JP4615779B2 - タンデムアーク自動溶接システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、教示再生型溶接ロボットに２電極一体型トーチあるいは２つの単電極トーチを搭載して、溶接ワイヤを消耗電極とする第１電極と第２電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、ガスシールド溶接法にてタンデムアーク溶接を行うタンデムアーク自動溶接システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械メーカーや、橋梁メーカーなどの鋼の厚板溶接を行う分野では、さらに低コスト化を図るために、高能率な溶接施工技術が強く求められている。タンデムアーク溶接法は、このような要請に応えるための溶接技術であり、溶接ワイヤを消耗電極とする先行電極と後行電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、各々の電極からガスシールドアークを発生させて溶接を行うものである。このタンデムアーク溶接法は、単電極によるアーク溶接に比較して溶着量（ワイヤ溶融量）が大幅に多く、高能率な溶接を可能とするものである。
【０００３】
ところで、教示再生型溶接ロボットを備えた溶接システムでは、一般に、溶接ロボット１台に対して１つのトーチを搭載し、ロボット制御装置により溶接電源１台を制御する構成となっている。このため、従来のタンデムアーク自動溶接システムは図１２に示すように構成されていた。
【０００４】
図１２は教示再生型溶接ロボットを用いた従来のタンデムアーク自動溶接システムの全体構成を示す図である。同図に示すように、このタンデムアーク自動溶接システムは、２電極一体型トーチ５１と、手首部に該トーチ５１を取り付けた多関節の教示再生型溶接ロボット５２と、２電極一体型トーチ５１に溶接ワイヤからなる先行電極５３を送給する先行電極用ワイヤ送給装置５５と、該先行電極５３に給電を行う先行電極用溶接電源５７と、２電極一体型トーチ５１に溶接ワイヤからなる後行電極５４を送給する後行電極用ワイヤ送給装置５６と、該後行電極５４に給電を行う後行電極用溶接電源５８と、この後行電極用溶接電源５８に後行電極５４の溶接電流設定値・溶接電圧設定値を設定し指令する溶接条件設定ボックス（遠隔操作箱）６１と、ロボット制御装置５９と、ティーチングボックス６０とから構成されている。
【０００５】
前記２電極一体型トーチ５１は、ジャケットにより、先行電極用トーチ銃身と後行電極用トーチ銃身とを溶接方向に所定間隔を隔てて配置しこれらを一体に包囲して保持し、このジャケットの先端に共通の１つのシールドノズルを取り付けてなるものであり、シールドガスを溶接部に向かって噴出させるとともに、各ワイヤ送給装置５５，５６から送られてくる各電極５３，５４にそれぞれ通電してアークを発生させるようになっている。ロボット制御装置５９は、溶接ロボット５２の動作制御、溶接電源専用ポート５９ａからの先行電極用溶接電源５７へのアークオン・オフや溶接電流設定値・溶接電圧設定値の指令、同じく溶接電源専用ポート５９ａからの後行電極用溶接電源５８へのアークオン・オフの指令などを行うものである。また、ティーチングボックス６０は、教示の際にはワークの溶接線について溶接線始点や溶接線終点などを教示してこれらの情報をロボット制御装置５９に入力したり、先行電極の溶接電流設定値・溶接電圧設定値や、溶接速度などの溶接条件を設定してロボット制御装置５９に入力したりするためのものである。
【０００６】
このように構成されるタンデムアーク自動溶接システムにおいては、溶接ロボット５２に２電極一体型トーチ５１あるいは２つの単電極トーチを搭載してタンデムアーク溶接を行うに際には、先行電極５３についてはロボット制御装置５９の指令によりアークオン・オフや溶接条件（溶接電流・溶接電圧）が制御され、一方、後行電極５４についてはロボット制御装置５９からの指令により単に先行電極５３と同時にアークオン・オフがなされ、溶接条件設定ボックス６１により溶接条件が設定されるようになされている。そして、このように２つの電極５３，５４の役目が先行用，後行用としてそれぞれ固定されているため、溶接方向を逆にする場合には、その溶接方向において先行電極５３が後行電極５４より先行する位置になるようにトーチを機械的に１８０°回転させて電極位置を反転させるようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のタンデムアーク自動溶接システムでは、２つの電極の役目が先行用，後行用としてそれぞれ固定されているため、溶接方向を逆にする場合にはトーチを機械的に１８０°回転させて電極位置を反転させる必要があった。このため、トーチケーブルがねじられて、ワイヤ（電極）送給不良が発生し易く、また、溶接線に対するワイヤ先端のねらい位置のずれが発生し易く、溶接不良となることがしばしば発生した。
【０００８】
また、２つの電極が同時にアークオン、また、同時にアークオフされるので、溶接線の始終端部において電極間距離に相当する部分では２つのアークによって溶接ビードが形成できず、溶接線全長にわたって溶着量一定の溶接ビードが得られ難かった。
【０００９】
そして厚板溶接を行う分野では、図１３にその一例を示すように、溶接線ＷＬの始端部と終端部とにトーチの通過を妨げる干渉部材（側板）Ｓ１，Ｓ２が存在する構造のワークが相当多くあり、このようなワークについても、溶接線始点Ｐｓから溶接線終点Ｐｅまでの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができるようにしたタンデムアーク自動溶接システムが必要とされている。
【００１０】
本発明はこのような事情の下になされたもので、本発明の目的は、教示再生型溶接ロボットを用いてワークの溶接線をタンデムアーク溶接するに際し、従来と違って、２つの電極の役目が固定されたものでなく２つの電極に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定してその溶接条件を指令することができて、溶接方向を逆にする場合でもトーチを機械的に１８０°回転させることなくタンデムアーク溶接を行うことができ、また、溶接線の始端部と終端部とに干渉部材が存在するワークであっても溶接線始点から溶接線終点までの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができるようにしたタンデムアーク自動溶接システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、教示再生型溶接ロボットに２電極一体型トーチあるいは２つの単電極トーチを搭載して、溶接ワイヤを消耗電極とする第１電極と第２電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、ガスシールド溶接法にてタンデムアーク溶接を行う自動溶接システムにおいて、予め、第１電極先行・第２電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第２電極先行・第１電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第１電極単独の１つのアークによるシングル溶接モード及び第２電極単独の１つのアークによるシングル溶接モードのうちから溶接順序に合わせて所要の溶接モードを選択する溶接モード選択手段と、前記選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替える溶接モード切替手段とを備え、さらに、前記タンデム溶接モードから前記シングル溶接モードに切り替わったときに消弧させた電極をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻す電極自動退避手段を備えていることを特徴とするタンデムアーク自動溶接システムである。
【００１２】
請求項２の発明は、教示再生型溶接ロボットに２電極一体型トーチあるいは２つの単電極トーチを搭載して、溶接ワイヤを消耗電極とする第１電極と第２電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、ガスシールド溶接法にてタンデムアーク溶接を行う自動溶接システムにおいて、予め、第１電極先行・第２電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第２電極先行・第１電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第１電極単独の１つのアークによるシングル溶接モード及び第２電極単独の１つのアークによるシングル溶接モードのうちから溶接順序に合わせて所要の溶接モードを選択する溶接モード選択手段と、前記選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替える溶接モード切替手段とを備え、さらに、前記タンデム溶接モードの場合、前記第１電極と前記第２電極のうちの先行電極となる電極の溶接電流に基づいてアーク倣いを行うアーク倣い手段を備えていることを特徴とするタンデムアーク自動溶接システムである。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
