(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣ装置(12)で手首フランジ(14)の位置及び方向を制御される溶接ロボットの前記手首フランジに、当該手首フランジに対する溶接トーチの位置ないし姿勢を前記ＮＣ装置からの動作信号に基づいて段階的に変換する変換装置(23,26)及び溶接トーチ(13)を保持する保持具(24)を備えたトーチホルダを介して、溶接トーチ(13)を装着し、
前記ＮＣ装置に、加工プログラム(34)からのトーチ交換指令を受けたときに当該指令を前記変換装置の動作信号に変換して出力する信号変換部(39)と、当該変換装置の各段階の動作位置に対応するツールデータとを登録し、
前記変換装置の動作を前記ＮＣ装置で制御すると共に、ＮＣ装置が前記変換装置を動作させたときに、その動作後の位置に対応して登録されたツールデータを用いてロボットを制御することにより、トーチ交換指令を含む加工プログラムを用いてトーチを交換することなく自動溶接を行うことを特徴とする、自動溶接方法。
【請求項２】
前記変換装置が、溶接トーチ(13)を保持する保持具(24)を溶接トーチの長手方向に進退させる伸縮装置(23)であることを特徴とする、請求項１記載の自動溶接方法。
【請求項３】
前記変換装置が、溶接トーチ(13)を保持する保持具(24)を溶接トーチの長手方向に進退させる伸縮装置(23)と、上記保持具で保持された溶接トーチの長手方向と直角に交差する軸回りに当該保持具を揺動させる傾動装置(26)とであることを特徴とする、請求項１記載の自動溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アーム先端にトーチホルダを介して溶接トーチを装着したロボットを制御して自動溶接を行う方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場内における溶接作業は、溶接ロボットを用いた自動溶接により行われるのが一般的である。即ち、溶接ロボットのアーム先端にトーチホルダやショックセンサを介して溶接トーチを装着し、一方、仮溶接したワークをポジショナーに搭載してロボット及びポジショナーをＮＣ装置のプログラムで制御して、ロボットによる溶接トーチの移動とポジショナーによるワークの反転動作で所定の溶接線に沿って溶接を行っている。
一般的な溶接ロボットは、図４に示すように、ベース１の垂直軸回りの旋回２、第１アーム３の上下方向の揺動４、第２アーム５の上下方向の揺動６、第２アーム先端７のアーム軸回りの回動８、手首９の傾動１０及び当該手首の回動１１の６制御軸を持っており、これらの制御軸はＮＣ装置１２によって制御されている。溶接トーチ１３は、手首フランジ（溶接トーチを取付ける部分）１４に取付板１５、ショックセンサ１６やトーチホルダ１７を介して固定されている。ショックセンサ１６は、溶接トーチがワークに衝突したときなどに、その衝撃を吸収すると共に、ＮＣ装置に非常信号を出力してロボットやポジショナーを緊急停止させるものである。
【０００３】
溶接トーチ１３には、長さの異なるものや途中でくの字形に折れ曲がってトーチ先端の角度が異なるものなどの複数種類のものがあり、これらを溶接部位によって使い分けられるようになっている。長さについていえば、長いトーチだと溶接ロボットに近い手前側のところの溶接ができなくなることがあり、また短いトーチでは、ワークとトーチホルダなどとの干渉により、深い所の溶接ができなくなることがある。トーチの角度についても同様で、場所によってはワークとトーチホルダなどとの干渉により、トーチ先端を最適な方向に向けることができないということが起こる。そこでトーチの長さや角度を変えたいときに、トーチを首の部分１３ａで取外して交換する装置やツール（ホルダを含むトーチユニット全体）を交換する装置が提供されている。
【０００４】
しかし、前者はトーチ先端の着脱部に電気接点が存在し、シール材が設けられているが、塵などが接点に付着すると、通電抵抗により発火し、シール材の損傷も頻繁に生ずるなど、保守管理が面倒であるという欠点がある。一方、後者はツールマガジンに装着された複数のツールにそれぞれ電気ケーブルが接続されているので、電気接点の接触不良等の問題は生じないが、複数のツールのケーブルがツール交換により絡まったり、ケーブルが引っ張られてトーチの移動範囲が制限されるなどの欠点があり、また価格も高価である。
