JP6705173B2 - Welding method and welding equipment - Google Patents

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本発明は、溶接方法および溶接装置に関し、さらに詳しくは、突き合わせ溶接を自動的に行うことができる溶接方法および溶接装置に関する。 The present invention relates to a welding method and a welding apparatus, and more particularly to a welding method and a welding apparatus capable of automatically performing butt welding.

多数の同種の対象物に対して溶接を行う際に、ロボットを用いて溶接を自動化する方法が用いられる場合がある。対象物の個体ごとに、溶接すべき部位の位置に誤差が生じる可能性があるが、その誤差を検出し、各個体に対して適切な位置に溶接を行うために、レーザセンサ等を使用して対象物の形状を調査し、その情報に基づいて溶接を行うべき位置を決定する方法が公知である。例えば、特許文献1に、予め設定された教示軌道および移動速度を入力としてロボットに取り付けられた溶接トーチ等の作業ツールを移動させるための計画補間点を算出する補間点算出手段と、作業ツールに搭載されて対象物の形状を認識する走査型レーザセンサ等のセンサからの入力に基づいて計画補間点を補正するための修正補間点を算出する補正手段と、作業ツールを修正補間点に順次移動させる駆動手段と、を備えたロボット制御装置が開示されている。 When welding a large number of objects of the same type, a method of automating the welding using a robot may be used. There may be an error in the position of the part to be welded for each individual object, but in order to detect the error and perform welding at an appropriate position for each individual, use a laser sensor etc. A method of investigating the shape of a target object and determining the position where welding should be performed based on the information is known. For example, in Patent Document 1, an interpolation point calculation means for calculating a planned interpolation point for moving a work tool such as a welding torch attached to a robot by using a preset teaching trajectory and moving speed as inputs, and a work tool A correction means for calculating a correction interpolation point for correcting the planned interpolation point based on the input from a sensor such as a scanning laser sensor that is mounted and recognizes the shape of the object, and the work tool is sequentially moved to the correction interpolation point. There is disclosed a robot control device including a driving unit for driving the robot control unit.

特開2011−62763号公報JP, 2011-62763, A

特許文献1のように、ロボットにレーザセンサと溶接トーチを取り付けておき、溶接トーチに先行して移動するレーザセンサで得られたワーク形状に関する情報を、リアルタイムで処理して、溶接トーチを移動させるべき軌道を決定する場合には、レーザセンサでの計測と計測結果に基づく溶接トーチの軌道の決定、溶接の実行を、全て同時に実行する必要があるため、演算・制御部の構成が複雑になりやすい。具体的には、センサによる形状の計測および計測結果の出力や、軌道を決定するための演算が行われる速度は、一般的には、溶接トーチにおける溶接速度と整合しない。そのため、溶接の途中で溶接速度が変更される点の前後等において、計測、演算、溶接のいずれかが一時的停止されてしまう空走領域が生じやすい。また、計測と演算をリアルタイムで行うため、演算による軌道の算出を高精度で行おうとすれば、ソフトウェアをはじめ、演算・制御部の構成が複雑になってしまう。演算部のメモリ容量も大きくなってしまう。特に、センサで先行計測する部位に仮付溶接痕等の不規則な形状がある場合に、その構造を無視して、あるいはその構造を考慮して、溶接トーチの軌道を明確に決定しようとすると、計測や演算の精度が低下しがちであり、その低下を補おうとすると、演算・制御部が複雑化する。また、溶接トーチのアーク切れ等によって溶接を中断した場合に、溶接を途中から再度開始できるようにすることは困難であり、これを可能にしようとすれば、やはり複雑な演算・制御部が必要となる。 As in Patent Document 1, a laser sensor and a welding torch are attached to a robot, information on a work shape obtained by a laser sensor that moves prior to the welding torch is processed in real time to move the welding torch. When determining the trajectory to be used, it is necessary to perform the measurement with the laser sensor, the trajectory of the welding torch based on the measurement results, and the execution of welding all at the same time, which complicates the configuration of the calculation/control unit. Cheap. Specifically, the speed at which the shape is measured by the sensor, the measurement result is output, and the calculation for determining the trajectory is performed generally does not match the welding speed in the welding torch. Therefore, before and after the point where the welding speed is changed during welding, a free running region in which any of measurement, calculation, and welding is temporarily stopped easily occurs. Moreover, since the measurement and the calculation are performed in real time, if the calculation of the trajectory by the calculation is performed with high accuracy, the configuration of the calculation/control unit including software becomes complicated. The memory capacity of the arithmetic unit also becomes large. In particular, if there is an irregular shape such as a temporary welding mark at the part to be measured in advance by the sensor, ignoring the structure or considering the structure and trying to clearly determine the trajectory of the welding torch However, the accuracy of measurement and calculation tends to decrease, and when trying to compensate for the decrease, the calculation/control unit becomes complicated. Also, when welding is interrupted due to arcing of the welding torch, it is difficult to restart welding from the middle, and if this is made possible, a complicated calculation/control unit is also required. Becomes

さらに、構造上の問題として、センサによる対象物の形状の計測を溶接に先行させる必要により、センサと溶接トーチの位置関係が限定されてしまう。つまり、センサを溶接トーチの前方に並べて取り付ける必要があり、溶接時に発生するスパッタやヒュームからセンサを保護するのが困難である。 Further, as a structural problem, the positional relationship between the sensor and the welding torch is limited because the measurement of the shape of the object by the sensor needs to precede the welding. That is, it is necessary to install the sensors side by side in front of the welding torch, and it is difficult to protect the sensors from spatter and fumes generated during welding.

本発明が解決しようとする課題は、簡素な構成の装置を用いて、実際の対象物の構造に応じた位置に自動的に突き合わせ溶接を施すことができる溶接方法、およびそのような溶接装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a welding method capable of automatically performing butt welding at a position corresponding to the structure of an actual object by using a device having a simple structure, and a welding device such as this. To provide.

上記課題を解決するために、本発明にかかる溶接方法は、対象物の線状の突き合わせ部に対して突き合わせ溶接を行う溶接方法において、空間内で指定された座標に運動できる運動装置と、前記運動装置に取り付けられた溶接トーチと、前記溶接トーチに対して位置関係を固定して前記運動装置に取り付けられ、直線状に設定された計測域において対象物との距離を計測可能な光学センサと、を用い、想定される前記突き合わせ部の上に設定した複数のセンシング点のそれぞれに対して、前記計測域が前記センシング点を含んで前記突き合わせ部の線と交差するように、運動装置を用いて前記光学センサを配置したうえで、前記計測域における前記対象物までの距離を計測し、該計測の結果をもとに、前記突き合わせ部が実際に存在する位置を検出点として認識するセンシング工程と、前記運動装置を用いて、前記センシング工程によって認識された複数の検出点を直線状に結んだ目標線に沿って前記溶接トーチを運動させ、前記目標線上に溶接を行う溶接工程と、をこの順に実行するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a welding method according to the present invention is a welding method for performing butt welding on a linear butt portion of an object, and an exercise device capable of moving to designated coordinates in a space, A welding torch attached to the exercise device, and an optical sensor attached to the exercise device with a positional relationship fixed to the welding torch and capable of measuring a distance to an object in a linearly set measurement range. For each of a plurality of expected sensing points set on the abutting portion, an exercise device is used so that the measurement area intersects the line of the abutting portion including the sensing point. Sensing step of arranging the optical sensor to measure the distance to the object in the measurement area and recognizing the position where the abutting portion actually exists as a detection point based on the measurement result. And a welding process of moving the welding torch along a target line that linearly connects a plurality of detection points recognized by the sensing process using the exercise device, and performing welding on the target line. This is executed in this order.

ここで、前記突き合わせ部が直線状であるとよい。 Here, it is preferable that the abutting portion is linear.

前記光学センサは、線状のビーム形状を有するレーザ光を用いて、前記計測域の全域における計測を同時に行うものであるとよい。 It is preferable that the optical sensor uses laser light having a linear beam shape to simultaneously perform measurement in the entire measurement region.

前記光学センサおよび前記溶接トーチは、相互に反対の方向に突出して前記運動装置に取り付けられているとよい。 The optical sensor and the welding torch may be attached to the exercise device so as to protrude in mutually opposite directions.

