JP2003019559A - 溶接ロボットと該ロボットを用いる円周溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円軌道のティーチングデータをシフトした場
合、そのシフトしたティーチングデータが同一円軌道に
ない場合に、その修正により正確な同一円軌道にシフト
データを生成させる溶接ロボットを用いる円周溶接方法
を提供すること。 【解決手段】 円周方向に溶接をする１パス目をティー
チング（教示）し、その後、得られた３次元座標軸上の
ティーチングデータをシフトして自動的に２パス目以降
の溶接位置データを生成し、該溶接位置テ゛ータに従って２
パス以降の円周方向に溶接をするに際して、１パス目の
ティーチングデータから求めた円周の中心点と１パス目
の一つのティーチングポイントを結ぶ線分上に新たな３
次元座標軸の一つの座標軸を設定し、設定された新座標
軸と元の座標軸の同一座標軸のなす角度θを求めてお
き、２パス目以降の溶接位置テ゛ータを生成させ、得られた
溶接位置テ゛ータを前記回転角度θと同一角度で逆方向へ回
転させて得られるデータを２パス目以降の溶接位置テ゛ータ
として正確に円軌道上に２パス以降の溶接位置テ゛ータを生
成させる溶接ロボットを用いる円周溶接方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接ロボットを用
い、円周溶接する分野で利用できる溶接ロボットを用い
る円周溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４には溶接ロボットの溶接トーチを用
いて円筒物３の円周部分を被溶接物２に溶接中の状態を
斜視図で示す。また、図５は図４の溶接後の円筒物３と
被溶接物２の一部縦断面図（図４のＡ−Ａ線断面）であ
る。図５には１パス目から７パス目まで順次円筒物３と
被溶接物２の接続部をシフトさせて溶接した状態を示
す。１パス目で得られた溶接位置データをティーチング
データとして、そのデータをシフトして自動的に２パス
目以降の溶接位置データをそれぞれ形成して、該溶接位
置データに従って溶接ロボットを動作させ、２パス以降
のティーチングは行うことはしていなかった。

【０００３】１パス目の溶接は、円筒物３と被溶接部２
との接続部に障害となるものがないため、トーチ１の先
端部（ワイヤ先端）を接続部に移動させてティーチング
により、溶接位置を記憶させることが可能であるが、２
パス目以降を１パス目に続けて溶接する場合は、１パス
目終了後、溶接を中断して、改めてティーチングし直す
訳にはいかないため、肉盛高さ、幅等を考慮したＸ、
Ｙ、Ｚ方向のシフト量（移動量）を予め設定しておく。
従って、ティーチングでは１パス目のみの溶接位置デー
タを作成し、２パス目以降は、前記ティーチング時のデ
ータにＸ、Ｙ、Ｚ方向のシフト量（例えば左に５ｍｍ上
に３ｍｍ等）を加算したものを溶接位置データとして、
順次１パス毎に又は２パス目に全パス分を作成してい
く。

【０００４】このティーチング機能は２パス目以降はシ
フトを使えば、ロボットを止めなくて済むため、ティー
チング時間の軽減効果があり、ロボット制御装置に汎用
的に搭載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記ティーチ
ング機能はロボット手首先端の座標系でシフト量を決定
しているため、円軌道のティーチングデータをシフトし
た場合、いつでも円軌道になるとは限らない。図６、図
７にそのような事態が生じる理由を例を挙げて説明す
る。

【０００６】図６に円軌道上にティーチングされた８点
のロボット先端座標系を示す。説明上、Ｘ、Ｙ、Ｚの３
軸のうちＸ、Ｙの２軸を示している。この座標系がロボ
ット先端（例えば溶接トーチ）に設定されている。図６
のように円軌道の中心点Ｏに対して、この座標系の各点
Ｐ１〜Ｐ８が点対称にティーチングされた場合、この座
標系の各点Ｐ１〜Ｐ８を基準としてシフトした点Ｐ１’
〜Ｐ８’は同一円軌道上に置かれる。しかし、図７のよ
うに点Ｐ１〜Ｐ８の位置は同一円軌道上にあるが、その
円軌道上の座標系点Ｐ１〜Ｐ８とその円軌道の中心点Ｏ
の作る角度が一定でない場合、シフト後の点Ｐ１’〜Ｐ
８’は同一円軌道上にこない。

