JPH06645A - 回転溶接におけるならい溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は光学式変位計により検知された被加工
物のデータに基づきならい溶接を行う回転溶接における
ならい溶接装置に関し、光学的変位計の検出精度を向上
及び信頼性の向上を図ることを目的とする。 【構成】回転ユニット４に装着された被加工物２と、ロ
ボット７により駆動されて被加工物２に対し溶接処理を
行う溶接トーチ６と、溶接位置における被加工物２の輪
郭を検出する光学式変位計１０とを具備し、この光学式
変位計１０から供給されるデータに基づき、コントロー
ラ１１〜１３が光学式変位計１０にて判断れさた溶接な
らい位置にて所定の溶接処理を行う構成とされた回転溶
接におけるならい溶接装置において、上記光学式変位計
１０を、溶接トーチ６が被加工物２に対して溶接処理を
行う位置に対して、被加工物２を挟んで反対側に配設す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転溶接におけるならい
溶接装置に係り、特に光学式変位計により検知された被
加工物のデータに基づきならい溶接を行う回転溶接にお
けるならい溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にならい溶接の技術には、ウィービ
ング溶接中の電圧及び電流を分析してならい位置を判断
するアークセンサ法と、溶接方向に対し幅方向に走査す
る光学式変位計を用い、被加工物の外形の特徴を分析す
ることによりならい位置を判断する変位法の２種類が知
られている。

【０００３】この内後者の変位法では、主に５軸または
６軸を持った関節型ロボットを用いてならい溶接が行わ
れる。具体的なならい溶接方法の手順は次の通りであ
る。溶接トーチ及び光学的変位計を上記ロボットの同一
のブラット上に配設する。この際、光学的変位計は溶接
トーチの進行方向側の近傍位置に配設配位置が選定され
ている。そして、光学式変位計は被加工物の外形を検出
し、この検出された被加工物の外形データにより継手形
状毎に決められたアルゴリズムによりならい位置を判断
する。続いて、この判断結果に基づきロボットに対し位
置補正を指令することにより、ロボットは溶接線をリア
ルタイムにならいながら溶接する構成とされていた。変
位法では、被加工物の外形を直接分析して溶接を行うた
め、高い溶接精度を実現できるという特徴を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
行われていた変位法によるならい溶接では、溶接トーチ
と光学的変位計とを同一のブラケットに配設していたた
め、溶接トーチの位置補正をすると同時に光学的変位計
も移動し、正確なセンシングデータを得ることができな
いという問題点があった。このように、センシングデー
タの精度が低下すると、当然ながらロボットに対し指示
する位置補正の精度も低下し、正確な溶接を行えなくな
ってしまう。

【０００５】また従来構成では、光学的変位計が溶接ト
ーチの近傍に配設されていたため、アークにより発生す
る強いアーク光、磁場，ヒューム等により光学的変位計
より被加工物に向け照射されるレーザ光が乱され外乱が
発生し、これによってもセンシングデータの精度が低下
するという問題点があった。

【０００６】更に、光学的変位計が溶接トーチの近傍に
あると、溶接時に発生する飛散物（スパッタ等）が光学
的変位計の外部及びレンズ（レーザ光の出入レンズ）に
付着してしまい、この付着した飛散物の除去を行うため
のメンテナンスを頻繁に行わなければならず、また光学
的変位計の寿命も短かくなり信頼性が低下するという問
題点があった。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、光学的変位計とトーチをその間に被加工物が介在
するように離間配設することにより、光学的変位計の検
出精度を向上及び信頼性の向上を図った回転溶接におけ
るならい溶接装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、回転ユニットに装着された被加工物と、
駆動制御手段により制御される駆動装置により駆動さ
れ、上記被加工物に対し溶接処理を行う溶接トーチと、
上記被加工物の溶接位置における特徴を検出し、この検
出したデータを上記駆動制御手段に供給する光学式変位
計とを具備し、上記データに基づき、駆動制御手段が上
記光学式変位計にて判断された溶接ならい位置にて所定
の溶接処理を行う構成とされた回転溶接におけるならい
溶接装置において、上記光学式変位計を、溶接トーチが
被加工物に対して溶接処理を行う位置に対して、被加工
物を挟んで反対側に配設したことを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【作用】上記構成とすることにより、光学式変位計と溶
接トーチとは離間配設され、かつ光学式変位計と溶接ト
ーチとの間に被加工物が介在する。従って、溶接処理時
に溶接トーチから強いアーク光、磁場，ヒューム等が発
生しても、光学式変位計と溶接トーチは離間しており、
また被加工物がシール機能を奏するため、光学的変位計
に外乱が侵入することを防止でき、センシングデータの
精度を向上させることができる。

