JPH08108280A - アーク溶接ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽微な接触状態を自動で解除してオペレータ
の負担を軽減すると共に、停止期間を短縮化して生産性
を向上させる。 【構成】 溶接ノズル１とワーク８との接触を検知する
ノズル接触検知装置と、溶接ノズル１を回避方向に移動
させる回避動作が実行される毎に、回避方向を登録順に
変更させるように、複数の異なる回避方向が予め登録さ
れたメモリと、ノズル接触位置により接触が検知された
ときに、回避動作の実行と回避開始位置への溶接ノズル
１の復帰とを繰り返し、接触が解除されると、溶接ノズ
ル１を通常動作に復帰させる一方、メモリに登録された
全回避方向の回避動作を実行しても接触が検知されてい
ると、溶接ノズル１の作動を停止する制御手段とを有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接ノズルとワークと
の接触状態を解除して溶接ノズルを通常動作に復帰させ
るアーク溶接ロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車や船舶、その他の設備機器等を製
造する際には、金属製の部品同士を溶接により接合する
ことが多く、大量生産により同一の溶接手順が繰り返し
て行われる場合、通常、アーク溶接ロボットが使用され
るようになっている。

【０００３】上記のアーク溶接ロボットは、狭い部分に
溶接ノズルを進入させる角巻き溶接等の狭隘箇所の溶接
やアークセンサーを機能させるウィービング動作時のよ
うに、溶接時に溶接ノズルをワークに接近させて使用す
る場合、溶接中に飛散するスパッタの溶接ノズルへの付
着やワークの加工誤差、組み立て誤差等によって、溶接
ノズルがワークに接触することがある。溶接ノズルがワ
ークに接触した状態で溶接ノズルの移動動作を継続させ
ると、トーチの変形、ロボットの手首に負担がかか
ることによる減速機部分の位置ズレ、モータのオーバ
ーヒート等のアーク溶接ロボットにとって重大な故障が
生じる原因になる。

【０００４】従って、従来のアーク溶接ロボットは、溶
接ノズルに印加されたワークに対する電圧の変化を基に
してワークとの接触の有無を検知するノズル接触検知機
能を有しており（実開昭５８−１１１１７２号公報）、
この機能により溶接ノズルがワークに接触したことを検
知したときに、溶接ノズルの移動を停止させて重大な故
障の発生を防止するようになっている。そして、移動が
停止されると、ロボット先端がオペレータの操作により
インチングされ、溶接ノズルがワークに接触しない方向
に移動された後、リセットボタンやスタートボタンが押
圧されることによって、溶接ノズルが通常動作に復帰さ
れるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のアーク溶接ロボットでは、オペレータに大きな負担
がかかるにも拘らず、ワークに接触して停止してから再
び復帰するまでの全ての復帰操作をオペレータが実施し
ているという問題がある。この理由は、ノズル接触検知
機能がワークとの接触の有無を検知するだけであり、溶
接ノズルの回避方向を示すものではないため、オペレー
タが自己の経験に基づいて回避方向を決定しながら復帰
操作を行わねばならないと考えられていたからである。
また、従来のアーク溶接ロボットでは、たとえ軽微な接
触であっても、オペレータが復帰操作を完了するまで溶
接ノズルを停止させるため、生産ライン全体の生産性を
低下させることになるという問題もある。

【０００６】従って、本発明は、軽微な接触状態を自動
で解除してオペレータの負担を軽減すると共に、停止期
間を短縮化して生産性を向上させることができるアーク
溶接ロボットを提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、溶接ノズルとワークとの接触状態を解除して該溶接
ノズルを通常動作に復帰させるアーク溶接ロボットであ
り、下記の特徴を有している。

【０００８】即ち、請求項１のアーク溶接ロボットは、
上記溶接ノズルとワークとの接触を検知する接触検知手
段と、上記溶接ノズルを接触位置から回避方向に移動さ
せる回避動作が実行される毎に、上記回避方向を登録順
に変更させるように、複数の異なる回避方向が予め登録
された記憶手段と、上記接触検知手段により接触が検知
されたときに、上記回避動作の実行と上記接触位置への
溶接ノズルの復帰とを繰り返し、接触が解除されると、
その時の回避方向への移動量を補正量として本来の軌跡
に加えて修正する一方、上記記憶手段に登録された全回
避方向の回避動作を実行しても接触が検知されている
と、溶接ノズルを停止させて溶接を中止する制御手段と
を有していることを特徴としている。また、請求項２の
アーク溶接ロボットは、上記記憶手段が、溶接線に付せ
られた開先情報および／または溶接条件情報を基にして
回避方向の登録順が決定されていることを特徴としてい
る。

