WO1997038819A1

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Publication number: WO1997038819A1
Application number: PCT/JP1997/001288
Authority: WO
Inventors: Tetsuya Kosaka; Yoshitaka Ikeda
Original assignee: Fanuc Ltd
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1997-10-23
Also published as: US6023044A; EP0842725A1; DE69727886D1; JPH09277045A; DE69727886T2; EP0842725A4; EP0842725B1

Description

明細害

多層盛り溶接における制御方法

技術分野

本発明は、アーク溶接用のトーチを搭載したロボットを用いて多層盛り溶接を行なうための技術に関し、更に詳しく言えば、レーザセンサを用いて多層盛り溶接時に適応溶接制御を行なうための技術に関する。

背景技術

ロボッ卜にアーク溶接用のトーチとともにレーザセンサを搭載し、溶接線を先行的にセンシングして得られるデータを利用してロボッ卜に溶接線の卜ラッキングを行なわせる技術は、溶接ロボッ卜のリアルタイムトラツキング制御として広く知られている。また、このリアル夕ィムトラッキング制御を多層盛り溶接を行なう口ボッ卜に対して適用することも行なわれている。

レーザセンサを搭載したロボッ卜に多層盛り溶接を行わせる場合、溶接線の位置に関するデータは第 1 層目の溶接のためのロボッ卜移動時のレーザセンサによるセンシングで得られる。そこで従来では、第 1 層目の溶接時に得られるセンシングデータの一部あるいは全部をロボットコントローラ内部に記憶しておき、第 2層目以降の溶接ではこのデータを読出しながらロボッ卜移動を行なうという制御手法が用いられている（例えば、日本の特許公報、特開平 6 — 3 2 0 4 6 2号公報参照）。このような手法は、第 2 層目以降のロボット移動経路は適正に制御されるので、多層盛り溶接の品質を良好に保つ上で非常に有用である。

一方、アーク溶接の品質は、溶接電流、溶接電圧、溶接速度（ロボット移動速度）、溶接トーチ先端位置オフセッ卜量等の溶接条件によっても左右される。特に突合せ溶接や重ね合わせ溶接においては、これら諸量の適正値は溶接継ぎ手と溶接継ぎ手との間（即ち、溶接対象ヮーク間）に存在するギャップの大きさ（以下、「ギヤップ幅」と言う）に左右される。例えば、ギャップ幅の大小に応じて適正な溶接ビード幅も変化するのが一般的であるから、それに対応すべく溶接条件を変える必要がある。ところ力ギャップ幅は溶接区間を通して一定とは限らない。

そこで、レーザセンサを用いたリアルタイムトラツキング方式による溶接実行時に、ギャップ幅の検出を併せて行い、検出されたギャップ幅に応じて溶接電流、溶接電圧等の溶接条件をリアルタイムに制御する方式が提案されている（日本の特許文献、特開平 7 — 8 0 6 4 3号公報参照）。このような、ギャップの状態の推移に応じて溶接条件を制御しながらアーク溶接を実行する方式は、一般に「適応溶接制御」と呼ばれている。

多層盛り溶接において、第 2 層目及びそれ以降の溶接についてもギヤップ幅に応じて溶接条件を制御する必要性が当然に生じ得る。例えば、溶接継ぎ手のギヤップ幅が大きい場合は、第 1 層目のみならず第 2 層目及びそれ以降についても溶接ビード幅も大きくすることが望まれるが、そのためには、第 2層目及びそれ以降の溶接にも適応溶接制御を適用すべきと考えられる。

しかし、多厣盛リ溶接での第 2 層目およびそれ以降の溶接では、通常はレーザセンサによる溶接線検出は行われないのこともあって、上記の特開平 7 — 8 0 6 4 3号公報に記載の適用溶接制御は多層盛り溶接における第 2 層目およびそれ以降の溶接には適用できなかった。

多層盛り溶接での第 2層目およびそれ以降の溶接でも適用溶接制御を行うためには、第 2 層目およびそれ以降の溶接においても第 1 層目の溶接時と同様にレーザセンサによる検出を行なわせればよいと考えられる。しかし、そうしても、多層盛り溶接では、第 2 層目、第 3 層目 · · • ·と、溶接層を重ねるにしたがってビードが徐々に盛り上るので、溶接継ぎ手のエッジをレーザセンサに明確に識別させるは難しくなり、また、識別不能ともなり得る。なお、第 2層目およびそれ以降の溶接でもレーザセンサが溶接継ぎ手のエッジを検出できたとしても、多層盛り溶接の各層の溶接ごとにギヤップ幅検出のためにレーザセンサに同じ動作を繰り返えさせるのは作業効率がわるくなる。

発明の開示

本発明の目的は、レーザセンサを搭載した溶接ロボッ卜による多層盛り溶接において、第 2層目及びそれ以降の溶接にも、第 1 層目の溶接の場合と同様に、溶接対象ワークと溶接対象ワークとの間のギヤップ幅に応じた溶接条件を適用することができるようにした制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によるアーク溶接卜 —チとレーザセンサを搭載した溶接ロボッ卜を用いた多層盛り溶接における制御方法では、以下の諸段階を含む。 ( a ) 溶接対象の部分に存在するギャップの幅と溶接条件との関係を予め設定する段階、（b ) 溶接経路に沿って溶接対象の部分に存在するギヤップの幅を連続的または逐次的に検出してその検出したギャップ幅データを記憶手段に記憶するとともに、第 1 の層の溶接を、その検出したギヤップの幅に対応した上記溶接条件をリアルタイムに制御しながら実行する段階、（ c ) 記溶接経路に沿つて第 2 層目及びそれ以降の層の溶接を、上記メモリに記憶されたギャップ幅に対応する上記溶接条件をリアルタイムに制御して、実行する段階。

