JPS58221672A - 溶接ロボツトの倣い制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アーク溶接用リボットの溶接線倣い制御方式
に関し、特にすみ肉コーナ部を適正に倣い溶接する自動
溶接方式に係るものである。

従来、消耗電極式アーク溶接機で第１図＜＆）に示すよ
うな部材１００と部材２００の接合すみの隅肉溶接や、
第１図（切に表わすような部材１００と部材２００の接
合部に形成され九Ｖ開先溶接を行な、う場合に、ウィー
ビング（ｗｅａｖｉｎｇ　）　運動ｆる溶接トーチ１を
搭載した台車を接合線や開先線に沿って走行させている
が、台車がワーク怒それらの線に沿って正しく走行しな
いときは溶接部２０が偏って溶接される。

この問題金除去するため、溶接トーチ１先端のウィービ
ングの中心が、溶接線から偏った場合、ウィービング両
端における溶接電流または電圧が異なつ九ものとなるこ
とを利用し、溶接トーチ１を溶接線に対し、ウィービン
グ方向に水平に移動させるアクチュエータを設け、これ
を前記ウィービング両端での検出値の差が零になるよう
に制御して左右にずれのない溶接ビードが得られるよう
にし、またその検出値が常に一定になるように垂直方向
（消耗電極方向）にアクチュエータを制御する溶接線自
動追従倣い制御装置が提案されているＯ この倣い方式を公知の直交座熾ロボット、多関節−ボッ
ト、極座標ロボット、円筒座標ロボットで実行する場合
を考えると、例えば第２図に示すような構成のアーク溶
接ロボットとなる。

第２図に示す斜視図は、多関節ロボットに前述の制御方
式を適用するもので、冒ポットの手首にウィービング装
置２を装着し、水平方向アクチュエータと垂直方向アク
チュエータの２軸動作を旋回軸３．下腕軸４．上腕軸５
のロボット基本３軸の合成運動で代行させたものである
。

ウィービング装置２を省き、ウィービング運動も四ボッ
ト基本３軸の合成運動で代行させる方式！　３図１−１
．センナ部のブ四ツク図である。第１図（ａ）のウィー
ビング両端１，１／での溶接電流または溶接゛１圧３０
２を検出しこれを入力し、前述の判断基準で水平方向（
ウィービング方向）への左、右軌跡修正信号３０５，３
０６と垂直方向（消耗電極方向）への上、下軌跡修正信
号３０３゜３０４を発生させるセンサ部３００である。

ウィービング両端での測定開始指令３０１は、ウィービ
ング装置またはロボット制御装置から与えられるＯ゛ 第４図は、水平すみ肉溶接での軌跡修正信号の方向の態
様図でおる。

溶接トーチ１に把持されたｌａは消耗電極、ｑは軌跡修
正量を表わす。軌跡修正信号の右、左。

上、下および上と右、下と右、上と左、下と左のそれぞ
れの組合わせからなる軌跡修正信号の８通シを示し、そ
れらの軌跡修正量はｑまたはＱｑで与えられる。

第５図は水平すみ自溶接線を上からみた図である。

これは、急峻な直角コーナ部での倣い溶接の挙動を示し
ている。ウィービング両端での溶接電流ｔたは溶接電圧
の変化よシ位置ずれを修正し、電流を一定に制御する所
謂アークセンサ方式に基づく倣い溶接では、ウィービン
グ方向は溶接線に直角にとるのが倣い精度向上のために
望ましい。

そのためティーチング軌跡ｐ、ｐ、に直角な方向にウィ
ービングするようにティーチングされる。

実際のワーク溶接線５０１（Ｐ１’→ｐ、／→Ｐ、りが
ティーチング軌跡５００（’ＰＩ→Ｐ、→ｐｇ）よシ第
５図のようにずれているとき、ｐ、ｐ、に垂直な方向に
ウィービングしながら、第３図のセンサ３００よシ与え
られる軌跡修正信号３０３〜３０６によシ、実際のワー
ク溶接線５０１上を倣い点Ｐ８Ｉに達する。

