[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2009045642A - Welding apparatus - Google Patents

Welding apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2009045642A
JP2009045642A JP2007212988A JP2007212988A JP2009045642A JP 2009045642 A JP2009045642 A JP 2009045642A JP 2007212988 A JP2007212988 A JP 2007212988A JP 2007212988 A JP2007212988 A JP 2007212988A JP 2009045642 A JP2009045642 A JP 2009045642A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
welding
axis
angle
workpiece
dimensional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007212988A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomohide Namihana
智英 浪花
Hironori Tsuchida
浩規 土田
Hiroaki Kojima
浩晴 児嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Fukui NUC
Inoue Shoji KK
Original Assignee
University of Fukui NUC
Inoue Shoji KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Fukui NUC, Inoue Shoji KK filed Critical University of Fukui NUC
Priority to JP2007212988A priority Critical patent/JP2009045642A/en
Publication of JP2009045642A publication Critical patent/JP2009045642A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a welding apparatus which can automatically and simply carry out the welding work for an aluminum pipe joint. <P>SOLUTION: The welding apparatus comprises an input section 101 for inputting welding conditions for a main pipe 3a and a branch pipe 3b to be welded, a three dimensional rotary table 1 which can turn about X-Y-Z axes, and changes the posture of a workpiece 3, rotary table driving sections 1a, 1b, 1c for driving the three dimensional rotary table 1, a welding torch holding section 2d for holding a welding torch 4 so as to point downward, and a control section 106 for controlling the rotary table driving sections 1a, 1b, 1c based on the information input from the input section 101. The coordinate positions of all welding positions 6 in an absolute coordinate system are calculated based on the information from the input section 101. The center line of the welding torch 4 is always positioned on the XZ plane of the absolute coordinate system. Further, when the line segment made by the present welding position 6 and the next welding position 6a is taken as a welding line 7, the rotating conditions of the rotary table driving sections 1a, 1b, 1c about the three axes are calculated such that the welding line 7 is nearly included in the XY plane, and the rotations of the rotary table driving sections 1a, 1b, 1c are controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、溶接作業を補助する溶接作業装置であって、特に、主管とその側面から突出する枝管との接合部を簡単に溶接が行なえる溶接作業装置に関するものである。   The present invention relates to a welding work apparatus that assists a welding work, and more particularly to a welding work apparatus that can easily weld a joint portion between a main pipe and a branch pipe protruding from a side surface thereof.

近年、溶接作業の自動化が進んでいる。例えば、産業用ロボットマニピュレータを用いた、自動車等のボディの溶接が挙げられる。しかしながら、雨樋等に使用されるアルミ管同士の溶接においては、自動化が行われていない。そのため、生産性の向上のために、アルミ管同士を自動で溶接できる溶接作業装置の開発が望まれている。   In recent years, automation of welding work has progressed. For example, welding of a body of an automobile or the like using an industrial robot manipulator can be mentioned. However, automation is not performed in welding of aluminum pipes used for rain gutters. Therefore, in order to improve productivity, it is desired to develop a welding apparatus that can automatically weld aluminum pipes.

ところで、アルミ管等の主管および枝管からなるワークの接合としては、溶接、接着、圧着、ビス止め等の種々の方法が挙げられる。特に、管同士を溶接してL字型、T字型、Y字型等の製品を得るには、溶接するワークの向きを何度も置き換えて作業をする必要がある。そのため、溶接の継ぎ目や溶接ガスによる変色等が発生し、外観上の見栄えが悪くなるという問題があった。   By the way, various methods such as welding, adhesion, pressure bonding, and screwing can be used for joining workpieces composed of main pipes and branch pipes such as aluminum pipes. In particular, in order to obtain an L-shaped product, a T-shaped product, a Y-shaped product, or the like by welding the tubes together, it is necessary to work by repeatedly changing the direction of the workpiece to be welded. For this reason, there has been a problem that the appearance of the appearance deteriorates due to the occurrence of discoloration caused by welding seams or welding gas.

特許文献1には、ワークを溶接する準備段階として、先ず、ワークを回転テーブルに載せ、これを一定速度で回転させながら、その動作を画像センサおよびレーザ変位計で読み取り、溶接経路を演算測定し、その測定結果に基づいて、回転テーブルと多関節ロボットの先端にある溶接トーチとを駆動制御する溶接作業装置が開示されている。
特開2002−103039号
In Patent Document 1, as a preparatory stage for welding a workpiece, first, the workpiece is placed on a rotary table, while rotating the workpiece at a constant speed, its operation is read by an image sensor and a laser displacement meter, and a welding path is calculated and measured. A welding work device that drives and controls the rotary table and the welding torch at the tip of the articulated robot based on the measurement result is disclosed.
JP 2002-103039 A

しかしながら、特許文献1の溶接作業装置は、回転テーブルと多関節ロボットの2つの駆動対象を備えていることから、その振り分け制御動作が複雑になり、制御データ作りに時間を要することになる。   However, since the welding work apparatus of Patent Document 1 includes two driving objects, that is, a rotary table and an articulated robot, the distribution control operation becomes complicated, and it takes time to create control data.

また、溶接線の決定に画像センサおよびレーザ変位計を用い、かつ、多関節ロボットを用いるため、高価な溶接作業装置になる。したがって、特許文献1の溶接作業装置は、小ロット多品種の生産には向かず、このような小ロット多品種の生産に最適な溶接作業装置の出現が望まれているところである。   In addition, since an image sensor and a laser displacement meter are used to determine the weld line, and an articulated robot is used, the welding work apparatus is expensive. Therefore, the welding work apparatus of Patent Document 1 is not suitable for the production of a large variety of small lots, and the appearance of a welding work apparatus optimal for the production of such a large variety of small lots is desired.

本発明は、上記に鑑み、簡単な構成によって溶接作業を支援でき、小ロット多品種生産に最適な溶接作業装置の提供を目的としている。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a welding work apparatus that can support welding work with a simple structure and is optimal for small-lot, multi-product production.

上記目的を達成するため、本発明は、溶接するワークの溶接条件を入力する入力部と、垂直軸となるZ軸、このZ軸に直交する水平軸となるY軸、および前記Y軸に直交するX軸の三軸周りに回転可能で、ワークの姿勢を変更する三次元回転台と、該三次元回転台を駆動する回転台駆動部と、溶接トーチを下向きに保持する溶接トーチ保持部と、前記入力部からの入力情報に基づいて前記回転台駆動部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記入力部からの情報に基づいて、全ての溶接箇所の絶対座標系における座標位置を演算し、溶接トーチの中心線が常に絶対座標系のXZ平面上に位置させ、かつ現在の溶接箇所と次の溶接箇所のなす線分を溶接線としたとき、前記溶接線がXY平面に平行な平面で区切られる所定の許容幅に含まれるように前記回転台駆動部の三軸回転条件を演算し、前記回転台駆動部を回転制御することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides an input unit for inputting welding conditions of workpieces to be welded, a Z-axis serving as a vertical axis, a Y-axis serving as a horizontal axis perpendicular to the Z-axis, and a perpendicular to the Y-axis. A three-dimensional rotary table that can rotate around three axes of the X axis and changes the posture of the workpiece, a rotary table drive unit that drives the three-dimensional rotary table, and a welding torch holding unit that holds the welding torch downward A control unit that controls the rotary base drive unit based on input information from the input unit, and the control unit is configured to coordinate all welding locations in the absolute coordinate system based on information from the input unit. When the position is calculated, the center line of the welding torch is always positioned on the XZ plane of the absolute coordinate system, and the line segment formed by the current welding location and the next welding location is the welding line, the welding line is the XY plane. Included in the predetermined tolerance width separated by a plane parallel to Calculates the three-axis rotational condition of said turntable drive unit to so that, characterized by rotation control said turntable drive unit.

ここで、溶接方式としては、溶接アークによる弊害が生じるおそれのある溶接方式ならば、特に限定されるものではない。例えば、TIG溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接などが例示でき、これらのいずれの溶接方式にも適用することができる。   Here, the welding method is not particularly limited as long as the welding method may cause a harmful effect due to the welding arc. For example, TIG welding, plasma welding, laser welding, etc. can be illustrated, and can be applied to any of these welding methods.

また、入力部に入力される溶接条件としては、コンピュータのキーボードから直接入力される情報や外部より通信部を介して入力される情報も含まれる。これらの情報は、例えば、主管とその側面に接合する枝管とからなるT字型やY字型などの継手管の場合、主管と枝管のなす角度や直径などである。また、入力部には、三次元回転台の可動範囲情報や溶接トーチを保持して稼動するマニピュレータの可動範囲情報が入力される。これらの情報により、例えば、XYZの絶対座標系における溶接位置の座標を演算し、また、溶接トーチの動作計画をすることができる。   The welding conditions input to the input unit include information input directly from a computer keyboard and information input from the outside via a communication unit. For example, in the case of a T-shaped or Y-shaped joint pipe including a main pipe and a branch pipe joined to the side surface thereof, the information includes an angle and a diameter formed by the main pipe and the branch pipe. Further, the movable portion information of the three-dimensional rotary table and the movable range information of the manipulator that operates while holding the welding torch are input to the input unit. With these pieces of information, for example, the coordinates of the welding position in the absolute coordinate system of XYZ can be calculated, and the operation plan of the welding torch can be made.

また、制御部は、マイクロコンピュータのCPU、ROM、RAMから構成され、さらにその他の記憶部を備えている。この制御部では、入力部から入力した溶接条件に基づいて、溶接線演算部で溶接線の位置情報を演算する。また、三次元回転台の回転角度演算部により、回転台駆動部の三軸回転条件を演算する。さらに、マニピュレータの制御演算部により、溶接トーチを保持して互いに直交する三軸X,Y,Z方向に沿って移動可能とするマニピュレータの駆動制御を行なう。   The control unit includes a CPU, ROM, and RAM of a microcomputer, and further includes other storage units. In this control unit, based on the welding conditions input from the input unit, the welding line calculation unit calculates the position information of the weld line. Further, the three-axis rotation condition of the turntable drive unit is calculated by the rotation angle calculation unit of the three-dimensional turntable. Further, the manipulator is controlled by the control calculator of the manipulator so as to hold the welding torch and move along the three axes X, Y, and Z directions orthogonal to each other.

なお、「溶接線がXY平面に平行な平面で区切られる所定の許容幅に含まれる」とは、溶接線が、ほぼXY平面内に含まれることを意味する。溶接トーチおよび溶接線をほぼXY平面内に含まれるように設定することで、アークが溶接線以外の部分に当たるのを防止するためである。   Note that “the weld line is included in a predetermined allowable width delimited by a plane parallel to the XY plane” means that the weld line is substantially included in the XY plane. This is to prevent the arc from hitting a portion other than the weld line by setting the welding torch and the weld line so as to be substantially included in the XY plane.

さらに、溶接トーチを下方向に向けることでシールドガスが重力にしたがって広がり、溶接トーチ先端から発生するアークが安定する。また、溶接トーチの中心線を常に絶対座標系のほぼXZ平面上に位置させ、かつ現在の溶接箇所と次の溶接箇所のなす線分を溶接線としたとき、溶接線がほぼXZ平面内に含まれるように回転台駆動部の三軸回転条件を演算するようにしたので、溶接線に対して溶接トーチが傾く角度と傾く方向を一定にして溶接電流などのパラメータを設定しやすくできる。   Furthermore, by directing the welding torch downward, the shield gas spreads according to gravity, and the arc generated from the tip of the welding torch is stabilized. In addition, when the center line of the welding torch is always positioned on the XZ plane of the absolute coordinate system, and the line segment formed by the current welding location and the next welding location is the welding line, the welding line is almost in the XZ plane. Since the three-axis rotation condition of the turntable drive unit is calculated so as to be included, it is possible to easily set parameters such as the welding current while keeping the angle and direction of inclination of the welding torch with respect to the welding line constant.

なお、溶接トーチ保持部は、溶接トーチを下向きに保持するが、溶接トーチ保持部は、マニピュレータによって、溶接トーチを互いに直交する三軸X,Y,Z方向に沿って移動可能か否かを問わない。本発明は、三次元回転台の三軸回転条件を制御して、溶接トーチのアークを溶接線以外に当たらないようにすることを本質的事項としているからである。   The welding torch holding part holds the welding torch downward, but the welding torch holding part may ask whether or not the welding torch can be moved along the three axes X, Y, and Z directions orthogonal to each other by a manipulator. Absent. This is because it is an essential matter of the present invention to control the three-axis rotation condition of the three-dimensional turntable so that the arc of the welding torch does not hit anything other than the welding line.

また、現在の溶接箇所と次の溶接箇所のなす線分を溶接線としたとき、溶接線がほぼXZ平面内に含まれるようにしているので、アークが溶接箇所以外の部分に当たるのを防ぎ、アルミ管等の金属光沢が損失するのを防止できる。   In addition, when a line segment formed by the current welding location and the next welding location is a welding line, since the welding line is included in the XZ plane, the arc is prevented from hitting a portion other than the welding location, Loss of metallic luster such as aluminum tube can be prevented.

また、現在の溶接箇所のZ座標よりも次の溶接箇所のZ座標が小さく(低く)なるようにする。また、溶接トーチの中心線を前記絶対座標系XYZのXZ平面に平行な平面で区切られる前記許容幅内で、前記溶接線に対して溶接トーチの進行方向と逆方向に所定角度傾斜した姿勢で溶接できるように、回転台駆動部の三軸回転条件を設定する。   Further, the Z coordinate of the next welding location is made smaller (lower) than the Z coordinate of the current welding location. Further, the center line of the welding torch is inclined at a predetermined angle with respect to the welding line in a direction opposite to the traveling direction of the welding torch within the allowable width defined by a plane parallel to the XZ plane of the absolute coordinate system XYZ. The three-axis rotation condition of the turntable drive unit is set so that welding can be performed.

上記構成によると、次の溶接箇所が下向きになり、また、アークが次の溶接箇所の方向に広がるため、溶接が終了した箇所のビードへのアークによる影響をなくすことができる。   According to the said structure, since the next welding location turns downward and an arc spreads in the direction of the next welding location, the influence by the arc to the bead of the location where welding was complete | finished can be eliminated.

また、制御部は、少なくとも以下の判定式を入力し、各溶接位置でこれらの判定式を満たすように前記三次元回転台の三軸回転条件を演算する。
(ア)|現在の溶接箇所のY座標−次の溶接箇所のY座標|<L(mm)(但し、Yは絶対座標系のY座標、LはX軸両側に持たせた許容幅)
(イ)現在の溶接箇所のZ座標>次の溶接箇所のZ座標
Further, the control unit inputs at least the following determination formulas, and calculates the three-axis rotation condition of the three-dimensional rotary table so as to satisfy these determination formulas at each welding position.
(A) | Y coordinate of the current welding location−Y coordinate of the next welding location | <L (mm) (where Y is the Y coordinate of the absolute coordinate system, L is the allowable width on both sides of the X axis)
(A) Z coordinate of the current weld location> Z coordinate of the next weld location

さらに、三次元回転台の機構上、X軸、Y軸の回転角度が制限されている場合もあるので、これらの制限事項も入力して回転条件を演算することもできる。すなわち、制御部は、以下の判定式を入力し、各溶接位置でこれらの判定式を満たすように前記三次元回転台の三軸回転条件を演算する。但し、A,Bは、三次元回転台のベース中央を原点とした作業座標系の各軸XYZの反時計周りの回転角を正、時計周りの回転角を負としたときの角度である。
(ウ)−A≦X軸の回転角度≦A(但し、0°<|A|<180°)
(エ)−B≦Y軸の回転角度≦B(但し、0°<|B|<90°)
Furthermore, since the rotation angle of the X-axis and the Y-axis may be limited due to the mechanism of the three-dimensional rotary table, it is also possible to calculate the rotation condition by inputting these restrictions. That is, the control unit inputs the following determination formulas, and calculates the three-axis rotation condition of the three-dimensional turntable so as to satisfy these determination formulas at each welding position. However, A and B are angles when the counterclockwise rotation angle of each axis XYZ of the work coordinate system with the origin at the base center of the three-dimensional rotating table is positive and the clockwise rotation angle is negative.
(C) -A ≦ X axis rotation angle ≦ A (however, 0 ° <| A | <180 °)
(D) -B ≦ Y axis rotation angle ≦ B (however, 0 ° <| B | <90 °)

また、制御部は以下の手順により動作計画を実行することができる。つまり、制御部は、
1)溶接位置ごとに、前記三次元回転台のZ軸を360°回転させながら、各Z軸角度において前記判定式を満たすワーク姿勢を取れるか否かを判定し、判定式を満たす場合と満たさない場合とに区分し、
2)すべての溶接位置に対する前記1)の計算が終了した時点で、最初の溶接位置から最終の溶接位置まで、Z軸角度の変化率を所定値以下に保ちながら前記判定式を満たすZ軸角度の系列を選択して前記三次元回転台の三軸回転条件の動作計画を行なう。
3)前記最初の溶接位置から最終の溶接位置まで、前記判定式を満たすZ軸角度の系列を選択することができずに不連続となるか、あるいは、前記判定式を満たすZ軸角度の系列が連続する場合でも、前記Z軸角度の変化率が所定値を越える場合には、前記(ア)式の許容幅Lを拡大して、前記1)のZ軸角度の分類から再計算して動作計画を行ない、前記判定式を満たすZ軸の範囲が溶接位置の移動に対して連続となるように動作計画を実行する。
Further, the control unit can execute the operation plan according to the following procedure. That is, the control unit
1) For each welding position, while rotating the Z-axis of the three-dimensional rotary table by 360 °, it is determined whether or not the workpiece posture satisfying the determination formula can be taken at each Z-axis angle. It is divided into cases where there is no
2) When the calculation in 1) above for all welding positions is completed, the Z-axis angle that satisfies the above-mentioned determination formula while maintaining the change rate of the Z-axis angle below a predetermined value from the first welding position to the final welding position. Is selected and an operation plan for the three-axis rotation condition of the three-dimensional rotary table is performed.
3) From the first welding position to the final welding position, a Z-axis angle series that satisfies the determination formula cannot be selected, or is discontinuous, or a Z-axis angle series that satisfies the determination formula If the rate of change of the Z-axis angle exceeds a predetermined value even if the values are continuous, the allowable width L of the equation (a) is expanded and recalculated from the Z-axis angle classification of 1) above. An operation plan is performed, and the operation plan is executed so that the range of the Z axis that satisfies the determination formula is continuous with respect to movement of the welding position.

上記構成によると、溶接箇所は、全ての判定式を満たす動作可能領域がZ軸回りに連続する場合と、途中で不連続となり、これを補うために。不連続となる動作可能領域を結ぶ条件付の動作可能領域を通る場合とがある。   According to the above-described configuration, the welded portion is discontinuous on the way when the operable region that satisfies all the determination formulas is continuous around the Z axis, and this is compensated for. There is a case where it passes through a conditional operable region connecting discontinuous operable regions.

つまり、溶接トーチの中心線は絶対座標系のXZ平面内で溶接トーチの進行方向と逆方向に所定角度傾斜した姿勢で連続して溶接できる場合と、このような動作可能領域から、溶接トーチが前記XZ平面内からわずかに外れて進行する条件付の動作可能領域を通る場合とがある。このような条件付の動作可能領域を通る場合でも、溶接トーチは極力溶接線に沿って移動するので、アークの金属表面への影響を極力抑えて溶接することができる。   That is, the center line of the welding torch can be continuously welded in a posture inclined at a predetermined angle in the XZ plane of the absolute coordinate system in the direction opposite to the traveling direction of the welding torch. In some cases, it may pass through a conditionally operable region that proceeds slightly off the XZ plane. Even when passing through such a conditionally operable region, the welding torch moves along the welding line as much as possible, so that the influence of the arc on the metal surface can be suppressed as much as possible.

特に、主管とその側面に接合する枝管とからなる継手管の溶接作業において、本発明に係る溶接作業装置を使用すれば、自動化溶接が熟練を要することなく簡単に行なえる。また、金属表面にアークの影響が大きく出るアルミ管では有効な手段となる。   In particular, in the welding operation of the joint pipe composed of the main pipe and the branch pipe joined to the side face, if the welding work device according to the present invention is used, automatic welding can be easily performed without requiring skill. In addition, it is an effective means for an aluminum tube in which the influence of arc on the metal surface is large.

以上のとおり、本発明によると、主管と枝管のなす角度の違いや直径、ワークの溶接箇所に溶接トーチを傾けて当てる際の溶接トーチの傾く角度に拘わらず、T字型やY字型といったワークを溶接することができる。   As described above, according to the present invention, regardless of the difference in the angle between the main pipe and the branch pipe, the diameter, or the tilt angle of the welding torch when the welding torch is tilted and applied to the welded portion of the workpiece, the T-shaped or Y-shaped Can be welded.

また、ワークの形状のデータを予め入力しておくだけで、溶接箇所の座標を演算し、これに基づいて装置各部の動作計画を自動的に行なうので、現物でのティーチングが不要となる。そのため、小ロット・多品種の製品の溶接を効率よく行なうことができる。特に、アルミの溶接は熟練者が必要な分野であるが、溶接経験が無くても、形状を指定することで幅広い溶接が可能となる。   In addition, by simply inputting workpiece shape data in advance, the coordinates of the welding location are calculated, and based on this, the operation plan of each part of the apparatus is automatically performed. Therefore, welding of small lots and various products can be performed efficiently. In particular, aluminum welding is a field that requires an expert, but even if there is no welding experience, a wide range of welding is possible by specifying the shape.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔溶接作業装置の構成〕
図1は本実施形態における溶接作業装置の構成ブロック図である。図に示すように、本実施形態の溶接作業装置は、溶接するワークの溶接条件等を入力する入力部101と、垂直軸となるZ軸、このZ軸に直交する水平軸となるY軸、および前記Y軸に直交するX軸の三軸周りに回転可能で、ワーク3の姿勢を変更する三次元回転台1と、該三次元回転台1を駆動する回転台駆動部1a,1b,1cと、溶接トーチ4を鉛直下向きに保持する溶接トーチ保持部2dと、溶接トーチ4を互いに直交する三軸X,Y,Z方向に沿って移動可能とする直交座標形マニピュレータ2と、前記入力部101からの入力情報に基づいて前記回転台駆動部1a,1b,1cおよび溶接トーチ4の移動を制御する制御部106とを備えている。
[Configuration of welding equipment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a welding work apparatus according to this embodiment. As shown in the figure, the welding apparatus of this embodiment includes an input unit 101 for inputting welding conditions and the like of workpieces to be welded, a Z axis that is a vertical axis, a Y axis that is a horizontal axis orthogonal to the Z axis, And a three-dimensional rotary table 1 that can rotate around three axes of the X axis orthogonal to the Y axis, and changes the posture of the workpiece 3, and rotary table driving units 1a, 1b, and 1c that drive the three-dimensional rotary table 1 A welding torch holding portion 2d that holds the welding torch 4 vertically downward, an orthogonal coordinate manipulator 2 that allows the welding torch 4 to move along the three axes X, Y, and Z directions orthogonal to each other, and the input portion And a control unit 106 that controls the movement of the turntable driving units 1a, 1b, and 1c and the welding torch 4 based on input information from 101.

