JPH0338030B2

JPH0338030B2 -

Info

Publication number: JPH0338030B2
Application number: JP6785183A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nio; Hajime Fujii
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1991-06-07
Also published as: JPS59193770A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は直線補間機能を備えた溶接ロボツトに
よる多層溶接方法に関する。

従来、テイーチングプレイバツク方式の溶接ロ
ボツトで多層溶接を行なう場合、ワークの寸法、
形状のばらつき、治具の精度のばらつき等に起因
して、ロボツトとワークの溶接線の相対的位置が
変化していた。特にワークが中厚板の場合、ワー
クそのものが重く、大きいため部品製作段階での
切断、曲げ加工の精度が上げ難く、これらの加工
のばらつきのある部品で構成したワークの溶接線
および開先形状は大きく変化する。また、この大
型で重量のあるワークをセツトする治具も大型と
なり、治具精度の保証は採算上から難しく、治具
精度も一般に悪いものになる。

これら精度の悪いワーク、治具と溶接ロボツト
を組み合わせて、最外層まで溶接欠陥を発生させ
ず、適正な多層溶接を可能ならしめる方法とし
て、従来、「溶接線検出センサによる軌跡修正機
能」（特開昭50−159445）等が提案されている。
しかしながら、この方法は、溶接線のばらつきに
は追従できても開先形状を認識できないため、溶
着金属量の制御ができず、溶接欠陥を生じたり、
最外層には人手による補修溶接を必要とする等の
欠点を有していた。この欠点を除くために、工業
用テレビジヨンカメラを用いたビジヨンセンサ等
で溶接線のみならず開先形状をも検出して多層溶
接を行なう方法も考えられるが、この方法はセン
サを含めたロボツトシステムが複雑、かつ高価に
なるという欠点を有する上に、センサの対環境
性、信頼性にも問題があり、未だ実用に供し得な
い段階にある。

したがつて、上記のような高価な形状認識セン
サ付溶接ロボツトが採算的に合わない用途では、
(1)ロボツトによる自動化を断念するか、(2)溶着金
属量の制御なしの単なる位置修正機能のみのセン
サ付ロボツトを使用するか、(3)多層のテイーチン
グ軌跡をワーク毎にテイーチング操作で修正する
しか方法がなかつた。多層溶接の第２層以降の軌
跡を全てテイーチングボツクスにより手動でテイ
ーチングする場合には、前層までの溶接状態を事
前に想定しながらテイーチングしなければならな
いが、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、ワークの
素材、板厚、開先形状等により各層のビードが大
巾に変化するために難しい。そのために、第２
層、第３層、……の径路を試行錯誤的に修正し直
す必要があり、また開先形状の変化に応じた溶接
条件の変更も必要となる。このような、非常に長
時間を要し、しかも難しいテイーチング作業を各
ワーク毎に行なう(3)の方法は、自動化という観点
からすれば価値のない方法である。

本発明は上述の問題点に鑑み提案されたもの
で、ワーク毎にその開先形状の特徴を表わす複数
の代表点をテイーチングするのみで溶接線、開先
形状のばらつきのあるワークの適正な多層溶接を
可能にする、溶接ロボツトによる多層溶接方法を
提供することを目的とする。

本発明の溶接ロボツトによる多層溶接方法は、マスタワークの各層の溶接開始点と溶接終了点
の座標、スレイブワークの開先形状の特徴を表わ
す複数の代表点の座標をテイーチングし、マスタワークの溶接開始点側における各層の盛
り高さと全体の盛り高さ、スレイブワークの溶接
開始点側における全体の盛り高さからスレイブワ
ークの溶接開始点側における各層の盛り高さを求
め、マスタワークの溶接終了点側における各層の盛
り高さと全体の盛り高さ、スレイブワークの溶接
終了点側における全体の盛り高さからスレイブワ
ークの溶接終了点側における各層の盛り高さを求
め、スレイブワークの開先形状の特徴を表わす複数
の代表点のテイーチングされた座標、スレイブワ
ークの溶接開始点側における各層の盛り高さと全
体の盛り高さからスレイブワークの各層の溶接開
始点の座標を算出し、スレイブワークの開先形状の特徴を表わす複数
の代表点のテイーチングされた座標、スレイブワ
ークの溶接終了点側における各層の盛り高さと全
体の盛り高さからスレイブワークの各層の溶接終
了点の座標を算出し、これら算出されたスレイブワークの各層の溶接
開始点から溶接終了点へ溶接トーチの先端を移動
させることによりスレイブワークに多層溶接を行
なうことを特徴とする。すなわち、マスタワーク
の各層の溶接開始点と溶接終了点の座標を最初に
テイーチングし、マスタワークの溶接開始点側お
よび溶接終了点側における各層の盛り高さと全体
の盛り高さ、スレイブワークの溶接開始点側およ
び溶接終了点側における各層の盛り高さと全体の
盛り高さを求めておけば、後はスレイブワーク毎
に、その開先形状の特徴を表わす複数の代表点の
座標をテイーチングするだけで、スレイブワーク
の各層における溶接開始点と溶接終了点が求めら
れ、溶接線、開先形状のばらつきのあるスレイブ
ワークの適正な多層溶接が可能となる。

