JPH0673748B2 - 桝目溶接ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は溶接ロボットに関し、特に桝目型の母材のすみ
肉溶接を行なう溶接ロボットに関するものである。

［従来の技術］ 従来において、桝目型の母材のすみ肉溶接を行なう場合
には、溶接ロボットにより直線部分の溶接を各面ごとに
行ない、その後に残った角の部分を手溶接によって溶接
する等の方法がとられていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、このような従来の技術では、連続した溶接作業
が行なえず、手溶接による溶接を行なった場合には良好
な溶接状態を維持することが困難となり、品質の安定化
が図れないという問題点があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、桝目
すみ肉溶接のFA化を図れるとともに、品質の安定した溶
接作業が行なえる溶接ロボットを得ることを目的とした
ものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る桝目溶接ロボットは、立板部材検知手段
の情報に基づいて溶接台車を溶接開始位置へ自動設定
し、駆動手段によって溶接台車を操舵させて溶接線に沿
って走行させ、桝目型母材の角部を溶接する際に、溶接
台車を旋回手段によって旋回させて溶接を行なうととも
に、アークセンサによって溶接線を検出して溶接トーチ
位置を制御することにより上記問題点を解決したもので
ある。

［作用］ この発明においては、桝目型の角部を溶接する際に、非
接触方式の粗倣いによって溶接線の倣いを行なっている
ため、接触式のローラ等が不要となり溶接台車旋回時に
溶接母材と干渉することなく旋回動作を行なえ、直線部
分と同様に角部分も連続して溶接を行なうことが可能と
なる。また、アークセンサを利用して溶接線自動倣い制
御を行なっているため、溶接台車旋回時にも旋回動作に
追従して溶接線の倣い制御を行なえることとなる。従っ
て、溶接作業のFA化及び品質の安定化が図れることとな
る。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面を参照しながら説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示す桝目隅肉溶接ロボット
の概略構成図であり、（Ａ）には平面図，（Ｂ）には正
面図が示されている。また、第２図は後記溶接台車（1
2）の構成図であり、（Ａ）には概略断面図，（Ｂ）に
は底面図が示されている。なお、第２図（Ａ）において
は後記走行車輪（14a），（14b）は省略してある。

図において、（10）は桝目型の溶接母材、（12）は操舵
可能な溶接台車であり、この溶接台車（12）には走行車
輪（14a），（14b）とボールキャスター（16）が第２図
（Ｂ）に示すような位置に設けられており、２つの駆動
モータ（18a），（18b）によって上記走行車輪（14
a），（14b）がそれぞれ正逆両方向に回転駆動されて、
溶接台車（12）が移動，旋回するようになっている。

詳述すると、直線方向に溶接台車（12）を走行させる場
合には２つの走行車輪（14a），（14b）を同一の速度で
回転させ、操舵させる時には２つの走行車輪（14a），
（14b）の相対的な回転速度を制御し、更に溶接台車（1
2）を旋回させる場合には走行車輪（14a），（14b）を
各々逆方向に同一速度で回転させるようになっている。
なお、溶接台車（12）を旋回させる時の旋回支点は該溶
接台車（12）の下方中央部に配置された電磁マグネット
（20）の磁力によって支持されるように構成され、この
電磁マグネット（20）の上下駆動はソレノイド（22）の
励磁及びその解除によって行なう構成になっている。溶
接台車（12）の旋回角度はエンコーダ（23）によって検
出できるようになっている。旋回位置の検出は、溶接台
車（12）の前端部の設置された旋回位置検出センサ（1
1）で検出できるようになっており、溶接開始位置への
設定は溶接台車（12）後端部に設置されたセンサ（13
a），（13b）によって桝目型の溶接母材の立板を検出し
て、溶接線を溶接台車（12）の距離を溶接線に対する溶
接台車（12）の向きを設定できるように構成されてい
る。

