JP2770570B2 - Welding robot - Google Patents

Welding robot

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JP2770570B2
JP2770570B2 JP51968893A JP51968893A JP2770570B2 JP 2770570 B2 JP2770570 B2 JP 2770570B2 JP 51968893 A JP51968893 A JP 51968893A JP 51968893 A JP51968893 A JP 51968893A JP 2770570 B2 JP2770570 B2 JP 2770570B2
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coordinate system
positional relationship
distance sensor
welding
torch
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康士 向井
理 高橋
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、被溶接物の溶接点と姿勢を自動認識して自
律的に溶接線を倣いながら動作プログラムの自己教示を
行なうティーチングプレイバック型溶接用ロボットに関
する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a teaching playback type welding robot that automatically recognizes a welding point and a posture of an object to be welded and self-teaches an operation program while autonomously following a welding line.

背景技術 現在稼動している溶接用ロボットのほとんどはティー
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、一台のロボットに対して多くの動
作プログラムを教示する必要がある一方、熟練したロボ
ットの教示作業者が不足の傾向にあることから、効果的
な教示工数の低減策が望まれている。
Background Art Most of the currently operating welding robots are teaching playback robots. To cope with high-mix low-volume production, it is necessary to teach many operation programs to one robot. Since there is a shortage of skilled robot teaching operators, effective measures for reducing the number of teaching steps are desired.

現在最も一般的に行われている教示作業法は、教示作
業者がロボットの動きを指示する操作箱の操作スイッチ
を使用して、ロボットの動きを観察しつつ所定の動きを
させながら動作プログラムを教示するもので、曲線や方
向転換等を含む被溶接物にあっては、この教示操作には
熟練を必要とするばかりでなく、ロボットの所望の動き
を得るために試行を繰り返すことが必要であるなど時間
がかかるといった問題がある。
At present, the most commonly used teaching work method is that a teaching worker uses an operation switch of an operation box for instructing a movement of a robot, and observes the movement of the robot and makes a predetermined movement while observing the movement of the robot. For the work to be taught, which involves a curve or a change of direction, etc., this teaching operation requires not only skill but also repeated trials to obtain the desired movement of the robot. There is a problem that it takes time.

このようなことから操作箱によらない種々の教示手段
が提案され、少しずつ実用化され始めている。
For this reason, various teaching means independent of the operation box have been proposed, and are gradually being put into practical use.

その一つはロボットを実際には動かさずに、ロボット
を含む作業場に設定した座標系上での絶対位置を教示す
るいわゆるオフラインティーチングと呼ばれる方法で、
絶対位置をコンピュータ上でシュミレーションにより教
示する方法や、特開昭60−136806号公報または特公昭64
−4875号公報に開示されているように、複数の発光素子
を設けた位置教示作業器をトーチの代わりに被溶接物の
溶接線に沿って動かして、その発する光を作業場に固定
して設置したイメージセンサで検出して教示する方法な
どがある。これらの方法で、ロボットに高度な絶対位置
決め精度が要求されるのみでなく、ロボットアーム、溶
接トーチや溶接ケーブルなどと被溶接物あるいは周辺治
具等との干渉の有無の確認も要する。
One is the so-called off-line teaching method that teaches the absolute position on the coordinate system set in the workplace including the robot without actually moving the robot,
A method of teaching an absolute position by simulation on a computer, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-136806,
As disclosed in Japanese Patent No. 4875, a position teaching working device provided with a plurality of light emitting elements is moved along a welding line of an object to be welded instead of a torch, and light emitted from the work is fixed to a work place. There is a method of detecting and teaching with the image sensor that has been used. With these methods, not only is the robot required to have high absolute positioning accuracy, but also it is necessary to confirm the presence or absence of interference between the robot arm, welding torch, welding cable, or the like and the workpiece or peripheral jig.

また、他の方法としてロボットを実際に動作させなが
ら教示する方法がある。その第1の方法は作業者がロボ
ットアームの先端部に固定された溶接トーチまたはそれ
を模した把持部を把持して溶接線上を倣い誘導する間に
ロボットがその動きを時々刻々検知して記憶するいわゆ
るダイレクトティーチングと呼ばれるもので、その動き
の検知方法としては例えば特開昭56−85106号公報に開
示されているように、作業者が把持部を誘導する方向と
誘導力の大きさを検知する力検出器を設けて、その出力
信号を用いてトーチ先端の位置と姿勢とを演算する方法
がある。このダイレクトティーチングは作業者がロボッ
トの座標系などを意識することなく直感的にロボットを
操作することが可能であるので、教示作業者には扱い易
いティーチング方法であるが、取り付ける力検出器など
がワークや治具と干渉して操作できないことがあるばか
りでなく、ワークの形状によっては作業者に不自然な姿
勢を強いる場合もあるほか、作業者がロボットに接触し
て危害を受ける危険性も高い。
As another method, there is a method of teaching while actually operating the robot. The first method is that, while an operator grasps a welding torch fixed to the end of a robot arm or a grip portion imitating the same and guides the robot along a welding line, the robot detects and stores the movement momentarily. A method of detecting the movement is to detect the direction in which the worker guides the gripping portion and the magnitude of the guiding force, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-85106. There is a method of providing a force detector for calculating the position and orientation of the tip of the torch using the output signal. This direct teaching is a teaching method that is easy for the teaching worker to handle because the worker can intuitively operate the robot without being conscious of the robot's coordinate system, etc. Not only may operations not be possible due to interference with the workpiece or jig, but depending on the shape of the workpiece, the operator may be forced to take an unnatural posture, and there is a risk that the worker may be harmed by contact with the robot. high.

さらに第2の方法は、センサを利用してロボットに溶
接開始点および溶接線を自動認識させ、ロボットが自律
的に溶接線をならいながら教示作業を行なうもので、ロ
ボットが実稼働時と同じ動作を行いながら教示作業が進
められるので、干渉の確認や教示点の修正作業が不要で
あるばかりでなく、作業者がロボットに接近して作業を
行う必要がないので教示作業が安全に行え、位置決めお
よび姿勢合わせはセンサ情報を用いてロボットが自動的
に行うので、作業者の技能に左右されずに教示品質の均
質化が図れるといった利点がある。
In the second method, the robot automatically recognizes a welding start point and a welding line using a sensor, and performs a teaching operation while autonomously following the welding line. The teaching work can be performed while performing the work, so not only is there no need to check for interference and correct the teaching points, but also because the worker does not need to work close to the robot, teaching work can be performed safely, and positioning can be performed. Since the robot automatically adjusts the posture using the sensor information, there is an advantage that the teaching quality can be homogenized regardless of the skill of the operator.

溶接開始点および溶接線の自動認識手段としては大き
く2種類に分類することができ、その第1の手段は、レ
ーザ光や超音波等を用いた距離センサまたはイメージセ
ンサを利用したものであり、第2の手段は、溶接ワイヤ
の溶接アーク自体といった溶接作業そのものを利用した
ものである。
The means for automatically recognizing a welding start point and a welding line can be roughly classified into two types. The first means is a method using a distance sensor or an image sensor using laser light or ultrasonic waves, The second means utilizes a welding operation itself such as a welding arc itself of a welding wire.

一般に、レーザ光や超音波等を用いた距離センサまた
はイメージセンサを利用した溶接開始点または溶接線の
自動認識手段の多くは、溶接トーチの近傍に別途これら
のセンサを取り付ける必要があり、小型高精度のセンサ
が得がたい現状では、ワークや治具等とセンサとの干渉
が障害となる場合が多い上、ワークの表面状態や環境照
度、周囲温度等に大きく影響される場合が多く、適応で
きるワークや治具あるいは作業環境に大きな制約を与え
るといった問題を有していた。
Generally, most of the means for automatically recognizing a welding start point or a welding line using a distance sensor or an image sensor using a laser beam, an ultrasonic wave, or the like require the attachment of these sensors separately near a welding torch. In the current situation where it is difficult to obtain an accurate sensor, the interference between the sensor and the work or jig often becomes an obstacle, and the surface condition of the work, the environmental illuminance, the ambient temperature, etc. often greatly affect the work. There is a problem that it greatly imposes restrictions on the tool and the jig or the working environment.

溶接ワイヤを利用するワイヤーアースによるタッチセ
ンサは、特公昭54−15441号公報に示されているように
溶接ワイヤに電圧を印加して一方の電極とし、ワーク面
を他方の電極として、ロボットによって溶接ワイヤを動
かして両電極すなわち溶接ワイヤとワークが接触して電
気的導通が得られた時点でのロボットアームの位置から
ワーク位置を認識し、これを複数の点において繰り返す
ことにより溶接線を検出するものである。この方法は教
示点毎に複数の位置でセンシングを行う必要があるので
検出動作が遅く、ワークが複雑になり教示点数が多くな
ればそれだけ教示に要する時間が長くなり、実用性を著
しく損なうといった問題を有していた。
As shown in Japanese Patent Publication No. 54-15441, a touch sensor based on a wire ground using a welding wire applies a voltage to the welding wire to form one electrode, and the work surface is used as the other electrode. The position of the work is recognized from the position of the robot arm at the time when the electrical connection is obtained by contacting the work with both electrodes, that is, the welding wire, by moving the wire, and the welding line is detected by repeating this at a plurality of points. Things. Since this method requires sensing at multiple positions for each teaching point, the detection operation is slow, the work becomes complicated, and the more the number of teaching points, the longer the time required for teaching, which significantly impairs the practicality. Had.

