JPH089101B2 - 小穴切断加工ユニット装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工業用ロボットのア
ームの先端に取り付けられ、プラズマトーチやレーザを
把持して小さな軌跡の切断加工を行う小穴切断加工ユニ
ット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】工業用
ロボットのアームの先端にプラズマトーチやレーザトー
チなどの切断用トーチを取り付けて切断加工を行う切断
加工用ロボットにおいては、ロボットの各軸のみの駆動
による切断加工では、小さな軌跡の切断加工を行う場合
には位置精度が低くまた軌跡長のわりには大きな駆動力
を必要とするので、ロボットのアーム先端に小穴切断加
工ユニットを取付け、この小穴切断加工ユニットに前記
切断用トーチを把持させ、小穴加工ユニット内に設けた
駆動機構によって前記切断用トーチを駆動することによ
り切断用トーチに所望の軌跡を描かせて切断加工を行う
ようにしている。

【０００３】図１３はかかる小穴切断加工ユニットを取
り付けた３次元ファインプラズマロボットを示すもので
あり、また図１４はその取付部分を拡大して示したもの
である。

【０００４】これらの図において、１はロボット本体、
２は架台、３はプラズマトーチ、４は小穴加工ユニッ
ト、５はベース、６は高周波ボックス、７は接続ケーブ
ル、８はプラズマ電源、９はロボットコントローラ、１
０はティーチングボックスである。また、図１５は小穴
加工ユニットの駆動系の内部構成を示すものであり、図
１６はその模式図である。

【０００５】図１５及び図１６において、モータＡの駆
動軸１１には内歯歯車Ｚ１が固着されており、この内歯
歯車Ｚ１に外歯歯車Ｚ２が噛合している。内歯歯車Ｚ１
は中心軸Ｃを中心として回転するが、外歯歯車Ｚ２は中
心軸Ｃより距離ｄ1だけ偏心した軸Ｃgを中心として回転
する。

【０００６】外歯歯車Ｚ２には、軸受１２を介してプラ
ズマトーチ３が軸Ｃgから距離ｄ2だけ隔てて取付けられ
ている。Ｐはプラズマトーチ３の中心位置である。

【０００７】従って、モータＡが回転すると、内歯歯車
Ｚ１に噛み合った外歯歯車Ｚ２が回転軸Ｃgを中心とし
て回転する。

【０００８】一方、モータＢの駆動軸１３には外歯歯車
Ｚ３が固着されており、この外歯歯車Ｚ３に外歯歯車Ｚ
４が噛合している。外歯歯車Ｚ４は中心軸Ｃを中心にし
て回転するように支持されており、またこの外歯歯車Ｚ
４はその内側で軸受１４を介して前記歯車Ｚ２を支承し
ている。

【０００９】モータＢが回転すると、その回転は外歯歯
車Ｚ３を介して外歯歯車Ｚ４に伝えられ、これにより外
歯歯車Ｚ４が中心軸Ｃを中心にして回転する。したがっ
て、外歯歯車Ｚ３に軸受１４を介して支持されている歯
車Ｚ２も中心軸Ｃを中心に回転する。

【００１０】ここで、中心軸Ｃとトーチ３の中心Ｐとの
距離をｒとすると、モータＡにより内歯歯車Ｚ１を回転
させると、歯車Ｚ１に噛み合った外歯歯車Ｚ２が回転
し、これにより前記距離ｒが変化する。

【００１１】そして、ある半径ｒの状態でモータＢによ
り歯車Ｚ３を回転させると、歯車Ｚ３と噛み合った歯車
Ｚ４が中心軸Ｃを中心に回転する。

【００１２】しかし、歯車Ｚ４には軸受１４を介して歯
車Ｚ２が回転自在に支持されているので、半径ｒの円を
描く場合は歯車Ｚ４が回転したときに半径ｒが変化しな
いようにモータＡを逆回りに同期回転させる（連れ回り
補正）。

【００１３】また、円以外の任意の形状（四角、長円）
を描くときには、モータＡとモータＢの同期速度を適宜
変更し、モータＢによる回転（回転角α）に伴ってモー
タＡの回転により決まる半径ｒを変化させれば、０≦ｒ
≦ｄ1＋ｄ2の範囲内で極座標表示（ｒ，α）で与えられ
る任意の形状（四角、長円）を描くことができる。

【００１４】すなわち、この小穴切断加工ユニットによ
れば、モータＡ、Ｂによって偏心した中心軸ＣおよびＣ
gを中心にした回転運動をプラズマトーチ３に生じさ
せ、この２つの回転運動を同時に制御することでロボッ
ト本体のアームを動かさずにプラズマトーチ３に適宜の
２次元軌跡を描かせることができる。

【００１５】ここで、簡単化のため歯車Ｚ４の内径に設
けられた軸受１４の中心Ｃgと中心軸Ｃとの距離ｄ1をε
とし、またトーチ中心Ｐと軸Ｃgとの距離ｄ2を同じくε
とするようトーチ取付位置や各歯車のギア比を設定する
と（ｄ1=ｄ2=ε）、上記半径ｒは０≦ｒ≦εの値をと
る。

