JP2602292B2

JP2602292B2 - 溶接システムおよび溶接方法

Info

Publication number: JP2602292B2
Application number: JP19987388A
Authority: JP
Inventors: 明平井; 信雄柴田; 恭一川崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1988-08-12
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPH0252172A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、溶接システムおよび溶接方法に係り、特
に、ワーク面にスリツト光を照射し、この画像を処理す
ることによりワークの溶接すべき位置を認識し、溶接ト
ーチをその位置に誘導して溶接を行う溶接システムおよ
び溶接方法に関する。

〔従来の技術〕

ワーク面にスリツト光を照射し、これを画像センサ
（撮像デバイス）で撮像し、これを画像処理してパーク
の溶接線位置（溶接すべき位置）を認識し、この認識し
た位置を溶接できるように溶接トーチを誘導して溶接作
業を行う溶接装置および溶接方法は、例えば特開昭62−
101379号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した如き従来の装置あるいは方法は、光学系の配
置データなどの諸定数を予め求めて記憶しておき、これ
ら諸定数と画像センサで得られた画像データとを用いて
溶接すべき位置を認識し溶接トーチを制御する。このよ
うな装置あるいは方法は、記憶している諸定数が正しい
という前提で高精度の溶接が可能となるものである。

しかし、実際には、当初設定した諸定数が、光学系の
製作誤差および組立誤差により設計値に対しずれる。更
に、その後の使用時に、画像センサの変形（取付位置，
角度等）や、センサを取付けているロボットの手首部が
障害物との接触により変形することや、部品の交換等に
よつて、予め記憶している定数（演算パラメータ）が実
態とずれてくる。このため、画像センサで得た溶接すべ
き位置が実際の位置とずれてしまうことになる。この結
果、溶接トーチが実際の溶接線に対しずれた位置に位置
決めされ、溶接の品質の低下を生じるという問題があ
る。

そこで、本発明の目的は、溶接すべき位置を正確に認
識して高品質の溶接作業を行うことのできる溶接システ
ムおよび溶接方法を提供することである。

また、本発明の目的は、溶接すべき位置認識のずれを
簡単に校正して高品質の溶接作業を行うことのできる溶
接システムおよび溶接方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、従来の技術の項で述べた如く溶接システム
において、溶接トーチ先端近傍であつてスリツト光を受
光できる位置に、互いに直交して積重ねられた２個の直
方体ブロツクを含む光学系配置検出治具を配設し、この
状態でスリツト光を照射し、受光手段によりこの画像を
撮像して、画像信号を画像処理装置に出力し、画像処理
装置はこの画像信号を処理して光学系の配置データを求
め、ロボツト制御装置はこの光学系の配置データを用い
て溶接すべき位置の演算を行うようにしている。

また、本発明は、上述した光学系の配置データを求め
る際に、光学系配置検出治具に隣接して、溶接トーチを
十分な余裕をもつて挿入可能な円筒状の第１の凹部が形
成され、更にその第１の凹部の中央部分に溶接トーチか
ら繰出されている溶接ワイヤを収納可能な第２の凹部が
形成されているブロツク部と、このブロツク部の第１の
凹部の周方向に配され溶接トーチのX,Y方向での位置を
検出する位置検出センサと、このブロツク部内に配され
溶接トーチのＺ方向での位置を検出する位置検出サンサ
とを備えたトーチ位置検出治具を備え、ロボツト制御装
置は、上記した光学系の配置データ並びに位置検出セン
サからの溶接トーチの位置データを用いて、溶接トーチ
を制御するための制御信号を演算し、それによつてロボ
ツトの駆動部を制御する。

