JPH0976066A - 溶接ロボットのための溶接線位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学センサ１５が被溶接物と衝突する虞、斜
めから計測する不都合、溶接線位置から離隔し過ぎると
いう問題等を解消し、溶接線の位置を安全確実にかつ容
易にかつ正確に検出決定できるようにする。 【解決手段】 鋼梁の先端部に取り付けたジョイントピ
ース（コ字型部材）１０を鋼柱９ａに溶接するに際して
は、まず、光学センサ１５を移動させ、ジョイントピー
ス１０のウェブ１０ｂと鋼梁９ａとにまたがる２本の検
出線Ａ１，Ａ２、ジョイントピース１０ウェブ１０ｂに
ある１本の検出線Ａ３及びジョイントピース１０の上部
フランジ１０ａにある２本の検出線Ａ４，Ａ５を測定す
る。得られる表面位置データに基づいて、三次元的に広
がるジョイントピース１０と鋼梁９ａとの溶接継手部の
溶接線の位置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶接ロボットの
ための溶接線位置検出方法に係り、詳しくは、溶接ロボ
ットにより自動アーク溶接を行う際に、光学センサを用
いて被溶接物の溶接線位置を検出するための溶接線位置
検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨系建物ユニットの生産工場におい
て、角型鋼管の鋼柱と溝形鋼の鋼梁とをジョイントピー
ス（溝形鋼）を介して、アーク溶接により相互に接合す
るに際しては、従来から、例えば、特開平５−２１２５
４０号公報、特開平６−３０４７５７号公報、特開平７
−２４５７５号公報及び特願平６−１６２９３号等に記
載されているように、被溶接物との距離を知覚する能力
（以下、距離覚という）を持ち、溶接線の位置ずれを自
分自身で修正しながら溶接作業を行う、いわゆるティー
チングプレイバック方式の溶接ロボットが活用されてい
る。この場合、建物ユニット構造体の実際の組立工程と
しては、図１３に示すように、ジョイントピース１ａ
を、予め、鋼梁１ｂの先端部にスポット溶接により固着
した後、このジョイントピース１ａを鋼柱１ｃに、アー
ク溶接により溶着することで、鋼梁１ｂと鋼柱１ａとを
接合している。

【０００３】この種の溶接ロボットは、同図に示すよう
に、被溶接物（ジョイントピース１ａと鋼柱１ｂ）１の
所定の表面位置（座標）を検出するための光学センサ
（レーザセンサ）２と、溶接線に沿ってプラズマアーク
を発生させる溶接トーチ３とを可動アーム４の先端の手
首部に持つロボット本体（マニピュレータ）５と、光学
センサ２によるワーク表面位置の検出結果に基づいて、
実際の溶接線位置（実溶接線位置）と予め教示された基
準溶接線位置との位置差を算出するセンサコントローラ
６と、このセンサコントローラ６による位置差の算出結
果に基づいて、ロボット本体５の溶接トーチ３の先端
（正確には、溶接トーチ３の先端からさらに先に延びる
溶接ワイヤの先端）を、軌道修正して、実溶接線に沿っ
て移動させながら溶接を行わせるロボットコントローラ
７とから概略構成されている。

【０００４】この種の溶接ロボットについて、さらに詳
述すれば、まず、教示（ティーチング）工程では、同図
に示すように、ロボット本体５の可動アーム４を被溶接
物１と同形同大の教示物８に向け、溶接トーチ３の先端
を基準溶接線の始点と終点とに手動で当てがって、基準
溶接線位置データ（始点・終点の座標）を得、得られた
基準溶接線位置データ及び（基準溶接線位置に溶接トー
チ３が当てがわれた状態に相当する）可動アーム４や手
首部等の座標、いわゆるロボット座標を溶接トーチ教示
データとして、ロボットコントローラ７に覚え込ませ
る。基準溶接線位置データは、センサコントローラ６に
も覚え込ませる。次に、光学センサ２を、図１４に示す
ように、被溶接物１の外回りに予め設定された複数箇所
のセンサ計測位置Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１
３，Ｓ１４，Ｓ１５に順次移動させて、各センサ計測位
置の座標をセンサコントローラ６に学習記憶させる（特
開平６−３０４７５７号公報参照）。

【０００５】この後、実施される再生（プレイバック）
工程では、図１３に示すように、可動アーム４を送りラ
インＬ上の被溶接物１に向け、溶接ロボットを稼働状態
にすると、可動アーム４が動作して、まず、光学センサ
２が、予め教示された複数箇所のセンサ計測位置Ｓ１
１，Ｓ１２，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１５に順
次位置決めされる（図１４）。光学センサ２は、各セン
サ計測位置において、所定の検出線Ａ１１，Ａ１２，Ａ
１，Ａ２，Ａ１３，Ａ１４，Ａ１５に沿ってレーザビー
ムで走査して被溶接物１の表面位置（座標）を検出し、
検出結果をセンサコントローラ６に送出する。センサコ
ントローラ６は、光学センサ２から供給される被溶接物
１の表面位置データに基づいて、所定のアルゴリズムに
従って実溶接線位置を算出し、さらに、算出された実溶
接線位置が、予め記憶された基準溶接線位置からどれだ
け位置ずれしているかを算出して、この算出結果をロボ
ットコントローラ７に知らせる。ロボットコントローラ
７は、センサコントローラ６から知らせを受けた位置ず
れ量に相当する分だけ、予め教示された（基準溶接線に
対応する）ロボット座標を補正し、補正後のロボット座
標により、ロボット本体５の可動アーム１や手首の駆動
を制御する。これにより、溶接トーチ３の先端軌跡は、
実溶接線を正確に辿ることとなり、このようにして、高
精度の溶接が確実に行われるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の溶接ロボットでは、図１５に示すように、センサ計
測位置Ｓ１５が、ジョイントピース（被溶接物）１ａの
上部フランジ１００の側端縁に近接し過ぎているため、
ジョイントピース１ａの位置ずれ如何によっては、光学
センサ２と衝突する虞があった。また、センサ計測位置
Ｓ１５から、ジョイントピース１ａの下部フランジ１０
１の内平面側端縁（エッジ）を検出する場合、光学セン
サ２から射出されるレーザビームは、下部フランジ１０
１の内平面に略垂直には当たらず、充分斜めから当たる
ため（同図参照）、検出されるエッジが不鮮明となり、
それゆえ、０.１ｍｍ台の精度は得られないという欠点
もあった。加えて、センサ計測位置Ｓ１３，Ｓ１４で
は、図１４に示すように、溶接線位置から離隔し過ぎて
いるため、ジョイントピース１ａに捩じれ等が発生して
いる場合には、測定誤差が大きくなるという弊害もあ
る。

