JPH03204178A - 複数の溶接線検出手段を備えた自動溶接装置 - 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】 ［発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は自動溶接機に関するものである。

さらに詳細には突合せ溶接、重ね溶接、隅肉溶接等の継
手形状に応じて溶接線検出手段を選択使用することので
きる自動溶接機あるいは溶接ロボットに関するものであ
る。

（従来の技術） 自動溶接機や溶接ロボットにおいて、精密な溶接作業を
期するのに必要なトーチの位置制御を目的として例えば
アークセンサ、磁気センサ、光学的手法を用いるビジョ
ンセンサなどの各種の溶接線検出方法や装置が提案され
ている。しかしこれ等のセンサは所要の溶接線が単純な
直線である場合においても、溶接継手の各種の形状に対
して適用できるものではなく、主としてワークの表面が
立体的なかど、隅肉、重ねなどの継手型式に対して適用
できるものであり、突合せ継手のように溶接線を構成す
るワークが平面で構成されるものについてはうず電流や
磁気を利用したものが知られているが、これ等は立体的
に構成された継手に対しては適用されないものである。

したがって、上述した各種の溶接線検出装置は非磁性材
料を含む各種の金属を対象とし、且つ各継手形状を溶接
する目的の自動溶接機あるいは溶接ロボットに適用する
には十分なものではない。

一方現在溶接機とワークの位置を制御するためにレーザ
光や赤外線の投光機とイメージセンサを組合せた溶接機
が実用されている。この装置も立体的な組合せの例えば
隅肉継手などの場合には溶接線の追跡に使用できるが突
合せ継手の場合にはトーチの高さを制御することは可能
であっても溶接トーチの左右の偏りを補正するには有効
ではない。

（発明が解決しようとする課題） 溶接線に対する溶接トーチの位置は高い精度が要求され
、これに対応すべく各種の自動制御手段を有する溶接装
置が開発されているが、殆んどの場合、演算解析のため
のコンピューター装置と姿勢制御のためのサーボ機構な
どの精密高級な装置を具備しているものであり、したが
って高価なものである。ところが、これ等の装置は在る
特定の溶接継手を処理加工する目的で提案されるもので
あって、通常に必要とする各種の継手形式に対応するこ
とができないものである。

本発明はかかる現状に鑑み、複雑な機構を有する自動式
の溶接装置に対して、より広範囲な処理上記の要望を充
たす目的で本発明においては、溶接線を追跡するために
溶接トーチの制御装置に溶接継手の形状に対応すべく複
数の溶接線検出手段を具備させることを提起するもので
ある。

すなわち、隅肉継手、かど継手、重ね継手などの立体構
成の溶接線に対しては公知のアークセンサやスリット光
を画像処理する手段を用い、突合せ継手に対してはアー
ク光を画像処理するか、又はうず電流を利用するなどに
よって各種の継手形状に対処するものである。

（作用） 本発明によれば溶接ロボットあるいは溶接トーチの姿勢
制御自在の自動溶接機において、隅肉継手やかど継手な
どの立体的構成の溶接線を検出するために設けられたア
ークセンサや視覚センサに必要な演算解析装置を応用し
て、アーク光のパターン認識やうず電流を利用した電気
量の計測によって突合せ継手に対する溶接線の追跡をも
可能となるものである。

したがって自動溶接機や溶接ロボットにおいて各種の溶
接継手を処理できるものである。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の第１の実施例につき説明
する。

第３図は本実施例の装置の全体を示す斜視図であり、溶
接ロボット１は水平に置かれたワークテーブル３上で予
め個付けされたワーク５を溶接するものである。ロボッ
トアーム７は旋回屈折自在であり、且つその先端部に備
えた溶接ヘッド９上には後述する溶接トーチ１１やその
他の検知用の機器を備えている。これ等検知機器から出
力する信号は画像処理装置１３や制御装置１５によって
制御信号に変えられてロボット１の動作を所要のサーボ
機構などにより制御するものである。以上の各機器へ給
電するために溶接電源装置１７が用意されている。次に
第１図を参照して溶接ヘッド９上に備えられた各種機器
につき説明する。溶接ヘッド９の下部に溶接トーチ１１
があり、トーチ１１の先端付近を視野の中心とする視覚
センサ１９が備えてあり、更にスリット光を投射する投
光機２１が備えてあり視覚センサ１９の視野角の中心線
とスリット光の平面とは４５度の角度で立体交差してい
る。この構成によってスリット光と前記視野角の交点附
近においてトーチ１１による溶接加工がワークＷに対し
て行なわれるものである。