〔作用〕

２個の直方体ブロツクを含む光学系配置検出治具に対
し、スリツト光を照射する。この照射状態において、受
光手段はこの画像を撮像し、画像信号を出力する。この
画像信号は、画像処理装置に入力され、ここで画像処理
がなされる。この結果、光学系配置検出治具にスリツト
光を照射したときの光切断画像が得られ、この画像の線
分の長さと、既知の直方体ブロツクの長さ，幅，厚み等
のデータとから現時点での実際の光学系の配置データが
演算できる。この演算は、画像処理装置あるいはロボツ
ト制御装置で行う。光学系の配置データは、ロボツト制
御装置に記憶され、次に光学系の配置データの演算を行
うまではその記憶データを用いて溶接すべき位置を演算
するために用いられる。ここで得られた光学系の配置デ
ータはその時点における実際の光学系配置に対応してお
り、それらのデータを用いて得られた溶接すべき位置は
正確なものとなる。したがつて、このようにして認識し
た溶接すべき位置に合致するように溶接トーチを誘導
（制御信号によりロボツトの駆動部を駆動して位置決め
する）すれば、溶接トーチは溶接線に正しく沿つて移動
され、位置ずれによる品質の低下が防止できる。

また、溶接トーチ自体も、当初設定した位置からずれ
た位置となつているが、トーチ位置検出治具を用意し
て、実際のトーチ位置を検出することにより、そのずれ
による誤差を校正することができる。溶接トーチを誘導
するための制御信号の演算に際し、検出によつて得られ
たトーチ位置と、上記した光学系の配置データとを使用
することで、溶接トーチを精度よく溶接すべき位置に移
動させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面を使用して、具体的実施例により
詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るシステムブロツク構
成図を示し、第２図は第１図の実施例のシステム配置図
を示す。

第２図から判るように、このシステムは、溶接ロボツ
ト1,溶接用電源2,ロボツト制御装置3,溶接トーチ4,溶接
トーチ４と一体化したセンサヘツド５、及び画像処理装
置６等が構成されている。溶接トーチ４とセンサヘツド
５は、溶接ロボツト１の手首下にセンサヘツド５と共に
固定している。

第１図に、本システムのブロツク構成を示す。ロボツ
ト制御装置３は、溶接ロボツト１の各軸および溶接条件
を制御するサーボ・コントロール・プロセツサ8,テイー
チングボツクス７を介して操作者により教示されたシス
テムの動作を管理するシーケンス・コントロール・プロ
セツサ9,画像処理装置６との間の通信を行うコミユニケ
ーシヨン・コントロール・プロセツサ10から構成されて
いる。センサヘツド５は、スリツト光を発光する発光手
段11と、このスリツト光を照射した際の画像を撮像する
受光手段17とを備えている。画像処理装置６は、この受
光手段17で撮像した画像信号をデイジタル信号に変換
し、ノイズ除去等の前処理を行つた後、画像処理を行
い、その処理結果をロボツト制御装置３に出力する。校
正ユニツト23は、実際の光学系の配置および溶接トーチ
の位置検出のための治具を備えている。この詳細は後述
する。

次に、第3A図および第3B図を用いてセンサヘツド5,溶
接トーチ４などのロボツト手首部に取付けられた機器の
詳細構造を説明する。第3A図は平面断面図であり、第3B
図は側面断面図を示す。

第3A図，第3B図において、センサヘツド５は、スリツ
ト光照射を行う発光手段11と観測用光学系12より成る。
発光手段11は２組の照射フロツクより構成し、各ブロツ
クは近赤外半導体レーザ，非球面レンズ，シリンドリカ
ルレンズを組み合わせ、平面状のスリツト光16,16′を
照射する。２組の照射ブロツクからのスリツト光は、同
一平面を構成するよう光学系の調整を行つている。スリ
ツト光16,16′を照射して得られる光切断像の観測は、
受光手段である撮像デバイス17,対物レンズ18,干渉フイ
ルタ19,光学絞り20を組み合わせた観測用光学系12によ
り行う。干渉フイルタ19は、狭帯域幅内にある波長光の
みを透過する。このため、撮像デバイス17は、溶接中に
発生するアーク光の影響を軽減した状態で光切断像の観
測ができる。撮像デバイス17の観測領域は、この例では
溶接マーク点の前方約30mmの位置にあり、観測方向の移
動はDCモータ21により行う。溶接トーチ４は、溶接ワイ
ヤ40を繰出しながらワークに対し溶接作業を行う。

