JPH05285656A - 溶接用ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】Ｔｉｇ溶接においても電極が母材に接触する虞
れがなく、しかも、アーク長の一定制御が充分に得ら
れ、常に良好な溶接品質を保つことができるようにした
ロボット制御装置を提供すること。 【構成】ロボットのゲイン(追従感度)として２種のゲイ
ンＧ１、Ｇ２を設定しておき、センサによる検出値から
予じめ設定された基準値を引いた値ΔＶiが正か負かを
判定する処理部(１２)を設け、これにより２種の追従感
度を切換えるようにしたもの(Ｇ１＜Ｇ２)。 【効果】電極が母材に接近する方向にロボットの位置を
補正する場合には、ロボットの追従感度が低下されてい
るから、電極と母材が接触する虞れはなくなり、母材か
ら回避する方向にロボットの位置を補正する場合には、
追従感度が上げられているから、アーク長を一定にする
ための追従性の低下が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ティーチング時とプレ
イバック時での加工対象物の位置変化を検出するセンサ
手段を備えた溶接ロボットに係り、特にＴｉｇ溶接用ロ
ボットに好適なロボット制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットによるアーク溶接の１種に、タ
ングステン電極を用い、不活性ガスシールド中で溶接を
行なうＴｉｇ溶接があり、アルミニウムやステンレスな
どの溶接に広く用いられている。ところで、ロボットを
用いてＴｉｇ溶接を行なう場合、溶接品位を保証するた
めには、アーク長を一定に保持するのが望ましく、この
ため、Ｔｉｇ溶接ロボットでは、ティーチング時とプレ
イバック時での加工対象物の位置変化を検出し、この検
出結果からロボットの経路を補正し、アーク長、すなわ
ち、ロボットと溶接対象物(ワーク、或いは母材という)
の間の距離を一定に制御する技法が用いられており、さ
らにこのとき、図６に示すアーク電圧とアーク長との相
関関係を利用し、アーク長から位置変化の検出を行な
い、アーク長が一定になるようにロボットの位置を制御
する技法が用いられることがあり、この技法をロボット
アームＡＶＣ(Arc Voltage Controll)と呼んでいる。

【０００３】このアーク長一定制御の原理について、図
７により説明すると、この図７で、２はＴｉｇ溶接用の
トーチで、６はワークを表わしており、いま、教示時の
ロボットの経路が破線Ｐで示すようになっていたのに対
して、プレイバック時での実際のワーク６の位置が、図
のＷに示すように、ひずみを生じていたとする。

【０００４】そこで、この場合、図示してないロボット
制御装置は、このときのアーク電圧の変化からワーク６
の位置を検出し、トーチ高さ(ΔＬ１，ΔＬ２，ΔＬ３)
が一定になるように、実線Ｐ’で示すように、ロボット
の動作位置を制御するのである。

【０００５】ところで、このロボットアームＡＶＣの従
来技術としては、特開昭５９−９４５８２号公報の開示
を挙げることができるが、この従来技術では、図８に示
すように、溶接トーチ方向(アーク長)の位置制御をアー
ク電圧と基準電圧の差が常に零になるように制御してい
た。すなわち、この図８に示すように、まずアーク電圧
Ｖiを検出する(ブロック８０)。次に、このアーク電圧
Ｖiから、予じめ設定してある所定値の基準電圧Ｖbを減
算して差電圧ΔＶiを算定する(ブロック８１)。そし
て、この差電圧ΔＶiに、これも予じめ設定してある所
定値の定数Ｇを乗算して検出量Ｄとし(ブロック８２)、
最後に、この検出量Ｄによりロボットの補正位置、すな
わち、図７における実線Ｐ’で示すロボットの位置を計
算するのである(ブロック８３)。

【０００６】ここで、定数Ｇは、ロボットが補正動作を
するときでの追従感度を決める量となるので、ゲインと
呼ばれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、Ｔｉｇ溶接
ロボットでは、ワークの種別や電源の種別により、溶接
施工上、溶接トーチの電極を母材に極く近接させて教示
(ティーチング)しなければならない場合がある。

【０００８】しかしながら、上記従来技術では、ロボッ
トの追従感度と、経路補正動作との関係については特に
配慮がされておらず、このため、Ｔｉｇ溶接のように、
電極と母材間の距離を極めて接近させて教示した場合に
は、溶接動作中、電極が母材に接触し、溶着してしまう
ことがあり、このため、ロボットの追従感度を充分に高
くすることができず、アーク長制御性能が低下し、溶接
品質の保持の点で問題があった。

【０００９】つまり、ロボットの追従感度を上げると、
ロボットの経路補正がワークに接近する方向であったと
き、電極と母材間の距離が少ないため、ロボットの移動
制御に存在するオーバーシュートにより電極が母材に接
触してしまうので、追従感度を下げざるを得ず、他方、
このように追従感度を下げたのでは、経路補正に遅れを
生じてしまうので、アーク長を一定に保つことができ
ず、溶接品質が低下してしまうのである。

