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    公开号:WO1989001381A1
    申请号:PCT/JP1988/000819
    申请日:1988-08-18
    公开日:1989-02-23
    发明作者:Kenichi Toyoda；Nobutoshi Torii；Shigehiro Morikawa
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:B23K9-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 害
    [0002] 溶接ロボッ ト によるウイ一ビング溶接方法
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は、 アークセンサを用いて溶接方向 （溶接線〉 を修正制御可能と した、 溶接ロボッ トによるウイ一ビン グ溶接方法に閭し、 特に、 各種板厚の被溶接物 （以下、 ワークという） を好適に溶接可能にしたウィービング溶 接方法に閬する。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] ワークの溶接精度を向上させ、 また、 大きい脚長を得 るために、 消耗電極式アーク溶接において、 溶接ト ーチ を溶接線横断方向にウィービング （揺動） させるウイ一 ビング溶接方法が用いられている。 この溶接法において、 典型的には、 ワーク半部の接合面同士を互いに接合させ たワークを溶接ロボッ ト に対して所定の位置関係に配し た状態で、 ワーク接合面の延在方向 （以下、 開先中心線 という） に沿う複数の目標点における、 ロボッ トの、 溶 接ト ーチを把持したハン ドを含む各種作動部の作動状態 がロボッ トに予め教示ざれる （以下、 ロボッ トへの所定 軌跡の教示という）。 その後、 口ポッ トを'この所定軌跡 に沿って運転し、 所要の溶接作業を行う。 しかしながら、 ワーク加工誤差， ロボッ トに対するワークのセッティン グ誤差， 溶接中の熱歪み等に起因して、 ロボッ トを所定 軌跡に沿って運転した場合にも溶接ト ーチの実際の作動 軌跡すなわち溶接線が閲先中心線からずれることがある。 これを是正するため、 典型的には、 第 9図ないし第
    [0007] 1 1図に示すように、 溶接方向が修正される。 すなわち、 ワーク Wの開先内で開先中心線に沿って移動されかつ開 先中心 W Cを揺動中心として開先中心線横断方向にウイ 一ビングされる溶接トーチ 1からのワイヤ 3の突出長さ が、 溶接トーチのウィービング位 に応じて自動的に調 節される。 そして、 このウイャ突出長の変化に伴って変 化する溶接電流がアークセンサによって検出ざれる。 次 いで、 開先中心線に整合するように予めロポッ トに教示 しておいた溶接ト ーチ 1の所定軌跡と実際の軌跡 （溶接 線） とがずれているか否かを上記検出結果に基づ^て判 別し、 この判別結果に応じて溶接方向が自動的に修正さ れる。 図中、 参照符号 2はワイヤ 3への耠電を行うため のコンタク トチッブである。
    [0008] 次に、 溶接方向の修正制御についてさらに説明する。 ここで、 溶接ト ーチ 1のウィービング方向における左方 最大振幅位置， 右方最大振幅位置 （以下、 それぞれ左端 位萤および右端位置という） および中心位置をそれぞれ T L , T Rおよび T Cとする。 ウィービング中心位置
    [0009] T Cが開先中心 W Cと一致している場合、 両端位瑟 T L， T Rにおけるワイヤ突出長が互いに同一に、 従って、 両 該位 gでの溶接電流 I L， I Rが第 1 2図に示すように 互いに同一となる。 一方、 第 1 0図または第 1 1図に示 す、 ウイ一ビング中心位置 T Cが閡先中心 W Cからずれ た状態では、 ウィービング両端位匿 T L， T Rにおける 溶接電流値 I L， I Rは互いに一致しなく なる。 例えば、 第 1 0図に示すように、 開先中心 WCに閬しウイ一ビン グ中心位 ST Cが左側にずれていると、 ウィービング左 端位置 T Lにおけるヮィャ突出長は右端位置 T Rにおけ るそれよ りも短くなり、 従って、 第 1 3図に示すように、 左端位萤 T Lでの溶接電流値 I Lは右端位 gでの値 I R よりも大き くなる。 反対に、 第 1 1図に示すように、 中 心位箧 T Cが右側にずれていると、 溶接電流値 I Rが値 I Lよ りも大き くなる。
