JP2010089149A - 溶接ロボットの制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶接の状況に応じて、先行行溶接トーチのウィービングの振幅の大きさと、後行溶接トーチのウィービングの振幅の大きさを任意に調整することができるようにする。
【解決手段】 先行溶接トーチおよび後行溶接トーチのトーチ姿勢が一定の状態で両溶接トーチ先端がウィービングするとともに、先行溶接トーチと後行溶接トーチの間の中間点を回転中心にして両溶接トーチがウィービング振幅方向Ｙｗに揺動するように、各軸を駆動制御することで、先行溶接トーチのウィービング振幅の大きさと後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを調整する。この場合、先行溶接トーチがウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチがウィービングする方向と、当該後行溶接トーチ２７が揺動する方向とが逆方向となるように制御することで、後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさよりも先行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを大きくする調整を行うことができる。
【選択図】 図５

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；従来の実施技術）
従来よりタンデム溶接と呼ばれる溶接手法が実施されている。

タンデム溶接とは、溶接線に沿って先行および後行する先行溶接トーチおよび後行溶接トーチが設けられた溶接ロボットで行う溶接のことである。

タンデム溶接を行う目的の１つは、溶接トーチを２本とすることで、溶接ワイヤによる溶着量を多くし、溶接を高速で行うことである。また、タンデム溶接を行う目的の他の一つは、先行溶接トーチ、後行溶接トーチの溶接電源を別々とすることで先行溶接トーチと後行溶接トーチそれぞれで異なる溶接条件を設定し、先行する溶接トーチで溶接した後で後行する溶接トーチによりビードの形状を整える制御を行ない易くすることである。

たとえば特許文献１には、タンデム溶接において、隙間埋め溶接を１パスで行わせるために、先行溶接トーチと後行溶接トーチの両方にウィービング動作をさせたり、片方の溶接トーチのみにウィービング動作をさせるという発明が記載されている。
特開２００５−２７１０６４号公報

タンデム溶接でウィービング動作を行うと、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際に、高速で行うことができる。しかし、その反面、２本の溶接トーチをウィービング動作させると、スパッタの量が多くなり、溶接品質が劣化する。これは、後行溶接トーチは、先行溶接トーチが形成した溶融池の上でウィービングするため溶融池を攪拌してアークが不安定になるからである。

なお、タンデム溶接で２本の溶接トーチをウィービングさせる場合には、溶接線の倣いを制御するためのアークセンサは、先行溶接トーチのみに設けられる。これは後行溶接トーチは、溶融池に埋もれているためアークセンサを使用できないからである。

後行溶接トーチはアークセンサによる溶接線からの狙いずれの検出の必要がないので、その点でウィービングさせる必要はなく、むしろスパッタ量を減らしビードの形状を整えるためには、ウィービングの振幅を適正な値に小さく抑制することが望ましい。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、溶接の状況に応じて、先行溶接トーチのウィービングの振幅の大きさと、後行溶接トーチのウィービングの振幅の大きさを調整することにより、溶接時のスパッタ量を低減し、溶接品質の向上を図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制御される溶接ロボットの制御装置において、
溶接線に沿って先行および後行する先行溶接トーチおよび後行溶接トーチと、
先行溶接トーチおよび後行溶接トーチのトーチ姿勢が一定の状態で両溶接トーチ先端がウィービングするとともに、先行溶接トーチと後行溶接トーチの間を揺動中心にして両溶接トーチをウィービング振幅方向に揺動させ、先行溶接トーチがウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチがウィービングする方向と、当該後行溶接トーチが揺動する方向とが逆方向となるように制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする。

これにより、先行溶接トーチのウィービング振幅の大きさに比べて後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを小さくすることができ、溶融池の攪拌を抑制してスパッタ量を低減することができる。

