JPS59101280A - 自動溶接機における溶接方法 - 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】 本発明は自動溶接機におｔｊる溶接開始方法に係り、特
に被溶接部分を複数回の多層溶接により行なう溶接−始
方法に関する。

ワイヤと溶接部材との間に電圧を印加してワイヤ先端よ
りアークを発生すると共に、ワイヤを順次少量づつ繰り
出しなからワイヤ先端を溶接通路に沿って移動させて溶
接する溶接機がある。第１図はか−る溶接機の概略図で
あり、ワイヤＷ几は繰り出しローラＦ几により矢印方向
に少量づつ繰り出され、案内部相ＯＢを経由して、トー
チ′ｒＣの先端より突出し、ワイヤ先端が溶接部材ＷＫ
の表面より所定ｍｈれた位置にあるようワイヤｖｖＲの
フィード量が制御されている。浴接′磁諒ＰＳより発生
し、所定の周期で断続する高電圧のプラス側は案内部材
ＧＢを介してワイヤＷＲに加えられ、マイナス側は溶接
部材ＷＫに加えられている。更に、図示しないガス供給
部からは矢印に示すようにトーチＴＣ内部を通って溶接
部分に当るようにガスか供給され、溶接部分の電化を防
いでいる。

さて、ガス供給部よりガスを供給し、且つワイヤを少量
づつ繰出しながら溶接電源ＰＳより高電圧を１続的に発
生ずるとワイヤ先端よりアークが発生すると共にワ・ｆ
ヤ及び浴接部分が溶け、浴融部分が一体に溶接される。

そして、取返はか−る溶接作業をロボットによりｔｊわ
ゼるようになりてきている。即ち、溶接機のトーチをロ
ボットにより把持させ、八にロボットをしてトーチ（ワ
イヤ先端）を溶接通路に７０って移動させ、浴接部分の
溶接を行なっている。

ところで、被溶（ど８部分の１問槓が大きい場合には、
１回の溶接通路に沿った溶接作業では完全な溶接を行な
うことができず、溶接開始端における溶接開始点を少し
づらしながら抜数回の溶接作業を行なっで、完全な溶接
なしている。か＼る溶接作業は多層溶接と称され断面積
の大きい溶接に有効である。

しかし、従来方法においては溶接開始端における全溶接
開始点を一々教示しなくてはならないため、教示作業が
煩雑となると共に、トーチを被溶接部分の２等分線上に
正しく向ける作業が困難であった。又、第ｉ層目（ｉ≧
２）の溶接においては、現に観（ｉ＝１）層目迄の溶接
が行われであるため、トーチを既に教示しである第ｉ層
目の溶接開始点Ｐｉに位置決めしても、教示がうまくい
っていないとワイヤが被溶接部分と短絡を生じ、或いは
アークを発生する位置に到達せずアーク切れ（アークが
発生しない状態）を生じ、溶接を行なうことができず、
又溶接ができたとしても溶接条件が異なり均一な溶接が
できなかった。

以上から、本発明は教示作業が簡単であり、しかもトー
チの姿勢制御が簡単に行なえ、更にはアーク切れが生じ
ることがなぐ、均一な溶接が行なえる自動溶接機におけ
る溶接開始方法を提供することを目的とする。

以下、本発明を図面に従って詳細に説明する。

第２図、第６図は本発明に係る多層溶接を説明する説明
図であり、被溶接部分ＷＳの溶接開始端における断面図
である。ＰＲ２Ｐ２・・／　ｌ’ｕは溶接開始点であり
、第１層目の溶接開始点Ｐｌは被溶接部分（溝部）の頂
点、第２、第５、第９層目の溶接開始点Ｐ２．Ｐ５．Ｐ
、は而の開き角θを特定する第１の開き方向上でＰｌよ
り第１の所厘距ｍｄｓ　２２ｄ１　ｔ　６ｄｌだけ離れ
た位置にある点で、第３、第６、第１０層目の溶接開始
点Ｐ３　）Ｐｉ　；ＰＩＯは溝の開き角度を特定する第
２の開き方向上でＰ２より第２の所定距離（ｈ　、２ｄ
２，５ｄ２ｆＭれた位置にある点である。第４層目の溶
接開始点Ｐ４は点Ｐ２を通りＰ、Ｐ３と平行な直線Ｌ１
と点Ｐ３を通りＰｌＰ２と平行な直線Ｌ２との交点であ
る。又、第７層、第８層目、第１１層目の溶接開始点Ｐ
ｙ　、Ｐｇ　、Ｐｌｌは第４層目の溶接開始点Ｐ４と同
様に決定される。即ち、第７層目の溶接開始点Ｐ７は点
Ｐ８を通りＰｌＰ−に平行な直ｋ　Ｌｍと点ＰＳを通り
ｐＩＰ。

