JPH0530553B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はNC自動溶接方法及び装置に関するも
のである。

例えばパネル材等の隅肉溶接法としては、グラ
ビイテイー溶接法がある。第１図において１は溶
接対象物、２は溶接棒、３はガイド、４は脚、５
はスライドバー、６はスライダー、７はホルダー
である。この方法は、ガイド３を溶接対象物１に
接触させ、ホルダー７に溶接棒２をはさみ溶接棒
２の先端が溶接線上にくるように脚４の位置を決
める。そして、溶接棒２の先端を溶接対象物１に
接触させてアークを発生させて、溶接する方法で
ある。溶接中は自重によつて、スライダー６がス
ライドバー５上をすべり降り、溶接棒２の先端が
溶接線上を移動し溶接が行なわれるものである。

しかし、この方法は、 (1) 溶接線上の障害物を飛び越したり、もぐり込
んだりして溶接できない。

(2) パネル材において、別の溶接位置に移るごと
に溶接開始位置をセツトする必要がある。

等の欠点がある。

上記欠点を解消するために溶接手順をあらかじ
めプログラムしておくNC溶接ロボツツト、テイ
ーチングロボツト等が考えられるが、前者は取付
誤差や溶接中のヒズミによる誤差に対応できない
という欠点があり、後者は橋梁パネル材のよう
に、同じ形状のパネル材がほとんどないものに関
しては非常に効率が悪いといつた欠点がある。

本発明は上記の事情に鑑みて提案されたもの
で、その目的とするところは、取付誤差や溶接中
のヒズミによる誤差を修正し、種々雑多な形状の
溶接に関しても効率の良い溶接を行ない得るNC
自動溶接方法を提供するにある。

本発明に係るNC自動溶接方法は、NC情報を
基準として動作し、NC情報に基づく溶接線始端
終端検出動作、板厚変化部検出動作及び溶接経路
途中の溶接線倣い動作については磁気センサの出
力により、前記NC情報に基づくもぐり込み開始
位置検出動作及び飛び越し開始位置検出動作につ
いては振動センサの出力により、前記動作の基と
なるNC情報を補正しつつ自動的に溶接を行うこ
とを特徴とする。

本発明にかかるNC自動溶接方法は、NC情報
を基準として、作動する自動溶接装置において、
溶接トーチ８の近傍に磁気センサー９と振動セン
サー１０を設け、前記磁気センサー９は溶接線始
端終端検出位置Ａ、板厚変化部検出位置Ｂ及び溶
接線倣い検出位置Ｃの直前で復帰し、前記各位置
Ａ，Ｂ，ＣのNC補正情報を出力し、前記各位置
Ａ，Ｂ，Ｃ通過後退避する手段を備え、前記振動
センサー１０はもぐり込み開始検出位置Ｄ及び飛
び越し開始検出位置Ｅ直前で復帰し、前記各位置
Ｄ，ＥのNC補正情報を出力し、前記各位置Ｄ，
Ｅ通過後退避する手段を備えたことを特徴とす
る。

そして、溶接対象物の始端、」と訂正する。終
端を磁気センサによつて検知することによりNC
情報を補正し、取付誤差や溶接中のヒズミによる
誤差を吸収し、角巻き溶接を正常に行なえるよう
にし、また振動センサにより溶接方向前方の障害
物を検知し、NC情報のもぐり込み開始位置を補
正し、もぐり込みを行ない。さらに溶接中は磁気
センサを周期的に出し入れして、NC情報を補正
すると共に磁気センサの寿命を延ばすようにし、
さらにまた溶接対象物の板厚の変化に対しても磁
気センサによつて検知しスムーズに対応できるよ
うにして従来の欠点を解消し得るようにしたもの
である。

本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に
説明する。

第２図および第３図はそれぞれ本発明方法を実
施するために用いられる一実施例の装置の構成を
示す図、第４図および第５図は本発明方法による
始端検知の手順を示す図。第６図および第７図は
本発明方法による終端検知の手順を示す図、第８
図は本発明方法による板厚変化部の手順を示す
図、第９図は本発明方法による溶接トーチの狙い
位置修正の手順を示す図、第１０図は本発明方法
によるもぐり込み開始位置を求める手順を示す図
である。

