JPS60141494A - 溶接ロボツトの超音波センサによる位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接ロボッ）・の超音波センサによる位置検出
方法に関する。

一般にこの種の超音波センサｔＪ：、ｉ１図に示すよう
に溶接トーチ１が計測地点Ｐ１に達すると、その地点Ｐ
１からワーク２までの距１ｉＩＩＩｌｒ計測するために
、処理装置３からの指令によシ超音波発信素子４から１
／臂ルスの超音波を発信しく第２図（ａ）参照）、ワー
ク２で反射した超せ波を超音波受信素子５が受信しく第
２図（ｂ）参照）、処理装置：３が超音波発信時点から
受１１時点までの時間をａｌｉ　Ｗし、その時間と音速
との積に基づいて距離を１測するようにしている。

しかし、従来の超音波の受４ハ時点の判断は、第２図（
ｂ）に示すように受信信号が最大値となる時点呟たは予
めｔｆψ星した做１値Ｔ　ＩＩを受イｈ１ハ号が最初に
越えたｔｌ、’、ｒ点とし、超音波発信時点からそれら
の時点までの時間Ｔ、またけＴ！を測定していた７ｈめ
、いずれも距離精度′が悪＜、（ｆ４接ロポ、トに用い
る＋Ｉ’／４　’Ｒ−波センセンしては適切でなかった
。

そこで、Ｉ島精度の（ｉｌ装４参出を行々うために、ワ
イヤタッチセンサを用いている。すなわち、ワイヤタッ
チセンサは、ｌ（’Ｊえは第３図に示すようにワーク２
の上面ｒ〜７置をＮｊ出する場合について説明すると、
第４図のフローチャートに示すように予めティーチング
したディーチング点Ｐ１から浴接ワイヤ６にＴＩ’ｌ　
ＦＥ？ｉ＝印加し、溶接トーチ１を低速で移動場ψる。

この低速移動中に、ｆδ接ワイヤ６がワーク２　Ｖｃｙ
５触したか台かを浴接ワイヤ６　ＶＣ流れる＋１１、流
儀：化からゼ・Ｊ出し、１容接ワイヤ６がワーク２に接
１キ１：すると浴接トーチｌ　ｆｃ停止し、その停止信
置をメ青接トーチｌの（′！−切距婦から俣出してこれ
をｉ己憶１゛るようにしていた。

か刀するワイヤタッチセンサのｊ烏合、検出上−の精度
は高いが、その反面、ワイヤタッチによる浴接ワイヤ６
の変形を避幻るために高速に移動することができず非常
に時間がかかり、また溶接ワイヤ２がワーク２に接触す
るまでは伎−随検出ができないといった問題がある。更
に、ワイヤタッチセンサを用いて溶接トーチ１を低速移
動させることができる最大距離は例えば約４　ｎｎと決
めており、ワーク２がこれ以上ずれている鴨合にハ、溶
接トーチ１をティチング点Ｐ１に移動きせるときに溶接
トーチ１とワーク２とが干渉したり、上記最大距離を越
えても浴接ワイヤ６がワーク２に接触せず、その結果一
時停止するといった問題もある。

このように、いずれのセンナも一禅の単−的な（金山に
しか使用されていす、また一般に、（Ｕ　検出称′度が
よいセンサは検出時間が刀・がる（２）検出時間が短か
いセンサは４Ｑ出楕度が悪いといった相反する性格をも
っており、検出時間、硝度共によいセンサ方法がなかっ
た。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、超音波セン
サを用いて検出精度を高く、かつ短時間で検出すること
ができる＃Ｉ接ロボ、トの超音波センサによる（ｉｌ　
ＩＸ検出方法を提供することを目的と１゛る。

この発明によれば、超音波センサに、超音波の愛情ＩＩ
□４号が最大値となる時点または受信１ａ号が予め設定
した閾値を最初に越えた時点を超音波受傷時として距＃
！ｔ　ｔ’ｉｌ測を行なう第１０測距機能と、超１１波
の受信１昌号を一旦デジタル信号に変換して記憶し、そ
の記憶したプ′ヅタル１占号から受信信号の各サイクル
のピークの近似曲線をめ、該近似曲線の極値となる時点
を超音波受信時として距離計側を行なう第２０測距機能
との２つのｄ（（１距４効能を設けてふ・き、まず第１
の測距機能を用いることによりその耐測したワークまで
の距離よりも予め設定した距離だけ手前の位置まで前記
溶接トーチを移動させ、その後記２の測距機能を用いる
ことによりワークのＬ前まで前記浴接トーチを移動させ
、前記ｔｔｉ接トーチの全移動距離からワークの位置を
仔１出するようにしている。

