JP5759737B2

JP5759737B2 - パルスｔｉｇ溶接ロボットの制御方法及び制御システム

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Publication number: JP5759737B2
Application number: JP2011024063A
Authority: JP
Inventors: 柳川　剛三; 剛三柳川; 泰宏神品
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2031-02-07
Also published as: JP2012161815A

Description

本発明は、パルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法及び制御システムに関する。

パルスＴＩＧ溶接を自動化する場合、溶接過程に起こる溶接熱によりワークが歪んでしまい、溶接トーチとワーク間の距離が変化し安定した溶接ができない場合がある。それに対し、ＴＩＧ溶接のパルス電圧値から抽出したピーク電圧区間の電圧値を利用して、溶接トーチとワーク間を一定に保つことができる倣い制御のアークセンサが提案されている。特許文献１では、ＴＩＧ溶接のＴＩＧパルス電圧値のパルスの立ち上がり・立ち下がりを利用してピーク電圧値を抽出する方法が提案されている。

又、特許文献２では、ピーク電圧値かベース電圧値であるかを判定するために、閾値となる基準電圧を手動にて設定する方法が提案されている。
これらの方法では、ピーク電圧区間で倣うことが可能であるが、ベース電圧区間の電圧値を利用した倣い制御はできない。溶接長が長く溶接速度が遅い場合など、溶接による熱ひずみを避けるため、ベース電圧区間を長く設定するケースがある。また、ワーク環境、溶接条件によっては、ピーク電圧値よりベース電圧値の方が安定して出力される場合がある。このように、ピーク電圧値よりベース電圧値を活用した方がより精度の良い倣い制御が行える場合がある。

又、ＴＩＧ電極の先端は非消耗電極ではあるが、実際の溶接中の溶着などにより電極先端が丸くなってしまうことがあり、パルスＴＩＧ溶接電圧値から抽出したピーク電圧値が小さくなることがある。この場合、ピークとベースの電圧値の変化が小さくなるため、特許文献１では、アークの立ち上がり・立ち下りを抽出できずに、倣いに利用する電圧値を収集できない可能性があるため、正しい倣い制御が行えない状態になる。このような場合、正しい電圧値を抽出するためには高性能なＡＤ変換器が必要となりコストが上がってしまう。特許文献２では、ピーク電圧区間かベース電圧区間かを判定する基準電圧より電圧が小さくなってしまうとベース電圧値であると判断するため、必要な電圧値を収集できず、倣い制御を行わない状態となってしまう。

特公昭６１−７８５７０号公報特開２０１０−１２５４６１号公報

上記のように特許文献１、２は、ピーク電圧区間を利用した倣い制御であり、ベース電圧区間を利用した倣い制御を行うことは考慮されていない。
又、特許文献１，２では、ＴＩＧパルス電圧のピーク電圧値が小さくなりピーク・ベース電圧値に差が小さくなった場合には、倣いに必要な電圧値を抽出できずに、倣い制御を行えない問題がある。

本発明の目的は、ピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかを選択できることにより、ＴＩＧ溶接のピーク電圧区間だけでなく、ベース電圧区間を利用して倣い制御を行うことができ、より溶接環境に適応した倣いを行うことができるパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法及び制御システムを提供することにある。

又、本発明の他の目的は、ＴＩＧパルス電圧のピーク電圧区間、ベース電圧区間を自動的に、かつ確実に判定でき、手動による入力ミスや、電圧降下による抽出不良が発生せず、より使い易い装置が実現できるとともに、確実な倣い制御が可能となるパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法及び制御システムを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１の発明は、パルス信号を生成するとともに前記パルス信号に同期して実溶接電圧を、溶接トーチを介して母材に印加するＴＩＧ溶接電源を備え、前記実溶接電圧の印加によりパルスＴＩＧ溶接を行うパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法において、前記パルスＴＩＧ溶接ロボットに設けられた設定手段を設定操作することにより、倣い制御に使用する指定電圧区間として、前記パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかの区間を設定する第１ステップと、前記パルス信号のピーク電圧区間及びベース電圧区間を判定する第２ステップと、前記設定された指定電圧区間における実溶接電圧をサンプリング周期毎に抽出する第３ステップと、前記指定電圧区間における前記抽出した前記実溶接電圧の平均電圧と予め設定された基準電圧との差に基づいて、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量を得る算出ステップと、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量に基づいて前記溶接ロボットを制御して前記溶接トーチと前記母材間の距離を制御して前記倣い制御する制御ステップを有することを特徴とするパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法を要旨としている。

請求項２の発明は、パルス信号を生成するとともに前記パルス信号に同期して実溶接電圧を、溶接トーチを介して母材に印加するＴＩＧ溶接電源を備え、前記実溶接電圧の印加によりパルスＴＩＧ溶接を行うパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法において、前記パルスＴＩＧ溶接ロボットに設けられた設定手段を設定操作することにより、倣い制御に使用する指定電圧区間として、前記パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかの区間を設定する設定ステップと、前記パルス信号のパルス周期よりも短いサンプリング周期でサンプリングされた前記実溶接電圧の値（以下、実溶接電圧という）を時間方向に平均化して電圧区間判定基準値を得るステップと、前記電圧区間判定基準値に基づいて前記実溶接電圧が、前記パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれの電圧区間に属するかを判定する判定ステップと、前記判定ステップで、前記ピーク電圧区間又はベース電圧区間に属すると判定された前記実溶接電圧の内、前記設定された指定電圧区間に属する実溶接電圧を抽出する抽出ステップと、前記指定電圧区間において前記抽出した実溶接電圧の平均電圧と予め設定された基準電圧との差に基づいて前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量を得る算出ステップと、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量に基づいて前記溶接ロボットを制御して前記溶接トーチと前記母材間の距離を制御して前記倣い制御する制御ステップを有することを特徴とするパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法を要旨としている。

