JPS60240381A - 溶接ロボツトの制御装置 - 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】 〔発明の技術的背景〕 本発明は、例えば、配管系の溶接に使用される溶接ロボ
ットにおりるウィービング溶接の制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその間１点〕 一般に、被溶接体としての配管溶接作業において、接合
される配管体の開先部は、溶接ロボット（溶接用ロボッ
トともいう）によるウィービング溶接で施されている。

即ち、この溶接ロボットは、予め、教示した開先部の溶
接線に対して一定幅のウィービングを行うものである。

しかしながら、上記溶接ロボットは、被溶接体の開先部
をウィービング溶接するど、溶接歪等により、被溶接体
としての管体が変形し、予め教示しＩＣ溶接線に治って
溶接を実施することが困難になり、そのため、溶接作業
を中断して、再度、上記溶接ロボットに対して変形詩の
溶接線をあらたに教示しなければならなかった。

又一方、ウィービング溶接手段において、例えば、テレ
ビカメラ等の視覚せンシーを用いて、変形した溶接線を
検出して溶接ロボットの溶接トーチに教示して溶接線を
補正することが提案されているけれども１．ト記視覚セ
ンサーは、溶接トーチの近傍に放置しなければならず、
被溶接体の形状や構造の複雑なものには、これをそのま
）使用することは困難である。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した難点を解消するために、溶接ロボッ
トによって被溶接体の開先部をウィービング溶接する際
、溶接歪による溶接線のずれや開先形状の変形に対して
自動的に修正しながら追従して溶接し、中断することな
く自動溶接し−Ｃウィービング溶接の作業能率および信
頼性の向上を図るようにしたことを目的とする溶接ロボ
ットの制御装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、アーク電圧を一定にして被溶接体に対する電
極の位置を制御しながらウィービング溶接を行う溶接装
置の制御装置において、この制御装置に設定データ及び
演算プログラムを記憶したメモリ及びこのメモリに接続
したマイクロプロセッサを設け、このマイクロプロセッ
サ及び操作盤に入出力インターフェースを備えた第１、
第２Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器及びカウンタ回路を接
続し、上記第１　Ｄ／Ａ変換器に溶接電源装置を接続し
、上記第２Ｄ／Ａ変換器にモータ駆動回路を介して駆動
機構の電極軸、ウィービング軸及び走行軸をそれぞれ接
続し、上記Ａ／Ｄ変換器に上記電極軸及びウィービング
軸を各ポテンショメータを介して設け、上記走行軸にパ
ルス発生器を介して上記カウンタ回路に接続し、予め教
示したウィービング軸位置に対する実際の溶接トーチの
電極位置からウィービング軸位置の補正を行い、溶接作
業を中断することなく、円滑に、しかも、溶接欠陥ない
良好な溶接を施すように構成し１＝ものである。

（発明の実施例） 以下、本発明を配管用の溶接ロボットに適用しＩＣ図示
の一実施例について説明する。

第１図は、本発明における溶接ロボットの制御装置と被
溶接体く管体）との関係を示す構成図である。

第１図及び第２図において、符号１は、電極軸１ａ、ウ
ィービング軸１ｂ、走行軸１Ｃの各軸作軸を備えた駆動
機構を線図的に示したものであって、この駆動機構１の
先端部には上記電極軸１ａ及びウィービング軸１ｂが順
に設置ノられており、この電極軸１ａの自由端部には溶
接１〜−チ２が装着されている。又、上記駆動機構１の
走行軸１Ｃには各車輪３が回転自在に軸装されており、
この各車輪３は、開先部４ａを有する管体としての被溶
接体３に付設されたリング状の各レール４ｂ上を転動し
得るようになっている。

一方、上記駆動ｉｍｉには、操作盤８を備えた制御装置
５が接続されており、この制御装置には、溶接電源装＠
６が上記溶接トーチ２へ給電し得るようにして繋がれて
いる。又、上記制御装置５には、ワイヤ送給装置７が上
記溶接トーチ２へ溶接媒体としてのフィラーワイヤを供
給し得るように付設されている。

