JP4859386B2 - アーク溶接装置及びアーク溶接装置のウィービング溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、６軸制御が行われる多関節型ロボットによるアーク溶接装置及び同アーク溶接装置を用いたウィービング溶接方法に関するものである。

従来から多関節型ロボットの先端に溶接トーチを配設して、溶接を行わせるアーク溶接装置が用いられている。アーク溶接のなかでも多層盛り溶接や肉盛り溶接などの広幅のビードを必要とする溶接の場合には、溶接トーチを溶接中心線に対して所定の振り幅で左右に揺動させながら溶接を行う所謂ウィービング溶接が行われている。

ウィービング溶接を行うことができるアーク溶接装置としては、本願出願人に係わる溶接ロボットのウィービング制御装置（特許文献１参照。）やウィービング動作をするアーク溶接ロボット（特許文献２参照。）などが提案されている。

特許文献１に記載された溶接ロボットのウィービング制御装置は、図１に示すような６軸制御の垂直多関節型溶接ロボットを用いてウィービング溶接を行わせている。図１に示す溶接ロボットは、第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２および第３軸Ｊ３から成る基本軸と、第４軸Ｊ４、第５軸Ｊ５および第６軸Ｊ６から成る手首軸とを有しており、手首軸の先端における第６軸Ｊ６には溶接トーチ１０が取り付けられている。

溶接ロボットは、直交座標系Ｘ−Ｙ−Ｚにおける座標位置を逆変換して得た第１軸Ｊ１〜第６軸Ｊ６の回転角に基づいて各第１軸Ｊ１〜第６軸Ｊ６を制御することにより、ウィービング制御を行うことができる。溶接ワイヤ１０ａの先端を溶接線に沿って移動させるとともに、手首軸のうちの最先端の第６軸Ｊ６を除く２つの第４軸Ｊ４及び第５軸Ｊ５を用いて溶接トーチ１０の先端を溶接線に対して左右にウィービング動作させている。

ウィービング制御装置は、溶接ワイヤ１０ａの先端を溶接線からウィービング動作させたときに、溶接面に垂直な溶接線を通る面に対して第６軸の方向が平行になるように、溶接時のトーチの位置及び姿勢を制御している。

特許文献２に記載されたアーク溶接ロボットは、図１１に示すような６軸制御の垂直多関節型溶接ロボットの構成を供えている。図１１に示すアーク溶接ロボット５６は、固定位置に設けられたベース５１には第１軸ＪＴ１、第２軸ＪＴ２、第３軸ＪＴ３、第４軸ＪＴ４、第５軸ＪＴ５および第６軸ＪＴ６を介して、溶接トーチ５２が取付けられている。溶接トーチ５２は、第６軸ＪＴ６の軸方向に配設されている。

溶接トーチ５２は溶接線５４の左右方向に予め定めるウィービングパターン５５に沿ってウィービング動作を行い、広いビード幅で高速度の溶接を行うことができるようになっている。

また、アーク溶接ロボット５６では、溶接線５４に沿って溶接トーチ５２が所定の姿勢で移動するように、溶接トーチ５２の位置及びそのときの姿勢について第１軸ＪＴ１から第６軸ＪＴ６毎の制御データを作成し、同作成した制御データに基づいて第１軸ＪＴ１から第６軸ＪＴ６を制御し、ウィービング動作には第３軸ＪＴ３から第５軸ＪＴ５の３軸もしくは第４軸ＪＴ４から第６軸ＪＴ６の３軸を用いている。
特開平１１−５８０１４号公報 実公平７−５６１２７号公報

特許文献１、２に示すアーク溶接装置では、溶接トーチのウィービングパターンに対しての姿勢は、溶接の開始点から終了点まで同じ姿勢をとるようになっており、その姿勢で溶接トーチを左右に動かす構成となっていた。

従って、このような構成のアーク溶接装置では、ウィービング動作中に溶接トーチの姿勢を変更することは何ら考慮されておらず、上記のようにウィービング動作を行う制御のまま溶接トーチの姿勢を変更しようとすると、その変更された溶接トーチの姿勢を満足しようと第１軸から第６軸の全ての制御データを変更してしまうため、図７に示すように溶接ロボットのアームが大きく動くような動作となっていた。前記アームを大きく動かすと、アームを回動させるモータの応答遅れや溶接ロボット本体の振動が発生してしまい、溶接トーチ先端の位置精度が低下してしまうという問題があった。