【００１６】この設定条件でトーチ中心位置Ｐをｘ−ｙ
直交座標系で表すと、図１７に示すようになる。ｘ−ｙ
直交座標系は、中心軸Ｃを原点とし、プラズマトーチに
垂直な平面がｘ−ｙ平面であり、トーチの向いている方
向が−ｚ方向である。

【００１７】ところで、前記モータＡ，Ｂによってプラ
ズマトーチ３に所要の軌跡を描かせる構成は、原理的に
は図１７に示すようなリンク構成と等価である。

【００１８】すなわち、線分ＣＣgで表されるＶ軸は中
心軸Ｃを中心に回転し長さεのアームを有しており、モ
ータＢによって駆動される。一方、線分ＣgＰで表され
るＷ軸は中心軸Ｃから距離εだけ偏心した偏心軸Ｃgを
中心に回転し長さεのアームを有し、モータＡによって
駆動される。

【００１９】また、前述したようにプラズマトーチ位置
Ｐはｘ−ｙ直交座標系で表されると共に、線分ＣＰの長
さｒと線分ＣＰのｘ軸に対する角度θrから極座標表示
（ｒ，θr）で表すことができる。

【００２０】また、Ｖ軸アーム角度（Ｖ軸の＋ｘ軸に対
する角度）をθvとし、Ｗ軸アーム角度（Ｗ軸のＶ軸ア
ームの延長線に対する角度）をθwとすると、トーチ位
置Ｐはこれら両角度θv，θwが決定されると一義的に決
定することができる。

【００２１】トーチ位置Ｐを制御するのは、最終的には
モータＡ、Ｂに対する位置指令である。前記Ｖ軸および
Ｗ軸はモータＢによって回転駆動され、Ｗ軸はモータＡ
によって回転駆動される。従って、先のＶ軸アーム角度
θv、Ｗ軸アーム角度θwの他に各歯車のギア比やモータ
の単位回転角度やつれ回りの補正値などのパラメータを
用いた演算を行うことによりモータＡ，Ｂに対する位置
指令を求めることができる。

【００２２】すなわち、上記装置においては、下記の変
換を順番に行うことでトーチ先端を所望の位置Ｐ（ｘ，
ｙ）に位置させるモータＡ，Ｂの指令値を算出するよう
にしている。

【００２３】 １．トーチの直交座標系位置Ｐ（ｘ，ｙ）を演算 ２．直交座標系位置Ｐ（ｘ，ｙ）からＶＷ軸座標系（θ
v，θw）への変換 ３．ＶＷ軸座標系（θv，θw）からモータ軸座標系（θ
A，θB）への変換。

【００２４】図１８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ小
穴切断ユニットにおける円、四角、長円の切断軌跡を示
すものであり、これらの切断軌跡は切断区間の他に加速
区間及び減速区間を有している。

【００２５】以下、図１９にしたがって、円軌跡の場合
について説明すると、プラズマトーチ３は最初に切断軌
跡（半径ｆRの円）の中心位置Ｐ0に位置し、この位置Ｐ
0を始点（待機点）にして移動する。

【００２６】すなわち、プラズマトーチ３はまず半径ｆ
rの小円の右半分の加速区間（Ｐ0→Ｐ1）を半時計回り
に移動した後、半径ｆRの円にそって切断区間を半時計
回りに移動することで再び位置Ｐ1に戻り（Ｐ1→Ｐ2→
Ｐ1）、この後半径ｆrの小円の左半分の減速区間（Ｐ1
→Ｐ0）を時計回りに移動する事で再び元の位置Ｐ0に戻
る。すなわち、切断軌跡の始点と終点は一致しており、
かつこの位置は切断軌跡の中心Ｐ0である。

【００２７】上記軌跡においてプラズマトーチの移動速
度は、始点Ｐ0から点Ｐ1までの加速区間においては等加
速度で加速され、また点Ｐ1から点Ｐ1までの半径ｆRの
円にそった切断区間においては等速度とされ、また点Ｐ
1から終点Ｐ0までの減速区間においては等加速度で減速
される。すなわち、プラズマトーチの移動速度と軌跡位
置との関係は台形状となっている。

【００２８】このように、小穴切断加工ユニットの切断
軌跡は、切断区間の他に加速区間及び減速区間を有して
いる。このため、モータＢの回転によるＶ軸の移動角度
θvの範囲は１回転の０≦θv≦２πではなく、円軌跡の
場合は±π／２のげたをはかせて−π／２≦θv≦５／
２π（１回転半）が必要になる。円軌跡以外の長円や四
角の場合は図１８（ｂ），（ｃ）に示したように傾斜角
ψ（所望切断軌跡の＋ｘ軸に対する角度）を考慮しなく
ては行けないので、円軌跡の場合に対して更に±π／２
のげたをはかせて−π≦θv≦３π（２回転）が必要に
なる。Ｗ軸はＶ軸延長方向を０度とし、半時計回りで、
０からπまでを動作させる（０≦θw≦π）。

【００２９】このため、先の図１９に示したような円軌
跡を切断する場合、プラズマトーチの待機位置（始点位
置）と終点位置とはｘ−ｙ直交座標系では同じ位置Ｐ0
（ｘ，ｙ）＝（０，０）となるが、ＶＷ軸座標系（θ
v，θw）でみると、図２０（ａ），（ｂ）に示すように
異なる位置となってしまう。

