专利名称：电弧焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于进行气体保护电弧焊接的改良后的电弧焊接装置。
背景技术：
在熔化电极式或非熔化电极式的气体保护电弧焊接中，需要对电弧和熔池喷出二氧化碳气体、氩气等保护气体来屏蔽大气，防止大气侵入焊接气氛内。保护气体的流量控制在一定的容许范围内是很重要的。在气体流量较少的情况下，由于大气侵入焊接气氛内从而电弧的状态变得不稳定，因此产生气泡，或大量产生溅射。反之在气体流量过多的情况下，因为产生紊流，所以有时变得保护不良，或产生熔深不足等。其结果，有时焊缝的外观恶化，变得焊接不良。在用电磁阀来打开/关闭保护气体的一般电弧焊接装置中，在打开电磁阀时，即开始焊接时所需要的提前送气处理中，过大流量的保护气体被喷出。该现象在下面表述为突流。突流根据配管长度、压力、从上次气体关闭开始的经过时间等，其峰值流量和持续时间不同，因此喷出保护气体之后，到流量控制在容许范围内为止的时间也不同。以下说明一个例子。另外，上述从上次气体关闭开始的经过时间是表示在连续地存在多个焊接区间的情况下，从上次焊接区间中的保护气体的输出停止开始的经过时间。图5是用于说明保护气体的突流的样态的图。该图表示在使设定流量为15公升 /分的情况下，根据从上次气体关闭开始的经过时间为几秒，而气体流量随着时间的经过如何变化。该图(a)表示从上次气体关闭开始的经过时间为4秒时的流量变化。同样，该图 (b)表示3秒、该图(c)表示2秒、该图(d)表示1秒、该图(e)表示0. 5秒时的流量变化。 如该图所示，在打开电磁阀后的不久的时间，由于突流从而过剩的流量的气体被喷出，随着时间的经过，接近用气体流量设定器规定的设定流量(在该图中为15公升/分)。若假设提前送气时间被设定成了 0.5秒，则例如在该图(a)中，在输出了约42公升/分的保护气体的状态下，进行引弧处理，因此有可能产生上述这种焊接不良。用于抑制焊接开始部分的突流的技术，在专利文献1和2中被公开。在专利文献 1中，公开了串联设置两个电磁阀并同时打开/关闭的电弧焊接装置(以下，称作以往技术 1)。此外，在专利文献2中，公开了具备节流孔等机械的气体流量控制单元的焊接装置(以下，称作以往技术2~)。根据以往技术1和2，通过使用机械手段来抑制突流，起到了能够防止焊接不良的产生，并且也能够节省保护气体的消耗量的效果。另一方面，不仅需要抑制焊接开始部分的突流，而且需要将电弧焊接中的气体流量维持在最合适的流量。如在图5中说明的那样，气体流量在焊接开始部分的突流收敛后， 接近用气体流量调整器规定的设定流量并变得固定。若在适度的气体流量上变得固定，则不会导致焊接不良。然而，例如，在使用电弧焊接机器人等电弧焊接装置来进行焊接的情况下，一般一个工件具有多个焊接部位，并且根据焊接部位不同，而坡口形状、焊接法、板厚等不同的情况也很多。在这种情况下，优选根据各焊接部位来改变保护气体的设定流量。例如，一般与坡口形状为重叠角焊缝的情况相比，在水平角焊缝的情况下，大多即使减少保护气体的设定流量也没有问题。然而，因为气体流量是用气体流量调整器规定的固定量，所以存在电弧焊接中的气体流量在原样保持较多的状态下被使用的情况。在此情况下，有保护气体被浪费的可能性。用于解决该课题的技术在专利文献3中被公开。在专利文献3中，公开了一种使用质量流量(mass flow)控制器来动态地控制气体流量的气体加工装置(以下，称作以往技术幻。一般来说，质量流量控制器能够从外部来改变气体流量的设定，通过内置的气体流量检测器和气体流量调整器来进行控制，以使得实际的气体流量成为设定的气体流量，并且用质量流量控制器单体也能够进行气体的输出和停止。