ｋ桁な訪Ｌｓの交点として決定される。尚、教示に際し
ては第１、第２、第５層目の溶接開始点Ｐｌ。

Ｐ、、Ｐ３が教示され、Ｐ４．Ｐ、・・・はＰ、　、Ｐ
、　、Ｐ３の位置データより算出される。又、溶接作業
の回数、換言すれば溶接開始点の数ｎも予め与えられ、
第ｎ層日進の溶接開始点Ｐ４　、Ｐｉ　、　・”　Ｐｎ
がＩ）１．　Ｐ２．　Ｐ３の位置データを用いて算出さ
れる。そして、各層の溶接作業により第２図点線に示す
多層溶接が実行される。

第４図は被溶接部分の斜視図であり、Ｐｌは浴接開始端
における第１層目の溶接開始点であり、ｌｈは溶接終了
端における第１層目の溶接終点であり、各層の溶接作業
はＰ、Ｒ，方向に向けて行なわれる。

トーチＴＣの＠１溶接開始点Ｐ１へのアプローチ開始点
ｑはＰ、　、Ｐ２．Ｐ３により特定される平面で、溝の
開き角度θの２等分線り、上であり、第１の浴接開始点
Ｐｌから距離りの位置である。又、第１層目の溶接開始
点Ｐｉに対応するアプローチ曲始点Ｑｉは同様にＰ、　
、Ｐ、　、Ｐ３により特定される平面でＰｉより距離り
の位置であり、第１層目の溶接終了後トーチＴＣは第（
ｊ＋１）層目のアプローチ開始点Ｑ、＋１に位置決めさ
れ、該Ｑ　ｊ　＋　１より第（ｊ＋ｌ）Ｎ目の溶接開始
点ｐｊ＋１へのアプローチを開示する。

第５図は本発明に係る真の溶接開始位置決定方法の説明
図である。第３層目の溶接か終了するとトーチ’ｉ’　
ｃは第４Ｎのアプローチ開始点暢に位置決めされ、該ポ
イント暢より＠４層目の溶接開始点Ｐ４に向けてアプロ
ーチする。トーチＴＣがポイントＰ４に向けて移動し、
該ポイントＰ４を中心に予め設定しであるΔｔの範囲内
にトーチＴＣが入ると、トーチの移動速度は減速される
。しかる後トーチが更に移動し′〔、ワイヤＷ　ｔｔよ
りアークが発生した位ｉはでトーチの移動？：停止４−
ればトーチは具の溶接開始点直に位ｉａ決のされる。尚
、アークの発生検出により移動を停止させる替りに以下
のようにワイヤの接触検出によってもよい。即ち、浴接
作業時のワイヤ医出足より太き目にトーチ先端よりワイ
ヤを突出さけておき、ワイヤが溶接部制に接触した時点
でトーチの移動を停止させ、しかる後、９イヤを所足短
トーチ先端よりひりこめるようにしてもよい。この場合
、前記突出量はワイヤを所定量ひっこめ／ζ状態で必ず
アークが発生する社でなければならない。又、アーク発
生後、所定量Δｔたけ移動後トーチの移動停止するよう
にしてもよい。

第６図は本発明の芙施例ブロック図、第７図は処理の流
れ図である。尚、説明妃ｉ’＋（＋　ｌにするために、
Ｘ、Ｙの２軸１問御の場合につい″′！：説明するがこ
れに限らない。

ロボット制御装置１０１は面常、起動がか−るとコント
ロールプログラムの制御によりメモリ１０２に予め記憶
されているロボット指令データを１ブロツクづつ読み出
しでロボツ）　ｔｂυ御処理を行なう。

即ち、データが通路データであり、桜！ＩＬＩＪ量がＸ
ｉ。

Ｙｉ（インクリメンタル値）で、且つ送り速動（Ｆであ
れば、ロボット制御装置１０１（ｌ−ｉ。

ΔＸ１＝Ｆｘ・ΔＴ（１） ΔＹｒ＝に’ｙ・ΔＴ（２） の演算を行なって所建時間ΔＴの間におけれＸ軸及びＹ
軸方向移動値ΔＸｉ、ΔＹｉを求め、これらをノくルス
分配器１０６に人力する。尚、Δ′Ｉ″ハＩ＜ラメータ
としてメモリ１０９に予め設定されている時間であり、
又Ｆｘ、Ｆｙは次式により定まるＸ＠、Ｙ軸方向の速度
である。

