JPH05138349A

JPH05138349A - 多層盛自動溶接装置

Info

Publication number: JPH05138349A
Application number: JP33289591A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sarugaku; 信一猿楽; Takeo Matsuura; 健夫松浦; Akiyoshi Imanaga; 昭慈今永; Akira Hirai; 明平井
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】ワ−クの熱変形やビ−ドの盛り方による誤差
を吸収して、常に予定した脚長の多層盛溶接が確実に得
られるようにした自動多層盛溶接装置を提供すること。【構成】スリット光照射レンズ１と受光用レンズ２か
らなる検出手段により、溶接動作中、前層までのビ−ド
５の形状を検出し、これにより計画時のビ−ド形状と実
際に形成されている形状の誤差を補正するように、次層
の溶接位置と溶接条件を決定する。【効果】層数の多い多層盛溶接においても、常に良好
な溶接結果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ティーチングプレイバ
ック方式の産業用ロボットを用いた多層盛溶接装置に係
り、特に多層盛層数を多く要する厚板の溶接に最適な自
動溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被溶接物(ワーク)が厚板の場合などに
は、一般に溶接ビード(以下、単にビードと言う)を順次
積層して所定の厚さの溶接部を形成する、いわゆる多層
盛溶接が用いられているが、このため、従来から、ティ
−チングプレイバック方式の産業用ロボットを用いて多
層盛溶接を行う方法が種々提案されている。例えば、特
開昭５８−１８７２６９号公報では、多層盛溶接の初層
を教示し、２層目以降は初層からのシフト幅によって自
動的に教示デ−タを生成し、自動的に多層盛溶接を行う
技術について開示している。

【０００３】一方、センサを用いて溶接すべき位置を検
出する方法も各種提案されており、例えば、特開昭６２
−２６７６０７号公報では、光切断像を用いて溶接中に
溶接すべき位置を検出する技術について開示している。
従って、これらの技術を組み合わせることにより、初層
の溶接位置をセンサで検出し、ワ−クの設置誤差や変形
を２層目以降に反映させて多層盛溶接を行うことも、当
業者なら可能であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、２
層目以降の溶接位置等の直接的な検出について配慮がさ
れておらず、このため、次のような問題点があった。 (1) 多層盛溶接においては入熱量が多く、従って、溶接
中にワ−クに熱変形が起り易く、このため、２層目以降
の溶接位置に誤差が生じてしまう。 (2) ２層目以降の溶接位置は、前層のビ−ド形状によっ
て決定されるべきであるのに、それがなされていないた
め、溶接層数が多くなると、計画時のビード位置と実際
にビ−ドが形成される位置とに誤差が生じ、多層盛溶接
終了時のビ−ド形状が計画通りにならない。

【０００５】このため従来技術では、特に多層盛の層数
が多くなると、良好な多層盛溶接は不可能であった。本
発明の目的は、層数が多くなっても、常に良好な多層盛
溶接が得られる自動溶接装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、多層盛溶接
の各層を溶接する毎に、逐次、ビ−ドの形状をセンサに
より検出して次層の溶接位置を補正することにより、或
いは、計画時のビ−ド形状との誤差が小さくなるように
次層の溶接条件を補正することにより、達成される。

【０００７】

【作用】溶接作業と並行してビードの形状が検出される
ので、溶接中のワ−クの熱変形などによる誤差が次層の
溶接位置に反映される。さらに、前層までのビ−ド形状
と計画時のビ−ド形状との誤差により、次層で盛るべき
ビ−ドの大きさが決められ、それに応じて次層の溶接条
件が決定されてゆく。従って、多層盛溶接終了時に得ら
れるビ−ド形状が、計画時のビ−ド形状と一致する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明による多層盛自動溶接装置につ
いて、図示実施例により詳細に説明する。図２は、本発
明の一実施例で、この実施例ではア−ク溶接を自動的に
行う溶接ロボットを使用している。図２において、２０
はロボット制御装置で、システム内のすべての機器を制
御する働きをする。２１はロボット本体(マニプレータ)
で、６軸構成のマニプレータからなり、６個のモ−タに
より駆動されている。そして、その手首には、溶接ト−
チ２９の外に、スリット光照射レンズ１と撮像用レンズ
２が取り付けられている。２２は溶接機で、ロボット制
御装置２０の指令に基づいて所定値の溶接電流、電圧を
発生すると共に、ワイヤ送給装置２８にワイヤ送給指令
を与える働きをする。

