JPH10244367A - 溶接ロボットシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接ロボットにギャップ長に適応した条件の
ウィービングとトラッキングを行なわせること。 【解決手段】 ロボット手先部１にレーザセンサ２と溶
接トーチ３を取り付けて継ぎ手Ａ，Ｂの溶接を行なう。
レーザセンサ２はレーザビーム５で継ぎ手面上を走査
（６Ａ，６Ｂ）し、溶接線位置検出とギャップ長検出を
周期的に行なう。ロボットからセンサにタイムスタンプ
付のセンサ現在位置データが周期的に出力され、溶接線
位置がロボットデータとして求められる。検出されたギ
ャップ長ｇ（ｘ）のレンジに応じたウィービング条件が
選択され、トーチ先端４は、トラッキングとウィービン
グを重ね合わせた軌跡ＷＶを描く。ウィービング条件切
換は、軌道の乱れを防止したタイミングで行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク溶接トーチ
とレーザセンサを搭載した溶接ロボットシステムに関
し、更に詳しく言えば、溶接継ぎ手のギャップ長（ギャ
ップの大きさ）の変動に適応させながらウィービング動
作とリアルタイムトラッキング（溶接線追従）を併行実
施するようにした前記溶接ロボットシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接トーチを手先部に取り付けた
ロボット（溶接ロボット）にレーザセンサを搭載し、溶
接線位置を先行的にセンシングしながらロボットを溶接
線に沿って移動させる技術は、溶接ロボットにおけるリ
アルタイムトラッキング（溶接線追従）と呼ばれてい
る。この技術を適用すれば、個々の溶接対象継ぎ手の位
置決めが正確になされていない場合であってもロボット
を実際の溶接線に沿って移動させるることが可能となる
ため、溶接品質を高める手段として広く利用されてい
る。

【０００３】一方、厚板に対する溶接やギャップの存在
が予測されるような継ぎ手に対する溶接を行なう溶接ロ
ボットについては、ウィービング動作を行なわせる必要
がある。ウィービング動作は、ロボットの移動経路を基
準経路（ウィービング量が“０”に対応する経路）から
側方に周期的にずらせる動作である。従って、上記のリ
アルタイムトラッキングを適用した溶接ロボットにウィ
ービング動作を行なわせる場合には、レーザセンサによ
って検出された溶接線位置を基準（ウィービング量
“０”の位置）にウィービング量を上乗せした移動経路
を実現させる必要がある。

【０００４】また、溶接経路に沿って継ぎ手のギャップ
長に変動がある場合には、ウィービング動作の条件（ウ
ィービング振幅、ウィービング周期、ウィービング形−
サインカーブ形、８の字形、ジグザグ形等−、ウィービ
ングの有無など）を移動途中で切り換えることが望まれ
る。

【０００５】例えば、ギャップ長が大きな移動区間（教
示点間の区間とは限らないことに注意）では大きなウィ
ービング振幅でウィービング動作を行ない、ギャップ長
が小さな移動区間では小さなウィービング振幅でウィー
ビング動作を行なう（場合によっては、ウィービング動
作無しとする）ことで、溶接の品質を向上させることが
出来る。

【０００６】このように、トラッキングとウィービング
の併用時に継ぎ手のギャップ長に応じてウィービング条
件を切り換えるという考え方自体は、従来より提案され
ていなかった訳ではない。しかしながら、現実の溶接ロ
ボットにこのような複合的な動作を行なわせることは容
易ではなく、実際的な技術は知られていないのが現状で
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】実際に正確なトラッキ
ングとウィービングを併用しながらギャップ長に応じた
ウィービング条件の切り換えを行なうためには、溶接線
の位置やギャップ長を定めるための基礎データとなる客
観的なプロファイル情報（ロボット座標系上で表現され
たプロファイル情報）を精度良く得る必要がある。

【０００８】しかし、レーザセンサの検出出力から得ら
れるのは、ウィービング動作中のロボットと一体的に移
動するセンサ座標系上での継ぎ手のプロファイル情報を
表現するセンサデータであり、それのみからは客観的な
（ロボット座標系上での）溶接線の位置やギャップを割
り出すことは出来ない。そこで、レーザセンサの検出出
力とその検出出力に対応するセンシングが行なわれた時
点におけるロボット位置とを適正に対応付けて客観的な
プロファイル情報に基づいて溶接線の位置やギャップ長
を定める必要がある。

