JPH09131682A - センサシステムの調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットアームに対する回転走査機構の取り
付け誤差や回転走査径の個体差および非接触距離センサ
の個体差にかかわらず所望の狙い位置や姿勢にロボット
アームを制御する。 【解決手段】 非接触距離センサ３を回転走査機構４で
回転させ、第１の座標系と既知な位置関係に取り付けら
れたＬ型調整用ワーク９との距離情報と回転位相情報を
用いて信号波形の特徴点を信号波形処理手段で抽出し、
この抽出された特徴点毎の情報より位相調整手段７によ
り回転位相のオフセットを測定し、回転径調整手段８に
より非接触距離センサ３の回転走査径を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ティーチングプレ
イバック型溶接用ロボットに用いるセンサシステムの調
整装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接ロボットによる溶接工程の自
動化は、生産性の向上や溶接品質の均一化を実現する有
効な手段として自動車産業に代表される大量生産現場を
中心に拡大の一途を辿ってきた。また、近年の消費者ニ
ーズの多様化に伴う多品種少量生産形態に対しても、ロ
ボットによるフレキシブルな生産システムは極めて有効
な手段として大きな期待を集めている。

【０００３】しかしながら、現在稼働している溶接用ロ
ボットの殆どは、いわゆるティーチングプレイバック型
ロボットであり、多品種少量生産に対応するためには１
台のロボットに対して多くの生産品種に対応する動作プ
ログラムを教示する必要がある一方、熟練したロボット
オペレータが不足している現状から、教示作業や自動化
または簡易化といった効果的な教示工数の低減策が望ま
れている。

【０００４】その解決策の１つは、非接触距離センサを
ロボットアーム先端で回転走査させるもので国際公開Ｗ
Ｏ９４／００２６９に示されているように、ロボットア
ームの先端に固定された第１の座標系に非接触距離セン
サを回転走査機構で回転させ、対象ワークとの距離情報
と回転位相情報を用いて信号波形の特徴点を信号波形処
理手段で抽出し、この抽出された特徴点毎の距離情報と
回転位相情報から位置関係算出手段で、ロボットアーム
先端に固定された座標系と対象ワークに設定された座標
系との位置関係を算出し、この算出した位置関係が予め
設定記憶された位置関係と一致するようにロボットアー
ムを動作させる、すなわち対象ワークに対する所望の溶
接トーチの狙い位置や姿勢で自動的にロボットアームを
動作させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら非接触距
離センサを回転走査させる回転走査機構は、機械的にロ
ボットアームに取り付けられているため、回転位相検出
手段の基準位置は取り付け誤差等の原因により常に第１
の座標系の一定位置とは一致しないという問題点を有し
ていた。また、回転走査機構に取り付けられた非接触距
離センサの回転走査径は、回転走査機構や非接触距離セ
ンサの個体差によりバラツキが生じ、所望の狙い位置や
姿勢とロボットアームを動作させることで得られる狙い
位置や姿勢との間に誤差を生じ、所望の溶接トーチによ
る狙い位置や姿勢を得ることができないという問題を有
していた。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するもので、所
望の溶接トーチによる狙い位置や姿勢を得るための調整
装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記する課題
を解決するためにロボットアームと、前記ロボットアー
ムの先端部に固定して設けた第１の座標系と、前記第１
の座標系に既知の位置関係で固定された調整用ワーク
と、前記調整用ワークの距離を検出し距離情報を出力す
る非接触距離センサと、回転中心軸が前記第１の座標系
に固定されて設けられ前記非接触距離センサを回転走査
させる前記ロボットアーム先端に固定された回転走査機
構と、前記回転走査機構の回転位相を検出し回転位相情
報を出力する回転位相検出手段と、前記調整用ワークに
設けた第２の座標系と、前記距離情報と前記位相情報よ
り得られる信号波形から特徴点を抽出し、特徴点毎の距
離情報と位相情報を出力する信号波形処理手段を備え、
特徴点毎の距離情報と位相情報より位相情報オフセット
や回転走査径を算出する位相調整手段または回転径調整
手段と調整パラメータを記憶するパラメータ記憶手段を
備えたものである。

