WO1990000108A1 - Visual control robot system - Google Patents

Description

明 細 害

視覚制御ロボッ ト システム

技 術 分 野

本発明は、 ロボッ ト制御装匿およびビジ ヨンセンサシ ステムの夫々に関連する操作を共通の操作盤を介して行 える視覚制御ロボッ ト システムに関する。

背 景 技 術

ビジ ョ ンセンサで検出 した視覚情報に基づいて作動す る視筧制御口ホ：ッ ト システムが知られてい る。 例えば、 典型的なアーク溶接用の視覚制御ロボッ ト は、 ビジョン センサの レーザビーム投光器から溶接部材にス リ ツ ト光 を照射し、 該ビジ ョンセンサの半導体カメ ラによ り ス リ ッ ト 像を検出する よ うになっている。 そして、 ロボッ ト のビジ ョ ンセンサコン ト D —ラは、 溶接作業時、 ス リ ツ ト 像を解析して実際溶接線の位置を判別し、 ビジョ ン教 示に用い るサンブル溶接部材に形成した基準溶接線から の実際溶接線の位置ずれを検出し、 ロボッ ト 制御裝 gは この位置ずれに基づいて実際溶接線を基準溶接線に合致 するよ う に補正しつつアーク溶接を行う よ うになってい る。 こ こ で、 ビジョン教示とは、 溶接動作を停止させた 状態で、 サンプル溶接部材に予め形成したおいた基準溶 接線上の複数の点にレーザビームを顺次照射したときの カメラ画像をロボッ ト 作動位置に対応づけてビジョンセ ンサコ ン ト ロー ラに記憶させるこ とを云う。 そ して、 サ ンブル溶接部材の溶接線上の各点に対応する力 ラ画像 内のス リ ツ ト像には溶接線の位置を表す特徴部分が現れ る。 例えば、 重ね港手の場合はスリ ッ ト像に特徴部分と しての途切れた部分が現れ、 隅肉琏手の場合にはスリ ツ ト像に特徵部分と しての屈曲点が現れる。 結果と して、 上記複数点についての複数のカメラ画像の一連のスリ ッ ト像特徵部分が基準溶接線を表す。

ビジョン教示にあたって、 オペ レータは、 ビジョンセ ンサコン ト ローラへビジョン教示用の各種パラメータを 人力する必要がある。 このため、 従来は、 オペレータが ロボッ ト 動作をロボッ ト に教示するために用いる口ボッ 制御装！:専用の操作盤と、 これとは別個のアーク ビジ ヨンセンサシスチム専用の操作盤とを設けている。 従つ て、 オペ レータ は、 両操作盤の^方の操作に習熟しなけ ればならない。 また、 両操作盤を交互に用いなければな らず、 操作が煩雑で非能率的であ った。

発 明 の m 示

本発明の目的は、 □ボッ ト制御裝 gおよびビジヨンセ ンサシステムの夫々に関連する操作をオペ レー タが共通 の操作盤を介して簡便にかつ能率的に行える視覚制御口 ボッ ト システムを提供することにある。

上述の目的を達成する ため、 本発明の視覚制御ロボッ ト シスチムは、 ロボッ ト本体の駆動を制御するための口 ホッ ト 制御装置と、 視覚情報を検出するためのビジョン センサ シ ステムと、 前記ロボッ ト 制御装置に関連する操 作を行う第 1 のモー ド.および前記ビジ ョ ンセンサシステ ムに関連する操作を行う第 2のモー ドのいずれかを選択 するための手段を有する、 両前記操作を行うための共通 の操作盤とを備える。

本発明は、 視覚制御ロボッ ト システムの口ボッ ト制御 裝匮およびビジョンセンサシステムの夫々に閬連する操 作を両者に共通の操作盤を介して行えるよ うにしたので、 オペレ ー タは、 ロボッ ト 制御装！:およびビジョンセンサ システムに関連する操作をひとつの操作盤のみを用いて 口ォ、ッ ト システムの作動モー ドを切換える だけで実行で き、 操作能率が向上する。 また、 オペ レー タが操作盤の 操作に容易に習熟できる。

図 面 の 簡 単 な 説 明

図面は、 本発明の一実施例によ るアー ク溶接用の視覚 制御ロボッ ト システムをその一部をブロッ クで示した図 で る。

発明を実施するための最良の形態

図において、 ア ーク溶接用の視覚制御ロボッ ト シスチ ムはロボッ ト本体 1 を備え、 ロボッ ト 本体 1 の手首部 2 には溶接 ト ーチ 2 a とアーク ビジ ョンセンサ 2 b とが設 けられている。 ビジョンセンサ 2 b は、 C R T表示装置 4を有するアー ク ビジョンセンサコン ト ロ ーラ 3 と協働 してアーク ビジ ョ ンセンサシステムを成すもので、 レー ザ発信器を含む レ一ザ投光器および半導体カメ ラ （いず れも図示省略） を備えている。 溶接 ト ーチ 2 a とセンサ 2 b の投光器とセンサ 2 h のカメ ラは、 常に所定の位 g 関係が成立する ように配設されている。 ロボッ ト本体 1 はロボッ ト の各軸の駆動源と してのサーボモータと各軸 のサーボモータの作動位匱を検出するための各種内界セ ンサ （いずれも図示省略） とを備え、 これらサーボモー タおよび内界センサは、 例えば数値制御装置よ りなる口 ボッ ト 制御装置 5 に接続されている。

