JPS5839030B2 - 自動溶接装置のティ−チング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は自動溶接装置のティーチング装置に関し、特
に溶接トーチを溶接線検知器（センサ）として使用する
ような自動溶接装置のティーチング装置に関する。

記憶装置に記憶した位置情報および制御情報にしたがっ
て溶接トーチとワークピース（以下単にワークと称す）
とを相互に空間に位置制御して、プログラムにより自動
的に溶接を行うようにしたプレイパック力式の自動溶接
装置がよく知られている。

そして、溶接トーチをワークの溶接線に倣わせるために
、センサを使用することが知られている。

しかしながら、従来は、溶接線を検出するためのセンサ
はトーチとは個別にかつトーチの近傍に取付けていたた
め、トーチ周りの形状寸法が大きくなる。

そのため、狭いワークの奥などにはトーチすなわちセン
サが入り込めなかったり、溶接線の開先寸法の小さい場
合にはセンサが有効に作用しない。

またその構造が複雑でかつ高価になるなど種々の問題点
があった。

そこで、本発明者らは、先にトーチ自身をセンサとして
作用させる極めて優れた自動溶接装置を提案した。

そこで、この発明では、このような改良された自動溶接
装置において、溶接線の始点、終点をティーチングする
ようにしたティーチング装置を提供する。

この発明の詳細な説明する前にこの発明の構成を第８図
に基づいて説明する。

電極を有する溶接トーチは溶接トーチ保持手段によって
保持される。

また、溶接線を有するワークピースはワークピース取付
具によって固定される。

溶接トーチ保持手段とワークピース取付具とは、支持手
段によって支持される。

この支持手段は、溶接トーチとワークピースとの相互位
置関係の調整を可能にするために、溶接トーチ保持手段
とワークピース取付具との少なくとも一方を可動的に支
持する。

この支持手段に関連して変位機構が設けられる。

この変位機構は、支持手段の可動部分を変位させて溶接
トーチとワークピースとの相互位置関係を変化させる。

また、溶接トーチの電極に電圧を供給するための電圧供
給手段が設けられる。

そして、溶接トーチの電極の通電状態を検出する通電状
態検出手段が設けられる。

さらに、センシングを行なうためのセンシング手段が設
けられる。

このセンシング手段は、ワークピースの自動溶接を行な
う前に所定の溶接点位置をセンシングするためのもので
あり、次のような機能手段を含む。

すなわち、センシング手段は、ワークピースの溶接線を
横切る複数の点位置において溶接トーチの電極とワーク
ピースとを近接させるために変位機構に所定の移動指令
を付与する移動指令付与手段を含む。

また、センシング手段は、上記複数の点位置において通
電状態検出手段の出力に応答して、そのときの溶接トー
チとワークピースとの相互位置を表わすデータを発生す
る点位置データ発生手段を含む。

さらに、センシング手段は、点位置データ発生手段から
発生された上記複数の点位置におけるデータに基づいて
、上記所定の溶接点位置を演算する演算手段を含む。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は図面
を参照して行う以下の詳細な説明から一層明らかとなろ
う。

第１図はこの発明の一実施例の自動溶接装置を示す全体
斜視図である。

第１図において、この自動溶接装置１００は、ワークＷ
（図示せず）の取付は具１０５を左右２前後方向に移動
ないし水平軸Ｈまわりに回転できるように、トーチ１０
９の取付は具１０８を上下刃向に移動ないし垂直軸りま
わりに回転できるように、それぞれ構成され、ワークＷ
およびトーチ１０９の移動および回転位置を自動制御す
るための汎用電算機を含めた制御箱４００が設けられる
。

より詳細に説明しよう。平面り字形の床板１０１の一方
辺には第１枠体１０２が固設される。

この枠体１０２の上部には、左右力向（図におけるＸ軸
力向）に移動可能な台車１０３が設けられる。

この台車１０３の動力手段は（図示しないが）この実施
例では公知の減速機付のブレーキ付モータであり、動力
伝達手段は（図示しないが）公知のポールナツトとねじ
棒との係合手段（いわゆるボールスクリュー）である。

