JPH0555268B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は溶接ロボツト等の自動加工装置の作
業開始点を自動的に検出するための作業開始点検
出方法に関する。

〔従来の技術〕

例えば、溶接ロボツトで溶接を行う場合の溶接
開始点の検出方法として、溶接ワイヤ自体を検出
プローブとし、これを被溶接物の一部を検出対象
壁として接触させるワイヤアース法或いはタツチ
センサ法が知られているが、これらは接触式であ
るので検出対象壁を取れない場合は、使用するこ
とができず、検出対象壁があつても、検出に必要
な大きさがなければ誤検出を招くという問題があ
る他、上記検出対象壁表面を清浄する前作業が必
要な場合があり、更に、被溶接物の材質によつて
も、例えば、被溶接物が絶縁物であるような場合
には使用することができず、汎用性が大きくない
という問題があつた。

この発明は上記した問題を解消するためになさ
れたもので、非接触で作業開始点を高い精度をも
つて検出することができ、従来に比して汎用性を
高めることができる作業開始点検出方法を得るこ
とを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

作業線を教示し、該教示作業線上の作業開始点
から一定距離だけ、加工動作することなく加工具
を移動させ、この時視覚センサにより実作業線上
の少なくとも２つの点を検出し、この少なくとも
２つの点を通る直線もしくは曲線を演算し、上記
作業開始点に対する上記直線もしくは曲線上の最
寄り点を演算により求めて該最寄り点を実作業線
の作業開始点として加工動作を開始させる構成と
したもので、実作業線が円もしくは円弧である場
合には、教示作業線の中心と演算により求めた円
もしくは円弧の中心との距離ベクトルにより教示
作業線上の作業開始点を修正して実作業開始点を
特定する構成としたものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図は、この発明の実施に使用する視覚セン
サを備えた作業線自動倣い方式の自動アーク溶接
ロボツトのトーチ部分を示したもので、１はトー
チブラケツト、２はトーチ、３はワイヤ、４は光
切断線方式の作業線検出器５を支持するフレーム
であつて、減速装置６を介してトーチブラケツト
１に支持されており、トーチ軸Ｔを回転中心とし
て、減速装置６を介しモータ７により回転駆動さ
れる。作業線検出器５は被溶接物Ｗ上にレーザ光
（スリツト光）を投光する投光器５１と該レーザ
光が被溶接物Ｗ上に結ぶ光像（光切断線）を撮像
する視覚センサ（例えば、CCDリニアセンサ）
５２からなり、投光器５１はトーチ軸Ｔ（ワイヤ
３先端）に対して所定距離Ｌ離れた位置に上記光
像が結像するようにレーザ光を投光する。視覚セ
ンサ５２が出力する映像信号は所定のサンプリン
グ間隔で第２図に示す主制御装置８に取り込ま
れ、該主制御装置（CPU）８は上記映像信号か
ら光切断位置すなわち実作業線（溶接線）GLを
検出し、演算により溶接線上の検出点P_Kの座標
位置を算出した後、モータ制御装置９に供給する
と同時に、この座標位置をロボツト座標に変換し
てロボツト制御装置１０に供給する。モータ制御
装置９は溶接線GL上の検出点P_Kが視覚センサ５
２の視野Ａ（後述する）の中心にくるように作業
線検出器５の位置を制御する。

次に、この発明の一実施例を第３図および第４
図ａおよびｂの動作説明図を参照して、主制御装
置８にプログラムされている制御のステツプに従
い説明する。

本実施例では、先づ、溶接ロボツトを遠隔操作
により駆動して、作業線TLを教示する。即ち、
溶接ロボツトを遠隔操作により駆動して、先ず、
第３図に示す如く、トーチ２（厳密には、トーチ
軸Ｔの指向先）を教示すべき作業開始点（溶接始
点）P₁まで移動させ、この教示すべき作業開始
点（教示作業開始点）P₁におけるロボツトの姿
勢および視覚センサ５２の回転角を主制御装置８
の記憶部に記憶させると同時に必要なコマンド
（作業開始命令や溶接線検出開始命令等）を上記
記憶部に書き込み、次いで、溶接ロボツトを遠隔
操作して、そのトーチ２を、教示すべき作業線
（この例では、直線）TLに沿つて所望の作業終了
点（溶接終点）P₃まで移動させて該作業線TLを
記憶させ、作業終了点P₃の位置と必要なコマン
ド（作業終了命令や溶接線検出終了命令等）を上
記記憶部に記憶させる。

上記テイーチング作業が終わると、プレイバツ
クさせるが、この時は、溶接ロボツトに溶接動作
は行わせない。このプレイバツク時には、溶接ロ
ボツトは、ロボツト制御装置１０が主制御装置８
が上記記憶部から再生する上記教示作業線TLの
位置情報を受けてトーチ２を、第４図ａに示す如
く、教示作業開始点P₁まで移動させる。このト
ーチ２の位置決めが終わると、作業線検出器５が
センシング動作を開始し、視覚センサ５２がトー
チ軸Ｔのまわりを周回して実作業線（溶接線）
GLを探し、溶接線GLがその視野Ａ内に入ると、
主制御装置８が視覚センサ５２が送出する映像信
号から光切断点の位置P_K1を検出して上記記憶部
に記憶する。

