专利名称：控制焊接系统的机器人控制装置及电弧跟踪控制方法
技术领域：
本发明涉及一种对串联弧焊(tandem arc welding)系统进行控制的机 器人控制装置及使用该装置的电弧跟踪控制方法，利用机器人使具备两个 电极的焊炬向左右摆动，同时，使焊炬按照焊缝线行进，对V形、L形或 与它们相似的坡口实施电弧焊。
背景技术：
以往，利用机器人控制装置等实现焊接自动化的串联弧焊系统，预先 示教作业轨迹，然后对存储的示教轨迹(焊缝线)进行再现，即通过电弧 跟踪进行焊接作业。在此，所谓电弧跟踪是指使焊炬的摆动中心轨迹正确 跟踪示教轨迹的处理。而且，作为现有的电弧焊时的电弧跟踪的相关技术， 可以举出特开2005-254242号公报，在该特开2005-254242公报中，记载 了一种对串联弧焊系统进行控制的机器人控制装置，其检测安装在机器人 的前端上的两个电极(先行电极和后行电极)的焊接状态量，根据先行电 极或后行电极的任一个的焊接状态量在左右方向上对机器人的轨迹进行 补正，根据剩下一个电极的焊接状态量在上下方向上对机器人的轨迹进行 补正。然而，当焊接构造物为特别大型的构造物(以下称为"焊接工件") 时，由于焊接工件自身的定位误差，各构件的安装误差，焊接中产生的热 应力等原因，会造成实际焊缝线与示教轨迹(焊缝线)之间产生位置偏移。 该位置偏移不仅是与示教轨迹(焊缝线)平行产生的偏离，如图10所示， 也存在斜向偏离的情况。这种情况下，先行电极2a通过将所述机器人轨 迹向左右方向补正的电弧跟踪，即使跟踪示教轨迹(焊缝线)，后行电极 2b也会偏离示教轨迹(焊缝线)，导致出现电弧跟踪精度低的问题。在该
低精度的电弧跟踪中，结果会产生焊接缺陷。 发明内容因此，本发明是为了解决这样的问题而设计的，其目的在于，提供一 种对串联弧焊系统进行控制的机器人控制装置及使用该装置的电弧跟踪 控制方法，能够使电弧焊具有优良的电弧跟踪精度，并且不会产生焊接缺 陷。为了解决上述问题，本发明提供机器人控制装置，其对按照焊缝线进 行电弧焊的串联弧焊系统的焊炬位置进行控制，该串联弧焊系统具备在 前端具备先行电极及后行电极的焊炬；在前端安装所述焊炬，使该焊炬相 对于焊接进行方向左右摆动的机器人；对所述先行电极及所述后行电极供 电的先行电极电源及后行电极电源，该机器人控制装置的特征在于，包括检测所述先行电极在摆动中的焊接状态量的先行电极检测部；检测所 述后行电极在摆动中的焊接状态量的后行电极检测部；先行电极处理部， 其根据由所述先行电极检测部检测的焊接状态量计算电变化量；先行电极 补正部，其根据由所述先行电极处理部算出的电变化量，计算用于对摆动 中心轨迹从所述焊缝线向左右方向及上下方向的位置偏移进行补正的补 正量；后行电极处理部，其根据由所述后行电极检测部检测的焊接状态量 计算电变化量；后行电极补正部，其根据由所述后行电极处理部算出的电 变化量，计算用于对所述摆动中心轨迹从所述焊缝线向旋转方向的位置偏 移进行补正的补正量。根据所述构成，用由先行电极补正部算出的补正量，进行对焊炬相对 于焊接进行方向在左右方向及上下方向上进行控制的电弧跟踪，并且，用 由后行电极补正部算出的补正量，进行对焊炬相对于焊接进行方向在旋转 方向上进行控制的电弧跟踪，因此可以提高焊炬的电弧跟踪的精度。另外，本发明提供使用上述的机器人控制装置的电弧跟踪控制方法， 其特征在于，包括以下的工序先行电极控制工序在1个摆动周期之间，在所述先行电极处理部中，根据由所述先行电极检测部检测的焊接状态量计算电变化量，将其作为先行电极第1变化量及先行电极第2变化量，在所述先行电极补正部中，根 据所述先行电极第1变化量，计算对摆动中心轨迹从所述焊缝线向左右方 向的位置偏移进行补正的先行电极左右补正量，并且，根据所述先行电极第2变化量，计算对所述摆动中心轨迹从所述焊缝线向上下方向的位置偏 移进行补正的先行电极上下补正量，通过所述先行电极左右补正量及所述 先行电极上下补正量，对所述焊炬相对于所述焊接进行方向在左右方向及上下方向上进行控制；后行电极控制工序在与所述先行电极控制工序的同时、或者接着所述先行电极控制工序，在所述l个摆动周期之间，在所 述后行电极处理部中，根据由所述后行电极检测部检测的焊接状态量计算 电变化量，将其作为后行电极变化量，在所述后行电极补正部中，根据所 述后行电极变化量，计算对所述摆动中心轨迹从所述焊缝线在旋转方向的 位置偏移进行补正的后行电极补正量，通过所述后行电极补正量，对所述 焊炬相对于所述焊接进行方向在旋转方向上进行控制。根据所述步骤，通过同时或连续实施先行电极控制工序和后行电极控 制工序，可以进行对焊炬相对于焊接进行方向在左右方向、上下方向及旋 转方向上进行控制的电弧跟踪，因此可以提高焊炬的电弧跟踪的精度。