CN109926703B - 焊接位置检测装置、焊接位置检测方法及焊接机器人系统 - Google Patents

焊接位置检测装置、焊接位置检测方法及焊接机器人系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够提高焊接位置的检测精度的焊接位置检测装置，包括：计算部(11)，其对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线，基于所述两个构件中的一个构件的近似直线，来计算所述一个构件的端部，并计算虚拟直线，其中所述虚拟直线是连接计算的所述一个构件的端部和所述两个构件中的另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线；以及检测部(12)，其将计算的虚拟直线和所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置。

Description

焊接位置检测装置、焊接位置检测方法及焊接机器人系统
技术领域
本发明涉及焊接位置检测装置、焊接位置检测方法及焊接机器人系统。
背景技术
一般而言，进行氩弧焊接的焊接机器人通过训练使焊枪沿着事先设定的焊接线位置移动，以对作为连接对象的工件进行焊接。在通过焊接机器人进行焊接的情况下，有时会由于例如要焊接的工件在组装中的误差或焊接时的热导致的工件变形等，使得在焊接机器人上设定的焊接线位置与从该位置开始焊接的工件焊接位置之间产生偏差。为了修正这样的位置偏差，在下述专利文献1中，公开了一种在通过焊接机器人进行焊接时利用激光传感器来检测所需部位的焊接位置并修正焊接线位置的装置。
在专利文献1中，当利用激光传感器来检测焊接位置时，获取形成接头的两个构件的截面形状图案，将由两个截面形状图案确定的两条直线的交点检测为焊接位置。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：特开2001-62566号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
然而，在专利文献1中，在检测所需部位的焊接位置的情况下，通过两个工件的截面形状图案确定的两条直线需要彼此交叉。然而，例如，如图5所示，在搭接处通过角缝焊进行临时焊接焊接的部位FW，存在由两个工件Wa、Wb的截面形状图案所确定的两条直线La、Lb大致平行而不交叉的情况。在这样的情况下，就无法检测适于连接对象的焊接位置，存在按照有误差的焊接线位置来进行焊接的危险。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够提高焊接位置的检测精度的焊接位置检测装置、焊接位置检测方法及焊接机器人系统。
[为解决问题实施的手段]
本发明的一个方式所涉及的焊接位置检测装置包括：第一计算部，其对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线；第二计算部，其基于所述两个构件中的一个构件的近似直线，计算该一个构件的端部；第三计算部，其计算虚拟直线，所述虚拟直线是连接所计算的一个构件的端部和所述两个构件中的另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线；以及检测部，其将所计算的虚拟直线与所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置。
根据该方式，能够对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线，基于两个构件中的一个构件的近似直线，计算所述一个构件的端部，并计算虚拟直线，将所计算的虚拟直线与另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置，其中虚拟直线是连接所计算的端部和另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线。由此，即便在两个近似直线不交叉的情况下，由于能够将从一个构件的端部延伸的虚拟直线与另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置，因此能够检测适于连接对象的焊接位置。
