JPH055270U - ウイービング動作をするアーク溶接ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】溶接トーチを高速度で移動してウィービング動
作を行うことを可能にする。 【構成】６軸のロボット本体の作業端に溶接トーチを取
付け、溶接の始点と終点とを入力して溶接線を定め、こ
の溶接線に沿って溶接トーチが移動するように溶接トー
チの位置および姿勢を達成するための６つの各軸毎の制
御データを作成し、メモリにはその溶接線に対するウィ
ービング面上の溶接トーチのウィービングパターンをス
トアしておき、手首付近の応答性の良好な２軸または３
軸をウィービング動作のために用い、ウィービングパタ
ーン上の希望する位置に溶接トーチがもたらされるため
に、制御データの位置からのずれ量Δθ３，Δθ４，Δ
θ５を求めて加算し、こうして前記３軸を高速度で駆動
する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、溶接線に対して左右方向に溶接トーチが変位されてウィービング動 作をするアーク溶接ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】

板厚数ｍｍ未満の薄板では、溶接時に穴があきやすく、しかもそのワークの精 度が低くて溶接線が不正確であるときには、ビード幅の広いアーク溶接を行うこ とが望まれる。このような場合、溶接トーチを溶接線に対して左右に変位してウ ィービング動作を行うと、ビード幅を拡げることはできるけれども、その速度が 低いときには、アークが不安定となってしまい、したがって高速度で溶接トーチ を移動する必要がある。

【０００３】 従来から、アーク溶接ロボットにおいて、ウィービング動作を行う場合、次の ３通りがある。

【０００４】 （１）作業端に溶接トーチをウィービング動作させるためのウィービング専用 の装置を取付ける構成を有する先行技術がある。このような構成では、ウィービ ング動作のために溶接トーチを高速度で移動することができるけれども、それは 機械的構造であるので、ウィービングの振幅および周期の変化調整範囲が小さい という問題がある。

【０００５】 （２）アーク溶接ロボットとして、たとえば６軸ロボットを用い、その全軸を 駆動してウィービング動作を行う先行技術では、溶接トーチの姿勢を保ってウィ ービング動作を行うことができる。この反面、ウィービング周波数は、たとえば ６軸のうちの動特性の最も悪い軸に規制され、それ以上高速度で溶接トーチを移 動しようとすると、溶接トーチの軌跡が不正確になるという問題がある。

【０００６】 （３）複数軸のアーク溶接ロボットにおいて、そのうちの単一軸のみを用いて ウィービング動作をする先行技術がある。この先行技術では、そのウィービング を行うために通常は、作業端に最も近い応答性の高い手首軸を用い、こうして高 速度のウィービング動作が可能となる。この反面、ティーチング時には、溶接線 の直角方向に溶接トーチが移動するようにしなければならず、したがって５軸ロ ボットでは、溶接トーチの位置と姿勢を決めると自由度がなくなってしまうので 、実現が困難であり、６軸ロボットでも、残りの特定の一軸のみ、たとえば上述 のように手首軸をウィービング動作のために用いることができるけれども、ティ ーチングが困難であるという問題があり、また溶接トーチは円弧状にウィービン グ動作されるので、溶接線に対して常に予め定めた角度、たとえば直角にウィー ビング動作させることが困難であるという問題がある。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、高速度のウィービング動作を行うことができるとともに、溶 接線に対して正確な位置ウィービング動作を行うことができるようにしたウィー ビング動作をするアーク溶接ロボットを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は、作業端に溶接トーチが取付けられる第１複数軸を有するロボット本 体と、 予め定める溶接線に沿って溶接トーチが移動するように溶接トーチの位置およ び姿勢を達成する第１複数の各軸毎の制御データを発生する手段と、 溶接線に対するウィービング面上の溶接トーチのウィービングパターンをスト アするメモリと、 前記制御データのうち、作業端付近の応答性の良好な第１複数未満の第２複数 の各軸の制御データに対して、ウィービングパターン上の希望する位置に溶接ト ーチがもたらされるための位置のずれ量Δθ３，Δθ４，Δθ５を求め、制御デ ータに前記位置のずれ量Δθ３，Δθ４，Δθ５を加える処理手段と、 処理手段の出力に応答し、溶接トーチがウィービングパターン上の位置を辿る ように溶接トーチを駆動する手段とを含むことを特徴とするウィービング動作を するアーク溶接ロボットである。

