JPS58173080A - 倣い加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は加工線等を倣いなから溶断加工或は溶接加工乞
自動的に実施すること馨り能とした倣い加工方法に係り
、更に詳しくは加工線に対してはｙ平行に走行レールを
設けると共に溶断、溶接等の加工具を設けた台車をこの
走行レールに浴って走行せしめ、−万加工線を手動、マ
グネットスピンビルローラ、フォトアイ等によって自動
的に倣うことが出来る倣い装置ａヲ前記走行レールに走
行可能な如く取付け、該倣い装置の加工線倣い具が加工
Ｈｙｘ倣つｆこ除にその走行レールに対する変位計を電
気パルスにかえて記憶装置に入力し、史に（６） 記憶装置からの出力によって倣い具の軌跡を前記加工具
に伝えて再現せしめることな特徴とした倣い加工方法に
関するものである。

最近になって溶接ロボット等が広範に利用されるように
なって来たが、このロボットは定置型である為に造船、
鉄構製品等のケ書線、溶接開先、すみ自溶接部等を検出
して追従走行しながら溶断加工或は浴接加工な行うこと
は困難であり、しかも従来のロボットは繰返し性の高い
ものに対しては有効であるが、繰り返し性のない長尺も
の〜切断、溶接等にこれを適用することは困難であつ１
こ。

本発明は従来の之等の点に鑑み開発された全く新規な技
術に関するものである。

図により本発明の一実施例を具体的に説明すると、第１
図は所定の加工線をＸ、ｙ座標系で定義した（７） ものであって、パイプの貫通部の溶断、浴接等装置の構
成が半径ｒと回転角θで゛副側［されるような場合は極
座標系で定義してもよく、又装置の構成が両者の併用の
場合はｘ＋　Ｙ　ｈ　ｒ＋θによって定義してもよい。

図において１は加工線乞示し、この加工線１は直線、円
＠を含む曲線、加工線の断続及び角部な伴って構成され
、加工線１上のａ点は加工の開始点、ｂ点は加工の終了
点を示し、例えば溶接の断続溶接などに対応せしめでい
る。２はｘ、ｙ軸方向に対する位置制御において、ｘ＋
　、　Ｙ）は夫々１・ξルスの信号による変位−１によ
り格子状に区切り、ノξルス信号と加工線を対応させた
ものケ示すものである。

斜め切断を必要とする浴接開先を伴う溶断におい（８） ては加工具を加工線に沿って進めながら近似的に法線方
向に旋回せしめる必要がある。

図において、加工Ｉｉ！ｉ１１上の任意の０点に於ける
６はそのＣ点上の切線であり、４はこのＣ点上の法線、
αはｙ軸との法線の交角馨示し、交角αは倣い具の軌跡
の記憶から数学的に処理することが可能である。

既に電気ノξルスによる位１ｄの制御は所謂公知の数値
制御で実施されており、ロボットと称せられる方式も加
工又は運動の経路を数値信号として記憶し、それにより
制御される点では通常の数値制御と大差はない。

通常の数値制御においては予め加工線を円弧と直線で定
義し、紙テープ、磁気テープ等を媒体として加工ヘッド
の指！Ｙ行い、ロボットでは加工具（９） で直接加工線を倣いその経路を覚え込ませて、繰返し再
現させることに重点がおかれている。これに対して本発
明に於てはロボットのように直接加工線を倣つｔ二り、
通常の数値制御のように予め加工の径路を相合すること
なく、加工装置とは乍く別個の倣い装置から入力する点
で全く相違している。

第２図は本発明ケケ書崖倣い溶断装置に適用しｔこ具体
例であって、５は被切断制、６は既切断の切断面、７は
ケ書線、８はケ曹線７にはｙ平行に置かれた走行レール
であって、Ｘ座標軸方向の基準となっている。Ａ、Ｂは
夫々前記走行レール８ＶＣ沿って走行するケ書線倣い装
置と、溶断機である。

ケ書線倣い装置Ａのケ４１：線倣い具９は手動ま１こは
図示せざるモータによってレール８上ケ走行し得（ｌＯ
） る台＃１０に保持具１２を介してはめ合された把持棒１
１の先端に取付けられている。従って手動またはフォト
アイ等によって倣い具９でケ書線７を倣うことにより倣
い具９を支持している把持棒１１をＸ軸方向に滑動させ
ると共に台車１０ケレール８に沿ってＸ軸方向に走行さ
せることが出来る。１３．１４は夫々パルス発生器であ
って、台車１０の移動量と倣い具９の出入り量とを夫々
第１図に示し１こｘｌ、ｙｌに対応させて正負の一ξル
スな発信することが出来る。従って台車１０の移動は電
輪の回転と連動させ、倣い具９の出入りは例えば把持棒
１１にラックを切り、保持具１２に固輩したピニオンで
回転に変え、これを前記７モルス発生器１３．１４に連
動させることが可能である。