根据以往技术3，通过动态地控制气体流量，能够维持最合适流量，并且能够节省保护气体的消耗量。如上所述，在以往技术1和2中，虽然能够抑制焊接开始部分的突流，但无法动态地改变气体流量，因此无法将电弧焊接中的气体流量调整为最合适值。另一方面，在以往技术3中，通过使用质量流量控制器，既能够抑制焊接开始部分的突流，又能够将电弧焊接中的气体流量调整为最合适值。但是，却存在后述的课题。专利文献1 JP特开昭62-207584号公报专利文献2 JP特开2006-3^677号公报专利文献3 JP特开平8-2006 号公报图6是表示以往技术中的保护气体的流量变化的图。该图(a)是气体控制信号的时序图，在时刻tl上从关闭变为打开。该图(b)是将气体控制信号打开/关闭后的结果，是表示气体流量随着时间的经过而如何变化的图。在该图(b)中，波形Ha表示只用一个电磁阀来进行保护气体的控制时的波形，波形Hb表示通过上述以往技术3的质量流量控制器， 气体流量得到了控制时的波形。在以往技术3中，如波形Hb所示，在时刻tl到t2的期间(约1秒左右。以下，称作设定流量到达时间。)中，使气体流量逐渐增加并达到设定流量。质量流量控制器，在使实际的气体流量达到设定流量之前，通过花费一定时间而抑制了突流。若在上述设定流量到达时间内开始了焊接，则因为没有确保需要的气体流量，所以有可能由于保护不良而产生焊接缺陷。存在如下课题为了确保焊接开始时所需要的气体流量，需要等待气体流量达到设定流量，因此成为周期时间的延迟原因。虽然也存在上述设定流量到达时间为0. 3秒左右的高性能的质量流量控制器，但存在因为非常高价所以难以导入的问题。因此，本发明的目的在于，提供一种能够使用气体电磁阀和比较廉价的质量流量控制器，来迅速地确保焊接开始时所需要的气体流量的电弧焊接装置。
发明内容
第1发明是一种电弧焊接装置，其具有通过来自外部的信号输入来进行保护气体的输出、停止、以及流量调整的质量流量控制器，并具备用于从气体提供源经由所述质量流量控制器将所述保护气体提供给焊炬的气体通路，所述电弧焊接装置的特征在于，具备气体电磁阀，其设置于所述焊炬和所述质量流量控制器之间的气体通路上；和气体控制单元， 其对该气体电磁阀输出电磁阀开关信号来控制开关动作，并且对所述质量流量控制器输出气体控制信号，所述气体控制单元在所述保护气体停止时，首先使所述气体电磁阀进行关动作，接着在经过了预先规定的延迟时间后，使来自所述质量流量控制器的气体停止输出， 并在下次气体输出开始时，在使所述气体电磁阀进行开动作的同时，开始从所述质量流量控制器输出气体。第2发明是第1发明所记载的电弧焊接装置，其特征在于，在所述质量流量控制器与所述气体电磁阀之间的气体通路的中途位置上，具备用于封入所述保护气体的气密性气室。第3发明是第1或第2发明所记载的电弧焊接装置，其特征在于，所述气体控制单元是根据预先作成的指示数据来对搭载了所述焊炬的机械手进行驱动控制的机器人控制
ο第4发明是第3发明所记载的电弧焊接装置，其特征在于，所述延迟时间能够通过用于作成所述指示数据的示教器来设定。根据第1发明，具备气体电磁阀和质量流量控制器这两者，在保护气体停止时，首先关闭气体电磁阀，接着在经过了预先规定的延迟时间后，对质量流量控制器输出气体停止信号来停止保护气体。由此，在气体电磁阀和质量流量控制器之间的气体通路中填充了规定压力以上的保护气体。并且，在下次气体输出时，通过从气体电磁阀和质量流量控制器这两者同时输出气体，填充的保护气体被一下子放出，从而产生不对焊接品质产生影响的程度的微小突流，并能够迅速确保焊接开始所需要的气体流量。根据第2发明，通过在质量流量控制器与气体电磁阀之间的气体通路的中途位置上，具备用于封入保护气体的气密性气室，能够在第1发明所起到的效果的基础上，防止在气体通路中填充多余的保护气体。根据第3发明，通过使机器人控制器来进行针对气体电磁阀和质量流量控制器的气体输出控制，能够不使用特别的控制设备地容易地发挥第1和第2发明所起到的效果。根据第4发明，通过使得能够由用于作成指示数据的示教器来设定所述延迟时间，在第1 第3的发明所起到的效果的基础上，能够根据气体管的直径、气体压力等焊接环境来任意地设定延迟时间。
