JPH0429474B2

JPH0429474B2 -

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Publication number: JPH0429474B2
Application number: JP60153089A
Authority: JP
Priority date: 1985-07-10
Filing date: 1985-07-10
Publication date: 1992-05-19
Also published as: JPS6213270A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、所定の教示点から次の教示点に向か
うアーク溶接を複数層にわたつて行い、且つ少な
くとも１層目については溶接トーチを所定揺動パ
ターンで開先幅方向に揺動させながら所定の教示
点から次の教示点に向かつてアーク溶接を行う多
層盛溶接方法に関する。

（従来技術）従来、前述アーク溶接において、溶接トーチの
揺動中に溶接電流信号の変化に基づき溶接トーチ
の位置ずれを検出し、この位置ずれを修正するこ
とにより溶接トーチを溶接線に追従させるように
した溶接方法（以下、「アーンセンサー」と呼称）
がある。

しかしながら、多層盛溶接において、１層目に
は前述アークセンターが利用できるが、２層目以
降には溶接ビードの影響を受けるため、このアー
クセンサーは利用できず、正確な倣いができな
い。この欠点を解消しようとする試みの１つとし
て、特開昭58−188572号公報に開示されているよ
うな溶接方法がある。この溶接方法の場合、１層
目の溶接時には各教示点において実際に溶接トー
チが通過した座標を記憶手段に記憶しておき、２
層目以降の溶接時には各教示点において上記記憶
された実測座標に所定のシフト量を加えた座標に
ついて適宜な線により補間して溶接パスを決定す
るものである。

（発明が解決しようとする問題点）前述特開昭58−188572号に開示されている溶接
方法の場合、２層目以降では教示点のみしか１層
目はアークセンサーの結果を反映できない。従つ
て、教示点間が長い場合は、その間のアークセン
サーによる累積補正は大きくなり、２層目以降の
各教示点における位置修正が急激でビード形状が
歪む。

（問題点の解決手段とその作用）本発明による多層盛溶接方法は、１層目の溶接
時に、揺動パターン実行ごとに溶接トーチの位置
ずれを検出し、該検出量だけ溶接トーチの位置を
修正しながら溶接し、且つ前記揺動パターンの所
定回数ごとにこの所定回数中の揺動パターンごと
に生じた位置ずれの累積検出量を記憶するととも
に、２層目以降の各層溶接時には、前記１層目の
溶接時における所定回数の揺動パターンによる溶
接トーチの溶接線方向の移動距離に相当する距離
を溶接トーチが移動するごとに、所定教示点から
の距離についてこの２層目以降の溶接時の溶接ト
ーチの位置に対応する位置の前記累積検出量だ
け、前記溶接トーチの位置を修正しながら溶接す
ることを特徴とする。従つて、テイーチング時に
必要な付加的な操作としては、前記揺動パターン
の所定回数N_Tを設定することである。このN_T
は、小さければ小さいほど２層目以降の溶接パス
の追従性がよくなるが、予想されるワークの個体
差、ワーク取付誤差、熱歪による位置ずれ量と記
憶手段のメモリ容量との兼ね合いで最適値を決定
する。

（実施例）以下、図面に示す実施例に基づき詳述する。

１は本発明を実施する上で採用した直角座標
（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）形溶接ロボツトで、端末に
構成した垂直軸２の下端に該垂直軸２まわり（矢
印α）に旋回可能に第１腕３を取付け、該第１腕
３の先端には斜軸線４まわり（矢印β）に旋回可
能に第２腕５を取付けてある。さらに、前記第２
腕５の先端にはエンドエフエクタとしての溶接ト
ーチ６（この実施例ではMIC溶接トーチ）を取
着している。前記垂直軸２の中心軸線２ａ、斜軸
線４、およびトーチ６の中心軸線６ａは一点Ｐに
おいて交差するように構成し、該点Ｐをトーチ６
から突出する電極７先端の溶接作動点に一致させ
る。かくして、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６の垂直軸２に対する姿
勢角θおよび旋回角Ψ（いわゆるオイラ角）を点
Ｐを固定して制御可能となつている。

８は溶接電源装置、９は溶接電源装置８に付設
した電極供給装置で、図示しないが送りローラを
回転して前記電極７をトーチ６に供給するもので
あり、前記溶接電源装置８は電極７とワークＷ間
に溶接用電源１０および電流検出器１１を直列に
接続するように構成してある。

