JPH0671659B2 - 溶接開始点検出方法 - Google Patents

溶接開始点検出方法

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JPH0671659B2
JPH0671659B2 JP60151752A JP15175285A JPH0671659B2 JP H0671659 B2 JPH0671659 B2 JP H0671659B2 JP 60151752 A JP60151752 A JP 60151752A JP 15175285 A JP15175285 A JP 15175285A JP H0671659 B2 JPH0671659 B2 JP H0671659B2
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welding
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正弘 藤田
義敏 柳
啓二 永峰
博康 谷口
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/02Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/0216Seam profiling, e.g. weaving, multilayer

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は溶接開始点検出方法に関し、特に溶接ロボッ
トに適用される溶接開始点検出方法に係るものである。
〔従来の技術〕
一般的にこの種の溶接ロボットに適用される溶接開始点
検出方法としては、ロボット自身によつて、アース電位
または高電圧を印加させた溶接ワイヤを被溶接対象物に
接触させ、この接触によつて得た信号からその対象溶接
開始点位置を認識するようにした,いわゆるタッチセン
サを用いる手段が広く採用されている。
従来例でのこのタッチセンサによる溶接開始点検出方法
を第5図および第6図に示す。
すなわち,これらの各図において、符号1は被溶接対象
物であるワーク、2はその溶接線または溶接開先、3は
溶接ロボットの溶接トーチ、4はその溶接ワイヤであ
る。
しかしてこの従来例の場合、溶接ロボットには、教示,
再生機能が与えられていて、被溶接対象物1の溶接線ま
たは溶接開先2に対する位置教示,つまり点P1,P2また
はP3,P4の教示がなされているものとし、こゝでこの場
合,タッチセンサを用いて溶接開始点WS1,WS2を検出す
るため、次のような手段が採用される。
まず第5図に示す水平隅肉の溶接の場合にあつて、ロボ
ットによる検索は、その溶接ワイヤ4を移動して、実線
矢印に見られるように、当初,接触点A1により垂直面,
ついで接触点A2により水平面のそれぞれ位置検出をなす
と共に、接触点A3により溶接線2の方向を修正したの
ち、さらに同溶接ワイヤ4をこの検出された溶接線2に
沿い移動して、接触点A4により被溶接対象物としてのワ
ーク1の端部を検出し、これらの各手順により溶接線2
上の溶接開始点WS1を演算するようにしているのであ
る。
また第6図に示すV開先突合せ溶接の場合は、溶接ワイ
ヤ4の移動検索手順がいま少し複雑になるもので、同様
に実線ならびに点線矢印に見られるように、当初,接触
点A5および接触点A6により同部分での,かつ接触点A7
よび接触点A8により同部分でのそれぞれ開先の中心位置
を求めると共に、これらの2つの開先中心位置から溶接
線2の方向を求め、この方向に沿い移動して、接触点A9
により被溶接対象物としてのワーク1の端部を検出し、
さらにこれらの各位置を基準に同端部での開先上の各接
触点A10,A11,A12をそれぞれに検出して、溶接線2上の
溶接開始点WS2を演算するようにしているのである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし乍ら前記従来例方法では、溶接開始点の検出に数
多くの動作ステップを必要としており、かつ併せてタッ
チセンサを用いていることから、各接触点の検出にロボ
ットを低速動作させなければならず、この溶接開始点の
検出に要する時間が非常に長くなるという問題点を有す
るものであつた。
従つてこの発明の目的とするところは、溶接開始点を迅
速かつ高精度に検出し得るようにした溶接ロボットに適
用される溶接開始点検出方法を提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
前記目的を達成するために、この発明に係る溶接開始点
検出方法は、溶接トーチの軸線を中心とする円周上で回
転自在に距離検出器を配置すると共に、この距離検出器
の回転角位置を自由に位置決めする駆動機構を設け、前
記溶接トーチを、予め与えられている溶接開始点に対応
した教示開始点位置,およびこの教示開始点から教示溶
接線に沿い所定距離隔てた位置にそれぞれ移動位置決め
