JPH0839470A

JPH0839470A - 断面形状認識による溶接ロボット制御方法

Info

Publication number: JPH0839470A
Application number: JP19382794A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ito; 孝幸伊藤; Takeki Makihata; 雄毅巻幡
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 1996-02-13

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接開始位置と溶接終了位置を正確に決定出
来る溶接ロボットの制御方法。【構成】Ｗ1 ，Ｗ2 は溶接対象ワークで、段差隅部ラ
インの始点Ｑ1 及び終点Ｑ2 までが要溶接部である。ロ
ボットアーム先端部１には、溶接トーチ２とレーザセン
サＬＳが搭載され、隅部ライン４を跨ぐようにレーザビ
ームＬＢが偏向走査される。符号３はツール先端点であ
る。溶接開始位置検出前、溶接開始位置検出後且つ溶接
終了位置検出前及び溶接終了位置検出後におけるレーザ
ビームＬＢの光点軌跡は、符号５，５’，５”のように
なり、光点軌跡５，５”からは形状Ｂが検出され、光点
軌跡５’からは形状Ｂが検出される。形状ＢからＡへ切
り替わった時点におけるセンサデータから溶接開始位置
Ｑ1を定める。また、形状ＡからＢへ切り替わった時点
におけるセンサデータから溶接開始位置Ｑ2 を定める。
溶接ロボットは、リアルタイムトラッキング方式によ
り、Ｑ1 〜Ｑ2 間全長について溶接トーチ２を用いた溶
接を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、ワークに対する溶接
作業を行なうロボット（以下、単に「溶接ロボット」と
言う。）の制御方法に関し、更に詳しく言えば、溶接対
象ワークの断面形状認識を行うセンサの出力を用いて溶
接の開始位置や終了位置を判断する方式を採用した前記
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットを利用してアーク溶接作業を実
行する場合には、通常、ロボットに溶接トーチを搭載
し、ロボット制御装置に接続された電源部から溶接用の
電力を供給してワークに対するアーク溶接作業を行なう
方式が採用される。そして、このような溶接ロボットの
移動経路をより正確なものとするために、センサを用い
たリアルタイムトラッキング方式がしばしば用いられ
る。

【０００３】この方式では、溶接線あるいはこれに代わ
る特徴部分（ワーク稜線等）の位置をレーザセンサ等の
センサによって継続的に検出し、その検出出力に基づい
て溶接ロボットの教示位置を補正して移動目標点を逐次
的に補正しながらロボットの移動経路を定める制御が行
なわれる。

【０００４】この方式の導入により、溶接ロボットの移
動経路を個々のワークの位置決め状態、形状、寸法など
のばらつきに影響されることなく正確に定めることは可
能になったが、溶接ロボットが移動する過程において溶
接トーチによる溶接を実際に開始する溶接開始位置ある
いは溶接を終了する溶接終了位置を正確に定めることは
必ずしも簡単なことではなかった。

【０００５】例えば、図１に示したように、溶接対象ワ
ークＷ1 ，Ｗ2 間に溶接線Ｌ2 の延在方向に関して溶接
開始位置に対応する縁部が一致していない場合には、レ
ーザセンサＬＳをタッチセンサの要領で使用し、溶接開
始点（符号Ｑ1 で表示）を計算によって定める為に準備
的なロボット移動が必要であった。

【０００６】即ち、溶接ロボットの本移動（溶接トーチ
を点火して溶接作業を実際に行なう為の移動）に先立
ち、隅部線Ｌ1 上の適当な点Ｐ1 、及び溶接線Ｌ2 上の
適当な２点Ｐ2 ，Ｐ3 の位置をロボットに搭載されたレ
ーザセンサＬＳによって検出し、２点Ｐ2 ，Ｐ3 を通る
直線Ｌ2 に点Ｐ1 から降ろした垂線の位置として、溶接
開始点Ｑ1 の位置を求めていた。

【０００７】また、図２に示したように、溶接開始点Ｑ
1 から直線Ｌ2 に沿って距離Ｌ（設計データで定め
る。）だけ隔たった点Ｑ2 の位置を溶接終了点として定
めていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、上記従来方式
には次のような問題点が生じていた。（１）作業効率が低い。個々のワークに対して、Ｐ1 〜
Ｐ3 の位置検出とその為のロボット移動→直線Ｌ2 の計
算→溶接開始（溶接トーチ点火；ロボット本移動開始）
→距離Ｌ移動して溶接終了（溶接トーチ消灯；ロボット
本移動完了）という多くのプロセスが要求される。

