JP6189695B2 - ワイヤ送給装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置に関する。

従来、溶接中に送給ローラを回転させ、溶接ワイヤと送給ローラとの間に生じる摩擦力によって溶接ワイヤを送給することが行われていた。そのような溶接ワイヤの送給において、溶接ワイヤから送給ローラに伝達される力が過大となり、溶接ワイヤと送給ローラとの間で滑りが発生し、溶接ワイヤを適切に送給できなくなることがあった。例えば、特許文献１には、溶接ワイヤの送給に応じて回転するローラを用いて溶接ワイヤの送給速度を検出し、その送給速度を用いて滑りを検知した場合に溶接ワイヤの送給を停止する制御が記載されている。

また、特許文献２に記載されているように、スパッタの少ない溶接のため、溶接ワイヤを母材に対して前進（インチング）、後退（リトラクト）させることを高速に繰り返す場合には、そのような滑りが発生しやすくなる。

なお、関連する技術として、例えば、特許文献３には、溶接ワイヤの表面粗さや表面構造を検出することによって溶接ワイヤの速度を計測する方法が記載されている。また、特許文献４には、溶接ワイヤの張力を算出する方法が記載されている。

特開昭５７−１８４５８１号公報 特表２００８−５４２０２７号公報 特開２０１０−８２６９９号公報 特表２００４−５１２１８０号公報

従来のワイヤ送給装置において、溶接ワイヤの滑りを検知するためには、特許文献１，３，４等の方法によって溶接ワイヤの速度や張力を測定し、その速度や張力を用いて、溶接ワイヤの滑りを検知する必要があった。そのように、溶接ワイヤの滑りを検知するためには追加的な計測器を備える必要があり、コストが増加するという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、溶接ワイヤの速度や張力を測定する計測器等を別途、備えることなく、溶接ワイヤの滑りを検知することができるワイヤ送給装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によるワイヤ送給装置は、溶接ワイヤを送給するためのモータと、モータの実速度を取得する速度取得部と、溶接ワイヤの送給に関する速度指令値を生成する速度指令生成器と、実速度と速度指令値とに応じて、モータの電流指令値を生成する電流指令生成器と、実速度とモータに関する電流値とを用いてモータの外乱トルクを算出する外乱オブザーバと、外乱トルクと、実速度に応じたトルクとが整合しなくなった場合に溶接ワイヤの滑りを検知する検知部と、を備え、モータは、電流指令値に応じて駆動される、ものである。
このような構成により、外乱トルクと実速度に応じたトルクとの不整合に応じて溶接ワイヤの滑りを検知するため、その滑りの検知のために余分な物理的な構成、例えば、特許文献３に記載されている溶接ワイヤの速度を計測する構成や、特許文献４に記載されている溶接ワイヤの張力を測定する構成を備える必要がない。したがって、コストを必ずしも増加させることなく、溶接ワイヤの滑り検知を実現することができる。また、外乱トルクと、実速度に応じたトルクとを比較することによって溶接ワイヤの滑りを検知するため、溶接ワイヤのインチングやリトラクトを行っている場合にも、滑りを適切に検知することができるようになる。

また、本発明によるワイヤ送給装置では、検知部は、実速度の時間微分が増加し、かつ、外乱トルクが減少した場合に、溶接ワイヤの滑りを検知してもよい。
このような構成により、滑りが発生したときには、実速度に応じたトルクと外乱トルクとの変化の方向が異なりうることを利用して、溶接ワイヤの滑りを検知することができるようになる。

また、本発明によるワイヤ送給装置では、検知部は、外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さい場合に、溶接ワイヤの滑りを検知してもよい。
このような構成により、滑りが発生したときには、実速度に応じたトルクに対して外乱トルクの変化が小さくなることを利用して、溶接ワイヤの滑りを検知することができるようになる。

また、本発明によるワイヤ送給装置では、モータの実電流値を取得する電流値取得部をさらに備え、モータに関する電流値は実電流値であってもよい。
このような構成により、より精度の高い外乱トルクの算出が可能となる。

また、本発明によるワイヤ送給装置では、検知部が溶接ワイヤの滑りを検知した場合に、モータの実速度が下がるように電流指令値を制御する制御器をさらに備えてもよい。
このような構成により、溶接ワイヤの滑りが検知された場合に、制御器による制御によって自動的に送給状態に復帰させることができるようになる。

また、本発明によるワイヤ送給装置では、検知部は、溶接ワイヤが滑っている状態である滑り状態から、モータによって送給される状態である送給状態への復帰をも検知し、制御器は、検知部によって溶接ワイヤの滑りが検知されてから復帰が検知されるまで制御を行ってもよい。
このような構成により、溶接ワイヤの送給状態に復帰した後には、通常の送給制御が行われるようにすることができる。

本発明によるワイヤ送給装置によれば、外乱トルクと実速度に応じたトルクとの不整合に応じて溶接ワイヤの滑りを検知することができる。その結果、溶接ワイヤの速度や張力を測定する計測器等を別途、備えることなく、溶接ワイヤの滑りを検知できるようになる。

本発明の実施の形態によるワイヤ送給装置の構成を示すブロック図 同実施の形態における溶接ワイヤの送給機構を示す図 同実施の形態における溶接ワイヤの滑り検知について説明するための図 同実施の形態における実速度に応じたトルクと外乱トルクの一例を示す図 同実施の形態における実速度に応じたトルクと外乱トルクの一例、及びワイヤ速度とローラ表面速度の一例を示す図 同実施の形態によるワイヤ送給装置の動作の一例を示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態によるワイヤ送給装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態によるワイヤ送給装置は、外乱トルクと、実速度に応じたトルクとの不整合に応じて溶接ワイヤの滑りを検知するものである。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素及びステップは同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。

