(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接用ロボットによってあらかじめ教示された経路に従って溶接トーチを移動させ指定された区間において溶接を行うに際して、アークスタート点での所定のアークスタート動作を行った結果、アークスタートに失敗した時には再スタート動作を行うようにしたアーク溶接ロボットの制御方法において、各アークスタート点毎にアーク再スタートの試行回数、アーク再スタート試行毎の溶接トーチの正規のアークスタート点からのずらし量、ずらし方向、ワイヤリトラクト量およびリトラクトのタイミング、溶接トーチの揺動の有無および揺動パターン、設定回数のアーク再スタート試行にもかかわらずアークスタートが不成功に終った時の処理等のアーク再スタート条件からなるアーク再スタートスケジュールプログラムを定め、各アークスタート点ごとに個別に定めたアークスタート条件に従って動作させるアーク溶接用ロボットのアークスタート制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク溶接ロボットを用いて自動溶接を行う場合において、アーク発生に成功しなかった時の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶接ロボットを用いて自動アーク溶接を行なうときには、次のような方法が行なわれていた。
［従来の技術１］
溶接開始点でアークの起動が検出できなかった場合、教示された溶接線方向に進みながら、設定回数に達するまでアーク起動を繰り返し、アークが発生すれば、アークを出したまま本来の溶接開始点に戻り、再び教示された軌跡上を本来の溶接条件で溶接し直して進む方法。
【０００３】
［従来の技術２］
溶接開始点でアークの起動が検出できなかった場合、教示された溶接線方向に進みながら、設定距離の間アーク起動を繰り返し、アークが発生すれば、アークを出したまま本来の溶接開始点に戻り、再び教示された軌跡上を本来の溶接条件で溶接し直して進む方法。
【０００４】
［従来の技術３］
溶接開始点でアークの起動が検出できなかった場合、教示された溶接線方向に進みながら、ウィービングを行うことによってトーチ先端の絶縁物をそぎ落とす動作をしながらアーク発生を試み、アークが発生すれば、アークを出したまま本来の溶接開始点に戻り、再び教示された軌跡上を本来の溶接条件で溶接し直して進む方法。
【０００５】
［従来の技術４］
上記いずれかのアークスタート再試行方法を行ない、設定回数または設定距離の間行っても、その間にアークが発生しなかった場合は、ロボットを異常停止させる方法。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の［従来の技術１、２、３］は、いずれも同じ溶接線上を数回溶接することになり、例えアーク発生に成功してもアークスタート動作を繰り返した部分はアークスタート動作により不純物の巻込みが発生したりビードが盛り上がった状態となって、溶接品質上からは好ましくない結果となる。
【０００７】
［従来の技術３］では、ウィービングによってトーチ先端の絶縁物をそぎ落とそうとするものであるが、ウィービングの動作パターンを開先の形状に合わせなければ、絶縁物そぎ落しの効果が十分発揮できないものとなる。また、通常の溶接指令を与えたままアークが発生しないにもかかわらずウィービングを行うと、ワイヤがその間にも送給され続けるので、ワイヤ先端が曲がってしまいワーク面にうまく擦り付けることができなくなり、やはり絶縁物そぎ落しの効果が十分発揮できないものとなる。
【０００８】
［従来の技術４］では、最終的にロボットを異常として停止させるが、ロボットを複数台使用している生産ライン等では、１台のロボットを停止させると、他の溶接中のロボットまでも停止させなければならない場合が発生し、生産ラインの稼動効率を著しく低下させてしまう場合がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