入力部101に入力される溶接条件としては、コンピュータのキーボードから直接入力される情報や、外部より通信部を介して入力される情報も含まれる。これらの情報は、例えば、主管3aとその側面に接合する枝管3bとからなるT字型やY字型などの継手管の場合、主管3aと枝管3bのなす角度や直径などである。   The welding conditions input to the input unit 101 include information input directly from a computer keyboard and information input from the outside via a communication unit. For example, in the case of a joint pipe such as a T-shape or a Y-shape composed of the main pipe 3a and the branch pipe 3b joined to the side surface thereof, the information includes an angle and a diameter formed by the main pipe 3a and the branch pipe 3b.

また、入力部101には、三次元回転台1の可動範囲情報や、溶接トーチ4を保持して稼動する直交座標形マニピュレータ2の可動範囲情報が入力される。これらの情報により、例えば、XYZの絶対座標系における溶接箇所6の座標を演算し、また、溶接トーチ4の動作計画をすることができる。   The input unit 101 receives the movable range information of the three-dimensional rotary table 1 and the movable range information of the rectangular coordinate manipulator 2 that operates while holding the welding torch 4. With these pieces of information, for example, the coordinates of the welding location 6 in the absolute coordinate system of XYZ can be calculated, and the operation plan of the welding torch 4 can be made.

また、制御部106は、マイクロコンピュータのCPU、ROM、RAMから構成され、さらに、その他の記憶部を備えている。この制御部106では、入力部101から入力した溶接条件に基づいて、溶接線演算部106aで溶接線7の位置情報を演算する。また、三次元回転台1の回転角度演算部106bにより、回転台駆動部1a,1b,1cの三軸回転条件を演算する。   The control unit 106 includes a CPU, ROM, and RAM of a microcomputer, and further includes other storage units. In this control unit 106, based on the welding conditions input from the input unit 101, the welding line calculation unit 106 a calculates the position information of the welding line 7. Further, the rotation angle calculation unit 106b of the three-dimensional rotation table 1 calculates the three-axis rotation conditions of the rotation table driving units 1a, 1b, and 1c.

また、直交座標形マニピュレータ2の制御演算部106cにより、溶接トーチ4を保持して互いに直交する三軸X,Y,Z方向に沿って移動可能とする直交座標形マニピュレータ2の駆動制御を行なう。   Further, the control operation unit 106c of the rectangular coordinate manipulator 2 performs drive control of the rectangular coordinate manipulator 2 that holds the welding torch 4 and is movable along the three axes X, Y, and Z directions orthogonal to each other.

さらに、制御部106では、モニタ等の表示部107に三次元回転台1の動作や直交座標形マニピュレータ2の動作を確認するためのシミュレーションを視覚的に表示制御する。   Further, the control unit 106 visually displays and controls a simulation for confirming the operation of the three-dimensional rotary table 1 and the operation of the rectangular coordinate manipulator 2 on the display unit 107 such as a monitor.

溶接対象となるワーク3は、T字型やY字型といった継手管、特にアルミ管である。アルミ管の溶接箇所6、すなわち、主管3aとその側面から突出する枝管3bとの接合部が自動で溶接される。溶接方式は、TIG溶接であるが、これに限定されるものではなく、プラズマ溶接やレーザ溶接などのアーク溶接であってもよい。   The workpiece 3 to be welded is a joint pipe such as a T-shape or a Y-shape, particularly an aluminum pipe. The welded portion 6 of the aluminum pipe, that is, the joint portion between the main pipe 3a and the branch pipe 3b protruding from the side surface is automatically welded. The welding method is TIG welding, but is not limited thereto, and may be arc welding such as plasma welding or laser welding.

本実施形態の溶接作業装置は、図2および図3に示すように、三次元回転台1と直交座標形マニピュレータ2とを備えている。直交座標形マニピュレータ2は、ワーク3の溶接箇所6の溶接を、常に鉛直下向きに行なえるように、三次元回転台1の上方を囲うように設置されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the welding work device of the present embodiment includes a three-dimensional rotating table 1 and an orthogonal coordinate manipulator 2. The Cartesian coordinate manipulator 2 is installed so as to surround the upper part of the three-dimensional rotary table 1 so that welding of the welding portion 6 of the workpiece 3 can always be performed vertically downward.

三次元回転台1は、ワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4を当てるために、現在溶接する溶接箇所6が鉛直上向きになるように、溶接の対象であるワーク3の姿勢を変更する。ワーク3の溶接箇所6を鉛直上向きにすることにより、溶接トーチ4から発生するアーク4aがワーク3である主管3aと枝管3bに均等に当たるため、溶接作業が行ないやすくなる。また、ワーク3の姿勢を変更することによって、溶接を行なう際に、ワーク3へのアーク4aの当たり方を調整することもできる。   The three-dimensional turntable 1 changes the posture of the workpiece 3 to be welded so that the welding location 6 to be welded is vertically upward in order to apply the welding torch 4 to the welding location 6 of the workpiece 3. By making the welded portion 6 of the workpiece 3 vertically upward, the arc 4a generated from the welding torch 4 is equally applied to the main pipe 3a and the branch pipe 3b, which are the workpiece 3, so that the welding operation can be easily performed. Further, by changing the posture of the workpiece 3, it is possible to adjust how the arc 4a hits the workpiece 3 when welding is performed.

三次元回転台1は、図2に示すように、3つの回転軸(X軸、Y軸、Z軸)を持ち、これら3つの回転軸の回転によってワーク3の姿勢を変更する。三次元回転台1のZ軸の回転を与えるZ軸モータ1cにはダイレクトドライブモータが使用され、X軸およびY軸の回転を与えるX軸モータ1aおよびY軸モータ1bには、ステッピングモータが使用されている。   As shown in FIG. 2, the three-dimensional rotary table 1 has three rotation axes (X axis, Y axis, and Z axis), and changes the posture of the workpiece 3 by the rotation of these three rotation axes. A direct drive motor is used for the Z-axis motor 1c that gives the rotation of the Z-axis of the three-dimensional turntable 1, and a stepping motor is used for the X-axis motor 1a and the Y-axis motor 1b that gives the rotation of the X-axis and the Y-axis. Has been.

直交座標形マニピュレータ2は、図3に示すように、溶接トーチ4の位置決めを行なうためのX軸、Y軸、Z軸の3つの方向への平行移動を可能とする直動スライダ2a,2b,2cを備える。また、溶接トーチ4と三次元回転台1のフレームおよびワーク3との接触を回避するために、直交座標形マニピュレータ2の手先部分には、ステッピングモータを用いた回転関節2eを有する手先リンク2dが備えられる。   As shown in FIG. 3, the Cartesian coordinate manipulator 2 includes linear motion sliders 2a, 2b, which enable parallel movement in three directions of an X axis, a Y axis, and a Z axis for positioning the welding torch 4. 2c. Further, in order to avoid contact between the welding torch 4 and the frame of the three-dimensional rotary table 1 and the work 3, a hand link 2d having a rotary joint 2e using a stepping motor is provided at the hand portion of the orthogonal coordinate manipulator 2. Provided.

手先リンク2dは溶接トーチ保持部を構成する。手先リンク2dの先端には、溶接トーチ4が鉛直下向きに取り付けられている。溶接トーチ4を鉛直下向きに取り付けることで、溶接トーチ4から排出されるシールドガスが重力にしたがって下方に広がり、溶接トーチ4の先端から発生するアーク4aを安定させることができる。   The hand link 2d constitutes a welding torch holding part. A welding torch 4 is attached vertically downward at the tip of the hand link 2d. By attaching the welding torch 4 vertically downward, the shield gas discharged from the welding torch 4 spreads downward according to gravity, and the arc 4 a generated from the tip of the welding torch 4 can be stabilized.

本実施形態では、ワーク3の溶接動作の計画を行なうために、三次元回転台1と直交座標形マニピュレータ2のそれぞれに作業座標系を設定する。   In the present embodiment, a work coordinate system is set for each of the three-dimensional rotary table 1 and the rectangular coordinate type manipulator 2 in order to plan the welding operation of the workpiece 3.

三次元回転台1に設定した作業座標系の三軸(X軸、Y軸、Z軸)の向きは、垂直方向をZ軸、このZ軸に直交する水平方向をY軸、および、前記Y軸に直交する方向をX軸とする。すなわち、この三軸は、図2に示すように、三次元回転台1の3つの回転軸(X軸、Y軸、Z軸)とそれぞれが同じ方向となる。なお、作業座標系の三軸(X軸、Y軸、Z軸)の原点は、三次元回転台1の架台の中央である。   The directions of the three axes (X axis, Y axis, Z axis) of the work coordinate system set on the three-dimensional rotating table 1 are the Z axis in the vertical direction, the Y axis in the horizontal direction perpendicular to the Z axis, and the Y axis. The direction orthogonal to the axis is taken as the X axis. That is, the three axes are in the same direction as the three rotation axes (X axis, Y axis, Z axis) of the three-dimensional rotating table 1 as shown in FIG. Note that the origin of the three axes (X axis, Y axis, Z axis) of the work coordinate system is the center of the gantry of the three-dimensional rotary table 1.

直交座標形マニピュレータ2に設定した作業座標系は、図3に示すように、鉛直方向をZ軸、水平方向をY軸、Y軸およびZ軸と直交する方向をX軸とする座標系である。この座標系の原点は、直交座標形マニピュレータ2のX軸方向の直動スライダ2aの移動距離が0mmとなる位置である。   The work coordinate system set in the rectangular coordinate manipulator 2 is a coordinate system in which the vertical direction is the Z axis, the horizontal direction is the Y axis, and the direction perpendicular to the Y axis and the Z axis is the X axis, as shown in FIG. . The origin of this coordinate system is a position where the movement distance of the linear slider 2a in the X-axis direction of the Cartesian coordinate manipulator 2 becomes 0 mm.

〔ワークの溶接動作を行なうための条件式〕
ワーク3の溶接は、TIG溶接を用いて行われている。TIG溶接では、フィラワイヤ9と呼ばれるワーク3とほぼ同じ材質の棒を、溶融した溶接箇所6に充填することで溶接が行われる。溶接の結果として、溶接線7上には、ビード4bと呼ばれる鱗状の溶着金属が形成される。溶接作業では、高い品質を持つ製品の基準として、ビード4bの幅や高さが均一であることや、ビード4bが金属光沢を失っていないことが挙げられる。また、ワーク3の溶接箇所6は、ワーク3の周囲を囲むように線を形成している。この線を溶接線7とする。
[Conditions for welding workpieces]
The workpiece 3 is welded using TIG welding. In TIG welding, welding is performed by filling a melted welded portion 6 with a rod made of substantially the same material as the workpiece 3 called a filler wire 9. As a result of welding, a scale-like weld metal called a bead 4 b is formed on the weld line 7. In the welding operation, as a standard for a product having high quality, the width and height of the bead 4b are uniform and the bead 4b does not lose its metallic luster. Further, the welded portion 6 of the workpiece 3 forms a line so as to surround the periphery of the workpiece 3. This line is referred to as a weld line 7.

本実施形態では、溶接の結果として得られるビード4bの形成において、特に、アーク4aの溶解作用によるワーク3の表面への影響を最小限にし、金属光沢の損失が無いビード4bを形成できるように溶接トーチ4の姿勢やアーク4aの当たる範囲を考慮して、ワーク3の姿勢変更を行なう。   In this embodiment, in the formation of the bead 4b obtained as a result of welding, in particular, the influence on the surface of the work 3 due to the melting action of the arc 4a is minimized, and the bead 4b without loss of metallic luster can be formed. The posture of the workpiece 3 is changed in consideration of the posture of the welding torch 4 and the range hit by the arc 4a.

三次元回転台1の各軸の回転方向は、図4に示すように、架台1eの中央を原点とした作業座標の各軸の正方向から三次元回転台1を見た状態で、反時計回りの回転を正の向き、時計回りの回転を負の向きとする。   As shown in FIG. 4, the rotation direction of each axis of the three-dimensional rotating table 1 is counterclockwise when the three-dimensional rotating table 1 is viewed from the positive direction of each axis of the working coordinates with the center of the gantry 1e as the origin. A clockwise rotation is a positive direction, and a clockwise rotation is a negative direction.

図4に示すように、本実施形態で使用する三次元回転台1は、その機構上、X軸とY軸の回転を実現する回転軸の可動範囲に制限がある。三次元回転台1のX軸は、正負共に120°まで回転することができる。X軸の可動範囲の制限は、ワーク3を回転させた際に、枝管3bが三次元回転台1のフレームに接触することを防ぐためである。   As shown in FIG. 4, the three-dimensional rotary table 1 used in the present embodiment is limited in the movable range of the rotary shaft that realizes the rotation of the X axis and the Y axis due to its mechanism. The X axis of the three-dimensional turntable 1 can be rotated up to 120 ° in both positive and negative directions. The limitation on the movable range of the X axis is to prevent the branch pipe 3b from coming into contact with the frame of the three-dimensional turntable 1 when the workpiece 3 is rotated.

Y軸が回転できる範囲は、正の向きに45°、負の向きに60°まで回転することができる。この制限は、手作業でワーク3の溶接を行なう際に、作業者がワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4を当てるときの姿勢から設計された三次元回転台1の機構上の制限である。なお、三次元回転台1のZ軸の回転は、回転角度の制限を持たない。そのため、三次元回転台1のZ軸は、正の向き、負の向き共に360°自由に回転することができる。   The range in which the Y axis can rotate is 45 ° in the positive direction and 60 ° in the negative direction. This limitation is a limitation on the mechanism of the three-dimensional rotary table 1 designed from the posture when the operator applies the welding torch 4 to the welding portion 6 of the workpiece 3 when the workpiece 3 is welded manually. . Note that the rotation of the Z axis of the three-dimensional turntable 1 has no limitation on the rotation angle. Therefore, the Z-axis of the three-dimensional turntable 1 can freely rotate 360 ° in both the positive direction and the negative direction.

以上に挙げた三次元回転台1の可動範囲の制限から、本実施形態で行なう溶接動作計画では、三次元回転台1を可動範囲内で動作させるために、以下のような条件式を設定した。
−120°≦X軸の回転角度≦120° ・・・(ウ)
−60° ≦Y軸の回転角度≦45° ・・・(エ)
Due to the limitation of the movable range of the three-dimensional rotary table 1 mentioned above, in the welding operation plan performed in this embodiment, the following conditional expressions are set in order to operate the three-dimensional rotary table 1 within the movable range. .
−120 ° ≦ Rotation angle of X axis ≦ 120 ° (C)
−60 ° ≦ Y-axis rotation angle ≦ 45 ° (D)

なお、X軸,Y軸の回転角度の制限は、上記例に限定されるものではない。例えば、X軸の回転角度は、三次元回転台の機構が理想的なものである場合、正負180°の範囲内とすることができる。また、Y軸の回転角度は、同様に正負90°の範囲内に設定することができる。   The limitation on the rotation angle of the X axis and the Y axis is not limited to the above example. For example, the rotation angle of the X-axis can be within a range of 180 degrees when the mechanism of the three-dimensional turntable is ideal. Similarly, the rotation angle of the Y axis can be set within a range of 90 °.

次に、直交座標形マニピュレータ2の可動範囲について説明する。   Next, the movable range of the rectangular coordinate manipulator 2 will be described.

図3に示すように、直交座標形マニピュレータ2は、3つの直動スライダ2a,2b,2cによって溶接トーチ4の位置決めを行なうことができる。これらは、全て可動範囲が400(mm)の同じ直動スライダを使用して実現されている。したがって、直交座標形マニピュレータ2の平行移動の可動範囲は、X軸,Y軸,Z軸方向にそれぞれ400(mm)となる。   As shown in FIG. 3, the rectangular coordinate manipulator 2 can position the welding torch 4 with the three linear sliders 2a, 2b, and 2c. These are all realized by using the same linear slider having a movable range of 400 (mm). Therefore, the movable range of the parallel movement of the rectangular coordinate manipulator 2 is 400 (mm) in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.

手先リンク2dに設けられた回転関節2eの回転可動範囲は、図5に示すように、絶対座標系のZ軸方向から見て正負共に90°までに制限される。これは、手先リンク2dに取り付けられる溶接トーチ4が、直交座標形マニピュレータ2のフレームに接触することを避けるためである。   As shown in FIG. 5, the rotation movable range of the rotary joint 2e provided on the hand link 2d is limited to 90 ° in both positive and negative directions when viewed from the Z-axis direction of the absolute coordinate system. This is to prevent the welding torch 4 attached to the hand link 2d from coming into contact with the frame of the Cartesian coordinate manipulator 2.

以上のことから、直交座標形マニピュレータ2を可動範囲内で動作させるために、以下のような条件式を設定した。
0(mm)≦直動スライダの移動距離≦400(mm) ・・・(3)
−90°≦回転関節の回転角度≦90° ・・・(4)
From the above, in order to operate the rectangular coordinate manipulator 2 within the movable range, the following conditional expressions were set.
0 (mm) ≦ travel distance of linear slider ≦ 400 (mm) (3)
−90 ° ≦ Rotation angle of rotating joint ≦ 90 ° (4)

〔アルミ平板自動溶接実験における溶接状況の再現〕
図6は、アルミ平板5の自動溶接実験の状況を模試的に示す斜視図である。この自動溶接実験では、溶接トーチ4を斜めに傾けた状態でアルミ平板5の溶接箇所8に当て、溶接トーチ4の傾き角度を一定に保ったまま、溶接対象であるアルミ平板5を移動させて溶接を行なう。この溶接では、アルミ平板5の表面にアーク4aが当たることによってアルミ平板5の表面の金属光沢が失われることを防いでいる。そのための方法として挙げられるのは、溶接対象であるアルミ平板5の溶接箇所8に対して、溶接トーチ4を傾けて当てていることである。
[Reproduction of welding situation in aluminum plate automatic welding experiment]
FIG. 6 is a perspective view schematically showing the state of the automatic welding experiment of the aluminum flat plate 5. In this automatic welding experiment, the welding torch 4 is inclined and applied to the welded portion 8 of the aluminum flat plate 5, and the aluminum flat plate 5 to be welded is moved while keeping the inclination angle of the welding torch 4 constant. Weld. In this welding, it is prevented that the metallic luster of the surface of the aluminum flat plate 5 is lost due to the arc 4a hitting the surface of the aluminum flat plate 5. As a method for that purpose, the welding torch 4 is inclined and applied to the welded portion 8 of the aluminum flat plate 5 to be welded.

例えば、溶接トーチ4を真上から溶接箇所8に当てた場合には、溶接が終了した箇所にアーク4aが当たってしまう。そのため、溶接トーチ4の進行方向と逆の方向に溶接トーチ4を傾けることによって、溶接が終了した箇所にアーク4aが当たることを防止できる。また、溶接トーチ4の先端が向く方向を固定し、アルミ平板5の溶接箇所以外の部分にアーク4aが当たらないようにすることもできる。傾けた溶接トーチ4の先端が、常に次の溶接箇所8aの方向を向いた状態となっていることによって、アーク4aは常に溶接線8a上に広がるようになる。これにより、溶接箇所以外のアルミ平板5の表面へのアーク4aの溶解作用による影響を防止できる。   For example, when the welding torch 4 is applied to the welding location 8 from directly above, the arc 4a hits the location where welding has been completed. Therefore, by tilting the welding torch 4 in the direction opposite to the traveling direction of the welding torch 4, it is possible to prevent the arc 4a from hitting the place where welding has been completed. Moreover, the direction to which the front-end | tip of the welding torch 4 faces can be fixed, and it can also prevent the arc 4a from hitting parts other than the welding location of the aluminum flat plate 5. FIG. Since the tip of the inclined welding torch 4 is always in the direction of the next welding spot 8a, the arc 4a always spreads on the welding line 8a. Thereby, the influence by the melt | dissolution effect | action of the arc 4a to the surface of the aluminum flat plate 5 other than a welding location can be prevented.

本実施形態では、アルミ平板5の自動溶接実験の状況と同様に、溶接が終了した箇所にアーク4aが当たらないようにすることと、溶接箇所以外のワーク3の表面にアーク4aが当たらないようにする。そのために、本実施形態では、溶接トーチ4を溶接箇所6に対して傾け、更にアーク4aが広がる方向を固定することで溶接箇所以外の箇所に当たることを防止する。これらのことによって、ワーク3の自動溶接でも金属光沢の損失が無いビード4bを得られると考えたためである。   In this embodiment, similarly to the situation of the automatic welding experiment of the aluminum flat plate 5, it is ensured that the arc 4a does not hit the place where the welding is completed, and the arc 4a does not hit the surface of the work 3 other than the welded place. To. Therefore, in this embodiment, the welding torch 4 is tilted with respect to the welding location 6, and further, the direction in which the arc 4a spreads is fixed to prevent it from hitting a location other than the welding location. This is because it is considered that a bead 4b having no loss of metallic luster can be obtained even by automatic welding of the workpiece 3.

先ず、溶接箇所6に溶接トーチ4を傾けて当てることについて説明する。   First, it will be described that the welding torch 4 is inclined and applied to the welding location 6.

本実施形態では、ワーク3の溶接箇所6に、溶接トーチ4を当てるための方向を表す方向ベクトルを使用する。この方向ベクトルRの求め方を図7に示す。   In the present embodiment, a direction vector representing a direction for applying the welding torch 4 to the welding location 6 of the workpiece 3 is used. FIG. 7 shows how to obtain the direction vector R.

ワーク3の溶接箇所6において、主管3aの法線Hと枝管3bの法線Hを求め、それら2つの法線の二等分線をとることによってできたベクトルが方向ベクトルRとなる。この方向ベクトルRは、溶接トーチ4をワーク3の溶接箇所6に真上から当てるために計画された方向ベクトルである。 In welding portion 6 of the workpiece 3, determined the normal H e normal H s and the branch pipe 3b of the main 3a, vectors able by taking the two normals of the bisector is the direction vector R . This direction vector R is a direction vector planned to apply the welding torch 4 to the welded portion 6 of the workpiece 3 from directly above.

この方向ベクトルRが、鉛直上向きとなるように三次元回転台1でワーク3の姿勢を変更し、直交座標形マニピュレータ2の動作によって溶接トーチ4を鉛直上向きから溶接箇所6に当てた状況は、アルミ平板5の溶接実験において、溶接トーチ4を溶接箇所8に真上から当てた場合と同様にアーク4aが溶接箇所6に当たる。そのため、アーク4aの溶解作用とシールドガスのクリーニング作用の影響が溶接を終了した溶接箇所6におよぶことになる。そのため、溶接を終了した溶接箇所6が再び溶融し、ビード4bの金属光沢が失われることになる。   The situation in which the orientation of the workpiece 3 is changed by the three-dimensional rotary table 1 so that the direction vector R is vertically upward, and the welding torch 4 is applied from the vertically upward to the welding location 6 by the operation of the orthogonal coordinate manipulator 2 is as follows. In the welding experiment of the aluminum flat plate 5, the arc 4 a hits the welded spot 6 in the same manner as when the welding torch 4 is applied to the welded spot 8 from directly above. Therefore, the influence of the melting action of the arc 4a and the cleaning action of the shield gas reaches the welded portion 6 where the welding is finished. For this reason, the welded portion 6 that has been welded is melted again, and the metallic luster of the bead 4b is lost.

