JPS6313790B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種形状の被溶接物の溶接に際して、
各被溶接物個有の加工誤差や組立誤差および溶接
機の搬入取付誤差などを十分に補償して高精度の
溶接を可能にした自動溶接装置に関するものであ
る。

従来、各種形状の溶接線に適用し得る自動溶接
装置としては溶接線の位置をあらかじめ作業者に
より手動にて、あるいは溶接電極とともに移動す
る溶接線検出器を用いて自動的に溶接電極を溶接
線に倣わせながら溶接線の位置データを検知して
これを記憶し（テイーチング作業）、溶接に当つ
ては先に記憶した位置データを再生しながら溶接
を行う（プレイバツク作業）いわゆるテイーチン
グ・プレイバツク方式の自動溶接装置が提案され
ている。これら従来装置においては作業者により
手動でテイーチングを行う前者の場合にはテイー
チングに際して細心の注意を払うことが必要で精
神的にも肉体的にも多大の労力を要し、しかもこ
のようにして得られたデータには作業者の判断が
大きく影響を与えるため個人差が現われやすく精
度が不安定である。これに対し、検出器を用いて
溶接線を自動的に倣いながら記憶する方式の後者
においては、作業者の判断に起因する個人差が生
ずることがなく精度は一定となるが、テイーチン
グに要する時間はあまり短縮されない。また検出
器を用いるため被溶接物の形状によつてはこれが
完全に倣い切れない場合もある。さらに溶接時に
は溶接アークの強烈な熱による損傷を受けること
のないようこれら検出器を退避させる機構が倣い
のための移動機構に加えて必要となり機構的に複
雑となり誤差発生の原因となる。

本発明は溶接線上の主要な点、例えば溶接開始
点、終了点、直線状から円弧状に変る点あるいは
曲線状の溶接線においては曲率の変化する点など
をそれぞれ被溶接物の設計資料から求めてこれら
を標点と定め、各標点毎に溶接線検出器を設けて
おいて被溶接物をこれら複数の溶接線検出器によ
り同時に検知し、この検知データに基づいて溶接
線位置データを演算し、得られたデータによつて
溶接電極と被溶接物とを相対的に移動させて溶接
を行うことによつて、テイーチング時間を極端に
短縮するとともに高精度の溶接線倣いを実現した
ものである。さらに本発明はまた溶接線検出器に
位置検知機能のみでなく溶接部形状、例えば溶接
部の開先巾、開先面積、空隙、傾斜角度などの形
状検出機能を併せ持つた検出器とし、検出された
形状データにより溶接条件をも決定して溶接する
自動溶接装置を提供したものである。