以上が本発明の要旨であるが、本発明はさら
に、マスタワークの開先形状の特徴を表わす複数
の代表点の座標と各層における溶接速度をテイー
チングし、マスタワークの複数の代表点のテイー
チングされた座標と各層の溶接開始点および／ま
たは溶接終了点の座標とからマスタワークの各層
の溶接開始点および／または溶接終了点を通る開
先幅と開先断面積を算出し、スレイブワークの複
数の代表点のテイーチングされた座標とスレイブ
ワークの算出された各層の溶接開始点および／ま
たは溶接終了点の座標とからスレイブワークの各
層の溶接開始点および／または溶接終了点を通る
開先幅と開先断面積を算出し、スレイブワークの
単位時間当りの溶着金属量がマスタワークのそれ
と同じになるように、スレイブワークの各層にお
ける溶接速度を、マスタワークの対応する層のテ
イーチングされた溶接速度と、スレイブワークの
当該層の算出された開先断面積と、マスタワーク
の対応する層の算出された開先断面積とから算出
することもできる。これは、スレイブワークの開
先断面積がマスタワークのそれと異なる場合に、
この開先断面積のばらつき溶接速度で補正し、他
の溶接条件はマスタワークのそれと同じにするも
ので、これにより、スレイブワークの適正な溶着
金属量を常に保証することができる。

また、本発明は、マスタワークの各層の溶接開
始点および／または溶接終了点におけるウイービ
ング幅をテイーチングし、スレイブワークの各層
の溶接開始点および／または溶接終了点における
ウイービング幅を、該ウイービング幅とスレイブ
ワークの当該層の１つ上の層の算出された開先幅
の差がマスタワークの対応する層のテイーチング
されたウイービング幅とマスタワークの対応する
層の１つ上の層の算出された開先幅の差に等しく
なるように算出することもできる。これは、スレ
イブワークのウイービング端と開先幅の距離をマ
スタワークのそれと同じになるようにスレイブワ
ークの各層のウイービング幅を決定するもので、
これによつてこの距離が小さ過ぎたり、あるいは
ウイービング幅が開先幅より大きくなるときに生
じるスレイブワークの壁への過大溶着あるいは逆
に大き過ぎるときに生じる溶着不足を無くし、溶
接欠陥の発生を防止することができる。

以下、本発明を実施例の図面を参照しながら説
明する。第１図は本発明の方法によりウイービン
グ多層溶接を行なうマスタワーク例の外観図で、
スレイブワークも開先形状、溶接線のばらつきは
あるが、ほぼ同じ形状をしている。本マスタワー
クは３個の被溶接部材１，２，３で構成され、こ
れら被溶接部材１，２，３で形成される開先形状
（点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｉで構成され
る台形形状）は、第２図に示すように、下方から
順次、第１層、第２層、第３層、……、第ｎ層と
ｎ層に多層溶接される。斜線部は第３層である。
点P₁，P₂，……，Pnはそれぞれ第１層、第２層、
……、第ｎ層における溶接開始点である。点Q₁，
Q₂，……，Qnはそれぞれ第１層、第２層、……、
第ｎ層における溶接終了点である。ここで、静止
直交座標系０−（ｘ、ｙ、ｚ）をとり、以後、各
点の座標はこの直交座標系０−（ｘ、ｙ、ｚ）を
基準にするものとする。マスタワークが最外層
（第ｎ層）まで適正に溶接されたときの各層の溶
接開始点P₁，P₂，……，Pnの座標（Xp₁、Yp₁、
Zp₁）、（Xp₂、Yp₂、Zp₂）、……、（Xpn、Ypn、
Zpn）、溶接速度V₁，V₂，……，Vn、ウイービ
ング幅W₁，W₂，……，Wn、層数ｎは試行錯誤
により予め求められている。溶接開始点における
開先形状の特徴を表わす代表点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの
各座標（X_A、Y_A、Z_A）、（X_B、Y_B、Z_B）、（X_C、
Y_C、Z_C）、（X_D、Y_D、Z_D）と溶接終了点における
開先形状を決める代表点Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｉの各座標
（X_E、Y_E、Z_E）、（X_F、Y_F、Z_F）、（X_G、Y_G、Z_G）、
（X_I、Y_I、Z_I）はテイーチボツクスにより手動で
テイーチングされる。