本実施形態では、ワーク3の溶接箇所6に設定した方向ベクトルRを、鉛直上向きにした状態から、さらに、図8に示した絶対座標系のZ軸に対して角度φ傾ける。これによって、方向ベクトルRと絶対座標系のZ軸は角度φをなす(図9参照)。溶接トーチ4は、Z軸の正の方向から当てることになる。そのため、角度φは、溶接トーチ4をワーク3の溶接箇所6に当てた際に溶接トーチ4が傾く角度となる。   In the present embodiment, the direction vector R set at the welding location 6 of the workpiece 3 is further tilted at an angle φ with respect to the Z axis of the absolute coordinate system shown in FIG. As a result, the direction vector R and the Z axis of the absolute coordinate system form an angle φ (see FIG. 9). The welding torch 4 is applied from the positive direction of the Z axis. Therefore, the angle φ is an angle at which the welding torch 4 is inclined when the welding torch 4 is applied to the welding portion 6 of the workpiece 3.

次に、アーク4aの広がる方向をワーク3の溶接線7上にするための方法について説明する。図6に示したアルミ平板5の自動溶接実験の状況のように、溶接トーチ4を傾けてワーク3の溶接箇所6に当てた場合、溶接トーチ4の中心線と溶接線7のなす角度によって、アーク4aが広がる方向が変化する。   Next, a method for setting the direction in which the arc 4a spreads on the weld line 7 of the workpiece 3 will be described. When the welding torch 4 is tilted and applied to the welded portion 6 of the workpiece 3 as in the situation of the automatic welding experiment of the aluminum flat plate 5 shown in FIG. 6, depending on the angle formed by the center line of the welding torch 4 and the welding line 7, The direction in which the arc 4a spreads changes.

図10は、溶接トーチ4の中心線とワーク3の溶接線7がなす角度が変化した様子を絶対座標系のXY平面で示したものである。ここでは、アーク4aが広がる領域を斜線部で示す。図10(a)に示すように、溶接トーチ4の中心線とワーク3の溶接線7が90°の角度をなす場合は、アーク4aの広がる領域となる斜線部が溶接箇所以外のワーク3の表面に広がってしまう。したがって、アーク4aが当たることによって溶接箇所以外のワーク3の表面が溶解して金属光沢を失うため、ワーク3の品質が落ちてしまう。   FIG. 10 shows a change in the angle formed by the center line of the welding torch 4 and the welding line 7 of the workpiece 3 on the XY plane of the absolute coordinate system. Here, a region where the arc 4a spreads is indicated by a hatched portion. As shown in FIG. 10 (a), when the center line of the welding torch 4 and the weld line 7 of the workpiece 3 form an angle of 90 °, the shaded portion where the arc 4a spreads is the area of the workpiece 3 other than the welded portion. It spreads to the surface. Therefore, when the arc 4a hits, the surface of the work 3 other than the welded portion is melted and loses its metallic luster, so that the quality of the work 3 is deteriorated.

また、図10(b)に示すように、溶接トーチ4の中心線とワーク3の溶接線7のなす角度が0°の場合、溶接トーチ4の中心線は、ワーク3の溶接線7に沿った状態となる。この場合は、アーク4aがワーク3の溶接線7上に広がるようになるため、溶接線以外の箇所にアーク4aが当たる範囲を最小限にできる。   As shown in FIG. 10B, when the angle formed by the center line of the welding torch 4 and the welding line 7 of the workpiece 3 is 0 °, the center line of the welding torch 4 is along the welding line 7 of the workpiece 3. It becomes the state. In this case, since the arc 4a spreads on the weld line 7 of the workpiece 3, the range in which the arc 4a hits a place other than the weld line can be minimized.

本実施形態では、図10(b)のように、溶接トーチ4の中心線がワーク3の溶接線7に沿う状態にする。ワーク3の溶接線7は曲線であるため、現在の溶接箇所6と次の溶接箇所6aを結んだ線分に溶接トーチ4の中心線が沿う状態にすることで、アルミ平板5の自動溶接実験と同様の状態を作り出すことができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 10B, the center line of the welding torch 4 is set along the weld line 7 of the workpiece 3. Since the welding line 7 of the workpiece 3 is a curve, the automatic welding experiment of the aluminum flat plate 5 is performed by setting the center line of the welding torch 4 along the line connecting the current welding point 6 and the next welding point 6a. Can create a similar state.

また、溶接トーチ4は、鉛直下向きであることから、溶接トーチ4の中心線は、常に絶対座標系のXZ平面上にあると考える。したがって、方向ベクトルRを傾けることをXZ平面内で行ない、溶接トーチ4を傾く角度をXZ平面内で構成した。   Further, since the welding torch 4 is vertically downward, it is considered that the center line of the welding torch 4 is always on the XZ plane of the absolute coordinate system. Therefore, the direction vector R is tilted in the XZ plane, and the angle at which the welding torch 4 is tilted is configured in the XZ plane.

更に、本実施形態では、現在の溶接箇所6と次の溶接箇所6aのなす線分を溶接線7と考え、ワーク3の溶接箇所6に設定した方向ベクトルR回りにθ回転してワーク3の姿勢変更を行なうことによって、溶接線7がXZ平面内に含まれるようにする(図9(b)参照)。これによって、溶接トーチ4の中心線と溶接線7のなす角度はφとなる。すなわち、図9(b)に示した方向ベクトルRを回転軸としてワーク3を回転させることで、溶接トーチ4と溶接線7がXZ平面内で角度φを構成する。 Furthermore, in the present embodiment, the line segment formed by the current welding location 6 and the next welding location 6a is considered as the welding line 7, and θ R is rotated around the direction vector R set in the welding location 6 of the workpiece 3 to rotate the workpiece 3 By changing the posture, the weld line 7 is included in the XZ plane (see FIG. 9B). As a result, the angle formed by the center line of the welding torch 4 and the welding line 7 is φ. That is, by rotating the workpiece 3 with the direction vector R shown in FIG. 9B as the rotation axis, the welding torch 4 and the welding line 7 form an angle φ in the XZ plane.

以上のことから、本実施形態では、現在の溶接箇所6の座標と次の溶接箇所6aの座標を使用して、以下のような条件式を設定した。この条件式によって、アーク4aが広がる方向が溶接線7上になっていることを判定する。なお、この条件式のLは、アーク4aが広がる方向の許容幅である。
|現在の溶接箇所のY座標−次の溶接箇所のY座標|<L(mm) ・・・(ア)
From the above, in the present embodiment, the following conditional expression is set using the coordinates of the current welding location 6 and the coordinates of the next welding location 6a. From this conditional expression, it is determined that the direction in which the arc 4a spreads is on the weld line 7. Note that L in this conditional expression is an allowable width in the direction in which the arc 4a spreads.
| Y-coordinate of current welding location-Y-coordinate of next welding location | <L (mm) (A)

この条件を満たしている場合、アーク4aが溶接箇所以外に当たることを最小限にしており、ワーク3の表面への影響が最も少ない状態であると判断される(図11参照)。条件式に許容幅を持たせることによって、X軸の両側にL(mm)の幅を持たせ、現在の溶接箇所6と次の溶接箇所6aを結んだ溶接線7がXZ平面の周囲L(mm)の範囲内にあれば条件式を満たすとする。   When this condition is satisfied, it is determined that the arc 4a hits other than the welded portion and minimizes the influence on the surface of the workpiece 3 (see FIG. 11). By giving an allowable width to the conditional expression, a width of L (mm) is given to both sides of the X-axis, and the welding line 7 connecting the current welding location 6 and the next welding location 6a becomes the circumference L ( mm), the conditional expression is satisfied.

また、ワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4を当てた際に、溶接トーチ4の傾く方向は、ワーク3の溶接線7が傾く方向によって変化する。その溶接トーチ4の傾く方向の変化を、図12に示す。   In addition, when the welding torch 4 is applied to the welded portion 6 of the workpiece 3, the direction in which the welding torch 4 tilts varies depending on the direction in which the welding line 7 of the workpiece 3 tilts. The change in the direction in which the welding torch 4 tilts is shown in FIG.

図12は、現在の溶接箇所6と次の溶接箇所6aを結んだ溶接線7を、溶接トーチ4が存在する絶対座標系のXZ平面をY軸の正の方向から見たものである。ここで、溶接トーチ4の進行方向は、絶対座標系のX軸の正の方向とし、溶接トーチ4の進行方向は、図12中の上方に矢印で示されている。図12(a)のように、次の溶接箇所6aのZ座標が現在の溶接箇所6のZ座標よりも大きい場合、溶接トーチ4は、溶接トーチ4の進行方向となるX軸の正の方向に傾くことになる。この場合、溶接トーチ4から発生するアーク4aは、次の溶接箇所6aとは逆の方向、つまり、溶接が終了した溶接箇所6の方向へ広がることになる。したがって、アーク4aの溶解作用によって溶接が終了した箇所のビード4bが溶解し、ビード4bから金属光沢が失われてしまう。   FIG. 12 shows the welding line 7 connecting the current welding location 6 and the next welding location 6a, as viewed from the positive direction of the Y axis on the XZ plane of the absolute coordinate system where the welding torch 4 is present. Here, the advancing direction of the welding torch 4 is a positive direction of the X axis in the absolute coordinate system, and the advancing direction of the welding torch 4 is indicated by an arrow at the top in FIG. As shown in FIG. 12A, when the Z coordinate of the next welding location 6 a is larger than the Z coordinate of the current welding location 6, the welding torch 4 is the positive direction of the X axis that is the traveling direction of the welding torch 4. Will lean on. In this case, the arc 4a generated from the welding torch 4 spreads in the direction opposite to the next welding location 6a, that is, in the direction of the welding location 6 where welding has been completed. Therefore, the bead 4b at the place where the welding is finished is melted by the melting action of the arc 4a, and the metallic luster is lost from the bead 4b.

また、図12(b)のように、次の溶接箇所6aのZ座標が現在の溶接箇所6のZ座標よりも小さい場合、溶接トーチ4は、溶接トーチ4の進行方向とは逆となるX軸の負の方向に傾くことになる。この場合、溶接トーチ4から発生するアーク4aは、次の溶接箇所6aの方向に広がるため、溶接が終了した箇所のビード4bへのアーク4aによる影響を防止できる。   12B, when the Z coordinate of the next welding location 6a is smaller than the Z coordinate of the current welding location 6, the welding torch 4 is opposite to the traveling direction of the welding torch 4. It will tilt in the negative direction of the axis. In this case, since the arc 4a generated from the welding torch 4 spreads in the direction of the next welding location 6a, the influence of the arc 4a on the bead 4b at the location where welding has been completed can be prevented.

したがって、本実施形態では、ワーク3の姿勢を変更することで溶接トーチ4が進行方向、つまり、次の溶接箇所6aがある方向とは逆の方向に傾くようにワーク3の姿勢を変更する。このような状態となるように、ワーク3の姿勢を変更して溶接線7を傾けることで、現在の溶接箇所6のZ座標よりも次の溶接箇所6aのZ座標を低くする。したがって、本実施形態では、溶接トーチ4を傾けるためのワーク3の傾き方向を決定するために以下の条件式を設定した。
現在の溶接箇所のZ座標>次の溶接箇所のZ座標 ・・・(イ)
Therefore, in this embodiment, by changing the posture of the workpiece 3, the posture of the workpiece 3 is changed so that the welding torch 4 is inclined in the direction of travel, that is, the direction opposite to the direction in which the next welding location 6a is present. By changing the posture of the workpiece 3 and tilting the welding line 7 so as to be in such a state, the Z coordinate of the next welding location 6 a is made lower than the Z coordinate of the current welding location 6. Therefore, in the present embodiment, the following conditional expression is set in order to determine the tilt direction of the work 3 for tilting the welding torch 4.
Z coordinate of the current welding location> Z coordinate of the next welding location ...

〔ワークの溶接箇所の座標と三次元回転台の回転角度の計算方法〕
上述したように、本実施形態で行なう動作計画では、ワーク3の姿勢を変更した後の現在の溶接箇所6の座標と、次の溶接箇所6aの座標によって動作の妥当性を判定する。したがって、動作計画の際に、ワーク3の溶接箇所6の座標を求める必要がある。
[Calculation method of workpiece welding point coordinates and rotation angle of 3D turntable]
As described above, in the operation plan performed in the present embodiment, the validity of the operation is determined based on the coordinates of the current welding location 6 after changing the posture of the workpiece 3 and the coordinates of the next welding location 6a. Therefore, it is necessary to obtain the coordinates of the welded portion 6 of the workpiece 3 during the operation plan.

また、ワーク3の溶接箇所6に、常に溶接トーチ4を傾けて当てるために、ワーク3の溶接箇所6に設定した方向ベクトルは、溶接動作中に常に絶対座標系のZ軸とXZ平面内で角度φを保っていなければならない。そこで、条件式の判定に使用するワーク3の溶接箇所6の座標の計算方法と、ワーク3の姿勢を変更する際の三次元回転台1の三軸の回転角度の計算方法について説明する。   In addition, since the welding torch 4 is always inclined and applied to the welded portion 6 of the workpiece 3, the direction vector set to the welded portion 6 of the workpiece 3 is always within the Z axis and XZ plane of the absolute coordinate system during the welding operation. The angle φ must be maintained. Therefore, a method for calculating the coordinates of the welded part 6 of the workpiece 3 used for determining the conditional expression and a method for calculating the rotation angle of the three axes of the three-dimensional rotary table 1 when changing the posture of the workpiece 3 will be described.

〔ワークの溶接箇所の座標の計算方法〕
ワーク3の溶接線7は、ワーク3の周囲を囲うように存在するが、ワーク3の溶接箇所6は特に枝管3bの円周上に存在する。このことから、本実施形態では、枝管3b上に溶接箇所6の座標を求めるための基準点6bをとることで溶接箇所6の座標を求めた。
[Calculation method of the coordinates of the welded part of the workpiece]
The weld line 7 of the workpiece 3 exists so as to surround the workpiece 3, but the welded portion 6 of the workpiece 3 exists particularly on the circumference of the branch pipe 3b. From this, in this embodiment, the coordinate of the welding location 6 was calculated | required by taking the reference point 6b for calculating | requiring the coordinate of the welding location 6 on the branch pipe 3b.

ワーク3の溶接箇所6の座標は、まず、図13に示すワーク3に設定した作業座標系上で求める。この作業座標系は、ワーク3の主管3aの中心線と枝管3bの中心線の交点を原点とする。また、ワーク3の主管3aの中心線とX軸は一致しており、枝管3bが傾いている方向を正の方向とした。   First, the coordinates of the welding location 6 of the workpiece 3 are obtained on the work coordinate system set for the workpiece 3 shown in FIG. This work coordinate system has an origin at the intersection of the center line of the main pipe 3a of the work 3 and the center line of the branch pipe 3b. Further, the center line of the main pipe 3a of the work 3 and the X axis coincide with each other, and the direction in which the branch pipe 3b is inclined is defined as a positive direction.

Y軸は、ワーク3の側面方向に正の方向とする。また、枝管3bの中心線がXZ平面に位置するようにZ軸をおき、Z軸は枝管3bの伸びた方向に正の方向とする。ワーク3のT字型やY字型の形状から、主管3aの中心線と枝管3bの中心線は角度をなす。よって、溶接箇所6は、中心線の交点を原点として存在すると考え、作業座標系の原点は、主管3aの中心線と枝管3bの中心線の交点とした。   The Y axis is a positive direction in the side surface direction of the workpiece 3. Further, the Z-axis is set so that the center line of the branch pipe 3b is located in the XZ plane, and the Z-axis is a positive direction in the direction in which the branch pipe 3b extends. Due to the T-shaped or Y-shaped shape of the work 3, the center line of the main pipe 3a and the center line of the branch pipe 3b form an angle. Therefore, the welding location 6 is considered to exist with the intersection of the center lines as the origin, and the origin of the work coordinate system is the intersection of the center line of the main pipe 3a and the center line of the branch pipe 3b.

図13には、ワーク3に設定した作業座標系と同時に、溶接箇所6の座標計算のために設定した基準点6bを示す。ワーク3の溶接箇所6の座標を求めるための基準点は、図13に示すように、枝管3bの先端の円周上に位置するとした。枝管3b上に設定した基準点から枝管3bの表面に沿った直線を引いた場合、その直線は必ず主管3aと交わることになる。   FIG. 13 shows a reference point 6 b set for coordinate calculation of the welded portion 6 simultaneously with the work coordinate system set for the workpiece 3. The reference point for obtaining the coordinates of the welded part 6 of the workpiece 3 is assumed to be located on the circumference of the tip of the branch pipe 3b as shown in FIG. When a straight line along the surface of the branch pipe 3b is drawn from the reference point set on the branch pipe 3b, the straight line always intersects the main pipe 3a.

本実施形態におけるワーク3の溶接箇所6の座標の計算では、主管3aの中心線と枝管3bの中心線が角度をなすこと、基準点6bと溶接箇所6が枝管3bの中心線に平行な直線で結べること、溶接箇所が主管3aと枝管3bの上に必ず同時に存在することの3つの条件から溶接箇所6の座標を求めた。   In the calculation of the coordinates of the welded part 6 of the workpiece 3 in this embodiment, the center line of the main pipe 3a and the center line of the branch pipe 3b form an angle, and the reference point 6b and the welded part 6 are parallel to the center line of the branch pipe 3b. The coordinates of the welded part 6 were obtained from the three conditions that it can be connected with a straight line and that the welded part always exists on the main pipe 3a and the branch pipe 3b at the same time.

ワーク3は、T字型のものとY字型のものがあり、主管3aと枝管3bの中心線のなす角は、ワーク3の作業座標系のX軸と枝管3bの中心線のなす角度であり、T字型は91.1°、Y字型は45°および75°である。   The workpiece 3 includes a T-shaped type and a Y-shaped type, and the angle formed by the center line of the main pipe 3a and the branch pipe 3b is formed by the X axis of the work coordinate system of the work 3 and the center line of the branch pipe 3b. The angle is 91.1 ° for the T-shape and 45 ° and 75 ° for the Y-shape.

ここでは、ワーク3の溶接箇所6の座標を(X,Y,Z)、枝管3bの先端にとった溶接箇所6の座標を求めるための基準点6bの座標を(x,y,z)とする。 Here, the coordinates of the welding point 6 of the workpiece 3 are (X, Y, Z), and the coordinates of the reference point 6b for obtaining the coordinates of the welding point 6 taken at the tip of the branch pipe 3b are (x e , y e , z e ).

まず、枝管3bが主管3aと重なっている状態、つまり、主管3aの中心線と枝管3bの中心線の角度が0°の状態を考える(図14(a)参照)。この状態で、枝管3b先端の円周上に点をとり、枝管3bの長さをl、枝管3bの半径をrとする。また、枝管3bの円周上の点であることから、図14(b)に示した角度θを用いてB(x,y,z)の座標をワーク3の作業座標系上で表わすと以下のようになる。
=l ・・・(7)
=rcosθ ・・・(8)
=rsinθ ・・・(9)
First, consider a state where the branch pipe 3b overlaps the main pipe 3a, that is, a state where the angle between the center line of the main pipe 3a and the center line of the branch pipe 3b is 0 ° (see FIG. 14A). In this state, taking a point on the circumference of the branch pipe 3b tip, the length of the branch pipe 3b to l e, the radius of the branch pipe 3b and r e. Further, since a point on the circumference of the branch pipe 3b, the work coordinate system shown in FIG. 14 (b) to use of an angle theta e shown B (x b, y b, z b) the work 3 coordinates This is expressed as follows.
x b = l e (7)
y b = r e cos θ e (8)
z b = r e sin θ e (9)

実際は、主管3aの中心線と枝管3bの中心線は角度θをなすことから、点Bをワーク3の作業座標系のY軸で回転させることにより基準点の座標が得られる。したがって、基準点の座標は、
=xcosθ+zsinθ ・・・(10)
=y ・・・(11)
=−xsinθ+zcosθ ・・・(12)
となる。ここで、使用した枝管3bの円周上の点を表す角度θは、枝管3bの円周上の基準点6bの位置を表している。したがって、角度θによって枝管3bの円周上にある溶接箇所6の位置を特定することができ、この角度を変更することによって全ての溶接箇所6の位置を求めることができる。
In fact, the center line of the center line and the branch pipe 3b of the main 3a is because an angle theta a, the coordinates of the reference point is obtained by rotating the point B in the Y-axis of the work coordinate system of the workpiece 3. Therefore, the coordinates of the reference point are
x b = x b cos θ a + z b sin θ a (10)
y b = y b (11)
z b = −x b sin θ a + z b cos θ a (12)
It becomes. Here, the angle θ e representing the point on the circumference of the used branch pipe 3b represents the position of the reference point 6b on the circumference of the branch pipe 3b. Therefore, the angle theta e it is possible to identify the position of the welding portion (6) located on the circumference of the branch pipe 3b, it is possible to determine the positions of all the welding points 6 by changing the angle.

次に、基準点6bの座標からワーク3の溶接箇所6の座標を求める。まず、ワーク3の主管3aの中心線と枝管3bの中心線が角度をなすことから、中心線の角度をθとすると以下の式を得ることができる。
(X−x)tanθ=Z−z ・・・(13)
Next, the coordinates of the welding location 6 of the workpiece 3 are obtained from the coordinates of the reference point 6b. First, since the center line of the branch pipe 3b of the main 3a of the workpiece 3 is an angle, it is possible to obtain the angle of the center line and a theta a following equation.
(X−x e ) tan θ a = Z−z e (13)

また、ワーク3の溶接箇所6と基準点6bが枝管3bの表面上で直線で結べることから、次の式を得ることができる。
Y=y ・・・(14)
Moreover, since the welding location 6 and the reference point 6b of the workpiece 3 can be connected with a straight line on the surface of the branch pipe 3b, the following equation can be obtained.
Y = y e (14)

加えて、主管3aの直径をrとすると、ワーク3の溶接箇所6は必ず主管3a上にあることから、以下の式を得ることができる。
+Y= r ・・・(15)
In addition, if the diameter of the main pipe 3a is r, the welded portion 6 of the work 3 is always on the main pipe 3a, and therefore the following equation can be obtained.
Z 2 + Y 2 = r 2 (15)

以上の(13)、(14)、(15)式を解くことによって、ワーク3に設定した作業座標系の上での溶接箇所6の座標(X,Y,Z)は以下のように表される。

Figure 2009045642
By solving the above equations (13), (14), and (15), the coordinates (X, Y, Z) of the welding location 6 on the work coordinate system set for the workpiece 3 are expressed as follows. The
Figure 2009045642

ここで、溶接箇所6のZ座標には、符号の異なる2つの値が得られる。しかし、溶接箇
所6は主管3aの上側半分にしか存在しないことから、Z座標の値は正の値を選べばよい。
Here, two values having different signs are obtained for the Z coordinate of the welded portion 6. However, since the weld location 6 exists only in the upper half of the main pipe 3a, a positive value may be selected as the value of the Z coordinate.

〔三次元回転台の回転角度の計算方法〕
次に、三次元回転台1の回転角度の計算方法を説明する。
[Calculation method of rotation angle of 3D turntable]
Next, a method for calculating the rotation angle of the three-dimensional turntable 1 will be described.

