JPH03114671A - Torch angle control method for groove automatic profile control by arc sensor - Google Patents

Torch angle control method for groove automatic profile control by arc sensor

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JPH03114671A
JPH03114671A JP1250686A JP25068689A JPH03114671A JP H03114671 A JPH03114671 A JP H03114671A JP 1250686 A JP1250686 A JP 1250686A JP 25068689 A JP25068689 A JP 25068689A JP H03114671 A JPH03114671 A JP H03114671A
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Yuji Sugitani
祐司 杉谷
Masatomo Murayama
雅智 村山
Kenichiro Yamashita
健一郎 山下
Hajime Hosoi
細井 一
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Nachi Fujikoshi Corp
JFE Engineering Corp
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Nachi Fujikoshi Corp
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

PURPOSE:To perform welding with excellent welding quality by performing welding while maintaining the welding speed at a specified value and changing the proceeding direction and maintaining a proper torch angle by using a welding robot having a high-speed rotational arc welding torch with respect to materials to be welded with a bent weld line having a groove. CONSTITUTION:A welding arc is rotated at high speed of 10-200Hz by using the welding robot having the high-speed rotational arc welding torch and the rotational position of the arc with a Cf point ahead in the welding proceeding direction as the reference position at a welding current Ia and the welding voltage Ea is detected. A value obtained by integrating the difference (Ia-Io) between the above-mentioned current Ia and a reference value Io of the welding current for every rotation of the arc is defined as y and the difference (SL-SR) between values obtained by integrating the difference (Ea-Eo) between the voltage Ea and a reference value Eo of the arc voltage by the region surrounded by the same phase angles phi (5 deg.<phi<90 deg.) on right and left with the Cf point as a center is defined as x. The welding proceeding direction and the groove width direction are corrected by the values of y and x and size of the welding speed is maintained at the specified value and the welding torch angle is maintained constant.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、開先を設けた溶接線が折れ曲ったり、ロボッ
トの教示点に対して実際の溶接線がずれているような被
溶接物に対し、高速回転アーク溶接トーチを備えた溶接
ロボットを用いて溶接する場合における開先自動倣い制
御におけるトーチ角度制御方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention is applicable to welded objects where the welding line with a groove is bent or where the actual welding line is deviated from the teaching point of the robot. In contrast, the present invention relates to a torch angle control method in automatic groove tracing control when welding is performed using a welding robot equipped with a high-speed rotating arc welding torch.

[従来の技術] 消耗電極式アーク溶接における開先自動倣い制御として
、溶接アークの回転によるアークセンサ技術を利用する
ことは、例えば特開昭60−174270号や特開昭6
2−24.85’7.1号により知られている。
[Prior Art] The use of arc sensor technology based on the rotation of the welding arc as automatic groove tracing control in consumable electrode arc welding is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 60-174270 and 1983.
2-24.85'7.1.

第7図(a、、)、(b)は従来の回転アークセンサに
よる開先倣い制御方法の説明図で、同時に制御方向の定
義を与えている。図において、1はモータ2により回転
する溶接トーチで、図示しない溶接ロボットアームの先
端に取り付けられている。
FIGS. 7(a) and 7(b) are explanatory diagrams of a conventional groove tracing control method using a rotating arc sensor, and also provide definitions of control directions. In the figure, reference numeral 1 denotes a welding torch rotated by a motor 2, which is attached to the tip of a welding robot arm (not shown).

3はトーチ1のノズルに対し偏心状態に自動送給される
溶接ワイヤ、4はアーク、5は被溶接物6に形成された
開先で、図示の場合、溶接線10は真直ぐな直線となっ
ている。7は溶接ビードである。また、以下において、
y軸は開先5の幅方向の倣い制御をいい、y軸はトーチ
1の軸方向(高さ方向)の制御をいうものとする。2軸
は溶接トーチ1の進行方向(溶接進行方向)を表してい
る。
3 is a welding wire that is automatically fed eccentrically to the nozzle of the torch 1, 4 is an arc, and 5 is a groove formed in the workpiece 6. In the illustrated case, the welding line 10 is a straight line. ing. 7 is a weld bead. In addition, below,
The y-axis refers to control in the width direction of the groove 5, and the y-axis refers to control in the axial direction (height direction) of the torch 1. The two axes represent the direction in which the welding torch 1 moves (welding direction).

このような回転アークセンサ技術を用いれば、アーク4
の1回転ごとに溶接電流I 及びアーク電圧E を検出
し、この検出された溶接電流Iaと溶接電流の基準値I
 との差(I  −I  )のOa      O 積分値が常に零になるように制御することにより、溶接
トーチ1をy軸方向に修正することができ(定アーク長
制御)、また、検出されたアーク電圧E とアーク電圧
の基準値E との差(Eaa            
             OE )を、X軸方向の前
方点C4を中心として左右同−の位相角φで囲まれる領
域、すなわち左側と右側で積分した値の差(S  −S
R)が常に零し になるように制御することにより、溶接トーチ1をX軸
方向に修正することかできる。これによりtA) (6) 自動的にトーチ1を開先5に追従させながら溶接を行う
ことができる。
If such rotating arc sensor technology is used, arc 4
The welding current I and arc voltage E are detected every rotation of the welding current Ia and the reference value I of the welding current.
The welding torch 1 can be corrected in the y-axis direction (constant arc length control) by controlling the integral value of the difference (I - I) from Difference between arc voltage E and reference value E of arc voltage (Eaa
OE ) is defined by the region surrounded by the same phase angle φ on the left and right sides centered on the front point C4 in the X-axis direction, that is, the difference (S − S
By controlling R) so that it is always zero, it is possible to correct the welding torch 1 in the X-axis direction. As a result, welding can be performed while automatically causing the torch 1 to follow the groove 5.

