JPH02160486A - ロボットの位置補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 産業川口ボットで作業を行なう場合、特にアーク溶接を
行なう場合の視覚センサによる位置補正方法に関するも
のである。

従来の技術 アーク溶接用ロボットの教示方法としては一般には消耗
電極である溶接ワイヤを適正な長さだけ突き出した状態
で、希望する溶接線にワイヤ先端を位置合わせし、その
位置を記憶させることによりロボットに溶接するべき位
置を教え込む方法がとれられている。この場合、視覚セ
ンサの使われ方には大別して２つの方法があり、１つは
作業中に連続して視覚センサを働かせ小刻みに位置の補
正を行なう方法であり、今１つは作業開始前にのみ視覚
センサを働かす方法である。

視覚センサの視野の中心を作業点に一致させると、視覚
センサの為の位置を別途教示する必要がなくなり位置の
教示は楽になる。

しかし１作業点と視野の中心とを一致させようとすれば
いくつかの問題がある。前記第１の方法は溶接作業中に
発生する強い光学釣書があり、これ以外にも第２の方法
について関連して視野の問題がある。

即ち、第９図に示すように視覚センサ３の視野の中心、
すなわち光路上の焦点位置Ａとロボットの作業位置とを
一致させた場合、溶接トーチはある大きさを持つので視
覚センサが作業点を見る障害となり、また溶接ワイヤも
視野に入り同じように障害となるため、第１０図に示し
た画像において、溶接線３５が溶接トーチ６や溶接ワイ
ヤ３６で隠される場合がある。これを避ける為に従来は
次に述べるような方法が採られていた。

１つはロボットの手首に取り付けられたセンサから独立
して溶接トーチが退避できるようにし、視覚センサが働
く場合はトーチを視野から逃がす方法である。この方法
の欠点は機械的な動作機構が必要なことであり、ロボッ
トアームの先端としては大きさ及び重量のいずれの面か
ら言っても望ましくない。

また、溶接トーチは幾何学的な位置の工夫で対処できた
としても、溶接ワイヤの場合は溶接されるとワイヤの長
さが一定せず、ワイヤの先端の形状も刃物で切断した場
合に近いものから溶融金属が冷却して球状をなすものま
で形状にばらつきがあり画像−トのノイズとして扱わね
ばならないため、溶接ワイヤを除くことは困難である。

別の方法はソフト的な対処の方法である。

例えば、第５図に示すように溶接開始点１８、溶接終了
点１９とする溶接線１７が教示され、新しいワークが設
置されて溶接線が破線２０に示すようにずれると、溶接
開始点２１でズレを検出し、以降の溶接するべき位置を
補正し、実際に溶接される線は２７となり、溶接終了点
での誤差は２８となる。

視野の中心と作業点とは位置をずらし、ロボットの教示
は作業点だけに対して行ない視覚センサのが動作する位
置は自動的に求めるものである。

また、従来はセンサが見つける位置と作業点との関係に
ついて、センサの視覚座標の中心と作業点との差を補正
することによりセンサが検出した溶接するべき点と作業
点とを一致させるように補正していたが、溶接したい位
置とセンサが見つける位置とは一致しないことがある。

例えば第７図に示すようにワークの形状がＬ字形の場合
、センサ３が見つける溶接するべき点は角３３である。

しかし溶接条件及びワークの形状を考慮すると角３３か
ら少し離れた点を溶接する方が良好な溶接結果を得られ
る場合がある。トーチ６の位置３２はセンサ３が求めた
位置と作業点とはベクトルの差ｄがある。このベクトル
の差ｄは良好な溶接結果を得るために微妙に変化させる
ものであり溶接電流あるいは溶接速度を小刻みに変える
のと同一に扱えるのが望ましい。センサ無しの教示肉牛
型ロボットでは位置を教えるときにこの量を加減してい
る。

発明が解決しようとする課題 溶接は立体的な作業であるから溶接作業に先立って補正
すべき位置を求める場合でも、原則的には３つの空間的
な位置を求めなければならない。