【０００５】
そのため、一般には、ワークに応じて選んだ１本のトーチをロボットに装着して自動溶接を行い、ホルダが干渉したりして自動溶接できない部分は、後で手作業で溶接しているのが現状である。
【特許文献１】特開平７−２８４９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、自動溶接できない部分を後で手溶接する方法は、熟練した溶接工を必要とするばかりでなく、大型の溶接構造物のように、肉盛を複数回行うような場合には、溶接部の組織が不連続になって溶接品質が低下するという問題がある。一方、トーチやツールを交換する方法は、前述したような問題があるほか、溶接中におけるトーチやツールの交換が頻繁に行われるために溶接能率が低下し、交換時のトラブルも発生しやすくなるという問題がある。
【０００７】
そこでこの発明は、１本のトーチであたかもトーチを交換したと同様な汎用性を付与する技術手段を得ることにより、１本の溶接トーチでは従来不可能であった広範な種類の溶接箇所をトーチやツールを交換することなく、連続的に自動溶接可能にする技術手段を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
溶接トーチは、溶接ロボットのアーム先端に設けられている手首フランジと呼ばれる取付部に、一般的にはショックセンサを備えたトーチホルダを介して、取付けられている。この発明は、前記トーチホルダに、すなわち溶接ロボットの手首フランジ（溶接ロボットの溶接トーチないしトーチホルダの取付部。以下及び特許請求範囲において同じ。）と溶接トーチとの間に、手首フランジに対する溶接トーチの位置ないし姿勢を溶接ロボットを制御するＮＣ装置からの動作信号に基づいて段階的に変換する変換装置を介装することにより、上記課題を解決している。
【０００９】
すなわち、溶接ロボットの手首フランジ１４に、当該フランジに着脱可能な取付板１５と、好ましくはショックセンサ１６と、トーチの位置ないし姿勢を溶接ロボットを制御するＮＣ装置からの動作信号に基づいて段階的に変換する変換装置とを備えたトーチホルダを介して、溶接トーチ１３を装着する。上記変換装置として第１に推奨されるものは、トーチを長手方向に進退させる伸縮装置２３であり、第２に推奨されるものは、トーチをその長手方向と直交する軸回りに揺動する傾動装置２６である。
【００１０】
本願の請求項１の発明に係る自動溶接方法は、ＮＣ装置１２で手首フランジ１４の位置及び方向を制御される溶接ロボットの前記手首フランジに、上記構造のトーチホルダを介して溶接トーチ１３を装着し、前記ＮＣ装置に、加工プログラム３４からのトーチ交換指令を受けたときに当該指令を前記変換装置の動作信号に変換して出力する信号変換部３９と、当該変換装置の各段階の動作位置に対応するツールデータとを登録し、前記変換装置の動作を前記ＮＣ装置で制御すると共に、ＮＣ装置が前記変換装置を動作させたときに、その動作後の位置に対応して登録されたツールデータを用いてロボットを制御することを特徴とする自動溶接方法である。
【００１１】
信号変換部３９は、加工プログラム３４からトーチ交換指令が出たとき、そのトーチ交換指令をトーチホルダに設けた変換装置２３、２６の動作信号に変換して出力するプログラムである。
【００１２】
伸縮装置２３と傾動装置２６との両者を備えたトーチホルダを用いる場合のように、複数の変換装置を備えたトーチホルダを用いるときは、各変換装置の各動作位置の組み合わせの各々に対応するツールデータをＮＣ装置１２に登録し、ＮＣ装置がある変換装置の動作を行ったときに、その動作後の各変換装置の動作位置の組に対応するツールデータを用いてロボットを制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本願請求項１の自動溶接方法によれば、伸縮装置２３や傾動装置２６を動作させて、トーチを伸縮したり傾動させることにより、長さの違うトーチや先端の角度の異なるトーチに交換したのと同様な作用が実現できる。従って、溶接部位に応じて伸縮装置２３や傾動装置２６を適宜動作させることにより、１種類のトーチでロボットに近い手前の箇所や深い箇所、あるいは狭くて、かつトーチ先端を深く傾斜させなければならない箇所などの広範な溶接部位の溶接を、トーチを交換することなく行うことが可能になる。