請求項３の発明は、パルス信号を生成するとともに前記パルス信号に同期して実溶接電圧を、溶接トーチを介して母材に印加するＴＩＧ溶接電源を備え、前記実溶接電圧の印加によりパルスＴＩＧ溶接を行うパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システムにおいて、倣い制御に使用する指定電圧区間として、前記実溶接電圧中のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかを設定する設定手段と、前記パルス信号のピーク電圧区間及びベース電圧区間を判定する判定手段と、前記設定された指定電圧区間における実溶接電圧をサンプリング周期毎に抽出する抽出手段と、前記指定電圧区間における前記抽出した前記実溶接電圧の平均電圧と予め設定された基準電圧との差に基づいて、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量を得る算出手段と、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量に基づいて前記溶接ロボットを制御して前記溶接トーチと前記母材間の距離を制御して前記倣い制御するロボット制御手段を有することを特徴とするパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システムを要旨としている。

請求項４の発明は、パルス信号を生成するとともに前記パルス信号に同期して実溶接電圧を、溶接トーチを介して母材に印加するＴＩＧ溶接電源を備え、前記実溶接電圧の印加によりパルスＴＩＧ溶接を行うパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システムにおいて、倣い制御に使用する指定電圧区間として、ピーク電圧区間又はベース電圧区間を設定する設定手段と、前記パルス信号のパルス周期よりも短いサンプリング周期でサンプリングされた前記実溶接電圧の値（以下、実溶接電圧という）を時間方向に平均化して電圧区間判定基準値を得る時間方向平均化手段と、前記電圧区間判定基準値に基づいて前記実溶接電圧が、前記パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれの電圧区間に属するかを判定する判定手段と、前記判定手段で、前記ピーク電圧区間又はベース電圧区間に属すると判定された前記実溶接電圧の内、前記設定された指定電圧区間に属する実溶接電圧を抽出する抽出手段と、前記指定電圧区間において前記抽出した実溶接電圧の平均電圧と予め設定された基準電圧との差に基づいて前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量を得る算出手段と、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量に基づいて前記溶接ロボットを制御して前記溶接トーチと前記母材間の距離を制御して前記倣い制御するロボット制御手段を有することを特徴とするパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システムを要旨としている。

請求項１及び請求項２の発明によれば、ＴＩＧ溶接のピーク電圧区間だけでなく、ベース電圧区間を利用して倣い制御を行うことができるため、より溶接環境に適応した倣いを行うことができるパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法を提供できる。

又、請求項１及び請求項２の発明によれば、ＴＩＧパルス電圧のピーク電圧区間、ベース電圧区間を自動的に、かつ確実に判定できるため、ピーク電圧区間及びベース電圧区間を判定するための基準値の手動入力を行う必要がないとともに前記基準値の手動による入力ミスや、該入力ミスに伴って電圧降下による抽出不良が発生せず、より使い易い装置が実現できるとともに、確実な倣い制御が可能となるパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法を提供できる。

請求項３及び請求項４発明によれば、ＴＩＧ溶接のピーク電圧区間だけでなく、ベース電圧区間を利用して倣い制御を行うことができるため、より溶接環境に適応した倣いを行うことができるパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システムを提供できる。

又、請求項３及び請求項４の発明によれば、ＴＩＧパルス電圧のピーク電圧区間、ベース電圧区間を自動的に、かつ確実に判定できるため、ピーク電圧区間及びベース電圧区間を判定するための基準値の手動入力を行う必要がないとともに前記基準値の手動による入力ミスや、該入力ミスに伴って電圧降下による抽出不良が発生せず、より使い易い装置が実現できるとともに、確実な倣い制御が可能となるパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システムを提供できる。

第１実施形態のパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御制御システムの電気ブロック図。（ａ）は第１実施形態の外部パルス信号受信判別器が実行するパルス信号のピーク電圧区間とベース電圧区間の判定プログラムのフローチャート、（ｂ）は、電圧抽出器が実行する電圧抽出プログラムのフローチャート。ＴＩＧパルス信号のピーク電圧区間での倣いを行う場合のパルス信号、実溶接電圧と、溶接トーチの高さの関係を示す説明図。ＴＩＧパルス信号のベース電圧区間での倣いを行う場合の、パルス信号、実溶接電圧と、溶接トーチの高さの関係を示す説明図。第２実施形態のパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御制御システムの電気ブロック図。（ａ）は第２実施形態のピーク・ベース電圧区間判定器が実行する判定プログラムのフローチャート、（ｂ）は電圧抽出器が実行する電圧抽出プログラムのフローチャート。第２実施形態におけるＴＩＧパルス信号のピーク電圧区間での倣いを行う場合のフィルタ化電圧、実溶接電圧と、溶接トーチの高さの関係を示す説明図。第２実施形態におけるＴＩＧパルス信号のベース電圧区間での倣いを行う場合のフィルタ化電圧、実溶接電圧と、溶接トーチの高さの関係を示す説明図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態のパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法及び制御システム（以下、単にシステムという）を図１〜図４を参照して説明する。

図１に示すようにシステムは溶接トーチ１１を備えた関節が６軸の溶接ロボットマニピュレータ（以下、単に溶接ロボットという）１０、溶接ロボット１０を制御するロボット制御装置２０、溶接トーチ１１に電力を供給するＴＩＧ溶接電源３０、ＴＩＧアークセンサ５０等を備えている。ＴＩＧ溶接電源３０は、溶接ロボット１０の先端に取付された溶接トーチ１１に対して電力を供給する。又、母材としてのワークＷは、ＴＩＧ溶接電源３０を介して電気的に接続されている。

