JPH07102461B2 - 多層盛溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶接ロボットを用いた多層盛溶接装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の、作業者の経験や勘に頼る溶接作業に代わって、
溶接ロボットが、省力化や品質向上あるいは溶接作業等
の環境条件の改善等の目的に叶うものとして普及してき
ている。溶接ロボットによる溶接作業のうち、多層盛溶
接は、溶接部の強度を確保する等の理由で非常に重要な
作業であるが、溶接トーチのパスを層毎にシフトしなけ
ればならないため、技術的には困難な点が多い。

特開昭58−188572号公報に記載されているように、一般
的に一層目は倣い機能によって溶接を行うため、教示パ
スと実溶接パス間にはズレが生じる。そこで、二層目以
降のパスを決定するための基準パスとして教示パスを使
用しても、二層目以降は一層目と同様に倣い機能が必要
となる。しかし、二層目以降では、開先位置情報である
電流変化が得られない。

このため、二層目以降の、倣い機能を使用しない方法と
して、一層目溶接時に実溶接パスを記憶し、その記憶さ
れたパスを基に二層目以降のパスを決定する方法があ
る。この方法としては、前掲の特開昭58−188572号公報
において提案されているように、教示パスの各教示点と
対応させて、実溶接時に通過した点として記憶し、その
記憶された点で実溶接パスを生成する方法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、一般的に倣い機能を使用した場合、倣い条件に
よってバラツキを持って実溶接線に追従しているため、
前記の方法では、単に実溶接時に通過した点だけを基に
実溶接パスを定義した場合、すなわち各教示点間を通過
点２点で定義した場合、前記バラツキが含まれてしま
い、本来の溶接線との間に誤差が生じてしまう。

具体的には、第５図のように、教示パスと実溶接線（実
線で示されている曲線）間に位置ずれの有無に拘わら
ず、求まった実溶接パス（×間の破線）に誤差が生じて
しまう。したがって、従来の方法で実溶接パスを定義し
て、そのパスを基準に二層目以降のパスを決定してしま
うと、一層目の誤差が最終層まで含まれてしまうことに
なる。

そこで本発明は、一層目の実溶接線を定義するための演
算を用い、前記誤差を最小限に抑えて高精度の多層盛溶
接を行うことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明は、複数の教示点を適
当な線によって補間することにより決定される溶接パス
にしたがって実行する多層盛溶接装置において、一層目
の溶接時には各教示点間において実際に溶接トーチが通
過した座標値を各々Ｎ個記憶する第１の手段と、前記第
１の手段によって記憶された各教示点間のＮ個の座標値
をもとに、各教示点間を最小自乗法で直線又は曲線近似
し、各教示点を演算し記憶する第２の手段と、二層目以
降の溶接時、各教示点において前記第２の手段で記憶さ
れた近似座標値に所定のシフト量を加えた座標について
適当な線により補間して溶接パスを決定する第３の手段
とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、次の手順にしたがって実溶接線を演
算する。

一層目の溶接時、各教示点間において実際に溶接ト
ーチが通過した座標値をＮ箇所記憶する。

で記憶された座標値Ｎ個で、最小自乗法を用いて
近似直線を演算し、記憶する。

各教示点の距離を基に、各近似直線上の点を演算
し、それらの点が各実溶接パスを定義するための点とな
る。

このように二層目以降の実溶接パスの基準となる一層目
の溶接パスを高精度で定義できるため、誤差が集積して
溶接精度が低下することを防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

第１図は、本発明に係る多層盛溶接装置の構成例を示す
制御ブロック図である。

全体はヒューマンインタフェースブロック１とトラジェ
クトリコントロールブロック２とに分けられており、両
者は２ポートメモリ３によって結合されている。ヒュー
マンインタフェースブロック１には、ペリフェラルコン
トロール部11を制御部として、CRT12,操作パネル13,テ
ィーチボックス14が接続されている。

また、トラジェクトリコントロールブロック２には、モ
ーションコントロール部21を制御部として、演算部22,
センサコントロール部23,サーボコントロール部24及びI
/Oコントロール部25が接続されている。

ティーチボックス14や操作パネル13から登録されたジョ
ブは、２ポートメモリ３に格納されており、ロボットの
起動がかかれば、指定されたジョブをモーションコント
ロール部21で解読して実行される。

センサコントロール部23は実行と同期して処理される。
また、この部分にＮ個の座標値を格納する（第１の手
段）。

演算部22はロボットの座標演算及び溶接線を決定するた
めの処理を行っている（第2,第３の手段）。

第２図は、本発明で用いる最小自乗法のフローチャート
を示す。この１ステップ間の処理は、制御クロック毎に
行う。

ステップ100:イニシャル ここでは、各教示点の最初の移動開始かどうかの判断を
行う。

ステップ110:補間演算の前処理 ここでは、分割数Ｎを２点間距離を速度で割った値とし
て求め、またカウンタのカウント数ｋを０にリセットす
る。

ステップ120:最小自乗法のためのサンプリング間隔算出 ここでは、以下に示す関連データの初期化を行う。

Σｔ＝0,Σt²＝０ Σｘ＝0,Σｙ＝0,Σｚ＝０ Σxt＝0,Σyt＝0,Σzt＝０ サンプリングカウント数sk＝０ ステップ130 ここでは、カウント数ｋに１を加えて以降の処理を実行
する。