第１図は本発明の装置の実施例を示す構成図で
ある。図において１は台車２に載置された被溶接
物であり折れ線状の溶接線１０１を有するものと
する。３は溶接電極３０１を有する溶接トーチ、
４および５は台車２をそれぞれ図の矢印方向に駆
動するための電動機、６ａないし６ｄは溶接線１
０１の標点として定められた折れ曲り点P₁ない
しP₄に対してそれぞれ設けられた溶接線検出器
であり被溶接物１および溶接トーチ３に対して絶
対位置の判る場所に取付けられている。この検出
器としてはリミツトスイツチ、差動トランス、ポ
テンシヨメータなどを用いた接触式のものあるい
は非接触式の近接スイツチ、光電スイツチ、シン
クロ・レゾルバ、インダクトシン、マグネスケー
ルさらには工業用テレビカメラ、半導体マトリツ
クスカメラなどの２次元イメージセンサなどが利
用できる。これら検出器は可能な限り固定式が望
ましいが溶接時に溶接熱や溶接トーチの通路と干
渉する場合は検出時のみ被溶接物に対向し不要時
は安全位置に退避する構造とする。７は溶接線検
出器６ａないし６ｄの出力を受けてこれを記憶す
る記憶装置、８は記憶装置７の記憶内容を読み出
して溶接線位置データを算出するための演算回路
であり、９は演算回路８の出力信号を受けて台車
２を指示通り駆動するための電動機制御回路であ
り、電動機４，５および図示しない台車２の位置
検出器とともに公知のサーボ機構を構成する。ま
た１１は図示しない交流電源から電力を受けて適
宜調整し溶接トーチ３および被溶接物１に溶接電
力を供給する溶接電源であり演算回路８の出力に
より出力が制御される。同図において被溶接物１
の溶接線１０１は各標点P₁ないしP₄の位置が溶
接線検出器６ａないし６ｄにて検出され、各標点
位置データは記憶装置７に蓄えられる。溶接に際
しては演算回路８は記憶装置７から先ず標点P₁
およびP₂の位置データを読み出す。標点P₁およ
びP₂の位置データから標点P₁の位置を初期値と
し標点P₂の位置を最終値とする補間法により溶
接線１０１の標点P₁からP₂に至る部分の位置デ
ータを算出する。この場合溶接線が直線状である
から直線補間法により演算すればよい。演算回路
８の出力データに応じて電動機制御回路９は電動
機４および５に電力を供給し台車２を駆動して溶
接トーチ３に対する被溶接物１の移動軌跡が溶接
線１０１に合致するよう制御する。一方、演算回
路８の出力により溶接電源１１は溶接トーチ３と
被溶接物１に溶接電力の供給を開始する。溶接が
進行して標点P₂に達すると演算回路８は次の標
点P₃の位置を最終値とする補間法により標点P₂
からP₃に至る溶接線１０１の位置データを算出
し、電動機制御回路９以降のサーボ機構によつて
前回と同様に台車２を駆動する。以後同様にして
最終標点P₄に達したところで溶接電源１１の出
力を遮断し溶接を終了する。上記において、サー
ボ機構は図のように被溶接物１を載置する台車２
を駆動するものの他に溶接トーチ３を２次元的な
いしは３次元的に駆動するものでもよくまた被溶
接物と溶接トーチとを共に異なる軸方向にそれぞ
れ駆動して自由度を分割してもよい。

第１図においては、溶接線検出器として位置検
出機能のみを有するものについて説明したが、溶
接線検出器として照明装置と組合せた半導体マト
リツクスカメラや工業用テレビカメラを使用し、
得られた画像信号を処理して開先巾信号に変換す
れば溶接部形状を検知することができるので、溶
接線の位置を正確にトレースするのみでなく同時
に溶接線の開先形状の変化に対応して溶接条件を
も最適値に保つことが可能となる。第２図は溶接
部形状の検出機能をも兼ね備えた検出器を用いる
ときの例を示す図である。また第３図は第２図の
例において得られる信号を被溶接物の例とともに
示す図である。第２図において１１は互いに端縁
部が重ね合わされた２枚の板からなる被溶接物で
あり重ね合わせ端部１０１を隅肉溶接する。ｇは
重ね合わせ部に生じた間隙である。１２は溶接線
検出器であり半導体マトリツクスカメラや工業用
テレビカメラなどの２次元イメージセンサであ
る。図中Ａは検出器１２の視野であり、１３はこ
の視野を完全にカバーできる照明装置である。第
３図ａは第２図における検出器１２の視野Ａを拡
大したものであり斜線部は被溶接物１，１間の間
隙ｇによつて現われる暗影部である。同図ｂは溶
接線検出器１２によつて得られた画像信号を横方
向のヒストグラムに変換した信号で、Ｗは高照度
レベルを、Ｂは低照度レベルを示す。同図におい
て低照度レベルを示す部分の巾g′が被溶接物の間
隙ｇに相当し、低照度レベルを示す部分の中心ま
での距離l′が溶接線位置に相当することになる。
このようにして得られた間隙g′および距離l′を検
出器として用いるカメラの倍率、カメラアングル
およびカメラ取付位置に対応して適宜補正して実
際の値に修正して標点位置信号および溶接部形状
信号として用いる。このような検出器を第１図の
装置に用いるときは検出器６ａないし６ｄと記憶
装置７との間に検出器６ａないし６ｄの画像信号
を溶接部形状信号および位置信号に変換する画像
処理装置を設け、演算回路８としては溶接線の位
置データの演算の他に溶接条件の演算も行なわ
せ、電動機４，５およびその制御回路９からなる
サーボ機構により位置制御とともに速度制御をも
実行させ、一方、溶接電源１１においては演算回
路８からの出力信号により溶接電力の開閉ととも
にその出力調整をも溶接部形状信号に応じて行な
わせるとよい。もちろん検出器６ａないし６ｄに
画像処理機構を有する検出器を用いるときには上
記画像処理装置は省略できるものである。

