JP2016062477A - Device and method for programming for welding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、溶接プログラム作成装置および溶接プログラム作成方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a welding program creation device and a welding program creation method.
蒸気タービンに使用する部材の一つにノズルダイアフラムという静翼の構造を担う部材があるが、このノズルダイアフラムを製作する工程には、当板にノズル板の形状に合わせて穴を空け、その当板の穴にノズル板を差し込み溶接する溶接工程、つまりノズル・シール溶接工程がある。 One of the members used in steam turbines is a nozzle diaphragm member responsible for the structure of a stationary blade. In the process of manufacturing this nozzle diaphragm, holes are made in the plate according to the shape of the nozzle plate, and the contact is made. There is a welding process in which a nozzle plate is inserted and welded into a hole in the plate, that is, a nozzle seal welding process.
このノズル・シール溶接工程では、例えば熱交換器などにおける管穴シール自動溶接と同様に、溶接対象物の加工誤差と組立て誤差、溶接対象物の設置誤差、および溶接変形による施工部位のずれを補正するため、CCDカメラなどの視覚センサで撮像した施工部位の画像と予め撮像しておいたマスタ画像とをパターンマッチングし、施工部位の画像のずれ量を検出し、その値で自動溶接装置の動作プログラム内の溶接狙い位置を自動で補正している。 In this nozzle / seal welding process, for example, as with automatic welding of tube hole seals in heat exchangers, etc., processing errors and assembly errors of welding objects, installation errors of welding objects, and deviations in construction parts due to welding deformation are corrected. Therefore, the image of the construction site imaged by a visual sensor such as a CCD camera is pattern-matched with the master image that has been imaged in advance, the amount of deviation of the image of the construction site is detected, and the value of the operation of the automatic welding device is detected. The welding target position in the program is automatically corrected.
また、ノズル板の外周面と当板穴面との間に生じるギャップと、ノズル板端面と当板表面との間に生じる段差に合わせて、作業者が動作プログラム内の溶接条件と溶接の狙い位置を調整するとともに、段差が規定以上の場合は段差を埋める肉盛溶接の動作プログラムを作成している。 Also, according to the gap generated between the outer peripheral surface of the nozzle plate and the surface of the contact plate and the level difference between the end surface of the nozzle plate and the surface of the contact plate, the operator can set the welding conditions in the operation program and the welding target. In addition to adjusting the position, an overlay welding operation program is created to fill the step if the step is more than specified.
上記の自動溶接装置を動作させる動作プログラムは、溶接対象物の位置決め装置の各動作軸を溶接部位の傾きが溶接条件の裕度内に入る位置に設定し、溶接対象物を溶接対象物の位置決め装置に固定するための治具と溶接トーチとの干渉を避けるとともに、溶接変形を抑制する施工順序に溶接するなどを考慮して作る必要があるなど、作業者に煩雑な段取り作業をさせるとともに、段取り作業に時間を要し、作業効率が悪いという課題があった。 The operation program for operating the above automatic welding apparatus sets each operation axis of the welding object positioning device to a position where the inclination of the welding portion falls within the tolerance of the welding conditions, and positions the welding object to the welding object. While avoiding interference between the jig for fixing to the device and the welding torch, it is necessary to make it in consideration of welding in a construction order that suppresses welding deformation, etc. There was a problem that the setup work took time and the work efficiency was poor.
また、視覚センサを用いた溶接の事前準備作業では、施工箇所のずれを検出するためのマスタ画像の撮像や、パターンマッチングの対象範囲などのパラメータ設定を、実際の施工対象物の基準となる施工部位を対象に作業者が行なわなければならず、マスタ画像の作成に時間がかかるとともに、作業には知識と経験が必要となる。 Also, in the preliminary preparation work of welding using a visual sensor, it is necessary to set the parameters such as the image of the master image to detect the deviation of the construction location and the pattern matching target range as the standard for the actual construction object. An operator must perform the operation for a part, and it takes time to create a master image, and the work requires knowledge and experience.
さらに、視覚センサによる計測と自動溶接の動作プログラムを作業者が作成するとともに、上記ギャップと段差の状況に応じて溶接条件と溶接狙い位置を調整しなければならない。 Furthermore, an operator must create an operation program for measurement by the visual sensor and automatic welding, and the welding conditions and the welding target position must be adjusted according to the gap and level difference.
本発明が解決しようとする課題は、溶接対象物を治具にセットし自動溶接装置にパラメータを設定し溶接を行わせる一連の溶接過程を効率よく行うことができる溶接プログラム作成装置および溶接プログラム作成方法を提供することにある。 A problem to be solved by the present invention is a welding program creation device and welding program creation capable of efficiently performing a series of welding processes in which an object to be welded is set on a jig and parameters are set in an automatic welding device to perform welding. It is to provide a method.
実施形態の溶接プログラム作成装置は、予め当板に設けた穴にノズル板を差し込み係合させた状態で視覚センサにより互いの係合部のデータを測定し、測定したデータとパターンマッチングするためのマスタ画像を生成し、前記マスタ画像を基に当板およびノズル板の位置を特定し溶接ロボットに溶接させる動作プログラムを作成する溶接プログラム作成装置であり、記憶部、取得部および教示点生成部を備える。記憶部にはノズル板の外形を示すCADデータが記憶されている。取得部は当板に対する穴明け用のNCデータを取得する。教示点生成部は取得された当板に対するレーザ穴明け用のNCデータと記憶部から読み出したノズル板のCADデータとを溶接時に欠陥の出ない位置に回転し、当板に対するレーザ穴明けデータから溶接用の教示点を生成する。 The welding program creation device of the embodiment is for measuring data of each engaging portion with a visual sensor in a state in which a nozzle plate is inserted and engaged in a hole provided in advance in the contact plate, and for pattern matching with the measured data A welding program creation device that creates a master image, creates an operation program for identifying a position of a contact plate and a nozzle plate based on the master image, and causing a welding robot to perform welding, and includes a storage unit, an acquisition unit, and a teaching point generation unit. Prepare. CAD data indicating the outer shape of the nozzle plate is stored in the storage unit. The acquisition unit acquires NC data for drilling the plate. The teaching point generation unit rotates the acquired NC data for drilling the plate and the CAD data of the nozzle plate read from the storage unit to a position where no defect occurs during welding, and from the laser drilling data for the plate Generate teaching points for welding.
