JPH0671668B2 - アークセンサによる開先自動倣い制御におけるトーチ角度制御方法 - Google Patents
アークセンサによる開先自動倣い制御におけるトーチ角度制御方法Info
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- JPH0671668B2 JPH0671668B2 JP25068689A JP25068689A JPH0671668B2 JP H0671668 B2 JPH0671668 B2 JP H0671668B2 JP 25068689 A JP25068689 A JP 25068689A JP 25068689 A JP25068689 A JP 25068689A JP H0671668 B2 JPH0671668 B2 JP H0671668B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、開先を設けた溶接線が折れ曲ったり、ロボッ
トの教示点に対して実際の溶接線がずれているような被
溶接物に対し、高速回転アーク溶接トーチを備えた溶接
ロボットを用いて溶接する場合における開先自動倣い制
御におけるトーチ角度制御方法に関するものである。
トの教示点に対して実際の溶接線がずれているような被
溶接物に対し、高速回転アーク溶接トーチを備えた溶接
ロボットを用いて溶接する場合における開先自動倣い制
御におけるトーチ角度制御方法に関するものである。
［従来の技術］ 消耗電極式アーク溶接における開先自動倣い制御とし
て、溶接アークの回転によるアークセンサ技術を利用す
ることは、例えば特開昭60-174270号や特開昭62-248571
号により知られている。
て、溶接アークの回転によるアークセンサ技術を利用す
ることは、例えば特開昭60-174270号や特開昭62-248571
号により知られている。
第７図（ａ），（ｂ）は従来の回転アークセンサによる
開先倣い制御方法の説明図で、同時に制御方向の定義を
与えている。図において、１はモータ２により回転する
電極ノズルを有する溶接トーチで、図示しない溶接ロボ
ットアームの先端に取り付けられている。３はトーチ１
のノズル先端において所定量の偏心を与えられて自動送
給される溶接ワイヤ、４はアーク、５は被溶接物６に形
成された開先で、図示の場合、溶接線10は真直ぐな直線
となっている。７は溶接ビードである。また、以下にお
いて、ｘ軸は開先５の軸方向をいい、ｙ軸はトーチ１の
軸方向（高さ方向）をいうものとする。ｚ軸は溶接トー
チ１の進行方向（溶接進行方向）を表している。
開先倣い制御方法の説明図で、同時に制御方向の定義を
与えている。図において、１はモータ２により回転する
電極ノズルを有する溶接トーチで、図示しない溶接ロボ
ットアームの先端に取り付けられている。３はトーチ１
のノズル先端において所定量の偏心を与えられて自動送
給される溶接ワイヤ、４はアーク、５は被溶接物６に形
成された開先で、図示の場合、溶接線10は真直ぐな直線
となっている。７は溶接ビードである。また、以下にお
いて、ｘ軸は開先５の軸方向をいい、ｙ軸はトーチ１の
軸方向（高さ方向）をいうものとする。ｚ軸は溶接トー
チ１の進行方向（溶接進行方向）を表している。
このような回転アークセンサ技術を用いれば、アーク４
の１回転ごとに溶接電流Ia及びアーク電圧Eaを検出し、
この検出された溶接電流Iaと溶接電流の基準値Ioとの差
（Ia-Io）の積分値が常に零になるように制御すること
により、溶接トーチ１を溶接トーチとワークとの距離
（トーチ高さ）が一定になるようにｙ軸方向に修正する
ことができ（定アーク長制御）、また、検出されたアー
ク電圧Eaとアーク電圧の基準値Eoとの差（Ea-Eo）を、
ｚ軸方向の前方点Cfを中心として左右同一の位相角φで
囲まれる領域、すなわち左側と右側で積分した値の差
（SL-SR）が常に零になるように制御することにより、
溶接トーチ１を溶接トーチの狙い位置が開先中心にくる
ようにｘ軸方向に修正することができる。これにより自
動的にトーチ１を開先５に追従させながら溶接を行うこ
とができる。
の１回転ごとに溶接電流Ia及びアーク電圧Eaを検出し、
この検出された溶接電流Iaと溶接電流の基準値Ioとの差
（Ia-Io）の積分値が常に零になるように制御すること
により、溶接トーチ１を溶接トーチとワークとの距離
（トーチ高さ）が一定になるようにｙ軸方向に修正する
ことができ（定アーク長制御）、また、検出されたアー
ク電圧Eaとアーク電圧の基準値Eoとの差（Ea-Eo）を、
ｚ軸方向の前方点Cfを中心として左右同一の位相角φで
囲まれる領域、すなわち左側と右側で積分した値の差
（SL-SR）が常に零になるように制御することにより、
溶接トーチ１を溶接トーチの狙い位置が開先中心にくる
ようにｘ軸方向に修正することができる。これにより自
動的にトーチ１を開先５に追従させながら溶接を行うこ
とができる。
しかして、従来の回転アークセンサでは、トーチ１をｘ
軸及びｙ軸方向に位置修正するだけであり、ｚ軸方向に
