JPH08118022A - レーザセンサを用いた多層盛溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確で容易な多層盛溶接ができる溶接方法を
提供する。 【構成】 第１層目の溶接パスを教示する。第２層目以
降の溶接パスは、第１層目の教示パスに対するシフト量
で設定する。第１層目の溶接時に、対象ワークの位置決
め、組付け精度の不十分さから生じる教示パスと実際の
溶接パスとのずれを所定周期毎に検出し補正量として記
憶する。第２層目以降の溶接時には、各層に対するシフ
ト量と各点における補正量を加算して各層の溶接パスを
求め溶接を行う。第２層目以降も位置ずれが補正されて
溶接が行われるから、正確な多層盛溶接ができる。第２
層目以降に対しては溶接パス教示することなくシフト量
の設定のみでよいから、多層盛溶接が容易に実施でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザセンサを用いて
溶接パスを補正しながら溶接を行う溶接方法において、
厚板の溶接等に用いる多層盛溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚板の溶接においては、図４（ａ）、
（ｂ）に示すように、溶接強度を強めるために重ねて溶
接を行う、いわゆる多層盛溶接が一般に行われている。
図４（ａ）、（ｂ）において、Ｗは厚板のワークであ
り、ａ１は第１層目の溶接、ａ２は第２層目の溶接、ａ
３は第３層目の溶接を示す。この多層盛溶接は、第１層
目の溶接パス、第２層目の溶接パス、…と各層の溶接パ
スを教示し、この各教示パスに沿って溶接トーチを移動
させて溶接を行っている。

【０００３】また、対象ワークの位置決め精度が不十分
な場合等において、教示パスと実際に溶接すべきパスが
ずれる場合が生じるが、レーザセンサによって溶接パス
を検出し、教示パスとのずれを求めて、このずれを補正
しながら溶接する方法も公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】多層盛溶接の場合にお
いて、対象ワークの位置決め精度や組付け精度が不十分
の場合、第１層目の溶接に対しては、レーザセンサを用
いて教示パスと実際の溶接パスのずれを検出して補正し
ながら溶接が可能であるが、第２層目以降の溶接ではそ
の補正が難しいことから正確な多層盛溶接ができないと
いう問題がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、容易で正確な多
層盛溶接ができる溶接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】第１層目の溶接時に、該
第１層目の教示パスに対してレーザセンサで検出される
溶接線のずれを検出し該ずれを補正しながら溶接すると
共に、上記ずれ量を補正量として所定周期毎記憶し、第
２層目以降の溶接時には、第２層目以降の各教示パスに
対して、対応する周期毎に上記記憶補正量を補正して溶
接パスを生成して溶接を行う。特に、第２層目以降の各
教示パスは、第１層目の教示パスに夫々設定されたシフ
ト量を加算して求めたものとする。また、このシフト量
は、所定周期毎の第１層目の教示パスの各点における接
線方向を直交座標系の所定軸とし、トーチ方向を他の１
つの軸とした座標系において、該座標系において設定さ
れている各軸の値で与える。

【０００７】または、第２層目以降の溶接開始位置は第
１層目の教示パスの溶接開始位置に設定シフト量を補正
した位置とし、以後の各所定周期には、第１層目の教示
パスの対応位置に対応所定周期の補正量を加算し、かつ
１つ前の周期における補正された位置と当該周期で補正
された位置を結ぶ線を直交座標系の所定軸とし、トーチ
方向を他の１つの軸とした座標系として、該座標系に基
づいてシフト量を補正して溶接パスを求めて溶接を行
う。

【０００８】

【作用】第１層目の溶接時に検出した教示パスと実際の
溶接パスのずれ量を補正値として記憶しておき、第２層
目以降の溶接時には、教示パスに記憶した補正値を加算
して補正することによって、対象ワークの位置決め組付
け精度の不十分さから生じる教示パスと実際の溶接パス
のずれを第２層目以降も補正しながら溶接する。また、
第１層目に対してのみ溶接パスを教示し、第２層目以降
は第１層目の教示パスに対するシフト量を設定し、第２
層目以降はこのシフト量を第１層目の教示パスに加算す
ることによって教示パスとする。この場合、教示パス若
しくは補正された教示パスの各点における接線方向を直
交座標系の所定軸とし、トーチ方向を他の１つの軸とし
た座標系において、該座標系においてシフト量として設
定されている各軸の値を加算して第２層目以降の溶接パ
スを求める。そのため、教示パスが円弧であっても、正
確な第２層目以降の溶接パスを得ることができるから、
正確な多層盛溶接ができる。