また、台車１０３の上部には、前後方向（図におけるＹ
軸方向）に移動可能な第２枠体１０４が設けられる。

この枠体１０４の動力手段および動力伝達手段も、図示
しないが、同様の減速機付のブレーキ付モータおよびボ
ールスクリューである。

前記枠体１０４の前部には、図におけるθ軸方向に回転
可能なワーク取付は具１０５が設けられる。

このワーク取付は具１０５の動力手段も、図示しないが
、公知の減速機付のブレーキ付モータである。

前記床板１０１の他方辺端部には、第３枠体１０６が立
設される。

この枠体１０６には、上下方向（図におけるＸ軸力向）
に移動可能な腕１０７が設けられる。

この腕１０７の動力手段および動力伝達手段も、図示し
ないが、同様の減速機付のブレーキ付モータおよびボー
ルスクリューである。

そして、腕１０７の先端部には垂直軸りまわり（図にお
けるΦ軸方向）に回転可能なトーチ１０９の取付は具１
０８が設けられる。

このトーチ取付は具１０８の動力手段も、図示しないが
、公知の減速機付のブレーキ付モータである。

また、トーチ１０９の取付は位置は、該トーチ１０９の
中心線延長上の溶接点ＷＰが、前記垂直軸り上に一致す
るように構成され、さらにその取付は角は、実施する溶
接態様（突合せ溶接あるいはすみ肉溶接等）や被加工物
の形状に応じて最適に選ばれるものとする。

なお、上記床板１０１．枠体１０２゜台車１０３．第２
枠体１０４．第３枠体１０６および腕１０７で支持手段
の一例を構成している。

また、各支持手段に関連して設けられる上記動力手段お
よび動力伝達手段で変位機構の一例を構成している。

また、前記トーチ１０９には電源装置２００から電流が
与えられる。

前記各部の動力手段（減速機付のブレーキ付モータ）の
正転、逆転、移動速度および溶接電流等を、前記制御箱
４００および溶接制御装置３００でプログラムに従って
自動的に制御し、前記溶接点ＷＰが被加工物Ｗ（図示せ
ず）の溶接線に沿うように、かつ溶接条件の最もよい姿
勢で自動溶接ができるように、２つの取付は具１０５お
よび１０８の相互位置を制御する。

そのためのプログラムを作成する目的ないし手動操作の
目的で、リモートコントロール（「リモコン」）パネル
５００が設けられる。

さらに、制御箱４００は、後述する第５Ａ図ないし第７
図に示すようなプログラムを記憶し、このプログラムに
沿ってこの実施例の特徴である溶接開始点位置および溶
接終点位置のセンシングおよびティーチング動作を行な
う。

したがって、制御箱４００はセンシング手段の一例を構
成する。

なお、この実施例では、トーチ１０９の中心線延長上の
溶接点ＷＰは、垂直軸り上に一致するように構成してい
るため、取付は具１０８のΦ軸力向回転に拘ず一定であ
り、同一溶接点に対するトーチ１０９の姿勢を取付は具
１０８の回転（Φ軸方向）によって任意に変えることが
できる。

すなわち、この実施例は、５つの自由度を有する自動溶
接装置である。

第２図は電極供給部を示す図解図である。

なお、この第２図の例では、ワークＷは図示のようなす
み自溶接線ＷＬを有するものとする。

トーチ１０９は前述のようにトーチ取付具１０８によっ
て軸りを中心として旋回自在に取付けられている。

そして、このトーチ１０９には、消耗電極供給手段２０
１からの消耗電極が与えられる。

消耗電極供給手段２０１は、たとえば第１図に示す電源
装置２００に備えられ、消耗電極強制器２０２を含む。

消耗電極強制器２０２は、たとえば消耗電極案内用可撓
管をループ状に形成したもので、この可撓管の中を通る
消耗電極に対して曲り方向の癖をつけようとするもので
ある。

ただし、この強制器２０２は、たとえば案内ローラで消
耗電極を挾みそれによって直線状に癖つけするようなも
のであってもよい。

消耗電極供給手段２０１から供給される消耗電極には、
周知の電圧印加手段２０３からの電圧が印加される。

電圧印加手段２０３は、切換スイッチ２０４によって、
溶接用電源２０５かあるいは検出用電源としての放電用
高圧電源２０６に選択接続される。

溶接用電源２０５は、周知の溶接のための電源であって
、比較的低電圧かつ大電流で、放電用高圧電源２０６は
比較的高圧（約１００ないし２０００Ｖ）かつ小電流で
ある。

また、溶接用電源２０５はワークＷと直接に接続され、
放電用高圧電源２０６は通電状態検出手段の一例の電流
センサ２０７を介してワークＷとそれぞれ接続される。

電流センサ２０７は、トーチ１０９の消耗電極とワーク
Ｗとの間に流れる電流値を検出するものであって、この
センサ２０７における電流値変化に伴う出力信号は、制
御箱４００に与えられる。

