JPH0569132A - アーク溶接ロボツトの教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アーク溶接ロボットの作業端にセンサを設
け、このセンサによって溶接継手を形成する２つの平面
を検出し、こうして検出された２つの平面の交差する溶
接継手の溶接線を演算によって求め、こうして求めた溶
接線を有する溶接継手を、前記アーク溶接ロボットによ
って溶接する。こうして溶接継手の形状が検出されるこ
とによって溶接用トーチの姿勢および溶接条件を一義的
に予め決定することができ、したがって教示作業を大幅
に簡略化することができ、また作業端に作業者が常時接
近している必要がなく、安全性が確保される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接ロボットの
教示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】典型的な先行技術を、図６を参照して説
明する。平板状の部材１，２は、溶接線３を形成し、部
材４はその溶接継手の溶接線３の一方端を遮る。アーク
溶接ロボットに設けた溶接用トーチ５を用いて、溶接線
３に沿って、溶接開始点ｂから、前記部材４とは反対側
の点ｅまで、連続的にアーク溶接を行う。このアーク溶
接を行うためのロボットの教示作業中には、溶接継手へ
の溶接用トーチ５の動き始めるべき進入点ａ、溶接開始
点ｂ、溶接経路中間点ｃ，ｄ、溶接終了点ｅおよび溶接
終了後の溶接用トーチの退避すべき退避点ｆならびにこ
れらの各点ａ〜ｆにおける溶接用トーチ５の姿勢、さら
には溶接時の溶接条件を順次教示する必要がある。溶接
経路中間点ｃは、溶接線に沿って溶接終了点ｅから予め
定める距離を有する位置であり、溶接開始点ｂでの溶接
用トーチ５の姿勢を、溶接継手の一方端を遮る部材３と
干渉しないように傾ける際に、溶接開始点ｂから矢符６
の方向に溶接を行う際に、前記干渉の可能性がなくな
り、したがってその溶接線３の溶接に適した姿勢に復帰
させるための点である。

【０００３】これらの点ａ〜ｆと、溶接用トーチ５の姿
勢は、ロボットの作業端を直接動かす直接教示方法、あ
るいはワークおよびロボット作業端の動きをコンピュー
タなどを用いて想定するオフライン教示などによって生
成し、アーク溶接ロボットのコントローラにストアさせ
る必要がある。その後、ロボットの動作は、予め設定さ
れたプログラムに基づき、これらの教示された点ａ〜ｆ
の位置とその姿勢を再生しながら、アーク溶接を行う。
このように従来からの教示作業においては、点ａ〜ｆ
と、それに付随する姿勢は、教示の最低構成要素であ
り、省略することはできない。すなわち従来の教示の考
え方においては、溶接継手はその溶接開始点ｂ、溶接経
路中間点ｄおよび溶接終了点ｅから構成され、ロボット
の作業端の動作は、各点ｂ，ｄ，ｅにおける溶接用トー
チ５の姿勢、さらには溶接継手への進入点ａ、退避点ｆ
から構成されており、これらの各作業点ａ〜ｆと、各点
ａ〜ｆにおける姿勢を、教示内容の基本要素としてい
る。したがって従来の教示作業は繁雑であり、作業者の
熟練が必要であり、またロボット作業端と作業者とが接
近して教示作業を行わなければならず、したがって危険
であるという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アー
ク溶接ロボットの教示作業を大幅に簡略化することがで
きるようにした教示方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、アーク溶接ロ
ボットの作業端に設けたセンサによって溶接継手を形成
する２つの平面を検出し、検出された前記２つの平面の
交差する溶接継手の溶接線を演算によって求め、演算に
よって求めた溶接線を有する溶接継手を、前記アーク溶
接ロボットによって溶接することを特徴とするアーク溶
接ロボットの教示方法である。

【０００６】また本発明は、溶接継手のパターンを入力
し、この入力された溶接継手のパターンに対応するセン
サの移動範囲を決めて、その溶接継手の両端部の検出を
容易に行うようにしたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明に従えば、ロボットの作業端にセンサを
取付け、溶接継手を構成する２つの平面を検出し、この
２つの平面の検出によって、それらの２つの平面の交差
する溶接継手の溶接線を、演算によって求めることがで
き、こうして求めた溶接線に沿って、アーク溶接を行う
ことができる。したがってロボットの教示作業を大幅に
簡略化することができる。このように継手形状が検出さ
れれば、その後、溶接用トーチの姿勢および溶接条件を
一義的に予めコンピュータプログラムなどによって、決
定することができ、上述のように教示作業を簡略化する
ことができるのである。