図１は、本実施の形態によるワイヤ送給装置１の構成を示すブロック図である。図２Ａは、ワイヤ送給装置１における溶接ワイヤ５の送給機構について説明するための図であり、図２Ｂは、溶接ワイヤの滑りの検知について説明するための図である。本実施の形態によるワイヤ送給装置１は、モータ１１と、電流値取得部１２と、速度取得部１３と、速度指令生成器１４と、電流指令生成器１５と、外乱オブザーバ１６と、検知部１７と、制御器１８とを備える。このワイヤ送給装置１による溶接ワイヤ５の送給は、例えば、溶接ロボットにおける溶接ワイヤ５の送給であってもよく、その他の装置における溶接ワイヤ５の送給であってもよい。

図２Ａで示されるように、ワイヤリール２に巻かれた溶接ワイヤ５は、送給ローラ６ａによって溶接トーチ３に対して送給される。送給ローラ６ａは、プッシュ側（供給側）の送給ローラであってもよく、プル側（溶接側）の送給ローラであってもよい。溶接ワイヤ５は、送給ローラ６ａよりも前段側及び／または後段側において、コンジットケーブル（図示せず）を通過していてもよい。ここで、前段側とは、溶接ワイヤ５の送給における上流側の意味であり、ワイヤリール２に近い側のことである。また、後段側とは、溶接ワイヤ５の送給における下流側の意味であり、溶接トーチ３に近い側のことである。そのようなコンジットケーブルを通過することによって、溶接ワイヤ５に摩擦力が発生し、その摩擦力が溶接ワイヤ５の張力となる。送給ローラ６ａは、溶接ワイヤ５を送給ローラ６ａ側に付勢する加圧ローラ６ｂと対向している。そして、送給ローラ６ａは、加圧ローラ６ｂと協働することによって、溶接ワイヤ５を送給する。すなわち、モータ１１によって、インチング、リトラクト等に応じた溶接ワイヤ５の送給が行われる。なお、ワイヤ送給装置１は、溶接ワイヤ５の送給に必要な送給ローラ６ａ等の構成を備えていると考えてもよい。

モータ１１は、溶接ワイヤ５を送給するためのモータである。そのモータ１１は、送給ローラ６ａを駆動する。モータ１１は、溶接ワイヤ５を前進させる方向、及び後退させる方向に送給ローラ６ａを駆動してもよい。ここで、溶接ワイヤ５が前進する方向とは、溶接ワイヤ５が溶接トーチ３の方に進む方向であり、溶接ワイヤ５が後退する方向とは、溶接ワイヤ５がワイヤリール２の方に進む方向である。また、モータ１１から送給ローラ６ａに対して回転力が伝達される方法は問わない。例えば、両者の間に減速機等が存在してもよい。

電流値取得部１２は、モータ１１の実電流値を取得する。電流値取得部１２は、例えば、モータ１１に流れる電流を検出する電流検出器であってもよい。また、電流値取得部１２は、例えば、モータ１１の実電流値を取得する図示しない電流検出器からモータ１１の実電流値を受け取ってもよい。取得された実電流値は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。また、電流値取得部１２は、取得した実電流値を外乱オブザーバ１６に渡す。

速度取得部１３は、モータ１１の実速度を取得する。その実速度は通常、角速度である。速度取得部１３がモータ１１の実速度を取得する方法は問わない。速度取得部１３は、例えば、モータ１１の角度を測定するエンコーダを有しており、そのエンコーダの角度を時間微分することによってモータ１１の実速度を測定してもよい。また、速度取得部１３は、例えば、モータ１１のエンコーダからモータ１１の角度を取得し、その角度を時間微分することによってモータ１１の実速度を測定してもよい。また、速度取得部１３は、例えば、モータ１１の角速度を取得する図示しない速度測定部からモータ１１の実速度を受け取ってもよい。取得された実速度は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。また、速度取得部１３は、取得した実速度を電流指令生成器１５と外乱オブザーバ１６と検知部１７とに渡す。

速度指令生成器１４は、溶接ワイヤ５の送給に関する速度指令値を生成する。その速度指令値は、溶接ワイヤ５の速度指令値であってもよく、モータ１１の速度指令値であってもよい。なお、送給ローラ６ａの半径や、モータ１１と送給ローラ６ａとの間に存在する減速機の減速比等を考慮して、溶接ワイヤ５の速度指令値を換算することによって、モータ１１の速度指令値を得ることができる。通常、溶接ワイヤ５の速度指令値を定数倍した結果がモータ１１の速度指令値となる。本実施の形態では、速度指令生成器１４が溶接ワイヤ５の速度指令値を生成する場合について主に説明する。速度指令生成器１４は、例えば、溶接ロボットの教示情報に含まれている溶接条件に含まれる溶接ワイヤ５の送給速度に応じた速度指令値を生成してもよい。また、速度指令生成器１４は、例えば、溶接ワイヤ５の実際の送給のフィードバック制御に応じて速度指令値を生成してもよい。また、例えば、速度指令生成器１４は、溶接ワイヤ５の周期的な前進及び後退の繰り返しに応じた速度指令値を生成してもよい。その速度指令値は、溶接トーチ３から母材に向かう溶接ワイヤ５の速度が正の値となる期間と、その速度が負の値となる期間とを有する単位期間が繰り返される速度指令値であってもよい。その周期は通常、一定である。速度指令値は、電流指令生成器１５に渡される。

