JP2000197970A

JP2000197970A - 自動溶接方法

Info

Publication number: JP2000197970A
Application number: JP10373278A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Morita; 隆一守田; Seiichiro Fukushima; 誠一郎福島
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】二重溶接区間を発生させずに、しかも溶接予
定線のほぼ全区間を一度に溶接することができる自動溶
接方法を提供することにある。【解決手段】アークが発生せずアークアンサが返って
来ない場合に溶接開始予定点から溶接予定線に直交する
方向に所定の距離だけ溶接トーチを移動させるステップ
（２１）と、アークオン指令を重ねて発給するステップ
（１５）と、実際にアークが発生しアークアンサが返っ
て来た場合は、アークを維持したまま実際にアークが発
生したポイントから漸近線を描いて前記溶接トーチを進
行させ、前記溶接開始予定点から所定の長さだけ離れた
点で前記溶接予定線に戻すステップ（２２）と、再び前
記溶接予定線に沿って進行させるステップ（２５）を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶接トーチを溶接予
定線に沿って進行させる手段を有する自動溶接方法に関
するものである。特に溶接開始予定点でアークが生じな
いときのひとつの対策を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】ワーク表面が酸化皮膜で覆われているよ
うな場合、溶接開始予定点においてアークが生じないこ
とがある。溶接トーチを溶接予定線に沿って動かし、溶
接開始予定点とは異なるポイントでアークが発生した場
合はそこが現実のアークスタートポイントとなる。その
アークスタートポイントから溶接終了予定点まで溶接は
可能であるが、溶接開始予定点からアークスタートポイ
ントまでの区間の溶接が未了となる。もしも、溶接終了
予定点が溶接開始予定点と一致し、溶接予定線が閉路状
となっているのであれば、溶接終了予定点（溶接開始予
定点）までの溶接に引き続いてそこからアークスタート
ポイントまでの溶接を実行すればよい。しかし、溶接予
定線が閉路状でない、たとえば直線の場合に困る。溶接
終了点でアークを切り、溶接未了であった溶接開始予定
点とアークスタートポイントとの間に溶接を改めて実行
しようとする折に再びアークが生じるかどうか不明であ
る。この問題を解決するために、溶接トーチを溶接予定
線に沿って移動させてアークリトライを繰り返し、実際
にアークが発生した点からアークを維持したまま、溶接
予定線を逆にたどって、溶接トーチを溶接開始予定点に
戻し、そこから改めて溶接を行う方法が開示されている
（例えば、特開平１０−１８０４４５号公報）。しかし
ながら、溶接開始予定点でアークが発生しない場合はそ
こにスラグ等が存在するかあるいはギャップが生じてい
る蓋然性が高いと考えられる。そのような溶接開始予定
点に溶接トーチを戻してもアーク切れが発生する可能性
が高いので実用的ではない。また、この方法を用いると
二重溶接区間が発生するため、ビード形状の不良による
外観不良あるいは応力集中部が発生するという問題があ
る。さらに、ビード形状の不良を除去するためにグライ
ンダ掛け等の手間が発生するという問題もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、二重
溶接区間を発生させずに、しかも溶接予定線のほぼ全区
間を一度に溶接することができる自動溶接方法を提供す
ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題を解決するために、実際にアークが発生したかどうか
を判断するステップを有し、アークが発生しないときに
は溶接開始予定点から溶接予定線に直交する方向に所定
の距離だけ溶接トーチを移動させてアークスタートを重
ねて実行する。この実行はアークが現に発生するまで繰
返えされるが、規定の回数分だけ繰返えし実行してもな
おかつアークが生じないときは溶接不能と判断するのが
よい。溶接開始予定点でアークが発生せず、そこから少
し移動した段階でアークが発生した場合はそこが実際の
アークスタートポイントとなる。本発明においては実際
のアークスタートポイントからアークを維持したまま溶
接トーチを所定の経路に沿って前記溶接開始予定点から
所定の長さだけはなれた前記溶接予定線上の点まで進行
させて溶接予定線に復帰させるステップをもつ。このス
テップもまたロボット本体を制御する制御盤のプログラ
ムで実行される。また前記経路は前記溶接予定線に漸近
的に近づく曲線、例えば放物線あるいは双曲線あるいは
正弦曲線を描くものである。また前記経路において、溶
接トーチにウィービング動作をさせるものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】この実施例では図２、図３のよう
なロボットを使用する。そのロボット本体１００の手首
にアーク溶接用の溶接トーチ２００が取付けられ、その
位置と姿勢を制御する。この制御にはロボット本体１０
０に配線された制御盤３００ないしはそれに付属する教
示用ペンダント３５０が使われる。図４はアーク溶接の
様子を示したものであって、溶接トーチ２００はワーク
４００上における溶接開始予定点Ｓに位置決めされ、そ
こから溶接開始予定点Ｓを始点とする溶接予定線Ｌに沿
って溶接終了予定点Ｅまで進む。また、同時にアーク２
５０によるアーク溶接を実行する。かかる動作は当該ワ
ーク４００のために予め教示され、制御盤３００のメモ
リに記憶されたプログラムに従う。