【００１０】また、光学式変位計は被加工物を挟んで溶
接トーチの反対側に配設されているため、溶接時に溶接
トーチから飛散する飛散物が光学式変位計に付着するこ
とはなく、光学式変位計のメンテナンス回数の低減及び
信頼性の向上を図ることができる。

【００１１】

【実施例】次に本発明の実施例について図面と共に以下
説明する。図１は本発明の一実施例であるならい溶接装
置１の要部構成図である。同図において符号２で示され
るのは、溶接装置１により溶接処理が実施される被加工
物であり、本実施例では第１の円筒部材２ａの中央部に
第２の円筒部材２ｂを溶接する場合を例に挙げて以下説
明する。また本実施例では、この第１の円筒部材２ａと
第２の円筒部材２ｂとの境界部に形成される段部に溶接
を行う。

【００１２】被加工物２は、モータ３により回転駆動さ
れる回転ユニット４上に装着される。この回転ユニット
４には、第１の円筒部材２ａを所定位置に位置決めする
ための第１の位置決め用治具４ａと、第２の円筒部材２
ｂを溶接を行う所定位置に位置決めするための第２の位
置決め用治具４ｂ（複数配設されている）が設けられて
いる。

【００１３】また、モータ３の下部には回転検出器とし
て機能するエンコーダ５が配設されており、回転ユニッ
ト４の回動角度を検出できる構成とされている。従っ
て、回転ユニット４に装着された被加工物２は、モータ
３により回転され、かつその回転角度はエンコーダ５に
より検出される。

【００１４】上記した第１の円筒部材２ａと第２の円筒
部材２ｂの境界部に対向する位置には溶接トーチ６が設
けられている。この溶接トーチ６は、例えば６軸を有す
る関節型ロボット７（同図には一部のみ示す）のブラケ
ット７ａに固定されている。関節型ロボット７は複数の
モータ８（図には１台のみ示す）により駆動され、溶接
トーチ６を任意位置に移動させる。また、各モータ８に
はその回転角度を検出するエンコーダ９が配設されてお
り、このエンコーダ９が生成する検出信号に基づき関節
型ロボット７の駆動制御が行われる。また溶接トーチ６
は周知の構成を有し、図示しない溶接装置本体と接続さ
れ所定のアーク溶接を行う構成とされている。

【００１５】上記したモータ３，８及びエンコーダ５，
９はロボットコントローラ１１に接続されており、この
ロボットコントローラ１１によりその動作を制御される
構成とされている。このロボットコントローラ１１に
は、作業プログラムが格納されたプログラマブルコント
ローラ１２及び、次に述べる光学式変位計１０を制御す
るセンサコントローラ１３が接続されている。尚、この
プログラマブルコントローラ１２及びセンサコントロー
ラ１３は、各々専用の回路及び専用の通信方式を使用し
ておらず、一般的なＯＮ−ＯＦＦ信号の授受で通信する
構成とされているため、汎用されている装置を利用する
ことができ、よって装置１の低コスト化を図ることがで
きる。

【００１６】光学式変位計１０は、被加工物２に向けレ
ーザ光を照射すると共に、被加工物２で反射された反射
光を受光し、この反射光に基づき被加工物２の外形を検
出する構成とされている。また、本実施例に係る光学式
変位計１０では、レーザ光を溶接トーチ６が行う溶接方
向に対し直交する方向（図中、矢印Ａで示す方向）に走
査させながらセンシングを行う構成とされている。

【００１７】ここで光学式変位計１０の配設位置に注目
すると、本発明装置では、光学式変位計１０を、溶接ト
ーチ６が被加工物２に対して溶接処理を行う位置（即
ち、ロボット８の配設側位置）に対して、被加工物２を
挟んで反対側の位置に配設されている。