また、溶接線の粗倣いについても走行車輪（14a），（1
4b）各々の回転速度の制御によって行なうように構成さ
れており、実際にはアークセンサにより制御される水平
方向の溶接トーチ（24）の位置決め軸（Ｘ軸）スライド
（28）のスライド位置が定位置を保つように、すなわち
溶接線と溶接台車（12）の間隔距離が所定の距離になる
ように走行車輪（14a），（14b）のそれぞれの回転速度
を制御し、溶接台車（12）の走行方向を調整して溶接線
の粗倣いを行なうようになっている。

一方、溶接台車（12）上には高速回転アーク溶接トーチ
（24）が設置されており、該高速回転アーク溶接トーチ
（24）は、Ｙ軸スライド（26）及びＸ軸スライド（28）
によってそれぞれの方向にスライド可能に構成されてい
る。上記Ｘ軸スライド（28）は溶接線の自動倣い制御に
よって高速回転アーク溶接トーチ（24）を水平方向スラ
イド移動させる機構であり、Ｙ軸スライド（26）はアー
ク長を一定に保つように溶接継手方向に高速回転アーク
溶接トーチ（24）をスライド移動させる機構である。

（30）は高速回転アーク溶接トーチ（24）に備えられた
シールドノズル（34）である。

次に、溶接線自動倣い制御を行なうアークセンサの原理
について簡単に説明する。

第３図には回転アークの時間的なアーク発生位置とアー
ク電圧との関係が示されている。図において、高速回転
アーク溶接トーチ（24）が開先のルートにあるとき（△
Ｘ＝０）は、アーク電圧波形は破線に示すようにCf点,C
r点で極大、Ｒ点,L点で極小となり、Cf点に対して左右
対称となる。他方、高速回転アーク溶接トーチ（24）が
立板側にずれると（△Ｘ≠０）、波形は実線のようにな
り、Cf点に対して左右非対称となる。そこで、Cf点より
左右の位相角φに囲まれる波形の面積S_LとS_Rを比較する
ことにより、Ｘ軸方向のトーチ狙い位置を検出する。実
際には、後方Cr側では溶融地の影響を受けて波形が歪む
ので、φの値は90゜以下としている。トーチの高さ方向
（Ｙ軸）の制御は、溶接電流を一定とする方法で行な
う。

次に、上記実施例の全体的な動作について第５図のブロ
ック図及び第６図の概略フローチャートを参照しなが
ら、第４図（Ａ），（Ｂ）中（A1）〜（A4），（B1）〜
（B5）の順を追って説明する。なお、第４図中（A1）〜
（A4），（B1）〜（B5）の各図の構成は全く同一である
ため（A1）については全部分に符号を付し、その他の図
については説明上必要部分の符号のみを付してある。ま
た、第６図のフローチャートには、高速回転アーク溶接
トーチ（24）の90゜の旋回動作のみが示されている。

まず、溶接開始位置の設定動作を第４図（１）において
説明する。図において、（A1）のように桝目型の溶接母
材（10）内部の任意の位置に溶接ロボットを配置する。

次に、（A2）のように溶接台車（12）を後退させ、セン
サ（13a），（13b）によって立板（W1面）と両センサの
距離を検出しつつ、該距離が等しくなるように溶接台車
（12）を２つの走行車輪（14a），（14b）によって移動
させる。

その後、（A3）のように溶接台車（12）を一定距離だけ
前進させて、立板（W1面）から離れて180゜左方に旋回
させる。旋回後は、（A4）のように再び溶接台車（12）
を前進させ、旋回位置検出センサ（11）によりW1面から
所定の距離だけ離れた旋回位置を検出して、停止させた
後、右方に90゜旋回させて溶接開始位置に設定する。