【０００９】また、ギャップ長の変動を検出してウィー
ビング条件を切り換える際には、ウィービング条件切換
に伴ってロボットの軌道が乱れないように配慮する必要
がある。

【００１０】そこで、本発明の基本的な目的は、溶接線
のトラッキングを正確に行いながらギャップ長に応じた
ウィービング条件の下でウィービング動作を併行実施出
来るようにした溶接ロボットを提供することにある。

【００１１】また、本発明は、ウィービング動作時にも
溶接線の位置やギャップ長を正確に定めることが出来る
ようにし、その事を通して、正確なトラッキングにウィ
ービングを併用しながらギャップ長に応じたウィービン
グ条件の切り換えを行なうことが出来る溶接ロボットを
提供しようとするものである。

【００１２】更に、本発明は上記溶接ロボットについ
て、ウィービング条件の切換に伴う軌道の変更が円滑に
行なわれるようにすることをも企図している。そして、
本発明はこれらのことを通して、ギャップ長が一定でな
いような継ぎ手に対する溶接の品質室を向上させること
を目指している。

【００１３】

【問題点を解決するための手段】本発明は、溶接トーチ
を取り付けたロボットと、溶接トーチに対してロボット
進行方向領域をセンシングするように前記ロボットに本
体部を取り付けられたレーザセンサと、ロボットの制御
手段とを備えた溶接ロボットシステムを改良して前記目
的を達成するものである。

【００１４】即ち、ロボットの制御手段はレーザセンサ
にタイムスタンプでラベリングされたレーザセンサの位
置データをロボットデータで出力する手段を有する一
方、レーザセンサは、ラベリングされたレーザセンサの
位置データとセンシング結果とに基づいて、溶接対象継
ぎ手のプロファイルを検出する手段と、検出されたプロ
ファイルに基づいて溶接線位置とギャップ長を算出して
記憶する手段を有している。

【００１５】そして、ロボットの制御手段は更に、記憶
された溶接線位置に基づいて溶接線のトラッキングのた
めの補正量を求める手段と、記憶されたギャップ長に応
じて選択されたウィービング条件に従ってウィービング
量を求める手段と、求められたトラッキングのための補
正量とウィービング量と、教示経路上の補間位置に基づ
いてロボットの移動目標位置を求める手段を備えてい
る。

【００１６】本発明の好ましい実施形態においては、ロ
ボットの制御手段は更に、検出されたギャップ長に応じ
て選択されたウィービング条件が切り換えられる際に、
ロボットの位置が急変しないようにウィービング量を定
める手段を備えている。

【００１７】本発明の溶接ロボットシステムによれば、
ギャップ長の変動が予測される溶接継ぎ手について、線
に沿った正確なリアルタイムトラッキングと、ギャップ
長の変化に応じて制御されたウィービング条件の下での
ウィービングを併行的に実施することが出来る。また、
ウィービング条件の切換に際しては、溶接点の滑らかな
移動を保証することも出来る。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した溶接ロ
ボットシステムを用いて溶接を実行する際の配置の概要
と、ギャップ長の検出について説明する図である。同図
において、継ぎ手を構成するワークＡ，Ｂは、ワークテ
ーブルＷＴ上に治具（図示省略）を用いて位置決めされ
ている。継ぎ手Ａ，Ｂは、ロボットに設定済みのワーク
座標系のＸ軸方向にほぼ沿って延びるＹ方向ギャップＧ
を有している。Ｘ軸座標値がｘである位置（位置ｘ）に
おけるギャップ幅をｇ（ｘ）で表わすことにする。ｇ
（ｘ）の値は一定ではなく、“０”（ギャップなし）の
個所も有り得る。

【００１９】本体部の大半を省略して示したロボットの
ロボット手先部１には、適当な装着機構を介してレーザ
センサ２及び溶接トーチ３が取り付けられている。符号
４はロボットのツール先端点として設定された溶接トー
チ先端位置で、溶接点とも言う。符号ＷＶは、図示され
た位置までのウィービングとトラッキングによる軌道の
ぶれを表わしている。

