JP2678202B2 - 溶接位置検出装置及び該装置を備えた溶接ロボット - Google Patents
溶接位置検出装置及び該装置を備えた溶接ロボットInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶接ワイヤ先端を被溶接材に接触させてそ
の被溶接材の溶接位置を検出するワイヤ接触式位置検出
装置と、被溶接材にスリット状光線を照射してその光切
断像から溶接位置を検出する光学式位置検出装置とから
構成され、全自動溶接ロボットの溶接線倣い装置として
好適な溶接位置検出装置に関する。
の被溶接材の溶接位置を検出するワイヤ接触式位置検出
装置と、被溶接材にスリット状光線を照射してその光切
断像から溶接位置を検出する光学式位置検出装置とから
構成され、全自動溶接ロボットの溶接線倣い装置として
好適な溶接位置検出装置に関する。
従来この種の溶接位置検出装置は、例えば特開昭55−
50984号公報に記載されているように、投光手段からス
リット状に鋭く集光させたレーザ光を被溶接材のアーク
点に先行する開先部に照射し、開先部からの反射光をIT
Vカメラなどの受光手段で検出し、得られた光切断像を
解析することにより、溶接すべき位置を求めるものであ
る。このような装置を溶接ロボットに適用し、溶接トー
チを制御する場合には、溶接トーチと投光手段と受光手
段が一体となった検出装置付トーチとしてロボットアー
ムの先端に取付けられる。
50984号公報に記載されているように、投光手段からス
リット状に鋭く集光させたレーザ光を被溶接材のアーク
点に先行する開先部に照射し、開先部からの反射光をIT
Vカメラなどの受光手段で検出し、得られた光切断像を
解析することにより、溶接すべき位置を求めるものであ
る。このような装置を溶接ロボットに適用し、溶接トー
チを制御する場合には、溶接トーチと投光手段と受光手
段が一体となった検出装置付トーチとしてロボットアー
ムの先端に取付けられる。
また、従来のワイヤ接触式の装置として、ロボットN
0.25（1979）16−20頁に記載されているように、溶接前
にあらかじめ教示した動作にしたがって溶接トーチを被
溶接部に接近させて、溶接トーチから一定の突出し長さ
で突出された溶接ワイヤ先端の接触を検出し、溶接位置
を検出するワイヤ接触式溶接位置検出装置があった。
0.25（1979）16−20頁に記載されているように、溶接前
にあらかじめ教示した動作にしたがって溶接トーチを被
溶接部に接近させて、溶接トーチから一定の突出し長さ
で突出された溶接ワイヤ先端の接触を検出し、溶接位置
を検出するワイヤ接触式溶接位置検出装置があった。
投光手段と受光手段からなる光学式溶接位置検出装置
は、アーク発生点に先行した被溶接部の溶接位置につい
てロボット座標系での３次元位置情報を知ることができ
るが、溶接トーチのチップ先端から繰り出される溶接ワ
イヤの曲がりについては検出することができない。した
がって、溶接位置を正確に検出することができても、溶
接ワイヤの曲がりがある場合には、ワイヤのねらい位置
がずれるため満足すべき溶接ビードが得られないといっ
た問題があった。また、この種の光学式装置は視野が狭
く、溶接位置を検出できる範囲が限定されているため、
あらかじめティーチングされた際のワークの位置に対し
て次にくる実ワークのセッテング位置が大きくずれてい
る場合は検出が不能となる問題があった。
は、アーク発生点に先行した被溶接部の溶接位置につい
てロボット座標系での３次元位置情報を知ることができ
るが、溶接トーチのチップ先端から繰り出される溶接ワ
イヤの曲がりについては検出することができない。した
がって、溶接位置を正確に検出することができても、溶
接ワイヤの曲がりがある場合には、ワイヤのねらい位置
がずれるため満足すべき溶接ビードが得られないといっ
た問題があった。また、この種の光学式装置は視野が狭
く、溶接位置を検出できる範囲が限定されているため、
あらかじめティーチングされた際のワークの位置に対し
て次にくる実ワークのセッテング位置が大きくずれてい
る場合は検出が不能となる問題があった。
一方、ワイヤ接触式溶接線検出装置は、溶接開始点と
溶接終了点の溶接部の３次元位置情報は検出することは
できるが、溶接進行時に途中の溶接線径路については検
出できない。このため、溶接線の形状誤差、組立誤差あ
るいは溶接中のワークの熱変形が生じた際には溶接の品
質を確保することが困難であった。
溶接終了点の溶接部の３次元位置情報は検出することは
できるが、溶接進行時に途中の溶接線径路については検
出できない。このため、溶接線の形状誤差、組立誤差あ
るいは溶接中のワークの熱変形が生じた際には溶接の品
質を確保することが困難であった。
本発明の目的は、溶接トーチの先端から突出される溶
接ワイヤに曲がりが発生しても精度よく溶接位置を検出
できる溶接位置検出装置及び該装置を備えた溶接ロボッ
トを提供することにある。
接ワイヤに曲がりが発生しても精度よく溶接位置を検出
できる溶接位置検出装置及び該装置を備えた溶接ロボッ
トを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の溶接位置検出装
