电弧焊接的显示装置及显示方法与流程

本发明例如涉及使用了自动焊接装置或焊接机械手的电弧焊接技术，尤其涉及能够实现电弧仿形焊接中的仿形状况的可视化的显示技术。

背景技术：

在电弧焊接中，经常使用基于焊接电流、焊接电压等的变化来检测应该焊接的接头位置与焊丝前端位置的偏移量，并对其进行修正来使焊接线自动追随的“电弧仿形”。其目的在于，通过对因对象工件的设置误差、加工误差、加工中的变形等而产生的加工工具(焊炬)的目标位置的偏移进行检测并修正，来防止焊接缺陷、提高自动化率。

这样的电弧仿形的原理是，利用焊接电流或焊接电压根据焊丝的突出长度(准确而言是焊炬供电部位至母材之间的距离l)的变化而变化这一情况，根据横摆动作时的电弧电流波形或电弧电压波形的非对称性，检测焊炬的目标位置的偏移并将其反馈给自动焊接装置或焊接机械手系统，从而向消除焊炬前端位置的偏移的方向进行修正，由此来使焊接线自动追随。

已知在这样的电弧仿形中，存在以下那样的问题。

例如，在实际的焊接中，根据焊接条件(电流、电压、焊接速度、横摆宽度、横摆频率)和仿形参数(增益、左右电流差的偏置)的不同，焊接时的机械手动作轨迹(仿形的轨迹)有时变化。因此，作业者在对机械手进行示教后进行焊接，而且在焊接后需要进行电弧仿形的确认。

此时，如图1所示，作业者将焊接条件和仿形参数设定为输入条件，从而得到了作为其输出的机械手的动作轨迹(仿形控制所涉及的修正动作轨迹)。换言之，无需观察作为焊接中的信息的焊接电流波形等，就进行了仿形的确认。

因此，即便在机械手的动作轨迹等的确认后判断为仿形未顺利进行，也无法准确掌握关于为何电弧仿形发生了偏移的原因，经常是根据作业者的经验和感觉而反复尝试，调整焊接条件和仿形参数以便成为期望的轨迹。需要说明的是，在电弧仿形不能顺利进行的情况下，具体而言，产生焊接轨迹的偏移、焊接线的蜿蜒行进、焊接缺陷，成为产生不合格品的原因。

如前述那样，现状是不观察焊接中的焊接电流波形，仅观察作为结果的机械手的动作轨迹来进行电弧仿形的确认。然而，为了减少电弧仿形不良，作业者想要观察焊接中的焊接电流波形，若只是纯粹地将电流波形显示在画面中，则会成为即便人进行观察也无法立即就明白与偏移之间的关系的波形(由横摆引起的波形)。

这样，作为意图解决在电弧仿形焊接时可能发生的问题的技术，存在在以下的专利文献1～4中举出的技术。

例如，专利文献1对于使用了利用焊接现象的变化来修正焊炬的位置的电弧传感器的焊接机械手系统，公开了一种电弧传感器监视装置，其具有：用于输入从电弧传感器电路输出的焊炬焊嘴与母材之间的位置修正信息即上下方向修正信息、以及焊炬焊嘴的各摆动端部位置修正信息即左右方向修正信息的机构；以及根据该各信息来实时地图解显示该各信息的值的程度的输出机构。

专利文献2对于一边使焊炬向左右横摆一边沿着焊接线进行焊接的消耗电极式电弧焊接，公开了一种消耗电极式电弧焊接方法：在从左至右的右进横摆期间，在检测到横摆左端部电流值之后，检测所述右进横摆期间中的焊接电流最小值，且在从右至左的左进横摆期间，在检测到横摆右端部电流值之后，检测所述左进横摆期间中的焊接电流最小值，之后，运算所述右进横摆期间中的各检测电流的电流差值和所述左进横摆期间中的各检测电流的电流差值并将两电流差值互相比较，根据两电流差值的偏差来对焊炬的横摆宽度中心位置进行移动控制。