ロボッ ト システムは操作盤 6をざらに備え、 該操作 §1 6はロボッ ト制御装匿 5 に接続ざれる と共に制御裝 g 5 を介してアーク ビジョンセンサコ ン ト ローラ 3に接続さ れ、 制御裝匿 5 およびビジョンセンサシスチムの夫々に 関連する各種操作を両者に共通の操作盤 6 を介して行え るよう になっている。 すなわち、 ロボッ ト システムは、 ロボッ ト 制御装置 5に関連する操作を行う第 1 のモー ド およびアーク ビジョンセンサシステム （よ り特定的には アーク ビジ ョンセンサコン ト D—ラ 3 ) に関連する操作 を行う第 2のモー ドを含む各種モー ドで作動可能にされ、 操作盤 6 はこれらモー ドのいずれかを選択するための手 段を備えている。 詳し く は、 操作盤 6は、 液晶表示部 7 と、 カーソルキー， チンキーを含む各種操作キー /ボタ ン 8 と、 - 複数のソフ ト キー 9 とを備え、 ロボッ ト システ ムの夫々のモー ド同士間でソフ ト キー 9に異なる機能を 付与して多数の機能を実行可能に している。 例えば、 口 ホッ ト シ ステムの電源投入時、 所定のソフ ト キー 9 aに 上記モー ド選択手段と しての機能が付与されるようにな つている。 そして、 □ポッ ト シス亍ムは、 第 1 , 第 2の モー ドでの操作問で共通するもの （ C R T表示装蚩 4お よひ液晶表示部 7の夫々の画面上でのカー ソル移動のた めの操作など） を、 操作盤 6の同一のキー /ボタンを同 一の仕方で操作するこ とによ り実行可能にされている。

以下、 上述の構成のアーク溶接 [3ポ 'ッ ト シスチムの作 動を説明する。

口ボ、ソ ト システムにおいて、 口ボッ ト への溶接部材位 置の教示， 溶接条件の教示， ビジ ョ ン教示および実際の 溶接作業がこの順序で行われる。

先ず、 オペレ ー タは、 サンブル溶接部材 （図示略） を 図示しない治具にセッ ト し、 ロボッ トシステムの電源を 投入する。 電源投入時、 アーク ビジョンセンサコン ト □ ーラ 3 は、 操作盤 6の液晶表示部 7にモー ド選択画面を 表示させる。 この画面にはモー ド選択時に夫々のソフ ト キー 9 に付与された機能が表示される。 オペ レー タは、 モー ド選択手段と しての機能が付与された所定のソフ ト キー 9 a を操作して、 ロボッ ト 制御装置 5 に関連する操 作を行う ために第 1 のモー ドを選択する。

次に、 オペレー タは操作盤 6の各種キー Zボタン 8を 操作する ことによ り、 ロボッ ト制御装置 5 を介してロボ ッ ト本体 1 を手動運転してサンブル溶接部材の位箧 （詳 し く は内界センサによ り検出され る各軸サ ーボモー タの 作動位置） をロボッ ト 制御装匿 5 に教示する。 そ して、 サンプル溶接部材に ¾ し て試行的な溶接作業を行い、 そ の結果得た適正な溶接条件をロボッ 1、 制御装置 5 に設定 する。

次いで、 オペ レ ータは、 ビジョ ン教示を行うべく、 操 作盤 6のソフ ト キー 9 aを操作して液晶表示部 7にモー ド選択画面を表示させ、 アーク ビジョンセンサシステム に関達する操作を行うために第 2のモー ドを選択する。 このモー ド選択に応じて、 アーク ビジョンセンサコン ト ローラ 3 は液晶表示部 7 にビジョ ン教示に閲連する質問 メッセージを順次表示する。 オペ レータは、 これら質問 メ ッセージに応じて、 操作盤 6の操作キーノボタン 8を 操作する ことによ り C R T表示装置 4の画面上での画像 解析対象領域， 継手の種別， 画像の取り込み間隔などの ビジョン教示に関連するパラメー タを設定する。

ビジョン教示パラメ ー タの設定に応じて、 ビジヨンセ ンサコン ト ローラ 3はロボッ ト制御装置 5 と協働してビ ジョン教示動作を行う。 なお、 ビジョン教示時には溶接 動作は停止する。 ビジョン教示時、 ロボッ ト制御装置 5 は、 上述のサンプル溶接部材の位置についての教示結果 に基づいて、 ロボッ ト本体 1 の手首部 2に装着した溶接 ト ーチ 2 aがサンブル溶接部材に形成された基準溶接線 に沿って.移動する ようにロボッ ト本体 1 の駆動を制御す る。 この間、 ビジ ョンセンサ 2 b のレーザ投光器からサ ンブル溶接部材に向けて該溶接部材の溶接線を横断する 方向に延びる線状のスリ ッ ト光が照射ざれ、 センサ 2 b の半導体力メラによ り ス リ ッ ト像 （サンブル溶接部材が 隅肉継手であれば V字状屈曲線） が検出される。 そして、 半導体カメラに接続した ビジョンセンサコ ン ト ローラ 3 に付設した C R T表示装匿 4の画面上にス リ ッ ト像が表 示される。 ビジョンセンサコン ト ローラ 3 は、 該コン ト ローラに内蔵の記憶装萤にスリ ッ ト 像を含むカメラ画像 を所定時間間隔 （溶接線上での 2 〜 5 0 の距離間隔に 対応〉 で しかもロボッ ト 本体 〗 の手首部 2 の位匿， 姿勢 に対応づけて取り込む。