置は、溶接トーチより被溶接材上に発生するアーク点か
ら一定距離先行する被溶接材の開先部にスリット状光線
を照射する投光手段、この開先部から反射するスリット
状光線の反射像を撮像する受光手段、および撮像した像
を画像処理して溶接位置を検出する画像処理手段からな
る光学式位置検出装置と、溶接前に、あらかじめ教示さ
れた動作にしたがって、溶接トーチを被溶接材に近接さ
せ、溶接トーチから一定の突き出し長さで突き出した溶
接ワイヤの先端の接触を検知することにより、溶接位置
を検出するワイヤ接触式位置検出装置と、溶接開始点で
ワイヤ接触式位置検出装置により検出した溶接位置の座
標と溶接開始点で光学位置検出装置により検出した溶接
位置の座標との差を基に溶接ワイヤの曲がり量を計算す
る算出手段とから構成することを特徴とする。
置は、溶接トーチより被溶接材上に発生するアーク点か
ら一定距離先行する被溶接材の開先部にスリット状光線
を照射する投光手段、この開先部から反射するスリット
状光線の反射像を撮像する受光手段、および撮像した像
を画像処理して溶接位置を検出する画像処理手段からな
る光学式位置検出装置と、溶接前に、あらかじめ教示さ
れた動作にしたがって、溶接トーチを被溶接材に近接さ
せ、溶接トーチから一定の突き出し長さで突き出した溶
接ワイヤの先端の接触を検知することにより、溶接位置
を検出するワイヤ接触式位置検出装置と、溶接開始点で
ワイヤ接触式位置検出装置により検出した溶接位置の座
標と溶接開始点で光学位置検出装置により検出した溶接
位置の座標との差を基に溶接ワイヤの曲がり量を計算す
る算出手段とから構成することを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明の溶接ロボ
ットは、上記本発明の溶接位置検出装置を備えているも
のであって、かつ溶接トーチ、投光手段及び受光手段を
先端部の手首に設置し、先端部の３次元移動機構を有す
るロボットアームと、ロボットアーム及び溶接位置検出
装置を制御するロボット制御装置とを有するものであ
る。
ットは、上記本発明の溶接位置検出装置を備えているも
のであって、かつ溶接トーチ、投光手段及び受光手段を
先端部の手首に設置し、先端部の３次元移動機構を有す
るロボットアームと、ロボットアーム及び溶接位置検出
装置を制御するロボット制御装置とを有するものであ
る。
この溶接ロボットにおいては、ロボット制御装置は、
溶接終了点でワイヤ接触式位置検出装置を作動させ、溶
接ワイヤ先端を接触させることにより、溶接終了点の溶
接進行方向の座標を検出し、溶接開始点で前記ワイヤ接
触式位置検出装置を作動させて溶接位置を検出し、この
検出した溶接位置で溶接を開始し、溶接中は溶接開始点
から溶接終了点まで光学式位置検出装置を作動させて溶
接位置を検出すると共に、この検出位置をワイヤ曲がり
量で補正して溶接トーチの位置を設定する。あるいは、
この溶接ロボットにおいて、ロボット制御装置は、溶接
開始点でワイヤ接触式位置検出装置を作動させて溶接位
置を検出し、この検出した溶接位置のうち溶接進行方向
の座標を、あらかじめ教示された溶接開始点の溶接進行
方向の座標と比較して差を演算し、この差だけ、あらか
じめ教示された溶接終了点の溶接進行方向の座標をシフ
トさせて補正し、溶接開始点の溶接位置で溶接を開始
し、溶接中は溶接開始点から溶接終了点まで光学式位置
検出装置を作動させて溶接位置を検出すると共に検出位
置をワイヤ曲がり量で補正して溶接トーチの位置を設定
するのがよい。
溶接終了点でワイヤ接触式位置検出装置を作動させ、溶
接ワイヤ先端を接触させることにより、溶接終了点の溶
接進行方向の座標を検出し、溶接開始点で前記ワイヤ接
触式位置検出装置を作動させて溶接位置を検出し、この
検出した溶接位置で溶接を開始し、溶接中は溶接開始点
から溶接終了点まで光学式位置検出装置を作動させて溶
接位置を検出すると共に、この検出位置をワイヤ曲がり
量で補正して溶接トーチの位置を設定する。あるいは、
この溶接ロボットにおいて、ロボット制御装置は、溶接
開始点でワイヤ接触式位置検出装置を作動させて溶接位
置を検出し、この検出した溶接位置のうち溶接進行方向
の座標を、あらかじめ教示された溶接開始点の溶接進行
方向の座標と比較して差を演算し、この差だけ、あらか
じめ教示された溶接終了点の溶接進行方向の座標をシフ
トさせて補正し、溶接開始点の溶接位置で溶接を開始
し、溶接中は溶接開始点から溶接終了点まで光学式位置
検出装置を作動させて溶接位置を検出すると共に検出位
置をワイヤ曲がり量で補正して溶接トーチの位置を設定
するのがよい。
ワイヤ接触式位置検出装置と光学式位置検出装置とか
ら構成された溶接位置検出装置を溶接ロボットに搭載し
た場合の溶接位置検出装置の作用について説明する。
ら構成された溶接位置検出装置を溶接ロボットに搭載し
た場合の溶接位置検出装置の作用について説明する。
まず、溶接開始点で、ワイヤ接触式位置装置により溶
接ワイヤを被溶接材に接触させて溶接位置の座標を検出
し、つぎに一定の距離だけ溶接トーチを溶接ロボットに
より位置制御して溶接進行方向と逆に移動して光学式位
