(57)【要約】【課題】計測用教示プログラム作成に要する労力を軽減する。【解決手段】計測用教示プログラムＰｒ２は、溶接ワークの開先断面形状の計測のためのウィビング動作を伴う動作を溶接ロボット２に実行させるためのもので、溶接用教示プログラムＰｒ１に基づいて作成される。開先断面形状生成部１１は計測用教示プログラムＰｒ２の再生によりレーザ変位計１７による開先断面形状の計測を実行する。ギャップ幅算出部１２は、開先断面形状から複数箇所のギャップ幅Ｄｋを算出する。溶接条件選定部１３は、ギャップ幅Ｄｋに基づいて最適溶接条件を選定する。ロボットコントローラ４は、最適溶接条件に基づいて溶接用教示プログラムで規定された溶接トーチの狙い位置を含む溶接条件を変更し、変更後の溶接条件に基づいて溶接ロボット２に溶接動作を実行させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接用教示プログラムの再生により自動溶接機を動作させて溶接ワークを溶接する自動溶接方法であって、
前記自動溶接機先端の溶接トーチ近傍に距離を計測する距離計を配置し、
前記溶接ワークの開先断面形状を計測するためのウィビング動作を伴う動作を前記自動溶接機に実行させるための計測用教示プログラムを、前記溶接用教示プログラムに基づいて作成し、
前記計測用教示プログラムの再生により前記自動溶接機を動作させて前記距離計により前記開先断面形状を計測し、
前記計測された開先断面形状から開先のギャップ幅を算出し、
前記算出されたギャップ幅に基づいて最適溶接条件を選定し、
前記選定された最適溶接条件に基づいて、少なくとも前記溶接用教示プログラムで規定された前記溶接トーチの狙い位置を含む溶接条件を変更し、
前記変更後の溶接条件に基づいて前記自動溶接機を動作させて溶接を実行する、
自動溶接方法。
【請求項２】
前記溶接用教示プログラムはウィビング動作を伴う溶接動作を規定している請求項１に記載の自動溶接方法。
【請求項３】
先端の溶接トーチ近傍に距離を計測する距離計が配置された自動溶接機と、
溶接用教示プログラムを記憶し、この溶接用教示プログラムを再生して前記自動溶接機を動作させて溶接ワークの溶接を実行させる溶接制御部と、
前記溶接用教示プログラムに基づいて作成された、前記溶接ワークの開先断面形状の計測のためのウィビング動作を伴う動作を前記自動溶接機に実行させるための計測用教示プログラムを記憶し、この計測用教示プログラムの再生により前記自動溶接機を動作させて前記距離計による開先断面形状の計測を実行させる開先断面形状生成部と、
前記開先断面形状生成部で得られた前記開先断面形状から複数箇所のギャップ幅を算出するギャップ幅算出部と、
前記ギャップ幅算出部で算出されたギャップ幅に基づいて最適溶接条件を選定する溶接条件選定部と
を備え、
前記溶接制御部は、前記溶接条件選定部で選定された前記最適溶接条件に基づいて、少なくとも前記溶接用教示プログラムで規定された前記溶接トーチの狙い位置を含む溶接条件を変更し、変更後の溶接条件に基づいて自動溶接機に溶接動作を実行させる、自動溶接装置。
【請求項４】
前記溶接用教示プログラムはウィビング動作を伴う溶接動作を規定している請求項３に記載の自動溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワークの開先断面形状を計測し、その計測結果に基づいて溶接条件を変更して溶接を行う、自動溶接方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接ワークの開先断面形状を計測し、その計測結果に基づいて溶接条件を変更して溶接を行う自動溶接方法及び装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この種の自動溶接方法は、概ね以下の通りである。まず、レーザ変位計等の距離計が溶接ロボット先端の溶接トーチ近傍に取り付けられている。開先断面形状の計測では、本溶接前に溶接ロボットにより距離計を溶接線と直交する方向に走査して断面形状を取得する。次に、計測した開先断面形状から開先のギャップ幅を算出する。続いて、算出したギャップ幅に基づいて溶接トーチの狙い位置、ウィビング動作パラメータ（例えば正弦波、三角波等の動作方式、振幅、周波数等）、溶接電流、溶接電圧等の溶接条件を変更して最適化する。その後、最適化した溶接条件に基づいて溶接ロボットが溶接を実行する。