点Ｐ、′ですみ内部がなくなると、平板上にビードを乗
せだし、センナ部よシ左下軌跡修正信号が主に与えられ
る。第４図の左下軌跡修正信号の組み合わせのｉｑのベ
クトルは、第５図のように上からみると、＠５図Ｐ　＊
　Ｐ　ｓと平行な方向となる。溶接速度としてティーチ
ングされた溶接進行方向ベクトルとこの軌跡修正ベクト
ルで決まる角ｐ　１／／点に達する。

アークセンサ方式による倣い溶接には形状の認識能力が
ないため、ティーチングされたコーナ点Ｐ、に対応する
実際のワークのコーナ点Ｐ、／　をコーナ点と認識でき
ない。そのためティーチングとｐ、ｊｐ、Ｉが平行の例
である）を演算管理することにより、点Ｐヨへの対応点
Ｐ、″をコーナ点と認識する方法がとられる。

も２１点でティーチングされている方向（ＰＩ　ＰＩに
直角方向）に切替わシ、ｐ、　ｐ、を基準とした倣い溶
接が続行される。

なお、角度ζｍ＆工は次式で与えられる。

または ■ ただし、 ｆはウィービング周波数（Ｈｚ）、 ■は溶接速度（ｒｆＩｒｒ／ｍ１ｎ）、ｑは第４図に示
した軌跡修正量（ｒｎｒｒｌ）、である。　　　　　　
　　　　　□ （１式）は第４図で左（軌跡修正）信号のみか下（軌跡
修正）信号のみかが与えられたとき、（２式）は左（軌
跡修正）信号と下（軌跡修正）信号が同時に与えられた
ときの角度ζｍａｘである。

従来のこの方法では、第５図の溶接線５０１に示すよう
に、コーナ部にオーバーターンを生じ、コーナ部溶接結
果が適正でない欠点がある〇コーナ部のみ検出するスタ
イラス式接触センサ。

形状認識用ビジョンセンサ等の併用も考えられるが、溶
接トーチ１のまわシに溶接待邪魔になる接触センサをつ
けたｐ高価なビジ田ンーンサ（ｖｉｓｉｏｎｓｅｎｓｏ
ｒ　）を付けたりすると、アークセンサの本質的良さく
すなわち、溶接時センサが邪魔にならない、アーク光、
熱、スパッタ、ヒユーム等の悪環境下でも信頼性がある
、箱の内面溶接等外から見えない狭い箇所のセンシング
もできる。コストも安い等）を損うという欠点がある。

本発明の目的は、他の七ンｔとの併用を行なわずアーク
センサのみを使用しアークセンサの前述の良さを保ちな
がら、前記コーナ部での従来の欠点を除去し、急峻なコ
ーナ部倣い溶接を適正なものにならしめる制御方式を提
供することにある。

更に詳しく言えば、前述したようにアークセンサのみで
は実際のコーナ点Ｐ、′を認識できないが、コーナ点を
認識できないとしても角度ζｍａｘが第５図に示す ζｍａｘ　；　　１８０’　−＃になるように制御し、
コーナ点Ｐ、′近傍での溶接結果がアンダーカット等の
欠陥を有しないように溶接条件、ウィービング条。

