JPS63154263A - 自動溶接機械の制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボット等を用いた自動溶接機械にお
いて、溶接用ワーク間に生じる隙間に対して溶接ビード
幅をリアルタイムで調整する制御方法に関する。

〔従来の技術〕

溶接用ワーク間に生じる隙間は、溶接用ワークの位置決
め精度の悪さや、溶接中の熱による歪み等が原因である
。このような隙間が各溶接用ワーク間で異なるときは、
通常のセンサ無しの単なるティーチングプレイバック型
の自動溶接方式では対応できない。

センサを使った従来技術の例として、溶接を行う前にレ
ーザー光を使って隙間の大きさを測定し、予め登録して
おいたいくつかの溶接条件の中から、測定した大きさの
隙間に最も適した溶接条件を選択して溶接を行う手法が
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このレーザー光を使った手法では、溶接を行う前に隙間
の大きさを測定するために溶接線上をセンサで走査する
必要がある。つまり、通常の溶接動作の他に、さらに別
の動作が加わる。これは、短時間でなるべく多くの溶接
を行おうとする実際の溶接工程では望ましいものではな
い、また、この手法ではリアルタイム的な制御を行って
いないため、溶接中に熱歪みによって生しる隙間に対し
ては何ら対処できない。

このようなことより、いわゆる２バス方式の溶接法より
は、リアルタイムで制御を行う１バス方式の溶接法が好
ましい。

溶接用トーチを溶接線上にもって（る、いわゆる倣い制
御が主な目的ではあるが、溶接中にレーザー光を使った
１パス方式での制御例もある。この場合、アーク光の影
響を避けるため、レーザー光の照射位置が実際の溶接個
所よりは先行しており本当の意味でのリアルタイム的な
制御ではない。

そのため、アーク光の影響を受けない程度にレーザー光
の照射位置を溶接用トーチ側に近づける試みもある。し
かし、レーザー光の発射部を構成する電子部品が高温の
環境下では動作しないため、この試みは長時間の溶接に
は適応できない。

本発明は、上述のようなレーザー光では難しいリアルタ
イムでの溶接個所の隙間の状態の検出を可能とし、被溶
接ワーク接合部に存在する隙間の大小に拘わらず、さら
に適切など一ドが得られるような方法を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明の自動溶接機械の制御
方法は、溶接中の溶融ビードの状態を直視可能な撮像手
段と、咳撮像手段の映像信号を肖像処理するイメージプ
ロセッサとを備えた溶接用ロボット等の自動溶接機械に
おいて、溶接中の溶融ビード像の特徴量が所望の特徴量
になるように溶接速度をリアルタイムに変更して、ビー
ド幅が一定になるように制御することを特徴とする。

〔作用〕

溶融池を見るための撮像手段、例えば撮像カメラは、そ
のままではアーク光の影響で満足な画像は得られない。

そこで、本発明では、アーク光の影響を防ぐために溶融
池の光の波長域だけを通す光学フィルタを用いる等の手
法を用いて、溶接中の溶融ビードの状態を直視できるよ
うにする。また、使用している溶接条件が短絡領域での
溶接、すなわちショートアーク７容接であればアークの
１肖えている短絡期間だけ画像を取り込むようなシャッ
タを用いる。また、熱の影響を避けるため、撮像カメラ
は倍率の高いレンズやファイバスコープを用いて溶接個
所より離れた位置に置く。

第１図に、ラップ溶接で隙間が小さいときと大きいとき
の熔融ビードの形状を示す。（ａ＋が隙間が小さいとき
、申）が大きいときである。第１図において、１１．１
２は溶接用ワイヤであり、破線で上板の位置を示してい
る。溶接方向は画像の上方向になる。隙間が大きいとき
は、溶融ビードが隙間に入り込み、画面では溶融ビード
が細くなって見える。このときは、出来上がりの溶接と
一ドも小さい。一方、隙間が小さいときは、上板まで溶
かされて画面での溶融と一ドは大きくなり、出来上がり
の溶接ビードも大きくなる。

