(57)【要約】【課題】  自動溶接のシーケンスを組むことができ、干渉を回避できるロボット溶接干渉回避装置を提供する。【解決手段】  ウェブ材の交差部分に隅肉溶接を施して十字柱を形成する際のトーチ部とワークとの干渉を回避するロボット溶接干渉回避装置において、隅肉溶接を施すために下向き姿勢を保持し溶接線方向に移動できるトーチ部と、ウェブ材を固定する固定具と、固定したウェブ材のワーク寸法データを入力する入力部と、入力データに基づいて固定されたウェブ材端部のフランジ材相互間の空間の大きさを計算し、トーチ部からフランジ材の端部までの必要幅の有無を検出する演算部と、干渉の可能性がある場合に、モータに対してトーチ部とフランジ材との間に適正空間を確保するための回転量を算出して指示する判定部と、この判定部の指示を受けて固定具を二つのウェブ材の交点を中心にして垂直平面内で回転させてウェブ材の位置決めを行うモータとを有する。【選択図】図４
2005271004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つのウェブ材を交差させ、交差部分に隅肉溶接を施して十字柱を形成する際のトーチ部とワークとの干渉を回避するロボット溶接干渉回避装置において、前記隅肉溶接を施すために下向き姿勢を保持し溶接線方向に移動できるトーチ部と、前記十字柱を形成する二つのウェブ材を固定する固定具と、この固定具に固定したウェブ材のワーク寸法データを入力するデータ入力装置と、入力データに基づいて前記固定具に固定されたウェブ材端部のフランジ材相互間に形成される空間の大きさを計算し、前記トーチ部からフランジ材の端部までの必要幅の有無を検出する演算装置と、前記トーチ部とフランジ材とが干渉する可能性がある場合に、前記固定具に連結された駆動装置に対し前記トーチ部とフランジ材との間に適正空間を確保するための回転量を算出して指示する判定装置と、この判定装置の指示を受けて前記固定具を前記二つのウェブ材の交点を中心にして垂直平面内で回転させて前記ウェブ材の位置決めを行う前記駆動装置とを有することを特徴とするロボット溶接干渉回避装置。
【請求項２】
前記判定装置の指示に基づいて回転した固定具に固定された前記ウェブ材のフランジ材端部位置を検出し、前記トーチ部とフランジ材端部とに干渉が生じないことを確認する確認装置をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のロボット溶接干渉回避装置。
【請求項３】
前記データ入力装置に入力されたデータに対し、実ワークにおける寸法誤差を補正する補正装置をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット溶接干渉回避装置。
【請求項４】
前記固定具に前記ウェブ材を取り付ける姿勢を予め例示する表示装置をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のロボット溶接干渉回避装置。
【請求項５】
二つのウェブ材を交差させ、交差部分に隅肉溶接を施して十字柱を形成する際のトーチ部とワークとの干渉を回避するロボット溶接干渉回避方法において、前記十字柱を形成する二つのウェブ材を固定具に固定する工程と、固定したウェブ材のワーク寸法データをデータ入力装置に入力する工程と、入力データに基づいて前記固定具に固定されたウェブ材端部のフランジ材相互間に形成される空間の大きさを計算すると共に前記トーチ部からフランジ材の端部までの必要幅の有無を検出する工程と、前記トーチ部とフランジ材とが干渉する可能性がある場合に、前記固定具を前記二つのウェブ材の交点を中心にして垂直平面内で回転させて前記トーチ部とフランジ材との間に適正空間を確保する工程と、前記トーチ部を前記適正空間に進入させて下向き姿勢を保持しつつ前記ウェブ材の交差部分に隅肉溶接を施す工程とを有することを特徴とするロボット溶接干渉回避方法。
【請求項６】
前記固定具を回転させてトーチ部とフランジ材との間に適正空間を確保する工程の後に、前記トーチ部とフランジ材端部とに干渉が生じないことを確認する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のロボット溶接干渉回避方法。
【請求項７】
前記入力工程で入力されたワーク寸法データに対し、実ワークにおける寸法誤差を補正する補正工程をさらに含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のロボット溶接干渉回避方法。
【請求項８】
前記固定具に前記ウェブ材を取り付ける姿勢を予め例示する表示工程をさらに有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のロボット溶接干渉回避方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーチ部とワークとの干渉を回避し、高い溶接電流により効率良く溶接を行うことができるロボット溶接干渉回避装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築鉄骨に用いられるＳＲＣ構造の十字柱において、二つのウェブ材が交差する部分の隅肉溶接を行うためには、二つのウェブ材に固着されたフランジ材相互の隙間に溶接トーチ又はトーチを保持する部材（以下、単にトーチ部という）を挿入して溶接を行う必要がある。