また、溶接アークを利用するアークセンサは、特公昭
54−55635号公報に示されているように溶接電流信号の
変化を情報源として、溶接線の位置を認識する方式であ
り、溶接継手の開先内において溶接トーチを溶接線と交
差するようにウィービングを行うことにより溶接チップ
〜母材間の距離が変化し、それにともない溶接電流が変
化することを利用して溶接線の位置を認識するものであ
る。この方法では、アーク自体にセンサの働きをさせる
ために、溶接施工を行いながら教示作業を行なわねばな
らないのでやり直しができない他、高速の溶接線追跡が
困難、実用的に薄板の重ね継手には適用しにくい、溶接
条件により追跡性能が大きく影響される、トーチ姿勢の
制御が困難である等の問題を有していた。
An arc sensor that uses a welding arc is
As disclosed in JP-A-54-55635, a change in the welding current signal is used as an information source to recognize the position of the welding line, so that the welding torch intersects the welding line within the groove of the weld joint. The position of the welding line is recognized using the fact that the distance between the welding tip and the base material changes by performing weaving, and the welding current changes accordingly. In this method, it is necessary to perform teaching work while performing welding in order to make the arc itself act as a sensor, so it is not possible to start over, and it is difficult to trace welding lines at high speed, practically applied to lap joints of thin plates However, there were problems such as difficulty in tracking, the tracking performance being greatly affected by welding conditions, and difficulty in controlling the torch attitude.

本発明は、上記問題を解決するもので、ワークへの接
近性を損なわない大きさと形状を持ち、広範なワーク形
状や作業環境に適用可能で、溶接施工を行うことなく、
溶接線の位置およびワークに対するトーチの姿勢を高速
に自動認識できるセンサと、それを用いた簡便で安全か
つ効果的な教示工数低減法が実現できる溶接用ロボット
を提供することを目的としている。
The present invention solves the above problems, has a size and shape that does not impair the accessibility to the work, can be applied to a wide range of work shapes and work environments, without performing welding work,
It is an object of the present invention to provide a sensor capable of automatically recognizing a position of a welding line and a posture of a torch with respect to a workpiece at a high speed, and a welding robot capable of realizing a simple, safe, and effective teaching man-hour reduction method using the sensor.

発明の開示 本発明の溶接用ロボットは、ロボットアームと、ロボ
ットアームの先端部に設定した第1の座標系と、対象ワ
ークに設定した第2の座標系と、対象ワークに対する距
離を測定し距離情報を出力するロボットアームの先端部
に取り付けられた非接触距離センサと、回転中心軸が第
1の座標系に固定して設けられ非接触距離センサを回転
走査させる回転走査手段と、非接触距離センサの回転位
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、距離情報と位相情報とから得られる信号波形の特徴
点を抽出し特徴点毎の距離情報および位相情報を出力す
る信号波形処理手段と、信号波形処理手段からの情報に
より第1の座標系と第2の座標系の位置および姿勢関係
(以下単に位置関係と呼ぶ)を算出する位置関係算出手
段と、第1の座標系と第2の座標系の基準となる位置関
係を予め設定記憶する位置関係設定記憶手段と、位置関
係算出手段によって算出された第1の座標系と第2の座
標系の位置関係と位置関係設定記憶手段によって予め設
定記憶された第1の座標系と第2の座標系の位置関係が
一致するようにロボットアームを動作させるロボット制
御手段とを備えた構成を有したものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The welding robot of the present invention measures a robot arm, a first coordinate system set at the tip of the robot arm, a second coordinate system set at the target work, and a distance to the target work. A non-contact distance sensor attached to the distal end of the robot arm that outputs information; a rotation scanning unit that is provided with a rotation center axis fixed to the first coordinate system and rotationally scans the non-contact distance sensor; A rotational phase detecting means for detecting a rotational phase of the sensor and outputting rotational phase information, and a signal waveform for extracting characteristic points of a signal waveform obtained from the distance information and the phase information and outputting distance information and phase information for each characteristic point Processing means; a positional relationship calculating means for calculating a position and orientation relationship (hereinafter simply referred to as a positional relationship) between the first coordinate system and the second coordinate system based on information from the signal waveform processing means; A positional relationship setting storage unit that presets and stores a positional relationship serving as a reference between the coordinate system and the second coordinate system; and a positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system calculated by the positional relationship calculating unit. The apparatus has a configuration including a robot control unit that operates a robot arm so that the positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system preset and stored by the positional relationship setting storage unit matches.

本発明は上記した構成により、非接触距離センサを回
転走査手段で回転させ、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第1の座標系と第2の座
標系との間の位置関係すなわち溶接線およびワークと溶
接トーチの位置および姿勢を算出し、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
ボット制御手段がロボットアームを動作させるので、予
め設定記憶しておいた所望の位置関係すなわち溶接トー
チの狙い位置や姿勢に自動的にロボットアームを動作さ
せることができる。
According to the present invention, the non-contact distance sensor is rotated by the rotation scanning unit, and the characteristic point of the signal waveform is extracted by the signal waveform processing unit using the distance information to the target work and the rotation phase information. Calculating the positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system, that is, the position and orientation of the welding line and the workpiece and the welding torch, from the distance information and the rotation phase information for each feature point, Since the robot control means operates the robot arm so that the calculated positional relationship matches the positional relationship set and stored in advance, the desired positional relationship set in advance and stored, that is, the target position or posture of the welding torch is automatically adjusted. The robot arm can be operated effectively.

また、上記非接触距離センサに静電容量型の非接触距
離センサを用いることによりワークの表面状態や環境照
度、周囲温度に影響されることなく高精度の検出が可能
となる小型のセンサを構成することが可能となる。
In addition, by using a capacitance-type non-contact distance sensor as the non-contact distance sensor, a small sensor that can perform high-accuracy detection without being affected by the surface condition of the work, environmental illuminance, and ambient temperature is configured. It is possible to do.

図面の簡単な説明 第1図は本発明の全体構成を示す外観図、第2図は本
発明のデータの流れを示したブロック図、第3図は2チ
ャンネルの静電容量型距離センサの構成図、第4図は第
1の座標系の説明図、第5図は第2の座標系の説明図、
第6図はトーチ座標系とワーク座標系が一致した場合の
模式図、第7図はトーチ座標系とワーク座標系が一致し
た場合のセンサ信号波形図、第8図はトーチ座標系とワ
ーク座標系がXt方向にずれた場あの模式図、第9図はト
ーチ座標系とワーク座標系がXt方向にずれた場合のセン
サ信号波形図、第10図はトーチ座標系とワーク座標系が
Zt回りにずれた場合の模式図、第11図はトーチ座標系と
ワーク座標系がZt回りにずれた場合のセンサ信号波形
図、第12図はトーチ座標系とワーク座標系がZt方向にず
れた場合の模式図、第13図はトーチ座標系とワーク座標
系がZt方向にずれた場合のセンサ信号波形図、第14図は
トーチ座標系とワーク座標系がYt回りにずれた場合の模
式図、第15図はトーチ座標系とワーク座標系がYt回りに
ずれた場合のセンサ信号波形図、第16図(A)は2チャ
ンネルの静電容量型距離センサを用い、トーチ座標系と
ワーク座標系がYt回りにずれた場合の模式図、第16図
(B)は第16図(A)の静電容量型距離センサの先端部
付近の拡大図、第17図はトーチ座標系とワーク座標系が
Xt回りにずれた場合のセンサ信号波形図、第18図はトー
チ座標系とワーク座標系がXt回りにずれた場合の位相関
係図、第19図はトーチ座標系とワーク座標系が一走査内
でずれを生じた場合のセンサ信号波形図、第20図は本発
明の教示例に用いた被溶接物の斜視図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an external view showing an overall configuration of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a data flow of the present invention, and FIG. 3 is a configuration of a two-channel capacitive distance sensor. FIG. 4 is an explanatory diagram of a first coordinate system, FIG. 5 is an explanatory diagram of a second coordinate system,
FIG. 6 is a schematic diagram when the torch coordinate system and the work coordinate system match, FIG. 7 is a sensor signal waveform diagram when the torch coordinate system and the work coordinate system match, and FIG. 8 is a torch coordinate system and the work coordinate. FIG. 9 is a schematic diagram of a system where the system is shifted in the Xt direction, FIG. 9 is a sensor signal waveform diagram when the torch coordinate system and the work coordinate system are shifted in the Xt direction, and FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a case where the torch coordinate system and the work coordinate system are displaced around Zt, and FIG. 12 is a diagram showing a sensor signal waveform when the torch coordinate system and the work coordinate system are displaced around Zt. FIG. 13 is a sensor signal waveform diagram when the torch coordinate system and the work coordinate system are displaced in the Zt direction, and FIG. 14 is a schematic diagram when the torch coordinate system and the work coordinate system are displaced around Yt. Fig. 15 is a sensor signal waveform diagram when the torch coordinate system and the work coordinate system are displaced around Yt. Fig. 16 (A) uses a two-channel capacitance type distance sensor, and the torch coordinate system and the work are used. FIG. 16 (B) is an enlarged view of the vicinity of the tip of the capacitance type distance sensor of FIG. 16 (A), and FIG. 17 is a torch coordinate system and a workpiece when the coordinate system is displaced around Yt. Coordinate system
Sensor signal waveform diagram when it is shifted around Xt, FIG. 18 is a phase relationship diagram when the torch coordinate system and the work coordinate system are shifted around Xt, and FIG. 19 is within one scan between the torch coordinate system and the work coordinate system. FIG. 20 is a perspective view of a workpiece to be used in the teaching example of the present invention in the case where the displacement occurs in FIG.

