JPH08224665A - 全周自動加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】任意の方向から任意の角度でワークに対して連
続的なアクセスを可能にするとともに、正確かつ高精度
の加工を実現する。 【構成】その先端に加工ヘッド２を有し、リング状軌道
１４に沿って回る動きを１つの軸の動きとする多軸ロボ
ット１と、ワーク３を前記リング状軌道のリング内を貫
通するように搬送し、かつ所定の加工位置で前記ワーク
を位置決めするワーク搬送手段４と、前記多軸ロボット
１の先端に取り付けられ、前記ワーク表面を移動走査す
ることによりワーク搬送方向（Ｘ方向）に直角なＹ方向
およびＺ方向に関するロボット先端から前記ワークまで
の距離を計測する距離検出手段９と、前記距離検出手段
９の出力およびロボット先端の位置に基づき前記ワーク
表面のＹおよびＺ方向に関する位置を求めるＹＺ位置検
出手段２０と、このＹＺ位置検出手段２０によって得ら
れたワーク３の位置に基づき前記多軸ロボット１の加工
軌跡を補正するロボット軌跡補正手段２０とを具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はＨ鋼や角パイプ鋼のよ
うな長尺状のワークを全周から加工できるリング状軌道
付きロボットを有する全周自動加工装置に関し、特に加
工の際のワークの位置ズレおよび寸法ズレによる加工不
良を解消するための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｈ鋼や角パイプ鋼のような長尺状のワー
クを周囲から加工する自動加工機として、特開平５−７
７０７８号公報に示される技術がある。

【０００３】この従来技術では、Ｈ鋼が載置されるベル
トコンベアに門型フレームを跨って設けるとともに、該
門型フレームにレーザ加工ヘッドを配設し、前記レーザ
加工ヘッドをＸ−Ｙ−Ｚ方向へ移動自在に構成し、かつ
前記レーザ加工ヘッド先端をＨ鋼の長手方向、高さ方向
及び幅方向に指向すべく揺動自在に構成するようにして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
では、門型フレームを用いているので、ワークの下方か
らアクセスすることはできず、例えば角パイプの切断の
ようにワークの全周を連続的に加工する必要のある加工
には適用できない。また、この従来技術では、複数の面
に対してツールの角度を任意に変化させつつ、連続的に
アクセスできないという欠点がある。

【０００５】また、この従来技術では、ワークの寸法ズ
レ、位置ズレ、さらには回転ズレを考慮してしていない
ので、ワークの位置決め機構に非常に高精度のものを採
用する、あるいは人手により位置補正を行うなどの措置
を講じない事には高精度な加工をなし得ない。

【０００６】なお、ワークの位置ズレや回転ズレに関し
ては、何らかの位置補正機構を採用するのが一般的であ
るが、その場合にはそのためのスペースや余分なコスト
増が発生する。

【０００７】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、任意の方向から任意の角度でワークに対して
連続的なアクセスを可能にするとともに、ワークの寸法
ズレ、位置ズレ、さらには回転ズレが発生してもこれに
応じて加工ヘッドの加工軌跡を修正することにより正確
かつ高精度の加工を実現する全周自動加工装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明では、その先端
に加工ヘッド２を有し、リング状軌道１４に沿って回る
動きを１つの軸の動きとする多軸ロボット１と、ワーク
３を前記リング状軌道のリング内を貫通するように搬送
し、かつ所定の加工位置で前記ワークを位置決めするワ
ーク搬送手段４と、前記多軸ロボット１の先端に取り付
けられ、前記ワーク表面を移動走査することによりワー
ク搬送方向（Ｘ方向）に直角なＹ方向およびＺ方向に関
するロボット先端から前記ワークまでの距離を計測する
距離検出手段９と、前記距離検出手段９の出力およびロ
ボット先端の位置に基づき前記ワーク表面のＹおよびＺ
方向に関する位置を求めるＹＺ位置検出手段２０と、こ
のＹＺ位置検出手段２０によって得られたワーク３の位
置に基づき前記多軸ロボット１の加工軌跡を補正するロ
ボット軌跡補正手段２０とを具える。

【０００９】またこの発明では、上記構成に対し、ワー
クの搬送方向（Ｘ方向）についての位置を検出するＸ位
置検出手段を追加し、前記ロボット軌跡補正手段はＸ位
置検出手段およびＹＺ位置検出手段によって得られたワ
ークの３次元位置に基づき前記多軸ロボットの加工軌跡
を補正するようにする。

【００１０】

【作用】かかる発明によれば、ワークの搬送方向（Ｘ方
向）の位置ズレは第１のＸ位置検出手段６によって検出
される。また、ワークのＹＺ方向の位置ズレは、前記多
軸ロボットの先端に設けられた距離検出手段９の出力に
基づき演算される。即ち、前記多軸ロボット１を駆動し
て前記距離検出手段６によってワーク表面をＹＺ方向に
走査することにより、ロボット先端から前記ワーク表面
までの距離を逐次計測し、この距離データとロボット先
端の位置に基づき前記ワーク表面のＹおよびＺ方向に関
する位置を求める。そして、このようにして得られたワ
ークの３次元位置に基づき前記多軸ロボットの加工軌跡
を補正する。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に従って
詳細に説明する。

