JPH04307604A - 溶接ロボットのためのデータ作成方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接ロボットのためのデ
ータ作成方法に関するものであり、特に、データの作成
時間を短縮するとともにデータの作成精度を向上させる
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶接ロボットの一つに、それが保持する
トーチを被溶接物上の溶接線に沿って移動させて溶接を
行うものが既に知られている。この種の溶接ロボットは
、トーチがたどるべき溶接線上に設定された複数の教示
点の位置とそれら各教示点において設定されたトーチの
角度とが溶接線に沿って順次記憶させられた後、それら
教示点情報に基づき、ＰＴＰ（ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　ｐｏ
ｉｎｔ）制御方式に従って、トーチに直線，折れ線また
は曲線である溶接線を追従させるのである。

【０００３】溶接ロボットの分野においては従来、例え
ば文献『改訂３版　　溶接便覧（昭和５７年９月２０日
　　丸善株式会社発行）』の第２６５〜２６６頁に記載
されているように、溶接に先立って、人間が手動操作に
よってトーチに予定の溶接線を追従させて、溶接ロボッ
トが為すべき動作を教示することが行われていた。具体
的には、溶接線上に想定された複数の教示点の各々にト
ーチを順次移動させ、各教示点においてトーチに、被溶
接物の表面の各教示点から垂直に延びる基準線から前後
方向（溶接線の進行方向）および左右方向にそれぞれ傾
斜する角度である進行角および狙い角を与えることによ
って溶接ロボットの教示が行われていたのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのように人
間が手動操作によって溶接ロボットの為すべき動作を順
次教示することは、面倒であって時間がかかる上、トー
チの進行角および狙い角を十分には高い精度で教示する
ことができないという問題があった。本発明はこの問題
を解決することを課題として為されたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、溶接ロボットのためのデータ作成方法を、
（ａ）　被溶接物の表面の形状を規定する形状データと
、（ｂ）　その表面上に想定される溶接線上の少なくと
も一つの教示点の位置と、各教示点における溶接線の方
向と、トーチが溶接線に沿って移動させられる際にトー
チが各教示点において表面の各教示点から垂直に延びる
基準線から前後方向および左右方向にそれぞれ傾斜する
角度である相対進行角および相対狙い角とに関する入力
データとに基づき、（イ）各教示点の位置の、被溶接物
全体に対して設定されている座標系における絶対座標を
規定する点データと、（ロ）トーチが各教示点において
相対進行角および相対狙い角で傾斜するときの座標系に
おける絶対進行角および絶対狙い角を規定する方向デー
タとを作成するものとしたことを要旨とする。

【０００６】なお、相対進行角および相対狙い角の入力
は例えば、被溶接物の複数の教示点について一度だけ、
それら教示点に対して共通の値が設定されるように行っ
たり、各教示点ごとに行ったりすることができる。また
、後者の場合には、トーチ相対角の各教示点ごとの入力
を、まず、前回の値と同じか否かを入力し、同じであれ
ば前回の値を利用することによって今回の値の入力を省
略し、同じでなければ今回の値の入力を行うものとする
ことができる。

【０００７】

【作用】本発明に係る溶接ロボットのためのデータ作成
方法においては、溶接線の特性（溶接線上の各教示点と
各教示点における溶接線の方向）とトーチの相対進行角
および相対狙い角とが入力されれば、トーチの各教示点
の、被溶接物の座標系における絶対座標を規定する点デ
ータが作成されるとともに、被溶接物の形状データを用
いて、トーチの、被溶接物の座標系における絶対進行角
と絶対狙い角とを規定する方向データが作成される。被
溶接物の形状データを用いて、トーチの相対進行角と相
対狙い角とに対応する絶対進行角と絶対狙い角とが決定
されるのである。

【０００８】

【発明の効果】そのため、本発明に従えば、手動操作に
よっていちいちトーチを溶接線に沿って移動させなくて
も溶接ロボットのためのデータが作成されるから、溶接
ロボットの教示にかかる時間が短縮できるという効果が
得られる。また、被溶接物の形状データに基づいてトー
チの方向データが作成されるから、溶接ロボットの教示
精度が向上し、ひいては溶接品質が向上するという効果
も得られる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例である溶接ロボット
のためのデータ作成方法を図面に基づいて詳細に説明す
る。

