CN1903493A - 机器人焊接的引弧控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机器人焊接的引弧控制方法，在焊丝与母材暂时短路之后使其分离，从而产生初始电弧，使焊枪后退移动至规定位置，并且通入初始电弧电流(Ias)，之后开始焊丝的恒定送丝以及恒定焊接电流(Ic)的通电，自初始电弧过渡到稳定电弧，从所述初始电弧产生时刻开始的防止再短路期间(Th)中，为了防止再短路，通入值比所述初始电弧电流(Ias)大的防止再短路电流(Ih)。从而，能够提高在使焊丝与母材暂时短路之后，通过焊接机器人后退移动焊枪使焊丝与母材分离，产生电弧的引弧方法的性能。
Description
技术领域
本发明涉及用于改进在暂时短路焊丝与母材之后，由焊接机器人后退移动焊枪将焊丝与母材分离而产生电弧的收缩(retract)引弧的性能的机器人焊接的引弧控制方法。
背景技术
图5是进行熔化电极电弧焊接的机器人焊接装置的结构图。机器人控制装置RC，输出用于对配置在机器人主体(机械手)RM上的多轴的伺服电动机进行动作控制的动作控制信号Mc，同时在与焊接电源PS之间发送接收包括焊接开始信号St、送丝速度设定信号Fr、焊接电压设定信号Vr以及短路/电弧判断信号Sa的接口信号。焊接电源PS，发送接收上述的接口信号，输出焊接电压Vw以及焊接电流Iw，并且输出用于控制送丝电动机WM的送丝控制信号Fc。机器人主体RM，载置送丝电动机WM、焊枪4等，沿着预先示教的焊接线移动焊枪4的前端位置(TCP)。焊丝1，由送丝电动机WM通过焊枪4内被送出，在与母材2之间产生电弧3从而进行焊接。
图6是使用上述的机器人焊接装置的收缩引弧方法的时序图。图(A)表示焊接开始信号St的时间变化，图(B)表示送丝速度设定信号Fr的时间变化，图(C)表示焊接电压Vw的时间变化，图(D)表示短路/电弧判断信号Sa的时间变化，图(E)表示焊接电流Iw的时间变化，图(F)表示供电导电嘴4a/母材间距离Lt的时间变化，图(G)表示焊丝前端/母材间距离(电弧产生中电弧长度La)Lw的时间变化，图(H1)～(H5)表示各时刻中的电弧产生位置的状态的示意图。以下，参照该图进行说明。
(1)时刻t1～t2的慢速送丝期间
在时刻t1中，通过机器人焊枪到达焊接开始位置并停止，如图(A)所示，从机器人控制装置RC输出焊接开始信号St(高电平)时，如图(B)所示，送丝速度设定信号Fr为缓慢送丝速度，焊丝以缓慢的慢速送丝速度被送出。同时，如图(C)所示，焊接电源PS开始输出，焊接电压Vw变为无负载电压。此期间中，如图(F)所示，焊枪停止，因此导电嘴/母材之间距离Lt为恒定值。另一方面，如图(G)所示，焊丝前端/母材间距离Lw通过慢速送丝逐渐缩短。
(2)时刻t2～t3的短路期间
在时刻t2中，如图(H2)所示，焊丝前端与母材短路时，如图(C)所示，焊接电压Vw变为低短路电压值，如图(D)所示，判断该电压变化，短路/电弧判断信号Sa变为高电平(短路)。与此对应，如图(B)所示，送丝速度设定信号Fr变为零，停止送丝。同时，如图(E)所示，通入20～80A左右的小电流值的短路电流。还有，同时焊枪开始向远离母材的方向移动(后退移动)，如图(F)所示，导电嘴/母材间距离Lt缓缓变大。
(3)时刻t3～t4的收缩期间
在时刻t3，如图(H3)所示，通过焊枪的后退移动在焊丝前端与母材之间产生间隙时，产生初始电弧3a，如图(C)所示，焊接电压Vw变为数十伏的电弧电压Va，如图(D)所示，短路/电弧判断信号Sa变为低电平(电弧)。与此对应，如图(E)所示，通入焊接电流Iw为值与上述短路电流同大小的初始电弧电流Is。为了使电流值为恒定值，多对该初始电弧电流Is进行恒流控制。如图(F)所示，持续到焊枪的后退移动到达规定位置的时刻t4为止。如图(H4)所示，该期间中仍维持初始电弧3a，如图(G)所示，电弧长度La(＝Lw)只缓缓增大与后退移动距离相对应的距离。这期间需要100～500ms左右。