【００１８】このように、被加工物２を挟んで光学式変
位計１０を溶接トーチ６の反対位置に配設することによ
り、光学式変位計１０と溶接トーチ６は離間し、かつ光
学式変位計１０と溶接トーチ６の間に被加工物２が介在
した配設構造となる。従って、溶接処理時に溶接トーチ
６から強いアーク光，磁場，ヒューム等が発生しても、
光学式変位計１０と溶接トーチ６は離間しており、かつ
被加工物２が上記アーク光、磁場，ヒューム等を防御す
る防御材として機能するため、光学的変位計１０に上記
アーク光等に起因する外乱が侵入することを有効に防止
でき、センシングデータの精度及び信頼性を向上させる
ことができる。

【００１９】また、光学式変位計１０と溶接トーチ６と
の間には被加工物２が介在するため、この被加工物２に
阻止されて溶接時に溶接トーチ６から飛散する飛散物が
光学式変位計１０に付着することを防止でき、飛散物を
除去するための光学式変位計１０のメンテナンス回数を
減らすことができ、また光学式変位計１０の寿命も長く
なるため、ならい溶接装置１の信頼性を向上することが
できる。この際、特に光学式変位計１０に設けられたレ
ーザ光及び反射光の出入射が行われる窓に飛散物が付着
するのを防止できる点は、センシングの精度を向上でき
る点より重要である。

【００２０】更に、前記のように従来構成の装置では光
学式変位計と溶接トーチが同一のブラットに配設されて
いたため、溶接トーチの移動に伴い光学式変位計も移動
してしまい正確なセンシングデータが得られないという
問題点があった。しかるに、ならい溶接装置１では、光
学式変位計１０と溶接トーチ６が夫々別個に配設された
構成とされており、溶接トーチ６が溶接のために移動し
ても光学式変位計１０は固定状態を維持する構成とされ
ている。このため、光学式変位計１０の検出結果に基づ
き生成されるセンシングデータの精度向上を図ることが
できる。

【００２１】尚、上記のように被加工物２は、上記アー
ク光等及び飛散物が光学式変位計１０に至るのを防止す
る機能を奏する。しかるに、被加工物２の形状は図１に
示した形状に限定されず種々の形状がある。従って、光
学式変位計１０の配設位置を選定する際には、被加工物
２の形状を考慮して上記アーク光等及び飛散物が光学式
変位計１０に照射或いは付着されない位置に選定するこ
とが重要である。

【００２２】続いて、上記構成とされたならい溶接装置
１の動作について主に図２を用いて以下説明する。

【００２３】尚、以下の説明においては、図１に示した
形状の被加工物２を溶接する場合を例に挙げて説明す
る。また、本実施例では溶接個所の全ての位置について
ならい溶接を実施するわけではなく、複数のポジション
を設定し、このポジション毎にならい点を指示すること
によりならい溶接を行う構成とされている。これは、本
発明が汎用性に重点を置いているからである。更に、以
下の説明では説明の便宜上、上記ポジションを４個所設
定し（この設定個所を図２にＡ〜Ｄで示す）、この４つ
の位置データによりならい溶接を行う実施例について説
明する。

【００２４】被加工物２は回転ユニット４により反時計
回りに回転するものとし、いま被加工物２が図２のNo１
に示す状態まで回転したとする。この状態では、光学式
変位計１０は位置Ａと対向しており、また溶接トーチ６
は位置Ｃと対向している。モータ３に配設されたエンコ
ーダ５（図１参照）からの信号により、被加工物２の位
置Ａが光学式変位計１０と対向する位置に来たと判断さ
れると、ロボットコントローラ１１はプログラマブルコ
ントローラ１２（以下、ＰＣと略称する）を介してセン
サコントローラ１３にセンシング指示信号を出力する。

【００２５】センサコントローラ１３はこのセンシング
指示信号が入来することにより光学式変位計１０を作動
させ、光学式変位計１０は位置Ａの外形状態をセンシン
グしてならい点（溶接点）を判定する。ここで、光学式
変位計１０のセンシングデータからならい点を判定する
アルゴリズムは、溶接処理される被加工物毎に予め決め
られており、センサコントローラ１３に格納されてい
る。よって、本実施例の場合は、図１に示す被加工物２
に対応したアルゴリズムによりならい点が判定される。

【００２６】上記の如く、センサコントローラ１３にて
位置Ａにおけるならい点が判定されると、このならい点
の座標はＰＣ１２に供給され、位置Ａにおけるならい点
データＡ₁ としてＰＣ１２内に記憶される。尚、このＰ
Ｃ１２に記憶される位置Ａのならい点データを図２にお
いてデータＡ_i と示し、同様に位置Ｂ〜Ｄのならい点デ
ータをＢ_i 〜Ｄ_i と示す( 但し、ｉはデータが取り込ま
れる回数を示す）。

