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JPH0671668B2 - Torch angle control method in groove automatic copying control by arc sensor - Google Patents
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JPH0671668B2 - Torch angle control method in groove automatic copying control by arc sensor - Google Patents

Torch angle control method in groove automatic copying control by arc sensor

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JPH0671668B2
JPH0671668B2 JP25068689A JP25068689A JPH0671668B2 JP H0671668 B2 JPH0671668 B2 JP H0671668B2 JP 25068689 A JP25068689 A JP 25068689A JP 25068689 A JP25068689 A JP 25068689A JP H0671668 B2 JPH0671668 B2 JP H0671668B2
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axis
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雅智 村山
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、開先を設けた溶接線が折れ曲ったり、ロボッ
トの教示点に対して実際の溶接線がずれているような被
溶接物に対し、高速回転アーク溶接トーチを備えた溶接
ロボットを用いて溶接する場合における開先自動倣い制
御におけるトーチ角度制御方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to an object to be welded in which a welding line provided with a groove is bent or an actual welding line is deviated from a teaching point of a robot. On the other hand, the present invention relates to a torch angle control method in groove automatic copying control when welding is performed using a welding robot equipped with a high-speed rotating arc welding torch.

[従来の技術] 消耗電極式アーク溶接における開先自動倣い制御とし
て、溶接アークの回転によるアークセンサ技術を利用す
ることは、例えば特開昭60-174270号や特開昭62-248571
号により知られている。
[Prior Art] Utilization of arc sensor technology based on the rotation of a welding arc as a groove automatic copying control in consumable electrode type arc welding is disclosed in, for example, JP-A-60-174270 and JP-A-62-248571.
Known by the issue.

第7図(a),(b)は従来の回転アークセンサによる
開先倣い制御方法の説明図で、同時に制御方向の定義を
与えている。図において、1はモータ2により回転する
電極ノズルを有する溶接トーチで、図示しない溶接ロボ
ットアームの先端に取り付けられている。3はトーチ1
のノズル先端において所定量の偏心を与えられて自動送
給される溶接ワイヤ、4はアーク、5は被溶接物6に形
成された開先で、図示の場合、溶接線10は真直ぐな直線
となっている。7は溶接ビードである。また、以下にお
いて、x軸は開先5の軸方向をいい、y軸はトーチ1の
軸方向(高さ方向)をいうものとする。z軸は溶接トー
チ1の進行方向(溶接進行方向)を表している。
7 (a) and 7 (b) are explanatory views of a groove tracking control method using a conventional rotary arc sensor, and at the same time, the definition of the control direction is given. In the figure, reference numeral 1 denotes a welding torch having an electrode nozzle rotated by a motor 2 and attached to the tip of a welding robot arm (not shown). 3 is torch 1
A welding wire, which is automatically fed with a given amount of eccentricity at the nozzle tip of 4, is an arc, 5 is a groove formed in the workpiece 6, and in the case shown, the welding line 10 is a straight line. Has become. 7 is a weld bead. Further, in the following, the x-axis refers to the axial direction of the groove 5, and the y-axis refers to the axial direction (height direction) of the torch 1. The z-axis represents the traveling direction of the welding torch 1 (welding traveling direction).

このような回転アークセンサ技術を用いれば、アーク4
の1回転ごとに溶接電流Ia及びアーク電圧Eaを検出し、
この検出された溶接電流Iaと溶接電流の基準値Ioとの差
(Ia-Io)の積分値が常に零になるように制御すること
により、溶接トーチ1を溶接トーチとワークとの距離
(トーチ高さ)が一定になるようにy軸方向に修正する
ことができ(定アーク長制御)、また、検出されたアー
ク電圧Eaとアーク電圧の基準値Eoとの差(Ea-Eo)を、
z軸方向の前方点Cfを中心として左右同一の位相角φで
囲まれる領域、すなわち左側と右側で積分した値の差
(SL-SR)が常に零になるように制御することにより、
溶接トーチ1を溶接トーチの狙い位置が開先中心にくる
ようにx軸方向に修正することができる。これにより自
動的にトーチ1を開先5に追従させながら溶接を行うこ
とができる。
With such rotary arc sensor technology, the arc 4
Welding current Ia and arc voltage Ea are detected every 1 rotation of
By controlling the integrated value of the difference (Ia-Io) between the detected welding current Ia and the reference value Io of the welding current to be always zero, the welding torch 1 is separated from the welding torch by the workpiece (torch). Height) can be corrected in the y-axis direction so as to be constant (constant arc length control), and the difference between the detected arc voltage Ea and the reference value Eo of the arc voltage (Ea-Eo)
By controlling so that the area surrounded by the same phase angle φ on the left and right with respect to the front point Cf in the z-axis direction, that is, the difference (S L -S R ) between the values integrated on the left side and the right side is always zero,
The welding torch 1 can be corrected in the x-axis direction so that the target position of the welding torch is at the groove center. As a result, welding can be performed while the torch 1 automatically follows the groove 5.

しかして、従来の回転アークセンサでは、トーチ1をx
軸及びy軸方向に位置修正するだけであり、z軸方向に
はトーチ1を一定の速度で動かしている。
Therefore, in the conventional rotary arc sensor, the torch 1 is x
The position of the torch 1 is only corrected in the axial and y-axis directions, and the torch 1 is moved at a constant speed in the z-axis direction.

