JPH0252170A - 自動溶接装置の溶接開始位置検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、予め定めた作業内容を再生動作する自動溶接
装置における消耗電極式溶接トーチにセンシング電圧を
印加し、この溶接トーチをセンサとして用いてワークを
検知しながら、溶接開始位置を検知する自動溶接装置の
溶接開始位置検知方法に関するものである。

［従来の技術］ 消耗電極式溶接トーチ（以下、溶接トーチという）をセ
ンサとして用い、その溶接トーチから突出した消耗電極
（以下、ワイヤという）をワークに当接させて自動的に
溶接線を検知する手段が従来より用いられている（特公
昭５６−５６３４号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この従来技術では、ワイヤ自体には余り
剛性が無く、ワイヤがワークに当接した時にたわんでし
まい、検知誤差が生じて適正な溶接開始位置を導き出せ
ない。

本発明は、このようなｌｌ！題を解決しようとするもの
で、従来の溶接トーチから突出したあまり剛性の無いワ
イヤを用いても高精度で適正な溶接開始位置を検知でき
るようにした自動溶接装置の溶接開始位置検知方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成すべく１本発明の自動溶接装置の溶接開
始位置検知方法は、■通電検出手段にて通電状態を検出
することにより溶接トーチのワークに対する相対位置を
判別しながら、前記溶接トーチを定まった順序で移動さ
せ前記ワークに対する溶接狙い位置へ導いた後、■前記
溶接トーチを前記溶接狙い位置から前記溶接トーチの指
向方向へ所定距離だけ引き上げ、■その引き上げ位置で
の前記消耗電極のん端の位置情報を溶接開始位置として
取り込むことを特徴としている。

［作　　　用］ 上述した本発明の自動溶接装置の溶接開始位置検知方法
では、溶接トーチが、溶接狙い位置へ導かれた後、その
指向方向へ所定距離だけ引き上げられるので、ワイヤの
先端とワークとの間が、アークスタートに際して良好な
所定間隔だけあけられる。そして、溶接トーチの引き上
げ位置でのワイヤの先端の位置情報が、溶接開始位置と
して取り込まれるため、ワイヤの曲がり（たわみ）によ
る検知誤差が発生しない。

［発明の実施例］ 以下、図面により本発明の自動溶接装置の溶接開始位置
検知方法の実施例について説明するに先立ち、まず、第
３図により、本発明の方法に適用される自動溶接装置の
１種であるアーク溶接ロボットの構成を説明する。

第３図に示すように、多関節型のアーク溶接ロボット１
の手首部１ａには、溶接トーチ２が取り付けられその位
置と姿勢が制御されるようになっている。この制御は、
ロボット制御盤３もしくはこのロボット制御盤３に付属
するティーチングボックス４にて行なわれる。また、溶
接１−一千２には、ワイヤが供給され、溶接を実行する
溶接条件に従い溶接トーチ２から送給される。

そして、溶接トーチ２をセンサとして用いるべく、溶接
トーチ２とワーク７との間に溶接電圧とセンシング電圧
とを選択的に印加する溶接電源６には、センシング用電
源（図示せず）がそなえられている。ワイヤとワーク７
との接触による通電状態は、ロボット制御盤３内の通電
検出手段（図示せず）によって検知される。なお、ワー
ク７は、ポジショナ８により溶接ロボット１に対して姿
勢制御される。

なお、アーク溶接ロボット１によるワーク７への溶接作
業は、予めその溶接作業内容を教示（ティーチング）し
ておき、ロボット制御盤３の記憶装置に記憶されたプロ
グラムに従って再生動作される。その教示は、ティーチ
ングボックス４を用い手動操作によって溶接トーチ２と
ワーク７とを相対的に位置制御し、例えば次のような手
順（ａ）〜（ｅ）に沿って行なわれる。

（ａ）退避位置〔第２図（ａ）、（ｂ）および第５図の
位置Ｐ０参照〕まで溶接トーチ２を移動させてその位置
を記憶させる。

（ｂ）溶接トーチ２より所定長さ突出したワイヤ先端を
、ワーク７における溶接線の溶接狙い位置〔第２図（ａ
）、（ｂ）および第５図の位置ＰＣ参照〕まで移動させ
、この位置を記憶させる。

