JPH038582A - 溶接用ロボットおよびその使用方法 - 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］ 本願発明は鉄構工作物の溶接に使用するロボットおよび
その使用する方法に係る。

［従来の技術］ 従来から自走する走行台車に溶接トーチを取付は三次元
的にその位置を駆動して自動的に溶接を継続する溶接用
ロボットが実用化されている。

従来の自走式溶接用ロボットにおいては、溶接する軌跡
（溶接線）の確定において、いわゆるＰＴＰ（ポイント
　ツー　ポイント〉方式などの教示方式が多く採用され
ている。ところが実際の作業においてはＦＴＰ方式など
の方法は、現場での溶接の作業性が溶接線を確定するま
でに、１点、１点、教示しなければならず煩雑なので、
開先測定センサを搭載した溶接用ロボットが、数多く提
案されている。

面光測定センサとしては接触式と非接触式とがある。こ
のうち接触式としては電気接点式センサ。

溶接ワイヤ接触センサなとあるが、−窓以上の曲率を有
する継手にしか適用できないとか、溶接線全体の精度の
高い検出ができないという欠点かあり課題を残す。

したがって非接触式のセンサが課題解決に適切と目され
、この型式には磁気式、光学式などがおり、光学式はざ
らに光切断方式、レーザスキャニング方式、溶接部直接
画像処理方式などに細分類することができよう。

ここに挙げた非接触センサを搭載した溶接用ロボットの
構造については例えば「溶接線倣い検出装置」　（特開
昭６２−１０１３７９号公報）や「光学式倣い溶接装置
」　（実公昭６４−３５８８号公報」を見出すことがで
きる。

引用した従来技術のうち、前者の可視的な構造自体につ
いては第８図にその実施例を示すように、溶接トーチ３
ａと検出装置の光学系とを一体化ざぜ移動支持体２ａに
取付けられている。光源６ａ・６ａがトーチの中心軸に
対して所定の角度をなして交錯するように取付け、シー
ト状のレーザ光Ｌａ−Ｌａを照射し溶接線上にお互いに
影になる部分を照射するような１．ｔのスリット光線を
形成する。

また従来技術の後者は第９図に示すように開先をアーク
溶接する溶接トーチ３ｂの溶接進行方向の前方にトーチ
を倣い制御する光学式検出器６ｂを連動させ、両者の中
間にカーテン状の耐熱布１０１と複数の可撓性耐熱線材
１０２を垂下した構成で、光学式検出器の保護とアーク
光浸入の防止を図っている。

［発明が解決しようとする課題］ 前記の非接触式センサ自体はそれぞれ長短があるから最
も実地条件に適応できる型式を選択すればよいが、どの
ようなセンサを搭載したときでも、センサの耐久性又は
その能力の保持が溶接用ロボットのそれをそのまま決定
づけるので実用上は最大の要素になってくる。

センサは既に述べたように、開先の形状＠車面に測定し
た軌跡を基に溶接するためか、又は直前の開先を検知し
つつ溶接を誘導していくためか、何れかの手順のために
使用されるとしても、溶接トーチに近接した位置に装着
しなければ精度の高い検知がてきないという因果関係か
ら逃れられない。溶接は広義の金属加工の中でも最も苛
酷な条件を形成しその熱と光は必らゆる精密な機器にと
って最大の離数と化す。周知のように溶接中はスパッタ
が飛散して近くの部材に溶着するし、アーク光は光源か
ら照射するセンサ光を撹乱して検知作用を著しく阻害す
るだけでなくその高熱は生命でおる光学的機能を早々に
衰えさせる大きな原因となる。

溶接トーチと同軸でおってできるだけ遠い位置にセンサ
を装着することは容易に想到できるとしても、距離が大
きくなると減衰する検知能力を補うためにはセンナをき
わめて大型化Ｕざるを１ｑず、可撓性を失って実用上の
新しい課題を生むこととなる。

