JP2008080354A

JP2008080354A - 自動溶接装置

Info

Publication number: JP2008080354A
Application number: JP2006262076A
Authority: JP
Inventors: Isao Takahashi; 勲高橋; Masaru Nishimura; 大西村
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】溶接トーチの移動機構、溶接用電源装置及び集塵機等の機器を設置する作業が不要であり、かつ、これらの機器の設置場所を縮小することができる自動溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接トーチとワイヤ送給機とＣＣＤカメラと溶接用電源とトーチ移動機構と被加工物移動機構と制御装置とを一体に設けた自動溶接装置であって、コントローラによって多品種で少量生産の被加工物に対して、予め簡易的操作で溶接線上を溶接トーチの先端を移動させて、動作軌跡を溶接条件と共にデータベースへ記憶する。そして、ＣＣＤカメラによって被加工物を自動認識して、被加工物に対応した溶接条件と溶接トーチ及び被加工物の動作軌跡からなる作業プログラムを呼び出して溶接を行う。この結果、各機器が一体に合理的に配置されているので、これらの機器を設置する作業が不要になり、かつ、これらの機器の設置場所を縮小することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、多品種で少量生産の被加工物を溶接するための作業効率及び生産性の向上を図ることができる自動溶接装置に関するものである。

今日、溶接の作業能率を向上させるために、溶接用ロボットを用いて溶接を自動化することが広く行われている。図３は、多関節ロボットを使用したときの溶接用ロボットの一般的な構成を示す図である。同図において、マニピュレータ１の手首部２の先端に、溶接トーチ３が取り付けられ、ワイヤリール４に巻かれた溶接ワイヤ５が、マニピュレータ１に取り付けたワイヤ送給装置６によって溶接トーチ３に送給される。

また、溶接用電源装置７から溶接トーチ３に電力が供給され、ガスボンベ８から溶接トーチ３にシールドガスが供給される。ティーチペンダント９からロボット制御装置１０に指令信号が入力され、このロボット制御装置１０からの動作制御信号がマニピュレータ１に入力されて、第１軸乃至第６軸から成る６つの軸を回転させて、溶接トーチ３の先端位置が制御される。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−１５０３７８号公報

上述した図３に示した従来技術の溶接用ロボットにおいては、マニピュレータ１、溶接用電源装置７及びロボット制御装置１０の機器間の信号線を制御ケーブルで配線する必要があるが、これらの制御ケーブルの長さは固定されていない。そのために、機器の配置関係からケーブルの長さを選定する必要があり、また、配線後の制御ケーブルを配線用溝に収納する必要がある。

また、溶接作業者が、マニピュレータ１に容易に接触しないように、マニピュレータ１の動作範囲を取り囲むように安全柵を設ける必要がある。さらに、溶接時に、シールドガスやヒュームが発生し、溶接作業者の酸欠防止のために集塵設備を設置する必要がある。従って、これらの機器の設置作業に時間が掛かり、かつ、これらの機器を設置するための場所を確保する必要があるという不具合がある。

本発明は、溶接トーチの移動機構、溶接用電源装置及び集塵機等の機器を設置する作業が不要であり、かつ、これらの機器の設置場所を縮小することができる自動溶接装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、
溶接トーチと、
溶接ワイヤを前記溶接トーチへ送給するワイヤ送給機と、
被加工物を撮像するＣＣＤカメラと、
溶接トーチへ電力を供給する溶接用電源と、
前記溶接トーチをＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるトーチ移動機構と、
前記被加工物をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向へ移動させる被加工物移動機構と、
溶接条件及び動作軌跡を入力するコントローラと、
前記コントローラによって多品種の前記被加工物に対応した溶接条件及び動作軌跡を予め記憶し溶接開始前に前記ＣＣＤカメラが撮像した画像信号によって前記被加工物を判別して前記記憶した溶接条件及び動作軌跡を抽出して前記トーチ移動機構及び前記被加工物移動機構を制御し前記溶接用電源の出力を設定する制御装置と、
集塵機と、
遮光膜付きカバーと、
前記溶接トーチと前記ワイヤ送給機と前記ＣＣＤカメラと前記溶接用電源と前記トーチ移動機構と前記被加工物移動機構と前記制御装置と前記集塵機と前記カバーとを一体に設けた装置本体と、
を備えたことを特徴とする自動溶接装置である。