专利文献3公开了一种机械手用电弧传感器的仿形参数的设定方法，其包括：在沿着以偏移量不同的多个区间划分出的示教线上使焊炬一边焊接一边移动时，根据按所述区间设定的偏移量使所述焊炬偏移地移动的移动工序；针对向在每个所述区间移动中的焊炬供给并采样得到的电量，按比该采样的周期(以下称作采样周期)长的规定周期进行平均化的平均化工序；算出该平均化的值与基准值的差量值的差量值算出工序；算出每个所述区间的所述差量值的平均差量值的平均差量值算出工序；基于每个所述区间的所述差量值的平均差量值来求出回归直线及该回归直线与所述平均差量值的相关系数的回归直线及相关系数取得工序；以及基于所述相关系数来评价所述回归直线的斜率、以及与关系到切片的仿形相关的参数，并将该参数设定为仿形参数的评价工序。

专利文献4对于电弧焊接用机械手控制装置的电弧焊接显示装置，公开了如下电弧焊接显示装置，其具备：焊接电信号检测机构，其检测焊接电流及焊接电压中的至少一方；数据保存机构，其保存检测到的所述焊接电信号；动作轨迹存储机构，其存储机械手的动作轨迹；显示机构，其在显示器上显示由所述焊接电信号检测机构检测到的焊接电流及焊接电压中的至少一方和由所述动作轨迹存储机构存储的机械手的动作轨迹；以及显示范围设定机构，其设定进行所述显示的范围。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开平5-329645号公报

专利文献2：日本国特开昭58-53375号公报

专利文献3：日本国特开2010-120042号公报

专利文献4：日本国特开平11-58007号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

上述的专利文献1～4虽然公开了各种技术，但不足以解决本申请所意图解决的问题。

例如，专利文献1所公开的电弧传感器监视装置及其使用方法将仿形的轨迹显示于示教器，监视焊炬位置的修正信息。然而，在专利文献1的技术中，能够监视修正结果，但无法以作业者的容易识别的形式知晓正在流过怎样的电流等焊接中的信息，无法实现所期望的电弧仿形。

在专利文献2所公开的消耗电极式电弧焊接方法中，根据横摆时的左右端的最大电流值、最小电流值，使横摆的中心位置正确地沿着焊接线。然而，即便采用了该技术，实际上根据坡口形状、焊接条件、横摆条件、仿形的控制增益的不同，仿形控制后的横摆中心位置的轨迹也发生变化，产生蜿蜒行进等，因此需要由作业者进行各种条件、参数的调整，认为难以实现所期望的电弧仿形。

专利文献3所公开的机械手用电弧传感器的仿形参数的设定方法、以及机械手用电弧传感器的仿形参数的设定装置公开了自动地调整仿形的参数的技术。然而，即便采用了该技术，例如从焊接施工的观点出发，在变更了焊接条件、横摆条件的情况下，也再次需要按顺序实施一系列的自动调整。另外，需要在接近实物的工件上对从焊接部位偏移了的位置进行焊接，因此会浪费工件。实际上，作业者一边观察由机械手进行的焊接，一边实时地同时调节用于能够确保所期望的焊接品质和仿形精度的焊接条件和仿形参数，因此，在采用了专利文献3的技术的情况下，效率差。

专利文献4所公开的电弧焊接显示装置具备显示机械手的动作轨迹和焊接电流波形的显示机构和设定显示范围的显示范围设定机构，显示机械手的动作轨迹中的指定的范围。然而，即便采用了该技术，在用于横摆的仿形的调整时，也不知道如何选取设定范围才好，而且考虑到显示的粒度过大、换言之难以指定适当的范围。另外，难以一边确认焊接，一边实时地进行设定变更。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供在进行电弧仿形焊接时，作业者能够确认焊接中的信息、且能够基于确认到的信息来进行准确的电弧仿形焊接的电弧焊接的显示技术。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的电弧焊接的显示装置采用了以下的技术方案。

即，本发明的电弧焊接的显示装置的方案涉及一种电弧焊接的显示装置，其设置于具备使焊炬相对于焊接方向摆动的横摆功能的焊接装置，其特征在于，所述电弧焊接的显示装置将所述电弧焊接中的焊接电流及焊接电压的至少一方按包括至少1个横摆周期在内的一定周期划分并显示于画面。

