(57)【要約】【課題】ＹＡＧレーザ溶接装置１における溶接線の高い倣い精度を達成する。【解決手段】６軸産業用ロボット２の手首４に加工用レーザヘッド８と倣い機構１１とが備えられ、さらに加工用レーザヘッド８よりも溶接方向２６に先行して検出手段１４が装着される。検出手段１４によって、溶接方向２６に沿う異なる２つの位置でロボット２からの溶接線７の位置を同時に検出して、その検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２を順次、検出位置メモリ２９にストアする。教示位置メモリ３１には、ロボット２の教示位置Ｙｒｏｂがストアされ、さらに補間演算が行われる。これらのメモリのストア内容を読出し、目標線の推定位置Ｙ＾ｋと、推定位置誤差Ｙ＾ｒｅｒｒを演算し、教示位置Ｙｒｏｂを用いて倣い動作指令値Ｙｒｅｆを演算し、加工用レーザヘッド８による溶接加工作業位置が溶接線７に倣うように、倣い動作指令値Ｙｒｅｆを求めて、倣い機構１１を制御する。ロボットの位置誤差は、現時刻で計算した値を用い、溶接線の位置は、溶接方向に対して加工用レーザヘッドが現在存在する場所の値を用いる。【選択図】      図１
2004216446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の目標線に加工作業を行う作業手段と、
作業手段を移動する移動手段と、
作業手段を目標線に倣うように駆動する倣い駆動手段と、
移動手段に、作業手段よりも移動方向上流側に設けられ、その移動方向上流側の複数位置で、移動手段からの目標線の位置を検出する検出手段とを有し、
作業手段の加工作業位置が、目標線に倣うように、倣い駆動手段を制御する目標線の倣い装置において、
予め定める移動手段の教示位置と検出手段による複数の検出位置を順次ストアし、
得られた教示位置と検出位置から目標線の推定位置と、
移動手段の教示位置から実際の位置までの位置誤差を推定した推定誤差とを、演算し、
推定位置と推定誤差を順次ストアし、
推定位置と推定誤差と移動手段の教示位置により倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする目標線への倣い方法。
【請求項２】
被加工物の目標線に加工作業を行う作業手段と、
作業手段を移動する移動手段と、
作業手段を目標線に倣うように駆動する倣い駆動手段と、
移動手段に、作業手段よりも移動方向上流側に設けられ、その移動方向上流側の複数位置で、移動手段からの目標線の位置を検出する検出手段とを有し、
作業手段の加工作業位置が、目標線に倣うように、倣い駆動手段を制御する目標線の倣い装置において、
予め定める移動手段の教示位置と教示姿勢と検出手段による複数の検出位置を順次ストアし、
得られた教示位置と検出位置から目標線の推定位置と、
移動手段の教示位置から実際の位置までの位置誤差と、移動手段の教示姿勢から実際の姿勢までの姿勢誤差とを推定した推定誤差とを、演算し、
推定位置と推定誤差を順次ストアし、
推定位置と推定誤差と移動手段の教示位置により倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする目標線への倣い方法。
【請求項３】
被加工物の目標線７に加工作業を行う作業手段８と、
作業手段を移動する移動手段２と、
作業手段を目標線に倣うように駆動する倣い駆動手段１１と、
移動手段に、作業手段よりも移動方向上流側に設けられ、その移動方向上流側の複数位置で、移動手段からの目標線の位置を検出する検出手段１４と、
移動手段の予め定める教示位置を順次ストアする教示位置蓄積手段３１と、
検出手段による複数の検出位置を順次ストアする検出位置蓄積手段２９と、
教示位置蓄積手段と検出位置蓄積手段との出力に応答し、目標線の推定位置と、移動手段の教示位置から実際の位置までの位置誤差を推定した推定誤差とを、演算する推定値演算手段２８と、
推定値演算手段によって得られた推定位置を順次ストアする推定位置蓄積手段３６と、
推定値演算手段によって得られた推定誤差を順次ストアする推定誤差蓄積手段３７と、
推定位置蓄積手段と推定誤差蓄積手段と教示位置蓄積手段との出力に応答し、倣い駆動手段への動作指令値を演算する動作指令演算手段３８と、
この動作指令値により作業手段の加工作業位置が、目標線に倣うように、倣い駆動手段を制御する制御手段３９とを含むことを特徴とする目標線の倣い装置。
【請求項４】
被加工物の目標線に加工作業を行う作業手段と、
作業手段を移動する移動手段と、
作業手段を目標線に倣うように駆動する倣い駆動手段と、
移動手段に、作業手段よりも移動方向上流側に設けられ、その移動方向上流側の複数位置で、移動手段からの目標線の位置を検出する検出手段と、
移動手段の予め定める教示位置を順次ストアする教示位置蓄積手段と、
移動手段の予め定める教示姿勢を順次ストアする教示姿勢蓄積手段と、
検出手段による複数の検出位置を順次ストアする検出位置蓄積手段と、
教示位置蓄積手段と教示姿勢蓄積手段と検出位置蓄積手段との出力に応答し、目標線の推定位置と、移動手段の教示位置から実際の位置までの位置誤差と、移動手段の教示姿勢から実際の姿勢までの姿勢誤差とを推定した推定誤差とを、演算する推定値演算手段と、
推定値演算手段によって得られた推定位置を順次ストアする推定位置蓄積手段と、
推定値演算手段によって得られた推定誤差を順次ストアする推定誤差蓄積手段と、
推定位置蓄積手段と推定誤差蓄積手段と教示位置蓄積手段との出力に応答し、倣い駆動手段への動作指令値を演算する動作指令演算手段と、
この動作指令値により作業手段の加工作業位置が、目標線に倣うように、倣い駆動手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする目標線の倣い装置。
【請求項５】
倣い駆動手段は、作業手段を、その作業位置が移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平な方向に倣うように、駆動し、
検出手段は、移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平な方向の目標線の２つの位置を同時に検出し、
検出位置蓄積手段は、検出手段によって検出された２つの各位置をストアし、
推定値演算手段は、目標推定位置と位置の推定誤差を演算し、目標推定位置の移動方向の位置が、加工作業位置と同じ位置における値と、位置の推定誤差の現在時刻における値とによって、倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする請求項３記載の目標線の倣い装置。
【請求項６】
教示位置と、検出手段による２つの検出位置とは、同一時刻の周期的なタイミングで得られ、
推定値演算手段は、
目標線の推定位置と推定位置の誤差とを、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して先行する検出位置と、教示位置と、目標線の推定位置と、位置の推定誤差とによって演算される値と、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して後行する検出位置と、教示位置と、位置の推定誤差と、２つの検出位置間の移動方向のタイミングだけずれた目標線の推定位置とによって演算される値とによって、
補正演算することを特徴とする請求項５記載の目標線の倣い装置。
【請求項７】
倣い駆動手段は、作業手段を、その作業位置が移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平および鉛直な方向に倣うように、駆動し、
検出手段は、移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平および鉛直な方向の目標線の２つの位置を同時に検出し、
検出位置蓄積手段は、検出手段によって検出された各位置をストアし、
推定値演算手段は、目標推定位置と位置の推定誤差を演算し、目標推定位置の移動方向の位置が、加工作業位置と同じ位置における値と、位置の推定誤差の現在時刻における値とによって倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする請求項３記載の目標線の倣い装置。
【請求項８】
教示位置と、検出手段による２つの検出位置とは、同一時刻の周期的なタイミングで得られ、
推定値演算手段は、
目標線の推定位置と推定位置の誤差とを、
前回のタイミングで得られた溶接方向に対して先行する検出位置と、教示位置と、目標線の推定位置と、位置の推定誤差とによって演算される値と、
前回のタイミングで得られた溶接方向に対して後行する検出位置と、教示位置と、位置の推定誤差と、２つの検出位置間の移動方向のタイミングだけずれた目標線の推定位置とによって演算される値とによって、
補正演算することを特徴とする請求項７記載の目標線の倣い装置。
【請求項９】
倣い駆動手段は、作業手段を、その作業位置が移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平な方向に倣うように駆動し、
検出手段は、移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平な方向の目標線の３つの位置を同時に検出し、
検出位置蓄積手段は、検出手段によって検出された３つの各位置をストアし、
推定値演算手段は、目標推定位置と位置の推定誤差と姿勢の推定誤差を演算し、目標推定位置の移動方向の位置が、加工作業位置と同じ位置における値と、位置の推定誤差の現在時刻における値と、姿勢の推定誤差の現在時刻における値とによって、倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする請求項４記載の目標線の倣い装置。
【請求項１０】
教示位置と、検出手段による３つの検出位置とは同一時刻の周期的なタイミングで得られ、
推定値演算手段は、
