JPS60174272A - 自動溶接機における溶接開始点探索方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は自動溶接機における溶接開始点探索方法に係り
、特に、溶接開始点を溶接部材の位置の如何にかかわら
ず自動的に探索可能にした自動溶接機における溶接開始
点探索方法に関する。

（従来技術） 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、ワイヤを順次少量ずつ繰り
出しなが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図はかかる溶接機の概略図で
あり、ワイヤＷＲは繰り出しローラＦＲにより矢印方向
に少量ずつ繰り出され、案内部材ＧＢを経由して、トー
チＴＣの先端より突出し、ワイヤ先端が溶接部材ＷＫの
表面より所定量離れた位置にあるようワイヤＷＲのフィ
ード量が制限されている。溶接電源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Ｗ
Ｋに加えられている。

更に、図示しないガス供給部から矢印に示すようにトー
チＴＣ内部を通って溶接部材に当るようにガスが供給さ
れ、溶接部分の酸化を防いでいる。

さて、ガス供給部よりガスを供給し、且つワイヤを少量
ずつ繰り出しながら溶接電機ＰＳより高電圧を断続的に
発生するとワイヤ先端よりアークが発生すると共にワイ
ヤ及び溶接部分が溶け、溶融部分が一体に溶接される。

そして、最近はかかる溶接作業をロボットにより行わせ
るようになってきている。即ち、溶接機のトーチをロボ
ットにより把持させ、該ロボットをしてトーチ（ワイヤ
先端）を溶接通路に沿って移動させ、溶接部分の溶接を
行なっている。

このように、溶接機を用いて溝型溶接部材ＷＫの溝部を
溶接する場合、従来は、第２図に委されるように溶接部
材ＷＫを所定位置にセ・ントＬ、正確な溶接開始点Ａを
教示し、その溶接開始点にトーチを移動させて、その溶
接開始点より溶接を開始するようにしていた。

（従来技術の問題点） 上記した様に予め溶接開始点を教示する方法では、溶接
部材ＷＫが定まった位置に正確に位置決めされる場合は
問題ないが、溶接部材ＷＫが位置ずれしたり、形状が変
化したような場合には、かかる絶対位置の教示による溶
接開始点教示方法では溶接部材ＷＫに対して正確な溶接
開始点を設定することができないことになる。従って、
この様な場合には予め設定された溶接開始点をセットさ
れた溶接部材ＷＫに対して一々補正する必要があり、そ
の補正はオペレータが行なわねばならず、人件費のアッ
プと共に作業効率の低下を招来するという問題点があっ
た。

（発明の目的） 本発明は、上記問題点を解決するために、セットされた
溝型溶接部材ＷＫの最小限の教示データを与えるだけで
、ワイヤセンシング機能を用いてならいウィービング探
索を行なうことにより、溶接部材ＷＫの位置ずれ、形状
の変化にもかかわらず、自動的に溶接開始点を探索する
自動溶接機における溶接開始点探索方法を提供すること
を目的とする。

（発明の概要） 本発明は、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ワイヤ先
端を溝型溶接部材の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点探索方法に
おいて、探索開始点、上記溶接部材の溶接平面、Ｘ軸方
向及びＹ軸方向を定める該溶接部材の上部平面の三点を
予め教示するステップと、上記探索開始点より該溶接部
材の平面に対して垂直にトーチをおろすステップと、溝
に向って探索を行なうステップと、該溶接部材の溝を検
出するステップと、該溶接部材の溝に沿って探索を行な
うステップと、」；記ワイヤが溶接部材のへりより外れ
たら該溶接部材のヘリを探索するステップとを共面する
ように構成される。

本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。第３図
は本発明の溶接開始点探索方法の説明図、第４図は本発
明の実施例ブロック図、第５図は本発明の溶接開始点探
索方法のフローチャートである。

まず、本発明における溶接開始点を探索する方法につい
て第３図に基づいて説明する。

探索を始める前に、予めセットされた溶接部材ＷＫの表
面の三点Ｑｔ、Ｑ２．Ｑｇ及び探索開始点Ｐ、を教示す
る。この教示により（１）、Ｑｔ　、　Ｑ２に基づいて
探索時のＸ方向、（２）、Ｑ５により探索時のＹ方向、
（３）、Ｐｉにより探索開始点をそれぞれ決めることが
できる。なお、Ｑ　ｉ　、Ｑ　２１　Ｑ５は溶接平面を
決定することになる。