【００３０】すなわち、図２０（ａ）はプラズマトーチ
が待機位置（始点位置）に位置しているときのＶ軸、Ｗ
軸の状態を示すものであり、始点位置においては（ｆ
v，ｆw）＝（−π／２，π）となるようにしている。こ
の始点位置からＶ軸及びＷ軸を正方向に回転して図１９
に示したような円軌跡を描かせると、プラズマトーチが
終点位置に位置したときにはＶ軸、Ｗ軸は図２０（ｂ）
に示すように（ｆv，ｆw）＝（２．５π，π）となり、
始点位置とは異なってしまう。

【００３１】このようにＶ軸角度が始点位置と終点位置
とで異なるということは、当然モータＢのモータ軸座標
でも始点位置と終点位置とが異なるということになる。

【００３２】また、Ｗ軸についても、Ｖ軸角度を用いて
連れ回りの補正を行わなくてはいけないので、モータＡ
の軸座標では始点位置と終点位置とが異なってしまう。
すなわち、モータＡの軸座標を求める際には、連れ回り
補正の際、始点位置と終点位置では異なるＶ軸角度を用
いて連れ回り補正を行わなくてはいけないので、始点位
置と終点位置とのモータＡの軸座標が異なってしまうの
である。

【００３３】このように、偏心軸歯車を用いた小穴切断
加工ユニットによれば、切断軌跡の始点位置と終点位置
とでは、ＶＷ軸座標位置およびモータ軸座標位置が異な
ってしまう。

【００３４】このため従来技術によれば、１つの切断軌
跡を描く度に終点位置から始点位置への復帰動作を行う
ようにしていたので、作業効率が悪く、生産性がいま一
つ向上しないという問題があった。

【００３５】また従来技術によれば、加速区間の軌跡は
図１８に示したように始点Ｐ0および点Ｐ1を結ぶ線分を
半径とした半円を用いるようにしていたので、加速区間
から切断区間への進入角φ（図２１参照）が小さく、切
断軌跡に非常に近いところを重複して切断しているの
で、この位置Ｐ1付近に焼け、ドロスが発生し、切断品
質が劣化するという問題がある。しかし、本装置が対称
としているような小さいな穴を切断するような場合は、
上記進入角を単純に大きくしたのでは十分にモータが加
速できずに切断軌跡上で振動してしまい、切断軌跡に波
や歪が生じるという問題がある。

【００３６】更に従来技術によれば、プラズマアーク
は、図２１に示すように、始点位置Ｐ0でオンされ、終
点位置でオフされるようになっているが、切断区間から
減速区間に入る際には、ワークは既に切断されて内側の
廃棄ワークは下に落下してしまっている。このため、従
来技術によれば、内側ワークが既に切り放されてしまっ
ている減速区間においてもアークがオン状態にあること
になり、減速軌跡の外側にアークが横飛びすることによ
り１度切断した切断面にアークが飛んでしまい、切断面
に焼け、ドロスが生じ、切断品質が劣化する問題があっ
た。

【００３７】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、効率よい軌跡での切断を行うことにより作業
時間を短縮する小穴切断加工ユニット装置を提供するこ
とを目的とする。

【００３８】またこの発明では、高品質の切断をなし得
る小穴切断加工ユニット装置を提供することを目的とす
る。

【００３９】

【課題を解決するための手段および作用】この発明で
は、２つのモータにより独立に駆動される２つの歯車系
によって偏心した２つの異なる中心軸を中心にした回転
運動を切断用トーチに生じさせることにより切断用トー
チを２次元方向に移動させる小穴切断加工ユニットをロ
ボットのアーム先端に取り付け、所望の小穴切断軌跡の
中心位置を始点として小穴切断軌跡の所定の位置まで切
断用トーチを円軌跡にそって加速し、該所定位置から前
記小穴切断軌跡にそって切断用トーチを一巡移動してワ
ーク切断を行い、その後前記所定位置から前記始点位置
まで前記加速区間の円軌跡とは対称方向に位置する円軌
跡にそって減速を行うことによりワーク切断作業を行う
小穴切断加工ユニット装置において、前記加速区間、切
断区間及び減速区間からなる切断軌跡にそった切断作業
を１回行う度に切断用トーチの移動方向を逆転させるよ
う前記２つのモータの回転方向を制御するようにする。

【００４０】かかる本発明によれば、１回の切断毎に切
断用トーチ（例えばプラズマトーチ）の移動方向を逆転
させることにより、始点から終点への軌跡、終点から始
点への軌跡による切断を交互に実行するようにして、切
断終了毎の復帰動作を不要にしている。

【００４１】またこの発明では、２つのモータにより独
立に駆動される２つの歯車系によって偏心した２つの異
なる中心軸を中心にした回転運動を切断用トーチに生じ
させることにより切断用トーチを２次元方向に移動させ
る小穴切断加工ユニットをロボットのアーム先端に取り
付け、所望の小穴切断軌跡の中心位置を始点として小穴
切断軌跡の所定の位置まで切断用トーチを円軌跡にそっ
て加速し、該所定位置から前記小穴切断軌跡にそって切
断用トーチを一巡移動してワーク切断を行い、その後前
記所定位置から前記始点位置まで前記加速区間の円軌跡
とは対称方向に位置する円軌跡にそって減速を行うこと
によりワーク切断作業を行う小穴切断加工ユニット装置
において、前記加速区間から切断区間に進入するときの
進入角を任意設定可能にする。

