JPS60191666A - ア−ク溶接ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 幅自動制御方法をｉ商用したアーク７容接１＋ホソトに
関ず乙ものである。

消耗電極（ワイヤ）を１吏用ずろ７“−り溶１ににオイ
テ、ワイヤ突出し長さのオンシレー）・に」、る変化か
ら１５１３先間隔の変化を検出し、それに応（７てオン
シレーｊ・幅を自動的に制御ずろ方法は未だ見出されで
いない。

木兄１１Ｊは−に記実情に鑑み、ワイヤを使用するアー
ク応接シこおいて、溶接）−−チの近傍にイ■形な検出
子を装着することなく溶接時の溶接条件を演算してオ，
ンｌ／　ｌ・幅を開先間隔の変化に応して自動的に制御
することのてきろ．アーク溶接口ボットを提供すること
を（」的とする。かかる目的を達成する本発明は、検出
が容易で、かつ通常用いる溶接条件を電気的な演算回路
で処理することにより、ワイヤ突出し長さをめ、１・−
ヂをオンジレートすることによりこのワイヤ突出し長さ
の変化から開先間１ｉｉ７Ｊの変化を検出し、開先間ト
１５の大小に応して開先幅方向おまひ開先幅と直角方向
の二次元的制御でオンジし・−１・幅を自動的に制御し
、溶接欠陥がない健全な溶接継手部を得ることをその要
旨とする。

以Ｆ本発明の実施例を図＋］：ｉｊに基づき詳細に説明
ずろ。なお、本発明に係る実施例の演算処理はアナログ
演算器によっても勿論円曲であるか、本実施例ではティ
ジクル電算機による処理の場合を示す。

まずはしめに構成を説明ずろ。第１図及び第２図におい
て、 １は、消耗電極用溶接１・−チ、 ２．３は、溶接１・−チ１に回動および回転運動を与え
る回動機構部て）・−ヂ傾斜軸２と手首旋回軸３である
。

４ば、１・−チ傾斜中＋１２と手首旋回軸３とを保持し
てそれらにＺ方向に運動を与えるＸ方向移動軸である。

５は、Ｚ方向移動軸４を保持して、それにＹ方向に運動
を与えろＹ方向移動軸である。

ｆｉは、Ｙ方向移動軸５を保持して、そわ、にＸ方向に
運動を勾えるＸ方向移動軸である。

７は、速隔操作盤１０からの制御指令で電動Ｈｙ四Ｊ装
置ごｊ８を介して１・−チ傾斜軸２、丁−１１”旋回軸
３Ｚ方向移動軸４、Ｙ方向移動軸５、Ｘ方向移動軸６の
運動を制御する制御１１１１装置である。−１また、制
御装置７は達（−１も操作盤１０からの制ｕｌｊ指令で
アーク清接槻（９）に作用して溶接電流（１：　Ｉｎ、
ＩｅＪ　溶接電圧（Ｖ）、ワイヤ送給速度（Ｖ）等の溶
接条件を制御１１ＴＩずろことがてきる。

さらに、制御装置７のなかには１・−チ位置を制御して
オンジし−）・幅を溶接線の開先間隔の変化に従って自
動的に変化させろ演算機能および演算した開先間Ｉ弼に
応じて溶接速度を自動的に変化させる演算機能も内蔵さ
れている。上記の制御は手動でも、まｔこあらかじめプ
ログラムされた手順いわゆる自動のどちらでも可能であ
る。

９は、ワイヤ１３と被溶接材１６との間にアーク１４を
発生さぜ、溶接金属１７を得るのに必要な電気エネルギ
を供給するための１一クｉ容接機、 ４２は、溶接電圧又は溶接電流などの溶接条件設定器、 １】は、シールドノズルてありシールドガス１５と共に
アーク１４雰囲気および溶接金属１７を大気からシール
ドする。

