(57)【要約】【課題】たとえば溶接などの加工作業におけるワークの形状変化を考慮して良好な加工作業が可能な作業用ロボットを用いた制御システムを提供する。【解決手段】ワークＷに対して溶接を行うための溶接トーチ１６をワークＷに沿って移動させるための溶接用ロボット１０と、この溶接用ロボット１０を駆動制御するためのロボット制御装置４０と、を備える制御システムであって、溶接トーチ１６による溶接実行中において生じるワークＷの形状変化を検出するためのレーザセンサヘッド１７と、レーザセンサヘッド１７によって検出された結果に基づいて、ワークＷの形状変化に応じた、溶接用ロボット１０に対する教示情報を取得するパーソナルコンピュータ３０とを備え、ロボット制御装置４０は、パーソナルコンピュータ３０によって取得された教示情報に基づいて、溶接用ロボット１０を駆動制御して溶接トーチ１６を移動させる。【選択図】  図１
2004261878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに対して加工を施すための加工実行手段を前記ワークに沿って移動させるための作業ロボットと、この作業ロボットを駆動制御するための制御手段と、を備える制御システムであって、
前記加工実行手段による加工実行中において生じる前記ワークの形状変化を検出するための検出手段と、
前記検出手段によって検出された結果に基づいて、前記ワークの形状変化に応じた、前記作業ロボットに対する教示情報を取得する取得手段とを備え、
前記制御手段は、前記取得手段によって取得された教示情報に基づいて、前記作業ロボットを駆動制御して前記加工実行手段を移動させることを特徴とする、作業ロボットを用いた制御システム。
【請求項２】
前記取得手段は、加工実行中の前記ワークの形状変化に応じた複数点のデータを教示点候補のデータとして取得し、それらのデータのうち、所定の直線近似条件を満たすデータを部分的に除去した複数点のデータを教示情報とする、請求項１に記載の作業ロボットを用いた制御システム。
【請求項３】
前記取得手段は、加工実行中の前記ワークの形状変化に応じた複数点のデータを教示点候補のデータとして取得し、それらのデータのうち、所定の円弧近似条件を満たすデータを部分的に除去した複数点のデータを教示情報とする、請求項１または２に記載の作業ロボットを用いた制御システム。
【請求項４】
ワークに対して溶接を行うための溶接実行手段を前記ワークに沿って移動させるための作業ロボットと、この作業ロボットを駆動制御するための制御手段と、を備える制御システムであって、
前記溶接実行手段による溶接実行中において生じる前記ワークの形状変化を検出するための検出手段と、
前記検出手段によって検出された結果に基づいて、前記ワークの形状変化に応じた、前記作業ロボットに対する教示情報を取得する取得手段とを備え、
前記制御手段は、前記取得手段によって取得された教示情報に基づいて、前記作業ロボットを駆動制御して前記溶接実行手段を移動させることを特徴とする、作業ロボットを用いた制御システム。
【請求項５】
ワークに対して加工を施すための加工実行手段を前記ワークに沿って移動させるための作業ロボットと、この作業ロボットを駆動制御するための制御手段とを備える制御システムによるワーク加工方法であって、
前記加工実行手段によって試験用ワークに対して予備的に加工を実行させ、この加工実行中において生じる前記試験用ワークの形状変化を検出する第１工程と、
前記第１工程において検出された前記試験用ワークの形状変化に基づいて、前記作業ロボットに対する教示情報を取得する第２工程と、
前記第２工程において取得された教示情報に基づいて、前記試験用ワーク以外の他のワークに対して加工を施す第３工程と、を有することを特徴とする、作業ロボットを用いた制御システムによるワーク加工方法。
【請求項６】
ワークに対して溶接を行うための溶接実行手段を前記ワークに沿って移動させるための作業ロボットと、この作業ロボットを駆動制御するための制御手段とを備える制御システムによるワーク加工方法であって、
前記溶接実行手段によって試験用ワークに対して予備的に溶接を行い、この溶接実行中において生じる前記試験用ワークの形状変化を検出する第１工程と、
前記第１工程において検出された前記試験用ワークの形状変化に基づいて、前記作業ロボットに対する教示情報を取得する第２工程と、
前記第２工程において取得された教示情報に基づいて、前記試験用ワーク以外の他のワークに対して溶接を行う第３工程と、を有することを特徴とする、作業ロボットを用いた制御システムによるワーク加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接などの加工作業を行うための作業用ロボットを用いた制御システム、およびこの制御システムによるワーク加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、作業用ロボットには、たとえば複数のワーク同士をアーク溶接によって接合させる溶接用ロボットがある。この溶接用ロボットでは、いわゆるティーチング＆プレイバック方式が用いられていることが多い。この方法は、ワークの溶接部分に沿った溶接トーチの移動軌跡が教示情報としてあらかじめ作業員などによって設定され、あるいはレーザセンサのセンシング動作によって溶接位置を検出することによりワークの溶接部分に沿った溶接トーチの移動軌跡が教示情報として設定され、その教示情報をそれ以降の溶接トーチによる溶接作業に利用する方法である（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１０４８３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶接トーチを用いたアーク溶接などにおいては、通常、ワークの溶接部分の形状などが溶接前と溶接後とで若干異なる傾向にある。さらに、溶接前後と溶接中とでも若干異なる傾向にある。図１７は、アーク溶接における溶接前、溶接中、および溶接後のワークの溶接部分の高さ方向における形状の変化を、溶接トーチの移動にともなって計測した結果を示す図である。同図に示すように、溶接中におけるワークの表面形状は、溶接前や溶接後のそれに比べ、溶接中の熱によってワークの形状が変化することにより若干高く形成される。ワークの熱による形状変化は、ワークの形状や板厚、固定方法などが同じであれば、同様な結果を生じることが確認されている。
