JPS6339394B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は自動位置制御装置に関し、特に限定
するものではないが、たとえば自動溶断装置など
において、被加工物（ワーク）を溶断するときに
工具（溶断トーチ）の位置移動を制御する自動位
置制御装置に関する。

記憶装置に記憶した位置情報および制御情報に
したがつて溶接トーチとワークとを相互に空間に
位置制御して、プログラムにより自動的に溶接を
行うようにしたPTP制御のプレイバツク方式の
自動溶接装置がよく知られている。このような自
動溶接装置によつてワークを溶接するとき、溶接
トーチの移動速度が遅いため、テイーチングした
点と実際に溶接した位置との間にずれを生じるこ
とが少ない。しかしながら、ワークを加工線に沿
つて溶断させるような自動溶断装置では、切断ト
ーチの移動速度が速いため、機械的移動に伴うエ
ナーシヤや電子回路の過渡現象などによつてテイ
ーチングした点と実際に溶断した位置との間にず
れを生じる場合がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、テイー
チングした点と実際に加工した点とのずれを少な
くするようにテイーチング情報を修正しうる自動
位置制御装置を提供することである。

この発明を要約すれば、切断トーチなど工具の
ワークに対する位置移動を制御するため、テイー
チングモードにおいて、予めワークの加工線に沿
つてテイーチング点の位置をテイーチングしてテ
イーチング情報を記憶手段に記憶するとともに、
マーク付与手段を作動させてテイーチング点に相
当するワークへの位置に所定のマークを印画し、
テストモードにおいて、マーク付与手段を連続的
に作動させてテイーチング点を再現させたときの
その移動軌跡を描かせ、テイーチングモードで印
画されたマークとテストモードで描かれた移動軌
跡との偏差を入力し、入力された偏差に基づい
て、記憶手段に記憶されているテイーチング情報
を修正するように構成したものである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特
徴は図面を参照して行なう以下の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

第１図はこの発明の一実施例が適用される自動
溶断装置の外観斜視図である。図において、水平
Ｘ方向に延長された基台１上には、第１の移動体
２がＸ方向に移動自在に搭載される。この移動体
２には一体的にコラム３が立設され、このコラム
３に沿つて垂直Ｚ方向に移動自在に第２の移動体
４が設けられる。さらに、この移動体４には、Ｘ
およびＺ方向と直角水平Ｙ方向に移動自在にビー
ム５が支承される。このビーム５の先端には、Ｚ
方向と同方向の軸Ｖ周りに回転角Φ自在に軸６が
支承され、さらにこの軸６の下端には平行リンク
装置７を介して切断トーチＴの取付金具８が支持
される。この平行リンク装置７はトーチＴの姿勢
角Ψを可変自在に、さらにいかなる角Ψにおいて
も、トーチＴの作業点Ｐの位置が軸Ｖ上一定点に
存するように構成される。さらに、取付金具８
は、その取付けたトーチＴがその軸TS周りの回
動角τを可変に構成される。

すなわち、この自動溶断装置は、Ｘ，Ｙ，Ｚ，
Φ，Ψおよびτの６自由度を有し、さらに詳細は
図示しないがこの６自由度のそれぞれについて、
その制御位置および角度を強制する駆動源が設け
られる。さらに、これら制御軸に関する現実の位
置および角度の情報を出力するべきエンコーダが
それぞれに設けられる。そして、コンピユータＣ
によつてエンコーダを介してそれぞれの駆動源が
制御される。さらに、取付金具８は、トーチＴの
代わりに後述の第２図に示す検出装置SEを取付
けうるように構成されている。

第２図は検出装置の一例の要部縦断側面図であ
り、第３図は光学的センシング手段の一例として
の検出装置の作用を説明するための図である。

次に、第２図および第３図を参照して検出装置
SEについて説明する。カメラ１１は第１図に示
すワークＷ上の加工線WLを検知して映像信号を
導出するものであり、たとえばITV等が用いら
れる。このカメラ１１は取付具１２によつて保持
され、この取付具１２はITV１１の先端のレン
ズ外周に嵌入して保持されるべく環状に構成され
る。ITV１１のレンズの先端には光透過物質１
４および投光器１３が取付具１２によつて一体同
心に支持される。前記光透過物質はたとえば赤色
のフイルタガラスが用いられ、投光器１３は収れ
ん光または拡散光を投光可能に構成される。前記
ITV１１に関連して公知の光学的線トレーサ１
５が設けられる。この光学的線トレーサ１５は面
に予め描いた線との交差角およびこの線との左右
偏差を常に検出する機能を有する。

前記ITV１１および投光器１３の近傍には、
マーク付与手段としてのマーカ１６が設けられ
る。このマーカ１６はたとえばインクジエツトな
どによつて構成され、前記ITV１１によつてテ
イーチングされた点に相当するワークＷ上の位置
に所定のマークを印画するものであり、マーカ駆
動回路によつて駆動される。

