JPH05245639A

JPH05245639A - 溶接位置補正方法及び溶接位置補正装置

Info

Publication number: JPH05245639A
Application number: JP4559492A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Aoki; 貴行青木
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1993-09-24
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JP3200136B2

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接線のずれ補正量を自動溶接機にフィード
バックさせて溶接位置を補正するための溶接位置補正方
法及び溶接位置補正装置を提供する。【構成】溶接トーチ５とセンサ１３の間の距離Ｌと溶
接速度Ｖとの関係及びフィードバック、溶接ロボット９
の補正に要する時間等による遅延時間を算出しておく。
ずれ補正量を順次シフトレジスタ３１に格納していき、
ロボットコントローラ１１からリクエストがきた時に遅
延時間前後に相当するずれ補正量より補間又は近似方程
式を用いて、遅延時間に相当するずれ補正量を導き出し
てこれをロボットコントローラ１１に出力する。又は、
複数個のずれ補正量の平均値や中央値をずれ補正量とす
ることもできる。さらに、上記処理において、タックや
キズ等による数個の有効値欠如に対しても、その前後の
有効値を用いて近似計算式を立てればこの間の補正も可
能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は溶接位置補正方法及び
溶接位置補正装置に係り、さらに詳しくは、溶接線を検
出して溶接位置を補正しながら溶接を行なうための溶接
位置補正方法及び溶接位置補正装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】レンジファインダ、タッチセンサ等によ
る溶接センサを用いた溶接ロボットシステムでは、溶接
位置とその進行方向前方の検出位置とが一定距離を有す
るため、検出したずれ補正量の出力を溶接速度に応じて
遅延させる必要がある。

【０００３】これまでのこの種の考案として、ＦＩＦＯ
（First In First Out) メモリを使用して遅延させ、遅
延させたデータから溶接位置とのオフセットベクトルを
計算し、ロボットマニュピレータを補正制御させるもの
がある（特開平２−１２５０４号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな技術にあっては、実用上の問題点として以下の点が
あげられる。

【０００５】(1) 単にＦＩＦＯメモリで遅延させる場
合、センサ側の検出周期とロボット側での補正周期の同
期をとる必要がある。このため、どちらか速い方の周期
に合わせなければならないので、センサ及びロボットの
性能を充分発揮できない。

【０００６】このことは、特に高速溶接を行なう場合、
補正間隔が長くなるので精度低下の大きな要因となる。

【０００７】(2) センサで検出した溶接線位置自体が検
出誤差を含むので、この値をそのままずれ補正量として
ロボットにフィードバックした場合にハンチングを起こ
す要因となる。

【０００８】(3) センサを使用したトラッキングの途中
で、タックやキズ等があった場合、センサはその部分に
対して検出不能や誤検出を行なう場合がある。この時、
ロボットに対して正しいずれ補正指令をかけられない
か、あるいは溶接中止指令を出してしまう。このため、
センサを使用しているにもかかわらず信頼性が低下す
る。

【０００９】この発明の目的は、このような従来の技術
に着目してなされたものであり、溶接線のずれ補正量を
自動溶接機にフィードバックさせて溶接位置を補正する
ための溶接位置補正方法及び溶接位置補正装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る溶接位置
補正方法は、溶接トーチの溶接方向前方に所定距離離れ
て装着された溶接線検出手段が溶接線位置を検出し、あ
らかじめ設定されている溶接線位置との誤差を求め、こ
の誤差をずれ補正量として周期的に自動溶接機の制御装
置にフィードバックすることにより溶接位置を補正する
溶接位置補正方法であって、溶接トーチと溶接線検出手
段の間の距離と溶接速度との関係及びフィードバック、
溶接機の補正に要する時間等による遅延時間を算出し、
周期的に検出されるずれ補正量の出力をシフトレジスタ
を用いて前記遅延時間だけ遅延させてフィードバックす
るものである。

