JPH0550245A - 自動溶接機のトーチ姿勢保持方法 - Google Patents

自動溶接機のトーチ姿勢保持方法

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JPH0550245A
JPH0550245A JP21336291A JP21336291A JPH0550245A JP H0550245 A JPH0550245 A JP H0550245A JP 21336291 A JP21336291 A JP 21336291A JP 21336291 A JP21336291 A JP 21336291A JP H0550245 A JPH0550245 A JP H0550245A
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welding
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真吾 西村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 面倒なティーチングを行わなくても湾曲した
表面形状の被溶接物に対して正常な溶接を行うことので
きる自動溶接機のトーチ角度保持方法を提供する。 【構成】 トーチ11と一体に設けられている検知手段
13が被溶接部Wまでの距離を検出し、この距離に基づ
いてトーチ11の角度を調整する。そして、検知手段1
3からスリット状のレーザ光を発する場合には、溶接線
WLを斜めに横切る状態で発してこのレーザ光が照射さ
れた二点までの距離を同時に算出するので、被溶接物W
の表面上でずれた二点までの距離を同時に検出すること
ができる。従って、前記二点までの距離の変化によって
被溶接物Wに対するトーチ角度の変化を認識することが
できるので、トーチ角度を所定の角度に調節することが
できる。また、微小時間をおいてトーチの進行方向にず
れた二点までの距離を測定する場合には、トーチの移動
距離と前記二点の距離の変化量により角度の変化率を算
出することができるため、この変化率に基づいてトーチ
角度を調整することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は自動溶接機のトーチ姿
勢保持方法に係り、特に、湾曲状の表面を有する被溶接
物の溶接に好適な自動溶接機のトーチ姿勢保持方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より溶接ロボットを用いた自動溶接
装置は、図5〜図7に示すようなものがある。すなわ
ち、図5を参照するに、溶接ロボット1の他に、センサ
コントローラ3、ロボットコントローラ5、溶接電源7
から構成されている。そして、溶接ロボット1のアーム
9の先端には、トーチ11と検知手段13とが一体に装
備されている。この検知手段13は、レーザ光Lを発す
る図示しない発光体と、反射光を受光する受光センサと
を有している。
【0003】また、被溶接物W上の溶接線WLを検出す
る方法として、図6に示されているように、検知手段1
3から被溶接物Wに対してレーザ光Lを発し、その被溶
接物Wからの反射光を受光してその明暗差により溶接線
WLを確認するものがある。すなわち、センサ13で受
光された反射光の明暗信号をセンサコントローラ3に伝
達し、このセンサコントローラ3が明暗の差から溶接線
WLを確認するものである。
【0004】被溶接物Wが平面状の部材の場合には被溶
接物Wに対するトーチ11の角度が常に一定となるため
前述した溶接線WLの確認だけで済むが、被溶接物Wが
湾曲形状のものである場合にはこの溶接線WLの確認に
加えてトーチ11の角度が問題となってくる。例えば、
図7に示すような円管状の被溶接物Wにおける溶接で
は、最初(図中点P1)にトーチ11を被溶接物Wの表
面に対して所定の角度(略直角)に設定しておいても、
トーチ11が移動して点P2に至った場合には図中実線
で示す状態となり、正常な溶接ができない。つまり、点
P2においては、図中二点鎖線で示す状態となるように
