本發(fā)明涉及一種多層堆焊中的焊接條件的設(shè)定支援裝置。

背景技術(shù)：

在對(duì)工件自動(dòng)地進(jìn)行焊接的焊接機(jī)器人中，在焊接機(jī)器人(例如多關(guān)節(jié)機(jī)器人)的前端部分安裝有具備焊炬等的工具。通常在控制這樣的焊接機(jī)器人的動(dòng)作的控制器上連接有用于操作焊接機(jī)器人的示教器(操作裝置)。

示教器是便攜型的操作裝置，主要通過手動(dòng)操作使焊接機(jī)器人實(shí)際動(dòng)作而示教工具相對(duì)于工件的移動(dòng)路線以及位置等。在此基礎(chǔ)上，焊接條件等也通過該示教器進(jìn)行示教。該示教器具備顯示部，在該顯示部顯示各種信息。

例如，在專利文獻(xiàn)1中公開了在示教器的顯示部顯示焊接施工條件、輸入熱量、焊道形狀等的技術(shù)。

即，專利文獻(xiàn)1的特征在于公開了一種焊接條件自動(dòng)選定方法，在選定電弧焊的焊接條件時(shí)，根據(jù)操作人員的指令從操作部選定焊接條件，設(shè)定必要的信息、即被焊接材料、坡口形狀、焊接姿態(tài)、焊接方法以及熔接材料，根據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)焊接數(shù)據(jù)、處理結(jié)果的存儲(chǔ)部的信息與所述設(shè)定的條件，基于操作人員的指令而利用控制部進(jìn)行運(yùn)算處理，根據(jù)需要向顯示部或者記錄部輸出焊接施工條件、輸入熱量、焊道形狀、電弧現(xiàn)象、焊道層疊圖。

專利文獻(xiàn)1：日本特開平6-126453號(hào)公報(bào)

然而，經(jīng)由示教器設(shè)定的焊接條件多種多樣，例如使用示教器所配備的輸入鍵而輸入母材的形狀、接頭形狀、焊接姿態(tài)(母材的角度)、焊接目標(biāo)位置(焊炬目標(biāo)位置)等。特別是在進(jìn)行多層堆焊的情況下，由于要輸入、設(shè)定的項(xiàng)目繁多，因此輸入錯(cuò)誤不可避免。

然而，用于確認(rèn)已輸入的數(shù)值的顯示部以往僅顯示輸入的數(shù)字自身，在以往的顯示方法中，難以發(fā)現(xiàn)輸入錯(cuò)誤。

在解決這樣的問題點(diǎn)時(shí)，專利文獻(xiàn)1并未公開有益的解決方法。專利文獻(xiàn)1僅記載有“···根據(jù)需要向顯示部或者記錄部輸出焊接施工條件、輸入熱量、焊道形狀、電弧現(xiàn)象、焊道層疊圖”，沒有明確地公開具體的顯示方法等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，鑒于上述問題點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種多層堆焊中的焊接條件設(shè)定支援裝置，其根據(jù)使用示教器所配備的輸入鍵而輸入的焊接條件來計(jì)算焊接后的焊道層疊圖，不僅能夠?qū)⒂?jì)算出的焊道層疊圖以圖形方式顯示，還能夠?qū)⒛覆牡男螤?、接頭形狀、焊接姿態(tài)、焊接目標(biāo)位置等被給予的全部條件以圖形方式顯示，從而有利于操作人員進(jìn)行確認(rèn)。

