溶接のオフラインティ

チ㈱安川電機ンク

ロボット工場

技術部利用技術課

本田和彦

はじめに溶接用途へのロボットの導入は、以前より盛んに行われているが、慢性的な人手不足及び熟練者不足のため、ティーチングに関する様々な問題点が起こっている。対象となる製品の多種多様化や導入台数の増加に伴いティーチング工数が増大するため、ティーチングプレイバック方式では、ティーチングに多大な時間を要する。この方式では、生産現場で、実際のロボット・治具・ワークを使いFティーチングをする必要があるため、この間生産ラインは、停止することとなり、ロボット導入時にはライン稼働率は極端に落ちることとなる。これらの問題点を解決するため、オフラインティーチングの導入が注目されて来ている。オフラインティーチング方式には、実ロボットを使ってティーチングする方式と計算機を使ってティーチングする方式とがある。最近では、コンピュータグラフィックのめざましい進歩に伴い計算機を使用したオフラインティーチング方式を各社とも開発している。

2．オフラインティーチング支援システムの体系

2．1オフラインティーチングの効果
オフラィンティーチングシステムの適用は、基本的にティーチングデータの作成用とエンジニアリング検討用とに分けられる。

（1）ティーチングデータ作成用
実際のロボットやワークを使用せずにコンピュータ・シミュレーションによってティーチングデータの作成を行うと次の様な効果がある。

①生産ライン外での教示が可能となり、ライン停止時間を短縮できる。

②実ロボットやワークが揃う前に教示が可能となり、ライン立ち上がり時間を短縮できる。

③ロボット動作領域内で作業を行わないため、ティーチング作業の安全が確保される。
（2）エンジニアリング検討用

一59一

ラインのレイァゥトやロボットの動作領域の確認、機種選定、サイクルタイムの検討を行うと次の様な効果がある。

①ロボット導入メーカにおいては、ライン計画時のレイアウト、各ロボットヘの作業分割等が容易に行え、ライン設計期間を短縮できる。

②ロボット供給メーカにおいては、見積業務、システムオーダ設計期間の短縮できる。

2．2オフラインティーチングヘの取り組み
オフラインティーチングシステムには、エンジニアリングワークステーション（EWS）を使用する本格的なシステムとパーソナルコンピュータを使用する簡易システムとがある。

図1にオフラインティーチング支援システムの体系を示す。
Ci魯Sヒ・tion（三井這船）

ROBCADCA↑（臼憲ア仔7ク）IA（18M）

EWS

課ノ

汎用DB

汎用CAD

∬￥MARISROTSY

BAMY−SlC

MS−DOS及びDOSファイノレ
溶橿条誓デー

汎用CAD

タペース

図1

ティーチング支援システムの体系

当社では、市販されている本格的システムに対してロボットモデルの登録およびポストプロセッサ作成に必要な情報を積極的に提供している。すでに、C（三井造船殿）、IBMのCAT

I

A（NKK殿）、ROB

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CAD（日本アイテック殿）に当社のロボットの登録が完了している。EWS上に生産ラインを構築し、CADで作成したワークモデルによりティーチングデータの生成、適用設計を行う。すでに、設計されているワークモデルの有効利用が可能である。図2にEwsでのティーチング画面を示す。
簡易システムに関しては、近年、高機能化・低価格化の進んでいるパソコンに着目し、オフラインティーチングシステムのみならず、ティーチング支援システムの開発を意欲的に行っている。

①オフラインティーチングシステム（ROTSY）
ロボットの作業位置の教示を効率的に行うことを特長としている。パソコンの画面上で一60一

生産システムの仮想環境を設定し、ロボットティーチングを行うシステムである。

図2

ティーチング画面（CimStation〉②オフラインプログラミングシステム（MARIS）
ロボット言語のプログラミングを効率的に行うことを特長としている。MS−WindowsVer3で動作するシステムで、ユーザフレンドリィなインタフェースを提供している。

MARI

Sの基本機能は、ロボット言語INFORM言語専用エディタ機能

ジョブおよびロボットの管理

ロボット制御盤とのファイル伝送機能・ヘルプ機能の4っに集約されている。

③データ伝送機能（MY−BASBASIIC）

C言語によるプログラミングで、ジョブデータの伝送やリモート操作を可能にする機能である。

③作業条件データベース

溶接作業条件データベース等を効率的に行うことを目的とするシステムである。これまで蓄積されデータにより良質な溶接を行うことが可能となる。

④CADシステム
ー61一

ROTS

Yがもっている形状モデル作成機能で足りない場合やすでにワークモデルが作成されている場合利用することが可能である。

ROTSYでこれらのモデルを利用する場合には、ROTSYのモデルフォーマットに変換する必要があるσ

本稿では、簡易システムであるROTS

3．ROTS

Yをアーク溶接用途に適用した例を記す。

Yの概要

3．1システムの特徴（1）ワーク上．に作業情報を定義

ワークモデルを作成する際にワーク上にロボットの作業目標点、ツール姿勢及び教示順序などの作業情報を定義することができ、ロボットの動作プログラムを効率的に作成することができる。

