JPH01162575A - 溶接線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶接線検出装置に関し１１先面の被溶接部の
開始点を含む溶接線を検出する全自動溶接ロボットの溶
接線倣い装置に好適な溶接位置検出装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６０−２３３２５２に記載のよう
に溶接トーチと視宜センサを一体とした構造とし。

アーク点から溶接進行方向に先行する位置で溶接線検出
するようになっていた。また特開昭６１−１０２０１で
は、トーチ軸方向の溶接ワイヤ先端近くで開先面の溶接
開始点を検出するようになっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術のうち特開昭６０−２３３２５２では、溶
接トーチのアーク発生部より溶接方向に先行する位置で
溶接線の検出を行なっているため、溶接開始点でアーク
発生位置と検出位置との距離だけトーチの制御すべき位
置情報がなく溶接開始点から溶接を実施できないという
問題があった。なお。

上記従来技術において、溶接を開始すべき点から溶接を
実施させるために、溶接トーチを移動（例えば溶接方向
に対して後退）させて検出位置を溶接開始点に合わせて
行なうことも考えられるが。

移動時のトーチとワークの接触という面で問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、スリット光を発生する照射系と開先面にス
リット光を照射した際に生じる光切断画像をａｍするａ
測用カメラ（例えばＩＴＶカメラなど）を一体的に構成
され、かつこの検出部を特定の回転軸中心に回転させて
、前記照射系と前記観測系の向きにより決まる検出位置
をトーチ軸方向（ワイヤ先端部近傍）と溶接トーチの進
行方向前方の先行部の２ケ所に移動可能な構造とするこ
とで達成される。

〔作用〕

本発明では、ロボット手首に溶接トーチを一体に取付け
、この溶接トーチの軸中心に第一の回転駆動系によって
回転される支持体と、前記支持体に固定される第２の回
転駆動系と、前記第２の回転駆動系によって回転可動と
なる光切断方式による開先位置検出部（以下、検出部と
呼ぶ）を配置させる。第１あるいは第２の回転駆動系に
よって検出部の開先検出位置が移動する０本発明では。

まず、前記第１の回転駆動系で検出部がワイヤ先端部で
のｍ１開始点を検出するように位置決めさせて、溶接線
の先行部の倣い制御を第２の回転駆動系を用いて動作さ
せる。これによって、溶接線の開始点ならびに溶接中に
溶接線の倣いが可能となる。

〔実施例〕

以下５本発明の実施例を図面を参照し説明する。

第１図に本発明に係る溶接線位置検出装置の主要構成図
を、第２図に本発明を溶接ロボットに適用した一実施例
の概略構成図を示す、第１図に示すように、溶接トーチ
１は、ロボット手首４２の先端に図示した矢印３方向に
揺動可能に、かつ図示矢印４方向に回転可能な支持軸５
に固定される取付金具６に固定金具２８を介して固定さ
れている。

また、溶接トーチ１の内部を通って送給されるワイヤ７
位置すなわちトーチ軸中心ｎは、支持軸５の中心軸Ｑに
対して直角に配設する。作業能動部である溶接トーチ１
は、被溶接部材６ａ、６ｂの開先面８と対向する電極部
９を有し、この電極部８からくり出されるワイヤ７と開
先面８間に電気アークを発生させる。

開先位置検出部（以下、検出部と略す）１０は、トーチ
１と離れたところに配設され、回転支持軸１１の軸中心
ｍを中心者に支持体１２と一体となって回転可能構造と
なっている。この検出部１０には、投光手段１３と受光
手段１４が取付けられており、後述する方法により、ワ
イヤ７先端部での開先位置あるいは溶接アーク点に先行
する点での開先位置を検出する。

取付金具１５には、モータ１６が取付けられている。こ
のモータ１６の回転軸には、歯車１７が取付けられてい
る。一方、軸受１８．１９の内輪側と外輪側には各々回
転支持軸１１と支持体１２が固定されている。この支持
体１２の上端には、軸まわりに歯車２０が設けられてい
る。歯車１７と歯車２０とは係合してお゛す、モータ１
６の回転力を支持体１２に伝達する伝達機構が形成され
る。