本願請求項１、２の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによれば、溶接線が形成されたワークに応じて、溶接モード選択手段により、第１電極を先行電極とするタンデム溶接モード（右行きタンデム溶接モード）、第２電極を先行電極とするタンデム溶接モード（左行きタンデム溶接モード）、第１電極単独のシングル溶接モード、第２電極単独のシングル溶接モードのうちから、所要の溶接モードを溶接順序に従って選択し、溶接モード切替手段により、これらの選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替えるようにしたので、第１電極と第２電極との役目が固定されたものでなく、これら２つの電極に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定してその溶接条件を指令することができて、溶接方向を逆にする場合でもトーチを機械的に１８０°回転させることなくタンデムアーク溶接を行うことができる。
【００１７】
また、このように４つの溶接モードうちから所要溶接モードを溶接順序に従って選択し、これらの選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替えるようにしたので、溶接方向と、溶接線の始端部と終端部におけるトーチに対する干渉部材の有無とに対応して、２つのうち一方のタンデム溶接モードと、第１電極単独のシングル溶接モード及び／又は第２電極単独のシングル溶接モードとを組み合わせることにより、溶接線始点から溶接線終点までの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができる（図４，図７参照）。
【００１８】
本願発明によるタンデムアーク自動溶接システムにおいては、２つの電極の電極間距離を例えば１５ｍｍ程度に接近させており、タンデム溶接モードでは各々発生させた２つのアークで１つの溶融プールを形成させて溶接が行われる。このような溶接では、タンデム溶接モードからシングル溶接モードに切り替わったとき、タンデム溶接モードでの大きな溶融プールがアーク力が半減することによって盛り上がるので、アークオフさせた電極が溶融プール（溶接ビード）に溶着することを防止する必要がある。
【００１９】
そこで、請求項１の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによれば、電極自動退避手段により、タンデム溶接モードからシングル溶接モードに切り替わったときにアークオフさせた（消弧させた）電極を、チップ先端へ向かって所定長さ引き戻すようにしているので、タンデム溶接モードからシングル溶接モードへの切り替え時におけるアークオフさせた電極の溶着（ワイヤスティック）を防止することができる。
【００２０】
また、電極溶着検知手段を備えたものでは、電極溶着検知手段により、溶接終了後の第１電極と第２電極の溶着（ワイヤスティック）の有無を検知し、少なくともいずれか一方の電極が溶着している場合には以後の再生動作を一時停止する指令を出力するようにしたので、電極が溶着した状態でトーチが移動されることがなく、このようなときに発生するトーチ破損を防止することができる。
【００２１】
溶接ロボットを用いる自動溶接システムでは、溶接開始に先立ってワークごとにその溶接位置（溶接線始点及び／又は溶接線終点）を検出して、予め教示されているトーチ移動経路（教示溶接線）を補正することが行われている。タッチセンシングは、ワークの前記溶接位置を検出するための公知技術であって、トーチのチップ先端から電極（溶接ワイヤ）を所定長さ突き出させ、該電極とワークとの間にセンシング電圧を印加し、センシング開始位置からトーチをワークに向けて移動させ、電極とワークとの接触による電圧低下に基づいて電極のワークへの接触を検出する動作を所定順序で行うことによってワークの溶接位置を検出するものである。ところが、２つの電極を用いる自動溶接システムでは、いずれか一方の電極によるタッチセンシングを行う際に、水冷式の２電極一体型トーチを用いている場合、冷却水によるリークに起因してセンシング電圧が両方の電極に同時に印加されるため、タッチセンシングを行わない方の電極がワークに接触することで誤検出を引き起こすことになる。
【００２２】
そこで、タッチセンシング手段を備えたものでは、タッチセンシング手段により、第１電極又は第２電極によるタッチセンシングを行う際に、タッチセンシングを行わない方の電極をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻し、しかる後、タッチセンシングを行うようにしたので、タッチセンシングを行わない方の電極に起因する誤った位置情報の検出を防止することができる。
【００２３】
アーク倣いは、溶接時にアーク自身をセンサとし、電極（溶接ワイヤ）を支持するトーチを溶接線に倣わせるようにした公知技術であって、例えば、トーチを溶接線と交差する左右方向にウィービングさせてそのとき流れる溶接電流を検出し、該溶接電流の変化に基づいて溶接線に対するトーチの位置ずれを修正するようにしたものである。溶接ロボットを用いる自動溶接システムにおけるアーク倣いは、アークを発生させてトーチを進行させながら、予め教示されているトーチ移動経路（教示溶接線）と実際の溶接線との位置ずれを検出し、この位置ずれを解消するように前記教示されたトーチ移動経路を修正（補正）し、この修正したトーチ移動経路にトーチを倣わせ、これによってトーチを実際の溶接線に倣わせるようにしたものである。ここで、タンデムアーク溶接では、先行電極となる電極に流れる溶接電流波形（溶接電流の変化）の方が後行電極に比べて開先形状（溶接線の状態）を忠実に反映していることから、先行電極となる電極の溶接電流を検出してアーク倣いを行う必要がある。
【００２４】
そこで、請求項２のタンデムアーク自動溶接システムによれば、アーク倣い手段により、タンデム溶接モードの場合、先行電極となる電極の溶接電流に基づいてアーク倣いを行うようにしたので、精度良く溶接線の倣いを行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態によるタンデムアーク自動溶接システムの全体構成を示す図である。
【００２６】
図１に示すように、このタンデムアーク自動溶接システムは、２電極一体型トーチ１１と、手首部に２電極一体型トーチ１１を取り付けた多関節（６軸）の教示再生型溶接ロボット１２と、２電極一体型トーチ１１に溶接ワイヤからなる第１電極１３を送給する第１電極用ワイヤ送給装置１５と、該第１電極１３に給電を行う第1電極用溶接電源１７と、２電極一体型トーチ１１に溶接ワイヤからなる第２電極１４を送給する第２電極用ワイヤ送給装置１６と、該第２電極１４に給電を行う第２電極用溶接電源１８と、ロボット制御装置１９と、ティーチングボックス２０とにより構成されている。なお、第1電極用溶接電源１７には、タッチセンシングを行う際に第１電極１３とワーク間にセンシング電圧を印加するためのセンシング電源が内蔵されている。同様に、第２電極用溶接電源１８には、第２電極１４とワーク間にセンシング電圧を印加するためのセンシング電源が内蔵されている。
【００２７】
ロボット制御装置１９は、溶接ロボット１２の動作制御と、溶接電源１７，１８に対するアークオン・オフや溶接電流設定値・溶接電圧設定値の指令、電極自動退避処理、電極溶着検知処理、タッチセンシング処理、及びアーク倣いなどの溶接制御とを行うものである。
【００２８】
ロボット制御装置１９は、ＣＰＵにより構成される中央処理部（図示せず）と、中央処理部で実行される各種制御プログラムが格納されたＲＯＭ及び教示データなどが格納されるＲＡＭからなる記憶部（図示せず）とを備えている。また、ロボット制御装置１９は、溶接ロボット１２の各軸を駆動するための駆動制御回路（図示せず）と、中央処理部により読み出される先行電極用の溶接電流設定値・溶接電圧設定値の指令をタンデム溶接制御部１９ｄに出力する溶接電源専用ポート１９ａと、中央処理部から与えられる４つの溶接モード（第１電極１３先行・第２電極１４後行によるタンデム溶接モード、第２電極１４先行・第１電極１３後行によるタンデム溶接モード、第１電極１３単独によるシングル溶接モード及び第２電極１４単独によるシングル溶接モード）の指令をタンデム溶接制御部１９ｄに出力する汎用接点出力部１９ｂと、中央処理部により読み出される後行電極用の溶接電流設定値・溶接電圧設定値の指令をタンデム溶接制御部１９ｄに出力する汎用外部出力ポート１９ｃと、タンデム溶接制御部１９ｄとを備えている。
【００２９】
前記のタンデム溶接制御部１９ｄは、所定の制御プログラムを実行するＣＰＵを有し、前記汎用接点出力部１９ｂからの出力を監視して、溶接モードに対応して、先行電極として設定された電極（第１電極１３又は第２電極１４）に給電する溶接電源（第1電極用溶接電源１７又は第２電極用溶接電源１８）に前記溶接電源専用ポート１９ａからの指令を与えるとともに、後行電極として設定された電極に給電する溶接電源（第1電極用溶接電源１７又は第２電極用溶接電源１８）に前記汎用外部出力ポート１９ｃからの指令を与え、また、同じく汎用接点出力部１９ｂからの溶接モードの指令を監視して、所定の溶接電源１７，１８に対して電極をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻す指令を与えるものである。