【０００７】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、鋼柱等の角柱状部材とジョイントピース等のコ
字型部材との間の溶接線の位置を安全確実にかつ正確に
検出できる溶接ロボットのための溶接線位置検出方法を
提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、第１の板状部分、該第１の
板状部分に略直交する第２の板状部分及び該第２の板状
部分に略直交し上記第１の板状部分と対向する第３の板
状部分を有してなる断面略コの字形状でかつ寸法既知の
コ字型部材と、角柱状部材とを溶接するに際し、上記コ
字型部材の外周で移動可能で、かつ、該コ字型部材の表
面に照射した光の反射光を受光して上記表面の位置を検
出する光学式位置検出手段を備え、該光学式位置検出手
段の検出結果に基づいて、上記角柱状部材とコ字型部材
との間の溶接線の位置を検出する溶接ロボットのための
溶接線位置検出方法であって、上記角柱状部材の任意の
一の外側平面に上記コ字型部材の略コの字形状の端面を
上記コ字型部材の第２の板状部材が上記角柱状部材の長
手方向に略平行となる態様で突き合わせ、上記コ字型部
材の第１の板状部材、第２の板状部材及び第３の板状部
材と上記角柱状部材との間を溶接する場合に、上記光学
式位置検出手段により、上記コ字型部材の第１の板状部
分の外平面上の所定の位置及び上記コ字型部材の第２の
板状部材の外平面の所定の位置をそれぞれ検出し、これ
らの検出結果に基づいて、上記角柱状部材とコ字型部材
との間の溶接線の位置を検出することを特徴としてい
る。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、第１の板状
部分、該第１の板状部分に略直交する第２の板状部分及
び該第２の板状部分に略直交し上記第１の板状部分と対
向する第３の板状部分を有してなる断面略コの字形状で
かつ寸法既知のコ字型部材と、角柱状部材とを溶接する
に際し、上記角柱状部材及びコ字型部材の外周で移動可
能で、かつ、該角柱状部材及びコ字型部材の表面に照射
した光の反射光を受光して上記表面の位置を検出する光
学式位置検出手段を備え、該光学式位置検出手段の検出
結果に基づいて、上記角柱状部材とコ字型部材との間の
溶接線の位置を検出する溶接ロボットのための溶接線位
置検出方法であって、上記角柱状部材の任意の一の外側
平面に上記コ字型部材の略コの字形状の端面を上記コ字
型部材の第２の板状部材が上記角柱状部材の長手方向に
略平行となる態様で突き合わせ、上記コ字型部材の第１
の板状部材、第２の板状部材及び第３の板状部材と上記
角柱状部材との間を溶接する場合に、上記光学式位置検
出手段により、上記角柱状部材の外側平面の所定の位
置、上記コ字型部材の第１の板状部分の外平面上の所定
の位置及び上記コ字型部材の第２の板状部材の外平面の
所定の位置をそれぞれ検出し、これらの検出結果に基づ
いて、上記角柱状部材とコ字型部材との間の溶接線の位
置を検出することを特徴としている。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、第１の板状
部分、該第１の板状部分に略直交する第２の板状部分及
び該第２の板状部分に略直交し上記第１の板状部分と対
向する第３の板状部分を有してなる断面略コの字形状で
かつ寸法既知のコ字型部材と、角柱状部材とを溶接する
に際し、上記コ字型部材の外周で移動可能で、かつ、該
コ字型部材の表面に所定の検出線に沿って照射した光の
反射光を受光して上記表面の位置を検出する光学式位置
検出手段を備え、該光学式位置検出手段の検出結果に基
づいて、上記角柱状部材とコ字型部材との間の溶接線の
位置を検出する溶接ロボットのための溶接線位置検出方
法であって、上記角柱状部材の任意の一の外側平面に上
記コ字型部材の略コの字形状の端面を上記コ字型部材の
第２の板状部材が上記角柱状部材の長手方向に略平行と
なる態様で突き合わせ、上記コ字型部材の第１の板状部
材及び第２の板状部材と上記角柱状部材との間を上記コ
字型部材の外側から溶接すると共に、上記コ字型部材の
第３の板状部材と上記角柱状部材との間を上記コ字型部
材の内側から溶接する場合に、上記光学式位置検出手段
により、上記コ字型部材の第２の板状部分の外平面縁端
であって上記角柱状部材に近接する所定の第１及び第２
の位置を上記溶接線に直交する所定の第１の検出線及び
所定の第２の検出線に沿って検出し、上記コ字型部材の
第２の板状部分の外平面であって非縁端部上の所定の第
３の位置を上記溶接線に直交する所定の第３の検出線に
沿って検出すると共に、上記コ字型部材の第１の板状部
分の外平面であって非縁端部上の所定の第４及び第５の
位置を上記溶接線に直交する所定の第４の検出線及び所
定の第５の検出線に沿って検出し、これらの検出結果に
基づいて、上記角柱状部材とコ字型部材との間の溶接線
の位置を検出することを特徴としている。

