JP3284221B2 - アーク溶接ロボット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接ノズルとワークと
の接触状態を解除して溶接ノズルを通常動作に復帰させ
るアーク溶接ロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車や船舶、その他の設備機器等を製
造する際には、金属製の部品同士を溶接により接合する
ことが多く、大量生産により同一の溶接手順が繰り返し
て行われる場合、通常、アーク溶接ロボットが使用され
るようになっている。

【０００３】上記のアーク溶接ロボットは、狭い部分に
溶接ノズルを進入させる角巻き溶接など狭隘な箇所の溶
接時やアークセンサーを機能させるウィービング動作時
のように、溶接時に溶接ノズルをワークに接近させて使
用する場合、溶接中に飛散するスパッタの溶接ノズルへ
の付着やワークの加工誤差、組み立て誤差等によって、
溶接ノズルがワークに接触することがある。溶接ノズル
がワークに接触した状態で溶接ノズルの移動動作を継続
させると、トーチの変形、ロボットの手首に負担が
かかることによる減速機部分の位置ズレ、モータのオ
ーバーヒート等のアーク溶接ロボットにとって重大な故
障が生じる原因になる。

【０００４】従って、従来のアーク溶接ロボットは、溶
接ノズルとワークとに印加される電圧の変化を基にして
ワークとの接触の有無を検知するノズル接触検知機能を
有しており（実開昭５８−１１１１７２号公報）、この
機能により溶接ノズルがワークに接触したことを検知し
たときに、溶接ノズルの移動を停止させて重大な故障の
発生を防止するようになっている。そして、移動が停止
されると、ロボット先端がオペレータの操作によりイン
チングされ、溶接ノズルがワークに接触しない方向に移
動された後、リセットボタンやスタートボタンが押圧さ
れることによって、溶接ノズルが通常動作に復帰される
ようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のアーク溶接ロボットでは、オペレータに大きな負担
がかかるにも拘らず、ワークに接触して停止してから再
び復帰するまでの全ての復帰操作をオペレータが実施し
ているという問題がある。この理由は、ノズル接触検知
機能がワークとの接触の有無を検知するだけであり、溶
接ノズルの回避方向を示すものではないため、オペレー
タが自己の経験に基づいて回避方向を決定しながら復帰
操作を行わねばならないと考えられていたからである。
また、従来のアーク溶接ロボットでは、たとえ軽微な接
触であっても、オペレータが復帰操作を完了するまで溶
接ノズルを停止させるため、生産ライン全体の生産性を
低下させることになるという問題もある。

【０００６】従って、本発明は、軽微な接触状態を自動
で解除してオペレータの負担を軽減すると共に、停止期
間を短縮化して或いは無くして生産性を向上させること
ができるアーク溶接ロボットを提供しようとするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、溶接ノズルとワークとの接触状態を解除して該溶接
ノズルを通常動作に復帰させるアーク溶接ロボットであ
り、下記の特徴を有している。

【０００８】即ち、請求項１のアーク溶接ロボットは、
上記溶接ノズルとワークとの接触を検知する接触検知手
段と、上記接触検知手段により接触が検知されたとき
に、接触状態を解除するように所定の回避距離および／
または回避角度でもって所定の回避方向に上記溶接ノズ
ルを移動させる回避動作を行い、更に、その移動量を補
正量として本来の移動軌跡に加えて、移動軌跡を修正し
た後、該溶接ノズルを通常動作に復帰させる制御手段と
を有していることを特徴としている。

【０００９】また、請求項２のアーク溶接ロボットは、
請求項１の上記制御手段が、上記接触状態が解除される
まで上記回避動作を所定回数繰り返し、該所定回数後に
おいても上記接触検知手段により接触が検知されたとき
に、異常状態と判断して上記溶接ノズルを停止させて溶
接を中止することを特徴としている。

【００１０】また、請求項３のアーク溶接ロボットは、
請求項１または２の上記制御手段が、回避距離、回避角
度、および回避方向がティーチング時にデータ入力によ
り設定されることを特徴としている。

