(57)【要約】【課題】円筒体の直径を実測するための要素を必要とせず、溶接速度や溶接長といった溶接する上で必要となる制御要素を実現して、円筒体に対する自動溶接を行う。【解決手段】所定の間隔をおいて配置されている１対の回転ローラと、回転ローラを回転駆動するモータと、回転ローラーに載置された円筒体と、円筒体を溶接するための溶接トーチを有するマニュピレータと、マニュピレータおよびモータの制御を行うコントローラとを備え、コントローラは、モータにより回転駆動される回転ローラーの外周長と、モーターとモーターにより回転駆動される回転ローラとの間の減速比と、設定された溶接速度とに基づいて、円筒体を溶接速度で回転するためのモータの回転速度を算出し、コントローラが算出した回転速度でモータを回転させることにより円筒体を設定された溶接速度で回転させて溶接トーチを用いて溶接を行う。【選択図】図１
2014205154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をおいて回転軸が平行となるように配置されている１対ないし複数対の回転ローラーと、前記回転ローラーの１ないし複数を回転駆動するモーターと、前記回転ローラーに載置された円筒体と、前記円筒体を溶接するための溶接トーチを有するマニュピレータと、前記マニュピレータおよび前記モーターの制御を行うコントローラーとを備えた溶接システムの制御方法であって、
前記コントローラーに、前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーの外周長または外周長を求めるための定数と、前記モーターと前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーとの間の減速比と、溶接速度とを設定するステップと、
前記コントローラーが、前記回転ローラーの外周長と前記減速比と前記溶接速度に基づいて前記円筒体を前記溶接速度で回転するための前記モーターの回転速度を算出するステップと、
前記コントローラーが算出した回転速度で前記モーターを回転させることにより前記円筒体を前記設定された溶接速度で回転させて前記溶接トーチを用いて溶接を行うステップと、
を備えた溶接システムの制御方法。
【請求項２】
円筒体を設定された溶接速度で回転するためのモーターの回転速度は、２πに前記溶接速度を乗算し、これを前記モーターにより回転駆動される回転ローラーの外周長と前記モーターと前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーとの間の減速比との積により除算することで算出される請求項１記載の溶接システムの制御方法。
【請求項３】
所定の間隔をおいて回転軸が平行となるように配置されている１対ないし複数対の回転ローラーと、
前記回転ローラーの１ないし複数を回転駆動するモーターと、
前記回転ローラーに載置された円筒体と、
前記円筒体を溶接するための溶接トーチを有するマニュピレータと、
前記マニュピレータおよび前記モーターの制御を行うコントローラーとを備え、
前記コントローラーは、前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーの外周長と、前記モーターと前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーとの間の減速比と、設定された溶接速度とに基づいて、前記円筒体を前記溶接速度で回転するための前記モーターの回転速度を算出し、
前記コントローラーが算出した回転速度で前記モーターを回転させることにより前記円筒体を前記設定された溶接速度で回転させて前記溶接トーチを用いて溶接を行う溶接システム。
【請求項４】
円筒体を設定された溶接速度で回転するためのモーターの回転速度は、２πに前記溶接速度を乗算し、これを前記モーターにより回転駆動される回転ローラーの外周長と前記モーターと前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーとの間の減速比との積により除算することで算出される請求項３記載の溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒または円柱状の対象物の概略円周上にある溶接線に対して溶接作業を行うに際して、円筒または円柱状の対象物をその中心線に概略沿った回転軸で回転させることによって、溶接トーチが対象溶接線上を相対的に移動している状態にして行う円筒または円柱状の対象物に対する溶接作業自動化のための溶接システムの制御方法および溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タンクやパイプのような円筒状の対象物およびシャフトのような円柱状の対象物（以下、これらを総称して「円筒体」と呼ぶ）の周方向の溶接作業は、その円筒体を回転させながら行う場合がある。このような溶接作業には、回転軸が平行となるように配置されている１対ないし複数対の回転ローラーを所定の間隔で配置して構成された回転冶具に、上記円筒体を搭載して作業を行うことが多い。なお、この回転冶具は、一般に、「ターニングローラー」あるいは「ターニングロール」等と呼ばれている。
