CN109963679B

CN109963679B - 电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法

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Publication number: CN109963679B
Application number: CN201780070055.1A
Authority: CN
Inventors: 大根努; 西田吉晴; 福永敦史
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: JP6776493B2; CN109963679A; EP3542944A4; EP3542944A1; JP2018083229A; KR20190068579A; KR102152049B1

Abstract

本发明的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，是在一边进行相对于焊接方向使焊炬揺动的横摆运条操作，一边沿焊接线进行焊接的电弧跟踪焊接中，检测焊接线与实际的焊接位置的偏移量。使按照与横摆运条周期相同的周期而进行周期性重复的函数所表示的波形与焊接电流或焊接电压的相拟合，并以拟合后的波形为基础，检测电弧跟踪焊接中的偏移量。

Description

电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法

技术领域

本发明涉及电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法。

背景技术

在电弧焊中，经常使用基于焊接电流和焊接电压等的电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，并对其加以修正，由此自动追随焊接线的“电弧跟踪”。其目的在于，检测并修正因工件的设置误差、加工误差、加工中的变形等而发生的焊接炬的目标位置的偏移，由此防止焊接缺陷，提高自动化率。

这样的电弧跟踪的原理如下。即，根据焊丝的突出长度(准确地说，是焊炬给电处～母材间的距离)的变化，焊接电流或焊接电压相应发生变化，利用这一点，根据横摆运条操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。而后，将该偏移反馈给自动焊接装置或焊接机器人***，将焊炬前端位置修正到没有从焊接线偏移的方向上，由此自动追随焊接线。

已知在这样的电弧跟踪中有以下这样的问题。例如，在实际的焊接中，根据焊接条件(电流、电压、焊接速度、横摆运条宽度、横摆运条频率)和跟踪参数(增益和左右电流差的偏置)，焊接时的机器人操作轨迹(跟踪的轨迹)会发生变化。

总之，在实际的焊接时，由于各种各样的要因，导致从焊接线的偏移发生。

作为试图决这种会在电弧跟踪焊接时发生的问题的技术，有以下的专利文献1、2所列举的技术。

专利文献1公开有一种消耗电极式电弧焊方法，在一边使焊接炬向左右横摆运条一边跟踪焊接线而进行焊接的消耗电极式电弧焊中，在从左至右的右进横摆运条期间，检测横摆运条左端部电流值，之后检测所述右进横摆运条期间的焊接电流最小值，并且，在从右至左的左进横摆运条期间，检测横摆运条右端部电流值，之后检测所述左进横摆运条期间的焊接电流最小值，其后，运算所述右进横摆运条期间中的各检测电流的差电流值与所述左进横摆运条期间中的各检测电流的差电流值，相互比较两差电流值，根据两差电流值的偏差，移动控制焊接炬的横摆运条宽度中心位置。

专利文献2公开有一种焊接线跟踪控制方法，是基于一边周期性地使焊接炬横摆运条一边检测到的电的时间序列数据，修正所述焊接炬对于焊接线的位置，一边跟踪所述焊接线一边进行焊接的焊接线跟踪控制方法，其中，作为基准数据，预先存储与所述焊接线和所述焊接炬的位置对应的所述电的时间序列数据，在实际的焊接实行时，求得当前的电的时间序列数据与所述基准数据的相关系数，以所述相关系数变大的方式修正所述焊接炬的位置。

【先行技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本国特开昭58－53375号公报

【专利文献2】日本国特开2004－98162号公报

上述专利文献1、2虽然公开了各种技术，但是并不足以解决本申请想要解决的问题。

例如，专利文献1的技术，根据横摆运条时的右端左端的最大电流值和最小电流值的差电流值，使横摆运条的中心位置与焊接线正确相合。但是，该技术在横摆运条的1个周期中只使用4个点的信息，另外，由于对其单纯地进行加减运算，因此有可能使偏差的影响增大。

专利文献2的技术，预先针对每个偏移量取得焊接电流，计算相关系数，从而进行焊接线跟踪。但是，在该技术中，需要事前以每个偏移量进行焊接，提取数据，需要根据组合性地发生的焊接条件(焊接电流设定值、焊接电压设定值、横摆运条宽度、横摆运条频率、焊接速度)，取得庞大的数据。另外，因为根据事先取得的偏移量的幅度，跟踪的精度会发生变化，所以需要精度时，则存在需要细化偏移量，多次取得焊接电流这样的难点。

即，只看横摆运条操作中的左端和右端的焊接电流值的差异，并不能得到足够的信息，难以进行准确的控制(防止从焊接线偏移的控制)。另外，因为电弧跟踪的精度与焊接条件密切相关，所以，如果能够通过某种手段，提高电弧跟踪的精度，则也能够扩展可选择的焊接条件的幅值(焊接条件的余裕度)。

