JPH06218548A

JPH06218548A - 溶接ロボットの溶接制御方法

Info

Publication number: JPH06218548A
Application number: JP2971193A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Saitou; 仁啓斉藤
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1993-01-25
Filing date: 1993-01-25
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】撮像センサが不要でアークの熱や光の影響を
受けにくい手法により、リアルタイムに溶接線のずれを
修正する。【構成】溶接ロボットのトーチ４を指定された溶接線
方向に移動しながらウィービングによりトーチ先端を周
期的に移動方向に直角に振動して溶接を進め、かつ、ウ
ィービングに伴う溶接電流又は溶接電圧の変化から実際
の溶接線のずれを監視，検出し、該監視，検出により前
記ずれに応じて溶接中のトーチ４の先端位置を修正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接ロボットにより溶
接する際の溶接制御方法に関し、詳しくは溶接軌跡の制
御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接ロボットを用いた溶接では、
その制御（溶接制御）にマイクロコンピュータの数値制
御（ＮＣ制御）が多用される。この場合、溶接精度は溶
接対象物の仮付け精度やセッティング精度の影響を受け
易く、しかも、溶接による熱で溶接対象物が変形して溶
接線も変化し易い。そこで、ＮＣデータにより事前に指
示された溶接線に沿って正しく溶接を行うには、溶接ロ
ボットの溶接軌跡をリアルタイムに修正する機能が必要
になる。この修正は、従来、ＩＴＶ倣いセンサや光切断
方式のセンサ等の撮影画像から溶接状態を監視して行わ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の溶接ロボッ
トの溶接制御方法の場合、溶接軌跡を修正するためのＩ
ＴＶ倣いセンサや光切断方式のセンサ等は、溶接中のア
ークにより発生する熱や光の影響を受け易く、溶接アー
クが発生するトーチ先端の近傍で長時間使用することが
困難であり、アークから離して配置する必要がある。そ
して、これらのセンサをアークから離して配置すると、
溶接状態を正確に把握することが困難になり、溶接の倣
い精度に限界が生じて溶接品質の向上が図れず、しか
も、溶接対象物との干渉の問題も生じる。

【０００４】さらに、この種カメラを用いる撮像センサ
は高価であり、しかも、その画像データの複雑，高度な
処理を要し、溶接ロボットの運転に連係してリアルタイ
ムに制御できない問題点もある。本発明はカメラ等の撮
像センサを用いることなく、アークの熱や光の影響を受
けにくい手法でリアルタイムに溶接線のずれを修正する
ことを目的とする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記の目的を達成する
ために、本発明の溶接ロボットの溶接制御方法において
は、溶接ロボットのトーチを指定された溶接線方向に移
動しながらウィービングによりトーチ先端を周期的に移
動方向に直角に振動して溶接を進め、かつ、ウィービン
グに伴う溶接電流又は溶接電圧の変化から実際の溶接線
のずれを監視，検出し、該監視，検出により前記ずれに
応じて溶接中のトーチの先端位置を修正する。

【０００６】

【作用】前記のように構成された本発明の溶接ロボット
の溶接制御方法の場合、トーチを指定された溶接線方向
に移動しながらウィービングによりトーチ先端が周期的
に振動して溶接が行われる。このとき、ウィービングに
よりトーチ先端と溶接対象物（ワーク）との距離が周期
的に変化し、この変化に伴って溶接電流又は溶接電圧が
変わる。

【０００７】そして、溶接電流又は溶接電圧の変化から
溶接中の実際の溶接線のずれが監視，検出され、この検
出の結果によりトーチ先端位置が修正されて溶接軌跡が
リアルタイムに修正される。この場合、溶接電流又は溶
接電圧から溶接状態が監視，検出されるため、従来のカ
メラ等の撮像センサが不要であり、アークにより発生す
る熱や光の影響を受けることもない。しかも、電流又は
電圧の大きさに基づく数値処理であり、画像処理より簡
単かつ迅速に溶接線のずれが検出され、溶接ロボットの
運転に連係したリアルタイムの修正（制御）が行える。

【０００８】

【実施例】１実施例について、図１ないし図１０を参照
して説明する。図５は制御の構成を示し、溶接ロボット
の運転，位置を制御するロボット制御装置１及び溶接状
態を監視，検出するアークセンサ制御装置２はいずれも
マイクロコンピュータにより形成される。そして、アー
クセンサ制御装置２の入出力信号には、（ａ）溶接ロボ
ットに搭載された溶接機３側からのアナログ入力信号，
（ｂ）ロボット制御装置１から与えられるデジタル入力
信号，（ｃ）ロボット制御装置１に与えるデジタル出力
信号の３種類の信号がある。

