JP4831264B2 - 溶接方法および溶接システム - Google Patents

Description

本発明は、溶接ロボットシステムを複数使用し、それらに搭載された溶接電極を用いて１つの溶接線に対して同時溶接する溶接方法および溶接システムに関するものである。

従来、生産現場の溶接工程においては、溶接ロボットを導入して自動化や省人化が進められてきた。さらに、近年では、溶接工程の高効率化を狙って、消耗式溶接電極（すなわち、溶接ワイヤ）が溶融して母材に移行する量が多い、いわゆる高溶着溶接を行う傾向にある。高い溶接品質を保ったまま高溶着溶接を行うための溶接方法としては、溶接線上に２電極を並べて１プール２アーク溶接を行う、「タンデム溶接」が採用されることが多い。

２電極一体型のトーチ、または、近接して固定配置した２つの単電極トーチを以下の説明の便宜上、これらを総称して「タンデム溶接専用トーチ」と呼ぶ。タンデム溶接専用トーチを溶接ロボットに搭載し、必要な機器で構成した溶接システムにより、タンデム溶接を実際の生産の溶接工程に適用している（例えば、特許文献１参照）。

従来のタンデム溶接用に使用されるタンデム溶接専用トーチは、２つの電極の相対位置が固定されている。タンデム溶接専用トーチを溶接ロボットに搭載して溶接を行う溶接システムの場合、タンデム溶接を行うために溶接線上に沿って２つの電極を並べた状態とするため、ロボットの１つの自由度が拘束されてしまう。従って、ロボットとしての動作の自由度を下げてしまう。その結果、溶接部位でのロボットの姿勢に制約が生じ、溶接可能な範囲を狭めてしまうといった課題がある。これは、単電極トーチを搭載した溶接ロボットではなかった課題である。

また、タンデム溶接専用トーチを搭載したロボットでは、トーチ回りの寸法が大きくなることが避けられず、溶接対象物の近辺に障害物があるとそれに当たってしまう。そのため、そのような溶接対象物に対しては溶接を行うことができないといった課題がある。これも、従来の単電極トーチを搭載した溶接ロボットよりも顕著になった課題である。

これらの課題は、単電極トーチを搭載した溶接ロボットでは問題なく溶接できた部位（箇所）であったにもかかわらず、高効率化を目指してタンデムアーク溶接法を採用し、タンデム溶接専用トーチを搭載したために生じるものである。そのため溶接できる部位が減ってしまう事態を生み出す。

溶接ロボットを導入する際の本来の目的は、省人化や自動化である。しかし、溶接できない部分が残ってしまうと、そこは人手による溶接をせざるを得ない。そして、自動化できる部位の割合が減り、人手に頼る割合が増えてしまい、本来の目的に反する状況が生じてしまう。

さらに、タンデム溶接専用トーチでは、溶接中の２電極の位置関係が固定されているため、溶接対象である溶接継手の溶接線に対して各電極の位置は相対的に決まってしまう。そのため、各電極の位置を調整できる範囲は狭い。その上、２電極は同じように運棒（移動）するしかないので、溶接対象である継手に必要となる溶接を適正に行うための制約となっていた。

すなわち、溶接継手に対する電極の角度や突き出し長さを、片側の電極に関して変更すると、他方の電極についてもそれにつれて変わってしまい、各々を個別に適正に調整することはできない。

また、片側電極をウィービングすると、他方の電極も同じウィービングをせざるを得ない。ましてや、片方だけウィービングし、他方はウィービングしないということはできない。これは、対象の溶接継手に対する適正な溶接条件を決定するときの制約となり、タンデム溶接の難しさを助長する結果となっている。

これと同様な問題がアークセンサにもある。２つの電極の溶接電流や溶接電圧を用いてアークセンサ機能による溶接位置補正を行うことは現行でも可能である。しかし、タンデム溶接専用トーチの場合１台の溶接ロボットに２つの電極が搭載されているため、２つの電極について別個に位置補正を行うことはできない。

なお、タンデム溶接専用トーチでは、２電極の位置関係が固定されてはいるが、使用するにつれ若干の変形が生じることは避けられない。その場合、単に両電極の位置を同じように補正しただけでは、溶接ねらい位置がずれてしまう。

特許第４０８９７５５号公報

本発明は、複数のロボットが自由度が拘束されず、溶接可能範囲を狭めることがない溶接方法および溶接システムを提供するものである。

本発明の溶接方法は、単電極を用いて溶接を行う溶接ロボットを複数台使用して溶接を行う溶接方法であって、１台の溶接ロボットによる単電極の移動に他の溶接ロボットによる単電極の移動を追従させ、１台の溶接ロボットの単電極と他の溶接ロボットの単電極とが、同一溶接線に対して、同一方向に同時に溶接を行う構成を有する。

また、本発明の溶接システムは、単電極用の溶接用トーチを保持するマニピュレータと、予め記憶された動作プログラムに基づいて前記マニピュレータの動作を制御する制御装置と、単電極である溶接用ワイヤと溶接対象物との間に電力を供給する溶接電源装置を備えた溶接ロボットシステムを複数備えた溶接システムであって、１つの溶接ロボットシステムの１台のマニピュレータによる単電極の移動に他の溶接ロボットシステムのマニピュレータによる単電極の移動を追従させ、１台のマニピュレータの単電極と他のマニピュレータの単電極とが、同一溶接線に対して、同一方向に同時に溶接を行う構成を有する。

かかる構成によれば、複数のロボットがそれぞれ最適な姿勢で、自らの単電極の位置と姿勢を決めればよく、タンデム溶接専用トーチを用いる場合に比べてロボットの自由度が拘束されず、溶接可能範囲を狭めることがない。このため、ロボットの姿勢についての制約が解消する。

