JPH1147930A

JPH1147930A - 多層盛自動溶接装置

Info

Publication number: JPH1147930A
Application number: JP21023497A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Hosokawa; 和孝細川; Takeshi Araya; 雄荒谷; Seiji Hida; 誠司飛田; Toshio Nezu; 利雄根津; Nobuo Shibata; 信雄柴田; Akiyoshi Imanaga; 昭慈今永
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1999-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な多層盛溶接を自動的に行うこと。【解決手段】溶接ロボット１０の溶接台車１２には下
板１８上を走行する車輪１６が設けられていると共に、
縦板３４に吸着しながら溶接台車１２の走行を案内する
電磁輪２４〜３０が設けられている。電磁輪２４〜３０
は溶接台車１２が往復動する際に溶接線から離れるのを
防止することができる。さらに統括制御装置１０２で生
成された位置指令とカメラ６２の撮像によって得られた
溶接トーチ５０の狙い位置とが比較され、この比較結果
に応じて溶接装置５０の狙い位置が制御されるため、各
パス毎に良好な溶接を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層盛自動溶接装
置に係り、特に、移動方式によって溶接対象を多層盛溶
接するに好適な多層盛自動溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非溶接物（ワーク）が厚板の場合には、
一般に、厚板上に溶接ビードを順次積層して所定の厚さ
の溶接部を形成する、いわゆる多層盛溶接が用いられて
いる。多層盛溶接を行うに際して、溶接機本体として
は、一般に据置き型の溶接ロボットやレール上を走行す
る台車が使用されている。しかし、据置き型の溶接ロボ
ットを用いた場合、ワークによってはワークの移動が困
難なため、多層盛溶接を円滑に行うことができない。ま
たレール上を走行する台車を用いた場合には、レールの
設置に時間やコストがかかる。そこで、可搬性、段取り
性に優れた自走式台車を溶接機本体として使用する移動
方式のものが用いられている。この自走式台車は、走行
用の車輪の他に、ワークの表面を倣い面として、倣い面
に沿って走行する一対のローラアームを備えており、ロ
ーラアームによって２種類に分けられる。すなわち、一
方の台車は一対のローラアームのうち前側が後ろ側より
も短く構成されており、台車が倣い面に対して一定角度
傾いた状態で走行するようになっている。他方の台車は
一対のローラアームが前後共同じ長さで構成されている
が、走行用の車輪が倣い面に対して傾斜した状態で、台
車が倣い面に沿って走行するようになっている。これら
の自走式台車を駆動するに際しては、作業者が台車（溶
接台車）を目視しながら、操作盤から溶接台車の進行状
況を確認しつつ、溶接台車のコントロールを行う操舵方
式が採用されている。

【０００３】また、ワークに多層盛溶接を行うに際して
は、ティーチングプレイバック方式の産業用ロボットを
用いて多層盛溶接を行う方法が提案されている。例え
ば、特開昭５８−１８７２６９号公報に記載されている
ように、まず多層盛溶接の初層を教示し、２層目以降は
初層からのシフト幅によって、自動的に教示データを作
成し、自動的に多層盛溶接を行う方法が採用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】自走式台車を用いた従
来の多層盛溶接装置では、台車に固定された倣い用ロー
ラアームのガイドにしたがって台車を走行させているた
め、台車を一方向にしか走行させることができない。す
なわち、溶接対象、走行用車輪が倣い面に対して傾いた
状態で設置され、溶接台車が倣い用ローラアームを介し
て倣い面を押圧しながら走行するようになっているの
で、一方の方向に台車が進行するときには倣い面に沿っ
て台車を走行させることはできる。しかし、台車を逆方
向に走行させると、走行用車輪が倣い面に対して傾いた
状態に設置されているので、台車が倣い面から順次離
れ、そのままでは次の層の溶接を行うことができなくな
る。このため、１パスの溶接が終了するたびに作業員が
走行台車の向きを替えることが余儀なくされ、走行台車
の方向転換に手間がかかり、生産効率が低下する。

【０００５】また、ティーチングプレイバック方式によ
る従来の開先倣い方法では、ティーチングに多くの時間
を要するとともに、２層目以降の溶接位置に対して十分
な配慮が成されておらず、溶接中にワークに熱変形が生
じたり、２層以降の溶接位置に誤差が生じたりする。す
なわち２層目以降の溶接位置は前層におけるビードの状
態によって決定されるべきであるが、この点について配
慮されておらず、多層盛溶接終了時のビード形状が計画
通りにならない。特に、多層盛の層数が多くなると、良
好な多層盛溶接が困難である。

【０００６】本発明の目的は、良好な多層盛溶接を自動
的に行うことができる多層盛自動溶接装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、溶接ワイヤの供給を受けて一対の溶接対
象の間の開先位置に溶接ワイヤの溶融によるビードを形
成する溶接トーチと、前記一方の溶接対象上に走行可能
に配置されて前記溶接トーチを移動可能に支持する溶接
台車と、前記溶接トーチによる溶接を制御する溶接制御
手段と、前記溶接トーチの位置を含む溶接トーチの周囲
の状態を検出する状態検出手段と、多層盛溶接パスプラ
ン情報に基づいて各層のパスにおける前記溶接トーチの
狙い位置を示す位置指令を生成する位置指令生成手段
と、前記状態検出手段の検出出力と前記位置指令生成手
段の生成による位置指令とを各層のパス毎に比較しこの
比較結果に応じて前記溶接トーチの位置を制御する位置
制御手段と、移動指令に従って前記溶接台車を溶接開始
位置と溶接終了位置との間を往復動させる台車制御手段
とを備えている多層盛自動溶接装置を構成したものであ
る。なお、溶接台車としては、自走式往復動台車または
ティーチングプレイバックで繰返し動作するロボット等
が利用される。