【０００３】
トーチ部をワーク相互間に挿入して溶接を行う場合は、溶接熱による部材の変形等を考慮すると、予め想定される熱歪量を加味した間隔を含む隙間を確保できる位置にトーチ部を挿入することが重要となる。また、十字柱の隅肉溶接では、高能率性を確保するため高い溶接電流が利用できる溶接姿勢、すなわち二つのウェブ材の交点ができるだけトーチ部の鉛直方向に向く状態で位置決めし、二つのフランジで形成される空間に対してトーチ部がほぼ下向き姿勢になる状態で溶接することが好ましい。
【０００４】
十字柱は、例えば図６（ａ）及び(ｂ)に示したように、対称型に二つのウェブ材１１が配置される以外に、非対称型のものがしばしば利用される。通常、このような非対称に配置された柱の隅肉溶接では、トーチ部１と二つのウェブ材１１が交差する点とを結ぶ見掛け上の直線が地球の中心に向く状態に位置決めし、この状態においてトーチ部１をほぼ下向き方向に二つのフランジ材１２相互の空間に侵入させて溶接が行われる。このとき、トーチ部１がフランジ材１２と干渉するか又は干渉しない場合でも、溶接熱による変形に起因して干渉を生じることがある。
【０００５】
このような干渉に対し、従来はトーチ部とワークの位置関係を図示し、これを目視で確認し、トーチ部の姿勢を変更するか、トーチ部とワークの干渉が想定される位置関係及び干渉空間として予め定めた干渉チエック用シミュレータを用いて、トーチ部の干渉空間内に侵入チエックを実施し、トーチ部を移動させることでトーチ部とワークとの干渉を回避する方法が採用されていた。しかし、この方法では、トーチ姿勢が支配的な因子となり易いビード形状の適正さを確保できないという問題点があった。
【０００６】
そこで、トーチ部とワークとの干渉を回避するため、例えば、トーチ角度の変更量等の読み込み部１０１、トーチ角度変更部１０２、干渉チェック部１０３及び干渉しないトーチ角度抽出部１０４とから構成される姿勢変更制御システム本体１００と、読み込み部１０１で読み込まれた姿勢変更制御データを格納する姿勢変更制御データ部２００とを有するロボット溶接における干渉回避装置（特許文献１、段落００２３、図１）が提案されている。また、オペレータが教示操作盤を操作して、ロボット動作許容領域の形状の型を指定する工程（スッテプ１）、指定された形状の寸法を特定するパラメータＣｉを入力する工程（スッテプ２）、ロボット動作許容領域を表現するための関数ｆｉを計算する工程（スッテプ３）、ケージ内に属する基準点を求める工程（スッテプ４）、基準点Ｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）について関数±ｆ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）を計算する工程（スッテプ５）及び関数値が正の値をとるものを選択し、ロボット動作許容境界面を代表する関数として設定する工程（スッテプ６）とを有するソフトウェアケージ機能を備えたロボット制御方法（特許文献２、段落００２４〜００２７、図３）が提案されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術は、データベースに登録された角度範囲、角度変更刻みピッチ等によってトーチ姿勢を決定し、その姿勢で干渉チェックを行い、干渉がなくなるまで角度変更を繰り返すものであるために、制限範囲内で干渉回避ができるものの、一連の動作の繰り返しを自動化することは困難で、特に十字柱のように同様の特性をもつ継手が少なくとも二個以上ある柱では、二個以上の継手を順次自動的に溶接する手順を組むことができず、非能率的であるという問題点があった。また、特許文献２の技術にも同様の問題点があった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３２８０９２号公報
【特許文献２】特開平０７−１２９２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされてものであって、トーチ部とワークとの干渉を回避しつつ、二つ以上の継手を順次自動的に溶接するシーケンスを組むことが容易で、一連の動作が自動化されると共に、適正な溶接姿勢を確保して溶接効率を高めることができるロボット溶接干渉回避装置及び方法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】
【００１０】
