(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接継手の断面形状を計測する計測手段と、前記溶接継手の溶接を行う溶接トーチと、前記計測手段を前記溶接トーチとともに予め教示された経路に沿って移動させるマニピュレータと、前記計測手段の計測データに基づいて溶接継手の断面形状を演算する第１演算手段と、該断面形状に基づいて目標位置及び溶接条件を演算する第２演算手段と、前記目標位置と前記溶接条件に基づいて前記マニピュレータを制御して溶接を行うアーク溶接ロボットの溶接トーチの姿勢制御方法において、
前記マニピュレータに支持された形状取得手段にて、前記溶接トーチにより溶が行われて形成されたビードの形状を取得し、
前記形状取得手段の取得データに基づいて前記ビードの余盛り高さを余盛り高さ算出手段により算出し、
前記余盛り高さが所定範囲内にあるときに、前記余盛り高さが前記所定範囲の上限値に近づくにつれて溶接トーチの前進角をリニアに増大させ、前記余盛り高さが前記所定範囲の下限値に近づくにつれて溶接トーチの前進角をリニアに減少させるように制御手段にて制御することを特徴とするアーク溶接ロボットの溶接トーチの姿勢制御方法。
【請求項２】
余盛り高さと該余盛り高さに対応した前進角関連変数とからなるとともに、前記前進角関連変数が、前記余盛り高さが上限値に近づくほど溶接トーチの前進角をリニアに増大させ、前記余盛り高さが下限値に近づくほど溶接トーチの前進角をリニアに減少させるように設定されたビード外観調整テーブルを記憶手段に記憶させ、
前記制御手段が、前記余盛り高さ算出手段が算出した余盛り高さに対応する前進角関連変数を前記記憶手段から読出し、読み出した前進角関連変数に基づいて前記溶接トーチの姿勢を制御することを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接ロボットの溶接トーチの姿勢制御方法。
【請求項３】
溶接継手の断面形状を計測する計測手段と、前記溶接継手の溶接を行う溶接トーチと、前記計測手段を前記溶接トーチとともに予め教示された経路に沿って移動させるマニピュレータと、前記計測手段の計測データに基づいて溶接継手の断面形状を演算する第１演算手段と、該断面形状に基づいて目標位置及び溶接条件を演算する第２演算手段と、前記目標位置と前記溶接条件に基づいて前記マニピュレータを制御して溶接を行うアーク溶接ロボットの制御装置において、
前記マニピュレータに支持されるとともに前記溶接トーチにより溶接が行われて形成されたビードの形状を取得する形状取得手段と、
前記形状取得手段の取得データに基づいて前記ビードの余盛り高さを算出する余盛り高さ算出手段と、
前記余盛り高さが所定範囲内にあるときに、前記余盛り高さが前記所定範囲の上限に近づくにつれて溶接トーチの前進角をリニアに増大させ、前記余盛り高さが前記所定範囲の下限に近づくにつれて溶接トーチの前進角をリニアに減少させるように制御する制御手段を備えたことを特徴とするアーク溶接ロボットの制御装置。
【請求項４】
余盛り高さと該余盛り高さに対応した前進角関連変数とからなり、前記前進角関連変数が、前記余盛り高さが上限値に近づくほど溶接トーチの前進角をリニアに増大させ、前記余盛り高さが下限値に近づくほど溶接トーチの前進角をリニアに減少させるように設定されたビード外観調整テーブルを記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記余盛り高さ算出手段が算出した余盛り高さに対応する前記前進角関連変数を前記記憶手段から読出し、読み出した前記前進角関連変数に基づいて前記溶接トーチの姿勢を制御することを特徴とする請求項３に記載のアーク溶接ロボットの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアーク溶接ロボットの溶接トーチの姿勢制御方法及びアーク溶接ロボットの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザセンサ倣い技術を実現するアーク溶接ロボットのシステムでは、図８に示すように、マニピュレータＭの自由端に溶接トーチ５０とレーザセンサＬＳとが設けられている。そして、溶接トーチ５０よりも先行するレーザセンサＬＳが取得した測距データに基づいて、レーザセンサ制御装置ＬＵは画像解析を行うことにより、開先の特徴点や物理量（開先に応じたギャップ量、開先角度、開先面積等）を含む開先情報を取得し、得られた特徴点をつなぎ合わせることにより溶接トーチ５０の３次元軌道を生成するようにしている。
