JP3200106B2 - 溶接ロボットのトーチ位置設定方法およびその装置 - Google Patents

溶接ロボットのトーチ位置設定方法およびその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は溶接ロボットのトーチ
位置設定方法およびその装置に係り、特に、トーチの位
置をその姿勢とともに容易に設定することができる溶接
ロボットのトーチ位置設定方法およびその装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】近年、溶接ロボットの自動化に対して、
色々な方向からアプローチがすすめられている。例え
ば、オフラインティーチング、データベース化、溶接線
倣い制御等である。
【0003】ところが、TIG溶接では炭酸ガス溶接等
に比べティーチングの精度が厳密であることが要求され
るため、設定に時間が必要となる。これが溶接ロボット
にTIG溶接方法があまり用いられていない一つの要因
であり、自動化を妨げている要因でもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来は、
ラフなティーチングを行うセンサはいくつか商品化され
ているが、TIG溶接のトーチ設定の精度を許容できる
ものはまだない。また、溶接線倣いセンサとトーチの位
置設定機能は別々に開発されているものであり、これら
の機能を合わせ持つものはない。
【0005】この発明の目的は、このような従来の技術
に着目してなされたものであり、TIG溶接ロボットを
用いた自動溶接において、ラフなティーチングをするこ
とで、厳密なトーチ位置をその姿勢とともに設定するこ
とのできる溶接ロボットのトーチ位置設定方法およびそ
の装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、種々のワークピースの表面形状およびそれ
に対応する所定のトーチ位置をメモリ手段に記憶してお
き、溶接作業対象となるワークピースの板厚および継手
形状が入力されると、その継手形状に対応する表面形状
およびその板厚に対応する所定のトーチ位置を前記メモ
リ手段から読み出して画面の基準位置に表示し、前記ワ
ークピースの表面に投光し受光した反射光に基づき当該
ワークピースの表面形状を検出して、この検出した表面
形状を前記画面に併せて表示し、前記画面上で前記検出
した表面形状を前記読み出した表面形状と重なるように
座標変換することで、当該検出したワークピースの表面
形状に適応するトーチ位置を求め、前記求めたトーチ位
置にトーチを配するように溶接ロボットを制御するもの
である。
【0007】また、この発明は、種々のワークピースの
表面形状およびそれに対応する所定のトーチ位置を記憶
しておくメモリ手段と、溶接作業対象となるワークピー
スの板厚および継手形状が入力されると、その継手形状
に対応する表面形状およびその板厚に対応する所定のト
ーチ位置を前記メモリ手段から読み出して画面の基準位
置に表示する制御手段と、前記ワークピースの表面に投
光し受光した反射光に基づき当該ワークピースの表面形
状を検出して、この検出した表面形状を前記画面に併せ
て表示させる溶接線倣いセンサとを備え、前記制御手段
が、前記画面上で前記検出した表面形状を前記読み出し
た表面形状と重なるように座標変換することで、当該検
出したワークピースの表面形状に適応するトーチ位置を
求めるとともに、この求めたトーチ位置にトーチを配す
るように溶接ロボットを制御するように構成したもので
ある。
【0008】
【作用】この発明によれば、ワークピースの板厚および
継手形状が入力されると、その継手形状に対応する表面
形状およびその板厚に対応する所定のトーチ位置をメモ
リ手段から読み出して画面の基準位置に表示し、前記ワ
ークピースの表面に投光し受光した反射光に基づき当該
ワークピースの表面形状を検出して、この検出した表面
形状を前記画面に併せて表示し、前記画面上で前記検出
した表面形状を前記読み出した表面形状と重なるように
座標変換することで、当該検出したワークピースの表面
形状に適応するトーチ位置を求め、前記求めたトーチ位
置にトーチを配するように溶接ロボットを制御するの
で、ただ単にワークピースの板厚および継手形状を入力
するだけの簡単な操作を行うだけで、特別なティーチン
グを行わずに、厳密なトーチ位置をその姿勢とともに設
定することができる。
【0009】また、この発明によれば、種々のワークピ
ースの表面形状およびそれに対応する所定のトーチ位置
を記憶しておくメモリ手段と、溶接作業対象となるワー
クピースの板厚および継手形状が入力されると、その継
手形状に対応する表面形状およびその板厚に対応する所
定のトーチ位置を前記メモリ手段から読み出して画面の
基準位置に表示する制御手段と、前記ワークピースの表
面に投光し受光した反射光に基づき当該ワークピースの
表面形状を検出して、この検出した表面形状を前記画面
に併せて表示させる溶接線倣いセンサとを備え、前記制
御手段が、前記画面上で前記検出した表面形状を前記読
み出した表面形状と重なるように座標変換することで、
当該検出したワークピースの表面形状に適応するトーチ
位置を求めるとともに、この求めたトーチ位置にトーチ
を配するように溶接ロボットを制御するように構成した