第３図はマスタワークとスレーブワークの開先
形状の位置関係を示す図である。点A′，B′，C′，
D′と点E′，F′，G′，I′はマスタワークに対して位
置ずれがあり、しかも開先形状にもばらつきのあ
るスレイブワークの溶接開始点、溶接終了点にお
ける開先形状の特徴を表わす代表点で、これら各
点の座標（X_A′、Y_A′、Z_A′）、（X_B′、Y_B′、Z_B′）
、
（X_C′、Y_C′、Z_C′）、（X_D′、Y_D′、Z_D′）、（X_E′
、
Y_E′、Z_E′）、（X_F′、Y_F′、Z_F′）、（X_G′、Y_G′、
Z_G′）、（X_I′、Y_I′、Z_I′）もテイーチボツクスに
より手動でテイーチングされる。

第４図はマスタワークとスレイブワークの溶接
開始点における開先形状を示す図である。点C₁，
C₂，……，Cnはマスタワークのテイーチングさ
れた溶接開始点P₁，P₂，……，Pnを通り、直線
ABい慨ね平行な直線とテイーチングされた代表
点Ａ，ＣおよびＥ，Ｇで形成される面との交点、
点D₁，D₂，……，Dnは溶接開始点P₁，P₂，…
…，Pnを通り、直線に慨ね平行な直線とテイ
ーチングされた代表点Ｂ，ＤおよびＦ，Ｉで形成
される面との交点である。同様に、点C₁′，C₂′，
……，Cn′はスレイブワークの溶接開始点P₁′，
P₂′，……，Pn′を通り、直線′′に慨ね平行な直
線とテイーチングされた代表点A′，C′および
E′G′で形成される面との交点、点D₁′，D₂′，…
…，Dn′は溶接開始点P₁′，P₂′，……，Pn′を通
り、直線′′に慨ね平行な直線とテイーチング
された代表点B′，D′およびF′，I′で形成される面
との交点である。

スレイブワークの第ｉ層の溶接開始点Pi′の座
標（X′pi、Y′pi、Z′pi）は、最も単純にはマスタ
ワークと無関係にすなわち、スレイブワークの開
先形状の特等を示す代表点A′，B′，C′，D′の直
線′′の中点と直線′′の中点を結ぶ直線をｎ
等分することにより、 X′pi＝（X_C′＋X_D′）／２＋ｉ（X
_A′＋X_B′−X_C′−X_D′）／2n Y′pi＝（Y_C′＋Y_D′）／２＋ｉ（Y
_A′＋Y_B′−Y_C′−Y_D′）／2n Z′pi＝（Z_C′＋Z_D′）／２＋ｉ（Z
_A′＋Z_B′−Z_C′−Z_D′）／2n で与えられる。

スレイブワークの第ｉ層の溶接終了点Qi′の座
標（X′_Qｉ、Y′_Qｉ、Z′_Qｉ）も、同様に X′_Qｉ＝（X_G′＋X_I′）／２＋ｉ（
X_E′＋X_F′−X_G′−X_I′）／2n Y′_Qｉ＝（Y_G′＋Y_I′）／２＋ｉ（
Y_E′＋Y_F′−Y_G′−Y_I′）／2n Z′_Qｉ＝（Z_G′＋Z_I′）／２＋ｉ（
Z_E′＋Z_F′−Z_G′−Z_I′）／2n で与えられる。

しかしながら、このようにスレイブワークの開
先形状の高さを正確にｎ等分してテイーチングす
ることは実際には難しい。各層毎に適正な溶接条
件の選定を行なうためには、むしろ厳密な意味で
ｎ等分されてテイーチングされない方がよい場合
もある。マスタワークの各層の溶接電流、溶接電
圧、ウイービング周波数をスレイブワークの対応
する各層の溶接条件として採用する本発明の方法
では、このような場合、スレイブワークの各層の
溶接開始点Pi′、溶接終了点Qi′を、前述のように
ｎ等分で求めるのでなく、マスタワークの対応す
る溶接開始点Pi、溶接終了点Qiからそれぞれ開
先底面に下した垂線の長さεi，ηiを求め、各層の
溶接開始点Piでの盛り高さhi、溶接終了点Qiでの
盛り高さki、溶接開始点側での全体の盛り高さ
ｈ、溶接終了点側での全体の盛り高さｋを hi＝ε_i+1-〓_i ki＝η_i+1-〓_i ｈ＝_o 〓ⁱ⁼¹ hi ｋ＝_o 〓ⁱ⁼¹ ki εi＝ηi＝０の式から求めて、これらhi、ki、ｈ、ｋのデータ
をメモリに格納しておく。次に、スレイブワーク
での直線′′（′′）上の点から直線
C′D′（′′）に下した垂線の長さ、すなわち全体
の盛り高さh′（k′）を求めて、 hi′＝hi・h′／ｈ ki′＝ki・k′／ｋの式から、スレイブワークの各層の溶接開始点
Pi′での盛り高さhi′、溶接終了点Qi′での盛り高さ
ki′を求め、このhi′、ki′をそれぞれ直線
A′B′（′′）の中点と直線′′）（′′
）の中点
を結ぶ直線に割りあてることによつて、すなわ
ち、スレイブワークの第ｉ層の溶接開始点Pi′の
座標（X′pi、Y′pi、Z′pi）は、で与えられ、スレイブワークの第ｉ層の溶接終了
点Qi′の座標（X′_Qｉ、Y′_Qｉ、Z′_Qｉ）はで与えられる。