【００１１】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の溶接ロボットのための溶接線位置検出方法であっ
て、上記角柱状部材及びコ字型部材の外周で移動可能な
上記光学式位置検出手段を備え、該光学式位置検出手段
により、上記角柱状部材とコ字型部材との間の隙間も検
出し、検出された該隙間も考慮して、上記角柱状部材と
コ字型部材との間の溶接線の位置を検出することを特徴
としている。

【００１２】また、請求項５記載の発明は、請求項３又
は４記載の溶接ロボットのための溶接線位置検出方法で
あって、上記所定の第３乃至第５の位置は、溶接継手部
に近い領域に設定されていることを特徴としている。

【００１３】

【作用】この発明の構成において、例えば、鋼梁の先端
部に取り付けたコ字型部材を角柱状部材（鋼柱）に溶接
するには、まず、光学式位置検出手段を移動させ、コ字
型部材の第２の板状部材と角柱状部材とにまたがる２本
の検出線（第１及び第２の検出線）、コ字型部材の第２
の板状部材にある１本の検出線（第３の検出線）及びコ
字型部材の第１の板状部材にある２本の検出線（第４及
び第５の検出線）を測定する。得られる表面位置データ
に基づいて、三次元的に広がるコ字型部材と角柱状部材
との溶接継手部の溶接線の位置を算出する。これによ
り、光学センサが被溶接物と衝突する虞もなくなり、溶
接線位置から離隔し過ぎるという問題も解消されるので
（請求項５）、溶接線の位置を安全確実にかつ容易にか
つ正確に検出決定できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。図１は、この発明の一実施例である溶
接ロボットのための溶接線位置検出方法における光学セ
ンサによる検出線を示す斜視図、図２は、同溶接線位置
検出方法を採用する溶接ロボットの全体構成を示す概略
図、図３は、同溶接ロボットを構成するセンサコントロ
ーラの電気的構成を主として示すブロック図、また、図
４は、同溶接ロボットを用いて組み立てられる建物ユニ
ット構造体の構成各部（被溶接物）を示す斜視図であ
る。この例の溶接ロボットは、被溶接物との距離覚を持
ち、溶接線の位置ずれを自分自身で修正しながら溶接作
業を行うティーチングプレイバック方式のロボットであ
る点で従来の溶接ロボットと同様であり、鉄骨系建物ユ
ニットの生産工場において、送りラインに沿うユニット
構造体サブ組立ステージに配備され、角型鋼管の鋼柱と
溝形鋼の鋼梁とをジョイントピース（溝形鋼）を介し
て、アーク溶接により相互に接合する作業を行う点でも
従来の溶接ロボットと同様であるが、センシング動作に
おいて、光学センサが被溶接物と衝突する虞のある検出
線Ａ１５（図１４）や、溶接線位置から離隔し過ぎて測
定精度に影響を与えがちな検出線Ａ１３，Ａ１４（同
図）を廃し、代わりに、後述する３本の検出線Ａ３〜Ａ
５（図１）を設定した点で、従来のものと相違してい
る。

【００１５】まず、図４を参照して、この例の溶接対象
について説明する。この例における建物ユニット構造体
の実際の組立工程では、同図に示すように、２本の鋼柱
９ａ，９ａの上下端間を妻梁９ｂ，９ｂで連結してなる
一対の妻フレーム９，９と、先端部にジョイントピース
１０，１０，…がスポット溶接により固着された一対の
桁梁１１ａ，１１ａ間に複数の小梁１１ｂ，１１ｂ，…
が差し渡されてなる床フレーム１１と、同じく先端部に
ジョイントピース１０，１０，…がスポット溶接により
固着された一対の桁梁１２ａ，１２ａ間に複数の天井根
太１２ｂ，１２ｂ，…が差し渡されてなる天井フレーム
１２とを予め別個に組み立てた後、床フレーム１１のジ
ョイントピース１０，１０を妻フレーム９，９の鋼柱９
ａ，９ａ，…の下端部に、天井フレーム１２のジョイン
トピース１０，１０を妻フレーム９，９の鋼柱９ａ，９
ａ，…の上端部に、次述する溶接ロボットを用いて自動
アーク溶接によりそれぞれ溶着することで、箱形六面体
の建物ユニット構造体が組み立てられる。ここで、各ジ
ョイントピース１０は、図１に示すように、上部フラン
ジ１０ａと、この上部フランジ１０ａに直交するウェブ
１０ｂと、このウェブ１０ｂに直交し上部フランジ１０
ａと平行に対向する下部フランジ１０ｃとを有してなる
断面略コの字形状のコ字型部材であり、各構成部分１０
ａ，１０ｂ，１０ｃの寸法は既知である。この例では、
上部フランジ１０ａ及び下部フランジ１０ｃは、共に横
幅９０ｍｍ、板厚４ｍｍ、長さ２００ｍｍの長方形板状
体とされ、また、ウェブ１０ｂは、高さ１６０ｍｍ、板
厚４ｍｍ、長さ２００ｍｍの同じく長方形板状体とさ
れ、これらの寸法は、厳密に設定されている。なお、鋼
柱９ａの所定の外側平面にジョイントピース１０を溶接
する際には、略コの字形状の端面をウェブ１０ｂが鋼柱
９ａの高さ方向（長手方向）に平行となる態様で鋼柱９
ａの外側平面に突き合わせる。また、ジョイントピース
１０が鋼柱９ａに密着したときでも、桁梁１１ａ，１２
ａの先端部と鋼梁９ａとの間には略５ｍｍ程度の隙間が
存在するので、後述するジョイントピース１０の内側か
らの溶接作業に支障はない。

【００１６】次に、この例の溶接ロボットは、図２に示
すように、可動アーム１３の先端の手首部１４に光学セ
ンサ１５と溶接トーチ１６とを持つロボット本体１７
と、光学センサ１５の検出結果に基づいて、実溶接線位
置の基準溶接線位置からの位置ずれを算出するセンサコ
ントローラ１８と、このセンサコントローラ１８の算出
結果に基づいて、ロボット本体１７の溶接トーチ１６の
先端軌跡を修正するロボットコントローラ１９と、教示
モードでセンサコントローラ１８やロボットコントロー
ラ１９に基準溶接線位置等を覚え込ませる教示ボックス
２０とから概略構成され、必要に応じて、パソコンやホ
ストコンピュータが接続され得るようになっている。