【０００７】そして、実作業においては溶接ロボットの
動作範囲の制限から図７のようにティーチングをせざる
を得ない場合があり、このような場合には従来のシフト
方法では円軌道上にシフトすることは不可能であった。

【０００８】前記溶接ロボットの動作範囲が制限される
理由を述べる。被溶接部と溶接ロボットとの相対位置
は、被溶接部を構成する部品の形状及び、溶接ロボット
の動作可能範囲から、常にベストのポジションでティー
チングができるとは限らない。例えば、図６のように点
対象にティーチングできるのは、被溶接物が比較的小物
でありロボット側の適正動作範囲に納まる場合のみであ
る。ロボット側の適正動作範囲は狭く、従って、適正で
はないが可動範囲で動作することが多い。

【０００９】多関節型（多軸型）の溶接ロボットの各軸
の適正動作範囲が決まっており、各軸には座標系が設定
されている。しかしながら、各軸の適正動作範囲は独立
ではなく、他の軸の動作状態により制限される。例えば
Ａ〜Ｄ軸の場合、Ｃ軸がＤ軸の制限範囲近くに設定され
た場合にＤ軸の動作が制限され、無理な姿勢で溶接する
ことになる。図７に示す場合もロボット先端座標系に係
る軸が制限された場合で、点対称にティーチングできな
い場合である。

【００１０】本発明の課題は、円軌道のティーチングデ
ータをシフトした場合、そのシフトしたティーチングデ
ータが同一円軌道にない場合に、その修正により正確な
同一円軌道にシフトデータを生成させる溶接ロボットを
用いる円周溶接方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明ではティーチング時の中心点Ｏを基準にして
シフトすることで正確に同一円軌道にシフトデータを生
成させる。

【００１２】すなわち、円周方向に溶接をする１パス目
をティーチング（教示）し、その後、得られた３次元座
標軸上のティーチングデータをシフトして自動的に２パ
ス目以降の溶接位置データを形成し、該溶接位置データ
に従って２パス以降の円周方向に溶接をする溶接ロボッ
トを用いる円周溶接方法において、１パス目のティーチ
ングデータから円周の中心点を求め、該中心点を基準に
してシフトさせることにより２パス目以降の溶接位置デ
ータをそれぞれ形成させ、該溶接位置データを用いて円
軌道上に２パス目以降の溶接をそれぞれ行う溶接ロボッ
トを用いる円周溶接方法である。

【００１３】前記２パス目以降の溶接位置データをそれ
ぞれ形成させる方法として、１パス目のティーチングデ
ータから求めた円周の中心点と１パス目の一つのティー
チングポイントを結ぶ線分上に新たな３次元座標軸の一
つの座標軸を設定し、該設定された新座標軸と元の座標
軸とのなす角度θを求めておき、該新座標軸系に２パス
目以降の溶接位置データを生成させ、得られた溶接位置
データを前記回転角度θと同一角度で逆方向へ回転させ
て得られるデータを２パス目以降の溶接位置データとし
て円軌道上に２パス以降の溶接位置データをそれぞれ形
成させることができる。

【００１４】また、本発明の上記課題は、図１に示す構
成の溶接ロボットで解決される。すなわち、円周方向に
溶接をする１パス目をティーチングするティーチング手
段と、該ティーチング手段で得られた３次元座標軸上の
ティーチングデータから円周の中心点を求める円周中心
点演算手段と、該円周中心点演算手段で得られた中心点
を基準にしてシフトさせることにより２パス目以降の溶
接位置データを形成させる溶接位置データ形成手段と、
該溶接位置データ形成手段で得られた溶接位置データを
用いて円軌道上に２パス目以降の溶接をそれぞれ行う溶
接実行手段とを備えた溶接ロボットである。

