完成焊接后，通常，机械手操纵器109移动到不阻止取出已完成焊接的基材107并放入新的基材107的回退位置，放入新的基材107，之后将焊炬104移动到时刻TS0′的位置，所述时刻TS0′是焊炬104开始接近基材107的焊接开始点。在这种情况中，优选地，焊丝101停止焊丝101的前端以便不会在基材107侧发生超调。如果焊丝101的前端超调，则它在不应该的时刻与基材7接触，从而可能使焊丝101弯曲并产生飞溅。
即，发现考虑到从回退位置到焊接开始点TS0′的移动，为了防止焊丝101的前端与基材7接触，与基材107侧超调相关的速度FF增益KFF 219不能太大。
另一方面，在图5所示的常规起弧过程从TS0′到TS2′的时间间隔中，如后所述，不能事先预知在焊丝101与基材107接触的TS1′时刻的减速位置。
即，由于焊丝101从焊炬104的突起量以及由于基材107的形状误差，短路位置不固定。之后，通过短路判断信号A/S检测到短路后，进行减速。
但是，为给予简要描述，假设焊丝101的突起量和基材107的形状没有误差，给出以下描述。
图10(a)示出常规起弧进程中，速度FB信号TVF 208在TSO′和TS2′之间没有跟随延迟并且完全跟随焊炬速度指令TVC 201的示例。在图10(b)中，纵轴绘出位置分量。
在图10(a)和10(b)中，在时刻TS1′＝(0.4)，焊炬接触到基材107，检测到短路，并开始对焊炬减速。在时刻TS2′＝(0.6)，焊炬停止。
在图10(b)的纵轴中，到时刻TS2′的移动量设为100％，在出现短路的时刻TS1′，移动量为75％。
但是，实际上，如图7(a)到7(c)所示，在速度FB信号TVF 208产生与焊炬速度指令TVC 201相关的跟随延迟。因此，速度FB信号TVF 208短路的时刻，即，图10(b)的移动量达到75％的时刻TS1′被延迟。
图11(a)示出KFF＝0时速度FB信号TVF 208和焊炬速度指令TVC 201之间的关系。
在图11(a)中，焊炬速度指令TVC 201加速到时刻0.2，之后以恒定速度输出。此时，因跟随延迟而造成的误差存储在速度FB信号TVF 208内，并且即使在焊炬速度指令TVC 201达到短路位置的时刻0.4，速度FB信号TVF208也未达到短路位置。由于未产生短路，焊炬速度指令TVC 201不减速而保持恒定。之后，在时刻0.47(如TS1′所示)，速度FB信号TVF 208最后实现短路位置，焊炬速度指令TVC 201转为减速并减速到零。
但是，之后，还是产生跟随延迟，并且焊炬下降直到速度FB信号TVF208减速到零。
图12(a)由在图11(a)的纵轴上绘制焊炬位置而得。在图12(a)的纵轴上，在示出无跟随延迟情况的图10(b)中时刻TS2′的移动量被设为100％。
在图12(a)中，用于焊炬位置指令TPC 203的位置FB信号TPF 204的超调较小。但是，由于跟随延迟造成的短路时刻TS1′的延迟，时刻TS2′的移动量比图10(b)中的移动量大17.6％。即，下降的移动量变大，焊丝101过度挤入基材107内。因此，造成焊丝101可能会弯曲。
图11(c)和图12(c)示出KFF＝1.0的波形。
在图11(c)中，速度超调为13.3％，大于KFF＝0时的速度超调。但是，跟随延迟更小，并且最大误差降低到13.3％。
图12(c)由在图11(a)的纵轴绘制焊炬位置而得。在图12(c)的纵轴上，在示出无跟随延迟情况的图10(b)中的时刻TS2′的移动量被设为100％。
在图12(c)中，用于焊炬位置指令TPC 203的位置FB信号TPF 204的超调大于KFF＝0时的超调。但是，由于伺服误差更小，短路时刻TS1′几乎不被延迟。对应图10(b)中移动量(100％)的时刻TS2′的移动量的超调下降到3.1％。
由以上结果可知在常规起弧进程中的TS0′到TS2′之间，由于在TS1′检测到短路后开始减速，若即使速度超调大跟随延迟却较小，也即，若KFF设置为1.0，可使得TS1′的短路检测后的移动量更小，并减少弯曲焊丝101的可能性。
但是，如果KFF＝1，为了获得从焊接开始点的TS0′时刻起所需的速度跟随性能，则增加从回收位置到焊接开始点TS0′的移动操作中的超调量。因此，焊丝101的前端在不应该的时刻与基材107接触，可能引起焊丝101弯曲并产生飞溅。因此，难以调整FF增益KFF以同时满足速度跟随性能和超调抑制要求。
如上所述，在常规方法中，由于方向反向时刻的振动以及跟随延迟，焊丝101可能被过度压向基材107。因此，TS0′和TS4′之间的焊炬加速和减速必须降低，使得起弧工序中的无效时间可能较长。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种自耗电极式焊接过程，可减少常规的自耗电极式焊接过程已包括的起弧工序中的无效时间，且不产生焊丝的弯曲或飞溅。
