JP2007203349A

JP2007203349A - アーク溶接装置の制御方法

Info

Publication number: JP2007203349A
Application number: JP2006026352A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Asai; 明彦浅井; Hiroshi Matsumura; 浩史松村
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】溶接開始時点において確実に全ての溶接ロボットの溶接ワイヤについてアーク発生を確保することができるアーク溶接装置の制御方法を提供する。
【解決手段】溶接開始位置において、溶接ワイヤとワークとの間の接触通電を確認し、接触通電を検知できなければ、位置を変えて溶接ワイヤとワークとの間の接触通電を確認する。そして、接触通電が確認されたときに発せられるアーク発生準備完了信号が、全ての溶接ロボットから発信されたことを検知した後、各溶接ロボットにアーク発生指令信号が出力され、各溶接ロボットがアーク発生及びトーチ移動を開始して、溶接を開始する。このため、全ての溶接ロボットについてワイヤの接触通電が確認された後、アークの発生を試みるので、溶接開始時点において全ての溶接ロボットについて確実にアークが発生する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のアーク溶接ロボットを含むアーク溶接装置の制御方法に関し、特に、複数のアーク溶接ロボットが１台のポジショナに設置された１個のワークに対して同時に溶接作業をするアーク溶接装置において溶接開始時点で確実にアークを発生させる制御方法に関する。

複数のアーク溶接ロボットを備えた溶接システムにおいて、複数のアーク溶接ロボットが１台のポジショナに設置された１個のワークに対して、同時に溶接作業をする場合があり、この場合においては、通常、外部入出力信号の送受により、複数台の溶接ロボットに対してアーク発生指令のタイミングを合わせている。

そして、従前のアーク溶接ロボットは、溶接開始点において、アーク発生指令信号を溶接電源に対して出力し、溶接電源からアーク発生確認信号が入力されたときに、移動を開始する。しかしながら、多層盛り溶接等において、スラグ等の絶縁物が溶接開始点にあると、通電状態が得られず、このため、アーク発生確認信号が溶接ロボットに入力されなかった場合は、所定時間経過後、アークスタートミスとしてその溶接ロボットは溶接作業を一時停止してしまう。このため、アークスタートミスを起こしたロボットと、アークがスタートして溶接トーチが移動を開始してしまったロボットとの間に、同期のずれが生じてしまう。このため、溶接作業を継続することが困難である。

また、アークスタートミスを生じたロボットについて、アークの再発生を試みるアークリトライ技術が提案されている。しかし、このリトライを実行している間にも、アーク発生後移動を開始したロボットと、リトライしたロボットとの間の同期ずれは拡大していき、例え、リトライに成功してアークが発生したとしても、アークスタートミスが生じたことの問題点は解消されない。

そこで、特許文献１は、複数のアーク溶接ロボットを含むアーク溶接システムにおいて、溶接開始点で確実にアークを発生させるシステムを提供することを目的として、複数台の溶接ロボットを溶接開始点に移動させ、消耗式電極ワイヤをトーチから下降させて送出し、ワークに全てのワイヤが接触したことを検知した後、溶接開始条件にて指定された溶接電圧をワイヤに印加すると共にワイヤを上昇させ、複数のアーク溶接ロボット全てのアーク発生を確認した後、複数のアーク溶接ロボットを移動させるアーク溶接システムの制御方法を開示している。

特開２００４−３５８５０１（図１）

しかしながら、この特許文献１においては、多層盛り溶接等において、スラグ等が付着していて、当初の溶接開始点で通電状態が得られない場合に、どのようにして、通電を確保するかという点について開示がない。通常、通電状態が得られない場合には、通電確認位置をずらして通電確保位置を探索する。そこで、特許文献１の技術においても、このように、通電が得られない場合には、位置をずらして探索すると考えられるが、そうすると、特定の溶接ロボットについて通電を確認できない場合、その溶接開始点が当初の予定教示位置からずれてしまう。このため、アーク開始時点で全ての溶接ロボットについて同期をとり、アークを発生させ、全てのトーチを移動させて溶接を開始すると、通電位置を当初の予定教示位置からずらして通電確保位置を探索した溶接ロボットについては、溶接長が当初の値から変化し、他の溶接ロボットに対し、溶接区間終了点(同期取得位置)への到着時刻がずれてしまうという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、溶接開始時点において確実に全ての溶接ロボットの溶接ワイヤについてアーク発生を確保することができるアーク溶接装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係るアーク溶接装置の制御方法は、一つのワークに対して複数のアーク溶接ロボットにより同時にアーク溶接するアーク溶接装置の制御方法において、前記複数のアーク溶接ロボットのトーチを溶接開始位置に移動させる工程と、前記トーチから溶接ワイヤを送給して前記溶接ワイヤが前記ワークに接触して通電するか否かを検知する工程と、前記溶接ワイヤの通電を検知できなかった場合にその通電非検知の溶接ロボットのトーチを別の位置に移動させ、再度トーチから溶接ワイヤを送給して前記溶接ワイヤが前記ワークに接触して通電するか否かを検知し、このトーチの移動と通電検知とを前記溶接ワイヤと前記ワークとの接触通電が検知されるまで繰り返す工程と、溶接ワイヤとワークとの接触通電が検知されたときにその溶接ロボットからアーク発生準備完了信号を発信する工程と、全ての溶接ロボットから前記アーク発生準備完了信号が発信されたことを検知した後同期して各溶接ロボットにアーク発生指令信号を出力する工程と、を有することを特徴とする。

これにより、全ての溶接ロボットについて、溶接ワイヤとワークとの通電を検知した後、全ての溶接ロボットについて、アーク発生を開始するので、溶接開始時にアークスタートミスが生じることを防止できる。

この場合に、前記アーク発生指令信号を受信した後、各溶接ロボットはアークを発生させて所定の初期速度で移動を開始すると共に、各溶接ロボットのトーチが所定の同期取得位置に到達する到着予定時刻を演算し、最も到着予定時刻が遅い溶接ロボットに合わせて到着予定時刻が一致するように他の溶接ロボットの溶接速度を調整する工程を有することが好ましい。なお、同期取得位置とは、その溶接区間が終了する位置であるか、又は、他の溶接ロボットとの同期を開始する予定位置である。例えば、後述するように、複数の溶接ロボットが同時に直線区間を溶接しているときに、次の溶接区間が、溶接ロボットとポジショナとが連動して動く必要があるポジショナ連動区間である場合は、その区間に入ればポジショナが動いてしまうので、そのポジショナ連動区間に入る前に、他の溶接ロボットとの間で同期をとる必要がある。この同期取得位置とは、このような他の溶接ロボットとの間で同期をとる必要がある地点のことである。

これにより、溶接開始点が当初の予定位置からずれたとしても、所定の同期取得位置にて、全ての溶接ロボットが同時に到着することができる。

本発明によれば、溶接開始位置において、溶接ワイヤとワークとの間の接触通電を確認し、接触通電を検知できなければ、位置を変えて溶接ワイヤとワークとの間の接触通電を確認する。そして、接触通電が確認されたときに発せられるアーク発生準備完了信号が、全ての溶接ロボットから発信されたことを検知した後、各溶接ロボットにアーク発生指令信号が出力され、各溶接ロボットがアーク発生及びトーチ移動を開始して、溶接を開始する。このように、本発明においては、全ての溶接ロボットについてワイヤの接触通電が確認された後、アークの発生を試みるので、溶接開始時点において全ての溶接ロボットについて確実にアークが発生する。従って、溶接開始後、一部の溶接ロボットがアークスタートミスを起こして、溶接作業が中断するという事態が回避される。

また、最初のワイヤ接触確認で、通電を検知できなかった場合には、接触位置を変えて再度ワイヤ接触確認作業を行い、これを通電が検知されるまで繰り返すが、その溶接ロボットについては、アーク発生開始位置が当初予定の溶接開始位置からずれてしまい、溶接長が当初の予定溶接長から変動することになり、溶接区間終了位置（同期取得位置）に到達するときの時刻が他の溶接ロボットの到着時刻と異なってしまう。そこで、本願請求項２に係る発明においては、アーク発生指令信号が出力されて、溶接が開始された後、各溶接ロボットの溶接区間終了位置（同期取得位置）の到着予定時刻を演算し、この到着予定時刻が全ての溶接ロボットについて一致するように、最も遅い溶接ロボットの到着予定時刻に合わせて、他の溶接ロボットの溶接速度を調整する（低下させる）。これにより、全ての溶接ロボットが同時に溶接区間終了位置（同期取得位置）に到達する。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施形態において使用するアーク溶接装置を示す模式図である。２台の溶接ロボット１２，２２には、夫々制御装置１１，２１が接続されており、この制御装置１１，２１により、溶接ロボット１２，２２に対するティーチング、溶接電圧及び電流の供給、トーチの移動速度（溶接速度）等の制御を行っている。ポジショナ１３はワークを保持し、溶接態様に合わせてその姿勢を変更し、溶接ロボット１２，２２による溶接作業を可能にする。このポジショナ１３の制御は制御装置１１により行われ、制御装置１１はポジショナ１３を駆動してワークを位置決めする。また、制御装置１１と制御装置２１とは例えばシリアル通信ケーブル１４により接続されており、制御装置１１及び制御装置２１は、溶接ロボット１２，２２の同期をとるための信号をケーブル１４を介して送受し合う。各ロボット制御装置１１，２１には溶接電源（図示せず）が接続されており、ロボットの手首部にはトーチ（図示せず）が把持されていて、前記溶接電源によりトーチから送出される溶接ワイヤとワークとの間にセンシング電圧が印加される。

次に、この溶接装置を使用して本発明の実施形態に係る制御方法を実施するときの動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。

先ず、ポジショナ１３にワークを保持し、第１の溶接ロボット１２及び第２の溶接ロボット２２を溶接開始点（位置）に移動させる（ステップＳ１、Ｓ２）。そして、第１溶接ロボット１２及び第２溶接ロボット２２の各トーチにセンシング電圧を印加した後、各トーチから第１溶接ワイヤ及び第２溶接ワイヤを送出し、ワイヤ送給中のセンシング電圧の変化を監視する（ステップＳ３，Ｓ４）。そして、センシング電圧が変化（低下）して、第１ワイヤ及び第２ワイヤがワークに接触通電したことを検知すると、各ワイヤの送給を停止する（ステップＳ５，Ｓ６）。その後、ワイヤがワークから離隔するまで、ワイヤを逆送する（ステップＳ７，Ｓ８）。そして、各溶接ロボット１２，２２の制御装置１１，２１は、同期する他の溶接ロボットの制御装置２１，１１に対し、アーク発生準備完了信号を出力する。このアーク発生準備完了信号は、その溶接ロボットから信号ケーブル１４を介して他の溶接ロボットに送信される。各溶接ロボット１２，２２の制御装置１１，２１は、全ての溶接ロボットの制御装置１１，２１からアーク発生準備完了信号が出力されたことを検知すると（ステップＳ９）、自己が制御する溶接ロボットに対し、アーク発生指令信号を出力する（ステップＳ１０，Ｓ１１）。そうすると、各溶接ロボット２１，２２からアークが発生し（ステップＳ１２，Ｓ１３）、各ロボット２１，２２のトーチは溶接線に沿って移動を開始する（ステップＳ１４、Ｓ１５）。

このようにして、本実施形態においては、アークスタート開始前に、溶接ワイヤをワークに接触させて溶接ワイヤとワークとの間が通電するか否かを検知する。そして、全ての溶接ロボットについて通電を検知した後、アークをスタートするので、一部の溶接ロボットがアークスタートミスを起こすことはない。従って、アークスタートミスの発生により溶接が中断されることはない。

なお、本実施形態においては、各溶接ロボットは、ステップＳ１乃至Ｓ８の工程を単独で実施し、ステップＳ９でのみ他の溶接ロボットとの同期をとる。即ち、各溶接ロボットは他の全ての溶接ロボットから、アーク発生準備完了信号を受信したときに、溶接ロボットにアーク発生指令信号を出力するので、同期は１回のみであり、同期をとるための工程が複雑化して、それに時間がかかることもない。

次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。溶接ワイヤをワークに接触させて通電を確認した際に、この接触位置にスラグが存在している場合は通電を検知できない。図３はこの場合のフローチャート図であり、図３は、通電を確認できない溶接ロボットが第１ロボット１２である場合のものである。即ち、図３に示すように、第１ロボット１２の第１ワイヤを送給し（ステップＳ３１）、ワイヤがワーク（実際はワークの表面上のスラグ）に接触しても（ステップＳ３２）、通電は検知できない。そこで、通電が検知できない場合は、ワイヤを逆送給し（ステップＳ３３）、ロボットの位置（即ち、トーチの位置）を若干ずらし（ステップＳ３４）、再度ワイヤを送給し（ステップＳ３１）、ワークに接触させたときの通電の有無を確認する（ステップＳ３２）。このとき、通電を検知できた場合には、ステップＳ５及びＳ７に進み、アーク発生準備完了信号を出力する。通電が検知されるまで、この工程を繰り返す。但し、所定回数繰り返しても、通電を確認できなかった場合には、スラグ等の絶縁物の影響による通電不良ではない別の異常原因があるものとして、溶接を一時停止する。

