JPH0440116B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶接トーチを開先幅方向に所定の揺
動パターンに従つて揺動させながらアーク溶接を
行い、この揺動中に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ロボツト
において、溶接線の追従性能を飛躍的に向上させ
ることを目的とした溶接ロボツトにおける溶接線
追従方法に関する。

前述揺動パターンをテイーチングする方法とし
ては実際に溶接トーチの電極先端（溶接点）を開
先付近に位置決めし、揺動パターンの半周期の両
端地点の位置を教示する方法、並びに本出願人が
昭和59年３月２日付の特許出願（発明の名称「溶
接ロボツト」）で提案したように、数値入力によ
る揺動パターン作成手段を具備し、テイーチング
時に開先を含む座標象限内で目視および位置決め
し易い任意の地点（ダミー点と呼称）に溶接トー
チを位置決めし、このトーチを静止させたまま揺
動パターンを教示する方法がある。

従来、前述のように揺動パターンを教示した場
合（手動設定または自動設定のいずれでも）、溶
接ロボツト全体を制御するコンピユータは教示点
間を結ぶ仮想溶接線（パターン基準線とも呼称）
を溶接線とみなして揺動パターンを作成するが、
溶接線は必ずしも直線ばかりとは限らず、途中屈
曲したり湾曲したり様々の方向に向いているのが
普通である。また、コンピユータはアークゼンサ
ー実行時に補正をかける方向は前述仮想溶接線に
対し直角方向に限られ、修正量は溶接トーチ先端
の揺動端点（但し、補正をかけたときは、揺動端
の位置修正点）を中心に仮想溶接線に対し左・右
にΔγの角度（一定の補正範囲）内に固定されて
いる。例えば、第７図において、ワークWaの実
際の溶接線WLaに沿つて溶接開始点ａから溶接
終了点（図示せず）まで水平隅肉溶接で連続溶接
する場合、コンピユータは溶接開始点ａと溶接終
了点とを結ぶ線を仮想溶接線WLa′とし、これを
二等辺三角形の底辺とする揺動パターンPTを作
成し、実行指令する。従つて溶接トーチ先端はａ
→ｂ→ｃと移動し、ｃに達してもまだワークWa
に達しないため、それ以後はワークWaに達する
までｃ→ｄで示すように仮想溶接線WLa′に対し
直角方向（即ち、開先幅方向）に移動する。次の
パターンはｄを起点としてｄ→ｅ→ｆ→ｇ（但し、
ｆ→ｇは補正によるもの）のように描く。さらに
次のパターンはｇを起点としてｇ→ｈ→ｉ→ｊの
ように描く。このパターンでは溶接線WLaがｇ
を中心として仮想溶接線WLa′に対する角度Δγの
範囲から外れるため、溶接トーチはもはや溶接線
WLaに追従することができなくなる。

本発明は前述事情に鑑み、第１教示点の位置と
第２教示点の位置を教示し、溶接トーチを開先幅
方向に所定の揺動パターンに従つて揺動させなが
らアーク溶接を行い、該揺動中に溶接トーチの位
置ずれを検出し、この位置ずれを修正することに
より溶接トーチを両教示点間の溶接線に追従させ
るようにした溶接ロボツトにおいて、第１教示点
と第２教示点とを結ぶ線を第１のパターン基準線
とし、第１教示点から第１のパターン基準線を基
準として揺動パターンを実行中、毎回前記位置ず
れの検出量に応じた修正量で前記揺動パターンを
第１のパターン基準線に対し直角方向に補正を施
すとともに、揺動パターンの所定回数終了時に第
１のパターン基準線を基準とした揺動パターンの
実行開始点と終端点とを結ぶ線の延長方向を第２
のパターン基準線として求め、第１のパターン基
準線を前記第２のパターン基準線に変更すること
により前記揺動パターンに回転補正を施し、その
後は第２のパターン基準線を基準として揺動パタ
ーンを実行中、毎回前記位置ずれの検出量に応じ
た修正量で前記揺動パターンを第２のパターン基
準線に対し直角方向に補正を施すとともに、揺動
パターンの前記所定回数終了時に第２のパターン
基準線を基準とした揺動パターンの実行開始点と
終端点とを結ぶ線の延長方向を第３のパターン基
準線として求め、第２のパターン基準線を前記第
３のパターン基準線に変更することにより前記揺
動パターンに回転補正を施し、以下揺動パターン
の前記所定回数ごとにパターン基準線を順次変更
して揺動パターンに回転補正を施しながら第２教
示点に至るまでアーク溶接を行うことを特徴と
し、自由曲線状の溶接線に対しても追従可能とし
た溶接ロボツトにおける溶接線追従方法を提供せ
んとするものである。