はトーチ１を一定の速度で動かしている。
軸及びｙ軸方向に位置修正するだけであり、ｚ軸方向に
はトーチ１を一定の速度で動かしている。
［発明が解決しようとする課題］ そのため、例えば第８図（ａ），（ｂ）のようにｚ軸と
溶接線10のなす角度θx,θｙが大きい場合には、 ｚ軸方向の溶接速度は一定であるため、折れ線部10a,
10bにおける溶接速度は実質的に速くなり、このため適
正な溶接結果が得られない。
溶接線10のなす角度θx,θｙが大きい場合には、 ｚ軸方向の溶接速度は一定であるため、折れ線部10a,
10bにおける溶接速度は実質的に速くなり、このため適
正な溶接結果が得られない。
したがって、例えば多関節型の溶接ロボット等により
第８図のような被溶接物を溶接する場合には、溶接開始
点Psと終了点Pe以外に、溶接方向が変る点P1,P2,P3等を
教示したり、それらの屈曲点で溶接速度を変更する必要
があるなど、ティーチング作業に多くの時間がかかると
いう課題もあった。
第８図のような被溶接物を溶接する場合には、溶接開始
点Psと終了点Pe以外に、溶接方向が変る点P1,P2,P3等を
教示したり、それらの屈曲点で溶接速度を変更する必要
があるなど、ティーチング作業に多くの時間がかかると
いう課題もあった。
さらに、第９図（ａ），（ｂ）のように折れ曲った隅
肉溶接線10を溶接する場合、溶接トーチ１の姿勢を変え
ずに運行すると、折れ線部10aの溶接時には後退角αａ
が生じ、折れ線部10bの溶接時には前進角αｂが生じ、
しかもこれらの後退角、前進角が変化するため、時とし
て溶接欠陥を生じる。ここで、トーチ角度αa,αｂはx-
z平面あるいはy-z平面において溶接トーチ11と溶接線10
における法線12とのなす角度であり、溶接方向に対し後
傾角が生じるときを後退角といい、逆に前傾角が生じる
ときを前進角という。なお、第９図において、6aは下
板、6bは立板である。
肉溶接線10を溶接する場合、溶接トーチ１の姿勢を変え
ずに運行すると、折れ線部10aの溶接時には後退角αａ
が生じ、折れ線部10bの溶接時には前進角αｂが生じ、
しかもこれらの後退角、前進角が変化するため、時とし
て溶接欠陥を生じる。ここで、トーチ角度αa,αｂはx-
z平面あるいはy-z平面において溶接トーチ11と溶接線10
における法線12とのなす角度であり、溶接方向に対し後
傾角が生じるときを後退角といい、逆に前傾角が生じる
ときを前進角という。なお、第９図において、6aは下
板、6bは立板である。
また、例えば第９図（ｃ）のように、傾斜角度θが大
きい場合には溶接トーチ１と立板6bが干渉するおそれも
ある。
きい場合には溶接トーチ１と立板6bが干渉するおそれも
ある。
そこで、例えばコンテナのコルゲートパネルのような部
材を溶接する場合には、機械的にトーチ角度を変更する
か、溶接ロボットではティーチングにより対応していた
が、機械的方式では機構が複雑になり、ティーチング方
式ではティーチング作業に多大の手数、時間を要するな
どの課題があった。
材を溶接する場合には、機械的にトーチ角度を変更する
か、溶接ロボットではティーチングにより対応していた
が、機械的方式では機構が複雑になり、ティーチング方
式ではティーチング作業に多大の手数、時間を要するな
どの課題があった。
本発明は、上記のように課題を解決するためになされた
もので、溶接線がｚ軸方向に対し折れ曲っている場合で
あっても、高速回転アークセンサ技術を利用することに
より溶接トーチの進行方向を適正に修正しながら同一の
溶接速度で、しかもトーチ角度を基準の溶接方向に対し
て常に一定に保ちながら折れ線部を自動溶接することが
できるアークセンサによる開先自動倣い制御におけるト
ーチ角度制御方法を提供することを目的としている。
もので、溶接線がｚ軸方向に対し折れ曲っている場合で
あっても、高速回転アークセンサ技術を利用することに
より溶接トーチの進行方向を適正に修正しながら同一の
溶接速度で、しかもトーチ角度を基準の溶接方向に対し
て常に一定に保ちながら折れ線部を自動溶接することが
できるアークセンサによる開先自動倣い制御におけるト
ーチ角度制御方法を提供することを目的としている。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明に係るアークセンサ
による開先自動倣い制御におけるトーチ角度制御方法
は、高速回転アーク溶接トーチを備えた溶接ロボットを
用いて、溶接線がｚ軸に対し折れ曲った被溶接物を溶接
する場合において、次の手順により溶接することとした
ものである。すなわち、 （１）溶接アークを１秒間に10〜200回の高速で回転さ
せる。
による開先自動倣い制御におけるトーチ角度制御方法
は、高速回転アーク溶接トーチを備えた溶接ロボットを
用いて、溶接線がｚ軸に対し折れ曲った被溶接物を溶接
する場合において、次の手順により溶接することとした
ものである。すなわち、 （１）溶接アークを１秒間に10〜200回の高速で回転さ
せる。
（２）溶接電流Ia,アーク電圧Ea及び溶接進行方向の前
方Cf点を基準位置とするアークの回転位置をそれぞれ検