本発明による多層盛り溶接における制御方法は以上の構成を備えるために、アーク溶接ロボッ卜を用いた多層盛り溶接における第 2層目以降の溶接時にも、接対象ヮークと溶接対象ワークとの間のギヤップ幅に応じた溶接条件を適用することができるので、多層盛り溶接の品質の向上が期待出来る。

図面の簡単な説明

図 1 は、突合せ溶接部に本発明を適用する際の基本的な配置とギヤップ幅の検出について説明するための模式図である。

図 2 は、本実施形態で使用されるレーザセンサの概略構成を例示した図である。

図 3 は、レーザセンサの受光素子による検出位置から、反射点のセンサ座標系上の位置を求める方法を説明するための図である。

図 4 は、段違い貼合わせ溶接部に本発明を適用する際の配置とギャップ長の検出について説明するための模式図である。

図 5 は、レーザセンサの 3次元位置計測機能を用いて、ギャップ長 h ( X ) を計測する方法を説明するための図である。

図 6 は、本実施形態における教示経路を説明するための図である。

図 7 は、本発明を実施する際に使用可能なロボットコントラを含むシステムの全体構成を要部ブロック図で示したものである。

図 8 は、本実施形態における動作プログラムを説明する図である。

図 9 Aは、突合せ溶接について、適正な経路シフト量が多層盛りの各層で変化することを説明する図である。

図 9 B は、段差溶接について、適正な経路シフ卜量が多層盛リの各層で変化することを説明する図である。

図 1 0 は、本実施形態におけるトラッキング条件設定画面を例示した図である。図 1 1 は、本実施形態における適応溶接スケジュール設定画面を例示した図である。

図 1 2 は、本実施形態における適応溶接条件設定画面を例示した図である。

図 1 3 は、本実施形態における処理 1 を説明するフロ — チヤ一卜である。

図 1 4 は、本実施形態における処理 2 を説明するフロ一チヤ一トである。

図 1 5 は、本実施形態における処理 3 を説明するフロ — チャートである。

発明を実施するための最良の形態本発明の方法を突合せ溶接部に適用する際の基本的な配置とギヤップ幅の検出について図 1 の模式図を用いて説明する。

図 1 において、溶接対象とされる溶接継ぎ手は、ヮークテーブル W T上に治具（図示省略）を用いて位置決めされたワーク A , Bで表わされている。これらワーク A と B は、ロボットに設定済みのワーク座標系の X軸方向にほぼ沿って延びるギヤップ Gを形成している。ギヤップ幅は Y方向の長さである。 X軸座標値が X である位置 (以下、単に「位置 X 」と言う）におけるギャップ幅を g ( X ) で表わすことにする。

本体部の大半を省略して示したロボッ卜のロボッ卜手先部 1 には、適当な装着機構を介して溶接トーチ 2及びレーザセンサ 3 が取り付けられている。符号 4 はロボッ卜のツール先端点として設定された溶接トーチ先端位置で、以下、溶接点とも言う。レーザセンサ 3 は、走査ビー厶 5がロボット進行方向に関して溶接点 4 よりも先行した領域を走査するように配置される。走査ビーム 5 によってワーク A , B あるいはワークテーブル W T上に形成される輝点の軌跡 6 A . 6 B は、レーザセンサ 3 の光検出部で検出され、それに基づいて溶接線の位置とギヤップ幅 g ( X ) が求められる。

レーザセンサの構造、機能、測定原理並びにギャップ幅 g ( X ) の求め方などは周知であるが、図 2、図 3 を参照して簡単に説明しておく。図 2 は本実施形態で使用されるレーザセンサの概略構成を例示したもので、レ一ザセンサ 3 の本体部は、投射部 1 0 と光検出部 1 3 からなり、投射部 1 0 はレーザ発振器 1 1 とビーム走査用の揺動ミラー（ガルバノメータ） 1 2 を備えている。また、光検出部 1 3 は、結像用の光学系 1 4 と受光素子 1 5 を備えている。

一方、レーザセンサ制御部 2 0 は、揺動ミラー 1 2 を揺動させるミラー駆動部 2 1、レーザ発振器 1 1 を駆動しレーザビームを発生させるレーザ駆動部 2 2、受光素子 1 5 における受光位置から、対象物へのレーザビーム 5 の入射位置を検出する信号検出部 2 3 が接続されている。これらは、回線 2 4 を介してロボットコントローラの汎用インターフヱイス（後述）に接続されている。

回線 2 4 を介してロボッ卜コントローラからレーザセンサ 3 の動作指令を受けると、レーザ駆動部 2 2 はレーザ発振器 1 1 を駆動し、レーザビーム 5 を発生させる。これと並行して、ミラー駆動部 2 1 により揺動ミラー 1 2 の揺動が開始される。これにより、レーザ発振器 1 1 から発生するレーザビームが対象物面上で走査される。

対象物面上の反射点 Sで拡散反射されたレーザビームは、光学系 1 4 により反射点 S の位置に応じて受光素子 1 5上に像を作る。受光素子 1 5 には、分割型の受光素子である一次元 C C Dアレイ、あるいは非分割型の積分型素子である位置検出器（ P S D ) 、あるいは二次元 C C Dアレイを持つ C C Dカメラなどが使用される。