Ｆｘ＝ｉ’Ｊｉｉ／ＪＡｉ”　＋Ｙ　ｉ″　　　　　　
　　　　　　　（３＋Ｆｙ＝Ｆ−Ｙｉ／ν入ｓ　　−１
４＋　　　　　　　　　（４１パルス分配器１０６はΔ
Ｘｉ、ΔＹｉが入力され−は同時２軸のパルス分配＠丼
を行ない分配パルスＸｐ。

ｙｐ　をＸ、Ｙ軸用のサーボユニット１０４Ｘ、１０４
Ｙに入力し、サーボモータ１０５Ｘ、　１０５Ｙを回転
し、図示しないロボットを指令ｆＩＭ路に沿って移動さ
せる。この結果、ロボットにより把持され７ヒトーチ（
ワイヤ先端）ｒよ浴接に路に沿って移動し、溶接が行わ
れゐことになる。又、パルス分配器１０６はＸ１１１方
向の分配パルス基ｐの数Ｎｘ及びＹ軸方向の分配パルス
ＹｐのｖｉＮｙがそれぞれΔＸｉ、ΔＹｉに等しくなっ
／Ｃかどうかをモニタしており、Ｎｘ＝ΔＸｉ　　、　
Ｎｙ＝ΔＹ　ｉ　　　　　　（５１になるとパルス分配
完了信号１）ＥＮをロボット制御装＠１０１に出力する
。これにエリロボット制婢装賑１０１は次式によりＸ、
Ｙ軸の現在法人ａ、Ｙａを更新する。

Ｘａ±ΔＸｉ−＋Ｘａ　、　　Ｙａ±ΔＹｉ−＋　Ｙａ
　　　１６）そして、更新燻ロボット制御装置１０１は
ロボットが目標位置迄到達したかとうかを判別し、到達
してい耽けれは次の移動社データΔＸｉ＋１．ΔＹｉ＋
１をＬｌ、）　、　（２７式よりｌ１Ｉｔ算してこれら
をパルス分配器１０３に入力する。以後、同様な処理が
行われ、ロボットが指令通路に沿って目標位置迄で到達
すれは、ロボット制御装置１０１は次のロボット指令デ
ータをメモリ１０２から読み出し、該ロボット指令デー
タに基いて処理を行なうことになる。尚、ロボット、佃
蝉装駈１０１はロボットサービスコード（Ｓコード）が
読み出さオ″Ｌ−ば、該Ｓコードを入出力装＠　ＩＣｌ
３を介し−Ｃ溶接機側に出力する。以との処理により通
常はトーチ（ワイヤ先端）が溶接経路に沿っで移動する
から、これと同時にｆ４接電圧の印加、ワイヤフィード
を行なえは溶接経路に沿った溶接が行われることになる
。

一方、多層浴接作条に際しては以下の処理が行われる（
流れ図参照）０ （イ）多層溶接に際しては、予めｆ４接　開始端におけ
る第１層目、第２層目、第３層目の溶接開始点Ｐ、　、
Ｐ２．Ｐ３及び浴接終了端におけ′る第１層目の溶接終
点Ｑ１％並びに溶接回数ｎの教示を行なう。

尚、各ポイン）Ｐ、−Ｐ３．ＱＩの教示は教示操作盤１
０７のセレクトスイッチを教示モードにし、しがる後ハ
ンドにトーチを把持させた状態で該ハンドをジョグ送り
或いは手動で移動させトーチ先端（或いはワイヤ先端）
をこれらポイントに位置決めし、位置決め後位置教示卸
を押すことにより行われ、これら各位置データ（位置教
示釦が押されたときの現在位置データ）はデータメモリ
１０８に記憶される。又、ｎは教示操作ｍ１０７上のキ
ーより人力される。尚、ベクトルＰＩ　Ｐｌｌ　ｔ　Ｐ
Ｉ　Ｐｌの単位ベクトルをそれぞれ’ｔｊとし、又ｌ　
ＰＩＰ！　ｌ　＝　ｄｉ　ｙｌ　Ｐｌｉｓ　ｌ　＝　ｄ
、　　とする。