次に１５はレール８上を走行する溶断機Ｂの台車（ｕ） であって、ガス切断トーチ等の加工具１６を有している
。この加工具１６は前記倣い具９と平行に往復運動し得
るように把持棒１７の先端に取付けられ、把持棒１ノは
台車１５の１１！ｌ！持具１８によって摺動自在に支持
され、これによって加工具１６のｙ座標軸運動機構を構
成している。従って溶断＠　Ｂ　Ｋ於ては、台車１５の
運動と加工具１６の運動とは倣い具９のＸ、Ｘ軸方向の
運動圧よって得られｔ二電気・ξルスの記憶により運動
乞再現せしめることが出来る如く構成されている。１９
はＸ軸駆動用の電動機、２０はｙＩＭＩｌ駆動用の電動
機であって、これ等によって倣い具９の軌跡を加工具１
６によって再現せしめることが出来る。２１は切断トー
チの旋回乞制御する電動機馨示し、溶接開先切断乞行う
装置においては不可避であるが、この（１２） 制御を工倣い装置により直接変位角な検出する必要かな
く、位置座標から容易に演算し得るものであ７−）。２
２は単に倣い装置Ａと加工装置Ｂの電気的結合を示した
もの１′あって、後述の第５図等によって詳述する。

次に第６図（ま倣い具９の運動による電気）々ルスの発
生ケ説明する図であって、２６はＸ、ｙ座標糸に於ける
倣い具９の運動の軌跡、２４は既に第１図に於て説明し
たＸ軸、ｙ軸を１−ξルスの信号に相当する区間ｘｌ　
、　ｙｌで仕切つ１こ格子、２５ａ、２５ｂ、２５Ｃ・
・・・・・は加工線の軌跡２６が格子２４と交叉する点
で、ｘ、ｙ＠方向のパルスの発信位！ＩＫ該当する。、
ｅルスの発信は順序不同であるが、Ｘ　＋＋ｑ＋＋　パ
ルス及びｙ軸・ぞルスは夫々十ｘ　＋　、　ｇ　、　　
ｘ　ｌ、十ｙ’、０、　ｙｔに対応して夫々６通りに定
義さく１３） れる力で、第２図に於けるパルス発生器１３．１４によ
り得られるパルス乞例えば表１に示すように２ビツトに
符号化して記憶させることが出来る。

表１ ｘｌ　Ｙ座標軸系に対し−（は４ビツトで対応し、１１
後座標軸の増加に対して１１坐標軸当り２ビツトずつ追
加してやればよい。

第６図に於ける２５ａ、ｂ、Ｃの谷点に於ける発（１４
） 生ノξルスを上記の記憶論理によって定義すれば表２Ｖ
Ｃ示すようになり、加工径路を記憶論理に忠実に再生す
ればバス２６により近似される。この場合衣２の中で米
マークーＱ示した２５１．ｑ、ｘ等ノ点ではＸ軸、Ｘ軸
の何れにおい℃も十に＋と−ｘ１ｘｌと±Ｘ′、＋ｙ′
と−ｙ１、　ＹＴと＋ｙｌのように正負が反転する場合
は符合化の論理で記憶装置に人力しない力、再生時に出
力を省く論理により倣い入力のノ々スと再生パスのずれ
を除くことが出来る。

溶断機Ａ等の加工装置には加工具１６の位置倣いの外に
作業の開始、終了時の動作を指令しなければならないの
で、これ等ケ予め加工径路の倣い時に入力して記憶させ
ておき、必要に応じて再生し得るように構成しなければ
ならない。その際ＶＣ！工位置信号と作業信号の識別が
必要である。

本発明の具体例では位置符号が（００）、（０１）、（
１０）で示されるので、第４図に示すようにスピット符
号の余りのコー）”（１１）’Ｐクシ−ンス符号のスタ
ートとエンドマークとして使用すればシーケンスと位置
決めの判別に供せられる。第４図において２７は記憶の
構成を示す記憶エレメントであって、２８．２９は起動
時のシーケンススタートのメツセージ用スタートマーク
及びエンドマークを示し、３１．３２は作業終了時のシ
ーケンス部（１７） ツセージのスタートマーク及びエンドマークを記憶する
部分を示し、符号は（１１）としたもので、図の矢印の
方向に再生される。６０はマーク２８．２９に囲まれた
作業スタート時のシーケンス部、６６はマーク６１．３
２ｊＣ囲まれた作業終了時のシーケンス部、６４は位置
の再生制御部を示している。