ここでは、受光素子 1 5 として 1 次元 C C Dアレイが使用されているものとする。受光素子 1 5 の受光面に当たった光（反射光の像）は光電子に変換され、そのセルに蓄えられる。セルに蓄積された電荷は、信号検出部 2 3 からの C C D走査信号に従って所定周期毎 1 番端から順に出力され、信号検出部 2 3、回線 2 4 を介してロボッ卜コントローラへ送られる。

C C Dの走査周期は、搖動ミラー 1 2 の走査周期よりも十分短く設定（例えば、数 1 0 0分の 1 ) されており、搖動ミラー 1 2 の搖動角度の推移と C C D素子出力状態の推移は、随時把握可能となっている。 C C D素子出力状態は、出力最大のセル位置（セル番号）で把握され、反射光の当たったセル位置が検出される。この位置から、反射点 Sのセンサ座標系上の位置が求められる。図 3 は、受光素子 1 5 における検出位置 s により、反射点 Sのセンサ座標系上の位置（ X s , Y s ) を求める方法を説明する図である。光学系 1 4 の中心と受光素子 1 5 の中央点とを結ぶ線上にセンサ座標系の原点（ 0 , 0 ) があるとし、この線を Y軸、この Y軸に直交する軸を X軸とする。

そして、センサ座標系の原点から光学系の中心までの距離を L 1 、光学系の中心から受光素子 1 5 の中央点までの距離を L 2 、センサ原点から X軸方向への揺動ミラ一 1 2 の揺動中心までの距離を D、センサ原点から揺動ミラー 1 2 の揺動中心までの Y軸距離を L 0 、揺動ミラ一 1 2 によるレーザビームの反射光の Y軸方向に対する角度を θ、受光素子 1 5 の受光面上の受光位置を s とする。

すると、レーザビーム 5 の反射点 Sの座標置 X s ,

Y s は次の 2式、（ 1 ) . ( 2 ) の連立方程式を解くことによって求められる。

X a / L 2 = X s/ ( L I - Y s) ( 1 )

( L O - Y s) t a n G = D - X s ( 2 ) センサ座標系で求められた反射点 Sの位置（ X s ,

Y s ) は、ロボッ卜の姿勢データ並びにキヤリブレーシヨンデータ（センサ座標系とロボッ卜座標系の関係を表わすデータ）を用いて、ロボッ卜が認識している座標系 (例えば、図 1 に示した 0 — X Y Z ) 上の 3次元データに変換される。レーザビーム 5 の走査サイクル毎に得られる一連のデ一夕群は、ロボットコント o—ラ内のソフトウエア処理によって解析され、つ一り B のエッジ E A , E B の位置が求められる。これを（ x ea, y ea, z ea) 及び

( x eb, y eb, z eb) とすれば、溶接線の位置は、例えばエッジ E A ， E B の中点 Qの位置（ X q , y q , ζ q ) として下記の式で求めることが出来る。

x q = ( x ea+ x eb) / 2 ···· ( 3 ) y q = ^ y ea+ y eb) / 2 · ·· · 、 4 ) z q = ( z ea+ z eb) / 2 ( 5 ) 本発明の適用は突合せ溶接部の多層盛り溶接に限られるものではなく、レーザセンサによるギヤップ幅検出が可能であれば、任意の形態の溶接部に適用可能である。図 4 は、段違い貼合わせ溶接部に本発明を適用する際の配置とギャップ幅の検出について、図 1 と同様の形式と参照符号を用いて説明する模式図である。図 4 において、 C , Dは継ぎ手を構成する溶接対象ワークで、少なくとも上側のワーク Dの厚み d は既知とする。継ぎ手の段差部には、ロボッ卜に設定済みのワーク座標系の X軸方向に延在する Z方向ギャップ Hが存在している。位置 X におけるギャップ幅を h ( X ) とする。ロボットの手先部 1 には適当な装着機構を介して、溶接トーチ 2及びレーザセンサ 3が取り付けられている。符号 4 はロボッ卜のツール先端ポイン卜として設定された溶接トーチ先端位置（溶接点）である。レーザセンサ 3 は、走査ビーム 5がロボッ卜進行方向に関して溶接点 4 よりも先行した領域を走査するように配置される。また、本事例では、ロボット手先部 1 、溶接トーチ 2、レーザセンサ 3 を含む全体が X Y Z各軸と非直角の一定角度を以て交差する方向に傾斜した態勢で溶接が行なわれる様子が描かれている。

レーザセンサ 3 の構造と機能は、上述した通りである _c 本事例においては、ワーク C, D上に走査ビーム 5 によつて形成される輝点の軌跡 6 C， 6 H, 6 Dが検知される。ここで、 6 C と 6 Dは各々ワーク C, Dの平坦面上に形成される軌跡であり、 6 H はワーク Dの縁部をほぼ Z軸方向に延びる軌跡を表わしている。なお、軌跡 6 C のギヤッブ H側の端部はワーク Dの陰になるために不鮮明となることが有り得る。

図 5 は、上記説明したレーザセンサ 3 の 3次元位置計測機能を用いて、ギャップ幅 h ( X ) を計測する方法を説明する図である。同図に示されているように、ギヤップ幅 h ( X ) は、ワーク Cの平坦面上から測ったワーク Dのエッジ D E の高さからワーク Dの厚さ d を差し引いた長さとして求められる。本事例では、段差は Z軸方向に延びているから、エッジ D E の Z座標値を z de、ヮーク Cの平坦面の Z座標値を z f とすれば、ギャップ幅 h ( X ) は次式で求められる。

h ( x ) = z de - z f - d ( 6 ) ワーク Cの平坦面の Z座標値 z f は、例えば走査範囲のワーク C側の端点 C F1から適当に設定された一定距離 f (または一定走査角度）だけ離れたワーク Cの平坦面上の点 C F2の Z座標値として求められる。なお、図 5 では点 C F2にレーザビーム 5が入射した状態が例示されている。