前記センシング点を3点以上設定し、2つの隣接する前記検出点を結んでなる前記目標線の複数の区画のそれぞれにおいて、溶接条件を設定するとよい。 It is preferable to set three or more sensing points and set welding conditions in each of the plurality of sections of the target line that connects two adjacent detection points.

本発明にかかる溶接装置は、空間内で指定された座標に運動できる運動装置と、前記運動装置に取り付けられた溶接トーチと、前記溶接トーチに対して位置関係を固定して前記運動装置に取り付けられ、直線状に設定された計測域における対象物との距離を計測可能な光学センサと、を有し、上記のような溶接方法を実行するものである。 A welding device according to the present invention includes an exercise device capable of moving to designated coordinates in space, a welding torch attached to the exercise device, and a positional relationship fixed to the welding torch attached to the exercise device. And an optical sensor capable of measuring a distance to an object in a linearly set measurement area, and performing the welding method as described above.

上記発明にかかる溶接方法においては、想定される突き合わせ部に沿って設定したセンシング点において、光学センサを用いて、対象物までの距離の分布を、突き合わせ部に交差する方向に沿って計測する。計測された距離の分布において、凹構造が観測される位置として、実際の突き合わせ部に対応する検出点を認識することができる。複数のセンシング点に対して認識した検出点を直線状に結んで目標線を作成することで、対象物の製造誤差等の要因により、想定される突き合わせ部の位置から実際の突き合わせ部がずれていたとしても、実際の突き合わせ部の位置を認識することができる。そして、目標線に沿って溶接トーチを運動させ、目標線上に溶接を行うことで、実際の突き合わせ部が存在する位置に、的確に溶接を行うことができる。このようにして、ロボット等の運動装置を用いて溶接を自動化しても、対象物の個体ごとに突き合わせ部上に正しく溶接を行うことができる。さらに、突き合わせ部に対してずれがない状態で溶接を行えることで、溶接における溶け込み率も高めやすくなる。 In the welding method according to the above invention, the distribution of the distance to the object is measured along the direction intersecting the abutting portion using the optical sensor at the sensing point set along the supposed abutting portion. In the distribution of the measured distances, it is possible to recognize the detection point corresponding to the actual abutting portion as the position where the concave structure is observed. By creating a target line by connecting the detected points that are recognized for multiple sensing points in a straight line, the actual butt position is displaced from the expected butt position due to factors such as manufacturing error of the object. Even if it does, the actual position of the butt portion can be recognized. Then, by moving the welding torch along the target line and performing welding on the target line, it is possible to perform accurate welding at the position where the actual butted portion exists. In this way, even if welding is automated by using a motion device such as a robot, it is possible to correctly perform welding on the abutting portion for each individual object. Furthermore, since the welding can be performed in a state in which there is no displacement with respect to the abutting portion, the penetration rate in welding can be easily increased.

そして、光学センサと溶接トーチを相互の位置関係を固定して運動装置に取り付けておき、光学センサによって実際の突き合わせ部が存在する位置を検出するセンシング工程を完了した後に、その検出結果に基づいて、実際の溶接を行っていることで、センシングと溶接をリアルタイムで行う場合に比べて、制御プログラムを簡素なものとすることができる。大容量のメモリを使用することも必要ない。光学センサによる計測および計測結果に基づく演算の速度と、溶接トーチによる溶接の速度が異なっていても、また、溶接トーチのアーク切れ等、各工程に固有の問題が生じることがあったとしても、各工程を独立して実施するので、両工程の整合性の点において、特に問題は生じない。仮付溶接痕等の不規則な構造がある場合にも、それに対応した演算処理を高速で行う必要は生じない。さらに、光学センサと溶接トーチを相互に既知の位置関係に固定しさえすれば、両者の取り付け位置の関係が座標値により算出されるので、個々の具体的な取り付け位置は特に制約を受けず、用いる溶接装置の構造上の自由度を高めることができる。光学センサと溶接トーチの位置関係を固定しておくこと、特に、対象物において想定される突き合わせ部に沿った両者の位置を合わせておくことで、光学センサを用いたセンシングによって突き合わせ部の位置として検出される検出点の位置と、それらの検出点に対応させて溶接トーチで実際に溶接を行う位置との関係を固定し、検出点の間を結んだ直線に沿って正確に溶接を行うことができるようになる。 Then, the optical sensor and the welding torch are fixed to each other in a fixed positional relationship with each other and attached to the exercise device, and after completing the sensing step of detecting the position where the actual butting portion is present by the optical sensor, based on the detection result. By performing actual welding, the control program can be simplified as compared with the case where sensing and welding are performed in real time. There is no need to use a large amount of memory. Even if the speed of the measurement by the optical sensor and the calculation based on the measurement result and the speed of the welding by the welding torch are different, or even if there is a problem unique to each process such as arc breakage of the welding torch, Since each process is performed independently, there is no particular problem in terms of compatibility between both processes. Even if there is an irregular structure such as a temporary welding mark, it is not necessary to perform arithmetic processing corresponding to it at high speed. Further, as long as the optical sensor and the welding torch are fixed to each other in a known positional relationship, the relationship between the mounting positions of the two is calculated by the coordinate values, so each specific mounting position is not particularly limited, The structural flexibility of the welding device used can be increased. By fixing the positional relationship between the optical sensor and the welding torch, especially by aligning the positions of the two along the supposed butted part of the object, the position of the butted part can be determined by sensing using the optical sensor. Fix the relationship between the positions of the detected detection points and the positions where welding is actually performed with the welding torch corresponding to those detection points, and perform accurate welding along the straight line connecting the detection points. Will be able to.

ここで、突き合わせ部が直線状である場合には、想定される突き合わせ部の上にセンシング点を離散的に設定し、それぞれのセンシング点に対応して認識された検出点を直線的に結んで目標線を得るという簡素な方法でも、実際の突き合わせ部を高精度に再現することができる。 Here, when the abutting portion is linear, sensing points are discretely set on the assumed abutting portion, and the detection points recognized corresponding to the respective sensing points are linearly connected. Even with a simple method of obtaining the target line, the actual butted portion can be reproduced with high accuracy.

光学センサが、線状のビーム形状を有するレーザ光を用いて、計測域の全域における計測を同時に行うものである場合には、センシング工程において、突き合わせ部に交差して設定された計測域における距離の計測、およびその結果に基づく実際の突き合わせ部の位置の認識を、簡便かつ高精度に行うことができる。 When the optical sensor uses laser light having a linear beam shape to simultaneously perform measurement in the entire measurement area, in the sensing process, the distance in the measurement area set across the abutting portion is set. And the actual position of the abutting portion based on the measurement result can be easily and accurately performed.

光学センサおよび溶接トーチが、相互に反対の方向に突出して運動装置に取り付けられている場合には、溶接トーチによって溶接を行っている間は、使用していない光学センサが、溶接を行っている部位と反対に向いていることになるので、溶接時に発生するスパッタやヒュームが光学センサに付着して光学センサに劣化等の影響を与えることが抑制される。 When the optical sensor and the welding torch are mounted on the motion device so as to project in mutually opposite directions, the unused optical sensor is performing the welding while the welding torch is performing the welding. Since it is facing away from the portion, it is possible to prevent spatter and fumes generated during welding from adhering to the optical sensor and affecting the optical sensor such as deterioration.

センシング点を3点以上設定し、2つの隣接する検出点を結んでなる目標線の複数の区画のそれぞれにおいて、溶接条件を設定する場合には、突き合わせ部上の各部位に応じた適切な溶接条件を適用しながら、連続的に各部位の溶接を行うことができる。上記のように、光学センサによる計測と溶接トーチによる溶接の間で速度を整合させる必要がないので、溶接途中における溶接条件の変更も、簡素な制御によって行うことができる。 When three or more sensing points are set and welding conditions are set in each of a plurality of sections of a target line connecting two adjacent detection points, appropriate welding according to each part on the butted portion is set. It is possible to continuously weld each portion while applying the conditions. As described above, since it is not necessary to match the speed between the measurement by the optical sensor and the welding by the welding torch, the welding condition can be changed during the welding by simple control.