【０００９】

【実施例】図３は、本発明の多層盛溶接方法実施する溶
接ロボットの一実施例のブロック図である。図中、符号
１は該溶接ロボットの制御装置であり、ロボット制御を
行うプロセッサ１０を有し、該プロセッサ１０には、制
御プログラムを記憶するＲＯＭ１１、データの一時記憶
等に利用されるＲＡＭ１２、教示操作盤１８等により教
示された溶接パス等のロボットの動作プログラムを記憶
するバッテリでバックアップされたＣＭＯＳメモリ等の
不揮発性メモリ１３、溶接線を検出するレーザセンサ３
と該制御装置とを接続するセンサインターフェイス１
４、レーザセンサからの検出信号に基づいて画像処理を
行う画像処理プロセッサ１５、レーザセンサ３から得ら
れた画像信号、及び画像処理プロセッサ１５で処理した
画像信号を記憶するフレームメモリ１６、ロボット本体
の各軸のサーボモモータを駆動制御するロボット軸制御
部１７、液晶表示部を有する教示操作盤１８及び溶接機
４と接続する溶接機インターフェイス１９がバス２０で
接続されている。また、ロボット軸制御部１７はサーボ
回路２１を介してロボット本体２の各軸のサーボモータ
を駆動制御する。さらに、溶接機４の溶接トーチはロボ
ットの手首先端に取り付けられ、該トーチにはレーザセ
ンサ３の検出部が取り付けられている。

【００１０】このような構成によって、教示操作盤１８
等によって溶接パスを含む教示プログラムを教示し不揮
発性メモリ１３に記憶させた後、レーザセンサ３で実際
の溶接パスを検出しながら、教示パスと検出した実際の
溶接パスのずれを求めこのずれを修正するようにロボッ
トの動作軌跡を補正して溶接を行う。上述したレーザセ
ンサを用いた溶接ロボットの構成等は従来のレーザセン
サを用いた溶接ロボットの構成と同一であり、その詳細
な説明は省略する。

【００１１】図１、図２は、本実施例における多層盛溶
接方法を実施するプロセッサ１０が実施する処理のフロ
ーチャートである。プロセッサ１０は教示プログラムに
基づいてロボットの各軸に対して移動量を出力する補間
周期と同一周期で、まず図１の処理を実行し、溶接指令
が出力されていると図２の処理を実行する。

【００１２】多層盛溶接を開始する前に、予め、溶接パ
スを教示するが、本実施例においては、第１層目の溶接
パスのみを教示し他の層の溶接パスは、第１層目の溶接
パスをシフトするとして、そのシフト量をパスの進行方
向をＸ軸、トーチ方向をＺ軸とした直交座標系のパス座
標系におけるシフト位置によって設定するようにしてい
る。すなわち、第１層目の溶接パスを含む溶接プログラ
ムを教示し、多層盛の層数、各層の溶接パスを指定する
ために教示パス（第１層目の教示パス）に対するシフト
量、補正値を記憶する間隔ｎ（後述するように補間時間
×ｎが補正値を記憶する間隔となる）等を教示操作盤１
８から入力設定し不揮発性メモリ１３に記憶させてお
く。

【００１３】溶接開始指令が教示操作盤１８からロボッ
ト制御装置１に入力されると、プロセッサ１０は、不揮
発性メモリ１３に記憶されている教示プログラムに基づ
いてロボットの各軸を駆動し、ロボット手首先端に取り
付けられた溶接トーチを教示された溶接パスの溶接開始
位置に移動させた後プログラムされた溶接指令に基づい
て、プログラムされた速度で教示パスに沿ってレーザセ
ンサ３で実際の溶接パスを検出し、教示パスと実際の溶
接パスとの誤差を修正しながら、溶接が行われることに
なる。