为了实现以上目的，本发明的焊接系统包括将焊丝进给到焊炬的焊丝进给单元；保持所述焊炬并移动焊炬的致动器；具有位置控制系统并驱动控制所述致动器的控制器；以及在工件与焊丝之间施加焊接输出的焊接电源单元。这里，所述焊炬由所述致动器在与所述工件分离的方向上移动，从而控制所述焊丝对所述工件的速度。除所述位置控制系统外，所述控制器包括，在所述焊炬与所述工件分离的方向上移动所述致动器的专用分离控制系统。
进一步地，本发明的自耗电极式焊接过程，采用具有如下部件的焊接系统将焊丝进给到焊炬的焊丝进给单元；保持所述焊炬并移动焊炬的致动器；具有位置控制系统并驱动控制所述致动器的控制器；以及在工件与焊丝之间施加焊接输出的焊接电源单元，在焊接过程中，供应焊丝同时通过所述致动器在与所述工件分离的方向上移动所述焊炬，从而控制所述焊丝对所述工件的速度。这里，所述过程的特性在于，除所述位置控制系统外，所述控制器还包括，在所述焊炬与所述工件分离的方向上移动所述致动器的专用分离控制系统。
根据该过程，在焊接开始时间，通过致动器分离焊炬的单方向操作，可控制焊丝对工件的速度。因此，不会产生因焊炬速度反向而造成的振动。进一步地，移动焊炬的致动器的速度跟随性能通过专用分离控制系统得以提高，因此可相对常规过程减少响应时间和加速减速时间。另外，专用分离控制系统不在正常的定位中执行，从而防止产生因分离控制系统而造成的超调。
如上所述，本发明中，在焊接开始时间焊炬由通过专用分离控制系统控制的致动器在与工件分离的方向上移动。因此，可减少常规的自耗电极式焊接过程已包括的起弧工序中的无效时间，从而减少生产节拍时间，或防止焊丝在焊接开始端部弯曲或产生飞溅，因而有效减少所谓“最小停工期(minordowntimes)”。
图1是示出本发明的实施例中的位置控制回路的框图。
图2是用在本发明的该实施例中的焊接系统的示意框图。
图3是本发明的该实施例中的起弧时间的时间图。
图4是用在现有技术中的焊接系统的示意框图。
图5是在现有技术中的起弧时间中的时间图。
图6是示出现有技术中的位置控制回路的框图。
图7(a)是示出正常操作中前馈增益为零时，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图。
图7(b)是示出正常操作中前馈增益为0.5时，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图。
图7(c)是示出正常操作中前馈增益为1时，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图。
图8(a)是示出正常操作中前馈增益为零时，焊炬位置指令与反馈之间的关系的曲线图。
图8(b)是示出正常操作中前馈增益为0.5时，焊炬位置指令与反馈之间的关系的曲线图。
图8(c)是示出正常操作中前馈增益为1时，焊炬位置指令与反馈之间的关系的曲线图。
图9是示出现有技术中的位置控制回路的框图，对其添加前馈控制。
图10(a)是示出在焊炬拉起操作中没有跟随延迟的情况下，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图，其中所述关系由时间和焊炬速度表示。
图10(b)是示出在焊炬拉起操作中没有跟随延迟的情况下，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图，其中所述关系由时间和焊炬位置表示。
图11(a)是示出焊炬拉起操作中前馈增益为零时，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图，其中所述关系由时间和焊炬速度表示。
图11(b)是示出焊炬拉起操作中前馈增益为0.5时，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图，其中所述关系由时间和焊炬速度表示。
图11(c)是示出焊炬拉起操作中前馈增益为1时，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图，其中所述关系由时间和焊炬速度表示。
图12(a)是示出焊炬拉起操作中前馈增益为零时，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图，其中所述关系由时间和焊炬位置表示。
图12(b)是示出焊炬拉起操作中前馈增益为0.5时，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图，其中所述关系由时间和焊炬位置表示。
图12(c)是示出焊炬拉起操作中前馈增益为1时，焊炬速度指令与反馈之间的关系的曲线图，其中所述关系由时间和焊炬位置表示。
图13是示出本发明的实施例中的碰撞检测方法的框图。
图14是示出现有技术中的碰撞检测方法(动力学计算方法)的框图。
图15是示出机械手的减速齿轮中的弹簧组件的示意框图。
图16是其中机械手的减速齿轮中的弹簧组件被模型化的框图。
图17是示出现有技术的实施例中的碰撞判断的波形图。
图18是示出现有技术中的碰撞检测方法(扰动观测器方法)的框图。
图19示出机械手减速齿轮(谐波减速齿轮)的弹簧常数的图。
图20是示出本发明的实施例中的碰撞判断的波形图。
