JPH0780643A

JPH0780643A - 溶接ロボットの制御方法

Info

Publication number: JPH0780643A
Application number: JP24973993A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hamura; 雅之羽村; Mitsuhiro Okuda; 満廣奥田; Takeki Makihata; 雄毅巻幡; Tatsuo Karakama; 立男唐鎌; Yoshitaka Ikeda; 好隆池田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接ギャップの幅の変動に対応した溶接条件
の制御。【構成】ロボットアーム先端部１、溶接トーチ２、レ
ーザセンサ３を含む全体がＸＹＺ各軸と非直角の一定角
度を以て交差する方向に傾斜した態勢で対象物Ｃ，Ｄの
段差部の溶接を行なう際の溶接条件を段差部に存在する
ギャップ幅ｈ（ｘ）に応じて制御する。レーザセンサ３
のＣＣＤカメラで捕捉されるレーザビーム走査線の軌跡
映像をロボットコントローラに内蔵された画像処理プロ
セッサを利用して解析し、ギャップ幅ｈ（ｘ）を決定す
る。ロボットコントローラのメモリには、ｈ（ｘ）の値
のレベルに対応させて、溶接電圧Ｖ、溶接電流Ｉ、溶接
速度ｖ、オフセット量δの値がテーブルデータで格納さ
れている。所定周期で計測されるギャップ幅ｈ（ｘ）に
ついて、ギャップ幅レベルが変わる毎にＶ、Ｉ、ｖ、δ
がテーブルデータに合わせて変更される。溶接ギャップ
の幅に適した溶接条件がリアルタイムに実現されるか
ら、溶接ビードの品質がまんべんなく向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、溶接ロボットの制御
方法に関し、更に詳しくは、溶接トーチと共に、例えば
レーザビームを偏向させて作業線位置を検出する型式の
レーザセンサをロボットに支持させ、レーザセンサ出力
を利用して溶接対象物間のギャップ幅（以下、「溶接ギ
ャップ幅」と言う。）に応じて溶接条件を制御する溶接
ロボットの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接トーチをロボットアーム先端部に支
持し、溶接対象部材間の溶接線に沿って溶接トーチ先端
を移動させることによって、溶接作業を行なうことは公
知であり、このような用途に利用されるロボットは溶接
ロボットと呼ばれている。また、溶接トーチ先端位置に
対してロボット進行方向側の領域のセンシングを行なう
レーザセンサをロボットに取り付けて溶接線位置データ
を獲得し、該データに基づいてロボット位置を補正しな
がらロボットを移動させることにより、ロボットをより
正確に溶接線の沿って移動させる制御方式は、リアルタ
イムトラッキング方式として知られている。

【０００３】このリアルタイムトラッキング方式の採用
により、溶接作業の精度と効率を相当程度向上させるこ
とが出来るのは確かである。しかし、溶接作業の精度と
効率は、溶接線トラッキング精度の他に、溶接電流、溶
接電圧、溶接速度（ロボット移動速度）、溶接トーチ先
端位置オフセット量等、溶接条件を定める諸量の適否に
よっても大きく左右される性質がある。従って、より安
定した品質の溶接ビードを効率良く得る為には、上記諸
量を適正に設定する必要がある。

【０００４】ところが、次に述べるような溶接ギャップ
の不定性に的確に対応する方法が存在しなかった為に、
現実の溶接作業において、溶接電流、溶接電圧、溶接速
度、溶接トーチ先端位置オフセット量等を常に適正なレ
ベルに設定することは極めて困難であった。

【０００５】即ち、溶接対象物の溶接部位同士が溶接前
に密着状態にあるとは限らず、両者間には多少のギャッ
プ（以下、「溶接ギャップ」と言う。）が存在すること
が一般的であり、しかも、そのギャップ幅は溶接対象物
の種類の組合せが同一であっても、個別の対象物の組合
わせについて毎回同じであるとは限らず、また、１回の
ロボット移動サイクルで実行される溶接作業を通して一
定であるとも限らないという性質がある。

