JP5103147B2 - 溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法及び溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法 - Google Patents
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Description
請求項3の発明は、多層盛溶接の1パス目の各教示点で結ばれる線を溶接線とし、請求項1または請求項2に記載の溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法で溶接線座標を設定する第1ステップと、前記1パス目のm(m=1,……M)点目の教示点位置に前記溶接線座標を基準にして溶接トーチを手動操作で移動する第2ステップと、1パス目のm点目の教示点位置から2パス目以降の各パスの対応するオフセット予定位置へ前記溶接線座標を基準にして前記溶接トーチを手動操作で移動させ、前記各パスにおけるオフセット予定位置に前記溶接トーチが移動する毎に、該溶接トーチの位置を教示し、1パス目の位置姿勢との差分を、2パス目以降の各パスにおける前記溶接線座標を基準にしたオフセット値として記録する第3ステップを含むことを特徴とする溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法を要旨とするものである。
また、基準軸が開先形状を形成する面に含まれる軸、又は開先形状を形成する面間に位置する軸である溶接線座標を好適に設定することができる。
請求項2の発明によれば、絶対座標系における大地と直交する軸を基準軸とした溶接線座標を好適に設定することができる。
図6は、マニピュレータ11に関するワールド座標系、ロボットベース座標系、ツール座標系及び溶接線座標系からなる各座標系との関係を図示した座標系関係図である。同図に示すように、マニピュレータ11はリンクL0〜L6と、関節軸K1〜K6を有する。
図6に示すように、ワールド座標系XΣ−YΣ−ZΣは、地面を基準にした座標系で、原点が地面に任意に定められた基準位置Σに設定され、重力の作用する向きと逆方向がZΣ軸とされ、水平面が基準面XΣ−YΣとした右手直交座標系である。ワールド座標系は絶対座標系に相当する。
ロボットベース座標系(ベース座標系ともいう)Xw−Yw−Zwは、原点がマニピュレータ11の基準位置Wに設定され、マニピュレータ11が据え付けられたときのマニピュレータ11の底面と平行な水平面が基準面Xw−Ywとされ、基準面Xw−Ywからマニピュレータ11に向かう方向がZw軸とされた右手直交座標系である。
ツール座標系Xt−Yt−Ztは、原点がトーチ先端位置Tに設定され、トーチ先端位置Tからトーチ中心軸に沿った方向、すなわちマニピュレータ11のリンクのトーチ取付位置に向かう方向がZt軸とされた右手直交座標系である。
大地溶接線座標系Xs−Ys−Zsは、原点が現在の溶接位置Sとされ、この溶接位置Sにおける溶接進行方向をZs軸とし、溶接位置Sを含み溶接進行方向軸Zsと直交する平面を溶接線直交平面Xs−Ysとする。又、大地溶接線座標系Xs−Ys−Zsは、重力の作用する向きと逆方向に向かうZΣ軸を含み溶接線直交平面Xs−Ysと直交する平面を溶接線垂直平面Xs−Zsとし、溶接線直交平面Xs−Ys及び溶接線垂直平面Xs−Zsに直交する平面を溶接線水平平面Ys−Zsとする右手直交座標系である。
具体的には、重力の作用する向きと逆方向に向かうワールド座標系のZΣ軸に平行であるとともに1パス目の教示点を通過するXs軸(基準軸)が、開先形状を形成する母材の一対の面間に位置するか、或いは、前記開先形状を形成する母材の面に含まれるように、大地溶接線座標が設定されている。この場合、開先形状は、例えば、T継手、すみ肉継手、V形,レ形等を挙げることができる。
トーチ先端位置Tは、リンクL0〜L6のそれぞれの長さと関節軸K1〜K6のそれぞれの関節角度との機械的構造から定まる。ワールド座標系XΣ−YΣ−ZΣとロボットベース座標系Xw−Yw−Zwとツール座標系Xt−Yt−Ztとの位置姿勢関係は、Twt=Twb×Tbtで示される。
Twt:ワールド座標系に対するツール座標系の位置姿勢関係、
Twb:ワールド座標系に対するロボットベース座標系の位置姿勢関係、
Tbt:ロボットベース座標系に対するツール座標系の位置姿勢関係。
次に、本発明の溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法及び溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法を具体化した実施形態を図1〜図5を参照して説明する。
溶接ロボットのロボット制御装置RCは、ワーク16に対してアーク溶接を自動で行うように制御するものであり、溶接作業を行う6軸(すなわち、6個の関節軸)のマニピュレータ11と、マニピュレータ11を制御するロボット制御装置RCを備える。ロボット制御装置RCには、可搬式操作部としてのティーチペンダントTPが接続されている。ティーチペンダントTPの操作面には図示しないキーボード及び液晶ディスプレイ等からなる表示装置が設けられている。前記キーボードには、モード指定キー、座標系指定キー等の各種キーが設けられている。又、前記キーボードにより各種の教示データがロボット制御装置RCに入力される。マニピュレータ11は、フロア等に固定されるベース部材12と、複数の軸を介して連結された複数のアーム13(前述のリンクに相当する)とを備える。最も先端側に位置するアーム13の先端部には、作業ツールとしての溶接トーチ14が設けられる。