置検出装置を溶接開始点にセットする。光学式位置検出
装置は、溶接トーチ先端から一定の距離（前記溶接ワイ
ヤの突き出し長さ）の点を原点としたロボット座標系に
おける開先位置の３次元情報を得る。溶接ワイヤが溶接
トーチ軸方向に真直ぐに出た場合に、ワイヤ接触式位置
検出装置により検出した溶接位置の座標と光学式位置検
出装置により検出した溶接位置の座標が一致するように
前記両座標系を設定するので、両座標の検出結果の差が
測定されれば、その差からワイヤの曲がり量を求めるこ
とができる。
接ワイヤを被溶接材に接触させて溶接位置の座標を検出
し、つぎに一定の距離だけ溶接トーチを溶接ロボットに
より位置制御して溶接進行方向と逆に移動して光学式位
置検出装置を溶接開始点にセットする。光学式位置検出
装置は、溶接トーチ先端から一定の距離（前記溶接ワイ
ヤの突き出し長さ）の点を原点としたロボット座標系に
おける開先位置の３次元情報を得る。溶接ワイヤが溶接
トーチ軸方向に真直ぐに出た場合に、ワイヤ接触式位置
検出装置により検出した溶接位置の座標と光学式位置検
出装置により検出した溶接位置の座標が一致するように
前記両座標系を設定するので、両座標の検出結果の差が
測定されれば、その差からワイヤの曲がり量を求めるこ
とができる。
溶接作業において、溶接開始点ではワイヤ接触式位置
検出装置が作動して溶接ワイヤを所定の溶接位置にし、
アークが点孤して溶接開始点から溶接終了点に移動する
間は、光学式位置検出装置が、検出している溶接位置を
前記溶接ワイヤ曲がり量だけ補正しながら、アークが所
定の溶接位置にくるように作動する。
検出装置が作動して溶接ワイヤを所定の溶接位置にし、
アークが点孤して溶接開始点から溶接終了点に移動する
間は、光学式位置検出装置が、検出している溶接位置を
前記溶接ワイヤ曲がり量だけ補正しながら、アークが所
定の溶接位置にくるように作動する。
また、ワイヤ接触式位置検出装置は、溶接終了点の設
定に用いられる。すなわちその設定の一つの方法として
は、溶接終了点に溶接ワイヤ先端を接触させて溶接進行
方向の座標を直接検出するものであり、他の設定の方法
としては、溶接開始点で検出した溶接位置のうちの溶接
進行方向の座標と、あらかじめ教示した溶接開始点の溶
接進行方向の座標との差を演算し、その差分だけあらか
じめ教示した溶接終了点を補正するものである。
定に用いられる。すなわちその設定の一つの方法として
は、溶接終了点に溶接ワイヤ先端を接触させて溶接進行
方向の座標を直接検出するものであり、他の設定の方法
としては、溶接開始点で検出した溶接位置のうちの溶接
進行方向の座標と、あらかじめ教示した溶接開始点の溶
接進行方向の座標との差を演算し、その差分だけあらか
じめ教示した溶接終了点を補正するものである。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は、本発明による実施例の溶接位置検出装置が
適用された全自動アーク溶接ロボットの一例を示す概略
構成図である。第１図において、１は溶接トーチ、２は
投光手段、３は受光手段、４は画像処理装置、５は後述
するワイヤ接触式位置検出装置、６は溶接ロボット、７
は溶接ワイヤ送給装置、８は溶接電源、９はロボット制
御装置である。
適用された全自動アーク溶接ロボットの一例を示す概略
構成図である。第１図において、１は溶接トーチ、２は
投光手段、３は受光手段、４は画像処理装置、５は後述
するワイヤ接触式位置検出装置、６は溶接ロボット、７
は溶接ワイヤ送給装置、８は溶接電源、９はロボット制
御装置である。
第２図は、本発明に係る溶接位置検出装置のうち光学
式の位置検出部の検出原理を説明するための一実施例を
概略的に示す斜視図であり、溶接トーチ１を用いて板材
の被溶接材10,11の開先部12をアーク溶接する状態を示
す。溶接トーチ１は、先端部に電極部13を有し、その電
極部13を被溶接部材10との板面に立てられた被溶接材11
とが交接する部分で形成される開先部に対向させ、この
電極部13から繰り出される溶接ワイヤ14と開先部12′間
に電気アークを発生する。支持体15は溶接トーチ１の軸
心に対して回動自在に取付けられている。投光手段２と
受光手段３は、支持体15に一体的に固定されている。投
光手段２からはスリット状に鋭く集光させたスリット光
16を被溶接部材10,11の開先部のアーク点12′に先行す
るアーク点近傍位置に照射する。図中の線分Q1Q2，Q2Q3
は、それぞれスリット光によって被溶接材11,12上に生
じる光切断線を表わす。受光手段３は、例えばITVカメ
ラのようなものであり、光切断線を観測し、前記線分の
交点Q2から溶接倣い位置を検出する。
式の位置検出部の検出原理を説明するための一実施例を
概略的に示す斜視図であり、溶接トーチ１を用いて板材
の被溶接材10,11の開先部12をアーク溶接する状態を示
す。溶接トーチ１は、先端部に電極部13を有し、その電
極部13を被溶接部材10との板面に立てられた被溶接材11
とが交接する部分で形成される開先部に対向させ、この
電極部13から繰り出される溶接ワイヤ14と開先部12′間
に電気アークを発生する。支持体15は溶接トーチ１の軸