［’ｌ’　　Ｐ１〜”ｓ　ｓ　Ｑａ　ｔ　”の教示が完
了すれば、ロボット哨御装ｈ１０１は第４層目から第ｎ
層自進の浴接開始点Ｐ４〜Ｐｎの位置を演算する。尚、
ポイン）　Ｐ４の位１１座ＭＪ％はベクトル ｄ１・；＋ｄ２・ｊ の各軸成分となり、ポイントＰ５の位置座標はベクトル ２ｄ、・ｉ の各軸成分となり、ポイントＰ６の位置座標はベクトル ２・ｄｉ’ｊ の各軸成分となり、ポイントＰ７の位置座標はベクトル ２・ｄｌ・ｊ＋４ｊ の各軸成分となり、以下同様に各溶接開始点の位に座標
が求まる。

（ハ）ついで、トーチのアプローチ方向、即ち開さ角θ
の２等分ｇ　Ｌｏの方向を求める。この方向はベクトル
Ｐ１ｑの方向で）ベクトルＰｔＱｔハで表現される。但
し、（ｉ＋ｊ）〜７はベクトルＰＩＱＩの単位ベクトル
、Ｄは第１層の溶接開始点Ｐ１から該Ｐ、に対応するア
プローチ開始点ＱＩ迄の距離である。

に）　しかる後、溶接開始点Ｐｉに対応するアブロ−チ
点Ｑｉを求める。尚、原点より溶接開始点Ｐｉ迄のベク
トルをＰｉどすれは′アプローチ点Ｑ、ｓの位置座標は
次式に示すベクトルＱ１の 各軸成分となる。

以上により多層溶接の教示及び前処理が終了する。、そ
して再生モードにおいては、まず（ホ）（７）式に示す
アプローチ方向ベクトルを用いてトーチを回転させ、ト
ーナ即ちワイヤ軸線とアプローチ方向を一致させる。

（へ）ついで、ｊ＝１として、トーチを第１アプローチ
開始点Ｑ１に位置決めＪる。

（）Ｊ　　第１アプローチ開始点りへの位置決め完了後
、トーチを第１溶接開始点Ｐ１に向けて指令速度ＦＨで
早送りによるアプローチを開始する。尚、ロボット制御
装置１０１はアプローチに先立つてパラメータメモリ１
０９に記ｔ＠されている設定幅Δｔと第１溶接開始点Ｐ
１の座標及びアプローチ方向ベクトルを用いて減速昶囲 を演算しデータメモリ１０８に記憶する。

明　ロボット制御装置１０１は常にトーチ現在位置Ｘａ
、Ｙａが（９）式に示す減速範囲に入ったかどうかを監
視している。

凹　そして、トーチ先端（ワイヤ先端）が上記減速範囲
に入れは゛、送り速度をＦＨからＦＬに減速する。尚、
減速は（３７、（４７式に示すＦの値をＦＨからＦＬに
変更することにより行われる。

迷）以後、低速でトーチが第１溶接開始点Ｐ、に向けて
接近し、その途中で溶接機に設けたアーク発生検出回路
１１０によりアークの発生が検出されれば、該回路より
アーク発生信号ＡＧＳが発生し、該信号は入出力装置１
０６を介してロボット制御装＠１０１に入力される。

（羽　ロボット制御装置１０１はアーク発生装置ＡＧ８
０発生により、直ちにトーチの移動を停止する。

ヴ）　そして、しかる後口ボッ）　ｉｂＩ制御装置１０
１は直線ｐＩＲ，方向にトーチを移動させながら、ワイ
ヤを繰り出し溶接を行なう。尚、トーチの現在位置をＰ
ｏとすれは、オフセットベクトルをＰ、Ｐｏとしてトー
チをＰ、ｉｔ、方向に移動させる周知の移動制御が行わ
れる。

（ワ）第１層目の溶接終了後、トーチを第２のアプロー
チ開始点暢へ早送りで復帰させ、ついで暢より第２の溶
接開始点Ｐ２へ同けてアプローチを開始し、以後同様な
処理によりｎ　）ｆｔ１分の多層溶接を行なう。

