JPS5820706B2 - 自動溶接ロボツトにおけるすみ肉溶接点検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、いわゆる自動溶接ロボットにおけるワーク
開先の、特にすみ自溶接点を検出する方法に関する。

ワークとトーチとを制御装置からの指令によって相対的
に位置制御して、ワークの溶接線に沿ってトーチの相対
位置を移動させ、自動的に溶接を実施する、いわゆる自
動溶接ロボットは周知である。

この場合、個々のワークの誤差により、初めのワークに
よってティーチングした位置が必らずしも以後の総ての
ワークに対して正確とはならず、開先の形状寸法はワー
クにより多岐にわたるだめ、溶接点の正確なセンシング
は不可能であった。

そこでこの発明においては、特に互いに直交する２つの
軸方向にそれぞれ延びる２つの部材を突合わせて成るワ
ークのすみ自溶接点を、多少の寸法誤差があっても正確
に検出しつるようにして前述問題点を解決した、自動溶
接ロボットにおけるすみ肉溶接点検出方法を提供するこ
とを目的とする。

この発明の詳細な説明するに先立ち、この発明の背景と
なるトーチをセンサ兼用とした自動溶接ロボットの１例
につき説明する。

第１図において自動溶接ロボットは、ロボット本体１０
０と、溶接用と検出用を含む電源２００と、溶接制御装
置３００および制御箱（コンピュータを含む）４００と
、リモートコントロースバネＡ３００とを含む。

本体１００は、基台１０１を含む。

基台１０１には、その幅方向の両端に離間して１対の支
柱１０２および１０３が設けられ、該支柱１０２および
１０３は協働して回動枠体１０４を支持する。

この回動枠体１０４は、中央部材１０４ｃとその両端か
ら平行に延びる側枠１０４ａおよび１０４ｂを含み、該
側枠１０４ａ。

１０４ｂはそれぞれ支柱１０２および１０３に回動自在
に支承しである。

前記支柱１０３には、さらに、その背面に減速機および
ブレーキ付きの正逆転モータ１０５を設け、とのモータ
１０５の駆動により前記回動枠体１０４を水平軸Ｈまゎ
り（矢印Ｙ方向）に回動させるごとくしである。

また、前記中央部材１０４ｃのほぼ中央には、その背面
に減速機およびブレーキ付きの正逆転モータ１０７を設
け、その前面にこのモータ１０７の駆動により前記水平
軸Ｈに直交する軸Ｋｔわり（矢印θ方向）に回動可能に
ワーク取付具１０６を軸支しである。

１０８．１０９は前記支柱１０２，１０３の後方におい
て前記基台１０１上に左右離間して立設した１対の柱で
、該両柱１０Ｂ、１０９の上端間には梁１１０を架設し
である。

前記梁１１０には、該梁１１０に沿って前記水平軸Ｈに
平行な左右方向（矢印Ｘ方向）に移動可能な左右移動体
１１１を跨座しである。

該左右移動体１１１の上部には、前後方向（矢印Ｙ方向
）に移動可能な前後移動体１１２を嵌装し、該前後移動
体１１２の前端には垂直方向（矢印Ｚ方向）に移動可能
な上下移動体１１３を嵌装しである。

さらに前記上下移動体１１３の下端には、先端が前方に
延びる細長い支持部材１１４０基端を固定し、該支持部
材１１４の先端には垂直軸Ｍｔわり（矢印φ方向）に回
動可能なトーチ取付具１１５を設けである。

該トーチ取付具１１５の先端には先端溶接点ＷＰが前記
垂直軸Ｍ上にもたらされるごとくトーチ１１６を固設し
である。

また前記トーチ取付具１１５は、詳細は図示しないが支
持部材１１４に内蔵した動力源によって、垂直軸Ｍｔわ
りに旋回角φを制御するごとくしである。

前記トーチ１１６とワーク取付具１０６との間には、電
源２００により電圧を印加し、上述の各部の動力手段す
なわちモータ１０５，１０？および左右移動体１１１、
前後移動体１１２．上下移動体１１３ならびにトーチ取
付具１１５などの正逆転・移動・旋回ならびに暖源暇圧
・電流等紙、制御箱４００および溶接制御装置３００で
、所定のプログラムに従って自動的に制御するごとくし
である。