本願第１発明に係るロボット溶接干渉回避装置は、二つのウェブ材を交差させ、交差部分に隅肉溶接を施して十字柱を形成する際のトーチ部とワークとの干渉を回避するロボット溶接干渉回避装置において、前記隅肉溶接を施すために下向き姿勢を保持し溶接線方向に移動できるトーチ部と、前記十字柱を形成する二つのウェブ材を固定する固定具と、この固定具に固定したウェブ材のワーク寸法データを入力するデータ入力装置と、入力データに基づいて前記固定具に固定されたウェブ材端部のフランジ材相互間に形成される空間の大きさを計算し、前記トーチ部からフランジ材の端部までの必要幅の有無を検出する演算装置と、前記トーチ部とフランジ材とが干渉する可能性がある場合に、前記固定具に連結された駆動装置に対し前記トーチ部とフランジ材との間に適正空間を確保するための回転量を算出して指示する判定装置と、この判定装置の指示を受けて前記固定具を前記二つのウェブ材の交点を中心にして垂直平面内で回転させてウェブ材の位置決めを行う前記駆動装置とを有することを特徴とする。
【００１１】
本願発明に係るロボット溶接干渉回避装置において、前記判定装置の指示に従って回転した固定具に固定された前記ウェブ材のフランジ材端部位置を検出し、前記トーチ部とフランジ材端部とに干渉が生じないことを確認する確認装置をさらに有することが好ましい。また、前記データ入力装置に入力されたデータに対し、実ワークにおける寸法誤差を補正する補正装置を設けることが好ましい。更に、前記固定具に前記ウェブ材を取り付ける姿勢を予め例示する表示装置を設けることもできる。
【００１２】
本願第２発明に係るロボット溶接干渉回避方法は、二つのウェブ材を交差させ、交差部分に隅肉溶接を施して十字柱を形成する際のトーチ部とワークとの干渉を回避するロボット溶接干渉回避方法において、前記十字柱を形成する二つのウェブ材を固定具に固定する工程と、固定したウェブ材のワーク寸法データをデータ入力装置に入力する工程と、入力データに基づいて前記固定具に固定されたウェブ材端部のフランジ材相互間に形成される空間の大きさを計算すると共に前記トーチ部からフランジ材の端部までの必要幅の有無を検出する工程と、前記トーチ部とフランジ材とが干渉する可能性がある場合に、前記固定具を前記二つのウェブ材の交点を中心にして垂直平面内で回転させて前記トーチ部とフランジ材との間に適正空間を確保する工程と、前記トーチ部を前記適正空間に進入させて下向き姿勢を保持しつつ前記ウェブ材の交差部分に隅肉溶接を施す工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
このロボット溶接干渉回避方法において、前記固定具を回転させてトーチ部とフランジ材との間に適正空間を確保する工程の後に、前記トーチ部とフランジ材端部とに干渉が生じないことを確認する工程をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
またこの方法において、前記入力工程で入力されたワーク寸法データ等に対し、実ワークにおける寸法誤差を補正する補正工程をさらに含むことが好ましい。更に、前記固定具にウェブ材を固定する姿勢を予め例示する表示工程をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本願第１発明に係るロボット溶接干渉回避装置によれば、トーチ部とワークとの干渉を回避して機器の破損等を防止できるだけでなく、干渉を回避できる適正空間が一意的に決定されるので、二つ以上の継手を順次自動的に溶接するシーケンスを組むことが容易となり、一連の動作を自動化することができる。また、適正な溶接姿勢を確保して高い溶接電流によって効率良く十字柱を形成することができる。この装置において、位置決め後のフランジ材端部とトーチ部との間に干渉が生じないことを確認する確認装置をさらに設けることにより、干渉をより確実に回避することができる。また、実ワークにおける寸法誤差を補正する補正装置を設けることにより、誤差を補正してより確実に干渉を回避することができる。更に、固定具にウェブ材を取り付ける姿勢を予め例示する表示装置を設けることにより、作業者がより正確にウェブ材を固定することができる。
【００１６】
本願第２発明に係るロボット溶接干渉回避方法によれば、トーチ部とワークとの干渉を回避できる適正空間が一意的に決定されるので、一連の動作を自動化し、適正な溶接姿勢を確保して高い溶接電流により効率良く十字柱を形成することができる。この方法において、位置決め後のフランジ材端部とトーチ部との間に干渉が生じないことを確認する確認工程をさらに設けることにより、トーチ部とワークの干渉をより確実に回避することができる。また、データ入力工程で入力されたデータに対し、実ワークにおける寸法誤差を補正する補正工程を設けることにより、入力データの寸法誤差を補正してより確実に干渉を回避することができる。