JPH0839248A - 自動溶接方法および自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接線に隙間が発生するワークに対し、より
良好な溶接を行うことができる汎用性の大なる自動溶接
方法を提供する。 【構成】 自動溶接装置の制御部の溶接テーブルにあら
かじめ単層の溶接のための溶接条件、溶接方法、溶接ね
らいだけでなく、多層盛り溶接のための溶接条件、溶接
方法、溶接ねらいも隙間量に応じて選択可能に記憶させ
ておく。そして、１パス目にワークの溶接線に沿った隙
間を溶接ロボットに取り付けられた視覚センサにより連
続的に検出し、記憶部に記憶する。２パス目に判断部は
その検出された各隙間量と溶接テーブルとを照合し、そ
の検出された各隙間量に適した溶接条件、溶接方法、溶
接ねらいを前記あらかじめ記憶させておいた溶接テーブ
ルの中から自動的に選択して溶接を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接部に隙間が発生す
るワークを、最適条件に自動設定して溶接を行う自動溶
接方法および自動溶接装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶接部に隙間が発生するワークを
好適に溶接すべく、隙間量に応じて溶接条件を変更する
方法として、例えば、特開昭６４ー２７７７５号公報や
特開昭６１ー２１２４９６号公報等に開示の方法があ
る。

【０００３】また、多層盛り溶接において、溶接部に隙
間が発生するワークを好適に溶接すべく、溶接のねらい
位置を変更する方法として、例えば、特開昭５５ー７７
９７８号公報等に開示の方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の溶接方法によれば、通常の溶接、いわゆる単層の溶
接か多層盛りの溶接かが溶接開始当初から特定されてい
る必要があり、単層の溶接か多層盛りの溶接かが隙間量
に応じて自動的に選択される方式でないため、ワークの
溶接線全体にわたって単層の溶接が適する隙間部分と多
層盛り溶接が適する隙間部分とが混在している場合には
常に最適な溶接条件等が得られず、従って、常に良好な
溶接結果が得難く、汎用性に乏しいという欠点がある。

【０００５】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、溶接
部に隙間が発生するワークに対し、より良好な溶接を行
うことができる汎用性の大なる自動溶接方法および自動
溶接装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の方法の技術的手段は、ワークの溶接部に沿った隙間を
溶接ロボットに取り付けられた視覚センサにより連続的
に検出し、その後その検出された各隙間量に適した溶接
条件、溶接方法、溶接ねらいをあらかじめ記憶させてお
いた溶接テーブルの中から自動的に選択して溶接を行う
自動溶接方法において、単層の溶接のための溶接条件、
溶接方法、溶接ねらいだけでなく、多層盛り溶接のため
の溶接条件、溶接方法、溶接ねらいも前記隙間量に応じ
て選択可能に記憶させておく点にある。

【０００７】また、上記目的を達成するための装置の技
術的手段は、溶接ロボットに視覚センサと溶接トーチと
が交換可能に備えられ、視覚センサにより検出された隙
間量に適した溶接条件、溶接方法、溶接ねらいをあらか
じめ記憶させておいた溶接テーブルの中から自動的に選
択して溶接を行うように制御する制御部が備えられてな
る自動溶接装置において、前記記憶された溶接条件、溶
接方法、溶接ねらいの中には単層の溶接のための溶接条
件、溶接方法、溶接ねらいだけでなく、多層盛り溶接の
ための溶接条件、溶接方法、溶接ねらいも含まれ、前記
溶接ロボットのロボットアーム先端部のヘッド部に前記
視覚センサと溶接トーチとが互いに交換可能に装着され
る装着部が備えられ、前記ロボットアームに視覚センサ
の信号ケーブルやコンジットケーブルを解除可能に遊挿
状に保持する開閉式保持部が備えられてなる点にある。

【０００８】

【作用】本発明の自動溶接方法によれば、先に視覚セン
サによりワークの溶接部の隙間量を連続的に検出する。
次に、視覚センサにより検出された隙間量に応じて、あ
らかじめ記憶されている単層の溶接のための溶接条件、
溶接方法、溶接ねらい、および多層盛り溶接のための溶
接条件、溶接方法、溶接ねらいの中から適した溶接条件
等を自動的に選択して溶接を行う方法であり、ワークの
溶接部全体にわたって単層の溶接が適する隙間部分と多
層盛り溶接が適する隙間部分とが混在している場合にも
常に最適な溶接条件等が選択されて溶接が行われるた
め、常に良好な溶接結果が得られる。従って、良好に自
動溶接を行うことができる範囲が拡大し、良好に自動溶
接可能なワーク対象範囲が拡大され、汎用性が大とな
る。

