JP7438625B2

JP7438625B2 - 円周溶接方法

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Description

本発明は、ロボットを用いて円周溶接する方法に関する。

ロボットを用いて溶接する技術の開発が進められている。例えば、非特許文献１は、溶接ロボットのオフラインティーチングに関する技術を開示している。

泉敏之、他３名、"オフライン教示システムＫ－ＯＴＳの自動教示技術"、［ｏｎｌｉｎｅ］、神戸製鋼所技報／Ｖｏｌ．６３Ｎｏ．１（Ａｐｒ．２０１３）、ｐ．９４－９８、［令和２年２月２８日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：https://www.kobelco.co.jp/technology-review/pdf/63_1/094-098.pdf

垂直多関節型ロボットは、人間の腕に近い動きができる。このため、溶接に垂直多関節型ロボットを用いれば、精密な溶接ができる。円周溶接の場合、垂直多関節型ロボットは、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを動かして、溶接をする。垂直多関節型ロボットが、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接をすることができる。

垂直多関節型ロボットの軸の動作角度範囲超えや、溶接ケーブル等巻き付き等が原因で、垂直多関節型ロボットが、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができないことがある。

垂直多関節型ロボットを用いる円周溶接において、ロボットの動作軌跡のティーチングプログラムをオフラインティーチング等で自動作成することについて考える。円周形の溶接線上における４以上の点の接線方向に対して、指定されたトーチ角度にすれば、各点でロボットは姿勢をとることができるが、前後の点でロボットの軸が動作角度範囲を超えることがある。このようなとき、垂直多関節型ロボットは、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができない。

垂直多関節型ロボットが、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができないとき、円周形の溶接線が複数の円弧形の溶接線に分割されて溶接がされる。この場合、円周溶接中に溶接が中断されることになる。溶接が中断されると、中断箇所で溶接欠陥が発生することがある。

本発明の目的は、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる円周溶接方法を提供することである。

本発明の第１局面に係る円周溶接方法は、垂直多関節型ロボットで溶接トーチを下向き姿勢にした状態で前記溶接トーチを動かして、Ｖ型およびＩ型の少なくとも一方の開先を円周溶接する方法であって、前記垂直多関節型ロボットのロボット本体の手首回転中心が、前記溶接トーチよりも常に前記ロボット本体の設置位置側に位置するように、前記溶接トーチの回転角を調整しながら、円軌道を描くように前記溶接トーチを動かして前記円周溶接をする。

６軸構成の垂直多関節型ロボットの場合、ロボット本体の第１軸の回転軸が鉛直軸方向の回転に対応しており、第２軸の回転軸が主に前後の動きに対応しており、第３軸の回転軸が主に上下の動きに対応しており、第４軸の回転軸が長手方向の回転に対応しており、第５軸の回転軸が上下の曲げに対応しており、第６軸の回転軸がエンドエフェクタの回転に対応している。

手首回転中心とは、第４軸の回転軸の中心線を延長した仮想線と、第５軸の回転軸の中心線と、第６軸の回転軸の中心線を延長した仮想線と、が一点で交わる箇所である。溶接トーチの回転角とは、溶接トーチの中心軸（長手方向）を軸として溶接トーチを回転させたときの角度である。

本発明者は、垂直多関節型ロボットで溶接トーチを下向き姿勢にした状態で溶接トーチを動かして、Ｖ型およびＩ型の少なくとも一方の開先を円周溶接する場合、通常は円周接線方向に対して溶接トーチの姿勢を同じにするため、円周上において溶接位置が進むにつれ溶接トーチの軸芯に対して溶接トーチが回転しロボット本体の姿勢が無理な姿勢となる。これを回避するために溶接トーチの軸芯に対して溶接トーチを回転させ、無理な姿勢とならないような工夫をする必要がある。本発明の第１局面に係る円周溶接方法を実行すれば、垂直多関節型ロボットが、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができることを見出した。従って、本発明の第１局面に係る円周溶接方法によれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。

本発明者は、本発明の第１局面に係る円周溶接方法によれば、円周溶接の開始終了位置を任意に設定できる。従って、円周溶接の開始終了位置にかかわらず、垂直多関節型ロボットは、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができるので、円周溶接の自由度を向上させることができる。

本発明の第２局面に係る円周溶接方法は、垂直多関節型ロボットで溶接線の外側に溶接トーチを位置させ、かつ前記溶接線に対して前記溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、前記溶接トーチを動かして円周溶接をする方法であって、前記溶接線のうち、前記垂直多関節型ロボットのロボット本体の設置位置に最も近い部分を前記円周溶接の開始終了位置にして、円軌道を描くように前記溶接トーチを動かして前記円周溶接をする。