上述のよ うに、 第 1， 第 2のモー ドでの夫々の操作時、 オペ レ ー タは両モー ドに共通の操作盤 6のみを用いて所 要の操作を行う と共に、 両モー ドに共通の操作にあたつ ては、 操作盤 6の同一のキー ボタンを同一の仕方で操 作する。 この結果、 両モー ドでの操作を非熟練者でも簡 便にかつ能率的に行える。

上記各種操作の終了後、 オペ レ ー タは、 実際に溶接を 行うべき溶接部材をセッ ト した後、 操作盤 6 を操作して 口ホ ッ ト システムを溶接運耘モ一 ドにし、 溶接作業を閲 始ざせる。

ア - ク溶接実行時、 ロボッ ト制御裝匿 5 は、 上述のサ ンブル溶接部材の位匿についての教示結果を内蔵の記憶 装置から呼び出してロボッ ト本体 1 の手首部 2の位置， 姿勢 （すなわち、 溶接 ト ーチ 2 aの位 g, 姿勢） を制御 しつつ、 上述のよ うにして決定した適正な溶接条件で溶 接を行わせる。 こ の溶接作業中、 ビジョ ン教示時と同様 に、 ビジ ョンセンサ 2 b のレーザ投光器か ら溶接部材に 向けてス リ ッ ト 光が照射され、 センサ 2 b のカメ ラによ り現在の溶接状態が撮像され、 C R T画面に表示される。 ビジョンセンサコン ト ローラ 3は、 溶接ト ーチ 2 aが溶 接镍上での所定位置の各々に到達する度にこのカメラ画 像を取 り込むと共に、 ビジョン教示時に記憶したカメラ 画像のうちの各該 ト ーチ位置に対応するカメラ画像を内 蔵の記億装置から読出す。 次に、 ビジョンセンサコン ト ローラ 3 は、 取り込んだカメラ画像および読出したカメ ラ画像の夫々についての画像解析を行い、 両該カメラ画 像に含まれるスリ ッ ト 像の、 溶接線を表す特徵部分 （例 えば、 溶接部材が隅肉継手であれば V字状屈曲縝の屈曲 点） を抽出する。 そして、 両カメ ラ画像の特徵部分の力 メラ画面上での位 gずれの大きさを算出し、 この算出値 と、 夫々既知である レーザ投光器とカメラ間距離及び投 光器と溶接部材間距離とに応じて定まる換算係数とに基 づいて、 ビジョン教示時に用いた基準溶接線と溶接作業 時での実際溶接線との間の位蘆ずれの実際の大きさ （補 正量） を算出する。 なお、 この位！:ずれは、 ワークのセ ツチイ ング誤差， 溶接中でのワーク位匿の変動などに起 因して発生する。 次いで、 ビジョ ンセンサコン ト ローラ 3は上記補正量をロボッ ト制御装置 5に送出する。 ロボ ッ ト制御装匮 5 はこの補正量に基づいて溶接経路をリア ルタイ ムで補正する。 このような補正動作が溶接線上で の各点で行われ、 アーク溶接が正確に行われる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 - ロボッ ト本体の駆動を制御するためのロボッ ト 制御 装置と、 視覚情報を検出するためのビジ ョンセンサシ ステムと、 前記ロボッ ト制御裝匿に閬連する操作を行 う第 1 のモー ドおよび前記ビジ ョンセンサシステムに 閔連する操作を行う第 2のモー ドのいずれかを選択す るための手段を有する、 両前記操作を行うための共通 の操作盤とを備える視覚制御ロボッ ト シス亍ム。

2 . 前記ビジョンセンサシステムは、 少な く とも作業対 象物体を撮像するためのビジョ ンセンサと、 該ビジョ ンセンサからの画像信号を解析するためのビジョンセ ンサコン ト ローラとを含み、 該ビジョンセンサコン ト ローラを前記操作盤に接続した請求の範囲第 1 項記载 の視覚制御ロボッ ト システム。

3 . 前記第 1 , 第 2のモー ドでの操作同士間に共通の操 作が、 前記操作盤を同一の仕方でオペレ ータ操作する こ とによ り実行される請求の範囲第 1 項記載の視覚制 御口ボッ ト システム。

4 . 前記ロボッ ト 本体に溶接 ト ーチを装着し、 アーク溶 接を行.う請求の範囲第 1 項ない し第 4項のいずれかに 記載の視覚制御ロボッ ト システム。