上述の溶接ヘッド９は視覚センサ１９の光軸に平行な軸
の回りに旋回自在で、又溶接ヘッド９は溶接線の傾斜度
に応じて自在に姿勢を制御でき、視覚センサ１９の視野
角の中心線が溶接線の方向に対して直交できるように構
成されているものである。

溶接ロボット１において複数の溶接線から構成されてい
るワークＷを溶接加工する場合には、予め所要部分が暇
付は溶接されているか、あるいは治具などを使用して組
立てられていて、ワークテーブル３の上に所定の方向に
向けて固定されているものである。

溶接ロボット１は予めワークＷの各溶接線の位置、方向
、長さ、傾斜角度、板厚、継手型式、溶接順序、溶接速
度などの所要データを記憶してあって溶接ロボット１は
自動的に各溶接線を追跡して溶接加工するものであり、
実施例の装置は各溶接箇所におけるトーチの姿勢と位置
の微細な補正を行なうためのものである。

次に第２図（ａ）に示す２枚の板材によって俵付けによ
り構成されたワークＷの隅角部をがど溶接する場合につ
いて説明する。

前述した構造により視覚センサ１９は溶接線に対して直
交し、したがって投光機２１がら投射されたスリット光
はワークＷの溶接線に向って４５度の角度で投射し、ア
ングル状の部材表面に光輝部を作る。この光輝部を視覚
センサで捕え映像信号として画像処理装置１３に送り、
更に解析処理して制御装置１５より制御信号が出力され
てトーチヘッド９を制御することになる。図示の状態に
おいては前記光輝部はワークＷの隅角部によってＬ字型
に屈折した映像を視覚センサー１９に与える。したがっ
てこれを第２図（ｂ）に示すような２値化画像として捕
えた２つの直線の座標位置を解析することによって、ト
ーチ１１の溶接線に対する高さと左右方向の誤差を検出
して制御装置により補正することになる。この場合ワー
クＷをがど溶接する場合について述べたが、隅肉継手１
重ね継手の場合も同様にスリット光の屈折画像によって
処理可能である。

しかし、ワークＷが平面である突合せ継手の場合、溶接
線部分の間隙が大きいときには、画像処理によってスリ
ット光を中間を切離なされた１本の直線として捕え、欠
落した部分の中点を溶接線の通過位置として検出できる
。しがし間隙が狭くて検出困難の場合は、アークを飛ば
せて、そのアーク光を視覚センサ１９によって捕え、第
２図（Ｃ）に示される画像を得る。この画像においては
溶接線の両側が暗黒部となる。この理由はワ−りＷの素
材の周縁は切断加工などによって部分的に変型し光線の
反射率が低下しているためである。

１方アーク光による光輝部は第３図（ｃ）に示すごとく
、羽根を広げた蝶の形状を呈していて、蝶の頭部に相当
する個所が溶接線の通過位置となる。

したがって画面の暗黒部の最下位あるいは最上位の座標
が溶接線の通過位置となる。以上の現象から溶接線の座
標を検知できるものである。

以上の第１の実施例における各種溶接継手に対する動作
を第８図の動作フローチャートによって詳説する。

先づステップＳ１としてワークＷの各溶接個所の溶接順
位、溶接開始位置、継手形状、溶接長さ、方向、傾斜度
、材料板厚、溶接形状、要すれば溶接速度などを入力し
記憶させる。次にステップＳ２においてスタート指令を
入力すると所定の溶接開始位置に溶接トーチ１１が運ば
れ視覚センサ１９が作動し、溶接電圧がＯＮＬ、、ステ
ップＳ３においてアーク光をカメラ画像として捕える。

ステップＳ４において画像によってアーク光を確認すれ
ば、次のステップＳ５において継手形状にしたがって検
知手段を選択する。継手が突合せ継手である場合には、
ステップＳ６に進み、スリット光を投射し、突合せ間隙
を観察する。ステップＳ７において間隙を観察して判別
可能の場合には、ステップＳ８に進み間隙長さの中央を
溶接線として溶接トーチ１１の左右の位置決めが完了す
る。次にステップＳ９においてスリット光の画像の座標
によって溶接トーチ１１の高さを調整する。ステップＳ
ＩＯにおいては所定の調整が完了確認を出力し、指令を
受けた上で溶接開始となり、溶接完了を待ってステップ
Ｓ１１の段階で停止し、次の溶接個所に移動する。前記
のステップＳ４においてアークがＯＮにならぬ場合には
アークＯＦＦ信号を出力してステップ５１０に進み、ス
テップＳ１１において停止指令があれば停止、停止指令
がなければ、ステップＳ３に戻って再びアークＯＮを確
認する迄繰返すことになる。次にステップＳ９において
材料間隙が微少でギャップがゼロと判断される場合には
スリット光を０ＦＦＬ、てアーク光の画像を検出して、
溶接トーチ１１の左右位置を補正し、ステップ９に移る
ものである。以上は継手形状が突合せ継手の場合であっ
て、例えばかど継手の場合にはステップＳ５よりステッ
プ８１３に移り、スリット光画像を解析して溶接線中心
を検出し、次いで同じ手法によって方向と上下位置を検
出補正し、補正完了をステップＳ１０において出力し、
溶接加工を開始する。以下継手形状か隅肉継手あるいは
重ね継手の場合も同様である。

