JPH0318989B2

JPH0318989B2 -

Info

Publication number: JPH0318989B2
Application number: JP56170285A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Yamamoto; Takahiro Asano
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1981-10-23
Publication date: 1991-03-13
Also published as: JPS5870970A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は産業用ロボツトの手首部に取付けた
溶接トーチと回転板に取付けたワーク本体とを、
相互に位置決め可能で、しかも前記溶接トーチの
電極と前記ワーク本体との間に、溶接用電源と検
出用電源とを切換接続可能とし、前記ワーク本体
に間隔を有して取り付けた複数のリブを順次自動
溶接する方法に関する。

近来、溶接作業の機械化、自動化がいろいろ検
討、実施されてきているが、溶接構造物に用いる
ワークは機械加工と異なり、寸法精度のあまりよ
くないものであるため、自動機にて良い溶接ビー
ドを得ることは、むつかしかつた。まして、複数
リブをワーク本体に自動溶接しようとする場合、
予めリブをワーク本体に仮付溶接等により固定し
ておく必要があるが、その際該リブの位置がずれ
ていることが多く、そのまま教示したプログラム
に従つてロボツトを位置制御しても溶接トーチが
リブと干渉したり、ねらいの溶接位置からはずれ
たところを溶接するという現象が生じたりしてい
た。

本発明は前述事情に鑑みてなされたものであ
り、溶接トーチの電極とワーク本体との間に検出
用電源を接続し、回転体または直線移動体の一方
向への動きの際の、ワーク本体に取付けたリブ
と、溶接トーチ（実際は溶接ワイヤ）との接触で
リブの位置を検知して回転体または直線移動体を
停止させることにより、該リブとワーク本体とで
形成される溶接線の位置を所定の位置に存在させ
るようにしたものである。その結果自動溶接を実
行する前において予め行うワーク本体に対する複
数のリブの取付け作業が多少雑であつても、溶接
用トーチをねらいの溶接位置に間違いなく位置さ
せることができ、確実な自動溶接結果を得ること
ができるものである。

以下図面を参照しつつこの発明一実施例を詳述
する。

１は産業用ロボツトであり、この実施例では、
図示したようにα₁ないしα₅の５回転自由度を有す
る多関節ロボツトである。このロボツト１の手首
部に、MIG溶接トーチ２を備える。３はトーチ
２の消耗電極TWを案内するコンジツトチユーブ
である。

４は公知の溶接電源装置である。装置４はトー
チ２の消耗電極TWを巻き取つたスプール４ａを
具備し、電極TWとワークWK間に溶接用電源４
ｂを接続しうるように構成される。

装置４内にはまた、検出用電源４ｃおよびこれ
と直列接続された電流検出手段４ｄを具備する。
なお電源４ｃは例えば数百ヘルツの数百ボルトと
し、図示しないが電流制限用抵抗体が直列接続さ
れる。そしてされに、この電源４ｃと電源４ｂと
は、切替スイツチ４ｅを介して並列接続され、こ
のスイツチ４ｅの切換により、電極TWに対して
電源４ｃが接続されうるようになされている。

５はこの実施例全体の制御手段として公知のコ
ンピユータである。コンピユータ５には、CPU
およびメモリを含む。

そしてコンピユータ５のバスラインＢには、手
段４ｄおよびスイツチ４ｅが接続される。

バスラインＢにはさらに、ロボツトＲのα₁軸の
サーボ系S〓₁が接続される。サーボ系S〓₁にはα₁軸
の動力M〓₁、その位置情報を出力するエンコーダ
E〓₁が含まれる。またバスラインＢには同様に構
成したα₂軸のサーボ系S〓₂，α₃軸のサーボ系S〓₃，
α₄軸のサーボ系S〓₄およびα₅軸のサーボ系S〓₅が接
続される。

REは遠隔操作盤であり、マニユアル操作ステ
ツプスイツチ群SWを設ける。そしてＸ，Ｙおよ
びＺ各制御軸（ロボツト１に固定された直角座標
軸）毎のスナツプスイツチを「Ｕ」側に倒せばそ
の制御軸の位置情報の増加する方向に、「Ｄ」側
に倒せばその反対方向に溶接トーチ２が移動する
ように構成される。またφおよびθの各制御軸
（それぞれ垂直軸Ｖに対する旋回角および姿勢角）
に対応するスナツプスイツチは「Ｃ」側に倒せば
時計方向に、「CC」側に倒せば反時計方向にそれ
ぞれ溶接トーチ２が回動するように構成される。
これらの構成において、多関節系と直角座標系と
の間に座標変換するアルゴリズムを要する。その
詳細は公知なる故詳述しない。