しかして、従来の回転アークセンサでは、トーチ1をy
軸及びy軸方向に位置修正するだけであり、2軸方向に
はトーチ1を一定の速度で動かしている。
However, in the conventional rotating arc sensor, the torch 1 is
The position is only corrected in the axial and y-axis directions, and the torch 1 is moved at a constant speed in the two axial directions.

[発明が解決しようとする課題] そのため、例えば第8図(a)、(b)のように2軸と
溶接線10のなす角度θ 、θ が太きy い場合には、 ■ZX軸方向溶接速度は一定であるため、折れ線部IC
)a、10bにおける溶接速度は実質的に速くなり、こ
のため適正な溶接結果が得られない。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, if the angles θ and θ formed by the two axes and the welding line 10 are large as shown in FIGS. 8(a) and 8(b), Since the welding speed is constant, the polygonal line IC
) The welding speed in a, 10b becomes substantially faster, so that a proper welding result cannot be obtained.

■したがって、例えば多関節型の溶接ロボット等により
第8図のような被溶接物を溶接する場合には、溶接開始
点P と終了点P 以外に、溶接力S        
      e 向が変る点p、p2.p3等を教示したり、それらの屈
曲点で溶接速度を変更する必要があるなど、ティーチン
グ作業に多くの時間がかかるという課題もあった。
■Therefore, when welding a workpiece as shown in Fig. 8 using, for example, an articulated welding robot, in addition to the welding start point P and end point P, welding force S
e Points where the direction changes, p, p2. There was also the problem that the teaching work took a lot of time, such as the need to teach p3 etc. and change the welding speed at those bending points.

■さらに、第9図(a)、(b)のように折れ曲った隅
肉溶接線10を溶接する場合、溶接トーチ1の姿勢を変
えずに運行すると、折れ線部10aの溶接時には後退角
α が生じ、折れ線部10bの溶接時には前進角αbが
生じ、しかもこれらの後退角、前進角が変化するため、
時として溶接欠陥を生じる。ここで、トーチ角度α 、
αbはX−z平面あるいはy−z平面において溶接トー
チ11と溶接線10における法線12とのなす角度であ
り、溶接方向に対し後傾角が生じるときを後退角といい
、逆に前傾角が生じるときを前進角という。なお、第9
図において、6aは下板、6bは立板である。
■Furthermore, when welding a bent fillet weld line 10 as shown in FIGS. 9(a) and (b), if the welding torch 1 is operated without changing its posture, the receding angle α when welding the bent line portion 10a occurs, and an advancing angle αb occurs when the polygonal line portion 10b is welded, and these receding angles and advancing angles change.
Sometimes welding defects occur. Here, the torch angle α,
αb is the angle between the welding torch 11 and the normal 12 to the welding line 10 in the X-z plane or the y-z plane, and when a backward tilt angle occurs with respect to the welding direction, it is called a receding angle, and conversely, when a forward tilt angle occurs, When this occurs, it is called the forward angle. In addition, the 9th
In the figure, 6a is a lower plate and 6b is a vertical plate.

■また、例えば第9図(c)のように、傾斜角度θが大
きい場合には溶接トーチ1と立板6bが干渉するおそれ
もある。
(2) Furthermore, if the inclination angle θ is large, as shown in FIG. 9(c), for example, there is a possibility that the welding torch 1 and the standing plate 6b may interfere with each other.

そこで、例えばコンテナのコルゲートパネルのような部
材を溶接する場合には、機械的にトーチ角度を変更する
か、溶接ロボットではティーチングにより対応していた
が、機械的方式では機構が複雑になり、ティーチング方
式ではティーチング作業に多大の手数、時間を要するな
どの課題かあった。
Therefore, when welding parts such as corrugated panels for containers, the torch angle could be changed mechanically or teaching could be used with welding robots, but mechanical methods require complicated mechanisms and teaching This method had some problems, such as requiring a large amount of effort and time for teaching work.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされた
もので、溶接線が2軸方向に対し折れ曲っている場合で
あっても、高速回転アークセンサ技術を利用することに
より溶接トーチの進行方向を適正に修正しながら同一の
溶接速度で、しかもトーチ角度を基準の溶接方′向に対
して常に一定に保ちながら折れ線部を自動溶接すること
ができるアークセンサによる開先自動倣い制御における
トーチ角度制御方法を提供することを目的としている。
The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and even when the welding line is bent in two axial directions, the welding torch can be adjusted by using high-speed rotating arc sensor technology. In automatic groove tracing control using an arc sensor, it is possible to automatically weld the polygonal part at the same welding speed while appropriately correcting the direction of travel, and while always keeping the torch angle constant with respect to the standard welding direction. The present invention aims to provide a torch angle control method.

[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するため、本発明に係るアークセンサ
による開先自動倣い制御におけるトーチ角度制御方法は
、高速回転アーク溶接トーチを備えた溶接ロボットを用
いて、溶接線が2軸に対し折れ曲った被溶接物を溶接す
る場合において、次の手順により溶接することとしたも
のである。す(7) なわち、 (1)溶接アークを1秒間に10〜200回の高速で回
転させる。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a torch angle control method in automatic groove tracing control using an arc sensor according to the present invention uses a welding robot equipped with a high-speed rotating arc welding torch. When welding a workpiece whose welding line is bent with respect to two axes, welding is performed using the following procedure. (7) That is, (1) Rotate the welding arc at a high speed of 10 to 200 times per second.

