JPH07185815A - くら形溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】大物部品のくら形継手の全自動動作経路設定、
制御機能を有する溶接装置を提供することにある。 【構成】胴体１を回転させる回転装置２１とロボット本
体１２を移動させる移動台車５、１０、１１を持ち、胴
体１の回転条件とロボット本体１２の移動条件をくら形
継手３のデータにもとずきコンピュータ２３で演算し、
コントローラ２４で制御するとともに視覚センサ１６で
前記演算結果を補正することにより、大物部品のくら形
継手３の全自動高品位溶接を可能することができる。 【効果】大物部品の高品質くら形全自動溶接が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接ロボットの動作経路
の教示方法に係り、特にくら形溶接を行なう際に、ロボ
ットの溶接姿勢が一定で、かつ一定速度で連続溶接がで
きるようにロボット本体の移動及びくら形ワークの回転
を、くら形寸法データと溶接速度により制御するととも
に、実際の開先位置に応じて動作経路をリアルタイムに
修正することを特徴とする溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶接ロボットの動作経路の設定
は、被溶接線が固定され、溶接線に沿ってロボットのア
ームを移動させる方法が主流である。また最近、溶接技
術ＶＯＬ．４０ Ｐ１００〜１０５に見られるように溶
接ロボットのアームの移動と被溶接線の回転を予め入力
した条件にもとずいて制御し溶接している例や、特開昭
６３−１３６７６に見られるように、溶接部位を視覚セ
ンサによって認識し、この認識データにもとずいてロボ
ットのアームを動かし、トーチ狙い位置を変更している
例もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術における溶
接ロボットのアームの移動とくら形溶接線を有する母管
の回転による動作経路の設定は、殆んどの場合、ロボッ
トのアームを動かすことによって済む程度の小物部品を
対象としており、ロボットのアームの可動範囲を外れる
大物部品の溶接には適用できない。更に視覚センサを応
用した場合は、溶接トーチと視覚センサを常に一定に保
つ必要があることから、くら形溶接の如く３次元的に変
化する溶接に対しては、ロボットが無理な姿勢となり溶
接ワイヤの送給ガ不安定となり溶接品質の低下ならびに
溶接不能という問題が生じる。

【０００４】従って本発明の目的は、大物部品のくら形
溶接に対しても溶接品質を充分に満足させる適正なロボ
ット溶接姿勢を保ちながら、視覚センサによって認識し
た開先位置にロボット本体の移動とくら形母管の回転と
更に適正な姿勢範囲内でのロボットアームの移動によっ
て、ロボットアームの先端に取り付けた溶接トーチを連
続的に移動させ高品質溶接を可能にする溶接装置を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば始めにロ
ボットに適正な溶接姿勢をとらせ、前記姿勢を保つこと
を前提にくら形寸法データと溶接速度条件にもとずい
て、ロボット本体の移動速度、経路及びくら形開先を有
する母管の回転速度、角度を予め演算で導出し、導出し
た結果にもとずいてロボット移動装置によるロボットの
前後、左右、上下の移動と、回転装置による前記母管の
回転を同時に制御することによってくら形溶接を行なう
ものである。更に、視覚センサによって認識したくら形
溶接線の実際の位置データをもとずいてロボットのアー
ムを適正な姿勢範囲内で可動させることによって、前記
開先の加工誤差に影響されずトーチ狙い位置を常に一定
に保つことができる。この時、ロボットのアームを可動
させる範囲が適正な姿勢の範囲を超える場合は、ロボッ
ト本体の移動経路、速度及び前記母管の回転角、速度を
変更することによってロボット本体の適正姿勢を保つ。
更に、ロボットのアームを移動させる場合は、ロボット
のアームの移動速度及び位置をロボット本体の移動条件
及び前記母管の回転条件にフィードバックすることによ
り、常に一定の溶接速度を保つことができる。

【０００６】

【作用】本発明によれば、くら形継手の寸法データと溶
接速度条件にもとずき溶接ロボット本体とくら形継手を
有する母管の移動条件が演算により導出されるととも
に、視覚センサによる開先の画像処理により開先の位置
データが導出され、移動条件と位置データの合成データ
にもとずき経路パターンが作成され、前記経路パターン
によって溶接トーチの倣い制御が行なわれ、溶接ロボッ
ト等による自動溶接が行なわれる。このとき、前記経路
パターンの導出、決定をコンピュータにより行なえるた
め、くら形継手の溶接作業の完全自動化が可能となり、
しかも視覚センサを用いて経路パターンのオンライン修
正を行なうため、３次元的に変化する溶接線の実際のデ
ータが精度よく検出され高精度、高品質の溶接が行なわ
れる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図８で説明す
る。図１において、本発明のくら形溶接装置は化学プラ
ントの熱交の胴体１に管台２を取り付け、胴体１と管台
２によって構成されるくら形継手３を溶接するためのも
のである。胴体１の径は数ｍ長さは数ｍから数１０ｍ、
管台２の径は数１０cmから数ｍである。

