JP2921390B2 - 升目溶接ロボット - Google Patents
升目溶接ロボットInfo
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- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
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- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
- B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、重工製品の隅肉継手を
溶接する自走式溶接ロボットに関し、アークセンサ機能
を有する溶接ヘッドを搭載した自走式の升目溶接ロボッ
トに関する。
溶接する自走式溶接ロボットに関し、アークセンサ機能
を有する溶接ヘッドを搭載した自走式の升目溶接ロボッ
トに関する。
【０００２】
【従来の技術】溶接母材が升目型をした升目ブロックを
アークセンサ方式の高速回転アーク溶接トーチにより自
動隅肉溶接を行う升目溶接ロボットは特開昭６４−１５
２８６号、特開昭６４−１５２８７号、特開平４−３１
９０７２号の各公報に記載されている。いずれも高速回
転アーク溶接トーチを備えており、周知のアークセンサ
方式の高速回転アーク溶接法により溶接線の倣い制御を
行いながら升目ブロックの自動隅肉溶接を行うものであ
る。しかし、自走式の溶接台車なので、ケーブルの状態
やワークの状態などの外乱により、溶接台車の進行方向
が必ずしも溶接線と平行とは限らない。そのため、アー
クセンサにより精密な倣い制御は行われるが、溶接線部
での溶接速度が変化したり、またアークセンサのストロ
ークリミットによりトーチ狙い位置を修正できる範囲に
限りがある。そこで、溶接台車の走行方向を台車の操舵
によって溶接線に対してほぼ平行になるように大まかに
倣わせる必要がある。
アークセンサ方式の高速回転アーク溶接トーチにより自
動隅肉溶接を行う升目溶接ロボットは特開昭６４−１５
２８６号、特開昭６４−１５２８７号、特開平４−３１
９０７２号の各公報に記載されている。いずれも高速回
転アーク溶接トーチを備えており、周知のアークセンサ
方式の高速回転アーク溶接法により溶接線の倣い制御を
行いながら升目ブロックの自動隅肉溶接を行うものであ
る。しかし、自走式の溶接台車なので、ケーブルの状態
やワークの状態などの外乱により、溶接台車の進行方向
が必ずしも溶接線と平行とは限らない。そのため、アー
クセンサにより精密な倣い制御は行われるが、溶接線部
での溶接速度が変化したり、またアークセンサのストロ
ークリミットによりトーチ狙い位置を修正できる範囲に
限りがある。そこで、溶接台車の走行方向を台車の操舵
によって溶接線に対してほぼ平行になるように大まかに
倣わせる必要がある。
【０００３】そのため、従来の溶接ロボットでは、溶接
台車の粗倣い走行制御を以下のような方式で行ってい
た。
台車の粗倣い走行制御を以下のような方式で行ってい
た。
【０００４】（１）ガイドローラ方式…特開昭６４−１
５２８６号 この公報に記載の溶接ロボットは、溶接台車の側面に２
個の倣い用のガイドローラを取り付け、これらのガイド
ローラを升目ブロックの立板面に接触させながら溶接線
の粗倣いを行うものである。しかしながら、この方式で
は立板面の状態に左右される。溶接ロボットの旋回動作
時にガイドローラが邪魔になるなどの問題点がある。
５２８６号 この公報に記載の溶接ロボットは、溶接台車の側面に２
個の倣い用のガイドローラを取り付け、これらのガイド
ローラを升目ブロックの立板面に接触させながら溶接線
の粗倣いを行うものである。しかしながら、この方式で
は立板面の状態に左右される。溶接ロボットの旋回動作
時にガイドローラが邪魔になるなどの問題点がある。
【０００５】（２）非接触式の距離センサ方式…特開平
４−３１９０７２号 これは、上記のガイドローラに代えて２個の非接触式の
距離センサを使用した方式である。２個の距離センサに
より溶接台車と立板との距離を検出し、検出された２つ
の距離が等しくなるように溶接台車の内側・外側車輪の
速度を制御するものである。しかし、この方式ではレー
ザセンサを例にとるとヒュームに非常に弱いし、高価で
もある。
４−３１９０７２号 これは、上記のガイドローラに代えて２個の非接触式の
距離センサを使用した方式である。２個の距離センサに
より溶接台車と立板との距離を検出し、検出された２つ
の距離が等しくなるように溶接台車の内側・外側車輪の
速度を制御するものである。しかし、この方式ではレー
ザセンサを例にとるとヒュームに非常に弱いし、高価で
もある。
【０００６】（３）アークセンサ方式…特開昭６４−１
５２８７号 この方式は、アークセンサにより制御される溶接トーチ
の水平方向（Ｘ軸）のスライド位置の情報で立板と溶接
トーチとの距離がほぼ一定になるように溶接線の粗倣い
を行うものである。しかし、一点だけの距離情報だけで
は溶接台車の傾き状態がわからないので、溶接台車の走
行制御は困難であった。
５２８７号 この方式は、アークセンサにより制御される溶接トーチ
の水平方向（Ｘ軸）のスライド位置の情報で立板と溶接
トーチとの距離がほぼ一定になるように溶接線の粗倣い
を行うものである。しかし、一点だけの距離情報だけで
は溶接台車の傾き状態がわからないので、溶接台車の走
行制御は困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のアークセンサ方
式は、技術的には未解決の問題を含んでいるが、ガイド
ローラや距離センサ方式と異なり多くの利点を包含して
いる。従って、本発明はこのアークセンサ方式の未解決
の問題点を解決したものであり、アークセンサの情報だ
けで溶接台車の溶接線に対する粗倣い走行を制御するよ
うにした升目溶接ロボットを提供することを目的とす
る。