图1是本发明所涉及的电弧焊接装置的结构图。图2是用于说明本发明所涉及的电弧焊接装置的气体通路的连接图。图3是表示机器人控制器的内部结构的功能模块图。图4是用于说明本发明的保护气体的输出控制的图。图5是用于说明气体的突流的样态的图。图6是表示以往技术中的保护气体的流量变化的图。符号的说明1电弧焊接装置2 工件3焊接电源7 焊炬13 辉丝
14机械手
15不教器(teach pendant)
16机器人控制器
21作业程序解析部
22硬盘
23轨道规划部
24缓冲存储器
25伺服控制部
26伺服驱动部
27现在位置监视部
28焊接控制部
30气缸
31质量流量控制器
32气室
33气体电磁阀
34a上游侧气体通路
34b下游侧气体通路
35管道线路
Ds电磁阀开关信号
Dt延迟时间
Dw作业程序
Gv气体流量设定值
Ha波形
Hb波形
Hc波形
Mc动作控制信号
Mg气体输出信号
Ms气体流量设定信号
Ws焊接控制信号
具体实施例方式根据实施例，参照附图来说明发明的实施方式。图1是本发明所涉及的电弧焊接装置1的结构图。如该图所示，电弧焊接装置1 大体由机械手14、示教器15、机器人控制器16、和焊接电源3构成。在该图中，机械手14对工件2自动地进行电弧焊接，由多个臂部和手腕部，以及用于对它们进行旋转驱动的多个伺服电动机(都未作图示)构成。在该机械手14的上臂的前端部分上，安装有焊炬7。焊炬7用于将缠绕在焊丝卷筒(未作图示)上的直径Imm左右的焊丝13引向工件2上的被指示的焊接线。示教器15作为作业程序Dw来输入进行焊接加工的区间的各指示点、焊接条件(焊接电流、焊接电压、焊接速度等)，或者预先设定气体流量设定值Gv和延迟时间Dt，这些被输入到机器人控制器16中。气体流量设定值Gv是与焊接位置相应的最合适的流量，能够通过示教器15来预先规定希望值。延迟时间Dt是用于调整使后述气体电磁阀33进行关动作的定时，和质量流量控制器31的气体停止定时的时间。机器人控制器16对从示教器15输入的作业程序Dw进行解释，并在基于解释结果的规定的定时上，将动作控制信号Mc输出到机械手14。同样，将焊接控制信号Ws、电磁阀开关信号Ds、气体输出信号Mg、以及气体流量设定信号Ms输出到焊接电源3。焊接电源3将来自机器人控制器16的焊接控制信号Ws作为输入，进行焊炬7和工件2之间的供电。并且，将来自机器人控制器16的电磁阀开关信号Ds作为输入，输出用于使后述气体电磁阀33进行开关动作的指令信号。而且，将气体输出信号Mg和气体流量设定信号Ms作为输入，对后述质量流量控制器31输出用于使保护气体输出或停止，或者设定保护气体的流量的指令信号。质量流量控制器31与焊接电源3连接，根据来自焊接电源3的输入，来使保护气体的提供自身输出或停止。而且，调整由气缸30提供的保护气体的流量，以使其成为预先设定的气体流量设定值Gv。气体电磁阀33也与焊接电源3连接，并根据来自焊接电源3的输入来对电磁阀进行开关动作。接下来，对气体电磁阀33和质量流量控制器31等的配置位置进行说明。图2是用于说明本发明所涉及的电弧焊接装置的气体通路的连接图。