心に対して回動自在に取付けられている。投光手段２と
受光手段３は、支持体15に一体的に固定されている。投
光手段２からはスリット状に鋭く集光させたスリット光
16を被溶接部材10,11の開先部のアーク点12′に先行す
るアーク点近傍位置に照射する。図中の線分Q1Q2，Q2Q3
は、それぞれスリット光によって被溶接材11,12上に生
じる光切断線を表わす。受光手段３は、例えばITVカメ
ラのようなものであり、光切断線を観測し、前記線分の
交点Q2から溶接倣い位置を検出する。
第３図に、光学式の位置検出部とロボットとの位置関
係を示す。溶接ロボット６は、溶接ロボット６を固定し
た位置に絶対座標系XYZを持ち、さらに溶接トーチ１を
取付ける手首にXwYwZwの手首座標系の移動機構を持つ。
ここで手首座標系XwYwZwは、手首の回転軸方向にZw軸、
これと直交する２方向にYw軸とZw軸を備え、手首座標系
の原点が溶接トーチ１のワイヤ先端位置と一致するよう
に設定する。また、溶接トーチ１は、トーチ中心軸がYw
軸とZw軸のなす平面上にありZw軸と成す角度が45°とな
るように取付金具17により溶接ロボット６の手首に固定
する。そして、溶接トーチ１のトーチ中心軸方向にZs、
Xw軸上にXs軸、更にXsZs平面に直交する方向にYs軸を持
ち、XsYsZs座標系の原点が溶接トーチ１のワイヤ先端位
置に一致するようにセンサ直交座標系をとる。さらに、
Zs軸と一定距離離れてXsYs平面上に原点を持つカメラ座
標系XcYcZcを支持体15に一体的に形成する。支持体15は
前述したように、溶接トーチ１のZs軸回りに回転可能な
構造であり、支持体15の回転と共にカメラ座標系XcYcZc
も溶接トーチ１の軸回りに回転する。回転時にXsとXcが
成す角度をセンサ回転角θｓと呼ぶ。
係を示す。溶接ロボット６は、溶接ロボット６を固定し
た位置に絶対座標系XYZを持ち、さらに溶接トーチ１を
取付ける手首にXwYwZwの手首座標系の移動機構を持つ。
ここで手首座標系XwYwZwは、手首の回転軸方向にZw軸、
これと直交する２方向にYw軸とZw軸を備え、手首座標系
の原点が溶接トーチ１のワイヤ先端位置と一致するよう
に設定する。また、溶接トーチ１は、トーチ中心軸がYw
軸とZw軸のなす平面上にありZw軸と成す角度が45°とな
るように取付金具17により溶接ロボット６の手首に固定
する。そして、溶接トーチ１のトーチ中心軸方向にZs、
Xw軸上にXs軸、更にXsZs平面に直交する方向にYs軸を持
ち、XsYsZs座標系の原点が溶接トーチ１のワイヤ先端位
置に一致するようにセンサ直交座標系をとる。さらに、
Zs軸と一定距離離れてXsYs平面上に原点を持つカメラ座
標系XcYcZcを支持体15に一体的に形成する。支持体15は
前述したように、溶接トーチ１のZs軸回りに回転可能な
構造であり、支持体15の回転と共にカメラ座標系XcYcZc
も溶接トーチ１の軸回りに回転する。回転時にXsとXcが
成す角度をセンサ回転角θｓと呼ぶ。
第４図にカメラ座標系XcYcZcと投光手段２と受光手段
３との位置関係を示す。図示したように、投光手段２に
より形成されるスリット光16の中心軸18ならびに受光手
段３の撮像中心軸19は、XcZc平面上にあってカメラ座標
系の原点で交わりZc軸とそれぞれα，βの角度を成し、
さらにスリット光16とXcYc面との交線がXc軸と成す角度
をγ、受光手段３の撮像部３′がもつ平面座標系の座標
軸u,vはXc,Yc軸と各々平行とする。
３との位置関係を示す。図示したように、投光手段２に
より形成されるスリット光16の中心軸18ならびに受光手
段３の撮像中心軸19は、XcZc平面上にあってカメラ座標
系の原点で交わりZc軸とそれぞれα，βの角度を成し、
さらにスリット光16とXcYc面との交線がXc軸と成す角度
をγ、受光手段３の撮像部３′がもつ平面座標系の座標
軸u,vはXc,Yc軸と各々平行とする。
第５図は、第２図に示した溶接位置検出装置により得
られる開先画像の検出例を示す。図において、線分▲
▼は下板10の表面で生成される反射像、また線分
▲▼は上板11の表面で生成される反射像であ
り、線▲▼と▲▼の交点Q2が開先位置
である。前述した画像処理装置４は、得られた開先画像
に所定の処理を行ない、溶接線Q2の検出位置座標（u,
v）を求める。
られる開先画像の検出例を示す。図において、線分▲
▼は下板10の表面で生成される反射像、また線分
▲▼は上板11の表面で生成される反射像であ
り、線▲▼と▲▼の交点Q2が開先位置
である。前述した画像処理装置４は、得られた開先画像
に所定の処理を行ない、溶接線Q2の検出位置座標（u,
v）を求める。
こうして得られる検出位置座標（u,v）をカメラ座標
系の原点から受光手段３までの距離Ｐ、受光手段３の撮
影倍率ｍ、さらに前述したα，β，γの各校正データを
用いて、カメラ座標系の検出データ（Xc,Yc,Zc）に変換
する。そして処理した結果をさらにセンサの回転軸θ
ｓ、溶接トーチ１の取付角度（45°）を用い、手首座標
系（Xw,Yw,Zw）に変換する。ロボット制御装置９は手首
座標系に変換された検出結果を、検出時の各回転軸の角