【００１４】一方、プロセッサは、ロボットの各軸に移
動指令を出力する補間周期毎に図１に示す処理を実行
し、まず、溶接指令が出力されているか否か判断し（ス
テップＳ１）、出力されていなければ、溶接実行中を示
すフラグＦ１を「０」にセットし（ステップＳ６）、当
該周期の処理を終了する。一方、溶接指令が出力されて
いると、溶接実行中フラグＦ１が「１」にセットされて
いるか否か判断し（ステップＳ２）、最初はセットされ
ていないので、ステップＳ３に移行して溶接層数を計数
するカウンタＣ１に「１」を加算する。なお、該カウン
タＣ１は初期設定で「０」にセットされている。次に補
正値を記憶する間隔を計数するカウンタＣ２に設定補正
値記憶間隔ｎをセットする（ステップＳ４）。この設定
補正値記憶間隔ｎはこの多層盛溶接を開始する前にあら
かじめ教示操作盤１８から入力設定し不揮発性メモリ１
３に記憶させておくもので、後述するように、補間時間
×ｎが補正値を記憶する間隔となる。

【００１５】次に、溶接実行中フラグＦ１および溶接開
始時（教示パス開始点）を示すフラグＦ２を「１」にセ
ットして（ステップＳ５）、当該周期の処理を終了す
る。次の周期からは、溶接実行中フラグＦ１が「１」に
セットされていることから、ステップＳ１、Ｓ２の処理
のみを行って当該周期の処理を終了することになる。一
方、溶接指令が出力されると、プロセッサ１０は、図１
の処理を終了した後に該図１の処理周期と同一の周期
で、すなわち補間周期で図２の処理を実行する。まず、
溶接層数を計数するカウンタＣ１の値が「１」か否か判
断する（ステップＴ１）。第１層目の溶接時では該カウ
ンタＣ１はステップＳ３で「１」にセットされているか
ら、第１層目の溶接時にはステップＴ１からＴ２に移行
し、レーザセンサ３で検出されるセンサ座標系上におけ
る実際の溶接パスの位置を読み取り（ステップＴ２）、
ロボット座標系に変換する（ステップＴ３）。なお、セ
ンサ座標系はロボットの進行方向をＸ軸とし、レーザの
スキャン方向をＹ軸とした直交座標系である。また、ロ
ボット座標系はロボットの基本座標系で、ロボットの正
面を方向をＸ軸、上方向をＺ軸とした直交座標系であ
る。次に、現在実行中の教示パスにおける当該補間周期
における位置と、このレーザセンサ３から読込まれた実
際の溶接パスの位置との差分（ロボット座標系における
差分Δｘ、Δｙ、Δｚ）を計算する（ステップＴ４）。

【００１６】次に、補正値記憶間隔カウンタＣ２の値が
設定値ｎか否か判断し（ステップＴ４）、溶接開始の最
初では、ステップＳ４でＣ２＝ｎにセットされているか
ら、該カウンタＣ２を「０」にリセットすると共に、ス
テップＴ４で求めた差分を補正値としてＲＡＭ１３に記
憶する（ステップＴ６，Ｔ７）。そして、補間が終了し
たか否か判断し（ステップＴ８）、終了指定なければカ
ウンタＣ２に「１」を加算して（ステップＴ９）当該周
期の処理を終了する。

【００１７】次の周期では、図１に示す処理では溶接実
行中フラグＦ１が「１」にセットされているから、ステ
ップＳ１、Ｓ２の処理を行うのみで、図２の処理では、
ステップＴ１〜Ｔ５の処理を行い、補正値記憶間隔カウ
ンタＣ２の値が設定値ｎではないから、ステップＴ５か
らステップＴ８に移行し、補間が終了したか否か判断し
て、終了していなければ、カウンタＣ２に「１」加算し
てこの周期の処理を終了する。