第４図は被溶接物を固定とし溶接トーチを３次
元に駆動する方式の例を示す斜視図である。同図
において１は固定の被溶接物載置台２上に取付け
られた被溶接物であり溶接線１０１を有する。３
は可動の溶接トーチであり６ａないし６ｄは溶接
線検出器であり被溶接物１に対して固定されてい
る。１２は溶接トーチ３のＹ軸方向駆動機構であ
り電動機１２１、送りネジ１２２、Ｙ軸位置検出
器１２３とからなりＹ軸方向サーボ機構を構成し
ている。１３はＺ軸方向駆動機構であり電動機１
３１、送りネジ１３２、Ｚ軸位置検出器１３３と
からなりＺ軸サーボ機構を構成している。１４は
Ｘ軸方向駆動機構であり電動機１４１、送りネジ
１４２、Ｘ軸位置検出器１４３からなりＸ軸サー
ボ機構を構成している。またＹ軸サーボ機構全体
はＺ軸サーボ機構によりＺ軸方向に駆動され、Ｙ
軸サーボ機構を含むＺ軸サーボ機構全体はＸ軸サ
ーボ機構１４によりＸ軸方向に駆動されることに
なり総合的に溶接トーチ３はＸ，Ｙ，Ｚの３軸方
向に駆動され位置制御される。Ｘ軸サーボ機構１
４はガイドバー１５および支柱１６，１６により
ベース１７に支持される。第７図に示す装置の動
作は第１図に示した装置の動作とは被加工物載置
台２のかわりに溶接トーチ３が溶接線検出器６ａ
ないし６ｄの検出データに従つてＸ，Ｙ，Ｚの３
次元に駆動され溶接トーチ３の先端の移動軌跡が
被溶接物の溶接線１０１に合致するよう駆動され
る点のみが異なり他は同様である。したがつて同
図においては機構部のみを示し制御装置の図は省
略してある。溶接線検出器６ａないし６ｄとして
溶接線位置のみでなく溶接部形状をも検出し得る
ものを使用するときは位置制御のみでなく溶接条
件の制御をも実行し得ることはもちろんである。

第１図および第４図においては溶接トーチを用
いるアーク溶接法においてのみ説明したが、本発
明はアーク溶接法にのみ適用し得るものではなく
他の溶接方法、例えば抵抗溶接法あるいはガス溶
接法においても適用可能である。また各標点間の
位置データおよび形状データまたは溶接条件デー
タを算出するに当つては、単に直線補間法にのみ
によるときは標点を多数設ける必要があり装置が
複雑高価となるので、各データの算出に当つては
溶接線の設計上の形状が直線部分は直線補間法で
円弧部分や曲線部分は曲率が略等しい部分に分割
して円弧補間を行う方が有利であることはいうま
でもない。また例えば抛物線や指数関数あるいは
双曲線などのように特定の関数に従う曲線である
ときはそれぞれ所定の関数によつて補間計算を実
行すればよい。また演算回路において画像処理に
て得られた標点位置における溶接部形状のデータ
を用いて標点位置および標点間の溶接条件を算出
する作業としては、標点における溶接部形状デー
タから標点における溶接条件を算出し、この算出
された溶接条件から補間法により標点間の溶接条
件を算出する方法、あるいは標点位置における溶
接部形状データから補間法により標点間の溶接部
形状データを算出した後それぞれを溶接条件に変
換する方法でもよい。