【０００９】

【作用】

本考案に従えば、ロボット本体の作業端には溶接トーチが取付けられており、 このロボット本体は、第１複数（たとえば６）軸を有し、たとえば始点と終点と を結ぶ溶接線に沿う溶接トーチの位置および姿勢を達成するための第１複数の前 記各軸毎の制御データを発生し、この予め定める溶接線に対して、たとえば平行 であってかつ溶接トーチの軸線に垂直であるウィービング面上の溶接トーチのウ ィービングパターンをメモリにストアしておき、ウィービング動作のためには、 作業端付近の応答性の良好な第１複数未満の第２複数（たとえば３または２）の 各軸の位置を表す制御データから、ウィービングパターン上の希望する位置に溶 接トーチがもたらされるための位置のずれ量Δθ３，Δθ４，Δθ５を演算処理 して求め、その位置のずれ量Δθ３，Δθ４，Δθ５を、第２複数の前記各軸の 制御データの位置の値に加え、こうして求められた位置が達成されるように、溶 接トーチが駆動される。こうして応答性の良好な第２複数の軸によってウィービ ング動作が達成されるので、高速度で溶接トーチを移動することができ、これに よって特に、薄い板であってかつアーク精度が低いときにおいても、広いビード 幅で安定にアークを発生してアーク溶接を行うことができるようになる。また溶 接パターンを変化してそのウィービング動作の振幅および周期を容易に変化する ことができる。また溶接線に対して希望する角度、たとえば直角方向に溶接トー チの軸線を保って、ウィービング動作を行うことが可能になる。

【００１０】

【実施例】

図１は、本考案の一実施例のウィービング動作をするアーク溶接ロボットの簡 略化した図である。固定位置に設けられたベース１には第１軸ＪＴ１、第２軸Ｊ Ｔ２、第３軸ＪＴ３、第４軸ＪＴ４、第５軸ＪＴ５および第６軸ＪＴ６を介して 、溶接トーチ２が取付けられており、この溶接トーチ２には溶接ワイヤ３が取付 けられる。溶接トーチ３は溶接線４の左右方向に予め定める溶接パターン５に沿 ってウィービング動作し、広いビード幅で高速度の溶接を行うことができる。こ うして第１軸ＪＴ１〜ＪＴ６とベース１と溶接トーチ２、さらに溶接ワイヤ３を 備えるロボット本体６が構成される。

【００１１】 図２は溶接線４とウィービングパターン５とを示す簡略化した斜視図である。 溶接線は溶接の開始を行う始点ＰＳと溶接の終了を表す終点ＰＥとを結ぶ一直線 であり、溶接パターン５のウィービング方向は、その予め定める溶接線４に対し て垂直であり、この実施例では溶接トーチ２、したがって溶接線ワイヤの軸線７ と、溶接線４とは直角であり、したがってこの軸線７は、ウィービング面に垂直 である。溶接ワイヤ３の先端３ａは、このウィービング面上で、溶接トーチ２、 したがって溶接ワイヤ３の先端部３ａのウィービングパターン５を辿る。

【００１２】 図３は、溶接線４およびウィービングパターン５の平面図である。溶接線４に 沿って溶接トーチ２が移動するように、その溶接トーチ２の位置および姿勢を、 ６軸ＪＴ１〜ＪＴ６毎の制御データを作成し、或る時刻でのウィービング動作を 行わないときの溶接線４の直上の位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）に対し、その或る時刻で のウィービング動作を行ったときの溶接トーチ２の位置をＰｗ（ｘｗ，ｙｗ，ｚ ｗ）で表すことにする。この実施例では、ウィービング動作を行うために、第３ 軸ＪＴ３、第４軸ＪＴ４および第５軸ＪＴ５を用いる。他の実施例としてウィー ビング動作を行うために第４軸ＪＴ４、第５軸ＪＴ５および第６軸ＪＴ６の合計 ３軸を用いてもよい。またウィービング動作を行うために第４軸ＪＴ４および第 ５軸ＪＴ５の合計２軸を用いてもよい。

【００１３】 図４は、ロボット本体６を制御するための電気的構成を示すブロック図である 。合計６つの軸ＪＴ１〜ＪＴ６は、モータなどを含む駆動手段８〜１３によって それぞれ駆動される。溶接トーチ２には、溶接電源などを含む駆動手段１４から 溶接電力が供給される。これらの駆動手段８〜１３および駆動手段１４は、マイ クロコンピュータなどによって実現される制御回路１５によって制御される。入 力手段１６は、ロボット本体６のティーチング動作による入力を行う構成であっ てもよく、あるいはまたキースイッチなどの構成であってもよい。制御回路１５ には、ウィービングパターンをストアするメモリ１７が接続される。このメモリ １７は、溶接線４に対するウィービング面上の溶接トーチ２のウィービングパタ ーンをストアする。