【０００６】このような溶接ギャップの不定性に個別に
対処して加工条件を的確に定め得る方法は未だに知られ
ておらず、例えば、適宜定めた標準対象物のセットが有
している溶接ギャップ幅に対して好適であるとして設定
された加工条件を、他の多数の同種溶接対象物セットに
対する毎回の溶接作業においてもそのまま適用するとい
うような方法が用いられてきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した通り、従来技
術においては溶接ギャップの変化に即応して加工条件が
制御されていない為に、溶接ビードの品質を安定させる
ことが極めて困難であった。例えば、狭い溶接ギャップ
に合わせて溶接電流、溶接電圧及び溶接速度が設定され
た状態で大きな溶接ギャップを有する溶接部位の溶接を
実行した場合には、溶接ビードの幅や厚みの不足を招く
可能性が高い。また、溶接ギャップ幅が大きい溶接対象
物乃至溶接部位については、溶接トーチ先端位置を溶接
ギャップの中央側へシフトさせるようなオフセット補正
を行なうことが好ましいと考えられるが、従来方式で
は、ギャップ幅に応じてリアルタイムにオフセット量を
制御することが出来なかったので、溶接ビードの位置が
一方の溶接対象物側に偏る恐れがあった。

【０００８】本願発明の目的は、溶接ロボットにおける
溶接電流、溶接電圧、溶接速度、オフセット量等の加工
条件を、溶接ギャップの変化に対して個別且つリアルタ
イムに対応する形で制御することにより、良好で安定し
た品質の溶接ビードを得ることにある。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】本願発明は、溶接中の
部位よりも溶接ロボット進行方向側の領域を、溶接トー
チと共に溶接ロボットに支持されたレーザセンサを用い
てセンシングすることにより、センシングされた領域内
に存在する溶接ギャップのギャップ幅データを獲得する
段階と、該溶接ギャップ幅データに基づいて溶接ロボッ
トの溶接条件を制御する段階を含む溶接ロボットの制御
方法、によって上記技術課題を解決したものである（請
求項１）。

【００１０】そして、上記溶接条件を定める諸量とし
て、溶接電流、溶接電圧、溶接速度及び溶接トーチ先端
のオフセット量を特定し、これら諸量の内の１つまたは
複数の量をレーザセンサによるセンシングによって獲得
された溶接ギャップ幅データに基づいて制御することを
提案したものである（請求項２）。

【００１１】

【作用】本願発明の溶接ロボットの制御方法は、レーザ
センサによって獲得される溶接ギャップ幅データを利用
して溶接条件を制御するものである。そこで、先ず、溶
接ロボットに支持されたレーザセンサによって溶接ギャ
ップ幅を計測する原理について、典型的な２つのケース
を例にとって説明する。

【００１２】図１は、突合せ溶接部におけるギャップを
ビーム走査型のレーザセンサを用いて測定する原理を説
明する為の模式図である。図において、Ａ，Ｂは溶接対
象物で、ロボットに設定済みのワーク座標系のＸ軸方向
に延在したＹ方向ギャップＧを有している。Ｘ軸座標値
がｘである位置（以下、単に「位置ｘ」と言う。）にお
けるギャップ幅をｇ（ｘ）で表わすことにする。ロボッ
ト本体の大半を省いて符号１で示されたロボットアーム
先端部には、適当な装着機構を介して溶接トーチ２及び
レーザセンサ３が取り付けられている。

【００１３】４はロボットのツールポイントとして設定
された溶接トーチ先端位置（以下、「溶接点」と言
う。）を表わしている。レーザセンサ３は、走査ビーム
５がロボット進行方向に関して溶接点４よりも先行した
領域を走査するように配置される。