还有，为了高精度地进行这些控制，CPU计算的能力的提高和通信速度及同步精度的提高不可或缺，但现状是，这些性能要非常高，就要更高精度地取得机器人位置与焊接电流、电压的同步。

发明内容

本发明鉴于上述的问题而做，其目的在于，提供一种在进行电弧跟踪焊接时，可以准确检测距焊接线的偏移量的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法。

为了解决上述课题，本发明的电弧跟踪焊接中的偏移检测方法，指出以下的技术手段。

即，本发明的电弧跟踪焊接的偏移检测方法，其特征在于，是在一边进行相对于焊接方向使焊炬揺动的横摆运条操作，一边沿着焊接线进行焊接的电弧跟踪焊接中，检测所述焊接线与实际的焊接位置的偏移量的电弧跟踪焊接的偏移量的检测方法，其中，使按照与横摆运条周期相同的周期而进行周期性重复的函数所表示的波形，与焊接电流或焊接电压的波形相拟合，并以拟合后的波形为基础，检测电弧跟踪焊接中的偏移量。

还有优选，作为由所述函数表示的波形，使用具有与所述横摆运条的周期相同的周期的正弦波和余弦波中的至少一者为宜。

还有优选，作为由所述函数表示的波形，使用具有与所述横摆运条的周期相同的周期的正弦波和余弦波中的至少一者，并且使用具有所述横摆运条的周期的1/2周期的正弦波和余弦波中的至少一者为宜。

还有优选，作为由所述函数表示的波形，使用横摆运条波形为宜。

还有优选，使由所述函数表示的波形与焊接电流或焊接电压的波形相拟合时，预先在一定期间存储所得到的焊接电流或焊接电压的数据，使用所述存储的焊接电流或焊接电压的数据进行拟合为宜。

还有优选，使由所述函数表示的波形与焊接电流或焊接电压的波形相拟合时，分别使用所得到的焊接电流或焊接电压各自的数据，每当得到所述数据而进行逐次拟合为宜。

还有优选，使由所述函数表示的波形与焊接电流或焊接电压的波形相拟合时，每当进行取得数据，使用所得到的焊接电流或焊接电压的数据的各自过去横摆运条1个周期量，进行顺次拟合为宜。

还有优选，一边进行所述顺次拟合，一边在每个指定时间，进行取得所述顺次拟合的结果的平均的计算为宜。

通过使用本发明的电弧跟踪焊接的偏移检测方法，由此，在进行电弧跟踪焊接时，可以准确地检测距焊接线的偏移量。

附图说明

图1是示意性地表示平焊的说明图。

图2A是表示在图1的焊接中，焊接炬对于焊接线没有偏移时的焊接电流的变化的图(实施例1)。

图2B是表示在图1的焊接中，焊接炬相对于焊接线的偏移为1mm时的焊接电流的变化的图(实施例1)。

图2C是表示在图1的焊接中，焊接炬相对于焊接线的偏移为2mm时的焊接电流的变化的图(实施例1)。

图2D是表示在图1的焊接中，焊接炬相对于焊接线的偏移为3mm时的焊接电流的变化的图(实施例1)。

图2E是表示在图1的焊接中，焊接炬相对于焊接线的偏移为4mm时的焊接电流的变化的图(实施例1)。

图3A是表示与焊接炬距焊接线的偏移量相对应的焊接电流的振幅的图(比较例)。

图3B是表示与焊接炬距焊接线的偏移量相对应的焊接电流的振幅(振幅p₁)的图(实施例1)。

图4是示意性地表示水平角焊的说明图。

图5A是表示在图4的焊接中，焊接炬相对于焊接线无偏移时的焊接电流的变化的图(实施例2)。

图5B是表示在图4的焊接中，焊接炬相对于焊接线的偏移为2mm时的焊接电流的变化的图(实施例2)。

图5C是表示在图4的焊接中，焊接炬相对于焊接线的偏移为5mm时的焊接电流的变化的图(实施例2)。

图6A是表示与焊接炬距焊接线的偏移量相对应的焊接电流的振幅的图(比较例)。

图6B是表示与焊接炬距焊接线的偏移量相对应的焊接电流的振幅(振幅p₁)的图(实施例2)。

图7是表示第二实施方式的方法所用的函数的一例的说明图。

图8A是表示焊接炬相对于焊接线无偏移时的焊接电流的变化的图(实施例3)。

图8B是表示焊接炬相对于焊接线的偏移为2mm时的焊接电流的变化的图(实施例3)。

图8C是表示焊接炬相对于焊接线的偏移为5mm时的焊接电流的变化的图(实施例3)。

图8D是表示与焊接炬距焊接线的偏移量相对应的焊接电流的振幅(振幅p₁)的图(实施例3)。

图9A是表示焊接***的构成的概略结构图。

图9B表示焊接***的构成的示意图(焊炬部)。

图10是示意性地表示横摆运条每1个周期只进行1次拟合的说明图。

图11是示意性地表示一边进行顺次拟合，一边取得横摆运条每1个周期顺次拟合的结果的平均的说明图。

图12A是表示通过实施例1的方法进行拟合的结果的图。

图12B是表示通过实施例4的方法进行拟合的结果的图。

图13A是示意性地表示横摆运条每1个周期进行2次顺次拟合的说明图。

图13B是示意性地表示横摆运条每1个周期进行4次顺次拟合的说明图。

图13C是示意性地表示横摆运条每1个周期进行8次顺次拟合的说明图。

图14是表示顺次拟合的次数与平均p_Ave的标准偏差的关系的图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，基于附图详细说明。