式は、技術的には未解決の問題を含んでいるが、ガイド
ローラや距離センサ方式と異なり多くの利点を包含して
いる。従って、本発明はこのアークセンサ方式の未解決
の問題点を解決したものであり、アークセンサの情報だ
けで溶接台車の溶接線に対する粗倣い走行を制御するよ
うにした升目溶接ロボットを提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、アークセンサ
により検出された溶接トーチのＸ軸位置の情報とそのＸ
軸位置の時間微分値の情報を取り込むことによって上記
の課題を解決したものである。すなわち、本発明に係る
升目溶接ロボットは、溶接ヘッドと、自走式溶接台車
と、一連の自動溶接を行う制御装置により構成され、前
記溶接ヘッドは、トーチ先端の溶接ワイヤを高速回転さ
せる溶接トーチと、前記溶接トーチを水平方向に移動さ
せるＸ軸スライド機構と、トーチ高さを一定に保つよう
に前記溶接トーチをトーチ軸方向に移動させるＹ軸スラ
イド機構と、により構成され、前記溶接ヘッドを備えた
自走式の溶接台車は、前記溶接台車の走行および旋回を
行わせるために、各々独立に制御可能な一対の駆動車輪
と、被溶接材のコーナー部で旋回動作を行うために、コ
ーナー部を検出する近接スイッチおよび旋回角度検出エ
ンコーダと、前記溶接台車を溶接開始位置にセットする
ためのリミットスイッチと、を備え、前記制御装置は、
アークセンサによる前記溶接トーチのＸ軸方向制御手段
と、アークセンサによる前記溶接トーチのＹ軸方向制御
手段と、アークセンサにより前記溶接トーチを開先中心
に位置するように制御されたときの前記溶接トーチのＸ
軸方向スライド位置を検出し、このスライド位置とあら
かじめ設定した前記溶接トーチのＸ軸方向スライド位置
の基準値とを比較し、さらに検出した前記溶接トーチの
Ｘ軸方向スライド位置の微分値を演算し、これらの情報
から前記溶接台車の進行方向を溶接線方向に平行に合わ
せ、かつ前記溶接台車と溶接線との距離を一定にするよ
うに、すなわち前記溶接トーチのＸ軸方向スライド位置
を適正位置にするように演算した加算速度を前記溶接台
車の駆動車輪に独立に与えることにより、該溶接台車の
進行方向を制御する粗倣い走行制御手段と、を備えたこ
とを特徴とする。
により検出された溶接トーチのＸ軸位置の情報とそのＸ
軸位置の時間微分値の情報を取り込むことによって上記
の課題を解決したものである。すなわち、本発明に係る
升目溶接ロボットは、溶接ヘッドと、自走式溶接台車
と、一連の自動溶接を行う制御装置により構成され、前
記溶接ヘッドは、トーチ先端の溶接ワイヤを高速回転さ
せる溶接トーチと、前記溶接トーチを水平方向に移動さ
せるＸ軸スライド機構と、トーチ高さを一定に保つよう
に前記溶接トーチをトーチ軸方向に移動させるＹ軸スラ
イド機構と、により構成され、前記溶接ヘッドを備えた
自走式の溶接台車は、前記溶接台車の走行および旋回を
行わせるために、各々独立に制御可能な一対の駆動車輪
と、被溶接材のコーナー部で旋回動作を行うために、コ
ーナー部を検出する近接スイッチおよび旋回角度検出エ
ンコーダと、前記溶接台車を溶接開始位置にセットする
ためのリミットスイッチと、を備え、前記制御装置は、
アークセンサによる前記溶接トーチのＸ軸方向制御手段
と、アークセンサによる前記溶接トーチのＹ軸方向制御
手段と、アークセンサにより前記溶接トーチを開先中心
に位置するように制御されたときの前記溶接トーチのＸ
軸方向スライド位置を検出し、このスライド位置とあら
かじめ設定した前記溶接トーチのＸ軸方向スライド位置
の基準値とを比較し、さらに検出した前記溶接トーチの
Ｘ軸方向スライド位置の微分値を演算し、これらの情報
から前記溶接台車の進行方向を溶接線方向に平行に合わ
せ、かつ前記溶接台車と溶接線との距離を一定にするよ
うに、すなわち前記溶接トーチのＸ軸方向スライド位置
を適正位置にするように演算した加算速度を前記溶接台
車の駆動車輪に独立に与えることにより、該溶接台車の
進行方向を制御する粗倣い走行制御手段と、を備えたこ
とを特徴とする。
【０００９】
【作用】周知のとおり、高速回転アーク溶接法（アーク
の回転数は１０Ｈｚ以上、一般には１００Ｈｚ以上）で
はアークセンサにより溶接線の倣い制御を行っており、
このときアークセンサにより溶接トーチの水平方向のス
ライド位置であるＸ軸位置が検出される。本発明は、こ
のアークセンサのＸ軸位置ｘp の信号とその時間微分値
ｄｘp ／ｄｔの信号を用いて、溶接台車の溶接線からの
距離及び溶接台車の溶接線との傾きを検知し、内側及び
外側車輪の速度を独立に制御して、溶接線に対する溶接
台車の粗倣い走行を制御するものである。
の回転数は１０Ｈｚ以上、一般には１００Ｈｚ以上）で
はアークセンサにより溶接線の倣い制御を行っており、
このときアークセンサにより溶接トーチの水平方向のス
ライド位置であるＸ軸位置が検出される。本発明は、こ
のアークセンサのＸ軸位置ｘp の信号とその時間微分値
ｄｘp ／ｄｔの信号を用いて、溶接台車の溶接線からの
距離及び溶接台車の溶接線との傾きを検知し、内側及び
外側車輪の速度を独立に制御して、溶接線に対する溶接
台車の粗倣い走行を制御するものである。
【００１０】図１に本発明における溶接台車の粗倣い走
行の原理を示す。図１（ａ）はｘpとｄｘp ／ｄｔの符
号により溶接台車１の溶接線２からの距離と傾きを模式
的にあらわしたものである。３は溶接台車１の粗倣い走
行線であり、また図示しない溶接トーチの基準点Ｔ0 の
位置と溶接線２との距離があらかじめ基準値ｘ0 として
設定されている。図示のように、上記の２つのアークセ
ンサの情報に基づき、溶接台車１の状態を、例えばＡか
らＩの９つに分類したとき、図１（ｂ）は溶接台車１の
各々の状態に対する進行方向の修正指令の内容を表記し
たものである。
行の原理を示す。図１（ａ）はｘpとｄｘp ／ｄｔの符
号により溶接台車１の溶接線２からの距離と傾きを模式
的にあらわしたものである。３は溶接台車１の粗倣い走
行線であり、また図示しない溶接トーチの基準点Ｔ0 の
