JP3317101B2 - Welding robot - Google Patents
Welding robotInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ティーチングプレイバ
ック型の溶接用ロボットに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a teaching playback type welding robot.
【0002】[0002]
【従来の技術】アーク溶接ロボットによる溶接工程の自
動化は、生産性の向上や溶接品質の均一化を実現する有
効な手段として自動車産業に代表される大量生産現場を
中心に拡大の一途をたどってきた。2. Description of the Related Art The automation of the welding process by an arc welding robot has been steadily expanding, mainly in mass production sites represented by the automobile industry, as an effective means for improving productivity and achieving uniform welding quality. Was.
【0003】また、近年の消費者ニーズの多様化にとも
なう多品種少量生産形態に対しても、ロボットによるフ
レキシブルな生産システムはきわめて有効な手段として
大きな期待を集めている。[0003] In addition, a flexible production system using a robot has attracted great expectations as a very effective means for a multi-product small-lot production mode in response to diversification of consumer needs in recent years.
【0004】しかしながら、現在稼働している溶接用ロ
ボットのほとんどは、いわゆるティーチングプレイバッ
ク型ロボットであり、多品種少量生産に対応するために
は一台の溶接用ロボットに対して多くの動作プログラム
を教示する必要がある一方、熟練した溶接用ロボットの
教示作業者自体は不足の傾向にあることから、効果的な
教示工数の低減策が望まれている。However, most of the currently operating welding robots are so-called teaching playback type robots. To cope with high-mix low-volume production, a large number of operation programs are required for one welding robot. While there is a need to teach, there is a tendency for skilled welding robot teaching workers themselves to be in short supply. Therefore, effective measures to reduce the number of teaching steps are desired.
【0005】現在最も一般的に行われている教示作業法
は、教示作業者が溶接用ロボットの動きを指示する操作
箱の操作スイッチを使用して、溶接用ロボットの動きを
観察しつつ所定の動きをさせながら教示するもので、曲
線や方向転換等を含む被溶接物にあっては、この教示操
作には熟練を必要とするばかりでなく、所望の動きを得
るために試行を繰り返すことが必要であるなど時間がか
かるものである。In the teaching work method most commonly used at present, a teaching operator uses an operation switch of an operation box for instructing the movement of the welding robot, and observes the movement of the welding robot while observing the movement of the welding robot. Teaching is performed while moving, and in the case of a work to be welded including a curve or a change of direction, this teaching operation requires not only skill but also trials to obtain a desired movement. It is time-consuming, such as necessary.
【0006】このようなことから、操作箱によらない種
々な教示法が提案され、少しずつ実用化され始めてい
る。[0006] In view of the above, various teaching methods independent of the operation box have been proposed, and are gradually being put into practical use.
【0007】その一つは溶接用ロボットを実際は動かさ
ずに、溶接用ロボットを含む作業上に設定した座標系上
での絶対位置を教示するいわゆるオフラインティーチン
グと呼ばれる方法で、絶対位置をコンピュータ上でシミ
ュレーションにより教示する方法や、発光素子を設けた
位置教示作業器をトーチの代わりに被溶接物の溶接線に
沿って動かして、その発する光を作業上に固定して設置
したイメージセンサで検出して教示する方法などがあ
る。One of the methods is to teach the absolute position on a coordinate system set on the work including the welding robot without actually moving the welding robot. A method of teaching by simulation, or a position teaching work device equipped with a light emitting element is moved along the welding line of the workpiece instead of a torch, and the light emitted from the work is detected by an image sensor fixed and installed on the work Teaching method.
【0008】また、他の方法として溶接用ロボットを実
際に動作させながら教示する方法がある。以下その方法
について説明する。As another method, there is a method of teaching while actually operating a welding robot. The method will be described below.
【0009】その第1の方法は作業者がロボットアーム
の先端部に固定された溶接トーチまたはそれを模した把
持部を把持して溶接線上を倣い誘導する間にロボットが
その動きを時々刻々検知して記憶するいわゆるダイレク
トティーチングと呼ばれるもので、その動きの検知方法
としては例えば特開昭56−85106号公報に開示さ
れているように、作業者が把持部を誘導する方向と誘導
力の大きさを検知する力検出器を設けて、その出力信号
を用いてトーチ先端の位置と姿勢とを演算する方法であ
る。The first method is that the robot detects the movement of the welding torch fixed to the end of the robot arm or the gripping part imitating the welding torch while guiding the robot along the welding line. A method of detecting the movement is, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-85106, in which the direction in which the operator guides the grip portion and the magnitude of the guiding force. This is a method in which a force detector for detecting the torch is provided, and the position and orientation of the tip of the torch are calculated using the output signal.