出する。
方Cf点を基準位置とするアークの回転位置をそれぞれ検
出する。
（３）前記検出された溶接電流Iaと溶接電流の基準値Io
との差（Ia-Io）を、アークの１回転ごとに積分した値
をΔＹとし、 （４）さらに前記検出されたアーク電圧Eaとアーク電圧
の基準値Eoとの差（Ea-Eo）を、前記Cf点を中心に左右
同一の位相角φ（ただし、５°＜φ＜180°，好ましく
は５°＜φ＜90°）で囲まれる領域、すなわちＬ側（左
側）及びＲ側（右側）で積分した値の差（SL-SR）をΔ
Ｘとする。
との差（Ia-Io）を、アークの１回転ごとに積分した値
をΔＹとし、 （４）さらに前記検出されたアーク電圧Eaとアーク電圧
の基準値Eoとの差（Ea-Eo）を、前記Cf点を中心に左右
同一の位相角φ（ただし、５°＜φ＜180°，好ましく
は５°＜φ＜90°）で囲まれる領域、すなわちＬ側（左
側）及びＲ側（右側）で積分した値の差（SL-SR）をΔ
Ｘとする。
（５）そして、あらかじめ溶接ロボットに教示されてい
る溶接進行方向を、アークの１回転または溶接ロボット
の制御ピッチごとに前記ΔＹの値によって決定される量
だけ溶接トーチの軸方向に修正し、同時に前記ΔＸの値
によって決定される量だけ溶接進行方向及び溶接トーチ
の軸方向の両方に垂直な方向（開先幅方向）に修正する
ことによって定まる溶接方向を基準の溶接方向とし、 （６）かつ、溶接速度の大きさを常に所定値に保ち、 （７）毎回、前記ΔＸ及びΔＹにより前記基準の溶接方
向を検出し、前記溶接トーチの角度をこの基準の溶接方
向に対して常に一定に保つように制御する。
る溶接進行方向を、アークの１回転または溶接ロボット
の制御ピッチごとに前記ΔＹの値によって決定される量
だけ溶接トーチの軸方向に修正し、同時に前記ΔＸの値
によって決定される量だけ溶接進行方向及び溶接トーチ
の軸方向の両方に垂直な方向（開先幅方向）に修正する
ことによって定まる溶接方向を基準の溶接方向とし、 （６）かつ、溶接速度の大きさを常に所定値に保ち、 （７）毎回、前記ΔＸ及びΔＹにより前記基準の溶接方
向を検出し、前記溶接トーチの角度をこの基準の溶接方
向に対して常に一定に保つように制御する。
［作用］ 第１図に示すように、溶接ロボットの軌道制御はPTP（P
oint To Pont）教示のCP（Continuous Pass）制御であ
り、２つの教示点PsとPe間において、あらかじめ同一ピ
ッチで制御点G1,G2,…,Gnが定められている。この制御
ピッチは通常アークの回転周期であり、溶接アークの回
転速度Ｎは10〜200Hzの範囲で高速に保つ。また、溶接
速度の大きさは各制御点間の距離を一定にすることによ
り、あらかじめ設定された値に保持することができる。
oint To Pont）教示のCP（Continuous Pass）制御であ
り、２つの教示点PsとPe間において、あらかじめ同一ピ
ッチで制御点G1,G2,…,Gnが定められている。この制御
ピッチは通常アークの回転周期であり、溶接アークの回
転速度Ｎは10〜200Hzの範囲で高速に保つ。また、溶接
速度の大きさは各制御点間の距離を一定にすることによ
り、あらかじめ設定された値に保持することができる。
いま、溶接線が２つの教示点Ps,Pe間において折れ曲っ
ている場合、アークの１回転ごとに、あるいは上記の溶
接ロボットの制御ピッチごとに、溶接速度を一定に保ち
ながら溶接進行方向のみを少しずつ変えるように溶接方
向ベクトルの修正を行うのである。この溶接方向ベクト
ルの修正を行うのに高速回転アークセンサの技術を利用
する。
ている場合、アークの１回転ごとに、あるいは上記の溶
接ロボットの制御ピッチごとに、溶接速度を一定に保ち
ながら溶接進行方向のみを少しずつ変えるように溶接方
向ベクトルの修正を行うのである。この溶接方向ベクト
ルの修正を行うのに高速回転アークセンサの技術を利用
する。
溶接方向ベクトルの修正は次のようにして行う。アーク
の１回転ごとに溶接電流Iaとアーク電圧Ea並びに前記Cf
点を基準位置とするアークの回転位置が検出されている
ので、検出値Iaと基準値Ioとの差（Ia-Io）をアークの
１回転ごとに積分した値（SI）をΔＹとし、また検出値
Eaと基準値Eoとの差（Ea-Eo）をCf点を中心とする左右
の同一移送角φ（５°＜φ＜90°）の領域についてアー
クの１回転ごとに積分した値（SL-SR）をΔＸとする
と、第３図を参照して制御点ｉにおけるｘ軸及びｙ軸方
向の修正量は、それぞれ ｘ軸方向修正量＝kx・ΔXi・ｅ ｙ軸方向修正量＝ky・ΔYi・ｅ で与えられる。ここに、kx,kyは制御定数（ゲイン）、
e,ｅはそれぞれｘ軸及びｙ軸方向の単位ベクトルで
ある。
の１回転ごとに溶接電流Iaとアーク電圧Ea並びに前記Cf
点を基準位置とするアークの回転位置が検出されている
ので、検出値Iaと基準値Ioとの差（Ia-Io）をアークの
１回転ごとに積分した値（SI）をΔＹとし、また検出値
Eaと基準値Eoとの差（Ea-Eo）をCf点を中心とする左右
の同一移送角φ（５°＜φ＜90°）の領域についてアー