ワーク3の溶接箇所6に対する溶接トーチ4の傾きは、溶接箇所6に設定した方向ベクトルRを絶対座標系のZ軸に対してXZ平面内で角度φ傾けることで作り出す。まず、上述した計算方法を用いてワーク3の溶接箇所6の座標を求める。ワーク3は三次元回転台1に取り付けられていることから、求めた溶接箇所6の座標を設定した絶対座標系の上で表わす。   The inclination of the welding torch 4 with respect to the welding location 6 of the workpiece 3 is created by inclining the direction vector R set at the welding location 6 by an angle φ in the XZ plane with respect to the Z axis of the absolute coordinate system. First, the coordinates of the welded part 6 of the workpiece 3 are obtained using the calculation method described above. Since the workpiece 3 is attached to the three-dimensional turntable 1, it is represented on an absolute coordinate system in which the coordinates of the obtained welding location 6 are set.

本実施形態では、ワーク3の溶接箇所6に設定した方向ベクトルRが、目標ベクトルRに一致するための三次元回転台1の三軸の回転角度を、ワーク3の姿勢変更のための角度とした。 In the present embodiment, the direction vector R set at the welding point 6 of the workpiece 3 is set to the three-axis rotation angle of the three-dimensional rotary table 1 for matching the target vector Ra, and the angle for changing the posture of the workpiece 3. It was.

本実施形態で使用する三次元回転台1は、図15(a)に示すような機構を備える。よって、方向ベクトルRは三次元回転台1のX軸とY軸の回転を用いることで、Z軸の回転が加えられても、目標ベクトルの位置に移動させるようにワーク3の姿勢を変更することができる(図15(b)参照)。   The three-dimensional turntable 1 used in the present embodiment includes a mechanism as shown in FIG. Therefore, the orientation vector R uses the X-axis and Y-axis rotations of the three-dimensional turntable 1 to change the posture of the workpiece 3 so that the workpiece 3 moves to the target vector position even if the Z-axis rotation is applied. (See FIG. 15B).

ワーク3の溶接線7をXZ平面に移動させるための方向ベクトルR回りの回転θによってワーク3の姿勢を変更し、ワーク3の表面へのアーク4aの影響を最小限にする場合、方向ベクトルR回りの回転角度は、三次元回転台1のZ軸の回転角度として表わすことができる。このことから、三次元回転台1のZ軸の回転角度をφとすると、
φ=φ ・・・(19)
と表わすことができる。
When the posture of the workpiece 3 is changed by rotation θ R around the direction vector R for moving the weld line 7 of the workpiece 3 to the XZ plane, and the influence of the arc 4a on the surface of the workpiece 3 is minimized, the direction vector The rotation angle around R can be expressed as the rotation angle of the Z axis of the three-dimensional rotating table 1. Therefore, the rotation angle of the Z-axis of the three-dimensional turntable 1 When phi z,
φ z = φ R (19)
Can be expressed as

また、三軸の回転によってワーク3の姿勢変更を行なう場合、三次元回転台1のX軸とY軸の回転によって方向ベクトルRの向きを変更することができることから、ワーク3の姿勢をひとつに決定するために、三次元回転台1のZ軸の回転を先に決定しておくことが必要となる。   Further, when the posture of the workpiece 3 is changed by the rotation of the three axes, the orientation of the direction vector R can be changed by the rotation of the X axis and the Y axis of the three-dimensional rotary table 1, so that the posture of the workpiece 3 is unified. In order to make a determination, it is necessary to determine the rotation of the Z-axis of the three-dimensional turntable 1 in advance.

ワーク3の姿勢変更において、目標ベクトルR(x,y,z)は、絶対座標系のZ軸と角度φをなすことと、角度φが絶対座標系のXZ平面内で構成されることから、Rを以下のように表わすことができる。
(X,Y,Z)=(sinφ,0,cosφ) ・・・(20)
When the posture of the workpiece 3 is changed, the target vector R a (x a , y a , z a ) forms an angle φ with the Z axis of the absolute coordinate system, and the angle φ is configured in the XZ plane of the absolute coordinate system. Therefore, R a can be expressed as follows.
(X a , Y a , Z a ) = (sin φ, 0, cos φ) (20)

溶接箇所6に設定した方向ベクトルR(x,y,z)は、絶対座標系上で表されたワーク3の溶接箇所6の座標を(X,Y,Z)と、方向ベクトルRの頂点T(x,y,z)から以下のように求められる。
=x−X ・・・(21)
=y−Y ・・・(22)
=z−Z ・・・(23)
The direction vector R (x r , y r , z r ) set for the welded part 6 is the coordinate of the welded part 6 of the workpiece 3 expressed on the absolute coordinate system (X, Y, Z) and the direction vector R Is obtained from the vertex T (x t , y t , z t ) as follows.
x r = x t -X ··· ( 21)
y r = y t −Y (22)
z r = z t -Z ··· ( 23)

次に、方向ベクトルRを目標ベクトルRの位置に移動させるための三次元回転台1の回転角度を求める。ここで、絶対座標系のX軸の回転角度をφ、Y軸の回転角度をφとすると、X軸、Y軸、Z軸による回転行列Rφz、Rφy、RφRは、それぞれ以下のように表わされる。

Figure 2009045642
Next, determine the three-dimensional rotation angle of the turntable 1 for moving the direction vector R to the position of the target vector R a. Here, the rotation angle of the X-axis of the absolute coordinate system phi x, when the rotation angle of the Y-axis and phi y, X-axis, Y-axis, the rotation matrix according to the Z axis R φz, R φy, R φR is less, respectively It is expressed as
Figure 2009045642

これら3つの回転行列を用いて、方向ベクトルRを目標ベクトルRに一致させることから、以下の式を得ることができる。
=RφxφyφRR ・・・(27)
Using these three rotation matrix, since the matching the direction vector R to the target vector R a, can be obtained the following equation.
R a = R φx R φy R φR R ··· (27)

この式を展開することによって、以下の3つの式を得ることができる。ここでは、sinθをS、cosθをCと略して記載する。θ、θの正弦、余弦を表わす場合にも同様に略して記載した。

Figure 2009045642
By expanding this equation, the following three equations can be obtained. Here, a sin [theta x S x, described for short cos [theta] x and C x. Similarly, the sine and cosine of θ y and θ R are also abbreviated.
Figure 2009045642

これら3つの式をθ、θについて解くと、ワーク3の姿勢を変更する際の三次元回転台1のX軸とY軸の回転角度を以下のように求めることができる。

Figure 2009045642
When these three equations are solved for θ x and θ y , the rotation angles of the X axis and the Y axis of the three-dimensional rotary table 1 when changing the posture of the workpiece 3 can be obtained as follows.
Figure 2009045642

(31)、(32)式で求めたX軸の回転角度とY軸の回転角度は±の符号に応じて、それぞれ2つの値が求められるが、三次元回転台1の可動範囲に含まれる値を取るように角度の選択を行なう。   The X-axis rotation angle and the Y-axis rotation angle obtained by the equations (31) and (32) can be obtained in two values according to the sign of ±, but are included in the movable range of the three-dimensional turntable 1. Select the angle so that it takes a value.

〔動作計画法〕
次に、本実施形態で提案する動作計画法における、ワーク3の姿勢を変更するための三次元回転台1の動作計画方法と、溶接トーチ4の位置を決定するための直交座標形マニピュレータ2の動作計画法について説明を行なう。
[Operation planning method]
Next, in the motion planning method proposed in the present embodiment, the motion planning method of the three-dimensional rotary table 1 for changing the posture of the workpiece 3 and the Cartesian coordinate manipulator 2 for determining the position of the welding torch 4 The motion planning method will be described.

また、本実施形態で提案する動作計画法では、以下に示す順番でワーク3の溶接動作を計画する。
(1)ワーク3の姿勢を決定するための、三次元回転台1の三軸の回転角度の計画
(2)姿勢を変更されたワーク3の溶接箇所6にトーチを当てるための、直交座標形マニピュレータ2の3つの直動スライダの平行移動距離と手先リンク2dの回転角度の計画
In the operation planning method proposed in this embodiment, the welding operation of the workpiece 3 is planned in the order shown below.
(1) Plan of three-axis rotation angle of the three-dimensional turntable 1 for determining the posture of the workpiece 3 (2) Cartesian coordinate shape for applying a torch to the welded portion 6 of the workpiece 3 whose posture has been changed Planning of parallel movement distance of three linear sliders of manipulator 2 and rotation angle of hand link 2d

〔三次元回転台の動作計画〕
三次元回転台1のZ軸の角度を変数とすることで、X軸とY軸の角度の決定を行なう計算方法を説明した。この方法は、ワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4を常に角度φだけ傾けて当てるための計算方法である(図9参照)。
[Operation plan of 3D turntable]
The calculation method for determining the angle between the X axis and the Y axis by using the angle of the Z axis of the three-dimensional rotating table 1 as a variable has been described. This method is a calculation method for always applying the welding torch 4 to the welded portion 6 of the workpiece 3 with an angle φ (see FIG. 9).

したがって、本実施形態では、(32)、(33)式から三次元回転台1のX軸とY軸の回転角度を決定するために、まず、三次元回転台1のZ軸の角度を決定しなければならない。その後、溶接箇所6の座標を座標変換によって求めることで、(ア)、(イ)式の判定を行なう。本実施形態では、図16に示す手順によって三次元回転台1の動作計画を行なった。   Therefore, in this embodiment, in order to determine the rotation angles of the X axis and the Y axis of the three-dimensional rotating table 1 from the equations (32) and (33), first, the angle of the Z axis of the three-dimensional rotating table 1 is determined. Must. Thereafter, the coordinates of the welded part 6 are obtained by coordinate transformation, thereby determining the expressions (a) and (b). In the present embodiment, the operation plan of the three-dimensional rotary table 1 is performed by the procedure shown in FIG.

〔動作計画のための条件を満たすワークの姿勢の選択方法〕
本実施形態におけるワーク3の姿勢は、上述で示した三次元回転台1のX軸とY軸の回転角度の計算方法から、三次元回転台1のZ軸の角度の値を決定することによって求めることができる。
[Method for selecting the posture of a workpiece that satisfies the conditions for motion planning]
The posture of the work 3 in this embodiment is determined by determining the value of the Z-axis angle of the three-dimensional turntable 1 from the calculation method of the X-axis and Y-axis rotation angles of the three-dimensional turntable 1 described above. Can be sought.

また、今回行なう動作計画法では、三次元回転台1の回転角度から座標変換によって溶接箇所6の座標を求めることによって、(ア)、(イ)式に示した溶接トーチ4を溶接箇所6に傾けて当てるための判定式と、溶接アーク4aによる枠の表面への影響を抑えるための判定式を判定することができる。   Further, in the operation planning method performed this time, the welding torch 4 shown in the equations (a) and (b) is changed to the welding point 6 by obtaining the coordinates of the welding point 6 by coordinate conversion from the rotation angle of the three-dimensional rotating table 1. A judgment formula for tilting and a judgment formula for suppressing the influence of the welding arc 4a on the surface of the frame can be determined.

同様に、(ウ)、(エ)式に示した三次元回転台1の可動範囲の判定式も判定することができる。   Similarly, the determination formula for the movable range of the three-dimensional rotary table 1 shown in the equations (c) and (d) can also be determined.

したがって、すべての条件の判定式を判定するためには、三次元回転台1のZ軸の角度を決定しなければならない。よって、本実施形態で行なう動作計画では、まず、三次元回転台1のZ軸が取り得る全ての回転角度において、(ア)、(イ)、(ウ)、(エ)式に示した判定式を満たすかどうかをワーク3の各溶接箇所6において判定し、全ての判定式を満たすワーク3の姿勢と、判定式をひとつでも満たさないワーク3の姿勢に分類する。その結果は、pgm(ポータブルグレイマップ)形式のデータを用いて、二次元平面に画像データとして表した。   Therefore, in order to determine the determination formulas for all conditions, the angle of the Z axis of the three-dimensional rotary table 1 must be determined. Therefore, in the operation plan performed in the present embodiment, first, at all rotation angles that can be taken by the Z axis of the three-dimensional rotary table 1, the determinations shown in the equations (a), (b), (c), and (d) are given. Whether or not the equation is satisfied is determined at each welding point 6 of the workpiece 3, and the posture of the workpiece 3 that satisfies all the determination equations and the posture of the workpiece 3 that does not satisfy even one of the determination equations are classified. The result was expressed as image data on a two-dimensional plane using pgm (portable gray map) format data.

pgm形式の画像データでは、ひとつの数字が1ピクセルの色として認識され、GIMP(GNU Image Manipulation Program)等の画像の加工が行なえるソフトで読み込むことによって、画像として表示される。画像はグレイスケールとなるため、本実施形態では、数字の最大値を8として、数字が8のときは白色、0のときには黒色となるように設定した。本実施形態では、(ア)、(イ)、(ウ)、(エ)式で示した判定式全てを満たすワーク3の姿勢を示す領域10の数値を7として薄い灰色、判定式をひとつでも満たさないワーク3の姿勢を示す領域11の数値を8として白色で表した。   In the image data in the pgm format, one number is recognized as a color of one pixel, and is displayed as an image by being read by software capable of processing an image such as GIMP (GNU Image Manipulation Program). Since the image has a gray scale, in the present embodiment, the maximum value of the number is set to 8, and when the number is 8, it is set to white, and when it is 0, it is set to black. In the present embodiment, even if there is even one judgment formula, the numerical value of the region 10 indicating the posture of the workpiece 3 that satisfies all the judgment formulas shown in the formulas (a), (b), (c), and (d) is set to 7. The numerical value of the area 11 indicating the posture of the workpiece 3 that is not satisfied is represented by 8 as white.

本実施形態では、上述した枝管3b上の基準点6bを求める方法で使用した、枝管3bの円周上の点を表わすための角度θを一度ずつ変更することによって、ワーク3の溶接箇所6の数を360箇所とした。また、ワーク3の各溶接箇所6で取り得るZ軸の角度を0〜359°とした。 In the present embodiment, by changing used in a method for obtaining a reference point 6b on the branch pipe 3b described above, the angle theta e to represent a point on the circumference of the branch pipe 3b by once welding of the workpiece 3 The number of locations 6 was 360. Moreover, the angle of the Z-axis which can be taken in each welding location 6 of the workpiece | work 3 was 0-359 degrees.

したがって、今回は溶接箇所6が360箇所、それぞれの溶接箇所6でのワーク3の姿勢が360あることから、360ピクセル×360ピクセルのpgm画像を作成した。このpgm画像によって、溶接箇所6毎に360の異なるワーク3の姿勢を作り出し、そのワーク3の姿勢を、全ての判定式を満たすワーク3の姿勢と、そうでないワーク3の姿勢に分類を行なった結果を確認した。   Therefore, this time, 360 welding positions 6 and 360 postures of the work 3 at each welding position 6, a 360 pixel × 360 pixel pgm image was created. Based on this pgm image, 360 different postures of the workpiece 3 are created for each welding point 6, and the posture of the workpiece 3 is classified into the posture of the workpiece 3 that satisfies all the judgment formulas and the posture of the workpiece 3 that is not so. The result was confirmed.

図17で示したpgm画像では、全ての判定式を満たすワーク3の姿勢を示す領域を薄い灰色で表している。また、ひとつでも判定式を満たさない場合のワーク3の姿勢を示す領域を白色で表している。作成したpgm画像の縦軸は、上端から下端の方向へ溶接箇所6の数1〜360点目までを、横軸は、左端から右端の方向へ三次元回転台1のZ軸の角度0〜359°までを表わしている。   In the pgm image shown in FIG. 17, a region indicating the posture of the workpiece 3 that satisfies all the determination formulas is represented in light gray. Moreover, the area | region which shows the attitude | position of the workpiece | work 3 when one determination formula is not satisfy | filled is represented in white. The vertical axis of the created pgm image is from the number 1 to 360 of the welding points 6 in the direction from the upper end to the lower end, and the horizontal axis is the angle 0 to the Z axis of the three-dimensional rotary table 1 from the left end to the right end. It represents up to 359 °.

ここで、例として示した図17におけるワーク3の形状は、主管3aの直径89(mm)、枝管3bの直径63(mm)の場合の異径T字型の画像である。また、ワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4を当てる際の溶接トーチ4が傾く角度は20°、(ア)式の許容幅Lの値は0.05(mm)である。   Here, the shape of the workpiece 3 in FIG. 17 shown as an example is a T-shaped image having a different diameter when the diameter of the main pipe 3a is 89 (mm) and the diameter of the branch pipe 3b is 63 (mm). Further, the angle at which the welding torch 4 tilts when the welding torch 4 is applied to the welded portion 6 of the workpiece 3 is 20 °, and the value of the allowable width L in the equation (a) is 0.05 (mm).

また、本実施形態では、上述した判定式(ア)、(イ)、(ウ)、(エ)式を全て満たす場合のワーク3の姿勢を示す薄い灰色の領域を動作可能領域10と呼称する。また、判定式をひとつでも満たしていない場合のワーク3の姿勢を示す白色の領域を動作不可能領域11と呼称する。加えて、上述の三次元回転台1の可動範囲の説明において示したように、三次元回転台1のZ軸は360°自由に回転させることができる。したがって、本実施形態で行なう動作計画法では、作成した全てのpgm画像の右端と左端は連続していると考える。   In the present embodiment, a light gray area indicating the posture of the workpiece 3 when all of the above-described determination expressions (a), (b), (c), and (e) are satisfied is referred to as an operable area 10. . In addition, a white area indicating the posture of the work 3 when at least one determination formula is not satisfied is referred to as an inoperable area 11. In addition, as shown in the above description of the movable range of the three-dimensional rotating table 1, the Z-axis of the three-dimensional rotating table 1 can be freely rotated 360 °. Therefore, in the motion planning method performed in the present embodiment, the right end and the left end of all created pgm images are considered to be continuous.

ワーク3の全ての溶接箇所6を次々と連続して溶接するためには、pgm画像に現れる動作可能領域10が上端から下端まで連続して存在していることが望ましい。例として示した図17のpgm画像においては、pgm画像の右端と左端がZ軸角度として連続していることから、動作可能領域10は連続しているといえる。しかし、図17に示すpgm画像から分るように、動作可能領域10は幅を持っている。したがって、この幅の中からZ軸角度をひとつに決定しなければならない。   In order to continuously weld all the welding locations 6 of the workpiece 3, it is desirable that the operable region 10 appearing in the pgm image exists continuously from the upper end to the lower end. In the pgm image of FIG. 17 shown as an example, the right end and the left end of the pgm image are continuous as the Z-axis angle, and therefore it can be said that the operable region 10 is continuous. However, as can be seen from the pgm image shown in FIG. 17, the operable area 10 has a width. Therefore, one Z-axis angle must be determined from this width.

よって、本実施形態では、各溶接箇所の動作可能領域10を構成する三次元回転台1のZ軸の角度の最大値と最小値を調べ、それらの中点をとることでZ軸の角度をひとつに決定した。図18は、この方法で決定した三次元回転台1のZ軸の角度を表す線12を図17に加えたpgm画像である。この画像では、決定した三次元回転台1のZ軸の角度を示す線12が、動作可能領域10を表す薄い灰色の箇所の幅の中央を通っていることが確認できる。   Therefore, in this embodiment, the maximum value and the minimum value of the Z-axis angle of the three-dimensional turntable 1 that constitutes the operable region 10 of each welding location are examined, and the Z-axis angle is determined by taking the midpoint thereof. I decided on one. FIG. 18 is a pgm image obtained by adding a line 12 representing the Z-axis angle of the three-dimensional rotary table 1 determined by this method to FIG. In this image, it can be confirmed that the line 12 indicating the determined Z-axis angle of the three-dimensional rotating table 1 passes through the center of the width of the light gray portion representing the operable region 10.

〔動作可能領域が不連続となる状況〕
異径T字型のワーク3の場合のpgm画像(図17参照)では、動作可能領域10が上端から下端まで連続している。これは、異径T字型の場合の溶接線7が枝管3bの円周に沿って円形になっているためである。しかし、同径管の場合は、図19に示すように、溶接線7が側面で90°に屈折する。このような場合、溶接線7が屈折する溶接箇所6に溶接トーチ4を当てた際は、それまで溶接を行なっていた溶接線7に対して90°方向の異なる位置に次の溶接箇所6の位置とすることになる。したがって、現在の溶接箇所6と次の溶接箇所6aの座標が(イ)式を満たすように動作計画を行った場合、次の溶接箇所6aの位置がXZ平面上に位置するようにするためには、溶接線7が屈折する箇所で三次元回転台1のZ軸の角度を90°回転させなければならない。
[Situation where the operable area becomes discontinuous]
In the pgm image (see FIG. 17) in the case of the workpiece 3 having a different diameter T shape, the operable region 10 is continuous from the upper end to the lower end. This is because the weld line 7 in the case of the different diameter T-shape is circular along the circumference of the branch pipe 3b. However, in the case of the same diameter pipe, as shown in FIG. 19, the weld line 7 is refracted by 90 ° on the side surface. In such a case, when the welding torch 4 is applied to the welding point 6 where the welding line 7 is refracted, the next welding point 6 is located at a different position in the 90 ° direction with respect to the welding line 7 that has been welded until then. Will be the position. Therefore, when the operation plan is performed so that the coordinates of the current welding location 6 and the next welding location 6a satisfy the formula (A), the position of the next welding location 6a is positioned on the XZ plane. In this case, the angle of the Z axis of the three-dimensional rotary table 1 must be rotated by 90 ° at the location where the weld line 7 is refracted.

また、三次元回転台1のZ軸の角度が大きく変更されるため、X軸とY軸の回転角度も大きく変更される。したがって、溶接線7の屈折がある同径のワーク3では、全ての溶接箇所6に動作可能領域10は存在するが、動作可能領域10は途中で分断された状態となる。また、動作可能領域10内で三次元回転台1のZ軸を決定したとしても、決定したZ軸角度を表わすわ線は途中で不連続になってしまう(図20参照)。   Moreover, since the angle of the Z axis of the three-dimensional rotating table 1 is greatly changed, the rotation angles of the X axis and the Y axis are also greatly changed. Therefore, in the work 3 having the same diameter where the welding line 7 is refracted, the operable region 10 exists in all the welding locations 6, but the operable region 10 is in a state of being divided in the middle. Further, even if the Z axis of the three-dimensional rotary table 1 is determined within the operable region 10, the line representing the determined Z axis angle becomes discontinuous on the way (see FIG. 20).

また、(ウ)、(エ)式を満たす状態、つまり、三次元回転台1の可動範囲内でワーク3の姿勢変更を行ったとしても、(ア)、(イ)式を満たさない場合が考えられる。そのような場合には、溶接箇所6に動作可能領域10が存在しない範囲を持つ(図21参照)。したがって、動作可能領域10を持たない溶接箇所6が存在する場合にも動作可能領域10は不連続となり、決定したZ軸角度を表す線も不連続となる。   In addition, even if the posture of the workpiece 3 is changed within the movable range of the three-dimensional turntable 1 in a state where the expressions (C) and (D) are satisfied, the expressions (A) and (B) may not be satisfied. Conceivable. In such a case, there is a range in which the operable region 10 does not exist at the welding location 6 (see FIG. 21). Therefore, even when there is a welded portion 6 that does not have the operable region 10, the operable region 10 is discontinuous, and the line representing the determined Z-axis angle is also discontinuous.

