JPH06246451A - 自動溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、種々の形状のワーク(被溶接物)どう
しを溶接する自動溶接機や溶接ロボット等に適用して好
適な自動溶接方法に関し、被溶接物相互間の溶接部分の
形状に応じ常に最適な溶接条件で溶接を行なえるように
して、高品質な製品を作成できるようにすることを目的
とする。 【構成】そこで、光学式位置検出手段２の検出結果に基
づいて、解析処理手段３により溶接部分の形状が解析さ
れて認識され、その認識結果を、被溶接物１Ａ，１Ｂど
うしの溶接部分の形状に関するデータとして解析処理手
段３から制御手段６へ転送する。そして、制御手段６に
より、転送されてきたデータに基づき演算処理を行なっ
て記憶手段から最適な溶接条件を選択し、その溶接条件
に基づき溶接ロボット７の動作を制御して、当該溶接部
分を自動溶接制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、種々の形状のワーク
(被溶接物)どうしを溶接する自動溶接機や溶接ロボット
等に適用して好適な自動溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動溶接機や溶接ロボット等に
よる自動溶接を行なう際には、作業対象であるワーク
(被溶接物)相互間のギャップ，段差等の形状を検知し、
その検知結果に応じた溶接条件により溶接を実行するこ
とが行なわれているが、精密な溶接作業を行なうために
は、その作業対象であるワークの形状を正確に認識して
溶接条件を決定する必要がある。

【０００３】そこで、従来、特開平３−３２４７０号公
報，特開平３−２０７５７７号公報などには、光学式セ
ンサを用い作業対象ワークにレーザ光等を照射すること
により画像データを得てから、その画像データに基づい
てワークの形状を認識する技術が開示されているほか、
特開平３−１４２０６９号公報などには、タッチセンサ
を用いてギャップを検出した後、そのギャップに応じた
最適な溶接条件のもとで自動溶接を行なう旨が開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た前者の従来技術では、ワーク(被溶接物)相互間のギャ
ップ，段差等の形状をセンサにより検出する手段は提案
されているが、検出後に具体的にどのように自動溶接を
行なうかについては検討されておらず、検出から自動溶
接を行なうまでの一連の作業が統括的に考えられていな
い。

【０００５】また、後者の従来技術では、タッチセンサ
によるギャップ検出後に、そのギャップに応じた最適な
溶接条件のもとで自動溶接が行なわれるが、その記載の
みで具体的な自動溶接についての説明はない。また、タ
ッチセンサを用いてワークとの接触により形状を検出し
ているが、このようなセンシング手段では故障や摩耗が
多く処理時間が長いなどの短所もある。

【０００６】本発明は、このような課題を解決しようと
するもので、被溶接物相互間の溶接部分の形状に応じ常
に最適な溶接条件で溶接を行なえるようにして、高品質
な製品を作成できるようにした自動溶接方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の自動溶接方法(請求項１)は、一対の被溶接
物どうしを自動溶接すべく、前記一対の被溶接物の表面
位置を検出する光学式位置検出手段と、該光学式位置検
出手段の検出結果に基づいて前記一対の被溶接物どうし
の溶接部分の形状を解析して認識する解析処理手段と、
前記一対の被溶接物に対して溶接を施す溶接ロボット
と、該溶接ロボットの動作を制御する制御手段とをそな
えるとともに、前記制御手段に、前記一対の被溶接物ど
うしの溶接部分の各種形状に対応する最適な溶接条件を
予め記憶する記憶手段をそなえ、前記解析処理手段によ
る解析結果として得られた前記一対の被溶接物どうしの
溶接部分の形状に関するデータを前記解析処理手段から
前記制御手段へ転送し、前記制御手段において、転送さ
れてきたデータに基づき演算処理を行なって前記記憶手
段から最適な溶接条件を選択し、選択された溶接条件に
基づき前記溶接ロボットの動作を制御して前記一対の被
溶接物どうしの溶接部分を自動溶接制御することを特徴
としている。