【００１７】ロボット本体１７は、モータと減速機が直
接各関節に取り付けられた多関節構造のもので、台座２
１の上には三次元的に様々の姿勢をとりながら、光学セ
ンサ１５や溶接トーチ１６をロボットコントローラ１９
からの指令の通りに移動させる動腕部２２が設けられて
いる。この動腕部２２は、可動アーム１３と、この可動
アーム１３の先端に設けられ、光学センサ１５と溶接ト
ーチ１６とを持つ手首部１４と、可動アーム１３の基端
部を台座２１上で回動自在に軸支して、可動アーム１３
を被溶接物と教示物との間で往復させる基動部２３とか
らなっている。また、可動アーム１３は、さらに、第１
アーム１３ａと第２アーム１３ｂとに分けられている。

【００１８】上記光学センサ１５は、半導体レーザや投
光レンズ等からなる発光部と、結像レンズや一次元位置
検出素子（ＰＳＤ）等からなる受光部とを有してなり、
半導体レーザからの射出光が、投光レンズで絞られ、被
溶接物（被測定物）上に光スポットを作ると、この光ス
ポットが、被溶接物（被測定物）の表面で拡散反射し、
一部が戻ってきて結像レンズによって位置検出素子上に
像となって結ばれることで、いわゆる三角測量の原理
で、光スポットがなぞる検出線Ａ１〜Ａ５上の各計測点
の位置や光学センサ１５の前面から各計測点までの距離
が計測されるようになっている。ここで、光学センサ１
５の位置決め点であるセンサ計測位置Ｓ１〜Ｓ５のＸＹ
Ｚ直交座標系（図１）上の座標値（Ｓxn，Ｓyn，Ｓzn）
は、センサコントローラ１８に予め記憶されているの
で、各センサ計測位置Ｓ１〜Ｓ５の座標値（Ｓxn，Ｓy
n，Ｓzn）と光学センサ１５の検出結果とに基づいて、
検出線Ａ１〜Ａ５上の各計測点の座標値（Ａxn，Ａyn，
Ａzn）も、確実に求められる。

【００１９】この光学センサ１５には、センサコントロ
ーラ１８が接続されている。このセンサコントローラ１
８は、図２に示すように、センサ駆動回路１８ａと、形
状解析部１８ｂと、教示データ作成部１８ｃ、記憶部１
８ｄと、ずれ量算出部１８ｅと、最適条件選択部１８ｆ
とから構成されている。センサ駆動回路１８ａは、セン
サ計測位置Ｓ１〜Ｓ５（図１）に位置決めされた光学セ
ンサ１５を対応する検出線Ａ１〜Ａ５に沿って光スポッ
ト（レーザビーム）で走査させると共に、光学センサ１
５の受光感度を調整する。形状解析部１８ｂは、走査中
の光学センサ１５から送出されてきた受光量データや表
面位置データ等の検出信号に基づいて、かつ、後述する
所定のアルゴリズムに従って、被溶接物（ジョイントピ
ース１０）のエッジ部の位置（この例では、このエッジ
部の位置が実溶接線位置となる）等の形状データを解析
する。教示データ作成部１８ｃは、教示モードの設定
時、基準溶接線位置やセンサ計測位置Ｓ１〜Ｓ５及びエ
ッジ部の形状データ等を含む教示データを作成して、記
憶部１８ｄに格納する。記憶部１８ｄは、上記教示デー
タを格納する他、光スポットで走査中の光学センサ１５
から逐次送出されてくる計測点毎の受光量と座標値（Ａ
xn，Ａyn，Ａzn）とを記憶する。また、ずれ量算出部１
８ｅは、教示データに含まれる基準溶接線位置と形状解
析部１８ｂにおいて求められた被溶接物（ジョイントピ
ース１０）の実溶接線位置との位置ずれ量を算出して、
算出された位置ずれ量をロボットコントローラ１９に送
信する。最適条件選択部１８ｆは、Ｘ成分の位置ずれ量
の算出結果に基づいて（Ｘ成分の位置ずれ量は、溶接継
手部の隙間の大小に対応すると考えることができる）、
ロボットコントローラ１９が予め保管している溶接条件
データベースから最適な溶接条件を選択し、該当する溶
接番号（溶接条件データベースの番号）をロボットコン
トローラ１９に送信する。

【００２０】このセンサコントローラ１８は、ロボット
コントローラ１９に電気的に接続されている。ロボット
コントローラ１９は、センサコントローラ１８からセン
サ計測位置Ｓ１〜Ｓ５への移動命令を受けたときは、動
腕部２２を動かして光学センサ１５をセンサ計測位置Ｓ
１〜Ｓ５に位置決めする。また、ロボットコントローラ
１９は、センサコントローラ１８から送られてきた位置
ずれ量及び溶接番号に基づいて、ロボット本体５の動腕
部２２を制御して、溶接トーチ３の先端の軌道を修正
し、実溶接線に沿って、最適の溶接条件で溶接を行わせ
る。なお、このロボットコントローラ１９内の最適溶接
条件データベースには、熟練工の知識や経験に基づい
て、溶接条件決定のための電流、電圧、速度、トーチ角
度、狙い角度等の情報が記憶されている。

