JP2863298B2 - 溶接ロボット制御装置 - Google Patents

溶接ロボット制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ティーチング・プレイバック方式のロボッ
トを用いた自動溶接装置に係り、特にH形鋼に厚板状の
部材を溶接する場合などの段違い平行形状を呈する開先
を有するワークを対象とした溶接に好適な溶接ロボット
制御装置に関する。
〔従来の技術〕
ロボットを用いた自動溶接装置が対象とするワークの
例として、第2図に示すように、H形鋼1の凹形開口端
部に帯板状の部材2を図示の位置関係を保って溶接する
ワークがあり、このようなワークでは、H形鋼1の凹部
開口端部の内面1′と帯板状の部材2の側面2′の間に
溶接線となる開先3が形成されることになる。なお、こ
の第2図で(a)は上面から見た図、(b)は端部から
見た図、そして(c)は側面から見た図である。
ここで、この開先3についてみると、内面1′と側面
2′とは、ほぼ平行で、且つ段違いになっているので、
ここでは、このような開先を“段違い平行開先”と呼ぶ
ことにする。
ところで、このような段違い平行開先度を有するワー
クをロボットに溶接させる際、ワークの制度が良く、且
つ開先幅が溶接線に沿って常に一定寸法に保たれている
場合には、常に一定の溶接条件でよいため、従来技術で
も容易に溶接することができた。
しかしながら、開先幅が変化しているワークでは、溶
接条件を一定にしたままで溶接を行なわせてしまうと、
溶接品質の保持や溶接施工の面で問題があり、且つ使用
するロボットによっては溶接作業が行えないこともあっ
た。
そこで、このような開先幅が変化しているワークで
も、ロボットによる溶接を可能にする装置として、以下
のような従来技術が知られている。すなわち、この従来
技術では、外部装置としてリニア接近センサを用い、こ
れによりワークの開先幅を検出してアナログ値に変え、
これをアナログモジュールによりA/D変換し、ディジタ
ル値を演算処理して距離データを求め、これをロボット
に入力して溶接条件を設定し、溶接を行なうのである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来技術は、以下の問題があった。
外部装置により開先幅を検出し、それをロボットの入
力信号に変換しているため、検出タクトについて配慮が
されておらず、システム全体のタクトタイムが増加して
しまうという問題があった。
ワークの設定位置とロボットの位置(ロボット座標
系)との関係について配慮がされておらず、開先幅の方
向ベクトルを常にロボット座標系のいずれかの軸に一致
させる必要があり、このためワークの設置に高い精度が
必要になり、作業が極めて困難になるという問題があっ
た。
1本の溶接線に対して一義的に開先幅を設定している
ため、開先幅の変化について配慮がされておらず、開先
幅が一定でない溶接線に対しては適切な溶接条件が選択
できないという問題があった。
溶接条件の決定に際して、入力信号による選択をとっ
ているため、開先幅検出についての分解能について配慮
がされておらず、開先幅変化に対応した木目細かな溶接
条件が選択が得られないという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、開
先幅が一定でない段違い平行開先を有するワークを対象
として、その開先幅の検出を充分迅速に、且つ精度良く
行なえ、常に適切な溶接条件選択が容易に得られるよう
にした溶接ロボット制御装置の提供にある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、ワーク位置検出用センサを備えたティー
チング・プレイバック方式のロボットを用い、H形鋼と
帯板状部材をワークとし、このワークのH形鋼の凹部開
口端部の内面と帯板状部材の側面との間を開先として、
自動アーク熔接するようにした熔接ロボット制御装置に
おいて、ティーチング時、予め設定してある複数のワー
ク位置検出開始点に上記ロボットを順次移動させ、上記
センサにより、上記H形鋼の凹部開口端部の外面位置と
上記帯板状部材の側面位置を各検出開始点毎に検出する
手段と、上記センサによる各外面位置及び各側面位置の
検出結果と、予め設定してある上記H形鋼の凹部開口端
部の厚さとに基づいて、各検出開始点毎に上記開先の幅
を計算する手段と、上記各検出開始点をインデックスデ
ータI部とし、上記H形鋼の凹部開口端部の外面位置の