【０００９】この３種類の信号は、具体的にはつぎの各
信号からなる。まず、（ａ）のアナログ入力信号は溶接
電流の検出信号Ｓａであり、溶接機３からトーチ４に給
電される溶接電流をシャント抵抗５により検出して電圧
信号に変換し、この電圧信号の高周波ノイズ成分をロー
パスフィルタ６により除去して形成される。つぎに、
（ｂ）のデジタル入力信号は、溶接機３に与えられる出
力電流値としての予想溶接電流の指令信号Ｓｂ₁，トー
チ４のウィービング１周期毎の位置判別用のウィービン
グ基準信号Ｓｂ₂，溶接条件を示す各種制御パラメータ
の信号Ｓｂ₃の３種類の信号により形成される。

【００１０】そして、信号Ｓｂ₃の制御パラメータは、
溶接姿勢（下向水平，上向水平、立向上進等）や使用ガ
ス，トーチ４から突出する心線（ワイヤ）７等の溶接条
件が変わる毎に変化するものであり、ロボット制御装置
１の運転用ＮＣデータと連動し、随時適当な値に変更し
てロボット制御装置１から転送される。この制御パラメ
ータはつぎの６個のデータＰ₁〜Ｐ₆を含む。Ｐ₁：ウィービング１周期の溶接電流最大値と最小値と
の差。Ｐ₂：ウィービング１周期の溶接電流平均値とつぎの周
期の平均値との差。Ｐ₃：座標修正判定用設定値としての上方電流値と下方
電流値との差。Ｐ₄：座標修正判定用設定値としてのウィービング１周
期の溶接電流平均値と予想溶接電流指令値との差。Ｐ₅：座標修正の方向。Ｐ₆：ウィービング１周期分の溶接電流の取込回数の指
定。なお、上方電流値，下方電流値はウィービング１周期の
トーチ４が上方，下方それぞれのときの溶接電流値であ
る。つぎに、（ｃ）のデジタル出力信号は、溶接線の座
標修正指令用の座標修正信号Ｓｃ₁，溶接異常時に溶接
ロボットの停止を指令する溶接異常信号Ｓｃ₂により形
成される。

【００１１】つぎに、溶接制御のアルゴリズムを説明す
る。図６（ａ）に示すようにＬ字配置された溶接対象物
（ワーク）８，９を溶接する場合、紙面に直交する対象
物８，９の内壁側の接線方向が適正な溶接線方向とな
る。そして、ロボット制御装置１の運転，位置の制御に
より、トーチ４は溶接の進行に伴って溶接線方向に移動
しながらウィービングをくり返し、このウィービングに
よりトーチ４の位置はウィービング一周期毎に図中の
→→→→に移動し、トーチ先端が周期的に移動
方向に直角に振動する。

【００１２】この振動によりトーチ４の先端と溶接対象
物１，２との距離が変化し、溶接電流は図６（ｂ）に示
すようにトーチ４の先端と溶接対象物８，９とが最も離
れるの位置で低くなり，最も近づく，の位置で高
くなる。すなわち、トーチ４をウィービングすることに
より、溶接電流はウィービングの倍の周波数で脈動変化
し、しかも、その大きさが溶接対象物８，９とトーチ４
の先端との距離の逆に変化する。

【００１３】そして、溶接中の実際の溶接線が適正な溶
接線方向からずれると、そのずれに応じて溶接電流の波
形の対称性のずれ及び大きさの変化が生じる。そこで、
この溶接電流の特性に着目し、アークセンサ制御装置２
により、ウィービングに伴う溶接電流の変化から実際の
溶接線のずれを監視，検出し、この結果によりロボット
制御装置１を介してトーチ先端位置を修正し、溶接線を
制御する。

【００１４】この制御は、具体的にはつぎの溶接電流の
平均値に基づく制御及び上方電流値，下方電流値の差に
基づく制御からなる。そして、溶接電流の平均値に基づ
く制御は図１のプロセスからなり、アークセンサ制御装
置２はウィービング基準信号Ｓｂ₂及び信号Ｓｂ₃の制
御パラメータに基づき、与えられた設定条件で同図のプ
ロセスを周期的に実行し、検出信号Ｓａから溶接電流を
ウィービング１周期についてサンプリングして積算し、
その結果からウィービング１周期の実測の溶接電流平均
値を求める。