【0010】このダイレクトティーチングは作業者が溶
接用ロボットの座標系などを意識することなく直感的に
溶接用ロボットを操作することが可能であるので、教示
作業者には扱い易いティーチング方法である。This direct teaching is a teaching method that is easy for a teaching worker to handle because the worker can intuitively operate the welding robot without being conscious of the coordinate system of the welding robot.
【0011】さらに第2の方法は、センサを利用して溶
接用ロボットに溶接開始点および溶接線を自動認識さ
せ、溶接用ロボットが自律的に溶接線をならいながら教
示作業を行うもので、溶接用ロボットが実稼働時と同じ
動作を行いながら教示作業が進められるので、干渉の確
認や教示点の修正作業が不要であるばかりでなく、作業
者が溶接用ロボットに接近して作業を行う必要がないの
で教示作業が安全に行え、位置決めおよび姿勢合わせは
センサ情報を用いて溶接用ロボットが自動的に行うの
で、作業者の技能に左右されずに教示品質の均質化が図
れるといった利点がある。In a second method, a welding robot automatically recognizes a welding start point and a welding line using a sensor, and the welding robot performs a teaching operation while autonomously following the welding line. Teaching work proceeds while the robot is performing the same operation as during actual operation, so not only is there no need to check interference and correct teaching points, but also the worker needs to work close to the welding robot. Since there is no teaching work, the teaching work can be performed safely, and the positioning and posture adjustment is automatically performed by the welding robot using the sensor information, so that there is an advantage that the teaching quality can be homogenized regardless of the skill of the worker. .
【0012】溶接開始点および溶接線の自動認識手段と
しては大きく2種類に分類することができ、その第1の
手段は、レーザや超音波等を用いた距離センサまたはイ
メージセンサを利用したものであり、第2の手段は、溶
接ワイヤや溶接アーク自体といった溶接作業そのものを
利用したものである。The means for automatically recognizing a welding start point and a welding line can be roughly classified into two types. The first means uses a distance sensor or an image sensor using a laser, an ultrasonic wave, or the like. The second means uses a welding operation itself such as a welding wire or a welding arc itself.
【0013】溶接ワイヤを利用するワイヤーアースによ
るタッチセンサは特開昭54−15441号公報に示さ
れているように溶接ワイヤに電圧を印加して一方の電極
とし、他方の電極をワーク面にとり、溶接用ロボットに
よって溶接ワイヤを動かして両電極すなわち溶接ワイヤ
とワークが接触して電気的導通が得られた時点での溶接
用ロボットの位置からワークの位置を認識し、これを複
数の点で繰り返すことにより溶接線を検出するものであ
る。As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-15441, a touch sensor based on a wire ground using a welding wire applies a voltage to the welding wire to form one electrode and the other electrode is applied to a work surface. The welding robot moves the welding wire to recognize the position of the workpiece from the position of the welding robot at the time when both electrodes, that is, the welding wire and the workpiece are in contact with each other to obtain electrical continuity, and this is repeated at a plurality of points. Thus, the welding line is detected.
【0014】また、溶接アークを利用するアークセンサ
は、実開昭54−55635号公報に示されているよう
に溶接信号の変化を情報源として、溶接線の位置を認識
する方式であり、溶接継手の開先内において溶接トーチ
を溶接線と直交する平面内でウィービングを行うことに
より溶接チップ〜母材間の距離が変化し、それにともな
う溶接電流の変化から溶接線の位置を認識するものであ
る。An arc sensor using a welding arc is a method of recognizing the position of a welding line using a change in a welding signal as an information source as disclosed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 54-55635. By weaving the welding torch in a plane perpendicular to the welding line within the groove of the joint, the distance between the welding tip and the base metal changes, and the position of the welding line is recognized from the change in welding current accompanying it. is there.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】溶接に本来必要な溶接
ワイヤによるタッチセンサを利用した教示作業では教示
点毎に複数の位置でセンシングを行う必要があるので検
出動作が遅く、ワークが複雑になり教示点数が多くなれ
ばなるほど教示に要する時間が長くなり、実用性を著し
く損なうといった問題点を有していた。In a teaching operation using a touch sensor with a welding wire which is originally required for welding, it is necessary to perform sensing at a plurality of positions for each teaching point, so that the detection operation is slow and the work becomes complicated. The greater the number of teaching points, the longer the time required for teaching, which has the problem of significantly impairing practicality.