目標線の推定位置と推定位置の誤差とを、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して最前部位置での検出位置と、教示位置と、目標線の推定位置と、位置の推定誤差とによって演算される値と、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して中間部位置での検出位置と、教示位置と、位置の推定誤差と、最前部位置から中間部位置までの検出位置間の移動方向のタイミングだけずれた目標線の推定位置とによって演算される値と、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して最後部位置での検出位置と、教示位置と、位置の推定誤差と、最前部位置から最後部位置までの検出位置間の移動方向のタイミングだけずれた目標線の推定位置とによって演算される値とによって、
補正演算することを特徴とする請求項９記載の目標線の倣い装置。
【請求項１１】
倣い駆動手段は、作業手段を、その作業位置が移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平および鉛直方向に倣うように駆動し、
検出手段は、移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平および鉛直な方向の目標線の３つの位置を同時に検出し、
検出位置蓄積手段は、検出手段によって検出された３つの各位置をストアし、
推定値演算手段は、目標推定位置と位置の推定誤差と姿勢の推定誤差を演算し、目標推定位置の移動方向の位置が、加工作業位置と同じ位置における値と、位置の推定誤差の現在時刻における値と、姿勢の推定誤差の現在時刻における値とによって倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする請求項４記載の目標線の倣い装置。
【請求項１２】
教示位置と、検出手段による３つの検出位置とは同一時刻の周期的なタイミングで得られ、
推定値演算手段は、
目標線の推定位置と推定位置の誤差とを、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して最前部位置での検出位置と、教示位置と、目標線の推定位置と、位置の推定誤差とによって演算される値と、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して中間部位置での検出位置と、教示位置と、位置の推定誤差と、最前部位置から中間部位置までの検出位置間の移動方向のタイミングだけずれた目標線の推定位置とによって演算される値と、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して最後部位置での検出位置と、教示位置と、位置の推定誤差と、最前部位置から最後部位置までの検出位置間の移動方向のタイミングだけずれた目標線の推定位置とによって演算される値とによって、
補正演算することを特徴とする請求項１１記載の目標線の倣い装置。
【請求項１３】
移動手段は倣い駆動手段を兼ね、予め定められた教示位置に、倣い駆動手段への動作指令値を加えた倣い位置により移動手段を移動させ、作業手段を被加工物に倣わせることを特徴とする請求項３〜１２のうちの１つに記載の目標線の倣い装置。
【請求項１４】
検出手段は、
移動方向に間隔をあけて、目標線を横切る複数のスリット光を照射する光源と、
複数の各スリット光が照射された被加工物上の領域を撮像する撮像手段と、
撮像手段の出力に応答し、目標線の位置を検出する画像処理回路とを含むことを特徴とする請求項３〜１３のうちの１つに記載の目標線の倣い装置。
【請求項１５】
検出手段は、
移動方向にずれた複数の位置で、位置方向に予め定める幅Ｗ１を有し、目標線を横切る複数の帯状の広がり光を照射する光源と、
複数の各広がり光が照射された被加工物上の領域を撮像する撮像手段と、
撮像手段の出力に応答し、各領域内の移動方向に沿う階調を加算して目標線の位置を検出する画像処理回路とを含むことを特徴とする請求項３〜１３のうちの１つに記載の目標線の倣い装置。
【請求項１６】
目標線は、溶接線であり、
作業手段は、レーザ光を発生して溶接作業を行うレーザ源であり、
移動手段は、複数軸の産業用ロボットであり、
倣い駆動手段は、ロボットの作業端に装着され、移動方向に沿う軸線まわりにレーザ光を角変位駆動することを特徴とする請求項３〜１５のうちの１つに記載の目標線倣い装置。
【請求項１７】
目標線は、溶接線であり、
作業手段は、レーザ光を発生して溶接作業を行うレーザ源であり、
移動手段は、複数軸の産業用ロボットであり、
倣い駆動手段はロボットの作業端に装着され、レーザ光を溶接線と垂直方向に並進駆動することを特徴とする請求項３〜１５のいずれか記載の目標線の倣い装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば溶接線にレーザ光源からのレーザ光を倣わせて溶接加工作業を行うレーザ溶接装置などに好適な目標線の倣い方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的な先行技術（特許文献１）の倣い制御システムでは、ロボットのエンドエフェクタに位置検出器が取付けられ、この溶接線の検出位置である倣い対象物の位置が、溶接トーチである位置制御対象の位置に対して或る一定の距離だけ先行して設定されており、溶接トーチを溶接線に倣わせるとき、現在検出された溶接線の位置ではなく、その一定距離だけ移動するのに要する時間順次遅延された溶接線の検出位置に倣わせる。これによって倣いの精度を向上する。
【０００３】
この先行技術では、ロボットのエンドエフェクタに取付けられた溶接トーチの位置と、その教示位置との間に誤差がある場合、倣い位置の精度は、その誤差に影響されてしまい、低下する。位置検出器によって検出された溶接線の検出位置には、ロボット自体が移動することによる位置と、溶接線自体の位置とが含まれる。ロボット自体の位置は、教示によるもののみならず、ロボットのたわみなどによる位置誤差が含まれている。先行技術では、ロボットの位置誤差を考慮していないので、その悪影響を取除くことができず、倣い位置の精度が低下する。このことは特に、要求される倣い精度に比べて、ロボットの位置誤差が大きい場合、高い倣い精度が要求されるＹＡＧレーザ溶接装置などの用途では、その許容される精度を満足することができない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−９９１０４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ロボットなどを用いて溶接線などの目標線に溶接加工作業などの加工作業を行う作業手段の教示位置に対する位置誤差、さらには姿勢誤差の悪影響を除去して、高い倣い精度を達成することができるようにした目標線の倣い方法および装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加工物の目標線に加工作業を行う作業手段と、
作業手段を移動する移動手段と、
作業手段を目標線に倣うように駆動する倣い駆動手段と、
移動手段に、作業手段よりも移動方向上流側に設けられ、その移動方向上流側の複数位置で、移動手段からの目標線の位置を検出する検出手段とを有し、
作業手段の加工作業位置が、目標線に倣うように、倣い駆動手段を制御する目標線の倣い装置において、
予め定める移動手段の教示位置と検出手段による複数の検出位置を順次ストアし、
得られた教示位置と検出位置から目標線の推定位置と、
移動手段の教示位置から実際の位置までの位置誤差を推定した推定誤差とを、演算し、
推定位置と推定誤差を順次ストアし、
推定位置と推定誤差と移動手段の教示位置により倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする目標線への倣い方法である。
【０００７】
また本発明は、被加工物の目標線７に加工作業を行う作業手段８と、
作業手段を移動する移動手段２と、
作業手段を目標線に倣うように駆動する倣い駆動手段１１と、
移動手段に、作業手段よりも移動方向上流側に設けられ、その移動方向上流側の複数位置で、移動手段からの目標線の位置を検出する検出手段１４と、
移動手段の予め定める教示位置を順次ストアする教示位置蓄積手段３１と、
検出手段による複数の検出位置を順次ストアする検出位置蓄積手段２９と、
教示位置蓄積手段と検出位置蓄積手段との出力に応答し、目標線の推定位置と、移動手段の教示位置から実際の位置までの位置誤差を推定した推定誤差とを、演算する推定値演算手段２８と、
推定値演算手段によって得られた推定位置を順次ストアする推定位置蓄積手段３６と、
推定値演算手段によって得られた推定誤差を順次ストアする推定誤差蓄積手段３７と、
推定位置蓄積手段と推定誤差蓄積手段と教示位置蓄積手段との出力に応答し、倣い駆動手段への動作指令値を演算する動作指令演算手段３８と、
この動作指令値により作業手段の加工作業位置が、目標線に倣うように、倣い駆動手段を制御する制御手段３９とを含むことを特徴とする目標線の倣い装置である。
【０００８】
また本発明は、被加工物の目標線に加工作業を行う作業手段と、
作業手段を移動する移動手段と、
作業手段を目標線に倣うように駆動する倣い駆動手段と、
移動手段に、作業手段よりも移動方向上流側に設けられ、その移動方向上流側の複数位置で、移動手段からの目標線の位置を検出する検出手段とを有し、
作業手段の加工作業位置が、目標線に倣うように、倣い駆動手段を制御する目標線の倣い装置において、
予め定める移動手段の教示位置と教示姿勢と検出手段による複数の検出位置を順次ストアし、
得られた教示位置と検出位置から目標線の推定位置と、
移動手段の教示位置から実際の位置までの位置誤差と、移動手段の教示姿勢から実際の姿勢までの姿勢誤差とを推定した推定誤差とを、演算し、
推定位置と推定誤差を順次ストアし、
推定位置と推定誤差と移動手段の教示位置により倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする目標線への倣い方法である。
【０００９】
また本発明は、被加工物の目標線に加工作業を行う作業手段と、
作業手段を移動する移動手段と、
作業手段を目標線に倣うように駆動する倣い駆動手段と、
移動手段に、作業手段よりも移動方向上流側に設けられ、その移動方向上流側の複数位置で、移動手段からの目標線の位置を検出する検出手段と、