次に、第４図により、受光手段（撮像デバイス）17で
得られた画像データから溶接すべき位置（三次元位置）
に変換する方法を説明する。第４図は、センサヘツド５
の光学系の配置を模式的に示したものである。

第４図において、スリツト光の成す平面は、センサ座
標系のXs−Ys平面と交差しXs軸に対して角度ζを、ま
た、Ys−Zs平面とも交差し、Zs軸に対してηの角を成
す。

この時のスリツト光平面は、次式により表わされる。

（Xs・sinη＋Ys・cosη）・cosζ−Zs・cosη・sinζ
＝０ …（１）カメラ座標系は、像面上にU,V座標軸を、そしてセン
サ座標系の原点に向かつてＷ軸を持つ。カメラ座標系上
の点（U,V,W）は、次式を解くことによりセンサ座標系
上の点（Xs,Ys,Zs）に変換できる。

ここで、α，β，γは、センサ座標系に対するカメラ
座標系のオイラー角である（Lx,Ly,Lz）は、カメラ座標
系の原点位置座標である。α，β，γとLx,Ly,Lzとの間
には次の関係式が成り立つ。

式（１），（２），（３）を用いるとカメラ座標系に
おける像面上の点（U,V,O），レンズ中心（O,O,F）は、
センサ座標系上の点（X_d.Y_d,Z_d），（X_l,Y_l,Z_l）にそれ
ぞれ変換できる。ここで、（X_d.Y_d,Z_d）と（X_l,Y_l,Z_l）
を結ぶ直線は次式で表わされる。

そして、像平面上における点は、（１）〜（４）の関
係式を解くことによりセンサ座標系上の三次元位置座標
に変換できる。

以上の変換は、スリツト光の照射角、ひねり角，撮像
時の観測方向，像倍率などの光学系の諸定数が設計値通
りに設定されており既知であるとした場合にのみ用いる
ことができる座標変換方法である。しかし、一般に光学
系を設計値通りに調整し組み立てることは困難であり、
組立誤差を伴う。さらに、ロボツト手首に設置するセン
サヘツドは、移動を繰り返し、最悪時にはワークあるい
はワーク取付用治具と衝突させることも考えられる。そ
して、これらの移動、衝突により設定位置がずれる場合
もある。これら、光学系の位置ずれはすべて溶接線の検
出誤差となり溶接不良となつて現れる。

一方、溶接トーチは、溶接トーチ自身で加工を行うた
め、ワーク，ワーク取付用の治具と衝突し、取り付け位
置がずれる危険性が高い。

溶接トーチが変形すると、仮に視覚センサで正確に溶
接線位置を検出しても溶接品質を確保できないという問
題がある。本装置では、まず視覚センサヘツドの光学系
諸定数を校正治具により求め、次に溶接トーチの設定位
置ずれを求める。最初に校正治具による校正方法につい
て述べる。

第５図は、各辺がロボツト手首の持つ直交座標系
（X_w,Y_w,Z_w）を距離Ls平行移動したセンサ座標系（Xs,Y
s,Zs）に対して治具の各辺がなす面が平行あるいは直角
となるように設置した光学系配置検出治具22にスリツト
光を照射して得られる光切断像である。また図中には、
干渉フイルタ19を取り外した際、撮像デバイス17から得
られる治具22の像を点線にて示している。治具22は，幅
Wx,厚さW_zおよび、幅Y_y,厚さW_zの２個の直方体ブロツク
を、長辺がそれぞれ直交する形で組み合わせた形状を持
ち、幅W_xを持つ直方体ブロツクの上面ではXs＝０、また
手前の面はZs＝０の面となつている。さらに幅W_yを持つ
直方体ブロツクは、右側の面がYs＝０の面となつてい
る。