一方、トーチＴＣの先端にあるワイヤはセンシング機能
を有している。即ち、ワイヤ先端と溶接部材ＷＫとが接
触すると溶接電源ＰＳから短絡電流が流れるので、この
電流信号を検出することにより、その溶接部材ＷＫの形
状を認識させることができる。本発明においては、この
ワイヤセンシング機能を用いてならいウィービング探索
を行ない、溶接開始点を探索している。順を追って占該
探索方法を説明する。

（１）、まず、トーチＴＣを探索開始点Ｐ１に位置させ
る。

（２）、探索ｒＭｋｈ点ＰＩ　より平ＷＱｚ　、Ｑ２　
、Ｑｇ　に対して垂直にトーチＴＣをおろす。

（３）、　トーチの先端のワイヤが溶接部材ＷＫに接触
した点ａｌから平面Ｑｔ　、Ｑ２　、Ｑ５に対しである
角度θｌをもって上方でがっ溝ＳＬに向ってトーチＴＣ
を移動し、一定距離移動し、８２点に達したら、再び平
面Ｑｌ　、Ｑ２　、Ｑｇに対して垂直にトーチをおるし
°、ワイヤの先端が溶接部材ＷＫに接触する点ａ５まで
移動させる。

’　（４）、上記（３）のステップを繰り返し行なう。

つまり、ならいウィービングを行なう。

（５）、ワイヤの先端が平面Ｑ　ｌ　、Ｑ　２１　Ｑ　
ｐｓよりも外れた場合、即ち、平面ＱＪ　、Ｑｚ、Ｑｇ
に垂直にトーチをおろした場合、従来の移動距離、即ち
ＪＬ２　ａｓ１　ａ４−ａ５．或いはａｓ−ａ７を超過
してもワイヤの先端が溶接部材ＷＫを検出できない位置
は溝であるということが認識できる。この場合は、更に
溶接部材ＷＫにワイヤの先端が接触する点ｂｌまで移動
させる。つまり、この点ｂ１は溝の斜面である。

（８）９点ｂ１からＸ軸方向に移動し、更に、溶接部材
ＷＫに接触する点ｂ２まで移動させ、接触したらある角
度θ２で溝ＳＬに沿ってＹ軸方向に点ｂ３まで移動させ
る。

（７）、このステップ（６）を繰り返し行なう。つまり
、ならいウィービングを行なう。

（８）、ワイヤ先端が溶接部材ＷＫのへりＥＤより外れ
た場合、即ち、所定の距離、ｂｌ　ｂ２．ｂ５−ｂ、ｓ
　、ｂ５−ｂ６．ｂ、−ｂＢ或いはｂ９−ｂｌｏの距離
を超過してもワークＷＫにワイヤの先端が接触できない
場合には所定の距離を通過しである距離移動したらＹ軸
の方向に戻るように移動してワークＷＫのへりＥＤに接
触する点ｃ１まで移動させる。

（８）０次に、点ｃ１からＸ軸方向、つまり、Ｑ２α工
無方向へへりＥＤに沿って点Ｃ２まで移動させる。

（１０）、点Ｃ２からは溝ＳＬの斜面をなられせて溝Ｓ
Ｌの谷底、つまり溶接開始点Ａを探索する。

なお、ステップ（９）、（１０）は他の態様も考えられ
る。例えば、 （ａ）、予め溝の深さ見。を教示しておけば、点Ｃ１か
らＸ軸方向に溝の深さに対応する距離だけ移動した後に
、Ｘ軸方向に移動させて、溶接開始点Ａを探索すること
ができる。なお、この場合、溝のなかでウィービングし
ている時に溝の中心線は記憶されているのでその中心線
のＸ軸線−Ｌまで移動した点が溶接開始点Ａである。

（ｂ）、溶接部材ＷＫのへりＥＤの点ＣｌからへりＥＤ
に沿って溝ＳＬの中心線文Ｃ上まで移動し、しかる後に
溝の谷底まで垂直にトーチＴＣをおろし、トーチの先端
のワイヤが溶接部材ＷＫに接醇した点が、つまり溶接開
始点Ａであると探索できる次に、この溶接開始点の探索
方法を実行させる装置を第４図に基づいて説明する。図
中、１０１はロボット制御装置、１０２はプログラムが
角蔵されるメモリ、１０３はパルス分配器、１０４Ｘ、
１０４Ｙ、１０４Ｚはｘ、ｙ、ｚ軸用のサーボユニット
、１０５Ｘ、１０５Ｙ、１０５Ｚはサーボモータ、１０
６は入出力装置、１０７は教示操作盤、１０８はデータ
メモリ、１０９はメモリでパラメータΔＴ、Δｔを記憶
する。１１０はワイヤセンシング装置であり、トーチの
先端のワイヤが溶接部材ＷＫに接触すると短路信号を発
生させる。

