JPH11254141A - 溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トーチ軌跡のティーチング点数を低減でき、
チィーチングの容易化を図れる溶接方法を提供する。 【解決手段】 二つの母材２の所定方向にのびた開先の
間を溶接トーチのウィービング動作を伴って溶接するた
め、前記母材に関し複数の位置をティーチング下内容に
基いて前記所定方向とウィービング方向とこれらに対し
垂直な垂線方向とを軸ととしかつ前記溶接開始点を原点
としたワーク座標系を設定する。そのティーチングの内
容とワーク座標系とにしたがい所定方向の軌跡、ウィー
ビング方向の軌跡、及び垂線方向に対する溶接トーチの
角度を独立に計算する。その計算の結果を合成しトーチ
軌跡を生成し、そのトーチ軌跡にしたがって溶接トーチ
を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶接方法に関し、特
に、アーク溶接などのように溶接トーチをワーク上で移
動させて溶接を行う溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接法、例えば、溶極式ガスシー
ルドアーク溶接法では、シールドガスによって溶接個所
の空気を排除した状態で、溶接トーチ（溶接ワイヤ）と
母材との間にアークを発生させ、このアークによる熱で
溶接トーチと母材を溶融させている。そして、隅肉の溶
接や突合わせ溶接などのように、長手方向に沿って設定
された溶接個所に対して上記のアーク溶接を行う場合に
は、溶接トーチを設けたロボット（例えば、溶接台車な
どの形式のロボット）により自動溶接を行う構成が採ら
れる。

【０００３】また、例えば突き合わせ溶接の場合、図３
および図４に例示したようにワーク（母材）２間に形成
されるギャップＧを有するＶ型開先の間の溶接平面Ｐの
部分に溶接トーチ１による溶接を行い、溶接ビードで埋
めるという手法が採られている。その場合、溶接トーチ
を溶接中心線Ｃを中心として間隔Ｄでウィービング動作
（揺動動作）させながら溶接中心線Ｃの軸線方向に移動
させている。これにより、溶接トーチは、図５に示した
ように、ジグザク状に運棒して溶接を行っている。

【０００４】ここで、上記のような溶接トーチの移動
は、一般的にはロボットにおいて自動的に行われる。従
来技術で、溶接トーチに上記のような移動を行って溶接
を自動的に行う場合において、図５に示したような溶接
トーチの移動の軌跡（トーチ軌跡）を生成するため、つ
まりロボットにトーチ軌跡を認識させるためには、溶接
中心線Ｃおよび溶接平面をロボットに認識させる必要が
ある。このため、例えば、ウィービングパターン１周期
を形成するためのＴ１〜Ｔ３の３点、および溶接の終了
点であるＴ４の少なくとも合計４点をロボットにティー
チングする必要があった。なお、溶接の開始点はＴ１が
兼用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように多数の点をロボットにチィーチングすることは、
ロボットのオペレータにおける負担が大きい。また、例
えば上記のＶ型開先の間のギャップ内で溶接を行う場合
におけるティーチングでは、ギャップ幅が小さくなった
場合、チィーチング自体が困難になり制限されるという
問題があった。

【０００６】それ故に本発明の課題は、トーチ軌跡のテ
ィーチング点数を低減できるとともに、チィーチングの
容易化を図ることができる溶接方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、二つの
母材の所定方向にのびた開先の間を溶接トーチのウィー
ビング動作を伴って溶接する溶接方法において、前記母
材に関し複数の位置をティーチングする段階、前記ティ
ーチングの内容に基いて前記所定方向とウィービング方
向とこれらに対し垂直な垂線方向とを軸としかつ溶接開
始点を原点としたワーク座標系を設定する段階、前記テ
ィーチングの内容と前記ワーク座標系とにしたがい前記
所定方向の軌跡、前記ウィービング方向の軌跡、及び前
記垂線方向に対する前記溶接トーチの角度を独立に計算
する段階、前記計算の結果を合成しトーチ軌跡を生成す
る段階、及び前記トーチ軌跡にしたがって前記溶接トー
チを移動させる段階を含むことを特徴とする溶接方法が
得られる。

【０００８】好ましくは、前記ティーチングの段階は、
一方の母材の開先の稜線上の異なる位置に溶接開始点及
び溶接終了点を設定すること、他方の母材の開先の稜線
上に中間点を設定すること、及び前記溶接開始点と前記
溶接終了点と前記中間点とをティーチングすることを含
む。

【０００９】好ましくは、前記ティーチングの段階は、
一方の母材の開先の稜線上に溶接開始点及び中間点を設
定すること、他方の母材の開先の稜線上に溶接終了点を
設定すること、及び前記溶接開始点と前記溶接終了点と
前記中間点とをティーチングすることを含む。

【００１０】前記トーチ軌跡の生成は、前記溶接トーチ
を移動させる際に行うとよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の溶接方法の実施
の形態を説明する。図１は、実施の形態の溶接方法によ
り突合わせ溶接を行う一例の説明図であり、二つのワー
ク（母材）２の間に形成される所定方向にのびたＶ型開
先の間の平面部分（溶接平面）が溶接対象となる。なお
溶接は溶接トーチのウィービング動作を伴って行われ
る。

【００１２】まず、一方のワーク２のＶ型開先の綾線上
に溶接開始点および溶接終了点にそれぞれ対応する第１
及び第３の点Ｐ１，Ｐ３をそれぞれ設定する。また他方
のワーク２のＶ型開先の綾線上に第２の点Ｐ２を設定す
る。そして第１から第３の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をそれぞ
れ溶接ロボットにティーチングする。