在上述方式中，也可以进一步包括第四计算部，第四计算部从一个构件的端部朝向另一个构件侧，沿着相对于一个构件的近似直线成特定角度的方向照射激光，计算所述一个构件中的第二近似直线，其中第三计算部在第二近似直线小于预定的规定长度的情况下，计算虚拟直线。由此，例如，在通过角缝焊接而被临时焊接的部位，第二近似直线可能小于规定长度，但是在这样的部位，相比于基于长度短的第二近似直线来计算交点来说，利用虚拟直线计算交点更能够提高交点的检测精度，其中虚拟直线通过配合所述一个构件的形状以能够设定的特定角度来连接所述一个构件的端部和所述另一个构件的近似直线。
在上述方式中，规定长度可以是小于或等于所述一个构件的厚度的长度。由此，能够将利用虚拟直线计算交点的部位确定为第二近似直线的长度比所述一个构件的厚度短的临时焊接部位等。
在上述方式中，也可以是检测部在第二近似直线小于预定的规定长度的情况下，将第二近似直线与另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置。由此，在第二近似直线等于或大于规定长度的情况下，能够通过利用激光传感器计算的精度高的第二近似直线来检测交点。
在上述方式中，也可以进一步包括推定部，在所述一个构件的端部未能由所述第二计算部在规定的端部检测范围内被计算出的情况下，所述推定部替代由检测部对交点的检测，根据在上一次或者上一次以前由检测部检测到的多个交点来计算本次的交点，由此推定焊接位置。由此，例如，能够防止在由于临时焊接而使得端部填满的情况下或者端部发生熔化等情况下因计算的端部位置错位而导致交点误差被反映到焊接位置。
在上述方式中，也可以是两个构件通过搭接而被焊接。由此，即便在基于两个构件的近似直线不交叉的搭接进行焊接的情况下，也能够检测适于连接对象的焊接位置。
在上述方式中，也可以是搭接的一部分通过角缝焊接而被临时焊接。由此，即便在通过角缝焊接而被临时焊接、两个构件的近似直线不交叉的情况下，也能够检测适于连接对象的焊接位置。
在上述方式中，也可以是所述特定角度为大致直角。由此，即便是例如在通过搭接而焊接，并且通过角缝焊接而被临时焊接的部位，也能够检测适于连接对象的焊接位置。
本发明的其他方式所涉及的焊接位置检测方法，是由处理器控制的方法，其包括：第一计算步骤，其中对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线；第二计算步骤，其中基于所述两个构件中的一个构件的近似直线，计算所述一个构件的端部；第三计算步骤，其中计算虚拟直线，所述虚拟直线是连接所计算的所述一个构件的端部与所述两个构件中的另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线；以及检测步骤，其中将所计算的虚拟直线与所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置。
根据本方式，能够对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线，基于所述两个构件中的一个构件的近似直线，计算所述一个构件的端部，计算虚拟直线，将所计算的虚拟直线与所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置，其中所述虚拟直线是连接所计算的端部与所述另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线。由此，即便在两个近似直线不交叉的情况下，由于能够将从一个构件的端部延伸的虚拟直线与另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置，因此能够检测适于连接对象的焊接位置。
本发明的其他方式所涉及的焊接机器人系统包括进行焊接的焊接机器人以及焊接位置检测装置，其中焊接位置检测装置具有：第一计算部，其对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线；第二计算部，其基于所述两个构件中的一个构件的近似直线，计算所述一个构件的端部；第三计算部，其计算虚拟直线，所述虚拟直线是连接所计算的所述一个构件的端部与所述两个构件中的另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线；以及检测部，其将所计算的虚拟直线与所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置。