【０００９】（２）溶接開始点位置を溶接線と他の特徴
線（稜線等）との交点位置などで簡単に特定出来ない形
状を有するワークに対しては、適用が難しく位置精度も
低くなり易い。

【００１０】（３）要溶接部の長さＬが一定でないワー
クに対しては、過不足なく溶接を施すことが出来ない。

【００１１】そこで、本願発明の目的は、これら従来技
術の問題点を克服し、溶接対象ワーク間に溶接線の延在
方向に関して溶接開始位置に対応する縁部が一致してい
ない場合、あるいは要溶接部の長さが一定していない場
合であっても、作業効率を低下させることなく溶接開始
位置あるいは溶接終了位置を正確に決定することが出来
る溶接ロボットの制御方法を提供することにある。

【００１２】

【問題点を解決するための手段】本願発明は、上記技術
課題を解決する為に、先ず、溶接対象ワークの断面形状
認識によって溶接開始位置を定める溶接ロボットの制御
方法として、「（ａ）溶接対象ワークの断面形状を認識
する能力を有するセンサを搭載した溶接ロボットを要溶
接部へ接近させるように移動させながら前記溶接対象ワ
ークの断面形状を継続的に監視する段階と、（ｂ）前記
センサによって溶接開始位置の特徴を表わす断面形状が
検出されたならば、その断面形状に関するセンサデータ
に基づいて溶接開始位置を定める段階と、（ｃ）溶接ロ
ボットが前記定められた溶接開始位置に対応した位置に
到達したならば、溶接を開始する段階を含むことを特徴
とする断面形状認識による溶接ロボット制御方法」（請
求項１）を提案したものである。

【００１３】また、溶接対象ワークの断面形状認識によ
って溶接終了位置を定める溶接ロボットの制御方法とし
て、「（ａ）溶接対象ワークの断面形状を認識する能力
を有するセンサを搭載した溶接ロボットを要溶接部に沿
って移動させながら前記溶接対象ワークの断面形状を継
続的に監視する段階と、（ｂ）前記センサによって溶接
終了位置の特徴を表わす断面形状が検出されたならば、
その断面形状に関するセンサデータに基づいて溶接終了
位置を定める段階と、（ｃ）溶接ロボットが前記定めら
れた溶接終了位置に対応した位置に到達したならば、溶
接を終了する段階を含むことを特徴とする断面形状認識
による溶接ロボット制御方法」（請求項２）を提案した
ものである。

【００１４】そして、溶接対象ワークの断面形状認識に
よって溶接開始位置と溶接終了位置の双方を定める溶接
ロボットの制御方法として、「（ａ）溶接対象ワークの
断面形状を認識する能力を有するセンサを搭載した溶接
ロボットを要溶接部へ接近させるように移動させながら
前記溶接対象ワークの断面形状を継続的に監視する段階
と、（ｂ）前記センサによって溶接開始位置の特徴を表
わす断面形状が検出されたならば、その断面形状に関す
るセンサデータに基づいて溶接開始位置を定める段階
と、（ｃ）溶接ロボットが前記定められた溶接開始位置
に対応した位置に到達したならば、溶接を開始する段階
と、（ｄ）前記溶接ロボットを要溶接部に沿って移動さ
せながら前記溶接対象ワークの断面形状を継続的に監視
する段階と、（ｅ）前記センサによって溶接終了位置の
特徴を表わす断面形状が検出されたならば、その断面形
状に関するセンサデータに基づいて溶接終了位置を定め
る段階と、（ｆ）溶接ロボットが前記定められた溶接終
了位置に対応した位置に到達したならば、溶接を終了す
る段階を含むことを特徴とする断面形状認識による溶接
ロボット制御方法」（請求項３）を提案したものであ
る。

【００１５】

【作用】本願発明は、図１、図２に示したようなケース
では、溶接開始位置Ｑ1 あるいは溶接終了位置Ｑ2 は、
溶接対象ワークの断面形状の変化位置に対応しているこ
とに着目し、溶接対象ワークの断面形状を認識する能力
を有するセンサを利用して溶接開始位置あるいは溶接終
了位置を決定する方式を採用したものである。

【００１６】本願発明では、溶接ロボットの要溶接部へ
の接近時あるいは要溶接部に沿った移動時に溶接対象ワ
ークの断面形状を継続的に監視する。そして、溶接開始
位置あるいは溶接終了位置の特徴を表わす断面形状が検
出されたならば、その断面形状関連したセンサデータに
基づいて溶接開始位置あるいは溶接終了位置を決定す
る。溶接ロボットは、溶接開始位置あるいは溶接終了位
置に到達した時点を基準に、溶接を開始あるいは終了す
る。ワークの断面形状を認識する能力を有するセンサの
代表的なものは、レーザセンサである。