【００１４】 図５は、図４に示される制御回路１５の動作を説明するためのフローチャート である。ステップｎ１からステップｎ２に移り、入力手段１６によって、図２に 明瞭に示される始点ＰＳ、終点ＰＥ、溶接線４に沿う溶接速度Ｖが入力され、ま たウィービングパターンメモリ１７には、前述のようにウィービングパターンが 予めストアされる。制御回路１５に含まれる制御データ発生手段１８は、始点Ｐ Ｓと終点ＰＥと溶接速度Ｖとから、経過時間に伴い、溶接線４に沿うウィービン グ面上の点Ｐを、その始点ＰＳと終点ＰＥとの間の距離の補間の演算によって求 めることができる。この制御データ発生手段１８は、溶接線４に沿って溶接トー チ２が移動するように、その溶接トーチ２の位置および姿勢を達成する合計６軸 ＪＴ１〜ＪＴ６の制御データを発生する。

【００１５】 ステップｎ４では、溶接線４と溶接トーチ２の軸線７とに基づき、ウィービン グ面を決定し、メモリ１７にストアされているウィービング面上のウィービング パターンを読出し、前述の点Ｐに対応するウィービングパターン５上の点Ｐｗの 位置を求めることができる。ウィービング動作は前述のように第３軸〜第５軸Ｊ Ｔ３〜ＪＴ５の合計３軸を用いて行う。各軸ＪＴ３〜ＪＴ５の角度θ３，θ４， θ５を、微小角度Δθだけ変化させた角度をθ３１，θ４１，θ５１とする。各 軸ＪＴ３〜ＪＴ５が、微小角度Δθだけ変化したときの溶接トーチ２に取付けら れている溶接ワイヤ３の先端部３ａの位置をそれぞれ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、（ ｘ４，ｙ４，ｚ４）、（ｘ５，ｙ５，ｚ５）とする。この座標系は、ウィービン グ座標系、すなわち溶接線４と溶接トーチ２の軸線７とによって決まる座標系で ある。第１軸ＪＴ１〜第６軸ＪＴ６の角度θ１〜θ６と、溶接ワイヤ３の先端部 ３ａの位置（ｘ，ｙ，ｚ）との関係を数１として、

【００１６】

【数１】 ｘ，ｙ，ｚ＝ｆ（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５，θ６） ここでｆは、関節角から、溶接トーチ２の溶接ワイヤ３の先端部３ａの位置お よび姿勢への順変換を行う関数であり、本考案の実施例では、位置への変換のみ を行い、姿勢への変換は省略されている。

【００１７】 数１から、数２が成立する。

【００１８】

【数２】 ｘ３，ｙ３，ｚ３＝ｆ（θ１，θ２，θ３１，θ４，θ５，θ６） ｘ４，ｙ４，ｚ４＝ｆ（θ１，θ２，θ３，θ４１，θ５，θ６） ｘ５，ｙ５，ｚ５＝ｆ（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５１，θ６） このような順変換の演算は、ステップｎ５で行われる。

【００１９】 そこで次にステップｎ６では、第３軸〜第５軸ＪＴ３〜ＪＴ５を、ウィービン グ動作のために、位置のずれ量Δθ３，Δθ４，Δθ５だけ動かすとすると、溶 接線４上の点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）およびウィービングパターン５上の点Ｐｗ（ｘｗ ，ｙｗ，ｚｗ）とするとき数３が成立する。

【００２０】

【数３】 Δθ３（ｘ３−ｘ）＋Δθ４（ｘ４−ｘ）＋Δθ５（ｘ５−Ｘ）＝ｘｗ−ｘ Δθ３（ｙ３−ｙ）＋Δθ４（ｙ４−ｙ）＋Δθ５（ｙ５−Ｙ）＝ｙｗ−ｙ Δθ３（ｚ３−ｚ）＋Δθ４（ｚ４−ｚ）＋Δθ５（ｚ５−Ｚ）＝ｚｗ−ｚ この数３で示される３元連立方程式を解くことによって、各軸ＪＴ３〜ＪＴ５ の位置のずれ量θ３，θ４，θ５を求めることができる。

【００２１】 図６は、第３軸ＪＴ３の位置のずれ量Δθ３に対応する溶接トーチ２の溶接ワ イヤ３の先端部３ａの位置ｘ３，ｙ３，ｚ３を説明するための図である。このこ とは、第４軸ＪＴ４および第５軸ＪＴ５に関してもまた同様である。

【００２２】 図５のステップｎ７では、ウィービングパターン５上の点Ｐｗを、前述のよう に位置のずれ量Δθ３，Δθ４，Δθ５を制御データの位置データに加算して、 数４で示されるようにして求める。

【００２３】

【数４】 ｘｗ，ｙｗ，ｚｗ ＝ｆ（θ１，θ２，θ３＋Δθ３，θ４＋Δθ４，θ５＋Δθ５，θ６） このようにして３軸ＪＴ３〜ＪＴ５を用いた実施例では、溶接トーチ２の溶接 ワイヤ３の先端部３ａの軌跡は、正確にウィービングパターン５上の位置を辿り 正確にウィービング動作をすることができる。ただし前述の先行技術に関連して 述べた全軸を用いてウィービング動作を行う構成に比べて、溶接トーチ２の姿勢 が、少々ずれるけれども、溶接上、全く問題とはならない。このことは第４軸Ｊ Ｔ４〜ＪＴ６の合計３軸を用いたときも同様である。

