JP2008105101A

JP2008105101A - Welding robot

Info

Publication number: JP2008105101A
Application number: JP2006287221A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yoshikawa; 賢治吉川; Yasuhiro Suzukawa; 泰洋鈴川; Hiroyuki Aoki; 博之青木; Isao Ogura; 功小倉
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-23
Also published as: JP4725486B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify the structure of a welding robot and facilitate the control of its operation. <P>SOLUTION: A robot main body 20 is moved in the direction along a welding line by a linear guide 10, and a Z-axis driving means 27 composed of a Z-axis block 29 ascending and descending along a screw shaft 30 is mounted on a base board 21. A weaving operation means 32 provided with an operation arm 34 driven in the direction of Y-axis by a Y-axis motor 35 is mounted on the Z-axis block 29, and a clamping member 38 clamping a welding torch 4 through a wrist revolute joint mechanism 37 having an oscillating member 42 being oscillated in the vertical direction by an oscillation driving motor 46 is connected with a tip of the operation arm 34. When performing weaving operation, locus of operation of the welding torch 4 is corrected by a weaving correcting means composed of the Z-axis driving means 27 and the wrist revolute joint mechanism 37, based on detection signals output by an angle sensor 39 provided in a housing 26 of the robot main body 20. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は溶接ロボットに関するものであり、特にワークに形成した開先部に溶接を行うに当って、溶接トーチをワークの形状に正確に倣うようにウィービングさせて溶接できるようにした溶接ロボットに関するものである。 The present invention relates to a welding robot, and more particularly, to a welding robot that enables welding by weaving a welding torch so as to accurately follow the shape of a workpiece when welding a groove portion formed on the workpiece. It is.

大型の構造物を溶接する際に、開先部を形成して、この開先部に対して複数回の溶接を行う、所謂多層盛溶接が行われる。多層盛溶接は、ロボットに設けた作動アームに溶接トーチを装着し、このロボットの作動により開先部に倣うように溶接トーチを移動させることにより行われる。この多層盛溶接を正確に行うためには、溶接トーチを正確に制御しなければならず、このために多関節ロボットとして構成される。例えば特許文献１には６軸ロボットを用いて溶接トーチの動作制御を行う構成としたものが開示されている。
特許第３７１００７５号公報 When welding a large structure, a groove portion is formed, and so-called multi-layer welding is performed in which welding is performed a plurality of times on the groove portion. Multi-layer welding is performed by attaching a welding torch to an operating arm provided in a robot and moving the welding torch so as to follow the groove portion by the operation of the robot. In order to perform this multi-layer welding accurately, the welding torch must be controlled accurately, and for this purpose, it is configured as an articulated robot. For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which the operation control of the welding torch is performed using a six-axis robot.
Japanese Patent No. 3710075

ところで、この特許文献１による溶接ロボットは、ワークとは別個の位置に設置されており、溶接ロボットとワークとを相対移動させながら、ワークに形成した開先部に対してウィービング動作を行わせることにより溶接が行われることになる。このために、溶接ロボットは、溶接トーチを三次元的に制御しなければならず、従ってロボットを多関節化する必要があり、これら複数の可動部を連動させるように駆動することから、機構的にも、また制御的にも複雑化することになって、溶接ロボットの装置構成が大型化する等といった問題点がある。 By the way, the welding robot according to Patent Document 1 is installed at a position separate from the workpiece, and performs a weaving operation on the groove formed on the workpiece while relatively moving the welding robot and the workpiece. Thus, welding is performed. For this reason, the welding robot has to control the welding torch three-dimensionally, and therefore the robot needs to be articulated. In addition, there is a problem that the apparatus configuration of the welding robot is increased in size because it is complicated in terms of control.

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、溶接ロボットの構造を簡略化し、かつ動作制御も容易に行えるようにすることにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to simplify the structure of a welding robot and to easily perform operation control.

前述の目的を達成するために、本発明は、開先部が形成されたワークに装着されて、この開先部による溶接ラインに沿って溶接する溶接ロボットであって、溶接トーチが着脱可能に連結される作動アームを備えたロボット本体と、前記ワークに装着され、このロボット本体を前記溶接ラインの方向に移動させる走行手段と、前記溶接トーチを溶接ラインと直交する方向に向けて往復移動させるウィービング動作手段と、前記ロボット本体に設けられ、このロボット本体の傾きを検出する角度センサと、前記角度センサにより検出した傾き角に基づいて、前記溶接トーチによるウィービング動作の動作軌跡を補正するために、前記作動アームを上下動させるウィービング動作補正手段とを備える構成したことをその特徴とするものである。 In order to achieve the above-described object, the present invention is a welding robot that is attached to a work having a groove portion and welds along a welding line by the groove portion, and a welding torch is detachable. A robot main body having an operating arm to be connected; traveling means mounted on the workpiece; moving the robot main body in the direction of the welding line; and reciprocating the welding torch in a direction perpendicular to the welding line. In order to correct an operation locus of a weaving operation by the welding torch based on a weaving operation means, an angle sensor provided in the robot body, and detecting an inclination of the robot body, and an inclination angle detected by the angle sensor. It is characterized by comprising a weaving motion correcting means for moving the operating arm up and down.