このように、溶融ビードの大きさを知ることにより、隙
間の状態が推定できる。本発明は、この特性を利用した
ものである。

隙間の状態がわかれば、それに応じて溶接条件を変更し
てゆけばよい。本発明では溶接速度の変更を行うように
している。速度変更の方法は、例えば溶融ビードの大き
さとそれに対応する溶接速度の関係を予め登録しておき
、測定した溶融ビードの大きさから適切な溶接速度を選
び出す手法、あるいは予め指定した溶融ビードの大きさ
になるよう、ビードが大きいときは速度を増やし、ビー
ドが小さいときは速度を滅らすような負帰還の制御によ
る手法などがある。

〔実施例〕

この発明の実施例を、第２図を参照しながら説明する。

溶接は、ロボット２とそれをコントロールするロボット
制御ＴＩ器１によって実行される。溶接部は、溶接用ト
ーチ３．ワーク４及びそのワーク４を動かすポジショナ
−５から成っている。ここでは円筒形のワーク４を例に
とって、その溶接個所を拡大した様子を右下に示してい
る。

センサ部はファイバースコープ６を通してカメラボック
ス７内にある撮像カメラで溶融ビードの画像を取り込む
。その画像信号の処理はイメージプロセッサ８で実行さ
れる。イメージプロセッサ８への変数の設定等はマン・
マソン・インターフェース９を介してなされる。

イメージプロセッサ８では、画像処理を行い、溶接速度
変更指令をロボット制御器１に出力する。

ロボット制御器１はそれを受けて、実際の溶接速度を変
更すべく、ロボット２に指令を出す。

ファイバスコープ６の使用は盪像カメラへの熱の影響を
防ぐためである。また、カメラボックス７の中には、盪
像カメラの他にアーク光の影響を防ぐだめの光学フィル
タとシャッタとを備えている。

第３図に、この応用例での流れ図を示す。これは実際の
ビード幅制御を行うときの流れ図であり、その前に以下
の準備が必要である。

まず、測定すべきビード幅の位置を与えるウィンドウを
画面上で指定する。次に、ギャップの少ない、ロボット
のティーチング時に用いるようなワークで溶接を行う。

そのとき、イメージプロセッサ８は先に指定したウィン
ドウ内のビード幅の測定を行い、その平均値をビード幅
の基準値Ｓ　ｒｅｆとする。第４図にウィンドウと基準
幅Ｓ　ｒｅｆについての例を示す、溶融池２１のワイヤ
２２の下にある長方形の形をしたものがウィンドウ２３
であり、イメージプロセッサ８はこのウィンドウ２３内
のプール幅について測定を行う。このウィンドウ２３の
位置は、実際の溶接ビード幅を反映する部分、画面上で
のワイヤの位置より少し下の部分が望ましい。

なお、ビード幅の測定のための画像処理は、測定しよう
とするビードが背景に対して非常に明るいため、単なる
二値化処理でビードに当たる部分の幅を求めたり、ある
いは微分処理を用いて背景の暗い部分から、ビードの明
るい部分の変化点、すなわちプールのエツジ部を検出し
てプール幅を求める方法などがある。

以上のように、ウィンドウを指定し、ビード幅の基準値
Ｓ、、、を求めた後、第３図の流れ図に従ってビード幅
の制御を行う、イメージプロセッサ８が、まず溶融池２
１の画像を取り込み、ビード幅Ｓを測定する。この応用
例では、この測定したビード幅Ｓから溶接速度を計算す
ることはせず、先に測定したビード幅の基準値Ｓ　ｒｅ
ｆを目標値とする負帰還制御を行う、すなわち、測定値
Ｓが基準値Ｓ　ｒｅｆより大きいときはプール幅が大き
くなりすぎていることを示しているため、イメージプロ
センサ８からロボット制御器１に溶接速度の増加指令が
送られる。一方、測定値Ｓが基準値Ｓ　ｒｅｆより小さ
いときは、大きなギャップがあることを示しており、イ
メージプロセッサ８からロボット制御器１に溶接速度の
減少指令が送られ、ギャップを埋めるために溶接がゆっ
くり実行される。