优选的是，所述电弧焊接的显示装置进行从所述电弧焊接中的焊接电流或焊接电压减去每个包括至少1个横摆周期在内的一定周期的平均焊接电流或每个包括至少1个横摆周期在内的一定周期的平均焊接电压的减运算，并将所述减运算后的值显示于画面。

优选的是，关于所述电弧焊接中的焊接电流或焊接电压，所述电弧焊接的显示装置将按包括至少1个横摆周期在内的一定周期划分出的波形以重叠几个周期的量的波形的方式显示于画面。

优选的是，关于所述电弧焊接中的焊接电流或焊接电压，所述电弧焊接的显示装置在画面上进行表示与横摆动作的左端或右端对应的位置的显示。

优选的是，将所述电弧焊接所需的信息显示于画面。

另外，本发明的电弧焊接的显示方法的方案是显示由具备使焊炬相对于焊接方向摆动的横摆功能的焊接装置进行的电弧焊接的状况的方法，其特征在于，将所述电弧焊接中的焊接电流及焊接电压的至少一方按包括至少1个横摆周期在内的一定周期划分并进行显示。

优选的是，进行从所述电弧焊接中的焊接电流或焊接电压减去每个包括至少1个横摆周期在内的一定周期的平均焊接电流或每个包括至少1个横摆周期在内的一定周期的平均焊接电压的减运算，并显示所述减运算后的值。

优选的是，关于所述电弧焊接中的焊接电流或焊接电压，将按包括至少1个横摆周期在内的一定周期划分出的波形以重叠几个周期的量的波形的方式进行显示。

优选的是，关于所述电弧焊接中的焊接电流或焊接电压，进行表示与横摆动作的左端或右端对应的位置的显示。

优选的是，显示所述电弧焊接所需的信息。

发明效果

通过使用本发明的电弧焊接的显示技术，从而在进行电弧仿形焊接时，作业者能够确认焊接中的信息，能够基于确认到的信息来进行准确的电弧仿形焊接。

附图说明

图1是示意性地表示进行电弧仿形焊接的情形的图。

图2a是表示焊接时的电流波形的图(偏移＝0mm)。

图2b是表示焊接时的电流波形的图(偏移＝1mm)。

图2c是表示焊接时的电流波形的图(偏移＝2mm)。

图3a是表示包括至少1个横摆周期在内的一定周期的电流波形的图(偏移＝0mm)。

图3b是表示包括至少1个横摆周期在内的一定周期的电流波形的图(偏移＝1mm)。

图3c是表示包括至少1个横摆周期在内的一定周期的电流波形的图(偏移＝2mm)。

图3d是表示包括至少1个横摆周期在内的一定周期的电流波形的图(偏移＝2mm、强调使用于仿形的左右电流差的检测逻辑这点)。

图4a是表示从包括至少1个横摆周期在内的一定周期的电流波形减去各横摆的平均电流而得到的结果的图(偏移＝0mm)。

图4b是表示从包括至少1个横摆周期在内的一定周期的电流波形减去各横摆的平均电流而得到的结果的图(偏移＝1mm)。

图4c是表示从包括至少1个横摆周期在内的一定周期的电流波形减去各横摆的平均电流而得到的结果的图(偏移＝2mm)。

图5a是表示焊接系统的结构的图。

图5b是表示焊接系统的结构的图(焊炬部)。

具体实施方式

以下，基于附图来详细地说明本发明的实施方式的电弧焊接的显示装置及显示方法。

以下，对于进行焊接动作的设备，以使焊炬进行摆动动作(横摆动作)的多关节的焊接机械手来进行说明，但这只不过是一例，也可以是专用的自动焊接装置。

本实施方式的显示装置及显示方法例如适用于图5a所示那样的垂直多关节型的机械手系统。垂直多关节型的机械手系统的概要如下。

例如，垂直多关节型的机械手系统包括焊接机械手1、具备示教器2的控制装置3、以及个人计算机。如图5a所示，焊接机械手1为垂直多关节型的六轴的产业用机械手，在其前端设置有由焊炬5等构成的焊接工具。该焊接机械手1也可以搭载于使其自身移动的滑块。