【００１０】図２に、本データ作成方法を使用する溶接
データ作成装置を示す。図示のように、溶接データ作成
装置はコンピュータ１０を備えている。コンピュータ１
０はＣＰＵ１２，ＲＯＭ１４およびＲＡＭ１６を主体と
して構成されている。このコンピュータ１０には補助メ
モリ２０，入力手段２２および表示手段２４が接続され
ている。補助メモリ２０には、被溶接物の表面を複数の
ワイヤ（直線素）で近似したワイヤフレームモデルを規
定するワイヤフレームデータ（これが本発明における形
状データの一態様である）が格納されている。入力手段
２２はキーボード，マウス等を含んで構成されており、
表示手段２４はＣＲＴ等を含んで構成されている。ＲＯ
Ｍ１４には図１のフローチャートで表される溶接データ
作成プログラムを始め、種々のプログラムが格納されて
いる。

【００１１】本溶接データ作成装置の作動を説明する。 なお、図３に示すように、共に容器状を成す２つの部材
４０，４２を互いに嵌合させ、外側の部材４０の筒状端
面の内側の縁と、内側の部材４２の外面の、上記縁に接
する部分とにおいて連続すみ肉溶接を行う場合を例に取
って説明する。

【００１２】電源が投入されれば、ＣＰＵ１２は所定の
初期設定を行った後、図１の溶接データ作成プログラム
を実行する。まず、ステップＳ１（以下、単にＳ１とい
う。他のステップについても同じ）において、補助メモ
リ２０からワイヤフレームデータがＲＡＭ１６に読み込
まれ、これに基づいて被溶接物のワイヤフレームモデル
が表示手段２４の画面上に表示される。例えば、図３に
おいて丸で囲む部分は図４に示すように表示される。こ
の表示結果に基づき、オペレータが入力手段２２を操作
することにより、複数のワイヤの中から、今回トーチに
関する点および方向（以下、教示点情報と総称する）を
作成したいと希望する特定面要素を規定するための第一
ガイド線と第二ガイド線とが選び出される。特定面要素
を規定する４本のワイヤのうち互いに対向する２本のワ
イヤが選び出されるのである。図４の例については、第
一ガイド線５０と第二ガイド線５２とが選択されて、面
要素５４が今回の特定面要素とされたと仮定する。

【００１３】その後、Ｓ２において、入力手段２２のマ
ウスの操作に応じて、特定面要素上に予定された溶接線
上の教示点Ｍが指定される。マウスを用いて教示点Ｍの
位置を指定するデータがコンピュータ１０に入力される
のであり、このデータが本発明における教示点の位置に
関する入力データの一態様なのである。図４の例につい
ては、第一ガイド線５０が溶接線となるが、この溶接線
は直線であるから、教示点Ｍは第一ガイド線５０の両端
点のうち溶接開始側の端点（今回は左側の端点と仮定す
る）となる。本ステップにおいてはさらに、その教示点
Ｍの、被溶接物に対して設定されているワーク座標系ｘ
−ｙ−ｚ上の絶対座標が決定され、それを規定する点デ
ータが溶接順序に関連付けてＲＡＭ１６に格納される。

【００１４】続いて、Ｓ３において、入力手段２２の操
作に応じて、上記溶接線上の参照点Ｐであって上記教示
点Ｍより前方のものが指定される。図４の例については
、第一ガイド線５０が直線の溶接線であるから、参照点
Ｐは第一ガイド線５０の他方の端点（右側の端点）とな
る。これにより、同図の例については、教示点Ｍから参
照点Ｐに向かって延びる直線が面要素５４の溶接線とし
てコンピュータ１０に入力されるのである。すなわち、
本実施例においては、参照点Ｐの位置を指定することが
溶接線の教示点Ｍにおける方向を指定することなのであ
り、参照点Ｐの位置を指定するデータが本発明における
溶接線の方向に関する入力データの一態様なのである。 Ｓ４において、教示点Ｍを始点として参照点Ｐに向かっ
て延び、かつ長さが１のベクトルＮ（向きが溶接線の進
行方向と一致する）が発生させられる。