【０００８】また、前記記憶手段に、各種溶接条件を、
前記一対の被溶接物相互間のギャップの関数として記憶
し、前記制御手段において、前記解析処理手段から転送
されてきたデータのうち、ギャップに関するデータを前
記関数に代入して演算することにより、最適な溶接条件
を算出・選択するようにしてもよい(請求項２)。

【０００９】

【作用】上述した本発明の自動溶接方法(請求項１)で
は、光学式位置検出手段の検出結果に基づいて、解析処
理手段により溶接部分の形状が解析されて認識され、そ
の認識結果が、一対の被溶接物どうしの溶接部分の形状
に関するデータとして解析処理手段から制御手段へ転送
される。そして、制御手段により、転送されてきたデー
タに基づき演算処理を行なって記憶手段から最適な溶接
条件が選択され、選択された溶接条件に基づき溶接ロボ
ットの動作が制御され、当該溶接部分が自動溶接制御さ
れる。

【００１０】また、記憶手段に、各種溶接条件を一対の
被溶接物相互間のギャップの関数として記憶しておくこ
とにより、制御手段における最適な溶接条件の選択が、
解析処理手段から転送されてきたギャップに関するデー
タを関数に代入・演算して算出・選択され(請求項２)、
記憶手段における記憶容量を少なくできる。

【００１１】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明すると、図１，図２は本発明の第１実施例としての自
動溶接方法を示すもので、図１(ａ)はその手順を説明す
るためのフローチャート、図１(ｂ)はその方法を適用さ
れた装置の外観を模式的に示す斜視図、図２(ａ)〜(ｆ)
はそれぞれ本実施例の記憶手段に予め記憶されるギャッ
プと溶接条件との関係を示すグラフである。

【００１２】図１(ｂ)において、１Ａおよび１Ｂはそれ
ぞれ平板状の第１部材および第２部材で、本実施例で
は、これらの部材１Ａ，１Ｂの端面を対向配置した状態
で形成される突合せ継手部を自動溶接する場合について
説明する。

【００１３】また、２は部材１Ａ，１Ｂの表面位置を検
出するための光学式位置センサ(光学式位置検出手段)
で、この位置センサ２は、光(例えばレーザ光)を発光し
て部材１Ａ，１Ｂの表面にスポット状に照射する発光部
と、この発光部から照射された後に部材１Ａ，１Ｂの表
面にて反射されてきた反射光を受光する受光部とをそな
えて構成されている。

【００１４】そして、本実施例では、位置センサ２は、
溶接ロボット７のアーム先端に取り付けられており、セ
ンシング動作時に図３に示すような所定位置に移動配設
されるようになっている。さらに、位置センサ２は、各
位置において、図示しない駆動機構により駆動され、第
１部材１Ａおよび第２部材１Ｂ相互間の溶接線４に交差
する方向への検出線５に沿ってセンシング動作するよう
になっている。

【００１５】なお、上述した駆動機構は、位置センサ２
自体を全体的に駆動するものであってもよいし、また
は、位置センサ２内部においてミラー等を用い発光部か
らの光の照射方向を変更するものであってもよい。ま
た、位置センサ２からの光は、図１(ｂ)に示すように、
部材１Ａ，１Ｂの略直上から照射され、駆動機構にて位
置センサ２を駆動することにより、部材１Ａ，１Ｂの表
面位置が、溶接線４に交差する方向への検出線５に沿っ
て検出されるようになっている。

【００１６】これにより、位置センサ２の受光部にて得
られた受光データ(例えば光路差データ，反射光強度等)
に基づき、位置センサ２と第２部材１Ｂの表面との距離
が得られ、第１部材１Ａおよび第２部材１Ｂの端面の位
置がエッジとして検出されるようになっている。

【００１７】一方、３は位置センサ２に接続されたコン
ピュータで、このコンピュータ３は、位置センサ２によ
る検出結果に基づいて、部材１Ａ，１Ｂからなる突合せ
継手の溶接部分の形状つまり部材１Ａと１Ｂとの間のギ
ャップを演算・検出(自動認識)するもので、その演算結
果(ギャップ)をロボットコントローラ６へ転送するもの
である。