【００４２】かかる本発明によれば、前記進入角を任意
設定可能にして、切断速度や切断半径を考慮した適当な
角度にする事により、切断品質を向上させるようにす
る。

【００４３】またこの発明では、２つのモータにより独
立に駆動される２つの歯車系によって偏心した２つの異
なる中心軸を中心にした回転運動を切断用トーチに生じ
させることにより切断用トーチを２次元方向に移動させ
る小穴切断加工ユニットをロボットのアーム先端に取り
付け、所望の小穴切断軌跡の中心位置を始点として小穴
切断軌跡の所定の位置まで切断用トーチを円軌跡にそっ
て加速し、該所定位置から前記小穴切断軌跡にそって切
断用トーチを一巡移動してワーク切断を行い、その後前
記所定位置から前記始点位置まで前記加速区間の円軌跡
とは対称方向に位置する円軌跡にそって減速を行うこと
によりワーク切断作業を行う小穴切断加工ユニット装置
において、前記切断用トーチに接続された切断装置の電
源を前記切断区間から減速区間に進入するときにオフす
るようにする。

【００４４】かかる本発明によれば、減速区間において
は切断装置をオフすることで、１度切断した切断面にア
ークが飛ぶことを防止する。

【００４５】

【実施例】以下この発明を添付付図面に示す実施例に従
って詳細に説明する。

【００４６】図２は、図１３に示したロボットコントロ
ーラ９内の切断処理に関する制御系の構成例を示すもの
であり、図２において、軌跡演算部２０は、切断パター
ンデータにしたがって切断軌跡を算出するため演算を行
うものである。切断パターンデータは以下のようなパラ
メータで構成される。

【００４７】 軌跡演算部２０で演算されるプラズマトーチの切断軌跡
はｘ−ｙ直交座標系Ｐ（ｘ，ｙ）で表されており、座標
変換部３０の直交座標・ＶＷ軸座標変換部４０は軌跡演
算部２０で演算されたｘ−ｙ直交座標系によるトーチ軌
跡Ｐ（ｘ，ｙ）をＶＷ軸座標系による座標位置（θv，
θw）に変換する。ＶＷ軸座標・モータ軸座標変換部５
０では、ＶＷ軸座標系による座標位置（θv，θw）をモ
ータＡ，Ｂの軸座標系（θA，θB）に変換する。連れ回
り補正部６０では、後述する連れ回り定数ｉtu1，ｉtu2
を用いてモータＡ（Ｗ軸）の連れ回りを補正する。座標
変換部３０で算出されたモータＡ，Ｂの位置指令（θ
A，θB）はサーボ制御部７０に入力される。サーボ制御
部７０では、入力された位置指令（θA，θB）に基づき
モータＡ，Ｂをサーボ制御する。

【００４８】以下、かかる図２に示す構成による切断軌
跡制御を図１、図３〜図７のフローチャートに従って説
明する。

【００４９】軌跡演算部２０では、切断軌跡を算出する
前に図３のフローチャートに示すような前演算を行って
いる。以下、この前演算について説明する。なお、図３
は円軌跡の場合を示すものである。

【００５０】(1)ステップ１００…切断パターンデータ
として円軌跡の半径ｆR及び移動速度ｖが設定されると
まず、円半径ｆRより加減速区間の半径ｆｒを求める
（図１９参照）。

【００５１】ｆｒ＝ｆR／２ (2)ステップ１０１…移動速度ｖ（mm/sec）、単位時間
Δｔ（sec）より単位時間移動量ｆws（mm）を求める。

【００５２】ｆws＝ｖ・Δｔ (3)ステップ１０２…半円部の加速回数（＝減速回数）
ｎ0を求める（図１９参照）。

【００５３】ｎ0＝キリステ（π＊ｆR／ｆws） なお、キリステ（）は、括弧（）内の値を切り捨て演算
することを意味している。

【００５４】(4)ステップ１０３…加速度ａを求める。

【００５５】 なぜならば、 であるからである。

【００５６】(5)ステップ１０４…等速区間（切断区
間）における移動回数ｎ1を求める（図１９参照）。

【００５７】ｎ1＝キリステ（２π＊ｆR／ｆws） (6)ステップ１０５…等速切断区間の単位時間当たりの
移動量ｆwc（rad）を求める。

【００５８】ｆwc＝２π／ｎ1 軌跡演算部２０では、上記前演算をロボット及び小穴切
断加工ユニットが稼働される前に行っているが、ロボッ
トが稼働されると軌跡演算部２０、及び座標変換部３０
では下述する切断軌跡算出処理及び座標変換処理をプラ
ズマトーチの実際の移動にともなってリアルタイム処理
で実行する。

【００５９】図１はロボット稼働中の処理のメインフロ
ーチャートを示すものである。

【００６０】ここで、本装置においては、モータＡ，Ｂ
の回転方向を示す回転フラグｆdirというものを設定し
ている。この場合、モータＡとＢとの回転方向は常に同
じとなるようにしているので（モータＡが正転の時はモ
ータＢも正転、モータＡが逆転の時はモータＢも逆
転）、この回転フラグｆdirはモータＡおよびＢに共用
である。この回転フラグｆdirは正転の時に１にし、逆
転の時に−１にするようにしている。