【０００３】
ここで、求められた３次元軌道において、その接線ベクトルが進行方向ベクトルと定義される。レーザセンサ制御装置ＬＵは、開先情報（すなわち、前記特徴点と物理量）に対して、開先内にある特徴線を基準角度と定義して基準角度に対する目標相対角度を与えることにより、進行方向ベクトルとあわせて、開先に対する溶接トーチ５０の目標姿勢を生成するようにしている。
【０００４】
例えば、図９は、重ね継手に対してレーザセンサＬＳにてサンプリングした測距データに基づいて画像解析を行った場合の開先情報を示している。重ね継手の場合、図９に示すように上板（図示しない）の端角となるポイントが特徴点となる。この場合、特徴点の通過する開先法線を基準角度にし、該基準角度に対する目標相対角度を与えることにより、進行方向ベクトルとあわせて、開先に対する溶接トーチ５０の目標姿勢を生成することができる。
【０００５】
図１０には、同じく重ね継手に対して得られた特徴点をつなぎ合わせることにより溶接トーチ５０の３次元軌道を生成した例である。
ところで、レーザセンサＬＳより得られた測距データに基づく開先情報だけでは、開先座標系に対する特徴点の位置・姿勢しか計算できない。そこで、ロボット制御装置ＲＣは、ロボット座標系における溶接トーチ５０の現在座標をレーザセンサ制御装置ＬＵに送信している。
【０００６】
レーザセンサ制御装置ＬＵは、受信した溶接トーチ５０のロボット座標系の現在座標、画像解析により取得された特徴点座標、予め付与されている速度（速度データ）により、ロボット座標系での目標位置（すなわち、目標座標）を演算し、ロボット制御装置ＲＣに返信する。
【０００７】
ロボット制御装置ＲＣでは、教示データから生成した補間点を、受信した前記目標位置（目標座標）と置き換えて、マニピュレータＭを動作させることにより倣いを行う。
さらに、レーザセンサ制御装置ＬＵでは、前記目標位置（目標座標）を求める過程で、ギャップ量、開先面積等の開先情報をリアルタイムで計算している。そこで、レーザセンサ制御装置ＬＵは目標位置（目標座標）の返信と併せて開先情報もロボット制御装置ＲＣに返信している。例えば、レーザセンサ制御装置ＬＵは図１１（ａ）の隅肉継ぎ手ではギャップ量Ｇを、図１１（ｂ）に示す突き合わせ継ぎ手ではギャップ量Ｇ及び開先面積を計算する。
【０００８】
ところで、レーザセンサＬＳを用いたアダプティブ溶接機能では、ロボット制御装置ＲＣは、予め設定したアダプティブ溶接条件テーブルを参照し、開先情報に応じて溶接電源ＷＰＳに指令する溶接条件（たとえば、溶接電流や溶接電圧）をリアルタイムに変更できる。例えば、表１には開先情報としてのギャップ量に応じて溶接条件の１つである溶接電流を変化させるアダプティブ溶接条件テーブルの一例を示す。この例では、ギャップ量に応じて溶接電流である設定電流Ｉｓがステップ変化する。又、表２には、ギャップ量に応じて溶接電流を変化させるアダプティブ溶接条件テーブルの他の一例を示す。この例ではギャップ量が0.0mm〜3.0mmでは線形に溶接電流である設定電流Ｉｓが変化する。
【０００９】
表１、２ともギャップ量が3.0mm以上になった場合には、電流を上限値で一定にするように設定されている。このような方法で適切なアダプティブ溶接条件テーブルを設定して、ギャップ量に応じて溶接条件をリアルタイムに変更することで、ギャップを埋めつつ所望の溶接施工を行うことができる。
【００１０】
【表１】
0005134871.tif 000002
【００１１】
【表２】