(4)时刻t4以后的稳定期间
在时刻t4中，如图(F)所示，焊枪的后退移动达到规定位置时，如图(B)所示，送丝速度设定信号Fr为恒定送丝速度，焊丝开始稳定送出。同时，如图(E)所示，与恒定送丝对应的恒定焊接电流Ic的通入开始。焊枪沿焊接线开始移动。即在时刻t4以后，与通常的熔化电极电弧焊接的引弧控制相同。此时的电弧长度La如图(G)所示，收敛于稳定的电弧长度，如图(H5)所示，从初始电弧3a向稳定电弧3b转移。
在上述的时刻t1～t2期间，对焊丝进行送给而处于短路状态，但也存在停止送丝的状态下将焊枪沿接近母材的方向移动(前进移动)而短路的情况。上述的收缩引弧，在通常的引弧中对引弧性差的材料(铝合金、不绣钢等)也能可靠地进行的引弧。此外，收缩引弧，即使是钢铁材也能大幅减少引弧时飞溅的产生量。由于具有上述的特征，因此收缩引弧可使用于高品质焊接中。关于上述的现有技术，参照专利文献1以及2。
如图6所示，在时刻t3，由焊枪的后退移动在焊丝前端与母材之间出现稍许间隙时，在该间隙中产生初始电弧。之后继续后退移动焊枪，如图(G)所示，电弧长度逐渐变长。但是，焊丝送丝到焊枪的电缆内。此时，边沿着电缆内程度的弯曲边送丝。该曲折量为送丝的余量。该送丝的余量根据焊枪的焊接姿势而有多种。此外，由于在机器人移动时伴随有小的振动，因此在后退移动时焊枪也会振动。在时刻t3后，因为在焊丝前端产生间隙，因此根据上述的焊丝的余量，焊丝前端位置会突然变化。同样，根据焊枪的振动焊丝前端位置变化。该焊丝前端位置的变化小到1、2mm左右。但是，时刻t3后的间隙(电弧长度)比1mm左右短，因此该焊丝前端位置向母材侧变化时，产生焊丝前端与母材之间的再短路。另一方面，在焊丝前端位置向远离母材的方向变化时，电弧长度变得稍长，坏影响减少。如果产生再短路，则由初始电弧焊丝前端的表面处于熔融状态，因此焊丝前端焊着于母材。如果暂时产生焊着，则为了解除该情况，需要通电数百安培的大电流，成为产生较多飞溅的不良的引弧。因此，为了得到良好的引弧特性，防止初始电弧产生之后的再短路尤为重要。
专利文献1：特开2002-178145号公报；
专利文献2：特开2002-205169号公报。
发明内容
在此，本发明提供一种可防止初始电弧产生之后的再短路而得到良好的引弧特性的机器人焊接的引弧控制方法。
为了解决上述问题，本发明技术方案一的机器人焊接的引弧控制方法，在焊丝与母材暂时短路之后，通过焊接机器人后退移动焊枪，使焊丝远离母材，产生初始电弧，在维持该初始电弧的状态下使焊枪后退移动至规定位置，并且该初始电弧期间中通入值比恒定焊接电流小的初始电弧电流，之后开始焊丝的恒定送丝以及恒定焊接电流的通电，从初始电弧过渡到稳定电弧，并且沿焊接线开始焊枪的移动，
从所述初始电弧期间的开始时刻开始的防止再短路期间中，为了防止所述初始电弧发生之后的焊丝前端与母材之间的再短路，通入值比所述初始电弧电流大的防止再短路电流，之后通入所述初始电弧电流。
此外，本发明技术方案二的机器人焊接的引弧控制方法，在发明技术方案一所述的防止再短路期间，是在电弧电压变为与规定电弧长度对应的规定值大致相等的时刻结束的期间。
此外，本发明技术方案三，根据本发明技术方案一及技术方案二所述的机器人焊接的引弧控制方法，所述防止再短路电流按照相对于电弧电压大致呈反比例的方式变化。
根据上述发明技术方案一，通过从初始电弧产生时刻开始通入较大值的防止再短路电流，能够快速增长电弧长度。因此，即使由于上述的余量以及振动所产生焊丝前端位置的突然变化，也能防止焊丝前端与母材之间的再短路，可得到良好的引弧性。
