专利名称：焊接系统以及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接系统以及控制装置。
背景技术：
电弧焊接用电源装置用逆变电路将对来自商用电源的交流输入电力进行整流而得到的直流电力变换为高频交流电力，用整流电路和直流电抗器将经过焊接变压器的电压调整后的高频交流电力变换为适于电弧焊接的直流输出电力。由电源装置生成的输出电力提供给由焊炬支持的电极，由此在电极前端和焊接对象之间产生电弧，进行焊接对象的焊接。另外，这样的焊接用电源装置进行输出电流以及输出电压的检测，控制装置将各时刻检测出的输出电流以及输出电压反馈到逆变电路的PWM控制，通过实施使该各时刻的输出电力成为适当值的控制，来谋求焊接性能的提高。为了生成合适的电弧，优选不仅将在电源装置内检测出的输出电压反映到逆变电路的控制值中，还算出确实地产生该电弧的电极的前端电压，将算出的电极前端电压反映到控制值中。为此，使保持焊丝电极的焊炬的前端和焊接对象之间成为短路状态，基于电压检测器检测出的检测电压来算出电阻值R以及电抗值L(例如参照专利文献1、2)。基于如此算出的电阻值R以及电抗值L、和设置于电源装置内的电压检测器检测出的检测电压来算出前端电压，基于该前端电压来控制逆变电路。专利文献专利文献I JP特开平6-238445号公报专利文献2 JP特许第3696907号公报但是，在使用焊接机器人来进行焊接的系统中，也要如上述那样谋求基于使焊炬的前端和焊接对象之间成为短路状态时的检测电压来算出电阻值R以及电抗值L。这种情况下，作业者操作与焊接机器人的控制装置连接的示教器，使安装于焊接机器人的臂前端的焊炬的前端与焊接对象接触。为了通过这样的操作来成为短路状态需要作业时间。另外，若不使焊炬的前端正确地与焊接对象接触，则不能正确地测定检测电压。但是，通过示教器来控制臂从而使焊炬的前端以正确的状态与焊接对象接触较为困难，需要很多时间。
发明内容
本发明鉴于这样的实际情况而提出，目的在于提供能缩短电极前端电压的测定所需要的时间的焊接系统以及控制装置。为了解决上述课题，技术方案I所记载的发明是一种焊接系统，具备:机械手，其臂的前端安装有支持电极的焊炬；焊接用电源装置，其与所述电极和焊接对象连接，基于所述电极的前端电压来控制在所述电极和所述焊接对象之间产生用于焊接的电弧的输出电力，其中，所述电极的所述前端电压基于检测单元所检测出的输出电流和输出电压来算出；和控制装置，其通过在臂的前端安装有支持所述电极的焊炬的机械手来使所述焊炬移动，由此控制所述机械手来对焊接对象进行电弧焊接；所述焊接系统的特征在于，所述控制装置具有:平面检测单元，其算出通过所述电极的接触或非接触测量而得到的所述焊接对象的I个平面上的任意点的坐标值，将该任意点的坐标值存储到存储部中，基于所述任意点的坐标值来检测包含所述任意点在内的平面、和相对于该平面的法线，并将该平面以及法线保存到所述存储部中；接触控制单元，其将所述焊炬控制为与所述法线平行，并使所述电极接触到所述焊接对象的I个平面上的测定点；和测定指示单元，其对所述焊接用电源装置指示与所述前端电压的算出相关的实际测定。根据本发明，根据通过电极的接触或非接触测量而得到的焊接对象的I个平面上的I个以上的任意点的坐标值来检测焊接对象的I个平面，沿着该平面的法线来控制焊炬的姿态。然后，使控制了姿态后的焊炬的前端的电极接触到焊接对象的I个平面上的测定点。由此，能使焊炬前端的电极姿态良好地在短时间内相对于焊接对象的I个平面进行接触。技术方案2所记载的发明是一种焊接系统，具备:机械手，其臂的前端安装有支持电极的焊炬；焊接用电源装置，其与所述电极和焊接对象连接，基于所述电极的前端电压来控制在所述电极和所述焊接对象之间产生用于焊接的电弧的输出电力，其中，所述电极的所述前端电压基于检测单元所检测出的输出电流和输出电压来算出；和控制装置，其通过在臂的前端安装有支持所述电极的焊炬的机械手来使所述焊炬移动，由此控制所述机械手来对焊接对象进行电弧焊接；所述焊接系统的特征在于，所述控制装置具有:平面检测单元，其按照操作部的操作来驱动控制所述机械手，算出所述焊接对象的I个平面上的至少3个接触点的坐标值，将各接触点的坐标值存储到存储部中，基于所述接触点的各坐标值来检测包含所述接触点在内的平面、和相对于该平面的法线，并将该平面以及法线保存到所述存储部中；接触控制单元，其将所述焊炬控制为与所述法线平行，并使所述电极接触到所述焊接对象的I个平面上的测定点；和测定指示单元，其对所述焊接用电源装置指示与所述前端电压的算出相关的实际测定。根据本发明，按照焊接对象的I个平面上的至少3个接触点的坐标值来检测焊接对象的I个平面，沿着该平面的法线来控制焊炬的姿态。然后，使控制了姿态后的焊炬的前端的电极与焊接对象的I个平面上的测定点接触。由此，能使焊炬前端的电极姿态良好地在短时间内相对于焊接对象的I个平面进行接触。技术方案3所记载的发明在技术方案2所记载的焊接系统的基础上，所述平面检测单元按照所述操作部的操作来控制所述机械手，对所述焊接用电源装置发出指示，使其输出用于检测所述电极和所述焊接对象的I个平面之间的接触的检测电力，所述焊接用电源装置响应于所述平面检测单元的指示，输出限制了电流量并设为规定的检测电压的所述检测电力，根据所述检测单元所检测出的输出电压来判定所述电极和所述焊接对象的I个平面之间的接触状态，并输出该判定结果，所述平面检测单元基于所述判定结果来算出与所述焊接对象的I个平面接触的所述电极的接触点的坐标值。根据本发明，基于规定的检测电压和输出电压，能容易地判定焊接对象的I个平面上的各接触点和电极的接触。然后，由于各接触点和电极的接触的状态在各接触点上相同，因此能精度良好地检测焊接对象的I个平面。