【００２０】レーザセンサ２の走査ビーム５は、ロボッ
ト進行方向に関して溶接点４よりも先行した領域を走査
する。走査ビーム５によってワークＡ，Ｂやワークテー
ブルＷＴの表面上に形成される輝点の軌跡６Ａ，６Ｂ
は、レーザセンサ３の光検出部で検出され、それに基づ
いて溶接線の位置とギャップ幅ｇ（ｘ）が求められる。

【００２１】図２は、図１に示した配置で使用される溶
接ロボットシステムのシステム構成の大要を示したブロ
ック図である。本実施形態のシステムは、レーザセンサ
２を構成するセンサ本体部１０とセンサボード２０、シ
ステム全体の制御部を兼ねるロボット制御ボード３０、
ロボット本体（機構部）４０及び溶接部（電源装置）５
０からなる。センサボード２０とロボット制御ボード３
０はバス結合されている。システム各部の構成は周知で
あるが、図３〜図５を参照して簡単に説明しておく。

【００２２】先ず図４は、レーザセンサ２の概略構成を
例示したもので、センサ本体部１０とセンサボード２０
から構成されている。センサ本体部１０はレーザ発振器
１１とビーム走査用の揺動ミラー（ガルバノメータ）１
２を備えている。また、光検出部は、結像用の光学系１
３と受光素子１４を備えている。

【００２３】一方、センサボード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、ＲＡＭ等から
なるメモリ２５が接続されている。

【００２４】入出力装置２８には、レーザ発振器１１を
駆動してレーザビーム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走査部２３、受光素
子１４で受光した位置から、走査ビームの反射点Ｓの位
置を検出する信号検出部２４が接続されている。バス２
９はロボット制御ボード３０（図５参照）に設けられた
ＣＰＵと接続され、センサボード２０とロボット制御ボ
ード３０とをバス結合している。

【００２５】ロボット制御ボード３０からレーザセンサ
起動指令を受けると、ＣＰＵ２１はメモリ２５に格納さ
れたレーザセンサ駆動プログラムを起動し、レーザ駆動
部２２にレーザ駆動指令を送るととみにミラー走査部２
３にミラー走査指令を送る。これにより、レーザビーム
５で被検対象物が走査される。

【００２６】対象物面上の反射点Ｓで拡散反射したレー
ザビームは光学系１３により、反射位置Ｓに応じて、受
光素子１４上に像を作る。該受光素子には、分割型素子
のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃ
ｅ）、非分割型・積分型素子のＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）などが使
用される。ここでは、受光素子１４として、レーザセン
サの１次元ＣＣＤアレイが使用されている（２次元アレ
イを用いることも出来る）。

【００２７】受光素子１４の受光面に入射した光（反射
光の像）は光電子に変換され、そのセルに蓄えられる。
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に順次蓄積され
る。

【００２８】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。Ｃ
ＣＤ素子の出力状態は出力最大のセル位置（セル番号）
で把握され、反射点Ｓからの反射光が当たったセル位置
が検出される。この位置から、センサから反射点Ｓの位
置が算出される。

【００２９】図３は、受光素子１４で検出した位置ｘａ
により、センサからの反射点Ｓの座標位置（Ｘs ，Ｙs
）を求める原理を説明する図である。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）があり、この線をＹs 軸、このＹs 軸に直交する軸
をＸs 軸とする。

【００３０】また、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Ｘs 軸方向への揺動ミラー１
２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Ｙs 軸距離をＬ0 、揺動ミラー１２
によるレーザビームの反射光のＹs 軸方向に対する角度
をθ、受光素子１４上の受光位置をｘa とする。すす
と、レーザビーム５の反射点Ｓのセンサ座標系上の座標
位置（ｘs ，ｙs ）は次の各式（１），（２）の演算で
求めることが出来る。 ｘs ＝ｘa ・［（Ｌ1 −Ｌ0 ）・tan θ＋Ｄ］／（ｘa ＋Ｌ2 ・tan θ） ・・・（１） Ｙs ＝［Ｌ1 ・ｘa ＋Ｌ2 ・（Ｌ0 ・tan θ−Ｄ）］／（ｘa ＋Ｌ2 ・tan θ） ・・・（２） センサボード２０のＣＰＵ２１は、ロボット制御ボード
からの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（１），（２）式
の計算に相当する処理を実行する。計算結果は、タイム
スタンプとともにメモリ２５に一旦逐次蓄積される。一
方、ロボット制御ボード３０からはタイムスタンプ付の
センサ位置データがバス２９を介して所定周期で送られ
ており、両データ（反射点Ｓの位置を表わすセンサデー
タとセンサ位置データ）はタイムスタンプの比較・照合
により対応付けられ、反射点Ｓのロボット座標系上の位
置が計算される。求められた結果は、メモリ２５に逐次
蓄積される。