0005134871.tif 000003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、同じ溶接条件であってもワークの入熱状況や被溶接物の溶融の程度により発生する溶接程度のばらつきがある。例えば、被溶接物が冷えていると、入熱しにくいため、凸なビードＢになる傾向がある（図１２（ａ）参照）。逆に被溶接物に多くの入熱がある場合には、余盛り高さが低くなる傾向がある（図１２（ｂ）参照）。アダプティブ溶接機能は溶接をしながらギャップ量を監視するものの、ワークＷの入熱が与える条件変化を直接捉えることはできない。
【００１３】
この結果、ギャップ量が変化してもギャップを埋めながらの溶接は可能ではあるが、余盛り高さが必ずしも均一にはならない問題があった。
本発明の目的は、ビードの余盛り高さを均一にでき、その結果、均一性の高いビード外観を得ることができるアーク溶接ロボットの溶接トーチの姿勢制御方法及びアーク溶接ロボットの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、溶接継手の断面形状を計測する計測手段と、前記溶接継手の溶接を行う溶接トーチと、前記計測手段を前記溶接トーチとともに予め教示された経路に沿って移動させるマニピュレータと、前記計測手段の計測データに基づいて溶接継手の断面形状を演算する第１演算手段と、該断面形状に基づいて目標位置及び溶接条件を演算する第２演算手段と、前記目標位置と前記溶接条件に基づいて前記マニピュレータを制御して溶接を行うアーク溶接ロボットの溶接トーチの姿勢制御方法において、前記マニピュレータに支持された形状取得手段にて、前記溶接トーチにより溶接が行われて形成されたビードの形状を取得し、前記形状取得手段の取得データに基づいて前記ビードの余盛り高さを余盛り高さ算出手段により算出し、前記余盛り高さが所定範囲内にあるときに、前記余盛り高さが前記所定範囲の上限値に近づくにつれて溶接トーチの前進角をリニアに増大させ、前記余盛り高さが前記所定範囲の下限値に近づくにつれて溶接トーチの前進角をリニアに減少させるように制御手段にて制御することを特徴とするアーク溶接ロボットの溶接トーチの姿勢制御方法を要旨とするものである。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１において、余盛り高さと該余盛り高さに対応した前進角関連変数とからなるとともに、前記前進角関連変数が、前記余盛り高さが上限値に近づくほど溶接トーチの前進角をリニアに増大させ、前記余盛り高さが下限値に近づくほど溶接トーチの前進角をリニアに減少させるように設定されたビード外観調整テーブルを記憶手段に記憶させ、前記制御手段が、前記余盛り高さ算出手段が算出した余盛り高さに対応する前進角関連変数を前記記憶手段から読出し、読み出した前進角関連変数に基づいて前記溶接トーチの姿勢を制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、溶接継手の断面形状を計測する計測手段と、前記溶接継手の溶接を行う溶接トーチと、前記計測手段を前記溶接トーチとともに予め教示された経路に沿って移動させるマニピュレータと、前記計測手段の計測データに基づいて溶接継手の断面形状を演算する第１演算手段と、該断面形状に基づいて目標位置及び溶接条件を演算する第２演算手段と、前記目標位置と前記溶接条件に基づいて前記マニピュレータを制御して溶接を行うアーク溶接ロボットの制御装置において、前記マニピュレータに支持されるとともに前記溶接トーチにより溶接が行われて形成されたビードの形状を取得する形状取得手段と、前記形状取得手段の取得データに基づいて前記ビードの余盛り高さを算出する余盛り高さ算出手段と、前記余盛り高さが所定範囲内にあるときに、前記余盛り高さが前記所定範囲の上限に近づくにつれて溶接トーチの前進角をリニアに増大させ、前記余盛り高さが前記所定範囲の下限に近づくにつれて溶接トーチの前進角をリニアに減少させるように制御する制御手段を備えたことを特徴とするアーク溶接ロボットの制御装置を要旨とするものである。
【００１７】