］２は、ワイヤに給電するためのチップ、１８は、裏当
金、 １’９ａ、１９ｂばコイル状に巻かれｔこワイヤ１３を
溶接１・−チ１内に送給するためのローラて、送給ロー
ラＪ、　９　ａはモーフ２１に機械的に給金されており
、またモーフ２１は駆動制御装置２２によって速度を制
御されており、こメ１により溶接電流または溶接電圧を
、溶接条件設定器４２と共に調整する。

２０は、アーク溶接機９の溶接１・−チ１への給電部、 ２３は、シャント等の溶接電流値検出器、２４は、ロー
ラ１９と機［的に給金さ電１ていて、エンコータ等のワ
イヤ送給速度（ｖ）を検出ずろｔこめの、回転量検出器
、 ２５は、溶接ロホットの制御装＋Ｒ７から１・−チ１の
オンジし一１〜位置信号（Ｘ方向の（ｗｌとＹ方向の（
ＷＳＩＪ　）を受け取る増幅器である。

２６は、回転量検出器２４からの４１１号を適当なレベ
ルにするための増幅器、 ２７は、電流値検出器２３の信号から溶接電流の平均値
に比例する信号を発生ずるための増幅器、 ２８は、電流値検出器２３の信号から溶接電流の実効値
に比例する信号を発生ずるための増幅器、 ２９は、ワイヤ突出し長さ　（Ｌ６）を設定するための
設定器、 ３０，３１，３２，３３，３４は、２５，２６２７．２
８，２９のアナログ信号をディジクル信号に変換し、デ
ィジクル電算機３５に入力ずろためのＡ／Ｄ　（アナロ
グ／ディジク／Ｌ変換器、 ３６は、電算機３５からのディジクル信号をアナログ信
号に変換するＤ／Ａ　（ディジタル／アナログ３変換器
であり溶接ロボツトのオソシレートを制御する制御装置
７へ増幅Ｗ　３９を通して出力ずろ。その４１号はオッ
シし・−１・幅制御信号およびオノシレー）・速度ｉ制
御信号−Ｃある。

３７は、電算機３５からのディジクル信号をアナログ信
号に変換するＤ／Ａであり、溶接線倣いを制御ずろ制御
装置７へ増幅器４０を通して出力する。その信号は溶接
線の倣い信号である。

３８は、電算機３５からのディジクル信号をアナログ４
３号に変化するＤ／Ａてあり、トーチ高さを制御する制
御装置７へ増幅器４１を通、して出力する。その信号は
１・−チ高さ制御信号である。

次に動作を説明する。

）　（イ）電流検出器２３と増幅器２７とによって、溶
接電流の平均値［ａが、また電流検出器２３と増幅器２
８とによって溶接電流の実効（１ａ　Ｉ　ｅがめられる
。さらに、回転風検出器２４と増幅％ｉ４２　（ｉとに
よってワイヤ送給速度Ｖが検出されろ。

（び）これらのアナログ景はＡ／Ｄ変換器３ｚ。

３３．３１によってディジタル量に変換されてディジク
ル電算機３５に加えられる。

（ハ）ここて記号を次のように定義する。

ｌａ：溶接電流の平均値、 Ｉｅ：　ｊ８接電流の実効値、 Ｖ：ワイヤ送給速度、 ＬＥ：　チップ１２の先端からアーク１４ま−（のワイ
ヤ１３の長さ、いわゆるワイヤ突出し長さ、 ＬＥ＝　ｆ、（Ｉａ　、ｒｅ　、ｖ）　ｍａｎ　ｆ　１
　式第１式ハ参考文献からめることができる。

〈参考文献〉 溶接学会　溶接法委員会　１９８０年７月７程流制御ア
一クｍ接に関する 研究 に）従って、第１式の関係をディジタル電算機３５にブ
ロクラムしておき％溶接電流１ａ　、　Ｉｃとワイヤ送
給速度Ｖとを乃えると、ワイーＶ突出し長さしニジがめ
られる。

