JPH01249268A - 自動溶接装置のワーク検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、予め定めた作業内容を再生動作する自動溶接
装置における消耗電極式溶接トーチにセンシング電圧を
印加し、この溶接トーチをセンサとして用いてワークを
検知する自動溶接装置のワーク検知方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 消耗電極式溶接トーチをセンサとして用い、その溶接ト
ーチから突出した消耗電極（以下、ワイヤという）をワ
ークに当接させて自動的に溶接線を検知する場合、ワイ
ヤ自体には余り剛性が無く、ワイヤがワークに当接した
時にたわんでしまい、検知誤差が生じる。この検知誤差
の対策は、従来より各種提案されており、溶接トーチの
付属部品である剛性体のチップを活用した特開昭６２−
１４２０７９号公報の技術がある。

［発明が解決しようとする課題］ この従来技術であれば、センシング時にワークに当接す
るチップが剛体であるので、当接時のたわみによる検知
誤差は生じない。

しかしながら、チップ先端が仮想溶接点（ロボットにお
ける制御ポイント）でない場合は、センシング後には、
検出した位置情報にチップ先端と仮想溶接点との差を演
算するか、あるいは、センシング時のみチップ先端を仮
想溶接点まで伸縮させるという余分な作業およびこの作
業を行なうための機構が必要となる。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、
溶接トーチに剛性のあるチップを用いることなく、従来
の溶接トーチから突出した消耗電極（ワイヤ）を用いて
も高精度でワークを検知できるようにした自動溶接装置
のワーク検知方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成すべく、本発明の自動溶接装置のワーク
検知方法は、■溶接トーチにセンシング電圧を印加して
前記溶接トーチを高速でワークに接近させ、■前記通電
検出手段からの通電検出出力により前記溶接トーチの動
作を停止させ、■続いてその通電検出手段によって前記
溶接トーチを低速で離反させて、■ワークからの前記消
耗電極の離反を前記通電検出手段にて検出し、■前記通
電検出手段からの離反検出出力を自動溶接装置の制御信
号として用いることを特徴としている。

［作　　　用コ 上述した本発明の自動溶接装置のワーク検知方法では、
ワークを検知する際には、溶接トーチにセンシング電圧
を印加した状態で、まず、溶接トーチから突出した消耗
電極が、前記ワークに接触した状態を前記消耗電極の通
電状態として通電検出手段にて検出する。前記の消耗電
極とワークとの通電状態を検知する際、前記溶接トーチ
を前記ワークに接近させる動作は、高速（ワーク接触時
に消耗電極が塑性変形しない程度の速度）で行なわれる
。

そして、前記消耗電極が通電状態となった時点で、前記
通電検出手段からの通電検出出力によって、前記溶接ト
ーチは、前記ワーク方向への移動を停止されてから、前
記ワークから離反する方向へ低速で移動する。

その後、前記消耗電極が非通電状態となった時点を前記
通電検出手段からの離反検出出力としてを検出する。そ
の検出位置が、前記消耗電極のワーク接触による弾性変
形が復元した正確なワーク位置であり、このワーク位置
が短時間で検知される。

また、本方法では、前記消耗電極が弾性変形している状
態で前記通電検知手段から出力される通電検出出力を、
自動溶接装置の制御信号として用いずに、弾性変形が解
消された正確なワーク位置で前記通電検出手段から出力
される離反検出出力が、自動溶接装置の制御信号として
用いられる。

［発明の実施例］ 以下、図面により本発明の一実施例としての自動溶接装
置のワーク検知方法について説明する。

まず、第２図により、本発明の方法に適用される自動溶
接装置の１種であるアーク溶接ロボットの構成を説明す
る。第２図に示すように、多関節型のアーク溶接ロボッ
ト１の手首部１ａには、消耗電極式溶接トーチ２が取り
付けられその位置と姿勢が制御されるようになっている
。この制御は、ロボット制御盤３もしくはこのロボット
制御盤３に付属するティーチングボックス４にて行なわ
れる６また、溶接トーチ２には、消耗電極としてのワイ
ヤが送給され、このワイヤが、常時、溶接トーチ２から
適当量だけ突出するようになっている。

