JPH06179077A

JPH06179077A - 溶接ロボットにおけるアーク溶接制御方法

Info

Publication number: JPH06179077A
Application number: JP4352422A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hamura; 雅之羽村; Mitsuhiro Okuda; 満廣奥田; Takeki Makihata; 雄毅巻幡
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-06-28
Also published as: US5486679A; WO1994013423A1

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接ロボットにおいてアーク溶接開始の溶融
金属溜まりを防止する。【構成】アーク開始指令が出されると、溶接指令電圧
Ｅ、溶接指令電流Ｉを初期値Ｅ0 ，Ｉ0 にする（Ｓ
４）。アーク発生まで溶接指令電圧Ｅを漸増させる（Ｓ
５，Ｓ６）。溶接電圧が増大することによってアークが
発生すると（Ｓ５）、溶接指令電圧Ｅ、電流Ｉをロボッ
ト停止状態電圧Ｅs 、Ｉs にする（Ｓ９）。以後の周期
からは、ロボットの加速処理に合わせ、ロボットの移動
速度に対応するように、溶接指令電圧Ｅ、電流Ｉの増加
処理を行う（Ｓ１１）。ロボットの加速時間（ｉ＞Ｎ）
が終了すると、溶接指令電圧Ｅ、電流Ｉは溶接時通常電
圧Ｅc 、電流Ｉc になり、この指令電圧、電流で制御さ
れる。過剰電圧の印加が防止されるので、溶融金属の溜
まり発生を防止する。また、ロボット移動速度に応じた
溶接指令電圧Ｅ、電流Ｉとなるから、ロボット加速時に
溶接電圧、電流が過剰とならず、溶融金属の溜まり発生
を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接ロボットにおける
アーク溶接制御方法に関し、特に、溶接開始時における
溶接電流、電圧の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットアーム先端に溶接トーチを取り
付け、ロボットを教示軌跡に沿って移動させながら溶接
を行う溶接ロボットでは、溶接開始時に、まず、ロボッ
ト制御装置から、溶接機の制御装置にある設定された溶
接電圧・溶接電流を指令する。溶接機側では、この指令
を受けて、ワークとワイヤ電極間に電圧を印加し、アー
クが発生しこれを検出するとロボット制御装置に送信す
る。ロボット制御装置はこのアーク発生信号を受信する
と、溶接機の制御装置に通常溶接時の溶接電圧、及び溶
接電流指令を指令すると共に、ロボットを教示軌跡に沿
って移動開始させる。通常、ロボットを使用したアーク
溶接の開始時には上述したような制御が実行される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のアーク溶接開始時には、アークが発生するまで、設定
された溶接電圧が印加されている。この溶接開始時に印
加される所定電圧は、一定値であり、最適な電圧とは限
らない。通常、アークを確実に発生させるために、過剰
な電圧が印加される。このことは、溶接開始時に溶接だ
まりが生じ、溶接ビートの品質を低下させる原因とな
る。また、外観上からも好ましくない。

【０００４】また、アークが発生すると、通常溶接時の
溶接電圧、溶接電流に切り替えられて、ロボットが移動
する（溶接トーチが移動する）ことになる。しかし、一
般にロボットは指令された速度には直ちには達成でき
ず、通常、加速処理が実行されて指令された速度にはあ
る時間後に達成するように制御される。アークが発生
し、ロボットが移動開始した初期の区間は、ロボットは
指令速度には達成していないのに関わらず、溶接機の制
御装置には、ロボット指令速度に対応する溶接電圧、溶
接電流が指令されて、溶接機の制御装置は実際の電圧、
電流がこの溶接指令電圧、指令電流になるように制御す
ることになる。そのため、このロボット加速期間中に溶
融金属が溜まりビートの品質を悪くし、外見をも悪くす
るという欠点がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、アーク溶接開始
時のビート溜まり（溶融金属の溜まり）を防止する溶接
ロボットにおけるアーク溶接制御方法を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、アーク開始指
令により、溶接指令電圧を設定電圧から徐々に増大さ
せ、溶接電圧を漸増させることによりアークを発生させ
る。また、アーク発生により溶接指令電圧を設定された
ロボット停止状態電圧とし、ロボットの移動を開始さ
せ、該ロボットの移動速度が設定移動速度に達するまで
の加速時間中は、溶接指令電圧をロボットの移動速度の
増加に対応させて増大させ、ロボットの移動速度が設定
移動速度に達した時、溶接指令電圧も溶接時通常電圧に
達するように制御する。

