(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接継手の溶接線に直交する断面形状を計測し、得られた溶接継手の断面形状データから溶接条件および溶接トーチの狙い位置を設定して溶接を行う自動溶接方法において、
予め、複数種の溶接継手の形状に対応する複数の処理ルーチンと、各溶接継手の形状毎に複数の溶接条件を記憶するデータテーブルを設定し、前記計測前に溶接継手の種別を選択し、時系列で入力される計測データを選択された処理ルーチンで演算して溶接継手の断面形状を算出し、得られた溶接継手の断面形状から溶接部のギャップの大きさ及びギャップ中心位置を求め、該溶接部のギャップの大きさ及びギャップ中心位置が予め設定した範囲か否かを判定し、予め設定した範囲と判定したとき、前記データテーブルに記憶した溶接条件により溶接することを特徴とする自動溶接方法。
【請求項２】
溶接継手の断面形状を計測する計測装置と、溶接継手の溶接を行う溶接トーチと、前記溶接トーチと計測装置とを支持し、予め教示された経路に沿って移動させる溶接ロボットと、前記計測装置の出力に基づいて溶接継手の断面形状を算出し、溶接トーチの狙い位置および溶接条件を算出するデータ処理装置と、該データ処理装置の出力に基づいて前記溶接ロボットを制御して溶接を行わせる制御装置とを備えた自動溶接装置において、
予め、複数種の溶接継手の形状に対応する複数の処理ルーチンと各溶接継手の形状毎に複数の溶接条件を記憶するテーブルが設定されたデータ保管手段を設け、指定された溶接継手の形状に対応した前記処理ルーチンを選択し、時系列で入力される計測データを選択された処理ルーチンで演算して溶接継手の断面形状を算出し、得られた溶接継手の断面形状に基づいて溶接部のギャップの大きさ及びギャップ中心位置を求め、該溶接部のギャップの大きさ及びギャップ中心位置が予め設定した範囲か否かを判定し、予め設定した範囲と判定したとき、前記データテーブルに記憶した溶接条件により溶接を行うようにしたことを特徴とする自動溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接継手の断面形状を計測し、その計測結果に基づいて、溶接トーチの狙い位置と溶接条件を選択して溶接を行うようにした自動溶接方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルなどの建設機械は大型化が進み、それら建設機械を構成するアーム、ブーム、バケットなどの構造物を構成する板厚が厚くなり、溶着量が増えるため、その溶接作業に多大な時間を要するようになってきた。
【０００３】
たとえば、特開平８−１０８２７５号公報に開示されているように、被溶接物が管であれば、その端面を機械加工により高精度に加工して開先を形成し、自動溶接することも可能である。しかし、建設機械の構造物のように、直線と曲線が組み合わされた複雑な外形形状を持つ被溶接物の開先を機械加工により高精度に形成しようとすると機械加工のコストが高くなり、その加工コストを溶接施工のコストでは吸収しきれず、構造物のコストが増大することになる。
【０００４】
このため、複雑形状をした大型の被溶接物の開先の加工には、機械加工に比べて加工精度は劣るが、加工コストを低く抑えることができるガス切断加工が採用されている。
【０００５】
このような加工精度が劣る被溶接物の自動溶接を行う装置として、たとえば、図６に示すような自動溶接装置が提案されている。この自動溶接装置は、溶接ロボット１と、溶接ロボット１に支持された溶接トーチ２およびセンサ３と、溶接ロボット１を制御する制御装置４と、溶接部に所要の溶接電力を印加する溶接電源５と、センサ３を制御するセンサ制御装置６と、センサ３の出力に基づいて溶接部の断面形状を算出するデータ処理装置７で構成されている。
【０００６】
そして、予め教示された経路に沿ってセンサ３を移動させるとともに、センサ３から被溶接物８までの距離を計測し、この距離データに基づいてデータ処理装置７で被溶接物８の溶接継手の断面形状を算出し、この断面形状に基づいて、溶接トーチ２の狙い位置と溶接条件を設定し、制御装置４で溶接ロボット１と溶接電源５を制御して溶接を行うようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法および装置においては、対象となる被溶接物８の溶接継手が単一の形状であるものを前提としており、複数種の溶接継手の形状に対応することは困難なことが多い。
【０００８】
