JP2010094697A - 溶接ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 隅肉溶接を行うに際して、脚長を増やすことなく実際のど厚を大きくできるようにして、少ない溶着量で同等若しくは同等以上の溶接強度を確保する。
【解決手段】 溶接電圧をウィービング波に同期して変化させ、両母材の接触面における溶け込み深さが、溶接電圧が一定電圧値であるときの溶け込み深さよりも大きくなるように、溶接線に対し一方の母材側でウィービングするときの溶接電圧を一定電圧値よりも高くし、溶接線に対し他方の母材側でウィービングするときの溶接電圧を一定電圧値よりも低くする溶接電圧の調整を行なう。
【選択図】 図５

Description

本発明は、溶接ロボットの制御装置に関するものである。

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１０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に沿って移動するように各軸１１〜１６が駆動される６軸の多関節の溶接ロボット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の各軸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。

ウィービング波６６は、たとえば正弦波である。溶接トーチ１７の先端１７ａが正弦波のウィービング波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、たとえば隅肉溶接が行われる。

図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、溶接ロボット１０によって、母材となる両板材６１、６２を水平隅肉溶接によって接合して構造物を製作する場合を示している。

図１１（ａ）は、各母材６１、６２の断面におけるウィービング波６６を示している。図１１（ｂ）は、溶接線Ｌ上の位置と溶接電圧の関係および溶接線Ｌ上の位置と溶接トーチのウィービング振幅方向の位置の関係を示している。図１１（ｃ）は、脚長と実際のど厚の関係を示している。特許文献１には溶接ロボットによりウィービングを行いながら隅肉溶接を行う実施形態が開示されている。
特開２００２−３２１０５５号公報

隅肉溶接部における強度を上げるためには実際のど厚を大きくすることが考えられる。ここで、実際のど厚を大きくするために脚長を大きくする方法がある。しかし、脚長を大きくすると、溶着量が多く必要とされ、溶接時間が長くなる。この結果、生産性が低下する。また、脚長を大きくすると、溶接ワイヤの使用量が多くなる。この結果、コストが大きく嵩むことになる。

また、図１１（ｄ）に示すように立板６１が短かったり、あるいは下板６２が短かったりすると、脚長を増やせないことがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、溶接ロボットによりウィービングしながら隅肉溶接を行うに際して、脚長を増やすことなく実際のど厚を大きくできるようにして、少ない溶着量で同等若しくは同等以上の溶接強度を確保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を駆動制御するとともに、溶接電圧を制御することで、両母材を隅肉溶接する溶接ロボットの制御装置において、
溶接電圧は前記ウィービング波と同期して変化し、
両母材の接触面における溶け込み深さが、溶接電圧が一定電圧値であるときの溶け込み深さよりも大きくなるように、溶接線に対し一方の母材側でウィービングするときの溶接電圧を前記一定電圧値よりも高くし、溶接線に対し他方の母材側でウィービングするときの溶接電圧を前記一定電圧値よりも低くする溶接電圧の調整を行なう溶接電圧制御手段
を備えたことを特徴とする。

隅肉溶接を行うに際して、脚長を増やすことなく実際のど厚を大きくすることができ、これにより少ない溶着量で同等若しくは同等以上の溶接強度を確保することができる。

第２発明は、第１発明において、
溶接電圧を、
正弦波にしたがい変化させること
を特徴とする。

正弦波にしたがい溶接電圧を変化させると、溶接電圧の変化を滑らかにすることができる。

第３発明は、第１発明または第２発明において、
立板に下板の端面が接触する隅肉溶接を行う場合には、溶接線に対し立板側でウィービングするときの溶接電圧を、溶接線に対し下板側でウィービングするときの溶接電圧よりも高くする溶接電圧の調整を行なうこと
を特徴とする。

この結果得られる実際のど厚は、従来のウィービング振幅方向全域に渡り溶接電圧Ｖを一定電圧とした時の実際のど厚よりも大きくなり、隅肉溶接部の強度が向上する。

第４発明は、第１発明または第２発明において、
下板に立板の端面が接触する隅肉溶接を行う場合には、溶接線に対し立板側でウィービングするときの溶接電圧を、溶接線に対し下板側でウィービングするときの溶接電圧よりも低くする溶接電圧の調整を行なうこと
を特徴とする。