【０００９】２３はプログラミングユニット(ＰＧＵ)
で、各種の押し釦(スイッチ)と液晶表示器とが具備さ
れ、ティ−チングペンダントとも呼ばれているものであ
り、位置教示の指示や各種の条件の入力は、このＰＧＵ
２３を用いて行う。２４はプレイバックコンソ−ル(Ｐ
ＢＣ)で、ロボットの溶接作業の開始やモ−ドの切り替
えは、このＰＢＣ２４上のスイッチによって行う。２５
はガスボンベで、溶接のためのシ−ルドガスの供給源と
なり、２６は溶接ワイヤ供給装置である。２７は溶接対
象となるワ−クで、ワ−ク設置台１８に固定され、多層
盛溶接される。なお、１９はフロッピ−ディスクドライ
バ−で、教示デ−タをフロッピ−ディスクに保存するた
めに使用される。

【００１０】図１は、ロボット本体２１の手首部分の詳
細を示したもので、光ファイバ３で図示してない光源に
連結されたスリット光照射レンズ１と、光ファイバ４に
より図示してないテレビカメラに結合された撮像用レン
ズ２が溶接ト−チ２９に取付けてあり、溶接トーチ２９
による溶接作業中、ワーク２７に形成されて行くビード
５にスリット光照射レンズ１からスリット光６を照射
し、このスリット光６によるビードの像を撮像用レンズ
２により集光してテレビカメラに送り、画像信号を得る
ようになっている。

【００１１】次に、図３と図４を用いてロボット制御装
置２０の内部及びロボット本体２１の詳細について説明
する。ロボット制御装置２０の内部は、図３と図４に示
すように、メインＣＰＵ部２０ａとサーボＣＰＵ２０部
ｂ、サーボアンプ２０ｃ、それに画像処理部２０ｄの４
部分に分かれている。メインＣＰＵ部２０ａはこのロボ
ット制御装置２０による制御の主な部分を処理し、サ−
ボＣＰＵ部２０ｂはロボット本体２１の動作制御を実行
する。また、サ−ボアンプ２０ｃはロボット本体２１の
サーボモータに電力を供給する働きをする。そして、図
４に示す画像処理部２０ｄは光切断像の解析を行なう。

【００１２】次に、各部の詳細について説明する。ま
ず、図３のメインＣＰＵ部２０ａについて説明する。３
０はＣＰＵ−Ａで、全体の機器管理や本発明の中心とな
る処理を行う。３１はＲＯＭ−Ａで、電源投入時にＣＰ
Ｕ−Ａ３０が行うべき処理を記述したプログラムが格納
されている。３２はＲＡＭ−Ａで、ここには、バブルメ
モリ３５に格納されている各種処理プログラム及び教示
デ−タがロ−ドされ、ＣＰＵ−Ａ３０によって実行され
る。また、演算の途中結果等もここに記憶される。

【００１３】３３は通信インタフェ−スで、ここには２
系統のチャンネルがあり、一方はＰＧＵ２３との通信チ
ャンネルであり、他方はＰＢＣ２４との通信チャンネル
である。ＰＧＵ２３で入力された情報や、ＰＢＣ２４で
押されたキ−の情報などは、この通信インタフェ−ス３
３を介してＣＰＵ−Ａ３０に伝達される。３４は溶接機
インタフェ−スで、本来は信号の入出力インタフェ−ス
として作られているが、この実施例では溶接機とのイン
タフェ−スとして使用され、このため、溶接機２２とつ
ながっており、ＣＰＵ−Ａ３０からの指令を溶接機２２
に伝えたり、この溶接機２２の状態をＣＰＵ−Ａ３０に
伝えたりする。

【００１４】３６はデュアルポ−トラム(ＤＰＲＡＭ)
で、メインＣＰＵ部２０ａとサ−ボＣＰＵ部２０ｂは、
このＲＡＭ３６を介して情報のやり取りを行う。４５は
フロッピ−ディスクドライバ−インタフェ−スで、フロ
ッピ−ディスクドライバ−１９との情報の伝達を行う。
なお、４３はバスで、メインＣＰＵ部２０ａ内の各装置
を接続している。

【００１５】次に、サ−ボＣＰＵ部２０ｂについて説明
する。なお、このサ−ボＣＰＵ部２０ｂは、メインＣＰ
Ｕ部２０ａがＤＰＲＡＭ３６に書き込んだ命令を実行す
る働きをするものである。

【００１６】３７はＣＰＵ−Ｂで、これはサ−ボ関係の
すべての処理を行う。３８はＲＯＭ−Ｂで、ＣＰＵ−Ｂ
３７が実行すべきプログラムが格納されている。３９は
ＲＡＭ−Ｂで、ＣＰＵ−Ｂ３７がＲＯＭ−Ｂ３８のプロ
グラムを実行する際、演算の途中結果が記憶される。４
０はタイマ−で、一定時間周期でＣＰＵ−Ｂ３７に割り
込みをかける。従って、この周期でＣＰＵ−Ｂ３７はサ
−ボモ−タ部２１ａに指令を発行する。

