JPH02237726A - 表面領域の形状を自動的に検出して、表面領域上で作業を行う方法及び装置 - Google Patents
表面領域の形状を自動的に検出して、表面領域上で作業を行う方法及び装置Info
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- JPH02237726A JPH02237726A JP1299486A JP29948689A JPH02237726A JP H02237726 A JPH02237726 A JP H02237726A JP 1299486 A JP1299486 A JP 1299486A JP 29948689 A JP29948689 A JP 29948689A JP H02237726 A JPH02237726 A JP H02237726A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、発電所の流体タービンランチの一部のような
物体の表面領域の形状を自動的に検出して、物体の表面
領域に生じたキャビテーションによる損傷の修理等の作
業を行う方法及び装置に関し、より詳しくは、そのよう
な損傷を現場で修理するロボット装置を使用する技術に
関する。
物体の表面領域の形状を自動的に検出して、物体の表面
領域に生じたキャビテーションによる損傷の修理等の作
業を行う方法及び装置に関し、より詳しくは、そのよう
な損傷を現場で修理するロボット装置を使用する技術に
関する。
本発明は、キャビテーションによる腐食によってしばし
ば損傷を受ける発電所の流体タービンランナを修理する
場合の問題を解決することからスタートしたものである
。かようなランナは、しばしば大規模な修理を必要とす
る重大な損傷を受けるため、長期間ランナを休止させな
くてはならないこと及びかような修理が困難なことから
多大の損失を招いている。かようなタービンを修理する
最も経済的な方法は、ランナをタービンピット内に留め
たまま作業することである。修理に包含される工程とし
て、損傷を受けた金属を除去すべくエア・アークガウジ
ング（エア・アーク扶り）及び／又は研磨する工程と、
その後に行う、扶（えぐ）られた領域を溶接して充填す
る工程とがある。
ば損傷を受ける発電所の流体タービンランナを修理する
場合の問題を解決することからスタートしたものである
。かようなランナは、しばしば大規模な修理を必要とす
る重大な損傷を受けるため、長期間ランナを休止させな
くてはならないこと及びかような修理が困難なことから
多大の損失を招いている。かようなタービンを修理する
最も経済的な方法は、ランナをタービンピット内に留め
たまま作業することである。修理に包含される工程とし
て、損傷を受けた金属を除去すべくエア・アークガウジ
ング（エア・アーク扶り）及び／又は研磨する工程と、
その後に行う、扶（えぐ）られた領域を溶接して充填す
る工程とがある。
この溶接により充填されたキャビティは、最後に研磨し
て、最適のブレード形状を復元しなければならない。タ
ービンピットの閉じ込められた領域内でこれらの作業を
行う間、作業者は、煙霧、騒音、スバッタ（はね）、ア
ーク輻射、及び研磨作業中の金属の飛散粒子等を含む多
くの危険にさらされている。また、損傷を受けた領域に
アクセスすることが制限される場合には、作業者は窮屈
で不快な姿勢を強いられることがある。
て、最適のブレード形状を復元しなければならない。タ
ービンピットの閉じ込められた領域内でこれらの作業を
行う間、作業者は、煙霧、騒音、スバッタ（はね）、ア
ーク輻射、及び研磨作業中の金属の飛散粒子等を含む多
くの危険にさらされている。また、損傷を受けた領域に
アクセスすることが制限される場合には、作業者は窮屈
で不快な姿勢を強いられることがある。
かような修理を行う場合の障害を少なくするには、作業
者は新鮮な空気を供給するエアフィルタが設けられた溶
接エレメントを使用する必要があり、かつタービンラン
チ領域を換気するための大型ファンを設ける必要がある
。それにも係わらず、作業環境は依然として良くなく、
劣悪な換気及び不快な作業条件による潜在的な健康障害
が存在する。これらの全ては、作業性に悪影響を与える
だけでなく、修理の質及び完全性にも影響を与える。
者は新鮮な空気を供給するエアフィルタが設けられた溶
接エレメントを使用する必要があり、かつタービンラン
チ領域を換気するための大型ファンを設ける必要がある
。それにも係わらず、作業環境は依然として良くなく、
劣悪な換気及び不快な作業条件による潜在的な健康障害
が存在する。これらの全ては、作業性に悪影響を与える
だけでなく、修理の質及び完全性にも影響を与える。
従来技術においても、レールに取り付けられた形式の機
械的装置（システム）であって、工具を運搬できかつこ
の工具を作業者が調節できる速度で表面に沿って変位さ
せることが可能な幾つかの機械的装置が知られている。
械的装置（システム）であって、工具を運搬できかつこ
の工具を作業者が調節できる速度で表面に沿って変位さ
せることが可能な幾つかの機械的装置が知られている。
これらのうちの１つの形式の装置は、変形可能なレール
を使用していて、通常、直線状で互いに垂直な１つ又は
２つの軸線に沿って表面の形状に調節できるようになっ
ている。この装置を複雑な表面上での作業に使用するに
は、作業エレメントのスイープ毎すなわちパス毎の間で
、装置が第２回目のパスを行う前に、作業者は装置を調
節すべく介入しなければならない。作業者が介入する必
要なくして表面をスイーブできる別の装置も知られてい
るが、この場合、表面はシリンダのような一定の形状で
なくてはならない。この装置では、レールはシリンダの
形状に従い、ロボソト工具は表面に対して常に平行に維
持される。かようなロポフ］・装置の一例として、溶接
トーチによりシリンダの内部に溶接ビードを堆積するの
に使用されているものがある。しかしながら、シリンダ
は完全に丸い表面を有しており、従って、何ら装置を調
節する必要がないものである， 複雑な表面上で作業できるようにするには、プレイバン
クの原理を用いて機能する工業用ロボット・を使用する
ことが考えられる。このプレイバンク原理を用いるには
、ロボットがカバーすべき全表面に亘って、作業工具の
軌跡（トラジエクトリー）をボイン１・毎にロボットに
教え込む必要がある。このことは、所与の表面に亘って
数千箇所のポイントで教え込むことを意味し、そのため
のプログラミング時間又はティーチング時間は極めて長
いものになってしまう。この形式の装置は、ロボットを
、例えば特定のフレーム又は他の形式の装置をスポット
溶接する場合のような反復作業に使用する場合には実行
可能である。しかしながら、この装置は、これを、ター
ビンランチのように各修理作業がそれ自体の幾何学的形
状を有している物体を修理するのに使用する場合には実
行不可能である。また、このような工業用ロボットは余
りにも大型で重量があり、タービンエンジンのビット内
のような空間が制限されている領域の現場で物体に取り
付けて作業させるには取扱い難いものである。
を使用していて、通常、直線状で互いに垂直な１つ又は
２つの軸線に沿って表面の形状に調節できるようになっ
ている。この装置を複雑な表面上での作業に使用するに
は、作業エレメントのスイープ毎すなわちパス毎の間で
、装置が第２回目のパスを行う前に、作業者は装置を調
節すべく介入しなければならない。作業者が介入する必
要なくして表面をスイーブできる別の装置も知られてい
るが、この場合、表面はシリンダのような一定の形状で
なくてはならない。この装置では、レールはシリンダの
形状に従い、ロボソト工具は表面に対して常に平行に維
持される。かようなロポフ］・装置の一例として、溶接
トーチによりシリンダの内部に溶接ビードを堆積するの
に使用されているものがある。しかしながら、シリンダ
は完全に丸い表面を有しており、従って、何ら装置を調
節する必要がないものである， 複雑な表面上で作業できるようにするには、プレイバン
クの原理を用いて機能する工業用ロボット・を使用する
ことが考えられる。このプレイバンク原理を用いるには
、ロボットがカバーすべき全表面に亘って、作業工具の
軌跡（トラジエクトリー）をボイン１・毎にロボットに
教え込む必要がある。このことは、所与の表面に亘って
数千箇所のポイントで教え込むことを意味し、そのため
のプログラミング時間又はティーチング時間は極めて長
いものになってしまう。この形式の装置は、ロボットを
、例えば特定のフレーム又は他の形式の装置をスポット
