JP2018075623A - アーク溶接の表示装置及び表示方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、実際の溶接においては、溶接条件(電流、電圧、溶接速度、ウィービング幅、ウィービング周波数)と、倣いパラメータ(ゲインや左右電流差のオフセット)によって、溶接時のロボット動作軌跡(倣いの軌跡)が変わることがある。そのため、作業者が、ロボットをティーチング後に溶接を行い、さらに、溶接後にアーク倣いの確認が必要である。
それ故、ロボットの動作軌跡などの確認後、倣いが上手くいかなかったと判断しても、なぜアーク倣いがズレたかの原因把握が正確には行われず、作業者の経験と勘により、試行錯誤を繰り返し、望みの軌跡となるように溶接条件と倣いパラメータを調整するのが常であった。なお、アーク倣いが上手くいかない場合には、具体的には、溶接軌跡のズレや溶接線の蛇行や溶接欠陥が発生し、不良品発生の原因となる。
例えば、特許文献1は、溶接現象の変化を利用して溶接トーチの位置を補正するアークセンサを使用する溶接ロボットシステムにおいて、アークセンサ回路から出力される溶接トーチチップと母材間の位置補正情報即ち上下方向補正情報、及び溶接トーチチップの各オシレート端部位置補正情報即ち左右方向補正情報、を入力する手段と、該各情報に応じて、リアルタイムで該各情報の値の程度をグラフィック表示する出力手段と、を有するアークセンサモニター装置を開示する。
例えば、特許文献1に開示されたアークセンサモニター装置及びその使用法は、倣いの軌跡をペンダントに表示するものとし、トーチ位置の補正情報をモニタリングしている。しかしながら、特許文献1の技術では、補正結果をモニタリングすることはできるが、どのような電流が流れているか等の溶接中の情報を、作業者の認識しやすい形で知ることができず、所望とするアーク倣いを実現することができなかった。
即ち、本発明にかかるアーク溶接の表示装置の形態は、溶接方向に対してトーチを揺動させるウィービング機能を備えた溶接装置に備えられたアーク溶接の表示装置であって、前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧の少なくとも1つを、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎に区切って、画面に表示するように構成されていることを特徴とする。
好ましくは、前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧に関し、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎に区切った波形を、数周期分を重ねて画面に表示するように構成されているとよい。
好ましくは、前記アーク溶接に必要とされる情報を画面上に表示するように構成されているとよい。
好ましくは、前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧から、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎の平均電流、もしくは少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎の平均溶接電圧を減算し、前記減算後の値を表示するとよい。
好ましくは、前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧に関し、ウィービング動作の左端又は右端に対応する位置を示す表示を表示するとよい。
以下においては、溶接動作を行う機器を、溶接トーチを揺動動作(ウィービング動作)させる多関節の溶接ロボットとして説明するが、これは一例に過ぎず、専用の自動溶接装置であっても構わない。
例えば、垂直多関節型のロボットシステムは、溶接ロボット1と、教示ペンダント2を備えた制御装置3と、パーソナルコンピュータとを含む。図5Aに示すように、溶接ロボット1は垂直多関節型の6軸の産業用ロボットであり、その先端に溶接トーチ5などから構成される溶接ツールが設けられている。この溶接ロボット1はそれ自体を移動させるスライダに搭載されていてもよい。
本実施の形態に係る表示方法は、制御装置3内に設けられたプログラムとして実現されている。
図5Bにアーク溶接の模式図を示す。
アーク溶接は溶接トーチ5から供給される溶接ワイヤ6(消耗電極)と母材4(ワーク)の間に溶接電源7で電圧を印加し、溶接ワイヤ6と母材4の間でアークを発生させる。そのアーク熱で母材4と溶接ワイヤ6を溶融させながら溶接する。アーク溶接に伴い溶接ワイヤ6は溶け落ちてゆくため、溶接中は送給装置により溶接トーチ5内を経由して溶接ワイヤ6が供給され続ける。
さて、例えば、中厚板の溶接分野では、溶接ワークの加工精度が悪い、溶接ワークの設置精度が悪い、溶接ワークが溶接中に熱ひずみで変形する等、溶接すべき位置である溶接線が常に決められた位置にあるとは限らない。溶接線のズレはおおむね数mmからcmオーダで発生する。
(i) 表示装置8は、アーク倣い溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧が表示される。表示される区間としては、溶接電流又は溶接電圧の少なくとも1つを、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎に区切って、画面に表示し、作業者(溶接オペレータ)に提示するようにする。好ましくは、溶接トーチ5が一方端に達した時点から次に一方端に達するまでの1ウィービング周期が含まれるように、一定周期毎に区切って画面に表示するとよい。
このように、一定周期毎に区切って、表示装置8に、溶接電流乃至は溶接電圧を表示することで、アーク倣いに必要十分な適切な範囲(時間幅)で、電流波形や電圧波形を観察することができる。
(ii) 表示装置8においては、アーク倣い溶接中における溶接電流もしくは溶接電圧の波形から、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎の平均電流、もしくは少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎の平均溶接電圧を減算したものを表示する。
このように、電流波形や電圧波形を数周期分を重ねることで、今回のウィービングにおける電流波形を、一定時間(数周期のウィービング)後に確認することができるし、逆に数周期前からの電流波形あるいは電流波形が変化していないか否かの確認もできる。
以上述べたように、本発明に係るアーク溶接の表示装置及び表示方法を用いることで、アーク倣い溶接を行うに際し、作業者が、溶接条件と倣いのパラメータを決める際に、表示装置8の画面表示を見て効率よく作業ができ、作業時間や試行回数を短縮することを可能としつつ、現場においても正確なアーク倣い溶接が可能となる。