操作盤REにはまた、オートモードにおける速
度指令ロータリスイツチSVを設ける。またモー
ド切換スイツチSMを設け、マニユアルモード
Ｍ、テストモードTEおよびオートモードＡに切
換えうるように構成されている。SEは選択スイ
ツチであり、図において上に切り換えてアツプダ
ウンスイツチSUを操作することにより、溶接条
件番号Ｗが表示されかつ選択されるべくなされ
る。さらに図において右に切り換えてアツプダウ
ンスイツチSUを操作することにより、くり返し
番号Ｎが表示されかつ選択されるべくなされる。
さらにこのスイツチSEを図示のように左にセツ
トしたうえで、スイツチSUを操作することによ
り、直線補間「Ｌ」、円補間「Ｃ」、およびセンシ
ング「Ｓ」の順に各モードが選択され標示される
べくなされている。またさらに操作盤REには、
スタートスイツチSTを設ける。スイツチSTの機
能は後述する作用の説明において詳述する。そし
てこれらスイツチはバスラインＢに接続される。

今ワークWKは、図示のようにワーク本体とし
ての円筒WK₁の端面に円板盤WK₂を取り付け、
この両者間に６枚のリブWK₃を放射状にほぼ等
間隔に設けたものであり、それぞれは互い仮付溶
接されているものとする。そして、円筒WK₁は
２個の平行なローラ６ａおよび６ｂ上に載され
る。従つてWKはいわゆる回転体に支持されるこ
とになる。そしてローラ６ａは詳細は図示しない
がバスラインＢを介して制御される動力が付属さ
れ、ローラ６ｂは自由回転するものとする。かく
して、ワークWKはローラ６ａ，６ｂによつて回
転することにより、ロボツト１の作動領域を経由
して逐次回転移動しうるものである。

以下前述実施例につきその作用を述べる。第２
図以下のフローチヤートも参照されたい。

(1) まずオペレータスイツチSMをマニユアルモ
ードとする（ステツプS₁）。

(2) スイツチSWを操作することにより、トーチ
２の位置姿勢をマニユアル制御して、第１図図
示セシング位置にもたらす（ステツプS₁）。

(3) スイツチSEを操作してセンシングモード
「Ｓ」を選択する（ステツプS₁）。

(4) そのうえでスイツチSTを押す（ステツプS₁
）。

(5) コンピユータ５は、このときのトーチ２の位
置姿勢情報および「Ｓ」情報をオートモードの
第１ステツプの指令情報として記憶する（ステ
ツプS₂）と共に、この「Ｓ」モードおよびスイ
ツチSTからの信号により、ローラ６ａを図に
おいて反時計方向に回転させる指令、およびス
イツチ４ｅを切換える指令を出力する（ステツ
プS₃）。

(6) そしてワークWKの図において時計方向の回
転に伴ないトーチ２の電極TW先端Ｐ（溶接点）
がワークWKのリブWK₃の側面に電気的に接
触することによる、手段４ｄからの出力がある
か否か判断する（ステツプS₄）。このとき一定
時間経過しても手段４ｄから出力が無ければ、
何かのエラーがあつたものとして、ローラ６ａ
停止、トーチ２上昇、スイツチ４ｅを戻してエ
ラー表示する（ステツプS₅，S₆，S₇）。

(7) ステツプS₄において出力があればローラ６ａ
を停止させる指令、およびトーチ２をＺ方向上
方に一定距離上昇させた退避位置P₀指令情報
を出力（ステツプS₈）。

(8) オペレータは、スイツチSEにおける「Ｓ」
モードをクリヤしたうえで、このときのワーク
WKの位置において、その溶接線上の各指令点
にトーチ２をスイツチSWによつてマニユアル
操作によつて位置決めし、その他の指令情報と
共にテイーチングする（ステツプS₉）。そして
コンピユータ５はこれら情報をロードする（ス
テツプS₁₀）。

これをより詳細に説明すれば、（8.1）トーチ２の溶接点ＰをワークWKに
おける溶接始点P₁上に、かつそのときのト
ーチ２の姿勢が溶接に適した姿勢となるよう
に、位置決めし、スイツチSVによつて退避
位置P₀から点P₁迄のトーチ２の移動速さを
選定し、その間をスイツチSEによつて直線
補間「Ｌ」を選定し、スイツチSTを押す。
このスイツチSTの操作により、コンピユー
タ５はこのときの各制御軸毎の情報、移動速
さ、その間の直線補間をユーザプログラムの
次のステツプにおける指令情報としてメモリ
に記憶する。