【0016】アークセンサを利用した教示作業では、ア
ーク自体がセンサとなるため溶接施工を行いながらの教
示作業となるのでやり直しができない他、高速の溶接線
追跡が困難、実用的に薄板の重ね継手には適用しにく
い、溶接条件により追跡性能が大きく影響される、トー
チ姿勢の制御は困難である等の問題点を有していた。In the teaching operation using an arc sensor, since the arc itself becomes a sensor, the teaching operation is performed while welding is performed, so it is not possible to redo the operation. In addition, it is difficult to track a welding line at a high speed, and a lap joint of a thin plate is practically used. , The tracking performance is greatly affected by welding conditions, and it is difficult to control the torch attitude.
【0017】本発明は、上記課題を解決するもので、広
範なワーク形状や作業環境に適用可能で、事前に溶接施
工を行うことなく、非接触距離センサにより溶接線の位
置およびワークに対するトーチの姿勢を自動認識し、簡
便で安全かつ効果的な教示工数低減法が実現できる溶接
用ロボットを提供することを目的としている。The present invention solves the above-mentioned problems, and is applicable to a wide range of work shapes and work environments, and uses a non-contact distance sensor to detect the position of a welding line and the torch relative to the work without performing welding in advance. An object of the present invention is to provide a welding robot capable of automatically recognizing a posture and realizing a simple, safe and effective teaching man-hour reduction method.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の溶接用ロボットは、ロボットアームと、前
記ロボットアーム先端のツール部に取付けた非接触距離
センサと、前記ロボットアームが移動した時に前記非接
触距離センサにより計測される対象ワークの溶接線の位
置情報を記憶する位置情報記憶手段と、前記ロボットア
ーム先端のツール部に設定した第1の座標系と、前記第
1の座標系の軸を延長して対象ワークと交差した点から
溶接線におろした垂線と溶接線の交点を原点とし、この
原点から溶接線の方向に座標軸を有する第2の座標系
と、これら第1の座標系と第2の座標系の位置関係を前
記位置情報記憶手段により記憶された溶接線の位置情報
を元に算出する位置関係算出手段と、前記第1の座標系
と前記第2の座標系の基準となる位置関係を予め設定記
憶する位置関係設定記憶手段と、前記位置関係算出手段
により算出された前記第1の座標系と前記第2の座標系
の位置関係と前記位置関係設定記憶手段によって予め設
定記憶された前記第1の座標系と前記第2の座標系の位
置関係が一致するように前記ロボットアムーを移動させ
るロボット制御手段とを備えたものである。In order to achieve this object, a welding robot according to the present invention comprises a robot arm, a non-contact distance sensor attached to a tool portion at the tip of the robot arm, and a robot arm which moves. Position information storage means for storing position information of the welding line of the target work measured by the non-contact distance sensor when the first contact is made, a first coordinate system set in a tool portion at the tip of the robot arm, and the first coordinates from a point intersecting with the objective workpiece by extending the axis of the system
A second coordinate system having a coordinate axis in the direction of the weld line from the origin , the intersection of a perpendicular line drawn down to the weld line and the weld line, and a first coordinate system and a second coordinate system A positional relation calculating means for calculating a positional relation based on the positional information of the welding line stored by the positional information storing means; and a positional relation serving as a reference between the first coordinate system and the second coordinate system is preset. A positional relation setting storing means for storing, a positional relation between the first coordinate system and the second coordinate system calculated by the positional relation calculating means, and the first relation set and stored by the positional relation setting storing means in advance. And a robot control means for moving the robot amou so that the positional relationship between the coordinate system and the second coordinate system coincides with each other.
【0019】[0019]
【作用】上記の構成により本発明は、ロボットアームの
移動時に非接触距離センサにより対象ワークの位置情報
を計測、記憶する。この位置情報を元に、位置関係算出
手段で第1の座標系と第2の座標系との間の位置関係す
なわち溶接線およびワークと溶接トーチの位置および姿
勢を算出し、この算出した位置関係が予め設定記憶され
た位置関係と一致するようにロボット制御手段がロボッ
トアームを動作させるので、予め設定記憶しておいた所
望の位置関係すなわち溶接トーチの狙い位置や姿勢に自
動的にロボットアームを動作させることができる。With the above arrangement, the present invention measures and stores the position information of the target work by the non-contact distance sensor when the robot arm moves. Based on the position information, the positional relationship calculating means calculates the positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system, that is, the position and orientation of the welding line, the workpiece, and the welding torch, and calculates the calculated positional relationship. The robot control means operates the robot arm so that the robot arm coincides with the positional relationship set and stored in advance, so that the robot arm is automatically set to the desired positional relationship set and stored in advance, that is, the target position and posture of the welding torch. Can work.
