焊丝的进给控制方法、焊丝的进给装置以及焊接系统与流程

本发明涉及用于使用直流有刷电动机稳定地进给焊丝的焊丝的进给控制方法、焊丝的进给装置以及焊接系统。

背景技术：

直流有刷电动机(以下也称作dc有刷电动机，或仅称作电动机)包含定子(以下也称作固定子)和转子，在定子具备永磁铁，在转子具备线圈、整流子以及电刷。dc有刷电动机由于具有简单的结构、控制容易且通用性高的长处，因此多用在气体保护电弧焊接中所用的焊丝的进给中。但在电刷和整流子机械地接触的结构上，存在电刷与电动机的工作时间大致成正比地磨耗的问题点，给焊接带来不良影响。

为了解决该电刷磨耗的问题，在专利文献1中，公开了电动机控制方法，在连续提供在给定的周期内on/off的脉冲电压来驱动电动机的驱动方式中，在过电流检测单元检测到预先确定的过电流时，通过使在周期内处于on状态的脉冲电压成为off状态，来将流过电动机的电流控制在电刷以及整流子的磨耗少的范围，从而谋求dc电动机的长寿命化，由此谋求具备该电动机的装置整体的低成本化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：jp特开平8-275573号公报

一般来说，作为电刷磨耗时的弊病，磨耗越进展，越易于产生电的接触变弱的高负载状态。若高负载状态频繁发生，则在旋转时，需要更高的能量。其结果，从旋转开始时或旋转数变更时到过渡到指定的旋转数为止的响应时间降低，即响应时间变长。另外，由于电的接触每次都变化，因此不能维持稳定的旋转。专利文献1抑制早期的电刷磨耗来延长dc有刷电动机的寿命，但关于作为电刷磨耗后的课题的抑制到达到设定旋转数为止的响应时间的降低以及维持的稳定的旋转，则并未解决。

在焊丝的进给中，由于dc有刷电动机的旋转数的变化是焊接电流所涉及的重要的要素，因此用于向指定的旋转数过渡的响应时间谋求更短。另外，在不能维持稳定的旋转的情况下，会给焊接作业性带来大的影响。另外，由于电刷的磨耗而不能维持稳定的旋转的问题特别易于在旋转引起的惯性小的低速旋转中引起。另一方面，在利用机器人的自动焊接中，有时在自动焊接的功能中低速进行短时间的焊丝进给，电刷的磨耗导致的对向指定旋转数的响应时间的不良影响变得显著。如此地，电刷的磨耗所导致的这些问题给焊接带来大的影响。

技术实现要素：

本发明鉴于前述的课题而提出，其目的在于，提供焊丝的进给控制方法、焊丝的进给装置以及焊接系统，在焊丝的进给中，即使在直流有刷电动机中产生电刷的磨耗，也能抑制达到设定旋转数为止的响应时间的降低，且能维持稳定的旋转。

因此，本发明的上述目的通过焊丝的进给控制方法所涉及的下述(1)的结构达成。

(1)一种焊丝的进给控制方法，用进给系统进给电弧焊接中所用的焊丝，所述焊丝的进给控制方法的特征在于，所述进给系统具备：用于进给所述焊丝的直流有刷电动机；驱动所述直流有刷电动机的电动机驱动部；用于控制给所述电动机驱动部的输入信号即控制值的进给控制部；用于判定所述控制值的补正需要与否、或用于算出补正所述控制值的补正值的补正控制部；检测所述直流有刷电动机的状态的进给速度检测部；和检测流过所述直流有刷电动机的电流的电动机电流检测部，所述补正控制部具有：基于所述进给速度检测部中检测到的进给速度反馈信号和所述电动机电流检测部中检测到的电动机电流信号来判定所述控制值的补正的需要与否的补正判定单元；和在所述补正判定单元判定为需要所述控制值的补正的情况下算出所述补正值的补正值算出单元，在算出所述补正值的情况下，将所述补正值输入到所述进给控制部来补正所述控制值，将补正过的所述控制值向所述电动机驱动部输入。