この結果得られる実際のど厚は、従来のウィービング振幅方向全域に渡り溶接電圧Ｖを一定電圧とした時の実際のど厚よりも大きくなり、隅肉溶接部の強度が向上する。

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、アーク溶接作業を行う６軸多関節の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に沿って移動するように各軸１１〜１６が駆動される６軸の多関節の溶接ロボット１０と、溶接ロボット１０に電力を供給して、溶接トーチ１７の溶接電極間に溶接電圧Ｖを印加する溶接電源装置４０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１１〜１６を制御するとともに溶接電源装置４０を介して溶接電極間の溶接電圧Ｖを制御するコントローラ３０とを含んで構成されている。コントローラ３０は、本発明における溶接電圧制御手段を構成する。なお、溶接電圧Ｖの制御は、たとえばインバータ制御により行なわれる。

また、コントローラ３０は、溶接電流Ｉを調整することで溶接ワイヤの送給を制御する。

溶接電源装置４０は、図示しない溶接ワイヤ送給装置のワイヤ送りモータに、溶接電流Ｉを給電して溶接ワイヤを、所望する送り速度で溶接トーチ１７に送給する。

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。

図２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。溶接トーチ１７の先端１７ａが、たとえば正弦波のウィービング波６６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、たとえば水平隅肉溶接が行われる。

溶接ワイヤは、溶接トーチ１７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４０から与えられる溶接電圧指令によって溶接電圧Ｖが印加される。これにより溶接ワイヤの先端、つまり溶接トーチ１７の先端１７ａと母材との間にアーク放電がそれぞれ発生し、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。

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の座標位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）および溶接トーチ１７の姿勢が変化される。

図２に示すように、溶接トーチ１７の先端１７ａは、移動開始位置Ｐｓから移動終了位置Ｐｅまで移動する。溶接線Ｌは、移動開始位置Ｐｓと移動終了位置Ｐｅとを結んだ線分に対応している。移動開始位置Ｐｓと移動終了位置Ｐｅとを結んだ線分上の位置を、直線移動位置Ｐtと定義する。溶接トーチ１７の先端１７ａがウィービング動作する方向、つまりウィービングの振幅の方向を、ｗ方向と定義し、溶接トーチ１７の先端１７ａがウィービング動作する方向ｗの位置を、ウィービング動作位置ｗtと定義する。ウィービング動作の方向ｗは、ウィービング振幅方向に対応している。

溶接トーチ１７の先端１７ａの位置を、ウィービング軌跡位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）と定義する。

ウィービング軌跡位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）、直線移動位置Ｐt、ウィービング動作位置ｗtは、絶対座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上の座標位置で表される。よって、ウィービング軌跡位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）は、直線移動位置Ｐtに、ウィービング動作位置ｗtを加えたものとして、下記（１）式のごとく表される。

Ｐ＝Ｐt＋ｗt …（１）
コントローラ３０は、補間周期Ｔ[ｓ]毎にウィービング軌跡位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）を目標位置として算出し、この目標位置Ｐを、各軸１１〜１６の角度Ｊ１〜Ｊ６に変換して、対応する駆動指令を溶接ロボット１０の駆動部１９のサーボアンプに出力する。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、溶接ロボット１０によって、母材となる両板材６１、６２を水平隅肉溶接によって接合して構造物を製作する場合を示しており、立板６１に下板６２の端面６２ａが接触する隅肉溶接を行う場合である。

図５（ａ）は、各母材６１、６２の断面におけるウィービング波６６を示している。図５（ｂ）は、溶接線Ｌ上の位置と溶接電圧Ｖの関係および溶接線Ｌ上の位置とウィービング振幅方向の溶接トーチ１７の位置の関係を示している。図５（ｃ）は、溶け込み深さｄ1と実際のど厚ｂ1の関係を示している。ここで、「実際のど厚」とは、隅肉溶接の断面のルート（点Ｐ）から溶接金属の表面までの最短距離を意味する。
図５（ｄ）は、立板６１に下板（横板）６２の端面６２ａが接触する隅肉溶接を行う場合の比較例であり、図１１（ｂ）と同様にウィービング振幅方向全域にわたり溶接電圧Ｖを一定値Ｖ0としたときの溶け込み深さｄ0と実際のど厚ｂ0の関係を示している。

