电弧焊接机器人的控制装置及其方法

专利名称：电弧焊接机器人的控制装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种连续更改电弧焊接机器人的焊接条件的电弧焊接机 器人的控制装置。
背景技术：
目前，在使用了电弧焊接机器人的电弧焊接中，为了阶段性地更改焊 接电流、焊接电压、焊接速度、摆动周期、摆动振幅等焊接条件，需要在 焊接线上设定(示教)多个焊接条件更改位置(示教点)，并在每个焊接 条件更改位置手动设定不同的焊接条件。因此，由于在每个焊接条件更改 位置手动设定焊接条件是非常繁杂的，因而公开了自动地更改焊接条件的
技术(参照日本国实开昭61 — 138470号、美国专利第6177650号)。
例如，日本国实开昭61 — 138470号所公开的技术是，基于焊接机器 人的移动距离，线性更改电弧焊接机器人的焊接条件。另外，美国专利第 6177650号所公幵的技术是，设定更改焊接条件的起点及终点，再设定该 起点及终点的焊接条件，为了达到终点的焊接条件在该终点逐步更改焊接 条件。
在上述两个专利文献所公开的技术中，焊枪每执行1周期摆动就要更 改焊接电流等焊接条件，由于在摆动的左右两端的焊接电流的指令值不 同，因而产生焊道厚度不匀的问题。另外，即使在电弧焊接机器人具备电 弧传感器的情况下，由于即使在工件上不产生偏移，在摆动的左右两端的 实际焊接电流也不同，因而不能跟踪所期望的焊接线在焊条的目标上产生 偏移。另外，对于摆动指令，在实际的焊枪摆动动作上产生微小的延迟， 由于该延迟，而使焊枪实际执行1周期摆动的定时和更改焊接电流等焊接 条件的定时不一致，使得在摆动的左右两端的焊接电流变得不相等，造成 摆动周期越提前焊道越厚度不匀。

发明内容
因此，本发明的目的在于，解决上述的问题，提供一种即使在焊接机 器人进行摆动的情况下，也无焊道厚度不匀的电弧焊接机器人的控制装置 A升A/広o
为了解决上述课题，本发明提供一种电弧焊接机器人的控制装置，一
边按照规定的动作模式进行摆动一边焊接工件，其包括存储单元，其存 储焊接条件更改开始位置、焊接条件更改结束位置、在所述焊接条件更改 开始位置的焊接条件及在所述焊接条件更改结束位置的焊接条件，在所述 焊接条件更改开始位置的焊接条件及在所述焊接条件更改结束位置的焊 接条件包括摆动周期、摆动振幅、以及焊接电流、焊接电压、焊接速度中 的至少一种；摆动动作控制单元，其生成使所述电弧焊接机器人的焊枪按 照所述规定的动作模式进行摆动的摆动指令，并在所述焊枪按照所述摆动 指令每执行1周期所述规定动作模式的摆动时，就输出摆动1周期结束信 号；焊接条件更改位置计算单元，其对所述焊枪自所述焊接条件更改开始 位置向所述焊接条件更改结束位置前进的行进位置进行计算；焊接条件计 算单元，其基于在所述焊接开始位置的焊接条件和在所述焊接结束位置的 焊接条件之差，对与自所述焊接条件更改开始位置至所述行进位置的距离 相对应的修正值进行计算，将所述修正值与在所述焊接开始位置的焊接条 件相加来计算所述行进位置的更改预定焊接条件；以及焊接条件更改单
元，其每输入所述摆动l周期结束信号，就基于所述行进位置的更改预定 焊接条件对所述电弧焊接机器人的焊接条件进行更改。
根据这样的构成，电弧焊接机器人的控制装置在电弧焊接机器人的焊 枪位于自焊接条件更改开始位置至焊接条件更改结束位置之间的情况下， 每使焊枪执行1周期摆动，就基于行进位置的更改预定焊接条件来更改电 弧焊接机器人的焊接条件。由此，电弧焊接机器人的控制装置在使焊枪执 行l周期摆动期间，不对焊接条件进行更改。在此，电弧焊接机器人的控 制装置可以根据坡口的形状、工件的形状、材质及大小任意设定焊接条件 更改开始位置、焊接条件更改结束位置、焊接条件更改开始位置的焊接条 件及焊接条件更改结束位置的焊接条件。
另外，上述的电弧焊接机器人的控制装置还具备摆动动作延迟时间调
5节单元，其基于从向所述焊接条件更改单元输入所述摆动1周期结束信号 后直至所述焊枪执行1周期所述规定的动作模式的摆动为止的延迟时间， 在输入所述摆动1周期结束信号后经过所述延迟时间，使所述焊接条件更 改单元更改所述电弧焊接机器人的焊接条件。
根据这样的构成，电弧焊接机器人的控制装置通过摆动动作延迟时间 调节单元，延迟滤波延迟及机械延迟等的延迟时间的量，在焊枪到达焊接 线中心时，使焊接条件更改单元更改焊接条件。通常，摆动周期越提前则 延迟的影响越大，但电弧焊接机器人的控制装置即使在这样的情况下也可 以降低延迟的影响。
