JP2001225288A - 溶接ロボットの教示位置を補正する方法 - Google Patents

溶接ロボットの教示位置を補正する方法

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JP2001225288A JP2000393614A JP2000393614A JP2001225288A JP 2001225288 A JP2001225288 A JP 2001225288A JP 2000393614 A JP2000393614 A JP 2000393614A JP 2000393614 A JP2000393614 A JP 2000393614A JP 2001225288 A JP2001225288 A JP 2001225288A
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sensing
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teaching
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性▲ジン▼ 洪
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザセンサ、アークセンサ等のオプション
センサトラッキングのための付加装備がなくてもタッチ
センサトラッキングにより教示位置をアップデートする
ことにより正確な溶接経路に沿って溶接作業を行うこと
ができるようにする溶接ロボットの教示位置を補正する
方法が提供される。 【解決手段】 タッチセンサを備えた溶接ロボットの教
示位置を補正する方法において、溶接母材を溶接ジグに
固定させる段階と；溶接始まり点と溶接終了点との間に
少なくとも一つの教示位置を設定する段階と；前記設定
した教示位置と対応する位置で前記タッチセンサを通じ
て前記溶接母材をタッチセンシングする段階と；前記タ
ッチセンシングによりセンシング位置を把握する段階
と；前記設定した教示位置に対する前記センシング位置
の位置偏差に基づいて新しい教示位置を求める段階と；
を含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接ロボットの教
示位置を補正する方法に係り、より詳細には、タッチセ
ンサを用いて溶接ロボットの教示位置を補正する方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、産業現場では、鉄板等の各種材料
の溶接のため、溶接ロボットを用いたアーク溶接が広く
行われている。アーク溶接は、溶接トーチと溶接母材と
の間にアーク（ARC）を発生させてアーク熱でワイヤ及
び溶接母材を融解させることにより、溶接母材と溶接母
材を接合する。
【０００３】アーク溶接を行う時には、溶接母材の種類
や所望する溶接品質等によって、供給電圧、溶接トーチ
と溶接母材間の離隔距離、ワイヤの供給速度、溶接トー
チのウィービング速度及び溶接経路上の溶接始まり点と
溶接終了点等が制御器に予め設定される。
【０００４】特に、高品質の溶接のためには、溶接母材
の位置を正確に把握しなければならない。ところが、溶
接母材を固定するポジショナー（POSITIONER）或いは固
定ジグ（JIG）等の固定装備の誤差、溶接母材自体の誤
差等によって、溶接ロボットが所望する溶接位置で正確
に動作することが容易ではなかった。
【０００５】そのため、溶接母材の位置を正確に追跡し
て溶接を行うための様々なトラッキング技法が開発され
ている。トラッキング技法としては、アークセンサトラ
ッキング（ARC SENSOR TRACKING）、レーザセンサトラ
ッキング（LASER SENSOR TRACKING）、タッチセンサト
ラッキング（TOUCH SENSOR TRACKING）等がある。アー
クセンサトラッキングは、Ｔ−ジョイント（T-JOINT）
溶接又はＶグルーブ（V-GROOVE）溶接のために溶接母材