本発明の溶接ロボットは、ワークが大型の構造物である場合に特に有効に用いられ、ワークに走行手段を装着して、ロボット本体をこの走行手段により溶接対象となる開先部が形成されているワーク上を移動させながら溶接作業が行われる。従って、ロボット本体側では、溶接トーチによるウィービング動作の移動軌跡を制御するだけで良い。ただし、ワークの走行手段が設置される部位は水平面でない場合がある。そこで、ワークにおける走行手段の設置部の傾きに応じて、ロボット本体における溶接トーチを設けた作動アームの位置を調整する。このために、ロボット本体に角度センサが設けられており、走行手段によりロボット本体がどの方向にどの程度傾くかを検出することができる。 The welding robot of the present invention is particularly effective when the workpiece is a large structure, and a traveling means is attached to the workpiece, and a groove portion to be welded is formed on the robot body by the traveling means. The welding work is performed while moving on the workpiece. Therefore, the robot body only needs to control the movement trajectory of the weaving operation by the welding torch. However, the part where the workpiece traveling means is installed may not be a horizontal plane. Therefore, the position of the operating arm provided with the welding torch in the robot body is adjusted according to the inclination of the installation portion of the traveling means in the workpiece. For this reason, an angle sensor is provided in the robot body, and it is possible to detect how much the robot body is tilted in which direction by the traveling means.

以上のことから、ロボット本体側での可動部は、所定の平面において、少なくともウィービング動作に必要な溶接ラインと直交する方向（溶接ライン方向をＸ軸としたときに、このＸ軸と直交するＹ軸方向）と、ウィービング動作の軌跡を補正するウィービング動作補正手段としての上下方向（つまり、Ｚ軸方向）との２軸構成とする。そして、角度センサからの検出信号に基づいて、これらＹ軸方向及びＺ軸方向に作動アームを駆動することによって、溶接トーチが溶接ラインからずれないように、しかも溶接トーチが開先部に対して所定の姿勢状態、具体的には開先部に対して水平となるように、溶接トーチを装着した作動アームの角度調整を行うことができる。この制御をさらに正確に行うためには、ウィービング動作補正手段としては、前述したＺ軸方向に加えて、チルト方向（つまり溶接トーチの作動アームに対して上下に首振りを行う方向）の動きも持たせるのが望ましい。即ち、作動アームに関節駆動手段によって回動可能な手首関節を設け、作動アームをこの手首関節を介して溶接トーチを連結させ、角度センサで検出した傾き角に基づいて、この関節駆動手段及び前記昇降駆動手段を作動させて、ウィービング動作軌跡をより正確に補正する構成とすることができる。ここで、前述したＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸は、ロボット本体の走行手段が設置されているワークの表面に対するものであり、水平面に対してワークが傾いている場合には、これらの軸も水平面に対しては傾いた状態となる。 From the above, the movable part on the robot body side is in a direction orthogonal to the welding line necessary for at least the weaving operation on a predetermined plane (when the welding line direction is the X axis, Y is orthogonal to the X axis). (Axial direction) and a vertical direction (that is, the Z-axis direction) as a weaving motion correcting means for correcting the trajectory of the weaving motion. Then, based on the detection signal from the angle sensor, by driving the operating arm in the Y-axis direction and the Z-axis direction, the welding torch does not deviate from the welding line, and the welding torch The angle of the operating arm equipped with the welding torch can be adjusted so as to be horizontal with respect to a predetermined posture state, specifically, the groove portion. In order to perform this control more accurately, the weaving operation correction means also includes a movement in the tilt direction (that is, a direction in which the head swings up and down with respect to the operating arm of the welding torch) in addition to the Z-axis direction described above. It is desirable to have it. That is, a wrist joint that can be rotated by joint driving means is provided on the operating arm, the welding arm is connected to the operating arm via the wrist joint, and the joint driving means and the above-mentioned are based on the tilt angle detected by the angle sensor. It can be set as the structure which operates a raising / lowering drive means and correct | amends a weaving operation | movement locus | trajectory more correctly. Here, the X-axis, Y-axis, and Z-axis described above are relative to the surface of the workpiece on which the traveling means of the robot body is installed. If the workpiece is inclined with respect to the horizontal plane, these axes are also It is inclined with respect to the horizontal plane.

簡単な構成で、最小限の関節部を備えた溶接ロボットに溶接トーチを装着させて、開先部に対する溶接を行う際に、溶接トーチによるウィービング動作軌跡を正確に制御が可能になり、高品質の溶接部が形成される。 With a simple configuration, when a welding torch is attached to a welding robot with a minimum number of joints and welding is performed on the groove, the weaving motion trajectory by the welding torch can be accurately controlled, resulting in high quality. The weld is formed.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、図１にワーク１の一例を示す。このワーク１は、例えば建設機械のブームであって、大型のブームの場合には、ワーク１を複数の缶組み構造のパーツ１Ａ，１Ｂ，１Ｃ等に分割して製造し、これらを溶接ロボット２による溶接手段で連結する。例えば、図２に示したように、ワーク１を構成するパーツ１Ａとパーツ１Ｂとの間を溶接するために、これらパーツ１Ａ，１Ｂにはそれぞれ傾斜面からなる開先面３Ａ，３Ｂからなり、溶接ラインを構成する開先部３が形成されている。溶接ロボット２における溶接トーチ４を動作させることにより、この開先部３に対して多層盛溶接が行われる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an example of the workpiece 1 is shown in FIG. The work 1 is, for example, a boom of a construction machine. In the case of a large boom, the work 1 is manufactured by dividing the work 1 into a plurality of can-assembled parts 1A, 1B, 1C, and the like. Connect with welding means. For example, as shown in FIG. 2, in order to weld between the part 1A and the part 1B constituting the workpiece 1, these parts 1A and 1B are each composed of groove surfaces 3A and 3B made of inclined surfaces, The groove part 3 which comprises a welding line is formed. By operating the welding torch 4 in the welding robot 2, multi-layer welding is performed on the groove portion 3.