さらに、前記切換スイッチ２０４は、通常はこの第２図
に示すように溶接用電源２０５側に切換えられているが
、制御箱４００からの切換指令に応じて放電用高圧電源
２０６に切換えられるようにされている。

第３図および第４図はそれぞれこの発明が適用できるワ
ークＷの形態を示す図解図である。

すなわち、第３図はすみ肉溶接をする場合の例を示し、
第４図は開先を有する突合わせ溶接をする場合の例を示
す。

第５Ａ図および第５Ｂ図はどの発明の一実施例の動作を
示すフロー図である。

以下にこの実施例の操作ないし動作について説明する。

動作に先立って、ティーチングのパターンについて説明
する。

パターント・・このパターンはワークないし母材の精度
はよく出ているので、ティーチングモードのときだけ溶
接の始点および終点をセンシングする。

後はワークを取換えても同じ位置情報でよい。パターン
２・・・このパターンは母材の精度がパターン１の場合
よりも悪くセンシング動作もティーチングしなければな
らないが、そのずれが平行移動だけですむような場合で
あって、溶接の始点のセンシングだけでよい。

パターン３・・・パターン２の場合で溶接線が平行以外
にずれるため、溶接の始点も終点もセンシング動作が必
要である。

まず、制御箱４００内にある図示しないコンピュータを
ティーチングモードとし、かつリモコンパネル５００の
図示しない操作ボタンを操作して、公知のプレイバック
方式で、溶接トーチ１０９をセンシングする近傍（この
場合は溶接の始点の近傍）まで手動で移動制御する。

そして、たとえば制御箱４００に設けられたパターン選
択スイッチによって、ワークが先に述べたパターン１な
いしパターン３のいずれに該当するかを入力する。

それとともに、ティーチングすべき母材の種類がＡ（た
とえば第３図に示すようなすみ肉溶接の場合）かＢ（た
とえば第４図に示す突合わせ溶接の場合）かを入力する
。

そして、センシング指令を与える。応じて、コンピュー
タは、パターンが１であるか２であるかまたは３である
かを判断する。

パターン１であれば、続いて母材の種類はＡであるかＢ
であるかを判断する。

パターンの種類が１以外すなわち２および３であれば、
そのときの最初の位置情報として前記近傍位置を記憶さ
せてから母材の種類を判断する。

母材の種類がＡであれば、続いて、センシングＡのサブ
ルーチンに入り、母材の種類がＢであればセンシングＢ
のサブルーチンに入る。

ここで第３図および第６図を参照して母材の種類がＡで
ある場合のセンシング動作について説明する。

このルーチンに入ると、まず、コンピュータにインプッ
トしてあったシステムプログラムによって、切換スイッ
チ２０４に対する指令が出力され、それによりスイッチ
２０４は切換わる。

また同様にシステムプログラムにより、Ｚ軸を下げる指
令、すなわちトーチ１０９を下降すべき指令が出力し、
トーチ１０９は降下する。

そしてトーチ１０９の電極とワークＷとの間には、電源
２０６によって高圧が印加している故、トーチ１０９の
電極先端が点Ｐ２（ワークＷと電極先端の距離が最大約
２間）の位置で両者間にスパークが飛ぶ。

かくしてセンサ２０７がこの電流を検出し、その信号に
より、そのときの位置Ｐ２の位置情報のうちＺｓを取り
込み、この値とこのステップにおける指令情報のうちＺ
２との差ＪＺをコンピュータが演算する。

同時にシステムプログラムにより、トーチ１０９をある
一定量（１〜２７ｎＯ上昇させ、点Ｐ３に至る。

そして、コンピュータはΦ軸の角度がΦ１であることお
よびＸｌとＸ２との差から、次のセンシング力向Ｘおよ
び向き（第３図において右向き）を判定し、その向きに
ワークＷを移動させるべき指令が出力され、ワークＷは
右行する。

前述と同様にして、電極とワークＷとの間が接近し、点
Ｐ４においてスパークが飛び、そのときのＰ４のＸ方向
位置Ｘｓと指令Ｘ２との差ＪＸを演算する。

そしてワークＷをある一定量だけ戻し、点Ｐ５に至る。

かくしてセンシング完了を判断し、その情報により、先
のスイッチ２０４に対する指令が消去され、スイッチ２
０４は元に戻り、溶接用電源２０５側に切換わる。

さらに、ここで第４図および第７図を参照して母材の種
類がＢの場合のセンシング動作について説明する。

この実施例は、第３図および第６図の例とは異なり、溶
接線ＷＬを構成する２側面のなす角（開先角）があらか
じめ判明していない場合に適用しうるものである。

そして、この実施例のＸ軸方向溶接線ＷＬは、開先を有
する突合せ溶接線であり、これを下向溶接せんとするも
のであり、トーチ１０９は垂直の姿勢を保つ。

まず切換スイッチ２０４に対する指令が出力され、それ
によりスイッチ２０４は高圧用電源２０６側に切換わり
、トーチ１０９の電極とワークＷとの間に高電圧が印加
される。

