JPH04228268A - 溶接ロボットのティーチング方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速回転アーク溶接法
を利用し、アークセンサによる開先倣い制御機能を有す
る溶接ロボットのティーチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速回転アーク溶接法を利用した溶接ロ
ボットでは溶接線の自動追従のためにアークセンサによ
る開先倣い制御方法を採用している。この開先倣い制御
方法は特開昭６２−２４８５７１号公報等で公知であり
、図９を参照して説明すると、アーク電圧波形とアーク
回転位置（Ｃｆ　，Ｒ，ＣＲ，Ｌ）を検出し、溶接進行
方向前方のＣｆ　点を中心に、左右同一の位相角φ（５
°≦φ≦９０°）の範囲で、アーク電圧波形の面積を積
分し（ＳＬ　，ＳＲ　）、その差（ＳＬ　−ＳＲ　）が
零になるように開先幅方向（Ｘ軸）のトーチ位置ずれを
修正するものである。また、トーチ高さ方向（Ｙ軸）に
ついては、アークの１回転ごとに溶接電流波形の面積が
一定になるように制御している。つまり、アーク長一定
制御である。

【０００３】したがって、上記のアークセンサによる開
先倣い制御方式では上記Ｃｆ　点の位置及び方向が制御
の基本となっている。しかし、それが一旦与えられると
その後は溶接トーチの位置ずれを自動修正し、倣い動作
を行う。

【０００４】通常のアーク溶接ではワークが固定されて
おり、溶接トーチのみが移動するので、図１０に示すよ
うに溶接開始点Ａと溶接終了点Ｂとから溶接進行方向Ｃ
を求め、この溶接進行方向Ｃとトーチ方向Ｙに直交する
方向Ｘを倣い方向として倣い動作をする。したがって、
Ｃｆ　点の方向はロボットによる溶接トーチ４の進行方
向と一致するので、Ｃｆ　点の方向をロボットコントロ
ーラで管理することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、次の３つの場
合はＣｆ　点の方向が不明となるため、アークセンサに
よる開先倣い制御方式とするためにはＣｆ　点の方向を
何らかの方法でロボットコントローラに教示させる必要
がある。

【０００６】（１）溶接トーチは固定で、ワークが移動
する場合、このときワークの移動速度が一定であれば相
対的な溶接方向は一定となる。例えばパイプの円周溶接
の場合である。

【０００７】（２）溶接トーチ、ワークともに移動する
場合で、相対的な溶接方向は一定の場合である。例えば
パイプの螺旋溶接がこれに該当する。

【０００８】（３）溶接トーチ、ワークともに移動する
場合で、相対的な溶接方向が変動する場合である。例え
ば角パイプや形鋼の突合せ溶接、台車上に支持されたコ
ルゲートパネルの重ね溶接等である。

【０００９】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、上記３つの場合においても溶接ロボット
に高速回転アーク溶接法を適用可能にしたものであり、
アークセンサによる開先倣い制御を行うにあたり、アー
クセンサの基準位置Ｃｆ　点の方向を決めるためのティ
ーチング方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る溶接ロボットのティーチング方法は、
高速回転アーク溶接法を利用し、アークセンサによる開
先倣い制御機能を有する溶接ロボットのティーチング方
法において、溶接開始点において、アークセンサの基準
となるアーク回転位置の前方点Ｃｆ　の方向を、溶接線
の接線方向とし、かつワークの移動方向と反対方向に教
示するものである。

【００１１】また、特に溶接トーチ及びワークがいずれ
も移動する場合には、Ｃｆ　点の方向を、溶接トーチの
単位時間あたりの移動ベクトルｖＴと、ワークの単位時
間あたりの移動ベクトルｖＷ　との差ｖｃｆ＝ｖＴ　−
ｖＷ　から演算で求め、該ｖｃｆの方向をＣｆ　点の方
向とする。もちろん、この場合のＣｆ　点の方向は溶接
線の接線方向となる。

【００１２】

【作用】Ｃｆ　点の方向を溶接開始点において溶接線の
接線方向でワークの移動方向と反対方向に与えることで
、溶接ロボットの溶接トーチが固定で、ワークのみが移
動する場合においても、アークセンサによる開先倣い制
御が可能になる。Ｃｆ　点の方向は溶接開始点でのみ与
えればよく、その後はアークセンサの自動追従性の機能
により倣い動作を行う。したがって、溶接終了点の教示
は必要とせず、溶接長を指令するのみで足りる。

【００１３】溶接開始時に、溶接トーチもワークも移動
するような場合には溶接線の接線方向が一定でない場合
もあるので、この場合はワークの移動情報（方向、速度
）を得て、相対的な進行方向を演算して求める。