【００１４】
また、本願の発明によれば、トーチ交換指令を含む既存の加工プログラムを用いてこの発明の方法で自動溶接を行うことが可能であり、溶接トーチの伸縮や傾動を行ったときに、その伸縮位置や傾動位置に応じてＮＣ装置１２のツールデータが変換され、溶接途中にトーチの伸縮や傾動を行っても、それによって溶接プログラムを変更する必要がなくなるため、各ワークに対する溶接プログラムの変更をすることなく、またトーチを交換することなく、種々の形状の溶接部位を備えたワークの連続自動溶接が可能になる。
【００１５】
伸縮装置２３や傾動装置２６は、２段階ないし数段階に伸縮位置や傾動位置を変更できるようにしておけば十分である。２段階に変更するときは、オンオフ制御でよいが、３段階以上に変更するときは、サーボ制御によるのが便利である。サーボ制御による場合でも、動作位置の変換は段階的とし、その各段階に対するツールデータを登録しておけば、この発明の溶接方法が可能である。
【００１６】
この発明の自動溶接方法は、ロボットの制御軸を増やしたり、ロボットに複数のトーチを装着するのではなく、ロボットに着脱されるトーチホルダにトーチの位置ないし姿勢の変更機能を持たせたのであるから、既設のロボットをそのまま使用して実施することが可能であり、伸縮のみが可能なトーチホルダや伸縮と傾動との両者が可能なトーチホルダなど、溶接ロボットの性能や溶接構造物の種類などに応じてホルダを使い分けることができ、またトーチホルダの交換とＮＣ装置の制御プログラムの追加により、経済的に必要な機能の追加が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１は溶接トーチ１３の装着構造を示したもので、１４は溶接ロボットの手首フランジである。手首フランジ１４は、手首のチルト部２０に軸回りに回転可能に設けた手首９の先端に設けられている。溶接トーチ１３は、軸長さの長いロングトーチで、手首フランジ１４に取付板１５、ショックセンサ１６、固定ブラケット２１、揺動ブラケット２２、伸縮シリンダ２３及びトーチクランパ２４を介して装着されている。
【００１８】
取付板１５は、図示しないねじなどにより、手首フランジ１４に着脱自在である。ショックセンサ１６は、ロッド１６ａを取付板１５に固定して装着されており、そのボディ１６ｂに固定ブラケット２１が固定されている。揺動ブラケット２２は、ピン２５により固定ブラケット２１に枢支されている。この揺動ブラケット２２の中間位置と固定ブラケット２１との間には、傾動シリンダ２６が両端トラニオン構造で架設されている。傾動シリンダ２６はサーボシリンダである。伸縮シリンダ２３は、揺動ブラケット２２に固定して装着されており、その伸縮ロッド２３ａの先端にトーチクランパ２４が固定されている。伸縮シリンダ２３は、ロッド２３ａの回り止めを内蔵したサーボシリンダであるが、伸長位置と縮退位置の２位置のみをとるように制御されている。溶接トーチ１３は、そのネック部をトーチクランパ２４で挟持されて装着されている。溶接トーチ１３は、クランパ２４を開いて他のトーチに取り替えることが可能である。
【００１９】
図１には、溶接トーチ１３の縮退位置を実線で示してあり、伸縮シリンダ２３を伸長することにより、及び傾動シリンダ２６を伸縮することにより、トーチ先端は図に想像線２７、２８で示すように伸長し又は傾動する。
【００２０】
図２はＮＣ装置の制御ブロック図で、ロボット制御部３０及びポジショナー制御部３１は、従来のＮＣ装置が備えているものと同様なもので、それぞれロボット３２（図４参照）及びポジショナー３３を加工プログラム３４からの指令に従って制御している。伸縮部３５及び傾動部３６は、それぞれトーチホルダの伸縮シリンダ２３及び傾動シリンダ２６を制御している。ツールデータ選択部３７は、登録された複数のツールデータの組から伸縮部３５及び傾動部３６のそれぞれの位置信号の組合せに関連して登録されたデータセットを選択して、ロボット制御部３０の出力値をシフトしている。