第２の発明は、
第１の発明に記載の制御装置が、
前記コントローラによって多品種の前記被加工物に対応した溶接条件及び動作軌跡が入力されて記憶するデータベースと、
前記ＣＣＤカメラが撮像した画像信号が入力されて前記被加工物を判別する被加工物判別回路と、
前記被加工物判別回路の判別結果に基づいて前記データベースから溶接条件及び動作軌跡を抽出し前記抽出された溶接条件に基づいて前記溶接用電源の出力を設定する溶接条件動作軌跡抽出回路と、
前記抽出された動作軌跡に基づいて前記トーチ移動機構及び前記被加工物移動機構を制御する駆動制御回路と、
を備えたことを特徴とする自動溶接装置である。

第１の発明及び第２の発明の自動溶接装置は、溶接トーチ、トーチ移動機構、被加工物移動機構、制御装置、溶接用電源、集塵機、カバー等が一体に合理的に配置されているので、これらの機器を設置する作業が不要になり、かつ、これらの機器の設置場所を縮小することができる。

発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。図１は、本発明の自動溶接装置の外観図であり、図２は本発明の自動溶接装置の制御ブロック図である。図１及び図２において、溶接トーチ１１をＸ軸方向へ移動させるトーチＸ軸移動機構１２とＹ軸方向へ移動させるトーチＹ軸移動機構１３とを装置本体１４に取り付けている。また、被加工物１５をＸ軸方向へ移動させる被加工物Ｘ軸移動機構１６、Ｙ軸方向へ移動させる被加工物Ｙ軸移動機構１７及びＺ軸方向へ移動させる被加工物Ｚ軸移動機構１８とを装置本体１４に取り付けている。

装置本体１４の外に設けたワイヤリール（図示を省略）に巻かれた溶接ワイヤが、装置本体１４の上に取り付けたワイヤ送給機１９によって、トーチケーブル２０を挿通して溶接トーチ１１に送給される。また、装置本体１４内に設けた溶接用電源２１からトーチケーブル２０を介して溶接トーチ１１に電力が供給され、装置本体１４の外に設けた（図示を省略）ガスボンベ（図示を省略）からトーチケーブル２０を介して溶接トーチ１１にシールドガスが供給される。

このトーチケーブル２０は、ワイヤ送給機１９から送出される溶接ワイヤと、この溶接ワイヤを挿通させて保護案内するワイヤコンジットと、シールドガスをワイヤコンジットの外周部で送気させるガスホースと、ガスホースの外周部に設けられて溶接のための電力を供給する導電線とが、それぞれほぼ同心状となるよう一本にまとめて被覆されている。

コントローラ２３には、液晶画面２４及びジョイスティック２５、２６、２７が設けられている。Ｘ軸用ジョイスティック２５、Ｙ軸用ジョイスティック２６及びＺ軸用ジョイスティック２７を使用して、被加工物１５の溶接線上を溶接トーチ１１の先端が移動するように、トーチＸ軸移動機構１２及びトーチＹ軸移動機構１３と、被加工物Ｘ軸移動機構１６、被加工物Ｙ軸移動機構１７及び被加工物Ｚ軸移動機構１８とを動作させて、動作軌跡を被加工物１７に対応した溶接条件と共に指令信号Ｓ１３として出力し、装置本体１４内に設けた制御装置２２内のデータベース３０に作業プログラムとして記憶する。

ＣＣＤカメラ２８は被加工物１５を撮像し、この撮像信号Ｓ１が撮像受信回路３１へ入力されて、所定の処理が施されて被加工物判別回路３２に送信される。例えば、撮像受信回路３１は、ＣＣＤカメラ２８から出力される撮像信号Ｓ１（アナログ信号）をディジタル信号に変換した後、例えばフィルタ処理等の所定のディジタル信号処理を施し、撮像データ信号Ｓ２として被加工物判別回路３２に送信する。

被加工物判別回路３２は、撮像データ信号Ｓ２を入力して、例えばパターンマッチングの方法によって、被加工物１５を判別する。そして、溶接条件動作軌跡抽出回路３３はこの判別信号Ｓ３を入力して、被加工物１５に対応した溶接条件及び動作軌跡の作業プログラムをデータベース３０から抽出する。そして、この溶接条件動作軌跡抽出回路３３は、抽出された作業プログラム信号Ｓ４を入力して、トーチ動作軌跡信号Ｓ５をトーチ駆動制御回路３４へ送信し、被加工物動作軌跡信号Ｓ６を被加工物駆動制御回路３５へ送信し、溶接条件信号Ｓ７を溶接用電源２１へ送信する。溶接用電源２１は、溶接条件信号Ｓ７を入力して溶接トーチ１１へ供給する出力を設定する。