【００１１】また、請求項４のアーク溶接ロボットは、
請求項１または２の上記制御手段が、溶接開始点から溶
接開始前のエアカット教示点に向かう方向を回避方向と
していることを特徴としている。

【００１２】また、請求項５のアーク溶接ロボットは、
請求項１または２の上記制御手段が、溶接終了点から溶
接終了後のエアカット教示点に向かう方向を回避方向と
していることを特徴としている。

【００１３】また、請求項６のアーク溶接ロボットは、
請求項１または２の上記制御手段が、溶接線に付せられ
た開先情報および／または溶接条件情報を基にして決定
された方向を回避方向としていることを特徴としてい
る。

【００１４】また、請求項７のアーク溶接ロボットは、
請求項１または２の上記制御手段が、ウィービング動作
を通常動作としており、ノズル接触位置から溶接線に向
かう方向を回避方向としていることを特徴としている。

【００１５】

【作用】請求項１の構成によれば、従来、オペレータに
より行われていた接触状態からの回避動作および溶接へ
の復帰動作をアーク溶接ロボットにより行わせて溶接ノ
ズルを通常動作に復帰させることができるため、オペレ
ータの負担を軽減させることが可能になっていると共
に、溶接ノズルが接触してから復帰するまでの停止時間
がオペレータを介在させない分短縮されるため、生産性
を向上させることが可能になっている。

【００１６】また、請求項２の構成によれば、所定回数
後においても接触が検知されたときに、異常状態と判断
して溶接ノズルを停止させて溶接を中止するようになっ
ているため、重大な故障の発生を防止することが可能に
なっている。また、請求項３の構成によれば、回避距
離、回避角度、および回避方向がティーチング時にデー
タ入力により設定されるようになっているため、ワーク
の状態に最適な回避動作を行うことが可能になってい
る。また、請求項４および５の構成によれば、回避方向
をベクトル演算により容易に求めることができる。

【００１７】また、請求項６の構成によれば、溶接条件
として開先種別や脚長、プリセットの登録番号を入力す
れば溶接条件を呼び出すことができる自動溶接条件設定
機能やプリセット式の条件設定機能に、上記の回避方向
を予め登録しておくことが可能になり、その都度ティー
チングで方向を考えて入力することなく開先形状に適し
た回避方向を決定できる。また、請求項７の構成によれ
ば、常に方向の変化するウィービング時において、その
センターである溶接線方向に回避することによって、回
避動作を有効なものにすることができる。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図８を用いて
説明する。本実施例に係るアーク溶接ロボットは、自動
車や船舶、その他の設備機器等を製造する際に使用され
るようになっている。例えば図１に示すように、造船時
の代表的なワークであるアングル形状のロンジ材２とト
ランス材３との上下（Ｚ）方向の交差部５を溶接する場
合について説明すると、アーク溶接ロボット４は、先端
部に溶接ワイヤ６を備えた溶接ノズル１と、この溶接ノ
ズル１を支持する溶接トーチ７と、溶接トーチ７を介し
て溶接ノズル１を上下（Ｚ）方向、左右（Ｘ）方向、お
よび前後（Ｙ）方向の任意の方向および任意の角度に移
動させる図示しないロボット本体とを有しており、溶接
ワイヤ６の先端部を交差部５の下端から上端方向へ移動
させることによって、交差部５を溶接するようになって
いる。

【００１９】上記の溶接ノズル１には、ロンジ材２およ
びトランス材３からなるワークに対して所定の電圧が印
加されており、この印加電圧の変化は、図示しないロボ
ット本体側に設けられたノズル接触検知装置の電流リレ
ーにより検出されるようになっている。即ち、ノズル接
触検知装置は、溶接ノズル１がロンジ材２等のワークに
接触したときに流れる電流により電流リレーを作動させ
て溶接ノズル１のワークへの接触を検知し、接触検知信
号をアーク溶接ロボット４の作動を制御する制御装置に
出力するようになっているなど公知の方法でノズルの接
触を検知する。