以下，将进行焊接操作的机器，作为使焊接炬揺动操作(横摆运条操作)的多关节的焊接机器人进行说明，但这只不过是一例，也可以是专用的自动焊接装置。

本实施方式的电弧跟踪焊接方法，例如，适用于垂直多关节型的机器人***。垂直多关节型的机器人***的概要如下。

如图9A所示，例如，垂直多关节型的机器人***包括如下：焊接机器人1；具备示教器2的控制装置3；个人计算机。焊接机器人1是垂直多关节型的6轴的工业用机器人，在其前端设有由焊接炬5等构成的焊接工具。该焊接机器人1也可以被搭载于使其自身移动的滑台上。

控制装置3，遵循预先示教的程序控制焊接机器人1。该程序有使用被连接于控制装置3的示教器2编制的情况，和使用利用个人计算机的离线示教***编制的情况。由个人计算机编制的程序，经由存储媒体等被传输到控制装置3，或通过数据通信被传送至控制装置3。控制装置3被连接于含有焊接电源的电源装置7。

个人计算机，即离线示教***，具备可图形显示的显示器，作为输入装置而具备键盘或鼠标。另外，为了获取工件的CAD信息，还设有存储装置或通信装置。

本实施方式的电弧跟踪焊接方法，作为被设于控制装置3内的程序而实现。

以下，对于一边进行相对于焊接方向而使焊炬揺动的横摆运条操作，一边沿焊接线进行焊接的本实施方式的电弧跟踪焊接方法，详细地进行说明。

首先，图9B中显示电弧焊的示意图。

在电弧焊中，以电源装置7的焊接电源，向由焊接炬5供给的焊丝6(消耗电极)与母材4之间施加电压，在焊丝6与母材4之间使电弧发生。一边用此电弧热使母材4和焊丝6熔融一边进行焊接。由于随着电弧焊，焊丝6会熔化，因此在焊接中通过送给装置经由焊接炬5内持续供给焊丝6。

母材4和焊丝6熔融而成的焊接金属凝固，形成焊道，可实现坚固的焊接。在厚钢板的焊接中作为代表的中厚板焊接中，为了维持焊接部的强度，需要扩展焊道的宽度，以确保熔敷量和熔深。为此在中厚板焊接中，一边进行使焊接炬5左右揺动的横摆运条这样的操作，一边进行焊接，从而拓宽焊道，以确保焊接强度。

另外，保护气体也从焊接炬5被一并供给，保护形成于焊接炬5的前端的电弧柱，与大气隔离。此外，熔融后的熔融金属也受到因焊丝6中所包含的焊剂的分解而发生的气体的保护，与大气隔离，可抑制气孔等的焊接缺陷。

可是，例如在中厚板的焊接领域，存在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发生变形等情况，作为应该焊接的位置的焊接线未必总是处于决定好的位置。焊接线的偏移以大致数mm至cm的量级发生。

但是，从焊接品质的观点出发，在厚板领域，电弧焊机器人1所允许的与焊接线的偏移一般低于1mm，对于事先决定的位置进行操作的示教再现方式的机器人不能进行焊接。即，在面向中厚板的焊接机器人1中，一边实时检测预先示教的焊接位置与实际工件的焊接位置的偏移，一边每次都与之相适应并以亚mm量级的精度“跟踪”焊接线是必须条件，这是不能欠缺的非常重要的功能之一。

[第一实施方式]

进行以上所述的电弧跟踪焊接时，在本实施方式中，在控制部内进行检测焊炬前端位置对于焊接线的偏移量的处理。如果进行以下所示这样的偏移量检测处理，则能够比过去更精确地检测偏移量，因此在进行电弧跟踪焊接时，可以进行尽可能减少从焊接线的偏移这样的控制。

以下，对于本发明的电弧跟踪焊接的偏移量的检测处理的详情(处理(i)～处理(iv))进行阐述。具体来说，本实施方式的偏移量的检测处理，进行以下所示的处理(i)～处理(iv)。