【０００８】前記溶接装置を構成するに際して、位置制
御手段としては、状態検出手段の検出による溶接トーチ
の狙い位置と位置指令生成手段の生成による位置指令と
を各層のパス毎に比較したり、状態検出手段の検出によ
るビードの形状と位置指令生成手段の生成による位置指
令とを各層のパス毎に比較したりする機能を有するもの
で構成することもできる。

【０００９】また前記多層盛溶接装置を構成するに際し
ては、以下の要素を付加することができる。

【００１０】（１）前記状態検出手段は、前記溶接トー
チによる溶接位置よりも溶接進行方向で先行した位置の
状態を検出するように構成されてなり、前記位置制御手
段は、前記状態検出手段の検出出力を順次記憶し、前記
溶接トーチが前記状態検出手段の検出位置に到達する毎
にこの位置に対応した前記状態記憶手段の記憶値を用い
てなる。

【００１１】（２）前記位置制御手段は、前記状態検出
手段の検出出力に関する記憶値のうち前回のパスにおけ
る溶接終了位置より所定距離手前から溶接終了位置まで
に得られた記憶値を用いずに、この記憶値の代わりに他
の位置または直前の位置で得られた記憶値を用いてな
る。

【００１２】（３）前記溶接制御手段は、溶接開始時、
前記台車が一定距離走行する間前記溶接トーチによる溶
接を停止してなり、前記位置制御手段は、前記溶接トー
チによる溶接を開始するときに、前記溶接トーチによる
溶接が停止されたことを条件に前記台車が一定距離走行
したときに得られた前記状態検出手段の検出出力と前記
位置指令生成手段により得られた位置指令とに基づいて
前記溶接トーチの位置を制御してなる。

【００１３】（４）前記案内手段が前記他方の溶接対象
から離れたことを検出したときに検出出力を前記溶接制
御手段と前記台車制御手段に出力する離脱検出手段を有
し、前記溶接制御手段は、前記離脱検出手段の検出出力
に応答して前記溶接トーチによる溶接を一時停止してな
り、前記台車制御手段は、前記離脱検出手段の検出出力
に応答して前記溶接台車の移動を一時停止してなる。

【００１４】（５）操作に応答して前記溶接トーチの狙
い位置を強制的に修正する位置修正手段を備えている。

【００１５】（６）前記状態検出手段は、前記一対の溶
接対象による開先と前記溶接トーチの周囲にスリット光
を照射するスリット光源と、前記スリット光線の照射に
より前記開先表面に形成される光切断画像を撮像するカ
メラとを備えてなり、前記位置制御手段は、前記カメラ
で撮像された光切断画像を処理する画像処理手段を備
え、前記画像処理手段は、画像で得られた開先交点位置
に溶接トーチの先端位置を合わせ、この点を前記溶接ト
ーチに対する前記状態検出手段の検出出力の基準点とし
てなる。

【００１６】（７）前記状態検出手段は、前記一対の溶
接対象による開先と前記溶接トーチの周囲にスリット光
線を照射するスリット光源と、前記スリット光線の照射
により前記開先表面に形成される光切断画像を撮像する
カメラとを備えてなり、前記位置制御手段は、前記カメ
ラで撮像された光切断画像を処理する画像処理手段を備
え、前記画像処理手段は、前記カメラで撮像された画像
を基にワーク原点に相当する開先コーナを求めるととも
に、前記溶接トーチの移動により得られた画像のうち前
記溶接トーチの先端位置が前記開先コーナに一致した位
置をワーク原点として処理してなる。