【0020】[0020]
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0021】図1において、1は垂直多関節型のロボッ
トアームで、そのアームの最先端に溶接トーチ2(以下
単にトーチと呼ぶ)が取り付けられている。3はトーチ
2の先端に取り付けられた非接触距離センサであるレー
ザセンサであり、対象ワークとの位置情報を算出する。
非接触距離センサ3において算出された位置情報は、位
置情報記憶手段5に出力され、記憶される。位置関係算
出手段6では、位置情報記憶手段5に記憶されている位
置情報を元に、前記ロボットアーム先端のツール部に設
定した第1の座標系と前記対象ワークに設定した第2の
座標系の位置関係を算出する。7はワーク4に対する所
望の狙い位置およびトーチ姿勢を第1の座標系と第2の
座標系の位置関係として予め設定記憶させておく位置関
係設定記憶手段で、ロボットアーム1はこの設定記憶さ
れた位置関係と前記位置関係算出手段6により算出され
た位置関係が一致するように、ロボット制御手段8によ
り駆動される。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vertical multi-joint type robot arm, to which a welding torch 2 (hereinafter simply referred to as a torch) is attached at the leading end of the arm. Reference numeral 3 denotes a laser sensor which is a non-contact distance sensor attached to the tip of the torch 2, and calculates position information with respect to a target work.
The position information calculated by the non-contact distance sensor 3 is output to the position information storage means 5 and stored. In the positional relationship calculation means 6, based on the position information stored in the position information storage means 5, a first coordinate system set in the tool portion at the tip of the robot arm and a second coordinate system set in the target work. Is calculated. Numeral 7 is a positional relationship setting storage unit for previously setting and storing a desired target position and a torch posture with respect to the work 4 as a positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system. The robot arm 1 is set and stored. It is driven by the robot control means 8 so that the positional relation matches the positional relation calculated by the positional relation calculating means 6.
【0022】本実施例のレーザセンサは、図2に示すよ
うに、レーザスリット光を照射し、対象ワークからの反
射光を2次元のCCDカメラ上に撮像している。撮像さ
れた対象ワークの形状から、その特徴点を抽出し、対象
ワークの位置を算出する。As shown in FIG. 2, the laser sensor of this embodiment irradiates a laser slit light and captures reflected light from a target work on a two-dimensional CCD camera. The feature points are extracted from the captured shape of the target work, and the position of the target work is calculated.
【0023】はじめに、トーチ2とワーク4の位置関係
の基準となる座標系について図3および図4を用いて定
義する。First, a coordinate system as a reference of the positional relationship between the torch 2 and the work 4 will be defined with reference to FIGS.
【0024】図3にトーチ2に設定した第1の座標系
(以下、トーチ座標系と呼ぶ)を示す。3はレーザセン
サであり、10はレーザセンサ3により対象ワークの形
状が計測されるカメラ平面を示す。カメラ平面は、トー
チに対して平行になっている。トーチ座標系は、トーチ
2の先端の作用点を第1の座標原点Otとし(以下トー
チ原点と呼ぶ)、トーチ2の中心軸をXt軸とする。X
t軸の正の方向は図3に矢印で示した。トーチ原点から
カメラ平面に対する垂線をYt軸とする。Yt軸の正の
方向は、トーチ原点からカメラ平面に向かう方向とす
る。そしてXt、Yt軸に直交し、かつ右手系をなす方
向をZt軸として定義する。FIG. 3 shows a first coordinate system (hereinafter referred to as a torch coordinate system) set for the torch 2. Reference numeral 3 denotes a laser sensor, and reference numeral 10 denotes a camera plane on which the shape of the target work is measured by the laser sensor 3. The camera plane is parallel to the torch. In the torch coordinate system, the point of action of the tip of the torch 2 is defined as a first coordinate origin Ot (hereinafter, referred to as a torch origin), and the center axis of the torch 2 is defined as an Xt axis. X
The positive direction of the t axis is indicated by an arrow in FIG. The perpendicular from the torch origin to the camera plane is defined as the Yt axis. The positive direction of the Yt axis is a direction from the torch origin to the camera plane. Then, a direction orthogonal to the Xt and Yt axes and forming a right-handed system is defined as a Zt axis.