図１は、本発明の実施の形態１における溶接システムの概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１における消耗式溶接電極の動作を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１におけるプログラムの一例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１における補間処理のフローを示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１における消耗式溶接電極の他の動作を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態１におけるプログラムの他の例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１における溶接の具体例を示す図である。 図８Ａは、本発明の実施の形態２におけるウィービング処理のフローを示す図である。 図８Ｂは、本発明の実施の形態２におけるウィービング処理のフローを示す図である。 図９は、本発明の実施の形態２における溶接の具体例を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態２における溶接の他の具体例を示す図である。 図１１Ａは、本発明の実施の形態３におけるアークセンサ処理のフローを示す図である。 図１１Ｂは、本発明の実施の形態３におけるアークセンサ処理のフローを示す図である。

以下、本発明を実施の形態を用いて図を参照しながら説明する。しかし、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における溶接システムの概略構成を示す図である。図１は、同一機器による構成の溶接ロボットシステム２台で構成した例を示している。なお、構成する機器の仕様によっては溶接ロボットシステム相互の接続方法は異なる場合があり、図１の構成はあくまでも一例である。

また、図１では、説明の便宜上、２台の溶接ロボットシステムで構成した例を示しているが、必ずしも２台に限定するものではなく、３台以上のより多い溶接ロボットシステムで構成することも可能である。

なお、実用上の溶接システムでは、マニピュレータを搭載してマニピュレータの位置を移動させる移動装置や、溶接対象である母材を搭載してその姿勢を変えるポジショナや、母材を搭載するための冶具などを構成要素として有する場合が多い。しかし、本実施の形態の説明に関しては必要な要素ではなく、ここでは説明の簡単化のため省略している。

また、図１において、説明の都合上、一方の溶接ロボットシステムをａと呼ぶこととし、溶接ロボットシステムａの各部の符号には添え字ａを付す。また、他方の溶接ロボットシステムをｂと呼ぶこととし、溶接ロボットシステムｂの各部の符号には添え字ｂを付す。これにより２つの溶接ロボットシステムを区別して説明する。

先ず、溶接ロボットシステムａの構成について説明する。溶接ロボットシステムａは、マニピュレータ１１ａと溶接電源装置１２ａとを備えている。溶接電源装置１２ａに設けられているトーチ端子１２１ａには、ケーブル１２３ａが接続されている。溶接電源装置１２ａに設けられている母材端子１２２ａには母材Ｗが接続されている。マニピュレータ１１ａには、ワイヤ送給装置１４ａが取り付けられている。マニピュレータ１１ａは、制御装置１０ａにより動作が制御される。ケーブル１２３ａは、タッチセンサユニット１３ａを用いる場合にはこれを経由して、ワイヤ送給装置１４ａに設けられた給電端子１４１ａに接続される。このケーブル１２３ａは、タッチセンサユニット１３ａを用いない場合には直接給電端子１４１ａに接続される。

ワイヤ送給装置１４ａと単電極溶接トーチ１６ａは、トーチケーブル１５ａで接続されている。トーチケーブル１５ａの中を溶接ワイヤである消耗式溶接電極１８ａが通る。溶接対象物である母材Ｗに一端が接続されているケーブル１２４ａは、他端が溶接電源装置１２ａに設けられている母材端子１２２ａに接続されている。

溶接を行う際は、溶接電源装置１２ａにより消耗式溶接電極１８ａと母材Ｗとの間に電力を供給してアークを発生させる。アークが発生することにより、トーチ端子１２１ａから、消耗式溶接電極１８ａと母材Ｗを経由して、母材端子１２２ａにつながる溶接電流の回路を構成する。この溶接電流の回路に溶接電流が流れる。

また、溶接電源装置１２ａによりワイヤ送給装置１４ａを制御することにより、消耗式溶接電極１８ａが母材Ｗへ連続的に送給される。そして、マニピュレータ１１ａが制御装置１０ａにより動作を制御されることで、消耗式溶接電極１８ａが母材Ｗの溶接線に沿って移動する。このことによりアーク溶接が行われる。

制御装置１０ａは、図示しないメモリに予め記憶された動作プログラムに基づいてマニピュレータ１１ａの動作を制御する。さらに、制御装置１０ａは、溶接電源装置１２ａに溶接電流や溶接電圧などの指令を与える。溶接電源装置１２ａは、その指令に応じて溶接電流や溶接電圧を制御する。

アークセンサ１７ａは、溶接電源装置１２ａの内部または上記した溶接電流の回路のいずれかの部位で計測した溶接電流／溶接電圧に、制御装置１０ａの要求に応じて計測データに所定の処理を加えて溶接線からのずれに相当するデータに変換し、制御装置１０ａに送る。制御装置１０ａは、受信した溶接線からのずれに相当するデータに基づいてマニピュレータ１１ａの動作を制御し、溶接線からのずれを修正する。なお、アークセンサ１７ａは、必ずしも用いる必要はないが、本実施の形態では用いている。

なお、溶接ロボットシステムｂは、溶接ロボットシステムａと共通の母材Ｗに対して溶接を行うものであり、溶接ロボットシステムａと同一の構成を有している。従って、溶接ロボットシステムｂを構成する個々の機器の説明は省略する。

また、図１において、制御装置１０ａと制御装置１０ｂとは、ロボット間通信ケーブルＸで接続されている。

本実施の形態では、従来のタンデムアーク溶接と同じように、２つの消耗式溶接電極１８ａ、１８ｂを溶接線上に溶接進行方向に近接して並べるように配置させるためには、溶接進行方向に対して、一方が先行し、他方が後行している状態で、溶接進行方向に移動しながら両方の消耗式溶接電極１８ａ、１８ｂにアークを発生させる。すなわち、図１の構成において、例えば一方の溶接ロボットシステムａのマニピュレータ１１ａによる単電極溶接トーチ１６ａ内の消耗式溶接電極１８ａの移動に、他方の溶接ロボットシステムｂのマニピュレータ１１ｂによる単電極溶接トーチ１６ｂ内の消耗式溶接電極１８ａの移動を追従させる。消耗式溶接電極１８ａと母材Ｗとの間に発生するアークと消耗式溶接電極１８ｂと母材Ｗとの間に発生するアークの、これら２つのアークにより１つの溶融プールを形成しながら溶接を行う。これにより、従来のタンデム溶接のような溶接を行うことができる。