このように、最初の通電検知において、通電を検知できなくても、溶接ロボット（トーチ）の微移動、ワイヤの接触及び通電の確認工程を繰り返し実施するので、ワークにおけるスラグ等が付着していない部位を確実に探索して、全ての溶接ロボットについて、確実にアークスタートを行うことができる。

次に、図４を参照して本発明の第３実施形態について説明する。最初のワイヤ通電確認工程において、通電を検知できなかった場合には、その通電非検知の溶接ロボットにおいては、そのトーチ位置をずらして、再度通電を確認する。所定回数以下、通電位置をずらして、通電確認工程を繰り返す。このように、この溶接ロボットについては、アーク発生位置を当初のアーク発生予定点からずらすので、溶接長が当初の値から変化する。このため、当初予定されていた溶接速度で溶接すると、この通電確認を再度実施した溶接ロボットについては、他の１回で通電確認が終了した溶接ロボットに比較して、溶接終了点に到着するときの時刻がずれる。そこで、この第３実施形態においては、溶接速度を調整することにより、全ての溶接ロボットが同時に溶接終了点に到着するように制御する。

即ち、図４に示すように、各溶接ロボット１２，２２からアークが発生し（ステップＳ１２，Ｓ１３）、ロボットのトーチが移動を開始する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。そして、各溶接ロボットの制御装置は、その溶接長から、トーチが溶接区間終了点（同期取得位置）に到着する時刻を演算し、その到着予定時刻を、通信ケーブル１４を介して他の制御装置１１，２１に送信し、到着予定時刻を各溶接ロボットについて交換する（ステップＳ１６）。そして、この到着予定時刻が最も遅い溶接ロボットに合わせて、他の溶接ロボットの到着予定時刻を調整する。即ち、到着が最も遅い溶接ロボットの到着予定時刻に一致するように、他の溶接ロボットにおいては、その制御装置が、自機の溶接ロボットの溶接速度を調整し（遅くし）て、溶接区間終了点（同期取得位置）へのトーチの到着予定時刻を当初の予定時刻よりも遅くする（ステップＳ１７，Ｓ１８）。これにより、全ての溶接ロボットについて、溶接区間終了点（同期取得位置）への到着予定時刻が一致する（ステップＳ１９）。

なお、アーク発生の確認は、具体的には、溶接電源からの入力信号に溶接電流が流れた際にオンする信号があり、この信号を常時監視し、オフからオンに変化したことを捉えて、アーク発生を確認することができる。また、アーク発生を確認するという動作には、アークが発生する迄待つという動作が含まれている。そして、このアークが発生する迄待つという状態においては、時間経過を監視し、所定時間経過してもアークが発生しなかった場合には、エラーを出力し、再生を一時停止させる。

その後、第１ロボット及び第２ロボットが溶接動作を行う（ステップＳ２０，Ｓ２１）。通常、溶接線は複数の教示点からなる。例えば、鉄骨コラムを溶接する場合には、溶接ロボットのみが移動する直線区間→溶接ロボットとポジショナとが連動して動くポジショナ連動区間→直線区間→ポジショナ連動区間というように、複数の教示点間を異なる態様で溶接するのが普通である。そして、本発明のように、複数のロボットが同時に溶接動作する場合には、直線区間において、複数の溶接ロボットが同時に直線区間の終了点に到着する必要がある。つまり、直線区間の終了点は、それに続くポジショナ連動区間の開始点という意味をもち、ポジショナ連動区間においては、ポジショナが動いてしまうため、このポジショナと複数の溶接ロボットとが連動して動く必要があり、直線区間の終了点には複数の溶接ロボットが同時に到達している必要がある。本発明においては、確実に複数の溶接ロボットが同時に直線区間の終了点に同時に到達するため、それに続くポジショナ連動区間で、複数の溶接ロボット及びポジショナが円滑に動作を開始することができる。

このように、溶接区間終了点（同期取得位置）への到着予定時刻を、最も遅く到着する溶接ロボットの到着予定時刻に合わせて修正するのは、所定のビード脚長を確保するためである。一般的に、溶接強度を確保する必要上、所定の脚長以上のビードをおくように設計する必要がある。この場合に、溶接区間終了点(同期取得位置)に到着する予定時刻が最も速い溶接ロボットに合わせると、他の溶接ロボットについては、溶接速度を当初の予定速度よりも速くする必要がある。そうすると、所定のビード脚長を確保することができない。このため、溶接区間終了点（同期取得位置）に最も遅く到着する溶接ロボットの到着予定時刻に合わせて、他の溶接ロボットの溶接速度を遅くすることが好ましい。

なお、ステップＳ１６においては、全ての溶接ロボット間で、溶接区間終了点（同期取得位置）への到着予定時刻を交換したが、これは、到着予定時刻ではなく、現在時刻からの所要時間でもよい。

また、本発明においては、溶接速度を調整する必要が生じるのは、通電箇所の変更によるものと、アーク発生指令信号の出力からアーク発生が確認されるまでの所要時間のずれによるものとがある。しかし、これらから生ずる時間ずれは、溶接時間に対して小さいため、調整後の溶接速度の変化率は小さくなり、溶接ビードの増加は誤差範囲である。しかしながら、ポジショナ連動を開始するタイミングで前記時間ずれが生じていると、溶接狙い位置ずれが生じて致命的な問題となり、無視できない。

本実施形態においては、溶接開始時に、全ての溶接ロボットにおいて、確実にアークをスタートすることができ、溶接区間終了点（同期取得位置）に対し、全ての溶接ロボットが同時に到着することができるという効果を奏する。

なお、上記実施形態においては、通電を検知できずに、接触位置を変更して再度通電を確認し、通電が検知された場合、アークスタート位置が当初の予定位置からずれるので、溶接長が変化し、このため溶接区間終了点（同期取得位置）への到着時刻が変動することを防止するために、溶接速度を調整して、全ての溶接ロボットについて同時に溶接区間終了点（同期取得位置）に到着するようにしたが、本発明は必ずしもこのような態様に限らない。例えば、他の溶接ロボットよりも、アークスタート位置が溶接区間終了点（同期取得位置）に近くて溶接長が短い溶接ロボットについては、アークの発生開始時刻を遅らせ、また、トーチ移動開始時刻を遅らせることとしてもよい。これによっても、到着予定時刻を全ての溶接ロボットについて同時刻とすることができる。また、溶接開始点から、ポジショナ連動を開始する点までの距離を精度良くティーチングしたつもりでも、教示誤差が生じてしまう可能性があり、この場合にも、前記点間の移動距離に差が生じてしまう。本発明は、このような問題にも適用可能である。

本発明の実施形態で使用する溶接装置を示す模式図である。本発明の第１実施形態の制御方法を示すフローチャート図である。本発明の第２実施形態の制御方法を示すフローチャート図である。本発明の第３実施形態の制御方法を示すフローチャート図である。

符号の説明

１１，２１：制御装置
１２，２２：溶接ロボット
１３：ポジショナ
１４：シリアル通信ケーブル

Claims

一つのワークに対して複数のアーク溶接ロボットにより同時にアーク溶接するアーク溶接装置の制御方法において、前記複数のアーク溶接ロボットのトーチを溶接開始位置に移動させる工程と、前記トーチから溶接ワイヤを送給して前記溶接ワイヤが前記ワークに接触して通電するか否かを検知する工程と、前記溶接ワイヤの通電を検知できなかった場合にその通電非検知の溶接ロボットのトーチを別の位置に移動させ、再度トーチから溶接ワイヤを送給して前記溶接ワイヤが前記ワークに接触して通電するか否かを検知し、このトーチの移動と通電検知とを前記溶接ワイヤと前記ワークとの接触通電が検知されるまで繰り返す工程と、溶接ワイヤとワークとの接触通電が検知されたときにその溶接ロボットからアーク発生準備完了信号を発信する工程と、全ての溶接ロボットから前記アーク発生準備完了信号が発信されたことを検知した後同期して各溶接ロボットにアーク発生指令信号を出力する工程と、を有することを特徴とするアーク溶接装置の制御方法。
前記アーク発生指令信号を受信した後各溶接ロボットはアークを発生させて所定の初期速度で移動を開始すると共に、各溶接ロボットのトーチが同期取得位置に到達する到着予定時刻を演算し、最も到着予定時刻が遅い溶接ロボットに合わせて到着予定時刻が一致するように他の溶接ロボットの溶接速度を調整する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置の制御方法。