【0025】レーザセンサ3はトーチ2に固定的に取り
付けられ、トーチ座標系に対するカメラ平面の位置関係
は、設計的にあるいは製造的に既知であり、カメラ・ト
ーチ変換マトリクスとして記憶されている。したがっ
て、レーザセンサ3で計測した対象ワークの位置情報
は、カメラ・トーチ変換マトリクスを用いて演算するこ
とにより、トーチ座標系で認識することが可能である。The laser sensor 3 is fixedly attached to the torch 2, and the positional relationship of the camera plane with respect to the torch coordinate system is known in design or manufacture, and is stored as a camera-torch conversion matrix. Therefore, the position information of the target work measured by the laser sensor 3 can be recognized in the torch coordinate system by calculating using the camera / torch conversion matrix.
【0026】次に、図4に対象ワーク4上に設定した第
2の座標系(以下、ワーク座標系と呼ぶ)を示す。対象
ワークの例として、重ね継手を想定している。トーチ2
が、ワーク4上の溶接線近傍に位置決めされた状態で、
前記トーチ座標系のXt軸を延長しワーク4と交差した
点をQとし、点Qから溶接線におろした垂線と溶接線の
交点を第2の座標原点Ow(以下、ワーク原点と呼ぶ)
とする。このワーク原点から溶接線の方向をYw軸と
し、このYw軸と直交し、ワーク2の開先角度を2等分
割する方向をXw軸とする。この時Yw軸の正の方向は
どちら向きに取ってもよいが、Xwの正方向はワーク原
点からワーク2の裏面へ向かう方向とし、残るZw軸
は、Xw、Yw軸に直交し、かつ右手系をなす方向にと
ることとする。Next, FIG. 4 shows a second coordinate system (hereinafter, referred to as a work coordinate system) set on the target work 4. A lap joint is assumed as an example of the target work. Torch 2
Is positioned near the welding line on the workpiece 4,
The point at which the Xt axis of the torch coordinate system is extended to intersect with the work 4 is defined as Q, and the intersection of the perpendicular line drawn from the point Q to the welding line and the welding line is referred to as a second coordinate origin Ow (hereinafter, referred to as the workpiece origin).
And The direction of the welding line from the work origin is the Yw axis, and the direction orthogonal to the Yw axis and dividing the groove angle of the work 2 into two equal parts is the Xw axis. At this time, the positive direction of the Yw axis may be any direction, but the positive direction of Xw is the direction from the work origin to the back surface of the work 2, and the remaining Zw axis is orthogonal to the Xw and Yw axes and It shall be taken in the direction of the system.
【0027】図5にトーチ、レーザセンサ、およびワー
クの位置関係、および図6にレーザセンサで認識される
継手形状を示す。これを元にカメラ・トーチ変換マトリ
クスを用いて、トーチ座標系における溶接線の位置を認
識する。ロボット直交座標系におけるトーチ座標系の位
置は、ロボットの軌跡演算により既知である。したがっ
て、カメラ・トーチ変換マトリクスを用いて、ロボット
直交座標系における溶接線の位置は容易に算出すること
ができる。レーザセンサはトーチに対して、対象ワーク
の溶接進行方向の先行する位置にあり、本発明の動作を
実行中、一定時間毎に、ロボット直交座標系における溶
接線の位置は、位置情報記憶手段に記憶される。以下、
レーザセンサにより計測され、位置情報記憶手段に記憶
されている溶接線の位置情報を、検出溶接線と呼ぶ。ま
た同時に、カメラ平面上において対象ワークの開先角度
の2等分割する方向をXc軸とし、ロボット直交座標系
におけるベクトルとして記憶する。後述するが、Xc軸
のベクトルデータはワーク座標系の座標軸を算出するの
に用いる。FIG. 5 shows the positional relationship between the torch, the laser sensor, and the work, and FIG. 6 shows the joint shape recognized by the laser sensor. Based on this, the position of the welding line in the torch coordinate system is recognized using the camera-torch conversion matrix. The position of the torch coordinate system in the robot orthogonal coordinate system is known from the robot trajectory calculation. Therefore, the position of the welding line in the robot orthogonal coordinate system can be easily calculated using the camera-torch conversion matrix. The laser sensor is located at a position preceding the torch in the welding progress direction of the target work, and during execution of the operation of the present invention, the position of the welding line in the robot orthogonal coordinate system is stored in the position information storage means at regular intervals. It is memorized. Less than,
The position information of the welding line measured by the laser sensor and stored in the position information storage means is called a detected welding line. At the same time, the direction of equally dividing the groove angle of the target work on the camera plane is set as the Xc axis and stored as a vector in the robot orthogonal coordinate system. As will be described later, the vector data of the Xc axis is used to calculate the coordinate axes of the work coordinate system.