（ホ）　上述のＪ：うに、説明変数として溶接電流１３
Ｉ。

ｌｃ、ワイヤ送給速度Ｖを力えると第１式からワイヤ突
出し長キＬＥが目的変数としてめられる。

（へ）　第３図はＭ接ロボット制御装置７からのオソン
レート位置信号（振幅が最大１〆ζなるタイミンクおよ
び振幅が零になるタイεツク）を基に、ａちオツシレー
ト振幅がゼロを横切るタイミンクを基準にして、そｎか
ら一定時間△を毎に、溶接電流１ａ、ｌｅ、ワイヤ送給
速度ｖ′ｆｔザンブリングして前述のワイヤ突出し長さ
Ｌｇｆ：演算した時のタイミンク（これは等倹約にオツ
シレート振幅Ｗとなる。何故ならばオツシレート速度は
一定であり、かつ°リーンブリンク間隔も一定である。

）とワイヤ突出し長さ１．Ｅとの関係を、第２図に示し
たような被ｔｒ７接物１６で形成されるＶ型突合せ開先
内で溶接した場合の１例を示す。本例ではテークＩａ、
Ｉｅ、ｖのザンブリンクは振幅の七ロクロス時から最大
の往路のみで行い復Ｌ′δで？−ｊ、１うわない場合を
示す。

このように開先内でオランレート溶接を行うとオランレ
ート位置とそれに＆、Ｊ応するワイヤ突出し長さＬＬｉ
とのクラ７がイ！）　Ｃ）　、１”Ｌる。

（１→　第４図（づ−誠心接吻１６て形成さ；ＩＬる継
手の開先間１′１′視が変化している状態ヲ示すが、第
５図および第６図（１，第４図で示した開先の位置が異
なる２つの断面で、オツシレ−１・全２次元に行いつつ
溶接を行った時に、Ｘ方向のオツシレート幅Ｗとワイヤ
突出し長さＬＥの関係およびトーチ先端の軌跡４３．４
４に示す。

第５図は開先間隔が小さく、第６図は開先間隔が大きい
場合を示しているがいずれも、２次元のオツシレート軌
跡（４３，４４に相当する）を開先の断面形状に近く選
ぶとオランレート幅Ｗとワイヤ突出し長さＩＪＥとの関
係においてワイヤ突出し長さＩＪＥは平坦になる。

（７）第７図及び第８図は第５図及び第６図に於けるＷ
とＬＥとの関係とテップ先端の軌跡４３゜４４とに注目
し、Ｙ方向のオツシレート高さをＷ、とする時に、Ｘ方
向のオランレート幅Ｗに対するＩ−ＢＷｙ　をめたもの
である。ここに、ＷｌおよびＷ３ハＸ方向のオランレー
ト幅。

Ｗ２およびＷ４はＷｙ　＝　０である時Ｗの幅であり。

Ｗｙは軸ｗｙ＝Ｑに対して左右対称とする。

（す）第９図および第１０図は、被溶接物１６で形成さ
れるＶ型突合せ継手において、２次元オツシレートによ
る溶接で前記０うで述べたＷとＬｚ’　（（ＬＥ’　＝
　Ｉ、Ｅ−Ｗｙ　）とする）に注目’ｉｎば、オツシレ
−１・幅Ｗが制御できることの説明図である。

ここでＬＢ　Ｈ’はＸ方向のオランレート幅Ｗが小さい
時の、即ち開先中央付近でのしＥｌの値である。γは演
算によってめた１、、、す“の値が外乱による誤差のた
めバラツキを牛Ｖるので。

この影響を除くために設けたパラメー５７すなわちバラ
ツギ除去バラメークである。Ｕはオツシレ−１・振幅を
制御するために設けたパラメータすなわちオツシレート
振幅制御パラメータである。