【００１８】以下、補正値記憶間隔カウンタＣ２の値が
設定値ｎになるまでは上記処理を繰り返し、該カウンタ
Ｃ２の値がｎになると、該カウンタＣ２を「０」にリセ
ットすると共にステップＴ４で求めた差分を補正値とし
てＲＡＭ１３に記憶する。そして、該カウンタＣ２に
「１」加算する。以上のようにして、補正値記憶間隔カ
ウンタＣ２の値が設定値ｎになる毎に補正値をＲＡＭ１
３に順次記憶してゆく。

【００１９】上記処理を繰り返し、教示された溶接パス
に対する補間が終了すると、ステップＴ８からステップ
Ｔ９に移行し、ステップＴ４で求めた差分を溶接終了位
置における補正値として記憶し当該周期の処理を終了す
る。次の周期では、溶接指令が停止されているから図１
の処理では、ステップＳ１からステップＳ６に移行し、
溶接実行中フラグＦ１を「０」にセットし当該周期の処
理を終了する。また、溶接指令が出力されていないか
ら、図２の処理は実行されない。

【００２０】そして、第２層目の溶接を行うために、ロ
ボットが駆動されて溶接トーチが溶接開始位置に移動
し、溶接指令が出されると、図１の処理ではステップＳ
１〜Ｓ５の処理を前述したように実行する。また、図２
の処理では、溶接層数を計数するカウンタＣ１の値が
「１」ではないから（この値は「２」である）、ステッ
プＴ１からステップＴ１１に移行し、溶接開始点を示す
フラグＦ２が「１」か否か判断する。このフラグＦ２は
ステップＳ５で「１」に設定されているから、ステップ
Ｔ１２に移行して、ＲＡＭ１２に記憶した第１番目の補
正量、すなわち溶接開始点の補正量を読み出す。そし
て、この補正量を教示パス（第１層目に対して教示され
ている教示パス）の溶接開始位置に加算し、溶接層数を
計数するカウンタＣ１の値に対応する層に対して設定さ
れているシフト量を加算しこの位置から溶接が開始され
る。すなわち、カウンタＣ１の値は「２」であるから第
２層目に対して設定されているシフト量が加算され第２
層目の溶接開始点が求められ、この位置から溶接が開始
されることになる（ステップＴ１３，Ｔ１４）。そし
て、補正値記憶間隔カウンタＣ２及び溶接開始点を示す
フラグＦ２を夫々「０」にセットし（ステップＴ１５，
Ｔ１６）、補正値記憶間隔カウンタＣ２に「１」を加算
して（ステップＴ９）当該周期の処理を終了する。

【００２１】次の周期からは、溶接実行中フラグＦ１が
「１」にセットされているから、図１の処理ではステッ
プＳ１，Ｓ２の処理のみが行われ、図２の処理では、ス
テップＴ１からステップＴ１１に移行して、フラグＦ２
はすでに「０」にセットされているから、ステップＴ１
７に移行する。そして、補正値記憶間隔カウンタＣ２の
値が、設定値ｎに達してなければ、補間が終了している
か否か判断し（ステップＴ１８）、終了していなけれ
ば、ステップＴ９に移行してカウンタＣ２に「１」を加
算し当該周期の処理を終了する。

【００２２】次の周期からは、図１では、ステップＳ
１，Ｓ２の処理のみ実行し、図２の処理ではステップＴ
１，Ｔ１１，Ｔ１７，Ｔ１８，Ｔ９の処理を実行するこ
とになる。そして、カウンタＣ２の値が設定値ｎに達し
たことがステップＴ１７で判断されると、ステップＴ１
９に移行し、ＲＡＭに記憶したデータから対応補正量を
読込む。すなわち、第１番目に記憶した溶接開始点の補
正量はステップＴ１２で読込まれているから、第２番目
に記憶する補正量が読込まれることになる。次に、教示
パスの現在の位置に該補正量を加算し補正位置を求め
（ステップＴ２０）、前回求めた補正位置から今回ステ
ップＴ２０で求めた補正位置へのベクトルを求め、この
ベクトル方向をパス座標系のＸ軸としてカウンタＣ１の
値で示される層（この場合は第２層）に対して設定され
ているシフト量を加算して溶接パスの位置を求める。す
なわち、この補間周期において、トーチが移動すべき位
置を求め、この位置に移動するようにロボットの各軸に
移動指令が出され溶接が行われる（ステップＴ２１）。
そして、ステップＴ９でカウンタＣ２に「１」加算され
当該周期の処理を終了する。