移動手段の予め定める教示位置を順次ストアする教示位置蓄積手段と、
移動手段の予め定める教示姿勢を順次ストアする教示姿勢蓄積手段と、
検出手段による複数の検出位置を順次ストアする検出位置蓄積手段と、
教示位置蓄積手段と教示姿勢蓄積手段と検出位置蓄積手段との出力に応答し、目標線の推定位置と、移動手段の教示位置から実際の位置までの位置誤差と、移動手段の教示姿勢から実際の姿勢までの姿勢誤差とを推定した推定誤差とを、演算する推定値演算手段と、
推定値演算手段によって得られた推定位置を順次ストアする推定位置蓄積手段と、
推定値演算手段によって得られた推定誤差を順次ストアする推定誤差蓄積手段と、
推定位置蓄積手段と推定誤差蓄積手段と教示位置蓄積手段との出力に応答し、倣い駆動手段への動作指令値を演算する動作指令演算手段と、
この動作指令値により作業手段の加工作業位置が、目標線に倣うように、倣い駆動手段を制御する制御手段とを含むことを特徴とする目標線の倣い装置である。
【００１０】
本発明に従えば、たとえばＹＡＧレーザ溶接装置の作業手段である加工用レーザヘッドは、ロボットなどの移動手段によって移動され、目標線に倣って作業手段が駆動されて溶接などの加工作業が行われる。移動手段からのたとえば移動方向に垂直な方向の目標線の位置を検出する検出手段は、作業手段よりも移動方向上流側、すなわち前方に設けられ、その移動方向に沿う複数、たとえば２または３の各位置を検出し、こうして得られた検出位置は、検出位置蓄積手段に順次ストアされる。作業手段の予め定める教示位置は、教示位置蓄積手段に順次ストアされ、また、たとえば教示位置蓄積手段にストアされた位置の相互間で補間演算されて、さらに教示位置が新たに設定されて用いられる。
【００１１】
推定値演算手段は、教示位置蓄積手段の教示位置と検出位置蓄積手段の目標線の検出位置とを用いて、目標線の推定位置と、その目標線の推定誤差である位置誤差と、さらには姿勢誤差とを演算する。推定位置と推定誤差とは、それらの蓄積手段にストアされる。動作指令演算手段は、前述の各蓄積手段の推定位置、推定誤差および教示位置とを用いて倣い駆動手段に与えるべき動作指令値である倣い指令値を求めて、倣い駆動手段を制御手段によって制御し、作業手段の加工作業位置を目標線に倣わせる。推定誤差は、位置誤差のみであって、姿勢誤差は含まれていなくてもよい。
【００１２】
こうして本発明では、溶接線などの目標線に沿う移動方向に対して一定距離だけ離れた複数の各検出位置を同時に検出し、これらの検出された目標線の位置を演算処理して、倣い精度を向上することができる。複数の検出位置を検出手段で検出してロボットなどの移動手段の位置誤差を考慮する本発明の基本的な原理を述べる。同時刻で変化するものは、ロボットなどの移動手段の位置誤差であり、したがって同一時刻における検出手段で検出された複数の各検出位置の差は、移動手段の位置誤差を含まない。この値を積分することによって、溶接線などの目標線の位置を求めることができる。
【００１３】
また目標線に沿う移動方向に対して同じ位置で変化するものは、溶接線の位置であり、したがって同じ位置で検出手段による複数の検出位置の差は、目標線の位置を含まず、この値を積分していくと、移動手段の位置誤差になる。移動手段の位置誤差は、現時刻、すなわちサンプリングｉで計算した値によって求め、目標線の位置は、作業手段、たとえば加工用レーザヘッドが現在存在する場所の値を用い、これらの値を合成して倣い指令値とする。移動手段の位置誤差と目標線の位置とは、リアルタイムで推定する。好ましくは、オブザーバなどによって、これらの推定値が発散しないように、補正を加えることができる。
【００１４】
こうして問題となる移動手段の位置誤差と目標線の位置を完全に分離することができるので、倣い精度を向上することができる。検出手段によって２つの位置の検出を行う代りに、本発明の実施の他の形態ではたとえば３個所の位置の検出を同時に行い、移動手段の位置・姿勢誤差を考慮し、倣い精度をさらに向上することができる。
【００１５】
したがってロボットなどの移動手段に、加工用レーザヘッドなどの作業手段が倣い機構などの倣い駆動手段によって倣い駆動されるように設けられ、検出手段は、溶接線などの目標線を同時に複数個所で位置検出するようにして移動手段に設けられ、検出手段による目標線の検出位置は、作業手段による目標線の加工作業を行う位置よりも予め定める一定距離だけそれぞれ先行している。移動手段の予め定める教示位置と、検出手段によって検出される複数、たとえば前述のように２または３の検出位置とを用いて、目標線の推定位置と、移動手段の教示位置に対する位置誤差とを計算し、さらには姿勢誤差を計算して、それらの値を蓄積手段に蓄積する。移動手段の位置誤差は、現時刻で計算した値を用い、目標線の位置はたとえば溶接方向などの移動方向に対して作業手段が現在存在する場所の値を用い、それらの値を合成して倣いの動作指令値を計算する。すなわち移動手段に設けられた検出手段によって検出される複数の検出位置から、目標線の推定位置と、移動手段の教示位置に対する位置誤差を計算することによって、さらに移動手段の教示姿勢から実際の姿勢までの姿勢誤差を計算することによって、目標線の位置のみならず、移動手段の教示位置に対する位置誤差、さらには姿勢誤差をも推定し、その情報を用いて倣いの動作指令値を計算し、倣い駆動手段を動作させる。
【００１６】
また本発明は、倣い駆動手段は、作業手段を、その作業位置が移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平な方向に倣うように、駆動し、
検出手段は、移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平な方向の目標線の２つの位置を同時に検出し、
検出位置蓄積手段は、検出手段によって検出された２つの各位置をストアし、
推定値演算手段は、目標推定位置と位置の推定誤差を演算し、目標推定位置の移動方向の位置が、加工作業位置と同じ位置における値と、位置の推定誤差の現在時刻における値とによって、倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、倣い駆動手段は、作業手段を、その作業位置が移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平および鉛直な方向に倣うように、駆動し、
検出手段は、移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平および鉛直な方向の目標線の２つの位置を同時に検出し、
検出位置蓄積手段は、検出手段によって検出された各位置をストアし、
推定値演算手段は、目標推定位置と位置の推定誤差を演算し、目標推定位置の移動方向の位置が、加工作業位置と同じ位置における値と、位置の推定誤差の現在時刻における値とによって倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、教示位置と、検出手段による２つの検出位置とは、同一時刻の周期的なタイミングで得られ、
推定値演算手段は、
目標線の推定位置と推定位置の誤差とを、
前回のタイミングで得られた溶接方向に対して先行する検出位置と、教示位置と、目標線の推定位置と、位置の推定誤差とによって演算される値と、
前回のタイミングで得られた溶接方向に対して後行する検出位置と、教示位置と、位置の推定誤差と、２つの検出位置間の移動方向のタイミングだけずれた目標線の推定位置とによって演算される値とによって、
補正演算することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、後述の図１〜図４に示されるように、移動手段による移動方向に垂直な方向に倣い、しかも被加工物に対して水平な方向に倣うように、倣い駆動手段によって作業手段を駆動し、さらにまた被加工物に対して水平だけでなく鉛直な方向に倣うように駆動し、こうして移動手段の移動方向の位置誤差のみを考慮する場合、検出位置蓄積手段にストアされる同時に検出された２つの各位置Ｙｓ１，Ｙｓ２を用いて、推定値演算手段は推定位置Ｙ＾ｋと、推定位置の誤差Ｙ＾ｒｅｒｒとを演算し、これによって倣い動作指令値Ｙｒｅｆを演算して求める。
【００２０】
さらにオブザーバなどによる補正項を加えて目標線の位置および移動手段の位置誤差の推定値を補正することができる。こうして検出手段による２つの検出位置の値を用いることによって、１つの検出位置では不可能な目標線の推定位置と移動手段の推定の位置誤差とを計算することができ、高精度の倣いを可能にする倣い動作指令値Ｙｒｅｆを演算して求めることができるようになる。
【００２１】
また本発明は、倣い駆動手段は、作業手段を、その作業位置が移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平な方向に倣うように駆動し、
検出手段は、移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平な方向の目標線の３つの位置を同時に検出し、
検出位置蓄積手段は、検出手段によって検出された３つの各位置をストアし、
推定値演算手段は、目標推定位置と位置の推定誤差と姿勢の推定誤差を演算し、目標推定位置の移動方向の位置が、加工作業位置と同じ位置における値と、位置の推定誤差の現在時刻における値と、姿勢の推定誤差の現在時刻における値とによって、倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、倣い駆動手段は、作業手段を、その作業位置が移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平および鉛直方向に倣うように駆動し、
検出手段は、移動手段の移動方向に垂直かつ被加工物に対して水平および鉛直な方向の目標線の３つの位置を同時に検出し、
検出位置蓄積手段は、検出手段によって検出された３つの各位置をストアし、
推定値演算手段は、目標推定位置と位置の推定誤差と姿勢の推定誤差を演算し、目標推定位置の移動方向の位置が、加工作業位置と同じ位置における値と、位置の推定誤差の現在時刻における値と、姿勢の推定誤差の現在時刻における値とによって倣い駆動手段への動作指令値を演算することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、教示位置と、検出手段による３つの検出位置とは同一時刻の周期的なタイミングで得られ、