クの１回転ごとに積分した値（SL-SR）をΔＸとする
と、第３図を参照して制御点ｉにおけるｘ軸及びｙ軸方
向の修正量は、それぞれ ｘ軸方向修正量＝kx・ΔXi・ｅ ｙ軸方向修正量＝ky・ΔYi・ｅ で与えられる。ここに、kx,kyは制御定数（ゲイン）、
e,ｅはそれぞれｘ軸及びｙ軸方向の単位ベクトルで
ある。
したがって、制御点ｉにおける修正された溶接方向ベク
トルｉは、前回の制御点（i-1）で修正された溶接方
向ベクトルi-1とこれに垂直なｘ軸及びｙ軸方向の軌
道修正ベクトル、すなわち上記のkx・ΔXi・ｅと、ky
・ΔYi・ｅの３つのベクトルを合成した方向ACに向く
ことになる。そして、溶接方向ベクトルｉの向きは同
じで大きさを最初に設定された溶接速度の大きさと同一
にする必要がある。したがって、溶接方向ベクトルｉ
は次式で表される。
トルｉは、前回の制御点（i-1）で修正された溶接方
向ベクトルi-1とこれに垂直なｘ軸及びｙ軸方向の軌
道修正ベクトル、すなわち上記のkx・ΔXi・ｅと、ky
・ΔYi・ｅの３つのベクトルを合成した方向ACに向く
ことになる。そして、溶接方向ベクトルｉの向きは同
じで大きさを最初に設定された溶接速度の大きさと同一
にする必要がある。したがって、溶接方向ベクトルｉ
は次式で表される。
ここに、｜0|はあらかじめ設定されたｚ軸方向の溶接
速度である。
速度である。
しかし、（１）式はあくまで基本式であって、実用上
は、溶接方向ベクトルの修正は直前の数回の溶接方向ベ
クトルを加重平均などの処理をして行うこともある。こ
の場合、実用式は次のようになる。
は、溶接方向ベクトルの修正は直前の数回の溶接方向ベ
クトルを加重平均などの処理をして行うこともある。こ
の場合、実用式は次のようになる。
ただし、 （２）式に従ってアーク１回転ごとまたは制御点ごとに
溶接方向ベクトルを修正し、かつ毎回、基準の溶接方向
に対してトーチ角度を常に一定になるように制御する。
これは、溶接ロボットによる教示方向は一定であるの
で、コルゲートパネルのごとき被溶接物の種類によって
はトーチ角度を適宜変更する必要があるからである。か
くして、修正された溶接方向の溶接速度の大きさはあら
かじめ設定されたｚ軸方向の溶接速度の大きさに等し
く、かつ各制御点間の距離では前記アークセンサにより
ｘ軸及びｙ軸方向の倣い制御を自動的に行っているの
で、溶接線が折れ曲っていても各制御点において少しず
つ溶接トーチの進行方向を変えていく。そのため、溶接
線の屈曲点の位置を改めてティーチングしなくても、ｚ
軸方向の一定の溶接方向ベクトルと、その溶接方向ベク
トルに垂直で、かつ高速回転アークセンサにより検出さ
れたｘ軸及びｙ軸方向の各検出値から決定される軌道修
正ベクトルとから、溶接速度一定かつトーチ角度一定の
もとで溶接方向のみを修正することにより、屈曲点の位
置から自動的にトーチ進行方向を変えていく。
溶接方向ベクトルを修正し、かつ毎回、基準の溶接方向
に対してトーチ角度を常に一定になるように制御する。
これは、溶接ロボットによる教示方向は一定であるの
で、コルゲートパネルのごとき被溶接物の種類によって
はトーチ角度を適宜変更する必要があるからである。か
くして、修正された溶接方向の溶接速度の大きさはあら
かじめ設定されたｚ軸方向の溶接速度の大きさに等し
く、かつ各制御点間の距離では前記アークセンサにより
ｘ軸及びｙ軸方向の倣い制御を自動的に行っているの
で、溶接線が折れ曲っていても各制御点において少しず
つ溶接トーチの進行方向を変えていく。そのため、溶接
線の屈曲点の位置を改めてティーチングしなくても、ｚ
軸方向の一定の溶接方向ベクトルと、その溶接方向ベク
トルに垂直で、かつ高速回転アークセンサにより検出さ
れたｘ軸及びｙ軸方向の各検出値から決定される軌道修
正ベクトルとから、溶接速度一定かつトーチ角度一定の
もとで溶接方向のみを修正することにより、屈曲点の位
置から自動的にトーチ進行方向を変えていく。
［実施例］ 以下、本発明の制御方法を図によりさらに具体的に説明
する。
する。
第１図は各制御点における溶接方向ベクトルの修正方向
とトーチ角度の制御法を示す説明図である。図におい
て、２つの教示点PsとPeはそれぞれ溶接開始点及び終了
点で、溶接ロボットによりあらかじめ教示されている。
この２つの教示点Ps,Pe間を、アーク回転速度Ｎを例え
ば50Hzとして溶接するものとすれば、制御ピッチが20ms
の制御点G1,G2,…,Gnが定まる。
とトーチ角度の制御法を示す説明図である。図におい
て、２つの教示点PsとPeはそれぞれ溶接開始点及び終了
点で、溶接ロボットによりあらかじめ教示されている。
この２つの教示点Ps,Pe間を、アーク回転速度Ｎを例え
ば50Hzとして溶接するものとすれば、制御ピッチが20ms
の制御点G1,G2,…,Gnが定まる。
第２図は溶接ロボットに取り付けられた溶接トーチの説
明図であり、ロボットアーム21の先端にｙ軸移動機構18
を取り付け、さらにｙ軸移動機構18上にｘ軸移動機構14
を取り付け、このｘ軸移動機構14のｘ軸スライドブロッ
ク15に溶接トーチ１を回転可能に支持させたものであ