根据该结构，在进给焊丝的直流有刷电动机中，即使产生电刷的磨耗，也能抑制到达到设定旋转速度为止的响应时间的降低，且能维持稳定的旋转。

另外，焊丝的进给控制方法所涉及的本发明的优选的实施方式与以下的(2)～(6)相关。

(2)在(1)记载的焊丝的进给控制方法基础上，所述控制值是脉冲信号，所述进给控制部按照所述补正值来使所述脉冲信号的on期间的宽度、on期间的高度以及所述脉冲信号的频率当中至少一者调制。

根据该结构，能精度良好地控制直流有刷电动机的旋转速度。

(3)在(1)或(2)记载的焊丝的进给控制方法基础上，所述补正判定单元具有：第一判定单元，其判定所述进给速度反馈信号的信号值是否是预先确定的信号值以下，且判定所述进给速度反馈信号的信号值满足预先确定的信号值以下的期间是否满足预先确定的期间；和第二判定单元，其判定所述电动机电流信号的信号值是否是预先确定的信号值以下，且判定所述电动机电流信号的信号值满足预先确定的信号值以下的期间是否满足预先确定的期间，仅在所述第一判定单元以及所述第二判定单元的判定条件都满足的情况下，所述补正值算出单元算出所述补正值。

根据该结构，通过设置多个用于算出补正值的判定条件即信号值以及该期间，补正值算出单元能更正确地算出补正值。

(4)在(3)记载的焊丝的进给控制方法基础上，所述补正控制部仅在所述第一判定单元以及所述第二判定单元的判定条件都满足的情况下，使警报信号产生。

根据该结构，能通过警报信号对作业人员警告电刷的磨耗。

(5)在(1)～(4)中任一项记载的焊丝的进给控制方法的基础上，所述进给速度反馈信号将所述直流有刷电动机的旋转数以及转矩当中至少一方作为信号。

根据该结构，能通过检测直流有刷电动机的旋转数以及转矩的任意一方的信号来控制焊丝的进给速度。

(6)在(1)～(5)中任一项记载的焊丝的进给控制方法的基础上，所述进给控制部具有：判定所述进给速度反馈信号的信号值是否是预先确定的信号值以下的控制方式判定单元，在判定为所述进给速度反馈信号的信号值是所述预先确定的信号值以下的情况下，所述电动机驱动部以定位控制方式驱动所述直流有刷电动机，在判定为所述进给速度反馈信号的信号值超过所述预先确定的信号值的情况下，所述电动机驱动部以速度控制方式驱动所述直流有刷电动机。

根据该结构，能基于进给速度反馈信号来将直流有刷电动机切换成定位控制方式以及速度控制方式的任一者进行驱动。

另外，本发明的上述目的通过焊丝的进给装置所涉及的下述(7)的结构达成。

(7)一种焊丝的进给装置，进给电弧焊接中所用的焊丝，所述焊丝的进给装置的特征在于，具备：用于进给所述焊丝的直流有刷电动机；驱动所述直流有刷电动机的电动机驱动部；

用于控制给所述电动机驱动部的输入信号即控制值的进给控制部；用于判定所述控制值的补正需要与否、或用于算出补正所述控制值的补正值的补正控制部；检测所述直流有刷电动机的状态的进给速度检测部；和检测流过所述直流有刷电动机的电流的电动机电流检测部，所述补正控制部具有：基于所述进给速度检测部中检测到的进给速度反馈信号和所述电动机电流检测部中检测到的电动机电流信号来判定所述控制值的补正的需要与否的补正判定单元；和在所述补正判定单元判定为需要所述控制值的补正的情况下算出所述补正值的补正值算出单元，在算出所述补正值的情况下，将所述补正值输入到所述进给控制部来补正所述控制值，将补正过的所述控制值向所述电动机驱动部输入。