溶接点の位置については、例えばギヤップ Hの下端位置 K ( x k ， y k , z k ) として下記の式で求めることが出来る。

X k = X de · · · · i ) y k = y de ( 8 ) z k = z f ( 9 )

なお、本発明はレーザセンサを用いたギヤップ幅の計測方法について特に制限を設けるものではなく、上記以外の如何なる方法によってギャップ幅を求めても良い。使用するレーザセンサについても、例えば C C D カメラや位置検出器（ P S D ) を光検出部に用いたものを使用しても良い。

次に、本発明を実施する際に使用可能なロボットコン卜ローラを含むシステムの全体構成について、要部ブロック図 7 を参照して説明する。同図に示されているように、システム全体を制御するロボットコントローラ 3 0 は、中央演算処理装置（以下、 C P U ) 3 1 を有し、該 C P U 3 1 には、 R O Mからなるメモリ 3 2、 R A M力、らなるメモリ 3 3、不揮発性メモリ 3 4、ロボット軸制御器 3 5、 L C D 3 7 を備えた教示操作盤 3 8 及び外部装置との接続のための汎用ィンターフヱィス 3 9がバス結合されている。

R O M 3 2 にはロボッ卜コントローラ 3 0 自身を含むシステム全体を制御するプログラムが格納される。これには、後述する態様で本発明を実施するための諸データを画面入力するために必要なプログラムが含まれている ( R A M 3 3 の一部は C P U 3 1 が行なう処理のためのデ一夕の一時記憶に使用される。また、本発明を実施するために、 R A M 3 3 には、後述するセンシングデータ、経路補正データなどを記憶するためのいくつかのバッファレジスタが設定される。不揮発性メモリ 3 4 内には、位藿データや多層盛り時の経路シフト量を格納するいくつかの位置レジスタが設定されている。

教示によって不揮発性メモリ 3 4 に格納される教示経路として、ここでは、図 6 に示したような 6個の教示点を含む経路を想定する。同図において、実線で示した区間 P 2 - P 3 , P 3 - P 4 , P 4 - P 5が溶接区間であり、残りの破線で示した区間では溶接は行なわれない。各溶接区間 P 2— P 3 , P 3 - P 4 , P 4— P 5には、図 1 (突合せ溶接の場合）あるいは図 4 (段差部溶接の場合）に示したようなギャップが存在するものとする。また、各区間について動作プログラムに付随した位置データの形で、トーチ 2 の狙い角（ X軸方向周りの姿勢）と前進角 ( X軸方向に対する傾き）が指定される。

動作プログラムの再生運転が開始されると、ロボットは初期位置（ホームポジション） P 0 からアプローチ点 P 1 を経て溶接開始点 P 2 に至り、一層目の溶接を開始する。そして、区間 P 2— P 3 , P 3- P 4 , P 4— P 5について一層目の溶接を順次実行し、溶接終了点 P 5 で一層目の溶接を終了する。

溶接終了点 P 5 からは、退去点 P 6 を経て溶接開始点 P 2 に戻り、二層目の溶接を開始する。次いで、区間

P 2 P 3 . P 3 P 4 , P 4 P 5 について二層目の溶接を順次実行し、溶接終了点 P 5 で二層目の溶接を終了する _c 以下、同様に動作プログラムで指定された回数 N回（ N 層）のロボット移動による溶接を繰り返し、多層盛り溶接を完了させる。

本実施形態においては、次のような前提の下で本発明に従った多層盛り溶接を行なうものとする。

( 1 ) 溶接層数は 5 層（ N = 5 ) とする。

( 2 ) 二層目〜五層目のすべてについて本発明に従つた適応溶接制御を行なう。

( 3 ) 適応溶接制御で制御される溶接条件は、溶接電圧、溶接電流、溶接速度（ロボットの移動速度）、経路シフト量、ウィービング条件及びトーチ姿勢のシフト量とする。但し、溶接電圧と溶接電流は個別に制御するのではなく、両者セットとして用意された条件の中から、ギャップ長に応じて選ばれる。

以下、動作プログラム、条件設定の内容を例示して説明し、最後にロボッ卜コントローラ 3 0 で行なわれる処理について述べる。但し、各例で示される条件指定や数値はあくまで例示的なものである。

図 8 は、動作プログラムの一例を表わしている。本プログラム中、イチ [ 1 ] 〜イチ [ 6 ] は、各々図 6 における P 1 〜 P 6 に対応している。従って、本動作プログラムの各行番号で指定されている動作の要点は次のようになる（図 6 も参照）。

1 ；各軸移動で、（初期位置 P 0 から）アプローチ点 P 1 へ移動。位置決め割合は 1 0 0 % (—旦停止）。

2 ；各軸移動で、溶接開始点 P 2 へ移動し、アーク開始条件 [ 1 ] でアーク溶接開始。位置決め割合は 4 0 % (減速はする力停止はしない）。なお、アーク開始条件はアーク開始時の条件