請求項４は、請求項３において、余盛り高さと該余盛り高さに対応した前進角関連変数とからなり、前記前進角関連変数が、前記余盛り高さが上限値に近づくほど溶接トーチの前進角をリニアに増大させ、前記余盛り高さが下限値に近づくほど溶接トーチの前進角をリニアに減少させるように設定されたビード外観調整テーブルを記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は、前記余盛り高さ算出手段が算出した余盛り高さに対応する前記前進角関連変数を前記記憶手段から読出し、読み出した前記前進角関連変数に基づいて前記溶接トーチの姿勢を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明の方法によれば、余盛り高さが所定範囲内にあるときに、形状取得手段の取得データに基づいて算出された余盛り高さが高いほど溶接トーチの前進角が増大し、余盛り高さが低いほど溶接トーチの前進角が減少する。この結果、余盛り高さが所定範囲内にあるときに、溶接トーチの前進角が大きくなれば、すなわち、溶接トーチの溶接姿勢が前進角度側に傾くにつれ、ビード幅が広くなり、余盛り高さを低くすることができる。反対に、溶接トーチの溶接姿勢が後退角度側に傾くにつれ、ビード幅が狭くなり、余盛り高さを高くすることができる。このため、ビードの余盛り高さを均一にでき、その結果、均一性の高いビード外観を得ることができる。また、ビードの余盛り高さに応じて溶接トーチの姿勢の変化がリニアに変化することにより、ビードの余盛り高さをリニアに変化させて均一にでき、その結果、均一性の高いビード外観を得ることができる。
【００２１】
請求項２の発明の方法によれば、ビード外観調整テーブルを記憶手段が記憶することにより、制御手段が余盛り高さに対応する前進角関連変数を記憶手段から読出し、読み出した前進角関連変数に基づいて前記溶接トーチの姿勢を制御するため、ビードの余盛り高さを均一にでき、その結果、均一性の高いビード外観を得ることができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、余盛り高さが所定範囲内にあるときに、形状取得手段の取得データに基づいて算出された余盛り高さが高いほど溶接トーチの前進角が増し、余盛り高さが低いほど溶接トーチの前進角を減少する。この結果、余盛り高さが所定範囲内にあるときに、溶接トーチの前進角が大きくなれば、すなわち、溶接トーチの溶接姿勢が前進角度側に傾くにつれ、ビード幅が広くなり、余盛り高さを低くすることができる。反対に、溶接トーチの溶接姿勢が後退角度側に傾くにつれ、ビード幅が狭くなり、余盛り高さを高くすることができる。このため、ビードの余盛り高さを均一にでき、その結果、均一性の高いビード外観を得ることができるアーク溶接ロボットの制御装置を提供できる。また、ビードの余盛り高さに応じて溶接トーチの姿勢の変化がリニアに変化することにより、ビードの余盛り高さをリニアに変化させて均一にでき、その結果、均一性の高いビード外観を得ることができる。
【００２３】
請求項４の発明の制御装置によれば、ビード外観調整テーブルを記憶手段が記憶することにより、制御手段が余盛り高さに対応する前進角関連変数を前記記憶手段から読出し、読み出した前進角関連変数に基づいて溶接トーチの溶接姿勢を制御するため、ビードの余盛り高さを均一にでき、その結果、均一性の高いビード外観を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係るアーク溶接ロボットの溶接トーチの姿勢制御方法及びアーク溶接ロボットの制御装置を具体化した一実施形態を図１〜７を参照して説明する。図１は溶接ロボットの制御装置１０の構成を示すブロック図である。
【００２７】
溶接ロボットの制御装置１０は、ワーク（作業対象物）Ｗに対してアーク溶接を自動で行うように制御するものである。
溶接ロボットの制御装置１０は、溶接作業を行うマニピュレータＭと、マニピュレータＭを制御するロボット制御装置ＲＣと、ワークＷの形状を検出する計測手段としてのレーザセンサＬＳと、レーザセンサＬＳを制御するレーザセンサ制御装置ＬＵ等を備える。
【００２８】
又、ロボット制御装置ＲＣには、可搬式操作部としてのティーチペンダントＴＰが接続されている。ティーチペンダントＴＰは図示しないキーボード及び液晶ディスプレイが設けられている。前記キーボードにより各種の教示データがロボット制御装置ＲＣに入力される。
【００２９】