更に、固定具にウェブ材を取り付ける姿勢を予め例示する表示工程を更に設けることにより、作業効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るロボット溶接干渉回避装置を示す正面図、図２は、図１の２−２線矢視方向断面図、図３は、本発明の実施形態に係るロボット溶接干渉回避装置の一部構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、両端を支持する支持台３上に架設された水平軸を有する横長の固定具２にその長さ方向に沿って二つのウェブ材１１が固定されている。固定具２は水平に配置された円筒状の部材であって、その両端近傍に夫々ウェブ材１１を装入し、固定するためのスリット（図示省略）を有している。ウェブ材１１は互いに所定角度で交差しており、その長さ方向に沿って溶接線９が形成されている。固定具２の上方には、トーチ部１が配置されている。トーチ部１の溶接棒の先端部は二つのウェブ材１１の交差部分に位置しており、長さ方向に沿った溶接線９に沿って移動可能になっている。ウェブ材１１の非交差側の解放端には夫々長さ方向に沿ってフランジ材１２が固着されており、隣接するフランジ材１２相互間の間隔は隣接するウェブ材１１相互間の間隔よりも狭くなっている。固定具２の水平軸には駆動装置としてのモータ６が連結されている。
【００１９】
本実施形態装置は、図示省略した表示装置を有している。表示手段は、ディスプレイ画面を有しており、この画面上にウェブ材１１を固定具２に固定する姿勢を予め例示する。従って、作業者は表示装置の見本に従ってウェブ材１１を固定具２に固定することができる。また、この装置は、図３に示したようにデータ入力装置としての入力部４を有しており、入力部４はデータ記録部を有している。入力部４には、作業者によって、固定具２に固定したウェブ材１１のワーク寸法データ及び計算パラメータ等が入力される。また、入力部４に隣接して補正装置としての寸法誤差補正部１０が設けられている。寸法誤差補正部１０は計測部と、計算機能部と、データ記録部を有しており、実ワークにおける実測寸法に基づいて入力部４に入力されたデータ寸法等の誤差を補正する。
【００２０】
また、この装置は演算装置としての演算部５を有しており、演算部５は計算機能部を有しており、入力部４に入力されたデータ及び補正装置で補正されたデータに基づいて固定具２に固定されたウェブ材１１端部のフランジ材１２相互間に形成される空間の大きさを計算し、トーチ部１からフランジ材１２の端部までの必要幅の有無を検出する。更に、この装置は判定装置としての判定部７を有している。判定部７は計算機能部と比較判断部を有しており、トーチ部１とフランジ材１２とが干渉する可能性がある場合に、トーチ部１とフランジ材１２との間に適正空間を確保するための回転量を駆動装置としてのモータ６に指示する。モータ６は判定部７からの指示を受けて固定具２を二つのウェブ材１１の交点である水平軸を中心にして垂直平面内で回転させてウェブ材１１の位置決めを行う。なお、演算部５と判定部７を総称してワーク位置決め角決定部８という。
【００２１】
次に、上述のように構成された装置の動作及びロボット溶接干渉回避方法について説明する。溶接操作に先立って、作業者は、十字柱を形成するための二つのウェブ材１１（以下、便宜上、十字柱ということがある。）の取り付け姿勢を予め例示する表示装置に従って二つのウェブ材１１を固定具２に固定する。次に、入力部４にウェブ材１１のワーク寸法データ、計算パラメータ等を入力する。入力部４にワーク寸法等が入力されると、演算部５において、入力データに基づいて二つのウェブ材１１のフランジ材１２端部相互間の空間の大きさが計算されると共に、トーチ部１からフランジ材１２の端部までの必要幅の有無が検出される。その結果、トーチ部１と十字柱が干渉する可能性がある場合には判定部７によって干渉回避に必要な固定具２の回転量が算出される。算出された回転量の信号は駆動装置としてのモータ６に送られる。判定部７の信号を受けたモータ６は二つのウェブ材１１の交点である水平軸を中心にして固定具２を必要量だけ回転し、これによってトーチ部１が溶接位置まで進入するのに必要な空間部が形成される。必要な空間部が形成された後、トーチ部１がフランジ材１２端部相互間の空間部を経て溶接位置まで進入し、溶接線９に沿って隅肉溶接を行い十字柱を形成する。
【００２２】
次に、図４及び図５を用いてワーク位置決め角度決定方法を詳細に説明する。作業者によって、入力部４にワーク寸法データ等が入力されると、演算部５及び判定部７において、トーチ部１とワークとしてのウェブ材１１及びフランジ材１２との間に干渉が発生する虞があるか否かが判定され、干渉の虞があるときはこれを解消するための必要な措置が講じられる。即ち、演算部５において、図４のブロック図に従い、入力部４に入力されたワーク寸法データ及び寸法誤差補正部１０で補正されたデータに基づいて、図５における溶接位置１３とフランジ材１２Ａの端部とを結ぶ直線とウェブ材１１Ａとの角度θｆ１、溶接位置１３とフランジ材１２Ｂの端部とを結ぶ直線とウェブ材１１Ｂとの角度θｆ２を求める。これによって、フランジ材１２Ａと１２Ｂとの間の空間の大きさが判明する。次いで、トーチ部１の進入に必要な開口寸法ａに基づいて、開口寸法ａに相当する角度θａ１及びθａ２を求め、これらθｆ１、θａ１及びθｆ２、θａ２から夫々フランジ１２Ａを回避するための角度α及びフランジ１２Ｂを回避するための角度βを求める。これによって、トーチ部１からフランジ材１２Ａ及び１２Ｂの端部までの必要幅の有無が検出される。