【０００５】
上記した特許文献１に示す溶接方法は、このような溶接中における熱に起因するワークの形状変化を考慮しているものではない。そのため、溶接前および溶接後のワークの表面形状の溶接部を教示点として正確に複数設定し、それらの教示点に沿って溶接を行っても、溶接中においては、設定した教示点とワークの表面変化形状とが一致せず、必要十分な溶接を行うことができないといった欠点を有する。たとえば、溶接トーチは、その先端が溶接実行中において、盛り上がった溶融部分に進入するため、溶接不良を生じさせることがある。特に、薄板がワークとして用いられた場合、その溶接では、溶接実行中においてワークの表面形状が比較的大きく変化するので、上記溶接不良の可能性は顕著となる。
【０００６】
そこで、従来では、溶接実行中においてその溶接結果を検出しながら、試行錯誤的に教示点を修正したり、固定治具などでワークを強固に固定したりするなどの工夫が行われていた。しかしながら、試行錯誤的に教示点を修正する方法では、作業者の能力、経験などに依存することになり、ワークの形状変化の傾向を把握するまでに多数の溶接不良品を出してしまうといった問題点があった。また、板厚がたとえば１ｍｍ以下の極薄板のワークの場合には、局所的に大きな形状変化が生じるため、上記ワークを強固に固定することは困難なことが多い。
【０００７】
【発明の開示】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、たとえば溶接などの加工作業におけるワークの形状変化を考慮して良好な加工作業が可能な作業用ロボットを用いた制御システム、およびこの制御システムによるワーク加工方法を提供することを、その課題とする。
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本発明の第１の側面において提供される作業ロボットを用いた制御システムは、ワークに対して加工を施すための加工実行手段を前記ワークに沿って移動させるための作業ロボットと、この作業ロボットを駆動制御するための制御手段と、を備える制御システムであって、前記加工実行手段による加工実行中において生じる前記ワークの形状変化を検出するための検出手段と、前記検出手段によって検出された結果に基づいて、前記ワークの形状変化に応じた、前記作業ロボットに対する教示情報を取得する取得手段とを備え、前記制御手段は、前記取得手段によって取得された教示情報に基づいて、前記作業ロボットを駆動制御して前記加工実行手段を移動させることを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、加工実行手段による加工（たとえば溶接）実行中において、検出手段によって検出された結果に基づいて、たとえば試験用ワークの形状変化に応じた教示情報を取得し、取得された教示情報に基づいて、作業ロボットを駆動制御して加工実行手段を移動させることにより、たとえば他の量産用ワークに対して加工を施すようにしている。従来では、上記のように、加工実行中におけるワークの形状変化を考慮しておらず、そのため、加工実行中においては、設定した教示点とワークの表面変化形状とが一致せず、加工不良を生じさせることがあった。
【００１１】
しかしながら、本発明では、加工実行中におけるワークの形状変化を考慮し、それに基づいて取得された教示点に沿って加工を行うので、たとえば加工実行中において、加工実行手段が、盛り上がったワークの加工部分に進入しながら移動されるようなことがなく、良好に加工を行うことができる。そのため、信頼性の高い高品質な加工を実現することができる。なお、この発明は、形状、材質、大きさ（板厚など）などがワークごとに同じであり、ワークの固定方法や加工作業が同じであれば、全てのワークについて、加工前後および加工中における形状変化がほぼ同様であることに基づく。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記取得手段は、加工実行中の前記ワークの形状変化に応じた複数点のデータを教示点候補のデータとして取得し、それらのデータのうち、所定の直線近似条件を満たすデータを部分的に除去した複数点のデータを教示情報とする。
【００１３】
この構成によれば、加工実行中のワークの形状変化に応じた複数点のデータを教示点候補のデータとして取得し、それらのデータが所定の直線近似条件を満たすデータである場合、たとえば複数の教示点候補のデータを２次元座標で表し、複数の教示点候補のデータのいずれかが所定の直線上または直線近傍上にある場合、複数の教示点候補のデータを部分的に除去して教示情報とする。そのため、教示点候補のデータによって構成される教示情報を可及的に少なくすることができ、メモリ容量の削減化を図ることができるとともに、取り扱うデータも少なくて済むのでソフトウェアによる制御処理を簡素化することができる。
【００１４】
本発明の他の好ましい実施の形態によれば、前記取得手段は、加工実行中の前記ワークの形状変化に応じた複数点のデータを教示点候補のデータとして取得し、それらのデータのうち、所定の円弧近似条件を満たすデータを部分的に除去した複数点のデータを教示情報とする。
【００１５】