（ヌ）第９図は、開先形状が不変の１１．′ｌにオフ／
レート振幅制？３１１バラメークＵの設定値の大小によ
って適ＩＥなＸ方向のオッシレ−１・幅（Ｖが変化する
ことの説明図である。

ここで、バラツキ除去パラメータγおよびオノンレ−１
・振幅制御パラメータＵばあらかじめ実験によってめた
適正な値をディジタル電算機３５にパラメータとして設
定しておく。

２０　溶接が開始さｎると、Ｘ方向のオレシレート振幅
の零タイミンクを検出し、検出したらデータｌａ　、　
Ｉｅ　、　ｖをサンプリングしてＬＥを第１式に従って
演算する。次のサンプリンクタイムが来たら又データを
取込みＩ−ｇ　ｆ：計算するこの過程を数回繰返してそ
の平均値をめておく。サンプリングの間隔は第３図で示
した△ｔである。

（ヲ）その後は、△を毎にその詩のデータＩａ　、　Ｉ
ｅ　。

■に基づ’Ａ−ｚｋ演算しｌ、、、、ｌと（１、Ｅ　ｏ
’　−（γ＋ＩＪ））との大小関係に注目する。もし、
〔（ＬＥＩ）≧（ＬＥＧ’　（ｒ　＋ｕ　）　ｌ　：］
ならば、さら（（同じ方向ｉｌ（オツシレートを行う。

しかし、　（（Ｌ＋＞’　）　＜　（Ｌ１５ｏ’　−（
γ十Ｕ））〕の条件が数回連続して成立すれば。

オフシレー１゛方向を反転させる。

（ワ）　次はまた。　Ｑ、）でＶおべたオツシレートカ
向と反対方向でのＸ方向のオソンレート振幅が零のタイ
ミンクを検出し、以後ＯＩＪ、し）で述べたシーケンス
を繰返す。

（θ　このようにず）′シは、γ、１ノで設定さ扛たパ
ラメータ条件に従い適当な大きさでオッシレートが繰返
し行１−）ノする。

（ヨ）　ところで、第９図は開先形状が不変の場合に％
　ＵをＵ＋　、　ＩＪ２　（１−１＋　＜　Ｕ２　）と
した場０を示しているが、　〔（ＬＥ’）　＜　（Ｌｇ
ｏ’−（ｒ＋［１）ｌ）の条件を成立させるため（４Ｃ
は、（ｊ２の方が（−ｊ、の場合よシも大きくＸ方向に
オツシレ−１・させなけｉｔばならないことは第９図か
ら自明でｈる。

即ち、Ｕを調゛（庄することによって、Ｘ方向のオラン
レート幅・Ｎｆ：制御できる。ＩＪ、（’［，１２なら
ばＷ　５　＜　”’ｌｉとなる。ここに、Ｗ、は１−Ｊ
、に対応するＸ方向のオランレート幅％Ｗ、ｉはＵ２に
対応するＸ方向のオランレート幅である、。

オソンレートパターンのｆｌｉｌＪ　御は、第７図およ
び８８８図Ｉ’ｔＣ）ｆ）いて％Ｘ方向のオソシレート
幅Ｗ２およびＷ４を制υ１ｊするものとし’　ＷｙＩｌ
ｌａ　Ｘおよび（ｗ２−Ｗｌ　）、’　（Ｗ４　Ｗ３　
）は一定とする。

ここにＷｙＩｌｌ　ａ　ＸはＷｙの最大値である。

０′）　第１０図は、溶接途中で開先間隔が変化したＩ
Ｌｊに、パラメータＵを一定にしておけば。

Ｘ方向のオランレート幅が適正値に制御できることの説
明図である。

（０動作の原理は、前記ＱＬ）〜（２）と同一であるが
。

第１０図の場合はりを一定の値Ｕ３に設定したことであ
る。開先間隔が異なっている時に。

Ｕが一定であると、開先間隔が大きい場合（実線で示す
）のオッシレ−１・幅ｗ７は開先間隔が小さい場合（点
線で示す）のオンジレート幅Ｗ８よりも大きくなること
は第１０図から自明なことである。即ち、Ｕに適正な値
を選んで置くと、開先間隔の変化によって自動的にＸ方
向のオンジレート幅Ｗが制御される。