に対してウィービングする時に、アークセンサを用いて
溶接母材の変位した位置をリアルタイムで補償するもの
である。レーザセンサトラッキングは、レーザビジョン
カメラを用いて得た溶接母材に対する映像データの処理
に基づいて溶接母材の変位された位置をリアルタイムで
補償するものである。タッチセンサトラッキングは溶接
母材の位置が変位した状態で溶接始まり点を検出するも
のである。このため、必要によって、前述したトラッキ
ング技法を用いることにより、溶接母材の変位をリアル
タイムで補償することができる。
【０００６】ところが、アークセンサトラッキングにお
いては、別途の付加の装備は要らないが、高価なソフト
ウェアオプションが要る。
【０００７】レーザセンサトラッキングは、一番代表的
なトラッキング技法であって、性能は優秀であるが、特
殊レーザセンサ等の高い付加装備が要る。さらに、溶接
ロボットのハンドの端部に設けられた溶接トーチに近く
各種のセンサ及び装備を取り付けることにより溶接作業
空間が減少される問題がある。また、通常のコンピュー
タシステムから具現される上位制御器により、モニター
リング及び各種のデータのサンプリングが行われるの
で、付加装備の数が増えることにより、溶接作業中に多
重制御（MULTI-CONTROL）過程でシステム誤動作の可能
性が高まる。さらに、各種付加装備の維持及び補修も一
層複雑になる。
【０００８】大韓民国特許公開第９８−２７３７０号に
開示された“溶接ロボットの制御方法及び溶接制御装
置”は本願発明者により先に出願された発明であって、
溶接母材間の接触形状タイプと溶接始まり点及び溶接終
了点を概略的に設定し、タッチセンサのトラッキングに
より溶接始まり点と溶接終了点を検出する方法に関す
る。韓国出願公開第９８−８３２８１号に開示された
“ロボットの初期溶接位置の検出方法”も本願発明者に
より先に出願された発明であって、タッチセンサのトラ
ッキングにより溶接始まり点を正確に検出する方法に関
する。
【０００９】タッチセンサトラッキングは、陽極（＋）
に当該する溶接トーチの末端部に供給される溶接用ワイ
ヤが陰極（−）に当該する溶接母材と接触する時、制御
器からインタラプトを発生させる方式により溶接母材の
位置を直接センシングする技法である。
【００１０】ところが、タッチセンサトラッキングによ
り溶接始まり点及び／又は溶接終了点を検出しても、溶
接始まり点から溶接経路に沿って溶接作業を行うために
は、溶接経路をトラッキングするための別途のトラッキ
ング技法を採用しなければならない。即ち、レーザビジ
ョンセンサ等の付加装備を共に用いなければならないの
で、前述したコスト及び溶接空間減少の問題が依然とし
て存する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、別途
のセンサ装備を用いなくても、タッチセンサのトラッキ
ングにより溶接経路を正確にトラッキングすることがで
きる溶接ロボットの教示位置を補正する方法を提供す
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、タッチセンサを備えた溶接ロボットの教示
位置を補正する方法において、溶接母材を溶接ジグに固
定させる段階と；溶接始まり点と溶接終了点との間に少
なくとも一つの教示位置を設定する段階と；前記設定し
た教示位置と対応する位置で前記タッチセンサを通じて
前記溶接母材をタッチセンシングする段階と；前記タッ
チセンシングによりセンシング位置を把握する段階と；
前記設定した教示位置に対する前記センシング位置の位
置偏差に基づいて新しい教示位置を求める段階と；を含
むことを特徴とする教示位置を補正する方法により達成
される。
【００１３】ここで、前記新しい教示位置を求める段階
は、前記位置偏差に基づいて変換行列を算出する段階
と；前記設定した教示位置に前記変換行列を掛けて前記
新しい教示位置を算出する段階と；を含むことが好まし
い。
【００１４】また、前記タッチセンサは、前記溶接トー
チの末端部に設けられた溶接用ワイヤであることが溶接
トーチを制御してタッチセンシングを行うことができる
