JP3040670B2 - レーザセンサを用いた溶接線追従方法及びロボット制御装置 - Google Patents
レーザセンサを用いた溶接線追従方法及びロボット制御装置Info
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- JP3040670B2 JP3040670B2 JP6220999A JP22099994A JP3040670B2 JP 3040670 B2 JP3040670 B2 JP 3040670B2 JP 6220999 A JP6220999 A JP 6220999A JP 22099994 A JP22099994 A JP 22099994A JP 3040670 B2 JP3040670 B2 JP 3040670B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
- B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
- B23K9/1272—Geometry oriented, e.g. beam optical trading
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/04—Tubular or hollow articles
- B23K2101/06—Tubes
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本願発明は、アーク溶接用の溶接
トーチをロボットに支持させ、溶接対象ワークを回転さ
せながらツール先端点を固定した状態（経路移動命令を
実行しないこと。）て溶接作業を実行する際の溶接線ト
ラッキング方法並びに該方法を実行する際に用いられる
ロボット制御装置に関する。更に詳しく言えば、本願発
明は付加軸によって溶接対象ワークを回転させる一方、
レーザセンサで溶接線位置を検出してリアルタイムでロ
ボットに溶接線を追従する動作を実行させる溶接線追従
方法並びに該方法を実行する際に用いられるロボット制
御装置に関する。
トーチをロボットに支持させ、溶接対象ワークを回転さ
せながらツール先端点を固定した状態（経路移動命令を
実行しないこと。）て溶接作業を実行する際の溶接線ト
ラッキング方法並びに該方法を実行する際に用いられる
ロボット制御装置に関する。更に詳しく言えば、本願発
明は付加軸によって溶接対象ワークを回転させる一方、
レーザセンサで溶接線位置を検出してリアルタイムでロ
ボットに溶接線を追従する動作を実行させる溶接線追従
方法並びに該方法を実行する際に用いられるロボット制
御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在採用されているレーザセンサを用い
た溶接線追従制御方式においては、レーザセンサがロボ
ットのツール先端点の前方領域をセンシングして溶接線
の存在位置を短い周期で繰り返し検出し、検出された溶
接線位置へ向かってロボットのツール先端点を繰り返し
移動させることによってロボットに溶接線に追従した動
作をさせることが行なわれている。
た溶接線追従制御方式においては、レーザセンサがロボ
ットのツール先端点の前方領域をセンシングして溶接線
の存在位置を短い周期で繰り返し検出し、検出された溶
接線位置へ向かってロボットのツール先端点を繰り返し
移動させることによってロボットに溶接線に追従した動
作をさせることが行なわれている。
【０００３】このような追従制御が実行可能である為に
は、ツール先端点を移動させる形式でロボット動作が実
行されること、ならびにレーザセンサによって検出され
た点が移動目標点とされることが前提条件となってい
た。
は、ツール先端点を移動させる形式でロボット動作が実
行されること、ならびにレーザセンサによって検出され
た点が移動目標点とされることが前提条件となってい
た。
【０００４】従って、ワークをロボット制御装置の付加
軸を用いて回転させながら、ツール先端点を移動させな
い形式でワークの周囲を円弧状に溶接する際には、上記
従来の方法ではロボットの追従制御を実現することが出
来なかった。
軸を用いて回転させながら、ツール先端点を移動させな
い形式でワークの周囲を円弧状に溶接する際には、上記
従来の方法ではロボットの追従制御を実現することが出
来なかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、ワークをロボ
ット制御装置の付加軸を用いて回転させながら、ツール
先端点を移動させない形式でワークの周囲を円弧状に溶
接するアプリケーションにおいてロボットの追従制御を
実現する為には、次のような問題をクリヤしなければな
らない。
ット制御装置の付加軸を用いて回転させながら、ツール
先端点を移動させない形式でワークの周囲を円弧状に溶
接するアプリケーションにおいてロボットの追従制御を
実現する為には、次のような問題をクリヤしなければな
らない。
【０００６】（１）ツール先端点に（従って、それと固
定された関係にある溶接トーチにも）移動がないので、
レーザセンサで検出した点をロボットの移動目標点とす
ることが出来ないこと。 （２）レーザセンサによって検出される位置は、ワーク
の回転半径で規定される円周上の点なので、検出データ
をそのまま追従の為のデータとして使用することは出来
ない。 （３）動作プログラムの教示では、ロボット本体の移動
がない為、追従の開始及び終了等の制御を行なう為のデ
ータを付加軸データから得る必要があること。
定された関係にある溶接トーチにも）移動がないので、
レーザセンサで検出した点をロボットの移動目標点とす
ることが出来ないこと。 （２）レーザセンサによって検出される位置は、ワーク
の回転半径で規定される円周上の点なので、検出データ