る。トーチ１の回転はｘ軸スライドブロック15上に取り
付けられたモータ２により歯車機構８を介して行われ
る。アークの回転位置検出器９は、第７図（ｂ）に示す
Cf点を基準にL,Cr,Rの４点を検出するようになってい
る。図中、16はｘ軸ボールネジ、17はｘ軸モータ、19は
ｙ軸ボールネジ、20はｙ軸モータである。なお、ｙ軸ス
ライドブロックは図示されていない。
明図であり、ロボットアーム21の先端にｙ軸移動機構18
を取り付け、さらにｙ軸移動機構18上にｘ軸移動機構14
を取り付け、このｘ軸移動機構14のｘ軸スライドブロッ
ク15に溶接トーチ１を回転可能に支持させたものであ
る。トーチ１の回転はｘ軸スライドブロック15上に取り
付けられたモータ２により歯車機構８を介して行われ
る。アークの回転位置検出器９は、第７図（ｂ）に示す
Cf点を基準にL,Cr,Rの４点を検出するようになってい
る。図中、16はｘ軸ボールネジ、17はｘ軸モータ、19は
ｙ軸ボールネジ、20はｙ軸モータである。なお、ｙ軸ス
ライドブロックは図示されていない。
また、溶接ワイヤ３と被溶接物６の間には給電チップ
（図示せず）を介して溶接回路30が構成され、溶接電源
31,溶接電流検出器32及びアーク電圧検出器33が組み込
まれている。検出器32により溶接電流Iaを検出し、検出
器33によりアーク電圧Eaを検出する。
（図示せず）を介して溶接回路30が構成され、溶接電源
31,溶接電流検出器32及びアーク電圧検出器33が組み込
まれている。検出器32により溶接電流Iaを検出し、検出
器33によりアーク電圧Eaを検出する。
溶接方法は、上記のように構成された高速回転アーク溶
接トーチ１によるアーク溶接であり、アークの１回転ご
とに前述のように溶接電流Ia及びアーク電圧Eaを検出
し、これらの検出値からｘ軸及びｙ軸方向のトーチ位置
の修正量を演算しながら溶接を行う。なお、アーク回転
速度Ｎ＝10〜200Hz,アーク回転直径Ｄ＝１〜6mm,ワイヤ
径は0.8〜1.6mmが適当である。
接トーチ１によるアーク溶接であり、アークの１回転ご
とに前述のように溶接電流Ia及びアーク電圧Eaを検出
し、これらの検出値からｘ軸及びｙ軸方向のトーチ位置
の修正量を演算しながら溶接を行う。なお、アーク回転
速度Ｎ＝10〜200Hz,アーク回転直径Ｄ＝１〜6mm,ワイヤ
径は0.8〜1.6mmが適当である。
そこで、再び第１図に戻って説明すると、任意の制御点
ｉにおける溶接方向ベクトルｉは、前記（２）式を変
形すると次のように表すことができる。
ｉにおける溶接方向ベクトルｉは、前記（２）式を変
形すると次のように表すことができる。
ここに、0 :あらかじめ設定された溶接方向ベクトル0 i-1:1つ前の制御点i-1における基準の溶接方向ベク
トル i:基準溶接方向ベクトル0i-1に垂直な軌道修正ベク
トル すなわち、軌道修正ベクトルｉは、アークの１回転ご
とに前記ΔＸ（＝SL-SR），ΔＹ（＝SI）に基づき決定
される値に、それぞれある定数kx,ky（ゲイン）を乗じ
たものであり、前回の基準溶接方向ベクトル0i-1に垂
直にｘ軸方向及びｙ軸方向に与える。かつ、溶接トーチ
１の角度を常に一定とするために、溶接方向ベクトル
ｉの向きを１つ前の制御点i-1における基準溶接方向ベ
クトル0i-1の方向にとり、この0i-1ベクトルに対し
て、例えば90°に一定に保つ。すなわち、制御点G1にお
いて、トーチ角度を前回の基準溶接方向ベクトル00に
対して直角に保ち、溶接方向ベクトル１の方向のみを
その基準溶接ベクトル00と軌道修正ベクトル１との
和（00＋１）の方向に修正する。そして、次の制御
点G2では、トーチ角度を１ベクトルと大きさ同じで向
きも同じの01ベクトルに対して直角にとり、溶接方向
のみを（01＋２）の方向に修正する。以下同様にし
て、トーチ角度を基準溶接方向ベクトル0i-1に対し常
に一定に保ち、溶接方向のみを基準溶接方向ベクトル
0i-1と軌道修正ベクトルｉとの和（0i-1＋ｉ）の
方向に修正することにより、同一の溶接速度、同一のト
ーチ角度で溶接トーチ１の進行方向のみを少しずつ変え
るようにしている。このような方向でもって、実際に折
れ曲っている溶接線10の開先を正確に追従していくこと
ができる。
トル i:基準溶接方向ベクトル0i-1に垂直な軌道修正ベク
トル すなわち、軌道修正ベクトルｉは、アークの１回転ご
とに前記ΔＸ（＝SL-SR），ΔＹ（＝SI）に基づき決定
される値に、それぞれある定数kx,ky（ゲイン）を乗じ
たものであり、前回の基準溶接方向ベクトル0i-1に垂
直にｘ軸方向及びｙ軸方向に与える。かつ、溶接トーチ
１の角度を常に一定とするために、溶接方向ベクトル
ｉの向きを１つ前の制御点i-1における基準溶接方向ベ
クトル0i-1の方向にとり、この0i-1ベクトルに対し
て、例えば90°に一定に保つ。すなわち、制御点G1にお
いて、トーチ角度を前回の基準溶接方向ベクトル00に
対して直角に保ち、溶接方向ベクトル１の方向のみを
その基準溶接ベクトル00と軌道修正ベクトル１との
和（00＋１）の方向に修正する。そして、次の制御