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は第1実施形態のシール溶接システムを示す図である。
図1に示すように、第1実施形態のシール溶接システムは、CAD/CAM用コンピュータ1、ロボット制御装置2、二次元形状センサ制御装置3、視覚センサ制御装置4、溶接機構部としてのロボット部5、CAD/CAM用コンピュータ1と例えばLANなどのネットワーク6を介して接続されたレーザNC装置7とを有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a view showing a seal welding system of the first embodiment.
As shown in FIG. 1, a seal welding system according to the first embodiment includes a CAD / CAM computer 1, a
レーザNC装置7には当板11(図2、図3参照)に穴11a(図2、図3参照)を空けるためのレーザ穴明け用NCデータが予め保存されている。 The laser NC device 7 stores in advance NC data for laser drilling for making holes 11a (see FIGS. 2 and 3) in the abutment plate 11 (see FIGS. 2 and 3).
CAD/CAM用コンピュータ1は、CPU、メモリ、ハードディスク装置、通信インターフェースなどを備えたCAD/CAM用のコンピュータであり、CPUがメモリに記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムを実行することで、距離計測、位置ずれ計測、形状計測などの各種計測プログラムの作成と、シール溶接および肉盛り溶接などの溶接プログラムの作成と、実物の計測データとCADデータから導出した形状データとのパターンマッチングに使用するマスタ画像の作成を行う。 The CAD / CAM computer 1 is a CAD / CAM computer having a CPU, a memory, a hard disk device, a communication interface, etc., and the CPU reads a control program stored in the memory and executes the read control program. The creation of various measurement programs such as distance measurement, displacement measurement, and shape measurement, and the creation of welding programs such as seal welding and overlay welding, and pattern matching between actual measurement data and shape data derived from CAD data Create a master image to be used for
CPUは当板11に対するレーザ穴明け用のNCデータをレーザNC装置7から取得する取得部である。このCAD/CAM用コンピュータ1のハードディスク装置には予めノズル板12などの設計データ(形状データ)である三次元CADデータが保存(記憶)されている。つまりハードディスク装置は当板11およびノズル板12の外形を示すCADデータが記憶された記憶部である。 The CPU is an acquisition unit that acquires NC data for laser drilling of the plate 11 from the laser NC device 7. The hard disk device of the CAD / CAM computer 1 stores (stores) three-dimensional CAD data as design data (shape data) of the nozzle plate 12 and the like in advance. That is, the hard disk device is a storage unit in which CAD data indicating the outer shape of the plate 11 and the nozzle plate 12 is stored.
CPUは取得された当板11に対するレーザ穴明け用のNCデータとハードディスク装置から読み出したノズル板12の三次元CADデータとを溶接時に欠陥の出ない位置に回転し、当板11に対するレーザ穴明けデータから溶接用の教示点を生成する教示点生成部として機能する。 The CPU rotates the obtained NC data for drilling the plate 11 and the three-dimensional CAD data of the nozzle plate 12 read from the hard disk device to a position where no defect is generated during welding, and laser drills the plate 11. It functions as a teaching point generator that generates teaching points for welding from data.
またCPUはレーザNC装置7から取得された当板11に対するレーザ穴明け用のNCデータとハードディスク装置から読み出したノズル板12のCADデータとを重ね合わせて互いのギャップ部分を塗りつぶすことでマスタ画像を生成するマスタ画像生成部として機能する。 In addition, the CPU superimposes the NC data for laser drilling on the plate 11 acquired from the laser NC device 7 and the CAD data of the nozzle plate 12 read from the hard disk device, and fills the gap portion with each other to create a master image. It functions as a master image generation unit to generate.