在该图中， 填充在气缸30中的保护气体，通过上游侧气体通路34a被提供给质量流量控制器31。质量流量控制器31调整保护气体的流量。流量调整后的保护气体经由具有气密性的气室32 被提供给下游侧气体通路34b。下游侧气体通路34b以沿着机械手14的侧面的方式配设， 与设置于焊炬7的附近的气体电磁阀33连接。气体电磁阀33通过其开关动作来将保护气体经由设置于管道线路35的内部的气体软管(未作图示)提供给焊炬7。其结果，从焊炬 7喷出保护气体。图3是表示机器人控制器16的内部结构的功能模块图。机器人控制器16由微型计算机和各种存储器等构成，更详细来说，具备，作业程序解析部21、硬盘22、轨道规划部 23、RAM8、缓冲存储器24、伺服控制部25、伺服驱动部26、现在位置监视部27、以及焊接控制部28。作为存储手段的硬盘22为非易失性存储器，预先存储有作业程序Dw、延迟时间 Dt、气体流量设定值Gv等。作业程序解析部21在每个指示步骤中读出保存在硬盘22中的作业程序Dw，并解析其内容。例如，作业程序解析部21读出包含在作业程序中中的移动命令(由坐标、速度信息等数据构成)，并将其通知给轨道规划部23。并且，求出开始和结束气体输出的定时， 通知给轨道规划部23。轨道规划部23将从作业程序解析部21送来的各种移动命令保存在缓冲存储器24 中。在该移动命令中，还被赋予了气体输出/停止的定时等。此外，轨道规划部23读出保存在缓冲存储器24中的移动命令，在此基础上制定焊炬7的轨道规划，并将机械手14的各电动机的旋转角、旋转速度等信息通知给伺服控制部25。缓冲存储器24由所谓先入先出(FIFO :first-in first-out)用的存储器构成，保存从轨道规划部23送来的移动命令。伺服控制部25为了根据从轨道规划部23送来的轨道规划来对机械手14的各电动机进行旋转驱动而将驱动信号发送给伺服驱动部26。此外，伺服控制部25取得来自未作图示的编码器的输出，并将该信息发送给现在位置监视部27。伺服驱动部沈根据来自伺服控制部25的指令来对各电动机输出动作控制信号 Mc0现在位置监视部27根据来自设置于机械手14的各电动机上的未作图示的编码器的检测信号，来监视焊炬7的现在位置。焊接控制部28通过在适当的处理定时上将来自现在位置监视部27的各种命令输出到焊接电源3，来使焊炬7进行焊接和保护气体的喷出。更具体来说，焊接控制部观在由现在位置监视部27指定的处理定时上，对焊接电源3输出用于使保护气体喷出所需要的电磁阀开关信号Ds、气体输出信号Mg、以及气体流量设定信号Ms。此外，焊接控制部观根据来自现在位置监视部27的焊接控制命令来输出用于由焊接电源3进行焊接的焊接控制信号Ws。伺服驱动部沈根据来自伺服控制部25的驱动命令来对机械手14的各电动机发送动作控制信号Mc。接下来，对电弧焊接装置1的动作进行说明。若对机器人控制器16输入了启动信号，则作业程序解析部21对作业程序Dw进行解释来进行轨道规划等运算，并根据运算结果来对机械手14的各电动机输出动作控制信号Mc，并且对焊接电源3输出焊接控制信号ffs、 电磁阀开关信号Ds、气体输出信号Mg、气体流量设定信号Ms等。其结果，焊炬7到达焊接开始位置，与气体流量设定值Gv相应的保护气体被输出。在开始了焊接之后，使焊炬7移动到焊接结束位置后结束焊接，并进行蠕变(after flow)控制。到此为止的一系列动作与上述以往技术相同。在被作业程序Dw指示了进行焊接施工的多个焊接区间的情况下，按照多个焊接区间的每一个来依次执行上述的一系列步骤，但在本发明中，在使保护气体停止时和在下一个焊接区间中开始保护气体的输出时，进行以下处理，以使得在下一个焊接区间中的焊接开始时，能够迅速地确保需要的气体流量。