根据该方式，在具有焊接机器人的焊接机器人系统中，能够对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线，基于所述两个构件中的一个构件的近似直线，计算所述一个构件的端部，并计算虚拟直线，将所计算的虚拟直线与所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置，其中所述虚拟直线是连接所计算的端部与所述另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线。由此，即便在两个近似直线不交叉的情况下，由于能够将从一个构件的端部延伸的虚拟直线与另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置，因此能够检测适于连接对象的焊接位置。
[发明效果]
根据本发明，能够提供一种可以提高焊接位置的检测精度的焊接位置检测装置、焊接位置检测方法及焊接机器人系统。
附图说明
图1是例示包括本发明的焊接位置检测装置的焊接机器人系统的概要构成的框图。
图2(A)至图2(D)是用于说明通过图1的焊接机器人系统检测焊接位置时的步骤的示意图。
图3(A)至图3(D)是用于说明通过图1的焊接机器人系统检测焊接位置时的步骤的示意图。
图4是用于说明图1的焊接机器人系统的动作的一个示例的流程图。
图5是用于对检测焊接位置的现有方法进行说明的示意图。
具体实施方式
参照说明书附图，说明本发明的优选实施方式。此外，在各附图中，标注相同附图标记的构件具有相同或同样的构成。
图1是例示包括本发明的焊接位置检测装置的焊接机器人系统的概要构成的框图。焊接机器人系统100例如包括机器人控制装置1、焊接机器人2、激光传感器3以及焊接电源装置4。在它们的构成中，机器人控制装置1包括本发明的焊接位置检测装置，对于其细节，将在后面进行描述。
焊接机器人2是根据在机器人控制装置1中保持的焊接施工条件进行氩弧焊接的机器人，也称为“机械手”。
具体地，焊接机器人2具有：多关节臂部，其设置在固定于工厂地面等上的基座构件上；焊枪，其与多关节臂部的前端连接；焊丝进给装置，其固定在多关节臂部上；以及作业台，其设置工件。焊接施工条件例如包括焊接线位置、焊接条件、焊接开始位置、焊接结束位置、氩弧放电的时间、焊接距离以及焊枪的姿态等。
焊接电源装置4按照机器人控制装置1所保持的焊接施工条件来控制焊接电流、焊接电压以及焊丝进给速度等。焊接电源装置4通过电源电缆 Cd对焊接机器人2的焊枪供给电力，使焊丝的前端与工件之间产生氩弧。
机器人控制装置1作为物理构成，例如由包括处理器、存储装置、通信装置、输入装置以及显示装置等的控制单元构成。存储装置例如是存储器，其存储在机器人控制装置1中执行处理所需要的各种程序或各种信息。通信装置例如是通信接口，其控制与通过通信电缆Ca连接的焊接机器人 2的通信、与通过通信电缆Cb连接的激光传感器3的通信以及与通过通信电缆Cc连接的焊接电源装置4的通信。输入装置例如是具有输入按键的装置，其从作业者接受教导数据等输入。显示装置例如是显示器，其显示文字或图像等。
机器人控制装置1可以由单个控制单元构成，也可以由多个控制单元构成。作为由多个控制单元构成的情况的示例，存在由控制装置主体、示教板、激光传感器控制装置构成的装置。
示教板是作业者教导焊接机器人2动作的控制单元。控制装置主体是按照来自示教板的指示，控制焊接机器人2以及焊接电源装置4的控制单元。激光传感器控制装置是按照来自控制装置主体的感测指示，来控制激光传感器3的激光照射等的控制单元，具有作为后述的激光传感器控制部 13的功能。
机器人控制装置1通过处理器执行存储在存储装置中的规定的程序，实现各种功能。在各种功能中，例如包括作为计算部11、检测部12以及激光传感器控制部13的功能。在这些各种功能中，作为计算部11以及检测部12的功能是本发明的焊接位置检测装置所具备的功能。此外，计算部 11以及检测部12不限于包括在机器人控制装置1中，也可以包括在前述激光传感器控制装置中，还可以包括在其他装置中。另外，机器人控制装置1的功能不限于前述的各种功能，可以根据需要而适当地添加任意功能。