発明を実施するための最良の形態 本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従
ってこれを説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

第1図において、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)13が取り付けられている。2はワークで隅肉継手を
有している。5はトーチ13の中心軸(後述のXt軸)から
偏芯してトーチ13の先端に回転自在に取り付けられた静
電容量型の非接触距離センサ(以下静電容量型距離セン
サと呼ぶ)で、駆動源としてサーボモータ(図示せず)
を用いた回転走査手段6によってトーチ13の中心軸を回
転中心軸として所定の半径で回転走査する。サーボモー
タの制御用のエンコーダは、後述するトーチ座標系3の
Yt軸方向を基準位置として非接触距離センサ5の回転位
相を検出する回転位相検出手段7として機能する。8は
静電容量型距離センサ5の出力信号と回転位相検出手段
7の出力信号から距離と回転位相の関係を示す信号波形
を得て、その特徴点を抽出する信号波型処理手段で、こ
の特徴点毎の情報を位置関係算出手段9に出力する。位
置関係算出手段9では後述する第1の座標系3と第2の
座標系4の位置関係を算出する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vertical articulated robot arm, and a welding torch (hereinafter referred to as a torch) 13 is attached to the leading end of the arm. Reference numeral 2 denotes a work having a fillet joint. Reference numeral 5 denotes a capacitance type non-contact distance sensor (hereinafter referred to as a capacitance type distance sensor) eccentrically mounted on the tip of the torch 13 eccentrically from the center axis (Xt axis described later) of the torch 13. Servo motor (not shown) as drive source
The rotary scanning means 6 is used to perform rotational scanning with a predetermined radius around the center axis of the torch 13 as the rotation center axis. An encoder for controlling the servomotor is provided in a torch coordinate system 3 described later.
It functions as a rotational phase detecting means 7 for detecting the rotational phase of the non-contact distance sensor 5 with the Yt axis direction as a reference position. Numeral 8 denotes a signal wave type processing means for obtaining a signal waveform indicating the relationship between the distance and the rotation phase from the output signal of the capacitance type distance sensor 5 and the output signal of the rotation phase detection means 7 and extracting the characteristic points. The information for each feature point is output to the positional relationship calculating means 9. The positional relationship calculating means 9 calculates a positional relationship between a first coordinate system 3 and a second coordinate system 4, which will be described later.

10はワーク2に対する所望の狙い位置およびトーチ姿
勢を第1の座標系3と第2の座標系4の位置関係として
予め設定記憶させておく位置関係設定記憶手段で、ロボ
ットアーム1はこの設定記憶された位置関係と前記位置
関係算出手段9により算出された位置関係が一致するよ
うに、ロボット制御手段11およびロボットアーム1に取
り付けられている各軸駆動用モータ20によって駆動され
る。ロボット制御手段11は、第2図に示すように移動目
標位置算出手段14、現在位置管理手段15、第3の座標変
換部16、第1の座標変換部17、第2の座標変換部18、サ
ーボ制御部19等から構成されているのは従来のロボット
と同様であり、位置関係算出手段9、位置関係設定記憶
手段10とともにロボット制御装置12内に設けられてい
る。第2図の21はロボットアーム駆動用モータ20に取り
付けられたエンコーダであり、第2図では、モータ20お
よびエンコーダ21は一軸分のみを示し、他の軸は省略し
ている。
Numeral 10 is a positional relationship setting storage unit for setting and storing a desired target position and a torch attitude with respect to the work 2 as a positional relationship between the first coordinate system 3 and the second coordinate system 4 in advance. The robot control unit 11 and each axis driving motor 20 attached to the robot arm 1 are driven so that the positional relationship calculated and the positional relationship calculated by the positional relationship calculation unit 9 match. As shown in FIG. 2, the robot control unit 11 includes a movement target position calculation unit 14, a current position management unit 15, a third coordinate conversion unit 16, a first coordinate conversion unit 17, a second coordinate conversion unit 18, The servo control unit 19 and the like are the same as the conventional robot, and are provided in the robot control device 12 together with the positional relationship calculating unit 9 and the positional relationship setting storage unit 10. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes an encoder attached to the motor 20 for driving the robot arm. In FIG. 2, the motor 20 and the encoder 21 show only one axis, and other axes are omitted.

本発明における静電容量型距離センサ5は、第3図に
示すように、2つのセンサ電極22および23を同心上に有
し、これら2つのセンサ電極22および23は後述するXt軸
方向に所定距離離れた位置に配されて、個別に動作する
2チャンネルの静電容量型距離センサ5を構成してい
る。また、ワーク2が隅肉継手であるから、電極径に対
する有効電極面積が増加するようセンサ電極の形状を円
錐状に構成している。また、トーチ13と静電容量型距離
センサ5は電気絶縁性の高い部材を介して接合できるよ
うになっており、溶接トーチ13の中心軸と回転走査手段
6の回転中心軸の軸合わせ及び静電容量型距離センサ5
の基準点の位置合わせ作業を簡単に行うことができるよ
うに構成するとともに、溶接ケーブルや溶接ワイヤ、溶
接電源内の回路等を介して静電容量型距離センサ5と他
方の電極であるワーク2の短絡を防止している。
As shown in FIG. 3, the capacitance type distance sensor 5 of the present invention has two sensor electrodes 22 and 23 concentrically, and these two sensor electrodes 22 and 23 are predetermined in the Xt axis direction described later. The two-channel electrostatic capacitance type distance sensor 5 which is arranged at a distance and operates independently is constituted. Further, since the work 2 is a fillet joint, the shape of the sensor electrode is configured to be conical so that the effective electrode area with respect to the electrode diameter increases. Further, the torch 13 and the capacitance type distance sensor 5 can be joined via a member having a high electrical insulation property, so that the center axis of the welding torch 13 and the rotation center axis of the rotary scanning means 6 can be aligned and statically fixed. Capacitance type distance sensor 5
, And the electrostatic capacitance type distance sensor 5 and the work 2 as the other electrode are connected via a welding cable, a welding wire, a circuit in a welding power source, and the like. To prevent short circuit.

以上のように構成された溶接用ロボットについて、以
下その動作を説明する。初めに、トーチ13とワーク2の
位置関係の基準となる座標系について第4図および第5
図を用いて定義しておく。
The operation of the welding robot configured as described above will be described below. First, a coordinate system serving as a reference of the positional relationship between the torch 13 and the work 2 is shown in FIGS.
It is defined using the figure.

第4図にロボットアーム1に取り付けられたトーチ13
に設定した第1の座標系3(以下、トーチ座標系3と呼
ぶ)を示す。トーチ座標系3は、トーチ13の先端の作用
点を第1の座標原点Ot(以下トーチ原点Otと呼ぶ)と
し、トーチ13の中心軸をXt軸とする。Xt軸の正の方向は
第4図に矢印で示した。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
交する直線をZt軸とする。Zt軸の正の方向は、トーチ13
上に設けた点Pに対して回転軸TWから垂線として描いた
図中の破線矢印の方向とする。さらにXt、Zt軸に直交
し、かつ右手系をなす方向をYt軸として定義する。
FIG. 4 shows a torch 13 attached to the robot arm 1.
Is set as the first coordinate system 3 (hereinafter, referred to as the torch coordinate system 3). In the torch coordinate system 3, the point of action of the tip of the torch 13 is defined as a first coordinate origin Ot (hereinafter referred to as the torch origin Ot), and the center axis of the torch 13 is defined as the Xt axis. The positive direction of the Xt axis is indicated by an arrow in FIG. A straight line orthogonal to the Xt axis on a plane including the Xt axis and the rotation center axis TW of the foremost wrist axis of the robot arm 1 is defined as a Zt axis. Positive direction of Zt axis is torch 13
The direction of the broken line arrow in the drawing drawn as a perpendicular from the rotation axis TW with respect to the point P provided above. Further, a direction orthogonal to the Xt and Zt axes and forming a right-handed system is defined as a Yt axis.

次に、第5図に対象ワーク2上に設定した第2の座標
系4(以下、ワーク座標系4と呼ぶ)を示す。ロボット
アーム1が、ワーク2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3のXt軸を延長しワーク2と
交差した点をQとし、点Qから溶接線におろした垂線と
溶接線の交点を第2の座標原点Ow(以下、ワーク原点Ow
と呼ぶ)とする。このワーク原点Owから溶接線の方向を
Yw軸とし、このYw軸と直交し、ワーク2の開先角度を2
等分する方向をXw軸とする。この時Yw軸の正の方向はど
ちら向きに取ってもよいが、Xwの正方向はワーク原点か
らワーク2の裏面へ向かう方向とし、残るZw軸は、Xw、
Yw軸に直交し、かつ右手系をなす方向にとることとす
る。
Next, FIG. 5 shows a second coordinate system 4 set on the target work 2 (hereinafter, referred to as a work coordinate system 4). When the robot arm 1 is positioned near the welding line on the work 2, the Xt axis of the torch coordinate system 3 is extended and a point that intersects with the work 2 is defined as Q. The intersection of the welding line is set to the second coordinate origin Ow (hereinafter, the work origin Ow).
). From the work origin Ow, the direction of the welding line
The Yw axis is perpendicular to the Yw axis.
The direction of equal division is defined as the Xw axis. At this time, the positive direction of the Yw axis may be any direction, but the positive direction of Xw is a direction from the work origin to the back surface of the work 2, and the remaining Zw axes are Xw,
The direction is orthogonal to the Yw axis and forms a right-handed system.

まず、静電容量型距離センサ5は、二つの電極間の静
電容量が電極間の距離に反比例することを利用するもの
で、センサに設けた電極を一方の電極とし、測定対象物
自身を他方の電極として両電極間に電位差を与えて回路
を構成して、この両電極間の静電容量を測定することに
より間接的に両電極間の距離すなわち、静電容量型距離
センサ5とワーク2の間の距離を設定する。
First, the capacitance-type distance sensor 5 utilizes the fact that the capacitance between two electrodes is inversely proportional to the distance between the electrodes. The electrode provided on the sensor is one electrode, and the measurement object itself is used. A circuit is formed by giving a potential difference between the two electrodes as the other electrode, and the capacitance between the two electrodes is measured to indirectly determine the distance between the two electrodes, that is, the capacitance type distance sensor 5 and the workpiece. Set the distance between two.