用于解決課題的手段

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明中采用以下的技術(shù)手段。

本發(fā)明涉及一種焊接條件設(shè)定支援裝置，其應(yīng)用于由焊接機(jī)器人進(jìn)行的多層堆焊，其中，所述焊接條件設(shè)定支援裝置具備：控制部，其控制所述焊接機(jī)器人；以及示教器，其與所述控制部相連，并且進(jìn)行朝向所述焊接機(jī)器人的動(dòng)作指示，所述示教器具有用于設(shè)定操作指示信息的輸入部、以及能夠進(jìn)行基于圖像的顯示的顯示部，所述示教器構(gòu)成為，能夠設(shè)定被焊接材料的形狀以及焊接條件作為所述操作指示信息，所述焊接條件設(shè)定支援裝置根據(jù)設(shè)定的所述焊接條件而自動(dòng)地計(jì)算包括焊道的層數(shù)、道次數(shù)、層疊方向中的至少一者在內(nèi)的焊道層疊剖面的狀況，所述示教器的所述顯示部將通過所述計(jì)算而得到的所述焊道層疊剖面的狀況與所述被焊接材料以及所述被焊接材料的坡口形狀一并顯示。

優(yōu)選的是，所述示教器構(gòu)成為能夠設(shè)定焊接施工的各要素。

優(yōu)選的是，所述顯示部構(gòu)成為，能夠以與顯示于所述顯示部的焊道層疊剖面重疊的方式顯示焊炬目標(biāo)位置。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)，不僅能夠在示教器的顯示部顯示計(jì)算出的焊道層疊圖，還能夠?qū)⒛覆牡男螤?、接頭形狀、焊接姿態(tài)、焊接目標(biāo)位置等多個(gè)條件以圖形方式顯示，有助于操作人員進(jìn)行確認(rèn)。

附圖說明

圖1是包括示教器的焊接機(jī)器人系統(tǒng)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)圖。

圖2是示出示教器的操作面的圖。

圖3示出在示教器上顯示的焊道層疊圖的例子。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的焊接機(jī)器人1(以下，僅稱作機(jī)器人系統(tǒng)1)進(jìn)行說明。

首先，參照?qǐng)D1對(duì)本實(shí)施方式的機(jī)器人系統(tǒng)1的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

如圖1所示，機(jī)器人系統(tǒng)1包括焊接機(jī)器人2、具有示教器3的控制裝置4、以及計(jì)算機(jī)5。

焊接機(jī)器人2例如是垂直多關(guān)節(jié)型的6軸工業(yè)用機(jī)器人，在設(shè)置于其前端的凸緣部安裝有由焊炬等構(gòu)成的焊接工具6。該焊接機(jī)器人2也可以搭載于搭載焊接機(jī)器人2本身并使其移動(dòng)的滑動(dòng)件(未圖示)。

控制裝置4根據(jù)從示教器3輸出的指示焊接機(jī)器人2的動(dòng)作方向的操作指示信息而向焊接機(jī)器人2輸出動(dòng)作指示，并且根據(jù)預(yù)先示教的程序(示教程序)而輸出針對(duì)焊接機(jī)器人2的動(dòng)作指示，由此控制焊接機(jī)器人2的動(dòng)作。操作指示信息通過設(shè)置于示教器3的操作按鈕的操作來設(shè)定。

作為示教程序，具有使用與控制裝置4連接的示教器3來制作的情況、或使用利用了計(jì)算機(jī)5的離線示教系統(tǒng)來制作的情況。在任一情況下，示教程序均在焊接機(jī)器人2實(shí)際進(jìn)行焊接作業(yè)之前預(yù)先制作，指示焊接作業(yè)中的焊接機(jī)器人2的動(dòng)作。通過計(jì)算機(jī)5離線制作的示教程序經(jīng)由以磁或電的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì)等向控制裝置4交接，或者通過數(shù)據(jù)通信向控制裝置4傳送。

計(jì)算機(jī)5、即離線示教系統(tǒng)作為顯示裝置而具備能夠進(jìn)行圖形顯示的顯示器，作為輸入裝置而具備鍵盤或鼠標(biāo)。另外，為了獲取工件的cad信息而設(shè)置有讀取裝置或者通信裝置。

如上所述，在本實(shí)施方式的機(jī)器人系統(tǒng)1中，使用示教器3或計(jì)算機(jī)5制作示教程序。將該示教程序的制作稱為示教作業(yè)，但不限于示教作業(yè)，在操作焊接機(jī)器人2時(shí)，持有示教器3的操作人員m可以站在焊接工具6的運(yùn)行范圍外進(jìn)行作業(yè)。

