JP2000167667A - 自動溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】突合せ溶接において、付加物による溶接ビード
の盛り上がりをなくし、ビード形状の安定した溶接結果
を得ことができるる自動溶接方法及び装置を提供する。 【解決手段】溶接電力を供給する溶接電源５と、所定の
間隔で支持した溶接トーチ２とセンサ３とを被溶接物９
と相対移動させる溶接ロボット１と、前記溶接ロボット
１を、前記溶接トーチ２とセンサ３が被溶接物９の溶接
線に沿って移動するように制御する制御装置４とを備え
た自動溶接装置において、前記センサ３を制御するセン
サ制御装置６と、前記センサ制御装置６からの出力信号
と前記制御装置４からの位置信号とに基づいて、開先内
の形状と各位置における溶接条件を算出するデータ処理
装置７とを設け、前記データ処理装置からの出力信号に
基づいて、溶接条件を変更しながら溶接を行うようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動溶接方法及び
装置にかかり、特に、被溶接物の開先内に存在する付加
物による溶接結果への影響を無くすようにした自動溶接
方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被溶接物に仮付溶接部が存在していて
も、開先位置を確実に検出して溶接を行なうようにした
自動溶接機における開先倣い制御方法が特開平３−１６
１１７３号公報に開示されている。

【０００３】この開先倣い制御方法は、被溶接物の開先
を溶接トーチに先行して移動する撮像装置により撮像
し、この撮像された画像内の開先の輝度分布を、仮付溶
接部の間隔とは異なる間隔を有する２つの地点に相当す
る第１及び第２の測定点で検出し、この輝度分布から各
測定点が仮付溶接部の位置か否かを判断し、仮付溶接部
でないなら、この２つの測定点の開先情報に基づいて仮
想上の開先位置情報を算出し、この仮想上の開先位置情
報に基づいて溶接トーチを位置決め制御するように構成
されている。

【０００４】このような開先倣い制御方法によれば、従
来検出不能な仮付溶接部が存在していても、開先位置を
確実に検出して溶接を行なうことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、開先倣い制御
方法では、開先内に存在する付加物を仮付ビード等の付
加物により検出不能となる開先位置を、その前後の開先
位置から仮想上の開先位置として算出しているだけであ
るため、溶接ビードの盛り上がり過ぎなど溶接結果に及
ぼす影響が検討されていない。

【０００６】溶接構造物の突合せ溶接で裏溶接の施工が
不可能な場合、溶接線の裏側に裏当て金を配置した当て
金溶接が行われている。しかし、この当て金溶接では、
製品コストを上昇させるだけでなく、製品重量を重くす
る。このため、裏当て金を使用しないで突合せ溶接を行
うようになってきている。

【０００７】また、被溶接物の開先の加工についても、
寸法精度の高い機械加工では、加工に時間がかかるだけ
でなく、コストの面でも割高となるため、寸法精度が劣
るガス切断を採用する場合が多い。

【０００８】このため、被溶接物を所定の間隔で突合せ
た場合でも、溶接線全体のルートギャップが均一になら
ず、仮付溶接ビードで固定した後、自動溶接を行うとル
ートギャップが大きいところでは溶接突き抜け等の溶接
不良が発生する。このような溶接不良の発生を防止する
ため、ルートギャップの大きなところは、予めルートギ
ャップを穴埋めする補修溶接を行なっている。

【０００９】仮付溶接の溶接ビード程度であれば、本溶
接の溶接ビードの中に吸収され、溶接結果に影響をおよ
ぼすことは少ない。しかし、前記補修溶接の補修ビード
は、仮付溶接の仮付ビードに比較して長いものが多く、
本溶接の際に他の個所と同じ溶接条件で溶接すると、補
修溶接を行なった個所の溶接ビードが盛り上がり過ぎに
なる等、溶接結果に影響を及ぼすことになる。

【００１０】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、開先
内に存在する付加物による溶接ビードが盛り上がり過ぎ
等、溶接結果への影響を無くすようにした自動溶接方法
及び装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本出願の請求項１に記載の発明は、予め、溶接線に
沿って溶接開始位置から終了位置までの間、検出位置の
座標とその検出位置における開先内の高さを計測し、計
測された開先内の高さによって溶接条件を変更しながら
溶接を行うようにした。