【００１７】レーザセンサは、良く知られているよう
に、レーザビームの偏向走査により被検面（以下、ワー
ク面とする。）上に光点列を形成し、光点像を光検出手
段上に結像させて光点乃至光点列に関する３次元的な位
置情報を得るものである。光検出手段としては、一次元
ＣＣＤアレイ、ＰＳＤ（位置検出型光検出器）、ＣＣＤ
カメラ等が利用されるが、本願発明では、いずれの型の
ものも使用可能である。

【００１８】本願発明では、このようなセンサを用いた
断面形状認識を溶接ロボットの本移動（実際に溶接を行
なう為の移動）の過程で実行することによって、溶接開
始／終了位置を決定し、それに基づいて溶接作業の開始
／終了がコントロールされるので、溶接線の延在方向に
関して溶接開始位置に対応する縁部が一致していない場
合、あるいは要溶接部の長さが一定していない場合であ
っても、作業効率を低下させることなく溶接開始位置あ
るいは溶接終了位置を正確に決定することが出来る。

【００１９】

【実施例】図３は、本実施例で使用するレーザセンサの
概略構成を例示したもので、図中１０は検出部で、レー
ザ発振器１１、レーザビームＬＢをスキャンさせる揺動
ミラー（ガルバノメータ）１２、反射光を捕らえて受光
素子１４に像を作る光学系１３を有している。一方、セ
ンサボードを構成する制御部２０はマイクロプロセッサ
からなるＣＰＵ２１を備え、ＣＰＵ２１にはバス２９を
介して入出力装置２８及びＲＯＭ及びＲＡＭからなるメ
モリ２５が接続されている。

【００２０】そして、入出力装置２８には、レーザ発振
器１１を駆動しレーザビームＬＢを発生させるレーザ駆
動部２２、揺動ミラー１２を揺動させるミラー操作部２
３、受光素子１４で受光した位置から、位置を検出する
信号検出部２４が接続されている。また、入出力装置２
８はロボット制御装置（図示せず）との間で各種指令、
データ授受を行う回線２８にも接続されている。

【００２１】ロボット制御装置からのレーザセンサ起動
指令を受けると、メモリ２５に格納されたレーザセンサ
駆動プログラムが起動され、ＣＰＵ２１は、レーザ駆動
部２１にレーザ駆動指令を送り、レーザ発振器１１を駆
動し、レーザビームＬＢを発生させると共に、ミラー操
作部２２にミラー走査指令を送り、揺動ミラー１２を揺
動させて、レーザ発振器１１から発生するレーザビーム
ＬＢを対象物３０上に当て走査させる。

【００２２】対象物３０上で拡散反射したレーザビーム
ＬＢは光学系１３により、対象物上の反射位置に応じ
て、受光素子１４上に像を作ることになる。該受光素子
には、前述したように、分割型素子のＣＣＤ（Ｃｈａｒ
ｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）からなる一次元
アレイ、非分割型・積分型素子のＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉ
ｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖｅＤｅｔｅｃｔｏｒ）、ＣＣ
Ｄカメラなどが使用される。

【００２３】ここでは、受光素子１４として、多数のセ
ル１４-1 〜１４-Nからなる１次元ＣＣＤアレイが使用
されているものとする。受光素子１４のいずれかのセル
１４-jに入射した光（または、隣合ういくつかのセル）
は光電子に変換され、そのセルに蓄えられる。各セルに
蓄積された電荷は、信号検出部２４からのＣＣＤ走査信
号に従って所定周期毎１番端１４-1から順に出力され、
信号検出部２４、入出力装置２８を介し、ＡＤ変換等の
処理を受けて最新のデータがメモリ２５に蓄積される。

【００２４】ＣＣＤの走査周期は、搖動ミラー１２の走
査周期よりも十分短く設定（例えば、数１００分の１）
されており、搖動ミラー１２の搖動角度の推移とＣＣＤ
素子出力状態の推移は、随時把握可能となっている。各
ＣＣＤ走査サイクルにおけるＣＣＤ素子１４の出力状態
は、先ず各セル１４-1〜１４-N毎の光検出出力で把握さ
れ、それに基づいて最大の光検出出力を与えるセル位置
（２つのセル位置の中間点で与えられる場合もある。）
が検出される。このセル位置により、センサから対象物
３０の位置（図１では、３０-jで例示）が算出される。