ロボット制御装置２０は、ＴＩＧアークセンサ５０と電気的に接続され、各種制御情報の通信が可能である。ロボット制御装置２０は、設定手段としてのピーク・ベース指定電圧区間選択器２５を備えている。オペレータは、ロボット制御装置２０に通信可能に接続される図示しない可搬式操作装置（ティーチペンダント）の操作によって、溶接環境に適応するように、ピーク・ベース指定電圧区間選択器２５を、ＴＩＧ溶接を行う前に予め設定操作する（第１ステップ）。このことにより、パルス信号Ｐ１のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかの区間を、溶接線倣い制御（以下、単に倣い制御という）を行う指定電圧区間とする設定が可能である。なお、前記パルス信号Ｐ１は、ロボット制御装置２０で設定されたパルス周波数・パルス比率（デューティ比）に基づいて、ＴＩＧ溶接電源３０により生成される。ピーク・ベース指定電圧区間選択器２５において、設定された指定電圧区間は、ＴＩＧアークセンサ５０に送信される。

又、ロボット制御装置２０は、溶接ロボット１０と各種の制御情報の交信が可能であり、ロボット制御装置２０に記憶されている教示プログラムに従ってパルスＴＩＧ溶接を行うとともに、ＴＩＧアークセンサ５０からの制御信号により、溶接トーチ１１の位置、すなわち、ワークＷとの間の距離を修正しながら溶接線倣い制御（以下、単に倣い制御という）を行う。

図１に示すようにＴＩＧアークセンサ５０は、電圧測定器５１、外部パルス信号受信判別器５２、電圧抽出器５３、抽出電圧値平均処理器５４、アーク基準電圧設定器５５、差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及びトーチの動作量算出器６０を備えている。

前記ＴＩＧアークセンサ５０の構成中、電圧測定器５１を除いた外部パルス信号受信判別器５２、電圧抽出器５３、抽出電圧値平均処理器５４、アーク基準電圧設定器５５、差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及びトーチの動作量算出器６０は、コンピュータで構成してもよく、或いは個別の機器として構成してもよい。

本実施形態のシステムにおいて、外部パルス信号受信判別器５２は、請求項１の判定手段に相当するとともに電圧抽出器５３は抽出手段に相当する。又、抽出電圧値平均処理器５４、差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及び動作量算出器６０は算出手段に相当する。ロボット制御装置２０は、ロボット制御手段に相当する。

又、本実施形態において、電圧測定器５１は、電圧測定手段に相当する。抽出電圧値平均処理器５４は、抽出電圧値平均手段に相当するとともにアーク基準電圧設定器５５は、基準電圧設定手段に相当する。又、差電圧算出器５６は差電圧判定手段に相当するとともにトーチ動作方向判定器５７はトーチ動作方向判定手段に相当する。又、動作量算出器６０は溶接トーチ１１の動作量算出手段に相当する。

（実施形態の作用）
上記のように構成されたシステムの作用を、図２〜図４を参照して説明する。
ＴＩＧ溶接は、ロボット制御装置２０で設定された溶接電流・溶接電圧のパルス周波数とパルス比率（デューティ比）に基づいて、ＴＩＧ溶接電源３０により溶接トーチ１１とワークＷ間に電流・電圧が出力されて溶接が行われる。このように溶接トーチ１１がワークＷに対して溶接線倣いでパルスＴＩＧ溶接を行っている際、ＴＩＧアークセンサ５０の電圧測定器５１は、ＴＩＧ溶接電源３０から溶接トーチ１１に印加されている実溶接電圧Ｖ１を測定周期（すなわち、サンプリング周期）で測定する。このサンプリング周期は、ＴＩＧ溶接電源３０が溶接トーチ１１に印加する電力のパルス周期よりも遙かに短い周期である。電圧測定器５１は、前記サンプリング周期で測定した実溶接電圧Ｖ１を電圧抽出器５３に出力する。

ＴＩＧ溶接電源３０は、ロボット制御装置２０で設定されたパルス周波数・パルス比率（デューティ比）に基づいてパルス信号Ｐ１を生成するとともに、外部パルス信号受信判別器５２は、そのパルス信号Ｐ１を受信する。

外部パルス信号受信判別器５２は、受信した前記パルス信号Ｐ１が、ピークを指し示す場合は、ピーク電圧区間と判別し、ベースを指し示す場合は、ベース電圧区間と判別する（第２ステップ）。具体的に説明すると、図２（ａ）は、外部パルス信号受信判別器５２が、コンピュータで構成されている場合に、外部パルス信号受信判別器５２が前記サンプリング周期と同周期で実行するパルス信号のピーク電圧区間とベース電圧区間の判定プログラムのフローチャートである。

Ｓ１０では、外部パルス信号受信判別器５２は、受信したパルス信号Ｐ１が、ピーク値であるか否かを判定し、ピーク値である場合には、Ｓ１２で、今受信したパルス信号Ｐ１がピーク電圧区間であると判定し、その判定結果にＯＮ（すなわち、「１」）を設定した後、Ｓ１４に移行する。又、Ｓ１０において、ピーク値でない場合には、Ｓ１６で、ベース電圧区間であると判定し、その判定結果にＯＦＦ（すなわち、「０」）を設定し，Ｓ１４に移行する。Ｓ１４では、外部パルス信号受信判別器５２は、Ｓ１２又はＳ１６の判定結果を電圧抽出器５３に送信する。なお、ピーク電圧区間及びベース電圧区間の判定結果であるＯＮ（１）、ＯＦＦ（０）の設定を、逆にして、すなわち、反転して出力するようにしてもよい。この場合、例えば、前記図示しない可搬式操作装置（ティーチペンダント）の設定変更操作により、ロボット制御装置２０から、外部パルス信号受信判別器５２の出力設定を変更することにより、外部パルス信号受信判別器５２から電圧抽出器５３への前記判定結果の出力の反転が可能である。