本発明者は、垂直多関節型ロボットで溶接線の外側に溶接トーチを位置させ、かつ溶接線に対して溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、溶接トーチを動かして円周溶接をする場合、通常は円周接線に対して溶接トーチの姿勢を同じにするため、円周上において溶接位置が進むにつれ溶接トーチが円周面に垂直な軸に従って一回転する。この回転を連続して実現するためには、ロボット本体の第６軸を主に回転させれば良く、溶接区間中にこの軸の動作範囲を超えないような連続した教示軌跡を取る必要がある。本発明の第２局面に係る円周溶接方法を実行すれば、垂直多関節型ロボットが、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができることを見出した。従って、本発明の第２局面に係る円周溶接方法によれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。

本発明の第３局面に係る円周溶接方法は、垂直多関節型ロボットで溶接線の内側に溶接トーチを位置させ、かつ前記溶接線に対して前記溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、前記溶接トーチを動かして円周溶接をする方法であって、前記溶接線のうち、前記垂直多関節型ロボットのロボット本体の設置位置に最も遠い部分を前記円周溶接の開始終了位置にして、円軌道を描くように前記溶接トーチを動かして前記円周溶接をする。

本発明者は、垂直多関節型ロボットで溶接線の内側に溶接トーチを位置させ、かつ前記溶接線に対して前記溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、前記溶接トーチを動かして円周溶接をする場合、通常は円周接線に対して溶接トーチの姿勢を同じにするため、円周上において溶接位置が進むにつれ溶接トーチが円周面に垂直な軸に従って一回転する。この回転を連続して実現するためには、ロボット本体の第６軸を主に回転させれば良く、溶接区間中にこの軸の動作範囲を超えないような連続した教示軌跡を取る必要がある。本発明の第３局面に係る円周溶接方法を実行すれば、垂直多関節型ロボットが、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができることを見出した。従って、本発明の第３局面に係る円周溶接方法によれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。

本発明の第４局面に係る円周溶接方法は、垂直多関節型ロボットで溶接線の外側に溶接トーチを位置させ、かつ前記溶接線に対して前記溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、前記溶接トーチを動かして円周溶接をする方法であって、円周形の前記溶接線の中心と前記円周溶接の開始終了位置とを通る第１の仮想線と円周形の前記溶接線の外側で鉛直方向に沿って交わり、前記中心よりも前記開始終了位置からの距離が近い第２の仮想線上に、前記垂直多関節型ロボットのロボット本体の設置位置を設定し、円軌道を描くように前記溶接トーチを動かして前記円周溶接をする。

本発明者は、垂直多関節型ロボットで溶接線の外側に溶接トーチを位置させ、かつ溶接線に対して溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、溶接トーチを動かして円周溶接をする場合、通常は円周接線に対して溶接トーチの姿勢を同じにするため、円周上において溶接位置が進むにつれ溶接トーチが円周面に垂直な軸に従って一回転する。この回転を連続して実現するためには、ロボット本体の第６軸を主に回転させれば良く、溶接区間中にこの軸の動作範囲を超えないような連続した教示軌跡を取る必要がある。本発明の第４局面に係る円周溶接方法を実行すれば、垂直多関節型ロボットが、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができることを見出した。従って、本発明の第４局面に係る円周溶接方法によれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。

本発明の第４局面に係る円周溶接方法は、ロボット本体の設置位置を変えることにより、本発明の第２局面に係る円周溶接方法と同様の円周溶接をする。本発明の第４局面に係る円周溶接方法は、円周溶接の開始終了位置を変更することができない場合に有効である。

本発明の第５局面に係る円周溶接方法は、垂直多関節型ロボットで溶接線の内側に溶接トーチを位置させ、かつ前記溶接線に対して前記溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、前記溶接トーチを動かして円周溶接をする方法であって、円周形の前記溶接線の中心と前記円周溶接の開始終了位置とを通る第１の仮想線と円周形の前記溶接線の外側で鉛直方向に沿って交わり、前記開始終了位置よりも前記中心からの距離が近い第２の仮想線上に、前記垂直多関節型ロボットのロボット本体の設置位置を設定し、円軌道を描くように前記溶接トーチを動かして前記円周溶接をする。

本発明者は、垂直多関節型ロボットで溶接線の内側に溶接トーチを位置させ、かつ溶接線に対して溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、溶接トーチを動かして円周溶接をする場合、通常は円周接線に対して溶接トーチの姿勢を同じにするため、円周上において溶接位置が進むにつれ溶接トーチが円周面に垂直な軸に従って一回転する。この回転を連続して実現するためには、ロボット本体の第６軸を主に回転させれば良く、溶接区間中にこの軸の動作範囲を超えないような連続した教示軌跡を取る必要がある。本発明の第５局面に係る円周溶接方法を実行すれば、垂直多関節型ロボットが、円周形の溶接線に沿って溶接トーチを一周させることができることを見出した。従って、本発明の第５局面に係る円周溶接方法によれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。

