JPH10109164A - 溶接条件適応制御装置 - Google Patents

溶接条件適応制御装置

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JPH10109164A
JPH10109164A JP26490496A JP26490496A JPH10109164A JP H10109164 A JPH10109164 A JP H10109164A JP 26490496 A JP26490496 A JP 26490496A JP 26490496 A JP26490496 A JP 26490496A JP H10109164 A JPH10109164 A JP H10109164A
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JP
Japan
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welding
arc
robot
torch
welding condition
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Pending
Application number
JP26490496A
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English (en)
Inventor
Naoyuki Goto
直幸 後藤
Yuji Sugitani
祐司 杉谷
Yoshihiro Kanjiyou
義弘 勘定
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大形・長尺ワークのルートギャップの変動や
ワーク傾斜等の変動要因に対する溶接条件の最適制御を
行う溶接条件適応制御装置を提供する。 【解決手段】 高速回転アーク溶接を行う溶接ロボット
21の動作プログラムをCAD/CAMシステム30に
より作成し、ロボット制御装置22により制御する装置
において、適正溶接条件を設定登録した溶接条件データ
ベース41、ルートギャップを検出するギャップ検出ユ
ニット43、検出したルートギャップに対応する適正溶
接条件をデータベース41より取り出し、トーチ姿勢制
御ユニット44及びロボット制御装置22にその適正溶
接条件を出力する溶接条件制御ユニット42から構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接条件適応制御
装置に係り、特に造船、橋梁などの大形構造物のワーク
を適正な溶接条件で溶接するための溶接条件適応制御装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】造船、橋梁などの大形構造物のワークは
ブロック単位で溶接が行われる。一般的にはCAD/C
AMシステムでオフラインプログラムされた多関節の溶
接ロボットを使用する(特開平6−214625号公
報)。その溶接ロボットには周知の高速回転アーク溶接
の機能を持たせている。しかし、ブロック組立における
各取付部材の加工精度や取付精度を確保するには限界が
ある。例えば、造船の船首部、船尾部の曲がり外板ブロ
ックの場合、外板に多数のロンジ及びトランスを取り付
ける。このとき、外板とロンジあるいはトランスとの間
のルートギャップや、ロンジとトランスとの間のルート
ギャップには必ずといってよいほど変動が生じる。ま
た、ロンジ、トランス等の取付部材の形状、大きさ等が
複雑で多様なため、上記公報に開示された技術ではルー
トギャップの変動やワークの複雑さに適切に対応できな
い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ルートギャップの変動
やワークの複雑さなどを容認したうえで、しかも一定の
溶接品質を確保する自動溶接を可能とするためには、そ
れぞれの変動要因に対して溶接条件を最適に制御する必
要がある。
【0004】本発明は、かかる観点からなされたもの
で、大形・長尺ワークのルートギャップ等の変動要因に
対する溶接条件の最適制御を行う溶接条件適応制御装置
を提供することを課題としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接条件適
応制御装置は、高速回転アーク溶接を行う溶接ロボット
の動作プログラムをCAD/CAMシステムにより作成
し、制御する装置において、適正溶接条件を設定登録し
た溶接条件データベースと、ルートギャップを検出する
ギャップ検出手段と、検出されたルートギャップに対応
する適正溶接条件を溶接条件データベースより取り出
し、溶接ロボットを制御するロボット制御手段及びトー
チ姿勢を制御するトーチ姿勢制御手段へ出力する溶接条
件制御手段とを備えたことを特徴とするものである。上
記の適正溶接条件とは、例えば、ワークの上下・左右方
向の傾斜、開先形状、脚長、トーチ姿勢に関する制御パ
ラメータである。
【0006】ギャップ検出手段によってルートギャップ
が検出され、そのルートギャップに対応する適正溶接条
件が溶接条件データベースから取り出され、溶接条件制
御手段よりトーチ姿勢制御手段及びロボット制御手段へ
出力される。そして、ロボット制御手段により溶接ロボ
ット及び溶接電源をその適正溶接条件で制御するので、
ルートギャップの変動やワークの傾斜等があっても、そ