この構成によれば、加工実行中のワークの形状変化に応じた複数点のデータを教示点候補のデータとして取得し、それらのデータが所定の円弧近似条件を満たすデータである場合、たとえば複数の教示点候補のデータを２次元座標で表し、複数の教示点候補のデータのいずれかが所定の円弧上または円弧近傍上にある場合、上記円弧上または円弧近傍上にある教示点候補のデータを部分的に除去して教示情報とする。そのため、教示点候補のデータによって構成される教示情報を可及的に少なくすることができ、メモリ容量の削減化を図ることができるとともに、上記したような複数の教示点候補のデータが所定の直線円弧条件を満たす場合の処理と併用すれば、ソフトウェアによる制御処理をより一層簡素化することができる。
【００１６】
本発明の第２の側面において提供される作業ロボットを用いた制御システムは、ワークに対して溶接を行うための溶接実行手段を前記ワークに沿って移動させるための作業ロボットと、この作業ロボットを駆動制御するための制御手段と、を備える制御システムであって、前記溶接実行手段による溶接実行中において生じる前記ワークの形状変化を検出するための検出手段と、前記検出手段によって検出された結果に基づいて、前記ワークの形状変化に応じた、前記作業ロボットに対する教示情報を取得する取得手段とを備え、前記制御手段は、前記取得手段によって取得された教示情報に基づいて、前記作業ロボットを駆動制御して前記溶接実行手段を移動させることを特徴としている。
【００１７】
この構成によれば、溶接実行手段（たとえば溶接トーチ）による溶接実行中に、検出手段によって検出されたワークの形状変化に基づいて教示情報を取得し、取得された教示情報に基づいて、溶接実行手段を移動させることにより、ワークに対して溶接を行うので、加工実行手段に溶接トーチを適用しても、良好な仕上がり状態を確保できる溶接が可能となる。
【００１８】
また、溶接中のワークの教示情報を取得した以降は、その教示情報に基づいて溶接を行うので、ワークの形状変化を検出するための検出手段（たとえばレーザセンサ）は、他のワークを量産的に溶接するときには不要となる。すなわち、溶接中のワークの教示情報は、一度検出してしまえば、以降、継続的にその教示情報を用いることができるので、比較的高価なレーザ光センサを他の用途に使用することができ、トータル的に製作コストおよび設備コストを低減することができる。
【００１９】
本発明の第３の側面において提供される作業ロボットを用いた制御システムによるワーク加工方法は、ワークに対して加工を施すための加工実行手段を前記ワークに沿って移動させるための作業ロボットと、この作業ロボットを駆動制御するための制御手段とを備える制御システムによるワーク加工方法であって、前記加工実行手段によって試験用ワークに対して予備的に加工を実行させ、この加工実行中において生じる前記試験用ワークの形状変化を検出する第１工程と、前記第１工程において検出された前記試験用ワークの形状変化に基づいて、前記作業ロボットに対する教示情報を取得する第２工程と、前記第２工程において取得された教示情報に基づいて、前記試験用ワーク以外の他のワークに対して加工を施す第３工程と、を有することを特徴としている。
【００２０】
このワーク加工方法によれば、本発明の第１の側面に係る発明と、同様の作用効果を奏する。
【００２１】
本発明の第４の側面において提供される作業ロボットを用いた制御システムによるワーク加工方法は、ワークに対して溶接を行うための溶接実行手段を前記ワークに沿って移動させるための作業ロボットと、この作業ロボットを駆動制御するための制御手段とを備える制御システムによるワーク加工方法であって、前記溶接実行手段によって試験用ワークに対して予備的に溶接を行い、この溶接実行中において生じる前記試験用ワークの形状変化を検出する第１工程と、前記第１工程において検出された前記試験用ワークの形状変化に基づいて、前記作業ロボットに対する教示情報を取得する第２工程と、前記第２工程において取得された教示情報に基づいて、前記試験用ワーク以外の他のワークに対して溶接を行う第３工程と、を有することを特徴としている。
【００２２】
このワーク加工方法によれば、本発明の第２の側面に係る発明と、同様の作用効果を奏する。
【００２３】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る作業ロボットを用いた制御システムを示す構成図である。なお、この制御システムでは、作業ロボットとしてたとえば複数のワーク（溶接対象物）を溶接によって接合するための溶接用ロボットを適用した例を示している。また、図１において、略水平方向のうちの所定方向をＸ方向とし、そのＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。また、鉛直方向をＺ方向とする。
【００２６】
この制御システムは、溶接用ロボット１０と、センサ制御装置２０と、パーソナルコンピュータ３０（本発明における取得手段に相当）と、ロボット制御装置４０（本発明における制御手段に相当）とによって大略構成されている。
【００２７】
この実施形態では、加工（溶接）が施されるワークＷとして、図１または図２に示すように、断面略Ｌ字状の一対の板金部材９０を一例として挙げる。これらの板金部材９０は、突き合わされる一端同士が互いに上方にせり上がっており、そのせり上がり部９１の上端が溶接用ロボット１０によって溶接される。たとえば、図２に示す起点Ｐから終点Ｅに至るワークＷの溶接ラインＬ上を、後述する溶接トーチが移動して一対の板金部材９０を溶接する。板金部材９０は、その材質がたとえばステンレスとされ、板厚が約０．５ｍｍとされている。なお、ワークＷとしては、図２に示す形状のものに限るものではない。
【００２８】
図１に戻り、溶接用ロボット１０は、ワークＷに対してたとえばアーク溶接を自動で行うものである。溶接用ロボット１０は、フロアなどの適当な箇所に固定されるベース部材１１と、それに複数の軸を介して連結された複数のアーム１２と、リンク部材１３と、複数のモータ１４（一部図示略）と、ワイヤ送給装置１５とによって概略構成されている。溶接用ロボット１０は、最も先端側に設けられたアーム１２の先端部に、溶接トーチ１６（本発明における加工実行手段または溶接実行手段に相当）およびレーザセンサヘッド１７（本発明における検出手段に相当）を備えている。