【０００９】

【作用】上記の請求項１の構成によれば、従来、オペレ
ータにより行われていた接触状態からの回避動作および
溶接への復帰動作をアーク溶接ロボットにより行わせ、
回避方向への移動量を補正量として本来の軌跡に加えて
修正することにより溶接ノズルを通常動作に復帰させる
ことができるため、オペレータの負担を軽減させること
が可能になっていると共に、溶接ノズルが接触してから
復帰するまでの停止時間がオペレータを介在させない分
短縮されるため、生産性を向上させることが可能になっ
ている。さらに、複数の異なる回避方向に溶接ノズルを
移動させながら接触の有無を検知するようになっている
ため、各方向における接触状態を把握することが可能に
なっており、溶接ノズルとワークとの接触状態を検出す
る一種のセンサーとしての機能を発揮させることが可能
になっている。

【００１０】また、請求項２の構成によれば、開先の形
に応じて最も適したシーケンスが採れるので、無駄な回
避方向の回避動作が防止されることになり、接触の解除
および接触状態のセンシングを早くおよび確実に行うこ
とが可能になっている。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図６を用いて
説明する。本実施例に係るアーク溶接ロボットは、自動
車や船舶、その他の設備機器等を製造する際に使用され
るようになっている。例えば図１に示すように、開先Ｌ
の断面形状となるようにワーク８・８同士を溶接する水
平すみ肉溶接に適用した場合について説明すると、アー
ク溶接ロボット４は、先端部に図示しない溶接ワイヤを
備えた溶接ノズル１と、この溶接ノズル１を支持する溶
接トーチ７と、溶接トーチ７を介して溶接ノズル１を上
下（Ｚ）方向、左右（Ｘ）方向、および前後（Ｙ）方向
の任意の方向および任意の角度に移動させる図示しない
移動手段とを有しており、溶接ワイヤの先端部をワーク
８・８同士が接合される溶接線９に沿わせて移動させる
ことにより溶接するようになっている。

【００１２】上記の溶接ノズル１には、ワークに対して
所定の電圧が印加されており、この印加電圧の変化は、
図示しないロボット本体側に設けられたノズル接触検知
装置により検出されるようになっている。即ち、ノズル
接触検知装置は、溶接ノズル１がワークに接触したとき
に流れる電流により電流リレーを作動させて溶接ノズル
１のワークへの接触を検知し、接触検知信号をアーク溶
接ロボット４の作動を制御する制御装置に出力するよう
になっている。

【００１３】上記の制御装置は、オペレータによるティ
ーチングによって、アーク溶接ロボット４の作動手順を
命令コードにより記憶している。命令コードには、例え
ば溶接トーチ７をエアカット教示点を基に移動させるエ
アカットコードや、アークを発生させるアークオンコー
ド、溶接内容を示す溶接データコード等が存在している
と共に、溶接ノズル１がワークに接触したときに一連の
回避動作からなる回避シーケンス動作を実行させる回避
パターンコードおよび回避パターンコードを解除する回
避パターン解除コードが存在している。

【００１４】上記の回避パターンコードは、制御装置が
ノズル接触検知装置から接触検知信号を受け取ったとき
に読み取られるようになっており、制御手段は、回避パ
ターンコードを読み取ったときに図１の回避パターンル
ーチンをワーク情報データおよび回避シーケンスデータ
を基にして実行するようになっている。

【００１５】上記のワーク情報データおよび回避シーケ
ンスデータは、制御手段のメモリ内に形成されたワーク
情報領域および回避シーケンス領域にそれぞれ格納され
るようになっており、表１に示すように、ワーク情報領
域には、データ無し、開先Ｌ、開先Ｙ等のワーク情報デ
ータが格納されるようになっている。また、回避シーケ
ンス領域には、上記のワーク情報領域の各データに対応
したデータ群（回避数データ、回避方向データ、回避距
離データ）が回避シーケンスデータとして格納されるよ
うになっている。