位置と溶接線２との距離があらかじめ基準値ｘ0 として
設定されている。図示のように、上記の２つのアークセ
ンサの情報に基づき、溶接台車１の状態を、例えばＡか
らＩの９つに分類したとき、図１（ｂ）は溶接台車１の
各々の状態に対する進行方向の修正指令の内容を表記し
たものである。
【００１１】図１から、例えばＡの台車状態であれば、
溶接台車１は溶接線２のほうに接近しており、かつ溶接
線２に向かって接近する方向に傾いているので、ｘp を
接近、ｄｘp ／ｄｔの符号をマイナスと定義する。従っ
て、溶接台車１に対して溶接線２からいちはやく離反す
るように離反大の走行速度指令を与える。Ｂの場合は、
溶接台車１は溶接線２に接近しているが、溶接線２と平
行なので、ｘp は接近、ｄｘp ／ｄｔは０となる。走行
速度指令は離反小の指令でよい。まもなく良好な状態に
復帰するからである。Ｃの場合は、溶接台車１は溶接線
２に接近しているが、溶接線２から離れる方向に傾いて
いるので、ｘp は接近、ｄｘp ／ｄｔの符号はプラスと
なる。このときは直進の指令を与える。Ｄの場合は、溶
接台車１は粗倣い走行線３上にあるが、溶接線２に向か
って接近する方向に傾いているので、ｘp は良好（ｘp
−ｘ0 ＝０）、ｄｘp ／ｄｔの符号はマイナスとなる。
このときは離反小の指令を与え、傾きを修正する。Ｅの
場合は、最も良好な状態であり、ｘp −ｘ0 ＝０，ｄｘ
p ／ｄｔ＝０となる。そのまま直進させる。Ｆの場合
は、溶接台車１は粗倣い走行線３上にあるが、溶接線２
から離れる方向に傾いているので、ｘp −ｘ0 ＝０，ｄ
ｘp ／ｄｔの符号はプラスとなる。接近小の指令を与
え、傾きを修正する。Ｇの場合は、溶接線２から大きく
離れているが、溶接線２に向かって接近する方向に傾い
ているので、ｘp は離反、ｄｘp ／ｄｔの符号はマイナ
スとなる。直進の指令を与える。Ｈの場合は、溶接線２
から大きく離れており、かつ溶接線２と平行なので、ｘ
p は離反、ｄｘp ／ｄｔ＝０となる。接近小の指令を与
える。Ｉの場合は、溶接線２から大きく離れており、か
つ溶接線２から離れる方向に傾いているので、ｘp は離
反、ｄｘp ／ｄｔの符号はプラスとなる。このときは接
近大の指令を与え、いちはやく良好な状態へ復帰させ
る。
溶接台車１は溶接線２のほうに接近しており、かつ溶接
線２に向かって接近する方向に傾いているので、ｘp を
接近、ｄｘp ／ｄｔの符号をマイナスと定義する。従っ
て、溶接台車１に対して溶接線２からいちはやく離反す
るように離反大の走行速度指令を与える。Ｂの場合は、
溶接台車１は溶接線２に接近しているが、溶接線２と平
行なので、ｘp は接近、ｄｘp ／ｄｔは０となる。走行
速度指令は離反小の指令でよい。まもなく良好な状態に
復帰するからである。Ｃの場合は、溶接台車１は溶接線
２に接近しているが、溶接線２から離れる方向に傾いて
いるので、ｘp は接近、ｄｘp ／ｄｔの符号はプラスと
なる。このときは直進の指令を与える。Ｄの場合は、溶
接台車１は粗倣い走行線３上にあるが、溶接線２に向か
って接近する方向に傾いているので、ｘp は良好（ｘp
−ｘ0 ＝０）、ｄｘp ／ｄｔの符号はマイナスとなる。
このときは離反小の指令を与え、傾きを修正する。Ｅの
場合は、最も良好な状態であり、ｘp −ｘ0 ＝０，ｄｘ
p ／ｄｔ＝０となる。そのまま直進させる。Ｆの場合
は、溶接台車１は粗倣い走行線３上にあるが、溶接線２
から離れる方向に傾いているので、ｘp −ｘ0 ＝０，ｄ
ｘp ／ｄｔの符号はプラスとなる。接近小の指令を与
え、傾きを修正する。Ｇの場合は、溶接線２から大きく
離れているが、溶接線２に向かって接近する方向に傾い
ているので、ｘp は離反、ｄｘp ／ｄｔの符号はマイナ
スとなる。直進の指令を与える。Ｈの場合は、溶接線２
から大きく離れており、かつ溶接線２と平行なので、ｘ
p は離反、ｄｘp ／ｄｔ＝０となる。接近小の指令を与
える。Ｉの場合は、溶接線２から大きく離れており、か
つ溶接線２から離れる方向に傾いているので、ｘp は離
反、ｄｘp ／ｄｔの符号はプラスとなる。このときは接
近大の指令を与え、いちはやく良好な状態へ復帰させ
る。
【００１２】本発明における制御装置は、比較器の出力
ｘp −ｘ0 と微分器の出力ｄｘp ／ｄｔとの偏差から、
溶接台車の内側及び外側車輪の走行速度修正量を演算す
る。この速度修正量をそれぞれ加算器により内側及び外
側車輪の初期速度に加算して、両輪の速度差を制御し、
上記の制御則に基づく各状態ごとの走行速度指令を与え
ることとしている。これによって、アークセンサの情報
のみで溶接台車の粗倣い走行制御を実現している。
ｘp −ｘ0 と微分器の出力ｄｘp ／ｄｔとの偏差から、
溶接台車の内側及び外側車輪の走行速度修正量を演算す
る。この速度修正量をそれぞれ加算器により内側及び外
側車輪の初期速度に加算して、両輪の速度差を制御し、
上記の制御則に基づく各状態ごとの走行速度指令を与え
ることとしている。これによって、アークセンサの情報
のみで溶接台車の粗倣い走行制御を実現している。
【００１３】
【実施例】図２は本発明に一実施例に係る升目溶接ロボ
ットの平面図、図３は正面図である。また、図４はこの
溶接ロボットの粗倣い走行制御のブロック図である。
ットの平面図、図３は正面図である。また、図４はこの
溶接ロボットの粗倣い走行制御のブロック図である。
【００１４】図２、図３において、１は溶接台車で、溶
接線２に対し内側車輪１１と外側車輪１２を左右一対備
えており、それぞれ駆動モータ１３，１４により内側車
輪１１及び外側車輪１２を独立に回転駆動する。１５は
フリーローラまたはボールキャスタである。１６は溶接
台車１の先端に設けられた近接スイッチで、升目ブロッ
クのコーナー部において溶接台車１の旋回位置を決める
ときに使用される。溶接台車１の旋回角度は一方の駆動
車輪の車軸に取り付けられたエンコーダ（図示せず）に
よって検出される。１８，１９は溶接台車１の後端に設
けられたリミットスイッチで、溶接台車１の走行開始時