【００１２】図２は、この発明にかかる全周自動加工シ
ステムの外観構成を示すもので、１は先端にプラズマト
ーチなどの熱加工ヘッド２が取り付けられたリング状軌
道付き多関節ロボット、３は角パイプ鋼，アングル鋼，
Ｃ型鋼，パイプなどのワーク、４はワーク３を搬入およ
び搬出するローラコンベア、５はワークをＹ方向にクラ
ンプするクランパ、６はワークの搬送方向（Ｘ方向）の
位置を検出するＸ位置検出器、７はワークをＹ方向に移
載する移載機構、８は集塵機、９は加工ヘッド２の先端
に取り付けられてワーク表面までの距離を測定するレー
ザセンサ、１０はプラズマ電源、１１はロボットコント
ローラ、１２はパーソナルコンピュータである。

【００１３】リング状軌道付き多関節ロボット１におい
ては、ローラコンベア４を囲繞するように配設された支
持筐体１３に回転可能なリング状フレーム１４が配設さ
れ、このリング状フレーム１４に対し少なくとも４軸を
有する通常の多関節ロボット１５のアーム１６が取付ら
れている。すなわち、このリング状軌道付き多関節ロボ
ット１は、リング状フレーム１４の回転を１つの軸の動
きとして含めて少なくとも５軸の多関節ロボットを構成
し、リング状フレーム１４及びロボット１５の各軸が同
時に駆動されることにより熱加工ヘッド２の先端を任意
の位置、姿勢に制御することができる。ロボット１の角
軸には、その角度を検出する角度センサが取り付けら
れ、その角度データはロボットコントローラ１１に常に
入力されている。

【００１４】Ｘ位置検出器６はガイドレール１７に対し
スライド自在に設けられた例えばリニアエンコーダであ
り、該検出器６からは該検出器６自体のＸ位置が随時出
力される。

【００１５】レーザセンサ９はワーク３のＹＺ方向につ
いての表面形状を認識するために、ロボット１の加工ヘ
ッド２に取り付けられたもので、加工の際は加工ヘッド
２から退避可能な構成となっているか、あるいは加工ヘ
ッド２による加工の邪魔にならない位置に配設されてい
る。

【００１６】図３(a)(b)は、上記全周自動加工システム
におけるローラコンベア回りの構成の詳細図であり、
(a)は平面図、(b)は側面図である。なお、図３におい
て、先の図２に示したものと同じ構成要素については同
一符号を付している。

【００１７】この場合、ローラコンベア４として、ワー
ク搬入側に２つのコンベアＣＮa，ＣＮbを設け、ワーク
搬出側に２つのコンベアＣＮc，ＣＮdを設けている。た
だし、搬出側のコンベアＣＮcは、ロボット１の熱加工
ヘッド２からの熱流との干渉、ロボット各部との干渉を
避けるために、コンベアＣＮc自体が矢印Ｇで示すよう
にＸ方向に移動可能なように構成されている。

【００１８】なお、加工位置付近のコンベアを固定的な
間隔で離間させるようにした場合、その間隔が小さいと
きは斜め切断のように加工範囲の大きい加工に対応でき
ず、また間隔が大きいときは支持可能なワークの最小寸
法が大きくなって短いワークを加工できないるという不
具合があり（ワークが前記コンベア間の空間に落下しな
いようにするため）、これに対処すべくコンベアＣＮb
とＣＮcとの間隔を調整できるようにしている。なお、
コンベアＣＮa，ＣＮdはオプションである。

【００１９】また、この場合、ワーク３を支持するクラ
ンパ５として、ワーク搬入側に３つのクランパＣＬa，
ＣＬb1，ＣＬb2を設け、ワーク搬出側に２つのクランパ
ＣＬc1，ＣＬc2を設けている。クランパＣＬaはエアシ
リンダＡＲaおよびエアバルブＶaによって開閉駆動さ
れ、クランパＣＬb1はエアシリンダＡＲb1およびエアバ
ルブＶb1によって開閉駆動され、クランパＣＬb2はエア
シリンダＡＲb2およびエアバルブＶb2によって開閉駆動
され、クランパＣＬc1はエアシリンダＡＲc1およびエア
バルブＶc1によって開閉駆動され、クランパＣＬc2はエ
アシリンダＡＲc2およびエアバルブＶc2によって開閉駆
動される。

【００２０】各クランパＣＬa，ＣＬb1，ＣＬb2，ＣＬc
1，ＣＬc2が“開”状態になったことは、各エアシリン
ダＡＲa，ＡＲb1，ＡＲb2，ＡＲc1，ＡＲc2に設けられ
たシリンダストロークスイッチＳa，Ｓb1，Ｓb2，Ｓc
1，Ｓc2によって検出される。また、各クランパＣＬa，
ＣＬb1，ＣＬb2，ＣＬc1，ＣＬc2が“閉”状態になった
ことは、各空圧回路内に設けられた圧力スイッチＰa，
Ｐb1，Ｐb2，Ｐc1，Ｐc2によって検出される。

【００２１】なお、加工位置間近に存在するクランパＣ
Ｌbは、多関節ロボット１の加工の邪魔にならないよう
に、２対の短いクランパＣＬb1，ＣＬb2に分割するよう
にしたが、これらクランパＣＬb1，ＣＬb2は通常は全く
同じタイミングで開閉動作を実行する。クランパＣＬc
に関しても同様である。

【００２２】Ｘ位置検出器６の後端部には近接センサＬ
aが設けられ、この近接センサＬaによってＸ位置検出器
６がガイドレール１７の左端の所定のイニシャライズ位
置に位置したことを検出する。また、Ｘ位置検出器６に
は、レバー１８を介してリミットスイッチＬＳが設けら
れ、このリミットスイッチＬＳによってレバー１８がワ
ークの後端に当接したことを検出する。