处理(i)：使按照与横摆运条周期相同的周期而进行周期性地重复的函数与焊接电流或焊接电压的波形相拟合，以拟合后的函数的波形为基础，检测电弧跟踪焊接中的偏移量。例如，将拟合后的函数的波形的最大值与最小值的差视为与偏移量对应的电流差或电压差，根据函数的波形的最大值与最小值的差求得偏移量。

作为函数，如果是按照与横摆运条周期相同的周期而进行周期性地重复的函数，则可以是多个波形重叠的函数，但至少使用一个必定包含1个极大值和极小值的波形。也可以使用这样的函数，根据其极大值与极小值的差求得偏移量。

通过进行该处理(i)，不仅能够使用横摆运条操作的左端点和右端点的信息(焊接炬5位于横摆运条波形的左端点和右端点时的焊接电流或焊接电压的值)，而且能够使用焊接中的各点的信息(焊接炬5位于左端点与右端点之间时的焊接电流或焊接电压的值)来推定偏移量，可以使检测精度提高。另外，因为横摆运条波形是已知的，所以不需要像专利文献2这样求得拟合的波形。也就是说，横摆运条波形是规定的，只要准备按照与该横摆运条周期相同的周期进行周期性重复的函数即可，因此也不需要进行预备实验等而求得用于拟合的波形，或取得为此服务的数据。

另外，如前述，横摆运条波形的特性是已知的，无论什么样的横摆运条波形的形状，都能够预先把握左右的摆动成分，因此能够基于此左右摆动波形的形状进行拟合。故此，不需要像专利文献1等所公开的这种现有方法这样，即，使用横摆运条操作的左端点或右端点的电流的最大值和最小值的情况这样，对于连续变化的非线性的电流波形或电压波形，通过实验确定从何处开始至何处为止的范围中取得最大值、最小值。

总之，在专利文献1等之中，拟合的性能很大程度上受到取得该最大值、最小值的范围的左右，但焊接条件在组合上有庞大的数量，恰当选择能够与之全部对应的范围有困难。相对于此，在本发明的技术中，只针对横摆运条每1个周期进行拟合操作即可，也不需要预备性地研究庞大的焊接条件而进行最大值、最小值取得范围的选择。

可是，一般的MIG、MAG电弧焊，使用恒压电源，从焊接线的中心的偏移体现在电流上。另一方面，TIG焊接使用恒流电源，从焊接线的中心的偏移体现在电压上。因此，作为使函数拟合的对象，优选电流和电压这两方。

另外，焊接电流·焊接电压大量包含高频噪音，优选对经由平均滤波器和低通滤波器进行处理后的波形，使函数拟合，但函数的拟合中也有滤波器效果，因此也可以由焊接电流和焊接电压直接使函数拟合。

处理(ii)：进行处理(i)时，作为所用的函数，使用具有与横摆运条的周期相同的周期的正弦波和余弦波中的至少一者即可。其中，用正弦波与余弦波这两方重叠的函数进行拟合时，特别是产生出如下的优点：即不需要根据三角函数的复合的公式，考虑拟合时的相位差，即焊接电流波形与焊接机器人1位置的相位差。

处理(iii)：进行处理(i)时，作为所用的函数的波形，使用具有与横摆运条的周期相同的周期的正弦波和余弦波中的至少一者，并且使用具有横摆运条的周期的1/2的周期的正弦波和余弦波中的至少一者。

如此通过使用不仅具有与横摆运条的周期相同的周期的三角函数，而且还具有横摆运条的周期的1/2的周期的三角函数所构成的函数，能够重叠1/2的周期的波形而进行拟合，可以将焊接电流或焊接电压的波形作为全体拟合，可以使偏移量的检测精度提高。

处理(iv)：在处理(i)～(iii)中，使函数的波形与焊接电流或焊接电压的波形拟合时，使用所得到的焊接电流或焊接电压的各自的数据，进行顺次或逐次拟合即可。另外，也可以预先在一定期间存储所得到的焊接电流或焊接电压的数据，使用所存储的焊接电流或焊接电压的数据进行拟合。

如实施例1的前半部分所述，认为使函数的波形与焊接电流或焊接电压的波形拟合时，预先存储横摆运条1个周期量的焊接电流或焊接电压的波形，对于所得到的波形，使函数的波形拟合。作为这时的处理，也可以一边错开横摆运条2个周期量、3个周期量、4个周期量一边进行拟合。

另一方面，如实施例1的后半部分所述，也可以将每个控制周期得到的焊接电流或焊接电压的数据作为基础，进行拟合处理(逐次拟合处理)。横摆运条周期至多为2～10Hz，即，相对于只能以每500msec至100msec施加电弧跟踪的修正的情况，若进行逐次拟合操作，则在焊接电源7的每个电流或电压取得的周期，可加以电弧跟踪的修正。即，每1msec～10msec便可加以跟踪的修正，电弧跟踪时，能够得到更流畅的机器人操作轨迹。还有，关于处理(iv)，在实施例1中详述。