以下、第１〜６図に示す実施例に基づき詳述す
る。

１は本発明の一実施例として採用した直角座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ロボツトRO（詳細は図示せず）の
端末に構成された垂直軸である。

２は垂直軸１の下端に軸１まわり（矢印α）に
施回可能に支承した第１腕である。

３は腕２の先端に斜軸３ａまわり（矢印β）に
施回可能に支承した第２腕である。第２腕３先端
にエンドエフエ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てあ
る。

さらにトーチ４はその溶接作動点Ｐと一致しう
るように設定してある。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４の
垂直軸１に対する姿勢角θおよび施回角φ（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。

５は溶接電源装置である。装置５はトーチ４へ
の消耗電極６を巻き取つたスプール７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６
をくり出し可能であり、さらに電極６とワークＷ
間に溶接用電源８および電流センサ９を直列に接
続しうるように構成してある。

１０はこの実施例全体の制御装置としての公知
のコンピユータである。コンピユータ１０には、
CPUおよびメモリを含む。

そしてコンピユータ１０のバスラインＢには、
電源８および電流センサ９が接続してある。

バスラインＢにはさらに、ロボツトROのＸ軸
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
軸のサーボ系Sβを接続してある。

１１は遠隔操作盤であり、トーチ４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「As」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１０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４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。またAUXNo.「10」は、予
め別のワークで作成した揺動パターンのデータ
に基づき位置補正することを意味する。

(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（開示幅方向の
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。尚、水平隅肉における等脚長の場合は、
特別にｈNo.「３」で設定すれば自動的に等脚長
になるようにしてある。

(6) 切換位置SE₆…パターン回数表示部を有し、
揺動パターンの進行方向自体の補正（「回転補
正」と呼称）をパターンの何回（N_T）目ごと
に行うかをキー番号で設定できるようになつて
いる。

(7) 切換位置SE₇…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。

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枚の湾曲状垂直部材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の第１教示点の位置として
の溶接開始点P₂から他端の第２教示点の位置と
しての溶接終了点P₄ま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１０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４を前記溶接開始点P₂に近い任意
の地点P₁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１０は点P₁
の位置情報（X₁，Y₁，Z₁，θ₁およびφ1）と直
線補間「Ｌ」を最初のステップとして取り込
む。

(T2) スイツチSWの操作によりトーチ４を溶接
開始点P₂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「As」を設定し、スイツチSTAを操作すれ
ば、コンピユータ１０は点P₂の位置情報とア
ークセンシング「As」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４を部材
Ｗ１，Ｗ２で囲まれた座標象限内の任意の点
P₃（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「As」，「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１０はダミー点P₃の
位置情報、アークセンンシング「As」，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４を溶接
終了点P₄に溶接に適した姿勢で位置決めする。
次いで切換スイツチ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」，「３」，「１」
を設定する。この中で、ＷNo.「01」は溶接開始
点P₂から溶接終了点P₄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。さらにN_T
「３」は回転補正をパターンの３回目終了ごと
に行うことを意味する。タイマー「１」は揺動
の左・右端で溶接トーチ４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。これで
スイツチSTAを操作すれば、コンピユータ１
０は溶接終了点P₄の位置情報、アークセンシ
ング「A3」，ＷNo.「01」，AUXNo.「10」，N_T
「３」，タイマー「１」を次のステツプとして取
り組む。

(T5) スイツチSWの操作によりトーチ４を前記
溶接終了点P₄から直線的に移行できる任意の
退避点P₅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１０は点P₅
の位置情報と直線補間「Ｌ」を最後のステツプ
として取り組む。

以上で、テイーチングを終了する。第４図に前
述一連のユーザプログラムの内容を示す。

次にオペレータがスイツチSMをテストモード
TEとし、スイツチSTAを操作すれば、前述プロ
グラムの１ステツプずつが実行（但し溶接は実行
されずに）され、誤りがあれば修正する。

続いてスイツチ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１０が
実行する処理の流れを第５図のフローチヤートを
参照しながら説明する。

(A1) コンピユータ１０はユーザプログラムのス
テツプ中に指令「As」があるか、否か判断す
る（処理PR１）。

(A2) 指令「As」が無ければ、このステツプの
内容を実行する（処理PR２）。

(A3) 前記処理PR１で指令「As」があれば、さ
らにパターン作成は自動設定か否か判断する
（処理PR３）。

(A4) ＦNo.が「７」であれば自動設定と判断し、
ダミー点P₃にテイーチングされた情報に基づ
き振幅ｍ，高さｈ，ピツチPCよりアークウイ
ービングの揺動パターンを作成する（処理PR
４）。