本发明的电弧焊接机器人的控制装置可以用于在所述焊枪的前端具 备前电极及后电极、且具备向所述前电极及所述后电极供电的两个焊接电 源的串联电弧焊接系统。此时，所述存储单元针对所述前电极及所述后电 极分别储存在所述焊接开始位置的焊接条件和在所述焊接结束位置的焊 接条件，所述焊接条件计算单元针对所述前电极及所述后电极分别计算所 述行进位置的更改预定焊接条件。
另外，本发明提供电弧焊接机器人的控制方法，其一边按照规定的动 作模式进行摆动一边对工件进行焊接，其包括下述步骤
存储步骤，其将焊接条件更改开始位置、焊接条件更改结束位置、在 所述焊接条件更改开始位置的焊接条件以及在所述焊接条件更改结束位 置的焊接条件储存于存储单元，其中，在所述焊接条件更改开始位置的焊 接条件及在所述焊接条件更改结束位置的焊接条件包括摆动周期、摆动振 幅、以及焊接电流、焊接电压、焊接速度中的至少一种；摆动动作控制步 骤，其生成使所述电弧焊接机器人的焯枪按照所述规定的动作模式进行摆 动的摆动指令，并在所述焊枪按照所述摆动指令每执行1周期所述规定动 作模式的摆动时，就输出摆动l周期结束信号；焊接条件更改位置计算步
骤，其对所述焊枪自所述焊接条件更改开始位置向所述焊接条件更改结束
位置前进的行进位置进行计算；焊接条件计算步骤，其基于在所述焊接条 件更改开始位置的焊接条件和在所述焊接条件更改结束位置的焊接条件 之差，对与自所述焊接条件更改开始位置至所述行进位置的距离相对应的 修正值进行计算，将所述修正值与在所述焊接条件更改开始位置的焊接条件相加来计算所述行进位置的更改预定焊接条件；以及焊接条件更改步 骤，其每输入所述摆动1周期结束信号，就基于所述行进位置的更改预定 焊接条件对所述电弧焊接机器人的焊接条件进行更改。
根据本发明的焊接机器人的控制装置及其控制方法，可以达到如下所 述的良好效果。即，由于即使在电弧焊接机器人进行摆动的情况下，也可 以使焊枪每执行1周期摆动就更改焊接条件，因而可防止焊道厚度不匀。 另外，根据还具备摆动动作延迟时间调节单元这一结构，即使在摆动周期 提前的情况下也可以防止焊道的厚度不匀，降低延迟的影响且能够进行正 确的电弧焊接。


图1的(a)是表示含有本发明的控制装置的电弧焊接系统的概要的 构成图，(b)是本发明中的工件及焊接线的放大图2是示意性表示图1所示的控制装置的构成的框图3是表示输入到图1所示的控制装置的一例焊接条件的说明图4是为了说明本发明中焊接条件的更改而示出工件的焊接线的说明
图5的(a)是示出本发明中的电弧焊接机器人的焊枪轨迹的说明图， (b)是示出本发明中的电弧焊接机器人的焊枪的摆动动作的说明图6的(a)是示出本发明中的电弧焊接机器人的焊枪的摆动轨迹的 说明图，(b)是示出与焊枪的位置相对应的焊接电流的指令值的说明图； 图7是示出图2所示的控制装置的动作的流程图8是示意性表示串联式电弧焊接机器人用的图1所示的控制装置的 构成的框图9是示意性表示串联式电弧焊接机器人用的输入到图1所示的控制 装置的一例焊接条件的说明图。
具体实施例方式
(控制装置概要)
下面，参照适当附图详细说明本发明的实施方式。参照图1说明控制装置的概要。(a)是表示含有本发明的控制装置的电弧焊接系统的概要的
构成图，(b)是本发明中的工件及焊接线的放大图。图1的(a)中示出 控制装置(电弧焊接机器人的控制装置)1、电弧焊接机器人2、示教悬架 式按钮台4、焊枪9及工件W。另外，图1的(b)示出工件W及焊道B。
控制装置1基于从示教悬架式按钮台4输入的指令及示教程序对电弧 焊接机器人2进行控制，更改电弧焊接机器人2的焊接条件。另外，控制 装置1与电弧焊接机器人2及示教悬架式按钮台4相连接。
电弧焊接机器人2例如是6轴结构的垂直多关节机器人，在其手腕部 分安装有焊枪9。另外，电弧焊接机器人2可以基于来自控制装置1的移 动命令来驱动电弧焊接机器人用电动机M，使焊枪9沿着工件W的焊接 线移动。在图1中，为了说明而例示了 1个电弧焊接机器人用电动机M， 但其数量无特别限制，例如，如果电弧焊接机器人2是6轴结构的垂直多 关节机器人，则具备6个电弧焊接机器人用电动机M。
焊枪9向工件W的焊接线输送焊条(未图示)。通过在送出的焊条和 工件W的焊接线之间形成电弧来进行电弧焊接。另外，焊枪9经由焊条 输送装置(未图示)与焊接电源连接。该焊接电源与控制装置l连接。另 外，若控制装置1向焊接电源输出焊接指令，则通过来自焊接电源的供电 驱动焊条输送装置，将焊条输送到焊枪9。另外，电弧焊接机器人2也可 以是具备2个焊枪9的串联式电弧焊接机器人。
控制装置1例如内装有传感计算机。该传感计算机基于焊接电流的变 化和电弧焊接机器人2的焊条的突出长度的对应关系，对在摆动的右端的 焊接电流和在摆动的左端的焊接电流进行检测(电弧传感器)。
示教悬架式按钮台4在电弧焊接机器人2的示教作业之际，输入示教 程序、焊接条件更改开始位置的焊接条件及焊接条件更改结束位置的焊接 条件。另外，示教悬架式按钮台4可以根据操作者的操作，向控制装置l 输出使电弧焊接机器人2停止的指令。在图1中，示教悬架式按钮台4通 过有线通信线路与控制装置1连接，但也可以通过无线通信线路与控制装 置1连接。另外，示教悬架式按钮台4也可以将示教程序记录于小型闪存 卡(注册商标)等记录介质，控制装置l从该记录介质读出示教程序。
工件W是成为电弧焊接对象的金属等的部件。在图1的(b)中，控制装置1对摆动周期及摆动振幅等焊接条件进行连续更改，以形成被称为 所谓须状焊道的焊道B。 (控制装置的结构) 参照图2说明控制装置1的结构。图2是示意性示出图1所示的控制
装置的结构的框图。控制装置1例如由CPU (Central Processing Unit)、 ROM (Read Only Memory)、 RAM (Random Access Memory)、 HDD (Hard Disk Drive)及输入输出接口构成。另外，为了实现下述的各种功能，控 制装置1具备传感计算机3、输入输出单元10、存储单元20、机器人轴 控制单元30、电弧焊接机器人控制单元40及焊接电源控制单元50。
输入输出单元10由规定的输入接口及输出接口构成。在图2中，为 了说明的方便，将输入输出单元10表示成一体，但也可以单个构成。该 输入输出单元10向存储单元20及机器人轴控制单元30输出从示教悬架 式按钮台4输入的指令及示教程序。另外，输入输出单元10向焊接电源P 输出从焊接电源控制单元50输出的焊接指令。
另外，输入输出单元10向电弧焊接机器人用电动机M输出来自电弧 焊接机器人控制单元40的命令，将来自电弧焊接机器人用电动机M的表 示焊枪9的位置等的反馈信号及前馈信号输出到电弧焊接机器人控制单元 40。
存储单元20例如由ROM、 RAM、 HDD等构成，且具备示教程序存 储单元21、焊接条件更改位置存储单元22及焊接条件存储单元23。另外， 优选在通过焊条的切断及喷嘴的接触来中断电弧焊接的情况下具备，且存 储单元20对下述的剩余距离及计算出的行进位置的更改预定焊接条件进 行储存。该情况下，即使在焊接条件更改时中断焊接，控制装置l也可以 从存储单元20读出剩余距离及行迸位置的更改预定焊接条件而再开始进 行电弧焊接。在图2中，为了便于说明，将存储单元20表示成一体，但 也可以由单个构成。
示教程序存储单元21储存记载有向电弧焊接机器人2的命令等的示 教程序。另外，储存于示教程序存储单元21的示教程序是预先编成的， 可以通过在示教悬架式按钮台4或者个人计算机等连接仪器(未图示)的 操作进行编辑。焊接条件更改位置存储单元22储存有焊接条件更改开始位置及焊接 条件更改结束位置。在此，焊接条件更改开始位置是开始对焊接条件进行 更改的位置，不限于一个，可以设定多个。另外，焊接条件更改结束位置 是结束焊接条件的更改的位置，其位于焊接条件更改开始位置的后方。另 外，焊接条件更改结束位置不限于一个，也可以设定与焊接条件更改开始 位置相同的数量。
焊接条件存储单元23储存焊接条件更改开始位置的焊接条件及焊接 条件更改结束位置的焊接条件。参照图3说明一例焊接条件。图3是示出 输入到图2所示的控制装置的一例焊接条件的说明图。首先，"焊接条件 连续更改区间开始"表示位置P1为焊接条件更改开始位置。"直线移动" 表示直线移动到设定于工件W的位置Pl 。"电弧ON"表示进行电弧焊接。 另外，在位置P1的焊接条件表示焊接电流为220A，焊接电压为额定电 压的100%，焊接速度为30cm /分钟，摆动周期为120次/分钟，摆动振 幅为5mm。在本例中，未设定代表朝着摆动的行进方向在左右两端停止的 时间的两端停止时间，但也可以设定该两端时间。
"悍接条件连续更改区间结束"表示位置P2为焊接条件更改结束位 置。另外，在位置P2的焊接条件表示焊接电流为280A，焊接电压为额 定电压的100%，焊接速度为60cm/分钟，摆动周期为180次/分钟，摆 动振幅为5mm。因此，控制装置1在自位置Pl至位置P2之间，连续地 将摆动周期从120次/分钟增加至180次/分钟，将焊接电流从220A增 加至280A，将焊接速度从30cm/分钟增加至60cm/分钟。控制装置1 既可以只更改焊接条件更改开始位置的焊接条件及焊接条件更改结束位 置的焊接条件中的一部分，如上所述的焊接电流、焊接速度、摆动周期， 也可以对焊接条件更改开始位置的焊接条件及焊接条件更改结束位置的 焊接条件的全部进行更改。