溶接する場合のような反復作業に使用する場合には実行
可能である。しかしながら、この装置は、これを、ター
ビンランチのように各修理作業がそれ自体の幾何学的形
状を有している物体を修理するのに使用する場合には実
行不可能である。また、このような工業用ロボットは余
りにも大型で重量があり、タービンエンジンのビット内
のような空間が制限されている領域の現場で物体に取り
付けて作業させるには取扱い難いものである。
従って本発明の特徴は、表面形状を自動的に検出してそ
の完全性を決定し、キャビテーション又はその他の欠陥
のような全ての凹凸面の修理作業を自動的に行うことが
できる方法及び装置を提供することにある。
の完全性を決定し、キャビテーション又はその他の欠陥
のような全ての凹凸面の修理作業を自動的に行うことが
できる方法及び装置を提供することにある。
本発明の他の特徴は、物体の表面領域の形状を自動的に
検出して、現場の物体表面上で作業することができるロ
ボット装置を使用した方法及び装置を提供することにあ
る。
検出して、現場の物体表面上で作業することができるロ
ボット装置を使用した方法及び装置を提供することにあ
る。
本発明の他の特徴は、小型で、ポータブルで、セルフプ
ログラミングが可能で、作業面に容易に取り付けられ、
作業面の表面領域の形状を自動的に検出して作業を行う
ことができる方法及び装置を提供することにある。
ログラミングが可能で、作業面に容易に取り付けられ、
作業面の表面領域の形状を自動的に検出して作業を行う
ことができる方法及び装置を提供することにある。
本発明の他の特徴は、物体の表面領域の形状を自動的に
検出して作業を行うことができる方法及び装置であって
、作業をセルフプログラミングして自動的に作業を行う
ことができると共に、作業者が任意に介入して作業手順
の決定及びシーケンスの命令又はアシストを行うことが
できるロボソ１一装置を使用する方法及び装置を提供す
ることにある。
検出して作業を行うことができる方法及び装置であって
、作業をセルフプログラミングして自動的に作業を行う
ことができると共に、作業者が任意に介入して作業手順
の決定及びシーケンスの命令又はアシストを行うことが
できるロボソ１一装置を使用する方法及び装置を提供す
ることにある。
本発明の他の特徴は、流体タービンランナのような物体
の表面領域の形状を自動的に検出して、物体の表面上の
キャビテーションによる損傷又は欠陥の修理作業を行な
うことができる方法及び装置であって、それらの作業が
ガウジング、溶接、及び研磨である方法及び装置を提供
することにある。
の表面領域の形状を自動的に検出して、物体の表面上の
キャビテーションによる損傷又は欠陥の修理作業を行な
うことができる方法及び装置であって、それらの作業が
ガウジング、溶接、及び研磨である方法及び装置を提供
することにある。
本発明の他の特徴は、物体の表面領域の形状を自動的に
検出して作業を行うことができる方法及び装置（装置は
実質的に全て自動的に作動しかつ取付け及び操作が容易
である）を提供することにある。
検出して作業を行うことができる方法及び装置（装置は
実質的に全て自動的に作動しかつ取付け及び操作が容易
である）を提供することにある。
上記特徴により、本発明によれば、広い概念で云えば、
物体の表面領域の形状を自動的に検出して、前記表面領
域上で作業を行う装置が提供される。この装置は、前記
表面に対して連結できるトラックを有している。該トラ
ックにはモータ作動形のロボット部材が連結できるよう
になっており、該ロボット部材は、前記トラックと係合
するトラックカップリング手段が設けられた駆動エレメ
ントを備えていて、前記ロボット部材を前記トラックに
沿って所定の速度及び位置で変位させることができるよ
うになっている。作業アームが、前記ロボット部材に対
して変位できるように連結されており、該作業アームは
、この作業アームに連結できる１つ以上の作業工具を備
えている。前記ロボット部材には、該ロボット部材を変
位できるようにかつ前記作業アーム及び前記作業工具を
作動できるように制御回路が接続されている。前記作業
アームににはセンサが連結されており、該センサは、前
記表面の垂線又は前記ロボット部材と作業アームの画定
された作業環境（ｄｅｌｉｎｅａｔｅｄ ｗｏ−． ｒ
ｋｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）内で前記表面を表
すものであると前記制御回路により計算された任意の表
面の垂線に沿って測定した距離を検出するプローブを備
えている。このセンサは、Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標に
ついての情報データを前記制御回路に入力して、前記作
業環境の表面の幾何学的形状及び前記１つ以上の作業工
具により作業する必要のある前記作業環境内の領域の輪
郭を決定するようになっている。
物体の表面領域の形状を自動的に検出して、前記表面領
域上で作業を行う装置が提供される。この装置は、前記
表面に対して連結できるトラックを有している。該トラ
ックにはモータ作動形のロボット部材が連結できるよう
になっており、該ロボット部材は、前記トラックと係合
するトラックカップリング手段が設けられた駆動エレメ
ントを備えていて、前記ロボット部材を前記トラックに
沿って所定の速度及び位置で変位させることができるよ
うになっている。作業アームが、前記ロボット部材に対
して変位できるように連結されており、該作業アームは
、この作業アームに連結できる１つ以上の作業工具を備
えている。前記ロボット部材には、該ロボット部材を変
位できるようにかつ前記作業アーム及び前記作業工具を
作動できるように制御回路が接続されている。前記作業
アームににはセンサが連結されており、該センサは、前
記表面の垂線又は前記ロボット部材と作業アームの画定
された作業環境（ｄｅｌｉｎｅａｔｅｄ ｗｏ−． ｒ
ｋｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）内で前記表面を表
すものであると前記制御回路により計算された任意の表
面の垂線に沿って測定した距離を検出するプローブを備
えている。このセンサは、Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標に
ついての情報データを前記制御回路に入力して、前記作
業環境の表面の幾何学的形状及び前記１つ以上の作業工
具により作業する必要のある前記作業環境内の領域の輪
郭を決定するようになっている。
また、本発明によれば、広い概念で云えば、表面領域の
形状を自動的に検出して、表面領域上で作業を行う方法
が提供される。この方法は、前記表面領域の１つのセク
ション上に支持トラックを連結する工程を有している。
形状を自動的に検出して、表面領域上で作業を行う方法
が提供される。この方法は、前記表面領域の１つのセク
ション上に支持トラックを連結する工程を有している。
支持トラックは、該支持トラックに連結されたモータ作
動形のロボ・ント部材を備えており、該ロボット部材に
はこのロボット部材に対して変位自在に連結された作業
アームが設けられている。前記作業アームにはセンサが
連結されており、前記ロボソト部材には制御回路が接続
されている。前記ロボソト部材及び前記作業アームは、
それぞれＸ座標及びＹ座標に沿って変位され、これによ
り前記トラックに隣接する作業環境を画定し、同時に、
Ｚ座標に沿う前記表面と前記作業アームの基準点との間
の距離を検出して前記Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標の情報
データ信号を発生し、前記作業環境の表面形状を表す信
号を記憶させ、これにより前記作業環境内の凹凸のある
表面領域を検出するようになっている。
動形のロボ・ント部材を備えており、該ロボット部材に
はこのロボット部材に対して変位自在に連結された作業
アームが設けられている。前記作業アームにはセンサが
連結されており、前記ロボソト部材には制御回路が接続
されている。前記ロボソト部材及び前記作業アームは、
それぞれＸ座標及びＹ座標に沿って変位され、これによ
り前記トラックに隣接する作業環境を画定し、同時に、
Ｚ座標に沿う前記表面と前記作業アームの基準点との間
の距離を検出して前記Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標の情報
データ信号を発生し、前記作業環境の表面形状を表す信
号を記憶させ、これにより前記作業環境内の凹凸のある