における平行を出すために使用される。
接線２に対し内側車輪１１と外側車輪１２を左右一対備
えており、それぞれ駆動モータ１３，１４により内側車
輪１１及び外側車輪１２を独立に回転駆動する。１５は
フリーローラまたはボールキャスタである。１６は溶接
台車１の先端に設けられた近接スイッチで、升目ブロッ
クのコーナー部において溶接台車１の旋回位置を決める
ときに使用される。溶接台車１の旋回角度は一方の駆動
車輪の車軸に取り付けられたエンコーダ（図示せず）に
よって検出される。１８，１９は溶接台車１の後端に設
けられたリミットスイッチで、溶接台車１の走行開始時
における平行を出すために使用される。
【００１５】４は溶接台車１上に設置された溶接トーチ
で、ギヤ機構の回転機構４１により溶接トーチ４はトー
チ軸（Ｙ軸）の回りに歳差運動をするよう高速回転駆動
するようになっている。そのため溶接ワイヤ４２の先端
のアークが高速回転する。
で、ギヤ機構の回転機構４１により溶接トーチ４はトー
チ軸（Ｙ軸）の回りに歳差運動をするよう高速回転駆動
するようになっている。そのため溶接ワイヤ４２の先端
のアークが高速回転する。
【００１６】５及び６は溶接トーチ４をそれぞれＸ軸及
びＹ軸方向にスライドさせるＸ軸スライド機構及びＹ軸
スライド機構で、ボールネジなどの送り機構で構成され
ている。アークセンサにより溶接線倣い制御を行うため
の位置修正機構である。
びＹ軸方向にスライドさせるＸ軸スライド機構及びＹ軸
スライド機構で、ボールネジなどの送り機構で構成され
ている。アークセンサにより溶接線倣い制御を行うため
の位置修正機構である。
【００１７】升目ブロック２０は水平板２１とその周囲
の立板２２により升目型に構成され、方形状の溶接線２
を構成している。
の立板２２により升目型に構成され、方形状の溶接線２
を構成している。
【００１８】ここで、溶接線倣い制御を行うアークセン
サの原理について簡単に説明する。図５には回転アーク
の時間的なアーク発生位置とアーク電圧との関係が示さ
れている。図において、高速回転アーク溶接トーチ４が
開先のルートにあるとき（ΔＸ＝０）は、アーク電圧波
形は破線で示すようにＣf 点、Ｃr 点で極大、Ｒ点、Ｌ
点で極小となり、Ｃf 点に対して左右対称となる。他
方、高速回転アーク溶接トーチ４が立板側にずれると
（ΔＸ≠０）、波形は実線のようになり、Ｃf 点に対し
て左右非対称となる。そこで、Ｃf 点より左右の位相角
φで囲まれる波形の面積ＳL とＳR を比較することによ
り、Ｘ軸方向のトーチ狙い位置を検出する。実際には、
後方Ｃr 側では溶融池の影響を受けて波形が歪むので、
φの値は９０°以下としている。トーチの軸方向（Ｙ
軸）の制御は、溶接電流を一定とする方法で行う。
サの原理について簡単に説明する。図５には回転アーク
の時間的なアーク発生位置とアーク電圧との関係が示さ
れている。図において、高速回転アーク溶接トーチ４が
開先のルートにあるとき（ΔＸ＝０）は、アーク電圧波
形は破線で示すようにＣf 点、Ｃr 点で極大、Ｒ点、Ｌ
点で極小となり、Ｃf 点に対して左右対称となる。他
方、高速回転アーク溶接トーチ４が立板側にずれると
（ΔＸ≠０）、波形は実線のようになり、Ｃf 点に対し
て左右非対称となる。そこで、Ｃf 点より左右の位相角
φで囲まれる波形の面積ＳL とＳR を比較することによ
り、Ｘ軸方向のトーチ狙い位置を検出する。実際には、
後方Ｃr 側では溶融池の影響を受けて波形が歪むので、
φの値は９０°以下としている。トーチの軸方向（Ｙ
軸）の制御は、溶接電流を一定とする方法で行う。
【００１９】次に、この溶接ロボットの動作の概要を図
６、図７に従って説明する。まず、溶接開始位置の設定
動作を図６により説明する。（ａ）のように升目ブロッ
ク２０の内部の任意の位置に溶接ロボットを配置する。
次に、（ｂ）のように溶接台車１を後退させ、リミット
スイッチ１８，１９によって立板（Ｗ1 面）と接触さ
せ、溶接台車１をその立板面と平行に設定する。その
後、（ｃ）のように溶接台車１を一定距離だけ前進させ
て、Ｗ1 面から離し、ついで１８０°左方に旋回させ
る。旋回後は、（ｄ）のように再び溶接台車１を前進さ
せ、近接スイッチ１６によりＷ4 面から所定距離だけ離
れた旋回位置を検出し、溶接台車１を停止させた後、右
方に９０°旋回させて溶接開始位置に設定する。旋回角
度はエンコーダ（図示せず）により検出する。
６、図７に従って説明する。まず、溶接開始位置の設定
動作を図６により説明する。（ａ）のように升目ブロッ
ク２０の内部の任意の位置に溶接ロボットを配置する。
次に、（ｂ）のように溶接台車１を後退させ、リミット
スイッチ１８，１９によって立板（Ｗ1 面）と接触さ
せ、溶接台車１をその立板面と平行に設定する。その
後、（ｃ）のように溶接台車１を一定距離だけ前進させ
て、Ｗ1 面から離し、ついで１８０°左方に旋回させ
る。旋回後は、（ｄ）のように再び溶接台車１を前進さ
せ、近接スイッチ１６によりＷ4 面から所定距離だけ離
れた旋回位置を検出し、溶接台車１を停止させた後、右
方に９０°旋回させて溶接開始位置に設定する。旋回角
度はエンコーダ（図示せず）により検出する。
【００２０】次に、図７に示すように溶接台車１を右方
に粗倣い走行させながら高速回転アーク溶接を開始す
る。まず、（ａ）のようにＷ1 面の溶接線２に沿ってア
ークセンサによる溶接線倣い制御を行いながら直線的な
溶接を行い、溶接台車１が（ｂ）のように所定の位置に
達したとき一旦停止させる。この停止位置はＷ2 面から
の所定の距離を近接スイッチ１６で検出することにより
決められる。次に、（ｃ）のように溶接台車１をその停
止位置で旋回させながらコーナー部Ｃ1 を溶接する。こ
の旋回動作中、駆動モータ１３，１４をそれぞれ逆方向
に同一速度で回転駆動し、かつＸ軸スライド機構５によ
り高速回転アーク溶接トーチ４を旋回角度に応じて送り
出し、溶接線２上での溶接速度を一定に保ちながらコー
ナー部Ｃ1 を溶接する。