【0028】図5により、ワーク座標系の算出手順を説
明する。トーチ原点Ot(既知)に最も近い検出溶接線
上の点を求める。その点から、検出溶接線上において、
ロボット制御周期毎の移動距離だけ進行方向に進んだ点
をワーク原点Owとする。ロボット制御周期毎の移動距
離はロボットの移動速度である。したがって、トーチ座
標系とワーク座標系の位置関係を表す6つの成分の内Y
方向の成分は溶接線を追跡していく方向および速度を定
める変数であることを意味し、ロボット操作者の指示に
従ってこの値を変更することにより溶接線の方向や溶接
速度を任意に選択し、あるいは調整することができるこ
とになる。また、例えば検出溶接線の曲率やロボットア
ームの各軸の動作速度等を算出し、それらに応じてY方
向成分の値を増減させれば、その時々の状況に合わせて
溶接速度を最適値に自動調整させることができる。The procedure for calculating the work coordinate system will be described with reference to FIG. The point on the detected welding line closest to the torch origin Ot (known) is determined. From that point, on the detection welding line,
A point advanced in the traveling direction by the moving distance in each robot control cycle is defined as a work origin Ow. The moving distance for each robot control cycle is the moving speed of the robot. Therefore, of the six components representing the positional relationship between the torch coordinate system and the work coordinate system, Y
The direction component means that it is a variable that determines the direction and speed at which the welding line is tracked, and by changing this value according to the instruction of the robot operator, the direction and welding speed of the welding line can be arbitrarily selected, Or it can be adjusted. Also, for example, by calculating the curvature of the detected welding line and the operating speed of each axis of the robot arm, and increasing or decreasing the value of the Y-direction component accordingly, the welding speed is adjusted to the optimum value according to the situation at each time. It can be adjusted automatically.
【0029】ワーク原点Owにおいて各座標軸は、次の
ようにして求める。Yw軸は、ワーク原点Owにおける
検出溶接線の接線とする。Zw軸はXc軸ベクトルと、
Yw軸ベクトルの外積である。Xw軸は、Yw、Zw軸
に直交し、かつ右手系をなす方向により求まる。Each coordinate axis at the workpiece origin Ow is obtained as follows. The Yw axis is a tangent to the detected welding line at the workpiece origin Ow. The Zw axis is an Xc axis vector,
This is the outer product of the Yw axis vector. The Xw axis is obtained by a direction orthogonal to the Yw and Zw axes and forming a right-handed system.
【0030】以上の手順により、トーチ原点Ot、およ
び検出溶接線より、ロボット直交座標系におけるワーク
座標系を算出することが可能となる。トーチ座標系は、
ロボットの軌跡演算により既知であるから、トーチ座標
系とワーク座標系の位置関係を容易に算出することがで
きる。以上のように算出した位置関係と予め設定記憶し
ておいた所望の位置関係が一致するようにロボットアー
ムを動作させることにより、方向、位置共に未知である
ワークを自動検出して希望する狙い位置およびトーチ姿
勢にトーチを位置決めすることができる。According to the above procedure, the work coordinate system in the robot orthogonal coordinate system can be calculated from the torch origin Ot and the detected welding line. The torch coordinate system is
Since the trajectory of the robot is known, the positional relationship between the torch coordinate system and the work coordinate system can be easily calculated. By operating the robot arm so that the positional relationship calculated as described above matches the desired positional relationship set and stored in advance, a workpiece whose direction and position are unknown is automatically detected to obtain a desired target position. And the torch can be positioned in the torch posture.