上記発明にかかる溶接装置においては、簡素な構成により、突き合わせ部の実際の位置を認識したうえで溶接を自動的に行う制御を実行することができる。 In the welding device according to the above invention, the control for automatically performing the welding can be executed by recognizing the actual position of the butted portion with a simple configuration.

本発明の一実施形態にかかる溶接装置と、対象物の例としてのアクスルハウジングを示す斜視図である。It is a perspective view showing a welding device concerning one embodiment of the present invention, and an axle housing as an example of an object. センシング工程を実行している状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which is performing the sensing process. センシング工程を説明する図である。(a)は突き合わせ部を拡大して示す断面斜視図であり、(b)はその突き合わせ部に対する計測結果を示している。It is a figure explaining a sensing process. (A) is a cross-sectional perspective view showing an enlarged butt portion, and (b) shows a measurement result for the butt portion. 溶接工程を説明する図である。It is a figure explaining a welding process. 各工程における制御を説明する図であり、(a)はセンシング工程、(b)は溶接工程、(c)はセンシング線を更新する工程を示している。It is a figure explaining control in each process, (a) shows a sensing process, (b) shows a welding process, and (c) shows a process of updating a sensing wire.

以下、本発明の一実施形態にかかる溶接方法および溶接装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a welding method and a welding apparatus according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[溶接装置の構成]
図1に、本発明の一実施形態にかかる溶接装置1の概略を示す。
[Configuration of welding equipment]
FIG. 1 schematically shows a welding device 1 according to an embodiment of the present invention.

溶接装置1は、運動装置として、ロボット10を備えている。ロボット10は、6つの駆動軸を有し、それぞれの駆動軸の運動が、サーボモータ(11等)によって駆動される。これにより、ロボット10は、先端に設けられた取り付け面12を、空間内で指定された座標に運動させることができる。ロボット10は、ティーチングによって運動(位置および姿勢の変化)に関する指令を記憶し、その指令を順次呼び出すことで、取り付け面12において、所定の運動を順次自動的に行うことができる。 The welding device 1 includes a robot 10 as an exercise device. The robot 10 has six drive axes, and the movement of each drive axis is driven by a servo motor (11 or the like). Thereby, the robot 10 can move the mounting surface 12 provided at the tip to the designated coordinates in the space. The robot 10 stores a command related to a motion (change in position and posture) by teaching, and sequentially calls the command, so that the mounting surface 12 can sequentially perform a predetermined motion automatically.

ロボット10の取り付け面12には、溶接トーチ20と、光学センサ30とが固定されている。溶接トーチ20は、溶接材料よりなる芯線21を先端に備える公知のアーク溶接用のトーチである。溶接トーチ20は、基端をロボット10の取り付け面12の一方面に固定されており、先端が取り付け面12から外側に突出している。 A welding torch 20 and an optical sensor 30 are fixed to a mounting surface 12 of the robot 10. The welding torch 20 is a known arc welding torch having a core wire 21 made of a welding material at its tip. The welding torch 20 has a base end fixed to one surface of the mounting surface 12 of the robot 10, and a tip protruding outward from the mounting surface 12.

光学センサ30は、公知の形状測定レーザセンサよりなる。光学センサ30には、先端部から計測対象物に線状(ライン状)のビーム形状を有するレーザビームBを照射し、反射光を検出することで、計測対象物の表面までの距離を計測するものである(図2参照)。距離の計測は、レーザビームBが当たっている直線状の計測域Rsの各部において同時に行われる。光学センサ30は、ロボット10の取り付け面12において、溶接トーチ20が固定されているのと反対側の面に基端を固定されている。そして、先端が取り付け面12から外側に突出している。光学センサ30の突出方向は、溶接トーチ20の突出方向と約180°異なる反対方向に向いており、レーザビームBの出射方向が、溶接トーチ20の芯線21の突出方向と反対になっている。 The optical sensor 30 is a known shape measuring laser sensor. The optical sensor 30 measures the distance to the surface of the measurement object by irradiating the measurement object with a laser beam B having a linear beam shape from the tip and detecting reflected light. (See FIG. 2). The measurement of the distance is simultaneously performed in each part of the linear measurement area Rs on which the laser beam B strikes. The base end of the optical sensor 30 is fixed to the surface of the mounting surface 12 of the robot 10 opposite to the surface on which the welding torch 20 is fixed. The tip projects outward from the mounting surface 12. The protrusion direction of the optical sensor 30 is opposite to the protrusion direction of the welding torch 20 by about 180°, and the emission direction of the laser beam B is opposite to the protrusion direction of the core wire 21 of the welding torch 20.

ロボット10の取り付け面12における溶接トーチ20と光学センサ30の間の位置関係(取り付け面12上でどの方向にどれだけ離れているか)は、固定されており、その位置関係は既知となっている。両者の位置関係の精度確認を行うための方法として、例えば、十字図形を刻印した板よりなる原点合わせ用治具を利用することができる。溶接トーチ20の芯線21の先端を十字の交点の真上に配置した時のロボット10の各駆動軸の座標値と、光学センサ30から出射されるレーザビームBの中心が十字の交点に一致する時のロボット10の各駆動軸の座標値とを比較し、両座標値の差を基準として、座標0(ゼロ)を設定する。位置関係の確認は、溶接トーチ20を交換するたびに行う必要がある。 The positional relationship between the welding torch 20 and the optical sensor 30 on the mounting surface 12 of the robot 10 (in what direction and how far apart on the mounting surface 12) is fixed, and the positional relationship is known. .. As a method for confirming the accuracy of the positional relationship between the two, for example, a jig for origin adjustment made of a plate in which a cross shape is engraved can be used. When the tip of the core wire 21 of the welding torch 20 is arranged directly above the intersection of the cross, the coordinate value of each drive axis of the robot 10 and the center of the laser beam B emitted from the optical sensor 30 coincide with the intersection of the cross. The coordinate value of each drive axis of the robot 10 at that time is compared, and the coordinate 0 (zero) is set based on the difference between both coordinate values. The positional relationship must be confirmed every time the welding torch 20 is replaced.

溶接トーチ20と光学センサ30の位置関係を固定することで、例えば、次に詳しく説明するアクスルハウジング50を対象物とした例に対して図5に示すように、光学センサ30を用いたセンシングによって突き合わせ部54の位置として検出される検出点(D1〜D3)の位置と、それらの検出点(D1〜D3)に対応させて溶接トーチ20で実際に溶接を行う位置との関係を固定し、検出点(D1〜D3)の間を結んだ直線に沿って正確に溶接を行うことができる。特に、溶接トーチ20と光学センサ30のx方向(想定される突き合わせ部54に沿う方向)の位置を同じにすることで、光学センサ30で検出された検出点(D1〜D3)を結んだ目標線Ltの傾きと、溶接トーチ20で実際に溶接を行う直線の傾きとの間にずれが発生するのを防止することができる。 By fixing the positional relationship between the welding torch 20 and the optical sensor 30, for example, as shown in FIG. 5 for an example in which the axle housing 50 described in detail below is used as an object, sensing by using the optical sensor 30 is performed. The relationship between the positions of the detection points (D1 to D3) detected as the position of the abutting portion 54 and the positions where welding is actually performed by the welding torch 20 corresponding to these detection points (D1 to D3) is fixed, Welding can be performed accurately along a straight line connecting the detection points (D1 to D3). In particular, by making the welding torch 20 and the optical sensor 30 have the same position in the x direction (the assumed direction along the abutting portion 54), the target connecting the detection points (D1 to D3) detected by the optical sensor 30. It is possible to prevent a deviation from occurring between the inclination of the line Lt and the inclination of the straight line on which the welding torch 20 actually performs welding.

溶接装置1には、さらに、コンピュータ等よりなる制御部(不図示)が設けられている。制御部は、溶接トーチ20の電源を制御し、溶接時の電流および電圧を設定することができる。また、制御部は、光学センサ30を制御して、距離の計測を実行させるとともに、光学センサ30から計測結果を入力され、計測結果に対して、処理、演算を行うことができる。さらに、制御部は、光学センサ30における計測結果等に基いて、ロボット10の位置および姿勢の変化を指令するティーチングのプログラムを設定することや変更することができる。 The welding apparatus 1 is further provided with a control unit (not shown) including a computer and the like. The control unit can control the power supply of the welding torch 20 and set the current and voltage during welding. In addition, the control unit controls the optical sensor 30 to measure the distance, receives the measurement result from the optical sensor 30, and can process and calculate the measurement result. Furthermore, the control unit can set or change a teaching program for instructing changes in the position and orientation of the robot 10 based on the measurement result of the optical sensor 30 and the like.