【００３１】次に図５は、ロボット制御ボード３０の要
部構成並びにロボット本体４０、溶接部を構成する電源
装置５０との接続関係をブロック図で示したものある。
同図に示したように、ロボット制御ボード３０はマイク
ロプロセッサからなるＣＰＵ３１を有し、ＣＰＵ３１は
バス２９を介して前述したセンサボード２０のＣＰＵ２
１とバス結合されている、また、ＣＰＵ３１は同じくバ
ス２９を介して、ＲＯＭからなるメモリ３２、ＲＡＭか
らなるメモリ３３、不揮発性メモリ３４、液晶表示部３
７を備えた教示操作盤３８、サーボ回路３６を経て溶接
ロボット（本体機構部）４０に接続された軸制御部３
５、並びに、溶接用の電源装置５０に接続された汎用イ
ンターフェイス３９が接続されている。

【００３２】ＲＯＭ３２には、センサ制御ボード２０、
ロボット制御ボード３０の各部、ロボット本体４０、電
源装置５０を含むシステム全体を制御するためのシステ
ムプログラムが格納されている。ＲＡＭ３３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３４には、各種パラメータ設定値やロボット本
体４０を含むシステムの動作を命令するプログラムが格
納される。

【００３３】本実施形態におけるパラメータ設定値に
は、複数のウィービング条件を記述するパラメータ、ギ
ャップ長レンジと選択されるべきウィービング条件の関
係（ウィービング条件選択基準）を規定するテーブルデ
ータ等が含まれる。これらはロボット制御ボード３０の
教示操作盤３８に付設された液晶ディスプレイ３７上で
画面設定される。図６、図７はそれらの例を示したもの
である。

【００３４】図６中、左端の番号１〜１１及び９９は設
定条件番号を表わしており、各番号の条件内容がオペレ
ータによって入力される。但し、条件番号９９はギャッ
プが許容値を越えている場合に備えるもので、アラーム
信号の出力と緊急停止を伴うものである。

【００３５】各条件１〜１１の設定内容には、ウィービ
ングのパターン、ウィービング周波数ｆ（周期Ｔw の逆
数１／Ｔw ）、ウィービングの振幅ａが含まれる。ま
た、ウィービング軌跡の左端と右端における停止時間を
指定出来るようになっている。

【００３６】ウィービングパターンには種々のものが知
られているが、ここでは図８に示したような３種（ウィ
ービングパターン１〜３）とする。各パターンの要点は
次の通りである。なお、図８のパターンは、ウィービン
グに直線移動を重畳した形で描示されており、記号λは
一周期Ｔw 当りのロボット移動量を表わしている。

【００３７】ウィービングパターン１：ロボットにプロ
グラム教示されている進行方向に垂直な方向に、振幅
ａ、周波数ｆ（＝１／Ｔw ）の正弦波形の変位（ウィー
ビング量）を与える。但し、ウィービング軌跡の左端と
右端では停止時間Ｔsr，Ｔslの間だけ、ウィービング量
は一定値（±ａ）に保持される。

【００３８】時間ｔ＝０で、ウィービング量ｗ（０）＝
０の条件で考えると、例えばウィービングパターン１の
一周期内の時間ｔにおけるウィービング量ｗ（ｔ）は、
次のようになる。なお、後述するように、ウィービング
量を計算するための時間ｔは、ロボット制御ボード内に
設定されたウィービングタイマから定められる。ウィー
ビングタイマは、ウィービング動作開始時及び切換時に
スタート乃至リセットされる。

