JPH11762A - 溶接トーチの芯ずれ検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶接作業の前後における溶接トーチの取付位置
のずれを容易に検出するに好適な溶接トーチの芯ずれ検
出方法及び装置。 【解決手段】溶接トーチ５に接触子７を取付け、被溶接
構造物１８に対して溶接ロボット１と同一の所定位置に
設けた基準ブロック９に、接触子７を接触させた短絡信
号により、溶接作業前と溶接作業後における接触子７の
位置情報の差を検出し、この位置情報の差から溶接トー
チ５の取付位置のずれ量を算出し、溶接トーチ５の取付
位置の算出ずれ量と、溶接に支障のないとして予め設定
された設定ずれ量とを比較する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接ロボット装置
に係り、特に、溶接トーチの芯ずれ検出方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接ロボットによる自動溶接において
は、溶接作業の実行に先立ち、溶接ロボットの作動プロ
グラムに基づく作業手順を記憶させておく。溶接ロボッ
トは、この作動プログラムに基づいて溶接トーチと溶接
構造物の間にアークを発生させて溶接作業を行う。図９
は、従来技術の溶接トーチの芯ずれを示す図である。

【０００３】溶接ロボット１に溶接作業をティーチング
するには、公知のティーチング方法によって、溶接ロボ
ット１と溶接構造物１８との相対位置を検出するため
の、タッチセンシングプログラムを作成し、さらに、溶
接構造物１８に溶接を行うための溶接プログラムを作成
する。例えば図９（ａ）において、溶接トーチ５は、溶
接ロボット１に取り付けられたトーチ取付金具８によっ
て取付基準位置に固定されるている。しかし、溶接ロボ
ット１は、プレイバック動作で繰り返し溶接を行うと、
同図（ｂ）に示すように、溶接トーチ５の取付部が緩ん
だり、溶接トーチ５と溶接構造物１８が接触して溶接ト
ーチ５が変形し、ティーチング時の溶接トーチ５の取付
基準位置とは異なり、溶接トーチ５の芯がずれて溶接ト
ーチ５の姿勢と、ねらい位置が変わって溶接ビードにず
れが生ずる。

【０００４】このような位置ずれの状態で溶接作業を行
うと、溶接線をはずれて溶接不良の原因になる。そこ
で、定期的にロボットの稼動を停止させて、人手により
溶接トーチの取付位置がずれていないかを確認してい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、人手に
より定期的に実施する溶接トーチの取付位置の確認作業
は、個人差により取付精度の確認内容にばらつきがあっ
た。なかには、取付位置のずれに気づくことなく溶接し
たり、溶接線からはずれて生産性が低下し、多層盛り溶
接においてはビードの重なりが悪くオーバーラップする
等の溶接不良が発生するという問題点があった。本発明
は、上記の問題点を解決し、人手によらずに、溶接作業
の前後における溶接トーチの取付位置のずれを容易に検
出し、溶接生産性の向上と溶接不良の発生を未然に防止
することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に以下の事項を実施する。溶接トーチに取り付けた接触
子または、溶接ワイヤと溶接ロボットから常に同じ位置
関係にある基準ブロックとの間に検出電圧を印加してお
く。実作業に先立って溶接ロボットに作動順序を記憶さ
せたときに、接触子の先端または溶接ワイヤの先端を基
準ブロックに接触させる。この接触を予め印加した検出
電圧の短絡信号としてタッチセンサ制御装置で検出し、
ロボット制御装置により溶接ロボット動作軸の移動を停
止するとともに、停止した位置情報をロボット制御装置
に記憶する。この位置情報と溶接ロボットがプレイバッ
ク動作で溶接を行うときに、接触子の先端、または、溶
接ワイヤの先端を基準ブロックに接触させて停止したと
きの位置情報の差を計算しその差を溶接トーチ取付位置
のずれ量として認識する。このずれ量が大きいときは、
外部に異常信号を発信して溶接ロボットの動きを停止さ
せ、ずれ量が少ない時は引き続き溶接を実施する。