CPUは視覚センサ54および二次元形状センサ53などの各センサにより計測された計測情報を基にワーク位置・姿勢、トーチ位置・姿勢、センサ位置・姿勢を修正するとともに溶接対象物50の溶接部位のギャップT1(図3参照)と段差T2(図3参照)に対応した溶接条件を溶接プログラム(シール溶接プログラムおよび肉盛溶接プログラムなど)に設定する。
The CPU corrects the workpiece position / posture, the torch position / posture, the sensor position / posture based on the measurement information measured by each sensor such as the
つまりこのCAD/CAM用コンピュータ1は、予め当板11に設けた穴11aにノズル板12を差し込み係合させた状態で視覚センサ54により互いの部材の係合部のデータを測定し、測定したデータとパターンマッチングするためのマスタ画像を生成し、マスタ画像を基に当板11およびノズル板12の位置を特定し互いの係合部を溶接ロボット51に溶接させる動作プログラムを作成するプログラム作成装置である。
That is, the CAD / CAM computer 1 measures the data of the engaging portions of the members by the
二次元形状センサ制御装置3は、二次元形状センサ53により得られた施工部位との距離および形状の測定結果から溶接対象物50までの距離およびギャップ・段差を算出する。
The two-dimensional shape
視覚センサ制御装置4は視覚センサ54によって得られた施工部位とのパターンマッチングのずれ量から位置ずれ量を算出しロボット制御装置2へ送る。
The visual sensor control device 4 calculates the positional deviation amount from the pattern matching deviation amount with the construction site obtained by the
ロボット制御装置2は、CAD/CAM用コンピュータ1により生成された計測プログラム及び溶接プログラムを読み込み、視覚センサ制御装置4により算出された位置ずれ量と、二次元形状センサ制御装置3により算出された距離、ギャップおよび段差とから溶接ロボット51、スライダ58、ポジショナ55へ移動指令(制御信号)を出力して計測およびシール溶接を実施する。
The
ロボット部5は、自動溶接装置としての溶接ロボット51と、この溶接ロボット51を上下に移動(昇降)するスライダ58と、溶接対象物位置決め装置としてのポジショナ55とを有する。
The robot unit 5 includes a
溶接ロボット51は、回転軸で連結した複数のアーム51aを備えており、アーム51aの先端をさまざまな方向に移動可能である。アーム51aの先端には溶接トーチ52、施工部位との距離および形状を計測するためのセンサとしての二次元形状センサ53、溶接変形や芯のずれによって生じる位置ずれを計測するための画像を撮像する画像撮像装置としての視覚センサ54が取り付けられており、溶接対象物50の状態を計測しつつ溶接が可能である。
The
ポジショナ55は溶接対象物50を支持する支持具60を固定した円盤状の部材56とこの円盤状の部材56を回転させる回転軸57と、この回転軸57を傾斜させるポジショナ本体部59とを有するものである。
The
つまりポジショナ55は溶接対象物50を傾斜させる方向Aの動作と回転させる方向Bの動作が可能な2軸の位置決め装置である。ポジショナ55は溶接対象物50を支持しつつ溶接ロボット51が溶接対象物50を溶接しやすい位置に移動(傾斜・旋回)させる。
That is, the
図2は溶接対象物50の全体図、図3はその部分断面図である。
溶接対象物50は例えば蒸気タービンに使用する部材の一つにノズルダイアフラムという静翼の構造を担う部材の一部であり、ノズル板と当板とを係合させたものである。
2 is an overall view of the
The
溶接対象物50は、具体的には、図2に示すように、ノズル板12の外形に合わせて当板11に開けられた穴11aにノズル板12を差し込むことで係合し、その係合部分をシール溶接するものである。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
このようにノズル板12が当板11の穴11aに差し込まれるため、図3に示すように、互いの係合部にはギャップT1や段差T2などが生じる。このため、ギャップT1や段差T2を埋めるようにシール溶接してシール溶接部13を形成して接合する必要がある。 Since the nozzle plate 12 is thus inserted into the hole 11a of the contact plate 11, as shown in FIG. 3, a gap T1, a step T2, and the like are generated at the mutual engaging portions. For this reason, it is necessary to seal-weld so as to fill the gap T1 and the step T2 to form the seal welded portion 13 and join them.
ここで、CAD/CAM用コンピュータ1による溶接前準備(施工前)作業について説明する。 Here, the pre-welding preparation (before construction) work by the CAD / CAM computer 1 will be described.
図4は溶接対象物50を支持具60(治具)にセットし溶接ロボット51にパラメータを設定しシール溶接を行うための事前準備の手順を示すフローチャートである。
当板11のレーザ穴明け用NCデータの読み込み(ステップS101)、ワークの位置合わせ(ステップS102)、座標変換(ステップS103)、マスタ画像作成(ステップS104)、距離計測プログラム作成(ステップS105)、位置ずれ量計測プログラム作成(ステップS106)、形状計測プログラム作成(ステップS107)、シール溶接プログラム作成(ステップS108)、肉盛溶接プログラム作成(ステップS109)という手順で事前準備が進められる。
FIG. 4 is a flowchart showing a preparatory procedure for setting the
Reading NC data for laser drilling of the plate 11 (step S101), alignment of the workpiece (step S102), coordinate conversion (step S103), master image creation (step S104), distance measurement program creation (step S105), Advance preparations are made in the order of positional deviation measurement program creation (step S106), shape measurement program creation (step S107), seal welding program creation (step S108), and overlay welding program creation (step S109).
つまり施工前にCAD/CAM用コンピュータ1にて行う処理としては、当板11のレーザ穴明け用NCデータを読み込むことと、計測・溶接プログラムを作成することと、パターンマッチングに使用するマスタ画像を作成することである。 In other words, the processing performed by the CAD / CAM computer 1 before construction includes reading NC data for laser drilling of the plate 11, creating a measurement / welding program, and a master image used for pattern matching. Is to create.
以下、上記各手順を詳細に説明する。
ステップS101では、CAD/CAM用コンピュータ1は、まず、ネットワーク6を通じてレーザNC装置7にアクセスし、当板11のレーザ穴明け用NCデータをレーザNC装置7から読み込む。
Hereafter, each said procedure is demonstrated in detail.
In step S <b> 101, the CAD / CAM computer 1 first accesses the laser NC device 7 through the network 6, and reads the laser drilling NC data of the plate 11 from the laser NC device 7.