溶接の対象としては比較的小さくて厚さの薄いワークが
最も多く、このようなワークの場合、溶接長は余り長く
ないため、立体的なねじれの量を無視することができ、
立体的な平行移動で作業することができる。即ち、作業
に先立って作業開始位置を立体的に平行移動するだけで
良い。

上記のようなワークを溶接する場合、従来の技術で説明
した自動的にセンシングする位置を求める方法は作業開
始点、即ち、溶接開始点の直前に溶接開始点で教示され
ている位置からトーチに沿った方向に規定の量だけ逃げ
た位置を生成するものである。その位置で視覚センサの
画像中心が作業開始点近傍に位置するので、従来の方法
は作業開始点の位置で補正を行なう。ところが、溶接長
が短いので立体的なねじれを無視して良いものの、ねじ
れの量がセロではないので、作業開始点から離れるにし
たがって誤差が大きくなる欠点がある。

また、前記従来例のように、センサで求めた位置と作業
点との差ベクトルを補正しようとする場合、ベクトルを
いくらにするべきか溶接個所に依存して指定しなければ
ならず、教示作業が煩雑になるという欠点があった。

課題を解決するための手段 １つの溶接長に対し１点の補正で全体での位置のズレを
最も小さくしようと思えば、ズレの重心を求めてその点
で補正すれば良い。

溶接長が短いと言うことはほとんどの場合作業開始点と
作業終了点は隣接しているということである。言い替え
れば、１つの溶接長の中にほとんど教示点がないことを
意味する。そのような場合は重心と、作業開始点と作業
終了点との幾何学的中間点は一致する。従って、作業開
始点と作業終了点との幾何学的中間点で視覚センサを働
かせて位置の補正をすれば良い。

従って、本発明では、先端に工具が取り付けられている
ロボットアームと、前記ロボットアームの制御装置と、
前記工具とは別に前記ロボットアーム先端に取り付けら
れた視覚センサと、前記ロボットアーム制御装置と連動
されている前記視覚センサの処理装置とを具備し、教示
されている作業開始点である特定の位置とその直後の位
置と。

前記工具の取り付けられている方向と、ロボットアーム
の姿勢とから定められる位置を作業開始に先立って求め
、この求められた位置で視覚センサにより位置を検出し
て作業対象物のズレを求め、この求めたズレな教示され
ている作業位置に加算しロボットアームに作業させるロ
ボットの位置補正方法を採っている。

作用 本発明は上記のような方法を採ったので、溶接ワイヤや
トーチで溶接線を確認して補正操作を行なうことができ
、また短い溶接長の溶接で成り立つワークの場合実質上
の重心位置で補正することができ、１つの溶接長に対し
てズレが平均的になり、溶接開始点及び終了点での誤差
を少なくし、より好ましい溶接を行なうことができる。

実施例 第１図は本発明方法を実施するロボットの具体的実施例
を示した外観斜視図である。１はロボットの制御装置、
２はロボットアーム、３はアーム２の先端に取り付けら
れた視覚センサ、４は視覚センサ３の処理装置で、ロボ
ットの制御装置ｌと接続されており、センサ３の処理装
置４から送出されたズレ量に基いてロボットの制御装置
１はロボットアーム２を位置補正して動作させる。

５はセンサ３と処理装置４とを接続するケーブルである
。６は溶接トーチ、７は溶接電源、８はトーチケーブル
、９は溶接ガスボンベ　　　！０はボンベ９から電源へ
送られるガスのホースである。

第２図はロボットアーム２の先端部の拡大斜視図である
。１！はロボットアーム２の手首、１２は溶接トーチ６
を手首！１に固定するトーチホルダーで、本実施例では
視覚センサ３と平行に固定されている。センサの固定方
法としては色々な方法が採られる。

第３図は視覚センサの光路を示す説明図である。１３は
視覚センサ３の投光部、１４は受光部、　１５は投光部
１３からワークへ照射される光、　１６はワークで反射
された受光される光である。視覚センサ３はワークに投
光されて反射する光を利用するが、照射される光として
は掃引されるスポット光あるいはスリット光であり、ス
ポット状の光の場合もある。