そして、Ｚ軸を下げる指令、すなわちトーチ１０９を下
降すべき指令が出力し、トーチ１０９は降下する。

そして、点Ｐ２（Ｘｌ、￥１．Ｚ２）において、スパー
クが飛び、センサ２０７からの出力信号がコンピュータ
に入力される。

この入力信号によりコンピュータはこの点Ｐ２の位置情
報（Ｘｌ、￥１．Ｚ２）を取り込み、ある定められた個
所に記憶する。

次に、センサ指令はセンシング方向−Ｘとなっているか
ら、それによってセンシングの向きを判定し、この第４
図の場合ワークを右行させるための移動指令を出力する
。

そして、点Ｐ３ （Ｘ２ 、Ｙｔ。Ｚ２）においてスパ
ークが飛び、センサ２０７の信号がコンピュータに入力
される。

この入力信号によりこの点Ｐ３の位置情報を取り込み、
ある定められた個所に記憶する。

次に先のＸ軸方向の移動と反対向きに一定量（溶接線Ｗ
Ｌの大きさにより適宜定める）戻す指令を出力し、すな
わちこの場合ワークＷは若干左行する。

そして点Ｐ４（Ｘ３− Ｙｔ 、Ｚ２）に至れば、再度
Ｚ軸を下げる指令が出力され、トーチ１０９は下降する
。

そして点Ｐ５（Ｘ３．￥１．Ｚ３）においてセンサ２０
７の信号がコンピュータに入力され、この点Ｐ５の位置
情報を取り込み、ある定められた個所に記憶する。

さらにワークＷを左行（先のＸ方向移動と同−向き、）
させるべき指令が出力され、さらに点Ｐａ （Ｘ４ 、
Ｙｔ 、Ｚ３）においてセンサ２０７の信号がコンピュ
ータに入力され、この点Ｐ６の位置情報を取り込み、同
様にして記憶する。

かくして、センサ２０７の信号の４回の入力による４個
の位置情報の記憶により、センシング完了を判断し、点
Ｐ２Ｐ６をむすぶ線と、点Ｐ３Ｐ５をむすぶ線の交点を
演算し、点Ｐ７を得る。

そして、点Ｐ７よりトーチ１０９のねらい位置（通常は
点Ｐ７）若干上方） Ｐｓ （Ｘ５ ｙ Ｙｔ ｚ Ｚ
４）を演算する。

そして、第５Ａ図のルーチンに戻る。

このようにして、溶接の始点のセンシングが終る。

そして、たとえばワークＷの肉厚の不同等の関係から始
点位置を修正する必要があるかどうかを判断する。

修正する必要がなければ上述のセンシングＡまたはセン
シングＢのルーチンで求めた始点位置を記憶する。

また、修正の必要があれば、上述のようにして求めた始
点の位置情報にその修正量を加算して修正し、これを始
点位置情報として記憶させる。

これで始点位置のティーチングが終る。

続いて、溶接の終点位置のセンシングを行うわけである
が、このときにも、リモコンパネル５００の操作ボタン
を操作して溶接トーチを終点近傍まで移動させる。

その後、コンピュータはパターンが１，２または３のい
ずれであるかを判断する。

そして、パターン１，２の場合には続いて母材の種類が
ＡまたはＢのいずれであるかを判断する。

パターンが３であれば前記終点近傍位置をｌステップ記
憶させた後に母材の種類を判断する。

そして、母材の種類がＡであれば先に説明したセンシン
グＡのルーチンによって、また母材の種類がＢであれば
上述のセンシングＢのルーチンによって、それぞれ終点
位置をセンシングする。

その後、修正の有無を判断し、修正があればその修正位
置を、また修正がなければそのまま終点位置情報として
記憶させる。

このようにして、溶接線の始点および終点がセンシング
され、ティーチングされる。

前述説明において、消耗電極の先端のトーチ１０９に対
する関係位置は、強制器２０２の作用により、消耗電極
が常に同一の形状でトーチ１０９より突出していること
、およびその突出長さは、溶接終了時において常に同一
であることから、常に同一関係位置となり、前述センサ
としての作用に支障ないことは理解されるであろう。