点G2では、トーチ角度を１ベクトルと大きさ同じで向
きも同じの01ベクトルに対して直角にとり、溶接方向
のみを（01＋２）の方向に修正する。以下同様にし
て、トーチ角度を基準溶接方向ベクトル0i-1に対し常
に一定に保ち、溶接方向のみを基準溶接方向ベクトル
0i-1と軌道修正ベクトルｉとの和（0i-1＋ｉ）の
方向に修正することにより、同一の溶接速度、同一のト
ーチ角度で溶接トーチ１の進行方向のみを少しずつ変え
るようにしている。このような方向でもって、実際に折
れ曲っている溶接線10の開先を正確に追従していくこと
ができる。
また、溶接方向ベクトルｉはハンチングの防止上、直
前の数回の基準溶接方向ベクトルを平均値化する。トー
チ角度はこのようにして修正された溶接方向ベクトル
ｉに対して一定になるように保持されるが、トーチ角度
の制御は頻繁に行う必要はなく、例えば５°ごとに行う
だけで差し支えない。
前の数回の基準溶接方向ベクトルを平均値化する。トー
チ角度はこのようにして修正された溶接方向ベクトル
ｉに対して一定になるように保持されるが、トーチ角度
の制御は頻繁に行う必要はなく、例えば５°ごとに行う
だけで差し支えない。
かくして、溶接トーチ１は制御点G1から各制御点ごとに
次第に折れ線部10aに沿うよう方向を変えて進行すると
ともに、第４図に示すように一定のトーチ角度βに保持
される。したがって、折れ線部10a,10bがｚ軸に対し３
°以上傾斜している場合であっても、該折れ線部を一定
のトーチ角度β，一定の溶接速度で正確にその開先を追
従し、良好な溶接ができるのである。
次第に折れ線部10aに沿うよう方向を変えて進行すると
ともに、第４図に示すように一定のトーチ角度βに保持
される。したがって、折れ線部10a,10bがｚ軸に対し３
°以上傾斜している場合であっても、該折れ線部を一定
のトーチ角度β，一定の溶接速度で正確にその開先を追
従し、良好な溶接ができるのである。
次に、第５図及び第６図はそれぞれｘ軸及びｙ軸方向の
制御ブロック図である。
制御ブロック図である。
第５図において、41はアークの回転位置検出器で、溶接
トーチ１の回転角度90°ごとのアーク回転位置Cf,R,Cr,
Lの４点（第７図（ｂ）参照）を検出するようになって
いる。42はアーク電圧検出器33によりアーク１回転ごと
に検出されたアーク電圧Ea,43はあらかじめ設定された
基準電圧Eoで、それぞれ差動アンプ44に入力される。45
は回転位置検出器41及び積分領域設定回路46からの信号
の入力により積分領域を決めるためのスイッチング論理
回路、47は第７図（ｂ）においてＬ領域35を積分すると
きのスイッチで、スイッチング論理回路45のＬ領域指令
により動作し、差動アンプ44により増幅されたアーク電
圧の差信号（Ea-Eo）をプラスとして積分器50に送る。4
8は第７図（ｂ）においてＲ領域36を積分するときのス
イッチで、スイッチング論理回路45のＲ領域指令により
動作し、差動アンプ44により増幅されたアーク電圧の差
信号（Ea-Eo）を反転器49によりマイナスにして積分器5
0に送る。
トーチ１の回転角度90°ごとのアーク回転位置Cf,R,Cr,
Lの４点（第７図（ｂ）参照）を検出するようになって
いる。42はアーク電圧検出器33によりアーク１回転ごと
に検出されたアーク電圧Ea,43はあらかじめ設定された
基準電圧Eoで、それぞれ差動アンプ44に入力される。45
は回転位置検出器41及び積分領域設定回路46からの信号
の入力により積分領域を決めるためのスイッチング論理
回路、47は第７図（ｂ）においてＬ領域35を積分すると
きのスイッチで、スイッチング論理回路45のＬ領域指令
により動作し、差動アンプ44により増幅されたアーク電
圧の差信号（Ea-Eo）をプラスとして積分器50に送る。4
8は第７図（ｂ）においてＲ領域36を積分するときのス
イッチで、スイッチング論理回路45のＲ領域指令により
動作し、差動アンプ44により増幅されたアーク電圧の差
信号（Ea-Eo）を反転器49によりマイナスにして積分器5
0に送る。
積分器50はスイッチング論理回路45の積分領域指令によ
って動作し、両スイッチ47,48を通じて入力される信号
をそれぞれ積分し、積分値差（SL-SR）としてｘ軸修正
演算器51に送る。52はｘ軸ゲイン設定器で、あらかじめ
設定されたｘ軸ゲインkxを演算器51に入力し、ｘ軸方向
の修正量kx・ΔＸを算出する。そして、この値が正のと
きは溶接トーチをＬ側へ修正し、負のときにはＲ側へ修
正する。53は溶接トーチ位置をｘ軸方向に修正するため
のｘ軸コントローラである。
って動作し、両スイッチ47,48を通じて入力される信号
をそれぞれ積分し、積分値差（SL-SR）としてｘ軸修正
演算器51に送る。52はｘ軸ゲイン設定器で、あらかじめ
設定されたｘ軸ゲインkxを演算器51に入力し、ｘ軸方向
の修正量kx・ΔＸを算出する。そして、この値が正のと
きは溶接トーチをＬ側へ修正し、負のときにはＲ側へ修
正する。53は溶接トーチ位置をｘ軸方向に修正するため
のｘ軸コントローラである。