[発明が解決しようとする課題] そのため、例えば第8図(a),(b)のようにz軸と
溶接線10のなす角度θx,θyが大きい場合には、 z軸方向の溶接速度は一定であるため、折れ線部10a,
10bにおける溶接速度は実質的に速くなり、このため適
正な溶接結果が得られない。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, when the angles θx and θy formed by the z-axis and the welding line 10 are large as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the welding speed in the z-axis direction is Since it is constant, the broken line portion 10a,
The welding speed at 10b is substantially higher, which results in inadequate welding results.

したがって、例えば多関節型の溶接ロボット等により
第8図のような被溶接物を溶接する場合には、溶接開始
点Psと終了点Pe以外に、溶接方向が変る点P1,P2,P3等を
教示したり、それらの屈曲点で溶接速度を変更する必要
があるなど、ティーチング作業に多くの時間がかかると
いう課題もあった。
Therefore, for example, when welding an object to be welded as shown in FIG. 8 by an articulated welding robot or the like, in addition to the welding start point Ps and the end point Pe, points P 1 , P 2 , P where the welding direction changes There is also a problem that teaching work takes a lot of time, such as teaching 3 etc. and changing the welding speed at those bending points.

さらに、第9図(a),(b)のように折れ曲った隅
肉溶接線10を溶接する場合、溶接トーチ1の姿勢を変え
ずに運行すると、折れ線部10aの溶接時には後退角αa
が生じ、折れ線部10bの溶接時には前進角αbが生じ、
しかもこれらの後退角、前進角が変化するため、時とし
て溶接欠陥を生じる。ここで、トーチ角度αa,αbはx-
z平面あるいはy-z平面において溶接トーチ11と溶接線10
における法線12とのなす角度であり、溶接方向に対し後
傾角が生じるときを後退角といい、逆に前傾角が生じる
ときを前進角という。なお、第9図において、6aは下
板、6bは立板である。
Furthermore, when welding a bent fillet welding line 10 as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), if the welding torch 1 is operated without changing the posture, the receding angle αa is generated when welding the polygonal line portion 10a.
Occurs, an advance angle αb occurs when welding the polygonal line portion 10b,
Moreover, since these receding angles and advancing angles change, welding defects sometimes occur. Here, the torch angles αa and αb are x-
Welding torch 11 and welding line 10 in the z plane or yz plane
The angle formed by the normal line 12 in Fig. 4 is referred to as the receding angle when a rearward tilt angle occurs with respect to the welding direction, and conversely the forward angle when a forward tilt angle occurs. In FIG. 9, 6a is a lower plate and 6b is a standing plate.

また、例えば第9図(c)のように、傾斜角度θが大
きい場合には溶接トーチ1と立板6bが干渉するおそれも
ある。
Further, as shown in FIG. 9C, when the inclination angle θ is large, the welding torch 1 and the standing plate 6b may interfere with each other.

そこで、例えばコンテナのコルゲートパネルのような部
材を溶接する場合には、機械的にトーチ角度を変更する
か、溶接ロボットではティーチングにより対応していた
が、機械的方式では機構が複雑になり、ティーチング方
式ではティーチング作業に多大の手数、時間を要するな
どの課題があった。
Therefore, for example, when welding a member such as a corrugated panel of a container, mechanically changing the torch angle or teaching with a welding robot has dealt with it. The method has a problem that the teaching work requires a great deal of labor and time.

本発明は、上記のように課題を解決するためになされた
もので、溶接線がz軸方向に対し折れ曲っている場合で
あっても、高速回転アークセンサ技術を利用することに
より溶接トーチの進行方向を適正に修正しながら同一の
溶接速度で、しかもトーチ角度を基準の溶接方向に対し
て常に一定に保ちながら折れ線部を自動溶接することが
できるアークセンサによる開先自動倣い制御におけるト
ーチ角度制御方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in order to solve the problems as described above. Even when the welding line is bent in the z-axis direction, the welding torch of the welding torch can be formed by using the high-speed rotating arc sensor technology. The torch angle in the automatic groove chamfering control by the arc sensor that can automatically weld the polygonal line portion while properly correcting the traveling direction at the same welding speed and keeping the torch angle always constant with respect to the reference welding direction The purpose is to provide a control method.

[課題を解決するための手段] 上記の目的を達成するため、本発明に係るアークセンサ
による開先自動倣い制御におけるトーチ角度制御方法
は、高速回転アーク溶接トーチを備えた溶接ロボットを
用いて、溶接線がz軸に対し折れ曲った被溶接物を溶接
する場合において、次の手順により溶接することとした
ものである。すなわち、 (1)溶接アークを1秒間に10〜200回の高速で回転さ
せる。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the torch angle control method in the groove automatic copying control by the arc sensor according to the present invention uses a welding robot equipped with a high-speed rotating arc welding torch. When welding an object to be welded whose welding line is bent with respect to the z-axis, the welding is performed by the following procedure. That is, (1) the welding arc is rotated at a high speed of 10 to 200 times per second.

(2)溶接電流Ia,アーク電圧Ea及び溶接進行方向の前
方Cf点を基準位置とするアークの回転位置をそれぞれ検
出する。
(2) The welding current Ia, the arc voltage Ea, and the rotational position of the arc with the forward Cf point in the welding advancing direction as the reference position are detected.

