JPS61172678A - 溶接ロボツトの制御方法 - 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】 （発明の分野） この発明は溶接ロボットの制御方法に圓するもので、特
に、溶接ロボットにウィービング溶接を行なわせるに際
しての制御方法に関する。

（先行技術の説明） 溶接ロボットの重要な機能のひとつにウィービング溶接
がある。このウィービング溶接は、周知のように、溶接
トーチを溶接線に対してほぼ直角方向に揺動させつつ、
溶接線に沿って移動せしめる溶接方法である。このよう
なウィービング溶接を溶接ロボットに行なわせるための
制御方法は既に存在するが、この技術においては、上記
直角方向の揺動幅すなわちウィービング幅を、一定値と
してあらかじめコンピュータにセットしておき、溶接ロ
ボットのトーチの先端は当該一定のウィービング振幅で
揺動しつつ溶接を行なうように構成されている。

ところが、溶接の対象となるワーク（この明細書では「
被溶接体」と呼び、相互に溶接すべき２つの被溶接体を
「第１１と「第２」とによってそれぞれ表現する。）が
比較的大きい場合などにおいては、被溶接体の自重や、
取り付は精度・加工精度の限界などに起因して、この第
１と第２の被溶接体の間の突き合わせ間隔や開先幅など
（この明細よではこれらを総称して、被溶接体の「相互
間隔」と称する。）が、溶接線方向において不均一とな
っていることが多い。このため、このような被溶接体に
ついてのウィービング溶接にあたって溶接ロボットに従
来の制御方法を適用しても、上記不均一性を無視した一
定のウィービング振幅でウィービング溶接が行なわれて
しまうため、場所によって溶接の過不足が生じて溶接品
質が低いものとなってしまうという欠点があった。

このため、従来では、不均一な相互間隔を有する被溶接
体のウィービング溶接は、手溶接に頼らざるを得なかっ
た。

（発明の目的） この発明は、上記のような欠点の克服を意図しており、
被溶接体の間の相互間隔が溶接線方向に沿って不均一な
場合であっても、過不足のないウィービング溶接を行な
い、それによって高品質の溶接精度を確保することので
きる溶接ロボットの＆ＩＪ　ｍ方法を提供することを目
的とする。

（発明の構成および効果） 上記目的を達成するため、この発明にかかる制　゛御方
法においては、第１と第２の被溶接体の相互間隔の、溶
接線方向に沿った変化に関するデータをあらかじめ求め
ておき、Ｅ記相互間隔の変化に応じてウィービング振幅
を変化させつつウィービング溶接を行なわせるような演
算を行なって指令値とし、この指令値を溶接ロボットに
出力している。

このため、被溶接体の相互間隔が不均一であっても、こ
の不均一性が相互間隔の溶接線方向の変化として取り込
まれて、ウィービング振幅がこの不均一性に応じて変化
するため、過不足のないウィービング溶接となって、高
品質の溶接精度を確保することができるという効果を奏
する。

（実施例の説明） 第１図は本発明の背景となる溶接ロボットとして採用し
た（Ｘ、Ｙ、Ｚ）直角座標形溶接ロボットＲＯの全体概
要図である。

この溶接ロボットＲＯ（詳細は図示せず）の端末に構成
した垂直軸１には、該軸１まわり（矢印α方向）に旋回
可能に、第１腕２を支承しである。

また、この第１腕２の先端には、斜軸３ａまわり（矢印
β方向）に旋回可能に支承した第２腕３を設けである。

この第２腕３の先端にはエンドエフェクタとしての溶接
トーチ４（この実施例ではＭＩＧ溶接トーチ）を取着し
ている。

そして軸１、軸３ａおよびトーチ４の中心軸線Ｍは一点
Ｐにおいて交差するように構成しである。

さらにトーチ４は、その溶接作動点が点Ｐと一致しうる
ように設定しである。かくして、矢印αおよびβ方向へ
の回転角を制御することにより、トーチ４の垂直軸１に
対する姿勢角θおよび旋回角ψ（いわゆるオイラー角）
を点Ｐを固定して制御可能となっている。

装Ｍ５は溶接電源装置である。この装［５は、トーチ４
の消耗電極４ａを巻き取ったスプール６を具備し、詳細
は図示しないが送りローラを回転して電極４ａをくり出
し可能であり、さらに電極４ａとワークＷＫ間に溶接用
電源５ａを接続しうるように構成しである。装置５はま
た、小電流の検出用電源５ｂを備えている。電源５ｂに
は電流センサ５Ｃが直列に接続されており、これらと電
源５ａとは、切換手段５ｄによって切換えて接続される
ようになっている。