[対象物の例]
本発明の一実施形態において溶接の対象とする対象物(ワーク)は、突き合わせ溶接を行うべき突き合わせ部を有するものであれば、どのようなものであっても構わない。以下では、対象物の例として、図1中に示したようなアクスルハウジング50を扱う。
[Example of object]
In the embodiment of the present invention, the object to be welded (work) may be any object as long as it has a butt portion to be butt-welded. Below, the axle housing 50 as shown in FIG. 1 is treated as an example of an object.

アクスルハウジング50は、トラック等の大型車両の後車軸部等に用いられ、車軸およびディファレンシャルギア等を収容する。図1に示すように、アクスルハウジング50は、胴部51と筒状部52を本体部としてなっている。胴部51は、鋼板が半筒形(断面略U字形又は断面略コの字形)に曲げられ、略円環状に膨出形成されたものであり、ディファレンシャルギアを収容する。そして、胴部51の両端部に、車軸が挿通される中空の筒状部52が形成されている。筒状部52は、角筒形状を基本としてなるが、端部は、後の工程でチューブエンドを取り付けられるように、円筒状となっている。胴部51と筒状部52の間に形成されている空隙部には、略三角形の三角板53が取り付けられている。 The axle housing 50 is used for a rear axle of a large vehicle such as a truck, and accommodates an axle, a differential gear, and the like. As shown in FIG. 1, the axle housing 50 has a body portion 51 and a tubular portion 52 as a main body portion. The body portion 51 is formed by bending a steel plate into a semi-cylindrical shape (substantially U-shaped in cross section or substantially U-shaped in cross section) and bulged in a substantially annular shape, and accommodates a differential gear. A hollow cylindrical portion 52 through which the axle is inserted is formed at both ends of the body portion 51. The tubular portion 52 is basically in the shape of a rectangular tube, but the end portion thereof has a cylindrical shape so that the tube end can be attached in a later step. A substantially triangular triangular plate 53 is attached to the space formed between the body portion 51 and the tubular portion 52.

アクスルハウジング50の本体部は、2つの分割部材60,60から製造される。つまり、胴部51の円環形状および筒状部52の筒形状を半分に分割した形状を有する2つの分割部材60,60を製造し、それらの端縁61,61を突き合わせてなる直線状の突き合わせ部54に対して、本発明の一実施形態にかかる溶接方法を用いて突き合わせ溶接を行うことで、本体部が形成される。また、胴部51と筒状部52の間の部位に、三角板53が配置され、本体部と三角板53の間の部位が溶接される。 The body portion of the axle housing 50 is manufactured from two split members 60, 60. That is, two split members 60, 60 having a shape obtained by splitting the annular shape of the body portion 51 and the tubular shape of the tubular portion 52 into halves are manufactured, and their end edges 61, 61 are butted to form a linear shape. The main body is formed by performing butt welding on the butt portion 54 using the welding method according to the embodiment of the present invention. Further, the triangular plate 53 is arranged in a portion between the body portion 51 and the tubular portion 52, and the portion between the main body portion and the triangular plate 53 is welded.

突き合わせ溶接を行う直前の状態において、アクスルハウジング50は、2つの分割部材60,60を端縁61,61において突き合わせて相互に押し付け、仮付溶接した状態にある。仮付溶接により、突き合わせ部54上には、左右1箇所ずつ、点状に盛り上がった仮付溶接痕55,55が形成されている。仮付溶接により、2つの分割部材60,60は、相互に離れることがなくなり、相互に対して押し付ける外力を解放しても、端縁61,61によって突き合わせ部54が形成された状態が維持される。 Immediately before performing butt welding, the axle housing 50 is in a state where the two split members 60, 60 are butted against each other at the edges 61, 61 and pressed against each other, and are temporarily welded together. As a result of the tack welding, tack welding marks 55, 55 are formed on the abutting portion 54 so as to be left and right one by one in a dot shape. By the temporary welding, the two divided members 60, 60 are not separated from each other, and even if the external force pressing against each other is released, the state in which the butt portion 54 is formed by the end edges 61, 61 is maintained. It

2つの分割部材60,60は、プレス成形の後、プラズマ切断により、周縁部の余肉を除去する工程を経て製造されている。よって、突き合わせ部54を構成することになる端縁61,61において、切断時のプラズマアークによるダレ(上縁の溶融)が発生している。その結果、図3(a)に示すように、端縁61,61に、上面(外側の表面)側がわずかに短くなった傾斜が形成されている。そのため、2つの端縁61,61を突き合わせた突き合わせ部54において、谷状の凹構造が形成されている。 The two divided members 60, 60 are manufactured through a step of removing the excess thickness of the peripheral portion by plasma cutting after press molding. Therefore, sagging (melting of the upper edge) due to the plasma arc at the time of cutting occurs at the edges 61, 61 that will form the abutting portion 54. As a result, as shown in FIG. 3A, the edges 61, 61 are formed with an inclination whose upper surface (outer surface) side is slightly shorter. Therefore, a valley-shaped concave structure is formed in the butting portion 54 where the two end edges 61, 61 are butted.

[溶接方法]
次に、本発明の一実施形態にかかる溶接方法について説明する。ここでは、上記で説明した溶接装置1を用い、アクスルハウジング50を対象物として、突き合わせ部54に対して溶接を行う。
[Welding method]
Next, a welding method according to an embodiment of the present invention will be described. Here, the welding device 1 described above is used to weld the abutting portion 54 with the axle housing 50 as an object.

本実施形態にかかる溶接方法においては、(1)センシング工程と、(2)溶接工程とを、この順に実行する。溶接工程は、センシング工程において得られた情報に基づいて、実行する。以下、各工程について詳細に説明する。以下において、アクスルハウジング50の長手方向をx方向、幅方向をy方向とする。 In the welding method according to the present embodiment, (1) sensing step and (2) welding step are performed in this order. The welding process is executed based on the information obtained in the sensing process. Hereinafter, each step will be described in detail. In the following, the longitudinal direction of the axle housing 50 is the x direction and the width direction is the y direction.

(1)センシング工程
図2に、センシング工程を実行している状態の溶接装置1およびアクスルハウジング50を示している。図示は省略しているが、センシング工程に先立って、アクスルハウジング50は、固定治具によって、作業台上の所定の位置に据え付けられている。
(1) Sensing Step FIG. 2 shows the welding device 1 and the axle housing 50 in a state where the sensing step is being executed. Although illustration is omitted, prior to the sensing step, the axle housing 50 is installed at a predetermined position on the work table by a fixing jig.

センシング工程においては、ロボット10に取り付けられた光学センサ30が下方に向けられ、アクスルハウジング50の表面の上方に配置されている。この状態で、ロボット10は、予め設定された直線状のセンシング線Ls(図5(a)参照)に沿って光学センサ30を移動させるように、ティーチングによって運動を駆動される。センシング線Lsは、想定される突き合わせ部の位置として設定されたものである。ここで、「想定される」突き合わせ部54の位置とは、プラズマ切断等、前工程における製造誤差や、作業台への据え付け位置の誤差、ロボット10の原点位置のずれ等、種々の要因によるばらつきの影響がない、設計通りの理想的な状態にあるとして、突き合わせ部54が存在すると想定される位置のことを指す。 In the sensing process, the optical sensor 30 attached to the robot 10 is directed downward and is disposed above the surface of the axle housing 50. In this state, the robot 10 is driven by teaching so as to move the optical sensor 30 along a preset linear sensing line Ls (see FIG. 5A). The sensing line Ls is set as an assumed position of the butt portion. Here, the “assumed” position of the abutting portion 54 varies due to various factors such as manufacturing errors in the previous process such as plasma cutting, errors in the installation position on the workbench, and deviation of the origin position of the robot 10. It means the position where the abutting portion 54 is assumed to be present, assuming that there is no influence of the above and is in an ideal state as designed.