静電容量型距離センサ5によって計測された距離情報
および回転位相検出手段7から得られる位相情報は、信
号波形処理手段8に入力され、特徴点毎の距離情報およ
び位相情報に処理され、位置関係算出手段9に入力され
る。位置関係算出手段9では、トーチ座標系3とワーク
座標系4の位置関係を算出する。
The distance information measured by the capacitance type distance sensor 5 and the phase information obtained from the rotation phase detecting means 7 are input to a signal waveform processing means 8 and processed into distance information and phase information for each feature point, and It is input to the calculating means 9. The positional relationship calculating means 9 calculates the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4.

信号波形処理手段8と位置関係算出手段9の動作は後
に詳述する。
The operations of the signal waveform processing means 8 and the positional relationship calculation means 9 will be described later in detail.

位置関係算出手段9で算出された位置関係は、位置関
係設定記憶手段10に予め設定記憶されている基準位置関
係とともに移動目標位置検出手段14に入力され、算出さ
れた位置関係と予め設定記憶されている基準位置関係が
等しくなるようにトーチ座標系3で表した移動目標位置
を算出する。このトーチ座標系3で表した移動目標位置
は、現在位置管理手段15に記憶されている各軸現在位置
を用いて、第3の座標変換部16によって算出される直交
座標系で表した第1の座標系3の現在位置とともに第1
の座標変換部17に入力され、直交座標系で表した移動目
標位置に変換された後、第2の座標変換部18に入力され
てさらに関節座標系で表した移動目標位置に変換され
る。この関節座標系で表された移動目標位置はサーボ制
御部19に入力され、各軸単位に同時制御される。
The positional relation calculated by the positional relation calculating means 9 is input to the movement target position detecting means 14 together with the reference positional relation previously set and stored in the positional relation setting storing means 10, and the calculated positional relation is set and stored in advance. The movement target position represented by the torch coordinate system 3 is calculated such that the reference positional relationships are equal. The movement target position represented by the torch coordinate system 3 is represented by a first coordinate system represented by an orthogonal coordinate system calculated by the third coordinate conversion unit 16 using the current position of each axis stored in the current position management means 15. With the current position of the coordinate system 3
After being input to the coordinate conversion unit 17 and converted to the movement target position represented by the orthogonal coordinate system, it is input to the second coordinate conversion unit 18 and further converted to the movement target position represented by the joint coordinate system. The movement target position expressed in the joint coordinate system is input to the servo control unit 19 and is simultaneously controlled for each axis.

すなわち、移動目標位置は前述の現在位置管理手段15
からの各軸現在位置情報と比較され、ロボットアーム1
に組み込まれたモータ20にモータ回転指令を出力する。
モータ20に取り付けられたエンコーダ21は、フィードバ
ック情報を出力し、サーボ制御部19に入力されてサーボ
系を構成するとともに、現在位置管理手段15にも入力さ
れて現在位置の更新に利用される。
That is, the movement target position is determined by the current position management unit 15 described above.
Is compared with the current position information of each axis from
And outputs a motor rotation command to the motor 20 incorporated in the controller.
The encoder 21 attached to the motor 20 outputs feedback information and is input to the servo control unit 19 to configure a servo system, and is also input to the current position management unit 15 to be used for updating the current position.

次に、信号波形処理手段8と位置関係算出手段9によ
るトーチ座標系3とワーク座標系4の位置関係の具体的
な算出法について図面を参照しながら説明する。
Next, a specific method of calculating the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 by the signal waveform processing means 8 and the positional relationship calculating means 9 will be described with reference to the drawings.

まず、第6図はトーチ座標系3とワーク座標系4が一
致した場合の模式図を示している。第6図において、静
電容量型距離センサ5が回転走査手段6(図示せず)に
よってXt軸を回転中心軸として破線矢印に示すように反
時計回りに回転しながらワーク2までのXt軸方向の距離
すなわち図中にXtに平行な複数の矢印の長さを連続的に
順次測定していく。その間、回転位相検出手段7によっ
て静電容量型距離センサ5の回転位相が同時に検出で
き、第7図に実線で示すような信号波形が得られる。第
7図の縦軸は静電容量型距離センサ5で測定したワーク
2までの距離であり、横軸は測定時の回転位相である。
First, FIG. 6 is a schematic diagram when the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 match. In FIG. 6, the capacitance type distance sensor 5 is rotated counterclockwise as indicated by a dashed arrow with the Xt axis as the rotation center axis by the rotation scanning means 6 (not shown) in the Xt axis direction to the work 2. , That is, the lengths of a plurality of arrows parallel to Xt in the figure are successively measured. In the meantime, the rotation phase of the capacitance type distance sensor 5 can be simultaneously detected by the rotation phase detection means 7, and a signal waveform as shown by a solid line in FIG. 7 is obtained. The vertical axis in FIG. 7 is the distance to the work 2 measured by the capacitance type distance sensor 5, and the horizontal axis is the rotation phase at the time of measurement.

第7図に示したように、回転位相と距離関係を示す信
号波形は、理論的には正弦波形を半サイクルおきに折り
返したような波形となるが、静電容量型距離センサ5は
測定対称物(ワーク2)とセンサ電極間の静電容量の総
量による平均的な距離を測定しており、ワーク2を点で
はなく面として捕えるため、実際に得られる信号波形は
第7図に破線で示すように不連続点の無い一回転あたり
2周期の正弦波に似た波形となる。しかし、ここでは特
に断らない限り第7図の実線のような理論信号波形を用
いて説明する。
As shown in FIG. 7, the signal waveform indicating the relationship between the rotational phase and the distance is theoretically a waveform obtained by folding a sine waveform every half cycle, but the capacitance-type distance sensor 5 has a measurement symmetry. The average distance based on the total amount of capacitance between the object (work 2) and the sensor electrode is measured. Since the work 2 is captured not as a point but as a surface, the actually obtained signal waveform is indicated by a broken line in FIG. As shown, the waveform is similar to a sine wave having two cycles per rotation without any discontinuity. However, here, the description will be made using a theoretical signal waveform as shown by the solid line in FIG. 7 unless otherwise specified.

この信号波形は、トーチ座標系3とワーク座標系4の
位置関係に応じて変化するので、この信号波形の変化を
検出することによりトーチ座標系3とワーク座標系4の
位置関係を知ることができる。
Since this signal waveform changes according to the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4, the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 can be known by detecting a change in this signal waveform. it can.

信号波形の変化を知るためにその特徴点を抽出し、特
徴点毎の情報から波形の変化すなわちトーチ座標系3と
ワーク座標系4の位置関係を解析する方法が簡便であ
り、特に特徴点として信号波形の極値点を用いることに
より高速で処理を行うことができることから、本発明に
おいては、信号波形処理手段8により第7図に示したよ
うな波形の極値点を抽出し、得られた波形の極値点の情
報から位置関係算出手段9によりトーチ座標系3とワー
ク座標系4の位置関係を算出している。
A method of extracting a characteristic point to know a change in the signal waveform and analyzing a change in the waveform, that is, a positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 from information of each characteristic point, is simple. Since the processing can be performed at high speed by using the extreme points of the signal waveform, in the present invention, the extreme points of the waveform as shown in FIG. The positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 is calculated by the positional relationship calculating means 9 from the information on the extreme points of the waveform.

信号波形には当然ノイズが含まれており、ノイズによ
って極値点が誤って抽出されることのないよう、連続す
る2つの極値点の値の差および位相の差が所定量以下の
場合、これらの極値点を特徴点として抽出しないように
している。また、先にも述べたように静電容量型の距離
センサを用いているので、信号波形に不連続点が本来現
れないことから、極値点が不連続点である場合にもそれ
はノイズであるとして排除されている。
Naturally, the signal waveform includes noise, and when the difference between the value and the phase difference between two consecutive extreme points is equal to or less than a predetermined amount so that the extreme points are not erroneously extracted by the noise, These extreme points are not extracted as feature points. Also, as described above, since the capacitance type distance sensor is used, discontinuity points do not originally appear in the signal waveform, so that even when the extreme point is a discontinuity point, it is a noise. Have been excluded as being.

第6図からも明らかなように、この極値点のうち極小
点はワーク2の継手の左右の内面とXt−Zt平面が交差す
る位置にあり、この左右の極小点を以後それぞれLB、RB
(2つの座標系が一致している第7図ではLB0、RB0)と
する。また極大点はワーク2の溶接線上進行方向の前後
にあり、この前後の極大点をそれぞれFP、BP(第7図で
はFP0、BP0)とする。
As is clear from FIG. 6, the minimum point among these extreme points is located at the position where the left and right inner surfaces of the joint of the work 2 intersect with the Xt-Zt plane, and the left and right minimum points are hereinafter referred to as LB and RB, respectively.
(LB0 and RB0 in FIG. 7 where the two coordinate systems match). In addition, the local maximum points are located before and after in the traveling direction of the workpiece 2 on the welding line, and the local maximum points before and after this are defined as FP and BP (FP0 and BP0 in FIG. 7).

第7図より、トーチ座標系3とワーク座標系4が一致
している場合には、極小点RB0、LB0の値と、極大点FP
0、BP0の値はそれぞれ等しく、それら四つの極値点の位
相は一回転を四等分している。また、回転位相の基準位
置はYt軸の正の方向としたので、点FP0の位相は位相の
基準位置と一致している。
According to FIG. 7, when the torch coordinate system 3 and the workpiece coordinate system 4 coincide, the values of the minimum points RB0 and LB0 and the maximum point FP
The values of 0 and BP0 are respectively equal, and the phase of these four extreme points divides one revolution into four. In addition, since the reference position of the rotational phase is in the positive direction of the Yt axis, the phase of the point FP0 coincides with the reference position of the phase.