ｖ丁、本発明を象イ」図面を参照して詳細に説明する。

８１！５図は本発明に係る超音波センサの一例を示すブ
ロック図で、まずこの超音波センサによる２棟類の測距
機能について説明する。

マイクロコンピュータ１０は、ロボット制御装置１１か
らの測距指令にょシパルス発振器１２を駆動して１パル
スの超音波パルスを発振させるとともに、後述する本発
明に係る演算処理を実行する。超音波発信素子１３は、
パルス発振器１２からのパルス信号によってワーク１４
に対して１パルスの超音波を発信しく第６図（ａ）参照
）、超音波受信時子１５は、ワーク１４で反射した超音
波を受信しく第６図（ｂ）参照）、これ金′ｌＬ気化号
に変換してフィルタ１６に加える。なお、超音波発信素
子１３および超音波受傷時子１５は、第１図に示すよう
にそれぞれ溶接トーチ１０両側に配設されている。

フィルタ１６は希望する受信信号以外の雑音をカットし
、このフィルタ１６を通過した受信信号は、増幅器１７
で増幅され、アナログ・デジタル変換器１８でデジタル
信号に変換されたのち、紀１、は装置ｉ’ｊ１９に加え
られる。

記憶装置ｉ；　１９６−Ｊ、例えば縦軸が超音波発信時
からのｌＬ’ｉ間を示すアドレスで、楢軸が前記デジタ
ル（ｉＪ！５のレベルを記憶する記憶部となっており、
超音波センサ時からの時間を示すアドレスがマイクロコ
ンピュータ１０によって順次指示されるとともに、その
アドレスｉ／Ｃアナログ・デジタル変換器１８力１らの
デジタル１Ｈ号を１胆次書き込む。なお、このときのザ
ンプリンダ時間はＩｎａｅｃとする。

さて、この超音波センサの第１の６１す距機能について
説明すると、マイクロコンピュータ１０は、前記記憶装
置１９から最大値となるアノタル１ム号を検出し、その
時点を超音波受信時と判定して時間Ｔ１をめ（第２図（
ｂ）参照）、この時間Ｔ１とＩ速とに基づいてワーク１
４までの距離をめる。

なお、超音波受信時点の判断留、受イハ個号が予め設定
した閾値りを最初ｅこ越えた時点としてワーク１４−１
での丸角１１をめるようにしてもよい（第２図（ｂ）参
照）。

一方、この超音波センサのｉ＠２の測距機能について説
明すると、マイクロコンピュータ−０は、前記記憶装置
１９から受信信号の各ザイクルのピークの最大値を中心
として前後数点のピークを示すデジタル信号とそのアド
レス（時間）を抽出し、これらの信号から最小２乗法で
２次曲線あるいは３次曲線の時間をパラメータとする近
似曲線ｌ１１（第６図（ｂ）参照）をめる。続いて、そ
の近似曲線ｍの極値となる点を超音波受信時と判定し、
超音波発信時からその超音波受信時までの時間Ｔｍに基
づいて、ワーク１４までの距離りを、次式、Ｌ＝ｉＴｍ
Ｘ音速 によって算出する。

なお、上記近似曲線の算出方法は上記実施例に限定され
ない。また、反射波の正負のピークに対してそれぞれ上
記演算を実行し２て正側のピークの近似曲線と負側］の
ピークの近似曲線とをめ、それらの近似曲線の各極値と
なる点の平均値を超音波受信時と判定するようにしても
よい・以上の説明からも明らかなように、第１の測距機
能Ｑこよれば、検出時間は速いが精度が低く、第２０測
距機能によれば、検出時間は演算が複雑になるため若干
遅くなるが精度が高く寿る。

次に、上記第１および第２の測距機能を併用して測か対
象ワークの位置を検出する方法について説明する。

槍へ７図は本発明方法に係る溶接トーチ１の移動態仔を
下す図で、位置検出開始位置Ｐ１０から位ｉｆｆ、　Ｐ
　２０までは第１０測距機能を用いて浴接トーチ１全商
速でイな動させ、位置Ｐ２Ｏ刀）ら位置１）３０まで１
第２０測距機能を用いて浴接トーチ１を低速で４′６動
させる。また、第８図シ」、上記移動による速廂・ぞタ
ーンの一例を示すものである。

上記動ｆ′１を第９図に示すフローナヤートにしたがっ
てｈ；を明すると、まず、位置検出が開始されると、ル
ｉ’４　ｒＸ波ケ発信して前述した第１の測距機能によ
ってワーク１４までの距離りを７１−出する。Ｃの距Ｍ
ｌｌ：　Ｌ　〃）、第１の６＋す距機能による計測誤差
およびＨ？１干の余裕を召んだ距離ｈＪ：υも小さいか
否か奮Ｉｌｌ　ＮＪＩ　シ、大きい」第１合には浴接１
・−チ１を高速で移動させ、再度上記処理を実行する。

