JP2003200263A - 溶接ロボットの自動運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接不良となる溶接継手の形成を未然に防ぐ
溶接ロボットの自動運転方法を提供する。 【解決手段】 溶接長手方向Ｙに少なくとも２個所の溶
接継手５の開先形状データを取込み、これらの溶接継手
５の開先形状データから溶接長手方向Ｙの溶接継手の傾
きを演算し、この演算した溶接継手の傾きが許容範囲内
であれば、前記開先形状データから演算した適正な溶接
条件で溶接を実行し、前記溶接継手の傾きが許容範囲外
であれば、次の溶接継手に移行する溶接ロボットの自動
運転方法である。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、溶接不良となる溶
接継手の形成を未然に防ぐ溶接ロボットの自動運転方法
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、溶接継手の所定箇所（溶接開始・
終了位置）で開先形状データをタッチセンサー機能によ
り取込み、この取込んだ両開先形状データから開先断面
積を演算し、この演算した開先断面積から溶接パス数を
演算すると共に、各溶接パスの開先断面積に相当する溶
接条件を演算する溶接ロボットが知られている（特開平
０９−１０９３９号公報）。 【０００３】この従来技術では、溶接継手の開先断面積
の変動に応じて最適な溶接パス数を演算すると共に、各
溶接パス毎の最適な溶接条件を演算して溶接実行するこ
とにより、高品質な溶接継手を形成できる。 【０００４】 【発明の解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では、ワーク組立て誤差やワーク取付誤差等により
溶接継手が溶接長手方向に傾斜している場合、上り下り
溶接となって溶接ビートが偏肉して溶込不足等の溶接不
良が発生するという問題がある。 【０００５】そこで、本発明は、溶接不良となる溶接継
手の形成を未然に防ぐ溶接ロボットの自動運転方法を提
供することを目的とするものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１は、溶接長手方向に少なくとも２個所の溶接継手の開
先形状データを取込み、これらの溶接継手の開先形状デ
ータから溶接長手方向の溶接継手の傾きを演算し、この
演算した溶接継手の傾きが許容範囲内であれば、前記開
先形状データから演算した適正な溶接条件で溶接を実行
し、前記溶接継手の傾きが許容範囲外であれば、次の溶
接継手に移行することを特徴としている。 【０００７】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態を
図１乃至図３に基づいて説明する。本発明の実施の形態
に係わる自動運転方法を実施する溶接ロボットは、図１
に示すように、ロボット本体１と、溶接電源２と、ロボ
ット制御装置１０とからなっている。 【０００８】ロボット本体１は、例えば、６軸の垂直多
関節型のもので、図示省略の各アーム（以下、「各アー
ム」と略する。）を揺動等させる図示省略の直流モータ
と位置検出器が設けられているとともに、図示省略の手
首部先端（以下、「手首部先端」と略する。）に溶接ト
ーチ３が設けられている。また、ロボット本体１は、後
述するロボット制御装置１０のロボット本体制御部４１
からの位置制御信号を受けて各アームが動作され、図示
省略の溶接トーチ３先端を教示プログラム実行データに
基づいて再生動作するようになっている。 【０００９】溶接電源２は、例えば、炭酸ガスシールド
消耗電極溶接方式のもので、図示省略の溶接電力供給部
と図示省略のセンシング電源部とからなっている。溶接
電源２は、後述するロボット制御装置１０の溶接電源制
御部４３からの溶接開始・終了指令や溶接電圧・電流の
溶接条件指令等を受け、この溶接条件指令の溶接電力を
溶接トーチ３と図示省略のワーク（以下、「ワーク」と
略する。）とに供給するようになっている。溶接トーチ
３から繰出されるワイヤ４は図示省略のワイヤ送給装置
から供給されるようになっている。また、ワークは、例
えば、図２（ａ）に示すルートギャップ下向突合せ溶接