電圧抽出器５３は、電圧測定器５１から入力した実溶接電圧Ｖ１から、前記サンプリング周期と同周期でピーク・ベース指定電圧区間選択器２５により設定された指定電圧区間の実溶接電圧を抽出する。図２（ｂ）は、電圧抽出器５３が、コンピュータで構成されている場合に、前記サンプリング周期毎に実行する電圧抽出プログラムのフローチャートである。

同図に示すように、Ｓ２０では、電圧抽出器５３は、ロボット制御装置２０のピーク・ベース指定電圧区間選択器２５で設定された指定電圧区間が、ピーク電圧区間であるか否か、すなわち、ピーク電圧区間を利用するものであるか否かを判定する。

ロボット制御装置２０から送信された指定電圧区間がベース電圧区間に設定されている場合には、電圧抽出器５３は、Ｓ２０からＳ２８に移行する。Ｓ２８では、電圧抽出器５３は、外部パルス信号受信判別器５２から送信された判定結果がＯＦＦ（０）であるか、否かを判定する。

Ｓ２８において、前記判定結果がＯＦＦ（０）ではない場合は、電圧抽出器５３は、Ｓ２８の判定を「ＮＯ」とし、このフローチャートを一旦終了する。すなわち、この場合は、Ｓ２０において、ベース電圧区間を利用するものとして指定電圧区間が設定されていると判定したため、判定結果がＯＦＦ（０）ではない場合は、実溶接電圧Ｖ１がピーク電圧区間に属することから、この区間では、実溶接電圧Ｖ１を倣い制御に使用しないのである。Ｓ２８において、前記判定結果がＯＦＦ（０）である場合は、電圧抽出器５３は、Ｓ２８の判定を「ＹＥＳ」とし、Ｓ２４に移行する。

又、Ｓ２０において、ロボット制御装置２０から送信された指定電圧区間がピーク電圧区間に設定されている場合には、電圧抽出器５３は、Ｓ２２に移行する。
Ｓ２２では、電圧抽出器５３は、外部パルス信号受信判別器５２から送信された判定結果がＯＮ（１）であるか、否かを判定する。

Ｓ２２において、判定結果がＯＮ（１）ではない場合は、電圧抽出器５３は、Ｓ２２の判定を「ＮＯ」とし、このフローチャートを一旦終了する。すなわち、この場合は、Ｓ２０において、ピーク電圧区間を利用するものとして指定電圧区間が設定されていると判定したため、判定結果がＯＮ（１）ではない場合は、実溶接電圧Ｖ１がベース電圧区間に属することから、この区間では、実溶接電圧Ｖ１を倣い制御に使用しないのである。Ｓ２２において、前記判定結果がＯＮ（１）である場合は、電圧抽出器５３は、Ｓ２２の判定を「ＹＥＳ」とし、Ｓ２４に移行する。

Ｓ２４では、電圧抽出器５３は、Ｓ２８で「ＹＥＳ」と判定した場合、前記判定結果がＯＦＦ（０）である実溶接電圧Ｖ１を抽出し、図示しないメモリに倣い用電圧Ｖ２として記憶（保存）する（第３ステップ）。或いは、Ｓ２４では、電圧抽出器５３は、Ｓ２２で「ＹＥＳ」と判定した場合、前記判定結果がＯＦＦ（０）である実溶接電圧Ｖ１を抽出し、図示しないメモリに倣い用電圧Ｖ２として記憶（保存）する（第３ステップ）。

図１に示す抽出電圧値平均処理器５４は、電圧抽出器５３が前記図示しないメモリに保存した倣い用電圧Ｖ２を平均化して平均電圧Ｍを得る。この平均化処理は例えば移動平均を挙げることができるが、移動平均に限定されるものではなく、他の公知の平均処理でもよい。

差電圧算出器５６は、アーク基準電圧設定器５５で予め設定されている基準電圧としてのアーク基準電圧Ｋと抽出電圧値平均処理器５４で得た前記平均電圧Ｍに基づきその差電圧を算出する。ここで、平均電圧Ｍ＞アーク基準電圧Ｋであれば、差電圧は、＋の値となり、平均電圧Ｍ＜アーク基準電圧Ｋであれば、差電圧は−となる。又、平均電圧Ｍ＝アーク基準電圧Ｋの場合は、差電圧は、０となる。この＋、−、０により、トーチ動作方向判定器５７は、当該制御周期毎に溶接トーチ１１の動作方向を判定する。

すなわち、＋の場合は、平均電圧Ｍがアーク基準電圧Ｋよりも高いため、ワークＷに接近する方向が動作方向となり、−の場合は、平均電圧Ｍがアーク基準電圧Ｋよりも低いため、ワークＷに接近する方向が動作方向となる。０の場合は、トーチ動作方向を変更しないことになる。

トーチの動作量算出器６０は、溶接トーチ１１の位置補正量としてのトーチ動作量を算出する。トーチ動作量の算出は、差電圧の比例制御、或いは差電圧の比例積分制御のいずれの方法で算出を行ってもよい。差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及びトーチの動作量算出器６０が行う処理は算出ステップに相当する。

そして、動作量算出器６０によるトーチ動作量と前記トーチ動作方向が、ロボット制御装置２０に出力されることにより、ロボット制御装置２０は、トーチ動作量と前記トーチ動作方向に基づいて、溶接ロボット１０を駆動制御し、溶接トーチ１１を移動して該溶接トーチ１１とワークＷ（母材）間の距離を制御する。ロボット制御装置２０の前記制御は制御ステップに相当する。

