(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動軸を有し、先端に溶接トーチを装着するロボットと、
前記溶接トーチに接続され前記溶接トーチへ溶接電流を出力する溶接電源と、
前記溶接トーチ近傍に装着されワークの溶接線の位置および前記溶接線のギャップ長を前記溶接トーチに先行して検出するセンサと、
前記ロボットに接続され前記ロボットの駆動軸を制御するとともに、前記溶接電源および前記センサ制御装置に接続され情報の入出力を行うロボット制御装置とを備え、
前記センサによって検出した前記溶接線の位置に基づき前記溶接トーチの位置を補正するとともに、前記ギャップ長に応じて溶接条件を変更しながら溶接作業を行うロボットシステムにおいて、
前記ロボット制御装置は、
前記ギャップ長の範囲と前記ギャップ長の範囲に対応する前記溶接条件とを記録した溶接条件テーブルと、
長さ情報として予め記憶される条件緩和パラメータを記憶する領域と、
通常時には前記センサにより今回検出されたギャップ長と前記溶接条件テーブルとを参照して溶接条件を変更させるとともに、前記センサにより今回検出されたギャップ長が、前記溶接条件テーブルにおける現在の溶接条件に対応する前記ギャップ長の範囲の下限よりも小さく、且つ、当該ギャップ長の範囲の下限から前記条件緩和パラメータにより規定される長さを減じた値よりも大きい場合には、現在の溶接条件を維持させるとともに、前記センサにより今回検出されたギャップ長が、前記溶接条件テーブルにおける現在の溶接条件に対応する前記ギャップ長の範囲の上限よりも大きく、且つ、当該ギャップ長の範囲の上限に前記条件緩和パラメータにより規定される長さを加えた値よりも小さい場合には、現在の溶接条件を維持させる条件緩和演算部と、を備えることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記ロボット制御装置は、
条件緩和の有無を選択できる手段を有し、
前記条件緩和演算部は、条件緩和無しが選択されたときには、前記条件緩和演算部は常に前記センサにより今回検出されたギャップ長と前記溶接条件テーブルとを参照して溶接条件を変更させる
ことを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記溶接条件は溶接速度を含むことを特徴とする請求項１または２記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記溶接条件はウィービング周波数を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記溶接条件はウィービング振幅を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記ギャップ長は、前記ワーク表面に対して平行方向あるいは鉛直方向に生じるズレの大きさであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接作業を行うロボットシステムに関し、特にワークの溶接線の位置を検出して溶接線に追従するように溶接トーチの位置を補正し、ワークの溶接線のギャップ長に応じて溶接条件を変更しながら溶接作業を行うロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットによる溶接作業において、センサを用いてワークの溶接線の位置を検出しながらロボットに取り付けられた溶接トーチの位置を溶接線に追従するように補正して溶接作業を行う制御は、トラッキング制御として広く知られている。トラッキング制御においては、溶接線のギャップ長に応じて溶接条件を変更するギャップ制御が行われる場合がある。
図８は、トラッキング制御を行うロボットシステムの構成を示す模式図である。図において、８０１は複数の駆動軸を有するロボットであり、その先端には溶接トーチ８０２とセンサ８０３が装着されている。
溶接トーチ８０２は溶接電源８０５と接続され、溶接電源８０５によって溶接電流が生成される。センサ８０３にはセンサ制御装置８０６が接続され、センサ制御装置８０６によってセンサ８０３の制御、データ処理、データ入出力が行われる。
一方ロボット８０１はロボット制御装置８０４と接続され、ロボット制御装置８０４によってロボット８０１の駆動軸の制御が行われる。ロボット制御装置８０４にはさらに溶接電源８０５と接続され、溶接電源８０５へ溶接指令を送信し、溶接電源８０５から応答を受信する。ロボット制御装置８０４にはセンサ制御装置８０６も接続され、ロボット制御装置８０４はセンサ制御装置８０６へ計測指令を送信し、センサ制御装置８０６から計測データ、ステータス等のセンサデータを受信する。