件を選定すれば適正なコーナ部溶接が可能となるす ので、第６図（本発明のコー貴点近傍氏おけるウィービ
ング、方向の説明図）に示すように、ティーチング点Ｐ
ｓ　ｅ　Ｐａ　ｅ　Ｐｓで形成されるディーチング軌跡
Ｐ、→Ｐ、→Ｐ、のコーナ点Ｐ、の角度θを演算し、ワ
ークのバラツキ幅を充分カバーするだけのコーナ点Ｐ！
を中心とする半径ｄの球である監視ゾーンを設け、その
ゾーンに溶接トーチ１先端が入ると同時に溶接速度■を
下げ、その溶接速度■で適正なビードができるよう溶接
電流を下げ、ウィービング周波数ｆを上げ、ウィービン
グ方向を溶接進行方向に対し０／２だけ傾け、傾けた状
態でも直角方向の振幅が変らな埴だけウィービング振幅
を大きくシ、ウィービング周波数ｆと溶接速度Ｖと軌跡
修正信号に基づき軌跡修正量ｑを決め、実際のコーナ点
Ｐ宜′を過ぎてもウィービング方向を切替えずそのｔま
とし、溶接方向がほぼ角度ζ　　＝１８０’−〇となる
よう制御し、監視ゾーンａｘ を出た点Ｐ１″が演算上のコーナ点であるとし、ステッ
プを切替え、ウィービング方向を点Ｐ、でテ溶接電流、
溶接速度■、ウィービング周波数ｆ。

ウィービング振幅をティーチデータに戻すようにした溶
接ロボットの倣い制御方式を提供することにある。

以下に、本発明を詳細に図示した一実施例に基づいて説
明する。

第７図は、溶接トーチ１がティーチング点Ｐ。

を中心とした半径ｄの前記監視ゾーン１１に入ったとき
、ウィービング方向を０／２だけ傾けるためのウィービ
ング方向傾斜用モータ６とロボットの腕７の取付は関係
を示す図である。

第８図は、つ、イーピング装置２．溶接機８．ウィービ
ング方向傾斜用モータ６、ロボット腕７゜アークセンサ
９とロボット制御装ｆｉｉｌｏとの制御信号のやシとり
を示すブロック図である。

ウィービング装ｕ２．アーク七ンサ９．溶接機８は共に
選択回路２１，２２．２３を有し、それぞれロボット制
御装置１０から設定されたウィービング周波数ｆと振幅
のティーチングデータ設定器２４．溶接電流ティーチン
グデータ設定器２５゜ワイヤフィードティーチングデー
タ設定器２６と監視ゾーン内ウィービング周波数と振幅
の設定器２７、監視ゾーン内ワイヤフィード設定器２９
とをロボット制御装置ｌＯからの監視ゾーン内外信号に
よシ切替えられる。

ウィービング方向傾斜モータ６の傾斜角はロボット制御
装置１０から傾斜角設定器３０に設定される。冒ボット
腕７は複数の腕から構成され、それぞれのサーボ回路３
１にアークセンサからの軌跡修正信号が発生したときは
、その軌跡修正を実□ 現すべく軌跡修正の次めの制御信号がロボット制御装［
１０から与えられる。′ 次に動作について説明する。

溶接トーチ１がｐ１’　、ｐ、’　間の監視ゾーン１１
外にあるときは、ウィービング周波数ｆ、振幅。

溶接電流、ワイヤフィード共にこれらに対しティーチデ
ータが選択され、ウィービング方向傾斜用モータ６は作
動せず、溶接線にほぼ直角にウィービングしながらロボ
ットの腕７を制御することでアークセンサ９からの第４
図に示す８通シの軌跡修正信号に対応した軌跡修正を行
なう倣い動作により２０１点に達する。

その際、ティーチングされている点Ｐ＋（ＸｔｔＹＩｔ
　Ｚｔ）ｍＰｔ　（Ｘ＊ｒＦｔ　ｗ　Ｚｅ　　）ｙＰ＋
（Ｘａ＋Ｖｓ　ｅ　Ｚｓ　）より既に計算ずみの角度θ
゛梅だけウィービング方向が傾けられると同時に、ウィ
ービング周波数、娠幅、溶接電流、ワイヤフィード共に
監視ゾーン内用データに切替わυ、また、溶接速度も下
げられる。