検出結果と上記帯板状部材の側面位置の検出結果をデー
タJ部とし、上記開先幅の計算結果をデータA部とし
て、それぞれ格納した開先幅検出ベクトルテーブルを順
次作成する手段とを設け、プレイバック時、上記開先幅
検出ベクトルテーブルに基づいて上記ロボットの位置が
制御され、熔接条件が選定されるようにして達成され
る。
これを実施例に即していえば、まず、或る実施例で
は、開先を形成するワークの2面に対して、ロボットに
より各々センシング(位置検出)を行ない、各々センシ
ング開始点位置とセンシング終了点位置の計4種の位置
データをロボット内部に取り込む。ここで、位置データ
を取り込むタイミングはロボットのコマンドから得られ
る。そして、センシング開始点位置はロボットの教示位
置データとなるが、センシング終了点位置はロボットの
トーチ先端が対応するワークの面に接触したときの位置
データとなる。次に、この取り込んだ位置データの各面
に対するセンシング終了点位置データにより、開先幅成
分を含む偏差ベクトル(開先幅ベクトル)と、1の面に
ついてのセンシング位置データから、この偏差ベクトル
から開先成分を取り出すための方向ベクトルとなる開先
方向ベクトルをそれぞれ計算し、この開先方向ベクトル
に対して上記開先幅ベクトルを投影することにより開先
幅を算定するようになっている。
また、他の或る実施例では、上記の開先幅検出を対象
とする溶接線に沿って複数回行ない、その都度、求めた
開先幅を記憶し、これらの記憶した複数個の開先幅算定
値を平均化し、その溶接線の開先幅値としてロボット内
部の開先幅記憶レジスタに記憶するようになっている。
さらに、また、或る実施例では、上記開先幅レジスタ
に比較コマンドを設け、この比較コマンドにより開先幅
に対応した溶接条件テーブルを参照し、溶接電流、電
圧、溶接速度などの溶接条件の選択を行なうようになっ
ている。
〔作用〕
開先幅検出手段は、対象としているワークがロボット
の位置に対してどのような位置に設置されていても、ロ
ボット座標系においての開先幅を算定できるので、ワー
クの設置についての制約を少なくすることができる。
また、この結果、開先幅が一定に保たれていない場合
でも常に適切な溶接条件が設定でき、ロボットによる自
動溶接を精度良く実行することができる。
〔実施例〕
以下、本発明による溶接ロボット制御装置について、
図示の実施例により詳細に説明する。
まず、第3図は本発明の一実施例が適用されたロボッ
トシステムのハード構成を示したもので、図において、
10はロボット、11は溶接用のトーチ、12は溶接ワイヤ、
14はワーク1を載置した作業台、16はワイヤ送給装置、
18はリールスタンド、20はロボット制御装置、22は溶接
機、23は教示装置(PBC)、24は操作パネル(PGU)、そ
して25はガスボンベである。なお、このような構成のロ
ボットシステムは、ごく一般的なもので、動作について
も一般的な説明は省略する。
第4図は、後述するセンス終了点を検出するためのセ
ンサ機構で、トーチ11の溶接ワイヤ12と作業台14の間に
電源30を設け、ロボット10が動いて溶接ワイヤ12がワー
クとなるH形鋼1に接触すると閉回路が形成され、ワー
ク接触信号がオンになり、ロボットによる開先幅センシ
ング時でのセンス終了点を得るためのタイミングが取り
込めるようになっている。
第5図はロボット制御装置20のソフトウエア構成を示
したもので、図において、まず、201はマンマシン制御
部であり、ロボット10の起動/停止などのマンマシンイ
ンタフェースをつかさどると共に、ワークの溶接動作を
含むティーチコマンドの教示をつかさどるものであり、
これにより補助記憶装置202のティーチコマンド群がロ
ボットの記憶装置にロードされる。
203はユーティリティで、各種の補助データの設定及
び内部記憶装置への記憶を行なう。なお、ここでの補助
データとしては、ワークとなるH形鋼1の板厚データS1
(第2図(b))やセンシング回数nなどがある。
204は動作制御系で、205のインタプリンタ系から発行
される指令値に応じてロボットを動作させる働きをし、
他方、インタプリンタ系205は、この動作制御系204を介
してロボットの現在値を取り込むようになっている。そ
して、さらにこのインタプリンタ系205は、マンマシン
制御部201からの起動要求に応じて補助記憶装置202から
教示データをロードし、教示コマンドを逐次、1コマン
ド毎に解析し、実行してゆくことにより、以下に説明す
る、本発明の一実施例による動作が得られることにな
る。
