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JP2009034685A - Automatic welding method and automatic welding apparatus - Google Patents

Automatic welding method and automatic welding apparatus Download PDF

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JP2009034685A
JP2009034685A JP2007198436A JP2007198436A JP2009034685A JP 2009034685 A JP2009034685 A JP 2009034685A JP 2007198436 A JP2007198436 A JP 2007198436A JP 2007198436 A JP2007198436 A JP 2007198436A JP 2009034685 A JP2009034685 A JP 2009034685A
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JP
Japan
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welding
teaching program
sectional shape
automatic
measurement
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Application number
JP2007198436A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Okamoto
陽 岡本
Toshihiko Nishimura
利彦 西村
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the labor required for preparing a teaching program for measurement. <P>SOLUTION: A teaching program Pr2 for measurement allows the operation associated with a weaving action for measuring a groove sectional shape of a welding workpiece to be executed by a welding robot 2, and prepared based on a teaching program Pr1 for welding. A groove sectional shape generation unit 11 executes the measurement of the groove sectional shape by a laser displacement meter 17 by the reproduction of the teaching program Pr2 for measurement. A gap width calculation unit 12 calculates the gap widths D<SB>k</SB>at a plurality of parts from the groove sectional shape. A welding condition selection unit 13 selects the optimum welding condition based on the gap widths D<SB>k</SB>. A robot controller 4 changes the welding condition including the target position of a welding torch regulated by the teaching program for welding based on the optimum welding condition, and allows the welding action to be executed by the welding robot 2 based on the welding condition after the change. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to an automatic welding method and apparatus for measuring a groove cross-sectional shape of a welding workpiece and performing welding by changing welding conditions based on the measurement result.

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。   There is known an automatic welding method and apparatus for measuring a groove cross-sectional shape of a welding workpiece and performing welding by changing welding conditions based on the measurement result (see, for example, Patent Document 1). This type of automatic welding method is generally as follows. First, a distance meter such as a laser displacement meter is attached near the welding torch at the tip of the welding robot. In the measurement of the groove cross-sectional shape, the cross-sectional shape is acquired by scanning the distance meter in the direction orthogonal to the weld line by the welding robot before the main welding. Next, the gap width of the groove is calculated from the measured groove cross-sectional shape. Subsequently, based on the calculated gap width, the welding torch target position, weaving operation parameters (eg, sine wave, triangular wave operation method, amplitude, frequency, etc.), welding current, welding voltage and other welding conditions are changed and optimized. Turn into. Thereafter, the welding robot performs welding based on the optimized welding conditions.

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。   What is a teaching program (measurement teaching program) for causing a welding robot to execute an operation for measuring a groove cross-sectional shape? What is a teaching program (welding teaching program) for causing a welding robot to perform an actual welding operation? Created separately.

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。   In order to calculate the gap width at one location from the measurement result of the groove cross-sectional shape, at least two teaching points, that is, a measurement teaching one point on the left side (point A) and one point on the right side (point B) It is necessary to register a teaching program, measure the distance from point A to point B by reproducing the measuring teaching program and operating the welding robot. When the gap width changes in one weld line, it is necessary to calculate the gap widths at a plurality of locations in order to finely change the welding conditions based on the gap width. However, if the weld line is long, the gap width at more points must be measured, and the teaching points increase. The increase in teaching points increases the labor required when an operator who operates the automatic welding apparatus creates a teaching program for measurement. In particular, an increase in teaching points only for gap width calculation that is not directly related to actual welding is painful for an operator who creates a teaching program.

特開2001−334366号公報JP 2001-334366 A

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。   An object of the present invention is to reduce the labor required for creating a teaching program for measurement for measuring a groove cross-sectional shape used for gap width calculation in an automatic welding method and apparatus.