アークスタート不良が発生する原因は、各溶接部位によってそれぞれ異なるものであるため、アーク再スタートの方法は、それぞれの部位固有に定義すべきものである。例えば、
（１）溶接開始位置に既存の溶接ビードがあって、それがスラグ等の絶縁物によって覆われている場合、
（２）ワイヤの先端に、酸化物などの絶縁物が付着している場合、
等があり、それぞれの場合に対して、最適なアーク発生方法が選択されるべきである。
【００１０】
上記（１）の場合に対しては、アーク再スタート点を既存のビードの無い方向にほんの少しずらせば、絶縁物がないためアークスタートが容易に行える。その後、本来の溶接開始点に速やかに戻っても、微量の動作距離であるからアークを不安定にすることはなく、本来の溶接に移行することができる。
【００１１】
また、アークが出ないままワイヤが母材に当たった場合、ワイヤの送給圧力によってワイヤが曲がる場合が多い。そこでワイヤをリトラクトせずに、トーチを母材に接近してきた道筋とは逆の方向にステップバックを行い、再度母材に接近させると、ワイヤが曲がった分だけワイヤの先端が母材と接触する位置が以前とは変化し、絶縁物のある位置からは離れた位置でアーク再スタートが行なわれる。この結果、アークスタートに成功率することが多い。
【００１２】
（２）の場合に対しては、ワイヤ突き出し長を一定に保ち、一定時間ウィービングを行うことによって、ワイヤ先端の絶縁物をそぎ落とすことができるが、この場合、ワークの開先形状によって、ウィービングの動作パターンを決定すべきである。
【００１３】
以上のアーク再スタート操作にもかかわらず、最終的にアーク発生が不成功に終わった場合、
（１）ロボットを異常停止させる。
（２）その溶接箇所をアーク切りでロボット動作させ、次の溶接箇所から再びアークを出して続行する。
（３）最後までアーク切りでロボットを動作させる。
等の内の何れかが、被溶接物の溶接部位、溶接順序、生産ライン全体からの要求などに合わせて選択されるべきである。
【００１４】
以上から本発明においては、アークスタートに失敗した場合、各アークスタート点毎にアーク再スタートの試行回数、アーク再スタート試行毎のトーチのずらし量、ずらし方向、溶接トーチの退避・再試行ワイヤリトラクト量とリトラクトのタイミング、溶接トーチの揺動の有無と揺動パターン、および設定回数のアーク再スタートを行ったにもかかわらずアークスタートが成功しなかった時の処理等のアーク再スタート条件を定めたアーク再スタートスケジュールプログラムを作成し、このプログラムに従ってロボットを動作させることによって各アークスタート点ごとに最適なアーク再スタート動作を行なうようにしたものである。
【００１５】
【実施の形態】
以下、本発明のアークスタート制御方法の実施例を添付図を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施例であるロボット制御装置の構成を溶接機およびロボット本体と共に示すブロック図、図２は図１の装置に用いる制御装置のアーク再スタート時の動作を説明するためのフローチャート、図３は本発明の一実施例であるアーク再スタート時の動作に関するスケジュールを記述したアーク再スタートスケジュールプログラムである。
【００１７】
図１の装置においてアークスタートするときの様子を図２および図３を参照して説明する。図１において、１はティーチングペンダントであり、ロボットに動作経路を教示すると共に溶接条件の入力などを行なう。２はロボット制御装置であり、作業プログラム５、アーク再スタートスケジュールプログラムファイル６およびアーク再スタートカウンタ７を含むメモリ部４を主とするメイン制御部３と入力制御部８および動作制御部９とを備えている。１０は溶接器制御装置、１１は溶接器、１２はロボット本体である。
【００１８】
ロボット制御装置２からのアークスタート指令を受信した溶接機制御装置１０が、アークスタート不成功を検出し、その旨をロボット制御装置２に通知した場合、ロボット制御装置２は、そのアークスタート点に対応するアーク再スタートスケジュールプログラムファイル６を開く。
【００１９】