【００１５】前記溶接ロボットの溶接位置データ形成手
段は、前記円周中心点演算手段で求めた１パス目のティ
ーチングデータから求めた円周の中心点と、１パス目の
一つのティーチングポイントを結ぶ線分上に新たな３次
元座標軸の一つの座標軸を設定する新座標軸設定手段
と、該新座標軸設定手段で設定された新座標軸と元の座
標軸とのなす角度θを求める角度θの演算手段と、前記
新座標軸設定手段で得られた新座標軸系に２パス目以降
の溶接位置データを生成させる第一の溶接位置データ形
成手段と、該第一の溶接位置データ形成手段で得られた
溶接位置データを前記角度θの演算手段で求めた回転角
度θと同一角度で逆方向へ回転させて得られる溶接位置
データを演算する第二の溶接位置データ演算手段とから
構成し、前記溶接ロボットの溶接実行手段は、前記第二
の溶接位置データ演算手段で得られた溶接位置データを
２パス目以降の溶接位置データとして円軌道上で２パス
以降の溶接をそれぞれ実行する手段から構成することが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による溶接ロ
ボットを用いる円周溶接方法は前記従来技術で説明した
図４に示す溶接ロボットの溶接トーチを用いて円筒物３
の円周部分を被溶接物２に溶接する方法であり、得られ
た円筒物３と被溶接物２の縦断面図は図５に示す構造と
同じである。

【００１７】本発明によるシフト手順を図２、図３に示
す。図６で説明したように円軌道上にティーチングされ
たロボット先端の３次元座標系を説明上、Ｘ、Ｙの２軸
を示している。

【００１８】まず、円周上の１パス目の３次元座標軸上
のティーチングポイントＰ１〜Ｐ８の数値からティーチ
ングポイントを結んで得られる円の中心点Ｏを求める。
中心点Ｏを求める際の誤差は最小２乗法近似で吸収する
（図２）。続いて図３に示すように、得られた円の中心
点ＯとティーチングポイントＰを結ぶ線分上にＹ座標軸
を合わせてＹ’軸を求める（ステップ）。このとき、
座標軸Ｙ’に直交するＸ’軸を求めるために角度θの回
転変換を施す。続いてこの座標軸系Ｘ’Ｙ’を平行シフ
トして点Ｐ’の座標軸系Ｘ''Ｙ''を求める（ステップ
）。次に点Ｐ’の座標軸系Ｘ''Ｙ''について前記ステ
ップで行った変換とは逆の変換、すなわち角度−θの
回転をさせて点Ｐ’の座標ＸＹを求める（ステップ
）。この時ステップの平行シフト量Ｐ→Ｐ’はベク
トル量Ｏαに対して一定の角度θで定義されているの
で、ティーチングポイントＰの座標系ＸＹがどの方向に
向こうともシフト方向は一定である（図３）。

【００１９】このように２パス目以降の溶接位置データ
として正確に円軌道上に２パス以降の溶接位置データを
それぞれ生成させることができ、得られた２パス以降の
溶接位置データを用いて溶接ロボットは被処理物２上に
円筒物３の円周方向を正確に溶接することができる。

【００２０】３パス目以降も１パス目の３次元座標軸上
のティーチングポイントＰ１〜Ｐ８の数値からティーチ
ングポイントを結んで得られる円の中心点Ｏを通る直線
から２パス目と同様な方法で修正データを得ることがで
きる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、円軌道上にティーチン
グした点を正確に円軌道上にシフトすることができ、１
パスのティーチングデータで多パスの溶接位置データを
作成し、溶接することが可能となり、ティーチング作業
が大幅に低減できる。さらに、正確に円軌道を動き、溶
接の品質が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の溶接ロボットの構成図である。