隅肉溶接部の強度を上げるためには、実際のど厚を大きくすることが考えられる。できるだけ少ない溶着量で実際のど厚を大きくしようとすれば、図５（ｃ）に示すように、溶接金属部の重心位置が横板側に偏った溶接金属部の形状にすべきである。このような溶接金属部の形状を狙った溶接を実現するために、以下の原理を用いる。溶け込み深さに着目した場合、溶接電圧を小さくすると、アーク長が短くなり、アークが狭まることでエネルギー密度が大きくなり、溶け込み深さが深くなる。逆に、溶接電圧を大きくすると、アーク長が長くなり、アークが広がることでエネルギー密度が小さくなり、溶け込み深さが浅くなる。この原理を利用して、本実施例においては、溶接ロボットがウィービングする際に、トーチ位置が横板側にある時に溶接電圧を小さくし、トーチ位置が立板側にある時に溶接電圧を大きくすることにより、溶接金属部の重心位置が横板側に偏った溶接金属部の形状にして、実際のど厚を大きくしている。本実施例では図５（ｂ）に示すように、溶接ロボットは正弦波でのウィービングを行っているが、溶接線Ｌの任意の位置において、上記溶接電圧の調整を実現するためには、ウィービング波形に同期して溶接電圧を調整する必要がある。図５（ｂ）の横軸は溶接線Ｌ上の位置を示している。例えば、溶接線Ｌ上の位置ｋ１において、トーチ位置が立板側に最接近した点Ａに到達した時は、溶接電圧Vは最大の値ＶAmをとる。そこから更に、ウィービング１周期が経過した位置ｋ３にトーチ位置が到達した時、トーチは立板に最接近するので、溶接電圧Ｖは最大の値ＶAmをとる。逆に、溶接線Ｌ上の位置ｋ２において、トーチ位置が横板側に最接近した点Ｂに到達した時は溶接電圧は最小の値ＶBmをとる。そこから更に、ウィービング１周期が経過した位置ｋ４にトーチ位置が到達した時、トーチは横板に最接近するので、溶接電圧Ｖは最小の値ＶBmをとる。コントローラ３０は、溶接線Ｌの全長にわたって、ウィービング波形と同一の位相と周期をもって、すなわちウィービング波と同期させて溶接電圧を変化させる。本実施例では、溶接電圧Ｖを正弦波にしたがい変化させている。正弦波にしたがい溶接電圧Ｖを変化させると、溶接電圧Ｖの変化を滑らかにすることができる。しかし、溶接電圧Ｖは、正弦波に限定されることなく、任意の形状の波形を用いることができる。例えば、矩形波または三角波にしたがい変化させるようにしてもよい。ウィービング波６６についても同様に正弦波に限定されることなく、矩形波または三角波にしたがい変化させてもよい。溶接電圧Ｖとウィービング波６６の波形が同期していれば、溶接電圧Vとウィービング波６６の波形の組合せは任意である。

図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する図であり、下板６２に立板６１の端面６１ａが接触する隅肉溶接を行う場合を示している。図６（ｄ）は、下板６２に立板６１の端面６１ａが接触する隅肉溶接を行う場合の比較例であり、図１１（ｂ）と同様にウィービング振幅方向全域にわたり溶接電圧Ｖを一定値Ｖ0としたときの溶け込み深さｄ0´と実際のど厚ｂ0´の関係を示している。この場合も、立板６１に下板６２の端面６２ａが接触する隅肉溶接を行う場合と同様の考え方によって、溶接金属部の重心位置が立板側に偏った溶接金属部の形状にするために、溶接電圧Ｖをウィービング波６６に同期させて変化するように調整する。具体的には、溶接線Ｌ上の位置ｋ１において、トーチ位置が立板側に最接近した点Ａに到達した時は、溶接電圧Vは最小の値ＶAmをとる。そこから更に、ウィービング１周期が経過した位置ｋ３にトーチ位置が到達した時、トーチは立板に最接近するので、溶接電圧Ｖは最小の値ＶAmをとる。逆に、溶接線Ｌ上の位置ｋ２において、トーチ位置が横板側に最接近した点Ｂに到達した時は溶接電圧は最大の値ＶBmをとる。そこから更に、ウィービング１周期が経過した位置ｋ４にトーチ位置が到達した時、トーチは横板に最接近するので、溶接電圧Ｖは最大の値ＶBmをとる。コントローラ３０は、溶接線Ｌの全長にわたって、ウィービング波形と同一の位相と周期をもって、すなわちウィービング波と同期させて溶接電圧を変化させる。