本発明の第５局面に係る円周溶接方法は、ロボット本体の設置位置を変えることにより、本発明の第３局面に係る円周溶接方法と同様の円周溶接をする。本発明の第５局面に係る円周溶接方法は、円周溶接の開始終了位置を変更することができない場合に有効である。

上記構成において、前記円周溶接を教示するオフラインティーチングデータを用いて前記円周溶接をする。

ティーチングプレイバック方式のロボットを動作させるには、ティーチングデータ（ティーチングプログラム）が必要である。ロボットの実機を使用したティーチングデータの作成は、生産ラインを使用するので、生産ライン停止による生産性低下を招くことになる。そこで、ロボットの実機を使用せずに、コンピュータを使用したオフラインティーチングでティーチングデータを作成することが行われている。本発明の第１～第５局面に係る円周溶接方法は、オフラインティーチングデータを用いた円周溶接に適用することができる。

本発明によれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。

実施形態に用いることができる垂直多関節型ロボットの一例を示す模式図である。トーチ回転角を変えることにより、溶接トーチの姿勢を変えることを示す模式図である。第１実施形態に係る円周溶接方法のシミュレーションによって、溶接トーチが溶接線に沿って一周する動作において、溶接トーチが第１の位置にあるときの画像図である。同動作において、溶接トーチが第２の位置にあるときの画像図である。同動作において、溶接トーチが第３の位置にあるときの画像図である。同動作において、溶接トーチが第４の位置にあるときの画像図である。第２実施形態に係る円周溶接方法のシミュレーションによって、溶接トーチが溶接線に沿って一周する動作において、溶接トーチが第１の位置にあるときの画像図である。同動作において、溶接トーチが第２の位置にあるときの画像図である。同動作において、溶接トーチが第３の位置にあるときの画像図である。同動作において、溶接トーチが第４の位置にあるときの画像図である。第３実施形態に係る円周溶接方法のシミュレーションによって、溶接トーチが溶接線に沿って一周する動作において、溶接トーチが第１の位置にあるときの画像図である。同動作において、溶接トーチが第２の位置にあるときの画像図である。同動作において、溶接トーチが第３の位置にあるときの画像図である。同動作において、溶接トーチが第４の位置にあるときの画像図である。第４実施形態に係る円周溶接方法において、ロボット本体の設置位置の設定を説明する模式図である。第５実施形態に係る円周溶接方法において、ロボット本体の設置位置の設定を説明する模式図である。第１実施形態～第５実施形態に係る円周溶接を選択する工程を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。

実施形態に係る円周溶接方法では、垂直多関節型ロボットＲを用いる。図１は、実施形態に用いることができる垂直多関節型ロボットＲの一例を示す模式図である。垂直多関節型ロボットＲは、ロボット本体１（マニピュレータ）と、コントローラ２と、ＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌｃｏｍｐｕｔｅｒ）３と、を備える。

ロボット本体１は、骨組みで示されている。ロボット本体１は、６軸構成を有しており、ロボット架台１０からロボット本体１の先端（エンドエフェクタ）へ向かって、第１軸１１、第２軸１２、第３軸１３、第４軸１４、第５軸１５、第６軸１６の順に軸が設けられている。エンドエフェクタは、溶接トーチ１７である。溶接トーチ１７の先端から溶接ワイヤ１７２が延びている。

第１軸１１の回転軸が鉛直軸方向の回転に対応しており、第２軸１２の回転軸が主に前後の動きに対応しており、第３軸１３の回転軸が主に上下の動きに対応しており、第４軸１４の回転軸が長手方向の回転に対応しており、第５軸１５の回転軸が上下の曲げに対応しており、第６軸１６の回転軸がエンドエフェクタの回転に対応している。実施形態に用いることができる垂直多関節型ロボットＲは、６軸構成に限らず、これより多い軸数でもよい（例えば、７軸構成）。