トーチ駆動制御回路３４は、トーチ動作軌跡信号Ｓ５を入力して、トーチＸ軸移動機構１２及びトーチＹ軸移動機構１３へ、トーチＸ軸駆動信号Ｓ８及びトーチＹ軸駆動信号Ｓ９をそれぞれ送信して動作させて、溶接トーチ１１を移動させる。また、被加工物駆動制御回路３５は、被加工物動作軌跡信号Ｓ６を入力して、被加工物Ｘ軸移動機構１６、被加工物Ｙ軸移動機構１７及び被加工物Ｚ軸移動機構１８へ、被加工物Ｘ軸駆動信号Ｓ１０、被加工物Ｙ軸駆動信号Ｓ１１及び被加工物Ｚ軸駆動信号Ｓ１２をそれぞれ送信して動作させて、被加工物１５を移動させる。

集塵機３６が装置本体１４に設けられていて、溶接中に発生するシールドガスやヒュームをフィルタで除去することができる。また、遮光膜付きのカバー３７が装置本体１４に設けられて、溶接中に被加工物１５を覆うので、アーク光やスパッタを遮断することができる。

以下、動作を説明する。まず、溶接作業者が、コントローラ２３に設けたＸ軸用ジョイスティック２５、Ｙ軸用ジョイスティック２６及びＺ軸用ジョイスティック２７を使用して、多品種の被加工物１５の溶接線上を溶接トーチ１１の先端が移動するように、トーチＸ軸移動機構１２及びトーチＹ軸移動機構１３と、被加工物Ｘ軸移動機構１６、被加工物Ｙ軸移動機構１７及び被加工物Ｚ軸移動機構１８とを動作させて、溶接トーチ１１及び被加工物１５を移動させる。そして、動作軌跡を被加工物１５に対応した溶接条件と共に指令信号Ｓ１３として出力し、装置本体１４内に設けた制御装置２２内のデータベース３０に作業プログラムとして予め記憶する。

次に、溶接作業者が装置本体１４のカバー３７を開けて、被加工物１５を被加工物移動機構１６、１７、１８上に置き、カバー３７を閉めて、集塵機３６をＯＮさせる。そして、ＣＣＤカメラ２８が被加工物１５を撮像し、この撮像信号Ｓ１が撮像受信回路３１へ入力されて、所定の処理が施されて撮像データ信号Ｓ２として被加工物判別回路３２に送信される。この被加工物判別回路３２は、撮像データ信号Ｓ２を入力して被加工物１５を判別し、この判別信号Ｓ３が溶接条件動作軌跡抽出回路３３へ入力される。

溶接条件動作軌跡抽出回路３３は、判別信号Ｓ３を入力して、被加工物１５に対応した溶接条件及び動作軌跡の作業プログラムをデータベース３０から抽出する。そして、溶接条件動作軌跡抽出回路３３は、トーチ動作軌跡信号Ｓ５をトーチ駆動制御回路３４へ送信し、被加工物動作軌跡信号Ｓ６を被加工物駆動制御回路３５へ送信し、溶接条件信号Ｓ７を溶接用電源２１へ送信する。

トーチ駆動制御回路３４は、トーチ動作軌跡信号Ｓ５を入力して、トーチＸ軸移動機構１２及びトーチＹ軸移動機構１３へ、トーチＸ軸駆動信号Ｓ８及びトーチＹ軸駆動信号Ｓ９をそれぞれ送信して動作させ、溶接トーチ１１を移動させる。また、被加工物駆動制御回路３５は、被加工物動作軌跡信号Ｓ６を入力して、被加工物Ｘ軸移動機構１６、被加工物Ｙ軸移動機構１７及び被加工物Ｚ軸移動機構１８へ、被加工物Ｘ軸駆動信号Ｓ１０、被加工物Ｙ軸駆動信号Ｓ１１及び被加工物Ｚ軸駆動信号Ｓ１２をそれぞれ送信して動作させ、被加工物１５を移動させる。この結果、溶接トーチ１１が作業プログラムによって設定された被加工物１５の溶接開始点へ移動し、溶接を開始する。

溶接中は、トーチ駆動制御回路３４及び被加工物駆動制御回路３５からの駆動信号によって、溶接トーチ１１及び被加工物１５が移動して、かつ、溶接条件信号Ｓ７に対応した出力が溶接トーチ１１へ供給されて溶接が行われる。そして溶接が終了すると、溶接作業者がカバー３７を開けて被加工物１５を取り替えて、カバー３７を閉める。そして、ＣＣＤカメラ２８が被加工物１５を撮像し、この撮像信号Ｓ１が撮像受信回路３１へ入力される。以下、上述した動作を繰り返すので説明を省略する。