【０００３】
上記の１対ないし複数対の回転ローラーは、搭載された円筒体をその外周面で接触支持する。従って、上記１対ないし複数対の回転ローラーのうちの１つまたは複数の回転ローラーをモーターにより回転駆動すれば、回転ローラーから円筒体に回転を伝え、円筒体を回転させることができる。そして、溶接を行うための溶接トーチを、円筒体の外周または内周の円周面に保持すれば、上記機構で円筒体を回転させることにより、円筒体の周方向の溶接線に対して溶接トーチが相対的に移動する状態とすることができる。これにより、円筒体を回転させながら溶接作業を進めることができる。
【０００４】
このような構成において、例えば円筒体の外周を周溶接しようとする場合、従来は、次のような手順で行っていた。まず、溶接しようとする円筒体の直径からその周の長さを求める。更に、駆動モーターに組み込まれている減速装置の減速比や回転ローラーの直径等から円筒体を１回転させるのに必要なモーターの回転数を求め、それをモーターの制御系統に入力する。これにより、溶接の開始後、円筒体がちょうど１回転あるいは数回転したと判断されるまでモーターが回転したときに、そのモーターを停止させるとともに溶接を停止するようにしていた。
【０００５】
この方法により円筒体の周溶接を正確に行いたい場合、その都度、円筒体の直径を実測する必要がある。この実測の自動化を目指して、次のような方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
円筒体を支持する一対の回転ローラーのいずれからも離れた所定の位置に、円筒体の外周面に接触してその接触位置を検出する「位置スケール」を配置しておく。その位置スケールを円筒体の外周面に接触させた状態で、モーターにより一方の回転ローラーを回転駆動して円筒体を回転させるとともに、その円筒体の外周面近傍に配設されている溶接トーチを作動させて溶接を開始し、上述の位置スケールによる検出値と、一対のターニングローラーの中心位置およびその直径とに基づいて、円筒体の直径を演算する。更に、演算された直径から、円筒体を１回転させるのに要するモーターの必要回転数を算出し、溶接開始からそのときまでに計数されるモーターの累積回転数が、算出された必要回転数に所定の周溶接回数を掛けた値に達したときに、溶接を停止する。
【０００７】
溶接作業においては、溶接速度が溶接の結果を左右する重要な要素である。上記のようにして円筒体の直径が分かれば、周長を知ることができる。円筒体の周長は溶接線長であり、円筒体を１回転させるのに要するモーターの必要回転数と溶接線長とから、所望の溶接速度とするために必要な回転ローラーの回転速度を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−８０６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のような円筒体の溶接方法では、円筒体の外周面に接触してその接触位置を検出する「位置スケール」を配置しておくことにより、溶接速度のような溶接する上で必要となる制御要素を得ることができる。しかし、「位置スール」を用いるためには、少なくとも「位置スケール」および「位置スケールを円筒体に押し付けるための機構」が必要となる。
【００１０】
ここで、上記の説明でも分かるように、単に円筒体の円周を溶接するにあたって、円筒体を回転させながら溶接作業を行うためには、円筒体を搭載して回転させる１または複数対の回転ローラーと、円筒体の溶接線上に溶接トーチを配置するための機構があれば足りる。従って、「位置スケール」および「位置スケールを円筒体に押し付けるための機構」は、上記のような円筒体溶接方法を採用する上で、やむなく付加せざるを得なかった要素と言える。
【００１１】
実運用において、極力機構を減らして単純化することは、操作の簡便化のためだけでなく、故障要素を増やさないことによるメンテナンス性の向上のためにも望ましい。従って、従来のような「位置スケール」および「位置スケールを円筒体に押し付けるための機構」といった円筒体の直径を実測するためにやむなく付加する要素を一切必要とせず、それにも関わらず、溶接速度や溶接長といった溶接する上で必要となる制御要素を実現することができれば、実際の溶接工程で使用する上でメリットになると考えられる。
【００１２】