第６図は、第５図の中心部拡大図であり、本図によ
り、切断像の各点の三次元座標を求める手順を記載す
る。なお、図中の大文字が実際の光切断像より得られた
コーナー点を示す。

まず、点Ａから線分▲▼に平行で長さが▲▼
と等しくなるよう線分▲▼を引く。線分▲▼の
長さは、W_zに対応している。このため、ｂ点は、Ys＝0,
Zs＝０であることがわかる。点ｂは、Ｚ＝０となる線分
▲▼の延長線をとも一致する。さらに線分▲▼
のYs軸成分は、Zs＝０のXs−Ys平面上でW_yの値となる。
このため、ｘ＝0,z＝０であるＣ点のYs軸方向の成分yc
は、となる。同様にしてＤ点の座標はとなる。

次に、点Ｃから、線分▲▼に平行で長さが等しい
線分▲▼を引く。線分▲▼の長とは、W_zに対応
する。このため、これと平行な線から求めたｅ点は、Xs
＝0,Zs＝−W_zとなる。点ｅは、線分▲▼上にある。
さらに、線分▲▼のXs軸成分の長さは、Ｚ＝０の平
面上でW_xである。このため、Ａ点の座標はＥ点はＦ点はとなる。一方、ｅ点はとなる。

スリツト光の平面を表わす式は、３点の座標による求
めることが出来る。ここでは、C,D,e点の各点のデータ
から平面式を求める。

まず、Zs＝０のC,D点のデータから次にC,eのデータからこの平面がＣ点を通ることからスリツト光の平面式はとなる。

次に、第７図は、第５図の切断像を撮像デバイスによ
つて得られる画像を示す。この画面内の各点のデータか
らXs,Ys,Zsの三次元座標に変換する方法を説明する。

第５図からわかるように、線像のＡ点およびＨ点を結
ぶ線分▲▼はXs軸方向を、同様に線分▲▼はYs
軸方向を示している。一方線分▲▼は、Zs＝０の平
面上に照射した際に得られる光切断像を表わしている。
従つて線分▲▼を、Xs軸方向成分および、Ys軸方向
成分に分解した際の、線分▲▼に平行な成分は、Xs
軸方向の長さW_xに対応する。同様にして、線分▲▼
を、線分▲▼および線分▲▼に平行な成分に分
解した際の、線分▲▼に平行な成分は、Ｙ軸方向の
長さW_yに対応する。

第７図において、各点の画面上での位置を（u,v）で
表わす。Ｃ点を仮の座標原点とする。Xs軸,Ys軸方向に
長さW_xおよびW_yに対応する座標点（u_x,v_x），（u_y,u_y）
は次式で求まる。

撮像デバイスの持つ座標系のセンサ座標系に対して成
す角をオイラー角α，β，γで表わす。さらに、撮像素
子上の像倍率が一定値ｐであると仮定する。この結果、
次式が成り立つ。

ここでとすると、レンズが薄肉レンズでありレンズの焦点距離をF₀とする
と、撮像デバイスと校正治具のＣ点までの距離L₀、およ
び撮像素子からレンズまでの距離L_fは次式で与えられ
る。

なお、ここで原点近傍にある点Ｃは、撮像素子上で合
焦状態にあると仮定した。

センサ座標系から見た撮像デバイスの原点位置（L_x,L
_y,L_z）は、（15）式の関係から得られるオイラー角α，
β，γおよび撮像素子までの距離L₀を用いて次式で求め
ることができる。

Lx＝Losinβcosα,Ly＝Losinαsinβ,Lz＝Locosβ…（1
2）一方、第６図に示した座標系の原点Ｃは、線分▲
▼と、Ａ点から線分▲▼に平行に引いた線分との交
点ｂを求め、ｂ点から線分▲▼に平行に引いた線分
と線分▲▼との交点から求めることができる。この
座標点ｂ（u_b,v_b）,C（uc,vc）は次式で表わされる。