【００１８】また、ロボットコントローラ(制御手段)６
は、突合せ継手部をなす部材１Ａ，１Ｂに対して溶接を
施す溶接ロボット７(位置センサ２の移動も行なう)の動
作を制御するもので、部材１Ａ，１Ｂの溶接部分の形状
(板厚，ギャップ)に対応する各種溶接条件、例えば溶接
電流，溶接電圧，溶接速度，トーチ後退角，トーチ倒れ
角，溶接線位置情報(ａ)を、それぞれ図２(ａ)〜(ｆ)に
示すようなギャップの関数として予め記憶する記憶手段
(図示せず)を有している。

【００１９】そして、このロボットコントローラ６は、
ギャップに関するデータをコンピュータ３から受け、記
憶手段に記憶された関数にそのギャップを代入して演算
することにより、最適な各種溶接条件を算出・選択し
て、溶接ロボット７の動作を制御し部材１Ａ，１Ｂどう
しの溶接部分を自動溶接制御するものである。

【００２０】なお、記憶手段に記憶される溶接条件は、
部材１Ａ，１Ｂの板厚，ギャップ等の形状に応じて予め
実験等により求められた最適なデータを、ギャップの関
数として与えるものである。ここで、トーチ姿勢データ
である後退角，倒れ角は、溶接ロボット７のアーム先端
に取り付けられるトーチ７ａの溶接時姿勢を決定するも
のであり、溶接線位置についての数値ａは、ギャップに
応じて設定されるもので、図１(ｂ)に示すように、第１
部材１Ａの端面からの溶接線４の位置を決めるものであ
る。

【００２１】次に、上述のごとく構成された本実施例の
装置による、部材１Ａ，１Ｂ相互間の溶接線４の自動溶
接制御プロセスを、図１(ａ)により説明する。まず、本
実施例では、溶接ロボット７のアーム先端に取り付けら
れた光学式位置センサ２により、部材１Ａ，１Ｂの略直
上方向からセンシング動作をなって、部材１Ａ，１Ｂの
対向する端面の位置をエッジとして検出する(ステップ
Ａ１，Ａ２)。

【００２２】そして、コンピュータ３において、位置セ
ンサ２の検出結果に基づいて、部材１Ａ，１Ｂ相互間の
ギャップを算出し(ステップＡ３)、その算出結果(ギャ
ップ)をロボットコントローラ６へ転送する(ステップＡ
４)。

【００２３】図６に示すようなデータを受け取ったロボ
ットコントローラ６では、転送されてきた部材１Ａ，１
Ｂ相互間のギャップを、記憶手段に記憶された関数に代
入して演算することにより、最適な各種溶接条件を算出
・選択して(ステップＡ５)、溶接ロボット７のアーム先
端に取り付けられたトーチ７ａの姿勢を算出された後退
角，倒れ角に保持しながら、実際の溶接線４の始点から
終点までを自動溶接する(ステップＡ６)。これにより、
部材１Ａ，１Ｂからなる突合せ継手の溶接線４に対して
自動溶接が施されるのである。

【００２４】このように、本実施例の自動溶接方法によ
れば、突合せ継手をなす部材１Ａ，１Ｂの形状(ギャッ
プ)を非接触で検出し、その検出結果に基づいて溶接線
４の位置を検出して突合せ継手の溶接線４の位置を正確
かつ確実に検出し自動認識することができ、さらには、
その自動認識結果から得られた部材１Ａ，１Ｂの溶接部
分の形状(ギャップ等)に対応した最適な溶接条件を算出
・選択でき、優れた品質の製品を作成することができ
る。

【００２５】また、本実施例では、溶接電流，溶接電
圧，溶接速度，トーチ後退角，トーチ倒れ角といった溶
接条件は、予め所定の関数としてロボットコントローラ
６側の記憶手段に記憶されており、コンピュータ３側か
らは部材１Ａ，１Ｂの溶接部分の形状(ギャップ)に関す
るデータを転送するだけで、最適な溶接条件をロボット
コントローラ６において算出・選択できるようになって
いるので、コンピュータ３からロボットコントローラ６
へ転送すべきデータ量を少なくでき、転送時間を短縮で
きるほか、コンピュータ３側のメモリで格納必要がなく
なるとともに、広範囲にわたる多大な溶接条件のデータ
を、ロボットコントローラ６において小容量のメモリで
記憶することができる。