本発明は、このような円筒体に対する溶接の自動化に関する溶接システムの制御方法おおび溶接システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の溶接システムの制御方法は、所定の間隔をおいて回転軸が平行となるように配置されている１対ないし複数対の回転ローラーと、前記回転ローラーの１ないし複数を回転駆動するモーターと、前記回転ローラーに載置された円筒体と、前記円筒体を溶接するための溶接トーチを有するマニュピレータと、前記マニュピレータおよび前記モーターの制御を行うコントローラーとを備えた溶接システムの制御方法であって、前記コントローラーに、前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーの外周長または外周長を求めるための定数と、前記モーターと前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーとの間の減速比と、溶接速度とを設定するステップと、前記コントローラーが、前記回転ローラーの外周長と前記減速比と前記溶接速度に基づいて前記円筒体を前記溶接速度で回転するための前記モーターの回転速度を算出するステップと、前記コントローラーが算出した回転速度で前記モーターを回転させることにより前記円筒体を前記設定された溶接速度で回転させて前記溶接トーチを用いて溶接を行うステップと、を備えたものである。
【００１４】
また、本発明の溶接システムの制御方法は、上記に加えて、円筒体を設定された溶接速度で回転するためのモーターの回転速度は、２πに前記溶接速度を乗算し、これを前記モーターにより回転駆動される回転ローラーの外周長と前記モーターと前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーとの間の減速比との積により除算することで算出されるものである。
【００１５】
また、本発明の溶接システムは、所定の間隔をおいて回転軸が平行となるように配置されている１対ないし複数対の回転ローラーと、前記回転ローラーの１ないし複数を回転駆動するモーターと、前記回転ローラーに載置された円筒体と、前記円筒体を溶接するための溶接トーチを有するマニュピレータと、前記マニュピレータおよび前記モーターの制御を行うコントローラーとを備え、前記コントローラーは、前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーの外周長と、前記モーターと前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーとの間の減速比と、設定された溶接速度とに基づいて、前記円筒体を前記溶接速度で回転するための前記モーターの回転速度を算出し、前記コントローラーが算出した回転速度で前記モーターを回転させることにより前記円筒体を前記設定された溶接速度で回転させて前記溶接トーチを用いて溶接を行うものである。
【００１６】
また、本発明の溶接システムは、上記に加えて、円筒体を設定された溶接速度で回転するためのモーターの回転速度は、２πに前記溶接速度を乗算し、これを前記モーターにより回転駆動される回転ローラーの外周長と前記モーターと前記モーターにより回転駆動される前記回転ローラーとの間の減速比との積により除算することで算出されるものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、従来のような「位置スケール」および「位置スケールを円筒体に押し付けるための機構」といった円筒体の直径を実測するためにやむなく付加する要素を一切必要とせず、溶接システムを自動化することができる。
【００１８】
また、作業者が溶接条件の一つである溶接速度を設定することで、コントローラーにおいて、溶接速度で溶接を行うためのモーターの回転速度が決定される。そして、このモーターの回転速度でモーターを回転することで、設定された溶接速度で円筒体を回転させることができる。従って、作業者がモーターの回転速度を自ら設定する必要がなくなり、作業者にとって溶接に関する情報の設定が行い易く、間違いを犯し難くなり、作業者にとって利便性が高い。
【００１９】
その上、径の異なる円筒体が搭載されたとしても、回転ローラーに関する定数と設定された溶接速度に基づいて、この溶接速度で溶接するために回転ローラーの回転数を決定することができるので、設定された溶接速度による溶接を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態における溶接システムの概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における対象とする向きが円周方向と一致している溶接線の例を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における対象とする向きが円周方向と一致しない溶接線の例を示す図