【００２１】次に、この例の作用について説明する。 ◇教示モード まず、ロボット本体１７に対する相対位置が送りライン
上の被溶接物（鋼柱９ａとジョイントピース１０）と同
じ関係になるように、送りライン外に教示物（柱教示物
９ａ'とジョイントピース教示物１０'）を配置する。教
示物９ａ'，１０'は、被溶接物９ａ，１０と同じもの、
あるいはモデル化したものである。ジョイントピース教
示物１０'は、上部フランジ１０ａ'と、この上部フラン
ジ１０ａ'に厳密に直交するウェブ１０ｂ'と、このウェ
ブ１０ｂ'に厳密に直交し上部フランジ１０ａ'と厳密に
平行に対向する下部フランジ１０ｃ'とを有してなる断
面略コの字形状のコ字型部材であり、各構成部分１０
ａ'，１０ｂ'，１０ｃ'の寸法については、上部フラン
ジ１０ａ'及び下部フランジ１０ｃ'が、共に横幅９０.
０ｍｍ、板厚４.０ｍｍ、長さ２００.０ｍｍの長方形板
状体とされ、また、ウェブ１０ｂ'は、高さ１６０.０ｍ
ｍ、板厚４.０ｍｍ、長さ２００.０ｍｍの同じく長方形
板状体とされ、これらの寸法は、通常の被溶接物９ａ，
１０よりも一段と厳密に設定されている。また、ジョイ
ントピース教示物１０'は、略コの字形状の端面をウェ
ブ１０ｂ'が柱教示物９ａ'の高さ方向（長手方向）に厳
密に平行となる態様で柱教示物９ａ'の外側平面に突き
合わせられている。このような教示物９ａ'，１０'にロ
ボット本体１７を向けて教示を行う。すなわち、教示ボ
ックス２０を操作して、まず、図５に示すように、溶接
トーチ１６の先端を矢印Ｘ及び矢印Ｙで示すジョイント
ピース教示物１０'のエッジ線に沿って動かすことで基
準座標を溶接ロボットに教示する。この例において、座
標の原点は、同図に示すように、ジョイントピース教示
物１０'の上部フランジ１０ａ'外平面の溶接継手部側の
エッジ線と、ウェブ１０ｂ'外平面の溶接継手部側のエ
ッジ線とが交差する点に設定される。

【００２２】この後、同図に示すように、教示物９
ａ'，１０'の第１の基準溶接線の始点Ｐ１と終点Ｐ２と
に溶接トーチ１６の先端を手動により順次当てがって、
始点Ｐ１及び終点Ｐ２の座標をロボットコントローラ１
９に覚え込ませる。これにより、ロボットコントローラ
１９は、第１の基準溶接線位置（Ｐ１(０，４，−１５
６)→Ｐ２(０，９０，１５６)）及び（基準溶接線位置
に溶接トーチ３の先端が当てがわれた状態に相当する）
可動アーム４や手首部等の座標、いわゆるロボット座標
を学習記憶する。以下、同様の操作により、第２の基準
溶接線位置（Ｐ３(０，９０，０)→Ｐ４(０，０，０)）
及び対応するロボット座標、第３の基準溶接線位置（Ｐ
５(０，０，０)→Ｐ６(０，０，−１６０)）及び対応す
るロボット座標をロボットコントローラ１９に学習記憶
させる。ここで、第１の基準溶接線（Ｐ１(０，４，−
１５６)→Ｐ２(０，９０，１５６)）は、下部フランジ
１０ｃ'内平面の溶接継手部側のエッジ線であり、第２
の基準溶接線（Ｐ３(０，９０，０)→Ｐ４(０，０，
０)）は、上部フランジ１０ａ'外平面の溶接継手部側の
エッジ線であり、また、第３の基準溶接線（Ｐ５(０，
０，０)→Ｐ６(０，０，−１６０)）は、ウェブ１０ｂ'
外平面の溶接継手部側のエッジ線であるので、ロボット
コントローラ１９は、まず、ジョイントピース１０の下
部フランジ１０ｃと鋼柱９ａとの間をジョイントピース
１０の内側（Ｐ１→Ｐ２）から溶接し、次いで、ジョイ
ントピース１０の上部フランジ１０ａと鋼柱９ａとの間
をジョイントピース１０の外側（Ｐ３→Ｐ４）から溶接
し、最後に、ジョイントピース１０のウェブ１０ｂと鋼
柱９ａとの間をジョイントピース１０の外側（Ｐ５→Ｐ
６）から溶接することを学習する。基準溶接線位置は、
センサコントローラ１８でも記憶される。

【００２３】次に、光学センサ１５を、図１に示すよう
に、教示物の外回りに予め設定された５箇所のセンサ計
測位置Ｓ１〜Ｓ５に順次位置決めして、これらの位置Ｓ
１〜Ｓ５をセンサコントローラ１８に覚え込ませると共
に、一連の座標検出手順をセンサコントローラ１８に教
え込む。すなわち、図１及び図６に示すように、まず、
光学センサ１５をセンサ計測位置Ｓ１（０，Ｓy1，−１
３０）に位置決めし、この位置で、ジョイントピース１
０のウェブ１０ｂの溶接継手部側のエッジ位置Ａ１（Ａ
x1，Ａy1，−１３０）をジョイントピース１０と鋼柱９
ａとにまたがる検出線Ａ１に沿って光スポットで走査し
て検出し、次に、センサ計測位置Ｓ２（０，Ｓy2，−３
０）に移り、この位置で、ジョイントピース１０のウェ
ブ１０ｂの溶接継手部側のエッジ位置Ａ２（Ａx2，Ａy
2，−１３０）をジョイントピース１０と鋼柱９ａとに
またがる検出線Ａ２に沿って光スポットで走査して検出
し、この後、センサ計測位置Ｓ３（１００，Ｓyx3，−
３０）に移り、この位置で、ジョイントピース１０のウ
ェブ１０ｂの所定の外平面位置Ａ３（１００，Ａy3，−
３０）をジョイントピース１０にある検出線Ａ３に沿っ
て光スポットで走査して検出し、さらに、センサ計測位
置Ｓ４（５０，３０，Ｓx4）に進んで、この位置で、ジ
ョイントピース１０の上部フランジ１０ａの所定の外平
面位置Ａ４（５０，３０，Ａz4）をジョイントピース１
０にある検出線Ａ４に沿って光スポットで走査して検出
し、最後に、センサ計測位置Ｓ５（５０，６０，Ｓx5）
に進み、この位置で、ジョイントピース１０の上部フラ
ンジ１０ａの所定の外平面位置Ａ５（５０，６０，Ａz
5）をジョイントピース１０にある検出線Ａ４に沿って
光スポットで走査して検出する手順をセンサコントロー
ラ１８に教え込む。