この実施例全体の制御装置としての公知のコンピュータ
７は、ＣＰＵおよびメモリを含んでおり、このコンピュ
ータ７のパスラインＢには、電源５ａ、電流センサ５Ｃ
および切換手段５ｄが接続しである。

パスラインＢにはさらに、ロボットＲＯのＸ軸のサーボ
系Ｓｘが接続してあり、このサーボ系ＳＸはＸ軸の動）
ＪＭＸ、並びにその位置情報を出力するエンコーダＥＸ
を含んでいる。同様にして、パスラインＢには、同様に
構成したＹ軸のサーボ系ＳＹ、Ｚ軸のサーボ系Ｓ７１α
軸のサーボ系Ｓαおよびβ軸のサーボ系Ｓβを接続しで
ある。

一方、遠隔操−作盤８は、トーチ４を手動で移動させる
ためのマニュアル操作スナップスイッチ群ＳＷ、溶接時
以外の速度を指令するための速度指令ロータリスイッチ
Ｓｖ、３種類のモード（マニュアルモードＭ、テストモ
ードＴＥ、およびオートモードＡ）に切換えるためのモ
ード切換スイッチＳＭ、テンキーＴＫ、テンキーＴ　Ｋ
の操作により後述の各切換位置で種々の条件を設定する
ための条件設定用切換スイッチＳＥ、修正スイッチＲＥ
、Ｉびに各モードにおいて動作を開始したりティーチン
グ内容をメモリに取込む際に使用するスタートスイッチ
Ｓ　Ｔ　Ａ等を備えている。

前記切換スイッチＳＥは、以下に示す４つの切換位置Ｓ
Ｆ１〜ＳＥ４を有する。

（１）切換位置ＳＥ１・・・直線補間「Ｌ」９円補間「
Ｃ」、ウィービング［Ｗ］、センシング「Ｓ」の４つの
表示ランプを備え、それぞれテンキーＴＫのキ一番号「
１］〜「４」を押すことにより各表示ランプを点灯させ
て選択することができる。

（２）切換位置ＳＥ２・・・溶接条件番号ＷＮＱの表示
部を有し、コンピュータ７のメモリには予め順ごとに溶
接電圧Ｅ、溶接電流■、および溶接速度ＶＷがセットと
して配憶されており、所望のセットに対応するテンキー
ＴＫのキ一番号を押すことにより、そのセットを呼び出
せるようになっている。

（３）切換位置ＳＥ３・・・センサメニュ一番号ＳＥＭ
船の表示部を有し、コンピュータ７のメモリには社ごと
にトーチ４の電極４ａ自体でワークＷＫの溶接線ＷＬを
センシングするのに必要なサブルーチンがセットとして
記憶されており、テンキーＴＫの操作で随時呼び出せる
ようになっている。

（４）切換位ｌ５Ｅ４・・・補正方式番号ＡＬＩＸ１１
１１の表示部を有し、本実施例ではテンキーＴＫのキ一
番号「９９」の押動によって、ウィービング振幅を可変
とすることができる。

一方、この実施例におけるワークＷＫは、第１図に示す
ように、第１と第２の被溶接体としての２枚の水平板材
Ｗ１．Ｗ２のそれぞれに開先８１゜８２をそれぞれ設け
たものであり、この水平板材Ｗ１．Ｗ２を突き合わせて
溶接すると考える。ただし、同図に示すように、突き合
わせの間隔が何らかの原因によって不均一となっており
、図中の下端においては互いに接触しているものの、Ｆ
方（遠方）に向かって若干間いてしまっているものとす
る。

次に、この発明の実施例における処理を、この発明の特
徴に関連する部分を中心にして説明する。

このうち、最初の処理はティーチングであって、上記第
１図のほか、ティーチング点などの位置関係を示す第２
図と、プログラムのステップを示す第３図とを参照して
説明する。

（１）　　まず、この装置のオペレータは、スイッチＳ
Ｍを操作することによってマニュアルモードＭを選択す
る。そして、スイッチＳＷを操作し、トーチ４を、溶接
開始点Ｐ２　（第２図参照）に近い任意の地点Ｐ１に位
置決めする。次に切換スイッチＳＥを切換位置ＳＥ１に
切換え、テンキーＴＫの操作によって直線補間ｒＬＪを
設定する。そして、スイッチＳＴＡを操作すれば、コン
ピュータ７は、点Ｐ１の位置情報と直線補間ｒＬＪの情
報とを、第３図のステップＮＱ１に関するデータとして
取り込む。