【０００３】
図８に示すワーク８０７の突き合わせ継ぎ手を溶接トーチ８０２によって溶接する場合、センサ８０３から発せられるレーザスリット光８０８を溶接点の先行位置に照射し、レーザスリット光８０８の段差部分の位置を突き合わせ継ぎ手の位置として検出する。同時に突き合わせ継ぎ手のギャップ長８０９も検出する。検出されたデータは、センサ制御装置８０６からロボット制御装置８０４に送られ、ロボット制御装置８０４は、センサ８０３の検出位置に基づいて溶接トーチ８０２が突き合わせ継ぎ手を通るようにロボット８０１の位置を補正する。また、ロボット制御装置８０４はギャップ長８０９の大きさに応じて溶接条件を変更する。
なお、センサ８０３はトラッキングセンサとして広く知られており、市販もされている。
【０００４】
以上述べたようなロボットシステムを使い、ギャップ長８０９に応じて溶接条件を変更する例として、ウィービング溶接を実施する例がある（例えば、特許文献１）。
図９は、従来の溶接条件テーブルを示す図である。図９（ｂ）はウィービング条件番号とギャップ長とを対応付けたテーブルであり、図９（ａ）はウィービング条件番号と溶接条件（ウィービングパターン、周波数、振幅等）とを対応付けたテーブルである。
ロボット制御装置８０４内にこのような溶接条件テーブルを作成することにより、センサ８０３から得られるギャップ長８０９に応じて溶接条件を変更することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４４３６７号公報（第６−７頁、図１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、ギャップ長８０９の変化に応じた溶接条件の変化について考察する。
溶接条件テーブルとして、図５に示したテーブルを利用する。図５における溶接条件テーブルのうち、溶接条件番号とは、ロボット制御装置８０４が溶接電源８０５に出力する番号である。溶接電源８０５はこの溶接条件番号を受信し、溶接電源８０５内に設定されている該当溶接条件に従って溶接電流を生成する。
図６は、図５の溶接条件テーブルのうち、ギャップ長と溶接条件番号との関係をグラフ化したものである。横軸がギャップ長で、縦軸が溶接条件番号を表している。ギャップ長に応じて溶接条件番号は階段状に変化している。
ところが、溶接条件番号の変化点（例えば、図６においてギャップ長が０．３０[ｍｍ]近傍）において、センサ８０３から検出されるギャップ長８０９が短周期で変化する場合（例えば、０．２９[ｍｍ]から０．３１[ｍｍ]の間を短周期に変化する場合）、溶接条件番号も短周期で変化する（例えば、溶接条件番号２と３の間を短周期で変化する)。これにより短周期で溶接条件が変化するため、安定した溶接が行えないという問題が発生する。
一方図７は、図５の溶接条件テーブルのうち、ギャップ長と溶接速度との関係をグラフ化したものである。横軸がギャップ長で、縦軸が溶接速度を表している。図６と同じくギャップ長に応じて溶接速度が階段状に変化している。
よって、溶接速度の変化点（例えば、図７においてギャップ長が０．３０[ｍｍ]近傍）においてセンサ８０３から検出されるギャップ長８０９が短周期で変化する場合、溶接条件番号と同様に短周期で溶接速度が変化する（例えば、溶接速度９５［％］と９０［％］との間を短周期で変化する)ため、安定した溶接が行えないという問題が発生する。
センサ８０３によって検出したギャップ長が溶接条件テーブルで指定したギャップ長と等しい値になるのは、（１）ワーク８０７のギャップ長８０９が実際にその距離になっている場合や、（２）センサの検出誤差やセンサが誤検出している場合、等のケースがあり、通常起こり得るものである。
【０００７】