ので、ただ単にワークピースの板厚および継手形状を入
力するだけの簡単な操作を行うだけで、特別なティーチ
ングを行わずに、厳密なトーチ位置をその姿勢とともに
設定することができる。
【0010】
【実施例】以下この発明の好適な実施例を図1〜図5に
基づいて説明する。図1は、このトーチ位置設定装置の
構成を示している。すなわち、ワークピースWの表面形
状を検出する溶接線倣いセンサ1と、あらかじめ表面形
状等の設定条件及びその設定条件に対応するトーチ位置
を記憶してあるメモリ手段3と、前記溶接線倣いセンサ
1により検出された表面形状に一致する表面形状で、且
つ、所定の設定条件を満足するトーチ位置をメモリ手段
3から読み込むと共に、前記検出された表面形状に対応
するトーチ位置にトーチを配置するように溶接ロボット
5を制御する制御部7とを有している。
【0011】そして、図2には溶接線倣いセンサ1の一
例を示している。この溶接線倣いセンサ1は、光源11
から発せられた光(可視光線又は赤外光線)をレンズ1
3を通してワークピースWの表面にスリット状の光L1
を投光する投光器15と、このワークピースWの表面か
らの反射光L2を受光する受光部としてのエリアセンサ
17と、このエリアセンサ17からの受光信号を受けて
ワークピースWの表面形状を検出する処理部9とを有し
ており、三角測量の原理を用いて溶接部の断面形状を検
出する装置である。
【0012】このような溶接線倣いセンサ1では、投光
器15が発するスリット状の光L1が溶接線WLをでき
るだけ直角に横切る状態で投光し、この反射光L2をレ
ンズ19を介してエリアセンサ17が受光する。そし
て、エリアセンサ17からの受光信号によりワークピー
スW表面までの距離を測定して、この距離の変化により
ワークピースWの表面形状を検出する。
【0013】図3〜図5には、前述した溶接線倣いセン
サ1を用いたTIG溶接におけるラフなティーチングの
手順を示している。
【0014】先ず、ワークピースWの板厚と継手形状を
入力すると、制御部7はこれに対応する表面形状aとト
ーチ位置P0をメモリ手段3から読み込む。そして、ワ
ークピースWを水平に配した状態で、溶接線WLが画面
Dの中心線上に位置するようにして表面形状を画面Dに
描く(図3参照)。従って、適正なトーチ位置P0は、
継手の直上L0の距離にある。ここで、板厚を入力した
のは、板厚によってアーク長が異なり、これによりトー
チ位置P0も変化するためであり、継手形状の高さ方向
の位置決めに使われる。
【0015】次に、溶接終端近傍を溶接線倣いセンサ1
によってセンシングする(図4参照)。そして、この溶
接線倣いセンサ1によって得られた表面形状をそのまま
画面Dに描く(図3参照)。この際、被溶接部材Wが水
平に配されていなくて回転しているような場合には、図
3中破線bのように傾いて描かれる。そこで、制御部7
は、表面形状bを座標変換して表面形状aに重なるよう
にすると、表面形状bに対する適正なトーチ位置はP0
に一致することになる。そして、この時の被溶接部材W
の回転角θ1及びトーチ位置P1を得る。
【0016】そして、溶接始端近傍を終端近傍と同様に
センシングして(図4参照)、被溶接部材Wの回転角θ
2及びトーチ位置P2を得る。すなわち、座標変換する
ことにより逆にワークピースの傾き等の状態を知ること
ができるので、検出された表面形状に対する適正なトー
チ位置及び姿勢を算出することができる。
【0017】続いて、制御部7はトーチの姿勢と位置の
補正を行う(図5参照)。すなわち、前述の座標変換に
より、被溶接部材Wの回転角θ1、θ2及びトーチ位置
P1、P2等はわかっているため、制御部7は溶接ロボ
ット5を制御して溶接の始端及び終端で図5(A)に示
されるトーチ位置及び姿勢から図5(B)に示されるト
ーチ位置及び姿勢に修正する。
【0018】これにより、トーチは継手に対して直角の
姿勢で、適正なアーク長を保ちながら溶接を行うことが
できる。
【0019】このように、溶接線倣いセンサ1がワーク
ピースWから得るデータは、溶接線WLを認識する目的
だけでなく溶接線倣いセンサ1とワークピースWの位置
関係を認識することができるので、新たなセンサを使用
することなくラフティーチングを行うことができ、コス
トの面で有利である。そして、あらかじめ入力したワー
クピースWのデータからトーチ姿勢と位置及びワークピ
ースWの形状を決定し、溶接線倣いセンサ1から得られ
たデータと合致させる方向に溶接ロボット5を制御する
ことによって、ラフなティーチングにより厳密なティー
チングを行ったと同じ効果を得ることができる。このた
め、作業者が溶接線倣いのティーチングの作業を行え
ば、特別なティーチングを行うことなくトーチの姿勢と
位置が自動的に設定されるので、ティーチングの作業時
間の短縮化が図れるし、TIG溶接方法に溶接ロボット
5を用いることができる。
【0020】尚、上記実施例においては、スリット状の
光を被溶接部材Wに照射する溶接線倣いセンサ1を使用
した場合について説明したが、本発明はこれに限るもの
ではなく、溶接線WLを検出する際に被溶接部材Wの表
面形状を検出するものであれば広く適用することができ
る。
【0021】また、上記実施例においては、突き合わせ
溶接を例にとって説明したが、これに限らず種々の継手
形状に対しても適用できる。
【0022】