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。   A first aspect of the present invention is an automatic welding method for welding a workpiece by operating an automatic welder by reproducing a welding teaching program, wherein the distance is measured near a welding torch at the tip of the automatic welder. Based on the welding teaching program, a measuring teaching program for causing the automatic welding machine to perform an operation accompanied by a weaving operation for measuring a groove cross-sectional shape of the welding workpiece is arranged, The automatic welding machine is operated by replaying the measurement teaching program, the groove cross-sectional shape is measured by the distance meter, a groove gap width is calculated from the measured groove cross-sectional shape, and the calculated The optimum welding conditions are selected based on the gap width, and the welding torch defined by at least the welding teaching program is selected based on the selected optimum welding conditions. Change the welding conditions including the target position, and executes the welding by operating the automatic welding machine on the basis of the welding condition of the changed provides an automated welding process.

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。   According to a second aspect of the present invention, an automatic welding machine in which a distance meter for measuring a distance is arranged in the vicinity of the welding torch at the tip, a welding teaching program are stored, the welding teaching program is reproduced, and the automatic welding is performed. A welding control unit for operating a machine to perform welding of the welding workpiece, and an operation accompanied by a weaving operation for measuring the groove cross-sectional shape of the welding workpiece created based on the welding teaching program. A groove cross-section shape generating unit that stores a measurement teaching program to be executed by a welding machine, and operates the automatic welding machine by reproducing the measurement teaching program to measure a groove cross-section shape by the distance meter A gap width calculation unit that calculates gap widths at a plurality of locations from the groove cross-sectional shape obtained by the groove cross-sectional shape generation unit, and a gap calculated by the gap width calculation unit. A welding condition selection unit that selects an optimum welding condition based on a welding width, and the welding control unit is defined by at least the welding teaching program based on the optimum welding condition selected by the welding condition selection unit. An automatic welding apparatus is provided that changes a welding condition including a target position of the welded torch and causes an automatic welding machine to perform a welding operation based on the changed welding condition.

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。   The welding teaching program preferably prescribes a welding operation accompanied by a weaving operation.

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。   According to the present invention, a measurement teaching program for measuring the groove cross-sectional shape used for gap width calculation is created based on the welding teaching program. Therefore, it is possible to easily create a measurement teaching program for calculating gap widths at a large number of locations, and the labor of an operator required for creating the measurement teaching program can be greatly reduced. In particular, when the welding teaching program defines a welding operation accompanied by a weaving operation, the measurement teaching program can be easily created by effectively utilizing the welding teaching program.

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。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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。   An automatic welding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 operates a 6-axis vertical articulated welding robot (automatic welding machine) 2 to weld welding workpieces 3A and 3B. In addition, a robot controller (welding control unit) 4 and a signal processing device 5 are provided. The signal processing device 5 includes a groove cross-section shape generation unit 11, a gap width calculation unit 12, and a welding condition selection unit 13. Further, the automatic welding apparatus 1 includes an input device 14 for an operator to access the robot controller 4 and the signal processing device 5 to input a command for creating a program and the like, and the robot controller 4 and the signal processing device. 5 is provided with a display device 15 for displaying the information in 5 to the operator.

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。   A welding torch 16 is attached to the tip of the welding robot 2, and a sensor head 18 of a laser displacement meter (distance meter) 17 is attached in the vicinity of the welding torch 16. The sensor head 18 includes a light emitting element that projects laser spot light onto the surfaces of the welding workpieces 3A and 3B, and a light receiving element such as a CCD that receives irregularly reflected light from the surfaces of the welding workpieces 3A and 3B. The sensor amplifier unit 19 of the laser displacement meter 17 detects the laser peak position (maximum value) on the light receiving element, and calculates the distance from the sensor head 18 (the sensor irradiation position is set to 0 by calculation based on the triangulation method). 18) is calculated. Further, the sensor amplifier unit 19 outputs a power value having a positive correlation with the calculated distance to the groove cross-sectional shape generation unit 11 of the signal processing device 5 as distance information.