（10），（12），（13）から、手首座標系の点（X_d,Y
_d,Z_d）は、次式により変換できる。

さらにセンサ座標系におけるレンズ中心位置（X_l,Y_l,
Z_l）は、次式により求めることができる。

画面上に表われるスリツト光像の任意の点（u,v）と
手首座標系での三次元座標位置（X,Y,Z）との関係は次
式となる。

すなわち、上記した光学系配置検出治具22を撮像して
得られる第７図の如き画像データから、スリツト光平面
と撮像デバイスの位置および方向とを求めることができ
る。

ロボツト制御装置３では、上述したように画像データ
に基づく光学系の実際の諸定数を置換して修正する。さ
らに、この光学系の諸定数の値を用い、発光手段、結像
レンズおよび撮像デバイス17による観測系で構成される
光学系の配置によつて決まる座標変換式（センサ座標系
から手首座標系への変換式）の変換パラメータを算出す
る。

なお、この変換は、画像処理装置で行つてもよい。

被溶接物（ワーク）の開先面にスリツト光を照射して
得られる画像を撮像し、これを画像処理装置６により処
理して求まる開先位置データは、ロボツト制御装置３に
伝送される。ロボツト制御装置３では、この開先位置デ
ータを用い、前述の修正された座標変換式を基づいて手
首座標データに変換する。

第８図により、溶接トーチ４の位置と光学系の位置の
検出方法について説明する。図において、23と30は、各
々校正治具および支持アームである。両者は、固定用ボ
ルト31a,31bによつて互いに固定されている。校正治具2
3と支持アーム30は、後述するプレーバツクによる倣い
溶接を行なう際には取外されるものである。図におい
て、支持プレート30は、基準面30a,30b,30cを介し、取
付金具32に位置決めして固定される。

第９図は、第８図のＡ−Ａ′矢視図で、支持プレート
30を省略して示したものである。第10図は、第９図の平
面図である。第9,10図において、X_w,Y_w,Z_w軸は、ロボツ
トの手首座標系の各座標軸と一致するように配置され
る。校正治具23は、前述した方法により光学系各部のず
れを検出する光学系位置検出治具22と溶接トーチの位置
検出治具24とで構成されている。24a〜24bは座動変圧器
である。各作動変圧器には、図示したように、変位を検
出するための可動部の先端に回転可能なローラを設けて
いる。作動変圧器24aは、手首座標系のX_w軸上にある。
また、差動変圧器24bと24cは、X_w,Y_w軸を含む平面上に
あつて、前記作動変圧器24aの取付位置に対して夫々120
゜の角度を成して取付けられている。

上述した溶接トーチの位置検出装置24を用い、まず差
動変圧器24a,24bおよび24cを溶接トーチの外周に接触さ
せて、手首座標系の原点O_wからトーチ接触点までの各々
の距離を検出する。その検出値を各々l_a,l_b,l_cとし、溶
接トーチ４の中心位置の手首座標系X_w,Y_wに対する位置
ずれをX_TおよびY_Tとすると、これらの関係は次式のよう
に表わされる。

すなわち、l_a,l_b,l_cを実測し、（17）式に代入して演
算することによつて、溶接トーチのX_wおよびY_w方向の位
置ずれを検出することができる。

一方、差動変圧器24dはZ_w組と平行に配置されてい
る。該差動変圧器24dにより、溶接トーチ４の下面4aの
高さを測定する。これによつて、トーチ下面4aからZ_w軸
方向に一定距離だけ離れて設置されるワイヤ先端4bのZ_w
方向の位置ずれZ_Tを検出できる。