【００１７】４１はＤ／Ａコンバ−タで、ＣＰＵ−Ｂ３
７が算出した各モ−タに対する電流指令は、ここでアナ
ログ値に変換され、その後、サ−ボアンプ２０ｃによっ
て増幅され、６個のサーボモ−タＭ１〜Ｍ６を駆動す
る。４２はカウンタ−で、この中には６個のカウンタ−
が入っており、各カウンタ−は、エンコ−ダ部２１ｂの
６個のエンコ−ダＥ１〜Ｅ６の夫々にに接続されてい
る。従って、これのカウンタ−の値を読むことによっ
て、ＣＰＵ−Ｂ３７はロボット本体２１の現在位置(姿
勢)を知ることができる。なお、４４はバスで、サ−ボ
ＣＰＵ部２１ｂ内の各装置を接続している。

【００１８】サーボモ−タ部２１ａには、上記したよう
に、Ｍ１から、Ｍ６までの６個のモ−タがあり、夫々は
ロボット本体２１の旋回軸、上腕軸、前腕軸、回転軸、
曲げ軸、それに、ひねり軸を駆動する。そして、各モ−
タには、エンコ−ダ部２１ｂのＥ１からＥ６までのエン
コ−ダが取り付けられており、モ−タの回転角を計測し
ている。

【００１９】次に図４の画像処理部２１ｄについて説明
する。５０はＣＰＵ−Ｃで、ビ−ド形状の解析などの画
像処理を行う。５１はＲＯＭ−Ｃで、ＣＰＵ−Ｃ５０で
処理すべきプログラムが格納されている。５２はＲＡＭ
−Ｃで、ＣＰＵ−Ｃ５０の演算の途中結果等が保存され
る。５３はデュアルポ−トラム(ＤＰＲＡＭ)で、メイン
ＣＰＵ部２０ａと画像処理部２０ｄは、このデュアルポ
−トラム５３を通じて情報の交換を行う。５４はＩ／Ｏ
ポ−トで、ＣＰＵ−Ｃ５０はここを通じてレ−ザ発光器
５５にレ−ザ発光のＯＮ／ＯＦＦを命ずる。そして、こ
のレ−ザ発光器５５から出たレ−ザ光は光ファイバ３に
よってのスリットレンズ１にまで導かれる。

【００２０】５６は撮像制御部で、この撮像制御部５６
は、５７から６０までの機器のタイミングを制御し、光
切断像を画像メモリ６１に格納させる。このため、受光
レンズ２で集められた光は、光ファイバ４によってテレ
ビカメラ５７まで運ばれる。そして、このテレビカメラ
５７で電気信号に変換された画像データはＡ／Ｄ変換器
５８によってデジタル信号に変換された上で、ＤＭＡ制
御器５９によって画像メモリ６１の中に記憶される。６
０はバス切替器で、これは撮像時にはＤＭＡ制御器５９
と画像メモリ６１を接続し、それ以外のときは画像メモ
リ６１をバス６２に接続する働きをする。

【００２１】次に、この実施例の実際の処理について説
明して行く。図５は全体の処理を示したフロ−チャ−ト
で、この処理はメインＣＰＵ部２０ａで実行される。電
源が投入されると、ステップ７０で初期化を行う。この
初期化処理では、各機器の初期化と共に、必要なプログ
ラムやデ−タをバブルメモリ３５からロ−ドしたりする
処理を行う。次にステップ７１では、ＰＢＣ２４のモ−
ド切り替えスイッチを調べる。そして、それが位置教示
モ−ドのときはステップ７２でワ−クの位置教示を行
う。このワ−クの位置教示では、ＰＧＵ２３のロボット
誘導キ−を用いてロボットを教示したい位置まで誘導
し、ＰＧＵ２３の位置教示キ−を押して位置を登録す
る。

【００２２】ここで、図６により、ワ−ク２７に対する
位置教示で登録すべき位置について説明する。図におい
て、ポイントＷ１からＷ４が、ここで登録する位置であ
る。まず、Ｗ１は溶接開始位置である。位置Ｗ２とＷ３
は、溶接の継手形状を定義するために登録する。次に、
Ｗ４は溶接終了位置である。ここで、位置Ｗ１からＷ４
はロボットの座標系で取り込まれた３次元ベクトルであ
る。そして、位置Ｗ１の登録時にはロボットの姿勢も別
途Ｗｆとして取り込んでおく。こうしてワ−ク２７に対
する位置教示が終了したらステップ７３に進み、ここで
次式を用いてワ−ク座標系の計算を行う。

