JPH10291073A - 自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶接トーチの先端と変位センサとの相対位置を
正確に検出し、その変位量を制御装置で補正し得るよう
にした自動溶接装置を提供することにある。 【解決手段】溶接ロボットを用いた自動溶接装置におい
て、溶接トーチ２と変位センサ９の相対位置を検出する
検出手段１０を設け、前記変位センサ９で検出したワー
ク８の開先位置と、前記検出手段１０の出力に基づい
て、予めティーチングされている溶接トーチ２の移動経
路を補正して溶接ロボット１を制御する制御装置３とを
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接を行な
うための溶接ロボットを用いた自動溶接装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】溶接ロボットを用い、予め教示された経
路にしたがって溶接トーチを移動させてアーク溶接を行
なう自動溶接装置において、高品質の溶接ビードを形成
するためには、個々のワーク毎に、その開先位置、突合
せ位置など溶接対象領域における溶接すべき位置に、溶
接トーチを正確に位置決めして溶接を開始することが必
要になる。

【０００３】溶接位置を光学的に検出するものとして、
たとえば、特開平３−５２７７４号公報に開示された開
先検出装置が提案されている。この装置においては、溶
接位置の前方５０〜３００ｍｍの位置に揺動機構に取り
付けた変位センサを設け、その検出結果に基づいて溶接
トーチの移動方向を制御するようにしたものであり、良
好な溶接を行なうことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、自動溶接装置
でティーチング時のみ変位センサを取付け、溶接時には
変位センサを取り外すようにしている場合、ワークの形
状により変位センサの取付け位置を変える場合など、溶
接トーチに対して変位センサを着脱した場合、あるい
は、溶接トーチもしくは変位センサをワークや治具など
に衝突させた場合、予め設定された溶接トーチと変位セ
ンサの相対位置が変化してしまい、変位センサの出力に
基づいて溶接トーチの移動方向を制御しても、溶接ワイ
ヤの先端が狙い位置から外れ、満足な溶接結果が得られ
ないことがある。

【０００５】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、溶接
トーチの先端と変位センサとの相対位置を正確に検出
し、その変位量を制御装置で補正し得るようにした自動
溶接装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、溶接トーチと変位センサの相対
位置を検出する検出手段を設け、前記変位センサで検出
したワークの開先位置と、前記検出手段の出力に基づい
て、予めティーチングされている溶接トーチの移動経路
を補正してアーク溶接ロボットを制御する制御装置とを
設けた。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明における自動溶接
装置の構成を示す斜視図、図２は、溶接トーチと検出装
置の相対位置を検出する際の制御系統図、図３は、開先
位置の検出状態を示す斜視図、図４は、変位センサの構
成を示す３面図である。

【０００８】図１において、１は多関節型のロボット
で、その手首部には、溶接トーチ２が取り付けられ、溶
接ロボットを構成している。３は制御装置で、ロボット
１を駆動制御して、溶接トーチ２を空間３軸で移動制御
する。４はティーチングボックスで、ロボット１に教示
した移動経路を記憶し、溶接作業時に、制御装置３に教
示された移動経路を出力する。

【０００９】５は溶接ワイヤで、溶接トーチ２から所定
の長さ突出するように供給されている。６は溶接電源
で、溶接トーチ２を介して、溶接ワイヤ５に所定電圧、
波形の溶接電流を印加する。

【００１０】７はポジショナで、ロボット１に対し所定
の位置に配置され、ワーク８を所要の姿勢で支持する。
９は変位センサで、溶接トーチ２に固定されている。１
０は検出装置で、ロボット１に対して所定の位置に配置
されている。

【００１１】図２において、１１はロボットの駆動装置
で、制御装置３の指令に基づいてロボット１を駆動し、
溶接トーチ２を移動させる。１０は検出装置で、発光素
子が少なくとも一列に配列された発光部１３と、各発光
素子に個別に対向する受光素子を配列した受光部１４で
構成され、発光部１３で形成されるライン光１５を溶接
トーチ２および変位センサ９が横切ることによりその相
対位置を検出するようになっている。