表面領域を検出するようになっている。
次に、凹凸表面領域についての一連の座標点を選択し、
３つの前記座標点に基づく基準面を決定し、この基準面
上へのあらゆる点の投影を見出して、前記基準面内に多
角形輪郭を決定しかつこの多角形輪郭を表す情報信号を
記憶する。次に、工具ダ選択して前記作業アームに連結
し、該工具を用いて前記多角形輪郭の領域内で作業する
。
３つの前記座標点に基づく基準面を決定し、この基準面
上へのあらゆる点の投影を見出して、前記基準面内に多
角形輪郭を決定しかつこの多角形輪郭を表す情報信号を
記憶する。次に、工具ダ選択して前記作業アームに連結
し、該工具を用いて前記多角形輪郭の領域内で作業する
。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説
明する。
明する。
図面、特に第１図及び第２図を参照すれば、本発明のロ
ボット装置の全体が番号１０で示されており、このロボ
ット装置１０は、表面（ここでは、流体タービンランナ
１２０）ブレード部分１１の表面）の形状を自動的に検
出することができる。
ボット装置の全体が番号１０で示されており、このロボ
ット装置１０は、表面（ここでは、流体タービンランナ
１２０）ブレード部分１１の表面）の形状を自動的に検
出することができる。
ロボット装置１０はトラック１３を有しており、該トラ
ック１３は、トラック支持体１４により金属表面（ブレ
ード部分）１１から持ち上げられて支持されている。ト
ラック支持体１４及びトラックｌ３の両方が、表面１１
の形状に形成されている。
ック１３は、トラック支持体１４により金属表面（ブレ
ード部分）１１から持ち上げられて支持されている。ト
ラック支持体１４及びトラックｌ３の両方が、表面１１
の形状に形成されている。
第２図に示すように、トラック支持体１４は、調節自在
の支持脚ｌ５により表面１１から持ち上げられた状態に
維持されており、支持脚１５は、トラック溶接部１６の
ような手段により表面１１に対して不動に固定されてい
る。
の支持脚ｌ５により表面１１から持ち上げられた状態に
維持されており、支持脚１５は、トラック溶接部１６の
ような手段により表面１１に対して不動に固定されてい
る。
また、支持＃１５は、ヒンジ連結部１７によりトラック
支持体１４に枢着されている。支持脚１５に形成された
スロット１９には調節ボルト１８が通されていて、支持
脚１５の長さを調節できるようになっている。ピボット
ジョイント１７及び調節ボルト１８は、トラック１３が
作業表面１１に対してほぼ平行になるように、作業表面
１１上でトラック１３を適正に位置決めすべく有限の調
節を行うことができる。
支持体１４に枢着されている。支持脚１５に形成された
スロット１９には調節ボルト１８が通されていて、支持
脚１５の長さを調節できるようになっている。ピボット
ジョイント１７及び調節ボルト１８は、トラック１３が
作業表面１１に対してほぼ平行になるように、作業表面
１１上でトラック１３を適正に位置決めすべく有限の調
節を行うことができる。
第１図に示すように、本発明のロボット装置１０はモー
タ駆動形のロボット部材２０を有しており、該ロボソ１
・部材２０は、この内部に設けられたモータ２２により
駆動されるｌ・ラソクカソブリングギア２１を介して１
・ラフク１３に連結されるようになっている。ロボット
部材２０には、作業アーム２３が変位自在に連結されて
おり、該作業アーム２３はトラックに対して横力向Ｇこ
延在している。また、作業アーム２３には１つ以上の作
業工具２４が設けられており、これらの作業工具２４は
、後述のようにして作業アーム２３に連結できるように
なっている。
タ駆動形のロボット部材２０を有しており、該ロボソ１
・部材２０は、この内部に設けられたモータ２２により
駆動されるｌ・ラソクカソブリングギア２１を介して１
・ラフク１３に連結されるようになっている。ロボット
部材２０には、作業アーム２３が変位自在に連結されて
おり、該作業アーム２３はトラックに対して横力向Ｇこ
延在している。また、作業アーム２３には１つ以上の作
業工具２４が設けられており、これらの作業工具２４は
、後述のようにして作業アーム２３に連結できるように
なっている。
第３図に示すように、作業アーム２３にはセンサ２５が
連結されており、該センサ２５にはプローブ２６が連結
されている。このプローブ２６は、それぞれロボット部
材２０及び作業アーム２３のＸ座標及びＹ座標により定
められる画定作業環境内での、表面１１と作業アーム２
３との間の距離（Ｚ座標に沿う距離）すなわち表面１ｌ
に対する任意の基準点を検出できるようになっている。
連結されており、該センサ２５にはプローブ２６が連結
されている。このプローブ２６は、それぞれロボット部
材２０及び作業アーム２３のＸ座標及びＹ座標により定
められる画定作業環境内での、表面１１と作業アーム２
３との間の距離（Ｚ座標に沿う距離）すなわち表面１ｌ
に対する任意の基準点を検出できるようになっている。
センザ２５は、Ｘ，Ｙ座標並びにＺ座標の情報信号を制
御回路２７ （第１１図）に入力する。アーム２８は、
作業者が、表面１１に対してプローブチソブ（プローブ
の先端部）２６′が当たる状態に維持しかつＸ座標及び
Ｙ座標に沿ってプローブ２６を手で変位させるのに使用
される。アーム２日には、プローブ２６をＺ軸（座標）
に沿って変位させることができる変位自在の連結部２３
′が設けられている。センサ２５は本発明のロポソｌ・
装置１０の重要部分であり、プローブ２６の変位につい
ての 力／モーメント（力及びモーメント）を検出する
。このセンサ２５はＪＩ？３社（カリフォルニア州）の
製造に係るものであり、信号コンディショニング及びク
ロスセンシテイビテイ・キヤリプレーションマトリソク
スのための電子部品を備えている。円筒状のセンサ２５
内にはフォイル・ストレインゲージが取り付けられてい
て、アーム２８の変位によりセンザ２５に作用する力及
びモーメント及び／又は表面１１に対するプローブチソ
プ２６′の移動によって生じる微小歪みを測定できるよ
うになっている。センサ２５の出力はアナログ情報信号
で構成されている。該信号は、増幅及び濾過されて、応
用力／モーメン１・値（ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒｃｅ／
ｍｏｍｅｎｔ ｖａｌｕｅｓ）に変換される。
御回路２７ （第１１図）に入力する。アーム２８は、
作業者が、表面１１に対してプローブチソブ（プローブ
の先端部）２６′が当たる状態に維持しかつＸ座標及び
Ｙ座標に沿ってプローブ２６を手で変位させるのに使用
される。アーム２日には、プローブ２６をＺ軸（座標）
に沿って変位させることができる変位自在の連結部２３
′が設けられている。センサ２５は本発明のロポソｌ・
装置１０の重要部分であり、プローブ２６の変位につい
ての 力／モーメント（力及びモーメント）を検出する
。このセンサ２５はＪＩ？３社（カリフォルニア州）の
製造に係るものであり、信号コンディショニング及びク
ロスセンシテイビテイ・キヤリプレーションマトリソク
スのための電子部品を備えている。円筒状のセンサ２５
内にはフォイル・ストレインゲージが取り付けられてい
て、アーム２８の変位によりセンザ２５に作用する力及
びモーメント及び／又は表面１１に対するプローブチソ
プ２６′の移動によって生じる微小歪みを測定できるよ
うになっている。センサ２５の出力はアナログ情報信号
で構成されている。該信号は、増幅及び濾過されて、応
用力／モーメン１・値（ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒｃｅ／
ｍｏｍｅｎｔ ｖａｌｕｅｓ）に変換される。
制御回路２７はこれらの値を分析して、Ｘ軸及びＹ軸に
沿うロボット及びアームの変位により画定される作業環
境内での損傷を受けた領域を決定する。また、制御回路
２７は、後述のようにして、作業手順及び作業工具の選
択をも決定する。
沿うロボット及びアームの変位により画定される作業環
境内での損傷を受けた領域を決定する。また、制御回路
２７は、後述のようにして、作業手順及び作業工具の選
択をも決定する。
第３図は円筒状の表面１１に取り付けられた本発明のロ
ボノ１・装置１０を示し、この状態では、Ｘ軸及びＹ軸
が実質的に平行になっておりかつプローブチソブ２６′
がＺ軸に沿って実質的に全く変位していない状態にある
。
ボノ１・装置１０を示し、この状態では、Ｘ軸及びＹ軸
が実質的に平行になっておりかつプローブチソブ２６′
がＺ軸に沿って実質的に全く変位していない状態にある