【００２９】
溶接用ロボット１０は、ロボット制御装置４０によって駆動制御され、モータ１４などが回転駆動されることにより、溶接トーチ１６は、図１に示すＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に移動自在とされている。
【００３０】
溶接トーチ１６は、溶加材としてのたとえば直径１ｍｍ程度のワイヤ１８を内装し、ワイヤ送給装置１５によって送り出されたワイヤ１８の先端とワークＷとの間にアークを発生させてその熱でワイヤ１８を溶着させることにより、一対のワークＷ同士を互いに溶接するものである。
【００３１】
レーザセンサヘッド１７は、レーザ光を用いて溶接位置近傍のワークＷの形状を検出するものである。レーザセンサヘッド１７は、溶接トーチ１６の外表面に、詳細には溶接トーチ１６の溶接実行時の移動方向側に取り付けられている。レーザセンサヘッド１７は、レーザ光をワークＷに照射して反射した光を受光することにより、ワークＷの形状を２次元情報として検出する。より詳細には、図２において、溶接トーチ１６のＸ方向への移動に伴って所定のタイミングで（Ｘ方向において所定のピッチで）Ｙ方向にスキャンすることにより各スキャン位置でのワークＷのＺＹ面内の外部形状を検出する。レーザセンサヘッド１７によって検出されたワークＷの形状情報は、センサ制御装置２０に与えられる。
【００３２】
センサ制御装置２０は、レーザセンサヘッド１７によって検出された各スキャン位置のワークＷの形状情報を取り込み、画像処理を行うことにより、その形状情報から溶接トーチ１６の溶接位置を抽出するものである。より具体的には、図２に示すように、たとえばスキャン位置Ｘ１において、レーザセンサヘッド１７からワークＷのせり上がり部９１のＺＹ面内の外部形状に対応した矩形波状の信号が出力されるので、センサ制御装置２０は、この矩形波状の信号波形から溶接位置（Ｙ１，Ｚ１）を抽出する。センサ制御装置２０は、全てのスキャン位置について、溶接トーチ１６の溶接位置を抽出し、その位置情報をＸ，Ｙ，Ｚ方向の座標情報にしてパーソナルコンピュータ３０およびロボット制御装置４０に対して通知する。
【００３３】
パーソナルコンピュータ３０は、センサ制御装置２０から送られる溶接トーチ１６の溶接位置に応じた座標情報に基づいて、教示点データを生成し、ロボット制御装置４０に与えるものである。ここで、教示点データとは、溶接トーチ１６が移動すべき軌跡を３次元の複数の点と、その点における溶接トーチ１６の姿勢とを表した座標情報をいう。
【００３４】
ロボット制御装置４０は、溶接用ロボット１０の動作を制御するためのものである。ロボット制御装置４０は、レーザセンサヘッド１７からの座標情報およびパーソナルコンピュータ３０からの教示点データに基づいて、溶接用ロボット１０のモータ１４などを制御して、溶接トーチ１６をワークＷの溶接部分に沿って移動させる。
【００３５】
図３は、センサ制御装置２０、パーソナルコンピュータ３０、およびロボット制御装置４０の電気的構成を示す図である。
【００３６】
センサ制御装置２０は、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＥＥＰＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、フレームメモリ２５、およびＩ／Ｏ２６を有し、それらは互いにバス接続されている。Ｉ／Ｏ２６には、画像処理部２７、センサＩ／Ｆ２８および通信部２９が接続されている。
【００３７】
ＣＰＵ２１は、本センサ制御装置２０の制御を司るものであり、ＲＯＭ２２に記憶されている動作プログラムなどに基づいて各部の制御を行う。ＲＯＭ２２は、動作プログラムや各種のデータを記憶するものである。ＥＥＰＲＯＭ２３は、溶接トーチ１６の溶接位置をデータとして記憶するものである。ＲＡＭ２４は、ＣＰＵ２１に対して作業領域を与えるものである。フレームメモリ２５は、レーザセンサヘッド１７によって検出された形状情報としての画像データをフレームデータの形で格納するためのものである。
【００３８】
画像処理部２７は、レーザセンサヘッド１７によって検出された形状情報を画像処理するものである。センサＩ／Ｆ２８は、レーザセンサヘッド１７に接続され、ＡＤ変換器として機能し、レーザセンサヘッド１７から送られた形状情報としてのアナログ信号をディジタル信号に変換するものである。通信部２９は、パーソナルコンピュータ３０およびロボット制御装置４０との通信を司るものである。
【００３９】
パーソナルコンピュータ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＥＥＰＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、Ｉ／Ｏ３５を有し、それらは互いにバス接続されている。Ｉ／Ｏ３５には、ハードディスク装置３６、液晶ディスプレイなどからなる表示部３７、キーボードなどからなる操作部３８、および通信部３９が接続されている。
【００４０】
ＣＰＵ３１は、本パーソナルコンピュータ３０の制御を司るものであり、ＲＯＭ３２に記憶されている動作プログラムやユーザの操作による操作部３８からの操作信号などに基づいて、各部の制御を行う。ＲＯＭ３２は、動作プログラムや各種のデータを記憶するものである。ＥＥＰＲＯＭ３３は、生成した教示点データなどを記憶するためのものである。ＲＡＭ３４は、ＣＰＵ３１に対して作業領域を与えるものである。
【００４１】
ハードディスク装置３６は、センサ制御装置２０から送られた座標情報などを記憶するものである。表示部３７は、教示点データを生成する際の処理状況などを表示するものである。操作部３８は、教示点データを生成するための各種の操作を行うためのものである。通信部３９は、センサ制御装置２０およびロボット制御装置４０との通信を司るものである。