次に、図１に示す溶接システムの動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態における消耗式溶接電極の動作を示す図である。なお、図２では、図１に示す溶接ロボットシステムａが溶接進行方向に対して先行となり、溶接ロボットシステムｂが溶接進行方向に対して後行となる場合について説明する。

図２において、Ｐ２１０、Ｐ２１１、Ｐ２１２およびＰ２１３は、１つの溶接線の溶接を行う場合に、溶接線の溶接の前後における消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂのプログラムされた位置を時系列的に示している。

図２において、図１の制御装置１０ａと制御装置１０ｂにプログラムの実行開始信号が入力されると、マニピュレータ１１ａとマニピュレータ１１ｂが動作を開始し、やがて、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂはＰ２１０で示す位置に到達する。この位置は、溶接を行う前の時点の位置であり、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂは別々の座標位置にある。マニピュレータ１１ａとマニピュレータ１１ｂの動作が続いて、Ｐ２１１に示すように消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂは、溶接線Ｌ上に到達して、ある間隔をおいて近接する。その後、両方とも溶接を開始してアークを発生し（Ｐ２１１は溶接始点位置）、各々に指定された溶接条件で溶接を行う。消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂは、溶接条件として指定された溶接速度で溶接線Ｌに沿って移動する。消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂがＰ２１２の位置に到達すると、両方の溶接ロボットシステムとも溶接を終了する。その後、溶接線Ｌから退避移動をし、Ｐ２１３に示すように、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂは空中で別々の離れた位置に移動する。

このような動作を行うための動作プログラムの一例を、ＰＲＧ２として図３に示す。なお、このプログラムは、例えば制御装置１０ａまたは制御装置１０ｂ内に記憶されるものである。

図３において、命令Ｌ２０１は、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂとがＰ２１０で示す位置に移動することを指令するものである。命令Ｌ２０２は、溶接を行う際に使用する溶接条件を指定するものである。命令Ｌ２０３は、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂがＰ２１１で示す位置に移動することを指令するものである。命令Ｌ２０４は、先行電極である消耗式溶接電極１８ａが溶接を開始することを指令するものである。命令Ｌ２０５は、後行電極である消耗式溶接電極１８ｂが溶接を開始することを指令するものである。命令Ｌ２０６は、２つの消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂの２つの電極がＰ２１２で示す位置に移動することを指令するものである。命令Ｌ２０７は、先行電極である消耗式溶接電極１８ａが、溶接を終了することを指令するものである。命令Ｌ２０８は、後行電極である消耗式溶接電極１８ｂが溶接を終了することを指定するものである。命令Ｌ２０９は、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂの２つの電極が、Ｐ２１３で示す位置に移動することを指令するものである。

ここで、Ｐ２１０、Ｐ２１１、Ｐ２１２、Ｐ２１３は、溶接ロボットの動作としてプログラムされている教示ポイントを表している。各教示ポイントは、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂの２つの電極のそれぞれの位置を特定するために必要なデータで構成されている。なお、この電極の位置を特定するために必要なデータとしては、マニピュレータの取り付け位置を中心に置いた直交座標系（ロボット座標系と呼ぶ）における消耗式溶接電極の座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とオイラ角（φ、θ、ψ）の組みせ、あるいは、マニピュレータを構成する各軸の位置データの組などで表すものなどがある。また、このほかに、シフト軸やポジショナ軸がある場合は、それらの位置データを含む。しかし、本実施の形態においては、どのような表現形式を使用しても良い。

次に、図４に示すフローチャートを用いて、１つの教示点から次の教示点まで移動するための一単位の補間処理について説明する。例えば、補間の開始位置が図２に示すＰ２１１の位置であり、終了位置が図２に示すＰ２１２である場合の補間処理である。なお、先に述べたように、ここでは、Ｐ２１１は溶接始点位置、Ｐ２１２は溶接終点位置である。

図４に示すフローチャートに従って行われる処理は、一方の制御装置で行うものであり、その溶接ロボットシステムをマスタと呼び、他方の溶接ロボットシステムをスレーブと呼ぶことにする。マスタで処理を行うため、プログラムおよび溶接条件等のパラメータは、マスタの制御装置の図示しないメモリ内に格納されている。マスタとスレーブとの違いは、制御を主となって行うものと、それに従うものという役割の違いであるが、予め決めてさえおけば、どちらの溶接ロボットシステムもマスタにもスレーブにもすることができる。そして、機器の仕様上に本質的違いは必要ない。本実施の形態では、溶接ロボットシステムａをマスタ、溶接ロボットシステムｂをスレーブとして説明する。さらに、溶接制御上、マスタが先行であっても後行であっても、確定していればどちらでもかまわない。これはプログラム内の命令で設定できるが、それがない場合のデフォルトは、マスタが先行となる。ここでは、先行がマスタ、すなわち溶接ロボットシステムａであるものとして説明する。

図４に示すフローチャートの処理としては、Ｓ０１０からＳ２９０までが示されている。そして、処理の間、図４の左側に示しているように、図示しないメモリからプログラムおよび溶接条件等のパラメータを読み込んで、処理を進め、Ｓ２６０とＳ２７０で図４の右側に示した２つの溶接ロボットシステムの駆動系への動作指令を行っている。メモリから読み込む溶接条件は、マスタ教示ポイント、スレーブ教示ポイント、溶接電流、溶接電圧、溶接ワイヤ送給速度などである。溶接ロボットシステムの駆動系への動作指令は、マスタロボットの駆動機構およびスレーブロボットの駆動機構へ出力される。