。
第４図には、円筒状ではなく複雑な曲率をもつ別の表面
１１′が示されている。トラック１３は、軸線２９ （
該軸綿２９は、ロボット部材２０がレール（トラック）
１３に沿って変位するときに作業アーム２３が従動ずる
Ｘ軸である）に沿って表面１１′を従動できる形状を有
している。しかしながら、プローブ２６をそのＹ軸に沿
って変位させる場合には、プローブチソプ２６′を表面
１１′（この表面１１′はＹ方向の軸線３０に沿って湾
曲している）に接触した状態に維持すべく、ユーザアー
ム２８をＺ軸に沿って移動させて圧力を加える必要があ
る。センザ２５はこの接触力をモニタリングし、制御回
路はこの接触力を所定の定数値に適応できるように制御
する。当業者には、プローブ２６及びアーム２８を、ビ
ーム測定装置く表面と作業アーム２３に関連ずる基準点
との間の距離を自動的に測定して、全操作及び作業環境
内の表面のスキャニングを自動的に行うことができる装
置）で置換できることが明白であろう。本発明のロボッ
ト装置は、損傷を受けた領域の位置を制御回路２７に教
え込む（ｔｅａｃｈ）のに作業者が介入するようになっ
ている。全作業環境領域がプローブにより作図（マソビ
ング）されている場合には、この教え込み作業を自動化
することもできる。
１１′が示されている。トラック１３は、軸線２９ （
該軸綿２９は、ロボット部材２０がレール（トラック）
１３に沿って変位するときに作業アーム２３が従動ずる
Ｘ軸である）に沿って表面１１′を従動できる形状を有
している。しかしながら、プローブ２６をそのＹ軸に沿
って変位させる場合には、プローブチソプ２６′を表面
１１′（この表面１１′はＹ方向の軸線３０に沿って湾
曲している）に接触した状態に維持すべく、ユーザアー
ム２８をＺ軸に沿って移動させて圧力を加える必要があ
る。センザ２５はこの接触力をモニタリングし、制御回
路はこの接触力を所定の定数値に適応できるように制御
する。当業者には、プローブ２６及びアーム２８を、ビ
ーム測定装置く表面と作業アーム２３に関連ずる基準点
との間の距離を自動的に測定して、全操作及び作業環境
内の表面のスキャニングを自動的に行うことができる装
置）で置換できることが明白であろう。本発明のロボッ
ト装置は、損傷を受けた領域の位置を制御回路２７に教
え込む（ｔｅａｃｈ）のに作業者が介入するようになっ
ている。全作業環境領域がプローブにより作図（マソビ
ング）されている場合には、この教え込み作業を自動化
することもできる。
本発明の１つの実施例においては、全作業環境のマッピ
ングを行うことを避け、Ｘ−Ｙ軸により画定される作業
環境内の欠陥の検出は作業者が行うようになっている。
ングを行うことを避け、Ｘ−Ｙ軸により画定される作業
環境内の欠陥の検出は作業者が行うようになっている。
作業者は、第５図に示すように、一連の座標点Ｐ，−Ｐ
，に沿ってプローブチップ２６′を位置決めし、表面１
１上の損傷を受けた碩域３ｌを画定する。これらの点Ｐ
１〜Ｐｌｌは、該点Ｐ１〜Ｐ，を結ぶ線が損傷を受けた
領域３１．とは干渉することがない距離だけ、損傷を受
けた領域３１の外側に位置している。制御回路２７は、
メモリに記憶されたこれらの点を分析し、基準としての
平らな面を用いて３つの点に基づき平らな面を創成して
、第６図に示すように、この面に対して垂直に、この面
上にこれらの点を投影することにより、画定された多角
形輪郭を計算する。また、第７図に示すように、制御回
路２７は、この多角形輪郭により画定された平面領域内
での作業工具の平行な軌跡（トラジェクトリ）すなわち
経路をも決定する。計算されたこの平らな基準面（座標
点のうちの選択された３つの点により創成された面）は
、トラックの曲率と選択された点同士の間のロボットの
軌跡とによる湾曲面である。
，に沿ってプローブチップ２６′を位置決めし、表面１
１上の損傷を受けた碩域３ｌを画定する。これらの点Ｐ
１〜Ｐｌｌは、該点Ｐ１〜Ｐ，を結ぶ線が損傷を受けた
領域３１．とは干渉することがない距離だけ、損傷を受
けた領域３１の外側に位置している。制御回路２７は、
メモリに記憶されたこれらの点を分析し、基準としての
平らな面を用いて３つの点に基づき平らな面を創成して
、第６図に示すように、この面に対して垂直に、この面
上にこれらの点を投影することにより、画定された多角
形輪郭を計算する。また、第７図に示すように、制御回
路２７は、この多角形輪郭により画定された平面領域内
での作業工具の平行な軌跡（トラジェクトリ）すなわち
経路をも決定する。計算されたこの平らな基準面（座標
点のうちの選択された３つの点により創成された面）は
、トラックの曲率と選択された点同士の間のロボットの
軌跡とによる湾曲面である。
しかしながら、トラックの曲率が多角形輪郭内の領域の
曲率に完全には一致しないという事実により、この計算
された湾曲面は、実際の表面と同一に一致するものでは
ない。所与の適用例において誤差が非常に大きい場合に
は、溶接用のアーク長制御装置又は研磨用のカフィード
バック制御装置のような手段を使用して、工具の位置を
軌跡に沿って適宜修正しなくてはならない。すなわち、
ロボ・／ト装置は、幾つかの工具パラメータをモニタリ
ングして、作業面１１に対する工具の位置を自動的に調
節する。
曲率に完全には一致しないという事実により、この計算
された湾曲面は、実際の表面と同一に一致するものでは
ない。所与の適用例において誤差が非常に大きい場合に
は、溶接用のアーク長制御装置又は研磨用のカフィード
バック制御装置のような手段を使用して、工具の位置を
軌跡に沿って適宜修正しなくてはならない。すなわち、
ロボ・／ト装置は、幾つかの工具パラメータをモニタリ
ングして、作業面１１に対する工具の位置を自動的に調
節する。
また、作業者は、多角形輪郭の領域内で別の座標点を選
択するか、或いは多角形輪郭を細分領域に区分して、作
業を２つ以上の局面（フェーズ）に分けて行ってもよい
。第７図に番号３２で示すように、各パス間の距離は、
作業者が指令キーボード５６ （第１１図）からプログ
ラミングすることができる。また、工具の移動方向も自
動的にプログラミングできるし、或いは、制御回路２７
が区分された多角形輪郭に沿う全ての座標点を記憶して
いる場合には作業者がプログラミングすることもできる
． 本発明の他の実施例は、作業者が多角形輪郭領域内の別
の座標点を選択して、制御装置が、平面の代わりに、前
記別の座標点に最も適合するパイキュービック面（ｂｉ
ｃｕｂｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ）を計算するように構成し
たものである。この方法は、前記計算した面と前記実際
の面との間の誤差を最小にすることができる。
択するか、或いは多角形輪郭を細分領域に区分して、作
業を２つ以上の局面（フェーズ）に分けて行ってもよい
。第７図に番号３２で示すように、各パス間の距離は、
作業者が指令キーボード５６ （第１１図）からプログ
ラミングすることができる。また、工具の移動方向も自
動的にプログラミングできるし、或いは、制御回路２７
が区分された多角形輪郭に沿う全ての座標点を記憶して
いる場合には作業者がプログラミングすることもできる
． 本発明の他の実施例は、作業者が多角形輪郭領域内の別
の座標点を選択して、制御装置が、平面の代わりに、前
記別の座標点に最も適合するパイキュービック面（ｂｉ
ｃｕｂｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ）を計算するように構成し
たものである。この方法は、前記計算した面と前記実際
の面との間の誤差を最小にすることができる。
本発明の更に別の実施例は、センサに取り付けられたロ
ボットアームにより表面を自動的にサンプリングし、こ
の表面上に均一に分散した点を収集することにより作業
環境のマップを創成する方法である．これらの点同士の
間のパイキュービック補間（ｂｉｃｕｂｉｃ ｉｎｔｅ
ｒｐｏｌａｔｉｏｎ）を行って、作業環境の全体を求め
る。修理の完了後に必要とされる最終的な輪郭も、損傷
を受けた領域からパイキュービック補間法により計算さ
れる。制御装置は前記計算された面上での工具の軌跡を
計算し、パスのシーケンス及び数は、前記最終的な輪郭
に関する情報（ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）に基づいて決定さ
れる。
ボットアームにより表面を自動的にサンプリングし、こ
の表面上に均一に分散した点を収集することにより作業
環境のマップを創成する方法である．これらの点同士の