電流指令生成器１５は、速度取得部１３によって取得された実速度と、速度指令生成器１４によって生成された速度指令値とに応じて、モータ１１の電流指令値を生成する。なお、その速度指令値が溶接ワイヤ５の速度指令値である場合には、電流指令生成器１５は、その速度指令値をモータ１１の速度指令値に換算してから用いてもよい。また、この電流指令値は、実速度が速度指令値に近づくように生成される。この速度のフィードバック制御は、モータ制御における通常の速度ループであり、その詳細な説明を省略する。また、電流指令値に応じて、モータ１１が駆動されることになる。すなわち、電流指令値の示す電流がモータ１１に流れるように制御されることになる。そのため、電流指令生成器１５の出力である第１の電流指令値は、図示しないトルク指令生成器に入力され、そのトルク指令生成器は、モータ１１の実電流値が電流指令値に近づくように、モータ１１のトルクを制御してもよい。その実電流値は、電流値取得部１２が取得したものであってもよい。このような電流指令値に応じたモータのトルク制御（電流のフィードバックループ）についてはすでに公知であり、その詳細な説明を省略する。また、電流指令生成器１５は、外乱オブザーバ１６によって算出される外乱トルクに応じた電流値を用いることによって、外乱トルクを考慮した電流指令値の生成を行ってもよい。そのような電流指令値の生成については後述する。

外乱オブザーバ１６は、実速度とモータ１１に関する電流値とを用いてモータ１１の外乱トルクを算出する。なお、モータ１１に関する電流値は、例えば、電流値取得部１２によって取得された実電流値であってもよく、電流指令生成器１５が生成した電流指令値であってもよい。前者の方が精度の高い外乱トルクを算出することができるため好適である。なお、本実施の形態では、外乱オブザーバ１６が、電流値取得部１２によって取得された実電流値を用いて外乱トルクを算出する場合について主に説明する。また、外乱オブザーバ１６は、モータ１１の外乱トルクに応じた値を算出するのであれば、外乱トルクそのものを算出しなくてもよい。例えば、外乱オブザーバ１６は、外乱トルクに応じた溶接ワイヤ５の張力を算出してもよい。この外乱トルクの算出方法はすでに公知であり、その詳細な説明を省略する。例えば、特開２００１−２９３５７４号公報には、溶接ワイヤ５の送給中に溶接ワイヤ５にかかる摩擦力に応じた張力を算出する方法について記載されている。なお、外乱トルクを算出する一例については後述する。外乱トルクは、検知部１７に渡される。また、外乱トルクに応じた電流値に外乱ゲインを掛けた値が電流指令生成器１５に渡されてもよい。そして、電流指令生成器１５において、外乱トルクに応じた電流値に外乱ゲインを掛けた値が電流指令値に加算されることによって、電流指令値における外乱トルクに応じた補償を行ってもよい。なお、外乱トルクに応じた電流値とは、外乱トルクをモータ１１のトルク定数で割った値であってもよい。また、外乱ゲインは、１未満の正の実数であってもよい。

検知部１７は、外乱オブザーバ１６によって算出された外乱トルクと、速度取得部１３によって取得された実速度に応じたトルク（以下、このトルクを「回転トルク」と呼ぶこともある）とが整合しなくなった場合に溶接ワイヤ５の滑りを検知する。実速度に応じたトルクとは、実速度を用いて取得されるトルクである。トルクは、イナーシャ（慣性モーメント）と角加速度との積であるため、実速度の時間微分にイナーシャを掛けることによって、モータ１１のトルクを算出することができる。なお、後述するように、この滑りの検知では、外乱トルクと、実速度に応じたトルクとの傾向の違いを見るため、実速度に応じたトルクに代えて、実速度の時間微分を用いてもよい。両者は定数倍の差であるため、実質的に同じであると考えることができるからである。また、実速度の時間微分として、実速度の差分（ある時点の実速度と、その直前の時点の実速度との差分）を用いてもよい。両者は定数倍の差であるため、実質的に同じであると考えることができるからである。ここで、図２Ｂを参照して、滑りを検知する方法について簡単に説明する。図２Ｂの左側は、溶接ワイヤ５の滑りが発生していない状態である。なお、溶接ワイヤ５は、左から右に進行しているものとする。また、溶接ワイヤ５の張力の反作用としての外乱トルクが送給ローラ６ａに作用している。なお、張力は、回転トルクにも依存するため（例えば、回転トルクが大きくなると、張力も大きくなる）、外乱トルクも回転トルクに依存することになる。溶接ワイヤ５の滑りが発生すると、図２Ｂの右側で示されるようになり、送給ローラ６ａの外乱トルクは、溶接ワイヤ５と送給ローラ６ａとの動摩擦力に応じたものとなり、滑りの発生していない場合よりも小さくなる。また、動摩擦力は張力ほど回転トルクに依存しないため、滑りが発生すると、外乱トルクが回転トルクに依存しなくなる。したがって、滑りが発生すると、外乱トルクと、実速度に応じたトルクとが整合しなくなるため、検知部１７は、そのことを利用して溶接ワイヤ５の滑りを検知することができる。また、検知部１７は、溶接ワイヤ５が滑っている状態である滑り状態から送給状態への復帰をも検知してもよい。送給状態とは、モータ１１によって溶接ワイヤ５が送給される状態であり、溶接ワイヤ５が滑っていない状態のことである。なお、この滑りの検知方法や、復帰の検知方法の詳細については後述する。