根据该结构，即使在进给焊丝的直流有刷电动机中产生电刷的磨耗，也能抑制到达到设定旋转速度为止的响应时间的降低，且能维持稳定的旋转。

进而，本发明的上述目的通过焊接系统所涉及的下述(8)的结构达成。

(8)一种焊接系统，进给焊丝并进行电弧焊接，所述焊接系统的特征在于，具备：用于进给所述焊丝的直流有刷电动机；驱动所述直流有刷电动机的电动机驱动部；用于控制给所述电动机驱动部的输入信号即控制值的进给控制部；用于判定所述控制值的补正需要与否、或用于算出补正所述控制值的补正值的补正控制部；检测所述直流有刷电动机的状态的进给速度检测部；和检测流过所述直流有刷电动机的电流的电动机电流检测部，所述补正控制部具有：基于所述进给速度检测部中检测到的进给速度反馈信号和所述电动机电流检测部中检测到的电动机电流信号来判定所述控制值的补正的需要与否的补正判定单元；和在所述补正判定单元判定为需要所述控制值的补正的情况下算出所述补正值的补正值算出单元，在算出所述补正值的情况下，将所述补正值输入到所述进给控制部来补正所述控制值，将补正过的所述控制值向所述电动机驱动部输入。

根据该结构，即使在进给焊丝的直流有刷电动机中产生电刷的磨耗，也能抑制到达到设定旋转速度为止的响应时间的降低，且能维持稳定的旋转。

发明的效果

根据本发明的焊丝的进给控制方法、焊丝的进给装置以及焊接系统，通过判定进给焊丝的直流有刷电动机的电刷磨耗的状态，按照该判定结果来补正给电动机驱动部输入的控制值，即使产生电刷的磨耗，也能抑制到达到设定旋转速度为止的响应时间的降低，且能维持稳定的旋转。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的电弧焊接系统的一结构例的概略图。

图2是表示本发明所涉及的焊丝的进给系统的第1实施方式的框图。

图3的(a)是表示进给速度反馈信号的大小与时间的关系的一例的图表，图3的(b)是表示电动机电流信号的大小与时间的关系的一例的图表，图3的(c)是表示图3的(a)以及图3的(b)中的补正值的输出定时的图表。

图4的(a)是表示进给速度反馈信号的大小与时间的关系的其他示例的图表，图4的(b)是表示电动机电流信号的大小与时间的关系的其他示例的图表，图4的(c)是表示图4的(a)以及图4的(b)中的补正值的输出定时的图表。

图5是表示本发明所涉及的焊丝的进给系统的第2实施方式的框图。

附图标记的说明

10进给系统

20补正判定单元

30补正值算出单元

40控制方式判定单元

50电弧焊接系统

100焊接机器人

200焊炬

211焊丝

300进给装置

400焊接电源

500保护气体提供装置

600机器人控制装置

bc补正控制部

bc补正值

cd电动机电流检测部

cd电动机电流信号

dr电动机驱动部

e旋转编码器

ea、ea’进给控制部

ea控制值

ep电动机旋转信号

fs进给启动信号

fvc进给速度检测部

m直流有刷电动机

oc电动机过电流判定部

oc电动机过电流信号

wfb进给速度反馈信号

wfr进给速度指令值

wo工件

i电动机电流信号的信号值

ith预先确定的信号值

r进给速度反馈信号的信号值

rth预先确定的信号值

ti预先确定的期间

tith满足预先确定的信号值以下的期间

tr预先确定的期间

trth进给速度反馈信号的信号值满足预先确定的信号值以下的期间

具体实施方式

以下参考附图来说明本发明所涉及的一个实施方式。本实施方式是利用焊接机器人的情况的一例，并不限定于本实施方式的结构。

(第1实施方式)

<电弧焊接系统的概要>

图1是表示本实施方式所涉及的电弧焊接系统的结构例的概略图。电弧焊接系统50具备焊接机器人100、进给装置300、焊接电源400、保护气体提供装置500和机器人控制装置600。

焊接电源400经由正的电源线410与作为自耗式电极的焊丝211连接，经由负的电源线430与作为被焊接物的工件wo连接。该连接是以相反极性进行焊接的情况，在以正极性进行焊接的情况下，焊接电源400经由正的电源线与工件wo连接，经由负的电源线与焊丝211连接。