【０００８】従って本発明では、非接触距離センサを回
転走査機構で回転させ、第１の座標系と既知な位置関係
に取り付けられた調整用ワークとの距離情報と回転位相
情報を用いて信号波形の特徴点を信号波形処理手段で抽
出し、この抽出された特徴点毎の情報より位相調整手段
により回転位相のオフセットを測定し、回転径調整手段
により非接触距離センサの回転走査径を測定することに
より、ロボットアームに対する回転走査機構の取り付け
誤差や回転走査径の個対差および非接触距離センサの個
体差にかかわらず溶接トーチの所望の狙い位置や姿勢に
ロボットアームを制御することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】上記の課題を解決するために、請
求項１に記載の発明は、ロボットアームと、前記ロボッ
トアームの先端部に固定して設けた第１の座標系と、前
記第１の座標系に既知の位置関係で固定されたＬ型調整
用ワークと、前記Ｌ型調整用ワークの距離を検出し距離
情報を出力する非接触距離センサと、回転中心軸が前記
第１の座標系に固定されて設けられ前記非接触距離セン
サを回転走査させる前記ロボットアーム先端に固定され
た回転走査機構と、前記回転走査機構の回転位相を検出
し回転位相情報を出力する回転位相検出手段と、前記Ｌ
型調整用ワークに設けた第２の座標系と、前記距離情報
と前記位相情報より得られる信号波形から特徴点を抽出
し、特徴点毎の距離情報と位相情報を出力する信号波形
処理手段を備え、特徴点毎の位相情報より位相情報オフ
セットを算出する位相調整手段と調整パラメータを記憶
するパラメータ記憶手段を備えたものである。そして非
接触距離センサを回転走査機構で回転させ、第１の座標
系と既知な位置関係に取り付けられたＬ型調整用ワーク
との距離情報と回転位相情報を用いて信号波形の特徴点
を信号波形処理手段で抽出し、この抽出された特徴点毎
の情報より位相調整手段により回転位相のオフセットを
測定し、ロボットアームに対する回転走査機構の取り付
け誤差を調整して溶接トーチの所望の狙い位置にロボッ
トアームを制御することができる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、ロボット
アームと、前記ロボットアームの先端部に固定して設け
た第１の座標系と、前記第１の座標系に既知の位置関係
で固定されたＬ型調整用ワークと、前記Ｌ型調整用ワー
クの距離を検出し距離情報を出力する非接触距離センサ
と、回転中心軸が前記第１の座標系に固定されて設けら
れ前記非接触距離センサを回転走査させる前記ロボット
アーム先端に固定された回転走査機構と、前記回転走査
機構の回転位相を検出し回転位相情報を出力する回転位
相検出手段と、前記Ｌ型調整用ワークに設けた第２の座
標系と、前記距離情報と前記位相情報より得られる信号
波形から特徴点を抽出し、特徴点毎の距離情報と位相情
報を出力する信号波形処理手段を備え、特徴点毎の距離
情報と位相情報より回転走査径を算出する回転径調整手
段と調整パラメータを記憶するパラメータ記憶手段を備
えたものである。そして回転径調整手段により非接触距
離センサの回転走査径を測定することにより、回転走査
径の個体差および非接触距離センサの個体差にかかわら
ず溶接トーチの所望の姿勢にロボットアームを制御する
ことができる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または２における発明のＬ型調整用ワークを平板状調整
用ワークとしたもので、Ｌ型調整用ワークと同様に平板
状調整用ワークが使用できるものである。

【００１２】（実施例）以下、本発明の一実施例につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１３】図１において、１は垂直多関節型のロボッ
トアームで、そのアームの最先端に溶接トーチ（以下、
トーチと呼ぶ）２が取り付けられている。３はトーチ２
の中心軸から偏心してトーチ２の先端に回転自在に取り
付けられた非接触距離センサで、回転駆動源としてモー
タ（図示せず）を用いた回転走査機構４によりトーチ２
の中心軸を回転中心軸として回転走査する。モータの制
御用のエンコーダは理想的に取り付けが行われている場
合、ロボットアーム１の先端に設けられた第１の座標系
の１方向を基準位置として非接触距離センサ３の回転位
相を検出する回転位相検出手段５として機能する。６は
非接触距離センサ３の出力信号と回転位相検出手段５の
出力信号から位相−距離の信号波形を得て、その特徴点
を抽出する信号波形処理手段である。７は信号波形処理
手段６の特徴点毎の位相情報をもとにセンサシステムに
おける位相情報オフセットを測定する位相調整手段であ
る。８は信号波形処理手段６の特徴点毎の位相情報およ
び距離情報をもとにセンサシステムにおける回転走査径
を測定する回転径調整手段である。９はロボットアーム
先端に固定された第１の座標系と既知の位置関係に固定
されたＬ型調整用ワークであり、１０は位相調整手段７
および回転径調整手段８により測定された回転位相オフ
セット情報および回転径情報を記憶する調整パラメータ
記憶手段である。