次に、直線、直線、直線の方向余弦
をそれぞれ（λ、μ、ν）、（ａ、ｂ、ｃ）、（a′、
b′、c′）とすると、これらはそれぞれ次式(3)、
(4)、(5)で与えられる。

したがつて、マスタワークの第ｉ層の開先幅であ
る、溶接開始点Piを通る直線の長さliは、 li＝２（X_A−Xpi）（bc′−b′c）＋（Y_A−Ypi）（ca′
−c′a）＋（Z_A−Zpi）（ab′−a′b）／λ（bc′−b′
c）＋μ（ca′−c′a）＋ν（ab′−a′b）(6) で与えられる。

また、マスタワークの第ｉ層の開先断面積であ
る、台形CiC_i+1D_i+1Diの面積Siは、 Si＝（li＋li₊₁）／２√（_i+1−）²＋（
_i+1−）²＋（_i+1−）² ※ ※−｛（_i+1−）＋（_i+1−）
＋（_i+1−）｝(7) で与えられる。

スレイブワークの第ｉ層の開先幅li′は、点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｅの座標の代りに点A′，B′，C′，E′の
座標を(3)、(4)、(5)式に代入して方向余弦（λ、
μ、ν）、（ａ、ｂ、ｃ）、（a′、b′、c′）の値を
求
め、これらの値と点Piの座標の代りに点Pi′の座
標を(4)式に代入することにより求められる。スレ
イブワークの第ｉ層の開先断面積Si′も(5)式と同
様の式により求められる。

スレイブワークの単位時間当りの溶着金属量を
マスタワークのそれと同じにして、ワスタワーク
と同じ層数で最外層まで適正に溶接するためのス
レイブワークの第ｉ層における溶接速度Vi′は Vi′＝Vi・Si／Si′ (8) から求める。ここで、Viはマスタワークの第ｉ
層におけるテイーチングされた溶接速度である。

また、一般に、マスタワークの各層における適
正にテイーチングされたウイービング幅Wiは各
層の開先幅l_i+1より小さく Wi＝l_i+1−δi (9) なる関係式が成り立つ。ここで、δi／２はウイー
ビング端と開先形状の壁との距離であり、前述し
たように、δiが小さくあるいは負、すなわちウイ
ービング幅Wiが開先幅l_i+1より大きくなると、ウ
イービング両端における入力エネルギにより壁の
過大溶融が生じ、逆にδが大きいと両方の壁の溶
融不足が生ずる。いずれの場合も溶接欠陥の原因
となる。δiは通常、１〜３mmにとられる。(9)式に
より求めたマスタワークの開先幅l_i+1とテイーチ
ングされたウイービング幅Wiよりマスタワーク
の第ｉ層におけるδiが δi＝l_i+1−Wi （10）から求められる。スレイブワークの第（ｉ＋１）
層における開先幅l′_i′₊₁と第ｉ層のウイービング幅
Wi′の差はマスタワークの上記のδiと同じ値にな
るようにすると、スレイブワークの第ｉ層におけ
るウイービング幅Wi′は Wi′＝l_i′₊₁−δi （11）から求められる。