【００１６】

【表１】

【００１７】上記の構成において、アーク溶接ロボット
４の動作について説明する。先ず、オペレータが溶接ノ
ズル１の移動手順を設定するため、制御装置に命令コー
ドをデータ入力してティーチングすると共に、開先情報
等のワーク８の種類を示すワーク情報データをデータ入
力することになる。

【００１８】上記のティーチングが完了し、図示しない
作動ボタンが押圧されると、命令コードが順番に読み出
され、エアカット教示点から溶接開始点への移動、アー
クの生成、および溶接等が順次行われていくことにな
る。

【００１９】この際、制御装置は、ノズル接触検知装置
からの接触検知信号の入力の有無を監視している。そし
て、溶接ノズル１がワーク８に接触し、溶接ノズル１お
よびワーク８間に流れる電流によりノズル接触検知装置
の電流リレーが作動して接触検知信号を出力すると、こ
の接触検知信号を受け取った制御装置は、溶接を一旦中
断した後、回避パターンコードを読み出して回避パター
ンルーチンを実行することになる。

【００２０】回避パターンルーチンが実行されると、先
ず、図１に示すように、回避パターンルーチン用に設定
されたワーク情報領域からワーク情報データが読み出さ
れ（Ｓ１）、読み出されたワーク情報データと表１のワ
ーク情報領域のデータとが突き合わせ処理されることに
なる。そして、両データが一致した場合には、一致した
ワーク情報領域のデータに対応する回避シーケンス領域
のデータ群（回避数データ、回避方向データ、回避距離
データ）が読み出し対象であると認識されることになる
一方、両データが一致しなかった場合には、ワーク情報
領域の“データ無し”に対応する回避シーケンス領域の
データ群（回避数データ、回避方向データ、回避距離デ
ータ）が読み出し対象であると認識され、認識されたデ
ータ群中の回避数データの最大値が読み出されて最大回
避数Ｎとして設定されることになる。

【００２１】即ち、Ｓ２において、例えば“データ無
し”に対応する回避シーケンス領域のデータ群が読み出
し対象であると認識されたとすると、回避数の最大値が
Ｎであることから最大回避数Ｎ＝Ｎとして設定されるこ
とになり、例えば“開先Ｌ”や“開先Ｙ”に対応する回
避シーケンス領域のデータ群が読み出し対象であると認
識されたとすると、回避数の最大値が３および２である
ことから最大回避数Ｎ＝３および２としてそれぞれ設定
されることになる（Ｓ２）。

【００２２】次に、回避変数ｎに１が設定されることに
なる（Ｓ３）。この後、例えば“開先Ｌ”に対応する回
避シーケンス領域のデータ群が読み出し対象であるとす
ると、データ群から回避変数ｎに対応する第１番目の回
避数データに対応する回避方向データ（上方向）および
回避距離データ（２ｍｍ）が読み出され（Ｓ４）、図２
に示すように、第１回目の回避動作として、溶接ノズル
１が上方向に２ｍｍ移動されることになる（Ｓ５）。

【００２３】次に、接触検知信号の有無が確認されるこ
とによって、溶接ノズル１が接触しているか否かが判定
されることになり（Ｓ６）、接触していると判定された
場合には、１回目の回避動作によっては溶接ノズル１と
ワーク８との接触状態が解除されなかったと判断され、
ＹＥＳとしてＳ７が実行され、回避変数ｎと最大回避数
Ｎとが一致しているか否かが判定されることになる（Ｓ
７）。

【００２４】Ｓ７において、回避変数ｎが１および最大
回避数Ｎが３であることから、一致していないという判
定結果が得られると、ＮＯとしてＳ８が実行されること
になり、溶接ノズル１が回避方向とは逆方向となる下方
向に回避距離（２ｍｍ）だけ移動されて回避動作前に存
在していた回避開始位置に復帰されることになる（Ｓ
８）。この後、回避変数ｎに１が加算され（Ｓ９）、上
述のＳ４が再実行されることになり、Ｓ６において接触
していると判定されたり、Ｓ７において一致していない
と判定された場合には、Ｓ４〜Ｓ９が繰り返されること
によって、図３および図４に示すように、第２回目およ
び第３回目の回避動作が順に行われることになる。