図７（ａ）、（ｂ）は、図５（ｂ）、（ｃ）に対する比較例を示す。図７（ａ）に示すごとく、ウィービング振幅方向全域に渡り溶接電圧ＶをＶ0から一定レベルＶLまで低下させれば、確かに溶け込みが深くなる。しかし、ウィービング振幅方向全域に渡り溶接電圧Ｖを低下させたとすると、図７（ｂ）に示すごとく、ビード形状が劣化、つまりウィービング振幅方向の中央部で凸となりウィービング振幅方向の両端部（止端部）で凹んだ形状となる。このためウィービング振幅方向の両端（止端部）で応力集中が生じ、溶接部の強度が低下することになる。

そこで、本実施形態では、図５（ｂ）に示すごとく、ウィービング振幅方向で溶接電圧Ｖを変化させるようにして、平均的に従来と同様の溶接電圧Ｖ0が得られるようにして、ビード形状の劣化を抑制している。

すなわち、コントローラ３０は、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、両母材６１、６２の接触面６３における溶け込み深さｄ1が、溶接電圧Ｖが一定電圧値Ｖ0であるときの溶け込み深さｄ0よりも大きくなるように、溶接線Ｌに対し一方の母材６１側（図中Ａ）でウィービングするときの溶接電圧ＶA（Ｖ0〜Ｖ0＋ΔＶ）を一定電圧値Ｖ0よりも高くし、溶接線Ｌに対し他方の母材６２側（図中Ｂ）でウィービングするときの溶接電圧ＶB（Ｖ0〜Ｖ0−ΔＶ）を一定電圧値Ｖ0よりも低くする溶接電圧Ｖの調整を行なう。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、立板６１に下板６２の端面６２ａが接触する隅肉溶接を行う場合を示している。このような場合には、溶接線Ｌに対し立板６１側（図中Ａ）でウィービングするときの溶接電圧ＶA（Ｖ0〜Ｖ0＋ΔＶ）を一定電圧値Ｖ0よりも高くし、溶接線Ｌに対し下板６２側（Ｂ側）でウィービングするときの溶接電圧ＶB（Ｖ0〜Ｖ0−ΔＶ）を一定電圧値Ｖ0よりも低くする溶接電圧Ｖの調整が行なわれる。

つぎに図３、図４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３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４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５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、教示データ、ウィービングデータ、溶接条件のデータが入力される。

教示データは、溶接ロボット１０の作業プログラムの教示データであり、位置および姿勢のデータからなる。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２参照）を含んでいる。

ウィービングデータは、ウィービングの振幅Ａ、ウィービングの周波数ｆを含んでいる。

溶接条件のデータは、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、溶接速度Ｓp、溶接電圧Ｖの振幅（電圧変化量）ΔＶを含んでいる。溶接速度Ｓpは、溶接線Ｌを溶接する速度、つまり直線移動位置Ｐtの単位時間当たりの位置変化量のことである。溶接電圧Ｖは、図５（ｂ）に示すように、中心電圧値Ｖ0を中心に、Ｖ0−ΔＶ〜Ｖ0＋ΔＶの範囲で、正弦波のカーブを描いて変化する。溶接電圧Ｖの正弦波のカーブの周期は、ウィービング振幅方向トーチ位置の正弦波のカーブの周期と同じである。

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、溶接条件データ保存部３２ｃ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、ウィービングの振幅Ａ、ウィービングの周波数ｆが記憶される。

溶接条件データ保存部３２ｃには、溶接条件のデータとして、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、溶接速度Ｓp、溶接電圧Ｖの振幅（電圧変化量）ΔＶ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、溶接電流および溶接電圧演算部３３ｃ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ウィービング軌跡位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）と、逐次の目標トーチ姿勢角が演算される。

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の逐次の目標ウィービング軌跡位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）、目標トーチ姿勢角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。

溶接電流および溶接電圧演算部３３ｃでは、溶接ロボット１０の溶接トーチ１７の先端１７ａの逐次の目標ウィービング軌跡位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）に対応して、逐次の目標溶接電圧Ｖ、逐次の溶接電流Ｉが演算される。

演算部３３では、図４に示す手順で演算処理が行われる。以下図２、図５（ａ）、（ｂ）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の間の距離ＳＬと溶接速度Ｓpと補間周期Ｔに基づいて、移動開始位置Ｐｓから移動終了位置Ｐｅまでの補間回数Ｃmaxと、補間速度Ｓpcが下記（２）、（３）式のごとく算出される。

