JP2597368B2 - 自動溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、工業用ロボットを用いた自動溶接装置、特
に板材の重ね部の縁に沿って高品質の溶接を行うことが
できる自動溶接装置に関する。

（従来技術） この種の自動溶接装置には、溶接線を記憶させた工業
用ロボットを作動させ、その手首部に取り付けたアーク
溶接用トーチにより溶接線に沿って溶接を行うものがあ
る。またこれを改良したものとして、工作物表面の形状
の変化により溶接線の位置を実時間検出する視覚センサ
を手首部に取り付け、教示された溶接線と実際の溶接線
の位置の差を修正して実際の溶接線に倣って溶接を行う
ようにした技術があり、これによればより適切な溶接を
行うことができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、板材の重ね部の縁に沿って溶接を行う場合
には板材が多少なりとも変形すれば重ね部の隙間が変化
し、これに応じて溶接条件を変えなければ適切な溶接を
行うことができない。しかしながら、従来技術はこのよ
うな隙間の変化に応じて溶接条件を変える機能を備えて
いないので、上記改良技術においても必ずしも常に適切
な溶接を行うことができないという問題があった。本発
明は上記改良技術における倣いセンサ用の視覚センサを
利用してこのような問題を解決しようとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） このために、本発明による自動溶接装置は、手首部11
にアーク溶接用トーチＴ及び重なり合う工作物Ｗの縁で
ある段部Wcを検出する視覚センサ30を備えた工業用ロボ
ット10と、前記視覚センサ20により検出された前記段部
Wcの位置に応じて前記アーク溶接用トーチＴが同段部に
沿って移動するように前記工業用ロボット10を倣い制御
する制御手段と、前記アーク溶接用トーチＴに電力を供
給するアーク溶接機15を備えてなる自動溶接装置におい
て、前記視覚センサ20は前記段部Wcの一方の側となる工
作物表面までと他方の側となる工作物表面までの距離か
ら段差を検出する段差検出手段を備え、この段差に応じ
て前記アーク溶接機15の溶接電流及び溶接電圧と前記工
業用ロボット10の溶接速度からなる溶接条件を演算する
演算手段２を備え、前記制御手段１は前記演算手段２に
より演算された溶接条件に基づいて前記アーム溶接機15
及び工業用ロボット10を制御することを特徴とするもの
である。

（作用） 工業用ロボット10の手首部11に取り付けられた視覚セ
ンサ20は、溶接線を形成する段部Wcの位置及びその段差
を検出し、演算手段２は検出された段差に応じてアーク
溶接機の溶接電流及び溶接電圧と工業用ロボットの溶接
速度からなる適切な溶接条件を演算する。制御手段１は
検出された段部Wcの位置に応じてアーク溶接用トーチＴ
が段部Wcに沿って移動するように工業用ロボット10を倣
い制御すると共に、演算手段２により演算された溶接条
件に基づいてアーク溶接機15及び工業用ロボット10を制
御して重ね部の溶接を行う。

（発明の効果） 本発明によれば、アーク溶接用トーチは検出された段
部すなわち実際の溶接線に沿って移動するのみならず、
視覚センサにより検出された段部の段差すなわち板材の
重ね部の隙間に応じて、アーク溶接機の溶接電流及び溶
接電圧と工業用ロボットの溶接速度からなる適切な溶接
条件にて溶接を行うことができるので常に確実な溶接が
行われ、溶接部の品質を確保することができる。しか
も、溶接条件を設定するための段部の段差の検出は倣い
制御用の視覚センサを利用して行っているので、本発明
の実施に要するコスト上昇は極めて僅かで足りる。

（実施例） 以下に、第１図〜第５図に示す実施例により、本発明
の説明をする。

本実施例に使用する工業用ロボットは、第３図に示す
如く５軸型の多関節ロボットである。工業用ロボット10
の手首部11には、ブラケット12を介して炭酸ガスアーク
溶接用のトーチＴ及び視覚センサ20が取り付けら、アー
ク溶接用トーチＴは可撓管14を介して炭酸ガスアーク溶
接機15に接続されて、電圧が印加された針金状の溶加材
13と炭酸ガスが供給されている。また工業用ロボット10
と対向する位置には支持テーブル16が設けられて、２枚
の板材Wa,Wbの縁部を重ねて仮付けした工作物Ｗを支持
するようになっている。