ST4においては、オペレータは1パス目の第1教示点目にティーチペンダントTPを使用して、溶接トーチ14を手動による再生運転操作で移動する。次にST5において、オペレータは第1教示点から第2教示点方向(この場合は、m点からm+1点方向)をZs軸としてティーチペンダントTPで入力する。この入力により、ロボット制御装置RCはST2で選択したXs軸と、入力されたZs軸とにより第1教示点における大地溶接線座標を更新する。
上記のようにm点からm+1点方向(上記の例では第1教示点から第2教示点方向)を軌道Q1Q2とすると、大地溶接線座標の軌道Q1Q2がロボットベース座標系基準で教示されて、大地溶接線座標のXs軸がワールド座標のZΣ軸方向と指定された場合、大地溶接線座標は以下に示すように算出される。
wo=wa × waΣ/|wa × waΣ|
wn=wo × wa/|wo × wa|
ここで、wa、waΣ、wo、wn、wnΣ、woΣ、はベクトルであり、「×」は外積を表わしている。
そして、最終的に1パス目の第M教示点に関するST4〜STn+2の操作や処理が終了してST3において、m>Mとなったとき、オペレータはこの一連の処理を終了する。
Nパス目の第M教示点のオフセット値を(x,y,z,a,b,c)とする。
Nパス目の第M教示点の位置Pは、
P=wPM+wn・x+wo・y+wa・z
となる。
R=wRy・RPY(a,b,c)・yRm
となる。ただし、
wRy=[wn、wo、wa]
yRm=大地溶接線座標から見た1パス目のM教示点の姿勢
RPY(a,b,c)は、ロール、ピッチ、ヨー角による変換行列である。
なお、前記のようにして教示されたオフセット値の確認は、オペレータが、ティーチペンダントTPを使用して、記憶部23に格納した前記ファイルを読み出して1パス目の各教示点に溶接トーチ14を移動させた後、溶接トーチ14を2パス目以降の各パスのオフセット値を反映した教示点へ手動による再生運転操作することにより行われる。
(1) 本実施形態の溶接線教示方法は、図5に示すようにST1で溶接線を教示し、ST2で前記溶接線上のZs軸に直交するとともに開先形状に関係し、非トーチ中心軸であるXs軸(基準軸)を教示する。そして、ST5において、前記教示された溶接線上の軸であるZs軸とXs軸(基準軸)の両軸に共に直交するYs軸からなる大地溶接線座標(溶接線座標)を設定するようにした。
(2) 本実施形態の溶接線教示方法は、さらに、Xs軸(基準軸)が、開先形状を形成する面に含まれる軸であるようにした。この結果、Xs軸(基準軸)が開先形状を形成する面に含まれる軸である大地溶接線座標(溶接線座標)を好適に設定することができる。
この結果、絶対座標系における大地と直交する軸をXs軸(基準軸)とした溶接線座標を好適に設定することができる。
○ 前記実施形態では、6軸の溶接ロボットのマニピュレータ11は6軸としたが、6軸に限定されるものではなく、6軸以外のマニピュレータであってもよい。
又、2パス目以降の教示点のオフセット値の数値入力が行われた後、該教示点のオフセット値の修正を行う場合には、前記実施形態と同様に教示操作により、行ったり、或いは、修正対象のファイルを読み出して、ティーチペンダントTPの表示装置の画面上でオフセット値を再入力するようにしてもよい。
Claims (4)
- 溶接線を教示し、前記溶接線上の軸に直交するとともに開先形状に関係し、非トーチ中心軸である基準軸を教示するステップと、
前記教示された溶接線上の軸と基準軸の両軸に共に直交する軸からなる溶接線座標を設定するステップを含み、
前記基準軸が、前記開先形状を形成する面に含まれる軸、又は前記開先形状を形成する面間に位置する軸であり、
前記溶接線上の軸が、溶接線上の1つの教示点と、該教示点に隣り合う教示点で教示されることを特徴とする溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法。 - 前記基準軸が、絶対座標系における大地と直交する軸と平行であることを特徴とする請求項1に記載の溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法。
- 多層盛溶接の1パス目の各教示点で結ばれる線を溶接線とし、請求項1または請求項2に記載の溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法で溶接線座標を設定する第1ステップと、
前記1パス目のm(m=1,……M)点目の教示点位置に前記溶接線座標を基準にして溶接トーチを手動操作で移動する第2ステップと、
1パス目のm点目の教示点位置から2パス目以降の各パスの対応するオフセット予定位置へ前記溶接線座標を基準にして前記溶接トーチを手動操作で移動させ、前記各パスにおけるオフセット予定位置に前記溶接トーチが移動する毎に、該溶接トーチの位置を教示し、1パス目の位置・姿勢との差分を、2パス目以降の各パスにおける前記溶接線座標を基準にしたオフセット値として記録する第3ステップを含むことを特徴とする溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法。 - 前記第2ステップで、1パス目のm点目の教示位置に移動した際に、m点から(m+1)点方向を新たな溶接線上の軸として溶接線上の軸を設定して、溶接線座標を更新することを特徴とする請求項3に記載の溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法。
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