（２）　　次に、トーチ４を、溶接に適した姿勢で、溶
接開始点Ｐ２に位置決めする。そして、切換スイッチＳ
ＥとテンキーＴＫとの操作によって、ウィービング「Ｗ
」、溶接条件「０１」および補正方式「９９」を選択す
る。このうち、溶接条件を　　　′示す「０１」は、ウ
ィービングに適当な条件に対応して設定された番号であ
るものとする。また、補正方式「９９」を設定すること
によって、以後のウィービング溶接が振幅可変のモード
で行なわれることを教示したことを意味する。そして、
これらの操作によって、第３図のステップ馳２に圓する
データが入力されたことになる。

（３）〜（６）　　第３図に示すステップＮＱ３〜Ｎｎ
６についてのデータ入力は、上記ステップ社２に関する
データ入力と同様に、ウィービングｒＷＪ、溶接条件「
０１」、補正方式「９９」で設定を行なうが、トーチ４
の位置決め場所は、それぞれ次のようになる。まず、ス
テップＮＱ３に対応するティーチング点Ｐ３は、第２図
中に示すように、溶接開始点Ｐ２からウィービングの揺
動を開始して最初に到達すべき地点（開先Ｂ１のエツジ
上）とする。そして、ステップＮＱ４に対応するティー
チング点Ｐ　は、点Ｐ３において揺動反転して次に到達
すべき地点（開先Ｂ２のエツジ上）である。

点Ｐ　から次に到達すべき地点は、点Ｐ４から溶接線Ｗ
Ｌに下した垂線の足（参照符号なし）であるものとし、
その後は点Ｐ２〜Ｐ４のパターンを繰返す（ただし、振
幅は変化させる）ように設定するものとすれば、これら
の点Ｐ２〜Ｐ４を教示することによって、ウィービング
の揺動パターンの１周期に関するデータが取り込まれる
ことになり、特に、ウィービングのピッチは、溶接線Ｗ
Ｌ方向における点Ｐ　とＢ４との距離として指示される
。また、このデータから得られる振幅は、溶接開始時に
おける振幅となる。このような意味から、ここで与える
２つの点Ｐ３とＢ４とは、「パターン点」としての意味
を有する。

一方、ステップＮＱ５．６に対応する２つの点Ｐ５、Ｂ
６は、それぞれ、開先Ｂ１．Ｂ２のエツジ上であって、
かつ上記地点Ｐ、Ｐ４とは異なる任意の地点に設定する
。この２つの点Ｐ５．Ｐ６は、水平板材Ｗ１．Ｗ２の相
互間隔の、溶接線方向の変化を知るためのデータとして
設定されるものであって、実際の溶接にあたってトーチ
４を通過させるための点ではない。つまり、この点Ｐ５
゜Ｂ６は、相互間隔の変化を知るためにのみ使用される
データ入力専用点である。

ここで、上記２つの点Ｐ　　、Ｐ　　を付加することに
よって、水平板材Ｗ１．Ｗ２の相互間隔の変化がわかる
理由を説明しておく。この実施例における水平板材Ｗｌ
、Ｗ２においては、その間先日１．８２が共に、はぼ直
線的なものであると想定している。すると、開先８１．
８２相互の、溶接１１ＷＬに沿った開きの程度がわかれ
ば、溶接線ＷＬ上の各地点における、水平板材Ｗ１．Ｗ
２の間の相互間隔の変化がわかることになる。ところが
、開先８１．８２が共に直線的であるということは、パ
ターン点Ｐ、Ｐ４の他に、各開先上の１地点ずつ、計２
地点の位置座標を付加的に知れば、それぞれの開先の方
向がわかることを意味する。このため、開先Ｂ１の位置
と方向とを知るために点Ｐ５を、また開先Ｂ２の位置と
方向とを知るために点Ｐ６を、ティーチングによってそ
れぞれ付加的に教示すればよいのである。但し、開きの
程度を精度よく知ろうと思えば、点Ｐ　とＢ５との距離
や点Ｐ　とＢ６との距離は、できるだけ大きい方が望ま
しい。

もつとも、このような情報は、必ずしもトーチ４の具体
的位置決めによる設定で行なう必要はなく、あらかじめ
想定されるような相互間隔の変化のパターンをいくつか
準備し、メニュ一方式で選択して入力してもよい。この
場合は、たとえば、溶接開始点Ｐ　や終了点Ｐ７　（後
述する）についてのティーチングデータを入力する際に
、このようなデータを併せて入力すればよい。