(3)前記検出された溶接電流Iaと溶接電流の基準値Io
との差(Ia-Io)を、アークの1回転ごとに積分した値
をΔYとし、 (4)さらに前記検出されたアーク電圧Eaとアーク電圧
の基準値Eoとの差(Ea-Eo)を、前記Cf点を中心に左右
同一の位相角φ(ただし、5°<φ<180°,好ましく
は5°<φ<90°)で囲まれる領域、すなわちL側(左
側)及びR側(右側)で積分した値の差(SL-SR)をΔ
Xとする。
(3) The detected welding current Ia and the reference value Io of the welding current
The difference (Ia-Io) is integrated by ΔY for each rotation of the arc, and (4) the difference (Ea-Eo) between the detected arc voltage Ea and the reference value Eo of the arc voltage. , A region surrounded by the same phase angle φ (where 5 ° <φ <180 °, preferably 5 ° <φ <90 °) about the point Cf, that is, the L side (left side) and the R side (right side) ), The difference (S L -S R ) between the values integrated by
Let be X.

(5)そして、あらかじめ溶接ロボットに教示されてい
る溶接進行方向を、アークの1回転または溶接ロボット
の制御ピッチごとに前記ΔYの値によって決定される量
だけ溶接トーチの軸方向に修正し、同時に前記ΔXの値
によって決定される量だけ溶接進行方向及び溶接トーチ
の軸方向の両方に垂直な方向(開先幅方向)に修正する
ことによって定まる溶接方向を基準の溶接方向とし、 (6)かつ、溶接速度の大きさを常に所定値に保ち、 (7)毎回、前記ΔX及びΔYにより前記基準の溶接方
向を検出し、前記溶接トーチの角度をこの基準の溶接方
向に対して常に一定に保つように制御する。
(5) Then, the welding advancing direction, which is taught in advance to the welding robot, is corrected in the axial direction of the welding torch by an amount determined by the value of ΔY for each one revolution of the arc or each control pitch of the welding robot, and at the same time. The welding direction defined by correcting the welding direction and the axial direction of the welding torch by an amount determined by the value of ΔX is defined as a reference welding direction, and (6) and The welding speed is always kept at a predetermined value, and (7) each time, the reference welding direction is detected by the ΔX and ΔY, and the angle of the welding torch is always kept constant with respect to the reference welding direction. To control.

[作用] 第1図に示すように、溶接ロボットの軌道制御はPTP(P
oint To Pont)教示のCP(Continuous Pass)制御であ
り、2つの教示点PsとPe間において、あらかじめ同一ピ
ッチで制御点G1,G2,…,Gnが定められている。この制御
ピッチは通常アークの回転周期であり、溶接アークの回
転速度Nは10〜200Hzの範囲で高速に保つ。また、溶接
速度の大きさは各制御点間の距離を一定にすることによ
り、あらかじめ設定された値に保持することができる。
[Operation] As shown in FIG. 1, the trajectory control of the welding robot is PTP (P
CP (Continuous Pass) control of oint to Pont) teaching, and control points G 1 , G 2 , ..., Gn are previously defined at the same pitch between two teaching points Ps and Pe. This control pitch is usually the arc rotation cycle, and the welding arc rotation speed N is kept high in the range of 10 to 200 Hz. The magnitude of the welding speed can be maintained at a preset value by keeping the distance between the control points constant.

いま、溶接線が2つの教示点Ps,Pe間において折れ曲っ
ている場合、アークの1回転ごとに、あるいは上記の溶
接ロボットの制御ピッチごとに、溶接速度を一定に保ち
ながら溶接進行方向のみを少しずつ変えるように溶接方
向ベクトルの修正を行うのである。この溶接方向ベクト
ルの修正を行うのに高速回転アークセンサの技術を利用
する。
Now, when the welding line is bent between the two teaching points Ps and Pe, only the welding advancing direction is maintained while keeping the welding speed constant for each revolution of the arc or for each control pitch of the welding robot. The welding direction vector is modified so that it changes little by little. The technology of the high speed rotating arc sensor is used to correct the welding direction vector.

溶接方向ベクトルの修正は次のようにして行う。アーク
の1回転ごとに溶接電流Iaとアーク電圧Ea並びに前記Cf
点を基準位置とするアークの回転位置が検出されている
ので、検出値Iaと基準値Ioとの差(Ia-Io)をアークの
1回転ごとに積分した値(SI)をΔYとし、また検出値
Eaと基準値Eoとの差(Ea-Eo)をCf点を中心とする左右
の同一移送角φ(5°<φ<90°)の領域についてアー
クの1回転ごとに積分した値(SL-SR)をΔXとする
と、第3図を参照して制御点iにおけるx軸及びy軸方
向の修正量は、それぞれ x軸方向修正量=kx・ΔXi・e y軸方向修正量=ky・ΔYi・e で与えられる。ここに、kx,kyは制御定数(ゲイン)、
e,eはそれぞれx軸及びy軸方向の単位ベクトルで
ある。
The welding direction vector is corrected as follows. Welding current Ia, arc voltage Ea and Cf for each revolution of the arc
Since the rotation position of the arc with the point as the reference position is detected, the value (S I ) obtained by integrating the difference (Ia-Io) between the detected value Ia and the reference value Io for each rotation of the arc is ΔY, Also the detected value
A value (S L) obtained by integrating the difference between Ea and the reference value Eo (Ea-Eo) for each arc revolution for the same transfer angle φ (5 ° <φ <90 °) on the left and right with the Cf point as the center. -S R ) is ΔX, referring to FIG. 3, the correction amount in the x-axis direction and the y-axis direction at the control point i is x-axis direction correction amount = kx · ΔXi · e y-axis direction correction amount = ky・ It is given by ΔYi ・ e. Where kx and ky are control constants (gain),
e and e are unit vectors in the x-axis and y-axis directions, respectively.