【０００８】さらに溶接継手の溶接線の両端部を簡便に
検出することができるようにするために、溶接パターン
を、入力手段によって入力し、これによって、溶接継手
の溶接線の両端部の検出を、センサによって容易に行う
ことができるようにする。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の溶接されるべき
溶接線８を有する部材９，１０とそれらの部材９，１０
に取付けられたもう１つの部材１１とを示す斜視図であ
る。溶接線８に沿って、図２に示されるアーク溶接ロボ
ット１２を用いて、溶接継手を形成することができる。

【００１０】アーク溶接ロボット１２では、ベースプレ
ート１３上に架台１４が立設され、この上にベース１５
が設けられ、基台１６は腰回転ＪＴ１をし、またアーム
１７は肩回転ＪＴ２を行うことができ、さらにアーム１
８は、肘回転ＪＴ３を行うことができ、これらの基本軸
Ｔ１，ＪＴ２，ＪＴ３の他に、手首軸としての３つの
軸、すなわちハウジング１９の手首回転ＪＴ４、ハウジ
ング２０の手首曲げＪＴ５および作業端２１の手首捻り
ＪＴ６とを有し、この作業端２１には溶接用トーチ２２
が取付けられる。このアーク溶接ロボット１２はマイク
ロコンピュータなどを搭載したコントローラ２３に接続
され、このコントローラ２３には作業者が入力操作を行
う入力手段２４が備えられる。

【００１１】図３は、アーク溶接ロボット１２の溶接用
トーチ２２を用いて溶接を行うことができる溶接継手の
パターンを示す。図３（イ）は平板２枚から構成される
突合せ溶接継手を示す図であり、図３（ロ）、図３
（ハ）および図３（ニ）は溶接線の始端、終端および両
端を遮る平板がある場合を示している。図３（ホ）は、
平板２枚から構成さる隅肉溶接継手を示す。図３
（ヘ）、図３（ト）および図３（チ）は、溶接継手の始
端、終端および両端を遮る平板のある場合を示してい
る。図３（イ）〜図３（チ）において、溶接線は参照符
８，２５，２６ａ，２６ｂ，２７〜３０で示されてい
る。図３（ヘ）は、前述の図１の溶接継手のパターンに
対応している。このような溶接継手のパターンを入力手
段２５から予め入力することによって、それらの溶接線
８，２５，２６ａ，２６ｂ，２７〜３０の両端部の検出
を容易に行うことができるようになる。

【００１２】図４は、図１〜図３に示される実施例の電
気的構成を示す簡略化したブロック図である。ロボット
１２の各軸ＪＴ１〜ＪＴ６は、モータなどを含む駆動手
段Ｄ１〜Ｄ６によってそれぞれ駆動され、溶接用トーチ
２２は溶接制御手段３２によって、その溶接条件、たと
えば溶接電圧、溶接電流、時間などの制御が行われ、こ
れらは、コントローラ２３によって制御される。このコ
ントローラ２３には、前述のように溶接継手のパターン
およびその他の情報を入力する入力手段２４が接続され
る。作業端２１には溶接用トーチ２２に代えて、センサ
３３が着脱自在に設けられる。このセンサ３３は、たと
えば金属などの材料から成る検出棒であってもよく、こ
の検出棒と、溶接されるべき図１に示される各部材９，
１０，１１との電気的な導通接触によって、各部材９，
１０，１１の表面を検出することができる。トーチ２２
が導電性金属から成るとき、センサとしての働きを兼用
させることもできる。

【００１３】図５は、本発明の一実施例の動作を説明す
るためのフローチャートである。ステップａ１１，ａ２
は作業者が入力手段２４を操作して入力する動作を示し
ており、そのステップａ１１では、溶接継手のパターン
を、図３（イ）〜図３（チ）から選択し、図１に示され
る溶接線８を有する溶接継手を形成するために、この実
施例では図３（ヘ）の溶接パターンを入力する。また溶
接用トーチ２２の特長点ａ１をティーチングして入力教
示する。この特長点ａ１は、溶接継手への溶接用トーチ
２２の進入点である。

【００１４】ロボット１２の動作は図５におけるステッ
プｂ１１，ｂ２〜ｂ５で示され、コントローラ２３の動
作はステップｃ１１，ｃ２〜ｃ９で示される。前述のス
テップａ１１において溶接継手のパターンを選択して入
力することによって、溶接用トーチ２２の姿勢、溶接条
件を一義的に予め決定する。このような動作はコントロ
ーラ２３のステップｃ１１として図５に示されている。
この溶接継手のパターンは、溶接継手の種類、継手長、
両端部３４，３５の状況、その他、溶接線８の溶接を行
うにあたって障害物である部材１１が存在するかどうか
などの情報を含む。