推定値演算手段は、
目標線の推定位置と推定位置の誤差とを、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して最前部位置での検出位置と、教示位置と、目標線の推定位置と、位置の推定誤差とによって演算される値と、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して中間部位置での検出位置と、教示位置と、位置の推定誤差と、最前部位置から中間部位置までの検出位置間の移動方向のタイミングだけずれた目標線の推定位置とによって演算される値と、
前回のタイミングで得られた移動方向に対して最後部位置での検出位置と、教示位置と、位置の推定誤差と、最前部位置から最後部位置までの検出位置間の移動方向のタイミングだけずれた目標線の推定位置とによって演算される値とによって、
補正演算することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、後述の図１９および図２０に示されるように、検出手段によって移動方向に沿う目標線の３つの位置を同時に検出し、検出位置蓄積手段に各位置Ｙｓ１，Ｙｓ２，Ｙｓ３をストアし、これによって目標線の推定位置Ｙ＾ｋと、推定位置の誤差Ｙ＾ｒｅｒｒと、姿勢の推定誤差θ＾ｒｅｒｒとを演算して倣い動作指令値Ｙｒｅｆを演算し、これによって倣い駆動手段を制御し作業手段の加工作業位置を目標線に正確に倣わせる。
【００２５】
さらにオブザーバなどによって補正項を加えた目標線の推定位置、移動手段の推定位置誤差および移動手段の姿勢誤差の推定値を計算して求め、さらに高精度の倣いを行わせることができる。
【００２６】
また本発明は、移動手段は倣い駆動手段を兼ね、予め定められた教示位置に、倣い駆動手段への動作指令値を加えた倣い位置により移動手段を移動させ、作業手段を被加工物に倣わせることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、倣い駆動手段は、複数軸の産業用ロボットなどの移動手段に備えられているたとえば１軸で、前述の倣い駆動手段と同様な動作を達成することができる。
【００２８】
また本発明は、検出手段は、
移動方向に間隔をあけて、目標線を横切る複数のスリット光を照射する光源と、
複数の各スリット光が照射された被加工物上の領域を撮像する撮像手段と、
撮像手段の出力に応答し、目標線の位置を検出する画像処理回路とを含むことを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、後述の図５〜図７および図１３に示されるように、偏平な薄い複数の各スリット光が、目標線を、移動方向に間隔をあけて横切り、被加工物の表面のスリット光が照射されて形成される光線をテレビカメラなどの撮像手段で撮像することによって、目標線の移動方向に垂直な方向の位置を、画像処理回路によって検出することができる。検出手段は、図５〜図７のように、単一のスリット光を照射する光源と、そのスリット光が照射された被加工物上の領域を撮像する単一の撮像手段とを有するセンサを、複数、有して構成されてもよく、または図１３のように複数のスリット光をそれぞれ照射する複数の光源と、これらの複数のスリット光が照射された１つの領域を撮像する単一の撮像手段とを有するセンサによって構成されてもよく、そのほかの構成によって検出手段が構成されてもよい。
【００３０】
また本発明は、検出手段は、
移動方向にずれた複数の位置で、位置方向に予め定める幅Ｗ１を有し、目標線を横切る複数の帯状の広がり光を照射する光源と、
複数の各広がり光が照射された被加工物上の領域を撮像する撮像手段と、
撮像手段の出力に応答し、各領域内の移動方向に沿う階調を加算して目標線の位置を検出する画像処理回路とを含むことを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、後述の図１４〜図１８に示されるように、前述のスリット光よりも移動方向に沿う幅が広い帯状の広がり光を光源から照射して、撮像手段によって被加工物上の広がり光が照射された領域を撮像し、画像処理回路によって各領域内の移動方向に沿う階調を加算し、目標線の位置を検出する。検出手段は、図１４〜図１６に示されるように単一の広がり光を照射する光源と、その単一の広がり光が照射された被加工物上の領域を撮像する単一の撮像手段とを有するセンサを、複数、含んで構成されてもよく、または図１７および図１８に示されるように設定した複数の領域にまたがって広がり光を被加工物上に照射し、単一の撮像手段で設定した複数の領域を撮像するように構成され、単一の広がり光と単一の撮像手段を用い、撮像手段で撮像した画像に対し複数の領域を設定することで複数の位置を検出するセンサであってもよく、そのほかの構成によって検出手段が実現されてもよい。
【００３２】
また本発明は、目標線は、溶接線であり、
作業手段は、レーザ光を発生して溶接作業を行うレーザ源であり、
移動手段は、複数軸の産業用ロボットであり、
倣い駆動手段は、ロボットの作業端に装着され、移動方向に沿う軸線まわりにレーザ光を角変位駆動することを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、目標線は、溶接線であり、
作業手段は、レーザ光を発生して溶接作業を行うレーザ源であり、
移動手段は、複数軸の産業用ロボットであり、
倣い駆動手段はロボットの作業端に装着され、レーザ光を溶接線と垂直方向に並進駆動することを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、重ね合わせ溶接または突き合わせ溶接などの溶接線を、ＹＡＧレーザなどのレーザ光を用い、たとえば６軸などの複数軸の産業用ロボットに、レーザ源を装着し、レーザ源を倣い駆動手段によって、溶接方向である移動方向に沿う軸線まわりにレーザ光を角変位駆動し、またはレーザ源を倣い駆動手段によって目標線である溶接線に対して垂直方向に並進駆動して変位し、レーザ光を、溶接線と垂直方向に変位する。これによって溶接線を高精度で倣わせて溶接作業を行うことができる。
【００３５】
本発明は、溶接の分野に関連して実施されるだけでなく、シール剤を目標線に沿って塗布するシール作業を行う装置に関連して、およびそのほかの技術分野に関連して、広範囲に実施することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態のレーザ溶接装置１の簡略化した平面図であり、図２は図１に示されるレーザ溶接装置１の全体の構成を示す図である。複数軸、たとえば６軸の産業用ロボットの基台１５は、たとえば水平な床面などの固定位置に設置され、そのアーム３の手首作業端４には、支持部材５が装着される。この支持部材５には、ＹＡＧレーザ光６を、たとえば水平面内に存在する溶接線７に向けて照射する加工用レーザヘッド８が、倣い動作するための軸線９まわりに角変位可能に設けられる。
【００３７】
支持部材５には、倣い駆動手段である倣い機構１１が設けられる。倣い機構１１は、レーザヘッド８を軸線９まわりに角変位駆動して倣い駆動し、したがって溶接方向２６に垂直、かつ被加工物８４，８５（後述の図５参照）に対して水平な方向に、すなわち前記水平面内で、倣うように駆動する。
【００３８】
この支持部材５にはまた、２つのセンサ１２，１３を含む検出手段１４が装着される。ロボット２の基台１５には、アーム３の基端部が設けられ、前記水平面内で、溶接線７が延びる方向に沿うＸ軸と、この水平面内でＸ軸に垂直なＹ軸が設けられ、これらのＸ軸およびＹ軸に垂直な上方に向かうＺ軸とによって、ロボット２における３軸直交座標系が形成され、基台１５を原点、すなわち基準点とする。溶接線７は、たとえば重ね合わせ継手または突き合わせ継手などの溶接線であってもよい。
【００３９】
検出手段１４を構成する２つの各センサ１２，１３は、光源１７，１８と、ＣＣＤ（電荷結合素子）が２次元平面上に配置されて構成された結像面に集光レンズによって画像を結像するテレビカメラ２１，２２と、これらのテレビカメラ２１，２２からの出力が与えられるマイクロコンピュータなどの画像処理回路２３，２４とをそれぞれ含む。これらのセンサ１２，１３は、レーザヘッド８よりも移動方向である溶接方向２６の上流側、すなわち前方（図１の右方、図２の左方）に設けられる。これらのセンサ１２，１３は、溶接方向２６に垂直な方向で、かつ被加工物８４，８５に対して水平な方向に、すなわち前記水平面内で、Ｙ方向の溶接線７の２つの各位置Ｙｓ１，Ｙｓ２を同時にそれぞれ検出する。溶接方向２６は、Ｘ軸およびＹ軸を含む水平面内でＸ軸に平行である。画像処理回路２３，２４から得られる溶接線７の検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２は、倣い装置本体２７の処理回路２８に与えられ、これによって検出位置メモリ２９に、時間順次的にストアされる。
【００４０】
教示位置メモリ３１には、ロボット２に装着されたレーザヘッド８のレーザ光６による溶接位置３２を達成するためにロボット２の教示位置Ｙｒｏｂが図１に示されるようにＸ軸に沿って順次的にストアされる。ロボット２の教示位置Ｙｒｏｂは、各軸の位置の値ではなく、ロボット先端の位置（正確には倣い機構の動作指令値が０のときのレーザ光の焦点位置）を表す。
【００４１】
検出位置メモリ２９および教示位置メモリ３１にストアされた内容は、マイクロコンピュータなどの処理回路２８によって読出され、タイミングｉに近い周期的にずれたそれぞれ２つの値により補間演算して求め、同一時刻における検出位置Ｙｓ１［ｉ］，Ｙｓ２［ｉ］および教示位置Ｙｒｏｂ［ｉ］を得ることができる。補間演算するのはロボットの教示位置Ｙｒｏｂのみならず、Ｙｓ１，Ｙｓ２も補間演算を行う。推定値の演算のタイミングと検出タイミングがずれた場合には、検出位置を補間演算する。［  ］は、サンプリング時間ΔＷ１だけ周期的にずれたタイミングを表し、前述のようにＹｓ１［ｉ］，Ｙｓ２［ｉ］，Ｙｒｏｂ［ｉ］は、タイミングｉにおいて得られる各位置の値であることを表す。推定値の演算のタイミングと検出タイミングがずれた場合には、検出位置を補間演算する。たとえば推定値の演算は２ｍｓｅｃ毎に行い、検出は３３ｍｓｅｃ毎に行う場合などがある。この部分のタイミングｉは、推定値の演算のタイミングとなる。