開先部３と溶接トーチ４とのサイズの関係から、溶接トーチ４を溶接ラインＬに沿って真っ直ぐ直進させるのではなく、溶接ラインＬとは直交する方向において、図３に実線で示した位置と仮想線で示した位置との間に往復させながら、この溶接ラインＬの方向に移動させる。この溶接ラインＬと直交する方向への往復動作がウィービング動作Ｗであり、このウィービング動作Ｗの移動軌跡の制御精度は溶接の仕上がりに極めて大きな影響を与えることになる。そして、ワーク１は大型のものであるから、溶接トーチ４を複数パス動作させて、開先部３に対して多層盛溶接を行う。 In view of the size relationship between the groove portion 3 and the welding torch 4, the welding torch 4 is not moved straight along the welding line L, but in a direction perpendicular to the welding line L, the position shown by a solid line in FIG. 3. And moving in the direction of the welding line L while reciprocating between the positions indicated by imaginary lines. The reciprocating motion in the direction orthogonal to the welding line L is the weaving motion W, and the control accuracy of the movement trajectory of the weaving motion W has a very great influence on the finish of the welding. And since the workpiece | work 1 is a large sized thing, the welding torch 4 is operated by multiple passes, and multilayer welding is performed with respect to the groove part 3. FIG.

次に、図４乃至図８に溶接ロボットの構成を示す。まず、図４及び図５において、１０は走行手段を構成するリニアガイドを示す。また、２０はロボット本体である。これらにリニアガイド１０とロボット本体２０とで溶接ロボット２が構成される。リニアガイド１０は、ベース１１と一側部にラックの歯面部１２aを形成した走行用ラック１２とから構成されている。リニアガイド１０は可搬式のものであり、ワーク１を構成するいずれかのパーツ１Ａまたは１Ｂの上面に載置されるようになっている。走行ラック１２はベース１１上に固定的に設置されており、この走行ラック１２がロボット本体２０の搬送経路を構成する。ベース１１の下面にはマグネット１３が取り付けられており、このマグネット１３は、リニアガイド１０が装着されるワーク１の表面に対して磁気吸着力を作用させることによって、ワーク１に対して着脱可能となり、かつ設置したときには、位置ずれ等を起こさず、安定的に保持される。 Next, FIGS. 4 to 8 show the configuration of the welding robot. First, in FIGS. 4 and 5, reference numeral 10 denotes a linear guide constituting the traveling means. Reference numeral 20 denotes a robot body. The linear guide 10 and the robot body 20 constitute the welding robot 2. The linear guide 10 includes a base 11 and a traveling rack 12 having a rack tooth surface portion 12a formed on one side. The linear guide 10 is portable, and is placed on the upper surface of any one part 1A or 1B constituting the workpiece 1. The traveling rack 12 is fixedly installed on the base 11, and the traveling rack 12 constitutes a conveyance path for the robot body 20. A magnet 13 is attached to the lower surface of the base 11. The magnet 13 can be attached to and detached from the workpiece 1 by applying a magnetic attraction force to the surface of the workpiece 1 to which the linear guide 10 is mounted. And when it is installed, it is held stably without causing misalignment or the like.

ロボット本体２０は台板２１を有し、この台板２１の下面には複数の搬送ローラ２２が装着されており、この搬送ローラ２２は台板２１から下方に延在させた軸２２ａに取付けられて、リニアガイド１０を構成する走行ラック１２の左右の両側部における上下の角隅部に係合して、この走行ラック１２に沿って転動するようになっている。そして、台板２１には走行駆動モータ２３が装着されており、この走行駆動モータ２３の出力軸２３ａは、台板２１を貫通して下方に延在されており、その下端部にピニオン２４が装着されている。このピニオン２４は走行ラック１２の歯面部１２ａと噛合している。さらに、ロボット本体２０の上面部には取っ手２５が装着されており、この取っ手２５を把持して持ち上げることによって、ロボット本体２０は持ち運びできるようになっている。 The robot body 20 has a base plate 21, and a plurality of transport rollers 22 are mounted on the lower surface of the base plate 21, and the transport rollers 22 are attached to a shaft 22 a extending downward from the base plate 21. Thus, the upper and lower corners on both the left and right sides of the traveling rack 12 constituting the linear guide 10 are engaged with each other and roll along the traveling rack 12. A travel drive motor 23 is attached to the base plate 21, and an output shaft 23 a of the travel drive motor 23 extends downward through the base plate 21, and a pinion 24 is provided at the lower end thereof. It is installed. The pinion 24 meshes with the tooth surface portion 12 a of the traveling rack 12. Furthermore, a handle 25 is mounted on the upper surface of the robot body 20, and the robot body 20 can be carried by grasping and lifting the handle 25.

台板２１にはハウジング２６が連結して設けられており、このハウジング２６の内部にＺ軸駆動手段２７が装着されている。Ｚ軸駆動手段２７は、図４から明らかなように、台板２１に立設したガイドロッド２８，２８に沿って昇降ガイドされるＺ軸ブロック２９を有し、さらにこのＺ軸ブロック２９にはねじ軸３０が螺挿されている。ねじ軸３０の上端部にはＺ軸モータ３１が連結されており、ねじ軸３０をＺ軸モータ３１により回転駆動することによって、Ｚ軸ブロック２９がＺ軸方向に、つまり昇降する方向に駆動されるようになっている。 A housing 26 is connected to the base plate 21, and a Z-axis drive means 27 is mounted inside the housing 26. As is clear from FIG. 4, the Z-axis drive means 27 has a Z-axis block 29 that is guided up and down along guide rods 28, 28 erected on the base plate 21. The screw shaft 30 is screwed. A Z-axis motor 31 is connected to the upper end portion of the screw shaft 30, and the Z-axis block 29 is driven in the Z-axis direction, that is, the ascending / descending direction by rotating the screw shaft 30 by the Z-axis motor 31. It has become so.