センシング線Lsの上には、仮付溶接痕55,55が形成された位置を避けて、複数のセンシング点(図2の例では点P1〜P3)が予め設定されている。図2の例では、おおむね、点P1が筒状部52の端部52aの位置、点P2が円筒状の部位と角筒状の部位の境界部、点P3が直線状の突き合わせ部54の終点部に設定されている。ロボット10によって、光学センサ30が、アクスルハウジング50の一方端52aから内側に向かってセンシング線Lsに沿って移動され、その際に通過する各センシング点において(P1→P2→P3)、光学センサ30がアクスルハウジング50の表面までの距離の計測を行う。計測中、ロボット10は、必要に応じて光学センサ30の移動を停止させる。 A plurality of sensing points (points P1 to P3 in the example of FIG. 2) are preset on the sensing line Ls, avoiding the positions where the temporary welding marks 55, 55 are formed. In the example of FIG. 2, generally, the point P1 is the position of the end portion 52a of the tubular portion 52, the point P2 is the boundary portion between the cylindrical portion and the rectangular tubular portion, and the point P3 is the end point of the linear abutting portion 54. It is set in the section. The robot 10 moves the optical sensor 30 from one end 52a of the axle housing 50 inward along the sensing line Ls, and at each sensing point passing at that time (P1→P2→P3), the optical sensor 30 is detected. Measures the distance to the surface of the axle housing 50. The robot 10 stops the movement of the optical sensor 30 as needed during the measurement.

各センシング点P1〜P3において計測を行うに際し、レーザビームBは、直線状の計測域Rsがセンシング線Lsに略直交するように、また、センシング点P1〜P3が計測域Rsの略中央に位置するように、配置される。また、種々の要因によるばらつきのために突き合わせ部54の位置が想定される位置からy方向にずれる可能性のある最大範囲が、計測域Rsに含まれるように、光学センサ30とアクスルハウジング50の間の距離が定められる。 When performing measurement at each of the sensing points P1 to P3, the laser beam B is positioned so that the linear measurement area Rs is substantially orthogonal to the sensing line Ls, and the sensing points P1 to P3 are located at substantially the center of the measurement area Rs. Arranged as you would. Further, the maximum range in which the position of the abutting portion 54 may deviate in the y direction from the assumed position due to variations due to various factors is included in the measurement range Rs, so that the optical sensor 30 and the axle housing 50 have a maximum range. The distance between them is defined.

図3(a)に示すような谷状の凹構造を有する突き合わせ部54に対して、光学センサ30によって距離の計測を行った結果を、図3(b)に示す。図では、横軸をy方向の座標、縦軸を光学センサ30からアクスルハウジング50の表面までの距離としている。図のように、突き合わせ部54の凹構造に対応して、下に凸のピーク構造が観測される。このピーク構造の頂点のy座標を、突き合わせ部54の谷底に相当する検出点Dの位置として認識する。 FIG. 3B shows the result of measuring the distance by the optical sensor 30 with respect to the abutting portion 54 having a valley-shaped concave structure as shown in FIG. 3A. In the figure, the horizontal axis is the coordinate in the y direction, and the vertical axis is the distance from the optical sensor 30 to the surface of the axle housing 50. As shown, a downward convex peak structure is observed corresponding to the concave structure of the abutting portion 54. The y coordinate of the apex of this peak structure is recognized as the position of the detection point D corresponding to the valley bottom of the abutting portion 54.

図5(a)に、センシング点P1〜P3における計測の結果の一例を示す。ここでは、点P1における計測によって検出された検出点D1は、センシング線Lsの上にあり、センシング点P1と一致している。一方、点P2における計測によって検出された検出点D2は、センシング線Lsから+y方向にずれている。また、点P3における計測によって検出された検出点D3は、さらに大きくセンシング線Lsから+y方向にずれている。検出点D1とD2の間、検出点D2とD3の間をそれぞれ直線で結んで目標線Ltを作成すると、目標線Ltは1本の直線状になっている。 FIG. 5A shows an example of the measurement result at the sensing points P1 to P3. Here, the detection point D1 detected by the measurement at the point P1 is on the sensing line Ls and coincides with the sensing point P1. On the other hand, the detection point D2 detected by the measurement at the point P2 is displaced from the sensing line Ls in the +y direction. Further, the detection point D3 detected by the measurement at the point P3 is further deviated from the sensing line Ls in the +y direction. When the target line Lt is created by connecting the detection points D1 and D2 and the detection points D2 and D3 with straight lines, the target line Lt has one straight line.

得られた目標線Ltは、実際のアクスルハウジング50の突き合わせ部54が存在する位置を示すものである。図5(a)の例では、目標線Ltによって表現される実際の突き合わせ部54のy方向における位置は、センシング点P1の位置においては、想定される位置からずれていないが、それよりも+x側の領域で、直線性を保ったまま、想定される突き合わせ部の位置よりも+y方向に斜行していることになる。想定される突き合わせ部からのこのような直線性を保ったずれは、分割部材60,60の端縁61,61のプラズマ切断工程や、作業台への据え付け工程において発生しやすい。 The obtained target line Lt indicates the position where the abutting portion 54 of the actual axle housing 50 exists. In the example of FIG. 5A, the actual position of the abutting portion 54 in the y direction represented by the target line Lt does not deviate from the expected position at the position of the sensing point P1, but is +x more than that. In the region on the side, while maintaining the linearity, it is skewed in the +y direction from the assumed position of the abutting portion. Such a deviation from the assumed abutting portion while maintaining the linearity is likely to occur in the plasma cutting process of the edges 61, 61 of the dividing members 60, 60 and the installation process on the workbench.

本実施形態においては、線状のビーム形状を有する光学センサ30を用いて、計測域Rsの全域の計測を同時に行っているため、各センシング点P1〜P3における計測域Rs内の計測を短時間で正確に行うことが可能となっている。ただし、使用する光学センサ30は、直線状の計測域Rsの全域で距離の計測を行えるものであれば、このようなもの限られず、例えば、スポット状のビーム形状を有する光学センサ30を使用し、ビームスポットを走査することで計測域Rsの全域における距離の計測を順次行うように構成することもできる。 In the present embodiment, the optical sensor 30 having a linear beam shape is used to simultaneously measure the entire measurement range Rs, so that the measurement within the measurement range Rs at each of the sensing points P1 to P3 is performed for a short time. It is possible to do it accurately. However, the optical sensor 30 to be used is not limited to this as long as it can measure the distance in the entire linear measurement range Rs. For example, the optical sensor 30 having a spot-shaped beam shape is used. Alternatively, the beam spot may be scanned to sequentially measure the distance in the entire measurement range Rs.

(2)溶接工程
図4に、溶接工程を実行している状態の溶接装置1およびアクスルハウジング50を示している。アクスルハウジング50は、センシング工程の前に作業台上の所定の位置に据え付けられたままの状態にあり、センシング工程の実行中と、同じ座標を維持している。
(2) Welding Process FIG. 4 shows the welding device 1 and the axle housing 50 in a state where the welding process is being performed. The axle housing 50 is still installed at a predetermined position on the work table before the sensing process, and maintains the same coordinates as when the sensing process is being performed.

溶接工程においては、ロボット10の取り付け面12がセンシング工程の時とは逆向きにされており、溶接トーチ20が下方に向けられ、アクスルハウジング50の表面の上方に配置されている。この状態で、ロボット10は、センシング工程で得られた目標線Ltに沿って溶接トーチ20を移動させるように、運動を駆動される。運動に際して、ロボット10の座標は、既知のパラメータである取り付け面12における光学センサ30と溶接トーチ20の位置関係を目標線Ltの座標に加味して設定される。 In the welding process, the mounting surface 12 of the robot 10 is oriented in the opposite direction to that in the sensing process, the welding torch 20 is directed downward, and is arranged above the surface of the axle housing 50. In this state, the robot 10 is driven so as to move the welding torch 20 along the target line Lt obtained in the sensing process. During the movement, the coordinates of the robot 10 are set in consideration of the positional relationship between the optical sensor 30 and the welding torch 20 on the mounting surface 12, which is a known parameter, in addition to the coordinates of the target line Lt.