（Ｃ）この位置ＰＣにおいて、センシング開始指令と、
ワーク７の開先形状に応したセンシング動作の種類（例
えば、水平隅肉継手の場合は第１図に示すフローチャー
トに従うプログラム、Ｖ形開先継手の場合は第４図に示
すフローチャートに従うプログラム等として予め教示・
記憶されている）と、溶接条件とを設定する。

（ｄ）続いて、必要であれば溶接線の溶接中間位置を記
憶させ、最後に溶接終了位置を記憶させてクレータ処理
条件を設定する。

（ｅ）その後に、溶接終了後の溶接トーチ２の退避位置
を記憶させ、他の溶接線がワーク７にあれば、同じ教示
を行なっていく。

さて、次に第１〜３図により本発明の第１実施例として
の溶接開始位置検知方法について説明する。この第１実
施例では１本発明の方法を、第２図（ａ）、（ｂ）に示
すような水平隅肉継手の溶接に適用する。

第２図（ａ）、（ｂ）に示す継手は、互いに直交する部
材７ａ、７ｂからなり、Ｐｃは教示した溶接開始位置（
溶接狙い位置）を示す。破線で示した水平隅肉継手が教
示の時の位置で、第２図（ａ）は、次のワークの水平隅
肉継手が実線で示すように−Ｙ力方向つ＋Ｚ力方向ずれ
た場合の、溶接トーチ２の移動状態の例を説明するため
の図であり、第２図（ｂ）は１次のワークの水平隅肉継
手が実線で示すように＋Ｙ力方向つ一２方向にずれた場
合の、溶接トーチ２の移動状態の例を説明するための図
である。

（１）まず始めに、ティーチングデータに基づき溶接ト
ーチ２が、教示した退避位［Ｐ、に位置決めされ（ステ
ップＳＬ）、次いで、溶接開始位置ｐｃよりも約１０ｍ
ｍだけ４５°斜め上方（指向方向）の位置Ｐｃ′　を演
算して位置決めされる（ステップＳ２）。

（２）その位［Ｐｃ’　に位置決めされると、教示され
たセンシング開始指令によりセンシング電圧が溶接トー
チ２に印加され、教示値［ｔ２Ｐｃの方向（４５°斜め
下方）へ移動する（ステップＳ３）。

（３）この下降の間に通電検出手段からの通電検出出力
の有無を判定する（ステップＳ４）。通電検出出力が有
るまで、ステップＳ３による移動を続行する。このよう
にして、その出力が得られた時点で、部材７ｂもしくは
７ａ上の位置Ｐ０が検知される。

（４）位置Ｐ１の検知後、溶接トーチ２を、＋Ｚ力方向
所定距離（数ｌｌ１１程）だけ移動させて位置Ｐ２へ配
置しくステップＳ５）、この位置点Ｐ２において１通電
検出手段からの通電検出出力の有無を判定する（ステッ
プＳ６）％通電検出出力が無いと判定された場合には１
部材７ｂをまず検知したと認識して、ステップＳ７に進
む一方、出力有りと判定された場合には、部材７ａを検
知したと認識して、ステップＳＩＯに進む。

（５）ステップＳ６にて通電検出出力が無い、即ち部材
７ｂをまず検知したとの認識から、続いて溶接トーチ２
を−Ｙ力方向ま部材７ａを探しに水平移動させて（ステ
ップＳ７）、部材７ａを検知する（ステップＳ８）、そ
して、溶接トーチ２を１位置Ｐ３から−Ｚ方向へ距ｍΣ
コζＣ数ｍｍ程）だけ移動させる（ステップＳ９）、に
れにより、溶接トーチ２は、教示した溶接開始位［Ｐｃ
に対応する現在のワーク７に対する溶接狙い位置Ｐ、に
到達する。

（６）一方、ステップＳ６にて通電検出出力が有る、即
ち、部材７ａをまず検知したとの認識から。

溶接トーチ２を、＋Ｙ力方向まり部材７ａから離れる方
向へ所定距離（数ｌ程）だけ水平移動させて位置Ｐ、に
配置する（ステップ５１０）。その後、溶接トーチ２を
−Ｚ力方向まり部材７ｂを探しに垂直移動させて（ステ
ップ５１１）、部材７ｂを検知する（ステップ５１２）
、そして。

溶接トーチ２を１位ｒｌ　Ｐ　７から−Ｙ力方向乳腫「
フξ（数ａｎ程）だけ移動させる（ステップ５１３）、
これにより、溶接トーチ２は、教示した溶接開始位１！
　Ｐ　ｃに対応する現在のワーク７に対する溶接狙い位
置Ｐ４に到達する。