１２は溶接ロボツト１全体を総合的に制御する
制御手段としての公知のコンピユータである。コ
ンピユータ１２には、CPUおよびメモリを含み、
コンピユータ１２のバスラインＢには前記電源１
０および電流検出器１１が接続してある。

バスラインＢにはさらにロボツト１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
軸の動力MX、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。同様にしてバスライ
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SZ、α軸のサーボ系Sαおよびβ軸
のサーボSβを接続してある。

１３は遠隔操作盤であり、トーチ６を手動で移
動させるためのマニユアル操作スナツプスイツチ
群SW、溶接時以外の速度を指令するための速度
指令ロータリスイツチSV、３種類のモード（マ
ニユアルモード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
ツチSM、テンキーTK、テンキーTK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ツチSE、並びに各モード
において動作を開始したりテイーチング内容をメ
モリに取込む際に使用するスタートスイツチ
STA等を備えている。

前記切換スイツチSEは以下に示す７つの切換
位置SE₁〜SE₇を有する。

(1) 切換位置SE₁…直線補間「Ｌ」、円補間
「Ｃ」、アークセンシング「A_s」の３つの表示
ランプを備え、それぞれテンキーTKのキー番
号「１」〜「３」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ＷNo.の表示部を
有し、コンピユータ１２のメモリには予めNo.ご
とに溶接電圧Ｅ、溶接電流Ｉ、および溶接速度
Vwをセツトとして記憶されており、所望のセ
ツトに対応するテンキーTKのキー番号を押す
ことにより呼び出せるようになつている。

(3) 切換位置SE₃…フアンクシヨン番号ＦNo.の表
示部を有し、本実施例ではテンキーTKのキー
番号「７」の操作により、溶接トーチ６の現在
位置は移動位置の教示点ではなくダミー点であ
ることを教示する。

(4) 切換位置SE₄…補正方式番号AUXNo.の表示
部を有し、本実施例では、テンキーTKのキー
番号「01」、「02」、「03」の押動により、それぞ
れ第２図ａ，ｂ，ｃに示すように下向隅肉、水
平隅肉、レ形開先の各溶接継手形状を選択する
ようになつている。

(5) 切換位置SE₅…パターン表示部を有し、本実
施例では４桁の数字で揺動パターンを設定する
ようになつている。例えば、４〜１桁目にはそ
れぞれ、揺動パターンの振幅ｍ（開先幅方向の
移動距離）、高さｈ（第２図ａ，ｂ，ｃで示すよ
うに下向隅肉およびレ形開先では溶接線から揺
動面までの距離であり、水平隅肉では脚長であ
る）、ピツチPC（第３図に示すように揺動パタ
ーンの半周期における溶接線の延びる方向への
移動距離）、きざみ数ｎ（揺動パターンの半周期
における移動分割数でこれにより周波数が決
定）の各メニユー番号を設定するようになつて
いる。

(6) 切換位置SE₆…タイマー表示部を有し、揺動
の左・右端での停止時間をメニユー番号で設定
できるようになつている。

(7) 切換位置SE₇…パターン回数表示部を有し、
１層目Ｌ１のアークセンサーにより検出される
溶接トーチの位置ずれの累積検出量を揺動パタ
ーンの何回（N_T）目ごとにメモリに取り込む
かをキー番号で設定できるようになつている。
なお、この実施例では、メモリはNr回の揺動
パターンにおいて各揺動パターンで生じた位置
ずれの検出量の累積値を累積検出量として取り
込む。たとえば、Nr＝３である場合、１回目
の揺動パターンにおける位置ずれの検出量が
ａ、２回目の揺動パターンにおける検出量が
ｂ、３回目の揺動パターンにおける検出量がｃ
であれば、ａ＋ｂ＋ｃを累積検出量としてメモ
リに取り込む。ここで、検出量ａ，ｂ，ｃは必
ずしも正数とは限らず、０あるいは負数である
場合もある。また、検出量ａ、ｂ、ｃはアーク
溶接の場合には一般に0.2mmや0.3mmといつた
１／10mmオーダーの数字である。

今、ワークＷは第１図に示すように、細長い水
平部材Ｗ１の上面に１枚の垂直部材Ｗ２を仮付け
してあり、これらの部材Ｗ１，Ｗ２で形成される
直角隅部を一端から他端まで３層の多層盛で連続
溶接せんとするものである。