軌跡修正信号１右”３０５．＠右″′３０６をウィービ
ング方向と一致させる必要があるため、１＃３０５、”
右”３０６．″′上’３０３．’″下”３０４信号の方
向は第９図（ＩＬ）〜（ｅ）に表わすように切替わる。

このアークセンシング倣いは溶接電流一定の制御も同時
に行なわれるが、いまことではコーナ部でのオーバータ
ーンを論じているので第９図（ｂ）で考える。”左”、
″下”の信号がそれぞれ単独で与えられたときは■の方
向へｑ　　、同時に与えられたときには／ｆｑ、”右”
、″上”の信。

号がそれぞれ単独で与えられたときは＠の方向へ９１、
同時に与えられたときにはｆｌｑの軌跡修正量となる。

、３゜ 第６図および第７図におけるｐ　ｃ　７点からＰ、１点
までは、理想的には右上信号が主に与えられ、Ｐｃ′→
Ｐ、′軌跡からのずれを補正するだめの左下信号が間欠
的に与えられ、溶接進行ベクトルとの合成でＰｃ′→ｐ
、　／の経過をたどる。

過ぎても相変らず同じステップのｐ、　／　ｐｔ／方向
に溶接進行ベクトルは向いている。それ以降はすみ肉の
壁がなくなる方向に向うのを阻止しようとする軌跡修正
信号が発生される′。主には左下信号でめシ、間欠的に
は左信号、子信号である。

間に進行すべき溶接方向進行ベクトルであり、ｈ′几′
は左下信号、のとき。

ｐ、を几’＝／ｆｑ　　　　　　　　　・・・・　（４
式）％式％ ｑ＝１□。、　　　　　　　・・・・（５式）ても溶接
進行方向はｐ、ｊｐ、１方向と平行となる。その間左、
下信号がそれぞれ単独に、間欠的に与えられると、その
分オーバータンの原因となるから、軌跡修正量ｑを（５
式）以上に設定する必要がある。

一般的には、軌跡修正量ｑは溶接速度Ｖ、ウィービング
周波数ｆ、ティーチングポイントＰ、の偏位角θの関数
で与えられるが、コーナ近傍でつイーピング方向をθ／
２だけ傾け、コーナ点の認識なしに実際のコーナ点を過
ぎても、ステップの切替なしに次のステップの溶接進行
方向へ溶接方向を向かわせ、しかもアークセンサ９から
適正な軌跡修正信号を発生させるためのウィービング方
向を保つことが本発明の要旨であシ、軌跡修正量ｑの一
般的表現“、解法には言及しない。

監視ゾーン１１内で溶接条件、ウィービング条件、軌跡
修正量ｑを変更するのは、倣い精度を向上させるのと、
コーナ部をオーパターン、アンダーカットなしに適正に
信頼性良く倣い溶接するがためである。

なお、コーナ近傍でウィービング方向を傾けずに軌跡修
正方向のみ第９図（ｂ）　ｔ　（ｃ）のようにθ／２傾
ける方法では、点Ｐ、′を過ぎるとウィービング適正な
軌跡修正信号が発生され得ない。そのため、ウィービン
グ方向、軌跡修正方向共傾けるのである。

監視ゾーンｌｌ内をＰ、’　４　Ｐ、Ｎと倣い溶接が進
み、Ｐ愛“点でステップが切替わり、ウィービング周波
数と振幅、溶接電流、ワイヤフィード共にティーチング
データが選択され、溶接速度も上げられ、ウィービング
方向傾斜モータ６によシθ／２だけ戻される。

ウィービング方向傾斜モータ６が元に戻された状を溶接
トーチが通るべく倣い動作が続行される。

以上は、ウィービング装置２．ウィービング方向傾斜モ
ータ６を使用しコーナ外回りの場合につき説明したが３
、本発明の制御方式はコーナ自回シにも有効である。ま
たウィービング装置２．ウィービング方向傾斜モータ６
を使用せず、ロボットの複数の腕の合成運動としてそれ
らの機能を代行させる等の制御方式も本発明に含まれる
のは勿論である。

