JPS63194874A - 鞍形配管溶接部の自動溶接制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は配管の分岐点における鞍形配管溶接部の自動溶
接制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来鞍形配管の溶接は以下のようにして行っていた。

（１）第５図（ａ）の枝管２０側に、２に示すように鞍
形曲線をＮＣ装置により切削加工する。

（２）第５図（ｂ）の母管２１側に、３に示すように鞍
形にＮＣ装置により切削加工する。

（３）　　上記（１）、　（２）のように切削加工済の
枝管２０と母管２１とを第５図（ｅ）のように溶接部が
位置合わせ仮付けを行い、その後実際の溶接を鞍形溶接
線１に沿って手動で行なっていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のように鞍形配管溶接部の溶接は、従来手動で行な
っていたのを自動化するためにはかなり大がかりで、高
価な溶接装置が必要であった。又、鞍形の溶接線を自動
で倣わせるためには溶接線を検出するセンサが不可欠で
あった。

本発明は小形で、安価で溶接倣い用センサが不要な鞍形
配管溶接部の自動溶接制御装置を提供することを目的と
する。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため多軸円筒座標形で母管
と溶接される枝管上にを装着できる機構を有する自動溶
接装置において、この自動溶接装置を上記枝管上に装管
後、上記母管と枝管との鞍形溶接線上の４項点、母管及
び枝管径を教示することにより鞍形溶接線を自動生成す
る手段を有したことを特徴とするものである。

［作　用］ 上記のように構成することにより、自動溶接装置の装若
時に特別な位置合せをせずとも自動的に倣うことができ
、これにより溶接倣い用センサが不用で、小形で安価と
なる。

［実施例］ 以下、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明による鞍形配管溶接部の自動溶接制御装
置の一実施例を示す輔構成図であり、第２図は第１図の
制御装置の機能ブロック図、第３図は同装置の制御フロ
ーを示す図、第４図はトーチ角βの説明図であり以下、
これらの図により本発明について説明する。

本発明の鞍形配管溶接部の自動溶接制御装置は、自動溶
接制御装置（以下溶接装置と称す）と制御装置とからな
り、溶接装置は第１図のように枝管２０に装着できるよ
うにチャック１４を備え、ロボットを備えている。そし
て溶接装置を枝管２０上に装着するトーチ１５のトーチ
角βを任意の指定角度に保って鞍形溶接が可能となって
いる。第１図において１は鞍形曲線（溶接線）、１０は
θＪ軸、１１はＲ，軸、１２はＺＪ軸、１３はβ軸、２
１は母管である。

制御装置は次に述べる鞍形軌跡制御機能を有している。

第１図に示すように溶接対象側には母管（座標）系をと
り、それに対し溶接装置にはそれに固有のロボット（座
標）系をとる。このように座標系を設定すると鞍形溶接
線１は母管座標系で一意に表現される。従って、鞍形溶
接線１の４項点（第１図のｓｐ、、ｓｐ２．ＳＦ３，５
Ｐ４）を教示することで、後述する制御装置４００によ
り母管−ロボットの両座種糸の変換行列が定められれば
溶接装置で鞍形溶接線１を認識することができる。

第２図は第１図の制御装置の機能ブロック図である。

入力教示装置３００では次に述べるデータおよび教示点
それぞれ入力可能になついる。

具体的には、母管半径Ｒ１枝管半径「、センシング点’
５Ｐｉ（θＪ、ＲＪ、ＺＪ＋　　βＪ）、トーチ角初期
値αを人力可能となっている。ただしｉｍｌ〜４である
。

制御装置４００は、座標変換計算部４０、目標値計算部
４１、軌跡制御部４２に分けられる。座標変換計算部４
０では母管−ロボット座標変換行列Ｔを定める。具体的
には以下の換算を行う”（Ｘｏ　　Ｘ９０＋Ｘｌ８０　
　Ｘ２７０）・・・（４） ・（Ｒ２ｒ　２　Ｘｏ　−ＲＸ９０ ＋ｒ奪Ｘ＋　ｅ　ｏ　　ＲＸ２７０　）・・・（５） −（Ｙｏ　　　Ｙ９０＋Ｙ１８０−Ｙ２７０）・・・（
８） ”（Ｒ２，２ＹＯＲＹ９０ 十Ｆ１Ｔ＝匹ｙ、　８０　　ＲＹ２７０　）・・・（９
） ’（Ｚｏ　　Ｚ９ｏ　＋Ｚｓ　ａ　ｏ　　Ｚ２７０　）
・・・（１２） ・　（Ｆｌ−耳了Ｚｏ−ＲＺ９゜ ＋４−π＝丁−＝丁肩＝５−Ｚ１ａ　ｏ　　ＲＪ２７０
　）・・・（１３） 但しＸｉ、Ｙｉ、Ｚｉ ｉ＝０．９０，１８０，２７０は ＲＳＰ　　ｉ　　（Ｘ、　　Ｙ、　　Ｚ）＝Ｆ　　（Ｊ
　ＳＰｉ　　（ＯＪ、　　ＲＪ、　　ＺＪ、　　β）・
・・（１４） Ｆ　　：　　Ｘ　−（ＲＪ　　−、ｉｌ’　　ｓｉｎβ
）　・ＣＯ８ＯＪ・・・（１５） Ｙ　−（ＲＪ　　−１２ｓｉｎβ）　　・ｓｌｎ　　θ
ＪＺ＝ＺＪ　＋、ｆ？ｃｏｓβ　　　　　　　　　　（
１７）−□　＋α　　・・・（１８） より求められる。但しθは鞍形溶接線１を定める時のパ
ラメータである。