【0031】本実施例は、トーチに対して先行するレー
ザセンサにより、対象ワークを検出して検出溶接線を記
憶し、この位置情報を元に、トーチの位置決めを行うも
のである。この時、トーチの姿勢はあらかじめ位置関係
設定記憶手段により設定されるから、対象ワークに対す
るレーザセンサの位置、および姿勢は一意的に決められ
る。したがって、対象ワークの複雑さによっては、溶接
線がレーザセンサの視野から外れて認識できない場合が
生じる。この検出不能の可能性は、トーチとレーザセン
サとの距離が離れるほど高くなり、近づくほど低くな
る。したがって、本発明の方法により、ティーチングを
行う場合、トーチとレーザセンサとの距離をできるだけ
近づけるのが望ましい。逆に、溶接中においては、レー
ザセンサはアーク光の影響を受けるので、トーチとレー
ザセンサとの距離をできるだけ離すのが望ましい。In this embodiment, a target work is detected by a laser sensor preceding the torch, the detected welding line is stored, and the torch is positioned based on the position information. At this time, since the position of the torch is set in advance by the positional relationship setting storage unit, the position and the position of the laser sensor with respect to the target work are uniquely determined. Therefore, depending on the complexity of the target work, the welding line may be out of the field of view of the laser sensor and cannot be recognized. The possibility of undetectability increases as the distance between the torch and the laser sensor increases, and decreases as the distance between the torch and the laser sensor decreases. Therefore, when teaching is performed by the method of the present invention, it is desirable to make the distance between the torch and the laser sensor as short as possible. Conversely, during welding, the laser sensor is affected by the arc light, so it is desirable to keep the distance between the torch and the laser sensor as large as possible.
【0032】本実施例では、さらに、上記のジレンマを
解消するため、溶接時、および非溶接時において、トー
チに取り付けるレーザセンサの位置を変更できる手段を
有する請求項1、2および3記載の溶接用ロボットを提
案する。The present embodiment further comprises means for changing the position of the laser sensor attached to the torch during welding and during non-welding in order to eliminate the dilemma. A robot for use.
【0033】これにより、非溶接時、すなわちティーチ
ング時においては、トーチとレーザセンサとの距離を近
づけることにより、対象ワークを検出できなくなる可能
性を低減し、かつ溶接時においては、トーチをレーザセ
ンサとの距離を離すことにより、アーク光のレーザセン
サへの影響を低減することができる。Thus, when welding is not being performed, that is, at the time of teaching, the distance between the torch and the laser sensor is reduced to reduce the possibility that the target work cannot be detected. By increasing the distance, the influence of the arc light on the laser sensor can be reduced.
【0034】取り付け手段としては、機構的に取り付け
位置を変更する簡単な方法から、動力を使用してレーザ
センサの位置を変更する方法等、多種多様な方法があ
る。There are various mounting methods, such as a simple method of mechanically changing the mounting position and a method of changing the position of the laser sensor using power.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、非接触距
離センサにより、溶接線およびワークと溶接トーチの位
置および姿勢を高速に算出することができ、予め設定記
憶しておいた所望の位置関係すなわち溶接トーチの狙い
位置や姿勢に自動的にロボットアームを動作させること
ができるので、簡便かつ安全に教示工数の大幅な低減を
実現することができる。優れた効果を奏するものであ
る。As described above, according to the present invention, the position and orientation of the welding line and the workpiece and the welding torch can be calculated at high speed by the non-contact distance sensor, and the desired and previously set and stored can be calculated. Since the robot arm can be automatically moved to the positional relationship, that is, the target position or posture of the welding torch, the number of teaching steps can be reduced easily and safely. It has excellent effects.
【図1】本発明の一実施例における溶接用ロボットの概
念を示すブロック構成図FIG. 1 is a block diagram showing the concept of a welding robot according to one embodiment of the present invention.
【図2】レーザセンサの概念を示す概略斜視図FIG. 2 is a schematic perspective view showing the concept of a laser sensor.
【図3】第1の座標系(トーチ座標系)の概念図FIG. 3 is a conceptual diagram of a first coordinate system (a torch coordinate system).
【図4】第2の座標系(ワーク座標系)の概念図FIG. 4 is a conceptual diagram of a second coordinate system (work coordinate system).
【図5】トーチ、レーザセンサ、およびワークの位置関
係、およびワーク座標系の算出手順を示す概念図FIG. 5 is a conceptual diagram showing a positional relationship between a torch, a laser sensor, and a work, and a procedure for calculating a work coordinate system.
【図6】継手形状とXc軸の関係を示す概念図FIG. 6 is a conceptual diagram showing a relationship between a joint shape and an Xc axis.