次に溶接ロボットを使用して自動的に溶接する場合には
共通する課題がある。溶接が作業員の手作業にのみよる
ときは、自ら運棒しつつ溶接面を通して溶融した金属や
溶滓の流れを正確に把握しながら作業を進行していくか
ら、溶接部の欠陥の有無を確認しながら溶接線を形成し
ていると言ってよい。自動溶接の場合も溶接ロボットの
走行に沿って熟練した溶接工が観察しつつ連行すれば同
じことだか、自動化の本来の目的からすればこのような
溶接のセルフチエツクの放能も溶接用ロボット自身に具
価していることか最も望ましい。

本願発明は以上に述べたいくつかの課題を解決するため
に公知の非接触式センサを搭載した新規な溶接用ロボッ
トの構成の提供と、該構成によってのみ可能となった溶
接用ロボットの新規な使用方法の提供とを目的とする。

［課題を解決するための手段１ 本願発明に係る溶接用ロボットは先端に溶接トーチを具
えた主軸を走行台車から回動自在に軸支し、当該軸支部
分に主軸の軸線と交叉する光軸を形成するレーザセンサ
を装着したことにより前記の課題を解決した。

またこの溶接用ロボットの構成に基いた特徴的な使用方
法としては、前記主軸を回動してレーザセンサの光軸を
真下に向け被溶接線の開先始端ヘレーザスポット光が位
置するように駆動し、当該スポット光が開先幅より若干
広い範囲で横切って揺動しつつ走行して開先形状を電気
的に把えてコンピュータに記憶し、次に主軸を回動して
溶接トーチを真下に向け前記記憶に基いた指令に誘導さ
れる溶接トーチで開先をなぞって溶接し、所望の溶接を
終ると再び主軸を回動してレーザセンサの主軸を真下に
向け、溶接部を横切って揺動しつつ走行して当該外観を
電気的に把えて欠陥の有無を検査する手順を開示した。

［作用］ 第１図は本願発明実施例の機械的構造と情報の伝達系路
を併せ示した。第２図から第４図は本実施例の作用を示
す斜視図である。これらの図に従って作用を説明する。

溶接用ロボット１は自走式の走行台車２を有し、先端に
溶接トーチ３を具えた主軸４は軸支部５によって台車か
ら回動自在に軸支されている。この軸支部５に主軸４の
軸線Ｃと交叉する発光方向（光軸Ｌ）を形成するレーザ
センサ６を装着している。

溶接ロボットはまず第２図のようにレーザセンサ６の光
軸りを真下に向け、スポット光が溶接開先Ｗ内に収まる
ように駆動機構を作動して位置を設定する。レーザセン
サ６はスポット光の当った距離に応じた電圧を出力する
ので、これをＡ／Ｄ変換することによって、ロボット本
体の基準位置から溶接開先までの距離が検出できる。

次に開先測定を行い実際に溶接する軌跡を求めるために
、第５図のようにスポット光が開先幅りより若干広い範
囲Ｗの幅で横切って揺動しつつ走行することによって開
先Ｗの形状をなぞる。同時に、スポット光からｍ１位置
までの距離に比例した電圧波形を順次、コンピュータ７
に取り込み、ロボットからの相対位置を求める。この相
対位置を順次配はさせコンピュータ７で数値処理するこ
とによって、開先線を求める。これを溶接線とみなし、
その軌跡を改めて実際に溶接を行う軌跡とする。このコ
ンピュータにより数値処理した軌跡を基に、主軸４を第
３図のように溶接トーチを溶接する向ぎに、回動ざぜセ
ットし溶接作業をする。

次に、この溶接作業が終了すれば、コンピュータ７は自
動的に溶接の余盛状況等を検査するため、開先測定を行
うときと同じような角度に主軸４を回動させ、今度は既
に、前回の操作でロボット本体と溶接線の相対位置は充
分認識しているので、自動的に、溶接開始点まで始端復
帰せしめ、第４図に示すようにレーザセンサ６を溶接線
に沿って揺動と同時に、走行台車２を定速走行させるこ
とにより、開先測定の時と同じ手法で溶接外観の検査作
業をする。第５図はその状態を説明するものである。