【図４】本発明の実施の形態３における対象とする円筒体の径が一定しない場合の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。なお、以下では、１対の回転ローラーの一方をモーターで回転駆動する例を説明する。しかし、本発明は、双方の回転ローラーをモーターによって回転駆動することを制限するものではない。また、双方の回転ローラーをモーターによって回転駆動する場合、双方の回転ローラーを駆動するモーターの同期を制御する必要が生じると考えられる。しかし、そのことは、本発明とは別の技術課題であり、以下では述べていない。
【００２２】
さらに、以下では、１対の回転ローラーを使用する例を示しているが、本発明は、２対以上の回転ローラーを使用することを制限するものでもない。使用する回転ローラーの数は、本発明には直接関係が無い。なお、円筒体が長くなれば複数個所で支えることが必要であり、その場合、複数対の回転ローラーが必要になるのは当然のことである。従って、そのことによって、本発明の実施を阻害することはない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における溶接システムの概略構成を示す図である。図１において、溶接システムは、１対の回転ローラーである回転ローラー１ａおよび回転ローラー１ｂと、モーター２と、円筒体３と、溶接トーチ４と、マニュピレータ５と、コントローラー６を備えている。
【００２４】
１対の回転ローラーである回転ローラー１ａと回転ローラー１ｂは、所定の間隔をおいて回転軸が平行となるように配置されている。回転ローラー１ａと回転ローラー１ｂは、それらの外周面上に円筒体３を搭載している。回転ローラー１ａの外周面と回転ローラー１ｂの外周面は、円筒体３の外周面と接触しており、回転ローラー１ａと回転ローラー１ｂは、円筒体３を支持している。
【００２５】
モーター２は、一方の回転ローラーである回転ローラー１ａを回転駆動する。なお、図１では省略しているが、実際には、モーター２の回転駆動力は、減速機等の伝達機構を介して回転ローラー１ａに伝わる。
【００２６】
円筒体３の外周と回転ローラー１ａの外周とは接触している。従って、回転ローラー１ａが回転すると、円筒体３も回転する。このとき、円筒体３の外周の周速は、回転ローラー１ａの外周の周速と概ね一致する。ここで、概ねと記した理由は、円筒体３の外周と回転ローラー１ａの外周との間には、若干のすべりがある可能性があるためである。ただし、溶接作業において、実用上このすべりの影響を無視できる。
【００２７】
マニュピレータ５は、溶接トーチ４を搭載しており、円筒体３の外周上にある溶接線（図示せず）を溶接するための位置に溶接トーチ４を位置決めし、あるいは、溶接線に合わせて溶接トーチ４を移動させる。
【００２８】
コントローラー６は、モーター２およびマニュピレータ５を構成する各関節を駆動する複数のモーター（図示していない）を駆動し、それらの動作を制御する。コントローラー６は、回転ローラー１ａを、モーター２で駆動する外部軸装置として扱う。なお、ここでの外部軸装置という用語は、コントローラー６が制御するマニュピレータ５以外の外部軸装置を示している。すなわち、コントローラー６は、マニュピレータ５の他に、回転ローラー１ａを外部軸装置として制御している。さらに、コントローラー６は、図示しない溶接機に対する制御も行う。
【００２９】
一般に、マニュピレータ５や外部軸装置や溶接機等を用いて溶接作業を行うためには、予め、コントローラー６内にプログラムを用意しておく必要がある。マニュピレータ５や外部軸装置の動作を規定するにあたり、プログラムには、マニュピレータ５や外部軸装置の動作に応じて、その動作を構成する単位動作毎に、それぞれの動作位置を表すデータ（以下、位置データと呼ぶ）が登録してある。コントローラー６は、その登録された一連の位置データに従って、マニュピレータ５の各軸や外部軸装置を動かし、これにより所望の動作を実現する。なお、溶接作業を行うためのプログラムには、この他に、溶接条件の指定情報等が登録されている。ここで、溶接条件は、溶接電流、溶接電圧、溶接速度等で構成されている。なお、これらの溶接条件は、図示しない教示装置等により、コントローラー６に設定するようにしても良い。
【００３０】
位置データとしてどのようなデータを使用するかについては、いろいろな方式がある。しかし、どの方式を使うにしても、根本にあるのは、マニュピレータ５の各軸や外部軸装置を駆動するモーターの回転位置である。ここで、回転位置とは、例えば次のように決めている。各軸のモーターには基準の状態があり、そのときの角度を基準角度とし、そこから何回転しているかを特定する回転量である。この回転量を以って回転位置とする。位置データは、このようなモーターの回転位置を表すデータまたはこれを加工して得られたデータで構成されている。