【００１５】さらに、この実測の溶接電流平均値と指令
信号Ｓｂ₁により与えられる予想溶接電流（平均値）と
を比較して差を求め、この差が小さくなる方向に溶接ロ
ボットを移動する座標修正信号Ｓｃ₁をロボット制御装
置１に与える。この結果、図６の上方移動を＋Ｚ方向移
動，右方移動を−Ｙ方向の移動とする下向溶接の場合、
例えば図２（ａ）に示すようにトーチ４が溶接対象物
８，９から離れ過ぎて実測の溶接電流平均が予想溶接電
流より低くなると、座標修正信号によりトーチ４の位置
が＋Ｚ方向，−Ｙ方向いずれについても原点に近づくよ
うに修正され、図２（ｂ）に示すようにトーチ４が溶接
対象物８，９に近づく。

【００１６】そして、この制御のくり返しにより実際の
溶接電流平均値が予想溶接電流に一致するようにトーチ
４と溶接対象物８，９との距離が調整され、トーチ４の
先端位置が修正される。つぎに、上方電流値，下方電流
値の差に基づく制御は図３のプロセスからなり、アーク
センサ制御装置２はウィービング基準信号Ｓｂ₂からウ
ィービング中のトーチ４の位置を把握し、検出信号Ｓａ
に基づき、ウィービング１周期の溶接電流をトーチ４が
上方に位置する図６（ｂ）の側の上方電流値と，トー
チ４が下方に位置する図６（ｂ）の側の下方電流値と
に分けて積算する。

【００１７】そして、この積算により求められた上方電
流値と下方電流値との差を演算し、この差の絶対値と制
御パラメータによって与えられるこの絶対値の適正値
（設定値）とを比較し、求められた絶対値が大きくなっ
て溶接電流の波形が非対称になるときは、差の正，負の
極性からトーチ４の位置の溶接対象物８，９側のずれを
検出し、前記差が小さくなる方向に溶接ロボットを移動
する座標修正信号Ｓｃ₁をロボット制御装置１に与え
る。この結果、例えば下向溶接の場合、図４（ａ）に示
すように実際の溶接線がずれてトーチ４が溶接対象物９
寄りにずれると、同図（ｂ）に示すように適正な溶接線
に一致するようにトーチ４の位置が制御され、トーチ４
の先端位置が修正される。

【００１８】すなわち、アークセンサ制御装置２は信号
Ｓｂ₁〜Ｓｂ₃により与えられた溶接制御の各種条件及
び設定に基づき、溶接中に、溶接機３の溶接電流の検出
信号Ｓａを周期的に取込んでウィービング１周期の溶接
電流の変化から溶接線のずれを監視，検出し、その結
果、座標修正信号Ｓｃ₁をロボット制御装置１に与えて
トーチ４の先端位置をリアルタイムに修正する。ところ
で、溶接対象物８，９間に隙間が生じたり溶落などが発
生して溶接線のずれが異常になると、アークセンサ制御
装置２は溶接異常と判断し、ロボット制御装置１に溶接
異常信号Ｓｃ₂を与え、溶接を停止する。

【００１９】そして、実際の溶接に適用して図７から図
１０の結果を得た。図７，図８は上向溶接に適用し、溶
接開始時のトーチ４の位置を予め−Ｚ方向に所定量ずら
して溶接した場合の溶接電流，溶接ビード１０を示す。
なお、図８の（ａ）は溶接開始点，（ｂ）は溶接途中，
（ｃ）は溶接終了点それぞれの溶接ビード１０の状態を
示す。

【００２０】そして、図７からも明らかなように、溶接
電流は溶接前半には振幅が大きく周波数も低い状態であ
ったが、トーチ先端位置の修正のくり返しにより、溶接
後半には振幅が小さくなって周波数も高くなり、正常な
波形に自動修正された。この修正に基づき、溶接ビード
１０も溶接前半には図８（ａ）に示すように溶接線のず
れにしたがって下側に大きく片寄っていたが、溶接後半
には同図（ｂ），（ｃ）に示すように溶接線が正常に戻
って上，下に均等に形成された。

【００２１】また、図９，図１０は下向溶接に適用し、
溶接開始時のトーチ４の位置を＋Ｚ方向に所定量ずらし
て溶接した場合の溶接電流，溶接ビード１０を示す。な
お、図１０の（ａ），（ｂ）は溶接開始点，溶接終了点
それぞれの溶接ビード１０の状態を示す。そして、この
下向溶接の場合も溶接電流は溶接後半に振幅が小さくな
って周波数が高くなり、正常な波形に自動修正され、溶
接ビード１０は溶接開始点で下側に片寄っていたもの
が、溶接終了点では上，下均等に正常形成されるように
なった。