第６図において、54は溶接電流検出器32によりアーク１
回転ごとに検出された溶接電流Ia,55はあらかじめ設定
された基準溶接電流Io,56は差動アンプ、57はアーク１
回転ごとに溶接電流の差信号（Ia-Io）を積分する積分
器、58はスイッチング論理回路で、回転位置検出器41か
らの信号を受け、その１回転信号ごとに積分器57を動作
させる。59はｙ軸修正演算器で、積分器57による積分値
SIとｙ軸ゲイン設定器60によりあらかじめ設定されたｙ
軸ゲインkyとを演算器59に入力し、ｙ軸方向の修正量ky
・ΔＹを算出する。61はこの修正量の正負の判定回路
で、その値が正のときは溶接トーチ位置が低いためトー
チを上昇側へ修正する。逆に負のときはトーチをトーチ
位置が高いため下降側へ修正する。62は溶接トーチ位置
をｙ軸方向に修正するためのｙ軸コントローラである。
回転ごとに検出された溶接電流Ia,55はあらかじめ設定
された基準溶接電流Io,56は差動アンプ、57はアーク１
回転ごとに溶接電流の差信号（Ia-Io）を積分する積分
器、58はスイッチング論理回路で、回転位置検出器41か
らの信号を受け、その１回転信号ごとに積分器57を動作
させる。59はｙ軸修正演算器で、積分器57による積分値
SIとｙ軸ゲイン設定器60によりあらかじめ設定されたｙ
軸ゲインkyとを演算器59に入力し、ｙ軸方向の修正量ky
・ΔＹを算出する。61はこの修正量の正負の判定回路
で、その値が正のときは溶接トーチ位置が低いためトー
チを上昇側へ修正する。逆に負のときはトーチをトーチ
位置が高いため下降側へ修正する。62は溶接トーチ位置
をｙ軸方向に修正するためのｙ軸コントローラである。
以上の第５図、第６図の回路によりそれぞれｘ軸及びｙ
軸方向の修正量を求め、その修正量を図示しない溶接速
度制御回路に送り、前記（３）式に従って溶接速度及び
トーチ角度が一定となるようにベクトル制御するのであ
る。
軸方向の修正量を求め、その修正量を図示しない溶接速
度制御回路に送り、前記（３）式に従って溶接速度及び
トーチ角度が一定となるようにベクトル制御するのであ
る。
［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、開先を有する溶接線が折
れ曲っているような被溶接物に対しても、高速回転アー
ク溶接トーチを有する溶接ロボットを用いて、溶接速度
及びトーチ角度を所定値に歩ちつつ溶接進行方向のみを
少しずつ変えながら、しかもその開先を正確に追従して
溶接していくことができるため、溶接品質やビード形状
の優れた溶接が可能になるとともに、ロボットによるテ
ィーチング作業が大いに簡素化できるいう効果がある。
れ曲っているような被溶接物に対しても、高速回転アー
ク溶接トーチを有する溶接ロボットを用いて、溶接速度
及びトーチ角度を所定値に歩ちつつ溶接進行方向のみを
少しずつ変えながら、しかもその開先を正確に追従して
溶接していくことができるため、溶接品質やビード形状
の優れた溶接が可能になるとともに、ロボットによるテ
ィーチング作業が大いに簡素化できるいう効果がある。
第１図は本発明によるトーチ角度制御方法の説明図、第
２図は溶接ロボットのアームに取り付けられた溶接トー
チの構成図、第３図は溶接方向ベクトルの修正方法を示
す原理図、第４図は本発明により折れ曲っている溶接線
に対してトーチ角度が一定に保持される状態を示す説明
図、第５図及び第６図はそれぞれ本発明の開先自動倣い
制御方法に用いるｘ軸倣い制御ブロック図及びｙ軸倣い
制御ブロック図、第７図（ａ），（ｂ）は従来の回転ア
ークセンサによる開先自動倣い制御方法の説明図、第８
図（ａ），（ｂ）は本発明の対象とする折れ曲った溶接
線を示す説明図、第９図（ａ）〜（ｃ）はトーチ角度と
溶接線との関係を示す説明図である。 １……溶接トーチ ３……溶接ワイヤ ４……アーク ５……開先 ６……被溶接物 10……溶接線 Ps……溶接開始点（教示点） Pe……溶接終了点（教示点） G1,G2,…,Gn……制御点1 ,2,…，ｉ……溶接方向ベクトル00 ,01,…，0i-1……基準溶接方向ベクトル1 ,2,…，ｉ……軌道修正ベクトル
２図は溶接ロボットのアームに取り付けられた溶接トー
チの構成図、第３図は溶接方向ベクトルの修正方法を示
す原理図、第４図は本発明により折れ曲っている溶接線
に対してトーチ角度が一定に保持される状態を示す説明
図、第５図及び第６図はそれぞれ本発明の開先自動倣い
制御方法に用いるｘ軸倣い制御ブロック図及びｙ軸倣い
制御ブロック図、第７図（ａ），（ｂ）は従来の回転ア
ークセンサによる開先自動倣い制御方法の説明図、第８
図（ａ），（ｂ）は本発明の対象とする折れ曲った溶接
線を示す説明図、第９図（ａ）〜（ｃ）はトーチ角度と
溶接線との関係を示す説明図である。 １……溶接トーチ ３……溶接ワイヤ ４……アーク ５……開先 ６……被溶接物 10……溶接線 Ps……溶接開始点（教示点） Pe……溶接終了点（教示点） G1,G2,…,Gn……制御点1 ,2,…，ｉ……溶接方向ベクトル00 ,01,…，0i-1……基準溶接方向ベクトル1 ,2,…，ｉ……軌道修正ベクトル