図３は、指定電圧区間が、パルス信号Ｐ１のピーク電圧区間に設定された場合のパルス信号Ｐ１、アーク基準電圧Ｋ、実溶接電圧Ｖ１が示されるとともに、ピーク電圧区間において、溶接トーチ１１の倣い制御が行われた場合が示されている。同図において、縦軸は、電圧及び高さを示し、横軸は時間軸である。

又、図４は、指定電圧区間が、パルス信号Ｐ１のベース電圧区間に設定された場合のパルス信号Ｐ１、アーク基準電圧Ｋ、実溶接電圧Ｖ１が示されるとともに、ベース電圧区間において、溶接トーチ１１の倣い制御が行われた場合が示されている。同図において、縦軸は、電圧及び高さを示し、横軸は時間軸である。又、両図において、「ピーク」はピーク電圧区間を示し、「ベース」はベース電圧区間を示す。

図３の場合は、ピーク電圧区間で倣い用電圧Ｖ２が抽出されるとともに平均電圧Ｍの算出が行われる。そして、このピーク電圧区間において、溶接トーチ１１のワークＷ（母材）からの高さ（離間距離）の倣い制御が行われる。図４の場合は、ベース電圧区間で倣い用電圧Ｖ２が抽出されるとともに平均電圧Ｍの算出が行われる。そして、このベース電圧区間において、溶接トーチ１１のワークＷ（母材）からの高さ（離間距離）の倣い制御が行われる。

さて、上記のように構成された方法、及びシステムは、下記の特徴がある。
（１）本実施形態の制御方法は、倣い制御に使用する指定電圧区間として、パルス信号Ｐ１のピーク電圧区間又はベース電圧区間を、ピーク・ベース指定電圧区間選択器２５で設定する（第１ステップ）。そして、パルス信号Ｐ１のピーク電圧区間及びベース電圧区間を、外部パルス信号受信判別器５２で判定する（第２ステップ）。さらに、ピーク・ベース指定電圧区間選択器２５で設定された指定電圧区間における実溶接電圧Ｖ１を、サンプリング周期毎に電圧抽出器５３により抽出する（第３ステップ）。そして、指定電圧区間における前記抽出した実溶接電圧Ｖ１の平均電圧Ｍと予め設定されたアーク基準電圧Ｋ（基準電圧）との差に基づいて、溶接トーチ１１の動作方向とトーチ動作量を得る（算出ステップ）。さらに、溶接トーチ１１の動作方向とトーチ動作量に基づいて溶接ロボット１０を制御して溶接トーチ１１とワークＷ（母材）間の距離を制御して倣い制御する（制御ステップ）。

又、本実施形態のシステムは、倣い制御に使用する指定電圧区間として、実溶接電圧中のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかを設定するピーク・ベース指定電圧区間選択器２５（設定手段）と、パルス信号Ｐ１のピーク電圧区間及びベース電圧区間を判定する外部パルス信号受信判別器５２（判定手段）を有する。又、システムは、設定された指定電圧区間における実溶接電圧Ｖ１をサンプリング周期毎に抽出する電圧抽出器５３（抽出手段）と、指定電圧区間における抽出した実溶接電圧Ｖ１の平均電圧Ｍと予め設定されたアーク基準電圧Ｋ（基準電圧）との差電圧（差）に基づいて、溶接トーチ１１の動作方向とトーチ動作量を得る抽出電圧値平均処理器５４、差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及び動作量算出器６０（算出手段）を備える。又、システムは、溶接トーチ１１の動作方向とトーチ動作量に基づいて溶接ロボット１０を制御して溶接トーチ１１とワークＷ（母材）間の距離を制御して倣い制御するロボット制御装置２０（ロボット制御手段）を有する。

この結果、本実施形態の制御方法及びシステムによれば、ＴＩＧ溶接のピーク電圧区間だけでなく、ベース電圧区間を利用して倣い制御を行うことができる。このため、より溶接環境に適応した倣いを行うことができる。又、本実施形態の制御方法によれば、ピーク・ベース指定電圧区間選択器２５の設定により、ＴＩＧパルス電圧のピーク電圧区間、ベース電圧区間を自動的に、かつ確実に判定できるため、ピーク電圧区間及びベース電圧区間を判定するための基準値の手動入力を行う必要がないとともに前記基準値の手動による入力ミスや、該入力ミスに伴って電圧降下による抽出不良が発生せず、より使い易い装置が実現できるとともに、確実な倣い制御が可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のシステム及び制御方法を図５〜図８を参照して説明する。なお、第２実施形態のシステムにおいて、第１実施形態のシステムと同一構成又は相当する構成には、同一符号を付してその詳細説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。

第２実施形態のシステムは図５に示すように、第１実施形態のＴＩＧアークセンサ５０の構成中、外部パルス信号受信判別器５２が省略されている。そして、その代わりに、電圧測定器５１がサンプリング周期毎に測定した実溶接電圧Ｖ１を入力するフィルタ化電圧値生成器６２が設けられるとともにフィルタ化電圧値生成器６２の出力がピーク・ベース電圧区間判定器６４に入力されるようにされているところが第１実施形態と異なる。又、ピーク・ベース電圧区間判定器６４の出力は電圧抽出器５３に入力される。他のハード構成は、第１実施形態と同じである。

前記ＴＩＧアークセンサ５０の構成中、電圧測定器５１を除いたフィルタ化電圧値生成器６２、電圧抽出器５３、抽出電圧値平均処理器５４、アーク基準電圧設定器５５、差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及びトーチの動作量算出器６０は、コンピュータで構成してもよく、或いは個別の機器として構成してもよい。

本実施形態のシステムにおいて、フィルタ化電圧値生成器６２は、時間方向平均化手段に相当する。ピーク・ベース電圧区間判定器６４は請求項２の判定手段に相当する。電圧抽出器５３は抽出手段に相当する。又、抽出電圧値平均処理器５４、差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及び動作量算出器６０は算出手段に相当する。ロボット制御装置２０は、ロボット制御手段に相当する。

