JP2002292467A - 溶接ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接継手の開先ギャツプ変動に応じた正確な
溶接作業時間を積算して表示する溶接ロボット制御装置
を提供する。 【解決手段】 溶接継手１３の開先ギャツプＧ変動に応
じて各積層溶接層の溶接時間を予め積算する溶接時間積
算手段２３と、この溶接時間積算手段２３により積算さ
れる前記溶接時間以外の空走時間を予め積算する溶接外
作業時間積算手段２４と、この溶接外作業時間積算手段
２４と前記溶接時間積算手段２３との積算時間を積算す
る全溶接作業時間積算手段２５と、この全溶接作業時間
積算手段２５の全溶接作業時間を表示する表示手段６０
とを備えた溶接ロボット制御装置１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接継手の開先ギ
ャツプ変動に応じた全溶接作業時間を表示する溶接ロボ
ット制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接作業線への空走、溶接、入力
待ち、タイマおよびインストラクション等の各実測作業
時間を積算する各実測作業時間積算部と、この各実測作
業時間積算部の各積算時間を積算する合計作業時間積算
部と、この合計作業時間積算部の合計作業時間を表示す
る表示部とからなるロボットコントローラが知られてい
る（特開平５−６２１６号公報）。

【０００３】この従来のロボットコントローラでは、各
作業の実測作業を積算合計した合計作業時間が表示部に
表示されることから、溶接ロボットによる各作業をオペ
レータが実測するとともに、それらの各実測作業時間の
合計作業時間もオペレータが積算する計測・積算作業の
負担を軽減できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のロボットコントローラでは、開先ギャツプを有す
る溶接継手の溶接作業に際して開先ギャツプの変動によ
って与儀なく溶接積層数が変更される合計溶接作業時間
が異なって表示されてしまうという問題がある。

【０００５】そこで、本発明の請求項１は、溶接継手の
開先ギャツプ変動に応じた正確な溶接作業時間を積算し
て表示する溶接ロボット制御装置を提供することを目的
としている。

【０００６】請求項２の発明は、溶接時間測定の負担が
無く、溶接継手の開先ギャツプ変動に応じた正確な溶接
時間の元に全溶接作業時間が演算されて正確な全溶接作
業時間を表示する溶接ロボット制御装置を提供すること
を目的としている。

【０００７】請求項３の発明は、溶接外作業時間測定の
負担が無く、溶接継手の開先ギャツプ変動に応じた正確
な溶接時間と溶接外作業時間との元に全溶接作業時間が
演算されて正確な全溶接作業時間を表示する溶接ロボッ
ト制御装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する、本
発明の請求項１は、溶接継手の開先ギャツプ変動に応じ
て各積層溶接層の溶接時間を予め積算する溶接時間積算
手段と、この溶接時間積算手段により積算される前記溶
接時間以外の空走時間を予め積算する溶接外作業時間積
算手段と、この溶接外作業時間積算手段と前記溶接時間
積算手段との積算時間を積算する全溶接作業時間積算手
段と、この全溶接作業時間積算手段の全溶接作業時間を
表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。

【０００９】また、請求項２の発明は、前記溶接時間積
算手段は、溶接継手の溶接長さ演算データと、前記開先
ギャップの変動検出値から求めた積層数と、この積層数
毎の溶接速度データとから溶接時間を積算することを特
徴としている。

【００１０】そして、請求項３の発明は、前記溶接外作
業時間積算手段は、待機位置から前記溶接継手の開始位
置および溶接終了位置との空走時間と、前記積層数と、
溶接継手間の空走時間とから溶接外作業時間を積算する
ことを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図２に基づいて説明する。図１において、符号１は
本発明の実施の形態に係る溶接ロボット制御装置で、こ
の溶接ロボット制御装置１は、演算処理装置２０と、記
憶装置部３０と、溶接ロボツト１０のアーム１１等を位
置制御するロボツト制御部４０と、溶接電源１５等の外
部制御装置５０と、入力装置６０などからなっている。