ステップ140 ここでは、周知の手法を用いて補間演算処理を行う。

ステップ150 ここでは、センサから直交座標系上の微小修正量ΔX,Δ
Y,ΔＺが伝送されてくるので、これにより制御点を修正
する。

このときの現在値としてはx,y,zを用いる。

ステップ160:サンプリング位置 ここでは、サンプル点数により、２点間を等間隔にサン
プリングする。

ステップ170: ここでは、最小自乗法による演算（ステップ190）に先
立って前処理の演算を行う。

サンプリング点をメモリに順次記憶して最後に全ての最
小自乗演算を行ってもよいが、メモリ及び演算時間の節
約のため、このステップで演算を行う。すなわち、演算
が、あるタイミングに集中するのを防ぐため、サンプリ
ング中に可能な限り演算を行っておくのである。

サンプリングカウンタのカウント値skに１を加える。

Σｔ＝Σｔ＋k/N, Σt²＝Σt²＋（k/N）², Σｘ＝Σｘ＋x,Σｙ＝Σｙ＋ｙ Σｚ＝Σｚ＋z, Σxt＝Σxt＋ｘ×（k/N）， Σyt＝Σyt＋ｙ×（k/N）， Σzt＝Σzt＋ｚ×（k/N）， ステップ180: 分割数Ｎがサンプル数ｋより小さければステップ190の
処理を行う。

ステップ190 ここでは、最小自乗法により、直線（始点:x₀,y₀,z₀と
方向余弦:l,m,n）を求める。

wk＝sk×Σt²−（Σｔ）^２ a_x＝｛（sk×Σｘ−Σｘ×Σｔ）/wk｝＊（k/N） a_y＝｛（sk×Σｙ−Σｙ×Σｔ）/wk｝＊（k/N） a_z＝｛（sk×Σｚ−Σｚ×Σｔ）/wk｝＊（k/N） ｌ＝a_x/D,m＝a_y/D,n＝a_z/D x₀＝ｘ−a_y,y₀＝ｙ−a_y,z₀＝ｚ−a_z 以上により、直線の始点及び方向余弦を求めることがで
きる。

第３図はステップ間の継目フローを示す。ここで、継目
フローとは、第４図に示すように、P₀,P₁,P₂点が教示さ
れ、直線a,bをセンシング動作させた時、最小自乗法に
より求められた実際の軌跡がａ′,b′となった場合に、
P₁点に相当する実際の点P₁′を求める必要があるが、こ
のP₁点をステップ間の継目点といい、これを求める処理
を継目フローという。

空間上の２直線の共通垂線の中点を求める。

直線L₁（x₁,y₁,z₁,l₁,m₁,n₁）と直線L₂（x₂,y₂,z₂,l₂,m
₂,n₂）の中点（p_x,p_y,p_z）は、次のように求められる。

cosθ＝l₁l₂＋m₁m₂＋n₁n₂ sin²θ＝１−cos²θ ここで、θはL₁とL₂とのなす角度である。

D_x＝x₂−x₁,D_y＝y₂−y₁,D_z＝z₂−z₁ R₁＝l₁D_x＋m₁D_y＋n₁D_z R₂＝l₂D_x＋m₂D_y＋n₂D_z Ｓ＝（R₁−R₂cosθ）/sin²θ Ｔ＝（R₁cosθ−R₂）/sinθ P₁:直線L₁と共通垂線との交点 P_1x＝x₁＋Ｓ×l₁ P_1y＝y₁＋Ｓ×m₁ P_1z＝z₁＋Ｓ×n₁ P₂:直線L₂と共通垂線との交点 P_2x＝x₂＋Ｔ×l₂ P_2y＝y₂＋Ｔ×m₂ P_2z＝z₂＋Ｔ×n₂ Ｐ点 P_x＝（P_1x＋P_2x）/2 P_y＝（P_1y＋P_2y）/2 P_z＝（P_1z＋P_2z）/2 以上により、実際に移動した各教示点に対応した通過点
を求め、その求めた点をスケーリングシフトして動作さ
せることにより、多層盛溶接が可能となる。第５図に、
以上の方法によって求められた実溶接パスを従来法と比
較して示している。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明の多層盛溶接装置では、一
層目の溶接で倣い機能を有する多層盛溶接において、一
層目の溶接時には各教示点間において実際に溶接トーチ
が通過した座標値を各々Ｎ個記憶し、このＮ個の座標値
をもとに、各教示点間を最小自乗法で直線又は曲線近似
し、二層目以降の溶接時、各教示点において前記近似座
標値に所定のシフト量を加えた座標について適当な線に
より補間して溶接パスを決定することとしている。これ
により倣い機能の不安定要因が発生しても実溶接パスが
求まるため、二層目以降も実溶接パスに基づいて演算し
て溶接パスを決定することが可能となり、良好な溶接品
質が得られる。また、二層目以降は倣い機能も不要とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は本
発明の最小自乗法による処理を示すフローチャート、第
３図はステップ間の継目における処理を示すフローチャ
ート、第４図は継目点の説明図、第５図は従来法におけ
る実溶接パスと教示パスとのずれおよび本発明による方
法で求められた実溶接パスを示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の教示点を適当な線によって補間する
   ことにより決定される溶接パスにしたがって実行する多
   層盛溶接装置において、 一層目の溶接時には各教示点間において実際に溶接トー
   チが通過した座標値を各々Ｎ個記憶する第１の手段と、 前記第１の手段によって記憶された各教示点間のＮ個の
   座標値をもとに、各教示点間を最小自乗法で直線又は曲
   線近似し、各教示点を演算し記憶する第２の手段と、 二層目以降の溶接時、各教示点において前記第２の手段
   で記憶された近似座標値に所定のシフト量を加えた座標
   について適当な線により補間して溶接パスを決定する第
   ３の手段と を備えたことを特徴とする多層盛溶接装置。