したがって、制御点iにおける修正された溶接方向ベク
トルiは、前回の制御点(i-1)で修正された溶接方
向ベクトルi-1とこれに垂直なx軸及びy軸方向の軌
道修正ベクトル、すなわち上記のkx・ΔXi・eと、ky
・ΔYi・eの3つのベクトルを合成した方向ACに向く
ことになる。そして、溶接方向ベクトルiの向きは同
じで大きさを最初に設定された溶接速度の大きさと同一
にする必要がある。したがって、溶接方向ベクトルi
は次式で表される。
Accordingly, the welding direction vector i that is corrected at the control point i is the last control point (i-1) Welding direction vector fixed in i-1 and perpendicular thereto the x-axis and y-axis direction of the course correction vector, That is, the above kx · ΔXi · e and ky
・ The direction will be AC, which is the combination of the three vectors of ΔYi ・ e. The direction of the welding direction vector i must be the same, and its magnitude must be the same as the magnitude of the welding speed initially set. Therefore, the welding direction vector i
Is expressed by the following equation.

ここに、|0|はあらかじめ設定されたz軸方向の溶接
速度である。
Where | 0 | is a preset welding speed in the z-axis direction.

しかし、(1)式はあくまで基本式であって、実用上
は、溶接方向ベクトルの修正は直前の数回の溶接方向ベ
クトルを加重平均などの処理をして行うこともある。こ
の場合、実用式は次のようになる。
However, the expression (1) is just a basic expression, and in practice, the correction of the welding direction vector may be performed by performing a process such as a weighted average on the welding direction vector of the last several times. In this case, the practical formula is as follows.

ただし、 (2)式に従ってアーク1回転ごとまたは制御点ごとに
溶接方向ベクトルを修正し、かつ毎回、基準の溶接方向
に対してトーチ角度を常に一定になるように制御する。
これは、溶接ロボットによる教示方向は一定であるの
で、コルゲートパネルのごとき被溶接物の種類によって
はトーチ角度を適宜変更する必要があるからである。か
くして、修正された溶接方向の溶接速度の大きさはあら
かじめ設定されたz軸方向の溶接速度の大きさに等し
く、かつ各制御点間の距離では前記アークセンサにより
x軸及びy軸方向の倣い制御を自動的に行っているの
で、溶接線が折れ曲っていても各制御点において少しず
つ溶接トーチの進行方向を変えていく。そのため、溶接
線の屈曲点の位置を改めてティーチングしなくても、z
軸方向の一定の溶接方向ベクトルと、その溶接方向ベク
トルに垂直で、かつ高速回転アークセンサにより検出さ
れたx軸及びy軸方向の各検出値から決定される軌道修
正ベクトルとから、溶接速度一定かつトーチ角度一定の
もとで溶接方向のみを修正することにより、屈曲点の位
置から自動的にトーチ進行方向を変えていく。
However, The welding direction vector is corrected for each revolution of the arc or for each control point according to the equation (2), and the torch angle is controlled so as to be always constant with respect to the reference welding direction every time.
This is because the teaching direction of the welding robot is constant, and the torch angle needs to be changed appropriately depending on the type of the object to be welded such as a corrugated panel. Thus, the magnitude of the corrected welding speed in the welding direction is equal to the preset magnitude of the welding speed in the z-axis direction, and at the distance between the control points, the arc sensor scans in the x-axis and y-axis directions. Since the control is automatically performed, the advancing direction of the welding torch is gradually changed at each control point even if the welding line is bent. Therefore, even if the position of the bending point of the welding line is not taught again, z
A constant welding speed vector from the constant axial welding direction vector and a trajectory correction vector that is perpendicular to the welding direction vector and is determined from the x-axis and y-axis direction detection values detected by the high-speed rotating arc sensor. In addition, by correcting only the welding direction under a constant torch angle, the torch moving direction is automatically changed from the position of the bending point.

[実施例] 以下、本発明の制御方法を図によりさらに具体的に説明
する。
[Example] Hereinafter, the control method of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.

第1図は各制御点における溶接方向ベクトルの修正方向
とトーチ角度の制御法を示す説明図である。図におい
て、2つの教示点PsとPeはそれぞれ溶接開始点及び終了
点で、溶接ロボットによりあらかじめ教示されている。
この2つの教示点Ps,Pe間を、アーク回転速度Nを例え
ば50Hzとして溶接するものとすれば、制御ピッチが20ms
の制御点G1,G2,…,Gnが定まる。
FIG. 1 is an explanatory view showing a method of controlling the correction direction of the welding direction vector and the torch angle at each control point. In the figure, two teaching points Ps and Pe are a welding start point and an end point, respectively, which are taught in advance by a welding robot.
If the arc rotation speed N is, for example, 50 Hz and welding is performed between the two teaching points Ps and Pe, the control pitch is 20 ms.
The control points G 1 , G 2 , ..., Gn of are determined.