溶接トーチ１７の姿勢（溶接姿勢）は、トーチ傾斜角α、トーチ前進後退角βおよびトーチ回転角γによって決まる。トーチ傾斜角αは、溶接対象となるワーク５の基準面５０と仮想平面５１との角度である（溶接線基準の傾斜角度）。仮想平面５１とは、溶接線５５を一辺とし、仮想平面５１上に溶接トーチ１７の中心線１７１（軸芯）が位置する平面である。トーチ前進後退角βは、溶接線５５と中心線１７１との角度である。トーチ回転角γは、中心線１７１を軸にして溶接トーチ１７を回転させたときの角度である（溶接トーチ１７先端まわりの角度、溶接トーチ１７の回転角）。トーチ傾斜角α、トーチ前進後退角βおよびトーチ回転角γは、第４軸１４の回転角度、第５軸１５の回転角度および第６軸１６の回転角度で調整される。従って、溶接トーチ１７の姿勢（溶接姿勢）は、第４軸１４の回転角度、第５軸１５の回転角度および第６軸１６の回転角度で決まる。

手首回転中心１８とは、第４軸１４の回転軸の中心線を延長した仮想線と、第５軸１５の回転軸の中心線と、第６軸１６の回転軸の中心線を延長した仮想線と、が一点で交わる箇所である。

トーチ傾斜角αおよびトーチ前進後退角βで、溶接トーチ１７の方向が決まる。溶接トーチ１７の方向が決まれば、溶接を実行できるので、トーチ回転角γは任意に設定できる。トーチ回転角γを変えることで、手首回転中心１８の位置が変わり、これにより、溶接トーチ１７の姿勢を変えることができ、さらには、ロボット本体１の姿勢を変えることができる。図２は、これを示す模式図である。

手首回転中心１８－３、１８－４では、ロボット本体１のアームを溶接線５５（図１）に届かせることができる（溶接を実行できる）。手首回転中心１８－６、１８－７では、ロボット本体１のアームを溶接線５５に届かせることができない（溶接を実行できない）。手首回転中心１８－１、１８－２、１８－５では、ロボット本体１のアームがワーク５と干渉する（溶接を実行できない）。

図１を参照して、走行台車４には、ロボット本体１が乗せられており、走行台車４を移動させることにより、ロボット本体１の設置位置を変えることができる。走行台車４の替りに、クレーンでロボット本体１の設置位置を変えてもよい。コントローラ２は、ロボット本体１の動作を制御するための各種基板を備える装置である。走行台車４の制御は、コントローラ２で行ってもよいし、コントローラ２と別の制御装置で行ってもよい。ＰＣ３は、オフラインティーチングに用いられるコンピュータである。ＰＣ３で生成されたロボット本体１のオフラインティーチングデータ（オフラインティーチングプログラム）は、ＰＣ３からコントローラ２に転送される。コントローラ２は、オフラインティーチングデータに従って、ロボット本体１の動作を制御する。

実施形態には、第１実施形態から第５実施形態がある。第１実施形態から説明する。図３Ａ～図３Ｄは、第１実施形態に係る円周溶接方法のシミュレーションによって、溶接トーチ１７が溶接線５２に沿って一周する動作を示す画像図である。図３Ａは、同動作において、溶接トーチ１７が第１の位置にあるときの画像図である。図３Ｂは、同動作において、溶接トーチ１７が第２の位置にあるときの画像図である。図３Ｃは、同動作において、溶接トーチ１７が第３の位置にあるときの画像図である。図３Ｄは、同動作において、溶接トーチ１７が第４の位置にあるときの画像図である。図３Ａ～図３Ｄの上側は、ロボット本体１およびワーク５を上から見た画像を示す。図３Ａ～図３Ｄの下側は、ロボット本体１およびワーク５を横から見た画像を示す。

溶接線５２は円周形を有しており、水平面上に位置する。垂直多関節型ロボットＲ（ロボット本体１）の座標は、三次元座標（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）である。ワーク５の座標は、二次元座標（ｘ軸、ｙ軸）である。これらについては、第２実施形態から第５実施形態も同様である。

第１実施形態に係る円周溶接方法は、垂直多関節型ロボットＲで溶接トーチ１７を下向き姿勢にした状態で溶接トーチ１７を動かして、Ｖ型およびＩ型の少なくとも一方の開先を円周溶接する場合に適用される。この場合、図３Ａ～図３Ｄに示すように、第１実施形態に係る円周溶接方法によれば、ロボット本体１の手首回転中心１８が溶接トーチ１７よりも常にロボット本体１の設置位置側（別の表現を用いれば、ロボット原点側）に位置するように、トーチ回転角γ（溶接トーチ１７の回転角）を調整しながら、円軌道を描くように溶接トーチ１７を動かして円周溶接する。

トーチ回転角γが０°の位置は一点鎖線で示す円の接線方向となるため、この接線から手首回転中心１８の位置までの角度が、設定したいトーチ回転角γである。図３Ａは、トーチ回転角γが－６７°の状態を示し、図３Ｂは、トーチ回転角γが－１４６°の状態を示し、図３Ｃは、トーチ回転角γが１２１°（－２３９°）の状態を示し、図３Ｄは、トーチ回転角γが１８°の状態を示す。