させ、かつこれらの各移動位置で前記距離検出器を回転
操作させ、前記被溶接対象物との間の距離変化の急峻な
3箇所を複数検出して、中央の急峻な複数箇所から溶接
線方向を修正決定するとともに、両端の2カ所の急峻な
複数箇所から溶接開始点を修正決定するようにしたもの
である。
〔作用〕
本発明においては、教示溶接線に沿って溶接トーチを位
置決めし、距離検出器を回転操作することにより、被溶
接物との間の距離変化を検出し、距離変化の急峻な箇所
を検出する。
〔実施例〕
以下この発明に係る溶接開始点検出方法の一実施例につ
き、第1図ないし第4図を参照して詳細に説明する。
まず第1図はこの実施例方法を適用した溶接開始時点で
の,溶接ロボットの溶接トーチとワークの溶接線との相
対的位置関係を示す構成説明図である。この第1図実施
例方法において、前記第5図従来例方法と同一符号は同
一または相当部分を示しており、また符号5は前記溶接
トーチ3を軸中心とする円周上に回転自在に配置させた
光学式の距離センサ、6はこの距離センサ5を回転位置
決めするパルスモータなどの駆動機構、7は溶接トーチ
3が予め教示された開始点P5に位置決めされているとき
の距離センサ5の回転走査軌跡、8は教示済溶接線P5,P
6の延長上にある点P7に溶接トーチ3が位置決めされて
いるときの距離センサ5の回転走査軌跡、9は距離セン
サ5からの信号情報処理プロセッサ、10はロボット制御
装置である。
こゝで前記距離センサ5としては、レーザ距離計などの
三角測量を利用した非接触センサであつてよく、前記し
た通り駆動機構6と組合せて、溶接トーチ3の廻りを回
転し得るようにすることによつて、溶接ロボットのツー
ル系,こゝでは同溶接トーチ3の座標系Xt−Yt−Ztから
みた被溶接対象物,つまりワーク1の三次元位置を検出
できるのである。
第2図にはこの被溶接対象物の位置検出原理を示してあ
る。すなわち,ツール座標のZ軸の溶接トーチ3の軸線
に平行にとり、かつ原点を溶接点に等しくとると、この
時,ツール座標系Xt−Yt−Ztにおける検出点Piの位置
は、 ▲X ▼=−Rsinθ ……(1) ▲Y ▼=Rcosθ ……(2) ▲Z ▼=Lo−L ……(3) で求められる。こゝで、θは駆動装置6によつて検出さ
れる距離センサ5の回転角度、Lは距離センサ5の検出
値、Rは溶接トーチ3,距離センサ5間の距離である。
また溶接ロボットの制御系においては、溶接トーチ3の
絶対座標系での変換マトリクスTが既知であるから、 とすれば、検出点Piにおける絶対座標系での表現Pi=
(X,Y,Z)が次式を計算することで容易に求められる。
こゝでこのような距離検出機構を用いて溶接開始点WSを
次のようにして検出する。
すなわち,まず溶接ロボットの教示過程において、溶接
開始点位置P5,同終了点P6が予め教示されているので、
溶接トーチ3は、ロボット制御装置10によつて、教示さ
れた溶接開始位置P5(この点は被溶接対象物,つまりワ
ーク1の設置誤差などによつて、実際の開始点よりずれ
ている)に位置決めされる。そしてこゝで駆動機構6に
より距離センサ5を溶接トーチ3の廻りに一回転させ、
一定時間ΔT毎に距離検出値をサンプルし、信号情報処
理プロセッサ9のRAM上に、その距離データLとセンサ
回転角θとを同時にストアする。
この場合、第1図における距離センサ5の走査線7に対
する検出値は、第3図でのグラフ上の折線11に示すよう
になり、こゝではワーク1の三次元的な特徴点A13,A14,
A15が、同グラフ上での折線11の折点にそれぞれ対応す
ることになる。従つてこれらの距離検出値相互の微分を
とるなどの操作により、各折点位置(θ13,L13),(θ
14,L14),(θ15,L15)を求めることができ、先に述べ
たように、各点の絶対座標系での位置を演算できるので
ある。
続いて溶接トーチ3を教示溶接線 に沿つて、教示点P5から教示点P6とは逆方向にR/2だけ
離れた位置P7(第1図参照)に移動させ、この位置で再
度,距離センサ5を溶接トーチ3の廻りに一回転させる
ことで、前記と同様の手順により点A16,A17,A18の絶対
位置を求めておく。
さらにこのようにして得たそれぞれの各特徴点A13,A14,
A15,A16,A17,A18を用いて、第4図に示す空間直線l1,
l2,l3方程式を求める。
これは各点での座標値をそれぞれに、A13(x13,y13,
z13),A14(x14,y14,z14),A15(x15,y15,z15)とし、
それにまたA16(x16,y16,z16),A17(x17,y17,z17),A
18(x18,y18,z18)とすれば、これらの各空間直線l1,
l2,l3は、 として求められる。
従つてこの場合には、空間直線l1,l2の交点が溶接開始
点WSに対応し、また空間直線l3が実際の溶接線方向に対
応することになり、こゝではこの溶接開始点WSを次式に
よつて求め得るのである。
x=[L1L2(y15−y13)−(L1M2x15−L2M1x13)]/