度情報を用いてロボット座標（X,Y,Z）に座標変換し、
溶接の目標位置としてメモリ内に記憶する。
系の原点から受光手段３までの距離Ｐ、受光手段３の撮
影倍率ｍ、さらに前述したα，β，γの各校正データを
用いて、カメラ座標系の検出データ（Xc,Yc,Zc）に変換
する。そして処理した結果をさらにセンサの回転軸θ
ｓ、溶接トーチ１の取付角度（45°）を用い、手首座標
系（Xw,Yw,Zw）に変換する。ロボット制御装置９は手首
座標系に変換された検出結果を、検出時の各回転軸の角
度情報を用いてロボット座標（X,Y,Z）に座標変換し、
溶接の目標位置としてメモリ内に記憶する。
以上の手順によって、溶接トーチの先端位置に先行し
た位置での被溶接部の開先位置を検出できる。
た位置での被溶接部の開先位置を検出できる。
第６図は、ワイヤ接触式の溶接位置検出装置を用い、
ワイヤ端を接触させて被溶接部材の開先位置を検出する
原理を示したものである。図において、WTはティーチン
グ時のワーク位置、Wsは実際の溶接すべきワークでティ
ーチング時の位置に対してずれて設置されている例であ
る。実際、量産品を扱う場合、ティーチングに用いたワ
ークと、その後にくるワークのセッティング位置がしば
しばずれる。図中の破線で示した溶接トーチ及び溶接ワ
イヤは、溶接ワイヤに曲がりがある場合で、この時の動
作については後述する。この検出方式は、例えば、Ｙ方
向の実ワークの位置ずれを検出するために、あらかじめ
ティーチングによってワークから離れた点P1とワーク上
の点P2の位置及び距離を記憶しておく。ついでプレーバ
ック時にP1からP2の方向へ溶接トーチを移動させ、ワー
クWsに接触した時、溶接ワイヤとワーク間とに流れる電
流を接触式検出装置５（第１図）により検知し、この点
をPYとしてP1−PY間の距離を検出し、あらかじめ記憶さ
れているP1−P2間の距離とを比較しその差をワーク位置
のＹ方向のずれ量ΔＹとして検出する。同様に、P3から
P4の方向へ溶接トーチ１を移動させてワークに接触した
点をPZとし、P3−PZ間の距離を記憶しているP3−P4間の
距離を比較し、その差をＺ方向のワークのずれ量ΔＺと
して検出する。図において、PTは開先位置のティーチン
グ点である。実際にワークが設置された際の開先位置Ps
点は、上述のΔY,ΔＺの検出結果を用い、PTの位置を補
正してやれば求まることになる。
ワイヤ端を接触させて被溶接部材の開先位置を検出する
原理を示したものである。図において、WTはティーチン
グ時のワーク位置、Wsは実際の溶接すべきワークでティ
ーチング時の位置に対してずれて設置されている例であ
る。実際、量産品を扱う場合、ティーチングに用いたワ
ークと、その後にくるワークのセッティング位置がしば
しばずれる。図中の破線で示した溶接トーチ及び溶接ワ
イヤは、溶接ワイヤに曲がりがある場合で、この時の動
作については後述する。この検出方式は、例えば、Ｙ方
向の実ワークの位置ずれを検出するために、あらかじめ
ティーチングによってワークから離れた点P1とワーク上
の点P2の位置及び距離を記憶しておく。ついでプレーバ
ック時にP1からP2の方向へ溶接トーチを移動させ、ワー
クWsに接触した時、溶接ワイヤとワーク間とに流れる電
流を接触式検出装置５（第１図）により検知し、この点
をPYとしてP1−PY間の距離を検出し、あらかじめ記憶さ
れているP1−P2間の距離とを比較しその差をワーク位置
のＹ方向のずれ量ΔＹとして検出する。同様に、P3から
P4の方向へ溶接トーチ１を移動させてワークに接触した
点をPZとし、P3−PZ間の距離を記憶しているP3−P4間の
距離を比較し、その差をＺ方向のワークのずれ量ΔＺと
して検出する。図において、PTは開先位置のティーチン
グ点である。実際にワークが設置された際の開先位置Ps
点は、上述のΔY,ΔＺの検出結果を用い、PTの位置を補
正してやれば求まることになる。
溶接ワイヤ曲がりが発生してい場合を第６図において
破線で併示しているが、この場合も曲がりのある溶接ワ
イヤ端で接触して位置を検出しているので、上述と同様
に実際のワークの開先位置Ps点にワイヤ先端部を正しく
位置補正してねらうことが可能である。
破線で併示しているが、この場合も曲がりのある溶接ワ
イヤ端で接触して位置を検出しているので、上述と同様
に実際のワークの開先位置Ps点にワイヤ先端部を正しく
位置補正してねらうことが可能である。
以上は、溶接ワイヤ端を接触させて開先位置を検出す
る原理について述べたものである。
る原理について述べたものである。
一方、第２図〜第５図を用いて述べた光学式の溶接位
置検出装置は、アーク点に先行する位置での開先位置を
検出できるが、溶接ワイヤの曲がりの情報は得られない
欠点がある。したがって、開先位置を正しく検出して溶
接ワイヤ先端の位置を倣い制御させても、ワイヤ自身に
曲がりが発生しているときには溶接ねらい位置がずれて
しまう。
置検出装置は、アーク点に先行する位置での開先位置を
検出できるが、溶接ワイヤの曲がりの情報は得られない
欠点がある。したがって、開先位置を正しく検出して溶
接ワイヤ先端の位置を倣い制御させても、ワイヤ自身に