継手５（以下、「ルートギャップ溶接継手」という）で
形成される建設機械部品や図示省略のレ型開先溶接継手
で形成される鉄骨仕口部材等が対象となっている。 【００１０】ロボット制御装置１０は、演算処理装置２
０と、記憶装置３０と、ロボット本体１や溶接電源２等
の制御装置４０と、入力装置５０とからなっている。 【００１１】演算処理装置２０は、ロボット動作演算部
２１と、ルートギャップ演算部２２と、溶接継手傾き演
算部２３と、溶接条件演算部２４とからなっている。 【００１２】ロボット動作演算部２１は、後述する記憶
装置３０の教示プログラム記憶部３１に記憶された教示
プログラム実行データを順次読み出し、各実行データの
遂行に関連する各装置に演算指令を出力するようになっ
ている。 【００１３】本実施の形態では、ロボット動作演算部２
１は、例えば、ワークのルートギャップ溶接継手５の溶
接開始・終了側でのギャップセンシング指令によりルー
トギャップ演算部２２に溶接開始・終了側でのギャップ
センシング位置情報から溶接開始・終了側の開先中央位
置情報Ｐs、Ｐe（図２（ａ）参照）を演算させると共
に、溶接継手傾き演算部２３でルートギャップ溶接継手
５の溶接長手方向Ｘの傾き（以下、「溶接継手の傾き」
という）を演算させるようになっている。また。ロボッ
ト動作演算部２１は、溶接継手傾き演算部２３に演算さ
れたルートギャップ溶接継手５の傾きが後述する制御装
置４０の許容溶接継手傾き設定部４４で設定されていた
許容傾き角度の許容値内か判定させるようになってい
る。そして、ロボット動作演算部２１は、溶接継手傾き
演算部２３の許容角度の内との判定結果により溶接条件
演算部２４にルートギャップ溶接継手５の開先断面積の
変動に応じた最適な溶接パス数と演算した各溶接パス毎
の最適な溶接条件を演算させて溶接実行するようになっ
ている。ロボット動作演算部２１は、溶接継手傾き演算
部２３の許容角度の外との判定結果により教示プログラ
ム記憶部３１に記憶された教示プログラム実行データか
ら次の溶接継手の有無を確認し、次の溶接継手が無い場
合、教示プログラムを終了処理するようになつている。
また、ロボット動作演算部２１は、溶接継手が有る場
合、次の溶接継手の教示プログラム実行データを順次読
み出し、各実行データを実行するようになっている。 【００１４】ルートギャップ演算部２２は、例えば、特
開平０５−３２９６４４号の記載技術のように、所定セ
ンシング動作をロボット動作演算部２１に指令してロボ
ット本体１にギャップセンシング動作を行わせると共
に、後述する制御装置４０のキャップセンシング検出制
御部４２からの検出信号に基づくロボット座標系での位
置情報から溶接開始・終了側のルートギャップ幅Ｗs、
Ｗeとルートギャップ中心位置Ｐs、Ｐeとを演算するよ
うになっている。 【００１５】即ち、ルートギャップ演算部２２は、図２
（ｂ）に示す溶接開始側のキャップセンシング動作によ
る左右溶接継手形成部材６、７の開先６ｂ、７ｂ表面の
検出位置Ｐ７、Ｐ８と、設定された左溶接継手６の板厚
ｔおよび開先６ｂ、７ｂ角度θ1、θ2とから左右開先６
ｂ、７ｂのルートフェイス部位置情報Ｐs1（ＸPs1，ＹP
S1，ＺPs1）、Ｐs2（ＸPs2，ＹPS2，ＺPs2）とを演算
し、両ルートフェイス部位置情報Ｐs1、Ｐs2のＹ軸位置
情報（ＹPS1，ＹPS2）からＹ方向（図２（ｂ）参照）と
なるルートギャップ幅Ｗｓを演算するようになってい
る。また、ルートギャップ演算部２２は、両ルートフェ
イス部位置情報Ｐs1、Ｐs2のＹ軸位置情報（ＹPS1，ＹP
S2）を等分（ＹPS1−ＹPS2／２）したルートギャップ中
心位置Ｐs（ＸPs，ＹPS，ＺPs）を演算するようになっ
ている。ルートギャップ演算部２２は、同様にして溶接
開始側のルートギャップ幅Ｗｓとルートギャップ中心位
置Ｐe（ＸPe，ＹPe，ＺPe）を演算するようになってい
る。 【００１６】溶接継手傾き演算部２３は、ルートギャッ
プ演算部２２で演算された両ルートギャップ中心位置情
報Ｐs、Ｐeから溶接長手方向Ｙ（図２（ａ）参照）の溶
接継手の傾き角度［Ｋ］を下記の(1)式によって演算す