該トーチの位置ずれX_T,Y_TおよびZ_Tをあらかじめ求め
ておき、このデータをロボツト制御装置に記憶させてお
く。プレーバツクによるロボツトを運転する際には、該
トーチの位置ずれの記憶データX_T,Y_TおよびZ_Tの値を用
い、トーチ位置の倣い制御を補正させて実施させる。こ
れによつて、溶接トーチ位置を精度良く倣うことが可能
となる。

また、校正治具23は、光学系位置検出治具22が一体と
なつて配置されている。これによつて、前述した方法で
画像データに基づくセンサ光学系の実際の配置データを
検出することができる。

次に、プレイバツクモードで倣い制御を行つている際
の溶接線の倣い制御をする方法を第11図を用いて説明す
る。

前述したように本システムは、ロボツトと、ロボツト
制御装置３と、画像処理装置６と、校正治具とにより構
成している。そしてロボツト制御装置３は、第２図に示
すように、サーボ・コントロール・プロセツサ8,シーケ
ンス・コントロール・プロセツサ9,コミユニケーシヨン
・コントロール・プロセツサ10の各プロセツサを内蔵す
る。溶接トーチ４がセンシング領域に到達すると、シー
ケンス・コントロール・プロセツサ９は、プロセツサ10
のRAM上に検出要求フラグを転送する。コミニユケーシ
ヨン・コントロール・プロセツサ10は、このフラグを検
出すると、画像処理装置６に検出処理を通信回線を通し
要求する。これと同時に、コミニユケーシヨン・コント
ロール・プロセツサ10は検出領域の開始点の位置ベクト
ルT_i,終了点の位置ベクトルT_i＋１、ならびにサーボ・
コントロール・プロセツサ８からRAM上に送られている
６軸の角度データを記憶する。一方、画像処理装置６は
センサヘツド５から送られてくる光切換像の検出処理を
コミユニケーシヨン・コントロール・プロセツサ10から
の検出要求を受信すると同時に実行する。センサヘツド
５により検出された光切断像は、画像処理装置６へ送り
処理する。すなわち、まず、内部の図示しないA/D変換
器は、撮像デバイス17から得られたビデオ信号をサンプ
リングしながらデジタル量に変換し、この結果を内部の
図示しない前処理回路に送る。ここで、画像データのノ
イズ除去処理が行なわれる。次に、ノイズ除去（フイル
タリング）処理後のデータを用いて、局部極大，極小番
地を抽出する処理を行う。これが、第11図のF1である。

次の処理フローF2では、前処理で得られた疑似２値化
LARデータの画面縦方向における連続性を判定しなが
ら、連続性を満足する要素を１つの領域としてまとめる
セグメント化処理を行う。そして、フローF3では、各セ
グメントの骨格を成す中心線の、撮像素子原点に対する
距離ｒと撮像素子のＵ軸に対して成す角度φを計算する
（Hough変換）。そして、フローF4では、各隣接セグメ
ントについてｒとφを比較し、それぞれの差が一定閾値
以内であれば同一の線上に有るとしてセグメントを統合
する。これらの一連の処理の結果、継手モデルに対応し
た基本線要素を抽出できる。この時、複数の基本線要素
に対する候補が存在する場合には、最も線長の長い一対
の線の組を選択する。次に、重ね継手の場合、フローF
5,F6に進み、下板表面から得られる光切断像の端点を計
算する。又隅肉継手の場合には、フローF7,F8に進み、
縦板および下板のそれぞれから得られる光切断像の交点
を計算する。これらの点が、撮像面上での溶接線位置と
なる。

そして、フローF9では、この位置を、前述した校正デ
ータと、予め求めておいた座標変換式とを用いて、セン
サ座標に変換する。次に、センサヘツドの方向角を用い
ロボテトの手首座標系に変換する。画像処理装置６が検
出処理を実行している間、コミユニケーシヨン・コント
ロール・プロセツサ10は、テイーチライン基本ベクトル
e_Tiを、教示データT_i,T_i＋_１を用い、また変換マトリク
スＴを、ロボツトの６軸の角度データを用い計算する。
Ｔマトリクスの値は次式で表される。