【００１７】（８）前記溶接制御手段は、溶接ワイヤの
突出し長さを基に溶接電流と溶接電圧を制御してなる。

【００１８】（９）前記一対の溶接対象のうち他方の溶
接対象に吸着された状態で前記溶接台車の移動を案内す
る案内手段を有する。

【００１９】前記した手段によれば、溶接装置による溶
接によって一対の溶接対象に多層盛溶接を施すに際し
て、溶接台車が一方の溶接対象上を走行し、多層盛溶接
パスプラン情報に基づいて各層のパスにおける溶接が行
われるときに、位置指令と状態検出手段の検出出力とが
そのパス毎に比較され、この比較結果に応じて溶接トー
チの位置が狙い位置に制御されるため、良好な多層盛溶
接を行うことができる。さらに、案内手段が他方の溶接
対象に吸着された状態で溶接台車の移動を案内するた
め、溶接台車が溶接対象から離れることなく、溶接台車
を溶接開始位置と溶接終了位置との間を往復動させるこ
とができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施形態を示す多層盛
自動溶接装置の全体構成図、図２は溶接ロボットの正面
図、図３は溶接ロボットの側面図、図４は溶接ロボット
の上面図である。図１ないし図４において、溶接ロボッ
ト１０は溶接台車１２を備えており、溶接台車１２の底
部両端には回転ジョイント１４を介して車輪１６が４個
走行自在に固定されている。各車輪１６は一対の溶接対
象のうち一方の溶接対象である下板（ワーク）１８上を
走行可能に配置されている。溶接台車１２の上面には一
対のメカニカルリミットアーム２０、２２が溶接の進行
方向に沿って固定されている。溶接台車１２の側面側に
は一対の電磁輪２４、２６と一対の電磁輪２８、３０が
配置されているとともに脱輪センサ３２が配置されてい
る。各電磁輪２４〜３０は、電磁石を用いた車輪で構成
されており、他方の溶接対象である縦板３４に吸着しな
がら溶接台車１２の走行を案内する案内手段として構成
されている。脱輪センサ３２は、電磁輪２４〜３０が縦
板３４から離れたことを検出する離脱検出手段として構
成されている。電磁輪２４、２６はシャフト３６に固定
され、電磁輪２８、３０はシャフト３８に固定されてい
る。シャフト３６とシャフト３８はベルト４０を介して
連結されており、シャフト３８はベルト４２を介してモ
ータＭ１の回転軸に連結されている。モータＭ１は溶接
台車１２を３軸のうちＸ軸方向に沿って走行させるため
の駆動手段として構成されており、モータＭ１が回転す
ると、モータＭ１の回転力がベルト４２を介してシャフ
ト３８に伝達され、シャフト３８の回転に伴って電磁輪
２８、３０が縦板３４に吸着しながら回転するようにな
っている。またシャフト３８が回転すると、シャフト３
８の回転力がベルト４０を介してシャフト３６に伝達さ
れ、シャフト３６の回転に伴って電磁輪２４、２６が縦
板３４に吸着しながら回転するようになっている。

【００２２】またモータＭ１を収納した溶接台車１２に
はモータボックス４４、４６、４８が連結されており、
モータボックス４４には溶接トーチ５０が回転自在に固
定されている。モータボックス４４内には溶接トーチ５
０をθ方向に回転させるためのモータＭ２が固定されて
おり、モータＭ２の回転力が歯車５２、５４を介してシ
ャフト５６に伝達されるようになっている。このシャフ
ト５６の先端には溶接トーチ５０が連結されており、モ
ータＭ２の回転により溶接トーチ５０がシャフト５６を
中心として３６０度回転できるようになっている。溶接
トーチ５０の中ほどに固定されたブラケット５８にはレ
ーザスリット光源６０と撮像用カメラ（ＣＣＤカメラ）
６２が固定されており、レーザスリット光源６０がレー
ザ光源ケーブル６４を介して画像処理装置６６に接続さ
れ、カメラ６２がカメラケーブル６８を介して画像処理
装置６６に接続されている。レーザスリット光源６０と
カメラ６２は状態検出手段として構成されており、レー
ザスリット光源６０は、図５に示すように、下板１８と
縦板３４によって形成される開先と溶接トーチ５０の先
端側にスリット光を照射するようになっている。カメラ
６２は、溶接トーチ５０の溶接によるビード７２にスリ
ット光７０が照射されたときに、このビード７２の画
像、例えば開先表面に形成される光切断画像を撮像する
ようになっている。そしてカメラ６２の撮像による画像
データは順次画像処理装置６６に転送される。なお、レ
ーザセンサとしては、レーザスポットを揺動させる方
式、半導体レーダーの代わりに、Ｈｅ−Ｎｅレーザを光
ファイバで誘導する方式など種々の方式を適用すること
ができる。

【００２３】一方、モータボックス４４にはモータボッ
クス４６が連結されており、このモータボックス４６内
には溶接台車１２をＺ軸方向（上下方向）に駆動するた
めのモータＭ３が収納されている。モータＭ３の回転軸
は歯車７４、７６、シャフト７８を介してジョイント８
０に連結されており、モータＭ３が正転または逆転駆動
されると、モータＭ３の回転力が歯車７４、７６、シャ
フト７８を介してジョイント８０に伝達され、ジョイン
ト８０が下板１８に対して上下動するようになってい
る。このジョイント８０はモータボックス４４と連結さ
れており、モータＭ３の正転または逆転駆動によってジ
ョイント８０が上下動すると、溶接トーチ５０が下板１
８に対して垂直方向に上下動することになる。

【００２４】またモータボックス４８には、リミットス
イッチＬ１、溶接台車１２をＹ軸方向（下板１８と平行
で台車の進行方向と直交する方向）に駆動するためのモ
ータＭ４、蛇腹８２、シャフト８４、回転ジョイント８
６が収納されており、モータＭ４の回転力がシャフト８
４を介して回転ジョイント８６に伝達され、回転ジョイ
ント４６が下板１８に沿って平行移動することで、回転
ジョイント８６に連結されたモータボックス４６が縦板
３４に対して垂直方向に移動するようになっている。モ
ータボックス４６はジョイント８０がモータボックス４
４に固定されているため、モータＭ４の駆動によって溶
接トーチ５０が縦板３４に対して垂直方向に移動するこ
とになる。またモータボックス４８の端部には補助輪８
７が設けられている。この補助輪８７は、溶接台車１２
が下板１８上を直接走行できるように、重量バランスを
考慮して取付けられている。さらに、この補助輪８７
は、溶接台車１２がβ方向に傾いたときに、溶接台車１
２を支える車輪として設けられており、通常は下板１８
からわずかに離れて配置されている。なお、車輪１６
は、溶接ロボット１０がバランスを崩したときに、溶接
台車１２がα方向またはβ方向に傾いて、電磁輪２４〜
３０が縦板３４から離れることがないように、溶接ロボ
ット１０の重心の真下から±２０ミリメートル以内の部
分に取付けられている。これにより、溶接台車１２は安
定した状態で往復走行が可能になっている。さらに、車
輪１６は回転ジョイント１４によって溶接台車１２と連
結されているため、３６０度自由に回転することができ
る。なお、モータボックス４６、４８には蛇腹８２、８
６が設けられているため、各ボックス内に溶接時にスパ
ッタが浸入するのを防止することができる。