制御器１８は、検知部１７が溶接ワイヤの滑りを検知した場合に、モータ１１の実速度が下がるように電流指令値を制御する。モータ１１の実速度が下がるように電流指令値を制御するとは、結果としてモータ１１の実速度が下がるようにするため、モータ１１のトルクが下がるように電流指令値を制御することであってもよい。なお、モータ１１の実速度が下がるとは、通常はモータ１１が停止することではなく、モータ１１の実速度が遅くなることである。また、電流指令値を制御するとは、電流指令生成器１５による電流指令値の生成を制御することであってもよい。その制御は、例えば、速度ループの比例ゲインを送給状態のときよりも小さくすることであってもよく、外乱トルクに応じた電流値をフィードバックしている場合に、その電流値に掛ける外乱ゲインを送給状態のときよりも小さくすることであってもよく、電流指令生成器１５が出力する電流指令値に制限値（上限値）が設けられている場合には、その制限値を送給状態のときよりも小さくすることであってもよく、それらの任意の２以上の組み合わせであってもよく、モータ１１のトルクを下げるためのその他の制御であってもよい。ここで、モータ１１の実速度を下げる制御を行う理由について簡単に説明する。滑り状態から送給状態に復帰するためには、溶接ワイヤ５と送給ローラ６ａとが同じ速度となり、動摩擦領域から静止摩擦領域に移行する必要がある。また、滑り状態は、送給ローラ６ａが空回りをしている状態であり、通常、送給ローラ６ａの表面速度の方が溶接ワイヤ５の速度よりも大きい。したがって、モータ１１の実速度を下げることによって、溶接ワイヤ５と送給ローラ６ａの表面速度とを同じにすることができ、滑り状態から送給状態に復帰させることができる。なお、早期の復帰を実現するため、制御器１８は、検知部１７が溶接ワイヤ５の滑りを検知した場合に、モータ１１の実速度が振動成分を有するように電流指令値を制御してもよい。その振動成分は、例えば、正弦波の成分であってもよい。そのような振動成分を実速度に加えることによって、溶接ワイヤ５と送給ローラ６ａの表面速度とが同じになる機会を増やすことができ、早期に送給状態に復帰させることができると考えられる。なお、実速度にそのような振動成分を加えるため、制御器１８は、実速度が下がるように制御された電流指令値にあらかじめ決められた振動成分を付加してもよい。その振動成分は、例えば、あらかじめ決められた振幅や周期を有する正弦波であってもよい。また、その振動成分の周期は、溶接ワイヤ５のインチング、リトラクトの周期よりも短くてもよく、長くてもよく、同じでもよい。

また、制御器１８は、検知部１７によって送給状態への復帰が検知されるまで、上述の制御を行ってもよい。すなわち、制御器１８は、検知部１７によって溶接ワイヤの滑りが検知されてから復帰が検知されるまで、上述の制御を行ってもよい。送給状態に復帰した後には、通常の電流指令値が生成され、溶接ワイヤ５の適切な送給が実現されるようにするためである。なお、制御器１８が、滑りが検知されてから復帰が検知されるまで制御を行うとは、その期間のすべてにわたって、制御を継続して行うことであってもよく、または、その期間の始期及び終期に電流指令生成器１５等に対して制御を行うことであってもよい。後者の場合には、例えば、制御器１８は、滑りが検知された時点に電流指令生成器１５のゲイン等の調整を行い、復帰が検知された時点にそのゲイン等の調整を元に戻してもよい。また、制御器１８は、検知部１７によって送給状態への復帰が検知されるまでの間において、モータ１１のトルクの下がる程度が徐々に大きくなるように制御してもよい。例えば、制御の開始から所定の期間が経過しても復帰が検知されない場合には、制御器１８は、トルクの下がる程度を一段階上げてもよい。また、制御器１８は、そのような処理を復帰が検知されるまで繰り返してもよい。

［外乱トルクの算出方法］
外乱オブザーバ１６による外乱トルクの算出方法について説明する。まず、現在の外乱トルクをτ_ｋ＋１、前回の外乱トルクをτ_ｋ、現在の角速度をω_ｋ＋１、前回の角速度をω_ｋ、更新間隔（時刻ｋ＋１と時刻ｋとの時間間隔）をｄｔ、速度取得部１３によって取得された時刻ｋの実速度をω、オブザーバゲインをｏ_τ、ｏ_ω、全トルク（外乱トルクと回転トルクとの和）をτ（＝ｉＫ）、モータ１１のモータ軸換算イナーシャをＪとすると、オブザーバの式である次式のように現在の外乱トルクと現在の角速度とを算出することができる。ただし、ｉは時刻ｋの実電流値であり、Ｋはモータ１１のトルク定数である。また、ｋは任意の整数である。

したがって、外乱オブザーバ１６は、速度取得部１３が取得した実速度ωと、電流値取得部１２が取得した実電流値ｉに応じたトルクτ（＝ｉＫ）とを用いることにより、現在の外乱トルクτ_ｋ＋１及び現在の角速度ω_ｋ＋１を順次、更新することによって、外乱トルクを算出することができる。

なお、この外乱オブザーバ１６による外乱トルクの算出方法は一例であり、例えば、他の方法によって外乱トルクを算出してもよいことは言うまでもない。例えば、外乱オブザーバ１６は、モータ１１に関する電流値ｉに応じたトルクｉＫから、モータ１１の実速度に応じた回転トルクを減算することによって、外乱トルクを算出してもよい。なお、その回転トルクは、例えば、モータ１１の実速度の時間微分と、モータ軸換算イナーシャＪとの積である。

［滑り検知方法、復帰検知方法］
検知部１７による滑り検知方法と復帰検知方法について説明する。ここでは、（１）外乱トルクと実速度に応じたトルクとの変化の方向に応じた検知と、（２）外乱トルクと実速度に応じたトルクとの変化の大きさに応じた検知とについて説明する。