图21是示出本发明的实施例中的碰撞判断的波形图。
参考标号说明1焊丝；3焊丝进给电机；4焊炬；5焊接电源单元；7基材；8电弧；9机械手操纵器；10机械手控制器；200速度回路指令TVCA；201焊炬速度指令TVC；202积分元件；203焊炬位置指令TPC；204导数元件；205位置回路增益KPP；206速度回路指令TVCB；207导数元件；208焊炬速度FB信号TVF；209速度回路比例增益KPS；210积分元件；211速度回路积分增益KIS；212电流指令TCC；213电流放大器；214电机；215旋转位置传感器；216位置控制回路；217FF控制块；218速度回路；219速度FF增益KFF；220速度FF增益KFFA；221速度FF增益KFFB；222焊炬拉起速度指令TUVC；223正常操作速度指令TNVC；224焊炬分离控制块。
具体实施例方式
实施例1以下将参照图1到3以及图7和8描述本发明的一个实施例。
参照图2和3，将描述本实施例中的焊接系统的构造和起弧过程。接下来参照图1、7和8，将描述本实施例中的机械手控制器10的位置控制回路。
图2是示出本实施例中的焊接系统的概要结构图。通过焊丝进给电机3，从绕线盘2在焊炬4的方向上供应用作自耗电极的焊丝1。
焊接电源单元5通过焊炬4和焊接芯片6在焊丝1与用作工件的基材7之间施加预设焊接电流I和焊接电压V，从而生成电弧8，并控制焊丝进给电机3进行焊接。
持有焊炬4的机械手操纵器9将焊炬4放在焊接开始位置(未示出)中，并沿焊接线(未示出)移动焊炬4。
机械手控制器10与焊接电源单元5进行双向通讯S，并传送焊接条件(例如焊接电流I和焊接电压V)以及焊接开始或结束指令，从而控制机械手控制器9。
图3中，纵轴表示每种条件焊炬4的移动速度TV，焊丝1的进给速度WF，短路判断信号A/S，焊接电流I以及焊接电压V；横轴表示时间。焊接开始信号被从机械手控制器10传输到焊接电源单元5的时刻T由TS0表示，而TS0之后的TS1到TS5表示以下描述的时刻。进一步地，TS1表示焊丝1与基材7接触的时刻，TS2表示所施加的将焊丝1压在基材7上的功率变为零的时刻，即，焊炬4的拉起速度与焊丝1的进给速度互相匹配的时刻，TS3表示焊丝1与基材7之间的短路被解除的时刻，TS4表示焊炬4的高度达到预设水平并且完成焊炬4的拉起的时刻，以及TS5表示焊丝的速度WF达到预设速度的时刻。
图3中，在本实施例中，当焊接开始信号被从机械手控制器10传送到焊接电源单元5时(TS0)，焊接电源单元5在焊丝1与基材7之间施加无负载电压V0，并致动焊丝进给电机3从而朝基材7加速焊丝1。
当焊丝1的进给速度达到初始速度W0时，停止焊丝进给电机3的加速，并以等速继续进给焊丝。
在时刻TS1，当焊丝1与基材7互相接触时，从在焊接电源单元5内设置的短路判断单元(未示出)中输出短路判断信号A/S。
该短路判断信号A/S通过双向通讯S传送到机械手控制器10，机械手控制器10立即使机械手操纵器9开始在焊炬4几乎从基材7分离的方向上操作，从而进行焊炬4的拉起操作。
时刻TS1与时刻TS3之间的间隔是初始短路周期。在该周期，以初始焊丝速度W0继续焊丝1的进给，而机械手操纵器9则继续焊炬4的拉起操作。因此，焊丝1的前端部分的速度达到焊丝速度WF与焊炬速度TV的合成速度，如图3中虚线所示。
因此，从时刻TS1起，到图3中虚线所示合成速度达到零时的TS2时刻，焊丝1的前端被压在基材7上。但是，从时刻TS2起，合成速度变为负速度，使得压量减少，在时刻TS3时立刻解除短路。在时刻TS3，表示焊丝1的拉起量的三角形hji的面积大于表示焊丝1的按压量的三角形fgh的面积。
进一步地，当在时刻TS1′产生初始短路时，焊接电源单元5将焊接电流I控制于焊接电流I1。预设时间后，焊接电源单元5将焊接电流I1′增大到电流I2′，并等待短路解除。
在该初始短路期间的第一阶段将焊接电流I控制在设置得比较低的I1的原因是防止因初始短路而被焊丝1的前端部分的焦耳热融化的焊丝1在产生电弧的同时发散而飞溅。
进一步地，将电流I1′变为电流I2′的原因是为了在时刻TS3′的短路解除时刻给予足以产生电弧的能量。
在时刻TS1短路检测后的焊炬4拉起操作中，如果焊炬4的速度TV产生跟随延迟，并且花费额外的时间使焊炬4的拉起速度TV超过焊丝1的速度WF，即，花费额外的时间使合成速度变为负速度，在该时间继续进给焊丝1会使得焊丝1的按压量过度，并且有可能焊丝1弯曲。
进一步地，如上所述，现有技术中TS1的短路检测时刻不能事先预知，并且TS1′时的减速位置也事先不知道。因此，不可能预料跟随延迟而提前进行拉起操作。
因此，为了减少焊丝1的按压量，必须减少焊炬速度TV的跟随延迟。进一步地，在本实施例的焊接过程中，从时刻TS0的位置起的焊炬4的操作方向仅在与基材7分离的方向上，这与参照图5所述常规例子中焊炬104从时刻TS0′的位置起还移动到基材107侧不同。因此，无需顾虑常规例子中速度方向变化而导致的振动所造成的弯曲。
另外，优选地，焊炬4速度与焊丝1速度的合成速度为常数。因此，有利于调整速度跟随误差使其最小化。