【００２５】また本実施形態においては、溶接台車１２
を溶接開始位置と溶接終了位置との間を自動的に往復動
させるために、図６に示すように、溶接開始位置Ｘにア
ーム８８が配置され、溶接終了位置Ｙにアーム９０が配
置されている。そしてメカニカルリミットアーム２０の
先端側がアーム８８と接触してばね９２が圧縮されると
リミットスイッチ９４がオンになって、溶接台車１２が
溶接開始位置Ｘにあることを検出し、溶接台車１２の走
行に伴って、メカニカルリミットアーム２２の先端がア
ーム９０に接触し、ばね９６が圧縮されてリミットスイ
ッチ９８がオンになると、溶接台車１２が溶接終了位置
Ｙに到達したことを検出するようになっている。各リミ
ットスイッチ９４、９８はロボット制御装置１００に接
続されており、リミットスイッチ９４、９８の状態によ
って溶接台車１２の位置が検出され、リミットスイッチ
９４、９８のオンオフ状態に基づいてモータＭ１の駆動
が制御され、溶接台車１２が溶接開始位置Ｘと溶接終了
位置Ｙとの間を往復動されるようになっている。すなわ
ちメカニカルリミットアーム２０、２２、リミットスイ
ッチ９４、９８、モータＭ１はロボット制御装置１００
とともに台車制御手段を構成するようになっている。

【００２６】ロボット制御装置１００は、装置全体を統
括する統括制御装置１０２に接続されており、モータＭ
２〜Ｍ４やモータ駆動系、統括制御装置１０２とともに
位置制御手段を構成するようになっている。統括制御装
置１０２にはフロッピーディスクドライバ１０４、プロ
グラムユニット１０６、リモートコントロールボックス
１０８、溶接制御装置１１０が接続されているとともに
リミットスイッチ９４、９８、脱輪センサ３２が接続さ
れている。溶接制御装置１１０は溶接電源１１２を介し
て溶接トーチ５０に接続されており、溶接電源１１２に
はガスボンベ１１４が接続されているとともにワイヤ送
給装置１１６が接続されている。溶接制御装置１１０は
溶接トーチ５０による溶接を制御する溶接制御手段とし
て、溶接ワイヤの突出し長さを基に溶接トーチ５０に対
する溶接電流、溶接電圧など制御するようになってい
る。さらにワイヤ送給装置１１６から溶接トーチ５０に
送給される溶接ワイヤの送給を制御するようになってい
る。また溶接トーチ５０には、ガスボンベ１１４から、
シールドガス、例えばＡｒが供給されるようになってい
る。このシールドガスは溶接時にリード７２の周囲に吹
き付けられてリード７２が酸化するのを防止するように
なっている。プログラミングユニット１０６は、各種操
作ボタンや液晶表示器などを備えたティーチングペンダ
ントとして構成されている。このプログラミングユニッ
ト１０６は溶接ロボット１０の位置の教示や各種条件の
入力を行うようになっている。フロッピーディスクドラ
イバ１０４は、教示データが保存されたフロッピーディ
スクを駆動するために設けられている。リモートコント
ロールボックス１０８は、溶接トーチ５０に対して、狙
い位置などの変更を行う必要が生じて、作業員がジョイ
スティックを操作したときに、このジョイスティックの
操作に応答して、溶接ロボット１０および溶接トーチ５
０を指定の位置へ手動へ誘導する位置修正手段として構
成されている。

【００２７】なお、電磁輪２４〜３０は電磁石の代わり
に永久磁石を用いることもできる。また縦板３４が低
く、電磁輪２４〜３０が縦板３４に接触しにくい場合に
は、図７に示すように、電磁輪２４〜３０の代わりに、
テーパ形状の電磁輪２４ａ〜３０ａを用いることで、電
磁輪２４ａ〜３０ａが縦板３４から離れるのを防止する
ことができる。