    [0010] そこで、 従来は、 ウィービング両端位匿 T L， T Rに おける溶接電流 I L， I Rをアークセンサでそれぞれ検 出し、 これら溶接電流が互いに一致するように、 換言す れば、 ウイ一ビング中心位 gT Cが開先中心 WCと整合 するように、 溶接ト ーチ 1のウィービング方向位置を制 御している。 すなわち、 第 1 0図の場合は矢印 5で示す 方向に、 第 1 1図の場合は矢印 6方向に溶接ト ーチ 1 を 移動させて、 ウィービング中心位置 T Cを開先中心 WC に整合させている。
    [0011] また、 溶接ト ーチ位置を修正するために、 ウイ一ビン グ中心位 ST Cと左端位箧 T L間の溶接電流の積分値
    [0012] S Lと、 中心位置 T Cと右端位 gT R間の積分値 S Rと をアークセンサで求め、 両該積分値が一致するように溶 接ト ーチ 1のウィービング中心位置 T Cを補正する方法 が知られている （例えば、 日本国特開昭 57-124574号公 報を参照）。 しかしながら、 上記従来法によれば、 薄板から厚板ま での溶接を同一のウィービングパターンで行うことが困 難である。 すなわち、 開先中心 W Cおよびその近傍では ワイヤ突出長の増大に伴つて溶接電流が小さくなるため、 ワークへのワイヤの溶込み不足が生じることがあり、 特 に、 厚板を溶接する場合にこの傾向が著しくなる。 そこ で、 ワークの板厚が厚くなるほどウイ一ビング速度を小 さくする必要がある。 - また、 特に薄板を溶接する場合に溶接作業部位におけ る溶融池および溶接ビー ドの形成に起因して、 溶接ト ー チのウィービングに伴うヮィャ突出長の有効変化量ひい ては溶接電流の変化量が小さくなり、 アークセンサによ る溶接電流検出感度が低下する。
    [0013] 発 明 の 開 示
    [0014] 本発明の目的は、 薄板から厚板までのワークを同一の ウィービングパターンで好適に溶接可能な、 溶接ロボッ トによるウィービング溶接方法を提供することにある。 上述の目的を達成するため、 本発明の、 溶接ロボッ ト によるウィービング溶接方法は、 （ a ) 予めロボッ トに 教示した所定の溶接方向軌跡に沦つて、 かつ、 実質的に 所定突出長に維持されたヮィャの先端がヮーク壁面に沿 つて移動するように溶接トーチの軸線方向に前記溶接ト ーチを移動させつつ前記所定の溶接方向軌跡上の一連の 点を揺動中心として該所定の溶接方向軌跡を横断する方 向に前記溶接ト ーチをウィービングさせる工程と、 （ b〉 前記溶接ト ーチの移動に伴う溶接電流の変化を検出する 工程と、 （ c ) 前記検出溶接電流変化に応じて前記溶接 ト ーチの溶接方向を修正する工程とを備える。
    [0015] 上述のように、 本発明によれば、 ワイヤ突出長を実質 的に所定長に維持した状態で溶接ト ーチをワーク壁面に 、つて移動させつつウィービングさせ、 ウィービング方 向中央部での有効ワイヤ突出長がウィービング方向両端 部におけるそれよ りも短くなるようにしたので、 当該中 央部での溶接電流の低下に起因するワイヤのワークへの 溶込み不足を回避でき、 もって、 各種板厚かつ各種脚長 のワークを同一のウィービングパターンでかつ高品質で 溶接できる。
    [0016] 図面の簡単な説明
    [0017] 第 1 図は本発明の一実施例によるウィービング溶接方 法を、 溶接ト ーチのウィービング方向中心位匿が開先中 心と合致する正常状態で示した一部横断面概略正面図、 第 2図はウイ一ビング中心位 gが開先中心から左側にず れた状態を示す第 1図と同様の図、 第 3図はウイ一ビン グ中心位 gが閲先中心から右側にずれた状態を示す第 1 図と同様の図、 第 4図は第 1図の状態での溶接電流とゥ イービング位 gとの閬係を示すグラフ、 第 5図は第 2図 の状態に関連する第 4図と同様のグラフ、 第 6図は第 3 図の状態に閬連する第 4図と同様のグラフ、 第 7図は上 記実施例のウィービング溶接方法での、 溶融金属の存在 によるウィービング方向におけるワイヤ有効突出長の変 化および溶接ト ーチの移軌経路の変形例を示す一部横断 面概略正面図、 第 8図は上記実施例のウィービング溶接 方法が適用される、 溶接方向にコーナ点を有するワーク を示す概略斜視図、 第 9図は従来のウィービング溶接方 法を示す第 1図と同様の図、 第 1 0図は上記従来法での 第 2図と同様の図、 第 1 1図は上記従来法での第 3図と 同様の図、 第 1 2図は第 9図の状態に関連する溶接電锍 変化を示すグラフ、 第 1 3図は第 1 0図の状態に関連す る第 1 2図と同様のグラフ、 第 1 4図は第 1 1図の状態 に閬連する第 1 2図と同様のグラフ、 および、 第 1 5図 は本発明の上記実施例によるウイ一ビング溶接方法を実 施するための溶接ロボッ トを例示する概略ブロック図で あ ¾ο