【００２４】なお、教示物について、上記のような座標
検出を行えば、図７に示すように、エッジ位置Ａ１
（０，０，−１３０）、エッジ位置Ａ２（０，０，−３
０）、ウェブ１０ｂの外平面位置Ａ３（１００，０，−
３０）、上部フランジ１０ａの外平面位置Ａ４（５０，
３０，０）、上部フランジ１０ａの外平面位置Ａ５（５
０，６０，０）となる。

【００２５】◇再生モード 次に、ロボット本体１７の可動アーム１３を送りライン
上の被溶接物に戻して再生モードにすると、センサコン
トローラ１８は、ロボットコントローラ１９にセンサ計
測位置Ｓ１〜Ｓ５への移動命令を発行する。ロボットコ
ントローラ１９は、この移動命令を受けたときは、動腕
部２２を動かして光学センサ１５をセンサ計測位置Ｓ１
〜Ｓ５に順次位置決めする。光学センサ１５は、センサ
計測位置Ｓ１〜Ｓ５に位置決めされると、センサ駆動回
路１８ａの制御に従って、対応する検出線Ａ１〜Ａ５に
沿って、光スポットで走査しながら、所定の表面位置に
ついて座標の検出を行う（図１及び図６）。検出された
座標Ａ１（Ａx1，Ａy1，−１３０）、Ａ２（Ａx2，Ａy
2，−１３０）、Ａ３（１００，Ａy3，−３０）、Ａ４
（５０，３０，Ａz4）、Ａ５（５０，６０，Ａz5）は、
センサコントローラ１８の記憶部１８ｄに一旦格納され
る。

【００２６】センサコントローラ１８の形状解析部１８
ｂは、記憶部１８ｄから必要な座標値Ａ１（Ａx1，Ａy
1，−１３０）、Ａ２（Ａx2，Ａy2，−１３０）、Ａ３
（１００，Ａy3，−３０）、Ａ４（５０，３０，Ａz
4）、Ａ５（５０，６０，Ａz5）を読み出して、以下に
示すアルゴリズムに従って、今回被溶接物に対する実溶
接線位置、具体的には、第１の実溶接線位置（Ｐ１(Ｐx
1，Ｐy1，Ｐz1)→Ｐ２(Ｐx2，Ｐy2，Ｐz2)）、第２の実
溶接線位置（Ｐ３(Ｐx3，Ｐy3，Ｐz3)→Ｐ４(Ｐx4，Ｐy
4，Ｐz4)）、第３の実溶接線位置（Ｐ５(Ｐx5，Ｐy5，
Ｐz5)→Ｐ６(Ｐx6，Ｐy6，Ｐz6)）を算出する（図
８）。なお、溶接は、（Ｐ１→Ｐ２）→（Ｐ３→Ｐ４）
→（Ｐ５→Ｐ６）の順序で行われるが、座標算出は、Ｐ
５（Ｐ４）→Ｐ６→Ｐ３→Ｐ１→Ｐ２の順序で行われ
る。

【００２７】［１］実溶接線位置Ｐ５(Ｐx5，Ｐy5，Ｐz
5)の座標算出 いま、位置ずれが極端に大きくないときは、被溶接物で
あるジョイントピース１０の上部フランジ１０ａ外平面
の溶接継手部側のエッジ線と、ウェブ１０ｂ外平面の溶
接継手部側のエッジ線とが交差する点のＹ座標値は、Ａ
y2であるとみなすことができる。この前提に立てば、Ｐ
z5は、式（１）により与えられる（図９参照）。 Ｐz5＝Ａz4−（３０−Ａy2）（Ａz5−Ａz4）／３０ （１） Ｐy5は、式（２）により与えられる（図１０参照）。 Ｐy5＝Ａy2＋（Ａy2−Ａy1）（Ｐz5−３０）／１００ （２） Ｐx5は、式（３）により与えられる（図１１参照）。 Ｐx5＝Ａx2＋（Ａx2−Ａx1）（Ｐz5−３０）／１００ （３）

【００２８】［２］実溶接線位置Ｐ４(Ｐx4，Ｐy4，Ｐz
4)）の座標算出 Ｐ４(Ｐx4，Ｐy4，Ｐz4)）はＰ５(Ｐx5，Ｐy5，Ｐz5)と
一致すると考えることができる（図８参照）。したがっ
て、Ｐx4，Ｐy4，Ｐz4は、式（４），（５），（５）に
より与えられる。 Ｐx4＝Ｐx5 （４） Ｐy4＝Ｐy5 （５） Ｐz4＝Ｐz5 （６）

【００２９】［３］実溶接線位置Ｐ６(Ｐx6，Ｐy6，Ｐz
6)）の座標算出 Ｐz6は、近似的に式（７）により与えられる。 Ｐz6＝Ｐz5−１６０ （７） Ｐx6は、式（８）により与えられる。 Ｐx6＝Ａx1−（Ａx2−Ａx1）（１３０−Ｐz6）／１００ （８） Ｐy6は、式（９）により与えられる。 Ｐy6＝Ａy1−（Ａy2−Ａy1）（１３０−Ｐz6）／１００ （９）

【００３０】［４］実溶接線位置Ｐ３(Ｐx3，Ｐy3，Ｐz
3)）の座標算出 Ｐz3は、式（１０）により与えられる。 Ｐz3＝Ａz5＋（Ａz5−Ａz4）（３０＋Ａy2）／３０ （１０） Ｐy3は、近似的に式（１１）により与えられる。 Ｐy3＝Ｐy4＋９０ （１１） Ｐz3は、式（１２）により与えられる。 Ｐz3＝Ｐx4−１００（Ａy3−Ａy2）／９０ （１２）