技术方案4所记载的发明在技术方案I 3中的任一项所记载的焊接系统基础上，所述接触控制单元具有:第I模式，使所述焊炬以第I速度移动到与所述测定点对应的位置为止，并使所述焊炬以比所述第I速度慢的第2速度移动，从而使所述电极接触到所述测定点；和第2模式，使按照所述操作部的操作而移动了的所述焊炬以所述第2速度移动，从而使所述电极接触到所述测定点；所述接触控制单元能按照操作部的操作来选择所述第I模式和所述第2模式的任一者。根据本发明，通过选择第I模式，能减少作业者的作业工序，能使焊炬前端的电极容易地接触到焊接对象的I个平面上的测定点。另外，通过选择第2模式，能在使焊炬回避与障碍物等的接触而进行移动后，使焊炬前端的电极相对于焊接对象的I个平面上的测定点容易地进行接触。技术方案5所记载的发明在技术方案I 4中的任一项所记载的焊接系统基础上，所述接触控制单元对所述焊接用电源装置发出指示，使其输出用于检测所述电极和所述测定点之间的接触的检测电力，所述焊接用电源装置响应于所述接触控制单元的指示，输出限制了电流量并设为规定的检测电压的所述检测电力，根据所述检测单元所检测出的输出电压来判定所述电极和所述焊接对象的I个平面之间的接触状态，并输出该判定结果，所述接触控制单元基于所述判定结果，在使所述电极接触到所述测定点后，将所述焊炬在与所述法线平行的方向上向所述焊接对象推进规定距离。根据本发明，基于规定的检测电压和输出电压，能容易地判定焊接对象的I个平面上的测定点和电极的接触。然后，通过将焊炬在与平面的法线平行的方向上向焊接对象推进，能使电极相对于测定点确实地进行接触。技术方案6所记载的发明在技术方案I 5中的任一项所记载的焊接系统基础上，所述焊接用电源装置具有:逆变电路，其将直流电力变换为高频交流电力；焊接变压器，其进行变换出的交流电力的电压调整；直流变换单元，其从所述焊接变压器的二次侧交流电力生成在电极和焊接对象之间产生用于焊接的电弧的输出电力；控制单元，其基于检测单元所检测出的输出电流或输出电压来控制所述逆变电路；电阻值算出单元，其基于将所述输出电流设为规定电流值时的所述输出电压的电压值来算出传递所述输出电力的路径的合计电阻值，其中，该算出是在将所述电极设为短路状态下来进行的；电感值算出单元，其基于从将所述输出电流设为规定电流值时开始的电流衰减量来算出传递所述输出电力的路径的合计电感值，其中，该算出是在将所述电极设为短路状态下来进行的；和前端电压算出单元，其对所述检测单元所检测出的所述输出电压的电压值补正与直至所述电极前端为止的路径上的所述合计电阻值以及所述合计电感值相关的电压变化量，由此算出所述前端电压。根据本发明，能使焊炬前端的电极相对于焊接对象的I个平面正确地进行接触，能在设置的状态下，高精度地算出传递逆变电路的输出电力的路径中的合计电阻值和合计电感值。技术方案7所记载的发明是一种控制装置，设置于焊接系统，该焊接系统包括焊接用电源装置，该焊接用电源装置与用于焊接焊接对象的电极和所述焊接对象连接，并基于所述电极的前端电压来控制在所述电极和所述焊接对象之间产生用于焊接的电弧的输出电力，其中，所述电极的所述前端电压基于检测单元所检测出的输出电流和输出电压来算出，所述控制装置通过在臂的前端安装有支持所述电极的焊炬的机械手来使所述焊炬移动，由此控制所述机械手来对焊接对象进行电弧焊接，所述控制装置的特征在于，具备:平面检测单元，其算出通过所述电极的接触或非接触测量而得到的所述焊接对象的I个平面上的任意点的坐标值，将该任意点的坐标值存储到存储部中，基于所述任意点的坐标值来检测包含所述任意点在内的平面、和相对于该平面的法线，并将该平面以及法线保存到所述存储部中；接触控制单元，其将所述焊炬控制为与所述法线平行，并使所述电极接触到所述焊接对象的I个平面上的测定点；和测定指示单元，其对所述焊接用电源装置指示与所述前端电压的算出相关的实际测定。根据本发明，根据通过电极的接触或非接触测量而得到的焊接对象的I个平面上的I个以上的任意点的坐标值来检测焊接对象的I个平面，沿着该平面的法线来控制焊炬的姿态。然后，使控制了姿态后的焊炬的前端的电极接触到焊接对象的I个平面上的测定点。由此，能姿态良好地在短时间内使焊炬前端的电极相对于焊接对象的I个平面进行接触。技术方案8所记载的发明是一种控制装置，设置于焊接系统，该焊接系统包括焊接用电源装置，该焊接用电源装置与用于焊接焊接对象的电极和所述焊接对象连接，并基于所述电极的前端电压来控制在所述电极和所述焊接对象之间产生用于焊接的电弧的输出电力，其中，所述电极的所述前端电压基于检测单元所检测出的输出电流和输出电压来算出，所述控制装置通过在臂的前端安装有支持所述电极的焊炬的机械手来使所述焊炬移动，由此控制所述机械手来对焊接对象进行电弧焊接，所述控制装置的特征在于，具备:平面检测单元，其按照操作部的操作来驱动控制所述机械手，算出所述焊接对象的I个平面上的至少3个接触点的坐标值，将各接触点的坐标值存储到存储部中，基于所述接触点的各坐标值来检测包含所述接触点在内的平面、和相对于该平面的法线，并将该平面以及法线保存到所述存储部中；接触控制单元，其将所述焊炬控制为与所述法线平行，并使所述电极接触到所述焊接对象的I个平面上的测定点；和测定指示单元，其对所述焊接用电源装置指示用于算出所述前端电压的实际测定。根据本发明，按照焊接对象的I个平面上的至少3个接触点的坐标值来检测焊接对象的I个平面，沿着该平面的法线来控制焊炬的姿态。然后，使控制了姿态后的焊炬的前端的电极与焊接对象的I个平面上的测定点接触。由此，能使焊炬前端的电极姿态良好地在短时间内相对于焊接对象的I个平面进行接触。发明的效果根据本发明，能提供可根据设置状况来缩短电极前端电压的测定所需要的时间的焊接系统以及控制装置。
