(57)【要約】【課題】複数台の溶接ロボットを備える溶接システムにおいて、溶接ロボットの待ち時間を低減させる。【解決手段】溶接システムは、第１溶接ロボット１と第２溶接ロボット２とを備える。第１溶接ロボット１は、ワーク上に第１の溶接層を形成する。第２溶接ロボット２は、第１溶接ロボット１とは別の溶接ロボットであり、第１の溶接層に重ねて第２の溶接層を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物上に第１の溶接層を形成する第１溶接ロボットと、
前記第１溶接ロボットとは別の溶接ロボットであり、前記第１の溶接層に重ねて第２の溶接層を形成する第２溶接ロボットと、
を備える溶接システム。
【請求項２】
前記第２溶接ロボットは、前記第１溶接ロボットによる前記第１の溶接層の形成中に並行して前記第２の溶接層の形成を行う、
請求項１に記載の溶接システム。
【請求項３】
前記第１溶接ロボットは、前記第１の溶接層を形成する際に、予め設定された溶接位置を補正するための補正変位量を取得し、前記補正変位量を前記第２溶接ロボットに送信し、
前記第２溶接ロボットは、予め設定された溶接位置を前記補正変位量によって補正して前記第２の溶接層の形成を行う、
請求項１または２に記載の溶接システム。
【請求項４】
第１溶接ロボットと、前記第１溶接ロボットとは別の第２溶接ロボットとを備える溶接システムの制御方法であって、
被溶接物上に前記第１溶接ロボットによって第１の溶接層を形成させるステップと、
前記第２溶接ロボットによって、前記第１の溶接層に重ねて第２の溶接層を形成させるステップと、
を備える溶接システムの制御方法。
【請求項５】
前記第１溶接ロボットによる前記第１の溶接層の形成と前記第２溶接ロボットによる前記第２の溶接層の形成とは並行して行われる、
請求項４に記載の溶接システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接システムおよび溶接システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の溶接システムには、複数台の溶接ロボットによって同一のワーク（被溶接物）を溶接するものがある（特許文献１参照）。各溶接ロボットは、別々の溶接線の溶接を行う。従って、多層盛溶接が行われる場合、１つの溶接線を構成する複数の溶接層の形成は、１つの同じ溶接ロボットによって行われる。
【特許文献１】特開２００４−３３０２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような溶接システムでは、各ロボットが溶接する時間が異なることが多い。このため、最も溶接時間が長いロボットの溶接完了まで、他のロボットは停止して待つことになる。すなわち、溶接時間が長いロボットに合わせるために他のロボットに待ち時間が発生する。このため、溶接システム全体での溶接の完了までの時間が長くなり、作業効率が低下する恐れがある。
【０００４】
本発明の課題は、複数台の溶接ロボットを備える溶接システムにおいて、溶接ロボットの待ち時間を低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る溶接システムは、第１溶接ロボットと第２溶接ロボットとを備える。第１溶接ロボットは、被溶接物上に第１の溶接層を形成する。第２溶接ロボットは、第１溶接ロボットとは別の溶接ロボットであり、第１の溶接層に重ねて第２の溶接層を形成する。
【０００６】
この溶接システムでは、同じ溶接線を構成する第１の溶接層と第２の溶接層とが別の溶接ロボットによって形成される。すなわち、同じ溶接線が複数の溶接ロボットによって溶接される。このため、溶接ロボットの待ち時間を低減することができる。
【０００７】
第２発明に係る溶接システムは、第１発明の溶接システムであって、第２溶接ロボットは、第１溶接ロボットによる第１の溶接層の形成中に並行して第２の溶接層の形成を行う。
【０００８】
この溶接システムでは、第１溶接ロボットが第１の溶接層を形成している間に、第２溶接ロボットが第２の溶接層の形成を行う。これにより、溶接ロボットの待ち時間を低減することができる。
【０００９】
第３発明に係る溶接システムは、第１発明または第２発明に係る溶接システムであって、第１溶接ロボットは、第１の溶接層を形成する際に、予め設定された溶接位置に対する補正変位量を取得し、補正変位量を第２溶接ロボットに送信する。第２溶接ロボットは、予め設定された溶接位置を補正変位量によって補正して第２の溶接層の形成を行う。
【００１０】
この溶接システムでは、第１溶接ロボットが取得した補正変位量を利用して、第２溶接ロボットが溶接位置の補正を行うことができる。
【００１１】
第４発明に係る溶接システムの制御方法は、第１溶接ロボットと、第１溶接ロボットとは別の第２溶接ロボットとを備える溶接システムの制御方法である。この制御方法は、被溶接物上に第１溶接ロボットによって第１の溶接層を形成させるステップと、第２溶接ロボットによって、第１の溶接層に重ねて第２の溶接層を形成させるステップと、を備える。
【００１２】
この溶接システムの制御方法では、同じ溶接線を構成する第１の溶接層と第２の溶接層とが別の溶接ロボットによって形成される。すなわち、同じ溶接線が複数の溶接ロボットによって溶接される。このため、溶接ロボットの待ち時間を低減することができる。
【００１３】
第５発明に係る溶接システムの制御方法は、第４発明の溶接システムの制御方法であって、上記の第１溶接ロボットによる第１の溶接層の形成と、上記の第２溶接ロボットによる第２の溶接層の形成とは、並行して行われる。
【００１４】
この溶接システムの制御方法では、第１溶接ロボットが第１の溶接層を形成している間に、第２溶接ロボットが第２の溶接層の形成を行う。これにより、溶接ロボットの待ち時間を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、同じ溶接線を構成する第１の溶接層と第２の溶接層とが別の溶接ロボットによって形成される。このため、溶接ロボットの待ち時間を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
〔構成〕
本発明の一実施形態に係る溶接システムを図１および図２に示す。この溶接システムは、第１溶接ロボット１と第２溶接ロボット２とを含む複数の溶接ロボットを備える。
【００１７】
第１溶接ロボット１は、第１ロボットアーム１１と、複数のモータ１２（図２参照）と、第１溶接トーチ１３と、第１コントローラ１４（図２参照）とを有する。第１ロボットアーム１１は、互いに回転可能に連結された複数のアーム部材を有しており、台座に固定されている。モータ１２は、各アーム部材を駆動することにより、第１ロボットアーム１１を動作させる。なお、複数のモータ１２には、それぞれエンコーダ１５が付設されている。エンコーダ１５は、各モータ１２の回転角度を検出して第１コントローラ１４に送る。第１溶接トーチ１３は、第１ロボットアーム１１の先端に設けられており、ワイヤ送り装置１９および溶接電源装置２０に接続されている。溶接トーチ１３は、ワイヤ送り装置１９から供給された溶接ワイヤを先端部から送出しながら通電することによってワークの溶接を行う。なお、図２では、１組のモータ１２およびエンコーダ１５のみを図示しており他のモータ１２およびエンコーダ１５は省略している。第１コントローラ１４は、溶接プログラムに従って第１溶接トーチ１３の制御点を所定の溶接位置に移動させてワークの溶接を行う。制御点としては、第１溶接トーチ１３の先端が設定される。
【００１８】
第１コントローラ１４は、図２に示すように、記憶部１６と、演算部１７と、通信部１８とを備える。記憶部１６は、溶接プログラムを記憶する。演算部１７は、溶接プログラムを実行して第１ロボットアーム１１および第１溶接トーチ１３を制御することにより、ワークの溶接を行う。溶接プログラムは、予め第１コントローラ１４に入力された２つの教示点から基準溶接線を設定する。例えば、図３に示すように、溶接の開始位置Ｐａと終了位置Ｐｂとの位置が教示点として第１コントローラ１４に入力され、開始位置Ｐａと終了位置Ｐｂとを結んだ線が図示しない仮想の開先における基準溶接線Ｌｗ１として設定される。
【００１９】
ここで、実際に溶接が行われると、熱によってワークが変形することにより、基準溶接線Ｌｗ１と実際の開先の中心位置との間にズレが生じる。このため、溶接プログラムは、基準溶接線Ｌｗ１を補正するための倣い機能を有している。倣い機能は、図３に示すように、基準溶接線Ｌｗ１から実際の溶接位置とのずれを示す補正変位量Ｗｋを所定間隔ごとに取得し、補正変位量Ｗｋを用いて基準溶接線Ｌｗ１を補正する機能である。これにより、溶接トーチ１３は、実際の開先の中心位置に沿った溶接線Ｌｗ２を形成することができる。
【００２０】
なお、倣い機能ではアークセンサによって溶接トーチ１３の制御点の位置と実際の開先の中心位置とのズレ量が検出される。アークセンサによって以下のようにして実際の開先の位置を検出する。まず、溶接トーチ１３の先端から所定長さの溶接ワイヤを突き出させ、溶接ワイヤとワークとの間にセンシング電圧を印加する。そして、溶接トーチ１３を開先内でウィービングさせながら移動させる。この際、溶接ワイヤと開先とが接触したときに生じる電圧低下が検知されることにより、実際の開先の位置が検知される。
【００２１】
通信部１８は、第２溶接ロボット２などの他の溶接ロボットとの間でデータの送受信を行うための部分である。
【００２２】
第２溶接ロボット２は、第１溶接ロボット１とは別のロボットであり、第２ロボットアーム２１と、複数のモータ２２（図２参照）と、第２溶接トーチ２３と、第２コントローラ２４とを有する。第２ロボットアーム２１、複数のモータ２２、第２溶接トーチ２３は、それぞれ第１溶接ロボット１の第１ロボットアーム１１、複数のモータ１２、第１溶接トーチ１３と同様である。第２コントローラ２４は、第１コントローラ１４と同様に、記憶部２６と、演算部２７と、通信部２８とを有する。また、モータ２２にはエンコーダ２５が付設されている。第２溶接トーチ２３は、ワイヤ送り装置２９および溶接電源装置３０と接続されている。
【００２３】
他の溶接ロボットについても、第１溶接ロボット１および第２溶接ロボット２と同様の構成である。
【００２４】
〔溶接制御〕
以下、第１溶接ロボット１および第２溶接ロボット２のコントローラ１４，２４が実行する溶接制御について説明する。この溶接制御では、第１溶接ロボット１と第２溶接ロボット２とが同じ溶接線の溶接を並行して行うことによって、多層盛溶接が行われる。具体的には、図４（ａ）に示すように、まず時点ｔ１に第１溶接ロボット１が第１溶接線（＃１）の溶接を開始する。このとき、第１溶接ロボット１は、第１溶接線（＃１）の第１層の溶接層を形成する。次に、時点ｔ１から僅かに遅れて時点ｔ１’に第２溶接ロボット２が第１溶接線（＃１）の溶接を開始する。このとき、第２溶接ロボット２は、第１溶接ロボット１が形成した第１の溶接層に重ねて、第２の溶接層を形成する。その後、時点ｔ２において第１溶接ロボット１による第１溶接線（＃１）の溶接が完了する。すなわち、第１の溶接層の形成が完了する。その後、時点ｔ２’において、第２溶接ロボット２による第１溶接線（＃１）の溶接、すなわち、第２の溶接層の形成が完了する。従って、時点ｔ１’から時点ｔ２までの間は、第１溶接ロボット１と第２溶接ロボット２とが同時に第１溶接線（＃１）の溶接を行っている。
【００２５】
第１溶接ロボット１において第１溶接線（＃１）の第１の溶接層の形成が行われる際の溶接制御のフローチャートを図５に示す。
【００２６】
第１の溶接層の溶接が開始されると、ステップＳ１において、タイマーｔのカウントが開始される。
【００２７】
ステップＳ２において、溶接の開始位置Ｐａと終了位置Ｐｂ（図７参照）間の距離Ｌと溶接速度Ｖ１とから移動時間Ｔｍ１が算出される（Ｔｍ１＝Ｌ／Ｖ１）。溶接の開始位置Ｐａと終了位置Ｐｂは、溶接制御の開始前に、予めオペレータによって教示点として設定されており、記憶部１６に記憶されている。また、溶接速度Ｖ１も予めオペレータによって設定され、記憶部１６に記憶されている。
【００２８】
ステップＳ３では、時間Δｔ０ごとの溶接トーチ１３の制御点の位置ＸＹＺと姿勢とが算出される。ここでは、エンコーダ１５によって各モータ１２の回転角が検出され、検出された回転角に基づいて制御点の位置と姿勢とが算出される。
【００２９】
ステップＳ４では、アークセンサによって移動距離Δｄごとのズレ量ΔＷｋが検出される。なお、ズレ量ΔＷｋは、ｋ番目の検出時におけるズレ量を示している。
【００３０】
ステップＳ５では、補正変位量Ｗｋ（図７参照）が算出される。ここでは、前回、算出された補正変位量Ｗｋ−１に、今回、検出されたズレ量ΔＷｋが加えられて、現在の補正変位量Ｗｋが算出される。すなわち、ズレ量ΔＷｋは、現在の制御点と実際の開先の位置とのズレ量を示すため、溶接の開始位置Ｐａからのズレ量ΔＷｋを積算することによって、基準溶接線Ｌｗ１と実際の開先の位置とのズレ量に相当する補正変位量Ｗｋが求められる。
【００３１】
ステップＳ６では、補正変位量Ｗｋが記憶部１６に保存される。
【００３２】
ステップＳ７では、補正変位量Ｗｋを含む補正データが第２溶接ロボット２に送信される。
【００３３】
ステップＳ８は、目標位置が算出される。ここでは、制御点の位置ＸＹＺに（「制御点の位置ＸＹＺに対応する基準溶接線Ｌｗ１上の位置に」では？）補正変位量Ｗｋを加算することにより、目標位置が算出される。
【００３４】
