JPH0366991B2

JPH0366991B2 -

Info

Publication number: JPH0366991B2
Application number: JP12254783A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Asano
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1983-07-05
Filing date: 1983-07-05
Publication date: 1991-10-21
Also published as: JPS6015074A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、舵取機構を有する走行台車に少な
くとも左右動可能な移動体を支持し、その先端側
に溶接用トーチおよびならいセンサを装着したな
らい溶接装置に関するものである。

（従来技術）前述ならい溶接装置で、曲線溶接線をならい溶
接する場合、前記移動体の左右方向位置制御や前
記舵取機構の舵取制御を実行するのみならず、前
記溶接線に対する前記溶接用トーチの角度を制御
しなければ、良好な溶接結果を得ることはできな
い。そのため従来では、前記ならいセンサとは別
に前記溶接線の方向を検出するためのセンサを追
加する必要がある。

（解決しようとする課題）しかしながらならい溶接装置にセンサを数多く
設けることは好ましくない。とりわけ前記溶接用
トーチ近辺の構造が複雑となるし、スパツタの影
響も受け易い。

（課題を解決するための手段）この発明は前述事情に鑑みてなされたものであ
り、舵取機構を有する走行台車と、この走行台車
に支持され、その走行台車の左右方向に移動可能
の移動体と、この移動体に支持され、その先端部
が溶接用トーチの支持部材であり、しかも該溶接
用トーチをその溶接点の位置を中心として垂直軸
まわりに回動可能の平行四辺形リンク機構と、前
記支持部材に支持した溶接線ならいセンサと、該
溶接線ならいセンサの出力により前記移動体を位
置制御して溶接線をならい溶接するべくした制御
装置とを備え、該制御装置には、前記走行台車の
現在の位置を基準とする現在の溶接点の位置およ
び過去の少なくとも２つの溶接点の位置の各位置
情報から、それら３点以上の位置を通る多次曲線
を求める手段と、前記現在の溶接点の位置または
前記多次曲線上で一定時間経過後に到達するであ
ろう次期溶接仮想点の位置における前記多次曲線
の接線を求める手段と、該接線に対して前記溶接
用トーチが最適角度となる方向を求める手段と、
該方向に対する現在の溶接用トーチの角度を求め
る手段とを含み、該角度に相当する量だけ前記平
行四辺形リンク機構を回動し、前記溶接用トーチ
の前記溶接線に対する角度を最適角度に保持する
べくしたことを特徴とするものである。

（作用）前記ならいセンサの出力により前記移動体を左
右方向に位置制御する一方、前記走行台車の現在
の位置を基準とする現在の溶接点の位置および過
去の少なくとも２つの溶接点の位置の各位置情報
から、それら３点以上の位置を通る多次曲線を求
め、さらには現在の溶接点の位置または前記多次
曲線上で一定時間経過後に到達するであろう次期
溶接仮想点の位置における前記多次曲線の接線を
求め、さらにはまた該接線に対して前記溶接用ト
ーチが最適角度となる方向を求めるとともに、該
方向に対する現在の溶接用トーチの角度を求め、
該角度だけ前記溶接用トーチの前記溶接線に対す
る角度修正を行う。

（実施例）なおこの実施例では、全車輪を同時に同方向に
同一角度舵取り可能な走行台車に対して左右方向
移動可能に移動体を搭載するとともに、この移動
体にトーチ支持部材を垂直軸支し、さらにはトー
チ支持部材にすみ肉溶接線ならいセンサを設け
た、走行台車型のすみ肉ならい溶接装置として説
明するが、突合せならい溶接装置であつてもよ
い。その他例えば直角座標ロボツトの前後左右動
する腕にトーチ支持部材を垂直軸支したならい溶
接装置であつてもよく、この発明をこの実施の形
態に限定するものではない。

W₁，W₂は、それぞれワークであり、W₁は水
平ワーク、W₂は垂直ワークである。両ワーク
W₁，W₂は、第１図のように相互に位置決めされ
て予め仮付溶接が施されている。WL（WL₁，
WL₂）は、両ワークW₁，W₂で形成され、90度に
屈折された溶接線（水平すみ肉溶接線）である。