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。   The robot controller 4 stores a welding teaching program Pr1 for operating the welding robot 2 to execute welding of the welding workpieces 3A and 3B. The welding teaching program Pr1 defines at least the target position (teaching point) of the welding torch 16 when executing the welding operation. The welding torch 16 moves on a desired weld line by sequentially moving the target position. When the welding operation is accompanied by a weaving operation, the welding teaching program Pr1 defines a weaving operation parameter. The robot controller 4 also stores other welding conditions that are not defined by the welding teaching program Pr1, such as welding current and welding voltage.

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。   Referring to FIG. 2, the weaving operation is an operation of vibrating the welding torch 16 to the left and right with respect to the welding line in order to obtain a wide bead overlay when welding the groove portions of the welding workpieces 3A and 3B. It is. In FIG. 2, the advancing direction of the tip of the welding robot 2 (welding torch 16) is set to the X axis, the amplitude direction is set to the Y axis, and the direction perpendicular to the welding workpieces 3A and 3B is set to the Z axis (described later). The coordinate axes are similarly set for 3 and FIG. Usually, the weaving operation vibrates the welding torch 16 with a sine wave having a frequency of about 1 to 8 Hz and an amplitude of several mm. Normally, as the creation of the welding teaching program Pr1, that is, the teaching of the welding operation for the welding robot 2, the welding start position and the welding end position are stored in the robot controller 4. Then, when executing a wobbling operation, an operating method such as a sine wave and a triangular wave, an amplitude, a frequency, and the like are set as a wobbling operation parameter and stored in the robot controller 4.

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。   The groove cross-sectional shape generation unit 11 stores a measurement teaching program Pr2. The measurement teaching program Pr2 is for causing the welding robot 2 to perform an operation accompanied by a weaving operation for measuring the groove cross-sectional shape of the welding workpieces 3A and 3B. The groove cross-sectional shape generation unit 11 reproduces the measurement teaching program Pr2 and operates the welding robot 2 via the robot controller 4 to measure the groove cross-sectional shape by the laser displacement meter 17.

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D(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D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。 The gap width calculation unit 12 calculates a plurality of gap widths D k (see FIGS. 3 and 4) from the groove cross-sectional shape obtained by the groove cross-sectional shape generation unit 11. The welding condition selection unit 13 selects the optimum welding condition based on the gap width Dk calculated by the gap width calculation unit 12. Further, the robot controller 4 changes the welding conditions including at least the target position of the welding torch 16 defined by the welding teaching program Pr1 based on the optimum welding conditions selected by the welding condition selection unit 13, and after the change Based on the welding conditions, the welding robot 2 is caused to execute a welding operation.

ギャップ幅D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D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。 A method of creating the measurement teaching program Pr2 for measuring the groove cross-sectional shape used for the calculation of the gap width Dk will be described. First, when the welding teaching program Pr1 defines a welding operation involving a weaving operation, the teaching points on the weld line defined by the welding teaching program Pr1 are used as they are in the measurement teaching program Pr2, and the weaving is performed. The amplitude of the operating parameters is set sufficiently larger than the maximum value of the assumed gap width Dk . By setting in this way, the data of the groove cross-sectional shape from the welding start point to the welding end point can be obtained reliably, and the gap width can be calculated at many points from the welding start point to the welding end point. is there. On the other hand, if the welding teaching program Pr1 does not define a welding operation that involves a weaving operation, the teaching points on the weld line defined by the welding teaching program Pr1 are used as they are in the measurement teaching program Pr2, and Wibbing operation parameters (for example, operation methods such as sine wave and triangular wave, amplitude frequency, etc.) are set. The measurement teaching program Pr2 created as described above is stored in the groove cross-sectional shape generation unit 11.

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。   The welding teaching program Pr1 shown in FIG. 5 performs welding from “position 1” to “position 2” while performing a weaving operation. To correct this welding teaching program Pr1 and create a measurement program Pr2, delete "welding current" and "welding voltage", change "welding start" to "measurement start", and "weld end" "Is just changed to" end of measurement ". The welding teaching program Pr1 shown in FIG. 6 is used for welding from “position 1” to “position 2” without performing a weaving operation. In order to modify the welding teaching program Pr1 and create the measurement program Pr2, “welding current” and “welding voltage” are deleted, “welding start” is changed to “measurement start”, and “wibbing operation” is performed. Is simply changed from “None” to “Yes” and the wobbling condition (amplitude: 5 mm, shape: sine wave) is set.