以上のことから、ワーク3の溶接動作計画を行なうためには、動作可能領域10が上端から下端まで連続して存在し、かつ、決定したZ軸角度を表す線の連続で存在できるようなpgm画像を作成しなければならない。そのため、本実施形態では、(ア)式の許容幅Lを変更したpgm画像を作成した。   From the above, in order to perform the welding operation plan of the workpiece 3, the pgm is such that the operable region 10 exists continuously from the upper end to the lower end and can exist continuously as a line representing the determined Z-axis angle. You must create an image. Therefore, in the present embodiment, a pgm image in which the allowable width L in the expression (a) is changed is created.

図22は、直径140(mm)の同径T字型のワーク3において、(ア)式の許容幅Lを0.05(mm)、1.5(mm)とした場合のそれぞれのpgm画像である。図22(a)では動作可能領域10は不連続であり、決定したZ軸角度を表す線12が連続になるように引くことはできないが、図22(b)では、許容幅Lを広げることによって(ア)式を満たすワーク3の姿勢が増加したため、動作可能領域10は連続で存在し、決定したZ軸角度の線12も引くことができる。   FIG. 22 shows pgm images of the T-shaped workpiece 3 having the same diameter 140 (mm) when the allowable width L of the formula (a) is 0.05 (mm) and 1.5 (mm). It is. In FIG. 22A, the operable region 10 is discontinuous and cannot be drawn so that the line 12 representing the determined Z-axis angle is continuous, but in FIG. 22B, the allowable width L is increased. Since the posture of the workpiece 3 satisfying the expression (a) is increased by the above, the operable region 10 exists continuously, and the determined Z-axis angle line 12 can be drawn.

しかし、(ア)式の許容幅Lを広げるということは、ワーク3の溶接動作計画において、アーク4aの溶解作用によるワーク3の表面への影響を増大させるということである。よって、本実施形態では、アーク4aの溶解作用によるワーク3の表面への影響を極力小さくするために、(ア)式の許容幅Lが異なる2つのpgm画像を重ね合わせた画像(図23参照)を作成した。   However, widening the allowable width L in the equation (a) means that in the welding operation plan of the workpiece 3, the influence on the surface of the workpiece 3 due to the melting action of the arc 4a is increased. Therefore, in this embodiment, in order to minimize the influence on the surface of the work 3 due to the melting action of the arc 4a, an image obtained by superimposing two pgm images having different allowable widths L in the formula (a) (see FIG. 23). )created.

このpgm画像は、3つの異なる領域を持つため、三色にわけられている。一つめは、図22の(a)と(b)の両方の画像で動作可能領域10となる領域を表している薄い灰色の領域である。二つめは、許容幅Lの値を大きくした図22(b)の画像でのみ動作可能領域10となる濃い灰色の領域である。三つめは、図22の(a)と(b)の両方の画像で動作不可能領域11となる白色の領域である。本実施形態では、以後、2つのpgm画像を重ね合わせた画像においても薄い灰色で表される領域を動作可能領域10、白色で表される領域を動作不可能領域11と呼称する。また、濃い灰色で表される領域を、条件付き動作可能領域10aと呼称する。   Since this pgm image has three different areas, it is divided into three colors. The first is a light gray area representing an area that becomes the operable area 10 in both the images of FIGS. The second is a dark gray area that becomes the operable area 10 only in the image of FIG. 22B in which the value of the allowable width L is increased. The third is a white region that becomes the inoperable region 11 in both the images of FIGS. 22 (a) and 22 (b). In the present embodiment, a region expressed in light gray is also referred to as an operable region 10 and a region expressed in white is referred to as an inoperable region 11 in an image obtained by superimposing two pgm images. A region expressed in dark gray is referred to as a conditionally operable region 10a.

本実施形態では、まず、動作可能領域10内で三次元回転台1のZ軸の角度を決定し、動作可能領域10が不連続となる箇所でのみ、条件付き動作可能領域10a内で三次元回転台1のZ軸の角度を決定する。この方法によって、アーク4aの溶解作用によるワーク3の表面への影響を極力抑えることができる。   In the present embodiment, first, the angle of the Z axis of the three-dimensional turntable 1 is determined within the operable region 10, and the three-dimensional state within the conditional operable region 10 a is determined only where the operable region 10 is discontinuous. The angle of the Z axis of the turntable 1 is determined. By this method, the influence on the surface of the workpiece 3 due to the melting action of the arc 4a can be suppressed as much as possible.

〔動作可能領域が不連続となる場合の三次元回転台の角度の決定方法〕
次に、(ア)式の許容幅Lが小さい値の場合にワーク3の溶接線7が屈折していることや、三次元回転台1の動作範囲によって動作可能領域10が存在しないことで動作可能領域10が不連続となる場合の、三次元回転台1のZ軸の角度の計画方法について説明を行なう。
[Method of determining the angle of the 3D turntable when the operable area becomes discontinuous]
Next, when the allowable width L of the formula (a) is a small value, the welding line 7 of the workpiece 3 is refracted, and the operable region 10 does not exist depending on the operating range of the three-dimensional rotary table 1. A method for planning the angle of the Z axis of the three-dimensional rotary table 1 when the possible region 10 is discontinuous will be described.

pgm画像の動作可能領域10が不連続となる場合、本実施形態では、三次元回転台1のZ軸の角度を条件付き動作可能領域10aから決定する。その決定方法として、条件付き動作可能領域10aを通って動作可能領域10を結ぶ直線を引き、その直線に沿ってZ軸角度を決定した。   When the operable region 10 of the pgm image is discontinuous, in the present embodiment, the angle of the Z axis of the three-dimensional rotary table 1 is determined from the conditional operable region 10a. As the determination method, a straight line connecting the operable region 10 through the conditional operable region 10a was drawn, and the Z-axis angle was determined along the straight line.

直線を引くためには、まず、作成したpgm画像を図24に示すような二次元の座標系として考える。この二次元座標系では、X軸が三次元回転台1のZ軸の角度、Y軸がワーク3の溶接箇所の位置を表している。三次元回転台1のZ軸の角度を決定するための直線13は、この二次元座標系において、一次関数の直線として表わすことができる。   In order to draw a straight line, first, the created pgm image is considered as a two-dimensional coordinate system as shown in FIG. In this two-dimensional coordinate system, the X axis represents the angle of the Z axis of the three-dimensional rotating table 1, and the Y axis represents the position of the welded portion of the workpiece 3. The straight line 13 for determining the angle of the Z axis of the three-dimensional rotating table 1 can be represented as a straight line of a linear function in this two-dimensional coordinate system.

本実施形態では、この直線13を引くために、直線13の傾きの値と、直線13の通過点を二次元座標系上で決定した。直線13の傾きの値は、直線13に沿ってZ軸の角度を決定した場合に、溶接箇所6が一点移動した際のZ軸の角度の変化量を決定する。   In the present embodiment, in order to draw the straight line 13, the slope value of the straight line 13 and the passing point of the straight line 13 are determined on the two-dimensional coordinate system. The value of the inclination of the straight line 13 determines the amount of change in the Z-axis angle when the welding location 6 moves by one point when the Z-axis angle is determined along the straight line 13.

本実施形態では、溶接箇所6を移る際の移動時間を1.0(s)、三次元回転台1の動作する速度を2.0(°/s)と設定し、この条件から求めた角度の変化量の最大値は2.0°とした。したがって、本実施形態では、角度の変化量が2.0°となるように直線13の傾きを0.5と設定した。また、直線13の通過点を決めることによって、二次元座標系上における直線13の位置を決定する。以後は、引く直線13が必ず通る点を、直線13を引くための基準点13cと呼称し、その二次元座標系上での座標を(X,Y)とする。 In the present embodiment, the moving time when moving the welding spot 6 is set to 1.0 (s), the operating speed of the three-dimensional rotating table 1 is set to 2.0 (° / s), and the angle obtained from these conditions The maximum value of the amount of change was 2.0 °. Therefore, in this embodiment, the inclination of the straight line 13 is set to 0.5 so that the amount of change in angle is 2.0 °. Further, by determining the passing point of the straight line 13, the position of the straight line 13 on the two-dimensional coordinate system is determined. Hereinafter, a point through which the drawn straight line 13 always passes is referred to as a reference point 13c for drawing the straight line 13, and the coordinates on the two-dimensional coordinate system are (X P , Y P ).

三次元回転台1のZ軸は、360°自由に回転できるようになっている。したがって、図23に示したようなpgm画像の場合、三次元回転台1のZ軸の角度を決定するための直線は、Z軸の角度が0°となる箇所を経由して2つの動作可能領域10を結ぶ(図25参照)。   The Z-axis of the three-dimensional turntable 1 can be freely rotated 360 °. Therefore, in the case of a pgm image as shown in FIG. 23, the straight line for determining the angle of the Z axis of the three-dimensional rotating table 1 can be operated in two ways via the portion where the angle of the Z axis is 0 °. The regions 10 are connected (see FIG. 25).

また、図26に示すように、動作不可能領域11によって動作可能領域10が分断されている場合は、動作不可能領域11を避けるように2つの動作可能領域10を結ぶ必要がある。図27は、三次元回転台1のZ軸の角度の決定を行なうための直線13を引く手順を表わすフローチャートである。   In addition, as shown in FIG. 26, when the operable region 10 is divided by the inoperable region 11, it is necessary to connect the two operable regions 10 so as to avoid the inoperable region 11. FIG. 27 is a flowchart showing a procedure for drawing a straight line 13 for determining the angle of the Z axis of the three-dimensional rotary table 1.

ここからは、図27に示した手順にしたがって、直線13を引くための方法について説明を行なう。最初に、直線13の基準点13cの位置の決定方法について説明を行なう。   From here, the method for drawing the straight line 13 will be described in accordance with the procedure shown in FIG. First, a method for determining the position of the reference point 13c of the straight line 13 will be described.

Z軸の角度が0°の箇所を経由して動作可能領域10を直線13で結ぶ場合(図25参照)は、直線13の基準点13cのX座標Xを0とする。しかし、図28に示すように、Z軸角度が0°となる位置を示す直線13上には濃条件付き動作可能領域10aの幅がある。したがって、基準点を(0,Y)とした時のY座標の値Yは、複数存在することになる。したがって、直線13を引くための基準点13cを一点に決定するためには、Yを決定しなければならない。 When connecting the operable region 10 angle of Z-axis via the position of 0 ° in a straight line 13 (see FIG. 25), the X-coordinate X P of the reference point 13c of the straight line 13 and 0. However, as shown in FIG. 28, there is a width of the dark conditionable operable region 10a on the straight line 13 indicating the position where the Z-axis angle is 0 °. Therefore, there are a plurality of Y-coordinate values Y P when the reference point is (0, Y P ). Therefore, in order to determine the reference point 13c to draw a straight line 13 at one point has to determine the Y P.

本実施形態では、Yを更に2本の直線13a,13bを引くことによって決定した(図29参照)。ここで用いた2本の直線13a,13bは、図29に示すように、動作不可能領域11と条件付き動作可能領域10aの境界となる位置にある点13d,13eを通過点として引く。これらの2本の直線13a,13bにおいてX座標を0°としてY座標を求めると、それら2つのY座標の幅は、Z軸角度を決定するための直線13を、動作不可能領域11内を通らない状態で引くことができるY座標の幅を表わす。したがって、これらの2本の直線13a,13b上でX=0となるY座標の値の中点を、Yの値とした(図30参照)。 In the present embodiment, it was determined by subtracting two more straight lines 13a to Y P, the 13b (see FIG. 29). As shown in FIG. 29, the two straight lines 13a and 13b used here draw points 13d and 13e located at the boundary between the inoperable region 11 and the conditional operable region 10a as passing points. In these two straight lines 13a and 13b, when the X coordinate is set to 0 ° and the Y coordinate is obtained, the width of the two Y coordinates is the straight line 13 for determining the Z-axis angle within the inoperable region 11. This represents the width of the Y coordinate that can be drawn without passing. Thus, these two lines 13a, the midpoint of the value of Y coordinate for X P = 0 on 13b, and the value of Y P (see FIG. 30).

また、図26のような動作可能領域10が存在しない範囲を持つ場合も、直線13に沿ってZ軸の角度を決定する。直線は、基準点13c(X,Y)を二次元座標系上で決定することで引く。まず、基準点13cのX座標の値Xを決定する。動作可能領域10の中点をとることでZ軸の角度を決定した場合、不連続となる箇所が2箇所あることになる(図31参照)。本実施形態では、その2箇所のX座標の幅の中点をXの値とする。 In addition, when the operable region 10 does not exist as shown in FIG. 26, the angle of the Z axis is determined along the straight line 13. The straight line is drawn by determining the reference point 13c (X P , Y P ) on the two-dimensional coordinate system. First, to determine the value X P of the X-coordinate of the reference point 13c. When the Z-axis angle is determined by taking the midpoint of the operable region 10, there are two discontinuous locations (see FIG. 31). In this embodiment, the midpoint of the width of the X coordinates of the two points and the value of X P.

次に、基準点13cのY座標Yを決定する。図32に示すように、決定した基準点のX座標Xにおいて、条件付き動作可能領域10aとなるY座標の値には幅がある。よって、本実施形態では、Y座標の幅の最大値と最小値を取り、それらの中点をとることで基準点のY座標Yの値を決定した。 Next, to determine the Y coordinate Y P of the reference point 13c. As shown in FIG. 32, the X-coordinate X P of the determined reference point, the value of Y coordinate for the conditional operation area 10a is wide. Therefore, in the present embodiment, a maximum value and the minimum value of the width of the Y-coordinate, to determine the value of the reference point Y coordinate Y P by taking their midpoints.

本実施形態では、動作可能領域10の中点を取る方法と、直線13に沿う方法の2つの方法によってZ軸の角度を決定する。動作計画ではこれらの2つの方法を切替えながら三次元回転台1のZ軸の角度を決定することによって、ワーク3表面へのアーク4aによる影響を抑えることができる。   In the present embodiment, the angle of the Z axis is determined by two methods of taking the midpoint of the operable region 10 and a method along the straight line 13. In the operation plan, the influence of the arc 4a on the surface of the workpiece 3 can be suppressed by determining the angle of the Z axis of the three-dimensional rotary table 1 while switching between these two methods.

本実施形態では、Z軸の角度を決定するための直線13と動作可能領域10の交点を二次元座標系上で求め、その交点の位置でZ軸の角度を求める2つの方法を切替えた。また、直線13は、動作可能領域10と動作可能領域10を結ぶため、Z軸の角度を決定するための直線13と動作可能領域10の交点は2箇所求める。   In the present embodiment, the intersection of the straight line 13 and the operable region 10 for determining the Z-axis angle is obtained on a two-dimensional coordinate system, and two methods for obtaining the Z-axis angle at the position of the intersection are switched. Further, since the straight line 13 connects the operable region 10 and the operable region 10, two intersections between the straight line 13 and the operable region 10 for determining the angle of the Z axis are obtained.

まず、1箇所目の交点を求める。直線13の基準点13cのY座標Yから直線に沿ってYを1ずつ加算して行く。それぞれのYの値の位置では、そのときのX座標の値Xと、現在のYに1を加算したY座標の位置における動作可能領域10の中点をとることによって求めたX座標を求め、それらの値の差の絶対値をとる(図33(a)参照)。この値が、直線13の傾きを決定する際に用いた三次元回転台1の角度の変化量2.0°以下ならば、三次元回転台1のZ軸の角度が連続となっていると判断し、交点のY座標を現在のY座標の値Yとする。決定したY座標の位置は直線13上であるので、直線13にしたがってX座標を決めることができ、その点(X,Y)を直線13に沿ったZ軸の角度決定が開始される交点であるとする。 First, the first intersection is obtained. Go adding Y P one by one along the straight line from the Y-coordinate Y P of reference points 13c of the straight line 13. The position of the value of each Y P, X coordinates determined by taking the value X P of the X-coordinate at that time, the midpoint of the operating region 10 at the position of the Y coordinate obtained by adding 1 to the current Y P And take the absolute value of the difference between these values (see FIG. 33A). If this value is equal to or less than 2.0 ° change in the angle of the three-dimensional turntable 1 used to determine the inclination of the straight line 13, the Z-axis angle of the three-dimensional turntable 1 is continuous. determining, for the intersection of the Y-coordinate value Y P of the current Y coordinate. Since the determined position of the Y coordinate is on the straight line 13, the X coordinate can be determined according to the straight line 13, and the determination of the angle of the Z axis along the straight line 13 is started for the point (X P , Y P ). Suppose that it is an intersection.

また、2箇所目の交点は、直線13の基準点13cの位置からYの値を1ずつ減少させ、それぞれのYの値の位置において直線13上のX座標Xと、現在のYから1を減算したY座標の位置における動作可能領域10の中点を取ったX座標を求め、それらの値の差の絶対値をとる(図33(b)参照)。この値が三次元回転台1の回転速度から決定した角度の変化量2.0°以下ならば、三次元回転台1のZ軸の角度が連続していると判断して、交点のY座標の値を現在のYの値とする。正の方向の交点を求めた時と同様に、決定したY座標での位置は直線13上となるので、2箇所目の交点のX座標は、直線13の式からXを求めることができる。 Moreover, two locations th intersection reduces from the position of the reference point 13c of the straight line 13 the value of Y P one by one, and the X-coordinate X P on the line 13 at the position of the value of each Y P, the current Y The X coordinate obtained by taking the midpoint of the operable region 10 at the position of the Y coordinate obtained by subtracting 1 from P is obtained, and the absolute value of the difference between these values is taken (see FIG. 33B). If this value is an angle change of 2.0 ° or less determined from the rotational speed of the three-dimensional rotating table 1, it is determined that the Z-axis angle of the three-dimensional rotating table 1 is continuous, and the Y coordinate of the intersection point the value and the value of the current Y P. Similar to the case of obtaining the positive direction of the intersection, the position of the determined Y coordinate is the upper straight 13, X-coordinate of the two points th intersection can determine the X P from the equation of the straight line 13 .

次に、直線13の位置変更について説明する。Z軸角度を決定するための直線13上に動作不可能領域11がある場合、直線13に沿ってZ軸角度を決定することができない。そのため、動作不可能領域11を回避するように直線13の基準点13cの位置を変更することにした。また、本実施形態では、直線13のどの範囲で動作不可能領域11を検出したかによって、直線13の基準点13cを移動させる方向を決定した。   Next, the position change of the straight line 13 will be described. If there is an inoperable region 11 on the straight line 13 for determining the Z-axis angle, the Z-axis angle cannot be determined along the straight line 13. Therefore, the position of the reference point 13c of the straight line 13 is changed so as to avoid the inoperable region 11. Further, in the present embodiment, the direction in which the reference point 13c of the straight line 13 is moved is determined according to which range of the straight line 13 the inoperable region 11 is detected.

ここでは、図25および図26に示した直線13において、直線13の基準点13cの位置を境界として基準点13cよりもX座標の値が大きい右側の部分と、X座標の値が小さい左側の部分にわけて考えた。   Here, in the straight line 13 shown in FIG. 25 and FIG. 26, the right side portion where the X coordinate value is larger than the reference point 13 c and the left side where the X coordinate value is small, with the position of the reference point 13 c of the straight line 13 as the boundary. I thought it was divided into parts.

本実施形態でZ軸の角度の決定のために引く直線13は、傾きが正の値であるため、二次元座標系で見ると右上りの直線13となる。したがって、基準点13cよりも右側の位置で動作不可能領域11を検知した場合には、基準点13cを二次元座標系のY軸の負の方向に移動させ、直線13の基準点13cよりも左側の位置で動作不可能領域11が検知された場合には、二次元座標系のY軸の正の方向に移動させる。これによって、直線が動作不可能領域11を回避できる可能性が高いと考えた。   In this embodiment, the straight line 13 drawn for determining the angle of the Z-axis has a positive slope, and thus becomes a straight line 13 on the upper right when viewed in the two-dimensional coordinate system. Therefore, when the inoperable region 11 is detected at a position on the right side of the reference point 13c, the reference point 13c is moved in the negative direction of the Y-axis of the two-dimensional coordinate system, and the reference point 13c of the straight line 13 is moved. When the inoperable region 11 is detected at the left position, the region is moved in the positive direction of the Y axis of the two-dimensional coordinate system. Thus, the possibility that the straight line can avoid the inoperable region 11 is considered high.

しかし、動作不可能領域11の位置によっては、基準点13cの位置を変更しても直線13が動作不可能領域11を回避できないことも考えられる。よって、そのような場合には直線13の傾きを小さくすることで直線を水平に近くし、次の溶接箇所6aに移る際のZ軸の角度の変化量を大きくすることによって、動作不可能領域11を回避できるようにした。   However, depending on the position of the inoperable area 11, the straight line 13 may not avoid the inoperable area 11 even if the position of the reference point 13 c is changed. Therefore, in such a case, by reducing the inclination of the straight line 13, the straight line is made almost horizontal, and the amount of change in the Z-axis angle when moving to the next welding location 6 a is increased, thereby making the operation impossible region. 11 can be avoided.

しかし、Z軸角度を決定するための直線13を移動した場合、動作不可能領域11を回避できたとしても、動作可能領域10と交わらなくなってしまうことが考えられる。図34中のAに示すように、動作可能領域10の形状が曲線状になっている場合には、直線13を引くための基準点13cの位置によっては、直線13と動作可能領域10とが交わらない。このような状態においても、Z軸角度を決定するため、本実施形態では、直線13と動作可能領域10の交点がない場合、図35に示すような二次元座標系において、Y軸に平行な直線14を用いてZ軸の角度の決定を行った。   However, when the straight line 13 for determining the Z-axis angle is moved, even if the inoperable area 11 can be avoided, it may not intersect with the operable area 10. As indicated by A in FIG. 34, when the shape of the operable region 10 is curved, depending on the position of the reference point 13c for drawing the straight line 13, the straight line 13 and the operable region 10 are Do not cross. Even in such a state, in order to determine the Z-axis angle, in this embodiment, when there is no intersection of the straight line 13 and the operable region 10, in the two-dimensional coordinate system as shown in FIG. The angle of the Z axis was determined using the straight line 14.

Z軸角度を決定するための直線13が動作可能領域10と交わらない場合に、この直線13と動作可能領域10を結ぶY軸に平行な直線14は、以下の手順で設定する。
(1)動作可能領域10の不連軸においてZ軸の角度を決定するための直線13と、動作可能領域10との交点が無い場合、動作可能領域10が不連続となる点からY軸に平行な直線14を引く。
(2)Z軸の角度を決定するための直線13と、Y軸に平行な直線14の交点を求める。
(3)動作可能領域10が不連続となる点から、上記(2)で求めた交点までの間で、動作不可能領域11が無いことを確認する。
When the straight line 13 for determining the Z-axis angle does not intersect the operable region 10, the straight line 14 parallel to the Y axis that connects the straight line 13 and the operable region 10 is set by the following procedure.
(1) When there is no intersection of the straight line 13 for determining the angle of the Z axis on the discontinuous axis of the operable region 10 and the operable region 10, the point from which the operable region 10 becomes discontinuous to the Y axis Draw a parallel straight line 14.
(2) Find the intersection of a straight line 13 for determining the angle of the Z axis and a straight line 14 parallel to the Y axis.
(3) It is confirmed that there is no inoperable region 11 between the point where the operable region 10 becomes discontinuous and the intersection obtained in (2) above.

Y軸に平行な直線14上に動作不可能領域11が検知された場合、この直線14の位置を不連続となる点の位置からX軸の正の方向へ移動する。図35の場合、Y軸に平行な直線14を画像の右方向に移動する。この方法を用いることによって、Z軸の角度を決定するための直線13と動作可能領域10が動作不可能領域11によって分断されているような状況であっても、Z軸の角度を決定することができる。   When the inoperable region 11 is detected on the straight line 14 parallel to the Y axis, the position of the straight line 14 is moved from the position of the discontinuous point in the positive direction of the X axis. In the case of FIG. 35, the straight line 14 parallel to the Y axis is moved to the right of the image. By using this method, the Z-axis angle can be determined even in a situation where the straight line 13 for determining the Z-axis angle and the operable region 10 are divided by the inoperable region 11. Can do.

図37は、条件付き動作可能領域10aを通過する直線13を用いて、Z軸角度を決定した様子を示したpgm画像である。この画像では、Z軸角度の決定に用いたpgm画像に、動作可能領域10の中点をとることで決定したZ軸角度を表わす線12と、条件付き動作可能領域10aを通過する直線によって決定したZ軸角度の線13を加えている。   FIG. 37 is a pgm image showing a state in which the Z-axis angle is determined using the straight line 13 passing through the conditional operable region 10a. In this image, the pgm image used to determine the Z-axis angle is determined by the line 12 representing the Z-axis angle determined by taking the midpoint of the operable region 10 and the straight line passing through the conditional operable region 10a. The Z-axis angle line 13 is added.

〔直交座標形マニピュレータ2の動作計画〕
本実施形態で行なう直交座標形マニピュレータ2の動作計画では、マニピュレータ2の手先リンク2dに鉛直下向きに取り付けられた溶接トーチ4の先端を姿勢変更後のワーク3の溶接箇所6に当てる動作の計画を行なう。また、マニピュレータ2の手先リンク2dの動作計画を行ない、溶接動作中に溶接トーチ4や手先リンク2dとワーク3および三次元回転台1とが接触しないような動作の計画を行なう。加えて、本実施形態では、ワーク3の溶接箇所6全てに溶接トーチ4を当てるために、ワーク3の溶接箇所6全てが溶接トーチ4の移動できる範囲内に位置するように、三次元回転台1と直交座標形マニピュレータ2の位置関係を決定した。
[Operation plan of Cartesian coordinate manipulator 2]
In the operation plan of the rectangular coordinate type manipulator 2 performed in the present embodiment, the operation plan in which the tip of the welding torch 4 attached vertically downward to the hand link 2d of the manipulator 2 is applied to the welded portion 6 of the workpiece 3 after the posture change is made. Do. In addition, an operation plan of the hand link 2d of the manipulator 2 is performed, and an operation plan is performed so that the welding torch 4 and the hand link 2d do not contact the workpiece 3 and the three-dimensional rotary table 1 during the welding operation. In addition, in this embodiment, in order to apply the welding torch 4 to all the welding locations 6 of the workpiece 3, the three-dimensional turntable is set so that all the welding locations 6 of the workpiece 3 are located within a range in which the welding torch 4 can move. The positional relationship between 1 and the Cartesian coordinate manipulator 2 was determined.

まず、直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dの動作計画について説明を行なう。   First, the operation plan of the hand link 2d of the rectangular coordinate manipulator 2 will be described.

本実施形態では、現在の溶接箇所6と次の溶接箇所6を結んだ線分に、溶接トーチ4を沿わせるように手先リンク2dの角度を変更することによって、マニピュレータ2の手先リンク2dや溶接トーチ4とワーク3の枝管3bとの接触の可能性を抑えることができると考えた。この方法における手先リンク2dの角度は、図38に示す角度φによって表される。この角度は絶対座標系のXY平面上で求めることができる。 In the present embodiment, by changing the angle of the hand link 2d so that the welding torch 4 follows the line segment connecting the current welding point 6 and the next welding point 6, the hand link 2d of the manipulator 2 or the welding It was considered that the possibility of contact between the torch 4 and the branch pipe 3b of the work 3 could be suppressed. Angle of the hand link 2d in this process is represented by the angle phi a of FIG. 38. This angle can be obtained on the XY plane of the absolute coordinate system.

上述した直交座標型マニピュレータ2の機構から、手先リンク2dの初期位置は、絶対座標系のY軸の正の方向に一致している。したがって、絶対座標系のY軸と2つの溶接箇所6を結んだ線分のなす角度を手先リンク2dの回転関節2eの角度として求めることができる。   From the above-described mechanism of the rectangular coordinate type manipulator 2, the initial position of the hand link 2d coincides with the positive direction of the Y axis of the absolute coordinate system. Therefore, the angle formed by the line segment connecting the Y axis of the absolute coordinate system and the two welding locations 6 can be obtained as the angle of the rotary joint 2e of the hand link 2d.

このように、手先リンク2dの回転関節2eの角度を変更することによって、溶接トーチ4は、ワーク3の枝管3bを回り込むように動作することができる(図39参照)。したがって、本実施形態では、この方法を用いて、ワーク3の枝管3bと直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dおよび溶接トーチ4とが接触することを回避する。   Thus, by changing the angle of the rotary joint 2e of the hand link 2d, the welding torch 4 can operate so as to go around the branch pipe 3b of the workpiece 3 (see FIG. 39). Therefore, in this embodiment, this method is used to avoid contact between the branch pipe 3b of the workpiece 3, the hand link 2d of the orthogonal coordinate manipulator 2, and the welding torch 4.

しかし、ワーク3は、三次元回転台1のチャック1dに固定されているため、図40に示すように、ワーク3の枝管3bが鉛直上向きに向くような姿勢になった場合に、チャック1dとワーク3の枝管3bの間が狭くなる。そのため、枝管3bを回り込むように手先リンク2dが動いた場合に、図40中でgapとして示した幅には、手先リンク2dが入れない可能性が考えられる。また、ワーク3を固定するためのチャック1dが大きいため、直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dがチャック1d上を通過することができない状況も存在すると考えられる(図41参照)。このような場合に、本実施形態では、チャック1dを回避するために、直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dの角度を決定する方法を変更した。   However, since the workpiece 3 is fixed to the chuck 1d of the three-dimensional rotating table 1, as shown in FIG. 40, when the branch pipe 3b of the workpiece 3 is oriented vertically upward, the chuck 1d. And the branch pipe 3b of the work 3 are narrowed. Therefore, when the hand link 2d moves so as to wrap around the branch pipe 3b, the hand link 2d may not be included in the width indicated by gap in FIG. In addition, since the chuck 1d for fixing the workpiece 3 is large, there may be a situation where the hand link 2d of the Cartesian coordinate manipulator 2 cannot pass over the chuck 1d (see FIG. 41). In such a case, in the present embodiment, in order to avoid the chuck 1d, the method for determining the angle of the hand link 2d of the rectangular coordinate manipulator 2 is changed.

手先リンク2dの回転関節2eの回転角度を決定するための2つ目の方法は、現在の溶接箇所6と次の溶接箇所6を結んだ線分と手先リンク2dが90°の角度をなすように手先リンク2dの回転関節2eの回転角度を決定する方法である。   The second method for determining the rotation angle of the rotary joint 2e of the hand link 2d is such that the line link connecting the current welding point 6 and the next welding point 6 and the hand link 2d form an angle of 90 °. The rotation angle of the rotary joint 2e of the hand link 2d is determined.

この方法で決定する手先リンク2dの回転関節2eの回転角度は、図42に示した角度φで表される。この角度を手先リンク2dの回転関節2eの回転角度とすることで、枝管3bとチャック1dとが近接した箇所に手先リンク2dが入り込むことなく、枝管3bの上から溶接箇所6に溶接トーチ4を当てることができる(図40参照)。本実施形態では、この方法によって、直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dと、三次元回転台1のチャック1dとの接触を回避する。 Rotation angle of the rotary joint 2e of the hand link 2d determined in this way is represented by the angle phi L shown in FIG. 42. By setting this angle as the rotation angle of the rotary joint 2e of the hand link 2d, the welding torch from the top of the branch pipe 3b to the welding point 6 without the hand link 2d entering the part where the branch pipe 3b and the chuck 1d are close to each other. 4 can be applied (see FIG. 40). In this embodiment, this method avoids contact between the hand link 2d of the Cartesian coordinate manipulator 2 and the chuck 1d of the three-dimensional rotating table 1.

ワーク3の溶接箇所6を溶接して行く順番は、まず、ワーク3の側面の溶接箇所6から溶接を開始し、チャック1dに近い方向の溶接箇所6から次々と溶接していく。そして、溶接を開始した側面の裏側の側面の溶接箇所6を経由して、溶接を開始した溶接箇所6に戻って来る。   In order of welding the welding locations 6 of the workpiece 3, first, welding is started from the welding locations 6 on the side surface of the workpiece 3, and the welding locations 6 in the direction close to the chuck 1d are successively welded. And it returns to the welding location 6 which started welding via the welding location 6 of the side surface on the back side of the side which started welding.

溶接動作の前半は、直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dがチャック1dに近接しているため、手先リンク2dとチャック1dの接触の可能性が高い。したがって、本実施形態では、チャック1dとの接触を回避するために、溶接動作の前半となる溶接開始点からその裏側の点までの間、溶接線7と90°の角度をなすように、手先リンク2dの角度を決定する。溶接動作の後半となる裏側の点から溶接の開始点までの間では、溶接線7に沿うように手先リンク2dの回転関節2eの角度を決定する。   In the first half of the welding operation, since the hand link 2d of the Cartesian coordinate manipulator 2 is close to the chuck 1d, the possibility of contact between the hand link 2d and the chuck 1d is high. Therefore, in this embodiment, in order to avoid contact with the chuck 1d, the hand tip is formed so as to form an angle of 90 ° with the welding line 7 from the welding start point which is the first half of the welding operation to the point on the back side thereof. The angle of the link 2d is determined. The angle of the rotary joint 2e of the hand link 2d is determined so as to follow the weld line 7 from the back side point in the latter half of the welding operation to the welding start point.

これら2つの方法では、溶接線7と手先リンク2dの回転関節2eのなす角度が90°異なる。これら2つの方法は、溶接を開始する溶接箇所6の裏側の溶接箇所6で切替えられる。2つの方法を切替える溶接箇所6に溶接トーチ4を合わせた場合、同径管では、溶接線7に溶接トーチ4が沿うように手先リンク2dが位置する(図43(a)参照)。そのため、溶接線と手先リンク2dが90°をなす状態から溶接線7に沿う状態に切替えた際にそのまま溶接線7に沿うことができる。   In these two methods, the angle formed by the welding joint 7 and the rotary joint 2e of the hand link 2d is different by 90 °. These two methods are switched at the welding point 6 on the back side of the welding point 6 where welding is started. When the welding torch 4 is combined with the welding point 6 for switching between the two methods, the hand link 2d is positioned so that the welding torch 4 is along the welding line 7 in the same diameter pipe (see FIG. 43A). Therefore, when switching from the state in which the weld line and the hand link 2 d form 90 ° to the state along the weld line 7, the weld line 7 can be continued as it is.

しかし、異径管の場合は、手先リンク2dが溶接線7に沿うような状態ではない(図43(b)参照)。したがって、手先リンク2dの角度を決める方法を切替えた際に、溶接線7に沿うために角度が大きく変化してしまう。これを防ぐために、異径管の溶接動作では、全ての溶接箇所6において、溶接線7と手先リンク2dが90°の角度をなす状態で溶接動作を行なう。   However, in the case of a different diameter pipe, the hand link 2d is not in a state along the weld line 7 (see FIG. 43B). Therefore, when the method of determining the angle of the hand link 2d is switched, the angle changes greatly in order to follow the weld line 7. In order to prevent this, in the welding operation of different diameter pipes, the welding operation is performed in a state in which the weld line 7 and the hand link 2d form an angle of 90 ° at all the welding locations 6.

次に、直交座標形マニピュレータ2と三次元回転台1の位置関係について説明を行なう。   Next, the positional relationship between the rectangular coordinate manipulator 2 and the three-dimensional rotary table 1 will be described.

全てのワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4を当てるためには、ワーク3の溶接箇所6全てが直交座標形マニピュレータ2によって溶接トーチ4の先端が移動できる範囲内になければならない。上述した三次元回転台1の機構から、三軸によるワーク3の姿勢変更を行った場合に、Z軸の回転軸を中心としてワーク3の溶接箇所6の位置が変更される。したがって、本実施形態では、まず、直交座標形マニピュレータ2の動作によって溶接トーチ4の先端が移動できる範囲を求め、その範囲の中央に三次元回転台1を設置した。   In order to apply the welding torch 4 to the welding locations 6 of all the workpieces 3, all the welding locations 6 of the workpieces 3 must be within a range in which the tip of the welding torch 4 can be moved by the orthogonal coordinate manipulator 2. When the posture of the workpiece 3 is changed by three axes from the above-described mechanism of the three-dimensional rotary table 1, the position of the welded portion 6 of the workpiece 3 is changed around the rotation axis of the Z axis. Therefore, in the present embodiment, first, a range in which the tip of the welding torch 4 can be moved by the operation of the rectangular coordinate manipulator 2 is obtained, and the three-dimensional turntable 1 is installed at the center of the range.

溶接トーチ4の移動できる範囲は、3つの直動スライダ2a,2b,2cの平行移動距離0(mm)、手先リンク2dの回転角度を0°とした場合の溶接トーチ4の位置を原点としている。直交座標形マニピュレータ2の可動範囲から求めた溶接トーチ4の移動できる範囲を図44に示す。図44(a)は、絶対座標系のX軸の正の方向から見た画像であり、溶接トーチ4がY軸方向とZ軸方向に移動できる範囲を表している。Y軸の正の方向とZ軸の正の方向へは400(mm)移動することができる。また、図44(b)は、直交座標形マニピュレータ2を絶対座標系のZ軸の正の方向から見た画像であり、溶接トーチ4がX軸方向に移動できる範囲を表している。X軸方向の移動範囲は、直動スライダ2aの可動範囲は400(mm)となるが、手先リンク2dが回転関節によって正の方向、負の方向共に90°まで回転することができるため、手先リンク2dの長さを含めて600(mm)の幅を持つ。   The range in which the welding torch 4 can move is based on the position of the welding torch 4 when the translation distance 0 (mm) of the three linear sliders 2a, 2b and 2c and the rotation angle of the hand link 2d is 0 °. . FIG. 44 shows a range in which the welding torch 4 can be obtained from the movable range of the rectangular coordinate manipulator 2. FIG. 44A is an image viewed from the positive direction of the X axis in the absolute coordinate system, and represents a range in which the welding torch 4 can move in the Y axis direction and the Z axis direction. It is possible to move 400 mm in the positive direction of the Y axis and the positive direction of the Z axis. FIG. 44B is an image of the orthogonal coordinate manipulator 2 viewed from the positive direction of the Z axis of the absolute coordinate system, and represents a range in which the welding torch 4 can move in the X axis direction. The range of movement in the X-axis direction is 400 (mm) when the linear slider 2a is movable, but the hand link 2d can be rotated up to 90 ° in both the positive and negative directions by the rotating joint. It has a width of 600 (mm) including the length of the link 2d.

以上に示した溶接トーチ4が移動できる範囲の中央に、三次元回転台1の作業座標系の原点となる架台の中央が位置するように三次元回転台1を設置した。   The three-dimensional turntable 1 was installed so that the center of the pedestal serving as the origin of the work coordinate system of the three-dimensional turntable 1 is located in the center of the range in which the welding torch 4 shown above can move.

〔動作計画実験〕
本実施形態では、作成した動作計画プログラムを用いて、T字型やY字型のワーク3に対する動作計画実験を行なった。加えて、溶接動作確認用シミュレータを用いて計画した動作の状況を表示し、直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dや溶接トーチ4と、三次元回転台1およびワーク3の動作中の接触の有無について目視で確認を行なった。
(Operation planning experiment)
In the present embodiment, an operation plan experiment for a T-shaped or Y-shaped workpiece 3 was performed using the created motion planning program. In addition, the status of the operation planned using the welding operation confirmation simulator is displayed, and whether or not the hand link 2d and the welding torch 4 of the Cartesian coordinate manipulator 2 are in contact with the three-dimensional rotary table 1 and the workpiece 3 during the operation. Was confirmed visually.

〔溶接動作計画を行なうワークの形状〕
今回行なった動作計画実験で設定したワーク3であるアルミ管の形状には、主管3aと枝管3bのなす角度の違いと、主管3aと枝管3bの直径の違いを考えて以下の6種類を設定した。
(1)同径T字型(角度91.1° 管直径140(mm))
(2)異径T字型(角度91.1° 主管直径89(mm) 枝管直径63(mm))
(3)同径Y字型(角度75° 管直径89(mm))
(4)同径Y字型(角度45° 管直径114(mm))
(5)異径Y字型(角度75° 主管直径114(mm) 枝管直径89(mm))
(6)異径Y字型(角度45° 主管直径89(mm) 枝管直径63(mm))
[Work shape for welding operation planning]
The shape of the aluminum pipe, which is the work 3 set in the operation planning experiment conducted this time, includes the following six types in consideration of the difference in angle between the main pipe 3a and the branch pipe 3b and the difference in diameter between the main pipe 3a and the branch pipe 3b. It was set.
(1) T-shaped with the same diameter (angle 91.1 ° tube diameter 140 (mm))
(2) T-shaped with different diameter (angle 91.1 ° main pipe diameter 89 (mm) branch pipe diameter 63 (mm))
(3) Same diameter Y-shaped (angle 75 ° tube diameter 89 (mm))
(4) Same-diameter Y-shape (angle 45 °, tube diameter 114 (mm))
(5) Different diameter Y shape (angle 75 ° main pipe diameter 114 (mm) branch pipe diameter 89 (mm))
(6) Different diameter Y-shaped (angle 45 ° main pipe diameter 89 (mm) branch pipe diameter 63 (mm))

これら6種類のワーク3について、自動溶接作業装置による自動溶接の動作の計画と、動作確認用シミュレータによる計画された動作の表示を行なった。   For these six types of workpieces 3, an automatic welding operation plan by an automatic welding work device and a planned operation display by an operation confirmation simulator were performed.

本実施形態で提案する動作計画法では、動作計画のパラメータとして、ワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4を傾けて当てる際の角度を決定する必要がある。今回行なった溶接動作計画実験では、この角度を10°、20°、30°とした場合の動作計画を行なった。   In the motion planning method proposed in the present embodiment, it is necessary to determine an angle at which the welding torch 4 is tilted and applied to the welded portion 6 of the workpiece 3 as a motion planning parameter. In the welding operation planning experiment conducted this time, the operation planning was performed when this angle was 10 °, 20 °, and 30 °.

また、ワーク3が同径管である場合に、2つのpgm画像を重ねる場合は、各ワーク3の形状において、上端から下端まで動作可能領域10が連続するようになる最低限の許容幅を調査し、調査した許容幅で作成したpgm画像と許容幅0.05(mm)で作成したpgm画像の2つを重ねて用いた。   In addition, when the workpiece 3 is a pipe having the same diameter, when the two pgm images are overlapped, the minimum allowable width in which the operable region 10 is continuous from the upper end to the lower end in the shape of each workpiece 3 is investigated. The pgm image created with the investigated allowable width and the pgm image created with the allowable width of 0.05 (mm) were used in an overlapping manner.

各形状のワーク3の動作計画実験では、動作確認用シミュレータを用いて計画された溶接動作の表示を行なった。また、計画された溶接動作の表示中に動作確認用シミュレータの動作の再生を途中で停止させて視点を変更することによって、溶接トーチ4や直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dの位置、ワーク3の姿勢および三次元回転台1のフレームの位置を確認することで、それらの機材が接触していないことの確認を行なった。   In the operation planning experiment of the workpiece 3 of each shape, the planned welding operation was displayed using an operation confirmation simulator. Further, by stopping the reproduction of the operation confirmation simulator operation during the display of the planned welding operation and changing the viewpoint, the position of the hand link 2d of the welding torch 4 and the Cartesian coordinate manipulator 2 and the workpiece 3 are changed. By confirming the posture and the position of the frame of the three-dimensional turntable 1, it was confirmed that these devices were not in contact.

〔動作確認用シミュレータによる動作の再現方法と機能〕
図45は、本実施形態で作成した動作確認用シミュレータの画面である。動作確認用シミュレータでは、OpenGLを用いた3D−CGで直交座標形マニピュレータ2、三次元回転台1、ワーク3の描画を行ない、表示・再生している動作を途中で停止する機能と、視点の位置を変更する機能を持たせた。動作確認用シミュレータの画面は、三次元回転台1に取り付けられたワーク3を中心としている。また、ズーム機能も備え、ズームさせることで、画面の中心部分を拡大することができる。これらの機能は、ワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4が傾けて当てられていることや、溶接トーチ4および手先リンク2dとワーク3あるいは手先リンク2dと三次元回転台1との接触の有無を確認するためのものである。したがって、本実施形態で行なう動作計画では、これらの機能を用いて、各溶接箇所6におけるワーク3の姿勢と直交座標形マニピュレータ2の動作の確認および各機材の接触の有無を目視によって確認する。
[Operation reproduction method and function by operation confirmation simulator]
FIG. 45 is a screen of the operation confirmation simulator created in the present embodiment. The operation check simulator draws the Cartesian coordinate manipulator 2, 3D turntable 1, and workpiece 3 with 3D-CG using OpenGL, and stops the display / playback operation halfway. A function to change the position was added. The screen of the operation confirmation simulator is centered on the workpiece 3 attached to the three-dimensional rotary table 1. In addition, a zoom function is also provided, and the center portion of the screen can be enlarged by zooming. These functions include the fact that the welding torch 4 is inclined and applied to the welded portion 6 of the work 3, and whether the welding torch 4 and the hand link 2d and the work 3 or the hand link 2d and the three-dimensional turntable 1 are in contact with each other. It is for confirming. Therefore, in the operation plan performed in the present embodiment, using these functions, the posture of the workpiece 3 and the operation of the Cartesian coordinate manipulator 2 at each welding point 6 and the presence / absence of contact of each equipment are visually confirmed.

動作確認用シミュレータを用いて計画された動作の表示を行なうためには、各溶接箇所6の三次元回転台1の三軸の回転角度、直交座標形マニピュレータ2を構成する直動スライダ2a,2b,2cの平行移動距離、直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dの回転角度の値を使用する。したがって、本実施形態では、動作計画プログラムによる動作計画の結果として、動作確認用シミュレータによる動作の表示に必要な値をひとつのファイルに出力している。動作確認用シミュレータでは、出力されたファイルを読み込むことで計画された動作を表示する。   In order to display the planned operation using the operation confirmation simulator, the three-axis rotation angle of the three-dimensional rotary table 1 at each welding point 6 and the linear motion sliders 2a and 2b constituting the orthogonal coordinate type manipulator 2 are used. , 2c and the rotation angle value of the hand link 2d of the Cartesian coordinate manipulator 2 are used. Therefore, in this embodiment, as a result of the operation plan by the operation plan program, values necessary for displaying the operation by the operation confirmation simulator are output to one file. The operation confirmation simulator displays the planned operation by reading the output file.

〔実験結果と考察〕
動作計画実験の結果と計画された動作の様子を示す。また、動作計画実験では、動作計画プログラムの実行時間についても検証を行った。
[Experimental results and discussion]
The result of the motion planning experiment and the state of the planned motion are shown. In the motion planning experiment, the execution time of the motion planning program was also verified.

まず、実験概要で示した形状の異なる6種類のワーク3についてpgm画像の作成を行った結果を図46〜図48に示す。なお、掲載するpgm画像には、計画された三次元回転台1のZ軸の角度を表す線12を加えて示した。また、ワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4を当てる際の溶接トーチ4を傾ける角度は20°である。   First, FIG. 46 to FIG. 48 show the results of creating pgm images for six types of workpieces 3 having different shapes shown in the experimental outline. In addition, the line 12 showing the angle of the Z axis | shaft of the planned three-dimensional turntable 1 was shown and added to the pgm image to publish. The angle at which the welding torch 4 is tilted when the welding torch 4 is applied to the welded portion 6 of the workpiece 3 is 20 °.

図46は、同径と異径のT字型の動作計画結果を表したpgm画像である。T字型の場合には、同径管の場合のみ(5)式の許容幅Lを変更して作成したpgm画像を2つ重ねて使用した。pgm画像を作成する際の許容幅は、0.05(mm)と1.5(mm)であり、動作可能領域10と、条件付き動作可能領域10aからZ軸角度を決定した。また、異径管の場合の許容幅は0.05(mm)である。   FIG. 46 is a pgm image showing a T-shaped motion plan result of the same diameter and different diameters. In the case of the T-shape, only two pgm images created by changing the allowable width L in the equation (5) were used in the case of the same diameter tube. Allowable widths when creating a pgm image were 0.05 (mm) and 1.5 (mm), and the Z-axis angle was determined from the operable region 10 and the conditional operable region 10a. In addition, the allowable width in the case of a different diameter pipe is 0.05 (mm).

図46(a)の同径T字型の場合では、上述した同径管の側面の溶接線7の屈折による動作可能領域10の不連続を、条件付き動作可能領域10aを通過する直線13に沿ってZ軸角度の決定を行なうことによって、全ての溶接箇所6のZ軸角度の決定が行なえていることが確認できる。また、図46(b)の異径T字型の場合には、動作可能領域10内からZ軸角度の決定が行なえていることが確認できる。   In the case of the same-diameter T-shaped in FIG. 46A, the discontinuity of the operable region 10 due to the refraction of the welding line 7 on the side surface of the same-diameter pipe described above is changed to the straight line 13 passing through the conditional operable region 10a. It can be confirmed that the determination of the Z-axis angles of all the welded portions 6 can be performed by determining the Z-axis angles along the lines. Further, in the case of the different diameter T-shaped in FIG. 46B, it can be confirmed that the Z-axis angle can be determined from within the operable region 10.

図47は、中心線の角度が75°の場合のY字型の動作計画結果である。このワーク3の場合は、T字型の場合と同様に同径管でのみpgm画像を2つ重ね合わせて動作計画を行った。同径管の場合の許容幅は0.05(mm)と1.2(mm)である。異径管の場合は異径T字型と同様に0.05(mm)である。図47(a)の角度75°の同径Y字型の場合は、同径T字型の動作計画結果と同様に、上述した溶接線7の屈折による動作可能領域10の不連続が見られるため、条件付き動作可能領域10aを通過する直線13によって動作可能領域10を結ぶことで全ての溶接箇所6のZ軸の角度を決定できている。   FIG. 47 shows a Y-shaped operation plan result when the angle of the center line is 75 °. In the case of this work 3, an operation plan was made by superimposing two pgm images only on the same diameter tube as in the case of the T-shape. In the case of the same diameter pipe, the allowable width is 0.05 (mm) and 1.2 (mm). In the case of a different diameter tube, it is 0.05 (mm) as with the different diameter T-shaped. In the case of the same-diameter Y-shape having an angle of 75 ° in FIG. Therefore, the angle of the Z-axis of all the welding locations 6 can be determined by connecting the operable region 10 with the straight line 13 passing through the conditional operable region 10a.

また、図47(b)の角度75°の異径Y字型の場合にも、異径T字型と同様に動作可能領域10の中点をとることによって全ての溶接箇所6のZ軸の角度を決定できている。   Also, in the case of the different-diameter Y-shape with an angle of 75 ° in FIG. 47 (b), the Z-axis of all the welding locations 6 can be obtained by taking the midpoint of the operable region 10 as in the different-diameter T-shape. The angle can be determined.

図48は、中心線の角度が45°のY字型の動作計画結果である。45°のY字型の場合には、三次元回転台1の可動範囲によって動作可能領域10が存在しない箇所が現れている。したがって、同径、異径にかかわらず(ア)式の許容幅Lを変更した2つのpgm画像を重ねて使用した。許容幅は同径管、異径管どちらの場合も0.05(mm)と1.2(mm)である。図48(a)に示す角度45°の同径Y字型の場合には、上述した同径管の場合の溶接線7の屈折と、三次元回転台1の可動範囲による動作可能領域10の不連続を、条件付き動作可能領域10aを通る直線13によって接続した動作を計画している。   FIG. 48 shows the result of the Y-shaped operation plan with the center line angle of 45 °. In the case of a 45 ° Y-shape, a portion where the operable region 10 does not exist appears depending on the movable range of the three-dimensional rotary table 1. Therefore, two pgm images in which the allowable width L in equation (a) was changed regardless of the same diameter and different diameters were used in an overlapping manner. The allowable width is 0.05 (mm) and 1.2 (mm) for both the same diameter pipe and the different diameter pipe. In the case of the same-diameter Y-shape with an angle of 45 ° shown in FIG. 48A, the refraction of the welding line 7 in the case of the same-diameter pipe described above and the operable region 10 by the movable range of the three-dimensional rotary table 1 An operation is planned in which the discontinuities are connected by a straight line 13 passing through the conditional operable region 10a.

また、図48(b)に示した角度45°の異径Y字型の場合にも、三次元回転台1の可動範囲による動作可能領域10の不連続を、条件付き動作可能領域10aを通る直線13によって接続してZ軸の角度を決定できていることが確認できる。また、図49は、図48(b)に示した45°の異径Y字型の場合の動作結果の画像において、三次元回転台1の可動範囲による動作可能領域10の不連続箇所を拡大した画像である。図49中のBでは、Z軸の角度を決定するための直線13と動作可能領域10との交点がないため、上述で計画したY軸に平行な直線14を用いてZ軸の角度を決定した様子を確認することができる。   48B, the discontinuity of the operable region 10 due to the movable range of the three-dimensional rotary table 1 passes through the conditional operable region 10a. It can be confirmed that the angle of the Z axis can be determined by connecting with the straight line 13. FIG. 49 is an enlarged view of the discontinuous portion of the operable region 10 due to the movable range of the three-dimensional rotary table 1 in the image of the operation result in the case of the 45 ° different-diameter Y-shape shown in FIG. It is an image. In B in FIG. 49, since there is no intersection of the straight line 13 for determining the Z-axis angle and the operable region 10, the Z-axis angle is determined using the straight line 14 parallel to the Y-axis planned above. You can see how you did it.

本実施形態で行った動作計画実験では、実験の概要で示した全ての形状のワーク3において、溶接動作の計画を行なうことができた。また、動作可能領域10の不連続があった場合には、条件付き動作可能領域10aを通る傾き0.5の直線13を用いてZ軸の角度の決定が正しく行われていることが確認できた。   In the motion planning experiment performed in the present embodiment, it was possible to plan the welding operation on the workpieces 3 having all the shapes shown in the outline of the experiment. If there is a discontinuity in the operable region 10, it can be confirmed that the Z-axis angle is correctly determined using the straight line 13 having an inclination of 0.5 passing through the conditional operable region 10a. It was.

しかし、角度45°の同径Y字型の動作計画結果において、三次元回転台1の可動範囲による動作可能領域10の存在しない範囲において決定したZ軸の角度を表す直線12を見ると、動作不可能領域11と条件付き動作可能領域10aの境界付近を通っていることが確認できる(図50参照)。   However, in the operation plan result of the same-diameter Y-shape with an angle of 45 °, when the straight line 12 representing the Z-axis angle determined in the range where the operable region 10 does not exist due to the movable range of the three-dimensional rotary table 1 is seen, It can be confirmed that it passes through the vicinity of the boundary between the impossible area 11 and the conditionally operable area 10a (see FIG. 50).

このように、Z軸角度を決定した場合、溶接動作では、三次元回転台1の可動範囲内と可動範囲外の境界となる付近で動作していることになる。そのため、不慮の異常動作などでワーク3の姿勢が変更された場合、三次元回転台1の可動範囲を越えてしまうことが考えられる。このような事態があった場合、アーク4aが溶接箇所6以外に当たってしまう可能性が考えられる。   As described above, when the Z-axis angle is determined, the welding operation is performed near the boundary between the movable range and the movable range of the three-dimensional rotary table 1. Therefore, when the posture of the workpiece 3 is changed due to an unexpected abnormal operation or the like, it is considered that the movable range of the three-dimensional rotary table 1 is exceeded. When such a situation occurs, there is a possibility that the arc 4a hits other than the welded portion 6.

したがって、決定したZ軸の角度の直線のX座標の±10°の範囲内に動作不可能領域11がある場合には、Z軸の角度を決定するための直線13の位置を動作不可能領域11から遠ざかる方向に移動させることで位置を変更し、動作不可能領域11と条件付き動作可能領域10aとの境界付近でのZ軸角度の決定を控えるような動作計画が必要ではないかと考えられる。図50中のCに示すように、直線13の基準点よりも右側で動作不可能領域11が直線13の付近にある場合には、動作不可能領域11から遠ざけるために直線13を下の方向へ移動させる。   Therefore, when the inoperable region 11 is within a range of ± 10 ° of the X coordinate of the determined Z-axis angle straight line, the position of the straight line 13 for determining the Z-axis angle is determined as the inoperable region. It is considered that an operation plan that changes the position by moving in a direction away from 11 and refrains from determining the Z-axis angle near the boundary between the inoperable region 11 and the conditional operable region 10a is considered necessary. . As indicated by C in FIG. 50, when the inoperable region 11 is in the vicinity of the straight line 13 on the right side of the reference point of the straight line 13, the straight line 13 is directed downward to move away from the inoperable region 11. Move to.

次に、動作計画プログラムの実行時間の測定について説明を行なう。本実施形態では、実行に必要な時間が最も少ないと考えられる異径T字型の場合と、実行に必要な時間が最も多いと考えられる中心線の角度45°の同径Y字型の場合について計測を行なった。動作計画プログラムは、Debian Linux(登録商標)上で作成し、実行時間の計測に用いたコンピュータのCPUは、INTEL Celeron d 2.13GHz(登録商標)、メモリは512MB、使用したコンパイラはgcc(GNU Compiler Collection)バージョン 3.3.5である。また、コンパイルオプションとして−O2オプションを付けて最適化を行なっている。   Next, measurement of the execution time of the motion planning program will be described. In the present embodiment, the case of a different diameter T-shape that is considered to require the least time for execution, and the case of the same-diameter Y-shape having a 45 ° center line angle that is considered to require the most time for execution. Was measured. The operation planning program is created on Debian Linux (registered trademark). The computer CPU used for measuring the execution time is INTEL Celeron d 2.13 GHz (registered trademark), the memory is 512 MB, and the compiler used is gcc (GNU). (Compiler Collection) version 3.3.5. In addition, optimization is performed by adding the -O2 option as a compile option.

まず、最も計算プロセスが少ないと考えられる異径T字型の動作計画にかかった時間は47.241(s)であった。また、最も計算プロセスが多いと考えられる45°の同径Y字型の動作計画の時間は83.404(s)であった。このように動作計画にかかる時間に差があるのは、動作可能領域10の不連続の有無が関係していると考えられる。また、最も時間が必要となる角度45°の同径Y字型においてでも約83(s)であることから、作成した動作計画プログラムを用いて十分に実用的な時間でワーク3の溶接動作の計画が行なえる。   First, the time required for the operation plan of the different diameter T-shape considered to have the least calculation process was 47.241 (s). Moreover, the time for the 45 ° same-diameter Y-shaped motion plan, which is considered to have the most calculation processes, was 83.404 (s). The difference in the time required for the operation plan is considered to be related to the presence or absence of discontinuity in the operable region 10. In addition, since it is approximately 83 (s) even in the same-diameter Y-shape having an angle of 45 °, which requires the most time, the welding operation of the workpiece 3 can be performed in a sufficiently practical time using the created motion planning program. You can plan.

〔動作確認用シミュレータによる動作確認〕
動作計画を行った6種類のワーク3の中で角度45°の同径Y字型における動作計画実験の結果を動作確認用シミュレータで表示した様子を示す。この動作計画では、溶接線7の屈折によって動作可能領域10が不連続になる箇所と、三次元回転台1の可動範囲によって動作可能領域10が不連続になる箇所を直線で結んでZ軸の角度を決定した様子が確認できる。そのため、本実施形態で行われた三軸の回転による溶接動作計画プログラムで使用したZ軸角度の計画方法をすべて確認することができた。
[Operation check by operation check simulator]
A state in which the result of the motion planning experiment in the Y-shape with the same diameter of 45 ° among the six types of workpieces 3 for which the motion planning has been performed is displayed by the motion confirmation simulator. In this operation plan, the Z-axis is formed by connecting a point where the operable region 10 becomes discontinuous due to the refraction of the welding line 7 and a point where the operable region 10 becomes discontinuous due to the movable range of the three-dimensional rotary table 1 by a straight line. You can see how the angle has been determined. For this reason, all the Z-axis angle planning methods used in the welding operation planning program based on the three-axis rotation performed in this embodiment could be confirmed.

図51〜図53は、動作確認用シミュレータで動作を表示した際の様子を示した画像である。これらの画像は、上述した絶対座標系のX軸の負の方向から見た様子である。また、これらの画像では、時間の経過をアルファベット順で表し、図51、図52、図53の順に連続して溶接動作を表している。加えて、同じ動作の様子を別の視点から確認した画像を、時間を表すアルファベットに「‘」を付けた画像で同時に示した。この画像は、溶接トーチ4と手先リンク2dが、ワーク3や三次元回転台1と接触していないことが確認できる位置に視点を移して動作確認を行ったものである。   51 to 53 are images showing a state when the operation is displayed by the operation confirmation simulator. These images are seen from the negative direction of the X axis of the absolute coordinate system described above. In these images, the passage of time is shown in alphabetical order, and the welding operation is shown successively in the order of FIGS. 51, 52, and 53. In addition, images of the same operation confirmed from different viewpoints are simultaneously shown as images with “′” added to the alphabet representing time. In this image, the operation is confirmed by moving the viewpoint to a position where it can be confirmed that the welding torch 4 and the hand link 2d are not in contact with the workpiece 3 or the three-dimensional rotary table 1.

図51〜図53の全体を通して三次元回転台1の動作を見ると、Z軸の回転がほぼ一周していることが確認できた。また、図51(C)〜図52(F)までの間では、三次元回転台1のZ軸の角度が大きく変化している。このZ軸の角度の変化は、溶接線7の屈折による動作可能領域10の不連続箇所において、条件付き動作可能領域10aを通る直線13で結んでZ軸の角度の決定を行った際の様子である。ここでは、傾き0.5の直線に沿ってZ軸の角度が決定されているため、溶接箇所6がひとつ変わる毎にZ軸の角度が2.0°変化する。そのため、Z軸の角度が大きく変化している。同様に図52(G)〜図53(J)の間でのZ軸の角度の大きな変化は、三次元回転台1の可動範囲による動作可能領域10の不連続箇所を直線で結んでZ軸角度を決定した様子である。ここでも、Z軸の角度が直線13に沿って決定されており、溶接箇所6の位置がひとつ変わるごとにZ軸角度が2.0°変化するために、Z軸のモータ1cが大きく回転している。   When the operation of the three-dimensional turntable 1 is seen throughout FIGS. 51 to 53, it can be confirmed that the rotation of the Z-axis is almost complete. In addition, the angle of the Z axis of the three-dimensional rotary table 1 changes greatly between FIGS. 51 (C) to 52 (F). This change in the Z-axis angle is determined when the Z-axis angle is determined by connecting the straight line 13 passing through the conditional operable region 10a at the discontinuous portion of the operable region 10 due to the refraction of the weld line 7. It is. Here, since the angle of the Z-axis is determined along a straight line having an inclination of 0.5, the angle of the Z-axis changes by 2.0 ° every time the welding spot 6 changes by one. For this reason, the angle of the Z axis has changed greatly. Similarly, a large change in the angle of the Z axis between FIGS. 52 (G) to 53 (J) is caused by connecting the discontinuous portions of the operable region 10 by the movable range of the three-dimensional rotary table 1 with a straight line. It seems that the angle has been determined. Here again, the Z-axis angle is determined along the straight line 13, and the Z-axis angle changes by 2.0 ° every time the position of the welding point 6 changes, so the Z-axis motor 1c rotates greatly. ing.

次に、直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dの動作について説明を行なう。図51(A)〜図52(F)の間では、ワーク3の姿勢変更によって三次元回転台1のチャック1dが上方に回転してくる。したがって、上述したチャック1dを回避するために計画した通りに、手先リンク2dは、溶接線7に対して90°の角度を保って動作している。   Next, the operation of the hand link 2d of the rectangular coordinate manipulator 2 will be described. 51 (A) to 52 (F), the chuck 1d of the three-dimensional rotating table 1 is rotated upward by changing the posture of the workpiece 3. Therefore, as planned in order to avoid the above-described chuck 1d, the hand link 2d operates while maintaining an angle of 90 ° with respect to the weld line 7.

また、図52(G)〜図53(K)の間では、三次元回転台1のチャック1dは、下方向に移動して行くことと、ワーク3の枝管3bが再び上方に回転してくることが確認できる。したがって、手先リンク2dは、上述した枝管3bを回避するために計画した通りにワーク3の溶接線7に沿うように角度が変更され、手先リンク2dが枝管3bを回り込んでいることが確認できた。   Further, between FIGS. 52 (G) to 53 (K), the chuck 1d of the three-dimensional rotating table 1 moves downward, and the branch pipe 3b of the work 3 rotates upward again. It can be confirmed that it will come. Therefore, the angle of the hand link 2d is changed so as to follow the weld line 7 of the workpiece 3 as planned in order to avoid the above-described branch pipe 3b, and the hand link 2d goes around the branch pipe 3b. It could be confirmed.

また、今回行なった動作確認では、動作中の溶接トーチ4や手先リンク2dと三次元回転台1およびワーク3の接触について確認を行なった。視点を変更して確認した画像から、各機材が接触することが無いことが確認できた。   Further, in the operation confirmation performed this time, the contact between the welding torch 4 and the hand link 2d, the three-dimensional rotary table 1 and the workpiece 3 during operation was confirmed. From the images confirmed by changing the viewpoint, it was confirmed that the equipment did not touch each other.

本実施形態では、三次元回転台1の三軸の回転によるワーク3の姿勢変更を用いた自動溶接作業装置の動作計画法を提案し、提案した動作計画を行なう動作計画プログラムと動作確認用シミュレータを作成した。本実施形態で提案した動作計画法を用いてワーク3の溶接動作の計画を行ったところ、主管3aと枝管3bのなす角度の違いや直径、ワーク3の溶接箇所6に溶接トーチ4を傾けて当てる際の溶接トーチ4の傾く角度にかかわらず、T字型やY字型のワーク3を溶接するための自動溶接作業装置の動作の計画を行なうことができた。   In the present embodiment, an operation planning method for an automatic welding work apparatus using a posture change of the workpiece 3 by three-axis rotation of the three-dimensional rotating table 1 is proposed, and an operation planning program and an operation confirmation simulator for performing the proposed operation planning. It was created. When the operation planning method proposed in this embodiment is used to plan the welding operation of the workpiece 3, the difference in the angle between the main pipe 3a and the branch pipe 3b, the diameter, and the welding torch 4 is tilted to the welding location 6 of the workpiece 3. Regardless of the inclination angle of the welding torch 4 when it is applied, the operation of the automatic welding apparatus for welding the T-shaped or Y-shaped workpiece 3 could be planned.

また、動作計画プログラムによって計画された動作を動作確認用シミュレータを用いて確認したところ、溶接トーチ4や直交座標形マニピュレータ2の手先リンク2dと、ワーク3および三次元回転台1とが接触することなく溶接動作を行なえることが確認できた。   Further, when the operation planned by the operation planning program is confirmed using an operation confirmation simulator, the work link 3d of the welding torch 4 or the Cartesian coordinate manipulator 2, the work 3 and the three-dimensional turntable 1 come into contact with each other. It was confirmed that the welding operation could be performed.

また、本実施形態では、動作計画に必要となる計算プロセスの時間計測を行った。その結果から、動作計画を行なうために必要となる時間は、最長で83.404(s)であり、作業者が動作計画を行なう際に動作計画に時間がかかることで不快になったりせず、十分に実用的な時間で動作計画が行なえることが分った。   In this embodiment, the time of the calculation process necessary for the operation plan is measured. As a result, the time required for performing the motion plan is 83.404 (s) at the longest, and when the motion plan is performed by the worker, the operation plan takes time, and it does not become uncomfortable. It was found that the operation plan can be performed in a sufficiently practical time.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で修正・変更を加えることができるのは勿論である。例えば、上記実施形態においては、駆動部の構成としてモータを例示したが、これに限らず、各種流体圧シリンダや他の駆動手段であってもよいことは勿論である。また、各回転部材はモータのモータ軸に直結した例を示したが、減速機構を介して連結するようにしてもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, correction and a change can be added within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the motor is exemplified as the configuration of the drive unit. However, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that various fluid pressure cylinders and other drive means may be used. Moreover, although each rotating member showed the example directly connected to the motor shaft of the motor, you may make it connect via a speed-reduction mechanism.

本実施形態では、ワークを同径T字型、異径T字型、同径Y字型、異径Y字型を例に説明したが、特にこの限りではなく、主管が角筒で枝管が円筒といった形状が異なるワークであっても良い。   In the present embodiment, the workpiece has been described as an example of the same diameter T-shape, the different diameter T-shape, the same diameter Y-shape, and the different diameter Y-shape. However, the present invention is not limited to this. May be a workpiece having a different shape such as a cylinder.

また、ワークの接続形状がT字、Y字に限られることはなく、L字、X字といった種々の接合形状であっても良い。さらに、溶接方法は、TIG溶接だけでなく、プラズマ溶接、レーザ溶接であっても良い。   Moreover, the connection shape of a workpiece | work is not restricted to T character and Y character, Various joining shapes, such as L character and X character, may be sufficient. Furthermore, the welding method may be not only TIG welding but also plasma welding and laser welding.