【０００３】
開先断面形状を計測するための動作を溶接ロボットに実行させるための教示プログラム（計測用教示プログラム）は、溶接ロボットに実際の溶接動作を実行させるための教示プログラム（溶接用教示プログラム）とは別個に作成される。
【０００４】
開先断面形状の計測結果から１箇所のギャップ幅を算出するには、少なくとも２点の教示点、すなわちギャップの左側の１点（Ａ点）と右側の１点（Ｂ点）を教示した計測用教示プログラムを登録しておき、この計測用教示プログラムを再生して溶接ロボットを動作させてＡ点からＢ点までの距離を計測する必要がある。１本の溶接線においてギャップ幅が変化している場合、ギャップ幅に基づいてきめ細かく溶接条件を変更するには、複数箇所のギャップ幅を算出する必要がある。しかし、溶接線が長いと、より多くの箇所のギャップ幅を計測しなければならず、教示点が増加することになる。教示点の増加は自動溶接装置を運用する操作者が計測用教示プログラムを作成する際の労力を増大させることになる。特に、実際の溶接とは直接関連しないギャップ幅算出のみのための教示点が増加することは、教示プログラムを作成する操作者にとって苦痛になる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３４３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、自動溶接方法及び装置において、ギャップ幅算出に使用する開先断面形状の計測のための計測用教示プログラム作成に要する労力を軽減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、溶接用教示プログラムの再生により自動溶接機を動作させて溶接ワークを溶接する自動溶接方法であって、前記自動溶接機先端の溶接トーチ近傍に距離を計測する距離計を配置し、前記溶接ワークの開先断面形状を計測するためのウィビング動作を伴う動作を前記自動溶接機に実行させるための計測用教示プログラムを、前記溶接用教示プログラムに基づいて作成し、前記計測用教示プログラムの再生により前記自動溶接機を動作させて前記距離計により前記開先断面形状を計測し、前記計測された開先断面形状から開先のギャップ幅を算出し、前記算出されたギャップ幅に基づいて最適溶接条件を選定し、前記選定された最適溶接条件に基づいて、少なくとも前記溶接用教示プログラムで規定された前記溶接トーチの狙い位置を含む溶接条件を変更し、前記変更後の溶接条件に基づいて前記自動溶接機を動作させて溶接を実行する、自動溶接方法を提供する。
【０００８】
本発明の第２の態様は、先端の溶接トーチ近傍に距離を計測する距離計が配置された自動溶接機と、溶接用教示プログラムを記憶し、この溶接用教示プログラムを再生して前記自動溶接機を動作させて溶接ワークの溶接を実行させる溶接制御部と、前記溶接用教示プログラムに基づいて作成された、前記溶接ワークの開先断面形状の計測のためのウィビング動作を伴う動作を前記自動溶接機に実行させるための計測用教示プログラムを記憶し、この計測用教示プログラムの再生により前記自動溶接機を動作させて前記距離計による開先断面形状の計測を実行させる開先断面形状生成部と、前記開先断面形状生成部で得られた前記開先断面形状から複数箇所のギャップ幅を算出するギャップ幅算出部と、前記ギャップ幅算出部で算出されたギャップ幅に基づいて最適溶接条件を選定する溶接条件選定部とを備え、前記溶接制御部は、前記溶接条件選定部で選定された前記最適溶接条件に基づいて、少なくとも前記溶接用教示プログラムで規定された前記溶接トーチの狙い位置を含む溶接条件を変更し、変更後の溶接条件に基づいて自動溶接機に溶接動作を実行させる、自動溶接装置を提供する。
【０００９】
前記溶接用教示プログラムはウィビング動作を伴う溶接動作を規定するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ギャップ幅算出に使用する開先断面形状計測のための計測用教示プログラムを溶接用教示プログラムに基づいて作成する。そのため、多数箇所のギャップ幅を算出するための計測用教示プログラムを簡単に作成でき、計測用教示プログラム作成に要する操作者の労力を大幅に軽減できる。特に、溶接用教示プログラムがウィビング動作を伴う溶接動作を規定している場合に、溶接用教示プログラムを効果的に活用して簡単に計測用教示プログラムを作成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１に示す本発明の実施形態にかかる自動溶接装置１は、６軸垂直多関節型の溶接ロボット（自動溶接機）２を動作させて溶接ワーク３Ａ，３Ｂを溶接するもので、溶接ロボット２に加えて、ロボットコントローラ（溶接制御部）４と信号処理装置５を備える。信号処理装置５は、開先断面形状生成部１１、ギャップ幅算出部１２、及び溶接条件選定部１３を備える。また、この自動溶接装置１は、操作者がプログラム作成等のためにロボットコントローラ４や信号処理装置５にアクセスして命令の入力等を行うための入力装置１４と、ロボットコントローラ４や信号処理装置５内の情報を操作者に対して表示するための表示装置１５を備える。
【００１３】
溶接ロボット２の先端には溶接トーチ１６が装着されており、溶接トーチ１６の近傍にレーザ変位計（距離計）１７のセンサヘッド１８が取り付けられている。センサヘッド１８は、レーザスポット光を溶接ワーク３Ａ，３Ｂの表面に投射する発光素子と、溶接ワーク３Ａ，３Ｂの表面からの乱反射光を受光するＣＣＤ等の受光素子を備える。レーザ変位計１７のセンサアンプユニット１９は、受光素子上のレーザピーク位置（最大値）を検出し、三角測量法に基づいた演算によりセンサヘッド１８からの距離（センサ照射位置を０として、センサヘッド１８から離れる方向をプラスとする長さ）を算出する。また、センサアンプユニット１９は、算出した距離に正相関を有する電力値を距離情報として信号処理装置５の開先断面形状生成部１１に出力する。
【００１４】
ロボットコントローラ４には、溶接ロボット２を動作させて溶接ワーク３Ａ，３Ｂの溶接を実行させる溶接用教示プログラムＰｒ１が記憶されている。溶接用教示プログラムＰｒ１には、少なくとも溶接動作を実行する際の溶接トーチ１６の狙い位置（教示点）が規定されている。溶接トーチ１６は、狙い位置を順次移動していくことで所望の溶接線上を移動する。また、溶接動作がウィビング動作を伴うものである場合、溶接用教示プログラムＰｒ１はウィビング動作パラメータを規定している。ロボットコントローラ４には、溶接電流、溶接電圧等の溶接用教示プログラムＰｒ１では規定されない他の溶接条件も記憶されている。
【００１５】
図２を参照すると、ウィビング動作は、溶接ワーク３Ａ，３Ｂの開先部を溶接する等の場合に幅のあるビード肉盛を得るために溶接トーチ１６を溶接線に対して左右に振動させる動作である。図２では、溶接ロボット２の先端（溶接トーチ１６）の進行方向をＸ軸、振幅方向をＹ軸、溶接ワーク３Ａ，３Ｂに対して垂直な方向をＺ軸に設定している（後述する図３及び図４についても同様に座標軸を設定している）。通常、ウィビング動作は、溶接トーチ１６を周波数１〜８Ｈｚ程度、振幅数ｍｍの正弦波で振動させる。通常、溶接用教示プログラムＰｒ１の作成、すなわち溶接ロボット２に対する溶接動作の教示としては、溶接開始位置と溶接終了位置をロボットコントローラ４に記憶させる。そして、ウィビング動作を実行する場合には、ウィビング動作パラメータとして正弦波、三角波等の動作方式、振幅、周波数等を設定してロボットコントローラ４に記憶させる。
【００１６】
開先断面形状生成部１１は、計測用教示プログラムＰｒ２を記憶している。この計測用教示プログラムＰｒ２は、溶接ワーク３Ａ，３Ｂの開先断面形状の計測のためのウィビング動作を伴う動作を溶接ロボット２に実行させるためのものである。開先断面形状生成部１１は、この計測用教示プログラムＰｒ２を再生してロボットコントローラ４を介して溶接ロボット２を動作させ、レーザ変位計１７による開先断面形状の計測を実行する。
