JP2594869Y2 - 倣い機能付溶接ロボット - Google Patents

倣い機能付溶接ロボット

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JP2594869Y2
JP2594869Y2 JP1993036420U JP3642093U JP2594869Y2 JP 2594869 Y2 JP2594869 Y2 JP 2594869Y2 JP 1993036420 U JP1993036420 U JP 1993036420U JP 3642093 U JP3642093 U JP 3642093U JP 2594869 Y2 JP2594869 Y2 JP 2594869Y2
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壽男 長谷川
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秀明 水野
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Kawasaki Motors Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は倣い機能付溶接ロボット
に関する。さらに詳しくは、ウィービング動作を行う溶
接ロボットの倣い機能の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】溶接ロボットにより加工精度が悪いワー
クや溶接中に変形するワークの溶接を行う場合には、ア
ークセンサーや視覚センサーを用いて溶接線倣いがなさ
れている。
【0003】この中で、アークセンサーによる倣いは、
溶接ワイヤが母材に近くなると溶接電流が増加するとい
う性質を利用し、開先内をウィービングしながら、左右
の電流が等しくなるように左右方向に倣い、また平均電
流が一定になるように溶接ワイヤ方向に倣いを行うもの
である。このため、アークセンサーによる倣いが行える
のは、ウィービング動作がある場合に限られる。しかし
ながら、このウィービング動作がなされる場合であって
も、溶接電流が不安定な領域やI開先についてはアーク
センサーによる倣い溶接を行うことができない。
【0004】また、アークセンサーは前述のごとく溶接
電流の変化を利用しているため、溶接電流の発生しない
溶接開始時における初期位置は、別の方法により確定す
る必要がある。
【0005】一方、視覚センサーによる倣いには、レ
ーザースポット光を投光して、対象ワーク表面のスポッ
ト光の位置から倣い方向を検出する方式、レーザース
リット光を溶接線と直交する方向に投光して、対象ワー
ク表面上のレーザースリット光跡から倣い方向を検出す
る方式、溶接中の溶融池をCCDカメラで直視し、ア
ーク光の形の特徴から倣い方向を検出する方式がある。
【0006】しかしながら、視覚センサーによる場合
は、前記何れの方式においても静止画像を取込む必要が
あるので、ウィービング動作を伴う溶接の場合には適用
することができない。
【0007】なお、視覚センサーを用いた場合には、高
速のシャッターを利用し、CCDカメラを移動させなが
ら静止画像を取込むことも一応可能ではあるが、明るい
画像が得られないとか、つねに決まった位置、例えばウ
ィービング動作の中央で正確にシャッターが切れないと
いう問題、つまりシャッター位置がばらばらになるとい
う問題がある。
【0008】このため、アークセンサーを用いることが
できないにもかかわらず、ウィービング動作が必要な溶
接の場合には、従来の技術では倣い溶接を行うことがで
きないという問題がある。
【0009】
【考案が解決しようとする課題】本考案はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、アークセンサ
ーを用いることなく、ウィービング動作を伴う溶接に対
する倣い機能を有する溶接ロボットをを提供することを
目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本考案の倣い機能付溶接
ロボットは、ロボット本体と、撮像手段と、制御手段と
を備えてなり、前記ロボット本体は、作業端に溶接トー
チが取付けられる複数軸を有し、前記溶接トーチは、制
御手段の制御により、ウィービング動作の中間点で一時
停止動作を含むウィービング動作を行い、前記撮像手段
は、前記制御手段の制御により、前記溶接トーチが溶接
を行いながら一時停止した時点の同溶接トーチの所定距
離前方の溶接部の画像を撮像するとともに、その画像を
前記制御手段に入力し、前記制御手段は、入力された画
像から特徴点を抽出し、ついでその特徴点に基づいて溶
接トーチの移動位置を算出して、所定時間経過後その位
置に前記溶接トーチを移動させることを特徴とする。
【0011】本考案の倣い機能付溶接ロボットにおいて
は、前記撮像手段が投光部と受光部とを有し、該投光部
にレーザースリット光投光装置が用いられ、該受光部に
CCDカメラが用いられているのが好ましい。
【0012】また、本考案の倣い機能付溶接ロボットに
おいては、前記制御手段が、機器制御部と画像処理制御
部とからなっているのが好ましい。
【0013】
【作用】本考案の倣い機能付溶接ロボットは、ウィービ
