JPS5987976A - 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】 本発明は消耗電極を使用するガスンールドアーク溶接に
おけるアーク溶接ロバ？ットに関する。

各種構造物の溶接組立の自動化において、溶接品質を確
保するためには、溶接開先精度幅誤差に対し溶接トーチ
の連通を追従させることが重要であり、この溶接品質の
確保のため従来では検出機構を用いることが提案されて
いた。

しかし、この検出機構は開先面にセンサを取伺けたり開
先幅を画像センサにて処理することにより耐熱、耐ノイ
ズ、取扱いの複雑さ、アーク元などのため、信頼性に欠
ける。

このため、本発明は上述の欠点に鑑み、高信頼性を有し
て溶接線を自動的に倣うアーク溶接ロボットを提供する
ことを目的とする。

かかる目的を達成するため本発明としては、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、必要な
任意のトーチ姿勢を採ることが可能で、しかも溶接に必
要な諸元を制御できるアーク溶接ロボットを用いて、消
耗電極を供給しつつ溶接トーチをオシレートさせながら
行なうアーク溶接において、平均電流及び英効′面流か
らなる溶接電流、消耗電極送給速度全検出しこれらを演
算処理してチップからの消耗電極の突出長さを求め、所
定のオシレート位置における上記消耗電極突出長さの値
から求めた任意の少なくとも２点のオシレート位置にお
ける消耗電極の突出昆さの相対差分により上記溶接１・
−チのオシレート中心位置と被溶接物によって構成され
る継手の中心位置とのずれ全検出１〜、このオシレート
中心位置と継手の中心位置との相対位置関係が設定どお
りになるように常に溶接トーチ位置全制御してアーク点
が溶接線を自動的に倣う機能全具備したこと全特徴とす
る。

ここで、本発明によるアーク溶接ロボットの実施例を図
を参照して詳細に説明する。

第１図はアーク溶接ロボットの一実施例の構成図を表わ
しており、溶接トーチ１は回転が与えられ得る回転機構
部に連結され、この回転技、を構部はトーチ傾斜ｌ１ｉ
Ｊ２と手首旋回軸３とからなる。このトーチ傾斜軸２と
手醒旋回軸３とはＺ方向運動を与えるＺ方向移動斬１４
により保持さｈ−−ｒ　イる。このＺ方向移動軸４を保
持してこれにＹ方向運動を与えるＹ方向８動軸５が存在
し、さらにこのＹ方向移動１１１１１１５を保持してこ
れに−Ｘ方向運動を与えるＸ方向移：Ｉ（ｈ　＠ｌｌ　
６　？ｃ有する。

上述のトーチ傾斜軸２、手首旋回軸３、Ｚ方向移動軸４
．Ｙ方向移動ＩＮ＋＋　５、Ｘ方向移動軸６は制御装置
７によって箪動駆ｌ；ｂ装置直８全介しでその運動が制
御される。また、この制御に１１装置７はア〜り溶接機
９に作用して溶接型ＩＭ、、ｈ゛４接電圧電圧耗電極送
給速度などの溶接条件を制御することができる８そして
、制御装置７は遠隔扮作盤１０からの制御指令下に置か
れイＪする。更に、制御装置７の内部には耐圧トーチ位
置を制御してアーク点が溶接ｉ！＋１’ｉ自動的に倣う
　演算（；１能も内蔵されている。もつとも、この卸ｌ
　ｊ’Ｊ’ｉｌ　ＩＱ、’手ｌ【〕Ｊでも又は予めプロ
グラムされた手順にて自動操作としてもいずれでもよい
。

つぎに、第２図において溶接条件検出系および演算処理
機構′ｆＫ：説明する。溶接１・−チ１は淳接用°伍、
源′等を具えるアーク溶接機９とターミナル２Ａ、にて
接続されるとともに溶接トーチ１先端部には中心にチッ
プ１１が取付けられ、その外周にアークと被溶接物を大
気から保穫するシールドガス１２’（ｒ噴出させるシー
ルド９ガスノズル１３が取付けである。そして、＃接ト
ーチ１の基端部からリール１４に巻かれたワイヤ１５（
消耗電極）がワイヤ送給モータ１Ｇで駆動される送りロ
ーラ１７′ｆｔ介して溶接トーチ１の中心部を軸方向に
挿通されてチップ１１先端部から突き出している。この
ワイヤ１５はワイヤ送給モータ１６の駆動制御電源（図
示省略）によってその送シ速度が調整制御される。また
、溶接トーチ１の基端部は回転機構部のトーチ傾斜軸２
にて支持式れ、オシレートはトーチ傾剰軸２、手ｆ　ｋ
　回＋１１１３．２方向ｆＪ　勤＠　４、Ｙ　方向移動
軸５およびＸ方向移動１ｉｔ１１１６のうちの任意の組
合せによって行なわｉｚる。この溶抄：、１・−チ１の
オシレート！（よって被訂接物１８に対するチップ１１
先端の位置を変えることができる。（テ〈（中１９はワ
イヤ１５の先端に発生するアーク、２０は溶接金属であ
る。

このような％　ｆＩ＆　ｋ　ｍいるガスシールド消耗’
ｉｊｔ極式アーク溶接では、溶接電流■（平均電流ＩＡ
。

実効電流ＩＩ　ｌ、ワイヤ送給速ＩＪ［ｖの間には一定
の関数関係があることが実験的に１：Ｉらｈでいる。

−そこで、制御に必要な変斂として、ワイヤ送給速度Ｖ
、ど１１接電流Ｉ（平均型ｆＪＭ、　］、’Ａ　＊　実
効’ｉｌｊ流ＩＥ）を検出する機構が上記装置に備えら
れている。ワイヤ送給速度ｖｆ検出する砲構とｌ〜ては
、ロータリエンコーダ等の回転量検出器２１が送シロー
ラ１７に取付けてあ、す、この検出器２１からの４８号
を直流電圧にして適当な大きさとする変換増幅器２２お
よびアナログ・ディジタル変換器（以下Ａ／１）変換器
とする）２３ケ介してディジタル化して演算処理を行な
うｊｌｉ制御装置１≦ｔ７に内蔵されるディジタル電算
機（以下、電算機とする）７Ａに入力される。また、Ｒ
ｆ接電流１全検出するためアーク溶接機９と被溶接物１
８との間にシャント等の電流値検出器２４が設けらハ１
．ついで平均電流ＩＡに相当する信号と適当な大きさに
するための増幅器２５ａ及び気変換器２６ａと実効電流
ＩＦに相当する信号と適当な大きさにするための増幅器
２７ｂ及びｂ変換器２８ｂとが接続される。

電算機７Ａ内には、上記入力要素群をもとに溶接トーチ
１の位置制御量を算出する回路が組込１れている。

制御装置７では遠隔操作盤１０の指令により溶接トーチ
１を上述した五輔の可動範囲内でその組合せにより任意
の溶接姿勢を三次元的にとることが可能である。

また、制御装置７では遠隔操作盤１０の指令により溶接
教示位置ごとに溶接トーチ姿勢および溶接条件を予め記
憶できる。

更に、制御装置７の内部には後述の溶接線自動倣いのた
めの演Ｗ’１．’！、Ｑ　ａｐも含んでかり、その／ｊ
ｊｉ算結果で生じた出力により溶接トーチ１が運動すべ
き方向と大きさも予めこの制御’Ｖ４　ｉｆ′７．７に
プログラムされている。

溶接に際し、回転量検出器２１によってワイヤ送給速度
Ｖが、また、電流値検出器２４によって溶接電流工が検
出さハフる。

これらのアナログ量は匂変換器２３．２６ａ。

２８ｂによってデジタル量に変換され、電算機７Ａに加
えらノ１．る。

ところで、 工人：平均電流、 ■Ｅ：実効電流、 Ｖ：ワイヤ送給速度、 ＬＥ：チップ１１の先端からアーク１９＝！でのワイヤ
１５の腿さ即ちワイヤ突出し長さ、表すると、上記の諸
計の間には近似的に次の関数関係がある。

ＬＥ＝　ｆｘ　（ｖ　＊　ＩＡＩ　ＩＥ）　　　・−−
−・（１−）（１）式は、「電流制御アーク酸ｊ※に１
ｗ１する研究」（？８接学会溶接法委員会１９８０年７
月）より得らハ、る。

したがって、（１）式の関係を電算機７Ａにプログラム
ｊ〜でおき、ワイヤ送給速度Ｖと平均電流ＩＡ実効電流
ＩＥｋ与えると、ワイヤ突出し長さＬＥが求められる。

つぎに、遠隔操作盤１０から指令して予めワイヤ突出し
掩さの指令値り。を制御装置７の記憶部に記憶しておく
。そして、前述の如く先に求めたワイヤ突出し長さＬＥ
と設定したワイヤ突出し長さＬｃとをプログラムによっ
て比較する。この比較の結果、ＬＥ　＞　ＬＣの場合溶
接１・−チ１をｒ、、、　＝　Ｌｃになるまで第１図に
示す任意の軸を使用、して予めプログラムされている電
算ｑｆｆｉ４７　Ａの指令に従って移動させる。ＬＩＣ
＜　ＩＪＣの場合も同様である。

このようにして、遠隔操作盤１０の指令によってワイヤ
突出し長さＬＥヲ任意の値に制御できる。

つぎに、第３図ないし第５図において説明する。溶接ト
ーチ１をオシレートしないとき、ワイヤ１５の延長上に
被溶接物１８によって形成上れる継手の交点（溶接断）
）がある場合、溶接トーチ１は、第３　＋ｐ＋に示す如
く、オシレートの中心と前記交点とを結ぶＩＩ（１１ｋ
中心にし、てオルレートさに１．る。溶接トーチ１のオ
シレートが紙面に平行に単振動（振子運動）才たｔＪ：
こね、に近い運動を行なうとすれば、オシレート相対角
度θ係（最大振幅に対する任意の振１１１？ｚｉを百分
率で示１〜たもの）に対するワイヤ突出し長さＬＥは第
６図に示す形となる、これは溶４法トーチ１のオシレー
ト角度θが０のとき、１・−チζ″１ｉ＋が水平面に対
し７て４５°の場合を示したものである。

第６図〜第８図はオシレート１１．’ｉ１期にワイヤ突
出し長さＴＪＥと角度θとが描くパターンから継手の中
心位置と浴接トーチ１のオシレート中心位ｆ１′ｔとの
ずれを求める場合の例を示すものでｋ）る。ここでは、
オシレート位置がθ＝２５係とθ＝７５係の時のワイヤ
突出し長さＬＥの平均仙とおしを直線で結び、０＝１０
０％での外挿値Ｌｎを得ると共に、同様にオシレート位
置がθ；−２５係とθ−−７５９ｂの時のワイヤ突出し
長さＬＥの平均値とおしを直線で結び、θ＝−ｉｏｏ係
での外挿値Ｌｒ、に得る。そして、この外挿値ＬＲ１Ｌ
Ｌとを比較する。この場合、オシレート位置はθ＝±２
５％、±７５％、±１ｏｏ係を決めたが別にこの数値に
限るものではない。

第６図において、θ＝−７５係、θ＝−２５係、θ＝２
５チ、θ＝７５係の時のワイヤ突出し長さＬＥの平均値
をｔ−７５＋　ｔ−２５、ｔ２５　ｒ　ｌｒ５とする。

この場合、角度θと距離りのサンプリング全オシレート
の１周期とするとθ＝±２５係、θ＝±７５係における
ｔの値は２個ずつあるので平均値をとるものとする。さ
らに、第６薗をθ−ＬＥ座標面として（−７５，ｔ−７
５）と（−２５゜ｔ−２４１）とを直線で結びθ＝−１
００係における長さＬＢＱ値′ｆｆ：ＬＬとする。同様
に（２５＋　ｔ２５　）と（７５，ｔｙｓ）とを直線で
結びθ＝１００係における長さＬＥの値ｋ　ＬＲとする
、実験の結果、ＬＬ−ＬＱ中０であれば、溶接トーチ１
がオシレートしない時、ワイヤ１５の先Ｑｒ？Ａは継手
の交点の近くに存在する。すなわち、溶接トーチ１をオ
シレートしない（場合にワイヤ１５の延長上に継手の交
点金主らしめる状態でオシレートさせたい時第６図にお
ける長さＬＦ、の角度θに対する軌跡でＬＬ　　ＬＲキ
０になるように溶接トーチ１にかがる第１図の丸軸を制
御すればよい。

第４図は溶接トーチ１をオシレートしない時にワイヤ１
５の延長上に被溶接物１８によって形成される継手の交
点がない場合を示すもので、溶接トーチＪが下板に近い
場合上水すものである。この場合、溶接トーチ１のオ面
レート而が紙面に平行に単振動又はこれに近い運動？行
なうとすれば、オシレート角度θに対するワイヤ突出し
長さＬＥは第７図に示す形となる。

第７図において、角１ｗθの１周期におけるθ＝−７５
係、θ＝−２５係、θ＝２５係、θ＝７５チの時の長さ
ＬＥの平均値を各々ｔ−７５，１−２５゜ｔ２ｓ　ｒ　
ｔｙｅとする８ついで、第６図と同様、第７図をもθ−
ＬＢ座標面として（−７５＋　１−７５１と（２５＋ｔ
−２５１とを直線で結びθ＝−１００係における長さＩ
ＪＥの値をＬＬとする。また、（２！’ｉ　＋　１２ｓ
　）と（７５＋１ｔｓ）とを直線で結びθ＝　１００　
％における長さＬＥの値ｋ　Ｔ−ｎとする。

実験の結果、第４図のように溶接トーチ１が被溶接物１
８の下板に近づくと角度θと長さＬＢとの関係は第７図
のようになりその結果ＬＬ　＞　ＬＲとなる。よって、
ＬＬ　＞　ＬＲのとき溶接ｌ・−チ１を上板に近づくよ
うに第１図の丸軸の任意組合せを用いて溶接トーチ１の
位置を制御しＬｉ、−に勢０になるようにすれば、オシ
レート中心線が常に継手の交点に位置することになる。

第５図は第４図の場合とは逆に溶接トーチ１が上板に近
づいた場合を示し、第８図は第５図の時に角度θと長さ
ＬＥとが描く・やター；′を゛示す。

溶接トーチ１が被溶接物１８の上板に近づくと第８図に
示すようにＬＬとＬＲとの関係はＬＨ）　ＩＪＬとなる
。よって、ＬＲ＞　ＬＬの場合、溶接トーチ１ｆｆ：下
板に近づけるように第１図の五Ｉ袖の任意組合ぜを用い
て溶接トーチ１の位置を制御しＬＲ−ＬＬ、　勾０とな
るようにすればオシレート中心線が常に被溶接物１８で
構成さノ９．る交点に至ることになる８ 以上の操作子ｊ１１１は、ディジクル電ｑ：機７人に予
めプログラムされているのでアーク点は常Ｖｒ、被＃接
物１８の支点を追従する。こうして、チップ・溶接金属
間距離は溶接中一定に保持されると共に何らかの原因で
アーク点が溶接線からずれた場合でも自分自身で軌道修
正が可能となる。

なお、電算機７Ａによる演算処理はアナログ演算によっ
ても可能である。

上述の如く、本発明によるアーク重接÷ロボツ）Ｋよれ
ば、チップと被溶接物との距Ｐ’、ｉ１．：　’ｊｒ：
自動的に制御するとともに、オシレート角度全溶接線を
中心として常に対称に制御するように機能さぜたので、
溶接線全自動的に倣うことができ、最初はラフな溶接線
の合せでもｌ疼接が精度よく行なえる。したがって、精
度の高い無人化溶接も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアーク溶接ロボットの一例の全体
構成南、第２図は溶接部と溶接条件検出系の原理図、第
３図は溶接線を向く軸を中心として溶接トーチがオシレ
ートする状Ｂｋ示す説明図、第４図および第５図はＩ１
３接線からずれたｆ〜ｒ置、を向＜　＋ｎｔ＋を９氾・
とじて溶接トーチがオシレートする状態の二つの例を示
す説明図、第６Ｎ−、第３図に示すオシレートによるチ
ップ・溶接金属間距離の変化、ｆターンを示す線図、第
７図は第４図に示すオシレートによるチップ０・溶接金
属間距離の変化パターンを示す線図、第８図は第５図に
示すオシレートによるチップ・溶接金属間距離の変化Ａ
’夕〜ンを示す線図である。 図面中、 ■は溶接トーチ、 ７は制御装置、 ７Ａは電算機、 １１はチップ、 １５はワイヤ、 １８は被溶接物、 ２１は回転（辻検出器、 ２４は電流値検出器である。 特許出願人 三菱重工業株式会社 復代理人 弁理士光　石　士　部（他１名） ２ｏ　１９ １９ 第６図 相対ｐ４度θ（％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、必要な任意のトーチ姿勢を採ることが可能で、しか
   も溶接に必要な諸元を制御できるアーク溶接ロボットを
   用いて、消耗電極を供給しつつ溶接トーチをオシレート
   させながら行なうアーク溶接において、平均電流及び実
   効電流からなる溶接電流、消耗電極送給速度を検出しこ
   れらを演算処理してチップからの消耗電極の突出長さを
   求め、所定のオシレート位置における上記消耗電極の突
   出長さの値から求めた任意の少なくとも２点のオシレー
   ト位置における消耗電極の突出長さの相対差分によシ上
   記溶接トーチのオシレート中心位置と被溶接物によって
   構成される継手の中心位置とのずれを検出し、このオシ
   レー　ト中心位置と継手の中心位置との相対位置関係が
   設定どおりになるように常に溶接トーチ位置を制御して
   アーク点が溶接線を自動的に倣う機能を具備したことを
   特徴とするアーク溶接ロボット。