【００２０】上記の制御装置は、オペレータによるティ
ーチングによって、アーク溶接ロボット４の作動手順を
命令コードにより記憶している。命令コードには、例え
ば溶接トーチ７をエアカット教示点を基に移動させるエ
アカットコードや、アークを発生させるアークオンコー
ド、溶接内容を示す溶接データコード等が存在している
と共に、請求項３に相当する溶接ノズル１がワークに接
触したときに所定の回避動作を実行させる回避パターン
コードおよび回避パターンコードを解除する回避パター
ン解除コードが存在している。尚、上記の回避パターン
コードは、制御装置がノズル接触検知装置から接触検知
信号を受け取ったときに実行されるようになっている。
また、上記のように、ティーチングによって回避パター
ンコードを記憶する他に、一率予め決められたパターン
（例えばトーチ方向に退避する）ことがＲＯＭやＲＡＭ
等に記憶されているのも良い。

【００２１】上記の各コードは、４桁の文字データおよ
び数値データからなっており、回避パターンコードは、
先頭の第１桁目を回避パターンコードの表示、第２桁目
を回避方向となる溶接ノズル１の移動方向、第３桁目を
移動量（回避距離）および／または回避角度、および第
４桁目を回避動作の繰り返し回数として設定している。
具体的には、例えば命令コードを“ＦＣ１３”と入力す
ることによって、第１桁目の“Ｆ”により回避パターン
コードであると認識させ、第２桁目の“Ｃ”により回避
方向が下方向であると認識させ、第３桁目の“１”によ
り１ｍｍの移動量であると認識させ、第４桁目の“３”
により回避動作を３回繰り返すことを認識させるように
なっている。尚、この下方向の回避動作は、溶接ノズル
１がロンジ材２のフェイス２ａの近傍に近づいて溶接す
る場合に特に有効である。

【００２２】また、制御手段は、回避パターンを何回の
連続に繰り返すよりも、請求項２のように上記命令コー
ド中の第４桁目の数字入力等により有限回数として回避
パターンコードに基づいて回避動作を所定回数繰り返し
ても、接触検知信号の入力が継続されている場合、アー
ク溶接ロボット４の作動を停止させた後、警報等を発す
ることによりオペレータに対して異常を報知するのが良
い。以下、この方法を用いて説明する。

【００２３】上記の構成において、アーク溶接ロボット
４の動作について説明する。先ず、オペレータが溶接ノ
ズル１の移動手順を設定するため、例えば表１に示すよ
うに、制御装置に命令コードをデータ入力してティーチ
ングすることになる。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記のティーチングが完了し、図示しない
作動ボタンが押圧されると、ＳＴＥＰ１から順番に命令
コードが読み出されることになり、図２に示すように、
ＳＴＥＰ１のエアカットコードが実行されることによっ
て、通常動作としてアークを発生させない状態で溶接ノ
ズル１が交差部５の最下端に移動されることになる。そ
して、ＳＴＥＰ２のアークオンコードが実行されること
によって、アークが生成され、溶接データコードに基づ
いて交差部５の最下端から上方向に溶接されていくこと
になる。

【００２６】また、制御装置は、ノズル接触検知装置か
らの接触検知信号の入力の有無を監視している。そし
て、例えば溶接ノズル１がロンジ材２のフェイス２ａに
接触し、電流リレーに電流が流れてノズル接触検知装置
が接触検知信号を出力すると、この接触検知信号を受け
取った制御装置は、溶接を一端中断した後、或いは溶接
を継続したままＳＴＥＰ３の回避パターンコードを読み
出し、このコード内容（ＦＣ１３）に従って回避動作を
実行することになる。

【００２７】即ち、第１桁目の“Ｆ”により回避パター
ンコードであると認識した制御装置は、第２桁目の
“Ｃ”により回避方向が下方向であると認識し、第３桁
目の“１”により下方向の移動量が１ｍｍであると認識
すると共に、この回避動作を第４桁目の“３”により３
回繰り返すことを認識することになる。そして、第１回
目の回避動作として、溶接ノズル１を下方向に１ｍｍ移
動させ、接触検知信号の有無を確認することになる。