【０００６】図１はプログラムの要部とくにアークリト
ライ機能に関する部分を流れ図として示したものであ
る。以下、この流れに沿って説明する。ステップ１０で
ロボット本体１００を駆動し、溶接トーチ２００を位置
決めする。ステップ１１で位置決めされたその点が溶接
開始予定点Ｓとして登録されているかどうかをチェック
する。溶接開始予定点Ｓでなければステップ１２の通常
動作へ移行し、アークリトライ機能を用いない。溶接開
始予定点Ｓであれば、ステップ１３でリトライカウンタ
Ｎを−１にセットする。ステップ１４で溶接条件をパイ
ロットアークの条件に設定する。このパイロットアーク
の条件とは該当ワークについての教示時に予め定めた定
格溶接条件のそれよりも、発生するアークを絞ったもの
であって、そのアーク電圧と電流あるいはそのいずれか
一方を低目の値に設定する。また、これに見合うように
溶接ワイヤの突出し量ないしは送給速度も、溶接トーチ
２００の移動速度も低目の値に設定される。ステップ１
５で図示しない溶接機にアークオンの指令を発給する。
その後のステップ１６で０．５秒だけ待ち、またリトラ
イカウンタを１だけ進める。ステップ１７でそのときの
溶接トーチ２００の位置データを記憶する。必要なら
ば、そのときの姿勢データも併せて記憶する。ステップ
１８でアークアンサが返ってきたかどうかをチェックす
る。先のステップ１６で０．５秒だけ待ったのはアーク
アンサを溶接機からロボット制御盤３００に返すに必要
な時間を与えるためである。アークアンサは溶接トーチ
２００とワーク４００に電流が流れることによって発生
する。アークアンサが返ってこないときは、ステップ１
９でワイヤ送給信号を停止する。これは溶接ワイヤの出
し過ぎを防止するためである。ステップ２０でリトライ
カウンタの計数値Ｎが予め定めたＮｍａｘを越えたかど
うか判定する。越えていなければステップ２１で溶接ト
ーチ２００をワーク４００の表面上であって溶接予定線
Ｌと直角をなす方向に１サンプリング距離だけ進め、以
下ステップ１４からの処理を繰り返す。１サンプリング
距離とはサンプリング制御上の１単位の時間で進む長さ
であり、１〜２ｍｍ程度である。

【０００７】ステップ１８でアークアンサが返ってきた
場合はステップ２２へ進む。ステップ２２でアークを維
持したまま溶接トーチ２００をもとの溶接予定線Ｌへ漸
近的な経路をたどって戻す。言うまでもないが、溶接開
始予定点Ｓが実際のアークスタートポイントとなったと
きは戻りの長さは０となり実際には戻らない。戻る際に
アークを消さずに維持するのは、アークスタートの再失
敗を防止するためである。溶接トーチ２００が前記の漸
近的な経路をたどって溶接予定線Ｌに戻ったら、ステッ
プ２３に進み、溶接条件をパイロット条件からもとの定
格値に戻す。また、ステップ１９で行ったワイヤ送給信
号のマスクも解除する。次のステップ２４でリトライカ
ウンタＮの累積値ＭをＭ＝Ｍ＋Ｎとして求め、これを記
憶する。常に１度のトライでアークスタートが行われる
のであればリトライカウンタＮは０となり累積値カウン
タＭは歩進しない。アークスタートの失敗がたび重なる
と、累積値カウンタＭはどんどん歩進する。累積値カウ
ンタＭを０にリセットするステップは図示していない
が、累積値カウンタＭの累積期間はたとえば１日とす
る。その日の溶接作業開始時にリセットし、その日の作
業終了時に累積値カウンタＭの累積値Ｍをチェックす
る。このときの累積値が小さければそれほど問題はない
が、これが大きいときは再教示等の溶接作業そのものの
見直しが必要となる。近い将来、後のステップ２７にお
けるエラーの状況となり、作業が中断するという不所望
な事態が予見されるためである。ステップ２５では通常
の溶接処理を実行する。これによって、溶接トーチ２０
０を溶接予定線ｌに沿って溶接終了予定点Ｅまで進めつ
つ、予定のアーク溶接を施工する。