本発明者は、このように垂直多関節型ロボットＲを動作させれば、垂直多関節型ロボットＲが、円周形の溶接線５２に沿って溶接トーチ１７を一周させることができることを見出した。図３Ａ～図３Ｄに示すように、ロボット本体１に無理な姿勢をさせることなく、溶接トーチ１７が円周形の溶接線５２に沿って一周していることが分かる。溶接トーチ１７が時計回りに一周していることが示されているが、反時計回りに一周してもよい。

このように、第１実施形態に係る円周溶接方法によれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。

本発明者は、第１実施形態に係る円周溶接方法によれば、円周溶接の開始終了位置５３を任意に設定できることを見出した。従って、円周溶接の開始終了位置５３にかかわらず、垂直多関節型ロボットＲは、円周形の溶接線５２に沿って溶接トーチ１７を一周させることができるので、円周溶接の自由度を向上させることができる。

第２実施形態を説明する。図４Ａ～図４Ｄは、第２実施形態に係る円周溶接方法のシミュレーションによって、溶接トーチ１７が溶接線５２に沿って一周する動作を示す画像図である。図４Ａは、同動作において、溶接トーチ１７が第１の位置にあるときの画像図である。図４Ｂは、同動作において、溶接トーチ１７が第２の位置にあるときの画像図である。図４Ｃは、同動作において、溶接トーチ１７が第３の位置にあるときの画像図である。図４Ｄは、同動作において、溶接トーチ１７が第４の位置にあるときの画像図である。図４Ａ～図４Ｄの上側は、ロボット本体１およびワーク５を上から見た画像を示す。図４Ａ～図４Ｄの下側は、ロボット本体１およびワーク５を横から見た画像を示す。

第２実施形態に係る円周溶接方法は、ワーク５の外側を一周にわたって隅肉溶接する場合に適用される。これは、垂直多関節型ロボットＲで溶接線５２の外側に溶接トーチ１７を位置させ、かつ溶接線５２に対して溶接トーチ１７を左右方向に傾いた姿勢にした状態で、溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする場合の一例である。

この場合の円周溶接において、垂直多関節型ロボットＲが円周形の溶接線５２に沿って溶接トーチ１７を一周させるとき、第６軸１６（図１）が回転する角度範囲は他の軸が回転する角度範囲と比べて大きくなる。溶接ケーブルの巻き付け等を防止するために、第６軸１６が回転可能な角度範囲は、予め決められている（例えば、±１８０°、±２００°、少なくとも±１８０°）。円周溶接の開始終了位置５３がどこに設定されるかによって、第６軸１６が回転する角度範囲が、第６軸１６が回転可能な角度範囲を超えることがある。次に説明するように、第２実施形態に係る円周溶接方法は、これを回避することができる（第３実施形態に係る円周溶接方法も同様である）。

図４Ａ～図４Ｄに示すように、第２実施形態に係る円周溶接方法によれば、溶接線５２のうちロボット本体１の設置位置（別の表現を用いれば、ロボット原点）に最も近い部分を円周溶接の開始終了位置５３にして、円軌道を描くように溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする。なお、円周溶接中、ロボット本体１は、溶接トーチ１７の先端を常に手首回転中心１８上に位置（トーチ回転角γ＝－９０°）させているが、これは必須でない。

本発明者は、このように垂直多関節型ロボットＲを動作させれば、垂直多関節型ロボットＲが、円周形の溶接線５２に沿って溶接トーチ１７を一周させることができることを見出した（第６軸１６が回転する角度範囲が、第６軸１６が回転可能な角度範囲を超えないことを見出した）。図４Ａ～図４Ｄに示すように、ロボット本体１に無理な姿勢をさせることなく、溶接トーチ１７が円周形の溶接線５２に沿って一周していることが分かる。溶接トーチ１７が反時計回りに一周していることが示されているが、時計回りに一周してもよい。

このように、第２実施形態に係る円周溶接方法によれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。

第３実施形態を説明する。図５Ａ～図５Ｄは、第３実施形態に係る円周溶接方法のシミュレーションによって、溶接トーチ１７が溶接線５２に沿って一周する動作を示す画像図である。図５Ａは、同動作において、溶接トーチ１７が第１の位置にあるときの画像図である。図５Ｂは、同動作において、溶接トーチ１７が第２の位置にあるときの画像図である。図５Ｃは、同動作において、溶接トーチ１７が第３の位置にあるときの画像図である。図５Ｄは、同動作において、溶接トーチ１７が第４の位置にあるときの画像図である。図５Ａ～図５Ｄの上側は、ロボット本体１およびワーク５を上から見た画像を示す。図５Ａ～図５Ｄの下側は、ロボット本体１およびワーク５を横から見た画像を示す。

