JPH0252592B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は開先きのある突合せ溶接、あるいは隅
肉溶接を行う際に、溶接トーチをウイービングさ
せ、とくに溶接トーチに流れるアーク電流もしく
は電圧、すなわちアークに対応する電気量を検出
し、その溶接トーチの位置を制御する溶接線倣い
制御方法および装置に関する。

〔発明の背景〕

溶接トーチをウイービングさせ、当該溶接トー
チに流れるアーク電流を検出し、当該溶接トーチ
の位置を所定の溶接線から外れないように倣い制
御することはすでに知られている。

これの具体的な１つの方法は、アーク電流の検
出値を予め定めた一定量の基準値と比較し、その
結果に基づいて溶接トーチの位置を制御するもの
である。たとえば、ウイービングパターンの中心
におけるアーク電流の検出値を、これに対応する
一定量の基準値と比較し、その結果に基づいて溶
接トーチの位置を制御するものである。

別の具体的な方法は、ウイービングパターンの
両端における検出値を互いに一方の基準量として
相互に比較し、この結果に基づいて制御するもの
である。これは例えば、開先に沿つた溶接線の右
側あるいは左側のいずれか一方の側に溶接トーチ
の進路が外れれば、ウイービングパターンにおけ
る右側あるいは左側のアーク電流が他端のそれよ
りも大きくなるという現象を利用したものであ
る。

このような、溶接トーチの物理的な運行は産業
用ロボツトによつて行なわれる。すなわち、これ
は産業用ロボツトの手首先端に溶接トーチを取り
付けることによつて実現される。この手首先端に
取り付けた溶接トーチの運行に必要な情報は、テ
イーチング等の方法により前記ロボツトの制御装
置内に備えた記憶装置にプログラムとして記憶さ
れる。そして、この制御装置は前記プログラムの
再生モードにおいて、記憶装置に記憶したプログ
ラムを順次読み出し、読み出したプログラム情報
に基づいてロボツトを作動し、溶接トーチを予定
の運行経路に沿つて移動させる。同時に、制御装
置はアークに対応する電気量を検出し、この電気
量の検出に基づいて当該溶接トーチの溶接線に対
する位置ずれを修正制御する。

溶接トーチの溶接線に対する位置ずれの修正に
際し、そのずれ量、すなわち修正しなければなら
ない修正量は、アークに対応する電気量を検出す
ることにより比較的容易に算出することができ
る。これは上記した通りである。しかしながら、
この修正量に基づいて溶接トーチを物理的に修正
移動させるためには、この修正量に加え、その修
正方向が必要となる。すなわち、溶接トーチをど
の方向に前記修正量に応じた量だけ移動させるか
が必要となる。その修正方向を決定するため、従
来は溶接トーチの実際の位置を認識し、これによ
りその修正方向を決定していた。衆知のように、
産業用ロボツトは多数の軸を有し、これら多数の
軸の合理的な組み合せにより、手首に取り付けた
溶接トーチを所望の経路に沿つて運行する。従つ
て、溶接トーチの現在の位置を認識するに当つて
は、各軸の位置情報を取り込み、この情報から計
算処理が行なわれる。これらの計算処理は実質的
に制御装置内に設けた演算処理部、例えばマイク
ロプロセツサ等が主に行なうが、この計算は複雑
であり、多大な処理時間を要する。

制御装置内の記憶装置に記憶されたプログラム
に基づいて、溶接トーチを運行するのには、かな
りの量の計算処理を要し、演算処理部の処理時間
の大部分はこれに費やされているのが現状であ
る。すなわち、手首に取り付けた溶接トーチを円
滑に運行するために、制御装置は極めて短かい時
間間隔で、溶接トーチが次に進まなければならな
い位置情報を順次出力しなければならない。した
がつて、この短かい時間内にプログラムに基づい
た運行のための計算を実行し、しかもこれに加え
て溶接トーチの位置づれ修正を実行するための当
該溶接トーチの現在の位置および修正方向を算出
処理することはかなりの困難が伴う。特に、軸数
の多い関節形ロボツトにおいては、溶接トーチの
現在の位置の算出にかなりの演算時間が必要とな
り、実質的に不可能であることから、前記した倣
い制御は実施されていないのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みて成されたものであ
り、その目的とするところは、溶接線に対する溶
接トーチの修正方向を一義的に決定でき、修正に
要する時間をより短時間にすることのできる溶接
線倣い制御方法および装置を得ることにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明において
は、溶接線に沿つて溶接トーチを相対的に移動す
るための溶接主経路ベクトルと、前記溶接線に対
し前記溶接トーチに相対的に振り動作を与える振
りベクトルとを合成することにより前記溶接線に
対し前記溶接トーチに相対的にウイビング動作を
与える。そして、前記溶接トーチのアークに対応
する電気量を検出し、当該検出量と所定の基準量
との偏差に応じて修正量を算出する。当該修正量
の方向決定は、前記振りベクトルを基にして定め
る。そして、前記溶接線に対する前記溶接トーチ
の相対的な運行は、前記溶接主経路ベクトルと前
記振りベクトルと前記修正ベクトルとを合成した
ベクトルに基づいて実行する。すなわち、本発明
は修正量を振りベクトルに基づいてその方向を一
義的に決定することに特徴を有する。