另一方面，考虑机械手操纵器9的正常操作和定位，在时刻TS0位于收回位置以供应基材7的焊炬4在焊接开始位置通过由机械手控制器10驱动机械手操纵器9而移动。
此时，优选在没有超调基材7侧的情况下停止焊丝1的前端。这是因为担心焊丝1前端的超调会导致在不应该的时间点焊丝1的前端与基材7接触。
接下来，将描述本实施例中在机械手控制器10内构造的位置控制回路。
图1是示出在机械手控制器10内构造的位置控制回路的框图。图1中，与图6和9相同的元件由相同的参考标号表示。
图1所示位置控制回路通过向参照图9所述的常规例子的位置控制回路增加用于提高起弧时间内仅焊炬拉起操作的响应性的焊炬分离控制块224而构成。
另外，在图1中，速度指令包括与从图3中焊接开始时间的时刻TS1到时刻TS4的焊炬拉起操作相关的焊炬拉起速度指令TUVC 222，以及与焊炬拉起操作以外的正常操作相关的正常操作速度指令TNVC 223。
该焊炬分离控制块224基于焊炬拉起速度指令TUVC 222进行FF(前馈)控制，以提高焊接开始时在与基材7分离的方向上移动焊炬4的操作的响应性。在机械手控制器10进行焊接开始时在与基材7分离的方向上移动焊炬4的控制时，输出该焊炬拉起速度指令TUVC 222，而不在正常操作中输出。
将描述图1的控制回路中从位置控制回路216输出到速度回路218的速度回路指令TVCB 206。将乘以速度FE增益KFFB 221的焊炬拉起速度指令TUVC 222加到乘以速度FF增益KFFA 220的正常操作速度指令TNVC 223，所加得的结果加到由数值表达式1计算的速度回路指令TCVA 200，由此获得速度回路指令TVCB 206。该TVCB由以下数值表达式表示(数值表达式4)。
TVCB＝TVCA+KFFA×TNVC+KFFB×TUVC这里，速度FF增益KFFA和KFFB的各自范围如下0≤KFFA≤1.00≤KFFB≤1.0接下来，将描述输出到位置控制回路216的位置指令TPC 203。焊炬位置指令TPC 203由对焊炬拉起速度指令TUVC 222与正常操作速度指令TNVC 223之和进行积分而得。该位置指令TPC由以下数值表达式表示(数值表达式5)[数值表达式5]TPC＝∫(TNVC+TUVC)dt另外，当KFFA＝KFFB＝0时，图1中的控制指令与图6所示控制回路中的一样，类似不包括FF的常规例子。
如前所述，优选通过在超调允许值范围内提高FF增益而提高在TS0之前和TS4之后的正常操作中的拉起性能。
如果正常操作速度指令TNVC 223所乘的速度FF增益KFFA 220设置为例如0.5，获得如图7(b)和8(b)所示的拉起特性。这里，由于位置超调不大于1％，拉起特性提高，且最大位置误差减少到9.2％。
另一方面，对于从图3所示焊接开始的时刻TS1开始到时刻TS4为止的焊炬拉起操作，必须降低焊炬速度TV的拉起延迟并最小化速度跟随误差。因此，如果焊炬拉起速度指令TUVC 222所乘的速度FF增益KFFB设置为例如1.0，获得如图7(c)和8(c)所示的拉起特性。因此，速度上的跟随延迟和最大误差可被最小化。
如上所述，在机械手控制器10的位置控制回路中，提供图1所示的焊炬分离控制块224，焊炬拉起速度指令TUVC 222与正常操作速度指令TNVC223被分别输入，焊炬拉起速度指令TUVC 222只在机械手控制器10进行从基材7分离的方向上移动焊炬4这样的控制时输出，却不在正常操作时间中输出。因此，可通过焊炬分离控制块224在焊接开始时间提高焊炬4移动中的速度跟随性能，从而可减少电弧发生工序中的无效时间，并可防止焊丝1弯曲并产生飞溅。
另外，由于焊炬拉起速度指令TUVC 222不在正常操作时间中输出，所以在正常操作时间中不产生焊炬分离控制块224的超调，从而可正常操作。
即，通过构造图1所示的位置控制回路，可适当地调整在从焊接开始的TS1到TS4为止的焊炬拉起操作中以及焊炬拉起操作以外的正常操作中的速度跟随特性。
在本实施例的控制过程中，如上所述，焊炬4从焊接开始的时刻TS0的位置起移动的方向仅在与基材7分离的方向。因此，无需顾虑如常规例子那样，焊炬4的速度方向反向而产生的焊炬4的振动以及焊丝1弯曲。
另外，如果，在焊接方向上移动焊炬4的同时执行起弧，则同时进行焊接方向操作和焊炬拉起操作。在这种情况中，速度指令分为与从图3所示焊接开始的时刻TS1到时刻TS4为止的焊炬拉起操作相关的焊炬拉起速度指令TUVC 222，以及在焊炬拉起操作以外的正常操作中的正常操作速度指令TNVC 223。因此，焊接方向操作和焊炬拉起操作中的速度拉起特性可分别得到最合适的调整。另外，在焊炬拉起速度指令TUVC 222与正常操作速度指令TNVC 223不独立而是一个速度指令改变FF增益的系统中，难以适当改变FF增益，并且难以于在焊接方向上移动焊炬的同时执行起弧操作。
优选地，本发明的焊接系统中的焊接机械手采用如下所述的碰撞检测方法。
近来，为了提高碰撞时刻的安全性以及防止在该时刻中的故障损失，机械手要求碰撞检测的高准确性。但是，采用高准确性的碰撞传感器导致成本增加，并导致该传感器作为加重负载移动，与机械手的高速操作及节约能量的要求矛盾。因此，要求高准确性且无传感器的碰撞检测。