なお被溶接物が専用の取付治具などを利用して
正確に位置決めされることがほぼ確実な場合には
被溶接物の加工誤差や組立誤差を検出するだけで
よいから、これら溶接線の検出は溶接位置でなく
前工程、例えば溶接装置の入口側に別途設けられ
た検出ステーシヨンにてあらかじめ溶接線を検出
記憶すれば、検出器が溶接トーチなどに干渉する
ことなく自由に設定でき、また溶接時の熱やスパ
ツタなどの飛散物によつて損傷を受けることがな
く有利である。もちろん溶接線が変更となつた場
合には検出器の数および取付位置をそれぞれの溶
接線に対して溶接線の設計上から判明する標点に
対応して定めかつ演算回路のプログラムもこれに
応じて変更することによりあらゆる形状の溶接線
に対して適用できるものである。

以上のように本発明の装置によるときは溶接線
の検出、記憶にはほとんど時間を要せずしかも全
標点の位置データが同時に得られる。またこの得
られた標点位置データから全溶接線のデータを算
出するのに要する時間は単に演算回路の計算時間
のみであるから実際の溶接時間にくらべればほと
んど無視し得る程度の短時間であり、もちろん従
来のテイーチング方法にくらべてもテイーチング
に要する時間は飛躍的に短縮される。またこれら
溶接線の検出および演算など一連のテイーチング
作業は、完全に自動で行なわれるため作業者の判
断による似差が混入する余地は全くなく精度が飛
躍的に向上するとともに安定性が増大し信頼性が
向上する。さらに２次元イメージセンサを検出器
に用いるときは溶接線の位置のみでなく、溶接部
形状をも検出できるのでこの形状データを用いて
溶接速度、溶接電力などの溶接条件を常に最適値
に保ちながら溶接をすることが可能となるので溶
接品質が飛躍的に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の実施例を示す構成図で
あり、第２図は溶接部形状を検出するときの例を
示す図、第３図は第２図の例において得られる検
出器の視野の拡大図と得られた画像の横方向のヒ
ストグラムを示す図、第４図は本発明の別の実施
例を示す図である。 １……被溶接物、３……溶接トーチ、３０１…
…溶接電極、４，５……電動機、６ａ〜６ｄ……
検出器、７……記憶装置、８……演算回路、１１
……溶接電源、１２……２次元イメージセンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接線上の標点毎に設けられた複数の溶接線
   検出器と、前記溶接線検出器の出力により溶接線
   の標点位置座標を記憶する記憶装置と、前記記憶
   装置の記憶内容を読み出して所定の補間法により
   溶接線位置データを算出する演算回路と、前記演
   算回路の出力により溶接電極または被溶接物のい
   ずれか一方または双方を駆動して溶接電極の被溶
   接物に対する相対移動軌跡を溶接線に合致させる
   所要数の駆動軸を有するサーボ機構とを有する自
   動溶接装置。 ２ 溶接線上の標点毎に設けられた複数の溶接線
   検出器と、前記溶接線検出器の出力により溶接線
   の標点位置座標および溶接部形状を記憶する記憶
   装置と、前記記憶装置の記憶内容を読み出して各
   標点における溶接条件を算出するとともに所定の
   補間法により各標点間の溶接線位置データおよび
   溶接条件を算出する演算回路と、前記演算回路の
   出力により溶接電極または被溶接物のいずれか一
   方または双方を前記算出された溶接条件に応じた
   速度で駆動して溶接電極の被溶接物に対する相対
   移動軌跡を溶接線に合致させる所要数の駆動軸を
   有するサーボ機構と、前記演算回路の出力により
   溶接条件を制御する溶接制御回路とを有する自動
   溶接装置。