−力、距離りがｈ以下になると、即ちｆ立１（ＣＰ２Ｏ
に達すると（第７図、第８図参照）、溶接１・−チ１を
低速で移動させ、超音波を発情して前述した第２０測距
機能によってワーク１４捷での距離りを算出する。この
距離りが、第２０測距機能による計測誤差等を含んだ距
離４ｈよりも小さいか否かを判断し、大きい場合には、
低速移動、距離計測を続行し、小さい場合にはロボット
を停止する。

なお、第１の測距機能による測距演算処理はその時の溶
接トーチ１の移動速度（尚速）よりも十分速いものとし
、第２０測距機能による測距演算処理はその時の浴接ト
ーチ１の移動速度（低速）よりも十分速いものとする。

また、上記６（１１距演詐処坤はマイクロコンピュータ
１０（第５図）が実行し、各移動速度および停止の指令
をロボッ）　ｆｔｉ制御装置１１に対して出力する。

このように、＃接トーチを超音波センサの第１の測距機
能と第２の測距機能とを併用して、短時間で所望の位置
まで移動させることができ、かつ第２のｄＩす距機能に
よる距離検出梢亀は品いため、停止時までのび接１・−
チ１の全移動距離によりワーク１４のｒ〜Ｌａを晶ＭＬ
に検出することができる。

なお、本実施例では溶接トーチを移動させながら逐次距
離４測を行なうようにしたが、距離計側時トこｌ”ｊ：
　ｆｆｉ接ｌ・−チを停止させ位置ＰＩＯで第１の測距
機能による距離目測を行ない、（Ｓ７置Ｐ２０で第２の
ｌｌ＋１１距機能による距離開側を行なうようにしても
よい。この焦合には、第１および第２の測距機能にとも
なう浴接１・−チの移動速度をともに四速にすることが
できる。また、第２の測距機能にともなう溶接トーチの
移動終了後、更にワイヤタッチセンサを用いて溶接ワイ
ヤがワークに接触する−まで低速移動さぜるようにして
もよい。

以上説明したように本発明によれば、超音波センサに、
検出時間は速いが精度が低い第１の側距機１［シと、検
出時間は若干遅くなるが精度が高い第２の測距機能とを
もたせ、両機能を併用することにより検出ｔＦｉ度が尚
く、かつ短時間で位置検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波センサの概略図、第２図（ａ）および（
ｂ）は通常の超音波センサによる距離計測方法を説明す
るだめに用いたタイミングチャート、第３図はワイヤタ
ッチセンサによる位置検出を説明するために用いた概略
図、第４図はその動作を示すフローチャート、第５図は
本発明に係る超音波センサの一例を示すブロック図、第
６図（ａ）および（ｂ）は本発明に係る第２の測距機能
を説明するために用いたタイミングチャート、第７図は
本発明方法に係る溶接トーチの移動態様を示す図、第８
図は第７図における移動の速度／（’ターンの一例を示
すグラフ、第９図は本発明方法の一例を説明するために
用いたフローチャートである。 ■・・・溶接トーチ、１０・・・マイクロコンピュータ
、１１・・・ロボット制御装置、１２・・・）やルス発
振器、１３・・・超音波発信素子、１４・・・ワーク、
１５・・・超音波受信素子、１６・・・フィルタ、１７
・・・増幅２５．１８・・・アナログ・デジタル変換語
、１９・・・記憶装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　溶接）・−チ近傍に配設した超音波センサに、
   超音波の受４Ｖ信号が最大値となる時点または受信信号
   が予め設定した閾値を最初に越えた時点を超音波受信時
   として距離計測を行なう第１０測距磯化と、超音波の受
   信信号を一旦デノタル信号に変換して記憶し、その記憶
   したデジタルｉＤ号から受１ａ情号の各サイクルのピー
   クの近似曲線をめ、該近似曲線の極値となる時照を超音
   波受信時として距離１測を行なう第２０測距機能とを設
   け、まず第１の測距機能を用いることによりその言１測
   したワークまでの距離よりも予め設定した距Ｎケだけ１
   −前の缶、１ｈ′剤で前記溶接トーチを移動させ、峰の
   後第２の測距機能ケ用いることによりワークの直前上で
   ＾（Ｉ記溶接トーチを移動させ、ｉｉＪ記的接）・−チ
   の全移動距離からワークの位置ｆ：検出する溶接ロボッ
   トの超音波センサによるｆｆ竹検出力法。 （２１前記予め設定した距離は、前記超音波センナの第
   １の測距機能の計測誤差に基づいて設定した距離である
   特許請求の範囲第（１）項記載の溶接ロピットの超音波
   センサによる位置検出方法。