（第２実施形態の作用）
次に、第２実施形態の作用を図６〜図８を参照して説明する。
まず、オペレータは、設定手段としてのピーク・ベース指定電圧区間選択器２５に対して、ロボット制御装置２０に通信可能に接続される図示しない可搬式操作装置（ティーチペンダント）の操作により、溶接環境に適応するように、ピーク・ベース指定電圧区間選択器２５を、ＴＩＧ溶接を行う前に予め設定操作しておく（設定ステップ）。

ＴＩＧ溶接が開始されると、図５に示すＴＩＧ溶接電源３０は、ロボット制御装置２０で設定されたパルス周波数・パルス比率（デューティ比）に基づいてパルス信号Ｐ１を生成するとともに、パルス信号Ｐ１に応じて溶接トーチ１１に対して電力を供給する。又、ＴＩＧアークセンサ５０の電圧測定器５１は、第１実施形態と同様のサンプリング周期で測定し、その測定結果をフィルタ化電圧値生成器６２に出力する。

フィルタ化電圧値生成器６２は、電圧測定器５１から入力された実溶接電圧Ｖ１を図示しないメモリに記憶するとともに前記実溶接電圧Ｖ１に基づいて電圧区間判定基準値を算出する。すなわち、フィルタ化電圧値生成器６２は、電圧区間判定基準値としてフィルタ化された電圧値Ｖ１’（以下、フィルタ化電圧という）を算出する。前記算出方法としては、例えば、ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを使用する処理方法や、移動平均処理方法の公知の方法を挙げることができるが、これらの方法に限定されるものではない。これらの処理により、今回のサンプリング周期で測定された実溶接電圧Ｖ１は、前の周期で測定された複数の実溶接電圧Ｖ１とともに時間方向に平均化される。ＦＩＲフィルタを使用したフィルタ化電圧Ｖ１’は遅れ系電圧値となり、移動平均処理で得られた電圧値は、移動平均化された電圧値となる。フィルタ化電圧値生成器６２は算出したフィルタ化電圧Ｖ１’をピーク・ベース電圧区間判定器６４に出力する。

フィルタ化電圧値生成器６２における処理（ステップ）は、実溶接電圧を時間方向に平均化して電圧区間判定基準値を得るステップに相当する。
ピーク・ベース電圧区間判定器６４は、前記メモリに記憶された実溶接電圧Ｖ１が、パルス信号Ｐ１のピーク電圧区間に属するか、ベース電圧区間に属するかを判定する。図６（ａ）は、ピーク・ベース電圧区間判定器６４がコンピュータで構成されている場合に、ピーク・ベース電圧区間判定器６４が前記サンプリング周期と同周期で実行するパルス信号のピーク電圧区間とベース電圧区間の判定プログラムのフローチャートである。本実施形態は、第１実施形態と異なりパルス信号Ｐ１に基づき、現在のパルス信号Ｐ１がピーク電圧区間にあるのかベース電圧区間にあるのか判定を行うものではなく、入力した実溶接電圧Ｖ１に基づいて、現在のパルス信号Ｐ１がピーク電圧区間にあるのかベース電圧区間にあるのかを判定するところに特徴がある。

図６（ａ）に示すＳ３０では、ピーク・ベース電圧区間判定器６４は、実溶接電圧Ｖ１がフィルタ化電圧Ｖ１’以上か否かを判定する。
ここで、実溶接電圧Ｖ１がフィルタ化電圧Ｖ１’以上か否かを判定する理由について説明する。

図７、図８に示すように、図示しないパルス信号Ｐ１と、実溶接電圧Ｖ１のピーク電圧区間と、ベース電圧区間は同期している。そして、実溶接電圧Ｖ１がピーク電圧値（ピーク電圧区間の電圧値）になっている場合、フィルタ化電圧Ｖ１’は実溶接電圧Ｖ１より小さくなり、実溶接電圧Ｖ１がベース電圧値（ベース電圧区間の電圧値）の場合、フィルタ化電圧Ｖ１’は実溶接電圧Ｖ１より大きくなる。

従って、実溶接電圧Ｖ１がフィルタ化電圧Ｖ１’以上である場合には、Ｓ３２で、パルス信号Ｐ１がピーク電圧区間であると判定し、その判定結果にＯＮ（すなわち、「１」）を設定した後、Ｓ３４に移行する。又、Ｓ３０において、実溶接電圧Ｖ１がフィルタ化電圧Ｖ１’未満である場合には、Ｓ３６で、ピーク・ベース電圧区間判定器６４はベース電圧区間であると判定し、その判定結果にＯＦＦ（すなわち、「０」）を設定し，Ｓ３４に移行する。Ｓ３４では、ピーク・ベース電圧区間判定器６４は、Ｓ３２又はＳ３６の判定結果を電圧抽出器５３に送信する。なお、ピーク電圧区間及びベース電圧区間の判定結果であるＯＮ（１）、ＯＦＦ（０）の設定を、逆にして、すなわち、反転して出力するようにしてもよい。この場合、例えば、前記図示しない可搬式操作装置（ティーチペンダント）の設定変更操作により、ロボット制御装置２０から、ピーク・ベース電圧区間判定器６４の出力設定を変更することにより、ピーク・ベース電圧区間判定器６４から電圧抽出器５３への前記判定結果の出力の反転が可能である。