次に、ステップS102、S103では、予めこのコンピュータ自身のハーディスクなどに保存されているノズル板12の三次元形状データを読み出し、読み出したノズル板12の三次元形状データおよび当板11のレーザ穴明け用NCデータを実際の溶接時にポジショナ55の旋回軸で位置決めされる位置に旋回軸周りに回転しワークの位置を合わせた後に、当板11の穴端面に点列を作成し、その点列データをワーク座標系からロボット座標系に座標変換する。
Next, in steps S102 and S103, the three-dimensional shape data of the nozzle plate 12 stored in advance on the computer's own hard disk or the like is read, and the read three-dimensional shape data of the nozzle plate 12 and the laser hole of the plate 11 are read. After the NC data for dawn is rotated around the swivel axis to the position positioned by the swivel axis of the
図5に示すように、当板レーザ穴明けデータ位置がポジショナ55の最上端または最下端からずれていた場合はシール溶接する部位が傾斜し、予め設定されている溶接条件範囲ではカバーしきれない状態となり、溶接欠陥が発生する可能性が高い。このため、図6に示すように、この溶接欠陥を発生する可能性が高い範囲としてポジショナ55の旋回軸方向であるX軸に対する角度範囲±θで予め設定する。
As shown in FIG. 5, when the position of the plate laser drilling data is deviated from the uppermost end or the lowermost end of the
次に当板11の穴端面のラインの接戦方向がこの±θに入る範囲を算出し、その範囲の当板周方向であるY軸方向成分で中央とする位置とYφがポジショナ55の最上端または最下端になるようにノズル板12の三次元データおよび当板11のレーザ穴明け用NCデータを旋回軸周りに回転する。なお、このX軸に対する角度範囲±θで回転角度を求める方法に替え、ノズル板端面の面積重臣を求め、これをYφとする簡易的な方法も適用できる。
Next, the range in which the contact direction of the line of the hole end surface of the plate 11 falls within this ± θ is calculated, and the position centered by the Y-axis direction component that is the circumferential direction of the plate and Yφ is the uppermost end of the
次に、当板11の穴端面に点列を作成し、その点列データをロボット用プログラムの教示点の位置・姿勢情報に変換するため、図7に示すように、溶接対象物50を基準としたワーク座標系から、溶接ロボット51を基準としたロボット座標系へ座標変換する。
Next, in order to create a point sequence on the hole end surface of the abutment plate 11 and convert the point sequence data into position / posture information of teaching points of the robot program, as shown in FIG. The coordinate conversion is performed from the workpiece coordinate system to the robot coordinate system with the
溶接対象のノズル板12は複数あり、それぞれの形状は同一である。ノズル板12は一定の角度ピッチで当板11に配列(列設)されるため、ポジショナ55の旋回で位置を合わせて上記の座標変換を行なって作られた溶接プログラムで溶接を行ないたい。
There are a plurality of nozzle plates 12 to be welded, and each has the same shape. Since the nozzle plate 12 is arranged (arranged) on the plate 11 at a constant angular pitch, it is desired to perform welding with a welding program created by aligning the position by turning the
しかし、実際には、設置の際の芯のずれや溶接変形による位置ずれが生じるため、位置補正が必要となる。 However, in reality, misalignment of the core during installation or misalignment due to welding deformation occurs, and position correction is necessary.
この位置ずれ量の計測を視覚センサ54により取得される画像データを用いたパターンマッチングにより視覚センサ制御装置4が行う。
The visual sensor control device 4 performs the measurement of the positional deviation amount by pattern matching using image data acquired by the
視覚センサ制御装置4によるパターンマッチングに必要となるマスタ画像は、図8に示すフローチャートに従い、CAD/CAM用コンピュータ1が当板11のレーザ穴明け用NCデータおよびノズル板12の三次元形状データから作成する。 A master image necessary for pattern matching by the visual sensor control device 4 is obtained from the NC data for laser drilling of the plate 11 and the three-dimensional shape data of the nozzle plate 12 by the CAD / CAM computer 1 according to the flowchart shown in FIG. create.
この場合、CAD/CAM用コンピュータ1は、ネットワーク6を通じてレーザNC装置7にアクセスし、当板11のレーザ穴明け用NCデータ(三次元データ)をレーザNC装置7から取り込み(図8のステップS201)、CAD/CAM用コンピュータ1に予め保持されているノズル板12のCAD/CAMデータ(三次元形状データ)が、3Dデータ上でレーザ穴明け用NCデータに接触するまで仮付けのある側にノズル板12の形状データを平行にシフトする(ステップS202)。 In this case, the CAD / CAM computer 1 accesses the laser NC device 7 through the network 6 and takes in the laser drilling NC data (three-dimensional data) of the plate 11 from the laser NC device 7 (step S201 in FIG. 8). ) Until the CAD / CAM data (three-dimensional shape data) of the nozzle plate 12 held in advance in the CAD / CAM computer 1 comes into contact with the laser drilling NC data on the 3D data. The shape data of the nozzle plate 12 is shifted in parallel (step S202).
レーザ穴明け用NCデータである点列データを線で結んだラインおよびノズル板12のCAD/CAMデータの端面の外周ラインをノズル板12の中心線の鉛直方向に投影し、二次元化することで(ステップS203)、当板11の穴形状データ91およびノズル板12の形状データ92(図10参照)を得る。
Projecting the line connecting point sequence data, which is NC data for laser drilling, with the line and the outer peripheral line of the end face of the CAD / CAM data of the nozzle plate 12 in the vertical direction of the center line of the nozzle plate 12 to make it two-dimensional (Step S203), the
当板11の穴形状データ91とノズル板12の形状データとの間(線間)がギャップであり、実物を視覚センサ54(カメラ)で撮影した場合にこの部分が影となるため、このギャップの部分を黒く塗りつぶして(ステップS204)、マスタ画像94を作成する。
A gap is formed between the
最後に、視覚センサ54の視野角および視覚センサ54とワーク表面との基準距離を参照し、画像を拡縮(拡大または縮小)することで(ステップS205)、マスタ画像94が作成される。
Finally, referring to the viewing angle of the
位置ずれ量を正確に算出するためには、基準距離から視覚センサ54により溶接対象物50を撮影する必要があるため、視覚センサ54から溶接対象物50までのノズル板12の鉛直方向の距離を計測する溶接ロボット51の姿勢および計測命令を含む距離計測プログラムを作成する。
In order to accurately calculate the positional deviation amount, it is necessary to photograph the
パターンマッチングを行う際、視覚センサ54が撮像する画像の取り込み範囲をマスタ画像94より算出する。図11に示すように、画像を取り込む範囲95は、形状に特徴のある範囲が適しているため、マスタ画像94の頂部付近(上端部)とする。なおこれ以外に下端部でもよい。
When performing pattern matching, the capture range of an image captured by the
図12に示すように、ノズル板12の鉛直方向の基準距離から視覚センサ54により溶接対象物50を撮影し、撮影した画像全体からノズル板12の外形と取り込み範囲95の画像を検出し、実物の画像とマスタ画像94(データ)との位置ずれ量を算出する。
As shown in FIG. 12, the
計測・溶接プログラムの教示点位置を、算出した位置ずれ量の値で補正することで、位置ずれに対応させた施工が可能となる。 By correcting the teaching point position of the measurement / welding program with the value of the calculated displacement amount, construction corresponding to the displacement is possible.