第３実施形態に係る円周溶接方法は、ワーク５の内側を一周にわたって隅肉溶接する場合に適用される。これは、垂直多関節型ロボットＲで溶接線５２の内側に溶接トーチ１７を位置させ、かつ溶接線５２に対して溶接トーチ１７を左右方向に傾いた姿勢にした状態で、溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする場合の一例である。

図５Ａ～図５Ｄに示すように、第３実施形態に係る円周溶接方法によれば、溶接線５２のうちロボット本体１の設置位置（別の表現を用いれば、ロボット原点）に最も遠い部分を円周溶接の開始終了位置５３にして、円軌道を描くように溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする。なお、円周溶接中、ロボット本体１は、溶接トーチ１７の先端を常に手首回転中心１８上に位置（トーチ回転角γ＝－９０°）させているが、これは必須ではない。

本発明者は、このように垂直多関節型ロボットＲを動作させれば、垂直多関節型ロボットＲが、円周形の溶接線５２に沿って溶接トーチ１７を一周させることができることを見出した（第６軸１６が回転する角度範囲が、第６軸１６が回転可能な角度範囲を超えないことを見出した）。図５Ａ～図５Ｄに示すように、ロボット本体１に無理な姿勢をさせることなく、溶接トーチ１７が円周形の溶接線５２に沿って一周していることが分かる。溶接トーチ１７が時計回りに一周していることが示されているが、反時計回りに一周してもよい。

このように、第３実施形態に係る円周溶接方法によれば、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。

第４実施形態に係る円周溶接方法を説明する。第４実施形態は、ロボット本体１の設置位置（別の表現を用いれば、ロボット原点）を変えることにより、第２実施形態と同様の円周溶接をする。第２実施形態で説明したように、図４Ａ～図４Ｄは、垂直多関節型ロボットＲでワーク５の外側を一周にわたって隅肉溶接する場合が示されている。これは、垂直多関節型ロボットＲで溶接線５２の外側に溶接トーチ１７を位置させ、かつ溶接線５２に対して溶接トーチ１７を左右方向に傾いた姿勢にした状態で、溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする場合の一例である。この場合、第２実施形態で説明したように、溶接線５２のうちロボット本体１の設置位置に最も近い部分を円周溶接の開始終了位置５３にして、円軌道を描くように溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする。

円周溶接の開始終了位置５３が決められており、この位置が、上記最も近い部分でないとき、第２実施形態に係る円周溶接方法を実行できない。第４実施形態は、この最も近い部分が円周溶接の開始終了位置５３になるように、ロボット本体１が乗せられた走行台車４を用いて、ロボット本体１の設置位置を移動させる。

図６は、第４実施形態に係る円周溶接方法において、ロボット本体１の設置位置の設定を説明する模式図である。ワーク５に円周形の溶接線５２が設けられている。第１の仮想線Ｌ１は、円周形の溶接線５２の中心５４と円周溶接の開始終了位置５３とを通る。第２の仮想線Ｌ２－１は、第１の仮想線Ｌ１と円周形の溶接線５２の外側で鉛直方向に沿って交わり、中心５４よりも開始終了位置５３からの距離が近くにされている。第２の仮想線Ｌ２－１上にロボット本体１の設置位置（別の表現を用いれば、ロボット原点）が設定される。第２の仮想線Ｌ２－１は、図６の紙面に垂直に交わるので、図６では、第２の仮想線Ｌ２－１が点で示されている。

第４実施形態に係る円周溶接方法は、ロボット本体１を上記設置位置に設置して、円軌道を描くように溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする。これにより、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。第４実施形態は、円周溶接の開始終了位置５３を変更することができない場合に有効である。

第５実施形態に係る円周溶接方法を説明する。第５実施形態は、ロボット本体１の設置位置（別の表現を用いれば、ロボット原点）を変えることにより、第３実施形態と同様の円周溶接をする。第３実施形態で説明したように、図５Ａ～図５Ｄは、垂直多関節型ロボットＲでワーク５の内側を一周にわたって隅肉溶接する場合が示されている。これは、垂直多関節型ロボットＲで溶接線５２の内側に溶接トーチ１７を位置させ、かつ溶接線５２に対して溶接トーチ１７を左右方向に傾いた姿勢にした状態で、溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする場合の一例である。この場合、第３実施形態で説明したように、溶接線５２のうちロボット本体１の設置位置に最も遠い部分を円周溶接の開始終了位置５３にして、円軌道を描くように溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする。