【００１５】ステップａ２において溶接継手への進入点
ａ１の教示を行うことによって、ステップｃ２では、そ
の特長点である進入点ａ１から始まる動作手順を、ステ
ップｃ２で決定する。ステップｂ１では、部材９の表面
Ａのセンシングを行う。すなわち溶接用トーチ２２に代
えてセンサとしての検出棒を作業端２１に取付けた状態
で、部材９の平面Ａの第１の点ｇにその検出棒の先端部
を接触させて電気的導通を検出し、これによってロボッ
ト座標系における点の座標（ｘａ１，ｙａ１，ｚａ１）
を検出する。次にその検出棒によって平面Ａ上の点ｇと
は異なる点ｈに接触させ、その点ｈの座標（ｘａ２，ｙ
ａ２，ｚａ２）を検出する。さらに次に平面Ａにおける
前述の点ｇ，ｈとは異なる点ｉの座標（ｘａ３，ｙａ
３，ｚａ３）を検出する。これによって次の数１が成立
し、または数２が成立し、こうして平面Ａの方程式が得
られる。

【００１６】

【数１】

【００１７】

【数２】Ａ１・ｘ＋Ｂ１・ｙ＋Ｃ１・ｚ＋Ｄ１＝０ こうしてステップｃ３では、平面Ａの認識を行う。Ａ１
〜Ｄ１は定数である。次にステップｃ４では、部材１０
の平面Ｂのセンシングを行うためにロボット１２に指示
を行い、これによってステップｂ２においてロボット１
２は各点ｊ，ｋ，ｕの各点に検出棒を前述と同様に接触
させて、各点ｊ，ｋ，ｕのロボット座標系における各座
標（ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１）、（ｘｄｂ２，ｙｂ２，
ｚｂ２）および（ｘｂ３，ｙｂ３，ｚｂ３）を求め、こ
れによって次の数３または数４を求めて平面Ｂの認識を
ステップｃ５において行う。

【００１８】

【数３】

【００１９】

【数４】Ａ２・ｘ＋Ｂ２・ｙ＋Ｃ２・ｚ＋Ｄ２＝０ Ａ２〜Ｄ２は定数である。前述の数１〜数４の組合せに
よって連立方程式を解き、これによって平面Ａ，Ｂの交
差する直線状の溶接線８を、ステップｃ６において認識
することができる。

【００２０】次のステップｃ７では、部材１１平面の平
面Ｃのセンシングを行う動作を指示する。これによって
ステップｂ３では、ロボット１２の検出棒が平面Ｃの３
つの相互に異なる点に接触し、その平面Ｃを前述のよう
にして認識することができる。平面Ｃが前述の平面Ａ，
Ｂと垂直であることが予め分かっているときには、その
平面Ｃの１点にのみ検出棒が接触して、その平面Ｃを認
識することができる。ステップｂ４において前述のセン
サとしての検出棒に代えて、溶接用トーチ２２を取代え
て変換し、その後のステップｂ５において、アーク溶接
を実行する。

【００２１】次のステップｃ９では、アーク溶接を行う
ための実行動作が指示される。このアーク溶接を行うた
めに、溶接用トーチ２２を用い、電圧、電流および時間
などの溶接条件が設定され、その溶接動作の指令が行わ
れる。

【００２２】上述のようにして、部材９の平面Ａ上の点
ｇ，ｈ，ｉと部材１０の平面Ｂ上の点ｊ，ｋ，ｕを検出
し、解析幾何学に基づく各平面Ａ，Ｂの方程式を導き、
次にその２平面Ａ，Ｂの交線としての溶接継手の溶接線
を含む直線８を導き出す。この直線８に沿って検出棒を
走査することによって、溶接継手の溶接開始点３４と溶
接終了点３５とを検出することができる。さらに予め設
定されたプログラムに基づき、平面Ａ，Ｂの傾き、およ
び予め指示された溶接継手のパターンから、点ｃ１，ｄ
１，ｆ１および各点ａ１，ｃ１，ｂ１，ｆ１，３４，３
５における溶接用トーチ２２の姿勢を求める。このよう
にして予め設定されたプログラムに基づき、自動的に導
かれた各点とその溶接用トーチの姿勢を再生しながら、
溶接動作を実行する。前述の点ｃ１，ｄ１，ｆ１は、前
述の図６に関連して述べた点ｃ，ｂ，ｆにそれぞれ対応
しており、点ｃ１は溶接用トーチ２２が部材１１に干渉
しない点であって、この点ｃ１で溶接用トーチ２２の姿
勢を変更し、また点ｄ１は、溶接経路中間点であり、ｆ
１は溶接終了後の溶接用トーチ２２の退避点である。