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述先行电极控制工序中，所述焊接状态量是焊接电流值，所述先行电极第2变化量是在1个摆动周期之 间检测的所述先行电极的平均焊接电流值、与预先设定的标准焊接电流值 之差。根据所述步骤，可以高精度地计算先行电极在摆动中的电变化量，从 而提高先行电极上下补正量的精度，其结果，进一步提高电弧跟踪的精度。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述先行电极控制工序中，所述 先行电极第1变化量是在摆动左端检测的所述先行电极的左端焊接状态 量、与在摆动右端检测的所述先行电极的右端焊接状态量之差。根据所述步骤，可以高精度地计算先行电极在摆动中的电变化量，从 而提高先行电极左右补正量的精度，其结果，进一步提高电弧跟踪的精度。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述先行电极控制工序中，所述 先行电极第1变化量是第1焊接状态量差与第2焊接状态量差的差值，所 述第1焊接状态量差是在从摆动左端到右端的右进摆动期间之间检测的所 述先行电极的右进最大焊接状态量、与右进最小焊接状态量之差；所述第
2焊接状态量差是在从摆动右端到左端的左进摆动期间之间检测的所述先 行电极的左进最大焊接状态量、与左进最小焊接状态量之差。根据所述步骤，可以高精度地计算先行电极在摆动中的电变化量，从 而提高先行电极左右补正量的精度，其结果，进一步提高电弧跟踪的精度。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述后行电极控制工序中，所述 后行电极变化量是在摆动左端检测的所述后行电极的左端焊接状态量、与 在摆动右端检测的所述后行电极的右端焊接状态量之差。根据所述步骤，可以高精度地计算后行电极在摆动中的电变化量，从 而提高后行电极补正量的精度，其结果，进一步提高电弧跟踪的精度。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述后行电极控制工序中，所述 后行电极变化量是第3焊接状态量差与第4焊接状态量差的差值，所述第 3焊接状态量差是在从摆动左端到右端的右进摆动期间之间检测的所述后 行电极的右进最大焊接状态量、与右进最小焊接状态量之差；所述第4焊 接状态量差是在从摆动右端到左端的左进摆动期间之间检测的所述后行 电极的左进最大焊接状态量、与左进最小焊接状态量之差。根据所述步骤，可以高精度地计算后行电极在摆动中的电变化量，从 而提高后行电极左右补正量的精度，其结果，进一步提高电弧跟踪的精度。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述先行电极控制工序中，所述 先行电极上下补正量与所述先行电极第2变化量的大小成比例。根据所述步骤，可以提高先行电极上下补正量的精度，其结果，使电 弧跟踪的精度也得到进一步提高。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述先行电极控制工序中，所述 先行电极左右补正量与所述先行电极第1变化量的大小成比例。根据所述步骤，可以提高先行电极左右补正量的精度，其结果，使电 弧跟踪的精度也得到进一步提高。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述后行电极控制工序中，所述 后行电极补正量与所述后行电极变化量的大小成比例。根据所述步骤，可以提高后行电极补正量的精度，其结果，使电弧跟 踪的精度也得到进一步提高。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述先行电极控制工序中，在所
述先行电极第2变化量超过预先规定的阈值之前，将所述先行电极上下补 正量定为零，当所述先行电极第2变化量超过所述阈值时，将所述先行电 极上下补正量定为预先规定的规定量。根据所述步骤，可以提高先行电极上下补正量的精度，其结果，使电 弧跟踪的精度也得到进一步提高。在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述先行电极控制工序中，在所 述先行电极第1变化量超过预先规定的阈值之前，将所述先行电极左右补 正量定为零，当所述先行电极第l变化量超过所述阈值时，将所述先行电 极左右补正量定为预先规定的规定量。