【００１２】また、請求項２に記載の発明は、予め、溶
接線に沿って溶接開始位置から終了位置までの間、検出
位置の座標とその検出位置における開先内の高さを計測
し、計測された開先内の高さを予め設定された高さ方向
の閾値と比較するとともに、閾値を越える部分の走査方
向の長さを検出し、検出された長さを予め設定された走
査方向の閾値と比較して、走査方向の閾値を越える個所
の溶接条件を変更して溶接を行うようにした。

【００１３】また、請求項３に記載の発明は、予め、溶
接線に沿って溶接開始位置から終了位置までの間、検出
位置の座標とその検出位置における開先内の高さを計測
し、計測された開先内の高さを予め設定された高さ方向
の閾値と比較して、閾値を越える位置及び越えない位置
のそれぞれ溶接線と直角方向の断面形状を測定し、その
形状データからそれぞれの位置の溶接条件を決定し、そ
れぞれの位置で溶接条件を変更して溶接を行うようにし
た。

【００１４】さらに、請求項４に記載の発明は、溶接電
力を供給する溶接電源と、所定の間隔で支持した溶接ト
ーチとセンサとを被溶接物と相対移動させる機構部と、
前記機構部を、前記溶接トーチとセンサが被溶接物の溶
接線に沿って移動するように制御する制御装置とを備え
た自動溶接装置において、前記センサを制御するセンサ
制御装置と、前記センサ制御装置からの出力信号と前記
制御装置からの位置信号とに基づいて、開先内の形状と
各位置における溶接条件を算出するデータ処理装置とを
設け、前記データ処理装置からの出力信号に基づいて、
溶接条件を変更しながら溶接を行うようにした。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１ないし図９は、本発明の実施
の形態を示すもので、図１は、本発明による自動溶接装
置の構成図、図２は、センサによる開先内の検出状況を
示す斜視図、図３は、検出結果を示す特性図、図４は、
本発明による溶接条件の切替位置に関する情報を格納し
たテーブルの模式図、図５は、図４における各溶接条件
Ｎｏ毎の詳細な溶接条件を格納したテーブルの模式図、
図６は、溶接線と直行する方向にセンサを走査して得ら
れる開先の断面形状の模式図、図７は、開先高さを測定
し溶接条件の切替位置を検出する手順を示すフローチャ
ート、図８は、溶接線と直交する方向にセンサを走査さ
せて、開先の断面形状の検出と溶接条件の設定を行なう
手順を示すフローチャート、図９は、自動溶接を行なう
手順を示すフローチャートである。

【００１６】図１及び図２において、１は多関節型の溶
接ロボットで、機構部を構成している。２は溶接トーチ
で、機構部１の自由端に支持されている。３はセンサ
で、たとえば、レーザ変位計で形成され、溶接トーチ２
と所定の間隔になるように機構部１の自由端に支持され
ている。

【００１７】４はロボット制御装置で、溶接ロボット１
の動きを制御するとともに、前記溶接トーチ２及びセン
サ３の現在位置を空間３軸における座標として出力す
る。５は溶接電源で、前記溶接トーチ２に溶接電力を供
給する。６はセンサ制御装置で、センサ３をＯＮ、ＯＦ
Ｆ制御するとともに、センサ３の出力を中継する。

【００１８】７はデータ処理装置で、ロボット制御装置
４からのセンサ３の空間３軸における座標値と、センサ
制御装置６からのセンサ３の出力により、開先内高さ
と、付加物の高さ及び付加物の両端位置を算出し、開先
の各位置における適切な溶接条件とその切替位置を算出
し、前記ロボット制御装置４内のメモリに記憶させる。
８はデータ表示装置で、前記データ処理装置７の演算結
果を表示する。

【００１９】９は被溶接物で、溶接母材９ａと開先１０
が形成された溶接母材９ｂが仮付ビード１１で結合さ
れ、補修溶接が施された補修ビード１２が点在してい
る。

【００２０】センサ３は、レーザスポット光３ａを開先
１０内に照射し、開先１０からの反射光を受光すること
により、センサ３と開先１０の表面との距離を計測す
る。

【００２１】前記の構成による自動溶接方法を図３ない
し図９を併用して説明する。ロボット制御装置４には、
予め、溶接開始位置、溶接移動経路及び溶接終了位置が
教示されている。