【００２３】平面Ａの検出のためには、上述のように３
つの点ｇ，ｈ，ｉを検出する方法に代えて、一直線状の
スリット光を平面Ａに照射し、そのスリット光の照射さ
れた状態を、相互の位置関係が決まっている２台のテレ
ビカメラで撮像し、その照射されているスリット光の直
線方程式を求め、次に前記スリット光に交差するもう１
つのスリット光を平面Ａに照射して同様にスリット光の
直線の方程式を求め、これら２つの相互に交わるスリッ
ト光の像の表す直線の方程式から、平面Ａを検出するこ
とができる。さらに平面Ａの検出のために、一定長さの
スリット光を平面Ａに照射して１つのテレビカメラで検
出し、これに平行でないもう１つの一定長さのスリット
光を平面Ａに照射して、前記のテレビカメラで検出し、
こうして平面Ａの検出を行うこともまた可能である。こ
のことは平面Ｂ，Ｃについても同様である。

【００２４】進入点ａ１は、これらの溶接継手のパター
ン毎に容易に設定することが可能であり、また概略の位
置でよく、設定が容易である。したがって作業者はこの
進入点ａ１のティーチングのために、ロボット１２に接
近する必要はなく、したがって安全性が確保される。

【００２５】図１において各ティーチングを行う点ａ１
〜ｆ１，ｇ〜ｕ，３４，３５における溶接用トーチ２２
の姿勢は、溶接継手パターン毎に予め設定しておくこと
が可能であり、検出された２平面、たとえばＡ，Ｂの傾
きなどによって自動的に生成することができる。このよ
うな実施例によれば、わずか１点の教示、すなわち進入
点ａ１の教示と、図３に示される溶接継手のパターンの
指示だけで、作業者の手動による教示は完了し、したが
って教示作業の大幅な簡略化が可能である。また進入点
ａ１の教示は、上述のように、概略でよいので、作業者
がロボット１２に接近して作業する必要がなくなり、安
全性が確保される。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、アーク溶
接ロボットの作業端にセンサを設け、これによって溶接
継手を形成する２つの平面を検出し、その検出された前
記２つの平面の交差する溶接継手の溶接線を演算によっ
て求め、この溶接線に沿ってアーク溶接を行うことがで
きるので、アーク溶接ロボットの教示作業を大幅に簡略
化することが可能になる。さらに溶接継手のパターンを
入力手段によって予め入力することによって、その溶接
継手のパターンに対応するセンサの移動範囲を決めて、
溶接継手の両端部の検出を容易にすることができる。こ
うしてロボットの教示作業を大幅に簡略化することがで
きるとともに、作業者がロボットの作業端に常時近接し
て作業を行う必要がなく、したがって安全性が確保され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の溶接されるべき部材９，１
０を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例のロボット１２とそのコント
ローラ２３とを示す斜視図である。

【図３】溶接継手のパターンを示す図である。

【図４】図１〜図３に示される実施例の電気的構成を示
す簡略化したブロック図である。

【図５】図１〜図４に示される実施例の動作を説明する
ためのフローチャートである。

【図６】先行技術の教示作業を説明するための斜視図で
ある。

【符号の説明】

９，１０，１１ 部材 １２ ロボット ２１ 作業端 ２２ 溶接用トーチ ２３ コントローラ ２４ 入力手段 ３２ 溶接制御手段 ３３ センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーク溶接ロボットの作業端に設けたセ
   ンサによって溶接継手を形成する２つの平面を検出し、 検出された前記２つの平面の交差する溶接継手の溶接線
   を演算によって求め、 演算によって求めた溶接線を有する溶接継手を、前記ア
   ーク溶接ロボットによって溶接することを特徴とするア
   ーク溶接ロボットの教示方法。
2. 【請求項２】 溶接継手のパターンを入力し、 この入力された溶接継手のパターンに対応するセンサの
   移動範囲を決めて、その溶接継手の両端部の検出を容易
   に行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のアー
   ク溶接ロボットの教示方法。