【００１７】
ギャップ幅算出部１２は、開先断面形状生成部１１で得られた開先断面形状から複数箇所のギャップ幅Ｄｋ（図３及び図４参照）を算出する。また、溶接条件選定部１３はギャップ幅算出部１２で算出されたギャップ幅Ｄｋに基づいて最適溶接条件を選定する。さらに、ロボットコントローラ４は、溶接条件選定部１３で選定された最適溶接条件に基づいて、少なくとも溶接用教示プログラムＰｒ１で規定された溶接トーチ１６の狙い位置を含む溶接条件を変更し、変更後の溶接条件に基づいて溶接ロボット２に溶接動作を実行させる。
【００１８】
ギャップ幅Ｄｋの算出に使用する開先断面形状の計測のための計測用教示プログラムＰｒ２に作成方法について説明する。まず、溶接用教示プログラムＰｒ１がウィビング動作を伴う溶接動作を規定している場合には、溶接用教示プログラムＰｒ１で規定されている溶接線上の教示点を計測用教示プログラムＰｒ２にそのまま使用し、ウィビング動作パラメータのうちの振幅を想定されるギャップ幅Ｄｋの最大値よりも十分に大きく設定する。このように設定しておけば、溶接開始点から溶接終了点までの開先断面形状のデータが確実に得られ、溶接開始点から溶接終了点までの多数箇所でのギャップ幅の算出が可能である。一方、溶接用教示プログラムＰｒ１がウィビング動作を伴う溶接動作を規定していない場合には、溶接用教示プログラムＰｒ１で規定されている溶接線上の教示点は計測用教示プログラムＰｒ２にそのまま使用し、かつウィビング動作パラメータ（例えば正弦波、三角波等の動作方式、振幅周波数等）を設定する。前述のように作成した計測用教示プログラムＰｒ２は開先断面形状生成部１１に記憶される。
【００１９】
図５に示す溶接用教示プログラムＰｒ１は、ウィビング動作を行いつつ「位置１」から「位置２」までを溶接するものである。この溶接用教示プログラムＰｒ１を修正して計測用プログラムＰｒ２を作成するには、「溶接電流」と「溶接電圧」を削除し、「溶接開始」を「測定開始」に変更し、かつ「溶接終了」を「測定終了」に変更するだけでよい。図６に示す溶接用教示プログラムＰｒ１は、ウィビング動作を行うことなく「位置１」から「位置２」までを溶接するものである。この溶接用教示プログラムＰｒ１を修正して計測用プログラムＰｒ２を作成するには、「溶接電流」と「溶接電圧」を削除し、「溶接開始」を「測定開始」に変更すると共に、「ウィビング動作」を「なし」から「あり」に修正し、ウィビング条件（振幅：５mm，形状：正弦波）を設定するだけでよい。
【００２０】
このように、計測用教示プログラムＰｒ２は溶接用教示プログラムＰｒ１とは独立に作成された別個のプログラムではなく、溶接用教示プログラムＰｒ１に基づいて作成する。そのため、多数箇所のギャップ幅Ｄｋを算出するための計測用教示プログラムＰｒ２を簡単に作成でき、計測用教示プログラムＰｒ２の作成に要する操作者の労力を大幅に軽減できる。特に、溶接用教示プログラムＰｒ１がウィビング動作を伴う溶接動作を規定している場合、溶接用教示プログラムを効果的に活用して簡単に計測用教示プログラムＰｒ２を作成できる。
【００２１】
以下、開先断面形状生成部１１、ギャップ幅算出部１２、及び溶接条件選定部１３についてさらに説明する。
【００２２】
開先断面形状生成部１１が計測用教示プログラムＰｒ２を再生して溶接ロボット２を駆動すると、レーザ変位計１７のセンサアンプユニット１９から開先断面形状生成部１１に距離情報（電圧値）が時々刻々と入力される。開先断面形状生成部１１はセンサヘッド１８から入力される電力値をＡＤ変換及び数値変換することで、センサヘッド１８から対象物である開先表面までの距離を算出する。また、開先断面形状生成部１１にはロボットコントローラ４から時々刻々と溶接ロボット２の先端位置情報（x,y,z）が入力される。開先断面形状生成部１１は、センサヘッド１８から開先表面までの距離と溶接ロボット２の先端位置情報とから開先断面形状を表す距離データ群（３次元点列）を作成する。
【００２３】