ロボット10による運動中、溶接トーチ20は、図5(b)に示したように、目標線Ltの上、つまりセンシング工程で検出した実際の突き合わせ部54の上に、連続的に溶接を行う。この際の溶接条件は、検出点D1とD2を結んでなる区画における条件Aと、検出点D2とD3を結んでなる区画における条件Bとして、それぞれ設定されており、検出点D1からD3に向かう連続的な溶接の途中で、検出点D2を境に溶接条件が変更される。ここで、溶接条件には、電流、電圧、速度(溶接トーチ20の移動速度)、溶接トーチ20から表面までの距離の各パラメータが含まれる。なお、溶接に際しては、仮付溶接痕55,55の存在は特に考慮せず、前後の部位と同じ溶接条件で、仮付溶接痕55,55の上にも直線的に溶接を施す。 During the movement by the robot 10, the welding torch 20 continuously performs welding on the target line Lt, that is, on the actual butting portion 54 detected in the sensing step, as shown in FIG. 5B. The welding conditions at this time are set as a condition A in a section connecting the detection points D1 and D2 and a condition B in a section connecting the detection points D2 and D3, respectively, and go from the detection points D1 to D3. During the continuous welding, the welding condition is changed at the detection point D2. Here, the welding conditions include parameters such as current, voltage, speed (moving speed of welding torch 20), and distance from welding torch 20 to the surface. In welding, the presence of the temporary welding marks 55, 55 is not particularly considered, and the temporary welding marks 55, 55 are also linearly welded under the same welding conditions as the front and rear portions.

なお、本実施形態においては、センシング線Lsおよび目標線Ltを筒状部52における端縁61,61の突き合わせ部54にのみ設定しているが、三角板53の面にまでセンシング線Lsを直線的に延長してセンシング点を設定してもよい。この場合には、突き合わせ部54から三角板53の上の領域にまで目標線Ltが設定され、溶接が施される。 In the present embodiment, the sensing line Ls and the target line Lt are set only in the abutting portions 54 of the end edges 61, 61 of the tubular portion 52, but the sensing line Ls is linear even up to the surface of the triangular plate 53. May be extended to set the sensing point. In this case, the target line Lt is set from the abutting portion 54 to the region above the triangular plate 53, and welding is performed.

(3)他の工程
本溶接方法においては、アクスルハウジング50を同じ位置に固定したままセンシング工程と溶接工程をこの順に行うのであれば、適宜他の工程を前後あるいは途中に実行してもかまわない。
(3) Other Steps In the present welding method, other steps may be appropriately performed before, after, or during the process as long as the sensing step and the welding step are performed in this order with the axle housing 50 fixed at the same position. ..

例えば、溶接工程の後に、センシング線Lsを更新する工程を実行することができる。これは、多数の同種のアクスルハウジング50に対して順次自動的に溶接を実施する場合に、図5(c)に示すように、ある個体に対して設定された目標線Ltを、次以降の個体のセンシング工程に利用するセンシング線Ls’として再設定するものである。これにより、次以降の個体のセンシング工程においては、従前のセンシング線Lsではなく、新しいセンシング線Ls’に沿って設定される、新しいセンシング点P1’〜P3’において、距離の検出が行われることになる。計測域Rsの方向も、新しいセンシング線Ls’に略直交するように設定される。多数のアクスルハウジング50をロットで製造する際に、目標線Ltで表される実際の突き合わせ部54の位置の設計値からのずれは、系統的なものである場合があり、その場合には、同じロットの個体間でずれが共通したものとなりやすい。すると、ある個体に対してセンシング工程で計測に基づいて設定された目標線Ltは、次以降の個体においても、実際の突き合わせ部54の位置に合致している可能性が高くなる。そこで、そのような目標線Ltを新しいセンシング線Ls’として採用することで、次以降の個体においては、センシング線Ls’から目標線までの位置のずれ、つまり想定される突き合わせ部の位置から実際に溶接を行う突き合わせ部54の位置までのずれを小さくすることができる。 For example, the step of updating the sensing line Ls can be executed after the welding step. This is because when welding is automatically performed sequentially on a large number of axle housings 50 of the same type, as shown in FIG. It is reset as the sensing line Ls′ used in the sensing process of the individual. Thereby, in the subsequent individual sensing process, the distance is detected at the new sensing points P1′ to P3′ set along the new sensing line Ls′ instead of the previous sensing line Ls. become. The direction of the measurement area Rs is also set so as to be substantially orthogonal to the new sensing line Ls'. When manufacturing a large number of axle housings 50 in a lot, the deviation from the design value of the actual position of the abutting portion 54 represented by the target line Lt may be systematic, and in that case, Misalignment tends to be common between individuals in the same lot. Then, there is a high possibility that the target line Lt set for a certain individual based on the measurement in the sensing step will match the actual position of the abutting portion 54 in the subsequent and subsequent individuals. Therefore, by adopting such a target line Lt as a new sensing line Ls′, in the next and subsequent individuals, the position shift from the sensing line Ls′ to the target line, that is, the estimated position of the abutting portion is actually used. It is possible to reduce the displacement to the position of the butt portion 54 where welding is performed.

(4)溶接方法の特性
本溶接方法においては、センシング工程において実際の突き合わせ部54の位置を検出してから、溶接工程を実施することで、実際の突き合わせ部54の上に的確に溶接を行うことができる。これにより、突き合わせ部54に対して溶接ビードの位置がy方向にずれてしまう事態が防止される。また、突き合わせ部54の位置と溶接トーチの位置がずれた状態で溶接を行うと、局所的な溶接条件が変化してしまい、所望される一定の条件で溶接を行えなくなる。特に、アクスルハウジング50の突き合わせ溶接においては、強度を確保する観点から、100%以上の溶け込み率を達成することが好ましいが、突き合わせ部54の凹構造の底の位置と溶接トーチ20の芯線21の位置がy方向にずれていると、そのような高い溶け込み率は達成しにくい。本溶接方法においては、センシング工程を経ることで、突き合わせ部54の凹構造の底と溶接トーチ20の芯線21の位置をずれのない状態に合わせて溶接を行えるので、高い溶け込み率を達成することができる。
(4) Characteristics of Welding Method In the present welding method, the actual position of the abutting portion 54 is detected in the sensing process, and then the welding process is performed to perform welding accurately on the actual abutting portion 54. be able to. This prevents the welding bead from being displaced in the y direction with respect to the butting portion 54. Further, if welding is performed in a state where the position of the abutting portion 54 and the position of the welding torch are deviated, the local welding conditions change, and welding cannot be performed under the desired constant conditions. Particularly, in the butt welding of the axle housing 50, it is preferable to achieve a penetration rate of 100% or more from the viewpoint of ensuring the strength, but the position of the bottom of the concave structure of the butt portion 54 and the core wire 21 of the welding torch 20. If the position is displaced in the y direction, it is difficult to achieve such a high penetration rate. In the present welding method, since the bottom of the recessed structure of the butted portion 54 and the position of the core wire 21 of the welding torch 20 can be adjusted so as not to be displaced by performing the sensing process, it is possible to achieve a high penetration rate. You can