次に、この装置の作用について説明する。

ロボット制御装置１０１は、予め教示操作盤１０７から
の教示が終了し、探索モードに切換えられると、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ブロツクずつ読み出
してロボット制御処理を行なう。即ち、データが探索通
路データであり、移動量がＸｉ、Ｙｉ、Ｚｉ（インクリ
メンタル値）で且つ送り速度がＦであれば、ロボット制
御装置ｌｏｔは、 ΔＸ　ｉ　＝　Ｆ　ｘ・ΔＴ　・・・（１）ΔＹｉ＝Ｆ
ｙ・△Ｔ　・・・（２） △Ｚ　ｉ　＝Ｆｚ　＊ΔＴ　−（３） の演算を行なって所定時間ΔＴの間におけるｚ軸、Ｙ軸
及びＺ軸方向移動量△ｘｉ、ΔＹｉ、△Ｚｉをめ、これ
らをパルス分配器１０３に入力する。なお、ΔＴはパラ
メータとしてメモリ１０９に予め設定されている時間で
ある。パルス分配器１０３はΔＸｉ、△Ｙｉ、ΔＺｉが
入力されれば、同時に３軸のパルス分配演算を行ない分
配パルスＸｐ、Ｙｐ、ＺｐをＸ　、　Ｙ　、　Ｚ　＠Ｉ
＋用のサーボニーニット１０４Ｘ、１０４Ｙ、１０４Ｚ
に入力し、サーボモータ１０５Ｘ、１０５Ｙ、１０５２
を回転し、図示しないロボットを、前述した探索経路に
沿って移動し、溶接開始点の探索が行なわれる。また、
パルス分配器１０３はＸ軸方向の分配パルスＸｐのｅＮ
ｘ、Ｙ軸方向の分配パルスＹｐの数ＮＹ及びＸ軸方向の
分配パルスＺＰの数Ｎｚがそれぞれ△ｘｉ、ΔＹｉ、Δ
Ｚｉに等しくなったかどうかをモニタしており、 Ｎｘ＝△Ｘｉ　、Ｎｙ＝△Ｙｉ　、Ｎｚ＝ΔＺｉ・・・
（４） になるとパルス分配信号ＤＥＮをロボット制御装置１０
１に出力する。これによりロボット制御装置１０１は次
式によりｘ、ｙ、ｚ軸の現在位置Ｘａ、Ｙａ、Ｚａを更
新する。

Ｘａ±ΔＸ　ｔ　＋Ｘ　ａ　、　Ｙ　ａ±ΔＹｉ＋Ｙａ
Ｚａ±ΔＺ　ｉ＋Ｚａ　”　・・（５）そして、更新後
ロボット制御装置１０１はロボットが目標位置迄到達し
たかどうかを判別し、到達していなければ次の移動量デ
ータ△Ｘ　ｉ　＋　１　。

へＹｉ＋１．ΔＺｉ＋１を前記（１）、’（２）。

（３）式より演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、探索
通路に沿って到達すれば、ロボット制御装置１０１は次
のロポー２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づいて処理を行なうことにな
る。

ここで、本発明においては、ワイヤセンシング装置１１
０からの短絡信号ＳＳを入出力装置１０６に入力するこ
とにより、溶接部材ＷＫの形状データを得るようにして
いる。第３図からも明らかなように、溶接部材ＷＫの上
部表面の各点、つまり、点ａ　１　＋　ａ６　＋　ａ５
　＋　ａ７をならい検出して、該上部表面形状を認識さ
せると共に形状データをデータメモリ１０８に記憶させ
る。また、点ｂｌ乃至ｂ　をならい検出して、溶接部材
ＷＫの溝ＳＬの形状を認識させると共に形状データをデ
ータメモリ１０８に記憶させる。また、点す、、ｂ２を
移動させたことにより、この距＃（ｂ２＝ｂ１）／２を
めてこの溝ＳＬの中心線１ｅをめ、メモリ１０８に記憶
させる。同様に、溶接部材−ＷＫのへりＥＤの形状の認
識及び形状データの記憶を点ＣＬ、０２等により行ない
、溶接開始点Ａの操作を行なうようにしている。

次に、第５図は本発明に係る溶接開始点の探索方法のフ
ローチャートであり４この図に基づいて当該溶接開始点
の探索方法について説明する。詳細な探索方法は第３図
に基づいて前述した通りであり、ここでは、探索方法の
概要について説明する。