曲がりが発生しているときには溶接ねらい位置がずれて
しまう。
第７図は、第２図〜第５図に示す光学式位置検出装置
と溶接ワイヤ端を接触させて溶接位置を検出するワイヤ
接触式の装置とを複合させて、ワイヤ先端の曲がりを検
出して開先位置を倣う本発明の一実施例を示したもので
ある。図において、Q2は溶接開始位置を示す。この点の
ワーク位置を溶接ワイヤ端を接触させて測定する。PY，
PZは、Y,Z方向のワーク位置の検出部分を示したもので
ある。これによって溶接ワイヤに曲がりのある場合に
は、第６図の破線で示したように溶接ワイヤの曲がりも
含めたワーク位置の検出結果が得られる。次に、溶接開
始位置Q2を基準に、前述の光学式の溶接位置検出装置で
溶接トーチ１のＸ方向に先行した検出位置に相当するΔ
Ｓの距離だけ、溶接方向（Ｘ軸）とは逆方向に溶接トー
チをワークに対する姿勢を変えず位置のみを移動（退
避）させる。この点で、光学式の溶接位置検出装置を作
動させて開先位置Q2（PY′，PZ′）を検出する。Y,Z方
向に溶接ワイヤに曲がりがないときは、PYとPY′及びPZ
とPZ′は各々一致する。曲がりが発生しているときは各
々の値に差が生じるのでその差を求めることによりＹ方
向あるいはＺ方向の曲がりを検出することができる。こ
のようにして、溶接ワイヤの曲がり量を検出した後、溶
接開始点Q2までトーチを移動し、さらにワイヤの曲がり
量を考慮した溶接ねらい位置を決定し溶接を開始する。
溶接開始後は、アーク点に先行した位置での開先位置を
検出しながら、溶接開始点と同様にワイヤの曲がり量を
含めた倣い制御を遂次実施していく。
と溶接ワイヤ端を接触させて溶接位置を検出するワイヤ
接触式の装置とを複合させて、ワイヤ先端の曲がりを検
出して開先位置を倣う本発明の一実施例を示したもので
ある。図において、Q2は溶接開始位置を示す。この点の
ワーク位置を溶接ワイヤ端を接触させて測定する。PY，
PZは、Y,Z方向のワーク位置の検出部分を示したもので
ある。これによって溶接ワイヤに曲がりのある場合に
は、第６図の破線で示したように溶接ワイヤの曲がりも
含めたワーク位置の検出結果が得られる。次に、溶接開
始位置Q2を基準に、前述の光学式の溶接位置検出装置で
溶接トーチ１のＸ方向に先行した検出位置に相当するΔ
Ｓの距離だけ、溶接方向（Ｘ軸）とは逆方向に溶接トー
チをワークに対する姿勢を変えず位置のみを移動（退
避）させる。この点で、光学式の溶接位置検出装置を作
動させて開先位置Q2（PY′，PZ′）を検出する。Y,Z方
向に溶接ワイヤに曲がりがないときは、PYとPY′及びPZ
とPZ′は各々一致する。曲がりが発生しているときは各
々の値に差が生じるのでその差を求めることによりＹ方
向あるいはＺ方向の曲がりを検出することができる。こ
のようにして、溶接ワイヤの曲がり量を検出した後、溶
接開始点Q2までトーチを移動し、さらにワイヤの曲がり
量を考慮した溶接ねらい位置を決定し溶接を開始する。
溶接開始後は、アーク点に先行した位置での開先位置を
検出しながら、溶接開始点と同様にワイヤの曲がり量を
含めた倣い制御を遂次実施していく。
第８図は、本発明の実施例の溶接位置検出装置による
倣い溶接を行なう概略手順をフローチャートで示したも
のである。図中、ステップS1は溶接ワイヤの突き出し長
さを一定に設定する動作である。ステップS7では、溶接
開始位置から終了点までの所望とする溶接作業と実施す
る。
倣い溶接を行なう概略手順をフローチャートで示したも
のである。図中、ステップS1は溶接ワイヤの突き出し長
さを一定に設定する動作である。ステップS7では、溶接
開始位置から終了点までの所望とする溶接作業と実施す
る。
本発明装置をロボットに適用させて最終溶接作業点ま
での溶接作業を行なう際には、前述の溶接開始点におけ
る開先位置ならびにワイヤの曲がりを検出した後以下の
２つの方法を選択して行なうようにする。
での溶接作業を行なう際には、前述の溶接開始点におけ
る開先位置ならびにワイヤの曲がりを検出した後以下の
２つの方法を選択して行なうようにする。
第１の方法は、第７図に示したようにワイヤ端を最終
作業点に接触させてＸ軸方向の座標位置PX′を検出す
る。こうして、溶接開始点から最終作業点までの途中の
Y,Z方向の開先位置は、前述したように光学的手段によ
る溶接位置検出装置を作動させ検出して倣い溶接を行な
う。
作業点に接触させてＸ軸方向の座標位置PX′を検出す
る。こうして、溶接開始点から最終作業点までの途中の
Y,Z方向の開先位置は、前述したように光学的手段によ
る溶接位置検出装置を作動させ検出して倣い溶接を行な
う。
第２の方法は、最終溶接作業点のＸ方向の座標位置を
あらかじめ教示しておき、前述した溶接開始点における
開先のＸ座標の検出結果とあらかじめ教示した開始点の
Ｘ座標との差を検出し、両者間の差分だけ前記最終溶接
作業点のＸ方向の教示座標位置をシフトさせて補正し、
以下第１の方法と同様に途中の開先位置は光学的手段に
よる溶接位置検出装置を作動させて倣い溶接を実施す
る。
あらかじめ教示しておき、前述した溶接開始点における
開先のＸ座標の検出結果とあらかじめ教示した開始点の
Ｘ座標との差を検出し、両者間の差分だけ前記最終溶接