根据上述发明技术方案二，除了上述效果之外，通过按照电弧电压对防止再短路期间进行可变控制，从而能够调整防止再短路期间结束时刻的电弧长度为适当值，能进一步提高引弧性。
根据上述发明技术方案三，除了上述效果外，通过按照电弧电压对防止再短路电流进行可变控制，从而能够调整防止再短路期间结束时刻的电弧长度为适当值，能进一步提高引弧性。
附图说明
图1是表示有关本发明的实施方式1的机器人焊接的引弧控制方法的时序图。
图2是表示有关本发明的实施方式2的机器人焊接的引弧控制方法的时序图。
图3是表示有关本发明的实施方式3的机器人焊接的引弧控制方法的时序图。
图4是表示有关本发明的实施方式4的机器人焊接的引弧控制方法的时序图。
图5是现有技术的机器人焊接装置的结构图。
图6是表示现有技术中的机器人焊接的引弧控制方法的时序图。
图中：1-焊丝；2-母材；3-电弧；3a-初始电弧；3b-稳定电弧；4-焊枪；4a-供电导电嘴；Fc-送丝控制信号；Fr-送丝速度设定信号；Ias-初始电弧电流；Ic-恒定焊接电流；Ih-防止再短路电流；Is-初始电弧电流；Iw-焊接电流；La-电弧长度；Lm-规定电弧长度；Lt-导电嘴/母材间距离；Lw-焊丝前端/母材间距离；Mc-动作控制信号；PS-焊接电源；RC-机器人控制装置；RM-机器人主体；Sa-短路/电弧判断信号；St-焊接开始信号；Th-防止再短路期间；Va-电弧电压；Vm-规定值；Vr-焊接电压设定信号；Vw-焊接电压；WM-送丝电动机。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图1是表示有关本发明的实施方式1的机器人焊接的引弧控制方法的流程图。图(A)表示焊接开始信号St的时间变化，图(B)表示送丝速度设定信号Fr的时间变化，图(C)表示焊接电压Vw的时间变化，图(D)表示短路/电弧判断信号Sa的时间变化，图(E)表示焊接电流Iw的时间变化，图(F)表示导电嘴/母材间距离Lt的时间变化，图(G)表示焊丝前端/母材间距离Lw(＝电弧长度La)的时间变化。关于所使用的焊接装置，与上述图5的结构相同。该图与上述图6对应，在时刻t3之前的动作相同，因此省略说明。以下，对时刻t3以后进行说明。
在时刻t3中，如图(G)所示，由焊枪的后退移动而在焊丝前端与母材之间产生间隙时，产生初始电弧，如图(C)所示，焊接电压Vw上升为电弧电压Va，如图(D)所示，短路/电弧判断信号Sa变化为低电平(电弧)。与此对应，如图(E)所示，预定的防止再短路期间Th中通入预定为较大值的防止再短路电流Ih。由此，如图(G)所示，电弧长度La急速变长。这是因为，由于较大值的防止再短路电流Ih的通入，使焊丝前端熔融并燃烧，而使电弧长度变长的缘故。从而，防止再短路期间Th以及防止再短路电流Ih，设定为该燃烧适当的值。此外，这二值的适当值根据焊丝的材质、直径、焊接法等而变化。如果表示数值例，则防止再短路期间Th为5～50ms左右。防止再短路电流Ih是比20～80A左右的初始电弧电流Ias大的值，设定为接近恒定焊接电流Ic的值。在该防止再短路期间Th中，电弧长度La急速变长，因此即使由于上述的余量以及振动焊丝前端位置迅速向母材侧靠近，也不会发生再短路。
在时刻t3，防止再短路期间Th结束时，如图(E)所示，焊接电流Iw从防止再短路电流Ih变化为初始电弧电流Ias。该初始电弧电流Ias，也可是焊丝前端几乎不熔融程度的小电流。因此，防止再短路电流Ih的通电控制，可是恒流控制，也可是恒压控制。在时刻t4中，如图(F)所示，焊枪通过后退移动到达规定位置时，如图(B)所示，送丝速度设定信号Fr变化为恒定送丝速度，焊丝开始恒定送出。同样，如图(E)所示，焊接电流Iw变为与恒定送丝速度对应的恒定焊接电流Ic，从初始电弧向稳定电弧平滑过渡。在图(E)中，虽然防止再短路电流Ih为恒定值，但也可是与时间经过一起减少的右下降电流。这是由于尽可能快速地使初始电弧发生后的电弧长度变长的缘故。如图所示，时刻t3～t31的防止再短路期间Th，为时刻t3～t4的初始电弧期间的一半以下的时间。