Ｚ軸ブロック２９には、溶接トーチ４をウィービング動作Ｗ方向に往復移動させるウィービング動作手段３２が装着されている。このウィービング動作手段３２は、図６に示したように、Ｙ軸支持プレート３３を有し、このＹ軸支持プレート３３には、Ｙ軸ガイド溝３３ａが形成されており、このガイド溝３３ａに沿って作動アーム３４がＹ軸方向（つまりリニアガイド１０によるロボット本体２０の走行方向をＸ軸方向として、これと直交する方向）に移動可能に装着されている。そして、この作動アーム３４は、ハウジング２６に形成した開口部２６ａを介して外部に導出されている。 The Z-axis block 29 is provided with a weaving operation means 32 for reciprocating the welding torch 4 in the weaving operation W direction. As shown in FIG. 6, the weaving operation means 32 has a Y-axis support plate 33, and a Y-axis guide groove 33a is formed in the Y-axis support plate 33. Along the guide groove 33a, the Y-axis support plate 33 is formed. The operating arm 34 is mounted so as to be movable in the Y-axis direction (that is, a direction orthogonal to the traveling direction of the robot body 20 by the linear guide 10 as the X-axis direction). The operating arm 34 is led out through an opening 26 a formed in the housing 26.

Ｙ軸支持プレート３３にはＹ軸モータ３５が装着されており、このＹ軸モータ３５はＹ軸支持プレート３３の下面に設けられ、その出力軸３５ａはＹ軸支持プレート３３を貫通して上方に延在され、この部位にピニオン３６が連結されている。一方、作動アーム３４の一側側面部にはラック３４ａが形成されており、ピニオン３６はこのラック３４ａと噛合している。これによって、Ｙ軸モータ３５を駆動すると、作動アーム３４がＹ軸方向に移動することになる。 A Y-axis motor 35 is mounted on the Y-axis support plate 33. The Y-axis motor 35 is provided on the lower surface of the Y-axis support plate 33, and its output shaft 35a passes through the Y-axis support plate 33 and extends upward. The pinion 36 is connected to this portion. On the other hand, a rack 34a is formed on one side surface of the operating arm 34, and the pinion 36 meshes with the rack 34a. Thus, when the Y-axis motor 35 is driven, the operating arm 34 moves in the Y-axis direction.

作動アーム３４の先端には手首関節機構３７を介してクランプ部材３８が連結されている。クランプ部材３８は、溶接トーチ４をクランプして保持するようになっている。ここで、手首関節機構３７はロボット本体２０の傾きに応じて作動アーム３４を関節動作させて、溶接トーチ４の角度を制御するためのものであり、ロボット本体２０の傾き角を検出するために、このロボット本体２０のハウジング２６内には角度センサ３９が設けられている。そして、溶接トーチ４には、クランプ部材３８によるクランプ位置より基端側にコード５が接続されている。 A clamp member 38 is connected to the distal end of the operating arm 34 via a wrist joint mechanism 37. The clamp member 38 is configured to clamp and hold the welding torch 4. Here, the wrist joint mechanism 37 is for controlling the angle of the welding torch 4 by operating the operating arm 34 in accordance with the tilt of the robot body 20, and for detecting the tilt angle of the robot body 20. An angle sensor 39 is provided in the housing 26 of the robot body 20. The cord 5 is connected to the welding torch 4 from the clamping position by the clamping member 38 to the base end side.

そこで、図７及び図８に手首関節機構３７の構成を示す。これらの図から明らかなように、手首関節機構３７は作動アーム３４の先端に連結した連結部材４０と、この連結部材４０に連結した支持部４１とを有する構成となっている。支持部４１は、連結部材４０に連結した端板部４１ａと、この端板部４１ａの左右両側に設けた側板部４１ｂ，４１ｂとから構成され、両側板部４１ｂ，４１ｂ間には関節動作を行うための揺動部材４２が配設されている。この揺動部材４２は、その前後方向の中間部に枢支ピン４３が取り付けられており、この枢支ピン４３は側板部４１ｂに軸回りに回動自在に連結されている。また、側板部４１ｂには、枢支ピン４３の装着位置より作動アーム３４への連結側の部位にガイドピン４４が取り付けられており、このガイドピン４４は側板部４１ｂに形成され、枢支ピン４３の枢支部を中心として円弧状に形成したガイド孔４５に挿嵌されており、従って揺動部材４２は枢支ピン４３とガイドピン４４とにより側板部４１ｂに上下方向に向けて揺動可能に支承されている。 7 and 8 show a configuration of the wrist joint mechanism 37. FIG. As is apparent from these drawings, the wrist joint mechanism 37 has a connection member 40 connected to the tip of the operating arm 34 and a support portion 41 connected to the connection member 40. The support portion 41 is composed of an end plate portion 41a connected to the connecting member 40, and side plate portions 41b and 41b provided on both left and right sides of the end plate portion 41a, and joint operation is performed between the side plate portions 41b and 41b. A swing member 42 is provided for performing. The swinging member 42 has a pivot pin 43 attached to an intermediate portion in the front-rear direction, and the pivot pin 43 is connected to the side plate portion 41b so as to be rotatable about an axis. Further, a guide pin 44 is attached to the side plate portion 41b at a portion connected to the operating arm 34 from the mounting position of the pivot support pin 43, and the guide pin 44 is formed on the side plate portion 41b. 43 is inserted into a guide hole 45 formed in an arc shape with the pivotal support portion 43 as the center. Therefore, the swinging member 42 can swing up and down on the side plate portion 41b by the pivotal support pin 43 and the guide pin 44. It is supported by.