第２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制御される溶接ロボットの制御装置において、
溶接線に沿って先行および後行する先行溶接トーチおよび後行溶接トーチと、
後行溶接トーチを独立してウィービング振幅方向に揺動させる独立揺動手段と、
前記独立揺動手段を駆動制御して、後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを先行溶接トーチのウィービング振幅の大きさよりも小さくする調整を行う制御手段と
を備えたことを特徴とする。

第２発明も第1発明と同様に、先行溶接トーチのウィービング振幅の大きさに比べて後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを小さくすることができ、溶融池の攪拌を抑制してスパッタ量を低減することができる。

第３発明は、第１発明または第２発明において、
先行溶接トーチがウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチがウィービングする方向と、当該後行溶接トーチが揺動する方向とが逆方向となるように制御することで、後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを零にする調整を行うこと
を特徴とする。

これにより更に後行溶接トーチによる溶融池の攪拌を抑制することができる。

第４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駆動制御される溶接ロボットの制御方法において、
溶接線に沿って先行および後行する先行溶接トーチおよび後行溶接トーチが設けられた溶接ロボットに適用される制御方法であって、
先行溶接トーチがウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが、先行溶接トーチと後行溶接トーチの間を揺動中心にして揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチがウィービングする方向と、当該後行溶接トーチが前記揺動中心に揺動する方向とが逆方向となるように制御すること
を特徴とする。

第５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駆動制御される溶接ロボットの制御方法において、
溶接線に沿って先行および後行する先行溶接トーチおよび後行溶接トーチが設けられた溶接ロボットに適用される制御方法であって、
先行溶接トーチがウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが、先行溶接トーチと後行溶接トーチの間を揺動中心にして揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチがウィービングする方向と、当該後行溶接トーチが前記揺動中心に揺動する方向とが逆方向となるように制御することで、
後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを零にする調整を行うこと
を特徴とする。

第４発明は、第１発明に対応する方法の発明である。第５発明は、第３発明に対応する方法の発明である。

（本実施形態）
以下、図面を参照して本発明の実施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。

溶接ロボット１０は、６軸の多関節のロボットであり、各軸１１〜１６を有し、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。

溶接ロボット１０の第６軸先端に取り付けられたフランジを介して、先行溶接トーチ１７および後行溶接トーチ２７が固定されている。先行溶接トーチ１７、後行溶接トーチ２７の先端１７ａ、２７ａが溶接線Ｌを中心にウィービング波６６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。溶接電源装置４１、４２は溶接ロボット１０に電力を供給して、先行溶接トーチ１７、後行溶接トーチ２７それぞれの溶接電極間に電圧を印加する。コントローラ３０は、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１１〜１６を制御するとともに溶接電源装置４１、４２を介して溶接電極間の電圧を制御する。

図２（ａ）は、溶接ロボット１０のアーム先端を拡大して斜視図にて示している。

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、溶接線Ｌに沿って先行および後行する先行溶接トーチ１７および後行溶接トーチ２７が取り付けられている。

図２（ｂ）に示すように、ウィービング波６６は、たとえば正弦波である。以下では、先行溶接トーチ１７の先端１７ａが描くウィービング波を６６ａとし、後行溶接トーチ２７の先端２７ａが描くウィービング波を６６ｂとして両者を区別して説明する。先行溶接トーチ１７、後行溶接トーチ２７の先端１７ａ、２７ａが、たとえば正弦波のウィービング波６６ａ、６６ｂを描きながら溶接線Ｌに沿って移動することにより、ビードが形成され、たとえばすみ肉溶接が行われる。

溶接ワイヤは、先行溶接トーチ１７、後行溶接トーチ２７の図示しない電極チップに送給される。電極チップと母材間には溶接電源装置４１、４２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の先端、つまり先行溶接トーチ１７において先行溶接トーチ先端１７ａと母材との間および後行溶接トーチ２７において後行溶接トーチ先端２７ａと母材との間にアーク放電がそれぞれ発生する。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が加熱、溶融され、溶接ワイヤが溶接金属となって母材の接合部が接合される。