第４図はこの発明の一実施例の概略ブロツク図
である。構成において、コンピユータCOは中央
処理装置（CPU）CO１とメモリCO２とを含む。
遠隔操作ボード２０はオペレータが遠隔的に操作
するものであつて、ボード２０の上面には以下の
スイツチ群が設けられる。ボード切換スイツチ２
１はマニユアルモードＭ、マニユアル操作による
テイーチングモードMT、検出装置SEを作動さ
せてのテイーチングモードST、テストモード
TE、オートモードＡをそれぞれ設定するもので
あり、いずれかにそのつまみを回動させることに
よりモードが切換わるごとくなされている。スタ
ートボタンスイツチ２２はコンピユータCOの動
作をスタートさせるものであり、切断速さ指令ス
イツチ２３は切断トーチＴによつてワークＷを切
断するときの速度を設定するものである。

マニユアル操作スイツチ群２４はＸ、Ｙおよび
Ｚ軸に沿つてトーチＴを手動的に位置制御するも
のであり、「Ｕ」側または「Ｄ」側へ倒すことに
より、各制御軸に沿つて原点より遠ざかりまたは
接近する向きにトーチＴが移動する。マニユアル
操作スイツチ群２５はΦおよびΨ角を手動的に角
度制御するものであり、「Ｃ」または「CC」側へ
倒すことにより、トーチＴが時計方向または反時
計方向に回動する。マーカスイツチ２６は前述の
第２図に示すマーカ１６を「ON」、「OFF」する
ものである。

コンピユータCOのバスＢには、ボード２０上
の前記各スイツチ群２１，２２，２３，２４，２
５および２６、さらにＸ，Ｙ，Ｚ，Φ，Ψおよび
τの各制御軸毎の動力MX，MY，MZ，MΦ，
MΨおよびMτ、さらに前記各制御軸毎のエンコ
ーダEX，EY，EZ，EΦ，EΨおよびEτ、さらに
ITV１１、トレーサ１５、テイーチング時の進
行タイマ発振器OS１、テイーチング時の情報取
込タイマ発振器OS２、マーカ駆動回路MDおよ
びマーカ１６がいずれも図示のように接続され
る。

第５図はこの発明の一実施例の具体的な動作を
説明するためのフロー図であり、第６図はこの発
明の一実施例のマーカによつてワーク上にマーク
を印画した状態を示す図である。

次に、第１図ないし第６図を参照してこの発明
の一実施例の具体的な動作について説明する。ま
ず、第１図に示すトーチＴは切断用トーチである
とし、ワークＷの切断線WLに沿つて溶断する作
業を自動的に行なわせるものとする。この自動溶
断作業を実行するに先立ち、周知のプレイバツク
方式でコンピユータCOにトーチＴの移動軌跡を
記憶させる。そのためには、たとえばスイツチ２
１を「MT」とし、スイツチ群２４，２５をマニ
ユアル操作してトーチＴの点Ｐを線WLになぞら
せてテイーチングする方法もあるが、ここでは検
出装置SEを作動させて、このテイーチング操作
をするものとする。

まず、ワークＷの線WLを赤い塗料を使用して
描く。この線WLを引く地色は予め白色としてお
くのが望ましい。そして、金具８のトーチＴを外
して、前記検出装置SEを代わりに取付ける。こ
の場合、検出装置SEの前方点Ｐを通り軸STに直
交する平面S₀を基準平面とする。次に、オペレー
タはコンピユータＣを能動化したうえで、スイツ
チ２１を「Ｍ」としてスイツチ群２４および２５
をマニユアル操作し、制御軸Ｘ，Ｙ，Ｚ，Φおよ
びΨによつて位置および回動角を制御して、検出
装置SEを線WL上のある個所に適宜距離を有して
対面させる。そして、スイツチ２１を「ST」と
し、スイツチ２３をオートモード時における希望
切断速さにセツトしてスイツチ２２および２６を
ONとする。

かくして、以下検出装置SEは自動的にワーク
Ｗの表面と基準距離L₀を保ちかつこの表面と直
交する姿勢を保ちつつコンピユータCOに予め記
憶されているテイーチングモード時の速さ（コン
ピユータの演算速さや自動溶断装置可動部の時定
数によつて定まる）で線WLに沿つて追従するよ
うに、発振器OS１のタイミング信号毎にその位
置および角度指令情報が逐次出力される。さら
に、この移動の一定距離毎（発振器OS２のタイ
ミング信号毎）に、エンコーダEX，EY，EZ，
EΦおよびEΨの出力情報がメモリCO２に記憶さ
れる。このとき、スイツチ２２による指令速さ情
報も同様に記憶される。