をそのまま追従の為のデータとして使用することは出来
ない。 （３）動作プログラムの教示では、ロボット本体の移動
がない為、追従の開始及び終了等の制御を行なう為のデ
ータを付加軸データから得る必要があること。
【０００７】本願発明の目的は、これらの問題を克服
し、ワークをロボット制御装置の付加軸を用いて回転さ
せながら、ツール先端点を移動させない形式でワークの
周囲を円弧状に溶接する型のアプリケーションにおい
て、ロボットの追従制御を実現させることにあり、ま
た、そのことを通して上記型の溶接作業における溶接精
度を高く保つことにある。
し、ワークをロボット制御装置の付加軸を用いて回転さ
せながら、ツール先端点を移動させない形式でワークの
周囲を円弧状に溶接する型のアプリケーションにおい
て、ロボットの追従制御を実現させることにあり、ま
た、そのことを通して上記型の溶接作業における溶接精
度を高く保つことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明は、上記技術課
題を解決する為の方法並びに装置の基本的な構成とし
て、「ロボット制御装置と、該ロボット制御装置によっ
て制御されるロボットと、該ロボットに支持された溶接
トーチと、前記ロボット制御装置によって制御される付
加軸によって駆動される溶接対象ワーク回転手段と、前
記溶接対象ワーク上の円弧形状の溶接線の位置を検出す
るレーザセンサを含む溶接ロボットシステムを用いて溶
接作業を実行するに際して前記ロボットに溶接線追従動
作を行わせる方法であって、前記ワークが回転中に前記
レーザセンサを用いて前記溶接線位置を検出し、検出結
果を表わすデータを記憶する段階と、そのデータが表わ
す溶接線上の点が前記溶接トーチの先端点位置に到来す
る前に前記記憶されたデータを読み出して補間点位置補
正量を求め、前記求められた補間点位置補正量に基づい
て補正された補間点位置を求め、その補間点位置にロボ
ットを移動させる段階とを含み、前記溶接線位置を検出
し、検出結果を表わすデータを記憶する段階と前記補間
点位置にロボットを移動させる段階とは、前記ワークの
同一回転周期内に相次いで繰り返し実行される、レーザ
センサを用いた溶接線追従方法」、及び「ロボットと、
該ロボットに支持された溶接トーチと、付加軸によって
駆動される溶接対象ワーク回転手段と、前記溶接対象ワ
ーク上の円弧形状の溶接線の位置を検出するレーザセン
サを含む溶接ロボットシステムを制御して、前記ロボッ
トに溶接線追従動作を行わせながら溶接作業を実行させ
るロボット制御装置において、前記ワークが回転中に前
記レーザセンサが検出した前記溶接線位置の検出結果の
データを記憶する手段と、そのデータが表わす溶接線上
の点が前記溶接トーチの先端点位置に到来する前に前記
記憶されたデータを読み出して補間点位置補正量を求め
る手段と、前記求められた補間点位置補正量に基づいて
補正された補間点位置を求める手段と、その補間点位置
にロボットを移動させる手段とを含み、前記溶接線位置
の検出及び検出結果を表わすデータの記憶と、前記補間
点位置へのロボットの移動が、前記ワークの同一回転周
期内に相次いで繰り返し行われるようにした、ロボット
制御装置」を提案したものである。
題を解決する為の方法並びに装置の基本的な構成とし
て、「ロボット制御装置と、該ロボット制御装置によっ
て制御されるロボットと、該ロボットに支持された溶接
トーチと、前記ロボット制御装置によって制御される付
加軸によって駆動される溶接対象ワーク回転手段と、前
記溶接対象ワーク上の円弧形状の溶接線の位置を検出す
るレーザセンサを含む溶接ロボットシステムを用いて溶
接作業を実行するに際して前記ロボットに溶接線追従動
作を行わせる方法であって、前記ワークが回転中に前記
レーザセンサを用いて前記溶接線位置を検出し、検出結
果を表わすデータを記憶する段階と、そのデータが表わ
す溶接線上の点が前記溶接トーチの先端点位置に到来す
る前に前記記憶されたデータを読み出して補間点位置補
正量を求め、前記求められた補間点位置補正量に基づい
て補正された補間点位置を求め、その補間点位置にロボ
ットを移動させる段階とを含み、前記溶接線位置を検出
し、検出結果を表わすデータを記憶する段階と前記補間
点位置にロボットを移動させる段階とは、前記ワークの
同一回転周期内に相次いで繰り返し実行される、レーザ
センサを用いた溶接線追従方法」、及び「ロボットと、
該ロボットに支持された溶接トーチと、付加軸によって
駆動される溶接対象ワーク回転手段と、前記溶接対象ワ
ーク上の円弧形状の溶接線の位置を検出するレーザセン
サを含む溶接ロボットシステムを制御して、前記ロボッ
トに溶接線追従動作を行わせながら溶接作業を実行させ
るロボット制御装置において、前記ワークが回転中に前
記レーザセンサが検出した前記溶接線位置の検出結果の
データを記憶する手段と、そのデータが表わす溶接線上
の点が前記溶接トーチの先端点位置に到来する前に前記
記憶されたデータを読み出して補間点位置補正量を求め
る手段と、前記求められた補間点位置補正量に基づいて
補正された補間点位置を求める手段と、その補間点位置
にロボットを移動させる手段とを含み、前記溶接線位置
の検出及び検出結果を表わすデータの記憶と、前記補間
点位置へのロボットの移動が、前記ワークの同一回転周
期内に相次いで繰り返し行われるようにした、ロボット
制御装置」を提案したものである。
【０００９】また、溶接線追従の為の処理をより合理的
に実行する為に、「前記ワークが回転中に前記レーザセ
ンサを用いて前記溶接線位置を検出し、検出結果を表わ
すデータを記憶する段階が、前記円弧形状の溶接線の位
置を代表する基準円に対応したワーク座標系の１つの座
標軸成分値を表わすデータと前記ワーク座標系の原点と
検出された溶接線位置との間の距離を表わすデータを前