根据所述步骤，可以提高先行电极左右补正量的精度，其结果，也进 一步提高电弧跟踪的精度。'在本发明的电弧跟踪控制方法中，在所述后行电极控制工序中，在所 述后行电极变化量超过预先规定的阈值之前，将所述后行电极补正量定为 零，当所述后行电极变化量超过所述阈值时，将所述后行电极补正量定为 预先规定的规定量。根据所述步骤，可以提高后行电极补正量的精度，其结果，使电弧跟 踪的精度也得到提高。根据本发明的机器人控制装置，能够进行具有优良电弧跟踪精度，不 会产生焊接缺陷的电弧焊。根据使用本发明的机器人控制装置的电弧跟踪控制方法，能够进行具 有优良电弧跟踪精度，不会产生焊接缺陷的电弧焊。另外，通过对先行电 极第1变化量、先行电极第2变化量以及后行电极变化量的至少一个的计 算方法，或者先行电极左右补正量、先行电极上下补正量及后行电极补正 量的至少一个的计算方法进行规定，能够进行具有优良电弧跟踪精度，不 会产生焊接缺陷的电弧焊。
图1是表示串联弧焊系统的一例的构成说明图。 图2是表示本发明的控制串联弧焊系统的机器人控制装置的框图。 图3是表示串联弧焊系统的焊炬的摆动状态说明图。
图4是表示采用本发明的机器人控制装置的电弧跟踪的状态说明图。 图5是表示采用本发明的机器人控制装置的左右方向的电弧跟踪的状 态说明图。图6是表示采用本发明的机器人控制装置的旋转方向的电弧跟踪的状 态说明图。图7 (a)、 (b)是表示图6的旋转方向的电弧跟踪的状态立体图。图8 (a)是表示本发明的电弧跟踪控制方法中先行电极第1变化量和 先行电极左右补正量的关系曲线图；(b)是表示先行电极第2变化量和先 行电极上下补正量的关系曲线图；(c)是表示后行电极变化量和后行电极 补正量的关系曲线图。图9是表示对采用本发明的机器人控制装置的电弧跟踪控制方法进行 说明的处理流程图。图10是表示现有的串联弧焊系统中的电弧跟踪状态的说明图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的控制串联弧焊系统的机器人控制装置进行 说明。首先，对由本发明的用机器人控制装置进行控制的串联弧焊系统进行 说明。串联弧焊系统是一边将两个电极相对于焊弧的焊接进行方向在左右 方向上摆动， 一边跟踪焊缝线进行电弧焊的焊接系统。而且，如图1所示， 串联弧焊系统1具备具有先行电极2a和后行电极2b的焊炬2、机器人 3、先行电极电源4、后行电极电源5、先行电极检测部6、及后行电极检 测部7。以下，对各个构成进行说明。焊炬2在其前端具备配置在在焊接工件W的焊接进行方向的前方 的先行电极2a、与先行电极2a具有规定的电极间距(例如10 30mm) 被设置在焊接方向的后方的后行电极2b。先行电极2a及后行电极2b起到 消耗电极的作用，将焊丝10a、 10b插入到管状的先行电极焊炬及后行电 极焊炬(未图示)的内部，优选为使焊丝从各焊炬的前端突出规定的长度 (20 35mm)。而且，焊丝10a、 10b从焊丝供给装置9a、 9b供给。另夕卜， 根据焊接工件W的材质、焊接形态等，可以适当选择具有规定组成的焊
丝10a、 10b，例如，可以使用含有规定量的C、 Si、 Mn、 Ti、 S及O，余 量由Fe及不可避免的杂质构成的焊丝。焊炬也可以具有保护气体喷嘴。而且，可以使用气体组成为富惰性气 体的气体作为保护气体，可以举出Ar+C02、 Ar+He+0、 Ar+He+C02等。机器人3在其前端安装有焊炬2，使该焊炬2在电弧焊时相对于焊接 进行方向在左右方向上摆动(参考图3)。驱动机器人3的各轴可以控制摆 动，该控制通过后述的机器人控制装置8进行。先行电极电源4及后行电极电源5向先行电极2a、后行电极2b以及 焊接工件W供电，使先行电极2a和焊接工件W之间，以及后行电极2b 和焊接工件W之间产生电弧。先行电极检测部6及后行电极检测部7，用来检测在先行电极2a及后 行电极2b在摆动中的规定位置，例如摆动左端及右端的焊接状态量。在 图1中，记载了先行电极检测部6、后行电极检测部7设置在先行电极电 源4及后行电极电源5内部的例子，但也可以将其设置在先行电极电源4 及后行电极电源5的外部。本发明的机器人控制装置8，对所述串联弧焊系统的所述焊炬的位置 进行控制，根据由先行电极检测部6及后行电极检测部7检测到的焊接状 态量，经机器人3对焊炬2的位置进行控制。具体地说，就是使用先行电 极2a的电变化量对摆动中心轨迹在左右方向及上下方向的位置进行补正， 使用后行电极2b的电变化量对摆动中心轨迹在旋转方向的位置进行补正。 而且，如图2所示，机器人控制装置8具备先行电极处理部lla、先行电 极补正部14a、后行电极处理部llb、后行电极补正部14b。在先行电极处理部lla及后行电极处理部lib中，以来自机器人轨迹 规划处理部13的摆动位置信息，例如是摆动左端还是右端，或者是右进 摆动还是左进摆动等的位置信息为基础，由在该位置上被先行电极检测部 6及后行电极检测部7检测到的焊接状态量的数据，用规定的计算方法计 算出电变化量。该规定的计算方法，例如有算出在后述的各个位置上的焊 接状态量之差的方法，或者算出平均焊接状态量，再算出该平均焊接状态 量和标准焊接状态量之差的方法。