本発明の好ましい実施態様によれば、修正ベク
トルは振りベクトルと直交する方向である。

装置の構成に当つては、溶接線に対し溶接トー
チを相対的に所望の経路に沿つて移動する移動機
構を備える。好ましい実施態様によれば、これは
産業用ロボツトである。そして、前記溶接線に沿
つて前記溶接トーチを相対的に移動するための溶
接主経路ベクトル情報と、前記溶接線に対し前記
溶接トーチに相対的に振り動作を与える振りベク
トル情報とを記憶する記憶手段を備える。更に、
前記溶接トーチのアークに対応する電気量を検出
する検出手段と、当記検出量と所定の基準量との
偏差に応じて修正量を算出する修正量算出手段と
を備える。そして、当該修正量を前記振りベクト
ル情報を基にして定めた方向によりベクトル化す
る修正ベクトル作成手段を設ける。修正ベクトル
の作成に当つて参照される振りベクトルは前記記
憶手段に記憶される振りベクトル情報であつても
よいが、これが溶接主経路ベクトル情報により時
間と共に変化する場合には、この変化したもので
あることが望ましい。装置の構成に当つては更
に、前記溶接主経路ベクトル情報と前記振りベク
トル情報と前記修正ベクトル情報とを合成し、当
該合成ベクトル情報に基づいて前記溶接トーチを
前記溶接線に沿つて相対的に移動するように前記
移動機構を移動制御する制御手段を備える。

好ましい実施態様において、修正量算出手段、
修正ベクトル情報作成手段、および制御手段はデ
ジタルコンピユータ等の演算処理装置、更に好ま
しくはマイクロコンピユータ等のソフトウエアで
実現される。したがつて、これらマイクロコンピ
ユータの記憶装置にはこのようなソフトウエアを
実現するためのプログラムが記憶される。もつと
も、このようなマイクロコンピユータの出力をそ
のまま前記移動機構に入力するのは困難であるこ
とから、制御手段は適当なインターフエース部を
有することは勿論である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を用いて説明す
る。実施例では、自動溶接装置として、制御部に
マイクロコンピユータを備えたマニピユレータで
ある多関節型ロボツト（以下、単にロボツトと略
記する。）を用いた場合について示してある。

第１図は本実施例の全体の構成を示している。
全体を１で示すロボツトは、旋回軸２、上腕軸
３、前腕軸４、曲げ軸５、ひねり軸６の５軸より
成つており、各々は適当なサーボモータによつて
駆動される。７はロボツト１の制御パネルであ
り、図示しない多数のキースイツチを備え、電源
のオン、オフ、後述するロボツト１のモードの切
り替えなどを設定できるようになつている。８は
テイーチングボツクスであり、ロボツト１の動作
を教示する多数のキースイツチを備えている。９
は溶接機であり、後述するように、ロボツト１の
制御装置１５からの指令により、溶接電流、電圧
を供給する。また、図示しないが内部に電流検出
装置を備え、検出した電流の値をロボツト１の制
御装置１５へ送る。１０はワイヤ供給装置であ
り、溶接機９からの指令により、ローラにまいた
ワイヤを供給する。１１はワイヤ送給装置であ
り、ワイヤ供給装置１０からのワイヤを、トーチ
先端に送り出す。１２は溶接トーチである。この
他に図示しないが、シールドガス供給装置も備え
ている。１３は溶接すべき対象物（以下、ワーク
という。）である。１４はワーク１３を固定する
ための台であり、電気的に接地されている。１５
は全体を制御する制御装置であり、内部構成およ
び外部装置との関係を第２図に示す。