トーチ11角度を調整する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術にあっては、最も簡単な湾曲状の表面を
有する円管を自動溶接する場合でも、溶接線を追従する
ために三点でティーチングを行って直径を算出させた
り、或いは直径を入力し且つ二点でティーチングするこ
とが必要である。さらに、被溶接物Wである円管の溶接
においては、トーチ11と被溶接物Wとの間隔を一定に
保つだけではだめでトーチ11の角度(姿勢)を円管外
面の略法線方向に保持しなければならない。従って、溶
接が不可能となるトーチの限界傾斜角度に達する位置
で、トーチ角度をティーチングしておかねばならないた
め、ティーチングが非常に面倒である。そして、これを
自動的に行うには、それ専用のソフトウェアが必要とな
るため、コストの面で不利である。その上、このような
ティーチング等を行っても被溶接物Wが円管でなく不規
則な湾曲形状を呈している場合には、適用できない。
【0006】この発明の目的は、このような従来の技術
に着目してなされたものであり、面倒なティーチングを
行わなくても湾曲した表面形状の被溶接物に対して正常
な溶接を行うことのできる自動溶接機のトーチ姿勢保持
方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る自動溶接
機のトーチ姿勢保持方法は、溶接ロボットのアーム先端
にトーチと一体で設けられている検知手段から被溶接物
に光を発し、この被溶接物からの反射光により距離を算
出し、そしてこの距離に基づいて前記トーチの角度を調
整するものである。
【0008】具体的には、溶接線を斜めに横断する所定
長さのスリット状の光を被溶接物に対して発し、この光
が照射されている被溶接物上の二点までの距離を同時に
算出し、そしてこれら二点までの距離が常に一定となる
ようにトーチ角度を調整するものである。
【0009】あるいは、被溶接物に対して光を発してこ
の被溶接物からの反射光により被溶接物の第一点までの
距離を算出した後に、この第一点における被溶接物表面
の接線方向へ所定の微小時間だけ移動した被溶接物の第
二点までの距離を算出し、これら二点までの距離とこれ
ら二点間の距離によりトーチ角度の変化率を求め、そし
てこの変化率に従ってトーチの角度を調整するようにし
てもよい。
【0010】
【作用】この発明に係る自動溶接機のトーチ姿勢保持方
法によれば、トーチと一体に設けられている検知手段が
被溶接部までの距離を検出し、この距離に基づいてトー
チの角度を調整する。
【0011】すなわち、検知手段からスリット状の光を
発する場合には、溶接線を斜めに横切る状態で発してこ
の光が照射された二点までの距離を同時に算出するの
で、被溶接物の表面上でずれた二点までの距離を同時に
検出することができる。つまり、この二点までの距離が
等しい場合には、被溶接物表面に対するトーチ角度が常
に等しくなるので、この二点までの距離を各位置におい
て常に一定とすることによりトーチ角度を常に一定に保
持することができる。これにより、湾曲した被溶接物に
対しても正常な溶接ができる。
【0012】また、所定の微小時間をおいてトーチの進
行方向にずれた二点までの距離を測定する場合には、ト
ーチの移動距離と前記二点の距離の変化量により角度の
変化率を算出することができるため、この変化率に基づ
いてトーチ角度を調整することができる。従って、表面
が不規則に湾曲する被溶接物に対しても安定した溶接が
できる。
【0013】
【実施例】以下この発明の好適な一実施例を図1及び図
2に基づいて説明する。ここで、従来例と共通する部分
には同一の符号を付し、説明を省略する。
【0014】円形断面を有する管(被溶接物)Wに自動
溶接を施す場合には、先ず、溶接ロボット1のアーム9
の先端にトーチ11と一体で設けられている検知手段1
3が、溶接を開始する点PAにおいて溶接線WLを一定
の角度で斜めに横切る状態のスリット状の照射光Rを発
する。そして、管Wからの反射光を検知手段13が受光
して、距離信号をセンサコントローラ3に伝達する。セ
ンサコントローラ3は先に従来技術の項において説明し
たようにして溶接線WLを確認すると共に、この距離信
号に基づいて照射光Rの両端の点Pa1及び点Pa2ま