記ロボット制御装置内に設定されたバッファメモリ領域
に書き込む段階を含んでいる」という要件を上記方法に
更に課すことを提案した。同様に、ロボット制御装置に
ついては、「前記ワークが回転中に前記レーザセンサを
用いて前記溶接線位置を検出し、検出結果を表わすデー
タを記憶する手段が、前記円弧形状の溶接線の位置を代
表する基準円に対応したワーク座標系の１つの座標軸成
分値を表わすデータと前記ワーク座標系の原点と検出さ
れた溶接線位置との間の距離を表わすデータを前記ロボ
ット制御装置内に設定されたバッファメモリ領域に書き
込む手段を含む」という要件を上記装置に更に課すこと
を提案した。
に実行する為に、「前記ワークが回転中に前記レーザセ
ンサを用いて前記溶接線位置を検出し、検出結果を表わ
すデータを記憶する段階が、前記円弧形状の溶接線の位
置を代表する基準円に対応したワーク座標系の１つの座
標軸成分値を表わすデータと前記ワーク座標系の原点と
検出された溶接線位置との間の距離を表わすデータを前
記ロボット制御装置内に設定されたバッファメモリ領域
に書き込む段階を含んでいる」という要件を上記方法に
更に課すことを提案した。同様に、ロボット制御装置に
ついては、「前記ワークが回転中に前記レーザセンサを
用いて前記溶接線位置を検出し、検出結果を表わすデー
タを記憶する手段が、前記円弧形状の溶接線の位置を代
表する基準円に対応したワーク座標系の１つの座標軸成
分値を表わすデータと前記ワーク座標系の原点と検出さ
れた溶接線位置との間の距離を表わすデータを前記ロボ
ット制御装置内に設定されたバッファメモリ領域に書き
込む手段を含む」という要件を上記装置に更に課すこと
を提案した。
【００１０】
【作用】本願発明の方法によれば、上記の溶接ロボット
システムを用いて溶接作業を実行するに際し、記ワーク
が回転中にレーザセンサを用いて溶接線位置が検出さ
れ、検出結果を表わすデータが記憶される。機構された
データは、そのデータが表わす溶接線上の点が溶接トー
チの先端点位置に到来する前に読み出され、補間点位置
補正量が求められる。そして、求められた補間点位置補
正量に基づいて補正された補間点位置が求められ、その
補間点位置にロボットが移動する。ワークが回転中にレ
ーザセンサを用いて溶接線位置を検出し、検出結果を表
わすデータを記憶する段階については、円弧形状の溶接
線の位置を代表する基準円に対応したワーク座標系の１
つの座標軸成分値を表わすデータと、該ワーク座標系の
原点と検出された溶接線位置との間の距離を表わすデー
タをロボット制御装置内に設定されたバッファメモリ領
域に書き込むようにることが好ましい。
システムを用いて溶接作業を実行するに際し、記ワーク
が回転中にレーザセンサを用いて溶接線位置が検出さ
れ、検出結果を表わすデータが記憶される。機構された
データは、そのデータが表わす溶接線上の点が溶接トー
チの先端点位置に到来する前に読み出され、補間点位置
補正量が求められる。そして、求められた補間点位置補
正量に基づいて補正された補間点位置が求められ、その
補間点位置にロボットが移動する。ワークが回転中にレ
ーザセンサを用いて溶接線位置を検出し、検出結果を表
わすデータを記憶する段階については、円弧形状の溶接
線の位置を代表する基準円に対応したワーク座標系の１
つの座標軸成分値を表わすデータと、該ワーク座標系の
原点と検出された溶接線位置との間の距離を表わすデー
タをロボット制御装置内に設定されたバッファメモリ領
域に書き込むようにることが好ましい。
【００１１】また、付加軸データを利用してレーザセン
サによる検出点がワークの回転に従って溶接トーチの先
端点の位置に到達する時点を計算するが出来るので、溶
接トーチの先端点を固定した制御形式で付加軸を用いて
ワークを回転させる型の溶接作業において従来実現出来
なかった溶接線追従制御が可能となる。
サによる検出点がワークの回転に従って溶接トーチの先
端点の位置に到達する時点を計算するが出来るので、溶
接トーチの先端点を固定した制御形式で付加軸を用いて
ワークを回転させる型の溶接作業において従来実現出来
なかった溶接線追従制御が可能となる。
【００１２】基準円に対応するワーク座標系の設定手
順、レーザセンサによる検出結果の記憶形式（バッファ
メモリへの書込内容）、ツール先端点の位置における位
置補正データの計算法等については次記実施例の中で説
明する。
順、レーザセンサによる検出結果の記憶形式（バッファ
メモリへの書込内容）、ツール先端点の位置における位
置補正データの計算法等については次記実施例の中で説
明する。
【００１３】
【実施例】図１は本願発明を全体が円筒形をなすワーク
の周方向に沿った溶接に適用する際の配置の概要を表わ
した見取図である。同図において、Ｗは円筒形の外形を
有する溶接対象ワークで、モータＭによって駆動される
ローラＲＬ上に載置されている。モータＭはロボット制
御装置１０に接続され、ロボット制御装置１０の付加軸
として制御されている。
の周方向に沿った溶接に適用する際の配置の概要を表わ
した見取図である。同図において、Ｗは円筒形の外形を
有する溶接対象ワークで、モータＭによって駆動される
ローラＲＬ上に載置されている。モータＭはロボット制
御装置１０に接続され、ロボット制御装置１０の付加軸
として制御されている。
【００１４】符号６は溶接線を表わしており、ここでは
ワークＷにはめ込まれたリング状の部材Ｗ’がワークＷ
の外周面に対して溶接・固定されるラインとして例示さ
れている。溶接線６にアクセス容易な位置にはロボット
（本体機構部）１が設置されている。ロボット１はその
動作を制御するロボット制御装置１０に接続されてい
る。ロボット１のアーム先端部Ａには、後述するよう
に、溶接トーチ及びレーザセンサが装着されている（図
１では個別の図示省略）。
ワークＷにはめ込まれたリング状の部材Ｗ’がワークＷ