【００２３】

【数１】

【００２４】

【数２】

【００２５】ここで計算された４×４のマトリクスＭｗ
がワ−ク座標系を定義している。そして、このワ−ク座
標系Ｍｗは、原点が溶接開始点で、下板方向がＸ軸、上
板方向がＹ軸、溶接方向がＺ軸と定義している。図６の
点７７に、ワ−ク座標系の各軸を示す。ステップ７４で
はエアカットの位置を教示する。図６のＡ１からＡ３が
教示すべきエアカットの位置である。なお、これらのエ
アカット位置は、ロボットを安全にワ−クに近づけた
り、ワークから離れさせるために用いるものである。

【００２６】一方、図５のステップ７１でのモ−ドが条
件教示のときは、ステップ７５で積層計画を入力する。
この積層計画入力では、目標脚長、総パス数(Ｎ)、各パ
スのワ−ク座標系での溶接位置(Ｐi)、ねらい位置補正
(ΔＰi)、脚長補正方式(Ｆi)、予定脚長(ΔＬi)を入力
する。次表に入力例を示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】ここで、溶接位置(Ｐi)は、各パスの溶接
開始点でのねらい位置を表わすもので、図７に第１パス
から第１０パスの配置を示す。この図７はワ−ク座標系
のＸＹ平面図である。次に、ねらい位置補正(ΔＰi)
は、ビ−ド形状の改善のため微妙にねらい位置を補正す
るときに必要となるものである。また、脚長補正方式
(Ｆi)は、この実施例では脚長から溶接速度を求める方
式を取っており、ビ−ドが盛られる位置によって測定さ
れる脚長やビ−ド形状が異なるため、いくつかの式を選
択できるようになっている。ここで、Ｆ１からＦ３は、
予め実験により、測定される脚長と溶接速度との関係を
求め、それを登録したものである。図８に脚長補正方式
Ｆ１からＦ３のグラフを示す。Ｆ１は下板の溶接時、Ｆ
２は上板の溶接時、Ｆ３は中間の溶接時に使用する関係
式である。なお、溶接電流、溶接電圧はこの実施例では
固定になっている。そして、予定脚長(ΔＬi)は、その
パスで盛りたい脚長を入力しておくものである。

【００２９】また、図５のステップ７１でのモ−ドが自
動溶接のときは、ステップ７６で自動溶接を行う。図９
に自動溶接のフロ−チャ−トを示す。まず、ステップ８
０でＰＢＣ２４上の起動釦が押されるのを待つ。起動釦
が押されたら、ステップ８１でパスカウンタｉを０にす
る。次にステップ８２で第ｉパスの教示デ−タを作成す
る。その後、作成された教示デ−タを基に、ステップ８
３で第ｉパスの処理を行う。なお、これらのステップ８
２と８３での処理については、別の図を用いて後で詳し
く説明する。ステップ８４でパスカウンタｉをインクリ
メントし、ステップ８５でパスカウンタｉと総パス数Ｎ
とを比較し、ｉのほうが大きければ終了にする。一方、
そうでなければステップ８２の処理から繰り返す。な
お、第０パスは溶接を行わず、ワ−クの位置検出のみ行
うようにする。

【００３０】ここで、ステップ８１での第ｉパス教示デ
−タ作成処理について、図１０のフロ−チャ−トにより
説明する。なお、この教示デ−タの作成処理は、表１の
積層計画と前パスの検出によって得られた検出デ−タを
基に第ｉパスの教示デ−タを作成する処理である。

【００３１】まず、ステップ９０で教示デ−タの記憶領
域をクリアする。ステップ９１でエアカット点のうちＡ
１とＡ２を移動目標点として追加する。ステップ９２で
ｉが０かどうか判定する。そして、ｉが０のときはステ
ップ９５でＷ１を検出開始点として教示デ−タに追加
し、ステップ９６に飛ぶ。なお、開始点Ｗ１のロボット
の姿勢はＷｆとする。一方、０以外のときは、次表のよ
うな検出デ−タが前パスの処理で得られている。なお、
この表２では、第３パスで得られた検出デ−タを示して
あり、１７点の検出デ−タが得られている。