そして、溶接トーチ２をセンサとして用いるべく、溶接
トーチ２とワーク７との間に溶接電圧とセンシング電圧
とを選択的に印加できるように溶接電源６には、センシ
ング用電源（図示せず）がそなえられている。ワイヤと
ワーク７との接触による溶接トーチ２からワーク７への
通電状態は、ロボット制御盤３における通電検出手段（
図示せず）によって検知される。なお、ワーク７は、ポ
ジショナ８により適当な位置に適当な姿勢で固定・支持
される。

なお、アーク溶接ロボット１にてワーク７の溶接作業は
、予めその溶接作業内容を教示しておき５０ボツト制御
盤３の記憶装置に記憶されたプログラムに従って行なわ
れる。

以下に１本発明によるワーク７の検知方法（センシング
動作）を、上述のようなアーク溶接ロボット１を用いて
行なう場合の基本的な手順および動作について、第１図
（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。なお、第１図（ａ
）はセンシング動作のフローチャート、第１図（ｂ）は
本発明の方法を適用した場合における溶接トーチ２の移
動状態の例を説明するための図で、第１図（ｂ）の各点
Ｐ工〜Ｐ７は、ワーク７の検知動作を終了するまでの一
定制御周期ごとの溶接トーチ２の位置をプロットしたも
のである。

まず、溶接トーチ２にセンシング電圧を印加してワイヤ
の通電状態を通電検出手段にて検出するセンシングを行
ないながら、溶接トーチ２をワーク７へ向けて高速で移
動させる（ステップＡ１；点Ｐ□〜Ｐ３）、このときの
高速の移動速度としては、ワーク７接触時にワイヤが塑
性変形しない程度の速度、例えば３００ａｓ／分程度を
選択する。

なお、従来のセンシング動作の際の移動速度は、常時６
０ａａ／分程度であった。

ステップＡ１による移動に伴いワイヤがワーク７に接触
すると、溶接トーチ２とワーク７との間が通電状態とな
りこれが通電検出手段によって検出され（ステップＡ２
；点Ｐ４）、この時点で溶接トーチ２のワーク７方向へ
の移動を停止させる（ステップＡ３）。停止時点で、溶
接トーチ２は、高速で移動していたため、第１図（ｂ）
の点Ｐ、で示すように正確なワーク７の位置よりもワー
ク７側へ行き過ぎて、ワイヤが弾性変形した状態で停止
することになる。

そこで、本発明では、溶接トーチ２の停止に続いて、溶
接トーチ２を、ワーク７から離反する方向へ低速で移動
させる（ステップＡ４；点ＰｉｙＰｓ）−このときの低
速の移動速度としては、例えば３０ａｎ／分程度を選択
する。

そして、ステップＡ４による移動に伴いワイヤがワーク
７から離反すると、溶接トーチ２とワーク７との間が非
通電状態となりこれが通電検出手段によって検出される
（ステレプＡ５；点Ｐ７）、このようにワイヤがワーク
７から離反して非通電状態となった時点では、溶接トー
チ２が低速で移動したので、ワイヤのワーク接触による
弾性変形が徐々に復元され、溶接トーチ２は、ワイヤが
ワーク７にほとんど接しうる正確なワーク位置を検知し
たことになる。

これと同時に、溶接トーチ２とワーク７との間が非通電
状態になった時に通電検出手段から出力される離反検出
出力は、アーク溶接ロボット１の制御信号（データ記憶
または演算のトリガ）として用いられ、この離反検出出
力によりアーク溶接ロボット１が制御される（ステップ
Ａ６）。

以上のように、剛性の無いワイヤをワーク７に当接させ
弾性変形した状態で得られた通電検出出力を、ワーク７
を検知した位置として処理信号として用いずに、単にセ
ンシング動作の停止信号として用いたので、センシング
動作速度を極めて速くすることができ、センシング時間
が大幅に短縮される。また、高速のセンシング動作を停
止させた後、溶接トーチ２を低速でワーク７から離反さ
せる際に、ワイヤの弾性変形が復元した時（ワーク７か
ら離反した時）に得られた離反検出信号を、アーク溶接
ロボット１の以後の制御信号として用いるようにしたの
で、本来所望の正確なワーク位置を検知でき、検知誤差
をほとんど無くすことができる。

さて、次に、第１図（ａ）、（ｂ）により説明したワー
ク検知方法を利用して、下向きＶ形開先溶接を実施する
際に溶接点を検出する方法について、第３，４図により
説明する。