工業用ロボット10の制御装置30は、第２図に示す如
く、中央処理装置31と記憶装置32を主要な構成部材と
し、中央処理装置31には入出力インターフェイス34を介
して操作盤35及びオペレーティングボックス36が接続さ
れ、また工業用ロボット10の各軸を駆動するサーボモー
タM1〜M5を作動させるサーボユニットSU1〜SU5が入出力
インターフェイス33を介して接続されている。各軸の回
動角はエンコーダE1〜E5により検出され、各サーボユニ
ットSU1〜SU5にフィードバックされている。中央処理装
置31には手首部11に取り付けられた視覚センサ20が入出
力インターフェイス33を介して接続され、またアーク溶
接用トーチＴに電力を供給するアーク溶接機15が入出力
インターフェイス34及びシーケンサ37を介して接続され
ている。

第１図に示す如く、視覚センサ20は手首部11に取り付
けられたセンサヘッド21と計測制御部29により構成され
ている。センサヘッド21は手首部11に固定されたケーシ
ング22に設けられたレーザダイオード23、ミラー24、受
光素子アレー25及び受光レンズ26よりなり、各部材23〜
25は計測制御部29に接続されている。計測制御部29によ
り制御されるレーザダイオード23より発せられた高周波
繰返しパルス変調を受けたレーザ光Laは、往復回動する
ミラー24により反射されて角度αの範囲内で揺動し、工
作物Ｗの表面に照射される光スポットは段部Wc付近を中
心とする所定の振幅（例えば左右各10ミリメートル）で
工作物Ｗ上を走査する。工作物Ｗ表面の光スポツトから
乱反射されたレーザ光Lbは、受光レンズ26により、多数
のフォトダイオードを接近して一列に配列した受光素子
アレー25上に像を結び、受光素子アレー25により検出さ
れた結像位置とミラー24の角度により、計測制御部29は
三角測量の原理に基づき光スポットとセンサヘッド21と
の距離を演算する。この距離と光スポットの走査位置と
の関係は第４図に示す如くなり、これによりセンサヘッ
ド21に対する段部Wcの位置と工作物Ｗ表面までの距離が
検出され、段部Wcの一方の側となる工作物Ｗの表面まで
と他方の側となる工作物Ｗの表面までの距離の差から段
差ｔが検出される。センサヘッド21と計測制御部29は、
このようにして段差ｔを検出する段差券種手段を構成す
る。

工作物Ｗの板材Wbの厚さＡの精度はかなり良いので、
この段差ｔにより両板材Wa,Wbの間の隙間ｄ（＝ｔ−
Ａ）を検出することができる。なお本実施例においては
手首部11の回動軸線（第３図の第５軸05）と工作物Ｗの
表面が直交する場合に付き説明したが、此等が直交しな
い場合（第１図において手首部11等が時計回転方向に傾
斜した場合）も、同様にしてセンサヘッド21に対する段
部Wcの下隅部の位置と段差ｔを検出することができる。

センサヘッド21に対する段部Wc（又はその下隅部）の
位置と工作物Ｗ表面までの距離に基づき、中央処理装置
31は、アーク溶接用トーチＴから突出する溶加材13の先
端が段部Wcの下隅部とほぼ一致するように手首部11の座
標を修正する。中央処理装置31は、また、段部Wcの段差
ｔを所定の許容値と比較し、段差ｔが許容値よりも大す
なわち隙間ｄが許容値よりも大となれば溶接条件を変更
する。この溶接条件の変更は、段差ｔの値に基づき記憶
装置32のROMに記憶されたマツプを参照することによ
り、段差ｔの増大に応じて溶接電流及び溶接電圧が増大
し、溶接速度が減少するように此等の値を演算し、前二
者の値はシーケンサ37を介してアーク溶接機15に出力し
て溶接電流及び溶接電圧を変更し、また後者の値は工業
用ロボット10に出力して溶接速度を変更することにより
行う。