(2)溶接電流I 、アーク電圧E 及び溶接進行a 
                 a方向の前方C4
点を基準位置とするアークの回転位置をそれぞれ検出す
る。
(2) Welding current I, arc voltage E, and welding progress a
Front C4 in direction a
The rotational position of the arc is detected using the point as the reference position.

(3)前記検出された溶接電流I と溶接電流の基重鎖
■ との差(1−I  )を、アークの10     
         a      0回転ごとに積分し
た値をΔYとし、 (4)さらに前記検出されたアーク電圧E とアーク電
圧の基準値E との差(E  −E  )を、Oa  
    O 前記Cf点を中心に左右同一の位相角φ(ただし、5゜
<φ<90°)で囲まれる領域、すなわち左側(左側)
及びR側(右側)で積分した値の差(S、−SR)をΔ
Xとする。
(3) The difference (1-I) between the detected welding current I and the base heavy chain ■ of the welding current is calculated as 10
Let the value integrated every 0 rotations of a be ΔY, and (4) Furthermore, the difference (E − E ) between the detected arc voltage E and the reference value E of the arc voltage be Oa
O The area surrounded by the same phase angle φ (5°<φ<90°) on the left and right sides around the Cf point, that is, the left side (left side)
and the difference (S, -SR) between the values integrated on the R side (right side) is Δ
Let it be X.

(5)そして、あらかじめ溶接ロボットに教示されてい
る溶接進行方向を、アークの1回転または溶接ロボット
の制御ピッチごとに前記ΔYの値によって決定される量
だけ溶接トーチの軸方向に修正し、同時に前記ΔXの値
によって決定さ(8) れる量だけ溶接進行方向及び溶接トーチの軸方向の両方
に垂直な方向(開先幅方向)に修正することにより定ま
る溶接方向を基準の溶接方向とし、 (6)かつ、溶接速度の大きさを常に所定値に保ち、(
7)毎回、前記ΔX及びΔYにより前記基準の溶接方向
を検出し、前記溶接トーチの角度をこの基準の溶接方向
に対して常に一定に保つように制御する。
(5) Then, the welding direction that has been previously taught to the welding robot is corrected in the axial direction of the welding torch by an amount determined by the value of ΔY for each revolution of the arc or for each control pitch of the welding robot, and at the same time The welding direction determined by correcting the welding direction in the direction perpendicular to both the welding progress direction and the welding torch axial direction (groove width direction) by the amount determined by the value of ΔX (8) is the reference welding direction, and ( 6) And always keep the welding speed at a predetermined value, (
7) Every time, the reference welding direction is detected using the ΔX and ΔY, and the angle of the welding torch is controlled to always be kept constant with respect to the reference welding direction.

[作 用] 第1図に示すように、溶接ロボットの軌道制御はP T
 P  (Point To Po1nt)教示のCP
 (Contin−uous Pa5s)制御であり、
2つの教示点P とPS       e 間において、あらかじめ同一ピッチで制御点G1゜G2
.・・・、G が定められている。この制御ピッチは通
常アークの回転周期であり、溶接アークの回転速度Nは
10〜200Hzの範囲で高速に保つ。また、溶接速度
の大きさは各制御点間の距離を一定にすることにより、
あらかじめ設定された値に保持することができる。
[Function] As shown in Figure 1, the trajectory control of the welding robot is performed by P T
P (Point To Point) Teaching CP
(Contin-uous Pa5s) control,
Between the two teaching points P and PS e, the control points G1 and G2 are set at the same pitch in advance.
.. ..., G is determined. This control pitch is usually the rotation period of the arc, and the rotation speed N of the welding arc is kept high in the range of 10 to 200 Hz. In addition, the magnitude of the welding speed can be adjusted by keeping the distance between each control point constant.
Can be held at a preset value.

いま、溶接線が2つの教示点P  、P  間におS 
      e いて折れ曲っている場合、アークの1回転ごとに、ある
いは上記の溶接ロボットの制御ピッチごとに、溶接速度
を一定に保ちながら溶接進行方向のみを少しずつ変える
ように溶接方向ベクトルの修正を行うのである。この溶
接方向ベクトルの修正を行うのに高速回転アークセンサ
の技術を利用する。
Now, the welding line is between the two teaching points P and P.
e If the welding direction is curved, correct the welding direction vector so that only the direction of welding progress is changed little by little while keeping the welding speed constant for each revolution of the arc or for each control pitch of the welding robot described above. It is. High-speed rotating arc sensor technology is used to correct this welding direction vector.

溶接方向ベクトルの修正は次のようにして行う。The welding direction vector is corrected as follows.

アークの1回転ごとに溶接電流■ とアーク電圧E 並
びに前記C4点を基準位置とするアークの回転位置が検
出されているので、検出値I と基重鎖■ との差(I
  −I  )をアークの1回転Oa      O ごとに積分した値(S、)をΔYとし、また検出値E 
と基準値E との差(E  −E  )をC4a   
          o             a
Since the welding current ■, the arc voltage E, and the rotational position of the arc with the C4 point as the reference position are detected for each rotation of the arc, the difference between the detected value I and the base heavy chain ■ (I
-I ) for each arc rotation Oa O is the value (S,) integrated, and ΔY is the detected value E
and the reference value E (E − E ) is C4a
oa
.