るようになっている。 ［Ｋ］＝（ＺPe−ＺPs）／SQRT（（ＸPe−ＸPs）↑2＋（ＹPe−ＹPs）↑2＋ （ＺPe−ＺPs）↑2 …（１） また、溶接継手傾き演算部２３は、演算した溶接継手の
傾き角度［Ｋ］と後述する制御装置４０の許容溶接継手
傾き設定部４４で設定されていた許容傾き角度［Ｋｓ］
の許容値内か判定するようになっている。 【００１７】溶接条件演算部２４は、例えば、後述する
記憶装置３０の開先条件記憶部３２で設定された左溶接
継手構成部材６の板厚ｔおよび開先６ａ、７ａ角度θ
1、θ2と、溶接開始側のルートギャップ幅Ｗｓおよび／
または溶接終了側のルートギャップ幅Ｗeとから開先断
面積を演算し、自身で記憶している各種溶接継手毎で開
先角度、ルートギャップ幅範囲に合致する最適な溶接パ
スと各溶接パスの溶接条件からなる溶接条件アルゴリズ
ムから合致もしくは近いものを選択するようになってい
る。 【００１８】記憶装置３０は、教示プログラム記憶部３
１と、開先条件記憶部３２と、一次記憶部３３とからな
っている。 【００１９】教示プログラム記憶部３１は、オペレータ
により教示された各ワークの教示プログラム実行データ
を記憶し、オペレータによる教示プログラムＮｏの設定
入力によってロボット動作演算部２１に教示プログラム
実行データを読み出すようになっている。 【００２０】開先条件記憶部３２は、例えば、設定入力
されたルートギャップ溶接継手５の継手構成部材６
（７）の板厚ｔと、開先６ａ、７ａの開先角度θ1、θ2
とを記憶し、ロボット動作演算部２１の指令により各設
定値をルートギャップ演算部２２に出力されるようにな
っている。 【００２１】一次記憶部３３は、演算処理装置２０の各
演算部で演算する際に使用される各種データを一時的に
記憶するようになっている。 【００２２】制御装置４０は、ロボット本体制御部４１
と、ギャップセンシング検出制御部４２と、溶接電源制
御部４３と、許容溶接継手傾き設定部４４とからなって
いる。 【００２３】ロボット本体制御部４１は、入力装置５０
からの指令やロボット動作演算部２１からの教示プログ
ラム実行データによりロボット本体１の各アーム等を各
軸動作もしくは再生動作制御するようになっている。 【００２４】ギャップセンシング検出制御部４２は、例
えば、特開平０５−３２９６４４号の記載技術のよう
に、ロボット本体１、即ち、溶接トーチ３による所定セ
ンシング動作（図２（ｂ）参照）に伴って、溶接トーチ
３から突出したワイヤ先端部４ａによる左溶接継手形成
部材６の表面６ａおよび左右溶接継手形成部材６、７の
開先６ｂ、７ｂ表面の検出位置Ｐ７、Ｐ８との接触を検
出するようになっている。なお、ワイヤ先端部４ａの接
触は、溶接電源２の図示省略のセンシング電源部からた
ワークと溶接トーチ３とに印加されたセンシング電圧が
略零ボルトになることにより確認されるようになってい
る。 【００２５】溶接電源制御部４３は、教示プログラム実
行データにより溶接電源２に溶接開始・終了指令や溶接
電圧・電流の溶接条件指令等を受け、この溶接条件指令
の溶接電力を溶接トーチ３とワークとに供給するように
なっている。また、溶接電源制御部４３は、溶接条件演
算部２４で選択された最適な溶接パスの各溶接パスの溶
接条件を溶接電源２に出力するようになっている。 【００２６】許容溶接継手傾き設定部４４は、ロボット
動作演算部２１の指令により予め設定された許容傾き角
度［Ｋs］の±５度を溶接継手傾き演算部２３に出力す
るようになっている。この許容傾き角度［Ｋs］の設定
理由は、まず、溶接開始側Ｐsに対して溶接終了側Ｐeが
＋５度以上傾いて上り溶接になると、アーク後方に溶融
池が偏った状態で溶接進行するためにアークが後方に偏
向することによりアーク熱や溶融池の熱量等により溶け
込みが深くなるものの、溶接ビードが凸ビートとなって
両開先６ｂ、７ｂとに溶融池が馴染まず溶込み不足が発
生をしてしまう。反対に、−５度以上傾いた下り溶接に
なると、アーク前方に溶融池が偏った状態で溶接進行す
るためにアークが前方に偏向することによりアーク熱や
溶融池の熱量等により溶接ビードが偏平傾向な凹ビート
となって両開先６ｂ、７ｂとに馴染むものの、溶接長手
方向へアーク力も加え溶融池が先行することにより、溶