すなわち、モータ１６が駆動すると歯車２０が回転し、
この結果検出部１０が支持部１２と一体的に回転する。

このように、溶接トーチを静止させたまま投光手段１３
と受光手段１４とが、支持体１２と共に回転中心ｍを中
心に一体的に回転することができる。

取付金具６にはモータ２１が取付けられている。

このモータ２１の回転軸には歯車２２が取付けら。

れでいる。また、軸受２３と２４の内輪側と外輪側には
各々回転支持軸２５と２６が固定されている。トーチ１
は前記したように固定金具２８を介して取付金具６に固
定される。回転支持軸２５とトーチ１とはすきまを設け
（図示せず）、互いに接触しない状態で取付金具６に固
定される。支持体２６の上端には、軸まわりに歯車２７
が設置されている６歯車２２と歯車２７とは係合してお
り、モータ２１の回転力を支持体２６に伝達する伝達機
構が形成される。取付金具１５は、支持体２６と一体に
固定される。すなわち、モータ２１が駆動すると歯車２
２が回転し、この結果検出部１０が取付金具１５と共に
溶接トーチ１の軸ｎを中心に一体的に回転する。

本発明の実施例の概略構成を示す第２図において、矢印
Ｘは溶接進行方向である。投光手段１３はスリット状に
鋭く集光させた光（線状光線）２９を被溶接部材６ａ、
６ｂの開先面８上で溶接ワイヤ７の先端（延長線上）に
照射する。図中、線分Ｑ　１−　Ｑ　４は、前述の投光
手段１３の線状光線２９によって開先面上に生じる光切
断線を表わす。

受光手段１４は１例えばＩＴＶカメラのようなものであ
り、前述の光切断線を観測し、溶接倣い線を検出する。

前述の駆動モータ１６および２１を作動させて、支持体
１２および２６を回動させて投光手段１３及び受光手段
１４をｍ軸あるいはｎ軸回りに一体的に可動させること
によって、開先の検出位置を任意に移動させることがで
きる。第２図の１３′と１４′は、各々移動後の投光手
段１３と受光手段１４に相当し、このとき開先の検出位
置は、溶接の進行方向（矢印Ｘ）にトーチ位置より先行
した位置に変化する。

第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１図の矢印Ａ−Ａ
’から見た投光手段１３と受光手段１４およびトーチ軸
の関係を示す。以下、第３図を用い、前述の開先検出位
置の移動方法について概略を説明する６ 第３図（ａ）は、溶接開始点における開先検出位置を示
す。すなわち、この場合は、トーチ軸の先端（ワイヤの
延長線上）に投光手段１３と受光手段１４の光軸が向き
、この点での開先位置を検出することになる。

つぎに、第３図（ｂ）に示すようにモータ１６（第１図
参照）を作動させてｍ軸回りに投光手段１３と受光手段
１４を一体的に回転させることによって、開先の検出位
置（図の０点）を溶接進行方向でトーチ先端部より先行
した位置にずらす。

しかし、これだけだと開先の検出位置は、溶接線から外
れてしまうため、さらにモータ２１（第１図参照）をθ
Ｓだけ作動させて検出位置を溶接線上に位置補正させる
。モータ２１の作動角度θ３は、あらかじめ教示された
開始点近傍でのトーチの移動ベクトル、投光手段１３と
受光手段１４の諸室数（取付位置、線状光線照射角度お
よびａ測角度）さらには回転中心ｍの取付半径、トーチ
軸中心ｎからの取付半径から演算される。

第４図は、第１図、第２図に示した本発明装置が適用さ
れた全自動アーク溶接ロボットシステムの一例の概略構
成図である。検出部１０は、前述したように投光・手段
１３．受光手段１４を内蔵している。この検出部は、第
３図で説明したように、駆動モータ１６と２１によって
開先の検出位置を任意に変えられる。検出部では１重ね
、隅肉、突き合わせ等の開先形状に応じて線画像（光切
断像）が得られる。この光切断画像の信号は、画像処理
装置２９に入力される６画像処理装置！２９では、上述
の開先形状に応じた所定の画像処理を行ない。