【００２２】ロボット制御装置４は、教示された内容に
基づき、溶接開始位置（検出開始位置Ｐ０Ｓ）へセンサ
３を移動させる（図７のステップＳ１０１、以下単にス
テップＳ１○○と記す）。センサ制御装置６によりセン
サ３が計測状態にセットされると、溶接線（溶接移動経
路）に沿ってセンサ３を溶接終了位置に向けて移動を開
始させる（ステップＳ１０２）。この移動によりセンサ
３からは、図３に示すＡのような計測結果が出力され
る。この計測結果は、センサ制御装置６を介してデータ
処理装置７に印加される。

【００２３】一方、データ処理装置７は、内部のデータ
を初期化（ステップＳ１０３）し、センサ制御装置６か
ら印加されるセンサ３の計測結果を取り込む（ステップ
Ｓ１０４）。また、ロボット制御装置４からの座標デー
タにより、センサ３が溶接終了位置（検出終了位置Ｐ０
Ｅ）に到達したか否かを判断する（ステップＳ１０
５）。

【００２４】図３に示すように、取り込んだデータが高
さ方向の閾値Ｚｔよりも大きいか否かを判別し（ステッ
プＳ１０６）、取り込んだデータが高さ方向の閾値Ｚｔ
よりも小さい場合には、前記ステップＳ１０４からステ
ップＳ１０６を繰り返す。

【００２５】取り込んだデータが高さ方向の閾値Ｚｔよ
り大きい場合には、ロボット制御装置４から印加されて
いる座標データをｉ番目のビード（仮付ビード、補修ビ
ードを含む、以下同様）の存在位置の開始点ＰｉＳとし
て取り込む（ステップＳ１０７）。また、ロボット制御
装置４からの座標データにより、センサ３が溶接終了位
置（検出終了位置Ｐ０Ｅ）に到達したか否かを判断する
（ステップＳ１０８）。

【００２６】取り込んだデータが高さ方向の閾値Ｚｔよ
りも小さいか否かを判別し（ステップＳ１０９）、取り
込んだデータが高さ方向の閾値Ｚｔよりも大きい場合に
は、前記ステップＳ１０７からステップＳ１０９を繰り
返す。

【００２７】取り込んだデータが高さ方向の閾値Ｚｔよ
り小さい場合には、ロボット制御装置４から印加されて
いる座標データをｉ番目のビードの存在位置の終了点Ｐ
ｉＥとして取り込む（ステップＳ１１０）。溶接条件切
替数ｉをインクリメントする（ステップＳ１１１）。

【００２８】前記ビードの存在位置の終了点ＰｉＥと開
始点ＰｉＳの差、すなわち、検出されたビードの長さＬ
ｉを求め、走査方向の閾値Ｌｔより大きいか否かを判断
する（ステップＳ１１２）。検出されたビードの長さＬ
ｉが閾値Ｌｔより大きい場合には、前記開始点ＰｉＳと
終了点ＰｉＥとを、ｉ番目の溶接条件切替開始位置と終
了位置として記憶手段に書き込み（ステップＳ１１
４）、ステップＳ１０４に戻る。検出されたビードの長
さＬｉが閾値Ｌｔより小さい場合には、ステップＳ１１
３、ステップ１１４を行なわずにステップＳ１０４に戻
る。

【００２９】前記ステップＳ１０６及びステップＳ１０
８でセンサ３が検出終了位置Ｐ０Ｅに到達した場合に
は、溶接ロボット１を停止させ、センサ３による開先１
０内の走査を終了する（ステップＳ１１５）。前記溶接
条件切替数ｉを溶接条件切替設定数ｊとしてテーブルに
書き込む（ステップＳ１１６）。このようにして、図４
に示すような、溶接条件の切替位置に関するテーブルが
作成される。