【００６１】軌跡演算部２０では、１つ（１本）の軌跡
切断処理が終了する度に回転フラグｆdirを参照するよ
うにしており（ステップ１１０）、現在の回転フラグの
状態（前回切断時のモータＡ，Ｂの回転方向に対応す
る）がｆdir＝１（正転）であれば回転フラグを反転し
て−１（逆転）にし、ｆdir＝−１（逆転）であれば回
転フラグを反転して１（正転）にするようにしている
（ステップ１１１〜１１３）。

【００６２】すなわち、図８に示すように、前回の軌跡
においてモータＡ，Ｂが正転していれば今回の軌跡にお
いてはモータＡ，Ｂを逆転し、前回の軌跡においてモー
タＡ，Ｂが逆転していれば今回の軌跡においてはモータ
Ａ，Ｂを正転することによって１回の切断毎にプラズマ
トーチの移動方向を逆転させるようにしている。この様
なモータ回転方向反転制御を１つの切断を行う度に実行
するようにすれば、始点位置と終点位置でモータ軸位置
が異なっていたとしても従来技術のように終点位置から
始点位置への復帰動作を行うことなく即座に次の切断加
工を行うことができる。

【００６３】上記回転フラグの反転処理が終了すると、
軌跡演算部２０および座標変換部３０は加速区間、等速
切断区間及び減速区間について、先の前演算で求めた各
種値を用いて、プラズマトーチの各時刻におけるｘ−ｙ
座標位置Ｐ（ｘ，ｙ）を算出する演算、ｘ−ｙ直交座標
系Ｐ（ｘ，ｙ） からＶＷ軸座標系（θv，θw）への変
換処理、ＶＷ軸座標系（θv，θw）からモータ軸座標系
（θA，θB）への変換処理をトーチの移動にともなって
リアルタイムに実行する。サーボ制御部７０では、入力
された位置指令（θA，θB）に基づきモータＡ，Ｂをサ
ーボ制御する。まず、加速区間での処理（図１ステップ
１１４）について図４のフローチャートを参照して説明
する。

【００６４】軌跡演算部２０では、加速区間における単
位時間Δｔ（sec）毎のｘーｙ座標系の目標位置座標Ｐ
（ｘ，ｙ）をプラズマトーチの移動に伴って順次求め
る。

【００６５】このｘーｙ座標位置（ｘ，ｙ）を求めるに
当たっては、まず補間回数Ｎ＝１とした後（ステップ１
２０）、第Ｎ（この場合はＮ＝１）番目の加速位置にお
ける目標角度ｄss（rad）を先に求めた加速度ａから下
式に従って求める（ステップ１２１）。

【００６６】 次にこの第１番目の加速位置のｘ−ｙ座標（ｘ，ｙ）を
下式に従って求める（ステップ１２２〜１２３）。

【００６７】ｘ＝ｆr＊sin(ｄss)＊ｆdir ｙ＝ｆr＊（１ーcos(ｄss)） ここで、ｘ−ｙ座標（ｘ，ｙ）を求める際には、ｘ座標
についてのみ先に反転処理した回転フラグｆdirを通常
の座標計算値に乗じるようにしており、これにより前回
切断時の切断方向とは逆方向の切断を行うための座標位
置を求めることができる。軌跡演算部２０では、このよ
うにして求めたｘ−ｙ座標（ｘ，ｙ）を座標変換部３０
に入力する。

【００６８】座標変換部３０では、このｘ−ｙ座標
（ｘ，ｙ）を最終的にはモータ軸座標（θA，θB）に変
換して、更にこれに連れ回り補正をかけるのであるが
（図４ステップ１２４〜１２５）、この際は次のような
手順を踏むようにしている。以下この手順を図５のフロ
ーチャートを参照して説明する。

【００６９】座標変換部３０の直交座標・ＶＷ軸座標変
換部４０では、まず先に求めたＮ＝１のときのｘ−ｙ座
標（ｘ，ｙ）から、図１７に示した線分ＣＰの長さｒを
下式に従って演算する（ステップ１３０）。 次に、線分ＣＣgと線分ＣＰとのなす角度θを下式に従
って演算する（ステップ１３１）。

【００７０】θ＝arccos（ｒ／２ε） 次に、Ｖ軸角度θv及びＷ軸角度θwを下式にしたがって
それぞれ算出する（ステップ１３２、１３３）。

【００７１】θv＝arctan2（ｙ／ｘ）−θ θw＝２θ なお、arctan2（ｙ／ｘ）は２変数逆正接関数（または
４象限逆正接関数）とよばれるもので、一般の逆正接関
数arctan（ｙ／ｘ）が±９０゜の範囲で解を導くのに対
し、ｘ，ｙの両方の符号を考慮する事で±１８０゜の範
囲で解を導くものである。

【００７２】ここで、θvの範囲は、前述したように、
加速区間及び減速区間が存在することを理由として、円
軌跡の場合は±π／２のげたをはかせて−π／２≦θv
≦５／２π（１回転半）とし、円軌跡以外の長円や四角
の場合は図１８（ｂ），（ｃ）に示したように傾斜角ψ
を考慮しなくては行けないので、−π≦θv≦３π（２
回転）としている。