枢支ピン４３を中心として揺動部材４２を揺動させるために、支持部４１の端板部４１ａには揺動駆動モータ４６が装着されている。この揺動駆動モータ４６はねじ軸４７を回転駆動するためのものであって、ねじ軸４７にはボールナット４８が螺合されている。そして、このボールナット４８には駆動フィンガ４９が取り付けられており、この駆動フィンガ４９は揺動部材４２から延在させた従動ローラ５０を挟持している。これによって、揺動駆動モータ４６を作動させると、ねじ軸４７が回転して、ボールナット４８が昇降駆動されて、駆動フィンガ４９に係合させた従動ローラ５０が枢支ピン４３を中心として円弧状に変位することになり、その結果揺動部材４２が上下方向に揺動変位する。揺動部材４２の先端に取付板５１が連結して設けられ、溶接トーチ４をクランプするクランプ部材３８はこの取付板５１に上下２箇所設けられている。 A swing drive motor 46 is attached to the end plate portion 41 a of the support portion 41 to swing the swing member 42 around the pivot pin 43. The swing drive motor 46 is for rotating the screw shaft 47, and a ball nut 48 is screwed onto the screw shaft 47. A driving finger 49 is attached to the ball nut 48, and the driving finger 49 sandwiches a driven roller 50 extending from the swing member 42. As a result, when the swing drive motor 46 is operated, the screw shaft 47 rotates, the ball nut 48 is driven up and down, and the driven roller 50 engaged with the drive finger 49 is circled around the pivot pin 43. As a result, the oscillating member 42 is oscillated and displaced in the vertical direction. A mounting plate 51 is connected to the tip of the swing member 42, and clamp members 38 for clamping the welding torch 4 are provided on the mounting plate 51 at two locations, upper and lower.

本実施の形態は以上のように構成されるものであり、次にこの溶接ロボット２を用いてワーク１のパーツ１Ａとパーツ１Ｂとの間に設けた開先部３に対して溶接を行う方法について説明する。 The present embodiment is configured as described above. Next, a method for performing welding on the groove portion 3 provided between the part 1A and the part 1B of the workpiece 1 using the welding robot 2. Will be described.

まず、ワーク１を構成するいずれかのパーツ１Ａまたは１Ｂ、例えばパーツ１Ｂの上面にリニアガイド１０を設置する。リニアガイド１０のベース１１の下面にはマグネット１３が設けられているので、リニアガイド１０をパーツ１Ｂ上に設置するだけで、格別固定手段を用いて固定する必要はない。ここで、リニアガイド１０は溶接時におけるロボット本体２０に装着した溶接トーチ４を開先部３に沿う方向、つまりＸ軸方向にガイドするものであるから、このリニアガイド１０は開先部３と平行に配置するのが望ましいが、必ずしも正確に平行度が出ていなくても差し支えない。ロボット本体２０は予めリニアガイド１０に装着しておくか、またはリニアガイド１０を設置した後に、ロボット本体２０をこのリニアガイド１０に組み付ける。ロボット本体２０の上面に設けた取っ手２５を把持することによって、このロボット本体２０のリニアガイド１０への設置及び取り外しを容易に行うことができる。 First, the linear guide 10 is installed on the upper surface of any one part 1A or 1B constituting the workpiece 1, for example, the part 1B. Since the magnet 13 is provided on the lower surface of the base 11 of the linear guide 10, it is not necessary to fix the linear guide 10 on the part 1B by using special fixing means. Here, the linear guide 10 guides the welding torch 4 attached to the robot body 20 during welding in a direction along the groove portion 3, that is, in the X-axis direction. Although it is desirable to arrange them in parallel, it does not necessarily have to be exactly parallel. The robot body 20 is mounted on the linear guide 10 in advance, or the robot body 20 is assembled to the linear guide 10 after the linear guide 10 is installed. By gripping the handle 25 provided on the upper surface of the robot body 20, the robot body 20 can be easily installed and removed from the linear guide 10.

ロボット本体２０におけるクランプ部材３８に溶接トーチ４をクランプさせ、溶接トーチ４の角度調整を行う。クランプ部材３８は手首関節機構３７を介して作動アーム３４の先端に連結されているので、この手首関節機構３７を適宜回動させることによって、溶接トーチ４を開先部３に対して適正な方向に向けることができる。 The welding torch 4 is clamped by the clamp member 38 in the robot body 20 and the angle of the welding torch 4 is adjusted. Since the clamp member 38 is connected to the tip of the operating arm 34 via the wrist joint mechanism 37, the welding torch 4 can be moved in an appropriate direction with respect to the groove portion 3 by appropriately rotating the wrist joint mechanism 37. Can be directed to.

リニアガイド１０は溶接ラインＬと概略平行に配設されているので、溶接開始位置において、溶接トーチ４を適正な位置に配置することによって、溶接ラインＬの方向（Ｘ軸方向）にのみロボット本体２０を移動させるのであれば、溶接トーチ４は開先部３に対しては常に適正な位置関係を保持する。ただし、溶接トーチ４はウィービング動作手段２３によりウィービング動作Ｗを行いながら溶接ラインに沿って進行することから、リニアガイド１０の設置部と開先部３との位置関係から、ウィービング動作手段２３の作動だけでは開先部３に対して水平状態に溶接トーチ４を動かすことができず、正確なウィービング動作を行わせることができないことがある。ロボット本体２０には角度センサ３９が装着されており、この角度センサ３９によって、ワーク１のパーツ１Ｂの傾斜によるロボット本体２０の傾きが常時検出される。そこで、角度センサ３９による検出角度に基づいて溶接トーチ４の移動軌跡を補正しながらウィービングさせるようにする。この溶接トーチ４によるウィービング動作の補正手段、つまりウィービング動作補正手段は、Ｚ軸駆動手段２７から構成され、また手首関節機構３７もウィービング動作補正手段として機能させることもできる。 Since the linear guide 10 is disposed substantially parallel to the welding line L, the robot main body is arranged only in the direction of the welding line L (X-axis direction) by arranging the welding torch 4 at an appropriate position at the welding start position. If 20 is moved, the welding torch 4 always maintains an appropriate positional relationship with respect to the groove portion 3. However, since the welding torch 4 advances along the welding line while performing the weaving operation W by the weaving operation means 23, the operation of the weaving operation means 23 is determined from the positional relationship between the installation portion of the linear guide 10 and the groove portion 3. If the welding torch 4 cannot be moved in a horizontal state with respect to the groove portion 3 alone, an accurate weaving operation may not be performed. An angle sensor 39 is attached to the robot body 20, and the inclination of the robot body 20 due to the inclination of the part 1 </ b> B of the workpiece 1 is always detected by the angle sensor 39. Therefore, weaving is performed while correcting the movement trajectory of the welding torch 4 based on the angle detected by the angle sensor 39. The means for correcting the weaving operation by the welding torch 4, that is, the weaving operation correcting means is composed of the Z-axis driving means 27, and the wrist joint mechanism 37 can also function as the weaving operation correcting means.