以下オペレータのテイーチング操作、およびこ
れに伴いコンピユータ１２が実行する処理につき
説明する。

（T1）スイツチSMの操作によりマニユアルモ
ードＭを選択する。そしてスイツチSWの操作に
よりトーチ６を前記直角隅部の一端に近い任意の
地点である教示点P₀に位置決めする。次に切換
スイツチSEを切換位置SE₁に切換え、テンキー
TKの操作により直線補間「Ｌ」を設定し、スイ
ツチSTAを操作すれば、コンピユータ１２は教
示点P₀の位置情報（X₀、Y₀、Z₀、θ₀、および
Ψ₀）と直線補間「Ｌ」を最初のステツプとして
取り込む。

（T2）スイツチSWの操作によりトーチ６を１
層目Ｌ１の溶接開始教示点P₁に溶接に適した姿
勢に位置決めする。

次いで切換スイツチSEの切換位置はそのまま
でテンキーTKの操作によりアークセンシング
「A_s」を設定し、スイツチSTAを操作すれば、コ
ンピユータ１２は教示点P₁の位置情報とアーク
センシング「A_s」を次のステツプとして取り込
む。

（T3）スイツチSWの操作によりトーチ６を部
材Ｗ１，Ｗ２で囲まれた座標象限内の任意の点
P₂ダミー点と呼称）に位置決めする。

次いで切換スイツチSEの切換位置SE₁，SE₃，
SE₄においてテンキーTKの操作によりそれぞれ
「A_s」、「７」、「02」を設定する。このうちＦNo.
「７」はダミー点の指定であり、AUXNo.「02」は
溶接継手形状として水平隅肉の指定である（第２
図参照）。さらに切換スイツチSEの切換位置SE₅
では、テンキーTKにより既述の揺動パターンを
構成する振幅ｍ、高さｈ、ピツチPC、きざみ数
ｎを４桁のメニユー数値で設定する。その後、ス
イツチSTAを操作すれば、コンピユータ１２は
ダミー点P₂の位置情報、アークセンシング
「A_s」、ＦNo.「７」、AUXNo.「02」、並びに揺動パ
ターンの情報を次のステツプとして取り込む。

（T4）スイツチSWの操作によりトーチ６を１
層目Ｌ１の溶接終了教示点P₃（図示せず）に溶接
に適した姿勢で位置決めする。次いで切換スツチ
SEの切換位置SE₁，SE₂，SE₄，SE₆，SE₇におい
てテンキーTKの操作によりそれぞれ「As」、
「01」、「10」、「１」、「３」を設定する。この中で
、
ＷNo.「01」は開始教示点P₁から溶接終了教示点
P₃までの溶接条件（溶接電圧、溶接電流等）と
して最適の条件を備えたメニユー番号である。ま
たAUXNo.「10」は予め別のワークで得られた揺
動パターンのデータで位置補正することを意味す
る。タイマー「１」は揺動の左・右端で溶接トー
チ６を一時停止させるのに適したメニユー番号を
指定している。さらにN_T「３」はアークセンサー
により検出する累積検出量をパターンの３回目終
了ごとにメモリに取り込むことを意味する。これ
でスイツチSTAを操作すれば、コンピユータ１
２は溶接終了教示点P₃の位置情報、アークセン
シング「A_s」、ＷNo.「01」、AUXNo.「10」、タイ
マー「１」、N_T「３」を次のステツプとして取り
込む。

（T5）スイツチSWの操作によりトーチ６を前
記溶接終了教示点P₃から直線的に移行できる任
意の退避教示点P₄に位置決めする。そして切換
スイツチSEを切換位置SE₁に切換え、テンキー
TKの操作により直線補間「Ｌ」を設定し、スイ
ツチSTAを操作すれば、コンピユータ１２は点
P₄の位置情報と直線補間「Ｌ」を次のステツプ
として取り込む。

以上、１層目Ｌ１のテイーチングについて説明
したが、２層目Ｌ２および３層目Ｌ３についても
同様にテイーテングする。１層目Ｌ１と異る点に
ついてのみ説明すると、（T2）において、２層目
Ｌ２と３層目Ｌ３の溶接開始教示点P₅，P₇の位
置情報のみでアークセンシング「A_s」は選択か
ら外す。（T3）において、アークセンシング
「A_s」を外し、（T4）においては２層目Ｌ２と３
層目Ｌ３の溶接終了教示点P₆，P₈（いずれも図示
せず）の位置情報を教示し、アークセンシング
「A_s」、AUXNo.「10」、N_T「３」を外す代りに、例
えばAUXNo.「11」を選択する。このAUXNo.
「11」は、１層目Ｌ１でテイーチングされたパタ
ーン回数N_T目ごとにメモリに記憶されている累
積検出量を、この２層目Ｌ２と３層目Ｌ３におい
て同じパターン回数Nrごとに読み出し、この累
積検出量で位置修正することを意味する。