図４において、まず、プログラムに登録されたマスタの教示ポイントおよび溶接条件として指定された溶接速度などを使って、マスタの補間動作のために必要な初期計算を行う（Ｓ０１０）。この計算の中で、全補間回数Ｎを計算している。また、その後の補間位置計算の回数をカウントする補間カウンタｎをゼロリセットしている。

次に、プログラムに登録されたスレーブの教示ポイントおよび溶接速度などを使って、スレーブの補間動作のために必要な初期計算を行なう（Ｓ０２０）。全補間回数Ｎは与えられた値として行う。これにより、マスタとスレーブの補間動作が同じ全補間回数、つまり、同じ時間の間に行なわれる。

次に、Ｓ０５０からＳ０７０の間で、補間位置を算出している。まず、補間回数をインクリメントした後（Ｓ０５０）、更新された補間回数と先に求めた補間初期計算の結果を使って、マスタの補間位置を算出する（Ｓ０６０）。その後、同じようにスレーブの補間位置を算出する（Ｓ０７０）。

次に、Ｓ０６０で計算されたマスタの補間位置をマスタロボットの駆動機構へ駆動指令として出力する（Ｓ２６０）。次に、Ｓ０７０で計算されたスレーブの補間位置をスレーブの駆動機構へ駆動指令として出力する（Ｓ２７０）。

この一連の処理はマスタである溶接ロボットシステムａで行うので、スレーブである溶接ロボットシステムｂの駆動機構への指令は、ロボット間通信ケーブルＸを介してマスタからスレーブへ送られる。スレーブでは、それを受け取り、その指令に従って自らの駆動系を動作させる。

次に、補間カウンタｎが全補間回数Ｎより大きいかどうかを判断し（Ｓ２８０）、補間カウンタｎが全補間回数Ｎより大きくない場合、すなわち補間カウンタｎが全補間回数Ｎ未満のときは（Ｓ２８０のＮｏ）、Ｓ０５０に戻り、補間計算を繰り返す。これにより、溶接の始点位置（Ｐ２２１）から順次、溶接の終点位置（Ｐ２１２）に向かう動作を実現する。

Ｓ２８０で補間カウンタｎが全補間回数Ｎの場合（Ｓ２８０のＹｅｓ）、終点位置に到着したときの処理を行い、一単位としての補間動作を終了する（Ｓ２９０）。

実際の動作では、この１単位の補間動作の前後および途中に溶接制御が行われる。溶接制御は、プログラム内の命令で指定された溶接条件の設定内容に従って、溶接の開始／終了の指令や、図４の左側に示すように、溶接電流／溶接電圧の指令、溶接ワイヤ送給速度の指令などを溶接電源装置へ送る。

上記のように、プログラムおよび溶接条件等のパラメータはすべてマスタである溶接ロボットシステムａの制御装置１０ａのメモリ内にあるので、スレーブである溶接ロボットシステムｂの溶接電源装置１２ｂへの指令は、ロボット間通信ケーブルＸを介してマスタ（溶接ロボットシステムａ）からスレーブ（溶接ロボットシステムｂ）へ送られる。スレーブではそれを受け取り、その指令に従って溶接電源装置１２ｂに指令する。

本実施の形態における、別の動作例を図５に、そのプログラム例を図６に示す。図２と図３の場合と異なる主な点は、両電極による同時溶接と一方の電極だけによる溶接をきりかえる点である。

図５において、Ｐ１０１０、Ｐ１０１１、Ｐ１０１２、Ｐ１０１３、Ｐ１０１４、およびＰ１０１５は、１つの溶接線Ｌに対する溶接およびその溶接の前後の消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂのプログラムされた位置を時系列的に示している。

図５において、制御装置１０ａと制御装置１０ｂにプログラムの実行開始信号が入力され、マニピュレータ１１ａとマニピュレータ１１ｂが動作を開始すると、やがて、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂはＰ１０１０の位置に到達する。このように、溶接を行う前の時点では、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂは、Ｐ１０１０に示すように別々の位置にある。

その後、動作を続けて、Ｐ１０１１に示すように消耗式溶接電極１８ａが溶接線Ｌ上に到達し、消耗式溶接電極１８ｂは、溶接線Ｌ近傍の空中まで到達する。ここで、消耗式溶接電極１８ａのみが溶接を開始してアークを発生する。そして、消耗式溶接電極１８ａのみで溶接を進め、Ｐ１０１２で、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂは溶接線Ｌ上で近接する。ここで、消耗式溶接電極１８ｂも溶接を開始してアークを発生する。

両電極で溶接を進めるが、やがて、Ｐ１０１３に到達すると、消耗式溶接電極１８ａのみが溶接を終了する。その後、消耗式溶接電極１８ｂのみが溶接を行い、溶接線上を移動する一方で、消耗式溶接電極１８ａは空中に退避する。これがＰ１０１４の位置である。ここで、消耗式溶接電極１８ｂも溶接を終了する。

その後、Ｐ１０１５のように、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂは、空中で別々の離れた位置に移動する。