しかして、上記制御装置５は、予め設定された溶接条件
若しくは上記操作盤８で設定された溶接条件に基づいて
、上記駆動機構１、溶接電源装置６及びワイヤー供給装
置７にそれぞれ制御信号を発信するように構成されてい
る。

他方、第１図に示されるように、上記駆動機構１による
溶接トーチ２が肉厚の管体４を溶接する場合、この管体
４の開先部４ａを形成して、この開先部４ａをウィービ
ング溶接するとき、作業者は、溶接ロボットに対して、
予め、（１）溶接電圧、溶接電流によって決定される管
体４の外周に対する溶接トーチ２の位置、（２）開先部
４ａの形状によって決定されるウィービング幅、（３）
管体４の全周に亘るウィービング幅の中心位置（つまり
、溶接線）の各データを上記操作盤８を通して制御装置
５へ教示する。

しかし、上記溶接用ロボットが、上述した各データに基
づき、プレイバックしながら、溶接を行うとき、溶接歪
等によって、実際の溶接線がずれる関係上、上記溶接部
に不具合を生じないように、本発明は、溶接ロボットの
制御装置５に、第２図に示されるようなウィービング制
御を修正して自動的に調整し、管体４の溶接を施すよう
にしたものである。

第２図において、上記操作盤８には、上記制御装置５が
接続されており、この制御装置５には、メモリ（メモリ
装置）５ａが自動溶接のためのプログラムと共に溶接ト
ーチ２の電極の位置、ウィービング幅等の設定値と演算
プログラムを記憶して設【プられており、このメモリ５
ａには、このメモリ５ａに接続したマイクロプロセッサ
５ｂが上記演算プログラムを実行するようにして設けら
れている。又、上記操作盤８とマイクロプロセッサ５ｂ
には、各ポートの機能を備えた入出ツノインターフェー
ス５Ｃが接続されで′おり、この入出力インターフェー
ス５Ｃの一側には第１　Ｄ／Ａ変換器５ｄ１．、、Ａ／
Ｄ変検器５ｅ、第２Ｄ／Ａ変換器５ｒ及びカウンタ回路
５ｈがそれぞれ設りられている。

なお、上記第１Ｄ／Ａ変換器５ｄは、上記マイクロプロ
セッサ５ｂから上記溶接部１ｌＰｉ装詔６へ上記入出力
インターフェース５Ｃを介して出力したデジタル信号の
電流指令値をアナログ信号に変換するものであり、上記
第２Ｄ／Ａ変換器５ｆは、上記マイクロプロセッサ５ｂ
から上記駆動機構１に接続したモータ駆動回路５ｇに対
して上記入出力インターフェース５Ｃを介して出力した
デジタル信号の電流指令値をアナログ信号に変換するも
のである。又、上記モータ駆動回路５ｇは、上記駆動機
構１内に内蔵された電極軸１ａ、ウィービング軸１ｂ及
び走行軸１０等の各動作軸の駆動用モータ（図示されず
）を制御する制御回路であり、上記電極軸１ａは、溶接
トーチ２に装着されており、しかも、被溶接体としての
管体４の半径方向に動作するようになってる。さらに、
」−記つィービレグ軸１ｂは、先端に上記電極軸１ａを
付設し、上記管体４の軸方向に移動するようになってお
り、上記走行軸１６は、上記ウィービング軸１ｂを設け
、さらに上記車輪３に回転を伝達して上記管体４の円周
上を移動し得るようになっている。

一方、上記電極＠１ａとウィービング軸１ｂとにそれぞ
れ接続された各ポテンショメータｌｄ。

１ｅは、上記電極軸１ａ及びウィービング軸１ｂの移動
量を検出するようになっており、上記走行軸１Ｃに付設
されたパルス発生器１ｆは、この走行軸１Ｃの移動量に
北側したパルス数を出力し得るようになっている。又、
上記カウンタ回路５１）は、上記パルス発生器１ｆから
のパルス数をＩ４数するようにして設けられており、上
記Ａ／Ｄ変換器５ｅは、上記溶接電源装置６からのアー
ク電圧信号と上記各ポテンショメークＩｄ、１ｅからの
位置信号とをアナログ値からデジタル値に変換するよう
になっている。なお、上記ワイヤー供給装置７は、上記
操作盤８から上記入出力インターフェース５Ｃを介して
直接的に動作するように接続されている。