それによって、前記トーチ１１６の先端の作用点すなわ
ち溶接点がワークＷの溶接線に沿うように、かつ溶接条
件が最も良い姿勢で自動溶接ができるようにそのワーク
Ｗおよびトーチ１１６の相互位置を制御する。

そのだめのプログラムの作成６るいは手動操作の目的で
、リモートコントロースバネ／ｌ ５００を設けである
。

かくして、前記ロボット本体１００は、各軸Ｘ、Ｙ、Ｚ
、Ｍ。

Ｋ、Ｈの６軸について自由度を有する。

そして、このような本体１００、装置２００，３００，
４００゜５００のより詳細な構成ないし操作、動作につ
いては、たとえば同一出願人の出願にかかる特開昭５３
−１２７４９号に開示されているので、その詳細な説明
は省略する。

さらに第２図に示すように、電源装置２００には、トー
チ１１６に消耗電極２０９を供給するだめの消耗電極供
給手段２０１を設け、該消耗電極供給手段２０１には、
さらに、この消耗電極２０９に対して曲げ方向の癖を付
けるための強制器２０２が設けである。

この実施例では、強制器２０２には、消耗電極２０９を
案内する可という管をループ状に形成して、この消耗電
極２０９の先端に常に一定の曲げ癖を付けるようにして
いる。

もっともこの強制器２０２はこの実施例の他、たとえば
案内ローラで挾み付け、消耗電極を直線状に癖付けする
ようなものであってもよい。

消耗電極供給手段２０１から送り出される消耗電極２０
９には、電圧印加手段２０３によって所定の電圧を印加
し、該電圧印加手段２０３は、切換スイッチ２０４を介
して溶接用電源２０５または検出用電源としての放電用
高圧電源２０６のいずれかに選択的に接続可能としであ
る。

溶接用電源２０５は、周知のように大電流低電圧であり
、放電用高圧電源２０６は小電流高電圧（約１０００ボ
ルト）である。

そして、溶接用電源２０５はワークＷと直接に接続し、
放電用高圧電源２０６は電流センサ２０７を介してワー
クＷと接続する。

電流センサ２０７は、前記電極２０９とワークＷ間の放
電に伴う電流変化を検出して制御箱４００に信号を与え
る。

該制御箱４００は、切換スイッチ２０４を制御する。

すなわち、通常の溶接時には切換スイッチ２０４智コ溶
接用電源２０５側に切換え、溶接線のセンシングに際し
て放電用高圧電源２０６に切換えるよう制御する。

また前記トーチ１１６は適宜締付手段（図示せず）を内
蔵し、消耗電極２０９の突出長さを一定としだ状態でセ
ンシング動作を実施し得るごとくしである。

以下、前記溶接トーチ１１６をセンサとして用い、互い
に直交するＹ軸およびＺ軸方向にそれぞれ延びる水平部
材Ｗ１ と垂直部材Ｗ２ とを突合わせてワークＷ（第
３図）を構成し、該ワークＷの外側に形成するすみ自溶
接線ＷＬの一端位置における溶接点をセンシングする場
合につき、第４図のフローチャートを参照しながら説明
する。

初めに、制御箱４００に内蔵したコンピュータをティー
チングモードとしてパネル５０００図示しない操作ボタ
ンをマニュアル操作し、公知のプレイバック方式でトー
チ１１６の溶接点ＷＰが溶接ＭＷＬの一端位置付近にお
いて、前記ワークＷより適宜遠隔のスタート位置Ｐ１
に位置すべきＹ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向位置情報Ｘ１．Ｙｌ
、Ｚｌ をセンサ指令と共にユーザプログラムの１ステ
ツプとして入力し、さらに一連のユーザプログラムを入
力しておく。