【００３２】

【表２】

【００３３】ここで、検出位置(Ｑt)は、ほぼ一定間隔
毎に次に溶接する予定位置を基にビ−ド表面上の点の位
置を検出したものであり、検出脚長(Ｌt)はその位置で
の脚長を測定したものである。なお、表２の作り方につ
いては後から説明する。ステップ９３では、前パスで検
出したデ−タＱ１を用いて次式により溶接開始点を計算
する。

【００３４】

【数３】

【００３５】この式はワ−ク座標系の位置Ｑ１にねらい
位置補正(ΔＰi)を加え、マトリクスＭｗを用いてロボ
ット座標系に変換したものである。こうして表２のデ−
タを用いると、教示された溶接開始点Ｗ１からワ−ク座
標系のＸ軸方向に１１．５ｍｍ、Ｙ軸方向に０．５ｍｍ
シフトされた位置が計算された溶接開始点Ｗｓになる。
このときのロボットの姿勢はＷｆとする。

【００３６】計算された溶接開始点Ｗｓはステップ９４
で教示デ−タに追加され、その後、ステップ９６で検出
開始命令を追加する。

【００３７】ステップ９７では、またｉが０か否かを判
定する。そして０のときはステップ１０７で、点Ｗ４の
データから検出終了点Ｗｅを次式で計算し、教示デ−タ
に追加する。

【００３８】

【数４】

【００３９】ここに、Ｋは、ロボットが制御しているツ
−ルセンタポイントからビ−ド形状の検出を行っている
位置までの長さである。その後、ステップ１０８に飛
ぶ。一方、ステップ９６で、０以外のときは、ステップ
９８で溶接開始命令を追加し、ステップ９９で検出ベク
トルＳを次式により計算する。

【００４０】

【数５】

【００４１】ここに、Ｓ’は、次に溶接するパスへの開
先中心からのベクトルであり、ＧはロボットがＷ１の位
置、姿勢にあるとき、ワ−ク座標系で表された３次元ベ
クトルを、２次元のカメラ座標系に射影する関数であ
る。計算結果ＳはＤＰＲＡＭ５３に格納する。ステップ
１００で検出デ−タカウンタｔを２にし、ステップ１０
１で次式を用いて検出位置Ｑt から教示点Ｗqt を計算
する。

【００４２】

【数６】

【００４３】ここで、教示点Ｗqt は前パスまでのビ−
ドの上を折れ線でつないだものになるが、ワ−クの設置
誤差だけでなく、溶接中に発生しているワ−クの熱変形
やビ−ドの盛り状態の計画時との誤差も反映した教示点
になっている。なお、このときのロボットの姿勢はすべ
てＷｆとする。ステップ１０２では、Ｗqt を教示点と
して追加し、ステップ１０３で検出デ−タカウンタｔを
インクリメントする。ステップ１０４ではカウンタｔと
検出デ−タ数Ｎt を比較し、ｔのほうが小さいときには
ステップ１０１の処理から繰り返す。ステップ１０５で
は溶接終了命令を追加し、ステップ１０６では次式を用
いて検出終了点を計算して教示デ−タに追加する。

【００４４】

【数７】

【００４５】計算の内容は(数４)とほぼ同じであるが、
算定の基にしている点がＷ４ではなく、ＷqＮt になっ
ている点が異なる。次に、ステップ１０８で検出終了命
令を追加し、ステップ１０９でｉが２以上かどうか判定
し、２以上のときはステップ１１０で溶接条件補正処理
を行う。その後、ステップ１１１でエアカット点Ａ３と
Ａ１を移動目標点として追加するのである。

【００４６】以上の処理により、下記の教示デ−タが生
成される。ｉ＝０のとき１ＭＯＶＡ１２ＭＯＶＡ２３ＭＯＶＷ１４ＳＥＮＳＥＯＮ５ＭＯＶＷｅ６ＳＥＮＳＥＯＦＦ７ＭＯＶＡ３８ＭＯＶＡ１ｉが１以上のとき１ＭＯＶＡ１２ＭＯＶＡ２３ＭＯＶＷｓ４ＳＥＮＳＥＯＮ５ＡＲＣＯＮ６ＭＯＶＷｑ２７ＭＯＶＷｑ３Ｎｔ＋４ＭＯＶＷｑＮｔＮｔ＋５ＡＲＣＯＦＦＮｔ＋６ＭＯＶＷｅＮｔ＋７ＳＥＮＳＥＯＦＦＮｔ＋８ＭＯＶＡ３Ｎｔ＋９ＭＯＶＡ１このデータから、ｉが０以外のときは、Ｗｓ、Ｗｑ２か
らＷｑＮｔが前パスまでで盛られたビ−ドの表面上に位
置するように教示デ−タが生成されていることが判る。