図３は、図２（ａ）と同様に先行溶接トーチ１７、後行溶接トーチ２７を拡大して斜視図にて示している。

先行溶接トーチ１７の先端１７ａの位置と後行溶接トーチ２７の先端２７ａの位置との中間点の位置を、トーチ先端座標位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）と定義する。トーチ先端座標位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）は、絶対座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上の座標位置で表される。

トーチ姿勢を表すトーチ姿勢角（α、β、γ）は、姿勢座標系ｎ−ｏ−ａの各方向ベクトルをオイラー角で表したものである。

ａ軸は、先行溶接トーチ１７の先端１７ａの位置と後行溶接トーチ２７の先端２７ａの位置との中間点を通り、両溶接トーチを一体とみなした時のトーチ姿勢を定義する（図中、一点鎖線で示す）ベクトルのことである。ｏ軸は、先行溶接トーチ１７の先端１７ａの位置と後行溶接トーチ２７の先端２７ａの位置とを結ぶ線の方向を示すベクトルのことである。ｎ軸は、ａ軸、ｏ軸がなす面の法線ベクトルのことである。

ここで、図３の図中の一点鎖線で示すａ軸を、制御上の仮想軸として、後述する制御が行なわれる。

図４（ａ）、（ｂ）は、溶接ロボット１０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継ぎ手の構造物を製作する様子を示している。図４（ａ）は、各母材６１、６２の断面におけるウィービング波６６ａ、６６ｂを示している。図４（ｂ）は、各溶接トーチ１７、２７が溶接線Ｌの方向に移動しながらビードを形成する様子を斜視図にて示している。水平すみ肉溶接を行うときには、後行溶接トーチ２７のウィービング振幅ｂを先行溶接トーチ１７のウィービング振幅ａよりも小さくしてスパッタの飛散を抑制する必要がある。

ウィービング波６６ａ、６６ｂは、図２（ｂ）に示すように、ウィービング座標系Ｘw−Ｙw−ＺwのＸw−Ｙw平面上に、描かれる。軸Ｘwは、ウィービングの基準となる溶接線Ｌに一致する軸である。軸Ｙwは、溶接線Ｌに垂直なウィービングの振幅の方向の軸である。軸Ｚwは、Ｘw−Ｙw平面に垂直な法線となる軸である。

コントローラ３０は、そのようなウィービング波６６ａ、６６ｂでウィービングしながら先行溶接トーチ先端１７ａ、後行溶接トーチ先端２７ａ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。

本実施例では、先行溶接トーチ１７および後行溶接トーチ２７のトーチ姿勢が一定の状態で、両溶接トーチ先端１７ａ、２７ａがウィービングする。トーチ姿勢が一定の状態とは、先行溶接トーチ１７及び後行溶接トーチ２７が溶接ロボット１０のアーム先端に固定されているので、ロボットがどのような姿勢をとったとしても、互いのトーチ姿勢が相対的に変わらず一定であることを意味する。それとともに、先行溶接トーチ１７と後行溶接トーチ２７の間を揺動中心にして、両溶接トーチをウィービング振幅方向に揺動させ、先行溶接トーチ１７がウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチ２７がウィービングする方向と、当該後行溶接トーチが揺動する方向とが逆方向となるように制御を行うものである。

以下では、図４（ａ）、（ｂ）に示す水平すみ肉溶接を行う場合を想定して説明する。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施例の制御を説明するためのツール先端１７ａ、２７ａの移動軌跡を示した図であり、図中一点鎖線で示すトーチ姿勢方向の仮想軸ａを視線方向として各溶接トーチ先端１７ａ、２７ａを見た矢視Ｅ図である。

図５（ａ）は、先行溶接トーチ１７および後行溶接トーチ２７のトーチ姿勢を一定の状態にして、両溶接トーチ先端１７ａ、２７ａをウィービングさせたときの軌跡を示した図である。

図５（ｂ）は、先行溶接トーチ１７と後行溶接トーチ２７の間を揺動中心にして、つまりａ軸を揺動中心にして、両溶接トーチ１７、２７をウィービング振幅方向に、つまり軸Ｙwの方向に揺動させたとき、つまりａ軸回りに揺動角θrだけ揺動させたときの軌跡を示した図である。

図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す軌跡と図５（ｂ）に示す軌跡とを合成した軌跡を示した図であり、先行溶接トーチ１７のウィービング振幅の大きさがａに、後行溶接トーチ２７のウィービング振幅の大きさがｂに調整されたときの軌跡を示した図である。

先行溶接トーチ１７は、振幅ａでウィービングし、後行溶接トーチ２７は、振幅ｂでウィービングし、そのときの大小関係は、
ａ＞ｂ …（１）
となる。つまり、後行溶接トーチ２７のウィービング振幅の大きさｂよりも先行溶接トーチ１７のウィービング振幅の大きさａを大きくする調整が行われる場合を示している。

上記制御を実現するためには、まず、図５（ａ）に示すように、先行溶接トーチ１７および後行溶接トーチ２７のトーチ姿勢を一定の状態にした上でａ軸を次式（２）で示す振動波で動かすように制御することで、溶接トーチ１７の先端１７ａおよび後行溶接トーチ２７の先端２７ａを、同式（２）に示す振動波で動かす。

Ｙw＝Ａ・ｓｉｎωｔ …（２）
上記（２）式において、Ａは、ウィービングにおける振動波の振幅であり、ωは、振動波の角周波数であり、ｔは、時間である。上記（２）式にしたがい溶接トーチ先端が動かされる量Ｙwのことを「ウィービング量」というものとする。

つぎに、図５（ｂ）に示すように、下記（３）式にしたがいａ軸回りに各姿勢ベクトルｎ、ｏを角度ΔＣだけ揺動させることで、先行溶接トーチ１７の先端１７ａ、後行溶接トーチ２７の先端２７ａをそれぞれ次式（４）、（５）で示す振動波で動かして、ａ軸を回転中心にして、先行溶接トーチ１７の先端１７ａ、後行溶接トーチ２７の先端２７ａをウィービング振幅方向である軸Ｙwの方向に互いに異なる極性で揺動角θrだけ揺動させる。

ΔＣ＝θr・ｓｉｎωｔ …（３）
上記（３）式にしたがいａ軸回りに各姿勢ベクトルｎ、ｏが揺動する量ΔＣのことを「揺動量」というものとする。

先行溶接トーチ１７について：Ｙw＝Ｂ・ｓｉｎωｔ …（４）
後行溶接トーチ２７について：Ｙw＝−Ｂ・ｓｉｎωｔ …（５）
（４）、（５）式において、Ｂは、揺動における振動波の振幅であり、ωは、上記（２）式と同じ角周波数であり、ｔは、時間である。

ここで、先行溶接トーチ１７が（２）式にしたがいウィービングする方向と、当該先行溶接トーチ１７が（４）式にしたがい揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチ２７が（２）式にしたがいウィービングする方向と、当該後行溶接トーチ２７が（５）式にしたがい揺動する方向とが逆方向となるように、（４）、（５）式に示す揺動方向の極性が定められる。

なお、先行溶接トーチ１７と後行溶接トーチ２７との軸間距離をＤとすると、
Ｂ＝Ｄ／２・ｔａｎθr …（６）
なる関係が成立する。

先行溶接トーチ１７の先端１７ａの振動波は、最終的に、上記（２）式で示される振動波と上記（４）式で示される振動波を合成したものとなり、次式（７）で表される。同様に、後行溶接トーチ２７の先端２７ａの振動波は、最終的に、上記（２）式で示される振動波と上記（５）式で示される振動波を合成したものとなり、次式（８）で表される。