次に第２の実施例であるアークセンサとうず電流を利用
した溶接線追跡装置について、第４図。

第５図及び第６図を用いて説明する。

一般にアークセンサとして知られる溶接線追跡方法は、
たとえば立体的に構成されたワークの溶接される２つの
平面の中間で第４図に示すごとく溶接トーチを振ってア
ーク電流の変化を検出するものであり、公知の方法であ
るから詳述しない。

このアークセンサは、溶接線のＸＹ力方向ズレに対処す
るためてＺ方向すなわち溶接線の高さに対してはアーク
電流の平均値を監視することで制御するものである。こ
の方法は特別なセンサは必要とせず電流値を演算解析す
るのみで溶接線の起点を検出するものであるが、突合せ
継手に対しては公知のごとく有効ではない。そこで第５
図に示すごとく溶接されるワークＷの表面の上方を旋回
移動するうず電流式センサ２７，２９を設けてうず電流
式センサ２７．２９が溶接線である溝型の部分を検出し
て溶接線の座標位置を演算解析によって求め溶接トーチ
の位置を補正するものである。

第６図は第５図の矢視■−■に沿った平面図で、この場
合、うず電流式センサ２７，２９を旋回運動せしめる駆
動軸２３の回転角度はエンコーダーなどの装置によって
検出されているものである。

１対のうず電流式センサ２７．２９は第６図に示す位置
から一定の周期で例えば時計回りに１２０度づつ旋回往
復運動を行ない、それぞれのうず電流式センサが溶接線
である溝を通過したときの回転軸２３の旋回角から演算
して、溶接トーチの位置補正を行なうものである。この
うず電流式センサは、第６図に示されたその往復位置に
おける計測値を基準として溶接トーチの高さ制御をも行
なうことができるものである。

以上述べた２つの実施例により理解されるように、自動
溶接機あるいは溶接ロボットにおいて、特に溶接トーチ
の位置を微細に調整可能なものにあっては記憶演算を行
なうコンピュータ装置が必要であり、一方、各種の溶接
継手形状に共通して作用可能な検知手段が開発されてい
ない現状に鑑み、これ等の自動溶接装置には複数の溶接
継手検出手段を備えしめることが妥当性を有するもので
ある。

なお、第７図はうず電流式センサと視覚センサ並びにス
リット光投光機を備えた別の実施例を示す。

本実施例は実施例に述べた装置に限らず設計変更により
各種の態様において実施できるものである。

［発明の効果］ 以上の説明より理解されるように、溶接ロボットや自動
溶接機において複数の種類の溶接線検出手段を備えるこ
とにより、本来この種の機械に必要である記憶演算装置
や画像処理装置などを、より一層効果的に活用でき、そ
の上各種溶接継手に対して巾広く対応できるので機能的
にも又経済上にも有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の要部を示す側面図であ
る。第２図（ａ）は本発明の第１の実施例の作用を説明
する斜視図である。第２図（ｂ）及び（ｃ）は第１の実
施例の説明図である。第３図は第１の実施例の全体を示
す斜視図である。第４図は本発明の第２の実施例の作用
を表わす図面である。第５図は第２の実施例の要部を示
す側面図である。第６図は第２の実施例の作用を説明す
る平面図である。第７図は別の実施例の要部を示す図面
である。第８図は第１の実施例の動作を説明するフロー
チャートである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接トーチの制御装置に複数の種類の溶接パター
   ンに対応して溶接線位置を認識すべく視覚センサとスリ
   ット光の投光機を備え、当該視覚センサーがワーク表面
   のスリット光の反射光とアーク光とをそれぞれ画像処理
   する機能を有するものである自動アーク溶接機。
2. （２）溶接トーチの制御装置に複数の種類の溶接パター
   ンに対応して溶接線位置を認識すべくうず電流式センサ
   を有して突合せ継手である溶接線を検出できるとともに
   アークセンサによって突合せ継手以外の複数の溶接パタ
   ーンにおいて溶接線の検出が可能である自動溶接機。