の外周面に対して溶接・固定されるラインとして例示さ
れている。溶接線６にアクセス容易な位置にはロボット
（本体機構部）１が設置されている。ロボット１はその
動作を制御するロボット制御装置１０に接続されてい
る。ロボット１のアーム先端部Ａには、後述するよう
に、溶接トーチ及びレーザセンサが装着されている（図
１では個別の図示省略）。
【００１５】溶接トーチには、電源部３０から溶接用の
電圧及び電流が供給される。また、ボンベ４０からは溶
接ガスが供給され、溶接ワイヤ容器５０からは溶接ワイ
ヤが供給される。ロボット制御装置１０は、電源部３０
にも接続されており、電源部３０から溶接トーチへの電
圧と電流の供給を制御する。
電圧及び電流が供給される。また、ボンベ４０からは溶
接ガスが供給され、溶接ワイヤ容器５０からは溶接ワイ
ヤが供給される。ロボット制御装置１０は、電源部３０
にも接続されており、電源部３０から溶接トーチへの電
圧と電流の供給を制御する。
【００１６】次に図２は、ロボット１による溶接作業が
実行されている様子を表わす為に、図１におけるロボッ
ト１のアーム先端部ＡをワークＷの溶接線周辺部ととも
に拡大描示した見取図である。同図において、符号ＡＸ
と矢印ＡＲ１は、ワークＷの回転軸と回転方向を表わし
ている。ロボット本体の大半を省いて符号Ａで指示され
たロボットアーム先端部には、適当な装着機構を介して
溶接トーチ２及びレーザセンサ３が取り付けられてい
る。符号４は溶接ロボットのツール先端点として設定さ
れた溶接トーチ先端位置（以下、溶接点とも言う。）を
表わしている。
実行されている様子を表わす為に、図１におけるロボッ
ト１のアーム先端部ＡをワークＷの溶接線周辺部ととも
に拡大描示した見取図である。同図において、符号ＡＸ
と矢印ＡＲ１は、ワークＷの回転軸と回転方向を表わし
ている。ロボット本体の大半を省いて符号Ａで指示され
たロボットアーム先端部には、適当な装着機構を介して
溶接トーチ２及びレーザセンサ３が取り付けられてい
る。符号４は溶接ロボットのツール先端点として設定さ
れた溶接トーチ先端位置（以下、溶接点とも言う。）を
表わしている。
【００１７】レーザセンサ３からは走査ビームＬＢが溶
接点の僅かに前方の領域（直後に溶接される部分）に向
けて投射され、光点軌跡５が溶接線６と直交する方向に
沿って形成される。既に述べたように、溶接線６はワー
Ｗに対してリング状部材Ｗ’の縁部を溶接・固定するラ
インとして与えられている。符号８は、形成済みの溶接
ビードを表わしている。
接点の僅かに前方の領域（直後に溶接される部分）に向
けて投射され、光点軌跡５が溶接線６と直交する方向に
沿って形成される。既に述べたように、溶接線６はワー
Ｗに対してリング状部材Ｗ’の縁部を溶接・固定するラ
インとして与えられている。符号８は、形成済みの溶接
ビードを表わしている。
【００１８】レーザセンサ３には、光点軌跡５をレーザ
ビームＬＢの走査平面（扇形平面）に対して斜め方向か
ら撮影するＣＣＤカメラＣが装備されている。カメラＣ
で撮影された光点軌跡５は、後述する画像処理装置で周
知の方法によって解析され、光点軌跡５の屈曲点７の位
置が溶接線６の位置として検出される。
ビームＬＢの走査平面（扇形平面）に対して斜め方向か
ら撮影するＣＣＤカメラＣが装備されている。カメラＣ
で撮影された光点軌跡５は、後述する画像処理装置で周
知の方法によって解析され、光点軌跡５の屈曲点７の位
置が溶接線６の位置として検出される。
【００１９】また、ロボット１には、ワールド座標系Σ
0 が設定されており、ここでは教示された溶接点４にお
ける溶接線６の接線方向をＸ軸、同じく教示された溶接
点４におけるワークＷの径方向をＹ軸、回転軸ＡＸの方
向にＺ軸が設定されているものとする。レーザビームＬ
Ｂの走査方向は、Ｚ軸と平行である。溶接作業中の溶接
トーチ２の角度は、動作プログラムで指定されるロボッ
ト姿勢に応じて適宜ＸＹＺ各軸に対して傾斜される。
0 が設定されており、ここでは教示された溶接点４にお
ける溶接線６の接線方向をＸ軸、同じく教示された溶接
点４におけるワークＷの径方向をＹ軸、回転軸ＡＸの方
向にＺ軸が設定されているものとする。レーザビームＬ
Ｂの走査方向は、Ｚ軸と平行である。溶接作業中の溶接
トーチ２の角度は、動作プログラムで指定されるロボッ
ト姿勢に応じて適宜ＸＹＺ各軸に対して傾斜される。
【００２０】次に図３は、図１及び図２に示した配置に
対応したシステム構成の概要を要部ブロック図で例示し
たものである。これを説明すると、１０は溶接ロボット
制御機能と画像処理装置の機能を兼備したロボット制御
装置で、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという。）１
１を有し、該ＣＰＵ１１には、ＲＯＭからなるメモリ１
２、ＲＡＭからなるメモリ１３、不揮発性メモリ１４、
ＣＣＤカメラＣを備えたレーザセンサ３及び溶接トーチ
用の電源部３０に接続された汎用インターフェイス１
５、フレームメモリ１６、画像処理プロセッサ１７、液
晶表示装置（ＬＣＤ）１８を備えた教示操作盤１９、及
びサーボ回路２２を経てロボット本体１及び付加軸とし
て制御されるモータＭ（図１参照）に接続されたロボッ
ト軸制御部２１が各々バス２３を介して接続されてい
る。レーザセンサ３はレーザビーム投射部及びＣＣＤカ
メラＣを備え、ＣＰＵ１１からの指令に従ってレーザビ
ームＬＢの走査及び光点軌跡の撮影が行なわれる。ＣＣ
Ｄカメラによって捕捉された画像の信号は、汎用インタ
ーフェイス１５を介して、フレームメモリ１６に格納さ
れる。フレームメモリ１６から読み出されたに画像情報
は画像処理プロセッサ１７によって処理され、レーザビ
ームＬＢが溶接線６を横切る点７（図２参照）の位置が
求められる。
対応したシステム構成の概要を要部ブロック図で例示し
たものである。これを説明すると、１０は溶接ロボット