【００１４】はじめに、トーチ２とＬ型調整用ワーク９
の位置関係の基準となる第１の座標系（以下、トーチ座
標系と呼ぶ）と第２の座標系（以下、ワーク座標系と呼
ぶ）について図２および図３を用いて説明する。

【００１５】図２には、ロボットアーム１に取り付けら
れたトーチ２に設定したトーチ座標系を示す。トーチ座
標系はトーチ２の先端の作用点をトーチ座標系の座標原
点Ｏｔとし、トーチ２の中心軸をＸｔ軸とする。Ｘｔ軸
の正の方向は図２に矢印で示した（以下説明する各座標
軸の正の方向は図中に矢印で示す）。このＸｔ軸とロボ
ットアーム１の最先端手首軸の回転中心軸ＴＷとを含む
平面上でＸｔ軸と直交する方向をＺｔ軸とする。そして
Ｘｔ軸，Ｚｔ軸に直交し、かつ右手系の座標系をなす残
りの軸をＹｔ軸とする。

【００１６】次に、図３にＬ型調整用ワーク９上に設定
したワーク座標系を示す。ロボットアーム１がＬ型調整
用ワーク９上の溶接線近傍に位置決めされた状態で、前
記トーチ座標系のＸｔ軸を延長しＬ型調整用ワーク９と
交差した点をＱとし、点Ｑから溶接線に下ろした垂線と
溶接線の交点をワーク座標系の座標原点Ｏｗとする。図
３においては点Ｑと原点Ｏｗは一致している。この座標
原点Ｏｗから溶接線の方向をＹｗ軸とし、Ｌ型調整用ワ
ーク９の開先角度を２等分する方向をＸｗ軸とする。ま
たＸｗ軸，Ｙｗ軸に直交し、かつ右手系の座標系をなす
残りの軸をＺｗ軸とする。

【００１７】ここで、トーチ座標系とワーク座標系が一
致するように調整用ワークを取り付ける。

【００１８】図４は、本発明の一実施例におけるデータ
の流れを表すブロック図である。非接触距離センサ３は
Ｌ型調整用ワーク９を回転走査する。回転走査して得ら
れた距離情報と回転位相検出手段５の回転位相情報の入
力を受けて信号波形処理手段６は特徴点毎の距離情報お
よび回転位相情報を位相調整手段７および回転径調整手
段８に出力し位相調整手段７でセンサシステムにおける
位相オフセットを測定し、回転径調整手段８で非接触距
離センサ３の回転径を測定する。測定された位相オフセ
ットおよび回転径はパラメータ記憶手段１０に出力され
記憶格納される。

【００１９】ここで、回転位相検出手段５の基準位置は
回転走査機構４が正確に取り付けられた場合、位相情報
の基準位置がＹｔ軸に一致する状態に調整されており、
Ｌ型調整用ワーク９は、ワーク座標系とトーチ座標系が
一致する状態に固定されているとする。この状態におけ
る信号波形を図５に示す。理想的に回転走査機構４が取
り付けられている場合、ワーク座標系とトーチ座標系が
一致しているため、信号波形の極大点のＦ，Ｂは基準位
置より０°および１８０°の位置に存在する。しかしな
がら回転走査機構４の取り付けおよび回転位相検出手段
５の調整が誤差をもつ場合、極大点の位相は、基準位置
から０＋θ［°］，１８０＋θ［°］の位置に存在す
る。この時の取り付け誤差は、２つの極大点の位相の平
均値から９０°を差し引いた値として算出することがで
きる。

【００２０】また特徴点の距離情報は、Ｆｄ，Ｂｄ，Ｒ
ｄ，Ｌｄとなり、Ｌ型調整用ワーク９はＬ型の形状（開
先角度９０°）であるため、ＦｄとＢｄの平均値とＲｄ
とＬｄの平均値の差Ｗｄが非接触距離センサ３の回転走
査径の半径として算出することができる。なお開先角度
９０°以外の場合においてもその角度が既知であれば平
均値の差Ｗｄと開先角度より回転走査径の半径を幾何学
的考察より容易に算出することができることは言うまで
もない。

【００２１】次に、調整用ワークが平板状である場合の
位相調整手段７および回転径調整手段８における位相オ
フセットおよび回転走査径の算出方法について述べる。

【００２２】図６に示すように、平板状調整用ワーク９
ａにおいてはロボットアーム１がトーチ座標系のＸｔ軸
を延長し平板状調整用ワーク９ａと交差した点をワーク
座標径の座標原点Ｏｗとしワーク座標径のＸｔ，Ｙｔ，
Ｚｔと平行な軸にＸｗ，Ｙｗ，Ｚｗとする。