このような動作を行うための動作プログラムの一例を、ＰＲＧ１０として図６に示す。なお、このプログラムは、例えば制御装置１０ａ内に記憶されるものである。

図６において、命令Ｌ１００１は、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂとがそれぞれＰ１０１０で示す位置に移動することを指令するものである。命令Ｌ１００２は、溶接を行う際に使用する溶接条件を指定するものである。命令Ｌ１００３は、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂがＰ１０１１で示す位置に移動することを指令するものである。命令Ｌ１００４は、先行電極である消耗式溶接電極１８ａが溶接を開始することを指令するものである。命令Ｌ１００５は、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂがＰ１０１２で示す位置に移動することを指令するものである。命令Ｌ１００６は、後行電極である消耗式溶接電極１８ｂが溶接を開始することを指令するものである。命令Ｌ１００７は、２つの消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂの２つの電極がＰ１０１３で示す位置に移動することを指令するものである。命令Ｌ１００８は、先行電極である消耗式溶接電極１８ａが、溶接を終了することを指令するものである。命令Ｌ１００９は、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂの２つの電極が、Ｐ１０１４で示す位置に移動することを指令するものである。命令Ｌ１０１０は、後行電極である消耗式溶接電極１８ｂが溶接を終了することを指令するものである。命令Ｌ１０１１は、消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂの２つの電極が、Ｐ１０１５で示す位置に移動することを指令するものである。以上、図５からもわかるように消耗式溶接電極１８ａと消耗式溶接電極１８ｂの２つの電極の位置の座標はそれぞれ異なっている。

図５および図６で示すような溶接を行う場合も、１単位の動作の前後および途中に、図２と図３を用いて説明した場合と同様に、１単位の補間動作として図４に示すフローチャートの処理を実施する。その前後および途中に行なわれる溶接制御は、プログラム内の命令で指定された溶接条件の設定内容に従って、溶接の開始／終了の指令や、溶接電流／溶接電圧の指令を、例えば溶接電源装置１２ａへ送ることで実現している。

以上のように、マスタの動作に合わせてスレーブを動作させることで、２台の溶接ロボットシステムａ、ｂの２つの消耗式溶接電極１８ａ、１８ｂをある間隔をおいて近接した位置に配置して動作させることができる。これにより、２台の溶接ロボットシステムａ、ｂを使って、従来のタンデムアーク溶接法と同様、１プール２アーク溶接を行うことができる。

また、従来のタンデムトーチや２トーチを用いる溶接方法では、２つの消耗式溶接電極の位置関係は固定されているため、各々別個の姿勢をとらせることは不可能であった。しかし、本実施の形態では、上記のように、各教示ポイントは、２つの消耗式溶接電極１８ａ、１８ｂの位置を特定するために必要なデータ（座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とオイラ角（φ、θ、ψ）の組みせ等）で構成されており、各々別個の最適な姿勢をとらせることも可能である。このためタンデム溶接専用トーチを用いる場合に比べてロボットの自由度が拘束されず、溶接可能範囲を狭めることがない。これによりロボットの姿勢についての制約が解消する。

本実施の形態を利用して、例えば、図７に示すように、継手にあわせて各々の単電極溶接トーチ１６ａ、１６ｂに各々別個の姿勢をとらせることも可能となり、溶接施工上の利便性が向上する。図７では、レ形開先のある隅肉溶接継手を溶接する場合を示している。開先部Ｇ１の上に、一定の脚長の隅肉溶接ビードを盛る必要があることを想定したものである。図７では、先行の消耗式溶接電極１８ａが開先部Ｇ１の第１溶接Ｗ１を行い、後行の消耗式溶接電極１８ｂが隅肉部分の第２溶接Ｗ２を行っている。その際に、後行の消耗式溶接電極１８ｂを消耗式溶接電極１８ａに対して傾きを大きくすることにより平坦に近いビード形状を得ようとしているところを示している。

また複数の電極で溶接することが難しい狭隘部などに対しては、２台の溶接ロボットシステムａ、ｂのうち１台で溶接を行うことができるので、全体としての自動化率を低下させずに済む。

また、本実施の形態における溶接方法および溶接システムは、タンデム溶接用トーチや２トーチ溶接用の取り付け機構といった特殊な機器を使用せずに、単電極で溶接を行う標準的な溶接ロボットシステムを用いたものである。このように、標準的な機器で構成されていることから、交換部品等を安価に入手し易く、メンテナンス性が良いものである。

さらに、タンデム溶接用トーチや２トーチ溶接用の取り付け機構といった特殊な機器を使用する場合と比べて、トーチ周辺がコンパクトである。従って、タンデム溶接用トーチや２トーチ溶接用の取り付け機構を使用した場合には、溶接箇所の周辺部材等に当たってしまうために溶接ができなかった部位の溶接も可能となり、利便性が高いものとなる。

通常は単電極で溶接を行う溶接ロボットシステム２台を、必要に応じてタンデム溶接を行わせることができるので、自由度の高い溶接システムを構築することができる。特に、溶接ロボットシステムを移動台に載せて移動可能とした溶接システムにおいては、溶接対象物や溶接箇所によって単電極による溶接やタンデム溶接を実現でき、非常に有用である。

（実施の形態２）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号や名称を用いて詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態１と異なる主な点は、ウィービング動作を行う点である。

図３に示す、プログラムの一例であるＰＲＧ２において、命令Ｌ２０２は、溶接の際に用いる溶接条件を指定するものである。この溶接条件として、溶接速度、先行電極と後行電極の溶接電流や溶接電圧、ウィービング動作を行う場合のウィービングパラメータ等の組を指定することによりウィービング動作を行う。溶接電流、溶接電圧はもとより、本実施の形態の溶接方法および溶接システムは、図１に示すように２つの溶接ロボットシステムａ、ｂを用いることから、ウィービングパラメータ等も先行電極と後行電極とで別個の値を指定することができる。

図８Ａ、図８Ｂに、先行電極と後行電極とで異なるウィービングパラメータによるウィービング制御を行う場合のフローチャートを示す。処理としては、Ｓ０１０からＳ２９０までが示されている。そして、処理の間、図８Ａのフローチャートの左側に示したように図示しないメモリからプログラムおよび溶接条件等のパラメータを読み込んで処理を進め、図８Ｂのフローチャートの右側に示したように溶接ロボットシステムの駆動系へ動作指令を行っている。