（７）このようにして、溶接トーチ２が、定まった順序
で移動しながら溶接狙い位置Ｐ、へ導かれた後、この溶
接トーチ２を、その指向方向つまり４５°斜め上方へ向
けて２ｍｍだけ引き上げる（ステップ５１４）、そして
、この引き上げ位置でのワイヤ先端の位置Ｐ、を、溶接
開始位置として取り込んで記憶しくステップＳ　１５）
、この位置Ｐ、のデータとティーチングデータＰ。どの
差Δを演算して記憶する（ステップ８１６）。

（８）以上の操作により溶接トーチ２を、適正な溶接開
始位置（詳細については後述する）である位置Ｐ４に移
動させた後は、演算・記憶された差Δに基づき、以降の
ティーチングデータを修正して（ステップ５１７）、水
平隅肉継手の溶接線に沿った溶接を行なう。

なお、上記説明では、ワーク７のずれ方向を判別するた
めに、ステップＳ５において溶接トーチ２を＋Ｚ力方向
移動させたが、溶接トーチ２を＋Ｙ力方向移動させるこ
とによっても判別は可能である。

以上のように１本発明の第１実施例では、ステップＳ１
４．Ｓ１５において、溶接狙い位置Ｐ４へ導かれた溶接
トーチ２を、その指向方向へ２ｍｓだけ引き上げ、その
位置を溶接開始位置とするので、ワイヤの先端とワーク
７との間が、アークスタートに際して良好な所定間隔だ
けあけられる。

記憶再生動作する溶接ロボット１は、溶接トーチ２より
所定長さ突出したワイヤ先端を位置制御ポイントとし、
溶接中のワイヤ突出長さを一定にして、設定された溶接
条件で溶接させることにしているが、溶接電源６による
ワイヤ突出長さ一定化制御により、溶接終了後には２ｍ
ｍ程短＜１３ｍｍだけ突出した状態となる。このため、
前述のように。

溶接狙い位置Ｐ、到達後、溶接トーチ２を２ｍｌ１１だ
け引き上げた位置Ｐ、は、実質的にセンシング後の適正
溶接開始位置となるのである。

また、溶接トーチ２の引き上げ位置Ｐ、でのワイヤの先
端の位置情報を、ステップＳ１５にて溶接開始位置とし
て取り込むため、ワイヤの曲がり（たわみ）による検知
誤差も発生しない。

次に、第１図のステップＳ３．Ｓ８およびＳ１２で実行
されるセンシング動作（ワーク７の検知動作）を、上述
のようなアーク溶接ロボット１を用いて行なう場合、従
来のセンシング動作の際の移動速度は、常時６０】／分
程度であった。

ただし、アーク溶接ロボット１が溶接する１つのワーク
には数多くの溶接線があり、この溶接線毎のセンシング
所要時間が１つのワークの溶接作業を完了する所要時間
に占める割合はかなり大きく、センシング所要時間の短
縮は溶接作業所要時間の短縮につながる。そこで、セン
シング所要時間を短縮できる方法にて別の溶接継手に本
発明の方法を適用した実施例の説明をする。

第４図により本発明の第２実施例としての溶接開始位置
検知方法について説明する。この第２実施例では、本発
明の方法を、第５図に示すような下向きＶ形開先継手の
溶接に適用する。

第５図において、ｐｃは教示した溶接開始位置を示し、
破線で示したＶ形開先継手が教示の時の位置であり、こ
の第５図は、次のワークのＶ形開先継手が実線で示すよ
うに−Ｙ方向にずれた場合の、溶接トーチ２の移動状態
の例を説明するための図である。

（１）まず始めに、ティーチングデータに基づき溶接ト
ーチ２を教示した退避位置Ｐ０へ位置決めしくステップ
Ｂｌ）、続いて溶接開始位置ｐｃより約１０ｍｍ上方の
位［Ｐｃ’　を演算して溶接トーチ２を位置決めする（
ステップＢ２）。

（２）位置Ｐｃ′　に位置決めされると、教示されたセ
ンシング開始指令によりセンシング電圧が溶接トーチ２
に印加され、教示位置ｐｃに向かって高速で下降する（
ステップＢ３）。

