JPH0569636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は継目線の検出方法に関する。

（従来の技術） 例えば、車体の組立工程においては、ワークの
継目線をロボツトにより自動的にアーク溶接する
ことが行われている。このようにロボツトにより
ワークの継目線をアーク溶接するにあたつては、
溶接トーチを継目線に沿つて移動させるために、
継目線を位置データとしてテイーチングする必要
があり、その一例として第８図に示すように、ロ
ボツト１の溶接トーチ２を保持するブラケツト３
に非可視光を発生するレーザ光源および受光素子
を有するレーザセンサ４を取付け、このレーザセ
ンサ４をロボツト１によつてワーク５に対してそ
の継目線６と交差するように水平に移動させなが
ら、レーザ光線からワーク５に非可視光を投射
し、その反射光を受光素子で受光することによ
り、その出力の変化すなわち反射光量の変化から
継目（溶接開始点および終了点）を検出し、その
継目の座標から継目線６に関する位置データを得
るようにしたものがある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、第８図に示すレーザセンサ４を
用いる継目線の検出方法にあつては、非可視光を
用いるためセンシングポイントが目視できず、テ
イーチングが非常に実施しにくいという問題があ
ると共に、非接触式であるためワーク５の表面状
態、湿度、外乱光に影響され易く、継目を正確に
検知できないという問題もある。また、レーザセ
ンサ４は高価で、取扱いが非常に制約されるとい
う問題があると共に、大形であるためトーチ姿勢
が制約されて溶接線の途中で溶接位置がずれると
いう問題がある。

更に第９図に示すようにレーザセンサ４を位置
x₀から位置x_e方向にワーク５に対して水平に移動
させ、レーザセンサ４の出力が位置x_eで得られる
値d_eになつたときに比較器７から継目検出信号を
発生させてその位置x_iを継目として検出している
ため、レーザセンサ４の移動開始時（センシング
開始時）に振動が生じたり、ワーク５に湾曲、う
ねり、微小突起等があつたり、センシング方向と
ワーク５とが平行でなかつたりすると誤検知する
という問題がある。

この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、継目線を常に正確に検出で
き、しかも小形かつ安価にでき、したがつて溶接
ロボツト等にも支障なく適用できてテイーチング
も容易にできる継目線の検出方法を提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、この発明では接触セ
ンサを継目線を有するワークの複数箇所にてワー
クに接触させながら継目線と交差する方向に移動
させ、その各々の移動箇所において接触移動開始
初期を除く接触センサの出力を微分してその微分
出力が所定値以上となるワーク位置を継目位置と
してその座標を求め、これら複数の継目位置の座
標から継目線を検出する。

（作用） ここで、接触センサの各移動箇所すなわちセン
シング箇所において、接触センサのワークへの接
触開始初期の出力を除去することは、センシング
開始時の振動分を除去することになり、またその
後の出力を微分して所定値以上の微分出力を取出
すことはワークの湾曲、うねり、微小突起やセン
シング方向とワークとの傾き等による影響を除去
することになる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示すものであ
る。

この実施例では車体（ワーク）の組立ラインに
おいて、ワーク１１の所定箇所（この例ではリア
クオターパネルの後端部）をロボツト１２によつ
て自動的にアーク溶接するために、その継目線１
３を検出するものである。ロボツト１２の先端部
にはブラケツト１４を設け、このブラケツト１４
に溶接トーチ１５とストローク変化を電気信号と
して出力する差動トランス式の接触センサ１６と
を所定の位置関係で取付ける。ロボツト１２はロ
ボツト用ケーブル１７を介してロボツトコントロ
ーラ１８に接続し、溶接トーチ１５は溶接用ケー
ブル１９を介してアーク溶接機２０に接続する。
また、接触センサ１６は信号線ケーブル２１、セ
ンサコントローラ２２およびセンサ情報ケーブル
２３を介してロボツトコントローラ１８に接続す
る。