【００４２】
ロボット制御装置４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＥＥＰＲＯＭ４３、ＲＡＭ４４、Ｉ／Ｏ４５を有し、それらは互いにバス接続されている。Ｉ／Ｏ４５には、キーボードや表示器（いずれも図示略）などを備える教示操作部４６、溶接用ロボット１０に接続されたモータ制御部４７、および通信部４８がそれぞれ接続されている。
【００４３】
ＣＰＵ４１は、本ロボット制御装置４０の制御を司るものであり、ＲＯＭ４２に記憶されている動作プログラムや作業員などの操作による教示操作部４６からの操作信号などに基づいて、各部の制御を行う。ＲＯＭ４２は、動作プログラムや各種のデータを記憶するものである。ＥＥＰＲＯＭ４３は、パーソナルコンピュータ３０から与えられる教示点データや各種の設定値を記憶するものである。ＲＡＭ４４は、ＣＰＵ４１に対して作業領域を与えるものである。
【００４４】
教示操作部４６は、作業ロボット１０の教示点データの入力、自動運転の指令、溶接トーチ１６の溶接位置（座標情報）の設定などを行うためのものである。モータ制御部４７は、たとえば教示点データに基づいて作業ロボット１０のモータ１４などの回転数や回転角度などを制御するためのものである。通信部４８は、センサ制御装置２０およびパーソナルコンピュータ３０との通信を司るものである。また、通信部４８には、ワイヤ送給装置１５が接続され、ワイヤ送給装置１５は、ＣＰＵ４１の指令に基づいてワイヤ１８を溶接トーチ１６に送給する。
【００４５】
次に、上記構成における作用を説明する。
【００４６】
本実施形態における溶接方法は、図４に示すように、一対のワークＷ同士が同仕様であって複数対あり、それらの一対のワークＷ同士を溶接する際、まず、一対の試験用ワークＷ同士に対して予備的な倣い溶接動作を行う第１工程と、その倣い溶接動作によって教示点データを取得する第２工程と、取得された教示点データに基づいて、試験用ワークＷ以外の他の複数対のワークＷ同士を量産的に溶接する第３工程とを有する。
【００４７】
まず、倣い溶接動作を行う第１工程では、たとえば作業員は、ロボット制御装置４０の教示操作部４６を操作して、初期設定データとして溶接用ロボット１０による溶接実行用データ、およびレーザセンサヘッド１７によるセンサ検出用データを設定する（Ｓ１，Ｓ２）。ここで、溶接実行用データとは、ワークＷの溶接開始位置（たとえば図２の起点Ｐ）のデータ、ワークＷの溶接線のデータ、溶接終了位置（たとえば図２の終点Ｅ）のデータ、溶接トーチ１６の移動速度、ワイヤ１８の送給速度、溶接トーチ１６に対する溶接電圧、溶接電流などの倣い溶接動作に必要なデータをいう。また、センサ検出用データとは、溶接中における溶接トーチ１６の姿勢（ワークＷに対する角度など）などのデータをいう。
【００４８】
初期設定データの入力完了後、ロボット制御装置４０は、試験用ワークＷにおける溶接を開始する。すなわち、ロボット制御装置４０は、モータ制御部４７を制御して溶接用ロボット１０のモータ１４などを駆動させ、溶接トーチ１６の先端を起点Ｐの位置に移動させる（Ｓ３）。次いで、ロボット制御装置４０は、ワイヤ送給装置１５に対して指令を送り、これにより、溶接が開始される（Ｓ４）。すなわち、溶接トーチ１６は、あらかじめ設定されたＸ方向（図２参照）に延びた、ワークＷの溶接線に沿って移動される。このとき、溶接トーチ１６の移動方向側に設けられたレーザセンサヘッド１７によって、溶接実行中におけるワークＷの表面変化形状が検出される（Ｓ５）。
【００４９】
具体的には、レーザセンサヘッド１７は、溶接トーチ１６のＸ方向における移動にともなって、たとえば２０回／秒程度のピッチで、図２におけるＹ方向（溶接トーチ１６の移動方向と略直交方向）にスキャンするようにワークＷにレーザ光を照射し、その反射光を受光することにより、各スキャン位置のＹ方向におけるワークＷの変化形状を検出し、その検出信号（図２の矩形波信号参照）をセンサ制御装置２０に随時入力する。
【００５０】
センサ制御装置２０では、レーザセンサヘッド１７から送られた形状情報（画像データ）をフレームメモリ２５に蓄積しつつ、画像処理部２７において画像処理を行う。そして、センサ制御装置２０のＣＰＵ２１は、画像処理された画像データに基づいて、溶接トーチ１６の溶接線のＸ、Ｙ、Ｚ方向における座標情報を算出し（Ｓ６）、その座標情報を通信部２９を介してロボット制御装置４０およびパーソナルコンピュータ３０に与える（Ｓ７）。このようにして、溶接トーチ１６が溶接終了位置に到達すると、試験用ワークＷに対する溶接を完了する。
【００５１】
試験用ワークＷに対する倣い溶接動作を行う第１工程が終了すれば、その倣い溶接動作に基づく教示点データを取得する第２工程に移る。パーソナルコンピュータ３０は、溶接用ロボット１０の座標情報をセンサ制御装置２０から通信部３９を介して取得すると、量産用のワークＷに対して溶接する際に用いられる教示点データを生成する（Ｓ８）。この生成方法については、後述する。次いで、パーソナルコンピュータ３０は、ロボット制御装置４０に対して通信部３９を介して、生成した教示点データを与える（Ｓ９）。なお、この倣い溶接動作によって教示点データを取得する第２工程は、倣い溶接動作を行う第１工程において、同時に行われてもよい。
【００５２】
次に、倣い溶接動作に基づく教示点データを取得する第２工程が終了すれば、量産用のワークＷを溶接する第３工程に移行する。この第３工程では、試験用ワークＷの倣い溶接動作によって取得された教示点データに基づいて、量産用のワークＷに対して溶接が行われる（Ｓ１０）。
【００５３】