【００３０】なお、予め設定された２つの溶接条件を、
補修ビードの有無によって切替るだけでよい場合には、
本溶接を開始し、前記溶接条件の切替位置に関するテー
ブルに基づいて溶接条件を切替ながら溶接を行なう。よ
り高度な溶接結果を得たい場合には、開先１０の断面積
の大きさにより溶接条件を変えることが必要になる。

【００３１】前記の検出結果から、ビードの無い位置を
選択して、そこにセンサ３を移動させる（図８のステッ
プＳ２０１、以下単にステップＳ２○○と記す）。溶接
線と直交する方向にセンサ３を移動させ、開先１０の断
面形状を検出する（ステップＳ２０２）。このとき、得
られる開先の断面形状は図６（ａ）のようになる。

【００３２】たとえば、２層溶接の初層で開先部分を埋
めるように溶接する場合には、図６（ａ）にハッチング
で示す部分が初層に必要な溶接断面積になり、この情報
から、溶接電流、溶接電圧、溶接速度などの溶接条件を
設定することができる。

【００３３】このようにして、溶接条件０を設定し、記
憶手段に書き込む（ステップＳ２０３）。つぎに、内部
データを初期化（ステップＳ２０４）し、インクリメン
トを行なう（ステップＳ２０５）。溶接条件切替数ｉが
先に検出された溶接条件切替設定数ｊより大きいか否か
を判断する（ステップＳ２０６）。ｉがｊより大きい場
合には、操作を終了する。

【００３４】ｉがｊより小さい場合には、条件切替Ｎｏ
１の溶接条件切替開始位置と終了位置の間の任意の位置
を選択してセンサ３をそこへ移動させる（ステップＳ２
０７）。溶接線と直交する方向にセンサ３を移動させ、
開先１０の断面形状を検出する（ステップＳ２０８）。
このとき、得られる開先の断面形状は図６（ｂ）のよう
になる。

【００３５】この情報から、溶接電流、溶接電圧、溶接
速度、溶接狙い位置の上方へのシフト量などを溶接条件
１として設定し、記憶手段に書き込む（ステップＳ２０
９）。以下、全ての溶接条件切替位置についてステップ
Ｓ２０５からステップＳ２０９を繰り返す。このように
して、図５に示すような、各溶接条件Ｎｏ毎の詳細な溶
接条件を格納したテーブルが作成される。

【００３６】前記のように溶接条件切替位置及び溶接条
件を求めた後の自動溶接手順を図９により説明する。

【００３７】溶接開始位置Ｐ０Ｓに溶接トーチを位置決
めする（ステップＳ３０１）。溶接開始位置Ｐ０Ｓから
終了位置Ｐ０Ｅに向けて溶接条件０で溶接を開始する
（ステップＳ３０２）。内部データを初期化（ステップ
Ｓ３０３）し、インクリメントする（ステップＳ３０
４）。ｉ番目の溶接条件を呼び出す（ステップＳ３０
５）。

【００３８】ロボット制御装置４から印加される座標デ
ータに基づき、溶接条件の切替開始位置ＰＫＳに到達し
たか否かを判断する（ステップＳ３０６）。切替開始位
置ＰＫＳに到達するまで、溶接条件０で溶接を継続する
とともに、ステップＳ３０６を繰返し実行する。

【００３９】切替開始位置ＰＫＳに到達したら、溶接条
件ｉに切替て溶接を継続する（ステップＳ３０７）。ロ
ボット制御装置４から印加される座標データに基づき、
溶接条件の切替終了位置ＰＫＥに到達したか否かを判断
する（ステップＳ３０８）。切替終了位置ＰＫＥに到達
するまで、溶接条件１で溶接を継続するとともに、ステ
ップＳ３０８を繰返し実行する。

【００４０】切替開始位置ＰＫＥに到達したら、溶接条
件０に切替て溶接を継続する（ステップＳ３０９）。溶
接条件切替数ｉが溶接条件切替設定数ｊに達したか否か
を判断する（ステップ３１０）。溶接条件切替数ｉが溶
接条件切替設定数ｊに達していない場合、ステップＳ３
０４からステップＳ３１０までを繰り返す。