マニピュレータＭは、フロア等に固定されるベース部材１２と、複数の軸を介して連結された複数のアーム１３とを備える。最も先端側に位置するアーム１３の先端部には、作業ツールとしての溶接トーチ１４が設けられる。溶接トーチ１４は、溶加材としてのワイヤ１５を内装し、図示しない送給装置によって送り出されたワイヤ１５の先端とワークＷとの間にアークを発生させ、その熱でワイヤ１５を溶着させることによりワークＷに対して溶接を施す。アーム１３間には複数のモータ（図示しない）が配設されており、該モータの駆動によって溶接トーチ１４を前後左右に自在に移動できるように構成されている。なお、前後とは、溶接トーチ１４が溶接線に沿って進行する方向（すなわち、図１において、矢印で示す溶接進行方向）を前とし、その１８０度反対方向を後ろとする。又、左右とは進行する方向を人が向いたときを基準として、左右という。この溶接トーチ１４の前進方向と左右方向の移動によりウィービングが可能となっている。
【００３０】
ロボット制御装置ＲＣは、図３に示すようにコンピュータからなる。すなわち、ロボット制御装置ＲＣはＣＰＵ（中央処理装置）２０や、マニピュレータＭを制御するための各種プログラムや、各種の開先形状に応じて用意された複数の画像解析プログラムを記憶する書換可能なＥＥＰＲＯＭ２１や、作業メモリとなるＲＡＭ２２や、各種データを記憶する書換可能な不揮発性メモリからなる記憶部２３を備える。本実施形態では、ロボット制御装置ＲＣは、第２演算手段に相当する。
【００３１】
記憶部２３は、第１記憶領域２３ａ、及び第２記憶領域２３ｂを有する。第１記憶領域２３ａは、前述した表２のアダプティブ溶接条件テーブルが記憶されている。なお、第１記憶領域２３ａには前述した表１のアダプティブ溶接条件テーブルが記憶されていてもよい。
【００３２】
第２記憶領域２３ｂは、後述するビード外観調整テーブル（表３参照）が記憶されている。ビード外観調整テーブルは、ビードの余盛り高さＣｖと、前進角ＰＲとからなる。前進角ＰＲは前進角関連変数に相当する。
【００３３】
【表３】
0005134871.tif 000004
ビードの余盛り高さＣｖは図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ワークＷに対して形成されるビードＢにおいて、水平な基準線ＬとビードＢの左右方向の中央部に形成される凸状部の頂点間の距離Ｄ１（すなわち、高さ）や、水平な基準線ＬとビードＢの左右方向の中央部に形成される凹状部の最深部間の距離Ｄ２（すなわち、深さ）を含む。基準線ＬからのビードＢの左右方向の中央部に形成される凸状部の頂点までの高さは＋値で示され、基準線ＬからのビードＢの左右方向の中央部に形成される凹状部の最深部の深さは−値で示される。
【００３４】
なお、基準線Ｌは、ビードＢの表面が水平面となった場合に、その水平面に沿った線であり、ビードＢの左側縁ＢＬとワークＷとの境界及び右側縁ＢＲとワークＷの境界を通過する。基準線Ｌは、後述する撮像カメラ２５の取得データとしての撮像データに基づいて決定される。撮像カメラ２５は、形状取得手段に相当する。
【００３５】
又、前進角ＰＲは、図４に示すように、溶接線の接線に対する垂線Ｌａ（すなわち、法線）を立てた際に同垂線Ｌａに対して溶接トーチ１４のＺ軸方向を表わす直線Ｌ１，Ｌ２がなす角度である。なお、前進角ＰＲにおいて、０°を下回る場合（Ｌ２の場合）には、後退角ともいうが、本明細書では、前進角は、この後退角をも含めた意味で使用している。なお、後退角の意味の場合には、前進角の値に「−」の値を付すことになる。
【００３６】
表３に示すビード外観調整テーブルでは、余盛り高さＣｖが-4.0mm以下の場合は、前進角ＰＲが０°であり、余盛り高さＣｖが-4.0mm以上4.0mm未満の場合は前進角ＰＲは（ＰＲ＝1.25Ｃｖ＋５）で算出され、余盛り高さＣｖが4.0mm以上の場合は、前進角ＰＲが１０°と固定される。
【００３７】
このようにビード外観調整テーブルは、余盛り高さＣｖが-4.0mm以上4.0mm未満の場合は、余盛り高さＣｖが高くなるほど前進角ＰＲがリニアに増大し、余盛り高さＣｖが低くなればなるほど前進角ＰＲがリニアに減少するように設定されている。