【００４２】
ロボット制御装置３５は、予め定められた教示位置に基づき、ロボット２の複数軸の各アーム３を駆動し、レーザヘッド８が設けられた手首作業端４を移動し、ロボットの教示位置と座標変換情報を倣い装置本体２７の処理回路２８に与える。教示位置はロボット制御装置３５にあり、倣い装置本体２７に持っているわけではない。ロボット制御装置３５から出力される値をメモリ３１に蓄積している。
【００４３】
ロボット２による支持部材５の溶接方向２６に沿う移動速度、すなわち溶接速度Ｖ１で溶接加工作業を行いながら移動される。またこの実施の形態では、図１の仮想線３４で示される位置は、ロボット２の位置誤差がない状態におけるレーザヘッド８および２つのセンサ１２，１３の位置を示し、これらの各構成要素８，１２，１３は、Ｘ軸に平行であり、ロボット２のＹ軸に平行な位置誤差Ｙｒｅｒｒが存在するものと、想定する。
【００４４】
処理回路２８で得られた溶接線７の推定位置Ｙ＾ｋは、推定位置メモリ３６にストアされ、また処理回路２８で演算して得られるロボット２の位置およびその誤差の推定値Ｙ＾ｋ，Ｙ＾ｒｅｒｒは、推定誤差メモリ３７にストアされる。こうして処理回路２８は、推定値演算手段としての機能をも果たす。マイクロコンピュータなどの動作指令演算回路３８は、処理回路２８およびメモリ３１，３６，３７のストア内容に基づき、倣い動作指令値Ｙｒｅｆを演算し、マイクロコンピュータなどの倣い制御回路３９に与える。倣い制御回路３９は、倣い指令値を、ＰＩＤ制御し、倣い制御のための動作指令演算回路３８からの倣い動作指令値を、比例Ｐ、積分Ｉおよび微分Ｄ制御し、その制御信号を倣い機構１１に含まれるモータにライン４０を介して与える。倣い機構１１に含まれるモータは、レーザヘッド８を軸線９まわりに角変位駆動する。この角変位駆動は、エンコーダによって検出され、倣い制御回路３９にライン４１を介して与えられて負帰還制御される。こうしてレーザヘッド８のレーザ光６は、溶接線７に、高い倣い精度で倣わせて、溶接作業を高精度で達成することができる。
【００４５】
図１および図２に示される処理回路２８の動作の原理を説明する。溶接線７を含む図１に示される前記水平面内で、Ｙ方向に沿ってＹｓ１，Ｙｓ２はセンサ１２，１３による各溶接線７の検出位置、Ｙｋは基準位置１５からの溶接線７の位置、Ｙｒｏｂはロボットの教示位置、Ｙｒｅｒｒはロボットに位置誤差とし、“ｉ”は現在のサンプリング、“ｍ２”，“ｍｔ”はそれぞれＤ２，Ｌ１の距離だけ加工用レーザヘッド８がロボット２によって移動するのにかかるサンプリング数とすると、以下の計算式１，２が成り立つ。図１において、Ｌ１は溶接方向２６の上流側のセンサ１２と加工用レーザヘッド８とのＸ軸に沿う長さであり、Ｄ２は２つのセンサ１２，１３間のＸ軸に沿う長さであり、Ｌ２はセンサ１３と加工用レーザヘッド８との間のＸ軸に沿う長さである。この実施の形態では、レーザヘッド８と２つのセンサ１２，１３とは、Ｘ軸に平行な一直線上に存在するものと、想定する。溶接方向に対して、センサ１２は先行するため、上流側にある。
【００４６】
【数１】
2004216446.tif 000003
【００４７】
これにより処理回路２８に備えられているオブザーバ４３による補正項を加えた溶接線７の推定位置Ｙ＾ｋおよびロボット２の位置誤差Ｙ＾ｒｅｒｒの推定値を推定値演算手段によって計算する計算式３，４は、
【００４８】
【数２】
2004216446.tif 000004
【００４９】
となる。ここでｌｇ１１，ｌｇ１２，ｌｇ２１，ｌｇ２２はオブザーバのゲインである。この式３，４から２つの検出値Ｙｓ１，Ｙｓ２を用いることにより、１つの検出値では不可能な溶接線の位置Ｙ＾ｋとロボットの位置誤差Ｙ＾ｒｅｒｒとを計算することが可能となる。
【００５０】
倣い指令値演算回路３８は、これらの結果Ｙ＾ｋ，Ｙ＾ｒｅｒｒおよびメモリ３１の教示位置Ｙｒｏｂまたはその補間演算結果から、倣い機構１１で溶接線７に倣わせるための動作指令演算手段によって求められる倣い指令値Ｙｒｅｆを演算し、その演算は、
【００５１】
【数３】
2004216446.tif 000005
となる。
【００５２】
図３は、処理回路２８の一部の電気的構成を示すブロック図である。この処理回路２８は、前述のようにたとえばマイクロコンピュータなどによって実現することができる。処理回路２８は、プラント部４２と、オブザーバ４３とを含む。この処理回路２８は、前述の式１〜式４の演算を行う。
【００５３】
サンプリングｍ２間に変化する溶接線位置Ｙｋの変化量およびロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒの変化量をρｙｋ，ρｙｒｅｒｒとすると、これらは、
【００５４】
【数４】
2004216446.tif 000006
となる。またこれにより、
【００５５】
【数５】
2004216446.tif 000007
とおける。ただし、ＺはＺ演算子である。
【００５６】
プラント部４２は実現像であるため、演算は行わない。演算しなくとも計測によってＹｓ１，Ｙｓ２は得られる。
【００５７】
オブザーバ４３では、加算回路５３，５４とＺ演算子の演算回路５５と加減算回路５６，５７と加算回路５８，５９とを用いて、値Ｙｒｏｂ，Ｙｓ１，Ｙｓ２から推測誤差の変化量ρ＾ｙｒｅｒｒがライン６１から得られ、また溶接線位置の推測の変化量ρ＾ｙｋがライン６２から得られ、これらの値はＺ演算子の演算回路６３，６４から加減算回路６５を経て推測値Ｙ＾ｓ１が得られ、さらにＺ演算子の演算回路６６および加減算回路６７を経て推測値Ｙ＾ｓ２が得られる。演算回路６３，６４からは、ロボット２の推測誤差Ｙ＾ｒｅｒｒと推定位置Ｙ＾ｋがそれぞれ得られる。さらにこのオブザーバ４３は、演算回路６８，６９，７１，７２および加減算回路７３，７４と係数器７５〜７８と加算器７９，８１および前述の加算回路５８，５９によって、演算の発散を防いで補正演算を行う。
【００５８】
図４は、図２に示される倣い装置本体２７の全体の動作を説明するためのフローチャートである。ステップａ１では、検出手段１４のテレビカメラ２１，２２による被加工物の溶接線７とその付近の領域の撮像された画像を取込んで、次のステップａ２では、処理回路２８は溶接線７の検出を行う。
【００５９】
ステップａ３では、予め定められ、ロボット制御装置から出力される、溶接位置に対応したロボットの教示位置の取込みが行われる。教示位置は、ロボットの教示位置であり、もともとの値はロボット制御装置にあり、それが倣い装置本体に出力される。ステップａ４では、その取込んだロボット２の教示位置が、現在の教示位置としてメモリ３１にストアされる。ストアされる値は、出力された現在のロボット２の教示位置である。またそのメモリ３１から読出された教示位置は、補間演算され、教示位置として用いられる。
【００６０】
ステップａ５では、画像処理装置２３，２４より出力された溶接線７の検出位置をロボット座標に変換するための変換情報および倣い指令値をロボット座標系から倣い機構の座標系に変換するための変換情報が処理回路２８に取込まれる。変換情報は検出手段の出力をロボット座標系に変換するための変換情報のみならず、倣い指令値を倣い機構の座標系に変換するための変換情報も含む。ステップａ６では、その取込まれた値をメモリ＊＊にストアされ、演算のために用いられる。
【００６１】
処理回路２８では、図４のステップａ７〜ａ１０の各動作が行われる。ステップａ７では、テレビカメラ２１，２２で撮像された溶接線７の検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２がロボット座標系に座標変換される。
【００６２】
ステップａ８では、推定値Ｙ＾ｋ，Ｙ＾ｒｅｒｒが演算されて求められる。溶接線位置Ｙｋ、ロボット位置Ｙｒｏｂおよび誤差Ｙｒｅｒｒは演算で求めない。ステップａ９では、倣い指令位置Ｙｒｅｆが演算され、またステップａ１０では、メモリ３７に、演算された推定値Ｙ＾ｋ，Ｙ＾ｒｅｒｒがストアされる。
【００６３】
倣い指令値演算回路２８は、図４のステップａ１１の動作を実行する。このステップａ１１では、倣い指令位置Ｙｒｅｆのロボット座標系から倣い機構の座標系への座標変換が行われる。ステップａ９で計算された値はロボット座標系での値であり、これを倣い機構の座標系へ座標変換する。倣い制御手段３９は、次のステップａ１２では、ＰＩＤ制御による倣い機構１１の駆動制御を行う。このために倣い機構１１に備えられるモータの指令値が計算され、その指令値が倣い機構１１のモータに与えられ、倣い機構１１のエンコーダによる実際の検出値がＰＩＤ制御のために倣い制御回路３９に与えられて負帰還制御が行われる。ステップａ１３では、倣い指令値演算回路３８で倣い動作が終了していないことが判断されれば、前述のステップａ１，ａ３，ａ５に戻る。こうしてサンプリングの時間間隔ΔＷ１で、図４のステップａ１〜ａ１３の演算動作が繰返される。
【００６４】
図５は、検出手段１４に備えられるセンサ１２の簡略化した斜視図である。光源１７は、溶接線７をほぼ垂直に横切るスリット光８３を、相互に重ね合わせ溶接されるべき金属板などの被加工物８４，８５の溶接線７およびその付近の領域に照射し、参照符８６は、スリット光８３が被加工物８４，８５の表面にライン状に照射された状態の光線を示す。このスリット光８３による被加工物８４，８５上のライン状の光線８６は、カメラ２１によって撮像される。
【００６５】
図６は、検出手段１４を構成する２つのセンサ１２，１３を示す簡略化した斜視図である。センサ１２と類似の構成を有するもう１つのセンサ１３の光源１８もまた、スリット光８７を照射し、被加工物８４，８５の表面に、溶接線７を横切るライン状の光線８８を形成し、このライン８８とその付近の領域は、テレビカメラ２２によって撮像される。
【００６６】