第２図および第３図において、１は溶接対象
物、８は溶接トーチ、磁気センサ９は始終端等の
端部の検知、溶接対象物１の板厚変化の検知溶接
トーチ８の狙い位置を定める等のために使用する
センサであり、振動センサ１０は溶接方向前方の
障害物を検知し、もぐり込み開始位置を設定する
ために使用するセンサである。また、シリンダ１
１により進行方向によつて、振動センサ１０の向
きを変えことができるようになされている。シリ
ンダ１１は磁気センサ９、振動センサ１０を退避
または復帰させるために使用するものである。第
２図および第３図に示された装置はフランジ１２
によりロボツト等に接続される。次に、磁気セン
サ、振動センサ及び溶接トーチの動作につき説明
する。

Ａ 磁気センサとは、磁力線を利用したもので、
導体に鎖交する磁束の変化によつて、渦電流が
発生する原理を利用したものである。磁束発生
コイル（センサ）と導体（対象鋼板）との間隔
を変えると渦電流の強さが変化し、その結果、
コイルのインピーダンスが変化するため、この
変化量を検知し、インピーダンスの変化量とセ
ンサと導体の間隔（距離）に相関があるので距
離計測センサとして利用する。

Ｂ 振動センサとは物理量の変化によつて弾性体
の固有振動数が変化する現象を利用したもの
で、圧電素子や電磁気的な手法を使つて、固有
振動数で自励振させ、周波数を出力信号として
取出す。従つて、自励振しているセンサの先端
部が対象物に当ると固有振動数（周波数）が変
化する為、この周波数出力信号の変化で接触を
検知する。

Ｃ 溶接トーチの動作説明 第１１図に対象溶接物の外観形状を示す。

第１２図に第１１図のＡ−Ａ矢視図を示す。

第１３図に溶接ロボツトと溶接トーチ及び対象
物との関係図を示す。

第１４図にもぐり込み溶接時の説明図を示す。

Ｃ １ 溶接始端位置検出要領 第１１図は、仮組立てされた対象溶接物の外観
図を示すが、現実的には各部材の加工精度誤差、
仮組立て誤差等により設計データに比べ溶接対象
部の位置、長さ等の誤差が生じている。

例えば、第１１図に示す如く、小梁ウエブ端面
迄の距離S₁及び大梁ウエブ面迄の距離S₂、溶接対
象長さS₃には誤差がある。又、溶接ロボツト装置
本体と対象溶接物の相対位置の誤差等もあり、設
計データに基づくNC情報で、第１３図に示す溶
接ロボツトの機能（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ₁，θ₂軸）を作
用させても、実際の溶接始端位置に溶接トーチを
位置決めすることは不可能である。従つて誤差が
ある事を前提に第４図，第５図に示す手順で始端
検知を行なつている。

イ すなわち、第１１図の点に示す如く、設
定データのS₁距離（位置）に対し溶接対象部
に入つたΔS₁の位置（ΔS₁は誤差を考慮し設
定）に、溶接ロボツト本体の作動軸機能（第
１３図ではＸ軸、Ｓの距離軸と平行）で位置
決めする。

ロ 次に第１３図に示すシリンダで、磁器セン
サを溶接トーチに沿つて溶接トーチ先端側に
押し出す。

ハ 次に溶接ロボツトのＺ軸で溶接トーチを溶
接対象物の底板側に下降させ、底板側に設け
た磁気センサ出力が設定値に達すると、下降
を停止させる。これにより、磁気センサと底
板迄の距離すなわち溶接トーチ先端部と底板
迄の溶接品質上最適な距離が位置決め出来
る。（あらかじめ磁気センサと溶接トーチ先
端部との相対位置を決めている。） ニ 次に溶接ロボツトのＹ軸で、溶接トーチを
小梁のウエブ面（溶接対象部）側に動かし、
小梁ウエブ面側に設けた磁気センサで、ハ）
項と同様に溶接トーチ先端部と小梁ウエブ面
迄の最適距離が位置決めが出来、ハ），ニ）
項により実際の溶接対象部に対する溶接トー
チの位置決めが完了する。