【００３８】
なお、このビード外観調整テーブルで表わされている数値は、例示であって、これらの値に限定されるものではない。例えば、前進角は−の値（すなわち、後退角）を含むように適宜変更してもよいことは勿論のことである。記憶部２３は記憶手段に相当する。
【００３９】
又、記憶部２３には、図示はしないが、前記キーボードにより入力された経路等の教示データを記憶する教示データ記憶領域も備えている。
ロボット制御装置ＲＣは、前記モータを駆動制御することにより、予め設定された教示データである経路に沿って溶接トーチ１４を動作させる。又、ロボット制御装置ＲＣは、溶接電流及び溶接電圧といった溶接条件を溶接電源ＷＰＳに対して出力し、溶接電源ＷＰＳからパワーケーブルＰＫを通じて供給される電力によって溶接作業を行わせる。
【００４０】
レーザセンサＬＳは、レーザの発光及び受光によりワークＷまでの距離を測定する走査型のレーザセンサであり、溶接トーチ１４に搭載され、溶接トーチ１４が溶接線に沿って進行する方向（すなわち、図１の矢印で示す進行方向）側における開先開放（すなわち、未溶接部位）部位の距離を測定する。レーザセンサＬＳは、レーザをワークＷに向けて発光する発光部と、ワークＷで反射したレーザを受光する受光部等（ともに図示しない）を備える。前記発光部で発光されたレーザは、ワークＷで乱反射され、受光部で受光される。受光部は、例えばＣＣＤラインセンサにより構成されており、受光量分布の重心位置からワークＷまでの距離を測定するようにされている。
【００４１】
レーザセンサ制御装置ＬＵは、レーザセンサＬＳを駆動制御し、従来技術と同様に溶接トーチ１４の目標位置（目標座標）を求める過程で、測定される測距データ（距離情報）からギャップ量、開先面積、断面形状等の開先情報をリアルタイムで計算する。レーザセンサ制御装置ＬＵは目標位置（目標座標）の返信と併せて溶接継手の断面形状を含む開先情報もロボット制御装置ＲＣに返信する。
【００４２】
レーザセンサ制御装置ＬＵは、中央処理装置（ＣＰＵ）や、各種の開先形状に応じて用意された複数の画像解析プログラムや、各種データを記憶するメモリ等を備えるコンピュータからなる。本実施形態では、レーザセンサ制御装置ＬＵ（コンピュータ）は、第１演算手段に相当する。
【００４３】
溶接トーチ１４には、溶接トーチ１４の進行方向とは反対側において形成されたビードを撮像する撮像カメラ２５が搭載されている。撮像カメラ２５は、本実施形態ではＣＣＤカメラから構成されているが、他の撮像素子（例えば、ＣＭＯＳ）からなるカメラでもよく、限定されるものではない。撮像カメラ２５は形状取得手段に相当する。
【００４４】
カメラ制御装置ＣＣＵは、中央処理装置（ＣＰＵ）や、各種の開先形状に応じて用意された画像解析プログラムや、各種データを記憶するメモリ等を備えるコンピュータからなる。カメラ制御装置ＣＣＵは、撮像カメラ２５の撮像データの画像処理を行い、撮像したビードＢの余盛り高さＣｖを算出（すなわち解析）し、余盛り高さＣｖをロボット制御装置ＲＣに通知する。カメラ制御装置ＣＣＵは余盛り高さ算出手段に相当する。
【００４５】
次に、ロボットの制御装置１０におけるアダプティブ溶接機能である溶接条件の変更及び溶接トーチの姿勢制御について説明する。溶接対象のワークＷは、溶接継手として隅肉継ぎ手としている。
【００４６】
なお、前提条件として、溶接トーチ１４の溶接進行方向がツール座標系のＸ軸、又はＹ軸になるように設定され、レーザセンサＬＳが前記Ｘ軸、又はＹ軸に平行になるように取り付けされる。レーザセンサＬＳ（すなわち、図２（ｂ）に示すセンサヘッドＬＳａ）は、溶接トーチ１４の先端から溶接進行方向側に所定距離離間した位置にレーザ照射するようにされている。溶接トーチ１４の先端と溶接進行方向側に所定距離離間したツール座標系上のレーザポイント間の距離をセンサ先見距離Ｔという。なお、本実施形態では、＋Ｘ方向が溶接進行方向に設定されている。なお、レーザセンサＬＳの取り付けにおいては、図６（ａ）に示すように溶接トーチ１４に対して斜めに取り付けてもよい。
【００４７】
図２（ａ）、（ｂ）にはツールである溶接トーチ１４が示されており、ツール座標系は図２（ａ）のように表わされる。