【００３９】 ・０≦ｔ≦Ｔw ／４： ｗ（ｔ）＝ａsin （２πｔ／Ｔw ） ・・・（１） ・Ｔw ／４＜ｔ≦（Ｔw ／４）＋Ｔsr ｗ（ｔ）＝ａ ・・・（２） ・（Ｔw ／４）＋Ｔrs＜ｔ≦（３Ｔw ／４）＋Ｔsr ｗ（ｔ）＝ａsin （２π［ｔ−Ｔsr］／Ｔw ） ・・・（３） ・（３Ｔw ／４）＋Ｔsr＜ｔ≦（３Ｔw ／４）＋Ｔsr＋Ｔsl ｗ（ｔ）＝−ａ ・・・（４） ・（３Ｔw ／４）＋Ｔsr＋Ｔsl＜ｔ＜Ｔw ＋Ｔsr＋Ｔsl ｗ（ｔ）＝ａsin （２π［ｔ−Ｔsr−Ｔsl］／Ｔw ） ・・・（５） 同様に、正弦関数ａsin （２πｔ／Ｔw ）の代わりに他
の振幅ａ、周期Ｔw の周期関数ｕ（ｔ）で表現されるウ
ィービング（パターン２では円弧、パターン３では折れ
線）であれば、一周期内の時間ｔにおけるウィービング
量ｗ（ｔ）は、次のようになる。 ・０≦ｔ≦Ｔw ／４： ｗ（ｔ）＝ｕ（ｔ） ・・・（６） ・Ｔw ／４＜ｔ≦（Ｔw ／４）＋Ｔsr ｗ（ｔ）＝ａ ・・・（７） ・（Ｔw ／４）＋Ｔrs＜ｔ≦（３Ｔw ／４）＋Ｔsr ｗ（ｔ）＝ｕ（ｔ−Ｔsr） ・・・（８） ・（３Ｔw ／４）＋Ｔsr＜ｔ≦（３Ｔw ／４）＋Ｔsr＋Ｔsl ｗ（ｔ）＝−ａ ・・・（９） ・（３Ｔw ／４）＋Ｔsr＋Ｔsl＜ｔ＜Ｔw ＋Ｔsr＋Ｔsl ｗ（ｔ）＝ｕ（ｔ−Ｔsr−Ｔsl） ・・・（１０） 以上の事項を前提に、ロボットにウィービング動作を伴
うトラッキングを実行させる為の処理について、図９〜
図１２のフローチャートを参照して説明する。センサボ
ード（図２、図４参照）内で処理１（図９）並びに処理
２（図１０）が所定周期のタスクで繰り返し実行される
一方、ロボット制御ボード（図２、図５参照）内では処
理３（図１１）並びに処理４（図１２）が同じく所定周
期のタスクで繰り返し実行される。

【００４０】処理１〜処理４の各ステップの要点は次の
通りである。なお、本明細書において、「センサ現在位
置データ」とは、任意のある時点におけるロボットの
「現在位置データ」から計算されるセンサ座標系の位置
（姿勢を含む）を表わすデータのことである。 −処理１− ［ステップＳ１０１］；ロボット制御ボードから、タイ
ムスタンプ付のセンサ現在位置データが受け取るのを待
つ。タイムスタンプ付のセンサ現在位置データは、後述
するように、ロボット制御ボード内で周期的に計算さ
れ、センサボードに出力される。 ［ステップＳ１０２］；ロボット制御ボードから受け取
ったタイムスタンプ付のセンサ現在位置データをメモリ
２５（図４参照）内に設定したバッファ１に格納してス
テップＳ１０３へ進む。

【００４１】［ステップＳ１０３］；ロボット制御ボー
ドからシステムの処理終了指令が出力されない限り、ス
テップＳ１０１へ戻り、次のタイムスタンプ付のセンサ
現在位置データの出力に備える。

【００４２】このように、処理１によって、バッファ１
にタイムスタンプ付のセンサ現在位置データが蓄積され
ていく。なお、バッファ１は、リングメモリ形式でデー
タを記憶するもので、容量の制限内でより新しいデータ
を優先的に記憶される。 −処理２− ［ステップＳ２０１］；ロボット制御ボードから、セン
シング開始指令が出力されるのを待つ。出力があったら
ステップＳ２０２へ進む。 ［ステップＳ２０２］；レーザセンサにレーザビームの
スキャンを行なわせ、検出データをメモリ２５内に蓄積
する。 ［ステップＳ２０３］；バッファ１から、最新のタイム
スタンプが付されたセンサ現在位置データを読み出し、
メモリ２５内に設定したバッファ２に格納（転記）して
ステップＳ２０４へ進む。 ［ステップＳ２０４］；ステップＳ２０２によりメモリ
２５内に蓄積されたデータに基づいて、継ぎ手のプロフ
ァイルデータ（センサデータ）を求める。