第6図は、このときの教示コマンドフローの一例で、
上記実施例により、第2図に示したワークをロボットに
より溶接する場合のもので、このフローが順次、インタ
プリンタ系205により解析され実行されてゆくことにな
る。
第7図は、このときのインタプリンタ系205のソフト
ウエア構成を示したもので、以下、これにより、この実
施例の動作について説明する。
第7図において、71は命令フェッチ処理部で、第6図
の教示コマンドを1コマンドつづ取り出し、72の命令判
断処理部に渡す。そこで、命令判断処理部72では、その
渡された教示コマンドを判別し、その種類に応じて対応
した処理部80、90、110、120をそれぞれ起動する。
まず、第6図のセンス開始コマンドにより第7図のセ
ンス開始処理80が起動されると、第8図に示すように、
まずセンス開始ポイント を開先幅検出ベクトルデータテーブル群のI部に格納し
(処理81)、ついでポイントデータを動作制御系204に
渡して補間動作を実行させ(処理82)、処理83でその終
了を待つ。
次に、第6図のセンス終了コマンドにより第7図のセ
ンス終了処理90が起動すると、第9図に示す処理が開始
し、まず、センス開始ポイント とセンス終了ポイント とによりロボットの進行方向ベクトルを求め(処理9
1)、これに基づいて補間命令を動作制御系204に与え
(処理92)、その方向にロボットを動作させながら処理
93でI/O制御部206を介して上記したワーク接触信号を監
視し、それがオンになるのを待つ。そして、この信号が
オンになった時点でロボットを停止させ(処理94)、そ
れに続いて、このときのロボットの現在位置を動作制御
系204から読み取り(処理95)、それをセンス終了ポイ
ント として開先幅検出ベクトルデータテーブル群のJ部に格
納する(処理96)。
以上の処理は、第6図に開先幅検出センシング動作と
して示すように、繰返し起動され、これにより開先幅検
出ベクトルデータテーブルが設定される。
この開先幅検出ベクトルデータテーブルは、第10図に
示すような構造を持ち、センシング回数n(ユーティリ
ティ203で設定)分、用意される。
ところで、ここにいうセンシング回数の1回分とは、
第1図に示すように、段違い平行開先を構成するH形鋼
1の外側面に対するセンシング動作と、帯板状の部材
2の側面2′に対するセンシング動作との2回の動作
を1組としたものであり、この1回分のセンシング動作
が終了する毎に、第10図の開先幅検出ベクトルデータテ
ーブルのデータを用い、以下の計算式により開先幅Δ
を算定し、それを開先幅検出ベクトルデータテーブルの
A部に設定する(処理97)。
まず、開先幅ベクトル の単位方向ベクトルを次式により計算する。
ここで、各記号の前添字12は開先幅形成面のセンス
No.を表わし、後添字のSEはセンス終了点であることを
表わす。
次に、開先幅ベクトル の大きさ は、 次に、開先幅ベクトルを投影するための開先幅方向ベ
クトル の単位方向ベクトルは、必ず第1の面に対するセンス
を基準に計算するものとし、次式により計算する。
ここで、 とする。
従って、開先幅ベクトル の開先幅方向ベクトル への投影成分ΔVは、次式で求まる。
ここで、cosθは開先幅ベクトル と開先幅方向ベクトルBとがなす角度であることから、
次式で求まる。
cosθ=・ =(Δx2・Δx1+Δy2・Δy1+Δz2・Δz1) ……
(5) 次に、第6図の開先幅計算コマンドにより第7図の開
先幅平均算出処理110が起動し、第11図の処理が実行さ
れ、ここでは、次式により計算を行ない、開先幅平均 を求め、それを開先幅格納レジスタの 部に格納する。
ここで、n:センシング回数 S1:H形鋼の板厚 である。
この後、第6図の溶接条件選択コマンドにより第7図
の溶接条件処理120が起動し、第12図の処理が実行さ
れ、溶接条件が選択されるのであるが、この実施例で
は、開先幅平均 による溶接条件テーブルの検索により溶接条件が選択さ
れるように構成してある。
そして、この第12図では、開先幅Tについて4種類の
数値T1〜T4を設定してあり、これらの関係を以下のよう
にしてある。
T1<T2<T3<T4 そして、最後に第6図の溶接動作コマンドに進み、溶
接条件選択処理120で選択された溶接条件に従ってロボ
ット10による溶接動作が実行される。
従って、この実施例によれば、以下に列挙した優れた
効果を得ることができる。
開先幅を形成する2面の位置関係をベクトル化し、し
かもセンス方向ベクトルを上記ベクトルの投影の基準と
しているので、ワークがどのように設置されていよう