【００３０】
また、前記ティーチングボックス２０は、教示の際に、ワークの溶接線について溶接線始点や溶接線終点などの位置情報や、前記４つの溶接モードのうちから溶接順序に合わせて選択した所要の溶接モード、また、該選択した溶接モードにおける溶接条件などをロボット制御装置１９に入力するためのものである。ティーチングボックス２０は、予め、前記４つの溶接モードのうちから溶接順序に合わせて所要の溶接モードを選択する溶接モード選択手段を構成している。
【００３１】
次に、本実施形態のタンデムアーク自動溶接システムによる溶接の制御について説明する。図２は本発明の自動溶接システムによってタンデムアーク溶接される鋼製のワークの一例であって、溶接線の始終端部に干渉部材のないワークＷ１を示す図である。図３は図２のワークにおいてティーチングボックス２０を用いて行う教示手順を説明するための図である。図４は図２のワークにおいてティーチングボックス２０を用いて行う教示手順を示すフローチャートである。
【００３２】
図３及び図４を参照しながら、前記ワークＷ１に対する教示の手順を説明する。なお、図３に示すように、同図における右側が第１電極１３、左側が第２電極１４である。まず、２電極一体型トーチ１１を移動して溶接線始点Ｐｓに第２電極１４先端を位置させて、溶接線始点Ｐｓを教示する（ステップＳ１０１）とともに、溶接モードとして先行の第２電極１４単独によるシングル溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行い（ステップＳ１０２）、さらにアークオン（溶接開始）命令コードの入力を行う（ステップＳ１０３）。次いで、２電極一体型トーチ１１を溶接方向に移動し、第２電極１４先端が溶接線始点Ｐｓより電極間距離Ｄ移動した点Ｐ１を教示する（ステップＳ１０４）とともに、溶接モードとして第２電極１４先行・第１電極１３後行によるタンデム溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行う（ステップＳ１０５）。
【００３３】
そして次に、２電極一体型トーチ１１を溶接方向に移動して溶接線終点Ｐｅに第２電極１４先端を位置させて、溶接線終点Ｐｅを教示する（ステップＳ１０６）とともに、後行の第１電極１３単独によるシングル溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行う（ステップＳ１０７）。次いで、２電極一体型トーチ１１をさらに移動して、後行の第１電極１３が溶接線終点Ｐｅに到達したときの第１電極１３先端位置を教示する（ステップＳ１０８）とともに、アークオフ（溶接終了）命令コードの入力を行う（ステップＳ１０９）。最後に、２電極一体型トーチ１１を退避位置に移動して該退避点の教示を行う（ステップＳ１１０）。
【００３４】
このように、溶接線の始終端部に干渉部材がないワークの場合は、前記のように教示を行い、２つの電極１３，１４に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定し、先行電極のアークオン・アークオフの位置と、後行電極のアークオン・アークオフの位置とが同一になるように溶接を行うことにより、従来と違って、溶接線始点Ｐｓから溶接線終点Ｐｅまでの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができる。なお、前記のように教示された情報を組み入れた溶接制御プログラムにより、ティーチングボックス２０によって選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替える溶接モード切替手段が実現されている。
【００３５】
図５は本発明の自動溶接システムによってタンデムアーク溶接される鋼製のワークの一例であって、溶接線の始端部と終端部に干渉部材（側板）が存在するワークＷ２を示す図である。図６は図５のワークにおいてティーチングボックス２０を用いて行う教示手順を示すフローチャートである。図７は図６に示す教示手順を説明するための図である。
【００３６】
図６及び図７を参照しながら、前記ワークＷ２に対する教示の手順を説明する。なお、図７に示すように、同図における右側が第１電極１３、左側が第２電極１４である（図４と同じ）。まず、２電極一体型トーチ１１を移動して始端処理開始点Ｐ１に第２電極１４先端を位置させて、該始端処理開始点Ｐ１を教示する（ステップＳ２０１）とともに、溶接モードとして第２電極１４単独によるシングル溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行い（ステップＳ２０２）、さらにアークオン（溶接開始）命令コードの入力を行う（ステップＳ２０３）。
【００３７】
次いで、２電極一体型トーチ１１を移動し、溶接線始点Ｐｓに第２電極１４先端を位置させて、該溶接線始点Ｐｓを教示する（ステップＳ２０４）。この場合、干渉部材に２電極一体型トーチ１１が接触しないようにすべく第２電極１４のトーチ角度を前進角とした状態で教示を行い、このトーチ角度についても教示データとして入力する。しかる後、トーチ移動方向を反転して溶接方向に移動し、タンデム溶接開始点Ｐ２に第１電極１３先端を位置させて、該タンデム溶接開始点Ｐ２を教示する（ステップＳ２０５）とともに、第１電極１３先行・第２電極１４後行によるタンデム溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行う（ステップＳ２０６）。この場合、溶接線上におけるこのタンデム溶接開始点Ｐ２と前記始端処理開始点Ｐ１は、始端処理溶接部とタンデム溶接部とでの溶接ビード高さ（溶着高さ）を同じにする点から、溶接線始点Ｐｓからの距離が同じ位置に設定することがよい。また、このタンデム溶接開始点Ｐ２では第２電極１４のトーチ角度はタンデム溶接時トーチ角度に戻される。
【００３８】
そして次に、タンデム溶接終了点Ｐ３に第２電極１４先端を位置させて、該タンデム溶接終了点Ｐ３を教示する（ステップＳ２０７）とともに、溶接モードとして第１電極１３単独によるシングル溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行う（ステップＳ２０８）。しかる後、溶接線終点Ｐｅに第１電極１３先端を位置させて、該溶接線終点Ｐｅを教示する（ステップＳ２０９）。この場合、干渉部材に２電極一体型トーチ１１が接触しないようにすべく第１電極１３のトーチ角度を前進角とした状態で教示を行い、このトーチ角度についても教示データとして入力する。次に、トーチ移動方向を反転して終端処理終了点Ｐ４に第１電極１３先端を位置させて、該終端処理終了点Ｐ４を教示する（ステップＳ２１０）とともに、アークオフ（溶接終了）命令コードの入力を行う（ステップＳ２１１）。この場合、この終端処理終了点Ｐ４と前記タンデム溶接終了点Ｐ３は、終端処理溶接部とタンデム溶接部とでの溶接ビード高さ（溶着高さ）を同じにする点から、溶接線終点Ｐｅからの距離が同じ位置に設定することがよい。最後に、２電極一体型トーチ１１を退避位置に移動して該退避点の教示を行う（ステップＳ２１２）。
【００３９】
このように、溶接線の始端部と終端部に干渉部材が存在するワークの場合は、前記のように教示を行い、２つの電極１３，１４に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定し、溶接線の始端部において２電極一体型トーチ１１を往復走行させて該始端部に近い方の第２電極１４によるシングル溶接を行い、次いでこのシングル溶接を切り替えて本溶接部分では２つの電極１３，１４によるタンデム溶接を行い、しかる後、このタンデム溶接を切り替えて溶接線の終端部においてトーチ１１を往復走行させて該終端部に近い方の第１電極１３によるシングル溶接を行うことにより、溶接線始点Ｐｓから溶接線終点Ｐｅまでの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができる。
【００４０】
図８は図１のタンデムアーク自動溶接システムにおける電極自動退避処理を示すフローチャートである。
【００４１】
電極自動退避処理について説明すると、溶接モード監視ループから出発し、再生動作中において、タンデム溶接モードからシングル溶接モードに切り替わった否かを判断する（ステップＳ３０１）。シングル溶接モードに切り替わった場合は、アークオフさせた電極（第１電極１３又は第２電極１４）の溶接電源に対して該電極を逆インチングしてチップ先端へ向かって引き戻す指令を与えて、該電極の突出し長さを溶接時の設定突出し長さ（例えば、径１．２ｍｍφの電極では２５ｍｍ）の約半分の長さにする（ステップＳ３０２）。
【００４２】
これがこのタンデムアーク自動溶接システムに備えられている電極自動退避機能であり、タンデム溶接制御部１９ｄにて実行されるようになっている。このような電極自動退避機能を備えているので、タンデム溶接モードからシングル溶接モードへの切り替え時におけるアークオフさせた電極の溶着（ワイヤスティック）を防止することができる。