Ｃmax＝ＳＬ／Ｓp／Ｔ …（２）
Ｓpc＝Ｓp／Ｔ …（３）
（ステップ１０１）
つぎに、ウィービング動作方向（ウィービング振幅方向）ｗの単位ベクトルｅｗ[ｅｗｘ、ｅｗｙ、ｅｗｚ]が算出される（ステップ１０２）。

つぎに、ウィービング周波数ｆと、補間カウンタＣを用いて、角速度ωが下記（４）式のごとく算出される。

ω＝２π／ｆ／Ｃ …（４）
（ステップ１０３）
移動開始時には、補間カウンタＣが０に設定（Ｃ＝０）される（ステップ１０４）。

つぎに、補間周期Ｔが経過する毎に、補間カウンタＣが＋１インクリメント（Ｃ＝Ｃ＋１）される（ステップ１０５）。

溶接線Ｌ上の目標直線移動目標位置Ｐtは、移動開始位置Ｐｓと補間カウンタＣと補間速度Ｓpcを用いて、次式、
Ｐt＝Ｐｓ＋Ｓpc.・Ｃ …（５）
にて算出される（ステップ１０６）。

ウィービング動作方向（ウィービング振幅方向）ｗの目標ウィービング動作位置ｗtは、ウィービング動作方向（ウィービング振幅方向）ｗの単位ベクトルｅｗと、角速度ωと、補間カウンタＣを用いて、次式、
ｗt＝ｅｗ・ｓｉｎ（ω・Ｃ） …（６）
にて算出される。この（６）式で表されるウィービング動作方向ｗの位置ｗｔのカーブは、図５（ｂ）に示すウィービング振幅方向トーチ位置のカーブに対応している（ステップ１０７）。

つぎに、今回の目標ウィービング軌跡位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）が、直線移動位置Ｐtに、ウィービング動作位置ｗtを加えたものとして、前述の（１）式（Ｐ＝Ｐt＋ｗt）のごとく算出される。なお、目標トーチ姿勢角についても算出される（ステップ１０８）。

こうして求められた目標ウィービング軌跡位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）および目標トーチ姿勢角は、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１０９）。

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のサーボアンプに出力される（ステップ１１０）。

目標溶接電圧Ｖは、中心電圧値Ｖ0と、電圧振幅値ΔＶと、角速度ωと、補間カウンタＣを用いて、次式、
Ｖ＝Ｖ0＋ΔＶ・ｓｉｎ（ω・Ｃ） …（７）
にて算出される。この（７）式で表される溶接電圧Ｖのカーブは、図５（ｂ）に示す溶接電圧Ｖのカーブに対応している。なお、溶接電流Ｉについても算出される（ステップ１１１）。

目標溶接電圧Ｖおよび溶接電流Ｉは、溶接電源装置４０に指令値として出力される（ステップ１１２）。

つぎに、補間カウンタＣが補間回数Ｃmaxを下回っているか否か（Ｃmax＞Ｃ）が判断される（ステップ１１３）。

補間カウンタＣが補間回数Ｃmaxを下回っていると判断されている限りは（ステップ１１３の判断ＹＥＳ）、ステップ１０５に戻り以下同様の処理が繰り返される。補間カウンタＣが補間回数Ｃmaxに達したと判断されていると（ステップ１１３の判断ＮＯ）、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５（ｂ）に示すように、移動開始位置Ｐｓから移動終了位置Ｐｅに至るまで、ウィービング振幅方向トーチ位置および溶接電圧Ｖが正弦波にしたがい変化する。

つぎに本実施形態による作用効果について、図５（ｃ）を用いて説明する。

すなわち、同図５（ｃ）に示すように、両母材６１、６２の接触面６３における溶け込み深さｄ1が、溶接電圧Ｖが一定電圧値Ｖ0であるときの溶け込み深さｄ0（図５（ｄ））よりも大きくなる（ｄ1＞ｄ0）。この結果、実際のど厚ｂ1は、従来のウィービング振幅方向全域に渡り溶接電圧Ｖが一定電圧Ｖ0であったときの実際のど厚ｂ0よりも大きくなる（ｂ1＞ｂ0）。よって、隅肉溶接を行うに際して、脚長を増やすことなく実際のど厚を大きくすることができ、これにより少ない溶着量で同等若しくは同等以上の溶接強度を確保することができる。