次に第５図に示すフローチャートにより本実施例にお
ける溶接条件変更の全体的動作の説明をする。このフロ
ーチャートによる動作を実行するためのプログラムは記
憶装置32のROMに記憶されている。また、記憶装置32のR
AMには、段差ｔが許容値以下の場合における基準的な溶
接条件である溶接電流，溶接電圧及び溶接速度の値が記
憶されている。視覚センサ20は、自動溶接が行われてい
る間は実時間作動して、センサヘッド21に対する段部Wc
の位置と工作物Ｗの表面までの距離と段差ｔを検出し、
此等の値は所定のレジスタに記憶される。しかして、中
央処理装置31は所定のサンプリング期間毎に割込み信号
が与えられる都度、第５図のフローチャートによる動作
を実行して溶接条件を変更する。

先ずステツプ100に於いて中央処理装置31は前記レジ
スタに記憶された段差ｔの値を所定の許容値と比較し、
許容値より大でなければ溶接条件を変更することなく第
５図のフローチャートによる動作を終了する。段差ｔの
値が許容値より大であれば、ステツプ102において、連
続した３回のサンプリング期間において何れも段差ｔの
値が許容値より大であったか否かを判断する。工作物Ｗ
の表面の反射状態によっては視覚センサ20がたまたま誤
作動することがあり、このような誤作動に反応して溶接
条件が変更されることがないようにステツプ102は設け
られている。ステツプ102において３回連続して許容値
より大でなければ溶接条件を変更することなくこのフロ
ーチャートによる動作は終了し、３回連続して許容値よ
り大となればステツプ103に進み、中央処理装置31は前
述の如く段差ｔの値に基づき変更すべき溶接電流，溶接
電圧及び溶接速度を演算する。演算された溶接電流及び
溶接電圧の値はステツプ104においてアーク溶接機15に
出力されて此等の値が変更され、溶接速度の値はステツ
プ105において工業用ロボット10に出力されてその値が
変更されて第５図のフローチャートによる動作は終了す
る。

中央処理装置31はサンプリング期間毎に上記動作を繰
り返して溶接条件を基準的な値に維持しあるいは変更
し、説明を省略したプログラムに基づき工業用ロボット
10及びアーク溶接機15を作動させて、維持または変更さ
れた溶接条件に基づき工作物Ｗの段部Wcに沿ったアーク
溶接を行う。

なお、上記実施例においては溶接条件として溶接電
流，溶接電圧及び溶接速度の全てを変更したが、場合に
よつてはこの３者全てを変えなくても溶接部の品質を確
保することも可能である。また、上記実施例において
は、溶接条件の変更はマツプにより演算しているが、マ
ップの代わりにROMに記憶された演算式に段差ｔを代入
して演算するようにしてもよい。また視覚センサ20も本
実施例のようなものに限らず段部Wcの位置及び段差を検
出することができるものならば、どのような視覚センサ
でも使用することができる。

また、本実施例においては工作物Ｗの支持テーブル16
は回動しないものとして説明したが、本発明は工業用ロ
ボット10の作動と連動して支持テーブル16が回動するよ
うにして実施することも可能である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による自動溶接装置の一実施例を示
し、第１図は主要部の構成を示す説明図、第２図は全体
のブロック図、第３図は工業用ロボット全体の斜視図、
第４図は視覚センサの出力の一例を示す図、第５図は制
御プログラムのフローチャートである。 符号の説明 １……制御手段、２……演算手段、10……工業用ロボッ
ト、11……手首部、15……アーク溶接機、20……視覚セ
ンサ、Ｔ……アーク溶接用トーチ、Ｗ……工作物、Wc…
…段部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】手首部にアーク溶接用トーチ及び重なり合
   う工作物の縁である段部を検出する視覚センサを備えた
   工業用ロボットと、前記視覚センサにより検出された前
   記段部の位置に応じて前記アーク溶接用トーチが同段部
   に沿って移動するように前記工業用ロボットを倣い制御
   する制御手段と、前記アーク溶接用トーチに電力を供給
   するアーク溶接機を備えてなる自動溶接装置において、
   前記視覚センサは前記段部の一方の側となる工作物表面
   までと他方の側となる工作物表面までの距離から段差を
   検出する段差検出手段を備え、この段差に応じて前記ア
   ーク溶接機の溶接電流及び溶接電圧と前記工業用ロボッ
   トの溶接速度からなる溶接条件を演算する演算手段を備
   え、前記制御手段は前記演算手段により演算された溶接
   条件に基づいて前記アーク溶接機及び工業用ロボットを
   制御することを特徴とする自動溶接装置。