（8.2）次に点P₂において同様の各指令（但
しスイツチSVによつて指令溶接速さ選択お
よびスイツチSEによつて溶接条件番号「Ｗ」
選択）をテイーチングする。

（8.3）さらに同様にして、点P₃，P₄，P₅，
P₆およびP₁の順にユーザプログラムの各ス
テツプをテイーチングする。

（8.4）次に点P₁，P₇およびP₈をスイツチSE
による「Ｃ」指令と共にテイーチングする。

（8.5）最後にトーチ２を退避位置P₀位置決
めし、このときの退避速さをスイツチSVに
よつて設定し、スイツチSEによつて「Ｌ」
を選定し、溶接条件番号「Ｗ」をクリヤし、
さらにくり返し回数Ｎを選定して、これらを
記憶させる（今の場合Ｎ＝６）。

以上のテイーチングにおいて、メモリに記憶す
る位置情報は、これらの情報処理に便ならしめる
ため、Ｘ，Ｙ，Ｚ，φ，θでの情報に変換したう
えで記憶する。この座標変換のアルゴリズムも従
来公知なる故、詳述しない。

以上によつてテイーチングを完了して、スイツ
チSMをテストモード「TE」とし、スイツチST
を押せば、テイーチングしたユーザプログラムの
各ステツプ毎に、溶接は不実行の状態で実行さ
れ、もしミスがあればこれを修正しておく。

かくしてユーザプログラムは完成され、未溶接
のークWKを第１図図示のようにセツトし、トー
チ２は退避位置P₀にあり、スイツチSMはオート
モード「Ａ」の状態に設定してスイツチSTを押
せば、ワークWKは自動溶接される。この作用を
以下に詳述する。

(11) コンピユータ５はまず、次に実行すべきユー
ザプログラムのステツプの内容を読み出す（ス
テツプS₁₁）。

(12) そしてそのステツに「Ｓ」指令が含まれてい
るか否か判断する。

(13) 含まれておれば、このステツプに含まれて
いる、トーチ２のセンシング位置情報、ローラ
６ａ回転指令情報、スイツチ４ｅ切換指令情報
を出力する（ステツプS₁₃）、このとき位置情報
はα₁ないしα₅の各角度情報に変換して出力され
るものである。

(14) 検出手段４ｄからの出力があるは否か判断
し（ステツプS₁₄）、もし一定時間内に出力が無
ければ、ローラ６ａ停止、トーチ２上昇、スイ
ツチ４ｅ戻しの指令を出力（ステツプS₁₆）し、
エラー表示をする（ステツプS₁₇）。

(15) ステツプS₁₄において手段４ｄから出力が
あれば、ローラ６ａ停止、トーチ２上昇、スイ
ツチ４ｅ戻しの指令を出力する（ステツプ
S₁₈）、そしてステツプS₁₁に戻す。

(16) ステツプS₁₂において、「Ｓ」指令が含まれ
ていなければ、次に「Ｌ」指令が含まれるか否
か判断する（ステツプS₁₉）。

(17) 含まれておるならば、このステツプで指令
されている次の指令点迄を、指令速さで直線補
間を実施する（ステツプS₂₀）、なお溶接条件番
号が含まれておればその番号に相当する溶接電
圧、電流になるように電源装置４が作動する。
前述直線補間には、現在点から次の指令点迄の
直線の方程式を求め、指令速さＶ×時間ｔ（例
えば200msec）＝内分ΔSを演算し、この内分
ΔS毎の前記直線上の点位置情報を逐次指令す
るものである。この直線補間のアルゴリズムの
さらに詳細については、この発明の要旨でもな
いので、これ以上の詳述はしない。

(18) そしてステツプS₁₁における指令点がP₀（退
避位置）か否か判断する（ステツプS₂₁）。

(19) もしそうであれば、ワークWKのリブWK₃
間の溶接が完了したこととなり、Ｎ＝Ｎ−１と
する（ステツプS₂₂）。

(20) そしてＮ＝０か否か判断する（ステツプ
S₂₃）。もしそうであれば、リブWK₃間の６個
所総ての溶接が完了したこととなり、１個のワ
ークWKの溶接が完了する。もしそうでなけれ
ばステツプS₁₁に戻る。