［実施例］ 第１図は本願考案の実施例を示す斜視図。第２図は溶接
用ロボットが、開先計測のための走行をしている状態、
第３図は溶接用ロボットが、溶接作業をしている状態を
示す図で必る。第４図は溶接用ロボットが、溶接外観検
査をしている状態を示す図である。第５図および第６図
はレーザセンサと被溶接物との位置関係を表す図でおる
。第７図は、一連の動作を表すフローチャート図である
。

第１図に示すように、走行台車２は、台車駆動用モータ
２１に直結されたピニオンが被溶接構造物の上に固定さ
れるレール状のラック２２に噛み合いながら走行する。

溶接トーチ３は前後＠ｂ２３に直結されコンピュータ制
御で旋回用モータ２４に直結された軸支部５を回転する
事により前後、後傾する。

被溶接物の開先形状を捉え溶接する場合を第２図と第７
図のフローチャート図に基いて、説明する。まず第２図
の破線の先端は開先測定開始位置で点Ａは開先測定開始
点である。この状態から、ロボットは開先形状測定を開
始する。この場合、溶接トーチを傾けた状態で、レーザ
センナのスポット光が開先内に収まるよう、すなわらレ
ーザセンサが距離に応して直線的に電圧出力ができる範
囲内−に前後軸２３、上下軸２５をそれぞれ前後軸用モ
ータ２６、上下軸用モータを回転しそれに直結されたボ
ールねじを回す事によって、回転運動を直線運動に変換
させ動かしセットする。

次に、この状態から開先測定制御を開始する。

すなわち、前後軸２３を、前後方向に振り幅が開先幅り
以上になるように値Ｗをセットし、適当な回数を往復運
動させることにより揺動させる。

同時にレール上の走行台車を台車駆動用モータ２１にＣ
ＰＵから指令を与える事により動かす。

又、第１図の斜視図で示すように、開先形状の凹凸に合
った電圧出力をＡ／Ｄ変換させ、順次連続的にＣＰＵの
指令によりＲＡＭに配置していく。

この時点で、レーザセンサ６から発したスポット光は、
距離に応して電圧波形となり変換され、電圧波形はＡ／
Ｄ変換器７１によってアナログ組からデジタル但に変換
されることになる。開始点Ａから任意の距離離れた点に
おいては、台車駆動用モータ２１、前後軸用モータ２６
にそれぞれエコーダを取り着けであるので、このエンコ
ーダ出力を分周器７２を通す事によって、それぞれの軸
が移動した距離に応して数値データとして表され、これ
を演粋することによりロボットから溶接１〜−チの相対
位置が求まる。この相対位置を順次配・臘ざ１２．　Ｃ
ＰｔＪで最小２乗法等で、数値処理をすることによって
、聞光線が求めるということである。

次にあらかじめ、設定してあった距離だけ走行台中２が
動くと、コンピュータ７はそれぞれ、台車駆動用モータ
２１、前後軸用モータ２６に停止命令を与える小により
開先形状の認識は終了する。

この時点で、ＣＰＵの指令でＲＡＭから軌跡を取り出し
、前後軸の軌跡の演停を行い、直線袖聞簀をすることに
よって、溶接線を確定する。溶接線が確定できれば、第
７図のフローチャートに示す通りに、コンピュータ７は
溶接１〜−チこ３を元の溶接する姿勢になるように軸支
部用の／ｉλ回モータ２４に指令を与えて回動させ、又
、ロボッ１〜の溶接トーチ３の先端を、溶接開始点に始
端復帰させるようにコンピュータ７は、前後軸用モータ
２６゜上下軸用モータ、走行軸用モータ２１にそれぞれ
指令を与える。次に各軸周モータに溶接線に沿うように
指令を与えることにより、）ｄ接作業を開始せしめる。