(A5) 処理PR３で、ＦNo.が「７」でなければ手
動設定と判断し、ここでは説明を省略したが、
実際に溶接トーチ４を開先に位置決めしてテイ
ーチングされた通りの揺動パターンを作成する
（処理PR５）。

(A6) 処理PR４，PR５のいずれにおいてもそれ
ぞれの処理が終了したならば、作成したパター
ンでアーク、ウイービングを実行し、その時の
検出量で開先幅方向の補正（以下、平行補正と
呼称）を施す（処理PR６）。

(A7) 次にパターン回数Ｎが所望回数N_Tであつ
たか否か判断する（処理PR７）。

(A8) Ｎ＝N_Tであれば、さらに今までの実行揺
動パターンの軌跡に基づき回転補正を施し、即
ち、今までのパターン基準線を基準とした揺動
パターンの実行開始点と終端点とを結ぶ線の延
長方向を新たな基準線として求め、新たな基準
線に対応すべく揺動パターンに回転補正を施し
（処理PR８）、Ｎ＝０とする（処理PR９）。

(A9) 処理PR７でＮ＝N_Tであれば、Ｎ＝Ｎ＋１
とする（処理PR１０）。

(A10) 処理PR９またはPR１０が終了したなら
ば、アークセンサーが終了したか否かを判断す
る（処理PR１１）。

(A11) まだ終了していなければ、処理PR６の手
前に戻り、終了であれば、ステツプがエンドで
あつたか否が判断する（処理PR１２）。

(A12) エンドであればオートモードにおける一
連の実行を終了するが、そうでないならば、ス
テツプを更新し（処理PR１３）、前記処理PR
１の手前に戻る。

しかして、溶接ロボツトROはコンピユータ１
０からの指令出力に基づき以下の動作を行う。先
ずトーチ４を点P₁に位置決めし、該トーチ４は
直線補間で溶接開始点P₂に向つて移動する。ト
ーチ４は点P₂に達するとアークウイービングを
開始し、溶接条件No.「01」に基づき溶接終了点
P₄に向つて水平隅肉溶接を実行する。これを第
６図を参照しながら詳しく説明する。コンピユー
タ１０は第１回目（Ｎ＝１）の揺動パターンとし
て溶接開始点P₂と溶接終了点P₄を結ぶ第１のパ
ターン基準線L₁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。

従つてトーチ４は点P₂→P₂₁→P₂₂と移動し点
P₂₂からパターン基準線L₁に対し直角方向（即ち、
パターン進行方向に対し直角方向）に垂直部材Ｗ
２に接近する点P₂₃まで移動する。

第２回目の実行揺動パターンは点P₂₃を起点と
し点P₂₃→P₂₄→P₂₅→P₂₆（但し、P₂₅→P₂₆は位置
ずれ量）のように描かれる。同じく第３回目の実
行揺動パターンは点P₂₆を起点として点P₂₆→P₂₇
→P₂₈→P₂₉→（但し、Ｐ→₂₈→P₂₉は位置ずれ量）
のように描かれる。トーチ４が第３回目のアーク
ウイービンングを終了すると、コンピユータ１０
は前記処理PR７においてＮ＝３（＝N_T）と判断
し、本実施例では点P₂と点P₂₉を結ぶ線を第２の
パターン基準線L₂とし、これと第１のパターン
基準線L₁との成す角度Δδ₁でもつて揺動パターン
に対し回転補正を施す。このΔδn（ｎ＝１，２，
…）を便宜上回転補正角度と呼称する。従つて第
４・５・６回目の揺動パターンは第２のパターン
基準線L₂を基準にして実行されるとともに、該
基準線L₂に対し直角方向に平行補正が施される。

そして、第６回目のアークウイービング終了点
P₃₈に達すると、コンピユータ１０は再び点P₂₉と
点P₃₈を結ぶ線を第３のパターン基準線L₃とし、
これと第１のパターン基準線L₁との成す角度Δδ₂
に対応すべく、揺動パターンに回転補正を施す。
このように実行揺動パターンは毎回平行補正が施
され、N_T＝３回目ごとに回転補正が施され、新
たなパターン基準線を基準にした位置ずれが補正
範囲内にある限り実際の溶接線WLに正確に追従
することができる。