円周溶接の開始終了位置５３が決められており、この位置が、上記最も遠い部分でないとき、第３実施形態に係る円周溶接方法を実行できない。第５実施形態は、この最も遠い部分が円周溶接の開始終了位置５３になるように、ロボット本体１が乗せられた走行台車４を用いて、ロボット本体１の設置位置を移動させる。

図７は、第５実施形態に係る円周溶接方法において、ロボット本体１の設置位置の設定を説明する模式図である。図７が図６と異なるのは、第２の仮想線Ｌ２－２の位置である。第２の仮想線Ｌ２－２は、第１の仮想線Ｌ１と円周形の溶接線５２の外側で鉛直方向に沿って交わり、開始終了位置５３より中心５４からの距離が近くにされている。第２の仮想線Ｌ２－２上にロボット本体１の設置位置（別の表現を用いれば、ロボット原点）が設定される。第２の仮想線Ｌ２－２は、図７の紙面に垂直に交わるので、図７では、第２の仮想線Ｌ２－２が点で示されている。

第５実施形態に係る円周溶接方法は、ロボット本体１を上記設置位置に設置して、円軌道を描くように溶接トーチ１７を動かして円周溶接をする。これにより、円周溶接中に溶接を中断することなく、連続して溶接することができる。第５実施形態は、円周溶接の開始終了位置５３を変更することができない場合に有効である。

第１実施形態～第５実施形態に係る円周溶接は、オフラインティーチングデータに基づいて実行される。オフラインティーチングデータは、垂直多関節型ロボットＲに円周溶接を実行させるためのデータ（プログラム）であり、第１実施形態～第５実施形態に係る円周溶接を選択するために必要な情報を含む。この情報は、具体的には、溶接姿勢（下向き姿勢、横向き姿勢等）、溶接継目の種類（突合せ溶接隅肉溶接等）、開先の種類（Ｖ型、Ｉ型、Ｋ型、Ｘ型等）、円周溶接の開始終了位置５３が決められているか否か、および、隅肉溶接の種類である。隅肉溶接の種類とは、隅肉溶接の場合、ワーク５の外側を溶接するのか、ワーク５の内側を溶接するのかを示す情報である。

図８は、第１実施形態～第５実施形態に係る円周溶接を選択する工程を示すフローチャートである。図１および図８を参照して、コントローラ２は、オフラインティーチングデータを参照し、隅肉溶接か否かを判断する（Ｓ１）。コントローラ２は、隅肉溶接と判断したとき（Ｓ１でＹｅｓ）、オフラインティーチングデータを参照し、円周溶接の開始終了位置５３が決められているか否かを判断する（Ｓ２）。

コントローラ２は、円周溶接の開始終了位置５３が決められていないと判断したとき（Ｓ２でＮｏ）、オフラインティーチングデータを参照し、隅肉溶接がワーク５の外側を溶接するか否かを判断する（Ｓ３）。すなわち、隅肉溶接がワーク５の外側の溶接であるのか、ワーク５の内側の溶接であるのか判断される。

コントローラ２は、ワーク５の外側の溶接と判定したとき（Ｓ３でＹｅｓ）、図４Ａ～図４Ｄを用いて説明した第２実施形態に係る円周溶接方法を選択し、オフラインティーチングデータに基づいて第２実施形態に係る円周溶接方法を実行する（Ｓ４）。

コントローラ２は、ワーク５の外側の溶接でないと判定したとき（Ｓ３でＮｏ）、すなわち、ワーク５の内側の溶接と判定したとき、図５Ａ～図５Ｄを用いて説明した第３実施形態に係る円周溶接方法を選択し、オフラインティーチングデータに基づいて第３実施形態に係る円周溶接方法を実行する（Ｓ５）。

コントローラ２は、円周溶接の開始終了位置５３が決められている判断したとき（Ｓ２でＹｅｓ）、オフラインティーチングデータを参照し、隅肉溶接がワーク５の外側を溶接するか否かを判断する（Ｓ６）。すなわち、隅肉溶接がワーク５の外側の溶接であるのか、ワーク５の内側の溶接であるのか判断される。

コントローラ２は、ワーク５の外側の溶接と判定したとき（Ｓ６でＹｅｓ）、図６を用いて説明した第４実施形態に係る円周溶接方法を選択し、オフラインティーチングデータに基づいて第４実施形態に係る円周溶接方法を実行する（Ｓ７）。

コントローラ２は、ワーク５の外側の溶接でないと判定したとき（Ｓ６でＮｏ）、すなわち、ワーク５の内側の溶接と判定したとき、図７を用いて説明した第５実施形態に係る円周溶接方法を選択し、オフラインティーチングデータに基づいて第５実施形態に係る円周溶接方法を実行する（Ｓ８）。