視覚センサ54により溶接対象物50を撮影するための溶接ロボット51の位置・姿勢および計測命令を含む位置ずれ量計測プログラムをCAD/CAM用コンピュータ1が作成する。
The CAD / CAM computer 1 creates a displacement measurement program including the position / posture of the
溶接対象の箇所には、図3で示したギャップT1および段差T2が存在するため、単一の溶接条件では対応できない。このため、ギャップT1や段差T2に応じた溶接条件をロボット制御装置2に設定(選定)しなければならない。
Since the gap T1 and the step T2 shown in FIG. 3 exist at the location to be welded, it cannot be handled under a single welding condition. For this reason, the welding conditions corresponding to the gap T1 and the step T2 must be set (selected) in the
そこで、図13に示すように、ノズル板12の鉛直方向の基準距離に移動させた二次元形状センサ53によりギャップT1および段差T2を計測する。このための溶接ロボット51の姿勢および計測命令を含む形状計測プログラムをCAD/CAM用コンピュータ1が作成する。
Therefore, as shown in FIG. 13, the gap T <b> 1 and the step T <b> 2 are measured by the two-
次に、図14のフローチャートおよび図15,図16を参照してシール溶接プログラムの作成手順を説明する。
シール溶接のためのロボット用プログラムの教示点は、溶接条件やウィービング条件から、当板11に開けられた穴11aの端部をねらうことが適していることが判っている。
Next, a procedure for creating a seal welding program will be described with reference to the flowchart of FIG. 14 and FIGS. 15 and 16.
It has been found that the teaching point of the robot program for seal welding is suitable for aiming at the end of the hole 11a formed in the plate 11 from the welding conditions and the weaving conditions.
そこで、図15に示す当板11のレーザ穴明け用NCデータ101を利用する。
Therefore, the
レーザ穴明け用NCデータ101は、多数の点列データであるが、溶接ロボット51では作業者(オペレータ)による教示点の修正作業が可能なように、教示点を絞り込んで円弧補間で動作させることが必要となる。
The laser
このため、CAD/CAM用コンピュータ1は予め設定した間隔または教示点の数になるように、つまり一定の条件を満たすように教示点を間引き、教示点の数を削減したシール溶接プログラムを作成する。 For this reason, the CAD / CAM computer 1 creates a seal welding program by reducing the number of teaching points by thinning out teaching points so as to have a preset interval or the number of teaching points, that is, to satisfy a certain condition. .
この場合、CAD/CAM用コンピュータ1は、当板11のレーザ穴明け用NCデータ101を読み込む(図14のステップS301)。
In this case, the CAD / CAM computer 1 reads the laser
続いて、読み込んだレーザ穴明け用NCデータ101(点列データ)を線で結び、線が円弧を描くような場合に線の曲り方向が切り替わるポイントである変曲点を検出する(ステップS302)。 Subsequently, the read laser drilling NC data 101 (point sequence data) is connected with a line, and an inflection point is detected, which is a point at which the bending direction of the line switches when the line draws an arc (step S302). .
続いて、CAD/CAM用コンピュータ1は予め設定した間隔もしくは教示点数になるように、レーザ穴明け用NCデータ101(点列データ)から点を間引き(ステップS303)、図15に示すように、間引きされた教示点102を設定する。
Subsequently, the CAD / CAM computer 1 thins out points from the laser drilling NC data 101 (point sequence data) so as to obtain a preset interval or the number of teaching points (step S303), as shown in FIG. The thinned
点列データから点を間引く際の条件として、図16に示すように、変曲点103は必ず教示点として残すようにする。また、円弧半径が適正範囲よりも大きい場合や小さい場合には円弧補間ではねらい位置から外れてしまうことがある。 As a condition for thinning out points from the point sequence data, the inflection point 103 is always left as a teaching point as shown in FIG. Further, when the arc radius is larger or smaller than the appropriate range, the arc interpolation may deviate from the target position.
このため、各教示点間の補間を行うため、CAD/CAM用コンピュータ1はその前後の教示点を結んだ円弧の円弧半径を算出し(ステップS304)、円弧半径が予め設定した適正範囲内か否かを判定し(ステップS305)、適正範囲外の場合(ステップS305のNo)、CAD/CAM用コンピュータ1は補間処理を直線補間とする(ステップS306)。 Therefore, in order to perform interpolation between the teaching points, the CAD / CAM computer 1 calculates the arc radius of the arc connecting the teaching points before and after the teaching point (step S304), and whether the arc radius is within a preset appropriate range. If it is outside the proper range (No in step S305), the CAD / CAM computer 1 sets the interpolation processing to linear interpolation (step S306).