【００１１】そして、自動溶接機へフィードバックされ
たずれ補正量をシフトレジスタにもフィードバックし、
シフトレジズタに格納されているずれ量データを該ずれ
量データから前記ずれ補正量を減算したずれ量データに
より置き換え、また、ずれ量を検出する周期と制御装置
へずれ補正量を出力する周期が異なる場合には、制御装
置からずれ量出力のリクエスト信号が来た時に、遅延時
間前後に相当するシフトレジスタ格納位置の複数個のず
れ補正量を用いて補間または近似方程式によりずれ補正
量を算出したり、平滑化手法によりずれ補正量を算出す
る。この平滑化手法としては、複数個のずれ補正量から
近似方程式を導き、これによりずれ補正量を求めたり、
平均値や中央値を求め、これをずれ補正量とするもので
ある。

【００１２】また、溶接位置補正装置は、溶接トーチの
溶接方向前方に所定距離離れて装着された溶接線検出手
段が溶接線位置を検出し、あらかじめ設定されている溶
接線位置との誤差を求め、この誤差をずれ補正量として
周期的に自動溶接機の制御装置にフィードバックするこ
とにより溶接位置を補正する溶接位置補正装置であっ
て、前記溶接線検出手段により周期的に検出されるずれ
量を記憶するシフトレジスタと、溶接トーチと溶接線検
出手段の間の距離と溶接速度との関係及びフィードバッ
ク、自動溶接機の補正に要する時間等による遅延時間を
算出する遅延時間手段と、遅延時間に相当する時点にお
けるずれ補正量を算出する近似計算手段と、を備えてな
るものである。

【００１３】

【作用】この発明に係る溶接位置補正方法及び溶接位置
補正装置によれば、溶接トーチと溶接線検出手段の間の
距離と溶接速度との関係及びフィードバック、溶接機の
補正に要する時間等による遅延時間を算出しておく。そ
して、溶接線検出手段の検出周期でずれ補正量を順次シ
フトレジスタに格納していき、自動溶接機の制御装置か
らのずれ補正量出力要求がきた時に遅延時間前後に相当
するずれ補正量より補間又は近似方程式を用いて、遅延
時間に相当するずれ補正量を導き出してこれを制御装置
に出力するので、溶接線検出手段と制御装置は非同期で
ずれ補正量の送受ができる。従って、互いの処理能力を
低減させることがない。

【００１４】また、このような処理において、遅延時間
前後複数個のずれ補正量から近似計算式を求めれば、検
出誤差によるバラツキ分が抑えられるので、この値を自
動溶接機へフィードバックすればハンチング等を生じに
くい。又は、複数個のずれ補正量の平均値や中央値をず
れ補正量とすることもできる。

【００１５】さらに、上記処理において、タックやキズ
等による数個の有効値欠如に対しても、その前後の有効
値を用いて近似計算式を立てればこの間の補正も可能で
ある。

【００１６】

【実施例】以下この発明の好適な一実施例を図面に基づ
いて説明する。

【００１７】本発明に係る溶接位置補正装置１を用いた
溶接システム３の全体ブロック図を図４に示す。この溶
接システム３は、溶接用のトーチ５をアーム７の先端に
装備した自動溶接機としての溶接ロボット９と、この溶
接ロボット９の動きを制御する制御装置としてのロボッ
トコントローラ１１と、溶接線検出手段としてのセンサ
１３を制御するセンサコントローラ１５と、ロボットコ
ントローラ１１に制御されてトーチ５に溶接電流を供給
する溶接電源１７を有している。なお、溶接ロボット９
の具体的な構成はすでに公知であるため、詳細な説明を
省略する。

【００１８】センサ１３はトーチ５に対して溶接進行方
向（Ｘ軸方向）前方（図中左前方向）に取付けられてお
り、トーチ５先端の溶接位置とセンサ１３の検出中心位
置との間隔はＬ(mm)である。

【００１９】センサ１３が検出したワークＷの形状デー
タは、センサコントローラ１５に送られてずれ補正指令
値が演算され、ロボットコントローラ１１に出力され
る。従って、このずれ補正指令値に従って、逐次トーチ
５の進行方向を修正しながら溶接を行なっていくことに
なる。

【００２０】ここで、ロボット９の座標系として、溶接
進行方向をＸ軸、ワークＷに対して上下方向をＺ軸、Ｘ
軸に直交した水平な軸をＹ軸と定義し、トーチ５のずれ
補正は説明上、Ｙ、Ｚ軸方向に行なうものとする。