【００１５】その後、Ｓ５において、入力手段２２の操
作に応じて、教示点Ｍにおいてトーチが延びる方向が、
上記ワーク座標系ｘ−ｙ−ｚのｚ軸の正方向であるか負
方向であるかが入力される。図４の例については、教示
点Ｍにおいてトーチは図５にベクトルＸ（向きはトーチ
が延びる方向と一致する）で示す姿勢を取ることを予定
されたと仮定すれば、トーチの方向が負のｚ軸方向であ
ると入力される。続いて、Ｓ６において、特定面要素を
規定するワイヤフレームデータに基づき、特定面要素の
、教示点Ｍにおける法線の正方向と逆方向とが決定され
、さらに、教示点Ｍを始点とし、上記２つの法線方向の
うちトーチの方向との成す角度が小さい方と平行に延び
、かつ、長さが１のベクトルＡが発生させられる。

【００１６】その後、Ｓ７において、入力手段２２の操
作に応じて、トーチの相対進行角θと相対狙い角αとが
指定される。図５に示すように、相対進行角θは、トー
チの中心線が、教示点Ｍを通って上記ベクトルＡと平行
に延びる基準線Ｓ（これが本発明における基準線の一態
様である）から溶接線の進行方向とは反対の方向（ベク
トルＮとは反対の方向）に傾斜する角度を意味し、一方
、相対狙い角αは、π／２から、トーチの中心線が上記
基準線Ｓから溶接線の進行方向の右方向（ベクトルＮと
ベクトルＡとの外積であるベクトルＯの方向）に傾斜す
る角度を差し引いた角度を意味する。すなわち、相対進
行角θは、基準線ＳとベクトルＸとがベクトルＯに直角
な平面（図においてＯ方向投影面で示す）に対し、ベク
トルＯに平行に投影された２つの像の成す角度なのであ
り、一方、相対狙い角αは、ベクトルＯとベクトルＸと
がベクトルＮに直角な平面（図においてＮ方向投影面で
示す）に対し、ベクトルＮに平行に投影された２つの像
の成す角度なのである。要するに、本実施例においては
、相対進行角θと相対狙い角αとを指定するデータが本
発明における相対進行角と相対狙い角とに関する入力デ
ータの一態様なのである。

【００１７】続いて、Ｓ８において、ベクトルＸが上記
Ｏ方向投影面に投影された像に平行であり、かつ、長さ
が１のベクトルＸ１　が決定される。ベクトルＸ１　と
ベクトルＡとの関係はそれらの成す角度が上記相対進行
角θであるから、ベクトルＸ１　とベクトルＡとの内積
＝ベクトルＸ１　の長さ（＝１）とベクトルＡの長さ（
＝１）とＣＯＳ　θとの積となる。したがって、ベクト
ルＸ１　を互いに直交する３つの単位ベクトルＮ，Ａ，
Ｏを用いて表現し、かつ、上記式で表される関係と、ベ
クトルＸ１　はＯ方向投影面上にあることと、ベクトル
Ｘ１　は単位ベクトルであることとを利用すれば、ベク
トルＸ１　の特性が決定できる。

【００１８】本ステップにおいてはさらに、ベクトルＸ
がＮ方向投影面に投影された像に平行であり、かつ、長
さが１のベクトルＸ２　が決定される。そのベクトルＸ
２　とベクトルＯとの関係はそれらの成す角度が（π−
相対狙い角α）であるから、ベクトルＸ２　とベクトル
Ｏとの内積＝ベクトルＸ２　の長さ（＝１）とベクトル
Ｏの長さ（＝１）とＣＯＳ　（π−α）との積 となる。したがって、ベクトルＸ２　も同様に、互いに
直交する３つの単位ベクトルＮ，Ａ，Ｏを用いて表現し
、かつ、上記式で表される関係と、ベクトルＸ２　はＮ
方向投影面上にあることと、ベクトルＸ２　は単位ベク
トルであることとを利用すれば、ベクトルＸ２　の特性
が決定できる。本ステップにおいてはまた、それらベク
トルＸ１　とＸ２との和がベクトルＸとされ、このベク
トルＸの、ワーク座標系ｘ−ｙ−ｘの各座標軸を基準と
する３つの傾斜角が算出され、それら傾斜角をを規定す
る方向データが前記点データに関連付けてＲＡＭ１６に
格納される。

