JPH03230867A - 自動溶接装置 - 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】 本発明は、工業用ロボットを用いた自動溶接装置に関す
る。

〈従来の技術〉 従来の自動溶接装置は第６図および第７図に示すように
、予めマスクワーク上の溶接線に教示点を設け、これを
記憶させた回路の工業用ロボットに、工作物Ｗの表面の
形状の変化により実際の溶接線Ｗ、の位置を実時間検出
する視覚センサ２０を手首部１１に取付け、教示点間を
補間することによって得られた溶接線Ｗ０　（以下、教
示点を結んだ溶接線Ｗ０と呼ぶ）と実際の溶接線Ｗ、の
位置の差を修正して実際の溶接線Ｗ、に倣って溶接を行
うようにしていた。このとき視覚センサ２０が工作物Ｗ
の仮溶接部、傷、汚れ等の部分を通過し、センサデータ
を得ることができなかつ場合、前回のセンサデータをそ
のまま使用することによってトーチＴの目標点を決定し
ていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 かかる従来の技術においては、溶接中の熱による歪み等
を防止するために仮溶接されている仮溶接部Ｓを視覚セ
ンサ２０が通過するとき、視覚センサ２０は工作物Ｗ、
、、Ｗ、の段部によって形成された溶接線Ｗ、を検出す
ることができないため、工業用ロボットはこの仮溶接部
Ｓで補正動作を行うことができない。このため第７図に
誇張して示すように、工業用ロボットは前回のセンサデ
ータ（教示点を結んだ溶接線Ｗ。上の前回の補間点Ｐ１
とそれに対する実際の溶接線Ｗｃ上の前回の目標点Ｍ　
−Ｉとの差）を用いてトーチＴの目標点Ｍ０を決定する
。視覚センサ２０が仮溶接部Ｓを通過し終わると、視覚
センサ２０は、再びセンサデータを読み取ることができ
、このセンサデータを基にトーチＴは目標点Ｍ１に移動
する。この時、仮溶接部Ｓ中で実際の溶接線Ｗｃの変化
が大きいとトーチＴの移動距離Ｍ。Ｍ、は教示点を結ん
だ溶接線Ｗ０上の予定移動距離Ｐ。Ｐｌに比べて大きな
誤差を生じる。トーチＴの目標点間の移動時間は一定な
ので、前記誤差はトーチＴの移動速度差として現れる。

この速度差が原因となって、トーチＴが仮溶接部Ｓを通
過し終わるとき、トーチＴの移動速度が突然速くなり、
溶接ビートが細くなった溶接不良部分Ｙを生じるという
問題があった。

またこの溶接不良部分Ｙは、同様の理由により、工作物
Ｗの傷や汚れ等の部分でも発生する。

本発明はこのような問題点を解決して、トーチＴが工作
物の仮溶接部、傷、汚れ等の部分を通過し終わるときの
速度変化を少なくし、溶接不良部分の生じない自動溶接
装置を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
ので、第１図に示すように、視覚センサ２０により検出
されたセンサデータが補正の必要のない適用条件範囲内
にあるかどうかを判別するセンサデータ判別手段４と、
センサデータ判別手段４で適用条件範囲外となったセン
サデータを補正して補正データを算出する補正データ算
出手段２と、補正データが適用条件範囲内にあるかどう
かを判別し、適用条件範囲外の補正データは所定の値に
置き換えて、補正データを確定する補正データ判定手段
３を備え、工業用ロボット１０を倣い制御する制御手段
１はセンサデータ判別手段４および補正データ判定手段
３から与えられたデータに基づいてアーク溶接用トーチ
Ｔの目標点を決定し、工業用ロボット１０を制御するこ
とを特徴とする。

く作用〉 上記のように構成された自動溶接装置において、センサ
データ判別手段４は視覚センサ２０によって検出された
センサデータをトーチＴの目標点を決定するデータとし
て使用可能な適用条件範囲内にあるかどうかを判別する
。そして使用可能な場合はこのデータを制御手段１に送
る。前記適用条件範囲外のセンサデータは補正データ算
出手段２で補正計算され補正データが算出される。補正
データ判定手段３はこの補正データが適用条件範囲内に
あるかどうかを判別し、適用条件範囲外の補正データは
所定の値に置き換えて、補正データを確定し、このデー
タを制御手段１に送る。制御手段１はセンサデータ判別
手段４および補正データ判定手段３により与えられたデ
ータに基づいてトーチＴの目標点を決定し、工業用ロボ
ット１０を制御して溶接を行う。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を第１図から第４図に基づいて説
明する。