先行溶接トーチ１７について：Ｙw＝Ａ・ｓｉｎωｔ＋Ｂ・ｓｉｎωｔ …（７）
後行溶接トーチ２７について：Ｙw＝Ａ・ｓｉｎωｔ−Ｂ・ｓｉｎωｔ …（８）
上記（７）式に示す先行溶接トーチ１７の合成振動波の振幅ａ（＝Ａ＋Ｂ）と、上記（８）式に示す後行溶接トーチ２７の合成振動波の振幅ｂ（＝Ａ−Ｂ）と、上記（２）式に示す振動波の振幅Ａと、上記（４）、（５）式に示す振動波の振幅Ｂと、揺動角θrの関係は、下記式（９）、（１０）、（１１）のごとく表される。

Ａ＝（ａ＋ｂ）／２ …（９）
Ｂ＝（ａ−ｂ）／２ …（１０）
θr＝ｔａｎ−１（２・Ｂ／Ｄ） …（１１）
よって、先行溶接トーチ１７、後行溶接トーチ２７をそれぞれ所望する振幅ａ、ｂでウィービングさせるには、上記（９）、（１０）、（１１）式にしたがい、振幅Ａおよび揺動角θrを求め、ａ軸を一定姿勢にして（２）式に示すウィービング量Ｙwだけ各溶接トーチ先端１７ａ、２７ａをウィービングさせるとともに、（３）式にしたがいａ軸回りに各姿勢ベクトルｎ、ｏを揺動量ΔＣだけ回転させる制御を行えばよい。

つぎに図６、図７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６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７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。

コントローラ３０は、図６に示すように、入力部３１と、記憶部３２と、演算部３３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、所望する先行溶接トーチ１７の振幅ａ、後行溶接トーチ２７の振幅ｂに関するデータ、各溶接トーチのサイズ、姿勢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、２７ａの中間点の移動開始位置Ｐｓと移動終了位置Ｐｅ（図２（ｂ）参照）を含んでいる。

所望する振幅ａ、ｂに関するデータが入力されると、上記（９）、（１０）、（１１）式にしたがい、振幅Ａ、回転角θrが演算処理される。

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の各溶接トーチ先端１７ａ、２７ａの中間点の移動開始位置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、移動ウィービング量の振幅Ａ、揺動量の回転角θ、ウィービング周波数ｆが記憶される。なお、ウィービング周波数ｆは、角周波数ωを用いてω／２πで表される。

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、２７ａの中間点が移動すべき逐次の目標トーチ先端位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）および目標トーチ姿勢角（α、β、γ）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、２７ａの中間点の逐次の目標トーチ先端位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）、目標トーチ姿勢角（α、β、γ）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７に示す手順で演算処理が行われる。以下図２（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と併せ参照しつつ説明する。

移動開始時には、時刻ｔが０に設定（ｔ＝０）される（ステップ１０１）。

つぎに、演算処理の周期Δｔが経過するごとに、時刻ｔが＋Δｔインクリメント（ｔ＝ｔ＋Δｔ）される（ステップ１０２）。

つぎに溶接線Ｌ上の時刻ｔにおける直線移動目標トーチ先端位置Ｐｔ（ｘt、ｙt、ｚt）が算出されるとともに、時刻ｔにおいて揺動（（３）式）しないとしたときの姿勢ベクトル（ｎ、ｏ、ａ）が算出される（ステップ１０３）。

つぎに、振幅Ａを用いて、上記（２）式、
Ｙw＝Ａ・ｓｉｎωｔ
の計算が行われ、現在の時刻ｔにおけるウィービング量Ｙwが算出される（ステップ１０４）。

つぎに、回転角θrを用いて、上記（３）式、
ΔＣ＝θr・ｓｉｎωｔ
の計算が行われ、現在の時刻ｔにおける揺動量ΔＣが算出される（ステップ１０５）。

つぎに、上記ステップ１０３で求められた時刻ｔにおける直線移動目標トーチ先端位置Ｐｔ（ｘt、ｙt、ｚt）に、上記ステップ１０４で求められたウィービング量Ｙwが加算されて、現在の時刻ｔにおける目標トーチ先端位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）が算出される。