經(jīng)由該示教器3設(shè)定的焊接條件多種多樣，例如，使用示教器3所配備的輸入鍵來輸入母材的形狀、接頭形狀、焊接姿態(tài)(母材的角度)、焊接目標(biāo)位置(焊炬目標(biāo)位置)等。

詳細(xì)而言，操作人員經(jīng)由示教器3而輸入“構(gòu)件、母材、坡口形狀、焊接姿態(tài)”等被焊接材料的形狀、“焊接方法、熔接材料”等進(jìn)行焊接施工的各要素、“焊接電流、速度、擺動(dòng)信息(幅度、基準(zhǔn)面、周期)、焊炬目標(biāo)位置、角度”等焊接條件。特別是在多層堆焊的情況下，需要與其層數(shù)對(duì)應(yīng)地輸入焊接條件，并且輸入、設(shè)定的項(xiàng)目繁多。因此，經(jīng)驗(yàn)少的操作人員容易犯下輸入錯(cuò)誤。

然而，在本發(fā)明的多層堆焊中的焊接條件設(shè)定支援裝置中，根據(jù)經(jīng)由示教器3而輸入的焊接條件，在控制裝置4或示教器3內(nèi)部的計(jì)算器中計(jì)算焊接后的焊道層疊圖。將計(jì)算出的焊道層疊圖立即顯示于示教器3的顯示部8。顯示于顯示部8的焊道層疊圖包括焊道的層數(shù)、道次數(shù)、層疊方向。此外，在顯示部8中不僅顯示焊道層疊狀態(tài)，而且還在視覺上同時(shí)顯示母材的形狀、接頭形狀、焊接姿態(tài)、焊炬目標(biāo)位置等所有條件。由此，操作人員能夠通過目視來直觀地判斷輸入的焊接條件是否正確，能夠極大地有助于確認(rèn)所輸入的焊接條件。

詳細(xì)說明以上的技術(shù)。

首先，如圖2所示，示教器3設(shè)置有顯示與焊接機(jī)器人2的動(dòng)作、示教操作相關(guān)的信息等的顯示部8。為了對(duì)焊接機(jī)器人2進(jìn)行操作指示信息的設(shè)定或示教動(dòng)作的設(shè)定，在面向附圖時(shí)的顯示部8的下方配置有操作按鈕9或者用于輸入數(shù)值的數(shù)字鍵7等。

作為操作按鈕9，設(shè)置有用于在焊接工具6的焊絲的前端產(chǎn)生電弧的開關(guān)即“電弧接通/切斷”按鈕、用于向焊接工具6供給焊絲的“焊絲輸送”按鈕、以及用于在示教操作等中存儲(chǔ)焊接機(jī)器人2的姿態(tài)的“位置存儲(chǔ)”按鈕等。還設(shè)有輸入各種數(shù)值的數(shù)字鍵7。

在示教器3的殼體中的、設(shè)置有操作面的一側(cè)的左右的側(cè)方，設(shè)置有用于供操作人員保持示教器3的把手(把持部10)，操作人員與操作面對(duì)置，并且將右手放在右側(cè)的把持部10上并將左手放在左側(cè)的把持部10上，從而保持示教器3。

在中厚板(中厚鋼板)的焊接中，與薄板焊接比較，在以下方面明顯不同。

即，在焊接中，(1)采用多層堆焊，(2)坡口的角度多種多樣，需要根據(jù)準(zhǔn)確的坡口形狀、角度進(jìn)行層疊顯示，(3)需要顯示與焊接姿態(tài)、坡口狀態(tài)相應(yīng)的層疊方向，(4)屢次需要在焊接中途改變層疊方向等。

通常，焊接指導(dǎo)書等中記錄的坡口、接頭形狀是典型的情況，考慮到實(shí)際的厚板的焊接，構(gòu)件與母材的交叉角成為直角以外的角度的情況、整體傾斜的情況等占據(jù)大多數(shù)，接頭、坡口形狀多種多樣。

這些形狀需要高效地顯示。在本發(fā)明中，通過組合通常的母材形狀以及構(gòu)件形狀而顯現(xiàn)30種以上的有意義的中厚板的接頭、坡口形狀的代表圖案，并且通過指定構(gòu)件相對(duì)于母材的交叉角度而使斜向配置的情況也能夠全部表現(xiàn)。通過這樣的功能，在本發(fā)明中高效地顯示更真實(shí)的工件形狀。它們的顯示(視覺顯示)在示教器3的顯示部8中呈現(xiàn)。

其中，在多層堆焊中，將相同層疊方向的高度的焊接稱為層，將實(shí)際焊接的次數(shù)稱為道次。

在示教器3的顯示部8中的焊道的層疊顯示中，需要相對(duì)于操作人員容易理解地顯示。在多層堆焊中，針對(duì)各焊接道次改變目標(biāo)位置進(jìn)行焊接，為了區(qū)別顯示相同層的焊接道次與除此以外的焊接道次，若目標(biāo)位置相對(duì)于層疊方向高度進(jìn)入某一范圍內(nèi)，則判斷為相同層進(jìn)行顯示。

另外，在具有階梯差的情況或在t接頭、l型焊接等中，填埋坡口部分的焊接有時(shí)候在水平層疊之后，進(jìn)行沿著精加工形狀帶有傾斜度的層疊。根據(jù)擺動(dòng)基準(zhǔn)面的切換等焊接條件的變更而自動(dòng)地切換層疊方向。由此可知，在示教器3的顯示部8中也進(jìn)行焊道的層疊顯示。

焊接機(jī)器人2的操作人員將各種指令值作為焊接條件經(jīng)由示教器3來輸入，但操作人員想要知道的是按照輸入的條件進(jìn)行焊接時(shí)的焊接結(jié)果。

為此，在本發(fā)明中焊接機(jī)器人2的操作人員以如下方式進(jìn)行支援：

(1)在設(shè)定、變更焊接電流、電壓、速度等時(shí)，其結(jié)果是，以二維或三維的方式將焊接接頭的剖視圖上的“熔深”或“熔敷金屬(焊道)形狀”以圖形方式顯示；

(2)在設(shè)定、變更焊炬目標(biāo)位置、焊炬角度時(shí)，也以二維或三維的方式將焊接接頭的剖視圖上的“目標(biāo)位置、焊炬角度”以圖形方式顯示，由此，操作者能夠更簡(jiǎn)單且可靠地進(jìn)行條件設(shè)定、變更作業(yè)。

例如，針對(duì)焊炬目標(biāo)位置，需要對(duì)左右與上下方向設(shè)定值，若焊接姿態(tài)發(fā)生變化，即便是相同形狀的接頭、坡口，適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)位置偏移的設(shè)定值也不同，需要非常慎重地進(jìn)行條件設(shè)定。不僅能夠確認(rèn)是否成為想象中的目標(biāo)位置，而且還不光通過數(shù)值來確認(rèn)、檢查輸入錯(cuò)誤等，而是進(jìn)行基于圖形顯示的確認(rèn)、檢查而使之便于理解，從而避免錯(cuò)誤。

[實(shí)施例]

圖3示出在示教器3的顯示部8中顯示的畫面的例子(例1～例3)。

在多層堆焊中，將相同高度的道次稱作層。例如，圖3的例1所示的2～3道次被稱作第二層，4～6道次被稱作第三層。相同層除了目標(biāo)位置、壁處的焊炬角度以外大多設(shè)定為幾乎相同的條件，為了向操作者進(jìn)行設(shè)定支援，也需要進(jìn)行層與道次的判斷并將其簡(jiǎn)明易懂地顯示。

為了計(jì)算層與道次的關(guān)系，在考慮到焊接接頭的焊接姿態(tài)的傾斜度等的基礎(chǔ)上，將實(shí)際層疊的方向定義為層疊高度，計(jì)算能夠從目標(biāo)位置的左右、上下計(jì)算出的層疊高度，將層疊高度處于某一范圍內(nèi)的道次設(shè)為同層而使其分組化。