本発明の実施形態を示す溶接作業装置の全体ブロック図The whole block diagram of the welding operation apparatus which shows embodiment of this invention 三次元回転台の機構を示す概略図Schematic diagram showing the mechanism of the three-dimensional turntable 直交座標形マニピュレータの機構を示す斜視図Perspective view showing mechanism of Cartesian coordinate manipulator 三次元回転台の可動範囲を示す概略図であって、(a)はY軸の可動範囲を示す図、(b)はX軸の可動範囲を示す図It is the schematic which shows the movable range of a three-dimensional turntable, Comprising: (a) is a figure which shows the movable range of a Y-axis, (b) is a figure which shows the movable range of an X-axis. 直交座標形マニピュレータの手先リンクの回転関節の可動範囲を示す概略図Schematic showing the movable range of the rotary joint of the hand link of the Cartesian coordinate manipulator 平板の自動溶接実験の様子を示す図Diagram showing the state of flat plate automatic welding experiment 溶接箇所における方向ベクトルを示す図Diagram showing the direction vector at the weld location 溶接作業装置における絶対座標を示す斜視図The perspective view which shows the absolute coordinate in a welding operation apparatus 溶接トーチの傾き角度を示す図であって、(a)は溶接トーチが鉛直上向きの状態を示す図、(b)は溶接トーチを鉛直上向きから傾けた状態を示す図It is a figure which shows the inclination angle of a welding torch, Comprising: (a) is a figure which shows the state where a welding torch is vertically upward, (b) is a figure which shows the state which inclined the welding torch from the vertically upward direction アークの広がる方向を示す概略図であって、(a)は溶接線と溶接トーチの中心線が90°の角度をなす場合を示す図、(b)は溶接線と溶接トーチの中心線が0°の角度をなす場合を示す図It is the schematic which shows the direction where an arc spreads, Comprising: (a) is a figure which shows the case where the centerline of a welding line and a welding torch makes an angle of 90 degrees, (b) is the centerline of a welding line and a welding torch 0 Diagram showing an angle of ° Y座標に関する条件の溶接幅を示す図The figure which shows the welding width of the condition regarding Y coordinate 溶接トーチの先端の向きを示す図であって、(a)は溶接トーチを進行方向に傾けた場合を示す図、(b)は溶接トーチを進行方向と逆に傾けた場合を示す図It is a figure which shows direction of the front-end | tip of a welding torch, Comprising: (a) is a figure which shows the case where a welding torch is inclined in the advancing direction, (b) is a figure which shows the case where the welding torch is inclined opposite to the advancing direction 主管の作業座標系と、枝管上の基準点および枝管に沿った溶接線を示す図Diagram showing the working coordinate system of the main pipe, the reference point on the branch pipe, and the weld line along the branch pipe 枝管の円周上の基準点を示す図であって、(a)は主管と枝管とが重なった状態を示す図、(b)は枝管の円周上の点を表わす角度を示す図FIG. 4 is a diagram showing reference points on the circumference of a branch pipe, where (a) shows a state in which the main pipe and the branch pipe overlap each other, and (b) shows an angle representing a point on the circumference of the branch pipe. Figure 三次元回転台の機構を示す概略図であって、(a)はZ軸の回転を加えていない状態を示す図、(b)はZ軸の回転を加えた状態を示す図It is the schematic which shows the mechanism of a three-dimensional turntable, Comprising: (a) is a figure which shows the state which is not adding the rotation of a Z-axis, (b) is a figure which shows the state which added the rotation of a Z-axis 三次元回転台の動作計画のフローチャートFlow chart of operation plan of 3D turntable 主管と枝管の径が異なる管をT字型に溶接する場合のpgm画像を示す図The figure which shows the pgm image in the case of welding the pipe from which the diameter of a main pipe and a branch pipe differs in T shape 図17に決定したZ軸角度を表わす線を加えた図The figure which added the line showing the Z-axis angle determined to FIG. 主管と枝管の径が同じ場合の側面の溶接線を示す図The figure which shows the weld line of the side when the diameter of a main pipe and a branch pipe is the same 主管と枝管の径が同じ管をT字型に溶接する場合のpgm画像を示す図The figure which shows a pgm image in the case of welding a pipe with the same diameter of a main pipe and a branch pipe to a T shape 主管と枝管との溶接において、動作可能領域が存在しない範囲を持つ場合のpgm画像を示す図The figure which shows a pgm image in the case of having a range where there is no operable region in the welding of the main pipe and the branch pipe 許容幅を変更したpgm画像を示す図であって、(a)は許容幅が0.05mmの場合を示す図、(b)は許容幅が1.5mmの場合を示す図It is a figure which shows the pgm image which changed the allowable width | variety, Comprising: (a) is a figure which shows the case where an allowable width is 0.05 mm, (b) is a figure which shows the case where an allowable width is 1.5 mm 図22の(a)のpgm画像と(b)のpgm画像とを重ねた画像を示す図The figure which shows the image which overlapped the pgm image of (a) of FIG. 22, and the pgm image of (b). 図23に2次元の座標を加えた図Figure with 2D coordinates added to Figure 23 Z軸の角度が0°の位置を経由したZ軸角度を決定するための直線を示す詳細図Detailed view showing a straight line for determining the Z-axis angle via the position where the Z-axis angle is 0 ° 動作可能領域が存在しない範囲を持つ場合のZ軸の角度が0°の位置を経由したZ軸角度を決定するための直線を示す詳細図Detailed view showing a straight line for determining the Z-axis angle via the position where the Z-axis angle is 0 ° in the case where there is no operable region Z軸角度を決定するための直線を引くためのフローチャートFlow chart for drawing a straight line for determining the Z-axis angle Z軸の角度が0°での条件付き動作可能領域の幅を示す図Diagram showing the width of the conditionally operable area when the Z-axis angle is 0 ° 図25に基準点の設定をする際に用いた2本の直線を加えた図The figure which added two straight lines used when setting the reference point to FIG. 25 図25に基準点の設定をする際に用いた2本の直線の溶接線の許容幅を示す図FIG. 25 is a diagram showing an allowable width of two straight weld lines used when setting the reference point. 2箇所の動作可能領域の不連続箇所を示す図The figure which shows the discontinuous part of the two operable areas 基準点のZ軸角度における溶接箇所の許容幅を示す図The figure which shows the tolerance width of the welding location in the Z-axis angle of a reference point Z軸角度を決定するための直線と動作可能領域の交点を示す図であって、(a)はX軸の正の方向に検索した場合を示す図、(b)はX軸の負の方向に検索した場合を示す図It is a figure which shows the intersection of the straight line for determining a Z-axis angle, and a operable | movable area | region, Comprising: (a) is a figure which shows the case where it searches in the positive direction of X-axis, (b) is the negative direction of X-axis. Figure showing the case of searching 基準点を通る直線と動作可能領域に交点がない場合を示す図Diagram showing a case where there is no intersection between the straight line passing through the reference point and the operable area 図34に縦方向の直線を加えた状態を示す図The figure which shows the state which added the straight line of the vertical direction to FIG. 図35の動作不可能領域が広がった状態を示す図FIG. 35 is a diagram illustrating a state in which the inoperable region is expanded. 図24に決定したZ軸角度の線を加えた図The figure which added the line of the Z-axis angle determined in FIG. 溶接線に沿うような手先リンクの状態を示す図The figure which shows the state of the hand link which follows the welding line 手先リンクが枝管を回り込んだ状態を示す図The figure which shows the state where the hand link wraps around the branch pipe 枝管とチャックが近接した状態を示す図The figure which shows the state where the branch pipe and the chuck are close チャックの上方から溶接トーチを溶接箇所に当てた状態を示す図The figure which shows the state which applied the welding torch to the welding location from the upper direction of a chuck | zipper 枝管の上に手先リンク移動させた状態を示す図The figure which shows the state which moved the hand link on the branch pipe 溶接開始点の裏側の溶接箇所に溶接トーチを当てた状態を示す図であって、(a)は主管と枝管の径が同じ場合の図、(b)は主管と枝管の径が異なる場合の図It is a figure which shows the state which applied the welding torch to the welding location of the back side of a welding start point, (a) is a figure in case the diameter of a main pipe and a branch pipe is the same, (b) differs in the diameter of a main pipe and a branch pipe. Case illustration 溶接トーチが移動できる範囲を示す図であって、(a)はY軸方向とZ軸方向に溶接トーチが移動できる範囲を示す図、(b)はX軸方向に溶接トーチが移動できる範囲を示す図It is a figure which shows the range which a welding torch can move, Comprising: (a) is a figure which shows the range which a welding torch can move to a Y-axis direction and a Z-axis direction, (b) is the range which a welding torch can move to an X-axis direction. Illustration 動作確認用シミュレータの画面を示す図The figure which shows the screen of the simulator for operation check T字型の動作計画結果を示す図であって、a)は主管と枝管の径が同じ場合の図、(b)は主管と枝管の径が異なる場合の図It is a figure which shows the T-shaped operation plan result, Comprising: a) The figure when the diameter of a main pipe and a branch pipe is the same, (b) is the figure when the diameter of a main pipe and a branch pipe differs 角度75°で接合するY字型の動作計画結果を示す図であって、(a)は主管と枝管の径が同じ場合の図、(b)は主管と枝管の径が異なる場合の図It is a figure which shows the operation plan result of the Y shape joined at an angle of 75 degrees, Comprising: (a) is a figure when the diameter of a main pipe and a branch pipe is the same, (b) is the case where the diameters of a main pipe and a branch pipe differ Figure 角度45°で接合するY字型の動作計画結果を示す図であって、(a)は主管と枝管の径が同じ場合の図、(b)は主管と枝管の径が異なる場合の図It is a figure which shows the Y-shaped operation plan result joined at an angle of 45 degrees, Comprising: (a) is a figure when the diameter of a main pipe and a branch pipe is the same, (b) is the case where the diameters of a main pipe and a branch pipe differ Figure 基準点を通る直線と動作可能領域の交点の補正した状態を示す図The figure which shows the state which correct | amended the intersection of the straight line which passes a reference point, and an operable area | region 動作可能領域と動作不可能領域との境界を通る直線を示す図Diagram showing a straight line passing through the boundary between the operable area and the inoperable area 動作確認用シミュレータによる表示の様子を示す図The figure which shows the state of the display with the simulator for operation check 動作確認用シミュレータによる表示の様子を示す図The figure which shows the state of the display with the simulator for operation check 動作確認用シミュレータによる表示の様子を示す図The figure which shows the state of the display with the simulator for operation check

符号の説明Explanation of symbols

1 三次元回転台
1a X軸モータ
1b Y軸モータ
1c Z軸モータ
1d チャック
2 直交座標形マニピュレータ
2a X軸直動スライダ
2b Y軸直動スライダ
2c 軸直動スライダ
2d 手先リンク
2e 回転関節
3 ワーク
3a 主管
3b 枝管
4 溶接トーチ
4a アーク
5 アルミ平板
6 溶接箇所
6a 次の溶接箇所
6b 基準点
7 溶接線
8 溶接箇所
8a 次の溶接箇所
9 フィラワイヤ
10 動作可能領域
10a 条件付き動作可能領域
11 動作不可能領域
12 Z軸の角度を示す直線
13 Z軸の角度を決定する直線
13a 動作可能領域と動作不可能領域の境界を通る直線
13b 動作可能領域と動作不可能領域の境界を通る直線
13c 基準点
13d 条件付き動作可能領域と動作不可能領域の境界点
13e 条件付き動作可能領域と動作不可能領域の境界点
14 Y軸に平行に引いた直線
101 入力部
106 制御部
106a 溶接線演算部
106b 3次元回転台の回転角度演算部
106c 直交座標形マニピュレータの制御演算部
107 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D turntable 1a X-axis motor 1b Y-axis motor 1c Z-axis motor 1d Chuck 2 Cartesian coordinate manipulator 2a X-axis linear slider 2b Y-axis linear slider 2c Axis linear slider 2d Hand link 2e Rotary joint 3 Work 3a Main pipe 3b Branch pipe 4 Welding torch 4a Arc 5 Aluminum flat plate 6 Welded part 6a Next welded part 6b Reference point 7 Welding line 8 Welded part 8a Next welded part 9 Filler wire 10 Operable area 10a Conditionally operable area 11 Inoperable Area 12 A straight line 13 indicating the Z-axis angle A straight line 13a determining the Z-axis angle A straight line 13b passing through the boundary between the operable area and the inoperable area 13c A straight line 13c passing through the boundary between the operable area and the inoperable area Reference point 13d Boundary point 13e between the conditionally operable area and the inoperable area 13e Boundary point between the conditionally operable area and the inoperable area 14 Straight line 101 drawn parallel to Y axis Input unit 106 Control unit 106a Welding line calculation unit 106b Rotation angle calculation unit 106c of three-dimensional rotary table Control calculation unit 107 of rectangular coordinate manipulator Display unit

Claims (9)

溶接するワークの溶接条件を入力する入力部と、垂直軸となるZ軸、このZ軸に直交する水平軸となるY軸、および前記Y軸に直交するX軸の三軸周りに回転可能で、ワークの姿勢を変更する三次元回転台と、該三次元回転台を駆動する回転台駆動部と、溶接トーチを鉛直下向きに保持する溶接トーチ保持部と、前記入力部からの入力情報に基づいて前記回転台駆動部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記入力部からの情報に基づいて、全ての溶接箇所の絶対座標系における座標位置を演算し、溶接トーチの中心線が常に絶対座標系のXZ平面上に位置させ、かつ現在の溶接箇所と次の溶接箇所のなす線分を溶接線としたとき、前記溶接線がXY平面に平行な平面で区切られる所定の許容幅Lに含まれるように前記回転台駆動部の三軸回転条件を演算し、前記回転台駆動部を回転制御することを特徴とする溶接作業装置。
It can be rotated around three axes: the input part for inputting the welding conditions of the workpiece to be welded, the Z axis as the vertical axis, the Y axis as the horizontal axis perpendicular to the Z axis, and the X axis perpendicular to the Y axis. Based on input information from the input unit, a three-dimensional rotary table for changing the posture of the workpiece, a rotary table driving unit for driving the three-dimensional rotary table, a welding torch holding unit for holding the welding torch vertically downward And a control unit for controlling the turntable drive unit,
The control unit calculates the coordinate position in the absolute coordinate system of all the welding locations based on the information from the input unit, the center line of the welding torch is always located on the XZ plane of the absolute coordinate system, and the current The three axes of the rotary table drive unit so that the weld line is included in a predetermined permissible width L that is delimited by a plane parallel to the XY plane, where a line segment formed by the next weld location is a weld line. A welding work device characterized by calculating a rotation condition and controlling the rotation of the turntable drive unit.
前記溶接トーチ保持部は、前記溶接トーチを互いに直交する三軸X,Y,Z方向に沿って移動可能とされ、前記制御部は、前記入力部からの入力情報に基づいて溶接トーチの移動を制御することを特徴とする請求項1に記載の溶接作業装置。 The welding torch holding part is movable along the three axes X, Y, and Z directions orthogonal to each other, and the control part moves the welding torch based on input information from the input part. The welding apparatus according to claim 1, wherein the welding apparatus is controlled. 前記制御部は、現在の溶接箇所のZ座標よりも次の溶接箇所のZ座標が小さくなるように演算することを特徴とする請求項1または2に記載の溶接作業装置。 The welding operation apparatus according to claim 1, wherein the control unit performs a calculation so that a Z coordinate of a next welding location is smaller than a Z coordinate of a current welding location. 前記制御部は、溶接トーチの中心線を前記絶対座標系XYZのXZ平面に平行な平面で区切られる前記許容幅内で、前記溶接線に対して溶接トーチの進行方向と逆方向に所定角度傾斜した姿勢で溶接できるように、回転台駆動部の三軸回転条件を設定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の溶接作業装置。 The control unit is inclined at a predetermined angle with respect to the welding line in a direction opposite to the traveling direction of the welding torch within the allowable width defined by a plane parallel to the XZ plane of the absolute coordinate system XYZ. The welding work apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a three-axis rotation condition of the turntable drive unit is set so that welding can be performed in a posture. 前記制御部は、少なくとも以下の判定式を入力し、各溶接位置でこれらの判定式を満たすように前記三次元回転台の三軸回転条件を演算することを特徴とする請求項1に記載の溶接作業装置。
(ア)|現在の溶接箇所のY座標−次の溶接箇所のY座標|<L(mm)(但し、Yは絶対座標系のY座標、LはX軸両側に持たせた許容幅)
(イ)現在の溶接箇所のZ座標>次の溶接箇所のZ座標
2. The control unit according to claim 1, wherein the control unit inputs at least the following determination formulas and calculates a three-axis rotation condition of the three-dimensional turntable so as to satisfy these determination formulas at each welding position. Welding work device.
(A) | Y coordinate of the current welding location−Y coordinate of the next welding location | <L (mm) (where Y is the Y coordinate of the absolute coordinate system, L is the allowable width on both sides of the X axis)
(A) Z coordinate of the current weld location> Z coordinate of the next weld location
前記制御部は、さらに以下の判定式を入力し、各溶接位置でこれらの判定式を満たすように前記三次元回転台の三軸回転条件を演算することを特徴とする請求項5に記載の溶接作業装置。但し、A,Bは、三次元回転台のベース中央を原点とした作業座標系の各軸XYZの反時計周りの回転角を正、時計周りの回転角を負としたときの角度である。
(ウ)−A≦X軸の回転角度≦A(但し、0°<|A|<180°)
(エ)−B≦Y軸の回転角度≦B(但し、0°<|B|<90°)
The said control part further inputs the following judgment formulas, and calculates the three-axis rotation conditions of the said three-dimensional turntable so that these judgment formulas may be satisfied at each welding position. Welding work device. However, A and B are angles when the counterclockwise rotation angle of each axis XYZ of the work coordinate system with the origin at the base center of the three-dimensional rotating table is positive and the clockwise rotation angle is negative.
(C) -A ≦ X axis rotation angle ≦ A (however, 0 ° <| A | <180 °)
(D) -B ≦ Y axis rotation angle ≦ B (however, 0 ° <| B | <90 °)
前記制御部は、
1)溶接位置ごとに、前記三次元回転台のZ軸を360°回転させながら、各Z軸角度において前記判定式を満たすワーク姿勢を取れるか否かを判定し、判定式を満たす場合と満たさない場合とに区分し、
2)すべての溶接位置に対する前記1)の計算が終了した時点で、最初の溶接位置から最終の溶接位置まで、Z軸角度の変化率を所定値以下に保ちながら前記判定式を満たすZ軸角度の系列を選択して前記三次元回転台の三軸回転条件の動作計画を行ない、
3)記最初の溶接位置から最終の溶接位置まで、前記判定式を満たすZ軸角度の系列を選択することができずに不連続となるか、あるいは、前記判定式を満たすZ軸角度の系列が連続する場合でも、前記Z軸角度の変化率が所定値を越える場合には、前記(ア)式の許容幅Lを拡大して、前記1)のZ軸角度の区分から再計算して動作計画を行ない、前記判定式を満たすZ軸の範囲が溶接位置の移動に対して連続となるように動作計画を実行することを特徴とする請求項5または6に記載の溶接作業装置。
The controller is
1) For each welding position, while rotating the Z-axis of the three-dimensional rotary table by 360 °, it is determined whether or not the workpiece posture satisfying the determination formula can be taken at each Z-axis angle. It is divided into cases where there is no
2) When the calculation in 1) above for all welding positions is completed, the Z-axis angle that satisfies the above-mentioned determination formula while maintaining the change rate of the Z-axis angle below a predetermined value from the first welding position to the final welding position. Select the series of the three-dimensional rotary table three-axis rotation condition operation plan,
3) From the first welding position to the final welding position, the Z-axis angle series satisfying the determination formula cannot be selected and becomes discontinuous, or the Z-axis angle series satisfying the determination formula If the change rate of the Z-axis angle exceeds a predetermined value even if the values are continuous, the allowable width L of the equation (a) is expanded and recalculated from the Z-axis angle classification of 1) above. The welding work apparatus according to claim 5 or 6, wherein an operation plan is performed and the operation plan is executed so that a range of the Z axis that satisfies the determination formula is continuous with respect to the movement of the welding position.
ワークは、主管とその側面に接合される枝管とから構成される継手管であることを特徴とする請求項1に記載の溶接作業装置。 The welding work apparatus according to claim 1, wherein the workpiece is a joint pipe composed of a main pipe and a branch pipe joined to a side surface of the main pipe. 継手管がアルミ管であることを特徴とする請求項8に記載の溶接作業装置。 The welding apparatus according to claim 8, wherein the joint pipe is an aluminum pipe.
JP2007212988A 2007-08-17 2007-08-17 Welding apparatus Pending JP2009045642A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007212988A JP2009045642A (en) 2007-08-17 2007-08-17 Welding apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007212988A JP2009045642A (en) 2007-08-17 2007-08-17 Welding apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009045642A true JP2009045642A (en) 2009-03-05

Family

ID=40498360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007212988A Pending JP2009045642A (en) 2007-08-17 2007-08-17 Welding apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009045642A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104191068A (en) * 2014-08-26 2014-12-10 福建省天大精诺信息有限公司 Welding path control method, device and system
CN112388204A (en) * 2020-10-21 2021-02-23 浙江中工石化设备有限公司 Portable multi-angle welding jig

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104191068A (en) * 2014-08-26 2014-12-10 福建省天大精诺信息有限公司 Welding path control method, device and system
CN112388204A (en) * 2020-10-21 2021-02-23 浙江中工石化设备有限公司 Portable multi-angle welding jig
CN112388204B (en) * 2020-10-21 2023-01-10 浙江中工石化设备有限公司 Portable multi-angle welding jig

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5981143B2 (en) Robot tool control method
JP5154616B2 (en) Offline teaching method
JP6311421B2 (en) Teaching system, robot system, and teaching method
FI117426B (en) A method for controlling welding of a three-dimensional structure
JP6740450B2 (en) How to establish welding parameters for welding operations
CN112313046A (en) Defining regions using augmented reality visualization and modification operations
JPS6037273A (en) Manipulator type welding apparatus
JP2008254150A (en) Teaching method and teaching device of robot
JP2006039781A (en) Device for arc welding
JP3045753B2 (en) Remote monitoring system and remote monitoring method
WO2018173656A1 (en) Method for acquiring welding path information, and welding robot system
CA2526459C (en) Teaching data preparing method for articulated robot
JP2020056277A (en) Construction work device and construction work method
JP2009045642A (en) Welding apparatus
JP4498072B2 (en) Setting method of positioner for welding robot
JPH09164483A (en) Automatically deciding system for welding route
JPH11207670A (en) Teaching method for industrial robot and device therefor
KR102721360B1 (en) Circular welding method
JP4006504B2 (en) Welding equipment
JP4794937B2 (en) Programming device for arc welding
JP2009214289A (en) Copy grinding method and apparatus for the same
CN107921632B (en) Processing trajectory editing device, robot, article processing system, and article manufacturing method
JP2021126694A (en) Method for manufacturing shaped article, apparatus for manufacturing shaped article, and program
EP4241912A1 (en) Additive manufacturing method, additive manufacturing device, and model display device
JP7519401B2 (en) WELDING APPARATUS, PROGRAM, AND WELDING METHOD