間のパイキュービック補間（ｂｉｃｕｂｉｃ ｉｎｔｅ
ｒｐｏｌａｔｉｏｎ）を行って、作業環境の全体を求め
る。修理の完了後に必要とされる最終的な輪郭も、損傷
を受けた領域からパイキュービック補間法により計算さ
れる。制御装置は前記計算された面上での工具の軌跡を
計算し、パスのシーケンス及び数は、前記最終的な輪郭
に関する情報（ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）に基づいて決定さ
れる。
第８Ａ図〜第８Ｍ図、第９Ａ図〜第９Ｃ図及び第１０図
のうち、最初に第１０図を参照すれば、ここには、接触
プローブ２ＧのＸ−Ｙ軌跡により画定される、作業環境
（全体を番号３２で示す）を示す簡単なブロックダイヤ
グラムが示されており、この作業環境３２内には、修理
すべき損傷を受けた頷域３１が配置されている。作業ア
ーム２３に関連して、１つ以上の作業工具が取り付けら
れ、ここでは、３つの作業工具すなわち、溶接トーチ（
図示せず）であるガウジング工具３３と、研磨工具３４
と、溶接工具３５とが取り付けられている。作業アーム
２３の端部２３′にはクイソクコネクタ（点３６で示し
てある）が設けられており、該クイックコネクタ３６は
、各作業工具３３、３４、３５に設けられたクイックコ
ネクタ３７ （これらも点で示してある）と係合するよ
うになっている。ティーチングハンドル（教え込みハン
ドル）２８が概略的に示されており、該ハンドル２８に
も、連結点（クイックコネクタ）３６と連結できるクイ
ックコネクタ３８が設けられている。ロボソト装置はこ
れらの連結点すなわちクイックコネクタの位置を正確に
記憶しており、作業工具と係合すべく変位し、作業し、
作業工具を元の位置に戻し、その後、別の工具と係合し
て作業を行うようになっている。
のうち、最初に第１０図を参照すれば、ここには、接触
プローブ２ＧのＸ−Ｙ軌跡により画定される、作業環境
（全体を番号３２で示す）を示す簡単なブロックダイヤ
グラムが示されており、この作業環境３２内には、修理
すべき損傷を受けた頷域３１が配置されている。作業ア
ーム２３に関連して、１つ以上の作業工具が取り付けら
れ、ここでは、３つの作業工具すなわち、溶接トーチ（
図示せず）であるガウジング工具３３と、研磨工具３４
と、溶接工具３５とが取り付けられている。作業アーム
２３の端部２３′にはクイソクコネクタ（点３６で示し
てある）が設けられており、該クイックコネクタ３６は
、各作業工具３３、３４、３５に設けられたクイックコ
ネクタ３７ （これらも点で示してある）と係合するよ
うになっている。ティーチングハンドル（教え込みハン
ドル）２８が概略的に示されており、該ハンドル２８に
も、連結点（クイックコネクタ）３６と連結できるクイ
ックコネクタ３８が設けられている。ロボソト装置はこ
れらの連結点すなわちクイックコネクタの位置を正確に
記憶しており、作業工具と係合すべく変位し、作業し、
作業工具を元の位置に戻し、その後、別の工具と係合し
て作業を行うようになっている。
次に、第８Ａ図〜第８Ｍ図及び第９Ａ図〜第９Ｃ図を参
照して、これらの作業について説明する。
照して、これらの作業について説明する。
第９Ａ図には、３箇所の損傷を受けた領域３】が存在す
る湾曲面１１が示されている。これらの各領域３１の多
角形座標は前述のようにして決定され、コンピュータは
、ガウジング機（ガウジング工具）３３が３箇所の損傷
を受けた領域３１の修理を行うことができるように一連
のパス３９を計算する。ガウジングトーチが係合され、
表面１１を第９Ｃ図に示すような輪郭にち扶る。第９Ａ
図から第９Ｃ図は、キャビテーションによる損傷を受け
た領域３１のガウジング（決り）を行うところを示して
いる。これらの領域３１が扶られたならば、作業アーム
２３はガウジング工具３３を元の位置に戻して溶接工具
３５と係合する。この溶接工具３５は、損傷を受けた領
域すなわちキャビティ３１内に溶融金属３１′を堆積さ
せる。この様子が第８Ｅ図〜・第８Ｊ図に示されており
、溶接工具３５は、全てのキャビティ３１が充填される
まで、溶接材料３１′の連続層を堆積させるべく連続的
にパスされる。制御回路２７ （第１１図）は、作業環
境の全表面領域に関する情報を有しているため、キャビ
ティ３１内に堆積させるべき溶融金属の量を予め決定し
ており、このため、キャビティ３１上に形成すべき表面
輪郭４０を、損傷を受けていない表面同士の間の補間（
ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）により求めることができ
る。これ己こより、この輪郭４０を超えるまで溶融金属
が堆積される。
る湾曲面１１が示されている。これらの各領域３１の多
角形座標は前述のようにして決定され、コンピュータは
、ガウジング機（ガウジング工具）３３が３箇所の損傷
を受けた領域３１の修理を行うことができるように一連
のパス３９を計算する。ガウジングトーチが係合され、
表面１１を第９Ｃ図に示すような輪郭にち扶る。第９Ａ
図から第９Ｃ図は、キャビテーションによる損傷を受け
た領域３１のガウジング（決り）を行うところを示して
いる。これらの領域３１が扶られたならば、作業アーム
２３はガウジング工具３３を元の位置に戻して溶接工具
３５と係合する。この溶接工具３５は、損傷を受けた領
域すなわちキャビティ３１内に溶融金属３１′を堆積さ
せる。この様子が第８Ｅ図〜・第８Ｊ図に示されており
、溶接工具３５は、全てのキャビティ３１が充填される
まで、溶接材料３１′の連続層を堆積させるべく連続的
にパスされる。制御回路２７ （第１１図）は、作業環
境の全表面領域に関する情報を有しているため、キャビ
ティ３１内に堆積させるべき溶融金属の量を予め決定し
ており、このため、キャビティ３１上に形成すべき表面
輪郭４０を、損傷を受けていない表面同士の間の補間（
ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）により求めることができ
る。これ己こより、この輪郭４０を超えるまで溶融金属
が堆積される。
この作業が終了したならば、作業アーム２３は研磨工具
３４と係合して、堆積金属の頂部を研磨し、該頂部を輪
郭４０と一致させる。この研磨作業が第８Ｋ図〜第８Ｍ
図に示されている。
３４と係合して、堆積金属の頂部を研磨し、該頂部を輪
郭４０と一致させる。この研磨作業が第８Ｋ図〜第８Ｍ
図に示されている。
第１２Ａ図及び第１２Ｂ図には、研磨工具３４の一般的
な構造が示されている。図示の研磨工具は、電気又は空
気圧により研磨ディスク４１を駆動ずる形式の市販の研
磨工具である。研摩ディスク４１はサスペンション機構
４２に取り付けられており、該サスペンション機構４２
は、研磨量を制御するカセンサ４３により制御されるよ
うになっている。
な構造が示されている。図示の研磨工具は、電気又は空
気圧により研磨ディスク４１を駆動ずる形式の市販の研
磨工具である。研摩ディスク４１はサスペンション機構
４２に取り付けられており、該サスペンション機構４２
は、研磨量を制御するカセンサ４３により制御されるよ
うになっている。
第１３図には、溶接トーチ（溶接工具）３５の一般的構
造が示されている。溶接トーチ３５は、９０″軸線４５
に沿ってトーチを変位できるようにリンク４４に固定さ
れている。トーチ３５は、別のリンク４６により、軸線
４５を横切る別の９０″軸線４７に沿って変位される。
造が示されている。溶接トーチ３５は、９０″軸線４５
に沿ってトーチを変位できるようにリンク４４に固定さ
れている。トーチ３５は、別のリンク４６により、軸線
４５を横切る別の９０″軸線４７に沿って変位される。
各軸線の回転中心は溶接トーチの先端部に近接して配置
されており、このため角度調節を行う間の工具の端点の
移動を最小限にすることができる。
されており、このため角度調節を行う間の工具の端点の
移動を最小限にすることができる。
第１１図は、本発明のロボット部材２０に関連する全て
の制御装置を示すブロックダイヤグラムである。制御回
路２７は、多重タスクリアルタイム作動装置（ｔＲＭＸ
８６）を備えたＩｎｔｅｌ社のＳｙｓｔ．ｅｉ３１０
Ｃｏｍｐｕｔｅｒに基づいている。プロセス制御の手法
は、Ｉｎｔｅｌ社からのビソトパス（ＢＩＴＢＵＳ）相
互連結を用いた作動の分散モードに基づいている．ビッ
トパス５０はマイクロコントローラであり、該マイクロ
コントローラは、正確なタスク（仕事）すなわちセンサ
のデータ獲得及び処理、ガウジング工程についての電極
位置及び送り速度制御、溶接電源５ｌに設定されるパラ