目標値計数部４１は、母管座標系鞍形曲線上の各点ＢＴ
Ｐｉ　　（ｘ、ｙ、ｚ、　　θ）を軌跡制御を行うため
の関節座標系の位置’ＴＰｉ（θＪ、ＲＪ。

ＺＪ、θ）に変換する。具体的には、以下の演算を行う
。

ＪＴＰｉ（θＪ、ＲＪ、ＺＪ、　　θ）−ｆ　　（ＲＴ
Ｐｉ　　（Ｘ、Ｙ、Ｚ、　　θ）＝ｆ　　（Ｔ−ＢＴＰ
ｔ　　（ｘ、ｙ、ｚ、　　θ）・・・（１９） Ｔは（１）式で定められたもの、ｆは ｆ：ＯＪ　＝　Ｔａｎ−’　　（Ｙ／Ｘ）　、　Ｘ＞　
０−　　Ｔａｎ’　　（Ｙ／Ｘ）　十π、　　Ｘ＜　０
Ｒｙ　　＝　　へ／′−Ｉ；５−−；一一一扁、　　ｙ
　　２　　　＋　　Ｊ！　　　ｓ　１　ｎ　β　　　−
（２１）Ｚｙ　−Ｚ−、ｌ？ｃＯ８β　　　　　　　　
・（２２）である。

母管鞍形は母管２軸周りの回転角をパラメータとして ｘ−’ｒｃｏｓθ　　　　　　　　　　　　　−（２３
’）ｙ−ｒｓｊｎｏ　　　　　　　　　　　　・（２４
）””　　Ｒ２−ｒ２５ｉｎ２θ　　　−（２５）で求
められるので、θを１°なり５°刻みで変えればＢＴＰ
ｉが定まる。

なお、溶接速度制御を行うためには目標値計数部４１で
のパラメータθを となるように、軌跡ｌをΔノずつ変化させたＢＴＰｉを
計算しなければならない。

それには（２３）〜（２５）式より軌跡増分Δｌは・　
八〇　　・・・（２７） となる。（２６）式より Δθ Δ　を −Ｃ・・・（２８） ゆえに ・Δｔ　　　（２９） 従って、パラメータθを（２９）で定められる分増した
ＢＴＰｉを使えば溶接線速度制御が行える。

軌跡制御部４２は、［１標計算部４１で計算された目標
値を一定期間Δｔでサーボ制御装置５００゜５０１．５
０２，５０３へ出力する。

サーボ制御装置５００〜５０３はサーボアンプ５０、サ
ーボモータ５１、位置検出用ポテンションからなり、軌
跡制御部４２からの出力目標値となるようθＪ、ＲＪ、
ＺＪ、　　βの各軸位置も制御するものである。

以上の例では鞍形溶接線について述べたが、鞍形でなく
とも（２３）〜（２５）式に相当する式が与えられる曲
線で、かつ任意の４点でロボット系と元の曲線を与える
座標系の座標値が得られるものであれば、適用可能であ
る。たとえば円弧、楕円などは容易に適用できる。

なお、βは第４図に示すように点Ｐにおける接線ｍ対し
てトーチ角初期値αとなるよう定めたものである。

以上述べた実施例によれば、次のような効果が得られる
。

（１）　　自動溶接装置は４軸構成でよいため極めて小
形で安価となる。

（２）溶接倣い用のセンサが不要となる。

（３）溶接装置を枝管上に装着する際、特別の位置合わ
せは不要となる。

［発明の効果］ 以上述べた本発明によれば、小形で安価で溶接倣い用セ
ンサが不要な鞍形配管溶接部の自動溶接制御装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による鞍形配管溶接部の自動溶接制御装
置の一実施例の軸構成図、第２図は第１図の制御装置構
成図、第３図は第１図の制御フロー図、第４図は第１図
のトーチ角β説明図、第５図は従来の技術を説明するた
めの図である。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　多軸円筒座標形で母管と溶接される枝管上に装着でき
   る機構を有する自動溶接装置において、この自動溶接装
   置を上記枝管上に装着後、上記母管と枝管との鞍形溶接
   線上の４項点、母管及び枝管径を教示することにより鞍
   形溶接線を自動生成する手段を有したことを特徴とする
   鞍形配管溶接部の自動溶接制御装置。