【００４３】
図９は図１のタンデムアーク自動溶接システムにおける電極溶着検知処理を示すフローチャートである。
【００４４】
電極溶着検知処理について説明すると、スティック（溶着）チェックループから出発し、再生動作中において、第１電極１３と第２電極１４がともにアークオフしたか否かを判断する（ステップＳ４０１）。両電極１３，１４ともアークオフしたときは、各電極１３，１４について電極とワーク間電圧を検出することにより溶着の有無を調べ（ステップＳ４０２）、少なくともいずれか一方の電極が溶着しているか否かを判断する（ステップＳ４０３）。少なくともいずれか一方の電極の溶着が発生している場合には、以後の再生動作を一時停止する指令を出力する（ステップＳ４０４）。
【００４５】
これがこのタンデムアーク自動溶接システムに備えられている電極溶着検知機能であり、タンデム溶接制御部１９ｄにて実行されるようになっている。このような電極溶着検知機能を備えているので、溶接終了後において電極１３，１４が溶着した状態でトーチが移動されることがなく、よってトーチ破損を防止することができる。
【００４６】
図１０は図１のタンデムアーク自動溶接システムにおけるタッチセンシング処理を示すフローチャートである。
【００４７】
タッチセンシング機能について説明すると、再生動作中のタッチセンシングループから出発し、まず、第１電極１３でタッチセンシングを行うか否かを判断する（ステップＳ５０１）。第１電極１３によるタッチセンシングを行う場合（ステップＳ５０１でＹＥＳ）には、タッチセンシングを行わない方の第２電極１４をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻し（該電極の突出し長さを溶接時の設定突出し長さの約半分の長さにする）、しかる後に、第１電極１３によるタッチセンシングを行う（ステップＳ５０２）。一方、ステップＳ５０１でＮＯの場合はステップＳ５０３に進み、ここで第２電極１４でタッチセンシングを行うか否かを判断する。第２電極１４によるタッチセンシングを行う場合（ステップＳ５０３でＹＥＳ）には、タッチセンシングを行わない方の第１電極１３をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻し（該電極の突出し長さを溶接時の設定突出し長さの約半分の長さにする）、しかる後に、第２電極１４によるタッチセンシングを行う（ステップＳ５０４）。
【００４８】
これがこのタンデムアーク自動溶接システムに備えられているタッチセンシング機能であり、タンデム溶接制御部１９ｄ及び前記中央処理部にて実行されるようになっている。このようなタッチセンシング機能を備えているので、タッチセンシングを行わない方の電極に起因する誤った位置情報の検出を防止することができる。
【００４９】
図１１は図１のタンデムアーク自動溶接システムにおけるアーク倣い処理を示すフローチャートである。
【００５０】
アーク倣い処理について説明すると、再生動作中のアーク倣い監視ループから出発し、まず、先行電極が第１電極１３でアーク倣いを行うか否かを判断する（ステップＳ６０１）。第１電極１３によるアーク倣いを行う場合には（ステップＳ６０１でＹＥＳ）、第１電極１３の溶接電流を検出し、該溶接電流に基づいてアーク倣いを行う（ステップＳ６０２）。一方、ステップＳ６０１でＮＯの場合はステップＳ６０３に進み、ここで先行電極が第２電極１４でアーク倣いを行うか否かを判断する。第２電極１４によるアーク倣いを行う場合には（ステップＳ６０３でＹＥＳ）、第２電極１４の溶接電流を検出し、該溶接電流に基づいてアーク倣いを行う（ステップＳ６０４）。
【００５１】
これがこのタンデムアーク自動溶接システムに備えられているアーク倣い機能であり、タンデム溶接制御部１９ｄ及び前記中央処理部にて実行されるようになっている。このようなアーク倣い機能を備えているので、精度良く溶接線の倣いを行うことができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１、２の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによると、教示再生型溶接ロボットを用いてワークの溶接線をタンデムアーク溶接するに際し、従来と違って、２つの電極の役目が固定されたものでなく２つの電極に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定してその溶接条件を指令することができ、溶接方向を逆にする場合でもトーチを機械的に１８０°回転させなくてすむのでトーチケーブルのねじれに起因する溶接不良がないタンデムアーク溶接を行うことができ、また、溶接線の始端部と終端部とに干渉部材が存在するワークであっても溶接線始点から溶接線終点までの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができて、溶接残しや、手直しが発生せず、生産性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、請求項１の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによると、タンデム溶接モードからシングル溶接モードに切り替わったときにアークオフさせた電極をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻すようにした電極自動退避手段を備えているので、タンデム溶接モードからシングル溶接モードへの切り替え時におけるアークオフさせた電極の溶着を防止することができる。
【００５４】
【００５５】
【００５６】
また、請求項２の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによると、タンデム溶接モードでは先行電極となる電極の溶接電流に基づいてアーク倣いを行うようにしたアーク倣い手段を備えているので、精度良く溶接線の倣いを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるタンデムアーク自動溶接システムの全体構成を示す図である。
【図２】 本発明の自動溶接システムによってタンデムアーク溶接されるワークの一例であって、溶接線の始終端部に干渉部材のないワークを示す図である。
【図３】 図２のワークにおいてティーチングボックスを用いて行う教示手順を説明するための図である。
【図４】 図２のワークにおいてティーチングボックスを用いて行う教示手順を示すフローチャートである。
【図５】 本発明の自動溶接システムによってタンデムアーク溶接されるワークの一例であって、溶接線の始端部と終端部に干渉部材（側板）が存在するワークを示す図である。
【図６】 図５のワークにおいてティーチングボックスを用いて行う教示手順を示すフローチャートである。
【図７】 図６に示す教示手順を説明するための図である。
【図８】 図１のタンデムアーク自動溶接システムにおける電極自動退避処理を示すフローチャートである。
【図９】 図１のタンデムアーク自動溶接システムにおける電極溶着検知処理を示すフローチャートである。
【図１０】 図１のタンデムアーク自動溶接システムにおけるタッチセンシング処理を示すフローチャートである。
【図１１】 図１のタンデムアーク自動溶接システムにおけるアーク倣い処理を示すフローチャートである。
【図１２】 教示再生型溶接ロボットを用いた従来のタンデムアーク自動溶接システムの全体構成を示す図である。
【図１３】 溶接線の始端部と終端部とに干渉部材が存在するワークの一例を示す図である。
【符号の説明】
１１…２電極一体型トーチ １２…教示再生型溶接ロボット １３…第１電極
１４…第２電極 １５…第１電極用ワイヤ送給装置 １６…第２電極用ワイヤ送給装置 １７…第1電極用溶接電源 １８…第２電極用溶接電源 １９…ロボット制御装置 １９ａ…溶接電源専用ポート １９ｂ…汎用接点出力部 １９ｃ…汎用外部出力ポート １９ｄ…タンデム溶接制御部 ２０…ティーチングボックス Ｗ１，Ｗ２…ワーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、教示再生型溶接ロボットに２電極一体型トーチあるいは２つの単電極トーチを搭載して、溶接ワイヤを消耗電極とする第１電極と第２電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、ガスシールド溶接法にてタンデムアーク溶接を行うタンデムアーク自動溶接システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械メーカーや、橋梁メーカーなどの鋼の厚板溶接を行う分野では、さらに低コスト化を図るために、高能率な溶接施工技術が強く求められている。タンデムアーク溶接法は、このような要請に応えるための溶接技術であり、溶接ワイヤを消耗電極とする先行電極と後行電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、各々の電極からガスシールドアークを発生させて溶接を行うものである。このタンデムアーク溶接法は、単電極によるアーク溶接に比較して溶着量（ワイヤ溶融量）が大幅に多く、高能率な溶接を可能とするものである。