【００２５】図４は、受光素子１４で検出した位置ｘａ
により、センサからの対象物３０の座標位置（Ｘ，Ｙ）
を求める説明図で、光学系の中心と受光素子１４の中央
点とを結ぶ線上にセンサ原点（０，０）があるとし、こ
の線をＹ軸、このＹ軸に直交する軸をＸ軸とし、原点か
ら光学系の中心までの距離をＬ1 、光学系の中心から受
光素子１４の中央点までの距離をＬ2 、センサ原点から
Ｘ軸方向への揺動ミラー１４の揺動中心までの距離を
Ｄ、センサ原点から揺動ミラーの揺動中心までのＹ軸距
離をＬ0 、揺動ミラー１２によるレーザビームＬＢの反
射光のＹ軸方向に対する角度をθ、受光素子１４での受
光位置をｘａとすると、レーザビームＬＢが対象物に当
たり反射した座標位置（Ｘ，Ｙ）は次の第２，第３式の
演算を行なって求めることが出来る。

【００２６】Ｘ＝ｘａ・［（Ｌ1 −Ｌ0 ）・tan θ＋Ｄ］／（ｘａ＋Ｌ2 ・tan θ）・・・（２）Ｙ＝［Ｌ1 ・ｘａ＋Ｌ2 ・（Ｌ0 ・tan θ−Ｄ）］／（ｘａ＋Ｌ2 ・tan θ）・・・（３）制御部２０のＣＰＵ２１は、ロボット制御装置から位置
検出動作指令に従ってメモリ２５に格納された位置計算
プログラムを起動させ、所定周期で上記（２），（３）
式の計算に相当する処理を実行する。レーザビームＬＢ
の走査線に沿った多数の位置に関する計算結果は、ロボ
ット制御装置に転送される。

【００２７】本実施例では、ロボットの位置・姿勢デー
タと併せてワーク断面形状の認識が行なわれる。また、
ワーク断面形状の認識により、溶接開始／終了位置の到
来が検出された場合には、溶接開始／終了位置が併せて
計算される（後述フローチャート参照）。

【００２８】次に図５は、上記説明したレーザセンサを
用いて、本願発明を図１、図２に示したケースに適用す
る場合の配置例を説明する見取り図である。なお、図中
左上部分には、レーザセンサによって検出される断面形
状を併記した。同図において、Ｗ1 ，Ｗ2 は溶接対象ワ
ークであり、符号４はその要溶接部の中心線を与える段
差隅部ラインである。符号Ｑ1 ，Ｑ2 は、その始点及び
終点であり、本実施例における溶接開始位置及び溶接終
了位置に対応した位置となる。ここでは、溶接開始時に
ロボットのツール先端点を位置Ｑ1 に一致させ、終了時
に位置Ｑ2 に一致させる制御を行なうものとする。

【００２９】ロボット本体の大半を省いて符号１で指示
されたロボットアーム先端部には、適当な装着機構を介
して溶接トーチ２が支持されている。符号３は溶接トー
チ先端位置に設定されたロボットのツール先端点を表わ
している。ロボットアーム先端部１には、溶接トーチ２
と並んでレーザセンサＬＳ（図１における検出部１０を
内蔵）が搭載されており、隅部ライン４を跨ぐようにレ
ーザビームＬＢが偏向走査される。

【００３０】符号５，５’，５”は、（ｉ）溶接開始位
置検出前、（ｉｉ）溶接開始位置検出後且つ溶接終了位
置検出前、（ｉｉｉ）溶接終了位置検出後におけるレー
ザビームＬＢの光点軌跡を各々表わしている。

【００３１】前述したように、レーザセンサＬＳは光点
軌跡５，５’，”５を短周期で検出・計算される光点位
置データの集合として把握する。従って、本例のケース
で検出される形状は、２つのタイプに分かれることにな
る。即ち、上記（ｉ）溶接開始位置検出前及び（ｉｉ
ｉ）溶接終了位置検出後に形成される光点軌跡５，５”
からは形状Ｂが検出される。また、（ｉｉ）溶接開始位
置検出後且つ溶接終了位置検出前に形成される光点軌跡
５’からは形状Ｂが検出される。

【００３２】図示されているように、検出形状Ａはワー
クＷ1 及びＷ2 の各表面（断面）に対応した部分Ｗ1'及
びＷ2'で構成されるが、検出形状Ｂは、ワークＷ2’の
表面（断面）に対応した部分Ｗ2'のみによって構成され
る。検出形状Ａにおいては、屈曲点４’が存在するが、
これは隅部ライン（溶接線）４に対応したものである。
また、形状Ｂにおける端点９”は、ワークＷ2 の縁部
９，９’に対応したものである。