そして前記コンピュータをオートモードとして能動化し
、それに応じて前述のユーザプログラムが１ステツプず
つ指令情報として出力される。

以下センシングのステップによる動作を逐次説明する。

（１）先ず、プログラムにセンサ指令情報が含まれてい
るか否か判断する。

（２）含まれていれば、切換スイッチ２０４を放電用高
圧電源２０６に切換える。

（３）次に電極突出量を規正する。

この規正は、トーチ１１６をセンサとして使用するに際
し、電極２０９のトーチ１１６先端からの突出量を一定
とするために行なう。

先ずトーチ１１６をある定められた基準点部材に対しで
ある←宕位置に位置させる。

例えば、第１図に示すように、ワーク取付具１０６の外
周のある点を前記基準点Ｑとし、そこに溶接点ＷＰがあ
るようにトーチ１１６を位置制御する。

さらに消耗電極供給手段２０１を作動して電極２０９を
繰り出し、その先端が前記基準点Ｑに近接してこの両者
間に電気の導通があれば、電流センサ２０７からの信号
により前記供給手段２０１の作動を停止する。

こうして電極２０９の突出量を規正し、続いてトーチ１
１６に内蔵の締付手段（図示せず）を作動させて電極２
０９をトーチ１１６に対して固定する。

（４）次にトーチ１１６の溶接点ＷＰを前記スタート位
置Ｐ１ に位置制御し、この位置におけるＹ軸およびＺ
軸方向の位置清報Ｘ１．Ｚ、を取り込む。

（５）前記トーチ１１６を前記スタート位置Ｐ１ よ
りＺ軸方向下方に適量変位し且つＸ軸方向にみて前記垂
直部材Ｗ２に対面する位置Ｐ２（Ｘｌ。

￥１．Ｚ２）に位置制御する。

（６）前記トーチ１１６を前記位置Ｐ２から前記垂直部
材Ｗ２に向かうＸ軸方向（左方）に移動させる。

（７）前記移動の間に、電極２０９先端が前記垂直部材
Ｗ２の垂直面ｆ１に近接すれば両者間が通電し、電流セ
ンサ２０７から信号を発してトーチ１１６の移動が停止
し、その位置Ｐ３（Ｘ８１゜Ｙｌ、ｚ２）のＸ軸方向位
置情報Ｘ８１を取り込む。

（８）前記ステップ（７）が終れば、トーチ１１６を前
記位置Ｐ３から位置Ｐ２ を径てスタート位置Ｐ。

に復帰移動させる。

（９）トーチ１１６のスタート位置Ｐ、から前記（セン
シング）位置Ｐ３へのＸ軸方向移動距離１Ｘ１−ＸＳ１
１ を演算する。

（１０）スタート位置Ｐ１ にあるトーチ１１６を該ス
タート位置Ｐ１からＸ軸方向左方に１Ｘ１−Ｘｓｌｌに
移動させる。

（ｎ）前記トーチ１１６を前記位置Ｐ４から前記垂直部
材Ｗ２に向かうＺ軸方向に下降させる。

（］２）前記下降の際に、電極２０９先端が前記垂直部
材Ｗ２の水平開先面ｆ２に近接すれば両者間が通電し、
電流センサ２０７から信号を発してトーチ１１６の下降
を停止し、その位置Ｐ、（Ｘ、。

Ｙｌ、ｚ８）のＺ軸方向位置情報ｚ８を取り込棋（１３
）前記トーチ１１６を前記位置Ｐ、から２軸方向上方に
若干量（１〜２朋）戻した位置Ｐ６（Ｘ４゜Ｙｌ ＋
Ｚ６ ）に位置制御する。

（１４）前記トーチ１１６を前記位置Ｐ６から前記水平
部材Ｗ２に向かうＸ軸方向（左方）に移動させる。

（１５）前記移動の間に、電極２０９先端が前記水平部
材Ｗ１の垂直開先面ｆ３に近接すれば両者間が通電し、
電流センサ２０７か一部を発してトーチ１１６の移動が
停止し、その位置Ｐ７（Ｘ８２Ｙ１．ｚ６）のＸ軸方向
位置情報Ｘ８２を取り込む。

α６）前記トーチ１１６を前記位置Ｐ７からＸ軸方向右
方に若干量戻した位置Ｐ ｓ （Ｘｓ 、Ｙｔ 、Ｚａ
）に位置制御する。

０７）これによりセンシング完了を判断し、切換スイッ
チ２０４は放電用高圧電源２０６から溶接用電源２０５
に復帰する。

（１８）前記取り込んだＸ軸方向位置情報Ｘ８□と２軸
方向位置情報Ｚ８から位置Ｐ５を含むＸ軸方向と位置Ｐ
７を含むＺ軸方向との交点位置Ｐ９（Ｘｓ２Ｙ１．ｚ８
）を演算し、その各位置情報Ｘ６２ｔＹ１ｔｚ８を出力
する。