【００４３】［ステップＳ２０５］；ステップＳ２０４
で求められた継ぎ手のプロファイルデータ（センサデー
タ）を、バッファ２に転記されたデータを用いて客観的
な空間座標系上でのプロファイルデータ（ロボットデー
タ）に変換する。

【００４４】［ステップＳ２０６］；ステップＳ２０５
で求められた継ぎ手のプロファイルデータ（ロボットデ
ータ）に基づいて、溶接線の位置Ｑ（ｘq ，ｙq ，ｚq
）とギャップ長ｇ（ｘ）を求める。図１、図４に示し
た例で言えば、溶接線の位置Ｑは例えば継ぎ手Ａ，Ｂの
エッジＥA ，ＥB の中点として計算される。また、ギャ
ップ長ｇ（ｘ）はエッジＥA ，ＥB 間の距離として計算
される。 ［ステップＳ２０７］；ステップＳ２０６で求められた
溶接線の位置Ｑ（ｘq ，ｙq ，ｚq ）とギャップ長ｇ
（ｘ）をタイムスタンプ（ステップＳ２０３で読みだし
たものと同じもの）と対応付けて（ラベリングして）バ
ッファ３に格納する。

【００４５】［ステップＳ２０８］；ロボット制御ボー
ドからシステムの処理終了指令が出力されない限り、ス
テップＳ２０２へ戻り、再度ステップＳ２０２以下のセ
ンシングの処理を実行する。

【００４６】このように、処理２によって、タイムスタ
ンプでラベリングされた溶接線の位置Ｑのデータ、並び
にギャップ長ｇ（ｘ）がバッファ３に蓄積されていく。
なお、バッファ３も、リングメモリ形式でデータを記憶
するもので、容量の制限内でより新しいデータを優先的
に記憶される。 −処理３− ［ステップＳ３０１］；ロボット制御ボードから、セン
シング開始指令をセンサボードへ出力する。 ［ステップＳ３０２］；ロボットの現在位置をセンサ現
在位置に変換する。周知の通り、この変換はセンサ座標
系とロボット座標系の相対的な位置・姿勢関係を表わす
同次変換行列データを用いて行なうことが出来る。この
ような同次変換行列データは、センサのキャリブレーシ
ョンによって取得され、ロボット制御ボードの不揮発性
メモリ３４に記憶されている。

【００４７】［ステップＳ３０３］；ステップＳ３０２
で計算されたセンサ現在位置のデータにタイムスタンプ
を付してセンサボードへ出力（転送）する。 ［ステップＳ３０４］；システムの処理終了指令が出力
されない限り、ステップＳ３０２へ戻り、次の処理周期
（ＩＴＰ）におけるセンサ現在位置データの計算・出力
処理を実行する。このように、処理３によって、タイム
スタンプでラベリングされたセンサ現在位置データが、
所定の周期でセンサボードへ出力される。 −処理４− ［ステップＳ４０１］；動作プログラムの１ブロックを
読み込む。 ［ステップＳ４０２］；ウィービング動作の位相を制御
するためのタイマ（ウィービングタイマ）をオンする。
なお、ウィービングタイマの初期値はｔ＝０である。 ［ステップＳ４０３］；周知の処理に従って立てられた
軌道計画に基づいて、（最初または次の）補間点位置ｒ
を求める。補間点位置ｒは教示経路上の点であり、もし
トラッキングのための補正とウィービング量がともに０
であれば、ロボットの移動目標位置となる点である。

【００４８】［ステップＳ４０４］；バッファ３から溶
接線の位置Ｑとギャップ長ｇ（ｘ）のデータを読み出
す。但し、読み出されるのは、一般には最新のデータで
はなく、レーザセンサのスキャニング位置とツール先端
点４（図１参照）の距離を時間した量だけ遡及した時刻
に最も近いタイムスタンプでラベリングされたデータを
選ぶ。レーザセンサのスキャニング位置とツール先端点
４（図１参照）の距離をｄ（一定値）、指令速度をｖ
（プログラムで指定）とすれば、遡ぼるべき時間は、ｔ
v ＝ｄ／ｖとなる。従って、ステップＳ４０４実行時の
時刻から、ｄ／ｖだけ遡った時刻に最も近いタイムスタ
ンプでラベリングされた位置Ｑとギャップ長ｇ（ｘ）の
データを選べば良い。