この自動追従についてさらに第５図を参照して
詳述する。

(1) まず、トレーサ１５のよく知られた作用によ
り、このトレーサ１５と線WLとのなす角Δaが
検出され、コンピユータCOはこれを入力して
トレーサ１５の修正角Δτを求める。

(2) 次に、同じくトレーサ１５の線WLとの左右
方向の偏差ΔεとこのときのEΦ，EΨおよびEτ
の出力情報とから、コンピユータCOは検出装
置SEの姿勢を知り、さらにコンピユータCOは
検出装置SEのＸ、ＹおよびＺ方向の修正値
ΔXε、ΔYεおよびΔZεを求める。

(3) ITV１１の映像信号から、コンピユータCO
はワークＷ表面の投光器１３の投光による輝部
（第３図においてハツチングの施されていない
個所、すなわち投光器１３からの投光がワーク
Ｗ表面によつて反射する部分から投光器１３で
さえぎられる部分を除いた環状部分）の面積Ｓ
を求める。この面積演算手法は従来から公知で
あるため具体的な説明を省略する。この場合に
おいて、線WLが輝部内に存在しても線WLは
今の場合赤色であり、さらにフイルタガラス１
４も赤色であるため、前記映像信号には影響さ
れないことが理解されよう。

かくして、コンピユータCOは求めた面積Ｓ
と予め記憶されている標準値S₀との差ΔSを演
算する。ここで標準値S₀は、基準距離平面F₀
上の輝部の面積である。前述のΔSによつて、
検出装置SEとワークＷまでの距離を認識し、
さらにEΦとEΨとから検出装置SEとワークＷ
までの距離を基準値L₀とするようにＸ、Ｙお
よびＺ方向の修正値ΔSs、ΔYs、ΔZsを求め
る。

(4) 次に、同じく前述の輝部の重心位置を求め
る。この重心位置の正規の位置からの偏差を
Δξ、Δηとして求める。（ここでξ、ηは、
ITV１１の映像に固定された直角座標である
とする。）さらに、これらの値からワークＷ表
面のカメラ１１との相対的な傾斜を認識し、こ
れとEΦ，EΨおよびEτとから傾斜を修正する
ための各ΦおよびΨの修正値ΔΦおよびΔΨを
求める。

(5) テイーチング進行のための信号すなわち発振
器OS１からの信号の有無を判断し、あつたな
らばEΦ，EΨおよびEτの出力情報から、検出
装置SEの進むべき方向を認識し、かつ予め定
められた進むべき距離のＸ、ＹおよびＺ軸方向
のコンポーネントΔXc、ΔYcおよびΔZcを求
める。

(6) そして、そのうえで Ｘ＝Ｘ＋ΔXε＋ΔXs＋ΔXc Ｙ＝Ｙ＋ΔYε＋ΔYs＋ΔYc Ｚ＝Ｚ＋ΔZε＋ΔZs＋ΔZc Φ＝Φ＋ΔΦ Ψ＝Ψ＋ΔΨ τ＝τ＋Δτ を演算し、新たな指令情報とする。

(7) ユーザプログラム用情報としての位置および
角度情報を取込むべき信号すなわち発振器OS
２からの信号の有無を判断し、あればEX，
EY，EZ，EΦおよびEΨの出力情報をメモリ
CO２に記憶させる。

(8) 前記発振器OS２からの信号は、マーカ駆動
回路MDに与えられる。したがつて、メモリ
CO２にテイーチング情報を記憶させるとき、
マーカ１６が駆動され、マーカ１６によつて加
工線WLに近接する点すなわちテイーチング点
に相当するワークＷ上にマークＭ１が印画され
る。なお、前述のマーカ駆動回路MDに与える
信号は、発振器OS２の信号に限ることなく、
その他の信号たとえば手動的に指令信号を与え
るようにしてもよい。

(9) かくして、スイツチ２２をオペレータがオフ
にするまで前述の動作を繰返す。そして、検出
装置SEは加工線WLに沿つてしかもワークＷ表
面に直角かつ基準距離を保ちながら移動し、発
振器OS２からのパルス信号毎に各制御毎の位
置情報がコンピユータに与えられてユーザプロ
グラムの一部を構成する。また、ワークＷ上に
は、マークＭ２，Ｍ３…が印画される。オペレ
ータはこれらのマークＭ１，Ｍ２，Ｍ３…の番
号を、たとえば１から順に、または10個のマー
ク毎に、これらのマークの近辺に、記入してお
く。