また判定の結果、適正範囲の場合(ステップS305のYes)、CAD/CAM用コンピュータ1は補間処理を円弧補間とする(ステップS307)。
また、ロボット制御装置2に予め記憶されているツール位置情報から各教示点における溶接ロボット51の姿勢を算出することで(ステップS308)、常に下向き姿勢のシール溶接用ロボットプログラムが作成される。
As a result of the determination, if it is within the appropriate range (Yes in step S305), the CAD / CAM computer 1 sets the interpolation processing to circular interpolation (step S307).
Further, by calculating the posture of the
これらのことによりロボット用プログラムを一点一点教示していくのではなく、自動的に作成されたプログラムをオペレータが修正・確認するだけで、溶接の事前準備作業を行うことが可能となる。 As a result, instead of teaching robot programs one by one, it is possible to perform preliminary preparation work for welding only by the operator correcting and confirming the automatically created program.
当板11の表面とノズル板12の端面の段差が大きい場合には肉盛溶接を行うことで形状を整える。このためには、CAD/CAM用コンピュータ1は、肉盛溶接用ロボットプログラムを作成する。
この場合、CAD/CAM用コンピュータ1は、上述した二次元形状センサ53による形状計測により得られた段差T2から肉盛溶接の要否を判定する。
When the level difference between the surface of the plate 11 and the end surface of the nozzle plate 12 is large, the shape is adjusted by overlay welding. For this purpose, the CAD / CAM computer 1 creates a build-up welding robot program.
In this case, the CAD / CAM computer 1 determines whether or not overlay welding is necessary from the step T2 obtained by the shape measurement by the two-
肉盛溶接が必要な場合、CAD/CAM用コンピュータ1は、段差T2を埋めるために必要な肉盛量を算出し、算出した肉盛量に応じた溶接条件およびウィービング条件を算出し、既に作成したシール溶接用ロボットプログラムの教示点の位置・姿勢データを基に肉盛溶接の教示点の位置・姿勢データを算出する。 When overlay welding is required, the CAD / CAM computer 1 calculates the overlay amount necessary to fill the step T2, and calculates the welding conditions and weaving conditions according to the calculated overlay amount, and has already been created Based on the teaching point position / posture data of the seal welding robot program, the position / posture data of the overlay welding teaching point is calculated.
ノズル板12の組立て誤差によって段差が異なるため、肉盛溶接時のアーク長がノズル板12によって変化してしまう。アーク長を一定に保つため、段差に応じて肉盛溶接の教示点の高さ方向の位置データに補正を掛ける。 Since the step differs depending on the assembly error of the nozzle plate 12, the arc length during overlay welding varies depending on the nozzle plate 12. In order to keep the arc length constant, the position data in the height direction of the teaching point of overlay welding is corrected according to the level difference.
次に、図17を参照して自動シール溶接について説明する。
図17は溶接ロボット51を用いた自動シール溶接動作を示すフローチャートである。
Next, automatic seal welding will be described with reference to FIG.
FIG. 17 is a flowchart showing an automatic seal welding operation using the
ロボット制御装置2は、同形状の溶接対象箇所に対して、ポジショナ55を旋回させることで次の溶接対象箇所へと移行していく。この際、溶接変形を考慮した施工箇所の順序を選定する(図17のステップS401)。また、溶接対象物をポジショナ55に固定するための冶具が溶接トーチ52に干渉するか否かを判定し(ステップS402)、干渉しない場合(ステップS402のYes)、ロボット制御装置2は、計測・溶接を実施する。
The
ロボット制御装置2は、CAD/CAM用コンピュータ1により作成された距離計測プログラムを実行することで、距離計測位置へ溶接ロボット51を移動させ(ステップS404)、距離計測指示を二次元形状センサ53に出すことで(ステップS405)、二次元形状センサ53により距離が計測されて(ステップS406)、基準距離との差を求めて距離補正量を算出し(ステップS407)、算出した距離補正量で計測・溶接プログラムを補正する(ステップS408)。
The
次に、ロボット制御装置2は、位置ずれ量計測プログラムを実行することで、位置ずれ計測位置へ溶接ロボット51を移動させた上で(ステップS409)、位置ずれ量計測指示を視覚センサ54に出すことで(ステップS410)、視覚センサ54により画像が撮影されて視覚センサ制御装置4により位置ずれ量が計測されて(ステップS411)、その計測結果の位置ずれ量がロボット制御装置2に入力される。
Next, the
ロボット制御装置2は、入力された位置ずれ量と予め設定された誤差の範囲の閾値とを比較し、位置ずれ量が誤差の範囲内か否かを判定し(ステップS412)、位置ずれ量が誤差の範囲内ではない場合(ステップS412のNo)、位置ずれ量に従って計測・溶接プログラムの位置ずれを補正する(ステップS413)。
The
そして、ロボット制御装置2は、視覚センサ54および視覚センサ制御装置4に再度、位置ずれ量の計測を行わせて、誤差の範囲内に収まるまで、位置ずれの補正を繰り返す。
Then, the
この結果、位置ずれが誤差範囲内に収まった後(ステップS412のYes)、ロボット制御装置2は、形状計測プログラムを実行することで、形状計測位置へ溶接ロボット51を移動させて(ステップS414)、二次元形状センサ53に形状計測指令を出すことで(ステップS415)、二次元形状センサ53がギャップT1および段差T2を計測し(ステップS416)、計測結果のギャップT1および段差T2をロボット制御装置2に入力する。
As a result, after the positional deviation is within the error range (Yes in step S412), the
ロボット制御装置2は、計測結果のギャップT1および段差T2から、シール溶接の条件を選定し(ステップS417)、シール溶接プログラムを実行することで、溶接ロボット51にシール溶接を行わせる(ステップS418)。
The
シール溶接が終了すると、ロボット制御装置2は、シール溶接の部分に対して肉盛溶接が必要か否かを判定し(ステップS419)、肉盛溶接が必要な場合(ステップS419のYes)、肉盛溶接の条件を選定する(ステップS420)。
When the seal welding is finished, the
そして、ロボット制御装置2は、肉盛溶接プログラムを実行することで、肉盛溶接を行う(ステップS421)。
And the
一つの溶接対象箇所に対する溶接が終了した後、ポジショナ55を旋回させることで、次の溶接施工箇所へと移行していくが、内周面側と外周面側との施工箇所の移行は、内周もしくは外周の当板半径からスライダ58の位置を算出し、スライダ58により溶接ロボット51の位置を移動させることにより行う。
After the welding for one welding target location is completed, the
このようにして最終施工箇所に対する溶接が終了することで(ステップS422のYes)、一連の溶接過程が終了する。 Thus, a series of welding processes are complete | finished because the welding with respect to the last construction location is complete | finished (Yes of step S422).