【００４９】［ステップＳ４０５］；位置Ｑと補間点位
置ｒを比較し、トラッキングのための補正量Δtrを計算
する。 ［ステップＳ４０６］；ステップＳ４０４で読み出され
たギャップ長ｇ（ｘ）に適合したウィービング条件をウ
ィービング条件選択基準の設定データ（図７参照）に基
づいて定める。 ［ステップＳ４０７］；ステップＳ４０６で定められた
ウィービング条件が現在のウィービング条件と比較し
て、変更の必要があるか否かを判断する。なお、初期設
定されるウィービング条件は番号１（ウィービングな
し）とする。もし、「変更不要（ギャップレンジ不
変）」であればステップＳ４０８へ進み、「要変更（ギ
ャップレンジ変化あり）」であればステップＳ４０９へ
進む。

【００５０】［ステップＳ４０８］；現在のウィービン
グ条件を変更せずに、トラッキングのための補正Δtrと
ウィービング量ｗ（ｔ）を合算したシフトを教示経路上
の補正位置ｒに施した位置を計算する。ウィービング量
ｗ（ｔ）の計算は、ウィービング条件番号に対応する設
定データ（図６参照）とウィービングタイマの現在値か
ら算出される。 ［ステップＳ４０９］；前回の計算処理周期で計算され
たウィービング量が基準値εより小さいか否かをチェッ
クする。基準値εはロボット軌道（従ってトーチ先端の
軌道）がウィービング条件の切換によって急変する（不
連続に飛ぶこと）を防止するためのパラメータで、適当
な小値（例えば１．０ｍｍ）に設定される。もし、前回
のウィービング量が基準値ε以上であれば、ステップＳ
４０８へ進む。即ち、ウィービング量が小さな状態が到
来するまではウィービング条件の切換を回避する。ま
た、前回のウィービング量が基準値ε未満であれば、ス
テップＳ４１０へ進む。

【００５１】［ステップＳ４１０］；ウィービング条件
の切換に応じてウィービングの位相を調整するために、
ウィービングタイマをリセットする（ｔ＝０にする）。 ［ステップＳ４１１］；ステップＳ４０６で定められた
ウィービング条件の下で、トラッキングのための補正Δ
trとウィービング量ｗ（ｔ）を合算したシフトを教示経
路上の補正位置ｒに施した位置を計算する。ウィービン
グ量ｗ（ｔ）の計算は、ステップＳ４０６で定められた
ウィービング条件番号に対応する設定データ（図６参
照）とウィービングタイマの現在値（ステップＳ４１１
でリセット）から算出される。 ［ステップＳ４１２］；ステップＳ４０８またはステッ
プＳ４１１で計算された位置を移動目標点として、周知
の演算（逆変換）によりロボット各軸のための移動指令
を作成し、各軸のサーボに渡す。 ［ステップＳ４１３］；ステップＳ４０１で読み出した
１ブロック分の移動処理が完了したら、ステップＳ４１
４へ進む。未完了であれば、ステップＳ４０３以下の処
理を再度実行する。 ［ステップＳ４１４］；全ブロック分の移動処理が完了
したら、ステップＳ４１５へ進む。未完了であれば、ス
テップＳ４０１戻り、次の移動区間（教示区間）のため
の移動処理を開始する。 ［ステップＳ４１５］；システムの終了指令を出力して
処理を終了する。

【００５２】以上の説明した処理１〜処理４により、溶
接線に沿ったリアルタイムトラッキングとウィービング
を併行的に実施される。そして、ウィービング条件がギ
ャプ長の変化に自動的に適応されていく。また、ウィー
ビング条件の切換に際しては、溶接点の滑らかな移動を
保証することが出来る。