第５図は、以上の(1)〜（11）式から求めたスレ
イブワークの各層の溶接開始点Pi′、溶接終了点
Qi′の座標、溶接速度Vi′、ウイービング幅Wi′の
データでスレイブワークをウイービング多重溶接
する溶接ロボツトの一実施例のブロツク図であ
る。１０１はロボツト制御を統括するマイクロプ
ロセツサである。１０２はロボツト固有座標系に
基づくロボツトの各軸の位置を前記直交座標系０
−（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に座標変換する座標変換演算器
である。１０３は直交座標系０−（Ｘ、Ｙ、Ｚ）
で表わされたロボツトの各軸の位置をロボツト固
有座標系に座標変換する座標変換演算器である。
１０４は前述の(1)〜（11）式によりスレイブワー
クの各層の溶接開始点Pi′の座標（X′pi、Y′pi、
Z′pi）、溶接終了点Qi′の座標（X′_Qｉ、Y′_Qｉ、Z′
_Q
ｉ）、溶接速度Vi′、ウイービング幅Wi′を算出す
る演算器である。１０５はテイーチボツクスであ
る。１０６はメモリで、第６図に示すように、テ
イーチボツクス１０５でテイーチングされたマス
タワーク各層の溶接開始点Piの座標、溶接終了点
Qiの座標、溶接速度Vi、ウイービング幅Wi、溶
接開始点での開先形状を示す代表点Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄの座標、溶接終了点での開先形状を示す代表点
Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｉの座標、スレイブワークの溶接開
始点での開先形状を示す代表点A′，B′，C′，
D′の座標、溶接終了点での開先形状を示す代表
点E′，F′，G′，I′の座標と算出されたマスタワー
クの各層の開先断面積Si、スレイブワークの各層
の開先断面積Si′、マスタワークの各層の開先幅
l_i+1とウイービング幅Wiの差δi、スレイブワーク
の各層の溶接開始点Pi′の座標、溶接終了点Qi′の
座標、溶接速度Vi′、ウイービング幅Wi′が格納
される。以上の各点の座標はいずれも座標変換演
算器１０２で直交座標系０−（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変
換されるものである。１０７は周期Ｔの基準クロ
ツク信号を発生する基準クロツク発生器である。
１０８は直線補間器で、溶接開始点の座標
（Xpi、Ypi、Zpi）またはX′pi、Y′pi、Z′pi）と
溶接終了点の座標（X_Qｉ、Y_Qｉ、Z_Qｉ）または
（X′_Qｉ、Y′_Qｉ、Z′_Qｉ）と溶接速度Viまたは
Vi′が与えられると、その溶接開始点と溶接終了
点の間の距離ｍを算出するとともに、基準クロツ
ク発生器１０７から出力される基準クロツク信号
毎の位置増分量△Ｘ、△Ｙ、△Ｚまたは△X′、
△Y′、△Z′をにより算出する。１０９はロボツトの各軸毎のサ
ーボ機構である。１１０はロボツトの各軸毎のサ
ーボ機構１０９を駆動するサーボ駆動回路であ
る。１１１はロボツトの各軸毎の位置S′g₁，
S′g₂，S′g₃，……，S′gkを検出する位置検出器で
ある。サーボ機構１０９、サーボ駆動回路１１
０、位置検出器１１１は便宜上、それぞれ一まと
めに図示したが、実際はロボツトの各軸毎に独立
していることは勿論である。１１２は切替回路
で、テイーチングモードのときはテイーチボツク
ス１０５の指令をサーボ駆動回路１１０に伝達
し、プレイバツクモードのときは座標変換演算器
１０３でロボツト固有座標系に座標変換された、
基準クロツク信号毎の位置増分量△Ｘ、△Ｙ、△
Ｚ（△X′、△Y′、△Z′）をロボツト各軸の入力指
令Sg₁，Sg₂，Sg₃，……，Sgkとしてサーボ駆動
回路１１０に伝達する。１１２はウイービング定
数設定器、１１３はウイービング駆動回路、１１
４はウイービングアクチユエータ、１１５は溶接
トーチである。第７図はロボツトのアーム１１６
に取付けられたウイービングアクチユエータ１１
４と溶接トーチ１１５の一例を示す外観図であ
る。以上のうちで、座標変換演算器１０２，１０
３、演算器１０４は、説明の都合上、それぞれ分
けて図示したが、通常は１個のマイクロプロセツ
サで構成される。