控制装置3按照预先示教的程序来控制焊接机械手1。对于该程序，存在使用与控制装置3连接的示教器2来制作的情况、使用利用了个人计算机的离线示教系统来制作的情况。在任一情况下，该程序均是在实际的动作之前预先制作。由个人计算机制作的程序经由存储介质等而交付给控制装置3，或者通过数据通信而向控制装置3传送。

个人计算机即离线示教系统具备能够进行图解显示的显示器，作为输入装置而具备键盘或鼠标。另外，为了取入工件的cad信息，设置有存储装置或通信装置。

本实施方式的显示方法作为设置于控制装置3内的程序而实现。

以下，详细地说明本实施方式的显示装置及显示方法。

图5b表示电弧焊接的示意图。

电弧焊接利用焊接电源7对从焊炬5供给的焊丝6(消耗电极)与母材4(工件)之间施加电压，并在焊丝6与母材4之间产生电弧。利用该电弧热量一边使母材4和焊丝6熔融一边进行焊接。伴随电弧焊接而焊丝6烧穿，因此在焊接中通过供给装置而经由焊炬5内持续供给焊丝6。

母材4与焊丝6熔融得到的焊接金属凝固而形成焊道，实现牢固的焊接。在以厚钢板的焊接为代表的中厚板焊接中为了维持焊接部的强度而加宽焊道的宽度，需要确保熔敷量、熔透深度。因此，在中厚板焊接中，一边进行使焊炬5左右摆动的横摆这一动作一边进行焊接，由此扩宽焊道而确保焊接强度。

另外，从焊炬5也一并供给保护气体，保护电弧免受大气的影响。另外，熔融后的熔融金属也借助焊丝6所包含的焊剂的分解产生的气体而得到保护以免受到大气影响，抑制了气孔等焊接缺陷。

这样，例如在中厚板的焊接领域中，焊接工件的加工精度差，焊接工件的设置精度差，焊接工件在焊接中因热应变而变形等作为应该焊接的位置的焊接线未必始终处于决定的位置。焊接线的偏移以大致几mm至cm的量级产生。

然而，从焊接品质的观点出发，在厚板领域中电弧焊接机械手1被允许的与焊接线的偏移一般小于1mm，若是在预先决定的位置进行动作的示教再现方式的机械手则无法焊接。即在面向中厚板的焊接机械手1中，一边实时地检测预先示教的焊接位置与实际工件的焊接位置的偏移、一边每次都与此相适应地以亚毫米级的精度对焊接线进行“仿形”是必需条件，是不可或缺的非常重要的功能之一。

在进行以上所述的电弧焊接的显示装置及显示方法时，在本实施方式中，如图5a所示，具备显示电弧焊接的状态且能够进行监视的显示装置8。作为该显示装置8，在本实施方式中，采用了示教器2的显示画面。然而，作为显示装置8，也可以使用构成离线示教系统的个人计算机。

在本实施方式的显示装置8中，在画面上显示以下那样的信息，并向作业者进行提示。

(i)显示装置8显示电弧仿形焊接中的焊接电流或焊接电压。作为显示的区间，按照包括至少1个横摆周期在内的一定周期划分焊接电流或焊接电压中的至少一方且显示于画面，并向作业者(焊接操作员)进行提示。优选的是，以包含焊炬5从到达一端的时间点起到下一次到达一端为止的1个横摆周期的方式，按一定周期进行划分并显示于画面。

一般的mig、mag电弧焊接使用恒定电压电源来进行焊接，因此从焊接线的中心起的偏移表现在电流中。另一方面，tig焊接使用恒定电流电源，因此从焊接线的中心起的偏移表现在电压中。因此，显示装置8显示电弧仿形焊接中的焊接电流及焊接电压中的至少一方至两方。

这样，按一定周期进行划分并在显示装置8显示焊接电流乃至焊接电压，由此能够以电弧仿形所需的充分且适当的范围(时间跨度)观察电流波形、电压波形。

通过按横摆更新显示，能够观察每个横摆周期的电流波形、电压波形，能够确切地知晓当前的焊接状况。

(ii)在显示装置8中，显示从电弧仿形焊接中的焊接电流或焊接电压的波形中减去每个包括至少1个横摆周期在内的一定周期的平均焊接电流、或者每个包括至少1个横摆周期在内的一定周期的平均焊接电压而得到的数据。