ので好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の実施の形態を詳しく説明する。図１は本発明によ
る溶接ロボットの教示位置を補正する方法が適用される
溶接ロボットシステム（装置）の概略図である。
【００１６】図に示すように、溶接ロボットシステム１
は、ベース部３上に相互対向するように設けられている
一対の溶接ロボット５ａ，５ｂと、溶接ロボット５ａ，
５ｂにより支持されアーク溶接を行う溶接トーチ７ａ，
７ｂと、溶接トーチ７ａ，７ｂにワイヤ１１を供給する
ワイヤ供給装置９ａ，９ｂと、溶接ロボット５ａ，５ｂ
間に設けられて溶接母材を支持するジグ１５と、溶接ト
ーチ７ａ，７ｂにシーリングガスを供給するガス供給装
置１７と、溶接ロボット５ａ，５ｂの動作を制御するた
めの制御器２１と、を備える。
【００１７】溶接ロボット５ａ，５ｂは、例えば、６つ
の駆動モータを搭載した６軸垂直多関節ロボットであ
り、末端部には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動可能な
ヘッド部が装着されており、ヘッド部に溶接トーチ７
ａ，７ｂが設けられている。溶接トーチ７ａ，７ｂには
ワイヤ供給装置９ａ，９ｂからワイヤ１１が供給され、
ワイヤ１１は溶接トーチ７ａ，７ｂの末端部の中央に突
出される。
【００１８】ジグ１５は、溶接母材を支持し、制御器２
１の制御指令に従って溶接母材の位置を移動させる。制
御器２１には作業者が所望する溶接作業の特性に応じて
溶接パラメータを教示するための教示ペンダント２２が
備えられている。制御器２１からの制御指令に従って溶
接トーチ７ａ，７ｂに電源が供給され、ガス供給装置１
７からシーリングガスが供給されば、アークが生じ、こ
れによりワイヤ１１が溶融されながらアーク溶接が行わ
れる。
【００１９】図２は制御器２１に設けられた制御モジュ
ールの概略図である。制御器２１に設けられたＣＰＵ
（図示せず）は、８０８６系列のマイクロプロセッサを
用いることが好ましく、図示したように、溶接母材に対
する適宜な溶接作業が行われるように、総括制御するメ
イン制御モジュール２０１と、溶接ロボット５ａ，５ｂ
の移動経路を制御するモーション制御モジュール２０２
と、溶接母材をタッチセンシングするためのタッチセン
シング制御モジュール２０５と、から構成されている。
【００２０】本発明による制御器２１は、リアルタイム
マルチタスキング（REAL-TIME MULTI-TASKING）が可能
なリアルタイム運用システム（REAL-TIME O/S）を採用
することにより、溶接トーチ７ａ，７ｂの移動のための
溶接ロボット５ａ，５ｂの移動経路を制御するためのモ
ーションスレッド（Motion Thread）と溶接トーチ７
ａ，７ｂによる溶接母材のタッチセンシングのためのタ
ッチセンシングスレッド（TOUCH SENSING THREAD）が夫
々モーション制御モジュール２０２とタッチセンシング
制御モジュール２０５とにより、同時に行われる。ここ
で、スレッド（THREAD）は時分割（TIME DIVISION）に
よるマルチタスキングにより同時に行われる“作業（TA
SK）”を意味する。
【００２１】即ち、モーションスレッドとタッチセンシ
ングスレッドは相互独立的に作業しながら、必要によっ
て、メイン制御モジュール２０１により行われるメイン
プログラムと互いにインタラプトを発生させながらデー
タを交換する。
【００２２】作業者は、溶接作業を行うため、溶接母材
のサイズ、形状、所望する溶接品質等により適宜なメイ
ンプログラムを組む。メインプログラムは、メイン制御
モジュール２０１により行われる溶接作業プログラムで
ある。
【００２３】図３は本発明によるタッチセンシングを説
明するための図である。本発明によるタッチセンシング
は、基本的に従来のタッチセンサトラッキングで用いた
タッチセンシング技法と同原理により行われる。即ち、
溶接母材に対するタッチセンシングは、溶接トーチ末端
部から所定長さが突出された陽極（＋）の溶接用ワイヤ