【０００７】さらに、アーク開始指令により、溶接指令
電流を設定されたアーク待機電流値にする。そして、ア
ークが発生すると溶接指令電流も溶接指令電圧と同様に
ロボット停止状態電流とし、該ロボットの移動速度が設
定移動速度に達するまでの加速時間中は、溶接指令電流
もロボットの移動速度の増加に対応させて増大させ、ロ
ボットの移動速度が設定移動速度に達した時、溶接指令
電流も溶接指令電圧と同様に溶接時通常電流に達するよ
うに制御する。

【０００８】

【作用】アーク開始指令が出されると、溶接指令電圧を
設定値（０Ｖを含む）から徐々に上昇させるので、溶接
電圧は徐々に上昇し、そのうちアークが発生する。なお
その間、溶接指令電流は設定されたアーク待機電流に保
持する。アークが発生すると、溶接指令電圧さらには溶
接指令電流を夫々溶接通常時電圧、電流よりも低いロボ
ット停止状態電圧、電流にし、この指令電圧、指令電流
よりロボットの移動速度の加速に合わせて溶接指令電
圧、電流を増大させる。ロボットの加速が終了し目標速
度である指令速度に達した時点では、溶接指令電圧、電
流は夫々溶接時通常電圧、電流になるように制御する。
その結果、アーク開始指令からアーク発生までの間、過
剰な溶接電圧が印加されることはない。また、アーク発
生後は、ロボットの移動速度に応じた溶接電圧、電流が
指令されることになる。

【０００９】

【実施例】図２は、本発明の一実施例を実施する溶接ロ
ボットの要部ブロック図である。１０はロボットの制御
装置で、プロセッサ（ＣＰＵ）１１、制御プログラムを
記憶するＲＯＭ１２、データの一時記憶等に利用される
ＲＡＭ１３、教示プログラム等を記憶する不揮発性メモ
リ１４、表示装置付き手動入力装置１５、教示操作盤１
６、ロボットの各軸の駆動源（サーボモータ）を駆動制
御する軸制御回路１７、及び入出力インターフェース１
８がバス接続されている。また、軸制御回路１７には、
ロボット本体２０の各軸駆動源（サーボモータ）が接続
され、入出力インターフェース１８には、アーク溶接機
３０の制御装置が接続されている。溶接機のトーチは、
ロボット本体のアーム手先に取り付けられ教示プログラ
ムで教示された溶接軌跡に沿ってトーチは移動できるよ
うになっている。

【００１０】上記構成は従来のアーク溶接ロボットの構
成と同一であり、本発明は、このような従来から使用さ
れている溶接ロボットにおいて、アーク溶接開始時にお
ける溶接電圧、溶接電流の制御に関する発明であり、こ
の電圧、電流制御において相違するのみである。

【００１１】図３は、本実施例における溶接開始時にお
ける溶接電圧（指令電圧）Ｅ、溶接電流（指令電流）Ｉ
の制御方法の説明図である。

【００１２】教示プログラムよりアーク開始指令が読み
取られると、ロボット制御装置１０のプロセッサ１１
は、溶接機３０の制御装置に対して、設定されたアーク
待機時の溶接指令電流Ｉ0 を指令すると共に、溶接電圧
の初期値Ｅ0 を指令し、以後、アークが発生するまで、
溶接指令電流Ｉは変えないが、溶接指令電圧Ｅは漸増さ
せる。そして、アークが発生し、この発生を溶接機３０
の制御装置で検出し、入出力インターフエース１８を介
してロボットの制御装置１０りのプロセッサが検出する
と、該プロセッサは、溶接指令電圧Ｅを設定されたロボ
ット停止状態電圧Ｅs に切換ると共に、溶接指令電流Ｉ
を設定されたロボット停止状態電流Ｉs に切り替える。