【００２８】次に、本実施形態における溶接装置の作用
を図８のフローチャートについて説明する。

【００２９】まず、装置の電源を投入し（ステップ
Ａ）、装置全体の初期化を行う（ステップＢ）。次に、
プログラミングユニット１０６を用いて、溶接ロボット
１０本体の各軸の原点合わせを行う（ステップＣ）。す
なわち、プログラミングユニット１０６により、原点合
わせの指令を入力すると、Ｘ軸に関しては、現時点にお
けるモータＭ１の位置が原点として記憶される。Ｙ軸に
関しては、回転ジョイント８６がリミットスイッチＬ１
に接触した点が原点として記憶され、Ｚ軸に関しては、
ジョイント８０がリミットスイッチＬ２に接触した位置
が原点として記憶され、θ軸に関してはシャフト５６が
リミットスイッチＬ３と接触した点が原点として記憶さ
れる。各リミットスイッチＬ１〜Ｌ３の信号はロボット
制御装置１００を介して統括制御装置１０２に送信さ
れ、リミットスイッチＬ１〜Ｌ３がオンになったときの
位置がメカニカル（メカ）原点として教示記憶される。
これらの原点の位置情報を記憶するに際しては、各軸の
位置検出にインクリメント型のエンコーダを用いること
ができるが、各軸のアクチュエータにアブソリュート型
のエンコーダを組み合わせることで、メカニカル原点合
わせの作業を省略することもできる。

【００３０】メカニカル原点設定後は、溶接トーチ５０
先端に対するセンサ（画像センサとしてのカメラ６２）
検出位置の基準位置の設定を行う（ステップＤ）。ま
ず、溶接トーチ５０から突き出される溶接ワイヤの長さ
を、パスプランプログラムに入力されたワイヤ突出し長
さに合わせる。次に溶接ロボット１０を誘導して、溶接
ワイヤの先端を開先の原点座標位置にセットする。続い
て統括制御装置１０２の処理によりセンサ基準位置の設
定を行う。この場合、図９に示すように、統括制御装置
１０２の処理により開先形状Ｎｏ．をパスプランデータ
にしたがってセットする（ステップＤ１）。このあと開
先角度、トーチ角度などの諸条件をセットする（ステッ
プＤ２）。そしてセットしたデータをカメラ６２に出力
するとともに、座標合わせの要求を出力する（ステップ
Ｄ３）。この場合カメラ６２の撮像による開先画像の原
点の座標を、ソフトプログラム処理であらかじめ決めた
ワイヤ先端の原点の座標に一致させるソフト処理を行
う。この結果、両座標（原点位置）を自動的に一致させ
ることができ、センサ基準点を原点にセットできる。

【００３１】溶接トーチ５０の先端とセンサの基準点の
設定が終了したあとは、溶接ロボット１０を溶接対象と
しての下板１８上において、ワークの座標原点を教示す
る（ステップＥ）。この処理は、図１０に示すように、
統括制御装置１０２で実行され、カメラ６２に対してワ
ーク原点位置の検出要求が出力される（ステップＥ
１）。このあとカメラ６２の出力を画像処理装置６６に
取り込み、センサの画像処理結果を取得し（ステップＥ
２）、開先の原点位置を算出する（ステップＥ３）。次
に算出した検出位置と溶接トーチ５０の現在位置との位
置ずれ量を算出し（ステップＥ４）、位置ずれ量にした
がって溶接トーチ５０を移動させる（ステップＥ６）。
位置ずれ量がないときには、両者の位置を登録し（ステ
ップＥ７）、両者が一致した時点でロボット１０を停止
し、そのときの座標をワーク原点座標として統括制御装
置１０２に送り、原点合わせを終了する（ステップＥ
８、Ｅ９）。なお、信頼性を得るために、複数データの
平均化処理やロボット移動量をステップ送りにするなど
の処理を行うこともできる。

【００３２】次に、図８に示すステップＦでは、多層盛
パスプラン情報を生成するための条件入力を実行する。
ここでは、プログラミングユニット１０６を用いて、開
先形状、溶接基準条件などを入力すると、統括制御装置
１０２において、積層のパス数、層数、積層ビード形
状、溶接位置など必要な溶接状況を自動的に演算処理し
て決定する。

【００３３】多層盛自動溶接を行う場合、前層のビード
の上に次層のビードを順次重ねていくため、ワークの変
形などにより、パスプランで予測した溶接位置にずれが
生じることがある。このため、センサ（カメラ６２）で
溶接位置を検出して倣い制御を行うが、溶接開始点のビ
ード形状は不整なため、正しい位置に溶接トーチ５０が
誘導されず、良好なビード形状が得られないことがしば
しば起こる。そこで、本実施形態では、溶接開始点Ｘで
のトーチ５０誘導のために、カメラ６２を用いて前層の
ビードを検出し、この検出結果を基に次パスの正しい溶
接開始位置へ溶接トーチ５０を自動的に誘導することと
している。

【００３４】具体的には、図１１に示すように、まず初
めに、溶接開始位置Ｘから所定の距離を溶接ロボット１
０が溶接を行わない状態で走行し、カメラ６２で前層の
ビード位置を検出する（ステップＧ１）。次に検出した
複数の溶接位置データを入力し、これらの平均化処理を
実行する（ステップＧ２）。このあと得られた溶接位置
とパスプラン情報にしたがった溶接位置とのずれ量を算
出し、ずれ量を溶接トーチ５０のシフト量とする（ステ
ップＧ３）。次に現時点のパスにおける溶接狙い位置に
シフト量を加算して溶接開始位置とする（ステップＧ
４）。このあとシフト量を基に溶接台車１２を起動し
（ステップＧ５）、溶接を開始する（ステップＧ６）。
なお、溶接開始後、ステップＧ７で必要に応じて、指定
された回数の検出データを、次パスの溶接開始時におけ
る位置ずれ量として保存する。