1 ロボットアーム 2 トーチ 3 非接触距離センサ(レーザセンサ) 4 ワーク 5 位置情報記憶手段 6 位置関係算出手段 7 位置関係設定記憶手段 8 ロボット制御手段 9 ロボット制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot arm 2 Torch 3 Non-contact distance sensor (laser sensor) 4 Work 5 Position information storage means 6 Position relation calculation means 7 Position relation setting storage means 8 Robot control means 9 Robot control device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01B 11/00 G01B 11/00 A G01S 17/88 G01S 17/88 Z (56)参考文献 特開 昭57−178683(JP,A) 特開 平5−69133(JP,A) 特開 昭62−187574(JP,A) 特開 平5−77046(JP,A) 特開 昭58−34781(JP,A) 特開 昭60−37273(JP,A) 特開 昭61−270090(JP,A) 特開 昭62−39190(JP,A) 実開 昭63−175204(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/12 B23K 9/127 B25J 9/22 B25J 19/04 G01B 11/00 G01S 17/88 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI G01B 11/00 G01B 11/00 A G01S 17/88 G01S 17/88 Z (56) References A) JP-A-5-69133 (JP, A) JP-A-62-187574 (JP, A) JP-A-5-77046 (JP, A) JP-A-58-34781 (JP, A) JP-A-6060 JP-A-37273 (JP, A) JP-A-61-270090 (JP, A) JP-A-62-39190 (JP, A) JP-A-63-175204 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. . 7, DB name) B23K 9/12 B23K 9/127 B25J 9/22 B25J 19/04 G01B 11/00 G01S 17/88
Claims (4)
先端のツール部に取付けた非接触距離センサと、前記ロ
ボットアームが移動した時に前記非接触距離センサによ
り計測される対象ワークの溶接線の位置情報を記憶する
位置情報記憶手段と、前記ロボットアーム先端のツール
部に設定した第1の座標系と、前記第1の座標系の軸を
延長して対象ワークと交差した点から溶接線におろした
垂線と溶接線の交点を原点とし、この原点から溶接線の
方向に座標軸を有する第2の座標系と、これら第1の座
標系と第2の座標系の位置関係を前記位置情報記憶手段
により記憶された溶接線の位置情報を元に算出する位置
関係算出手段と、前記第1の座標系と前記第2の座標系
の基準となる位置関係を予め設定記憶する位置関係設定
記憶手段と、前記位置関係算出手段により算出された前
記第1の座標系と前記第2の座標系の位置関係と前記位
置関係設定記憶手段によって予め設定記憶された前記第
1の座標系と前記第2の座標系の位置関係が一致するよ
うに前記ロボットアムーを移動させるロボット制御手段
とを具備した溶接用ロボット。1. A robot arm, a non-contact distance sensor attached to a tool portion at the tip of the robot arm, and position information of a welding line of a target workpiece measured by the non-contact distance sensor when the robot arm moves. The position information storage means to be stored, the first coordinate system set in the tool portion at the tip of the robot arm, and the axis of the first coordinate system are extended and lowered to a welding line from a point intersecting the target work .
The intersection of the perpendicular and the welding line is defined as the origin , and a second coordinate system having a coordinate axis in the direction of the welding line from the origin, and the positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system are stored by the position information storage means. Positional relationship calculating means for calculating based on the stored positional information of the welding line, positional relationship setting storing means for presetting and storing a positional relationship that is a reference between the first coordinate system and the second coordinate system, The positional relationship between the first coordinate system and the second coordinate system calculated by the positional relationship calculating means, and the first coordinate system and the second coordinates previously set and stored by the positional relationship setting storage means. A robot control means for moving the robot amou so that the positional relationship of the systems coincides with each other.
レーザスポット光を走査して照射し、その反射光により
前記対象ワークの位置情報を計測するレーザセンサとし
た請求項1記載の溶接用ロボット。2. The welding robot according to claim 1, wherein the non-contact distance sensor is a laser sensor that scans and irradiates the target work with a laser spot light, and measures position information of the target work based on the reflected light. .
を照射し、その反射光により前記対象ワークの位置情報
を計測するレーザセンサとした請求項1記載の溶接用ロ
ボット。3. The welding robot according to claim 1, wherein the non-contact distance sensor is a laser sensor that irradiates a laser slit light and measures the position information of the target work based on the reflected light.
置を、溶接時と非溶接時において変更する手段を有する
請求項1から3のいずれかに記載の溶接用ロボット。4. The welding robot according to claim 1, further comprising means for changing a mounting position of the non-contact distance sensor to the tool portion during welding and during non-welding.
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