图4是用于说明本发明的保护气体的输出控制的图。该图(a)表示气体电磁阀33 的打开/关闭(开关)的时序图，该图(b)表示质量流量控制器31的打开/关闭(气体输出/停止)的时序图。该图(c)是用波形Hc表示了在该图(a)和(b)的定时上进行了保护气体的停止和输出的情况下，在下一次焊接开始时，气体流量随着时间的经过如何变化的图。在该图(c)中，用虚线表示的波形Ha和波形Hb是以往技术中的波形，为了与本发明的波形Hc进行比较而记载。波形Ha是只用一个电磁阀来进行保护气体的控制时的波形， 波形Hb是通过以往技术3的质量流量控制器，气体流量得到了控制时的波形。(1.时刻 tl)时刻tl是蠕变处理完成的定时。如该图(a)所示，机器人控制器16经由焊接电源3仅对气体电磁阀33输出关动作信号(将电磁阀开关信号Ds置为关闭)。通过该处理， 气体电磁阀33关闭，因此在气体电磁阀33到焊炬7之间的气体通路中，不提供保护气体。(2.时亥Ij tl t2的期间)
在时刻tl t2的期间中，气体电磁阀33为关闭状态，另一方面，质量流量控制器 31继续保护气体的输出。由此，在质量流量控制器31到气体电磁阀33之间的气体通路中， 规定压力以上(通常被提供时的压力以上)的保护气体被填充。此时，通过具备具有气密性的气室32，能够防止在气体通路内多余的保护气体被填充。(3.时刻 t2)时刻t2，是从时刻tl开始经过了预先规定的延迟时间Dt的时刻。机器人控制器 16在该时刻t2的定时上，经由焊接电源3对质量流量控制器31输出气体的停止信号(将气体输出信号Mg置为关闭)。通过该处理，保护气体的提供完全停止。(4.时刻 t3)时刻t3是为了进行下一次焊接区间的焊接而开始保护气体的输出的定时。机器人控制器16为了使气体电磁阀33进行开动作，而将电磁阀开关信号Ds置为打开。同时， 为了使质量流量控制器31开始气体的输出，而将气体输出信号Mg置为打开。(5.时亥Ij t3 t4)通过将质量流量控制器31和气体电磁阀33同时打开，填充在质量流量控制器31 到气体电磁阀33之间的气体通路中的保护气体一下子被放出。此时的流量变化为波形He。 在单独使用质量流量控制器31的以往技术3中，流量变化成为波形Hb那样，存在流量不足的危险。与此相对，在本发明中，如波形Hc所示，能够产生不对焊接品质产生影响的程度的微小的突流，能够补充在以往技术3中不足的流量(斜线部)。在此，对上述延迟时间Dt进行补充。保护气体的流量被如下焊接环境中的各种各样的因素所左右从质量流量控制器31到气体电磁阀33的配管长度、配管直径、气缸30的设定压力、设定流量、气室32的体积等。当然，延迟时间Dt也被这些因素所左右，但延迟时间Dt优选为产生不对焊接品质产生影响的程度的突流的时间。申请人准备了数十种类型的上述焊接环境，不断摸索并反复实验的结果，延迟时间Dt优选0. 5 0. 6秒左右(以下， 称作基准值。)。当然，在不包含于上述类型中的焊接环境的情况下，作为延迟时间Dt，上述基准值不适用的情况也有可能。在此情况下，通过实验来求出与焊接环境相应的延迟时间， 或者根据实际的焊接施工结果来修正基准值等，并用示教器15进行调整即可。如上所述，具备气体电磁阀33和质量流量控制器31这两者，在保护气体停止时， 首先关闭气体电磁阀33，接着在经过了预先规定的延迟时间Dt后，对质量流量控制器31输出气体停止信号来停止保护气体。由此，在气体电磁阀33与质量流量控制器31之间的气体通路中填充了规定压力以上的保护气体。并且，在下次气体输出时，通过从气体电磁阀和质量流量控制器这两者中同时输出气体，填充的保护气体被一下子被放出，从而产生不对焊接品质产生影响的程度的微小突流，并能够迅速确保焊接开始所需要的气体流量。