机器人轴控制单元30执行储存于示教程序的命令，进行焊接条件的 更改，例如具备示教程序执行单元31、焊接条件更改位置计算单元32、 焊接条件计算单元33、焊接条件更改单元34及摆动动作控制单元35。
示教程序执行单元31从示教程序存储单元21读出示教程序，且执行 该示教程序中存储的命令。另外，示教程序执行单元31根据表示焊枪9的位置的信号来判断表示焊枪9的位置的信号是否到达规定的示教点，在 表示焊枪9的位置的信号到达其示教点时，执行在该示教点设定的命令。
焊接条件更改位置计算单元32通过对电弧焊接机器人2的焊枪9的 插值位置进行计算的插值计算，来计算焊枪9自焊接条件更改开始位置向 焊接条件更改结束位置前进的行进位置。另外，焊接条件更改位置计算单 元32在插值位置超出焊接条件更改开始位置的情况下，根据插值位置和 焊接条件更改开始位置之差来计算行进位置。在此，所谓插值位置是在示 教点间进行插值的位置。
摆动动作控制单元35例如根据作为焊接条件而输入的摆动周期及摆 动振幅，生成使焊枪9按照规定的动作模式(八。夕一y)进行摆动的摆动 指令。另外，摆动动作控制单元35将所生成的摆动指令经由电弧焊接机 器人控制单元40输出到电弧焊接机器人用电动机M。另外，摆动动作控 制单元35根据摆动指令，在焊枪9每执行1周期规定的动作模式的摆动 时，向焊接条件计算单元33和焊接条件更改单元34输出摆动1周期结束 信号。
焊接条件计算单元33根据焊接条件更改开始位置的焊接条件和焊接 条件更改结束位置的焊接条件之差，计算出与自焊接条件更改开始位置至 行进位置的距离相对应的修正值，将修正值加在焊接条件更改开始位置的 焊接条件上来计算出更改预定焊接条件。 (更改预定焊接条件的计算)
参照图4具体说明行进位置的更改预定焊接条件的计算。图4是为了 说明在本发明中焊接条件的更改而示出工件的焊接线的说明图。图4中示 出了焊接线、行进位置、焊接条件更改开始位置P1、焊接条件更改结束位 置P2，并且将自焊接条件更改开始位置Pl至焊接条件更改结束位置P2 的距离表示成总距离1，将自行进位置至焊接条件更改结束位置P2的距离 表示成剩余距离L。
焊接条件计算单元33可以对行进位置的更改预定焊接条件中的焊接 速度、摆动周期及摆动振幅使用式1计算出行进位置的更改预定焊接条件。 另外，将焊接条件更改结束位置的焊接条件和焊接条件更改开始位置的焊 接条件之差设为焊接条件差量。在此，式1中，{(总距离一剩余距离)/总距离)X焊接条件差量一项，是与自焊接条件更改开始位置至行进位 置的距离相对应的修正值，焊接条件计算单元33将该修正值与焊接条件 更改开始位置的焊接条件相加计算出行进位置的更改预定焊接条件。在焊 接条件更改开始位置的焊接条件比焊接条件更改结束位置的焊接条件大
的情况下，修正值为负值，焊接条件计算单元33将负值与焊接条件更改
开始位置的焊接条件相加，即从焊接条件更改开始位置的焊接条件中减去 修正值。
(数学式1)
更改预定焊接条件={(总距离一剩余距离)/总距离)x焊接条件差
量+焊接条件更改开始位置的焊接条件 …(1)
例如，在焊接条件更改开始位置的焊接条件中摆动周期为120次/分 钟、焊接条件更改结束位置的焊接条件中摆动周期为180次/分钟、总距 离1为100mm及剩余距离^为50mm的情况下，在行进位置的摆动周期是 150次/分钟(参照式2)。
(数学式2)
150次/分钟={ (100 — 50) / 100}X (180—120) +120 …(2)
另外，在焊接条件更改开始位置的焊接条件中焊接速度为30cm/分 钟、焊接条件更改结束位置的焊接条件中焊接速度为60cm/分钟、总距 离1为100mm及剩余距离^为50mm的情况下，在行进位置的焊接速度是 45cm/分钟(参照式3)。
(数学式3)
45cm/分钟二( (100 — 50) / 100}X (60 — 30) +30…(3)
另外，焊接条件计算单元33可以对行进位置的更改预定焊接条件中 的焊接电流及焊接电压使用式4计算出行进位置的更改预定焊接条件。式
124中，{总距离一 (剩余距离一焊接速度/摆动周期))/总距离X焊接条 件差量这一项，是与自焊接条件更改开始位置至行进位置的距离相对应的
修正值，焊接条件计算单元33将该修正值与焊接条件更改幵始位置的焊 接条件相加来计算行进位置的更改预定焊接条件。在此，焊枪9每执行1 周期摆动，焊接条件计算单元33就用焊接速度除以摆动周期，求出焊枪9 执行1周期摆动之前的距离。
(数学式4)
更改预定焊接条件={总距离一 (剩余距离一焊接速度/摆动周期)} /总距离X焊接条件差量+焊接条件更改开始位置的焊接条件…(4)
例如，在焊接条件更改开始位置的焊接条件中焊接电流为220A、焊 接条件更改结束位置的焊接条件中焊接电流为280A、总距离l为100mm、 剩余距离L为50mm、摆动周期为150次/分钟及焊接速度为450mm /分 钟的情况下，在行进位置的焊接电流为251.8A (参照图5)。下面返回到 图2，继续说明控制装置1的构成。
(数学式5)
251.8A={100— (50—450 / 150) } / 100X (280—220) +220'.. (5)
返回图2，继续说明控制装置1的构成。焊接条件更改单元34具备摆 动动作延迟时间调节单元36，每当从摆动动作控制单元35输入摆动1周 期结束信号，就根据焊接条件计算单元33计算出的行进位置的更改预定 焊接条件来更改电弧焊接机器人2的焊接条件。另外，当在行进位置的更 改预定焊接条件中对焊接电流及/或焊接电压进行更改时，焊接条件更改 单元34向焊接电源控制单元50输出焊接指令，使焊接电源P更改焊接电 流及/或焊接电压。另外，当在行进位置的更改预定焊接条件中对摆动周 期及摆动振幅进行更改时，焊接条件更改单元34向摆动动作控制单元35 输出更改后的摆动周期及摆动振幅。摆动动作控制单元35根据上述更改 后的摆动周期及摆动振幅生成摆动指令，并将其输出到电弧焊接机器人控制单元40。另外，当在行进位置的更改预定焊接条件中对焊接速度进行更
改时，焊接条件更改单元34将更改后的焊接速度输出到焊接条件更改位 置计算单元32。而且，焊接条件更改位置计算单元32将更改后的焊接速 度应用到插值计算来对插值位置进行计算，更新，经由电弧焊接机器人控 制单元40将该插值位置输出到电弧焊接机器人用电动机M。
电弧焊接机器人控制单元40将来自机器人轴控制单元30的移动命令 及摆动指令输出到电弧焊接机器人用电动机M。另外，电弧焊接机器人控 制单元40将来自电弧焊接机器人用电动机M的信号例如反馈信号及前馈 信号输出到机器人轴控制单元30。进而，电弧焊接机器人用电动机M根 据上述的移动命令驱动电弧焊接机器人2而移动焊枪9的位置，根据上述 的摆动指令使焊枪9进行摆动，同时更改摆动周期及摆动振幅。
焊接电源控制单元50将来自机器人轴控制单元30的焊接指令输出到 焊接电源P。另外，焊接电源P根据来自焊接电源控制单元50的焊接指 令来更改焊接电流及焊接电压。 (延迟影响的减小)
参照图5及图6说明产生了滤波延迟及机械延迟等延迟时控制装置1 降低其影响的情况。图5的(a)是示出本发明的电弧焊接机器人的焊枪 的轨迹的说明图，图5的(b)是示出本发明的电弧焊接机器人的焊枪的 摆动动作的说明图。在图5的(a)中，用箭头表示时间的行进，用实线 表示跟随摆动指令的焊枪9的位置(指令位置)，用虚线表示实际的焊枪9 的位置(实际位置)，用符号T表示延迟时间。
如图5的(b)所示，焊枪9 一边左右摆动一边在焊接线上移动。在 此，控制装置1中有时产生在电弧焊接机器人控制单元40的滤波延迟， 及电弧焊接机器人控制单元40输出移动命令及摆动指令后直至实际驱动 电弧焊接机器人用电动机M的机械延迟等延迟。如图5的(a)所示，发 生延迟时，焊枪9的实际位置相对于指令位置滞后延迟时间T。而该延迟 时间T是由电弧焊接机器人2的特性引起的，也可以预先求出延迟时间T 且储存于存储单元20。另外，也可以使摆动动作延迟时间调节单元36参 照储存于存储单元20的延迟时间T。
此时，控制装置1以下述形式降低延迟的影响。图6的(a)是示出本发明中的电弧焊接机器人的焊枪的摆动轨迹的说明图，图6的(b)是
示出与焊枪的位置相对应的焊接电流的指令值的说明图。在图6的(a) 中，用箭头表示时间的行进，用实线表示跟随摆动指令的焊枪9的位置(指 令位置)，用虚线表示实际的焊枪9的位置(实际位置)，用符号T表示延 迟时间。另外，在图6的(b)中，用实线表示没有与本发明的延迟相对 应时的焊接电流的指令值，用虚线表示与本发明的延迟相对应时的焊接电 流的指令值，将焊枪9按照摆动指令执行1周期摆动的定时和更改焊接电 流的定时的偏差表示为焯接电流的偏差。