作为在没有传感器的情况下获得碰撞功率的方法之一，有一种通过从减速齿轮输出力矩减去机械手的动力矩而获得碰撞功率的方法，其中所述机械手的动力矩由机械手的逆动力学计算而获得，减速齿轮输出力矩由从电机驱动电流所产生的力矩中减去电机和减速齿轮的惯性和摩擦损耗力矩而获得(下文中称为动力学计算方法。参照非专利文献1)；以及一种通过扰动估计观测器获得碰撞功率的方法(此后，称之为扰动估计观测器(disturbanceestimation observer)方法)。
图14是该动力学计算方法的控制框图。
在图14中，参考标号6是位置控制块，基于对位置指令的速度分量dθcom1积分得到的位置指令θcom3与对电机速度反馈 2积分得到的电机位置反馈θm4之间的差值产生速度回路指令 7。
图14中的参考标号10是速度控制块，基于速度回路指令 7和电机速度反馈 2之间的差值产生电机电流指令Im11。
图14中的参考标号18是示出电机和外力的程序块，参考符号τm13是电机产生力矩。假设减速齿轮是刚体，电机产生力矩τm13从电机驱动侧看由以下所述的数值表达式6中的数值表达式6-1表示，而从负载侧看则由数值表达式6-2表示。
τm＝Kt×Im (数值表达式1-1) (数值表达式1-2)在数值表达式1-1和数值表达式1-2中，参考符号如下所示Kt12电机转矩常数；Im11电机电流；αm电机角加速度( 的微分值)； 2电机角速度；Jm电机惯量(电机+减速齿轮一级侧)；D粘滞摩擦系数；τμ15动摩擦力矩；τdyn14动力矩(重力矩，惯性力，离心力与科氏力之和)；τdis16碰撞力矩。
进一步地，以上所示动摩擦力矩τμ15可由以下数值表达式7计算。
τμ＝Kμ×sgn其中Kμ是动摩擦系数的大小，而sgn=1(ωm>0)0(ωm=0)-1(ωm<0)---(5)]]>另外，数值表达式6-2右边的碰撞力矩τdis可由在数值表达式6-1和数值表达式6-2的基础上修改的以下数值表达式8获得。
在以上数值表达式8中， 是由电机输出到减速齿轮的扭矩，而τdyn则是动力矩。
在图14中，参考标号30表示作为碰撞力矩估计块的数值表达式8。
在碰撞力矩估计块30中，τdyno29可通过利用组成机械手的所有轴的电机速度反馈以及机械手的机械参数在动力矩计算块26中执行逆动力学计算而得。碰撞力矩估计块30通过利用该动力矩估计值τdyno29获得碰撞力矩估计值τdiso28，并将该碰撞力矩估计值τdiso28输出到碰撞判断块31。
碰撞判断块31通过预设的碰撞检测阈值τth，根据以下数值表达式9检测碰撞。
|τdiso|＞τth上述常规动力学计算方法预设减速齿轮是刚体。
但是减速齿轮实际上包括一弹簧组件，并且可由该弹簧组件产生振动。
图15是机械手内的电机和减速齿轮的模型化图。这里，电机72、减速齿轮73和轴承74固定到用作电机联接基座的臂(71)，并且驱动用作耦接到减速齿轮二级侧77的旋转部分的负载的臂2(79)。
减速齿轮一级侧76通过电机转轴80耦接于电机内的转子，并以电机旋转速度 2旋转。减速齿轮73以预设的减速比Rg将电机旋转速度 2减速到负载转动速 41。
这里，减速齿轮的减速比Rg由以下数值表达式10表示。
但是，由于减速齿轮73包括在减速齿轮一级侧76与减速齿轮二级侧77之间的弹簧组件，只有弹簧的伸缩为常数的稳定状态才能满足数值表达式10。
在图16中，图15所示模型由框图表示，该弹簧组件的弹簧常数设为KS。
图16中，参考符号Im11是用于驱动电机72的电机电流指令，Kt12是电机72的转矩常数，1/Rg 42、43是减速比的倒数，参考标号44是电机传递函数，45是负载传递函数，KS46是减速齿轮73的弹簧常数，θs47是减速齿轮一级侧76与减速齿轮二级侧77之间产生的扭角，48是积分。
参考符号τdis22是施加到负载(臂2)上的碰撞力矩，τdyn′49是去除了自轴的惯性力和重力矩的动力矩，τG50是重力矩，τμ15是动摩擦力矩。
在电机传递函数44中，电机惯量Jm是绕电机转子75和减速齿轮一级侧76的转轴80的惯性矩，而Dm是电机粘滞摩擦系数。
另外在负载传递函数45中，负载惯量JL是绕负载(臂2)79和减速齿轮二级侧77的转轴80的惯性矩，而DL是负载粘滞摩擦系数。
具体地，在大尺寸机械手中，图16中模型化的减速齿轮的弹簧组件的共振频率为10Hz或更低的低频。随着机械手的动态频率更接近该共振频率，产生振动的可能性增加。
在机械手的一般应用中，为了防止产生振动，控制加速和减速使得机械手的动态频率低于弹簧组件的共振频率。因此，不会出现大问题。但是，在机械手的焊接应用中，在专利文献2所述的起弧时间中的拉起操作，以及振动焊炬的横摆操作需要即使产生一点振动以及轨迹准确性略有恶化，仍具有响应性。因此，很有可能机械手的动态频率接近弹簧组件的共振频率。
在这种情况中，如果不考虑因减速齿轮的弹簧组件造成的振动而设置碰撞检测阈值，有可能出现尽管没有碰撞却检测到碰撞的错误检测。