【００２３】また、ワーク搬入路の所定位置の左右に配
された光電管１９は、１対の投光器および受光器で構成
され、投光器からの光の受光の有無を受光器で検出する
ことによって、光電管１９が配設されたＸ方向位置Ｘ1
にワーク３の先端が位置合わせされたことを検出する。
なお、図３において、３０は現在の運転モードを緑、赤
などの色ランプで切替え表示する表示灯である。

【００２４】図４は、制御系の構成を示すもので、リン
グ状軌道付き多関節ロボット１、コンベア４（ＣＮa，
ＣＮb，ＣＮc，ＣＮd）、クランパ５（ＣＬa，ＣＬb1，
ＣＬb2，ＣＬc1，ＣＬc2）、Ｘ位置検出器６、レーザセ
ンサ９、及び図３に示した各種センサは、ロボットコン
トローラ１１およびパーソナルコンピュータ１２から成
るコントローラ２０によって管理制御されている。

【００２５】以下、上記構成における一連の作業手順を
図１、図６〜図８のフローチャートにしたがって説明す
る。なお、この場合の加工作業は角パイプ鋼の切断作業
であるとする。

【００２６】図１はコントローラ２０で行われる制御手
順のメインルーチンを示すものである。

【００２７】最初に、コントローラ２０は所定の前処理
手順を実行する（ステップ１０１）。

【００２８】この前処理には、 (1)各電源をオンにし、プラズマトーチ用ガスの弁を開
にするメッセージをオペレータに報知する (2)ロボット１および各コンベアが基本姿勢にあること
の確認 などがある。

【００２９】上記前処理が終了すると、コントローラ２
０は、全てのクランパＣＬa，ＣＬb，ＣＬcを“開”に
する（ステップ１０２）。かかる開状態は、各エアシリ
ンダに設けられたストロークスイッチＳa，Ｓb，Ｓcの
出力によって確認される。

【００３０】次に、コントローラ２０は、Ｘ位置検出器
６をマイナス方向（搬送方向と反対方向）にスライド移
動させた後（ステップ１０３）、ワークをコンベアＣＮ
a上にセットする旨のメッセージをオペレータに報知す
る（ステップ１０４）。そして、その後、コントローラ
２０はＸ位置検出器６に設けられている近接センサＬa
がオンになると（ステップ１０５）、上記Ｘ位置検出器
６のマイナス方向への移動を停止させる。なお、この近
接センサＬaは、所定のイニシャライズ位置にＸ位置検
出器６が位置すると、オン信号を出力するよう設定され
ている。

【００３１】コントローラ２０は、Ｘ位置検出器６が上
記イニシャライズ位置に位置すると、Ｘ位置検出器６の
出力値であるＸeおよびＸsを初期化する（ステップ１０
６）。図５に示すように、上記値Ｘeはワーク３の後端
のＸ座標を示すもので、また値Ｘsはワーク３の先端の
Ｘ座標を示すものである。なお、これら値ＸeおよびＸs
のうち、Ｘ位置検出器６の出力がそのまま反映されてい
るのは後端座標値Ｘeであり、先端座標値Ｘsはその後の
処理によって測定されるワークの長さＬ（ワークの長さ
は既知であるが寸法誤差があるのでその後の処理で実際
に測定する）と後端座標値Ｘeを用いて演算される。し
たがって、まだこの時点では、先端座標Ｘsは何の意味
ももっておらず、上記初期化の際、先端座標値Ｘsには
何の値も設定されていない事を示す値が設定される。

【００３２】次に、コントローラ２０はワーク３がコン
ベアＣＮa上にセットされたことを確認した後、搬入側
のクランパＣＬaおよびＣＬbを“閉”状態することによ
り、ワーク３を支持する（ステップ１０７）。この結
果、ワーク３はＸ方向にそって真っ直ぐになるようその
姿勢が修正される。各クランパＣＬaおよびＣＬbの閉状
態は、各空圧回路に設けられた圧力スイッチＰa，Ｐbの
出力によって確認される。なお、ワーク３がコンベアＣ
Ｎa上にセットされた事の確認は、オペレータの操作指
示に基づくようにしてもよいし、適宜の検出機構を設け
るようにしてもよい。また、図２に示すように、ワーク
移載機構７が存在する場合は、ワーク３はワーク移載機
構７によってコンベアＣＮa上に自動的に移載される。

【００３３】次に、コントローラ２０は、Ｘ位置検出器
６をプラス方向にスライド移動させ、リミットスイッチ
ＬＳがオンになった時点でＸ位置検出器６を停止させる
（ステップ１０８、１０９）。これにより、Ｘ位置検出
器６から延設されたレバー１８がワーク３の後端に当接
される。なお、この場合、Ｘ位置検出器６のプラス方向
のスライド速度は、コンベアによるワークの搬送速度よ
り速く設定されているので、その後ワーク３が搬送され
ると、ワーク３の搬送に伴って常にレバー１８をワーク
後端に当接させた状態でワークと共に移動する。また、
Ｘ位置検出器６はマイナス方向の移動については駆動力
を得ていないので、ワークがマイナス方向に搬送された
場合は、レバー１８がワークに押されることにより、常
にレバー１８がワーク後端に当接された状態でワークと
共にマイナス移動する。

【００３４】このようにして、これ以降、Ｘ位置検出器
６はワーク３と一体的にスライド移動される。

【００３５】次に、コントローラ２０は、表示灯３０を
例えば緑点灯するなどして、これ以降は「自動運転中」
である旨をオペレータに報知する（ステップ１１０）。
さらにコントローラ２０は、作業管理データ（ワークの
形状、寸法、加工形状、加工条件）の入力または選択を
促すメッセージをオペレータに報知する（ステップ１１
１）。