另外，焊接电源400和焊丝211的进给装置300分别通过信号线连接，能用内置于进给装置300的后述的进给系统10(参考图2)控制焊丝211的进给速度。

焊接机器人100具备焊炬200作为末端执行器。焊炬200具有使焊丝211通电的通电机构即导电嘴。焊丝211通过来自导电嘴的通电而从前端产生电弧，用该热对作为焊接的对象的工件wo进行焊接。

进而，焊炬200具备成为喷出保护气体的机构的保护气体喷嘴210。保护气体可以是二氧化碳气体、氩气或例如氩+co2这样的混合气体的任一者。保护气体从保护气体提供装置500提供。

机器人控制装置600，控制焊接机器人100的动作。机器人控制装置600保持预先确定了焊接机器人100的动作型式等的示教数据，对焊接机器人100指示这些来控制焊接机器人100的动作。另外，机器人控制装置600按照示教数据将焊接作业中的焊接电流、焊接电压、进给速度等焊接条件给到焊接电源400。

焊接电源400根据来自机器人控制装置600的指令来对焊丝211以及工件wo提供电力，由此使焊丝211与工件wo之间产生电弧。另外，焊接电源400参考图2，根据来自机器人控制装置600的指令来对内置于进给装置300的进给系统10输出用于开始焊丝211的进给的进给启动信号fs以及用于控制焊丝211的进给速度的进给速度指令值wfr。

另外，后述的进给系统10中所含的进给控制部ea、补正控制部bc、电动机驱动部dr、电动机电流检测部cd等控制电路或检测电路并不限定于内置于进给装置300的情况，还能独立配设，进而也可以内置于机器人控制装置600、焊接电源400等。

<进给系统的功能结构>

第1实施方式的进给系统10，如图2所示那样，具备用于进给焊丝211的直流有刷电动机m、电动机驱动部dr、进给速度检测部fvc、电动机电流检测部cd、电动机过电流判定部oc、进给控制部ea和补正控制部bc。另外，本实施方式所涉及的进给系统10，是电动机驱动部dr以速度控制方式驱动直流有刷电动机m的情况的示例。

直流有刷电动机m基于电动机驱动部dr的指令使未图示的辊旋转，将该辊所夹持的焊丝211进给到焊炬200。另外，在直流有刷电动机m的旋转轴配设旋转编码器e，来将直流有刷电动机m的旋转变换成电动机旋转信号ep并输出。电动机驱动部dr向直流有刷电动机m提供电力来对直流有刷电动机m进行旋转驱动。

进给速度检测部fvc将旋转编码器e中检测到的电动机旋转信号ep变换成焊丝211的进给速度反馈信号wfb。另外，作为检测方法，并不限定于利用检测直流有刷电动机m的旋转的旋转编码器e的方法。例如能举出利用电动机的反电动势电压的检测方法。这是使用将电动机的电压作为输入的其他旋转检测电路来进行检测的方法。

另外，电动机电流检测部cd，检测从电动机驱动部dr提供到直流有刷电动机m的电流，作为电动机电流信号cd。电动机电流信号cd会在发生电刷磨耗时、电刷以及整流子氧化时等由于电阻值的上升而降低，因此能检测电刷磨耗、氧化。

电动机过电流判定部oc，在电动机电流检测部cd中检测到的电动机电流信号cd比给定的电流值大的情况下，将电动机过电流信号oc对进给控制部ea送出，来防止直流有刷电动机m的过负载。

进给控制部ea被输入从焊接电源400输出的进给启动信号fs以及进给速度指令值wfr、从进给速度检测部fvc输出的进给速度反馈信号wfb、从电动机电流检测部cd输出的电动机电流信号cd、从电动机过电流判定部oc输出的电动机过电流信号oc、以及从补正控制部bc输出的补正值bc，基于各个信号来控制给电动机驱动部dr的输入信号即控制值ea。