図７は、テレビカメラ２１によって得られるスリット光８３のライン８６の画像を示す図である。カメラ２１におけるカメラ座標系では、センサ１２，１３のセンサ座標系のＸ軸およびＹ軸に対応して、Ｘｃ軸およびＹｃ軸が設定される。センサ１２，１３の出力はいきなりロボット座標系での値になるわけではなく、センサ座標系の値となる。被加工物８４，８５上の光線８６の像は、参照符９１，９２で示される。これらの像９１，９２の不連続の位置に、溶接線７の像が存在するカメラ座標系の位置であると判断することができる。このような図７のカメラ２１によって得られた画像の情報は、画像処理回路２３に与えられ、実際の溶接線７の位置が、センサ座標系で求められる。
【００６７】
図５〜図７を参照して、検出手段１４の一方のセンサ１２による検出原理の概念を説明する。図５および図６のようにレーザスリット光８３を投光する。溶接線７上に光線８６が形成され、その反射光をカメラ２１で観測する。また、予め実際のカメラ２１とレーザスリット光８３の相対的位置関係を表すカメラパラメータを求めておき、この関係と、カメラ２１上の溶接線７の像の位置から、実際の溶接線７の位置を求める。レーザスリット光８３による光線８６上の点の３次元位置（０，Ｙ，Ｚ）と、その像のカメラ座標（Ｘｃ，Ｙｃ）の関係は、
【００６８】
【数６】
2004216446.tif 000008
【００６９】
により表される。ここで、行列内の各要素（Ｃ１１〜Ｃ３４）は、カメラ２１とレーザスリット光８３の相対位置関係や光学系の条件に依存するカメラパラメータの値である。また、ｈは光学系の倍率に相当する。この式１０により、
【００７０】
【数７】
2004216446.tif 000009
となり、これを展開してｈを消去して、Ｙ，Ｚを求めると、
【００７１】
【数８】
2004216446.tif 000010
となる。ここで、
【００７２】
【数９】
2004216446.tif 000011
【００７３】
これにより、カメラ２１の画像内の溶接線７の像を検知し、その値から上式１２により、実際の溶接線の位置を計算することができる。
【００７４】
図８〜図１２は、図１〜図７に示される前述の実施の形態の本件発明者によるシミュレーション結果を示す図である。これらの図８〜図１２のシミュレーション結果は、溶接線７のＹ軸方向のみを倣い、かつロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒのみを考慮する場合である。図８（１）は、実際の溶接線７のＹ軸方向の位置Ｙｋを示し、図８（２）は、ロボット２のＹ軸方向の教示位置から実際の位置までの位置誤差Ｙｒｅｒｒを示す。図８（１）および図８（２）の横軸は溶接方向２６のＸ軸の位置であり、図８（１）の縦軸はＹ軸方向の位置であり、図８（２）の縦軸はＹ軸方向の誤差Ｙｒｅｒｒである。
【００７５】
図９（１）は、センサ１２，１３による溶接線７の各検出位置Ｙｓ１およびＹｓ２を、参照符９４，９５でそれぞれ示す図である。図９（１）の横軸は時間を示し、縦軸は各Ｙｓ１およびＹｓ２をそれぞれ示す。図９（２）も、Ｘ軸位置における検出手段１４の各センサ１２，１３による検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２を個別的に示し、この図９（２）に示されるシミュレーション結果では、位置誤差の影響によりわずかながら、検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２の間に違いが生じる。この図９（２）では厳密には、２つのラインは重なっておらず、単一のラインにはなっていない。図９（２）の横軸は、溶接方向２６のＸ軸の位置であり、作業端４は、溶接方向２６に予め定める溶接速度Ｖ１で移動する。溶接速度は一定とは限らず、速度一定でなくても本発明が実施される。
【００７６】
図１０（１）は、溶接線７のＹ軸方向の実際の位置Ｙｋの前述の式３による推定値Ｙ＾ｋを示し、図１０（２）は、その推定値Ｙ＾ｋと実際の位置Ｙｋとの差を示す図である。図１０（１）および図１０（２）は、溶接方向２６の経過時間を示す。図１０（２）によれば、推定値Ｙ＾ｋは、実際の位置Ｙｋと正確に一致していることが判る。
【００７７】
図１１（１）は、ロボット２の位置誤差の前述の式４による推定値Ｙ＾ｒｅｒｒを示し、図１１（２）は、その推定位置誤差Ｙ＾ｒｅｒｒと実際の値Ｙｒｅｒｒとの誤差を示す図である。図１１（１）および図１１（２）の横軸は、経過時間を示す。このことから、ロボット２の位置誤差の推定値Ｙ＾ｒｅｒｒは正確に演算して求められることが理解される。
【００７８】
図１２（１）は、倣い動作指令値Ｙｒｅｆと実際の溶接線７を倣わせるための指令値とをそれぞれ示す図であり、図１２（２）は、倣い動作指令値Ｙｒｅｆと、実際の溶接線７を倣わせるための動作指令値との誤差を示す図である。図１２（１）および図１２（２）の横軸は、経過時間を示す。図１２（２）を参照すると、倣い動作指令値Ｙｒｅｆによって溶接位置３２は、溶接線７にぴったりと一致して倣うことができることが判り、その誤差はほぼ零である。こうして図１〜図７に示される本発明の実施の一形態は、レーザヘッド８のレーザ光６を溶接線７に正確に一致して高精度で倣わせることができることが確認された。
【００７９】
図１３は、本発明の実施の他の形態の検出手段１４ａを簡略化して示す斜視図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付し、さらに同一の数字に添え字ａを付して示す。２つの光源１７，１８は溶接線７を横切るように２つのスリット光８３，８７を照射して被加工物８４，８５上にスリット上のライン状の光線８６，８８を形成する。単一のテレビカメラ２１ａは、溶接線７を横切る２つのライン状の光線８６，８８とその付近を含む領域を撮像する。画像処理回路２３ａは、テレビカメラ２１ａの撮像画像を演算処理して、溶接線７のＹ軸方向の位置Ｙｓ１，Ｙｓ２を演算して求める。そのほかの構成は、前述の実施の形態と同様である。
【００８０】
図１４は、本発明の実施のさらに他の形態の検出手段１４ｂを示す簡略化した斜視図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。各センサ１２ｂ，１３ｂは、同一の構成を有する。センサ１２ｂにおいて、光源１７ｂは、溶接線７を横切る帯状の広がり光９７を照射し、テレビカメラ２１ｂは、この広がり光９７の被加工物８４，８５上の照射領域とその付近の領域とを複数の階調で撮像する。このカメラ２１ｂの出力は、画像処理回路２３ｂに与えられ、こうしてセンサ１２ｂによる溶接線７の検出動作を行う。
【００８１】
この実施の形態の主な原理は、まず始めにカメラ２１ｂ，２２ｂからの画像を取り込み、処理領域を設定し、その範囲で輝度平均値をもとに２値化閾値を決定し、画像を２値化する。その結果をもとに、Ｘｃ軸に関してｙ方向に値を加算（白が１、黒が０）し（ｘ軸プロジェクション）、その値が最小となるＸｃ座標を溶接線７の位置とする。
【００８２】
図１５は、画像処理回路２３ｂによる溶接線検出動作を説明するためのフローチャートである。ステップｂ１でカメラ２１ｂからの画像信号の取込みを行う。カメラ２１ｂによる２次元撮像画面の多数の各画素は、複数階調の画像信号を導出する。ステップｂ２ではその画像処理して溶接線７を検出すべき処理領域９８（後述の図１６参照）を設定し、ステップｂ３では、得られた２値化のためのしきい値を決定し、これによってステップｂ４では画像を２値化処理する。その結果、ステップｂ５では溶接線７のカメラ座標系の位置を演算して検出することができる。
【００８３】
図１６は、図１４および図１５に示されるセンサ１２ｂによる動作の原理を説明するための図である。図１６（１）は、カメラ２１ｂで撮像された領域の画像を示す図である。溶接線７を横切ってＹ軸方向に幅Ｗ１を有する２値化すべき処理領域９８を決定する。処理領域９８は、前述の図１４に示される広がり光９７が照射された領域に対応する。画像処理回路２３ｂは、カメラのＹｃ軸に沿う階調を加算する。これによって図１６（２）に示されるカメラのＸｃ軸に沿う各位置毎の階調の加算値Ｉｊ，Ｉｊ＋１を演算して求める。各位置Ｘｊ，Ｘｊ＋１毎の階調の加算値Ｉｊ，Ｉｊ＋１を個別的にしきい値９９でレベル弁別し、溶接線７の位置１０１を検出することができる。処理回路２８は、カメラ２１ｂの座標変換を行い、ロボット座標系の溶接線７の位置を得ることができる。もう１つのセンサ１３ｂおよび画像処理回路２４ｂは、前述のセンサ１７ｂおよび画像処理回路２３ｂと同様な構成を有し、同様にしてロボット座標系の溶接線７の位置を得ることができる。
【００８４】
図１４〜図１６に示される本発明の実施の形態におけるその他の構成と動作は、前述の実施の形態と同様である。この実施の形態においてセンサ１２ｂのほかに、これと同様な構成を有するもう１つのセンサもまた、前述のようにセンサ１３と同様に配置される。
【００８５】
図１７は、本発明の実施のさらに他の形態の検出手段１４ｃを示す図である。この図１７に示される実施の形態は、前述の図１４〜図１６に示される実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、検出手段１４は図１７（１）に示される２つの光源１７ｃ，１８ｃと単一のテレビカメラ２１ｃとによって構成され、特に光源１７ｃ，１８ｃは、図１７（２）に示されるようにカメラ２１ｃのＹｃ軸に沿う幅Ｗ１を有してその軸Ｙｃに沿って、間隔をあけて隣接して、形成された２つの広がり光を照射する。こうしてカメラ２１ｃによって得られる図１８の画像には、広がり光１０５，１０６にそれぞれ対応した処理領域１０２，１０３が形成される。
【００８６】
また本発明の実施の他の形態では、検出手段１４は図１７（２）に示される単一の光源１７ｄと単一のテレビカメラ２１ｄとによって構成され、特に光源１７ｄは図１７（２）に示されるようにカメラ２１ｄの処理領域すべてにかかるように照射される。こうしてカメラ２１ｄによって得られる図１８の画像には、処理領域１０２，１０３が形成される。単一の広がり光と単一のテレビカメラを用い、テレビカメラで撮像した画像に対し複数の領域を設定することで複数の位置を検出する。各処理領域１０２，１０３に関連して、検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２が検出される。図１７および図１８に示される実施の形態のそのほかの構成と動作は、前述の図１４〜図１６の実施の形態に類似する。
【００８７】
