JPH04319072A - 升目溶接ロボットの粗倣い走行制御方法 - 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
によるアークセンサ方式の開先倣い制御方法を適用した
升目溶接ロボットにより、升目型部材の隅肉溶接を行う
際の粗倣い走行制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】升目型部材、例えば建築部材の角パイプ
の端面にダイヤフラムを接合するようなものにあっては
、角パイプの内側にも隅肉継手を形成する必要がある場
合がある。このような升目型部材の隅肉継手は一般的に
手溶接が困難ないし不可能であるので、升目溶接ロボッ
トを用いて自動溶接される。升目溶接ロボットは、溶接
台車に溶接トーチを取り付け、溶接ワイヤを用いて自動
アーク溶接するようになっており、このとき公知の高速
回転アーク溶接法によるアークセンサ方式の開先倣い制
御方法を用いれば、高精度の開先自動倣いが可能である
（特公昭６３−３９３４６号、特開昭６２−２４８５７
１号）。ここで、アークセンサによる開先倣い制御方法
を図８により簡単に説明すると、アークを高速回転させ
ながら隅肉溶接を行い、その際にアーク電圧または溶接
電流を検出し、検出されたアーク電圧または溶接電流の
波形からアークの回転位置の前方点Ｃｆ　を中心とする
左右同一の位相角φについて面積ＳＬ　，ＳＲ　を積分
し比較することにより、その差が零になるようにアーク
の回転軸を溶接線上に位置修正する方法である。また、
トーチ高さ方向の制御についてはアークの１回転ごとに
溶接電流波形の面積を積分しその積分値が基準値と等し
くなるように制御している。しかし、アークセンサによ
る開先倣い制御方法のみでは溶接トーチの狙い位置を修
正できる範囲が限られており、しかも溶接台車の走行レ
ールを敷設することもできないので、溶接台車により溶
接トーチを溶接線に沿ってある程度大まかに倣わせる必
要がある。

【０００３】従来、このような升目溶接ロボットの粗倣
い走行制御方法には溶接台車に倣い用のローラを取り付
け、該ローラを升目型部材の立板面に接触させながら移
動させるといった機械的な方法がとられていた。また、
升目型部材のコーナ部では溶接台車を９０°旋回させる
必要があるので、通常はエンコーダ等により溶接台車の
旋回角度をカウントしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の粗倣い走行制御方法では、溶接台車の旋回動作時
にローラが邪魔になったり、ローラに溶接スパッタが付
着して動きが悪くなったりする課題があった。また、従
来法では粗倣い精度が悪いため、溶接台車の旋回角度を
エンコーダ等でカウントしても、旋回を始めるときにす
でに溶接台車の向きが斜めになっていたり、あるいは旋
回中車輪がスリップしたり、ノイズによりエンコーダの
パルス信号が歪んだりすると、正確な旋回角度の検出が
できず、次の隣接辺（立板）に対し溶接台車の向きが斜
めになった状態で旋回を終了したりするなどの課題があ
った。

【０００５】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、２つの非接触式の距離センサを用
いることにより公知のアークセンサによる開先倣い制御
が可能な範囲内で走行動作を粗倣い制御するとともに、
旋回動作の終了点を正確に決めることができる升目溶接
ロボットの粗倣い走行制御方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る升目溶接ロボットの粗倣い走行制御方
法は、高速回転アーク溶接法によるアークセンサ方式の
開先倣い制御方法を適用した升目溶接ロボットにより、
升目型部材の隅肉溶接を行う升目隅肉溶接において、該
ロボットの溶接台車の前後に升目型部材の溶接側の立板
との距離を検出する非接触式の距離検出センサを取り付
け、この２個の距離検出センサにより検出された距離が
等しくなるように溶接台車の内側及び外側の走行車輪の
相対速度を制御することを特徴とするものである。

【０００７】また、升目型部材のコーナ部で旋回させる
場合には、一旦升目溶接ロボットをその旋回位置で停止
させ、次いでその位置に該ロボットを定置させた状態で
旋回させ、このときその旋回動作の終了点を、旋回角検
出センサにより溶接台車の旋回角度を検出し、かつ、上
記２個の距離検出センサの出力が一致した時とするもの
である。