前記の事情に鑑み、本発明の目的は、被溶接物の溶接継手の形状に拘わらず、それぞれの形状に対応して溶接トーチの狙い位置および溶接条件（溶接電流、アーク電圧、溶接速度）を選択して溶接を行うことができるようにした自動溶接方法および装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本出願の請求項１に記載の発明は、溶接継手の溶接線に直交する断面形状を計測し、得られた溶接継手の断面形状データから溶接条件および溶接トーチの狙い位置を設定して溶接を行う自動溶接方法において、
予め、複数種の溶接継手の形状に対応する複数の処理ルーチンと、各溶接継手の形状毎に複数の溶接条件を記憶するデータテーブルを設定し、前記計測前に溶接継手の種別を選択し、時系列で入力される計測データを選択された処理ルーチンで演算して溶接継手の断面形状を算出し、得られた溶接継手の断面形状から溶接部のギャップの大きさ及びギャップ中心位置を求め、該溶接部のギャップの大きさ及びギャップ中心位置が予め設定した範囲か否かを判定し、予め設定した範囲と判定したとき、前記データテーブルに記憶した溶接条件により溶接するようにした。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、溶接継手の断面形状を計測する計測装置と、溶接継手の溶接を行う溶接トーチと、前記溶接トーチと計測装置とを支持し、予め教示された経路に沿って移動させる溶接ロボットと、前記計測装置の出力に基づいて溶接継手の断面形状を算出し、溶接トーチの狙い位置および溶接条件を算出するデータ処理装置と、該データ処理装置の出力に基づいて前記溶接ロボットを制御して溶接を行わせる制御装置とを備えた自動溶接装置において、予め、複数種の溶接継手の形状に対応する複数の処理ルーチンと各溶接継手の形状毎に複数の溶接条件を記憶するテーブルが設定されたデータ保管手段を設け、指定された溶接継手の形状に対応した前記処理ルーチンを選択し、時系列で入力される計測データを選択された処理ルーチンで演算して溶接継手の断面形状を算出し、得られた溶接継手の断面形状に基づいて溶接部のギャップの大きさ及びギャップ中心位置を求め、該溶接部のギャップの大きさ及びギャップ中心位置が予め設定した範囲か否かを判定し、予め設定した範囲と判定したとき、前記データテーブルに記憶した溶接条件により溶接を行うようにした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１ないし図５は本発明の実施の形態を示すもので、図１は、本発明が対象とする溶接継手の形状の一部を例示する側面図、図２は、本発明による自動溶接装置の構成図、図３は、溶接継手の形状とセンシング種別番号の対応を示すテーブルの一例を示す図、図４は、溶接継手の形状に対応する溶接条件番号を選択するテーブルの一例を示す図、図５は、本発明による溶接方法を示すフローチャート、図６は、従来の自動溶接装置の構成図である。
【００１２】
図１において、（ａ）は、突き合わせ継手で、１対の溶接母材８ａ、８ｂの端面をギャップＧで突き合わせて溶接するものである。また、（ｂ）は、すみ肉継手で、一方の溶接母材８ａの上面に他方の溶接母材８ｂの端面をギャップＧで突き合わせて溶接するものである。さらに、（ｃ）は、フレア継手で、一方の溶接母材８ａの折り曲げ部もしくはその近傍に、他方の溶接母材８ｂの端面を突き合わせて溶接するものである。
【００１３】
これらの溶接継手の形状を計測する際には、センサ３を矢印方向に移動させて計測する。なお、各溶接継手のギャップＧが小さい場合には、溶接トーチの狙い位置をギャップ中心位置Ｐに設定することにより良好な溶接を行うことができる。
【００１４】
図２において、１１は多関節型の溶接ロボット。１２は溶接トーチで、溶接ロボット１１の自由端に支持されている。１３はセンサで、たとえば、レーザ変位計で構成され、溶接トーチ１２と所定の間隔で溶接ロボット１１の自由端に支持されている。
【００１５】
１４は制御装置で、溶接ロボット１１の動作を制御し、溶接トーチ１２およびセンサ１３を予め教示された経路に沿って移動させるとともに、必要な信号を発信する。１５は溶接電源で、溶接トーチ１２と被溶接物との間に、制御装置１４からの指令に対応する溶接電力を印加する。
【００１６】
１６はセンサ制御装置で、制御装置１４からの指令に基づいてセンサ１３のオン、オフ制御を行うとともに、センサ１３の出力の中継を行う。１７はデータ処理装置で、制御装置１４からの位置信号とセンサ制御装置１６で中継されたセンサ１３の出力に基づいて溶接継手の断面形状を算出するとともに、算出された溶接継手の断面形状から溶接トーチ１２の狙い位置および溶接条件を求める。