【発明の効果】この発明は以上のように、種々のワーク
ピースの表面形状およびそれに対応する所定のトーチ位
置をメモリ手段に記憶しておき、溶接作業対象となるワ
ークピースの板厚および継手形状が入力されると、その
継手形状に対応する表面形状およびその板厚に対応する
所定のトーチ位置を前記メモリ手段から読み出して画面
の基準位置に表示し、前記ワークピースの表面に投光し
受光した反射光に基づき当該ワークピースの表面形状を
検出して、この検出した表面形状を前記画面に併せて表
示し、前記画面上で前記検出した表面形状を前記読み出
した表面形状と重なるように座標変換することで、当該
検出したワークピースの表面形状に適応するトーチ位置
を求め、前記求めたトーチ位置にトーチを配するように
溶接ロボットを制御する構成としたので、ただ単にワー
クピースの板厚および継手形状を入力するだけの簡単な
操作を行うだけで、特別なティーチングを行わずに、厳
密なトーチ位置をその姿勢とともに設定することができ
る効果がある。
【0023】また、この発明は、種々のワークピースの
表面形状およびそれに対応する所定のトーチ位置を記憶
しておくメモリ手段と、溶接作業対象となるワークピー
スの板厚および継手形状が入力されると、その継手形状
に対応する表面形状およびその板厚に対応する所定のト
ーチ位置を前記メモリ手段から読み出して画面の基準位
置に表示する制御手段と、前記ワークピースの表面に投
光し受光した反射光に基づき当該ワークピースの表面形
状を検出して、この検出した表面形状を前記画面に併せ
て表示させる溶接線倣いセンサとを備え、前記制御手段
が、前記画面上で前記検出した表面形状を前記読み出し
た表面形状と重なるように座標変換することで、当該検
出したワークピースの表面形状に適応するトーチ位置を
求めるとともに、この求めたトーチ位置にトーチを配す
るように溶接ロボットを制御するように構成したので、
ただ単にワークピースの板厚および継手形状を入力する
だけの簡単な操作を行うだけで、特別なティーチングを
行わずに、厳密なトーチ位置をその姿勢とともに設定す
ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る溶接ロボットのトーチ位置設定
装置の全体構成図である。
【図2】この発明に係る溶接ロボットのトーチ位置設定
装置に用いられている溶接線倣いセンサの一例を示す構
成図である。
【図3】溶接線倣いセンサにより得られたワークピース
の表面形状と、メモリ手段から読み出された表面形状と
を画面に描いた状態を示す説明図である。
【図4】溶接線倣いセンサによりセンシングをしている
状態を示す説明図である。
【図5】(A)は、修正前のトーチ位置及び姿勢を示す
説明図、(B)は、修正前後トーチ位置及び姿勢を示す
説明図である。
【符号の説明】
1 溶接線倣いセンサ 3 メモリ手段 5 溶接ロボット 7 制御部 15 投光器 WL 溶接線 W ワークピース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/127

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 種々のワークピースの表面形状およびそ
    れに対応する所定のトーチ位置をメモリ手段に記憶して
    おき、 溶接作業対象となるワークピースの板厚および継手形状
    が入力されると、その継手形状に対応する表面形状およ
    びその板厚に対応する所定のトーチ位置を前記メモリ手
    段から読み出して画面の基準位置に表示し、 前記ワークピースの表面に投光し受光した反射光に基づ
    き当該ワークピースの表面形状を検出して、この検出し
    た表面形状を前記画面に併せて表示し、 前記画面上で前記検出した表面形状を前記読み出した表
    面形状と重なるように座標変換することで、当該検出し
    たワークピースの表面形状に適応するトーチ位置を求
    め、 前記求めたトーチ位置にトーチを配するように溶接ロボ
    ットを制御する、ことを特徴とする溶接ロボットのトー
    チ位置設定方法。
  2. 【請求項2】 種々のワークピースの表面形状およびそ
    れに対応する所定のトーチ位置を記憶しておくメモリ手
    段と、 溶接作業対象となるワークピースの板厚および継手形状
    が入力されると、その継手形状に対応する表面形状およ
    びその板厚に対応する所定のトーチ位置を前記メモリ手
    段から読み出して画面の基準位置に表示する制御手段
    と、 前記ワークピースの表面に投光し受光した反射光に基づ
    き当該ワークピースの表面形状を検出して、この検出し
    た表面形状を前記画面に併せて表示させる溶接線倣いセ
    ンサとを備え、 前記制御手段が、前記画面上で前記検出した表面形状を
    前記読み出した表面形状と重なるように座標変換するこ
    とで、当該検出したワークピースの表面形状に適応する
    トーチ位置を求めるとともに、この求めたトーチ位置に
    トーチを配するように溶接ロボットを制御する、 ように構成したことを特徴とする溶接ロボットのトーチ
    位置設定装置。
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