JP3819276B2 - 溶接ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、仮付け溶接部において仮付けされた複数のワークを溶接する溶接ロボットの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
予め設定された教示経路に沿って溶接位置を調整しつつ複数のワーク（溶接対象物）の溶接を行う溶接ロボットを用いて溶接作業を実行する場合には、溶接ロボットの進行方向に関して溶接位置よりも先行した側の領域を測定領域とする光センサ（レーザセンサ等）からなる検出手段によって溶接線位置を検出して、この検出結果に基づいて教示経路を補正しながら溶接ロボットを溶接線に沿って移動させる方法が利用されている。
【０００３】
一般に、溶接ロボットによる溶接作業の対象となる溶接線上には、溶接の対象物である複数のワークを互いに仮固定する為に、複数個の仮付け溶接部が予め形成されている。また、仮付け溶接部を通過する際の溶接ロボットの経路は、仮付け溶接部の中央部を横切って前後近傍の溶接線部分を接続するような形のものが望まれる。
【０００４】
一方、仮付け溶接部は、溶接線が仮付け溶接のビードで覆われているために、検出手段によって溶接線位置を検出できないか、又は、溶接線位置を誤検出する場合がある。このような事態が発生すると、仮付け溶接部を通過する際に溶接ロボットの経路が乱れ、溶接欠陥やワークの損傷等が発生することになり、溶接ロボットを用いて溶接作業を行う際の課題であった。
【０００５】
そこで、上記課題を解消するために、特開平７−２６６０４４号公報には、仮付け溶接部であるか否かを判定して、仮付け溶接部である場合には、仮付け溶接部用の溶接ロボットの経路及び溶接条件に切り換える方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、検出手段によって仮付け溶接部であると判定できるのは、ビードが検出可能な程度の大きさに形成されている仮付け溶接部の中央部に限られ、特に、仮付け溶接部の両端近傍では、検出手段による仮付け溶接部であるか否かの判定が困難となり、溶接経路が乱れ、溶接欠陥やワークの損傷等が発生する場合があった。
【０００７】
また、溶接ロボットによって溶接されるワークがパイプ材である場合には、溶接経路が３次元の鞍型曲線となり、溶接経路が複雑であるために、適切な溶接経路を溶接ロボットに指示する必要性が更に増大することとなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、仮付け溶接部においても適切な溶接経路を溶接ロボットに指示することの可能な溶接ロボットの制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の溶接ロボットの制御装置は、仮付け溶接部において仮付けされた複数のワークを溶接する溶接ロボットの制御装置であって、溶接位置の教示経路を格納する経路記憶手段と、溶接ロボットを前記教示経路に沿って移動させるロボット制御手段と、前記溶接ロボットの作業位置から進行方向に所定距離だけ離れた溶接線位置を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果が前記仮付け溶接部に対応するか否かを判定する判定手段と、前記検出手段による検出結果と前記判定手段による判定結果とを対応付けて格納する結果記憶手段と、前記検出結果と前記判定結果とを用いて前記教示経路の補正を行う補正手段とを備え、前記補正手段は、前記判定結果が前記仮付け溶接部に対応する場合に、当該判定結果に対応する検出結果及びその前後の所定数の検出結果を前記教示経路の補正に使用しないことを特徴としている。
【００１０】
上記の発明によれば、経路記憶手段に、溶接位置の教示経路が格納され、ロボット制御手段によって、溶接ロボットが教示経路に沿って移動され、検出手段によって、溶接ロボットの作業位置から進行方向に所定距離の位置の所定領域の溶接線位置が検出され、判定手段によって、検出手段による前記仮付け溶接部に対応するか否かが判定され、結果記憶手段に、検出手段による検出結果と判定手段による判定結果とが対応付けて格納され、補正手段によって、検出結果と判定結果とを用いて教示経路の補正が行われる。判定手段によって、検出手段による検出結果が仮付け溶接部に対応すると判定された場合には、補正手段によって、当該判定結果に対応する検出結果及びその前後の所定数の検出結果が教示経路の補正に使用されないため、検出結果の信頼性の低い仮付け溶接部及びその前後の領域の検出結果が補正に使用されず、教示経路の安定した補正が行われる。従って、仮付け溶接部においても適切な溶接経路を溶接ロボットに指示することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の溶接ロボットの制御装置は、前記検出手段が、ワークの表面形状を測定することを特徴としている。