なおトーチ１０９にガス（例えばＣ０２）を流せば、よ
り安定したセンシングを行ないうるものである。

なお、第４図、第７図の実施例によれば、あらかじめ定
まっていない形状の開先による溶接線ＷＬであっても、
その側面の交点を演算し、開先形状を判断し、それによ
って、もつとも溶接結果の良好な溶接ねらい位置を定め
うるものである。

またこの実施例は一直線の溶接線ＷＬについて実行する
場合につき述べたが、屈折した溶接線ＷＬであっても、
その始点、各屈折点、終点におけるトーチ１０９のねら
い位置をあらかじめ総て演算しておき、その各点を逐次
ＦＴＰ制御により実行せしめればよい。

なおトーチ１０９の電極は消耗電極として説明したが、
これを例えばＴＩＧ溶接用トーチのように非消耗電極の
場合でも実施しうろことは明白である。

このように、上述の実施例によればトーチの電極そのも
のをセンサとしたので、トーチまわりに特にセンサとし
ての構造物が無く、このため、トーチの入り込める個所
はどこでも溶接線の位置を検出しうる。

そのため、構造簡単となるだけでなく、溶接線の形状や
大小のいかんを問わずセンシング可能である。

さらに、電極が消耗電極であっても、強制器を備えれば
、トーチ本体に対する電極先端の位置は常に一定であり
、センシングに支障ない。

また、検出用電圧を高圧とすれば、ワーク表面や電極先
端の状態のいかんにかかわらず、放電間げきはほぼ一定
となり、常に正確なセンシングが可能である。

そして、この発明によれば、溶接線のセンシング動作も
ティーチングするようにしたので、ワーク（母材）が変
っても、自動的に溶接の始点、終点がセンシングされテ
ィーチングされる。

そのため、プレイバック時に従来のようにワークとトー
チとの相互位置を手動制御する面倒がなくなり、ティー
チング作業時間を短縮しかつ、正確なティーチングが可
能となるなど、顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の自動溶接装置を示す全体
斜視図である。 第２図は消耗電極供給部について詳細に示す図解図であ
る。 第３図および第４図は、それぞれ、溶接すべき母材の形
態の一例を示す図解図である。 第５Ａ図および第５Ｂ図はこの発明の一実施例の動作を
示すフロー図である。 第６図はセンシングＡのルーチンを示すフロー図である
。 第７図はセンシングＢのルーチンを示すフロー図である
。 第８図はこの発明の構成を示すためのブロック図である
。 図において、１０５はワーク取付具、１０８はトーチ取
付具、１０９はトーチ、２０１は消耗電極供給手段、２
０２は消耗電極強制器、２０３は電圧印加手段、２０４
は切換スイッチ、２０５は溶接用電源、２０６は放電用
高圧電源（検出用電源）、２０７は電流センサ、Ｗはワ
ーク、ＷＬは溶接線、ＷＰは溶接点を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自動溶接を行なう前に所定の溶接点位置をセンシン
   グして、該センシングした溶接点位置をティーチングす
   る自動溶接装置のティーチング装置であって、 電極を有する溶接トーチ１０９、 前記溶接トーチを保持する溶接トーチ保持手段１０８、 前記溶接トーチの前記電極に結合されて前記溶接トーチ
   の前記電極に電圧を供給するための電圧供給手段２０６
   、 溶接線を有するワークピースを固定するためのワークピ
   ース取付具１０５、 前記溶接トーチ保持手段と前記ワークピース取付具との
   相互位置関係の調整を可能にするため前記溶接トーチ保
   持手段と前記ワークピース取付具との少なくとも一力を
   可動的に支持する支持手段１０１．１０２，１０３，１
   ０４，１０６，１０７゜前記支持手段に関連して設けら
   れ、前記支持手段の可動部分を変位させて前記相互位置
   関係を変化させるための変位機構、 前記溶接トーチの前記電極の通電状態を検出する通電状
   態検出手段２０７、および 前記センシングを行なうためのセンシング手段４００を
   備え、 前記センシング手段は、 前記溶接線を横切る複数の点位置において前記溶接トー
   チの電極と前記ワークピースとを近接させるために前記
   変位機構に移動指令を与える移動指令付与手段と、 前記複数の点位置において、前記通電状態検出手段の出
   力に応答して、そのときの前記溶接トーチと前記ワーク
   ピースとの相互位置を表わすデータを発生する点位置デ
   ータ発生手段と、 前記複数の点位置における前記データに基づいて、前記
   所定の溶接点位置を演算する演算手段とを含む、自動溶
   接装置のティーチング装置。