ここで、C_i＝cos（θ_ｉ）， S_i＝sin（θ_ｉ），（P_x,P_y,P_z）；手首座標系原点の三次元位置ベクトル θ₁:旋回角 θ₂:前腕角 θ₃:上腕角 θ₄:曲げ角 θ₅:ひねり角 θ₆:振り角この計算が終了すると、コミユニケーシヨン・コント
ロール・プロセツサ10は画像処理装置６に計算が終了し
たかを繰り返し問い合わせる。画像処理装置６は、検出
処理が終了した時点で、手首座標系における溶接すべき
位置をコミユニケーシヨン・コントロール・プロセツサ
10に転送する。コミユニケーシヨン・コントロール・プ
ロセツサ10は、予め求めておいたＴマトリクスを用い
て、手首座標系における溶接すべき位置を次式によりロ
ボツト座標系でみた溶接すべき位置座標に変換する。

そして、この変換された位置をコミユニケーシヨン・
コントロール・プロセツサ10内のレジスタに記憶する。
コミユニケーシヨン・コントロール・プロセツサ10は、
画像処理装置６に次の撮像要求を出し処理を繰り返す。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光学系配置検出治具にスリツト光を
照射して得られる画像データから、光学系の配置データ
を求めることができ、この求められたデータを用いて溶
接すべき位置を求めて制御するので、溶接トーチを正確
に溶接すべき位置に誘導することができる。このため、
高品質の溶接作業を実現することができる。また、光学
系の配置データは、治具にスリツト光を照射して得られ
る画像データを用いて自動的に演算するようになつてい
るので、簡単に高精度の溶接作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステムブロツク構成
図、第２図は第１図に示すシステムの配置図、第3A図お
よび第3B図はロボツト手首部に取付けられた機器の構成
を示す図、第４図はセンサヘツドの光学系の配置を模式
的に示す図、第５図は光学系配置検出治具にスリツト光
を照射して得られる光切断像を示す図、第６図は第５図
の中心部を拡大した図、第７図は光学系配置検出治具に
スリツト光を照射したときの受光手段で得られる画像を
示す図、第８図は校正治具を取付けた状態におけるロボ
ツト手首部の概略を示す図、第９図と第10図は校正治具
の具体例を示す図、第11図は画像処理の処理フローを示
す図である。１……溶接ロボツト、２……溶接用電源、３……ロボツ
ト制御装置、４……溶接トーチ、５……センサヘツド、
６……画像処理装置、11……発光手段、17……受光手
段、22……光学系配置検出治具、23……校正治具、24…
…溶接トーチ位置検出治具。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットと、前記ロボットの先端部の手首
に溶接トーチと、前記溶接トーチと一体であって溶接ワ
ーク面に平面状のスリット光を照射する照射手段と前記
照射手段がワーク面に照射したスリット光の反射光を受
光する受光手段とからなるセンサヘッドを備え、前記受
光手段で得られた画像信号の画像処理を行い画像データ
を出力する画像処理装置と、前記画像データを用いて前
記ワークの溶接すべき位置を演算し、前記溶接トーチの
先端が前記溶接すべき位置に一致するように前記ロボッ
トの駆動部に制御信号を出力するロボット制御装置とを
備えた溶接システムにおいて、前記溶接トーチの先端近傍であって前記スリット光を受
光できる位置であって、互いに直交して積重ねられた２
個の直方体ブロックを含む光学系配置検出治具を配設
し、前記受光手段は、前記光学系配置検出治具に照射したス
リット光を撮像し、その画像信号を出力し、前記画像処理装置は、前記画像信号を画像処理して前記
光学系配置検出治具に関する画像データを得て光学系の