【００３１】
外部軸装置の回転ローラー１ａを駆動するモーター２の回転位置を使って、次のように外部軸装置の回転ローラー１ａの外周位置を表現することができる。回転ローラー１ａの外周位置は、ある状態（例えば、モーター２が基準の状態にあるとき）を基準とし、そこからの回転ローラー１ａの外周位置の変位を表しているものである。
【００３２】
Ｐ＝Ｗσｒ          （式１）
ここで、Ｐは、回転ローラー１ａの外周位置の変位［ｍｍ］である。Ｗは、回転ローラー１ａの外周長［ｍｍ］である。σは、モーター２と回転ローラー１ａとの間の減速比である。ｒは、モーター２の回転位置、つまり、モーター２の基準角度からの回転量［回転数］である。このように、回転ローラー１ａの外周位置の変位（外周位置Ｐ）は、長さのディメンジョンを持った量で表すことができる。すなわち、（式１）は、モーター２の回転駆動によって当該回転ローラー１ａの外周面の回転方向に生じる外から見た相対的な変位（外周位置Ｐ）と、回転ローラー１ａを駆動するモーター２の回転位置ｒ（回転量）との関係を規定している。
【００３３】
プログラムに登録する外部軸装置の回転ローラー１ａの位置としては、モーター２の回転位置ｒを用いてもかまわず、そこから計算した回転ローラー１ａの外周位置Ｐを用いてもかまわず、その他の方式を用いてもかまわない。いずれの方式であっても、基になっているのはモーター２の回転位置ｒなので、（式１）により、回転ローラー１ａの外周位置の変位（外周位置Ｐ）を求めることができる。なお、回転ローラー１ａの外周長Ｗと、モーター２と回転ローラー１ａとの間の減速比σは、機械として決まる固定値である。ここでは、説明していないが、これらの値を設定できる仕組みが用意されているものとする。例えば、図示しない教示装置等により、これらの値がコントローラー６に設定される。また、回転ローラー１ａの外周長Ｗを直接設定せず、回転ローラー１ａの外周長Ｗを求めるための定数を設定するようにしても良い。この場合の定数としては、例えば、回転ローラー１ａの直径や半径が挙げられる。そして、設定された回転ローラー１ａの直径や半径に基づいて、コントローラー６において回転ローラー１ａの外周長Ｗが求められる。
【００３４】
図２は、円筒体３の外周上の溶接線の向きが、円周方向と一致している場合の例を示している。図２の場合、マニュピレータ５は、溶接トーチ４を溶接線上の溶接開始位置に位置決めした後は、溶接トーチ４を動かさなくても、溶接線上の溶接終了位置が溶接トーチ４の居る位置に到達するまで円筒体３を回転させるだけで、溶接トーチ４に対する円筒体３の外周の相対動作を実現し、それを溶接動作とすることができる。円筒体３の回転は、回転ローラー１ａの回転が生み出している。円筒体３と溶接トーチ４との間の相対移動距離は、円筒体３の回転による円筒体３の外周の移動量であり、この間の回転ローラー１ａの外周位置の変化量に相当する。すなわち、溶接開始時の回転ローラー１ａの外周位置と溶接終了時の回転ローラー１ａの外周位置との差が、溶接長であると言うことができる。
【００３５】
ここで、溶接トーチ４の先端から円筒体３の円周の接線方向の単位ベクトルａを導入すると、（式２）のように溶接動作を表す溶接ベクトルＬ１を求めることができる。
【００３６】
Ｌ１＝（Ｐｅ１−Ｐｓ１）ａ          （式２）
ここで、Ｐｅ１は、溶接終了時の回転ローラー１ａの外周位置［ｍｍ］（基準位置からの回転量）である。Ｐｓ１は、溶接開始時の回転ローラー１ａの外周位置［ｍｍ］である。すなわち、（式２）は、回転ローラー１ａの外周面の回転方向に生じる外から見た相対的な変位を表している。
【００３７】
そこで、（式１）と（式２）から、Ｐｅ１とＰｓ１との差は、次のように求まる。
【００３８】
（Ｐｅ１−Ｐｓ１）＝Ｗσｒｅ１−Ｗσｒｓ１＝Ｗσ（ｒｅ１−ｒｓ１）  （式３）
ここで、ｒｅ１は、溶接終了時のモーター２の回転位置（回転数）である。ｒｓ１は、溶接開始時のモーター２の回転位置（回転数）である。（式２）と（式３）は、溶接ベクトルＬ１の動作を行うためには、モーター２が（ｒｅ１−ｒｓ１）の回転数の回転をしなければならないことを示している。逆に、モーター２が（ｒｅ１−ｒｓ１）の回転数の回転をすれば、溶接ベクトルＬ１の溶接動作をすることができることを示している。溶接ベクトルＬ１は、言わば、方向を円周方向に固定された１次元ベクトルと言えるものである。本実施の形態１では、このベクトルの長さ、つまり、溶接長のみを使用する。なお、溶接開始時と溶接終了時のモーター２の回転位置は、コントローラー６により知ることができる。従って、溶接開始時と溶接終了時のモーター２の回転位置と、固定値である回転ローラー１ａの外周長Ｗおよびモーター２と回転ローラー１ａとの間の減速比σとから、（式２）と（式３）に基づき、溶接ベクトルＬ１の絶対値として溶接長を得ることができる。なお、円筒体３の溶接線上の溶接開始位置と溶接終了位置は、溶接を行う前に行うティーチングにより特定されている。