【００２１】また、以後の説明においては、溶接速度を
Ｖ(mm/sec)として考える。但し、ＶはワークＷとトーチ
５の相対速度を表すものであり、ワークＷが固定されて
トーチ５が移動する場合でも、トーチ５が固定されてワ
ークＷがハンドリングロボット等により移動する場合で
も同様に取り扱うことができる。

【００２２】以下、例としてワークＷが固定されてトー
チ５が移動する場合について説明する。

【００２３】図１にはセンサコントローラ１５の構成を
示す。このセンサコントローラ１５は、センサ１３から
のワーク形状データを受けて溶接線位置ｙ，ｚを検出す
る溶接線位置検出手段１９を備えている。この溶接線位
置検出手段１９は、例えば、特開平３−２０４１７８等
に示されているが、この他にも色々考えられる。いずれ
の手法を用いてもよい。そして、センサ１３に同期信号
を送るとともに、溶接線位置検出手段１９へタイミング
ｔｓを送るタイミングブロック２１と、溶接方向と直交
する方向へのずれ補正量を遅延させるＹ軸遅延ブロック
２３と、上下方向へのずれ補正量を遅延させるＺ軸遅延
ブロック２５とを備え、Ｉ／Ｏポート２７からロボット
コントローラ１１へ補正指令を発するものである。ま
た、目標溶接位置ｙ₀，ｚ₀をあらかじめ設定する目標
溶接線位置設定手段２９を備えている。

【００２４】次に、同じく図１に基づいて、溶接線のず
れ量の求め方について説明する。溶接線のずれ量Δｙ，
Δｚは、センサ１３からのワーク形状データを受けて溶
接線位置検出手段１９により検出された溶接線位置ｙ，
ｚと、目標溶接線位置設定手段２９によりあらかじめ設
定されている目標溶接位置ｙ₀，ｚ₀を比較してその差
として求める。すなわち、Δｙ＝ｙ−ｙ₀，Δｚ＝ｚ−
ｚ₀となる。

【００２５】このずれ量は、タイミングブロック２１で
生成されるタイミングｔｓ(sec) 毎に演算が行なわれて
Ｙ，Ｚ軸遅延ブロック２３，２５に出力される。図３を
併せて参照するに、タイミングｔｓはセンサ１３からの
形状データ検出終了後に発生するタイミング信号であ
る。

【００２６】図１には遅延ブロック２３，２５として、
Ｙ軸遅延ブロック２３のみについて詳細を示したが、Ｚ
軸遅延ブロック２５についても全く同様であるので図示
及び説明を省略する。

【００２７】Ｙ軸遅延ブロック２３は、Ｎ個のバッファ
を有するシフトレジスタ３１と、センサ１３が形状デー
タを検出してからの時間ｔｄ₁(sec) を計測するタイマ
ー手段３３を有している。このタイマー手段３３は、ｔ
ｓの立上がりでリセットされる実時間タイマーである。
さらに、センサ１３及びロボットコントローラ１１間の
通信遅延時間、ロボットコントローラ１１の補正処理に
係る遅延時間等の信号データフィードバックに係る遅延
時間ｔｄ₂(sec) をあらかじめ設定しておく遅延時間手
段３５を備えている。そして、シフトレジスタ３１から
のデータや、タイマー手段３３、遅延時間手段３５のデ
ータに基づいて所定時間におけるずれ補正量を計算する
近似計算手段３７を備えている。

【００２８】このＹ軸遅延ブロック２３においては、Ｙ
軸ずれ量Δｙは、ＳＣＬＫ入力端子に接続されたタイミ
ングｔｓでシフトレジスタ３１のバッファにタイミング
ｔｓで次々に格納されていく。この時、バッファに格納
されていたデータは不要なので消去される。

【００２９】次に、図３（Ａ），（Ｂ）に基づいてタイ
ミングｔｓ，ｔｄを説明する。ｔｄのパルスでセンサ１
３の形状データ検出をスタートし、検出終了した時点で
ｔｓのパルスを立てる。このパルスを見て溶接線位置計
算を行なってずれ量計算を行なう。