【００１２】１６はラインセンサ制御装置で、ライン光
１５に溶接トーチ２、変位センサ９が挿入されたとき、
発光部１３からの光を遮られ非受光状態になった受光部
１４の位置を検出して、溶接トーチ２と変位センサ９相
対位置を算出し、制御装置３に印加する。

【００１３】１７は変位センサ制御装置で、ワークの開
先を検出する際に、変位センサ９の出力の変化から開先
位置を検出して、制御装置３に印加する。

【００１４】図３において、ワーク８の開先位置の検出
は、変位センサ９をワーク８の表面と平行な平面内で、
開先を横切る（矢印）方向に移動させることにより行な
う。

【００１５】図４において、変位センサ９は、発光部１
８と受光部１９を備え、発光部１８の光がワークによっ
て反射され、受光部１９で受光される位置に基づいて変
位センサ９とワークの距離を算出し、開先位置を検出し
て制御装置３に印加する。

【００１６】前記発光部１８の両側には、発光部１８の
中心２０から等距離の位置に突起２１が形成されてい
る。

【００１７】このような構成で、図５に示すフローチャ
ートに基づいて、図６ないし図９に示す工程図を参照し
て、溶接トーチと変位センサの相対位置を検出する手順
を説明する。

【００１８】まず、制御装置によりロボットを駆動し
て、図６に示すように、溶接トーチ２と変位センサ９を
検出装置１０の上方に位置決めする（ステップＳ１）。
検出装置１０は、発光部１３を発光させる。すると、受
光部１４は、すべての素子が受光状態になる。

【００１９】この状態で、制御装置によりロボットを駆
動して、溶接トーチ２と変位センサ９をＺ方向に下降を
開始させる（ステップＳ２）。そして、図７に示すよう
に、溶接ワイヤ５が、ライン光１５を横切ると、溶接ワ
イヤ５によってライン光１５の一部が遮られるため、受
光部１４を構成する受光素子の内の一部の受光素子が非
受光状態になる。このとき、ロボットのＺ軸方向の座標
Ｚｗを記憶する（ステップＳ３）。

【００２０】さらに、ロボットが作動して、溶接トーチ
２と変位センサ９がΔＺｗ下降したら、受光部１４で非
受光状態になった受光素子の位置と数を求め、その両端
の受光素子の位置Ｐｗ１とＰｗ２から、溶接ワイヤ５の
軸心に相当する中点Ｐｗを求める（ステップＳ４）。

【００２１】さらに、ロボットが作動して、溶接トーチ
２と変位センサ９がＺ方向に下降すると、図８に示すよ
うに、溶接トーチ２がライン光１５を横切る。すると、
溶接トーチ２によってライン光１５が遮られるため、受
光部１４を構成する受光素子の内の一部の受光素子が非
受光状態になる。このとき、ロボットのＺ軸方向の座標
Ｚｔを記憶する（ステップＳ５）。

【００２２】さらに、ロボットが作動して、溶接トーチ
２と変位センサ９がΔＺｔ下降したら、受光部１４で非
受光状態になった受光素子の位置Ｐｔ１とＰｔ２と数を
求め（ステップＳ６）、その両端の受光素子の位置Ｐｔ
１とＰｔ２から、溶接トーチ２の軸心に相当する中点Ｐ
ｔを求める（ステップＳ７）。

【００２３】さらに、ロボットが作動して、溶接トーチ
２と変位センサ９がＺ方向に下降すると、図９に示すよ
うに、変位センサ９の突起２１がライン光１５を横切
る。すると、変位センサ９の突起２１によってライン光
１５が遮られるため、受光部１４を構成する受光素子の
内の一部の受光素子が非受光状態になる。このとき、ロ
ボットのＺ軸方向の座標Ｚｓを記憶する（ステップＳ
８）。

【００２４】さらに、ロボットが作動して、溶接トーチ
２と変位センサ９がΔＺｓ下降したら、受光部１４で非
受光状態になった受光素子の位置Ｐｓ１とＰｓ２を求
め、その両端の受光素子の位置Ｐｓ１とＰｓ２から、変
位センサ９の発光部１８の中心に相当する中点Ｐｓを求
める（ステップＳ９）。そして、ロボットを駆動して、
溶接トーチ２と変位センサ９を上昇させる（ステップＳ
１０）。