【００３３】そこで、レーザセンサＬＳによる検出形状
が形状Ａから形状Ｂへ切り替わることで溶接開始位置の
到来を知ることが出来る。また、切り替わり時乃至直後
の屈曲点４’の位置（センサ座標系上のデータ）を上述
した方法に従ってレーザセンサＬＳの制御部２０で求
め、ロボット制御装置でロボット１の位置・姿勢データ
と併せて位置Ｑ1 を定めることが出来る。

【００３４】同様に、レーザセンサＬＳによる検出形状
が形状Ｂから形状Ａへ切り替わることで溶接終了位置の
到来を知ることが出来る。また、切り替わり時乃至直前
の屈曲点４’の位置（センサ座標系上のデータ）を上述
した方法に従ってレーザセンサＬＳの制御部２０で求
め、ロボット制御装置でロボット１の位置・姿勢データ
と併せて位置Ｑ1 を定めることが出来る。なお、Ｑ1 〜
Ｑ2 間のロボット移動をリアルタイムトラッキング方式
で実行すれば、位置Ｑ2 のデータはその為の処理プロセ
ス中で得られる（例えば、溶接実行中で最後のロボット
移動目標位置として求められる）。

【００３５】図６は、上記配置で溶接作業を実行する際
に利用されるロボット制御装置を含むシステム全体の構
成を要部ブロック図で示したものである。これを説明す
ると、４０はロボット制御装置で、中央演算処理装置
（以下、ＣＰＵという。）４１を有し、ＣＰＵ４１に
は、ＲＯＭからなるメモリ４２、ＲＡＭからなるメモリ
４３、不揮発性メモリ４４、液晶表示部４５を備えた教
示操作盤４６に接続された通信インターフェイス４９
（通信ポート）、サーボ回路４８を経て溶接ロボット本
体１に接続されたロボット軸制御部４７、レーザセンサ
ＬＳの制御部２０（図１参照）及び溶接電源部２’に接
続された汎用インターフェイス４９’が各々バスライン
ＢＬを介して接続されている。

【００３６】ＲＯＭ４２には、ＣＰＵ４１がロボット本
体１、レーザセンサ制御部２０、溶接電源部２’及びロ
ボット制御装置４０自身の制御を行なう為の各種のプロ
グラムが格納される。ＲＡＭ４３はデ−タの一時記憶や
演算の為に利用されるメモリである。不揮発性メモリ４
４には、各種パラメータ設定値やロボットの動作プログ
ラムが入力／格納される。

【００３７】動作プログラムで指定された教示経路とし
て、ここでは、図５におけるＱ0 点（レーザセンサ検出
開始位置）、隅部始点Ｑ1 点より適当な距離だけ隅部終
端点Ｑ2 点側に寄った位置Ｑ1'、隅部終点Ｑ4 点より適
当な距離だけ隅部始端点Ｑ1点側に寄った位置Ｑ2'及び
Ｑ3 （レーザセンサ検出終了位置）がプレイバック方式
により、運動形式を「直線」として教示されているもの
とする。

【００３８】Ｑ1 ，Ｑ2 を教示点としない理由は、位置
Ｑ0 から次の教示点へ向かう過程で必ず断面形状Ｂ→断
面形状Ａへの切り替わりが検出されるようにする為であ
る。

【００３９】なお、各位置Ｑ0 〜Ｑ3 におけるロボット
姿勢は、レーザセンサＬＳによる断面形状認識に支障の
無い範囲で溶接実行姿勢（トーチ２の隅部ライン４に対
する角度）として最も適したものを教示しておく。

【００４０】さて、本実施例では、上記の態様でレーザ
センサＬＳによってロボット移動中にワークＷ1 ，Ｗ2
の断面形状を監視し、それをロボット位置の制御及び溶
接作業の開始／終了制御に役立てる為に、上記Ｑ0 〜Ｑ
3 の教示の他に予め次のような準備がなされる。

【００４１】（１）レーザセンサＬＳの制御部２０のメ
モリ２５には、ロボット制御装置から位置検出動作指令
に従って通常の位置検出動作の為の処理を行なうプログ
ラムの他に、断面形状判定プログラムとその為の形状判
定基準データが予め格納される。断面形状判定プログラ
ムと形状判定基準データとしては種々のものが考えられ
る。

【００４２】一例をあげれば、１回のレーザビーム走査
で得られた各光点位置データに基づいて、各光点位置か
ら適宜個数分隔たった光点位置へ向かうベクトルを表わ
すデータを作成し、それらベクトルについて適当な組合
せ（例えば、隣同士光点位置を始点とする２つのベクト
ル）を指定して適宜数の外積データを作成し、それらを
予め設定したしきい値と比較した結果から、屈曲点４’
の存在／不存在を判定する方法がある。