第２図は、工業用ロボット１０の全体構成図で、１０は
６軸型の工業用ロボット１０である。

この工業用ロボット１０の手首部１１には、ブラケット
１２を介してアーク溶接用トーチＴと、オフセットブラ
ケット１９を介してトーチＴよりも先行した溶接線Ｗ、
を検出できるように取付けられた視覚センサ２０が設け
られ、トーチＴは可撓管１４を介して不活性ガスアーク
溶接機１５に接続され、電圧が加えられた針金状の溶解
剤がら成るワイヤ１３と不活性ガスが供給されている。

また、工業用ロボット１０と対向する位置には、支持テ
ーブル１６が設けられ、２枚の板材Ｗａ。

Ｗ、を重ねて仮付けした工作物Ｗを支持するようになっ
ている。

第３図は、工業用ロボット１０を制御する制御装置の全
体構成図である。

制御装置３０は、主に中央処理装置３１と記憶装置３２
から成り、中央処理装置１１３１には入出力インターフ
ェイス３４を介して操作盤３５およびオペレーティング
ボックス３６が接続され、また工業用ロボット１０の各
軸を駆動するサーボモータＭ１〜Ｍ６を作動させるサー
ボモータｌ−３ＵＩ〜ＳＵ６が入出力インターフェイス
３３を介して接続されている。各軸の回転角はエンコー
ダＥ１〜Ｅ６により検出され、各サーボユニットＳＵＩ
〜ＳＵ６にフィードバックされている。

中央処理装置３１には手首部１１に取付けられた視覚セ
ンサ２０が入出力インターフェイス３３を介して接続さ
れ、またトーチＴに電力を供給するアーク溶接機１５が
入出力インターフェイス３４及びシーケンサ３７を介し
て接続されている。

前記記憶装置３２には、制御プログラム等が記憶されて
いる。

前記視覚センサ２０は、第１図に示すように、センサヘ
ッド２１と計測制御部２９により構成されたレーザスキ
ャン方式のセンサである。すなわちレーザのスポット光
を工作物Ｗに照射し、その反射光を受光素子上に受光さ
せ、この受光した位置に応じて受光素子が電流信号を出
力することによって、計測制御部２９が重ね合わされた
工作物Ｗ、、Ｗ、の段部によって形成された溶接線Ｗｃ
の位置を判定するものである。

以上の構成において、第４図および第５図に示す中央処
理装置３１での処理を示すフローチャートにより本実施
例におけるセンサデータ補正手順について説明をする。

第４図に示す手順は、工業用ロボット１０が溶接を開始
する為の前処理として行われる。ステンプ１００では、
作業者が操作盤３５またはオペレーティングボックス３
６から、第５図に示す工業用ロボット１０の溶接実行時
におけるセンサデータ補正手順に必要な定数を設定する
。中央処理装置３１はその値を記憶装置３２に記憶する
。

第５図に示す手順は、工業用ロボット１０の溶接実行時
に視覚センサ２０が検出するセンサデータから溶接用ト
ーチＴの目標点を決定するための確定データＡ１を決定
するセンサデータ補正手順である。センサデータは教示
点を結んだ溶接線Ｗ。と実際の溶接線ＷＣの差を示すも
ので、高さ方向データと横方向データで構成されている
。以下は横方向アークＸ、を例にとって説明するが高さ
方向データについても同様である。

ステップ２００では、視覚センサ２０が実際の溶接線Ｗ
ｃの位置をデータＸｌとして検出したかどうかを判別し
、もし仮溶接部等の理由で検出されない場合は、ステッ
プ２０６に移り、前回の確定データＡ０を今回の確定デ
ータＡＩとする。

ステップ２０１では、ステップ２００で確認されたデー
タＸ、を適用条件範囲内、すなわち予め決められた最小
値Ｘ、、、以上、最大値ＸＭＡＸ以下のものであるかを
判別し、データＸ１自体の大きさによって著しい速度変
化が生じるのを防ぐとともに、視覚センサ２０が誤った
データを検出することを防止する。そしてこの適用条件
範囲外の場合は、ステップ２０６に移り、前回の確定デ
ータＡ０を今回の確定データＡ、とする。

ステップ２０２では、ステップ２０１で判別されたデー
タＸ、と前回の確定データＡ０との変化量Ｘ、−Ａ、が
適用条件範囲内、すなわち予め決められた最小変化量ｄ
Ｘｎ＋Ｎ以上、最大変化量ｄＸ　ＩＩＡＸ以下のもので
あるかを判別し、求める目標点が一つ前の目標点に比べ
大きな誤差を生じないようにする。そしてこの適用条件
範囲内の場合は、ステップ２０３に移動してデータＸ、
をそのまま確定データＡ、とする。