(溶接電圧、溶接電流など）を予めたもので、

[ 1 ] 以下適宜数の条件が用意される。

3 ；レーザセンサ（名称； M l G E Y E ) 3 を用いたトラツキング開始。トラッキング条件は [ 3 ] の指定に従う。後述するように、トラッキング条件の指定内容には、適応制御のスケジュールが盛り込まれる。また、トラッキングに並行して作成される経路データは、バッファレジスタ

[ 2 ] へ格納される。経路データには、教示経路と検出された溶接線のずれを表わす経路補正データに加えて、前述した方法によって求められるギヤップデータが含まれることが重要である。なお、経路補正データは、各溶接区間の溶接進行方向を X軸方向とした時の Y軸方向及び Z軸方向の補正量として計算される。

； 2 5 m m / s e c の指令速度で、点 P 3 へ向かつて直線移動。位置決め割合は 0 % (滑らかさ 1 0 0 % ) 。

； 2 0 m m / s e c の指令速度で、点 P 4 へ向かつて直線移動。位置決め割合は 0 % (滑らかさ 1 0 0 % ) 。

； 2 5 m m / s e c の指令速度で、溶接終了点 P 5 へ向かって直線移動し、アーク終了条件

[ 1 ] でアーク終了。位置決め割合は 1 0 0 % (一旦停止）。なお、アーク終了条件はアーク終了時の条件（アーク休止時の溶接電圧、溶接電流など）を予めたもので、 [ 1 ] 以下適宜数の条件が用意される。

；トラッキングを終了する。これにより、経路補正データのバッファレジスタ [ 2 ] への格納も終了される。

；各軸移動で、退去点 P 6 へ移動。位置決め割合は 4 0 % (減速はするが、停止はしない）。

；ノッファレジスタ [ 2 ] へ格納された経路デー夕と位置レジス夕 [ 4 ] に格納された経路シフトデータを用いて多層盛り溶接を行なう。経路データには、経路補正データに加えてギャップデータが含まれている。トラッキング条件の中で、第 2 層目以降の適応溶接制御を有効とする指定をしておけば、第 2 層目以降の溶接時に適応溶接制御が行なわれる。

ここで、経路シフトデ一夕について説明しておく。経路シフトデータは、経路補正データで補正されたロボッ卜位置を基準にして、更に経路シフ卜を行なうもので、一般に層数を重ねる毎に適正なシフト量は変化する。図 9 Aは突合せ溶接について、また、図 9 B は段差部溶接について、それぞれその様子を例示的に描いた図である。図 9 Aの点 Q及び図 9 B の点 K は、第 1 層目の溶接時に検出された溶接線位置をそれぞれ表わしている。但し、溶接線の位置の定義の仕方には自由度があることに注意する必要がある。ここでは、点 Qの定義は上記の（ 3 ) 、 ( 4 ) 、（ 5 ) 式により、また、点 Kの定義は上記の

( 7 ) 、（ 8 ) 、（ 9 ) 式による。これに対して、図 9 Aの点 Q 0 及び図 9 B の点 K 0 は教示されている溶接線位置を表わしている。点 Qの点 Q 0 を基準にした位置ずれ、点 Kの点 K 0 を基準にした位置ずれ（ Y , Z成分を持つベクトル量 Q 0 Q 1 あるいは K 0 K 1 ) は、経路補正データとしてバッファレジス夕にそれぞれ格納されている。

次に、図 9 Aの点 Q〗及び図 9 B の点 K 1 は、第 1 層目の溶接時の適正なロボット位置をそれぞれ表わしている。点 Qと点 Q 1 あるいは点 K と点 K 1 のずれ量（ Y, Z成分を持つベクトル量 Q Q 1 あるいは K K 1 ) は、後述するトラッキング時のオフセット量で指定される。溶接線位置が第 1 層目の溶接で適正とされるツール先端点位置と一致するように定義されている場合には、卜ラッキング時のオフセット量は 0 に設定され、点 Q 1 は点 Q と、あるいは点 K 1 は点 K と、ほぼ一致することになる _c —方、図 9 Aにおける点 Q 2 〜 Q 5 及び図 9 B における点 K 2 - K 5 は、第 2 層目から第 5 層目の各溶接層形成時の適正なロボット位置をそれぞれ表わしている。これら各点と点 Qあるいは点 K点のずれ量（ Υ , Z成分を持つベクトル量 Q Q j あるいは K K j ； j = 2 , 3， 4 , 5 ) 力経路シフトで指定される。

なお、一般にはギャップ幅の長短に応じて適正なシフ卜量も変化すると考えられる。そこで、後述するように、本実施形態では、第 2層目以降の適応溶接制御に際して、経路シフトデータで指定されたシフ卜量に更に別のシフト量を加算して最終的なロボッ卜目標位置が定められる以下、図 1 8 の動作プログラムの各行の説明を続ける。

1 0 ； 2 0 0 m m / s e c の指令速度で、溶接開始 P 2 へ向かって直線移動して、第 1 層目と同じくアーク開始条件 [ 1 ] でアーク溶接開始。位置決め割合は 0 % (滑らかさ 1 0 0 % ) 。

1 1 ; 2 5 m m / s e c の指令速度で、 P 3 へ向かつて直線移動。位置決め割合は 0 % (滑らかさ 1 0 0 % ) 。

1 2 ； 2 0 m m / s e c の指令速度で、 P 4 へ向かつて直線移動。位置決め割合は 0 % (滑らかさ 1 0 0 % ) 。

1 3 ； 2 5 m m / s e c の指令速度で、溶接終了点 P 5 へ向かって直線移動し、第 1 層目と同じくァーク終了条件 [ 1 ] でアーク終了。位置決め割合は 1 0 0 % (—旦停止）。