次いで、溶接ロボツトのトーチ２は教示作業開
始点P₁から点P₂まで一定距離（この距離は溶接
線全長に対しては微小距離であつて、例えば10mm
〜20mm）だけ教示作業線TL上を移動して停止
し、主制御装置８がこの位置P₂における視覚セ
ンサ５２からの映像信号から検出した光切断点の
位置P_K2を前記記憶部に記憶する。

上記２つの位置P_K1，P_K2が検出されると、主制
御装置８がこの２点P_K1，P_K2の座標から直線を演
算し該直線を実作業線GLとして規定して、教示
作業開始点P₁に対する上記演算により規定した
実作業線GL上の最寄り点P_K3を演算により算出
し、該最寄り点P_K3を実作業線GLの実作業開始点
として記憶する。第４図ａの例では、この最寄り
点P_K3は、第４図ｂに示すように、教示作業開始
点P₁から上記演算により規定した実作業線GLに
下ろした垂線との交点としている。

ここで、教示作業開始点P₁に対する実作業線
GL上の最寄り点P_K3を実作業開始点とするのは、
検出対象壁の無い実作業線GLの実作業開始点を、
教示作業開始点P₁とその点P₁から一定距離ｌだ
け移動した教示作業線TL上の点P₂との少なくと
も２点の検出点情報に基づいて、真（実際）の実
作業線GLの開始点にできるだけ近づけ、その誤
差を溶接の許容誤差範囲内に収めるためである。

トーチ２は教示作業線TL上の点P₁の座標にあ
るので、実作業開始点P_K3の検出が終わると、ロ
ボツト制御装置１０が主制御装置８から実作業開
始点P_K3の位置情報を受けてトーチ２をこの実作
業開始点P_K3まで移動させ、この点から溶接線自
動倣いによる溶接作業が開始される。

このように、本実施例では、作業開始点P₁と
他の一点P₂を教示し、両点にトーチ２を移動さ
せて、それぞれの点で実溶接線GLを視覚センサ
５２で探索させて検出し、この検出点P_K1，P_K2か
ら実作業線GLを演算により求め、該実作業線GL
上の作業開始点P₁に対する最寄り点を検出して
これを実作業開始点としており、非接触による位
置検出と演算により実作業開始点を検出するか
ら、従来のような検出対象壁は不要であり、被溶
接物の表面状態や材質による使用制限は無い。

また、上記実作業開始点P_K3は演算による近似
点であつて、実際の作業開始点に対してずれる場
合があるが、トーチ２の軸線Ｔとスリツト光の結
像点との距離Ｌは、一般に、溶接線全長に比べる
と微小距離であり、また、第４図ｂに示すごとく
教示作業開始点P₁に対する実作業線GL上の最寄
り点P_K3を実作業開始点とすることにより、上記
ずれ（誤差）は溶接の許容誤差範囲内に確実に収
められ、実作業開始点P_K3から支障なく溶接を開
始することができる。なお、最寄り点は、必ずし
も、実施例のように教示作業開始点１からの垂線
と演算により求めた実作業線GLとの交点である
必要はない。

上記実施例では、実作業線GLが直線である場
合の作業開始点を検出する方法について説明した
が、実作業線GLがその実作業開始点近傍で非直
線である場合には、作業線検出装置５による検出
間隔を細かくして２点以上を検出し非直線を直線
補間により近似するようにする。

また、溶接線方向への被溶接物のずれについて
は、溶接線方向の被溶接物一端側を位置決め治具
等により必ず位置決するか、既知の検知手段（リ
ミツトスイツチ、光学式センサ等）により溶接線
方向の被溶接物一端側を検知して教示時と作業時
とのずれ量を記憶し実作業時にそのずれ量を反映
するなどの処置を行なつて対処している。

次に、実作業線GLが円弧、例えば、円である
場合に作業開始点を検出する方法を第５図ａ及び
ｂを参照して説明する。

この場合も、前記直線の場合と同様に、円作業
線を教示したのち該教示作業線TL上の教示作業
開始点TP₁までトーチ２を移動させて位置決め
し、作業線検出器５によるセンシング動作を行わ
せて実作業線GLを検出させ、その検出点P_C1の座
標を主制御装置８の前記記憶部に記憶させた後、
教示円作業線TLに沿つてトーチ２を所定円弧長
だけ点TP₂まで移動させて位置決めし、再び、作
業線検出器５によるセンシング動作による実作業
線GLの検出を行わせ、この検出点P_C2の座標を上
記記憶部に記憶させる。