以下、本発明の作用についＣ説明する。第３図に示され
るグラフは、上記溶接トーチ２のアーク電流Ｉとアーク
電圧■及びアーク長との関係を示したものであって、こ
の第３図のアーク電流Ｉは、１１〈Ｉ２であり、Ｌは、
アーク長を示し、■はアーク電圧を示し、ざらにＶ。は
設定した電圧値である。

従って、この第３図のグラフから明らかなように、上記
アーク電圧■を設定値に保持するためには、上記アーク
長し、つまり、被溶接体としての管体４に対する溶接ト
ーチ２の電極位置を制御ずればよい。

この関係を利用した本発明は、第４図（ａ）。

（ｂ）、ｌｃ）に示されるようになる。即ち、第４図（
ａ）において、ウィービング幅ｄ及び電極位置、Ｑｌは
予め、上記メモリ５ａに記憶された設定値であり、上記
溶接トーチ２は、第４図（ａ）のウィービング端位向へ
から位置Ｂにアーク電圧を一定になるように、上記電極
軸１ａが動作しながら移動し、再び、位置Ｂから位置Ａ
にアーク電圧一定で戻り、さらに、これを反復継続しな
がら、走行軸によって管体４の円周方向に移動しながら
、上記管体４の開先部４ａを全周に亘って溶接する。

このとき、上記溶接トーチ２の走行方向に対して溶接方
向が、溶接歪等によりずれて、第４図（ｂ）に示される
ように、上記溶接トーチ２のウィービング端位置Ｂに対
して位置ずれｅ２が発生したり、第４図（Ｃ）に示され
るように、上記ウィービング位置Ａ、Ｂに対してそれぞ
れ位置ずれｅ３．。

ｅ４が発生ずる。

この位置ずれｅ　、　ｅ　、　ｅ４は、下記の式で３ 表される。

ｅ　＝ｋ（，１！　−ｆＪ２） １ ｅ　＝ｋ（，１！１−Ｎ５） ｅ　＝ｋ（，０ｌ−Ｊ４） 但し、上記ｊ！１は、予め設定された溶接トーチ２の電
極位置であり、１　、ｊ！　、ｊ　は、それ２　３　４ ぞれ溶接トーチ２のトーチ位置Ａ、Ｂにおける実際の電
極位置であり、上記電極軸１ａに設置されたポテンショ
メーターｄの出力値であり、さらに、ｋは、管体４の開
先部４ａの形状に基づき、予め上記メモリ５ａに記憶さ
れた開先形状係数（設定値）である。

次に、本発明による制御装置５の作用を第２図及び第５
図に示されるフローチャートによって説明づる。

従って、今、上記操作盤８において、起動スイッチ（図
示されず）をＯＮすると、上記マイクロプロセッサ５ｂ
は入出力インターフェース５Ｃを介しで、これを検知し
、上記溶接電源装置６に第１　Ｄ／Ａ変換器５ｄを通し
て溶接電流指令を出力すると共に、上記ワイヤー供給装
置７に入出力インターフェース５Ｃを介してスタート指
令を出ノｊする。次に、上記マイクロプロセッサ５ｂは
、ト記Ａ／Ｄ変換器５ｅにてデジタル変換された溶接電
源装置６のアーク電圧出力値を読込み、予め、上記メモ
リ５ａに設定されたアーク電圧と比較してその差に応じ
た値を電極軸駆動指令とじて第２Ｄ／Ａ変換器５ｆを介
してモータ駆動回路５０に出力し、電極軸１ａを設定さ
れたアーク電圧となるＪ：うに制御する。他方、上記ウ
ィービング軸１ｂに装着されたポテンショメータ１ｅの
出力値を上記Ａ／Ｄ変換器５Ｃを介して読み込み、この
伯が、予め、上記メモリ５ａに設定されたウィービング
端位置かどうか判別し、異なる場合、ウィービング軸駆
動指令を第２Ｄ／・△変換器５「を介して上記モータ駆
動回路５ｇに出力し、上記ウィービング軸１ｂを駆動す
る。仮に、上記溶接トーチ２がウィービング端位置であ
る場合には、電極位置βを上記電極軸１ａに装着された
ポテンショメータ１ｄの出力値を上記Ａ／Ｄ変換器５ｅ
を介して読み込み、この値と予め、上記メモリ５ａに設
定されたウィービング端電極１ｑ置ρ１及び開先形状係
数ｋを前記式に代入して位置ずれ量を演算し、ウィービ
ング位置の補正指令として出力して前述した同じように
、上記ウィービング軸１ｂを駆動する。そして、再びウ
ィービング位置を同様にして読み込み、ウィービング軸
１ｂの位置が補正され、溶接トーチ２の位置が、第４図
（ｂ）。