此外， 因为不需要等待气体流量达到设定流量，所以能够缩短周期时间。此外，通过在质量流量控制器31和气体电磁阀33之间的气体通路的中途位置上， 具备用于封入保护气体的具有气密性的气室32，能够防止在气体通路中填充多余的保护气体。此外，通过使机器人控制器16来进行针对质量流量控制器31的气体输出控制，能够不使用特别的控制设备地发挥上述效果。此外，通过使延迟时间Dt能够由示教器15来设定，能够根据气体管的直径、气体压力等焊接环境来任意地设定延迟时间。 另外，在上述实施方式中，将质量流量控制器31和气体电磁阀33与焊接电源3连接。并且，由机器人控制器16对焊接电源3输出如下信号用于进行气体电磁阀33的开关动作的电磁阀开关信号Ds、用于使质量流量控制器31进行保护气体的输出/停止的气体输出信号Mg、用于进行保护气体的流量设定的气体流量设定信号Ms。也可以不采用该方式， 而是采用通过将质量流量控制器31和气体电磁阀33与机器人控制器16连接，由机器人控制器16直接对质量流量控制器31和气体电磁阀33输出上述电磁阀开关信号Ds、气体输出信号Mg、以及气体流量设定信号Ms，来进行控制的方式。
权利要求
1.一种电弧焊接装置，其具有通过来自外部的信号输入来进行保护气体的输出、停止以及流量调整的质量流量控制器，并具备用于从气体提供源经由所述质量流量控制器将所述保护气体提供给焊炬的气体通路，其特征在于，具备气体电磁阀，其设置于所述焊炬以及所述质量流量控制器之间的气体通路上；和气体控制单元，其对该气体电磁阀输出电磁阀开关信号来控制开关动作，并且对所述质量流量控制器输出气体控制信号，所述气体控制单元在所述保护气体停止时，首先使所述气体电磁阀进行关动作，接着在经过了预先规定的延迟时间后，使来自所述质量流量控制器的气体停止输出，并在下次气体输出开始时，在使所述气体电磁阀进行开动作的同时，开始从所述质量流量控制器输出气体。
2.根据权利要求1所述的电弧焊接装置，其特征在于，在所述质量流量控制器与所述气体电磁阀之间的气体通路的中途位置上，具备用于封入所述保护气体的气密性气室。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电弧焊接装置，其特征在于，所述气体控制单元是根据预先作成的指示数据来对搭载了所述焊炬的机械手进行驱动控制的机器人控制器。
4.根据权利要求3所述的电弧焊接装置，其特征在于，所述延迟时间能够通过用于作成所述指示数据的示教器来设定。
全文摘要
若用质量流量控制器单体来控制保护气体的流量，则存在焊接开始时气体流量不足的情况。本发明提供一种电弧焊接装置(1)，其具有质量流量控制器(31)，并具备用于从气缸(30)经由质量流量控制器(31)向焊炬(7)提供气体的气体通路。将气体电磁阀(33)设置于质量流量控制器(31)和焊炬(7)之间的气体通路上。机器人控制器(16)在气体停止时，使气体电磁阀(33)进行关动作，接着在经过了预先规定的延迟时间后，停止来自质量流量控制器(31)的气体输出。在下次气体输出开始时使气体电磁阀(31)进行开动作，同时开始来自质量流量控制器(31)的气体输出。通过喷出填充的气体，能够补充用质量流量控制器(31)单体不足的气体流量。
文档编号B23K9/16GK102189315SQ201110059208
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月9日 优先权日2010年3月15日
发明者伊藤孝一郎, 大久保淳, 广田周吾, 西村大 申请人:株式会社大亨