このように、従来のロボットシステムは、検出したギャップ長が、溶接条件テーブルで設定されたギャップ長近傍において短周期で変化する場合、溶接条件が短周期で変化するために溶接品質が劣化するという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、検出したギャップ長が、溶接条件テーブルで設定されたギャップ長近傍において短周期で変化する場合でも安定した溶接が行えるロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、複数の駆動軸を有し、先端に溶接トーチを装着するロボットと、前記溶接トーチに接続され前記溶接トーチへ溶接電流を出力する溶接電源と、前記溶接トーチ近傍に装着されワークの溶接線の位置および前記溶接線のギャップ長を前記溶接トーチに先行して検出するセンサと、前記ロボットに接続され前記ロボットの駆動軸を制御するとともに、前記溶接電源および前記センサ制御装置に接続され情報の入出力を行うロボット制御装置とを備え、前記センサによって検出した前記溶接線の位置に基づき前記溶接トーチの位置を補正するとともに、前記ギャップ長に応じて溶接条件を変更しながら溶接作業を行うロボットシステムにおいて、前記ロボット制御装置は、前記ギャップ長の範囲と前記ギャップ長の範囲に対応する前記溶接条件とを記録した溶接条件テーブルと、長さ情報として予め記憶される条件緩和パラメータを記憶する領域と、通常時には前記センサにより今回検出されたギャップ長と前記溶接条件テーブルとを参照して溶接条件を変更させるとともに、前記センサにより今回検出されたギャップ長が、前記溶接条件テーブルにおける現在の溶接条件に対応する前記ギャップ長の範囲の下限よりも小さく、且つ、当該ギャップ長の範囲の下限から前記条件緩和パラメータにより規定される長さを減じた値よりも大きい場合には、現在の溶接条件を維持させるとともに、前記センサにより今回検出されたギャップ長が、前記溶接条件テーブルにおける現在の溶接条件に対応する前記ギャップ長の範囲の上限よりも大きく、且つ、当該ギャップ長の範囲の上限に前記条件緩和パラメータにより規定される長さを加えた値よりも小さい場合には、現在の溶接条件を維持させる条件緩和演算部と、を備えることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記ロボット制御装置は、条件緩和の有無を選択できる手段を有し、前記条件緩和演算部は、条件緩和無しが選択されたときには、前記条件緩和演算部は常に前記センサにより今回検出されたギャップ長と前記溶接条件テーブルとを参照して溶接条件を変更させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記溶接条件は溶接速度を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記溶接条件はウィービング周波数を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、前記溶接条件はウィービング振幅を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、前記ギャップ長は、前記ワーク表面に対して平行方向あるいは鉛直方向に生じるズレの大きさであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によると、条件緩和演算部が条件緩和パラメータを利用して、溶接線のギャップ長の変化に対応した溶接条件の変更を遅らせるので、検出したギャップ長が、溶接条件テーブルで設定されたギャップ長近傍において短周期で変化する場合でも溶接条件は短周期で変化せず、安定した溶接が行えるという効果がある。
条件緩和パラメータを溶接線のギャップ量に対応する量、または溶接線のギャップ長の割合とすることができるので、状況に応じて設定しやすい方を選択することができ、使い勝手が向上するという効果がある。
また、請求項２記載の発明によると、溶接条件の変更を遅らせるのをギャップ長の減少の際、増加の際のどちらで行うかを選択することができ、使い勝手が向上するという効果がある。
また、請求項３乃至５に記載の発明によると、様々な溶接条件について請求項１の発明を適用することができ、様々な状況のもとでより安定した溶接を行うことができるという効果がある。
請求項６に記載の発明によると、溶接線のギャップ長がワーク表面方向のズレである場合に加え、ワーク表面に対する鉛直方向のズレである場合にも対応できるので、より広範囲なギャップ制御に対応できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の第１実施例のロボットシステムのロボット制御装置８０４のブロック図である。このブロック図は、既に説明した図７のトラッキング制御を行うロボットシステムにおけるロボット制御装置８０４の内部のうち、トラッキング制御に関連のある部分のみを記載している。