【００１２】
上記の発明によれば、検出手段によって、ワークの表面形状が測定されるため、溶接線位置の検出が容易に行われると共に、仮付け溶接部か否かの判定も容易に行われる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の溶接ロボットの制御装置が適用される溶接装置の全体構成図である。溶接装置は、仮付け溶接部において仮付けされた複数（ここでは２つ）のワークＷ（ここではパイプ材）を溶接トーチ２１によって溶接する溶接ロボット２と、溶接トーチ２１の溶接位置等の制御を行う制御装置１とを備えている。
【００１４】
制御装置１は、溶接トーチ２１を後述するコンピュータ１１の経路記憶部１１１に格納されている教示経路に沿って移動させるロボット制御盤１２（ロボット制御手段に相当する）と、ロボット制御盤１２に対して教示経路を指示するコンピュータ１１と、溶接ロボット２の作業位置から進行方向に所定距離（例えば、３０ｍｍ）だけ離れた溶接線位置を所定の時間間隔（例えば、５０ｍｓｅｃ）で検出する検出器１３（検出手段に相当する）とを備えている。
【００１５】
検出器１３は、ワークＷの表面の溶接線を横切るようにレーザ光を移動しながら照射し、その反射光をＣＣＤ等を用いて検出することによって、溶接線を横切るワーク表面形状データ（被溶接材の表面形状データ）を得るものであって、このワーク表面形状データから、溶接線位置を求めるものである。詳細な検出方法は、例えば、特開２００１−６２５６６号公報に開示された技術を用いるものとする。
【００１６】
ワークＷは、例えば、外径１００ｍｍのパイプ材Ｗ１と、外径６０ｍｍのパイプ材Ｗ２とであり、溶接線ＷＬの位置を溶接トーチ２１を用いて溶接することによって接合されるものである。
【００１７】
図２は、コンピュータ１１の構成図である。コンピュータ１１は、溶接位置の教示経路を格納する経路記憶部１１１（経路記憶手段に相当する）と、検出器１３の検出結果が仮付け溶接部に対応するか否かを判定する判定部１１２（判定手段に相当する）と、検出器１３による検出結果と判定部１１２による判定結果とを対応付けて格納する結果記憶部１１３（結果記憶手段に相当する）と、結果記憶部１１３に格納された検出結果と判定結果とを用いて経路記憶部１１１に格納された教示経路の補正を行う補正部１１４（補正手段に相当する）とを備えている。
【００１８】
経路記憶部１１１は、溶接位置の教示経路を所定間隔（例えば、５ｍｍ）で格納するものである。上述のように、ワークＷがいずれもパイプ材である場合には、溶接線は３次元の鞍型形状となるため、上記の溶接位置の教示経路は、３次元の座標を格納する。
【００１９】
判定部１１２は、検出器１３による検出結果が仮付け溶接部に対応するか否かを判定するものである。更に、判定部１１２は、検出器１３による検出結果が異常であるか否かをも判定するものである。すなわち、「正常である」、「異常である」及び「仮付け溶接部に対応する」のいずれか１つに判定するものである。詳細な判定方法は、例えば、特開２００１−６２５６６号公報に開示された技術を用いるものとする。
【００２０】
図３は、溶接位置近傍の斜視図である。被溶接材であるパイプ材Ｗ１及びＷ２は、仮付け溶接部ＰＷにおいて仮付けされており、溶接トーチ２１は、パイプ材Ｗ１及びＷ２の境界線である溶接線ＷＬに沿って溶接を行う。また、溶接トーチ２１による溶接位置２１１の進行方向に３０ｍｍ離れた位置の溶接線位置を検出する検出器１３が、溶接トーチ２１と一体となって移動する。なお、図の右側に示すように、溶接トーチ２１の進行方向をＹ軸とし、Ｙ軸に直交する方向にＸ軸及びＺ軸をとる。
【００２１】
図４は、検出器１３の検出信号（被溶接材の表面形状データ）の一例を示す図である。（ａ）は、図３の通常の溶接線位置ＭＰ１における検出器１３の検出信号であり、（ｂ）は、図３の仮付け溶接部ＰＷの開始位置または終了位置近傍ＭＰ２における検出器１３の検出信号であり、（ｃ）は、図３の仮付け溶接部ＰＷの略中央位置ＭＰ３における検出器１３の検出信号である。（ａ）に示すように、通常の溶接線位置ＭＰ１では、検出器１３によって、パイプ材Ｗ１の表面Ｗ１１とパイプ材Ｗ２の表面Ｗ１２との境界が溶接線ＷＬ１として正確に検出されるため、判定部１１２によって正常と判定される。
【００２２】
（ｂ）に示すように、仮付け溶接部ＰＷの開始位置または終了位置近傍ＭＰ２では、パイプ材Ｗ１の表面Ｗ１２とパイプ材Ｗ２の表面Ｗ２２との境界である溶接線ＷＬ２０上に仮付け溶接の溶接ビードＰＷ２が薄く形成されているため、判定部１１２によって仮付け溶接部とは判定されず、且つ、検出器１３は、誤った位置ＷＬ２を溶接線位置として検出する（この場合には、判定部１１２によって正常と判定される）か、または、溶接線位置を検出できない（この場合には、判定部１１２によって異常と判定される）ことになる。ここでは、検出器１３は誤った位置ＷＬ２を溶接線位置として検出するものとする。
【００２３】
（ｃ）に示すように、仮付け溶接部ＰＷの略中央位置ＭＰ３では、パイプ材Ｗ１の表面Ｗ１３とパイプ材Ｗ２の表面Ｗ２３との境界である溶接線ＷＬ３０上に仮付け溶接の溶接ビードＰＷ３が充分に（厚く）形成されているため、検出器１３は、正確な位置ＷＬ３０を溶接線位置として検出することができず（ここでは、不正確な位置を溶接線位置として検出するものとする）、判定部１１２によって仮付け溶接部と判定される。
【００２４】
図５は、検出異常が発生した場合の検出器１３の検出信号（被溶接材の表面形状データ）の一例を示す図である。パイプ材Ｗ１の表面Ｗ１４とパイプ材Ｗ２の表面Ｗ２４との表面形状が正確に検出された箇所はあるが、パイプ材Ｗ１の表面の一部ＡＢ１にて検出信号が不連続となっており、パイプ材Ｗ２の表面の一部ＡＢ２にて検出信号が未検出となっている。その結果、このような検出信号が得られた場合には、検出器１３によって、溶接線位置は検出不能（検出結果無し）となり、判定部１１２によって異常と判定される。なお、検出信号が不連続となる又は検出信号が未検出となる原因は、パイプ材Ｗ１（またはパイプ材Ｗ２）の表面におけるレーザ光の反射特性が異常である場合（例えば、表面に異物が付着している場合）等である。
【００２５】
結果記憶部１１３は、検出器１３による検出結果と判定部１１２による判定結果とを対応付けて格納するものである。検出結果は、検出された溶接線位置の３次元座標として格納し、判定結果は、フラグ（例えば、正常である：０、異常である：１、仮付け溶接部に対応する：２）として格納するものである。
【００２６】
図６は、結果記憶部１１３に格納されるデータの一例を示す図表である。検出結果である溶接線位置の３次元座標Ｐｎと判定結果（フラグ）ｆｎとは対応付けて格納されており、測定された順に一連番号ｎが付されている。ここでは、測定結果は、Ｎ個である（ｎ＝１〜Ｎ）ものとする。検出結果は、溶接線位置の３次元座標Ｐｎ（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）として格納されており、判定結果（フラグ）ｆｎの値は、０、１、２のいずれかである。例えば、２番目のフラグｆ２は、０であり、検出結果が、正常であることを示しており、ｋ番目のフラグｆｋは、１であり、検出結果が、異常であることを示しており、ｍ番目のフラグｆｍは、２であり、検出結果が、仮付け溶接部に対応することを示している。
【００２７】
補正部１１４は、結果記憶部１１３に格納された判定結果が仮付け溶接部に対応する場合に、当該判定結果に対応する検出結果及びその前後の所定数（例えば、それぞれ１７個）の検出結果を教示経路の補正に使用しないものである。例えば、溶接速度が３５０ｍｍ／分である場合には、仮付け溶接部に対応する検出結果の前後約５ｍｍ（＝１７×０．０５×３５０／６０）の範囲内の検出結果が使用されないこととなる。なお、補正部１１４は、結果記憶部１１３に格納された判定結果が異常である場合には、当該判定結果に対応する検出結果を教示経路の補正に使用しない。ここで、仮付け溶接部に対応する検出結果の前後約５ｍｍの範囲には、少なくとも仮止め溶接部と判定されなかった仮止め溶接部の開始位置及び終了位置近傍（図４の（ｂ）に相当する領域）が含まれるものとする。すなわち、上記の所定数は、少なくとも仮止め溶接部と判定されなかった仮止め溶接部の開始位置及び終了位置近傍（図４の（ｂ）に相当する領域）の検出結果が教示経路の補正に使用されないように設定されるものである。
【００２８】
図７は、補正部１１４によって行われる処理の概要を示すフローチャートである。ここでは、ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の検出結果のＰｎに関する処理について説明する。まず、フラグｆｎが１である（＝異常である）か否かの判定が行われる（ステップＳ１）。この判定が肯定された場合には、教示経路の補正は行われず、リターンされる。この判定が否定された場合には、フラグｆｎが２である（＝仮付け溶接部に対応する）か否かの判定が行われる（ステップＳ３）。この判定が肯定された場合には、教示経路の補正は行われず、リターンされる。
【００２９】
この判定が否定された場合には、すなわち、フラグｆｎが０である（＝正常である）場合には、（ｎ−１）番目〜（ｎ−１７）番目のフラグｆｎ−１〜ｆｎ−１７の中に２である（＝仮付け溶接部に対応する）ものが有るか否かの判定が行われる（ステップＳ５）。この判定は、ｎ番目の検出結果が、仮付け溶接部に対応する検出結果の溶接進行方向の前方約５ｍｍ（＝１７×０．０５×３５０／６０）の範囲内の検出結果であるか否かの判定を行うものである。この判定が肯定された場合には、教示経路の補正は行われず、リターンされる。
【００３０】
この判定が否定された場合には、（ｎ＋１）番目〜（ｎ＋１７）番目のフラグｆｎ＋１〜ｆｎ＋１７の中に２である（＝仮付け溶接部に対応する）ものが有るか否かの判定が行われる（ステップＳ７）。この判定は、ｎ番目の検出結果が、仮付け溶接部に対応する検出結果の溶接進行方向の後方約５ｍｍ（＝１７×０．０５×３５０／６０）の範囲内の検出結果であるか否かの判定を行うものである。この判定が肯定された場合には、教示経路の補正は行われず、リターンされる。この判定が否定された場合には、検出結果である溶接線位置の３次元座標Ｐｎ（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）を用いて経路記憶部１１１に格納されている教示経路の補正が行われる。
【００３１】
上述のように、ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の検出結果のＰｎに関する処理において、溶接進行方向の前方約５ｍｍの検出結果に対応するフラグｆｎ＋１〜ｆｎ＋１７を使用しているが、図３で説明したように、検出器１３は、溶接トーチ２１による溶接位置２１１の進行方向に３０ｍｍ離れた位置の溶接線位置を検出するため、ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の検出結果のＰｎを補正に使用するか否かの判定を行うタイミング（すなわち、溶接トーチ２１による溶接位置２１１が検出結果のＰｎに対応する位置近傍に到達した時点）では、溶接進行方向の前方約３０ｍｍの検出結果及び判定結果が結果記憶部１１３に格納されているため、上記処理を行うことができる。
【００３２】
図８は、検出器１３の検出結果と教示経路との関係を説明するための模式図である。（ａ）は、検出器１３の検出した溶接線位置ＰＮを示す図であり、（ｂ）は、従来の溶接ロボットの制御装置による教示経路の一例を示す図であり、（ｃ）は、本発明の溶接ロボットの制御装置による教示経路の一例を示す図である。（ａ）において、仮付け溶接部ＰＷの両端近傍ＰＷＳ及びＰＷＥでは、検出器１３は、誤った位置を溶接線位置として検出しており、仮付け溶接部ＰＷの中央部ＰＷＣでは、仮付け溶接部であると判定されている。
【００３３】
（ｂ）に示すように、（ａ）に示す仮付け溶接部ＰＷの中央部ＰＷＣに対応する領域Ｒ１では、検出器１３の検出結果は教示経路ＲＰＢの補正に使用されないが、仮付け溶接部ＰＷの両端近傍ＰＷＳ及びＰＷＥでの検出器１３の検出結果を使用して教示経路ＲＰＢが補正されるため、教示経路ＲＰＢは、仮付け溶接部ＰＷ近傍で溶接線位置からズレた教示経路ＲＰＢとなり、溶接欠陥やワークの損傷等が発生する。
【００３４】
（ｃ）に示すように、（ａ）に示す仮付け溶接部ＰＷの中央部ＰＷＣ及び両端近傍ＰＷＳ及びＰＷＥ、すなわち仮付け溶接部ＰＷの全域に対応する領域Ｒ２の検出器１３の検出結果が教示経路ＲＰＡの補正に使用されないため、教示経路ＲＰＢは、仮付け溶接部ＰＷ近傍でも溶接線位置に近い教示経路ＲＰＡとなり、溶接欠陥やワークの損傷等の発生が防止される。
【００３５】
なお、本発明の溶接ロボットの制御装置は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、以下に述べるように種々の変形態様を採用することができる。
（Ａ）本実施形態では、溶接ロボットを教示経路に沿って移動させるロボット制御盤がコンピュータとは別筐体となっている場合について説明したが、ロボット制御盤及びコンピュータを同一の筐体（例えば１台のコンピュータ）とする形態でもよい。
（Ｂ）本実施形態では、検出器が被溶接材の表面形状データから溶接線位置を検出する形態について説明したが、検出器は被溶接材の表面形状データを収集し、別の手段（例えばコンピュータ１１）が表面形状データから溶接線位置を求める形態でもよい。
（Ｃ）本実施形態では、検出器が被溶接材の表面形状データから溶接線位置を所定時間間隔で検出する形態について説明したが、所定距離間隔で検出する形態でもよい。
（Ｄ）本実施形態では、仮付け溶接部と判定された位置の進行方向の前方と後方との同一個数（１７個）の検出結果を教示経路の補正に使用しない形態について説明したが、教示経路の補正に使用しない領域が仮付け溶接部の進行方向の前方と後方とで異なる形態でもよい。更に、溶接装置の操作者が教示経路の補正に使用しない領域を設定可能な形態でもよい。この場合には、溶接装置の操作者が仮付け溶接部を目視（若しくは実測）して教示経路の補正に使用しない領域を設定することが可能となり、更に適正な教示経路の補正が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、判定手段によって、検出手段による検出結果が仮付け溶接部に対応すると判定された場合には、補正手段によって、当該判定結果に対応する検出結果及びその前後の所定数の検出結果が教示経路の補正に使用されないため、検出結果の信頼性の低い仮付け溶接部及びその前後の領域の検出結果が補正に使用されず、教示経路の安定した補正が行われる。従って、仮付け溶接部においても適切な溶接経路を溶接ロボットに指示することが可能となる。
【００３７】
請求項２に記載の発明によれば、検出手段によって、ワークの表面形状が測定されるため、溶接線位置の検出が容易に行われると共に、仮付け溶接部か否かの判定も容易に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の溶接ロボットの制御装置が適用される溶接装置の全体構成図である。
【図２】 コンピュータの構成図である。
【図３】 溶接位置近傍の斜視図である。
【図４】 検出器の検出信号（被溶接材の表面形状の測定結果）の一例を示す図である。
【図５】 検出異常が発生した場合の検出器の検出信号（被溶接材の表面形状データ）の一例を示す図である。
【図６】 結果記憶部に格納されるデータの一例を示す図表である。
【図７】 補正部によって行われる処理の概要を示すフローチャートである。
【図８】 検出器の検出結果と教示経路との関係を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 制御装置
２ 溶接ロボット
１１ コンピュータ
１２ ロボット制御盤（ロボット制御手段）
１３ 検出器（検出手段）
２１ 溶接トーチ
１１１ 経路記憶部（経路記憶手段）
１１２ 判定部（判定手段）
１１３ 結果記憶部（結果記憶手段）
１１４ 補正部（補正手段）
Ｗ ワーク
Ｗ１ パイプ材
Ｗ２ パイプ材
ＷＬ 溶接線

Claims (2)

1. 仮付け溶接部において仮付けされた複数のワークを溶接する溶接ロボットの制御装置であって、溶接位置の教示経路を格納する経路記憶手段と、溶接ロボットを前記教示経路に沿って移動させるロボット制御手段と、前記溶接ロボットの作業位置から進行方向に所定距離だけ離れた溶接線位置を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果が前記仮付け溶接部に対応するか否かを判定する判定手段と、前記検出手段による検出結果と前記判定手段による判定結果とを対応付けて格納する結果記憶手段と、前記検出結果と前記判定結果とを用いて前記教示経路の補正を行う補正手段とを備え、前記補正手段は、前記判定結果が前記仮付け溶接部に対応する場合に、当該判定結果に対応する検出結果及びその前後の所定数の検出結果を前記教示経路の補正に使用しないことを特徴とする溶接ロボットの制御装置。
2. 前記検出手段は、ワークの表面形状を測定することを特徴とする請求項１に記載の溶接ロボットの制御装置。

Images