ング動作中に一時停止するよう構成されているので、ウ
ィービング動作を伴う溶接であっても、その停止時に撮
像手段を同期させて、溶接部の画像を撮像させることに
より静止画像を撮像できる。そして、制御手段によりそ
の画像を画像処理して特徴点を抽出し、かつその特徴点
から移動位置を算出し、ついでその移動位置の溶接トー
チ座標系における座標を算出する。しかるのち、その溶
接トーチ座標系による座標を座標変換してロボット座標
系による座標を求め、その位置に溶接トーチを移動させ
ることができる。したがって、アークセンサーを使用す
ることができないウィービング動作を伴う溶接に対して
も倣い溶接を行うことができる。
【実施例】
【0014】以下、添付図面を参照しながら本考案を実
施例に基づいて説明するが、本考案はかかる実施例のみ
に限定されるものではない。
【0015】図1は本考案の倣い機能付溶接ロボットの
一実施例の機能ブロック図、図2は本考案の倣い機能付
溶接ロボットの他の例の機能ブロック図、図3は図1に
示す実施例の電気的構成の概略図、図4は溶接位置と撮
像位置との位置関係の説明図、図5はウィービングパタ
ーンの説明図、図6乃至図7は本考案の倣い機能付溶接
ロボットの動作フローチャートである。図において、1
は制御手段(制御装置)、2はロボット本体、3は撮像
手段(撮像装置)、4は入力手段(入力装置)、5は溶
接トーチ、6は溶接制御装置、Wはワークを示す。
【0016】本考案の倣い機能付溶接ロボットは、図1
に示すように、ロボット本体2と、撮像手段3と、制御
手段1とを主要構成要素としている。本考案において
は、制御手段1は、図2に示すようにロボット本体2、
溶接トーチ5および撮像手段3の動作の制御を主として
分担する機器制御部11と、画像処理を主として分担す
る画像処理制御部12とに分割されていてもよい。
【0017】図3は図1の機能ブロック図に示される実
施例の溶接ロボットの電気的構成の概略図である。ここ
では、制御手段1は、演算処理のためのCPUと、制御
に必要な各種プログラムをストアしているROMと、溶
接トーチ5の位置座標や撮像手段3からの画像を一時的
にストアするRAMと、各機器の同期をとるためのCL
OCKと、外部機器との信号の交換をするための入出力
インターフェースとを備えている。これらのCPU、R
AM、ROM、CLOCKおよび入出力インターフェー
スについては、従来よりこの種の溶接ロボットに用いら
れているものを好適に用いることができるので、その構
成の詳細な説明は省略する。
【0018】なお、このROMにストアされているプロ
グラムには、後述するウィービングパターンで溶接トー
チ5を駆動させるためのプログラムや、撮像手段3によ
り撮像された画像から特徴点を抽出するためのプログラ
ムなど、各機器に所望動作をさせるために必要なプログ
ラムも含まれている。
【0019】入力装置4は、外部より初期値等必要なデ
ータを入力するものであり、その構成の詳細な説明は省
略するが、キーボード、タッチパネル等、従来より用い
られているものを好適に用いることができる。
【0020】溶接部の静止画像を撮像する撮像手段3
は、図4に示すように、溶接アーク光による悪影響を受
けることがないよう、溶接トーチ5から距離d離れた若
干前方の溶接位置を撮像するように設定されている。こ
の距離dは、溶接条件等に応じて適宜調整される。ここ
で、撮像手段3としては、例えばレーザースリット光投
光装置31とCCDカメラからなる受光装置32とを組
み合わせたものが用いられる。なお、図4中、矢符Aは
溶接トーチ5の移動方向を示し、矢符Bは撮像方向を示
す。
【0021】ロボット本体2の基本的構成も従来のこの
種の溶接ロボットと同様であり、また溶接トーチ5およ
び溶接制御装置6も、従来よりこの種の溶接ロボットに
用いられているものと同様のものを用いることができる
ので、その構成の詳細な説明も省略する。
【0022】 次に、このように構成された溶接ロボッ
トによる溶接線の倣いについて説明する。ここで、ウィ
ービング動作としは、溶接線直角方向に図5に示すよ
うなパターン、すなわちウィービング動作の中間点で一
時停止するパターンを採るものとする。この一時停止時
間は、溶接に悪影響がでない範囲で適宜定められ、例え
ば0.2秒とされている。なお、かかるウィービングパ
ターンは、例えば特開平5ー23854号に示される手
順により実現することができる。
【0023】以下、図6乃至図7に示すフローチャート
にしたがって説明する。
【0024】ステップ1:ウィービング動作時の溶接ト
ーチ5の動作指令信号を監視する。
【0025】ステップ2:一時停止信号が出力されたか
否か判定する。一時停止信号が検出されなければ、ステ
ップ1に戻る。一時停止信号が検出されれば、次のステ
ップに進む。
【0026】ステップ3:一時停止信号が出力されてか
ら、溶接トーチ5が実際に一時停止するまでの時間(溶
接トーチ5の動作遅れ時間)経過後、すなわち溶接トー
チ5が一時停止した時点で、撮像手段3に撮像指令信号
を出力する。なお、撮像手段3の動作遅れが大きくて、
溶接トーチ5が静止した時点で撮像指令信号を出力した
のでは、前述した停止時間内に撮像がなし得ない場合に
は、その動作遅れを考慮して撮像指令信号が出力され
る。
【0027】 ステップ4:溶接トーチ5の所定距離前