図において、１０３はセンサ処理部であり、センサ８０３が検出するセンサデータ（位置、ギャップ長、タイムスタンプ等）を入力とし、データのフィルタリングや、センサが検出した位置データをワールド座標系に基づく値へと変換する等の処理を行う。そして、隣接する条件緩和演算部１０１が必要とするデータを出力する。本実施例の場合は検出したギャップ長を出力する。
【００２０】
条件緩和演算部１０１は、センサ処理部１０３からギャップ長が入力された時に、前回センサ処理部１０３から入力されたギャップ長を一時的な記憶領域に退避させると共に、溶接条件テーブル１０４を参照して、今回入力されたギャップ長に対応する溶接条件を取り出す。溶接条件テーブル１０４は前述の図５と同じもので、溶接線のギャップ長に対応する溶接条件を記載したテーブルである。以下では溶接条件として溶接条件番号を例にとる。
条件緩和演算部１０１は前回と今回のギャップ長を比較してギャップ長の増減を調べるとともに条件緩和パラメータ１０２を参照する。条件緩和パラメータ１０２は溶接条件テーブル１０４にて規定された溶接条件の変化を遅らせることを目的として、予めロボット制御装置８０４内に設定されている。そして条件緩和演算部１０１はギャップ長の変化と、溶接条件テーブル１０４から取得した溶接条件と、条件緩和パラメータ１０２とを照らし合わせて溶接条件番号を変更するか否かを決定する。
図２は、条件緩和パラメータ１０２を適用した場合のギャップ長と溶接条件番号との関係をグラフ化したものである。図６のグラフと比較すると、ギャップ長の減少に伴う溶接条件番号の変化に遅れ特性が表れているのが分かる。
【００２１】
以下に条件緩和パラメータ１０２を適用した場合の溶接条件変化の具体的な例を示す。図２のグラフにおいて、センサ処理部１０３から入力されるギャップ長が前回から増加して０．２９[ｍｍ]となった時、溶接条件番号は「２」である。ギャップ長がさらに増加し０．３０[ｍｍ]になった時に、溶接条件番号は「３」に変化する。
逆にギャップ長が０．３１[ｍｍ]（この時の溶接条件番号は「３」である）から０．３０[ｍｍ]に減少した場合、溶接条件番号は「３」のままである。引き続きギャップ長が０．２９[ｍｍ]、０．２８[ｍｍ]と減少しても溶接条件番号は「３」のままである。
条件緩和パラメータ１０２で設定した幅だけギャップ長が減少した場合（この場合はギャップ長が０．２５[ｍｍ]になった場合）に、溶接条件番号は「２」に変化し、溶接電源８０５へと出力される。
条件緩和パラメータ１０２は、図２に示すようにギャップ長変化の絶対量（この場合０．０５[ｍｍ]）で指定してもよいし、割合で指定してもよい。
割合で指定する場合は、溶接条件テーブルにて設定されたギャップ長の間隔が０．１０[ｍｍ]であるのに対し条件緩和パラメータの設定値が０．０５[ｍｍ]であるので、５０[％]となる。
【００２２】
また、このような溶接条件番号の変化を条件緩和パラメータの分だけ遅らせる制御を常には行わず、従来のようにギャップ長の変化に伴い即座に溶接条件を変化させる制御と併用できるようにしてもよい。
具体的には図５の溶接条件テーブルに示すように、「溶接条件番号」に関する「処理方法」の項目において、「条件緩和の有／無」を選択できるようにして、「有」の場合には条件緩和パラメータを適用して溶接条件を図２のように変化させ、「無」の場合には溶接条件を図６のように変化させてもよい。
また溶接条件番号の他に、図５の溶接条件テーブルに設定されたウィービング周波数についても同様に適用できるのは言うまでもない。
以上述べたように、条件緩和演算部１０１が条件緩和パラメータ１０２に従って溶接線のギャップ長の変化に伴う溶接条件の変化を遅らせることができるため、ギャップ長の検出値が溶接条件テーブル１０４に設定しているギャップ長近傍において短周期で変化する場合でも、溶接条件は短周期で変化しない。よって安定した溶接を行うことができる。特に溶接条件番号のような、ギャップ長に対して離散的な変化しかできない溶接条件について有効である。
なお、本実施例ではギャップ長が減少する場合に条件緩和パラメータ１０２を適用したが、本発明はこれに限らず、ギャップ長が増加する場合に適用しても同様の効果を奏することができるのは明らかである。
【実施例２】
【００２３】
図３は、本発明の第２実施例のロボット制御装置８０４のブロック図である。このブロック図は、既に説明した図７のトラッキング制御を行うロボットシステムにおけるロボット制御装置８０４の内部のうち、トラッキング制御に関連のある部分のみを記載している。なお、既に説明した構成要素については、同一の符号を付して説明を割愛する。