【０００７】これにより、溶接ロボットを用いて溶接を
行うに際して、溶接トーチ取付位置のずれ量の検出を、
溶接ロボットの稼働を停止させてオペレータがチェック
するステップを設けることなく溶接ロボット自身が測定
し、外部に異常信号を発信してロボットの動きを停止さ
せるか、あるいは、引き続き溶接を行うかを判断させる
ことにより、ねらい位置が溶接線からはずれることな
く、常に溶接線に沿った自動溶接を実現し溶接不良を未
然に防止することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の溶接トーチの芯ずれを
検出する溶接ロボット装置の全体図であって、溶接ロボ
ット１、ロボット制御装置２、溶接電源３、タッチセン
サ制御装置４、溶接トーチ５、操作パネル１０等から構
成されている。溶接ロボット１は、３軸方向の手首軸１
１を備えており、手首軸１１の先端部に溶接トーチ５が
装着されている。この溶接トーチ５には、接触子７を取
付け、この先端を接触させる通電可能な基準ブロック９
をロボット動作範囲内に設置している。溶接電源３の二
次側は、溶接トーチ５、溶接構造物１８にケーブルで接
続されており、さらに、溶接トーチ５は、溶接構造物１
８及び基準ブロック９との間に電圧を印加するためにタ
ッチセンサ制御装置４に配線されている。ロボット制御
装置２は、溶接ロボット１、溶接電源３、タッチセンサ
制御装置４等を制御する。

【０００９】図２は、溶接トーチを示す側面図であっ
て、図２（ａ）は、溶接時の溶接トーチの側面図であ
る。溶接トーチ５は、溶接チップ１３、ノズル１２、接
触子７により構成され、トーチ取付金具８を介して図１
に示した溶接ロボット１に装着されている。溶接構造物
１８の位置検出時、及び溶接トーチ５の取付位置のずれ
量検出時は、図２（ｂ）に示すように、接触子７を溶接
ワイヤ６より前方に突出させ、先端が溶接構造物１８に
接触するようにしている。

【００１０】前記した公知のティーチング方法により、
溶接ロボット１と溶接構造物１８との相対位置を検出す
るための、タッチセンシングプログラムを作成し、さら
に、溶接構造物１８に溶接を行うための溶接プログラム
を作成する。ここで、図３を用いてタッチセンシングの
ステップを説明する。タッチセンシング時には、溶接ト
ーチ５に取り付けられた接触子７と溶接構造物１８との
間に電圧を印加しておく。そして図３（ａ）に示す如
く、接触子７が溶接構造物１８の表面２１に接触する
と、接触子７と溶接構造物１８との間に電流が流れ、こ
の短絡信号をタッチセンサ制御装置４で検出し、ロボッ
ト制御装置２により溶接ロボット動作軸の移動を停止し
て、表面２１の位置が検出される。この表面２１の位置
をＺ方向の位置としてロボット制御装置２に記憶され
る。Ｚ方向に続いてＹとＸ方向のセンシングを行う。図
３（ｂ）（ｃ）に示す如く、接触子７が溶接構造物１８
の表面２２、２３に接触することにより、Ｙ、Ｘ方向の
位置が求められロボット制御装置２に記憶される。以上
のステップで求められた（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は溶接ロボット
１と溶接構造物１８の相対位置を示し、溶接ロボット１
は、このデータ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に基づいて溶接を行う。

【００１１】次に、溶接プログラムの作成は、溶接トー
チ５を溶接構造物１８に接近させ、そこで溶接の軌跡に
沿って、溶接のねらい位置、トーチ角度等を溶接ロボッ
ト１に記憶させる。このとき、操作パネル１０で溶接電
流、溶接電圧、溶接速度等の溶接条件を設定して、これ
をロボット制御装置２に入力しておく。

【００１２】以上のステップで作成された、タッチセン
シング及び溶接プログラムは、溶接ロボット１のプレイ
バック動作によって実行される。しかし、溶接ロボット
１のプレイバック動作で繰り返し溶接を行うと、溶接ト
ーチ５の取付部が緩んだり、溶接トーチ５と溶接構造物
１８が接触して溶接トーチ５が変形する。さらに、変形
が大きい時には、新しい溶接トーチに交換する必要があ
り、これらの場合、最初にティーチングしたとき、すな
わち、図９（ａ）に示す溶接トーチ５の取付位置と異な
り、図９（ｂ）に示すように、溶接トーチ５の芯がずれ
て溶接トーチ５の姿勢と、ねらい位置が変わって溶接ビ
ードがずれるという問題が発生する。