【００１４】レーザセンサ３は、ＣＣＤカメラ（または
これに代わるリニアセンサ）を備えた視覚センサ装置を
内蔵しており、走査ビーム５によって対象物Ａ，Ｂ上に
形成される輝点の軌跡６Ａ，６Ｂを検知する。図２は、
ＣＣＤカメラの画素面上で見た輝点軌跡６Ａ’，６Ｂ’
（１サイクル分）を模式的に示したものである。各図に
おいて、位置ｘにおけるギャップ幅ｇ（ｘ）が、画素面
上ではｐ（ｘ）の画素比例量（例えば、画素数）として
捕捉されている。実際のギャップ幅ｇ（ｘ）と画素面上
における画素比例量で測ったギャップ幅ｐ（ｘ）分の関
係は、適当なキャリブレーションによって獲得すること
が出来る。

【００１５】例えば、溶接ロボットの姿勢が溶接中は一
定に保たれる場合には、ｇ（ｘ）は次の（１）式で表わ
すことが出来る。ｇ（ｘ）＝ｆ1 （ｚ）ｐ（ｘ）・・・・（１）ここで、ｚはロボットのＺ軸座標、ｆ1 （ｚ）はｚに対
してほぼ線形な関数である。ロボットに溶接時と同じ姿
勢をとらせ、既知のギャップ幅を有する溶接ギャップに
ついて、適宜数のロボット位置（ｚ値＝ｚ1 ，ｚ2 ，ｚ
3 ・・・）におけるｆ（ｚ）の値ｆ1 （ｚ1 ），ｆ1
（ｚ2 ），ｆ1 （ｚ3 ）・・・を実測プロットするキャ
リブレーションを実行すれば、上記（１）式の数値計算
が可能になる（折れ線近似法が利用可能）。

【００１６】次に、段違い貼合わせ溶接部におけるギャ
ップ幅を、同じくビーム走査型のレーザセンサを用いて
測定する原理について、図１，図２と同様の形式で模式
化描示された図３，図４を用いて説明する。なお、図１
と図３に共通した要素については、同じ符号を用いて指
示を行なった。

【００１７】図３において、Ｃ，Ｄは板状の溶接対象物
で、ロボットに設定済みのワーク座標系のＸ軸方向に延
在したＺ方向ギャップＨを有している。位置ｘにおける
ギャップ幅をｈ（ｘ）で表わすことにする。符号１で示
されたロボットアーム先端部には適当な装着機構を介し
て、溶接トーチ２及びレーザセンサ３が取り付けられて
いる。４はロボットのツールポイントとして設定された
溶接トーチ先端位置（溶接点）を表わしている。レーザ
センサ３は、走査ビーム５がロボット進行方向に関して
溶接点４よりも先行した領域を走査するように配置され
る。また、本事例では、ロボットアーム先端部１、溶接
トーチ２、レーザセンサ３を含む全体がＸＹＺ各軸と非
直角の一定角度を以て交差する方向に傾斜した態勢で溶
接が行なわれる様子が描かれている。

【００１８】レーザセンサ３は、ＣＣＤカメラ（または
これに代わるリニアセンサ）を備えた視覚センサ装置を
内蔵しており、走査ビーム５によって対象物Ｃ，Ｄ上に
形成される輝点の軌跡６Ｃ，６Ｈ，６Ｄ’，６Ｄを検知
する。ここで、６Ｄ’は対象物Ｄの縁部をＺ方向に延び
る軌跡を表わし、６Ｈは、位置ｘにおける幅ｈ（ｘ）の
ギャップ部分に形成される軌跡を表わしている。６Ｈは
一部対象物Ｄの影になるので必ずしも明瞭な軌跡となら
ない。

【００１９】図４は、ＣＣＤカメラの画素面上で見た輝
点軌跡（１サイクル分）を模式的に示したものである。
本事例においては、ＣＣＤカメラはビーム走査面よりも
トーチ側から走査ビーム軌跡を撮像したケースを想定す
ると軌跡の映像は概略図示したようなものとなる。即
ち、軌跡映像７Ｃ，７Ｄは各々軌跡６Ｃ，６Ｄに対応
し、７Ｈは６Ｈに対応している。そして、ギャップ部分
の軌跡６Ｈに対しては、場合によって一部不明瞭な映像
７Ｈが形成される。