【０００８】長さ数ｍの移動台車５が胴体１の手前側と
反対側に胴体１と平行にあり、この移動台車５はレール
６上をＸ方向に移動する。台車５には台車５をＸ方向に
移動させるためのモータ７がついている。台車５の上に
高さ数ｍの複数の柱８で支持されたレール９が移動台車
５と直角にあり、このレール９上をＹ方向に移動する台
車１０があり、この台車１０には胴体１の径に対応して
Ｚ方向に移動自在な昇降台車１１があり、昇降台車１１
の下端に溶接ロボット１２を設置している。１３、１４
は台車１０、１１をそれぞれＹ、Ｚ方向に移動させるた
めのモータである。

【０００９】溶接ロボット１２の先端には、溶接を行な
うための溶接トーチ１５とくら形継手３を認識するため
の視覚センサ１６を設置し、溶接ロボット１２のベース
部１７に溶接用ワイヤ４を設置している。

【００１０】胴体１は、胴体１と直角にかつ、走行台車
５の間にセットされた２つの回転用支持ローラ１９の上
にセットされ、胴体１の一部に取り付けられた固定具２
０により胴体回転装置２１に固定されている。２２は回
転用モータである。

【００１１】くら形継手３は、モータ７、１３で溶接ロ
ボット１２を移動させるとともにモータ２２で胴体１を
回転させることによって溶接を行なうことができる。２
３はロボット１２の移動および胴体１の回転条件を演算
するためのパソコン、２４は演算結果にもとずいてモー
タ７、１３、１４、２２と溶接ロボット１２の関節を動
かす可動モータ（図示せず）を制御するコントローラで
ある。

【００１２】図２〜図４においてくら形継手３の溶接方
法について説明する。通常のくら形継手３の溶接は、図
２に示すように溶接トーチ１５がくら形継手３に沿って
まわりを１周するが、胴体１の頂点２５の溶接を行なう
場合は図３に示すように胴体１と溶接トーチ１５で構成
する角度２６と管台２と溶接トーチ１５で構成する角度
２８はほぼ同じ角度となっているが、図２の点２８の溶
接を行なう場合は図４に示すように胴体１と溶接トーチ
で構成する角度２９が管台２と溶接トーチ１５で構成す
る角度２７に比べ大きくなっている。このため点２５か
ら点２７に移動する間に角度２９が徐々に大きくなり、
それに伴って溶接品質が低下するという問題が生じる。
この時、溶接トーチ１５を徐々に傾けて角度２７と角度
２９を同じに保つことは可能であるが、溶接姿勢が下向
きから横向きに変化するため前記問題は解消されない。
従って、このようなくら形継手３に対しては常に胴体１
の頂点を通って胴体１と平行に引かれる線３０上で溶接
しなければならない。このためには、溶接トーチ１５が
溶接進行方向へ進むに従ってくら形継手３の溶接点が胴
体１との平行線３０上になるよう胴体１を回転（あると
ころから逆転）させる必要がある。

【００１３】胴体１の回転方法を図５で説明する。溶接
がｔ分でｌcm進む時、従来方法ではｔ分後の溶接位置は
点３１，２ｔ分後の溶接位置は点３２，３ｔ分後は点３
３，４ｔ分後は点２８となる。従ってｔ分後に点３１を
直線３０上の点３４にするためには胴体１をｔ分でθ４
だけ回転させれば良い。同じように次のｔ分でθ５、更
にθ６、θ７と回転させることによって溶接点３２、３
３、２８は直線３０上の点３５、３６、３７となる。θ
４〜θ７は胴体１と管台２の径及び溶接速度（ｌcm／ｔ
分）より求められるものである。また、図５から明らか
なようにθ４〜θ７は一定ではなく胴体１の外側に行く
に従って徐々に小さくなっていくため、前記回転角の演
算並びに回転制御は可能な限り短い間隔で行なうことに
より精度を高めている。

【００１４】次にロボット本体１２の移動方法を図１、
図５及び図６で説明する。図１の如く、視覚センサを用
いた溶接を行なう場合は、溶接ロボットベース１７のセ
ンターと溶接トーチ１５、視覚センサ１６が常に一定の
位置関係（図１では直線上に配置）を保たなければなら
ない。従来の胴体１を固定した溶接方法は図５に示すよ
うに、溶接トーチ１５がｔ分毎に点３１、３２、３３、
２８と移動していくため、図６に示す前記のロボットベ
ース１７と溶接トーチ１５と視覚センサ１６を結ぶ直線
３８は常に溶接点の接線３９と一致するようロボットベ
ース１７を回転させるとともに、くら形継手３のまわり
を移動する。