この実施例では、ロボツトコントローラ１８に
よりロボツト１２を制御して、第２図Ａにリアク
オーターパネル後端部の拡大図を、第２図Ｂに第
２図Ａの−線断面図を示すように、先ず接触
センサ１６をワーク１１に接触させて点ａから点
a′に水平方向に移動させてセンシングし、その出
力に基づいてセンサコントローラ２２においてワ
ーク１１のエツジ２４を検出し、その検出信号を
ロボツトコントローラ１８に供給してロボツト１
２のワーク１１に対する基準位置を設定する。次
に、この基準位置をもとに予め定めたプログラム
に従つて、継目線１３を通る点ｂと点b′との間、
点ｃとc′との間および点ｄと点d′との間の複数箇
所でそれぞれ同様にセンシングし、これら各セン
シングにおいて接触センサ１６の出力からセンサ
コントローラ２２において継目を検出し、その継
目検出信号をロボツトコントローラ１８に供給す
る。ロボツトコントローラ１８においては、各セ
ンシングにおいてセンサコントローラ２２から継
目検出信号が供給された時点でのロボツト１２の
三次元座標を記憶し、これらの検出点を継いで継
目線１３を合成してその点ｅから点ｆまでの溶接
線を三次元的に検出してテイーチングする。その
後、ロボツトコントローラ１８によりロボツト１
２およびアーク溶接機２０を制御しながら溶接線
の位置データと、接触センサ１６および溶接トー
チ１５の相対位置関係を表わすデータとに基づい
て溶接トーチ１５にて溶接線をトレースして溶接
する。

第３図ＡおよびＢはセンシングにおける接触セ
ンサ１６の動作およびその出力レベルの一例を示
すものである。先ず、接触センサ１６をロボツト
原点P₁からワーク１１のセンシング開始点P₂に
位置決めする。この時点では接触センサ１６はワ
ーク１１に接触しておらず、この位置決め後ロボ
ツトコントローラ１８からセンサコントローラ２
２にセンシング開始信号を供給して、該センサコ
ントローラ２２において接触センサ１６の出力を
取込み得るようにすると共に、接触センサ１６を
ワーク１１に対してほぼ垂直方向に突込ませる。
接触センサ１６がワーク１１に接触し、その接触
点P₃において出力が基準レベルＳに達した時点
で、センサコントローラ２２からロボツトコント
ローラ１８に突込み完了信号を供給し、これによ
り接触センサ１６のワーク１１への突込み動作を
終了する。その後、接触センサ１６を継目線１３
と交差する方向に点P₄および継目点P₅を経てセ
ンシング終了点P₆までワーク１１に接触させな
がらワーク１１に対してほぼ平行に移動させ、継
目点P₅における出力の変化からセンサコントロ
ーラ２２からロボツトコントローラ１８に継目検
知信号を供給し、これによりロボツトコントロー
ラ１８においてその時点の三次元的なロボツト座
標を記憶する。接触センサ１６がセンシング終了
点P₆まで移動し、この間にセンサコントローラ
２２から継目検知信号が出力されないときは接触
センサ１６を再びセンシング開始点P₂に復帰さ
せて上記の動作を繰返し、継目検知信号が出力さ
れたときは、接触センサ１６を待避点P₇に移動
させてセンシングを終了する。なお、継目点P₅
でロボツトコントローラ１８がセンサコントロー
ラ２２ら継目検知信号を受け取つたら、ただちに
接触センサ１６を待避点P₇に移動させることも
できる。

第４図はセンサコントローラ２２の一例の回路
構成を示すものである。接触センサ１６の出力は
フイルタ回路２５において高周波成分を除去し、
その出力をスイツチング回路２６を経て所定スト
ローク達成検出回路２７およびセンシング開始振
動除去回路２８にそれぞれ供給する。スイツチン
グ回路２６はロボツトコントローラ１８により外
部入出力インターフエース回路２９を介して制御
し、ロボツトコントローラ１８からのセンシング
開始信号によつてオン、センシング終了信号でオ
フとする。

所定ストローク達成検出回路２７は比較器３０
を有し、ここで接触センサ１６の出力が予め定め
た基準ストロークにおける基準レベルＳに達した
時点で突込み完了信号を出力させ、これを外部入
出力インターフエース回路２９を経てロボツトコ
ントローラ１８に供給する。

センシング開始振動除去回路２８はスイツチン
グ回路３１及びタイマー回路３２を有し、タイマ
ー回路３２によりセンシング開始信号が発せされ
た時点から、接触センサ１６の出力が設定値Ｓに
達し、その後接触センサ１６はワーク１１に対し
てほぼ平行に移動開始した直後までの予め定めた
時間、スイツチング回路３１をオフとして接触セ
ンサ１６の出力をマスクし、このマスク時間の経
過後スイツチング回路３１をオンとして接触セン
サ１６の出力を微分回路３３に供給する。

微分回路３３はスイツチング回路３４、サンプ
ル回路３５、レジスタ３６，３７および減算器３
８を有し、サンプル回路３５によりスイツチング
回路３４を制御して所定のサンプリング周期で接
触センサ１６の出力をサンプリングしてレジスタ
３６に供給する。レジスタ３６の出力はレジスタ
３７に供給すると共に減算器３８の反転入力端子
に供給する。この減算器３８の非反転入力端子に
はレジスタ３７の出力を供給し、ここで順次のサ
ンプリング出力の差を求めることによつて微分し
てワーク１１の傾きを求め、その出力を二値化回
路３９に供給する。