以上でテイーチング作業を終える。そして自動
溶接に移る場合、先ずスイツチSMをオートモー
ドＡとし、スイツチSTAを操作すれば、前述テ
イーチングによつて作成されたプログラムが連続
して実行される。このときコンピユータ１２が実
行する処理の流れを第４図のフローチヤートに示
す。

溶接ロボツト１はコンピユータ１２からの指令
出力に基づき以下の動作を行う。先ずトーチ６を
教示点P₀に位置決めし、該トーチ６は直線補間
で１層目Ｌ１の溶接開始教示点P₁に向つて移動
する。トーチ６は教示点P₁に達すると、処理PR
６によりアークウイービングを開始し、溶接条件
ＷNo.「01」に基づき溶接終了教示点P₃に向つて
水平隅肉溶接を実行する。このときのトーチ６の
移動軌跡を第５図を参照しながら説明する。

コンピユータ１２は１回目（Ｎ＝１）の揺動パ
ターンとして溶接開始教示点P₁と溶接終了教示
点P₃を結ぶパターン基準線PL１を底辺とする二
等辺三角形の揺動パターンPTを作成し出力する。

従つて、処理PR７において、トーチ６は教示
点P₁→点P₁₁→点P₁₂と移動し、コンピユータ１２
がその移動の間にアークセンサーにより位置ずれ
を検出するため、点P₁₂からさらにパターン基準
線PL₁に対し直角方向にその検出量だけ移動し点
P₁₃に至る。

２回目の実行揺動パターンは点₁₃を起点とし点
P₁₃→P₁₄→P₁₅→P₁₆（P₁₅→P₁₆は位置ずれ検出量）
のように描く。トーチ６が３回目の揺動パターン
として点P₁₆→P₁₇→P₁₈→P₁₉（P₁₈→P₁₉は位置ず
れ検出量）のように移動し、点P₁₉に至つた時点
でコンピユータ１２は処理PR８においてＮ＝３
（＝N_T）と判断し、Ｎ＝１〜３の揺動パターンに
おける各位置ずれの検出量の和としての累積検出
量△δ₁（パターン基準線PL₁から点P₁₉までの距
離）をメモリに取り込む。

続いて、トーチ６は新たな１回目、２回目、３
回目の揺動パターンを実行し、３回目終了点P₂₈
に至ると、コンピユータ１２は新たなＮ＝１〜３
の揺動パターンにおける各位置ずれの検出量の和
としての累積検出量△δ₂（点P₁₉を通るパターン基
準線PL₂から点P₂₈までの距離）をメモリに取り
込む。

こうしてコンピユータ１２はトーチ６が揺動パ
ターンをＮ＝３（＝N_T）回実行するごとに、各Ｎ
＝３（＝N_T）回分の位置ずれの検出量の和として
の累積検出量を△δ₁、△δ₂、…△δnのようにメモ
リに取り込む。

１層目Ｌ１の溶接を終え、トーチ６が２層目Ｌ
２の溶接開始教示点P₅からアークセンサーを伴
わないでアークウイービング溶接を行う。即ち、
トーチ６は１回目（P₅→P₅₁→P₅₂）、２回目（P₅₂
→P₅₃→P₅₄）、３回目（P₅₄→P₅₅→P₅₆）の揺動パ
ターンを実行し、点P₅₆に至つたところでコンピ
ユータ１２は処理PR１７においてＮ＝３（＝N_T）
と判断し、処理PR１９に移行し、メモリに記憶
されている最初の累積検出量△δ₁を読み出し、こ
の△δ₁で現在点P₅₆を２層目Ｌ２の溶接開始教示
点P₅と溶接終了教示点P₆を結ぶパターン基準線
PL₁′に対し直角方向に位置修正する指令を出力
する。従つて、トーチ６は点P₅₆→P₅₇と移動し、
点P₅₇を起点とし次のパターンを描く。そして新
たなＮ＝３（＝N_T）回目の揺動パターンを実行す
ると、再びコンピユータ１２は次の累積検出量△
δ₂をメモリから読み出し、この△δ₂での位置修正
する指令を出力するため、トーチ６は現在点P₆₃
を前記点P₅₇と溶接終了教示点P₆を結ぶ新たなパ
ターン基準線PL₂′に対し直角方向に△δ₂変位した
P₆₄へ移動修正する。このようにトーチ６はＮ＝
３（＝N_T）回の揺動パターン実行ごとに位置修正
しながらアークウイービングを継続し、２層目Ｌ
２の溶接を終了する。３層目Ｌ３についても、２
層目Ｌ２と同様にアークセンサーを伴わず、N_T
回の揺動パターン実行毎に位置修正しながら溶接
を行う。