ステップＳ９では、モータ１２の制御が行われる。ここでは、目標位置と姿勢とから第１溶接ロボット１の各モータ１２の目標角度が算出され、各モータ１２の回転角度が目標角度になるように各モータ１２が制御される。
【００３５】
ステップＳ１０では、タイマーｔが移動時間Ｔｍ１に達したか否かが判定される。タイマーｔが移動時間Ｔｍ１に達した場合には、第１溶接ロボット１による溶接が終了される。すなわち、第１の溶接層の形成が終了する。タイマーｔが移動時間Ｔｍ１に達していない場合は、ステップＳ３に戻り、第１の溶接層の形成が続けられる。
【００３６】
次に、第２溶接ロボット２において第１溶接線の第２の溶接層の形成が行われる際の溶接制御のフローチャートを図６に示す。なお、第２溶接ロボット２は、この溶接制御の実行と並行して、第１溶接ロボット１から補正データを順次受信して記憶部２６に蓄積している。また、第２溶接ロボット２には第２の溶接層の形成を行うことが予め設定されており、第１溶接ロボット１による溶接開始から僅かに遅れて第２溶接ロボット２による溶接が開始される。
【００３７】
まず、第２の溶接層の溶接が開始されると、ステップＳ２１において、タイマーｔのカウントが開始される。
【００３８】
ステップＳ２２において、溶接の開始位置Ｐａと終了位置Ｐｂとの間の距離Ｌと溶接速度Ｖ２とから移動時間Ｔｍ２が算出される（Ｔｍ２＝Ｌ／Ｖ２）。開始位置Ｐａと終了位置Ｐｂとは、溶接制御の開始前に、予めオペレータによって溶接線の開始位置と終了位置として設定されており、記憶部２６に記憶されている。或いは、第１溶接ロボット１に設定された開始位置Ｐａと終了位置Ｐｂとが用いられてもよい。また、溶接速度Ｖ２も予めオペレータによって設定され、記憶部２６に記憶されている。
【００３９】
ステップＳ２３では、時間Δｔ０ごとの溶接トーチ２３の制御点の位置ＸＹＺと姿勢とが算出される。ここでは、エンコーダ２５によって各モータ２２の回転角が検出され、検出された回転角に基づいて制御点の位置と姿勢とが算出される。
【００４０】
ステップＳ２４において、制御点の現在の位置ＸＹＺに対応した補正変位量Ｗｎが算出される。ここでは、図７に示すように、記憶部２６に記憶されている第１溶接ロボット１からの補正データから、制御点の現在の位置の前後の補正変位量Ｗｋ−１，Ｗｋが取り出される。そして、以下の数１式によって制御点の現在の位置ＸＹＺに対応した補正変位量Ｗｎが算出される。
【００４１】
【数１】
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ここで、Ｌｎは、現在の位置ＸＹＺに対応する基準溶接線Ｌｗ１上の位置と溶接の開始位置Ｐａとの間の距離である。ｄｋ−１は、現在の位置の前の補正変位量Ｗｋ−１に対応する基準溶接線上の位置と溶接の開始位置Ｐａとの間の距離である。
【００４２】
ステップＳ２５では、目標位置が算出される。ここでは、制御点の位置ＸＹＺに補正変位量Ｗｎを加算することにより、目標位置が算出される。
【００４３】
ステップＳ２６では、モータ２２が制御される。ここでは、目標位置と姿勢とから第２溶接ロボット２の各モータ２２の目標角度が算出され、各モータ２２の回転角度が目標角度になるように各モータ２２が制御される。
【００４４】
ステップＳ２７では、タイマーｔが移動時間Ｔｍ２に達したか否かが判定される。タイマーｔが移動時間Ｔｍ２に達した場合には、第２溶接ロボット２による溶接が終了される。すなわち、第２の溶接層の形成が終了する。タイマーｔが移動時間Ｔｍ２に達していない場合は、ステップＳ２３に戻り、第２の溶接層の形成が続けられる。
【００４５】
その後、第２溶接ロボット２は、図４（ａ）に示すように、時点ｔ３から時点ｔ４まで第２溶接線（＃２）の溶接を行う。このとき、第２溶接ロボット２は、第２溶接線（＃２）の第１の溶接層を形成しながら、倣い機能によって補正変位量を取得して記憶部２６に保存する。そして、第２溶接ロボット２は、第１の溶接層の形成後に、記憶部２６に保存された補正変位量を用いて第２の溶接層を形成する。すなわち、第２溶接線（＃２）の第１の溶接層と第２の溶接層との形成は、共に第２溶接ロボット２によって行われる。
【００４６】
〔特徴〕
本実施形態に係る溶接システムでは、第１溶接ロボット１と第２溶接ロボット２とが同じ溶接線の異なる溶接層を並行して形成する。このため、図４（ｂ）に示す従来の溶接システムと比べて、第２溶接ロボット２の待機時間を低減することができる。なお、図４（ｂ）は、第１溶接線（＃１）の多層盛溶接が第１溶接ロボット１のみによって行われ、第２溶接線（＃２）の多層盛溶接が第２溶接ロボット２のみによって行われる場合の各溶接ロボットのタイミングチャートである。図４において「ＯＦＦ」は溶接が行われていない状態を示し、「ＯＮ」は溶接が行われている状態を示している。図４から分かるように、本実施形態に係る溶接システムでは、システム全体としての溶接時間も短縮することができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る溶接システムでは、第１の溶接層の形成の際に倣い機能を用いて第１溶接ロボット１の制御が行われる。そして、第２の溶接層の形成の際には、第１の溶接層の形成の際に取得された補正変位量を用いて第２溶接ロボット２の制御が行われる。このため、第２の溶接層の形成の際に、アークセンサによる補正変位量の検出が不可能な場合であっても、適切に溶接を行うことができる。
【００４８】
なお、３層以上の溶接層が形成される場合も、第２の溶接層の形成と同様に溶接制御が行われる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
図８（ａ）に示すタイミングチャートに従って溶接制御が行われてもよい。この溶接制御では、第１溶接ロボット１と第２溶接ロボット２とが同じ第１溶接線（＃１）の溶接を行うが、第１実施形態と異なり、第１溶接ロボット１による第１の溶接層の形成の完了後に、第２溶接ロボット２による第２の溶接層の形成が開始される。具体的には、時点ｔ１から時点ｔ２まで第１溶接ロボット１によって第１溶接線（＃１）の第１層の溶接層の溶接が行われる。また、第２溶接ロボット２は、時点ｔ１から時点ｔ２’まで第３溶接線（＃３）の溶接を行う。このとき、第２溶接ロボット２は、第３溶接線（＃３）の第１の溶接層および第２の溶接層を含む複数の溶接層の形成を行う。次に、第２溶接ロボット２は、時点ｔ２より後の時点ｔ３’から時点ｔ４’まで第１溶接線（＃１）の第２の溶接層の形成を行う。また、第１溶接ロボット１は、第１溶接線（＃１）の第１の溶接層の形成の完了後に、時点ｔ３から時点ｔ４まで第２溶接線（＃２）の第１の溶接層および第２の溶接層を含む複数の溶接層の形成を行う。
【００５０】
上記の溶接制御の際に行われる各溶接ロボットの制御フローチャートは、上述した第１実施形態の制御フローチャートと同様であるため、説明を省略する。
【００５１】
本実施形態に係る溶接システムでは、第１溶接ロボット１と第２溶接ロボット２とが同じ溶接線の異なる溶接層を形成する。このため、図８（ｂ）に示す従来の溶接システムと比べて、第２溶接ロボット２の待機時間を低減することができる。なお、図８（ｂ）は、第１溶接線（＃１）および第２溶接線（＃２）の多層盛溶接が第１溶接ロボット１のみによって行われ、第３溶接線（＃３）の多層盛溶接が第２溶接ロボット２のみによって行われる場合の各溶接ロボットのタイミングチャートである。図８から分かるように、本実施形態に係る溶接システムでは、システム全体としての溶接時間も低減することができる。
【００５２】
＜他の実施形態＞
（ａ）溶接システムにおいて３台以上の溶接ロボットが備えられてもよい。
【００５３】
（ｂ）１つの溶接線に対して３層以上の溶接層が形成されてもよい。
【００５４】
（ｃ）アークセンサは、溶接電流などの他のパラメータによって開先の位置を検出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、溶接ロボットの待ち時間を低減することができ、溶接システムおよび溶接システムの制御方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】溶接システムの構成を示す外観斜視図。
【図２】溶接システムの構成を示すブロック図。
【図３】倣い機能を示す図。
【図４】第１実施形態における溶接制御を示すタイミングチャート。
【図５】第１溶接ロボット１の制御フローチャート。
【図６】第２溶接ロボット２の制御フローチャート。
【図７】第２溶接ロボット２における補正変位量の算出方法を示す図。
【図８】第２実施形態における溶接制御を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００５７】
１      第１溶接ロボット
２      第２溶接ロボット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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