【００２４】 本考案の他の実施例として、前述のように２軸、たとえば第４軸ＪＴ４および ＪＴ５を用いてウィービング動作を行うこともまた可能である。このような２軸 を用いてウィービング動作を行う実施例では、前述の先行技術に関連して述べた 単軸ウィービング動作をする構成に比べて、溶接トーチ２に垂直な平面上で自由 に動作するので、ティーチングの制約が少なくなる。ただし溶接トーチ２の軸線 ７方向に余分な動きが発生するけれども、その動きが僅かであるので、溶接上問 題とはならない。この２軸でウィービング動作を行う実施例では、前述の数１〜 数４のＺ軸の補正演算を行わず、数３に対応する２元連立方程式を解くことによ って、Δθ４，Δθ５を求めて、加算を行えばよい。

【００２５】 本考案の他の実施例として、ロボット本体６は、６軸以外の複数軸であっても よい。

【００２６】

【考案の効果】 以上のように本考案によれば、溶接線に沿って溶接トーチが移動するように、 溶接トーチの位置および姿勢を達成する第１複数（たとえば６）の各軸毎の制御 データを発生し、メモリには、予め定める溶接線に対するウィービング面上の溶 接トーチのウィービングパターンをストアしておき、前記発生された制御データ のうち、作業端付近の応答性の良好な第２複数の各軸の位置の制御データに、ウ ィービングパターン上の希望する位置に溶接トーチがもたらされるための位置の ずれ量Δθ３，Δθ４，Δθ５を求めて加算し、こうして求められた位置の制御 データを用いてウィービングパターン上の位置を溶接トーチが辿るように溶接ト ーチを駆動するようにしたので、高速度のウィービング動作を行うことができ、 したがって溶接時に穴があきやすい薄板であって、そのワークの精度が低く、し たがって溶接線が不正確である場合には特に、広いビード幅で、高速度の溶接ト ーチの移動を行うことができ、安定したアークを形成することができ、溶接の品 質の向上を図ることができる。さらにまたメモリにストアされているウィービン グパターンを変化して、そのウィービング動作の振幅および周期を容易に変える ことができる。さらにまたこのように溶接トーチを高速度で移動しても、その軌 跡が不正確になるというおそれはない。さらにまたウィービング動作のために作 業端付近の応答性の良好な、したがって負荷荷重の小さい第２複数の各軸を用い てウィービング動作を行うようにしたので、上述のように高速度のウィービング 動作を行うことができるのは勿論、溶接トーチの姿勢を、溶接線に対してたとえ ば実質上直角に保ったままで、ウィービング動作を行い、溶接品質の向上を図る ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例のウィービング動作をするア
ーク溶接ロボットのロボット本体６を簡略化して示す斜
視図である。

【図２】溶接線４とウィービングパターン５とを示す簡
略化した斜視図である。

【図３】溶接線４とウィービングパターン５とを示す平
面図である。

【図４】本考案の一実施例の電気的構成を示すブロック
図である。

【図５】図４に示される実施例の制御回路１５の動作を
説明するためのフローチャートである。

【図６】第３軸ＪＴ３のウィービング動作のための位置
のずれ量Δθ３を説明するための図である。

【符号の説明】

１ ベース ２ 溶接トーチ ３ 溶接ワイヤ ４ 溶接線 ５ ウィービングパターン ６ ロボット本体 ８〜１３ 駆動手段 １５ 制御回路 １６ 入力手段 １７ ウィービングパターンメモリ １８ 制御データ発生手段 ２１ 処理手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 橋本 康彦 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)考案者 中土 宜明 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 作業端に溶接トーチが取付けられる第１
   複数軸を有するロボット本体と、 予め定める溶接線に沿って溶接トーチが移動するように
   溶接トーチの位置および姿勢を達成する第１複数の各軸
   毎の制御データを発生する手段と、 溶接線に対するウィービング面上の溶接トーチのウィー
   ビングパターンをストアするメモリと、 前記制御データのうち、作業端付近の応答性の良好な第
   １複数未満の第２複数の各軸の制御データに対して、ウ
   ィービングパターン上の希望する位置に溶接トーチがも
   たらされるための位置のずれ量Δθ３，Δθ４，Δθ５
   を求め、制御データに前記位置のずれ量Δθ３，Δθ
   ４，Δθ５を加える処理手段と、 処理手段の出力に応答し、溶接トーチがウィービングパ
   ターン上の位置を辿るように溶接トーチを駆動する手段
   とを含むことを特徴とするウィービング動作をするアー
   ク溶接ロボット。