【００２５】一方、図５に示すように、上記の回避動作
により溶接ノズル１がワーク８から離反することによっ
て、Ｓ６において接触していないと判定された場合に
は、回避動作によるシフト量を回避動作前の溶接ノズル
１の軌跡に付加して通常動作となる溶接を再実行するこ
とになる（Ｓ１０）。また、Ｓ７において一致している
と判定された場合には、一連の回避動作によっては接触
状態を解除することができないと判断し、溶接ノズル１
を回避開始位置に復帰させた後、溶接ノズル１を停止さ
せて溶接を中止すると共に、警報等を発することにより
オペレータに対して異常を報知することになる。尚、以
上は、溶接ノズル１の接触信号を受け取った後、溶接を
一旦中断し、Ｓ６で接触しないと判定するまでは溶接を
せず、シフト量を加えた後、溶接を再実行すると説明し
たが、これらのフローが短時間に行われれば、ロボット
に対する負担も少ないことから場合により溶接を継続し
ながらでも良い。

【００２６】上記の実施例においては、Ｓ４以降におい
て“開先Ｌ”の場合ついて説明したが、“開先Ｙ”の場
合には、回避パターンルーチンを実行することにより下
記のように動作することになる。即ち、図６に示すよう
に、第１回目の回避動作として、溶接ノズル１が左上
方向に２ｍｍ移動され、接触状態が解除されないと、
回避開始位置に復帰し、続いて、溶接ノズル１が右上
方向に２ｍｍ移動されることになる。そして、例えば
において接触状態が解除された場合には、この回動動作
によるシフト量が本来の溶接ノズル１の軌跡に付加さ
れ、通常動作となる溶接が再実行されることになる。一
方、接触状態が解除されない場合には、回避開始位置
に復帰された後、アーク溶接ロボット４が停止されて溶
接が中止されると共に警報等が発せられることになる。

【００２７】このように、本実施例のアーク溶接ロボッ
ト４は、溶接ノズル１とワーク８との接触状態を解除し
て溶接ノズル１を通常動作に復帰させるものであり、溶
接ノズル１とワーク８との接触を検知する接触検知手段
（ノズル接触検知装置）と、溶接ノズル１を回避方向に
移動させる回避動作が実行される毎に、上記回避方向を
登録順に変更させるように、複数の異なる回避方向が予
め登録された記憶手段（メモリ）と、上記接触検知手段
により接触が検知されたときに、上記回避動作の実行と
回避開始位置への溶接ノズル１の復帰とを繰り返し、接
触が解除されると、溶接ノズル１を通常動作に復帰させ
る一方、上記記憶手段に登録された全回避方向の回避動
作を実行しても接触が検知されていると、溶接ノズル１
を停止させて溶接を中止する制御手段とを有している。

【００２８】これにより、従来、オペレータにより行わ
れていた回避動作および復帰動作をアーク溶接ロボット
４により行わせて溶接ノズル１を通常動作に復帰させる
ことができるため、オペレータの負担を軽減させること
が可能になっていると共に、溶接ノズル１が接触してか
ら復帰するまでの停止時間がオペレータを介在させない
分短縮されるため、生産性を向上させることが可能にな
っている。

【００２９】さらに、複数の異なる回避方向に溶接ノズ
ル１を移動させながら接触の有無を検知するようになっ
ているため、各方向における接触状態を把握することが
可能になっている。従って、回避距離をアーク溶接ロボ
ット４の剛性および強度等を考慮して適切に設定するこ
とによって、弾性範囲内において溶接ノズル１とワーク
８との接触状態を検出する一種のセンサーとしての機能
を発揮させることが可能になっている。

【００３０】また、本実施例においては、請求項２に相
当する溶接線に付せられた開先情報および／または溶接
条件情報を基にして記憶手段の回避方向の登録順が決定
されている。これにより、開先の形に応じて最も適した
シーケンスが採れるので、無駄な回避方向の回避動作が
防止されることになり、接触の解除および接触状態のセ
ンシングを早くおよび確実に行うことが可能になってい
る。