以上、本発明によれは溶接開始端において第１、第２、
第６層目の６つの溶接開始点のみを教示し、これら６点
の位置データより他の溶接開始点の位置を求めるように
したから教示作業が簡単になった。又、アプローチ方向
も上記６点より求め、該アプローチ方向に向くようにト
ーチの姿勢制御を自動的に行なうようにしたから姿勢制
御も簡単に行なえるようになった。更には、第ｉ査目の
溶接開始点を中心に所定幅の範囲を定め、その範囲内で
アークが生じることを確かめ、アーク発生点を真の溶接
開始点としたからアーク切れが生じて（’Ｎｋかできな
いという＠態全なくすことができ、しかも３句−な浴接
を行なうことかでさた。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接機の概略説明図、第２図及び第６図は本発
明に係る多層溶接を説明する説明図、第４図は被ｆ６接
部分の斜視図、第５図は本発明に係る真の溶接開始位匝
決足方法の説明図、第６図は本発明の実施例ブロック図
、第７図をユ同流れ図である。 ＴＣ・・・トーチ、Ｗｌも・・・ワイヤ、Ｖｖ′Ｓ・・
・被浴接部分、ＰＨ、Ｐ２　、　Ｐ３・・・溶接開始端
における比１層目、第２層目、第３層目の溶接開始点、
Ｑ、・・・浴接終端における第１層目の浴接終点、１０
１・・・ロボット制御装置、１１０・・・アーク発生検
出回路。 峙ｉ・１出願人　　　ファナック株式会社代理人弁理士
　　　辻　　　　　　　頁（外２名） 第２面　　　ｗｓ 戸／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （υ　ロボットにより溶接通路に沿って移動せしめられ
   るトーチの先端より突出せしめられたワイヤと溶接部材
   との間に電圧を印加してワイヤ先端よりアークを発生す
   ると共に、ワイヤを順次繰り出しながらロボットにより
   ワイヤ先端を溶接通路に沿って移動させて溶接部分を溶
   接する自動溶接機における溶接開始方法において、溶接
   −始点に向けてトーチを移動させワイヤ先端が溶接開始
   点前後の予め定められた範囲内に進入したとき、その移
   動速度を減速し、前記範囲内でアークが発生する位置で
   トーチの移動を停止し、その位置ｒを真の溶接開始点と
   して溶接通路に沿ってワイヤ先端を移動させアーク溶接
   を行なうことを特徴とする自動溶接機における溶接−軸
   方法。 （２）　　ロボットにより溶接通路に沿って移動せしめ
   られるトーチの先端より突出せしめられたワイヤと溶接
   部材との間に電圧を印加してワイヤ先端よりアークを発
   生すると共に、ワイヤを順次繰り出しながらロボットに
   よりワイヤ先端を溶接通路に沿って移動させて溶接を行
   ない、が＼る溶接作業を複数回行なって溶接部分を多層
   溶接する自動溶接機における溶接開始方法において、溶
   接開始端における第１層目の溶接開始点Ｐ１と、被溶接
   部分の開き角度を特定する第１及び第２の開き方向にお
   ける第２層及び第３層の溶接開始点Ｐ、、Ｐ３と、溶接
   終了端における第１層目の溶接終点角の位置をそれぞれ
   教示するステップ、各ポイントの位置データを用いてｎ
   層分の溶接開始点Ｐｉ（ｉ＝１．２・・・ｎ）の位置座
   標及びトーチの溶接方向を演算するステップ１前記トー
   チの溶接方向データを用いて該トーチの姿勢を制御する
   ステップ、溶接開始点に向けてトーチを移動させ、ワイ
   ヤ先端が溶接開始点前後の予め定められた範囲内に進入
   したとき、その移動速度を減速し、前記範囲内でアーク
   が発生する位置でトーチの移動を停止し、その位置を真
   の溶接開始点として溶接通路に沿ってワイヤ先端を移動
   させアーク溶接を行なうことを特徴とする自動溶接機に
   おける溶接−上方法。 （３）溶接回数ｎを予め教示することを特徴とする特許
   請求の範囲第（２）項記載の自動溶接機における溶接開
   始方法。 （４）溶接開始点ｉ）２．Ｐ３をそれぞれ通り第１、第
   ２の開き方向と平行な直線が交差する点を第４の溶接開
   始点Ｐ４とすると共・に、第１及び＠２の開きイン）Ｐ
   ５．Ｐ、をそれぞれ第５　、！ｉ４６の溶接開始点とす
   ることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項記載の自
   動溶接機における浴接誹軸方法。 （５）５点Ｐｌ、Ｐ、　、Ｐ、により特定される平向上
   であって、溶接開始点ｐｉ（ｉ＝１．２．・・・ｎ）よ
   り所定の距離離隔したアプローチ開始点Ｑｉ（ｉ＝１．
   ２・・・ｎ）を得、第１層の溶接終了後トーチをアプロ
   ーチ開始点Ｑｊ＋□に復帰させ、該Ｑｊ＋１より第（ｊ
   ＋１　）層目の溶接開始点Ｐｊ＋、への接近を開始する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（２１項又は第（３
   ）項又は第（４）項記載の自動溶接機における溶接開始
   方法。 四　アーク発生後、所定距Ｍ移動してからトーチの溶接
   開始点への接近動作を停止させることを特徴とする特許
   請求の範囲第（２）項記載の自！ＩＩ浴接機における溶
   接一方法。