焦点距離は固定である必要性はないが、焦点距離可変の
場合センサ３が大きくなり、また得られグ た画像からズレの数値を求める計算が煩雑とするため、
はとんど固定焦点が採用される。

上記の装置を用いて本発明方法でロボットの位置補正を
行なう。

視覚センサ３の視野の中心、即ち光路上の焦点位置とロ
ボ、ットの作業位置を一致させると、画像上、溶接ワイ
ヤや溶接トーチで溶接線が隠されることがある。したが
って本発明方法では第４図で示すように視野の中心点Ａ
と作業点Ｂとを溶接トーチ６に沿った方向に距離βだけ
離して配されている。

第５図は教示された溶接線と新しいワークの溶接線と実
際の溶接線との関係を示したものである。

１個の溶接長に対し１点の補正で全体のズレを最も小さ
くするには、ズレの重心を求め、その点で補正すれば良
いので、第５図のように補正される。第５図において、
１７は教示された溶接線、１８は溶接開始点、１９は溶
接終了点である。新しいワークが設置されて溶接線が破
線２０に示すようにずれた場合、その溶接開始点２１と
溶接終了点２２との中間点２３を検出して位置補正し、
実際の溶接線２４を得る。このときの溶接開始点側誤差
２５及び終了点側誤差２６は、従来方法による溶接線２
７の誤差２８の約坏程度とすることができる。

次に第６図によりセンシング位置の求め方を説明する。

２９は溶接開始点、３０は溶接終了点である。溶接トー
チは第１の位置３１のように教示されたとする。適正長
文き出されたワイヤの先端が溶接開始点２９を正確に指
している。開始点２９の位置を与えるベクトルなａ、終
了点３０の位置を与えるベクトルなりとする。尚、座標
はロボットアームに固定の座標である。矢印Ｃに示ずよ
うにトーチ方向を示す正規化されたベクトルをＣとする
。また１作業点と視野の中心との距離は第４図に示すと
おりβとする。センシングすべき位置３２は、−〇・ｃ
＋（ａ＋ｂ）／２ で与えられる。このセンシング位置３２でのトーチの姿
勢は第１の位置３１と平行である。

センサで位置を補正することは、作業に先立って検出さ
れたズレだけロボットアームを移動させることであるか
ら、第６図での位置３２から、ズレを加算した溶接開始
点へ移動すれば、位置３２を設けることは無駄な動作で
はない。溶接長自体が短いことは前提の条件であるから
センシング位置３２と溶接開始点との距離は本来短いも
のである。しかし、その距離が問題となる場合は、Ｌを
１より小さい正の数として −β・ｃ＋　［ａ・　（１−ｊ）＋ｂ−ｔｌで位置３２
を与えれば良い。ｔを小さくすればするほど位置３２は
溶接開始点に近づく。但し、溶接結果全体で見たときの
誤差は悪くなるので、具体的なワークによってしは定め
なければならない。

視覚センサが検出した視覚センサの座標上の値を用いて
、ロボットの位置を補正する方法は公知である。

次にセンサが検出する位置と作業点、即ち適正長文き出
されたワイヤの先端との関係を第７図に従って説明する
。

第７歯は教示された位置関係を示したもので。

ワークの形状がＬ字形の場合で、溶接すべき位置は角３
３である。しかし、ワークの形状や溶接条件等により、
実際の溶接位置は角３３から若干離れた位置の方が良好
な溶接結果を得られる場合がある。この場合、トーチの
位置はセンサの求める位置と実際の作業点との間にベク
トルの差ｄがある。しかし、良い溶接結果を得るために
ベクトルの差ｄを補正することは教示作業を煩雑にする
。

このため、本発明方法ではセンサが検出するズレの量と
ｌｊ”７３Ｑベクトルの差とは関係なく、センサの画像
中心と角、即ちセンサが検出する溶接すべき位置の差を
既に教示されている以降の位置に加算することで補正す
る。つまり教示した作業点位置が角と離れていれば離れ
たままで補正する。