（2〉作業条件のマクロ化

ロボットの作業条件を記述する命令が多い場合その命令郡をマクロ化して登録し、その登録された条件を選択することにより効率的に作業条件を教示することができる。

（3）動作データの修正
ラインのロボットで教示された動作プログラムをシステム上でシミュレーションでき、簡単な操作で修正することができる。
（4）豊富な検証機能

動作検証、動作軌跡表示、サイクルタイム算出および調整、速度調整など豊富な検証機能により動作プログラムを良好なものにすることができる。

（5）補正機能教示したプログラムをラインのロボットで動作させた場合、ロボットとワークの配置誤差、ツール寸法の誤差により生じる実機ロボットでの修正作業を、補正機能にて極力少なくすることができる。

（6）Auto−CADTMとの接続

パソコンCADとして広く使用されているAut

o−CADT2｛で作成されたデータを利用することにより、ワークモデル等の作成を効率的に行うことができる。

3．2システム構成（1）ハードウエア構成

図3のシステム構成に示すように、主な機器構成は、パソコン本体（PC9801シリー62一一ズ）、メモリ容量640KB以上、マウス、数値演算プロセッサ、R
3．5

S232Cポートプロッピーディスクドライブからなる。

（2）ソフトウェア構成

本システムは、MS−DOS（Ver3．1）上で動作するソフトウェアである。ソフトゥェアの構成は図4に示すように、形状モデル作成モジュール、ロボット教示環境設定

モジュール、ロボット教示／検証モジュール、データ伝送モジニールの4っのモジュールと、ロボットモデルファイル、ワークモデルファイルからなる。

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罐…≡…塞事聡
PCsきけ1vX・く⇒RXマウス

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M5−DoSYASNACεRCM｛）TOMAN

ザーV3．1

図3

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ロボット教示／検証モジニール

1oシステム構成図23456

1：訟欝欝フ・・ル！illll霧1倉

6：ワークモテ〆レファイル

F
『、回巨ヨ

3．5・FD

7二動作iデータフTイ㌧
b：ノ…ブテ一タ

図4

ソフトウェア構成図（3）作業手順
システムが起動されるとメインメニューが表示され、各処理項目を選択し作業を行う。
一63一

作業は、対象モデルの生成、各モデルの生成、各モデル間の相対位置を決定するモデルの配置、動作教示および検証、動作プログラム（ジョブデータ）作成、実機・ボットヘのジョブデータの転送の順に進められる。

3．3ROTSYの機能
ROTSYの機能について作業手順に従い説明する。
（1）形状モデル作成

オフラィンティーチングを行う場合、パソコン上で生産現場と同様の環境を構築刷る必要がある。これを仮想環境と呼ぶ。オフラインティーチングに於ける仮想環境は、ロボッ
トモデル、ツールモデル、ワークモデル、治具モデルより構成される。そして、この4っのモデルを所定の位置にパソコン上で配置することにより構築される。
目START；イ2

了
ロード

セー

ワーク

ワークモデル作成
陰び目腺点の敦示

：：ツール

冶具

形試iモデル作成

ツール・治具モデルの作成敦示／検証で使絹するモデルの選択

lll竃lllll鰭；：1…i

ロポット孜・1毫
環境，1全定1」

モデルの紀撒図6

トーチモデル

目

7イ2

O 2 3

ロボットの動作敦示
ロボット敦示検証

了

ロオ｛・，トの動作検延．形状モデル

ジョプデータ作成

ジョブデータをコントローラヘ転送

作成プログラコントコーラヘの伝港y・．．．

裏俄ξ秘ε・修正

1iεND

図5作業フロー

図7o 2 3

ワークモデル

溶接のオフラインティーチングを行う場合、溶接・ボットモデル、接トーチモデル、溶64一接対象となるワークモデル、ワーク固定治具モデル（時として回転治具など）を予め用意する必要がある。形状モデル作成機能により作成したトーチモデルを図6に示す。同様に
ワークモデル治具モデル作成する必要がある。

形状モデルは、マウスおよびキーボードにより図形の入力（線分、円弧、平行四辺形など）、編集（移動、複写、合成など）を行い作成する。使用頻度の高い図形は、定格図形として予め登録されており、各部の寸法を入力することでワークモデルを作成することが可能である。

ワークモデルには、ロボットの作業情報を付加することができる。作業情報とは、作業目標点、ツール姿勢およびティーチングの順序である。溶接対象となるワークが決まるとロボットの作業位置を予め設定することができる。溶接開始点、終了点などがこれに当たる。ワークモデルに作業情報を付加することにより、ティーチング作業を簡易化することができ、またティーチング時間を短縮することができる。
（2）ロボットの動作環境定義