第３図において、Ｐｃは教示した溶接開始位置を示し、
破線で示したＶ形開先継手が教示の時の位置であり、こ
の第３図は、次のワークのＶ形開先継手が実線で示すよ
うに−Ｙ力方向ずれた場合の、溶接トーチ２の移動状態
の例を説明するための図である。

（１）まず始めに、゛ティーチングデータに基づき溶接
トーチ２を教示した溶接開始位１ｉＥＰｃより約１０ｍ
ｍ＋上方の退避位置Ｐ０に位置決めする（ステップＢｌ
）。

（２）溶接トーチ２は、退避位［Ｐ、に位置決めされる
と、センシング電圧を印加されるとともに、教示点ｐｃ
に向かって高速で下降する（ステップＢ２）。

（３）この下降の間に通電検出手段からの通電検出出力
の有無を判定する（ステップＢ３）。通電検出出力が有
れば、２■程溶接トーチ２を引き上げてから（ステップ
Ｂ７）、予め入力した＋Ｙ力方向高速で移動する（ステ
ップＢ８）、そして、第１図（ａ）にて示した手順に従
って、センシング動作を行ない、ワーク７の溶接面７ａ
上の点Ｐ工を検知しくステップＢ９）、このセンシング
動作によりステップＡ６における離反検出出力が検出さ
れると、その時の溶接トーチ２の位置Ｐ１を記憶する（
ステップＢ　１０）。

（４）もし、−Ｚ方向にも次のワークのＶ形開先継手が
ずれている場合、ステップＢ３における判定で通電検出
出力が得られず、溶接トーチ２が教示点ｐｃまで下降し
た時点で、ワイヤ送給モータ（図示せず）を作動させて
、溶接トーチ２からワイヤを垂直下方（−２方向）へ繰
り出す（ステップＢ４）。そして、通電検出手段からの
通電検出出力にてワイヤ送給モータの作動を止め（ステ
ップＢ５．Ｂ６）、この後は、前述したステップ８７〜
ＢＩＯと同様の動作を実行する。

（５）次いで、溶接トーチ２を−Ｙ方向へ高速で水平移
動させて（ステップＢ１１）、また第１図（ａ）にて示
した手順に従って、センシング動作を行ない、ワーク７
の溶接面７ｂを検知する（ステップＢ１２）。このセン
シング動作によりステップＡ６における離反検出出力が
検出されると、溶接トーチ２が位置Ｐ２に到達したと判
断して、この位置Ｐ２と記憶した位置Ｐ□とに基づき距
離１ｐｔｐｚｌ／２を演算し、その演算値だけ＋Ｙ力方
向高速で移動して、溶接トーチ２を。

Ｖ形開先の溶接線上方の位置Ｐ３に配置させる（ステッ
プＢ１３）。

（６）この後、位置Ｐ、から−Ｚ力方向垂直下方）へ向
けて溶接トーチ２を高速で移動させる（ステップＢ１４
）。そして、再び第１図（ａ）にて示した手順に従って
、センシング動作を行ない、Ｖ形開先の中心位置である
点ａを検知する（ステップＢ１５）、このセンシング動
作によりステップＡ６における離反検出出力が検出され
ると、この出力にて溶接トーチ２を２ｍｍ程＋Ｚ方向へ
引き上げ（ステップ８１６）、これにより到達した最終
位置Ｐ、のデータと、ティーチングデータとの差Δを演
算して記憶する（ステップＢ１７）。

（７）以上の操作により溶接トーチ２を、ワーク７の設
置位置に対して相対的に適正な位置Ｐ、に移動させた後
は、ステップＢ１７にて演算・記憶された差Δに基づき
、ティーチングデータを修正して、Ｖ形開先の溶接線に
沿った溶接を行なう。

なお、上記実施例では、次のワークのＶ形開先継手が−
Ｙ力方向ずれた場合について説明しているが、ワークが
＋Ｙ力方向ずれている場合も同様にして溶接点の検出が
行なわれる。

また、上記説明において、ワークのずれによる一方の溶
接面７ａ、７ｂを判別するために予め溶接トーチ２の移
動方向を入力しておく方式を採ったが、溶接トーチ２を
±Ｙ力方向微小移動させることによっても判別は可能で
ある。