【００３０】ここで、形状データ検出期間をｔ₁(sec)
、溶接線位置計算期間をｔ₂(sec)、ずれ量計算期間を
ｔ₃(sec) とすると、ずれ量検出までに要するセンサ１
３の処理時間は、ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃(sec) となる。ｔｄ
は、これより長い周期ｔ(sec) 毎にパルスを発生する。
つまり、ｔ＞ｔ₁＋ｔ₂＋ｔ₃ である。

【００３１】次に、以上のシフトレジスタ３１内（バッ
ファＩ〜Ｎ）のずれ量と、遅延時間ｔｄ₁，ｔｄ₂から
近似計算を行なう方法について説明する。

【００３２】この近似計算は、ロボットコントローラ１
１からのリクエスト信号が近似計算手段３７に入力され
たときに、ずれ補正量ＦΔｙ（Ｔ）を求めるためのもの
であり、その結果がロボットコントローラ１１へ出力さ
れる。

【００３３】近似計算を行なうためには近似計算点前後
のずれ量を必要とするが、これはシフトレジスタ３１に
格納されたずれ量を用いる。

【００３４】ここで、シフトレジスタ３１の第一段目の
レジスタであるバッファＩには、現時点よりも（ｔｄ₁
＋ｔ）(sec) 以前のずれ量Δｙ（ｔｄ₁＋ｔ）が格納さ
れていることとなり、バッファIIには（ｔｄ₁＋２ｔ）
(sec) 以前のずれ量Δｙ（ｔｄ₁＋２ｔ）(sec) が格納
されていることになる。

【００３５】図２に基づいて、ロボットコントローラ１
１からのリクエストが来たときの近似計算方法について
説明する。

【００３６】図２（Ａ）を参照するに、まず、センサ１
３は溶接トーチ５に対して距離Ｌ(mm)だけ先読みしてい
るので、速度Ｖ(mm/sec)で動いていた場合には、Ｌ／Ｖ
(sec) だけ遅れた時点でのずれ補正量を溶接ロボット９
に送らなければならない。但し、実際はセンサ１３と溶
接ロボット９間の通信にかかる時間や、溶接ロボット９
側で補正処理を行なう時間も考慮に入れるべきであるの
で、この遅れ時間をｔｄ₂(sec) としてあらかじめ設定
しておく。つまり、Ｔ＝Ｌ／Ｖ−ｔｄ₂(sec)が、現時
点に対する実際にずれ補正量を出力すべき遅れ時間であ
る。

【００３７】次に、シフトレジスタ３１から、Ｔ(sec)
前付近のずれ量データを取出す。 ……Δｙ（ｔｄ₁＋（Ｐ−１）ｔ），Δｙ（ｔｄ₁＋Ｐｔ）＜＝Ｔ＜Δｙ（ｔｄ₁＋（Ｐ＋１）ｔ），…… 次に、これらのデータより近似式ＦΔｙ（ｔ）を立て
る。近似式は、溶接線が直線であると限定されていれば
１次近似式で良いが、曲線も含まれる場合であれば２次
以上の高次近似式にあてはめてもよい。図２（Ａ）には
１次近似式を用いた場合を示している。また、近似式と
いう手段で説明しているが、補間式を用いてもよい。こ
れらの式の導出には、最小二乗近似法等各種の方法が考
えられるが、いすれの方法を用いても良い。

【００３８】この式に対して、遅れ時間Ｔ(sec) をあて
はめると、補正すべきずれ補正量Ｙ(mm)が求まる。Ｙ
＝ＦΔｙ（Ｔ）(mm) また、数個分のデータの平均又は中央値をとり、これを
Ｙ(mm)としてもよい。

【００３９】一方、Ｚ軸方向のずれ補正量Ｚも全く同様
にして、Ｚ＝ＦΔｚ（Ｔ）(mm)から求めることができ
る。

【００４０】このようにして求められたずれ補正量Ｙ，
Ｚは、図１に示すようにセンサコントローラ１５内のＩ
／Ｏポート２７を介してロボットコントローラ１１へ送
出される。