【０００８】

【作用】本発明の升目溶接ロボット（以下、ロボットと
いう）１は升目型部材１０の水平板１１上に設置され、
この上を走行周回して升目型部材の立板１２，１３と水
平板１１との隅部に隅肉継手４４を自動的に形成する。 このロボット１の溶接台車２の前後に非接触式の距離検
出センサ４０ａ，４０ｂを取り付け、溶接側の立板１２
と各々の距離検出センサ４０ａ，４０ｂとの間の距離を
検出する。検出された２つの距離が等しい間は溶接台車
２の内側及び外側の走行車輪２８ａ，２８ｂの相対速度
を同一に保ちながら溶接台車２を走行させる。そして、
例えば立板１２との検出距離が前側は大きく、後側は小
さいときは車輪の相対速度を内側車輪２８ａに比べて外
側車輪２８ｂのほうを速くして溶接台車２の向きを立板
１２と平行にする。また立板１２との検出距離が上と逆
の場合には車輪の相対速度を内側車輪２８ａに比べて外
側車輪２８ｂのほうを遅くして溶接台車２の向きを立板
１２と平行にする。このようにして溶接台車２はアーク
センサによる開先倣い制御が可能な範囲内で操舵され、
走行の粗倣い制御が非接触式で精度良く行われる。

【０００９】次に、升目型部材１０のコーナ部での旋回
動作は次のようにして行われる。まず、ロボット１がそ
のコーナ部の旋回位置に到達すると走行を停止する。こ
の旋回位置は溶接台車２の前部に設けた非接触式の距離
検出センサ３８により検出することができる。次に、こ
の旋回位置に電磁マグネット３４等により溶接台車２を
定置させた状態で走行車輪２８ａ，２８ｂを相互に反対
方向に同一速度で回転させることにより、溶接台車２は
電磁マグネット３４を中心に旋回し始める。溶接台車２
の旋回角度はエンコーダ等の旋回角検出センサ３６によ
り検出する。一方、距離検出センサ４０ａ，４０ｂから
それぞれ出力が得られ、旋回角検出センサ３６の検出角
度が所定の角度以上になった場合で距離検出センサ４０
ａ，４０ｂの出力が一致したとき、その時を旋回動作の
終了点と判定して旋回動作を中止する。換言すれば、旋
回角検出センサ３６のみで９０°検出するだけでは車輪
のスリップやセンサ出力へのノイズの影響などにより、
次の隣接立板１３に対する溶接台車２の向きを正確に規
制することはできないから、この旋回角検出センサ３６
の出力と距離検出センサ４０ａ，４０ｂの出力の総合判
断によって溶接台車２の旋回終了点、つまり旋回後の溶
接台車２の隣接立板１３に対する平行度を確保している
のである。

【００１０】

【実施例】図１は本発明におけるロボットの一実施例を
示す平面図、図２はその正面図である。また図３は溶接
台車部分の断面正面図、図４はその底面図である。図に
おいて、１はロボット、２は溶接台車、３は溶接トーチ
、４は溶接ワイヤ、５は溶接線、１０は升目型部材で、
水平板１１とその周囲を囲むように配置された立板１２
，１３により構成されている。なお、水平板１１の他の
２辺に当る立板は図示を省略されている。ロボット１は
水平板１１上に設置され、升目型部材１０の隅肉継手４
４を連続的に形成するものである。このロボット１は溶
接台車２と、その上に設置された溶接トーチ３を備え、
溶接トーチ３を回転機構１６により回転することにより
溶接ワイヤ４の先端に円運動を与え、アークを高速回転
させるようになっている。溶接方向に対するアークの回
転位置（Ｃｆ　，Ｒ，Ｃｒ　，Ｌ，図８参照）は溶接ト
ーチ３の回転モータ１７に設けたエンコーダ１８により
検出される。また溶接トーチ３はトーチ高さ方向のＹ軸
スライド機構２０と開先幅方向のＸ軸スライド機構２４
によりトーチ狙い位置が制御される。２１はＹ軸モータ
、２２はＹ軸ボールネジ、２３はＹ軸スライドブロック
で、溶接トーチ３はこのスライドブロック２３に支持さ
れている。２５はＸ軸モータ、２６はＸ軸ボールネジ、
２７はＸ軸スライドブロックで、Ｙ軸スライド機構２０
はこのスライドブロック２７に支持されている。