図において、３０１は条件補間演算部であり、溶接線のギャップ長に対応した溶接条件の変化を補間する。条件補間演算部３０１の詳細について、図４を用いて説明する。以下では溶接条件として溶接速度を例にとる。
図４は、図５の溶接条件テーブルをもとに、条件補間演算部３０１にて補間演算したギャップ長と溶接速度との関係をグラフ化したものである。図７のグラフと比較すると、ギャップ長の減少に伴う溶接速度の変化が階段状から直線状になっていることが分かる。
条件補間演算部３０１は、センサ処理部１０３からギャップ長が入力された時に、溶接条件テーブル１０４の「溶接速度」の列を参照し、図４に示したグラフのように、ギャップ長に従って補間された溶接速度を出力する。
【００２４】
以下に条件補間演算部３０１での処理の具体的な例を示す。センサ処理部１０３から入力されるギャップ長が０．２８[ｍｍ]の場合、条件補間演算部３０１は溶接条件テーブル１０４の「ギャップ長」の列を参照し、０．２８[ｍｍ]を挟む２つのギャップ長（０．３０[ｍｍ]と０．２０[ｍｍ]）を求める。  そして２つのギャップ長にそれぞれ対応する溶接速度すなわち溶接速度９０[％]と９５[％]とを読み出す。
そして実際のギャップ長と、その値を挟む、予め溶接条件テーブル１０４に設定されている２つのギャップ長（０．３０[ｍｍ]と０．２０[ｍｍ]）との差の比率を用いて２つの溶接速度（９０[％]と９５[％]）を補間する演算を行い、実際のギャップ長に対応する溶接速度を求める。その結果、ギャップ長が０．２８[ｍｍ]の時、溶接速度は９１[％]となる。
【００２５】
なお、図５の溶接条件テーブルに示したように、「溶接速度」に関する処理方法の項目において、「補間の有／無」を選択できるようにして、「有」の場合には溶接速度を図４のように変化させ、「無」の場合には図７のように階段状に変化させるようにしてもよい。
以上の説明では、溶接速度の補間を例としたが、図５の溶接条件テーブルに設定されたウィービング振幅についても同様に補間を行えるのは言うまでもない。補間の有／無についても同様に設定可能である。
このように、条件補間演算部３０１が、溶接線のギャップ長に対応した溶接条件の変化を補間することができるため、ギャップ長の検出値が、溶接条件テーブル１０４に設定しているギャップ長近傍において短周期で変化する場合でも、溶接条件は短周期で変化せず緩やかに変化するため、安定した溶接を行うことができる。特に溶接速度のような、ギャップ長に対して連続的に変化する溶接条件について有効である。
なお、条件補間演算部３０１で演算する補間は、直線に限らず、曲線補間を利用してもよい。
【００２６】
また、実施例１または実施例２においては溶接線のギャップ長を、ワーク表面の横方向のズレとして説明したが、これがワーク表面に対する鉛直方向のズレ（一般にミスマッチと呼ぶ）である場合にも、本発明を適用して実施例１または実施例２と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施例のロボットシステムのロボット制御装置のブロック図。
【図２】本発明の第１実施例のギャップ長と溶接条件番号との関係をグラフ化した図。
【図３】本発明の第２実施例のロボットシステムのロボット制御装置のブロック図。
【図４】本発明の第２実施例のギャップ長と溶接速度との関係をグラフ化した図。
【図５】溶接条件テーブルの画面。
【図６】溶接条件テーブルの溶接条件番号の変化をグラフ化した図。
【図７】溶接条件テーブルの溶接速度の変化をグラフ化した図。
【図８】トラッキング制御を行うロボットシステムの構成図。
【図９】従来の溶接条件テーブルの画面。
【符号の説明】
【００２８】
１０１  条件緩和演算部
１０２  条件緩和パラメータ
１０３  センサ処理部
１０４  溶接条件テーブル
３０１  条件補間演算部
８０１  ロボット
８０２  溶接トーチ
８０３  センサ
８０４  ロボット制御装置
８０５  溶接電源
８０６  センサ制御装置
８０７  ワーク
８０８  レーザスリット光
８０９  ギャップ長
【図１】
0005428136.tif 000002
【図２】
0005428136.tif 000003
【図３】
0005428136.tif 000004
【図４】
0005428136.tif 000005
【図５】
0005428136.tif 000006
【図６】
0005428136.tif 000007
【図７】
0005428136.tif 000008
【図８】
0005428136.tif 000009
【図９】
0005428136.tif 000010