次に、溶接台車（12）を右方に粗倣いをしながら直進さ
せて回転アーク溶接を開始する。

そして、（B1）のように溶接母材（10）のW1面に沿って
直線的な溶接を行ない、溶接台車（12）が（B2）図に示
すような所定の位置に到達したら一旦停止させる。

この停止位置はW2面からの所定の距離、即ち高速回転ア
ーク溶接トーチ（24）の旋回半径及び同ヘッド（24）の
Ｘ軸方向の最大スライド距離を考慮して求めてある。ま
た、上記のような距離の検出方法としては、W2面から所
定の距離でW2面を検出するセンサ（11）によって停止位
置を検知するという方法がある。制御動作としては、位
置センサにおいて所定の位置を検知したらその信号を制
御装置（34）に入力し、該制御装置（34）では駆動モー
タ（18a），（18b）の停止動作を行なう。

次に、溶接台車（12）を停止させた後にソレノド（22）
の励磁を解除して電磁マグネット（20）を床面に降下さ
せ、該電磁マグネット（20）を励磁させて溶接台車（1
2）の中心を床面に固定し、駆動モータ（18a），（18
b）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（20）を支点として溶接台車（12）を右方に旋
回させる。

そして、旋回動作とともに角部C1の溶接を行なう。この
時、溶接台車（12）を単に旋回させるだけでは旋回角度
によって、高速回転アーク溶接トーチ（24）と溶接位置
との距離が大きく変わってしまうため、上述したアーク
センサの倣いに追従してＸ軸水平方向に高速回転アーク
溶接トーチ（24）の送り出しを行なう。また、制御装置
（34）においては、エンコーダ（23）で検出する溶接台
車の旋回角度に対応させて溶接速度、即ち駆動モータ
（18a），（18b）各々の出力を制御する。なお、溶接速
度制御については後述する。

次に、上記のように90゜の旋回を行ない角部C1近傍の溶
接が終了した後に、電磁マグネット（20）の励磁を解除
し、ソレノイド（22）を励磁させて、電磁マグネット
（20）を床面から離脱させる。その後は、（B4）〜（B
5）のように同様な動作によって桝目型の溶接母材（1
0）内部全周の溶接を完了する。

次に、第７図を参照しながら上記実施例の角部の溶接
時、即ち旋回動作時の溶接速度制御方法を説明する。図
において、溶接母材（10）に沿った実際の溶接速度を
V_W,高速回転アーク溶接トーチ（24）の旋回角度をα，
旋回半径をr,旋回速度をV_R,溶接速度V_Wの旋回孤の接線
方向の速度成分をV_R1とすると、 という２つの式が成り立つ。

従って上記（１），（２）式より のの範囲においては、 V_R＝V_W×cos²α ……（３） の範囲においては、 V_R＝V_W×sin²α ……（４） という（３），（４）２つの式が求まる。

この実施例では、以上のような式に基いて溶接速度V_Wが
一定になるように、旋回角度αを前記エンコーダ（23）
を介して制御装置（34）によって制御して安定した溶接
を行なう。

次に、第８図を参照しながら溶接部分の終端位置検出方
法について説明する。この方法は、溶接電極と被溶接部
材との距離が短くなるとそれに伴ってアーク電圧が降下
することを利用したものであり、この実施例においては
回転アークが既に溶接が施されている部分に達し、溶接
電極と被溶接部分との距離が短くなった時のアーク電圧
の降下を検知することによって溶接部分の終端位置を検
出する方法である。

第８図には回転アークの時間的なアーク発生位置とアー
ク電圧との関係が示されている。図において、回転アー
クのアーク発生位置において、進行方向の前方位置をC
f,後方位置をCr,進行方向に向かって両側をＲ及びＬと
して示している。図中、未だ溶接が施されていない部分
にアークが発生した場合のアーク電圧が破線で示されて
おり、この実施例においては、すみ肉溶接を回転アーク
によって行なうため、回転してアークを発生させた時の
両側の位置Ｒ及びＬにおいては溶接電極（32）と溶接母
材（10）との距離が前方位置Cf及び後方位置Crに比べて
短く、そのためR,Lにおいてはアーク電圧が必然的に低
い値となっている。