在本實(shí)施例中，考慮在計(jì)算能力低的顯示裝置中也能夠應(yīng)對(duì)，將同層的熔敷量相加并作為層進(jìn)行層疊，并且根據(jù)層內(nèi)的各道次的熔敷量而從目標(biāo)位置分配，以簡(jiǎn)易的形狀顯示。

[例1]

圖3的例1的顯示是設(shè)定了t接頭的水平角焊的條件的例子。

根據(jù)圖3的例1明確可知，利用第一道次焊接第一層，利用第二道次以及第三道次來焊接第二層，利用第四道次～第六道次來焊接第三層。焊炬傾斜角度以及層疊方向?yàn)樾毕?5°。

圖3所示的涂黑圓圈是各道次中的焊炬的目標(biāo)位置。

這樣，由于各種信息一并顯示于焊道剖面，因此操作人員能夠直觀且準(zhǔn)確地判斷并確認(rèn)自己通過示教器3輸入的焊接條件是否正確。

[例2]

圖3的例2的顯示是設(shè)定了t接頭的向下角焊的條件的例子。母材與例1相比傾斜45°，焊接姿態(tài)向下。

在例2中，與例1不同，利用第一道次焊接第一層，利用第二道次焊接第二層，利用第三道次焊接第三層，利用第四道次焊接第四層。各道次中的焊炬的目標(biāo)位置也與例1明顯不同。

這樣，即便是相同的t接頭的角焊，若母材的角度不同，則恰當(dāng)?shù)暮附訔l件也明顯不同。本發(fā)明對(duì)于這樣的情況下的焊接條件的確認(rèn)是非常有效的。

[例3]

圖3的例3的顯示是設(shè)定了t接頭的l形焊接的條件的例子。在此基礎(chǔ)上，在例3中切換了焊道的層疊方向。

在本例中，在第七道次之前，焊炬向下，焊道沿水平方向?qū)盈B。在第八道次之后，焊炬角度為斜向45°。

在進(jìn)行該顯示時(shí)，考慮到焊接條件的擺動(dòng)方向的基準(zhǔn)面從水平朝向焊炬方向在中途切換這一點(diǎn)，根據(jù)該信息而切換焊道層疊方向的顯示。表1以表的形式示出例3中實(shí)際設(shè)定的焊接條件，僅供參考。

[表1]

需要說明的是，在不進(jìn)行擺動(dòng)的情況下，著眼于焊炬傾斜角度在中途變化，基于該情況來切換層疊顯示。

另外，本發(fā)明的多層堆焊中的焊接條件設(shè)定支援裝置構(gòu)成為，在示教器3的顯示部8不僅能夠以圖形的方式顯示計(jì)算出的焊道層疊圖，還能夠以圖形的方式顯示母材的形狀、接頭形狀、焊接姿態(tài)(母材的角度)、焊接目標(biāo)位置、擺動(dòng)幅度、擺動(dòng)基準(zhǔn)面、焊炬目標(biāo)位置、焊炬角度等所有條件。

另外，本發(fā)明的多層堆焊中的焊接條件設(shè)定支援裝置構(gòu)成為，根據(jù)顯示于所述顯示部的焊道層疊剖面的狀況，能夠確認(rèn)通過所述示教器設(shè)定的被焊接材料的形狀、進(jìn)行焊接施工的各要素、焊接條件的內(nèi)容。

本次公開的實(shí)施方式在全部方面僅是例示，不起限制作用。

例如，也可以針對(duì)每一層焊道而利用圖像傳感器等測(cè)量焊道形狀，將測(cè)量出的形狀與預(yù)定的焊道形狀的差異顯示于顯示部8。另外，將本申請(qǐng)的顯示器設(shè)為示教器，但也可以設(shè)為筆記本電腦或觸摸面板等便攜型裝置。