今、図９に示したように、ワーク１に対する溶接作業において、開先部３の水平面をＨ（以下、開先平面Ｈという）とし、溶接ロボット２におけるリニアガイド１０の設置面をＳ（以下、ロボット設置面Ｓという）としたときに、開先平面Ｈに対してロボット設置面Ｓが角度θだけ傾いていたとする。多層盛溶接を行う場合に、ウィービング動作による溶接トーチ４の移動軌跡は、第１パスの溶接時には、移動軌跡はＡ−Ｂ間となり、第２パスの溶接時には、移動軌跡がＱ−Ｒとなり、高さ位置を変えて第ｎパスまで繰り返し溶接作業が行われる。従って、溶接ロボット２による溶接作業を行うに当っては、まず第１パスの溶接時における溶接開始原点位置Ｏに溶接トーチ４を配置して、この溶接トーチ４を移動軌跡Ａ−Ｂ間を移動させる。 As shown in FIG. 9, in the welding operation for the workpiece 1, the horizontal surface of the groove portion 3 is H (hereinafter referred to as a groove plane H), and the installation surface of the linear guide 10 in the welding robot 2 is S (hereinafter referred to as “surface”). , It is assumed that the robot installation surface S is inclined with respect to the groove plane H by an angle θ. When performing multi-layer welding, the movement trajectory of the welding torch 4 by the weaving operation is the movement trajectory between AB during the first pass welding, and the movement trajectory is QR during the second pass welding. The welding operation is repeatedly performed up to the nth pass while changing the height position. Therefore, when performing the welding operation by the welding robot 2, the welding torch 4 is first arranged at the welding start origin position O during the first pass welding, and the welding torch 4 is moved between the movement trajectories AB. Let

ここで、開先部３の形状から開先角度θaは定まっており、これに伴って第１パスの溶接幅ＡＢが決定され、また溶接強度等の観点から、パス毎の溶接トーチ４の上昇高さ（ＯＰ）及びパス回数ｎが設定される。これらは開先部３の形状と溶接強度等に基づく固定パラメータである。また、開先平面Ｈに対するロボット設置面Ｓの角度θは角度センサ３９により検出される。そこで、開先平面Ｈ上での開先部３の幅方向をｙ軸方向、上下方向をｚ軸方向において、溶接ロボット２の位置における溶接トーチ４の溶接開始原点位置Ｏの座標（Ｏｙ，Ｏｚ）が演算される。 Here, the groove angle θa is determined from the shape of the groove portion 3, and accordingly, the welding width AB of the first pass is determined, and the welding torch 4 is increased for each pass from the viewpoint of welding strength and the like. The height (OP) and the number of passes n are set. These are fixed parameters based on the shape of the groove 3 and the welding strength. Further, the angle θ of the robot installation surface S with respect to the groove plane H is detected by the angle sensor 39. Therefore, the coordinates (Oy, Oz) of the welding start origin position O of the welding torch 4 at the position of the welding robot 2 with the width direction of the groove portion 3 on the groove plane H being the y-axis direction and the vertical direction being the z-axis direction. ) Is calculated.

溶接ロボット２には、図１０に示したコントローラ６０が設けられており、このコントローラ６０によりウィービング動作時における溶接トーチ４の移動軌跡が制御されることになる。 The welding robot 2 is provided with the controller 60 shown in FIG. 10, and the controller 60 controls the movement trajectory of the welding torch 4 during the weaving operation.

而して、図１０において、６１はパラメータ設定部であって、このパラメータ設定部６１には、前述した固定パラメータが設定されている。また、ウィービング開始位置データとして、溶接開始原点位置Ｏの座標（Ｏｙ，Ｏｚ）データも入力されている。これらのデータと、角度センサ３９からのロボット設置面Ｓの検出角度θとが演算部６２に取り込まれて、所定の演算を行うことによって、ロボット設置面Ｓ上で移動する溶接トーチ４の位置Ａ−Ｂ間での移動軌跡が演算され、この演算結果に基づいて動作制御部６３によって、Ｚ軸駆動手段２７及びウィービング動作手段３２に駆動サーボ信号が出力され、この駆動サーボ信号に基づいて溶接トーチ４の動作制御がなされる。そして、これらパラメータ設定部６１へのデータの入力及び出力、演算部６２及び動作制御部６３における動作は制御部６４からの信号に基づいて制御される。 Thus, in FIG. 10, reference numeral 61 denotes a parameter setting unit, and the parameter setting unit 61 is set with the above-described fixed parameters. In addition, coordinate (Oy, Oz) data of the welding start origin position O is also input as the weaving start position data. These data and the detected angle θ of the robot installation surface S from the angle sensor 39 are taken into the calculation unit 62, and by performing a predetermined calculation, the position A of the welding torch 4 that moves on the robot installation surface S. -B is calculated, and a drive servo signal is output to the Z-axis drive unit 27 and the weaving operation unit 32 by the operation control unit 63 based on the calculation result, and the welding torch is calculated based on the drive servo signal. 4 is controlled. Data input and output to the parameter setting unit 61 and operations in the calculation unit 62 and the operation control unit 63 are controlled based on signals from the control unit 64.