１は、平面形状がほぼ四辺形（実施例ではほぼ
正方形）の走行台車であり、計４個の車輪２が装
着されている。なお全車輪２は、台車１底部に取
付けた電動機M₁により、チエーン３ａおよびス
プロケツト３ｂ，３ｃと、かさ歯車３ｄ，３ｅと
からなる動力伝達機構３を介して同方向に駆動さ
れるべく構成されている。E₁は、詳細を図示し
ていないが、車輪２に接続した車輪回転量検出用
エンコーダである。Ｓ１は、電動機M₁およびエ
ンコーダE₁を含むサーボ系である。

４は、舵取機構であり、台車１底部に取付けた
電動機M₂により、チエーン４ａおよびスプロケ
ツト４ｂ，４ｃを介して、全車輪２を同時に同方
向に同一角度舵取りし得るべく構成されている。
E₂は、詳細を図示していないが機構４の舵取角
検出用エンコーダである。Ｓ２は、電動機M₂お
よびエンコーダE₂を含むサーボ系である。

５は、台車１の中央上部に垂直軸支５ａされ、
電動機M₃により回動する回動体である。E₃は、
詳細を図示していないが、回動体５の回動角検出
用エンコーダである。Ｓ３は、電動機M₃および
エンコーダE₃を含むサーボ系である。５ｂは、
回動体５上部に固設した取手である。

６は、回動体５に支持され、電動機M₄により
水平方向に移動可能の移動体である。E₄は、移
動体６の位置検出用エンコーダである。Ｓ４は、
電動機M₄およびエンコーダE₄を含むサーボ系で
ある。

７は、移動体６に支持され、電動機M₅により
上下に傾動可能の傾動部材である。E₅は、部材
７の傾動角検出用エンコーダである。Ｓ５は、電
動機M₅およびエンコーダE₅を含むサーボ系であ
る。

８は、部材７に垂直軸支され、電動機M₆によ
り図示しない公知の平行四辺形リンク機構を介し
て軸８ａを中心としてほぼ水平回動するべくした
溶接用トーチ支持部材である。E₆は、部材８の
回動角検出用エンコーダである。Ｓ６は、電動機
M₆およびエンコーダE₆を含むサーボ系である。

SHは、部材８に支持され、溶接線WLの左右
方向ならいセンサ（実施例では接触式であるが非
接触式でもよい）であり、図示しないばねにより
突出付勢された接触子９と、この接触子９に連結
された差動トランスTR₁とを含む。なおセンサ
SHは、予め設定したその基準出力値における接
触子９の突出位置において、軸８ａが接触子９先
端を通過するように設定されている。また接触子
９の突出は、図示しないストツパにより制限され
ている。

SVは、部材７に支持され、溶接線WLの上下
方向ならいセンサ（実施例では接触式であるが非
接触式でもよい）であり、図示しないばねにより
突出付勢された接触子１０と、この接触子１０に
連結された差動トランスTR₂とを含む。なおセン
サSVは、予め設定したその基準出力値における
接触子１０の突出位置において、部材７が水平位
置となるように設定されている。

Ｔは、部材８に取付けた溶接用トーチである。
トーチＴの取付位置は、センサSH，SVの前記基
準出力値における接触子９，１０の突出位置にお
いて、トーチＴの溶接点の位置Ｐが、接触子９先
端下方で、かつ接触子１０先端を通る水平面上に
位置するように設定されている。

１１は、信号ケーブル、動力ケーブル、トーチ
Ｔへの給電ケーブルなどを含むコンジツトケーブ
ルである。

SWは、台車１の各辺の側壁に２個ずつ（SW₁
とSW₂）計８個突設した垂直ワークW₂検出セン
サ（実施例ではリミツトスイツチ）である。

Ｃは、中央処理装置CPUとメモリMEMを含む
コンピユータを主体とした制御装置である。制御
装置Ｃには、各サーボ系Ｓ１〜Ｓ６、操作盤
RB、溶接電源WS、トランスTR₁，TR₂、スイ
ツチSW₁，SW₂が、バスラインBLを介して接続
されている。

なお制御装置Ｃには、現在の溶接点の位置Pi＋１、および過去の２つ
の溶接点の位置（この実施例ではPi＋１点より一
定時間ｔ前の溶接点の位置Pi、およびさらにPiよ
り一定時間ｔ前の溶接点の位置Pi−１）の実施例
では計３点の位置情報から、それら３位置Pi−
１，Pi，Pi＋１を通る２次曲線Ｒ（実施例では放
物線であるが、その他円、楕円、双曲線でもよ
い）を求める手段（後述するステツプST₁₁）と、
現在の溶接点の位置Pi＋１または曲線Ｒ上の将来
の溶接点の位置Pi＋２における曲線Ｒの接線方向
H₁（実施例ではPi＋１位置を通る接線方向）を求
める手段（後述するステツプST₁₂）と、接線方
向H₁に対してトーチＴが最適角度となる方向H₂
を求める手段（後述するステツプST₁₃）と、そ
の方向H₂に対する現在のトーチＴの角度θを求
める手段（後述するステツプST₁₄）と、この角
度θに相当する量だけリンク機構８を回動させ
て、トーチＴの溶接線WLに対する角度を最適角
度に保持するべくした手段（後述するステツプ
ST₁₅，ST₁₆）とを含んでいる。