【００３６】上記メッセージによりオペレータが所望の
作業管理データを入力または選択すると、コントローラ
２０はこれを確認した後、搬入側のクランパＣＬaおよ
びＣＬbを“開”状態する。この開状態は、ストローク
スイッチＳa，Ｓbの出力によって確認される。

【００３７】次に、コントローラ２０は、搬入側のコン
ベアＣＮaおよびＣＮbをオンにしてワーク３の搬送を開
始した後（ステップ１１３）、ワーク３の先端を光電管
１９の位置に位置決めした後、コンベアＣＮa，ＣＮbを
停止させる（ステップ１１４）。ワーク３の先端を光電
管１９の位置に位置決めする際は、光電管の１９の出力
がワーク３の先端により遮られてオフになった時点でコ
ンベアＣＮa，ＣＮbを停止させ、その後コンベアＣＮ
a，ＣＮbを低速で逆方向に駆動してワークを逆搬送し、
光電管１９の出力が再びオンになった時点でコンベアＣ
Ｎa，ＣＮbを停止させるようにして正確な先端位置合わ
せを行っている。

【００３８】このようにしてワーク先端の位置合わせが
終了すると、Ｘ位置検出器６の一方の出力である先端座
標値Ｘsを光電管１９の配設位置Ｘ1（既知）で初期設定
するとともに、このときのＸ位置検出器６のもう一方の
出力である後端座標値Ｘeと、前記初期設定された先端
座標値Ｘsとの差をとることにより、ワーク３の真の長
さＬ（＝Ｘs−Ｘe）を演算する（ステップ１１５）。な
お、これ以降、ワーク３の搬送に伴って値Ｘe及び値Ｘs
は随時変化するが、ワーク３が切断されるまでは常に、
Ｘs−Ｘe＝Ｌの関係が維持されている。

【００３９】以上の手順が終了すると、コントローラ２
０は搬入側のクランパＣＬa，ＣＬbを“閉”にして、ワ
ークを真っ直ぐに姿勢修正する（ステップ１１６）。

【００４０】そして、コントローラ２０は、今回の切断
が最初の端面を切断するものであるか否かを作業管理デ
ータから確認し（ステップ１１７）、YESの場合は図６
に示す切断プログラムＡを実行する。すなわちこの切断
プログラムＡは、ワーク３の先端の不要部分を切断する
場合に起動されるもので、切断後の先端不要部分は搬出
されることなく、例えばコンベアＣＮbおよびＣＮc間の
空間に落下される。

【００４１】切断プログラムＡが開始されるとき、ワー
ク３はその先端が光電管１９に対応する位置に位置され
ている。この状態で、コントローラ２０はまず搬入側ク
ランパＣＬa，ＣＬbを“開”にしてワーク搬送が可能に
する（ステップ２０１）。

【００４２】次に、コントローラ２０は、作業管理デー
タに基づきワーク３の切断部位をロボット１の近辺の所
定の切断加工位置Ｘcまで移動するに要するコンベアの
送り量を計算し、該計算した量だけコンベアの送り制御
を実行する（ステップ２０２、２０３）。これによりワ
ーク３は、前記切断加工位置Ｘcに向かって搬送され停
止される。

【００４３】ワーク３が停止されると、コントローラ２
０は、ワーク３の真のＸ位置を知るべく、Ｘ位置検出器
６の出力ＸsおよびＸeを取り込み（ステップ２０４）、
該取り込んだ先端座標Ｘsおよび後端座標Ｘeと前記切断
加工位置Ｘcを比較してオーバーラン量を算出する（ス
テップ２０５）。そして、計算したオーバーラン量が所
定の限界値を越えている場合は（ステップ２０６）、コ
ンベアＣＮaおよびＣＮbを逆駆動してワーク３を前記切
断加工位置Ｘcに向かって逆搬送し、停止させる（ステ
ップ２０７）。

【００４４】このようにしてコントローラ２０はワーク
の切断部位を切断加工位置Ｘcの近辺に位置させた後、
搬入側のクランパＣＬa，ＣＬbを“閉”状態にし、ワー
クを真っ直ぐに姿勢修正する（ステップ２０８）。な
お、前記コンベアの戻し制御を行っていない場合でも、
今回のクランパＣＬa，ＣＬbの“閉”駆動によりワーク
位置が変化した可能性があるので、次のステップ２０９
でＸ位置検出器６の出力ＸsおよびＸeを再度取り込む。

【００４５】次に、コントローラ２０は、前記取り込ん
だ先端座標Ｘsおよび後端座標Ｘeと前記切断加工位置Ｘ
cを再度比較して、最終的なコンベアの送りズレ量δを
計算する。そして、計算した送りズレ量δが所定の限界
値を越えている場合は（ステップ２１１）、その旨のメ
ッセージを出力してオペレータに警告する。

【００４６】また、計算した送りズレ量δが所定の限界
値を越えていない場合は、今度はＹＺ方向のワークの位
置ズレ、寸法ズレあるいは回転ズレを検出するべくＹＺ
方向の位置ズレサーチプログラムを起動する（ステップ
２１３）。