開先位置を検出する。そして、受光手段１４の受光面上
での開先位置データを光学系の諸室数、駆動モータ１６
，２１の回転角の各データを用い、ロボットの手首にお
ける座標系での位置情報に変換する。この開先の位置情
報は１画像処理装置２９からロボット制御袋ｆｉｔ３０
に転送され、ここでロボットの各回転軸（図示せず）の
角度により決まる変換マトリクスを用いロボット座標系
に変換する。ロボット制御装置３０は、画像処理装置２
９に検出を指令すると同時に各回転軸の角度情報を記憶
し、画像処理装置から転送された位置データを指令時に
記憶した角度情報を用いて座標変換し、溶接すべき開先
位置の目標値としてメモリ内に記憶する。ロボット制御
装置３０では、溶接開始点検出の際には上述した方法で
開先位置の目標値にトーチ位置を誘導する。溶接開始点
でのトーチ位置の制御と同時に第３図を用いて説明した
前述の方法で、溶接線の先行位置に検出部１０の検出位
置が一致するように駆動モータ１６，２１を制御する。

その後は、トーチの現在位置に先行して得られた検出デ
ータを用い、トーチの進行する軌道を計算する。トーチ
先行位置での開先位置データは、メモリ内に一度記憶さ
れるので、ロボット制御装置ではこのデータを遅延させ
て、トーチが先行した検出点を通過する際にトーチ先端
位置が開先位置データの目標値となるようにトーチ１の
位置制御を行なう。なおこの制御において、トーチ１は
時々刻々と位置が変化するので、当然ながら開先位置デ
ータの目標値もトーチ位置の変化が補正された値に置き
換えられ記憶されることとなる。

前述の駆動モータ２１を作動して検出部をトーチ１軸回
りに回転させることにより、トーチ先行部の開先検出位
置はトーチ軸を中心とした同心円状の任意に選定するこ
とが可能となる。すなわち画像処理装置２９に入力され
る開先画像を検出した際に溶接線が受光手段１４の視野
から外れる度合を観測し、常に視野の中心又は近傍に開
先画像°が入力するように、駆動モータ２１を制御する
。

これによって、溶接線の変動に対しても追従して開先画
像の検出が可能となる。

第５図および第６図は、本発明装置を溶接ロボットに適
用した溶接線の倣い方法およびフローチャートを各々示
したものである。

第５図において、０点とＰ点は各々溶接開始点と溶接終
了点を示しており、この２点の粗位置はあらかじめ記憶
（教示）しておくものとする。

ｏ’　ｐ’は、ワークの寸法誤差やワークの設置誤差等
による実際の溶接線を想定して示したものである。第６
図は、第５図に示した条件で実際の溶接倣いを行なうフ
ローチャートである。本発明では第６図の破線内の開先
位置を検出しながらアークＯＮする動作部分において、
トーチ位置が第５図のＯ’−Ｑ’間およびＱ’　−０重
間のいずれかを通過するかで２種類の制御方法を使い分
ける。

このうちｏ’　−ｏ’　を通過する際には、０７点とＱ
′点のみの開先位置データを用い、途中の溶接線経路を
演算（補間）してトーチ位置を制御する。

経路の補間方法は、例えば直線補間、円弧補間などで被
溶接部材の溶接線形状に合わせてあらかじめプログラム
しておく。Ｑ’−０重間では、逐次得られる開先検出デ
ータ（目標値）を遅延処理してトーチ位置を制御する。

以上、説明した構造および溶接倣い方法によれば、溶接
トーチを回転あるいは移動させることなく溶接位置検出
点を溶接ワイヤの先端あるいはアーク点に先行した位置
に変更できるため、＊雑な被溶接材形状、被溶接材の取
付姿勢に適用できる効果がある。