メータの調節、その他を行うためのマイクロコントロー
ラ自体の作動装置を備えている。これらの分散されたタ
スクは、連続的にかつセントラルコンピュータの作動装
置の制御下で行われる全てのタスクとは独立して行われ
る。ビットパスＭ４５０への接続は、支持装置に関連ず
る回路５２０）マスタ／スレーブ構成により取り扱われ
る。ロボット部材２０は、制御ユニット５３と、隔離電
源回路５５を介してモータ制御回路５４とにより作動さ
れる。キーボード５６及び局部ペンダント５８は、ビッ
トパスマイクロコントローラと関連して、作業者とイン
ターフェースするようになっている。この制御回路２７
は、当業者に良く知られた標準部品を使用しておりかつ
その構成についてはこれ迄に明瞭に説明したので、制御
装置２７についてのこれ以上詳細な説明は必要でない。
の制御装置を示すブロックダイヤグラムである。制御回
路２７は、多重タスクリアルタイム作動装置（ｔＲＭＸ
８６）を備えたＩｎｔｅｌ社のＳｙｓｔ．ｅｉ３１０
Ｃｏｍｐｕｔｅｒに基づいている。プロセス制御の手法
は、Ｉｎｔｅｌ社からのビソトパス（ＢＩＴＢＵＳ）相
互連結を用いた作動の分散モードに基づいている．ビッ
トパス５０はマイクロコントローラであり、該マイクロ
コントローラは、正確なタスク（仕事）すなわちセンサ
のデータ獲得及び処理、ガウジング工程についての電極
位置及び送り速度制御、溶接電源５ｌに設定されるパラ
メータの調節、その他を行うためのマイクロコントロー
ラ自体の作動装置を備えている。これらの分散されたタ
スクは、連続的にかつセントラルコンピュータの作動装
置の制御下で行われる全てのタスクとは独立して行われ
る。ビットパスＭ４５０への接続は、支持装置に関連ず
る回路５２０）マスタ／スレーブ構成により取り扱われ
る。ロボット部材２０は、制御ユニット５３と、隔離電
源回路５５を介してモータ制御回路５４とにより作動さ
れる。キーボード５６及び局部ペンダント５８は、ビッ
トパスマイクロコントローラと関連して、作業者とイン
ターフェースするようになっている。この制御回路２７
は、当業者に良く知られた標準部品を使用しておりかつ
その構成についてはこれ迄に明瞭に説明したので、制御
装置２７についてのこれ以上詳細な説明は必要でない。
本発明のロボット装置の作動を要約すれば、トラック１
３は湾曲面又は平らな面１１に対して平行に支持される
形状を有しており、ロボット部材２０及びセンサ２５は
、作動中にトラック１３に沿って変位（ロボット部材２
０はその作業アーム２３と一緒に変位）するようになっ
ている。アーム２８及び該アーム２８に取り付けられた
検出プローブ２６は、ロボット装置１０の作業環境を画
定するＸ座標及びＹ座標に沿って変位する。検出プロー
ブ２６が取り付けられたアーム２８を使用することによ
り、プローブチ７プ２６′を表面に接触させた状態で変
位させることができ、これにより、Ｘ座標、Ｙ座標及び
Ｚ座標についての信号がコンピュータに入力される。作
業環境内の損傷を受けた領域は全て、自動的に又は作業
者の視覚により検出され、損傷を受けた頷域上での一連
の座標点が選択されてコンピュータに記憶される。
３は湾曲面又は平らな面１１に対して平行に支持される
形状を有しており、ロボット部材２０及びセンサ２５は
、作動中にトラック１３に沿って変位（ロボット部材２
０はその作業アーム２３と一緒に変位）するようになっ
ている。アーム２８及び該アーム２８に取り付けられた
検出プローブ２６は、ロボット装置１０の作業環境を画
定するＸ座標及びＹ座標に沿って変位する。検出プロー
ブ２６が取り付けられたアーム２８を使用することによ
り、プローブチ７プ２６′を表面に接触させた状態で変
位させることができ、これにより、Ｘ座標、Ｙ座標及び
Ｚ座標についての信号がコンピュータに入力される。作
業環境内の損傷を受けた領域は全て、自動的に又は作業
者の視覚により検出され、損傷を受けた頷域上での一連
の座標点が選択されてコンピュータに記憶される。
コンピュータは、基準面に関して、座標点と損傷を受け
た頭域との間の多角形輪郭の座標を計算する。コンピュ
ータにより作業手順がプランニングされかつ適正な工具
が選択されて、ガウジング作業、充填作業及び研磨作業
が行われ、損傷を受けた領域が修理される。以上から指
摘されることは、これらの全作業が現場で行われ、従っ
て作業者は、作業サイクル中に、作業工具から離れた位
置に居ることができ、いかなる危険からも解放される。
た頭域との間の多角形輪郭の座標を計算する。コンピュ
ータにより作業手順がプランニングされかつ適正な工具
が選択されて、ガウジング作業、充填作業及び研磨作業
が行われ、損傷を受けた領域が修理される。以上から指
摘されることは、これらの全作業が現場で行われ、従っ
て作業者は、作業サイクル中に、作業工具から離れた位
置に居ることができ、いかなる危険からも解放される。
ここに説明した本発明の好ましい実施例についての自明
な変更は、本発明の範囲すなわち特許請求の範囲に記載
の範囲に含まれるものである。例えば、本発明の装置は
平らな面についても使用することができ、平らな面にお
けるあらゆる種類の損傷及び欠陥の修理に使用すること
ができる。また、対象となる表面は、プラスチックのよ
うな金属以外の材料で作られていてもよく、ロボットの
作業アームには種々の工具を取り付けることができる。
な変更は、本発明の範囲すなわち特許請求の範囲に記載
の範囲に含まれるものである。例えば、本発明の装置は
平らな面についても使用することができ、平らな面にお
けるあらゆる種類の損傷及び欠陥の修理に使用すること
ができる。また、対象となる表面は、プラスチックのよ
うな金属以外の材料で作られていてもよく、ロボットの
作業アームには種々の工具を取り付けることができる。
更に、前にも述べたように、画定された領域及びロボッ
トアームの作業サイクルに関する情報を収集するとき、
作業者が介入することなくして、全作業を自動化するこ
とができる。作業者の介入が必要な場合は、検査及び修
理すべき物体上にロボット装置のトラックを連結するこ
とだけである。
トアームの作業サイクルに関する情報を収集するとき、
作業者が介入することなくして、全作業を自動化するこ
とができる。作業者の介入が必要な場合は、検査及び修
理すべき物体上にロボット装置のトラックを連結するこ
とだけである。
第１図は、本発明の装置が流体タービンランナの一部に
取り付けられているところを示す斜視図である． 第２図は、本発明の装置が湾曲面に取り付けられている
ところを示す側面図である。 第３図は、シリンダの表面領域をスキャニングしている
本発明の装置の概略斜視図であり、本発明の装置のトラ
ックの形状及び配向が、Ｚ軸に沿って何らの調節をする
必要がないように構成されていることを示すものである
。 第４図は、複雑に湾曲した表面をスキャニングしている
本発明の装置の第３図と同様な概略斜視図であり、この
場合には、本発明の装置のトラックの形状及び配向を、
Ｚ軸に沿って調節する必要があることを示すものである
。 第５図は、本発明の装置の作業環境の斜視図であり、選
択された、損傷を受けた領域についての一連の座標の同
一性を示すものである。 第６図は、３つの点（この場合は、Ｐ＋、Ｐｚ、Ｐ４）
に基づく１つの平面（Ｘ，Ｙ，Ｚ空間内の平面）の計算
方法及びこの平面内の多角形輪郭を自動的にプロットす
る方法を示す概略図である。 第７図は、作業を行うべき多角形領域の内部での工具の
端点の軌跡を自動的に創成する方法を示す概略図である
。 第８Ａ図〜第８Ｍ図は、キャビティ領域の断面図であり
、本発明の装置を使用してキャビティ領域を自動修理す
る一連の作業を示すものである。 第９Ａ図及び第９Ｃ図は、本発明の装置により画定され
た作業環境、キャビテーションによる撰傷、及びこの損
傷をガウジングした状態を示す斜視図である。 第９Ｂ図は、第９Ａ図のキャビテーションによる損傷を
修理すべくガウジング工具をパスさせた状態を示す平面
図である。 第１０図は、本発明の装置のロボット部材の作業アーム
に取り付けられる種々の工具の配置を示す概略平面図で
ある。 第１１図は、制御回路及び本発明の装置の関連装置を示
すブロックダイヤグラムである。 第１２Ａ図及び第１２Ｂ図は、本発明の装置の作業アー
ムに取り付けられる研磨工具の一般的な構造を示すそれ
ぞれ正面図及び側面図である。 第１３図は、本発明の装置の作業アームに取り付けられ
る溶接工具の一般的な構造を示す側面図である。 ２８・・・アーム、 ３２・・・作業環境、
３３・・・ガウジング工具、 ３４・・・研磨工具、