【００２３】
次に、判定部７は、図４のブロック図に従って、演算部５で求めた角度αと角度βとを比較し、トーチ部１とランジ部との干渉発生の可能性の有無を判定し、干渉する可能性がある時はモータ６に必要な指示を与える。すなわち、角度αが角度βと同じかまたはこれより小さいときは、下向き溶接となるワーク位置決め角度γが角度αと角度βとの間にあることを条件として二つのウェブ材１１Ａ及び１１Ｂの位置決めを行うための図５における反時計方向の回転量θをγと決定し、モータ６にその信号が送られる。信号を受けたモータ６は指示に従って固定具２を回転させ、この回転に伴って十字柱が回転し、フランジ１２Ａと１２Ｂとの間に上向きの必要な空間部が形成される。この空間部にトーチ部１が適正姿勢で進入し、隅肉溶接によって十字柱を形成する（図４（ａ））。
【００２４】
次に、角度αが角度βと同じかまたはこれより小さく、下向き溶接となるワーク位置決め角度γが角度αと角度βとの間になく、かつ角度γが角度αよりも小さいことを条件として十字柱の位置決めを行うための図５における反時計方向の回転量θがαと決定され（図４（ｂ））、モータ６にその信号が送られ、固定具２の回転によって十字柱が回転し、以下同様にして十字柱を形成する。
【００２５】
次に、角度αが角度βと同じかこれよりも小さく、γが角度αと角度βとの間になく、角度γが角度αよりも小さくないことを条件として、十字柱の位置決めを行うための図５における半時計方向の回転量θがβと決定され（図４（ｃ））、モータ６にそのための信号が送られ、以下同様にして十字柱を形成する。
【００２６】
角度αが角度βよりも大きいときはトーチ部１の溶接位置１３への進入は不可能と判断され、十字柱を形成するための作業を停止する（図４（ｄ））。なお、通常、開先なしの隅肉溶接では下向き溶接となるワーク位置決め角度γは４５度に設定される。
【００２７】
本実施形態によれば、トーチ部１と十字柱を形成するウェブ材１１が干渉する可能性のある場合は判定部７によって干渉回避に必要な固定具２の回転量が計算され、指示が出され、指示を受けたモータ６が二つのウェブ材１１の交点である水平軸を中心にして固定具２を必要量だけ回転し、これによってトーチ部１が進入するのに必要な空間部が一意的に形成される。従って、トーチ部１とワークとの干渉を回避しつつ、一連の溶接動作を自動化して効率よく十字柱を形成することができる。また、トーチ部を下向き姿勢に近い状態に維持し、高い溶接電流によって能率的な溶接を行うことができるので、ビート形状の適正さを確保することができる。
【００２８】
本実施形態において、固定具２を回転させてウェブ材１１の位置決めをした後、ウェブ材１１のフランジ材１２の位置を再度検出し、トーチ部とフランジ材との干渉がないことを確認する確認工程を設けることが好ましい。これによって、トーチ部とワークとの干渉をより確実に回避することができる。干渉のないことの確認は、例えば計測部と計算機能部と比較判断部を有する確認部で行う。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
トーチ部の下向き姿勢を確保し、トーチ部とワークとの干渉を回避しつつ、二つ以上の継手を順次自動的に効率よく溶接して十字柱を形成することができる本発明装置及び方法はロッボト溶接の分野において干渉回避技術として有用であり、今後ますます注目されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態であるロボット溶接干渉回避装置を示す正面図である。
【図２】図１の２−２線矢視方向断面図である。
【図３】本発明の実施形態であるロボット溶接干渉回避装置の一部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態であるロボット溶接干渉回避装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態におけるワーク位置決め角度決定方法を示す図である。
【図６】十字柱を形成するウェブ材を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：トーチ部
２：固定具
３：支持台
４：入力部
５：演算部
６：モータ
７：判定部
８：ワーク位置決め角度決定部
９：溶接線
１１Ａ：ウェブ材
１１Ｂ：ウェブ材
１２Ａ：フランジ材
１２Ｂ：フランジ材
１３：溶接位置
【図１】
2005271004.tif 000003
【図２】
2005271004.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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