以下、第２図について説明する。２，３，…，
９は外部装置であり、第１図の同符号部分と対応
している。２０，２１，２２，２４，２５，…，
３１は第１図に示す制御装置１５の内部装置であ
る。２３は表示装置であり、ロボツト１の種々の
状態を、操作者のために表示する。２０は中央処
理装置（以下、単にCPUという。）であり、制御
パネル７からの、例えばモード切替、起動等の指
令により、記憶装置２４内のデータに基づいて全
体を制御する。２９はサーボアンプ部であり、
CPU２０の指令によつて、サーボモータ２，３，
４，５，６の各サーボモータを駆動し対応する軸
を回動する。３０は溶接機９の内部にある電流検
出部であり、溶接電流をそれに対応した微弱な電
圧信号に変換する。２１はローパスフイルターで
あり、電流検出部３０の出力である電圧信号から
ノイズ成分を除去する。２２はアナログ・デイジ
タル変換器であり、ローパスフイルタ２１からの
電圧信号を、CPU２０が解読可能なデイジタル
信号に変換する。また、この変換のタイミング
は、制御線３２によつて、CPU２０より指示さ
れる。なお、第２図中、３２で示すような一本線
は制御線を示し、３３のような２本線はデータの
流れるデータ線を示すものとする。３１は溶接機
インターフエースであり、CPU２０の指令、お
よび、CPU２０から送られるデータを、溶接機
９の指令信号に変換する。２４は記憶装置であ
り、これは内部がいくつかのエリアに分けられて
おり、それぞれの記憶部２５，２６，２７，２８
は次のようなものを記憶している。記憶部２５は
制御記憶部であり、CPU２０の起動プログラム、
ロボツト１の単位動作プログラム、各モードの基
本処理プログラムを格納している。これは例え
ば、制御パネル７により教示モードを選択される
と、CPU２０は当該記憶部２５の基本処理プロ
グラムにより、テイーチングボツクス８で指定さ
れたロボツト１の所定の軸を単位動作プログラム
を用いて作動する。また、その時、教示指令が信
号線３４によつてテイーチングボツクス８より送
られて来ると、CPU２０は制御記憶部２５の基
本処理プログラムに従つて、その時の、ロボツト
１の位置情報、およびテイーチングボツクス８で
設定された動作条件を、教示記憶部２６に格納す
る。制御記憶部２５はROMで構成する。一方、
記憶部２６は不揮発性のRAMで構成する。

次に、制御パネル７により作業モードが指定さ
れ、制御パネル７の図示しない起動スイツチが押
されると、CPU２０は制御記憶部２５の基本処
理プログラムによつて、作業モードの手順に従
い、教示記憶部２６の教示内容と、制御記憶部２
５内部のロボツト単位動作プログラムを用いて、
教示された動作を再現する。２８は本発明の主要
部を成す倣い制御のアルゴリズムを格納した倣い
アルゴリズム記憶部である。作業モードにおい
て、溶接状態で、しかも倣いの指定が、教示デー
タで指定されている場合に、この記憶部２８のプ
ログラムがCPU２０によつて実行される。２７
は記憶部２８のプログラムが実行される際のデー
タを記憶している倣いデータ記憶部である。

次に、本実施例において採用したウイービング
の一例について説明する。自動溶接において、ウ
イービングをかける場合、大別して、２つの方式
がある。その第１は専用のウイービング駆動部を
設け、その駆動部によつてウイービングをかける
方式である。その第２は本実施例のように、３な
いし６の自由度を有する装置を用いて、各軸の協
調動作によりウイービングをかける方式である。
第３図、第４図に第２の方式によるウイービング
パターンの一例を示す。第１の方式に比べ、第２
の方式のものは、一般的に多くのウイービングパ
ターンを実行することができ、より熟練溶接工の
溶接技法に近い溶接を行なうことが可能である。
本実施例では、５自由度のロボツト１と、ロボツ
ト単位動作プログラム内のウイービングサブルー
チンによつて、複雑なパターンのウイービングを
行なつている。

第３図、第４図は本実施例におけるウイービン
グの様子を示したものである。第４図において、
溶接トーチ１２は位置Ａ，Ｂ，Ｃの３つの位置の
間をＡ→Ｂ→Ａ→Ｃ→Ａという反復動作を行う。
この動きに、溶接主経路方向の動きを合成したも
のが第３図である。これを実現するため、教示モ
ードにおいては一例として次の各点等が教示され
る。まず、溶接主経路Ｍの始点Ｓと終点Ｅであ
る。これは、主経路Ｍを知るために教示する。
SR，SLは始点Ｓにおける反復の方向を示す補助
的な点であり、反復の方向及び大きさを示すベク
トルW₁，W₂を認識するために教示する。更に
は、主経路Ｍ上での溶接トーチの速度ｖ、および
振方向の速度v₁，v₂が教示される。これらの情報
を基に第３図に示すウイービングが達成される。
第３図において、ウイービング波形の一周期は６
つのフエイズに分けられ、その各々は次のような
ものである。

第１フエイズ；W₁方向に速度v₁で進む。この
場合、同様に溶接主経路方向ｖにも進むため、そ
の軌跡は第３図のP₁〜P₂のようになる。W₁方向
の位置Ｗが位置W₁になると、次のフエイズに進
む。このフエイズは（Ｗ＝W₁／｜W₁｜×∫v₁dt）
と表わすことができる。