【０００９】また、本発明の自動溶接装置によれば、溶
接ロボットに備えられた視覚センサによりワークの溶接
部の隙間量を連続的に検出する。次に、視覚センサと溶
接トーチとが交換され、視覚センサにより検出された隙
間量に応じて、あらかじめ記憶されている単層の溶接の
ための溶接条件、溶接方法、溶接ねらい、および多層盛
り溶接のための溶接条件、溶接方法、溶接ねらいの中か
ら適した溶接条件等を制御部により自動的に選択して溶
接が行われる。この際、ワークの溶接部全体にわたって
単層の溶接が適する隙間部分と多層盛り溶接が適する隙
間部分とが混在している場合にも常に最適な溶接条件等
が選択されて溶接が行われるため、常に良好な溶接結果
が得られる。従って、良好に自動溶接を行うことができ
る範囲が拡大し、良好に自動溶接可能なワーク対象範囲
が拡大され、汎用性が大となる。

【００１０】そして、信号ケーブルやコンジットケーブ
ルはロボットアームに備えられた開閉式保持部に遊挿状
に保持されるため、隙間の検出時や溶接時において信号
ケーブルやコンジットケーブルのワーク側に対する干渉
が有効に防止できて、狭い場所における溶接作業が容易
となると共に、視覚センサと溶接トーチとの交換作業も
開閉式保持部の開閉操作により容易に行える利点があ
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
すると、図１において、１は自動溶接装置を示してお
り、６軸制御方式の溶接ロボット２やポジショナ３等が
備えられている。

【００１２】そして、溶接ロボット２は、基板４上に設
置されたガイド台５に沿って水平方向に移動操作自在な
ロボット本体部６と、ロボット本体部６に上下方向に移
動操作自在に支持された第１ロボットアーム７と、第１
ロボットアーム７の突出端部側に水平軸心回りに回動操
作自在に支持された第２ロボットアーム８と、第２ロボ
ットアーム８の軸心回りに回動操作自在に支持された第
３ロボットアーム９と、第３ロボットアーム９の端部に
多軸回りに回動操作自在に支持されたヘッド部１０とを
備える。

【００１３】前記ヘッド部１０は、図２に示される如
く、第３ロボットアーム９の先端部に該ロボットアーム
９の軸心と直交する軸心回りに回動操作自在に支持され
たヘッドアーム部１１が備えられ、ヘッドアーム部１１
にその軸心回りに回動操作自在にＣＣＤカメラ等からな
る視覚センサ１２と溶接トーチ１３とを互いに交換可能
に装着するための装着部としての装着フランジ１４が備
えられている。

【００１４】また、対応する視覚センサ１２や溶接トー
チ１３側には前記装着フランジ１４に着脱自在に装着さ
れるセンサホルダやトーチホルダを有する装着フランジ
部１５、１６がそれぞれ備えられている。

【００１５】また、適宜各ロボットアーム７、８、９の
上面側には、その長手方向に離隔して複数の開閉式保持
部１８が備えられている。

【００１６】各開閉式保持部１８は、図３および図４に
示される如く、例えば、第３ロボットアーム９の上面側
に立設されたコ字状の支持枠１９と、支持枠１９の上部
に支軸２０回りに回動自在に支持された対の略Ｌ字状の
保持アーム２１とを備えている。また、第３ロボットア
ーム９の上面側には操作シリンダ２２が立設状に備えら
れ、操作シリンダ２２のシリンダロッド２２ａ先端部に
操作杆２３が装着されている。

【００１７】そして、前記各保持アーム２１の下端部に
設けられた係合ピン２４が、操作杆２３に形成された一
対のガイド溝２３ａに摺動自在にそれぞれ係合されてお
り、シリンダロッド２２ａの出退操作により各保持アー
ム２１の上端側が接離操作自在とされ、ここに両保持ア
ーム２１で囲まれたケーブル保持空間部２５が開閉操作
自在とされている。