なお曲線Ｒは、現在と過去との４点以上の溶接
点の位置を通る３次以上の曲線であつてもよい。

さらにこの実施例の作用を、第４，５図を参照
しつつ第６図イ，ロのフローチヤートに基づいて
説明する。

まずオペレータは、操作盤RBの図示しない電
源スイツチおよび原点位置決めスイツチをONに
する。

このとき車輪２の舵取角は、全車輪２が前後方
向（第１図図示Ｘ方向）となる角度に、また回動
体５は、移動体６の移動方向が台車１に対して左
右方向（第１図図示Ｙ方向）となる位置に、さら
には移動体６は、トランスTR₁の出力値が予め設
定した基準出力値に一致する位置に、さらにはま
た部材７は、トランスTR₂の出力値が予め設定し
た基準出力値に一致する位置に、さらにはまた部
材８は、Ｘ方向に対するトーチ角が最適となる位
置に、それぞれ原点位置決めされる。

そしてオペレータは、取手５ｂを把持し、台車
１を持上げて、第１図のように、台車１をワーク
W₁上に載せる。なおこの載せる位置は、溶接線
WL₁の始端部（第１図において右下端部）近辺
が望ましい。

このとき台車１の前後方向が溶接線WL₁の方
向とほぼ一致するように、さらにはセンサSH，
SVの接触子９，１０が、それぞれワークW₁，
W₂に接触するように、スタート位置を決定して
おく。

そこで操作盤RBの図示しないスタートスイツ
チをONにすると、 (ア) まず溶接電源WSをONにするべく指令が出
力される。（ステツプST₁） (イ) また軸５ａ中心位置を原点Oiとし、舵取方
向をXi軸として、溶接点の位置Piの位置情報
がコンピユータＣに取込まれる。（ステツプ
ST₂） (ウ) さらには台車１を最初に設定した溶接速度で
前進（第１図においては左上進、第５図におい
ては上進）させるべく電動機M₁に指令が出力
される。（ステツプST₃） (エ) しかもセンサSHによる移動体６の左右方向
ならい制御、およびセンサSVによる傾動部材
７のならい制御も開始される。（ステツプST₄）すなわちトランスTR₁からの出力値と基準値
とをCPUで比較し、その差に応じた速度で、
その差がゼロとなるように、移動体６はワーク
W₂から遠隔あるいは接近し、トーチＴの溶接
線WL₁に対する左右方向位置が制御され、ま
たトランスTR₂からの出力値と基準値とを
CPUで比較し、その差に応じた速度で、その
差がゼロとなるように、部材７はワークW₁か
ら遠隔あるいは接近し、トーチＴの溶接線
WL₁に対する上下方向位置が制御される。

(オ) さらには台車１前辺のスイツチSW₁，SW₂の
少なくとも一方から信号の出力があつたか否か
すなわち台車１が溶接線WL₂を形成するワー
クW₂に衝突してスイツチSW₁がONになつた
か否か、スイツチSW₂がONになつたか否か、
が判定される。（ステツプST₅およびST₆） (カ) そしてもしスイツチSW₁，SW₂のいずれから
も信号の出力がなければ、一定時間ｔ（例えば
0.1秒）が経過したか否かが判定される。（ステ
ツプST₇）この判定結果、もし時間ｔが経過していなけ
れば、ステツプST₅にもどる。

(キ) そして時間ｔが経過したならば、Piの位置情
報およびエンコーダE₁，E₂，E₄の出力値から
現在の溶接点の位置Pi＋１が演算され、そのPi
＋１の位置情報がコンピユータＣに取込まれ
る。（ステツプST₈） (ク) さらにエンコーダE₂出力値から現在の舵取
角度を演算し、その舵取方向をXi＋１軸とし、
現在の垂直軸５ａ中心位置を原点Oi＋１とす
る座標に置換される。（ステツプST₉）（ケ）その置換された新たな座標系において、
PiPi＋１位置が座標変換される。（ステツプ
ST₁₀）（コ）さらにはPi−１，Pi，Pi＋１位置を通る
２次曲線Ｒ（実施例では放物線）が求められる。
（ステツプST₁₁）なお曲線Ｒは、Oi＋１を原点、Xi＋１方向
およびこれと直交するyi＋１方向を座標軸とし
て求められる。