（Ｃ）の点線のようになるまで、移動させる。

しかして、上記ウィービング軸１ｂの位置の補正を完了
すると、上記マイクロプロセッサ５ｂは、逆方向のウィ
ービング軸駆動指令を第２　Ｄ　／、Ａ変換器５ｆを介
して上記モータ駆動回路５ｇに出力し、上記ウィービン
グ軸１ｂを逆方向へ駆動する。

次に、ンイクロプロセッ＋Ｊ５ｂは、走行軸１Ｃの駆動
位置を示す゛カウンタ回路５ｈの係数値を入出力インタ
ーフェース５Ｃを介して読み込み、上記管体４の円周上
を一周した場合の値として、予め、メモリ５ａに設定さ
れた値を比較し、上記管体４の全周の溶接が終了り−れ
ば、溶接電源装置６及びワイヤー供給装置７の指令を停
止して溶接作業を完了させる。仮に、上記管体４を一周
していない場合には、上記第２Ｄ／Ａ変換器５丁を介し
てモータ駆動回路５ｇに走行軸１Ｃの駆動指令を出力し
、駆動機構１を移動させ、再び、アーク電圧Ｖを読み込
み、一連の処理を反復継続する。

なお、ウィービング位置を補正した後、逆方向へウィー
ビング軸１ｂを駆動さぜ℃、ウィービング溶接を行うわ
けであるが、予め、上記メモリ５ａに設定されているウ
ィービング幅ｄは、この補正装置からの移動距離となる
ため、第４図（ｂ）示されるように、ウィービング端位
置Ｂを補ｉＩＥ　ツれば、自動的に反対側のウィービン
グ端位置Ａも補正され、溶接線のずれに追従する１こと
ができる。

又、第４図（Ｃ）の場合には、ウィービングの両端停止
位置でそれぞれ補正を行うことにより、溶接歪による開
先の変形にム自動的に追従できるものである。

従って、本発明は、開先部をウィービング溶接する場合
に、溶接線のずれや溶接参による開先部の変形に対して
も、ウィービング端位置の補正量をめて自動的に補正を
行うことができるため、溶接作業を中断することなく、
しかも、良好な溶接を行うことができる。

次に、上述した実施例では、開先形状に基づいて、予め
、設定した開先形状係数ｋを用いてウィービングｔｒ１
１　ｌ　ｂの補正量ｅをめ、この補正量ｅだけ、ウィー
ビング軸１ｂを補正するようにしたが、ウィービング端
位置におい°Ｃ１電極位置１を読み込み、第４図（ａ）
のように、予め設定した電極位置ｅ１と比較し、実際の
電極位置を設定電極位置になるように、ウィービング軸
１ｂを制御してもよい。

なお、この補正制御を、第６図に示されるフローチャー
トにより説明すると、読込んだ電極位置ｅが設定値ＩＪ
１であれば、開先部側にウィービング軸１ｂを逆方向へ
移動させ、１〈１１であれば、ウィービング軸１ｂを開
先部から正方向に移動させる。再度、゛電極位置を読込
み、Ａ＝９１となるまで正方向に移動させることを繰り
返して、ウィービング端位置の補正を行う。

このようにして、上記電極軸１ａに装着された１ポテン
シヨメータ１ｄの出力値を読込み、予め、メモリ５ａに
設定しである電極位置と等しくなるまで、ウィービング
軸１ｂを補正駆動するようにすれば、上記マイクロプロ
セラ１ノ５ｂにおいて、ウィービング軸１１）の補正駆
動量をめる演算を省略することができる。