1 4 ：行番号 9 の命令で開始された多層盛り溶接を一旦終了する。

このように、行番号 9 〜行番号 1 4 の命令を実行することで、第 2 層目の溶接が完了する。既述の通り、トラッキング条件の中で第 2 層目以降の適応溶接制御を有効とする指定がなされている限り、この第 2 層目の溶接は適応溶接制御の下で実行される。

以下、同様に、行番号 1 5 ~ 3 5 の命令に基づいて、第 3層目〜第 5層目の溶接が繰り返し実行される。各回の多層盛りは基本的に同じ命令に基づいて行なわれるが、各回の多層盛り溶接開始の命令における位置レジスタ番号（イチレジスタの引き数）は異なっている。これは、各回で指定される経路シフ卜量が異なっているからである。但し、層番号（ここでは 2 , 3 , 4 ， 5 ) 毎に経路シフト量を指定するデータが 1 つの番号の位置レジスタにまとめられている場合には、位置レジスタ番号も毎回同じとなる。なお、経路データは毎回同じもの（第 1 層目の溶接時に獲得したデータ）が使用されるので、ケィ口データ番号（引き数）は毎回共通である。

トラッキング条件の設定は、教示操作盤 3 6 の L C D 3 7 に呼び出される図 1 0 に例示したような設定画面上で行なわれる。本例では、 4種の条件（ジヨウゲン〜ジヨウゲン 4 ) が設定されている。図 8 に示した動作プログラムの行番号 3 で引用されているトラッキング条件は、ジヨウケン 3 である。各行番号で指定されている事項の要点は次のようになる。

1 2 ：前述の図 9、図 1 0 における点 Qと点 Q 1 あるいは点 K と点 K 1 のずれ量の Y成分が指定される。

1 3 ；前述の図 9、図 1 0 における点 Qと点 Q 1 あるいは点 K と点 K 1 のずれ量の Z成分が指定される。

これらオフセッ卜により、第 1 層目におけるトーチ先端位置が調整される。オフセットを 0 にすれば、検出される溶接線位置とツール先端点（通常はトーチ先端位置と一致）の位置が一致するようにトラツキング制御が行なわれる。

1 5 ；第 1 層目溶接時の適応溶接制御条件が条件番号で設定される。「 0 」の設定は、適応溶接制御を行なわないことを意味する（ジヨウケン 1 , 2 を参照）。それ以外の条件番号の内容は、後述する図 1 2 の画面で設定される。

1 6 ；第 2 層目以降の「夕ソゥモリ」溶接時の適応溶接制御条件の実行（ユウコゥ） Z非実行（厶コゥ）が設定される。本例ではジヨウゲン 1 ではムコゥが指定され、ジヨウケン 2 , 3 , 4 ではユウコゥが指定されている。

1 7 ；くショウサイ〉にカーソルを合わせることで、第 2 層目以降の「夕ソゥモリ」溶接時の適応溶接スケジュールを設定するための画面が呼び出される。

図 1 1 に適応溶接スケジュール設定画面の例を示す。適応溶接スケジュールの設定は条件番号の指定で行なわれる。各条件番号が指定する適応溶接条件の内容は、更に図 1 2 に示したような画面で表示される。この設定内容は、キーボード操作によって変更可能である。なお、図 1 2 では、図 1 0 のジヨウケン 3 (動作プログラムで指定）と図 1 1 の適応溶接スケジュール設定画面で [ 2 ] と [ 3 ] が指定されていることを考慮して、ジヨウケン 2 及び 3 について内容を示した。但し、数値等はあくまで例示的なものである。各項目の意味は次の通りである。

ノヽンィ；ギャップ幅の範囲で、 1 は 0. 0 m m〜 2. O m m未満、 2 は 2. O m m〜 3. 5 m m未 Γ兩、 3 は 3. 5 m m ~ 4. O m m未満、 4 は 4. 0 m m ~ 5. 2 m m 未満、 5 は 5. 2 m m ~ 8. O m m未満、 6 は 8. 0 m m以上を意味している。なお、 6 のギャップ幅 8. 0 m m以上の各コラムには *印が記されている力これはェラー信号の出力を意味する（ロボットは停止し、溶接は中止）。

ヨウセッ；溶接電圧と溶接電流の条件で、条件番号で指定されている。各番号の設定内容の例は図 1 2 下部に示されている。

V ( m m / s e c ) ； m m / s e c単位で表わした溶接速度（ロボッ卜の指令移動速度）である。

Y ( m m ) ：適応溶接制御のために上乗せされる経路シフト量の Y成分。

Z ( m m ) ；適応溶接制御のために上乗せされる経路シフト量の Z成分。

ウィービング；ウィービングの条件で、条件番号で指定されている。各番号の設定内容の例は図 1 2 下部に示されている。同例におけるウイ一ビング'パターン番号が表わすゥィ一ビングパターンについては別途設定される (詳細は省略）。なお、条件番号 0 はウィービングなしを表わすものとする。

ネライ；教示されているトーチ姿勢に対して適応溶接制御のために上乗せされる狙い角（度またはラジアン単位）である。

ゼンシン；教示されているトーチ姿勢に対して適応溶接制御のために上乗せされる前進角（度またはラジアン単位）である。「ネライ」と「ゼンシン」の双方が 0 (ジヨウケン 2 を参照）は、教示された通りのトーチ姿勢での溶接実行を意味する。

理解を容易にするために、図 8 の動作プログラムと図 9 〜図 1 2 で示した設定例に即して第 1 層目と第 2 層目の制御条件の要点を抽出してみると、次のようになる。