【００３５】ステップＨ（図８）、Ｇ６（図１１）によ
って溶接を実行するに際しては、多層盛パスプラン情報
に基づいて各層のパスにおける溶接トーチ５０の狙い位
置を示す位置指令を統括制御装置１０２で生成し、この
位置指令とカメラ６２の検出出力（溶接トーチ５０の狙
い位置、ビード７２の形状）とを統括制御装置１０２で
比較し、この比較結果に応じて溶接トーチ５０の位置
（狙い位置）を制御することとしている。このような制
御を実行すると、多層盛溶接を良好な状態で行うことが
でき、溶接品質の向上に寄与することができる。また、
溶接トーチ５０に取り付けられた視覚センサとしてのカ
メラ６２が溶接トーチ５０に先行して溶接線を検出する
構成としたときには、検出したデータを記憶しておき、
溶接トーチ５０がカメラ６２によって検出された検出位
置にきたときに、記憶データを再生して、溶接トーチ５
０の位置を修正する遅延制御を行うこともできる。な
お、脱輪センサ７２により、溶接台車１２が縦板３４か
ら外れたことが検出されたときには、溶接制御装置１１
０に対して停止指令が出力されるとともに、溶接台車１
２に対して停止指令が出力されるようになっている。ま
た、再起動指令を与えると、停止状態から復帰して溶接
を続行することができる。

【００３６】一方、溶接終了位置Ｙでは、溶接電流を一
定時間下げるクレータ処理を行っているため、ビード形
状が少し変化することがある。例えば、１パス目の溶接
が終了して２パス目の溶接を行うとき（１層について２
パスの溶接を行うときなど）には、１パス目の溶接量な
どのデータを用いて倣い制御するので、溶接終了位置に
おけるデータをそのまま用いたのでは、ビードの形状に
よっては溶接線が曲がり、不整ビードとなりやすい。そ
こで、１パス目で検出した溶接終了位置の走行距離デー
タを記憶し、次パス以降は、溶接終了位置より所定距
離、例えば１０ミリメートル〜５０ミリメートル手前に
溶接トーチ５０が到達したときに、倣い制御のデータを
固定し、このデータに従って溶接終了位置Ｙまで溶接を
おこなう。このような溶接を行うと、不整ビードが生じ
るのを防止することができる。

【００３７】また本実施形態においては、センサを使用
する溶接と、センサを使用しない溶接を選択することが
できる。いずれの場合についても、ワークの組立て誤差
や変形などで適正な狙い位置へ溶接トーチ５０が誘導さ
れない場合がある。このため、ジョイスティックを使用
し、リアルタイムで溶接狙い位置へ溶接トーチ５０を直
接誘導させる方法を採用することもできる。

【００３８】具体的には、図１１に示すように、まず溶
接に不具合などが生じて、溶接の狙い位置を変更したい
ときには、リモートコントロールボックス１０８のジョ
イスティックで目標とする狙い位置へ溶接トーチ５０を
誘導するための操作を行う。ジョイスティックが操作さ
れると、この操作に伴うデータは順次統括制御装置１０
２に転送され、統括制御装置１０２の処理により溶接ロ
ボット１０の駆動が制御される。例えば、ステップＪ１
ではＹ軸の＋方向移動信号の有無を判定し、入力信号が
あったときには、ステップＪ２でＹ軸の座標に移動量を
加算する。一方、入力信号がないときには、ステップＪ
３に進み、Ｙ軸の−方向移動信号の有無を判定する。こ
のとき入力信号があったときにはステップＪ４でＹ軸の
座標に移動量を減算する。また入力信号がないときには
ステップＪ５に進み、Ｚ軸の＋方向移動信号の有無を判
定する。このとき入力信号があったときにはステップＪ
６へ進み、Ｚ軸座標に移動量を加算する。一方、入力信
号がないときにはステップＪ７に進み、Ｚ軸の−方向の
入力信号の有無を判定する。ここで入力信号があったと
きには、ステップＪ８に進み、Ｚ軸移動量を減算する。
このあとステップＪ９において各軸の移動量を送信し、
適切な狙い位置へ溶接トーチ５０を誘導する。ここで
は、１回の移動信号に対して、射程距離、０．２ミリ〜
２．０ミリメートルだけロボット座標に加算して溶接ト
ーチ５０を移動するようにしている。

【００３９】なお、本実施形態においては、溶接ロボッ
ト１０の溶接台車１２に自走台車を使用した例について
述べたが、本発明はレール走行型ロボットや多関節型ロ
ボット、直交型ロボットにも適用することができる。

【００４０】本実施形態によれば、以下に示す効果が得
られる。

【００４１】（１）溶接台車１２を往復動させるに際し
て、電磁輪２４〜３０を縦板３４に吸着させながら溶接
台車１２の移動を案内するようにしているため、溶接台
車１２を各パス毎に溶接開始位置Ｘと溶接終了位置Ｙと
の間を自動的に往復動させることができる。このため作
業員が各パス毎に溶接台車１２の方向変換をする必要が
なくなり、無人溶接が可能となり、作業効率の向上に寄
与することができる。