【００１１】溶接台車２は複数の走行車輪２８ａ，２８
ｂと複数のボールキャスタ３０を備え、走行車輪２８ａ
，２８ｂをそれぞれ駆動モータ３２ａ，３２ｂにより回
転させ走行する。溶接台車２の中央には升目型部材１０
のコーナ部における旋回位置に溶接台車２を定置させる
ための電磁マグネット３４とソレノイド３５が設けられ
ており、旋回位置において電磁マグネット３４をソレノ
イド３５により下降し、次いでソレノイド３５を励磁し
て電磁マグネット３４で溶接台車２を固定し、しかるの
ち駆動モータ３２ａ，３２ｂをそれぞれ逆方向に同一速
度で回転駆動し、電磁マグネット３４を回転中心として
溶接台車２を旋回させるようにしている。溶接台車２の
旋回角度はエンコーダによる旋回角検出センサ３６によ
り検出される。また、旋回位置の検出は溶接台車２の走
行方向前部に設けたレーザーセンサによる旋回位置検出
センサ３８によって行われる。

【００１２】次に、溶接台車２の一方の側面の前後には
溶接側の立板１２との距離を検出するためのレーザーセ
ンサによる非接触式距離検出センサ４０ａ，４０ｂが取
り付けられている。そして立板１２と溶接台車２間の間
隔距離の標準距離の前後に距離検出センサ４０ａ，４０
ｂの出力の不感帯を設け、距離検出センサ４０ａ，４０
ｂの出力がこの不感帯の内または外にあるかによって、
後述するように内側走行車輪２８ａと外側走行車輪２８
ｂの相対速度を制御し、溶接台車２を立板１２に対して
直進、離反、または接近させるように操舵している。こ
れにより上記の回転アークのアークセンサによる開先倣
い制御が可能な範囲内で溶接台車２の溶接線５に沿う粗
倣い走行を可能にしている。図中、４２は制御装置、４
３は溶接電源である。

【００１３】次に、上記実施例の動作を図５，図６を参
照して説明する。図５はこの実施例の動作説明図、図６
は溶接作業の制御を行う制御装置４２のブロック図であ
る。いま、図５の（ａ）に示すように立板１２の溶接線
Ｗ１　から溶接を開始するものとすれば、溶接台車２に
対しては上記の粗倣い制御のもとに右方へ一定の速度で
走行せしめられ、かつ、溶接トーチ３に対してはアーク
センサによる開先倣い制御及びトーチ高さ制御（アーク
長一定制御）のもとにトーチ狙い位置が制御される。ま
ず、走行の粗倣い制御について説明すると、距離検出セ
ンサ４０ａ，４０ｂにより立板１２との距離をそれぞれ
検出し、検出された距離信号は不感帯４１ａ，４１ｂを
介して制御装置４２に入力される。制御装置４２は距離
検出センサ４０ａ，４０ｂの出力がいずれも不感帯４１
ａ，４１ｂ内であれば、立板１２と溶接台車２間の間隔
距離は標準距離内であると判断し、内側及び外側の走行
車輪２８ａ，２８ｂの走行ドライバ４５ａ，４５ｂに対
しその回転速度を保ちながら溶接台車２を直進させる。 距離検出センサ４０ａ，４０ｂの出力のいずれか一方が
不感帯外になったときは遠近を判断して、前後の距離検
出センサ４０ａ，４０ｂの遠近に応じて、内側、外側ど
ちらかの走行車輪２８ａ，２８ｂの回転速度に一定速度
加算することにより溶接台車２を立板１２に対して、離
反または接近させる。以上の各態様における溶接台車２
の操舵方法を表１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１に示す操舵方法により、溶接台車２は
溶接線Ｗ１　に沿って粗倣い走行するので、制御装置４
２はエンコーダ１８からのアーク回転位置及びアークセ
ンサ４６からのアーク電圧、溶接電流の各情報を得てＸ
軸モータ２５及びＹ軸モータ２１の回転を制御し、Ｘ軸
スライド機構２４，Ｙ軸スライド機構２０によりトーチ
狙い位置を制御し、アークセンサによる開先倣い制御及
びトーチ高さ制御を高精度に行うことができるのである
。