【０００３】
ところで、教示再生型溶接ロボットを備えた溶接システムでは、一般に、溶接ロボット１台に対して１つのトーチを搭載し、ロボット制御装置により溶接電源１台を制御する構成となっている。このため、従来のタンデムアーク自動溶接システムは図１２に示すように構成されていた。
【０００４】
図１２は教示再生型溶接ロボットを用いた従来のタンデムアーク自動溶接システムの全体構成を示す図である。同図に示すように、このタンデムアーク自動溶接システムは、２電極一体型トーチ５１と、手首部に該トーチ５１を取り付けた多関節の教示再生型溶接ロボット５２と、２電極一体型トーチ５１に溶接ワイヤからなる先行電極５３を送給する先行電極用ワイヤ送給装置５５と、該先行電極５３に給電を行う先行電極用溶接電源５７と、２電極一体型トーチ５１に溶接ワイヤからなる後行電極５４を送給する後行電極用ワイヤ送給装置５６と、該後行電極５４に給電を行う後行電極用溶接電源５８と、この後行電極用溶接電源５８に後行電極５４の溶接電流設定値・溶接電圧設定値を設定し指令する溶接条件設定ボックス（遠隔操作箱）６１と、ロボット制御装置５９と、ティーチングボックス６０とから構成されている。
【０００５】
前記２電極一体型トーチ５１は、ジャケットにより、先行電極用トーチ銃身と後行電極用トーチ銃身とを溶接方向に所定間隔を隔てて配置しこれらを一体に包囲して保持し、このジャケットの先端に共通の１つのシールドノズルを取り付けてなるものであり、シールドガスを溶接部に向かって噴出させるとともに、各ワイヤ送給装置５５，５６から送られてくる各電極５３，５４にそれぞれ通電してアークを発生させるようになっている。ロボット制御装置５９は、溶接ロボット５２の動作制御、溶接電源専用ポート５９ａからの先行電極用溶接電源５７へのアークオン・オフや溶接電流設定値・溶接電圧設定値の指令、同じく溶接電源専用ポート５９ａからの後行電極用溶接電源５８へのアークオン・オフの指令などを行うものである。また、ティーチングボックス６０は、教示の際にはワークの溶接線について溶接線始点や溶接線終点などを教示してこれらの情報をロボット制御装置５９に入力したり、先行電極の溶接電流設定値・溶接電圧設定値や、溶接速度などの溶接条件を設定してロボット制御装置５９に入力したりするためのものである。
【０００６】
このように構成されるタンデムアーク自動溶接システムにおいては、溶接ロボット５２に２電極一体型トーチ５１あるいは２つの単電極トーチを搭載してタンデムアーク溶接を行うに際には、先行電極５３についてはロボット制御装置５９の指令によりアークオン・オフや溶接条件（溶接電流・溶接電圧）が制御され、一方、後行電極５４についてはロボット制御装置５９からの指令により単に先行電極５３と同時にアークオン・オフがなされ、溶接条件設定ボックス６１により溶接条件が設定されるようになされている。そして、このように２つの電極５３，５４の役目が先行用，後行用としてそれぞれ固定されているため、溶接方向を逆にする場合には、その溶接方向において先行電極５３が後行電極５４より先行する位置になるようにトーチを機械的に１８０°回転させて電極位置を反転させるようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のタンデムアーク自動溶接システムでは、２つの電極の役目が先行用，後行用としてそれぞれ固定されているため、溶接方向を逆にする場合にはトーチを機械的に１８０°回転させて電極位置を反転させる必要があった。このため、トーチケーブルがねじられて、ワイヤ（電極）送給不良が発生し易く、また、溶接線に対するワイヤ先端のねらい位置のずれが発生し易く、溶接不良となることがしばしば発生した。
【０００８】
また、２つの電極が同時にアークオン、また、同時にアークオフされるので、溶接線の始終端部において電極間距離に相当する部分では２つのアークによって溶接ビードが形成できず、溶接線全長にわたって溶着量一定の溶接ビードが得られ難かった。
【０００９】
そして厚板溶接を行う分野では、図１３にその一例を示すように、溶接線ＷＬの始端部と終端部とにトーチの通過を妨げる干渉部材（側板）Ｓ１，Ｓ２が存在する構造のワークが相当多くあり、このようなワークについても、溶接線始点Ｐｓから溶接線終点Ｐｅまでの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができるようにしたタンデムアーク自動溶接システムが必要とされている。
【００１０】
本発明はこのような事情の下になされたもので、本発明の目的は、教示再生型溶接ロボットを用いてワークの溶接線をタンデムアーク溶接するに際し、従来と違って、２つの電極の役目が固定されたものでなく２つの電極に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定してその溶接条件を指令することができて、溶接方向を逆にする場合でもトーチを機械的に１８０°回転させることなくタンデムアーク溶接を行うことができ、また、溶接線の始端部と終端部とに干渉部材が存在するワークであっても溶接線始点から溶接線終点までの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができるようにしたタンデムアーク自動溶接システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、教示再生型溶接ロボットに２電極一体型トーチあるいは２つの単電極トーチを搭載して、溶接ワイヤを消耗電極とする第１電極と第２電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、ガスシールド溶接法にてタンデムアーク溶接を行う自動溶接システムにおいて、予め、第１電極先行・第２電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第２電極先行・第１電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第１電極単独の１つのアークによるシングル溶接モード及び第２電極単独の１つのアークによるシングル溶接モードのうちから溶接順序に合わせて所要の溶接モードを選択する溶接モード選択手段と、前記選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替える溶接モード切替手段とを備え、さらに、前記タンデム溶接モードから前記シングル溶接モードに切り替わったときに消弧させた電極をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻す電極自動退避手段を備えていることを特徴とするタンデムアーク自動溶接システムである。
【００１２】
請求項２の発明は、教示再生型溶接ロボットに２電極一体型トーチあるいは２つの単電極トーチを搭載して、溶接ワイヤを消耗電極とする第１電極と第２電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、ガスシールド溶接法にてタンデムアーク溶接を行う自動溶接システムにおいて、予め、第１電極先行・第２電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第２電極先行・第１電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第１電極単独の１つのアークによるシングル溶接モード及び第２電極単独の１つのアークによるシングル溶接モードのうちから溶接順序に合わせて所要の溶接モードを選択する溶接モード選択手段と、前記選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替える溶接モード切替手段とを備え、さらに、前記タンデム溶接モードの場合、前記第１電極と前記第２電極のうちの先行電極となる電極の溶接電流に基づいてアーク倣いを行うアーク倣い手段を備えていることを特徴とするタンデムアーク自動溶接システムである。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
本願請求項１、２の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによれば、溶接線が形成されたワークに応じて、溶接モード選択手段により、第１電極を先行電極とするタンデム溶接モード（右行きタンデム溶接モード）、第２電極を先行電極とするタンデム溶接モード（左行きタンデム溶接モード）、第１電極単独のシングル溶接モード、第２電極単独のシングル溶接モードのうちから、所要の溶接モードを溶接順序に従って選択し、溶接モード切替手段により、これらの選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替えるようにしたので、第１電極と第２電極との役目が固定されたものでなく、これら２つの電極に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定してその溶接条件を指令することができて、溶接方向を逆にする場合でもトーチを機械的に１８０°回転させることなくタンデムアーク溶接を行うことができる。