図８Ａ、図８Ｂにおいて、まず、動作プログラムに登録されたマスタの教示ポイント、および溶接条件として指定された溶接速度などを使って、マスタの補間動作のために必要な初期計算を行なう（Ｓ０１０）。この計算の中で、全補間回数Ｎを計算している。また、その後の補間位置計算の回数をカウントする補間カウンタｎをゼロリセットしている。

次に、プログラムに登録されたスレーブの教示ポイントおよび溶接速度などを使って、スレーブの補間動作のために必要な初期計算を行なう（Ｓ０２０）。全補間回数Ｎは与えられた値として行う。これにより、マスタとスレーブの補間動作が同じ全補間回数、つまり、同じ時間の間に行なわれる。

次に、制御装置１０ａ、１０ｂの図示しないメモリから、１組のウィービングパラメータ、すなわち先行電極用のウィービングパラメータと後行電極用のウィービングパラメータを読み込む（Ｓ０３０）。

次に、先行・後行とマスタ・スレーブの関係が設定されている情報を使って、マスタのウィービング初期計算とスレーブのウィービング初期計算をする（Ｓ０４０）。前記のデフォルトの状態であれば、先行のウィービングパラメータはマスタに、後行のウィービングパラメータはスレーブに割り振られる。ウィービング初期計算とは、マスタおよびスレーブのそれぞれの１ピッチあたりの補間回数Ｍｍ、Ｍｓや、１補間ごとのウィービング成分の算出式を決定する処理である。この計算の中で、マスタおよびスレーブのそれぞれの１ピッチ内補間カウンタｍｍ、ｍｓをゼロリセットする。

次に、Ｓ０５０からＳ０７０の間で、補間位置を算出する。まず、各補間回数をインクリメントした（Ｓ０５０）後、更新された補間回数と先に求めた補間初期計算の結果を使って、マスタの補間位置を算出する（Ｓ０６０）。さらに、同じようにスレーブの補間位置を算出する（Ｓ０７０）。

次に、マスタのウィービングあり／なしを判断する（Ｓ１４０）。Ｓ１４０でマスタのウィービングがない場合は（Ｓ１４０のＮｏ）、Ｓ１８０からのスレーブのウィービング処理にジャンプする。Ｓ１４０でマスタのウィービングがある場合は（Ｓ１４０のＹｅｓ）、１ピッチの途中かどうかを判断する（Ｓ１５０）。Ｓ１５０で１ピッチの途中ならば（Ｓ１５０のＹｅｓ）、Ｓ１７０にジャンプし、すでにＳ１６０で求めてある溶接線方向にあわせて補間位置ごとのウィービング成分の計算を行なう。Ｓ１５０で１ピッチの途中でなければ（Ｓ１５０のＮｏ）、新たなウィービングピッチに移るため、円弧などのピッチごとに溶接線方向が変わるときのために、溶接線方向を算出しなおす（Ｓ１６０）。その後、補間位置ごとのウィービング成分の計算を行なう（Ｓ１７０）。

次に、スレーブのウィービングあり／なしを判断する（Ｓ１８０）。Ｓ１８０でスレーブのウィービングがない場合（Ｓ１８０のＮｏ）は、Ｓ２２０からの指定位置の決定処理にジャンプする。Ｓ１８０でスレーブのウィービングがある場合（Ｓ１８０のＹｅｓ）は、１ピッチの途中かどうかを判断する（Ｓ１９０）。Ｓ１９０で１ピッチの途中ならば（Ｓ１９０のＹｅｓ）Ｓ２１０にジャンプし、すでにＳ２００で求めてある溶接線方向にあわせて補間位置ごとのウィービング成分の計算を行なう。Ｓ１９０で１ピッチの途中でなければ（Ｓ１９０のＮｏ）、新たなウィービングピッチに移るため、円弧などのピッチごとに溶接線方向が変わるときのために、溶接線方向を算出しなおす（Ｓ２００）。その後、補間位置ごとのウィービング成分の計算を行なう（Ｓ２１０）。

次に、マスタの補間位置にマスタのその補間位置におけるウィービング成分を加算してマスタの指令位置を求める（Ｓ２２０）。次に、スレーブの補間位置にスレーブのその補間位置におけるウィービング成分を加算してスレーブの指令位置を求める（Ｓ２５０）。

次に、マスタの指令位置をマスタの駆動機構へ指令出力することにより、マスタサーボ指令を行なう（Ｓ２６０）。次に、スレーブの指令位置をスレーブの駆動機構へ指令出力することにより、スレーブサーボ指令を行なう（Ｓ２７０）。

なお、この一連の処理はマスタで行うので、スレーブの駆動機構への指令は、ロボット間通信ケーブルＸを介してマスタからスレーブへ送られ、スレーブではそれを受け取り、その指令に従って自らの駆動系を動作させる。

次に、補間カウンタｎが全補間回数Ｎかどうかを判断する（Ｓ２８０）。Ｓ２８０で補間カウンタｎが全補間回数Ｎ未満のとき（Ｓ２８０のＮｏ）は、Ｓ０５０に戻って補間計算を繰り返す。これにより、始点位置から順次終点位置に向かう動作を実現する。Ｓ２８０で補間カウンタｎが全補間回数Ｎのとき（Ｓ２８０のＹＥＳ）は、終点位置に到着したときの処理を行い、一単位としての補間動作を終了する（Ｓ２９０）。

以上のような処理を行うことで、先行と後行で異なるウィービングを行うことができる。これにより、例えば、図９に示すような継手に合わせたウィービング溶接施工を実現することができる。図９は、レ形開先のある隅肉溶接継手の場合であり、開先部Ｇ２の上に一定の脚長の隅肉溶接ビードを盛る必要があることを想定したものである。図９では、先行の消耗式溶接電極１８ａが開先部Ｇ２の第１溶接Ｗ１を行い、後行の消耗式溶接電極１８ｂが隅肉部分の第２溶接Ｗ２を行っている。その際に、開先部Ｇ２を溶接する先行の消耗式溶接電極１８ａは小さな振幅でウィービングＷＶａを行う。後行の消耗式溶接電極１８ｂは先行の消耗式溶接電極１８ａに対して大きな振幅でかつ傾きをつけてウィービングＷＶｂを行う。これにより、平坦に近い隅肉ビードを溶接している。