即使进行上述的处理(i)～处理(iv)，却仍不能拟合时，判断为距焊接线的偏移过大等异常状况发生，输出异常信号。

[第二实施方式]

接下来，对于第二实施方式的电弧跟踪焊接的偏移量的检测方法进行说明。

第二实施方式的偏移量的检测方法，相对于第一实施方式的处理(ii)和(iii)使用具有与横摆运条的周期相同的周期的正弦波和余弦波中的至少一者，或具有横摆运条的周期的1/2的周期的正弦波和余弦波中的至少一者作为拟合操作的函数的情况，在第二实施方式中，使用三角函数以外的函数(非三角函数)进行拟合操作。

作为这样的非三角函数的函数，能够使用图7中例示的这种。

例如，图7的左侧所示的函数，是切掉正弦波的波峰这样的波形，在图中表记为“Sin+两端停止”。该“Sin+两端停止”的函数，例如是对于某一振幅的正弦波和余弦波，在三角函数的值超出既定的值时，切掉了超出部分的波形。

另外，图7的中央侧所示的函数，是在正弦波和余弦波的波峰之中，只除去最大侧或最小侧的一个这样的波形，图中表记为“Sin+一端停止”。该函数也是对于正弦波和余弦波，切掉了最大侧或最小侧的一个的成分而形成的。

此外，图7的右侧所示的函数是三角波。即，该三角波是，其值从最大值向最小值以一定的减少率减少，其值达到最小值之后朝向最大值以一定的增长率增加，并重复进行这样的变化而形成的。也可以将这样的三角波作为函数采用。作为非三角函数，也可以采用矩形波。

如上述，使由三角函数或非三角函数所构成的函数，与焊接电流或焊接电压的波形拟合，并以拟合后的波形为基础，检测电弧跟踪焊接中的偏移量，由此可以求得距焊接线的偏移量。

特别是横摆运条波形是非三角函数的波形时，可以使之与和该横摆运条波形为同周期的三角函数拟合而检测偏移量，或也可以使之与和横摆运条波形为同样的波形且同周期的波形拟合，由此检测偏移量。

【实施例】

接下来，作为应用本发明的技术的例子，列举以下的实施例1～实施例3进行说明。

(实施例1)

实施例1中，对于横摆运条每1个周期所得到的焊接电流的波形，使用正弦波进行拟合(焊接电流和正弦波的匹配)，换言之，就是对于横摆运条每1个周期以最小二乘法进行处理而进行拟合，检测距焊接线的偏移量。

具体来说，若设正弦波形的振幅为p₁，焊接电流的波形与正弦波形的相位差为φ，则横摆运条每1个周期的函数y(t)能够如式(1)这样表示。

【算式1】

y(t)＝p₁×sin(t+φ)+p₂ (1)

即，如果在n个周期量的横摆运条中应用上述式(1)，则能够得到含系数p₁和p₂的n个式，如果使用最小二乘法，则能够求得振幅p₁。

【算式2】

B＝A×P

P＝(A^T×A)^-1×A^T×B

能够以上式求得

还有，式(1)中使相位的偏移为φ，以正弦波作为函数使用，但也可以如式(2)所示这样，使用将正弦波和余弦波重叠的函数，代替相位的偏移φ。

【算式3】

y(t)＝q_s×sin(t)+q_c×cos(t)+p₂ (2)

该式(2)的正弦波成分的振幅qs和余弦波成分的振幅qc，能够使用最小二乘法求得。其后，使用三角函数的复合，由式(3)求得复合振幅。

【算式4】

即，若以正弦波和余弦波重叠的三角函数作为函数进行拟合，则能够不用求相位差而只求从焊接线的偏移。

因此，本技术具有的优点是，不需要进行现有技术中求得从焊接线偏移时大幅改变精度而形成问题的“焊接电流波形与机器人位置的相位调整”，因相位调整不充分而导致偏移的精度变差的问题也不会发生。

还有，如果以上述式(1)～式(3)的算式求得横摆运条1个周期量的函数的振幅p₁，则使所求得的振幅p₁为0而进行控制即可。作为这样的控制，具体来说，认为是基于在振幅p₁、或过去的振幅p₁的累积上乘以增益的值而进行PI控制等这样的控制。

即，在专利文献1中，如果计测得到的横摆运条电流的左端侧的最大值为“IL1”，最小值为“IL2”，右端侧的最大值为“IR1”，最小值为“IR2”，则左右的电流差是(IL1－IL2)－(IR1－IR2)，但振幅p₁能够与该左右电流差同样处理。

详细地说，如图1中示意性表示的这样，在平焊中，一边使焊接炬5的位置距焊接线的偏移量变化为0mm、1mm、2mm、3mm、4mm，一边应用式(1)。应用式(1)的结果显示在图2A～图2E中。