本発明は前述実施例以外に下記する変形もまた
可能である。

() 前述実施例において、２層目以降の位置修
正の頻度をN_T＝３としたが、ワークの個体差
や取付誤差および熱歪による位置ずれの予想、
揺動パターンの大きさおよび形状、メモリ容量
により適宜回数に設定してよく、極端な場合
N_T＝１であつてもよい。

() 第５図では、１層目Ｌ１と２層目Ｌ２の揺
動パターンの形状・大きさを全く同じとして図
示したが、ピツチPCさえ同じであれば振幅ｍ
やきざみ数ｎを層ごとに任意に設定することが
できる。極端な例としては、２層目以降にあつ
ては振幅ｍを「０」としてウイーピングを伴わ
ない溶接としてもよい。この場合、２層目以降
については揺動パターンの回数によつて溶接ト
ーチの溶接方向の移動距離を特定することがで
きないので、あらかじめ１層目での所定回数の
溶接パターンの実行による溶接トーチの溶接方
向への移動距離を演算しておき、２層目以降に
おいては溶接トーチが前記演算された移動距離
に相当する距離を移動するごとに、所定教示点
からの距離についてこの２層目以降の溶接時の
溶接トーチの位置に対応する位置の前記累積検
出量を記憶手段から読み出すようにする。

() 前述実施例では、揺動パターンは振幅ｍ、
ピツチPC、高さｈをキー入力で設定しテイー
チングするようにしたが、溶接開始点にトーチ
を実際に位置決めし、この溶接開始点を起点と
して揺動パターンの１つを教示するようにして
もよい。

() ロボツトは直角座標形以外のメカ構成のも
のでも実施できる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の多層盛溶接方法
によれば、１層目ではアークセンサーを使用して
倣い溶接するとともに揺動パターンの所定回数ご
とにアークセンサーによる位置ずれ累積検出量を
記憶しておき、２層目以降では前記所定回数に相
当する溶接線方向距離移動する毎に前記累積検出
量を読み出してこれで位置修正するようにしたた
め、アークセンサーを使用できない２層目以降で
もアークセンサーを使用するのと実質同様の正確
な倣い溶接が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多層盛溶接方法を採用した溶
接ロボツトの全体概略図、第２図は各種溶接継手
形状を示す略図、第３図は揺動パターンの説明
図、第４図はフローチヤート、第５図は揺動パタ
ーンの実行説明図である。図中、１は溶接ロボツト、６は溶接トーチ、１
２はコンピユタ、１３は遠隔操作盤、Ｗはワーク
である。

Claims

【特許請求の範囲】１所定の教示点から次の教示点に向かうアーク
溶接を複数層にわたつて行い、且つ少なくとも１
層目については溶接トーチを所定揺動パターンで
開先幅方向に揺動させながら所定の教示点から次
の教示点に向かつてアーク溶接を行う多層盛溶接
方法において、前記１層目の溶接時に、揺動パターン実行ごと
に溶接トーチの位置ずれを検出し、該検出量だけ
溶接トーチの位置を修正しながら溶接し、且つ前
記揺動パターンの所定回数ごとにこの所定回数中
の揺動パターンごとに生じた位置ずれの累積検出
量を記憶するとともに、２層目以降の各層溶接時には、前記１層目の溶
接時における所定回数の揺動パターンによる溶接
トーチの溶接線方向の移動距離に相当する距離を
溶接トーチが移動するごとに、所定教示点からの
距離についてこの２層目以降の溶接時の溶接トー
チの位置に対応する位置の前記累積検出量だけ、
前記溶接トーチの位置を修正しながら溶接するこ
と、を特徴とする多層盛溶接方法。