（３）この下降の間に通電検出手段からの通電検出出力
の有無を判定する（ステップＢ４）０通電検出出力が有
れば、２ｒＲ１１程溶接トーチ２を引き上げてから（ス
テップＢ５）、予め入力した＋Ｙ力方向移動する（ステ
ップＢ６）。そして、部材７ａ上の点Ｐ１□を検知しく
ステップＢ７）、その時の溶接トーチ２の位Ｋ　Ｐ　１
□を記憶する（ステップＢ８）。

（４）次いで、溶接トーチ２を−Ｙ力方向高速で水平移
動させて（ステップＢ９）、部材７ｂを検知する（ステ
ップＢ１０）。溶接トーチ２が位置Ｐ１□に到達したと
判断して、この位Ｗ　ｐ　１ｚと記憶した位Ｂ　ｐ　ｘ
□とに基づき距離ＩＰ□ｉＰ１□１／２を演算し、その
演算値だけ＋Ｙ力方向移動して、溶接トーチ２を、Ｖ形
開先の溶接線上方の位置Ｐｉ、に配置させる（ステップ
Ｂ１１）。

（５）この後１位置Ｐ□、から一２方向（垂直下方）へ
向けて溶接トーチ２を移動させる（ステップＢ１２）。

そして、ｖ形開先の中心位置である点ａを検知する（ス
テップＢ１３）。これにより５溶接トーチ２は、教示し
た溶接開始位置ｐｃに対応する現在のワーク７に対する
溶接狙い位置ａに到達する。

（６）このようにして、溶接トーチ２が、定まった順序
で移動しながら溶接狙い位置ａへ導かれた後、この溶接
トーチ２を、その指向方向つまり＋Ｚ力方向向けて２＋
ａ＋ｍだけ引き上げ（ステップＢ１４）、この引き上げ
位置でのワイヤ先端の位［ｐ　ｉ４を、溶接開始位置と
して取り込んで記憶する（ステップＢ１５）。そして、
この位置ＰＬ４のデータとティーチングデータｐｃとの
差Δを演算して記憶する（ステップ８１６）。

（７）以上の操作により溶接トーチ２を、ワーク７の設
置位置に対して相対的に適正な位置Ｐ工、に移動させた
後は、演算・記憶された差Δに基づき、ティーチングデ
ータを修正して（ステップＢ１７）、Ｖ形開先の溶接線
に沿った溶接を行なう。

なお、上記実施例では、次のワークの■形開先継手が−
Ｙ力方向ずれた場合について説明しているが、ワークが
＋Ｙ力方向ずれている場合も同様にして溶接点の検出が
行なわれる。

また、上記説明において、ワークのずれによる一方の部
材７ａ、７ｂを判別するために予め溶接トーチ２の移動
方向を入力しておく方式を採ったが、溶接トーチ２を±
Ｙ力方向微小移動させることによっても判別は可能であ
り、一方の部材の判別を確実にできる方法を用いればよ
い。

以上のように、本発明の第２実施例でも、第１実施例と
ほぼ同様に、ステップＢ１４において、溶接狙い位置Ｐ
、へ導かれた溶接トーチ２を、その指向方向へ２ｍｍだ
け引き上げるので、ワイヤの先端とワーク７との間が、
アークスタートに際して良好な所定間隔だけあけられる
。

なお、上記実施例では、水平隅肉継手およびＶ形開先継
手の溶接開始位置検知方法について説明したが、本発明
の方法は、これに限定されるものではなく、他の種々の
継手形状の溶接に際しても上述と同様に適用される。

また、本発明の実施例で述べたセンシング動作の溶接ト
ーチ２の設定移動速度は、使用するコンピュータの演算
能力から決定されるもので、今後、コンピュータの演算
能力がさらに向上すれば、その移動速度もより速くする
ことができる。

さらに、部材表面検知後に溶接トーチ２が移動する所定
距離は部材表面状態形状によって変える必要がある。例
えば、自動車関連の車体もしくは部品等の薄板では１部
材表面の通電状態が良いので、移動する距離を２ＩＩ１
ｍ位としても問題が無い。

ただし、建設機械部品等の厚板（厚さ４．！ｏ＋＋ｍ以
上）では、部材表面にペイントが塗布されており、且つ
、溶接継手形成に切断加工した箇所に錆が発生しやすく
、ワイヤが曲がった状態で検知され、検知後に２ｍｍ程
度移動してもまだワイヤ先端が部材表面に接していて、
その移動中に再検知し誤検知となってしまう。従って、
センシング時間を加味し厚板の場合は、上記所定距離を
４ｍｍ程度とすることが望ましい。