由此，焊炬5的上下位置变动所引起的电流波形、电压波形的上下的偏置被去除，因此作业者能够纯粹地关注左右的电流平衡。需要说明的是，期望的是，上下方向(焊炬方向)的偏移通过上下方向仿形而被去除。上下方向的仿形一般地通过纯粹地观察平均电流而根据是比基准大还是比基准小来进行控制，因此作业者不必太在意。

(iii)可以是，在进行上述的(ii)的显示时，根据需要，在显示装置8中，按照包括至少1个横摆周期在内的一定周期划分出的波形将几个周期的量重叠地显示。

这样，通过将电流波形、电压波形的几个周期的量重叠，由此对于此次的横摆中的电流波形能够在一定时间(几个周期的横摆)之后予以确认，相反，也能够确认从几个周期前起电流波形或电压波形是否未变化。

另外，通过重叠地进行显示，能够同时观察横摆几个周期的量的波形，因此不容易受到横摆1个周期中的低频噪声、电弧现象所引起的瞬时的电流变化的影响，作业者能够观察确切的波形。另外，若异常的电流波形连续而持续出现，则作业者也能够意识到无法进行电弧仿形、焊接条件设定奇怪。

若是以往，则未将电流波形划分为适当的时间跨度地进行观察，因此认为作业者不会注意到异常的波形的情况。对于电弧仿形，一般在2点或4点左右的样本上做出左右的电流差，也考虑到即便是异常的波形，也在短的焊接区间等偶尔出现仿形。然而，考虑到在对相同的形状的新的工件进行焊接时，不再出现仿形。然而，若为本实施方式的技术，则能够避免这样的不妥情况。

(iv)在显示装置8中，也能够将表示横摆动作中的左端、右端(一端、另一端)的标记显示于画面。另外，在画面中，作为电弧仿形焊接所需的信息，也可以显示使用于仿形的控制的数值、辅助性的信息。作为显示的信息，例如举出左右的电流差、平均电流、左右的电压差、左右的平均电压等。

由此，通过存在左右的标记，作业者能够瞬时知晓横摆的哪一侧的电流高。此外，能够在显示装置8上识别电弧仿形焊接所需的信息(使用于仿形的控制的数值、辅助性的信息)，因此作业者能够一边参考这些信息一边适当地进行焊接作业。

如以上所述那样，通过使用本发明的电弧焊接的显示装置及显示方法，从而在进行电弧仿形焊接之际，作业者在决定焊接条件和仿形的参数时，能够观察显示装置8的画面显示而效率良好地进行作业，能够缩短作业时间、尝试次数，且即便在现场也能够进行准确的电弧仿形焊接。

需要说明的是，如前述那样，电流波形等的显示并不限定于示教器2，也可以实时地向个人计算机、显示装置8传送数据而显示于传送目标的设备。也可以预先将数据存储于焊接电源7、控制器内部，并将其向个人计算机等传送并显示于个人计算机的显示监视器。

在显示上述的(i)～(iv)的波形之际，焊接电流、焊接电压大量地包含高频噪声，优选的是，安装模拟滤波器、fir滤波器等低通滤波器，显示处理后的波形。

此外，对于来自焊接电源7的电流反馈值、电压反馈值与焊接机械手1的横摆到达左端、右端的时机，存在时间差。例如，在焊接机械手1发出与横摆左端相当的位置的指令之后，在各个马达行进至与横摆左端相当的位置之前，因通信、控制周期等而存在些许的时间延迟。

而且，焊接电源7识别在横摆中的左端的位置焊接的电流、电压，作为反馈值而向控制装置3通信，控制装置3在识别到所反馈的电流、电压值之前，存在通信延迟时间。当利用控制装置3对识别出的值施加低通滤波器时，存在与滤波器相应的延迟时间。

在通常的电弧仿形中，通过实验来预先估算这些延迟时间，调整时间差。具体而言，对于左右端作出指令的时机和电流波形、电压波形成为峰值的时机与该时间差相当，因此纯粹地测定时间来进行即可。