【００２１】
ツールデータ３８は、図３に示すように、手首フランジ１４とトーチ先端１３ｂとの位置関係を示すデータで、手首フランジ１４の中心に対するトーチ先端１３ｂのＸ、Ｙ及びＺ方向の距離（偏倚量）及び手首フランジ１４の回転中心軸に対するノズル先端の角度αが一組のデータとして登録されている。この発明のトーチ装着構造では、伸縮シリンダ２３を伸長させたときと縮退させたとき、及び傾動シリンダ２６を例えば３段階に変化させたときの組合せ（６種類の組合せ）のそれぞれについて、Ｘ、Ｙ、Ｚ及びαのデータがセットにして登録される。
【００２２】
信号変換部３９は、加工プログラム３４からトーチ交換指令が出たとき、そのトーチ交換指令を伸縮シリンダ２３の伸長又は縮退信号と傾動シリンダ２６の傾動角に変換して、伸縮部及び傾動部３５、３６に出力するプログラムである。このような機能を備えた信号変換部３９を設けておけば、トーチ交換指令を含む既存の加工プログラムを用いてこの発明の方法で自動溶接を行うことが可能である。図１の例では、伸縮シリンダ２３及び傾動シリンダ２６としてサーボシリンダを用いているため、ＮＣ装置の伸縮部３５及び傾動部３６の信号がサーボアンプ４０、４１を介してこれらのシリンダ２３、２６に与えられることを念のために図示してある。同様なサーボアンプは、当然ロボット３２やポジショナー３３の制御回路にも介装されるが、従来構造であるので図では省略している。
【００２３】
以上の装置において、ＮＣ装置１２にあるワークのための加工プログラムを登録して、当該ワークを自動溶接するとき、当該加工プログラムから溶接トーチの交換が指示されたとき、その指令内容に応じて伸縮部３５及び傾動部３６は、伸縮シリンダ２３を適宜進退させ、また傾動シリンダ２６を３段階に設定したいずれかの角度となるように伸縮する。これにより、トーチ変換を行わなければできなかった溶接部位の溶接が可能となるように、トーチ長さ及び角度が変換される。
【００２４】
そして、この変換に伴ってツールデータ選択部が当該変換後のツールデータを選択して、ロボット制御部３０の出力をシフトすることにより、伸縮又は傾動した後の溶接トーチ先端が所定の溶接部に適正なトーチギャップ、トーチ位置及び姿勢を持って臨むように、手首フランジ１４の位置がロボット側で制御されることになる。そして、溶接途中に必要に応じて伸縮シリンダ２３及び傾動シリンダ２６を動作させ、あるいは復帰させることにより、種々の制約条件のある溶接部位を連続的に自動溶接してゆく。
【００２５】
複数層の肉盛を行うときは、その一層の肉盛毎に必要なトーチ姿勢の変換が行われるから、トーチ姿勢を変換した部位での溶接品質の連続性も良好に維持することが可能である。なお、上記実施例は最良の形態として溶接トーチの伸縮装置と傾動装置を設けたものについて述べたが、実際の自動溶接においては、トーチの傾動が必要になる状況は、トーチの伸縮が必要になる状況に比べて発生する割合が少ないので、傾動が必要になる状況が生じないようなときは、図１、２の装置でトーチの傾動に関連する部分を取り除いた構造とすることにより、この発明をより安価に実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】トーチの装着構造を示す側面図
【図２】ＮＣ装置の制御ブロック図
【図３】ツールデータの説明図
【図４】一般的な溶接ロボットの制御軸を示す模式的な側面図
【符号の説明】
【００２７】
13  溶接トーチ
14  手首フランジ
15  取付板
16  ショックセンサ
23  伸縮シリンダ
24  トーチクランパ
26  傾動シリンダ
【図１】
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【図２】
0004700267.tif 000003
【図３】
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【図４】
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