第2図は溶接ロボットに取り付けられた溶接トーチの説
明図であり、ロボットアーム21の先端にy軸移動機構18
を取り付け、さらにy軸移動機構18上にx軸移動機構14
を取り付け、このx軸移動機構14のx軸スライドブロッ
ク15に溶接トーチ1を回転可能に支持させたものであ
る。トーチ1の回転はx軸スライドブロック15上に取り
付けられたモータ2により歯車機構8を介して行われ
る。アークの回転位置検出器9は、第7図(b)に示す
Cf点を基準にL,Cr,Rの4点を検出するようになってい
る。図中、16はx軸ボールネジ、17はx軸モータ、19は
y軸ボールネジ、20はy軸モータである。なお、y軸ス
ライドブロックは図示されていない。
FIG. 2 is an explanatory view of the welding torch attached to the welding robot. The y-axis moving mechanism 18 is attached to the tip of the robot arm 21.
Attached, and the x-axis moving mechanism 14 on the y-axis moving mechanism 18
The welding torch 1 is rotatably supported on the x-axis slide block 15 of the x-axis moving mechanism 14. The torch 1 is rotated by a motor 2 mounted on an x-axis slide block 15 via a gear mechanism 8. The arc rotation position detector 9 is shown in FIG. 7 (b).
Four points of L, Cr, and R are detected based on the Cf point. In the figure, 16 is an x-axis ball screw, 17 is an x-axis motor, 19 is a y-axis ball screw, and 20 is a y-axis motor. The y-axis slide block is not shown.

また、溶接ワイヤ3と被溶接物6の間には給電チップ
(図示せず)を介して溶接回路30が構成され、溶接電源
31,溶接電流検出器32及びアーク電圧検出器33が組み込
まれている。検出器32により溶接電流Iaを検出し、検出
器33によりアーク電圧Eaを検出する。
In addition, a welding circuit 30 is configured between the welding wire 3 and the object 6 to be welded via a power supply tip (not shown), and a welding power source is provided.
31, Welding current detector 32 and arc voltage detector 33 are incorporated. The detector 32 detects the welding current Ia, and the detector 33 detects the arc voltage Ea.

溶接方法は、上記のように構成された高速回転アーク溶
接トーチ1によるアーク溶接であり、アークの1回転ご
とに前述のように溶接電流Ia及びアーク電圧Eaを検出
し、これらの検出値からx軸及びy軸方向のトーチ位置
の修正量を演算しながら溶接を行う。なお、アーク回転
速度N=10〜200Hz,アーク回転直径D=1〜6mm,ワイヤ
径は0.8〜1.6mmが適当である。
The welding method is arc welding using the high-speed rotating arc welding torch 1 configured as described above, and the welding current Ia and the arc voltage Ea are detected as described above for each revolution of the arc, and x is detected from these detected values. Welding is performed while calculating the correction amount of the torch position in the axial and y-axis directions. It is suitable that the arc rotation speed N = 10 to 200 Hz, the arc rotation diameter D = 1 to 6 mm, and the wire diameter 0.8 to 1.6 mm.

そこで、再び第1図に戻って説明すると、任意の制御点
iにおける溶接方向ベクトルiは、前記(2)式を変
形すると次のように表すことができる。
Therefore, returning to FIG. 1 again, the welding direction vector i at an arbitrary control point i can be expressed as follows by modifying the equation (2).