配置データを求め、前記ロボット制御装置は、前記光学系の配置データを用
いて前記ワークに対する溶接作業の際の前記溶接すべき
位置の演算を行うことを特徴とする溶接システム。
【請求項２】請求項１記載の溶接システムにおいて、前記光学系配置検出治具に隣接して、前記溶接トーチを
十分な余裕をもって挿入可能な円筒状の第１の凹部が形
成され、その第１の凹部の中央部分に前記溶接トーチか
ら繰出されている溶接ワイヤを収納可能な第２の凹部が
形成されているブロック部と、前記ブロック部の第１の
凹部の周方向に配置され、前記溶接トーチの軸線に対し
直角方向の面でのＸ方向、Ｙ方向位置を検出する位置検
出センサと、前記ブロック部内に配置され、前記溶接ト
ーチの軸線方向であるＺ方向位置を検出する位置検出セ
ンサとを備えたトーチ位置検出治具を備え、前記ロボット制御装置は、前記光学系の配置データ並び
に前記位置検出センサから溶接トーチの位置データを用
いて前記制御信号を演算することを特徴とする溶接シス
テム。
【請求項３】ワーク面にスリット光を照射し、前記ワー
ク面の画像を撮像し、前記画像を処理して得られた画像
データを用いて前記ワークの溶接すべき位置を認識し、
前記位置に溶接トーチを誘導して溶接を行う溶接方法に
おいて、前記溶接トーチの先端近傍に配置され互いに直交して積
重ねられた２個の直方体ブロックに前記スリット光を照
射し、前記ブロックに照射した状態の画像を撮像して得
た画像データを用いて、光学系の配置データを演算して
記憶し、以後のワークに対する溶接作業において、前記
記憶した光学系の配置データを用いて前記溶接すべき位
置を演算することを特徴とする溶接方法。
【請求項４】ワーク面にスリット光を照射し、前記ワー
ク面の画像を撮像し、前記画像を処理して得られた画像
データを用いて前記ワークの溶接すべき位置を認識し、
前記位置に溶接トーチを誘導して溶接を行う溶接方法に
おいて、前記溶接トーチの先端近傍に配置され互いに直交して積
重ねられた２個の直方体ブロックに前記スリット光を照
射して得た画像データを用いて光学系の配置データを求
めて記憶すると共に、前記溶接トーチの位置を検出する
センサからの出力データを記憶し、以後のワークに対す
る溶接作業において、これら記憶したデータを用いて前
記溶接トーチを誘導するための制御信号を演算し、前記
制御信号により前記溶接トーチを取付けたロボツトの駆
動部を制御することを特徴とする溶接方法。
【請求項５】溶接トーチと、スリット光を溶接すべきワ
ークに向けて発光する発光手段および前記ワーク面で反
射した反射光を受光する受光手段を有するセンサヘッド
とを手首に備え、制御信号によって前記溶接トーチを前
記ワークの溶接線に沿って移動させる溶接ロボットと、前記受光手段で得られた画像信号を入力し、これを画像
処理して画像データを求める画像処理装置と、前記画像処理装置で求められた画像データから溶接すべ
き位置を求め、前記溶接すべき位置を用いて前記溶接ト
ーチを予め記憶いた位置にならって駆動させるための前
記制御信号を演算し、出力するロボット制御装置と、を備えた溶接システムにおいて、前記手首部に取付可能であって前記溶接トーチ先端部ま
で延びるアームと、前記アーム上であって、前記スリッ
ト光を受光できる位置に取付けられ、互いに直交配置し
て積重ねた２個の直方体ブロックとを備えた光学系ずれ
校正治具を備え、前記受光手段は、前記２個の直方体ブロックに照射した
前記スリット光の反射光を受光して検出用画像信号を出
力し、前記画像処理装置は、前記検出用画像信号を入力し、前
記信号を画像処理して画像データを求め、前記ロボット制御装置は、前記画像データに基づき光学
系の配置データを求め、前記溶接すべき位置を求める関
係式に用いる光学系の諸定数の中から光学系の配置デー
タを求められた光学系の配置データに置換することを特
徴とする溶接システム。