まず、探索開始点Ｐｌ、溶接部材上部平面Ｑ１、Ｑ２．
Ｑ３を教示する。

次いで、探索開始点Ｐ１より上部平面Ｑ１．Ｑ２、Ｑ６
へ垂直にトーチＴＣを移動させる。

次に、トーチＴＣの先端のワイヤが上部平面ＱＬ　Ｉ　
Ｑ　２１　Ｑ　５の検出を行なう。つまり、ワイヤセン
シング装置１１０より短路信号ＳＳが発生したら、この
点ａｌが溶接部材ＷＫの上部平面として検出される。

次に、ＱＩＱ２の方向へウィービング探索を行なう。つ
まり、点ａ１よりある角度θ１上方でかつＱＩＱ２へウ
ィービングさせる。この場合はパラメータメモリ１０９
に記憶されているΔｔ１を用いて所定時間トーチＴＣを
ある角度θ１方向へ移動させた後、再び、上部平面Ｑ１
．Ｑ２．Ｑ３へ垂直に移動させて順次、溝ＳＬへ向って
ならいウィービングを行なう。

次に、溝の検出を行なう。つまり、ａ２−ａ５の距離進
んでも上部平面Ｑｕ　、Ｑ２　＋　Ｑｇを検出できない
場合は溝であると検出される。

次に、溝のなかをＱｚＱ３方向へウィービング探索を行
なう。探索手法は前記と同様である。

次に溝ＳＬを外れたらへりＥＤの検出を行なう次に、へ
りＥＤが検出されたら、へりＥＤと溝ＳＬとにより溶接
開始点Ａを探索する。

最後に、へりＥＤと溝ＳＬの谷底を認識して溶接開始点
Ａを決定する。

この様に溶接開始点が決定さ゛れたら、溶接モードに切
換えて溶接シーケンスを実行することになる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではな
く、本発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、
これらを本発明の範囲から排除するものではない。

（本発明の効果） 上記した様に、本発明によれば、従来の溶接部材の溶接
開始点の位置を絶対的に教示して、この溶接開始点から
溶接を開始する方法、つまり、溶接部材を定まった位置
にセットして溶接を開始する方法にかえて、溶接部材を
ワイヤセンシング機能を用いて、ならいながら溶接開始
点を探索する方法、つまり、溶接部材が必ずしも定まっ
た位置になくても溶接部材の形状を認識しながら溶接開
始点を探索し、決定する方法を採用するようにしたので
、溶接部材の位置ずれ、溶接部材の形状が変化しても、
これを自動的に認識して、溶接開始点を決定することが
できる。また、教示も最小限のデータですむので、教示
プログラムも１つで扱うことができ、取扱いが簡単であ
る。このように溶接部材の溶接開始点が溶接部材の形状
を認識しながら自動的に決定されるので自動化、省力化
が大いに推進され、コストの低減下、作業効率の向上を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動溶接機の概略構成図、第２図は従来の溶接
部材の溶接開始点決定方法説明図、第３図は本発明に係
る溶接部材の溶接開始点探索方法の一実施例説明図、第
４図は、末完り１に係る探索方法を実行する装置の一実
施例ブロック図、第５図は、本発明に係る探索方法の概
略フローチャートである。 ＴＣ・・・トーチ、ＷＫ・・・溶接部材、ＳＬ・・・溶
接部材の溝、ＥＤ・・・溶接部材のへり、１．０１・・
・ロボット制御装置、１０７・・・教示操作盤、１１０
・・・ワイヤセンシング装置。 特許出願人　ファナンク株式会社 （（理　人　弁理士　辻　賞 （外１名） 結２　閉 ８３　図 ８４０ 扇５Ｆ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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・−クを発生す
   ると共にワイヤを順次繰り出しながらワイヤ先端を溝型
   溶接部材の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点探索方法において、
   探索開始点、上記溶接部材の溶接平面、Ｘ軸方向及びＹ
   軸方向を定める該溶接部材の上部平面の三点を予め教示
   するステップと、上記探索開始点より該溶接部材の平面
   に対して垂直にトーチをおろすステップと、溝に探索を
   行なうステップと、該溶接部材の溝を検出するステップ
   と、該溶接部材の溝に沿って探索を行なうステップと、
   上記ワイヤが該溶接部材のへりより外れたら該溶接部材
   のへりを探索するステップと、該へりより溶接開始点を
   探索するステップとを右することを＃黴とする自動溶接
   機における溶接開始点探索方法。