【００２５】このようにして、溶接ワイヤ５と溶接トー
チ２と変位センサ９のそれぞれの相対位置を検出するこ
とができる。なお、溶接ワイヤ５の位置については、検
出を省略してもよい。

【００２６】上記の検出手順を実際の自動溶接装置に適
用する場合を、図１０に示すフローチャートに基づいて
説明する。図５におけるステップＳ１、Ｓ２、Ｓ５〜Ｓ
１０を行い、溶接トーチのＺ方向の位置Ｚｔ、軸心に相
当する中点Ｐｔ、変位センサのＺ方向の位置Ｚｓ、およ
び軸心に相当する中点Ｐｓを求める（ステップＳ１
１）。

【００２７】その結果から、溶接トーチと変位センサの
Ｚ方向の相対位置ＺｐをＺｐ＝Ｚｓ−Ｚｔとして算出
し、溶接トーチと変位センサのＸ方向の相対位置Ｘｐを
Ｘｐ＝Ｐｓ−Ｐｔとして算出する（ステップＳ１２）。

【００２８】溶接ロボットを作動させ、溶接トーチの軸
心を基準として、９０°回転させる（ステップＳ１
３）。

【００２９】再び、図５におけるステップＳ１、Ｓ２、
Ｓ５〜Ｓ１０を行い、溶接トーチのＺ方向の位置Ｚｔ、
軸心に相当する中点Ｐｔ、変位センサのＺ方向の位置Ｚ
ｓ、および軸心に相当する中点Ｐｓを求める（ステップ
Ｓ１４）。

【００３０】その結果から、溶接トーチと変位センサの
Ｙ方向の相対位置ＹｐをＹｐ＝Ｐｓ−Ｐｔとして算出す
る（ステップＳ１５）。

【００３１】このようにして求められたＸｐ、Ｙｐ、Ｚ
ｐに基づいて、制御装置は予めティーチングされた溶接
トーチの移動経路を補正して溶接を行う。なお、溶接ワ
イヤの先端位置を検出した場合には、溶接開始時に前記
補正に加え、溶接ワイヤ先端部の変位量を補正するよう
にしてもよい。

【００３２】なお、検出手段を直交するように配置し、
Ｘｐ、Ｙｐを同時に求めるようにしてもよい。また、検
出手段の設置位置は、ポジショナ上でもよいし、さらに
別の位置に配置してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、溶
接トーチと変位センサの相対位置を検出し、変位センサ
で検出したワークの開先位置と、溶接トーチと変位セン
サの相対位置に基づいて、予めティーチングされた溶接
トーチの移動経路を補正するようにしたので、開先位置
に対する溶接トーチの狙い位置を正確に設定することが
でき、良好な溶接を行うことができる。また、溶接ワイ
ヤの先端位置を検出することにより、溶接ワイヤの突出
し量が適正であるか否かを確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における自動溶接装置の構成を示す斜視
図。

【図２】溶接トーチと検出装置の相対位置を検出する際
の制御系統図。

【図３】開先位置の検出状態を示す斜視図。

【図４】変位センサの構成を示す３面図。

【図５】検出手順を示すフローチャート。

【図６】検出手順を示す工程図。

【図７】検出手順を示す工程図。

【図８】検出手順を示す工程図。

【図９】検出手順を示す工程図。

【図１０】検出手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…ロボット、２…溶接トーチ、３…制御装置、５…溶
接ワイヤ、７…ポジショナ、８…ワーク、９…変位セン
サ、１０…検出装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを位置決め保持するポジショナと、
   溶接ワイヤを送り出す溶接トーチを空間３軸で前記ワー
   クの開先に沿って移動させる溶接ロボットと、予めティ
   ーチングされた経路にしたがって前記溶接ロボットの動
   作を制御する制御装置と、前記溶接トーチに付設され、
   前記ワークの開先を検出する変位センサとを備えた自動
   溶接装置において、前記溶接トーチと変位センサの相対
   位置を検出する検出装置を設け、前記変位センサで検出
   したワークの開先位置と前記検出装置の出力に基づい
   て、予めティーチングされている溶接トーチの移動経路
   を補正してアーク溶接ロボットを制御する制御装置とを
   設けたことを特徴とする自動溶接装置。