本発明の実施のさらに他の形態を述べる。この実施の形態は、前述の図１〜図１８の実施の形態に類似するが、注目すべきは、この実施の形態では、Ｙ方向のみの倣いでロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒのみを考慮する場合において、前記の計算式１〜４とは異なる溶接線７の位置Ｙｋとロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒを計算するもう１つの実施の形態を示す。使用する変数、記号は、前述と同じとする。前述の式１および式２と同様な次の
【００８８】
【数１０】
2004216446.tif 000012
【００８９】
の関係式１７，１８より、オプサーバによる補正項を加えた溶接線７の位置Ｙｋおよびロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒの各推定値Ｙ＾ｋ，Ｙ＾ｒｅｒｒを計算する計算式１９，２０を
【００９０】
【数１１】
2004216446.tif 000013
【００９１】
とする。ここでｌｇ１１，ｌｇ１２，ｌｇ２１，ｌｇ２２はオブザーバのゲインである。これらの結果から、倣い機構で溶接線に倣わせるための動作指令演算手段によって求められる倣い指令値Ｙｒｅｆは、前述の式５と同様な式２１、
【００９２】
【数１２】
2004216446.tif 000014
【００９３】
となる。前述の式１７〜式２１の実施の形態のそのほかの構成と動作は、前述の図１〜図１８の実施の各形態と同様である。
【００９４】
図１９は、本発明の実施の他の形態の簡略化した平面図である。この図１９に示される実施の形態は、前述の図１〜図７の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきは図１９の実施の形態では、検出手段１４ｄは、前述のセンサ１２，１３のほかに、これらのセンサ１２，１３と同様な構成を有するもう１つのセンサ１１１が溶接方向２６にずれて配置される。この実施の形態では、溶接方向２６の上流側から下流側（図１９の右方から左方）に溶接方向２６に間隔Ｄ２，（Ｄ３−Ｄ２），Ｌ３をあけて、センサ１２，１３，１１１および加工用レーザヘッド８が順次的に配置されて支持部材５に設けられる。溶接方向に対して、センサ１２は先行するため、上流側にある。
【００９５】
Ｙｓ１，Ｙｓ２，Ｙｓ３は溶接線検出値、Ｙｋは基準位置１５からのＹ軸に沿う溶接線７の位置、Ｙｒｏｂはロボット２の教示位置、Ｙｒｅｒｒはロボットに位置誤差、θｒｅｒｒはロボットの姿勢誤差とし、“ｉ”は現在のサンプリング、“ｍ２”，“ｍ３”，“ｍｔ”はそれぞれＤ２，Ｄ３，Ｌ１の距離だけ移動するのにかかるサンプリング数とすると、以下の計算式２２，２３，２４が成り立つ。θｒｅｒｒは、溶接方向２６であるＸ軸に対してセンサ１２，１３，１１１およびレーザヘッド８が配列された一直線とのなすＸ軸およびＹ軸を含む水平面内における角度を示す。距離Ｄ３は、溶接方向２６に沿うセンサ１２，１１１の距離である。姿勢誤差θｒｅｒｒは、微小な値である。センサ１１１によって検出されるＹ軸方向に沿う溶接線７の位置をＹｓ３とする。
【００９６】
【数１３】
2004216446.tif 000015
【００９７】
これよりオブザーバによる補正項を加えた溶接線の位置Ｙｋ、ロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒ、ロボット２の姿勢誤差θｒｅｒｒの推定値Ｙ＾ｋ，Ｙ＾ｒｅｒｒ，θ＾ｒｅｒｒを計算する推定値演算手段による計算式２５，２６，２７は、
【００９８】
【数１４】
2004216446.tif 000016
【００９９】
となる。ここでｌｇｐｑ（ｐ＝１〜３，ｑ＝１〜３）はオブザーバのゲインである。この式２５，２６，２７から、３つの検出値Ｙｓ１，Ｙｓ２，Ｙｓ３を用いることにより、推定値である溶接線７の位置Ｙ＾ｋ、ロボット２の位置誤差Ｙ＾ｒｅｒｒ、ロボット２の溶接誤差θ＾ｒｅｒｒを計算することが可能となる。これらの結果から、倣い機構１１で溶接線７に倣わせるための動作指令演算手段によって求められる倣い指令値Ｙｒｅｆは、前述の式５および式２１と同様な式２８、
【０１００】
【数１５】
2004216446.tif 000017
【０１０１】
が得られる。前述の式２２〜式２８に関連する実施の形態は、前述の図１〜図１８における各実施の形態における式１〜式５に関連する前述の実施の形態と同様であり、また式１７〜式２１に関連する実施の形態と同様である。
【０１０２】
本発明の実施の形態のさらに他の形態を説明する。この実施の形態は、図１９および式２２〜式２８に関連して前述した実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。特にこの実施の形態は、Ｙ方向およびＸ軸、Ｙ軸を含む前記水平面に垂直な鉛直方向であるＺ方向の倣いで、ロボットの位置・姿勢誤差を考慮する場合であり、この実施の形態における計算式２９〜４１を示す。各センサ１２，１３，１１１は、Ｙ軸の方向だけでなく、Ｚ軸の方向の位置をも、検出する。参照符および添字ｋなどは、前述の実施の形態と同様である。溶接線７の検出位置（Ｙ方向：Ｙｓ１，Ｙｓ２，Ｙｓ３およびＺ方向：Ｚｓ１，Ｚｓ２，Ｚｓ３）、ロボット２の教示位置（Ｙ方向：ＹｒｏｂおよびＺ方向：Ｚｒｏｂ）、溶接線７の位置（Ｙ方向：ＹｋおよびＺ方向：Ｚｋ）、ロボット２の位置誤差（Ｙ方向：ＹｒｅｒｒおよびＺ方向Ｚｒｅｒｒ）、ロボットの姿勢誤差（Ｚ軸回り：θｒｅｒｒおよびＹ軸回り：φｒｅｒｒ）は下式２９〜３４のような関係となる。ただし、ａｐｑ（ｐ＝１〜６，ｑ＝１〜６）は、幾何学的な関係および線形化の方法による各状態量にかかる係数である。
【０１０３】
【数１６】
2004216446.tif 000018
【０１０４】
上記の関係をまとめると、以下のようになる。ここでマトリックス中のＺは、Ｚ演算子を示し、位置ではない。
【０１０５】
【数１７】
2004216446.tif 000019
【０１０６】
ここで
【数１８】
2004216446.tif 000020
【０１０７】
とすると、
ＡＸ  ＝  Ｓ                                              …（３７）
の関係から
Ｘ  ＝  Ａ−１Ｓ                                           …（３８）
【０１０８】
これによりオブザーバによる補正項を加えた溶接線７の位置、ロボット２の位置誤差、ロボット２の姿勢誤差の推定値演算手段による推定値Ｙ＾ｋ，Ｙ＾ｒｅｒｒ，θ＾ｒｅｒｒ，Ｚ＾ｋ，Ｚ＾ｒｅｒｒ，φ＾ｒｅｒｒを計算する計算式３９は、
【０１０９】
【数１９】
2004216446.tif 000021
【０１１０】
となる。ここはＹとＺを計算している。ここでＬＧはオブザーバのゲインであり、ＺはＺ演算子である。
【０１１１】
この式３９から６つの検出値を用いることにより、溶接線７の位置（Ｙ，Ｚ）、ロボット２の位置誤差（Ｙ，Ｚ）、ロボット２の姿勢誤差（θ，φ）を計算することが可能となる。これらの結果から、倣い機構１１で溶接線７に倣わせるための動作指令演算手段によって求められる倣い動作指令値Ｙｒｅｆ，Ｚｒｅｆは、
【０１１２】
【数２０】
2004216446.tif 000022
【０１１３】
となる。前述の式２９〜式４１に関連する実施の形態のそのほかの構成と動作は、前述の図１９の実施の形態と同様である。
【０１１４】
本発明の実施の他の形態では、図１〜図４の実施の形態において、２つのセンサ１２，１３は、溶接線７のＺ方向の位置を検出する。この実施の形態は、前述の式２９〜式４１に関連して前述した実施の形態に類似するが、式３１、式３４は省略され、これに対応して式３５および式３６は簡略化される。そのほかの構成と動作は、前述の実施の形態と同様である。
【０１１５】
図２０は、本発明の実施の他の形態の検出手段１４ｅの斜視図である。検出手段１４ｅは、光源１７から溶接方向２６にずれてスリット光１１３〜１１５が、溶接線７を横切って照射され、これらのスリット光１１３〜１１５による被加工物８４，８５上の光線は、たとえば単一のテレビカメラ２１によって撮像され、これによって溶接方向２６に垂直かつ被加工物８４，８５に対して水平な面内での溶接線７の３つの位置が同時に検出される。テレビカメラ２１からの出力は、前述の実施の形態と同様に画像処理回路２３〜２３ｃに与えらて、各位置Ｙｓ１，Ｙｓ２，Ｙｓ３が得られる。このような図２０に示される検出手段１４ｅもまた、前述の図１９の実施の形態に関連して実施されることができる。さらに図２０における検出手段１４ｅのスリット光１１５が省略され、前述の図１〜図４の実施の形態に関連して実施されてもよい。
【０１１６】
本発明は、被加工物８４，８５によって形成される溶接線７が水平面内に存在せず、傾いた仮想平面内に存在する場合にも、本発明を実施することができ、この場合、Ｚ軸は、その仮想平面に垂直である。
【０１１７】
図２１〜図２６は、図１９に示される前述の実施の形態の本件発明者によるシミュレーション結果を示す図である。これらの図２１〜図２６のシミュレーション結果は、溶接線７のＹ軸方向のみを倣い、かつロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒおよび姿勢誤差θｒｅｒｒを考慮する場合である。図２１（１）は、実際の溶接線７のＹ軸方向の位置Ｙｋを示し、図２１（２）は、ロボット２のＹ軸方向の目標推定位置と実際の位置との位置誤差Ｙｒｅｒｒを示し、図２１（３）は、ロボット２の姿勢誤差θｒｅｒｒを示す。図２１（１）〜図２１（３）の横軸は、溶接方向２６のＸ軸の位置である。
【０１１８】
図２２（１）は、図１９に示される３つの各センサ１２，１３，１１１による検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２，Ｙｓ３を、参照符１１７〜１１９でそれぞれ示し、この図２２（１）の横軸は経過時間を示す。図２２（２）の溶接方向２６に沿うＹ軸上の同一位置における検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２，Ｙｓ３の値をライン１２１〜１２３で示し、この図２２（２）の横軸は、Ｘ軸である。