图1是焊接系统的概略构成图。图2是焊接用电源装置以及控制装置的概略构成图。图3是电阻值以及电抗值的算出处理中的波形图。图4是焊炬的姿态控制的概要说明图。图5是基于非接触测量的平面检测的概略说明图。
符号的说明11控制装置(平面检测单元、接触控制单元、测定指示单元)12机械手13焊丝电极14焊接用电源装置(焊接电源)15、16电力电缆17示教器(操作部)17a显示部17b输入部24存储部25驱动器31控制装置(控制单元、前端电压算出单元、电阻值算出单元、电感值算出单元、信息生成单元)41整流电路42逆变电路43焊接变压器44整流电路(直流变换单元)45直流电抗器(直流变换单元)46电流传感器(检测单元)47电压传感器(检测单元)M焊接对象Ma 平面TH 焊炬THa接触片(电极)I输出电流Ip电流值V输出电压Va前端电压(前端电压值)R合计电阻值L合计电感值Pl P3接触点(任意点)Px测量点(任意点)PM测定点
具体实施例方式下面，按照附图来说明将本发明具体化的一个实施方式。如图1所示，焊接系统的控制装置11与机械手12连接。机械手12例如是具有6轴的关节的多关节机械手，具备多个臂。各臂连结为能通过未图示的驱动电动机而相对转动。驱动电动机所具备的未图示的编码器输出与臂的关节角度相应的信号。控制装置11基于各编码器的输出信号，算出示教点等的空间坐标值。在机械手12的臂前端安装有焊炬TH。焊炬TH支持用于焊接焊接对象M的焊丝电极13。另外，控制装置11与生成用于对焊接对象M进行电弧焊接的例如直流电力的焊接用电源装置(仅标记为焊接电源)14连接。焊接电源14经由电力电缆15而与焊炬TH连接。焊炬TH具有进行对焊丝电极13的供电的接触片THa(参照图2)。另外，焊接电源14经由电力电缆16而与焊接对象M连接。焊接电源14生成与控制装置11所设定的焊接条件(焊接电流、焊接电压等)相应的直流电力。该直流电力经由与焊接电源14连接的电力电缆15、16而被提供给被焊炬TH支持的焊丝电极13和焊接对象M。对焊丝电极13和焊接对象M供电的直流电力使焊丝电极13和焊接对象M之间产生电弧。另外，控制装置11与作为可搬动式操作部的示教器17连接。示教器17具备:由例如液晶显示面板等构成的显示部17a、各种按键和操作转盘等的输入部17b。显示部17a为了显示控制装置11的动作模式、各种动作中的值(例如坐标值)而使用。输入部17b为了动作模式的设定、对机械手12设定示教点、机械手12的直接操作而使用。这样的示教器17为了对焊接对象M的焊接部位和焊接线进行示教而使用。焊接作业者操作示教器17来设定用于指定焊接部位和焊接线的点(示教点)、焊炬TH的姿态等。控制装置11将包含所设定的示教点等在内的示教程序存储在存储装置中。然后，在被指示了焊接开始后，控制装置11按照从存储装置中读取的示教程序来控制机械手，由此来设定焊炬TH的位置以及姿态，并从焊接电源14输出与焊接条件相应的直流电力。通过该直流电力使被焊炬TH支持的焊丝电极13和焊接对象M之间产生电弧，通过该电弧来对焊接对象进行电弧焊接。如图2所示，控制装置11的中央处理装置(CPU)21经由总线26而与存储器(ROM) 22、存储器(RAM) 23、存储部24、以及驱动器25相互连接。R0M22是可改写存储内容的非易失性存储器(例如EEPR0M)，存储用于控制图1所示的机械手12的控制软件。RAM23是易失性存储器(例如SRAM)，作为工作存储器使用。存储部24是可改写的非易失性存储器，存储示教程序、手动操作坐标系等的各种坐标系的定义参数等。驱动器25与图1所示的机械手12的驱动电动机连接。CPU21按照示教程序来控制机械手12。例如，CPU21基于来自未图示的编码器的当前位置信息(即，关节角度)等，来驱动控制机械手12的未图示的驱动电动机，由此使焊炬TH移动到示教点，并基于示教程序中所记述的焊炬姿态来变更焊炬TH的姿态。然后，CPU21按照示教程序，对焊接电源14设定焊接条件，以便来提供对被焊炬TH支持的焊丝电极13和焊接对象M而言产生电弧需要的直流电力。焊接电源14根据控制装置11所设定的焊接条件，将从商用电源提供的三相的交流输入电力变换为适于电弧焊接的直流输出电力。交流输入电力通过由二极管桥以及平滑电容器构成的整流平滑电路41而被变换为直流电力，变换出的直流电力通过使用了例如4个IGBT等的开关兀件TR的桥电路所构成的逆变电路42而被变换为闻频交流电力。由逆变电路42生成的高频交流电力被变换成由焊接变压器43调整为规定电压值的二次侧交流电力。焊接变压器43的二次侧交流电力通过使用了二极管的整流电路44和直流电抗器45而被变换为适于电弧焊接的直流输出电力。
连接有直流电抗器45的焊接电源14的正侧输出端子经由电力电缆15a与焊丝提供装置18连接。焊接电源14的负侧输出端子经由电力电缆16与焊接对象M连接。另外，在图1中，省略了焊丝提供装置18。焊丝提供装置18经由单线式电力电缆15b而与焊炬TH连接。单线式电力电缆15b例如在中心设置有用于引导焊丝电极13的送丝管(COilliner)，在其外周设置有用于流过气体的软管。并且，在该软管的外周被覆有用于提供电力的导电线，对最外周进行绝缘被覆。焊炬TH具有进行对焊丝电极13的供电的接触片THa，该接触片THa与单线式电力电缆15b的铜电线电连接。由此，焊接电源14的输出电力被提供给焊丝电极13。如此，焊接电源14所生成的直流输出电力对焊丝电极13和焊接对象M供电，通过在焊丝电极13和焊接对象M之间产生的电弧，来对焊接对象M进行电弧焊接。此时，由于焊丝电极13在焊接时被消耗，因此，焊丝提供装置18根据焊接的消耗而进给焊丝电极13。焊接电源14具备与控制装置11的CPU21连接的控制装置31。