(实施方式2)
图2是表示有关本发明的实施方式2的机器人焊接的引弧控制方法的时序图。该图与上述的图1对应，只防止再短路期间Th的可变控制不同。以下，参照该图对该不同点进行说明。
防止再短路期间Th，在时刻t3产生初始电弧的时刻开始，在时刻t3中电弧长度La达到规定值Lm的时刻结束。即通过电弧电压Va已达到与规定电弧长度Lm对应的规定值Vm，如图(C)所示，来判断电弧长度La达到规定值Lm，如图(G)所示。由此，能够将在防止再短路期间Th结束的时刻的电弧长度La始终调整为适当值。因此，节省了按照焊接条件通过预先试验求得防止再短路期间Th的适当值的时间。此外，由于上述的焊丝前端位置的变动量以及变动方向每次情况都不同，因此能够吸收这些变动而将电弧长度调整为规定值。因此，能够进一步提高引弧性。
(实施方式3)
图3是表示有关本发明的实施方式3的机器人焊接的引弧控制方法的时序图。该图与上述的图1对应，只防止再短路电流Ih的可变控制不同。以下，参照该图，对该不同点进行说明。
防止再短路电流Ih，如图(C)所示，控制为相对电弧电压Va的变化大致呈反比例。即Ih＝f(Va)，使防止再短路电流Ih作为电弧电压Va的函数而变化。具有电弧电压Va上升时，防止再短路电流Ih减少的反比例关系。如果例举函数例，则Ih＝Ih0-70×(Va-Vr)。在此，初始值Ih0≈Ic，Vr为焊接电压设定值。根据该函数，电弧电压Va上升1V时，防止再短路电流Ih减少70A。设防止再短路期间Th为规定值。通过以上，结果如图(G)所示，对防止再短路电流Ih进行可变控制以使电弧长度La(电弧电压Va)变为规定值Lm。即上述的实施方式2中，通过与电弧电压Va对应使防止再短路期间Th可变，在本实施方式中，通过与电弧电压Va对应使防止再短路电流Ih可变，可将防止再短路期间Th结束时刻的电弧长度La调整为规定值Lm。
(实施方式4)
图4是有关本发明的实施方式4的机器人焊接的引弧控制方法的时序图。该图与上述的图1～图3对应，仅防止再短路期间Th以及防止再短路电流Ih均被可变控制这点不同。以下，参照该图，对该不同点进行说明。
该图中，与电弧电压Va对应对防止再短路期间Th以及防止再短路电流Ih进行可变控制。防止再短路期间Th，与实施方式2相同，在电弧电压Va达到规定值Vm的时刻结束。防止再短路电流Ih，与实施方式3相同，与电弧电压Va的变化大致呈反比例变化。即本实施方式中，可同时进行实施方式2及3。由此，防止再短路期间Th结束时刻的电弧长度La与规定值Lm相等。
Claims (3)
1、一种机器人焊接的引弧控制方法，在焊丝与母材暂时短路之后，通过焊接机器人后退移动焊枪使焊丝与母材分离，产生初始电弧，在维持该初始电弧的状态下使焊枪后退移动至规定位置，并且在该初始电弧期间中通入值比恒定焊接电流小的初始电弧电流，之后开始焊丝的恒定送丝以及恒定焊接电流的通电，从初始电弧过渡到稳定电弧，并且沿焊接线开始焊枪的移动，
自所述初始电弧期间的开始时刻开始的防止再短路期间中，为了防止所述初始电弧发生之后的焊丝前端与母材之间的再短路，通入值比所述初始电弧电流大的防止再短路电流，之后通入所述初始电弧电流。
2、根据权利要求1所述的机器人焊接的引弧控制方法，其特征在于，
所述防止再短路期间是在电弧电压成为与规定电弧长度对应的规定值大致相等后的时刻结束的期间。
3、根据权利要求1或2所述的机器人焊接的引弧控制方法，其特征在于，
所述防止再短路电流按照相对于电弧电压大致呈反比例的方式变化。
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