在先行电极补正部14a及后行电极补正部14b中，以从先行电极处理 部lla、后行电极处理部llb获得的电变化量为基础，用规定的计算方法， 例如利用后述的比例关系进行计算的方法，或者利用阐值进行计算的方法 等，计算出用于对摆动中心轨迹在左右方向、上下方向及旋转方向的位置 偏移进行控制的补正量(跟踪补正量)。算出的补正量(跟踪补正量)传 输到机器人轨迹规划处理部13。在机器人轨迹规划处理部13中，通过由先行电极补正部14a及后行 电极补正部14b传输来的跟踪补正量，对从示教数据部12输送来的示教 位置数据进行补正，将该补正数据作为机器人3的各轴指令值输送到机器 人3 (伺服驱动器)，对安装在机器人3的前端上的焊炬2相对于焊接进行 方向在左右方向、上下方向及旋转方向上进行控制。(参考图4 图6)。在本发明的串联弧焊系统中，作为焊接状态量，使用焊接电流及/或焊 接电压。对于所述摆动中心轨迹在上下方向的位置偏移补正，使用焊接电 流。另外，对于所述摆动中心轨迹在左右方向的位置偏移补正，使用焊接 电流或焊接电压。此时，相对于摆动周期，当焊接电源的额定电压的响应 性快时使用焊接电流，当响应性慢时使用焊接电压。此外，也有同时使用 焊接电流和焊接电压双方的情况。 〈电弧跟踪控制方法〉其次，参考附图，对本发明的使用机器人控制装置的电弧跟踪控制方 法进行说明。图7 (a)、 (b)是表示图6的旋转方向的电弧跟踪的状态立 体图；图8 (a)是表示电弧跟踪控制方法中先行电极第1变化量和先行电 极左右补正量的关系曲线图；(b)是表示先行电极第2变化量和先行电极 上下补正量的关系曲线图；(c)是表示后行电极变化量和后行电极补正量 的关系曲线图，图9是表示对电弧跟踪控制方法进行说明的处理流程图。本发明的电弧跟踪控制方法，包括先行电极控制工序和后行电极控制 工序。而且，后行电极控制工序与先行电极控制工序同时、或者接着先行 电极控制工序进行。 (1)先行电极控制工序在先行电极控制工序中，在l个摆动周期之间，根据被先行电极检测 出的焊接状态量通过规定的计算方法算出电变化量，将其作为先行电极第1变化量及先行电极第2变化量，根据先行电极第1变化量，通过规定的 计算方法算出对摆动中心轨迹在左右方向的位置偏移进行补正的先行电 极左右补正量，同时根据先行电极第2变化量，通过规定的计算方法算出 对摆动中心轨迹在上下方向的位置偏移进行补正的先行电极上下补正量。 而且，通过先行电极左右补正量及先行电极上下补正量，控制串联弧焊系 统的焊炬，使其相对于焊接进行方向朝向左右方向及上下方向(参考图4、 图5)。(先行电极第l变化量)先行电极第1变化量优选为通过以下的2个计算方法中的任何1个算出。在第1的计算方法中，先行电极第1变化量(dl—Lrl)如下式(1) 所示，是在摆动左端检测出的先行电极的左端焊接状态量(L—A)与在摆 动右端检测出的先行电极的右端焊接状态量(L^B)之差。[dl—Lrl] 二 [L—B] — [L—A] (1)在第2的计算方法中，先行电极第1变化量(dl—Lri)如下式(2) 所示，是第1焊接状态量差与第2焊接状态量差之差。而且，第1焊接状 态量差是从摆动左端起到右端为止的右进摆动rw (参考图3)期间内检测 出的先行电极的右进最大焊接状态量(L—lmax)和右进最小焊接状态量(L一lmin)之差。另外，第2焊接状态量差是从摆动右端起到左端为止 的左进摆动lw (参考图3)期间内检测出的先行电极的左进最大焊接状态 量(L—rmax)和左进最小焊接状态量(L—rmin)之差。[dl—Lrl]二([L—lmax] —[L—lmin])—([L—rmax] — [L—rmin]) ( 2 )(先行电极第2变化量)先行电极第2变化量(dl—Lud)优选为通过下式(3)的计算方法算 出。即，焊接状态量为焊接电流值，是l个摆动周期内检测出的先行电极 的平均焊接电流值和预先设定的标准焊接电流值之差。在下式(3)中， 平均焊接电流值，是对右进摆动期间及左进摆动期间内检测出的最大焊接 状态量(最大焊接电流值)及最小焊接状态量(最小焊接电流值)(L—lmax、 L—lmin、 L—rmax、 L_rmin)的4点的焊接电流值进行平均而得出的值， 但检测点数并不限定于4点，考虑到跟踪的精度或者縮短信息处理时间，
