JPS63112076A - 溶接打点位置制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は溶接打点位置制御装置に関し、特に溶接ロボッ
トでスポット溶接する溶接装置における溶接打点位置制
御装置に関する。

（従来技術） 一般に、ワークにスポット溶接をするのに溶接ロボット
にスポット溶接ガンを設けた溶接装置が広く使用されて
いる。

ところが、溶接ロボットで溶接作業を繰り返すうちに、
溶接ロボット自体の温度による変化又は使用状態による
変化等に伴なう溶接ロボットのアームの動作位置の微妙
なズレやワークの組立状態等の諸原因によりスポット溶
接のナゲツト溶接位置が微妙に変動しズしてくる。

そこで、従来では所定期間毎にナゲツト位置のズレ量を
マニュアルで測定し、この測定値に基いて溶接ロボット
にティーチングを行ないナゲツト位置のズレを修正して
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のマニュアルで行なうナゲツト位置の調整の場合に
は、熟練した調整作業員が必要となるうえ調整の都度溶
接作業を停止し調整に多くの時間がかかるので溶接作業
の生産性が低くなるという問題がある。

また、ナゲツト位置を測定する場合に、少数のワークに
ついて測定し、しかもその測定をマニエアルで行なうの
で、打点位置の平均的ズレ量を高精度に検出できないの
で、溶接打点位置をロボット制御装置に対して高精度に
補正することが難しく、位置精度の高いスポット溶接を
行なわせることが困難であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る溶接打点位置制御装置は、スポット溶接ガ
ンを備えた溶接ロボットでワークにスポット溶接するよ
うにした溶接装置において、スポット溶接ナゲツト部位
置を検出する打点位置検出手段を設け、上記打点位置検
出手段からの出力を受けて、基準打点位置となるように
溶接打点位置を補正する補正量を求め、その補正量信号
を上記溶接ロボットの制御装置へ出力する打点位置補正
制御手段を設けたものである。

（作用） 本発明に係る溶接打点位置制御装置においては、スポッ
ト溶接ガンを備えた溶接ロボットでワークにスポット溶
接が施されると、打点位置検出手段によりスポット溶接
ナゲツト部位置が検出される。

打点位置補正制御手段では、打点位置検出手段から出力
される検出打点位置と予め設定されている基準打点位置
とを比較し、検出打点位置が基準打点位置の許容範囲に
入っていないときには基準打点位置となるように打点位
置を補正する補正量を求め、その補正量信号を上記溶接
ロボットの制御装置へ出力する。

（発明の効果） 本発明に係る溶接打点位置制御装置によれば、以上説明
したように、打点位置検出手段と打点位置補正制御手段
とからなる簡単な構成でもって、自動的に且つ高精度に
打点位置を補正できるようにしたので、所要人員を節減
でき、溶接の生産性の低下を防ぎ、打点位置を高精度に
維持して溶接の品質の低下を防ぐことが出来る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は、溶接ロボットＲによりワークＷの所定位置に
スポット溶接を行なっている状態を示すもので、溶接打
点位置を自動的に補正するため溶接ロボットＲは溶接打
点位置制御装置Ｓにより１０台のワークＷの溶接が終了
する毎にフィードバック制御されている。

上記溶接ロボットＲは、電動式多関節型ロボットで、ベ
ースプレート１の上端部に鉛直軸回りに回動自在に装着
された胴２と、胴２の上部に水平軸回りに擦動自在に装
着された支柱３と、支柱３の上部より水平方向に延びる
アーム４とを備えており、アーム４は、その水平軸心回
りに回転自在で且つ上下方向に擦動自在に設けられてい
る。また、上記アーム４の先端部には連結部材５を介し
てワークＷに対して溶接作業を行なう溶接ガン６が取付
けられている。

上記胴２や支柱３及びアーム４内には駆動用サーボモー
タや位置検出器（図示路）等が組込まれ、位置検出器か
らの信号に基づき制御装置（図示路）で駆動用サーボモ
ータを制御することにより胴２や支柱３及びアーム４が
駆動されるようになっている。

第１図・第２図に示すように、上記溶接打点位置制御装
置Ｓは、テレビカメラ７と、画像処理制御装置８と、１
対の距離センサ９ａ・９ｂと、各距離センサ９ａ・９ｂ
を前後方向に夫々水平移動させるステッピングモータ１
０ａ・１０ｂと、各距離センサ９ａ・９ｂからの検出信
号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１１ａ・ｌｌｂと、設
定データ入力装置１２と、コントロールユニット１３等
から構成され、上記画像処理制御装置８、Ａ／Ｄ変換器
１１ａ・ｌｌｂ及びコントロールユニット１３は制御ボ
ックス１４内に組込まれている。