【００２０】この場合、位置ｘにおけるギャップ幅ｈ
（ｘ）は、画素面上では７Ｈの長さＬ（ｘ）に表現され
ていると考えられるから、このＬ（ｘ）と実際のギャッ
プｈ（ｘ）の関係に次式（２）の形を想定して、上記説
明した図１，図２の事例と同様のキャリブレーションに
よって求めておく方法がある。但し、ｆ2 は、ｚだけの
関数ではなく、ｙの関数でもあるからキャリブレーショ
ンは、既知のギャップ幅の下で、適宜数の（ｙ，ｚ）の
組に対するｆ（ｙ，ｚ）の値をプロットする必要があ
る。ｈ（ｘ）＝ｆ2 （ｙ，ｚ）Ｌ（ｘ）・・・・（２）Ｌ（ｘ）の値は、画素面上における軌跡映像７Ｃと７
Ｄ’端点８Ｃ，８Ｄ間距離（画素比例量）として捕捉さ
れる。

【００２１】対象物Ｄの厚さが一定という仮定が成立す
る場合には、軌跡映像７Ｄ’の延長線と軌跡映像７Ｃの
交点９Ｃを考え、点８Ｄ，９Ｃ間の距離ｑ（ｘ）をギャ
ップ幅を測る指標に用いることが出来る。対象物Ｄの厚
みが既知ｄであれば、軌跡映像７Ｄ’の長さをＬ’
（ｘ）として、ギャップ幅ｈ（ｘ）は次式（３）で表わ
される。ｈ（ｘ）＝ｄ・ｑ（ｘ）／Ｌ’（ｘ）・・・・（３）本願発明は、ギャップ幅を求める方法について特に制限
を設けるものではなく、上記以外の如何なる方法によっ
てギャップ幅を定めても良い。使用するレーザセンサに
ついても、上記事例で使用したビーム走査型のもの以外
にも、位置検出光検出器（ＰＳＤ）を用いたレーザ変位
センサを使用することが出来る。例えば、上記図３の事
例において、２台のレーザ変位センサを用いて、対象物
Ｃ，Ｄ間の段差を検出し、これから対象物Ｄの厚みを減
算することにより、ギャップ幅ｈ（ｘ）を求めることが
考えられる。この場合、溶接時のロボット姿勢が一定で
あることを利用して、２台のレーザ変位センサのレーザ
ビームが常に真上から対象物Ｃ，Ｄに入射するように、
レーザ変位センサを溶接トーチと傾斜させて装着する配
置を採用すれば、ロボット位置の変化に影響されずに段
差の計算を行なうころが出来る。

【００２２】本願発明では、以上述べたような方法によ
って求められたギャップ幅に応じて溶接条件を制御す
る。溶接条件の代表的なものとして、溶接電圧Ｖ、溶接
電流Ｉ、溶接速度ｖ、オフセット量δがある。オフセッ
ト量δとは、ロボットの進行方向（ｘ軸方向とする。）
と直交する方向についての教示パスからのロボット位置
偏移量δy 及びｚ方向偏移量δz である。

【００２３】ギャップ幅ｇ（ｘ）またはｈ（ｘ）の値
（Δで表わすこととする。）の変化に応じてこれら溶接
条件を最適な値となる関数、Ｖ（Δ），Ｉ（Δ）を各変
量について別々に定義して、これに基づいて各変量を制
御する方法も考えられるが、実用上は、次のように各変
量に共通して適用されるギャップ値レベルΓを数段階に
設定し、各レベル毎に１つの変量値をテーブルデータ形
式で指定するやり方が簡便である。

【００２４】ギャップ幅レベルΓ ＶＩｖ δy δz Γ1 ＝０．０〜１．０Ｖ1 Ｉ1 ｖ1 δy1 δz1 Γ2 ＝１．１〜２．０Ｖ2 Ｉ2 ｖ2 δy2 δz2 Γ3 ＝２．１〜３．０Ｖ3 Ｉ3 ｖ3 δy3 δz3 このようなテーブルデータを溶接ロボットを制御するロ
ボットコントローラのメモリに格納しておき、センシン
グによってギャプ幅計測データが得られる毎にギャップ
幅のレベルΓに変更があるかどうかをチェックすること
により、溶接作業中の諸量Ｖ，Ｉ，ｖ，δ等を所望のレ
ベルに制御することが出来る（次記実施例を参照）。