【００１８】また、各保持アーム２１には、ケーブル保
持空間部２５に位置してガイドローラ２６が転動自在に
支持されており、第３ロボットアーム９の長手方向に沿
ってコンジットケーブル２７や視覚センサ１２の信号ケ
ーブル２８を円滑に案内すべく構成されている。

【００１９】そして、ヘッド部１０の駆動操作に支障が
生じない範囲で、各保持アーム２１に保持されたコンジ
ットケーブル２７や信号ケーブル２８のたるみを防止す
べく、コンジットケーブル２７や信号ケーブル２８を図
２の矢印Ｐ方向にケーブル２７、２８を適宜力で引張り
付勢する引張り装置が適宜備えられている。

【００２０】なお、図３および図４において、２９は両
保持アーム２１を閉方向に付勢すべく、両ローラ支持部
３０間にわたって張設された引張りバネである。

【００２１】また、図１に示される如く、基板４上の一
側部には水平面内において互いに直行する２軸方向に移
動制御自在な移動テーブル３１が備えられており、該移
動テーブル３１に視覚センサ１２や溶接トーチ１３が載
置状とされるユニット載置台３２が備えられている。

【００２２】そして、視覚センサ１２もしくは溶接トー
チ１３のいずれか一方が溶接ロボット２の装着フランジ
１４に装着され、他方がユニット載置台３２の所定位置
に載置保持されている。そして、ユニット載置台３２は
溶接ロボット２の作業中には溶接ロボット２の動作に支
障のない位置に退避されており、視覚センサ１２と溶接
トーチ１３との交換時には、ユニット載置台３２を溶接
ロボット２に対して所定位置に移動させ、視覚センサ１
２と溶接トーチ１３とが自動交換可能に構成されてい
る。

【００２３】また、基板４上に備えられた制御装置３３
には図５に示される如く、自動溶接装置１を制御するた
めの制御部３４が備えられており、制御部３４は視覚セ
ンサ１２により検出された隙間量検出データを取り込む
記憶部３５と、ワークの板厚や隙間量に応じて最適な溶
接条件、溶接方法、溶接ねらいを各種記憶させておく溶
接テーブル３６と、前記記憶部３５に記憶された前記検
出データと溶接テーブル３６とを照らし合わせて最適な
溶接条件、溶接方法、溶接ねらいを選び出す判断部３７
とを備える。

【００２４】また、前記溶接テーブル３６には、隙間量
に応じて、単層の溶接のための溶接条件、溶接方法、溶
接ねらいだけでなく、多層盛り溶接のための溶接条件、
溶接方法、溶接ねらいをも選択可能に記憶されている。

【００２５】そして、その選び出された最適条件に応じ
て、溶接方法、溶接速度、溶接ねらいの制御信号は溶接
ロボット２の駆動部３８に送られ、溶接電流、溶接電圧
の制御信号は溶接機３９に送られるように構成されてい
る。

【００２６】次に、この自動溶接装置１おける自動溶接
方法を図６に示される動作フローチャートを参照しなが
ら説明すると、先ず、ステップＳ１において、１パス目
かどうかが判断され、１パス目であれば、視覚センサ１
２が溶接ロボット２にセットされる（ステップＳ２）。

【００２７】そして、あらかじめ教示された溶接部とし
てのワークの溶接線に沿って、視覚センサ１２により各
部品の位置ずれ量や隙間量を検出し（ステップＳ３）、
その検出データを記憶部３５に記憶する（ステップＳ
４）。

【００２８】次に、ステップＳ１に戻り、今度は２パス
目であるから、ステップＳ５に移行して、溶接ロボット
２から視覚センサ１２を取外し、溶接トーチ１３をセッ
トする。

【００２９】その後、ステップＳ６に移行して、記憶部
３５に記憶されている検出データに基づいて溶接テーブ
ル３６の中から最適な溶接条件等を順次選択、修正し、
溶接を実行する（ステップＳ７）。

【００３０】即ち、１パス目で視覚センサ１２により溶
接線に沿った隙間量を検出し、２パス目でその検出デー
タに応じた制御部３５からの制御信号によって溶接トー
チ１３により溶接線に沿って溶接を実行するように構成
されている。

【００３１】本発明の実施例は以上のように構成されて
おり、例えば、ワークとして図７に示されるような内部
に螺旋状のブレード４５が取り付けられたミキサー車の
ドラム４６を製作する場合につき説明する。