控制值ea例如是脉冲信号，进给控制部ea按照补正值bc来使脉冲信号的on期间的宽度、on期间的高度以及脉冲信号的频率当中至少一者调制，从而控制直流有刷电动机m的旋转。通过将控制值ea作为脉冲信号，旋转控制的精度得以提升。

补正控制部bc具备补正判定单元20以及补正值算出单元30。补正判定单元20基于进给速度反馈信号wfb和电动机电流信号cd来判定控制值ea的补正的需要与否。在补正判定单元20中判定为需要控制值ea的补正的情况下，补正值算出单元30算出补正值bc，将该补正值bc输入到进给控制部ea来补正控制值ea，将补正过的控制值ea向电动机驱动部dr输入。

另外，补正判定单元20具备第一判定单元和第二判定单元。参考图3以及图4，第一判定单元判定：是否进给速度反馈信号wfb的信号值r为预先确定的信号值rth以下、且该信号值r满足预先确定的信号值rth以下的期间trth满足预先确定的期间tr。

另外，第二判定单元判定是否电动机电流信号cd的信号值i为预先确定的信号值ith以下、且该信号值i满足预先确定的信号值ith以下的期间tith满足预先确定的期间ti。

然后，仅在第一判定单元以及第二判定单元的判定条件全都满足的情况下，补正值算出单元30算出补正值bc并输出到进给控制部ea。另外，补正判定单元20还能在第一判定单元以及第二判定单元的判定条件全都满足的情况下，产生警报信号，将电刷的磨耗通过警报来对作业人员进行警告。

<补正判定单元的判定例(1)>

图3所示的判定例(1)是直流有刷电动机m的旋转速度长时间维持在低速状态(还包含停止状态)的情况的示例。具体地，如图3的(a)所示那样，进给速度反馈信号wfb的信号值r为预先确定的信号值rth以下且满足预先确定的信号值rth以下的期间即该期间trth比预先确定的期间tr长。因此，第一判定单元在时刻tr1判定为满足信号值r以及期间tr的两条件。

另外，同时，如图3的(b)所示那样，电动机电流信号cd的信号值i为预先确定的信号值ith以下且满足预先确定的信号值ith以下的期间即该期间tith比预先确定的期间ti长。因此，第二判定单元在时刻ti1判定为满足信号值i以及期间ti的两条件。

补正值算出单元30进行控制，基于第一判定单元以及第二判定单元的判定结果如图3的(c)所示那样，在时刻ti1算出补正值bc并输出到进给控制部ea，使对直流有刷电动机m施加的电压增大，将更大的电动机电流提供给直流有刷电动机m来提高旋转速度。另外，还能根据电动机电流信号cd的大小算出电刷-整流子间的电阻值，从该电阻值的变化获知电刷磨耗的程度。

<补正判定单元的判定例(2)>

图4所示的判定例(2)是直流有刷电动机m的旋转速度不稳定的情况的示例。具体地，如图4的(a)所示那样，直流有刷电动机m的旋转是如下情况：在上升沿后的时刻tr1，进给速度反馈信号wfb的信号值r超过预先确定的信号值rth，但在时刻tr2～时刻tr3之间成为信号值rth以下。其中，该期间trth由于比预先确定的期间tr短，因此不满足第一判定单元的判定条件。之后是如下情况：在时刻tr4，进给速度反馈信号wfb的信号值r再度成为预先确定的信号值rth以下，在时刻tr5，时刻tr4起的期间变得比预先确定的期间tr长。在该情况下，第一判定单元在时刻tr5判定为满足两条件。

另外，如图4的(b)所示那样，电动机电流信号cd的信号值i不稳定，以预先确定的信号值ith为界上下波动，虽然在时刻ti2～时刻ti3之间成为预先确定的信号值ith以下，由于该期间tith比预先确定的期间ti短，因此在该时间点并不满足第二判定单元的判定条件。之后是如下情况：电动机电流信号cd的信号值i虽然超过预先确定的信号值ith，但之后，在时刻ti4，电动机电流信号cd的信号值i再度成为信号值ith以下，在时刻ti5，时刻ti4起的期间变得比预先确定的期间ti长。在该情况下，第二判定单元在时刻ti5判定为满足两条件。