コントローラ２は、隅肉溶接でないと判断したとき（Ｓ１でＮｏ）、オフラインティーチングデータを参照し、溶接姿勢が下向きであり、かつ、溶接継目の種類が突合せ溶接であり、かつ、開先の種類がＶ型およびＩ型の少なくとも一方である条件を満たすか否かを判断する（Ｓ９）。コントローラ２は、この条件を満たすと判断したとき（Ｓ９でＹｅｓ）、図３Ａ～図３Ｄを用いて説明した第１実施形態に係る円周溶接方法を選択し、オフラインティーチングデータに基づいて第１実施形態に係る円周溶接方法を実行する（Ｓ１０）。コントローラ２は、この条件を満たさないと判断したとき（Ｓ９でＮｏ）、第１実施形態～第５実施形態以外の円周溶接方法を選択する（Ｓ１１）。

１ロボット本体
１０ロボット架台
１１第１軸
１２第２軸
１３第３軸
１４第４軸
１５第５軸
１６第６軸
１７溶接トーチ
１７１溶接トーチの中心線
１７２溶接ワイヤ
１８手首回転中心
２コントローラ
３ＰＣ
４走行台車
５ワーク
５０基準面
５１仮想平面
５２溶接線
５３円周溶接の開始終了位置
５４中心
５５溶接線
Ｌ１第１の仮想線
Ｌ２第２の仮想線
Ｒ垂直多関節型ロボット

Claims

６軸以上の軸を有する垂直多関節型ロボットで円周形の溶接線の外側に溶接トーチを位置させ、かつ前記溶接線に対して前記溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、前記溶接トーチを動かして円周溶接をする方法であって、
少なくとも－１８０°～＋１８０°の角度範囲で回転可能な第６軸が３６０°回転可能な姿勢で溶接を開始するとともに、
前記溶接線のうち、前記垂直多関節型ロボットのロボット本体の設置位置に最も近い部分を前記円周溶接の開始終了位置にして、円軌道を描くように前記溶接トーチを動かし中断することなく一周させて前記円周溶接をする、円周溶接方法。
６軸以上の軸を有する垂直多関節型ロボットで円周形の溶接線の内側に溶接トーチを位置させ、かつ前記溶接線に対して前記溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、前記溶接トーチを動かして円周溶接をする方法であって、
少なくとも－１８０°～＋１８０°の角度範囲で回転可能な第６軸が３６０°回転可能な姿勢で溶接を開始するとともに、
前記溶接線のうち、前記垂直多関節型ロボットのロボット本体の設置位置に最も遠い部分を前記円周溶接の開始終了位置にして、円軌道を描くように前記溶接トーチを動かし中断することなく一周させて前記円周溶接をする、円周溶接方法。
６軸以上の軸を有する垂直多関節型ロボットで円周形の溶接線の外側に溶接トーチを位置させ、かつ前記溶接線に対して前記溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、前記溶接トーチを動かして円周溶接をする方法であって、
少なくとも－１８０°～＋１８０°の角度範囲で回転可能な第６軸が３６０°回転可能な姿勢で溶接を開始するとともに、
円周形の前記溶接線の中心と前記円周溶接の開始終了位置とを通る第１の仮想線と円周形の前記溶接線の外側で鉛直方向に沿って交わり、前記中心よりも前記開始終了位置からの距離が近い第２の仮想線上に、前記垂直多関節型ロボットのロボット本体の設置位置を設定し、
円軌道を描くように前記溶接トーチを動かし中断することなく一周させて前記円周溶接をする、円周溶接方法。
６軸以上の軸を有する垂直多関節型ロボットで円周形の溶接線の内側に溶接トーチを位置させ、かつ前記溶接線に対して前記溶接トーチを左右方向に傾いた姿勢にした状態で、前記溶接トーチを動かして円周溶接をする方法であって、
少なくとも－１８０°～＋１８０°の角度範囲で回転可能な第６軸が３６０°回転可能な姿勢で溶接を開始するとともに、
円周形の前記溶接線の中心と前記円周溶接の開始終了位置とを通る第１の仮想線と円周形の前記溶接線の外側で鉛直方向に沿って交わり、前記開始終了位置よりも前記中心からの距離が近い第２の仮想線上に、前記垂直多関節型ロボットのロボット本体の設置位置を設定し、
円軌道を描くように前記溶接トーチを動かし中断することなく一周させて前記円周溶接をする、円周溶接方法。
前記円周溶接を教示するオフラインティーチングデータを用いて前記円周溶接をする、請求項１～４のいずれか一項に記載の円周溶接方法。