ホ 次に２ケの磁気センサを作動させた状態
で、溶接ロボツトのＸ軸を作用させ、溶接端
部側に溶接トーチを運行する。

この時、磁気センサの出力により、溶接トーチ
先端部の位置が、溶接対象部から最適な位置を保
つ様に、溶接ロボツト本体のＹ軸，Ｚ軸を制御す
る。

ヘ 特に、小梁ウエブ面を検出している磁気セ
ンサが溶接始端部に来ると壁面としての小梁
のウエブが無くなる為、この磁気センサの出
力電圧が高くなる事を利用し、あらかじめ設
定した端部判定電圧を越えた時点で、端部と
見なしシリンダにより磁気センサを引込め
る。併せて、その時点であらかじめ入力され
ている溶接始端位置としてのNC情報を補正
修正する。

ト 始端部コーナ部と溶接トーチとの距離の面
から、始端検出後も溶接ロボツト本体のＸ軸
動作を続行させ、始端検出後、１〜数mm走行
した時点でロボツト本体のＹ軸，θ₂軸を利用
して、溶接トーチが始端部のコーナを曲がる
様に動かし、小梁ウエブの板厚の約1/2の点
を溶接トーチ先端が狙える位置でロボツト本
体の動作を停止する。

テ 溶接トーチのアークを発生させ、上記溶接
ロボツト動作の逆の手順で溶接始端部の溶接
を開始し、溶接対象部の溶接を行なつてい
く。

以上により、溶接始端部の検出及び溶接開始が
出来る。

Ｃ ２ 溶接終端部検出 第１１図に示す様に溶接対象長さS₃も誤差があ
るため、終端検出を行う必要があるが、この手順
はＣ−１項の始端検出とほぼ逆の手順である。す
なわち イ 設定データに基づくNC情報であるS₃に対
し、第１１図の点に示すS₃位置からΔS₃の
位置で、シリンダにより磁気センサを溶接ト
ーチ先端側に押出し、磁気センサを作動させ
る。

ニ 以降はＣ−１項のヘ）項以降のやり方で、
終端部を検知し、終端部コーナ点を曲つて小
梁ウエブの板厚の約1/2の点を溶接トーチが
狙える位置で、溶接品質上のクレータ処理を
行い溶接アークを切る事により、終端部検出
と溶接が完了する。（第６図の手順図参照） Ｃ ３ もぐり込み溶接要領 第１４図にもぐり込み溶接の要領図を示す。第
１４図において、始端部溶接開始後は第１４図中
のａに示す様に直線部溶接部はａの状態で、大梁
側に溶接を行つていく。溶接対象物と溶接トーチ
との相対姿勢は第１３図に示す。

このような溶接姿勢で溶接を進行していくと、
第１２図に示す様に進行先の大梁フランジ巾との
関係で、溶接トーチが大梁フランジ部と衝突干渉
するため、この対策が必要である。そこで１４図
に示す如く、直線部の溶接長さとして、大梁ウエ
ブ面迄の溶接長さS₂が必要な場合、前述の溶接対
象物の誤差を考慮し、次の様な対策を行なつてい
る。