での距離La1及びLa2を各々同時に算出する。そし
て、センサコントローラ3が算出した距離に基づいて、
ロボットコントローラ5がLa1=La2となるように
トーチ11の角度を調整して、トーチ11が管Wの法線
方向を向くようにする。
【0015】次に、トーチ11が点PBに移動すると、
この点において全く同様にしてスリット状の照射光Rの
両端の点Pb1及び点Pb2までの距離Lb1及びLb
2をセンサコントローラ3が算出し、ロボットコントロ
ーラ5がLb1=La1及びLb2=La2となるよう
にトーチ11の角度を調整する。これにより点PA位置
における管W表面に対するトーチ11の角度と点PB位
置におけるトーチ11の角度とを等しくすることができ
る。
【0016】続いて、トーチ11が図示しない次の点P
Cに移動したら全く同様にして、Lc1=La1及びL
c2=La2となるようにロボットコントローラ5がト
ーチ11の角度を調整する。これを次々に繰り返すこと
により、トーチ11の角度は常に一定に保持されること
となる。
【0017】このように、溶接線WLに対してずれた位
置の二点までの距離を同時に測定し、これらの距離に基
づいて管W表面に対するトーチ11角度を調整するた
め、リアルタイムでトーチ11角度を調整することがで
きる。このため、管Wの溶接を常に正常に行うことがで
きる。
【0018】尚、上記実施例においては、溶接を開始す
る点PAにおいてLa1=La2となるようにトーチ1
1の角度を調整して、トーチ11が管Wの法線方向を向
くようにしたが、これに限らずLa1とLa2との関係
を設定しておけば任意のトーチ11角度を常に保持する
ことができる。
【0019】また、上記実施例においては被溶接物とし
て断面が円形の管Wを用いたが、これに限らず表面が湾
曲した被溶接物に対しても、スリット状のレーザ光の両
端に対する距離を等しくすることにより常に被溶接物W
表面に対する法線方向へトーチ角度を調整することがで
きる。
【0020】次に、別の実施例について図3及び図4に
基づいて説明する。この実施例では、一般的に湾曲した
表面を有する母材(被溶接物)Wについて説明する。前
述の実施例と同様に、溶接ロボット1のアーム9の先端
にトーチ11と一体で設けられている検知手段13が、
溶接を開始する点PAにおける溶接部位にレーザ光を発
する。そして、母材Wからの反射光を検知手段13が受
光すると共に、距離信号をセンサコントローラ3に伝達
して距離Laを算出する。次に、前記点PAにおける母
材Wの接線方向(図中S方向)へ微小時間ΔTだけトー
チ11を移動させ、その位置PBにおいて同様に検知手
段13がセンサコントローラ3に伝達した距離信号によ
り距離Lbを算出する。これら距離La、Lb及びトー
チ11の移動速度V、微小時間ΔTから母材Wの表面角
度の変化率Δθを算出することができる。
【0021】この表面角度の変化率Δθは図4より明ら
かなように、母材W表面の湾曲状態を表すものであり、
トーチ11に要求される角度の変化率を意味する。すな
わち、変化率Δθは、 Δθ=tan -1{(Lb −La )/D}=tan -1{(Lb −La )/V・ΔT} で得られる。ここで、 D=V・ΔT=V/Z(mm)
であり、Z(Hz)は位置サンプリング周期を示し、
Z=1/ΔT の関係がある。従って、この変化率Δθ
の割合でトーチ11を回転させていけば、母材Wに対す
るトーチ11角度は、点PA及び点PBにおいて等しく
することができる。このΔθの値をロボットコントロー
ラ5に伝達し、ロボットコントローラ5が溶接ロボット
1に命じてトーチ11角度を調整する。
【0022】続いて、トーチ11が図示しない次の点P
Cへ移動したら、先の点PBのデータを点PAのデータ
とし、点PCのデータを点PBのデータとして前述の処
理と全く同様の処理を行う。これを次々に繰り返すこと
により、トーチ11の角度は母材W表面に対して常に一
定に保持されることとなる。
【0023】このように、母材W上で溶接方向へ微小距
離ずれた二点PA、PBまでの距離を検知手段13から
の信号に基づいてセンサコントローラ3が算出し、これ
らの距離La、Lbによりトーチ11角度の変化率Δθ