【００１０】本発明は、Ｔｉｇ溶接においても電極が母
材に接触する虞れがなく、しかも、アーク長の一定制御
が充分に得られ、常に良好な溶接品質を保つことができ
るようにしたロボット制御装置の提供を目的とするもの
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、経路補正時
の補正方向によりロボットの追従感度を自動的に切換え
る手段を用い、電極と母材が接触する虞れがある、母材
に接近する方向に補正する場合にはロボットの追従感度
を下げ、母材から回避する方向に補正する場合には追従
感度を上げるようにしたものである。

【００１２】特に、実施例によれば、ロボットの追従感
度として２種の追従感度を設定しておき、センサによる
検出値から予じめ設定された基準値を引いた値が正か負
かを判定する処理部を設け、これにより２種の追従感度
を切換えるようにしたものである。

【００１３】

【作用】電極が母材に接近する方向にロボットの位置を
補正する場合には、ロボットの追従感度が低下されてい
るから、電極と母材が接触する虞れはなくなり、母材か
ら回避する方向にロボットの位置を補正する場合には、
追従感度が上げられているから、アーク長を一定にする
ための追従性の低下を抑えることができ、溶接品質の低
下をもたらすことはない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による溶接用ロボット制御装置
について、図示の実施例により詳細に説明する。図２
は、本発明をＴｉｇ溶接用ロボットに適用した場合の一
実施例におけるシステム構成を示したもので、１はロボ
ット(ロボット本体、マニプレータ)、２はＴｉｇ溶接用
のトーチ、３はロボット制御装置、４はＴｉｇ溶接機、
５はフィラーワイヤ送給制御装置、そして６はワークで
ある。

【００１５】ロボット１は多関節型のもので、その先端
(手首)にＴＩＧ溶接用のトーチ２が保持されており、こ
れによりワーク６に対してＴｉｇ溶接を行なうようにな
っている。ロボット制御装置３はマイクロコンピュータ
を有し、これによりティーチング処理とプレイバック処
理に必要な制御機能を備え、ロボット１の制御を行なう
と共に、所定の制御信号を溶接機４とフィラーワイヤ送
給制御装置５に供給して、Ｔｉｇ溶接に必要な動作をさ
せるようになっている。Ｔｉｇ用の溶接機４はロボット
制御装置２からの制御信号による制御に応じてトーチ２
とワーク６間に溶接用の電力を供給する働きをし、フィ
ラーワイヤ送給制御装置５はフィラーワイヤ送給器７を
動作させ、溶接時、所定の速度でフィラーワイヤ８を供
給させる働きをする。

【００１６】さらに、ロボット制御装置３は、プレイバ
ック時、Ｔｉｇ溶接用のアーク長の一定制御に必要な機
能を備えており、このため、Ｔｉｇ溶接時、溶接機４か
らアーク電圧を取り込み、所定の処理を実行する。

【００１７】次に、この実施例の動作について説明す
る。アーク長一定制御は、基本的には、図７と図８で説
明した通りで、ロボット制御装置３により実行され、補
間すべき位置に対して、センサで検出された修正量を加
え合わせ、これによりアーク長が一定になる位置へロボ
ット位置制御を行うもので、まず、図３は、この実施例
おける処理を示したもので、この時の制御の方向につい
ては、図５に示すように、ツール取り付け座標系のＡベ
クトル(垂直方向ベクトル)に対し実施される。

【００１８】図３において、アーク電圧、すなわち、セ
ンサ検出アナログ値は、Ｔｉｇ溶接機４による溶接電圧
を検出し、これにフィルタをかけて０〜１０Ｖのアナロ
グ電圧に変換して入力されるようになっている。

【００１９】このセンサ検出アナログ値は、まずＡ／Ｄ
変換され(ブロック３０)、センサ制御処理されて修正量
ｈが計算される(ブロック３１)。この処理は、アーク電
圧から検出量Ｄを求め、これを修正量ｈに変換する処理
で、このときの演算式は(数１)である。

【００２０】

【数１】

【００２１】この(数１)におけるＡは、図５のベクトル
Ａ方向を示す。

【００２２】なお、このブロック３１におけるセンサ制
御処理のうち、アーク電圧から検出量Ｄを求める処理に
ついては、これが本発明の特徴であり、従って、詳細は
後述する。

【００２３】そして、図３に示すように、アーク長の一
定制御は、この修正量ｈを、補間演算処理(ブロック３
２)により、補間指令送処理(ブロック３３)から与えら
れる補間指令量ｂ、すなわち、ロボット位置に加算し、
これをサーボ制御処理(ブロック３４)することにより実
行される。