【００１３】図４は、本発明に係る溶接トーチの芯ずれ
検出の原理を示す図である。図４（ａ）に示すように、
溶接トーチ５に取り付けた接触子７と基準ブロック９に
電圧を印加しておき、次いで図４（ｂ）のように、接触
子７を基準ブロック９に接触させることにより、接触子
７と基準ブロック９との間に電流が流れ、溶接ロボット
１は、接触子７と基準ブロック９が接触した位置２０の
位置情報を記憶する。接触子７が接触する基準ブロック
９は、図５（ａ）、（ｂ）に示す如く接触面を凸型９
ａ、または凹型９ａ’に形成しておく。

【００１４】次に、溶接トーチ芯ずれ検出手順を図８に
示すフローチャートによって説明する。まず、ティーチ
ング時に、溶接を実行する溶接プログラムを作成する。
次に、溶接トーチ５の芯ずれを検出するために基準位置
情報を記憶させる。基準位置情報は、図６に示すよう
に、溶接トーチ５に取り付けた接触子７を基準ブロック
９の凸面９ａ（または凹面９ａ’）に接触させると、タ
ッチセンサ制御装置４は、予め印加した検出電圧の短絡
信号として接触動作を検出し、ロボット制御装置２によ
り溶接ロボット動作軸の移動を停止すると共に、動作軸
の停止位置を溶接ロボット１のＸ、Ｙ、Ｚを座標とする
基準位置情報Ｒ０＝（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）としてロボッ
ト制御装置２に記憶させる。これがティーチング時の位
置情報の基準となる。

【００１５】次に、図７に示すように、プレイバック動
作で溶接作業を実行し、接触子７を再び基準ブロック９
に接触させ、その時の位置情報Ｒ１＝（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ
１）を検出する。ティーチング時に求めた基準位置情報
Ｒ０＝（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）と、プレイバック動作時に
求めた位置情報Ｒ１ａ＝（Ｘ１ａ、Ｙ１ａ、Ｚ１ａ）ま
たは、Ｒｌｂ＝（Ｘ１ｂ、Ｙ１ｂ、Ｚ１ｂ）を比較し、
その差を溶接トーチ５の芯ずれ量△Ｒとする。すなは
ち、△Ｒ＝｜Ｒ１−Ｒ０｜を計算することによって溶接
トーチ５の芯ずれ量△Ｒを求めるこどができる。予めオ
ペレータにより入力した溶接トーチの許容可能なずれ量
Ｈ、つまり、溶接作業に支障がないずれ量の限界値と前
記△Ｒとを比較する。

【００１６】図７（ａ）は溶接トーチ５に芯ずれがない
状態で、接触子７と基準ブロック９間に電圧を印加し
て、接触子７を基準ブロック９の凸面９ａまたは凹面９
ａ’に接触させる。接触位置３１ａの位置情報はＲ１ａ
＝（Ｘ１ａ、Ｙ１ａ、Ｚ１ａ）で示され、溶接トーチ５
の芯ずれ量は△Ｒ＝｜Ｒ０−Ｒ１ａ｜＜Ｈとなり、少な
くとも溶接トーチ５の芯ずれが小さくこの状態で溶接を
行っても問題ないと判断され引き続き溶接作業を実行す
る。

【００１７】図７（ｂ）は溶接トーチ５に芯ずれが発生
した状態で、接触子７と基準ブロック９間に電圧を印加
し、接触子７を基準ブロック９の凸面９ａまたは凹面９
ａ’に接近させたとき、溶接トーチ５は、芯ずれにより
凸面９ａまたは凹面９ａ’とでなく基準ブロック９の９
ｂ面と接触する。接触位置３１ｂの位置情報はＲ１ｂ＝
（Ｘ１ｂ、Ｙ１ｂ、Ｚ１ｂ）で示され、前記芯ずれ量は
△Ｒ＝｜Ｒ０−Ｒ１ｂ｜≧Ｈとなり、溶接トーチ５は芯
ずれが大きく問題であると判断され異常信号を外部に発
信して溶接ロボット１を停止させ、溶接不良を未然に防
止している。

【００１８】例えば、溶接作業に支障のない許容できる
溶接トーチ５の芯ずれ量をＨ＝２（ｍｍ）と設定する。
△Ｒ≧Ｈの場合は、溶接トーチ５の芯ずれ量が２ｍｍ以
上であると判断し、異常信号を外部に発信して溶接ロボ
ット１を停止させて、溶接不良を防止し、△Ｒ＜Ｈの場
合は、溶接トーチ５の芯ずれ量が２ｍｍ以下か、芯ずれ
は発生していないとし、続けて溶接を実行しても問題な
いものと判断する。