【００２８】接触検知信号が確認された場合には、１回
目の回避動作によっては溶接ノズル１とロンジ材２との
接触状態が解除されなかったと判断し、第２回目の回避
動作を実行して接触検知信号を確認することになる。
尚、溶接ノズル１の回避動作時の移動は、本来の溶接ノ
ズル１の軌跡にシフト量を加える形態で行うものとす
る。そして、第２回目の回避動作においても接触検知信
号が確認された場合には、さらに、第３回目の回避動作
が実行され、この回避動作においても接触検知信号が確
認されると、溶接ノズル１を停止させて溶接を中止した
後、警報等を発することによりオペレータに対して異常
を報知することになる。

【００２９】一方、第１回目〜第３回目までの回避動作
によって、接触検知信号が確認されなくなった場合に
は、溶接ノズル１がロンジ材２から離反したものと判断
し、回避動作の間の移動量を加えて軌跡修正して再び通
常動作として溶接を開始することになる。或いは、回避
動作中、溶接を継続しているものについては、それまで
の移動量を補正量として軌跡を修正したまま溶接を続行
する。そして、交差部５の最上端の溶接を完了したとき
に、ＳＴＥＰ４のアークオフコードおよび回避パターン
解除コードを実行してアークを消失させると共に回避動
作を解除し、ＳＴＥＰ５により溶接ノズル１を溶接終了
後のエアカット教示点まで退避させることになる。

【００３０】尚、上記のＳＴＥＰ４において、回避パタ
ーン解除コードの代わりに回避パターンコードを設定す
ることによって、溶接時に加えてエアカット時において
も回避動作が実行されるようになっていても良い。ま
た、本実施例においては、具体例として回避方向が下方
向である場合ついて説明しているが、これに限定される
ことはなく、上下（Ｚ）方向や左右（Ｘ）方向、前後
（Ｙ）方向等の任意の方向をワークの形状等により適宜
選択して回避方向としていれば良く、さらに、所定の回
避角度でもって溶接ノズル１を移動させるようになって
いても良い。

【００３１】このように、本実施例のアーク溶接ロボッ
ト４は、溶接ノズル１とロンジ材２等のワークとの接触
状態を解除して溶接ノズル１を通常動作（溶接動作やエ
アカット動作等）に復帰させるため、溶接ノズル１とワ
ーク（ロンジ材２等）との接触を検知する接触検知手段
と、接触検知手段により接触が検知されたときに、接触
状態を解除するように所定の回避距離および／または回
避角度でもって所定の回避方向に溶接ノズル１を移動さ
せる回避動作を行った後、溶接ノズル１を通常動作に復
帰させる制御手段とを有している。

【００３２】これにより、従来、オペレータにより行わ
れていた接触状態からの回避動作および溶接への復帰動
作をアーク溶接ロボット４により行わせて溶接ノズル１
を通常動作に復帰させることができるため、オペレータ
の負担を軽減させることが可能になっていると共に、溶
接ノズル１が接触してから復帰するまでの停止時間がオ
ペレータを介在させない分短縮されるため、生産性を向
上させることが可能になっている。

【００３３】また、上記の回避方向は、溶接ノズル１の
ワーク８・８との接触原因がワーク８・８のズレに基づ
く図示しないロボット本体の軸方向やトーチ方向（エキ
ステンション方向）、ウィービング方向であっても良
い。トーチ方向（エキステンション方向）とした場合に
は、図３に示すように、すみ肉溶接時の回避方向として
好適である。また、すみ肉溶接時の回避方向としては、
請求項４のように、溶接開始点Ｂから溶接開始前のエア
カット教示点Ａに向かう方向や、請求項５のように、溶
接終了点Ｃから溶接終了後のエアカット教示点Ｄに向か
う方向も好適であり、この場合には、回避方向をベクト
ル演算により容易に求めることができると共に、これら
の両方向を組み合わせることによって、溶接線へのアプ
ローチやリトラクトに障害物が存在する場合に障害物の
少ない方向を回避方向として選択することができる。