が陰極（−）の溶接母材と接触することによりインタラ
プトが生じてセンシング位置が感知される原理により行
われる。
【００２４】本発明によるタッチセンシング過程は次の
通りである。溶接母材３０を溶接ジグ１５に固定させ、
設定した検出ポイントに対して予め定められた基準値に
従ってタッチセンシングを行う。基準値は、基準座標軸
に対する溶接トーチ７ａ，７ｂの方向、溶接トーチ７
ａ，７ｂの進行方向、溶接トーチ７ａ，７ｂの進行始ま
り点及び進行終了点である。基準値は基準座標軸に対す
る溶接トーチ７ａ，７ｂの方向を示すための方向ベクト
ル及び溶接トーチの進行方向及び進行距離を示すベクト
ルで示すことができる。例えば、基準値（ＸR）よりＸ
軸上の進行距離がΔＸぐらい超過する地点で検出ポイン
ト（ＸD）が存在すれば、溶接母材３０はΔＸぐらい変
位されたと解釈される。
【００２５】タッチセンシングにおいて、検出ポイント
は溶接母材のサイズ、形状、溶接品質等により適切に設
定される。空間上の位置を検出するためには一般にＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応する少なくとも３つの検出ポイン
トを設定することが好ましいが、必ずしもそうであると
は言えない。例えば、溶接母材が一定規格の鉄板であ
り、要求される溶接品質が比較的低い溶接作業を行う場
合に固定した鉄板の水平度は考慮せず正確に固定された
かを確認するために固定された高さだけを考慮すること
もできる。
【００２６】以下では、本発明による教示位置の補正方
法を説明する。図４及び図５は本発明による溶接ロボッ
トの教示位置を補正する過程を示した概略図であり、図
６は制御器２１の制御フローチャートである。
【００２７】作業者は所望する溶接母材に対する溶接作
業のためメインプログラムを選択し、適宜な溶接条件の
パラメータを設定することによりメイン制御モジュール
２０１が実行されるように溶接システムをセットアップ
する。この時、図４に示すように、溶接システムをセッ
トアップする過程の一つとして、溶接母材３０が溶接さ
れるべき溶接経路（Ｐ）に沿って、溶接トーチ７ａ，７
ｂを移動させながら溶接母材３０の作業位置としてＮ個
の教示位置を設定して、基準座標軸に対する空間座標と
してメイン制御モジュール２０１に貯蔵する（Ｓ１）。
ここで、空間座標は図５に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸で示される３次元直交座標軸（Ｒ）を基準座標軸とし
て示したり、基準座標軸として円筒座標系又は極座標系
を導入して示すこともできる。
【００２８】この過程をpseudo-code水準で示すと次の
通りである。 − 基準座標系[W 0]設定 − 教示位置＃Pnt_１−#Pnt_N Teaching
【００２９】教示作業が完了すると、教示された溶接経
路に沿って教示位置を補正する作業が始まる。まず、ジ
グ１５により溶接母材３０を固定させる（Ｓ２）。次
に、タッチセンシングを行う。タッチセンシングは溶接
母材３０に溶接トーチ７ａ，７ｂの末端部に設けられた
溶接用ワイヤ１１をタッチすることにより行われる（Ｓ
３）。タッチ時にセンシングされたセンシング位置を示
すセンシングデータはタッチセンシング制御モジュール
２０５により実行されるタッチセンシングスレッドから
のインタラプトを通じてモーション制御モジュール２０
２により実行されるモーションスレッドに伝達される。
モーションスレッドは提供されたセンシングデータに基
づいて前記センシング位置を前記基準座標軸に対する位
置データとして算出してメイン制御モジュール２０１に
伝達する。
【００３０】メイン制御モジュール２０１はメインプロ
グラムを実行することにより、提供された位置データと
予め設定されている基準値との偏差を算出し（Ｓ４）、
これに基づいて、変換マトリクス（Transformation Mat
rix）を生成してから（Ｓ５）、設定した教示位置に変
換マトリクスを掛けて新しい教示位置を算出する（Ｓ
６）。
【００３１】前記過程をpseudo-code水準で示すと次の