【００４１】また、溶接ロボット９へ送出されたずれ補
正量Ｙ(mm)は、シフトレジスタ３１内に格納されたずれ
補正量データΔｙ（ｔｄ₁＋ｔ）……にフィードバック
する。

【００４２】すなわち、図２（Ｂ）を参照するに、Δｙ
（ｔｄ₁＋ｔ）……のずれ量に対してＹを減算し、この
結果を再格納する。これをシフトレジスタ３１内の全て
のバッファに対して行なう。これは、ずれ補正量を溶接
ロボット９へ送出することによってワークＷに対する溶
接ロボット９の物理的位置が修正されるので、これに合
わせて、修正される前に検出されたずれ量も修正する必
要があるからである。この修正からｔ(sec) 経過後のず
れ量を図２（Ｃ）に示している。

【００４３】これにより、センサ１３の検出周期と溶接
ロボット９の補正周期が同期せずとも正確なずれ補正処
理が実現できる。また、検出ずれ量に含まれる検出誤差
によるばらつきも低減できる。

【００４４】一方、図１に戻って、溶接線位置検出手段
１９では、位置検出ができなかった場合、あるいは、あ
らかじめ設定された値よりも大きな位置データとなった
場合、無効コードをシフトレジスタ３１に格納するよう
にする。無効コードは、例えば、”９９９９９”といっ
た数値でも良い。近似計算手段３７では、シフトレジス
タ３１からずれ量データを取り出す際に、無効コードが
あった場合にはこれを無視する。また、無効コードの連
続性についてもチェックを行ない、あらかじめ設定され
た値よりも長く無効コードが続いたら溶接終了命令を出
力する。

【００４５】これにより、溶接途中でのイレギュラーに
よるセンサ検出データの欠落やミスに影響されない。

【００４６】このように、センサ１３の検出周期でずれ
補正量を順次シフトレジスタ３１に格納していき、ロボ
ットコントローラ１１からのずれ補正量出力要求がきた
時に遅延時間前後に相当するずれ補正量より補間又は近
似方程式を用いて、遅延時間に相当するずれ補正量を導
き出してこれをロボットコントローラ１１に出力するの
で、センサ１３とロボットコントローラ１１は非同期で
ずれ補正量の送受ができる。従って、互いの処理能力を
低減させることがない。

【００４７】また、このような処理において、遅延時間
前後複数個のずれ補正量から近似計算式を求めれば、検
出誤差によるバラツキ分が抑えられるので、この値を溶
接ロボット９へフィードバックすればハンチング等を生
じにくい。又は、複数個のずれ補正量の平均値や中央値
をずれ補正量とすることもできる。

【００４８】さらに、上記処理において、タックやキズ
等による数個の有効値欠如に対しても、その前後の有効
値を用いて近似計算式を立てればこの間の補正も可能で
ある。なお、この発明は、前述した実施例に限定される
ことなく、適宜の変更を行なうとにより、その他の態様
で実施し得るものである。

【００４９】

【発明の効果】この発明に係る溶接位置補正方法及び溶
接位置補正装置は以上説明したような構成のものであ
り、センサの検出周期でずれ補正量を順次格納してい
き、ロボットからのずれ補正量出力要求がきた時に予め
計算された遅延時間前後に相当するずれ補正量より補間
又は近似方程式を用いて、遅延時間に相当するずれ補正
量を導き出してこれをロボットに出力するので、センサ
とロボットは非同期でずれ補正量の送受ができる。従っ
て、互いの処理能力を低減させることがない。

【００５０】また、このような処理において、遅延時間
前後数個のずれ補正量から近似計算式を求めれば、検出
誤差によるバラツキ分が抑えられるので、この値をロボ
ットへフィードバックすればハンチング等を生じにく
い。

【００５１】さらに、上記処理において、タックやキズ
等による数個の有効値欠如に対しても、その前後の有効
値を用いて近似計算式を立てればこの間の補正も可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る溶接位置補正装置におけるセン
サコントローラの内部構成を示すブロック図である。