次に第8図は、トーチ座標系3とワーク座標系4がXt
方向に距離Xだけずれた状態を示している。第8図は第
6図の模式図をYwの方向に見たものである。この時、得
られる信号信号波形を第9図に実線で示した。この時の
各極値点をFP1、BP1、RB1、LB1とする。また、第9図の
破線で示した波形は第7図に示したトーチ座標系3とワ
ーク座標系4が一致している場合の波形である。
Next, FIG. 8 shows that the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are Xt
The state shifted in the direction by the distance X is shown. FIG. 8 is a schematic view of FIG. 6 viewed in the direction of Yw. At this time, the obtained signal waveform is shown by a solid line in FIG. The extreme points at this time are defined as FP1, BP1, RB1, and LB1. The waveform shown by the broken line in FIG. 9 is a waveform when the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 shown in FIG. 7 match.

第9図より容易に理解されるように、トーチ座標系3
とワーク座標系4がXt方向にずれた場合波形全体が上下
に移動するので、波がの極大点であるFP1とBP1の平均値
とトーチ座標系3とワーク座標系4が一致している場合
のFP0とBP0の平均値とを比較すれば、トーチ座標系3と
ワーク座標系4のXt方向の位置関係を算出することがで
きる。
As can be easily understood from FIG. 9, the torch coordinate system 3
When the coordinate system 4 deviates in the Xt direction, the entire waveform moves up and down, so the average value of FP1 and BP1, which are the maximum points of the wave, the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 match By comparing the average value of FP0 with the average value of BP0, the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 in the Xt direction can be calculated.

第10図は、トーチ座標系3とワーク座標系4がZt軸回
りに角度γだけずれた(傾斜した)状態を示している。
第10図は、第6図の模式図をZwの方向に見たものであ
る。このとき得られる信号波形を第11図に実線で示し
た。この時の各極値点をそれぞれFP2、BP2、RB2、LB2と
する。また、第11図の破線で示した波形は第7図に示し
たトーチ座標系3とワーク座標系4が一致している場合
の波形である。
FIG. 10 shows a state in which the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are shifted (inclined) around the Zt axis by an angle γ.
FIG. 10 is a schematic diagram of FIG. 6 viewed in the direction of Zw. The signal waveform obtained at this time is shown by a solid line in FIG. The extreme points at this time are defined as FP2, BP2, RB2, and LB2, respectively. The waveform shown by the broken line in FIG. 11 is a waveform when the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 shown in FIG. 7 match.

第11図より容易に理解されるように、トーチ座標系3
とワーク座標系4がZt軸回りにずれた場合、波形の極大
点であるFP2及びBP2に差が生じる。回転走査の半径は既
知であるので、FP2とBP2との差と回転半径からトーチ座
標系3とワーク座標系4のZt軸回りの位置関係を算出す
ることができる。
As can be easily understood from FIG. 11, the torch coordinate system 3
When the work coordinate system 4 is displaced around the Zt axis, there is a difference between FP2 and BP2, which are the maximum points of the waveform. Since the radius of the rotational scan is known, the positional relationship of the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 around the Zt axis can be calculated from the difference between FP2 and BP2 and the rotational radius.

第12図は、トーチ座標系3とワーク座標系4がZt方向
に距離Zだけずれた状態を示している。第12図は第8図
と同様に、第6図の模式図をYwの方向に見たもので、こ
の時得られる信号波形を第13図に実線で示した。この時
の各極値点をそれぞれFP3、BP3、RB3、LB3とする。ただ
し、第13図は信号波形は静電容量型距離センサ5を用い
て実際に測定した波形であり、破線で示した波形はトー
チ座標系3とワーク座標系4が一致している場合の信号
波形で、同じく静電容量型距離センサ5を用いて実際に
測定したものである。
FIG. 12 shows a state in which the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are shifted by a distance Z in the Zt direction. FIG. 12 is a schematic diagram of FIG. 6 viewed in the direction of Yw, similarly to FIG. 8, and the signal waveform obtained at this time is shown by a solid line in FIG. The extreme points at this time are FP3, BP3, RB3, and LB3, respectively. However, FIG. 13 shows the signal waveform actually measured using the capacitance type distance sensor 5, and the waveform shown by the broken line is the signal when the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 match. The waveform is also actually measured using the capacitance type distance sensor 5.

第13図より容易に理解されるように、トーチ座標系3
とワーク座標系4がZt方向にずれた場合、ワーク2の左
右面での極小点LB3およびRB3の値に差が生じるとともに
右内面上を走査している位相すなわち極大点FP3の位相
値と極大点BP3での位相値の差RH3と、左内面上を走査し
ている位相すなわち極大点FP3′の位相値と極大点BP3で
の位相値の差LH3との間にも差異が生じる。ここで、極
大点FP3′は、極大点FP3と同じ位置を一回転前に測定し
たものである。
As can be easily understood from FIG. 13, the torch coordinate system 3
When the work coordinate system 4 deviates in the Zt direction, a difference occurs between the values of the minimum points LB3 and RB3 on the left and right surfaces of the work 2, and the phase scanning on the right inner surface, that is, the phase value of the maximum point FP3 and the maximum value A difference also occurs between the phase value difference RH3 at the point BP3 and the phase scanning on the left inner surface, that is, the phase value difference LH3 between the phase value of the local maximum point FP3 'and the phase value at the local maximum point BP3. Here, the maximum point FP3 'is obtained by measuring the same position as the maximum point FP3 one rotation before.

以上のことから、トーチ座標系3とワーク座標系4の
Zt方向のずれは、2つの極小点の差が、極大点間の位相
差のどちらを用いても算出できるが、前述したように静
電容量型距離センサ5では実際の信号波形は第13図に示
すように極大点で不連続点が生じないので、位相を用い
た算出法は検出精度が劣る。本発明では極小点RB3とLB3
の値の差を用いてトーチ座標系3とワーク座標系4のZt
方向の位置関係を算出している。
From the above, the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4
The shift in the Zt direction can be calculated by using either the difference between the two minimum points or the phase difference between the maximum points. However, as described above, the actual signal waveform of the capacitance type distance sensor 5 is shown in FIG. As shown in (1), no discontinuous point occurs at the maximum point, and the calculation method using the phase is inferior in detection accuracy. In the present invention, the minimum points RB3 and LB3
Of the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 using the difference
The positional relationship in the direction is calculated.

第14図は、トーチ座標系3とワーク座標系4がYt軸回
りに角度βだけずれた(傾斜した)状態を示している。
FIG. 14 shows a state in which the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are shifted (inclined) about the Yt axis by an angle β.

第14図は、第8図、第10図と同様に第6図の模式図を
Ywの方向に見たものである。
FIG. 14 is a schematic diagram of FIG. 6 similar to FIGS. 8 and 10.
Seen in the direction of Yw.

この時得られる信号波形を第15図に実線で示した。こ
の時の各極値点をそれぞれFP4、BP4、RB4、LB4とする。
The signal waveform obtained at this time is shown by a solid line in FIG. The extreme points at this time are FP4, BP4, RB4, and LB4, respectively.

ただし、ここでも第15図の信号波形は第13図の場合と
同じく静電容量型距離センサ5を用いて実際に測定した
波形である。
However, also in this case, the signal waveform in FIG. 15 is a waveform actually measured using the capacitance type distance sensor 5 as in the case of FIG.

これまで説明した位置関係算出結果は、静電容量型距
離センサ5の二つのチャンネルのいずれを用いても同じ
結果が得られる。しかしながら、第15図と第13図との比
較より明らかなように、トーチ座標系3とワーク座標系
4がYt軸回りに角度βだけずれた場合と、トーチ座標系
3とワーク座標系4がZt方向に距離Zだけずれた場合と
が同様の波形となる。したがって、このままではトーチ
座標系3とワーク座標系4がYt軸回りにずれた場合と、
Zt方向にずれた場合の判別ができないことになる。これ
を判別するために静電容量型距離センサ5の二つのチャ
ンネルを利用する。
Regarding the positional relationship calculation result described so far, the same result can be obtained by using any of the two channels of the capacitance type distance sensor 5. However, as is clear from the comparison between FIG. 15 and FIG. 13, the case where the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are shifted by an angle β around the Yt axis and the case where the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are different from each other. A similar waveform is obtained when the distance is shifted by the distance Z in the Zt direction. Therefore, if the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are displaced around the Yt axis,
This means that it is not possible to determine when there is a deviation in the Zt direction. The two channels of the capacitance type distance sensor 5 are used to determine this.

図16図(A),(B)は、この2チャンネルの静電容
量型距離センサ5を用いて、トーチ座標系3とワーク座
標系4がYt軸回りに角度βだけ傾いた場合の算出法の説
明図で、前述したように静電容量型距離センサ5が測定
対象物とセンサ電極間の静電容量の総量により距離を求
めていることから実際に測定する距離はXw軸方向の距離
で静電容量型距離センサ5の2つのチャンネルはそれぞ
れ図中実線の矢印と破線の矢印の距離を測定する。
FIGS. 16A and 16B show a calculation method when the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are inclined by an angle β around the Yt axis using the two-channel capacitance type distance sensor 5. As described above, since the capacitance-type distance sensor 5 obtains the distance from the total amount of capacitance between the measurement target and the sensor electrode as described above, the distance actually measured is the distance in the Xw-axis direction. The two channels of the capacitance type distance sensor 5 each measure the distance between the solid arrow and the broken arrow in the figure.

実線の矢印と破線の矢印のZw方向の距離SZは、第16図
(A),(B)からも明らかなように角度βに応じて変
化し、静電容量型距離センサ5を回転走査させ、2つの
それぞれのチャンネルについてZt軸方向のずれ量を算出
し、それらの算出結果の差をとることにより算出でき
る。
The distance SZ in the Zw direction between the solid arrow and the dashed arrow changes according to the angle β as is clear from FIGS. 16A and 16B, and the capacitance type distance sensor 5 is rotated and scanned. The shift amount in the Zt-axis direction is calculated for each of the two channels, and the difference between the calculation results is calculated.