このようにこの第1実施形態によれば、CAD/CAM用コンピュータ1で作成された動作プログラムを用いることで、ポジショナ55の各動作軸を溶接部位の傾きが溶接条件の裕度内に入る位置に自動設定される。
As described above, according to the first embodiment, by using the operation program created by the CAD / CAM computer 1, the position of each operation axis of the
また、実際の当板11のレーザ穴明け用のNCデータとノズル板12のCADデータとを重ね合わせて互いのギャップ部分を塗りつぶすことでマスタ画像を生成するので、実際に当板11の穴11aにノズル板12を組み込んだ状態とほぼ同等の溶接条件を溶接プログラムに設定(セット)できる。 In addition, since the master image is generated by overlaying the NC data for laser drilling of the actual contact plate 11 and the CAD data of the nozzle plate 12 to fill the gap portions, the actual hole 11a of the contact plate 11 is actually generated. It is possible to set (set) the welding conditions substantially equivalent to the state in which the nozzle plate 12 is incorporated in the welding program.
また、精度よく作成したマスタ画像を用いることで、ギャップT1と段差T2の状況に応じて溶接条件と溶接狙い位置を調整できる。 Further, by using the master image created with high accuracy, the welding conditions and the welding target position can be adjusted according to the situation of the gap T1 and the step T2.
さらに、実際の当板11のレーザ穴明け用のNCデータを基に、予め設定された間隔または教示点の数でシール溶接の教示点の位置や姿勢を求めると共に、円弧を描く半径が適正範囲内か否かに応じて補間処理を決定する、つまり円弧半径が適正範囲内の場合は円弧補間とし適正範囲外の場合は直線補間とするので、溶接対象物50をポジショナ55に固定するための支持具60と溶接トーチ52との干渉を避けるとともに、溶接変形を抑制する施工順序を考慮して溶接ロボット51を動作させる動作プログラムを自動的に作成することができる。
Furthermore, based on the NC data for laser drilling of the actual contact plate 11, the position and orientation of the seal welding teaching point is obtained at a preset interval or the number of teaching points, and the radius for drawing the arc is within an appropriate range. Interpolation processing is determined depending on whether or not it is within, that is, when the arc radius is within the proper range, circular interpolation is performed, and when the arc radius is outside the proper range, linear interpolation is performed, so that the
この結果、溶接の事前準備作業では極力オペレータが介入することなく、位置ずれや形状の計測、溶接のためのプログラムを自動で作成し、溶接変形や芯のずれに起因する位置ずれを修正しながら、ギャップT1や段差T2といった溶接対象箇所の形状に適した溶接条件およびウィービング条件で次々と溶接を行うことができるようになる。 As a result, in the preliminary preparation work of welding, without any intervention by the operator as much as possible, the position deviation and shape measurement, the program for welding is automatically created, while correcting the position deviation caused by welding deformation and core deviation Then, welding can be performed one after another under welding conditions and weaving conditions suitable for the shape of the welding target location such as the gap T1 and the step T2.
(第2実施形態)
図18および図19を参照して第2実施形態を説明する。この第2実施形態は上記第1実施形態で用いた視覚センサ54にエッジ検出機能を持たせ、二次形状センサ53を距離センサ29に変更したものである。なお溶接対象箇所との距離計測および溶接対象箇所の形状計測以外の詳細は上記第1実施形態と同様であり説明は省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 18 and 19. In the second embodiment, the
第2実施形態では、図18に示すように、ノズル板12の中心の鉛直方向から距離センサ29により計測し、位置ずれ計測のため視覚センサ54により撮影を行う距離(基準距離)との差である距離ずれ量だけ計測・溶接プログラムの位置を補正する。
In the second embodiment, as shown in FIG. 18, the distance from the vertical direction of the center of the nozzle plate 12 is measured by the distance sensor 29, and the difference from the distance (reference distance) at which shooting is performed by the
施工部位の段差計測は、距離センサ29で行う。ノズル板12の三次元データを基に腹側当板11の位置105、腹側ノズル板12の位置106、背側ノズル板12の位置107、背側当板11の位置108の計4点の段差計測位置における距離計測プログラムをCAD/CAM用コンピュータ1が作成し、各計測位置における距離を計測し、当板11側の距離とノズル板12側の距離との差を算出し、この差を段差T2とする。
The distance sensor 29 is used to measure the level difference of the construction site. Based on the three-dimensional data of the nozzle plate 12, the position of the ventral side plate 11, the position 106 of the ventral side nozzle plate 12, the
施工部位のギャップ計測は、図19に示すように、エッジ検出機能を持つ視覚センサ54により行う。ノズル板12の中心から鉛直方向に基準距離だけ離れた位置ずれ計測位置から視覚センサ54により溶接対象箇所を撮影し、ノズル板12の三次元データを基にエッジ検出位置96を自動で設定しておくことで溶接対象箇所のギャップT1を計測する。
As shown in FIG. 19, the gap measurement of the construction site is performed by a
このようにこの第2実施形態によれば、視覚センサ54にエッジ検出機能を持たせ、二次元形状センサ53を距離センサ29に変更したことで二次元形状センサ53を用いずに第1実施形態よりも安価に構成でき、また第1実施形態と同様に、極力作業者が介入することなく、位置ずれや形状の計測、溶接のためのロボット用プログラムを自動で作成し、溶接変形や芯のずれに起因する位置ずれを修正しながら、ギャップT1や段差T2といった施工部位の形状に適した溶接条件およびウィービング条件で次々と溶接を行うことができる。
As described above, according to the second embodiment, the
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、溶接対象物を治具にセットし溶接ロボットにパラメータを設定し溶接を行わせる一連の溶接過程を効率よく行うことができる。 According to at least one embodiment described above, it is possible to efficiently perform a series of welding processes in which an object to be welded is set on a jig, a parameter is set in a welding robot, and welding is performed.