第２フエイズ：振り方向速度をｏとし、一定時
間だけｖ方向に進む。このフエイズは（Ｗ＝W₁）
と表わすことができる。

第３フエイズ：−W₁方向に速度v₁で進む。位
置Ｗ＝ｏで次のフエイズに移る。このフエイズは
（Ｗ−W₁−^W1／｜W₁｜×∫v₁dt）と表わすことが
できる。

第４フエイズ、第５フエイズ、第６フエイズ
は、各々、第１、第２、第３フエイズに対応した
動きを、W₂方向、速度v₂で同様に実現される。

次に、作業モードにおける処理手順を第５図に
示すフローチヤートを参照して説明する。本実施
例では一定周期（サンプルタイミング）ごとに、
サーボ系へ位置データを出力することにより、連
続経路制御を実現している。図には示さないが、
ロボツトは常に自分の現在位置を内部データとし
て持つている。まず、起動命令が入ると、プログ
ラムはステツプ１から実行される。そして、ステ
ツプ２において、ロボツトが教示点にいるか否か
の判別が行なわれる。教示点にいた場合は、次に
進むべき教示点のデータをステツプ３において教
示記憶部２６から読み出す。ステツプ４におい
て、次の教示点データが記憶されていないと判断
された場合、起動終了と判断し、上位のプログラ
ムにコントロールを移す。当該ステツプ４におい
て、終了点でないと判断した場合は、次の処理ス
テツプに進む。ステツプ２で教示点でないと判断
された場合、及びステツプ４で終了点でないと判
断された場合は、ステツプ５において進行方向の
ベクトルevを算出する。これは、現教示点T_Cと
前教示点T_Bとから、 ev＝（T_C−T_B）／｜T_C−T_B｜ によつて算出される。続くステツプ６では、指定
されている速度vtを用いて、 ｖ＝vt×ev という処理を行なう。次に、ステツプ７において
ウイービングの指示が有か否かを判断し、ウイー
ビング有の場合は、ステツプ８，９の処理を行
い、それ以外の場合は、ステツプ12の処理に移
る。ウイービング有の場合は、ステツプ８におい
てウイービングベクトルの算出を行う。これは、
前述のウイービングの各フエイズに従つて処理さ
れる。ここで算出されるベクトルは、フエーズ１
については、 △Ｗ＝（W₁／｜W₁｜）×△v₁ （△v₁は、サンプリングタイムを、単位とした
ウイービング速度である。） フエーズ２については、 Ｗ＝ｏ フエーズ３については、 △Ｗ＝−（W₁／｜W₁｜）×△v₁ フエーズ４については、 △Ｗ＝（W₂／｜W₂｜）×△v₂ （△v₂はサンプリングタイムを単位としたウイ
ービング速度である。） フエーズ５については、 △＝ｏ フエーズ６については、 △Ｗ＝−（W₂／｜W₂｜）×△v₂ である。ステツプ９においては、 Ｗ＝Ｗ＋△Ｗ という計算をしている。ここで、Ｗはフエイズの
移行の判断に使用する。ステツプ10では倣いの指
定があるか否かを判別し、倣いの指定があれば、
後述のステツプ11の処理を実行する。

次の補間点の算出は、ステツプ12により次の式
に基づいて成される。

P_N＝P_C＋ｖ＋Ｗ＋Ｄ×oK ただし、この式において、 P_C：ロボツト現在位置ベクトル ｖ ：進行方向速度ベクトル（複数の教示点と
速度教示データにより算出される。） Ｗ ：ウイービング位置ベクトル Ｄ ：倣いベクトル（後述） P_N：次の補間点 oK：出力フラグ 尚、出力フラグoKは、後述（第１１図の第６
処理におけるステツプ66）の倣い処理の中でセツ
トされ、補間点算出後クリア（OK←ｏ）され
る。ステツプ13では、算出された補間点P_Nを、
ロボツト各軸の回転角に変換する。その後、ステ
ツプ14によつて出力のタイミングを合せ、ステツ
プ15で実際にサーボモータに値を出力する。ステ
ツプ15の処理が終了すると、再びステツプ２に戻
り、以上の各処理ステツプをくり返す。