作業点のＸ方向の教示座標位置をシフトさせて補正し、
以下第１の方法と同様に途中の開先位置は光学的手段に
よる溶接位置検出装置を作動させて倣い溶接を実施す
る。
溶接ワイヤの曲がりは、通常溶接トーチの姿勢の変化
によって微妙に曲がりの方向とその程度が変化するの
で、実際の溶接作業では各溶接部ごとに第８図に示した
手順で溶接ワイヤの曲がりを補正して溶接を行なうよう
にすればよい。
によって微妙に曲がりの方向とその程度が変化するの
で、実際の溶接作業では各溶接部ごとに第８図に示した
手順で溶接ワイヤの曲がりを補正して溶接を行なうよう
にすればよい。
本発明によれば、溶接位置検出装置をワイヤ接触式位
置検出装置と光学式位置検出装置により校正し、溶接開
始点で両方式の装置により求めた溶接位置の座標の差か
ら溶接ワイヤの曲がり量を検出することができるので、
ワイヤに曲がりがあってもその影響を受けずに精度の良
い溶接倣いができる効果がある。また、溶接ワイヤの曲
がりが時間と共に、すなわち多量のワークを処理する間
に変化したり、トーチ交換時のワイヤ先端の設定値がず
れた際にもワイヤのねらい位置のティーチングデータを
修正することなしに溶接作業を実施できるので、作業の
時間短縮にも効果がある。また、ワイヤ端を接触させて
溶接位置を検出する検出範囲の広い方法を併用している
ので位置ずれが大きいワークに対しても適用できる効果
がある。
置検出装置と光学式位置検出装置により校正し、溶接開
始点で両方式の装置により求めた溶接位置の座標の差か
ら溶接ワイヤの曲がり量を検出することができるので、
ワイヤに曲がりがあってもその影響を受けずに精度の良
い溶接倣いができる効果がある。また、溶接ワイヤの曲
がりが時間と共に、すなわち多量のワークを処理する間
に変化したり、トーチ交換時のワイヤ先端の設定値がず
れた際にもワイヤのねらい位置のティーチングデータを
修正することなしに溶接作業を実施できるので、作業の
時間短縮にも効果がある。また、ワイヤ端を接触させて
溶接位置を検出する検出範囲の広い方法を併用している
ので位置ずれが大きいワークに対しても適用できる効果
がある。
第１図は本発明による溶接位置検出装置が適用された全
自動アーク溶接ロボットの一例を示す概略構成図、第２
図は光学式の位置検出部の検出原理を示す斜視図、第３
図は光学式の位置検出部とロボットとの位置関係を示す
斜視図、第４図はカメラ座標系と投光手段および受光手
段との位置関係を示した図、第５図は開先画像の検出
例、第６図はワイヤ端を接触させて被溶接部材の開先位
置を検出する原理図、第７図は溶接ワイヤ先端の曲がり
を検出して開先位置を倣う本発明の一実施例、第８図は
本発明装置により倣い溶接を行なう概略手順を示すフロ
ーチャートである。 １…溶接トーチ、２…投光手段、３…受光手段、４…画
像処理装置、５…ワイヤ接触式位置検出装置、６…溶接
ロボット、12…開先部、14…溶接ワイヤ、Q2…溶接開始
点。
自動アーク溶接ロボットの一例を示す概略構成図、第２
図は光学式の位置検出部の検出原理を示す斜視図、第３
図は光学式の位置検出部とロボットとの位置関係を示す
斜視図、第４図はカメラ座標系と投光手段および受光手
段との位置関係を示した図、第５図は開先画像の検出
例、第６図はワイヤ端を接触させて被溶接部材の開先位
置を検出する原理図、第７図は溶接ワイヤ先端の曲がり
を検出して開先位置を倣う本発明の一実施例、第８図は
本発明装置により倣い溶接を行なう概略手順を示すフロ
ーチャートである。 １…溶接トーチ、２…投光手段、３…受光手段、４…画
像処理装置、５…ワイヤ接触式位置検出装置、６…溶接
ロボット、12…開先部、14…溶接ワイヤ、Q2…溶接開始
点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 佐知枝 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 赤津 利雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 川崎 恭一 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 鹿島 淳彦 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (72)発明者 北嶋 総一 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭60−261676（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−93479（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】溶接トーチより被溶接材上に発生するアー
ク点から一定距離走行する該被溶接材の開先部にスリッ
ト状光線を照射する投光手段、該開先部から反射するス
リット状光線の反射像を撮像する受光手段、および該撮
像した像を画像処理して溶接位置を検出する画像処理手
段からなる光学式位置検出装置と、溶接前に、あらかじ