勿論加工に関する情報、位置決めの情報のコード化は任
意に選択することが出来るが、本例に於ては起動時の作
業情報、位置決め情報、作業終了時の作業情報のメツセ
ージの順序は定まっているので単一コート９で指示した
例として記したものである。次に第５図は第２図に示す
装置例に基づく制御状態をブロック図によって例示した
ものであって、■は倣い装置、■は前記倣い装置Ｉから
の入（１８） 力を符号化し、記憶装置ｉｌｌに人力する処理装置、Ｉ
Ｖは倣い装置！ｉＩによる倣い勝を再生しカロエする再
生加工装置を示し、これ等は完全に結線により一体化し
て使用するか、倣い時には再生加工装置１ｖを切り離し
て倣い装ｆｌｔＩ、処理装置■、記憶装置ＩＩＩを結合
し、加工時には記憶装置１１Ｔと再生加工装置ＩＶのみ
ケ結合し、倣い装置Ｉと処理装置■とを夫々切離して使
用しても良い。史に記憶装置１１１’２可搬式として構
成し、倣い装置Ｉと再生加工装置１■との間を往復させ
ることによって、記憶装置■に入力させ１こり、或は出
力させたりすることが出来る。

上記倣い装置Ｉに於いて、倣い具６５の変位はＸ軸パル
ス発生器６７、ｙ軸パルス発生器１’＆ｃよって発信さ
れ、正負判別回路６８．４０により倣（１９） い具６５の正負号向に合わせ、正負の信号を含むノぐル
スとして処理装置４１に入力し、これ等を例えば前記第
６図に示すような符号化を行い、記憶部ｆｌＩの記憶エ
レメント４２に前記第４図に示すような構成で、入力し
記憶する。６６は作業のスタート時及び作業完了時のシ
ーケンスを入力し、同じく記憶エレメント４２に印加す
るシーケンス入力盤である。

上記加工装置■は処理装置４６、シーケンスコントロー
ル部４４、ノ々ルスアンプ４５．４７．４９、サーボモ
ータ４６．４８．５０、加工装置の操作盤５１、加工具
を含む機械部５２より構成され、処理装置４６は前記記
憶部ＩＩＩより入手した作業シーケンスの判別と出力を
行い、ｘｒ　Ｙ軸の区間／ぞルス情報を正負の・セルス
に再生し、加工線に倣い（２０） 切線又は法森方向の旋回角度θの演算とこれをパルスに
分解して出力させる働きをする。又前記アンプ４５，４
７．４９とサーボモータ４６　、４８　。

５０は夫々Ｘ軸、ｙ軸、θ軸の・ξルスの増巾と駆動を
行う働きをしている。

次に第６図は球形タンク、圧力容器の鏡板のような曲面
上にパイプ用の貫通部等を穿孔する為の切断装置或はこ
の部分Ｋｆｊ接を施す溶接装置を示す修用例１ありて・
５６を工被加材・５４＆エカｌ工装置一の本体架構、５
５は下部に例えば磁石等を持った高さを自在に調節し得
る脚部、５６〜５９は倣い装置に関連する部分であって
、倣い具５６はホルダー５７に保持されてパルス発生器
５８に連接し、垂直方向の２座標変位’Ｙノξルス発生
器５８によってパルスに変えることが出来る如く構成さ
れてい（２１） る。５９は倣い具保持棒であって加工半径なセットし得
る如く構成されている。倣い具５６は実際の加工に先立
って加工線を一巡させ、全加工線に対する２座標の変位
を・ぞルスで拾い、前記第５図に示す記憶装置■１に符
号化して記憶させ、加工時には被加工材に接触しないよ
う上方に退避させておけるように構成されている。６０
〜６４は前記倣い具５６及び後述の加工具に共通するθ
座標軸となる回転軸部を示し、６０は回転軸であって、
本体架構５４に固定された回転伝達ギヤボックス６１に
軸着され、θ軸に対するサーボモータ６２によって回動
される如（構成されている。６６は回転角θの変化を一
ξルスに変えることが出来る）ξルス発生器、６４は回
転軸６０の下端に設け１こ被加工材の加工中心と心合わ
せを行いうるよう圧しく２２） たセンター機構であって、１面上の高さに対して伸縮性
を持１こせて対応し得る如く構成されている。