すなわち、ロボット制御装置４０は、パーソナルコンピュータ３０から通信部４８を介して与えられた教示点データを用いて、モータ制御部４７を制御して溶接用ロボット１０のモータ１４などを駆動させて溶接トーチ１６を移動させるとともに、ワイヤ送給装置１５に対して指令を送ることにより溶接を開始させる。このときの溶接トーチ１６の先端は、教示点データのＺ方向における溶接線に沿って移動される。つまり、図１７に示したように、溶接トーチ１６の先端は、溶接中におけるワークＷの形状変化を表す溶接線に沿って移動される。なお、溶接トーチ１６の先端は、溶接線から所定距離、離れた位置を保持しながら移動されるようにしてもよい。
【００５４】
このように、本実施形態では、レーザセンサヘッド１７によって溶接実行中におけるワークＷの実際の形状変化を検出し、その検出された形状情報に基づいて教示点データを取得し、その教示点データを量産用ワークＷの溶接時に用いる。従来では、上述したように、溶接実行中におけるワークＷの形状変化を考慮しておらず、そのため、溶接実行中においては、設定した教示点とワークＷの表面変化形状とが一致せず、溶接不良を生じることがあった。
【００５５】
しかしながら、本実施形態では、溶接実行中におけるワークＷの形状変化を考慮し、それに基づいて取得された教示点データに沿って溶接を行うので、たとえば溶接実行中において、溶接トーチ１６が、盛り上がったワークＷの溶接部分に進入しながら移動されるようなことがなく、良好に溶接を行うことができる。そのため、信頼性の高い高品質な溶接を実現することができる。
【００５６】
また、この実施形態では、従来のように試行錯誤的に求めていた教示点を、数値データとして取得することができるので、作業手順を画一化することができる。したがって、作業効率を向上させるとともに、作業コストの大幅な低減化を図ることができる。
【００５７】
なお、量産用ワークＷに対する溶接においては、レーザセンサヘッド１７を用いる必要はない。レーザセンサヘッド１７は、特殊な光学系部品によって構成されているため、市場価格が比較的高いものとなっている。そのため、すべての溶接用ロボット１０に、レーザセンサヘッド１７を取り付けることは困難であるので、倣い溶接動作時のみレーザセンサヘッド１７を取り付けて溶接用ロボット１０の教示点データを取得するようにしてもよい。たとえば、量産用ワークＷに対する溶接時には、レーザセンサヘッド１７を当該溶接用ロボット１０から取り外して、別途他の用途に用いることもできる。このようにすれば、レーザセンサヘッド１７を有効利用するとともに、トータル的に安価なコストで溶接作業を行うことができる。
【００５８】
ここで、パーソナルコンピュータ３０による教示点データの生成方法について、図５に示すフローチャートおよび図６ないし図９の説明図を参照して説明する。なお、図６ないし図９において紙面の上側をＺ方向、紙面の右側をＸ方向とする。
【００５９】
パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３１は、センサ制御装置２０からレーザセンサヘッド１７による溶接実行中の倣い溶接動作時の座標情報を取得すると、図５に示すように、座標情報のうちの最初の点Ｐ０を起点とおき（Ｓ１１）、変数Ｎを「２」に設定する（Ｓ１２）。ここで、変数Ｎは、教示点データを生成する際の対象となる点の数を示す。ここでは、Ｎ＝２であるため、図６におけるＰ１，Ｐ２の２つの点が対象点となる。
【００６０】
次いで、ＣＰＵ３１は、対象となる点が座標情報の最後の点であるか否かの判別を行い（Ｓ１３）、対象となる点が座標情報の最後の点である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、座標情報の最後の点を教示点データとして認識し（Ｓ１４）、その教示点データをＥＥＰＲＯＭ３３に記憶させて本処理を終了する。
【００６１】
一方、対象となる点が座標情報の最後の点でない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、図７に示すように、起点Ｐ０から対象点Ｐ１，Ｐ２に向かう方向ベクトルＶ１，Ｖ２を求める（Ｓ１５）。次いで、ＣＰＵ３１は、図８に示すように、これら方向ベクトルＶ１，Ｖ２の平均となる方向ベクトルＶ′を求める（Ｓ１６）。ここで、平均方向ベクトルＶ′は、起点Ｐ０と、対象点Ｐ１，Ｐ２の中点Ｐ′とを通る直線状に形成されたベクトルとなる。
【００６２】
次いで、ＣＰＵ３１は、図９に示すように、この平均方向ベクトルＶ′（またはその延長線）と各対象点Ｐ１，Ｐ２との距離Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ算出し（Ｓ１７）、その距離Ｌ１，Ｌ２の値の中から最大となる距離Ｍａを選出する（Ｓ１８）。そして、その最大距離Ｍａがあらかじめ定める所定値以上であるか否かの判別を行い（Ｓ１９）、最大距離Ｍａが所定値以上でない場合（Ｓ１９：ＮＯ）、対象点をさらにひとつ増やし（Ｓ２０）、ステップＳ１３に戻る。すなわち、対象となる点を一つ増やして同様の処理を行う。
【００６３】
一方、最大距離Ｍａが所定値以上である場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、対象点のうち、起点Ｐ０から最も遠い対象点を基準にして一つだけ起点Ｐ０寄りの対象点を教示点とするとともに、当該対象点を新たに起点Ｐ０として認識する（Ｓ２１）。すなわち、ＣＰＵ３１は、当該対象点の座標情報を教示点データとしてＥＥＰＲＯＭ３３に記憶させ、ステップＳ１２に戻る。そして、ＣＰＵ３１は、上述の処理を繰り返し、対象となる点が最後の点になると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、その点を教示点データとしてＥＥＰＲＯＭ３３に記憶して（Ｓ１４）、教示点データの生成処理を終了する。
【００６４】
上記処理において、ステップＳ１５〜Ｓ２０のループは、倣い溶接動作によって取得したワークＷの形状を直線によって近似し、各直線の接続点を教示点データとして生成するものである。このような処理をすることにより教示点データを可能な限り低減し、当該教示点データのメモリ容量を抑制するとともに、教示点データに基づく溶接トーチ１６の溶接動作制御を簡素にすることができる効果を有する。特に、ワークＷの溶接位置の形状が直線を組み合わせた矩形的な形状である場合は、有効である。
【００６５】
図１０は、パーソナルコンピュータ３０のＣＰＵ３１による教示点データの生成例を表す図である。同図において、実線ＦがワークＷの形状を示し、点ｆが生成された教示点を示す。この図によると、ワークＷの形状の直線部分では、隣り合う教示点データ同士のピッチが長くされ、円弧部分では隣り合う教示点データ同士のピッチが短くなっていることがわかる。
【００６６】
このように、各座標点が略直線状に続くような場合には、全ての座標点を教示点データとせず、一部の座標点（特に直線近似された各直線上に含まれる点）は除去（間引き）するようにしている。溶接トーチ１６は、教示点からそれに直近の次の教示点へと移動するので、各座標点が略直線状に続く場合に間引きされた座標点を飛ばして移動することになる。したがって、よりスムーズに溶接トーチ１６を移動させることができる。
【００６７】
また、たとえば複数の座標点のうちの一定間隔ごとに配された座標点を教示点として取得するような方法では、座標点が直線状に続くようなときでも、一定間隔ごとの座標点を全て教示点データとして採用することになる。これに対し、本実施形態では、必要のない（直線状に続くような）座標点は取り除かれるので、必要最小限の教示点データで溶接トーチ１６の移動軌跡を構築することができる。そのため、教示点データの増大を防止することができるとともに、メモリ容量を削減することができる。また、取り扱うデータも可及的に少なくて済むので、ソフトウェアによる制御処理を簡素化することができる。
【００６８】
また、上記処理に加え、円弧軌跡を加味した形で教示情報を取得するようにしてもよい。すなわち、上記処理では、溶接トーチ１６の移動軌跡を直線状に置き換えて近似させるようにしていたが、溶接トーチ１６の移動軌跡が円弧に近い形状であれば、円弧軌跡を含んだ教示情報を取得するようにしてもよい。
【００６９】
図１１は、教示点データを生成する際に円弧軌跡を加味するか否かの選択を含む場合の制御処理を示すフローチャートである。なお、図１１に示す制御処理において、ステップＳ３１ないしステップＳ３８の内容は、図５に示した制御処理のステップＳ１１ないしステップＳ１８の内容と同様であるため、ここでは、それらの説明を省略する。
【００７０】
ステップＳ３８において、平均方向ベクトルと対象点との最大距離Ｍａを求めた後、ステップＳ３９では、起点と対象点とに基づいて円弧を取得する。具体的には、まず、対象点Ｎが２である場合（ステップＳ３２参照）、すなわち、図１２に示すように、起点Ｐ０と、２つの対象点Ｐ１，Ｐ２とが存在する場合、起点Ｐ０および２つの対象点Ｐ１，Ｐ２が全て通る円弧Ｓを選出し、その円弧Ｓの中心と半径とを取得する。
【００７１】
次いで、ＣＰＵ３１は、円弧Ｓと円弧Ｓ上にない対象点との距離を求め（Ｓ４０）、円弧Ｓと円弧Ｓ上にない対象点との距離のうち最大距離Ｍｂを選択する（Ｓ４１）。この場合、起点Ｐ０および２つの対象点Ｐ１，Ｐ２は、全て円弧Ｓを通るため、円弧Ｓ上にない対象点は存在せず、最大距離Ｍｂは選択しない。
【００７２】
その後、ＣＰＵ３１は、平均方向ベクトルと対象点との最大距離Ｍａおよび円弧Ｓと対象点との最大距離Ｍｂ（最大距離Ｍｂが算出された場合）のいずれかがあらかじめ定める所定値を越えるか否かの判別を行う（Ｓ４２）。最大距離Ｍａおよび最大距離Ｍｂのいずれかが上記所定値を越えない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、対象点をさらにひとつ増やし（Ｓ４３）、ＥＥＰＲＯＭ３３に最大距離Ｍａおよび最大距離Ｍｂを一旦記憶させ（Ｓ４４）、ステップＳ３３に戻る。すなわち、対象となる点を一つ増やして同様の処理を行う。
【００７３】
ここで、対象点の数Ｎが３以上の場合のステップＳ３９以降の処理を説明する。対象点の数Ｎが３以上の場合、起点と、３つの対象点のうちの最終点（起点から遠い方の点）と、起点および最終点の中央に位置する対象点（以下、「中央点」という）とに基づいて円弧を取得する。
【００７４】
より具体的には、図１３に示すように、起点Ｐ０と、３つの対象点Ｐ１〜Ｐ３とが存在する場合、対象点Ｐ１または対象点Ｐ２を中央点とし、対象点Ｐ３を最終点とし、起点Ｐ０、中央点（仮に対象点Ｐ１とする）、および最終点Ｐ３を通る円弧Ｓを選出し、その円弧Ｓの中心と半径とを取得する。そして、円弧Ｓと円弧Ｓ上にない対象点Ｐ２との距離を求め（図１４参照）、円弧Ｓと円弧Ｓ上にない対象点との距離のうち最大距離Ｍｂを選択する。図１４によれば、円弧Ｓ上にない対象点はＰ２のみであるため、円弧Ｓと対象点Ｐ２との距離が最大距離Ｍｂとなる。
【００７５】
また、図１５に示すように、起点Ｐ０と、４つの対象点Ｐ１〜Ｐ４とが存在する場合、対象点Ｐ２を中央点とし、対象点Ｐ４を最終点とし、起点Ｐ０、中央点Ｐ２、および最終点Ｐ４を通る円弧Ｓを選出し、その円弧Ｓの中心と半径とを取得する。そして、円弧Ｓと円弧Ｓ上にない対象点との距離を求め（図１６参照）、円弧Ｓと円弧Ｓ上にない対象点との距離のうち最大距離Ｍｂを選択する。図１６によれば、円弧Ｓ上にない対象点はＰ１およびＰ３であり、対象点Ｐ３が対象点Ｐ１より円弧Ｓからの距離が長いため、円弧Ｓと対象点Ｐ３との距離が最大距離Ｍｂとなる。
【００７６】
一方、最大距離Ｍａおよび最大距離Ｍｂのいずれもが上記所定値を越える場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、対象点のうち、起点Ｐ０から最も遠い対象点を基準にして一つだけ起点Ｐ０寄りの対象点を教示点とするとともに、当該対象点を新たに起点として認識する（Ｓ４５）。すなわち、ＣＰＵ３１は、当該対象点の座標情報を教示点データとしてＥＥＰＲＯＭ３３に記憶させる。
【００７７】