フロントページの続き (72)発明者 山下 健一郎 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内 (72)発明者 細井 一 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内
Claims (1)
- 【請求項１】高速回転アーク溶接トーチを有する溶接ロ
ボットにより、開先を有する被溶接物を溶接する場合に
おいて， （１）溶接アークを１秒間に10〜200回の高速で回転さ
せながら溶接を行い、 （２）溶接電流Ia,アーク電圧Ea及び溶接進行方向前方C
f点を基準位置とするアークの回転位置をそれぞれ検出
し、 （３）前記検出された溶接電流Iaと溶接電流の基準値Io
との差（Ia-Io）を、アークの１回転ごとに積分した値
をΔＹとし、 （４）さらに前記検出されたアーク電圧Eaとアーク電圧
の基準値Eoとの差（Ea-Eo）を、前記Cf点を中心に左右
同一の位相角φで囲まれる領域、すなわちＬ側（左側）
及びＲ側（右側）で積分した値の差（SL-SR）をΔＸと
し、 （５）あらかじめ溶接ロボットに教示されている溶接進
行方向を、アークの１回転または溶接ロボットの制御ピ
ッチごとに前記ΔＹの値によって決定される量だけ溶接
トーチの軸方向に修正し、同時に前記ΔＸの値によって
決定される量だけ溶接進行方向及び溶接トーチの軸方向
の両方に垂直な方向（以下、開先幅方向と呼ぶ）に修正
することによって定まる溶接方向を基準の溶接方向と
し、 （６）かつ、溶接速度の大きさを常に所定値に保ち、 （７）毎回、前記ΔＸ及びΔＹにより前記基準の溶接方
向を検出し、前記溶接トーチの角度をこの基準の溶接方
向に対して常に一定に保つように制御することにより、 前記開先を自動的に追従すると同時に常に溶接線に対し
て適正なトーチ角度を保ちながら溶接を行うことを特徴
とするアークセンサによる開先自動倣い制御におけるト
ーチ角度制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25068689A JPH0671668B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | アークセンサによる開先自動倣い制御におけるトーチ角度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25068689A JPH0671668B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | アークセンサによる開先自動倣い制御におけるトーチ角度制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03114671A JPH03114671A (ja) | 1991-05-15 |
| JPH0671668B2 true JPH0671668B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=17211540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25068689A Expired - Fee Related JPH0671668B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | アークセンサによる開先自動倣い制御におけるトーチ角度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0671668B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100447924B1 (ko) * | 2002-03-25 | 2004-09-13 | 사단법인 고등기술연구원 연구조합 | 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치 |
| KR100447923B1 (ko) * | 2002-03-27 | 2004-09-13 | 사단법인 고등기술연구원 연구조합 | 로봇을 이용한 레이저 용접헤드 위치제어장치 및 제어방법 |
| JP5548161B2 (ja) * | 2011-05-31 | 2014-07-16 | 本田技研工業株式会社 | センサ角度の測定方法 |
| JP7032091B2 (ja) * | 2017-09-29 | 2022-03-08 | 株式会社Ｉｈｉプラント | 溶接装置 |
-
1989
- 1989-09-28 JP JP25068689A patent/JPH0671668B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03114671A (ja) | 1991-05-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |