JPS5985376A - ア−ク溶接ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は消耗電極（以下、ワイヤという）を使用するア
ーク溶接ロボットに関し、開先幅の変化に従いオツシレ
ート幅および溶接速度が自動的に変化するように企図し
たものである。

溶接線の開先幅が変化する場合は開先幅の変化に対応し
て自動的にオツシレート幅および溶接速度を変化できれ
は欠陥のない溶接紺（手が得られるが、開先幅に対する
格別な検出子を用いることなくオツシレート幅および溶
接速度を自　。

動制御するアーク溶接口がットは未だ出現しておらず、
簡単且つ容易にオツシレート幅および溶接速度の自動制
御ができる溶接ロボットの出現が望まれている。

本発明は斯かる要望に応え、ワイヤを用いるアーク溶接
口ｓｒットの溶接時の条件である溶接電流、ワイヤ送給
辿ＩＫ及（メチツデ−被溶接材間の印加重圧を検出する
ことにより、これらの値に基づいて開先幅を算出し、オ
ツシレート幅を自動制御する溶接ロボットを提供するも
のである。本発明の原理は、トーチをオツシレートした
場合チップと被溶接材間の距離りは開先幅に応じたツヤ
ターンで変化すること、並びにこの距ＭＧ　Ｌはワイヤ
の突出し長さｔ、ｇ　　とアーク長り人の和Ｌ＝ＬＡ＋
ＬＨであるが、ＬＥ　及びＬＡは溶接電流ｌ、ワイヤ送
給速度Ｖ及びチップ−被溶接相間電圧■から求まること
、に基づく。つまり、トーチをオツシレートしながらＩ
、ｖ及びＶからＬ　＝　ＬＨ士ＬＡ　’ｉ求めると、Ｌ
がオツシレートに応じて変化するので、この変化ノ臂タ
ーンから開先幅を検知でき、この開先幅に合わせてオツ
シレート幅および溶接速度を調整すれば良い。

以下、本失明の一実施例を図面により説明する。なお、
不発明における演算処理はアナログ演算によっても勿論
可能であるが、本実施例ではデソタル演算による演算処
理の場合を示す。

第１図は本発明の実施例であるアーク溶接ロボットの構
成を示し、第２図はその溶接条件検出系および演算処理
イ幾４（□・ｒｆ：示す。まず第１図において、１は溶
接トーチ＠２はトーチ傾余）軸、３は手首旋回軸であり
、両者により溶接トーチ１を回動させる回＃Ｉ機構部が
＋１−“Ｉ成される。４（・、Ｌトーチ傾斜軸２と手首
旋回軸３とを保持してこれらに２方向（上下方向）に運
動を力える２方向移動軸である。５は２方向移動軸４を
保持してこれにＹ方向（＠後方向）に運動を与えるＹ方
向移動軸である。６はＹ方向移動軸５を保持してこれに
Ｘ方向（左右方向）に運動を馬えるＸ方向移動軸である
。７は開側１装置であυ、遠隔１・■作盤１０からの制
御指令で電動？）（ｐ軸装置ぺ８を介してトーチ傾斜＠
２１手首旋回軸３および移動軸４．５．６の運動を制御
するとともに、同じく遠隔操作盤１０からの制御指令で
アーク溶接機９に作用して溶接電流、溶接電圧およびワ
イヤ送給速度等の溶接条件を制御する。さらにこの制御
装置７のなかには、トーチ位置を制ｉ白１し−しオツシ
レー）　１ｆＲＸを溶接線の開先幅の変化に功−って自
動的に変化さぜる演算、胞能および演算した開先幅に応
じて溶接速Ｊ−■を自画的に変化させる演算機ｒＩＨも
内蔵されている。一方法２図において、１１は消耗電極
（ワイヤ）であり、ワイヤリール１９に巻かれてお９送
給モータ２１により厚（動されるローラ２０　、２０’
によって繰り出されチップ１５から送給される。１２は
被溶汲オ、１３は浴蛋アーク、１４は溶接金ＬＡである
。１６はシールドガスノズルであシ、アーク１３と溶接
金属１４全大気から保護するだめのシールドガス１７を
供給する。、、１８はアーク溶接機９の電源からのパワ
ーケーブルを接続するターミナルであり、チップ１５と
電気的に接ｉＸ、されている。２２は溶接′１流を・検
出する之めの山：　ｖ′ｌＵ　Ｊ、４！出坏ｙ　、”ｆ
’・す、（ばシャントである。２３はチップ”１５と波
溶汲拐１２との間の電圧を検出する；に圧検出器、例え
ばポテンショメータである。２４はワイヤ１１の〕若給
ｊ土Ｉ埃を検出する７′ζめの回転計検出器、例えばロ
ータリエンコーダである。２５はロータリーエンコーダ
２４からの信号を直流電圧に変換し、適当な大きさに増
幅する増幅器、２６はポテンショメータ２３からの信号
を適当な大きさに増幅する増幅器、２７はシャント２２
からの信号を平均電流に相当する信号とし適当な大きさ
に増幅する増幅器、２８はシャント２２からの信号を実
効電流に相当する信号とし適当な大きさに増幅する増幅
器である。２９，３０，３１．３２は増幅器２５゜２６
．２７．２８のアナログ信号をデイヅタル信号に変換し
て制御装置７へ入力させるためのＡ／Ｄ変換器である。

なお第２図において第１図と同一番号を付したものは同
一部材である。

このように構成した本装置では、遠隔操作盤１０の指令
によシ、トーチ傾斜軸２１手首旋回軸３および移動軸４
，５．６の組み合わせによりこれらの可動範囲内で溶接
トーチ１は任意の溶接姿勢を三次元的に採ることが可能
である。

また、遠隔操作盤１０の指令により、溶接教示位ｉｓ’
５ごとにトーチ姿勢および溶接条件をあらかじめ制御装
置７に記憶させることができる。

次にアーク長（５人）とワイヤ突出し長さくＬＨ）との
和りの演算動作ヲ駅、明する。今 工人：溶接電流Ｉの平均電流（ＡＩＴＩｐ）ＩＥ：溶接
電γ１に、　Ｉの実効電流（Ａｍｐ）Ｖ：チップ１５と
被溶接月１２との間の′ｔに圧（Ｖｏｌｔ） Ｖ：ワイヤ送給速度（調／５ｅｅ） ＬＥ：チップ１５の先端からアーク１３１でのワイヤ１
１の長さく突出し長さ）　（ｍｍ）ＬＡ：ワイヤ［１の
先端から溶接金１４１４−までの距離（アーク長）（− Ｌ：Ｌ＝ＬＥ＋ＬＡ即ちチップ１５と溶接金属１４との
間の距１進（簡） ｖＢ：溶接直流■によってワイヤ突出部に生じる電圧降
下（Ｖｏｌｔ） ＶＡ　：　Ｖ人＝Ｖ−Ｖｏ即ちアーク電圧（Ｖｏｌｔ）
ヒすると、上記諸％°間には近似的に次の関係がある。

ＬＤ　＝　ｆｔ　　（ＩＡ、Ｉｇ、ｖ）　　　　　　　
　　　　・・・・・・式（１＋ＶＢ　”　ｆｚ　　（Ｉ
Ａ　、ｖ　、ＬＢ　）　　　　　　　　　　　　−、、
、−８式（２）ｖＡ　＝　ｖ−ｖＥ　　　　　　　　　
　　　・−・”式（３）ＬＡ　＝　ｆｓ　（ＩＡ　、　
ＶＡ）　　　　　　　　　・”一式（４）Ｌ＝ＬＨ＋Ｌ
人　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・式（５）
上式（１）の関係は、社団法人溶接学会の溶接法委員会
による１９８０年７月づ６行の［電流制御アーク溶接に
関する研究」中：：＋’＋　５ベージ（１２１式からの
如く求まる。また、上式（４）の関係は株式会社産°報
による昭和４２年１０月１日伯版発行のｒｌ？Ｊ接アー
ク現象（増補版）」中４３１０５ページ（３，１，１０
）式から 但し、ｄはワイヤの径（揶） の如く求まる。一方、上式（２）の具体的な関係は実験
によって求まる。なお、上式（コ３）及び式（５）の関
係は第１図から自明である。

制御装置７には上記の式（１）〜式（５）の関係をプロ
グラムしである。従つ−で一１制御装置准７は次のよう
な演算を行う。

（イ）　溶接電流工の平均電流１人と実効゛電流ＩＢと
ワイヤ送給速［ｖを％変換器３１，３２゜２９を介して
シャント２２及びロータリーエンコーダ２４よシ制御装
置７へ与えると、ワイヤ１１の突出し長さり、　　が式
ｉｌ＋の演算によシ求められる。

（ロ）　工人、■及び上記（イ）で得たＬＢが与えられ
ると、式（２）の演算によシワイヤ突出し部の電圧降下
ｖＦ、が求、つられる。

（／］　　印加■圧Ｖをポテンショメータ２３よシ％変
換器３０を介して与えると、この電圧Ｖ及び上記（ロ）
で得た７に圧降下ｖＢから、式（３）の演算によってア
ーク電圧ＶＡが求められる。

に）　平均電流ＩＡ及び上記（／今で得たアーク電圧Ｖ
Ａから、式（４）の演算によってアーク長ＬＡが求めら
れる。

（ト）　上記（イ）で得たワイヤ突出し長さＬＥ　　と
上記に）で得たアーク長ＬＡ　　とから、式（５）の演
算によシチツデ１５と溶接金属１４との間の距離りが求
められる。

今、１４３図のように開先幅が変化する被溶接材１２を
考える。第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図
は同■−■ね断面図である。第４図の溶接個所の開先幅
よシも第５図の溶接個所の開先幅の方が大きい場合であ
り、＠４図の開先内でオツシレートした時のオツシレー
ト幅Ｗに対するＬ＝ＬＡ＋ＬＢの変化パターンは第６図
の如くややシャープとなシ、第５図の開先内でオツシレ
ートしたときのオツシレート幅Ｗに対するＬ　＝　ＬＡ
＋Ｌ、Ｅの変化ノ４ターンは第７図の如くブロードにな
る。但し、開先の中心側とオツシレートの中心線が一致
している場合を示す。

いずれの変化ノ９ターンの場合も、テップ１５と溶接金
属１４との間の最小距Ｆ＋ｆＩ　Ｌａが設定されると、
オツゾレート幅はＷＩ　（＝ＩＷ２−ＷＩ　Ｉ　）　。

Ｗｌ　（＝　ＩＷ４　　ｗｓ　ｌ　）と定まる。そこで
制御装置７は上記（イ）〜りうの演算に続き、次のよう
な制御を行う。

（へ）　遠隔操作盤１０によシＬＯの値を設定する。

（ト）　　上記（（ホ）で得たＬのオツシレートによる
変化から、各溶１妾個７９ｉ毎に、Ｌ　＝　Ｌｏ　とな
るオツシレート＋隔Ｗ（ｍ６図ではＷ、　％第７図では
′Ｖめ）を求める。

（イ）　上記（ト）で求めたＷケアナログ量に変；為し
てオツシレート幅がＷ又はこれらに比例した幅になるよ
うに・４Ｌ動駆動装置８に入力し、軸２゜３．４，５．
６を制御１する。

このように、Ｌｏを設定すると開先１１・ｂｌの大小に
応じてオツシレート幅Ｗが自動的に定まり、開先幅に応
じた溶接ができる。たとえば第４図（第６図）に示す開
先においてＬ　＝　ＬＯになるｗ　”　Ｗｌでトーチ１
を反転させて右方向に移動させＬ＝Ｌｏになるｗ　＝　
ｗ２　　でさらにｌ・−チ１を反転して左方向に移動す
るようにオツシレートを行わせれば、ここの開先幅に対
応するすも１でオツシレートを行わせることができる。

また、たとえば第５図（第７図）に示す開先において、
Ｌ　＝　ＬｏになるＷ　”’　Ｗ３　　でトーチ１を反
転させて右方向に移動させ、Ｌ　＝　Ｌｏになるｗ　＝
　Ｗ４でさらにトーチ１を反転して左方向に移動するよ
うにオツシレートを行わせれば、ここの開先幅に対応す
る幅でオツシレートを行わせることができる。