従って、溶接を開始するに当っては、溶接開始原点位置Ｏの座標（Ｏｙ，Ｏｚ）とロボット設置面Ｓの開先平面Ｈに対する角度とから、ＡとＢとの座標位置が演算される。位置Ａの座標は、［Ｏｙ−（ＡＢcosθ/２），Ｏｚ−（ＡＢsinθ/２）で求められ、また位置Ｂの座標は、［Ｏｙ＋（ＡＢcosθ/２），Ｏｚ＋（ＡＢsinθ/２）］で求められる。従って、ウィービング動作手段３２を構成するＹ軸駆動モータ３５により溶接トーチ４を移動させる間に、角度センサ３９の検出角θに基づいて、Ｚ軸駆動手段２７を構成するＺ軸モータ３１が駆動される。これによって、開先平面Ｈに対してロボット設置面Ｓが傾いていても、ウィービング動作時における溶接トーチ４の高さ方向の位置を補正することができ、溶接トーチ４は開先部３の開先平面Ｈに対して水平方向に移動する。また、溶接トーチ４はＡ−Ｂ間を往復することになり、しかも走行駆動モータ２３の作動によって、ロボット本体２０を開先部３の全長にわたって平行移動することになる。これがワーク１の開先部３に対する第１パスの溶接である。 Accordingly, when starting welding, the coordinate positions of A and B are calculated from the coordinates (Oy, Oz) of the welding start origin position O and the angle of the robot installation surface S with respect to the groove plane H. The coordinates of the position A are obtained by [Oy− (ABcosθ / 2), Oz− (ABsinθ / 2), and the coordinates of the position B are obtained by [Oy + (ABcosθ / 2), Oz + (ABsinθ / 2)]. It is done. Accordingly, while the welding torch 4 is moved by the Y-axis drive motor 35 constituting the weaving operation means 32, the Z-axis motor 31 constituting the Z-axis drive means 27 is driven based on the detected angle θ of the angle sensor 39. The Thereby, even if the robot installation surface S is inclined with respect to the groove plane H, the position in the height direction of the welding torch 4 during the weaving operation can be corrected, and the welding torch 4 can open the groove portion 3. It moves in the horizontal direction with respect to the tip plane H. Further, the welding torch 4 reciprocates between A and B, and the robot main body 20 is moved in parallel over the entire length of the groove portion 3 by the operation of the traveling drive motor 23. This is the first pass welding to the groove portion 3 of the workpiece 1.

次に、第２パスの溶接を行う際には、まず第１パスからの溶接トーチ４を上昇させて、位置Ｏから位置Ｐに変位させる。この位置Ｐの座標は、［Ｏｙ−（ＯＰcos（９０−θ）），Ｏｚ＋（ＯＰsin（９０−θ））］で求められる。そして、この第２パスの溶接時における溶接幅ＱＲは［ＡＢ＋２（ＯＰtanθa）］となり、これによって前述した位置Ａ，Ｂと同様の手法で位置Ｑ及び位置Ｒが求められる。従って、この座標計算により求められた溶接位置まで溶接トーチ４を移動させて、演算された溶接幅ＱＲに応じたウィービング動作を行うことにより第２パスの溶接が実行される。さらに、この第２パスの溶接時から溶接トーチ４を次の溶接パスのための高さ位置まで上昇させて、順次第３，第４というように第ｎパスまでの溶接が行われる。 Next, when welding in the second pass, the welding torch 4 from the first pass is first raised and displaced from the position O to the position P. The coordinates of the position P are obtained by [Oy− (OPcos (90−θ)), Oz + (OPsin (90−θ))]. The welding width QR at the time of welding in the second pass is [AB + 2 (OPtan θa)], and the position Q and the position R are obtained by the same method as the positions A and B described above. Therefore, the welding torch 4 is moved to the welding position obtained by this coordinate calculation, and the second pass welding is performed by performing the weaving operation according to the calculated welding width QR. Further, the welding torch 4 is raised to the height position for the next welding pass from the time of the welding of the second pass, and the welding up to the nth pass is performed in order of the third and fourth passes.

このように、溶接トーチ４によるウィービング動作を行う際には、Ｙ軸モータ３５を駆動して、作動アーム３４をＹ軸方向に往復移動させるだけではなく、この動作と連動させて、角度センサ３９による溶接ロボット２の傾きの検出信号に基づいて、ウィービング動作補正手段を構成するＺ軸駆動手段２７のねじ軸３０によりＺ軸ブロック２９を昇降させることによって、溶接トーチ４を開先平面Ｈに対して水平方向の移動軌跡を取らせるようになし、もって精度の高い高品質の溶接物が得られる。また、このウィービング動作時に、手首関節機構３７を構成する揺動駆動モータ４６を駆動して、揺動部材４２を上下方向に揺動させるようにすることによって、溶接トーチ４が開先平面Ｈに対して常に正確に直交する状態となるように、その角度なり姿勢なりを補正する制御を行うことができる。 Thus, when the weaving operation by the welding torch 4 is performed, not only the Y-axis motor 35 is driven and the operating arm 34 is reciprocated in the Y-axis direction, but the angle sensor 39 is linked with this operation. The welding torch 4 is moved with respect to the groove plane H by raising and lowering the Z-axis block 29 by the screw shaft 30 of the Z-axis driving means 27 constituting the weaving operation correcting means based on the detection signal of the inclination of the welding robot 2 by Therefore, a high-quality weldment with high accuracy can be obtained. Further, during this weaving operation, the swing drive motor 46 constituting the wrist joint mechanism 37 is driven to swing the swing member 42 in the vertical direction, so that the welding torch 4 is brought into the groove plane H. On the other hand, it is possible to perform control for correcting the angle or posture so that the state is always orthogonally accurately.