【００２５】

【実施例】図５は、本願発明の溶接ロボットの制御方法
を実施する際に使用可能なシステム構成の一例を表わし
た要部ブロック図である。これを説明すると、１０はロ
ボット制御機能と画像処理装置の機能を兼備したロボッ
トコントローラで、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと
いう。）１１を有し、該ＣＰＵ１１には、ＲＯＭからな
るメモリ１２、ＲＡＭからなるメモリ１３、不揮発性メ
モリ１４、レーザレーザセンサ３及び溶接トーチ制御器
４０に接続された汎用インターフェイス１５、フレーム
メモリ１６、画像処理プロセッサ１７、液晶表示装置
（ＬＣＤ）１８を備えた教示操作盤１９、及びサーボ回
路２１を経てロボット本体３０に接続されたロボット軸
制御部２０が各々バス２３を介して接続されている。

【００２６】ＲＯＭ１２には、ＣＰＵ１１がロボット本
体３０、レーザレーザセンサ３、溶接トーチ制御器４０
及びロボットコントローラ１０自身の制御を行なう為の
各種のプログラムが格納される。ＲＡＭ１３はデ−タの
一時記憶や演算の為に利用出来るメモリである。不揮発
性メモリ１４には、教示操作盤１９、あるいは図示しな
いオフラインプログラム作成装置から、各種パラメータ
設定値やオフラインで作成された教示プログラムが入力
／格納される。ここでは、図３に示した事例に対応した
溶接線に沿ったパスを指定した教示プログラムが既に格
納されているものとする。教示点としては、図３に示し
たように、Ｐ1 （溶接線始点直前のエアカット点）、Ｐ
2 （溶接線終点直後のエアカット点）及びＰ3 （溶接線
から離隔したエアカット点）の３点が設定されるものと
する。

【００２７】レーザレーザセンサ３は、作用の説明の欄
で述べたように、ロボットハンド１に支持され、ツール
先端点２ポイントよりロボット進行方向寄り領域を偏向
走査照射域とするレーザ光源と該偏向走査照射域を視野
に入れたＣＣＤカメラを備えた公知の型のものである。
レーザの偏向走査と同期的に撮像を行なうＣＣＤカメラ
によって捕捉された画像の信号は、汎用インターフェイ
ス１５を介して、グレースケールによる濃淡信号に変換
されてフレームメモリ１６に格納される。フレームメモ
リ１６から読み出されたに画像情報は画像処理プロセッ
サ１７によって処理され、溶接線の有無（開始点と終了
点）が検知される。

【００２８】以上説明した構成及び機能は、従来の溶接
ロボットの為のロボットコントローラを含むシステムと
基本的に変わるところはないが、本実施例のシステムに
は、本願発明の方法を実施する為に特に次の準備がなさ
れている。

【００２９】（１）作用の説明の欄で述べた方法によっ
て、ギャップ幅を求める為の計算プログラム及び関連所
要データが不揮発性メモリ１４に格納されていること。
ここでは、上記（３）式ｈ（ｘ）＝ｄ・ｑ（ｘ）／Ｌ’
（ｘ）を計算する為に、ｑ（ｘ）及びＬ’（ｘ）をセン
サ座標系上の距離データとして獲得する為に画像処理プ
ロセッサ１６を制御する為のプログラム及びデータが格
納されているものとする。