通りである。 − 溶接母材positioning − 基準座標X、Y、Z各軸に対するTouch Sensor Trackin
g − Touch Sensor Trackingによる変位程度Δｘ、Δｙ、
Δｚ計算 − 基準座標系[W 0]に対する変位程度の位置変換のため
のTransformation Matrix TN O生成 − 教示位置#Pnt_１−#Pnt_Nに対するTransformation位
置計算 − TN O × #Pnt_１、 TN O × #Pnt_２、・・・、 TN O
× #Pnt_Nまで教示位置変換
【００３２】求めた教示位置は既に設定した教示位置の
代わりに新しい教示位置として貯蔵される。これによ
り、制御器２１のメイン制御モジュール２０１は新しく
アップデートされた教示位置に従って溶接トーチ７ａ，
７ｂを駆動して当該溶接母材３０に対する溶接作業を行
う（Ｓ７）。全ての溶接作業が完了すると溶接作業を終
了する（Ｓ８）。
【００３３】全ての溶接作業が完了されなければ（Ｓ
８）、再度、Ｓ２−Ｓ７の過程を行う。
【００３４】前述の如く、教示位置は単位溶接母材に溶
接作業が行われる度に持続的にアップデートされ、これ
により、本発明による溶接ロボットシステムはいつも正
確な教示位置を有し、これにより、溶接作業時に溶接経
路の精密度を向上させることができるようになる。
【００３５】以下では、本発明の一つの適用例として造
船所で大形管の溶接母材を溶接するため教示位置を設定
する方法を説明する。
【００３６】溶接母材として管の種類は、フランジとの
組合せ等の変数により、１００種ぐらいに多様である。
これにより、原則的に教示位置を設定する作業は、管の
種類に応じて１００回ぐらいよりも以上に行われなけれ
ばならない。ところが、管の種類により教示位置を設定
することがとても不便であるから、実際に溶接遂行プロ
グラムは本発明により次のようにマクロファイル（Macr
o File）を通じた教示位置の補正方法を用いることが効
率的である。
【００３７】より詳細に、溶接ロボットに設けられたタ
ッチセンサによるタッチトラッキングを通じて溶接作業
を行う第１溶接母材に対する教示位置を補正した後、こ
れに基づいて溶接作業を行うことを完了する。続いて、
第２溶接母材を位置させ、第１溶接母材に対する教示位
置を基準として、第２溶接母材の変位値を計算すること
により、教示位置をアップデートする。言い換えると、
作業者は様々な形状を有する異なる溶接母材に対して枚
番教示作業を行わず教示位置をアップデートすることに
より溶接作業を行うことができる。
【００３８】溶接母材を幾つかのカテゴリに分類した
後、各カテゴリ別に溶接を行う方法も可能である。
【００３９】本発明による溶接ロボットの教示位置を補
正する方法はボイラーや造船等の重工業分野に適用され
てとても優秀な効果を発揮することができる。実際にボ
イラー管等の大形溶接母材のサイズが大きいので、これ
の固定のためジグ或いは大形ポジショナ（POSITIONER）
を利用しても基準座標軸に対して溶接母材が変位される
場合が頻繁である。この時、本発明によると初期にセッ
トアップされた基準座標系に対する変換マトリクス（Tr
ansform Matrix）を用いることにより正確な教示位置を
得られ、これにより、正確な溶接作業が行われる。
【００４０】従来技術に対する説明で述べたように、本
願発明者が先に出願した従来のタッチセンサトラッキン
グを用いた溶接システムにおいて、タッチセンサトラッ
キングは単位溶接作業において、溶接始まり点及び／又
は溶接終了点を探すため応用された。ところが、本発明
のタッチセンサトラッキングによる変換マトリクスを通
じた基準座標系の変換技法によると、別途のオプション
センサによるトラッキングをしなくても溶接始まり点及
び溶接終了点の以外にも溶接経路上の教示位置を正確に
設定することができるようになる。即ち、いずれか溶接
母材でも変換マトリクスを用いることにより教示位置を
正確にアップデートすることができるとともに、広く応
用することができる。
【００４１】