【００４７】次に図１１を用いて、溶接条件補正処理１
１０の詳細について説明する。まず、ステップ１２０で
積層計画(表１)での第ｉパスの位置から前パスまでに形
成されているべき予定脚長Ｌｐの計算を行う。なお、こ
の脚長は一般に使われる脚長とは定義が異なる。ステッ
プ１２１では表２の検出デ−タの検出脚長を用いて検出
された平均脚長を計算する。ステップ１２２で表１の積
層計画での第ｉパスで盛る予定脚長ΔＬiとＬp、Ｌdを
用いて、実際に今の状態で盛らなければならない目標脚
長ΔＬを計算する。そしてステップ１２３で、表１より
ｉを用いて脚長補正方式Ｆｋを選び出し、ステップ１２
４で目標脚長ΔＬとＦｋから溶接速度を決定し、登録す
るのである。

【００４８】以上の位置関係を図１２に示す。ここで、
５は前パスまでに形成されているビ−ドを表わし、Ｌd
が検出ベクトルＳ上でのビ−ド表面までの平均長さにな
っている。そして、Ｌp とＬd の差が計画と実際に溶接
したビ−ド形状の誤差になっている。以上の処理によっ
て前パスまでに形成されたビ−ド形状に応じた第ｉパス
の教示デ−タが作成されることになる。

【００４９】次に作成された教示デ−タを基に、実際に
ロボットを用いて溶接や検出を行う処理について説明す
る。図１３は第ｉパス処理のフロ−チャ−トで、図９の
ステップ８３での処理を示したものである。まずステッ
プ１３０で、ステップＮｏ．Ｓを１にし、ステップ１３
１で第Ｓステップの命令を判定する。命令が溶接終了
(ＡＲＣＯＦＦ)であれば、ステップ１３２で溶接機２
２にア−クＯＦＦの指示を出し、命令が溶接開始(ＡＲ
ＣＯＮ)であれば、ステップ１３３で溶接機２２にア
−クＯＮの指示を出す。

【００５０】また、命令が移動(ＭＯＶ)であれば、ステ
ップ１３４の移動処理を行ない、命令が検出開始(ＳＥ
ＮＳＥＯＮ)であれば、ステップ１３５で画像処理部
２０ｄに検出開始を指示し、ステップ１３６で検出フラ
グを立て、ステップ１３７で検出関係のデ−タを初期化
する。初期化は表２の検出デ−タをクリアし、検出デ−
タカウンタｔを０にし、検出取り込み位置Ｐｚも０にす
る。

【００５１】命令が検出終了(ＳＥＮＳＥＯＦＦ)であ
れば、ステップ１３８で画像処理部２０ｄに検出終了を
指示し、１３９で検出フラグを落とす。実行する命令が
ないときには終了になる。各命令の処理が終了すると、
ステップ１４０でステップＮｏ．Ｓをインクリメント
し、ステップ１３１に戻るのである。

【００５２】次に図１４を用いて移動処理について説明
する。まず、ステップ１５０でサ−ボＣＰＵ部２０ｂに
移動の目標点を指示する。このとき、移動速度も同時に
指示するのであるが、移動速度はア−クＯＮ中は溶接速
度ｖにし、それ以外のときはエアカット速度を指示す
る。ステップ１５１では検出フラグを判定し、検出フラ
グが立っていればステップ１５２に進み、立っていなけ
ればステップ１５９に飛ぶ。ステップ１５２では画像処
理部２０ｄの検出処理が終了したかどうか判定し、終了
していなければステップ１５９に飛ぶ。終了していれ
ば、ステップ１５３でビ−ドの検出位置のワ−ク座標系
でのＺ座標を算出するが、これは溶接開始点Ｗ１から今
検出した位置までの長さに相当する。

【００５３】ステップ１５４では、計算したＺ座標と検
出取り込み位置Ｐｚを比較する。Ｚ座標がＰｚより大き
いときには検出デ−タ取り込みと判定し、ステップ１５
５以降の処理を行なうが、そうでないときはステップ１
５９に飛ぶ。ステップ１５５では、画像処理部２０ｄか
ら出力された検出位置Ｑをカメラ座標系からワ−ク座標
系に変換し、また、検出脚長Ｌを画像内の長さからワ−
ク座標系のＸＹ平面内の長さへ変換する。ステップ１５
６では、変換されたＱとＬを検出デ−タカウンタｔに対
応した表２の場所へＱt 、Ｌt として記録する。ステッ
プ１５７では検出取り込み位置ＰｚにΔＳ加える。ここ
で、ΔＳは取り込み間隔であり、この実施例では５ｍｍ
としている。ステップ１５８では検出デ−タカウンタｔ
をインクリメントする。