なお、先行と後行の両方でウィービングを行っても良いし、また、どちらか１方のみウィービングを行うようにしてもよい。特に、図１０に示すように開先幅がさらに狭くなっていて、十分にウィービングする余裕がないような開先部Ｇ３の場合には、先行の消耗式溶接電極１６ａはウィービングせず、後行の消耗式溶接電極１６ｂのみウィービングＷＶｂをするという選択も可能である。

（実施の形態３）
本実施の形態において、実施の形態１および実施の形態２と同様の箇所については同一の符号や名称を用いて詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態１および実施の形態２と異なる主な点は、アークセンサ機能を利用する点である。

本実施の形態では、図１に示すアークセンサ１７ａ、１７ｂを用いて、溶接線からのずれに相当するデータを制御装置１０ａ、１０ｂに送る。図１１Ａ，図１１Ｂに、アークセンサ機能を利用する制御を行う場合のフローチャートを示す。

本実施の形態では、図１１Ａのフローチャートの左側に示したように、図示しないメモリからプログラムおよび溶接条件等のパラメータを読み込んで処理を進め、図１１Ｂのフローチャートの右側に示したように溶接ロボットシステムａ、ｂの駆動系へ指令を行っている。

図１１Ａ、図１１Ｂにおいて、Ｓ０１０からＳ０７０については、図８Ａ、図８Ｂと同じなので説明を省略する。Ｓ０８０からＳ１１５までがアークセンサ処理である。この間で、図示しないメモリからアークセンサに関する溶接条件等のパラメータを読み込んで処理を進める。本実施の形態では、図８Ａ、図８Ｂの場合と同様にマスタが先行することを想定している。本実施の形態においても、溶接ロボットシステムａがマスタで、溶接ロボットシステムｂがスレーブである。

まず、マスタのアークセンサに関する溶接条件等のパラメータを読み込み、マスタのアークセンサの有効無効を判断する（Ｓ０８０）。Ｓ０８０でマスタのアークセンサが無効の場合（Ｓ０８０のＮｏ）、Ｓ１００のスレーブのアークセンサ判定にジャンプする。Ｓ０８０でマスタのアークセンサが有効な場合（Ｓ０８０のＹｅｓ）、マスタのアークセンサからマスタの溶接線からのずれに相当するデータを読み込み、マスタの位置の補正を計算する処理を行う。すなわち、マスタのアークセンサによるマスタ軌跡補正を算出する（Ｓ０８５）。

次に、マスタのアークセンサによるマスタ軌跡補正をスレーブに反映するか、すなわち、マスタのアークセンサ補正をスレーブでも利用するかを判断する（Ｓ０９０）。Ｓ０９０でマスタのアークセンサによるマスタ軌跡補正をスレーブに反映しない場合、すなわちマスタのアークセンサ補正をスレーブでは利用しない場合（Ｓ０９０のＮｏ）は、Ｓ１００のスレーブのアークセンサ判定にジャンプする。Ｓ０９０でマスタのアークセンサによるマスタ軌跡補正をスレーブに反映する場合、すなわちマスタのアークセンサ補正をスレーブでも利用する場合（Ｓ０９０のＹｅｓ）は、上記の読み込んだマスタの溶接位置の溶接線からのずれに相当するデータを使って、あるいは、Ｓ０８５で算出したマスタ位置の補正を使って、スレーブの位置の補正を計算する。すなわち、マスタのアークセンサによるスレーブ軌跡補正を算出する（Ｓ０９５）。

次に、スレーブのアークセンサに関する溶接条件等のパラメータを読み込み、スレーブのアークセンサの有効無効を判断する（Ｓ１００）。Ｓ１００で、スレーブのアークセンサが無効の場合（Ｓ１００のＮｏ）、アークセンサ関係の処理を終わり、Ｓ１４０の処理へジャンプする。Ｓ１００で、スレーブのアークセンサが有効の場合（Ｓ１００のＹｅｓ）、スレーブのアークセンサからスレーブの溶接線からのずれに相当するデータをスレーブの制御装置１０ｂが読み込む。さらに、読み込んだデータをロボット間通信ケーブルＸを介してスレーブからマスタに送り、マスタはスレーブ位置の補正を計算する。すなわち、スレーブのアークセンサによるスレーブ軌跡補正を算出する（Ｓ１０５）。

さらに、スレーブのアークセンサによるスレーブ軌跡補正をマスタに反映するか、すなわち、スレーブのアークセンサ補正をマスタでも利用するかの判断を行う（Ｓ１１０）。Ｓ１１０で、スレーブのアークセンサによるスレーブ軌跡補正をマスタに反映しない場合、すなわちスレーブのアークセンサ補正をマスタでも利用しない場合（Ｓ１１０のＮｏ）は、アークセンサ関係の処理を終わり、Ｓ１４０の処理へジャンプする。Ｓ１１０で、スレーブのアークセンサによるスレーブ軌跡補正をマスタに反映する場合、すなわちスレーブのアークセンサ補正をマスタでも利用する場合（Ｓ１１０のＹｅｓ）は、上記の読み込んだスレーブの溶接位置の溶接線からのずれに相当するデータを使って、あるいは、Ｓ１０５で算出したスレーブ位置の補正を使って、マスタの位置の補正を計算する（Ｓ１１５）。