第６図は第５図でステツプ11として示した倣い
処理の判断部を示すフローチヤートである。Ph
は前記のウイービングフエイズを示しており、ス
テツプ11a，11b，11c，…，11fによつてフエイズ
を判断し、その結果に応じて各フエイズごとに
別々の処理ルーチン11g，11h，11i，11lへ移るよ
うにする。次に、ステツプ11g，11h，11i，…，
11lの各処理について説明する。第７図は第６図
のステツプ11gの処理を詳細に示したフローチヤ
ートであり、以下この図について説明する。W₁，
W₂は前記のウイービング動作を実現するための
第１、第２振りベクトルである。ステツプ71にお
いてはベクトルW₁とW₂の条件を判別している。
すなわち、ベクトルW₁とW₂のなす角が０度、も
しくは180度等、平行になる場合は、これをエラ
ーとしてステツプ75，76のエラー処理系に移りロ
ボツトを停止する。ステツプ72のP₁とはW₁方向
に対応した修正ベクトルであり、ステツプ73の
P₂はベクトルW₂方向に対応したそれである。ス
テツプ72，73のP₁，P₂は次のような方式で求め
る。

条件（×は外積、・は内積を示す。） ｜P₁｜＝１，｜P₂｜＝１ …(1) P₁⊥W₁，P₂⊥W₂ …(2) P₁・（W₁×W₂）＝０ …(3) P₂・（W₁×W₂）＝０ …(4) P₁・W₂≧０ …(5) P₂・W₂≧０ …(6) 各式の意味は次のとおりである。すなわち、式
(1)のP₁，P₂は単位ベクトルである。式(2)は第１
２図に示すように、P₁とW₁，P₂とW₂は直角であ
ることを示す。式(3)、式(4)は第１３図のベクトル
W₁，W₂の作る平面U₀内に、ベクトルP₁，P₂が
共に存在することを示している。式(5)、式(6)はベ
クトルP₁，P₂がベクトルW₁とW₂のなす角の小さ
い方へ向いていることを示す。式(1)〜(6)を用い
て、P₁，P₂について解くと、 P₁＝k₁・（W₂−Ｓ／｜W₁｜²×W₁） …(7) P₂＝k₂・（W₁−Ｓ／｜W₂｜²×W₁） …(8) となる。ここで、Ｓ，k₁，k₂は Ｓ＝｜W₁｜²・｜W₂｜²−（W₁・W₂）² …(9) k₁＝（｜W₁｜²／Ｓ）^1/2 …(10) k₂＝（｜W₂｜²／Ｓ）^1/2 …(11) となる。続くステツプ74で、ウイービングのフエ
ーズ１における溶接電流の基準値R₁を、設定さ
れている溶接電流値より算出する。以上が第１処
理11gである。

次に第２処理11hを説明する。第８図に処理の
フローチヤートを示す。ステツプ81のF₁の判断
は、ステツプ85と対応して同一ウイービング周期
内でこれ以降の処理が複数回行なわれるのをふせ
いでいる。ステツプ82においては、実際の溶接電
流I₁を検出する。ステツプ83では、次の式により
修正量D₁を求める。

D₁＝Ｇ×（I₁−R₁） …(12) （ここで、Ｇは変換定数である。） ステツプ４では、第１処理で求めたベクトル
P₁を用いて、 D₁＝D₁×P₁ …(13) とし、修正量をベクトル化する。第３処理では第
９図に示すように何もしない。第４処理では、第
１０図に示すように第１処理のR₁の設定と同じ
ことを、ステツプ101によりR₂について行う。第
５処理では、第１１図に示すように第２処理とほ
ぼ同じことを、第２方向について行う。ただし、
第１１図のステツプ116に示すように、第６処理
をうながすフラグOUTを設定している。第６処
理においては、第１２図に示すように、フラグ
OUTによつて、ステツプ121と125により、同一
ウイービング周期内で複数回同一の処理が行われ
るのをふせいでいる。ステツプ122においては、
第２処理と第５処理によつて求められたベクトル
D₁とD₂を用いて、 Ｄ＝D₁＋D₂ …(14) の演算を実行し、全修正量を算出する。そして、
ステツプ126によつて出力終了フラグOKをセツ
トし、第５図に示すメイン処理部の補間計算部に
ベクトルＤのたし込みを指示する。ステツプ123，
124は、次のウイービング周期における第２、第
５処理をうながす。

次に前記第４図でワーク１３と溶接トーチが相
対的に位置ずれを起こしたときの修正について説
明する。

１９図は、第４図で横方向に位置ずれした状態
を示している。図中P1→，P2→は修正ベクトルであ
る。このP1→、P2→は実施例に説明されるように振
りベクトルによつて求められる。点p₂付近では、
アーク長が第４図の状態より長くなり、検出され
る溶接電流値１１が基準値R₁より小さくなる。

