JPH074671B2

JPH074671B2 - 溶接位置制御方法

Info

Publication number: JPH074671B2
Application number: JP61131819A
Authority: JP
Inventors: 正道富田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-06-09
Filing date: 1986-06-09
Publication date: 1995-01-25
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: JPS62289374A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は溶接ロボツトの制御方法に係り、特に教示再生
型のロボツトに視覚センサから位置情報を与えて被溶接
材の開先部板隙間に適応した動作をさせるのに好適な位
置制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、ロボツト先端部を目標径路に倣って運動させるた
めの、作業対象物位置検出方法が各種考案されている。
特に溶接作業用に被溶接材上の開先位置を検出するため
の代表的な方法の一つに光学的方法がある。例えば特開
昭57−7378号や同58−159980号では、投光装置から被溶
接材の開先部にスリツト状の光を投射し、被溶接材によ
るその切断線の画像を撮像装置でとらえ、開先の位置を
検出して、この位置の情報に基づいてロボツトアームの
先端部に取付けられた溶接トーチの位置または姿勢など
を上記検出位置の情報に基づいて制御するという方法が
行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、被溶接材の寸法誤差，据付位置及び姿
勢の誤差，溶接時の熱変形等の原因により開先位置に誤
差が生じたとき、これに適応して溶接動作を行うことが
できる。しかし、開先部の板に隙間が生じたときに対処
する寸法は考慮していない。開先部の板に隙間が生じて
いる場合、該箇所を、隙間が生じていないとして設定し
た溶接速度，溶接電流等の溶接条件で溶接を行なうと、
溶接状態が劣化するという問題がある。また、この溶接
状態は隙間の大きさにも依存するという問題もある。

本発明の目的は、開先部に隙間が生じている場合でも同
一の溶接条件で隙間がない箇所と略同一の溶接仕上を得
ることができる溶接ロボツトの位置制御方法を提供する
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、溶接トーチの目標位置を定め、被溶接材の
開先位置を検出しながら前記目標位置で溶接トーチによ
り溶接を行なう溶接ロボツトにおいて、被溶接材の板隙
間を検出したとき、前記目標位置の修正演算を行なつて
溶接トーチの位置を修正することで達成される。

〔作用〕

被溶接材に板隙間がある場合には、溶接トーチの位置を
開先位置に近付けるように修正して溶接を行なうため、
溶接条件を一定に保つたままで板隙間の有無及び広狭に
かかわらず略均一の溶接仕上が得られる。板隙間が広す
ぎて溶接不能あるいは溶接不良が発生しそうな場合は、
異常処理を行なわせることで溶接ロボツトを停止させる
等の処理を行なわせることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第２図に、本発明の位置制御方法の一実施例を適用した
アーク溶接ロボツトシステムのハードウエア構成を示
す。図において、１はロボツツト、２はロボツト制御装
置である。ロボツト１の先端部には溶接トーチ３及び視
覚センサ（位置検出手段）４が装着されている。視覚制
御装置５が視覚センサ４及びロボツト制御装置２と接続
されている。溶接トーチ３には電源ケーブル６を介して
溶接機７が、またコンジツトケーブル８を介してワイヤ
リール９がそれぞれ接続されている。ロボツト１の可動
領域内に例えば第１図に示すような重ね継手の被溶接材
10が仮付けまたは締付けにより固定されて置かれてい
る。

本実施例の制御方法を以下に順を追つて説明する。

（ｉ）視覚制御装置５は予め教示プログラムごとに一定
の板厚値ｔを記憶する。あるいは教示の際に教示径路の
区間ごとに一定の板厚を記憶する。また本実施例の重ね
合わせ継手等のように再生時に測定可能な場合は視覚セ
ンサ４により板厚をオンライン検出する方法もある。

（ii）再生動作時に視覚センサ４は開先位置とともに
板隙間ｇを検出する。

（iii）視覚制御装置５はｋ＝g/tの値を計算し、ｋの値
が一定値γ以上になつた場合にはロボツト１及び溶接機
７を瞬時に停止させる等の異常処理動作を行なわせる。
ｋ＜γの場合には、ロボツト制御装置２が以下の方法で
溶接トーチ３の修正目標位置_ｋを修正演算する。

ｋ＝０、即ち板隙間ｇが０のときロボツト制御装置２が
生成する溶接トーチ目標位置ベクトルを_０とする。
_０は板の表面上に与えられる。第３図に示すように線分
AB₀を内分する位置に修正目標位置_ｋを与える。

０ｋ＜βの場合は、_ｋ＝αｋ＋（１−αｋ）_０ …（１）（但し、α，βは定数で、０＜α1,β＜γ）として板
隙間に基づく修正目標位置_ｋを与える。一方、βｋ
＜γの範囲にｋがある場合は、_ｋ＝αβ＋（１−αβ）_０ …（２）として_ｋを与える。

ロボツト制御装置２が式（１）及び式（２）により_ｋ
を演算するとき、溶接トーチ目標位置の開先位置からの
距離の比Ｓ_ｋ/S₀＝｜_ｋ−|/|_０−｜を縦軸にとり、板隙間と板厚との比ｋを横軸にとつて図
示すると、第４図のグラフのようになる。即ち、ｋが０
に近いときはＳ_ｋS₀であり、０ｋ＜βの範囲ではＳ
_ｋがｋの１次関数として減少し、βｋ＜γではＳ_ｋは
一定値（１−α・β）・S₀をとる。一旦γ＜ｋとなれば
異常処理動作が開始される。