制御機能と画像処理装置の機能を兼備したロボット制御
装置で、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵという。）１
１を有し、該ＣＰＵ１１には、ＲＯＭからなるメモリ１
２、ＲＡＭからなるメモリ１３、不揮発性メモリ１４、
ＣＣＤカメラＣを備えたレーザセンサ３及び溶接トーチ
用の電源部３０に接続された汎用インターフェイス１
５、フレームメモリ１６、画像処理プロセッサ１７、液
晶表示装置（ＬＣＤ）１８を備えた教示操作盤１９、及
びサーボ回路２２を経てロボット本体１及び付加軸とし
て制御されるモータＭ（図１参照）に接続されたロボッ
ト軸制御部２１が各々バス２３を介して接続されてい
る。レーザセンサ３はレーザビーム投射部及びＣＣＤカ
メラＣを備え、ＣＰＵ１１からの指令に従ってレーザビ
ームＬＢの走査及び光点軌跡の撮影が行なわれる。ＣＣ
Ｄカメラによって捕捉された画像の信号は、汎用インタ
ーフェイス１５を介して、フレームメモリ１６に格納さ
れる。フレームメモリ１６から読み出されたに画像情報
は画像処理プロセッサ１７によって処理され、レーザビ
ームＬＢが溶接線６を横切る点７（図２参照）の位置が
求められる。
【００２１】電源部３０は、ＣＰＵ１１からの指令に従
って溶接トーチに供給される溶接電圧及び溶接電流を制
御する機能を有している。ＲＯＭ１２には、ＣＰＵ１１
がロボット本体１、レーザセンサ３、電源部３０及びロ
ボット制御装置１０自身の制御を行なう為の各種のプロ
グラムが格納される。これには、本願発明を実施する為
の各種処理（内容は後述する。）をＣＰＵ１１に実行さ
せる為のプログラムが含まれている。
って溶接トーチに供給される溶接電圧及び溶接電流を制
御する機能を有している。ＲＯＭ１２には、ＣＰＵ１１
がロボット本体１、レーザセンサ３、電源部３０及びロ
ボット制御装置１０自身の制御を行なう為の各種のプロ
グラムが格納される。これには、本願発明を実施する為
の各種処理（内容は後述する。）をＣＰＵ１１に実行さ
せる為のプログラムが含まれている。
【００２２】ＲＡＭ１３はデ−タの一時記憶や演算の為
に利用出来るメモリである。また、不揮発性メモリ１４
には、ロボットシステムの動作内容を定める各種プログ
ラム及びパラメータ設定値が格納される。また、逐次求
められる検出点７の位置のデータを後述する態様で記憶
する為のバッファ領域がこの不揮発性メモリ１４内に設
定されている。
に利用出来るメモリである。また、不揮発性メモリ１４
には、ロボットシステムの動作内容を定める各種プログ
ラム及びパラメータ設定値が格納される。また、逐次求
められる検出点７の位置のデータを後述する態様で記憶
する為のバッファ領域がこの不揮発性メモリ１４内に設
定されている。
【００２３】以下、上記説明したシステム構成及び機能
を前提に、図１、図２に示した事例について本願発明の
方法を実施する手順についてで説明を行なう。先ず、基
準円の設定作業を実行する。この基準円はワークＷ上の
１点が付加軸（モータＭ）の回転に伴って描く円であ
る。基準円の設定は、図４に示したように、その中心位
置Ｏを原点とし、その円が存在する平面をｘｙ平面とす
るワーク座標系Σ1 を設定する形で行なわれる。その為
に、次の（１）〜（３）の手順で作業を実行する。
を前提に、図１、図２に示した事例について本願発明の
方法を実施する手順についてで説明を行なう。先ず、基
準円の設定作業を実行する。この基準円はワークＷ上の
１点が付加軸（モータＭ）の回転に伴って描く円であ
る。基準円の設定は、図４に示したように、その中心位
置Ｏを原点とし、その円が存在する平面をｘｙ平面とす
るワーク座標系Σ1 を設定する形で行なわれる。その為
に、次の（１）〜（３）の手順で作業を実行する。
【００２４】（１）付加軸の軸値が異なる少なくとも３
つの状態について、図２に示した符号７で示した溶接線
６上の点のワーク座標系Σ0 上の位置のデータを、ロボ
ットのトーチ先端位置を移動させて位置を取り込み、結
果を不揮発性メモリ１４に記憶させることによって獲得
する。ここでは、３組のワールド座標系上の座標値デー
タ［Ｘi ，Ｙi ，Ｚi ］（ｉ＝１，２，３）を得るもの
とする。
つの状態について、図２に示した符号７で示した溶接線
６上の点のワーク座標系Σ0 上の位置のデータを、ロボ
ットのトーチ先端位置を移動させて位置を取り込み、結
果を不揮発性メモリ１４に記憶させることによって獲得
する。ここでは、３組のワールド座標系上の座標値デー
タ［Ｘi ，Ｙi ，Ｚi ］（ｉ＝１，２，３）を得るもの
とする。
【００２５】（２）３点位置［Ｘi ，Ｙi ，Ｚi ］を通
る円ＣＲを表わす方程式を求める計算をＣＰＵ１１に実
行させる。
る円ＣＲを表わす方程式を求める計算をＣＰＵ１１に実
行させる。
【００２６】（３）求められた基準円ＣＲの中心位置Ｏ
［Ｘ0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 ］を原点とし、基準円ＣＲが存在す
る平面をｘｙ平面とするワーク座標系Σ1 をロボット制
御装置１０に設定する。ｘ軸、ｙ軸の方向は、ワールド
座標系Σ0 のＸ軸、Ｙ軸の方向と平行に設定するものと
する。ワーク座標系Σ1 の位置と姿勢の関係を表わすデ
ータは、不揮発性メモリ１４の座標系設定データ記憶用
の領域に格納される。
［Ｘ0 ，Ｙ0 ，Ｚ0 ］を原点とし、基準円ＣＲが存在す
る平面をｘｙ平面とするワーク座標系Σ1 をロボット制
御装置１０に設定する。ｘ軸、ｙ軸の方向は、ワールド
座標系Σ0 のＸ軸、Ｙ軸の方向と平行に設定するものと
する。ワーク座標系Σ1 の位置と姿勢の関係を表わすデ
ータは、不揮発性メモリ１４の座標系設定データ記憶用
の領域に格納される。
【００２７】このようにして設定された基準円ＣＲの原
点Ｏは、設定誤差の範囲でワークＷの回転軸ＡＸ上に乗