【００１２】溶接ロボット１０は、例えば、６軸の垂直
多関節型のもので、各アーム１１等を旋回または揺動等
させる図示省略の直流モータと位置検出器が設けられて
いるとともに、図示省略の手首部先端に溶接トーチ１２
が設けられている。また、溶接ロボット１０は、溶接ロ
ボツト制御装置１の後述するロボット制御部４０からの
位置制御信号を受けて各アーム１１等が動作され、溶接
トーチ１２を図示省略の被溶接物（以下、ワークと略す
る。）に複数形成されたギャツプ溶接継手１３（開先ギ
ャツプＧを有する溶接継手）に沿って移動し、溶接トー
チ１２先端から供給される溶接ワイヤ１４をアーク溶融
しつつ溶接するようになっている。

【００１３】また、ワークは、例えば、４枚の平板で直
方体に形成した複数のコラム間にこのコラムの開放側を
塞ぐように平板のダイヤフラムを面設仮止めするととも
に、ダイヤフラムに接するコラム端側にダイヤフラムと
の間に約５ｍｍの開先ギャツプＧを有する図示省略のレ
型ギャツプ溶接継手を形成した図示省略の鉄骨コラムで
ある。また、ワークは、ギャツプ溶接継手１３をＶ、Ｙ
型等とした建設機械部品等でも良く、さらに、ギャツプ
溶接継手１３とギャツプ無しの溶接継手とが混在したも
のでも良い。

【００１４】ギャツプ溶接継手１３は例えば継手構成部
材１６、１７で構成され、この継手構成部材１６、１７
には略４０°の開先１８、１９が形成されているととも
に、ギャツプＧの下側には図示省略のステールバッキン
グが仮付けされている。

【００１５】演算処理装置２０は、溶接ロボット１０を
動作演算処理するロボット動作演算処理部２１と、外部
演算処理部２２とからなっている。

【００１６】ロボット動作演算処理部２１は、例えば、
入力装置６０から指令、記憶装置３０の後述する教示プ
ログラム記憶部３１に記憶された教示プログラムデータ
によりロボツト制御部４０を介して溶接ロボット１０の
各アーム１１を各軸動作もしくは再生動作させる演算処
理するようになっている。また、ロボツト動作演算処理
部２１は、記憶装置３０の後述する教示プログラム記憶
部３１に記憶された教示プログラムデータにより外部制
御装置５０を介して溶接電源１５の動作を演算処理する
ようになっている。

【００１７】外部演算処理部２２は、溶接時間積算部２
３と、溶接外作業時間積算部２４と、全溶接作業時間積
算部２５とからなり、入力装置６０からの全溶接作業時
間積算指令によって動作するようになっている。

【００１８】溶接時間積算部（溶接時間積算部手段）２
３は、記憶装置部３０の後述する教示プログラム記憶部
３１に記憶されたワークの教示プログラムから各ギャツ
プ溶接継手１３のギャツプセンシング位置データにより
各ギャツプ溶接継手１３のギャツプセンシング間の距離
を演算するようになっている。また、溶接時間積算部２
３は、外部制御装置５０の後述するギャツプ検出制御部
５２からの各ギャツプセンシング位置での開先ギャツプ
Ｇと、記憶装置部３０の後述するギャツプ溶接継手溶接
条件選定記憶部３２に記憶された選定条件の内、各ギャ
ツプ溶接継手１３の構成部材の板厚ｔ、各開先１８，１
９の開先角度とから各ギャツプセンシング位置での断面
積を演算するようになっている。また、溶接時間積算部
２３は、記憶装置部３０の後述するギャツプ溶接継手溶
接条件選定記憶部３２に記憶された選定条件の内、各溶
接ワイヤ１４の径での適性範囲の溶接電流による単位面
積当たりの溶融量と、上述の演算された各ギャツプセン
シング位置での断面積とから、各ギャツプ溶接継手１３
の各溶接積層数と溶接速度とを演算するようになってい
る。

【００１９】この溶接積層数と溶接速度との演算は、例
えば、図２に示すように、溶接開始位置Ｐ1から溶接終
了位置Ｐ5に方向に広がるギャツプ溶接継手１３におい
て、教示プログラムでの溶接開始位置Ｐ1、中間点Ｐ2、
Ｐ3、Ｐ4および溶接終了位置Ｐ5の各位置データ（例え
ば、溶接ロボット１０の三次元データ）によりギャツプ
センシング間距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ（即ち各溶接
区間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの距離）を演算して記憶装置部３０
の後述する一時記憶部３３に記憶される。

【００２０】また、各ギャツプセンシング位置Ｐ1、Ｐ
2、Ｐ3、Ｐ4、Ｐ5の開先ギャツプＧ1…Ｇ5を記憶装置部
３０の後述する一時記憶部３３に記憶するとともに、ギ
ャツプ溶接継手１３の構成部材板厚ｔと、図示省略の開
先開先角度とから各ギャツプセンシング位置Ｐ1、Ｐ2、
Ｐ3、Ｐ4、Ｐ5での各断面積を演算して記憶装置部３０
の後述する一時記憶部３３に記憶される。

【００２１】そして、使用する溶接ワイヤ１４の径に適
した適性範囲の溶接電流と、最適な所定ウィービング周
波数、即ち、所定溶接速度（１層多パス溶接でのストレ
ート溶接速度も含む）により得られる溶融単位面積と、
上述の各断面積とから各溶接区間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの溶接
積層数が演算されるが、演算の結果、溶接区間Ａ、Ｂの
溶接積層数が３層で、溶接区間Ｃ、Ｄの溶接積層数が４
層となると、溶接区間Ｃから４層目の溶接開始となり溶
接上問題となる。そこで、例えば、溶接区間Ａの３層の
演算積層と同様に各ギャツプセンシング位置Ｐ2、Ｐ3、
Ｐ4、Ｐ5の各断面積を３分割に均等演算して溶接区間
Ｂ、Ｃ、Ｄも同様に溶接積層数を３層とする。なお、溶
接積層数の設定は、実測した開先ギヤツプＧが入力装置
６０に表示され、その開先ギヤツプＧを選択することに
より、予め設定記憶の図示省略の開先ギヤツプＧに対す
る最適溶接積層数対応データから溶接積層数を設定する
ものでも良い。

【００２２】そして、ギャツプセンシング位置Ｐ1での
３層の断面積とギャツプセンシング位置Ｐ2、Ｐ3、Ｐ
4、Ｐ5との断面積比によって、ギャツプセンシング位置
Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、Ｐ5の断面積の各演算積層を得る所定溶
接速度を演算して記憶装置部３０の後述する一時記憶部
３３に記憶される。

【００２３】そして、溶接時間積算部２３は、上述した
記憶装置部３０の後述する一時記憶部３３に記憶された
各溶接区間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌ
ｄと３層分の所定溶接速度とからギヤツプ溶接継手１３
の「溶接時間」を加算演算して記憶装置部３０の後述す
る一時記憶部３３に記憶する。

【００２４】また、溶接時間積算部２３は、「溶接時
間」の加算演算に際して、例えば、各ギャツプセンシン
グ位置Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、Ｐ5での平均センシング時
間や各溶接積層毎の平均溶接クレータ処理時間等を記憶
した図示省略の溶接補助作業時間記憶部の各補助作業時
間を加算するようにしても良い。なお、溶接時間積算部
２３は、結果的にギャツプ溶接継手１３の開先ギャツプ
Ｇの変動に応じて溶接積層数を同じとした溶接時間が得
られるものであれば上述の演算方法でなくても良い。

【００２５】溶接外作業時間積算部（溶接外作業時間積
算手段）２４は、各ギャツプ溶接継手１３同志の溶接継
手間空走時間と、各ギャツプ溶接継手１３の溶接開始位
置Ｐ1への進入し、溶接終了位置Ｐ5から後退する溶接継
手進入・後退空走時間とを加算演算して「溶接外作業時
間」を記憶装置部３０の後述する一時記憶部３３に記憶
する。なお、この「溶接外作業時間」には、溶接ロボッ
ト１０の協調動作での交互動作での干渉防止する待ち時
間やワークを搭載したポジショナのみの動作時間等を加
算しても良い。

【００２６】上述の溶接継手間空走時間は、記憶装置部
３０の後述する教示プログラム記憶部３０に記憶された
ワークの教示プログラムから各ギャツプ溶接継手１３同
志の図示省略の待機位置（以下、待機位置と略する）間
の設定空走速度と、各ギャツプ溶接継手１３同志の待機
位置データによって演算されたギャツプ溶接継手１３間
の空走距離とから加算演算するようになっている。ま
た、溶接継手間空走時間は、溶接継手進入・後退空走時
間は、各ギャツプ溶接継手１３の待機位置から溶接開始
位置Ｐ1への設定進入空走速度と待機位置データと溶接
開始位置Ｐ1の位置データから演算した進入空走距離と
から演算した進入空走時間と、溶接溶接終了位置Ｐ5か
ら待機位置への設定後退空走速度と待機位置データと溶
接開始位置Ｐ1の位置データとから演算した後退空走時
間と、溶接時間積算部２３からの溶接積層数とから加算
演算するようになっている。

【００２７】全溶接作業時間積算部（全溶接作業時間積
算手段）２５は、記憶装置部３０の後述する一時記憶部
３３に記憶されたワークの「溶接時間」と、「溶接外作
業時間」とを加算演算して「全溶接作業時間」を積算す
るようになっている。

【００２８】記憶装置部３０は、教示プログラム等を記
憶する教示プログラム記憶部３１と、ギャツプ溶接継手
溶接条件選定記憶部３２と、各種演算等の一時記憶部３
３等からなっている。

【００２９】教示プログラム記憶部３１は、オペレータ
が入力装置６０により入力操作した各ワーク毎の溶接作
業に係わる教示プログラムを記憶するようになってい
る。教示プログラムには、溶接作業を実行する各ギャツ
プ溶接継手のギャツプセンシングプログラム、各溶接継
手での溶接開始に進入し、終了位置から退避する進入・
退避空走プログラム、各溶接継手の溶接プログラムおよ
び各溶接継手間の継手間空走プログラム等が含まれる。
また、教示プログラムには、溶接時間演算のための溶接
時間演算用ギャツプセンシングプログラムが記憶されて
いる。なお、この溶接時間演算用ギャツプセンシングプ
ログラムは、上述の各ギャツプ溶接継手のギャツプセン
シングプログラムを流用しても良いし、新たにワークと
の干渉を加味して教示するものでも良い。

【００３０】ギャツプ溶接継手溶接条件選定記憶部３２
は、各溶接ワイヤ１４の径での適性範囲の溶接電流によ
る単位面積当たりの溶融量と、この溶融量を得る所定ウ
ィービング周波数、即ち、所定溶接速度（１層多パス溶
接でのストレート溶接速度も含む）とを記憶している。

【００３１】一時記憶部３３は、外部演算処理部２２の
溶接時間積算部２３や溶接外作業時間積算部２４や全溶
接作業時間積算部２５等が演算した演算データを一時的
に記憶するようになっている。

【００３２】ロボツト制御部４０は、入力装置６０から
指令、ロボット動作演算処理部２１から送出される教示
プログラムデータにより溶接ロボット１０の各アーム１
１等を各軸動作もしくは再生動作制御するようになって
いる。

【００３３】外部制御装置５０は、溶接電源１５の作動
を制御する溶接電源制御部５１と、ギャツプ検出制御部
５２等からなっている。

【００３４】溶接電源制御部５１は、ロボット動作演算
処理部２１からの指令により教示プログラム記憶部３１
に記憶された教示プログラムデータ内の溶接電源１５の
作動開始・停止指令により溶接電源１５を作動・停止制
御をするとともに、溶接電流、電圧指データにより溶接
トーチ１２に印加する溶接電流・電圧とワイヤ送給量と
を制御するようになっている。

【００３５】ギャツプ検出制御部５２は、図２に示すよ
うに、各ギャツプセンシング位置Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、
Ｐ5の開先ギャツプＧ1…Ｇ5を検出するようになってい
る。その開先ギャツプＧ1…Ｇ5の検出手段としては、例
えば、特開平５−３２９６４４号公報に記載された手段
が用いられるが、検出個所の開先断面積が検出できる手
段であれば、光学式等でも良い。または、オペレータが
開先ギャツプを実測してその実測の開先ギャツプを入力
しても良い。

【００３６】入力装置（表示手段）６０は、例えば、教
示ペンダントであり、オペレータが溶接ロボットの各ア
ーム等を各軸動作入力するとともに、各ワーク毎の教示
プログラムを教示できるようになっている。また、入力
装置６０により予め各溶接ワイヤ１４の径での適性範囲
の溶接電流による単位面積当たりの溶融量やこの溶融量
を得る最適な所定ウィービング周波数、即ち、所定溶接
速度（１層多パス溶接でのストレート溶接速度も含む）
と、溶接時間演算のための溶接時間演算用ギャツプセン
シングプログラム等を教示するとともに、全溶接作業時
間積算指令を教示するようになっている。また、この入
力装置６０には図示省略の表示部（以下、表示部と略す
る。）があり、この表示部には全溶接作業時間積算部２
５で積算された「全溶接作業時間」が表示される。

【００３７】この入力装置６０では、ワークとの干渉を
防ぐ溶接時間演算用ギャツプセンシングプログラム等を
教示する際に、オペレータの教示作業の負担が大きく、
ワーク図面情報からの三次元ワーク図と溶接ロボット１
０の各軸情報からの三次元動作の溶接ロボット図とによ
って教示した溶接時間演算用ギャツプセンシングプログ
ラム等によるワークと溶接ロボット１０との干渉確認に
入力装置６０を別途コンピュータ等の例えばパソコンを
利用したオフライン教示装置としても良い。

【００３８】次に、このような構成の溶接ロボット制御
装置による全溶接作業時間表示の動作を説明する。

【００３９】この溶接ロボット制御装置にて全溶接作業
時間を表示するには、図３に示すように、予めオペレー
タにより複数のギヤツプ溶接継手からなるワークが所定
位置にセットされ（Ｓ２）、このワーク用の溶接時間演
算用ギャツプセンシングプログラムが設定（Ｓ３）され
るとともに、全溶接作業時間積算指令が設定される（Ｓ
４）。

【００４０】続いて、オペレータにより作業開始のスタ
ート操作されると、待機中の溶接ロボット１０が溶接時
間演算用ギャツプセンシングプログラムに従って最初の
ギャツプ溶接継手の図２示すギャツプセンシング位置Ｐ
1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、Ｐ5の開先ギャツプＧ1…Ｇ5を順次
ギャツプセンシング後、順次その他のギヤツプ溶接継手
を同様にギャツプセンシングし（Ｓ５）、検出した各ギ
ャツプ溶接継手の開先ギヤツプを記憶装置部３０の一時
記憶部３３に記憶していく（Ｓ６）。

【００４１】各ギヤツプ溶接継手の開先ギヤツプＧ1…
Ｇ5が一時記憶部３３に記憶されると、「溶接時間」が
溶接時間積算部２３で積算（Ｓ７）されるとともに、
「溶接外作業時間」が溶接外作業時間積算部２４で積算
される（Ｓ８）。続いて、ワークの「溶接時間」と、
「溶接外作業時間」とを加算演算した「全溶接作業時
間」が全溶接作業時間積算部２５で積算される（Ｓ
９）。

【００４２】そして、教示ペンダント６０の表示部に
「全溶接作業時間」が表示され（Ｓ１０）、オペレータ
が「全溶接作業時間」を見て、溶接作業開始のスタート
操作し（Ｓ１１）、オペレータが別の作業を行いにい
く。「全溶接作業時間」に合わせてオペレータが戻ると
（Ｓ１２）、丁度溶接作業が終了しているので、教示ペ
ンダント６０の表示部に表示された「全溶接作業時間」
内にオペレータが別の作業を実施できるとともに、オペ
レータが戻ってきたときに丁度溶接ロボット１０による
溶接作業が終了しており、オペレータが無駄なく別の作
業を実施できる。

【００４３】続いて、オペレータが溶接完了したワーク
に代わって、新たなワークをセットし直して同様な操作
を繰返し行う。

【００４４】

【発明の効果】請求項１の発明は、溶接継手の開先ギャ
ツプ変動に応じて各積層溶接層の溶接時間を予め積算す
る溶接時間積算手段と、この溶接時間積算手段により積
算される前記溶接時間以外の空走時間を予め積算する溶
接外作業時間積算手段と、この溶接外作業時間積算手段
と前記溶接時間積算手段との積算時間を積算する全溶接
作業時間積算手段と、この全溶接作業時間積算手段の全
溶接作業時間を表示する表示手段とを備えたので、溶接
継手の開先ギャツプ変動に応じた正確な全溶接作業時間
を積算して表示する溶接ロボット制御装置を提供するこ
とができる。

【００４５】また、請求項２の発明は、前記溶接時間積
算手段は、溶接継手の溶接長さ演算データと、前記開先
ギャップの変動検出値から求めた積層数と、この積層数
毎の溶接速度データとから溶接時間を積算するので、溶
接時間の積算に実測値を用いず、オペレータによる計測
・積算作業の負担を軽減できるとともに、溶接継手の開
先ギャツプ変動に応じた正確な溶接時間の元に全溶接作
業時間が演算されるとともに、正確な全溶接作業時間を
表示する溶接ロボット制御装置を提供することができ
る。

【００４６】請求項３の発明は、前記溶接外作業時間積
算手段は、待機位置から前記溶接継手の開始位置および
溶接終了位置との空走時間と、前記積層数と、溶接継手
間の空走時間とから溶接外作業時間を積算するので、溶
接外作業時間の積算に実測値を用いず、オペレータによ
る計測・積算作業の負担を軽減できるとともに、溶接継
手の開先ギャツプ変動に応じた正確な溶接時間と溶接外
作業時間との元にした全溶接作業時間が演算されるとと
もに、正確な全溶接作業時間を表示する溶接ロボット制
御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる実施の形態での溶接ロボット制
御装置の制御ブロック図である。

【図２】同じく、実施の形態でのギャツプ溶接継手のギ
ャツプセンシング位置を示す模式図である。

【図３】同じく、実施の形態での溶接ロボット制御装置
が全溶接作業時間を表示するフローチャート図である。

【符号の説明】

１ 溶接ロボット制御装置 １０ 溶接ロボット １３ 溶接継手 ２３ 溶接時間積算部（溶接時間積算手段） ２４ 溶接外作業時間積算部（溶接外作業時間積算手
段） ２５ 全溶接作業時間積算部（全溶接作業時間積算手
段） ６２ 入力装置（表示手段） Ｇ 開先ギャツプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接継手の開先ギャツプ変動に応じて各
   積層溶接層の溶接時間を予め積算する溶接時間積算手段
   と、この溶接時間積算手段により積算される前記溶接時
   間以外の空走時間を予め積算する溶接外作業時間積算手
   段と、この溶接外作業時間積算手段と前記溶接時間積算
   手段との積算時間を積算する全溶接作業時間積算手段
   と、この全溶接作業時間積算手段の全溶接作業時間を表
   示する表示手段とを備えたことを特徴とする溶接ロボッ
   ト制御装置。
2. 【請求項２】 前記溶接時間積算手段は、溶接継手の溶
   接長さ演算データと、前記開先ギャップの変動検出値か
   ら求めた積層数と、この積層数毎の溶接速度データとか
   ら溶接時間を積算することを特徴とする請求項１に記載
   の溶接ロボット制御装置。
3. 【請求項３】 前記溶接外作業時間積算手段は、待機位
   置から前記溶接継手の開始位置および溶接終了位置との
   空走時間と、前記積層数と、溶接継手間の空走時間とか
   ら溶接外作業時間を積算することを特徴とする請求項１
   乃至２に記載の溶接ロボット制御装置。