控制装置31具备处理部(CPU) 32和存储部33。处理部32按照控制装置11所设定的焊接条件对逆变电路42的开关元件TR实施PWM控制，进行使直流输出电力在各个时刻成为适当值的控制。此时，控制装置31进行各个时刻的输出电流I以及输出电压V的检测，进行基于检测出的输出电流I以及输出电压V的向PWM控制的反馈。S卩，在焊接电源14内的例如负侧输出端子的电源线上具备电流传感器46，控制装置31在处理部(CPU) 32中经由电流传感器46来检测焊接电源14的输出电流I。另外，也可以在正侧输出端子的电源线上具备电流传感器46。另外，在紧跟整流电路44后的电源线间具备电压传感器47，控制装置31在处理部32中经由该电压传感器47来检测焊接电源14的输出电压V。然后，控制装置31用处理部32，基于各个时刻检测出的输出电流I以及输出电压V来进行PWM控制的占空比的算出，生成输出到逆变电路42的P丽控制信号。在PWM控制中，用于控制的输出电压V优选使用焊丝电极13的前端电压Va，但直接检测前端电压Va困难。因此，控制装置31预先在存储装置(未图示)中保持从电压传感器47到焊丝电极13之间的电压变化量，对各时刻检测出的输出电压V进行该电压变化量的补正，由此算出前端电压Va，使用该前端电压Va来实施PWM控制。然而，从电压传感器47到焊丝电极13之间的电压变化量包含焊接电源14内部的电压变化量(从整流电路44到输出端子为止的电阻值Rl和电感值LI引起的电压变化量)、和外部的电压变化量(从连接端子到焊丝电极13前端为止(电力电缆15a、16以及单线式电力电缆15b)的电阻值R2和电感值L2引起的电压变化量)。内部电压变化量由于不受到使用状态的影响，因此能预先作为补正项而代入到前端电压Va的算出中。但是，外部电压变化量由于电力电缆15a、16的线缆长度、铺设状态(直线铺设、卷绕铺设、其卷绕数)等因每个使用者而条件不同，因此较大地受到电阻值R2和电感值L2的变化的影响。因此，即使使用者在现场设置焊接系统，包括电力电缆15a、16的铺设在内使其正确成为使用状态，也要测定合计了内部的电阻值Rl以及外部的电阻值R2的电阻值R、和合计了内部的电感值LI和外部的电感值L2的电感值L。将测定出的合计电阻值R以及合计电感值L保持在控制装置31内。另外，控制装置31通过控制发生短路时的输出电流来控制逆变电路42，以减少焊渣(weld slag)。例如，控制装置31根据输出电压V的变化等来检测发生短路的期间和发生电弧的期间，在发生短路时，急剧减少输出电流I来抑制短路发生时或电弧发生时的电流值，谋求降低焊渣的产生量。在上述的控制装置11中具备测定模式，在该测定模式中，控制机械手12使焊炬TH的前端与焊接对象M抵接，来执行用于进行合计电阻值R以及合计电感值L的测定的处理。控制装置11例如基于示教器17所具备的操作开关(图示略)的操作而移转到测定模式。另外，向测定模式的移转也可以使用焊接电源14所具备的操作开关、焊丝提供装置18所具备的操作遥控器(都省略了图示)。在测定模式中，使在焊炬TH的前端部所具备的用于对焊丝电极13供电的接触片THa与焊接对象M接触，测定电阻值R以及电感值L。另外，在使接触片THa与焊接对象M接触时，取下焊炬TH所具备的片喷嘴(图示略)。另外，也可以在用于使焊丝电极13与焊接对象M接触的焊炬TH前端安装接触用的特殊夹具，并使该夹具与焊接对象M接触，由此测定电阻值R以及电感值L。对测定模式进行详述。控制装置11 (CPU21)按照存储在图2所示的R0M22中的作业程序，来实施测定焊接对象M的I个平面的工序[平面测定]、将焊炬TH的前端与测定出的平面抵接的工序[接触检测]、测定电阻值T以及电感值L的工序[实际测定]。对各工序进行说明。[平面测定]如图4所示，控制装置11在焊接对象M上的I个平面Ma上测定坐标值彼此不同的3个接触点P1、P2、P3的空间坐标值。此时，作业者操作图1所示的示教器17来驱动机械手12，使接触片THa的前端与焊接对象M的I个平面Ma抵接。焊接装置11在接触片THa抵接到焊接对象M的I个平面Ma上时，对焊接电源14发出指令，使其输出抵接检测所需要的直流电力(检测用电力)。焊接电源14响应该指令，输出在规定的输出电压Vs (检测用电压:例如15[V])下限制了电流量的直流电力。然后，焊接电源14基于由电压传感器47检测出的输出电压Vm来判定接触片THa是否与焊接对象M的平面接触，输出与该判定结果相应的信号。在接触片THa相对于焊接对象M的平面为非接触的情况下，焊接电源14的输出端子间电压等于检测电压。在接触片THa相对于焊接对象M的平面为接触的情况下，输出端子间电压成为整流电路44的输出端子间电阻值与输出电流之积，成为0[V]附近的微小的电压值。因此，若检测出的输出电压Vm降低，例如低于规定的阈值，则焊接电源14判定为焊接对象M与接触片THa处于接触状态。控制装置11基于从焊接电源14输出的信号(接触判定结果)，将接触片THa与焊接对象M是接触状态还是非接触状态显示在示教器17的显示部17a上。作业者按照该显示部17a所示的状态来操作机械手12，直到接触片THa与焊接对象M的平面接触。作业者如此使接触片THa与焊接对象M的平面接触，操作示教器17的规定按键(例如决定按键)。控制装置11响应该操作，来测定接触片THa的前端所接触的焊接对象M的平面上的接触点Pl的空间坐标值。例如，控制装置11基于机械手12的各关节所具备的未图示的编码器的输出信号来算出接触点Pl的空间坐标值，并将该空间坐标值保存到存储部24(参照图2)中。同样地，控制装置11算出其它的2个接触点P2、P3的空间坐标值，将各点P2、P3的空间坐标值保存在存储部24中。