【００４２】（２）多層盛溶接パスプラン情報に基づい
て各層のパスにおける溶接トーチ５０の狙い位置を示す
位置指令を生成し、この位置指令とカメラ６２の検出出
力、例えば、溶接トーチ５０の位置、あるいはリード７
２の形状とを比較し、この比較結果に応じて溶接トーチ
５０の位置を制御しているため、多層盛溶接を良好な状
態で行うことができ、溶接品質の向上に寄与することが
できる。

【００４３】（３）多層盛溶接中、入熱によるワークの
変形や組立て誤差から生じる溶接狙い位置のずれにも、
前パスまでのビード位置をセンサで認識しながら溶接が
できるため、教示をやり直す必要がなく、無人溶接が可
能になる。

【００４４】（４）溶接トーチ５０の先端に対するセン
サ検出位置の基準点合わせをソフト処理によって自動的
にできるため、溶接装置の段取り時間を短縮することが
できる。

【００４５】（５）センサ（カメラ６２）使用時、セン
サ未使用時のいずれの場合においても、溶接実行中にリ
アルタイムで溶接トーチ５０の狙い位置を修正すること
ができるため、溶接中ビード７２に不具合が発生したと
きにも、狙い位置を修正すること可能となる。

【００４６】（６）ワーク原点を自動教示することがで
きるため、溶接装置の段取り時間が短縮される。

【００４７】（７）溶接ワイヤの突出し長さを基に、パ
スプランデータ処理で溶接電流、溶接電圧を算出してい
るので、溶接電流・電圧の作業者による設定が不要とな
り、溶接のノウハウに頼ることなく、いかなる作業者に
よっても溶接を行うことができる。

【００４８】（８）脱輪センサ７２が取付けられている
ため、溶接台車１２が縦板３４から外れた場合、溶接お
よび台車の走行が停止されるので、誤った個所にビード
を積層することを防止することができ、ビードの補修な
どが皆無となる。

【００４９】（９）電磁輪２４〜３０によって溶接台車
１２の走行が案内されるため、溶接ロボット１０が走行
中に障害物に追突しても、電磁輪２４、２６が外れるの
で、ロボット本体に損傷を与えることがない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶接台車が一方の溶接対象上を走行するときに、案内手
段が他方の溶接対象に吸着された状態で溶接台車の移動
を案内するようにしているため、各層のパスにおいて溶
接台車を溶接開始位置と溶接終了位置との間を確実に往
復動させることができる。さらに多層盛パスプラン情報
に基づいて各層のパスにおける溶接トーチの狙い位置を
示す位置指令と状態検出手段の検出出力とを比較し、こ
の比較結果に応じて溶接トーチの位置を制御しているた
め、多層盛溶接を良好な状態で行うことができ、溶接品
質の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す全体構成図である。

【図２】溶接ロボットの正面図である。

【図３】溶接ロボットの側面図である。

【図４】溶接ロボットの上面図である。

【図５】溶接トーチの構成を説明するための斜視図であ
る。

【図６】溶接ロボットの自動往復機構を説明するための
説明図である。

【図７】電磁輪の他の実施形態を示す正面図である。

【図８】図１に示す装置の作用を説明するためのフロー
チャートである。

【図９】センサ基準点自動設定方法を説明するためのフ
ローチャートである。

【図１０】ワーク原点合わせ機能を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１１】溶接開始部のビード精度向上機能を説明する
ためのフローチャートである。