第16図(B)は第16図(A)に示した静電容量型距離
センサ5の電極部を拡大したものである。第16図(B)
において、第1の電極22および第2の電極23は、図中の
点S1およびS2からワーク2までの距離を測定しており、
これらの点S1およびS2はXt軸と平行なXt′軸方向に距離
SX離れて配置されている。ここで点S1からZw方向に直線
を引き、第2の電極23が測定する距離を示す破線矢印と
の交点をS′とすると、直線三角形S1,S2,S′において
角S1,S2,S′がβであることから、SXをSZで除して逆正
弦を算出すれば、βすなわちトーチ座標系3とワーク座
標系4のYt軸回りの位置関係(静電容量型距離センサ5
の傾き)が求められる。
FIG. 16 (B) is an enlarged view of the electrode section of the capacitance type distance sensor 5 shown in FIG. 16 (A). Fig. 16 (B)
, The first electrode 22 and the second electrode 23 measure the distance from the points S1 and S2 in the figure to the workpiece 2.
These points S1 and S2 are separated by a distance in the Xt 'axis direction parallel to the Xt axis.
SX is located away. Here, a straight line is drawn from the point S1 in the Zw direction, and assuming that the intersection with the broken arrow indicating the distance measured by the second electrode 23 is S ′, the angles S1, S2, S ′ in the straight triangle S1, S2, S ′. Is β, and if the arc sine is calculated by dividing SX by SZ, β, ie, the positional relationship of the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 around the Yt axis (the capacitance type distance sensor 5
Is determined.

最後に、第17図にトーチ座標系3とワーク座標系4が
Xt軸回りに角度αだけずれたとき得られる信号波形を第
17図に実線で示した。この時の各極値点をそれぞれFP
5、BP5、RB5、LB5とする。また、トーチ座標系3とワー
ク座標系4が一致している場合の信号波形を破線で示し
ている。
Finally, FIG. 17 shows the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4
The signal waveform obtained when the angle is shifted about the Xt axis by α
This is shown by a solid line in FIG. Each extreme point at this time is FP
5, BP5, RB5, and LB5. Further, a signal waveform when the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 coincide with each other is indicated by a broken line.

第17図より、トーチ座標系3とワーク座標系4がXt軸
回りにずれた場合、波形の極大点であるFP5、BP5および
極小点であるRB5、LB5の基準位置からの位相が全体的に
ずれることが容易に理解される。
From FIG. 17, when the torch coordinate system 3 and the workpiece coordinate system 4 are displaced around the Xt axis, the phases of the waveform maximum points FP5 and BP5 and the minimum points RB5 and LB5 from the reference position as a whole are It is easily understood that it deviates.

第18図は、トーチ座標系3とワーク座標系4がXt方向
Zt方向にともにずれを生じ、かつXt軸、Yt軸、Zt軸回り
にもずれを生じている場合のFP、BP,LB、RB各極値点の
位相を、静電容量型距離センサ5の回転走査軌道上にあ
らわした図で、ここで求めたい位置関係はXt軸回りのず
れ量すなわち図中Ywの溶接線とYt軸のなす角αである。
FIG. 18 shows that the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are in the Xt direction.
The phase of each extreme point of FP, BP, LB, and RB when the displacement occurs in the Zt direction and the displacement also occurs around the Xt axis, the Yt axis, and the Zt axis is determined by the capacitance type distance sensor 5. In the diagram shown on the rotational scanning trajectory, the positional relationship desired here is the amount of deviation around the Xt axis, that is, the angle α between the welding line of Yw and the Yt axis in the figure.

以上のことから、この状態でのXt軸回りのずれ量αを
求めることができれば、トーチ座標系3とワーク座標系
4の位置関係に関係なくXt軸回りの位置関係を単独に算
出することができることになる。
From the above, if the shift amount α around the Xt axis in this state can be obtained, the positional relationship around the Xt axis can be calculated independently irrespective of the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4. You can do it.

第18図を見ると、トーチ座標系3とワーク座標系4の
位置関係に関係なく極小点RB、LBを結ぶ図中破線で示し
た直線FP、BPを結ぶ直線すなわちYw軸は回転走査軌道面
上では常に直交する関係にあり、このことはワーク形状
や座標系の定義および回転走査軌道に対する幾何学的考
察からも理解できる。
Referring to FIG. 18, regardless of the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4, the straight line connecting the straight lines FP and BP shown by broken lines in the figure connecting the minimum points RB and LB, that is, the Yw axis is the rotational scanning orbit plane. In the above, there is always an orthogonal relationship, and this can be understood from the definition of the workpiece shape and the coordinate system, and also from the geometrical consideration for the rotational scanning trajectory.

したがって角αは、RBの基準位置からの位相とLBの基
準位置からの位相の平均値Bが示す方向として、あるい
はFPの基準位置からの位相とBPの基準位置からの位相の
平均値Pが示す方向と直交する方向として算出すること
ができ、この算出法によればXt軸回りの位置関係を容易
に算出することができる。
Accordingly, the angle α is defined as the direction indicated by the average value B of the phase from the reference position of RB and the phase from the reference position of LB, or the average value P of the phase from the reference position of FP and the phase of BP from the reference position. The direction can be calculated as a direction orthogonal to the indicated direction. According to this calculation method, the positional relationship around the Xt axis can be easily calculated.

以上の動作によって、トーチ座標系3とワーク座標系
4の位置関係を表す6つの成分の内の5つの成分を静電
容量型距離センサ5を回転走査することにより容易に算
出することができることになる。
With the above operation, it is possible to easily calculate five components of the six components representing the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 by rotating and scanning the capacitance type distance sensor 5. Become.

既に述べたように、以上のように算出した位置関係と
予め設定記憶したおいた所望の位置関係が一致するよう
にロボットアーム1を動作させれば、方向、位置ともに
未知であるワークを自動検出して希望する狙い位置およ
びトーチ姿勢にロボットアーム1すなわちトーチ13を位
置決めすることができる。
As described above, if the robot arm 1 is operated so that the positional relationship calculated as described above matches a desired positional relationship set and stored in advance, a workpiece whose direction and position are unknown is automatically detected. Then, the robot arm 1, that is, the torch 13 can be positioned at a desired target position and torch posture.

位置関係をあらわす残りの1つの成分であるYt方向の
位置関係すなわち溶接線方向の位置関係は、開始点の検
出としては常に0とすれば良く、0以外の値を与えれば
ロボットアームは現在位置から溶接線方向にずれた位置
に動くことになり、これを繰り返して前記動作を連続的
に行えば、所定の狙い位置およびトーチ姿勢を保ちなが
ら溶接線を自動的に追跡するようにロボットアーム1を
動作させることができる。
The positional relationship in the Yt direction, that is, the positional relationship in the welding line direction, which is the remaining one component representing the positional relationship, may be always set to 0 for the detection of the start point, and if a value other than 0 is given, the robot arm will move to the current position. The robot arm 1 moves to a position shifted from the welding line in the direction of the welding line, and if this operation is repeatedly performed, the welding line is automatically tracked while maintaining the predetermined target position and torch posture. Can be operated.

このことは、トーチ座標系3とワーク座標系4の位置
関係を表す6つの成分の内Yt方向の成分は溶接線を追跡
していく方向および速度を定める変数であることを意味
し、ロボット操作者の指示に従ってこの値を変更するこ
とにより溶接線の方向や溶接速度を任意に選択し、ある
いは調整することができることになる。
This means that the component in the Yt direction among the six components representing the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the workpiece coordinate system 4 is a variable that determines the direction and speed at which the welding line is traced, By changing this value in accordance with the instruction of the user, the direction of the welding line and the welding speed can be arbitrarily selected or adjusted.

また、前記の算出法に従って求めたトーチ座標系3と
ワーク座標系4の位置関係から例えば溶接線の曲率やロ
ボットアームの各軸の動作速度等を算出し、それらに応
じてYt方向成分の値を増減させれば、その時々の状況に
合わせて溶接速度を最適値に自動調整させることができ
る。
Further, for example, the curvature of the welding line, the operating speed of each axis of the robot arm, and the like are calculated from the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 obtained according to the above calculation method, and the value of the Yt direction component is accordingly calculated. Is increased or decreased, the welding speed can be automatically adjusted to an optimum value according to the situation at that time.

しかしながら、このようにロボットアームが溶接線を
追跡して連続的に動作している場合には、前述の算出法
では位置関係の算出結果に誤差が生じる。これは前記算
出方がロボットアームが静止した状態、正確にはトーチ
座標系3とワーク座標系4の位置関係が静電容量型距離
センサ5の一回転走査時間内は変化しないことを仮定し
て導出していることに起因しており、溶接線を追跡する
速度が速くなればこの仮定と実際の状況とに差が大きく
なり誤差は増大する。これは溶接線追跡可能速度を制限
する要因となる。
However, when the robot arm continuously operates by tracking the welding line, an error occurs in the calculation result of the positional relationship in the above-described calculation method. This calculation assumes that the robot arm is stationary, that is, the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 does not change within one rotation scanning time of the capacitance type distance sensor 5. The difference between this assumption and the actual situation increases as the speed of tracking the welding line increases, and the error increases. This is a factor that limits the welding line traceable speed.

この誤差を減少させるためには、静電容量型距離セン
サ5の回転走査周期を速くして、ロボットアームが連続
的に動作していることが無視できるほど一回転走査当た
りの時間を短くすることが有効であるが、実際には静電
容量型距離センサ5の応答周波数や各種の処理時間には
限界があり、実現可能な回転走査周期にも限界がある。
In order to reduce this error, the rotation scanning cycle of the capacitance type distance sensor 5 should be made faster, and the time per one rotation scan should be shortened so that continuous operation of the robot arm can be ignored. Is effective, but there are practically limitations on the response frequency and various processing times of the capacitance type distance sensor 5 and on the achievable rotational scanning cycle.