６５はθ軸の回転を倣い具５６及び加工具に伝えること
が出来る後述の保持棒のホルダーである。

次に６６〜７２を末加工装置部を示し、６６（工溶断機
或は溶接ヘッド等の加工具Ｙ示し、自由に角度ケ変える
ようにした加工具ホルダー６７乞介して垂直方向の駆動
２軸６８に固定されている。６９は上下駆動機構であっ
て、先に倣い具５６により得られた垂直方向の変位の履
歴をこれに連結されたサーボモータ７０の回転によって
再生及び制御し、これと連接し１こ例えばピニオンラッ
ク、スクリューナツト等を介して前記駆動２軸６８を上
下に摺動し得る如（構成されている。７２は加工具保持
棒であって、θ軸連結ホルダー６５と２軸連（２３） 結ホルダー７１により加工具６６の回転角θを伝達し、
回転半径ｉ′Ｌヲ設定し得るように構成されている。７
６は操作盤であって電力、ガス等の受給、θ座標軸及び
２座標軸の制御及び加ニジーケンス制御を行うことが出
来る如く構成されている。

上述の実施例はたま１こま極座標系の機械装置について
証明したが、既に市場に多く出廻っているＲ１θ座標又
はｘ、ｙ座標系の平面上の加工装置に前述の如き２座標
倣い具乞装着した場合には、２座標軸の変位と既存の座
標系の１軸の変位とを電気パルスでコード化して一時的
に記憶し、これをパルスに再生制御することにより凡て
の平面座標系の装置を立体座標糸の装置として使用する
ことが容易に口１能である。また前記実施例に於て、θ
軸駆動にパルスにより直接又は間接に制御し得るす（２
０ −ボモータとしているが、可変速可能な電動機に１−る
ことも可能である。位置制御の回路ｆは倣いと加工の共
推１　！＋ｌ＋と２座標軸のパルスによる一時記憶は必
要条件となる。

本発明に係る方法は上述の如く、倣い装置と加工装置と
を並列すると共にこれ等を走行レールＶｒ沿って走行せ
しめ、走行レールに対する変位ｔｖ電気、ｅルスにかえ
て記憶し、この記″ｌ櫨に基づいて加工具ケ稼動せしめ
るように構成したので、従来のロボットでは加工が困難
とされでいた造船、鉄構製品等のケ４＃、浴接開先、す
み肉溶接部等ケ検出して追従走行しなから溶断加工或は
浴接等を簡単にすることが出来る特徴２有するものであ
る。

又従来の如く倣い装置と加工具とを共通の装置に組み込
んだもめでは加工線倣いの際に制約を受け（２５） るが、本方式は上述の如く構成されているので、形状に
よる制約を受ける恐れはほとんどない特徴を有し、更に
倣いの速度は溶断、溶接加工に比較してはるかに速いの
で、加工速度と倣い速度の倍数だけの操作ン行うことが
出来、加工の生産性な大ｉ１に高めることも出来る特徴
も有している。

本発明の方法を実施した場合には幾何学的に加工径路を
数学的論理［解明することが困難な複雑なプレス成形や
鍛造による部品、歯車形状のものに対しても人間の器用
さの助けを借りれば容易に再生することが可能である。

かつ倣いは手動と自動とを問わぬが、例えば切板用テン
プレート歯車等の実物倣いはプログラムの面倒さを省く
こと、特に繰返し度の少いものや１１ｕ限りのもの等に
極めて有効である。上記実施例に示した回路ブロック（
２６） 図に於て、記憶装置は他の装置から切り離すことが出来
るので、この記憶装置のみを倣い装置と加工装置との間
を往復させることが可能であり、従って１個の記憶装置
を溶断装置に取付けて溶断し、次にこの記憶装置な今度
は溶接装置に取付け、前記溶断線［浴って溶接を行う等
の異椅の加工を１個の記憶装置により実施することも可
能である。