【００７３】このため、前回求めたθv（Ｎが１つ前の
ときのθv）をθv´とすると、正転時には、今回求めた
θvがθv´より小さいときには θv＝θv＋２π とし、そうでないときには θv＝θv とすることで、３６０度以上の回転角を与えるようにし
ている。

【００７４】また、逆転時には予めθvに＋２πを加算
しておき、正転時とは逆に、前回の値より今回の値が大
きくなったときに、それ以降＋２πを加算するのを中止
してθvに前記式θv＝arctan2（ｙ／ｘ）−θで求めら
れた値をそのまま使用するようにする。

【００７５】ただし、切断軌跡が四角や長円の場合には
図１８に示した傾斜角ψを考量して（円軌跡の場合はψ
＝０）、先に求めた角度θvに傾斜角ψを加算するよう
にしている（ステップ１３４）。

【００７６】以上のようにしてＶＷ軸座標（θv，θw）
が求められると、座標変換部３０のＶＷ軸座標・モータ
軸座標変換部５０では、このＶＷ軸座標（θv，θw）を
モータ軸座標（θA，θB）に変換する（ステップ１３
５、１３６）。この際、連れ回り補正部６０では、連れ
回り補正値ｉtu1＊ｉtu2を用いてＷ軸（モータＡ）の連
れ回りを補正する。

【００７７】この際の変換式を下記に示す。

【００７８】θB＝θv／ｉanv＊ｉplv θA＝（θw＋θv／ｉtu1＊ｉtu2）／ｉanw＊ｉplw ここで、 Ｖパルス定数ｉplv＝モータＢのパルス数／モータＢの
単位回転角度 Ｖ角度定数ｉanv＝モータＢの回転角度／Ｖ軸単位角度 Ｗパルス定数ｉplw＝モータＡのパルス数／モータＡの
単位回転角度 Ｗ角度定数ｉanw＝モータＡの回転角度／Ｗ軸単位角度 ｉtu1＝連れ回りを戻すのに必要なＷ軸のパルス数 ｉtu2＝Ｖ軸の単位パルス数 である。

【００７９】このようにして、Ｎ＝１のときのモータ
Ａ，Ｂに対する位置指令θA，θBが求められると、サー
ボ制御部７０はこの位置指令にしたがってモータＡ，Ｂ
をサーボ駆動する（図４ステップ１２６）。

【００８０】以下、Ｎを順次＋１して同様の演算及びモ
ータ駆動を行うことにより、加速区間の制御をＮ＝ｎ0
になるまで繰り返し実行する（図４ステップ１２７、１
２８）。

【００８１】次に、図１のメインフローチャートにおけ
るステップ１１５の等速切断処理について図６のフロー
チャートに従って説明する。

【００８２】軌跡演算部２０では、等速切断区間におけ
る単位時間Δｔ（sec）毎のｘーｙ座標系の目標位置座
標（ｘ，ｙ）をプラズマトーチの移動に伴って順次求め
る。このｘーｙ座標位置（ｘ，ｙ）を求めるに当たって
は、まず補間回数Ｎ＝１とした後（ステップ１４０）、
第Ｎ（この場合はＮ＝１）番目の目標位置における目標
角度ｄss（rad）を下式に従って求める（ステップ１４
１）。

【００８３】ｄss＝ｆwc＊Ｎ なお、ｆwcは図３のステップ１０５で求めた等速区間に
おける単位時間移動量である。

【００８４】次に、この等速区間における第１番目の目
標位置のｘ−ｙ座標（ｘ，ｙ）を下式に従って求める
（ステップ１４２、１４３）。

【００８５】ｘ＝−ｆR＊sin(ｄss)＊ｆdir ｙ＝ｆR＊cos(ｄss) ここで、ｘ−ｙ座標（ｘ，ｙ）を求める際には、先の加
速区間同様、ｘ座標についてのみ先に反転処理した回転
フラグｆdirを通常の座標計算値に乗じるようにしてお
り、これにより前回切断時の切断方向とは逆方向の切断
を行うための座標位置を求めることができる。軌跡演算
部２０では、このようにして求めたｘ−ｙ座標（ｘ，
ｙ）を座標変換部３０に入力する。

【００８６】座標変換部３０では、このｘ−ｙ座標
（ｘ，ｙ）を先の図５のフローチャートに示した手順と
同様にして連れ回りを考慮しながらモータ軸座標（θ
A，θB）に変換する（ステップ１４４、１４５）。

【００８７】このようにして、Ｎ＝１のときのモータ
Ａ，Ｂに対する位置指令θA，θBが求められると、サー
ボ制御部７０はこの位置指令にしたがってモータＡ，Ｂ
をサーボ駆動する（ステップ１４６）。

【００８８】以下、Ｎを順次＋１して同様の演算及びモ
ータ駆動を行うことにより、等速切断区間の制御をＮ＝
ｎ1になるまで繰り返し実行する（ステップ１４７、１
４８）。

【００８９】次に、図１のメインフローチャートにおけ
るステップ１１６の減速処理について図７のフローチャ
ートに従って説明する。

【００９０】軌跡演算部２０では、減速区間における単
位時間Δｔ（sec）毎のｘーｙ座標系の目標位置座標
（ｘ，ｙ）をプラズマトーチの移動に伴って順次求め
る。

【００９１】このｘーｙ座標位置（ｘ，ｙ）を求めるに
当たっては、まず補間回数＝１とした後（ステップ１５
０）、第Ｎ（この場合はＮ＝１）番目の目標位置におけ
る目標角度ｄss（rad）を下式に従って求める（ステッ
プ１５１）。

【００９２】ｄss＝ａ・Ｎ（ｎ0−Ｎ/２）／ｆr なお、ｎ0は先の図３のフローチャートのステップ１０
２で求めた減速回数である。

【００９３】次に、この等速区間における第１番目の目
標位置のｘ−ｙ座標（ｘ，ｙ）を下式に従って求める
（ステップ１５２、１５３）。

【００９４】ｘ＝−ｆr＊sin(ｄss)＊ｆdir ｙ＝ｆr＊（cos(ｄss)＋１） ここで、ｘ−ｙ座標（ｘ，ｙ）を求める際には、先の加
速区間および等速切断区間同様、ｘ座標についてのみ先
に反転処理した回転フラグｆdirを通常の座標計算値に
乗じるようにしており、これにより前回切断時の切断方
向とは逆方向の切断を行うための座標位置を求めること
ができる。軌跡演算部２０では、このようにして求めた
ｘ−ｙ座標（ｘ，ｙ）を座標変換部３０に入力する。

【００９５】座標変換部３０では、このｘ−ｙ座標
（ｘ，ｙ）を先の図５のフローチャートに示した手順と
同様にして連れ回りを考慮しながらモータ軸座標（θ
A，θB）に変換する（ステップ１５４、１５５）。

【００９６】このようにして、Ｎ＝１のときのモータ
Ａ，Ｂに対する位置指令θA，θBが求められると、サー
ボ制御部７０はこの位置指令にしたがってモータＡ，Ｂ
をサーボ駆動する（ステップ１５６）。

【００９７】以下、Ｎを順次＋１して同様の演算及びモ
ータ駆動を行うことにより、減速区間の制御をＮ＝ｎ0
になるまで繰り返し実行する（ステップ１５７、１５
８）。

【００９８】このように本装置によれば、図８に示すよ
うに、前回の軌跡においてモータＡ，Ｂが正転していれ
ば今回の軌跡においてはモータＡ，Ｂを逆転し、前回の
軌跡においてモータＡ，Ｂが逆転していれば今回の軌跡
においてはモータＡ，Ｂを正転することにより、１回の
切断を行う毎に切断軌跡の方向を逆転させるようにした
ので、始点位置と終点位置でモータ軸位置が異なってい
たとしても従来技術のように終点位置から始点位置への
復帰動作を行うことなく即座に次の切断加工を行うこと
ができる。

【００９９】また、本装置においては、図９に示すよう
に、加速区間から切断区間への進入角φを可変設定可能
なようにすることで、進入角φをプラズマ切断において
ワークの焼けやドロスが発生しないような比較的大きめ
な角度に設定できるようにしている。

【０１００】具体的な手法を図１０のフローチャートに
示す。この図１０のフローチャートは図４のフローチャ
ートにおけるステップ１２２をステップ１２２´に置換
したものである。

【０１０１】すなわち、ステップ１２２´においては、
加速区間における目標位置のｘ座標を求める際、上記進
入角φを決定するための変数δ（０≦δ≦１）を用い、
下式に従ってｘ座標値を決定するようにしている。

【０１０２】ｘ＝ｆr＊sin(ｄss)＊ｆdir＊δ 進入角φは、δが大きいほど小さな角度になり、このδ
値は切断速度が大きいときには大きな値に設定し、切断
半径が大きいときに小さな値に設定するようにする。

【０１０３】更に本装置においては、図１１に示すよう
にプラズマアークのオン位置は従来通り始点位置Ｐ0と
変えないのであるが、オフ位置を切断区間から減速区間
に入る位置Ｐ1とすることで、減速軌跡の外側にアーク
が横飛びすることにより１度切断した切断面にアークが
飛んでしまうことを防止し、これにより切断品質を向上
させるようにする。

【０１０４】すなわち、図１２のフローチャートに示す
ように、ロボットコントローラ９は等速切断処理を終了
した時点でアークオフ信号をプラズマ電源８に出力して
アークをオフするようにしている。

【０１０５】なお上記実施例では、本発明をファインプ
ラズマによる切断装置に適用するようにしたが、本発明
をＣＯ2レーザやＹＡＧレーザ等のレーザ切断装置、ガ
ス溶断による切断装置などの他の切断装置に適用するよ
うにしてもよい。

【０１０６】また、小穴切断加工ユニットの駆動系の構
成としては、図１５、図１６に示した様なものに限ら
ず、これら図１５、図１６に示したものと同等の機能を
果たすものであれば、本発明を適用するようにしてもよ
い。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
１回の切断を行う毎に切断軌跡の方向を逆転させるよう
にしたので、始点位置と終点位置でモータ軸位置が異な
っていたとしても従来技術のように終点位置から始点位
置への復帰動作を行うことなく即座に次の切断加工を行
うことができ、作業能率を格段に向上させることができ
る。また、本発明においては、加速区間から切断区間へ
の進入角を可変設定可能にするようにしたので、進入角
をプラズマ切断においてワークの焼けやドロスが発生し
ないような角度に設定でき、切断品質を向上させること
ができる。更に本発明によれば、プラズマアークのオフ
位置を切断区間から減速区間に入る位置とするようにし
たので、減速軌跡の外側にアークが横飛びすることによ
り１度切断した切断面にアークが飛んでしまうことを防
止し、切断品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例のメイン手順を示すフローチ
ャートである。