【００３０】（２）ＲＯＭ１２には、ギャップ幅レベル
Γ1 〜Γ3 と諸量Ｖ，Ｉ，ｖ，δy，δz の関係を前記
テーブルデータ形式で設定すると共に、対象物Ｄの厚み
データｄを入力する為の溶接条件設定画面を表示させ、
オペレータにより、Γ1 〜Γ3 のレベル設定、Ｖ1 ，Ｉ
1 ，ｖ1 ，δy1，δz1；Ｖ2 ，Ｉ2 ，ｖ2 ，δy2，δz
2；Ｖ3 ，Ｉ3 ，ｖ3 ，δy3，δz3の数値設定、及び厚
み値ｄの画面入力を可能にするプログラムが格納されて
いること。

【００３１】（３）上記溶接条件設定画面を用いてオペ
レータによる各データの設定・入力が完了しているこ
と。

【００３２】（４）溶接トーチ制御器４０は、汎用イン
ターフェイス１５を介してＣＰＵ１１からの制御信号を
受け、溶接トーチをオン／オフすると共に、上記テーブ
ルで指定された通りの溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉを溶接
トーチに供給する機能を有していること。

【００３３】（５）教示点Ｐ1 及びＰ2 については、ギ
ャップ幅Δに応じて制御されるδy、δz とは独立し
て、オフセット量ε1y，ε1z及びε2y，ε2zが教示操作
盤１９から予め入力されていること。

【００３４】（６）教示プログラム、教示点毎に指定さ
れたオフセット量ε、溶接ギャップセンシング結果及び
設定テーブルデータに従って、次記図６に示したフロー
チャートに示された処理を実行するプログラム及び必要
な諸設定値が、ＲＯＭ１２あるいは不揮発性メモリ１４
に格納されていること。

【００３５】以下、これら準備事項を前提として、図３
の事例において、Ｐ0 （ホームポジション）→Ｐ2 →Ｐ
3 を教示パスとする溶接ロボットの制御を実行する際の
ＣＰＵ１１の処理を図６のフローチャートを用いて説明
する。

【００３６】ＣＰＵ１の処理は、ロボット移動及び溶接
条件を制御する主処理と溶接ギャップをセンシングし、
ギャップ幅を表わすデータを作成する副処理（タスク処
理）を含んでおり、副処理をコントロールする為のフラ
グＦとギャップ幅レベル番号に対応した値をとるギャッ
プ幅レベル指標βが設定されているものとする。Ｆは０
また１の値をとり（初期値はＦ＝０）、βは、Γ1 〜Γ
3 に対応して１〜３の値をとるものとする（初期値はβ
＝１）。

【００３７】主処理及び副処理は同時に開始される。主
処理では、先ずＣＰＵ１１が教示プログラムの最初の１
ブロックの読み込み（ステップＭ１）、ロボットを教示
点Ｐ1 をＹ軸方向へε1y、Ｚ軸方向へε1z各々シフトさ
せた位置（Ｐ＋ε1 で表わすことにする。）へ向かう軌
道に乗せる（ステップＭ２）。一方、副処理が開始され
ると直ちにフラグＦ反転待ちの態勢に入る（ステップＳ
１）。ロボットが位置Ｐ1 ＋ε1 へ到達する直前に教示
プログラムの次の１ブロックが読み込まれ（ステップＭ
３）、フラグＦを１に反転させる（ステップＭ４）。

【００３８】ＣＰＵ１１は、副処理でこれを感知してレ
ーザセンサ３によるセンシングを開始させ、溶接ギャッ
プ幅の計測を行なう（ステップＳ２）。溶接ギャップ幅
の求め方は作用の説明の欄で述べた通りである。ギャッ
プ幅が求められたら、テーブルデータと比較して、該当
するギャップ幅レベルΓを判定（ステップＳ３）し、ギ
ャップ幅レベル指標βの値を更新する必要があるか否か
を判断する（ステップＳ４）。更新の必要があれば直ち
にこれを書き換える（ステップＳ５）。

【００３９】例えば、ギャップ幅が１．４ｍｍであれ
ば、前記テーブルデータに照らしてレベルΓ2 に該当す
るから、ギャップ幅レベル指標βの値を初期値１から２
に更新する。フラグＦが０に反転していないことを確認
した上で（ステップＳ６）、再度ステップＳ２へ戻り、
ギャップ幅を計測し、以後、フラグＦが０に反転するま
でステップＳ２〜ステップＳ６を繰り返す。