れらの変動要因に対し適正な溶接条件及びトーチ姿勢で
高速回転アーク溶接を行うことができる。
【0007】
【発明の実施の形態】図1は本発明の溶接条件適応制御
装置のシステム構成を示すブロック図である。また、図
2は溶接ロボットシステムの概要図である。
【0008】まず、図2の溶接ロボットシステムの概要
を説明する。この図は造船用の曲がり外板ブロックに対
する自動溶接を例示するもので、ワーク1は複数の曲が
り外板(母板)11を板継ぎ溶接されており、その母板
11上に複数のロンジ12とトランス13を仮付け溶接
されている。そして、このように仮付けされたワーク1
は、オフセット定盤100上に設けられた多数の高さの
異なる棒状の突起101により支持されて溶接ロボット
システム20の場所に搬入される。この溶接ロボットシ
ステム20は、複数の多関節溶接ロボット21を天吊り
式に装備したもので、各溶接ロボット21は回転アーク
溶接トーチ22を先端部に備える6軸の回転軸と、さら
に外部軸としてX,Y,Z軸の3軸の移動軸を持ってい
る。これらの溶接ロボット21により、母板11とロン
ジ12、トランス13の升目状の隅肉溶接、並びにロン
ジ12とトランス13の接続部の隅肉溶接が自動的に行
われる。
【0009】上記の各溶接ロボット21を制御する制御
システムの概要が図1に示すものである。図1におい
て、30は溶接ロボット21の動作プログラムをオフラ
インで作成するCAD/CAMシステムである。このC
AD/CAMシステム30より溶接ロボット21のロボ
ット制御装置23に、ワーク傾斜、開先形状、脚長、ト
ーチ姿勢に関する制御パラメータ信号を与える。ワー
ク傾斜とは、溶接線の上下方向または左右方向の傾斜で
あり、母板11や取付部材(ロンジ12、トランス1
3)の形状情報から与えられる。開先形状は、取付部材
の板厚、取付角度、標準ルートギャップに関する寸法デ
ータである。トーチ姿勢は、トーチ角度(α)及びトー
チ前進または後退角度(β)である。
【0010】上記のロボット制御装置23に対して、本
発明に係る溶接条件適応制御装置40が図1に示すよう
に外部制御ユニットとして設けられている。溶接条件適
応制御装置40は、溶接条件データベース41と、溶接
条件制御ユニット42、ギャップ検出ユニット43、ト
ーチ姿勢制御ユニット44、及びこれらの各ユニットと
ロボット制御装置23間の入出力を行うロボットインタ
ーフェース45から構成されている。
【0011】溶接条件データベース41には、基本的に
ルートギャップに対応する適正溶接条件が設定登録され
ている。適正溶接条件とは、溶接電流(Ia)、アーク
電圧(Ea)、溶接速度(Vz)、ワイヤ送給速度(V
f)、トーチ姿勢(トーチ角度(α)、トーチ前後角
(β))、及びアークセンサに関する制御パラメータで
ある。なお、溶接条件データベース41はCAD/CA
Mシステム30の中に格納することもできる。
【0012】ギャップ検出ユニット43は、アークセン
サまたは視覚センサ(レーザセンサ、CCDカメラ)な
どからなるギャップ検出センサ43aを備えている。ア
ークセンサの場合は、高速回転アーク溶接時のアーク回
転位置と各々のアーク回転位置における溶接電流波形ま
たはアーク電圧波形を検出し、その波形についての所定
範囲の積分値がルートギャップと相関関係にあることか
ら、その積分値に基づくアークセンサ出力とルートギャ
ップの関係を求めることによりルートギャップの変化を
リアルタイムに検出することができる。
【0013】例えば、図3はアーク電圧波形とアーク回
転位置との関係を模式的に示すもので、A波形はルート
ギャップG=0のときのアーク電圧波形であり、B波形
はG>0のときのアーク電圧波形である。また、図4は
アークセンサ出力信号ΔSGとルートギャップGとの関
係を示すグラフである。図3より、ルートギャップが存
在すると、回転アークの溶接進行方向の前方点Cf での
アーク長が長くなるため、B波形のようにアーク電圧が
変化する。そこで、それぞれCf 点、Cr 点を含む所定
範囲の積分値SCf、SCrと、R点、L点を含む所定範囲
の積分値SR 、SL を求め、さらにA、B波形について
それぞれΔSA =(SCf+SCr)−(SR +SL )、Δ
SB =(SCf+SCr)−(SR +SL )を求め、その差
ΔSG =ΔSA −ΔSB を求めると、図4に示すように
アークセンサ出力信号ΔSG とルートギャップGには相
関関係があるので、ギャップ検出ユニット13おいてア
ークセンサ出力信号ΔSG を基準値と比較することによ
り、溶接中リアルタイムにルートギャップの大きさを検
出することができる。
【0014】また、レーザセンサやCCDカメラなどか
らなる視覚センサによっても、開先面までの距離や開先
形状の撮像画像を処理することにより、ルートギャップ
を検出することができる。
【0015】そして、検出されたルートギャップはギャ
ップ検出ユニット43より溶接条件制御ユニット42に
送られ、そのルートギャップに対応する適正溶接条件を
溶接条件データベース41から取り出し、その適正溶接
条件の制御パラメータ信号がロボットインタフェース
45を通してロボット制御装置23に送られる。この制
御パラメータ信号は、溶接電流(Ia)、アーク電圧
(Ea)、溶接速度(Vz)、ワイヤ送給速度(Vf)
に関するものである。
【0016】また、トーチ姿勢制御ユニット44は、溶