点を中心とする左右の同−移送角φ(5゜<φ<90°
)の領域についてアークの1回転ごとに積分した値(S
  −SR)をΔXとすると、第3図り を参照して制御点iにおけるX軸及びy軸方向の修正量
は、それぞれ X軸方向修正量−k ・ΔX、・マ X          l       ey軸方向修
正量−k ・ΔY1 ・y8y で与えられる。ここに、k  、k  は制御定数x 
     y (ゲイン)、ffi  、7  はそれぞれX軸及びy
軸e      e 方向の単位ベクトルである。
Left and right equal-transfer angle φ (5°<φ<90°
) is the value (S
-SR) is ΔX, then the amount of correction in the X-axis and y-axis directions at the control point i with reference to the third diagram is the amount of correction in the X-axis direction -k ・ΔX, ・MaX le y-axis direction correction amount It is given by -k ・ΔY1 ・y8y. Here, k and k are control constants x
y (gain), ffi, 7 are the X axis and y
It is a unit vector in the axis e e direction.

したがって、制御点iにおける修正された溶接方向ベク
トルv1は、前回の制御点(i−1)で修正された溶接
方向ベクトルv1−1とこれに垂直なX軸及びy軸方向
の軌道修正ベクトル、すなわち上記のk ・ΔX −父
 と、k、・ΔY1X       i      e y8の3つのベクトルを合成した方向ACに向くことに
なる。そして、溶接方向ベクトルv1の向きは同じで大
きさを最初に設定された溶接速度の大きさと同一にする
必要がある。したがって、溶接方向ベクトルv1は次式
で表される。
Therefore, the welding direction vector v1 corrected at the control point i is the welding direction vector v1-1 corrected at the previous control point (i-1) and trajectory correction vectors in the X-axis and y-axis directions perpendicular to this, In other words, it faces in the direction AC, which is the combination of the three vectors k, .DELTA. The welding direction vector v1 must have the same direction and the same magnitude as the initially set welding speed. Therefore, the welding direction vector v1 is expressed by the following equation.

x (−、、、−1+kx・Δxi−’r。十に、・Δ
Y1 ・y8)・・・(1) /+ +X ここに、1v 1はあらかじめ設定された2軸方向の溶
接速度である。
x (-, , -1+kx・Δxi−'r. 1,・Δ
Y1 ・y8)...(1) /+ +X Here, 1v1 is a preset welding speed in two axial directions.

しかし、(1)式はあくまで基本式であって、実用上は
、溶接方向ベクトルの修正は直前の数回の溶接方向ベク
トルを加重平均などの処理をして行うこともある。この
場合、実用式は次のようになる。
However, equation (1) is just a basic equation, and in practice, the welding direction vector may be corrected by performing a process such as a weighted average of the previous several welding direction vectors. In this case, the practical formula is as follows.

×(vo1+kx・ΔXl−?8+に、・ΔYi−78
)・・・(2) ただし、 (2)式に従ってアーク1回転ごとまたは制御点ごとに
溶接方向ベクトルを修正し、かつ毎回、基準の溶接方向
に対してトーチ角度を常に一定になt19) (11) るように制御する。これは、溶接ロボットによる教示方
向は一定であるので、コルゲートパネルのごとき被溶接
物の種類によってはトーチ角度を適宜変更する必要があ
るからである。かくして、修正された溶接方向の溶接速
度の大きさはあらかじめ設定された2軸方向の溶接速度
の大きさに等しく、かつ各制御点間の距離では前記アー
クセンサによりX軸及びy軸方向の倣い制御を自動的に
行っているので、溶接線が折れ曲っていても各制御点に
おいて少しずつ溶接トーチの進行方向を変えていく。そ
のため、溶接線の屈曲点の位置を改めてティーチングし
なくても、2軸方向の一定の溶接方向ベクトルと、その
溶接方向ベクトルに垂直で、かつ高速回転アークセンサ
により検出されたX軸及びy軸方向の各検出値から決定
される軌道修正ベクトルとから、溶接速度一定かつトー
チ角度一定のもとて溶接方向のみを修正することにより
、屈曲点の位置から自動的にトーチ進行方向を変えてい
く。
×(vo1+kx・ΔXl−?8+,・ΔYi−78
)...(2) However, according to formula (2), the welding direction vector is corrected for each arc rotation or each control point, and the torch angle is always kept constant with respect to the standard welding direction each time t19) ( 11) Control so that This is because since the direction taught by the welding robot is constant, it is necessary to change the torch angle as appropriate depending on the type of object to be welded, such as a corrugated panel. Thus, the magnitude of the welding speed in the corrected welding direction is equal to the magnitude of the welding speed in the preset two-axis directions, and at the distance between each control point, the welding speed in the X-axis and Y-axis directions is adjusted by the arc sensor. Since the control is automatic, even if the welding line is bent, the direction of travel of the welding torch is changed little by little at each control point. Therefore, without having to reteach the position of the bending point of the weld line, it is possible to use a fixed welding direction vector in two axes and the X-axis and y-axis that are perpendicular to the welding direction vector and detected by the high-speed rotating arc sensor Based on the trajectory correction vector determined from each detected value of direction, by correcting only the welding direction while keeping the welding speed constant and the torch angle constant, the torch traveling direction is automatically changed from the position of the bending point. .