【図２】この発明の実施例の制御系の構成例を示すブロ
ック図である。

【図３】この発明の実施例について前演算を示すフロー
チャートである。

【図４】この発明の実施例についての加速処理を示すフ
ローチャートである。

【図５】この発明の実施例についてのモータ軸変換処理
を示すフローチャートである。

【図６】この発明の実施例についての等速切断処理を示
すフローチャートである。

【図７】この発明の実施例についての減速処理を示すフ
ローチャートである。

【図８】この発明の実施例について切断軌跡の反転態様
を示す図である。

【図９】この発明の実施例についての進入角を説明する
ための図である。

【図１０】この発明の実施例についての進入角可変処理
を示すフローチャートである。

【図１１】この発明の実施例についてのプラズマアーク
のオンオフ態様を示すフローチャートである。

【図１２】この発明の実施例についてプラズマアークの
オンオフ態様を示すフローチャートである。

【図１３】小穴切断加工ユニットを有するファインプラ
ズマ切断ロボットの全体構成を示す斜視図である。

【図１４】小穴切断加工ユニット部分の拡大図である。

【図１５】小穴切断加工ユニットの内部構成を示す機構
図である。

【図１６】同小穴切断加工ユニットの模式図である。

【図１７】小穴切断加工ユニットの原理図である。

【図１８】各種加工に対応する切断軌跡を示す図であ
る。

【図１９】円切断軌跡を示す図である。

【図２０】従来の不都合を説明するための図である。

【図２１】従来の不都合を説明するための図である。

【符号の説明】

Ａ…モータ Ｂ…モータ １…ロボット本体 ３…プラズマトーチ ４…小穴切断加工ユニット ８…プラズマ電源 ９…ロボットコントローラ ２０…軌跡演算部 ３０…座標変換部 ４０…直交座標・ＶＷ軸座標変換部 ５０…ＶＷ軸座標・モータ軸座標変換部 ６０…連れ回り補正部 ７０…サーボ制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つのモータにより独立に駆動される２つ
   の歯車系によって偏心した２つの異なる中心軸を中心に
   した回転運動を切断用トーチに生じさせることにより切
   断用トーチを２次元方向に移動させる小穴切断加工ユニ
   ットをロボットのアーム先端に取り付け、所望の小穴切
   断軌跡の中心位置を始点として小穴切断軌跡の所定の位
   置まで切断用トーチを円軌跡にそって加速し、該所定位
   置から前記小穴切断軌跡にそって切断用トーチを一巡移
   動してワーク切断を行い、その後前記所定位置から前記
   始点位置まで前記加速区間の円軌跡とは対称方向に位置
   する円軌跡にそって減速を行うことによりワーク切断作
   業を行う小穴切断加工ユニット装置において、 前記加速区間、切断区間及び減速区間からなる切断軌跡
   にそった切断作業を１回行う度に切断用トーチの移動方
   向を逆転させるよう前記２つのモータの回転方向を制御
   するようにしたことを特徴とする小穴切断加工ユニット
   装置。
2. 【請求項２】２つのモータにより独立に駆動される２つ
   の歯車系によって偏心した２つの異なる中心軸を中心に
   した回転運動を切断用トーチに生じさせることにより切
   断用トーチを２次元方向に移動させる小穴切断加工ユニ
   ットをロボットのアーム先端に取り付け、所望の小穴切
   断軌跡の中心位置を始点として小穴切断軌跡の所定の位
   置まで切断用トーチを円軌跡にそって加速し、該所定位
   置から前記小穴切断軌跡にそって切断用トーチを一巡移
   動してワーク切断を行い、その後前記所定位置から前記
   始点位置まで前記加速区間の円軌跡とは対称方向に位置
   する円軌跡にそって減速を行うことによりワーク切断作
   業を行う小穴切断加工ユニット装置において、 前記加速区間から切断区間に進入するときの進入角を任
   意設定可能にしたことを特徴とする小穴切断加工ユニッ
   ト装置。
3. 【請求項３】２つのモータにより独立に駆動される２つ
   の歯車系によって偏心した２つの異なる中心軸を中心に
   した回転運動を切断用トーチに生じさせることにより切
   断用トーチを２次元方向に移動させる小穴切断加工ユニ
   ットをロボットのアーム先端に取り付け、所望の小穴切
   断軌跡の中心位置を始点として小穴切断軌跡の所定の位
   置まで切断用トーチを円軌跡にそって加速し、該所定位
   置から前記小穴切断軌跡にそって切断用トーチを一巡移
   動してワーク切断を行い、その後前記所定位置から前記
   始点位置まで前記加速区間の円軌跡とは対称方向に位置
   する円軌跡にそって減速を行うことによりワーク切断作
   業を行う小穴切断加工ユニット装置において、 前記切断用トーチに接続された切断装置の電源を前記切
   断区間から減速区間に進入するときにオフするようにし
   た事を特徴とする小穴切断加工ユニット装置。