【００１７】
また、このように４つの溶接モードうちから所要溶接モードを溶接順序に従って選択し、これらの選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替えるようにしたので、溶接方向と、溶接線の始端部と終端部におけるトーチに対する干渉部材の有無とに対応して、２つのうち一方のタンデム溶接モードと、第１電極単独のシングル溶接モード及び／又は第２電極単独のシングル溶接モードとを組み合わせることにより、溶接線始点から溶接線終点までの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができる（図４，図７参照）。
【００１８】
本願発明によるタンデムアーク自動溶接システムにおいては、２つの電極の電極間距離を例えば１５ｍｍ程度に接近させており、タンデム溶接モードでは各々発生させた２つのアークで１つの溶融プールを形成させて溶接が行われる。このような溶接では、タンデム溶接モードからシングル溶接モードに切り替わったとき、タンデム溶接モードでの大きな溶融プールがアーク力が半減することによって盛り上がるので、アークオフさせた電極が溶融プール（溶接ビード）に溶着することを防止する必要がある。
【００１９】
そこで、請求項１の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによれば、電極自動退避手段により、タンデム溶接モードからシングル溶接モードに切り替わったときにアークオフさせた（消弧させた）電極を、チップ先端へ向かって所定長さ引き戻すようにしているので、タンデム溶接モードからシングル溶接モードへの切り替え時におけるアークオフさせた電極の溶着（ワイヤスティック）を防止することができる。
【００２０】
また、電極溶着検知手段を備えたものでは、電極溶着検知手段により、溶接終了後の第１電極と第２電極の溶着（ワイヤスティック）の有無を検知し、少なくともいずれか一方の電極が溶着している場合には以後の再生動作を一時停止する指令を出力するようにしたので、電極が溶着した状態でトーチが移動されることがなく、このようなときに発生するトーチ破損を防止することができる。
【００２１】
溶接ロボットを用いる自動溶接システムでは、溶接開始に先立ってワークごとにその溶接位置（溶接線始点及び／又は溶接線終点）を検出して、予め教示されているトーチ移動経路（教示溶接線）を補正することが行われている。タッチセンシングは、ワークの前記溶接位置を検出するための公知技術であって、トーチのチップ先端から電極（溶接ワイヤ）を所定長さ突き出させ、該電極とワークとの間にセンシング電圧を印加し、センシング開始位置からトーチをワークに向けて移動させ、電極とワークとの接触による電圧低下に基づいて電極のワークへの接触を検出する動作を所定順序で行うことによってワークの溶接位置を検出するものである。ところが、２つの電極を用いる自動溶接システムでは、いずれか一方の電極によるタッチセンシングを行う際に、水冷式の２電極一体型トーチを用いている場合、冷却水によるリークに起因してセンシング電圧が両方の電極に同時に印加されるため、タッチセンシングを行わない方の電極がワークに接触することで誤検出を引き起こすことになる。
【００２２】
そこで、タッチセンシング手段を備えたものでは、タッチセンシング手段により、第１電極又は第２電極によるタッチセンシングを行う際に、タッチセンシングを行わない方の電極をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻し、しかる後、タッチセンシングを行うようにしたので、タッチセンシングを行わない方の電極に起因する誤った位置情報の検出を防止することができる。
【００２３】
アーク倣いは、溶接時にアーク自身をセンサとし、電極（溶接ワイヤ）を支持するトーチを溶接線に倣わせるようにした公知技術であって、例えば、トーチを溶接線と交差する左右方向にウィービングさせてそのとき流れる溶接電流を検出し、該溶接電流の変化に基づいて溶接線に対するトーチの位置ずれを修正するようにしたものである。溶接ロボットを用いる自動溶接システムにおけるアーク倣いは、アークを発生させてトーチを進行させながら、予め教示されているトーチ移動経路（教示溶接線）と実際の溶接線との位置ずれを検出し、この位置ずれを解消するように前記教示されたトーチ移動経路を修正（補正）し、この修正したトーチ移動経路にトーチを倣わせ、これによってトーチを実際の溶接線に倣わせるようにしたものである。ここで、タンデムアーク溶接では、先行電極となる電極に流れる溶接電流波形（溶接電流の変化）の方が後行電極に比べて開先形状（溶接線の状態）を忠実に反映していることから、先行電極となる電極の溶接電流を検出してアーク倣いを行う必要がある。
【００２４】
そこで、請求項２のタンデムアーク自動溶接システムによれば、アーク倣い手段により、タンデム溶接モードの場合、先行電極となる電極の溶接電流に基づいてアーク倣いを行うようにしたので、精度良く溶接線の倣いを行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態によるタンデムアーク自動溶接システムの全体構成を示す図である。
【００２６】
図１に示すように、このタンデムアーク自動溶接システムは、２電極一体型トーチ１１と、手首部に２電極一体型トーチ１１を取り付けた多関節（６軸）の教示再生型溶接ロボット１２と、２電極一体型トーチ１１に溶接ワイヤからなる第１電極１３を送給する第１電極用ワイヤ送給装置１５と、該第１電極１３に給電を行う第1電極用溶接電源１７と、２電極一体型トーチ１１に溶接ワイヤからなる第２電極１４を送給する第２電極用ワイヤ送給装置１６と、該第２電極１４に給電を行う第２電極用溶接電源１８と、ロボット制御装置１９と、ティーチングボックス２０とにより構成されている。なお、第1電極用溶接電源１７には、タッチセンシングを行う際に第１電極１３とワーク間にセンシング電圧を印加するためのセンシング電源が内蔵されている。同様に、第２電極用溶接電源１８には、第２電極１４とワーク間にセンシング電圧を印加するためのセンシング電源が内蔵されている。
【００２７】
ロボット制御装置１９は、溶接ロボット１２の動作制御と、溶接電源１７，１８に対するアークオン・オフや溶接電流設定値・溶接電圧設定値の指令、電極自動退避処理、電極溶着検知処理、タッチセンシング処理、及びアーク倣いなどの溶接制御とを行うものである。
【００２８】
ロボット制御装置１９は、ＣＰＵにより構成される中央処理部（図示せず）と、中央処理部で実行される各種制御プログラムが格納されたＲＯＭ及び教示データなどが格納されるＲＡＭからなる記憶部（図示せず）とを備えている。また、ロボット制御装置１９は、溶接ロボット１２の各軸を駆動するための駆動制御回路（図示せず）と、中央処理部により読み出される先行電極用の溶接電流設定値・溶接電圧設定値の指令をタンデム溶接制御部１９ｄに出力する溶接電源専用ポート１９ａと、中央処理部から与えられる４つの溶接モード（第１電極１３先行・第２電極１４後行によるタンデム溶接モード、第２電極１４先行・第１電極１３後行によるタンデム溶接モード、第１電極１３単独によるシングル溶接モード及び第２電極１４単独によるシングル溶接モード）の指令をタンデム溶接制御部１９ｄに出力する汎用接点出力部１９ｂと、中央処理部により読み出される後行電極用の溶接電流設定値・溶接電圧設定値の指令をタンデム溶接制御部１９ｄに出力する汎用外部出力ポート１９ｃと、タンデム溶接制御部１９ｄとを備えている。
【００２９】
前記のタンデム溶接制御部１９ｄは、所定の制御プログラムを実行するＣＰＵを有し、前記汎用接点出力部１９ｂからの出力を監視して、溶接モードに対応して、先行電極として設定された電極（第１電極１３又は第２電極１４）に給電する溶接電源（第1電極用溶接電源１７又は第２電極用溶接電源１８）に前記溶接電源専用ポート１９ａからの指令を与えるとともに、後行電極として設定された電極に給電する溶接電源（第1電極用溶接電源１７又は第２電極用溶接電源１８）に前記汎用外部出力ポート１９ｃからの指令を与え、また、同じく汎用接点出力部１９ｂからの溶接モードの指令を監視して、所定の溶接電源１７，１８に対して電極をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻す指令を与えるものである。
【００３０】
また、前記ティーチングボックス２０は、教示の際に、ワークの溶接線について溶接線始点や溶接線終点などの位置情報や、前記４つの溶接モードのうちから溶接順序に合わせて選択した所要の溶接モード、また、該選択した溶接モードにおける溶接条件などをロボット制御装置１９に入力するためのものである。ティーチングボックス２０は、予め、前記４つの溶接モードのうちから溶接順序に合わせて所要の溶接モードを選択する溶接モード選択手段を構成している。
【００３１】
次に、本実施形態のタンデムアーク自動溶接システムによる溶接の制御について説明する。図２は本発明の自動溶接システムによってタンデムアーク溶接される鋼製のワークの一例であって、溶接線の始終端部に干渉部材のないワークＷ１を示す図である。図３は図２のワークにおいてティーチングボックス２０を用いて行う教示手順を説明するための図である。図４は図２のワークにおいてティーチングボックス２０を用いて行う教示手順を示すフローチャートである。