【０００８】ステップ２０において用いる比較用定数Ｎ
ｍａｘはたとえば８である。リトライカウンタＮは０か
ら歩進するが１０回目の９になってもなおかつアークス
タートができないときは、溶接不能と判断し、その後の
リトライを打ち切る。この間、溶接トーチは１０〜２０
ｍｍ、溶接開始予定点Ｓから移動しているので、次のス
テップ２６でその位置をもとに戻す。このときにもステ
ップ１７で記憶してあった位置データを使用する。ステ
ップ２７でロボット本体１００を止め、制御盤３００の
表示画面にアークスタートに失敗した旨のエラー表示を
行う。ここで、人手による修復を待つ。

【０００９】図１のプログラムに沿った溶接トーチ２０
０の動き等を例示したのが図５〜図９である。リトライ
カウンタの計数値Ｎが０のときアークスタートに失敗す
る。リトライカウンタＮが１、２のときにも失敗する。
リトライカウンタの計数値ＮがＳとなったときに、図５
のようにアーク２５０が生じれば、そこの位置がアーク
スタートポイントＡＳとなる。アークスタートポイント
ＡＳから溶接トーチ２００を図６のように溶接予定線Ｌ
へ戻す。図６はワーク４００の上部から溶接予定線Ｌを
見下ろした平面図である。溶接開始点Ｓを原点（Ｘ＝
０，Ｙ＝０）として、溶接予定線Ｌに向かう方向をＸ軸
に取り、ワーク４００の表面上にあって、Ｘ軸に直交す
る軸をＹ軸とする座標系を仮定し、サンプリング距離を
ａとする。今、Ｎ回目のアークリスタートで実際にアー
ク２５０が発生したとすると、アークスタートポイント
ＡＳの座標は（０，Ｎａ）で表される。この時トーチ２
００を漸近的に溶接予定線Ｌに戻す経路は次式で表され
る。

【００１０】Ｙ＝（Ｎ／ａ）（Ｘ−２ａ）²／４（式１）

【００１１】このように、トーチ２００はアークスター
トポイントＡＳから式１で表される放物線を描いて溶接
予定線Ｌに接近し、溶接開始予定点Ｓから２ａだけ進ん
だ位置Ｓ１で溶接予定線Ｌに戻る。トーチ２００をアー
クスタートポイントＡＳから溶接予定線Ｌに漸近的に戻
す経路は、放物線に限らず、双曲線、正弦曲線等を選ん
でも良い。トーチ２００をアークスタートポイントＡＳ
から溶接予定線Ｌに戻す経路は、漸近線を描く経路に代
えて、図７に示す様に、溶接開始予定点Ｓから溶接ビー
ド幅ｂの１／２だけ溶接予定線Ｌに沿って進行した位置
Ｓ２とアークスタートポイントＡＳを直線で結ぶ経路を
とっても良い。トーチ２００をアークスタートポイント
ＡＳから溶接予定線Ｌに戻す経路においても、アーク２
５０を維持するため、ワーク４００に対する溶接がとも
なう。この過程においてトーチ２００にウィービング動
作をさせてもよい。その後、溶接開始予定点Ｓから所定
の長さだけ離れた点Ｓ１あるいは点Ｓ２からは溶接予定
線Ｌに沿って、本来予定された溶接を施工する。一方、
図８のようにリトライカウンタの計数値Ｎが９になって
もなおアークが生じないこともある。溶接ワイヤで表面
を削りながらのリトライでもなお駄目な場合である。ア
ークリトライのあり方としては溶接ワイヤを押付けなが
ら進める方法のほかに、毎回引き戻した溶接ワイヤをそ
の度ごとに改めて突出す方法が考えられるが、そのいず
れも、表面の酸化皮膜を破壊し、中の導電面を露出させ
ることにねらいがある。図８の場合には溶接不能と判断
し、そのリトライカウンタＮ＝９の位置から溶接開始予
定点Ｓにまで、溶接トーチ２００を図９のように復帰さ
せた上で、ロボットを停止させ、所定のアラームを発し
て、作業者による処置を待つ。