【図２】ずれ補正量の求め方を示す説明図である。

【図３】遅延時間及びタイミング信号等を示す説明図で
ある。

【図４】この発明に係る溶接位置補正装置を用いた溶接
システムの全体図である。

【符号の説明】

１溶接位置補正装置５溶接トーチ９溶接ロボット（自動溶接機）１１ロボットコントローラ（制御装置）１３センサ（溶接線検出手段）３１シフトレジスタ３５遅延時間手段３７近似計算手段

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｇ０５Ｂ 19/18 Ｅ 9064−3Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接トーチの溶接方向前方に所定距離離
れて装着された溶接線検出手段が溶接線位置を検出し、
あらかじめ設定されている溶接線位置との誤差を求め、
この誤差をずれ補正量として周期的に自動溶接機の制御
装置にフィードバックすることにより溶接位置を補正す
る溶接位置補正方法であって、溶接トーチと溶接線検出
手段の間の距離と溶接速度との関係及びフィードバッ
ク、自動溶接機の補正に要する時間等による遅延時間を
算出し、周期的に検出されるずれ補正量の出力をシフト
レジスタを用いて前記遅延時間だけ遅延させて自動溶接
機の制御装置にフィードバックすることを特徴とする溶
接位置補正方法。
【請求項２】自動溶接機へフィードバックされたずれ
補正量をシフトレジスタにもフィードバックし、シフト
レジズタに格納されているずれ量データを該ずれ量デー
タから前記ずれ補正量を減算したずれ量データにより置
き換えることを特徴とする請求項１記載の溶接位置補正
方法。
【請求項３】ずれ量を検出する周期と制御装置へずれ
補正量を出力する周期が異なる場合には、制御装置から
ずれ量出力のリクエスト信号が来た時に、遅延時間前後
に相当するシフトレジスタ格納位置の複数個のずれ補正
量を用いて補間または近似方程式によりずれ補正量を算
出することを特徴とする請求項１又は２記載の溶接位置
補正方法。
【請求項４】制御装置へずれ補正量を出力する際に、
遅延時間前後に相当するシフトレジスタ格納位置の複数
個のずれ補正量を用いて平滑化手法によりずれ補正量を
算出することを特徴とする請求項２又は３記載の溶接位
置補正方法。
【請求項５】平滑化手法として複数個のずれ補正量か
ら近似方程式を導き、これによりずれ補正量を求めるこ
とを特徴とする請求項４記載の溶接位置補正方法。
【請求項６】平滑化手法として複数個のずれ補正量か
ら平均値を求め、これをずれ補正量とすることを特徴と
する請求項４記載の溶接位置補正方法。
【請求項７】平滑化手法として複数個のずれ補正量の
中央値を求め、これをずれ補正量とすることを特徴とす
る請求項４記載の溶接位置補正方法。
【請求項８】溶接線検出手段が所定時に溶接線の検出
をできなかった場合及び検出を誤った場合には、シフト
レジスタに無効を示すデータを入力すると共に、以下に
示すように処理することを特徴とする請求項２〜４記載
の溶接位置補正方法。 (1) 無効を示すデータが所定時間以上連続する場合に
は、最後に有効なデータを検出した位置を溶接線の終端
と認識して制御装置にずれ補正量を出力する際に溶接終
了指令を出力する。 (2) 無効を示すデータが所定時間以内のみ連続した場合
には、前後のデータを用いて推定した後制御装置にずれ
補正量を出力する。
【請求項９】溶接トーチの溶接方向前方に所定距離離
れて装着された溶接線検出手段が溶接線位置を検出し、
あらかじめ設定されている溶接線位置との誤差を求め、
この誤差をずれ補正量として周期的に自動溶接機の制御
装置にフィードバックすることにより溶接位置を補正す
る溶接位置補正装置であって、前記溶接線検出手段によ
り周期的に検出されるずれ量を記憶するシフトレジスタ
と、溶接トーチと溶接線検出手段の間の距離と溶接速度
との関係及びフィードバック、自動溶接機の補正に要す
る時間等による遅延時間を算出する遅延時間手段と、遅
延時間に相当する時点におけるずれ補正量を算出する近
似計算手段と、を備えてなることを特徴とする溶接位置
補正装置。