なお、０ｋ＜βの範囲では、一般にはｋの単調減少関
数とすることによりほぼ同様効果が得られる。また、β
＝γであつても良い。

（iv）溶接トーチ３の先端は視覚センサ４の検出動作ご
とに演算される_ｋの位置に追従する。

（ｖ）上記（ｉ）〜（iv）の検出・演算によつて定まる
溶接トーチ３の径路は、第１図に示すようになる。教示
された溶接径路13は溶接開始点11と溶接終了点12との間
を補間する直線である。再生動作時には、視覚センサ４
により検出された開先位置と、から被溶接材10の表
面上を教示径路13と直交する方向S₀だけ移動した目標位
置_０が定められる。この時、図示したように、被溶接
材10の開先位置に隙間ｇが生じていると、AB₀間を式
（１）又は式（２）により内分した点が修正目標位置
_ｋとされ、溶接トーチ３はこれに追従する。

溶接トーチ３で溶接を行なう場合、溶接条件を隙間なし
の場合の条件と同一条件で行なつても、目標位置が修正
されるため隙間存在箇所でも良好な溶接仕上りが得られ
る。しかし、隙間の存在により、目標位置の他、溶接電
流，溶接速度等の溶接条件も修正すると、より一層良好
な溶接仕上りが得られることは勿論である。

この様に、本実施例によれば、ロボツトによる重ね合わ
せ継手のアーク溶接作業を開先部板隙間に適応させて行
なわせることができ、均一に近い仕上り状態を得ること
ができる。

第５図に、本発明の他の実施例を示す。本実施例では、
先の実施例と同一の溶接ロボツトシステムを用いて薄板
の突合わせ継手をアーク溶接する。

以下に本実施例の制御方法を述べる。

（ｉ）教示時には目標位置S₀の値をロボツト制御装置２
に与えておく。

（iii）視覚制御装置５は常時ｇの値を監視し、ｇが一
定値g₀以上になれば異常とみなしてロボツト制御装置２
に異常信号を送る。ロボツト制御装置２はこれを受けて
例えば溶接アークをカツトし、以後の径路上で溶接トー
チを空送りする等の異常処理を行なう。

ｇ＜g₀の場合は、_０は開先検出位置において板面に
立てた垂線上、すなわち板から離れた位置に与える。ロ
ボツト制御装置２が以下の方法で溶接トーチ３の目標位
置_ｋを演算する。

０ｇ＜g₁（g₁は定数,g₁g₀）の場合は、ｋ_ｇ＝g/g₁を用いて_ｋ＝αｋ_ｇ＋（１−αｋ_ｇ）_０ …（３）とする。また、g₁ｇ＜g₀のときは、_ｋ＝αＡ＋（１−α）_０ …（４）として修正目標位置_ｋを与える。ここで、_０は、開
先検出位置において板面に立てた垂線上の前記S₀の値
であり、ｇ＝０のときの目標位置である。

（iv）以下は第１図の実施例と同様に行なう。

本実施例によれば、板厚ｔがオンライン検出できない場
合や、径路途中で板厚が変化する等の理由から、g/tの
値を使用するのが適当でない場合についても、板隙間ｇ
に適応した溶接作業が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、開先部に板隙間が生じたときにこれを
検出しながら溶接トーチの目標位置を修正することがで
きるので、常に均質な溶接状態が得られると共に、溶接
作業性を向上し得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す原理図、第２図は本発
明の一実施例を適用する溶接ロボツトシステムのハード
ウエア構成例を示す模式図、第３図は本発明の一実施例
の演算方法を示す原理図、第４図は上記実施例の演算に
より創成される距離Ｓ_ｋ/S₀と板隙間−板厚比ｋとの関
係を示す図、第５図は本発明の第２の実施例の制御方法
を表わす原理図である。１……ロボツト、２……ロボツト制御装置、３……溶接
トーチ、４……視覚センサ、５……視覚制御装置、７…
…溶接機、10……被溶接材、11……溶接開始点、12……
溶接終了点、13……教示径路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接トーチの目標位置をロボット制御装置
に定め、ロボットの先端に設けた視覚センサによって被
溶接材の開先位置を検出しながら、前記目標位置で溶接
トーチにより被溶接材を溶接する溶接ロボットにおい
て、前記視覚センサによって取込んだ前記ロボットの再
生動作時の開先位置と被溶接部の隙間ｇと予め記憶した
板厚ｔとにもとづいて、ｋ＝g/tを視覚制御装置によっ
て求め、このｋの値が設定値より小さい場合に、前記開
先位置における溶接トーチの溶接線に対して直交方向の
修正目標値を視覚制御装置によって演算し、この修正目
標値にもとづいて、ロボット制御装置により溶接トーチ
の位置を修正することを特徴とする溶接位置制御方法。
【請求項２】前記視覚制御装置は、前記ｋの値が設定値
以上のとき、異常指令をロボット制御装置に出力するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶接位置制
御方法。