次に、モード切換スイツチ２１をテストモー
ド「TE」に設定し、マーカスイツチ２６を
「ON」にしてスタートボタンスイツチ２２を
操作する。応じて、コンピユータCOはメモリ
CO２に記憶したテイーチング情報に基づいて
検出装置SEを前述のワークＷに印画したマー
クＭ１，Ｍ２，Ｍ３…に沿つて移動させると同
時に、移動した軌跡MLをワークＷ上に描く。
この印画を終えたとき、オペレータはテイーチ
ング時のマーク点Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…とテスト
モードにおける移動軌跡との偏差を測定し、偏
差があればその偏差値を入力してメモリCO２
に記憶したテイーチング情報を修正する。すな
わち、軌跡とのずれがあつたマーク点について
は、テストモードの終了後にスイツチ群２４，
２５を操作して、検出装置SEがそのマーク点
を向くように位置させ、スタートボタン２２を
押して位置情報を取込ませる。ここで、新しい
情報が取込まれると、その新しい情報を先に教
示してあつたメモリCO２に記憶されている位
置情報と取替えることによつて、偏差が修正さ
れる。そして、再びテストモードにして、この
修正されたテイーチング情報に基づいて、検出
装置SEを移動させ、軌跡を描かせれば、加工
線を正確に追跡することが確認できる。ここ
で、マークとの偏差があれば、再び前述のごと
く修正を行なえばよい。

複数の同じワークを加工するときには、最初
のワークで前述のごとくワークへの加工線WL
の記入、テイーチングおよびテストモードによ
るテイーチング情報の修正を行ない、この修正
されたテイーチング情報を次のワークに対する
位置情報としてメモリCO２に記憶しておくこ
とによつて、次からのワークに対しては加工線
の記入する必要がない。

なお、ワークＷ上にマーク点Ｍ１，Ｍ２，Ｍ
３…を印画した後に、再びマーカ１６によつて
移動軌跡を描かせ、マーク点Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３
…と移動軌跡との偏差を自動的に検知し、メモ
リCO２に記憶したテイーチング情報を修正さ
せるようにしてもよい。

また、検出装置SEのカメラはITVに限るこ
となく、通常のテレビ撮像カメラであつてもよ
く、さらにイメージセンサを含めて映像に関す
る信号を取出可能なものであればどのようなも
のを用いてもよい。

さらに、加工線WLおよびフイルタガラス１
４をともに赤にしたが、これに限ることなく、
黒以外の色であればどのような色でもよい。ま
た、フイルタガラス１４を無色透明にしてもよ
い。

以上のように、この発明によれば、ワークの加
工線をテイーチングするときに、テイーチング毎
にマーク点を印画するようにしているため、どの
マーク点のテイーチング点を修正すればよいか明
確となるため、このマーク点とテイーチング情報
に基づいて位置制御したときの移動軌跡との偏差
に基づいてテイーチング情報を修正することによ
り、テイーチング情報と実際の加工位置とのずれ
を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の外観斜視図であ
る。第２図は検出装置の要部縦断側面図である。
第３図は検出装置の作用を説明するための図であ
る。第４図はこの発明の一実施例の概略ブロツク
図である。第５図はこの発明の一実施例の具体的
な動作を説明するためのフロー図である。第６図
はワーク上に印画したマーク点を説明するための
図である。 図において、SEは検出装置、１６はマーカ、
２０は遠隔操作ボード、COはコンピユータ、
MDはマーカ駆動回路、Ｗはワーク、WLは加工
線、１００は自動溶接装置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工具の被加工物に対する位置移動を制御する
   ため、予め前記被加工物の加工線に沿つて適宜数
   の点の位置をテイーチングし、テイーチングされ
   た位置情報に基づいて、該被加工物の加工位置を
   制御するプレイバツク方式の自動位置制御装置で
   あつて、さらに テイーチング情報を記憶するための記憶手段、 前記被加工物上の位置にマークを印画するため
   のマーク付与手段、 テイーチングモードにおいて、前記テイーチン
   グごとに前記マーク付与手段を作動させてテイー
   チング点に相当する前記被加工物上の位置に所定
   のマークを印画させるとともに、テイーチング情
   報を前記記憶手段に記憶させ、テストモードにお
   いて、前記マーク付与手段を連続的に作動させ
   て、前記テイーチング点を再現させたときのその
   移動軌跡を描かせる制御手段、 前記テイーチングモードで印画されたマーク
   と、前記テストモードで描かれた移動軌跡との偏
   差を入力するための偏差入力手段、および 前記偏差入力手段から入力された偏差に基づい
   て、前記記憶手段に記憶されているテイーチング
   情報を修正するためのテイーチング情報修正手段
   を備えた、自動位置制御装置。 ２ さらに、光学的センシング手段を有し、 前記テイーチングは前記光学的センシング手段
   によつて前記加工線をセンシングするとき行なわ
   れ、 前記マーク付与手段は、前記光学的センシング
   手段に関連して設けられる、特許請求の範囲第１
   項記載の自動位置制御装置。