【００３４】また、回避方向は、請求項６のように、溶
接線に付せられた開先情報および／または溶接条件情報
により決定されるようになっていても良い。即ち、図４
および図５に示すように、開先Ｌや開先Ｙの断面形状と
なるようにワーク８・８同士を溶接する場合には、ワー
ク８・８同士の交差角度の２等分線上の溶接線９方向と
は反対方向を回避方向としても良い。この場合には、溶
接条件として開先種別や脚長、プリセットの登録番号を
入力すれば溶接条件を呼び出すことができる自動溶接条
件設定機能やプリセット式の条件設定機能に、上記の回
避方向を予め登録しておくことが可能になり、その都度
ティーチングで方向を考えて入力することなく開先形状
に適した回避方向を決定できる。

【００３５】さらに、回避方向は、ウィービング動作に
より溶接が行われている場合は、請求項７のように溶接
ノズル１がワークに接触した位置（ノズル接触位置）か
ら溶接線に向かう方向とされていても良い。即ち、例え
ば図６および図７に示すように、ノズル接触位置から溶
接線方向に対して直角方向が回避方向とされていても良
いし、図８に示すように、ノズル接触位置におけるウィ
ービングの移動方向に平行に溶接線に向かう方向が回避
方向とされていても良い。このように、常に方向の変化
するウィービング時においては、そのセンターである溶
接線方向に回避することが有効である。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明は、以上のように、溶接
ノズルとワークとの接触を検知する接触検知手段と、上
記接触検知手段により接触が検知されたときに、接触状
態を解除するように所定の回避距離および／または回避
角度でもって所定の回避方向に上記溶接ノズルを移動さ
せる回避動作を行った後、該溶接ノズルを通常動作に復
帰させる制御手段とを有している構成である。

【００３７】これにより、従来、オペレータにより行わ
れていた接触状態からの回避動作および溶接への復帰動
作を溶接ノズルのワークとの接触原因であるワークのズ
レ方向に回避動作することにより、アークを出しながら
でも影響の無い範囲で短時間にアーク溶接ロボットによ
り行わせて溶接ノズルを通常動作に復帰させることがで
きるため、オペレータの負担を軽減させることが可能で
あると共に、溶接ノズルが接触してから復帰するまでの
停止時間がオペレータを介在させない分短縮されるた
め、生産性を向上させることが可能であるという効果を
奏する。

【００３８】また、請求項２の発明は、以上のように、
請求項１の上記制御手段が、上記接触状態が解除される
まで上記回避動作を所定回数繰り返し、該所定回数後に
おいても上記接触検知手段により接触が検知されたとき
に、異常状態と判断して上記溶接ノズルを停止させて溶
接を中止する構成であるから、重大な故障の発生を防止
することが可能であるという効果を奏する。

【００３９】また、請求項３の構成によれば、請求項１
または２の制御手段が、回避距離、回避角度、および回
避方向がティーチング時にデータ入力により設定される
構成であるから、ワークの状態に最適な回避動作を行わ
せることが可能であるという効果を奏する。

【００４０】また、請求項４の構成によれば、請求項１
または２の上記制御手段が、溶接開始点から溶接開始前
のエアカット教示点に向かう方向を回避方向としている
構成であるから、回避方向をベクトル演算により容易に
求めることができるという効果を奏する。

【００４１】また、請求項５の構成によれば、請求項１
または２の上記制御手段が、溶接終了点から溶接終了後
のエアカット教示点に向かう方向を回避方向としている
構成であるから、回避方向をベクトル演算により容易に
求めることができるという効果を奏する。