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
また上記実施形態に示したCAD/CAM用コンピュータ1の各構成要素を、汎用のコンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体:electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばCD−ROM等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア:Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。 Further, each component of the CAD / CAM computer 1 shown in the above embodiment may be realized by a program installed in a storage such as a hard disk device of a general-purpose computer, and the above program may be realized by a computer-readable electronic medium. : It may be stored in electronic media, and the computer may realize the functions of the present invention by causing the computer to read the program from the electronic medium. Examples of the electronic medium include a recording medium such as a CD-ROM, flash memory, and removable media. Further, the configuration may be realized by distributing and storing components in different computers connected via a network, and communicating between computers in which the components are functioning.
1…CAD/CAM用コンピュータ、2…ロボット制御装置、3…二次元形状センサ制御装置、4…視覚センサ制御装置、5…ロボット部、6…ネットワーク、7…レーザNC装置、11…当板、11a…穴、12…ノズル板、13…シール溶接部、29…距離センサ、50…溶接対象物、51…溶接ロボット、51a…アーム、52…溶接トーチ、53…二次元形状センサ、54…視覚センサ、55…ポジショナ、56…円盤状の部材、57…回転軸、58…スライダ、59…ポジショナ本体部、60…支持具。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... CAD / CAM computer, 2 ... Robot control apparatus, 3 ... Two-dimensional shape sensor control apparatus, 4 ... Visual sensor control apparatus, 5 ... Robot part, 6 ... Network, 7 ... Laser NC apparatus, 11 ... This board, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11a ... Hole, 12 ... Nozzle plate, 13 ... Seal welding part, 29 ... Distance sensor, 50 ... Welding object, 51 ... Welding robot, 51a ... Arm, 52 ... Welding torch, 53 ... Two-dimensional shape sensor, 54 ... Visual Sensor, 55 ... Positioner, 56 ... Disk-shaped member, 57 ... Rotating shaft, 58 ... Slider, 59 ... Positioner main body, 60 ... Supporting tool.
Claims (6)
前記ノズル板の外形を示すCADデータが記憶された記憶部と、
前記当板に対するレーザ穴明け用のNCデータを取得する取得部と、
取得された前記当板に対するレーザ穴明け用のNCデータと前記記憶部から読み出した前記ノズル板の前記CADデータとを溶接時に欠陥の出ない位置に回転し、前記当板に対するレーザ穴明けデータから溶接用の教示点を生成する教示点生成部と
を備える溶接プログラム作成装置。 In a state where the nozzle plate is inserted and engaged in a hole provided in advance in the contact plate, the data of each engaging portion is measured by a visual sensor, and a master image for pattern matching with the measured data is generated, and the master image In a welding program creation device for creating an operation program for identifying the positions of the contact plate and the nozzle plate based on the above and causing the welding robot to perform welding,
A storage unit storing CAD data indicating the outer shape of the nozzle plate;
An acquisition unit for acquiring NC data for laser drilling on the plate;
The obtained NC data for drilling the plate and the CAD data of the nozzle plate read from the storage unit are rotated to a position where no defect is generated during welding, and the laser drill data for the plate is obtained. A welding program creation device comprising a teaching point generator for generating teaching points for welding.
前記当板に対するレーザ穴明け用のNCデータを取得し、
取得した前記当板に対するレーザ穴明け用のNCデータと前記ノズル板の外形を示すCADデータが記憶された記憶部から読み出した前記ノズル板の前記CADデータとを溶接時に欠陥の出ない位置に回転し、前記当板に対するレーザ穴明けデータから溶接用の教示点を生成する溶接プログラム作成方法。 In a state where the nozzle plate is inserted and engaged in a hole provided in advance in the contact plate, the data of each engaging portion is measured by a visual sensor, and a master image for pattern matching with the measured data is generated, and the master image In the welding program creation method in the welding program creation device for creating an operation program for identifying the position of the contact plate and the nozzle plate based on the above and welding the welding robot,
Obtain NC data for laser drilling on the plate,
The obtained NC data for drilling the plate and the CAD data of the nozzle plate read from the storage unit storing the CAD data indicating the outer shape of the nozzle plate are rotated to a position where no defect occurs during welding. And a welding program creation method for generating teaching points for welding from laser drilling data for the contact plate.
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