に粗倣い走行させながら高速回転アーク溶接を開始す
る。まず、（ａ）のようにＷ1 面の溶接線２に沿ってア
ークセンサによる溶接線倣い制御を行いながら直線的な
溶接を行い、溶接台車１が（ｂ）のように所定の位置に
達したとき一旦停止させる。この停止位置はＷ2 面から
の所定の距離を近接スイッチ１６で検出することにより
決められる。次に、（ｃ）のように溶接台車１をその停
止位置で旋回させながらコーナー部Ｃ1 を溶接する。こ
の旋回動作中、駆動モータ１３，１４をそれぞれ逆方向
に同一速度で回転駆動し、かつＸ軸スライド機構５によ
り高速回転アーク溶接トーチ４を旋回角度に応じて送り
出し、溶接線２上での溶接速度を一定に保ちながらコー
ナー部Ｃ1 を溶接する。
【００２１】図８にコーナー部の溶接速度制御方法が示
されている。図において、溶接線２に沿った実際の溶接
速度をＶw ，高速回転アーク溶接トーチ４の旋回角度を
α，旋回半径をｒ，旋回速度をＶR ，溶接速度Ｖw の旋
回弧の接線方向の速度成分をＶR1とすると、 ＶR1＝ｒ×ＶR ／ｒcos α ＝ＶR ／cos α …（１） Ｖw ＝ＶR1／cos α …（２） という２つの式が成り立つ。従って、上記（１）、
（２）式より、０≦α＜π／４の範囲においては、 ＶR ＝Ｖw ×cos 2 α …（３） π／４≦α＜π／２の範囲においては、 ＶR ＝Ｖw ×sin 2 α …（４） という（３）、（４）式の２つの式より、コーナー部の
溶接速度Ｖw が一定になるように、旋回角度αをエンコ
ーダ（図示せず）によって検出し安定した溶接を行って
いる。
されている。図において、溶接線２に沿った実際の溶接
速度をＶw ，高速回転アーク溶接トーチ４の旋回角度を
α，旋回半径をｒ，旋回速度をＶR ，溶接速度Ｖw の旋
回弧の接線方向の速度成分をＶR1とすると、 ＶR1＝ｒ×ＶR ／ｒcos α ＝ＶR ／cos α …（１） Ｖw ＝ＶR1／cos α …（２） という２つの式が成り立つ。従って、上記（１）、
（２）式より、０≦α＜π／４の範囲においては、 ＶR ＝Ｖw ×cos 2 α …（３） π／４≦α＜π／２の範囲においては、 ＶR ＝Ｖw ×sin 2 α …（４） という（３）、（４）式の２つの式より、コーナー部の
溶接速度Ｖw が一定になるように、旋回角度αをエンコ
ーダ（図示せず）によって検出し安定した溶接を行って
いる。
【００２２】旋回終了後は、（ｄ）〜（ｅ）のように同
様な動作によって升目ブロック２０の溶接線２を全周溶
接する。
様な動作によって升目ブロック２０の溶接線２を全周溶
接する。
【００２３】次に、前述の升目ブロック２０の溶接にお
ける直線部の溶接において、溶接台車１の粗倣い走行機
構及びその制御について述べる。
ける直線部の溶接において、溶接台車１の粗倣い走行機
構及びその制御について述べる。
【００２４】前述のように、升目ブロック２０の立板２
２の取付状態は必ずしも良好とは限らず、反りや曲りな
どがある場合も多く、またケーブルの引きまわしやワー
クの表面状況によって溶接台車の進行方向が変化してし
まう。そのため、アークセンサによる精密な溶接線倣い
制御は行われるが、溶接線部での溶接速度が変化した
り、アークセンサのストロークリミットによりトーチ狙
い位置を修正できる範囲も限られているので、アークセ
ンサによる溶接線倣いを正確に追従させるためには、あ
る程度、溶接台車１の走行を溶接線２に対し粗倣いさせ
る必要がある。そのため、本実施例では、図４に示すよ
うな制御系によって粗倣い走行を行うこととしている。
２の取付状態は必ずしも良好とは限らず、反りや曲りな
どがある場合も多く、またケーブルの引きまわしやワー
クの表面状況によって溶接台車の進行方向が変化してし
まう。そのため、アークセンサによる精密な溶接線倣い
制御は行われるが、溶接線部での溶接速度が変化した
り、アークセンサのストロークリミットによりトーチ狙
い位置を修正できる範囲も限られているので、アークセ
ンサによる溶接線倣いを正確に追従させるためには、あ
る程度、溶接台車１の走行を溶接線２に対し粗倣いさせ
る必要がある。そのため、本実施例では、図４に示すよ
うな制御系によって粗倣い走行を行うこととしている。
【００２５】まず、溶接トーチ４のＸ軸方向のスライド
位置ｘp をアークセンサにより検出する。ｘp はアーク
電圧または溶接電流の波形で検出される。その検出信号
は比較器３１と微分器３２に送られる。比較器３１で
は、あらかじめ設定されているＸ軸スライド位置基準値
ｘ0 と比較し、差信号（ｘp −ｘ0 ）をゲインｋ1 の増
幅器３３で増幅し、ｋ1 （ｘp −ｘ0 ）の信号を差動増
幅器３５に送る。一方、微分器３２ではこれに入力され
たアークセンサ信号ｘp の時間微分値ｄｘp ／ｄｔを求
め、その信号をｋ2 の増幅器３４で増幅し、ｋ2 ×ｄｘ
p ／ｄｔを差動増幅器３５の他方の入力とする。
位置ｘp をアークセンサにより検出する。ｘp はアーク
電圧または溶接電流の波形で検出される。その検出信号
は比較器３１と微分器３２に送られる。比較器３１で
は、あらかじめ設定されているＸ軸スライド位置基準値
ｘ0 と比較し、差信号（ｘp −ｘ0 ）をゲインｋ1 の増
幅器３３で増幅し、ｋ1 （ｘp −ｘ0 ）の信号を差動増
幅器３５に送る。一方、微分器３２ではこれに入力され
たアークセンサ信号ｘp の時間微分値ｄｘp ／ｄｔを求
め、その信号をｋ2 の増幅器３４で増幅し、ｋ2 ×ｄｘ
p ／ｄｔを差動増幅器３５の他方の入力とする。
【００２６】次に、差動増幅器３５において、ｋ1 （ｘ
p −ｘ0 ）とｋ2 ×ｄｘp ／ｄｔの偏差をとり、溶接台
車１の進行方向の位置修正量Δθを次式より求める。 Δθ＝ｋ1 （ｘp −ｘ0 ）＋ｋ2 ×ｄｘp ／ｄｔ …（５） このΔθを演算器３６に送り、Δθから進行方向の修正
量Δｖを算出する。
p −ｘ0 ）とｋ2 ×ｄｘp ／ｄｔの偏差をとり、溶接台
車１の進行方向の位置修正量Δθを次式より求める。 Δθ＝ｋ1 （ｘp −ｘ0 ）＋ｋ2 ×ｄｘp ／ｄｔ …（５） このΔθを演算器３６に送り、Δθから進行方向の修正