    [0018] 発明を実施するための最良の形態
    [0019] 第 1図を参照すると、 ワーク Wは、 互いに接合される べき第 1 および第 2のワーク半部よりなり、 両ワーク半 部は溶接作業に先立って後述する溶接ロボッ トに設定し たロボッ ト座標系において所定の位置にかつ互いに所定 の角度 （以下、 開先角度という〉 をなしてセッ トされて いる。 図において両ワーク半部の接合面 （以下、 接合面 の溶接ト ーチ 1側の側縁を開先中心線という〉 は紙面に 垂直に延びている。 参照符号 2および 3は、 溶接トーチ 1のコンタク トチップおよびワイヤを示す。
    [0020] 本実施例によるウイ一ビング溶接方法において、 溶接 Gボッ トの手首部に装着ざれた溶接ト ーチ 1は、 ワーク Wの開先中心線に沦つて移動されると共に開先中心 W C を揺動中心とし、 かつ、 溶接ト ーチ 1側すなわちワーク Wの上方から見たとき開先中心線と所定角度をなして開 先中心線模断方向にウィービング （揺動） される。 そし て、 この溶接ト ーチ 1のウィービングは、 中心位匿 T C を中心と しかつ左方最大振幅位置 （以下、 左端位置とい う） T Lと右方最大振幅位置 （以下、 右端位 gという） T Rとの間において行われ、 しかも、 コンタク トチッブ 2からのワイヤ 3の突出長と、 ワイヤ 3の先端と両ヮー ク半部の溶接ト ーチ側壁面との間の距離とを略一定に保 つた状態で行われる。 すなわち、 ワーク Wの横断面で見 た場合、 溶接ト ーチ 1 は、 該ト ーチがウィービング中心 位箧 T Cをとつたときのワイヤ 3の先端位瑟に対応する、 ト ーチ軸線方向および開先中心線横断方向における ト ー チ移動位置を屈曲点としてワーク Wの壁面に略平行に移 動する。 従って、 溶接ト ーチ 1 は、 開先中心線方向およ び開先中心線横断方向に加えて溶接ト -チ軸線方向にも 移勅する。 そして、 この溶接ト ーチ移動を行うため、 こ れら 3つの移動方向成分を含む所定の溶接ト ーチ軌跡が ロボッ ト に予め教示される。
    [0021] 溶接作業時、 溶接トーチ 1のウィービング位 gにかか わらずワイヤ 3の突出長を略所定値に維持するように、 消耗電極としてのワイヤ 3が従来公知の如く ワーク Wに 向けて送り出される。 その一方で、 第 7図に示すように、 溶接ビー ドを形成する溶融金属 8が溶接作業部位に存す るので、 溶接ト ーチ 1のウィービング中心位置 T Cおよ びその近傍におけるワイヤ 3の有効突出長は、 ウイ -ビ ング両端位蠹 T L , T Rおよびその近傍における有効突 出長よりも短くなる。 この結果、 溶接トーチ 1がウイ一 ビング方向中央部にあるときの溶接電流が、 両端部にあ るときの溶接電流よりも大きくなり、 従来法において発 生したウィービング方向中央部での溶接電流低下に起因 するワイヤ 3のヮーク Wへの溶込み不足が緩和される。
    [0022] 正常な溶接作業時、 第 1図に示すように、 溶接ト ーチ 1の溶接方向への移動軌跡 （溶接線） とロボッ トに教示 した所定の溶接方向軌跡とがー致し、 従って、 ヮ ク W の開先中心 W Cと溶接ト ーチ 1のウイ一ビング中心位箧 T Cとが整合する。 すなわち、 溶接トーチ 1がゥイービ ング中心位 g T Cにあるとき、 ワイヤ 3の先端は開先中 心 W Cに整合する。 この場合、 溶接トーチ 1 は、 該ト ー チが中心位 g T Cにあるときのト ーチ軸線方向およびゥ ィ一ビング方向における トーチ移動位置を揺動中心とし かっこの揺動中心 （屈曲点） で開先角度と同一角度だけ 移動方向が変わる、 ト ーチ軸線方向および開先中心線横 断方向における所定の軌跡に沿って、 すなわち、 ワイヤ 3先端がワーク Wの壁面と所定距離だけ離隔した状態で、 ワーク壁面に略平行に移動する。 そして、 第 4図に示す ように、 溶接電流は、 溶接トーチ 1がウィービング中心 位 g T Cにあるとき最大値 I Cをとり、 両端位 g Tし， T Rにあるとき互いに等しい最小値 I L， I Rをとる。 また、 溶接ト ーチ 1 がウィービング左端位 g T Lから中 心位 g T Cまでまたは中心位置 T Cから右端位置 T Rま で移動する期間 （以下、 それぞれ左側および右側ウイ一 ビング 1 / 4周期という） についての溶接電流の積分値 S L , S Rが互いに同一となる。
    [0023] —方、 第 2図に示すように、 実際の溶接線が所定の溶 接方向軌跡から左側にずれている場合、 溶接ト ーチ 1が ウィービング左端位 g T Lをとるときワイヤ 3の先端と ワーク Wの壁面間距雜が短くなり、 また、 右端位 S T R をとるとき両者間距離が大きくなる。 この結果、 第 5図 に示すように、 ウィービング左端位置 T Lでの溶接電流 が右端位置 T Rでのそれよりも大きくなり、 また、 左側 ウィービング 1 4周期についての溶接電流積分値 S L が右側ウィービング 1 4周期についての積分値 S Rよ りも大き くなる。 また、 第 3図に示すように、 実際の溶 接線が所定軌跡から右側にずれている場合、 ウイ一ビン グ右端位置 T Rでの溶接電流 I Rが左端位置 T Lでの溶 接電流 I Lよりも大きく、 右側 1 / 4周期の積分値 S R が左側 1 ノ 4周期の積分値 S Lよ りも大き くなる。
    [0024] 上述のように、 実際の溶接線が所定軌跡からずれた場 合、 溶接ト ーチ 1 の揺動方向位置ひいては溶接方向が修 正ざれる。 すなわち、 後述のアークセンサにより検出し たウィービング左端位置 T Lでの溶接電流 I Lが右端位 置 T Rでの溶接電流 I Rよりも大きければ、 後述のロボ ッ トの制御裝 gは第 2図に示す場合であると判断し、 両 溶接電流 I L， I Rが互いに等しくなるまで、 実際の溶 接線が右側にシフ トするように溶接方向を修正する。 ま た、 ウイ一ビング右端位置 T Rでの検出溶接電流 I Rが 左端位置 T Lでの検出溶接電流 I Lよりも大きければ、 第 3図の場合であると判断して実際の溶接線が左側にシ フ トするように溶接方向を修正する。 この結果、 ワーク Wの製作誤差， ロボッ ト座標系におけるセッチイング誤 差または溶接中のワーク Wの熱歪等に起因して、 実際の 溶接線が開先中心線からずれた場合、 このずれが直ちに 修正され、 開先中心線に沿って溶接が行われる。
    [0025] 上記実施例ではウイ一ビング両端位瑟での検出溶接電 流 I L， I Rについての比較結果に応じて溶接方向を修 正したが、 これに代えて、 左側および右側ウィービング 1 / 4周期についての溶接電流積分値 S L， S Rをァー クセンサを用いて検出し、 両者についての比較結果に応 じて溶接方向を修正しても良い。 即ち、 左側ウイ一ビン グ 1 / 4周斯の積分値 S Lが右側ウィービング 1 / 4周 期の積分値 S Rよ りも大きいときには両積分値が互いに 等しくなるまで溶接トーチ 1を右側にシフ トさせ、 積分 値 S Lが積分値 S Rよりも小さいときには溶接ト ーチ 1 を左側にシフ ト させる。
    [0026] また、 上記実施例では、 第 7図に破線で示すように、 溶接ト ーチ 1 をワーク壁面と平行に移動ざせたが、 この 場合、 溶接条件， 開先形状によってはト一チ移動に伴う 溶接電流変化が小さくなり、 開先中心線からの実際の溶 接線のずれについての検出感度が不十分になることがあ る。 斯かる場合には、 ウィービング中心位置 T Cでのト ーチ移動経路の屈曲角をワーク開先角度よ りも鋭角に設 定し、 ウィービング両端位萤での溶接電流を低減させて 溶接電流変化を增大させ、 検出感度を向上させるように しても良い。
    [0027] 上記実施例および変形例によるウイ一ビング溶接方法 は、 第 8図に示すように、 ワーク Wの開先中心線 1 1に コーナ点がある場合にも適用可能である。 この場合、 溶 接開始点 P 1および溶接終了点 P 2においてロボッ トへ の教示を行えば、 溶接方向を修正しつつ溶接が開先中心 鎵 1 1 に沿って実行される。 図中、 符号厶 aはコーナ点 の角度を示し、 該コーナ角度は例えば 26度である。
    [0028] 第 1 5図は上記実施例および変形例によるウイ一ビン グ溶接方法を実施するための溶接ロボッ ト を例示する。 溶接ロボッ トは、 基本的には従来公知のように構成され、 即ち、 溶接ト ーチ 1が装着される手首部を含むロボッ ト 機構部 1 0と、 溶接ト ーチ 1 に接統されたアーク溶接電 源コン ト ローラ 20と、 両者を制御するための制御装置 30とを備える。 この制御装 S3 0は、 中央処理装瑟
    [0029] (以下、 C P Uという〉 3 1 と、 この C P U 3 1にバス 39を介してそれぞれ接統された R OMメモリ 32，