（１）外乱トルクと実速度に応じたトルクとの変化の方向に応じた検知
（１−１）滑り検知
まず、滑り検知方法、すなわち時刻ｋの時点では滑り状態ｇ_ｋ＝ＦＡＬＳＥである場合に、時刻ｋ＋１の滑り状態ｇ_ｋ＋１を判断する方法について説明する。なお、滑り状態ｇ_ｉ＝ＦＡＬＳＥである場合には、時刻ｉにおいて溶接ワイヤ５が送給状態であり、滑り状態ｇ_ｉ＝ＴＲＵＥである場合には、時刻ｉにおいて溶接ワイヤ５が滑り状態であるとする。検知部１７は、ｇ_ｋ＝ＦＡＬＳＥからｇ_ｋ＋１＝ＴＲＵＥとなった場合に溶接ワイヤ５の滑りを検知する。

ｇ_ｋ＝ＦＡＬＳＥである状況において、検知部１７は、次の二式が満たされる場合には、ｇ_ｋ＋１＝ＴＲＵＥとし、そうでない場合には、ｇ_ｋ＋１＝ＦＡＬＳＥとする。なお、速度取得部１３によって取得された時刻ｋの実速度をω（ｋ）、外乱オブザーバ１６によって算出された時刻ｋの外乱トルクをτ（ｋ）としている。すなわち、上述のτ_ｋ＝τ（ｋ）としている。したがって、次の二式が満たされる場合とは、実速度の時間微分が増加し、かつ、外乱トルクが減少した場合である。なお、ｐは、比較対象となる２個の実速度の時間微分や、２個の外乱トルクの時間間隔を決めるものであり、１以上の整数である。ｐが小さいとノイズの影響を受けやすくなり、ｐが大きいと滑りの検出が遅くなる。したがって、ｐは、適切な値に設定されることが好適である。

ここで、αは、１より小さい正の実数であり、また次式のようにしている。そのαは、適切な滑り検知を行うことができる値に設定されることが好適である。

例えば、図３（ａ）で示されるように、時刻ｔ１付近で滑りが発生した場合には、時刻ｔ１から時刻ｔ２において、破線で示される実速度の時間微分（∝回転トルク）は増加するが、実線で示される外乱トルクは減少する。したがって、例えば、時刻ｋ＝ｔ２において上述の式を用いることによって、滑りを検知することができる。なお、滑りの発生したとき以外は、実速度の時間微分と外乱トルクとは、同じような傾向を示す（例えば、図３（ａ）の時刻ｔ１以前を参照）。したがって、上述の二式は満たされないことになる。

（１−２）復帰検知
次に、復帰検知方法について説明する。すなわち、滑り状態ｇ_ｋ＝ＴＲＵＥである場合に、滑り状態ｇ_ｋ＋１を判断する方法について説明する。検知部１７は、ｇ_ｋ＝ＴＲＵＥからｇ_ｋ＋１＝ＦＡＬＳＥとなった場合に溶接ワイヤ５の送給状態への復帰を検知する。

ｇ_ｋ＝ＴＲＵＥである状況において、検知部１７は、次式が満たされる場合には、ｇ_ｋ＋１＝ＦＡＬＳＥとし、そうでない場合には、ｇ_ｋ＋１＝ＴＲＵＥとする。なお、次式が満たされる場合とは、外乱トルクの絶対値が、溶接ワイヤ５が滑り状態であるときよりもあらかじめ決められた以上大きくなった場合である。なお、βは、１より小さい正の実数である。そのβは、適切な復帰検知を行うことができる値に設定されることが好適である。

なお、上記の式は、滑り状態の外乱トルクの絶対値をτ_ｇとすると、外乱トルクの絶対値がτ_ｇ／βより大きくなった場合に復帰が検知されることを意味している。この判断方法は一例であり、例えば、外乱トルクの絶対値がτ_ｇ＋γより大きくなった場合に復帰が検知されてもよい。ここで、γは、正の実数である。そのγは、適切な復帰検知を行うことができる値に設定されることが好適である。

例えば、図４（ａ）で示されるように、時刻ｔ６の直前に送給状態に復帰した場合には、その時刻ｔ６の外乱トルクの絶対値は、滑り状態の外乱トルクの絶対値τ_ｇに１より大きい実数（１／β）を掛けたものよりも大きくなる。したがって、上述のような式を用いることによって、復帰を検知することができる。一方、滑りから復帰していないときは、外乱トルクにほとんど変化はないため、上述の式は満たされないことになる。

（２）外乱トルクと実速度に応じたトルクとの変化の大きさに応じた検知
（２−１）滑り検知
まず、滑り検知方法について説明する。ｇ_ｋ＝ＦＡＬＳＥである状況において、検知部１７は、次式が満たされる場合には、ｇ_ｋ＋１＝ＴＲＵＥとし、そうでない場合には、ｇ_ｋ＋１＝ＦＡＬＳＥとする。なお、次式が満たされる場合とは、外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さい場合である。外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さい場合とは、それ以外の場合と比較して、外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さくなった場合であると考えてもよい。そのため、検知部１７は、実速度の時間微分の変化に対する外乱トルクの変化の割合が、それ以外の場合よりも小さくなった場合（すなわち、次式の左辺が閾値ηよりも大きくなった場合）に、滑り状態になったと判断してもよい。ここで、ηは、ｒ以上の正の実数である。そのηは、適切な滑り検知を行うことができる値に設定されることが好適である。なお、ｒは、実速度の時間微分の変化に対する外乱トルクの変化の割合を計算するために用いられるサンプル数を決めるものであり、１以上の整数である。ｒが小さいとノイズの影響を受けやすくなり、ｒが大きいと滑りの検出が遅くなる。したがって、ｒは、適切な値に設定されることが好適である。