【００１２】

【発明の効果】本発明は溶接トーチを溶接予定線に直交
する方向にシフトしてアークリトライを行うこと、アー
クリトライによって生じたアークを維持すること、その
まま溶接予定線上の点であって溶接開始予定点から所定
の距離だけ離れた点に漸近的に溶接トーチを戻すこと、
そこから改めて溶接を開始すること、等々を特徴とする
ものである。２重に溶接する区間が発生しないので、ビ
ード形状の不良による外観の不良あるいは応力集中部の
発生がない。また、このビード形状の不良を修正するた
めのグラインダ掛けが不要になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動溶接装置の処理プログラムを
示す流れ図。

【図２】これに用いるロボットの本体の正面図。

【図３】その制御盤の正面図。

【図４】溶接進行状況を示す説明図。

【図５】図１中の各ステップにおける溶接トーチの動き
等を説明するための説明図である。

【図６】図１中の各ステップにおける溶接トーチの動き
等を説明するための説明図である。

【図７】図１中の各ステップにおける溶接トーチの動き
等を説明するための説明図である。

【図８】図１中の各ステップにおける溶接トーチの動き
等を説明するための説明図である。

【図９】図１中の各ステップにおける溶接トーチの動き
等を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１００…ロボット本体、２００…溶接トーチ、３０
０…制御盤、２１…溶接トーチを進行させる手段、１
４〜１５…アークスタートを実行する手段、２２…溶
接トーチを溶接予定線に戻す手段、２５…溶接トーチ
を再び進行させる手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】産業用ロボットの腕の先端に取り付けら
れた溶接トーチを備え、前記産業用ロボットは予め教示
された教示データにより動かされ、それによってワーク
を自動的に溶接する方法において、ロボットを溶接開始
予定点に移動するステップと、溶接機にアークオン指令
を発給するステップと、前記溶接機からアークアンサが
返って来たかどうかを判断するステップと、実際にアー
クが発生せずアークアンサが返って来ない場合は溶接開
始予定点から溶接予定線に直交する方向に所定の距離だ
け前記溶接トーチを移動させてアークオン指令を重ねて
発給するアークリトライ実行ステップと、実際にアーク
が発生しアークアンサが返って来た場合は、アークを維
持したまま実際にアークが発生したポイントから漸近線
を描いて前記溶接トーチを進行させ、前記溶接開始予定
点から所定の長さだけ離れた点で前記溶接予定線に戻
し、再び前記溶接予定線に沿って進行させるステップを
備えたことを特徴とする自動溶接方法。
【請求項２】前記漸近線は放物線であることを特徴と
する請求項１に記載の自動溶接方法。
【請求項３】前記漸近線は双曲線であることを特徴と
する請求項１に記載の自動溶接方法。
【請求項４】前記漸近線は正弦曲線であることを特徴
とする請求項１に記載の自動溶接方法。
【請求項５】産業用ロボットの腕の先端に取り付けら
れた溶接トーチを備え、前記産業用ロボットは予め教示
された教示データにより動かされ、それによってワーク
を自動的に溶接する方法において、ロボットを溶接開始
予定点に移動するステップと、予め設定された溶接電
流、溶接電圧および溶接速度から溶接ビードの幅を算出
するステップと、溶接機にアークオン指令を発給するス
テップと、前記溶接機からアークアンサが返って来たか
どうかを判断するステップと、実際にアークが発生せず
アークアンサが返って来ない場合は溶接開始予定点から
溶接予定線に直交する方向に所定の距離だけ前記溶接ト
ーチを移動させてアークオン指令を重ねて発給するアー
クリトライ実行ステップと、実際にアークが発生しアー
クアンサが返って来た場合は、アークを維持したまま実
際にアークが発生したポイントから、前記溶接予定線上
のポイントであって前記溶接開始予定点から前記溶接ビ
ード幅の１／２だけ進んだポイントまで、前記溶接トー
チを進行させ、前記溶接予定線に戻し、再び前記溶接予
定線に沿って進行させるステップを備えたことを特徴と
する自動溶接方法。
【請求項６】実際にアークが発生したポイントから、
前記溶接予定線に前記溶接トーチを戻す過程において、
前記溶接トーチをウィービング動作をさせることを特徴
とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載
の自動溶接方法。
【請求項７】前記アークリトライ実行ステップの実行
回数が規定値に達したかどうかを判断するステップと、
該実行回数が規定値に達していないと判断された場合は
前記規定値に達するまで前記アークリトライ実行ステッ
プを重ねて実行するステップとを備えたことを特徴とす
る請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の自
動溶接方法。