３５・・・溶接工具、 ３６、３７、３８・・・クイックコネクタ。 ・・・ロボット装置、 ・・・ブレード部分 ・・・トラック、 ・・・支持脚、 ・・・ロボット部材、 ・・・作業工具、 ・・・プローブ、 ′・・・プローブチソプ、２７・・・制御回路、（表面
）、 １４・・・トラック支持体、 １７・・・ヒンジ連結部、 ２３・・・作業アーム、 ２５・・・センサ、 図面の浄魯（ＩＪ；容（−ご７リ！なし冫ニＪ百ラＪ ニ＝＝巨ラ１０ Ｊ２
取り付けられているところを示す斜視図である． 第２図は、本発明の装置が湾曲面に取り付けられている
ところを示す側面図である。 第３図は、シリンダの表面領域をスキャニングしている
本発明の装置の概略斜視図であり、本発明の装置のトラ
ックの形状及び配向が、Ｚ軸に沿って何らの調節をする
必要がないように構成されていることを示すものである
。 第４図は、複雑に湾曲した表面をスキャニングしている
本発明の装置の第３図と同様な概略斜視図であり、この
場合には、本発明の装置のトラックの形状及び配向を、
Ｚ軸に沿って調節する必要があることを示すものである
。 第５図は、本発明の装置の作業環境の斜視図であり、選
択された、損傷を受けた領域についての一連の座標の同
一性を示すものである。 第６図は、３つの点（この場合は、Ｐ＋、Ｐｚ、Ｐ４）
に基づく１つの平面（Ｘ，Ｙ，Ｚ空間内の平面）の計算
方法及びこの平面内の多角形輪郭を自動的にプロットす
る方法を示す概略図である。 第７図は、作業を行うべき多角形領域の内部での工具の
端点の軌跡を自動的に創成する方法を示す概略図である
。 第８Ａ図〜第８Ｍ図は、キャビティ領域の断面図であり
、本発明の装置を使用してキャビティ領域を自動修理す
る一連の作業を示すものである。 第９Ａ図及び第９Ｃ図は、本発明の装置により画定され
た作業環境、キャビテーションによる撰傷、及びこの損
傷をガウジングした状態を示す斜視図である。 第９Ｂ図は、第９Ａ図のキャビテーションによる損傷を
修理すべくガウジング工具をパスさせた状態を示す平面
図である。 第１０図は、本発明の装置のロボット部材の作業アーム
に取り付けられる種々の工具の配置を示す概略平面図で
ある。 第１１図は、制御回路及び本発明の装置の関連装置を示
すブロックダイヤグラムである。 第１２Ａ図及び第１２Ｂ図は、本発明の装置の作業アー
ムに取り付けられる研磨工具の一般的な構造を示すそれ
ぞれ正面図及び側面図である。 第１３図は、本発明の装置の作業アームに取り付けられ
る溶接工具の一般的な構造を示す側面図である。 ２８・・・アーム、 ３２・・・作業環境、
３３・・・ガウジング工具、 ３４・・・研磨工具、
３５・・・溶接工具、 ３６、３７、３８・・・クイックコネクタ。 ・・・ロボット装置、 ・・・ブレード部分 ・・・トラック、 ・・・支持脚、 ・・・ロボット部材、 ・・・作業工具、 ・・・プローブ、 ′・・・プローブチソプ、２７・・・制御回路、（表面
）、 １４・・・トラック支持体、 １７・・・ヒンジ連結部、 ２３・・・作業アーム、 ２５・・・センサ、 図面の浄魯（ＩＪ；容（−ご７リ！なし冫ニＪ百ラＪ ニ＝＝巨ラ１０ Ｊ２
Claims (31)
- （１）物体の表面領域の形状を自動的に検出して、前記
表面領域上で作業を行う装置において、前記表面に対し
て連結できるトラックと、該トラックに連結できるモー
タ作動形のロボット部材とを有しており、該ロボット部
材が、前記トラックと係合するトラックカップリング手
段が設けられた駆動エレメントを備えていて、前記ロボ
ット部材を前記トラックに沿って所定の速度及び位置で
変位させることができ、前記ロボット部材に対して変位
できるように連結された作業アームを有しており、該作
業アームが、この作業アームに連結できる１つ以上の作
業工具を備えており、前記ロボット部材を変位できるよ
うにかつ前記作業アーム及び前記作業工具を作動できる
ように前記ロボット部材に接続された制御回路と、前記
作業アームに連結されたセンサであって、前記表面の垂
線又は前記ロボット部材と作業アームの画定された作業
環境内で前記表面を表すものであると前記制御回路によ
り計算された任意の表面の垂線に沿って測定した距離を
検出するプローブを備えているセンサとを更に有してお
り、該センサが、前記Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標につい
ての情報データを前記制御回路に入力して、前記作業環
境の表面の幾何学的形状及び前記１つ以上の作業工具に
より作業する必要のある前記作業環境内の領域の輪郭を
決定するように構成されていることを特徴とする物体の
表面領域の形状を自動的に検出して、前記表面領域上で
作業を行う装置。 - （２）前記作業アームが、前記ロボット部材が変位する
Ｘ軸を横切る前記Ｙ軸上で変位することができ、前記セ
ンサが前記表面に向けて配向された検出点を備えていて
、作業を必要とする領域についての一連の座標点に対す
るＺ軸の情報信号を形成し、前記Ｘ信号、Ｙ信号及びＺ
信号を使用する前記制御回路が、作業を必要とする前記
領域の輪郭及び形状を決定できるようにすることを特徴
とする請求項１に記載の装置。 - （３）前記表面が湾曲した金属表面であり、前記トラッ
クが前記表面の曲率に一致するように曲げられているこ
とを特徴とする請求項２に記載の装置。 - （４）前記湾曲した金属表面が発電タービンの流体ター
ビンランナの表面部分であり、前記トラックが前記表面
に連結されていて前記表面部分内の損傷を受けた領域又
は欠陥の現場修理ができることを特徴とする請求項３に
記載の装置。 - （５）前記検出点が、前記画定された作業環境内で前記
センサと前記表面との間の距離を検出することができる
距離測定ビームであることを特徴とする請求項４に記載
の装置。 - （６）前記検出点が、前記画定された作業環境内で前記
作業アームの基準点と前記表面との間の距離を検出でき
るように前記表面と接触した状態で変位する接触プロー
ブであり、前記作業アームが変位自在の連結部を備えて
いて前記プローブを前記Ｚ軸に沿って変位できるように
なっており、前記センサが前記変位を測定するストレイ
ンゲージを備えていることを特徴とする請求項２に記載
の装置。 - （７）前記制御回路がプログラミング機能を備えていて
、作業を行う必要のある前記領域上での前記作業工具の
軌跡及び前記領域内での作業工具のパス数を決定できる
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。 - （８）前記ロボット部材に対する所定の位置に２つ以上
の作業工具が設けられており、該作業工具が自動的に選
択されかつ前記作業アームと係合して制御された作業を
行なうことができることを特徴とする請求項８に記載の
装置。 - （９）前記表面が金属表面であり、アークガウジング工
具と、溶接工具と、研磨工具とが設けられていて、前記
損傷を受けた領域を抉り、前記損傷を受けた領域を、少
なくとも前記作業環境内の前記金属表面の表面輪郭まで
溶接材料で充填し、この充填された領域を研磨して前記
作業環境の前記表面と一致させるようになっていること
を特徴とする請求項８に記載の装置。 - （１０）前記作業アームには力センサに接続されたハン
ドル手段が設けられていて、該ハンドル手段は、作業者
が、前記作業環境内での選択されかつ損傷を受けた領域
についての座標点に対して、前記力センサを前記検出点
に向けるべく変位させることを可能にして、前記損傷を
受けた領域の多角形輪郭を確立し、該多角形輪郭内で作
業を行うようになっていることを特徴とする請求項６に
記載の装置。 - （１１）前記制御回路がセルフティーチングプログラム
機能を有しており、また前記制御回路が、前記駆動エレ
メントを作動して前記トラックに沿って前記ロボット部
材を変位させて前記制御回路が作業工具の端点基準を直
角座標空間に関連付けることができるように、前記トラ
ックの幾何学的形状を決定することを特徴とする請求項
１０に記載の装置。 - （１２）前記トラックが直線状の軸線に沿って延在して
いることを特徴とする請求項３に記載の装置。 - （１３）前記表面が金属表面であり、前記トラックが前
記表面の形状に基づく所望の形状を有しており、前記ト
ラックが、調節自在の支持脚により前記表面から持ち上
げられた状態に維持されているトラック支持体に取り付
けられており、前記支持脚が前記表面に対して動かない
ように固定されていることを特徴とする請求項３に記載
の装置。 - （１４）前記調節自在の支持脚が前記トラック支持体に
枢着されており、前記支持脚が、前記表面に対して前記