【００４０】一方、ロボットは主処理のステップＭ３に
おける読み込み内容に応じて、位置Ｐ2 をＹ軸方向へε
2y、Ｚ軸方向へε2z各々シフトさせた位置（Ｐ＋ε2 で
表わすことにする。）へ向かう軌道に乗せる（ステップ
Ｍ５）。そして、第１回目のギャップ幅レベル指標βの
読み出しを実行し（ステップＭ６）、読み出されたβの
値に応じたテーブルデータにアクセスし、汎用インター
フェイス１５を介して溶接トーチ制御器４０に指令を送
り、該当する溶接電圧Ｖ、溶接電流Ｉの条件下で溶接ト
ーチを付勢させる（ステップＭ７）。更に、テーブルデ
ータで指定されたオフセット量δの値分だけロボット位
置指令値を補正し（ステップＭ８）、溶接速度（ロボッ
ト移動速度）ｖについても変更の要があれば（ステップ
Ｍ９）、テーブルデータ通りの値に修正する（ステップ
Ｍ１０）。

【００４１】初回のギャップ幅レベル指標読み出しに対
応した処理が終了したら、溶接線の終点に対応するＰ2
直前位置にロボットが未到達であることを確認した上で
（ステップＭ１１）、第２回目のギャップ幅レベル指標
βの読み出しを行なう（ステップＭ１２）。ギャップ幅
レベル指標βが前回の読み出し値と一致しているかどう
か判別し（ステップＭ１３）、一致していれば再度ステ
ップＭ１１へ戻る。ギャップ幅レベル指標βが前回の読
み出し値から変化していれば、それに応じて溶接条件を
定める諸量Ｖ，Ｉ，ｖ，δを該当するギャップレベルに
対応したテーブルデータ通りの値に変更する（ステップ
Ｍ１４）。各変更処理は、ステップＭ７〜ステップＭ９
の処理に準じて行なわれる。

【００４２】即ち、溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉの変更
は、度汎用インターフェイス１５を介して溶接トーチ制
御器４０に指令を与えることによって実行され、オフセ
ット量δの変更は、オフセット量εを考慮に入れて補間
計算されるロボット軌道に対するシフト補正量を新しく
指定されるδに変えることによって行なわれる。また、
溶接速度ｖの変更は、各軸に対する位置パルスの分配周
期を変更することによって達成される。

【００４３】結局、溶接の実行区間（フラグＦ＝１の区
間）を通して、レーザセンサ３によるギャップ幅計測が
周期的に繰り返され、ギャップ幅レベルΓに変更がある
毎にギャップ幅レベル指標βの値が更新され、それに応
じて溶接条件が変更・制御されることになる。ロボット
が溶接線の終点に対応して定められた教示点Ｐ3 の直前
位置に達すると、ステップＭ１１でイエスの判断がなさ
れ、教示プログラムの次の１ブロックを読み込んだ上で
（ステップＭ１５）、フラグＦを０に反転させ（ステッ
プＭ１６）、溶接トーチを消勢する（ステップＭ１
７）。ステップＭ１５〜ステップＭ１７の処理の順序
は、適宜変更しても構わない。

【００４４】最後にロボットは教示点Ｐ3 まで移動して
１作業サイクルを終了する。副処理においても、Ｆ＝０
への反転をステップＳ６で感知したならば、ギャップ幅
指標βを１（初期値）にリセットした上で（ステップＳ
７）、処理を終了する。

【００４５】上記実施例において、溶接トーチのオン・
オフは教示点Ｐ2 、Ｐ3 に対応する位置へロボットが到
達するタイミングで行なうようにしたが、レーザセンサ
３に溶接線の始点と終点を検出させる処理を副処理の中
で実行し、始点検出時に溶接トーチを付勢し、終点検出
時に消勢する方式を採用することも考えられる。