ここに、0 :あらかじめ設定された溶接方向ベクトル0 i-1:1つ前の制御点i-1における基準の溶接方向ベク
トル i:基準溶接方向ベクトル0i-1に垂直な軌道修正ベク
トル すなわち、軌道修正ベクトルiは、アークの1回転ご
とに前記ΔX(=SL-SR),ΔY(=SI)に基づき決定
される値に、それぞれある定数kx,ky(ゲイン)を乗じ
たものであり、前回の基準溶接方向ベクトル0i-1に垂
直にx軸方向及びy軸方向に与える。かつ、溶接トーチ
1の角度を常に一定とするために、溶接方向ベクトル
iの向きを1つ前の制御点i-1における基準溶接方向ベ
クトル0i-1の方向にとり、この0i-1ベクトルに対し
て、例えば90°に一定に保つ。すなわち、制御点G1にお
いて、トーチ角度を前回の基準溶接方向ベクトル00
対して直角に保ち、溶接方向ベクトルの方向のみを
その基準溶接ベクトル00と軌道修正ベクトルとの
和(00)の方向に修正する。そして、次の制御
点G2では、トーチ角度をベクトルと大きさ同じで向
きも同じの01ベクトルに対して直角にとり、溶接方向
のみを(01)の方向に修正する。以下同様にし
て、トーチ角度を基準溶接方向ベクトル0i-1に対し常
に一定に保ち、溶接方向のみを基準溶接方向ベクトル
0i-1と軌道修正ベクトルiとの和(0i-1+i)の
方向に修正することにより、同一の溶接速度、同一のト
ーチ角度で溶接トーチ1の進行方向のみを少しずつ変え
るようにしている。このような方向でもって、実際に折
れ曲っている溶接線10の開先を正確に追従していくこと
ができる。
Here, 0: preset welding direction vector 0 i-1: 1 previous control points i-1 norm welding direction vector of the i: norm welding direction vector 0 i-1 to the vertical trajectory correction vector i.e., The trajectory correction vector i is obtained by multiplying a value determined based on the ΔX (= S L -S R ) and ΔY (= S I ) for each rotation of the arc by a constant kx, ky (gain), respectively. And is given in the x-axis direction and the y-axis direction perpendicular to the previous reference welding direction vector 0 i- 1 . And, welding the angle of the torch 1 in order to always be constant, taking the direction of the welding direction vector i in the direction of the reference welding direction vector 0 i-1 in the preceding control points i-1, the 0 i-1 vector On the other hand, for example, it is kept constant at 90 °. That is, the control point G 1, maintaining a right angle torch angle to the previous norm welding direction vector 00, the sum of only its norm welding vector 00 and the track correction vector unidirectional welding direction vector 1 (00 + 1 ) Direction. Then, in the next control point G 2, the torch angle taken at right angles to one vector and the size the same direction same 01 vectors, modifying only the welding in the direction of (01 + 2). Similarly, keep the torch angle constant with respect to the reference welding direction vector 0 i- 1 and set only the welding direction to the reference welding direction vector.
By correcting the direction of the sum of 0 i- 1 and the trajectory correction vector i ( 0 i- 1 + i), only the advancing direction of the welding torch 1 is changed little by little at the same welding speed and the same torch angle. ing. In this direction, it is possible to accurately follow the groove of the welding line 10 that is actually bent.

また、溶接方向ベクトルiはハンチングの防止上、直
前の数回の基準溶接方向ベクトルを平均値化する。トー
チ角度はこのようにして修正された溶接方向ベクトル
iに対して一定になるように保持されるが、トーチ角度
の制御は頻繁に行う必要はなく、例えば5°ごとに行う
だけで差し支えない。
Further, the welding direction vector i averages the reference welding direction vector of the last several times in order to prevent hunting. The torch angle is held constant with respect to the welding direction vector i thus modified, but the torch angle does not need to be controlled frequently, for example, every 5 °.

かくして、溶接トーチ1は制御点G1から各制御点ごとに
次第に折れ線部10aに沿うよう方向を変えて進行すると
ともに、第4図に示すように一定のトーチ角度βに保持
される。したがって、折れ線部10a,10bがz軸に対し3
°以上傾斜している場合であっても、該折れ線部を一定
のトーチ角度β,一定の溶接速度で正確にその開先を追
従し、良好な溶接ができるのである。
Thus, the welding torch 1 gradually advances from the control point G 1 to each of the control points along the polygonal line portion 10a, and is held at a constant torch angle β as shown in FIG. Therefore, the polygonal line parts 10a and 10b are 3 with respect to the z-axis.
Even if it is inclined by more than 0 °, good welding can be performed by accurately following the groove along the polygonal line portion with a constant torch angle β and a constant welding speed.

次に、第5図及び第6図はそれぞれx軸及びy軸方向の
制御ブロック図である。
Next, FIG. 5 and FIG. 6 are control block diagrams in the x-axis and y-axis directions, respectively.

第5図において、41はアークの回転位置検出器で、溶接
トーチ1の回転角度90°ごとのアーク回転位置Cf,R,Cr,
Lの4点(第7図(b)参照)を検出するようになって
いる。42はアーク電圧検出器33によりアーク1回転ごと
に検出されたアーク電圧Ea,43はあらかじめ設定された
基準電圧Eoで、それぞれ差動アンプ44に入力される。45
は回転位置検出器41及び積分領域設定回路46からの信号
の入力により積分領域を決めるためのスイッチング論理
回路、47は第7図(b)においてL領域35を積分すると
きのスイッチで、スイッチング論理回路45のL領域指令
により動作し、差動アンプ44により増幅されたアーク電
圧の差信号(Ea-Eo)をプラスとして積分器50に送る。4
8は第7図(b)においてR領域36を積分するときのス
イッチで、スイッチング論理回路45のR領域指令により
動作し、差動アンプ44により増幅されたアーク電圧の差
信号(Ea-Eo)を反転器49によりマイナスにして積分器5
0に送る。
In FIG. 5, reference numeral 41 denotes an arc rotational position detector, which is an arc rotational position Cf, R, Cr, for each 90 ° rotational angle of the welding torch 1.
Four points L (see FIG. 7 (b)) are detected. Reference numeral 42 is an arc voltage Ea detected by the arc voltage detector 33 for each revolution of the arc, and reference numeral Eo is a preset reference voltage Eo, which are input to the differential amplifier 44, respectively. 45
Is a switching logic circuit for determining the integration area by inputting signals from the rotational position detector 41 and the integration area setting circuit 46, and 47 is a switch for integrating the L area 35 in FIG. It operates according to the L region command of the circuit 45 and sends the arc voltage difference signal (Ea-Eo) amplified by the differential amplifier 44 to the integrator 50 as a plus. Four
Reference numeral 8 denotes a switch for integrating the R region 36 in FIG. 7 (b), which operates according to the R region command of the switching logic circuit 45, and is the arc voltage difference signal (Ea-Eo) amplified by the differential amplifier 44. Invertor 49 to make it negative and integrator 5
Send to 0.