【００１３】次に、第１から第３の点Ｐ１〜Ｐ３に基づ
いて溶接平面上における溶接中心線Ｃ、溶接中心線Ｃ上
での溶接開始点Ｏをそれぞれを算出する。ここで、溶接
中心線Ｃは、以下のベクトルｂの中間点から、また溶接
開始点Ｏは以下の式（６）から、それぞれ求められる。

【００１４】すなわち、上記のようにティーチングされ
た３点Ｐ１〜Ｐ３に基いて所定方向（送り方向）とウィ
ービング方向とこれらに対し垂直な垂線方向とを軸とし
かつ溶接開始点を原点としたワーク座標系を設定する。
ここで、座標軸Ｙは送り方向、座標軸Ｚはウィービング
方向、座標軸Ｘは垂線方向の３方向をそれぞれ意味す
る。ワーク座標系は、より具体的には次のようにして算
出される。

【００１５】まず、点Ｐ１から点Ｐ３へのベクトルをａ
とする。すると、ベクトルａの単位方向ベクトルがＹ軸
の基底ベクトルｊとなる。ここで、ベクトルａ、ベクト
ルｊはそれぞれ下式（数１）、（数２）のように定義さ
れる。

【００１６】

【数１】

【００１７】

【数２】

【００１８】次に、点Ｐ２からベクトルａへの垂線をベ
クトルｂとする。すると、ベクトルｂの単位方向ベクト
ルがＺ軸の基底ベクトルｋである。ここで、ベクトル
ｂ、ベクトルｋはそれぞれ下式（数３）、（数４）のよ
うに定義される。

【００１９】

【数３】

【００２０】

【数４】

【００２１】さらに、Ｘ軸の基底ベクトルｉは、次式
（数５）のように、ベクトルｊとベクトルｋの外積から
求めることができる。

【００２２】

【数５】

【００２３】さらに、ワーク座標系の原点０は、次式
（数６）から求めることができる。

【００２４】

【数６】 ここでｔは母材の板厚である。

【００２５】さらにティーチングの内容とワーク座標系
とにしたがい所定方向の軌跡、ウィービング方向の軌
跡、及び垂線方向に対する溶接トーチの角度を次に説明
するように独立に計算する。

【００２６】溶接中心線Ｃに沿って形成されるトーチ軌
跡を構成する溶接トーチの運棒ベクトルＶを、図２のよ
うに、送り方向成分Ｙとウィービング方向成分Ｚにそれ
ぞれ分解し、所定方向の軌跡及びウィービング方向の軌
跡を得る。またＸ軸を基準としたトーチ角度も独立に計
算する。

【００２７】そして、ロボットによる溶接時に、送り方
向軌跡（Ｙ軸）、ウィービング方向軌跡（Ｚ軸）、およ
びトーチ角度（Ｘ軸基準）を合成し所望のトーチ軌跡を
生成する。このトーチ軌跡にしたがってロボットが溶接
トーチを移動させる。

【００２８】ここで、送り方向の軌跡とウィービング軌
跡とを独立に設定することで、単純な振りだけでなく、
多様なウィービングパターンを設定することができる。

【００２９】なお、図示した例では、左側の綾線上に第
１の点Ｐ１と第３の点Ｐ３を、また右側の綾線上に第２
の点Ｐをそれぞれ指定したが、例えば、左側の綾線上に
第３の点Ｐ３を、また右側の綾線上に第１の点Ｐ１と第
２の点Ｐ２をそれぞれ設定する構成でも良い。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の溶接方法
によれば、ティーチング点数を削減することができるの
で、ティーチングの容易化を図れてオペレータの作業時
間の短縮が図れ、また従来のようにギャップ内をティー
チングしないことからティーチング制限されることがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の溶接方法の突合わせ溶接
を行う場合の説明図である。

【図２】実施の形態の溶接方法においてトーチ運棒ベク
トルを分解する手法の説明図である。

【図３】従来技術で突合わせ溶接を行う場合の説明図で
ある。

【図４】従来技術で突合わせ溶接を行う場合の説明図で
ある。

【図５】従来技術で突合わせ溶接を行う場合の説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 溶接トーチ ２ ワーク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二つの母材の所定方向にのびた開先の間
   を溶接トーチのウィービング動作を伴って溶接する溶接
   方法において、前記母材に関し複数の位置をティーチン
   グする段階、前記ティーチングの内容に基いて前記所定
   方向とウィービング方向とこれらに対し垂直な垂線方向
   とを軸としかつ溶接開始点を原点としたワーク座標系を
   設定する段階、前記ティーチングの内容と前記ワーク座
   標系とにしたがい前記所定方向の軌跡、前記ウィービン
   グ方向の軌跡、及び前記垂線方向に対する前記溶接トー
   チの角度を独立に計算する段階、前記計算の結果を合成
   しトーチ軌跡を生成する段階、及び前記トーチ軌跡にし
   たがって前記溶接トーチを移動させる段階を含むことを
   特徴とする溶接方法。
2. 【請求項２】 前記ティーチングの段階は、一方の母材
   の開先の稜線上の異なる位置に溶接開始点及び溶接終了
   点を設定すること、他方の母材の開先の稜線上に中間点
   を設定すること、及び前記溶接開始点と前記溶接終了点
   と前記中間点とをティーチングすることを含む請求項１
   記載の溶接方法。
3. 【請求項３】 前記ティーチングの段階は、一方の母材
   の開先の稜線上に溶接開始点及び中間点を設定するこ
   と、他方の母材の開先の稜線上に溶接終了点を設定する
   こと、及び前記溶接開始点と前記溶接終了点と前記中間
   点とをティーチングすることを含む請求項１記載の溶接
   方法。
4. 【請求項４】 前記トーチ軌跡の生成は、前記溶接トー
   チを移動させる際に行う請求項１ないし３記載の溶接方
   法。