【００１３】さらに、ロボット制御装置１０のプロセッ
サ１１は軸制御回路を駆動して教示プログラムに教示さ
れた移動軌跡に沿ってロボツトアームを駆動し溶接トー
チを移動させる。この場合、ロボットアームは急激に移
動できないこと、さらには、急激な移動による振動等の
発生を防止するために、ロボットの移動は通常加減速処
理が実行されて所定加速時間Ｔで目標速度Ｖc になるよ
うに移動速度が指令される。

【００１４】一方、本発明においては、上記加速時間Ｔ
内において、溶接指令電圧Ｅ及び溶接指令電流Ｉをロボ
ット停止状態電圧Ｅs 、電流Ｉs から設定された溶接時
通常電圧Ｅc 、溶接時通常電流Ｉc にロボットの移動加
速に応じて増大させる。加速処理が終了してロボットの
移動速度が指令速度Ｖc に達成したとき、溶接電圧指令
Ｅ及び溶接電流指令Ｉは溶接通常時電圧Ｅc 、電流Ｉc
に達し、その後は、指令電圧、指令電流の変化はない。

【００１５】一方溶接機３０の制御装置は、ロボット制
御装置１０から溶接電圧指令Ｅ、溶接電流指令Ｉを受信
すると、実際の溶接電圧、溶接電流が該指令電圧、指令
電流になるように制御する。

【００１６】本発明においては、以上のように、溶接電
圧、溶接電流が制御されるので、アーク開始に過剰な電
圧が印加されることはなく、最適な電圧が印加される。
また、ロボットの移動速度（トーチの移動速度）に応じ
溶接電圧、溶接電流が指令されるので、溶融金属が溜ま
ることを防止することができる。

【００１７】上記溶接開始時における溶接電圧、溶接電
流の制御を行うロボット制御装置のプロセッサ１１の処
理を図１に示すフローチャートと共に説明する。

【００１８】教示プログラムからアーク開始指令が読ま
れると、プロセッサ１１は、所定周期τ毎図１に示す処
理を実行し、まず、アーク発生を示すフラグＦ２が
「１」にセットされているか否か判断する（ステップＳ
１）。該フラグＦ２は初期設定で「０」に設定されてい
るから、ステップＳ１からステップＳ２に進み、フラグ
Ｆ１が「１」にセットされているか否か判断する（ステ
ップＳ２）。このフラグＦ１も初期設定で「０」にセッ
トされていいる。そのため、ステップＳ２からステップ
Ｓ３に移行し、上記フラグＦ１を「１」にセットし、溶
接指令電圧Ｅを設定されている初期電圧Ｅ0 にセットす
る。この初期電圧Ｅ0 は「０Ｖ」でもよく、この初期電
圧Ｅ0 によってではアークが発生しないような電圧にす
る。また、溶接指令電流Ｉも設定されたアーク待機電流
Ｉ0 にセットし、この電圧指令Ｅ、電流指令Ｉを溶接機
３０への指令電圧、電流とする（ステップＳ４）。そし
て、溶接機３０の制御装置からアーク発生信号が入力さ
れたか否か判断し（ステップＳ５）、入力されてなけれ
ば、溶接機への溶接指令電圧Ｅを設定された微小電圧Δ
Ｅだけ上昇させ（ステップＳ６）、当該周期の処理を終
了する。