イ 設定データに基づく大梁ウエブ面迄の距離
Ｓ距離₂と大梁フランジ巾に対し、誤差を考
慮し、第１４図中の動作にて溶接トーチを
運行させるとともに、大梁フランジ面迄の距
離ΔSの点に溶接トーチの位置が到達すると、
第１３図に示すシリンダにより振動センサを
溶接トーチ先端側に押出すとともに第３図に
示すシリンダにより振動センサを回転せし
め、大梁ウエブ面側に溶接トーチより先行す
る形で振動センサをセツトする。（第１４図
中の動作） ロ 上記動作中及び動作後も溶接トーチはロボ
ツトのＸ軸機能により、大梁ウエブ面側に進
行中であり、その内、振動センサの先端部が
大梁ウエブ面に接触する事になる。（この場
合、溶接トーチは未だ後方にある） ハ 振動センサの検知出力により、あらかじめ
設定した動作シーケンスに基づき溶接ロボツ
ト本体のＸ，Ｙ及びθ₂軸を制御する事により
第１４図中のの如く、溶接トーチは旋回、
斜目運行され大梁ウエブ面と小梁ウエブ面と
の交点付近迄溶接が行なわれ、溶接トーチと
大梁フランジ面との衝突無しに大梁フランジ
面下部の溶接対象部の溶接、すなわちもぐり
込み溶接が可能となる。

なお、上記大梁ウエブ面と小梁ウエブ面との交
点付近に溶接トーチ先端部がきた時点で、クレー
タ処理及び溶接アーク切り及び今迄の溶接ロボツ
ト本体の動作を停止し、上記動作の逆手順で溶接
トーチを退避させ第１４図中ｂの状態に戻す。

Ｃ ４ 飛び越し要領 上記ロボツト本体及び溶接トーチの動きの後、
溶接トーチは大梁を越えた先の小梁部の溶接対象
部に持つていき、溶接作業を行なう必要がある。
従つて第１４図のｂ点からのもぐり込み溶接動作
中、振動センサで大梁ウエブ面を検知した時点で
のロボツト本体軸の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）を制御
装置内に記憶する事により、前述もぐり込み溶接
後ｂ点の状態に戻つて来た後、制御装置内で演算
処理により、まず第１４図中ｂ点でロボツト本体
のＺ軸動作で、大梁の高さが回避出来る高さ迄溶
接トーチを上昇させ、Ｘ軸動作で前述振動センサ
が検知したロボツト本体の座標位置から逆算、演
算処理により図中ｂ点からｄ点へ溶接トーチを運
行させ、再び、Ｚ軸により溶接トーチを下降さ
せ、ｂ点位置での溶接トーチ高さ迄下降位置決め
する。次にもぐり込み溶接完了時の溶接トーチ角
度迄（第１４図ロボツト本体のθ₂軸により、旋
回位置きめする事で、溶接開始状態となる。

以後溶接トーチのアークをスタートさせ、前述
もぐり込み溶接時の逆の動作シーケンスにより、
大梁より先の溶接対象部の溶接が出来る。

以上の動作により、溶接対象部の前方に大梁等
の干渉材がある場合にも、溶接トーチを衝突させ
る事なく、干渉材を飛び越して運行させ、溶接を
再開する事が出来る。

Ｃ ５ 磁気センサの役目 第１５図に示す如く、溶接品質上良好な脚長、
ビード外観等を得る為には溶接ワイヤのエクステ
ンシヨン距離を理想的には一定に保つ必要があ
る。部材精度、仮組み精度等の誤差により設定デ
ータに基づくNC情報のみでは、溶接トーチの溶
接ワイヤの狙い位置を実際の溶接対象物の溶接狙
い位置（第１５図Ｏ点）に位置決めする事は不可
能である。

従つて、溶接トーチに対し、設定した相対距離
（位置）になる磁気センサ（２ケ）を設け、この
磁気センサで側板及び底板との距離δ₁及びδ₂を測
定し、等辺脚長であればδ₁＝δ₂、不等辺脚長なら
設定したδ₁並びにδ₂になる様、ロボツト本体の位
置を補正、修正する事により溶接トーチの狙い位
置を実際の溶接対象物に合せて位置決めする事が
出来る。従つて、磁気サンサの役目は、溶接トー
チの狙い位置を実際の溶接対象物の溶接狙い位置
に位置決め、補正修正する為のセンサとして使
う。