(L2M1−L1M2) ……(9) y=−[M1M2(x15−x13)−(M1L2y15−M2L1y13)]/
(L2M1−L1M2) ……(10) z=[N1N2(x15−x13)−(N1L2z15−N2L1z13)]/
(N2L1−N1L2) ……(11) こゝで、 L1=x16−x13,M1=y16−y13,N1=z16−z13 L2=x18−x15,M2=y18−y15,N2=z18−z15 である。
そしてこれらの各演算は、ロボット制御装置10を用い
て、効果的に実行できるのであり、以上のようにしてこ
の実施例の場合には、教示開始点P5の各座標値を検出開
始点WSによつて、良好かつ適切に修正し得るのである。
〔発明の効果〕
以上詳述したようにこの発明方法によれば、溶接トーチ
の軸線を中心とする円周上にあつて距離検出器を回転自
在に配置させ、またこの距離検出器の回転角位置を自由
に位置決めする駆動機構を設けておき、溶接トーチを、
予め与えられている溶接開始点に対応した教示開始点位
置と、それにこの教示開始点から教示溶接線に沿い所定
距離だけ隔てた位置とにそれぞれ移動位置決めさせるよ
うにし、かつこれらの各移動位置にあつて距離検出器を
回転操作させることにより、このときの被溶接対象物と
の間の距離変化の特徴点を抽出,つまりこゝでは距離変
化の急峻な3箇所を複数検出して、中央の急峻な複数箇
所から溶接線方向を修正決定するとともに、両端の2カ
所の急峻な複数箇所から溶接開始点を修正決定するよう
にしたので、予め与えられた教示開始点位置からトーチ
を教示溶接線に沿って移動させ、この移動に基づいて、
教示開始点位置および教示溶接線を修正して実際の溶接
開始点と溶接線とを検出するようにしたので、検出を効
率よく迅速でかつ高精度に行うことができる。しかも溶
接ロボットの動作からは切り離された距離検出器の単純
な回動動作によって、位置検出を行うようにしたので、
位置検出が簡易化され容易となる。また、溶接開始点の
決定方法として、被溶接対象物との間の距離変化の急峻
な3箇所を検出して、このうち、両端の2カ所の急峻箇
所から決定するようにしたので、溶接線の検出動作を併
せて行うことができ、効率よく短時間で行うことができ
ると共に、高精度に行うことができる。このため従来,
溶接開始点を検索するために必要であつた溶接ロボット
での動作ステップの低減が可能となり、ひいてはこの種
のロボットによる溶接装置の作業性を向上し得るなどの
実用性に優れた特長を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る溶接開始点検出方法の一実施例
を適用した溶接ロボットによる溶接態様の概要を示す構
成説明図、第2図(a),(b)は同上溶接対象部分の
絶対位置の検出原理を示す平面,側面説明図、第3図は
同上距離検出データを示すグラフ、第4図は同上溶接開
始点の決定手段を説明する斜視図であり、また第5図お
よび第6図は同上各別の従来例方法による溶接開始点の
決定手段を説明するそれぞれ斜視図である。 1……ワーク(被溶接対象物)、2……ワークの溶接
線、3……溶接トーチ、5……距離センサ(距離検出
器)、6……駆動機構、7,8……回転走査軌跡、9……
信号情報処理プロセッサ、10……ロボット制御装置。
フロントページの続き (72)発明者 永峰 啓二 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 谷口 博康 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−8277(JP,A) 特開 昭55−84275(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被溶接対称物に対し、その溶接線に沿い溶
    接トーチを移動させて溶接操作し得るようにした溶接装
    置において、前記溶接トーチの軸線を中心とする円周上
    で回転自在に距離検出器を配置すると共に、この距離検
    出器の回転角位置を自由に位置決めする駆動機構を設
    け、前記溶接トーチを、予め与えられている溶接開始点
    に対応した教示開始点位置,およびこの教示開始点から
    教示溶接線に沿い所定距離隔てた位置にそれぞれ移動位
    置決めさせ、かつこれらの各移動位置で前記距離検出器
    を回転操作させ、前記被溶接対象物との間の距離変化の
    急峻な3箇所を複数検出して、中央の急峻な複数箇所か
    ら溶接線方向を修正決定するとともに、両端の2カ所の
    急峻な複数箇所から溶接開始点を修正決定するようにし
    たことを特徴とする溶接開始点検出方法。
JP60151752A 1985-07-10 1985-07-10 溶接開始点検出方法 Expired - Lifetime JPH0671659B2 (ja)

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