Ｓ１４０からＳ２５０については、図８Ａ、図８Ｂと同じであるので説明を省略する。その後、Ｓ２２０で求めたマスタの指令位置に、マスタおよびスレーブのアークセンサによるマスタ位置の補正（マスタ軌跡補正）をそれぞれ加算し、マスタの指令位置を更新する（Ｓ２５５）。次に、Ｓ２５０で求めたスレーブの指令位置に、マスタおよびスレーブのアークセンサによるスレーブ位置の補正（スレーブ軌跡補正）をそれぞれ加算し、スレーブの指令位置を更新する（Ｓ２５６）。Ｓ２６０からＳ２９０については、図８Ａ、図８Ｂと同じであるので説明を省略する。

以上のように、本実施の形態では、両方の溶接ロボットシステムａ、ｂで各々アークセンサ機能を行った。しかし、複数の溶接ロボットシステムで各々アークセンサ機能を行っても良い。あるいは、２台の溶接ロボットシステムａ、ｂのうちどちらか一方の溶接ロボットシステムでアークセンサ機能を行って補正情報を得て溶接位置の補正を行い、他方の溶接ロボットシステムは、一方の溶接ロボットシステムから補正情報を取得してこの補正情報に基づいて溶接位置を補正するようにしてもよい。

また、複数の溶接ロボットのうち１台ないしは複数の溶接ロボットでアークセンサ機能を行い、１台ないしは複数の溶接ロボットのうちの各々の溶接ロボットがアークセンサ機能による補正情報により溶接線に対する単電極の位置を補正する。この際に、アークセンサ機能を行わない他の溶接ロボットは、１台ないしは複数のアークセンサを行う溶接ロボットから補正情報を得て、この補正情報に基づいて溶接線に対する単電極の位置を補正するものであってもよい。

また、上記の実施の形態では、２台のロボットを用いて一方に対して他方を追従させるものとして説明したが、３台以上のロボットを用いて１台のロボットに対して２台以上のロボットを追従させることができるのは当然である。

以上のように、本発明の溶接方法および溶接システムは、マスタに対してスレーブの溶接ロボットシステムを追従させて溶接をするので、複数の溶接ロボットシステムを任意の組み合わせで溶接を行うことができ、システム全体としての効率を高めることができる。

本発明の溶接方法および溶接システムは、システム全体としての効率を高めることができるので、溶接ロボットシステムを複数用いて高溶着溶接を行う溶接方法および溶接システム等として産業上有用である。

１０ａ，１０ｂ 制御装置
１１ａ，１１ｂ マニピュレータ
１２ａ，１２ｂ 溶接電源装置
１２１ａ，１２１ｂ トーチ端子
１２２ａ，１２２ｂ 母材端子
１２４ａ，１２４ｂ ケーブル
１３ａ，１３ｂ タッチセンサユニット
１４ａ，１４ｂ ワイヤ送給装置
１４１ａ，１４１ｂ 給電端子
１５ａ，１５ｂ トーチケーブル
１６ａ，１６ｂ 単電極溶接トーチ
１７ａ，１７ｂ アークセンサ
１８ａ，１８ｂ 消耗式溶接電極
ａ，ｂ 溶接ロボットシステム
Ｗ 母材
Ｌ 溶接線
Ｘ ロボット間通信ケーブル

Claims (8)

1. 単電極を用いて溶接を行う溶接ロボットシステムを複数台使用して溶接を行う溶接方法であって、１台の前記溶接ロボットシステムによる前記単電極の移動に他の前記溶接ロボットシステムによる前記単電極の移動を追従させ、前記１台の溶接ロボットシステムの前記単電極と前記他の溶接ロボットシステムの前記単電極とが、同一溶接線に対して、同一方向に同時に溶接を行い、１台の前記溶接ロボットシステムの前記単電極と母材との間に発生するアークと、他の前記溶接ロボットシステムの前記単電極と前記母材との間に発生する他のアークとにより、１つの溶融プールを形成しながら溶接を行う溶接方法。
2. 前記溶接ロボットシステムごとに、個別のウィービング動作を行う請求項１記載の溶接方法。
3. 複数の前記溶接ロボットシステムのうち少なくとも１台の前記溶接ロボットシステムは前記ウィービング動作を行いながら溶接を行い、他の前記溶接ロボットシステムは前記ウィービング動作を行わない請求項１記載の溶接方法。
4. 前記各溶接ロボットシステムでアークセンサ機能を行い、前記各溶接ロボットシステムが前記アークセンサ機能による補正情報により前記溶接線に対する前記単電極の位置を補正する請求項１記載の溶接方法。
5. 少なくとも１台の前記溶接ロボットシステムでアークセンサ機能を行い、前記アークセンサ機能を行わない他の前記溶接ロボットシステムは、前記アークセンサ機能を行う前記溶接ロボットシステムから補正情報を得て前記補正情報に基づいて前記溶接線に対する前記単電極の位置を補正する請求項１記載の溶接方法。
6. 前記溶接ロボットシステムを２台使用する請求項１記載の溶接方法。
7. 単電極用の溶接用トーチを保持するマニピュレータと、予め記憶された動作プログラムに基づいて前記マニピュレータの動作を制御する制御装置と、単電極である溶接用ワイヤと溶接対象物との間に電力を供給する溶接電源装置を備えた溶接ロボットシステムを複数備えた溶接システムであって、１台の前記溶接ロボットシステムの前記マニピュレータによる前記単電極の移動に他の前記溶接ロボットシステムのマニピュレータによる前記単電極の移動を追従させ、前記１台のマニピュレータの前記単電極と前記他のマニピュレータの前記単電極とが、同一溶接線に対して、同一方向に同時に溶接を行い、前記１つの溶接ロボットシステムの前記単電極と母材との間に発生するアークと、前記他の溶接ロボットシステムの前記単電極と前記母材との間に発生するアークにより、１つの溶融プールを形成しながら溶接を行う溶接システム。
8. 前記溶接ロボットシステムを２台使用する請求項８記載の溶接システム。

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