【００４６】また、レーザセンサ３に溶接ギャップ幅レ
ベル計測と同時に溶接線位置をセンシングさせ、リアル
タイムトラッキング補正を行なう制御方式を組み合わせ
ることも可能である。例えば、図４における軌跡映像上
で８Ｄの位置を捕捉し、図３の事例における対象物Ｄの
段差部分の下縁位置に対してロボットが特定の位置関係
を持つような位置補正を行なった軌道を基準として、そ
こから更にギャップレベルに応じてロボット位置をＹ軸
方向にδy 、Ｚ軸方向にδz 修正するオフセット位置を
補正する制御方式を採用することが考えられる。

【００４７】

【発明の効果】本願発明によれば、溶接条件を定める諸
量を、溶接対象物間に存在する溶接ギャップの大きさの
不定性に即応した形で制御することが出来るから、溶接
ギャップの変化によって溶接ビードの品質が不安定とな
ることが回避され、恒常的な溶接ビードの品質向上が実
現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】突合せ溶接部におけるギャップをビーム走査型
のレーザセンサを用いて測定する原理を説明する為の模
式図である。

【図２】図１の配置において、ＣＣＤカメラの画素面上
で形成される輝点軌跡を模式的に示したものである。

【図３】段違い貼合わせ溶接部におけるギャップ幅を、
ビーム走査型のレーザセンサを用いて測定する原理を説
明する為の模式図である。

【図４】図２の配置において、ＣＣＤカメラの画素面上
で形成される輝点軌跡を模式的に示したものである。

【図５】本願発明の溶接ロボットの制御方法を実施する
際に使用可能なシステム構成の一例を表わした要部ブロ
ック図である。

【図６】図５に示されたシステムを用いて、図３及び図
４に描かれた事例について、溶接作業を実施する場合の
ＣＰＵの処理の概要を記したフローチャートである。

【符号の説明】

１ロボットアーム先端部２溶接トーチ３レーザセンサ４溶接トーチ先端５走査ビーム６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｄ’，６Ｈ走査ビーム軌
跡７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｄ’，７Ｈ走査ビーム軌
跡映像８Ｃ軌跡映像７Ｃの端点８Ｄ軌跡映像７Ｄ’の端点９Ｃ軌跡映像７Ｄ’の延長線と軌跡映像７Ｃの交点１０ロボットコントローラ１１中央演算処理装置（ＣＰＵ）１２メモリ（ＲＯＭ）１３メモリ（ＲＡＭ）１４不揮発性メモリ１５汎用インターフェイス１６フレームメモリ１７画像処理プロセッサ１８ＬＣＤ１９教示操作盤２１ロボット軸制御部２２サーボ回路２３バス３０ロボット本体４０溶接トーチ制御器Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ溶接対象物Ｇ，ＨギャップＬ端点８Ｃ，８Ｄ間距離Ｌ’（ｘ）位置ｘにおける軌跡映像７Ｄ’の長さＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 教示点ｇ（ｘ），ｈ（ｘ）ギャップ幅ｐ（ｘ）映像軌跡７Ａ，７Ｂの内側端点間距離ｑ（ｘ）８Ｄ，９Ｃ間距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者巻幡雄毅山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内 (72)発明者唐鎌立男山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内 (72)発明者池田好隆山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番地ファナック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接中の部位よりも溶接ロボット進行方
向側の領域を、溶接トーチと共に前記溶接ロボットに支
持されたレーザセンサを用いてセンシングすることによ
り、前記センシングされた領域内に存在する溶接ギャッ
プのギャップ幅データを獲得する段階と、該溶接ギャッ
プ幅データに基づいて前記溶接ロボットの溶接条件を制
御する段階を含むことを特徴とする溶接ロボットの制御
方法。
【請求項２】前記溶接条件の制御が、溶接電流、溶接
電圧、溶接速度及び前記溶接トーチ先端のオフセット量
の内の少なくとも１つの量の制御を含むことを特徴とす
る請求項１に記載の溶接ロボットの制御方法。