図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、立板６１に下板６２の端面６２ａが接触する隅肉溶接を行う場合を示している。

しかし、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、下板６２に立板６１の端面６１ａが接触する隅肉溶接を行う場合にも同様に本発明を実施することができる。

このような場合には、溶接線Ｌに対し立板６１側（図中Ａ）でウィービングするときの溶接電圧ＶA（Ｖ0〜Ｖ0−ΔＶ）を一定電圧値Ｖ0よりも低くし、溶接線Ｌに対し下板６２側（図中Ｂ）でウィービングするときの溶接電圧ＶB（Ｖ0〜Ｖ0＋ΔＶ）を一定電圧値Ｖ0よりも高くする溶接電圧Ｖの調整が行なわれる。

この実施例の場合も、図３に示すコントローラ３０の内部構成、図４に示す演算処理の手順は、前述の実施例と同様である。

ただし、図４のステップ１１１では、（７）式（Ｖ＝Ｖ0＋ΔＶ・ｓｉｎ（ω・Ｃ））に替えて、下記の（７）´式、
Ｖ＝Ｖ0−ΔＶ・ｓｉｎ（ω・Ｃ） …（７）´
を用いて目標溶接電圧Ｖが算出される。この（７）´式で表される溶接電圧Ｖのカーブは、図６（ｂ）に示す溶接電圧Ｖのカーブに対応している。

この実施例によれば、図６（ｃ）に示す作用効果が得られる。すなわち、同図６（ｃ）に示すように、両母材６１、６２の接触面６３における溶け込み深さｄ2が、溶接電圧Ｖが一定電圧値Ｖ0であるときの溶け込み深さｄ0´（図６（ｄ））よりも大きくなる（ｄ2＞ｄ0´）。この結果、実際のど厚ｂ2は、従来のウィービング振幅方向全域に渡り溶接電圧Ｖが一定電圧Ｖ0であったときの実際のど厚ｂ0´よりも大きくなる（ｂ2＞ｂ0´）。

（実施例）
次に、本発明の一実施例を説明する。

〔隅肉溶接での溶接条件〕
この実施例では図５（ａ）において、以下の条件により隅肉溶接施工を行った。

（１） 立板 材質：軟鋼（SS400） 厚さ：１６ｍｍ
（２） 下板（横板） 材質：軟鋼（SS400） 厚さ：１６ｍｍ
（３） 溶接電流Ｉ：４３０Ａ
（４） 溶接電圧Ｖ０：３６Ｖ
（５） 最大溶接電圧ＶＡｍ：３９Ｖ
（６） 最小溶接電圧ＶＢｍ：２３Ｖ
（７） 溶接速度： ８０ｃｍ／ｍｉｎ
（８） ウィービング波形：正弦波
（９） ウィービング周波数：３Ｈｚ
（１０） ウィービング振幅：３mm

この条件により隅肉溶接を行った結果、実際のど厚が８ｍｍで、滑らかなビード形状の溶接継手構造が得られた。

さらに、本発明者らが行った実験によると、つぎのことがわかった。すなわち、溶接電圧Ｖの振幅ΔＶをある程度大きくしないと、実際のど厚が変化せず、溶接電圧Ｖの振幅ΔＶが一定の限度を超えて大きくなると、ビード形状が劣化して、溶接強度が却って低下する傾向となる。溶接電圧Ｖの振幅ΔＶと実際のど厚およびビード形状劣化との関係をグラフで示すと図８に示すごとくなり、実際のど厚を大きくし、かつビード形状を劣化させないためには、所定の振幅の範囲ΔＶ1〜ΔＶ2内に収めなければならない。振幅範囲ΔＶ1〜ΔＶ2は、溶接条件に応じて変動するものと予測される。よって振幅範囲ΔＶ1〜ΔＶ2の具体的な数値は、溶接条件毎に定められる必要がある。

上記実施例の内、最大電圧ＶＡｍと最小電圧ＶＢｍとをそれぞれ４２Ｖ、３０Ｖ（ΔＶ＝６Ｖ）とした時は、実際のど厚は確保できるものの、ビード形状が劣化した。また、最大電圧ＶＡmと最小電圧ＶＢmとをそれぞれ３７Ｖ，３５Ｖ（ΔＶ＝１Ｖ）とした時は、実際のど厚は６ｍｍで、電圧Ｖ０一定とした場合と比べて有意差が見られなかった。