方の静止画像を撮像する。
【0028】ステップ5:撮像画像を画像処理して特徴
点を抽出する。ここで特徴点として、例えば開先のエッ
ジや隅肉部のレーザスリット光跡の折れ曲り部などが用
いられる。
【0029】ステップ6:抽出された特徴点から溶接ト
ーチ5の移動位置を決定する。この移動位置の決定は、
例えば現在の溶接トーチ位置と前記特徴点の中間位置と
を算出することによりなされる。
【0030】ステップ7:移動位置の溶接トーチ座標系
における座標を算出する。
【0031】ステップ8:算出された溶接トーチ座標系
における座標をロボット座標系における座標に座標変換
する。
【0032】ステップ9:座標変換されたロボット座標
系における座標をRAMに一時的にストアする。
【0033】ステップ10:溶接トーチ5が撮像された
地点に実際に到達するまでの遅れ時間および溶接トーチ
5の動作遅れ時間による補正を行い、RAMから移動位
置のロボット座標系における座標をリードして溶接トー
チ5を目標位置に移動させ、ステップ1に戻る。
【0034】このように本考案では、視覚センサーによ
り倣い動作を行っているので、従来のアークセンサーで
は倣い溶接ができないような狭開先においても、ウィー
ビング動作を行いながら倣い溶接を行うことができる。
すなわち、従来のアークセンサにより狭開先に対してウ
ィービング動作をしながら倣い溶接を行うと、左右の壁
角度が溶接ワイヤの方向に近くなるため、溶接電流が不
安定となり、アークセンサーによる位置検出が不安定と
なる。そのため、倣い溶接を行うことができなくなると
いう問題は解決される。
【0035】また、ウィービング動作を行いながら溶接
を行っているので、開先内を充分に溶着金属で埋めるこ
とができないという問題や左右の壁で溶け込みが不充分
になるという問題なども生ずることもない。
【0036】
【考案の効果】以上説明してきたように、本考案によれ
ば、溶接に悪影響を与えない範囲でウィービング動作を
一時停止させて、撮像手段により溶接部の静止画像を撮
像し、その静止画像により移動位置を算出しているの
で、ウィービング動作がなされていても、視覚センサー
による倣い溶接がなし得る。また、視覚センサーを用い
ているので、従来の視覚センサーが適用されていた倣い
溶接も行うことができる。したがって、本考案によれ
ば、溶接ロボットの適用範囲の拡大が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の倣い機能付溶接ロボットの一実施例の
機能ブロック図である。
【図2】本考案の倣い機能付溶接ロボットの他の実施例
の機能ブロック図である。
【図3】図1に示す実施例の電気的構成の概略図であ
る。
【図4】溶接位置と撮像位置との位置関係の説明図であ
る。
【図5】ウィービングパターンの説明図である。
【図6】本考案の倣い機能付溶接ロボットの動作のフロ
ーチャートの一部である。
【図7】本考案の倣い機能付溶接ロボットの動作のフロ
ーチャートの一部である。
【符号の説明】
1 制御手段(制御装置) 11 機器制御部 12 画像処理制御部 2 ロボット本体 3 撮像手段(撮像装置) 4 入力手段(入力装置) 5 溶接トーチ 6 溶接制御装置 W ワーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中土 宜明 明石市川崎町1番1号 川崎重工業株式 会社 明石工場内 (56)参考文献 特開 昭63−252678(JP,A) 特開 昭59−191575(JP,A) 特開 昭58−125368(JP,A) 特開 昭59−130688(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 9/095,9/12,9/27

Claims (3)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロボット本体と、撮像手段と、制御手段
    とを備えてなり、 前記ロボット本体は、作業端に溶接トーチが取付けられ
    る複数軸を有し、 前記溶接トーチは、制御手段の制御により、ウィービン
    グ動作の中間点で一時停止動作を含むウィービング動作
    を行い、 前記撮像手段は、前記制御手段の制御により、前記溶接
    トーチが溶接を行いながら一時停止した時点の同溶接ト
    ーチの所定距離前方の溶接部の画像を撮像するととも
    に、その画像を前記制御手段に入力し、 前記制御手段は、入力された画像から特徴点を抽出し
    ついでその特徴点に基づいて溶接トーチの移動位置を算
    出して、所定時間経過後その位置に前記溶接トーチを移
    動させることを特徴とする倣い機能付溶接ロボット。
  2. 【請求項2】 前記撮像手段が投光部と受光部とを有
    し、該投光部にレーザースリット光投光装置が用いら
    れ、該受光部にCCDカメラが用いられていることを特
    徴とする請求項1記載の倣い機能付溶接ロボット。
  3. 【請求項3】 前記制御手段が、機器制御部と画像処理
    制御部とからなっていることを特徴とする請求項1また
    は2記載の倣い機能付溶接ロボット。
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