【００３１】［５］実溶接線位置Ｐ１(Ｐx1，Ｐy1，Ｐz
1)）の座標算出 Ｐ１(Ｐx1，Ｐy1，Ｐz1)）は、Ｐ６(Ｐx6，Ｐy6，Ｐz
6)）に対して、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分については、板厚分
の差（４ｍｍ）であるから、式（１３），（１４），
（１５）により与えられる。 Ｐx1＝Ｐx6 （１３） Ｐy1＝Ｐy6＋４ （１４） Ｐz1＝Ｐz6＋４ （１５）

【００３２】［６］実溶接線位置Ｐ２(Ｐx2，Ｐy2，Ｐz
2)）の座標算出 Ｐx3は、式（１６）により与えられる。 Ｐx3＝Ｐx1−１００（Ａy3−Ａy2）／９０ （１６） Ｐy3は、近似的に式（１７）により与えられる。 Ｐy3＝Ｐy6＋９０ （１７） Ｐz3は、Ｐz4と板厚分の差（４ｍｍ）の関係であるか
ら、式（１８）により与えられる。 Ｐz3＝Ｐz4−１５６ （１８）

【００３３】こうして、今回被溶接物に対する実溶接線
位置（Ｐ１→Ｐ２）、（Ｐ３→Ｐ４）、（Ｐ５→Ｐ６）
が算出されると、ずれ量算出部１８ｅは、記憶部１８ｄ
から基準溶接線位置データを読み出して、今回被溶接物
（ジョイントピース１０）の実溶接線位置が、基準溶接
線位置からどの程度位置ずれしているかを算出し、算出
された位置ずれ量をロボットコントローラ１９に送信す
る。最適条件選択部１８ｆは、Ｘ成分の位置ずれ量の算
出結果に基づいて、ロボットコントローラ１９が予め保
管している溶接条件データベースから最適な溶接条件を
選択し、該当する溶接番号（溶接条件データベースの番
号）をロボットコントローラ１９に送信する。ロボット
コントローラ１９は、センサコントローラ１８から送ら
れてきた位置ずれ量及び溶接番号に基づいて、ロボット
本体５の動腕部２２を制御して、溶接トーチ３の先端の
軌道を修正し、実溶接線（Ｐ１→Ｐ２）→（Ｐ３→Ｐ
４）→（Ｐ５→Ｐ６）に沿って、最適の溶接条件で溶接
を行わせる。

【００３４】このように、この例の構成によれば、ジョ
イントピース１０の上部フランジ１０ａ及びウェブ１０
ｂに検出線Ａ１〜Ａ５を設定すると共に、検出線Ａ１〜
Ａ５をなるべく溶接継手部に近い位置に設定するように
したので、光学センサ１５が被溶接物と衝突する虞もな
くなり、測定精度も向上する。

【００３５】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、溶接順
路、センシング順序、センサ計測位置等は適宜変更可能
である。また、上述の実施例では、柱と梁を溶接する場
合、ジョイントピースを介することとしたが、直接、柱
と梁とを接合する場合にもこの発明を適用できる。もっ
とも、この発明は、柱と梁との溶接に限定されない。ま
た、上述の実施例では、ジョイントピースと鋼柱との間
のギャップを積極的に計測することの説明を省略した
が、例えば、図１２に示すように、鋼梁の被溶接部位と
背向する外側面に対して、新たに単数又は複数の検出線
Ａ１１，Ａ１２（センサ計測位置Ｓ１１，Ｓ１２）を設
けることにより、ギャップを一段と確実に計測できる。
そして、ギャップが大きい場合には、ジョイントピース
１０のエッジ線ではないギャップ内に実溶接線を設ける
こともできる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、光学センサが被溶接物と衝突する虞も、斜めか
ら計測するという不都合もなくなり、溶接線位置から離
隔し過ぎるという問題も解消されるので、溶接線の位置
を安全確実にかつ容易にかつ正確に検出決定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である溶接ロボットのため
の溶接線位置検出方法における光学センサによる検出線
を示す斜視図である。