本願発明では、溶接トーチの向きを変えるために溶接ロボットの第１軸から第６軸の全ての制御データを変更しなくても、ウィービング動作中に溶接トーチの姿勢を変えることができるアーク溶接装置及び同アーク溶接装置のウィービング溶接方法を提供することにある。

本願発明の課題は請求項１〜４に記載された各発明により達成することができる。
即ち、本願発明では請求項１に記載したように、少なくとも第１軸から第６軸の６つの軸を有する多関節型ロボットと、最先端軸である第６軸の回転軸に対して傾けて配設される溶接トーチと、溶接時の前記溶接トーチの位置及び姿勢を、同溶接トーチの位置及び姿勢に関わる直交座標系の３次元座標位置から逆変換して少なくとも前記第１軸から第６軸を制御する制御手段と、を備えたアーク溶接装置であって、
前記制御手段が、少なくとも前記第１軸から第６軸の制御によるウィービング動作時に、位置データを特定する前記第１軸から第６軸の角度データのうち前記第６軸の角度データに前記第６軸に首振り動作を行わせる首振り角度を加算して、前記第６軸の制御を行い、前記溶接トーチの溶接部に対する向きを変更させてなることを最も主要な特徴となしている。

また、本願発明では請求項２に記載したように、溶接トーチ先端からの溶接ワイヤ送給方向と前記第６軸の回転軸方向とにより形成される平面の向きを規定したことを主要な特徴となしている。

更に、本願発明では請求項３に記載したように、アーク溶接装置におけるウィービング溶接方法であって、少なくとも前記第１軸から第６軸の各６つの軸に対する軸角度の制御時に、位置データを特定する前記第１軸から第６軸の角度データのうち前記第６軸の角度データに前記第６軸に首振り動作を行わせる首振り角度を加算して、前記第６軸の制御を行い、前記第６軸に対して、前記溶接トーチの溶接部に対する向きが前記第６軸の回転軸回りに首振りするように制御してなることを他の最も主要な特徴となしている。

更にまた、本願発明では請求項４に記載したように、溶接トーチ先端からの溶接ワイヤ送給方向と前記第６軸の回転軸方向とにより形成される平面の向きを制御しながらウィービング溶接を行う方法を主要な特徴と成している。

本願発明では、少なくとも６軸制御の多関節型ロボットにおける最先端軸である第６軸の回転軸に対して傾けて溶接トーチを配設し、ウィービング動作時に位置データを特定する第１軸から第６軸の角度データのうち第６軸の角度データに、第６軸に首振り動作を行わせる首振り角度を加算して第６軸の制御を行うことにより、溶接部に対する溶接トーチの溶接姿勢を変更することができる。

例えば、狭開先部の溶接を行う場合、溶接トーチの向きを固定してウィービング動作を行わせた従来の溶接ロボットでは、狭開先部の壁に溶接ワイヤの先端部以外の部位が近接して前記壁と溶接ワイヤの先端部以外の部位との間で放電が行われることになるが、本願発明のように溶接トーチの向きを変えることにより、前記壁と溶接ワイヤの先端部以外の部位との間隔を離れさせることができ、壁と溶接ワイヤの先端部以外の部位との間での放電が回避され、溶接ワイヤ先端部と溶接部材との間での放電を安定させることができる。

また、ウィービング動作において、多関節型ロボットにおけるアームを大きく動かさないで、慣性力の小さな第６軸を高速で回転制御することができるので、周波数の高いウィービング動作中においても、溶接精度を低下させることなく第６軸の角度データに首振り動作を行わせる首振り角度を加算して制御を行わせることができ、溶接トーチの向きを連続的に変えることができる。

本願発明では請求項２に記載したように、溶接トーチ先端から繰り出される溶接ワイヤの送給方向と第６軸の回転軸とにより形成される平面を用いて、ウィービング軌跡に対する溶接トーチの向きを特定することができる。これにより、前記溶接トーチ先端が前記溶接線から離れまた近づくに従ってその角度を変化させ、溶接線を挟んだ左右において逆向きに溶接トーチの向きを制御することができ、前記放電の安定をより確実に行うことができる。

本願発明では請求項３に記載したように、アーク溶接装置を用いたウィービング溶接方法を特徴としている。本願発明のウィービング溶接方法を用いることにより、ウィービング動作時に溶接トーチの向きを変えることができる。

これにより、例えば、狭開先部の溶接において、溶接トーチの向きを所望の向きとなるように制御することができ、狭開先部の壁と溶接ワイヤの先端部以外の部位との間隔を離れさせ、壁と溶接ワイヤの先端部以外の部位との間での放電が回避され、溶接ワイヤ先端部と溶接部材との間での放電を安定させることができる。

請求項４に記載したように、溶接トーチから繰り出される溶接ワイヤの送給方向と第６軸の回転軸とにより形成される平面を制御することで、溶接トーチの向きをウィービング軌跡上で制御していくことができる。これにより、前記溶接トーチ先端が前記溶接線から離れまた近づくに従ってその角度を変化させ、溶接線を挟んだ左右において逆向きに溶接トーチの向きを制御することができ、前記放電の安定をより確実に行うことができる。

本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて以下において具体的に説明する。本願発明のアーク溶接装置の構成としては、以下で説明する鉛直多関節型の６軸制御の溶接ロボットに限定されるものではなく、少なくとも６軸以上の制御軸を有する多関節型ロボットを用いることができる。また、鉛直多関節型の溶接ロボットに限定されるものではなく、水平多関節型の溶接ロボットに対しても、本願発明を適用することができるものである。

更に、以下の説明ではウィービング溶接として、溶接線に沿っての溶接トーチの移動中に最先端軸である第６軸を除いた第４軸と第５軸とをそれぞれ回動制御することで溶接トーチの先端側をウィービング動作させるウィービング溶接方法を例にとって説明を行う。

しかし、本願発明を適用することができるウィービング溶接としては、第４軸、第５軸以外の軸を加えて制御を行うことで、ウィービング動作を行いながらウィービング溶接を行うことができるウィービング溶接に対しても本願発明を、有効に適用することができる。このため、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではなく、多様な変更が可能である。

図１は、本発明が適用される多関節型ロボット１の外観を示している。この図１に示す多関節型ロボット１は、自由度が６の垂直多関節型ロボットであり、特許文献１に記載した溶接ロボットと制御手段の構成を除いて、同様の構成を有している。このため、特許文献１での説明に用いた図１を用いて、説明を行うこととする。

根元側から先端側に向かって第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２、…、第６軸Ｊ６としたとき、第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２及び第３軸Ｊ３から基本軸が構成され、第４軸Ｊ４、第５軸Ｊ５及び第６軸Ｊ６から手首軸が構成されている。第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６はそれぞれの軸に設けた駆動モータによって、矢印で示すように回転させることができる。

手首軸の最先端軸である第６軸Ｊ６に溶接トーチ１０が取り付けられている。溶接トーチ１０は、トーチ支持部材１１を介して第６軸Ｊ６の回転軸１２に対して傾けて配設されている。溶接トーチ１０には溶接ワイヤ供給チューブ１３が接続されている。図示せぬ溶接ワイヤ供給装置から送給された溶接ワイヤ１０ａは、溶接ワイヤ供給チューブ１３、溶接トーチ１０を通って溶接トーチ１０の先端から溶接部に向かって送給されることになる。

溶接トーチ１０の先端から繰り出される溶接ワイヤ１０ａの先端部が、第６軸Ｊ６の回転軸上１２に一致するように、溶接トーチ１０はトーチ支持部材１１を介して第６軸Ｊ６に取り付けられている。したがって、第６軸Ｊ６を回転させても、溶接ワイヤ１０ａの先端部の位置は変化しないことになる。

以下の実施例においては、通常の溶接ロボットの制御と同様に、直交座標系の座標位置によって制御され、トーチ先端の位置やウィービング動作を行うときの溶接線からの偏位量は直交座標系の座標位置によって表現されている。直交座標系の座標位置に溶接トーチ１０を移動させるために行う各軸の制御は、直交座標の座標位置を逆変換して各軸の回転角を求めることにより行っている。

図２は、溶接を行う際の溶接トーチ１０の先端付近を示し、図３は、溶接線１５が水平面２１と平行で、ウィービング面２０が水平面に対してウィービング角度θｗ傾いた場合についての説明図である。他のウィービング面２０としては、溶接線１５が水平面に対して傾斜し、しかも、溶接線を含むウィービング面が水平面と所望の角度で交差しているものなど、溶接条件に応じて水平面に対して適宜傾斜した面として想定することができる。

以下の説明では、図３を用いてウィービング動作の説明を行うこととする。溶接開始位置Ｐｓと溶接終了位置Ｐｅとを結んだ線分を、溶接線１５として求める。溶接線１５に沿って溶接ワイヤ１０ａの先端部が、溶接開始位置Ｐｓから溶接終了位置Ｐｅに向かって目標位置Pを通過するようにウィービング動作を行いながら移動することになる。

また、溶接ワイヤ１０ａの先端部が溶接線１５上にあるときには、溶接ワイヤ１０ａの送給方向と第６軸Ｊ６の回転軸とにより形成される平面と溶接ワイヤ１０ａ先端を左右に揺動させたときの溶接ワイヤ１０ａ先端が辿る面であるウィービング面２０との交線が溶接線１５となっている。しかも、溶接ワイヤ１０ａの送給方向と第６軸Ｊ６の回転軸及び溶接線１５とにより形成される面は、ウィービング面２０に対して垂直面となるように、第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６が制御されている。

この状態から、ウィービング動作を行わせたときにおけるウィービング面２０上での溶接線１５から偏位した溶接ワイヤ１０ａの先端部の偏位量、即ち、ウィービング移動量Ｗｔの方向と第６軸Ｊ６の回転軸とが垂直になるように制御することでウィービング動作を行わせることができる。

即ち、ティーチング盤（図４の符号３１ａを参照。）を操作して、溶接トーチ１０の溶接ワイヤ１０ａ先端部の位置を溶接線１５の溶接開始位置Ｐｓ及び溶接終了位置Ｐｅに位置させて溶接線１５を教示する。次に、溶接開始位置Ｐｓ及び溶接終了位置Ｐｅにおいて、溶接トーチ１０の向きを決定する。

最後に第６軸Ｊ６を回転させることで、溶接ワイヤ１０ａの送給方向と第６軸Ｊ６の回転軸及び溶接線１５とにより形成される面が、ウィービング面２０と垂直になるような多関節型ロボット１の各第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６の姿勢を見つけだす。そして、多関節型ロボット１の各軸の姿勢を溶接開始位置Ｐｓ及び溶接終了位置Ｐｅにおける各軸Ｊ１〜Ｊ６の姿勢として教示設定する。以上の教示設定動作が第１の実施例の前提である。

次に、図３、図４を用いてウィービング制御を行う制御構成を説明する。上述した、多関節型ロボット１の各軸の姿勢を溶接開始位置Ｐｓ及び溶接終了位置Ｐｅにおける各軸Ｊ１〜Ｊ６の姿勢を教示することは、入力部３１のティーチング操作盤３１ａによって行われる。前述した方法で教示された溶接線１５の溶接開始位置Ｐｓのデータ、溶接終了位置Ｐｅのデータ、溶接開始位置Ｐｓ及び溶接終了位置Ｐｅにおける各軸Ｊ１〜Ｊ６がとるべき角度データなどは、メモリ３２の教示データ保存部３２ａに格納される。

メモリ３２のウィービング保存部３２ｂには、ウィービング移動量Ｗｔを決定するためのパラメータ（補助点あるいは傾き角）や、ウィービング振幅Ａ、ウィービング周波数Ｆ、水平面２１に対するウィービング角度θｗ、第６軸Ｊ６の最大首振り角度φなどが予め設定されている。

演算部３３では、教示データ保存部３２ａとウィービング保存部３２ｂとに格納されている各種データに基づいて演算を行う。軌跡計算部３３ａでは、溶接ワイヤ１０ａの先端部が移動する溶接線１５に沿っての目標位置Ｐを直交座標系における位置データとして演算する。前記位置データは、更にウィービング動作を行わせたときの位置データに修正される。修正された位置データは、各軸角度への変換部３３ｂにおいて逆変換され、前記修正された位置データを特定するデータとして、第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６の角度データに演算される。

第６軸Ｊ６の角度データは更に、ウィービング動作中に溶接トーチ１０の溶接部に対する向き変えるため、前記第６軸Ｊ６の角度データに第６軸Ｊ６の首振り角度が加算される。駆動部３４では、各軸角度への変換部３３ｂで演算された第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６の角度データに基づいて、第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６のそれぞれに設けたサーボモータを駆動制御する。

これにより、溶接ワイヤ１０ａの先端部を溶接線１５に沿って移動させながら、溶接線１５の左右にウィービング動作されることができ、しかも、ウィービング動作中に第６軸Ｊ６に対して首振り運動を行わせることができる。ウィービング動作中に第６軸Ｊ６に対して首振り運動を行わせることで、第６軸Ｊ６の回転軸の方向を変えずに、溶接部に対する溶接トーチ１０の向きを変更させることができる。

以下において、上記図４の構成による動作を図５のフローチャートにしたがって詳細に説明する。なお、このフローチャートは、或る時刻におけるウィービング軌跡上の目標位置Ｐ（図３参照）に対応する各軸Ｊ１〜Ｊ６の目標角度及び目標位置Ｐにおける溶接トーチ１０の向きを演算する場合について示したものである。このような動作は、溶接開始位置から溶接終了位置までの間で繰り返し実行されることになる。

ステップＳ１では、教示データ保存部３２ａに保存された溶接開始位置Ｐｓと溶接終了位置Ｐｅ、溶接トーチ１０を溶接線１５に沿って移動させる移動速度、及び溶接線１５の溶接開始位置Ｐｓから溶接終了位置Ｐｅまでの区間を補間する補間周期Ｔから、補間回数Ｃ（＝[Ｐｓ−Ｐｅ間の距離]／｛移動速度｝／｛補間周期Ｔ｝）を算出し、さらに一つの補間区間における移動量Ｍ（＝｛ＰｓからＰｅへのベクトル｝／｛補間回数Ｃ｝）をベクトル量として算出する。

ステップＳ２では、水平面２１とウィービング角度θｗをなすウィービング面２０上で、溶接線１５に直交する方向の単位ベクトルｅｗを算出する。単位ベクトルｅｗを用いることによって、ウィービング面２０上で溶接開始位置Ｐｓを始点としたｓｉｎ曲線のウィービング動作を行わせたとき、ｓｉｎ曲線上の点の位置を特定することができる。

ステップＳ３では、補間周期Ｔにおけるウィービング位相の変化量ｓを、補間周期Ｔとウィービング周波数ｆとの積として、ｓ＝Ｔ・ｆとして算出する。

ステップＳ４では、カウンタｃｏｕｎｔの数を初期化する（ここでは０とする）。カウンタｃｏｕｎｔは、順次１ずつ加算しながら最終的に補間回数Ｃとなるまで計数していくためものであり、カウンタｃｏｕｎｔの数によって溶接ワイヤ１０ａの先端部が溶接開始位置Ｐｓからスタートして幾つの前記移動量Ｍを移動したかを検出することができる。また、少なくともステップＳ４以前に、溶接ワイヤ１０ａの先端部を溶接開始位置Ｐｓに移動させる。

ステップＳ５では、カウンタｃｏｕｎｔの数に１を加える演算を行う。カウンタｃｏｕｎｔに１を加えることは、ステップＳ６からステップＳ１１を行うことにより溶接ワイヤ１０ａの先端部を１つの補間周期Ｔ分だけ溶接終了位置側に移動させることを意味している。即ち、現在ある溶接ワイヤ１０ａの先端部の位置を更に補間周期Ｔだけ進ませることを意味する。

ステップＳ６では、現在ある溶接ワイヤ１０ａの先端部の位置を更に補間周期Ｔだけ進ませたときの状態を求めている。即ち、溶接線１５上に沿って移動する溶接ワイヤ１０ａの先端部が、溶接開始位置Ｐｓから次に直線移動したときの直線移動位置Ｐｔを求めている。Ｐｔとしては、溶接開始位置Ｐｓにカウンタｃｏｕｎｔで計数した補間区間の数と溶接ワイヤ１０ａの移動量Ｍとの積を加えた値として求めている。

ステップＳ７では、ステップＳ６で求めた溶接線１５上の溶接ワイヤ１０ａ先端部の位置でのウィービング動作により溶接線１５から移動した溶接ワイヤ１０ａ先端部のウィービング移動量Ｗｔを求めている。ウィービング動作としては、溶接ワイヤ１０ａ先端部の溶接線１５に沿っての移動に、ｓｉｎ曲線に基づく単振動を加えた運動としている。このため、ウィービング移動量Ｗｔとしては、ｓｉｎ曲線の振幅Ａに直線移動位置Ｐｔに対応した位置でのｓｉｎ曲線の値から求め、求めた値に溶接線１５に直交する方向の単位ベクトルｅｗを掛け合わせたベクトル量として求めている。

尚、ステップＳ７及び以下で説明するステップＳ１０におけるｓの値は、ステップＳ３で説明した補間周期Ｔにおけるウィービング位相の変化量を示している。ウィービング位相の変化量ｓは、言い換えると補間区間を１つ進むことによるｓｉｎ曲線の角変化量を示している。即ち、カウンタｃｏｕｎｔにｓを掛けることで、該当する補正区間におけるｓｉｎ曲線における角度を求めることができる。

ステップＳ８では、現在の位置から補間周期Ｔだけ進ませたときの溶接ワイヤ１０ａ先端部の移動位置（目標位置）Ｐを求めている。移動位置Ｐとしては、直線移動位置Ｐｔにウィービング移動量Ｗｔを加えたベクトル量として求めている。これにより、現在の溶接ワイヤ１０ａ先端部の位置から補正周期Ｔだけ進ませたときの、溶接ワイヤ１０ａ先端部の位置をベクトル量として求めることができる。

ステップＳ９では、ステップＳ８で求めた溶接ワイヤ１０ａ先端部が次に移動する位置について、溶接ワイヤ１０ａ先端部が位置するために必要な第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６の各軸をサーボモータにより回転させるための角度を、直交座標系の座標データを逆変換することにより求めている。

ステップＳ１０では、第６軸Ｊ６の回転軸を更に回転させて、溶接ワイヤ１０ａ先端部が次に移動する位置において溶接トーチ１０の向きを変更させるための角度を求めている。第６軸Ｊ６の回転軸を更に回転させる回転量としては、溶接トーチ１０が前記ｓｉｎ曲線の半周期（１８０度）の間に回転する振幅としての首振り角度φにステップＳ６で求めた補間区間の位置でのｓｉｎ曲線の値を掛けて求めている。

ステップＳ１１では、ステップＳ９及びステップＳ１０で求めた第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６の角度となるように第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６のそれぞれに設けたサーボモータの回転を制御する。

ステップＳ１２では、溶接ワイヤ１０ａの先端部が溶接終了位置Ｐｅに到達するまで、上記ステップＳ５からステップＳ１１までの制御を繰り返すための処理を行う。ステップＳ１２でカウンタｃｏｕｎｔの値が補間回数Ｃ以下のとき、更に制御を行うためステップＳ５へと移行し、カウンタｃｏｕｎｔの値が補間回数Ｃよりも大きくなったとき、即ち、カウンタｃｏｕｎｔの値が補間回数Ｃに１加えた数となったときにウィービングによる溶接作業を終了させる。

溶接ワイヤ１０ａ先端部が第６軸Ｊ６の回転軸からずれている場合には、ステップＳ１０で求めた角度で第６軸Ｊ６を回転させると、溶接ワイヤ１０ａ先端部が目標位置からずれてしまうことになる。この場合には、ステップＳ６で直線移動位置Ｐｔを算出後、逆変換して求めた各第１軸Ｊ１から第６軸Ｊ６の角度に首振りウィービング量を加算して正変換を行う。前記正変換により求めた値と直線移動位置Ｐｔとの差を直線移動位置Ｐｔに加えて新しい直線移動位置Ｐｔの値として、ステップＳ７以降の制御を行うことで、前記ずれを補正することができる。さらに、ウィービング移動量Ｗｔについても同様な操作を行うことで、より正確にずれを補正することができる。

また、溶接ワイヤ１０ａ先端部を第６軸Ｊ６の回転軸からずらして設定するような場合、溶接開始位置Ｐｓ及び溶接終了位置Ｐｅにおける第６軸Ｊ６の位置が変わるためメモリ３２の教示データ保存部３２ａに格納されるデータの修正が必要であるが、直線移動位置Ｐｔについては、補正は必要としない。ウィービング移動量Ｗｔについては、ずらしたことによるウィービング方向の溶接ワイヤ１０ａ先端部の位置変化に対応するように補正する必要があり、例えば溶接ワイヤ１０ａが長くなるようにする場合には、その長くなった長さをウィービング移動量Ｗｔから差し引いても良いし、ウィービング振幅Ａを小さくするようにしても良い。

上記フローチャートによる制御では、ウィービング動作のために第４軸Ｊ４及び第５軸Ｊ５以外の回転軸も影響を受けるが、下記に第４軸Ｊ４及び第５軸Ｊ５のみによるウィービング動作に上記第６軸Ｊ６の回転動作を付加するウィービング溶接について説明する。

図２に示すａ４は第４軸Ｊ４を微小角度だけ回転させたときに溶接ワイヤ１０ａの先端部の動く方向を示し、ａ５は第５軸Ｊ５を微小角度だけ回転させたときに溶接ワイヤ１０ａの先端部の動く方向を示している。第４軸Ｊ４及び第５軸Ｊ５をウィービング軸として用いると、ウィービング動作によって溶接ワイヤ１０ａの先端部が動ける範囲は、ベクトルａ４とベクトルａ５とで形成される面上にある。

したがって、図３に示すようなウィービング面２０上において、ウィービング動作を行わせたときの溶接線１５からの溶接ワイヤ１０ａ先端部の偏位量であるウィービング移動量Ｗｔが、上述したベクトルａ４とベクトルａ５とで形成される面内にあれば、第４軸Ｊ４と第５軸Ｊ５との２つの軸だけでウィービング動作を行わせることができる。

即ち、ベクトルとして表されるウィービング移動量Ｗｔの方向と第６軸Ｊ６の回転軸とが垂直になるように教示し、第４軸Ｊ４と第５軸Ｊ５との２つの軸だけでウィービング動作を行わせることができる。

この動作を上記フローチャートに適用する場合には、上記ステップＳ９において、直線移動位置Ｐｔにウィービング移動量Ｗｔを加えたベクトル量である移動位置Ｐを、第４軸Ｊ４及び第５軸Ｊ５を回転させるための角度に変換し、その角度を現時点での第４軸Ｊ４及び第５軸Ｊ５の角度に加算することにより実施できる。

以上のような制御により、溶接ワイヤ１０ａ先端部（溶接トーチ先端）が溶接線１５上にあるときには、溶接線１５を交線としてウィービング面２０に直交する面である垂直面上に第６軸の回転軸と溶接ワイヤ１０ａ先端部からの溶接ワイヤ送給方向とを位置させて、溶接ワイヤ１０ａ先端部が溶接線１５から離れたｓｉｎ曲線上にあるときには、溶接ワイヤ１０ａ先端部からの溶接ワイヤ送給方向と第６軸の回転軸方向とにより形成される平面と前記垂直面とのなす角度が、前記ｓｉｎ曲線の１８０度の位相差をもってそれぞれ逆向きに同じ角度で傾かせるようにされている。

さらに、以上のような制御により、溶接線１５を交線としてウィービング面２０に直交する面を基準面としたとき、第６軸Ｊ６に対する更なる制御は、溶接トーチ１０先端を揺動させる際に、溶接トーチ１０先端からの溶接ワイヤ１０ａ送給方向と第６軸Ｊ６の回転軸方向とにより形成される平面と基準面とのなす角度を、基準面からの第６軸Ｊ６の距離の大きさに対応するように変化させ、前記平面が基準面を通過して一方から他方へ移動する場合に、移動の前後において前記角度で傾斜させる向きを反対に変更するようにできる。

また、上記の実施例では、ウィービングのための波形が図６（ａ）に示すようなｓｉｎ曲線であるが、溶接線１５と波形との２箇所の交点間の形状が、図６（ｂ）に示すような角部を持たない台形に近似できる波形、図６（ｃ）に示すような角部を持たない矩形に近似できる波形であってもよい。図６（ｂ）及び図６（ｃ）の波形の場合、溶接線１５と直交する断面での溶接線１５近傍の溶接部の溶け込み深さを浅くできるため、図６（ａ）に対して溶接部の溶け込み形状を変更することができ、必要に応じて溶け込み形状を選択することが可能となる。

以上の実施例によれば、図８に示すように、多関節型ロボット１のアームを大きく動かさずに第６軸Ｊ６を回転させることで溶接トーチ１０の向きを変更できる。

また、図９（ａ）に従来例を示しているように、溶接トーチの向きを固定して溶接トーチ１０を左右に振ったときには、ルート底の両端が溶け難くなり、溶接ワイヤ１０ａの途中において壁との間で放電を発生してしまい、アーク（放電）が不安定になってしまうが、これに対して、本願発明を用いた場合では図９（ｂ）に示すようにルート底の両端で溶接トーチ１０の向きを変更することができるので、ルート底の両角を溶かすことができ、また溶接ワイヤ１０ａの途中において壁との間で放電することがなくなり、アークを安定させることができる。

さらに、図１０に示すように、隅肉溶接において、溶接トーチ１０の姿勢を変えることで母材との境界の形状を滑らかに形成することができ、外観品質と隅肉溶接による強度を向上させることができる。

本願発明は、本願発明の技術思想を適用することができる装置等に対しては、本願発明の技術思想を適用することができる。

多関節ロボットの外観構成を示す図である。（実施例、従来例１） 溶接トーチ先端部付近を示した図である。（実施例） ウィービング動作を説明する図である。（実施例） 制御構成を示すブロック図である。（実施例） 制御動作を示すフローチャートである。（実施例） ウィービングのための波形の例を示す図である。（実施例） アームを動かして溶接トーチの向きを変えた図である。（説明例１） 第６軸を回転させて溶接トーチの向きを変えた図である。（実施例） 溶接トーチの向きを固定した場合と変えた場合の説明図である。（説明例２） 溶接トーチの向きを変えた場合の説明図である。（説明例３） ウィービング動作を示す斜視図である。（従来例２）

符号の説明

１ 多関節型ロボット
１０ 溶接トーチ
１０ａ 溶接ワイヤ
１１ トーチ支持部材
１２ 第６軸の回転軸
１３ 溶接ワイヤ供給チューブ
１５ 溶接線
２０ ウィービング面
２１ 水平面
３１ 入力部
３２ メモリ
３２ａ 教示データ保存部
３２ｂ ウィービング保存部
３３ 演算部
３３ａ 軌跡計算部
３３ｂ 各軸角度への変換部
３４ 駆動部
５１ ベース
５２ 溶接トーチ
５３ 溶接ワイヤ
５４ 溶接線
５５ 溶接パターン
５６ アーク溶接ロボット
Ｊ１〜Ｊ６ 第１軸〜第６軸
ＪＴ１〜ＪＴ６ 第１軸〜第６軸
Ｐｓ 溶接開始位置
Ｐｅ 溶接終了位置
Ａ ウィービング振幅
ｆ 周波数
θｗ ウィービング角度
φ 首振り角度の振幅
Ｔ 補間周期

Claims (4)

1. 少なくとも第１軸から第６軸の６つの軸を有する多関節型ロボットと、
   最先端軸である第６軸の回転軸に対して傾けて配設される溶接トーチと、
   溶接時の前記溶接トーチの位置及び姿勢を、同溶接トーチの位置及び姿勢に関わる直交座標系の３次元座標位置から逆変換して少なくとも前記第１軸から第６軸を制御する制御手段と、を備えたアーク溶接装置であって、
   前記制御手段が、少なくとも前記第１軸から第６軸の制御によるウィービング動作時に、位置データを特定する前記第１軸から第６軸の角度データのうち前記第６軸の角度データに前記第６軸に首振り動作を行わせる首振り角度を加算して、前記第６軸の制御を行い、前記溶接トーチの溶接部に対する向きを変更させてなることを特徴とするアーク溶接装置。
2. 前記ウィービング動作における溶接開始点と溶接終了点とを結んだ線分を溶接線とし、前記溶接線を中心に前記溶接トーチ先端を左右に揺動させたときの前記溶接トーチ先端が辿る面をウィービング面とし、前記溶接線を交線として前記ウィービング面に直交する面を基準面としたとき、
   前記制御手段の前記第６軸に対する制御は、前記溶接トーチ先端を揺動させる際に、前記溶接トーチ先端からの溶接ワイヤ送給方向と前記第６軸の回転軸方向とにより形成される平面と前記基準面とのなす角度を、前記基準面からの前記第６軸の距離の大きさに対応するように変化させ、前記平面が前記基準面を通過して一方から他方へ移動する場合に、移動の前後において前記角度で傾斜させる向きを反対に変更する制御であることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置。
3. 少なくとも第１軸から第６軸の６つの軸を有する多関節型ロボットと、
   最先端軸である第６軸の回転軸に対して傾けて配設される溶接トーチと、を備え、
   溶接時の前記溶接トーチの位置及び姿勢に係わるデータを直交座標系における座標位置として求め、前記求めた座標位置を逆変換して前記６つの軸の軸角度をそれぞれ制御してなるアーク溶接装置におけるウィービング溶接方法であって、
   少なくとも前記第１軸から第６軸の各６つの軸に対する軸角度の制御時に、位置データを特定する前記第１軸から第６軸の角度データのうち前記第６軸の角度データに前記第６軸に首振り動作を行わせる首振り角度を加算して、前記第６軸の制御を行い、前記第６軸に対して、前記溶接トーチの溶接部に対する向きが前記第６軸の回転軸回りに首振りするように制御してなることを特徴とするアーク溶接装置のウィービング溶接方法。
4. 前記ウィービング溶接における溶接開始点と溶接終了点とを結んだ線分を溶接線とし、
   前記溶接線を中心に前記溶接トーチ先端を左右に揺動させたときの前記溶接トーチ先端が辿る面をウィービング面とし、前記溶接線を交線として前記ウィービング面に直交する面を基準面としたとき、
   前記ウィービング溶接における前記各軸に対する制御において、前記第６軸に対する制御が、前記溶接トーチ先端を揺動させる際に、前記溶接トーチ先端からの溶接ワイヤ送給方向と前記第６軸の回転軸方向とにより形成される平面と前記基準面とのなす角度を、前記基準面からの前記第６軸の距離の大きさに対応するように変化させ、前記平面が前記基準面を通過して一方から他方へ移動する場合に、移動の前後において前記角度で傾斜させる向きを反対に変更させる制御であることを特徴とする請求項３記載のウィービング溶接方法。

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