【００５３】なお、本実施形態では突合せ継ぎ手の溶接
を例にとったが、本発明はギャッップ長に変動が予測さ
れる他の形態の継ぎ手（例えば、ギャッップが存在する
隅部溶接継ぎ手）の溶接を行なう溶接ロボットシステム
一般に適用出来ることは明らかである。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、ウィービング動作時に
も溶接線の位置やギャップ長を正確に定めることが出来
るので、正確なトラッキングにウィービングを併用しな
がらギャップ長に応じたウィービング条件の切り換えを
行なうことが出来る。また、ウィービング条件の切換に
伴う軌道の急変（飛び乃至乱れ）を防止することも可能
になる。従って、本発明の溶接ロボットシウテムを用い
て、ギャップ長が一定でないような継ぎ手に対する溶接
の品質室を向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した溶接ロボットシステムを用い
て溶接を実行する際の配置の概要と、ギャップ長の検出
について説明する図である。

【図２】図１に示した配置で使用される溶接ロボットシ
ステムのシステム構成の大要を示したブロック図であ
る。

【図３】レーザセンサの位置計測原理を説明する図であ
る。

【図４】レーザセンサの概略構成を例示した図である。

【図５】ロボット制御ボードの要部構成並びにロボット
本体、溶接部を構成する電源装置との接続関係をブロッ
ク図で示したものある。

【図６】ウィービング条件の設定を行なう画面を例示し
たものである。

【図７】ギャップ長レンジに関連したウィービング条件
の選択基準の設定を行なう画面を例示したものである。

【図８】ウィービングパターンを例示した図である。

【図９】本発明の実施形態において、センサボード内で
行なわれる処理１の概略を記したフローチャートであ
る。

【図１０】本発明の実施形態において、センサボード内
で行なわれる処理２の概略を記したフローチャートであ
る。

【図１１】本発明の実施形態において、ロボット制御ボ
ード内で行なわれる処理３の概略を記したフローチャー
トである。

【図１２】本発明の実施形態において、ロボット制御ボ
ード内で行なわれる処理４の概略を記したフローチャー
トである。

【符号の説明】

１ ロボットの手先部 ２ レーザセンサ ３ 溶接トーチ ４ 溶接トーチ先端（ツール先端点） ５ レーザビーム ６Ａ，６Ｂ 輝点の軌跡 １０ センサ本体部 １１ レーザ発振器 １２ 揺動ミラー（ガルバノメータ） １３ 結像用の光学系 １４ 受光素子 ２０ センサボード ２１，３１ ＣＰＵ ２２ レーザ駆動部 ２３ ミラー走査部 ２４ 信号検出部 ２５ メモリ ２８ 入出力装置 ２９ バス ３０ ロボット制御ボード ４０ ロボット本体（機構部） ５０ 溶接部（電源装置） ３２ ＲＯＭ ３３ ＲＡＭ ３４ 不揮発性メモリ ３５ 軸制御部 ３６ サーボ回路 ３７ ＬＣＤ ３８ 教示操作盤 ３９ 汎用インターフェイス ＷＶ 溶接トーチ先端の軌跡 Ｓ 反射点

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２５Ｊ 19/04 Ｂ２５Ｊ 19/04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチを取り付けたロボットと、前
   記溶接トーチに対してロボット進行方向領域をセンシン
   グするように前記ロボットに本体部を取り付けられたレ
   ーザセンサと、前記ロボットの制御手段とを備えた溶接
   ロボットシステムであって、 前記ロボットの制御手段は前記レーザセンサにタイムス
   タンプでラベリングされた前記レーザセンサの位置デー
   タをロボットデータで出力する手段を有し、 前記レーザセンサは、前記ラベリングされた前記レーザ
   センサの位置データと前記センシング結果とに基づい
   て、溶接対象継ぎ手のプロファイルを検出する手段と、
   前記検出されたプロファイルに基づいて溶接線位置とギ
   ャップ長を算出して記憶する手段を有し、 前記ロボットの制御手段は更に、前記記憶された溶接線
   位置に基づいて溶接線のトラッキングのための補正量を
   求める手段と、前記記憶されたギャップ長に応じて選択
   されたウィービング条件に従ってウィービング量を求め
   る手段と、 前記求められたトラッキングのための補正量とウィービ
   ング量と、教示経路上の補間位置に基づいて前記ロボッ
   トの移動目標位置を求める手段を備えている、前記溶接
   ロボットシステム。
2. 【請求項２】 前記ロボットの制御手段は更に、前記検
   出されたギャップ長に応じて選択されたウィービング条
   件が切り換えられる際に、前記ロボットの位置が急変し
   ないようにウィービング量を定める手段を備えている、
   請求項１に記載された溶接ロボットシステム。