图17示出该错误检测的例子，其中时刻0.1到时刻0.5表示正常操作，时刻0.6到时刻0.8表示焊炬拉起操作。图17中，以降序示出位置指令的速度分量dθcom1的时间变化，通过微分以上速度分量而获得的加速度分量αcom的时间变化，以及碰撞力矩估计值τdiso28的时间变化。
在正常操作中，为了防止因减速齿轮的弹簧组件而产生振动，加速度分量的绝对值受到控制，从而不会超过加速度阈值αth。该加速度阈值αth由实际正常操作获得。
但是，由于焊炬拉起操作要求即使产生一点振动以及轨迹准确性下降一点也有响应性，有可能此时的加速度分量αcom超过加速度阈值αth。
在图14所示常规的动力学计算方法中，由于减速齿轮的弹簧组件未被模型化为如图16所示的弹簧组件，因弹簧组件而产生的振动表现出碰撞力矩估计值τdiso28的误差。该条件在图5的时刻0.6与时刻0.8之间示出，其中碰撞力矩估计值τdiso28的绝对值超过碰撞检测阈值τth39两倍。
如果产生该现象，则产生尽管没有碰撞却检测到碰撞的错误。只有增大碰撞检测阈值τth39可防止该错误检测。但是，在这种情况中，碰撞检测灵敏度反而降低。因此，延迟了实际产生碰撞时的检测。碰撞检测中的该延迟导致减轻碰撞冲击的步骤的延迟，会给臂、减速齿轮及工件造成损伤。
另一方面，作为扰动估计观测器方法，已知一种用其中减速齿轮具有弹簧的模型作为对象获得碰撞检测的方法(参照例如专利文献3)。
图18示出说明扰动观测器方法的框图。在碰撞力矩估计块69中，扰动估计观测器61通过将电机电流Im11和电机旋转速度 11作为输入参数，以及将电机惯量Jm，负载惯量JL，电机粘滞摩擦系数Dm，负载粘滞摩擦系数DL，减速齿轮弹簧常数KS46以及减速齿轮比RG作为计算参数，来估计负载旋转速 41，扭角θs47以及扰动力矩之和(τdis+τdyn′+τμ+τG)o65。
重力矩计算块62从构成机械手的所有轴的位置信息(速度积分63)计算重力力矩估计值，并输出重力矩估计值τGo67。
碰撞力矩估计块69从扰动力矩之和(τdis+τdyn′+τμ+τG)o65中减去重力矩估计值τGo67和动摩擦力矩估计值τμo24，并将碰撞力矩估计值(τdis+τdyn′)o66输出到碰撞判断块30。
专利文献2JP-A-2002-205169专利文献3JP-A-2000-52286非专利文献1Kosuge Kazuhiro和其他人在日本机械工程学协会机器人技术的机电演讲会99年的会议论文2A1-11-030(The Japan society ofMechanical Engineerings[No.9909]Robotics Mechatronics Lecture Meeting，′99Lecture Paper 2A1-11-030)中发表的“操纵器动态碰撞检测(Detection ofDynamic Collision of Manipulator)”。
但是，常规的扰动估计观测器方法具有如下问题。
第一个问题是，其自轴惯性力和重力矩被移除的动力矩τdyn′49包括在碰撞力矩估计值(τdis+τdyn′)o66中，动力矩τdyn′49主要由来自其它轴的干涉力(离心力，科氏力)组成。
由于该动力矩τdyn′49是误差分量，所以认为碰撞检测阈值τth变得比在动力学计算方法中的大(碰撞检测灵敏度变低)。即，即使有意模型化减速齿轮的弹簧组件，如图15和16所示，也仍有可能碰撞检测灵敏度下降得比动力学计算方法中多。
第二个问题是扰动观测器61要求负载惯量JL和弹簧常数KS46的准确值；如果这些参数中有误差，则在扰动估计中也会产生误差，模型化弹簧的效果会降低。
由于负载惯量JL随机械手的姿态以及附接到臂上的负载而改变，必须实时计算，而其计算是可能的。
但是，有一个问题是弹簧常数KS19设置为固定值。图19是示出在作为用在机械手中的典型减速齿轮的谐波减速齿轮中的弹簧常数KS的例子的图，以制造者样本描述。图19中，随着扭角变化，弹簧常数也改变。因此，弹簧常数由三段近似直线表示，各段上的力矩常数取为K1、K2和K3。考虑到机械手中高频应用的弹簧常数以及80或更高的减速比，如果K1、K2和K3的平均值从制造者样本目录值中获得，并且基于其平均值计算每个K1、K2和K3的误差，该误差最大为大约33％。
进一步地，扭角θs47及负载旋转速 41不直接测量，却作为扰动估计观测器的变量而估计。因此，随着弹簧常数KS46变化，扭角θs47的估计值也改变。但是，实际上，弹簧常数KS46是扭角θs47的函数，且互受影响。因此，该估计是不可能的。
因此，为了满足扰动估计观测器，除将弹簧常数KS46当作常值外没有别的方法。但是，很有可能弹簧常数中的误差会极大地影响扰动估计值的准确性。
即，即使在模型化了减速齿轮的弹簧组件的情况下，碰撞力检测的准确性也不是总能充分提高。因此，难以消除在没有碰撞时检测到碰撞的错误检测的可能性。
因此，本发明的检测机械手碰撞的方法的目的是当机械手的动态频率接近减速齿轮的弹簧组件的共振频率时(例如，在焊炬的拉起操作中)，防止错误的碰撞检测，而不会在机械手的动态频率低的时候(例如，在正常操作时间中)降低碰撞检测灵敏度。