可以对检测点数进行增减。[dl—Lud]二[标准焊接电流值]一[平均焊接电流值](3 ) [平均焊接电流值]=([L—lmax] + [L—lmin] + [L一rmax] + [L一rmin])/4 (先行电极左右补正量)先行电极左右补正量(U—Lrl)优选为根据所述条件式(1)或条件 式(2)算出的先行电极第1变化量(dl—Lri)，通过下式(4)的计算方 法算出。在此，(k一Lrl)表示常数。 [U—Lrl] = [k—Lrl] x [dl—Lrl] ( 4)艮卩，如图8 (a)所示，作为先行电极左右补正量(U—Lrl)，使用与 先行电极第l变化量(dl—Lrl)的大小成比例的。此外，也可以通过采用 被用于后述的后行电极控制工序中的阈值的计算方法算出(参考图8(c))。 (先行电极上下补正量)先行电极上下补正量(U—Lud)优选为根据所述条件式(3)算出的 先行电极第2变化量(dl—Lud)，通过以下条件式(5)的计算方法算出。 在此，(k—Lud)表示常数。[U—Lud] = [k一Lud] x [dl—Lud] (5 )艮P，如图8 (b)所示，作为先行电极上下补正量(U—Lud)，使用与 先行电极第2变化量(dl—Lud)的大小成比例的。此外，也可以通过采 用被用于后述的后行电极控制工序中的阈值的计算方法算出(参考图8 (c))。所述条件式(4)、 (5)所示的先行电极左右补正量及先行电极上下补 正量的计算方法，是与电变化量(先行电极第1变化量及先行电极第2变 化量)成比例的补正量的计算方法。然而，如下所示，也可以在比例项之 上再加上累计项([ki—Lrl]xS[dI一Lrl]、 [ki一Lud]xS[dl一Lud])。由此，可以使摆动中心轨迹的位置偏移偏差变得更小。 [U—Lrl] = [k一Lrl] x [dl—Lrl] + [ki—Lrl] xS[dl—Lrl] [U一Lud] = [k—Lud]x [dl—Lud] + [ki—Lud]xS[d1—Lud](2)后行电极控制工序在后行电极控制工序中，通过在1个摆动周期内在后行电极检测出的 焊接状态量计算出电变化量，将其作为后行电极变化量，根据后行电极变
化量，算出对摆动中心轨迹的旋转方向的位置偏移进行补正的后行电极补 正量，用后行电极补正量，对焊炬相对于焊接进行方向在旋转方向上进行
控制(参考图6)。 S卩，将后行电极补正量设为该旋转角度补正量。如此向 旋转方向的控制，使焊炬2整体以先行电极2a为中心旋转。而且，旋转 中心轴既可以是与如图7 (a)所示的、通过先行电极2a的前端的焊炬2 的轴线Y平行的直线Yl，也可以是如图7 (b)所示的先行电极2a的轴 线Y2。
(后行电极变化量)
后行电极变化量优选为通过以下的2个计算方法中的任何1个算出。 在第1的计算方法中，如下式(6)所示，将后行电极变化量(dl— Trl)设为在摆动左端检测出的后行电极的左端焊接状态量(T—A)和在 摆动右端检测出的后行电极的右端焊接状态量(T——B)之差。 [dl—Trl] = [T—B] —[T—A〗 (6)
在第2的计算方法中，如下式(7)所示，将其设为第3焊接状态量 差与第4焊接状态量差之差。而且，第3焊接状态量差是从摆动左端起到 右端为止的右进摆动rw (参考图3)期间内检测出的后行电极的右进最大 焊接状态量(T—lmax)和右进最小焊接状态量(T—lmin)之差。另外， 第4焊接状态量差是从摆动右端起到左端为止的左进摆动lw (参考图3) 期间内检测出的后行电极的左进最大焊接状态量(T—rmax)和左进最小 焊接状态量(T—rmin)之差。 二 ([T—lmax] — [T一lmin])—([T—rmax] — [T一rmin]) ( 7 )
(后行电极补正量)
后行电极补正量(U—Tri)优选为通过以下的条件式(8)决定。艮P， 如图8 (c)所示，在通过所述条件式(6)或条件式(7)算出的后行电极 变化量(dl一Trl)没有超过预先设定的阈值(±AI)之前，将其定为零; 当后行电极变化量(dl—Tri)超过阈值(±AI)时，将其设为预先设定 的规定量(土AU)。 [条件式(8 )]〉 AI时，[U—Trl] = AU; —△IS[dl一Trl]〇AI时，[U—Trl] = 0
<formula>formula see original document page 16</formula>
另外，也可以与先行电极控制相同，与后行电极变化量(dl—Tri)的 大小成比例计算出后行电极补正量(U—Tri)。即，通过下述条件式(9) 算出亦可。在此，[1^Tri]为常数。 [U—Trl] = [k—Trl] x [dl一Trl] ( 9)