【図２】 本発明になる溶接ロボットを用いる溶接方法
のシフト方法を示す概念図である。

【図３】 本発明になる溶接ロボットを用いる溶接方法
のシフト方法を示す概念図である。

【図４】 溶接ロボットを用いて円筒物を被溶接物に溶
接する様子を示す斜視図である。

【図５】 図４の縦断面図（図４のＡ−Ａ線断面図）で
ある。

【図６】 点対称にティーチングされた点の従来の溶接
ロボットを用いる溶接方法のシフト方法によるシフト結
果である。

【図７】 点対称にティーチングされなかった点の従来
の溶接ロボットを用いる溶接方法のシフト方法によるシ
フト結果である。

【符号の説明】

１ 溶接トーチ ２ 被溶接物 ３ 円筒物

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向に溶接をする１パス目をティー
   チングし、その後、得られた３次元座標軸上のティーチ
   ングデータをシフトして自動的に２パス目以降の溶接位
   置データを形成し、該溶接位置データに従って２パス以
   降の円周方向に溶接をする溶接ロボットを用いる円周溶
   接方法において、 １パス目のティーチングデータから円周の中心点を求
   め、該中心点を基準にしてシフトさせることにより２パ
   ス目以降の溶接位置データをそれぞれ形成させ、該溶接
   位置データを用いて円軌道上に２パス目以降の溶接をそ
   れぞれ行うことを特徴とする溶接ロボットを用いる円周
   溶接方法である。
2. 【請求項２】 １パス目のティーチングデータから求め
   た円周の中心点と１パス目の一つのティーチングポイン
   トを結ぶ線分上に新たな３次元座標軸の一つの座標軸を
   設定し、該設定された新座標軸と元の座標軸とのなす角
   度θを求めておき、該新座標軸系に２パス目以降の溶接
   位置データを生成させ、得られた溶接位置データを前記
   回転角度θと同一角度で逆方向へ回転させて得られるデ
   ータを２パス目以降の溶接位置データとして円軌道上に
   ２パス以降の溶接位置データをそれぞれ生成させて溶接
   することを特徴とする請求項１記載の溶接ロボットを用
   いる円周溶接方法。
3. 【請求項３】 円周方向に溶接をする１パス目をティー
   チングするティーチング手段と、 該ティーチング手段で得られた３次元座標軸上のティー
   チングデータから円周の中心点を求める円周中心点演算
   手段と、 該円周中心点演算手段で得られた中心点を基準にしてシ
   フトさせることにより２パス目以降の溶接位置データを
   形成させる溶接位置データ形成手段と、 該溶接位置データ形成手段で得られた溶接位置データを
   用いて円軌道上に２パス目以降の溶接をそれぞれ行う溶
   接実行手段とを備えたことを特徴とする溶接ロボット。
4. 【請求項４】 溶接位置データ形成手段は、 前記円周中心点演算手段で求めた１パス目のティーチン
   グデータから求めた円周の中心点と、１パス目の一つの
   ティーチングポイントを結ぶ線分上に新たな３次元座標
   軸の一つの座標軸を設定する新座標軸設定手段と、 該新座標軸設定手段で設定された新座標軸と元の座標軸
   とのなす角度θを求める角度θの演算手段と、 前記新座標軸設定手段で得られた新座標軸系に２パス目
   以降の溶接位置データを生成させる第一の溶接位置デー
   タ形成手段と、 該第一の溶接位置データ形成手段で得られた溶接位置デ
   ータを前記角度θの演算手段で求めた回転角度θと同一
   角度で逆方向へ回転させて得られる溶接位置データを演
   算する第二の溶接位置データ演算手段とからなり、 前記溶接実行手段は、前記第二の溶接位置データ演算手
   段で得られた溶接位置データを２パス目以降の溶接位置
   データとして円軌道上で２パス以降の溶接をそれぞれ実
   行する手段であることを特徴とする請求項３記載の溶接
   ロボット。