【００２２】そして、溶接電流の変化を監視，検出して
溶接ロボットの溶接軌跡を修正するため、従来の撮像セ
ンサを用いる場合のようなアークの熱や光の影響を受け
ることがなく、溶接状態を正確に把握できるとともに溶
接対象物８，９との干渉も生じない。また、簡単な数値
演算の処理を行えばよいため、溶接ロボットの運転に連
係してリアルタイムに制御して溶接線のずれを修正でき
る。そのため、従来より溶接品質が著しく向上する。

【００２３】そして、溶接対象物８，９との干渉が生じ
ないため、上向水平，下向水平，立向上進等の種々の溶
接姿勢の溶接に対応できる。また、溶接対象物８，９の
隙間，溶落などが発生すると、いわゆる異常監視機能が
動作して溶接が停止し、安全性も向上する。そして、溶
接線のずれが自動的に修正されるため、溶接開始点，溶
接終了点を予めセンシングして溶接するときは溶接途中
の曲がりや溶接による熱ひずみがあっても良好なビード
を得ることができる。また、溶接開始点のみセンシング
して溶接しても、終端検出機能により自動的に溶接線の
終点を検出することができ、この場合、溶接終了点のセ
ンシングが不要であるため、溶接タクトタイムが向上し
て効率的な作業が行える。

【００２４】さらに、アークセンサ制御装置２に与えら
れる制御パラメータはＮＣデータ化することができ、こ
の場合、ＲＡＭベースで与えるようにしてロボット制御
装置１でのデータ変更が容易に行えるようにすることも
可能である。ところで、前記実施例では溶接電流の変化
から溶接線のずれを監視，検出したが、溶接電圧の変化
から溶接線のずれを監視，検出してもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。トーチ４を
指定された溶接線方向に移動しながらウィービングによ
りトーチ先端を周期的に振動して溶接が行われ、このと
き、ウィービングによりトーチ先端と溶接対象物８，９
との距離が周期的に変化し、この変化に伴って溶接電流
又は溶接電圧が変わり、この変化から溶接中の実際の溶
接線のずれが監視，検出され、この検出の結果によりト
ーチ先端位置が修正されて溶接軌跡がリアルタイムに修
正される。そして、溶接電流又は溶接電圧から溶接状態
が監視，検出されるため、従来のカメラ等の撮像センサ
が不要であり、アークにより発生する熱や光の影響を受
けることがない。

【００２６】しかも、電流又は電圧の大きさに基づく数
値処理であり、画像処理より簡単かつ迅速にずれが検出
され、溶接ロボットの運転に連係した迅速な修正（制
御）が行える。したがって、撮像センサが不要でアーク
の熱や光の影響を受けにくい手法により、リアルタイム
に溶接線のずれを修正することができ、溶接品質の向上
等を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の溶接電流の平均値に基づく
制御のフローチャートである。

【図２】（ａ），（ｂ）は図１の制御の前，後のトーチ
先端位置の説明図である。

【図３】本発明の１実施例の上方電流値と下方電流値と
の差に基づく制御のフローチャートである。

【図４】（ａ），（ｂ）は図３の制御の前，後のトーチ
先端位置の説明図である。

【図５】本発明の１実施例のブロック図である。

【図６】（ａ），（ｂ）はウィービングに伴うトーチ位
置の変化，溶接電流の変化の説明図である。

【図７】溶接電流の１例の実測波形図である。

【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は図７の溶接電流によ
り形成される溶接ビードの説明図である。

【図９】溶接電流の他の例の実測波形図である。

【図１０】（ａ），（ｂ）は図９の溶接電流により形成
される溶接ビードの説明図である。

【符号の説明】

１ロボット制御装置２アークセンサ制御装置４トーチ７心線８，９溶接対象物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接ロボットのトーチを指定された溶接
線方向に移動しながらウィービングによりトーチ先端を
周期的に移動方向に直角に振動して溶接を進め、かつ、前記ウィービングに伴う溶接電流又は溶接電圧の
変化から実際の溶接線のずれを監視，検出し、該監視，
検出により前記ずれに応じて溶接中の前記トーチの先端
位置を修正することを特徴とする溶接ロボットの溶接制
御方法。