（サ） Pi＋１位置を通る曲線Ｒの接線H₁（法線
でもよい）を求める。（ステツプST₁₂）（シ）ワークW₁面上で、接線H₁に対して最適
角度となるトーチＴの方向H₂を求める。（ステ
ツプST₁₃）（ス）そのH₂方向に対する現在のトーチＴ角
度θを演算する。（ステツプST₁₄）（セ）さらにトーチ角度θを時間ｔを除算す
る。（ステツプST₁₅）（ソ）そしてその除算値の速度でトーチＴを軸
８ａまわりに回動させるべく電動機M₆に指令
が出力される。（ステツプST₁₆）この（ソ）の結果、トーチＴは溶接線WL₁
に対して常に最適角度に制御されることにな
る。

なお前述ステツプST₁₁，ST₁₂により、溶接
線WLの方向を求める手段PR₁として構成され
ている。

（タ）さらに溶接速度と時間ｔとを乗算し、曲
線Ｒ上において、Pi＋１位置から前記乗算値
（距離L₁）だけ離なれた将来の溶接点の位置
（次期溶接仮想点の位置）Pi＋２を演算する。
（ステツプST₁₇）なおPi＋２位置は、Pi＋１位置を中心とする
半径L₁の円と曲線Ｒとの交点としているが、
実質的に曲線Ｒ上での距離L₁離なれた位置で
あつてもよい。

（チ）さらにはPi＋２位置から台車１の左右方
向かつ台車１側へ一定距離L₂（予め設定した移
動体６の基準位置におけるトーチＴの溶接点の
位置と垂直軸５ａ中心位置との距離）だけ離な
れた次期垂直軸５ａの仮想点の位置Oi＋２を
演算する。（ステツプST₁₈）（ツ）さらにはOi＋１とOi＋２との間の距離
ｌを演算し、さらに距離ｌを時間ｔで除算す
る。（ステツプST₁₉）（テ）前述（ツ）の除算値の速度で、台車１を
走行させるべく電動機M₁に指令が出力される。
（ステツプST₂₀）この（テ）の結果、溶接線WLがカーブして
いても溶接速度が一定となるように車輪２の回
転速度が制御されることになる。

（ト）次にOi＋１とOi＋２とを通る直線H₃の
方向を求め、その直線H₃のXi＋１軸に対する
角度φを演算する。（ステツプST₂₁）（ナ）角度φを時間ｔで除算する。（ステツプ
ST₂₂）（ニ）その除算値の速度で、全車輪２を舵取り
するべく電動機M₂に指令が出力される。（ステ
ツプST₂₃）この（ニ）の結果、台車１と溶接線WL₁と
の距離がほぼ一定となるように、車輪２は舵取
り制御されることになる。

（ヌ）そしてPiの位置情報はPi−１に、またPi
＋１の位置情報はPiにそれぞれ置換される。
（ステツプST₂₄）その後ステツプST₅にもどり、前回同様のス
テツプを繰返し、結局溶接線WL₁はならい溶
接されることになる。

（ネ）ところでステツプST₅，ST₆で、もしス
イツチSW₁，SW₂から信号が出力されたなら
ば、台車１の前辺が第５図のように溶接線
WL₂を形成するワークW₂に衝突したというこ
とであるので、台車１を停止させるべく電動機
M₁に停止指令が出力される。（ステツプST₂₅）（ノ）しかも回動体５を右回動させるべく電動
機M₃にも指令が出力される。（ステツプST₂₆）（ハ）そしてその右回動指令出力と同時に、エ
ンコーダE₃によるカウントが開始される。（ス
テツプST₂₇）（ヒ）そのカウント値がＫ値になつたか否かが
判定される。（ステツプST₂₈）すなわち回動体５が一定角度αだけ右回動
し、トーチＴが第５図２点鎖線T′位置（トー
チＴの溶接点の位置が溶接線WL₁とWL₂との
屈折個所に一致した位置）に到達したかどうか
が判定される。