二値化回路３９は比較器４０を有し、ここで微
分回路３３の出力と基準レベルとを比較し、微分
回路３３の出力が基準レベルを超えるときは論理
「０」を、それ以外のときは論理「１」を出力さ
せ、この比較器４０の出力を継目検出回路４１に
供給する。

継目検出回路４１は比較器４２を有し、ここで
二値化回路３９の出力が論理「０」か否かを比較
し、論理「０」のときに継目検出信号を発生させ
て、これを外部入出力インターフエース回路２９
を経てロボツトコントローラ１８に供給する。

かかる構成において、第５図Ａに示すように、
接触センサ１６をセンシング開始点P₂からワー
ク１１に接触させ、その接触点P₃から継目点P₅
を経てセンシング終了点P₆まで移動させると、
その出力レベルは例えば第５図Ｂに示すようにな
る。すなわち、ワーク１１の湾曲部１１ａにおい
てはなだらかに変化し、したがつて傾きが小さ
く、継目点P₅においては急激に変化し、したが
つて傾きが大きい。なお、第５図Ｂにおいて符号
S_Nは外乱による雑音を示し、時間t₀はタイマー回
路３２におけるセンシング開始からのマスク時間
を示す。

第５図Ｂに示す接触センサ１６の出力は、所定
ストローク達成検出回路２７およびセンシング開
始振動除去回路２８に供給されるが、このセンシ
ング開始振動除去回路２８においてはタイマー回
路３２によりセンシング開始から接触センサ１６
がワーク１１の点P₃に所定のストロークで接触
してセンシング終了点P₆に向けて移動を開始し
た直後までのマスク時間t₀の出力が除去される。
したがつて、マスク時間t₀経過後の出力が微分回
路３３において微分され、二値化回路３９におい
て二値化信号に交換される。このように、マスク
時間t₀経過後の接触センサ１６の出力を微分して
二値化すると、第５図Ｃに示すように、傾きの小
さい雑音やワーク１１の湾曲部１１ａに影響され
ることなく、傾きの大きい継目点P₅に対応する
部分においてのみ論理「０」の信号が得られ、こ
れにより継目検出回路４１において第５図Ｄに示
すような継目点P₅に正確に対応する継目検出信
号を得ることができる。

このように、この実施例においては接触センサ
１６を用い、これをワーク１１の複数箇所におい
て継目線１３と交差するように接触移動させてセ
ンシングし、各センシングにおいてセンシング開
始初期の接触センサ１６の出力をマスクし、この
マスク時間経過後の出力を微分してその微分出力
が所定値以上のときに継目検出信号を得、この継
目検出信号が発せられた時点でのロボツト座標を
記憶することにより、これら複数の検出点を継い
で溶接線を三次元的に検出するようにしたので、
ワーク１１の湾曲、うねり、微小突起等の表面状
態や湿度、外乱光等の雰囲気に影響されることな
く、またセンシング開始初期のロボツト１２の振
動やセンシング方向とワーク１１との傾きに影響
されることなく、溶接線を常に高精度で検出する
ことができる。また、接触センサ１６は構造が簡
単で小形かつ安価にでき、メンテアンスも容易で
あると共に、センシングポイントも目で確認でき
るのでテイーチングも容易にできる。更に、接触
センサ１６を用いることによりセンシング角度に
自由がきくので、接触センサ１６を小形にできる
こととも相俟つて、トーチ姿勢に影響を及ぼすこ
となく自由なトーチ姿勢を取ることができる。し
たがつて、検出した溶接線上を溶接トーチ１５に
よつて常に正確にトレースすることができる。

第６図は上述したセンサコントローラ２２の他
の回路構成を示すものである。この例では第４図
に示した回路構成において、ストローク表示回路
４５、センシング条件設定回路４６およびプロテ
クト回路４７を付加したものである。ストローク
表示回路４５はフイルタ回路２５の出力から接触
センサ１６のストロークを演算し、これを表示す
るよう構成する。また、センシング条件設定回路
４６は、センシング開始振動除去回路２８のタイ
マー回路３２におけるマスク時間を設定するマス
ク時間設定回路４８と、微分回路３３のサンプル
回路３５におけるサンプリング周期を設定するサ
ンプル時間設定回路４９と、所定ストローク達成
検出回路２７の比較器３０への基準レベルＳを設
定するストローク設定回路５０と、二値化回路３
９の比較器４０への基準レベル設定するレベル設
定回路５１とを具え、これら設定回路４８〜５１
の作動をプロテクト回路４７により制御してそれ
ぞれのセンシング条件を設定し得るよう構成す
る。