计算部11对于连接的两个构件，分别计算近似直线。近似直线例如根据以下步骤计算。
首先，计算部11对激光传感器控制部13发送感测指示，对各个构件的表面，一边移动一边照射激光传感器3的激光，检测其反射光。由此，能够从各个构件的表面，获取离散的直线形状数据。接着，计算部11基于获取到的直线形状数据，例如通过最小二乘法来计算近似直线。
参照图2，具体地进行说明。图2是例示当通过搭接来焊接下方的构件LM与上方的构件UM时，在通过训练而事先设定的焊接线位置，存在通过角缝焊接而临时焊接的部位FW的示意图。以下，下方以及上方以承载构件的作业台为基准而定。例如，在连接的两个构件中，在作业台上直接承载的构件是下方构件，在该下方构件上承载的构件为上方构件。
图2(A)表示基于从下方构件LM的表面得到的直线形状数据，计算近似直线LL，以及基于从上方构件UM的表面得到的直线形状数据，计算近似直线UL。
图1的计算部11基于两个构件中的一个构件的近似直线，计算所述一个构件的端部。至于所述一个构件对应于两个构件中的哪一个，这可以考虑两个构件的位置关系或接头的位置等而适当地设定。例如，在焊接接头为搭接的情况下，位于上方的构件对应于所述一个构件，而位于下方的构件对应于所述另一个构件。在该情况下，计算部11基于两个构件中的上方构件的近似直线，计算上方构件的端部。
参照图2(B)，具体地进行说明。图2(B)表示基于上方构件UM的近似直线UL，计算上方构件UM的端部EP。上方构件UM的端部EP的位置例如基于从上方构件UM的表面得到的直线形状数据被中断的位置、或者变形成直线形状以外形状的位置等而确定。
图1的计算部11对激光传感器控制部13发送感测指示，从一个构件的端部朝向另一个构件侧，沿着相对于所述一个构件的近似直线成特定角度的方向一边移动一边照射激光传感器3的激光，检测其反射光。由此，能够从所述一个构件朝向所述另一个构件侧，获取离散的直线形状数据。上述特定角度是配合所述一个构件的形状而设定的角度。具体地，在特定角度处设定在所述一个构件的端部形成的构件的内角。例如，在焊接接头是搭接的情况下，特定角度一般是大致直角。
接着，计算部11基于获取到的直线形状数据，例如通过最小二乘法计算近似直线。在此为了将计算的近似直线与上述近似直线UL相区别，在下文也称为“第二近似直线”。
参照图2(C)，具体地进行说明。图2(C)表示计算从上方构件UM 的端部EP朝向下方构件LM侧的第二近似直线ULv。第二近似直线ULv 的终端例如能够基于从上方构件UM的侧面得到的直线形状数据变形为直线形状以外的形状的位置等而确定。
图1的计算部11判断第二近似直线是否小于预定的规定长度。规定长度能够以小于或等于一个构件的厚度的长度的方式而任意地设定。计算部11在第二近似直线小于规定长度的情况下，计算连接一个构件的端部和另一个构件的近似直线的虚拟直线。
虚拟直线是连接一个构件的端部与另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有上述特定角度的直线。例如，在上述特定角度为大致直角的情况下，计算部11计算虚拟直线，所述虚拟直线是连接所计算的上方构件的端部与下方构件的近似直线的直线，并且是相对于上方构件的近似直线具有大致90度的角度的直线。
参照图2(D)，具体地进行说明。图2(D)表示计算虚拟直线VL，其中虚拟直线VL是连接上方构件UM的端部EP与下方构件LM的近似直线LL的直线，并且是相对于上方构件UM的近似直线UL具有90度的角度的直线。
图1的检测部12将虚拟直线与另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置，并存储在存储器中。图2(D)表示虚拟直线VL与下方构件LM 的近似直线LL的交点WP作为焊接位置被检测。
在判断为第二近似直线不小于规定长度的情况下，检测部12将第二近似直线与另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置，并存储在存储器中。在此，对于判断为第二近似直线不小于规定长度的情况的具体步骤，参照图3进行说明。