然后，控制装置11基于从存储部24读取的3个接触点Pl P3的空间坐标值来检测包含这些接触点Pl P3的平面。例如，控制装置11基于各接触点Pl P3的空间坐标值来算出表征包含3个接触点Pl P3在内的平面的方程式的参数(平面参数)。然后，控制装置11将算出的平面参数保存到存储部24中。进而，控制装置11算出表征相对于所检测出的平面的法线的方程式的参数(法线参数)，并将该法线参数保存到存储部24中。[接触检测]控制装置11控制机械手12，使焊炬TH的前端按照垂直于所测定的平面的方式与焊接对象M抵接。在该动作中，对控制装置11设定[全自动模式](第I模式)和[半自动模式](第2模式)。控制装置11在例如示教器17的显示部中通过转盘操作或按键操作等来切换显示这2个模式(例如字符串)，取得响应于决定按键的操作而显示的模式的信息。然后，控制装置11按照取得的信息，对应于[全自动模式]或[半自动模式]来控制机械手12以及焊接电源14。首先，说明[全自动模式]。控制装置11算出使焊炬TH的前端的接触片THa接触的焊接对象M上的点(测定点)PM。例如，控制装置11将测定点PM设为上述[平面测定]中的3个接触点Pl P3的中心，来算出该测定点PM的空间坐标值。然后，控制装置11控制机械手12以及焊炬TH的姿态，以使得接触片THa的前端接触到所算出的测定点PM，且焊炬的前端部与平面的法线平行。另外，在[接触检测]中，接触片THa的接触与上述的[平面测定]相同，能够使用规定的检测电压(15[V]程度)的直流电力来进行。此时，根据例如焊接对象M和接触片THa之间的距离来控制接触片THa的移动速度。例如，控制装置11控制机械手12，以便使接触片THa以第I速度移动至焊接对象M的附近(例如距测定点PM为规定距离(例如30[mm])的位置)为止,然后控制机械手12,以便使接触片THa以比第I速度慢的第2速度移动到与焊接对象M接触为止。由此，能在短时间内使接触片THa与焊接对象M的平面接触。然后，控制装置11使焊炬TH沿着上述的法线方向相对于焊接对象M移动规定距离(例如I [mm])。通过如此进行使焊炬TH前端的接触片THa相对于焊接对象M推进规定距离的工序，能使接触片THa与焊接对象M的平面的接触变得可靠，由此完成实际测定的准备。如此，通过使接触片THa相对于焊接对象M推进，能防止起弧(了一今> 7 )、即在接触片THa和焊接对象M之间产生电弧，能防止接触片THa的损坏等。接下来，说明[半自动模式]。控制装置11算出使焊炬TH前端的接触片THa接触的焊接对象M上的点(测定点)PM。作业者使用示教器17驱动机械手12，使焊炬TH前端的接触片THa移动到测定点PM的附近。例如，控制装置11将接触片THa前端的空间坐标值和测定点PM的空间坐标值的差显示在示教器17的显示部17a上。这样的显示能使基于作业者的操作的机械手12的移动变得容易。如此，作业者通过驱动机械手12，在到测定点PM为止之间存在障碍物的情况下，能绕过该障碍物，来使接触片THa移动到测定点PM。完成该移动后，作业者操作示教器17所具备的按键(例如接触检测的开始按键)。于是，控制装置11响应于该操作，以第2速度来控制机械手12，使接触片THa与焊接对象M的平面接触。然后，控制装置11与上述[全自动模式]相同地，使焊炬TH前端的接触片THa相对于焊接对象M推进规定距离。然后，完成了实际测定的准备。[实际测定]控制装置11向焊接电源14发送用于测定电阻值R以及电感值L的控制指令。焊接电源14的控制装置31 (处理部32)响应于控制指令，实施电阻值R以及电感值L的实际测定。即，控制装置31使逆变电路42动作，如图3所示，使输出电流I增大到电流值Ip。该电流值Ip在直流电抗器45的单体中是使成为规定的电感值La的电流值。由于合计电感会因电力电缆15a、16的铺设状态等而偏移，因此设定为考虑了该偏移量的电流值。然后，控制装置31保持这样的电流值Ip规定期间，算出将该期间中的电压传感器47的输出值V平均化后而得到的平均电压值Ve。然后，控制装置31通过下式来算出合计电阻值R:R = Ve/Ip…(a)然后，控制装置31将算出的合计电阻值R存储在寄存器等中。接下来，控制装置31使逆变电路42的动作停止，开始从此时的时刻T O起的计时。然后，控制装置31对时刻变化的输出电流I进行采样，将到达成为与时间常数相应的电流衰减量的电流值Λ Ip ( = IpX 36.8% )的时刻设为Tl，来求取该时刻TO-Tl间的时间(时间常数)τ。然后，控制装置31通过下式来算出合计电感值L(在电抗器45单体中为电感值La)L = R.τ ( = Ve.τ /Ip)…(b)然后，控制装置31将算出 的合计电感值L存储到寄存器等中。以上，控制装置31结束实际测定。然后，控制装置31将表示测定结束的意思的信号发送给控制装置11。控制装置11接受该信号，结束测定模式。另外，在实际测定的实施中，由于还考虑了接触片THa的短路状态成为异常的情况，因此控制装置31的处理部32对检测出的输出电压Vm的异常电压进行检测。检测到发生了因短路异常而引起的异常电压后，处理部32与上述同样地，将异常的意思通知给作业者。作业者同样地接受该异常通知，为了谋求接触片THa的确实的短路，再度实施从测定前判定起的测定。进而，即使未发生接触片THa的短路异常而正常地结束测定，也考虑所取得的合计电阻值R和合计电感值L有可能会成为异常值。例如，在铺设于焊接电源14和焊炬TH之间的电力电缆15a、16使用了截面积、线缆长度等不适当的产品的情况下、或者即使使用了适当产品但成为了异常的卷绕状态的情况下等，测定值有可能成为异常值。