アーク再スタートスケジュールプログラムファイル６には、各アークスタート点毎に図３に示すようにアーク再スタートの回数と、各アーク再スタート毎におけるロボット１２が行うべき動作順序がアーク再スタートスケジュールプログラム内に「アーク再スタート回数」、および「最終的なアークスタート不成功時におけるロボットの継続動作」、各アーク再スタート処理回数毎の「ワイヤの逆送量」、「アーク再スタート点の指定」、「溶接トーチの微細な揺動パターン」などを記述しておく。
【００２０】
ロボット制御装置２は、別にアーク再スタートカウンタ７を持っており、アーク再スタートスケジュールプログラムファイル６を開いた時点で、ファイル内に記述されたアーク再スタート回数がアーク再スタートカウンタ７の数値Ｎにコピーされる。以後、ロボット制御装置２は、図２に示すフローチャートに示す如く、アーク再スタートスケジュールプログラムファイル６内に記述されたアークスタート再試行処理を順次行う毎に、アーク再スタートカウンタの内容を１ずつ減じる。ロボット制御装置６は、最終的にアークスタートが成功するか、またはアーク再スタートカウンタの数値Ｎが０になるまで、アーク再スタート処理を繰り返し行う。
【００２１】
アーク再スタートスケジュールプログラムは、ティーチペンダントを用いて直接ロボット制御装置２内のメモリ４上に作成したり、パーソナルコンピュータを用いてオフラインで作成したものを、フロッピーディスク装置等の媒体や、通信回線を介して、ロボット制御装置２に転送するなどの方法によって記憶する。
【００２２】
図４は図３で示されたアーク再スタートスケジュールプログラムに従ってアーク再スタート処理を行う場合のロボットの動作の例を示す説明図である。同図においてＭは被溶接物、Ｔはロボットに取り付けられた溶接トーチ、Ｗは溶接トーチＴから送給される溶接ワイヤである。またＰ１は溶接開始点および１回目のアーク再スタート点、Ｐ２は１回目のアーク再スタートに先立って溶接トーチをステップバックするときの目標点、Ｐ３は２回目のアーク再スタート点、Ｐ４は３回目のアーク再スタート点である。
【００２３】
同図の場合、教示されたＰ１点で最初のアークスタートに失敗した場合、アーク再スタート処理が開始され、ロボットは溶接トーチＴをＰ２点へステップバックした後、再びＰ１点に戻りアーク再スタートを行う。１回目のアーク再スタート処理においてアークスタートに失敗した場合、２回目のアーク再スタート処理が行われる。この処理では、ロボットはＰ３点に移動し、その後に溶接ワイヤを溶接時の３０％の速度で０．５秒間リトラクト（逆送）し、その後にアーク再スタートを行う。２回目のアーク再スタート処理においてアークが発生すると、そのままＰ１点まで戻り、以後教示された溶接線通りの溶接を行う。２回目のアーク再スタート処理においてもアークスタートに失敗した場合、さらに３回目のアーク再スタート処理が行われる。この処理で、ロボットはまず、その位置で溶接ワイヤを溶接時の２０％の速度で０．２５秒間リトラクトし、その後にＰ４点に移動し、さらに溶接トーチを予め設定された揺動パターン１に従って微細に揺動させた後、アーク再スタート動作を行う。３回目のアーク再スタート処理で、アークスタートに成功した場合には、アークを出しながらＰ１点に戻り、教示された溶接を行う。３回目のアーク再スタート処理においてもアークスタートに失敗した場合には、Ｐ１点に戻り、教示された溶接部分を溶接切り状態で実行し、次に教示された溶接開始点では再び所定のアークスタート処理を行なう。
【００２４】
図５は本発明で用いるアーク再スタートスケジュールプログラムの別の例であり、図６は図５で示されたアーク再スタートスケジュールプログラムに従ってアーク再スタートを行う場合のロボットの動作説明図である。図６においてＭは被溶接物、Ｔはロボットに取り付けられた溶接トーチ、Ｗは溶接トーチＴから送給される溶接ワイヤである。またＰ５は溶接開始点および１回目のアーク再スタート点、Ｐ６は１回目のアーク再スタートに先立って溶接トーチをステップバックするときの目標点、Ｐ７は２回目のアーク再スタート点である。
【００２５】