上記テレビカメラ７は、例えばマトリックス状に配置さ
れた５００Ｘ５００個の赤外線影像素子を有する赤外線
テレビカメラで、溶接ステージ１５の上方において取付
ベース１６を介して工場の天井に垂設され、ワークＷの
複数の溶接打点位置のうち最初の溶接打点位置の周辺を
撮影するようになっている。

すなわち、第３図に示すように溶接ロボッ）Ｒによりワ
ークＷのフランジ部１７の所定位置にスポット溶接を行
なうと、上部フランジ１７ａと下部フランジ１７ｂとの
接合面に溶接打点位置を中心にして略円形の溶融したナ
ゲツト１８が生じる。

このナゲツト１８の温度はナゲツト１８の周囲のフラン
ジ部１７の温度よりも高温で、ナゲツト１日から放出さ
れる赤外線の光量がナゲツト１８以外の部分から放出さ
れる赤外線の光量よりも多いので、上記テレビカメラ７
によりナゲツト１８の映像が強弱のコントラストとして
撮影され、この強弱の映像信号が画像処理制御装置８に
出力される。

上記画像処理制御装置８では、テレビカメラ７から出力
された強弱の映像信号を所定の２値化回路で処理するこ
とにより上記ナゲツト部１８を「１」またその他の部分
をｒＱＪと２値化してこの２　（ｉ　化（Ｋ　号をコン
トロールユニット１３に出力する。

上記距離センサ９ａ・９ｂは、溶接ステージ１５にセッ
トされたワークＷのフランジ端１９の撮影画面３０内に
おける位置を検出するためのちので、各距離センサ９ａ
・９ｂは、上記コントロールユニット１３からの発信指
令信号に基づき所定の超音波を下方の溶接ステージ１５
に向けて発信するとともにその反射波を受信し、この反
射波検出信号をコントロールユニット１３に出力する。

第４図・第５図に示すように、１対の距離センサ９ａ・
９ｂは、上記テレビカメラ７の左右の両側において取付
ベース１６に鉛直方向下向きに配設されている。即ち、
上記取付ベース１６の左右両端下部には下面開放のコ字
状断面のガイド部材２０が前後方向に向けて夫々固着さ
れるとともにこの各ガイド部材２０の後端部には各モー
タ１０ａ・１０ｂを格納したケーシング２１が設けれて
いる。各ガイド部材２０の内部には前後方向に延びるス
クリューシャフト２２が配設され、スクリューシャフト
２２の一端部は対応するキータ１０ａ・１０ｂの出力軸
に連結され、他端部はガイド部材２０の前端部に回動自
在に支持されている。各スクリューシャフト２２には雌
ネジ部材２３が外嵌螺合され、上記各距離センサ９ａ・
９ｂが対応する雌ネジ部材２３の下端面に固着されると
ともに、その左右両側部はガイド部材２０により左右方
向に移動しないようにガイドされ、各距離センサ９ａ・
９ｂはモータ１０ａ・１０ｂを正転又は逆転駆動するこ
とによりスクリューシャフト２２及び雌ネジ部材２３を
介して撮影画面３０の後端部のフランジ端１９よりも後
方部分を検出する後部検出位置とワークＷのフランジ端
１９の近傍部分を検出する前部検出位置とに亙って定速
で往復移動可能となっている。

上記設定データ人力装置Ｉ２は、キーボードからなり、
キーボードのキーを押下することにより、第６図に示す
ようにフランジ端１９からＲ止り２４迄のフランジ有効
長さＡ、フランジ部１７の前後端部の禁止ゾーンの幅δ
（例えば、δ＝１龍）、ナゲツト１８が禁止ゾーンに侵
入した場合に溶接打点位置をフランジ端１９に対して直
交方向に補正する補正ｆｆ１ｅ（例えば、６　＝　２　
龍）及びセンサ９ａ・９ｂから溶接ステージ１５上のワ
ークＷの上部フランジ１７ａの上面迄の距離りなどの各
種設定データをコントロールユニット１３に入力出来る
ようになっている。

上記コントロールユニット１３は、マイクロコンピュー
タを主体に構成され、ＣＰＵ　（中央演算装置）２５と
、ＣＰＵ２５に接続されたＲＯＭ（リード・オンリ・メ
モリ）２６及びＲＡＭ　（ランダム・アクセス・メモリ
）２７と、入出力インターフェイス２８と１対のドライ
バ２９ａ・２９ｂとから構成されている。