作業アームを平行に維持して前記トラック支持体を前記
表面に対して所望の高さに位置決めできるように、その
長さを調節できることを特徴とする請求項１３に記載の
装置。 - （１５）表面領域の形状を自動的に検出して、表面領域
上で作業を行う方法において、 （ｉ）前記表面領域の１つのセクション上に支持トラッ
クを連結する工程を有しており、前記支持トラックが、
該支持トラックに連結されたモータ作動形のロボット部
材を備えており、該ロボット部材にはこのロボット部材
に対して変位自在に連結された作業アームが設けられて
おり、前記支持トラックは更に、前記作業アームに連結
されたセンサと、前記ロボット部材に接続された制御回
路とを備えており、 （ｉｉ）前記ロボット部材及び前記作業アームをそれぞ
れＸ座標及びＹ座標に沿って変位させて前記トラックに
隣接する作業環境を画定し、同時に、Ｚ座標に沿う前記
表面と前記作業アームの基準点との間の距離を検出して
前記Ｘ座標、Ｙ座標及びＺ座標の情報データ信号を発生
し、前記作業環境の表面形状を表す信号を記憶させる工
程と、 （ｉｉｉ）前記作業環境内の凹凸のある表面領域を検出
する工程と、 （ｉｖ）選択された凹凸表面領域についての一連の座標
点を決定する工程であって、前記制御回路が、３つの前
記座標点に基づく基準面を決定し、この基準面上へのあ
らゆる点の投影を見出して、前記基準面内に多角形輪郭
を決定しかつこの多角形輪郭を表す情報信号を記憶でき
るようにする工程と、 （ｖ）工具を選択して前記作業アームに連結する工程と
、 （ｖｉ）前記工具を用いて前記多角形輪郭の領域内で作
業する工程とを更に有していることを特徴とする表面領
域の形状を自動的に検出して表面領域上で作業を行う方
法。 - （１６）前記工程（ｉｖ）が、前記凹凸表面領域の内側
並びに外側に一連の座標点を決定して、前記制御回路が
、前記凹凸表面をモデル化しかつ作業の完了後に必要と
される最終的な輪郭を見出すことができるようにする工
程を更に備えていることを特徴とする請求項１６に記載
の方法。 - （１７）前記トラックに関して所定の位置に２つ以上の
工具を位置決めし、該工具を所定のシーケンスで係合さ
せて、前記多角形輪郭の領域内で一連の作業を行う工程
が更に設けられていることを特徴とする請求項１５に記
載の方法。 - （１８）前記制御回路をセルフプログラミングして、前
記凹凸表面領域の形状を検出すべく前記情報信号を分析
することにより前記作業を行う工程が更に設けられてい
ることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 - （１９）前記工程（ｉｉ）が、前記センサに接続されて
おりかつ前記作業環境と接触している検出プローブを、
前記Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って手動により移動させて
前記作業環境の前記表面形状を決定する工程を備えてい
ることを特徴とする請求項１５に記載の方法。 - （２０）前記工程（ｉｉｉ）が、前記凹凸表面領域を視
覚により検出する工程を備えていることを特徴とする請
求項１９に記載の方法。 - （２１）前記工程（ｉｖ）が、前記プローブを、１つ以
上の凹凸表面領域についての一連の点に手動により変位
させ、情報信号を前記制御回路に入力して、多角形輪郭
を自動的に画定できるようにする工程を備えていること
を特徴とする請求項２０に記載の方法。 - （２２）前記工程（ｖ）及び（ｖｉ）が、ガウジング工
具、溶接工具及び研磨工具を使用して、キャビテーショ
ンにより損傷を受けた凹凸領域をきれいにし、これに溶
接材料を充填し、これを研磨して前記画定された作業環
境の表面形状と同一面にすることを連続的に行なう工程
であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。 - （２３）前記ガウジング工具が、前記多角形輪郭の表面
内の金属を抉るように制御され、前記ガウジング工具は
、抉られた表面が滑らかになったときに自動的に制御さ
れて停止されることを特徴とする請求項２２に記載の方
法。 - （２４）前記ガウジング工程が、前記ガウジング工具の
電極を通って流れるガウジング電流をモニタリングする
手段により、前記ガウジング工具とワークピースとの間
の距離を一定に維持しながら、複数の連続金属層を除去
する工程を備えていることを特徴とする請求項２２に記
載の方法。 - （２５）前記抉られた多角形領域を溶接材料で充填する
前に、前記抉られた多角形領域を研磨して、溶接に適し
た準備キャビティを形成する工程を更に備えていること
を特徴とする請求項２３に記載の方法。 - （２６）前記準備キャビティを充填する工程が、複数に
連続被覆した溶接材料を前記キャビティ領域内に入れ、
溶接電流及び電圧をモニタリングする手段により前記溶
接工具とワークピースとの間の距離を実質的に一定に維
持する工程を備えていることを特徴とする請求項２２に
記載の方法。 - （２７）前記研磨工程が、前記センサのストレインゲー
ジをモニタリングする手段により制御された研磨力を維
持しながら、前記溶接箇所を複数回の連続パスにより研
磨する工程を備えていることを特徴とする請求項２２に
記載の方法。 - （２８）前記ガウジング工程と、溶接工程と、研磨工程
との間で、前記損傷を受けた多角形領域の前記表面領域
を検出する工程が更に設けられていることを特徴とする
請求項２２に記載の方法。 - （２９）前記工程（ｉ）が、トラック支持フレームを前
記表面領域に連結してその高さを調節し、前記支持トラ
ックを前記トラック支持フレームに連結する工程を備え
ていることを特徴とする請求項１５に記載の方法。 - （３０）前記工程（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）が、トラック
カップリング手段及び作業アーム変位手段が設けられた
駆動エレメントを作動させることにより行われることを
特徴とする請求項１５に記載の方法。 - （３１）前記工程（ｉｉ）及び（ｖｉ）が、前記制御回
路により自動的に行われることを特徴とする請求項１５
に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US273075 | 1988-11-18 | ||
| US07/273,075 US4959523A (en) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | Method and apparatus for automatically sensing the configuration of a surface area and effecting a work function thereon |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02237726A true JPH02237726A (ja) | 1990-09-20 |
Family
ID=23042442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1299486A Pending JPH02237726A (ja) | 1988-11-18 | 1989-11-17 | 表面領域の形状を自動的に検出して、表面領域上で作業を行う方法及び装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4959523A (ja) |
| EP (1) | EP0369891B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02237726A (ja) |
| AT (1) | ATE112642T1 (ja) |
| BR (1) | BR8905820A (ja) |
| CA (1) | CA2002513C (ja) |
| DE (1) | DE68918670T2 (ja) |
| MX (1) | MX165384B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112139860A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-29 | 佳奕筱安(上海)机器人科技有限公司 | 基于力控机器人打磨的柔顺轨迹输出方法及其实施装置 |
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