ステツプS₂₁においても、そうでなければス
テツプS₁₁に戻る。

(21) ステツプS₁₉においてそうでなければ、続
けて３個所以上の指令点がＣ指令を含むか否か
判断する（ステツプS₂₄）。

(22) もしそうでなければエラー表示を行なう
（ステツプS₂₅）。

(23) ステツプS₂₄においてそうであれば、この
３点を通る円弧の方程式を求めて、指令点間を
前述直線補間に準じてΔSの長さで内分した各
点を逐次の指令点として出力することにより、
円弧補間を実行する（ステツプS₂₆）、この円弧
補間の詳細についても、あえて詳述しない。

(24) そしてこの円弧補間指令点がP₀か否か判断
する（ステツプS₂₇） (25) もしそうであればステツプS₂₂に戻る。ま
たそうでなければステツプS₁₁に戻る。

かくして、ワークWKのリブWK₃間の同一パ
ターンの溶接を６回くり返すことにより、１個の
ワークWKの自動溶接が完了する。もつともこの
実施例ではワークWKのＸ方向位置は常に正確で
あるとし、回転方向の位置をワーク検知手段によ
つて正確に決めることにより、常に正確に溶接線
に沿つた溶接をなしうるものである。

この発明は前述実施例以外に、下記する変形も
可能である。

(a) ロボツト自身の固有座標系は、多関節以外の
直角座標系、円筒座標系、極座標系などであつ
てもよい。

(b) ワークの移動は回転移動の他に、直線移動体
としての例えばコンベア上にワークを積載して
の直線移動であつてもよい。

(c) その他各構成の均等物との置換も、またこの
発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は前述したように、溶接トーチとワーク
との間に溶接用電源と検出用電源とを切換え接続
可能とし、ワーク本体に対して間隔を有して仮付
溶接等により固定した複数のリブを順次自動溶接
するにあたり、まず前記検出用電源側に切換えて
おいて溶接トーチを隣接するリブ間に挿入位置決
めし、回転体または直線移動体の一方向への動き
による溶接トーチのリブへの接触を検知して該回
転体または直線移動体を停止させるべくしたの
で、ワーク本体と該リブとで形成される溶接線を
常に所定の位置に正確に存在させることができ
る。従つて自動溶接前のワーク本体に対するリブ
の仮付溶接等による固定位置が正確でなくても、
すなわちリブが回転体の回転方向や直線移動体の
移動方向に位置ずれを生じていても、予め教示し
たプログラムどおりに溶接トーチを位置制御すれ
ば、該溶接トーチを必ず溶接線に一致させること
ができる。よつて正確確実な溶接結果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれもこの発明一実施例を示し、第１
図は産業用ロボツトの斜視図を含むブロツク図、
第２図および第３図はフローチヤートである。１……産業用ロボツト、２……溶接トーチ（ワ
ーク検知手段の一部）、TW……溶接トーチ２の
電極、４ｃ……検出用電源、４ｄ……電流検出手
段（符号２、TW、４ｃ、および４ｄでワーク検
知手段を構成）、S₁₃，S₁₄，S₁₈……イおよびロス
テツプS₁₉，S₂₀，S₂₁，S₂₄，S₂₆，S₂₇……ハステ
ツプ、S₂₂，S₂₃……ニステツプ。

Claims

【特許請求の範囲】１産業ロボツトの手首部に取付けた溶接トーチ
と回転体または直線移動体に取付けたワーク本体
とを、相互に位置決め可能で、しかも前記溶接ト
ーチの電極と前記ワーク本体との間に、溶接用電
源と検出用電源とを切換え接続可能とし、前記ワ
ーク本体に間隔を有して取り付けた複数のリブ
を、順次自動溶接する方法であつて、下記するス
テツプを有する前記自動溶接方法。 (イ) 前記溶接トーチを前記ｎ番目のリブと（ｎ−
１）番目のリブとの間に挿入するステツプ。 (ロ) 前記溶接トーチとワーク本体との間に、前記
検出用電源を接続し、前記回転体または直線移
動体の一方向への動きによる前記溶接トーチの
前記リブへの接触により、該リブの位置を検知
し、該回転体または直線移動体を停止させるス
テツプ。 (ハ) その後、前記溶接トーチと前記ワーク本体と
の間に、前記溶接用電源を接続して、予め教示
したプログラムに従つて前記ワーク本体と、前
記リブとで形成される溶接線を溶接するステツ
プ。 (ニ) 前記ｎを更新し、前記(イ)〜(ハ)のステツプを繰
返し実行するステツプ。