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D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。 Thus, the measurement teaching program Pr2 is not based on a separate program created independently of the welding teaching program Pr1, but based on the welding teaching program Pr1. Therefore, the measurement teaching program Pr2 for calculating the gap widths Dk at many locations can be easily created, and the labor of the operator required for creating the measurement teaching program Pr2 can be greatly reduced. In particular, when the welding teaching program Pr1 prescribes a welding operation accompanied by a weaving operation, the measurement teaching program Pr2 can be easily created by effectively utilizing the welding teaching program.

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。   Hereinafter, the groove cross-sectional shape generation unit 11, the gap width calculation unit 12, and the welding condition selection unit 13 will be further described.

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。   When the groove sectional shape generation unit 11 reproduces the measurement teaching program Pr2 and drives the welding robot 2, distance information (voltage value) is sometimes transmitted from the sensor amplifier unit 19 of the laser displacement meter 17 to the groove sectional shape generation unit 11. Input every moment. The groove cross-sectional shape generation unit 11 calculates the distance from the sensor head 18 to the groove surface that is the object by performing AD conversion and numerical conversion on the power value input from the sensor head 18. Further, the tip position information (x, y, z) of the welding robot 2 is input from the robot controller 4 to the groove section shape generation unit 11 every moment. The groove cross-sectional shape generation unit 11 creates a distance data group (three-dimensional point sequence) representing the groove cross-sectional shape from the distance from the sensor head 18 to the groove surface and the tip position information of the welding robot 2.

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D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D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L(x,y),R(x,y)(k=1,2,…,n)が算出できる。LとRの距離をD’とすると、ギャップ幅D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’と実際のギャップ幅Dとのずれ角度θは以下の式(1)で表される。 A distance data group created by the groove cross-section shape generation unit is input to the gap width calculation unit 12. The gap width calculation unit 12 analyzes the input distance data group and calculates the gap width Dk . As shown in FIG. 3, the calculation of the gap width D k will be described by taking as an example a case where a butt joint is used and the weaving operation at the time of groove cross-sectional shape measurement is a sine wave. The distance data representing the butt joint shape is an XY point sequence. Since the Z-axis value changes abruptly before and after the gap end point, by evaluating the lack of a continuous point sequence, two end points L k (x k , y k ), R k (x k , y k ) ( k = 1, 2,..., n) can be calculated. If the distance between L k and R k is D ′ k , the gap width D k needs to be corrected. As an example of the correction method, an approximation method will be described below. Now, when the sine wave of the weaving operation is the weaving frequency f and the vibration width A and the tip of the welding robot 2 is moving at the operation speed v, the deviation angle θ between the distance D ′ k and the actual gap width D k is It is represented by the following formula (1).

Figure 2009034685
Figure 2009034685

また、実際のギャップ幅Dは以下の式(2)により算出できる。 Further, the actual gap width Dk can be calculated by the following equation (2).

Figure 2009034685
Figure 2009034685

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(D,D,…,D,…D)が得られる。 As described above, a plurality of gap widths D (D 1 , D 2 ,..., D k ,... D n ) are obtained for one weld line.

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Dを算出できる。 As shown in FIG. 4, when the wobbling operation is a triangle instead of a sine wave, the shift angle θ can be calculated accurately, so that the gap width Dk can be calculated with higher accuracy.

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(D,D,…,D,…D)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(D,D,…,D,…D)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。 A plurality of gap widths D (D 1 , D 2 ,..., D k ,... D n ) are input to the welding condition selection unit 13 from the gap width calculation unit 12 for one welding. The welding condition selection unit 13 calculates an average gap value D mean for each fixed section of the weld line from the input gap width D (D 1 , D 2 ,..., D k ,... D n ). The welding condition selection unit 13 stores in advance optimum welding conditions for the average gap value D mean in the form of a table, for example, and selects the optimum welding conditions for the calculated average gap value D mean . As described above, the selected optimum welding condition is output to the robot controller 4 and used for changing the welding condition.