なお、第１５図の如く、溶接中も磁気センサを
溶接トーチ先端部に突出しておく事は、溶接アー
ク熱の影響を受け、熱による破損、検出精度の安
定性の問題があるため、溶接開始後はシリンダに
より磁気センサを溶接トーチ後端側に退避させて
おく。設定した時間により、磁気センサを溶接ト
ーチ先端側に押出し、側体、底板との距離を検出
し、必要であれば磁気センサの出力を利用して溶
接トーチの狙い位置を修正する。磁気センサが溶
接トーチ先端側に出ている設定時間が来ると、磁
気センサは、溶接トーチ後端側に退避する。

従つて溶接中はサンプリング計測的に磁気セン
サーを利用して、溶接トーチの狙い位置を修正す
る。

この手順は第９図の説明に記載したとおりであ
る。又溶接対象物の板厚が途中で変わる場合、特
に側板の板厚が途中で変わる場合には、第８図の
手順に示す容量で示す容量で磁気センサを利用し
て溶接トーチの狙い位置を補正する事が出来る。

以上の構成は、ロボツト等の両側に取り付けら
れ、１枚の立板を両側から同時に溶接できるよう
になつており、且つNC情報、磁気センサ９、振
動センサ１０等の出力を制御装置（マイクロコン
ピユータ等で図示せず）に入力し、各モータ（図
示せず）を制御することにより自動で溶接を行な
うようになされている。

上記本発明の一実施例の作用について説明す
る。

磁気センサ９は溶接対象物１に近づくと電圧が下
がり遠ざかると電圧が上がる。したがつて、磁気
センサ９の出力を制御装置に入力することによ
り、溶接トーチ８の狙い位置を制御できる。

また、始終端においては、磁気センサ９が溶接
対象物１から遠ざかるのと同様の現象となり、磁
気センサ９の電圧が上がる。したがつて端部にお
ける磁気センサ９の特性をあらかじめ実験等によ
り把握しておけば端部位置の判断が可能となる。

溶接対象物１の板厚変化部においても同様に磁
気センサ９の出力電圧により溶接トーチ８と溶接
対象物１との距離を制御し、溶接トーチ８の狙い
位置を定めることができる。

振動センサ１０は前方の障害物に当たると、そ
の固有振動数が変化することにより障害物を検知
できる。しがつて、振動センサ１０が障害物に当
たつた時の溶接トーチ８の位置が一定となるよう
に振動センサ１０を取付けておけばもぐり込み開
始位置、飛び越し位置等を制御できる。

次に、磁気センサ９による始終端検知の手順を
第４図〜第７図について説明する。

第４図および第５図は始端検知の手順を示した
ものであり、まず、始端部に移動した際に磁気セ
ンサ９を復帰させておき、始端部を検知するため
に始端方向へ移動する磁気センサ９の電圧が端部
と判定される電圧を越えた所を端部と判断し、
NC情報を補正し、また磁気センサ９を退避させ
る。そのまま数mm行き過ぎ始端部を角巻き溶接す
るため、角を曲がり、両側の溶接トーチ８からア
ークを発生して始端部溶接を開始する。その位置
から、今、来た方向に戻り、角部ではビードが追
いつくのを待つため数秒停止し、角を曲がつて溶
接を続けていく。

第６図および第７図は終端検知の手順を示した
ものであり、まず、NC情報により、終端より一
定距離手前で磁気センサ９を復帰させておく。磁
気センサ９の電圧が端部と判定される電圧を越え
た所を端部と判断し、NC情報を補正し、また、
磁気センサ９を退避させる。そのまま数mm行き過
ぎて数秒停止した後、終端部の角巻き溶接を行な
う。角を曲がつて両側の溶接トーチ８ともにクレ
ータ処理を行ない次の溶接部へ移動する。

第８図は板厚変化部の手順を示したものであ
り、NC情報により、板厚変化部から一定距離手
前で、磁気センサ９を復帰し磁気センサ９の電圧
が一定範囲内から外れた溶接トーチ８の狙い位置
を修正する。この処理を板厚変化部を一定距離過
ぎるまで行ないその後、磁気センサ９を退避し、
溶接はそのまま継続する。