【００２７】上記した処理は、No１〜No８に示されるよ
うに、被加工物２の回転に伴い光学式変位計１０と対向
する各位置Ａ〜Ｄに対して実施され、これにより求めら
れる各ならい点データＡ_i 〜Ｄ_i はＰＣ１２内に記憶さ
れる。図２に示す実施例の場合、被加工物２はNo１〜No
９の間に２回転する構成とされているため、Ａ₁ 〜Ｄ _1,
Ａ₂ 〜Ｄ₂ の８つのならい点データがＰＣ１２内に記憶
される。

【００２８】続くNo２で示す状態は、回転ユニット４に
より被加工物２がNo１で示す状態より反時計回りに４５
°回転した状態である。この状態では、光学式変位計１
０は被加工物２の位置Ｂと対向しており、溶接トーチ６
は位置Ｄと対向している。

【００２９】No２で示す状態は、回転ユニット４により
被加工物２が更に４５°回転した状態である。この状態
で光学式変位計１０は被加工物２の位置Ｃと対向してお
り、溶接トーチ６は位置Ａと対向している。即ち、溶接
トーチ６は既にNo１の処理によりならい点データＡ₁ が
取り込まれている被加工物２の位置Ａと対向しており、
ならい溶接可能な状態となっている。

【００３０】ならい点データＡ₁ は被加工物２の位置Ａ
がNo３で示す状態に至る前に、具体的には被加工物２が
No２で示す位置に到達した段階でＰＣ１２からロボット
コントローラ１１に指示される。これは、溶接装置が溶
接可能状態となるまでには所定の時間を要し、No３で示
す状態となった後にならい点データをロボットコントロ
ーラ１１に指示したのでは、溶接開始時間に遅れが生じ
るからである。

【００３１】ロボットコントローラ１１にならい点デー
タＡ₁ が指示されると、ロボットコントローラ１１はな
らい点データＡ₁ に基づき各モータ８を駆動制御し、溶
接トーチ６をならい点（溶接点）に移動させる。溶接ト
ーチ６がならい点に移動すると、ならい溶接が開始され
る。この際、前記したように光学式変位計１０と溶接ト
ーチ６は離間配設され、かつ両者６，１０の間には被加
工物２が介在しているため、光学式変位計１０から出力
されるセンシングデータの精度は高く、よってならい点
も高精度に設定されている。従ってならい溶接を良好に
実施することができる。

【００３２】尚、上記No３以降に続くNo４〜No６におい
ても、ならい点データＢ₁ 〜Ｄ₁ に基づき上記と同様の
手順によりならい溶接が実施される。この際、ＰＣ１２
からロボットコントローラ１１へのならい点データの指
示タイミングは、溶接トーチ６が溶接しようとするなら
い位置よりも、ひとつ手前の位置に被加工物２が到達し
た時点で実施される。このようにならい点データの指示
タイミングを設定することにより、溶接開始時間の遅延
防止を実現できる。

【００３３】上記したNo１〜No６の処理により、被加工
物２の全周にわたりならい溶接が実施される。しかるに
本実施例では、ならい点のセンシングはNo５〜No８にお
いても実施される構成とされている。これは、ならい溶
接実施後において、溶接ビードが正常な位置に形成され
ているかどうかを判定するためである。このように、本
実施例の場合、被加工物２を２回転させるだけで、なら
い溶接及び溶接の確認を行うことができる。

【００３４】次に各構成要素の位置ずれ及びこの位置ず
れの補正について図３を用いて説明する。上記してきた
ならい溶接装置１は、装置を構成する全ての構成要の相
対位置が常に所定状態にあることを前提としているが、
実際には位置ずれが発生する可能性がある。そこで本実
施例になるならい溶接装置１では、自動的に原点補正を
行いうるシステムを備えている。以下、この原点補正方
法について説明する。