【００１９】次の周期では、フラグＦ１が「１」にセッ
トされていることから、ステップＳ１，Ｓ２からにステ
ップＳ５に進み、溶接機３０の制御装置からアーク発生
信号が入力されているか否か判断し、アークが発生して
なければ、溶接指令電圧をΔＥだけ上昇させ（ステップ
Ｓ６）当該処理周期の処理を終了する。以下、各周期毎
上記ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６の処理を繰り返し
実行し、溶接指令電圧Ｅを順次増大させる。溶接指令電
圧Ｅが漸増することによって溶接機３０によってワーク
とワイヤ電極間に印加される電圧が上昇しアークが発生
すると、このアーク発生を溶接機３０の制御装置が検出
し、ロボット制御装置１０に送信する。このアーク発生
信号をロボツト制御装置１０が受信するとプロセッサ１
１は（ステップＳ５でこれを検出し、ステップＳ７に進
み、フラグＦ２を「１」にセットすると共に指標ｉを
「１」にし、溶接指令電圧Ｅをロボット停止状態電圧Ｅ
s 、溶接指令電流Ｉをロボット停止状態電流Ｉs に切換
（ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９）、当該周期の処理を終了
する。

【００２０】一方、アーク発生信号を受信すると、ロボ
ット制御装置１０のプロセッサ１１は教示プログラムで
教示された移動指令に基づいてロボットの各軸制御回路
１７を駆動し、ロボットを移動させる。この場合、ロボ
ツトの移動速度は加減速制御処理が実行され設定加減速
時間Ｔで指令速度Ｖc になるように制御される。

【００２１】アークが発生し、フラグＦ２が「１」にセ
ットされた後からの処理は、ステップＳ１からステップ
Ｓ９に進み、指標ｉが上記加速処理が終了する時間Ｔに
対応する処理周期τの回数Ｎを越えたか否か判断する
（ステップＳ１０）。なお、上記Ｎの値は、図２に示す
ように、ロボットの加減速制御を直線型加減速制御で行
い加減速時間がＴである場合にはＮ＝Ｔ／τとなる。

【００２２】指標ｉがＮを越えてなければ、溶接電圧指
令Ｅ、溶接電流指令Ｉに対してロボットの加速制御と同
一の制御の増加処理を実行し、溶接電圧指令Ｅ、溶接電
流指令Ｉを上記加速時間Ｔ中にロボット移動速度に対応
して溶接電圧指令Ｅs 、電流指令Ｉs から溶接時通常電
圧Ｅc ，電流Ｉc に達成するように制御する（ステップ
Ｓ１０）。

【００２３】図３に示された直線型加減速制御のロボッ
トの加減速制御は、一般に、加減速時間Ｔを処理周期τ
で除した値Ｎだけのレジスタを用意し、各処理周期毎該
レジスタに移動指令（速度指令Ｖc ）を格納すると共に
順次シフトさせ、全レジスタに格納された値を上記値Ｎ
で除して移動指令（速度指令）としている。そのため加
減速開始後最初の周期では移動指令（速度指令）は（Ｖ
c ／Ｎ）であり、次の周期では（２Ｖc ／Ｎ）となり、
Ｎ回目の周期ではＶc となり以後は移動指令（速度指
令）Ｖc が出力される限りＶc となる。速度は直線的に
増大し指令速度Ｖc に達しその後この指令速度Ｖc を持
続することになる。

【００２４】溶接指令電圧Ｅ、溶接指令電流Ｉについて
もこのロボットの加速制御と同様な増加処理を実行すれ
ば、ロボットの移動速度に応じた溶接電圧、溶接電流と
なる。また、ロボットが直線方加減速制御で制御される
ものであれば、例えば、次のように、前回の溶接指令電
圧Ｅ(i-1) に１周期分の増加量（Ｅc −Ｅs ）／Ｎを加
算して当該周期の指令電圧Ｅi とすればよい。