（１）　以上、第９図から開先間隔が不変の場合Ｘ方向
のオンジレート幅ＷはＵの設定値によって制御できるこ
と。また、第１Ｏ図に示した開先間隔が変化している萌
適正なＵを設定することによってＸ方向のオンジレート
幅Ｗが変化し、開先間隔の変化に適応する制御ができる
ことを説明した。

し）　次に、第７図および第８図における（　Ｌｐ：’
　−ＬＥｗ’ｙ）の第３図に示したＸ方向オンジレート
の１サイクルの平均値ＬＥｍ’　は次のように演算する
ことができる。

＋ｎ　十１１　＋２ ０９シたがって、設定器２９の設定値Ｌｇｄと上述（→
のＬＥｎ？と全比較して、もしＬＦ、ｍ　’　＞　Ｌ　
Ｅ　。

ならば浴接ロボットのトーチ高さを制御する制御装置７
へ（ＬＥＩＩＩ’　ＬＥＤ　）　Ｋ比例する信−号を出
力しＬＥ＋□＋’　＝　Ｌａｄになるまで溶１妾ロボッ
トの各軸２，３，４．．５．６を制御する。逆ＶζＬＥ
Ｉ１１’　＜　Ｌｇｄならば、前述と同様ＶｃＬＥｍ　
’　＝　ＬＢｄｒＣなるまで溶接ロボットの各軸２１Ｊ
１４１５．６を制御する。

Ｑう　前述し）１体）ｉ／ζよってＬＥｍ’をＬＥ（Ｉ
　の値に常に保長することができる。

（う）　また、第７図および第８図における（　ＬＥ’
　（＝ＩＪＥ−ｗｙ））ノ第３図に示したオンジレート
幅であるが、△Ｉ）４０の時は、オツシレートｑコｌＢ
軸と被溶接物１６で形成される開先の’Ｉ’　ノｕ　Ｉ
１１＋が不一致であることを示している。只１］ち、△
Ｄ）０で６ｔｚば、オンジレート中心軸はυＨり己のｑ
コノＧ軸よシも右側に存在し、逆に△Ｉ）（０ならばオ
ッシレ−１・中心軸は開先の中心軸よシも左（１１［に
存在している。

に）従って△１）〉０ならば溶接ロボットの＃Ｊ妾線倣
いを制御する制４１１１装置７へ△Ｉ）に比ｆすする信
号を出力し、△Ｉ）−〇になる捷で溶接ロアＩイ：７　
トノ各１１Ｑ１２．　３．　４　、　５．　６　ｔｉｌ
ｉｌｌ’ｌａｌする。

逆に△１〕〈０ならば前述と同様に△Ｄ＝０にｆｘ　ル
まで浴接ロボットの各軸２　、　３　、　４　、　５゜
６を制御する。

（つ）　上記（う）、（勾によって、オツシレートｑコ
ノＢ位置を常に開先の中心位置に保持すること力；でき
る。

（→　以上で１本実施例によｎば開先１η隔力１変動し
た場合に、オンジレート幅がそ几に適応することまた、
トーチｌと被溶接物１６とのＷ巨離が変化しても常にＬ
Ｅを設定値Ｌｇｄに保持できること。さらに、溶接線が
設定位置′ｌＪ鵠ずＪ’してもそ！ｔに自動追随できる
ことを述ベブこ力；。

