JP2009136903A - 溶接ロボットの制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接ロボットをウィービング動作させて溶接を行なうに際して、高い周波数で溶接線に対して溶接トーチ先端を揺動させて、高速に、かつ安定した溶接を行うようにする。
【解決手段】 ウィービング波６６は、溶接すべき両母材６１、６２間の会合面６４に沿った形状の曲面６７であって、溶接トーチ先端１７ａから会合面６４までの距離ｄが略一定となる曲面６７に描かれる。コントローラ３０は、そのようなウィービング波６６でウィービングしながら溶接トーチ先端１７ａが溶接線Ｌに沿って移動するように、各軸１１〜１６を駆動するための駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボット１０に送り、溶接ロボット１０を制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、溶接ロボットの制御装置および制御方法に関するものである。

（従来技術１）
溶接ロボットを用いて、多層盛り溶接や肉盛り溶接などの脚長が大きく広い幅のビードを要する溶接を行う場合には、溶接トーチ先端をウィービング動作させることが一般的である。

ここで、ウィービング動作とは、溶接トーチ先端を母材の溶接線を中心に揺動させる動作のことをいう。

この場合の溶接ロボットの制御装置は、図１に示すように、溶接トーチ１７の先端１７ａが溶接線Ｌを中心にウィービング波を描いてウィービングしながら溶接線Ｌに沿って移動するように各軸１１〜１６が駆動される溶接ロボット１０と、入力データに応じて溶接ロボット１０の各軸１１〜１６を駆動するための駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボット１０に送り、溶接ロボット１０を制御するコントローラ３０とを含んで構成されている。溶接はアーク溶接によって行われる。

図２（ａ）、（ｂ）は、図１の装置によって、母材となる両板材６１、６２を水平すみ肉溶接によって接合してＴ継ぎ手の構造物６０を製作する様子を示している。図２（ａ）は、各母材６１、６２の断面におけるウィービング波６５を示し、図２（ｂ）は、各母材６１、６２を斜視的にみたときのウィービング波６５を示している。ウィービング波６５は、水平面に対して所定角度θ傾斜した平面６３に描かれる正弦波である。溶接すべき場所は、両母材６１、６２間の会合面６４である。溶接トーチ１７の先端１７ａが水平面に対して所定角度θ傾斜した平面６３上に正弦波のウィービング波６５を描きながら溶接線Ｌに沿って移動することにより、会合面６４にビードが形成され、すみ肉溶接が行われる。

（従来技術２）
特許文献１には、開先の壁面に沿って折れ線状のウィービング軌跡を描くことにより開先の溶接を行うという発明が記載されている。

（特許文献１）
特開平１０−３２８８３５号公報

溶接ロボット１０をウィービング動作させて溶接を行なうに際して、高い周波数で溶接線に対して溶接トーチ先端１７ａを揺動させて、高速に、かつ安定した溶接を行いたいとの要請がある。

従来技術１によれば、図２（ａ）に示すように、溶接線Ｌに対して垂直方向に溶接トーチ先端１７ａが動くにつれて、つまり溶接トーチ先端１７ａが平面６３上を溶接線Ｌの垂直方向に移動するにつれて、溶接トーチ先端１７ａから会合面６４までの距離ｄがばらつく。最大振幅時の距離ｄ´と溶接線Ｌ付近の距離ｄとでは極端に大きさが異なっている。このため、ウィービング動作時のアークの長さが極端に変化し、アークが安定しなくなり、安定した溶接が行われなくなり、溶接欠陥が発生するおそれがある。

従来技術２によれば、開先の壁面に沿って溶接トーチ先端１７ａが移動するため、アーク長の変化は少ない。しかし、溶接トーチ先端１７ａが折れ線状のウィービング軌跡を描くため、折れ点を通過するとき溶接トーチ先端１７ａの移動速度が急激に変化する。このためウィービングを高速で行おうとすると溶接ロボット１０の各軸１１〜１６が折れ点付近で振動してしまい追従動作できなくなる。このため結果的に速度を低く設定してウィービング動作を行わざるを得ず、溶接を高速で行うことができない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、溶接ロボットをウィービング動作させて溶接を行なうに際して、高い周波数で溶接線に対して溶接トーチ先端を揺動させて、高速に、かつ安定した溶接を行うようにすることを解決課題とするものである。

第１発明は、
溶接トーチ先端が母材の溶接線を中心に所定のウィービング波を描いてウィービングしながら溶接線に沿って移動するように各軸が駆動される溶接ロボットと、入力データに応じて溶接ロボットの各軸を駆動するための駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボットに送り、溶接ロボットを制御するコントローラとを備えた溶接ロボットの制御装置において、
前記コントローラは、
溶接すべき両母材間の前記会合面あるいは前記開先面に沿った形状の曲面であって、溶接トーチ先端から前記会合面あるいは前記開先面までの距離が略一定となる曲面に描かれるウィービング波でウィービングしながら溶接トーチ先端が溶接線に沿って移動するように、各軸の駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボットに送り、溶接ロボットを制御すること
を特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
溶接トーチ先端が描くウィービング波は、
互いに直交する２つの振動波を合成した波であること
を特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明において、
溶接トーチ先端が描くウィービング波は、
溶接トーチの姿勢に対して垂直方向に振動する溶接トーチ垂直方向振動波の振幅と、溶接トーチの姿勢の方向に振動する溶接トーチ方向振動波の振幅とを指定することにより、求められること
を特徴とする。

第４発明は、第３発明において、
溶接すべき両母材に関するデータに基づいて、溶接トーチ垂直方向振動波の振幅と、溶接トーチ方向振動波の振幅とが指定されること
を特徴とする。

第５発明は、第３発明において、
溶接トーチ垂直方向振動波、溶接トーチ方向振動波は、正弦波であって、
溶接トーチ先端が描くウィービング波は、
周波数が異なる正弦波を重ね合わせた波であること
を特徴とする。

第６発明は、
溶接すべき両母材に関するデータを入力するステップと、
入力された溶接すべき両母材に関するデータに対応するウィービングデータを読み出すステップと、
ウィービングデータに基づき、溶接すべき両母材間の会合面あるいは開先面に沿った形状の曲面であって、溶接トーチ先端から前記開合面あるいは前記開先面までの距離が略一定となる曲面に描かれるウィービング波を求め、このウィービング波上の点であって、溶接ロボットの溶接トーチ先端が移動すべき逐次の目標位置を求めるステップと、
溶接ロボットの溶接トーチ先端の逐次の目標位置を溶接ロボット各軸の角度に変換するステップと、
溶接ロボット各軸を各軸角度に変化させるための駆動指令を生成して、駆動指令を溶接ロボットに出力するステップと
を含んでいることを特徴とする。

第７発明は、第６発明において、
ウィービングデータは、溶接トーチの姿勢に対して垂直方向に振動する溶接トーチ垂直方向振動波の振幅と、溶接トーチの姿勢の方向に振動する溶接トーチ方向振動波の振幅とを含んでいること
を特徴とする。

本発明の溶接ロボットの制御装置は、図１に示すように、溶接トーチ１７の先端１７ａが溶接線Ｌを中心にウィービング波を描いてウィービングしながら溶接線Ｌに沿って移動するように各軸１１〜１６が駆動される溶接ロボット１０と、入力データに応じて溶接ロボット１０の各軸１１〜１６を駆動するための駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボット１０に送り、溶接ロボット１０を制御するコントローラ３０とを含んで構成されている。

図３（ａ）、（ｂ）は、図１の装置によって、たとえば母材となる両板材６１、６２を水平すみ肉溶接によって接合してＴ継ぎ手の構造物６０を製作する様子を示している。図３（ａ）は、各母材６１、６２の断面におけるウィービング波６６を示し、図３（ｂ）は、各母材６１、６２を斜視的にみたときのウィービング波６６を示している。

ウィービング波６６は、溶接すべき両母材６１、６２間の会合面６４に沿った形状の曲面６７であって、溶接トーチ先端１７ａから会合面６４までの距離ｄが略一定となる曲面６７に描かれる。ここで、「距離ｄが略一定」とは、ウィービング動作時のアークの長さがほぼ一定となり、それによりアークが安定し、溶接欠陥が生じない安定した溶接が行われる程度にばらつきが収まっている距離のことである。

コントローラ３０は、そのようなウィービング波６６でウィービングしながら溶接トーチ先端１７ａが溶接線Ｌに沿って移動するように、各軸１１〜１６を駆動するための駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボット１０に送り、溶接ロボット１０を制御する。

第１発明によれば、図３（ａ）に示すように、溶接トーチ１７の姿勢に対して垂直方向に溶接トーチ先端１７ａが動いたとき、各変位位置で溶接トーチ先端１７ａから会合面６４までの距離ｄがほぼ一定値となる。このため、ウィービング動作時のアークの長さがほぼ一定となり、それによりアークが安定し、溶接欠陥が生じない安定した溶接が行われるようになる。

また、第１発明によれば、溶接トーチ先端１７ａが曲面６７上でウィービング波６６を描きながら移動するため、従来技術２のように折れ点を通過するようなことがなく、滑らかに移動速度が変化して溶接トーチ先端１７ａが移動する。従来技術２のように折れ点で急激に移動速度が変化するようなことがない。このためウィービングを高周波数に設定して高速で行ったとしても溶接ロボット１０の各軸１１〜１６が十分に追従動作でき、溶接を高速で行うことができるようになる。

このように本第１発明によれば、溶接ロボットをウィービング動作させて溶接を行なうに際して、高い周波数で溶接線に対して溶接トーチ先端を揺動させて、高速に、かつ安定した溶接を行うことができる。

第２発明では、図３（ｂ）に示すように、溶接トーチ先端１７ａは、ウィービング波６６として、互いに直交する２つの振動波を合成した波を描きつつ溶接線Ｌに沿って移動する。

第３発明では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、溶接トーチ１７の姿勢に対して垂直方向に振動する溶接トーチ垂直方向振動波の振幅Ａｘと、溶接トーチ１７の姿勢の方向に振動する溶接トーチ方向振動波の振幅Ａｚとを指定することにより、溶接トーチ先端１７ａが描くウィービング波６６（図３（ｂ））が求められる。この場合、図５に示すように、溶接すべき両母材に関するデータ（「水平隅肉５スミ」、…）に基づいて、溶接トーチ垂直方向振動波の振幅Ａｘと、溶接トーチ方向振動波の振幅Ａｚとを指定することができる（第４発明）。

よって、第３発明、第４発明によれば、ウィービング波６６が描く移動軌跡を容易に変更することができる。これにより継ぎ手の種類、形状の違いや脚長の違いに柔軟に対処することができる。

第５発明では、図４（ｂ）に示すように、たとえば溶接トーチ垂直方向振動波がＡｘ・ｓｉｎωｔ、溶接トーチ方向振動波がＡｚ・ｓｉｎ^２ωｔという周波数が異なる正弦波を重ね合わせることで、溶接トーチ先端１７ａが描くウィービング波６６が求められる。これにより溶接トーチ先端１７ａの移動速度の変化が滑らかなウィービング波形を容易に設定することができる。

第６発明は、溶接ロボットの制御方法の発明であり、図５に示すように、溶接すべき両母材に関するデータ（「水平隅肉５スミ」、…）を入力することにより、第１発明と同様にして、ウィービング波６６に沿って溶接トーチ先端１７ａを移動させる制御が行なわれる。

第７発明は、第４発明の装置の発明に対応する方法の発明である。

以下、図面を参照して本発明の実施例の形態について説明する。

なお、実施形態では、溶接ロボットとして、アーク溶接作業を行う溶接ロボットを想定する。

図１は、実施例の溶接ロボットの制御装置を示している。

図１に示すように、溶接ロボットの制御装置は、溶接トーチ１７の先端１７ａが溶接線Ｌを中心にウィービング波を描いてウィービングしながら溶接線Ｌに沿って移動するように各軸１１〜１６が駆動される溶接ロボット１０と、溶接ロボット１０に電力を供給して溶接ワイヤ２１を送給させるとともに溶接電極間に電圧を印加する溶接電源装置２０と、入力データに応じて溶接ロボット１０の各軸１１〜１６を駆動するための駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボット１０に送り、溶接ロボット１０の各軸を制御するとともに溶接電源装置２０を介して溶接ワイヤ２１の送給および溶接電極間の電圧を制御するコントローラ３０とを備えて構成される。

溶接ロボット１０は、アーム１０ａを有しており、このアーム１０ａの先端には、溶接トーチ１７が取り付けられている。溶接ロボット１０には、溶接ワイヤ送給装置１８が設けられている。溶接ロボット１０の外部には、溶接ワイヤ送り出し部９０が備えられている。溶接ワイヤ送り出し部９０には、溶接ワイヤ２１がリール状に収容されている。溶接ワイヤ送給装置１８は、溶接電源装置２０から与えられるワイヤ送り速度指令に応じてワイヤ送りモータが駆動されることで、溶接ワイヤ送り出し部９０から溶接ワイヤ２１を繰り出し、溶接トーチ１７の図示しない電極チップに送給する。電極チップと母材は、溶接電極を構成する。溶接電極間には溶接電源装置２０から与えられる電圧指令によって電圧が印加される。これにより溶接ワイヤ２１の先端、つまり溶接トーチ先端１７ａと母材との間にアーク放電が発生し、アーク放電により発生する熱によって母材の接合部が加熱、溶融されるとともに溶加材としての溶接ワイヤ２１が加熱、溶融され、溶接ワイヤ２１が溶接金属となって母材の接合部が接合される。

溶接ロボット１０は、たとえば各軸１１、１２、１３、１４、１５、１６を有した６軸作業ロボットであり、駆動部１９を備えている。第１軸１１、第２軸１２、第３軸１３が基本３軸であり、第４軸１４、第５軸１５、第６軸１６が手首３軸である。駆動部１９は、サーボアンプ、ロボット用モータを含んで構成されている。駆動部１９は、コントローラ３０から与えられる駆動指令に応じて各軸１１、１２、１３、１４、１５、１６を駆動する。各軸１１、１２、１３、１４、１５、１６が駆動されることにより溶接トーチ１７の先端１７ａ（溶接ワイヤ２１の先端）の座標位置Ｐおよびトーチ姿勢角が変化される。

図３（ａ）、（ｂ）は、図１の装置によって、母材となる両板材６１、６２を水平すみ肉溶接によって接合してＴ継ぎ手の構造物６０を製作する様子を示している。図３（ａ）は、各母材６１、６２の断面におけるウィービング波６６を示し、図３（ｂ）は、各母材６１、６２を斜視的にみたときのウィービング波６６を示している。

同様に図３（ｃ）は、図１の装置によって、母材となる両板材６１、６２を裏当て金６９を用いて突合せ溶接によって接合してレ型開先の構造物６０を製作する様子を示している。図３（ｃ）は、各母材６１、６２の断面におけるウィービング波６６を示し、図３（ｂ）は、図３（ｃ）の各母材６１、６２を斜視的にみたときのウィービング波６６を示している。

ウィービング波６６は、溶接すべき両母材６１、６２間の会合面又は開先面６４に沿った形状の曲面６７であって、溶接トーチ先端１７ａから会合面又は開先面６４までの距離ｄが略一定となる曲面６７に描かれる。コントローラ３０は、そのようなウィービング波６６でウィービングしながら溶接トーチ先端１７ａが溶接線Ｌに沿って移動するように、各軸１１〜１６を駆動するための駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボット１０に送り、溶接ロボット１０を制御する。

つぎにコントローラ３０で行われる制御内容について説明する。以下では、図３（ｂ）に示すように、溶接トーチ先端１７ａを、ウィービング波６６として、互いに直交する２つの振動波を合成した波を描きつつ溶接線Ｌに沿って移動させる場合を想定する。

「互いに直交する２つの振動波を合成した波」は、溶接トーチ１７の姿勢に対して垂直方向Ｘｗに振動する溶接トーチ垂直方向振動波Ａｘ・ｓｉｎωｔと、溶接トーチ１７の姿勢の方向Ｚｗに振動する溶接トーチ方向振動波Ａｚ・ｓｉｎ^２ωｔとを組み合わせて得られる。これについて図４を用いて説明する。

図４（ａ）は、ウィービング波６６による移動軌跡を示した図で、横軸をＸｗ、縦軸をＺｗとして示した図である。この図４（ａ）は図３（ａ）に対応している。ウィービング波６６の垂直方向の振幅をＡｘ、溶接トーチ方向の振幅をＡｚとする。図４（ｂ）は、溶接トーチ１７の姿勢に対して垂直方向に振動する溶接トーチ垂直方向振動波Ａｘ・ｓｉｎωｔの波形と、溶接トーチ１７の姿勢の方向に振動する溶接トーチ方向振動波Ａｚ・ｓｉｎ^２ωｔの波形を示している。図４（ｂ）は、溶接トーチ垂直方向振動波Ａｘ・ｓｉｎωｔの波形および溶接トーチ方向振動波Ａｚ・ｓｉｎ^２ωｔの波形を、横軸を時間、縦軸を変位量として示す。溶接トーチ方向振動波Ａｚ・ｓｉｎ^２ωｔは溶接トーチ垂直方向振動波Ａｘ・ｓｉｎωｔの２倍の周波数となっている。

図４（ｃ）に、溶接トーチ垂直方向振動波Ａｘ・ｓｉｎωｔと、溶接トーチ方向振動波Ａｚ・ｓｉｎ^２ωｔと、ウィービング座標系Ｘｗ−Ｙｗ−Ｚｗとの関係を示している。ウィービング座標系Ｘｗ−Ｙｗ−Ｚｗは、水平面に対してθだけ傾斜した平面１６３をＸｗ−Ｙｗ平面とし、軸Ｙｗがウィービングの基準となる溶接線Ｌに一致し、軸ＺｗがＸｗ−Ｙｗ平面（平面１６３）の法線方向軸となっている座標系である。

図５は、溶接すべき両母材に関するデータ「水平隅肉５スミ」、「水平隅肉７スミ」、「下向隅肉９スミ」、「レ型開先４５度ギャップ５」、「レ型開先４５度ギャップ３」と、溶接トーチ垂直方向振動波Ａｘ・ｓｉｎωｔの振幅Ａｘと、溶接トーチ方向振動波Ａｚ・ｓｉｎ^２ωｔの振幅Ａｚと、溶接トーチ垂直方向振動波の振幅Ａｘと、溶接トーチ方向振動波の振幅Ａｚと、ウィービング座標系Ｘｗ−Ｙｗ−Ｚｗの平面Ｘｗ−Ｙｗ（平面１６３）の傾き角θと、ウィービングの周波数ｆ（＝ω／２π）（これらを以下、ウィービングデータという）との関係を示している。

「溶接すべき両母材に関するデータ」は、溶接すべき両母材６１、６２の継ぎ手の種類、継ぎ手の形状、脚長を示すデータであって、これらデータが定まれば、一義的に溶接トーチ垂直方向振動波Ａｘ・ｓｉｎωｔの振幅Ａｘなどのウィービングデータが定まり、ウィービングデータに応じて一義的にウィービング波６６の軌跡が定まる。

以上のことを前提にコントローラ３０では、図６に示される手順で制御処理を実行する。

まず、溶接すべき両母材に関するデータがコントローラ３０に入力される。具体的には、「水平隅肉５スミ」、「水平隅肉７スミ」、「下向隅肉９スミ」、「レ型開先４５度ギャップ５」、「レ型開先４５度ギャップ３」…など、溶接すべき両母材６１、６２の継ぎ手の種類、継ぎ手の形状、脚長を示すデータがコントローラ３０に入力される（ステップ１０１）。

つぎに、図５に示す表から、入力された溶接すべき両母材に関するデータに対応する溶接トーチ垂直方向振動波Ａｘ・ｓｉｎωｔの振幅Ａｘなどのウィービングデータが読み出される（ステップ１０２）。

つぎに、ウィービングデータに基づきウィービング波６６が求められ、このウィービング波６６上の点であって溶接トーチ先端１７ａが移動すべき逐次の目標位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）が求められる。ここで逐次の目標位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）は、絶対座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上の座標位置である（ステップ１０３）。

つぎに溶接ロボット１０の溶接トーチ１７の先端１７ａ（溶接ワイヤ２１の先端）の逐次の目標位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）が溶接ロボット各軸１１、１２、１３、１４、１５、１６の角度Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６にそれぞれ変換される（ステップ１０４）。

つぎに、溶接ロボット各軸１１、１２、１３、１４、１５、１６をそれぞれ各軸角度Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６に変化させるための駆動指令が生成されて、駆動指令が溶接ロボット１０の駆動部１９に出力される（ステップ１０５）。

コントローラ３０から溶接ロボット１０の駆動部１９に駆動指令が出力されると、溶接ロボット１０の各軸１１〜１６が駆動される。これにより図３（ｂ）に示すように、溶接トーチ先端１７ａが、ウィービング波６６として互いに直交する２つの振動波を合成した波を描きつつ溶接線Ｌに沿って移動する。

つぎに図７、図８、図９を併せ参照して、コントローラ３０で行われる演算処理の内容について説明する。

図７は、コントローラ３０の内部の構成を示す機能ブロック図である。

図８は、コントローラ３０で行われる演算処理の手順を示したフローチャートである。

図９は、コントローラ３０で行われる演算処理を説明する図である。

コントローラ３０は、図７に示すように、入力部３１と、記憶部３２と、演算部３３ととを含んで構成されている。

入力部３１は、ティーチング操作盤３１ａを含んで構成されている。ティーチング操作盤３１ａがオペレータによって操作されることにより、溶接すべき両母材に関するデータおよび溶接ロボット１０の作業プログラムの教示データが入力される。教示データは、溶接ロボット１０の溶接トーチ先端１７ａの移動開始位置Ｐｓと移動終了位置Ｐｅ（図９参照）を含んでいる。

溶接すべき両母材に関するデータが入力されると、図５に示す表から、入力された溶接すべき両母材に関するデータに対応する溶接トーチ垂直方向振動波Ａｘ・ｓｉｎωｔの振幅Ａｘなどのウィービングデータが読み出される。なお、コントローラ３０には、図５の表に示す内容がデータテーブル形式で記憶されている。

記憶部３２は、教示データ保存部３２ａと、ウィービングデータ保存部３２ｂとを含んで構成されている。

教示データ保存部３２ａには、溶接ロボット１０の溶接トーチ先端１７ａの移動開始位置Ｐｓと移動終了位置Ｐｅが記憶される。

ウィービングデータ保存部３２ｂには、ウィービングデータとして、溶接トーチ垂直方向振動波の振幅Ａｘ、溶接トーチ方向振動波の振幅Ａｚ、傾き角θ、周波数ｆが記憶される。

演算部３３は、軌跡演算部３３ａと、各軸角度変換部３３ｂとを含んで構成されている。

軌跡演算部３３ａでは、溶接トーチ先端１７ａが移動すべき逐次の目標位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）が演算される。

各軸角度変換部３３ｂでは、溶接ロボット１０の溶接トーチ１７の先端１７ａ（溶接ワイヤ２１の先端）の逐次の目標位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）が溶接ロボット各軸１１、１２、１３、１４、１５、１６の角度Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６にそれぞれ変換される。

演算部３３では、図８に示す手順で演算処理が行われる。以下図９と併せ参照しつつ説明する。

まず、移動開始位置Ｐｓと移動終了位置Ｐｅと補間周期Ｔとに基づいて、補間周期Ｔ毎の溶接線Ｌの方向の移動量ｍと、移動開始位置Ｐｓから移動終了位置Ｐｅまでの補間回数Ｃが算出される（ステップ２０１）。

つぎに、ウィービング座標軸[Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ]をＹｗ軸回りに傾き角θだけ回転した行列Ｍを演算する。

すなわち、まずウィービング座標軸[Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ]の単位ベクトル[Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ]を算出する。

Ｙｗは進行方向をＸ-Ｙ平面に投影したものである。進行方向Ｖは、
Ｖ＝（ｍｘ、ｍｙ、ｍｚ）
で表される。よって、

Ｅｙｚ＝０
となる。

ＺｗはＺ方向である。

よって、
Ｅｚｘ＝０
Ｅｚｙ＝０
Ｅｚｚ＝１
となる。

Ｘｗ＝Ｙｗ×Ｚｗのごとく、Ｘｗは、ＹｗとＺｗの外積で表される。よって、
Ｅｘｘ＝Ｅｚｙ・Ｅｘｚ−Ｅｘｙ・Ｅｚｚ
Ｅｘｙ＝Ｅｚｚ・Ｅｘｘ−Ｅｘｚ・Ｅｚｘ
Ｅｘｚ＝Ｅｚｘ・Ｅｘｙ−Ｅｘｘ・Ｅｚｙ
となる。

[Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ]変換行例は、

となる。よって、ウィービング座標軸[Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ]をＹｗ軸回りに傾き角θだけ回転した行列Ｍは、

となる。ここで、
[Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ] ＝Ｍ[Ｘ、Ｙ、Ｚ]
という関係が成立する（ステップ２０２）。

つぎに、補間周期Ｔ毎のウィービング位相変化量ｓが、補間周期Ｔと周波数ｆを用いて次式、
ｓ＝Ｔ・ｆ
によって算出される（ステップ２０３）。

移動開始時には補間カウンタcountが０に設定（count＝０）される（ステップ２０４）。

つぎに、補間周期Ｔが経過するごとに、補間カウンタcountが＋１インクリメント（count＝count＋１）される（ステップ２０５）。

溶接線Ｌ上の直線移動目標位置Ｐｔは、移動開始位置Ｐｓと上記補間カウンタcountと補間周期毎の移動量ｍを用いて、次式、
Ｐｔ＝Ｐｓ＋count・ｍ …（２）
にて算出される（ステップ２０６）。

一方、ウィービング座標系でのウィービング相対移動量ｘｗ、ｙｗ、ｚｗは、溶接トーチ垂直方向振動波の式Ａｘ・ｓｉｎωｔと、溶接トーチ方向振動波の式Ａｚ・ｓｉｎ^２ωｔと、補間カウンタcount、補間周期Ｔ毎のウィービング位相変化量ｓとを用いて、次式、
ｘｗ＝Ａｘ・ｓｉｎ（count・ｓ）
ｙｗ＝０
ｚｗ＝Ａｚ・ｓｉｎ^２（count・ｓ） …（３）
と算出される。

なお、Ｙｗ方向にはウィービングしないため、その方向の相対移動量ｙｗは０となる（ステップ２０７）。

つぎに上記（１）式の変換行列Ｍと上記（３）式のウィービング座標系でのウィービング相対移動量[ｘｗ、ｙｗ、ｚｗ]とを用いて、次式、

によって、ウィービング座標系でのウィービング相対移動量[ｘｗ、ｙｗ、ｚｗ]が絶対座標系でのウィービング相対移動量Ｗｔ（＝[ｘ、ｙ、ｚ]）に変換される（ステップ２０８）。

つぎに、上記（２）式で得られた溶接線Ｌ上の直線移動目標位置Ｐｔに、上記（４）式で得られたウィービング相対移動量Ｗｔを加算することにより、ウィービング波６６上の今回の移動目標位置Ｐが次式、
Ｐ＝Ｐｔ＋Ｗｔ …（５）
のごとく絶対座標系上の座標位置として算出される（ステップ２０９）。

つぎに、上記（５）式のごとく得られた溶接ロボット１０の溶接トーチ１７の先端１７ａ（溶接ワイヤ２１の先端）の今回の目標位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）が溶接ロボット各軸１１、１２、１３、１４、１５、１６の角度Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６にそれぞれ変換される（ステップ２１０）。

つぎに、溶接ロボット各軸１１、１２、１３、１４、１５、１６をそれぞれ各軸角度Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６に変化させるための駆動指令が生成されて、駆動指令が溶接ロボット１０の駆動部１９に出力される（ステップ２１１）。

つぎに、上記補間カウンタcountが補間回数Ｃを超えているか否かが判断され（ステップ２１２）、上記補間カウンタcountが補間回数Ｃを超えていないと判断されている限りは（ステップ２１２の判断ＮＯ）、上記ステップ２０５に戻り以下同様の処理が繰り返される。上記補間カウンタcountが補間回数Ｃを超えたと判断されると（ステップ２１２の判断ＹＥＳ）、溶接トーチ先端１７ａが移動終了位置Ｐｅに達したものと判断し処理を終える。

以上のようにして図３（ｂ）に示すように、溶接トーチ先端１７ａが、ウィービング波６６として互いに直交する２つの振動波を合成した波を描きつつ溶接線Ｌに沿って溶接開始位置Ｐｓから溶接終了位置Ｐｅまで移動する。

なお、上述した実施例では、ウィービング波６６が互いに直交する２つの振動波を合成した波であるとして説明したが、ウィービング波６６としては、溶接すべき両母材６１、６２間の会合面あるいは開先面６４に沿った形状の曲面６７であって、溶接トーチ先端１７ａから会合面または開先面６４までの距離ｄが略一定となる曲面６７に描かれた波であればよく、たとえば、図３（ｄ）に示すように円柱内面形状の曲面６７に描かれた波６６であってもよい。

つぎに本実施例の作用効果について説明する。

本実施例によれば、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、溶接トーチ１７の姿勢に対して垂直方向に振動する溶接トーチ垂直方向振動波の振幅Ａｘと、溶接トーチ１７の姿勢の方向に振動する溶接トーチ方向振動波の振幅Ａｚとを指定することにより、溶接トーチ先端１７ａが描くウィービング波６６が求められる。この場合、図５に示すような表を予め用意しておければ、溶接すべき両母材に関するデータ（「水平隅肉５スミ」、…）を入力するだけで、溶接トーチ垂直方向振動波の振幅Ａｘと、溶接トーチ方向振動波の振幅Ａｚとが指定される。

よって本実施例によれば、ウィービング波６６が描く移動軌跡を容易に変更することができる。これにより継ぎ手の種類、形状の違いや脚長の違いに柔軟に対処することができる。

さらに本実施例によれば、図４（ｂ）に示すように、たとえば溶接トーチ垂直方向振動波がＡｘ・ｓｉｎωｔであり、溶接トーチ方向振動波がＡｚ・ｓｉｎ^２ωｔという周波数が異なる正弦波を重ね合わせることで、溶接トーチ先端１７ａが描くウィービング波６６が求められる。これにより溶接トーチ先端１７ａの移動速度の変化が滑らかなウィービング波形を容易に設定することができる。

図１は、溶接ロボットの制御装置の構成例を示した図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、従来技術を説明する図で、母材となる両板材を水平すみ肉溶接によって接合してＴ継ぎ手の構造物を製作する様子を示した図である。 図３（ａ）は、実施例を説明する図で、母材となる両板材を水平すみ肉溶接によって接合してＴ継ぎ手の構造物を製作する様子を示した図で、図３（ｂ）は、各母材の断面におけるウィービング波としての互いに直交する２つの振動波を合成した波を示した図で、図３（ｃ）は、図１の装置によって、母材となる両板材を裏当て金を用いて突合せ溶接によって接合してレ型開先の構造物を製作する様子を示した図で、図３（ｄ）は、他のウィービング波を例示した図である。 図４（ａ）は、ウィービング波による移動軌跡を示した図で、図４（ｂ）は、溶接トーチ垂直方向振動波の波形および溶接トーチ方向振動波の形を時間軸で示した図で、図４（ｃ）は、溶接トーチ垂直方向振動波と、溶接トーチ方向振動波と、ウィービング座標系との関係を示した図である。 図５は、溶接すべき両母材に関するデータとウィービングデータとの関係を示した表である。 図６は、コントローラで行われる制御処理の手順を示した図である。 図７は、コントローラの内部の構成を示す機能ブロック図である。 図８は、コントローラで行われる演算処理の手順を示したフローチャートである。 図９は、コントローラで行われる演算処理を説明するための図である。

符号の説明

１０ 溶接ロボット、１７ 溶接トーチ、１７ａ 溶接トーチ先端、３０ コントローラ、６１、６２ 母材、６４ 会合面、開先面、６６ ウィービング波、６７ 曲面

Claims (7)

1. 溶接トーチ先端が母材の溶接線を中心に所定のウィービング波を描いてウィービングしながら溶接線に沿って移動するように各軸が駆動される溶接ロボットと、入力データに応じて溶接ロボットの各軸を駆動するための駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボットに送り、溶接ロボットを制御するコントローラとを備えた溶接ロボットの制御装置において、
   前記コントローラは、
   溶接すべき両母材間の会合面あるいは開先面に沿った形状の曲面であって、溶接トーチ先端から前記会合面あるいは前記開先面までの距離が略一定となる曲面に描かれるウィービング波でウィービングしながら溶接トーチ先端が溶接線に沿って移動するように、各軸の駆動指令を生成して、生成された駆動指令を溶接ロボットに送り、溶接ロボットを制御すること
   を特徴とする溶接ロボットの制御装置。
2. 溶接トーチ先端が描くウィービング波は、
   互いに直交する２つの振動波を合成した波であること
   を特徴とする請求項１記載の溶接ロボットの制御装置。
3. 溶接トーチ先端が描くウィービング波は、
   溶接トーチの姿勢に対して垂直方向に振動する溶接トーチ垂直方向振動波の振幅と、溶接トーチの姿勢の方向に振動する溶接トーチ方向振動波の振幅とを指定することにより、求められること
   を特徴とする請求項１または２記載の溶接ロボットの制御装置。
4. 溶接すべき両母材に関するデータに基づいて、溶接トーチ垂直方向振動波の振幅と、溶接トーチ方向振動波の振幅とが指定されること
   を特徴とする請求項３記載の溶接ロボットの制御装置。
5. 溶接トーチ垂直方向振動波、溶接トーチ方向振動波は、正弦波であって、
   溶接トーチ先端が描くウィービング波は、
   周波数が異なる正弦波を重ね合わせた波であること
   を特徴とする請求項３記載の溶接ロボットの制御装置。
6. 溶接すべき両母材に関するデータを入力するステップと、
   入力された溶接すべき両母材に関するデータに対応するウィービングデータを読み出すステップと、
   ウィービングデータに基づき、溶接すべき両母材間の会合面あるいは開先面に沿った形状の曲面であって、溶接トーチ先端から前記会合面あるいは前記開先面までの距離が略一定となる曲面に描かれるウィービング波を求め、このウィービング波上の点であって、溶接ロボットの溶接トーチ先端が移動すべき逐次の目標位置を求めるステップと、
   溶接ロボットの溶接トーチ先端の逐次の目標位置を溶接ロボット各軸の角度に変換するステップと、
   溶接ロボット各軸を各軸角度に変化させるための駆動指令を生成して、駆動指令を溶接ロボットに出力するステップと
   を含んでいることを特徴とする溶接ロボットの制御方法。
7. ウィービングデータは、溶接トーチの姿勢に対して垂直方向に振動する溶接トーチ垂直方向振動波の振幅と、溶接トーチの姿勢の方向に振動する溶接トーチ方向振動波の振幅とを含んでいること
   を特徴とする請求項６記載の溶接ロボットの制御方法。

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