D1＝Ｇ×（I1−R1）＜Ｏ D1→＝P1→×D1 一方、P5付近ではI2とR2はほぼ等しい。

D2＝Ｇ×（I2−R2）≒Ｏ D2→＝P2→×D2≒Ｏ 従つて、合成した修正量Ｄ→は D→＝D1→＋D2→≒D1→ となり、図中D→の方向へ修正が行われる。

第２０図は、第４図でワーク１３と溶接トーチ
が相対的に縦方向に位置ずれした場合の状態を示
している。この時、点p₂付近ではI₁とR₁はほぼ等
しい。

D1＝Ｇ×（I1−R1）≒Ｏ D1→＝P1→×D1≒Ｏ 一方、P5付近では第４図の場合よりアーク長
は長くなつているため、I2はR₂より小さくなる。

D2＝Ｇ×（I2−R2）＜Ｏ D2→＝P2→×D2 従つて、合成した修正量D→は D→＝D1→＋D2→≒D2→ となり、第２０図中D→の方向へ修正が行われる。

以上のようにしてどの方向にワークがずれて
も、溶接位置を正しく保持するような修正が行わ
れる。

次に第２１図で実際に検出された電流値により
経路が修正される様子を説明する。

第２１図でａはウイービングパターンと経路修
正の様子を示している。W₁とW₂は振りベクトル
を示す。同図ｂは装置内部で計算される修正量の
様子を表している。P1→とP2→は振りベクトルを基
にして求められた修正方向を表している。同図ｃ
は溶接電流を示している。Ｒは基準値である。こ
こで、説明を簡単にするために Ｒ＝R1＝R2としている。

ただし、第２１図では原理の本質を説明するた
めに、時間遅れ要素は無視して描いている。

時間の流れに従い処理は以下のように行う。

まず、ウイービングによりトーチ先端が左端
（W1方向）に達する。その時の検出電流値I1は、
基準値R1（＝Ｒ）と比較され、電流偏差が算出さ
れる。電流偏差値はゲインＧによつて基本修正量
D1に変換される。

D1＝Ｇ×（I1−R1） D1は対応した修正方向ベクトルP1→によつてベ
クトル化される。

D1→＝P1→×D1 次にトーチ先端がウイービングパターンに従つ
て右端（W2方向）に達する。ここでも左端と同
様に電流偏差量が算出された後ゲインＧによつて
基本修正量D₂に変換される。

D2＝Ｇ×（I2−R2） D2は対応した修正方向ベクトルP2→によつてベク
トル化される。

D2→＝P2→＋D2 次にトーチ先端はウイービング周期の終了点に
達する。ここでベクトル化された基本修正量D1→
とD2→によつて、合成修正量D→がロボツトへ出力
される。

D→＝D1→＋D2→ これにより、ウイービングパターンは位置ずれ量
だけ修正される。

この後さらにウイービングを繰り返し、同様の
処理によつて経路を修正して行く。

以上の説明は、ウイービング経路がワーク表面
から一定高さに保持している場合であるが、本発
明はこれに限ることなく、例えばR1≠R2とする
と第１９図のような状態で安定し、修正ベクトル
D→がＯとなる。このような場合はワークの左面と
下面で異なるアーク長で溶接を行うことになる。

また、ワークの面とW1，W2等の振りベクトル
が平行である必要もない。ただし、この時は溶接
電流を検出するタイミングを毎回一定にする必要
がある。

なお、本発明は修正方向ベクトルP1→、P2→等を
振りベクトルより求めているため、振りベクトル
が１個しか存在しないようなウイービング（単振
動のウイービング）では不得意である。即ち、１
個のベクトルだけでは修正方向ベクトルをその振
りベクトルに垂直に定めようとしても、次のよう
な方向は無数に存在して、一意的に決められない
ためである。

次に、第１４図、第１５図を用いて、倣いの原
理を説明する。定電圧特性の溶接電源を用いた場
合、エクスランシヨンは流れる溶接電流とある一
定の関係をもつている。一般に、これはある範囲
において、次の近似式で示される。

Ｉ＝−ａ・Ｌ＋ｂ …(15) （ただし、ａ＞０，ｂ＞０である。） 今、第１４図のように、溶接トーチ１２が正確
に開先をねらつているとする。そうすると、距離
l₁に対応した電流値R₁、距離l₂に対応した電流値
R₂に対し、Ｂ側とＣ側の電流値を比較すること
になる。

そのため、 D¹＝Ｇ・（I₁−R₁） ＝Ｇ・｛（−ａ・l₁＋ｂ）−（−a.l₁＋ｂ）｝＝０
…(16) 同様にして、 D₂＝０ ……(17) となり、 Ｄ＝P₁・D₁＋P₂・D₂＝０ …(18) となつて、修正動作は実行しない。次に、第１５
図に示すようにワーク１３が左に△ｘだけずれた
とすると、l′₁′＞，l′，₂l′＜l₂となるため、 D₁＝Ｇ・（I′₁−R₁） ＝Ｇ・｛（−ａ・l′₁＋ｂ）−（−ａ・l₁＋ｂ）｝＝
−Ｇ・ａ・（l′₁−l₁） …(19) 同様にして、 D₂＝Ｇ・ａ・（l′₂−l₂） …(20) となる。