このようなことから本発明では、トーチ座標系3とワ
ーク座標系4の位置関係が静電容量型距離センサ5の一
回転走査時間内に変化する実際のデータから位置関係が
固定している状態を仮想的に作り出すことによってこの
種の誤差を減少させており、以下その具体的方法につい
て図面を参照しながら説明する。
Therefore, in the present invention, the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 is fixed based on actual data that changes within one rotation scanning time of the capacitance type distance sensor 5. Is virtually reduced to reduce this kind of error. A specific method will be described below with reference to the drawings.

第19図は、静電容量型距離センサ5が一回転走査する
間に、トーチ座標系3とワーク座標系4がXt方向にずれ
た状態から一致した状態までXt方向にロボットアームが
一定速で動作した場合の信号波形を実線で示し、この場
合の各極値点をFP6、RB6、BP6、LB6とする。
FIG. 19 shows a state in which the robot arm moves at a constant speed in the Xt direction from the state in which the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 are shifted in the Xt direction to the state in which the torch coordinate system 3 coincides while the capacitance distance sensor 5 performs one rotation scan. The signal waveform at the time of operation is shown by a solid line, and the extreme points in this case are FP6, RB6, BP6, and LB6.

またトーチ座標系3とワーク座標系4が一致したまま
の状態で推移した場合の信号波形を破線で示し、この場
合の各極値点をFP0、RB0、BP0、LB0とする。
In addition, a signal waveform when the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 continue to be matched is indicated by a broken line, and the extreme points in this case are FP0, RB0, BP0, and LB0.

ここで、一つの極大点、FP6の値と約一回転前の同じ
極大点FP6′の値との差を両極値点間の位相差FH6で除し
て単位位相当たりの移動量DDXtを求め、このDDXtに両極
大点間に位置する他の極値点RB6、BP6、LB6のFP6からの
位相差を乗じて各極値点に対する補正量を算出してそれ
ぞれの値に補正を加える。
Here, one maximum point, the difference between the value of FP6 and the value of the same maximum point FP6 ′ about one rotation before, is divided by the phase difference FH6 between both extreme points to obtain the movement amount DDXt per unit phase, This DDXt is multiplied by the phase difference between FP6 of the other extreme points RB6, BP6, and LB6 located between the local maximum points to calculate a correction amount for each extreme point, and to correct each value.

さらに前記単位位相当たりの移動量DDXtから求めた一
回転走査当たりのXt方向の移動量DXtを用いて、極小点P
B6、LB6の位相に対する補正量を算出してそれぞれの位
相に補正を加える。
Further, using the movement amount DXt in the Xt direction per one rotation scan obtained from the movement amount DDXt per unit phase, the minimum point P
A correction amount for the phases of B6 and LB6 is calculated, and correction is applied to each phase.

このようにして静電容量型距離センサ5が一回転走査
する間にXt方向にロボットアームが移動したことにより
生じる誤差を補正することができる。
In this way, it is possible to correct an error caused by the movement of the robot arm in the Xt direction while the capacitance type distance sensor 5 performs one rotation scan.

同様に、静電容量型距離センサー5が一回転走査する
間にZt方向にロボットアームが一定速で動作した場合に
ついては、第18図で説明したように極小点RB、LBを結ぶ
直線と極大点FP、BPを結ぶ直線が直交関係にあることを
利用して一回転走査間のZt方向移動量を求め、これを用
いて各極値点の位相に補正を加えることができる。
Similarly, in the case where the robot arm operates at a constant speed in the Zt direction while the capacitance type distance sensor 5 performs one rotation scan, the straight line connecting the minimum points RB and LB and the maximum Using the fact that the straight line connecting the points FP and BP is in an orthogonal relationship, the amount of movement in the Zt direction during one rotation scan is obtained, and this can be used to correct the phase of each extreme point.

すなわち、一回転走査間にZt方向にロボットアームが
動作した場合前記極小点RB、LBを結ぶ直線と極大点FP、
BPを結ぶ直線は直交しなくなり、両直線のなす角度と直
角との差の角度と回転走査半径とから一回転走査当たり
のZt方向の移動量を求め、これを用いてXt方向に移動し
た場合と同じく各極値点の位相に対する補正量を算出
し、それぞれの位相に補正を加える。
That is, when the robot arm moves in the Zt direction during one rotation scan, the straight line connecting the minimum points RB and LB and the maximum point FP,
When the straight line connecting BP is no longer orthogonal, the amount of movement in the Zt direction per rotation scan is obtained from the angle of the difference between the straight line and the right angle and the rotation scan radius, and it is used to move in the Xt direction In the same manner as described above, a correction amount for the phase of each extreme point is calculated, and correction is applied to each phase.

このようにして静電容量型距離センサ5が一回転走査
する間にZt方向にロボットアームが移動したことにより
生じる誤差を補正することができる。
In this way, it is possible to correct an error caused by the movement of the robot arm in the Zt direction while the capacitance type distance sensor 5 performs one rotation scan.

実際に溶接線を追跡しながらロボットアームが動作し
ている場合、静電容量型距離センサ5が一回転走査する
間のロボットアームの移動は、一定速であるとは限らな
いが、静電容量型距離センサ5の回転走査周期は速く、
一回転間の時間が十分短いので、一回転走査間にロボッ
トアームが一定速で動作すると考えて補正すれば実用上
問題は生じない。
When the robot arm is operating while actually tracking the welding line, the movement of the robot arm while the capacitance-type distance sensor 5 performs one rotation scan is not necessarily at a constant speed. The rotation scanning cycle of the mold distance sensor 5 is fast,
Since the time between one rotation is sufficiently short, there is no practical problem if correction is made on the assumption that the robot arm operates at a constant speed during one rotation scan.

以上のようにして位置関係算出手段9により、トーチ
座標系3とワーク座標系4の位置関係が正確に算出され
る。
As described above, the positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 is accurately calculated by the positional relationship calculating means 9.

本発明による溶接ロボットにおける教示時間と従来の
操作箱を用いる方法による教示時間の比較を第1表に示
す。
Table 1 shows a comparison between the teaching time of the welding robot according to the present invention and the teaching time by the conventional method using the operation box.

教示作業は第20図に示すワークに対して丸印を教示点
とし、水平面に対するトーチの角度は45度、溶接線に対
する前進または後退角は0度となるように指定して教示
作業を行った。この時の教示点数は22点で、溶接長は81
0mmである。
The teaching work was performed with the circle shown as the teaching point for the work shown in FIG. 20, the torch angle with respect to the horizontal plane was set at 45 degrees, and the advance or retreat angle with respect to the welding line was set at 0 degree. . The number of teaching points at this time was 22 points, and the welding length was 81
0 mm.

第1表から明らかなように、本発明の溶接用ロボット
における教示時間は平均で従来法の30%程度に教示時間
を低減でき、作業者の熟練度に関係なく初心者でも熟練
者と同程度の時間で教示作業が行える点で優れた効果が
得られる。
As is evident from Table 1, the teaching time in the welding robot of the present invention can be reduced on average to about 30% of that of the conventional method, and even beginners can enjoy the same level of skill as skilled workers regardless of the skill level of the workers. An excellent effect is obtained in that the teaching operation can be performed in a long time.

以上のように本発明によれば、静電容量型距離センサ
5を回転走査手段6で回転走査させ、対象ワーク2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8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9でトー
チ座標系3とワーク座標系4との間の位置関係を算出
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制御手段がロボットアーム
1を動作させるので、予め設定記憶しておいた所望の位
置関係、すなわち溶接トーチの狙い位置や姿勢に自律的
にロボットアーム1すなわちトーチ13を動作させること
ができる。
As described above, according to the present invention, the capacitance type distance sensor 5 is rotationally scanned by the rotational scanning means 6, and the characteristic points of the signal waveform are subjected to the signal waveform processing using the distance information to the target work 2 and the rotational phase information. The positional relationship between the torch coordinate system 3 and the work coordinate system 4 is calculated by the positional relationship calculator 9 from the extracted distance information and rotation phase information for each of the extracted feature points. Since the robot control means operates the robot arm 1 so that the relationship matches the positional relationship set and stored in advance, the desired positional relationship set in advance and stored, that is, the target position and posture of the welding torch is autonomously obtained. The robot arm 1, that is, the torch 13 can be operated.

なお、静電容量型距離センサ5を回転走査手段6に予
め取り付けておき、回転走査手段6ごと溶接トーチ13に
着脱可能な構造としたが、電極棒をトーチの中心軸回り
に回転することができる回転アーク溶接用トーチなどに
おいては、静電容量型距離センサ5を電極棒とともに回
転するチップなどトーチ13を構成する部材の一部と交換
可能な構造として回転走査手段6はトーチが有する電極
棒回転機構を利用してもよい。
Note that the electrostatic capacitance type distance sensor 5 is attached to the rotary scanning means 6 in advance, and the rotary scanning means 6 can be attached to and detached from the welding torch 13. However, the electrode rod can be rotated around the center axis of the torch. In a rotating torch for rotating arc welding, the rotary scanning means 6 has a structure in which the capacitance type distance sensor 5 can be replaced with a part of a member constituting the torch 13 such as a tip which rotates together with the electrode rod. A rotating mechanism may be used.

また、本発明においては、回転位相検出手段7として
エンコーダを設けた例を示したが、例えば回転走査手段
6を正確に一定速に回転させて、時間を計測することに
よっても回転位相検出手段7を実現することができるこ
とは言うまでもないことである。
Further, in the present invention, an example in which an encoder is provided as the rotational phase detecting means 7 has been described, but for example, the rotational scanning means 6 is accurately rotated at a constant speed, and time is measured to measure the rotational phase. Needless to say, it can be realized.