を知ることができるので、検知手段13が溶接線WLを
確認する際に同時に処理することができる。これによ
り、湾曲状をした被溶接物Wにも安定した溶接を行うこ
とができる。
【0024】尚、上記実施例においては、溶接を開始す
る点PAにおいてトーチ11角度を母材W表面に対して
法線方向となるようにしたが、本発明はこれに限らず任
意の角度で一定とすることができる。
【0025】
【発明の効果】この発明に係る自動溶接機のトーチ姿勢
保持方法は以上説明したような内容のものであり、トー
チと一体に設けられている検知手段が被溶接部までの距
離を検出し、この距離に基づいてトーチの角度を調整す
るので、表面が湾曲した被溶接物に対しても安定した溶
接を施すことができる。
【0026】すなわち、検知手段が溶接線を斜めに横切
る状態でスリット状の光を発する場合には、被溶接物の
表面上でずれた二点までの距離を同時に検出することが
できる。つまり、この二点までの距離を各位置において
常に一定とすることによりトーチ角度を常に一定に保持
することができるので、湾曲した被溶接物に対しても正
常な溶接ができる。
【0027】また、所定の微小時間をおいてトーチの進
行方向にずれた二点までの距離を測定する場合には、ト
ーチの移動距離と前記二点の距離の変化量により角度の
変化率を算出することができるため、この変化率に基づ
いてトーチ角度を調整することができる。従って、表面
が不規則に湾曲する被溶接物に対してもその表面に対す
るトーチ角度を一定とすることができるので、安定した
溶接を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る自動溶接機のトーチ角度保持方法
を円管に適用した一実施例を示す斜視図である。
【図2】本発明に係る自動溶接機のトーチ角度保持方法
の一実施例の原理を示す説明図である。
【図3】本発明に係る自動溶接機のトーチ角度保持方法
の別の実施例を示す側面図である。
【図4】本発明に係る自動溶接機のトーチ角度保持方法
の別の実施例の原理を示す説明図である。
【図5】溶接ロボットを用いた自動溶接機装置の全体構
成図である。
【図6】従来からの溶接線検出方法を示す斜視図であ
る。
【図7】従来における湾曲した被溶接部材の溶接状態を
示す斜視図である。
【符号の説明】
1 溶接ロボット 9 アーム 11 トーチ 13 検知手段 W 管(被溶接物) L レーザ光 WL 溶接線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶接ロボットのアーム先端にトーチと一体
    で設けられている検知手段から被溶接物に光を発し、こ
    の被溶接物からの反射光により距離を算出し、そしてこ
    の距離に基づいて前記トーチの角度を調整することを特
    徴とする自動溶接機のトーチ姿勢保持方法。
  2. 【請求項2】溶接線を斜めに横断する所定長さのスリッ
    ト状の光を被溶接物に対して発し、この光が照射されて
    いる被溶接物上の二点までの距離を同時に算出し、そし
    てこれら二点までの距離が常に一定となるようにトーチ
    角度を調整することを特徴とする請求項1記載の自動溶
    接機のトーチ姿勢保持方法。
  3. 【請求項3】被溶接物に対して光を発してこの被溶接物
    からの反射光により被溶接物の第一点までの距離を算出
    した後に、この第一点における被溶接物表面の接線方向
    へ所定の微小時間だけ移動した被溶接物の第二点までの
    距離を算出し、これら二点までの距離とこれら二点間の
    距離によりトーチ角度の変化率を求め、そしてこの変化
    率に従ってトーチの角度を調整することを特徴とする請
    求項1記載の自動溶接機のトーチ姿勢保持方法。
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JP5262322B2 (ja) 2008-06-10 2013-08-14 株式会社リコー 静電潜像評価装置、静電潜像評価方法、電子写真感光体および画像形成装置

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