接ビードの溶込み不足が発生してしまう。 【００２７】入力装置５０は、例えば、教示ペンダント
であり、この入力装置５０によりオペレータがロボット
本体１の各アームを各軸動作入力するとともに、各ワー
クの教示動作を教示操作できるようになっている。この
入力装置５０からオペレータによる教示プログラムＮｏ
等が設定入力されるようになっている。 【００２８】次に、このような構成の溶接ロボットの自
動運転方法を説明する。 【００２９】まず、オペレータにより複数のルートギャ
ップ溶接継手５からなるワークが所定位置にセットさ
れ、そのワークの教示プログラムＮｏがオペレータによ
り入力装置５０から設定入力されると共に、起動操作さ
れる（Ｓ１）。 【００３０】すると、ロボット動作演算部２１により設
定された教示プログラムＮｏの教示プログラム実行デー
タを教示プログラム記憶部３１から順次読み出し、ロボ
ット本体制御部４１を介して教示プログラム実行データ
に基づく順序でロボット本体１を再生動作（実行）させ
る（Ｓ２）。 【００３１】教示プログラムの実行が進み、ルートギャ
ップ溶接継手５の溶接開始側でのギャップセンシング実
行データによりルートギャップ演算部２２からロボット
動作演算部２１を介してロボット本体１に所定センシン
グ動作を行わせ（Ｓ３）、ギャップセンシング検出制御
部４２からの検出信号に基づくロボット座標系での個々
の位置情報と、開先条件記憶部３２から入力されたルー
トギャップ溶接継手５の継手構成部材６（７）の板厚ｔ
と、開先６ａ、７ａの開先角度θ1、θ2とから溶接開始
側のルートギャップ幅Ｗsを演算すると共に（Ｓ４）、
演算したルートギャップ幅Ｗsからルートギャップ中心
位置Ｐsを演算し（Ｓ５）、両演算値を一次記憶部３３
に記憶する。 【００３２】続いて、ルートギャップ溶接継手５の溶接
終了側でのギャップセンシング実行データにより同様に
してロボット本体１に所定センシング動作を行わせ（Ｓ
６）、ギャップセンシング検出制御部４２からの検出信
号に基づくロボット座標系での個々の位置情報と、開先
条件記憶部３２から入力されたルートギャップ溶接継手
５の継手構成部材６（７）の板厚ｔと、開先６ａ、７ａ
の開先角度θ1、θ2とから溶接開始側のルートギャップ
幅Ｗeを演算すると共に（Ｓ７）、演算したルートギャ
ップ幅Ｗeからルートギャップ中心位置Ｐeを演算し（Ｓ
８）、両演算値を一次記憶部３３に記憶する。 【００３３】そして、一次記憶部３３から読み出した両
ルートギャップ中心位置Ｐs、Ｐeとで溶接継手傾き演算
部２３により溶接長手方向Ｙ（図２（ａ）参照）の溶接
継手の傾き角度［Ｋ］を演算し（Ｓ９）、この演算され
た溶接継手の傾き角度［Ｋ］と許容溶接継手傾き設定部
４４から入力した許容傾き角度［Ｋs］とでルートギャ
ップ溶接継手５の傾きが許容範囲内かどうか判定される
（Ｓ１０）。 【００３４】判定の結果、ルートギャップ溶接継手５の
傾きが許容範囲内の場合（Ｙｅｓ）、溶接条件演算部２
４によりルートギャップ溶接継手５の開先断面積を演算
すると共に、その演算したルートギャップ溶接継手５の
開先断面積から最適な溶接パスと各溶接パスの溶接条件
を選択し（Ｓ１１）、ロボット動作演算部２１からの指
令により溶接電源制御部４３を介して溶接電源２に最適
な溶接条件を出力すると共に、ロボット本体１によるル
ートギャップ溶接継手５への溶接トーチ３の再生動作に
伴い、溶接トーチ３とワークとに供給される溶接電力に
よりルートギャップ溶接継手５の溶接が実行される（１
２）。このことにより、ルートギャップ溶接継手５の開
先断面積の変動に応じて最適な溶接バス数が選択される
と共に、各溶接パスを最適な溶接条件で溶接されて欠陥
の無いルートギャップ溶接継手が形成できる。溶接終了
後、次の溶接継手の有無を確認するステップＳ１３に進
む。 【００３５】一方、ルートギャップ溶接継手５の傾きが
許容範囲外の場合（Ｎｏ）、ロボット動作演算部２１に
より教示プログラム実行データから次の溶接継手の有無
を確認し（Ｓ１３）、次の溶接継手が無い場合（Ｙｅ
ｓ）、この教示プログラム実行データを終了して溶接作
業が終了される。このことにより、溶接したルートギャ
ップ溶接継手５を良好な溶接継手に形成でき、次の溶接