【００３２】
図３及び図４を参照しながら、前記ワークＷ１に対する教示の手順を説明する。なお、図３に示すように、同図における右側が第１電極１３、左側が第２電極１４である。まず、２電極一体型トーチ１１を移動して溶接線始点Ｐｓに第２電極１４先端を位置させて、溶接線始点Ｐｓを教示する（ステップＳ１０１）とともに、溶接モードとして先行の第２電極１４単独によるシングル溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行い（ステップＳ１０２）、さらにアークオン（溶接開始）命令コードの入力を行う（ステップＳ１０３）。次いで、２電極一体型トーチ１１を溶接方向に移動し、第２電極１４先端が溶接線始点Ｐｓより電極間距離Ｄ移動した点Ｐ１を教示する（ステップＳ１０４）とともに、溶接モードとして第２電極１４先行・第１電極１３後行によるタンデム溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行う（ステップＳ１０５）。
【００３３】
そして次に、２電極一体型トーチ１１を溶接方向に移動して溶接線終点Ｐｅに第２電極１４先端を位置させて、溶接線終点Ｐｅを教示する（ステップＳ１０６）とともに、後行の第１電極１３単独によるシングル溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行う（ステップＳ１０７）。次いで、２電極一体型トーチ１１をさらに移動して、後行の第１電極１３が溶接線終点Ｐｅに到達したときの第１電極１３先端位置を教示する（ステップＳ１０８）とともに、アークオフ（溶接終了）命令コードの入力を行う（ステップＳ１０９）。最後に、２電極一体型トーチ１１を退避位置に移動して該退避点の教示を行う（ステップＳ１１０）。
【００３４】
このように、溶接線の始終端部に干渉部材がないワークの場合は、前記のように教示を行い、２つの電極１３，１４に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定し、先行電極のアークオン・アークオフの位置と、後行電極のアークオン・アークオフの位置とが同一になるように溶接を行うことにより、従来と違って、溶接線始点Ｐｓから溶接線終点Ｐｅまでの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができる。なお、前記のように教示された情報を組み入れた溶接制御プログラムにより、ティーチングボックス２０によって選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替える溶接モード切替手段が実現されている。
【００３５】
図５は本発明の自動溶接システムによってタンデムアーク溶接される鋼製のワークの一例であって、溶接線の始端部と終端部に干渉部材（側板）が存在するワークＷ２を示す図である。図６は図５のワークにおいてティーチングボックス２０を用いて行う教示手順を示すフローチャートである。図７は図６に示す教示手順を説明するための図である。
【００３６】
図６及び図７を参照しながら、前記ワークＷ２に対する教示の手順を説明する。なお、図７に示すように、同図における右側が第１電極１３、左側が第２電極１４である（図４と同じ）。まず、２電極一体型トーチ１１を移動して始端処理開始点Ｐ１に第２電極１４先端を位置させて、該始端処理開始点Ｐ１を教示する（ステップＳ２０１）とともに、溶接モードとして第２電極１４単独によるシングル溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行い（ステップＳ２０２）、さらにアークオン（溶接開始）命令コードの入力を行う（ステップＳ２０３）。
【００３７】
次いで、２電極一体型トーチ１１を移動し、溶接線始点Ｐｓに第２電極１４先端を位置させて、該溶接線始点Ｐｓを教示する（ステップＳ２０４）。この場合、干渉部材に２電極一体型トーチ１１が接触しないようにすべく第２電極１４のトーチ角度を前進角とした状態で教示を行い、このトーチ角度についても教示データとして入力する。しかる後、トーチ移動方向を反転して溶接方向に移動し、タンデム溶接開始点Ｐ２に第１電極１３先端を位置させて、該タンデム溶接開始点Ｐ２を教示する（ステップＳ２０５）とともに、第１電極１３先行・第２電極１４後行によるタンデム溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行う（ステップＳ２０６）。この場合、溶接線上におけるこのタンデム溶接開始点Ｐ２と前記始端処理開始点Ｐ１は、始端処理溶接部とタンデム溶接部とでの溶接ビード高さ（溶着高さ）を同じにする点から、溶接線始点Ｐｓからの距離が同じ位置に設定することがよい。また、このタンデム溶接開始点Ｐ２では第２電極１４のトーチ角度はタンデム溶接時トーチ角度に戻される。
【００３８】
そして次に、タンデム溶接終了点Ｐ３に第２電極１４先端を位置させて、該タンデム溶接終了点Ｐ３を教示する（ステップＳ２０７）とともに、溶接モードとして第１電極１３単独によるシングル溶接モードの指定とその溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度など）の設定を行う（ステップＳ２０８）。しかる後、溶接線終点Ｐｅに第１電極１３先端を位置させて、該溶接線終点Ｐｅを教示する（ステップＳ２０９）。この場合、干渉部材に２電極一体型トーチ１１が接触しないようにすべく第１電極１３のトーチ角度を前進角とした状態で教示を行い、このトーチ角度についても教示データとして入力する。次に、トーチ移動方向を反転して終端処理終了点Ｐ４に第１電極１３先端を位置させて、該終端処理終了点Ｐ４を教示する（ステップＳ２１０）とともに、アークオフ（溶接終了）命令コードの入力を行う（ステップＳ２１１）。この場合、この終端処理終了点Ｐ４と前記タンデム溶接終了点Ｐ３は、終端処理溶接部とタンデム溶接部とでの溶接ビード高さ（溶着高さ）を同じにする点から、溶接線終点Ｐｅからの距離が同じ位置に設定することがよい。最後に、２電極一体型トーチ１１を退避位置に移動して該退避点の教示を行う（ステップＳ２１２）。
【００３９】
このように、溶接線の始端部と終端部に干渉部材が存在するワークの場合は、前記のように教示を行い、２つの電極１３，１４に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定し、溶接線の始端部において２電極一体型トーチ１１を往復走行させて該始端部に近い方の第２電極１４によるシングル溶接を行い、次いでこのシングル溶接を切り替えて本溶接部分では２つの電極１３，１４によるタンデム溶接を行い、しかる後、このタンデム溶接を切り替えて溶接線の終端部においてトーチ１１を往復走行させて該終端部に近い方の第１電極１３によるシングル溶接を行うことにより、溶接線始点Ｐｓから溶接線終点Ｐｅまでの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができる。
【００４０】
図８は図１のタンデムアーク自動溶接システムにおける電極自動退避処理を示すフローチャートである。
【００４１】
電極自動退避処理について説明すると、溶接モード監視ループから出発し、再生動作中において、タンデム溶接モードからシングル溶接モードに切り替わった否かを判断する（ステップＳ３０１）。シングル溶接モードに切り替わった場合は、アークオフさせた電極（第１電極１３又は第２電極１４）の溶接電源に対して該電極を逆インチングしてチップ先端へ向かって引き戻す指令を与えて、該電極の突出し長さを溶接時の設定突出し長さ（例えば、径１．２ｍｍφの電極では２５ｍｍ）の約半分の長さにする（ステップＳ３０２）。
【００４２】
これがこのタンデムアーク自動溶接システムに備えられている電極自動退避機能であり、タンデム溶接制御部１９ｄにて実行されるようになっている。このような電極自動退避機能を備えているので、タンデム溶接モードからシングル溶接モードへの切り替え時におけるアークオフさせた電極の溶着（ワイヤスティック）を防止することができる。
【００４３】
図９は図１のタンデムアーク自動溶接システムにおける電極溶着検知処理を示すフローチャートである。
【００４４】
電極溶着検知処理について説明すると、スティック（溶着）チェックループから出発し、再生動作中において、第１電極１３と第２電極１４がともにアークオフしたか否かを判断する（ステップＳ４０１）。両電極１３，１４ともアークオフしたときは、各電極１３，１４について電極とワーク間電圧を検出することにより溶着の有無を調べ（ステップＳ４０２）、少なくともいずれか一方の電極が溶着しているか否かを判断する（ステップＳ４０３）。少なくともいずれか一方の電極の溶着が発生している場合には、以後の再生動作を一時停止する指令を出力する（ステップＳ４０４）。
【００４５】
これがこのタンデムアーク自動溶接システムに備えられている電極溶着検知機能であり、タンデム溶接制御部１９ｄにて実行されるようになっている。このような電極溶着検知機能を備えているので、溶接終了後において電極１３，１４が溶着した状態でトーチが移動されることがなく、よってトーチ破損を防止することができる。