積分器50はスイッチング論理回路45の積分領域指令によ
って動作し、両スイッチ47,48を通じて入力される信号
をそれぞれ積分し、積分値差(SL-SR)としてx軸修正
演算器51に送る。52はx軸ゲイン設定器で、あらかじめ
設定されたx軸ゲインkxを演算器51に入力し、x軸方向
の修正量kx・ΔXを算出する。そして、この値が正のと
きは溶接トーチをL側へ修正し、負のときにはR側へ修
正する。53は溶接トーチ位置をx軸方向に修正するため
のx軸コントローラである。
The integrator 50 operates according to the integration area command of the switching logic circuit 45, integrates the signals input through both switches 47 and 48, and sends the integrated value difference (S L -S R ) to the x-axis correction calculator 51. . Reference numeral 52 denotes an x-axis gain setter, which inputs a preset x-axis gain kx to the calculator 51 and calculates a correction amount kx · ΔX in the x-axis direction. When this value is positive, the welding torch is corrected to the L side, and when it is negative, it is corrected to the R side. Reference numeral 53 is an x-axis controller for correcting the welding torch position in the x-axis direction.

第6図において、54は溶接電流検出器32によりアーク1
回転ごとに検出された溶接電流Ia,55はあらかじめ設定
された基準溶接電流Io,56は差動アンプ、57はアーク1
回転ごとに溶接電流の差信号(Ia-Io)を積分する積分
器、58はスイッチング論理回路で、回転位置検出器41か
らの信号を受け、その1回転信号ごとに積分器57を動作
させる。59はy軸修正演算器で、積分器57による積分値
SIとy軸ゲイン設定器60によりあらかじめ設定されたy
軸ゲインkyとを演算器59に入力し、y軸方向の修正量ky
・ΔYを算出する。61はこの修正量の正負の判定回路
で、その値が正のときは溶接トーチ位置が低いためトー
チを上昇側へ修正する。逆に負のときはトーチをトーチ
位置が高いため下降側へ修正する。62は溶接トーチ位置
をy軸方向に修正するためのy軸コントローラである。
In FIG. 6, 54 is the arc 1 by the welding current detector 32.
The welding current Ia, 55 detected for each rotation is the preset reference welding current Io, 56 is the differential amplifier, 57 is the arc 1
An integrator for integrating the welding current difference signal (Ia-Io) for each rotation, 58 is a switching logic circuit, which receives a signal from the rotation position detector 41 and operates the integrator 57 for each rotation signal. 59 is a y-axis correction calculator, which is the integrated value from the integrator 57
S I and y preset by the y-axis gain setter 60
Input the axis gain ky into the calculator 59, and adjust the correction amount in the y-axis direction ky.
-Calculate ΔY. Reference numeral 61 is a circuit for determining whether the correction amount is positive or negative. When the value is positive, the welding torch position is low, so the torch is corrected to the rising side. On the contrary, if the torch is negative, the torch position is high and the torch is corrected to the descending side. Reference numeral 62 is a y-axis controller for correcting the welding torch position in the y-axis direction.

以上の第5図、第6図の回路によりそれぞれx軸及びy
軸方向の修正量を求め、その修正量を図示しない溶接速
度制御回路に送り、前記(3)式に従って溶接速度及び
トーチ角度が一定となるようにベクトル制御するのであ
る。
With the circuits shown in FIGS. 5 and 6, the x-axis and the y-axis, respectively.
The correction amount in the axial direction is obtained, the correction amount is sent to a welding speed control circuit (not shown), and vector control is performed so that the welding speed and the torch angle are constant according to the equation (3).