量Δｖを算出する。
【００２７】次いで、演算器３６の出力信号Δｖは、そ
れぞれゲインｋ3 の増幅器３７とゲインｋ4 の増幅器３
８を通して加算器３９，４０に与えられる。加算器３
９，４０に対しては標準溶接速度設定器４１より溶接台
車１の初期速度ｖ0 が与えられているので、加算器３９
ではこのｖ0 と増幅器３７からの入力信号ｋ3 Δｖを加
えて、ｖin＝ｖ0 ＋ｋ3 Δｖなる加算速度指令を内側車
輪の駆動モータ１３に出し速度制御するとともに、加算
器４０ではｖ0 と増幅器３８からの入力信号ｋ4Δｖを
加えて、ｖout ＝ｖ0 ＋ｋ4 Δｖなる加算速度指令を外
側車輪の駆動モータ１４に出し速度制御する。
れぞれゲインｋ3 の増幅器３７とゲインｋ4 の増幅器３
８を通して加算器３９，４０に与えられる。加算器３
９，４０に対しては標準溶接速度設定器４１より溶接台
車１の初期速度ｖ0 が与えられているので、加算器３９
ではこのｖ0 と増幅器３７からの入力信号ｋ3 Δｖを加
えて、ｖin＝ｖ0 ＋ｋ3 Δｖなる加算速度指令を内側車
輪の駆動モータ１３に出し速度制御するとともに、加算
器４０ではｖ0 と増幅器３８からの入力信号ｋ4Δｖを
加えて、ｖout ＝ｖ0 ＋ｋ4 Δｖなる加算速度指令を外
側車輪の駆動モータ１４に出し速度制御する。
【００２８】従って、図１に示した制御則に基づいて、
溶接台車１の各状態ごとに、内側車輪１１の速度を加算
速度指令ｖinで、かつ、外側車輪１２の速度を加算速度
指令ｖout で制御するので、この両輪の速度差ｖin−ｖ
out により溶接台車１の溶接線２に対する走行の粗倣い
を制御することができる。例えば図１のＡの状態の場合
には、内側車輪１１をｖinの加算速度指令で増速し、外
側車輪１２をｖout の加算速度指令で減速することによ
り、溶接台車１に離反大の走行指令を与え、すみやかに
溶接線２から離反させる。
溶接台車１の各状態ごとに、内側車輪１１の速度を加算
速度指令ｖinで、かつ、外側車輪１２の速度を加算速度
指令ｖout で制御するので、この両輪の速度差ｖin−ｖ
out により溶接台車１の溶接線２に対する走行の粗倣い
を制御することができる。例えば図１のＡの状態の場合
には、内側車輪１１をｖinの加算速度指令で増速し、外
側車輪１２をｖout の加算速度指令で減速することによ
り、溶接台車１に離反大の走行指令を与え、すみやかに
溶接線２から離反させる。
【００２９】なお、本実施例においては、溶接台車１の
進行方向の位置修正量Δθを前記（５）式より演算する
ものとしているが、このΔθを Δθ＝ｆ（ｘp ，ｄｘp ／ｄｔ） …（６） という関数でも制御することができる。この場合、ファ
ジイ制御や表１のように場合わけにより、加算する度合
いを決める方式をとることもできる。
進行方向の位置修正量Δθを前記（５）式より演算する
ものとしているが、このΔθを Δθ＝ｆ（ｘp ，ｄｘp ／ｄｔ） …（６） という関数でも制御することができる。この場合、ファ
ジイ制御や表１のように場合わけにより、加算する度合
いを決める方式をとることもできる。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の升目溶接
ロボットは、高速回転アーク溶接トーチのアークセンサ
のＸ軸スライド位置及びそのＸ軸スライド位置の時間微
分値あるいは単位時間あたりの変化量の信号だけで溶接
台車の溶接線に対する位置及び傾きを検知することがで
きるので、他のいかなるセンサや倣い用のガイドローラ
などを用いることなく、溶接線の粗倣い走行を実現する
ことができる。そのため、升目ブロックの立板の状態に
左右されることなく、安価にかつ高精度に自動隅肉溶接
ができる。
ロボットは、高速回転アーク溶接トーチのアークセンサ
のＸ軸スライド位置及びそのＸ軸スライド位置の時間微
分値あるいは単位時間あたりの変化量の信号だけで溶接
台車の溶接線に対する位置及び傾きを検知することがで
きるので、他のいかなるセンサや倣い用のガイドローラ
などを用いることなく、溶接線の粗倣い走行を実現する
ことができる。そのため、升目ブロックの立板の状態に
左右されることなく、安価にかつ高精度に自動隅肉溶接
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるアークセンサ信号による溶接台
車の粗倣い走行の制御則を示す原理図である。
車の粗倣い走行の制御則を示す原理図である。
【図２】本発明の一実施例に係る升目溶接ロボットの平
面図である。
面図である。
【図３】上記溶接ロボットの正面図である。
【図４】上記溶接ロボットの溶接台車の粗倣い走行制御
系のブロック図である。
系のブロック図である。
【図５】アークセンサの原理を示す説明図である。
【図６】実施例の動作を示す説明図である。
【図７】実施例の動作を示す説明図である。
【図８】コーナー部の溶接速度制御方法を示す説明図で
ある。
ある。
１ 溶接台車 ２ 溶接線 ３ 粗倣い走行線 ４ 溶接トーチ ５ Ｘ軸スライド機構 ６ Ｙ軸スライド機構 １１ 内側車輪 １２ 外側車輪 １３，１４ 駆動モータ １６ 近接スイッチ １８，１９ リミットスイッチ ２０ 升目ブロック ３１ 比較器 ３２ 微分器 ３６ 演算器 ３９，４０ 加算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−319072（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−157068（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−137177（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 9/12 B23K 9/127
Claims (1)
- 【請求項１】 溶接ヘッドと、自走式溶接台車と、一連