前記ピーク・ベース電圧区間判定器６４が行う処理（ステップ）は、請求項２の判定ステップに相当する。
電圧抽出器５３は、前記図示しないメモリに格納されている実溶接電圧Ｖ１から、前記サンプリング周期と同周期でピーク・ベース指定電圧区間選択器２５により設定された指定電圧区間の実溶接電圧を抽出する。図６（ｂ）は、電圧抽出器５３が、コンピュータで構成されている場合に、前記サンプリング周期毎に実行する電圧抽出プログラムのフローチャートである。なお、図６（ｂ）のフローチャートは、第１実施形態の図２（ｂ）のフローチャートと同じであるため、各処理（ステップ）に付したステップ番号は、図２（ｂ）に付したＳ付きの番号に１００を加算して、その説明を省略する。

本実施形態において、Ｓ１２４のステップは、請求項２の抽出ステップに相当する。
抽出電圧値平均処理器５４、アーク基準電圧設定器５５、差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及び動作量算出器６０の作用、並びに、ロボット制御装置２０の作用は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。従って、差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及びトーチの動作量算出器６０が行う処理は算出ステップに相当するとともに、ロボット制御装置２０の制御ステップに相当する。

図７は、指定電圧区間が、パルス信号Ｐ１（実溶接電圧）のピーク電圧区間に設定された場合のアーク基準電圧Ｋ、実溶接電圧Ｖ１、フィルタ化電圧Ｖ１’が示されるとともに、ピーク電圧区間において、溶接トーチ１１の倣い制御が行われた場合が示されている。同図において、縦軸は、電圧及び高さを示し、横軸は時間軸である。

又、図８は、指定電圧区間が、パルス信号Ｐ１（実溶接電圧）のベース電圧区間に設定された場合のパルス信号Ｐ１、アーク基準電圧Ｋ、実溶接電圧Ｖ１、フィルタ化電圧Ｖ１’が示されるとともに、ベース電圧区間において、溶接トーチ１１の倣い制御が行われた場合が示されている。同図において、縦軸は、電圧及び高さを示し、横軸は時間軸である。又、両図において、「ピーク」はピーク電圧区間を示し、「ベース」はベース電圧区間を示す。

図７の場合は、ピーク電圧区間で倣い用電圧Ｖ２が抽出されるとともに平均電圧Ｍの算出が行われる。そして、このピーク電圧区間において、溶接トーチ１１のワークＷ（母材）からの高さ（離間距離）の倣い制御が行われる。図８の場合は、ベース電圧区間で倣い用電圧Ｖ２が抽出されるとともに平均電圧Ｍの算出が行われる。そして、このベース電圧区間において、溶接トーチ１１のワークＷ（母材）からの高さ（離間距離）の倣い制御が行われる。

さて、上記のように構成された方法、及びシステムは、下記の特徴がある。
（１）本実施形態の方法は、倣い制御に使用する指定電圧区間として、ピーク電圧区間又はベース電圧区間を設定する設定ステップと、パルス信号のパルス周期よりも短いサンプリング周期でサンプリングされた実溶接電圧Ｖ１を時間方向に平均化してフィルタ化電圧Ｖ１’（電圧区間判定基準値）を得るステップを有する。又、本実施形態の制御方法は、フィルタ化電圧Ｖ１’に基づいて実溶接電圧Ｖ１が、パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれの電圧区間に属するかをピーク・ベース電圧区間判定器６４が行う処理（判定ステップ）を備える。さらに、ピーク電圧区間又はベース電圧区間に属すると判定された実溶接電圧Ｖ１の内、設定された指定電圧区間に属する実溶接電圧Ｖ１を倣い用電圧Ｖ２として電圧抽出器５３が抽出する処理（抽出ステップ）を行う。

そして、指定電圧区間における前記抽出した実溶接電圧Ｖ１の平均電圧Ｍと予め設定されたアーク基準電圧Ｋ（基準電圧）との差に基づいて、溶接トーチ１１の動作方向とトーチ動作量を得る（算出ステップ）。さらに、溶接トーチ１１の動作方向とトーチ動作量に基づいて溶接ロボット１０を制御して溶接トーチ１１とワークＷ（母材）間の距離を制御して倣い制御する（制御ステップ）。

又、本実施形態のシステムは、倣い制御に使用する指定電圧区間として、実溶接電圧中のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかを設定するピーク・ベース指定電圧区間選択器２５（設定手段）と、パルス信号のパルス周期よりも短いサンプリング周期でサンプリングされた実溶接電圧Ｖ１を時間方向に平均化してフィルタ化電圧Ｖ１’を得るフィルタ化電圧値生成器６２（時間方向平均化手段）を備える。

又、システムは、フィルタ化電圧Ｖ１’に基づいて実溶接電圧Ｖ１が、パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれの電圧区間に属するかを判定するピーク・ベース電圧区間判定器６４（判定手段）を備える。さらに、システムは、ピーク・ベース電圧区間判定器６４で、ピーク電圧区間又はベース電圧区間に属すると判定された実溶接電圧Ｖ１の内、設定された指定電圧区間に属する実溶接電圧Ｖ１を抽出する電圧抽出器５３（抽出手段）を備える。又、システムは、指定電圧区間における抽出した実溶接電圧Ｖ１の平均電圧Ｍと予め設定されたアーク基準電圧Ｋ（基準電圧）との差電圧（差）に基づいて、溶接トーチ１１の動作方向とトーチ動作量を得る抽出電圧値平均処理器５４、差電圧算出器５６、トーチ動作方向判定器５７、及び動作量算出器６０（算出手段）を備える。又、システムは、溶接トーチ１１の動作方向とトーチ動作量に基づいて溶接ロボット１０を制御して溶接トーチ１１とワークＷ（母材）間の距離を制御して倣い制御するロボット制御装置２０（ロボット制御手段）を有する。この結果、第２実施形態においても、第１実施形態の上記（１）で述べた作用と同様の効果を奏する。

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更しても良い。
・前記実施形態では、溶接ロボット１０は、関節が６軸の溶接ロボットとしたが、６軸限定されるものではない。例えば、溶接ロボットは５軸、或いは、７軸以上であってもよい。