補修工程での溶接済みルートギャップ溶接継手５の補修
溶接を必要とせず、最後のルートギャップ溶接継手５を
次の溶接補修工程でガウジング切削に続くグライダ等に
よる開先形成作業を必要とせず、正常な開先での補修溶
接が可能で補修溶接作業員の補修溶接作業を軽減でき
る。 【００３６】ただし、次の溶接継手が有る場合（Ｎ
ｏ）、継続してロボット動作演算部２１により次の溶接
継手に移行し（Ｓ１４）、次の溶接継手での教示プログ
ラム実行データがあれば、溶接開始側でのギャップセン
シングを実行する。このことにより、このワークの溶接
作業終了後で未溶接のルートギャップ溶接継手５を次の
溶接補修工程でガウジング切削に続くグライダ等による
開先形成作業を必要とせず、正常な開先での補修溶接が
可能で補修溶接作業員の補修溶接作業を軽減できる。 【００３７】上述の実施の形態での溶接ロボットの自動
運転方法では、ルートギャップ溶接継手５のルートギャ
ップセンシングをタッチセンサー機能のものを用いた
が、センシング位置での開先断面積と両ルートギャップ
幅Ｗｓ、Ｗｅの演算位置情報を得られる方法であれば、
タッチセンサー機能以外のものでも良い。さらに、セン
シング位置も溶接開始・終了側Ｐs、Ｐeに留まらず、ワ
ークの個体差や組立誤差によるルートフェイス部の変動
が同じ傾向である場合、例えば、溶接開始側Ｐsからル
ートフェイス部が溶接長手方向の略中心に向かって末広
がって、今度は溶接終了側Ｐeに向かって縮小していく
ときには、センシング位置を溶接開始・終了側Ｐs、Ｐe
に加え、溶接長手方向の略中心とすることも必要であ
る。 【００３８】また、上述の実施の形態での溶接ロボット
には、ロボット本体１の動作範囲内の溶接姿勢にワーク
を位置決めするポジショナやロボット本体１の動作範囲
を拡大するロボット本体１の移動装置・上下昇降装置を
備えても良い。 【００３９】そして、上述の実施の形態での入力装置５
０に変えて別途コンピュータ等の例えばパソコンを利用
したオフライン教示装置を用いた形態でも良い。 【００４０】 【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１発明
は、溶接長手方向に少なくとも２個所の溶接継手の開先
形状データを取込み、これらの溶接継手の開先形状デー
タから溶接長手方向の溶接継手の傾きを演算し、この演
算した溶接継手の傾きが許容範囲内であれば、前記開先
形状データから演算した適正な溶接条件で溶接を実行
し、前記溶接継手の傾きが許容範囲外であれば、次の溶
接継手に移行するので、開先形状データから演算した溶
接継手傾きが許容傾き外であれば、次の溶接継手に移行
することにより、溶接不良となる溶接継手の形成を未然
に防ぐことができると共に、溶接継手の傾きが許容範囲
外の溶接継手を溶接しないことから、次の溶接補修工程
でガウジング切削に続くグライダ等による開先形成作業
を必要とせず、正常な開先での補修溶接が可能で補修溶
接作業員の補修溶接作業を軽減できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る実施の形態での溶接ロボットの制
御ブロック図である。 【図２】同じく、実施の形態での溶接継手図で、（ａ）
は斜投影図、（ｂ）は溶接開始側位置でのギャップセン
シング動作説明図である。 【図３】同じく、実施の形態での溶接ロボットの自動運
転方法を説明するフローチャート図である。 【符号の説明】 １ ロボット本体 ５ 溶接継手（ルートギャップ溶接継手） ２１ ロボット動作演算部 ２２ ルートギャップ演算部 ２３ 溶接継手傾き演算部 ２４ 溶接条件演算部 Ｙ 溶接長手方向

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 溶接長手方向に少なくとも２個所の溶接
   継手の開先形状データを取込み、これらの溶接継手の開
   先形状データから溶接長手方向の溶接継手の傾きを演算
   し、この演算した溶接継手の傾きが許容範囲内であれ
   ば、前記開先形状データから演算した適正な溶接条件で
   溶接を実行し、前記溶接継手の傾きが許容範囲外であれ
   ば、次の溶接継手に移行することを特徴とする溶接ロボ
   ットの自動運転方法。