【００３９】
プログラムの中で、溶接速度が指定されているとすると、溶接長つまり溶接ベクトルＬ１の絶対値と溶接速度とに基づいて、この間の所要時間を求めることができる。そして、動作に必要なモーター２の回転数と所要時間が決まれば、モーター２の回転速度が決まる。
【００４０】
ω１＝２π（ｒｅ１−ｒｓ１）／Ｔ１          （式４）
Ｔ１＝｜Ｌ１｜／ｖ          （式５）
ここで、ω１は、モーター２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］である。Ｔ１は、所要時間［ｓ］である。ｖは、プログラムが指定している溶接速度［ｍｍ／ｓ］である。
【００４１】
そして、（式１）から（式５）に基づき、（式４）は、以下の式となる。
【００４２】
ω１＝２πｖ／Ｗσ          （式６）
従って、コントローラー６は、モーター２の回転速度をモーター２の回転速度ω１に制御することで、所定の溶接速度ｖの溶接を行うことができることになる。すなわち、作業者が溶接条件の一つである溶接速度ｖを設定することで、コントローラー６において、溶接速度ｖで溶接を行うためのモーター２の回転速度ω１が（式６）に基づいて決定される。そして、このモーター２の回転速度ω１でモーター２を回転することで、設定された溶接速度ｖで円筒体３を回転させることができる。従って、作業者は、溶接作業では一般的でないモーター２の回転速度を自ら設定する必要がなくなり、溶接作業では一般的な溶接条件の１つである溶接速度を設定すればよく、作業者にとって利便性が高い。
【００４３】
このように、回転ローラー１ａを、コントローラー６が制御する外部軸装置とすることで、マニュピレータ５と同期してコントローラー６が同時に制御できる外部軸装置となる。そして、モーター２の回転駆動によって回転ローラー１ａの外周面の回転方向に生じる外から見た相対的な変位と回転ローラー１ａを駆動するモーター２の回転量との関係を規定する（式１）と、回転ローラー１ａの外周面の回転方向に生じる外から見た相対的な変位を表す（式２）を使うことで、プログラムに登録されている溶接開始位置から溶接終了位置までの区間をプログラムで指定された溶接速度で溶接を行うことが可能となる。そして、溶接速度を使って回転ローラー１ａを用いた円筒体３の溶接方法を自動化することができるようになる。
【００４４】
なお、ここでは、溶接開始から溶接終了までの２つの位置データが登録されている場合を元に説明した。しかし、それらの間に他の登録位置データがある場合は、隣り合う位置データ間ごとの区間に、ここまでの説明内容の方法を当てはめればよい。
【００４５】
さらに、溶接開始から溶接終了までの間に、円筒体３が１回転することにより全周の溶接を行うこともあれば、１回転に満たず部分的な溶接を行う場合もある。あるいは、溶接開始から溶接終了までの間に、円筒体３が複数回転して多層溶接を行うこともありうる。この間で、位置データがいくつ登録されるかは任意であり、隣り合う位置データ間ごとの区間にここまでの説明内容の方法を当てはめればよい。
【００４６】
以上のように、本実施の形態によれば、従来のような「位置スケール」および「位置スケールを円筒体に押し付けるための機構」といった円筒体の直径を実測するためにやむなく付加する要素を必要とせず、溶接システムを自動化することができる。
【００４７】
また、作業者が溶接条件の一つである溶接速度ｖを設定することで、コントローラー６において、溶接速度ｖで溶接を行うためのモーター２の回転速度ω１が決定される。そして、このモーター２の回転速度ω１でモーター２を回転することで、設定された溶接速度ｖで円筒体３を回転させることができる。従って、作業者がモーター２の回転速度を自ら設定する必要がなくなり、作業者にとって利便性が高い。
【００４８】
（実施の形態２）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４９】
図３は、円筒体３の外周上の溶接線が円周方向と一致しない場合を示している。図３の場合、円筒体３の回転だけでなく、円筒体３の回転に合わせて円筒体３の回転方向に対して直角方向に動く溶接線に合わせて、マニュピレータ５が溶接トーチ４を移動させる動作をプログラムに登録しておくことになる。これにより、溶接トーチ４の溶接線に沿った相対的移動を行うことができる。この相対移動の速度は、円筒体３の外周の周速とその直角方向へのマニュピレータ５の移動速度の合成として求めることができる。ここでも、溶接中のこの相対的な移動速度は溶接速度である。また、相対的な移動距離が溶接長となる。