【００１４】本発明のティーチング方法はオンライン、
オフラインのいずれでも可能である。

【００１５】

【実施例】図１〜図３は溶接トーチ固定、ワーク移動の
場合に対応するものである。図１，図２は円筒部材の円
周溶接を示すもので、円筒部材１ａと円形フランジ１ｂ
からなるワーク１の隅肉溶接を行う場合である。溶接線
２は円形である。ワーク１は回転ポジショナ３の上に支
持され、等速度で回転させながら所定位置に固定された
溶接トーチ４により溶接する。溶接トーチ４はロボット
５の手首先端に回転装置６を介して取り付けられ、モー
タ７により高速度で回転する。８は溶接ワイヤである。

【００１６】回転アークを得る方式としては、偏心チッ
プ方式（特公昭６３−３９３４６号）と偏心回転機構方
式（特開昭６２−１０４６８４号）とがある。偏心チッ
プ方式は溶接トーチ４の先端に溶接ワイヤ８への給電を
する偏心チップを設け、溶接ワイヤ８の先端がトーチ軸
心より偏心するように送給する方式である。また偏心回
転機構方式は溶接トーチ４を偏心回転ギヤ機構により円
錐運動をするように回転させる方式である。

【００１７】また、溶接トーチ４は前述のアークセンサ
による開先倣い制御方式とするため、開先幅方向（Ｘ軸
）及びトーチ高さ方向（Ｙ軸）に移動可能に構成されて
おり、ロボットアーム９の動きでＸ軸、Ｙ軸の移動制御
をすることができるが、回転装置６にこれらの移動機構
を設けてもよい。

【００１８】ロボット５の構成例は図４に示されている
。このロボット５は多関節溶接ロボットの例であるが、
ロボット本体はこれに限るものではない。

【００１９】図１に示す溶接の場合、溶接トーチ４は固
定で、ワーク１のみが回転するので、アークセンサによ
る開先倣い制御に必要なＣｆ　点（図９参照）の方向が
決まらない。その理由は、溶接開始点と溶接終了点が同
一位置なので溶接進行方向を求めることができないから
である。そこで、図２に示すように、溶接開始点Ａにお
いて溶接線２に接する接線２１を求め、ワーク１の回転
方向Ｄと反対方向の接線２１上に任意の位置の補助点Ｅ
を求め、この補助点ＥをティーチングすることによりＣ
ｆ　点の方向とする。補助点Ｅはオンラインでのティー
チング時、ロボット５の主プログラム（溶接電流値、電
圧値、溶接速度、トーチ回転速度、溶接開始点の位置座
標、溶接長等がプログラムされている）とは別に補助点
のみの副プログラムを作成している。

【００２０】以上により相対的なトーチ進行方向つまり
Ｃｆ　点の方向をロボットコントローラ（図示せず）に
ティーチングできるので、アークセンサによる開先倣い
制御を従来通り行うことができる。

【００２１】図３はＴ字形ワーク１の隅肉溶接の場合で
ある。このワーク１はコンベア１１で搬送されるように
なっており、下板１ｃと立板１ｄとで形成される溶接線
２がコンベア１１の搬送方向Ｆと平行な直線の場合であ
る。このときも溶接トーチ４が固定であると、上と同様
にＣｆ　点の方向が決まらないので、同様の方法でＣｆ
　点の方向をティーチングする。この場合、上記の接線
は溶接線２と一致する。

【００２２】次に、図５，図６は溶接トーチ、ワークと
もに移動する場合で、相対的な溶接方向が一定の場合に
対応するものである。図５はワーク１の螺旋溶接の場合
を示すものであり、円筒部材１ａと螺旋羽根１ｅの隅肉
溶接を行う場合である。

【００２３】ワーク１は上から見て時計方向に回転し、
溶接トーチ４は下から上へ移動する。そこで、溶接開始
点Ａにおいて、溶接トーチ４の単位時間あたりの移動ベ
クトルｖＴ　と、ワーク１の単位時間あたりの移動ベク
トルｖＷ　とを求め（ただし、溶接トーチ４の移動ベク
トルｖＴ　はロボットコントローラで管理されているの
で、ワーク１の移動情報のみを得ればよい）、これらの
移動ベクトルの差ｖｃｆ＝ｖＴ　−ｖＷ　を演算するこ
とにより、そのｖｃｆの方向をＣｆ　点の方向としてテ
ィーチングする。 もちろん、ｖｃｆの方向（Ｃｆ　点の方向）は溶接線２
の接線方向となる。したがって、図１で説明した補助点
作成方法でも同様にティーチングできる。