従つて、 D₁＝−Ｇ・ａ（l′₁−l₁） …(21) D₂＝Ｇ・ａ（l′₂−l₂） …(22) Ｄ＝D₁＋D₂ …(23) となる。そして、D₁，D₂，Ｄは第１５図に示す
関係となる。したがつて、 △ｘ＝｜Ｄ｜ …(24) となるように定数Ｇを決定すれば、正しい倣い制
御ができることになる。例えば、第１５図で、α
＝90゜、θ＝45゜のときは、 △ｘ＝（l′₁−l₁）＝−（l′₂−l₂） …(25) となる。

又、 となり、 △ｘ＝Ｄとおくと、 となる。

又、一般には、θ，αによつて式（24）〜
（28）を解くことにより、定数Ｇが得られる。

以上のようにして、一般のずれに対して、倣い
制御が可能となる。

第１６図は実際に倣いを行なつている様子であ
る。

この図において、１３ａは薄板であり、１３ｂ
は厚板である。従来、このような薄板１３ａと厚
板１３ｂとの溶接による接合は、高度な技術を必
要とし、単振動的なウイービングでは溶接はむず
かしく、さらに倣いを行うことはそれ以上に困難
であつた。しかしながら、本実施例においては、
図に示すようなウイービングを用い、倣いが可能
であることから、良好な溶接が可能となる。

第１７図は開先が切り欠いてあり、しかも板厚
が異つている。この場合も、倣いとは独立にＳ〜
SRとＳ〜SLの各振幅を選択できる。これにより
良好な溶接が可能となる。

第１８図は上進溶接の例である。この場合、従
来の単振動によるウイービングでは、接合部分に
必ず溶け込み不良が発生してしまい、また倣い自
体もこのような一般的な方向の溶接に対しては非
常に困難であつた。しかし、本実施例において
は、図のようなウイービングパターンにより、接
合部の溶け込み不良をなくし、しかも本方式では
ベクトルP₁，P₂が一般的なベクトルであるため、
このような方向の倣いも良好に行うことができ
る。

さらに、円弧補間を用いた円形部位の溶接にお
いても、ウイービング振幅方向さえ正しく方向を
変化させていけば、修正ベクトルP₁，P₂は各ウ
イービング周期ごとに計算していくため、容易に
対応が可能である。

本実施例では２平面にわたるウイービングを用
いたが、一般に複数のｎ平面にわたるウイービン
グにおいても各平面に対応して修正単位ベクトル
P₁，P₂，P₃，…，Pnを求め、さらに各平面にお
けるエクステンシヨン対応基準値R₁，R₂，…，
Rnにより、同様の方式で Ｄ＝_o 〓ⁱ⁼¹ Ｇ・（Ii−Ri）Pi によつて修正ベクトルを求めることができ、倣い
が可能となる。

また、以上の実施例においては、修正ベクトル
D₁，D₂を、これの方向決定の基準となつた振り
ベクトルW₁，W₂と直角方向と定めたがこれは平
行であつてもよい。また修正ベクトルD₁，D₂は
当該ベクトルの修正量の検出側でない振りベクト
ルに基づいてその方向を定めるようにしてもよ
い。これは例えば、修正ベクトルD₁の方向決定
は振りベクトルW₂に基づいて、これと直角又は
平行、修正ベクトルD₂の方向決定は振りベクト
ルW₁に基づいて、これと直角又は平行というこ
とである。また、以上の説明においては、修正ベ
クトルD₁，D₂を振りベクトルW₁，W₂と直角、
又は平行として説明したが、この角度は任意であ
り、特に限定はない。実施例においては、振りベ
クトルW₁とW₂の成す角が０度、又は180度の場
合、これをエラーとして処理したが、これは説明
の便宜上であり、例えば前記したように修正ベク
トルD₁，D₂の方向決定に当り他の振りベクトル
と平行行にすれば、このような条件の場合におい
ても倣い制御が実現可能であることは明らかであ
る。更に、修正ベクトルD₁，D₂の振りベクトル
W₁，W₂に基づいて方向を決定する場合、条件に
よつては修正ベクトルD₁，D₂の方向反転、ある
いは多少の幾何学的処理を施す必要のある場合が
あるが、これは当業者であれば容易に可能であ
り、このようなものにおける説明は省略する。要
するに、本発明においては、修正ベクトルの方向
を振りベクトルに基づいて決定することが重要で
あり、振りベクトルとの角度、あるいは多少の演
算処理の追加、減少等は何ら本発明を限定するも
のではない。