【００２４】次に、本発明の特徴であるセンサ制御処理
について説明する。

【００２５】この実施例では、図４(a)に示すように、
トーチ２を、それがワーク６に近づく方向に補正する場
合には、上記したゲインを下げ、図４(b)に示すよう
に、トーチ２が離れる方向に補正する場合にはゲインを
上げるようにした点を特徴とするものであり、これによ
り、ゲインを低下させなければならない状態を最小限に
抑えながら、電極が母材に接触してしまう事態の発生を
確実に無くすことができることになっているものであ
り、このため、センサ制御処理として、図１に示す処理
を採用している。ここで、図８の従来技術の場合と比較
すれば明らかなように、この図１で、破線で囲った部分
が、本発明で特徴とする部分を表わす。

【００２６】図１の処理において、まずブロック１０で
は、１０ｍｓｅｃ毎にＡ／Ｄ変換された電圧値Ｖiを、
７８ｍｓｅｃ毎に検出する処理を行なう。次に、ブロッ
ク１１では、この検出された電圧値Ｖiから基準電圧Ｖb
を減算して偏差ΔＶiを求める処理を実行する。

【００２７】ブロック１２では、ブロック２の処理によ
り求められた偏差ΔＶiが正の値か負の値かの判定を行
ない、まず、結果が正の値であると判定されたときには
ブロック１３の処理を実行し、他方、結果が負の値であ
ると判定されたときには、ブロック１４の処理を実行す
る。ここで、結果が正の値であったときとは、図４の
(a)の場合であり、結果が負の値であったら、図４の(b)
の場合となったときである。

【００２８】まず、ブロック１３の処理では、偏差ΔＶ
iに、予じめ設定してある２種のゲインＧ１、Ｇ２のう
ちのＧ１を乗算して検出量Ｄを計算する処理を行なう。
他方、ブロック１４の処理では、偏差ΔＶiに、ゲイン
Ｇ２を乗算して検出量Ｄを計算する処理を行なうのであ
る。

【００２９】ここで、これらのゲインとして、Ｇ１＜Ｇ
２の関係が成り立つような値が設定してあり、従って、
図４の(a)の場合には、小さなゲインＧ１により検出量
Ｄが計算され、図４の(b)の場合には、大きなゲインＧ
２により検出量Ｄが計算されることになる。

【００３０】ブロック１５では、検出量Ｄを修正量ｈに
変換する処理が実行される。このときの演算式は、上記
したように、(数１)である。

【００３１】従って、この実施例によれば、図４に示す
ように、トーチ２を、それがワーク６に近づく方向に補
正する場合にはゲインを下げ、トーチ２が離れる方向に
補正する場合にはゲインを上げるという制御が自動的に
得られることになり、必要なときだけゲインを下げ、こ
れによりトーチ２がワーク６に接触する事態の発生を確
実に無くすことができると共に、全体的なゲインの低下
を最小限に抑えることができるから、アーク長制御性能
の低下はほとんど無く、溶接品質を充分良好に保つこと
ができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、センサを搭載したロボ
ットにおいて、経路補正時の補正方向によりゲインを自
動的に切りかえることができるため、Ｔｉｇ溶接に適用
し、電極と母材を非常に近づけ教示した場合でも、電極
と母材が溶着してしまうのを未然に防ぐことができ、こ
れにより常に安定した溶接を行なうことができる。

【００３３】また、本発明によれば、センサのゲイン
を、全体としては充分に上げることができるようになる
ので、アーク長の一定制御が精度よく得られるようにな
り、溶接品質を容易に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による溶接用ロボット制御装置の一実施
例におけるセンサ制御処理を示すフローチャートであ
る。

【図２】本発明の一実施例が適用された溶接用ロボット
装置の一例を示すシステム構成図である。

【図３】本発明の一実施例におけるセンサ制御処理と補
間処理を示すフローチャートである。

【図４】本発明の一実施例による動作の説明図である。

【図５】本発明の一実施例におけるアーク長一定制御時
の各々の制御方向を示す説明図である。

【図６】アーク長とアーク電圧の関係を示す特性図であ
る。

【図７】アーク長一定制御動作の説明図である。

【図８】センサ制御処理の従来例を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１ ロボット(ロボット本体、マニプレータ) ２ 溶接用のトーチ ３ ロボット制御装置 ４ 溶接機 ５ フィラーワイヤ送給制御装置 ６ ワーク(母材、加工対象物）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

フロントページの続き (72)発明者 鷲頭 澄雄 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 日立京葉エンジニアリング株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ティーチング時とプレイバック時での加
   工対象物の位置変化を検出するセンサ手段を備え、この
   センサ手段の検出結果に基づいてロボットの経路補正を
   行なう方式の溶接用ロボット装置において、経路補正時
   の補正方向に応じてロボットの追従感度を切換える手段
   を設け、上記補正方向が上記加工対象物に近づく方向の
   ときにはロボットの移動速度が遅くなり、上記加工対象
   物から離れる方向のときには早くなるように構成したこ
   とを特徴とする溶接用ロボット制御装置。