また１本発明の第１，２実施例のステップＳ４゜Ｂ４に
おいて、教示点ｐｃまで溶接トーチ２を移動させてもま
だ通電検出出力が無ければ、溶接トーチの移動に代えて
、ワイヤを送給して通電検出手段の出力にてワイヤ送給
モータの作動を止め、その後に、各実施ｆγ１ｊのステ
ップと同様の動作を実行するようにしてもよい、ただし
、この場合、溶接を開始してアーク発生後に溶接電流等
を検出しつつワイヤ突出長さ一定化倣い制御を最低室な
いながら溶接を実行することを必要とする。

さらに、上記実施例では、溶接終了時に、ワイヤの突出
長さは、溶接電源６による長さ一定化制御によって溶接
中よりも２ｍｏ＋たけ短い１３ｍｍとなっているが、溶
接終了位置に必ずギャップが発生して制御が働かないと
きや、−走化制御の無い溶接電源を用いるときには、特
公昭５９−３０５１０号公報に記載の溶接終了後にニッ
パ−を用い一定の長さ（１３ｍｍ）に切ることや、特公
昭６２−１０７５１号公報に記載の基準部材にワイヤ先
端を当接させて同じ効果を得ることを行なってもよい。

また、上記実施例では、検出した溶接狙い位置からの溶
接トーチ２の引き上げ量（所定距離）を２ａ＋＋＋＋と
じている。これは、溶接電流によるワイヤ突出長さ一定
化制御によっても変わるし、溶接開始時のこの間隙によ
るタイムロスを考慮すれば２ＩｆｉＩ１１程度が妥当で
あるからであるが１本発明はこれに限定されるものでは
ない。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の自動溶接装置の溶接開始
位置検知方法によれば、溶接狙い位置へ導かれた溶接ト
ーチをその指向方向へ所定距離だけ引き上げ、その引き
上げ位置での消耗電極の先端の位置情報を溶接開始位置
として取り込むので、消耗電極の先端とワークとの間が
、アークスタートに際して良好な所定間隔だけあけられ
るとともに、消耗電極の曲がり（たわみ）による検知誤
差も発生しなくなり、従来の溶接トーチから突出したあ
まり剛性の無い消耗電極を用いても高精度で適正な溶接
開始位置を検知できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の第１実施例としての自動溶接装置
における水平隅肉継手の溶接開始位置検知方法を示すも
ので、第１図はその手順を説明するためのフローチャー
ト、第２図（ａ）、（ｂ）はいずれも第１図の手順に沿
う溶接トーチの移動状態の例を説明するための図であり
、第３図は本発明の方法の適用を受けるアーク溶接ロボ
ットを示す斜視図、第４，５図は本発明の第２実施例と
じてにおけるＶ形開先継手の自動溶接装置の溶接点検出
方法を示すもので、第４図はその手順を説明するための
フローチャート、第５図は第４図の手順に沿う溶接トー
チの移動状態の例を説明するための図である。 図において、１・−アーク溶接ロボット（自動溶接装置
）、ｌａ−手首部、２−溶接トーチ、３・・・・ロボッ
ト制御盤、４−ティーチングボックス、６−・溶接電源
、７−ワーク、７ａ、７ｂ・・−溶接継手を形成する部
材、８−ポジショナ。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極式溶接トーチに溶接電圧とセンシング電圧とを
   選択的に印加し、センシング電圧の印加時に前記溶接ト
   ーチから突出した消耗電極とワークとの通電状態を検出
   する通電検出手段を有し、予め教示された作業内容を再
   生動作する自動溶接装置の溶接開始位置検知方法であっ
   て、前記通電検出手段にて通電状態を検出することによ
   り前記溶接トーチの前記ワークに対する相対位置を判別
   しながら、前記溶接トーチを定まった順序で移動させて
   前記ワークに対する溶接狙い位置へ導いた後、前記溶接
   トーチを前記溶接狙い位置から前記溶接トーチの指向方
   向へ所定距離だけ引き上げ、その引き上げ位置での前記
   消耗電極の先端の位置情報を溶接開始位置として取り込
   むことを特徴とする自動溶接装置の溶接開始位置検知方
   法。