なお、本発明は、管体４の溶接について説明したけれど
も、本発明の要旨を変更しない範囲内で、例えば、平面
や曲面を有する被溶接体上を走行しながら開先部をウィ
ービング浴後するようにしてもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、アーク電圧を一定に
して被溶接体に対する電極の位置を制御しながら、ウィ
ービング溶接を行う溶接装置の制御装置において、この
制ｍ装置に設定データ及び演算プログラムを記憶したメ
モリ５ａ及びこのメモリ５ａに接続したマイクロプロセ
ッサ５ｂを設け、このマイクロプロセッサ５ｂ及び操作
盤８に入出力インターフェースを備えＩＣ第１、第２Ｄ
／Ａ変換器５ｄ　、５ｆ　、Ａ／Ｄ変換器５ｅ及びカウ
ンタ回路５１１を接続し、上記第１Ｄ／Ａ変換器５ｄに
溶接電源装置６を接続し、上記第２Ｄ／Ａ変換器５丁に
モータ駆動回路５ｇを介して駆動機構１の電極軸１ａ、
ウィービング軸１ｂ及び走行軸１Ｃをそれぞれ接続し、
上記Ａ／Ｄ変換器５ｅに上記電極軸１ａ及びウィービン
グ軸１ｂを各ポテンショメータＩｄ、Ｉｅを介して設（
プ、上記走行軸１Ｃにパルス発生器１ｆを介して上記カ
ウンタ回路５ｈに接続しであるので、ウィービング溶接
を被溶接体としての管体４を走行しながら、予め設定し
た溶接線に対するずれや溶接歪による開先部の変形に対
しても、ウィービング端位置における電極位置の設定値
と溶接トーチ２の実際位置の検、出値から自動的に補正
を行うようにしたため、溶接作業を中断することなく、
良好な溶接をすることできるばかりでなく、ウィービン
グ溶接の作業能率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による溶接ロボットの制御装置と被溶
接体との関係を示す線図、第２図は、本発明のブロック
線図、第３図は、アーク電流、アーク電圧及びアーク長
との関係を示すグラフ、第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
は、溶接トーチと開先との関係を示す図、第５図は、第
２図に示される実施例の制御フローチャート、第６図は
、本発明の他の実施例を示す制御フローチャートである
。 １・・・駆動ｍ構、１ａ・・・電極軸、１ｂ・・・ウィ
ービング軸、１Ｃ・・・走行軸、Ｉｄ、１ｅ・・・ボテ
ンシ］メータ、１ｆ・・・パルス発生器、２・・・溶接
トーチ、４・・・被溶接体（管体）、５・・・制御装置
、５ａ・・・メモリ、５ｂ・・・マイクロブロセツ１す
、５Ｃ・・・入出力インターフェース、５ｄ・・・第１
Ｄ／Ａ変換器、５ｅ・・・Ａ／Ｄ変換器、５［・・・第
２Ｄ／Ａ変換器、５ｇ・・・モータ駆動回路、６・・・
溶接電源装置、７・・・ワイヤー供給装置、８・・・操
作盤。 出願人代理人　猪　股　清 閑１図 第３図 アーク長（Ｌ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アーク電ＩＦを一定にして被溶接体に対する電極の位置
   を制御しながら、ウィービング溶接を行う溶接装置の制
   御装置において、この制御装置に設定データ及び演算プ
   ログラムを記憶したメモリ及びこのメモリに接続したマ
   イクロプロセツサを設り、このマイク［１ブに１セッナ
   及び操作盤に入出力インターノＪ−スを備えた第１、第
   ２Ｄ／Ａ変換器、△／Ｄ変換器及びカウンタ回路を接続
   し、上記第２０／Ａ変換器にモータ駆動回路を介して、
   駆ＩＩｔｌＩ′Ｒ構の電極軸、ウィービング軸及び走行
   軸をイれぞれ接続し、上記Ａ　／　ｌ）変換器に上記電
   極軸及びウィービング軸を各ポテンショメータを介しく
   ６シ（プ、！記走行軸にパルス発生器を介して上記）ｊ
   ランク回路に接続し！、：ことを特徴どする溶接ロボッ
   トの制御装置。