【００１５】本発明の場合は、溶接点は図５に示す点３
４、３５、３６、３７となる。この場合においてもロボ
ットベース１７と溶接トーチと視覚センサ１６の位置関
係は前記接線３９と一致させなければならない。このた
めロボットベース１７をｔ分毎にＸ方向にＸ１cm、Ｘ２
cm、Ｘ３cm、Ｘ４cm、Ｙ方向にＹ１cm、Ｙ２cm、Ｙ３c
m、Ｙ４cm動かしロボットベースをθ度回転させること
によってくら形継手３の溶接を行なう。Ｘ、Ｙ及びθは
くら形継手の寸法データ、溶接速度等から演算によって
得られるが、図６で明らかなように管台２の中心方向に
進むに従ってＸ方向の単位時間当りの移動量は多く（言
い換えれば移動速度は早く）なりまた、Ｙ方向の移動量
は少なくなるため、Ｘ、Ｙ、θの演算及び制御は可能な
限り短い間隔で行なうことにより精度を高めている。

【００１６】次に経路補正方法について図７、図８で説
明する。図７において、投光器４０より照射された線状
光４１を撮像装置４２で撮像し、画像処理装置４３でく
ら形継手３の位置を検出し、検出データ４４をパソコン
に送信する。図８は現在からｔ秒後、２ｔ秒後の撮像位
置と撮像結果を示したものである。現在、溶接は点４５
の位置を行っているが、継手３の撮像は点４５から数１
０mm離れた点４６について行っている。ｔ秒後は溶接は
点４７に、撮像は点４８にそれぞれ移動している。更に
ｔ秒後は溶接は点４９、撮像は５０に移動している。点
４６、４８、５０の撮像結果４４を比べてみると点４６
と点４８の継手３の位置はずれていないが、点５０では
継手３の位置は△ｘ、△ｙだけずれている。このずれ量
が継手３の加工誤差である。パソコンにより、溶接トー
チ１５が点４８から点５０を通る間に△ｘ、△ｙだけ経
路を修正れするためのロボットアームの移動量を演算、
制御する。△ｘ、△ｙが一定の値以上の時は胴体１の回
転又はロボットベース１７の移動量を増減することによ
り補正を行なう。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、溶接品質を充分に満足
させるロボット姿勢を保ちながら視覚センサによって認
識した開先位置にコンピュータによる演算結果にもとず
きロボット本体の移動とくら形母管の回転等によってロ
ボットを移動させ溶接を行なうことができるため大物部
品のくら形全自動溶接が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のくら形溶接装置の説明図である。

【図２】従来のくら形溶接方法の説明図である。

【図３】図２の１−１断面図である。

【図４】図２の２−２断面図である。

【図５】本発明の胴体回転制御方法の説明図である。

【図６】本発明のロボット本体移動制御方法の説明図で
ある。

【図７】視覚センサの構成図である。

【図８】本発明の動作経路補正方法の説明図である。

【符号の説明】

１…胴体、２…管台、３…くら形継手、４…溶接ワイ
ヤ、５…Ｘ方向移動台車、１０…Ｙ方向移動台車、１１
…Ｚ方向昇降台車、１２…溶接ロボット、１５…溶接ト
ーチ、１６…視覚センサ、１７…ロボットベース、１８
…ロボットアーム、１９…回転用支持ローラ、２０…固
定具、２１…胴体回転装置、２３…パソコン、２４…コ
ントローラ、４０…投光器、４１…線状光、４２…撮像
装置、４３…画像処理装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母管と枝管より形成されるくら形溶接線を
   有する開先を溶接する溶接装置において、前記溶接線の
   寸法データにもとずいてロボット本体の移動すべき位置
   と前記母管を回転させる角度を導出し、更に前記導出結
   果と別に与えられた溶接速度からロボット本体の移動速
   度と前記母管の回転速度を導出し、導出した結果にもと
   ずいてロボット本体の移動と前記母管の回転を同時に連
   続して制御し、前記溶接線を有する開先の溶接を行なう
   ことを特徴とするくら形溶接装置。
2. 【請求項２】前記ロボットを連続して前記位置へ、前記
   速度で移動させるためのロボット移動装置と、前記母管
   を前記回転角に前記速度で回転させるための母管回転装
   置を備えた請求項１記載のくら形溶接装置。
3. 【請求項３】前記溶接線の開先部分の線状光を照射する
   投光器と、前記線状光を撮像する撮像装置と、前記撮像
   装置からの映像信号をもとに前記線状光による光切断線
   を認識する画像処理装置を有し、前記画像処理装置によ
   る認識データから前記開先の位置を検出し、その検出結
   果から前記ロボットアームの移動すべき位置をオンライ
   ン（実時間）で演算制御する、経路補正機能を備えた請
   求項１記載のくら形溶接装置。