（１）　　ステップＮα７に対応する点Ｐ７は、溶接の
終了点である。したがって、トーチ４をこの点に位置決
めし、上記の地点を同様に、ウィービング「Ｗ」、溶接
条件ｒ０１Ｊ、および補正方式「９９」を入力しておく
。

（８）　　ステップＮＱ８に対応するものとして入力さ
れる地点Ｐ８は、溶接完了後の退避点としての性格を有
する点であって、直線補間ｒＬＪを指定して、この位置
の情報を取り込んでおく。

以上で、ティーチングの基本的操作が完了するが、いわ
ゆるセンシングをあわせて行なう場合などは、上記地点
Ｐ１〜Ｐ８についてのデータを入力する前に、適当な地
点をいくつか選択してそれらをセンシングポイントとし
、その点の位置情報やセンシングモードなどを、教示し
ておくことができる。このうち、水平板材Ｗ１．Ｗ２の
相互間隔の変化に関するデータすなわち開きの程度に関
するセンシングを行なわせたいときには、たとえば、開
先Ｂ１．Ｂ２のそれぞれの上に２点ずつ、計４点をセン
シングポイントとして与えておくことができる（他の方
法も可能である）。

次に、再生時におけるこの溶接ロボットＲＯの動作を説
明する。まず、モード切換スイッチＳＭをテストモード
ＴＥに設定し、スイッチＳＴＡを操作すると、溶接ロボ
ットＲＯは、後述する溶接時の動作と同様の動作を、溶
接を行なわずに実行する。オペレータはその動作を監視
して、ティーチング時のデータなどに誤りがあれば、修
正を施しておく。次に、トーチ４を新たに位置決めし、
モード切換スイッチＳＭをオートモードＡに設定し、ス
イッチＳＴＡを操作する。この時点から実際のウィービ
ング溶接のための動作が始まるわけであるが、その後の
処理は、第４図のフローチャートを参照しつつ説明する
。

まず、処理１０１において、当該ステップ（第３図の該
当ステップ）がウィービングＮＩＶＪであるかどうかが
判断される。そして、ウィービングｒＷＪでない場合は
処理１０２に移り、センシング「Ｓ」であるかどうかが
判断される。第３図の各ステップにはセンシング「Ｓ」
は含まれていないが、前述したようにセンシングデータ
を含ませておいてもよく、その場合には、当該センシン
グのステップにおいて、処理１０３に移行してセンシン
グを行なった後に、処理１０４において、ティーチング
時のデータをそのセンシングによって得られたデータで
補正する。このセンシングは、トーチ４とワークＷＫと
の間に検出用電源５ｂと電流センサ５Ｃとを接続して、
電極４ａによるセンシングの形式で行なうことができる
。このセンシング補正は、被溶接体の個体差や、個別の
取り付は誤差などの補正に有効である。処理１０２にお
ける判断がセンシング「Ｓ」以外のもの、たとえば直線
補間ｒＬＪや円補間ｒＣＪの場合には、処理１０５にお
いて当該ステップの内容を実行する。

一方、処理１０１における判断がウィービングｒＷＪで
ある場合には、次の処理１０６においてそのウィービン
グが振幅可変であるか否かが判断される。この判断は補
正方式（ＡＵＸ、？ｋｌ）としての「９９」が当該ステ
ップ内のデータとして与えられているかどうかによって
行なうことができる。振幅可変ではない場１合は、次の
処理１０７において従来のウィービングすなわちあらか
じめ設定された一定のウィービング振幅によるウィービ
ング溶接を行なう。逆に、振幅可変であるときには、処
理１０６から処理１０８へと移り、第１と第２の被溶接
体の相互間隔の、溶接線方向における変化に応じてウィ
ービング振幅を変えながらウィービング溶接を行なう。

そして、上記処理１０４．１０５．１０７または１０８
が完了すると、処理１０９において最終ステップである
が否かが判断され、最終ステップであれば一連の処理を
完了するが、最終ステップでない場合には処理１１０に
おいてステップを更新し、処理１０１に戻って、以上の
処理を繰返す。

このような処理フローに対して第３図のステップデータ
が適用された場合のトーチ４の先端の軌跡Ｆを第２図中
に示しである。この場合、トーチ４の先端は、まず、第
３図のステップ順１のデータに応じて点Ｐ１からＰ２へ
と直線補間によって移動する。そして、点Ｐ２からは溶
接を開始し、点Ｐ３．Ｐ４を経て点Ｐ７までの区間を、
ウィービング振幅を変化させつつウィービング溶接する
。