另外，也可以通过对条件式(8)中采用阈值求出后行电极补正量的 方法和条件式(9)中的用比例关系求出后行电极补正量的方法进行组合 的方式求出后行电极补正量。
此外，仅在摆动中心轨迹的位置偏移为相对于示教轨迹(焊缝线)的 平行位置偏移的情况下，通过相对于焊接迸行方向将焊炬控制向旋转方 向，会出现摆动中心轨迹从示教轨迹(焊缝线)向左右位置偏移的危险。 因此，优选为将后行电极补正量(U—Trl)设为相对小于先行电极左右补 正量(U—Lri)的值。具体地说，就是对所述条件式(8)的阈值(厶I) 或条件式(9)的常数(k—Tri)进行调整，将后行电极补正量(U—Trl) 设为小于先行电极补正量(U—Lrl)的值。
或者，在所述先行电极控制工序中，当相对于焊接进行方向将焊炬控 制向左右方向时，同时也会产生朝向旋转方向的位置偏移。因此，后行电 极控制工序中的后行电极补正量(U—Trl),优选设为从条件式(8)或条 件式(9)算出的后行电极补正量(U—Tri)中，减去在先行电极控制工 序中产生的朝向旋转方向的位置偏移量而得出的补正量。
在本发明的电弧跟踪控制方法中，先行电极控制工序及后行电极控制 工序的补正量的计算方法，优选进行如下的选择。
电弧焊中的焊接状态量，即使在对相同的焊接位置进行电弧焊的状态 下，不规则的短路等偏差要素很多，电弧焊中的焊接状态量不能保持一定， 而在一定的范围内变动。当该偏差较小，且相对于位置偏移的电变化量大 时(少量的位置偏移导致出现大的电变化的情况)，优选为选择如图8 (a)、 (b)所示的、采用设为与电变化量成比例的补正量的比例关系的计算方 法。
另外，当电弧焊中的焊接状态量的偏差较大，或者相对于位置偏移的 电变化量小的情况下(即使是大的位置偏移也仅出现少量的电变化的情
况)，优选为采用如图8 (c)所示的、用电变化量的阈值决定补正量的计 算方法。
特别是在后行电极控制工序中，当在先行电极上形成焊缝的焊接条件 下，因为后行电极在先行电极熔化的熔池之上产生电弧，所以稍微的位置 偏移不会出现电变化。因此，与设为与电变化量成比例的补正量(参考图 8 (a)、 (b))相比，优选为设为用电变化量的阈值决定的补正量(参考图 8 (c))。此外，在不易受到先行电极的熔池的影响的焊接条件下，也可以 优选与电变化量成比例的补正量(参考图8 (a)、 (b))。
另外，关于后行电极也可以进行扩张，通过进一步适用先行电极相关 的先行电极第2变化量的计算办法和先行电极上下补正量的方法，使其也 能够对应在上下方向上斜向位置偏移的焊缝线。
其次，参考图1、图2、图9对电弧跟踪控制方法的处理流程进行说 明。此外，作为焊接状态量使用焊接电流，在先行电极控制工序及后行电 极控制工序中将步骤1 12设为相同，同时进行先行电极控制工序和后行 电极控制工序，使用第2计算方法计算出先行电极第1变化量及后行电极 变化量，通过使用比例关系的计算方法进行先行电极左右补正量及先行电 极上下补正量的计算，通过使用阈值的计算方法进行后行电极补正量的计 算。以上为例进行说明。
(1) 在步骤1 6 (Sl 6)中，在先行电极处理部lla及后行电极处 理部lib中，从由先行电极检测部6及后行电极检测部7检测出的焊接状 态量中，抽取右进摆动期间内的先行电极2a及后行电极2b的右进最大焊 接状态量(L—lmax、T—lmax)及右进最小焊接状态量(L—1min、T一lmin)。 此外，因为将焊接电流用作焊接状态量，所以在摆动左端检测出的先行电 极检测电流及后行电极检测电流成为右进最大焊接状态量(L—lmax、 T —lmax)。
(2) 与上述步骤同样，在步骤7 11 (S7 11)中，从由先行电极检 测部6及后行电极检测部7检测出的焊接状态量中，抽取左进摆动期间内 的先行电极2a及后行电极2b的左进最大焊接状态量(L—rmax、T—rmax) 及左进最小焊接状态量(L—rmin、 T—rmin)。此外，因为将焊接电流用 作焊接状态量，所以在摆动右端检测出的先行电极检测电流及后行电极检
测电流成为左进最大焊接状态量(L一rmax、 T—rmax)。