【００２３】次の周期以降も上述した処理が行われ、補
正値記憶間隔カウンタＣ２の値が設定値ｎになる毎に、
ＲＡＭ１２に記憶する次の補正量が読込まれ（ステップ
Ｔ１９）、該補正量とシフト量が加算されて当該分配周
期で移動すべき目標位置が求められ、この位置にトーチ
が移動するようにロボットが駆動されることになる。

【００２４】かくして、溶接が進み、ステップＴ１８で
教示されたパスへの終点までの補間が終了すると、ステ
ップＴ１９〜Ｔ２１の前述した処理が行われ、当該層
（第２層目）の終点まで、第１層目に対して教示された
教示パスに対して当該層（第２層目）にシフトしかつ、
溶接対象のワークの位置決めや組付けの不十分さから生
じるずれを補正した溶接パスへの溶接が行われる。こう
して当該層（第２層目）の溶接が終了すると、溶接指令
がなくなるから図１ではステップＳ１からステップＳ６
に以降してフラグＦ１が「０」にセットされると共に、
溶接指令がなくなるから、図２の処理は実行されない。

【００２５】教示プログラムに基づいてロボットが移動
し溶接トーチが再び溶接開始位置に移動し、溶接指令が
出力されると、図１では前述したようにステップＳ１〜
Ｓ５の処理が実行され、図２の処理では、ステップＴ
１，Ｔ１１〜Ｔ１６、Ｔ９の処理が実行される。ただ
し、ステップＴ１１〜Ｔ１６の処理において前述した処
理と異なる点は、溶接層数を計数するカウンタＣ１の値
（３）に応じた当該層（第３層目）のシフト量がステッ
プＴ１４で加算される点である。そして、次の周期から
は、図１ではステップＳ１，Ｓ２の処理のみとなり図２
の処理ではステップＴ１，Ｔ１１，Ｔ１７〜Ｔ２１、Ｔ
９の処理が前述同様に実施される。ただしステップＴ２
１で加算されるシフト量も溶接層数を計数するカウンタ
Ｃ１の値に応じた当該層（第３層目）のシフト量が加算
される点が前回とは異なるのみである。こうして、教示
プログラムに指令された層数の溶接が終了し、溶接指令
が出力されなくなるとこの多層盛溶接処理は終了する。

【００２６】図５、図６は、上記多層盛溶接の動作を説
明する直線の溶接パスと、円弧の溶接パスの場合の説明
図で、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、第１層目
の溶接パスが教示され、これに対して第２層目の溶接パ
スのためにシフト量が設定されて、一点破線に示すよう
な第２層目の溶接パスが想定されているとする。そこ
で、ワークの位置決め組付け精度が悪く、図５（ｂ）、
図６（ｂ）に示すように、第１層目の教示パスに対して
実際の溶接パスがずれているとき、図５（ｂ）、図６
（ｂ）に示すように、補正量が第１層目の溶接時に検出
され記憶される。そして、第２層目を溶接するときに
は、教示パスに対して補正量を補正して得られた補正位
置に対して前回の補正位置から今回の補正位置へのベク
トル方向をＸ軸とするパス座標系において、設定さけた
シフト量だけシフトすれば、図５（ｃ）、図６（ｃ）に
示すように第２層目に対しても、ずれを補正した正確な
溶接ができる。