次に、以上の構成からなる溶接ロボツトの動作
について説明する。

先づ、マスタワークに対するテイーチング作業
を行なう。テイーチングボツクス１０５で切替回
路１１２をテイーチングモードにしてロボツトの
サーボ機構１０９を動かし、溶接トーチ１１５の
先端の作業点をワスタワークに対して位置決めす
る。この結果得られた、ロボツト固有座標系での
マスタワークの各層の溶接開始点Piのテイーチン
グされた座標と溶接終了点Qiのテイーチングさ
れた座標は、座標変換演算器１０２で直交座標系
０−（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の座標に変換され、それぞれ
P₁（Xp₁、Yp₁、Zp₁）、P₂（Xp₂、Yp₂、Zp₂）、…
…、Pn（Xpn、Ypn、Zpn）、Q₁（X_Q1、Y_Q1、
Z_Q1）、Q₂（X_Q2、Y_Q2、Z_Q2）、……、Qn（X_Qｎ、Y_Q
ｎ、Z_Qｎ）としてメモリ１０６に格納される。こ
れと同時に、マスタワークの溶接開始点、溶接終
了点での開先形状を示す代表点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄお
よびＥ，Ｆ，Ｇ，Ｉの座標もテイーチングされ、
直交座標系０−（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の座標（X_A、Y_A、
Z_A）、（X_B、Y_B、Z_B）、……、（X_I、Y_I、Z_I）とし
てメモリ１０６に格納される。次に、ウイービン
グ定数設定器１１２でマスタワークの各層のウイ
ービング幅W₁，W₂，……，Wnと溶接速度V₁，
V₂，……，Vnが設定され、これらのデータもメ
モリ１０６に格納される。以上のマスタワークに
対するテイーチング作業は、溶接電圧、溶接電
流、ワイヤ給送量のテイーチングも含め、これら
が適正値になるまで試行錯誤的に繰返される。そ
の後、マイクロプロセツサ１０１はメモリ１０５
からマアスタワークの第１層と第２層の溶接開始
点P₁，P₂の座標（Xp₁、Yp₁、Zp₁）、（Xp₂、
Yp₂、Zp₂）と代表点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標
（X_A、Y_A、Z_A）、（X_B、Y_B、Z_B）、（X_C、Y_C、Z_C）、
（X_D、Y_D、Z_D）、第１層のウイービング幅W₁を読
出し、これらのデータを演算器１０４に入力す
る。演算器１０４は(3)(4)(5)式により直線の方
向余弦（λ、μ、ν）、直線の方向余弦（ａ、
ｂ、ｃ）、直線の方向余弦（a′、b′、c′）を求
めた後、(6)式によりマスタワークの第１層、第２
層の開先幅l₁，l₂を求める。さらに演算器１０４
は、この求めた開先幅l₁とl₂と溶接開始点P₁，P₂
の座標（Xp₁、Yp₁、Zp₁）、（Xp₂、Yp₂、Zp₂）、
方向余弦（λ、μ、ν）から(7)式により第１層の
開先断面積S₁を、（10）式からδ₁をそれぞれ求め
る。こうして求められた第１層の開先断面積S₁と
δ₁はメモリ１０６に格納される。以上の動作が第
ｎ層まで繰返され、メモリ１０６にはマスタワー
ク各層の開先断面積S₁，S₂，……，Snと各層の
開先幅とウイービング幅の差δ₁，δ₂，……，δnが
格納される。

次にスレイブワークに対するテイーチング作業
を行なう。スレイブワークの溶接開始点、溶接終
了点での開先形状を示す代表点A′，B′，C′，
D′およびE′，F′，G′，I′の座標はテイーチボツク
ス１０５でテイーチングされる。これらの座標も
座標変換演算器１０２によりロボツト固有座標系
から直交座標系０−（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に座標変換さ
れ、それぞれ座標（X_A′、Y_A′、Z_A′）、（X_B′、
Y_B′、Z_B′）、……、（X_I′、Y_I′、Z_I′）としてメモ
リ１０６に格納される。次に、マイクロプロセツ
サ１０１はメモリ１０６から代表点A′，B′，…
…，I′の座標（X_A′、Y_A′、Z_A′）、（X_B′、Y_B′、
Z_B′）、……、（X_I′、Y_I′、Z_I′）を読出し、これ
らのデータを演算器１０４に入力する。演算器１
０４はこれら代表点A′，B′，……，I′の座標
（X_A′、Y_A′、Z_A′）、（X_B′、Y_B′、Z_B′）、……、
（X_I′、Y_I′、Z_I′）とから(1)、(2)式によりスレイ
ブワークの各層の溶接開始点P₁′，P₂′，……，
Pn′の座標（X′p₁、Y′p₁、Z′p₁）、（X′p₂、Y′p₂
、
Z′p₂）、……、（X′pn、Y′pn、Z′pn）と溶接終了
点Q₁′，Q₂′，……，Qn′の座標（X′_Q1、Y′_Q1、
Z′_Q1）、（X′_Q2、Y′_Q2、Z′_Q2）、……、（X′_Qｎ、
Y′_Q
ｎ、Z′_Qｎ）を求める。これらの座標はメモリ１
０６に格納される。以上、求めたスレイブワーク
の代表点A′，B′，C′，E′の座標と溶接開始点P₁′，
P₂の座標とから、マスタワークの場合と同様に
して、第１層の開先幅l₁′と開先断面積S₁′が演算
器１０４で求められる。このスレイブワークの第
１層の開先断面積S₁′とメモリ１０６に格納され
ているマスタワークの第１層の開先断面積S₁、溶
接速度V₁とから(8)式によりスレイブワークの第
１層の溶接速度V₁′が演算器１０４で求められ、
メモリ１０６に格納される。また、スレイブワー
クの第２層の開先幅l₂′とメモリ１０６に格納され
ているδ₁とから（11）式によりスレイブワークの
第１層のウイービング幅Wi′が同じく演算器１０
４で求められ、メモリ１０６に格納される。以上
の動作が第ｎ層まで繰返され、メモリ１０６には
スレイブワークの各層の溶接速度V₁′，V₂′，…
…，Vn′とウイービング幅W₁′，W₂′，……，
Wn′が格納される。

以上のようにしてメモリ１０６に所定のデータ
が格納し終ると、切替回路１１２はプレイバツク
モードに切替えられる。マイクロプロセツサ１０
１はメモリ１０６からスレイブワークの第１層の
溶接開始点P₁′（X′p₁、Y′p₁、Z′p₁）と溶接終了点
（X′_Q1、Y′_Q1、Z′_Q1）そして溶接速度V₁′を読出し
て直線補間器１０８にセツトすると同時に、ウイ
ービング幅Wi′も読出してウイービング定数設定
器１１２にセツトする。直線補間器１０８は基準
クロツク発生器１０７から出力される基準クロツ
ク信号毎に位置増分量△X′、△Y′、△Z′を
（12）′式により求め、これらを座標変換演算器１
０３に出力する。座標変換演算器１０３は、直交
座標系０−（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で表わされた位置増分
量△X′、△Y′、△Z′をロボツト固有座標系に基
づくロボツト各軸の位置へ座標変換する。このよ
うにして得られたロボツト各軸の位置入力指令
Sg₁，Sg₂，Sg₃，……，Sgkが切替回路１１２を
経て、位置検出器１１１の検出信号S′g₁，S′g₂，
S′g₃，……，S′gkとの差がロボツトの各軸のサー
ボ駆動回路１１０に与えられる。サーボ駆動回路
１１０はこれらの差をPID補償等を行なつた後、
電力増幅し、サーボ機構１０９を位置制御する。
これにより溶接トーチ１１５が直線補間制御され
ると同時にウイービングアクチユエータ１１４が
ウイービング駆動回路１１３により駆動されて幅
W₁なるウイービング運動を始める。この動作が
溶接終了点Q₁′点まで繰返される。スレイブワー
クの第２層、第３層，……，第ｎ層の溶接もそれ
ぞれの溶接開始点P₂′，P₃′，……，Pn′、溶接終
了点Q₂′，Q₃′，……，Qn′、溶接速度V₂′，V₃′，
……，Vn′、ウイービング幅W₂′，W₃′，……，
Wn′に基づき同様に制御される。

以上の実施例はワークの開先形状が逆台形の場
合であるが、第８図１のようなＶ字型あるいは第
８図２のようなＬ字型の開先形状のワークの場合
には、開先形状を示す代表点が３点となるから、
前述の式でX_C＝X_D、Y_C＝Y_D、Z_C＝Z_D、X_C′＝
X_D′、Y_C′＝Y_D′、Z_C′＝Z_D′X_G＝X_I、Y_G＝Y_I、Z_G
＝Z_I、X_G′＝X_I′、Y_G′＝Y_I′、Z_G′＝Z_I′とすれば
よい。また、第８図３のようなＵ字型の開先形状
のワークの場合には、直線近似が最もよい点を代
表点Ｃ、Ｄとして選べばよい。

第７図において、ロボツトの駆動軸１１６にウ
イービングアクチユエータ１１４を装着して、こ
のウイービングアクチユエータ１１４により溶接
トーチ１１５にウイービング運動させる例を示し
たが、本発明の主旨はマスタワークの各層の開先
幅と算出されたスレイブワークの各層の開先幅の
関係からスレイブワークの各層のウイービング幅
を求めることであり、それを実現する手段は何で
あつてもよく、ロボツトの各駆動軸の合成運動と
してウイービング運動を行なわせる、いわゆるソ
フトウイービングも当然本発明に含まれる。

また、スレイブワークの各層の溶接速度Vi′の
決定にあたつてはマスタワーク、スレイブワーク
の溶接開始点Pi，Pi′を含む開先断面積Si，Si′の
比によつたが、マスタワーク、スレイブワークの
溶接終了点Qi，Qi′を含む開先断面積の比により
求めてもよい。また、開先幅li，li′も溶接終了点
Qi，Qi′側で求めてもよい。

また、実施例ではマスタワークの各層の溶接開
始点、溶接終了点の座標、開先形状を示す代表点
の座標、溶接条件（溶接速度、ウイービング幅）
のデータはテイーチボツクスでテイーチングする
ようにしたが、例えば設計図面等から予め得られ
たデータをキーインプツトするようにしてもよ
い。

本発明は、以上説明したように、ワーク毎に、
その開先形状の特徴を表わす代表点の座標をテイ
ーチングさせるだけで、溶接線、開先形状のばら
つきのあるワークの適正な多層溶接が可能となる
ので、ワークの精度も、治具の精度も、採算上か
ら管理しにくい多種小量生産のワークの溶接のロ
ボツトによる自動化が可能になつた。また、ワー
クの精度、治具の精度の管理も不要で、しかもワ
ークのセツトもラフでよいので治具が簡単とな
り、その経済効果は大きい。さらに、座標変換の
演算機能を有する通常の溶接ロボツトに前述の演
算を行なわせるだけで、高価なセンサ等を特別に
使用せずとも対象のワークのばらつきを安価に補
正できる意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接ロボツトによる多層溶接
方法を説明するためのマスタワークの１例を示す
外観図、第２図はマスタワークの開先形状を多層
溶接する各層と溶接開始点、溶接終了点を示す
図、第３図はマスタワークとスレイブワークの開
先形状を示す斜視図、第４図はマスタワークとス
レイブワークの溶接開始点側の開先断面を示す
図、第５図を本発明の方法を適用した溶接ロボツ
トの実施例のブロツク図、第６図はメモリ１０６
に格納されるデータを示す図、第７図は溶接トー
チ１１５を取付けたロボツトの一部外観図、第８
図は他の開先形状を示すワーク（マスタワーク、
スレイブワーク）の図である。 P₁，P₂，……，Pn：マスタワークの各層の溶
接開始点、Q₁，Q₂，……，Qn：マスタワークの
各層の溶接終了点、V₁，V₂，……，Vn：マスタ
ワークの各層における溶接速度、W₁，W₂，…
…，Wn：マスタワークの各層におけるウイービ
ング幅、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｉ：マス
タワーク開先形状を示す代表点、l₁，l₂，……，
ln：マスタワークの各層の開先幅、S₁，S₂，…
…，Sn：マスタワークの各層の開先断面積、δ₁，
δ₂，……，δn：マスタワークの各層の開先幅とウ
イービング幅の差、A′，B′，C′，D′，E′，F′，
G′，I′：スレイブワークの開先形状を示す代表
点、P₁′，P₂′，……，Pn′：スレイブワークの各
層の溶接開始点、Q₁′，Q₂′，……，Qn′：スレイ
ブワークの各層の溶接終了点、l₁′，l₂′，……，
ln′：スレイブワークの各層の開先幅、V₁′，V₂′，
……，Vn′：スレイブワークの各層における溶接
速度、W₁′，W₂′，……，Wn′：スレイブワーク
の各層におけるウイービング幅。

Claims

【特許請求の範囲】１直線補間機能を備えた溶接ロボツトにより多
層溶接を行なう多層溶接方法において、マスタワークの各層の溶接開始点と溶接終了点
の座標、スレイブワークの開先形状の特徴を表わ
す複数の代表点の座標をテイーチングし、マスタワークの溶接開始点側における各層の盛
り高さと全体の盛り高さ、スレイブワークの溶接
開始点側における全体の盛り高さからスレイブワ
ークの溶接開始点側における各層の盛り高さを求
め、マスタワークの溶接終了点側における各層の盛
り高さと全体の盛り高さ、スレイブワークの溶接
終了点側における全体の盛り高さからスレイブワ
ークの溶接終了点側における各層の盛り高さを求
め、スレイブワークの開先形状の特徴を表わす複数
の代表点のテイーチングされた座標、スレイブワ
ークの溶接開始点側における各層の盛り高さと全
体の盛り高さからスレイブワークの各層の溶接開
始点の座標を算出し、スレイブワークの開先形状の特徴を表わす複数
の代表点のテイーチングされた座標、スレイブワ
ークの溶接終了点側における各層の盛り高さと全
体の盛り高さからスレイブワークの各層の溶接終
了点の座標を算出し、これら算出されたスレイブワークの各層の溶接
開始点から溶接終了点へ溶接トーチの先端を移動
させることによりスレイブワークに多層溶接を行
なうことを特徴とする溶接ロボツトによる多層溶
接方法。２マスタワークの開先形状の特徴を表わす複数
の代表点の座標とマスタワークの各層における溶
接速度をテイーチングし、マスタワークの複数の
代表点のテイーチングされた座標とマスタワーク
の各層の溶接開始点および／または溶接終了点の
テイーチングされた座標とからマスタワークの各
層の溶接開始点および／または溶接終了点を通る
開先幅と開先断面積を算出し、スレイブワークの
複数の代表点のテイーチングされた座標とスレイ
ブワークの前記算出された各層の溶接開始点およ
び／または溶接終了点の座標とからスレイブワー
クの各層の溶接開始点および／または溶接終了点
を通る開先幅と開先断面積を算出し、スレイブワークの単位位時間当りの溶着金属量
がマスタワークのそれと同じになるように、スレ
イブワークの各層における溶接速度を、マスタワ
ークの対応する層におけるテイーチングされた溶
接速度と、スレイブワークの当該層の前記算出さ
れた開先断面積と、マスタワークの対応する層の
前記算出された開先断面積とから算出する特許請
求の範囲第１項記載の多層溶接方法。３マスタワークの各層の溶接開始点および／ま
たは溶接終了点におけるウイービング幅をテイー
チングし、スレイブワークの各層の溶接開始点お
よび／または溶接終了点におけるウイービング幅
を、該ウイービング幅とスレイブワークの当該層
の１つ上の層の前記算出された開先幅の差がマス
タワークの対応する層のテイーチングされたウイ
ービング幅とマスタワークの対応する層の１つ上
の層の前記算出された開先幅の差に等しくなるよ
うに算出する特許請求の範囲第２項記載の多層溶
接方法。