っている筈である。
点Ｏは、設定誤差の範囲でワークＷの回転軸ＡＸ上に乗
っている筈である。
【００２８】次に図５及び図６を更に参照図に加えて、
溶接線追従制御の為の処理内容について説明する。図５
は処理内容の概略を記したフローチャート、図６はレー
ザセンサ３による溶接線位置検出データのバッファメモ
リ（不揮発性メモリ１４内に設定）への記憶形式を説明
する図である。先ず、動作プログラムを読み込んで付加
軸の回転を開始させる。指令速度Ｖは動作プログラムで
指定される（ステップＳ１）。次いで、動作プログラム
の次の１ブロックを読み込んでロボットを教示位置へ移
動させる（ステップＳ２）。これにより、ツール先端点
がほぼ溶接線６上の位置に来ることになる。なお、干渉
事故を防ぐ為に、教示点は溶接線６からややワークＷの
径方向（Ｙ軸方向）に離れた点に設定することが好まし
い。
溶接線追従制御の為の処理内容について説明する。図５
は処理内容の概略を記したフローチャート、図６はレー
ザセンサ３による溶接線位置検出データのバッファメモ
リ（不揮発性メモリ１４内に設定）への記憶形式を説明
する図である。先ず、動作プログラムを読み込んで付加
軸の回転を開始させる。指令速度Ｖは動作プログラムで
指定される（ステップＳ１）。次いで、動作プログラム
の次の１ブロックを読み込んでロボットを教示位置へ移
動させる（ステップＳ２）。これにより、ツール先端点
がほぼ溶接線６上の位置に来ることになる。なお、干渉
事故を防ぐ為に、教示点は溶接線６からややワークＷの
径方向（Ｙ軸方向）に離れた点に設定することが好まし
い。
【００２９】ここで、レーザセンサ３を起動させ、検出
点７の位置検出と検出データのバッファへの書込を開始
する（ステップＳ３）。検出データのバッファへの書込
は、図６に示したように、各エリア１，２，３・・・の
２つのコラムに検出点７のワーク座標系Σ1 上のｚ座標
値データｚ1 ，ｚ2 ，ｚ3 ・・・と検出点７とワーク座
標系Σ1 の原点Ｏとの距離データｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ・・
・・を検出サイクル毎に書き込む形式で実行する。この
ような記憶形式により、次に述べる補正ベクトルの計算
処理が容易となる。
点７の位置検出と検出データのバッファへの書込を開始
する（ステップＳ３）。検出データのバッファへの書込
は、図６に示したように、各エリア１，２，３・・・の
２つのコラムに検出点７のワーク座標系Σ1 上のｚ座標
値データｚ1 ，ｚ2 ，ｚ3 ・・・と検出点７とワーク座
標系Σ1 の原点Ｏとの距離データｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ・・
・・を検出サイクル毎に書き込む形式で実行する。この
ような記憶形式により、次に述べる補正ベクトルの計算
処理が容易となる。
【００３０】次いで、ロボットに溶接線追従動作を開始
させる（ステップＳ４）。即ち、検出点７が溶接点４の
位置に到着する直前に、その検出点７に対応したバッフ
ァエリア番号のデータｚj とｒj を読み出し、ツール先
端点の移動目標点を補間点の補正計算の形式で求める。
ここでいう補間点は、同一位置の教示点を２つの教示点
とみなして２点間を補間したものである。従って、補正
前の補間点位置は教示位置と一致している。
させる（ステップＳ４）。即ち、検出点７が溶接点４の
位置に到着する直前に、その検出点７に対応したバッフ
ァエリア番号のデータｚj とｒj を読み出し、ツール先
端点の移動目標点を補間点の補正計算の形式で求める。
ここでいう補間点は、同一位置の教示点を２つの教示点
とみなして２点間を補間したものである。従って、補正
前の補間点位置は教示位置と一致している。
【００３１】検出点７が溶接点４の位置に到着するタイ
ミングは、その検出点７の位置検出が実行された時点に
おける付加軸の軸値を基準にして、軸値のインクリメン
タル量がワークＷの角度θの回転に対応した量に達する
時点として求められる。ここで、角度θは、ワーク座標
系Σ1 の原点位置Ｏ（設定済み）と検出点７の検出時点
におけるツール先端点４の位置（ロボットの現在位置デ
ータで判る。）とを結ぶ直線Ｌ1 と、ワーク座標系Σ1
の原点位置Ｏと検出点７の検出時点における位置（バッ
ファに記憶されている。）を結ぶ直線Ｌ2 から計算され
る。
ミングは、その検出点７の位置検出が実行された時点に
おける付加軸の軸値を基準にして、軸値のインクリメン
タル量がワークＷの角度θの回転に対応した量に達する
時点として求められる。ここで、角度θは、ワーク座標
系Σ1 の原点位置Ｏ（設定済み）と検出点７の検出時点
におけるツール先端点４の位置（ロボットの現在位置デ
ータで判る。）とを結ぶ直線Ｌ1 と、ワーク座標系Σ1
の原点位置Ｏと検出点７の検出時点における位置（バッ
ファに記憶されている。）を結ぶ直線Ｌ2 から計算され
る。
【００３２】バッファから読み出されたｚ成分データと
回転半径ｒのデータは、次の２つのベクトルデータ補正
量を補間点毎に計算する為に利用される。
回転半径ｒのデータは、次の２つのベクトルデータ補正
量を補間点毎に計算する為に利用される。
【００３３】１．設定したワーク座標系Σ1 のｚ軸方向
（ワークＷの回転軸方向）のツール先端点位置を表わす
ベクトルの補正量 ２．ワーク座標系Σ1 の原点Ｏとツール先端点を結ぶベ
クトルの補正量（ワークＷの回転半径方向に関する補正
量） 上記１．の補正量はバッファから読み出されたｚ座標値
から計算され、上記２．の補正量はバッファから読み出
された回転半径ｒのデータから計算される。
（ワークＷの回転軸方向）のツール先端点位置を表わす
ベクトルの補正量 ２．ワーク座標系Σ1 の原点Ｏとツール先端点を結ぶベ
クトルの補正量（ワークＷの回転半径方向に関する補正