[実施例] 以下、本発明の制御方法を図によりさらに具体的に説明
する。
[Example] Hereinafter, the control method of the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

第1図は各制御点における溶接方向ベクトルの修正方法
とトーチ角度の制御法を示す説明図である。図において
、2つの教示点P とP はそれS       e ぞれ溶接開始点及び終了点で、溶接ロボットによりあら
かじめ教示されている。この2つの教示点P8.P  
間を、アーク回転速度Nを例えば50Hzとして溶接す
るものとすれば、制御ピッチが20m5の制御点G、G
2.・・・、Goが定まる。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a method of correcting the welding direction vector and a method of controlling the torch angle at each control point. In the figure, two teaching points P and P are the welding start and end points, respectively, and are taught in advance by the welding robot. These two teaching points P8. P
If welding is performed with the arc rotation speed N being 50 Hz, for example, the control points G and G with a control pitch of 20 m5
2. ..., Go is determined.

■ 第2図は溶接ロボットに取り付けられた溶接トーチの説
明図であり、ロボットアーム21の先端にX軸移動機構
18を取り付け、さらにX軸移動機構18上にX軸移動
機構14を取り付け、このX軸移動機構14のX軸スラ
イドブロック15に溶接トーチ1を回転可能に支持させ
たものである。
■ Figure 2 is an explanatory diagram of a welding torch attached to a welding robot, in which an X-axis moving mechanism 18 is attached to the tip of the robot arm 21, and an The welding torch 1 is rotatably supported by the X-axis slide block 15 of the X-axis moving mechanism 14.

トーチ1の回転はX軸スライドブロック15上に取り付
けられたモータ2により歯車機構8を介して行われる。
The torch 1 is rotated by a motor 2 mounted on an X-axis slide block 15 via a gear mechanism 8.

アークの回転位置検出器9は、第7図(b)に示すC点
を基準にり、C,Rの4f         r 点を検出するようになっている。図中、16はX軸ボー
ルネジ、]7はX軸モータ、19はy軸ボールネジ、2
0はy軸モータである。なお、y軸スライドブロックは
図示されていない。
The arc rotational position detector 9 is designed to detect 4f r points C and R based on point C shown in FIG. 7(b). In the figure, 16 is an X-axis ball screw, ] 7 is an X-axis motor, 19 is a y-axis ball screw, 2
0 is the y-axis motor. Note that the y-axis slide block is not illustrated.

また、溶接ワイヤ3と被溶接物6の間には給電チップ(
図示せず)を介して溶接回路30が構成され、溶接電源
31.溶接電流検出器32及びアーク電圧検出器33が
組み込まれている。検出器32により溶接電流工 を検
出し、検出器33によりアーク電圧E を検出する。
Moreover, a power supply tip (
A welding circuit 30 is configured via a welding power source 31. A welding current detector 32 and an arc voltage detector 33 are incorporated. The detector 32 detects the welding current, and the detector 33 detects the arc voltage E.

溶接方法は、上記のように構成された高速回転アーク溶
接トーチ1によるアーク溶接であり、アークの1回転ご
とに前述のように溶接電流Ia及びアーク電圧E を検
出し、これらの検出値からX軸及びy軸方向のトーチ位
置の修正量を演算しなから溶接を行う。なお、アーク回
転速度N−10〜200 Hz 、アーク回転直径D=
1〜6+nm。
The welding method is arc welding using the high-speed rotating arc welding torch 1 configured as described above, in which the welding current Ia and arc voltage E are detected as described above for each revolution of the arc, and from these detected values X Welding is performed before calculating the amount of correction of the torch position in the axis and y-axis directions. In addition, arc rotation speed N-10 to 200 Hz, arc rotation diameter D=
1-6+nm.

ワイヤ径は0.8〜1.6mmが適当である。A suitable wire diameter is 0.8 to 1.6 mm.

そこで、再び第1図に戻って説明すると、任意の制御点
iにおける溶接方向ベクトルV、は、前(15) 記(2)式を変形すると次のように表すことができる。
Therefore, referring back to FIG. 1 again, the welding direction vector V at any control point i can be expressed as follows by modifying equation (15) (2).

ここに、 V :あらかじめ設定された溶接方向ペクトル V、 ・1つ前の制御点i−1における基準01−1゜ の溶接方向ベクトル 営 :基準溶接方向ベクトルV。i−1に垂直な軌道修
正ベクトル すなわち、軌道修正ベクトル首、は、アークの1回転ご
とに前記ΔX (=S、−3R)、 ΔY(−8,)に
基づき決定される値に、それぞれある定数に、k(ゲイ
ン)を乗じたものであり、y 前回の基準溶接方向ベクトルV。1−1に垂直にX軸方
向及びy軸方向に与える。かつ、溶接トーチ1の角度を
常に一定とするために、溶接方向ベクトルV、の向きを
1つ前の制御点i−1における基(16) 型温接方向ベクトルV。1−1の方向にとり、この’o
i−1ベクトルに対して、例えば90°に一定に保つ。
Here, V: preset welding direction vector V; - welding direction vector of reference 01-1° at the previous control point i-1: reference welding direction vector V; The trajectory correction vector perpendicular to i-1, that is, the trajectory correction vector neck, has values determined based on the above ΔX (=S, -3R) and ΔY (-8,) for each rotation of the arc. It is a constant multiplied by k (gain), and y is the previous reference welding direction vector V. 1-1 in the X-axis direction and the y-axis direction. In addition, in order to keep the angle of the welding torch 1 constant, the direction of the welding direction vector V is set to the base (16) type warm welding direction vector V at the previous control point i-1. Take it in the direction of 1-1, and this 'o
For example, it is kept constant at 90° with respect to the i-1 vector.

すなわち、制御点G1において、トーチ角度を前回の基
準溶接方向ベクトルV に対して直0 角に保ち、溶接方向ベクトルv1の方向のみをその基準
溶接ベクトルV と軌道修正ベクトル奮10 との和(voo + t、 )の方向に修正する。そし
て、次の制御点G2では、トーチ角度をv1ベクトルと
大きさ同じで向きも同じのV。1ベクトルに対して直角
にとり、溶接方向のみを(voi +7゜)の方向に修
正する。以下同様にして、トーチ角度を基準溶接方向ベ
クトルV。1−1に対し常に一定に保ち、溶接方向のみ
を基準溶接方向ベクトルV。1−1と軌道修正ベクトル
奮、との和(vo、−、+!、)の方向に修正すること
により、同一の溶接速度、同一のトーチ角度で溶接トー
チ1の進行方向のみを少しずつ変えるようにしている。
That is, at the control point G1, the torch angle is maintained at a right angle with respect to the previous reference welding direction vector V, and only the direction of the welding direction vector v1 is determined by the sum (voo +t, ) direction. Then, at the next control point G2, the torch angle is set to V, which has the same magnitude and direction as the v1 vector. 1 vector, and only the welding direction is corrected in the direction of (voi +7°). Similarly, the torch angle is set to the reference welding direction vector V. 1-1, and only the welding direction is the reference welding direction vector V. By correcting in the direction of the sum (vo, -, +!,) of 1-1 and the trajectory correction vector , only the direction of movement of welding torch 1 is changed little by little at the same welding speed and the same torch angle. That's what I do.

このような方法でもって、実際に折れ曲っている溶接線
10の開先を正確に追従していくことができる。
By using such a method, it is possible to accurately follow the groove of the weld line 10 that is actually bent.

また、溶接方向ベクトルV、はハンチングの防北上、直
前の数回の基準溶接方向ベクトルを平均値化する。トー
チ角度はこのようにして修正された溶接方向ベクトルv
1に対して一定になるように保持されるが、トーチ角度
の制御は頻繁に行う必要はなく、例えば5°ごとに行う
だけで差し支えない。
Further, the welding direction vector V is obtained by averaging the reference welding direction vectors of several times immediately before hunting. The torch angle is the welding direction vector v modified in this way.
However, it is not necessary to control the torch angle frequently, and it is sufficient to control the torch angle every 5 degrees, for example.

かくして、溶接トーチ1は制御点G1から各制御点ごと
に次第に折れ線部10aに沿うよう方向を変えて進行す
るとともに、第4図に示すように一定のトーチ角度βに
保持される。したがって、折れ線部10a、10bが2
軸に対し3°以上傾斜している場合であっても、該折れ
線部を一定のトーチ角度β、一定の溶接速度で正確にそ
の開先を追従し、良好な溶接ができるのである。
In this manner, the welding torch 1 advances from the control point G1 while gradually changing direction along the polygonal line portion 10a at each control point, and is maintained at a constant torch angle β as shown in FIG. 4. Therefore, the polygonal line portions 10a and 10b are 2
Even when the groove is inclined by 3° or more with respect to the axis, the bent line can be accurately followed at a constant torch angle β and at a constant welding speed, and good welding can be performed.

次に、第5図及び第6図はそれぞれX軸及びy軸方向の
制御ブロック図である。
Next, FIGS. 5 and 6 are control block diagrams in the X-axis and y-axis directions, respectively.

第5図において、41はアークの回転位置検出器で、溶
接トーチ1の回転角度90°ごとのアーク回転位置C,
R,Cf、Lの4点(第7図(b)参照)を検出するよ
うになっている。42はアーク電圧検出器33によりア
ーク1回転ごとに検出されたアーク電圧E 、43はあ
らがじめ設定された基準電圧E で、それぞれ差動アン
プ44に入力される。45は回転位置検出器41及び積
分領域設定回路46からの信号の入力により積分領域を
決めるためのスイッチング論理回路、47は第7図(b
)においてL領域35を積分するときのスイッチで、ス
イッチング論理回路45のL領域指令により動作し、差
動アンプ44により増幅されたアーク電圧の差信号(E
  −E  )a      O をプラスとして積分器50に送る。48は第7図(b)
においてR領域36を積分するときのスイッチで、スイ
ッチング論理回路45のR領域指令により動作し、差動
アンプ44により増幅されたアーク電圧の差信号(E 
 −E  )を反転器49a      O によりマイナスにして積分器5oに送る。
In FIG. 5, reference numeral 41 denotes an arc rotational position detector, and arc rotational position C,
Four points R, Cf, and L (see FIG. 7(b)) are detected. Reference numeral 42 indicates an arc voltage E detected by the arc voltage detector 33 every rotation of the arc, and reference voltage 43 indicates a preset reference voltage E, which are input to the differential amplifier 44, respectively. 45 is a switching logic circuit for determining an integral region by inputting signals from the rotational position detector 41 and the integral region setting circuit 46; 47 is a switching logic circuit shown in FIG.
) is a switch for integrating the L region 35 in the switching logic circuit 45, and operates according to the L region command of the switching logic circuit 45, and integrates the arc voltage difference signal (E
-E) Send a O to the integrator 50 as a plus. 48 is Fig. 7(b)
This switch is used when integrating the R region 36 at
-E) is made negative by the inverter 49aO and sent to the integrator 5o.