【００２７】なお、上記実施例では、第２層目以降の各
層に対しては、第１層目の教示パスに対してのシフト量
を設定して、第１層目の教示パスをこの設定シフト量だ
けシフトすることによって、各層の教示パスを設定する
ようにしたが、シフト量を設定することなく、直接各層
の溶接パスを教示してもよい。この場合には、第１層目
の溶接ときに得られた補正量を各層の教示パスに加算し
て補正すればよく、図２において、ステップＴ１３、Ｔ
２０で当該層の教示パスの対応する位置に対して対応す
る補正量を加算するようにすると共にステップＴ１４，
Ｔ２１の処理を行わないようにすればよい。また、上記
実施例では、図１、図２に示す処理を補間周期毎に実施
したが、必ずしも補間周期毎に実施する必要はなく、こ
の補間周期の整数倍の周期で実施してもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、第１層目の溶接時に溶接対象
ワークの位置決めや組付けの不正確さによって生じる教
示パスと実際の溶接パスのずれを検出して補正量てして
記憶しておき、第２層目以降の溶接時には、この記憶し
た補正量を各層の教示パスに対して補正することによっ
て第２層目以降にも位置ずれを補正した溶接が行われる
から、多層盛溶接を正確でかつ容易に行うことができ
る。

【００２９】また、第２層目以降の溶接パスを教示する
代りに、第１層目に対して教示したパスに対するシフト
量を設定することによって第２層目以降の溶接パスを教
示するようにすることにより、第２層目以降の溶接パス
を夫々教示する必要がなくなり、多層盛溶接を簡単に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を実施するロボット制御装置
のプロセッサが行う多層盛溶接処理のフローチャートの
一部である。

【図２】本発明の一実施例を実施するロボット制御装置
のプロセッサが行う多層盛溶接処理のフローチャートの
一部である。

【図３】本発明の一実施例を実施する溶接ロボットのブ
ロック図である。

【図４】本発明が行う厚板に対する多層盛溶接の説明図
である。

【図５】本発明の一実施例が行う直線の溶接パスを溶接
するときの多層盛溶接の説明図である。

【図６】本発明の一実施例が行う円弧の溶接パスを溶接
するときの多層盛溶接の説明図である。

【符号の説明】

１ ロボットの制御装置 Ｗ 溶接対象ワーク ａ１ 第１層目の溶接 ａ２ 第２層目の溶接 ａ３ 第３層目の溶接

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多層盛溶接方法において、第１層目の溶
   接時に、該第１層目の教示パスに対してレーザセンサで
   検出される溶接線のずれを検出し該ずれを補正しながら
   溶接すると共に、上記ずれ量を補正量として所定周期毎
   記憶し、第２層目以降の溶接時には、第２層目以降の各
   教示パスに対して、対応する周期毎に上記記憶補正量を
   補正して溶接パスを生成して溶接を行うレーザセンサを
   用いた多層盛溶接方法。
2. 【請求項２】 上記第２層目以降の各教示パスは、第１
   層目の教示パスに夫々設定されたシフト量を加算して求
   める請求項１記載のレーザセンサを用いた多層盛溶接方
   法。
3. 【請求項３】 上記シフト量は、上記所定周期毎の第１
   層目の教示パスの各点における接線方向を直交座標系の
   所定軸とし、トーチ方向を他の１つの軸とした座標系に
   おいて、該座標系において設定されている各軸の値で与
   えられる請求項２記載のレーザセンサを用いた多層盛溶
   接方法。
4. 【請求項４】 多層盛溶接方法において、第１層目の溶
   接パスを教示すると共に、第１層目の教示パスの開始位
   置の接線方向を直交座標系の所定軸とし、トーチ方向を
   他の１つの軸とした座標系において２層目以降の教示パ
   スのシフト量を設定し、第１層目の溶接時に、教示され
   た第１層目のパスに対してレーザセンサで検出される溶
   接線のずれを検出し該ずれを補正しながら溶接すると共
   に、上記ずれ量を補正量として所定周期毎記憶し、第２
   層目以降の溶接時には、第１層目の教示パスの溶接開始
   位置に上記各シフト量を補正して各層の溶接開始位置と
   し、以後の各所定周期には、上記第１層目の教示パスの
   対応する位置に対応する所定周期の記憶補正量を加算
   し、かつ１つ前の周期における補正された位置と当該周
   期で補正された位置を結ぶ線を上記接線方向に代る直交
   座標系の所定軸とした座標系として、該座標系に基づい
   て上記シフト量を補正して溶接パスを求めて溶接を行う
   ことを特徴とするレーザセンサを用いた多層盛溶接方
   法。