【００５０】
Ｌ２＝（Ｐｅ２−Ｐｓ２）ａ＋（Ｘｅ２−Ｘｓ２）          （式７）
（Ｐｅ２−Ｐｓ２）＝Ｗσｒｅ２−Ｗσｒｓ２＝Ｗσ（ｒｅ２−ｒｓ２）  （式８）
ここで、ａは、円周方向単位ベクトルである。Ｌ２は、溶接ベクトルである。Ｐｅ２は、溶接終了時の回転ローラー１ａの外周位置である。Ｐｓ２は、溶接開始時の回転ローラー１ａの外周位置である。Ｘｅ２は、溶接終了時のマニュピレータ５の持つ溶接トーチ４の位置ベクトルである。Ｘｓ２は、溶接開始時のマニュピレータ５の持つ溶接トーチ４の位置ベクトルである。ｒｅ２は、溶接終了時のモーター２の回転位置である。ｒｓ２は、溶接開始時のモーター２の回転位置である。
【００５１】
（式７）の第１項と（式８）は、実施の形態１に準じる。（式７）の第２項は、マニュピレータ５による溶接トーチ４の移動ベクトルである。溶接トーチ４の位置ベクトルは、プログラムに登録されたマニュピレータ５の位置データから算出することができる。なお、その算出方法は、本発明とは直接関係しない技術要素となるので、ここでは説明を省く。
【００５２】
実施の形態１と同じく、プログラムの中で指定されている溶接速度と、溶接長つまり溶接ベクトルＬ２の絶対値とから、この間の所要時間を求めることができる。動作に必要なモーター２の回転数と所要時間が決まれば、モーター２の回転速度が決まる。
【００５３】
ω２＝２π（ｒｅ２−ｒｓ２）／Ｔ２          （式９）
Ｔ２＝｜Ｌ２｜／ｖ          （式１０）
ここで、ω２は、モーター２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］である。Ｔ２は、所要時間［ｓ］である。ｖは、プログラムが指定している溶接速度［ｍｍ／ｓ］である。コントローラー６は、モーター２の回転速度をω２に制御することで、所定の溶接速度ｖの溶接を行うことができることになる。
【００５４】
このように、回転ローラー１ａをコントローラー６が制御する外部軸装置とすること、および、回転ローラー１ａの外周長と減速比を固定値として持つことで、溶接トーチ４を固定して円筒体３のみを回転させて溶接する場合だけでなく、円筒体３の回転に合わせて、溶接トーチ４を移動させる場合でも、プログラムに登録されている溶接開始から溶接終了の区間をプログラムで指定された溶接速度で溶接を行うことが可能となる。そして、溶接速度を使って回転ローラー１ａを用いた円筒体３の溶接方法を自動化することができるようになる。
【００５５】
なお、ここでも、溶接開始から溶接終了までの２つの位置データが登録されている場合を元に説明してきたが、それらの間に他の登録位置データがあるなら、隣り合う位置データ間ごとの区間にここまでの説明内容の方法を当てはめればよい。
【００５６】
（実施の形態３）
本実施の形態において、実施の形態１や実施の形態２と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
円筒体３は、真円とは限らない。いびつになっている場合も想定される。その場合、円筒体３のいびつさに合わせて溶接トーチ４を上下移動させなければならない。その上下移動の度合いは、タッチセンサ等のセンシング機能で予め計測することが考えられる。この場合、いびつさに合わせるためには、プログラムには、溶接開始から溶接終了までの２つの位置データの間に複数の位置データを登録しておき、その各々をセンシング機能で予め計測した計測量で個別に位置を補正することが考えられる。
【００５８】
図４は、円筒体３の径が一定となっていない場合を示している。円筒体３は、０度回転および３６０度回転させたところではＤ０のズレがあり、９０度回転させたところではＤ１のズレがあり、１８０度回転させたところではＤ２のズレがあり、２７０度回転させたところではＤ３のズレがある様子を示している。
【００５９】
位置データをこの９０度ごとに登録しているとすると、各々でセンシングを行い、Ｄ０からＤ３のズレを計測し、その結果を各々の位置データに反映して動作する。補正された位置データを使っての溶接動作は、実施の形態２に示した方法で行うことができる。
【００６０】
（実施の形態４）
本実施の形態において、実施の形態１から実施の形態３と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６１】