【００１６】次に、溶接台車２は図５の（ｂ）に示すよ
うに升目型部材１０のコーナ部Ｃ１における旋回位置に
到達したとき一旦停止させる。この旋回位置は溶接台車
２の前部に取り付けられている非接触式の旋回位置検出
センサ３８により検出される。次いで、ソレノイド３５
により電磁マグネット３４を下降し、その旋回位置に溶
接台車２を固定する。さらに駆動モータ３２ａ，３２ｂ
をそれぞれ逆方向に同一速度で回転駆動し、溶接台車２
を電磁マグネット３４を中心に旋回させる（図５の（ｃ
）参照）。この旋回角度は旋回角検出センサ３６により
検出される。また、旋回中は溶接速度が一定となるよう
に溶接台車２の旋回速度を制御し、かつ、上記のアーク
センサによる開先倣い制御及びトーチ高さ制御のもとで
コーナ部Ｃ１　を溶接する。そして旋回角度をカウンタ
４８によりカウントしていき、例えば８１°以上の条件
で図７に示すように距離検出センサ４０ａ，４０ｂの出
力が一致したとき（図中のＢ点、Ａ点は旋回開始点）、
このＢ点を旋回終了時点と判定して旋回を中止させれば
、溶接台車２の向きは常に次の立板１３と平行になる（
図５の（ｄ）参照）。その後電磁マグネット３４の励磁
を解き、上昇させ、再び上記の手順で立板１３の溶接線
Ｗ２　に沿って溶接台車２を粗倣い走行させつつアーク
センサによる開先倣い制御及びトーチ高さ制御を行い、
溶接線Ｗ２　を溶接する。以後同様にしてコーナ部Ｃ２
　，溶接線Ｗ３　，コーナ部Ｃ３　，溶接線Ｗ４　，コ
ーナ部Ｃ４　を順に溶接して溶接開始位置に戻る（図５
の（ｅ）参照）。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、升目型部
材の隅肉溶接を行うロボットを走行させる際、２個の非
接触式の距離検出センサにより溶接台車を溶接側の立板
とほぼ平行に操舵させるようにしたので、高速回転アー
ク溶接法によるアークセンサ方式の開先倣い制御が可能
な範囲内で走行の粗倣い制御が可能になり、高品質の隅
肉継手が得られる。

【００１８】また、升目型部材のコーナ部における旋回
動作の終了点を旋回角検出センサの出力に加えて２個の
距離検出センサの出力が一致した時点で判定することに
したので、より正確な旋回終了の判定ができるとともに
、溶接台車の向きを常に升目型部材の隣接立板と平行に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施する升目溶接ロボットの平面
図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】図１の溶接台車部分の断面正面図である。

【図４】図３の底面図である。

【図５】上記ロボットの動作を示す説明図である。

【図６】溶接制御装置のブロック図である。

【図７】溶接台車の旋回時における距離検出センサの出
力図である。

【図８】従来のアークセンサの原理図である。

【符号の説明】

１　　升目溶接ロボット ２　　溶接台車 ３　　溶接トーチ ４　　溶接ワイヤ ５　　溶接線 １０　　升目型部材 １１　　水平板 １２，１３　　立板 １６　　回転機構 １８　　エンコーダ ２０　　Ｙ軸スライド機構 ２４　　Ｘ軸スライド機構 ２８ａ　　内側走行車輪 ２８ｂ　　外側走行車輪 ３４　　電磁マグネット ３６　　旋回角検出センサ ３８　　旋回位置検出センサ ４０ａ，４０ｂ　　距離検出センサ ４２　　制御装置 ４６　　アークセンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高速回転アーク溶接法によるアークセ
   ンサ方式の開先倣い制御方法を適用した升目溶接ロボッ
   トにより、升目型部材の隅肉溶接を行う升目隅肉溶接に
   おいて、前記升目溶接ロボットの溶接台車の前後に非接
   触式の距離検出センサを取り付け、この２個の距離検出
   センサにより升目型部材の溶接側の立板との距離をそれ
   ぞれ検出し、検出された２つの距離が等しくなるように
   前記溶接台車の内側及び外側の走行車輪の相対速度を制
   御することを特徴とする升目溶接ロボットの粗倣い走行
   制御方法。
2. 【請求項２】　　升目型部材のコーナ部において前記升
   目溶接ロボットを旋回位置に停止させ、次いで該ロボッ
   トの溶接台車を前記旋回位置に定置させた状態で旋回さ
   せるとき、該溶接台車の旋回角度を旋回角検出センサに
   より検出するとともに、前記２個の距離検出センサの出
   力が一致した時点で旋回動作を中止することを特徴とす
   る請求項１記載の升目溶接ロボットの粗倣い走行制御方
   法。