【００３２】この場合、図１に示される如く、ドラム４
６の回転軸と直行する平面で２分割状とされた半分割ド
ラム４６をそれぞれ製作した後、両半分割ドラム４６を
位置合わせして互いに溶接することによって前記ドラム
４６が完成される。

【００３３】即ち、半分割ドラム４６がポジショナ３に
セットされる。この際、半分割ドラム４６の一端部側が
複数のローラ４８で転動自在に支持され、半分割ドラム
４６の軸心回りに回動操作自在にポジショナ３にセット
される。そして、溶接ロボット２に視覚センサ１２が装
着された状態で、視覚センサ１２によりブレード４５と
ドラム４６との溶接線４７に沿って隙間量を連続的に、
例えば約２０ｃｍ間隔で検出していく。この際、検出さ
れた隙間量の検出データは制御部３４の記憶部３５にす
べて取り込まれる。

【００３４】そして、溶接線４７に沿った隙間量の検出
が終了すると、溶接ロボット２のヘッド部１０および各
ロボットアーム７、８、９から視覚センサ１２および信
号ケーブル２８を取外し、ヘッド部１０および各ロボッ
トアーム７、８、９に溶接トーチ１３およびコンジット
ケーブル２７をセットする。この際、溶接ロボット２お
よびユニット載置台３２が所定の交換位置に移動制御さ
れ、その後、各開閉式保持部１８が解放され、視覚セン
サ１２がユニット載置台３２の所定位置に載置保持さ
れ、次にユニット載置台３２に載置されている溶接トー
チ１３がヘッド部１０の装着フランジ１４にセットさ
れ、各開閉式保持部１８の閉操作によりコンジットケー
ブル２７が各開閉式保持部１８に保持され、ここに視覚
センサ１２と溶接トーチ１３とが自動的に交換される。
その後、溶接トーチ１３により溶接を実行する。

【００３５】この際、記憶部３５に記憶された隙間量の
検出データと溶接テーブル３６とが照合され、溶接のた
めの最適条件を判断部３７で選び出す。このミキサー車
のドラム４６の場合、場所によって板厚が３．２ｍｍ、
４．０ｍｍ、４．５ｍｍとあり、それぞれの板厚の位置
を設定しておくことによって、それぞれの位置において
溶接条件等が自動的に変更されることとなる。

【００３６】そして例えば、図５に示される如く、板厚
が３．２ｍｍの場合において、隙間量が０〜１．５ｍｍ
の場合は、通常の１層溶接（１回溶接）で、その適正な
溶接条件、溶接ねらいで溶接を行い、隙間量が１．５〜
３．０ｍｍの場合は、２層盛り（２回溶接）で、その適
正な溶接条件、溶接ねらいで溶接を行う。この場合、隙
間量検出を約２０ｃｍ間隔で行っているため、溶接時に
はその間隔で各最適条件等を変更しながら連続的にブレ
ード４５を自動溶接していく。

【００３７】上記隙間量検出の間隔は溶接対象物に応じ
て適宜設定すればよい。

【００３８】以上のように、視覚センサ１２により検出
された隙間量に応じて、溶接テーブル３６にあらかじめ
記憶されている通常の１層の溶接のための溶接条件、溶
接方法、溶接ねらい、および多層盛り溶接のための溶接
条件、溶接方法、溶接ねらいの中から適した溶接条件等
を制御部により自動的に選択して溶接を行うため、ドラ
ム４６の溶接線４７全体にわたって１層の溶接が適する
隙間部分と多層盛り溶接が適する隙間部分とが混在して
いる場合にも常に最適な溶接条件等が選択されて溶接が
行われ、常に良好な溶接結果を得ることができる。ここ
に、溶接不良なく確実に隙間部を自動溶接することがで
き、良好に自動溶接を行うことができる範囲が拡大し、
従って、良好に自動溶接可能なワーク対象範囲が拡大さ
れ、汎用性が大となる。

【００３９】また、コンジットケーブル２７や信号ケー
ブル２８は各ロボットアーム７、８、９に備えられた開
閉式保持部１８に遊挿状に保持されるため、隙間の検出
時や溶接時においてコンジットケーブル２７や信号ケー
ブル２８のドラム４６側に対する干渉が有効に防止で
き、非常に狭いミキサー車のドラム４６内の溶接作業も
何等支障なく行うことができる。