量） 上記１．の補正量はバッファから読み出されたｚ座標値
から計算され、上記２．の補正量はバッファから読み出
された回転半径ｒのデータから計算される。
【００３４】このようにしてロボットの溶接線追従動作
が開始されたならば、ステップＳ５へ進み、動作プログ
ラムを読み込んで溶接トーチ２を点火する。これによ
り、溶接線６に溶接トーチ２の先端が追従しつつ溶接作
業が実行されていく。また、溶接トーチ２を点火したな
らば、その時の付加軸値を直ちに記憶する（ステップＳ
６）。
が開始されたならば、ステップＳ５へ進み、動作プログ
ラムを読み込んで溶接トーチ２を点火する。これによ
り、溶接線６に溶接トーチ２の先端が追従しつつ溶接作
業が実行されていく。また、溶接トーチ２を点火したな
らば、その時の付加軸値を直ちに記憶する（ステップＳ
６）。
【００３５】以後、この付加軸値を基準に付加軸値のイ
ンクリメンタル量を短周期でチェックする（ステップＳ
７）。ここでは、ワークＷの外周を１周する溶接（単層
盛り溶接）を実行するものとすれば、ワークＷの３６０
度の回転に対応する付加軸値の増加があった時点で溶接
線追従動作を終了し（ステップＳ８）、直ちに溶接トー
チ２の消灯（ステップＳ９）とロボットの退却（ステッ
プＳ１０）を実行する。最後に付加軸を停止させて処理
を終了する。
ンクリメンタル量を短周期でチェックする（ステップＳ
７）。ここでは、ワークＷの外周を１周する溶接（単層
盛り溶接）を実行するものとすれば、ワークＷの３６０
度の回転に対応する付加軸値の増加があった時点で溶接
線追従動作を終了し（ステップＳ８）、直ちに溶接トー
チ２の消灯（ステップＳ９）とロボットの退却（ステッ
プＳ１０）を実行する。最後に付加軸を停止させて処理
を終了する。
【００３６】ここで説明した実施例においては、円筒形
のワークＷの全周に亙って溶接を実行する場合について
説明したが、ワークＷは必ずしも円筒形でなくとも、溶
接線部分がワークの回転軸を中心に持つ円弧形状を有し
ていれば、その溶接線について本願発明を適用すること
が可能である。
のワークＷの全周に亙って溶接を実行する場合について
説明したが、ワークＷは必ずしも円筒形でなくとも、溶
接線部分がワークの回転軸を中心に持つ円弧形状を有し
ていれば、その溶接線について本願発明を適用すること
が可能である。
【００３７】
【発明の効果】ロボットに支持された溶接トーチの先端
点を固定した形式で、ロボットの付加軸で回転させた溶
接作業対象ワークの外周に沿った溶接を実行する場合に
は、ロボットに溶接線追従動作を行わせることは従来技
術では実現困難であったが、本願発明はこれを可能にし
た。従って、本願発明を上記型の溶接作業に適用するこ
とにより、従来に比べて簡単な教示作業で質の高い溶接
を行なうことが出来るようになった。
点を固定した形式で、ロボットの付加軸で回転させた溶
接作業対象ワークの外周に沿った溶接を実行する場合に
は、ロボットに溶接線追従動作を行わせることは従来技
術では実現困難であったが、本願発明はこれを可能にし
た。従って、本願発明を上記型の溶接作業に適用するこ
とにより、従来に比べて簡単な教示作業で質の高い溶接
を行なうことが出来るようになった。
【図１】本願発明を全体が円筒形をなすワークの周方向
に沿った溶接に適用する際の配置の概要を表わした見取
図である。
に沿った溶接に適用する際の配置の概要を表わした見取
図である。
【図２】図１におけるロボット１のアーム先端部Ａをワ
ークＷの溶接線周辺部とともに拡大描示した見取図であ
る。
ークＷの溶接線周辺部とともに拡大描示した見取図であ
る。
【図３】図１及び図２に示した配置に対応したシステム
構成の概要を要部ブロック図で例示したものである。
構成の概要を要部ブロック図で例示したものである。
【図４】本願発明の実施例において設定される基準円に
ついて説明する為の図である。
ついて説明する為の図である。
【図５】本実施例における処理内容の概略を記したフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図６】レーザセンサ３による溶接線位置検出データの
バッファメモリへの記憶形式を説明する図である。
バッファメモリへの記憶形式を説明する図である。
１ ロボット本体 ２ 溶接トーチ ３ レーザセンサ ４ 溶接点（溶接トーチ先端点、ツール先端点） ５ 光点軌跡 ６ 溶接線 ７ 検出点（光点軌跡屈曲点） ８ 形成済みの溶接ビード １０ ロボット制御装置 １１ 中央演算処理装置（ＣＰＵ） １２ メモリ（ＲＯＭ） １３ メモリ（ＲＡＭ） １４ 不揮発性メモリ １５ 汎用インターフェイス １６ フレームメモリ １７ 画像処理プロセッサ １８ ＬＣＤ １９ 教示操作盤 ２１ ロボット軸制御部 ２２ サーボ回路 ２３ バス ３０ 電源部 ４０ ガスボンベ ５０ 溶接ワイヤ容器 Ａ ロボットアーム先端部 ＡＲ 溶接対象ワークＷの回転方向 ＡＸ 溶接対象ワークＷの回転軸 ＬＢ 走査レーザビーム Ｍ 付加軸として制御されるモータ ＲＬ ワークの回転軸 Ｗ 溶接対象ワークＷ載置するローラ Ｗ’ リング状部材
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−215277（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−215467（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−193016（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−21467（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−136207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−191663（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−103569（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−37901（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 9/127 B25J 9/10 B25J 13/08