ステップ２０４では、ステップ２０２でデータＸＩが許
容範囲内になかった場合、補正データＲ１を変化量縮小
係数Ｃ（０＜Ｃ＜１）を用いて以下のように求める。

ＲＩ＝　（Ｘ＋　　Ａｏ　）ｘｃ＋Ａ。

ステップ２０５では、ステップ２０４で求められた補正
データＲ＋　と前回の確定データＡ０との差Ｒ＋　　Ａ
ｏが適用条件範囲内、すなわち予め決められた最小変化
量ｄＲ□Ｎ以上、最大変化量ｄＲＭＡＸ以下のものであ
るかを判別し、ステップ２０４で求められた補正データ
Ｒ１が適用条件範囲内の場合は、目標点を決定する値と
して適することが確認され、ステップ２０７に移り補正
データＲ２を確定データＡ１とする。そしてこの適用条
件範囲外の場合は、ステップ２０６に移り前回の補正デ
ータＡ。を確定データＡ、とする。ただし、ここで用い
られる最小および最大変化量ｄ　ＲＭＩＮ　。

ｄＲＭＡｘはステップ２０２で使用したｄ　ＸＭＩＮ　
。

ｄＸ、□とは異なる値である。

ステップ２０８では、以上の手順で求められた確定デー
タＡ、を記憶し、出力する。これによって、アーク溶接
用トーチＴの目標点を決定するための確定データＡ、の
決定手順を終了する。

上述した補正手順の手順の中で使用した最小および最大
変化量ｄＸ□Ｎ　、　　ｄＸ、４ａｘ　、　　ｄＲ□８
゜ｄＲＭＡＸとステップ２０２で使用した変化量縮小係
数Ｃは第４図におけるステップ１００で与えられた定数
である。

このように工作物Ｗに応じた適切な定数を作業者が設定
し、この定数を用いてセンサデータからトーチＴの目標
点を決定する確定データを導く。

このときセンサデータの大きさおよび変化量によって、
センサデータを補正するだけでなく補正されたデータを
さらに吟味することによって、適切な確定データを得る
ことができる。この確定データにより工業用ロボットＩ
Ｏを制御する目標点を決定し、アーク溶接用トーチＴの
移動速度が大きく変化しないようにしたため、工作物Ｗ
上の仮溶接部、傷、汚れ等に影響されることなく溶接を
行うことが可能となった。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明は、視覚センサが検出したセン
サデータを補正し、アーク溶接用トーチが移動する実際
の溶接線上の目標点を決定することによって、アーク溶
接用トーチの移動速度が大きく変化しないようにしたた
め、工作物上の仮溶接部、傷、汚れ等に影響されること
なく溶接を行うことができ、溶接不良が大幅に減少する
という利点がある。またこれによって、作業者が溶接不
良となった工作物の手直しをすることが大幅に減少した
ので、作業時間および労力の削減が可能と丁 第１図は本発明の構成を明示する図である。第２図から
第５図は、本発明による自動溶接装置の一実施例を示し
、第２図は実施例の工業用ロボットの全体構成図、第３
図は第２図における工業用ロボットの電気的構成図、第
４図および第５図は制御装置の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

第６図および第７図は、従来技術の一例を示し、第６図
は従来の問題点を説明するための図、第７図は第６図の
詳細図である。

１・・・制御手段、２・・・補正データ算出手段、３・
・・補正データ判定手段、４・・・センサデータ判別手
段、１０・・・工業用ロボット、１１・・・手首部、１
５・・・アーク溶接機、２０・・・視覚センサ、Ｔ・・
・アーク溶接用トーチ、Ｗ・・・工作物、Ｗｏ　・・・
教示点を結んだ溶接線、Ｗｃ　・・・実際の溶接線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）手首部にアーク溶接用トーチおよび工作物表面の
   溶接線をセンサデータとして検出する視覚センサを備え
   た工業用ロボットと、前記視覚センサにより検出された
   前記センサデータに応じて前記アーク溶接用トーチが前
   記溶接線に沿って移動するように前記工業用ロボットを
   倣い制御する制御手段と、前記アーク溶接用トーチに電
   力を供給するアーク溶接機を備えてなる自動溶接装置に
   おいて、前記センサデータが補正の必要のない適用条件
   範囲内にあるかどうかを判別するセンサデータ判別手段
   と、前記センサデータ判別手段で適用条件範囲外となっ
   たセンサデータを補正して補正データを算出する補正デ
   ータ算出手段と、前記補正データが適用条件範囲内にあ
   るかどうかを判別し、適用条件範囲外の補正データは所
   定の値に置き換えて、補正データを確定する補正データ
   判定手段を備え、前記制御手段は前記センサデータ判別
   手段および前記補正データ判定手段から与えられたデー
   タに基づいて前記アーク溶接用トーチの目標点を決定し
   、前記工業用ロボットを制御することを特徴とする自動
   溶接装置。