第９図は磁気センサ９による溶接トーチ８の狙
い位置の周期的な修正の手順を示すものであり、
まず、磁気センサ９が復帰している時間をセツト
し磁気センサ９を復帰させる。磁気センサ９の出
力電圧が一定範囲内から外れると溶接トーチ８の
狙い位置を修正し、NC情報も補正する。この処
理を磁気センサ９が復帰している時間がタイムア
ツプするまで続け、タイムアツプすると磁気セン
サ９を一定時間退避させる。そして、以上の処理
を繰り返す。

第１０図は振動センサ１０によりもぐり込み開
始位置を求める手順を示すものであり、まず、
NC情報によりもぐり込み開始位置より手前で振
動センサ１０を進行方向に対してセツトする。振
動センサ１０の出力がφNになつたら振動センサ
１０を退避し、NC情報のもぐり込み開始位置を
修正する。修正されたもぐり込み位置に到達した
らもぐり込みを開始する。以上の手順は、飛び越
し開始位置を求める手順にも適用できる。

以上により本発明方法によれば以下の如き優れ
た効果が奏せられるものである。

(1) 磁気センサ、振動センサによりNC情報の始
終端の位置、板厚変化部の位置、もぐり込み開
始位置、飛び越し開始位置等が修正できるた
め、溶接精度が向上する。

(2) 磁気センサを周期的に出し入れすることによ
り、溶接経路途中の溶接精度が向上し、磁気セ
ンサの寿命を延ばすことができる。

(3) 基本的には、NC情報にしたがつて動作する
ため、同じパネル材上の溶接であれば、開始時
に一度開始点をセツトするだけで、残りの溶接
部は自動的に開始位置を探索できるため、操作
性および効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成を示す図、第２図およ
び第３図はそれぞれ本発明方法を実施するために
用いられる一実施例の装置の構成を示す図、第４
図および第５図は本発明方法による始端検知の手
順を示す図、第６図および第７図は本発明方法に
よる終端検知の手順を示す図、第８図は本発明方
法による板厚変化部の手順を示す図、第９図は本
発明方法による溶接トーチの狙い位置修正の手順
を示す図、第１０図は本発明方法によるもぐり込
み開始位置を求める手順を示す図、第１１図は対
象溶接物の外観を示す図、第１２図は第１１図の
Ａ−Ａ矢視図を示す図、第１３図は溶接ロボツト
と溶接トーチ及び対象物との関係を示す図、第１
４図はもぐり込み溶接時の説明図、第１５図は磁
気センサの役目を示す図である。 １……溶接対象物、８……溶接トーチ、９……
磁気センサ、１０……振動センサ、１１……シリ
ンダ、１２……フランジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ NC情報を基準として動作し、NC情報に基
   づく溶接線始端終端検出動作、板厚変化部検出動
   作及び溶接経路途中の溶接線倣い動作については
   磁気センサの出力により、前記NC情報に基づく
   もぐり込み開始位置検出動作及び飛び越し開始位
   置検出動作については振動センサの出力により、
   前記動作の基となるNC情報を補正しつつ自動的
   に溶接を行うことを特徴とするNC自動溶接方
   法。 ２ NC情報を基準として、作動する自動溶接装
   置において、溶接トーチ８の近傍に磁気センサー
   ９と振動センサー１０を設け、 前記磁気センサー９は溶接線始端終端検出位置
   Ａ、板厚変化部検出位置Ｂ及び溶接線倣い検出位
   置Ｃの直前で復帰し、前記各位置Ａ，Ｂ，Ｃの
   NC補正情報を出力し、前記各位置Ａ，Ｂ，Ｃ通
   過後退避する手段を備え、 前記振動センサー１０はもぐり込み開始検出位
   置Ｄ及び飛び越し開始検出位置Ｅ直前で復帰し、
   前記各位置Ｄ，ＥのNC補正情報を出力し、前記
   各位置Ｄ，Ｅ通過後退避する手段を備えたことを
   特徴とするNC自動溶接装置。