が、ロボットの座標系で容易に開先幅成分を検出するこ
とができる。
開先幅を複数回検出し、それらの平均をとっているの
で、開先幅が一定でない溶接線についても容易に開先幅
を求めることができ、且つ板厚も考慮されているので、
H形鋼などの段違いに平行開先にも容易に対応して、良
好な溶接をえることができる。
開先幅により溶接条件が自動的に設定されるから、開
先幅に応じて柔軟な対応が可能な溶接ロボット制御シス
テムが容易に構築できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、開先幅は一定でない段違い平行開先
を有するワークの開先幅の検出が充分迅速に、且つ精度
良く得られ、常に適切な溶接条件のもとでのロボットに
よる自動溶接が容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による溶接ロボット制御装置の一実施例
による検出動作の説明図、第2図は本発明の適用対象と
なる段違い平行開先を有するワークの説明図、第3図は
本発明の一実施例が適用された溶接ロボットシステムの
ハードウエア構成図、第4図はセンサ機構の説明図、第
5図はソフトウエア構成図、第6図は教示コマンドの説
明図、第7図はインタプリンタソフトウエア構成図、第
8図はセンス開始距離のフローチャート、第9図はセン
ス終了処理のフローチャート、第10図は開先幅検出ベク
トルテーブルの説明図、第11図は開先幅平均算出処理の
フローチャート、第12図は溶接条件選択処理のフローチ
ャートである。 1……H形鋼、2……帯板状部材、3……段違い平行開
先、10……ロボット、11……溶接トーチ、12……溶接ワ
イヤ、14……作業台、16……ワイヤ送給装置、18……リ
ールスタンド、20……ロボット制御装置、22……溶接
機、23……教示装置(PBC)、24……操作パネル(PG
U)、25……ガスボンベ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高渕 雄二 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 市村 和之 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−83375(JP,A) 特開 昭63−126678(JP,A) 特開 昭59−82172(JP,A) 特開 昭59−147777(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 9/095,9/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワーク位置検出用センサを備えたティーチ
    ング・プレイバック方式のロボットを用い、H形鋼と帯
    板状部材をワークとし、このワークのH形鋼の凹部開口
    端部の内面と帯板状部材の側面との間を開先として、自
    動アーク熔接するようにした熔接ロボット制御装置にお
    いて、 ティーチング時、予め設定してある複数のワーク位置検
    出開始点に上記ロボットを順次移動させ、上記センサに
    より、上記H形鋼の凹部開口端部の外面位置と上記帯板
    状部材の側面位置を各検出開始点毎に検出する手段と、 上記センサによる各外面位置及び各側面位置の検出結果
    と、予め設定してある上記H形鋼の凹部開口端部の厚さ
    とに基づいて、各検出開始点毎に上記開先の幅を計算す
    る手段と、 上記各検出開始点をインデックスデータI部とし、上記
    H形鋼の凹部開口端部の外面位置の検出結果と上記帯板
    状部材の側面位置の検出結果をデータJ部とし、上記開
    先幅の計算結果をデータA部として、それぞれ格納した
    開先幅検出ベクトルテーブルを順次作成する手段とを設
    け、 プレイバック時、上記開先幅検出ベクトルテーブルに基
    づいて上記ロボットの位置が制御され、熔接条件が選定
    されるように構成したことを特徴とする熔接ロボット制
    御装置。
  2. 【請求項2】請求項1の発明において、 上記熔接条件の選定が、複数の異なった開先幅のそれぞ
    れに対応して予め設定記憶してある複数の熔接条件の1
    種の選択で処理されるように構成したことを特徴とする
    熔接ロボット制御装置。
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