【００３１】尚、本実施例においては、回避パターンル
ーチンに示したように、溶接ノズル１が予め設定された
回避距離を移動した後、接触検知信号の有無を判定して
通常動作を実行するようになっているが、これに限定さ
れることはない。即ち、溶接ノズル１を移動させながら
接触検知信号の有無を判定し、接触検知信号が検知され
なくなった時点において、即座に通常動作を実行するよ
うになっていても良いし、さらに一定距離移動した後に
通常動作を実行するようになっていても良い。また、こ
の場合には、溶接トーチ７の変形等のように重大な故障
を生じない程度の最大回避距離を予め設定しておくこと
が望ましい。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明は、以上のように、溶接
ノズルとワークとの接触を検知する接触検知手段と、上
記溶接ノズルを回避開始位置から回避方向に移動させる
回避動作が実行される毎に、上記回避方向を登録順に変
更させるように、複数の異なる回避方向が予め登録され
た記憶手段と、上記接触検知手段により接触が検知され
たときに、上記回避動作の実行と上記回避開始位置への
溶接ノズルの復帰とを繰り返し、接触が解除されると、
その時の回避方向への移動量を補正量として本来の軌跡
に加えて修正する一方、上記記憶手段に登録された全回
避方向の回避動作を実行しても接触が検知されている
と、溶接ノズルを停止させて溶接を中止する制御手段と
を有している構成である。

【００３３】これにより、従来、ワークのズレ方向が複
合的に生じる場合にオペレータにより行われていた接触
状態からの回避動作および溶接への復帰動作をアーク溶
接ロボットにより行わせてワークのズレが複合的な方向
に生じても確実に溶接ノズルを通常動作に復帰させるこ
とができるため、オペレータの負担を軽減させることが
可能であると共に、溶接ノズルが接触してから復帰する
までの停止時間がオペレータを介在させない分短縮され
るため、生産性を向上させることが可能である。さら
に、複数の異なる回避方向に溶接ノズルを移動させなが
ら接触の有無を検知するようになっているため、各方向
における接触状態を把握することが可能になっており、
溶接ノズルとワークとの接触状態を検出する一種のセン
サーとしての機能を発揮させることが可能であるという
効果を奏する。

【００３４】また、請求項２の発明は、以上のように、
請求項１の上記記憶手段が、溶接線に付せられた開先情
報および／または溶接条件情報を基にして回避方向の登
録順が決定されている構成である。

【００３５】これにより、開先の形に応じて最も適した
シーケンスが採れるので、無駄な回避方向の回避動作が
防止されることになり、接触の解除および接触状態のセ
ンシングを早くおよび確実に行うことが可能であるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】回避パターンルーチンのフローチャートであ
る。

【図２】溶接ノズルの回避方向を示す説明図である。

【図３】溶接ノズルの回避方向を示す説明図である。

【図４】溶接ノズルの回避方向を示す説明図である。

【図５】溶接ノズルとワークとの接触状態が解除された
状態を示す説明図である。

【図６】溶接ノズルの回避順序を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 溶接ノズル ４ アーク溶接ロボット ７ 溶接トーチ ８ ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２５Ｊ 19/06 (72)発明者 村山 弘一 愛知県豊橋市三弥町字中原１番地２ 株式 会社神戸製鋼所豊橋ＦＡ・ロボットセンタ ー内 (72)発明者 古城 和伸 愛知県豊橋市三弥町字中原１番地２ 株式 会社神戸製鋼所豊橋ＦＡ・ロボットセンタ ー内 (72)発明者 高濱 透 愛知県豊橋市三弥町字中原１番地２ 株式 会社神戸製鋼所豊橋ＦＡ・ロボットセンタ ー内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ノズルとワークとの接触状態を解除
   して該溶接ノズルを通常動作に復帰させるアーク溶接ロ
   ボットであって、 上記溶接ノズルとワークとの接触を検知する接触検知手
   段と、 上記溶接ノズルを回避開始位置から回避方向に移動させ
   る回避動作が実行される毎に、上記回避方向を登録順に
   変更させるように、複数の異なる回避方向が予め登録さ
   れた記憶手段と、 上記接触検知手段により接触が検知されたときに、上記
   回避動作の実行と上記回避開始位置への溶接ノズルの復
   帰とを繰り返し、接触が解除されると、その時の回避方
   向への移動量を補正量として本来の軌跡に加えて修正す
   る一方、上記記憶手段に登録された全回避方向の回避動
   作を実行しても接触が検知されていると、溶接ノズルを
   停止させて溶接を中止する制御手段とを有していること
   を特徴するアーク溶接ロボット。
2. 【請求項２】 上記記憶手段は、溶接線に付せられた開
   先情報および／または溶接条件情報を基にして回避方向
   の登録順が決定されていることを特徴とする請求項１記
   載のアーク溶接ロボット。