图3的(A)表示基于从下方构件LM的表面得到的直线形状数据，计算近似直线LL，以及基于从上方构件UM的表面得到的直线形状数据，计算近似直线UL。图3的(B)表示基于上方构件UM的近似直线UL，计算上方构件UM的端部EP。
图3的(C)表示计算从上方构件UM的端部EP朝向下方构件LM侧的第二近似直线ULv。该图所示的第二近似直线ULv因为厚度与上方构件 UM相等，所以在小于规定长度这一点上不符合，其中规定长度被设定为小于或等于上方构件UM的厚度的长度。因此，第二近似直线ULv与下方构件LM的近似直线LL的交点作为焊接位置被检测。图3的(D)表示第二近似直线ULv与下方构件LM的近似直线LL的交点WP作为焊接位置被检测。
其中，在通过检测部12检测到的焊接位置WP与通过训练而事先设定的焊接线位置不同的情况下，进行将通过训练事先设定的焊接线位置替换成检测到的焊接位置WP的修正。由此，能够基于适于连接对象的焊接位置WP来进行焊接。
下面，参照图4，对于实施方式中的机器人控制装置1的动作进行说明。
首先，计算部11对激光传感器控制部13发送感测指示，对连接的两个构件LM、UM照射激光，计算各个构件LM、UM的近似直线LL、UL (步骤S101)。
接着，计算部11基于在上述步骤S101中计算的上方构件UM的近似直线UL，计算上方构件UM的端部EP(步骤S102)。
接着，计算部11对激光传感器控制部13发送感测指示，从上方构件UM的端部EP朝向下方构件LM侧，沿着相对于近似直线UL成大致90 度的角度的方向照射激光，计算第二近似直线ULv(步骤S103)。
接着，计算部11判断在上述步骤S103计算的第二近似直线ULv是否小于预定的规定长度(步骤S104)。
在上述步骤S104的判断为YES(是)的情况下(步骤S104：YES(是))，计算部11计算连接上方构件UM的端部EP与下方构件LM的近似直线 LL的虚拟直线VL(步骤S105)。
接着，检测部12将虚拟直线VL与下方构件LM的近似直线LL的交点WP检测为焊接位置，并存储在存储器中(步骤S106)。从而，本动作结束。
另一方面，在上述步骤S104的判断中判断为第二近似直线ULv不小于预定的规定长度的情况下(步骤S104：NO(否))，计算部11将在上述步骤S103中计算的第二近似直线ULv与在上述步骤S101中计算的下方构件LM的近似直线LL的交点WP检测为焊接位置，并存储在存储器中 (步骤S107)。从而，本动作结束。
如上所述，根据本实施方式的机器人控制装置1，在第二近似直线ULv 小于规定长度的情况下，计算虚拟直线VL，另一方面，在第二近似直线 ULv等于或大于规定长度的情况下，不计算虚拟直线VL，而能够利用第二近似直线ULv来检测焊接位置。由此，在第二近似直线可能小于规定长度的临时焊接部位，能够通过计算的虚拟直线VL来检测交点，在第二近似直线可能等于或大于规定长度的临时焊接部位以外的位置，能够利用激光传感器通过计算的精度高的第二近似直线来检测交点。
由此，根据本实施方式的机器人控制装置1，能够提高焊接位置的检测精度。
此外，以上说明的实施方式，用于使本发明的理解变得容易，而不用于限定解释本发明。实施方式所具备的各要素以及其配置、材料、条件、形状以及尺寸等，不限于例示的，而能够适当地变更。
例如，上述实施方式中的机器人控制装置1也可以进一步包括推定部，所述推定部通过基于到上一次为止由检测部12检测到的多个交点，计算本次的交点来推定焊接位置。推定部例如在通过使用多个交点计算得到的直线上，设定本次的交点。在此还可以设想，在由于通过角缝焊接进行临时焊接而填充了一个构件的端部的情况下或者端部受热熔化等情况下，在检测激光传感器的端部的范围内不能存在端部，无法计算端部。在这样的情况下，变得检测部12无法正确地计算交点。
然而，由于具备推定部，在一个构件的端部未能在例如检测激光传感器的端部的范围内等的规定的端部检测范围内被计算出的情况下，能够根据在过去检测到的交点计算本次的交点，推定焊接位置。由此，例如能够防止在由于临时焊接而填充端部的情况下或在端部发生熔化等情况下因所计算的端部的位置错位导致的交点误差反映到焊接位置。