また、上記ステップ１０３で求められた各姿勢ベクトル（ｎ、ｏ、ａ）のうち姿勢ベクトルｎ、ｏをａ軸回りに、上記ステップ１０５で求められた揺動量ΔＣだけ揺動させて、現在の時刻ｔにおいて揺動させたときの姿勢ベクトル（ｎ、ｏ、ａ）が算出される（ステップ１０６）。

つぎに、上記ステップ１０６で求められた姿勢ベクトル（ｎ、ｏ、ａ）が、目標トーチ姿勢角（α、β、γ）に変換される。こうして、現在の目標トーチ先端目標位置および目標トーチ姿勢角（ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γ）が求められる。こうして求められた目標トーチ先端目標位置および目標トーチ姿勢角（ｘ、ｙ、ｚ、α、β、γ）は、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１０７）。

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１０８）。

つぎに、現在の目標位置Ｐが移動終了位置Ｐeを超えたか否か、つまりトーチ先端１７ａ、２７ａの中間点が移動終了位置Ｐeに到達したか否かが判断される（ステップ１０９）。トーチ先端１７ａ、２７ａの中間点が移動終了位置Ｐeに到達していないと判断されている限りは（ステップ１０９の判断ＮＯ）、上記ステップ１０２に戻り同様の処理が繰り返される。トーチ先端１７ａ、２７ａの中間点が移動終了位置Ｐeに到達したと判断されると（ステップ１０９の判断ＹＥＳ）、処理を終える。

以上のようにして図２（ｂ）に示すように、溶接トーチ先端１７ａ、２７ａはそれぞれ、互いに異なる振幅ａ、ｂのウィービング波６６ａ、６６ｂ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。

以上説明した実施例では、後行溶接トーチ２７のウィービング振幅の大きさｂよりも先行溶接トーチ１７のウィービング振幅の大きさａを大きくする調整を行う場合を想定した。これは後行溶接トーチ２７はアークセンサによる検出の必要がないのでウィービングさせる必要がなく、むしろスパッタ量を減らしビードの形状を整えるためには、ウィービングの振幅を適正な値に小さく抑制することが望ましいからである。場合によっては、後行溶接トーチ２７のウィービング振幅の大きさｂを零若しくは略零にする調整を行う実施も可能である。

この場合も、ａ＞ｂなる（１）式の関係を得るために、先行溶接トーチ１７が（２）式にしたがいウィービングする方向と、当該先行溶接トーチ１７が（４）式にしたがい揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチ２７が（２）式にしたがいウィービングする方向と、当該後行溶接トーチ２７が（５）式にしたがい揺動する方向とが逆方向となるように（図５（ａ）、（ｂ）参照）、（４）、（５）式に示す揺動方向の極性が定められる。

そして、上記（９）、（１０）、（１１）式において、振幅ｂを零に設定すればよい。振幅ｂ＝０とすると、上記（９）、（１０）、（１１）式は、
Ａ＝ａ／２ …（１２）
θr＝ｔａｎ−１（ａ／Ｄ） …（１３）
となる。

よって、先行溶接トーチ１７、後行溶接トーチ２７をそれぞれ所望する振幅ａ、ｂ（＝０）でウィービングさせるには、上記（１２）、（１３）式にしたがい、振幅Ａおよび揺動角θrを求め、ａ軸を一定姿勢にして（２）式に示す移動ウィービング量Ｙwだけ各溶接トーチ先端１７ａ、２７ａをウィービングさせるとともに、（３）式にしたがいａ軸回りに各姿勢ベクトルｎ、ｏを揺動量ΔＣだけ回転させる制御を行えばよい。

本実施例では正弦波によるウィービングを例にとって説明したが、継手形状等に応じて、三角波や矩形波でのウィービング制御も同様に可能である。

（他の実施形態）
上記実施例においては、溶接ロボット１０の各軸１１〜１６を駆動制御することで、先行溶接トーチ１７のウィービング振幅の大きさａと後行溶接トーチ２７のウィービング振幅の大きさｂを調整する制御を行う場合を想定して説明した。