【図２】同溶接線位置検出方法を採用する溶接ロボット
の全体構成を示す図である。

【図３】同溶接ロボットを構成するセンサコントローラ
の電気的構成を主として示すブロック図である。

【図４】同溶接ロボットを用いて組み立てられる建物ユ
ニット構造体の構成各部（被溶接物）を示す斜視図であ
る。

【図５】同溶接線位置検出方法の説明に供される説明図
である。

【図６】同溶接線位置検出方法の説明に供される説明図
である。

【図７】同溶接線位置検出方法の説明に供される説明図
である。

【図８】同溶接線位置検出方法の説明に供される説明図
である。

【図９】同溶接線位置検出方法の説明に供される説明図
である。

【図１０】同溶接線位置検出方法の説明に供される説明
図である。

【図１１】同溶接線位置検出方法の説明に供される説明
図である。

【図１２】この発明の別の実施例である溶接ロボットの
ための溶接線位置検出方法における光学センサによる検
出線を示す斜視図である。

【図１３】従来技術を説明するための図である。

【図１４】従来技術における光学センサによる検出線を
示す斜視図である。

【図１５】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

９ａ 鋼柱（角柱状部材） １０ ジョイントピース（コ字型部材） １０ａ 上部フランジ（第１の板状部分） １０ｂ ウェブ（第２の板状部分） １０ｃ 下部フランジ（第３の板状部分） １５ 光学センサ（光学式位置検出手段） １６ 溶接トーチ １７ ロボット本体 １８ センサコントローラ １９ ロボットコントローラ Ａ１ 検出線（所定の第１の検出線） Ａ２ 検出線（所定の第２の検出線） Ａ３ 検出線（所定の第３の検出線） Ａ４ 検出線（所定の第４の検出線） Ａ５ 検出線（所定の第５の検出線）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の板状部分、該第１の板状部分に略
   直交する第２の板状部分及び該第２の板状部分に略直交
   し前記第１の板状部分と対向する第３の板状部分を有し
   てなる断面略コの字形状でかつ寸法既知のコ字型部材
   と、角柱状部材とを溶接するに際し、前記コ字型部材の
   外周で移動可能で、かつ、該コ字型部材の表面に照射し
   た光の反射光を受光して前記表面の位置を検出する光学
   式位置検出手段を備え、該光学式位置検出手段の検出結
   果に基づいて、前記角柱状部材とコ字型部材との間の溶
   接線の位置を検出する溶接ロボットのための溶接線位置
   検出方法であって、 前記角柱状部材の任意の一の外側平面に前記コ字型部材
   の略コの字形状の端面を前記コ字型部材の第２の板状部
   材が前記角柱状部材の長手方向に略平行となる態様で突
   き合わせ、前記コ字型部材の第１の板状部材、第２の板
   状部材及び第３の板状部材と前記角柱状部材との間を溶
   接する場合に、 前記光学式位置検出手段により、前記コ字型部材の第１
   の板状部分の外平面上の所定の位置及び前記コ字型部材
   の第２の板状部材の外平面の所定の位置をそれぞれ検出
   し、これらの検出結果に基づいて、前記角柱状部材とコ
   字型部材との間の溶接線の位置を検出することを特徴と
   する溶接ロボットのための溶接線位置検出方法。
2. 【請求項２】 第１の板状部分、該第１の板状部分に略
   直交する第２の板状部分及び該第２の板状部分に略直交
   し前記第１の板状部分と対向する第３の板状部分を有し
   てなる断面略コの字形状でかつ寸法既知のコ字型部材
   と、角柱状部材とを溶接するに際し、前記角柱状部材及
   びコ字型部材の外周で移動可能で、かつ、該角柱状部材
   及びコ字型部材の表面に照射した光の反射光を受光して
   前記表面の位置を検出する光学式位置検出手段を備え、
   該光学式位置検出手段の検出結果に基づいて、前記角柱
   状部材とコ字型部材との間の溶接線の位置を検出する溶
   接ロボットのための溶接線位置検出方法であって、 前記角柱状部材の任意の一の外側平面に前記コ字型部材
   の略コの字形状の端面を前記コ字型部材の第２の板状部
   材が前記角柱状部材の長手方向に略平行となる態様で突
   き合わせ、前記コ字型部材の第１の板状部材、第２の板
   状部材及び第３の板状部材と前記角柱状部材との間を溶
   接する場合に、 前記光学式位置検出手段により、前記角柱状部材の外側
   平面の所定の位置、前記コ字型部材の第１の板状部分の
   外平面上の所定の位置及び前記コ字型部材の第２の板状
   部材の外平面の所定の位置をそれぞれ検出し、これらの
   検出結果に基づいて、前記角柱状部材とコ字型部材との
   間の溶接線の位置を検出することを特徴とする溶接ロボ
   ットのための溶接線位置検出方法。
3. 【請求項３】 第１の板状部分、該第１の板状部分に略
   直交する第２の板状部分及び該第２の板状部分に略直交
   し前記第１の板状部分と対向する第３の板状部分を有し
   てなる断面略コの字形状でかつ寸法既知のコ字型部材
   と、角柱状部材とを溶接するに際し、前記コ字型部材の
   外周で移動可能で、かつ、該コ字型部材の表面に所定の
   検出線に沿って照射した光の反射光を受光して前記表面
   の位置を検出する光学式位置検出手段を備え、該光学式
   位置検出手段の検出結果に基づいて、前記角柱状部材と
   コ字型部材との間の溶接線の位置を検出する溶接ロボッ
   トのための溶接線位置検出方法であって、 前記角柱状部材の任意の一の外側平面に前記コ字型部材
   の略コの字形状の端面を前記コ字型部材の前記第２の板
   状部材が前記角柱状部材の長手方向に略平行となる態様
   で突き合わせ、前記コ字型部材の前記第１の板状部材及
   び第２の板状部材と前記角柱状部材との間を前記コ字型
   部材の外側から溶接すると共に、前記コ字型部材の前記
   第３の板状部材と前記角柱状部材との間を前記コ字型部
   材の内側から溶接する場合に、 前記光学式位置検出手段により、前記コ字型部材の第２
   の板状部分の外平面縁端であって前記角柱状部材に近接
   する所定の第１及び第２の位置を前記溶接線に直交する
   所定の第１の検出線及び所定の第２の検出線に沿って検
   出し、前記コ字型部材の第２の板状部分の外平面であっ
   て非縁端部上の所定の第３の位置を前記溶接線に直交す
   る所定の第３の検出線に沿って検出すると共に、前記コ
   字型部材の第１の板状部分の外平面であって非縁端部上
   の所定の第４及び第５の位置を前記溶接線に直交する所
   定の第４の検出線及び所定の第５の検出線に沿って検出
   し、これらの検出結果に基づいて、前記角柱状部材とコ
   字型部材との間の溶接線の位置を検出することを特徴と
   する溶接ロボットのための溶接線位置検出方法。
4. 【請求項４】 前記角柱状部材及びコ字型部材の外周で
   移動可能な前記光学式位置検出手段を備え、該光学式位
   置検出手段により、前記角柱状部材とコ字型部材との間
   の隙間も検出し、検出された該隙間も考慮して、前記角
   柱状部材とコ字型部材との間の溶接線の位置を検出する
   ことを特徴とする請求項３記載の溶接ロボットのための
   溶接線位置検出方法。
5. 【請求項５】 前記所定の第３乃至第５の位置は、溶接
   継手部に近い領域に設定されていることを特徴とする請
   求項３又は４記載の溶接ロボットのための溶接線位置検
   出方法。