の自動溶接を行う制御装置により構成され、 前記溶接ヘッドは、 トーチ先端の溶接ワイヤを高速回転させる溶接トーチ
と、 前記溶接トーチを水平方向に移動させるＸ軸スライド機
構と、 トーチ高さを一定に保つように前記溶接トーチをトーチ
軸方向に移動させるＹ軸スライド機構と、により構成さ
れ、 前記溶接ヘッドを備えた自走式の溶接台車は、 前記溶接台車の走行および旋回を行わせるために、各々
独立に制御可能な一対の駆動車輪と、 被溶接材のコーナー部で旋回動作を行うために、コーナ
ー部を検出する近接スイッチおよび旋回角度検出エンコ
ーダと、 前記溶接台車を溶接開始位置にセットするためのリミッ
トスイッチと、を備え、 前記制御装置は、 アークセンサによる前記溶接トーチのＸ軸方向制御手段
と、 アークセンサによる前記溶接トーチのＹ軸方向制御手段
と、 アークセンサにより前記溶接トーチを開先中心に位置す
るように制御されたときの前記溶接トーチのＸ軸方向ス
ライド位置を検出し、 このスライド位置とあらかじめ設定した前記溶接トーチ
のＸ軸方向スライド位置の基準値とを比較し、 さらに検出した前記溶接トーチのＸ軸方向スライド位置
の微分値を演算し、 これらの情報から前記溶接台車の進行方向を溶接線方向
に平行に合わせ、かつ前記溶接台車と溶接線との距離を
一定にするように、すなわち前記溶接トーチのＸ軸方向
スライド位置を適正位置にするように演算した加算速度
を前記溶接台車の駆動車輪に独立に与えることにより、
該溶接台車の進行方向を制御する粗倣い走行制御手段
と、を備えたことを特徴とする升目溶接ロボット。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6073591A JP2921390B2 (ja) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | 升目溶接ロボット |
| US08/393,378 US5543600A (en) | 1994-04-12 | 1995-02-23 | Lattice welding robot and method for the lattice welding |
| EP95103654A EP0677353B1 (en) | 1994-04-12 | 1995-03-14 | Lattice welding robot and method for the lattice welding |
| DE69514401T DE69514401T2 (de) | 1994-04-12 | 1995-03-14 | Gitterschweissroboter und Gitterschweissverfahren |
| DK95103654T DK0677353T3 (da) | 1994-04-12 | 1995-03-14 | Gittersvejserobot og gittersvejsefremgangsmåde |
| KR1019950008548A KR0181360B1 (ko) | 1994-04-12 | 1995-04-12 | 격자 용접 로보트 및 격자 용접 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6073591A JP2921390B2 (ja) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | 升目溶接ロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07284938A JPH07284938A (ja) | 1995-10-31 |
| JP2921390B2 true JP2921390B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=13522719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6073591A Expired - Fee Related JP2921390B2 (ja) | 1994-04-12 | 1994-04-12 | 升目溶接ロボット |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5543600A (ja) |
| EP (1) | EP0677353B1 (ja) |
| JP (1) | JP2921390B2 (ja) |
| KR (1) | KR0181360B1 (ja) |
| DE (1) | DE69514401T2 (ja) |
| DK (1) | DK0677353T3 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| FR2757436B1 (fr) * | 1996-12-19 | 1999-01-22 | Snecma | Procede et torche de soudage a l'arc electrique sous gaz inerte |
| JP2004141875A (ja) * | 2000-10-16 | 2004-05-20 | Kokuho:Kk | 溶接装置 |
| WO2003008142A1 (fr) * | 2001-07-18 | 2003-01-30 | Kabushiki Kaisha Kokuho | Soudeuse de copiage |
| KR20010099139A (ko) * | 2001-09-05 | 2001-11-09 | 김상봉 | 고속회전아크센서를 적용한 격자형 용접로봇의 주행 및토치 슬라이더 제어 |
| EP1812200B2 (de) * | 2004-10-13 | 2018-06-20 | ILHUNG Manufacturing Co., Ltd. | Vorrichtung zur ausführung eines füge-, trenn- oder oberflächenbehandlungsverfahrens, insbesondere eines schweissverfahrens |
| JP4745729B2 (ja) * | 2005-06-21 | 2011-08-10 | 川崎重工業株式会社 | 摩擦撹拌接合装置 |
| JP2013215800A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-10-24 | Koike Sanso Kogyo Co Ltd | 溶接装置 |
| CN104209629B (zh) * | 2013-06-05 | 2016-02-10 | 中国石油天然气集团公司 | 一种管道多点同步自动焊旋转电弧模糊控制跟踪方法 |
| WO2016044680A1 (en) | 2014-09-19 | 2016-03-24 | Realityworks, Inc. | Welding speed pacing device |
| WO2016044679A1 (en) * | 2014-09-19 | 2016-03-24 | Realityworks, Inc. | Welding speed sensor |
| CN114669935B (zh) * | 2022-04-28 | 2024-02-06 | 西门子（中国）有限公司 | 物料的焊接方法、装置和计算机可读介质 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5791877A (en) * | 1980-11-28 | 1982-06-08 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Rotary arc welding method |
| GB2112961B (en) * | 1982-01-04 | 1985-12-18 | Hitachi Ltd | Corner angle portion detecting apparatus |
| JPS58145368A (ja) * | 1982-02-23 | 1983-08-30 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | すみ肉ならい溶接装置 |
| JPS58148078A (ja) * | 1982-02-26 | 1983-09-03 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | すみ肉ならい溶接装置 |
| DE3512034A1 (de) * | 1985-04-02 | 1986-10-02 | Oxytechnik Gesellschaft für Systemtechnik mbH, 6236 Eschborn | Verfahren zum schweissen und/oder schneiden mit einem schweisstraktor |
| KR900003972B1 (ko) * | 1985-04-30 | 1990-06-07 | 닛뽕 고오깡 가부시기가이샤 | 고속회전 아아크 필릿(fillet)용접의 그루우브 트레이싱(GROOVE TRACING) 제어방법 |
| EP0319577A4 (en) * | 1987-04-24 | 1990-01-08 | Nippon Kokan Kk | HIGH SPEED ROTATING ARC WELDING MACHINE. |
| JPH0673747B2 (ja) * | 1987-07-09 | 1994-09-21 | 日本鋼管株式会社 | 桝目溶接ロボット |
| JPH0673748B2 (ja) * | 1987-07-09 | 1994-09-21 | 日本鋼管株式会社 | 桝目溶接ロボット |
| JPH08300B2 (ja) * | 1991-04-18 | 1996-01-10 | 日本鋼管株式会社 | 升目溶接ロボットの粗倣い走行制御方法 |
-
1994
- 1994-04-12 JP JP6073591A patent/JP2921390B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-02-23 US US08/393,378 patent/US5543600A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1995-03-14 EP EP95103654A patent/EP0677353B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-14 DE DE69514401T patent/DE69514401T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-04-12 KR KR1019950008548A patent/KR0181360B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
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|---|---|
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| KR950028859A (ko) | 1995-11-22 |
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| EP0677353A2 (en) | 1995-10-18 |
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| EP0677353B1 (en) | 2000-01-12 |
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