【００４２】また、請求項６の構成によれば、請求項１
または２の上記制御手段が、溶接線に付せられた開先情
報および／または溶接条件情報を基にして決定された方
向を回避方向としている構成であるから、溶接条件とし
て開先種別や脚長、プリセットの登録番号を入力すれば
溶接条件を呼び出すことができる自動溶接条件設定機能
やプリセット式の条件設定機能に、上記の回避方向を予
め登録しておくことが可能になり、その都度ティーチン
グで方向を考えて入力することなく開先形状に適した回
避方向を決定できるという効果を奏する。

【００４３】また、請求項７の構成によれば、請求項１
または２の上記制御手段が、ウィービング動作を通常動
作としており、ノズル接触位置から溶接線に向かう方向
を回避方向としている構成であるから、常に方向の変化
するウィービング時において、そのセンターである溶接
線方向に回避することによって、回避動作を有効なもの
にすることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】アーク溶接ロボットが溶接する状態を示す説明
図である。

【図２】溶接ノズルの移動順序を示す説明図である。

【図３】溶接ノズルの回避方向を示す説明図である。

【図４】溶接ノズルの回避方向を示す説明図である。

【図５】溶接ノズルの回避方向を示す説明図である。

【図６】溶接ノズルの回避方向を示す説明図である。

【図７】溶接ノズルの回避方向を示す説明図である。

【図８】溶接ノズルの回避方向を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 溶接ノズル ２ ロンジ材 ３ トランス材 ４ アーク溶接ロボット ５ 交差部 ６ 溶接ワイヤ ７ 溶接トーチ ８ ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ２５Ｊ 13/08 Ｂ２５Ｊ 13/08 Ｚ 19/06 19/06 (72)発明者 高濱 透 愛知県豊橋市三弥町字中原１番地２ 株 式会社神戸製鋼所 豊橋ＦＡ・ロボット センター内 (56)参考文献 特開 昭62−81270（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−284973（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−257593（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−162579（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−145280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−92785（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−275230（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−95110（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−14080（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−194872（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−86078（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−56714（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭60−26633（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/127 B23K 9/022 B23K 9/12 B25J 9/00 B25J 13/08 B25J 19/06

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ノズルとワークとの接触状態を解除
   して該溶接ノズルを通常動作に復帰させるアーク溶接ロ
   ボットであって、 上記溶接ノズルとワークとの接触を検知する接触検知手
   段と、 上記接触検知手段により接触が検知されたときに、接触
   状態を解除するように所定の回避距離および／または回
   避角度でもって所定の回避方向に上記溶接ノズルを移動
   させる回避動作を行い、更に、その移動量を補正量とし
   て本来の移動軌跡に加えて、移動軌跡を修正した後、該
   溶接ノズルを通常動作に復帰させる制御手段とを有して
   いることを特徴とするアーク溶接ロボット。
2. 【請求項２】 上記制御手段は、上記接触状態が解除さ
   れるまで上記回避動作を所定回数繰り返し、該所定回数
   後においても上記接触検知手段により接触が検知された
   ときに、異常状態と判断して上記溶接ノズルを停止させ
   て溶接を中止することを特徴とする請求項１記載のアー
   ク溶接ロボット。
3. 【請求項３】 上記制御手段は、回避距離、回避角度、
   および回避方向がティーチング時にデータ入力により設
   定されることを特徴とする請求項１または２記載のアー
   ク溶接ロボット。
4. 【請求項４】 上記制御手段は、溶接開始点から溶接開
   始前のエアカット教示点に向かう方向を回避方向として
   いることを特徴とする請求項１または２記載のアーク溶
   接ロボット。
5. 【請求項５】 上記制御手段は、溶接終了点から溶接終
   了後のエアカット教示点に向かう方向を回避方向として
   いることを特徴とする請求項１または２記載のアーク溶
   接ロボット。
6. 【請求項６】 上記制御手段は、溶接線に付せられた開
   先情報および／または溶接条件情報を基にして決定され
   た方向を回避方向としていることを特徴とする請求項１
   または２記載のアーク溶接ロボット。
7. 【請求項７】 上記制御手段は、ウィービング動作を通
   常動作としており、ノズル接触位置から溶接線に向かう
   方向を回避方向としていることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のアーク溶接ロボット。