【０１１９】
図２３（１）は、ロボット２の位置Ｙｋと推定位置Ｙ＾ｋとをそれぞれ示し、このシミュレーション結果では、これらの位置Ｙｋと推定位置Ｙ＾ｋとが一致していることが判る。これによって図２３（２）に示される前述の位置Ｙｋと推定位置Ｙ＾ｋとの誤差（＝Ｙ＾ｋ−Ｙｋ）が零であり、正確な推定位置Ｙ＾ｋが得られることが判る。
【０１２０】
図２４（１）は、ロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒと推定の位置誤差Ｙ＾ｒｅｒｒとをそれぞれ示し、これらの値ＹｒｅｒｒとＹ＾ｒｅｒｒとは一致しており、したがってそれらの誤差（＝Ｙｒｅｒｒ−Ｙ＾ｒｅｒｒ）は、図２４（２）に示されるように零であり、正確な推定位置誤差Ｙ＾ｒｅｒｒが得られていることが判る。
【０１２１】
図２５（１）は、ロボット２の姿勢誤差θｒｅｒｒと推定姿勢誤差θ＾ｒｅｒｒとをそれぞれ示す図であり、これらの値θｒｅｒｒとθ＾ｒｅｒｒとが一致していることが判る。したがって図２５（２）に示されるように、姿勢誤差（＝θｒｅｒｒ−θ＾ｒｅｒｒ）は、零であり、推定姿勢位置θ＾ｒｅｒｒが正確に求められていることが確認される。
【０１２２】
図２６（１）は、倣い動作指令値Ｙｒｅｆと、実際の溶接線７を倣わせるための指令値とをそれぞれ示す図であり、これらの値が一致していることが判る。したがって図２６（２）に示されるように、倣い動作指令値Ｙｒｅｆと、実際の溶接線７を倣わせるための動作指令値との誤差は、零であることが判る。このようにして本発明によれば、レーザヘッド８を溶接線７に正確に高精度で倣わせて溶接作業を行うことができることが、確認された。
【０１２３】
図２７は、前述の先行技術における本件発明者のシミュレーション結果を示す図である。図２７（１）の実線のライン１２４は、前述の先行技術における倣い動作指令値Ｙｒｅｆを示し、理想とされる求めるべき倣い動作指令値は破線１２５で示され、したがって実際の演算して求められる倣い動作指令値Ｙｒｅｆと、理想とする倣い動作指令値との誤差は、図２７（２）に示されるように、零ではない値が、時間経過に伴って変化する。したがって先行技術では、高精度の倣い動作は不可能であり、正確なＹＡＧレーザ溶接は不可能である。本発明は、このような先行技術の問題を解決し、高精度の倣い動作によって、正確なレーザ溶接が可能になる。
【０１２４】
本発明の実施の他の形態では、倣い機構１１は、レーザヘッド８を角変位駆動する代りに、溶接方向２６と垂直なＹ軸の方向に、レーザヘッド８を並進駆動し、これによってレーザ光６を、溶接線７と垂直方向に並進駆動するように構成してもよい。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明によれば、検出手段による目標線の移動方向に沿う異なる複数の位置を、同時に検出して得た検出位置を用いて、目標線の位置のみならず、移動手段の教示位置に対する位置誤差、さらには姿勢誤差をも推定し、倣い指令値を演算して求め、高精度の倣い動作を実現することができるようになる。これによってたとえばＹＡＧレーザ溶接などの溶接線に対する高い倣い精度によって、高品質の溶接作業を実現することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のレーザ溶接装置１の簡略化した平面図である。
【図２】図１に示されるレーザ溶接装置１の全体の構成を示す図である。
【図３】処理回路２８の一部の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示される倣い装置本体２７の全体の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】検出手段１４に備えられるセンサ１２の簡略化した斜視図である。
【図６】検出手段１４を構成する２つのセンサ１２，１３を示す簡略化した斜視図である。
【図７】テレビカメラ２１によって得られるスリット光８３のライン状光線８６の画像９１，９２を示す図である。
【図８】図１〜図７に示される実施の形態の本件発明者による溶接線７の位置Ｙｋに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図１〜図７に示される実施の形態の本件発明者による検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２に関するシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】図１〜図７に示される実施の形態の本件発明者による推定位置Ｙ＾ｋに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】図１〜図７に示される実施の形態の本件発明者によるロボット２の推定位置誤差Ｙ＾ｒｅｒｒに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】図１〜図７に示される実施の形態の本件発明者による倣い動作指令値Ｙｒｅｆに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】本発明の実施の他の形態の検出手段１４ａを簡略化して示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施のさらに他の形態の検出手段１４ｂを示す簡略化した斜視図である。
【図１５】画像処理回路２３ｂによる溶接線検出動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１４および図１５に示される検出手段１４ｂの動作を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施の他の形態の検出手段１４ｃを簡略化して示す斜視図である。
【図１８】図１７に示される検出手段１４ｃの動作を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施の他の形態の簡略化した平面図である。
【図２０】図１９の実施の他の形態における検出手段１４ｅを簡略化して示す斜視図である。
【図２１】図１９および図２０に示される前述の実施の形態の本件発明者による溶接線７の位置Ｙｋ、ロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒおよびロボット２の姿勢誤差θｒｅｒｒに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図２２】図１９および図２０に示される前述の実施の形態の本件発明者による検出位置Ｙｓ１，Ｙｓ２，Ｙｓ３に関するシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】図１９および図２０に示される前述の実施の形態の本件発明者による溶接線７の推定位置Ｙ＾ｋに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図２４】図１９および図２０に示される前述の実施の形態の本件発明者によるロボット２の位置誤差Ｙｒｅｒｒに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図２５】図１９および図２０に示される前述の実施の形態の本件発明者によるロボット２の溶接誤差θｒｅｒｒに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図２６】図１９および図２０に示される前述の実施の形態の本件発明者による倣い指令値Ｙｒｅｆに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図２７】先行技術の倣い指令値Ｙｒｅｆに関する本件発明者によるシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザ溶接装置
２  ロボット
３  アーム
４  手首作業端
５  支持部材
６  レーザ光
７  溶接線
８  加工用レーザヘッド
１１  倣い機構
１２，１３，１１１  センサ
１４，１４ａ〜１４ｅ  検出手段
１７，１８  光源
２１，２２  テレビカメラ
２３，２４  画像処理回路
２６  溶接方向
２８  処理回路
２９  検出位置メモリ
３１  教示位置メモリ
３５  ロボット制御装置
３６  推定位置メモリ
３７  推定誤差メモリ
３９  倣い制御回路
４３  オブザーバ
１０５，１０６  広がり光
【図１】
2004216446.tif 000023
【図２】
2004216446.tif 000024
【図３】
2004216446.tif 000025
【図４】
2004216446.tif 000026
【図５】
2004216446.tif 000027
【図６】
2004216446.tif 000028
【図７】
2004216446.tif 000029
【図８】
2004216446.tif 000030
【図９】
2004216446.tif 000031
【図１０】
2004216446.tif 000032
【図１１】
2004216446.tif 000033
【図１２】
2004216446.tif 000034
【図１３】
2004216446.tif 000035
【図１４】
2004216446.tif 000036
【図１５】
2004216446.tif 000037
【図１６】
2004216446.tif 000038
【図１７】
2004216446.tif 000039
【図１８】
2004216446.tif 000040
【図１９】
2004216446.tif 000041
【図２０】
2004216446.tif 000042
【図２１】
2004216446.tif 000043
【図２２】
2004216446.tif 000044
【図２３】
2004216446.tif 000045
【図２４】
2004216446.tif 000046
【図２５】
2004216446.tif 000047
【図２６】
2004216446.tif 000048
【図２７】
2004216446.tif 000049