【発明の効果】前述したように、本発明によると、レー
ザセンサ、アークセンサ等のオプションセンサトラッキ
ングのための付加装備がなくてもタッチセンサトラッキ
ングにより教示位置をアップデートすることにより正確
な溶接経路に沿って溶接作業を行うことができるように
する溶接ロボットの教示位置を補正する方法が提供され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による溶接ロボットの教示位置を補正
する方法が適用される溶接ロボットシステムの概略図で
ある。
【図２】 図１の溶接ロボットシステムの制御ブロック
図である。
【図３】 本発明によるタッチセンシングを説明するた
めの図である。
【図４】 本発明による溶接ロボットの教示位置を補正
する過程を示した概略図である。
【図５】 本発明による溶接ロボットの教示位置を補正
する過程を示した概略図である。
【図６】 制御器の制御フローチャートである。
【符号の説明】
１ 溶接ロボットのシステム ３ ベース部 ５ａ 溶接ロボット ５ｂ 溶接ロボット ７ａ 溶接トーチ ７ｂ 溶接トーチ ９ａ ワイヤ供給装置 ９ｂ ワイヤ供給装置 １１ 溶接用ワイヤ １５ 溶接ジグ １７ ガス供給装置 ２１ 制御器 ２２ 教示ペンダント ３０ 溶接母材 ２０１ メイン制御モジュール ２０２ モション制御モジュール ２０５ タッチセンシング制御モジュール Ｐ 溶接経路 Ｒ 基準座標軸

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タッチセンサを備えた溶接ロボットの教
    示位置を補正する方法において、 溶接母材を溶接ジグに固定させる段階と；溶接始まり点
    と溶接終了点との間に少なくとも一つの教示位置を設定
    する段階と；前記設定した教示位置と対応する位置で前
    記タッチセンサを通じて前記溶接母材をタッチセンシン
    グする段階と；前記タッチセンシングによりセンシング
    位置を把握する段階と；前記設定した教示位置に対する
    前記センシング位置の位置偏差に基づいて新しい教示位
    置を求める段階と；を含むことを特徴とする教示位置を
    補正する方法。
  2. 【請求項２】 前記新しい教示位置を求める段階は、 前記位置偏差に基づいて変換行列を算出する段階と；前
    記設定した教示位置に前記変換行列を掛けて前記新しい
    教示位置を算出する段階と；を含むことを特徴とする請
    求項１に記載の教示位置を補正する方法。
  3. 【請求項３】 前記タッチセンサは、前記溶接トーチの
    末端部に設けられた溶接用ワイヤであることを特徴とす
    る請求項１又は請求項２に記載の教示位置を補正する方
    法。
  4. 【請求項４】 タッチセンサを備えた溶接ロボットと、
    前記溶接ロボットを駆動制御するための制御器と、を含
    む溶接ロボットシステムにおいて、 前記制御器は、溶接ジグに固定された溶接母材を前記タ
    ッチセンサを通じてタッチセンシングすることによりセ
    ンシング位置を把握し、予め設定した教示位置の基準座
    標軸に対する前記センシング位置の位置偏差に基づい
    て、新しい教示位置を求めて、前記教示位置を前記新し
    い教示位置にアップデートし、前記アップデートされた
    教示位置に基づいて前記溶接ロボットを駆動制御するこ
    とを特徴とする溶接ロボットのシステム。
  5. 【請求項５】 前記制御器は、前記位置偏差に基づいて
    変換行列を算出し、前記教示位置に前記変換行列を掛け
    ることにより前記新しい教示位置を求めることを特徴と
    する請求項４に記載の溶接ロボットのシステム。
  6. 【請求項６】 前記タッチセンサは、前記溶接トーチの
    末端部に設けられた溶接用ワイヤであることを特徴とす
    る請求項４又は請求項５に記載の溶接ロボットのシステ
    ム。
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