【００２４】図６は図３の立板１ｄが下板１ｃに対し斜
めに置かれ、溶接線２がコンベア１１の搬送方向Ｆと一
定の角度をなす斜めの直線となっているものである。こ
の場合も溶接トーチ４は搬送方向Ｆと直交方向に移動し
なければならないので、図５と同様の方法でＣｆ　点の
方向をティーチングする。

【００２５】次に、図７，図８は溶接トーチ、ワークと
もに移動する場合で、しかも相対的な溶接方向が変動す
る場合に対応するものである。図７は角パイプ部材１ｆ
と角フランジ１ｇとの隅肉溶接を、図８はコルゲート板
１ｈと下板１ｊとの隅肉溶接を、それぞれ示している。

【００２６】図７のワーク１の場合、溶接線２の直線部
とコーナ部とでは周速度が異なり、これに伴い溶接トー
チ４の移動速度も異なる。通常は直線部の溶接のときは
ワーク１の回転を停止し、溶接トーチ４のみ移動させ、
コーナ部の溶接のときはワーク１，溶接トーチ４ともに
移動させる。しかし、溶接速度は直線部、コーナ部共ほ
ぼ一定となるように溶接トーチ４を移動させる。図８の
ワーク１の場合も同様である。

【００２７】このようなワーク１に対しては、図５で説
明したように、溶接開始点Ａにおいて、溶接トーチ４の
単位時間あたりの移動ベクトルｖＴ　と、ワーク１の単
位時間あたりの移動ベクトルｖＷ　との差ｖｃｆ＝ｖＴ
　−ｖＷ　を演算し、そのｖｃｆの方向をＣｆ　点の方
向としてティーチングする。

【００２８】なお、移動ベクトルｖＷ　の情報をリアル
タイムにロボットコントローラに送る方法と、オフライ
ンプログラムで移動ベクトルｖＷ　，ｖＴ　，ｖｃｆを
演算する方法があるが、いずれでも差し支えない。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、前記３つ
の場合において溶接ロボットで高速回転アーク溶接を行
うにあたり、アークセンサの基準となるＣｆ点の方向が
定まるので、アークセンサによる開先倣い制御が可能に
なる。

【００３０】さらに溶接開始点でのみ教示すればよいた
め、教示作業がきわめて簡単になる。このため溶接線が
曲線などどのような形状であっても、また通常の溶接の
ようにワークが固定で、溶接トーチが移動する場合であ
っても、本発明のティーチング方法を適用できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法をワーク移動、溶接トーチ固定の場
合に適用した実施例を示す説明図で、円筒状ワークの円
周溶接を示す斜視図である。

【図２】図１の円筒状ワークの溶接線におけるＣｆ　点
の方向を求めるための説明図である。

【図３】同じくワーク移動、溶接トーチ固定の場合の説
明図で、Ｔ字状ワークの隅肉溶接を示す斜視図である。

【図４】本発明で使用するロボットの一例を示す構成図
である。

【図５】本発明方法をワーク及び溶接トーチ共移動（相
対的な溶接方向が一定）の場合に適用した実施例を示す
説明図で、円筒状ワークの螺旋溶接を示す斜視図である
。

【図６】同じくワーク及び溶接トーチ共移動（相対的な
溶接方向が一定）の場合の説明図である。

【図７】本発明方法をワーク及び溶接トーチ共移動（相
対的な溶接方向が変動）の場合に適用した実施例を示す
説明図で、角形ワークの隅肉溶接を示す斜視図である。

【図８】同じくワーク及び溶接トーチ共移動（相対的な
溶接方向が変動）の場合の説明図で、コルゲート板の隅
肉溶接を示す斜視図ある。

【図９】従来のアークセンサによる開先倣い制御方法を
示す説明図である。

【図１０】従来の溶接におけるＣｆ　点の方向を求める
ための説明図である。

【符号の説明】

１　　　　ワーク ２　　　　溶接線 ４　　　　溶接トーチ ５　　　　ロボット ６　　　　回転装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高速回転アーク溶接法を利用し、アー
   クセンサによる開先倣い制御機能を有する溶接ロボット
   のティーチング方法において、溶接開始点において、前
   記アークセンサの基準となるアーク回転位置の前方点Ｃ
   ｆ　の方向を、溶接線の接線方向とし、かつワークの移
   動方向と反対方向に教示することを特徴とする溶接ロボ
   ットのティーチング方法。
2. 【請求項２】　　溶接ロボットに取り付けられた溶接ト
   ーチの単位時間あたりの移動ベクトルｖＴ　と、ワーク
   の単位時間あたりの移動ベクトルｖＷとの差ｖｃｆ＝ｖ
   Ｔ　−ｖＷ　を演算し、該ｖｃｆの方向を前記Ｃｆ　点
   の方向とすることを特徴とする請求項１記載の溶接ロボ
   ットのティーチング方法。