以上のように、ロボット本体２０の構成としては、ウィービング動作手段３２と、ウィービング動作補正手段としてのＺ軸駆動手段２７とからなる２軸、若しくは必要に応じて手首関節機構３７を含めた３軸を持たせるだけの簡単なもので、ワーク１の開先部３への溶接を高精度に行うことができ、制御も容易になる。しかも、複数パスからなる多層盛も円滑かつ正確に行うことができ、全体としての溶接精度が向上する。このように、溶接ロボット２を構成するロボット本体２０がコンパクトなものとなり、かつ軽量化も図られるので、ワーク１の設置箇所に容易に持ち運ぶことができる。そして、溶接対象となるワーク１は鋼板等といった磁性部材で構成されているので、走行手段としてのリニアガイド１０はベース１１に装着したマグネット１３による磁気吸着力で固定でき、リニアガイド１０のワーク１への設置及び取り外しも容易に行うことができる。従って、大型で重量物のワーク１を動かすことなく、迅速かつ容易に、しかも高精度に多層盛溶接作業を行うことができる。 As described above, the configuration of the robot body 20 includes two axes including the weaving operation means 32 and the Z-axis drive means 27 as the weaving operation correction means, or three axes including the wrist joint mechanism 37 as necessary. It is a simple thing to give, and the welding to the groove part 3 of the workpiece | work 1 can be performed with high precision, and control becomes easy. In addition, multi-layering consisting of a plurality of passes can be performed smoothly and accurately, and the overall welding accuracy is improved. Thus, the robot body 20 constituting the welding robot 2 becomes compact and can be reduced in weight, so that it can be easily carried to the place where the workpiece 1 is installed. Since the workpiece 1 to be welded is composed of a magnetic member such as a steel plate, the linear guide 10 as the traveling means can be fixed by the magnetic attraction force of the magnet 13 mounted on the base 11, and the workpiece 1 of the linear guide 10. It can be easily installed and removed. Therefore, the multi-layer welding operation can be performed quickly and easily with high accuracy without moving the large and heavy workpiece 1.

溶接ロボットを装着したワークの一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the workpiece | work which mounted | wore the welding robot. ワークに走行用ラックを設置し、この走行用ラックにロボット本体を装着する前の段階を示す外観図である。FIG. 3 is an external view showing a stage before a traveling rack is installed on a work and a robot body is mounted on the traveling rack. 溶接トーチによるウィービング動作の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the weaving operation | movement by a welding torch. 溶接ロボットの断面図である。It is sectional drawing of a welding robot. 走行用ラックとこの走行用ラックに沿って走行するロボット本体の走行手段を示す平面図である。It is a top view which shows the traveling means of the robot main body which drive | works along a traveling rack and this traveling rack. ロボット本体に設けたウィービング動作手段の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the weaving operation | movement means provided in the robot main body. 作動アームと溶接トーチのクランプ部材との間の手首関節機構の構成説明図である。It is composition explanatory drawing of the wrist joint mechanism between the action | operation arm and the clamp member of a welding torch. 図７のイ−イ断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 7. 溶接トーチの溶接時における各作動位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows each operation position at the time of welding of a welding torch. ウィービング動作を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the controller which controls a weaving operation | movement.

Explanation of symbols

１ワーク
１Ａ，１Ｂ，１Ｃパーツ
２溶接ロボット
３開先部
４溶接トーチ
１０リニアガイド
１１ベース
１２走行用ラック
１３マグネット
２０ロボット本体
２３走行駆動モータ
２７Ｚ軸駆動手段
２９Ｚ軸ブロック
３０ねじ軸
３１Ｚ軸モータ
３２ウィービング動作手段
３４作動アーム
３５Ｙ軸モータ
３７手首関節機構
３８クランプ部材
３９角度センサ
４２揺動部材
４６揺動駆動モータ
６０コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Work 1A, 1B, 1C Parts 2 Welding robot 3 Groove part 4 Welding torch 10 Linear guide 11 Base 12 Traveling rack 13 Magnet 20 Robot main body 23 Traveling drive motor 27 Z-axis drive means 29 Z-axis block 30 Screw shaft
31 Z-axis motor 32 Weaving operation means 34 Actuating arm 35 Y-axis motor 37 Wrist joint mechanism 38 Clamp member 39 Angle sensor 42 Swing member 46 Swing drive motor 60 Controller

Claims

A welding robot that is attached to a work formed with a groove and welds along a welding line by the groove,
A robot body having an operating arm to which a welding torch is detachably connected;
Traveling means mounted on the workpiece and moving the robot body in the direction of the welding line;
Weaving operation means for reciprocating the welding torch in a direction perpendicular to the welding line;
An angle sensor provided in the robot body for detecting the inclination of the robot body;
A welding robot, comprising: a weaving operation correcting means for moving the operating arm up and down to correct an operation locus of a weaving operation by the welding torch based on an inclination angle detected by the angle sensor. .

The weaving operation correcting means connects the welding torch to the operating arm via a wrist joint that can be rotated by a joint driving means, and based on the inclination angle detected by the angle sensor, the joint driving means and the Z The welding robot according to claim 1, wherein the shaft driving means is operated to correct the weaving motion trajectory.