    [0030] RAMメモリ 33， 教示操作盤 34， 軸制御器 36およ び溶接機インターフヱイス 38と、 軸制御器 36に接統 ざれロボッ ト機構部 1 0の各軸のサーボモータ （図示省 略） を駆動制御するためのサーポ回路 3 7とを含む。 溶接ロボッ ト は第 1図ないし第 8図を参照して説明し たように作動する。 付言すれば、 ロボッ トへの教示時、 教示操作狻 3 4を介してロボッ トが操作され、 ロボッ ト 機構部 1 0の各部に配設された各種センサ （図示省略） からの、 ロボッ ト各部の作動状態を表す検出データが図 示しない入出力回路を介して R A Mメモリ 3 3に記憶さ れる。 そして、 溶接時、 C P U 3 1により溶接機インタ 一フェイス 3 8を介して溶接電流が読み取られる《 すな わち、 C P U 3 1 はアークセンサとしても機能する。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . ( a ) 予めロボッ ト に教示した所定の溶接方向軌跡 に沿って、 かつ、 実質的に所定突出長に維持されたヮ ィャの先端がワーク壁面に沿って移動するように溶接 ト ーチの軸線方向に前記溶接ト ーチを移動させつつ前 記所定の溶接方向軌跡上の一連の点を揺動中心として 該所定の溶接方向軌跡を模断する方向に前記溶接ト ー チをウイ一ビングさせる工程と、
    ( b ) 前記溶接ト ーチの移動に伴う溶接電流の変化 を検出する工程と、
    ( c ) 前記検出溶接電流変化に応じて前記溶接ト一 チの溶接方向を修正する工程とを備える、 溶接ロボッ トによるウイ一ビング溶接方法。
    2 . 前記工程 （ a ) において、 前記ワイヤの先端がヮー ク壁面に平行に移動するように前記溶接ト ーチを移動 させる請求の範囲第 1項記載の溶接ロボッ トによるゥ ィ一ビング溶接方法。
    3 . 前記工程 （ a〉 において、 前記ワイヤの先端がヮー ク壁面がなす角度よりも鋭角な角度をなして前記所定 の溶接方向軌跡模断方向および前記ト ーチ軸線方向に 延びる所定のウィービング軌跡に 、つて移動するよう に、 前記溶接ト ーチを移動させる請求の範囲第 1項記 載の溶接ロボッ ト によるウイ一ビング溶接方法。
    4. 前記工程 （ b ) において、 前記溶接ト ーチが前記所 定の溶接方向軌跡横断方向における一方の最大振幅位 置をとつたときの溶接電流と、 他方の最大振幅位置を とったときの溶接電流との偏差を、 前記溶接電流変化 として検出する請求の範囲第 1項， 第 2項または第 3 項記載の溶接ロボッ トによるウィービング溶接方法。
    前記工程 （ b ) において、 前記溶接ト ーチの前記所 定の溶接方向軌跡横断方向での中心位 gに閬して一方 のウイ一ビング 1 Z 4周期における溶接電流積分値と、 他方のウイ一ビング 1 Z 4周斯における溶接電流積分 値との偏差を、 前記溶接電流変化として検出する請求 の範囲第 1項， 第 2項または第 3項記載の溶接ロボッ トによるウイ一ビング溶接方法。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0338078A1|1989-10-25|
    KR890701274A|1989-12-19|
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    JPS6448677A|1989-02-23|
    EP0338078B1|1992-05-20|
    EP0338078A4|1989-11-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-02-23| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US |
    1989-02-23| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1989-02-23| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988907367 Country of ref document: EP |
    1989-10-25| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988907367 Country of ref document: EP |
    1992-05-20| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1988907367 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP62204081A|JPH0818132B2|1987-08-19|1987-08-19|ア−クセンサを用いたウィ−ビング溶接方法|
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