以上のような処理を溶接中に操り返し行う。この応用例
では、−回の処理時間（それらは主に画像の取り込み時
間とプール幅の測定時間である）が、およそ５０〜６０
鵬であり、溶接に対するリアルタイム制御には充分であ
る。

次に、この応用例での速度変更の方法について述べる。

イメージプロセッサ８からはロボット制御器Ｉ器１に対
して、速度を指定する指令値ｎが送られる。この指令値
ｎと実際の速度υ′の関係はティーチング時の溶接速度
をυとすると次式で与えられる。

υ″＝υＸｎ／１００ つまり、イメージプロセッサ８からはティーチング速度
υのパーセント値が与えられる。

溶接開始時には、指令値ｎの初期値は１００であり、イ
メージプロセッサ８は、予め設定された指令値ｎのきざ
み幅Δｎをもっており、溶接速度の増減指令のときに、
−回前の指令値ｎにきざみ幅Δｎを加えたり、引いたり
して次の指令値を求め、ロボット制御器１に出力してい
る。

指令値ｎのきざみ幅Δ・ｎの選び方は、溶接を行うワー
クの状態で決まる。たとえば、ギヤツブの大きさが非常
にばらつき、速い応答が要求されるようなワークでは、
きざみ幅Δｎは大きく選ぶ。

また、ギャップは小さく、車にビード幅の一定制御を行
いたい場合は、きざみ幅Δｎは小さく選ぶ。

イメージプロセッサ８から速度の指令４１Ｉ！ｎを受は
取ったロボット制御器１は以下のような処理を行う。

この応用例でのづボット制御器１は、ある基本サイクル
をもっており、各サイクル毎に次のサイクルでのロボッ
トの移動位置の計算を行う。具体的には、現在位置から
次のサイクルの移動位置までの移動量、あるいは変位量
（ΔＸ、Δｙ、Δ２）を三次元的に計算し、それをロボ
ットのサーボ系に出力している。

そこで、イメージプロセッサ８から速度の指令値ｎを受
は取ると、本来のティーチング速度υのときの変位量（
Δ２．Δｙ、Δ２）に対して新しい変位量（Δｚｌ、Δ
ｙ′、Δｚｌ）を次のように計算し直し、サーボ系に出
力する。

ΔＸ′−ΔχＸｎ／１００ Δｙ″＝ΔｙＸｎ／１００ Δｚ′＝八ｚｘへ／１００ 上式のような処理を行うことで、溶接速度が先に挙げた
式のような関係になることがわかる。

なお、以上は、隙間がある場合の溶接の制御法について
説明してきたが、隙間がない場合での）容接ビード幅を
一定にするようにする制御にも適用できることは勿論で
ある。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、溶接個所を
直接監視する盪像手段を備え、リアルタイムで画像処理
、溶接速度の調整を行うようにしているため、溶接中に
生じる熱歪みによる隙間に対処できる。また、センサ部
に撮像カメラ等の手段を使っており、倍率の高いレンズ
やファイバスコープを用いることで、溶接個所から離れ
た位置に（原像カメラを設置することができ、熱の影響
を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熔融ビードと隙間の関係を示す概略図、第２図
は本発明の詳細な説明図、第３図は本発明を実施するた
めの処理の流れ図、第４図はウィンドウと基準幅Ｓ□、
の例を示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、溶接中の溶融ビードの状態を直視可能な撮像手段と
   、該撮像手段の映像信号を画像処理するイメージプロセ
   ッサとを備えた溶接用ロボット等の自動溶接機械におい
   て、溶接中の溶融ビード像の特徴量が所望の特徴量にな
   るように溶接速度をリアルタイムに変更して、ビード幅
   が一定になるように制御することを特徴とする自動溶接
   機械の制御方法。