[第 1 層目 ]

トラッキング；図 1 0 の画面で設定されたジヨウケン

3 で、レーザセンサによるリアルタイムトラッキングをなう。

適応溶接制御；図 1 2 の画面で設定されたジヨウケン

3 で、ギャップ幅に応じた適応溶接制御を実行する。

経路補正データとギャップ幅データ；バッファレジス夕 2 に書き込む。

[第 2 層目 ]

トラッキング；レーザセンサによるリアルタイムトラッキングは行なわず、バッファレジスタ 2 から読み出される経路補正データに基づくトラッキングを実行する。経路シフト；位置レジス夕 [ 4 ] に格納されたシフ卜

Sだけ、経路シフトを実行する（図 9

Aの点 Q 2 または図 9 B の点 K 2 を参照）。

適応溶接制御；バッファレジスタ 2 から読み出される

ギヤップ幅データに基づく適応溶接制御を、図 1 2 の画面で設定されたジョゥケン 3 の下で実行する。

次に、ロボットコントローラ 3 0 内で実行される処理の要点を第 1 層目と第 2 層目 ^降に分けて説明する。

[第 1 層目 ]

図 1 3 のフローチャートに示した処理 1 と図 1 4 のフローチャー卜に示した処理 2 をタスク機能により並行的に実行する。

処理 1 は、トラッキングと適応溶接制御（第 1 層目）のためのデータを作成する処理である。即ち、後述する処理 2 でトラッキング開始指令が出力されるのを待って ( ステップ S 1 ) 、レーザセンサによるセンシングを開始する（ステップ S 2 ) 。前述した方法に従い、レーザセンサで検出されたワークのエッジ位置等に基づき経路補正量とギヤップ幅を求め、ノ<ッファレジスタ 1 へ害き込む（ステップ S 3 ) 。後述する処理 2 でトラッキング終了指令が出力されるまで（ステップ S 4 ) 、レーザセンサによるセンシングとバッファレジスタ 1 へのデータ格納を繰り返す。トラッキング終了指令が出力されたら、処理を終了する。

処理 2 は、第 1 層目の溶接をトラッキングと適応溶接制御を並行実施して遂行するための処理である。先ず、図 8 に示した動作プログラムの第 1 行を読み込んで、口ボットを P 1 へ移動させる処理を行なう（ステップ T 1 ) _c 更に第 2 行を読み込み、ロボットを P 2 へ移動させ、卜ーチを点火する（ステップ T 2 ) 。次いで、第 3 行、 4 行とそこで指定されている関連デ一夕を読み込む（ステップ T 3 ) 。関連データの内容は図 8 〜図 1 2 に関連して説明済みなので、ここでは省略する。更に、第 5 行を読み込んで、トラッキング開始指令を出力する（ステップ T 4 ) 。これにより、処理 1 でバッファレジスタ 1 に経路補正デ一夕とギャップ幅デ一夕の蓄積が開始されるので、それを読み出す（ステップ Τ 5 )

ここで、それが第（ 1 + η Μ ) 回目の読み出しであれば、バッファレジスタ 2 に複写する（ステップ Τ 6 . Τ 了）。ここで、 π は 0 または任意の正整数、 Μはサンプリング間隔を指定するために適当に設定された正整数である。例えば、 Μ = 5 であれば、第 1 , 6 , 1 1 ， 1 6

• · · 回毎に経路補正データとギャップ幅データがバッファレジス夕 2 に書き込まれる（ Μ = 1 としても良い）。

続くステップ Τ 8 では、バッファレジス夕 1 から読み出されたギャップ幅データについて、属する範囲（図 1 2、「ハンィ」の説明を参照）をチェックする。これを前回の範囲と比較し、範囲に変化があれば、それに応じた溶接条件（溶接電圧、溶接電流、溶接速度、経路シフ卜、ウィービング条件、トーチ姿勢など。図 1 2 の関連説明を参照）の変更を行なう（ステップ Τ 9 ) 。なお、第 1 回目の読み出しデータについては、無条件で範囲変更ありとされる。

そして、これらの条件の適応溶接制御下で、経路補正データを用いて移動目標点を定めてそこへの移動のための処理を行なう（ステップ T 1 0 ) 。ステップ T 5 〜ステツプ T 1 0 は、ロボットが点 P 3 へ到達するまで繰リ返される。点 P 3 へ到達すると（ステップ T 1 1 ) 、次の第 5 行が読み込まれ、ステップ T 5 〜ステップ T 1 1 と同様の処理の繰り返しによって、点 P 4 への適応溶接制御下のトラッキング移動が実行される（ステップ T 1 2 )

次いで、再度同様に、第 6行が読み込まれ、点 P 5 への適応溶接制御下のトラッキング移動が実行され、トーチが消灯される（ステップ T 1 3 ) 。続いて、トラツキング終了指令を出力して（ステップ T 1 4 ) 、第 1 層目のための処理を終了する。

[第 2層目 ]

図 1 5 のフローチャートに示した処理 3 を実行する。レーザセンサによるセンシングは行なわれない。

処理 3 は、第 1 層目のトラッキング経路を再現しながら適応溶接制御（第 2 層目以降）による多層盛り溶接を遂行するための処理である。先ず、図 8 に示した動作プログラムの第 8行を読み込んで、ロボットを P 6 へ移動させる処理を行なう（ステップ W 1 ) 。更に第 9行とそこで指定されている関連データを読み込む（ステップ W 2 ) 。関連データの内容は図 8 〜図 1 2 に関連して説明済みなので、ここでは省略する。