【００５４】ステップ１５９ではサ−ボＣＰＵ部からの
情報を判定し、指示した目標点に到達したか判断する。
そして、到達していなければステップ１５１の処理から
繰り返えすが、到達していれば、ここで移動処理は終了
する。以上の処理により、検出フラグが立っているとき
には一定間隔(ΔＳ)ごとに検出デ−タを表２に記録して
行くことができる。

【００５５】次に、画像処理について説明する。図１は
この実施例により自動溶接を行っているときの状態も表
わしており、上記したように、今まで溶接されたビ−ド
５と、これにスリットレンズ１からのレ−ザ光が当たっ
ている部分６が示されている。そこで、ここを集光レン
ズ２を通じてテレビカメラ５７(図４)で撮像すると、図
１６に示す光切断像が得られる。そして、この部分６
は、他の部分より明るく、ビ−ド５の外観形状に応じた
形になっている。

【００５６】この図１６の中で、Ｓは検出ベクトル、Ｑ
は次のパスで溶接を行う位置、Ｐ４は積層計画時に次の
パスの位置として入力された位置である。また、Ｃは光
切断像の２つの直線部分の交点であり、ワーク２７の継
手の中心に対応している。そして、Ｌは交点Ｃから位置
Ｑまでの長さであり、脚長に相当する。

【００５７】この画像の処理について、図１５を用いて
説明する。図１５は画像処理部２０ｄで行われる画像処
理のフロ−チャ−トで、まず、ステップ１６０で各機器
の初期化を行う。次にステップ１６１でメインＣＰＵ部
２０ａから検出開始指示が来るまで待つ。検出開始指示
が来たらステップ１６２でレ−ザ光の発光をレ−ザ発光
器(光源)５５に指示する。ステップ１６３で検出ベクト
ルＳを取り込む。その後、ステップ１６４で撮像制御部
５６に撮像要求を出し、撮像を行う。撮像された画像デ
−タは画像メモリ６１に取り込まれる。

【００５８】ステップ１６５では画像デ−タ内の小さな
ノイズを除去し、ステップ１６６では画像中から線６を
抽出し、上記２本の直線部分を求める。ステップ１６７
では２本の直線部分の交点Ｃを計算により求める。ステ
ップ１６８では検出ベクトルＳが指示されていたかどう
か判定し、指示されていない場合(第０パス目の場合）
には、ステップ１６９で交点Ｃを検出位置Ｑとし、脚長
Ｌを０としてＤＰＲＡＭ５３に出力する。その後、ステ
ップ１７３に飛ぶ。

【００５９】他方、検出ベクトルＳの指示があった場合
には、ステップ１７０で交点Ｃから検出ベクトルＳ方向
に画像デ−タを探索し、光切断像６との交点を検出し、
検出位置Ｑとする。ステップ１７１では交点Ｃと検出位
置Ｑとにより脚長Ｌを計算で求め、ステップ１７２で求
めた検出位置Ｑと脚長ＬをＤＰＲＡＭ５３に出力するの
である。

【００６０】ステップ１７３ではメインＣＰＵ部２０ａ
から検出終了指示があるかどうか判定し、終了指示があ
ればステップ１７４でレ−ザ光の発光を停止し、ステッ
プ１６１に戻る。しかして終了指示がなければステップ
１６４から繰り返す。以上の処理によって光切断像か
ら、次パスの溶接位置と今まで溶接した脚長を検出する
ことができる。

【００６１】従って、この実施例によれば、以下に列挙
する効果が得られる。

【００６２】(1) 前パスまでのビ−ド形状を自動的に判
定し、これに基づいて次パスの溶接経路と溶接条件が決
定されるため、計画どうりの脚長が確実に得られ、良好
な多層盛溶接が行える。

【００６３】(2) 各パスの溶接経路が自動的に決められ
るため、位置の教示が極めて簡単になる。

【００６４】(3) 多層盛溶接中の熱変形に対応できるた
め、ワ−クを固定する治具が簡易なもので済む。

【００６５】(4) ワ−クの設置誤差に対しても対応でき
るため、同じ種類のワ−クを溶接する場合、教示をやり
直す必要がない。

【００６６】(5) 教示デ−タを用いて各パスの検出結果
を反映しているため、従来のティ−チングプレイバック
式のロボットに簡単に本発明の機能を付加することがで
きる。

【００６７】(6) 積層計画はワ−ク座標系で任意に設定
できるため、どのような継手や開先のワークに対する多
層盛溶接にも適応が可能である。

【００６８】(7) 積層計画を基に検出ベクトルを決定し
て画像処理を行っているため、画像処理が簡単になり、
高速の検出が可能である。また、比較的簡単な画像処理
ハ−ドウェアでも十分な性能で検出が行える。