アクスルハウジング50を多数製造する際に、溶接を行うまでの工程を各個体に対して同様に実行したとしても、種々の要因により、溶接を行うために作業台に固定された状態のアクスルハウジング50における突き合わせ部54の位置および方向には、不可避的に誤差が生じる。そのような誤差を与える要因としては、分割部材60,60のプレス成形時や端縁61,61における余肉切断時の位置ずれや、ロット変更による製造条件の変化、作業台への据え付け時の位置ずれや傾き等を挙げることができる。しかし、アクスルハウジング50の各個体に対して、溶接工程の前にセンシング工程を実施し、その個体における実際の突き合わせ部54の位置を確認することで、個体ごとの突き合わせ部54の位置のばらつきによらず、各個体の突き合わせ部54に対して、的確に溶接を行うことができる。また、従来は、所定の条件で溶接が行えているかを確認するために、アクスルハウジング50の筒状部52の中空形状の内側から突き合わせ部54を目視し、溶け込み率が100%を超えることで溶接ビードが突き合わせ部54の裏側にまで達しているかを検査したり、筒状部52を切断して断面の溶接ビードを確認したりという抜き取り検査を頻繁に行っていたが、本溶接方法において、1個体ごとに突き合わせ部54の位置を検出したうえで確実に溶接を行うことで、抜き取り検査の頻度を減らすことができる。なお、溶接トーチ20における芯線21の取り付け位置や角度の変化も溶接位置のずれの原因となるが、本実施形態においては、上記のように、芯線21を交換するたびに、光学センサ30との位置関係を確認することで、センシング工程において設定した目標線Ltと実際に溶接トーチ20で溶接を行う位置にずれが生じないようにすることができる。 When manufacturing a large number of axle housings 50, even if the steps up to welding are similarly performed for each individual, due to various factors, the axle housings 50 fixed to the workbench for welding are performed. Inevitably, an error occurs in the position and direction of the abutting portion 54 at. Factors that cause such an error include positional deviation during press molding of the split members 60, 60 and cutting of excess thickness at the edges 61, 61, changes in manufacturing conditions due to lot changes, and during installation on a workbench. Examples include positional deviation and inclination. However, by performing the sensing process on each individual body of the axle housing 50 before the welding process and confirming the actual position of the abutting portion 54 in the individual body, variations in the position of the abutting portion 54 for each individual can be obtained. Therefore, it is possible to accurately weld the abutting portion 54 of each individual. Further, conventionally, in order to confirm whether welding can be performed under a predetermined condition, the butting portion 54 is visually observed from the inside of the hollow shape of the tubular portion 52 of the axle housing 50, and the penetration rate exceeds 100%. Sampling inspections such as inspecting whether the welding bead has reached the back side of the butted portion 54 or cutting the tubular portion 52 to confirm the welding bead in the cross section have been frequently performed, but in this welding method, The frequency of the sampling inspection can be reduced by performing the welding securely after detecting the position of the butting portion 54 for each individual. It should be noted that changes in the mounting position and angle of the core wire 21 in the welding torch 20 also cause the welding position to shift, but in the present embodiment, as described above, each time the core wire 21 is replaced with the optical sensor 30, By confirming the positional relationship, it is possible to prevent a deviation from occurring between the target line Lt set in the sensing process and the position where welding is actually performed by the welding torch 20.

さらに、本溶接方法においては、光学センサ30による計測と溶接トーチ20による溶接をリアルタイムで同時に進めるのではなく、それぞれ独立した工程として、センシング工程を完了してから、その結果に基づいて溶接工程を実施していることにより、リアルタイムでの両工程の実行を可能にするために必要とされる複雑なプログラムや大容量のメモリ等を排し、溶接装置1の構成、特に制御部の構成を簡素なものとすることができる。また、光学センサ30による計測と溶接トーチ20による溶接の間で、実行速度等の整合を図る必要がないため、それぞれの工程を、それぞれに適した簡素な方法で実行することができる。例えば、速度を含む溶接条件の変更や、仮付溶接痕55,55の存在を考慮しない溶接、アーク切れ等による溶接の中断と再開等を行っても、光学センサ30による計測には何の影響も与えない。 Further, in the present welding method, the measurement by the optical sensor 30 and the welding by the welding torch 20 are not simultaneously performed in real time, but the sensing step is completed as an independent step, and then the welding step is performed based on the result. By carrying out the operation, the complicated program and the large-capacity memory required for executing both processes in real time are eliminated, and the structure of the welding apparatus 1, especially the structure of the control unit is simplified. It can be anything. In addition, since it is not necessary to match the execution speed and the like between the measurement by the optical sensor 30 and the welding by the welding torch 20, each process can be executed by a simple method suitable for each. For example, even if the welding conditions including the speed are changed, the welding without considering the existence of the temporary welding marks 55, 55, the interruption and the restart of the welding due to the arc breakage, etc. are performed, the measurement by the optical sensor 30 is not affected. Does not give.

さらに、光学センサ30による計測と溶接トーチ20による溶接をリアルタイムで実施する場合には、光学センサ30を溶接トーチ20の前方に並べて取り付けることが要求されるが、両工程を独立に実施する場合には、光学センサ30と溶接トーチ20の位置に特に制約は設けられない。本実施形態のように、取り付け面12を挟んで光学センサ30と溶接トーチ20を反対側に取り付けることで、溶接時のヒュームやスパッタが光学センサ30に影響を与えるのを抑制することができる。 Further, when the measurement by the optical sensor 30 and the welding by the welding torch 20 are performed in real time, it is required to mount the optical sensor 30 side by side in front of the welding torch 20, but when performing both steps independently. No particular restrictions are placed on the positions of the optical sensor 30 and the welding torch 20. By mounting the optical sensor 30 and the welding torch 20 on opposite sides of the mounting surface 12 as in the present embodiment, it is possible to prevent fume and spatter during welding from affecting the optical sensor 30.

本実施形態のように、センシング工程と溶接工程を独立して実行する場合に、センシングおよび溶接を行う位置に関して、両工程の間の整合性を担保することが必要である。本実施形態においては、光学センサ30と溶接トーチ20の位置関係を固定し、その位置関係を把握したうえで、共通の座標系を基準として設定したセンシング線Ls、センシング点P1〜P3、目標線Ltに従って、センシング工程と溶接工程の両方を実施することで、両工程における位置の整合性を担保している。本実施形態では、座標系として、ロボット10の座標を基準としているが、センシング点の1つ(例えば点P1)を基準とした座標、アクスルハウジング50の特定の部位(例えば胴部51の中心)を基準とした座標、光学センサ30または溶接トーチ20を基準とした座標等、任意の座標系を採用しうる。 When the sensing process and the welding process are independently performed as in the present embodiment, it is necessary to ensure the consistency between the two processes with respect to the position where the sensing and the welding are performed. In the present embodiment, the positional relationship between the optical sensor 30 and the welding torch 20 is fixed, the positional relationship is grasped, and then the sensing line Ls, the sensing points P1 to P3, and the target line set with the common coordinate system as a reference. By performing both the sensing process and the welding process according to Lt, the consistency of the positions in both processes is secured. In this embodiment, the coordinate system is based on the coordinates of the robot 10, but the coordinates are based on one of the sensing points (for example, the point P1) and a specific portion of the axle housing 50 (for example, the center of the body 51). An arbitrary coordinate system such as a coordinate based on, a coordinate based on the optical sensor 30 or the welding torch 20, and the like can be adopted.

本実施形態においては、センシング工程において、離散的に設定したセンシング点P1〜P3にて距離の計測を行い、突き合わせ部54の位置に対応する検出点D1〜D3を認識している。そして、離散的な検出点D1〜D3を直線で結んで目標線Ltとすることで、実際の突き合わせ部54が存在する位置とみなしている。このように、離散的に突き合わせ部54の検出を行うことで、センシング工程を高速で完了することができる。また、仮付溶接痕55,55のような不規則な構造を避けてセンシング点P1〜P3を設定することで、そのような構造の影響を排除して、突き合わせ部54の位置を検出することができる。上記のように、アクスルハウジング50の製造工程において、プラズマ切断や作業台への据え付けの誤差に起因して、突き合わせ部54の位置にずれが生じやすいが、突き合わせ部54の直線性が損なわれるようなずれは、ほとんど生じない。よって、図5に示したように、想定される突き合わせ部(センシング線Ls)を基準とした実際の突き合わせ部54(目標線Lt)のずれは、直線性を保ったままで検出される。突き合わせ部54の直線性により、センシング点P1〜P3を離散的に設定し、離散的に得られる検出点D1〜D3の間を直線で補間して目標線Ltを作成するという簡素な方法でも、高精度に実際の突き合わせ部54を再現することができる。 In the present embodiment, in the sensing step, the distance is measured at the sensing points P1 to P3 set discretely, and the detection points D1 to D3 corresponding to the position of the abutting portion 54 are recognized. Then, the discrete detection points D1 to D3 are connected by a straight line to form the target line Lt, which is regarded as the position where the actual abutting portion 54 exists. In this way, the sensing process can be completed at high speed by discretely detecting the butting portions 54. Further, by setting the sensing points P1 to P3 while avoiding an irregular structure such as temporary welding marks 55, 55, the influence of such a structure is eliminated and the position of the abutting portion 54 is detected. You can As described above, in the manufacturing process of the axle housing 50, the position of the abutting portion 54 is likely to be displaced due to an error in plasma cutting or installation on a workbench, but the linearity of the abutting portion 54 is impaired. Almost no slippage occurs. Therefore, as shown in FIG. 5, the deviation of the actual butting portion 54 (target line Lt) based on the supposed butting portion (sensing line Ls) is detected while maintaining the linearity. Even with a simple method of setting the sensing points P1 to P3 discretely by the linearity of the matching section 54 and interpolating the discretely obtained detection points D1 to D3 with a straight line to create the target line Lt, The actual butting portion 54 can be reproduced with high accuracy.