【００３５】原点補正は、被加工物２（ワーク）が回転
ユニット４に装着されていない状態で行う。このワーク
非セットの状態にてロボット７を駆動させ溶接トーチ６
を光学式変位計１０のセンシング位置まで移動させ、こ
の位置で光学式変位計１０にて溶接トーチ６の基準部位
（例えばチップ先端６ａ）をセンシングする。ロボット
７を上記センシング位置まで移動させるためには、ロボ
ットコントローラ１１にはセンシング位置の座標を入力
する必要があり、いまこの座標をＰ_R とする。また、光
学式変位計１０でセンシングされた溶接トーチの基準部
位の座標をＰ_Sとすると、この各座標Ｐ_R とＰ_S にずれ
があった場合には、ロボット７と光学式変位計１０との
間に相対的な位置ずれがあることになる。よって、この
位置ずれが生じている場合には、ロボット７又は光学式
変位計１０の調整を行うか、或いは演算されるならい位
置データに対しこの位置ずれ分を補正する処理を行うこ
とにより、位置ずれの影響を除去することができる。

【００３６】上記処理により、溶接トーチ６と光学式変
位計１０の原点補正を行うことができる。しかるに、高
精度のならい溶接を行うためには、被加工物２が装着さ
れる回転ユニット４と、溶接トーチ６，光学式変位計１
０との原点補正を行う必要がある。そこで、ロボット７
と光学式変位計１０の相対位置を測定した後、光学式変
位計１０を移動させるか、或いは同一にマウントされ別
方向に取り付けられている別の光学式変位計を用意し、
各位置決め用治具４ａ，４ｂに設定されているの基準点
４ａ-1, ４ｂ-1（穴，ピン等を利用する）をこの光学式
変位計１０によりセンシングし、光学式変位計１０と各
位置決め用治具４ａ，４ｂとの相対位置を測定認知させ
る。これにより、ならい溶接装置１の回転ユニット４側
の位置ずれを検知することができる。尚、この回転ユニ
ット４側の位置ずれが検知された場合には、ならい溶接
装置１の全ての構成要素の絶対位置の調整を行うことが
必要となる。

【００３７】尚、上記した実施例では溶接トーチ６を駆
動する構成としてロボット７を用いたが、このロボット
に代えて数値制御される駆動装置を用いても良い。

【００３８】また、上記実施例では、ならい点を４個所
設定した例について説明したが、このならい点は、被加
工物の形状により任意に決定することができ、またその
数もプログラムの制約が許す限り任意に設定することが
できる。

【００３９】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、光学式変位
計と溶接トーチとは離間配設され、かつ光学式変位計と
溶接トーチとの間に被加工物が介在する。従って、溶接
処理時に溶接トーチから強いアーク光、磁場，ヒューム
等が発生しても、光学式変位計と溶接トーチは離間して
おり、また被加工物がシール機能を奏するため、光学的
変位計に外乱が侵入することを防止でき、センシングデ
ータの精度を向上させることができ、これにより良好な
ならい溶接を行うことが可能となる。

【００４０】また、光学式変位計は被加工物を挟んで溶
接トーチの反対側に配設されているため、溶接時に溶接
トーチから飛散する飛散物が光学式変位計に付着するこ
とはなく、光学式変位計の信頼性を向上することがで
き、また光学式変位計のメンテナンス，清掃処理等の頻
度を少なくするこができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるならい溶接装置の要部
構成図である。

【図２】図１に示すならい溶接装置の動作を説明するた
めの図である。

【図３】原点補正の方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１ ならい溶接装置 ２ 被加工物 ２ａ 第１の円筒部材 ２ｂ 第２の円筒部材 ３，８ モータ ４ 回転ユニット ４ａ 第１の位置決め用治具 ４ｂ 第２の位置決め用治具 ５，９ エンコーダ ６ 溶接トーチ ７ ロボット １０ 光学式変位計 １１ ロボットコントローラ １２ プログラマブルコントローラ（ＰＣ） １３ センサコントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転ユニットに装着された被加工物と、 駆動制御手段により制御される駆動装置により駆動さ
   れ、該被加工物に対し溶接処理を行う溶接トーチと、 該被加工物の溶接位置における特徴を検出し、該検出し
   たデータを該駆動制御手段に供給する光学式変位計とを
   具備し、 該データに基づき、該駆動制御手段が該光学式変位計に
   て判断された溶接ならい位置にて所定の溶接処理を行う
   構成とされた回転溶接におけるならい溶接装置におい
   て、 該光学式変位計を、該溶接トーチが該被加工物に対して
   溶接処理を行う位置に対して、該被加工物を挟んで反対
   側に配設したことを特徴とする回転溶接におけるならい
   溶接装置。