【００２５】Ｅ(i) ＝Ｅ(i-1) ＋（Ｅc −Ｅs ）／Ｎまた、同様に、溶接電流指令Ｉi は次のようになる。

【００２６】Ｉ(i) ＝Ｉ(i-1) ＋（Ｉc −Ｉs ）／Ｎなお、Ｅ(0) ＝Ｅs 、Ｉ(0) ＝Ｉs である。

【００２７】上述したようにして、増加処理を実行し
（ステップＳ１０）、次に指標ｉをインクリメントして
当該処理周期の処理を終了する。以下、ステップＳ１，
Ｓ１０〜Ｓ１２の処理を実行し、順次溶接指令電圧Ｅ，
溶接指令電流Ｉを漸増させ、指標ｉが（Ｎ＋１）となる
と、ロボットの移動速度は指令移動速度Ｖc に達し、か
つ、溶接指令電圧Ｅ，溶接指令電流Ｉも溶接時通常電圧
Ｅc 、溶接時通常電流Ｉc に達する。そして、以後の周
期からは、ステップＳ１１の増大処理は実行されず、溶
接指令電圧Ｅ，溶接指令電流Ｉは変化しない。すなわ
ち、ロボットの移動速度に対応して、溶接指令電圧Ｅ、
溶接指令電流Ｉも制御されることになる。

【００２８】なお、上記実施例では、ロボットの移動速
度の加速時について述べたが、減速時においても、上記
処理と同様な処理を実行し、ロボットの移動速度に合わ
せ、溶接指令電圧Ｅ、溶接指令電流Ｉを制御して、溶接
電圧、溶接電流を制御するようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、アー
ク指令が出され、アークが発生するまでの間は、溶接電
圧が徐々に増大することになるから、アークを発生させ
るために過剰の電圧が印加されない。そのため、過剰に
溶融金属がアーク発生時に生じることがないので、溶接
金属の溜まりが生じることがない。さらに、ロボットの
移動速度の加速中においても、本発明においては、溶接
電圧、溶接電流が加速中の移動速度の上昇に応じて上昇
するように制御されるため、このロボット移動速度の加
速中における溶接電圧、溶接電流が過剰になることもな
いから、溶融金属の溜まり発生を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の溶接電圧、溶接電流制御処
理のフローチャートである。

【図２】同実施例を実施する溶接ロボットの要部ブロッ
ク図である。

【図３】同一実施例におけるロボット移動速度と溶接指
令電圧、溶接指令電流の関係を示すタイミングチャート
である。

【符号の説明】

１０ロボット制御装置２０ロボット本体３０溶接機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットによってアーク溶接を行うアー
ク溶接制御方法において、アーク開始指令により、溶接
指令電圧を設定電圧より漸増させ、アークを発生させる
ことを特徴とする溶接ロボットにおけるアーク溶接制御
方法。
【請求項２】ロボットによってアーク溶接を行うアー
ク溶接制御方法において、アーク発生により溶接指令電
圧を設定されたロボット停止状態電圧とし、ロボットの
移動を開始させ、該ロボットの移動速度が設定移動速度
に達するまでの加速時間中は、溶接指令電圧をロボット
の移動速度の増加に対応させて増大させ、ロボットの移
動速度が設定移動速度に達した時、溶接指令電圧も溶接
時通常電圧に達するように制御することを特徴とする溶
接ロボットにおけるアーク溶接制御方法。
【請求項３】ロボットによってアーク溶接を行うアー
ク溶接制御方法において、アーク開始指令により、溶接
指令電流を設定されたアーク待機電流値にすると共に、
溶接指令電圧を設定電圧より漸増させ、アークが発生す
ると溶接指令電流を設定されたロボット停止状態電流値
にすると共に、溶接指令電圧を設定されたロボット停止
状態電圧とし、ロボットの移動を開始させ、該ロボット
の移動速度が設定移動速度に達するまでの加速時間中
は、溶接指令電圧，溶接指令電流をロボットの移動速度
の増加に対応させて増大させ、ロボットの移動速度が設
定移動速度に達した時、溶接指令電圧，溶接指令電流は
夫々溶接時通常電圧，溶接時通常電流に達するように制
御することを特徴とする溶接ロボットにおけるアーク溶
接制御方法。