このように、センシング条件設定回路４６を設
けることにより、センシングの条件変更が容易に
でき、またその条件変更をプロテクト回路４７に
よつて制御することにより、センシング条件変更
の必要のないときの誤操作を防止することができ
る。また、ストローク表示回路４５を設けること
により、テイーチング時の作業を容易に行うこと
ができる。

第７図は上述したセンサコントローラを構成す
る微分回路の他の回路構成を示すもので、高速サ
ンプラ５５およびデータバツフア５６を有する。
高速サンプラ５５はサンプル回路３５（第４図参
照）あるいはサンプル時間設定回路４９（第６図
参照）で設定されたサンプリング周期ｉよりも速
い周期で接触センサ１６からの出力をサンプリン
グし、そのサンプリングしたデータをデータバツ
フア５６のアドレスBeに格納すると共に減算器
３８の反転入力端子に供給する。また、データバ
ツフア５６は設定されたサンプリング周期ｉ前の
アドレスBe−ｉに格納されたデータを減算器３
８の非反転入力端子に供給すると共に、高速サン
プラ５５によるサンプリングに同期して格納した
アドレスのデータを（B₀）←（B₁）…（B_i-1）
←（B_i）…（B_e-1）←（B_e）にシフトする。

このように高速サンプラ５５を用いてサンプリ
ングすれば、ワーク１１の傾きをより高精度で求
めることができるので、継目の検出精度をより高
めることができる。

なお、この発明は上述た実施例にのみ限定され
るものではなく、幾多の変更または変形が可能で
ある。例えば、上述した実施例では、接触センサ
１６として差動トランス式のものを用いたが、リ
ニアポテンシヨメータ等の直線方向の変位量を出
力するものや、直線運動を回転運動に変換するロ
ータリポテンシヨメータやロータリエンコーダを
用いることもできる。また、継目のセンシング箇
所は継目線に応じて任意の複数箇所に設定するこ
とができると共に、その検出点を継いで継目線を
合成する代わりに座標変換を用いて継目線を三次
元的に検出することもできる。更に、溶接トーチ
に代えてシーリング用ノズル等を装着することに
より、他の継目接合や接着用にも適用することが
できる。更にまた、継目線は三次元的な検出に限
らず、ワークの形状、姿勢によつては二次元的に
検出することもできる。

（発明の効果） 以上述べたように、この発明によれば、ワーク
の表面状態、雰囲気、不所望な振動に影響される
ことなく、ワークの継目線を常に高精度で検出す
ることができ、しかも装置を小形かつ安価にでき
ると共に溶接ロボツト等にも支障なく適用でき、
そのテイーチングを容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図
ＡおよびＢは第１図の部分拡大図および断面図、
第３図ＡおよびＢはセンシングにおける接触セン
サの動作およびその出力レベルの一例を示す図、
第４図はセンサコントローラの一例の回路構成
図、第５図Ａ〜Ｄはその動作を説明するための
図、第６図はセンサコントローラの他の例の回路
構成図、第７図はセンサコントローラを構成する
微分回路の他の例の回路構成図、第８図および第
９図は従来例を説明するための図である。 １１……ワーク、１２……ロボツト、１３……
継目線、１４……ブラケツト、１５……溶接トー
チ、１６……接触センサ、１８……ロボツトコン
トローラ、２０……アーク溶接機、２２……セン
サコントローラ、２５……フイルタ回路、２６…
…スイツチング回路、２７……所定ストローク達
成検出回路、２８……センシング開始振動除去回
路、２９……外部入出力インターフエース回路、
３０……比較器、３１……スイツチング回路、３
２……タイマー回路、３３……微分回路、３４…
…スイツチング回路、３５……サンプル回路、３
６，３７……レジスタ、３８……減算器、３９…
…二値化回路、４０……比較器、４１……継目検
出回路、４２……比較器、４５……ストローク表
示回路、４６……センシング条件設定回路、４７
……プロテクト回路、４８……マスク時間設定回
路、４９……サンプル時間設定回路、５０……ス
トローク設定回路、５１……レベル設定回路、５
５……高速サンプラ、５６……データバツフア。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 接触センサを継目線を有するワークの複数箇
   所にてワークに接触させながら継目線と交差する
   方向に移動させ、その各々の移動箇所において前
   記接触センサのワークへの接触移動開始初期後の
   出力を微分してその微分出力が所定値以上となる
   ワーク位置を継目位置としてその座標を求め、こ
   れら複数の継目位置の座標から前記継目線を検出
   することを特徴とする継目線の検出方法。