上記ＣＰＵ２５には、入出力インターフェイス２日を介
して、設定データ入力装置１２が接続されるとともに画
像処理制御装置８を介してテレビカメラ７が接続され、
１対の各Ａ／Ｄ変換器１工ａ・ｌｌｂを介して１対の各
距離センｔ９ａ・９ｂが夫々接続されるとともに、各距
離センサ９ａ・９ｂは入出力インターフェイス２８から
ダイレクトに接続され、また１対の各ドライバ２９ａ・
２９ｂを介して１対のモータ１０ａ・１０ｂが夫々接続
され、更に溶接ロボッ）Ｒの制御装置が接続されている
。

上記ＲＯＭ２６には、設定データ入力装置１２、テレビ
カメラ７及び１対の各距離センサ１０ａ・１０ｂからの
入力信号に基いてフランジ端１９の位置と溶接打点位置
（ナゲツト１８の位置）を検出し、溶接打点位置を補正
する補正指令信号を溶接ロボッ）Ｒの制御装置へ出、力
する打点位置補正制御の制御プログラムなどが予め格納
されている。

上記ＲＡＭ２７は、ＣＰＵ２５で演算した結果を一時的
に記憶する各種メモリと、入力された設定データを記憶
する設定データメモリと、映像２値化信号を記憶する映
像記憶メモリなどのメモリが設けられている。

上記ＣＰＵ２５は、ＲＯＭ２６から制御プログラムを順
々に読み出し、この制御プログラムに基いてＲＡＭ２７
に対してデータの書き込みと読出しとを行ない、設定デ
ータ入力装置１２、テレビカメラ７及びセンサ９ａ・９
ｂからのデータを入力し、またセンサ９ａ・９ｂとドラ
イバ２９ａ・２９ｂとに対して制御信号を出力するとと
もにロボットＲの制御装置に補正指令信号を出力する。

ここで、フローチャートについて説明する前に、本実施
例に係る溶接打点位置補正制御の概要について説明する
。

同種のワークＷは所定の搬送手段により溶接ステーショ
ンに移送され、略正確な位置となるように位置決めされ
る。この状態でワークＷに対してロボットＲにより複数
個所のスポット溶接が施されるが、ロボッ）Ｒの各部材
及び溶接ステーション側の各部材及びワークＷなどの熱
膨張の影響が主たる原因となって溶接打点位置が微妙に
変動し、ナゲツト１８の位置がフランジ端１９へはみ出
したりＲ止り２４側へ片寄ったりするので、１０個のワ
ークＷについて各最初のスポット溶接のナゲツト１８の
位置及びフランジ端１９を夫々検出し、上記ナゲツト位
置とフランジ端の平均値を求め、これら平均値に基いて
ナゲツト位置が許容範囲に入っていないときには、溶接
打点位置を前方若しくは後方へ設定補正量ｅだけ補正す
るように指令する補正指令をロボッＩ−Ｈの制御装置へ
出力するようにしたものである。

この場合、テレビカメラ７の位置と各センサ９ａ・９ｂ
の位置とは予め決っているので、テレビカメラ７で検出
され画像処理制御装置８で２値化された映像２値化信号
に基いてナゲツト位置が検出すれ、各センサ９ａ・９ｂ
を前方へ移動させていって反射距離ｌを求めることによ
りフランジ端１９の２点の位置が検出される。

上記ナゲツト位置とフランジ端位置とに基いてナゲツト
１８が許容範囲に入っているが（つまり、ナゲツト１８
が前記禁止ゾーンに入っていないか）否か判定し、許容
範囲に入っていないときには設定補正量ｅだけ溶接打点
位置を前方又は後方へ補正するようにロボッ゛トＲの制
御装置へ指令するようになっている。

次に、上記実施例における制御のルーチンについて第７
図のフローチャートに基いて説明する。

尚、図中３１〜３２Ｂは各ステップを示すものである。

溶接打点位置制御装置Ｓに電源が投入されるとこの制御
が開始され、ｓｌではＲＯＭ２６の制御プログラムが読
み出されるとともにカウンタＩをＩ＝Ｏにセットするな
どの初期設定が実行される。

Ｓ２では、設定データ入力装置１２から、前述の設定距
離Ｌ１フランジ有効長さＡ、禁止ゾーン幅δ及び補正量
ｅの各種設定データがＣＰＵ２５に入力され、各設定デ
ータがＲＡＭ２７の設定データメモリにストアされる。