積分器50はスイッチング論理回路45の積分領域指令
によって動作し、両スイッチ47.48を通じて入力さ
れる信号をそれぞれ積分し、積分値差(S、−SR)と
してX軸修正演算器51に(1q) 送る。52はX軸ゲイン設定器で、あらかじめ設定され
たX軸ゲインk を演算器51に入力し、X軸方向の修
正量k ・ΔXを算出する。そして、この値が正のとき
は溶接トーチをL側へ修正し、負のときにはR側へ修正
する。53は溶接トーチ位置をX軸方向に修正するため
のX軸コントローラである。
The integrator 50 operates according to the integral region command from the switching logic circuit 45, integrates the signals inputted through both switches 47 and 48, and sends the integrated value difference (S, -SR) to the X-axis correction calculator 51 (1q ) send. Reference numeral 52 denotes an X-axis gain setting device, which inputs a preset X-axis gain k 2 to the calculator 51 and calculates the correction amount k 2 ·ΔX in the X-axis direction. When this value is positive, the welding torch is corrected to the L side, and when this value is negative, the welding torch is corrected to the R side. 53 is an X-axis controller for correcting the welding torch position in the X-axis direction.

第6図において、54は溶接電流検出器32によりアー
ク1回転ごとに検出された溶接電流工 。
In FIG. 6, reference numeral 54 indicates a welding current detected by the welding current detector 32 for each rotation of the arc.

55はあらかじめ設定された基準溶接電流■ 。55 is a preset standard welding current■.

56は差動アンプ、57はアーク1回転ごとに溶接電流
の差信号(I  −I  )を積分する積分器、a  
    O 58はスイッチング論理回路で、回転位置検出器41か
らの信号を受け、その1回転信号ごとに積分器57を動
作させる。59はy軸修正演算器で、積分器57による
積分値S1とy軸ゲイン設定器60によりあらかじめ設
定されたy軸ゲインk。
56 is a differential amplifier; 57 is an integrator that integrates the welding current difference signal (I − I) for each rotation of the arc;
O 58 is a switching logic circuit that receives a signal from the rotational position detector 41 and operates the integrator 57 for each rotation signal. Reference numeral 59 denotes a y-axis correction calculator, which includes an integral value S1 by the integrator 57 and a y-axis gain k preset by the y-axis gain setting device 60.

とを演算器59に入力し、y軸方向の修正量k。is input to the calculator 59, and the correction amount k in the y-axis direction is obtained.

・ΔYを算出する。61はこの修正量の正負の判定回路
で、その値が正のときは溶接トーチ位置が低いためトー
チを上昇側へ修正する。逆に負のときはトーチをトーチ
位置が高いため下降側へ修正する。62は溶接トーチ位
置をy軸方向に修正するためのX軸コントローラである
・Calculate ΔY. 61 is a circuit for determining whether the correction amount is positive or negative; when the value is positive, the welding torch position is low and the torch is corrected to the upward side. On the other hand, if the value is negative, the torch is adjusted to the downward direction because the torch position is high. 62 is an X-axis controller for correcting the welding torch position in the y-axis direction.

以上の第5図、第6図の回路によりそれぞれX軸及びy
軸方向の修正量を求め、その修正量を図示しない溶接速
度制御回路に送り、前記(3)式に従って溶接速度及び
トーチ角度が一定となるようにベクトル制御するのであ
る。
The circuits shown in Figures 5 and 6 above allow the X-axis and y-axis to be
The amount of correction in the axial direction is determined, the amount of correction is sent to a welding speed control circuit (not shown), and vector control is performed so that the welding speed and torch angle are constant according to equation (3).