開先間隔が変動した場合、ワイヤ送給速度Ｖが一定で（
通常はこの状態である）、かつ溶接速度Ｓが一定であｔ
”ｔばビード高さが変ずヒづ−る。

（／／）従って、第９図、第１０図に示すようにディジ
クル電算機３５はオツシレー）　幅Ｗｊ　、　Ｗ６　。

Ｗ７＋　Ｗ８に演３ツ、することができるので、オンジ
レート幅Ｗの変化をフィートノくツクして１・−テｌの
移動速度を制御してビード高さ７５；均一になるように
する。

（，４）以上述べた操作（はすべて電Ｊ’）：　ｔｆｆ
ｉ　３５のフ゛ロクラムで制御されている。

以上実施例とともに具体的に説明したように本発明によ
ｎば開先間隔の変動１（対して自動自９にオンジレート
幅を適応させ、かつ溶接線を自動的に追随することがで
きるので欠陥のない溶接が実現でき、溶接ロボットの信
頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアーク溶接ロボットヲ示す構成図
、第２図は本発明に係る実施例の溶接回路及び演算処理
機構を示すブロック図、第３図はオンジレートパターン
とワイヤ突出し長さ１．Ｅの関係を示す特性図、第４図
は被溶接物を示す斜視図、第５図は第４図のＶ−■断面
における開先内でオンジレートした時のオンジレート幅
Ｗに対するワイヤ突出し長さＬＥの変化パターン全示す
説明図、第６図は第４図のＶｌ　−ＶＪ断面における開
先内でオンジレートした時のオンジレート幅Ｗに対する
ワイヤ突出し長さＬＥの変化パターンを示す説明図、第
７図および第８図は２次元にオンジレートした時に、板
厚方向のオランレート高さＷｙ　ｆ加味したワイヤ突出
し長さＬＥとオンジレート幅Ｗの関係を示す説明図。 第９図および第１０図は第７図および第８図のクランと
開先断面図との関係を示す説明図である。 図　面　中、 ｌは溶接１・−テ。 ２（はビード１頃斜叫１゜ ３は手醒旋回軸。 ４　ＨＪ　ｇ　６は移動軸、 ７ｉｌＳ１制御装置。 ８は電動駆動装置。 ９はアーク溶接機、 １３はワイヤ。 １６は被溶接物。 ２３は溶接電流検出器。 ２４は回転量・検出器。 ２９はワイヤ突出し長さ設定ｚ：り。 ３５はディンタル電ｎ機。 ４２は溶接条件設定器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 任意の１・−チ姿勢をとりながら任意の三次ノし空間に
   移動される溶接トーチをオンシレー１・させながら、消
   耗電極（ワイヤ）を（史用してアーク溶接を行うアーク
   溶接ロボットにおいて、溶接′電流（ｌａ：平均電流、
   ＩＣ二実効電流）、ワイヤ送給油慶ｔｖ）を検出ずろ検
   出手段と、上記溶接電流（Ｉｎ、ｌｅ）及び・上記ワイ
   ヤ送給速瓜（ｖ＋を演算ずろことによってワイヤ突出し
   長さ　ｆＬＥ）をめる演算手段と、溶接１・−チのオッ
   シレートによる上記ワイヤ突出し長さ　（Ｌ−の変化バ
   ターレから」二記溶接１・−ヂのオンシレーｊ・中心位
   置と被溶接物で構成されろ継手の中心位置との偏差およ
   び開先面を認知し、上記オラン１−−−１・中心位置と
   継手の中心位置との相対位置か設定どおりになるように
   宮に溶接１−−チの位置を聞先幅方向およびＩｊｔＪ先
   幅と直角方向の二次元的制御によって制御してアーク点
   が溶接線を自動的に倣うようにし、更に開先間隔の変化
   に応してオッシし・−１・＋ｌｒａを自動調整ずろと共
   にン容接ｊ虫」度ｔｓ＋を制御しで１５１■先間隔が変
   化しても一バに一定のヒーｊ〜高さか得られるＪ、うに
   ずろ制御装置と、を倫えたことを特徴とするアーク溶接
   ロホ、ノド。