【００２６】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ことなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での設計変更
等があっても、本発明の範囲に含まれる。例えば、上記
実施例では、平板状の第１部材１Ａおよび第２部材１Ｂ
からなる突合せ継手に適用した場合について説明した
が、本発明の方法は、これに限定されるものでなく、他
の種々の継手にも上記実施例と同様に適用され上記実施
例と同様の作用効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の自動溶接
方法(請求項１)によれば、光学式位置検出手段の検出結
果に基づいて解析処理手段により溶接部分の形状を解析
して認識し、その認識結果を一対の被溶接物どうしの溶
接部分の形状に関するデータとして解析処理手段から制
御手段へ転送し、制御手段により、転送されてきたデー
タに基づき演算処理を行なって記憶手段から最適な溶接
条件を選択し、選択された溶接条件に基づき溶接ロボッ
トの動作を制御して当該溶接部分を自動溶接制御するよ
うに構成したので、溶接部分の形状が非接触で検出され
従来のような不具合が解消されるほか、自動認識された
溶接部分の形状に対応した最適な溶接条件を選択でき、
高水準な品質条件を満たす溶接を行なえる。

【００２８】また、記憶手段に、各種溶接条件を一対の
被溶接物相互間のギャップの関数として記憶しておくこ
とにより、転送されてきた溶接部分の形状に関するデー
タを関数に代入・演算することにより最適な溶接条件を
算出・選択できるようになっているので(請求項２)、解
析処理手段から制御手段へ転送すべきデータ量を少なく
でき、転送時間を短縮できるほか、記憶手段における記
憶容量を少なくできる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての自動溶接方法を示す
もので、(ａ)はその手順を説明するためのフローチャー
ト、(ｂ)は本実施例の方法を適用された装置の外観を模
式的に示す斜視図である。

【図２】(ａ)〜(ｆ)はそれぞれ本実施例の記憶手段に予
め記憶されるギャップと溶接条件との関係を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１Ａ 第１部材(被溶接物) １Ｂ 第２部材(被溶接物) ２ 光学式位置センサ(光学式位置検出手段) ３ コンピュータ(解析処理手段) ４ 溶接線 ５ 検出線 ６ ロボットコントローラ(制御手段) ７ 溶接ロボット ７ａ トーチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の被溶接物どうしを自動溶接すべ
   く、前記一対の被溶接物の表面位置を検出する光学式位
   置検出手段と、該光学式位置検出手段の検出結果に基づ
   いて前記一対の被溶接物どうしの溶接部分の形状を解析
   して認識する解析処理手段と、前記一対の被溶接物に対
   して溶接を施す溶接ロボットと、該溶接ロボットの動作
   を制御する制御手段とがそなえられるとともに、 前記制御手段に、前記一対の被溶接物どうしの溶接部分
   の各種形状に対応する最適な溶接条件を予め記憶する記
   憶手段がそなえられ、 前記解析処理手段による解析結果として得られた前記一
   対の被溶接物どうしの溶接部分の形状に関するデータを
   前記解析処理手段から前記制御手段へ転送し、 前記制御手段において、転送されてきたデータに基づき
   演算処理を行なって前記記憶手段から最適な溶接条件を
   選択し、選択された溶接条件に基づき前記溶接ロボット
   の動作を制御して前記一対の被溶接物どうしの溶接部分
   を自動溶接制御することを特徴とする自動溶接方法。
2. 【請求項２】 前記記憶手段に、各種溶接条件を、前記
   一対の被溶接物相互間のギャップの関数として記憶して
   おき、 前記制御手段において、前記解析処理手段から転送され
   てきたデータのうち、ギャップに関するデータを前記関
   数に代入して演算することにより、最適な溶接条件を算
   出・選択することを特徴とする請求項１記載の自動溶接
   方法。