【００６９】(8) 積層計画はワ−ク座標系で入力するた
め、各パスの位置が操作者に理解しやすく、簡単に多層
盛の計画が入力できる。

【００７０】なお、上記実施例では、スリット光を用い
た光切断像によってビ−ドの形状を検出しているが、超
音波等のビ−ドの形状が検出できる他の手段によっても
本発明が実施できることは言うまでもない。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、層数の多い多層盛溶接
においても、常に良好な溶接結果が得られるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多層盛自動溶接装置の一実施例に
おける溶接トーチ部の詳細外観図である。

【図２】本発明の一実施例によるシステムの全体構成図
である。

【図３】本発明の一実施例におけるロボット制御装置の
内部ブロック図である。

【図４】本発明の一実施例におけるロボット制御装置の
内部ブロック図である。

【図５】本発明の一実施例における全体処理を示すフロ
−チャ−トである。

【図６】本発明の一実施例における教示位置の配置図で
ある。

【図７】本発明の一実施例における積層計画の説明図で
ある。

【図８】本発明の一実施例におけるの脚長補正方式を示
す説明図である。

【図９】本発明の一実施例における自動溶接処理を示す
フロ−チャ−トである。

【図１０】本発明の一実施例における第ｉパス教示デ−
タ作成処理を示すフロ−チャ−トである。

【図１１】本発明の一実施例における溶接条件補正処理
を示すフロ−チャ−トである。

【図１２】本発明の一実施例における溶接条件補正位置
関係を示す説明図である。

【図１３】本発明の一実施例における第ｉパス処理を示
すフロ−チャ−トである。

【図１４】本発明の一実施例における移動処理を示すフ
ロ−チャ−トである。

【図１５】本発明の一実施例における画像処理を示すフ
ロ−チャ−トである。

【図１６】本発明の一実施例における光切断像の説明図
である。

【符号の説明】

１スリット光照射レンズ２受光用レンズ３、４光ファイバ５溶接ビード６光切断像２１ロボット本体２７ワーク(被溶接物) ２９溶接トーチ７

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２５Ｊ 13/08 Ａ 9147−3ＦＧ０５Ｂ 19/42 Ｗ 9064−3Ｈ (72)発明者今永昭慈茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者平井明茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】産業用ロボットを用いた多層盛自動溶接
装置において、溶接ビ−ドの形状を検出する検出手段
と、この検出手段による検出結果に基づいて次の層の溶
接経路を決定する制御手段とが設けられていることを特
徴とする多層盛自動溶接装置。
【請求項２】請求項１の発明において、上記制御手段
による次の層の溶接経路が、上記検出手段により検出さ
れた溶接ビ−ドの表面に位置するように構成されている
ことを特徴とする多層盛自動溶接装置。
【請求項３】請求項１の発明において、上記制御手段
が多層盛溶接における各層の予定溶接位置を表わすデー
タを持ち、このデータを上記検出手段による検出結果に
基づいて補正することにより上記次の層の溶接位置を決
定するように構成されていることを特徴とする多層盛自
動溶接装置。
【請求項４】産業用ロボットを用いた多層盛自動溶接
装置において、溶接ビ−ドの形状を検出する検出手段
と、この検出手段による検出結果に基づいて次の層の溶
接条件を決定する制御手段とが設けられていることを特
徴とする多層盛自動溶接装置。
【請求項５】請求項４の発明において、上記制御手段
により決定される溶接条件の少なくとも１が溶接速度で
あることを特徴とする多層盛自動溶接装置。
【請求項６】請求項４の発明において、上記制御手段
が多層盛溶接における各層の溶接ビ−ドの形状を表わす
データを持ち、このデータによる溶接プレヤーの形状
と、上記検出手段により検出されたビ−ド形状との誤差
が小さくなるように次の層の溶接条件を決定するように
構成されていることを特徴とする多層盛自動溶接装置。
【請求項７】請求項６の発明において、上記溶接ビ−
ドの形状を表わすデータの少なくとも１が、各層の溶接
ビードの脚長を表わすデータであることを特徴とする多
層盛自動溶接装置。
【請求項８】請求項４の発明において、溶接ビ−ド形
状の特徴を表わす１以上の変数から溶接条件を決定する
決定手段を設け、上記検出手段による検出結果から得た
溶接ビ−ド形状の特徴を表わす変数により上記溶接条件
が決定されるように構成したことを特徴とする多層盛自
動溶接装置。