コンピュータ７は、あらかじめ設定してあった設定距離
と、台車駆動用モータ２１に直結されエンコーダから１
ｑられたパルス教を演算することにより咋出される溶接
開始点からの距離を比較することにより、設定距離に達
しなければ溶接作業を続（）る。一方、設定距離に等し
いか、超えればコンピュータ７は、仝モータ２４．２６
．２１に停止指令を与え、又、溶接電源等にアーク起動
命令を解除することにより、溶接作業を停止せしめる。

次に、ロボットは、外観検査を行うべく次の動きをする
。外観検査については、軸支部５を第４図に示すように
開先測定の時の操作と同じように回動けしめ、ロボッｌ
へ本体は改めて溶接開始点△に戻るように、前後軸用モ
ータ２６．上下軸用モータ、走行軸用モータ２１に指令
を与えて始端復帰ｕしめる。この場合には開先測定の時
と違って溶接線が開先測定の時の操作で確定しているの
で、人為的に操作する必要は全くない。二１ンピュータ
７は、ロボットが始端復帰した時点で開先測定の時と同
じように前後軸用モータ２６に、適当な回数で往復運動
せしめることにより揺動ヒしめる。

この時、レーザセンサ６から、被溶接物の溶接外観まで
の距離を順次、ＣＰＵの指令により、ＲＡＭに記憶させ
、そのデータを順次、情報処理することにより、外観の
認識を行なう。

［発明の効果］ 本願発明は以上に述べた熱的に敏感で損傷や劣化の恐れ
の大きいレーザセンサを溶接トーチが作業している時間
中は溶接部から離れて待避させ、溶接トーチが作業せず
検出が必要な時間中は溶接部に近づけて精度の高い情報
を制御部分へ送ることができる。

また従来は別個に作業者の詣視と確認を必要とした溶接
後の外観検査を自動化でき、必要とおればこの結果をア
ブリンドアウドして提供する完全自動化の道も開かれる
ので、実作業上に及ぼすメリットは大きい。装置全体は
小型化され手軽に搬送できるという使い易さをもたらす
ことも派生的効果の一つでおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明実施例の一部切欠いた斜視図、第２図
から第４図までは同じく作用を示す斜視図、第５図と第
６図はレーザセン１すのみの作用を示す正面断面図、第
７図は同じく作用を説明するフローチャート、第８図と
第９図はそれぞれ別個の従来技術を示す正面図と斜視図
。 １・・・・・・溶接用ロホット、２・・・・・・走行台
車３・・・・・・溶接トーチ、４・・・・・・主軸、５
・・・・・・軸支部６・・・・・・レーザセンサ、７・
・・・・・コンピュータＣ・・・・・・主軸の軸線、Ｌ
・・・・・・光軸、Ｄ・・・・・・開先幅Ｗ・・・・・
・センサの揺動幅

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自走式の走行台車を有する溶接用ロボットにおい
   て、先端に溶接トーチを具えた主軸を走行台車から回動
   自在に軸支し、当該軸支部分に主軸の軸線と交叉する光
   軸を形成するレーザセンサを装着したことを特徴とする
   溶接用ロボット。
2. （２）請求項１の溶接用ロボットの前記主軸を回動して
   レーザセンサの光軸を直下に向け、被溶接線の開先始端
   へレーザスポット光が位置するように駆動し、当該スポ
   ット光が開先幅より若干広い範囲で横切つて揺動しつつ
   走行して開先形状を電気的に把えてコンピュータに記憶
   し、次に主軸を回動して溶接トーチを真下に向け前記記
   憶に基いた指令に誘導される溶接トーチで開先をなぞつ
   て溶接し、所望の溶接を終ると再び主軸を回動してレー
   ザセンサの光軸を直下に向け、溶接部を横切って揺動し
   つつ走行して当該外観を電気的に把えて欠陥の有無を検
   査することを特徴とする溶接用ロボットの使用方法。