上述した実施例での伝達機構は歯車機構を用いているが
、これに限らず摩擦ローラの抑圧によるものや、プーリ
とベルトとの組合わせよるものでも良い。

また、投光手段と受光手段は、実施例で述べた線状光線
とＩＴＶカメラに限るものでなく、光ビームをスキャン
させる投光手段とＰＳＤ　（２次元光位置検出器）によ
る受光手段との組合わせによるものでも良い。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明では、トーチ軸のまわりに
投光手段および受光手段を任意に回転させて被溶接部材
の開先の検出位置を変えることができる。このため、被
溶接部材の溶接線位置を常に最適な条件で精度よく検出
し、溶接倣いを実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は本発明が
適用されたアーク溶接ロボットの概略構成図、第３図（
ａ）〜（ｃ）は本発明における開先検出位置の移動原理
を説明する図、第４図は本発明が適用された溶接ロボッ
トシステムの概略構成図、第５図は本発明を適用した溶
接線倣い方法の説明図、第６図は本発明の溶接線倣い方
法のフローチャートを示す図である。 １・・・溶接トーチ、２・・・ロボットアーム、５・・
・支持軸、６ａ、６ｂ・・・被溶接部材、７・・・被溶
接材、８・・・開先面、１０・・・検出部、１１．２５
・・・回転支持軸、１２．２６・・・支持体、１３・・
・投光手段、１４・・・受光手段、１５・・・取付金具
、１６，２１・・・モータ、１７，２０，２２，２７・
・・歯車、１８，１９゜２３．２４・・・軸受。 、￥　１１！］ 等　２　圃 帆 キＪ図 （ｉ） ／４　賃犬予杖 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接トーチと、該溶接トーチを取付ける第１取付金
   具と、該溶接トーチの軸まわりに回転自在に取付けられ
   た第１支持体と、該第１支持体と一体となつて該溶接ト
   ーチの軸まわりに回動する第２取付金具と、該第１支持
   体を回動する駆動力を発生し第１伝達機構を介して該第
   １支持体を回動させる第１モータと、該第２取付金具に
   固定される回転支持軸と、該回転支持軸まわりに回転自
   在に取付けられた第２支持体と、該第２支持体を回動す
   る駆動力を発生し第２伝達機構を介して該第２支持体を
   回動させる第２モータと、該第２支持体に取付けられて
   おり、被溶接部材の開先面に線状光線を照射する投光手
   段と、該第２支持体に取付けられており、該被溶接部材
   の開先面からの反射光を受光する受光手段を備えたこと
   を特徴とする溶接線検出装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の溶接線検出装置におい
   て、前記第１モータは前記第１取付金具に取付けられて
   いることを特徴とする溶接線検出装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の溶接線検出装置におい
   て、前記第１支持体の前記溶接トーチ軸まわりに歯車を
   取付け、該歯車に前記第１モータ軸に取付けた歯車を係
   合させて前記第１伝達機構を構成したことを特徴とする
   溶接線検出装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の溶接線検出装置におい
   て、前記第２支持体の前記回転支持軸まわりに歯車を取
   付け、該歯車に前記第２モータ軸に取付けた歯車を係合
   させて前記第２伝達機構を構成したことを特徴とする溶
   接線検出装置。 ５、特許請求の範囲第１項記載の溶接線検出装置におい
   て、前記被溶接部材の溶接開 始点における検出時に、前記第１モータと第２モータを
   作動させ、前記受光手段が前記溶接トーチの先端部の開
   先面に前記線状光線を照射して溶接線の位置を検出する
   ように成したことを特徴とする溶接線検出装置。 ６、特許請求の範囲第１項記載の溶接線検出装置におい
   て、前記溶接開始点での溶接線の検出を行ない、前記溶
   接トーチの先端位置を前記検出結果に基ずいて前記溶接
   トーチの位置制御を行なうと同時に、前記第１モータと
   第２モータを作動させ、前記受光手段が前記溶接トーチ
   先端部よりも溶接進行方向側に先行する開先面に前記線
   状集光光線を照射して溶接線の位置を検出するように成
   したことを特徴とする溶接線検出装置。 ７、特許請求の範囲第１項記載の溶接線検出装置におい
   て、溶接開始点での検出点と溶接先行位置での最初の検
   出点の間の溶接トーチのならい制御を、この２つの検出
   点を入力データとして演算される任意の補間式を用いて
   行なうことを特徴とする溶接線検出装置。