【００４６】
図１０は図１のタンデムアーク自動溶接システムにおけるタッチセンシング処理を示すフローチャートである。
【００４７】
タッチセンシング機能について説明すると、再生動作中のタッチセンシングループから出発し、まず、第１電極１３でタッチセンシングを行うか否かを判断する（ステップＳ５０１）。第１電極１３によるタッチセンシングを行う場合（ステップＳ５０１でＹＥＳ）には、タッチセンシングを行わない方の第２電極１４をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻し（該電極の突出し長さを溶接時の設定突出し長さの約半分の長さにする）、しかる後に、第１電極１３によるタッチセンシングを行う（ステップＳ５０２）。一方、ステップＳ５０１でＮＯの場合はステップＳ５０３に進み、ここで第２電極１４でタッチセンシングを行うか否かを判断する。第２電極１４によるタッチセンシングを行う場合（ステップＳ５０３でＹＥＳ）には、タッチセンシングを行わない方の第１電極１３をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻し（該電極の突出し長さを溶接時の設定突出し長さの約半分の長さにする）、しかる後に、第２電極１４によるタッチセンシングを行う（ステップＳ５０４）。
【００４８】
これがこのタンデムアーク自動溶接システムに備えられているタッチセンシング機能であり、タンデム溶接制御部１９ｄ及び前記中央処理部にて実行されるようになっている。このようなタッチセンシング機能を備えているので、タッチセンシングを行わない方の電極に起因する誤った位置情報の検出を防止することができる。
【００４９】
図１１は図１のタンデムアーク自動溶接システムにおけるアーク倣い処理を示すフローチャートである。
【００５０】
アーク倣い処理について説明すると、再生動作中のアーク倣い監視ループから出発し、まず、先行電極が第１電極１３でアーク倣いを行うか否かを判断する（ステップＳ６０１）。第１電極１３によるアーク倣いを行う場合には（ステップＳ６０１でＹＥＳ）、第１電極１３の溶接電流を検出し、該溶接電流に基づいてアーク倣いを行う（ステップＳ６０２）。一方、ステップＳ６０１でＮＯの場合はステップＳ６０３に進み、ここで先行電極が第２電極１４でアーク倣いを行うか否かを判断する。第２電極１４によるアーク倣いを行う場合には（ステップＳ６０３でＹＥＳ）、第２電極１４の溶接電流を検出し、該溶接電流に基づいてアーク倣いを行う（ステップＳ６０４）。
【００５１】
これがこのタンデムアーク自動溶接システムに備えられているアーク倣い機能であり、タンデム溶接制御部１９ｄ及び前記中央処理部にて実行されるようになっている。このようなアーク倣い機能を備えているので、精度良く溶接線の倣いを行うことができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１、２の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによると、教示再生型溶接ロボットを用いてワークの溶接線をタンデムアーク溶接するに際し、従来と違って、２つの電極の役目が固定されたものでなく２つの電極に対して溶接方向に合わせて先行電極あるいは後行電極としての役目を設定してその溶接条件を指令することができ、溶接方向を逆にする場合でもトーチを機械的に１８０°回転させなくてすむのでトーチケーブルのねじれに起因する溶接不良がないタンデムアーク溶接を行うことができ、また、溶接線の始端部と終端部とに干渉部材が存在するワークであっても溶接線始点から溶接線終点までの溶接線全長にわたって溶着量一定の良好な溶接ビードを得ることができて、溶接残しや、手直しが発生せず、生産性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、請求項１の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによると、タンデム溶接モードからシングル溶接モードに切り替わったときにアークオフさせた電極をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻すようにした電極自動退避手段を備えているので、タンデム溶接モードからシングル溶接モードへの切り替え時におけるアークオフさせた電極の溶着を防止することができる。
【００５４】
【００５５】
【００５６】
また、請求項２の発明によるタンデムアーク自動溶接システムによると、タンデム溶接モードでは先行電極となる電極の溶接電流に基づいてアーク倣いを行うようにしたアーク倣い手段を備えているので、精度良く溶接線の倣いを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態によるタンデムアーク自動溶接システムの全体構成を示す図である。
【図２】 本発明の自動溶接システムによってタンデムアーク溶接されるワークの一例であって、溶接線の始終端部に干渉部材のないワークを示す図である。
【図３】 図２のワークにおいてティーチングボックスを用いて行う教示手順を説明するための図である。
【図４】 図２のワークにおいてティーチングボックスを用いて行う教示手順を示すフローチャートである。
【図５】 本発明の自動溶接システムによってタンデムアーク溶接されるワークの一例であって、溶接線の始端部と終端部に干渉部材（側板）が存在するワークを示す図である。
【図６】 図５のワークにおいてティーチングボックスを用いて行う教示手順を示すフローチャートである。
【図７】 図６に示す教示手順を説明するための図である。
【図８】 図１のタンデムアーク自動溶接システムにおける電極自動退避処理を示すフローチャートである。
【図９】 図１のタンデムアーク自動溶接システムにおける電極溶着検知処理を示すフローチャートである。
【図１０】 図１のタンデムアーク自動溶接システムにおけるタッチセンシング処理を示すフローチャートである。
【図１１】 図１のタンデムアーク自動溶接システムにおけるアーク倣い処理を示すフローチャートである。
【図１２】 教示再生型溶接ロボットを用いた従来のタンデムアーク自動溶接システムの全体構成を示す図である。
【図１３】 溶接線の始端部と終端部とに干渉部材が存在するワークの一例を示す図である。
【符号の説明】
１１…２電極一体型トーチ １２…教示再生型溶接ロボット １３…第１電極
１４…第２電極 １５…第１電極用ワイヤ送給装置 １６…第２電極用ワイヤ送給装置 １７…第1電極用溶接電源 １８…第２電極用溶接電源 １９…ロボット制御装置 １９ａ…溶接電源専用ポート １９ｂ…汎用接点出力部 １９ｃ…汎用外部出力ポート １９ｄ…タンデム溶接制御部 ２０…ティーチングボックス Ｗ１，Ｗ２…ワーク
Claims (2)
- 教示再生型溶接ロボットに２電極一体型トーチあるいは２つの単電極トーチを搭載して、溶接ワイヤを消耗電極とする第１電極と第２電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、ガスシールド溶接法にてタンデムアーク溶接を行う自動溶接システムにおいて、予め、第１電極先行・第２電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第２電極先行・第１電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第１電極単独の１つのアークによるシングル溶接モード及び第２電極単独の１つのアークによるシングル溶接モードのうちから溶接順序に合わせて所要の溶接モードを選択する溶接モード選択手段と、前記選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替える溶接モード切替手段とを備え、さらに、前記タンデム溶接モードから前記シングル溶接モードに切り替わったときに消弧させた電極をチップ先端へ向かって所定長さ引き戻す電極自動退避手段を備えていることを特徴とするタンデムアーク自動溶接システム。
- 教示再生型溶接ロボットに２電極一体型トーチあるいは２つの単電極トーチを搭載して、溶接ワイヤを消耗電極とする第１電極と第２電極とをワークの溶接線方向に所定の電極間距離を有して配置し、ガスシールド溶接法にてタンデムアーク溶接を行う自動溶接システムにおいて、予め、第１電極先行・第２電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第２電極先行・第１電極後行の２つのアークによるタンデム溶接モード、第１電極単独の１つのアークによるシングル溶接モード及び第２電極単独の１つのアークによるシングル溶接モードのうちから溶接順序に合わせて所要の溶接モードを選択する溶接モード選択手段と、前記選択された溶接モードを選択順に溶接中に切り替える溶接モード切替手段とを備え、さらに、前記タンデム溶接モードの場合、前記第１電極と前記第２電極のうちの先行電極となる電極の溶接電流に基づいてアーク倣いを行うアーク倣い手段を備えていることを特徴とするタンデムアーク自動溶接システム。
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