まず、図中斜線部で示されたように、アーク発生の前方
位置Cfと後方位置Crの所定の範囲内のアーク電圧の積分
値SCf,SCrを求める。そして、これらの積分値SCf,SCrを
比較し、SCfがSCrよりも所定回数連続で大きくなった位
置を溶接部分の始端位置、即ち終端位置として検出す
る。

このように上記実施例によれば、桝目型の溶接母材（1
0）の角部を溶接する際に、溶接台車（12）を走行車輪
（14a），（14b）各々の回転速度及び回転方向を調整す
ることによって旋回させるとともに、アーク自体を利用
して溶接線を検出して溶接台車（12）の旋回時にも旋回
動作に追従して溶接線の自動倣い制御を行ない、更に溶
接終端位置の検出もしているため、溶接を連続して行な
うことができ、作業のFA変及び品質の安定化が図れると
いう効果がある。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
同様の機能を奏するように種々の設計変更が可能なもの
である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、桝目型の溶接母材
を溶接する際に、全周を連続して溶接できるとともに、
旋回時にも旋回動作に追従して溶接条件の制御を正確に
行なえ、溶接作業のFA化及び品質の安定化が図れるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図及び第３図は
実施例の主要部の構成図、第４図，第５図及び第６図は
実施例の動作を示す説明図、第７図及び第８図は実施例
の作用を示す説明図である。 「主要部分の符号の説明」 （10）……溶接母材、（11）……旋回位置検出センサ、
（12）……溶接台車、（13a），（13b）……立板部材検
出センサ、（14a），（14b）……走行車輪、（16）……
ボールキャスタ、（18a），（18b）……駆動モータ、
（20）……電磁マグネット、（22）……ソレノイド、
（23）……エンコーダ、（24）……高速回転アーク溶接
トーチ、（30）……シールドノズル、（34）……制御装
置。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行手段によって走行する溶接台車上に高
   速回転アーク溶接トーチを有する溶接ヘッドを備え、ア
   ークセンサの溶接線検出情報に基いて溶接自動倣い制御
   を行ないつつ、桝目型の溶接母材をアーク溶接する溶接
   ロボットにおいて、 前記溶接台車の走行及び旋回を行なわせるために前記走
   行手段を駆動させる、各々独立に制御可能な一対の駆動
   手段と、 溶接開始位置に溶接台車を自動設定するための桝目型溶
   接母材の立板部材検知手段と、 前記桝目型溶接母材の隅部位置を検知する位置検知手段
   と、 前記溶接台車を旋回させる際に旋回の支点を固定する支
   持手段と、 前記溶接台車の旋回角度を検出する旋回角度検出手段
   と、 溶接作業全体の制御を行なう制御手段とを備え、 上記制御手段は、上記立板部材検知手段によって検知さ
   れた桝目型溶接母材の立板部に基づき、前記溶接台車の
   駆動手段により前記溶接台車の一辺が溶接線と平行であ
   り、且つ溶接線と所定の距離だけ離れた溶接開始位置に
   移動させることによって前記溶接台車を自動設定し；前
   記走行手段により溶接台車の走行を行ない、溶接を開始
   させ；前記アークセンサからの情報に基いて溶接線自動
   倣い制御を行ないつつ；上記位置検知手段によって前記
   桝目型溶接母材の隅部位置を検知した時に上記支持手段
   によって旋回の支点を固定させ；次に上記旋回角度検出
   手段の情報に基いて溶接速度が所定の速度となるように
   前記溶接台車の旋回速度を制御し；前記溶接台車の旋回
   角度が所定値に達したら旋回を停止させ、上記支持手段
   による旋回の支点の固定を解き；前記アークセンサの情
   報に基いて溶接終端位置を検出し、溶接作業を終了させ
   る制御を行なうことを特徴とする桝目溶接ロボット。