据此，在本实施方式的控制装置31所具备的存储部33中，将适于本焊接电源14的线缆15a、16的截面积、线缆长度等一起与其电阻值〇[Ω]和电感值Λ [μ H]的合适范围建立关联，并数据库(DB)化来予以保持。然后，处理部32根据当前使用的电力电缆15a、16的电阻值以及电感值的合适范围，来判定实际测定的合计电阻值R和合计电感值L是否处于该合适范围内。在处于合适范围内的情况下，进行合计电阻值R和合计电感值L的更新，即由控制装置31当前保持的合计电阻值R和合计电感值L的数据更新，在以后的控制中使用。另一方面，在判定为所测定的合计电阻值R和合计电感值L处于合适范围外(异常值)的情况下，不对由控制装置31当前保持的合计电阻值R和合计电感值L进行数据更新，而实施异常通知。作业者接受到该异常通知后，能进行测定状态的确认、当前使用的电力电缆15a、16自身的确认或其铺设状态的确认等。[焊接时]控制装置11在通过例如示教器17的操作而被指示了焊接开始后，按照从存储装置读取的示教程序来控制机械手12，由此来设定焊炬TH的位置以及姿态，并对焊接电源14输出焊接条件，以使得其输出焊接所需的输出电力。控制装置31输出与焊接条件相应地生成的输出电力。此时，控制装置31基于所存储的合计电阻值R以及合计电感值L、和检测出的各时刻的输出电流I以及输出电压V，通过下式来算出前端电压Va:Va = V-L.dl/dt-R.1...(d)然后，控制装置31使用算出的前端电压Va来实施PWM控制。如上述那样，根据本实施方式，具有以下的效果。(I)控制装置11按照示教器17的操作来驱动控制机械手12，作业者使焊炬TH前端的接触片THa与焊接对象M的I个平面Ma上的接触点Pl P3接触。控制装置11算出各接触点Pl P3的空间坐标值，将各接触点Pl P3的空间坐标值存储到存储部24中。然后，控制装置11基于接触点Pl P3的各空间坐标值来检测包含接触点Pl P3在内的平面Ma，检测相对于该平面Ma的法线，将该平面Ma以及法线保存到存储部24中。控制装置11将焊炬TH控制为与法线平行，使接触片THa与焊接对象M的I个平面Ma上的测定点PM接触。然后，控制装置11对焊接电源14指示与前端电压Va的算出相关的实际测定。按照焊接对象M的I个平面Ma上的至少3个接触点Pl P3的空间坐标值来检测焊接对象M的I个平面Ma，沿着该平面Ma的法线来控制焊炬TH的姿态。然后，使控制了姿态后的焊炬TH的前端的接触片THa与焊接对象M的I个平面Ma上的测定点PM接触。由此，能使焊炬TH前端的接触片THa姿态良好地在短时间内相对于焊接对象M的I个平面Ma进行接触，能缩短作业所需的时间。(2)控制装置11按照示教器17的操作来控制机械手12，并对焊接电源14进行指示，以使得其输出用于检测接触片THa和焊接对象M的I个平面Ma之间的接触的检测电力。焊接电源14响应于平面Ma检测单元的指示，输出限制了电流量并设定为规定的检测电压的检测电力，按照检测单元所检测出的输出电压V来判定接触片THa与焊接对象M的I个平面Ma之间的接触状态，输出其判定结果，平面Ma检测单元基于判定结果来算出与焊接对象M的I个平面Ma接触的接触片THa的接触点Pl P3的空间坐标值。由此，能基于规定的检测电压和输出电压V而容易地判定检测对象M的I个平面Ma上的各接触点Pl P3和接触片THa的接触。然后，各接触点Pl P3和接触片Tha的接触的状态由于在各接触点Pl P3都相同，因此，能精度良好地检测焊接对象M的I个平面Ma。(3)焊接装置11具有[全自动模式]和[半自动模式]，按照示教器17的操作来选择[全自动模式]和[半自动模式]的任一者。在[全自动模式]中，控制装置11使焊炬TH以第I速度移动到与测定点PM对应的位置为止，然后使焊炬TH以比第I速度慢的第2速度移动，从而使接触片THa与测定点PM接触。在[半自动模式]中，控制装置11使按照示教器17的操作而移动的焊炬TH以第2速度移动，来使接触片THa与测定点PM接触。通过选择[全自动模式]，能降低作业者的作业工序，能使焊炬TH前端的接触片THa相对于焊接对象M的I个平面Ma上的测定点PM容易地进行接触。另外，通过选择[半自动模式]，能在使焊炬TH回避了与障碍物等的接触而移动后，使焊炬TH前端的接触片THa相对于焊接对象M的I个平面Ma上的测定点PM容易地进行接触。(4)控制装置11对焊接电源14发出指示，使其输出用于检测接触片THa和测定点PM的接触的检测电力。焊接电源14响应于平面Ma检测单元的指示，来输出限制了电流量并设为规定的检测电压的检测电力，按照检测单元所检测出的输出电压V来判定接触片THa和焊接对象M的I个平面Ma之间的接触状态，并输出其判定结果。控制装置11基于判定结果，在使接触片THa接触到测定点PM后，使焊炬TH在与法线平行的方向上向焊接对象M推进规定距离。由此，能基于规定的检测电压和输出电压V来容易地判定焊接对象M的I个平面Ma上的测定点PM与接触片THa的接触。然后，通过使焊炬TH在与平面Ma的法线平行的方向上向焊接对象M推进,能使接触片THa可靠地相对于测定点PM进行接触，能抑制起弧等的发生，能防止接触片THa的损坏等。(5)焊接电源14使接触片THa成为短路状态来算出传递输出电力的路径的合计电阻值R和合计电感值L。然后，焊接电源14对检测出的输出电压V的电压值补正直到接触片THa前端为止的路径上的合计电阻值R以及合计电感值L所涉及的电压变化量，由此算出前端电压Va。由此，由于正确地使焊炬TH前端的接触片THa相对于焊接对象M的I个平面Ma进行接触，因此在设置的状态下，能高精度地算出传递逆变电路的输出电力的路径上的合计电阻值R和合计电感值L。然后，通过按照该合计电阻值R和合计电感值L来对逆变电路42进行PWM控制，能谋求焊渣的降低和电弧的稳定性提高。
另外，本发明的实施方式也可以如以下那样变更。.上述实施方式中，在接触片THa的接触判定中使用从焊接电源14输出的直流电力，但也可以通过其它的方法来进行接触判定。例如，也可以根据驱动机械手12的各臂的驱动电动机中流过的电流(电动机驱动电流)的变化(过电流)来进行接触判定。.在上述实施方式的测定模式中，也可以进行接触片THa和焊接对象M是否成为充分的短路状态的判定(测定前判定)。在接触片THa的短路状态为正常的情况下，相对于整流电路44的输出电压Vs (例如15 [V])，检测电压Vm成为O [V]附近的微小的电压值。因此，由于检测出的检测电压Vm低于用于短路异常判定的阈值，因此，处理部32判定为处于能进行实际测定的短路状态。另一方面，在发生了短路异常的情况下，检测电压Vm的电压值高于用于短路异常判定的阈值。这种情况下，处理部32判定为无法合适地进行下面的实际测定的短路异常状态，将异常的意思通知给作业者。在异常通知中例如使用示教器17的显示部17a。另外，也可以使用焊接电源14或焊丝提供装置18等所具备的显示器、输出蜂鸣或继电器工作声音等声音的装置等来进行异常通知。另外，在一边从焊炬TH的前端部放出惰性气体一边进行焊接的焊接系统的情况下，还能以气体的放出声来进行前面的异常通知。 上述实施方式中，焊接电源14判定接触片THa对焊接对象M的平面Ma的接触/非接触，也可以由控制装置11来进行。例如，焊接电源14在测定模式中以规定的时间间隔依次输出由电压传感器47检测出的输出电压Vm，控制装置11基于焊接电源14的输出值(输出电压Vm)的变化来判定焊接对象M和接触片THa的状态。如此也能使焊接对象M和接触片THa的接触状态稳定，从而能确实地检测出。.在上述实施方式中，将使接触片THa接触的焊接对象M上的测定点(PM)设为3个接触点(P1，P2，P3)的中心，但也可以适当地设定测定点。例如，也可以将以3个接触点为顶点的三角形的重心设为测定点。另外，也可以将3个接触点中的I个(例如最初算出空间坐标值的接触点)设为测定点。另外，上面叙述了根据使接触片THa(测定时的电极13的代用)与焊接对象M的平面Ma接触的该接触点Pl P3来进行平面检测的形态，但也可以是如图5所示那样，在焊炬TH中具备激光传感器19，通过使用了激光传感器19的非接触测量来进行平面检测的形态。激光传感器19对焊接对象M的平面Ma照射激光，并将从其反射光中得到的输出信号输出给控制装置11，控制装置11基于该输出信号来算出焊接对象M的平面Ma上的测量点Px的空间坐标值，根据算出的坐标值来进行平面Ma的检测。另外，还能使用激光传感器19以外的非接触式传感器。通过使用这样的非接触式传感器能在短时间内进行平面检测，并能降低焊炬TH和焊接对象M的无谓的碰撞和干涉，能起到彼此保护的作用。另外，在上面的叙述中，并没有特别提到测量点Px的数量，但也可以如接触点Pl P3那样通过3点测量来进行平面检测，另外也可以用2点以下或4点以上来进行平面检测。上述的接触点Pl P3的数量同样也可以是3点以外的数量。.在上述实施方式中，在直流电抗器45中使用具有线性特性的电抗器，但也可以使用具有过饱和特性的电抗器。通过使用过饱和电抗器，由于在高电流区域中电感值较小，因此能减小对用于电流平滑的波形控制的影响，由于在低电流区域中电感值增大，因此能防止电弧中断，就像上面说得那样，能在全电流区域生成适当的直流输出电力。.在上述实施方式中，在实际测定中进行电极13的短路异常的判定，但也可以将其省略。
权利要求
1.一种焊接系统，具备: 机械手，其臂的前端安装有支持电极的焊炬； 焊接用电源装置，其与所述电极和焊接对象连接，基于所述电极的前端电压来控制在所述电极和所述焊接对象之间产生用于焊接的电弧的输出电力，其中，所述电极的所述前端电压基于检测单元所检测出的输出电流和输出电压来算出；和 控制装置，其通过在臂的前端安装有支持所述电极的焊炬的机械手来使所述焊炬移动，由此控制所述机械手来对焊接对象进行电弧焊接， 所述焊接系统的特征在于，所述控制装置具有: 平面检测单元，其算出通过所述电极的接触或非接触测量而得到的所述焊接对象的I个平面上的任意点的坐标值，将该任意点的坐标值存储到存储部中，基于所述任意点的坐标值来检测包含所述任意点在内的平面、和相对于该平面的法线，并将该平面以及法线保存到所述存储部中； 接触控制单元，其将所述焊炬控制为与所述法线平行，并使所述电极接触到所述焊接对象的I个平面上的测定点；和 测定指示单元，其对所述焊接用电源装置指示与所述前端电压的算出相关的实际测定。
2.一种焊接系统，具备: 机械手，其臂的前端安装有支持电极的焊炬； 焊接用电源装置，其与所述电极和焊接对象连接，基于所述电极的前端电压来控制在所述电极和所述焊接对 象之间产生用于焊接的电弧的输出电力，其中，所述电极的所述前端电压基于检测单元所检测出的输出电流和输出电压来算出；和 控制装置，其通过在臂的前端安装有支持所述电极的焊炬的机械手来使所述焊炬移动，由此控制所述机械手来对焊接对象进行电弧焊接， 所述焊接系统的特征在于， 所述控制装置具有: 平面检测单元，其按照操作部的操作来驱动控制所述机械手，算出所述焊接对象的I个平面上的至少3个接触点的坐标值，将各接触点的坐标值存储到存储部中，基于所述接触点的各坐标值来检测包含所述接触点在内的平面、和相对于该平面的法线，并将该平面以及法线保存到所述存储部中； 接触控制单元，其将所述焊炬控制为与所述法线平行，并使所述电极接触到所述焊接对象的I个平面上的测定点；和 测定指示单元，其对所述焊接用电源装置指示与所述前端电压的算出相关的实际测定。
3.根据权利要求2所述的焊接系统，其特征在于， 所述平面检测单元按照所述操作部的操作来控制所述机械手，对所述焊接用电源装置发出指示，使其输出用于检测所述电极和所述焊接对象的I个平面之间的接触的检测电力， 所述焊接用电源装置响应于所述平面检测单元的指示，输出限制了电流量并设为规定的检测电压的所述检测电力，根据所述检测单元所检测出的输出电压来判定所述电极和所述焊接对象的I个平面之间的接触状态，并输出该判定结果， 所述平面检测单元基于所述判定结果来算出与所述焊接对象的I个平面接触的所述电极的接触点的坐标值。
4.根据权利要求1 3中的任意一项所述的焊接系统，其特征在于， 所述接触控制单元具有: 第I模式，使所述焊炬以第I速度移动到与所述测定点对应的位置为止，并使所述焊炬以比所述第I速度慢的第2速度移动，从而使所述电极接触到所述测定点；和 第2模式，使按照所述操作部的操作而移动了的所述焊炬以所述第2速度移动，从而使所述电极接触到所述测定点， 所述接触控制单元能按照操作部的操作来选择所述第I模式和所述第2模式的任一者。
5.根据权利要求1 4中的任意一项所述的焊接系统，其特征在于， 所述接触控制单元对所述焊接用电源装置发出指示，使其输出用于检测所述电极和所述测定点之间的接触的检测电力， 所述焊接用电源装置响应于所述接触控制单元的指示，输出限制了电流量并设为规定的检测电压的所述检测电力，根据所述检测单元所检测出的输出电压来判定所述电极和所述焊接对象的1个平 面之间的接触状态，并输出该判定结果， 所述接触控制单元基于所述判定结果，在使所述电极接触到所述测定点后，将所述焊炬在与所述法线平行的方向上向所述焊接对象推进规定距离。
6.根据权利要求1 5中的任意一项所述的焊接系统，其特征在于， 所述焊接用电源装置具有: 逆变电路，其将直流电力变换为高频交流电力； 焊接变压器，其进行变换出的交流电力的电压调整； 直流变换单元，其从所述焊接变压器的二次侧交流电力生成在电极和焊接对象之间产生用于焊接的电弧的输出电力； 控制单元，其基于检测单元所检测出的输出电流或输出电压来控制所述逆变电路； 电阻值算出单元，其基于将所述输出电流设为规定电流值时的所述输出电压的电压值来算出传递所述输出电力的路径的合计电阻值，其中，该算出是在将所述电极设为短路状态下来进行的； 电感值算出单元，其基于从将所述输出电流设为规定电流值时开始的电流衰减量来算出传递所述输出电力的路径的合计电感值，其中，该算出是在将所述电极设为短路状态下来进行的；和 前端电压算出单元，其对所述检测单元所检测出的所述输出电压的电压值补正与直至所述电极前端为止的路径上的所述合计电阻值以及所述合计电感值相关的电压变化量，由此算出所述前端电压。
7.一种控制装置，设置于焊接系统，该焊接系统包括焊接用电源装置，该焊接用电源装置与用于焊接焊接对象的电极和所述焊接对象连接，并基于所述电极的前端电压来控制在所述电极和所述焊接对象之间产生用于焊接的电弧的输出电力，其中，所述电极的所述前端电压基于检测单元所检测出的输出电流和输出电压来算出，所述控制装置通过在臂的前端安装有支持所述电极的焊炬的机械手来使所述焊炬移动，由此控制所述机械手来对焊接对象进行电弧焊接， 所述控制装置的特征在于，具备: 平面检测单元，其算出通过所述电极的接触或非接触测量而得到的所述焊接对象的I个平面上的任意点的坐标值，将该任意点的坐标值存储到存储部中，基于所述任意点的坐标值来检测包含所述任意点在内的平面、和相对于该平面的法线，并将该平面以及法线保存到所述存储部中； 接触控制单元，其将所述焊炬控制为与所述法线平行，并使所述电极接触到所述焊接对象的I个平面上的测定点；和 测定指示单元，其对所述焊接用电源装置指示与所述前端电压的算出相关的实际测定。
8.一种控制装置，设置于焊接系统，该焊接系统包括焊接用电源装置，该焊接用电源装置与用于焊接焊接对象的电极和所述焊接对象连接，并基于所述电极的前端电压来控制在所述电极和所述焊接对象之间产生用于焊接的电弧的输出电力，其中，所述电极的所述前端电压基于检测单元所检测出的输出电流和输出电压来算出，所述控制装置通过在臂的前端安装有支持所述电极的焊炬的机械手来使所述焊炬移动，由此控制所述机械手来对焊接对象进行电弧焊接， 所述控制装置的特征在于，具备: 平面检测单元，其按照操作部的操作来驱动控制所述机械手，算出所述焊接对象的I个平面上的至少3个接触点的坐标 值，将各接触点的坐标值存储到存储部中，基于所述接触点的各坐标值来检测包含所述接触点在内的平面、和相对于该平面的法线，并将该平面以及法线保存到所述存储部中； 接触控制单元，其将所述焊炬控制为与所述法线平行，并使所述电极接触到所述焊接对象的I个平面上的测定点；和 测定指示单元，其对所述焊接用电源装置指示用于算出所述前端电压的实际测定。
全文摘要
本发明提供焊接系统以及控制装置，能缩短电极前端电压的测定所需要的时间。控制装置(11)按照示教器(17)的操作来驱动控制机械手(12)，作业者使焊炬(TH)前端的接触片接触到焊接对象(M)的1个平面上的接触点。控制装置(11)算出各接触点的空间坐标值，将各接触点的空间坐标值存储到存储部中。然后，控制装置(11)基于接触点的各空间坐标值来检测包含接触点在内的平面、和相对于该平面的法线。控制装置(11)将焊炬(TH)控制为与法线平行，使接触片接触到焊接对象(M)的1个平面上的测定点。焊接电源(14)对接触片和焊接对象(M)提供用于进行检测的输出电力，来检测前端电压。
文档编号B23K9/095GK103084706SQ20121041309
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月25日 优先权日2011年10月31日
发明者波多晓, 惠良哲生 申请人:株式会社大亨