教示されたＰ５点でアークスタートに失敗した場合、アーク再スタート処理が開始される。１回目のアーク再スタート処理では、ロボットはＰ６点へステップバックした後、再びＰ５点へ戻りアーク再スタートを行う。１回目のアーク再スタート処理においてアークスタートに失敗した場合、２回目のアーク再スタート処理が行われる。この処理では、ロボットはＰ７点に移動し、その後に溶接ワイヤを溶接時の５０％の速度で０．５秒間リトラクト（逆送）し、さらに溶接トーチを予め定められたパターン２に従って揺動させた後、アーク再スタート動作を行う。２回目のアーク再スタート処理で、アークスタートに成功した場合には、アークを出しながらＰ５点に戻り、教示された溶接を行う。２回目のアーク再スタート処理でもアークスタートに失敗した場合には、Ｐ５点に戻り、教示された溶接部分を溶接切り状態で実行する。さらに、これ以降に教示されているすべての溶接部分を溶接切り状態で実行する。
【００２６】
図７はさらに別のアーク再スタートスケジュールプログラムの例を示す図であり、図８（ａ）ないし（ｃ）および図９（ａ）ないし（ｃ）は図７で示されたアーク再スタートスケジュールプログラムに従ってアーク再スタートを行う場合のロボットの動作説明図である。図８および図９において、Ｍは被溶接物、Ｔはロボットに取り付けられた溶接トーチ、Ｗは溶接トーチＴから送給される溶接ワイヤである。またＰ８は溶接開始点および１回目、２回目のアーク再スタート点、Ｐ９は１回目のアーク再スタートに先立って溶接トーチをステップバックするときの目標点である。Ｐ１０は３回目、４回目のアーク再スタート点、Ｐ１１は５回目、６回目のアーク再スタート点である。
【００２７】
図８（ａ）において教示されたＰ８点でアークスタートに失敗した場合、アーク再スタート処理が開始される。１回目のアーク再スタート処理では、ロボットはＰ９点へステップバックした後、再びＰ８点へ戻りアーク再スタートを行う。１回目のアーク再スタート処理においてアークスタートに失敗した場合、２回目のアーク再スタート処理が行われる。この処理では、図８（ｂ）に示すようにロボットはその位置で溶接トーチをパターン３に従って微細に揺動させた後、アーク再スタート動作を行う。２回目のアーク再スタート処理においてもアークスタートに失敗した場合、３回目のアーク再スタート処理が行われる。この処理では図８（ｃ）に示すように、ロボットはその位置で溶接ワイヤを溶接時の１０％の速度で０．１秒間リトラクトした後、Ｐ１０点に移動しアーク再スタート動作を行う。
【００２８】
３回目のアーク再スタート処理で、アークスタートに成功した場合には、アークを出しながらＰ８点に戻り、教示された溶接を行う。３回目のアーク再スタート処理においてもアークスタートに失敗した場合、４回目のアーク再スタート処理が行われる。この処理では、図９（ａ）に示すようにロボットはその位置（Ｐ１０）で溶接トーチをパターン４に従って微細に揺動させた後、アーク再スタート動作を行う。４回目のアーク再スタート処理で、アークスタートに成功した場合には、アークを出しながらＰ８点に戻り、教示された溶接を行う。４回目のアーク再スタート処理においてもアークスタートに失敗した場合、５回目のアーク再スタート処理が行われる。この処理では、図９（ｂ）に示すようにロボットはまずＰ１１点に移動し、その後溶接ワイヤを溶接時の１５％の速度で０．２秒間リトラクトし、さらに溶接トーチをパターン５に従って微細に揺動させた後、アーク再スタート動作を行う。５回目のアーク再スタート処理で、アークスタートに成功した場合には、アークを出しながらＰ８点に戻り、教示された溶接を行う。５回目のアーク再スタート処理においてもアークスタートに失敗した場合、６回目のアーク再スタート処理が行われる。この処理では、図９（ｃ）に示すようにロボットはその位置で溶接ワイヤを溶接時の２０％の速度で０．３秒間リトラクトし、さらに溶接トーチをパターン６に従って微細に揺動させた後、アーク再スタート動作を行う。６回目のアーク再スタート処理で、アークスタートに成功した場合には、アークを出しながらＰ８点に戻り、教示された溶接を行う。６回目のアーク再スタート処理においてもアークスタートに失敗した場合、ロボットはアークスタート不良のアラームを出力しその位置で停止する。