まず第７図のような位置関係を教示する。トーチの位置
３２が記憶される。角３３との差ベクトルを（１とする
。次に教示の後の確認運転で、画像中心を原点とする画
像座標上でのセンサの検出する溶接すべき点、即ち第７
図での角を記憶する。この記憶はセンサを使って位置を
調べる命令がかかれている点毎に行なわれる。この座標
をξとする。

第７図では画像座標の原点に角があるのでξはゼロであ
る。

次に運転により第８図のようになったとする。

画像の中心とワークの角とは差ベクトルｅだけ異なって
いる。これをことする。このときロボットの位置が補正
されるのは５画像座標からロボットアーム座標への変換
行列をＴとするときＴ・　（ξ＋ζ） である。この値の中に差ベクトルｄの無いことが重要で
ある。即ち、差ベクトルｄを指示しなくて良いことを意
味する。この値を求めた時のロボットアームの位置を上
記の値だけずらすことで角を正しく求めることができる
。角と作業点との差はｄであるため角に正しく位置合せ
すれば、そこからｄだけ異なる位置に作業点があるので
第８図の位置３４にトーチが位置することになる。この
位置３４は第７図のトーチの位置３２とはロボットアー
ムの座標では異なっているがワークの角に対しては同じ
位置を与える。

以上のように本発明方法では確認運転で教示された状態
でのセンサ画像上でのデータが記憶されるので、自由に
適正溶接位置をセンサ無しの場合と全く同じように教示
できる。

発明の効果 本発明は上記のような方法を採ったので、溶接線全体で
見たとき優れた精度でロボットの溶接位置の補正を向上
することができ、且つ精度を要求しない場合は適用可能
な溶接長が長くなる。さらに処理は極めて簡単であり実
用性に富み、確認運転でセンサを働かせることで、ワー
ク継ぎ目と溶接点とにセンサ無しの場合と全く同一手順
で自由なオフセットを与えることができる等の効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するロボットの具体例を示し
た外観斜視図、第２図は同、ロボットアーム先端部の拡
大斜視図、第３図は同装置における視覚センサの光路を
示す説明図、第４図は本発明方法における作業点と視野
の中心点との位置関係を示した斜視図、第５図は本発明
方法と従来の方法との溶接結果を比較対照した説明図で
ある。 第６図はセンシング位置の説明図、第７図は教示又は確
認運転時の位置関係を示した説明図、第８図は運転時の
位置関係を示した説明図、第９図は視覚センサの視野の
中心と作業位置を一致させた従来例を示した説明図、第
１Ｏ図は第９図における画像の例を示した説明図である
。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端に工具が取り付けられているロボットアーム
   と、前記ロボットアームの制御装置と、前記工具とは別
   に前記ロボットアーム先端に取り付けられた視覚センサ
   と、前記ロボットアーム制御装置と連動されている前記
   視覚センサの処理装置とを具備し、教示されている作業
   開始点である特定の位置とその直後の位置と、前記工具
   の取り付けられている方向と、ロボットアームの姿勢と
   から定められる位置を作業開始に先立って求め、この求
   められた位置で視覚センサにより位置を検出して作業対
   象物のズレを求め、この求めたズレを教示されている作
   業位置に加算しロボットアームに作業させるロボットの
   位置補正方法。
2. （２）工具はアーク溶接用トーチを用い、教示されてい
   る作業開始点である特定の位置を溶接開始点に設定し、
   視覚センサは画像のほぼ中心を原点とする予め定められ
   ている座標を持ち、この座標上において教示作業後の確
   認運転で視覚センサが検出した溶接線位置を記憶し、運
   転で得られた視覚センサが求める溶接線位置と前記記憶
   されている位置との差を求め、この差を溶接するために
   教示されている位置にロボットアームの座標に換算して
   加算する請求項１記載のロボットの位置補正方法。