(3)在步骤12中，在先行电极处理部lla及后行电极处理部lib中， 根据右进最大焊接状态量(L—lmax、 T—lmax)、右进最小焊接状态量(L —lmin、 T—lmin)、左进最大焊接状态量(L—rmax、 T—rmax)以及左进 最小焊接状态量(L—rmin、 T—rmin)，通过所述条件式(2)可以算出先 行电极第1变化量(dl—Lrl)，通过所述条件式(7)可以算出后行电极变 化量(dl—Tri)。另外，将焊接状态量设为焊接电流值，由右进最大焊接 状态量(右进最大焊接电流值)(L—lmax、 T—lmax)、右进最小焊接状态 量(右进最小焊接电流值)(L—lmin、 T—lmin)、左进最大焊接状态量(左 进最大焊接电流值)(L一rmax、 T—rmax)以及左进最小焊接状态量(左 进最大焊接电流值)(L一rmin、 T—rmin)算出平均焊接状态量(平均焊 接电流值)。与事先存储在先行电极处理部lla中的标准焊接状态量(标 准焊接电流值) 一起，通过所述条件式(3),可以算出先行电极第2变化 量(dl—Lud)。
而且，在先行电极补正部14a及后行电极补正部14b中，可以通过条 件式(4)，根据先行电极第l变化量(dl—Lrl)算出先行电极左右补正量
(U—Lrl);可以通过条件式(5)，根据先行电极第2变化量(U—Lrl) 算出先行电极上下补正量(U—Lud)，再通过条件式(8)，根据后行电极 变化量(dl一Trl)算出后行电极补正量(U—Trl)。
将算出的补正量(U—Lrl、 U—Lud、 U一Trl)输送到机器人轨迹规划 处理部13，通过公开的方法求出加进了这些补正量的新的机器人动作规 划。通过将该新的动作规划输送到机器人3，可以实行电弧跟踪，相对于 焊接进行方向，对焊炬2在左右方向、上下方向以及旋转方向上进行控制。 通过以l个摆动周期为单位进行电弧跟踪，能够进行具有高精度电弧跟踪 的、不会出现焊接缺陷的电弧焊。
此外，使用第1的计算方法算出先行电极第1变化量及后行电极变化 量时，右进最大焊接状态量(L—lmax、 T—lmax)成为左端焊接状态量(L —A、 T—A)，左进最大焊接状态量(L—rmax、 T—rmax)成为右端焊接 状态量(L—B、 T—B)。
另外，将焊接典押用作焊接状态量，使用第2的计算方法时，步骤4、
9 (S4、 9)中在摆动左端检测出的焊接电压成为右进最小焊接状态量(L —lmin、 T—lmin)，在摆动右端检测出的焊接电压成为左进最小焊接状态 量(L—rmin、 T—rmin)。而且，在步骤3、 8 (S3、 8)中可以判断出检测 电压的最大值。
此外，将焊接电压用作焊接状态量，使用第1的计算方法时，在摆动 左端检测出的焊接电压(L—lmin、 T—lmin)成为左端焊接状态量(L—A、 T—A)，在摆动右端检测出的焊接电压(L_rmin、 T—rmin)成为右端焊 接状态量(L—B、 T—B)。
权利要求
1.一种机器人控制装置，其对按照焊缝线进行电弧焊的串联弧焊系统的焊炬位置进行控制，该串联弧焊系统具备在前端具备先行电极及后行电极的焊炬；在前端安装所述焊炬，使该焊炬相对于焊接进行方向左右摆动的机器人；对所述先行电极及所述后行电极供电的先行电极电源及后行电极电源，该机器人控制装置的特征在于，包括检测所述先行电极在摆动中的焊接状态量的先行电极检测部；检测所述后行电极在摆动中的焊接状态量的后行电极检测部；先行电极处理部，其根据由所述先行电极检测部检测到的焊接状态量计算电变化量；先行电极补正部，其根据由所述先行电极处理部算出的电变化量，计算用于对摆动中心轨迹从所述焊缝线向左右方向及上下方向的位置偏移进行补正的补正量；后行电极处理部，其根据由所述后行电极检测部检测到的焊接状态量计算电变化量；后行电极补正部，其根据由所述后行电极处理部算出的电变化量，计算用于对所述摆动中心轨迹从所述焊缝线向旋转方向的位置偏移进行补正的补正量。
2. —种使用权利要求1所述的机器人控制装置的电弧跟踪控制方法， 其特征在于，包括以下的工序先行电极控制工序在1个摆动周期之间，在所述先行电极处理部中， 根据由所述先行电极检测部检测到的焊接状态量计算电变化量，将其作为 先行电极第1变化量及先行电极第2变化量，在所述先行电极补正部中， 根据所述先行电极第1变化量，计算对摆动中心轨迹从所述焊缝线向左右 方向的位置偏移进行补正的先行电极左右补正量，并且，根据所述先行电 极第2变化量，计算对所述摆动中心轨迹从所述焊缝线向上下方向的位置 偏移进行补正的先行电极上下补正量，通过所述先行电极左右补正量及所 述先行电极上下补正量，相对于所述焊接进行方向在左右方向及上下方向 上对所述焊炬进行控制；后行电极控制工序在与所述先行电极控制工序的同时、或者接着所 述先行电极控制工序，在所述l个摆动周期之间，在所述后行电极处理部 中，根据由所述后行电极检测部检测到的焊接状态量计算电变化量，将其 作为后行电极变化量，在所述后行电极补正部中，根据所述后行电极变化 量，计算对所述摆动中心轨迹从所述焊缝线在旋转方向的位置偏移进行补 正的后行电极补正量，通过所述后行电极补正量，相对于所述焊接进行方 向在旋转方向上对所述焊炬进行控制。
3. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 先行电极控制工序中，所述焊接状态量是焊接电流值，所述先行电极第2 变化量是在1个摆动周期之间检测的所述先行电极的平均焊接电流值与预 先设定的标准焊接电流值之差。
4. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 先行电极控制工序中，所述先行电极第1变化量是在摆动左端检测的所述 先行电极的左端焊接状态量与在摆动右端检测的所述先行电极的右端焊 接状态量之差。
5. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 先行电极控制工序中，所述先行电极第1变化量是第1焊接状态量差与第 2焊接状态量差的差值，所述第1焊接状态量差是在从摆动左端到右端的右进摆动期间之间检 测的所述先行电极的右进最大焊接状态量与右进最小焊接状态量之差；所述第2焊接状态量差是在从摆动右端到左端的左进摆动期间之间检 测的所述先行电极的左进最大焊接状态量与左进最小焊接状态量之差。
6. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 后行电极控制工序中，所述后行电极变化量是在摆动左端检测的所述后行 电极的左端焊接状态量与在摆动右端检测的所述后行电极的右端焊接状 态量之差。
7. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 后行电极控制工序中，所述后行电极变化量是第3焊接状态量差与第4焊 接状态量差的差值， 所述第3焊接状态量差是在从摆动左端到右端的右进摆动期间之间检测的所述后行电极的右进最大焊接状态量与右进最小焊接状态量之差；所述第4焊接状态量差是在从摆动右端到左端的左进摆动期间之间检 测的所述后行电极的左进最大焊接状态量与左进最小焊接状态量之差。
8. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 先行电极控制工序中，所述先行电极上下补正量与所述先行电极第2变化 量的大小成比例。
9. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 先行电极控制工序中，所述先行电极左右补正量与所述先行电极第1变化 量的大小成比例。
10. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 后行电极控制工序中，所述后行电极补正量与所述后行电极变化量的大小 成比例。
11. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 先行电极控制工序中，在所述先行电极第2变化量超过预先规定的阈值之 前，将所述先行电极上下补正量定为零，当所述先行电极第2变化量超过 所述阈值时，将所述先行电极上下补正量定为预先规定的规定量。
12. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述先行电极控制工序中，在所述先行电极第1变化量超过预先规定的阈值之 前，将所述先行电极左右补正量定为零，当所述先行电极第l变化量超过 所述阈值时，将所述先行电极左右补正量定为预先规定的规定量。
13. 根据权利要求2所述的电弧跟踪控制方法，其特征在于，在所述 后行电极控制工序中，在所述后行电极变化量超过预先规定的阈值之前， 将所述后行电极补正量定为零，当所述后行电极变化量超过所述阈值时， 将所述后行电极补正量定为预先规定的规定量。
全文摘要
一种对具备焊炬、使焊炬摆动的机器人、先行电极电源及后行电极电源的串联弧焊系统进行控制的机器人控制装置，具备用于检测摆动中的焊接状态量的先行电极检测部及后行电极检测部；计算出电变化量的先行电极处理部；根据该电变化量，计算出用于对从摆动中心轨迹的焊缝线向左右方向及上下方向的位置偏移进行补正的补正量的先行电极补正部；计算出电变化量的后行电极处理部；根据该电变化量，计算出用于对从摆动中心轨迹的焊缝线向旋转方向的位置偏移进行补正的补正量的后行电极补正部。根据本发明的机器人控制装置，能够进行具有优良的电弧跟踪精度、不会出现焊接缺陷的电弧焊。
文档编号B23K9/12GK101157155SQ20071016124
公开日2008年4月9日 申请日期2007年9月25日 优先权日2006年10月6日
发明者重吉正之 申请人:株式会社神户制钢所