【００２９】
なお、上記各実施例は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではなく溶接物や溶接位置などの状況に応じて適宜変形実施し得るものである。
【００３０】
【本発明の効果】
本発明のアークスタート制御方法においては、各溶接部位によってそれぞれ異なるアークスタート不成功の原因に細かく対応することができるため、従来の一律なアーク再スタート方法に比べて、アーク再スタートの成功率を向上させることができる。
また、各アークスタート点毎に最適なアーク再スタート方法を順次採用しながら再スタートを繰り返すことができるため、アークスタート成功の確率が格段に向上する。
さらに、最終的にアーク発生が不成功に終わった場合でも、生産ラインにおける他のシステムと柔軟に協調させることができるため、生産ラインをより効率的に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する、ロボット制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のアークスタート方法の動作の例を示すフローチャートである。
【図３】本発明に用いるアーク再スタートスケジュールプログラムの例を示す図である。
【図４】図３のアーク再スタートスケジュールプログラムを用いたときのロボットの動作説明図である。
【図５】本発明に用いるアーク再スタートスケジュールプログラムの別の例を示す図である。
【図６】図５のアーク再スタートスケジュールプログラムを用いたときのロボットの動作説明図である。
【図７】本発明に用いるアーク再スタートスケジュールプログラムの別の例を示す図である。
【図８】図７のアーク再スタートスケジュールプログラムを用いたときのロボットの動作説明図の（１／２）である。
【図９】図７のアーク再スタートスケジュールプログラムを用いたときのロボットの動作説明図の（２／２）である。
【符号の説明】
１  ティーチペンダント
２  ロボット制御装置
３  メイン制御部
４  メモリ
５  作業プログラム
６  アーク再スタートスケジュールプログラムファイル
７  アーク再スタートカウンタ
８  入出力制御部
９  動作制御部
１０  溶接機制御装置
１１  溶接機
１２  ロボット本体
Ｍ  被溶接物
Ｔ  ロボットに取り付けられた溶接トーチ
Ｗ  溶接トーチＴから送給される溶接ワイヤ
Ｐ１  図３のスケジュールにおける溶接開始点および１回目のアーク再スタート点
Ｐ２  図３のスケジュールにおける１回目のアーク再スタートに先立って溶接トーチをステップバックするときの目標点
Ｐ３  図３のスケジュールにおける２回目のアーク再スタート点
Ｐ４  図３のスケジュールにおける３回目のアーク再スタート点
Ｐ５  図５のスケジュールにおける溶接開始点および１回目のアーク再スタート点
Ｐ６  図５のスケジュールにおける１回目のアーク再スタートに先立って溶接トーチをステップバックするときの目標点
Ｐ７  図５のスケジュールにおける２回目のアーク再スタート点
Ｐ８  図７のスケジュールにおける溶接開始点および１回目、２回目のアーク再スタート点
Ｐ９  図７のスケジュールにおける１回目のアーク再スタートに先立って溶接トーチをステップバックするときの目標点
Ｐ１０  図７のスケジュールにおける３回目、４回目のアーク再スタート点
Ｐ１１  図７のスケジュールにおける５回目、６回目のアーク再スタート点
【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】
0003669458.tif 000008
【図８】
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【図９】
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