Claims (4)
- 【請求項１】 ロボット制御装置と、該ロボット制御装
置によって制御されるロボットと、該ロボットに支持さ
れた溶接トーチと、前記ロボット制御装置によって制御
される付加軸によって駆動される溶接対象ワーク回転手
段と、前記溶接対象ワーク上の円弧形状の溶接線の位置
を検出するレーザセンサを含む溶接ロボットシステムを
用いて溶接作業を実行するに際して前記ロボットに溶接
線追従動作を行わせる方法であって、 前記ワークが回転中に前記レーザセンサを用いて前記溶
接線位置を検出し、検出結果を表わすデータを記憶する
段階と、 そのデータが表わす溶接線上の点が前記溶接トーチの先
端点位置に到来する前に前記記憶されたデータを読み出
して補間点位置補正量を求め、前記求められた補間点位
置補正量に基づいて補正された補間点位置を求め、その
補間点位置にロボットを移動させる段階とを含み、 前記溶接線位置を検出し、検出結果を表わすデータを記
憶する段階と前記補間点位置にロボットを移動させる段
階とは、前記ワークの同一回転周期内に相次いで繰り返
し実行される、レーザセンサを用いた溶接線追従方法。 - 【請求項２】 前記ワークが回転中に前記レーザセンサ
を用いて前記溶接線位置を検出し、検出結果を表わすデ
ータを記憶する段階が、前記円弧形状の溶接線の位置を
代表する基準円に対応したワーク座標系の１つの座標軸
成分値を表わすデータと前記ワーク座標系の原点と検出
された溶接線位置との間の距離を表わすデータを前記ロ
ボット制御装置内に設定されたバッファメモリ領域に書
き込む段階を含んでいる、請求項１に記載されたレーザ
センサを用いた溶接線追従方法。 - 【請求項３】 ロボットと、該ロボットに支持された溶
接トーチと、付加軸によって駆動される溶接対象ワーク
回転手段と、前記溶接対象ワーク上の円弧形状の溶接線
の位置を検出するレーザセンサを含む溶接ロボットシス
テムを制御して、前記ロボットに溶接線追従動作を行わ
せながら溶接作業を実行させるロボット制御装置におい
て、 前記ワークが回転中に前記レーザセンサが検出した前記
溶接線位置の検出結果のデータを記憶する手段と、 そのデータが表わす溶接線上の点が前記溶接トーチの先
端点位置に到来する前に前記記憶されたデータを読み出
して補間点位置補正量を求める手段と、 前記求められた補間点位置補正量に基づいて補正された
補間点位置を求める手段と、その補間点位置にロボット
を移動させる手段とを含み、 前記溶接線位置の検出及び検出結果を表わすデータの記
憶と前記補間点位置へのロボットの移動は、前記ワーク
の同一回転周期内に相次いで繰り返し行われるようにし
た、ロボット制御装置。 - 【請求項４】 前記ワークが回転中に前記レーザセンサ
を用いて前記溶接線位置を検出し、検出結果を表わすデ
ータを記憶する手段が、前記円弧形状の溶接線の位置を
代表する基準円に対応したワーク座標系の１つの座標軸
成分値を表わすデータと前記ワーク座標系の原点と検出
された溶接線位置との間の距離を表わすデータを前記ロ
ボット制御装置内に設定されたバッファメモリ領域に書
き込む手段を含む、前記ロボット制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6220999A JP3040670B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | レーザセンサを用いた溶接線追従方法及びロボット制御装置 |
| US08/515,989 US5624588A (en) | 1994-08-22 | 1995-08-17 | Method of controlling robot for use in arc welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6220999A JP3040670B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | レーザセンサを用いた溶接線追従方法及びロボット制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0857647A JPH0857647A (ja) | 1996-03-05 |
| JP3040670B2 true JP3040670B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=16759890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6220999A Expired - Fee Related JP3040670B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | レーザセンサを用いた溶接線追従方法及びロボット制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5624588A (ja) |
| JP (1) | JP3040670B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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