しかし、突き合わせ部54が直線状ではなく、中途部で折れ曲がっていたとしても、光学センサ30の計測域Rsが突き合わせ部54に交差することを担保したうえで、突き合わせ部54を構成する直線的な部位の長さに対して十分細かくセンシング点の間隔を設定することで、そのような折れ曲がりを有する突き合わせ部54も、同様の方法で検出することができる。図示した例では、センシング点P2を、筒状部52の円筒形の部位と角筒状の部位の境界部分に設定している。突き合わせ部54の形状に直線からのずれが生じるとすれば、点P2のように分割部材60,60の形状に変化がある領域に生じることが多いので、そのような領域にセンシング点を設定することで、突き合わせ部54の直線からのずれにも対応しやすくなる。また、そのように形状に変化がある領域において、最適な溶接条件が変化する場合も多く、目標線Ltの区画ごとに溶接条件を適切に切り換える観点からも、図5(c)の条件A,Bのように、そのような領域にセンシング点を設定することが好ましい。実際のセンシング点の数および間隔は、対象物の形状に応じて適宜定めればよい。当然ながら、センシング点を等間隔に配置する必要はなく、また、目標線Ltの区画1つ1つに対して溶接条件を変更する必要もない。 However, even if the abutting portion 54 is not linear and is bent in the middle, it is ensured that the measurement area Rs of the optical sensor 30 intersects the abutting portion 54, and then the linear portion forming the abutting portion 54 is formed. By setting the distance between the sensing points to be sufficiently fine with respect to the length of the portion, the butted portion 54 having such a bend can be detected by the same method. In the illustrated example, the sensing point P2 is set at the boundary between the cylindrical portion and the rectangular tubular portion of the tubular portion 52. If the shape of the abutting portion 54 deviates from a straight line, it often occurs in a region where the shapes of the dividing members 60, 60 change, such as the point P2. Therefore, the sensing point is set in such a region. This makes it easier to deal with the deviation of the butting portion 54 from the straight line. Further, in such a region where the shape changes, the optimum welding condition often changes, and from the viewpoint of appropriately switching the welding condition for each section of the target line Lt, the condition A in FIG. As in B, it is preferable to set the sensing point in such an area. The actual number and spacing of sensing points may be appropriately determined according to the shape of the object. Naturally, it is not necessary to arrange the sensing points at equal intervals, and it is not necessary to change the welding conditions for each of the sections of the target line Lt.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

1 溶接装置
10 ロボット
12 取り付け面
20 溶接トーチ
21 芯線
30 光学センサ
50 アクスルハウジング
51 胴部
52 筒状部
53 三角板
54 突き合わせ部
55 仮付溶接痕
60 分割部材
61 端縁
B レーザビーム
D,D1〜D3 検出点
Ls センシング線
Lt 目標線
P1〜P3 センシング点
Rs 計測域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Welding device 10 Robot 12 Attachment surface 20 Welding torch 21 Core wire 30 Optical sensor 50 Axle housing 51 Body 52 Cylindrical part 53 Triangular plate 54 Butt part 55 Temporary welding mark 60 Dividing member 61 Edge B Laser beam D, D1-D3 Detection point Ls Sensing line Lt Target lines P1 to P3 Sensing point Rs Measurement area

Claims (7)

対象物である2つの分割部材の端縁を相互に突き合わせて谷状の凹構造として形成された、線状の突き合わせ部に対して突き合わせ溶接を行う溶接方法において、
空間内で指定された座標に運動できる運動装置と、前記運動装置に取り付けられた溶接トーチと、前記溶接トーチに対して位置関係を固定して前記運動装置に取り付けられ、直線状に設定された計測域において対象物との距離を計測可能な光学センサと、を用い、
想定される前記突き合わせ部の上に設定した複数のセンシング点のそれぞれに対して、前記計測域が前記センシング点を含んで前記突き合わせ部の線と交差するように、運動装置を用いて前記光学センサを配置したうえで、前記計測域における前記対象物までの距離を計測し、該計測の結果をもとに、前記突き合わせ部が実際に存在する位置を検出点として認識するセンシング工程と、
前記運動装置を用いて、前記センシング工程によって認識された複数の検出点を直線状に結んだ目標線に沿って前記溶接トーチを運動させ、前記目標線上に溶接を行う溶接工程と、をこの順に実行することを特徴とする溶接方法。
Formed as trough-like recessed structures against the edges of the two divided members is subject to one another, with respect to the linear butt portion, in the welding method of performing butt welding,
An exercise device capable of moving to designated coordinates in a space, a welding torch attached to the exercise device, a fixed positional relationship with respect to the welding torch, attached to the exercise device, and set linearly Using an optical sensor that can measure the distance to the object in the measurement area,
For each of a plurality of expected sensing points set on the abutting portion, the optical sensor using the exercise device so that the measurement area intersects the line of the abutting portion including the sensing point. After arranging, measuring the distance to the object in the measurement area, based on the measurement result, a sensing step of recognizing the position where the abutting portion actually exists as a detection point,
Using the exercise device, a welding process of moving the welding torch along a target line that linearly connects a plurality of detection points recognized by the sensing process, and performing welding on the target line, in this order. Welding method characterized by performing.
前記突き合わせ部が直線状であることを特徴とする請求項1に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 1, wherein the butt portion is linear. 前記光学センサは、線状のビーム形状を有するレーザ光を用いて、前記計測域の全域における計測を同時に行うことを特徴とする請求項1または2に記載の溶接方法。 The welding method according to claim 1 or 2, wherein the optical sensor uses laser light having a linear beam shape to simultaneously perform measurement in the entire measurement region. 前記光学センサおよび前記溶接トーチは、相互に反対の方向に突出して前記運動装置に取り付けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の溶接方法。 The welding method according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical sensor and the welding torch are attached to the exercise device so as to project in mutually opposite directions. 前記センシング点を3点以上設定し、2つの隣接する前記検出点を結んでなる前記目標線の複数の区画のそれぞれにおいて、溶接条件を設定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の溶接方法。 5. The welding condition is set in each of a plurality of sections of the target line formed by connecting two or more adjacent detection points by setting three or more sensing points. The welding method according to item 1. 前記2つの分割部材を前記端縁で相互に突き合わせた前記対象物は、円筒状の部位と角筒状の部位とを有し、前記突き合わせ部は、前記円筒状の部位と前記角筒状の部位にまたがって形成されており、The object obtained by abutting the two divided members with each other at the edge has a cylindrical portion and a rectangular tubular portion, and the abutting portion has the cylindrical portion and the rectangular tubular portion. It is formed across the site,
前記センシング工程による計測および前記溶接工程による溶接は、前記円筒状の部位と前記角筒状の部位にまたがって行われることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の溶接方法。 The welding method according to any one of claims 1 to 5, wherein the measurement in the sensing step and the welding in the welding step are performed across the cylindrical portion and the rectangular tubular portion. ..
空間内で指定された座標に運動できる運動装置と、前記運動装置に取り付けられた溶接トーチと、前記溶接トーチに対して位置関係を固定して前記運動装置に取り付けられ、直線状に設定された計測域において対象物との距離を計測可能な光学センサと、を有し、請求項1からのいずれか1項に記載の溶接方法を実行することを特徴とする溶接装置。 An exercise device capable of moving to designated coordinates in a space, a welding torch attached to the exercise device, a fixed positional relationship with respect to the welding torch, attached to the exercise device, and set linearly An optical sensor capable of measuring a distance to an object in a measurement area, and performing the welding method according to any one of claims 1 to 6 .
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