还有，图2A～图2E中的虚线，是在50个横摆运条量(50个周期量)的波形之中，选择代表性的波形并以虚线表示。另外，实线表示以式(1)的正弦波作为函数使用而拟合后的结果。

另外，对于图2A～图2E中的50个横摆运条量的焊接电流(1个周期量的焊接电流)，求得上述的左右的电流差，对每个距焊接线的偏移量的设定值进行整理后的结果显示在图3A中。换言之，该图3A表示以现有方法计测距焊接线的偏移量的结果，在各偏移量中沿纵轴方向扩展的左右的电流差的分布宽度，表示以现有方法计测的左右的电流差，换言之表示振幅的偏差。

图3B表示用式(1)进行拟合，求得函数的振幅p₁，同样对距焊接线每个偏移量的设定值进行整理后的结果。图3B中的沿纵轴方向扩展的函数的振幅p₁的分布宽度，表示以实施例1的方法计测的振幅的偏差。

比较表示以上述的现有方法计测得到的左右的电流差的图3A，和表示以实施例1的方法计测得到的振幅的偏差的图3B。例如，着眼于偏移量为0mm的值和4mm的值。那么，由实施例1的方法计算出的振幅p₁的一方，与经由现有方法计算出的左右的电流差(根据现有方法求得的振幅)相比，可知偏差的上下幅度小，可判断为能够更精确地检测振幅p₁，即距焊接线的偏移量。

由以上的结果可知，如果一边以实施例1的方法检测距焊接线的偏移量，一边进行电弧跟踪焊接，则能够得到跟踪焊接精度的大幅提高。另外，将实施例1的做法用于偏移量的检测时，可以单纯地提高所检测的偏移量的精度。

还有，上述实施例1，是在使横摆运条波形与焊接电流或焊接电压的波形拟合时，使用所得到的1个周期量的焊接电流或焊接电压的数据，对每1个周期量的取得数据进行拟合的方法。

相对于该实施例1，也可以对于所得到的焊接电流或焊接电压的数据，每次，使用从该时刻起过去的横摆运条1个周期量的数据，顺次进行拟合。

【算式5】

区间为从1到n时，

B＝A×P

P＝(A^T×A)^-1×A^T×B

能够以上式求得

区间为2到n+1时，

B＝A×P

P＝(A^T×A)^-1×A^T×B

能够以上式求得

如此，每当进行数据取得，可以使用过去1个周期量的数据，顺次求得p₁和p₂。根据这一方法，对每个取得数据求偏移量，不用等待横摆运条的1个周期，从而能够更快地得到偏移量。另外，具有能够得到连续的偏移量的优点。

此外，对于此实施例1来说，也可以对于所得到的焊接电流或焊接电压的数据，每次都进行拟合操作(逐次拟合)。

该逐次拟合的方法，换言之就是逐次最小二乘法，虽然会留有一些故去的影响，但有计算量非常小即可完成的优点。

进行基于逐次拟合的推定时，使用式(4)即可。

【算式6】

在此，P’i是第i次的逐次计算中的[p₁p₂]T的推定值。另外A(i，：)是A矩阵的第i行的矢量，同样B(i，：)是B矩阵的第i行的矢量。另外λ是遗忘系数。

采用逐次拟合的方法，也能够得到与图2A～图2E、图3B大体同样的结果。

(实施例2)

实施例2中，对于图4中示意性所示的水平角焊缝，以三角函数作为函数使用，进行利用最小二乘法的拟合，检测从焊接线的偏移。

实施例2的函数，是将与横摆运条的周期为相同周期的正弦波形(Sin波形)，和1/2的周期的正弦波形组合使用的函数。

具体来说，实施例2中，以横摆运条每1个周期得到的y(t)为基础进行拟合，求得式(5)的振幅p₁、p₂和p₃。该式(5)所示的实施例2的函数，正弦波形的相位差为0，但1/2的周期的正弦波形其相位差为π/2。之所以如此设置π/2的相位差，是为了使1/2的周期的正弦波波峰与横摆运条的端信号的位置一致。

即，在实施例2中，与实施例1同样，如果对于各横摆运条每个周期求得的振幅p₁、p₂和p₃以最小二乘法进行处理，则能够求得拟合后的振幅p₁。

【算式7】

即使对于图4所示这样的水平角焊的焊接电流进行拟合，无偏移的函数的系数p₁也不会完全达到0。这是重力的影响和焊炬的角度造成的，即使通过历来进行的使用左右的电流差的振幅计算，也为同样的结果。这种情况下，在现有方法中，将补偿电流A加入跟踪的参数中而作为函数进行控制。即，在上述的情况下进行左右的电流差＝(IL1－IL2)－(IR1－IR2)+A为“0”这样的控制。因此，在实施例2中，也设置同样的补偿参数进行跟踪焊接的控制。