另外，在上述实施方式中的机器人控制装置1中，计算第二近似直线 ULv，在第二近似直线ULv小于规定长度的情况下，计算虚拟直线VL，但是不限于此。例如，也可以不计算第二近似直线ULv，而每次都计算虚拟直线VL，通过该虚拟直线VL检测焊接位置。由此，因为即便在两个近似直线不交叉的情况下，也能够将从上方构件UM的端部EP延伸的虚拟直线VL与下方构件LM的近似直线LL的交点WP检测为焊接位置，所以能够检测适于连接对象的焊接位置。
[附图标记]
1…机器人控制装置
2…焊接机器人
3…激光传感器
4…焊接电源装置
11…计算部
12…检测部
13…激光传感器控制部
100…焊接机器人系统。

Claims (10)

1.一种焊接位置检测装置，包括：
第一计算部，所述第一计算部对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线；
第二计算部，所述第二计算部基于所述两个构件中的一个构件的近似直线，计算所述一个构件的端部；
第三计算部，所述第三计算部计算虚拟直线，其中所述虚拟直线是连接所计算的所述一个构件的端部与所述两个构件中的另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线；以及
检测部，所述检测部将所计算的所述虚拟直线与所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置。
2.根据权利要求1所述的焊接位置检测装置，其特征在于，还包括第四计算部，所述第四计算部从所述一个构件的端部朝向所述另一个构件侧，沿着相对于所述一个构件的近似直线成所述特定角度的方向照射激光，计算所述一个构件中的第二近似直线；
所述第三计算部在所述第二近似直线小于预定的规定长度的情况下，计算所述虚拟直线。
3.根据权利要求2所述的焊接位置检测装置，其特征在于，所述规定长度是小于或等于所述一个构件的厚度的长度。
4.根据权利要求2所述的焊接位置检测装置，其特征在于，所述检测部在所述第二近似直线不小于预定的规定长度的情况下，将所述第二近似直线与所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置。
5.根据权利要求1所述的焊接位置检测装置，其特征在于，还包括推定部，在所述一个构件的端部未能由所述第二计算部在规定的端部检测范围内被计算出的情况下，所述推定部替代由所述检测部对交点的检测，根据在上一次或者上一次以前由所述检测部检测到的多个交点来计算本次的交点，由此推定焊接位置。
6.根据权利要求1所述的焊接位置检测装置，其特征在于，所述两个构件通过搭接而被焊接。
7.根据权利要求6所述的焊接位置检测装置，其特征在于，所述搭接的一部分通过角缝焊接被临时焊接。
8.根据权利要求1所述的焊接位置检测装置，其特征在于，所述特定角度是大致直角。
9.一种焊接位置检测方法，所述方法是由处理器控制的方法，其特征在于，所述方法包括：
第一计算步骤，对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线；
第二计算步骤，基于所述两个构件中的一个构件的近似直线，计算所述一个构件的端部；
第三计算步骤，计算虚拟直线，所述虚拟直线是连接所计算的所述一个构件的端部与所述两个构件中的另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线；以及
检测步骤，将所计算的所述虚拟直线与所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置。
10.一种焊接机器人系统，其特征在于，所述焊接机器人系统包括：
焊接机器人，用于进行焊接；以及
焊接位置检测装置，所述焊接位置检测装置具有：第一计算部，所述第一计算部对连接的两个构件照射激光，计算各个构件的近似直线；第二计算部，所述第二计算部基于所述两个构件中的一个构件的近似直线，来计算所述一个构件的端部；第三计算部，所述第三计算部计算虚拟直线，其中所述虚拟直线是连接所计算的所述一个构件的端部与所述两个构件中的另一个构件的近似直线的直线，并且是相对于所述一个构件的近似直线具有特定角度的直线；以及检测部，所述检测部将所计算的所述虚拟直线与所述另一个构件的近似直线的交点检测为焊接位置。
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