め教示された動作にしたがって、溶接トーチを被溶接材
に近接させ、該溶接トーチから一定の突き出し長さで突
き出した溶接ワイヤの先端の接触を検知することによ
り、溶接位置を検出するワイヤ接触式位置検出装置と、
溶接開始点で前記ワイヤ接触式位置検出装置により検出
した溶接位置の座標と溶接開始点で前記光学式位置検出
装置により検出した溶接位置の座標との差を基に溶接ワ
イヤの曲がり量を計算する算出手段とから構成すること
を特徴とする溶接位置検出装置。 - 【請求項２】請求項１記載の溶接位置検出装置を備え、
かつ前記溶接トーチ、前記投光手段及び前記受光手段を
先端部の手首に設置し該先端部の３次元移動機構を有す
るロボットアームと、該ロボットアーム及び前記溶接位
置検出装置を制御するロボット制御装置とを備えた溶接
ロボット。 - 【請求項３】前記ロボット制御装置は、溶接終了点で前
記ワイヤ接触式位置検出装置を作動させ、溶接ワイヤ先
端を接触させることにより、該溶接終了点の溶接進行方
向の座標を検出し、溶接開始点で前記ワイヤ接触式位置
検出装置を作動させて溶接位置を検出し、該検出した溶
接位置で溶接を開始し、溶接中は溶接開始点から溶接終
了点まで前記光学式位置検出装置を作動させて溶接位置
を検出すると共に該検出位置を前記ワイヤ曲がり量で補
正して前記溶接トーチの位置を設定することを特徴とす
る請求項２記載の溶接ロボット。 - 【請求項４】前記ロボット制御装置は、溶接開始点で前
記ワイヤ接触式位置検出装置を作動させて溶接位置を検
出し、該検出した溶接位置のうち溶接進行方向の座標を
あらかじめ教示された溶接開始点の溶接進行方向の座標
と比較して差を演算し、該差の分だけ、あらかじめ教示
された溶接終了点の溶接進行方向の座標をシフトさせて
補正し、溶接開始点の前記溶接位置で溶接を開始し、溶
接中は溶接開始点から溶接終了点まで前記光学式位置検
出装置を作動させて溶接位置を検出すると共に該検出位
置を前記ワイヤ曲がり量で補正して前記溶接トーチの位
置を設定することを特徴とする請求項２記載の溶接ロボ
ット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23224189A JP2678202B2 (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 溶接位置検出装置及び該装置を備えた溶接ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23224189A JP2678202B2 (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 溶接位置検出装置及び該装置を備えた溶接ロボット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0394979A JPH0394979A (ja) | 1991-04-19 |
| JP2678202B2 true JP2678202B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=16936184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23224189A Expired - Fee Related JP2678202B2 (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 溶接位置検出装置及び該装置を備えた溶接ロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2678202B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101213046A (zh) * | 2005-07-05 | 2008-07-02 | 六边形度量衡股份公司 | 用于焊接工件的方法 |
| JP5513206B2 (ja) * | 2010-03-30 | 2014-06-04 | 株式会社小松製作所 | 溶接ロボットのワイヤ突出長調整方法および装置 |
| JP6445857B2 (ja) * | 2014-12-09 | 2018-12-26 | 株式会社エイチワン | ハット形フレーム部品溶接方法およびその装置 |
| JP2018122335A (ja) * | 2017-02-01 | 2018-08-09 | 株式会社神戸製鋼所 | アーク点調整棒取付構造、及び多関節溶接ロボット、並びに溶接装置 |
| JP7474664B2 (ja) * | 2020-09-11 | 2024-04-25 | 株式会社ダイヘン | 溶接位置検出装置 |
-
1989
- 1989-09-07 JP JP23224189A patent/JP2678202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0394979A (ja) | 1991-04-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |