JP7474664B2

JP7474664B2 - 溶接位置検出装置

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Publication number: JP7474664B2
Application number: JP2020152990A
Authority: JP
Inventors: 祥藤澤
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2040-09-11
Also published as: JP2022047209A; CN114166105A

Description

本発明は、溶接位置検出装置に関する。

アーク溶接を行う溶接ロボットは、一般的に、ティーチングにより事前に設定された溶接線位置に沿って溶接トーチを移動させ、接合対象となるワークを溶接する。溶接ロボットにより溶接を行う場合、例えば、溶接するワークの組み立て誤差及び溶接時の熱によるワークの変形等により、溶接ロボットに設定された溶接線位置とこれから溶接するワークの溶接位置との間にずれが生じることがある。

このような位置ずれを補正するために、接触式センサを備えた作業マニピュレータのセンシング動作生成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、特許文献１に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成方法は、接触式センサが接触するワークの接触面を抽出するとともに、この接触面を構成する一つのエッジを選択する。そして、当該エッジの位置と、接触式センサの基端側に設定した設定位置を接触面に射影した位置とが一致するように、作業マニピュレータのセンシング姿勢を再設定する。

特開２０１１－１７０５２２号公報

しかし、特許文献１に記載の作業マニピュレータのセンシング動作生成方法では、接触式センサがワークに深当たりしたり、浅当たりしたりする平行ずれには対応できるものの、ワークの傾きによる誤検出には対応できないという問題がある。

そこで、本発明は、ワークが傾いている場合であっても、溶接位置の誤検出を低減することができる溶接位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る溶接位置検出装置は、接触式センサを用いて溶接位置を検出する溶接位置検出装置であって、第１位置から第１方向に接触式センサを移動させて、当該接触式センサと溶接対象である第１ワークとを接触させることにより、当該第１位置から当該第１ワークまでの第１距離又は当該接触点における第１座標値を取得する第１サーチ部と、第１位置から第１方向と垂直である第２方向に所定距離離れて位置する第２位置から第１方向に接触式センサを移動させて、当該接触式センサと第１ワークとを接触させることにより、当該第２位置から当該第１ワークまでの第２距離又は当該接触点における第２座標値を取得する第２サーチ部と、第１距離、所定距離及び第２距離に基づいて、又は第１座標値及び第２座標値に基づいて、第１ワークの傾きを算出する傾き算出部と、第１ワークの傾きに沿って接触式センサを移動させて、第１ワークに接合される第２ワークまでの距離を取得する第３サーチ部と、を備える。

この態様によれば、第１サーチ部は、第１位置から第１ワークまでの第１距離又は第１ワークとの接触点における第１座標値を取得し、第２サーチ部は、第１位置と所定距離離れて位置する第２位置から第１ワークまでの第２距離又は第１ワークとの接触点における第２座標値を取得する。そして、傾き算出部は、第１距離、所定距離及び第２距離に基づいて、又は第１座標値及び第２座標値に基づいて、第１ワークの傾きを算出し、第３サーチ部は、第１ワークの傾きに沿って接触式センサを移動させることによって第２ワークをサーチする。このため、接触式センサは、第１ワークに接触する誤検出、及び第２ワークを検出できないという空振りを回避することができる。つまり、ワークが傾いている場合であっても、溶接位置の誤検出を低減することができる。

上記態様において、第２方向は、第２ワークから離れる方向であってもよい。

この態様によれば、第２位置は、第１位置よりも第２ワークに対して離れる方向に位置するため、接触式センサを第２位置まで移動させる際に、第２ワークとの意図しない接触を回避することができる。第１ワークと第２ワークとの溶接線位置に対して離れる方向（近づく方向）への第１ワークの傾きを算出することができるため、接触式センサは、第１ワークに接触する誤検出、及び第２ワークを検出できないという空振りを確実に回避することができる。

上記態様において、第１方向は、鉛直方向又は水平方向であってもよい。

この態様によれば、第１サーチ部及び第２サーチ部は、第１ワークを鉛直方向に２回又は水平方向に２回サーチし、傾き算出部は、水平面に対する第１ワークの傾き又は鉛直面に対する第１ワークの傾きを算出する。そして、第３サーチ部は、水平面に対する第１ワークの傾き又は鉛直面に対する第１ワークの傾きに沿って接触式センサを移動させることによって第２ワークをサーチする。このため、第１ワークが水平面に対して傾いている場合であっても、鉛直面に対して傾いている場合であっても、適切に第２ワークを検出し、溶接位置の誤検出を低減することができる。

上記態様において、第１サーチ部は、接触式センサと第１ワークとを接触させた後、第１方向と反対方向に当該接触式センサを退避させてもよい。

この態様によれば、接触式センサの先端である溶接ワイヤ等を、第１ワークに接触する第１方向と反対方向に退避させるため、当該接触による溶接ワイヤ等に掛かる負担を軽減し、当該溶接ワイヤ等が曲がったりすることを防止することができる。

上記態様において、第１サーチ部は、少なくとも第１距離だけ退避させてもよい。

この態様によれば、接触式センサを第１ワークに対して十分な距離離れることになるため、第１ワークが相当程度傾いていたとしても、接触式センサを第２位置まで移動させる際に、第１ワークとの意図しない接触を回避することができる。

上記態様において、第２サーチ部は、接触式センサと第１ワークとを接触させた後、傾き算出部によって算出された第１ワークの傾きに基づいて、当該第１ワークに対して垂直方向に当該接触式センサを退避させてもよい。

この態様によれば、接触式センサの先端である溶接ワイヤ等を第１ワークに対して垂直方向に退避させるため、当該接触による溶接ワイヤ等に掛かる負担を軽減し、当該溶接ワイヤ等が曲がったりすることを防止することができる。

本発明によれば、ワークが傾いている場合であっても、溶接位置の検出精度を向上させることができる溶接位置検出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る溶接ロボットシステム１０を示すシステム概要図である。本発明の第１実施形態に係る溶接位置検出装置１００の各機能を示す機能ブロック図である。本発明の第１実施形態に係る溶接位置検出装置１００が実行する溶接位置検出方法３００を示すフローチャートである。本発明の第１実施形態に係る溶接位置検出装置１００において、接触式センサにより第１ワークおよび第２ワークがサーチされる様子を示す図である。本発明の第１実施形態に係る溶接位置検出装置１００において、傾き算出部１２０が座標値に基づいて、第１ワークの傾きを算出する様子を示す図である。本発明の第２実施形態に係る溶接位置検出装置１００が実行する溶接位置検出方法５００を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る溶接位置検出装置１００において、接触式センサにより第１ワークおよび第２ワークがサーチされる様子を示す図である。

以下、本発明の各実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する各実施形態は、あくまで、本発明を実施するための具体的な一例を挙げるものであって、本発明を限定的に解釈させるものではない。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
［溶接ロボットシステムの概要］
図１は、本発明の第１実施形態に係る溶接ロボットシステム１０を示すシステム概要図である。図１において、溶接ロボットシステム１０は、溶接ロボット２０と、ティーチペンダント３０と、ロボット制御装置４０と、電源５０とを備える。

溶接ロボット２０は、ケーブルを介してロボット制御装置４０と接続されており、ロボット制御装置４０からの動作指令に基づいてアーク溶接を行う。溶接ロボット２０は、アーム先端部に溶接トーチ２１を備えており、当該溶接トーチ２１の先端から溶接ワイヤを送給し、溶接対象である金属材料（ワーク）との間にアークを発生させることによりアーク溶接を行う。

溶接トーチ２１は、ケーブルを介して電源５０と接続されており、溶接ワイヤへの溶接電圧や溶接電流の供給を受ける。アーク溶接では、溶接ワイヤを金属材料に瞬間的に接触させて通電させると、溶接ワイヤと金属材料との間にアーク放電が発生し、発生したアークの熱により溶接ワイヤと金属材料とを溶解させることで、溶接が行われる。

ティーチペンダント３０は、溶接ロボット２０の溶接関連教示情報について、溶接作業を実施する作業者からの入力を受け付ける。作業者は、アークの状態を確認しつつ、ティーチペンダント３０を用いて最適な溶接関連教示情報を入力する。

ここで、溶接関連教示情報とは、溶接ロボット２０により行われる溶接に関する情報であり、溶接ロボット２０の動作を教示する教示情報及び溶接条件が含まれる。溶接ロボット２０の教示情報には、溶接ロボット２０のアームの動作に関する情報、溶接ロボット２０の位置及び姿勢に関する情報、溶接トーチ２１の先端から送給される溶接ワイヤの突き出し長に関する情報等が含まれる。また、溶接条件には、溶接ワイヤに印加される溶接電圧、溶接ワイヤを流れる溶接電流の値及び溶接中における溶接線方向への溶接トーチ２１の移動速度を表す溶接速度等が含まれる。

ロボット制御装置４０は、溶接ロボット２０の制御を行う機器である。ロボット制御装置４０は、ティーチペンダント３０に接続されており、当該ティーチペンダント３０に入力された溶接関連教示情報を取得することができる。ロボット制御装置４０は、当該溶接関連教示情報に基づいて溶接ロボット２０及び電源５０を制御する。

電源５０は、ケーブルを介して溶接ロボット２０に接続されており、ロボット制御装置４０からの指令に基づいて溶接ロボット２０における溶接トーチ２１へ溶接電圧や溶接電流を供給する。

なお、図１では、ティーチペンダント３０は、ケーブルを介してロボット制御装置４０に接続されているが、ワイヤレスで接続されていてもよい。すなわち、ティーチペンダント３０とロボット制御装置４０とは、無線通信を行う通信部を備えていてもよい。ロボット制御装置４０とティーチペンダント３０とがワイヤレスに接続されることで、作業者はケーブルの存在に煩わされたり、ケーブルの長さによる移動範囲の制限を受けたりすることなく、自由に移動をしながら溶接関連教示情報の入力を行うことができる。

［溶接位置検出装置の構成］
上述した溶接ロボットシステム１０において、溶接ロボット２０がワークに対してアーク溶接を行う際に、当該ワークにおける溶接位置が重要となる。以下、接触式センサを用いて溶接位置を検出する溶接位置検出装置の構成について詳しく説明する。溶接位置検出装置では、接触式センサを用いてワークに接触することにより当該ワークの位置を確認し、当該ワークにおける溶接位置を検出する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る溶接位置検出装置１００の各機能を示す機能ブロック図である。図２において、溶接ロボット２０は、接触式センサ２２を備え、ロボット制御装置４０は、溶接位置検出装置１００を備えている。溶接位置検出装置１００は、接触検出部１１１及び電圧印加指令部１１２を含むサーチ部１１０と、傾き算出部１２０と、制御部１３０とを備える。

なお、溶接位置検出装置１００は、ロボット制御装置４０に含まれる構成としているが、これは、溶接位置検出装置１００に備えられている機能及びソフトウェア構成として含まれると解釈することもできる。換言すれば、ロボット制御装置４０が溶接位置検出装置１００に備えられている各機能ブロックを備える構成であっても構わない。

溶接ロボット２０における接触式センサ２２は、典型的には、ワイヤタッチセンサを用いてもよい。溶接ロボット２０における溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤと、溶接対象であるワークとの間にセンシング用の電圧を印加した状態で、制御部１３０の動作指令によって溶接ロボット２０における溶接トーチ２１を移動させる。そして、溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤがワークに接触すると、その際に電圧が変化するため、当該電圧の変化により溶接ワイヤとワークとの接触を認識する。つまり、溶接トーチ２１及び当該溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤが接触式センサ２２の一端を担っている。

サーチ部１１０は、接触式センサ２２を移動させて、溶接ワイヤとワークとが接触するまでの距離又はワークとの接触点における座標値を取得する。具体的には、電圧印加指令部１１２は、溶接ワイヤとワークとの間に電源５０からセンシング用の電圧を印加するように指令し、当該電圧が印加された状態で、制御部１３０の動作指令によって溶接ロボット２０における溶接トーチ２１を移動させる。接触検出部１１１は、当該電圧を監視し、当該電圧の変化により溶接ワイヤとワークとの接触を検出する。このように、サーチ部１１０は、溶接ワイヤとワークとの接触を検出することによって、溶接トーチ２１（溶接ワイヤ）の移動距離又は当該接触点における座標値を取得している。

傾き算出部１２０は、サーチ部１１０によって取得されたワークまでの距離又はワークとの接触点における座標値に基づいて、当該ワークの傾きを算出する。傾きの算出方法についての詳細は、後述する。

制御部１３０は、サーチ部１１０及び傾き算出部１２０に各指令及びデータの送受等を行い、溶接位置検出装置１００で実行される処理を制御し、メモリ等の記憶部（図示せず）に記憶された溶接関連教示情報に基づいて、溶接ロボット２０及び電源５０を制御する。

［ワークが傾いている場合における溶接位置検出方法］
次に、ワークが傾いている場合、当該ワークの傾きを算出しつつ溶接位置を検出する溶接位置検出方法について、具体的に詳しく説明する。

図３は、本発明の第１実施形態に係る溶接位置検出装置１００が実行する溶接位置検出方法３００を示すフローチャートであり、図４は、本発明の第１実施形態に係る溶接位置検出装置１００において、接触式センサにより第１ワークおよび第２ワークがサーチされる様子を示す図である。なお、以下、明細書中に示される（１）～（６）は、図４に示される丸付き数字１～６に対応する。

図３において、溶接位置検出方法３００はステップＳ３０１～Ｓ３１０を含み、各ステップは溶接位置検出装置１００に含まれるプロセッサによって実行される。また、ここでは、図４に示されるように、第１ワークＷ１０と第２ワークＷ２０とが上下に重ねられて溶接される場合であって、所謂、重ね継手を例に挙げて説明する。

ステップＳ３０１では、サーチ部１１０は、第１位置Ｐ１から鉛直方向に接触式センサ２２（溶接トーチ２１）を移動させて、第１ワークＷ１０をサーチする（１）。

ステップＳ３０２では、サーチ部１１０における接触検出部１１１は、接触式センサ２２（溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤ）と第１ワークＷ１０との接触を検出する。これにより、サーチ部１１０は、接触式センサ２２の移動距離に基づいて、第１位置Ｐ１から第１ワークＷ１０までの第１距離ｄｖ１を取得する。

ステップＳ３０１及びＳ３０２は、第１位置Ｐ１から鉛直方向に第１ワークＷ１０をサーチして第１距離ｄｖ１を取得するための第１サーチである。

ステップＳ３０３では、サーチ部１１０は、ステップＳ３０１でのサーチ方向と反対方向に第１距離ｄｖ１だけ接触式センサ２２を移動させる（２）。より詳細には、サーチ部１１０は、ステップＳ３０１及びＳ３０２において移動させた接触式センサ２２をサーチ方向と真逆方向に第１距離ｄｖ１だけ移動させて、当該接触式センサ２２を第１位置Ｐ１まで戻す。なお、サーチ方向は、鉛直方向かつ第１ワークＷ１０に対して近づく方向であり、サーチ方向と反対方向とは、鉛直方向かつ第１ワークＷ１０に対して離れる方向である。

ここで、サーチ部１１０は、第１サーチの後処理として、接触式センサ２２と第１ワークＷ１０とを接触させた後、サーチ方向と反対方向に接触式センサ２２を退避させている。実際に、第１ワークＷ１０と接触するのは、溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤであり、当該溶接ワイヤには、接触による負担が掛かる場合がある。そこで、接触した後、接触したサーチ方向と真逆方向に退避させることによって、接触による溶接ワイヤ等に掛かる負担を軽減し、当該溶接ワイヤ等が曲がったりすることを防止している。

また、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を第１距離ｄｖ１だけ移動させて、第１位置Ｐ１まで戻している。仮に、第１ワークＷ１０が相当程度傾いていた場合、次のステップＳ３０４で接触式センサ２２を水平方向に移動させれば、第１ワークＷ１０に意図しない接触が発生する恐れがあるため、第１ワークＷ１０に対して十分な距離を確保している。第１位置Ｐ１は、サーチ開始位置として、第１ワークＷ１０と意図しない接触が発生することがないように、第１ワークＷ１０に対して十分な距離が確保された位置に設定されている。

換言すれば、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を第１位置Ｐ１に戻さなくてもよく、第１距離ｄｖ１よりも大きい距離を移動させて、第１ワークＷ１０に対して十分な距離を確保しても構わない。また、接触式センサ２２を水平方向に移動させた際に、第１ワークＷ１０に意図しない接触を回避することができれば、第１距離ｄｖ１よりも小さい距離だけ、接触式センサ２２を移動させても構わない。

ステップＳ３０４では、サーチ部１１０は、水平方向に所定距離ｄｈ０だけ離れた第２位置Ｐ２まで接触式センサ２２を移動させる（３）。

ここで、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を水平方向に移動させるとしているが、これは、第２ワークＷ２０に対して離れる方向（近づく方向）であり、典型的には、第１ワークＷ１０と第２ワークＷ２０との溶接線位置に対して離れる方向（近づく方向）である。第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２とが溶接線位置に対して離れる方向（近づく方向）に位置することにより、当該方向に対する第１ワークＷ１０の傾きを算出することができるようになる。その結果、接触式センサ２２は、第１ワークに接触する誤検出、及び第２ワークを検出できないという空振りを確実に回避することができる。

さらに、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を、第２ワークＷ２０に近づく方向に移動させれば、第２ワークＷ２０に意図しない接触が発生する恐れがあるため、第２ワークＷ２０に近づく方向よりも離れる方向に移動させる方がより好ましい。

ステップＳ３０５では、サーチ部１１０は、第２位置Ｐ２から、再び、鉛直方向に接触式センサ２２を移動させて、第１ワークＷ１０をサーチする（４）。

ステップＳ３０６では、サーチ部１１０における接触検出部１１１は、接触式センサ２２（溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤ）と第１ワークＷ１０との接触を検出する。これにより、サーチ部１１０は、接触式センサ２２の移動距離に基づいて、第２位置Ｐ２から第１ワークＷ１０までの第２距離ｄｖ２を取得する。

ステップＳ３０５及びＳ３０６は、第２位置Ｐ２から鉛直方向に第１ワークＷ１０をサーチして第２距離ｄｖ２を取得するための第２サーチである。

ステップＳ３０７では、傾き算出部１２０は、第１距離ｄｖ１、所定距離ｄｈ０及び第２距離ｄｖ２に基づいて、第１ワークＷ１０の傾きαを算出する。ここでは、傾きα＝（第１距離ｄｖ１－第２距離ｄｖ２）／所定距離ｄｈ０により算出することができる。

ステップＳ３０８では、サーチ部１１０は、接触式センサ２２と第１ワークＷ１０とを接触させた後、傾き算出部１２０によって算出された第１ワークＷ１０の傾きαに基づいて、当該第１ワークＷ１０に対して垂直方向に距離ｄ１だけ当該接触式センサ２２を移動させる（５）。

ここで、サーチ部１１０は、第２サーチの後処理として、接触式センサ２２と第１ワークＷ１０とを接触させた後、当該第１ワークＷ１０に対して垂直方向に接触式センサ２２を退避させている。実際に、第１ワークＷ１０と接触するのは、溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤであり、当該溶接ワイヤには、接触による負担が掛かる場合がある。そこで、接触した後、第１ワークＷ１０に対して垂直方向に退避させることによって、接触による溶接ワイヤ等に掛かる負担を軽減し、当該溶接ワイヤ等が曲がったりすることを防止している。

また、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を距離ｄ１だけ移動させている。ここで、距離ｄ１は、小さ過ぎると、測定誤差や算出誤差及び第１ワークＷ１０の表面上に凹凸等があれば、後述するステップＳ３０９において接触式センサ２２が移動する際に、第１ワークＷ１０に誤って接触する可能性がある。一方、距離ｄ１が大き過ぎると、後述するステップＳ３１０において接触式センサ２２が第２ワークＷ２０と接触できず、空振りしてしまう可能性がある。したがって、ここでは、距離ｄ１は、第２ワークＷ２０の厚みの半分程度に設定されるとよい。

ステップＳ３０９では、サーチ部１１０は、ステップＳ３０７において傾き算出部１２０によって算出された第１ワークＷ１０の傾きαに沿って接触式センサ２２を移動させて、第２ワークＷ２０をサーチする（６）。

ステップＳ３１０では、サーチ部１１０における接触検出部１１１は、接触式センサ２２（溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤ）と第２ワークＷ２０との接触を検出する。これにより、サーチ部１１０は、接触式センサ２２の移動距離に基づいて、第２ワークＷ２０までの距離を取得する。これは、第１ワークＷ１０の傾きαに沿って第２ワークＷ２０をサーチして当該第２ワークＷ２０までの距離を取得するための第３サーチである。

このように、サーチ部１１０は、第１サーチにおいて、第１位置Ｐ１から第１ワークＷ１０までの第１距離ｄｖ１を取得し、第２サーチにおいて、第１位置Ｐ１と所定距離ｄｈ０離れて位置する第２位置Ｐ２から第１ワークＷ１０までの第２距離ｄｖ２を取得する。そして、傾き算出部１２０は、第１距離ｄｖ１、所定距離ｄｈ０及び第２距離ｄｖ２に基づいて、第１ワークＷ１０の傾きαを算出する。さらに、サーチ部１１０は、第３サーチにおいて、第１ワークＷ１０の傾きαに沿って接触式センサ２２を移動させることによって第２ワークＷ２０をサーチし、確実に当該第２ワークＷ２０を検出している。

以上のように、本発明の第１実施形態に係る溶接位置検出装置１００及び溶接位置検出方法３００によれば、接触式センサ２２は、第１ワークＷ１０に対して意図しない接触となる誤検出、及び第２ワークＷ２０を検出できないという空振りを回避することができる。つまり、第１ワークＷ１０が傾いている場合であっても、溶接位置の誤検出を低減することができる。

なお、上述したステップＳ３０７では、傾き算出部１２０は、第１距離ｄｖ１、所定距離ｄｈ０及び第２距離ｄｖ２に基づいて、第１ワークＷ１０の傾きαを算出していたが、これに限定されるものではなく、例えば、接触式センサ２２と第１ワークＷ１０との接触点における座標値を取得し、当該座標値に基づいて傾きαを算出しても構わない。

図５は、本発明の第１実施形態に係る溶接位置検出装置１００において、傾き算出部１２０が座標値に基づいて、第１ワークの傾きを算出する様子を示す図である。図５において、サーチ部１１０は、ステップＳ３０２において、接触式センサ２２と第１ワークＷ１０との接触点Ａにおける第１座標値を取得し、ステップＳ３０６において、接触式センサ２２と第１ワークＷ１０との接触点Ｂにおける第２座標値を取得する。

ここで、サーチ方向へのベクトルＸは、予め教示済みであるとするが、ベクトルＹは、第２座標値－第１座標値により算出することができる。そうすれば、第１ワークＷ１０の傾きαは、ベクトルＸ及びベクトルＹを用いて、α＝ｃｏｓ^-1（（Ｘ・Ｙ）／（｜Ｘ｜｜Ｙ｜））により算出することができる。

このように、必ずしも第１距離ｄｖ１及び第２距離ｄｖ２を取得しなくても、傾き算出部１２０は、接触点Ａにおける第１座標値及び接触点Ｂにおける第２座標値に基づいて、第１ワークＷ１０の傾きαを算出することができる。

なお、本実施形態では、ステップＳ３０４では、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を水平方向に移動させているが、正確に水平方向でなくても構わない。ステップＳ３０９では、第１ワークＷ１０の傾きαに沿って接触式センサ２２を移動させることによって、ステップＳ３１０では、接触式センサ２２を第２ワークＷ２０に対して垂直に接触させて検出することができる。換言すれば、接触式センサ２２を第２ワークＷ２０に対して垂直に接触させるために第１ワークＷ１０の傾きαを算出できれば、ステップＳ３０４における接触式センサ２２の移動は、正確に水平方向でなくても構わない。例えば、概ね水平方向である略水平方向であっても構わない。これにより、作業者は、接触式センサ２２を正確に水平方向に移動させるための厳密な設定をする必要がなく、教示工数が低減され、結果的に、生産性の向上に繋がる。

また、同様に、ステップＳ３０１及びＳ３０５における接触式センサ２２の移動は、正確に鉛直方向でなくても構わない。ただし、第１ワークＷ１０の傾きの程度によっては、接触式センサ２２を移動させる際に、意図しない接触が発生したり、傾きを正確に算出できなかったりする場合があるため、これらの問題が発生しない場合及び範囲において、例えば、概ね鉛直方向である略鉛直方向であっても構わない。

さらに、本実施形態では、サーチ部１１０は、ステップＳ３０２において第１ワークＷ１０を検出した後、ステップＳ３０３及びＳ３０４において、接触式センサ２２を、一旦、第１位置Ｐ１を介して第２位置Ｐ２まで移動させているが、当該第１位置Ｐ１を介さずに、直接、第２位置Ｐ２まで移動させても構わない。この場合、接触式センサ２２は、第１ワークＷ１０に接触した後、最短距離で第２位置Ｐ２まで移動できるため、処理の高速化を図ることができる。

また、本実施形態では、ステップＳ３０８では、接触式センサ２２を第１ワークＷ１０対して垂直方向に退避させているが、これに限定されるものではなく、例えば、ステップＳ３０３と同様に、サーチ方向と反対方向に退避させても構わない。この場合、ステップＳ３０７における第１ワークＷ１０の傾きαの算出結果に影響されることなく、簡易に高速処理ができる。

なお、本実施形態では、重ね継手を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、すみ肉継手等、その他の溶接継手に適用することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第１実施形態では、第１サーチ及び第２サーチにおいて、ワークを鉛直方向に２回サーチすることで第１ワークＷ１０の傾きαを算出し、適切に溶接位置を検出していたが、本発明の第２実施形態では、ワークを水平方向に２回サーチすることでワークの傾きを算出し、適切に溶接位置を検出する溶接位置検出方法について説明する。なお、本発明の第２実施形態に係る溶接位置検出装置の構成は、図２に示された溶接位置検出装置１００の構成と同一であるため、詳細な説明は省略する。

図６は、本発明の第２実施形態に係る溶接位置検出装置１００が実行する溶接位置検出方法５００を示すフローチャートであり、図７は、本発明の第２実施形態に係る溶接位置検出装置１００において、接触式センサにより第１ワークおよび第２ワークがサーチされる様子を示す図である。なお、以下、明細書中に示される（１）～（６）は、図７に示される丸付き数字１～６に対応する。

図６において、溶接位置検出方法５００はステップＳ５０１～Ｓ５１０を含み、各ステップは溶接位置検出装置１００に含まれるプロセッサによって実行される。また、ここでは、図７に示されるように、第１ワークＷ１１と第２ワークＷ２１とが直交するように配置されて溶接される場合であって、所謂、すみ肉継手を例に挙げて説明する。

ステップＳ５０１では、サーチ部１１０は、第１位置Ｑ１から水平方向に接触式センサ２２（溶接トーチ２１）を移動させて、第１ワークＷ１１をサーチする（１）。

ステップＳ５０２では、サーチ部１１０における接触検出部１１１は、接触式センサ２２（溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤ）と第１ワークＷ１１との接触を検出する。これにより、サーチ部１１０は、接触式センサ２２の移動距離に基づいて、第１位置Ｑ１から第１ワークＷ１１までの第１距離ｄｈ１を取得する。

ステップＳ５０１及びＳ５０２は、第１位置Ｑ１から水平方向に第１ワークＷ１１をサーチして第１距離ｄｈ１を取得するための第１サーチである。

ステップＳ５０３では、サーチ部１１０は、ステップＳ５０１でのサーチ方向と反対方向に第１距離ｄｈ１だけ接触式センサ２２を移動させる（２）。より詳細には、サーチ部１１０は、ステップＳ５０１及びＳ５０２において移動させた接触式センサ２２をサーチ方向と真逆方向に第１距離ｄｈ１だけ移動させて、当該接触式センサ２２を第１位置Ｑ１まで戻す。なお、サーチ方向は、水平方向かつ第１ワークＷ１１に対して近づく方向であり、サーチ方向と反対方向とは、水平方向かつ第１ワークＷ１１に対して離れる方向である。

ここで、サーチ部１１０は、第１サーチの後処理として、接触式センサ２２と第１ワークＷ１１とを接触させた後、サーチ方向と反対方向に接触式センサ２２を退避させている。実際に、第１ワークＷ１１と接触するのは、溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤであり、当該溶接ワイヤには、接触による負担が掛かる場合がある。そこで、接触した後、接触したサーチ方向と真逆方向に退避させることによって、接触による溶接ワイヤ等に掛かる負担を軽減し、当該溶接ワイヤ等が曲がったりすることを防止している。

また、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を第１距離ｄｈ１だけ移動させて、第１位置Ｑ１まで戻している。仮に、第１ワークＷ１１が相当程度傾いていた場合、次のステップＳ５０４で接触式センサ２２を鉛直方向に移動させれば、第１ワークＷ１１に意図しない接触が発生する恐れがあるため、第１ワークＷ１１に対して十分な距離を確保している。第１位置Ｑ１は、サーチ開始位置として、第１ワークＷ１１と意図しない接触が発生することがないように、第１ワークＷ１１に対して十分な距離が確保された位置に設定されている。

換言すれば、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を第１位置Ｑ１に戻さなくてもよく、第１距離ｄｈ１よりも大きい距離を移動させて、第１ワークＷ１１に対して十分な距離を確保しても構わない。また、接触式センサ２２を鉛直方向に移動させた際に、第１ワークＷ１１に意図しない接触を回避することができれば、第１距離ｄｈ１よりも小さい距離だけ、接触式センサ２２を移動させても構わない。

ステップＳ５０４では、サーチ部１１０は、鉛直方向に所定距離ｄｖ０だけ離れた第２位置Ｑ２まで接触式センサ２２を移動させる（３）。

ここで、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を鉛直方向に移動させるとしているが、これは、第２ワークＷ２１に対して離れる方向（近づく方向）であり、典型的には、第１ワークＷ１１と第２ワークＷ２１との溶接線位置に対して離れる方向（近づく方向）である。第１位置Ｑ１と第２位置Ｑ２とが溶接線位置に対して離れる方向（近づく方向）に位置することにより、当該方向に対する第１ワークＷ１１の傾きを算出することができるようになる。その結果、接触式センサ２２は、第１ワークに接触する誤検出、及び第２ワークを検出できないという空振りを確実に回避することができる。

さらに、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を、第２ワークＷ２１に近づく方向に移動させれば、第２ワークＷ２１に意図しない接触が発生する恐れがあるため、第２ワークＷ２１に近づく方向よりも離れる方向に移動させる方がより好ましい。

ステップＳ５０５では、サーチ部１１０は、第２位置Ｑ２から、再び、水平方向に接触式センサ２２を移動させて、第１ワークＷ１１をサーチする（４）。

ステップＳ５０６では、サーチ部１１０における接触検出部１１１は、接触式センサ２２（溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤ）と第１ワークＷ１１との接触を検出する。これにより、サーチ部１１０は、接触式センサ２２の移動距離に基づいて、第２位置Ｑ２から第１ワークＷ１１までの第２距離ｄｈ２を取得する。

ステップＳ５０５及びＳ５０６は、第２位置Ｑ２から水平方向に第１ワークＷ１１をサーチして第２距離ｄｈ２を取得するための第２サーチである。

ステップＳ５０７では、傾き算出部１２０は、第１距離ｄｈ１、所定距離ｄｖ０及び第２距離ｄｈ２に基づいて、第１ワークＷ１１の傾きβを算出する。ここでは、傾きβ＝（第１距離ｄｈ１－第２距離ｄｈ２）／所定距離ｄｖ０により算出することができる。

ステップＳ５０８では、サーチ部１１０は、接触式センサ２２と第１ワークＷ１１とを接触させた後、傾き算出部１２０によって算出された第１ワークＷ１１の傾きβに基づいて、当該第１ワークＷ１１に対して垂直方向に距離ｄ２だけ当該接触式センサ２２を移動させる（５）。

ここで、サーチ部１１０は、第２サーチの後処理として、接触式センサ２２と第１ワークＷ１１とを接触させた後、当該第１ワークＷ１１に対して垂直方向に接触式センサ２２を退避させている。実際に、第１ワークＷ１１と接触するのは、溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤであり、当該溶接ワイヤには、接触による負担が掛かる場合がある。そこで、接触した後、第１ワークＷ１１に対して垂直方向に退避させることによって、接触による溶接ワイヤ等に掛かる負担を軽減し、当該溶接ワイヤ等が曲がったりすることを防止している。

また、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を距離ｄ２だけ移動させている。ここで、距離ｄ２は、小さ過ぎると、測定誤差や算出誤差及び第１ワークＷ１１の表面上に凹凸等があれば、後述するステップＳ５０９において接触式センサ２２が移動する際に、第１ワークＷ１１に誤って接触する可能性がある。一方、距離ｄ２が大き過ぎると、後述するステップＳ５１０において接触式センサ２２が第２ワークＷ２１と接触できず、空振りしてしまう可能性がある。したがって、ここでは、距離ｄ２は、第２ワークＷ２１の端からはみ出ない範囲であって、ステップＳ５０９において接触式センサ２２が移動する際に、第１ワークＷ１１に誤って接触しない程度の距離を保持できるように設定されるとよい。

ステップＳ５０９では、サーチ部１１０は、ステップＳ５０７において傾き算出部１２０によって算出された第１ワークＷ１１の傾きβに沿って接触式センサ２２を移動させて、第２ワークＷ２１をサーチする（６）。

ステップＳ５１０では、サーチ部１１０における接触検出部１１１は、接触式センサ２２（溶接トーチ２１の先端から突き出した溶接ワイヤ）と第２ワークＷ２１との接触を検出する。これにより、サーチ部１１０は、接触式センサ２２の移動距離に基づいて、第２ワークＷ２１までの距離を取得する。これは、第１ワークＷ１１の傾きβに沿って第２ワークＷ２１をサーチして当該第２ワークＷ２１までの距離を取得するための第３サーチである。

このように、サーチ部１１０は、第１サーチにおいて、第１位置Ｑ１から第１ワークＷ１１までの第１距離ｄｈ１を取得し、第２サーチにおいて、第１位置Ｑ１と所定距離ｄｖ０離れて位置する第２位置Ｑ２から第１ワークＷ１１までの第２距離ｄｈ２を取得する。そして、傾き算出部１２０は、第１距離ｄｈ１、所定距離ｄｖ０及び第２距離ｄｈ２に基づいて、第１ワークＷ１１の傾きβを算出する。さらに、サーチ部１１０は、第３サーチにおいて、第１ワークＷ１１の傾きβに沿って接触式センサ２２を移動させることによって第２ワークＷ２１をサーチし、確実に当該第２ワークＷ２１を検出している。

以上のように、本発明の第２実施形態に係る溶接位置検出装置１００及び溶接位置検出方法５００によれば、接触式センサ２２は、第１ワークＷ１１に対して意図しない接触となる誤検出、及び第２ワークＷ２１を検出できないという空振りを回避することができる。つまり、第１ワークＷ１１が傾いている場合であっても、溶接位置の誤検出を低減することができる。

なお、第１実施形態において図５を用いて説明したように、本実施形態でも、傾き算出部１２０は、ステップＳ５０２及びステップＳ５０６において、接触式センサ２２と第１ワークＷ１１との接触点における座標値をそれぞれ取得し、当該座標値に基づいて傾きβを算出しても構わない。これにより、必ずしも第１距離ｄｈ１及び第２距離ｄｈ２を取得しなくても、傾き算出部１２０は、接触式センサ２２と第１ワークＷ１１との接触点における座標値に基づいて、第１ワークＷ１１の傾きβを算出することができる。

なお、本実施形態では、ステップＳ５０４では、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を鉛直方向に移動させているが、正確に鉛直方向でなくても構わない。ステップＳ５０９では、第１ワークＷ１１の傾きβに沿って接触式センサ２２を移動させることによって、ステップＳ５１０では、接触式センサ２２を第２ワークＷ２１に対して垂直に接触させて検出することができる。換言すれば、接触式センサ２２を第２ワークＷ２１に対して垂直に接触させるために第１ワークＷ１１の傾きβを算出できれば、ステップＳ５０４における接触式センサ２２の移動は、正確に鉛直方向でなくても構わない。例えば、概ね鉛直方向である略鉛直方向であっても構わない。これにより、作業者は、接触式センサ２２を正確に鉛直方向に移動させるための厳密な設定をする必要がなく、教示工数が低減され、結果的に、生産性の向上に繋がる。

また、同様に、ステップＳ５０１及びＳ５０５における接触式センサ２２の移動は、正確に水平方向でなくても構わない。ただし、第１ワークＷ１１の傾きの程度によっては、接触式センサ２２を移動させる際に、意図しない接触が発生したり、傾きを正確に算出できなかったりする場合があるため、これらの問題が発生しない場合及び範囲において、例えば、概ね水平方向である略水平方向であっても構わない。

さらに、本実施形態では、サーチ部１１０は、ステップＳ５０２において第１ワークＷ１１を検出した後、ステップＳ５０３及びＳ５０４において、接触式センサ２２を、一旦、第１位置Ｑ１を介して第２位置Ｑ２まで移動させているが、当該第１位置Ｑ１を介さずに、直接、第２位置Ｑ２まで移動させても構わない。この場合、接触式センサ２２は、第１ワークＷ１１に接触した後、最短距離で第２位置Ｑ２まで移動できるため、処理の高速化を図ることができる。

また、本実施形態では、ステップＳ５０８では、接触式センサ２２を第１ワークＷ１１対して垂直方向に退避させているが、これに限定されるものではなく、例えば、ステップＳ５０３と同様に、サーチ方向と反対方向に退避させても構わない。この場合、ステップＳ５０７における第１ワークＷ１１の傾きβの算出結果に影響されることなく、簡易に高速処理ができる。

なお、本実施形態では、すみ肉継手を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、重ね継手等、その他の溶接継手に適用することができる。

＜その他＞
本発明の第１実施形態では、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を鉛直方向に移動させて第１ワークＷ１０を２回サーチし、本発明の第２実施形態では、サーチ部１１０は、接触式センサ２２を水平方向に移動させて第１ワークＷ１１を２回サーチした。これにより、水平面及び鉛直面を基準として第１ワークＷ１０及び第１ワークＷ１１が傾いていたとしても、適切に第２ワークＷ２０及び第２ワークＷ２１を検出していた。ここで、サーチ方向は、典型的には、鉛直方向と水平方向であるが、これらに限定されるものではなく、例えば、略鉛直方向及び略水平方向等も含む任意の方向をサーチ方向として設定し、適用することもできる。

また、従来では、接触式センサを用いて溶接位置を検出する溶接位置検出装置は、ワークの傾きへの対応として適用することは困難であったが、本発明によれば、ワークが傾いていた場合であっても適用することができ、適用範囲の拡大に繋がると言える。

以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。各実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１０…ロボットシステム、２０…溶接ロボット、２１…溶接トーチ、２２…接触式センサ、３０…ティーチペンダント、４０…ロボット制御装置、５０…電源、１００…溶接位置検出装置、１１０…サーチ部、１１１…接触検出部、１１２…電圧印加指令部、１２０…傾き算出部、１３０…制御部、３００，５００…溶接位置検出方法、Ｓ３０１～Ｓ３１０…溶接位置検出方法３００の各ステップ、Ｓ５０１～Ｓ５１０…溶接位置検出方法３００の各ステップ、Ｗ１０，Ｗ１１…第１ワーク、Ｗ２０，Ｗ２１…第２ワーク、Ｐ１，Ｑ１…第１位置、Ｐ２，Ｑ２…第２位置、ｄｈ１，ｄｖ１…第１距離、ｄｈ２，ｄｖ２…第２距離、ｄｈ０，ｄｖ０…所定距離、ｄ１，ｄ２…垂直方向の距離、α，β…傾き、Ａ，Ｂ…接触点、Ｘ，Ｙ…ベクトル

Claims

接触式センサを用いて溶接位置を検出する溶接位置検出装置であって、
第１位置から第１方向に前記接触式センサを移動させて、当該接触式センサと溶接対象である第１ワークとを接触させることにより、当該第１位置から当該第１ワークまでの第１距離又は当該接触点における第１座標値を取得する第１サーチ部と、
前記第１位置から前記第１方向と垂直である第２方向に所定距離離れて位置する第２位置から前記第１方向に前記接触式センサを移動させて、当該接触式センサと前記第１ワークとを接触させることにより、当該第２位置から当該第１ワークまでの第２距離又は当該接触点における第２座標値を取得する第２サーチ部と、
前記第１距離、前記所定距離及び前記第２距離に基づいて、又は前記第１座標値及び前記第２座標値に基づいて、前記第１ワークの傾きを算出する傾き算出部と、
前記第１ワークの傾きに沿って前記接触式センサを移動させて、前記第１ワークに接合される第２ワークまでの距離を取得する第３サーチ部と、
を備え、
前記第２方向は、前記第２ワークから離れる方向である、
溶接位置検出装置。
前記第１方向は、鉛直方向又は水平方向である、
請求項１に記載の溶接位置検出装置。
前記第１サーチ部は、前記接触式センサと前記第１ワークとを接触させた後、前記第１方向と反対方向に当該接触式センサを退避させる、
請求項１から２のいずれか一項に記載の溶接位置検出装置。
前記第１サーチ部は、少なくとも前記第１距離だけ退避させる、
請求項３に記載の溶接位置検出装置。
前記第２サーチ部は、前記接触式センサと前記第１ワークとを接触させた後、前記傾き算出部によって算出された前記第１ワークの傾きに基づいて、当該第１ワークに対して垂直方向に当該接触式センサを退避させる、
請求項１から４のいずれか一項に記載の溶接位置検出装置。