【００４１】溶接条件切替数ｉが溶接条件切替設定数ｊ
に達した（全ての溶接条件の切替が終了した）場合に
は、溶接条件０で溶接を継続するとともに、ロボット制
御装置４から印加される座標データに基づき、溶接終了
位置Ｐ０Ｅに到達したか否かを判断する（ステップＳ３
１１）。溶接終了位置Ｐ０Ｅに到達したら溶接を終了す
る（ステップＳ３１２）。

【００４２】上記のように、溶接結果に影響を与える開
先内の付加物を検出し、付加物のある位置の溶接条件を
切替て溶接することにより、高品位の溶接結果を得るこ
とができる。

【００４３】なお、図６に示すような、溶接線と直交す
る開先の断面を所定の間隔で複数点計測し、その結果に
基づいて、予め教示されている溶接経路を補正（たとえ
ば、開先の最も低い位置を結ぶ線を新たな溶接線とす
る）することもできる。

【００４４】また、前記図４、図５に示す各テーブル
は、ロボット制御装置４、溶接電源５、データ処理装置
７のいずれに設けてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、本
溶接を行なう前に、溶接線上の断面形状を測定し、その
形状データから付加物を検出して、その付加物上の溶接
条件を設定し、溶接条件を自動的に切替ながら溶接する
ようにしたので、付加物による溶接ビードの盛り上がり
をなくし、ビード形状の安定した溶接結果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動溶接装置の構成図。

【図２】図１におけるセンサによる開先内の検出状況を
示す斜視図。

【図３】開先内の検出結果を示す特性図。

【図４】本発明による溶接条件の切替位置に関する情報
を格納したテーブルの模式図。

【図５】図４における各溶接条件Ｎｏ毎の詳細な溶接条
件を格納したテーブルの模式図。

【図６】溶接線と直行する方向にセンサを走査して得ら
れる開先の断面形状の模式図。

【図７】開先高さを測定し溶接条件の切替位置を検出す
る手順を示すフローチャート。

【図８】溶接線と直交する方向にセンサを走査させて、
開先の断面形状の検出と溶接条件の設定を行なう手順を
示すフローチャート。

【図９】自動溶接を行なう手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…溶接ロボット、２…溶接トーチ、３…センサ、４…
ロボット制御装置、５…溶接電源、６…センサ制御装
置、７…データ処理装置、９…被溶接物。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め、溶接線に沿って溶接開始位置から終
   了位置までの間、検出位置の座標とその検出位置におけ
   る開先内の高さを計測し、計測された開先内の高さによ
   って溶接条件を変更しながら溶接を行うことを特徴とす
   る自動溶接方法。
2. 【請求項２】予め、溶接線に沿って溶接開始位置から終
   了位置までの間、検出位置の座標とその検出位置におけ
   る開先内の高さを計測し、計測された開先内の高さを予
   め設定された高さ方向の閾値と比較するとともに、閾値
   を越える部分の走査方向の長さを検出し、検出された長
   さを予め設定された走査方向の閾値と比較して、走査方
   向の閾値を越える個所の溶接条件を変更して溶接を行う
   ことを特徴とする自動溶接方法。
3. 【請求項３】予め、溶接線に沿って溶接開始位置から終
   了位置までの間、検出位置の座標とその検出位置におけ
   る開先内の高さを計測し、計測された開先内の高さを予
   め設定された高さ方向の閾値と比較して、閾値を越える
   位置及び越えない位置のそれぞれ溶接線と直角方向の断
   面形状を測定し、その形状データからそれぞれの位置の
   溶接条件を決定し、それぞれの位置で溶接条件を変更し
   て溶接を行うことを特徴とする自動溶接方法。
4. 【請求項４】溶接電力を供給する溶接電源と、所定の間
   隔で支持した溶接トーチとセンサとを被溶接物と相対移
   動させる機構部と、前記機構部を、前記溶接トーチとセ
   ンサが被溶接物の溶接線に沿って移動するように制御す
   る制御装置とを備えた自動溶接装置において、前記セン
   サを制御するセンサ制御装置と、前記センサ制御装置か
   らの出力信号と前記制御装置からの位置信号とに基づい
   て、開先内の形状と各位置における溶接条件を算出する
   データ処理装置とを設け、前記データ処理装置からの出
   力信号に基づいて、溶接条件を変更しながら溶接を行う
   ようにしたことを特徴とする自動溶接装置。