しかし、溶接ロボット１０に、先行溶接トーチ１７および後行溶接トーチ２７をそれぞれ独立してウィービング振幅方向に揺動させる独立揺動手段を設けて同様の制御を行なう実施も可能である。

図８は、溶接ロボット１０の別構成例を示した図であり、溶接ロボット１０のアーム先端を拡大して示した斜視図である。

溶接ロボット１０のアーム１０ａの先端には、先行溶接トーチ１７および後行溶接トーチ２７が取り付けられている。

後行溶接トーチ２７は独立揺動手段であるモータ７１によって、独立してウィービング振幅方向Ｙｗに揺動させることができる。

この場合、図６に示すようにコントローラ３０は、外部軸制御により後行溶接トーチ２７を溶接ロボット１０の各軸に同期させて揺動させる。つまり、コントローラ３０は、モータ７１を外部軸として制御する。コントローラ３０は、図６に示す演算部３３（外部軸軌跡演算部３３ａ、外部軸角度変換部３３ｂ）で教示データ及びウィービングデータを受け取って、外部軸角度に変換し、それをサーボアンプに出力してモータ７１を駆動する。

この実施形態においては、後行溶接トーチ２７に付設したモータ７１の回転軸を回転中心として、後行溶接トーチ２７が揺動する。各溶接トーチ１７の先端１７ａ、２７ａの時刻ｔにおける振動波は、（１２）、（１３）式により表される。

先行溶接トーチ１７について：Ｙw＝A・ｓｉｎωｔ …（１４）
後行溶接トーチ２７について：Ｙw＝A・ｓｉｎωｔ−Ｂ・ｓｉｎωｔ …（１５）
ここで、Ａはウィービング波の振幅、Ｂはモータ７１が揺動する振動波の振幅である。

Ｂは（１６）式によって表される。

B＝L・ｔａｎθｓ ・・・（１６）
図９（ａ）、（ｂ）は、後行溶接トーチ２７と独立揺動手段であるモータ７１の位置関係を示す各側面図である。同図９に示すように、（１６）式におけるＬはモータ回転中心から後行溶接トーチ先端２７ａまでの距離を示し、θｓは後行トーチ２７の揺動角度を示す。

よって、独立揺動手段であるモータ７１を駆動制御することで、図５（ｃ）と同様に、後行溶接トーチ２７のウィービング振幅の大きさｂよりも先行溶接トーチ１７のウィービング振幅の大きさａを大きくする調整を行うことができる。また、(１３)式において、ＡとＢを等しくおいた場合は、後行溶接トーチ２７のウィービング振幅の大きさｂを零にすることができる。この場合、上記実施例における（２）式に対して、モータ７１によってウィービング振幅方向と逆方向に揺動される揺動量を合成することにより後行溶接トーチ２７のウィービング振幅を小さくすることができる。

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、溶接の状況に応じて、先行行溶接トーチ１７のウィービングの振幅の大きさａと、後行溶接トーチ２７のウィービングの振幅の大きさｂを任意に調整することができる。特に、水平すみ肉溶接時などスパッタの発生が予測されるときには、、図５（ｃ）のごとく、後行溶接トーチ２７のウィービング振幅の大きさｂよりも先行溶接トーチ１７のウィービング振幅の大きさａを大きくする調整を行うことで、スパッタの発生を抑制して高品質かつ高速に溶接を行うことができる。

また、本実施例によれば、既存の６軸多関節ロボットを用いて、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、先行溶接トーチ１７および後行溶接トーチ２７のトーチ姿勢が一定の状態で、両溶接トーチ先端１７ａ、２７ａがウィービングするとともに、先行溶接トーチ１７と後行溶接トーチ２７の間の中間点を回転中心にして、両溶接トーチ１７、２７がウィービング振幅方向に揺動するように、各軸１１〜１６を駆動制御することで、先行溶接トーチ１７のウィービング振幅の大きさａと後行溶接トーチ２７のウィービング振幅の大きさｂを調整する制御を行うようにしている。このように既存の多関節ロボットの各軸の制御だけで、両溶接トーチ１７、２７の振幅ａ、ｂを容易に変更することができる。よって既存の設備に大掛かりな変更を加えことなく複雑な動きを容易に実現することができる。