以上の説明で明らかなように、本発明は、アークセンサ
を使って実際のコーナ点のｌ！！識がなくても、実際の
コーナ点を過ぎた直後の溶接進行方向を次のステップの
溶接線に沿わせることによシ、コーナ近傍での適正な倣
い溶接ができるようになシどんな急峻な曲ｐ角をも倣い
溶接が可能となったＯ また、本発明によシ、ステップの切替え、コーナ近傍で
のウィービング方向、ウィービング条件。

溶接条件の切替えが自動的に行なわれるようになシ、テ
ィーチング作業が大幅に簡略化され、多数のコーナから
構成されしかも精度の悪い、複雑な形状のワークの連続
倣い溶接が可能となり、溶接自動化１に貢献するところ
が極めて大きいと云える。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）は消耗電極式アーク溶接機で
の隅肉溶接、■開先溶接を行なう図、第２図は多関節ロ
ボットの斜視図、第３図はセンナ部の信号の受授を示す
図、第４図は水平隅肉溶接での軌跡修正信号の方向説明
図、第５図は従来の水平隅肉溶接線の上面図、第６図は
本発明の水平隅肉溶接線の上面図におけるウィービング
方向説明図、第７図は第６図の斜視図、第８図は本発明
の一実施例の構成を表わすブロック図、第９図（ａ）　
、　（ｂ）　、　（ｅ）は本発明のライビング方向と左
右方向図、その矢視０図、その矢視０図である。 １．１′・・・溶接トーチ、２・・・ウィービング装置
、３・・・旋回軸、４・・・下腕軸、５・・・上腕軸、
６・・・ウィービング方向傾斜用モータ、７・・・ロボ
ット腕、８−・溶接機、９・・・アークセンサ、１０・
・・ロボット制御装置、１１・・・監視ゾーン、２０・
・・溶接部、　２１〜２３・・・選択回路、２４・・・
ティーチングデータ設定器、２５・・・溶接電流ティー
チングデータ設定器、２６・・・ワイヤフィードティー
チングデータ設定器、２７・・・監視ゾーン内ウィービ
ング周波数と振幅の設定器、ア・・・監視ゾーン内溶接
電流設定器、２９−・・監視ゾーン内ワイヤフィード設
定器、３０・・・傾斜角設定器、３１・・・サーボ回路
、１００　、１００’　、　２００　・・・溶接部材、
３００・・・センサ。 出願人代理人　　猪　股　　　　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接トーチ先端を教示線に沿ってウィービングさせ
   ながら、ウィービング両端での物理量を検出し、その検
   出値の変化にょシ被溶接物の実際の溶接線とのずれを修
   正する溶接四ポットにおいて、コーナであるとテ１イ゛
   −チングされた点を中心とした被溶接物のコーナ点のば
   らつきょシ大きい半径を有し前記ティーチングされた点
   を中心とする球で構成される監視ゾーン内でウィービン
   グ方向をコーナ角θの略１／２だけ傾け、実際のコーナ
   点を過ぎたあと次のステップの溶接線方向に溶接方向を
   向けるべく軌跡修正量を溶接速度、ウィービング周波数
   よシ計算し、コーナ部を倣い溶接することを特徴とする
   溶接ロボットの倣い制御方式。 ２、コーナであるとティーチングされた点の近傍を示す
   前記監視ゾーン内ではウィービング周波数、撮幅をティ
   ーチングデータよシ大きくし、溶接電流、溶接速度をテ
   ィーチングデータより小さくすることによυコーナ部を
   倣い溶接する特許請求の範囲第１項記載の溶接ロボット
   の倣い制御方式。 ３、前記監視ゾーンを出べた点を演算上のコーナ点であ
   るとし、ステップの切替えを行なう特許請求の範囲第１
   項あるいは第２項記載の溶接ロボットの倣い制御方式。