为了实现以上目的，本发明的检测机械手碰撞方法包括用于由电机通过减速齿轮驱动的机械手的碰撞检测方法，其中在没有传感器的情况下通过从由电机输出到减速齿轮的力矩减去由机械手的逆动力学计算得到的动力矩而检测到因碰撞而产生的外力，并且如果外力的检测值大于预设阈值，判断臂接收到了外力。进一步地，在该碰撞检测方法中，如果用于机械手操作的指令加速度大于预设值，碰撞检测中的阈值增加，由此降低检测灵敏度。
进一步地，在本发明的机械手碰撞检测方法中，如果用于机械手操作的指令加速度大于预设值，碰撞检测中的阈值增加，并且在一预设时间内其值保持。
如上所述，在本发明的机械手碰撞检测方法中，可防止当机械手的动态频率接近减速齿轮的弹簧组件的共振频率时(例如，在焊炬的拉起操作中)，发生错误的碰撞检测，且不会在机械手的动态频率低的时候(例如，在正常操作时间中)降低碰撞检测灵敏度。
进一步地，如果用于机械手操作的指令加速度大于预设值，碰撞检测中的阈值增加，并且在预设时间内其值保持，由此可防止因减速齿轮的弹簧组件的振动造成的相位延迟以及连续振动而导致的错误的碰撞检测。
以下将描述机械手碰撞检测的一个实施例。
图13是示出该实施例中的检测机械手碰撞的方法的框图，其中基于图14所示的动力学计算方法增加了碰撞检测阈值设置块34。在图13中，类似于图14的部分由相同的参考标号表示，其详细描述省略。
在图13中，通过对位置指令的速度分量dθcom1微分得到的位置指令的加速度分量αcom33输入到碰撞检测阈值设置块34中，将该加速度分量αcom33与预设的加速度阈值αth比较，并根据以下数值表达式11获得碰撞检测阈值τvth35，并将碰撞检测阈值τvth35输出到碰撞判断块31。
τv=τth+dτth(|αcom|>αth)τth(|αcom|≤αth)]]>其中τth是在正常操作中调整的碰撞检测阈值，而dτth是该阈值相应于减速齿轮弹簧振动的增量。
进一步地，基于实际执行的正常操作预先获得以上τth，并基于实际执行的非正常操作预先获得dτth。
图20示出在碰撞判断块31中通过该碰撞检测阈值τvth35进行碰撞判断时的波形。在图20中，作为非正常操作的例子，示出由机械手进行的焊炬拉起操作。
如图20所示，在从时刻0.6到时刻0.8的焊炬拉起操作进行期间，位置指令的加速度分量αcom33的绝对值超过预设的加速度阈值αth38。因此，在这一期间，如数值表达式11所示，碰撞检测阈值τvth35变得比在正常操作中调整的碰撞检测阈值τth大dτth36。由此，即使减速齿轮弹簧的振动误差加到在时刻0.6到时刻0.8期间的碰撞力矩估计值τdiso28，其绝对值也不会超过碰撞检测阈值τvth35。因此，不产生错误的碰撞检测。
进一步地，在时刻0.8之后，位置指令的加速度分量αcom33变为预设的加速度阈值αth38或更小。因此，碰撞检测阈值τvth35回到在正常操作中调整的碰撞检测阈值τth，由此正常操作期间碰撞检测灵敏度不会降低。
以上阈值的判断及其改变由例如包括在机械手系统内的CPU(中央处理器)内存储的程序进行。
在以上描述中，已示出当位置指令的加速度分量αcom33的绝对值达到预设的加速度阈值αth38或更小时，碰撞检测阈值τvth35立即回到在正常操作中调整的碰撞检测阈值τth的例子。但是，当位置指令的加速度分量αcom33的绝对值达到预设的加速度阈值αth38或更小时，碰撞检测阈值τvth35并不立即回到在正常操作中调整的碰撞检测阈值τth，而是碰撞检测阈值τvth35可能在一段预设的时间Td37内保持在τth+dτth，如图21所示。
该例将参照图21描述。在图21中，在从时刻0.6到时刻0.8的焊炬拉起操作进行期间，位置指令的加速度分量αcom33的绝对值超过预设的加速度阈值αth38。因此，在这一期间，碰撞检测阈值τvth35变得比数值表达式6所示的正常情况大dτth36。当位置指令的加速度分量αcom33的绝对值一旦高于预设的加速度阈值αth38且接下来变低(在图21的时刻0.8)时，碰撞检测阈值τvth35在一段预设的时间Td37内保持在τth+dτth。
如此，即使位置指令的加速度分量αcom33的绝对值超过预设的加速度阈值αth38，之后又低于加速度阈值αth38，碰撞检测阈值τvth35的值也不立即回到碰撞检测阈值τth，而是在一段预设的时间Td37内保持在τth+dτth。因此，即使存在因减速齿轮的弹簧组件造成的振动而导致的相延迟以及连续振动的情况，也可防止错误的碰撞检测。
进一步地，通过例如机械手系统内设置的CPU(中央处理器)内存储的程序进行将碰撞检测阈值τvth35的值在一段预设的时间Td37内保持在τth+dτth的过程。
进一步地，基于动力学计算方法描述本实施例。但是，本实施例中的方法也可应用于图18所示的扰动估计观测器。
如上所述，在进行加速度分量大于正常操作加速度分量的焊炬拉起操作的情况下，碰撞检测阈值大于在正常操作中调整的阈值，可防止错误的碰撞检测。进一步地，在加速度分量回到正常操作状态的情况下，碰撞检测阈值回到在正常操作中调整的碰撞检测阈值，由此可在不降低正常操作时间内的碰撞检测灵敏度的情况下检测碰撞。