その後、ＣＰＵ３１は、最大距離Ｍａの値が最大距離Ｍｂの値より大であるか否かを判別し（Ｓ４６）、最大距離Ｍａの値が最大距離Ｍｂの値より大でない場合（Ｓ４６：ＮＯ）、溶接トーチ１６の先端が直線状に移動する直線軌跡を採用する（Ｓ４７）。一方、最大距離Ｍａの値が最大距離Ｍｂの値より大である場合（Ｓ４６：ＹＥＳ）、溶接トーチ１６の先端が円弧状に移動する円弧軌跡を採用する（Ｓ４８）。その後、処理はステップＳ３２に戻る。
【００７８】
上記処理において、ステップＳ３２〜Ｓ４４のループは、倣い溶接動作によって取得したワークＷの形状を直線もしくは円弧によって近似する処理である。また、ステップＳ４５〜Ｓ４８は、直線近似と円弧近似のうち、より誤差の小さい方を採用する処理である。したがって、ステップＳ３２〜Ｓ４８の処理を繰り返すことにより倣い溶接動作によって取得したワークＷの形状が、部分的に直線と円弧とを組み合わせた形状に近似され、組み合わされた直線の両端点と円弧の両端点および中間点が教示点データとして生成される。このような処理をすることにより教示点データを可能な限り低減し、当該教示点データのメモリ容量を抑制するとともに、教示点データに基づく溶接トーチ１６の溶接動作制御を簡素にすることができる効果を有する。
【００７９】
このように、円弧軌跡を加味した形で教示情報を取得するようにすれば、教示点データの数を少なくすることができる。また、このような曲線的な溶接トーチ１６の動きを直線軌跡でのみ表す場合、溶接トーチ１６の円弧状の動作を直線で近似させているため、実際の溶接トーチ１６の動作と比較した場合、ある程度誤差を含むものとなる。しかしながら、上記のように円弧軌跡を用いれば、本来の溶接トーチ１６の動作により近い動作を表すことができ、溶接実行中におけるワークＷの表面形状変化をより正確に再現させることができる。なお、教示点の生成方法は、上記したような方法に限定されるものではない。
【００８０】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、パーソナルコンピュータ３０を用いて教示点データを生成するようにしていたが、これに代えて、教示点データの生成をロボット制御装置４０において実施するようにしてもよい。これにより、設備コストの削減化を図ることができる。
【００８１】
また、上記実施形態では、レーザセンサヘッド１７を用いて、溶接実行中におけるワークＷの表面形状変化を検出するようにしていたが、レーザセンサヘッド１７に代えて、たとえばＣＣＤカメラやアークセンサなどを用いて、溶接実行中におけるワークＷの表面形状変化を検出するようにしてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、溶接用ロボットによるアーク溶接について説明したが、これに限らず、たとえば切断用ロボットによる切断加工に、上記した制御処理を適用するようにしてもよい。この場合、切断加工時においては、ワークＷの切削部が高温になって形状変化が生じ、切断工具が所望の動作をしないといった問題点が推定できるため、上記制御処理によって切断工具を適切に動作させることができる。あるいは、樹脂成型品同士の接着加工に、上記した制御処理を適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る作業ロボットを用いた制御システムを示す構成図である。
【図２】ワークの一例を示す斜視図である。
【図３】センサ制御装置、パーソナルコンピュータ、およびロボット制御装置の電気的構成を示す図である。
【図４】本制御システムによる溶接方法を示す工程図である。
【図５】教示点データを生成するためのパーソナルコンピュータの制御処理を示すフローチャートである。
【図６】教示点データの生成方法を説明するための図である。
【図７】教示点データの生成方法を説明するための図である。
【図８】教示点データの生成方法を説明するための図である。
【図９】教示点データの生成方法を説明するための図である。
【図１０】パーソナルコンピュータのＣＰＵによる教示点データの生成例を表す図である。
【図１１】教示点データを生成するためのパーソナルコンピュータの制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】教示点データの生成方法を説明するための図である。
【図１３】教示点データの生成方法を説明するための図である。
【図１４】教示点データの生成方法を説明するための図である。
【図１５】教示点データの生成方法を説明するための図である。
【図１６】教示点データの生成方法を説明するための図である。
【図１７】溶接前後および溶接中のワークの形状を示す図である。
【符号の説明】
１０  溶接用ロボット
１６  溶接トーチ
１７  レーザセンサヘッド
２０  センサ制御装置
３０  パーソナルコンピュータ
３１  ＣＰＵ（パーソナルコンピュータの）
４０  ロボット制御装置
Ｗ  ワーク
【図１】
2004261878.tif 000003
【図２】
2004261878.tif 000004
【図３】
2004261878.tif 000005
【図４】
2004261878.tif 000006
【図５】
2004261878.tif 000007
【図６】
2004261878.tif 000008
【図７】
2004261878.tif 000009
【図８】
2004261878.tif 000010
【図９】
2004261878.tif 000011
【図１０】
2004261878.tif 000012
【図１１】
2004261878.tif 000013
【図１２】
2004261878.tif 000014
【図１３】
2004261878.tif 000015
【図１４】
2004261878.tif 000016
【図１５】
2004261878.tif 000017
【図１６】
2004261878.tif 000018
【図１７】
2004261878.tif 000019