即，作为指令值基准的左右端的识别与反馈过来的电流电压之间的时间差是已知的。因此，在本实施方式的波形显示技术中，也可以考虑上述在电弧仿形中使用的时间差来显示波形。即便是不进行电弧仿形的装置，时间差也可以通过同样的实验而预先估算。

【实施例】

以下，根据上述技术，作为实施例而说明显示的波形的几个示例。

图2a～图2c是关于以往的显示技术的图，示出了电弧仿形焊接时的电流波形。波形的显示时间为0秒～25秒的范围。在示出这样长的时间的波形的情况下，即便在电弧仿形中产生了偏移，也作业者难以识别到该偏移。即，虽然显示于图2a～图2c的波形是将高频噪声去除后的波形，但若只是纯粹地在画面上构图，则电流波形自身因横摆、电弧焊接现象的影响等而变形，是作业者难以理解的波形。

于是，将电弧仿形焊接中的焊接电流或焊接电压的至少一方按包括至少1个横摆周期在内的一定周期进行划分并显示于画面，向作业者(焊接操作员)进行提示。

图3a～图3c是示出稍微超过1个周期的时间的焊接电流的变化的图。即，显示焊炬5从到达右端的时间点起到接下来到达右端的时间点为止的1个横摆周期，并且也显示该1个横摆周期的前后。

在图3a～图3c中，以480msec周期进行横摆。右端与左端的间隔为240msec。

图3a示出了不存在偏移的情况下的电流波形。根据该图可知，能够瞬时地掌握右端的最大电流值和左端的最大电流值大致相同这一情况，能够确认到电弧仿形正在正常地进行。

另一方面，图3b、图3c示出了相对于预定仿形线产生了偏移的情况。根据该图可知，右端的最大电流值与左端的最大电流值大幅不同，能够瞬时掌握在电弧仿形产生了异常这一情况。

需要说明的是，在波形的显示中，当将显示的时间增加横摆的半周期左右时，容易进行观察。即，当显示横摆1.5周期的量的程度时，对于右端和左端，包含前后的行为在内能够充分进行获取，因此成为作业者容易识别的波形。

而且，如显示方法(iv)所示那样，通过用圆圈等包围电弧仿形的左右电流差的检测逻辑中使用的点来进行强调，则更容易知晓右端的最大电流值和左端的最大电流值(参照图3d)。而且，非常优选将电流差(右端的最大电流值和左端的最大电流值之差)以数值的形式显示。

另外，如显示方法(ii)、(iii)所示那样，可以显示从按横摆划分出的电流波形减去各横摆的平均电流而得到的数据、将它们重叠多个而得到的图形(参照图4a～图4c)。

图4a表示不存在偏移的情况下的电流波形。能够瞬时地掌握右端的最大电流值和左端的最大电流值大致相同这一情况。在减去各横摆的平均电流的基础上，将几个周期的量的波形重叠，由此可知能够极佳地观察左右的电流的平衡。由于重叠了波形，因此不依赖于每个周期的偏差，能够进行大局的观察。

另一方面，图4b、图4c表示存在偏移的情况的电流波形。在减去各横摆的平均电流的基础，重叠几个周期的量的波形，由此右端的最大电流值与左端的最大电流值之差显著地呈现。

如以上所述那样，通过使用本发明的电弧焊接的显示装置及显示方法，从而在进行电弧仿形焊接之际，作业者在决定焊接条件和仿形的参数时，通过观察画面显示而能够效率良好地进行作业，能够缩短作业时间、尝试次数，且即便在现场也能够进行准确的电弧仿形焊接。

需要说明的是，应该认为此次公开的实施方式在所有点上均是例示而非限制性的内容。尤其是，在此次公开的实施方式中，未明示公开的事项、例如运转条件、作业条件、各种参数、构成物的尺寸、重量、体积等不脱离本领域技术人员通常实施的范围，采用若是通常的本领域技术人员则能够容易设想到的值。

本申请是基于2016年11月11日申请的日本国专利申请(专利申请2016-220666)得到的，其内容作为参照而编入于此。

附图标记说明：

1焊接机械手(焊接装置)

2示教器

3控制装置

4母材

5焊炬

6焊丝

7焊接电源

8显示装置。