図１は、実施例の溶接ロボットの制御装置を示した図である。 図２（ａ）は、溶接ロボットのアーム先端を拡大した斜視図で、図２（ｂ）は、先行溶接トーチ先端が描くウィービング波、後行溶接トーチ先端が描くウィービング波を示した図である。 図３は、図２（ａ）と同様に溶接トーチを拡大して示した斜視図で、姿勢座標系を示した図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、溶接ロボットによって、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５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施例の制御を説明するためのツール先端位置の移動軌跡を示した図である。 図６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７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８は、溶接ロボットの他の構成例を示した図であり、アーム先端を拡大して示した斜視図である。 図１９（ａ）、（ｂ）は、後行溶接トーチと独立揺動手段であるモータの位置関係を示す各側面図である。

符号の説明

１０ 溶接ロボット、１７ 先行溶接トーチ、１７ａ 先行溶接トーチ先端、２７ 後行溶接トーチ、２７ａ 後行溶接トーチ先端、３０ コントローラ、６１、６２ 母材、６６ａ、６６ｂ ウィービング波、７１、７２ 独立揺動手段

Claims (5)

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制御される溶接ロボットの制御装置において、
   溶接線に沿って先行および後行する先行溶接トーチおよび後行溶接トーチと、
   先行溶接トーチおよび後行溶接トーチのトーチ姿勢が一定の状態で両溶接トーチ先端がウィービングするとともに、先行溶接トーチと後行溶接トーチの間を揺動中心にして両溶接トーチをウィービング振幅方向に揺動させ、
   先行溶接トーチがウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチがウィービングする方向と、当該後行溶接トーチが揺動する方向とが逆方向となるように制御する制御手段と
   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制御される溶接ロボットの制御装置において、
   溶接線に沿って先行および後行する先行溶接トーチおよび後行溶接トーチと、
   後行溶接トーチを独立してウィービング振幅方向に揺動させる独立揺動手段と、
   前記独立揺動手段を駆動制御して、後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを先行溶接トーチのウィービング振幅の大きさよりも小さくする調整を行う制御手段と
   を備えたことを特徴とする溶接ロボットの制御装置。
3. 先行溶接トーチがウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチがウィービングする方向と、当該後行溶接トーチが揺動する方向とが逆方向となるように制御することで、後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを零にする調整を行うこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の溶接ロボットの制御装置。
4. 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駆動制御される溶接ロボットの制御方法において、
   溶接線に沿って先行および後行する先行溶接トーチおよび後行溶接トーチが設けられた溶接ロボットに適用される制御方法であって、
   先行溶接トーチがウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが、先行溶接トーチと後行溶接トーチの間を揺動中心にして揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチがウィービングする方向と、当該後行溶接トーチが前記揺動中心に揺動する方向とが逆方向となるように制御すること
   を特徴とする溶接ロボットの制御方法。
5. 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駆動制御される溶接ロボットの制御方法において、
   溶接線に沿って先行および後行する先行溶接トーチおよび後行溶接トーチが設けられた溶接ロボットに適用される制御方法であって、
   先行溶接トーチがウィービングする方向と、当該先行溶接トーチが、先行溶接トーチと後行溶接トーチの間を揺動中心にして揺動する方向とが同一方向となり、後行溶接トーチがウィービングする方向と、当該後行溶接トーチが前記揺動中心に揺動する方向とが逆方向となるように制御することで、
   後行溶接トーチのウィービング振幅の大きさを零にする調整を行うこと
   を特徴とする溶接ロボットの制御方法。

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