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。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, a storage unit for storing the welding teaching program Pr1 and the measurement teaching program Pr2 is provided in the signal processing device 5, and the robot controller 4 and the groove cross-sectional shape generating unit 11 store the teaching program as needed from the storage unit. A reading configuration may be adopted. Further, in FIG. 1, for easy understanding, the groove sectional shape generation unit 11, the gap width calculation unit 12, and the welding condition selection unit 13 are illustrated as separate units, but two or more of these are illustrated. A configuration in which one unit executes the above functions may be adopted.

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。The block diagram which shows the automatic welding apparatus concerning embodiment of this invention. ウィビング動作を伴い溶接を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating welding accompanied by a whibbing operation | movement. 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。The schematic diagram which shows measurement of groove cross-sectional shape (when a wobbling operation is a sine wave). 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。The schematic diagram which shows measurement of groove cross-sectional shape (when a wobbling operation | movement is a triangular wave). 測定用教示プログラムの作成の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of preparation of the teaching program for a measurement. 測定用教示プログラムの作成の他の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows another example of preparation of the teaching program for a measurement.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automatic welding apparatus 2 Welding robot 3A, 3B Welding workpiece 4 Robot controller 5 Signal processing apparatus 11 Groove cross-section shape generation part 12 Gap width calculation part 13 Welding condition selection part 14 Input device 15 Display apparatus 16 Welding torch 17 Laser displacement meter 18 Sensor head 19 Sensor amplifier unit Pr1 Welding teaching program Pr2 Measurement teaching program

Claims (4)

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。
An automatic welding method for welding a workpiece by operating an automatic welding machine by replaying a welding teaching program,
Place a distance meter to measure the distance near the welding torch at the tip of the automatic welder,
Creating a measurement teaching program for causing the automatic welding machine to execute an operation accompanied by a weaving operation for measuring a groove cross-sectional shape of the welding workpiece based on the welding teaching program;
Measure the groove cross-sectional shape with the distance meter by operating the automatic welder by playing the measurement teaching program,
Calculate the gap width of the groove from the measured groove cross-sectional shape,
Select the optimum welding conditions based on the calculated gap width,
Based on the selected optimum welding condition, at least a welding condition including a target position of the welding torch specified by the welding teaching program is changed,
Welding is performed by operating the automatic welder based on the welding conditions after the change,
Automatic welding method.
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。   The automatic welding method according to claim 1, wherein the welding teaching program defines a welding operation accompanied by a weaving operation. 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。
An automatic welding machine in which a distance meter for measuring the distance is disposed near the tip of the welding torch;
A welding control unit that stores a teaching program for welding, reproduces the teaching program for welding, operates the automatic welding machine, and executes welding of the welding workpiece;
A measurement teaching program for causing the automatic welding machine to execute an operation accompanied by a weaving operation for measuring the groove cross-sectional shape of the welding workpiece, created based on the welding teaching program, is stored. A groove cross-sectional shape generating unit that operates the automatic welding machine by playing back the teaching program for executing the measurement of the groove cross-sectional shape by the distance meter;
A gap width calculation unit for calculating a gap width at a plurality of locations from the groove cross-sectional shape obtained by the groove cross-sectional shape generation unit;
A welding condition selection unit that selects an optimum welding condition based on the gap width calculated by the gap width calculation unit,
The welding control unit changes a welding condition including at least a target position of the welding torch specified by the welding teaching program based on the optimum welding condition selected by the welding condition selection unit, and An automatic welding device that causes an automatic welder to perform a welding operation based on welding conditions.
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。   The automatic welding apparatus according to claim 3, wherein the welding teaching program defines a welding operation accompanied by a weaving operation.
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