例えば、図３（ｂ）で示されるように、滑り状態である場合には、実線で示される外乱トルクは、楕円で囲まれた領域（時刻ｔ３〜ｔ４の領域）のようにほとんど変化しない。一方、破線で示される実速度の時間微分は速度指令値に応じて変化するため、楕円で囲まれた領域（時刻ｔ３〜ｔ４の領域）のように変化する。その結果、上記式の左辺は大きな値となる。なお、滑りの発生したとき以外は、実速度の時間微分と外乱トルクとは、同じような傾向を示す。したがって、上式は満たされないことになる。

（２−２）復帰検知
次に、復帰検知方法について説明する。ｇ_ｋ＝ＴＲＵＥである状況において、検知部１７は、上式が満たされなくなった場合には、ｇ_ｋ＋１＝ＦＡＬＳＥとし、上式が満たされている場合には、ｇ_ｋ＋１＝ＴＲＵＥとする。なお、上式が満たされなくなった場合とは、外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さくなくなった場合である。なお、外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さくなくなった場合とは、滑り状態の場合と比較して、外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さくなくなった場合であると考えてもよい。したがって、検知部１７は、実速度の時間微分の変化に対する外乱トルクの変化の割合が、滑り状態の場合よりも大きくなった場合（すなわち、上式の左辺が閾値η以下になった場合）に、送給状態になったと判断してもよい。

例えば、図４（ａ）で示されるように、時刻ｔ６の直前に送給状態に復帰した場合には、その送給状態に復帰した以降においては、実速度の時間微分の変化に対する外乱トルクの変化の割合は、滑り状態のときよりも大きくなる。したがって、上述のような式を用いることによって、復帰を検知することができる。

なお、（２）の検知方法において、検知部１７は、上式以外を用いて、外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さいかどうかを判断してもよい。例えば、時刻ｋ−ｒから時刻ｋまでの期間において、実速度の時間微分をさらに時間微分したものの平均を、外乱トルクの時間微分の平均で割った値が、あらかじめ決められた閾値よりも大きい場合に、検知部１７は、外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さく、滑り状態であると判断し、そうでない場合に、検知部１７は、外乱トルクの変化が、実速度の時間微分の変化に対して小さくなく、送給状態であると判断してもよい。

また、上述の検知方法において、実速度として、外乱トルクの算出方法で説明したω_ｋを用いてもよい。ω_ｋが適切に収束している場合には、実質的にω_ｋとω（ｋ）とは同じだからである。したがって、ω_ｋを用いたとしても、実質的に実速度ω（ｋ）を用いていると考えることができる。
また、滑りの検知方法と復帰の検知方法との組み合わせは問わない。検知部１７は、例えば、滑りの検知を（１−１）の方法で行い、復帰の検知を（２−２）の方法で行ってもよく、滑りの検知を（２−１）の方法で行い、復帰の検知を（１−２）の方法で行ってもよい。

また、上記説明のように、現在の滑り状態ｇ_ｋ＋１の判断を行うため、過去の滑り状態ｇ_ｋを用いてもよい。例えば、（１）の検知方法では、滑り状態ｇ_ｋ＋１の判断を行うために用いられる式が滑り状態ｇ_ｋに応じて異なるため、現在の滑り状態ｇ_ｋ＋１の判断のため、過去の滑り状態ｇ_ｋが用いられていることになる。そのため、その滑り状態は、順次、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。
また、滑りが検知された場合に、上述した以外の制御が行われてもよい。例えば、ワイヤ送給装置１が溶接ロボットで用いられている場合には、滑りが検知されてから復帰が検知されるまでの期間は、その溶接ロボットによる溶接の処理を停止する制御を行ってもよい。

次に、ワイヤ送給装置１の動作について図５のフローチャートを用いて説明する。なお、このフローチャートにおいて、電流値取得部１２による実電流値の取得と、速度取得部１３による実速度の取得とは、特に明記されていないが、それぞれ行われているものとする。

（ステップＳ１０１）速度指令生成器１４は、速度指令値を生成するかどうか判断する。そして、速度指令値を生成する場合には、ステップＳ１０２に進み、そうでない場合には、ステップＳ１０６に進む。なお、速度指令生成器１４は、例えば、速度指令値を生成すると定期的に判断してもよい。

（ステップＳ１０２）速度指令生成器１４は、速度指令値を生成する。生成された速度指令値は、図示しない記録媒体で記憶されてもよい。

（ステップＳ１０３）電流指令生成器１５は、その時点において復帰制御が行われているかどうか判断する。そして、復帰制御が行われている場合には、ステップＳ１０５に進み、そうでない場合には、ステップＳ１０４に進む。

（ステップＳ１０４）電流指令生成器１５は、速度指令値に応じてモータ１１の速度指令値を算出し、そのモータ１１の速度指令値と、実速度とを用いて、電流指令値を生成する。この電流指令値の生成は、通常の速度ループでの電流指令値の生成である。そして、ステップＳ１０１に戻る。なお、この電流指令値に応じて、モータ１１は送給ローラ６ａを駆動する。

（ステップＳ１０５）電流指令生成器１５は、復帰制御時の電流指令値の生成を行う。前述のように、電流指令生成器１５は、トルクを下げるための電流指令値の生成や、実速度が振動成分を有するための電流指令値の生成等を行ってもよい。そして、ステップＳ１０１に戻る。なお、この電流指令値に応じて、モータ１１は送給ローラ６ａを駆動する。

（ステップＳ１０６）外乱オブザーバ１６は、外乱トルクを算出するかどうか判断する。そして、外乱トルクを算出する場合には、ステップＳ１０７に進み、そうでない場合には、ステップＳ１０９に進む。なお、外乱オブザーバ１６は、例えば、外乱トルクを算出すると定期的に判断してもよい。