【００１７】
１８は被溶接物で、複数の溶接母材を接合して形成されている。この被溶接物１８は、前記図１に示す各種の溶接継手や、さらに他の形状の溶接継手が形成されている。
【００１８】
１９はデータ保管装置で、図３に示すような、溶接継手の種類とその溶接継手に対応する処理ルーチン番号のテーブルと、図４に示すような、溶接継手と突き合わせ部のギャップの大きさに対応する溶接条件番号のテーブルが保管されている。
【００１９】
２０はデータ表示装置で、データ保管装置１９に保管されているデータや、センサ１３の計測データあるいは、データ処理装置１７で算出された溶接継手の断面形状を必要に応じて表示する。２１はデータ入力装置で、データ保管装置１９に保管するデータの追加、変更などのための入力、溶接継手の形状の指定等を行う場合に用いられる。
【００２０】
このような構成で、被溶接物の断面形状を計測し、溶接トーチの狙い位置および溶接条件を設定して自動溶接を行う手順を図５を用いて説明する。
【００２１】
予め、被溶接物１８の溶接経路、溶接継手の形状とその計測位置（たとえば、数１０ｍｍ間隔で複数個所）を教示しておくとともに、溶接継手の形状に対応するセンシング種別番号を制御装置１４内に記憶させておく。
【００２２】
被溶接物１８の溶接を行う場合、溶接母材８ａと溶接母材８ｂが所定の位置に配置されると、制御装置１４は、溶接ロボット１１を動作させ、センサ１３を計測開始位置へ移動させる（ステップＳ１）。
【００２３】
センサ１３が所定の位置に位置決めされると、教示時に入力された溶接継ぎ手の形状に対応するセンシング種別番号Ｎｊが、制御装置１４からデータ処理装置１７へ送信される（ステップＳ２）。
【００２４】
データ処理装置１７は、データ保管装置１９に保管されている溶接継手の種類とセンシング種別番号のテーブル（図３参照）を参照し、該テーブル中に制御装置１４から受信したセンシング種別番号Ｎｊが存在するか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００２５】
前記テーブルに、センシング種別番号Ｎｊが存在する場合には、制御装置１４にセンシング種別番号Ｎｊが存在する旨を送信する。
【００２６】
前記テーブルに前記センシング種別番号Ｎｊが存在しない場合、データ処理装置１７は、制御装置１４に継手種別設定エラーの旨を送信する。継手種別設定エラーの旨を受信した制御装置１４は、溶接ロボット１の動作を停止させる（ステップＳ４）。
【００２７】
センシング種別番号Ｎｊが存在する旨を送信を受けた制御装置１４は、センサ制御装置１６に計測指令を送信するとともに、溶接ロボット１１を動作させ、センサ１３を予め教示されたセンシング経路に沿って移動させる。計測指令を受けたセンサ制御装置１６はセンサ１３を計測状態にセットするとともに、所定の時間間隔でセンサ１３の出力をデータ処理装置１７へ送る。データ処理装置１７は、センサ制御装置１６から時系列で送られてくるセンサ１３の出力から距離データを算出し、各計測位置毎に溶接継手の断面形状に相当する情報を生成する（ステップＳ５）。
【００２８】
また、データ処理装置１７は、内部にセットされている処理ルーチンを、センシング種別番号Ｎｊに対応する処理ルーチンに切り換える（ステップＳ６）。
【００２９】
そして、切り換えられた処理ルーチンによりセンサ１３の出力から生成された溶接継手の断面形状に相当する情報に基づき、各計測位置毎に溶接部のギャップＧの大きさ、ギャップ中心位置Ｐを算出する（ステップＳ７）。
【００３０】
算出された各計測位置毎のギャップＧの大きさ、ギャップ中心位置Ｐを、予め設定された範囲と比較し、計測（もしくは被溶接物１８の設置）が正常に行われたか否かを判断する（ステップＳ８）。
【００３１】
計測が正常に行われていないと判断した場合、データ処理装置１７は制御装置１４に形状検出エラーの旨を送信する。形状検出エラーの旨を受信した制御装置１４は、溶接ロボット１の動作を停止させる（ステップＳ９）。
【００３２】
計測が正常に行われたと判断した場合には、データ処理装置１７は、データ保管装置１９に保管されている溶接継手形状とギャップＧおよびそれに対応する溶接条件番号のテーブル（図４参照）から、各計測位置毎に算出された溶接部のギャップＧがテーブルに設定されているギャップＧの範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【００３３】