マニュピレータ５によるウィービング溶接を行うためには、ウィービング動作ベクトルを生成する必要がある。ウィービング動作ベクトルを生成するためには、溶接線の方向が必要である。また、ウィービングのピッチまたはウィービングの周波数を制御するためには、溶接速度が必要である。実施の形態１や実施の形態２や実施の形態３で説明しているように、本発明においては、溶接線の方向が決まっており、溶接速度で円筒体３を回転させることができるので、マニュピレータ５にウィービング動作を行わせることが可能である。
【００６２】
なお、溶接線の方向および溶接速度を使ってどのようにウィービング動作を実現するかについては、公知の技術要素であるので、ここでの説明は省略する。
【００６３】
本実施の形態によれば、図１に示す溶接システムにおいてもウィービングを行うことができるので、アークセンサによる位置の補正も行うことができるようになる。
【００６４】
（実施の形態５）
本実施の形態において、実施の形態１から実施の形態４と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６５】
マニュピレータ５には、溶接線方向を基準にして登録されている位置データをシフトする機能があり、頻繁に利用されている。当然、この機能を使うためには、溶接線方向が必要である。実施の形態１や実施の形態２や実施の形態３や実施の形態４で説明しているように、本発明においては、溶接線の方向が算出されているので、溶接線方向を基準にして登録されている位置データをシフトする機能を使うことが可能である。
【００６６】
なお、溶接線方向を基準にして登録されている位置データをどのようにシフトするかについては、公知の技術要素であるので、ここでの説明は省略する。
【００６７】
（実施の形態６）
本実施の形態において、実施の形態１から実施の形態５と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６８】
実施の形態１で説明した溶接速度は、円筒体３の外周の周速に相当する。そして、円筒体３の外周の周速は、回転ローラー１ａの外周の周速である。回転ローラー１ａの外周の周速とモーター２の回転速度の関係は次式で示すことができる。
【００６９】
ｖ＝Ｒω          （式１１）
ここで、ｖは、指定された溶接速度［ｍｍ／ｓ］である。Ｒは、回転ローラー１ａの半径［ｍｍ］である。ωは、モーター２の回転速度［ｒａｄ／ｓ］である。この式から、溶接速度を指定すれば、逆にモーター２の回転速度を算出することができる。回転ローラー１ａの回転速度が分かれば、これを目標としてモーター２を制御することができる。なお、回転ローラー１ａの半径Ｒは固定値であり、予め設定しておくものとする。
【００７０】
これを利用すれば、所定の溶接速度で溶接を行う制御ができる。実施の形態１や実施の形態２や実施の形態３や実施の形態４や実施の形態５で説明したようなティーチングプレバック式の位置から位置への制御ではなく、操作している間溶接するといった専用機的な制御が可能になる。例えば、マニュピレータ５を用いず、何らかの冶具に溶接トーチ４を固定し、作業者が溶接の開始を指示すると円筒体３が回転して溶接を行い、作業者が溶接の停止を指示すると円筒体３の回転が停止して溶接を終了するような専用機的な制御も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、回転ローラーを用いた円筒体溶接方法を自動化するにあたって、作業者に回転ローラーの回転数や回転速度を意識させることなく、溶接にとって本来必要な溶接速度で溶接条件を指定できるので、径の異なる円筒体が搭載されたとしてもその溶接条件の適用を容易に行うことができ、円筒体を回転させながら溶接を行う溶接システムの制御方法および溶接システムとして産業上有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１ａ  回転ローラー
１ｂ  回転ローラー
２  モーター
３  円筒体
４  溶接トーチ
５  マニュピレータ
６  コントローラー
ａ  単位ベクトル
Ｌ  溶接ベクトル
Ｌ１  溶接ベクトル
Ｌ２  溶接ベクトル
Ｐ  外周位置
Ｐｅ１  外周位置
Ｐｓ１  外周位置
Ｐｅ２  外周位置
Ｐｓ２  外周位置
Ｗ  回転ローラー１ａの外周長
Ｒ  回転ローラー１ａの半径
σ  モーター２と回転ローラー１ａとの間の減速比
ｒ  モーター２の回転位置
ｒｅ１  溶接終了時のモーター２の回転位置
ｒｓ１  溶接開始時のモーター２の回転位置
Ｔ１  所要時間
Ｔ２  所要時間
ω１  モーター２の回転速度
ω２  モーター２の回転速度
ｖ  溶接速度
Ｘｅ２  位置ベクトル
Ｘｓ２  位置ベクトル
【図１】
2014205154.tif 000003
【図２】
2014205154.tif 000004
【図３】
2014205154.tif 000005
【図４】
2014205154.tif 000006