この結果、コントローラによって多品種で少量生産の被加工物に対して、予め簡易的操作で溶接線上を溶接トーチの先端を移動させて、動作軌跡を溶接条件と共にデータベースへ記憶する。そして、ＣＣＤカメラによって被加工物を自動認識して、被加工物に対応した溶接条件と溶接トーチ及び被加工物の動作軌跡からなる作業プログラムを呼び出して溶接を行うことができる。

従って、被加工物を取り替えるごとにティーチングを行う必要がなくなり、作業効率及び生産性の向上を図ることができる。また、溶接トーチ、トーチ移動機構、被加工物移動機構、制御装置、溶接用電源、集塵機、カバー等が一体に合理的に配置されているので、これらの機器を設置する作業が不要になり、かつ、これらの機器の設置場所を縮小することができる。

上述した実施例では、消耗電極ガスシールドアーク溶接を行う場合について説明したが、これに限定されることなく、本発明は、ティグ溶接、プラズマ溶接、プラズマ切断、レーザ溶接及びレーザ切断にも適用される。

本発明の自動溶接装置の外観図である。本発明の自動溶接装置の制御ブロック図である。多関節ロボットを使用したときの溶接用ロボットの一般的な構成を示す図である。

符号の説明

１マニピュレータ
２手首部
３溶接トーチ
４ワイヤリール
５溶接ワイヤ
６ワイヤ送給装置
７溶接用電源装置
８ガスボンベ
９ティーチペンダント
１０ロボット制御装置
１１溶接トーチ
１２トーチＸ軸移動機構
１３トーチＹ軸移動機構
１４装置本体
１５被加工物
１６被加工物Ｘ軸移動機構
１７被加工物Ｙ軸移動機構
１８被加工物Ｚ軸移動機構
１９ワイヤ送給機
２０トーチケーブル
２１溶接用電源
２２制御装置
２３コントローラ
２４液晶画面
２５Ｘ軸用ジョイスティック
２６Ｙ軸用ジョイスティック
２７Ｚ軸用ジョイスティック
２８ＣＣＤカメラ
３０データベース
３１撮像受信回路
３２被加工物判別回路
３３溶接条件動作軌跡抽出回路
３４トーチ駆動制御回路
３５被加工物駆動制御回路
３６集塵機
３７カバー
Ｓ１撮像信号
Ｓ２撮像データ信号
Ｓ３判別信号
Ｓ４作業プログラム信号
Ｓ５トーチ動作軌跡信号
Ｓ６被加工物動作軌跡信号
Ｓ７溶接条件信号
Ｓ８Ｘ軸駆動信号
Ｓ９Ｙ軸駆動信号
Ｓ１０Ｘ軸駆動信号
Ｓ１１Ｙ軸駆動信号
Ｓ１２Ｚ軸駆動信号
Ｓ１３指令信号

Claims

溶接トーチと、
溶接ワイヤを前記溶接トーチへ送給するワイヤ送給機と、
被加工物を撮像するＣＣＤカメラと、
溶接トーチへ電力を供給する溶接用電源と、
前記溶接トーチをＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるトーチ移動機構と、
前記被加工物をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向へ移動させる被加工物移動機構と、
溶接条件及び動作軌跡を入力するコントローラと、
前記コントローラによって多品種の前記被加工物に対応した溶接条件及び動作軌跡を予め記憶し溶接開始前に前記ＣＣＤカメラが撮像した画像信号によって前記被加工物を判別して前記記憶した溶接条件及び動作軌跡を抽出して前記トーチ移動機構及び前記被加工物移動機構を制御し前記溶接用電源の出力を設定する制御装置と、
集塵機と、
遮光膜付きカバーと、
前記溶接トーチと前記ワイヤ送給機と前記ＣＣＤカメラと前記溶接用電源と前記トーチ移動機構と前記被加工物移動機構と前記制御装置と前記集塵機と前記カバーとを一体に設けた装置本体と、
を備えたことを特徴とする自動溶接装置。
請求項１記載の制御装置が、
前記コントローラによって多品種の前記被加工物に対応した溶接条件及び動作軌跡が入力されて記憶するデータベースと、
前記ＣＣＤカメラが撮像した画像信号が入力されて前記被加工物を判別する被加工物判別回路と、
前記被加工物判別回路の判別結果に基づいて前記データベースから溶接条件及び動作軌跡を抽出し前記抽出された溶接条件に基づいて前記溶接用電源の出力を設定する溶接条件動作軌跡抽出回路と、
前記抽出された動作軌跡に基づいて前記トーチ移動機構及び前記被加工物移動機構を制御する駆動制御回路と、
を備えたことを特徴とする自動溶接装置。