トーチ４が前述アークウイービングを反復しな
がら溶接線WLに沿つて進行し、溶接終了点P₄に
達すると溶接を終了し、直線補間で退避点P₅に
移動する。

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、回転補正を施す頻度
をN_T＝３としたが、溶接線WLの形状や揺動パ
ターンの大きさおよび形状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。

() 前述実施例では、回転補正角度Δδ_oをＸ−
Ｙ座標平面で示したが、三次元の立体的な角度
になることもある。

() 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。

以上詳述せるごとく本発明によるときは下記す
る特有且つ顕著な効果を奏するものである。

(イ) 揺動パターン実行中、溶接トーチの位置ずれ
の検出量に応じた修正量で揺動パターンを毎回
平行移動の形で補正を施すとともに、揺動パタ
ーンの所定回数ごとにそれまでの修正量に対応
すべく、パターン基準線（即ち、揺動パターン
進行方向）を変更（回転補正）して揺動パター
ンに回転補正を施すようにしたため、第１教示
点の位置と第２教示点の位置、例えば溶接開始
点の位置と溶接終了点の位置を教示するだけ
で、両教示点間が自由自在に湾曲した溶接線で
あつても、溶接線の腕曲に沿つて追従するよう
にパターン基準線が順次変更され、該パターン
基準線を基準として揺動パターンが実行される
ため、また補正範囲は常に新たなパターン基準
線に基づくため、溶接線に沿つて良好に追従可
能となる。

(ロ) 前記(イ)の理由からも明らかなように、複雑な
形状のワークにおける自由曲線の溶接線に対し
ても第１教示点の位置、第２教示点の位置とし
て溶接開始点の位置と溶接終了点の位置を教示
するだけで、多数の中間点の位置の教示が不要
となるため、テイーチング作業が簡単になり、
アークセンサーの適用ワークの範囲が大巾に広
がる。

(ハ) 両教示点間の最初のパターンに対する基準線
は両教示点を結ぶ線であるが、この基準線は前
記(イ)のようにそれまでの修正量に対応すべく揺
動パターンの所定回数ごとに変更（回転補正）
され、揺動パターンの平行補正は常に新たなパ
ターン基準線に対し直角方向に施されるため、
この補正方向は実際の溶接線に対しより直角方
向に近づくため、溶接線に対する追従性が向上
する。

(ニ) 補正範囲は、常に新たなパターン基準線に基
づいているため、従来のように固定の基準線に
基づく場合より実質上大巾に広がり、それに伴
いワークの個体差が大きいものでもアークセン
サーが適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明の実施例を示すもので、こ
のうち第１図は本発明に使用される溶接ロボツト
の全体図、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図はプ
ログラムのステツプ図、第５図はフローチヤー
ト、第６図は揺動パターンの実行説明図、また第
７図は従来の揺動パターンの説明図である。 図中、ROはロボツト、４は溶接トーチ、１０
はコンピユータ、１１は遠隔操作盤、Ｗはワーク
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１教示点の位置と第２教示点の位置を教示
   し、溶接トーチを開先幅方向に所定の揺動パター
   ンに従つて揺動させながらアーク溶接を行い、該
   揺動中に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両教示
   点間の溶接線に追従させるようにした溶接ロボツ
   トにおいて、 第１教示点と第２教示点とを結ぶ線を第１のパ
   ターン基準線とし、第１教示点から第１のパター
   ン基準線を基準として揺動パターンを実行中、毎
   回前記位置ずれの検出量に応じた修正量で前記揺
   動パターンを第１のパターン基準線に対し直角方
   向に補正を施すとともに、揺動パターンの所定回
   数終了時に第１のパターン基準線を基準とした揺
   動パターンの実行開始点と終端点とを結ぶ線の延
   長方向を第２のパターン基準線として求め、第１
   のパターン基準線を前記第２のパターン基準線に
   変更することにより前記揺動パターンに回転補正
   を施し、その後は第２のパターン基準線を基準と
   して揺動パターンを実行中、毎回前記位置ずれの
   検出量に応じた修正量で前記揺動パターンを第２
   のパターン基準線に対し直角方向に補正を施すと
   ともに、揺動パターンの前記所定回数終了時に第
   ２のパターン基準線を基準とした揺動パターンの
   実行開始点と終端点とを結ぶ線の延長方向を第３
   のパターン基準線として求め、第２のパターン基
   準線を前記第３のパターン基準線に変更すること
   により前記揺動パターンに回転補正を施し、以下
   揺動パターンの前記所定回数ごとにパターン基準
   線を順次変更して揺動パターンに回転補正を施し
   ながら第２教示点に至るまでアーク溶接を行うこ
   とを特徴とする、溶接ロボツトにおける溶接線追
   従方法。