Ｓ３では、ワークＷの有無を検出するリミットスイッチ
（図示外）からのワーク検出信号に基いて溶接ステージ
１５上にワークＷが有るが否がが判定され、ワークＷが
有るときにはｓ４へ移行し、またワークＷがないときに
はワークＷが来るまでＳ３を繰返す。

Ｓ４では、ロボッ）Ｒの制御装置からの信号に基いて、
ワークＷのフランジ部１７に施される複数個所のスポッ
ト溶接のうちの最初の溶接が完了したか否か判定され、
最初の溶接が完了してロボットＲのアーム４が２番目の
溶接個所へ移動すると３４から３５へ移行し、最初の溶
接が完了していないときにはＳ４を繰返して待機する。

次にＳ５では、テレビカメラ７で検出され画像処理装置
８で２値化された映像２値化信号が読込まれてＲＡＭ２
７のメモリにストアされる。

次に３６では、各ドライバ２９ａ・２９ｂヘモ一タ駆動
信号が出力されて各距離センサ９ａ・９ｂが前方へ駆動
されるとともに、各距離センサ９ａ・９ｂに発信指令信
号が出力される。

次にＳ７では、各距離センサ９ａ・９ｂからの反射波検
出信号が読込まれる。次に５８では、各センサ９ａ・９
ｂ毎に発信指令信号の出力時から反射波検出信号の入力
時迄の所要時間に基いて超音波発受信点とその下方の反
射点迄の反射距離ｌが演算され、Ｓ８から３９へ移行す
る。

Ｓ９では、上記反射距離ｌが設定反射距離、Ｌ以下か否
かが判定され、ｌ≦Ｌのとき即ち各センサ９ａ・９ｂか
ら発信された超音波がワークＷのフランジ端１９の近傍
で反射されたときにはＳＩＯへ移行し、ＳＩＯにおいて
各ドライバ２９ａ・２９ｂにモータ停止信号が出力され
る。

Ｓ８における判定の結果、！≦ＬでないときにはＳ６へ
戻り、３６〜Ｓ９を繰り返すことになる。

３１１では、上記モータ駆動信号の出力開始時から上記
モータ停止指令信号の出力時迄の所要時間と各センサ９
ａ・９ｂの移動速度とに基いて第６図に示すように各セ
ンサ９ａ・９ｂの撮影画面３０内の夫々の停止位置Ｑａ
−Ｑｂが演算され、この停止位置Ｑａ−Ｑｂから撮影画
面３０内におけるフランジ端１９の位置が演算されてメ
モリにストアされ、３１１から８１２へ移行する。

次にＳ１２では、メモリにストアしておいた映像２値化
信号を用いて、上記のように求められたフランジ端１９
からナゲツト１８までの最大距離ｘ、及び最小距離Ｘ２
とが演算されメモリにストアされる。

次にＳ１３では、各センサ９ａ・９ｂを後方の原位置へ
復帰させるため、各ドライバ２９ａ・２９ｂヘモ一タ逆
駆動信号が出力され、次に３１４では各センサ９ａ・９
ｂが原位置へ復帰したか否かが判定され、復帰していな
いときにはＳ　ｔ　３へ戻り、３１３〜３１４を繰返し
てから復帰したときにはＳ１４から３１５へ移行する。

３１４における判定は例えば各ステッピングモータ１０
ａ・１０ｂを正転させたときのパルス数と逆転させたと
きのパルス数などに基いて判定される。　次に３１５で
は、ロボットＲの制御装置からの信号に基いて当該ワー
クＷにおける最後の溶接が完了したか否かが判定され、
完了していないときにはＳ１５を繰返してから最後の溶
接が完了すると８１６へ移行し、Ｓ１６において力ウン
タエが１だけカウントアツプされ、次にＳ１７ではカウ
ンタＩがＩ“＝１０か否か判定され、ＮｏのときにはＳ
３へ戻って、次のワークＷに対して３３〜３１６が上記
同様に繰返され、１０個のワークＷに対してＳ３〜３１
６を繰返すと、■＝１０となって、Ｓ１７から３１８へ
移行する。