更に、以上の実施例においては、溶接線を有す
るワークを固定とし、これに対し溶接トーチを移
動する場合について説明したが、これは相対的な
ものであり、溶接トーチを固定とし、ワークを移
動するようにしてもよいことは明らかである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は溶接
トーチを溶接線に対し相対的にウイービング作動
するための振りベクトルに着目し、これを基に修
正量の方向を決定するようにしているため、修正
方向が一義的に決定でき、溶接トーチの実際の位
置情報を不要としていることから、倣い制御のた
めの修正が短時間で実行できる。したがつて、よ
り軸数の多い産業用ロボツトにも倣い制御の適用
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示したものであり、第
１図は自動溶接装置の全体を示す概略図、第２図
は全体の制御系を示すブロツク図、第３図はウイ
ービング動作を説明するための斜視図、第４図は
第３図の右側面図、第５図は全体の処理動作を示
すフローチヤート、第６図は倣い処理動作を示す
フローチヤート、第７図、第８図、第９図、第１
０図、第１１図、第１２図は第６図の第１、第
２、第３、第４、第５、第６処理動作を示すフロ
ーチヤート、第１３図、第１４図、第１５図、第
１６図、第１７図、第１８図は本発明を説明する
ための説明図、第１９図は第４図でワークと溶接
トーチが相対的に横方向に位置ずれした状態説明
図、第２０図は、第４図でワークと溶接トーチが
相対的に縦方向に位置ずれした状態説明図、第２
１図は検出電流値により経路が修正される様子の
説明図である。 Ｍ：溶接主経路、W₁，W₂：振りベクトル、
D₁，D₂：修正ベクトル、１：移動機構、１２：
溶接トーチ、２６：記憶手段、３０：検出手段、
８３，１１３：修正量算出手段、８４，１１４：
修正ベクトル情報作成手段、２０：制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接線に沿つて溶接トーチを相対的に移動す
   るための溶接主経路ベクトルと、前記溶接線に対
   し前記溶接トーチに相対的に振り動作を与えるた
   めの互いに所定の角度をなす複数の振りベクトル
   と、前記溶接トーチのアークに対応する電気量と
   所定の基準量との偏差に応じて算出した修正量を
   前記複数の各振りベクトルを基にして定めた方向
   によりベクトル化して作られた修正ベクトルとを
   合成し、当該合成ベクトルに基づいて前記溶接ト
   ーチの動きを前記溶接線に沿つて倣い制御する溶
   接線倣い制御方法。 ２ 前記振りベクトルはその方向が溶接主経路ベ
   クトルの各側方を向く一対の振りベクトルから成
   り、前記修正ベクトルは当該一対の振りベクトル
   の各々と直角な一対の修正ベクトルとから成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶接
   線倣い制御方法。 ３ 前記振りベクトルはその方向が溶接主経路ベ
   クトルの各側方を向く一対の振りベクトルから成
   り、前記修正ベクトルは当該一対の振りベクトル
   の各々と平行な一対の修正ベクトルとから成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶接
   線倣い制御方法。 ４ 所望の経路に対し溶接トーチを相対的に移動
   する移動機構と、溶接線に沿つて前記溶接トーチ
   を相対的に移動するための予め定めた溶接主経路
   ベクトル情報と前記溶接トーチに振り動作を与え
   るための予め定めた互いに所定の角度をなす複数
   の振りベクトル情報とを記憶する記憶手段と、前
   記溶接トーチのアークに対する電気量を検出する
   検出手段と、当該検出量と所定の基準量との偏差
   に応じて修正量を算出する修正量算出手段と、当
   該修正量を前記複数の各振りベクトル情報を基に
   して定めた方向によりベクトル化した修正ベクト
   ル情報を作成する修正ベクトル情報作成手段と、
   前記溶接主経路ベクトル情報と前記振りベクトル
   情報と前記修正ベクトル情報とを合成し、当該ベ
   クトル情報に基づいて前記溶接トーチが前記溶接
   線に沿つて移動するように前記移動手段を制御す
   る制御手段とを具備して成る溶接線倣い装置。 ５ 前記振りベクトル情報はその方向が溶接主経
   路ベクトル情報の各側方を向く一対の振りベクト
   ル情報から成り、修正ベクトル情報は当該一対の
   振りベクトル情報の各々と直角な一対の修正ベク
   トル情報とから成ることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の溶接線倣い装置。 ６ 前記振りベクトル情報はその方向が溶接主経
   路ベクトル情報の各側方を向く一対の振りベクト
   ル情報から成り、前記修正ベクトル情報は当該一
   対の振りベクトル情報の各々と平行な一対の修正
   ベクトルとから成ることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の溶接線倣い装置。