ロボットの教示／検証を行う際に必要な仮想環境の構成要素の定義を行う。定義項目として、ロボットの機種、ロボットパラメータファイル、ツール、治具毛デルファイル等がある。

（3）モデル配置

生産ラインでのレイアウトと同様の環境をパソコン上に構築する必要がある。仮想環境
は、ベース座標（ワールド座標〉上に各モデルの座標を定義することにより配置する。このことで各モデル間の相対位置が定義されることとなる。例えば、溶接トーチのモデルはロボットのフランジ面に対して配置を行うこととなる。ロボットとワークの相対位置関係は、非常に重要となる。この関係が、生産ラインと異なる場合には、ティーチングデータは無意味なものとなる。そこで、ROTS

Yでは補正機能を備え対処している。

（4）動作教示／検証

ロボットの教示は・ボットの動作経路・姿勢・速度・作業順序・作業条件等の教示を行うことにより完成する。ロボットの動作経路及び姿勢の教示方法としては、次の2方法が用意されている。

①ジョグ操作による教示

ロボットのティーチングペンダントでジョグ操作を行うのと同様にロボットモデルをパソコン上で動作させ教示する位置へ誘導する。待機位置やエアーカットなど周囲の状況を一65一

見ながら教示する場合など有効となる。

②ワークモデル上の作業情報を利用したティーチング

予めワークモデル上に設定した作業目標点をマウスで指示することでロボットの制御点を作業目標点に移動させることがで談

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教示

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きる。また、この時のロボット手首

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姿勢は、作業情報のツール姿勢を採穆刃盈

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用するか、現在のロボット手首姿勢

ネクスト ハツク、 、＼s足畷更疋P極函＼愚誌撫1を採用するか選択することになる。

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さらに作業情報の教示順序を利用して一連の動作経路を自動的に生成す顔霧

図8

駆o 2 3

ることも出来る。

作業条件の教示は、予め登録され作業目標点を利用した教示例ているマクロ命令（作業条件を記述した命令群をマクロ化したもの）を選択し教示することが出来る。例えば、溶接に関するインストラクションを1命令にすることが出来る。
玖承

マクロ命令
ARCSTART

伺助終∫

ロボット言語AWELD

11．O

ロボツト教示
7

8．O

TIMER

T＝0、1プOグラuiz

翼 ■■u

VWELD一ARCON

図9

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マクロ命令の例Φ濯

図10
教示された動作データは、C

1

0 24

シミュレーション

RT上でシミュレーションすることで動作確認を行うことが出来る。視点の移動、画面の拡大縮小を行うことで、軌跡の確認、溶接トーチとワークとの干渉チェックが可能である。また、サイクルタイムの計測もシミュレーションと同時に行うことが出来る。

シミュレーションでわかる不具合は、その場で修正を行い正しい動作データを作成していくが、効率よく教示を行うために動作位置微調整機能、サイクルタイム調整機能、速度調整機能などが装備されている。

一66一

（5）ジョブデータ作成

ROTSYで作成した動作データは、ロボット言語（INFORM）に変換され、ジョブデータが生成される。

このジョブを実機で使用する場合、生産ラインとROTS

Yの仮想環境との間で次の様な誤差要因が考えられる。

①ロボットの誤差や設置誤差②ワークなどの各構成要素の設計値との誤差③サーボ系の追従誤差④周辺作業機器とのケーブル処理や特性誤差

ROTSYでは、実機ロボットでの修正作業を極力少なくするために次の様な補正機能を備えている。

①ロボットとワーク問の配置補正②ッール寸法補正

この補正機能は、ジョブデータ作成時に実施される。また、補正機能で使用する実機の配置データを利用しROTSYの仮想環境を実機の環境に合わせるこどができる。
（6）実機へのジョブデータの転送

実機ロボットヘのジョブデータ転送は、次のいずれかの方法で実現される。

①シリアル回線（RS232C）を介して、データ伝送を行う。
②フロッピーディスク（3．5）を媒体とする。

また、ROTSYでは、実機ロボット（YASNACERC）からROTSY（パソコン）への転送も可能である。
4．おわりにROTSYは、オフラインティーチングの軌跡生成を主としたシステムである。これまで、ロボット制御盤（YASNACERC）のもっ機能をROTSYに付加してきたが・溶接条件自動設定機能などの周辺ソフトの開発が必要不可欠となってきている。高品質の溶接を行うためには、適切な溶接条件を選択することが必要である。熟練者不足が叫ばれている今日では、たとえ溶接のエキスパートでなくても軌跡の教示および溶接条件の設定ができることが要求される。今後とも、ティーチング支援システムの充実に努力していきたいと思う。

一67一