【００４３】（２）レーザセンサＬＳの制御部２０のメ
モリ２５には、図７に示した形式で、上記形状の判定結
果及び屈曲点４’が検出された場合の位置データ（セン
サデータ）を蓄積する領域が設定される。図７中、左右
方向の１コラムは１回のレーザビーム走査で得られた光
点位置データの解析結果を格納する領域を表わしてい
る。また、記号Ａ，Ｂ，ＮＧは、各々「断面形状Ａを検
出」、「断面形状Ｂを検出」、「Ａ，Ｂいずれも検出せ
ず（判定不能）」を表わすデータが書き込まれたことを
表わしている。

【００４４】本事例で断面形状認識が理想的に行なわれ
た場合には、溶接開始位置検出前にはＢ，Ｂ，Ｂ・・・
が書き込まれ、溶接開始位置検出時から溶接終了位置検
出時点までは、Ａ，Ａ，Ａ・・・が書き込まれ、溶接終
了位置検出以後には再びＢ，Ｂ，Ｂ・・・が書き込まれ
る筈である。しかし、実際には図７にも例示したよう
に、局所的な検出不良によりＮＧが書き込まれることが
有り得る。

【００４５】また、位置データの欄には、形状Ａの検出
時に、ワークＷ1 ，Ｗ2 で構成される継ぎ手位置として
屈曲点４’のセンサ座標系上の位置を表わすデータ（図
中＊で表示）が書き込まれる。このデータは、溶接開始
／終了位置Ｑ1 ，Ｑ2 を含めたトラッキングデータをロ
ボット制御装置で算出する為に利用される。形状Ｂの検
出時には、ワークＷ2 の縁部位置９あるいは９’の位置
を表わすデータ（図中**で表示）が書き込まれる。ま
た、ＮＧ判定時には、ブランクを表わすコードデータ
（図中−で表示）が書き込まれる。

【００４６】（３）レーザセンサＬＳの制御部２０のメ
モリ２５及びロボット制御装置４０の不揮発性メモリ４
４には、図８、図９のフローチャートに記された処理１
及び処理２をＣＰＵ２１あるいはＣＰＵ４１に実行させ
る為のプログラム及び関連設定値が格納される。

【００４７】以上の前提と準備の下に、本実施例で実行
される処理について説明する。説明の便宜上、レーザセ
ンサＬＳの制御部２０で実行される処理１について、図
８のフローチャートを参照図に加えて説明する。

【００４８】ロボット制御装置からのレーザセンサ起動
指令を受けて処理１が開始されると、レーザビームＬＢ
走査が実行され、光点軌跡データが取り込まれる（ステ
ップＳ１）。

【００４９】続くステップＳ２では、形状Ａを仮定して
隅部位置４の計算を試みる。光点軌跡がワークＷ2 上の
みにある符号５（図５参照）の状態では、屈曲点４’が
存在しないと判定されるから、ステップＳ３でＮＯの判
断が出される。そこで、ステップＳ５へ進み、形状Ｂを
仮定して縁部９または９’の計算を試みる。

【００５０】光点軌跡がワークＷ2 上のみにある符号５
（図５参照）の状態では、検出不良等のケースを除い
て、端点９”が検出されるから、ステップＳ６でＹＥＳ
の判断が出される。次に、ステップＳ７へ進み、算出さ
れた縁部９の位置と形状Ｂをメモリ２５内に割り当てら
れた領域中のアドレスに書き込む（図７参照）。

【００５１】そして、ステップＳ９でロボット制御装置
から断面形状検出終了指令が出されていないことを確認
し、ステップＳ１以下へ戻り、同様の処理サイクルが実
行される。但し、形状Ａが検出される前に、検出不良等
があった場合には、ステップＳ６からステップＳ８へ進
み、メモリ２５にＮＧを書き込む（図７参照）。

【００５２】また、ロボットがワークＷ1 に接近し、形
状Ａが検出された場合には、ステップＳ３からステップ
Ｓ４へ進み、メモリ２５に算出された隅部４の位置と形
状Ａをメモリ２５に書き込む（図７参照）。形状Ａの検
出があった後、形状Ｂの検出があった前に検出不良等が
あった場合には、ステップＳ３→ステップＳ５→ステッ
プＳ８と進み、メモリ２５にＮＧを書き込む（図７参
照）。