この実験結果から、望ましい振幅の範囲ΔＶ1〜ΔＶ2は、当実施例の溶接条件においては、３Ｖ近辺の範囲に存在するものと予測される。

以上の説明では、水平隅肉溶接を行う場合を想定した。しかし、溶接継ぎ手の種類、配置は、任意であり、隅肉溶接全般に本発明を適用することができる。

図９（ａ）は、断面Ｖ字型の両母材６１、６２を隅肉溶接する場合を例示している。一方の板材６１に他方の板材６２の端面６２ａが接触する隅肉溶接を行う場合を示している。図９（ｂ）は、板材６１に板材６２の端面６２ａが接触する隅肉溶接を行う場合の比較例であり、ウィービング振幅方向全域にわたり溶接電圧Ｖを一定値Ｖ0としたときの溶け込み深さｄ0´´と実際のど厚ｂ0´´の関係を示している。

この実施例においても、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す実施例で説明したのと同様に、溶接線Ｌに対し一方の板材６１側（図中Ａ）でウィービングするときの溶接電圧ＶA（Ｖ0〜Ｖ0＋ΔＶ）を一定電圧値Ｖ0よりも高くし、溶接線Ｌに対し他方の板材６２側（図中Ｂ）でウィービングするときの溶接電圧ＶB（Ｖ0〜Ｖ0−ΔＶ）を一定電圧値Ｖ0よりも低くする溶接電圧Ｖの調整を行えばよい。これにより図９（ａ）に示すように、両板材６１、６２の接触面６３における溶け込み深さｄ3が、溶接電圧Ｖが一定電圧値Ｖ0であるときの溶け込み深さｄ0´´（図９（ｂ））よりも大きくなる（ｄ3＞ｄ0´´）。この結果、実際のど厚ｂ3は、従来のウィービング振幅方向全域に渡り溶接電圧Ｖが一定電圧Ｖ0であったときの実際のど厚ｂ0´´よりも大きくなる（ｂ3＞ｂ0´´）。

図１は、実施例の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は、溶接トーチ先端の移動軌跡を示す図で、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、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４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５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、溶接ロボットによって、母材となる両板材を水平隅肉溶接によって接合して構造物を製作する場合を説明する図であり、図５（ｄ）は、従来技術を比較例として示した図である。 図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、溶接ロボットによって、母材となる両板材を水平隅肉溶接によって接合して構造物を製作する場合を説明する図で、図５のものと両板材の接合関係を逆転させた図で、図６（ｄ）は、従来技術を比較例として示した図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、比較例を示す図で、ウィービング振幅方向全域に渡り溶接電圧を一定レベルまで低下させた場合を説明する図である。 図８は、溶接電圧の振幅と実際のど厚の関係を示すグラフである。 図９（ａ）は、断面Ｖ字型の両母材６１、６２を隅肉溶接する場合を説明する図であり、図９（ｂ）は、従来技術を比較例として示した図である。 図１０は、一般的な溶接ロボットの制御装置の構成例を示した図である 図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、従来技術を説明する図で、溶接ロボットによって、母材となる両板材を水平隅肉溶接によって接合して構造物を製作する場合を説明する図である。

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（立板、下板）、６６ ウィービング波

Claims (4)

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を駆動制御するとともに、溶接電圧を制御することで、両母材を隅肉溶接する溶接ロボットの制御装置において、
   溶接電圧は前記ウィービング波と同期して変化し、
   両母材の接触面における溶け込み深さが、溶接電圧が一定電圧値であるときの溶け込み深さよりも大きくなるように、溶接線に対し一方の母材側でウィービングするときの溶接電圧を前記一定電圧値よりも高くし、溶接線に対し他方の母材側でウィービングするときの溶接電圧を前記一定電圧値よりも低くする溶接電圧の調整を行なう溶接電圧制御手段
   を備えたことを特徴とする溶接ロボットの制御装置。
2. 溶接電圧を、
   正弦波にしたがい変化させること
   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. 立板に下板の端面が接触する隅肉溶接を行う場合には、溶接線に対し立板側でウィービングするときの溶接電圧を、溶接線に対し下板側でウィービングするときの溶接電圧よりも高くする溶接電圧の調整を行なうこと
   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. 下板に立板の端面が接触する隅肉溶接を行う場合には、溶接線に対し立板側でウィービングするときの溶接電圧を、溶接線に対し下板側でウィービングするときの溶接電圧よりも低くする
   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。

Images