[発明の効果] 以上のように本発明によれば、開先を有する溶接線が折
れ曲っているような被溶接物に対しても、高速回転アー
ク溶接トーチを有する溶接ロボットを用いて、溶接速度
及びトーチ角度を所定値に歩ちつつ溶接進行方向のみを
少しずつ変えながら、しかもその開先を正確に追従して
溶接していくことができるため、溶接品質やビード形状
の優れた溶接が可能になるとともに、ロボットによるテ
ィーチング作業が大いに簡素化できるいう効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, even with respect to an object to be welded in which a welding line having a groove is bent, welding is performed using a welding robot having a high-speed rotating arc welding torch. Welding with excellent welding quality and bead shape can be performed while walking the speed and torch angle to the prescribed values while gradually changing only the welding advancing direction and accurately following the groove. In addition to being possible, there is an effect that the teaching work by the robot can be greatly simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明によるトーチ角度制御方法の説明図、第
2図は溶接ロボットのアームに取り付けられた溶接トー
チの構成図、第3図は溶接方向ベクトルの修正方法を示
す原理図、第4図は本発明により折れ曲っている溶接線
に対してトーチ角度が一定に保持される状態を示す説明
図、第5図及び第6図はそれぞれ本発明の開先自動倣い
制御方法に用いるx軸倣い制御ブロック図及びy軸倣い
制御ブロック図、第7図(a),(b)は従来の回転ア
ークセンサによる開先自動倣い制御方法の説明図、第8
図(a),(b)は本発明の対象とする折れ曲った溶接
線を示す説明図、第9図(a)〜(c)はトーチ角度と
溶接線との関係を示す説明図である。 1……溶接トーチ 3……溶接ワイヤ 4……アーク 5……開先 6……被溶接物 10……溶接線 Ps……溶接開始点(教示点) Pe……溶接終了点(教示点) G1,G2,…,Gn……制御点1 ,2,…,i……溶接方向ベクトル00 ,01,…,0i-1……基準溶接方向ベクトル1 ,2,…,i……軌道修正ベクトル
FIG. 1 is an explanatory diagram of a torch angle control method according to the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram of a welding torch attached to an arm of a welding robot, FIG. 3 is a principle diagram showing a method for correcting a welding direction vector, and FIG. The drawings are explanatory views showing a state in which the torch angle is kept constant with respect to the bent welding line according to the present invention, and FIGS. 5 and 6 are respectively the x-axis used in the groove automatic copying control method of the present invention. Copy control block diagram and y-axis copy control block diagram, FIGS. 7A and 7B are explanatory views of a groove automatic copying control method using a conventional rotary arc sensor, and FIG.
FIGS. 9A and 9B are explanatory views showing a bent welding line which is a target of the present invention, and FIGS. 9A to 9C are explanatory diagrams showing a relationship between a torch angle and a welding line. . 1 …… Welding torch 3 …… Welding wire 4 …… Arc 5 …… Groove 6 …… Workpiece 10 …… Welding line Ps …… Welding start point (teaching point) Pe …… Welding end point (teaching point) G 1 , G 2 , ..., Gn ...... Control point 1 , 2 , ..., i ...... Welding direction vector 00 , 01 , ..., 0 i- 1 ...... Reference welding direction vector 1 , 2 , ..., i ...... Orbit correction vector

フロントページの続き (72)発明者 山下 健一郎 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内 (72)発明者 細井 一 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内Front page continuation (72) Kenichiro Yamashita, 20 Ishigane Co., Ltd., Toyama City, Toyama Prefecture.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高速回転アーク溶接トーチを有する溶接ロ
ボットにより、開先を有する被溶接物を溶接する場合に
おいて, (1)溶接アークを1秒間に10〜200回の高速で回転さ
せながら溶接を行い、 (2)溶接電流Ia,アーク電圧Ea及び溶接進行方向前方C
f点を基準位置とするアークの回転位置をそれぞれ検出
し、 (3)前記検出された溶接電流Iaと溶接電流の基準値Io
との差(Ia-Io)を、アークの1回転ごとに積分した値
をΔYとし、 (4)さらに前記検出されたアーク電圧Eaとアーク電圧
の基準値Eoとの差(Ea-Eo)を、前記Cf点を中心に左右
同一の位相角φで囲まれる領域、すなわちL側(左側)
及びR側(右側)で積分した値の差(SL-SR)をΔXと
し、 (5)あらかじめ溶接ロボットに教示されている溶接進
行方向を、アークの1回転または溶接ロボットの制御ピ
ッチごとに前記ΔYの値によって決定される量だけ溶接
トーチの軸方向に修正し、同時に前記ΔXの値によって
決定される量だけ溶接進行方向及び溶接トーチの軸方向
の両方に垂直な方向(以下、開先幅方向と呼ぶ)に修正
することによって定まる溶接方向を基準の溶接方向と
し、 (6)かつ、溶接速度の大きさを常に所定値に保ち、 (7)毎回、前記ΔX及びΔYにより前記基準の溶接方
向を検出し、前記溶接トーチの角度をこの基準の溶接方
向に対して常に一定に保つように制御することにより、 前記開先を自動的に追従すると同時に常に溶接線に対し
て適正なトーチ角度を保ちながら溶接を行うことを特徴
とするアークセンサによる開先自動倣い制御におけるト
ーチ角度制御方法。
1. When welding an object to be welded having a groove by a welding robot having a high-speed rotating arc welding torch, (1) welding is performed while rotating the welding arc at a high speed of 10 to 200 times per second. (2) Welding current Ia, arc voltage Ea and welding direction forward C
The rotational position of the arc with the point f as the reference position is detected, respectively, and (3) the detected welding current Ia and the reference value Io of the welding current are detected.
The difference (Ia-Io) is integrated by ΔY for each rotation of the arc, and (4) the difference (Ea-Eo) between the detected arc voltage Ea and the reference value Eo of the arc voltage. , The area surrounded by the same phase angle φ around the point Cf, that is, on the L side (left side)
And the difference (S L -S R ) between the integrated values on the R side (right side) is ΔX, and (5) the welding progress direction taught to the welding robot in advance is set for each one revolution of the arc or the control pitch of the welding robot. Is corrected in the axial direction of the welding torch by an amount determined by the value of ΔY, and at the same time, by an amount determined by the value of ΔX, a direction perpendicular to both the welding advancing direction and the axial direction of the welding torch (hereinafter referred to as opening The welding direction determined by the correction is referred to as the front width direction) is used as the reference welding direction, and (6) and the magnitude of the welding speed is always maintained at a predetermined value. Of the welding torch, by controlling the angle of the welding torch so that it is always constant with respect to this reference welding direction, the groove is automatically tracked and at the same time is always appropriate for the welding line. toe Torch angle control method in groove automatic scanning control by arc sensor and performing welding while maintaining the angle.
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