又１台の倣い装置に対して複数の記憶装置、複数１．の
力１汀装置を必要に応じて順次組合せて使用することも
ｏＪ能である等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の方法を実施する為の原理或
は装置を示す説明図である。 Ａは倣い装置、　Ｂは加工装置、　　１を工加工線５は
被切断材、　８はレール、　９は倣い具、（２７） １０は台車、　　１３，１４は、ｅルス発生器、１５は
台車、　　１６は加工具、　２６は軌跡、２５は交叉す
る点、　２６は、ｌｉス、　５４は本体架構、　５６は
倣い具、　５８はパルス発生器、６０は回転軸、　６６
は加工具、　６８は軸、７３は操作盤、　■は倣い装置
、　１旧ま記憶装置、１■は加工装置である。 特許出願人　小池酸素工業株式会社 （２８）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１溶断線、溶接線等の加工線に対してはｇ平行にな
   る９口＜走行レールケ破加工材上に設置し、かつこの走
   行レール上に加工装置及び倣い装置ケ夫々別々に走行可
   能な如（設け、該倣い装置が走行レール上ケ走行しなが
   らその倣い具が前記加工線を倣った際にその走行レール
   に対する変位線゛乞電気・ξルスに換えると共にこれを
   記憶装置に記憶し、加工に際して前記記憶をパルスに換
   えて前記加工装置の位置決め制御を行うことを特徴とし
   １こ倣い加工方法。 （１） （２＋　　溶接、切断等の加工線に対して極座標糸で回
   転角と半径で加工具の位置側＃を行５ようにした加工装
   置においで、別に同じ座標系により構成された倣い装置
   を設けるか或は前記加工脚上に倣い具を設け、該倣い装
   置或は倣い具を加工線に漬って誘導することによってそ
   の変位１を電気・ξルスｆ換えると共にこれケ記憶装置
   に蓄え、加工に際して前古［２記憶装置の記憶を・ぐル
   スに換えて加工具の位置決め制御ケ行っで溶断或は溶接
   等の加工を実施することを特徴としｔこ倣い加工方法。 （３）倣い装置と溶断、溶接等の加１’Ｙ行う加工装置
   とを夫々同一の座標形式によって別々に設け、該倣い装
   置の倣い具によってテンプレートや現場をそのま匁倣う
   ことによって倣い（２） 具の変位ｔケミ気ノルスに換えて記憶装置に蓄え、加工
   時に前記記憶装置の記憶乞ノξルスに換えて加工装置に
   伝えて加工装置の位置決め制御ケ行うことを特徴とした
   倣い加工方法。 （４）　　倣い装置と、倣い装置の倣い具によって加工
   線、テンプレート、現物等を倣つＴこ際の変位置を電気
   ／ξルスとして記憶することが出来る記憶装置と、記憶
   装置の記憶ｒ（よって駆動される加工装置とよりなる倣
   い加工装置に於て、これ等の倣い装置と記憶装置と加工
   装置との電気回路ン夫々コネクタによって分離打ＮＨな
   如く連結し、倣い時には倣い装置と記憶装置とを連結す
   ることによって倣い具の変位ｉｔＹ符号化して記憶部に
   蓄え、加工時には記憶装置と加工装置とを結合して記憶
   装置に蓄（３） えられた符号によって加工装置の位置決め制御馨行うこ
   とを特徴とした倣い加工方法。 ＋５１　　倣い装置と、倣い装置の倣い具によって加工
   線、テンプレート、現物等を倣った際の変位ｔｖ電気パ
   ルスとして記憶することが出来る記憶装置と、記憶装置
   の記憶によって駆動される加工装置とよりなる倣い加工
   装置に於て、これ等σ）倣い装置と記憶装置と加工装置
   との電気Ｎ路を夫々コネクタによって分離可能な如く連
   結し、１台の倣い装置及び記憶装置と溶断、溶接等の複
   数台の加工装置とを組み合せることによって異種の加工
   を１台の倣い装置と記憶装置とによって実施することを
   特徴としｔこ倣い加工方法。 （６）倣い装置と、倣い装置の倣い具によって加（４） ■線、テンプレート、現物等を倣った際の変位置を電気
   ・ξルスとして記憶することか出来る記憶装置と、記憶
   装置の記憶によって駆動される加工装置とよりなる倣い
   加工装置に於て、これ等の倣い装置と記憶装置と加工装
   置との電気回路を夫々コネクタによって分離可能な如く
   連結し、１台の倣い装置と、複数台の記憶装置及び複数
   台の加工装置とを組み合せて加工を行うことを特徴とし
   １こ倣い加工方法。 （７）曲面の溶断や溶接等を行うことが出来る金属加工
   装置に於て、倣い装置の倣い具が倣った際の上下方向の
   変位と平面−Ｌの１軸とを電気パルス［侯えて記憶装置
   に蓄え、次にこの記憶に記録された前記記憶をパルスに
   換えて（５） これを加工装置の加工具に伝え、これによって加工具の
   上下動を制御して立体的金属加工を施すことを可能とし
   た倣い加工方法。