以上のように、本実施例の溶接点検出方法では、ワーク
７の継手内の点ｐ１．ｐ２．ａを検知し、溶接トーチ２
のワーク７の継手に対する相対位置を判別しながら溶接
トーチ２を順次移動させ、予め教示されたワーク７の継
手に対する溶接トーチ２の相対的溶接点Ｐ４を検出して
から、予め定めた作業内容を再生動作するが、このとき
、ワーク７の継手内の点Ｐ□１ｐＺｔａを検知するため
のセンシング動作が、すべて第１図（ａ）にて示した手
順にて行なわれ、最終的に得られた離反検出出力が次の
動作のトリガ信号として用いられている。

なお、上記実施例では、Ｖ形開先の溶接点検出方法につ
いて説明したが、本発明の方法は、これに限定されるも
のではなく、溶接トーチ２をセンサとした形態で利用で
き、例えば、溶接線の溶接開始位置を自動的に検知する
ものや、溶接開始点だけでなく途中の位置もしくは溶接
修了位置を事前に探って溶接線のずれを修正するものや
、溶接線を形成する部材の端面等を探り溶接線方向のず
れも修正するものや、溶接線のギャップを検知する手段
であれば、上述と同様に適用される。

また、上記実施例では、アーク溶接ロボット１側を動か
して検知する場合を示したが１本発明の方法は、ポジシ
ョナ８によりワーク７側を動かして検知する場合にも同
様に利用できる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の自動溶接装置のワーク検
知方法によれば、剛性の無い消耗電極をワークに当接さ
せ弾性変形した状態で得られた通電検出出力を、ワーク
を検知した位置として処理信号として用いずに、単にセ
ンシング動作の停止信号として用いたので、センシング
動作速度を極めて速くすることができ、センシング時間
を大幅に短縮できる。また、高速のセンシング動作を停
止させた後、溶接トーチを低速でワークから離反させる
際に、消耗電極がワークから離反した時に得られた離反
検出信号を、自動溶接装置の以後の制御信号として用い
るようにしたので、本来所望の正確なワーク位置を検知
でき、検知誤差をほとんど無くすことができる。

さらに、ワーク上の点を検知するためのセンシング動作
が、すべて前述したワーク検知方法にて行なわれ、最終
的に得られた離反検出出力が次の動作のトリガ信号とし
て用いられている。従って、センシング動作速度を極め
て速くすることができ、センシング時間を大幅に短縮で
きるとともに、本来所望の正確なワーク位置を検知でき
るので、溶接作業に係る時間以外のセンシング動作時間
が極めて少なくなって、稼動率が大きく向上する効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例としての自動
溶接装置のワーク検知方法を示すもので、第１図（ａ）
はその手順を説明するためのフローチャート、第１図（
ｂ）は本発明の方法を適用した場合における溶接トーチ
の移動状態の例を説明するための図、第２図は本発明の
方法の適用を受けるア一り溶接ロボットを示す斜視図、
第３，４図は本発明のワーク検知方法を自動溶接装置の
溶接点検出方法に適用した場合の一実施例を示すもので
、第３図は溶接点検出時における溶接トーチの移動状態
の例を説明するための図、第４図はその手順を説明する
ためのフローチャートである。 図において、１−アーク溶接ロボット（自動溶接装置）
、１ａ−手首部、２−溶接トーチ、３−ロボット制御盤
、４−ティーチングボックス、。 ６・−溶接電源、７−・−ワーク、７ａ、７ｂ−ワーク
の溶接面、８−ポジショナ。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極式溶接トーチに溶接電圧とセンシング電圧とを
   選択的に印加し、センシング電圧の印加時に前記溶接ト
   ーチから突出した消耗電極とワークとの通電状態を検出
   する通電検出手段を有する自動溶接装置のワーク検知方
   法であって、前記溶接トーチにセンシング電圧を印加し
   て前記溶接トーチを高速で前記ワークに接近させ、前記
   通電検出手段からの通電検出出力によって前記溶接トー
   チの動作を停止させ、続いてその通電検出出力によって
   前記溶接トーチを低速で離反させて、前記ワークからの
   前記消耗電極の離反を前記通電検出手段にて検出し、前
   記通電検出手段からの離反検出出力を前記自動溶接装置
   の制御信号として用いることを特徴とする自動溶接装置
   のワーク検知方法。