【００５３】ロボットが位置Ｑ2 に接近し、形状Ｂが検
出された場合には、ステップＳ２→ステップＳ３→ステ
ップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７と進み、メモリ
２５に算出された縁部９’の位置と形状Ｂをメモリ２５
に書き込む（図７参照）。その後に検出不良等があった
場合には、ステップＳ３→ステップＳ５→ステップＳ８
と進み、メモリ２５にＮＧを書き込む（図７参照）。以
上のプロセスは、ステップＳ９でロボット制御装置から
の断面形状検出終了指令が出されたことを確認するまで
続行される。

【００５４】次に、ロボット制御装置で実行される処理
２について、図９のフローチャートを参照図に加えて説
明する。

【００５５】先ず、教示内容に従って、ロボットを位置
Ｑ1'へ向けて始動させる（ステップＴ１）。そして、レ
ーザセンサ起動指令をレーザセンサの制御部２０へ送り
（ステップＴ２）、メモリ２５に書き込まれた最新のデ
ータを読み出す（ステップＴ３）。光点軌跡がワークＷ
2 上のみにある符号５（図５参照）の状態では、形状Ａ
のデータは読み出されない。従って、ロボットがワーク
Ｗ1 に接近し、形状Ａが検出されるまで、ステップＴ
３、ステップＴ４が繰り返される。

【００５６】形状Ａが読み出されたら、ステップＴ５へ
進み、読み出された位置データとロボットの位置・姿勢
データからＱ1 の位置を計算する。そして、ロボットを
位置Ｑ1 へ向かう軌道に乗せる（ステップＴ６）。

【００５７】ステップＴ６とステップＴ７は、ロボット
が位置Ｑ1 に到達するまで繰り返される。ロボットが位
置Ｑ1 に到達したら、ステップＴ７から、ステップＴ８
へ進み溶接を開始する（溶接実行電力供給開始）。更
に、メモリ２５からのデータ読み出しを行い（ステップ
Ｔ９）、形状Ｂの検出の有無を判断する（ステップＴ１
０）。

【００５８】形状Ｂの検出がない限り、ステップＴ１１
へ進み、読み出された最新の形状Ａに対応した位置デー
タ（ＮＧデータは使用不可）とロボットの位置・姿勢デ
ータから隅部４の位置を求める。更に、ステップＴ１２
では、求められた隅部４の位置を移動目標位置としてロ
ボットを移動させる（トラッキング）。ステップＴ９〜
ステップＴ１２は、形状ＢがステップＴ１０で判断され
るまで繰り返される。

【００５９】ロボットが位置Ｑ2 に接近し、形状Ｂが検
出された場合には、ステップＴ１０からステップＴ１３
へ進み、ロボット位置・姿勢データと形状Ｂ検出直前の
データから位置Ｑ2 を求め、ロボットを位置Ｑ2 へ移動
させる。

【００６０】ロボットが位置Ｑ2 へ到達したら、ステッ
プＴ１４からステップＴ１５へ進み、溶接を終了する
（溶接実行電力供給終了）。そして、トラッキングを終
了し、教示経路に沿ってＱ3 へ向うとともに（ステップ
Ｔ１６）、断面形状検出終了指令をレーザセンサの制御
部２０へ送る（ステップＴ１７）。ロボットが位置Ｑ3
へ到達したら、処理２を終了する。

【００６１】以上、ＣＣＤ素子を用いたレーザセンサを
ワークＷ1 ，Ｗ2 の段差部溶接を実行する溶接ロボット
に搭載したケースについて説明したが、ロボット移動方
向に沿った断面形状の推移が溶接開始／終了のメルクマ
ールになり得るケースについて、上記説明したのと同様
の考え方を適用して、溶接開始／終了位置を定めるロボ
ット制御が実行可能であることは言うまでもない。

【００６２】また、レーザセンサの光検出器がＰＳＤ、
ＣＣＤカメラ等であった場合や、センサがレーザセンサ
以外（例えば、ＣＣＤカメラのみを用いた３次元視覚セ
ンサである場合においても、そのセンサが適用対象ワー
クの断面形状を認識し得る限り、本願発明の実施に使用
し得ることも当然である。

【００６３】

【発明の効果】本願発明によれば、溶接対象ワーク間に
溶接線の延在方向に関して溶接開始位置に対応する縁部
が一致していない場合、あるいは要溶接部の長さが一定
していない場合であっても、作業効率を低下させること
なく溶接開始位置あるいは溶接終了位置を正確に決定す
ることが出来る。また、ワークの断面形状の検出データ
を用いたリアルタイムトラッキング方式を適宜併用する
ことにより、要溶接部の長さが個々のワーク毎に異なっ
ていても、溶接開始位置から溶接終了位置まで過不足な
く高精度の溶接を施すことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術における溶接点開始位置決定方法を説
明する図である。