在未发生延迟时，焊枪9的指令位置和焊枪9的实际位置相同(在图 6的(a)中实线和虚线相重合的状态)，就是焊枪9实际执行1周期摆动 的定时和焊接条件更改单元34将焊接电流的更改指令输出到焊接电源P 的定时(将摆动1周期结束信号输入到焊接条件更改单元34的定时)相 一致。但是，如图6所示，在发生了延迟时，焊枪9实际执行1周期摆动 的定时和焊接条件更改单元34将焊接电流的更改指令输出到焊接电源P 的定时有偏差(参照图6的(a)的焊枪的实际位置和图6的(b)的没有 与延迟相对应的焊接电流的指令值)。该情况下，在焊枪9实际实施1周 期摆动且经过延迟时间T之后，才更改焊接电流(参照图6的(b)的焊 接电流的偏差)。
因此，摆动动作延迟时间调节单元36输入摆动1周期结束信号之后 经过延迟时间T，使焊接条件更改单元34更改电弧焊接机器人的焊接条 件。例如，摆动动作延迟时间调节单元36预先将等待信号输出到焊接条 件更改单元34。接收到该等待信号的焊接条件更改单元34在从摆动动作 延迟时间调节单元36接收到延迟时间T信号之前不向焊接电源P输出焊 接电流的更改指令。然后，摆动动作延迟时间调节单元36计算出延迟时 间T，将包含延迟时间T的信号(延迟时间信号)输出到焊接条件更改单 元34。焊接条件更改单元34接收该延迟时间信号后向焊接电源P输出焊 接电流的更改指令。这样，控制装置1就使得焊枪9实际执行1周期摆动 的定时(实际位置)和焊接条件更改单元34将焊接电流的更改指令输出 到焊接电源P的定时相一致，从而可以降低延迟的影响(参照图6的(a) 的焊枪的实际位置和图6的(b)的与延迟相对应的焊接电流的指令值)。另外，虽然通过焊接电流与延迟相对应的实例进行了说明，但控制装置1
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(控制装置的动作)
参照图7说明本实施方式的控制装置的动作。图7是示出图2所示的
控制装置的动作的流程图。另外，控制装置1预先将焊接条件等储存在存
储单元20。
以焊枪9到达某一示教点为例作下述说明。首先，控制装置l通过示 教程序执行单元31依次执行设定于示教点的命令(步骤S1)，另外，控制 装置1将通过示教程序执行单元31使焊枪9向由示教程序所设定的下一 个示教点移动的移动命令，经由电弧焊接机器人控制单元40输出到电弧 焊接机器人用电动机M (步骤S2)。
控制装置1通过焊接条件更改位置计算单元32来判断是否连读更改 焊接条件(步骤S3)。若是连续更改焊接条件，则控制装置1进入步骤S4 的处理(在步骤S3为"Yes")。若是没有连续更改焊接条件，则控制装置 1进入步骤S7的处理(在步骤S3为"No")。
当在步骤S3为"Yes"时，控制装置1从存储单元20获取设定于示 教点的焊接条件(步骤S4)。另外，控制装置1对是否在焊接条件存储单 元23设定有悍接条件更改开始位置的焊接条件及焊接条件更改结束位置 的焊接条件进行判断(步骤S5)。在设定有焊接条件更改开始位置的焊接 条件及焊接条件更改结束位置的焊接条件时，控制装置1进入步骤S6的 处理(在步骤S5为"Yes")。若未设定焊接条件更改开始位置的焊接条件 及焊接条件更改结束位置的焊接条件，则控制装置1进入步骤S7的处理 (在步骤S5为"No")。
当在步骤S5为"Yes"时，控制装置1通过焊接条件更改位置计算单 元32，从焊接条件更改位置存储单元22读出焊接条件更改开始位置及焊 接条件更改结束位置，通过焊接条件计算单元33，从焊接条件存储单元 23读出焊接条件更改幵始位置的悍接条件及焊接条件更改结束位置的焊 接条件，获取运算用数据(步骤S6)。该步骤S6的处理之后，焊枪9开 始向下一个示教点移动。另外，控制装置1通过焊接条件更改位置计算单 元32计算出示教点间的焊枪9的插值位置，例如通过直线插值、圆弧插值等插值计算计算出每个控制周期焊枪9的插值位置，经由电弧焊接机器
人控制单元40将该插值位置输出到电弧焊接机器人用电动机M (步骤 S7)。
控制装置1通过示教程序执行单元31来判断焊枪9是否到达作为目 标的示教点(步骤S8)。在焊枪9己经到达示教点时，控制装置l返回到 步骤Sl的处理(在步骤S8为"Yes")。在焊枪9没有到达示教点时，控 制装置1进入步骤S9的处理(在步骤S8为"No")。
当在步骤S8为"No"时，控制装置1通过摆动动作控制单元35来判 断焊枪9是否执行了 1周期摆动(步骤S9)。在此，在焊枪9执行了 1周 期摆动时，控制装置1进入步骤S10的处理(在步骤S9为"Yes")。在焊 枪9未执行1周期摆动时，控制装置1返回步骤S7的处理(在步骤S9为 "No")。当在步骤S9为"Yes"时，控制装置1通过焊接条件更改位置计 算单元32来判断是否对焊接条件进行连续更改(步骤SIO)。在对焊接条 件进行连续更改的情况下，控制装置1进入步骤Sll的处理(在步骤S10 为"Yes")。在对焊接条件没有进行连续更改的情况下，控制装置1返回 步骤S7的处理(在步骤S10为"No")。
当在步骤S10为"Yes"时，控制装置1通过焊接条件更改单元34将 行进位置的更改预定焊接条件中预先计算出的焊接电流及焊接电压输出 到焊接电源P (步骤Sll)。而在产生了延迟的情况下，控制装置l通过摆 动动作延迟时间调节单元36，使焊接条件更改单元34经过延迟时间之后 再将焊接电流及焊接电压输出到焊接电源P。另外，控制装置l通过焊接 条件计算单元33，计算出行进位置的更改预定焊接条件中的作为摆动动作 条件的摆动周期及摆动振幅，且计算出焊接速度(步骤S12)。另外，控制 装置1通过焊接条件计算单元33，计算出行进位置的更改预定焊接条件中 的接着执行了 1周期摆动时的焊接电流及焊接电压(步骤S13)。另外，控 制装置1通过焊接条件更改单元34，将行进位置的更改预定焊接条件中的 作为摆动动作条件的摆动周期及摆动振幅输出到摆动动作控制单元35，将 更改后的焊接速度输出到焊接条件更改位置计算单元32，再计算焊枪9 的动作轨迹后返回步骤S7的处理(步骤S14)。
另外，控制装置1通过作为上述各单元发挥功能的程序使一般的计算
17机进行动作。该程序也可以经过通信线路配置，也可以写入CD—ROM及
闪存器等记录介质来配置。另外，在本实施方式中，以将自焊接条件更改 开始位置至焊接条件更改结束位置的区间设为1个区间为例进行了说明，
但也可以将该区间设成2个区间以上。
下面，说明将本发明的控制装置应用于串联式电弧焊接机器人的实施方式。
在串联式电弧焊接机器人的情况下，相对于前极(先行極)及后极(後
行極)将两个焊接电源连接于控制装置1。因此，如图8所示，相对于两 个焊接电源(焊接电源1及焊接电源2)分别具有2个焊接电源控制单元 (焊接电源控制单元1及焊接电源控制单元2)。另外，为了区别两个电极 而将一个定义为L极，将另一个定义为R极。
在应用于串联式电弧焊接机器人时的焊接条件存储单元23内输入有 例如图9所示的焊接条件。作为串联焊接特有的项目，根据"串联条件" 命令来指示是进行串联焊接还是进行单个焊接。例如，在指定"模式RL" 时，表示R极为前极，L极为后极。还示出在位置P1的焊接开始条件是， 前极的焊接电流为320A、焊接电压为额定电压的100%、后极的焊接电流 为220A、焊接电压为额定电压的103%、焊接速度为30cm/分钟、摆动 周期为120次/分钟、摆动振幅为5mm。另外还示出在位置P2的焊接结 束条件是，前极的焊接电流为380A、焊接电压为额定电压的100%、后极 的焊接电流为280A、焊接电压为额定电压的103%、焊接速度为60cm/ 分钟、摆动周期为180次/分钟、摆动振幅为5mm。
因此，控制装置1在自位置P1至位置P2之间，将摆动周期从120次 /分钟连续增加至180次/分钟，将前极的焊接电流自320A连续增加至 380A，将后极的焊接电流自220A连续增加至280A，将焊接速度自30cm /分钟连续增加至60cm /分钟。
焊接条件计算单元33中的行进位置的更改预定焊接条件的计算可与 一个上述电极的情况相同地进行。g卩，可以使用式4分别计算前极及后极 的焊接电流及焊接电压。另外，在图7的流程图中，只要在S11的焊接电 流、焊接电压的更新之处，分别对前极及后极的焊接电流、焊接电压进行 更新，在计算S13的执行下一个1周期摆动时的焊接电流及焊接电压之处，
18分别计算求出执行下一个1周期摆动时的前极及后极的焊接电流及焊接电 压即可。
另外，本发明的电弧焊接机器人的控制装置在应更改的焊接条件中， 也可以只包含焊接电流、焊接电压或者焊接速度的任意一个。例如，为了 形成所期望的形状的焊道，本发明的电弧焊接机器人的控制装置也可以对 焊接电流或者焊接电压的一方进行更改。另外，例如在焊接电流保持恒定 以使焊道变细的情况下，本发明的电弧焊接机器人的控制装置也可以提高 焊接速度等，只更改焊接速度。
本发明的电弧焊接机器人的控制装置在应更改的焊接条件中，也可以 包含焊接电流和焊接电压这两个、焊接电压和焊接速度这两个或者焊接电 流和焊接速度这两个。例如，本发明的电弧焊接机器人的控制装置为了使 焊深深度变深也可以提高焊接电流和焊接速度等，对焊接电流和焊接速度 进行更改。
权利要求
1、一种电弧焊接机器人的控制装置，其一边按照规定的动作模式进行摆动一边焊接工件，其包括存储单元，其存储焊接条件更改开始位置、焊接条件更改结束位置、在所述焊接条件更改开始位置的焊接条件及在所述焊接条件更改结束位置的焊接条件，在所述焊接条件更改开始位置的焊接条件及在所述焊接条件更改结束位置的焊接条件包括摆动周期、摆动振幅、以及焊接电流、焊接电压、焊接速度中的至少一种；摆动动作控制单元，其生成使所述电弧焊接机器人的焊枪按照所述规定的动作模式进行摆动的摆动指令，并在所述焊枪按照所述摆动指令每执行1周期所述规定动作模式的摆动时，就输出摆动1周期结束信号；焊接条件更改位置计算单元，其对所述焊枪自所述焊接条件更改开始位置向所述焊接条件更改结束位置前进的行进位置进行计算；焊接条件计算单元，其基于在所述焊接开始位置的焊接条件和在所述焊接结束位置的焊接条件之差，对与自所述焊接条件更改开始位置至所述行进位置的距离相对应的修正值进行计算，将所述修正值与在所述焊接开始位置的焊接条件相加来计算所述行进位置的更改预定焊接条件；以及焊接条件更改单元，其每输入所述摆动1周期结束信号，就基于所述行进位置的更改预定焊接条件对所述电弧焊接机器人的焊接条件进行更改。
2、 如权利要求1所述的电弧焊接机器人的控制装置，其中，还具备 摆动动作延迟时间调节单元，其基于从向所述焊接条件更改单元输入所述 摆动1周期结束信号后直至所述焊枪执行1周期所述规定的动作模式的摆 动为止的延迟时间，在输入所述摆动1周期结束信号后经过所述延迟时间， 使所述焊接条件更改单元更改所述电弧焊接机器人的焊接条件。
3、 如权利要求l所述的电弧焊接机器人的控制装置，其中， 所述电弧焊接机器人的控制装置用于在所述焊枪的前端具备前电极及后电极、且具备向所述前电极及所述后电极供电的两个焊接电源的串联 电弧焊接系统，所述存储单元针对所述前电极及所述后电极分别储存在所述焊接开 始位置的焊接条件和在所述焊接结束位置的焊接条件，所述焊接条件计算单元针对所述前电极及所述后电极分别计算所述 行进位置的更改预定焊接条件。
4、 一种电弧焊接机器人的控制方法，其一边按照规定的动作模式进 行摆动一边对工件进行焊接，其包括下述步骤存储步骤，其将焊接条件更改开始位置、焊接条件更改结束位置、在 所述焊接条件更改开始位置的焊接条件以及在所述焊接条件更改结束位 置的焊接条件储存于存储单元，其中，在所述焊接条件更改开始位置的焊 接条件及在所述焊接条件更改结束位置的焊接条件包括摆动周期、摆动振 幅、以及焊接电流、焊接电压、焊接速度中的至少一种；摆动动作控制步骤，其生成使所述电弧焊接机器人的焊枪按照所述规 定的动作模式进行摆动的摆动指令，并在所述焊枪按照所述摆动指令每执 行1周期所述规定动作模式的摆动时，就输出摆动1周期结束信号；焊接条件更改位置计算步骤，其对所述焊枪自所述焊接条件更改开始 位置向所述焊接条件更改结束位置前进的行进位置进行计算；焊接条件计算步骤，其基于在所述焊接条件更改开始位置的焊接条件 和在所述焊接条件更改结束位置的焊接条件之差，对与自所述焊接条件更 改开始位置至所述行进位置的距离相对应的修正值进行计算，将所述修正 值与在所述焊接条件更改开始位置的焊接条件相加来计算所述行进位置 的更改预定焊接条件；以及焊接条件更改步骤，其每输入所述摆动1周期结束信号，就基于所述 行进位置的更改预定焊接条件对所述电弧焊接机器人的焊接条件进行更 改。
全文摘要
本发明提供一种电弧焊接机器人的控制装置及其方法，本发明的电弧焊接机器人的控制装置具备存储单元；控制装置；焊接条件更改位置计算单元；摆动动作控制单元，焊枪每执行1周期规定的动作模式的摆动就输出摆动1周期结束信号；焊接条件计算单元，其对更改预定焊接条件进行计算；焊接条件更改单元，每输入摆动1周期结束信号就根据更改预定焊接条件对电弧焊接机器人的焊接条件进行更改。通过这样的构成，即使是在焊接机器人进行摆动时，也可以进行连续的焊接条件的更改和高精度的电弧仿形。
文档编号G05B19/4093GK101422837SQ20081017100
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月31日 优先权日2007年10月31日
发明者浅井明彦, 重吉正之 申请人:株式会社神户制钢所