なお、主制御装置８により、教示作業線TLの
位置情報から該教示作業線TLの円弧方程式を算
出して、円中心の位置Ｏと半径ｒを演算により求
めておく。

次いで、上記２つの検出点P_C1，P_C2と半径ｒか
ら主制御装置８により実作業線GLの円中心O′を
算出させたのち、最寄り点TP_N1を算出させる。
この場合、先づ、ベクトル距離Ｖ＝′を演算さ
せ、該ベクトル距離Ｖにより教示作業開始点TP₁
を補正した位置TP₁＋′を最寄り点TP_N1として
算出させ、該点を実作業開始点と特定する。

ここで、教示作業開始点TP₁に対する実作業線
GL上の最寄り点TP_N3を実作業開始点とするの
は、前述した通り、検出対象壁の無い実作業線
GLの実作業開始点を、教示作業開始点TP₁とそ
の点P₁から所定円弧長だけ移動した教示作業線
TL上の点TP₂との少なくとも２点の検出点情報
に基づいて、真（実際）の実作業線GLの開始点
にできるだけ近づけ、その誤差を溶接の許容誤差
範囲内に収めるためである。

第５図ｂに示すごとく教示作業開始点TP₁に対
する実作業線GL上の最寄り点TP_N3を実作業開始
点とすることにより、上記ずれ（誤差）は溶接の
許容誤差範囲内に確実に収められ、実作業開始点
TP_N3から支障なく溶接を開始することができる。

なお、実作業線GLと教示作業線TLとの間の角
度的なずれについては、実作業線GLの全周を溶
接するような場合には特に問題にはならないが、
その作業開始点の角度位置が問題になるような場
合には、例えば、角度位置を限定するためのマー
キングを予め被溶接物に付しておき、教示時には
そのマーキング位置を教示・記憶しておき、実作
業時に検出したそのマーキング位置と教示時のマ
ーキング位置とのずれ量に基づいて、実作業線
GLと教示作業線TLとの間の角度的なずれを検知
し、実作業時に反映するようにすればよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、教示作業線の複
数点に加工具を位置決めして該それぞれの点で視
覚センサにより実作業線を検出させ、この検出点
と教示作業線上の位置情報から演算により作業開
始点を検出する構成としたことにより、非接触で
該作業開始点を検出することができるので、従来
方法による場合に比して高い汎用性を得ることが
でき、特に、溶接の場合には、検出対象壁がなく
ても、また、被溶接物の材質や板厚等に左右され
ることなく適用することができ、また、従来のよ
うに検出に当たつて検出対象壁の洗浄等の前作業
が不要になるので、その効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施に使用される溶接ロボ
ツトのトーチ部分の一例を示す側面図、第２図は
上記溶接ロボツトの制御部のブロツク図、第３
図、第４図ａ，ｂは作業線が直線である場合の上
記実施例の動作を説明するための上記トーチ部分
の移動経路を示す図、第５図ａは作業線が円であ
る場合の上記実施例の動作を説明するための上記
トーチ部分の移動経路を示す図、第５図ｂは第５
図ａの部分拡大図である。 ２……トーチ、５……作業線検出器、７……モ
ータ、８……主制御装置、５１……レーザ投光
器、５２……視覚センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 視覚センサを有する作業線自動倣い方式の加
   工装置を用いる加工方法において、作業線を教示
   したのちプレイバツクさせて加工具を上記作業線
   上の作業開始点から一定距離だけ、加工動作する
   ことなく移動させ、このプレイバツク時に、実作
   業線を視野に収める上記視覚センサを通して該実
   作業線上の少なくとも２つの点を検出し、この少
   なくとも２つの点を通る直線もしくは曲線を演算
   し、上記作業開始点に対する上記直線もしくは曲
   線上の最寄り点を演算により求めて該最寄り点を
   上記自動倣いされる実作業線の作業開始点として
   加工動作を開始することを特徴とする作業開始点
   検出方法。 ２ 視覚センサが、加工具の軸心まわりに回転可
   能であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の作業開始点検出方法。 ３ 視覚センサを有する作業線自動倣い方式の加
   工装置を用いる加工方法において、円弧作業線を
   教示したのちプレイバツクさせて加工具を上記円
   弧作業線上の作業開始点から一定距離だけ、加工
   動作することなく移動させ、このプレイバツク時
   に、実円弧作業線を視野に収める上記視覚センサ
   を通して該円弧実作業線上の少なくとも２つの点
   を検出し、上記教示した円弧作業線の半径を半径
   とし上記の少なくとも２点を通る円弧の中心を演
   算し、該中心と上記円弧作業線の中心とのベクト
   ル距離を算出して該ベクトル距離により上記教示
   した円弧作業線上の上記作業開始点を修正して該
   修正点を実円弧作業線上の実作業開始点とするこ
   とを特徴とする作業開始点検出方法。 ４ 視覚センサが、加工具の軸心まわりに回転可
   能であることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の作業開始点検出方法。