接条件制御ユニット42からの適正溶接条件に対応する
トーチ姿勢信号(トーチ角度(α)、トーチ前後角
(β))をロボットインタフェース45を通してロボッ
ト制御装置23に送る。そして、ロボット制御装置23
において、CAD/CAMシステム30からの制御パラ
メータ信号と、溶接条件制御ユニット42からの制御
パラメータ信号と、トーチ姿勢制御ユニット44から
の制御パラメータ信号とが比較・評価される。例え
ば、トーチ角度(α)、トーチ前後角(β)はそれぞれ
許容範囲を持っている。通常、α=45゜±5゜、β=
90゜±15゜としている。この範囲内では溶接ロボッ
ト21が取付部材と干渉することがなく、かつ、高速回
転アーク溶接の標準的な範囲である。いま、ギャップ検
出ユニット43により検出されたルートギャップに基づ
いて、αが50゜より大きい条件を選んだ場合、溶接ロ
ボット21が取付部材と干渉しないときはその条件が選
択されるが、干渉するときはαを50゜に制限する。
【0017】このようにしてロボット制御装置23がル
ートギャップに対応する適正溶接条件を選択し、その適
正溶接条件で溶接ロボット21及び溶接電源24をそれ
ぞれ制御する。ロボット制御装置23から出力されるロ
ボット本体に対する制御パラメータ信号はトーチ姿勢
(トーチ角度(α)、トーチ前後角(β))と溶接速度
(Vz)に関するものであり、アークセンサに対する制
御パラメータ信号はアーク回転速度(N)、アーク回
転径(D)、センサゲイン、センサシフト量(ΔS)に
関するものである。また、溶接電源24に対しては溶接
電流(Ia)、アーク電圧(Ea)、ワイヤ送給速度
(Vf)に関する制御パラメータ信号によって制御さ
れる。従って、ルートギャップの変動及びワークの傾斜
に対して、適正な溶接条件及びトーチ姿勢で高速回転ア
ーク溶接を行うことができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大形の長尺部材に特有な変動要因、すなわちルートギャ
ップの変動やワークの傾斜等に応じて適正な溶接条件及
びトーチ姿勢で高速回転アーク溶接を行うことができ、
造船、橋梁などの大型ワークの自動隅肉溶接の品質向上
に大いに役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の溶接条件適応制御装置のブロック図で
ある。
【図2】溶接ロボットシステムの概要図である。
【図3】高速回転アーク溶接方法におけるアーク回転位
置とアーク電圧波形の関係を示す模式図である。
【図4】アークセンサ出力信号とルートギャップの関係
を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ワーク 11 母板 12 ロンジ 13 トランス 20 溶接ロボットシステム 21 溶接ロボット 22 溶接トーチ 23 ロボット制御装置 24 溶接電源 30 CAD/CAMシステム 40 溶接条件適応制御装置 41 溶接条件データベース 42 溶接条件制御ユニット 43 ギャップ検出ユニット 43a ギャップ検出センサ 44 トーチ姿勢制御ユニット 45 ロボットインターフェース 100 オフセット定盤 101 突起

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高速回転アーク溶接を行う溶接ロボット
    の動作プログラムをCAD/CAMシステムにより作成
    し、制御する装置において、 適正溶接条件を設定登録した溶接条件データベースと、 ルートギャップを検出するギャップ検出手段と、 検出された前記ルートギャップに対応する適正溶接条件
    を前記溶接条件データベースより取り出し、前記溶接ロ
    ボットを制御するロボット制御手段及びトーチ姿勢を制
    御するトーチ姿勢制御手段へ出力する溶接条件制御手段
    と、を備えたことを特徴とする溶接条件適応制御装置。
JP26490496A 1996-10-04 1996-10-04 溶接条件適応制御装置 Pending JPH10109164A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030064011A (ko) * 2002-01-25 2003-07-31 주식회사 세원정공 자동차용 카울크로스바의 교정용접 위치 결정방법
KR100424008B1 (ko) * 2001-05-22 2004-03-22 주식회사 한진중공업 컴퓨터로 제어가능한 자동용접 주행장치와 이를 이용한 용접방법
KR100593535B1 (ko) * 2001-09-03 2006-06-28 현대중공업 주식회사 각도별 용접조건 자동제어 및 위빙 모션 구현이 가능한자기 진단형 용접 캐리지 제어기
JP2015043203A (ja) * 2013-08-14 2015-03-05 アルティス ゲーエムベーハーARTIS GmbH 産業用ロボットの監視機能の自動化された構成のための方法及び装置

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KR20030064011A (ko) * 2002-01-25 2003-07-31 주식회사 세원정공 자동차용 카울크로스바의 교정용접 위치 결정방법
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