なお、本発明においてはXt軸方向およびZt軸方向にロ
ボットアームが連続して動作している場合の補正法を示
したが、他の位置関係すなわち各軸回りにロボットアー
ムが連続して動作している場合についても同様の考え方
に従い、任意の極値点と概ね一回転前の極値点の値の差
を用いて各極値に補正を加えることができる。また、前
述の補正が各方向への一回転走査当たりの移動量を用い
て行われていることは既に述べたとおりであるが、位置
関係が固定していると仮定して算出した位置関係を一回
転走査前に算出した位置関係から減ずることによって1
回転当たりの移動量を近似的に算出し、この近似的に算
出した移動量を用いて各極値の値および位相に補正を加
えて再度位置関係を算出することによってもこの誤差を
低減することは可能である。
In the present invention, the correction method in the case where the robot arm continuously operates in the Xt axis direction and the Zt axis direction has been described, but the other positional relationship, that is, the robot arm continuously operates around each axis. According to the same concept, the extreme value can be corrected for each extreme value using the difference between the arbitrary extreme value and the extreme value approximately one rotation before. Further, as described above, the above-described correction is performed using the movement amount per one rotation scan in each direction, but the positional relationship calculated on the assumption that the positional relationship is fixed is described. By subtracting from the positional relationship calculated before one rotation scan, 1
Approximately calculating the amount of movement per rotation and using this approximated amount of movement to correct each extreme value and phase to calculate the positional relationship again to reduce this error Is possible.

なお、本発明においては非接触距離センサとして静電
容量型のものを用いたが、例えばレーザ式の距離センサ
など、他の方式の非接触距離センサを用いてもよい。
In the present invention, a capacitance type sensor is used as the non-contact distance sensor, but another type of non-contact distance sensor such as a laser type distance sensor may be used.

産業上の利用可能性 以上のように本発明の溶接用ロボットは、熟練したテ
ィーチング技術を有しない作業者が、複雑な形状のため
多くの教示点を必要とするワーク、または、多品種少量
生産に対応するため多くの動作プログラムを必要とする
ワークに対するティーチングを、容易にかつ高能率に、
しかも高精度に実行するのに適している。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the welding robot of the present invention can be used by a worker who does not have a skilled teaching technique to perform a work requiring a lot of teaching points due to a complicated shape, or a multi-product small-lot production. Teaching for workpieces that require many operation programs to respond to
Moreover, it is suitable for high-precision execution.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 9/127 509 B23K 9/127 506 B23K 9/12 331──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B23K 9/127 509 B23K 9/127 506 B23K 9/12 331

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ロボットアームと、前記ロボットアームの
先端部に設定した第1の座標系と、対象ワークに設定し
た第2の座標系と、前記対象ワークに対する距離を測定
し距離情報を出力する前記ロボットアームの先端部に取
り付けられた非接触距離センサと、回転中心軸が前記第
1の座標系に固定して設けられ前記非接触センサを回転
走査させる回転走査手段と、前記非接触距離センサの回
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、前記距離情報と前記位相情報とから得られる信号
波形の特徴点を抽出し特徴点毎の距離情報および位相情
報を出力する信号波形処理手段と、前記信号波形処理手
段からの情報により前記第1の座標系と第2の座標系の
位置関係を算出する位置関係算出手段と、前記第1の座
標系と前記第2の座標系の基準となる位置関係を予め設
定記憶させる位置関係設定記憶手段と、前記位置関係算
出手段によって算出された前記第1の座標系と前記第2
の座標系の位置関係と前記位置関係設定記憶手段によっ
て予め設定記憶された前記第1の座標系と前記第2の座
標系の位置関係とが一致するように前記ロボットアーム
を動作させるロボット制御手段とからなる溶接用ロボッ
ト。
1. A robot arm, a first coordinate system set at a tip end of the robot arm, a second coordinate system set to a target work, and a distance to the target work are measured and distance information is output. A non-contact distance sensor attached to the distal end of the robot arm; a rotation scanning unit provided with a rotation center axis fixed to the first coordinate system to rotate and scan the non-contact sensor; and the non-contact distance sensor. A rotation phase detecting means for detecting a rotation phase of the signal and outputting rotation phase information; and a signal for extracting characteristic points of a signal waveform obtained from the distance information and the phase information and outputting distance information and phase information for each characteristic point. A waveform processing unit, a positional relationship calculating unit that calculates a positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system based on information from the signal waveform processing unit, the first coordinate system and the second coordinate system. And the positional relationship setting storage means for previously set and stored positional relationship serving as a reference for target system, the positional relationship the between the first coordinate system calculated by the calculating means second
Robot control means for operating the robot arm such that the positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system preset and stored by the positional relationship setting storage means coincide with each other. Welding robot consisting of
【請求項2】非接触距離センサが、センサの電極部と対
象ワーク間の静電容量により距離を測定する静電容量型
距離センサである請求の範囲第1項記載の溶接用ロボッ
ト。
2. The welding robot according to claim 1, wherein the non-contact distance sensor is a capacitance type distance sensor that measures a distance based on a capacitance between an electrode portion of the sensor and a target work.
【請求項3】静電容量型距離センサが、電極部を円錐状
としたものである請求項の範囲第1項または第2項記載
の溶接用ロボット。
3. The welding robot according to claim 1, wherein the capacitance type distance sensor has a conical electrode portion.
【請求項4】静電容量型距離センサが、センサ電極を同
軸上に複数個配置し個別に動作する複数の静電容量型距
離センサとした請求の範囲第1項、第2項または第3項
記載の溶接用ロボット。
4. A capacitance type distance sensor according to claim 1, wherein said capacitance type distance sensor is a plurality of capacitance type distance sensors which are arranged coaxially and operate individually. The welding robot according to the item.
【請求項5】静電容量型距離センサを、回転走査手段に
電気絶縁性を有する部材を介して取り付けるようにした
請求の範囲第1項、第2項、第3項または第4項記載の
溶接用ロボット。
5. The method according to claim 1, wherein said electrostatic capacitance type distance sensor is attached to said rotary scanning means via an electrically insulating member. Robot for welding.
【請求項6】信号波形処理手段が抽出する信号波形の特
徴点が、極値点である請求の範囲第1項記載の溶接用ロ
ボット。
6. The welding robot according to claim 1, wherein the characteristic point of the signal waveform extracted by the signal waveform processing means is an extreme point.
【請求項7】信号波形処理手段が、連続する二つの極値
間の位相が所定角以下の場合には、これらの極値点を特
徴点として抽出しないようにした請求の範囲第1項また
は第6項記載の溶接用ロボット。
7. The method according to claim 1, wherein said signal waveform processing means does not extract these extreme points as feature points when the phase between two consecutive extreme values is equal to or smaller than a predetermined angle. 7. The welding robot according to claim 6.
【請求項8】信号波形処理手段が、連続する二つの極値
点の値の差が所定量以下の場合にはこれらの極値点を特
徴点として抽出しないようにした請求の範囲第1項、第
6項または第7項記載の溶接用ロボット。
8. The method according to claim 1, wherein the signal waveform processing means does not extract these extreme points as characteristic points when the difference between the two consecutive extreme points is less than a predetermined amount. Item 8. The welding robot according to Item 6 or 7.
【請求項9】信号波形処理手段が、非接触距離センサが
出力する距離が所定の範囲外の場合には極値点を特徴点
として抽出しないようにした請求の範囲第1項、第6
項、第7項、または第8項記載の溶接用ロボット。
9. The method according to claim 1, wherein said signal waveform processing means does not extract an extreme point as a feature point when the distance output by said non-contact distance sensor is out of a predetermined range.
Item 9. The welding robot according to item 7, item 7, or item 8.
【請求項10】位置関係検出手段が、一つの特徴点と非
接触距離センサの約一回転前の特徴点との値の差を用い
て両特徴点間の複数の特徴点の距離情報および位相情報
に補正を加えた後、第1の座標系と第2の座標系の位置
関係を算出するようにした請求項の範囲第1項記載の溶
接用ロボット。
10. The positional relationship detecting means uses a difference between a value of one feature point and a feature point about one rotation before the non-contact distance sensor to obtain distance information and phase information of a plurality of feature points between the two feature points. 2. The welding robot according to claim 1, wherein a positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system is calculated after correcting the information.
【請求項11】位置関係算出手段が、前回の位置関係算
出結果を参照して複数の特徴点の距離情報のおよび位相
情報に補正を加えた後、第1の座標系と第2の座標系の
位置関係を算出するようにした請求の範囲第1項または
第10項記載の溶接用ロボット。
11. A first coordinate system and a second coordinate system after a positional relationship calculating means corrects distance information and phase information of a plurality of feature points with reference to a previous positional relationship calculation result. 11. The welding robot according to claim 1, wherein the positional relationship is calculated.
【請求項12】位置関係算出手段が、第1の座標系と第
2の座標系の位置関係の算出結果を用いて溶接線方向の
位置関係を調整するようにした請求の範囲第1項、第10
項または第11項記載の溶接用ロボット。
12. The method according to claim 1, wherein the positional relationship calculating means adjusts the positional relationship in the direction of the welding line by using a calculation result of the positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system. Tenth
Item 12. The welding robot according to item 11 or 11.
【請求項13】非接触距離センサと回転走査手段を、ロ
ボットアームの先端部に取り付けられた溶接トーチに着
脱可能な構造とした請求の範囲第1項記載の溶接用ロボ
ット。
13. The welding robot according to claim 1, wherein said non-contact distance sensor and said rotary scanning means are structured so as to be detachable from a welding torch attached to a distal end portion of said robot arm.
【請求項14】回転走査手段が、ロボットアームに取り
付けられた回転アーク溶接用トーチの電極棒回転手段で
あり、非接触距離センサが前記回転アーク溶接用トーチ
のコンタクトチップと交換可能な構造とした請求の範囲
第1項記載の溶接用ロボット。
14. The rotary scanning means is an electrode rod rotating means of a rotary arc welding torch attached to a robot arm, and a non-contact distance sensor is configured to be replaceable with a contact tip of the rotary arc welding torch. The welding robot according to claim 1.
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