以该方法求得距焊接线的偏移量的图是图5A～图5C，将求得的偏移量与现有方法比较的图是图6A、图6B。

即，图5A～图5C中的虚线，是50个横摆运条量(50个周期量)的波形之中，选择代表性的波形并以虚线表示。另外，实线表示以式(1)的正弦波作为函数使用而进行拟合的结果。

另外，对于图5A～图5C中的50个横摆运条量的焊接电流(1个周期量的焊接电流)，求得上述的左右的电流差，对每个距焊接线的偏移量的设定值进行整理的结果，显示面图6A中(现有方法)。

图6B表示求得用于式(1)进行拟合的函数的振幅p₁，同样对每个距焊接线偏移量的设定值进行整理后的结果。与图3B一样，图6B中的沿纵轴方向扩展的函数的振幅p₁的分布宽度，表示由实施例1的方法计测的振幅的偏差。

如果比较图6A和图6B的结果，若看偏移量为2mm的结果，则可知以实施例2的方法求得的振幅p₁这一方，与左右的电流差(由现有方法求得的振幅)相比，偏差的量值减少。

另外，对于原来的焊接电流的波形，如果将与横摆运条周期为同周期的正弦波形，和横摆运条周期的1/2的周期的正弦波形作为函数使用，以最小二乘法求振幅等进行拟合，则可知大体上能够再现原来的焊接电流波形。如果采用这一方式，则可知在近年来进行的这种在控制装置和个人计算机中预先存储电流波形和电压波形，之后再确认波形，或取得跟踪能力时的数据存储内存减少方面也能够应用。即，若将电流波形和电压波形直接作为取样数据，不进行存储，而是使用式(5)先进行拟合，作为p₁、p₂、p₃加以保存，则能够不丢失波形的振幅信息，而大幅减少硬盘等的内存量，可以削减成本。

特别是由图6B可知，通过偏差的降低，能够得到大幅的精度提高。

(实施例3)

实施例3中，作为函数不是用正弦波形和余弦波形这样的三角函数，而是将非三角函数的函数用于拟合。具体来说，该实施例3的横摆运条波形是图7的左侧所示的“Sin+两端停止”，用于拟合的函数使用的是图7的左侧所示的“Sin+两端停止”。

如图8A～图8C所示，与实施例1和实施例2同样，使距焊接线的偏移量为0mm、2mm、5mm时，对于原来的焊接电流的波形，若将非三角函数作为函数使之拟合，可知大体能够再现原来的焊接电流波形。

另外，由图8D表明，进行了实施例3的拟合的结果与实施例1和实施例2同样，与现有的做法所求得的振幅相比，判断为偏差被大幅降低，在距焊接线的偏移量的计算中，能够取得大幅的精度提高。

如以上的实施例1～实施例3所述，使由三角函数或非三角函数构成的函数所表示的横摆运条波形，与焊接电流或焊接电压的波形拟合，并以拟合后的波形的振幅为基础，检测电弧跟踪焊接中的偏移量，由此可以准确检测距焊接线的偏移量。

(实施例4)

在实施例4中，公开如下的技术：在一边沿袭上述实施例(实施例1～3)的方法，一边顺次进行拟合的情况下，在横摆运条的每1个周期，取得该顺次拟合的结果的平均，与在每1个横摆运条周期仅进行拟合的情况相比，能够进一步提高精度。

图10示意性地表示横摆运条每1个周期仅进行拟合的情况。与之相比，图11示意性地表示一边进行顺次拟合，一边在横摆运条每1个周期，取得该顺次拟合的结果的平均的技术(实施例4的技术)。

即，在实施例4的技术中进行如下计算：一边进行顺次拟合，一边在横摆运条1个周期，取得该顺次拟合的结果的平均。该计算的具体的做法如下。

在进行顺次拟合时的区间为从1至n的情况下，p₁(tn)以如下方式求得。

【算式8】

B＝A×P

P＝(A^T×A)^-1×A^T×B

能够以上式求得

进行顺次拟合时的区间为从2至n+1的情况下，p₁(tn+1)以如下方式求得。

【算式9】

B＝A×P

P＝(A^T×A)^-1×A^T×B

能够以上式求得

(6)

如此，每当进行数据取得，使用过去1个周期量的数据，一边使窗口(区间)滑动一边进行拟合，顺次预先求出p₁(tn)、p₁(tn+1)。

从时刻tn起，将横摆运条1个周期后的时刻作为tn+(n-1)，顺次拟合的结果的平均，能够以下式求得。

p_Ave＝{p₁(tn)+p₁(tn+1)+…+p₁(tn+(n-1))}/n (7)

图12A表示使用式(1)进行拟合，求得函数的振幅p₁，对每个距焊接线偏移量的设定值进行整理后的结果。图12B表示使用式(6)进行拟合，求得函数的振幅p₁(tn)～p₁(tn+(n-1))，以式(7)求得其平均振幅p_Ave，对每个跟焊接线偏移量的设定值进行整理后的结果。