【００１９】以上のように、溶接トーチ５の芯ずれ量を
測定することにより、溶接トーチ５の取付位置がティー
チング時に近い状態での溶接が可能となり、ねらい位置
のずれ、トーチ角度の変化、アーク集中性の低下、アー
ク長の変化等による溶接欠陥を防止すると共に生産性の
向上に寄与することが可能となる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の実施により、溶接ロボットを用
いて溶接構造物に溶接を行う際に、溶接トーチに取り付
けた接触子を基準ブロックに設けた凸面または凹面に接
触させて、その位置情報をロボット制御装置に記憶さ
せ、ティーチング時のトーチ取付基準位置との比較を行
うことにより、異常信号を外部に発信して溶接を停止さ
せるか、引き続き溶接を行うかを溶接ロボットが判断す
るので、溶接線を外れて溶接したり、溶接トーチのねら
い位置、及び溶接姿勢が変化することがないため、常に
安定した状態での溶接が可能となり、自動溶接作業の生
産性が向上し、これにより、溶接トーチの芯ずれによる
溶接不良を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る溶接トーチの芯ずれを検出する溶
接ロボット装置の全体を示す図である。

【図２】本発明に係る溶接トーチを示す側面図である。

【図３】溶接ロボットのＸ、Ｙ、Ｚ方向へのタッチセン
シングを示す図である。

【図４】本発明による溶接トーチの芯ずれ検出方法を説
明する図である。

【図５】本発明の基準ブロックの全体図である。

【図６】本発明による溶接トーチの芯ずれ検出方法を説
明する図である。

【図７】本発明による溶接トーチの芯ずれ検出方法を説
明する図である。

【図８】本発明による溶接トーチの芯ずれ検出方法のフ
ローチャートである。

【図９】従来技術の溶接トーチの芯ずれを示す図であ
る。

【符号の説明】

１…溶接ロボット ２…ロボット制御装置 ３…溶接電源 ４…タッチセンサ制御
装置 ５…溶接トーチ ６…溶接ワイヤ ７…接触子 ８…トーチ取付金具 ９…基準ブロック ９ａ…基準ブロックの凸面 ９ａ’…基準ブロックの凹面 ９ｂ…基準ブロックの凸面または凹面をはずれた位置 １０…操作パネル １１…手首軸 １２…ノズル １３…溶接チップ １８…溶接構造物 １９…溶接線 ２０…接触子が基準ブロックに接触した位置 ２１…溶接構造物Ｚ方向の位置 ２２…溶接構造物Ｙ方向の位置 ２３…溶接構造物Ｘ方向の位置 ３０…基準位置情報Ｒ０＝（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０） ３１ａ…溶接トーチ５に芯ずれがない場合の位置情報 ３１ｂ…溶接トーチ５に芯ずれが有る場合の位置情報

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接ロボットの溶接トーチに接触子を取付
   け、 被溶接構造物に対して溶接ロボットと同一の所定位置関
   係を保持して設けた基準ブロックに、前記接触子を溶接
   作業前と溶接作業後に接触させて得られる電気的短絡信
   号を検出し、 この短絡信号に基づいて溶接作業の前後における前記接
   触子の位置情報の差を検出し、 この位置情報の差から前記溶接トーチの取付位置のずれ
   量を算出し、 この溶接トーチの取付位置の算出ずれ量と、溶接作業に
   支障のない限度として予め設定された設定ずれ量とを比
   較することにより、 溶接作業の継続の可否を判定することを特徴とする溶接
   トーチの芯ずれ検出方法。
2. 【請求項２】溶接ロボットによる自動溶接装置におい
   て、 前記溶接ロボット先端の溶接トーチに付設した接触子
   と、 被溶接構造物に対して溶接ロボットと同一の所定関係位
   置を保持して設けた基準ブロックと、 前記接触子と前記基準ブロックとの接触により得られる
   電気的短絡信号と、 この短絡信号に基づいて、前記溶接ロボットのティーチ
   ングによる溶接作業の前後における、前記接触子の位置
   情報の差の検出と、前記溶接トーチの取付位置のずれ量
   の算出を行ない、溶接作業の継続実行の可否を比較判定
   する手段を有することを特徴とする溶接トーチの芯ずれ
   検出装置。