【００１９】その後、Ｓ９において、今回の特定面要素
について同じトーチ角で他の教示点情報を作成するか否
かが判定される。今回は特定面要素について一つの教示
点情報しか作成しないと仮定すれば、入力手段２２の操
作に応じて判定がＮＯとなり、Ｓ１０において、特定面
要素についてもはや教示点情報を作成することはないか
否か、すなわち、特定面要素についての教示点情報作成
が終了したか否かが判定される。今回は上記仮定から、
入力手段２２の操作に応じて判定がＹＥＳとなり、Ｓ１
１において、被溶接物全体について教示点情報の作成が
終了したか否かが判定される。入力手段２２からその作
成が終了しない旨の入力があれば、判定がＮＯとなり、
Ｓ１に戻って新たな特定面要素について本プログラムが
実行されるが、教示点情報の作成が終了した旨の入力が
あれば、判定がＹＥＳとなる。この場合、Ｓ１２におい
て、ＲＡＭ１６から複数の点データと方向データとが溶
接順序に従って順次読み出され、それぞれが溶接ロボッ
トに対して設定されているロボット座標系に関して変換
され、Ｓ１３において、その変換された点データと方向
データとが補助メモリ２０に格納される。以上で本プロ
グラムの一回の実行が終了する。

【００２０】これに対して、今回の特定面要素について
同一トーチ角で他の教示点情報を作成する必要がある場
合には、Ｓ９の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１４において、
入力手段２２の操作に応じて、他の少なくとも一つの教
示点Ｍの位置が指定され、Ｓ１５において、前回の相対
進行角θおよび相対狙い角αを用い、かつ、前回の場合
と同様にして各教示点ＭについてベクトルＸが発生させ
られ、その後、Ｓ１１以下が実行される。

【００２１】このように、本実施例においては、被溶接
物のワイヤフレームデータを利用して溶接ロボットのた
めの点データおよび方向データを作成するため、それら
データが正確かつ短時間に作成されて、溶接ロボットの
教示にかかる時間が短縮できるとともに、溶接品質が向
上するという効果が得られる。

【００２２】また、本実施例においては、各回のトーチ
角入力において今回の値が前回の値と同じであれば、ト
ーチ角の値の入力が省略されるから、そのことによって
も溶接ロボットの教示にかかる時間が短縮されるという
効果が得られる。

【００２３】また、本実施例においては、被溶接物の形
状も、各教示点の絶対座標および各教示点におけるトー
チの絶対角度もデータとしてコンピュータ１０において
処理可能となっているため、トーチと被溶接物との相対
的な位置関係を表示手段２４に表示することが可能であ
る。したがって、溶接ロボットのアーム等の経路を被溶
接物との干渉を避けて決定することを、表示手段２４を
用いたシミュレーションによって行うことが可能となり
、このことによっても溶接ロボットのためのデータ作成
に係る時間が短縮するという効果が得られる。

【００２４】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、その他にも当業者の知識に基づいて
種々の変形，改良を施した態様で本発明を実施すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるデータ作成方法を実施
する溶接データ作成プログラムを示すフローチャートで
ある。

【図２】上記プログラムを用いて溶接ロボットのための
データを作成する溶接データ作成装置を示すブロック図
である。

【図３】図１のプログラムを説明するために用いた被溶
接物の一例を示す斜視図である。

【図４】図３の被溶接物のうち連続すみ肉溶接が行われ
る部分の一部をワイヤフレームモデルで示す斜視図であ
る。

【図５】図１のプログラムを説明するための図である。

【符号の説明】

１０　　コンピュータ ２０　　補助メモリ ２２　　入力手段 ２４　　表示手段 ４０　　部材 ４２　　部材 ５０　　第一カイド線 ５２　　第二ガイド線 ５４　　特定面要素

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶接ロボットがトーチを被溶接物上に
   想定される溶接線に沿って移動させるのに必要なデータ
   を作成する方法であって、（ａ）　前記被溶接物の表面
   の形状を規定する形状データと、（ｂ）　その表面上に
   想定される溶接線上の少なくとも一つの教示点の位置と
   、各教示点における溶接線の方向と、前記トーチが溶接
   線に沿って移動させられる際にトーチが各教示点におい
   て前記表面の各教示点から垂直に延びる基準線から前後
   方向および左右方向にそれぞれ傾斜する角度である相対
   進行角および相対狙い角とに関する入力データとに基づ
   き、各教示点の位置の、前記被溶接物全体に対して設定
   されている座標系における絶対座標を規定する点データ
   と、前記トーチが各教示点において前記相対進行角およ
   び相対狙い角で傾斜するときの前記座標系における絶対
   進行角および絶対狙い角を規定する方向データとを作成
   することを特徴とする溶接ロボットのためのデータ作成
   方法。