勿論、この交点位置Ｐ、は前記上面ｆ２ と右側面ｆ３
が直角に交差しておれば溶筬線ＷＬ上の一点となる。

これですべてのセンシングステップを終了し、前記交点
位置Ｐ、を溶接点指令位置としてトーチ１１６に対する
位置指令を実行するのであるが、実際の溶接点指令位置
Ｐ１はワークＷの材質、板厚あるいは溶接条件等を考慮
して前記交点位置Ｐ。

から反ワーク側へＸ軸方向に△Ｘ、ｚ軸方向に△Ｚの距
離ずらせた位置情報（Ｘｉ＝ｘｓ２±△Ｘ、Ｙｌ。

Ｚ １ ” ＺＢ±△Ｚ）として指令される。

以上詳述せるごとく、本発明の溶接点検出方法によれば
、２つの部材を直角に突合わせて開先を形成したワーク
に対して、各ワークごとで開先の形状寸法に多少の誤差
があったり、各ワークのワーク取付具への固定に際して
多少ずれていてもワークから十分遠隔の位置を基点とし
て、各ワークごとにセンシングを行ない、常時最適の溶
接点が検出できる。

また、トーチの電極そのものをセンサとしだので、トー
チまわりに特にセンサとしての構造物が無く、開先の領
域が狭くても容易に入り込み、すみ自溶接線を確実に検
出でき、検出作業後溶接用電源に切換えることにより即
座に溶接作業に移行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のすみ自溶接点検出方法を実施する一例
としての自動溶接ロボットの全体斜視図、第２図は自動
溶接ロボットの一部を示すブロック図を含む側面図、第
３図は本発明に適用するワークにおけるセンシング説明
図、第４図はセンシングのフローチャートである。 図中、１００は自動溶接ロボットの本体、１１６はトー
チ、２００は電源、２０１は消耗電極供給手段、２０４
は切換スイッチ、２０５は溶接用電源、２０６は放電用
高圧電源、２０７は電流センサ、２０゛９は消耗電極、
４００は制御箱、５００バリモートコントロールパネル
、Ｗはワークである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワークとトーチとを制御装置からの指令により相対
   的に位置制御して前記ワークの溶接線を自動溶接するこ
   とにした自動溶接ロボットにおいて、前記トーチはセン
   サ兼用とし、トーチの電極に対して検出用電源を印加し
   て電極とワーク間の放電に伴う通電状態によりワークの
   表面を検出することくなし、互いに直交する３つの軸（
   Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸）のうちの選択した２軸、例えばＸ軸
   およびＺ軸方向にそれぞれ延びる水平部材と垂直部材と
   を突合せて外側に狭領域の開先部を形成するワークに対
   する前記トーチの相対位置を、前記開先部から外方に適
   量遠隔したスタート位置（Ｘｌ、Ｚｌ）に位置制御し、
   前記ワークまたはトーチは垂直部材とトーチが接近する
   Ｚ軸方向に適宜距離移動してからＸ軸方向に移動して該
   垂直部材の垂直面を検出しく該位置のＸ軸方向位置情報
   Ｘ５１）、次いで前記スタート位置に復帰した後ワーク
   とトーチが接近するＸ軸方向にＩＸ１＋Ｘ８１１−Ｈ！
   少距離△ｌたけ移動し、該移動位置からワークとトーチ
   が接近するＺ軸方向に移動して垂直部材の水平開先面を
   検出し、さらに該水平開先面から２軸方向に若干量戻っ
   た後前記水平部材とトーチが接近するＸ軸方向に移動し
   て該水平部材の垂直開先面を検出し、前記制御装置は前
   記垂直開先面のＸ軸方向位置（Ｘ８□）と水平開先面の
   ２軸方向位置（Ｚｓ）より成る位置（Ｘ８□、ｚ８）を
   溶接点指令位置として出力することを特徴とする、自動
   溶接ロボットにおけるすみ肉溶接点検出方法。 ２ 前記検出用電源は、小電流高電圧とした、特許請求
   の範囲第１項記載の自動溶接ロボットにおけるすみ肉溶
   接点検出方法。