【００４０】さらに、視覚センサ１２と溶接トーチ１３
との交換作業に際しても、開閉式保持部１８の開閉操作
により信号ケーブル２８やコンジットケーブル２７の保
持や解除が容易となり、前記交換作業が容易に行える利
点がある。

【００４１】また、図１に示されるように、各ローラ４
８上に半分割ドラム４６を支持させ、ポジショナ３によ
り回転操作可能としておけば、上向き溶接が有効に回避
できる利点もある。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の自動溶接方法お
よび自動溶接装置によれば、溶接ロボットに備えられた
視覚センサによりワークの溶接部の隙間量を連続的に検
出し、視覚センサにより検出された隙間量に応じて、あ
らかじめ記憶されている単層の溶接のための溶接条件、
溶接方法、溶接ねらい、および多層盛り溶接のための溶
接条件、溶接方法、溶接ねらいの中から適した溶接条件
等を制御部により自動的に選択して溶接が行われるもの
であり、ワークの溶接部全体にわたって単層の溶接が適
する隙間部分と多層盛り溶接が適する隙間部分とが混在
している場合にも常に最適な溶接条件等が選択されて溶
接が行われ、常に良好な溶接結果が得られ、良好に自動
溶接可能なワーク対象範囲が拡大され、汎用性が大とな
るという利点がある。

【００４３】また、信号ケーブルやコンジットケーブル
はロボットアームに備えられた開閉式保持部に遊挿状に
保持されるため、隙間の検出時や溶接時において信号ケ
ーブルやコンジットケーブルのワーク側に対する干渉が
有効に防止できて、狭い場所における溶接作業が容易と
なると共に、視覚センサと溶接トーチとの交換作業も開
閉式保持部の開閉操作により容易に行えるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる自動溶接装置の全体斜
視図である。

【図２】同一部拡大図である。

【図３】図２の一部拡大説明図である。

【図４】同動作説明図である。

【図５】制御部のブロック図である。

【図６】自動溶接の処理を示すフローチャートである。

【図７】ドラムの概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 自動溶接装置 ２ 溶接ロボット ７ 第１ロボットアーム ８ 第２ロボットアーム ９ 第３ロボットアーム １０ ヘッド部 １２ 視覚センサ １３ 溶接トーチ １４ 装着フランジ １８ 開閉式保持部 ２７ コンジットケーブル ２８ 信号ケーブル ３４ 制御部 ３５ 記憶部 ３６ 溶接テーブル ３７ 判断部 ４６ ドラム ４７ 溶接線

───────────────────────────────────────────────────── 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 13/08 Ａ 15/08 Ｆ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの溶接部に沿った隙間を溶接ロボ
   ットに取り付けられた視覚センサにより連続的に検出
   し、その後その検出された各隙間量に適した溶接条件、
   溶接方法、溶接ねらいをあらかじめ記憶させておいた溶
   接テーブルの中から自動的に選択して溶接を行う自動溶
   接方法において、 単層の溶接のための溶接条件、溶接方法、溶接ねらいだ
   けでなく、多層盛り溶接のための溶接条件、溶接方法、
   溶接ねらいも前記隙間量に応じて選択可能に記憶させて
   おくことを特徴とする自動溶接方法。
2. 【請求項２】 溶接ロボットに視覚センサと溶接トーチ
   とが交換可能に備えられ、視覚センサにより検出された
   隙間量に適した溶接条件、溶接方法、溶接ねらいをあら
   かじめ記憶させておいた溶接テーブルの中から自動的に
   選択して溶接を行うように制御する制御部が備えられて
   なる自動溶接装置において、 前記記憶された溶接条件、溶接方法、溶接ねらいの中に
   は単層の溶接のための溶接条件、溶接方法、溶接ねらい
   だけでなく、多層盛り溶接のための溶接条件、溶接方
   法、溶接ねらいも含まれ、前記溶接ロボットのロボット
   アーム先端部のヘッド部に前記視覚センサと溶接トーチ
   とが互いに交換可能に装着される装着部が備えられ、前
   記ロボットアームに視覚センサの信号ケーブルやコンジ
   ットケーブルを解除可能に遊挿状に保持する開閉式保持
   部が備えられてなることを特徴とする自動溶接装置。