将图12A与表示以实施例4的方法计测的振幅的偏差的图12B进行比较。

例如，着眼于偏移量为0mm的值，偏移量为2mm的值，偏移量为5mm的值。

若是这样，可知由实施例4的方法计算出的振幅p_Ave的一方，相比仅每1个横摆运条周期计算p₁的一方，上下幅度变小，判断为能够精确地检测振幅p_Ave，即距焊接线的偏移量。在此虽然是对于顺次拟合进行了阐述，但关于逐次拟合的方法也可以同样取得平均，这一点不言而喻。

还有，若横摆运条1个周期中的顺次拟合的次数多，则要花费相应多的处理时间，因此，显示每1个横摆运条周期中，需要几次顺次拟合的目标。

图13A～图13C是示意性地表示横摆运条每1个周期进行几次顺次拟合的图。图13A表示滑动窗口为2个时，换言之，就是使区间滑动一次而进行计算的例子。同样，图13B表示滑动窗口为4个时，换言之，就是使区间滑动3次而进行计算的例子。图13C表示滑动窗口为8个时，换言之，就是使区间滑动7次而进行计算的例子。

如此，改变横摆运条每1个周期的顺次拟合的次数，取其平均，会使跟踪焊接时的焊接精度提高。另一方面，处理时间增大。

图14是表示如图13A～图13C，使顺次拟合的次数变化时，横摆运条每1个周期的顺次拟合的次数，与横摆运条每1个周期的顺次拟合结果的平均p_Ave的标准偏移的关系的图。

如图14所表明的，可知横摆运条每1个周期的顺次拟合的次数为2～8回左右，p_Ave的标准偏移大幅下降。因此，通过实施例4的处理(顺次拟合的次数截至8次左右)，不会大幅增加处理时间，而能够降低振幅的偏差，也就是可判断为能够更精确地检测距焊接线的偏移量。

如上述，在实施例4中，通过在每1个横摆运条周期中取顺次拟合的结果的平均，可以实现更高精度的跟踪焊接。

还有，此次公开的实施方式应该理解为全部的点均为例示，而非限制性的。特别是在此次公开的实施方式中，未明确公开的事项，例如，运转条件和操作条件，各种参数，结构物的尺寸、重量、体积等，均不脱离从业者通常实施的范围，采用只要是通常的从业者便可以容易想到的值。例如，即使在相对于焊接方向倾斜摆动的横摆运条的情况下，通过使该横摆运条周期和与之为相同周期的函数拟合，也可以同样检测偏移量。

本申请基于2016年11月16日申请的日本国专利申请(专利申请2016－223233)，和2017年9月12日申请的日本国专利申请(专利申请2017－174918)，其内容在此作为参照编入。

【符号说明】

1 焊接机器人

2 示教器

3 控制装置

4 母材

5 焊接炬

6 焊丝

7 焊接电源

Claims

1.一种电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，其特征在于，是在一边进行相对于焊接方向使焊炬揺动的横摆运条操作，一边沿焊接线进行焊接的电弧跟踪焊接中，检测所述焊接线与实际的焊接位置的偏移量的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，其中，

使按照与横摆运条周期相同的周期而进行周期性重复的函数所表示的波形与焊接电流或焊接电压的波形相拟合，

将拟合后的函数的波形的最大值与最小值的差视为与偏移量对应的电流差或电压差，根据函数的波形的最大值与最小值的差求得偏移量，由此检测电弧跟踪焊接中的偏移量。

2.根据权利要求1所述的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，其特征在于，作为由所述函数表示的波形，使用具有与所述横摆运条的周期相同周期的正弦波和余弦波中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，其特征在于，作为由所述函数表示的波形，使用具有与所述横摆运条的周期相同周期的正弦波和余弦波中的至少一者，并且使用具有所述横摆运条的周期的1/2周期的正弦波和余弦波中的至少一者。

4.根据权利要求1所述的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，其特征在于，作为由所述函数表示的波形，使用横摆运条波形。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，其特征在于，

使由所述函数表示的波形与焊接电流或焊接电压的波形相拟合时，

预先在一定期限存储所得到的焊接电流或焊接电压的数据，并使用所述存储的焊接电流或焊接电压的数据进行拟合。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，其特征在于，

使用所得到的焊接电流或焊接电压的各自数据，每逢得到所述数据进行逐次拟合。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，其特征在于，

每当进行数据取得，使用所得到的焊接电流或焊接电压的各自数据的过去横摆运条1个周期量进行顺次拟合。

8.根据权利要求7所述的电弧跟踪焊接中的偏移量的检测方法，其特征在于，一边进行所述顺次拟合，一边在每个指定时间进行取得所述顺次拟合的结果的平均的计算。