（フ）そしてカウント量がＫ値になれば、回動
体５を停止させるべく電動機M₃に停止指令が
出力される。（ステツプST₂₉）（ヘ）しかも電源WSをOFFにするべく指令が
出力される。（ステツプST₃₀）よつて前述
（ネ）〜（ヘ）のステツプにより、溶接線WL
屈折個所近辺における溶接線WL₁終端部のな
らい溶接が行なわれることになる。

前述説明は実施例であり、例えば前記溶接線
WL屈折個所近辺をならい溶接する必要がないな
ら、回動体５を廃してもよい。またワークW₁が
正確に水平であるなら、傾動部材７およびセンサ
SVを廃してもよい。さらには曲線Ｒは円やだ円
や双曲線であつてもよい。さらにはまた接線H₁
はPi＋２点を通る曲線Ｒの接線であつてもよい。
その他各構成の均等物との置換もこの発明の技術
範囲に含まれることはもちろんである。

（効果）この発明は前述したように、ならいセンサSH
の出力により移動体６を左右方向に位置制御しつ
つ、現在および過去の少なくとも計３点の溶接点
の位置情報からこれら３点を通る多次曲線Ｒを求
めるとともに、現在の溶接点の位置または多次曲
線Ｒ上で一定時間経過後に到達するであろう次期
溶接仮想点の位置における多次曲線Ｒの接線H₁
を求め、この接線H₁を溶接線WLの方向とみなし
て、これに対してトーチＴを最適角度となるよう
に角度制御するべくしたものであるから、従来の
ように溶接線WLの方向を検出するためのセンサ
を別途設けなくて済み、構造簡単となる。またス
パツタの影響を配慮しなければならないうれいも
軽減される。

【図面の簡単な説明】

図はいずれもこの発明ならい溶接装置の一実施
例を示し、第１図は全体斜視図、第２図は走行台
車の底面図、第３図は制御装置のブロツク図、第
４，５図は作用説明図、第６図イ，ロはフローチ
ヤートである。図において、W₁…水平ワーク、W₂…垂直ワー
ク、WL（WL₁，WL₂）…溶接線、６…移動体、
８…溶接用トーチ支持部材、Ｔ…溶接用トーチ、
SH…溶接線ならいセンサ、Ｃ…制御装置、ｔ…
一定時間、Pi＋２…将来の溶接点の位置、Pi＋１
…現在の溶接点の位置、Pi…現在より時間ｔ前の
溶接点の位置、Pi−１…Pi位置より時間ｔ前の溶
接点の位置、Ｒ…多次曲線（実施例では２次曲
線）、ST₁₁…多次曲線Ｒを求める手段、ST₁₂…Pi
＋１位置を通る多次曲線Ｒの接線H₁または法線
方向を求める手段、ST₁₃…接線H₁または法線方
向に対して最適角度となるトーチＴの方向H₂を
求める手段、ST₁₄…最適角度の方向H₂に対する
現在のトーチＴの角度θを演算する手段、ST₁₅
…角度θを時間ｔで除算する手段、ST₁₆…ステ
ツプST₁₅の除算値で支持部材８を回動させるべ
く指令する手段、PR₁…溶接線WLの方向を求め
る手段、である。

Claims

【特許請求の範囲】

１舵取機構を有する走行台車と、この走行台車
に支持され、その走行台車の左右方向に移動可能
の移動体と、この移動体に支持され、その先端部
が溶接用トーチの支持部材であり、しかも該溶接
用トーチをその溶接点の位置を中心として垂直軸
まわりに回動可能の平行四辺形リンク機構と前記
支持部材に支持した溶接線ならいセンサと、該溶
接線ならいセンサの出力により前記移動体を位置
制御して溶接線をならい溶接するべくした制御装
置とを備え、該制御装置には、前記走行台車の現
在の位置を基準とする現在の溶接点の位置および
過去の少なくとも２つの溶接点の位置の各位置情
報から、それら３点以上の位置を通る多次曲線を
求める手段と、前記現在の溶接点の位置または前
記多次曲線上で一定時間経過後に到達するであろ
う次期溶接仮想点の位置における前記多次曲線の
接線を求める手段と、該接線に対して前記溶接用
トーチが最適角度となる方向を求める手段と、該
方向に対する現在の溶接用トーチの角度を求める
手段とを含み、該角度に相当する量だけ前記平行
四辺形リンク機構を回動し、前記溶接用トーチの
前記溶接線に対する角度を最適角度に保持するべ
くしたことを特徴とする、ならい溶接装置。