複数の計測位置におけるギャップＧのうち、その何れか一つでもテーブルに設定されたギャップＧを超える場合には、データ処理装置１７は、制御装置１４にギャップ範囲外エラーの旨を送信する。ギャップ範囲外エラーの旨を受信した制御装置１４は、溶接ロボット１１の動作を停止する（ステップＳ１１）。
【００３４】
全ての計測位置におけるギャップＧがテーブルに設定されたギャップの範囲内にある場合には、データ処理装置１７は、各計測位置におけるギャップ中心位置Ｐから溶接トーチ１２の狙い位置を算出する（ステップＳ１２）。
【００３５】
データ処理装置１７は、算出した各計測位置における溶接トーチ１２の狙い位置およびギャップＧに対応する溶接条件番号を制御装置１４に送信する（ステップＳ１３）。
【００３６】
各計測位置における溶接トーチの狙い位置と溶接条件番号を受信した制御装置１４は、溶接トーチ１２の狙い位置により、予め教示されている溶接経路を補正するとともに、溶接ロボット１１を動作させて、溶接トーチ１２を補正された溶接経路の溶接開始位置へ移動させる。そして、制御装置１４は、制御装置１４の内部に格納された溶接番号と溶接条件のテーブルから、受信した溶接条件番号に対応する溶接条件を選択し、この溶接条件を溶接電源１５に送信する。溶接電源１５は、受信した溶接条件に基づき、溶接トーチ１２と被溶接物１８の間に溶接電力を印可する。同時に、制御装置１４は、溶接ロボット１１を動作させ、補正された溶接経路に沿って溶接開始位置から溶接終了位置まで溶接トーチ１２を移動させて溶接を行う（ステップＳ１４）。
【００３７】
このとき、各計測位置で計測されたギャップＧの大きさが異なっていても、それぞれの計測位置の前後で、それぞれ計測されたギャップの大きさに合わせて溶接条件を切り換えて溶接を行うことができ、ギャップの大きさに合わせた最適な溶接条件で溶接を行うことができる。
【００３８】
なお、前記の実施の形態においては、センサ１３と溶接トーチ１２とを所定の間隔で溶接ロボット１１の自由端に取り付けて使用する場合について説明したが、溶接トーチ１２とセンサ１３を着脱可能として、付け替える構成としても良いし、センサ１３のみを着脱可能として、計測時のみセンサ１３を取り付けるようにしてもよい。
【００３９】
また、前記実施の形態において、制御装置１４の内部に格納している溶接条件番号と溶接条件のテーブル、データ処理装置１７の内部に格納している処理ルーチンなどは、データ保管手段１９に格納し、必要に応じてデータ保管手段１９から所要のデータを読み出してデータ処理装置１７、制御装置１４に送信するようにしてもよい。
【００４０】
また、前記実施の形態におけるデータ保管手段１９は、制御装置１４あるいはデータ処理装置１７内の記憶手段で構成することができる。
【００４１】
また、前記実施の形態中のステップＳ６で行っているデータ処理装置１７の処理ルーチンの切り換えは、ステップＳ３のセンシング種別番号の有無の判定とともに行うようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、それぞれの溶接継手の形状に適した処理ルーチンを選択して溶接継手の形状の算出する事ができ、溶接継手の形状、ギャップを考慮した溶接条件を選択して溶接を行うことができるので、溶接継手の形状に拘わらず、高品質な溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が対象とする溶接継手の形状の一部を例示する側面図。
【図２】本発明による自動溶接装置の構成図。
【図３】溶接継手の形状とセンシング種別番号の対応を示すテーブルの一例を示す図。
【図４】溶接継手の形状に対応する溶接条件番号を選択するテーブルの一例を示す図。
【図５】本発明による溶接方法を示すフローチャート。
【図６】従来の自動溶接装置の構成図。
【符号の説明】
１１…多関節型の溶接ロボット、１２…溶接トーチ、１３…センサ、１４…制御装置、１５…溶接電源、１６…センサ制御装置、１７…データ処理装置、１８…被溶接物、１９…データ保管装置、２０…データ表示装置、２１…データ入力装置。
【図１】
0004521845.tif 000002
【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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