・前記ＴＩＧアークセンサ５０は、ロボット制御装置２０と別体としているが、ロボット制御装置２０内に内蔵してもよい。

１０…溶接ロボット、１１…溶接トーチ、
２０…ロボット制御装置（ロボット制御手段）、
２５…ピーク・ベース指定電圧区間選択器（設定手段）、
３０…ＴＩＧ溶接電源、
５０…ＴＩＧアークセンサ、
５１…電圧測定器（電圧測定手段）、
５２…外部パルス信号受信判別器（判定手段）、
５３…電圧抽出器（抽出手段）、
５４…抽出電圧値平均処理器、
５５…アーク基準電圧設定器（基準電圧設定手段）、
５６…差電圧算出器、
５７…トーチ動作方向判定器、
６０…動作量算出器（抽出電圧値平均処理器、差電圧算出器、トーチ動作方向判定器とともに算出手段を構成する。）、
６２…フィルタ化電圧値生成器（時間方向平均化手段）、
６４…ピーク・ベース電圧区間判定器（判定手段）、
Ｗ…ワーク（母材）。

Claims

パルス信号を生成するとともに前記パルス信号に同期して実溶接電圧を、溶接トーチを介して母材に印加するＴＩＧ溶接電源を備え、前記実溶接電圧の印加によりパルスＴＩＧ溶接を行うパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法において、
前記パルスＴＩＧ溶接ロボットに設けられた設定手段を設定操作することにより、倣い制御に使用する指定電圧区間として、前記パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかの区間を設定する第１ステップと、前記パルス信号のピーク電圧区間及びベース電圧区間を判定する第２ステップと、前記設定された指定電圧区間における実溶接電圧をサンプリング周期毎に抽出する第３ステップと、前記指定電圧区間における前記抽出した前記実溶接電圧の平均電圧と予め設定された基準電圧との差に基づいて、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量を得る算出ステップと、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量に基づいて前記溶接ロボットを制御して前記溶接トーチと前記母材間の距離を制御して前記倣い制御する制御ステップを有することを特徴とするパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法。
パルス信号を生成するとともに前記パルス信号に同期して実溶接電圧を、溶接トーチを介して母材に印加するＴＩＧ溶接電源を備え、前記実溶接電圧の印加によりパルスＴＩＧ溶接を行うパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法において、
前記パルスＴＩＧ溶接ロボットに設けられた設定手段を設定操作することにより、倣い制御に使用する指定電圧区間として、前記パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかの区間を設定する設定ステップと、前記パルス信号のパルス周期よりも短いサンプリング周期でサンプリングされた前記実溶接電圧の値（以下、実溶接電圧という）を時間方向に平均化して電圧区間判定基準値を得るステップと、前記電圧区間判定基準値に基づいて前記実溶接電圧が、前記パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれの電圧区間に属するかを判定する判定ステップと、前記判定ステップで、前記ピーク電圧区間又はベース電圧区間に属すると判定された前記実溶接電圧の内、前記設定された指定電圧区間に属する実溶接電圧を抽出する抽出ステップと、前記指定電圧区間において前記抽出した実溶接電圧の平均電圧と予め設定された基準電圧との差に基づいて前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量を得る算出ステップと、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量に基づいて前記溶接ロボットを制御して前記溶接トーチと前記母材間の距離を制御して前記倣い制御する制御ステップを有することを特徴とするパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御方法。
パルス信号を生成するとともに前記パルス信号に同期して実溶接電圧を、溶接トーチを介して母材に印加するＴＩＧ溶接電源を備え、前記実溶接電圧の印加によりパルスＴＩＧ溶接を行うパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システムにおいて、
倣い制御に使用する指定電圧区間として、前記実溶接電圧中のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれかを設定する設定手段と、前記パルス信号のピーク電圧区間及びベース電圧区間を判定する判定手段と、前記設定された指定電圧区間における実溶接電圧をサンプリング周期毎に抽出する抽出手段と、前記指定電圧区間における前記抽出した前記実溶接電圧の平均電圧と予め設定された基準電圧との差に基づいて、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量を得る算出手段と、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量に基づいて前記溶接ロボットを制御して前記溶接トーチと前記母材間の距離を制御して前記倣い制御するロボット制御手段を有することを特徴とするパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システム。
パルス信号を生成するとともに前記パルス信号に同期して実溶接電圧を、溶接トーチを介して母材に印加するＴＩＧ溶接電源を備え、前記実溶接電圧の印加によりパルスＴＩＧ溶接を行うパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システムにおいて、
倣い制御に使用する指定電圧区間として、ピーク電圧区間又はベース電圧区間を設定する設定手段と、前記パルス信号のパルス周期よりも短いサンプリング周期でサンプリングされた前記実溶接電圧の値（以下、実溶接電圧という）を時間方向に平均化して電圧区間判定基準値を得る時間方向平均化手段と、前記電圧区間判定基準値に基づいて前記実溶接電圧が、前記パルス信号のピーク電圧区間又はベース電圧区間のいずれの電圧区間に属するかを判定する判定手段と、前記判定手段で、前記ピーク電圧区間又はベース電圧区間に属すると判定された前記実溶接電圧の内、前記設定された指定電圧区間に属する実溶接電圧を抽出する抽出手段と、前記指定電圧区間において前記抽出した実溶接電圧の平均電圧と予め設定された基準電圧との差に基づいて前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量を得る算出手段と、前記溶接トーチの動作方向とトーチ動作量に基づいて前記溶接ロボットを制御して前記溶接トーチと前記母材間の距離を制御して前記倣い制御するロボット制御手段を有することを特徴とするパルスＴＩＧ溶接ロボットの制御システム。