尽管参照特定实施例具体地描述了本发明，对于本领域的技术人员显见，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对本发明做各种变化和修改。
本申请基于2004年10月21日申请的日本专利申请第2004-306672和2004年10月21日申请的日本专利申请第2004-206673而提出，其内容在此引用作为参考。
工业应用性本发明的自耗电极式焊接过程可减少常规的自耗电极式焊接过程包括的电弧发生工序中的无效时间，从而减少生产节拍时间，防止焊丝在焊接开始端部弯曲以及产生飞溅，并有效减少因起弧差而造成的生产线的停止。因此，本发明的自耗电极式焊接过程作为应用于例如制造装备和建筑用途的自耗电极式焊接过程具有工业应用性。
进一步地，通过采用前述检测机械手碰撞方法，不会在机械手的动态频率低时降低碰撞检测灵敏度，且可防止机械手的动态频率接近减速齿轮弹簧组件的共振频率时错误的碰撞检测。因此，可防止在即使产生一点振动且轨迹准确性略微降低也要求响应性的条件下(例如在焊接应用中起弧时的焊炬拉起操作中，或在振动焊炬的横摆操作中)发生错误的碰撞检测。
权利要求
1.一种焊接系统，包括将焊丝进给到焊炬的焊丝进给单元；保持所述焊炬并移动所述焊炬的致动器；具有位置控制系统并驱动控制所述致动器的控制器；以及在工件与所述焊丝之间施加焊接输出的焊接电源单元，其中，所述焊炬由所述致动器驱动在与所述工件分离的方向上移动，从而控制所述焊丝对所述工件的速度；以及所述控制器，除所述位置控制系统外，还包括在所述焊炬与所述工件分离的方向上移动所述致动器的专用分离控制系统。
2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述分离控制系统进行前馈控制。
3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，所述分离控制系统仅当所述焊炬在与所述工件分离的方向上移动时使用。
4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中，包括由电机通过减速齿轮驱动的多关节机械手，所述系统采用检测所述多关节机械手碰撞的方法，所述方法包括以下步骤在无传感器的情况下，通过从由电机输出到减速齿轮的力矩中减去由逆动力学计算得到的动力矩来进行对因碰撞而造成的外力的检测；如果所检测的外力值大于预设阈值，则判断臂已受到外力；以及如果所述机械手操作的指令加速度大于预设值，则增大用于检测碰撞的阈值，以降低碰撞检测灵敏度。
5.根据权利要求4所述的焊接系统，其中，如果所述机械手操作的指令加速度大于所述预设值，则增大用于检测碰撞的所述阈值，并且在预设时间内保持所述阈值增大状态。
6.一种自耗电极式焊接方法，该焊接方法使用包括如下部件的焊接系统将焊丝进给到焊炬的焊丝进给单元；保持所述焊炬并移动所述焊炬的致动器；具有位置控制系统并驱动控制所述致动器的控制器；以及在工件与所述焊丝之间施加焊接输出的焊接电源单元，在所述焊接方法中，通过所述焊接系统，由所述致动器在与所述工件分离的方向上移动所述焊炬，从而控制所述焊丝对所述工件的速度，其中，所述控制器，除所述位置控制系统外，还包括在所述焊炬与所述工件分离的方向上移动所述致动器的专用分离控制系统。
7.根据权利要求6所述的自耗电极式焊接方法，其中，所述分离控制系统进行前馈控制。
8.根据权利要求6所述的自耗电极式焊接方法，其中，仅当所述焊炬在与所述工件分离的方向上移动时使用。
9.根据权利要求6所述的自耗电极式焊接方法，其中，采用由电机通过减速齿轮驱动的多关节机械手，所述方法包括以下步骤在无传感器的情况下，通过从由电机输出到减速齿轮的力矩中减去由逆动力学计算得到的动力矩来进行对因碰撞而造成的外力的检测；如果所检测的外力值大于预设阈值，则判断臂已受到外力；以及如果所述机械手操作的指令加速度大于预设值，则增大用于检测碰撞的阈值，以降低碰撞检测灵敏度。
10.根据权利要求8所述的自耗电极式焊接方法，其中，如果所述机械手操作的指令加速度大于所述预设值，则增大用于检测碰撞的所述阈值，并且在预设时间内保持所述阈值增大状态。
全文摘要
一种焊接系统和自耗电极式焊接方法，其中，焊矩通过操纵器在与基材(7)分离的方向上移动，且通过在分离焊炬的方向上驱动该机械手操纵器的致动器的操作来控制焊丝对工件的速度以供应焊丝，不会产生因反向焊炬速度而造成振动。进一步地，通过利用专用分离控制系统，可在正常操作时间内不增加焊炬超调的情况下提高对移动焊炬的致动器的速度跟随性能，从而减少操纵器的加速和减速时间。
文档编号B23K9/067GK1905982SQ20058000163
公开日2007年1月31日 申请日期2005年10月18日 优先权日2004年10月21日
发明者中田广之, 向井康士, 池田达也, 增永直人, 古和将, 本内保义 申请人:松下电器产业株式会社