一方、溶接開先幅に従いオツシレート幅が変化している
のにｌ’ｆＪ　Ｋｅ速朕を一定にしたのではビード冒さ
Ｈが不均一と外る。即ち、開先幅が小さい第４図のビー
ド関さ１１．と、開先幅が大きい第５図のビード高さＨ
２とを比較すると、同−溶接速度では、ＨＩ＞Ｈ２とな
る。したがって、開先幅に応じて溶接速１尾を制御ｊす
ると、常に同一のぎ−ド高さが得られる。つ咬り、ｉ：
１ＪＪ６図：１３よび第７図におけるオツシレート１１
琵Ｗ＋　＝　ｌ　Ｗｌ　　ＷＩ　ＩおよびＷｌ　＝　ｌ
　Ｗ４−　ｖｒ３１を求め、このＷ８　　およびＷｌ　
　にあらかじめほぼ反比例する溶接速度が自動的に設定
されるように制御装置７にプログラムしておけばよい。

この結果、オツシレート幅にしたがい溶接速度が変化し
、ビード高さが一定となる。

以上のように、チップ１５と溶接金属１４との間の最少
距離ＬＯを設定し、オツシレートによって得られるＬと
ＷのパターンからＬ＝Ｌ。

になるオツシレー）Ａｔ求め、この点でオツシレート方
向を反転し、しかも、オツシレート幅に応じて溶接速度
を制御することによって、開先幅が変化しても欠陥のな
い溶接継手部を得ることができる。

以−ヒｒ施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、格別な検出子を用いることなく溶接条件だけか
ら開先幅を検知し、開先幅が変化しても自ＨＪＩＪ的に
オツシレート幅および溶接速度が変化して欠陥のない溶
接継手部が得られる。したがって精度の高い無人化溶接
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係り、第１図は不実施例の構成
を示す余ｉ視図、第２図はその溶接条件検出系および演
算〃ル理機格を示すブロック図、第３図は開先幅が変化
する被溶接材を示す萌視図、第４図は第３図中の■−ｖ
Ｈ断面図、１８５図は第３図中のｖ−ｙ線断面図、第６
図は第４図の開先内においてオツシレート幅に対するチ
ップと溶接音＋１との間の距離の変化パターンのグラフ
、第７図は第５図の開先内における第６図と同様のグラ
フである。 図面中 １は溶接トーチ、 ２はトーチ傾余）軸、 ３は手首旋回軸、 ４は２方向々動軸、 ５はＹ方向移動ｉｌ′ｌ１１． ６はＸ方向＃動軸、 ７は制御装置、 ８は電動駆動装Ｆｊ　。 ９はアーク溶接、１走、 １１は消耗１トイｆ（ワイヤ）、 ｌ２は被溶接＋４． １５はチップ、 ２２はシャント、 ２３はポテンショメータ、 ２４はロータリエンコーダである。 特許出願人 三菱電工栗株式会社 復代理人 弁（！ｉｉ士　元　石　士　部（他１名）第６　ＩＩ 第７図 Ｗ３　　−Ｗ２−　　　Ｗ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 三次元空間の任意な点へ溶接トーチを移動することがで
   きかつ必要な任意のトーチ姿勢をとることが可能である
   とともに消耗電極即ちワイヤを使用して溶妾トーチをオ
   ツシレートさせながらアーク溶接を行うアーク溶接ロボ
   ットにおいて、溶接電流（ＩＡ　：平均電流、ＩＢ：実
   効電流）。 ワイヤ送給速度（Ｖ）およびチップと被溶接材との間の
   Ｆ電圧（Ｖ）をそれぞれ検出する検出器と、予め定まる
   関係式に基づき上記の溶接電流（工λ、　ＩＥ）　。 ワイヤ送給速度（ｖ）および電圧Ｍの各値を３斧オ処理
   することによりアーク長（ＬＡ）　　とワイヤ突出し長
   さくＬｇ）　　とのオロ（ＬＡ十ＬＢ）を求めるととも
   に溶接トーチのオツシレートによる上記長さの、１口（
   ＬＡ＋ＬＥ）の変化パターンから開先幅を検出する演算
   検出手段と、検出された開先幅に基づき溶接トーチを移
   動させることによ＃）溶接線の開先幅の変化に従いオツ
   シレート幅および溶゛接速度を自動的に変化させる駆動
   装置とを備えたことをｌ特徴とするアーク溶接ロボット
   。