次に３１８では、撮影画面３０内のフランジ端１９の位
置の１０回分の平均フランジ端部位置が演算され、８１
８から３１９へ移行する。

３１９では、上記のようにして求められた平均フランジ
端部位置に対する直交方向が演算され、Ｓ１９から３２
０へ移行する。

Ｓ２０では、最大距離ｘ１の１０回分の平均値ｘ１と最
小距離ｘ２の１０回分の平均値Ｘ２が演算され、３２０
から３２１へ移行する。

３２１では、ＸＩ　＞ＡまたはＸ２〈０か否かが判定さ
れ、Ｘ、＞Ａのときつまりナゲツト１８のＲ止り側端部
がＲ止り２４よりも反フランジ端側にはみ出したとき、
またはＸ２く０のときつまりナゲツト１８のフランジ端
側端部がフランジ端１９よりも反Ｒ止り側にはみ出した
ときにはＳ２１から３２２へ移行しＳ２２においてブザ
ー等にアラームを出力した後、Ｓ２３においてロボット
Ｒの制御装置にロボット停止指令信号が出力され、溶接
作業が停止され、３２３から３２８へ移行する。

３２１における判定の結果、Ｘ　＋　＞　ＡまたはＸ２
く０でないときにはＳ２４へ移行する。

Ｓ２４では、Ａ−δ≦Ｘ１≦Ａか否かが判定され、Ｙｅ
ｓのときつまり第６図に仮想線で図示のナゲツト１８の
Ｒ止り側端部がＲ止り側の禁止ゾ−ン内にあるとき（第
６図に仮想線で図示のナゲツト１８Ａを参照）には、Ｓ
２４から３２５へ移行し、Ｓ２５において平均フランジ
端に対して直交方向に向けてフランジ端側へ設定補正量
ｅだけ溶接打点位置を修正するようにロボットＲの制御
装置に補正指令信号が出力され、溶接ロボッ）Ｒの溶接
打点位置が補正され、Ｓ２５から３２８へ移行する。

Ｓ２４における判定の結果、ＮＯのときには、３２４か
ら３２６へ移行し、Ｓ２６においてＯ≦Ｘ２≦δか否か
が判定され、Ｙｅｓのときつまりナゲツト１８のフラン
ジ端側端部がフランジ端側の禁止ゾーン内にあるとき（
第６図に仮想線で図示のナゲツト１８Ｂを参照）には、
３２６から３２７へ移行し、３２７において平均フラン
ジ端に対して直交方向に向けてＲ止り側へ設定補正量ｅ
だけ溶接打点位置を修正するようにロボットＲの制御装
置に補正指令信号が出力され、溶接ロボットＲの溶接打
点位置が補正され、Ｓ２７から３２８へ移行する。

３２６における判定の結果、Ｎｏのときには溶接打点位
置は適正であると判断し、３２６から３２８へ移行し３
２ＢにおいてカウンタＩをリセットし３２８から３３へ
戻り、上記８３〜３２Ｂのルーチンが繰り返される。

尚、本実施例においては設定データ入力装置１２により
ワークＷのフランジ有効長さＡ、禁止ゾーン幅δ及び補
正ｌｅ等をコントロールユニット１３に入力するように
したが、設定データ入力装置１２を別に設けずに上記各
設定値をあらかじめコントロールユニット１３内のＲＯ
Ｍ２６のＩＩ　御プログラム内に組込んでおいても良い
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は溶接ロボ
ットと溶接打点位置制御装置とワークＷとを示す側面図
、第２図は溶接打点位置制御装置のブロック図、第３図
はスポット溶接されたワークＷのフランジ部の拡大縦断
面図、第４図はテレビカメラと距離センサの一部切欠き
側面図、第５図はテレビカメラと距離センサの正面図、
第６図はワークＷのフランジ部の溶接打点位置を説明す
る説明図、第７図は溶接打点位置制御装置で行なわれる
打点位置補正制御のルーチンのフローチャートである。 Ｒ・・溶接ロボット、　Ｓ・・溶接打点位置制御装置、
　Ｗ・・ワーク、　　７・・テレビカメラ、８・・画像
処理制御装置、　９ａ・９ｂ・・距離センサ、　　１２
・・設定データ入力装置、　　１３・・コントロールユ
ニット、　　１８・・ナゲツト。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スポット溶接ガンを備えた溶接ロボットでワーク
   にスポット溶接するようにした溶接装置において、 スポット溶接ナゲット部位置を検出する打点位置検出手
   段と、 上記打点位置検出手段からの出力を受けて、基準打点位
   置となるように溶接打点位置を補正する補正量を求め、
   その補正量信号を上記溶接ロボットの制御装置へ出力す
   る打点位置補正制御手段とを備えたことを特徴とする溶
   接打点位置制御装置。