补正值算出单元30基于第一判定单元以及第二判定单元的判定结果，如图4的(c)所示那样，在第一以及第二判定单元的判定条件都满足的时刻tr5算出补正值bc，并输出到进给控制部ea。

进给控制部ea基于补正值bc来补正控制值ea，将补正的控制值ea向电动机驱动部dr输出，控制直流有刷电动机m的旋转速度。通常，补正控制部bc在直流有刷电动机m停止或以低速旋转的情况下，算出补正值bc，使得将更大的电动机电流提供到直流有刷电动机m来提高旋转速度。由此，即使产生电刷的磨耗，也能抑制从停止状态或低速旋转状态到达到设定的旋转速度为止的响应时间的降低即响应延迟。另外，能维持稳定的旋转。另外，在进行控制以使直流有刷电动机m的旋转速度增加的情况下，为了防止直流有刷电动机m的过旋转，优选进行控制，使控制值ea阶段地增加，使补正值bc和时间一起增大。

以上，根据本实施方式的焊丝的进给控制方法、焊丝的进给装置以及焊接系统，在焊丝211的进给中，判定直流有刷电动机m的电刷的磨耗状态，按照该判定结果来补正给电动机驱动部dr输入的控制值ea，从而即使产生电刷的磨耗，也能抑制到达到设定旋转速度为止的响应时间的降低，且能维持稳定的旋转。

(第2实施方式)

接下来，参考图5来说明第2实施方式所涉及的进给系统。图5是本发明的第2实施方式的进给系统的框图。

图5所示的进给系统10基本与第1实施方式所涉及的进给系统10相同，不同点在于，对进给控制部ea’附加了控制方式判定单元40，并将旋转编码器e中检测到的电动机旋转信号ep也输入到进给控制部ea’。关于其他部分，由于与第1实施方式所涉及的进给系统10同样，因此对相同部分标注相同附图标记或相当附图标记并简化或省略说明。

本实施方式的控制方式判定单元40判定进给速度指令值wfr是否是预先确定的值wfr_low以下。即，在判定为进给速度指令值wfr是预先确定的值wfr_low以下的情况下，进给控制部ea’以定位控制方式算出控制值ea，在判定为进给速度指令值wfr超过预先确定的值wfr_low的情况下，进给控制部ea’以速度控制方式算出控制值ea。

在控制方式判定单元40选择速度控制方式的情况下，与第1实施方式所涉及的进给系统10同样，基于从进给速度检测部fvc输出的进给速度反馈信号wfb以及从电动机电流检测部cd输出的电动机电流信号cd，来由补正控制部bc判定补正的需要与否，根据需要算出补正值bc，并将该补正值bc输入到进给控制部ea’，来补正控制值ea。补正过的控制值ea向电动机驱动部dr输入，电动机驱动部dr驱动直流有刷电动机m。

另一方面，在控制方式判定单元40选择定位控制方式的情况下，进给控制部ea’基于输入到进给控制部ea’的来自旋转编码器e的电动机旋转信号ep来算出直流有刷电动机m的旋转数并将其相加，算出控制值ea，使得直流有刷电动机m的累积旋转数成为能进给所需的焊丝211的进给长度的旋转数。补正过的控制值ea向电动机驱动部dr输入，电动机驱动部dr驱动直流有刷电动机m。

直流有刷电动机m的基于速度控制方式的驱动，能有效果地使用在焊接中对应于焊丝211的消耗量来进给焊丝211的情况中。另外，直流有刷电动机m的基于定位控制方式的驱动，能有效果地用于在焊接开始前将焊丝211进给给定的长度(例如数毫米)来将其从焊炬200的前端突出的情况等中。另外，在速度控制方式以及定位控制方式的任何的驱动方式中，都进行基于补正控制部bc的补正判定单元20以及补正值算出单元30的补正控制。

另外，本发明并不限定于前述的各实施方式，能适宜变形、改良等。