【図１２】溶接トーチ割込み処理を説明するためのフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１０溶接ロボット１２溶接台車１８下板２４、２６、２８、３０電磁輪３２脱輪センサ３４縦板５０溶接トーチ６２カメラ６６画像処理装置１００ロボット制御装置１０２統括制御装置１０６プログラミングユニット１０８リモートコントロールボックス１１０溶接制御装置１１２溶接電源１１６ワイヤ送給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者根津利雄茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者柴田信雄茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者今永昭慈茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接ワイヤの供給を受けて一対の溶接対
象の間の開先位置に溶接ワイヤの溶融によるビードを形
成する溶接トーチと、前記一方の溶接対象上に走行可能
に配置されて前記溶接トーチを移動可能に支持する溶接
台車と、前記溶接トーチによる溶接を制御する溶接制御
手段と、前記溶接トーチの位置を含む溶接トーチの周囲
の状態を検出する状態検出手段と、多層盛溶接パスプラ
ン情報に基づいて各層のパスにおける前記溶接トーチの
狙い位置を示す位置指令を生成する位置指令生成手段
と、前記状態検出手段の検出出力と前記位置指令生成手
段の生成による位置指令とを各層のパス毎に比較しこの
比較結果に応じて前記溶接トーチの位置を制御する位置
制御手段と、移動指令に従って前記溶接台車を溶接開始
位置と溶接終了位置との間を往復動させる台車制御手段
とを備えている多層盛自動溶接装置。
【請求項２】溶接ワイヤの供給を受けて一対の溶接対
象の間の開先位置に溶接ワイヤの溶融によるビードを形
成する溶接トーチと、前記一方の溶接対象上に走行可能
に配置されて前記溶接トーチを移動可能に支持する溶接
台車と、前記溶接トーチによる溶接を制御する溶接制御
手段と、前記溶接トーチの位置を含む溶接トーチの周囲
の状態を検出する状態検出手段と、多層盛溶接パスプラ
ン情報に基づいて各層のパスにおける前記溶接トーチの
狙い位置を示す位置指令を生成する位置指令生成手段
と、前記状態検出手段の検出による溶接トーチの狙い位
置と前記位置指令生成手段の生成による位置指令とを各
層のパス毎に比較しこの比較結果に応じて前記溶接トー
チの位置を制御する位置制御手段と、移動指令に従って
前記溶接台車を溶接開始位置と溶接終了位置との間を往
復動させる台車制御手段とを備えている多層盛自動溶接
装置。
【請求項３】溶接ワイヤの供給を受けて一対の溶接対
象の間の開先位置に溶接ワイヤの溶融によるビードを形
成する溶接トーチと、前記一方の溶接対象上に走行可能
に配置されて前記溶接トーチを移動可能に支持する溶接
台車と、前記溶接トーチによる溶接を制御する溶接制御
手段と、前記溶接トーチの位置を含む溶接トーチの周囲
の状態を検出する状態検出手段と、多層盛溶接パスプラ
ン情報に基づいて各層のパスにおける前記溶接トーチの
狙い位置を示す位置指令を生成する位置指令生成手段
と、前記状態検出手段の検出によるビードの形状と前記
位置指令生成手段の生成による位置指令とを各層のパス
毎に比較しこの比較結果に応じて前記溶接トーチの位置
を制御する位置制御手段と、移動指令に従って前記溶接
台車を溶接開始位置と溶接終了位置との間を往復動させ
る台車制御手段とを備えている多層盛自動溶接装置。
【請求項４】前記状態検出手段は、前記溶接トーチに
よる溶接位置よりも溶接進行方向で先行した位置の状態
を検出してなり、前記位置制御手段は、前記状態検出手
段の検出出力を順次記憶し、前記溶接トーチが前記状態
検出手段の検出位置に到達する毎にこの位置に対応した
前記状態記憶手段の記憶値を用いてなる請求項１、２ま
たは３記載の多層盛自動溶接装置。
【請求項５】前記位置制御手段は、前記状態検出手段
の検出出力に関する記憶値のうち前回のパスにおける溶
接終了位置より所定距離手前から溶接終了位置までに得
られた記憶値を用いずに、この記憶値の代わりに他の位
置または直前の位置で得られた記憶値を用いてなる請求
項４記載の多層盛自動溶接装置。
【請求項６】前記溶接制御手段は、溶接開始時、前記
台車が一定距離走行する間前記溶接トーチによる溶接を
停止してなり、前記位置制御手段は、前記溶接トーチに
よる溶接を開始するときに、前記溶接トーチによる溶接
が停止されたことを条件に前記台車が一定距離走行した
ときに得られた前記状態検出手段の検出出力と前記位置
指令生成手段により得られた位置指令とに基づいて前記
溶接トーチの位置を制御してなる請求項１、２、３、４
または５記載の多層盛自動溶接装置。
【請求項７】前記案内手段が前記他方の溶接対象から
離れたことを検出したときに検出出力を前記溶接制御手
段と前記台車制御手段に出力する離脱検出手段を有し、
前記溶接制御手段は、前記離脱検出手段の検出出力に応
答して前記溶接トーチによる溶接を一時停止してなり、
前記台車制御手段は、前記離脱検出手段の検出出力に応
答して前記溶接台車の移動を一時停止してなる請求項
１、２、３、４、５または６記載の多層盛自動溶接装
置。
【請求項８】操作に応答して前記溶接トーチの狙い位
置を強制的に修正する位置修正手段を備えている請求項
１、２、３、４、５、６または７記載の多層盛自動溶接
装置。
【請求項９】前記状態検出手段は、前記一対の溶接対
象による開先と前記溶接トーチの周囲にスリット光を照
射するスリット光源と、前記スリット光線の照射により
前記開先表面に形成される光切断画像を撮像するカメラ
とを備えてなり、前記位置制御手段は、前記カメラで撮
像された光切断画像を処理する画像処理手段を備え、前
記画像処理手段は、画像で得られた開先交点位置に溶接
トーチの先端位置を合わせ、この点を前記溶接トーチに
対する前記状態検出手段の検出出力の基準点としてなる
請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の多層
盛自動溶接装置。
【請求項１０】前記状態検出手段は、前記一対の溶接
対象による開先と前記溶接トーチの周囲にスリット光線
を照射するスリット光源と、前記スリット光線の照射に
より前記開先表面に形成される光切断画像を撮像するカ
メラとを備えてなり、前記位置制御手段は、前記カメラ
で撮像された光切断画像を処理する画像処理手段を備
え、前記画像処理手段は、前記カメラで撮像された画像
を基にワーク原点に相当する開先コーナを求めるととも
に、前記溶接トーチの移動により得られた画像のうち前
記溶接トーチの先端位置が前記開先コーナに一致した位
置をワーク原点として処理してなる請求項１、２、３、
４、５、６、７、８または９記載の多層盛自動溶接装
置。
【請求項１１】前記溶接制御手段は、溶接ワイヤの突
出し長さを基に溶接電流と溶接電圧を制御してなる請求
項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の多層盛自動溶
接装置。
【請求項１２】前記一対の溶接対象のうち他方の溶接
対象に吸着された状態で前記溶接台車の移動を案内する
案内手段を備えてなる請求項１乃至１１のうちいずれか
１項に記載の多層盛自動溶接装置。