[発明の効果] 以上のように本発明によれば、開先を有する溶接線が折
れ曲っているような被溶接物に対しても、高速回転アー
ク溶接トーチを有する溶接ロボットを用いて、溶接速度
及びトーチ角度を所定値に保ちつつ溶接進行方向のみを
少しずつ変えながら、しかもその開先を正確に追従して
溶接していくことができるため、溶接品質やビード形状
の優れた溶接が可能になるとともに、ロボットによるテ
ィーチング作業が大いに簡素化できるいう効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a welding robot equipped with a high-speed rotating arc welding torch can be used to weld even workpieces in which the welding line with a groove is bent. While keeping the speed and torch angle at predetermined values, the welding direction can be changed little by little, and the groove can be accurately followed during welding, making it possible to weld with excellent welding quality and bead shape. This also has the effect of greatly simplifying the teaching work performed by robots.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明によるトーチ角度制御方法の説明図、第
2図は溶接ロボットのアームに取り付けられた溶接トー
チの構成図、第3図は溶接方向ベクトルの修正方法を示
す原理図、第4図は本発明により折れ曲っている溶接線
に対してトーチ角度が一定に保持される状態を示す説明
図、第5図及び第6図はそれぞれ本発明の開先自動倣い
制御方法に用いるX軸倣い制御ブロック図及びX軸倣い
制御ブロック図、第7図(a)、(b)は従来の回転ア
ークセンサによる開先自動倣い制御方法の説明図、第8
図(a)、(b)は本発明の対象とする折れ曲った溶接
線を示す説明図、第9図(a)〜(c)はトーチ角度と
溶接線との関係を示す説明図である。 1・・・溶接トーチ 3・・・溶接ワイヤ 4・・・アーク 5・・・開先 6・・・被溶接物 10・・・溶接線 P ・・・溶接開始点 P ・・・溶接終了点 G1.G2I ′。 7.72.  ・・・ voo” ol’ (教示点) (教示点) G ・・・制御点 ■、・・・溶接方向ベクトル voi−1・・・基準溶接方向ベクト ル 首1首、・・・1首、・・・軌道修正ベクトル2
FIG. 1 is an explanatory diagram of the torch angle control method according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a welding torch attached to the arm of a welding robot, FIG. 3 is a principle diagram showing a method of correcting the welding direction vector, and FIG. The figure is an explanatory diagram showing a state in which the torch angle is kept constant with respect to a bent weld line according to the present invention, and Figures 5 and 6 are respectively the X-axis used in the automatic bevel tracing control method of the present invention. A copying control block diagram and an X-axis copying control block diagram, FIGS.
Figures (a) and (b) are explanatory diagrams showing a bent welding line that is the object of the present invention, and Figures 9 (a) to (c) are explanatory diagrams showing the relationship between the torch angle and the welding line. . 1... Welding torch 3... Welding wire 4... Arc 5... Groove 6... Welded object 10... Welding line P... Welding start point P... Welding end point G1. G2I'. 7.72. ... voo"ol' (Teaching point) (Teaching point) G ... Control point ■, ... Welding direction vector voi-1 ... Reference welding direction vector neck 1, ... 1 neck, ...・Trajectory correction vector 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 高速回転アーク溶接トーチを有する溶接ロボットにより
、開先を有する被溶接物を溶接する場合において、 (1)溶接アークを1秒間に10〜200回の高速で回
転させながら溶接を行い、 (2)溶接電流I_a、アーク電圧E_a及び溶接進行
方向前方C_f点を基準位置とするアークの回転位置を
それぞれ検出し、 (3)前記検出された溶接電流I_aと溶接電流の基準
値I_oとの差(I_a−I_o)を、アークの1回転
ごとに積分した値をΔYとし、 (4)さらに前記検出されたアーク電圧E_aとアーク
電圧の基準値E_oとの差(E_a−E_o)を、前記
C_f点を中心に左右同一の位相角φ(ただし、5゜<
φ<90゜)で囲まれる領域、すなわちL側(左側)及
びR側(右側)で積分した値の差(S_L−S_R)を
ΔXとし、 (5)あらかじめ溶接ロボットに教示されている溶接進
行方向を、アークの1回転または溶接ロボットの制御ピ
ッチごとに前記ΔYの値によって決定される量だけ溶接
トーチの軸方向に修正し、同時に前記ΔXの値によって
決定される量だけ溶接進行方向及び溶接トーチの軸方向
の両方に垂直な方向(以下、開先幅方向と呼ぶ)に修正
することによって定まる溶接方向を基準の溶接方向とし
、 (6)かつ、溶接速度の大きさを常に所定値に保ち、(
7)毎回、前記ΔX及びΔYにより前記基準の溶接方向
を検出し、前記溶接トーチの角度をこの基準の溶接方向
に対して常に一定に保つように制御することにより、 前記開先を自動的に追従すると同時に常に溶接線に対し
て適正なトーチ角度を保ちながら溶接を行うことを特徴
とするアークセンサによる開先自動倣い制御におけるト
ーチ角度制御方法。
[Claims] When welding a workpiece with a groove using a welding robot having a high-speed rotating arc welding torch, (1) welding while rotating the welding arc at a high speed of 10 to 200 times per second; (2) Detect the welding current I_a, the arc voltage E_a, and the rotational position of the arc with the forward point C_f in the welding direction as the reference position, and (3) Detect the detected welding current I_a and the reference value of the welding current. The value obtained by integrating the difference (I_a - I_o) with I_o for each rotation of the arc is defined as ΔY, and (4) Furthermore, the difference (E_a - E_o) between the detected arc voltage E_a and the arc voltage reference value E_o. , with the same phase angle φ (5° <
The difference (S_L-S_R) between the integrated values on the L side (left side) and the R side (right side) is defined as ΔX, and (5) Welding progress taught to the welding robot in advance. The direction is corrected in the axial direction of the welding torch by the amount determined by the value of ΔY for each revolution of the arc or the control pitch of the welding robot, and at the same time, the direction of welding is adjusted by the amount determined by the value of ΔX. The welding direction determined by correction in the direction perpendicular to both axial directions of the torch (hereinafter referred to as the groove width direction) is the reference welding direction, (6) and the welding speed is always kept at a predetermined value. Keep, (
7) Each time, the reference welding direction is detected using the ΔX and ΔY, and the angle of the welding torch is controlled to always be kept constant with respect to the reference welding direction, thereby automatically forming the groove. A torch angle control method in automatic groove tracing control using an arc sensor, characterized in that welding is performed while always maintaining an appropriate torch angle with respect to a welding line.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100447923B1 (en) * 2002-03-27 2004-09-13 사단법인 고등기술연구원 연구조합 Position precision control apparatus for laser welding by use of robot and method thereof
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JP2012251790A (en) * 2011-05-31 2012-12-20 Honda Motor Co Ltd Measurement method for sensor angle
WO2019065913A1 (en) * 2017-09-29 2019-04-04 株式会社Ihi Welding device

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