この例では、ウィービング振幅を、点Ｐ２からＰ７まで
の区間内の各溶接場所において、水平板材Ｗ１．Ｗ２の
間の、当該場所付近における局所的な間隔に比例させて
いる。このような処理は、前述したような点Ｐ　　−Ｐ
６の位置座標データから求められた水平板材Ｗ１．Ｗ２
の間隔の変化に関するデータを事前に数値的に求めてお
いてメモリ　　　′中に格納しておき、トーチ４の移動
位置に応じてそれらを順次読出して振幅に対する出力と
してもよい。また、ウィービングの周期があらかじめ設
定されているのであるから、その時点が何番目の揺動に
属するかを判断し、それに応じてデータを演算して指令
値とし、それを溶接ロボットＲＯに出力してもよい。い
ずれにしても、あらかじめ与えられたデータに基いて演
算を行なうことになる。

ところで点ｐ５．ｐ６については、現実の溶接時におけ
る通過点ではないことを溶接ロボットＲＯに指示してや
る必要があるが、この実施例では、水平板材Ｗ１．Ｗ２
のウィービング溶接に関するティーチング点を６個と定
めており、ＣＰＵは、第３図のステップのうち、振幅可
変ウィービングが開始されたステップ随２から数えて４
番目と５番目のステップすなわちステップＮＧ５．６に
属する位置座標は通過点ではないと判断するようにプロ
グラムすることによって、これを達成している。

もっとも、ティーチング時にデータ入力専用点であるこ
とを示すデータを付加しておき、読出し時にそのデータ
と出会ったときには、その点を無視するように構成する
こともできる。ウィービング溶接の開始点、パターン点
、終了点などの通過点の指定についても同様である。

このようにして、トーチ４の先端は、第２図中において
順次裾幅を広げつつウィービング溶接を行ない、点Ｐ７
においてウィービング溶接を完了すると、点Ｐ８へと、
直線補間で移動し、一連の溶接処理を完了する。

なお、上記実施例では、第１図および第２図に示すよう
に、先に行くに従って広がるような相互間隔の不均一性
を考えたが、第５図（ａ）に示すような先細りの場合や
、第５図（ｂ）のように相互間隔の変化率が変わる場合
などについても、この発明は適用できる。これらの場合
には、たとえば溶接開始点ＱＳ、Ｈ了点ＱＥ、パターン
点Ｑｐ、上記変化データを与えるためのデータ入力専用
点ＱＤとして、たとえば図示の点を採用すれば、上記実
施例と同様の処理が可能である。また、水平板材以外の
ワークに対しても適用可能である。ウィービングの１周
期のパターンも例示のものに限定されない。さらに、こ
の発明は相互間隔が不均一の場合に限って使用できると
いうものではなく、振幅可変モードにおいて相互間隔が
均一の被溶接体に遭遇した場合には、「変化なし」とい
う意味において相互間隔変化データを取り込み、その部
分については自動的に娠幅一定のウィービングを行なう
ように構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の背景となる溶接ロボットの
全体図、第２図はこの発明の実施例におけるティーチン
グ点の取り方とトーチの軌跡とを示す図、第３図はこの
発明の実施例で使用されるプログラムのステップ図、第
４図はこの発明の実施例の動作を示すフローチャート、
第５図は、この発明の変形例に関するデータ入力の態様
を示す図である。 ＲＯ・・・溶接ロボット、　　　４・・・トーチ、８・
・・遠隔操作盤、　　　　Ｗし・・・溶接線、Ｗｌ、Ｗ
２・・・水平板材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１と第２の被溶接体を所定の溶接線に沿つてウ
   ィービング溶接するための、溶接ロボットの制御方法で
   あつて、 前記第１と第２の被溶接体の相互間隔の、前記溶接線方
   向に沿った変化に関するデータをあらかじめ求め、前記
   相互間隔の変化に応じてウィービング振幅を変化させつ
   つ前記溶接ロボットにウィービング溶接を行なわせるた
   めの指令値を前記データに基いて演算して求め、前記指
   令値を前記溶接ロボットに与えることを特徴とする、溶
   接ロボットの制御方法。
2. （２）前記データは、前記第１と第２の被溶接体の位置
   関係に関連する所定点の位置情報をセンシングによつて
   補正したデータに基いて求められる、特許請求の範囲第
   １項記載の溶接ロボットの制御方法。