【図２】従来技術における溶接点終了位置決定方法を説
明する図である。

【図３】レーザセンサの概略構成を例示した図である。

【図４】レーザセンサの受光素子で検出した位置によ
り、センサからの対象物の座標位置（Ｘ，Ｙ）を求める
説明図である。

【図５】レーザセンサを用いて、本願発明を図１、図２
に示したケースに適用する場合の配置例を説明する見取
り図である。なお、図中左上部分には、レーザセンサに
よって検出される断面形状を併記した。

【図６】本実施例で使用されるシステムの構成を要部ブ
ロック図で示したものある。

【図７】レーザセンサＬＳの制御部２０のメモリ２５に
書き込まれる形状判定結果データ及び屈曲点４’が検出
された場合の位置データについて説明する図である。

【図８】実施例において実行される処理１の概要を記し
たフローチャートである。

【図９】実施例において実行される処理２の概要を記し
たフローチャートである。

【符号の説明】

１溶接ロボット本体（アーム先端部）２溶接トーチ２’ 溶接電源部３ツール先端点４隅部ライン５，５’，５” 光点軌跡１０レーザセンサの検出部１１レーザ発振器１２搖動ミラー１３レンズ１４受光素子（ＣＣＤアレイまたはＰＳＤ）２０レーザセンサの制御部２１ＣＰＵ（レーザセンサ）２２レーザ駆動部２３ミラー走査部２４信号検出部２５メモリ（レーザセンサ）２８入出力装置２９バス（レーザセンサ）３０対象物面４０ロボット制御装置４１ＣＰＵ（ロボット制御装置）４２メモリ（ＲＯＭ）４３メモリ（ＲＡＭ）４４不揮発性メモリ４５液晶表示部４６教示操作盤４７ロボット軸制御器４８サーボ回路４９通信インターフェイス（通信ポート）４９’ 汎用インターフェイスＢＬバス（ロボット制御装置）ＬＢレーザビームＬＳレーザセンサＱ1 溶接開始点（隅部ラインの始端点）Ｑ2 溶接終了点（隅部ラインの終端点）Ｑ0 ，Ｑ1'，Ｑ2'，Ｑ3 教示点Ｗ1 ，Ｗ2 ワーク

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｂ 11/00 Ｇ０５Ｂ 19/19 Ｆ // Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）溶接対象ワークの断面形状を認識
する能力を有するセンサを搭載した溶接ロボットを要溶
接部へ接近させるように移動させながら前記溶接対象ワ
ークの断面形状を継続的に監視する段階と、（ｂ）前記
センサによって溶接開始位置の特徴を表わす断面形状が
検出されたならば、その断面形状に関するセンサデータ
に基づいて溶接開始位置を定める段階と、（ｃ）溶接ロ
ボットが前記定められた溶接開始位置に対応した位置に
到達したならば、溶接を開始する段階を含むことを特徴
とする断面形状認識による溶接ロボット制御方法。
【請求項２】（ａ）溶接対象ワークの断面形状を認識
する能力を有するセンサを搭載した溶接ロボットを要溶
接部に沿って移動させながら前記溶接対象ワークの断面
形状を継続的に監視する段階と、（ｂ）前記センサによ
って溶接終了位置の特徴を表わす断面形状が検出された
ならば、その断面形状に関するセンサデータに基づいて
溶接終了位置を定める段階と、（ｃ）溶接ロボットが前
記定められた溶接終了位置に対応した位置に到達したな
らば、溶接を終了する段階を含むことを特徴とする断面
形状認識による溶接ロボット制御方法。
【請求項３】（ａ）溶接対象ワークの断面形状を認識
する能力を有するセンサを搭載した溶接ロボットを要溶
接部へ接近させるように移動させながら前記溶接対象ワ
ークの断面形状を継続的に監視する段階と、（ｂ）前記
センサによって溶接開始位置の特徴を表わす断面形状が
検出されたならば、その断面形状に関するセンサデータ
に基づいて溶接開始位置を定める段階と、（ｃ）溶接ロ
ボットが前記定められた溶接開始位置に対応した位置に
到達したならば、溶接を開始する段階と、（ｄ）前記溶
接ロボットを要溶接部に沿って移動させながら前記溶接
対象ワークの断面形状を継続的に監視する段階と、
（ｅ）前記センサによって溶接終了位置の特徴を表わす
断面形状が検出されたならば、その断面形状に関するセ
ンサデータに基づいて溶接終了位置を定める段階と、
（ｆ）溶接ロボットが前記定められた溶接終了位置に対
応した位置に到達したならば、溶接を終了する段階を含
むことを特徴とする断面形状認識による溶接ロボット制
御方法。