ところで、溶接電源7からの電流フィードバック値や電圧フィードバック値と、溶接ロボット1のウィービングが左端や右端に達するタイミングとには、時間差がある。例えば、溶接ロボット1がウィービング左端に相当する位置の指令を出した後、各々のモータがウィービング左端に相当する位置に行くまでには、通信や制御周期などで若干の時間遅れがある。
通常のアーク倣いでは、これらの遅れ時間を、実験により予め試算しており、時間差を調整している。具体的には、左右端を指令したタイミングと、電流波形や電圧波形がピークとなるタイミングが、その時間差に相当するため、単純に時間を測定してやればよい。
図2A〜図2Cは、従来の表示技術に関するものであって、アーク倣い溶接時の電流波形を示したものである。波形の表示時間は0秒〜25秒の範囲である。このように長い時間の波形を示した場合、アーク倣いにズレが生じていたとしても、作業者はそれを認識することが困難である。すなわち、図2A〜図2Cに表示された波形は、高周波ノイズを取り除いた波形であるが、単純に画面上にプロットしただけでは、電流波形自体がウィービングやアーク溶接現象の影響等で歪んでおり、作業者にとって理解しにくい波形である。
図3A〜図3Cは、1周期をやや超える時間での溶接電流の変化を示したものである。すなわち、溶接トーチ5が右端に達した時点から次に右端に達した時点までの1ウィービング周期を表示するとともに、その1ウィービング周期の前後も表示している。
図3Aは、ズレが無い場合の電流波形を示している。この図から明らかなように、右端の最大電流値と、左端の最大電流値がほぼ同じであることが瞬時に把握でき、アーク倣いが正常に行われていることが確認できる。
なお、波形の表示においては、ウィービングの半周期程度、表示する時間を増やすと、見やすくなる。つまり、ウィービング1.5周期分程度を表示すると、右端と左端が、前後の挙動を含めて十分に取れるため、作業者に認識しやすい波形となる。
また、表示手法(ii)(iii)で示したように、ウィービング毎に区切った電流波形から、ウィービング毎の平均電流を引いたものや、それらを複数重ねたものを表示するとよい(図4A〜図4C)。
以上述べたように、本発明に係るアーク溶接の表示装置及び表示方法を用いることで、アーク倣い溶接を行うに際し、作業者が、溶接条件と倣いのパラメータを決める際に、画面表示を見て効率よく作業ができ、作業時間や試行回数を短縮することを可能としつつ、現場においても正確なアーク倣い溶接が可能となる。
2 教示ペンダント
3 制御装置
4 母材
5 溶接トーチ
6 溶接ワイヤ
7 溶接電源
8 表示装置
Claims (10)
- 溶接方向に対してトーチを揺動させるウィービング機能を備えた溶接装置に備えられたアーク溶接の表示装置であって、
前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧の少なくとも1つを、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎に区切って、画面に表示するように構成されていることを特徴とするアーク溶接の表示装置。 - 前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧から、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎の平均電流、もしくは少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎の平均溶接電圧を減算し、前記減算後の値を画面に表示するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のアーク溶接の表示装置。
- 前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧に関し、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎に区切った波形を、数周期分を重ねて画面に表示するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載のアーク溶接の表示装置。
- 前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧に関し、ウィービング動作の左端又は右端に対応する位置を示す表示を画面上に表示するように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアーク溶接の表示装置。
- 前記アーク溶接に必要とされる情報を画面上に表示するように構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のアーク溶接の表示装置。
- 溶接方向に対してトーチを揺動させるウィービング機能を備えた溶接装置にてアーク溶接の状況を表示する方法であって、
前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧の少なくとも1つを、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎に区切って、画面に表示することを特徴とするアーク溶接の表示方法。 - 前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧から、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎の平均電流、もしくは少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎の平均溶接電圧を減算し、前記減算後の値を表示することを特徴とする請求項6に記載のアーク溶接の表示方法。
- 前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧に関し、少なくとも1ウィービング周期を含む一定周期毎に区切った波形を、数周期分を重ねて表示することを特徴とする請求項7に記載のアーク溶接の表示方法。
- 前記アーク溶接中における溶接電流、もしくは溶接電圧に関し、ウィービング動作の左端又は右端に対応する位置を示す表示を表示することを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のアーク溶接の表示方法。
- 前記アーク溶接に必要とされる情報を表示することを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載のアーク溶接の表示方法。
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