【００２３】平板状調整用ワーク９ａを非接触距離セン
サ３により回転走査させた場合の信号波形を図７に示
す。

【００２４】図７からも容易にわかるように、回転走査
機構４の取り付けおよび回転位相検出手段５の調整が誤
差θをもつ場合、極大点の位相は、基準位置から９０＋
θ［°］、極小点の位相は基準位置から２７０＋θ
［°］の位置に存在する。この時の取り付け誤差は、２
つの特徴点の位相の平均値から１８０°を差し引いた値
として算出することができる。

【００２５】また特徴点の距離情報は、Ｓｄ，Ｐｄとな
り、平板状調整用ワーク９ａは平板形状であるため、Ｓ
ｄとＰｄの差Ｗｄ’が非接触距離センサ３の回転走査径
の直径として算出することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上記したように、非接触距離セ
ンサを回転走査機構で回転させ、第１の座標系と既知な
位置関係に取り付けられた調整用ワークとの距離情報と
回転位相情報を用いて信号波形の特徴点を信号波形処理
手段で抽出し、この抽出された特徴点毎の情報より位相
調整手段により回転位相のオフセットを測定し、回転径
調整手段により非接触距離センサの回転走査径を簡便に
測定することができ、ロボットアームに対する回転走査
機構の取り付け誤差や回転走査径の個体差および非接触
距離センサの個体差にかかわらず所望の狙い位置や姿勢
にロボットアームを制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の溶接装置を示す外観図

【図２】第１の座標系の説明図

【図３】Ｌ型調整用ワークを使用した場合の第２の座標
系の説明図

【図４】本発明の一実施例のデータの流れを示すブロッ
ク図

【図５】Ｌ型調整用ワークを回転走査した場合の信号波
形図

【図６】平板状調整用ワークを用いた場合の模式図

【図７】平板状調整用ワークを回転走査した場合の信号
波形図

【符号の説明】

１ ロボットアーム ２ 溶接トーチ（トーチ） ３ 非接触距離センサ ４ 回転走査機構 ５ 回転位相検出手段 ６ 信号波形処理手段 ７ 位相調整手段 ８ 回転径調整手段 ９ Ｌ型調整用ワーク ９ａ 平板状調整用ワーク １０ パラメータ記憶手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットアームと、前記ロボットアーム
   の先端部に固定して設けた第１の座標系と、前記第１の
   座標系に既知の位置関係で固定されたＬ型調整用ワーク
   と、前記Ｌ型調整用ワークの距離を検出し距離情報を出
   力する非接触距離センサと、回転中心軸が前記第１の座
   標系に固定されて設けられ前記非接触距離センサを回転
   走査させる前記ロボットアーム先端に固定された回転走
   査機構と、前記回転走査機構の回転位相を検出し回転位
   相情報を出力する回転位相検出手段と、前記Ｌ型調整用
   ワークに設けた第２の座標系と、前記距離情報と前記位
   相情報より得られる信号波形から特徴点を抽出し、特徴
   点毎の距離情報と位相情報を出力する信号波形処理手段
   を備え、特徴点毎の位相情報より位相情報オフセットを
   算出する位相調整手段と調整パラメータを記憶するパラ
   メータ記憶手段を備えたセンサシステムの調整装置。
2. 【請求項２】 ロボットアームと、前記ロボットアーム
   の先端部に固定して設けた第１の座標系と、前記第１の
   座標系に既知の位置関係で固定されたＬ型調整用ワーク
   と、前記Ｌ型調整用ワークの距離を検出し距離情報を出
   力する非接触距離センサと、回転中心軸が前記第１の座
   標系に固定されて設けられ前記非接触距離センサを回転
   走査させる前記ロボットアーム先端に固定された回転走
   査機構と、前記回転走査機構の回転位相を検出し回転位
   相情報を出力する回転位相検出手段と、前記Ｌ型調整用
   ワークに設けた第２の座標系と、前記距離情報と前記位
   相情報より得られる信号波形から特徴点を抽出し、特徴
   点毎の距離情報と位相情報を出力する信号波形処理手段
   を備え、特徴点毎の距離情報と位相情報より回転走査径
   を算出する回転径調整手段と調整パラメータを記憶する
   パラメータ記憶手段を備えたセンサシステムの調整装
   置。
3. 【請求項３】 Ｌ型調整用ワークを平板状調整用ワーク
   とした請求項１または２記載のセンサシステムの調整装
   置。