（ステップＳ１０７）外乱オブザーバ１６は、その時点の実速度と実電流値に応じたトルクとを用いて、外乱トルクを算出する。

（ステップＳ１０８）検知部１７は、算出された外乱トルクと、その時点の実速度とを図示しない記録媒体に蓄積する。そして、ステップＳ１０１に戻る。

（ステップＳ１０９）検知部１７は、滑りの判断を行うかどうか判断する。そして、滑りの判断を行う場合には、ステップＳ１１０に進み、そうでない場合には、ステップＳ１１２に進む。検知部１７は、例えば、送給状態である場合に、滑りの判断を行うと定期的に判断してもよい。

（ステップＳ１１０）検知部１７は、図示しない記録媒体で記憶されている外乱トルクや実速度を用いて、上述のようにして、滑りの検知を行う。そして、滑りが検知された場合には、ステップＳ１１１に進み、そうでない場合には、ステップＳ１０１に戻る。

（ステップＳ１１１）制御器１８は、滑り状態から送給状態に復帰させるための制御が開始されるように電流指令生成器１５を制御する。そして、ステップＳ１０１に戻る。

（ステップＳ１１２）検知部１７は、復帰の判断を行うかどうか判断する。そして、復帰の判断を行う場合には、ステップＳ１１３に進み、そうでない場合には、ステップＳ１０１に戻る。検知部１７は、例えば、滑り状態である場合に、復帰の判断を行うと定期的に判断してもよい。

（ステップＳ１１３）検知部１７は、図示しない記録媒体で記憶されている外乱トルクや実速度を用いて、上述のようにして、復帰の検知を行う。そして、復帰が検知された場合には、ステップＳ１１４に進み、そうでない場合には、ステップＳ１０１に戻る。

（ステップＳ１１４）制御器１８は、滑り状態から送給状態に復帰させるための制御が終了されるように電流指令生成器１５を制御する。そして、ステップＳ１０１に戻る。
なお、図５のフローチャートにおいて、電源オフや処理終了の割り込みにより処理は終了する。

ここで、滑りが検知されてから送給状態への復帰が検知されるまでの動作の具体例について、図４を参照しながら簡単に説明する。滑りが発生する時刻ｔ５までは、速度指令生成器１４による速度指令値の生成や、電流指令生成器１５による電流指令値の生成等が順次、繰り返される（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）。なお、その場合に、外乱オブザーバ１６によって外乱トルクが算出され、それに応じた補償が電流指令生成器１５において行われてもよく、外乱トルクや実速度が記憶されてもよい（ステップＳ１０６〜Ｓ１０８）。

時刻ｔ５において溶接ワイヤ５の滑りが発生し、検知部１７がそのことを検知したとする（ステップＳ１０９，Ｓ１１０）。すると、制御器１８は、モータ１１のトルクを下げると共に振動成分を付加するように電流指令生成器１５を制御する（ステップＳ１１１）。その制御の結果、図４（ａ）の時刻ｔ５以降で示されるように、回転トルクが減少すると共に、振動成分が付加される（ステップＳ１０１〜Ｓ１０３，Ｓ１０５）。その振動成分が付加されることによって、図４（ｂ）の時刻ｔ５〜ｔ６で示されるように、送給ローラ６ａの表面速度（ローラ表面速度）と、溶接ワイヤ５の移動速度（ワイヤ速度）との速度や加速度が一致するようになる。そのように両速度の速度や加速度が一致すると、溶接ワイヤ５が送給ローラ６ａに引っ掛かりやすくなり、送給ローラ６ａによる溶接ワイヤ５の送給が再開されることになる。そして、時刻ｔ６の直前に送給状態となり、そのことが時刻ｔ６で検知されることに応じて、通常の送給に応じた電流指令値が生成されるようになる（ステップＳ１１２〜Ｓ１１４）。その後は、図４（ｂ）の時刻ｔ６以降のように、送給ローラ６ａによって溶接ワイヤ５が送給されるため、両者の速度がほぼ同じとなる。

以上のように、本実施の形態によるワイヤ送給装置１によれば、溶接ワイヤ５の速度を検出する追加的な計測器等を備えることなく、新たな演算を行うだけで溶接ワイヤ５の滑りを検知することができるようになる。したがって、コストを必ずしも増加させることなく溶接ワイヤ５の滑りを検知することができるようになる。また、例えば、特許文献１に記載されている滑り検知方法は、溶接ワイヤ５の速度と閾値とを比較して滑りを検知しているため、溶接ワイヤ５のインチングやリトラクトを行う場合には用いることができない。一方、本実施の形態による検知部１７のように、外乱トルクと実速度に応じたトルクとが整合しなくなった場合に溶接ワイヤ５の滑りを検知することによって、溶接ワイヤ５のインチング、リトラクトを行っている場合にも適切に滑りを検知することができるようになる。また、制御器１８によって復帰のための制御を行うことにより、滑り状態から送給状態に早期に復帰させることができるようになる。その結果、例えば、溶接に生じる欠陥を低減させることができるようになりうる。また、例えば、滑りの検知から復帰の検知まで、溶接ロボットの動作を停止する制御を行う場合には、その停止の時間を短くすることができ、生産性を向上させることができる。

なお、本実施の形態において、滑りが検知された場合に、滑り状態から送給状態に復帰するための制御が行われる場合について説明したが、そうでなくてもよい。その制御が行われない場合には、ワイヤ送給装置１は、制御器１８を備えていなくてもよい。制御器１８を備えていなく場合には、ワイヤ送給装置１は、例えば、検知部１７が滑りを検知した場合に、そのことを出力する出力部（図示せず）を備えていてもよい。その出力部は、例えば、滑りが発生したことを溶接ロボットの制御装置（図示せず）に出力してもよく、音声出力や警告灯への出力、ディスプレイへの表示等によって、滑りが発生したことを出力してもよい。その出力は、滑りが発生したことを警告するためになされてもよい。なお、溶接ロボットの制御装置は、滑りが発生した旨の出力に応じて溶接ロボットの動作を停止させてもよい。