【００４７】以下、ＹＺ方向の位置ズレサーチプログラ
ムに関し、図８〜図１０に従って説明する。

【００４８】図１０に示すように、ロボット１のプラズ
マトーチ２には、レーザセンサ９（加工時にはプラズマ
トーチ２に対し退避可能）が配設されており、このレー
ザセンサ９を用いてワーク３の回りをレーザ走査するこ
とによりレーザセンサ９からワーク３の表面までの距離
が検出される。すなわち、レーザセンサ９は、レーザ光
を投光する投光器とレーザ光を受光する受光センサで構
成され、投光器から出射されたレーザ光のワーク表面で
の反射光を受光し、その受光位置によってレーザセンサ
９からワーク３の表面までの距離を三角測量の原理を用
いて計測するものである。

【００４９】上記レーザ走査によりレーザセンサ９から
ワーク３の表面までの距離が検出されるので、これにレ
ーザセンサ９とトーチ２先端のオフセット量γを加算す
ることで、トーチ先端からワーク３の表面までの距離が
得られる。また、トーチ先端の座標位置は、ロボット１
の各軸の角度に基づいて算出できるので、該トーチ先端
の座標位置に対し、トーチ先端からワーク３の表面まで
の距離を加算することで、ワーク表面のＹＺ座標を得る
ことができる。

【００５０】以下、図８のフローチャートにしたがっ
て、レーザサーチ動作を詳述する。

【００５１】なお、レーザサーチは、同一Ｘ位置で、す
なわちＹＺ平面上で行われるものであるが、その際のレ
ーザサーチは、その後実際に切断が行われるＸ位置につ
いてのＹＺ平面上で実行される。すなわち、Ｘ方向につ
いてのロボット１の実際の切断位置は、所定の切断加工
位置Ｘcを先のステップ２１０で求めた最終的なコンベ
ア送りズレ量δだけずらせた位置として決定されるわけ
であるが、この実際の切断Ｘ位置（Ｘc−δ）でレーザ
サーチが実行される。

【００５２】レーザサーチが開始されると、まず、コン
トローラ２０は、例えば図９に示すように、ワーク３の
４辺Ａ〜Ｄの回りを(1)→(2)→(3)→(4)の順番にレーザ
走査するようロボット１を駆動制御する（図８ステップ
４００）。

【００５３】上記レーザ走査の際のＹＺ方向は、ワーク
３が正確に位置決めされたときのワークの各辺に平行な
方向とする。すなわち通常、レーザ走査(1)(3)は水平な
方向に実行され、またレーザ走査(2)(4)は鉛直方向に実
行される。また、レーザ走査線とワーク表面との間隔α
（図１０参照）は、例えば９０ｍｍなどの適宜の値に設
定する。また、レーザ走査の際の加減速を考慮して、適
宜距離の助走区間β（図１０参照）を設定する。

【００５４】以上のようなワーク４辺Ａ〜Ｄについての
レーザ走査により、図１０に示すように、各辺Ａ〜Ｄに
ついてのセンサデータが得られる。これらのセンサデー
タはコントローラ２０内で記憶される。

【００５５】次に、コントローラ２０は、図９に示すよ
うに、ワーク３の４角を(5)→(6)→(7)→(8)の順番にレ
ーザ走査（走査方向４５゜）するようロボット１を駆動
制御する（図８ステップ４０１）。そして、コントロー
ラ２０は、該４角のレーザ走査により得られたセンサデ
ータを記憶する。

【００５６】コントローラ２０は、上記のようなレーザ
走査によって得られたセンサデータに基づき、図９に示
すように、ワーク３の表面の複数の位置ｔ1〜ｔ5、ｕ1
〜ｕ5、ｖ1〜ｖ5、ｗ1〜ｗ5、ｒ1〜ｒ4のＹＺ座標を演
算する（図８ステップ４０２、４０３）。

【００５７】例えば、中点ｔ3の座標を求める場合、こ
の中点ｔ3が含まれる辺Ａのセンサデータのみでは、角
パイプワークのＲ部の影響により、当該辺Ａの両端部の
Ｙ座標を正確に特定することはできない。そこで、当該
辺Ａに隣接する２辺Ｂ，Ｄについてのセンサデータを用
いて辺Ａの両端のＹ座標を特定する。

【００５８】まず、左端部のＹ座標は、辺Ｂのセンサデ
ータに基づき得られた辺ＢのＹ座標のうちの走査終了側
端部近傍ｍのデータの平均をとり、これを辺Ａの左端部
のＹ座標とする。また、右端部のＹ座標は、辺Ｄのセン
サデータに基づき得られた辺ＤのＹ座標のうちの走査開
始側端部近傍ｎのデータの平均をとり、これを辺Ａの右
端部のＹ座標とする。そして、このようにして特定した
辺Ａの左右端部のＹ座標の真中を辺Ａの中点ｔ3のＹ座
標として決定する。

【００５９】中点ｔ3のＺ座標は、上記決定した中点ｔ3
のＹ座標に対応する位置のセンサデータ（距離データ）
と、センサ−トーチ間のオフセット量γと、ロボット各
軸の角度から算出されたトーチ先端のＺ座標に基づき算
出される。

【００６０】以下同様にして、残り３辺の中点ｕ3、ｖ
3、ｗ3のＹＺ座標を決定する。

【００６１】次に、コントローラ２０は、各４辺の中点
以外の４点のＹＺ座標を決定する（図８ステップ４０
３）。以下、辺Ａについて説明する。

【００６２】辺Ａにおいて、中点以外の４点ｔ1（Ｒ部
の開始または終了点）,ｔ2,ｔ4,ｔ5（Ｒ部の開始または
終了点）は、辺Ａの両端から予め設定された所定距離ｄ
1、ｄ2，-ｄ2，-ｄ1だけ離れた位置として設定されてい
る。

【００６３】先の中点ｔ3を求める際に、辺Ａの左右端
部Ｙ座標が求められているので、上記４点ｔ1,ｔ2,ｔ4,
ｔ5のＹ座標は、上記辺Ａの左右端部Ｙ座標に上記所定
距離（ｄ1、ｄ2，-ｄ2，-ｄ1）だけ加算することによっ
て求める。

【００６４】また、各点ｔ1,ｔ2,ｔ4,ｔ5のＺ座標は、
上記決定した各点のＹ座標に対応する位置のセンサデー
タ（距離データ）と、センサ−トーチ間のオフセット量
γと、ロボット各軸の角度から算出されたトーチ先端の
Ｚ座標に基づき算出する。

【００６５】同様にして、残り３辺についての、中点以
外の４点のＹＺ座標を求める。

【００６６】なお、中点以外の４点の座標を求める際に
は、各辺についての左右端部の座標が必要になり、上記
の場合には中点を求める際に得られた左右端部の座標を
用いるようにしたが、他に次のような手法を用いるよう
にしてもよい。

【００６７】すなわち、センサデータ中の有効データ部
分（ワークを検出できた部分）のデータ数にサンプリン
グ間隔を掛けることによりワークの辺長ｑを求め、先で
求めた中点のＹ座標から±ｑ／２ずらせた位置を各辺の
左右端部のＹ座標として決定する。

【００６８】次に、コントローラ２０は４角の点ｊ1〜
ｊ4のＹＺ座標を決定する（図８ステップ４０４）。

【００６９】即ち、隣接する２辺からそれぞれ２点ずつ
抽出し、各２点を通る２直線を求め、これら２直線の交
点を求めることにより、４角の点ｊ1〜ｊ4のＹＺ座標を
決定する。

【００７０】次に、コントローラ２０はＲ部の４点ｒ1
〜ｒ4のＹＺ座標を決定する（図８ステップ４０５）。
なお、これら４点ｒ1〜ｒ4やＲ部の開始終了点ｔ1,ｔ5,
ｕ1,ｕ5…は切断軌跡を作成する際の円弧補間のために
用いられる。

【００７１】ここで、前記ステップ４０１での４コーナ
ーのレーザサーチにより得られたセンサデータにおいて
は、Ｒ部の頂点ｒ1〜ｒ4の位置でその距離データが最も
小さくなるはずである。

【００７２】したがって、レーザ走査方向に直角でかつ
前記求めた４角の点（ｊ1〜ｊ4）の方向に最小距離デー
タｆだけシフトした位置をＲ部の頂点ｒ1〜ｒ4の位置と
する。例えば、頂点ｒ4についていうと、レーザ走査方
向(8)に直角でかつ前記求めた角点ｊ4の方向に最小距離
データｆだけシフトした位置をＲ部の頂点ｒ4の位置と
する。

【００７３】このようにして、角パイプ鋼３の表面の２
４点のＹＺ方向についての座標位置を決定する。

【００７４】以上のようにして、ワーク３表面のＹＺ方
向についての座標位置が検出されると、手順は図６のス
テップ２１４に移行され、集塵機８が起動される。

【００７５】次に、コントローラ２０は、オペレータに
よって入力または選択された作業管理データの他に、先
のステップ２１０で求めたＸ方向のズレ量δおよびＹＺ
方向のレーザサーチによって得られたワーク３表面の２
４点のＹＺ方向についての座標位置等を用いて、ロボッ
ト１に今回実行させるべき切断加工ジョブを作成する
（ステップ２１５）。

【００７６】すなわち、ロボット１の切断軌跡を作成す
る際、Ｘ方向に関してはステップ２１０で求めたズレ量
δだけロボット軌跡をＸ方向に補正し、またＹＺ方向に
関してはレーザサーチによって得られたワーク３表面の
ＹＺ方向についての座標位置に沿って切断が行われるよ
うにＹＺ方向のロボット軌跡を補正する。

【００７７】そして、このようにして作成した切断加工
ジョブに基づきロボット１を駆動し、切断が終了する
と、ロボット１を基本姿勢に復帰させた後、集塵機８を
停止する（ステップ２１６）。

【００７８】以上のようにして切断加工プログラムＡが
終了すると、手順は図１のステップ１１９に移行され
る。このステップ１１９では、Ｘ位置検出器６の一方の
出力である先端座標Ｘsを今回のロボットの切断軌跡の
Ｘ座標によって更新再設定する。したがって、切断後の
ワークの真の長さは、ロボットの切断軌跡のＸ座標によ
って再設定された先端座標値Ｘsからこの時点における
Ｘ位置検出器６のもう一方の出力である後端座標Ｘeを
差し引いた値となる。

【００７９】次に、ステップ１２０の切断プログラムＢ
について説明する。この切断プログラムＢは、切断後の
ワークを搬出側のコンベアＣＮc及びＣＮdによって搬出
して取り出そうとするものである。

【００８０】以下、図７のフローチャートに従ってその
詳細を説明する。なお、この場合、プログラムＡの手順
を経てプログラムＢが実行されるとする。

【００８１】切断プラグラムＢが開始されると、コント
ローラ２０はまず搬出側のコンベアＣＮcをロボット１
から大きく離れた現退避位置からロボット１に近い所定
の位置までスライド移動させる。

【００８２】また、プログラムＢが開始されるとき、ワ
ーク３はプログラムＡによる最初の切断が終了した位置
に位置している。この状態で、コントローラ２０は搬入
側クランプクランパＣＬa，ＣＬbを“開”にしてワーク
搬送を可能にする（ステップ３００）。

【００８３】次に、コントローラ２０は、作業管理デー
タに基づきワーク３の次の切断部位を前記切断加工位置
まで移動するに要する搬入側コンベアＣＮaおよびＣＮb
の送り量を計算し、該計算した量だけコンベアの送り制
御を実行する（ステップ３０１、３０２）。これにより
ワーク３は、切断加工位置Ｘcに向かって搬送され停止
される。

【００８４】また、ステップ３０１において、排出側の
コンベアＣＮcのスライド移動量（図３矢印Ｇ）を計算
しておく。すなわち、この時点において、排出側のコン
ベアＣＮcはロボット１に近い所定の位置まで移動され
ているが、その後の切断の際コンベアＣＮcは、ワーク
３を搬入側のコンベアＣＮbと共に確実に支持できかつ
切断加工の邪魔にならない間隔（コンベアＣＮbとコン
ベアＣＮcの間隔）が形成できる所要位置に位置させる
必要がある。したがって、ステップ３０１では、現時点
の位置から上記所要位置までの排出側のコンベアＣＮc
のスライド移動量を計算しておく。

【００８５】そして、この状態でコントローラ２０は、
ワーク３の真のＸ位置を知るべく、Ｘ位置検出器６の出
力ＸsおよびＸeを取り込み（ステップ３０３）、該取り
込んだ先端座標Ｘsおよび後端座標Ｘeと前記切断加工位
置Ｘcを比較してオーバーラン量を算出する（ステップ
３０４）。そして、計算したオーバーラン量が所定の限
界値を越えている場合は（ステップ３０５）、コンベア
ＣＮaおよびＣＮbを逆駆動してワーク３の切断部位を前
記切断加工位置Ｘcに一致させるべくワーク３を逆搬送
し、停止させる（ステップ３０６）。

【００８６】このようにしてコントローラ２０はワーク
の切断部位を切断加工位置Ｘcの近辺に位置させた後、
搬出側のクランパＣＬcを“閉”状態にする（ステップ
３０７）。この結果、ワーク３の先端部分が搬出側のク
ランパＣＬcによって把持された状態となる。

【００８７】。なお、前記コンベアＣＮaおよびＣＮbの
戻し制御を行っていない場合でも、今回のクランパＣＬ
cの“閉”駆動によりワーク位置が変化した可能性があ
るので、次のステップ３０８でＸ位置検出器６の出力Ｘ
sおよびＸeを再度取り込む。

【００８８】次に、コントローラ２０は、前記取り込ん
だ先端座標Ｘsおよび後端座標Ｘeと前記切断加工位置Ｘ
cを再度比較して、搬入側コンベアＣＮa，ＣＮbの送り
ズレ量を計算する（ステップ３０９）。また、該計算し
た送りズレ量に応じて先のステップ３０１で計算した搬
出側コンベアＣＮcのスライド移動量を補正する（ステ
ップ３１０）。そして、前記計算した送りズレ量が所定
の限界値を越えている場合は（ステップ３１１）、その
旨のメッセージを出力してオペレータに警告する（ステ
ップ３１２）。

【００８９】また、計算した送りズレ量が所定の限界値
を越えていない場合は、排出側のコンベアＣＮcを先の
ステップ３１０で補正した補正結果に対応する移動量だ
けスライド移動させる（ステップ３１３）。なお、この
状態においては、ワーク３はその先端がクランパＣＬc
によってクランプされているので、コンベアＣＮcが移
動してもこれに伴って搬送されることはない。

【００９０】そして、コンベアＣＮcの移動が終了する
と、次にコントローラ２０は、搬入側のクランパＣＬ
a，ＣＬbを“閉”にする（ステップ３１４）。この時点
で、ワーク３は全てのクランパで把持されたことにな
る。

【００９１】この状態で、コントローラ２０は、Ｘ位置
検出器６の出力ＸsおよびＸeを再度取り込み（ステップ
３１５）、該取り込んだ先端座標Ｘsおよび後端座標Ｘe
と前記所定の切断加工位置を再度比較して、搬入側コン
ベアＣＮa，ＣＮbの最終的な送りズレ量δを計算する
（ステップ３１６）。

【００９２】さらに、コントローラ２０は、先の図８に
示したＹＺ方向のレーザサーチを前記送りズレ量δから
演算したロボット１の今回の切断Ｘ位置について実行す
ることにより、今回のロボット切断位置におけるワーク
３表面のＹＺ方向についての座標位置を測定する。

【００９３】以上のようにして、Ｘ−Ｙ−Ｚ各方向につ
いてのワークの位置ズレが求められると、コントローラ
２０は集塵機８を起動した後（ステップ３１８）、オペ
レータによって選択された作業管理データ、先のステッ
プ３１６で求めたＸ方向のズレ量δおよびＹＺ方向のレ
ーザサーチによって得られたワーク３表面のＹＺ方向に
ついての座標位置を用いて、ロボット１に今回実行させ
るべき切断加工ジョブを作成し、これを起動する（ステ
ップ３１９）。

【００９４】すなわち、ロボット１の切断軌跡を作成す
る際、Ｘ方向に関してはステップ３１６で求めたズレ量
δだけロボット軌跡をＸ方向に補正し、またＹＺ方向に
関してはレーザサーチによって得られたワーク３表面の
ＹＺ方向についての座標位置に沿って切断が行われるよ
うにＹＺ方向のロボット軌跡を補正する。

【００９５】そして、このようにして作成した切断加工
ジョブに基づきロボット１を駆動し、切断が終了する
と、ロボット１を基本姿勢に復帰させ、かつ搬出側のコ
ンベアＣＮcを退避位置までスライド移動させた後、集
塵機８を停止する（ステップ３２０）。

【００９６】さらに、コントローラ２０は搬出側のクラ
ンパＣＬcを“開”にした後、コンベアＣＮcを送り制御
することにより、切断後のワークを排出する（ステップ
３２１、３２２）。ワークの排出後、コンベアＣＮcは
停止される（ステップ３２３）。

【００９７】以上のようにして切断加工プログラムＢが
終了すると、手順は図１のステップ１２１に移行され
る。ステップ１２１では、次の切断の有無が判定され、
次の切断がある場合は、Ｘ位置検出器６の一方の出力で
ある先端座標Ｘsを今回のロボットの切断軌跡のＸ座標
によって更新設定した後、前述した切断加工プログラム
Ｂの手順が再び繰り返される。

【００９８】その後、今回の１本のワークについての切
断作業が全て終了すると、次の加工作業の有無が判定さ
れ（ステップ１２３）、次の加工作業がある場合、手順
はステップ１０１に移行される。そして、作業が全て終
了すると、所定の後処理が実行される。

【００９９】この後処理としては、 (1)ロボットのサーボオフ (2)各電源のオフ、プラズマトーチ用ガスの弁を開にす
るメッセージをオペレータに報知する (3)コントローラ２０の電源をオフするメッセージをオ
ペレータに報知する などの処理がある。

【０１００】以上のようにして一連の切断加工が終了す
る。

【０１０１】なお、上記実施例ではレーザ走査の際、レ
ーザ走査の方向は水平及び鉛直方向とし、基本的にはワ
ーク表面に平行な方向にレーザ走査を行うようにした
が、ワーク表面に対し所定の角度をつけてレーザ走査を
行うようにしてもよい。このような斜めレーザ走査は、
複雑な形状のワークの形状認識に有効である。

【０１０２】また、上記実施例では、搬出側コンベアＣ
Ｎc自体をスライド移動することにより、加工のための
空間を形成するようにしたが、コンベアを下側に退避さ
せるようにしてもよく、また加工位置近傍のコンベア内
に隙間を設け、該隙間の間隔を可変にしてもよい。

【０１０３】また、上記実施例では、Ｘ位置検出器６の
速度制御によりＸ位置検出器をワーク３と一体的に移動
させるようにしたが、これらを機械的機構により一体的
に移動させるようにしてもよい。

【０１０４】ところで、上記実施例では、Ｘ位置検出器
６の出力によってワーク３のＸ方向の位置を検出するよ
うにしたが、レーザセンサ９の出力に基づきワーク３の
Ｘ方向の位置を求めるようにしてもよい。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
リング状起動付き多軸ロボットによって加工を行うよう
にしたので、任意の方向から任意の角度でワークに対し
て連続的なアクセスが可能になる。また、加工時のワー
クの位置を検出し、該検出に基づき多軸ロボットの加工
軌跡を補正するようにしたので、正確かつ高精度の加工
をなし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の動作についてメインルーチ
ンの処理手順を示すフローチャート。

【図２】この発明の実施例の外観構成を示す図。

【図３】この発明の実施例の概念的な平面及び側面図。

【図４】この発明の実施例について制御系の構成を示す
図。

【図５】Ｘ位置検出器によって検出されるワーク先端位
置及びワーク後端位置を示す図。

【図６】切断プログラムＡの処理手順を示すフローチャ
ート。

【図７】切断プログラムＢの処理手順を示すフローチャ
ート。

【図８】レーザサーチプログラムの処理手順を示すフロ
ーチャート。

【図９】レーザサーチの処理内容の説明図。

【図１０】レーザサーチ軌跡を示す説明図。

【符号の説明】

１…ロボット ２…加工ヘッド（プラズマトーチ） ３…ワーク ４…コンベア ５…クランパ ６…Ｘ位置検出器 ７…ワーク移載機構 ８…集塵機 ９…レーザセンサ １０…プラズマ電源 １１…ロボットコントローラ １２…パーソナルコンピュータ ２０…コントローラ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 37/04 Ｂ２３Ｋ 37/04 Ｇ Ｂ２３Ｑ 7/00 Ｂ２３Ｑ 7/00 Ｍ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】その先端に加工ヘッドを有し、リング状軌
   道に沿って回る動きを１つの軸の動きとする多軸ロボッ
   トと、 ワークを前記リング状軌道のリング内を貫通するように
   搬送し、かつ所定の加工位置で前記ワークを位置決めす
   るワーク搬送手段と、 前記多軸ロボットの先端に取り付けられ、前記ワーク表
   面を移動走査することによりワークの搬送方向（Ｘ方
   向）に直角なＹ方向およびＺ方向に関するロボット先端
   から前記ワークまでの距離を計測する距離検出手段と、 前記距離検出手段の出力およびロボット先端の位置に基
   づき前記ワーク表面のＹおよびＺ方向に関する位置を求
   めるＹＺ位置検出手段と、 このＹＺ位置検出手段によって得られたワークの位置に
   基づき前記多軸ロボットの加工軌跡を補正するロボット
   軌跡補正手段と、 を具える全周自動加工装置。
2. 【請求項２】前記ワークの搬送方向（Ｘ方向）について
   の位置を検出するＸ位置検出手段を更に具え、 前記ロボット軌跡補正手段は、前記Ｘ位置検出手段およ
   びＹＺ位置検出手段によって得られたワークの３次元位
   置に基づき前記多軸ロボットの加工軌跡を補正する請求
   項１記載の全周自動加工装置。