更に、第 1 0 行を読み込んでロボッ卜を P 2 へ移動させ、トーチを点火する（ステップ W 3 ) 。次いで第 1 1 行を読み込み、多層盛り溶接の処理を開始する（ステツプ W 4 ) 。

先ず、経路補正データとギャップ幅データをバッファレジスタ 2 から読み出す（ステップ W 5 ) 。続くステツプ W 6 では、バッファレジスタ 2 から読み出されたギヤップ幅データについて、属する範囲（図 1 2、「ハンィ」の説明を参照）をチェックする。これを前回の範囲と比較し、範囲に変化があれば、それに応じた溶接条件（溶接電圧、溶接電流、溶接速度、経路シフト、ウイ一ビング条件、トーチ姿勢など。図 1 2 の関連説明を参照）の変更を行なう（ステップ W 7 ) 。なお、第 1 回目の読み出しデータについては、無条件で範囲変更ありとされる。

そして、これらの条件の適応溶接制御下で、経路補正データを用いて移動目標点を定めてそこへの移動のための処理を行なう（ステップ W 8 ) 。ステップ W 5 〜ステップ W 7 は、ロボットが点 P 3 へ到達するまで繰り返される。点 P 3 へ到達すると（ステップ W 8 ) 、次の第 1 2 行が読み込まれ、ステップ W 5 〜ステップ W 7 と同様の処理の繰り返しによって、点 P 4 へ適応溶接制御下の移動が実行される（ステップ W 1 0 ) 。

次いで、再度同様に、第 1 3 行が読み込まれ、点 P 5 への適応溶接制御下の移動が実行され、トーチが消灯される（ステップ W 1 1 ) 。続いて、第 1 4 行を読み込んで（ステップ W 1 2 ) 、多層盛り（第 2 層目）のための処理を終了する

Claims

請求の範囲

. 以下の諸段階を含む、アーク溶接トーチとレーザセンサを搭載した溶接ロボッ卜を用いた多層盛り溶接における制御方法：

溶接対象の部分に存在するギャップの幅と溶接条件との関係を予め設定する段階；

溶接経路に沿って溶接対象の部分に存在するギヤップの幅を連続的または逐次的に検出してその検出したギヤップ幅データを記憶手段に記憶する段階、

上記溶接経路に沿って第 2 層目及びそれ以降の層の溶接を、上記メモリに記憶されたギヤップ幅に対応して定められた上記溶接条件の下で実行する段階。 . 上記第 1 層の溶接時には、さらに、溶接線を上記溶接ロボットに装着したセンサでもって先行的にセンシングして得たデータを用いて上記溶接ロボッ卜に溶接線のトラッキングをリアルタイムに行わせる、請求の範囲第 1 項記載の多層盛り溶接における制御方法。 . さらに、上記溶接口ボッ卜に溶接線のリアルタイムトラッキングを行わせるときに利用された経路補正デ一夕を上記ギャップの幅のデータとともに上記記憶手段に記憶し、

第 2 層目及びそれ以降の層の溶接時には、上記記憶手段に記憶された経路補正データを利用して上記溶接ロボッ卜の経路補正も同時に行うようにした、請求の範囲第 2項記載の多層盛り溶接における制御方法。

. さらに、第 1 層目の溶接時には、上記レーザセンサを用いてリアルタイムトラッキングを実行するとともに、上記レーザセンサによって検出されたギヤップ幅に対応した溶接条件をリアルタイ厶に制御しながら溶接を実行する、請求の範囲第 3 項記載の多層盛り溶接における制御方法。

. 上記溶接条件には、溶接電圧、溶接電流、溶接速度、経路シフト量、ウィービング条件、トーチ姿勢の中の少なくとも一つが含まれる、請求の範囲第 1 項乃至第 4項のいずれか 1 項記載の多屠盛り溶接における制御方法。

各層における溶接での上記溶接条件の制御とば別個に、経路シフトが行なわれる、請求の範囲第 1 項乃至第 4項のいずれか 1 項記載の多層盛り溶接における制御方法。

上記溶接対象の部分とは、ワークの溶接対象部が突合せ部である、請求の範囲第 1 項記載の多層盛り溶接における制御方法。

上記溶接対象の部分とは、ワークの溶接対象部が段差部である、請求の範囲第 1 項記載の多層盛り溶接における制御方法。

アーク溶接トーチとレーザセンサを搭載した溶接口ボットと、該口ボッ卜の動作を制御するロボットコントロ一ラとからなる、溶接制御システムにおいて、上記レーザセンサは走査ビームがロボッ卜進行方向に関して溶接点よりも先行した領域を走査するよう配置され、また、

上記ロボットコントローラは、

上記レーザセンサが検出した溶接対象部の 3次元位置情報から溶接線の情報を求めかつ溶接線上の位置における溶接対象部のギヤップの幅を計算する溶接線 • ギヤップ幅算出手段と、

上記溶接線上の位置における溶接対象部のギヤップの幅のデータを記憶すするギヤップ幅記憶手段と、予め設定された、上記溶接対象部のギャップの幅と溶接条件との関係を記憶する溶接条件記憶手段と、ロボッ卜の現在位置から、溶接線上の位置における溶接対象部のギヤップの幅を上記ギヤップ幅記憶手段よリ求め、そのギヤップ幅に対応した溶接条件を上記溶接条件記憶手段から求め、その求めた溶接条件を □ボッ卜側に出力する溶接条件出力手段とを含む、上記の溶接制御システム。