ギャップ幅算出部１２には開先断面形状生成部が作成した距離データ群が入力される。ギャップ幅算出部１２は入力された距離データ群を解析してギャップ幅Ｄｋを算出する。図３に示すように、突き合わせ継手で、かつ開先断面形状計測時のウィビング動作が正弦波の場合を例に、ギャップ幅Ｄｋの算出を説明する。突き合わせ継手形状を表す距離データはＸＹの点列となる。ギャップ端点前後ではＺ軸の値が急変するので連続する点列の欠落を評価することで、ギャップを表す２つの端点Ｌｋ（ｘｋ，ｙｋ），Ｒｋ（ｘｋ，ｙｋ）（ｋ＝１，２，…，ｎ）が算出できる。ＬｋとＲｋの距離をＤ’ｋとすると、ギャップ幅Ｄｋを補正する必要がある。補正方法の一例として、近似方法を以下に説明する。今、ウィビング動作の正弦波がウィビング周波数ｆ、振動幅Ａであり、溶接ロボット２の先端が動作速度ｖで動いているとき、距離Ｄ’ｋと実際のギャップ幅Ｄｋとのずれ角度θは以下の式（１）で表される。
【００２４】
【数１】
2009034685.tif 000003
【００２５】
また、実際のギャップ幅Ｄｋは以下の式（２）により算出できる。
【００２６】
【数２】
2009034685.tif 000004
【００２７】
以上にようにして、１本の溶接線に対して複数のギャップ幅Ｄ（Ｄ１，Ｄ２，…，Ｄｋ，…Ｄｎ）が得られる。
【００２８】
図４に示すようにウィビング動作を正弦波でなく三角形とすれば、ずれ角度θを正確に算出できるので、より高精度にギャップ幅Ｄｋを算出できる。
【００２９】
溶接条件選定部１３にはギャップ幅算出部１２から１本の溶接について複数のギャップ幅Ｄ（Ｄ１，Ｄ２，…，Ｄｋ，…Ｄｎ）が入力される。溶接条件選定部１３は入力されたギャップ幅Ｄ（Ｄ１，Ｄ２，…，Ｄｋ，…Ｄｎ）から、その溶接線の一定区間毎に平均ギャップ値Ｄmeanを算出する。溶接条件選定部１３は、例えばテーブルの形態で平均ギャップ値Ｄmeanに対する最適溶接条件を予め記憶しており、算出した平均ギャップ値Ｄmeanに対する最適溶接条件を選択する。前述のように、選択された最適溶接条件はロボットコントローラ４に出力され、溶接条件の変更に使用される。
【００３０】
本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、信号処理装置５内に溶接用教示プログラムＰｒ１や計測用教示プログラムＰｒ２を記憶する記憶部を設け、ロボットコントローラ４や開先断面形状生成部１１がこの記憶部から必要に応じて教示プログラムを読み出す構成を採用してもよい。また、図１では理解を容易にするために開先断面形状生成部１１、ギャップ幅算出部１２、及び溶接条件選定部１３を別個のユニットとして図示しているが、これらのうちの２つ以上の機能を１つのユニットが実行する構成を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態にかかる自動溶接装置を示すブロック図。
【図２】ウィビング動作を伴い溶接を説明するための模式図。
【図３】開先断面形状の計測（ウィビング動作が正弦波の場合）を示す模式図。
【図４】開先断面形状の計測（ウィビング動作が三角波の場合）を示す模式図。
【図５】測定用教示プログラムの作成の一例を示す模式図。
【図６】測定用教示プログラムの作成の他の一例を示す模式図。
【符号の説明】
【００３２】
１  自動溶接装置
２  溶接ロボット
３Ａ，３Ｂ  溶接ワーク
４  ロボットコントローラ
５  信号処理装置
１１  開先断面形状生成部
１２  ギャップ幅算出部
１３  溶接条件選定部
１４  入力装置
１５  表示装置
１６  溶接トーチ
１７  レーザ変位計
１８  センサヘッド
１９  センサアンプユニット
Ｐｒ１  溶接用教示プログラム
Ｐｒ２  計測用教示プログラム
【図１】
2009034685.tif 000005
【図２】
2009034685.tif 000006
【図３】
2009034685.tif 000007
【図４】
2009034685.tif 000008
【図５】
2009034685.tif 000009
【図６】
2009034685.tif 000010