また、本実施の形態では、外乱オブザーバ１６が実電流値を用いて外乱トルクを算出する場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。前述のように、外乱オブザーバ１６は、電流指令値を用いて外乱トルクを算出してもよい。そのような場合であって、モータ１１のフィードバック制御に実電流値を用いない場合には、ワイヤ送給装置１は、電流値取得部１２を備えていなくてもよい。

また、上記実施の形態において、各処理または各機能は、単一の装置または単一のシステムによって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置または複数のシステムによって分散処理されることによって実現されてもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素間で行われる情報の受け渡しは、例えば、その情報の受け渡しを行う２個の構成要素が物理的に異なるものである場合には、一方の構成要素による情報の出力と、他方の構成要素による情報の受け付けとによって行われてもよく、あるいは、その情報の受け渡しを行う２個の構成要素が物理的に同じものである場合には、一方の構成要素に対応する処理のフェーズから、他方の構成要素に対応する処理のフェーズに移ることによって行われてもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素が実行する処理に関係する情報、例えば、各構成要素が受け付けたり、取得したり、選択したり、生成したり、送信したり、受信したりした情報や、各構成要素が処理で用いるしきい値や数式、設定値等の情報等は、上記説明で明記していなくても、図示しない記録媒体において、一時的に、あるいは長期にわたって保持されていてもよい。また、その図示しない記録媒体への情報の蓄積を、各構成要素、あるいは、図示しない蓄積部が行ってもよい。また、その図示しない記録媒体からの情報の読み出しを、各構成要素、あるいは、図示しない読み出し部が行ってもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素等で用いられる情報、例えば、各構成要素が処理で用いるしきい値や数式、各種の設定値等の情報がユーザによって変更されてもよい場合には、上記説明で明記していなくても、ユーザが適宜、それらの情報を変更できるようにしてもよく、あるいは、そうでなくてもよい。それらの情報をユーザが変更可能な場合には、その変更は、例えば、ユーザからの変更指示を受け付ける図示しない受付部と、その変更指示に応じて情報を変更する図示しない変更部とによって実現されてもよい。その図示しない受付部による変更指示の受け付けは、例えば、入力デバイスからの受け付けでもよく、通信回線を介して送信された情報の受信でもよく、所定の記録媒体から読み出された情報の受け付けでもよい。

また、上記実施の形態において、各構成要素は専用のハードウェアにより構成されてもよく、あるいは、ソフトウェアにより実現可能な構成要素については、プログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。その実行時に、プログラム実行部は、記憶部や記録媒体にアクセスしながらプログラムを実行してもよい。また、そのプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、光ディスクや磁気ディスク、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。また、このプログラムは、プログラムプロダクトを構成するプログラムとして用いられてもよい。また、そのプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明によるワイヤ送給装置によれば、溶接ワイヤの滑りを検知できるという効果が得られ、例えば、溶接ロボット等において溶接ワイヤを送給する装置として有用である。

１ ワイヤ送給装置
５ 溶接ワイヤ
６ａ 送給ローラ
６ｂ 加圧ローラ
１１ モータ
１２ 電流値取得部
１３ 速度取得部
１４ 速度指令生成器
１５ 電流指令生成器
１６ 外乱オブザーバ
１７ 検知部
１８ 制御器

Claims (5)

1. 溶接ワイヤを送給するためのモータと、
   前記モータの実速度を取得する速度取得部と、
   前記溶接ワイヤの送給に関する速度指令値を生成する速度指令生成器と、
   前記実速度と前記速度指令値とに応じて、前記モータの電流指令値を生成する電流指令生成器と、
   前記実速度と前記モータに関する電流値とを用いて前記モータの外乱トルクを算出する外乱オブザーバと、
   前記実速度の時間微分が増加し、かつ、前記外乱トルクが減少した場合に、前記溶接ワイヤの滑りを検知する検知部と、を備え、
   前記モータは、前記電流指令値に応じて駆動される、ワイヤ送給装置。
2. 溶接ワイヤを送給するためのモータと、
   前記モータの実速度を取得する速度取得部と、
   前記溶接ワイヤの送給に関する速度指令値を生成する速度指令生成器と、
   前記実速度と前記速度指令値とに応じて、前記モータの電流指令値を生成する電流指令生成器と、
   前記実速度と前記モータに関する電流値とを用いて前記モータの外乱トルクを算出する外乱オブザーバと、
   前記外乱トルクの変化が、前記実速度の時間微分の変化に対して小さい場合に、前記溶接ワイヤの滑りを検知する検知部と、を備え、
   前記モータは、前記電流指令値に応じて駆動される、ワイヤ送給装置。
3. 前記モータの実電流値を取得する電流値取得部をさらに備え、
   前記モータに関する電流値は前記実電流値である、請求項１または請求項２記載のワイヤ送給装置。
4. 前記検知部が前記溶接ワイヤの滑りを検知した場合に、前記モータの実速度が下がるように前記電流指令値を制御する制御器をさらに備えた、請求項１から請求項３のいずれか記載のワイヤ送給装置。
5. 前記検知部は、前記溶接ワイヤが滑っている状態である滑り状態から、前記モータによって送給される状態である送給状態への復帰をも検知し、
   前記制御器は、前記検知部によって前記溶接ワイヤの滑りが検知されてから復帰が検知されるまで前記制御を行う、請求項４記載のワイヤ送給装置。

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