又、ロボット制御装置ＲＣには、溶接作業が行われる前に、溶接が行われる際のマニピュレータＭの動作及び溶接条件等を示す教示データがティーチペンダントＴＰを介して入力され記憶部２３の第２記憶領域２３ｂに記憶されている。
【００４８】
なお、説明の便宜上、溶接トーチ１４よりも先行するレーザセンサＬＳにより、検出された溶接開始点に溶接トーチ１４が移動された後、倣い及び溶接が予め教示された経路に沿ってウィービングを行って開始されたところから説明する（図６（ａ）参照）。
【００４９】
ここで、ウィービングが実行され、レーザセンサＬＳによりサンプリング周期毎に得られた測距データに基づいて、レーザセンサ制御装置ＬＵは、開先の特徴点を検出するとともに期開先のギャップ量Ｇ等の開先情報を演算し、ギャップ量Ｇを含む開先情報をロボット制御装置ＲＣに通知する。
【００５０】
一方、カメラ制御装置ＣＣＵは撮像カメラ２５により撮像されたデータを画像処理を行う。カメラ制御装置ＣＣＵは、ビードＢがあれば、そのビードＢの余盛り高さＣｖを解析し、余盛り高さＣｖをロボット制御装置ＲＣに通知する。
【００５１】
図５は、ロボット制御装置ＲＣのＣＰＵ２０が所定演算周期毎に実行する制御フローチャートである。
Ｓ１０では、ＣＰＵ２０はビードＢが撮像カメラ２５の視野内にあるか否かを判定する。余盛り高さＣｖの通知がなければ、「ＮＯ」と判定して、Ｓ２０において、ＣＰＵ２０はギャップ量Ｇに基づいて、アダプティブ溶接条件テーブルを参照して、溶接電流である設定電流Ｉｓを決定し、溶接電源ＷＰＳへの通知を行う。溶接電源ＷＰＳは、この設定電流Ｉｓに基づいて溶接電流をワイヤ１５に供給する。
【００５２】
次のＳ３０では、ＣＰＵ２０は、溶接トーチ１４の姿勢を開先情報に基づいて決定された目標姿勢でマニピュレータＭを姿勢制御し、この制御フローチャートを一旦終了する。この目標姿勢は、教示データとして予め教示されている前進角（以下、教示姿勢という）である。このマニピュレータＭの姿勢制御により、溶接トーチ１４が目標姿勢になる。従って、この場合には、図６（ｂ）に示すように、溶接トーチ１４の溶接姿勢は、教示姿勢で移動する。
【００５３】
一方、Ｓ１０において、余盛り高さＣｖの通知があれば、ＣＰＵ２０は「ＹＥＳ」と判定して、Ｓ４０において、ＣＰＵ２０はギャップ量Ｇに基づいて、アダプティブ溶接条件テーブルを参照して、溶接電流である設定電流Ｉｓを決定し、溶接電源ＷＰＳへの通知を行う。溶接電源ＷＰＳは、この設定電流Ｉｓに基づいて溶接電流をワイヤ１５に供給する。
【００５４】
続くＳ５０では、ＣＰＵ２０は、ビード外観調整テーブルを参照して、余盛り高さＣｖに応じて前進角ＰＲを決定する。そして、Ｓ６０において、ＣＰＵ２０はレーザセンサ制御装置ＬＵに前進角ＰＲを通知する。レーザセンサ制御装置ＬＵは、この通知された前進角ＰＲに基づいてレーザセンサＬＳが取得した測距データの画像解析に使用するパラメータを変更する。
【００５５】
そして、Ｓ７０において、ＣＰＵ２０は開先情報に基づいて決定された目標姿勢と前進角ＰＲとに基づいてマニピュレータＭを姿勢制御し、この制御フローチャートを一旦終了する。このマニピュレータＭの姿勢制御により、溶接トーチ１４が前進角ＰＲを含んだ目標姿勢になる。
【００５６】
従って、この場合には、溶接終了点まで、溶接トーチ１４の溶接姿勢は、開先情報に基づいて決定された目標姿勢と前進角ＰＲとに基づいて変化することになる。そして、Ｓ５０〜Ｓ７０の処理により、溶接トーチ１４の前進角が変更される。ここで、溶接トーチ１４の前進角が増大すると、溶接トーチ１４による溶接の生成されるビード幅が広くなって余盛り高さが低くなる。一方、溶接トーチ１４の前進角が小さくなるにつれ、ビード幅が狭くなって余盛り高さが高くなる。
【００５７】
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）  本実施形態の溶接トーチの姿勢制御方法及びアーク溶接ロボットの制御装置１０は、マニピュレータＭに支持された撮像カメラ２５にて、溶接トーチ１４により溶接が行われて形成されたビードＢの形状を取得するようにした。そして、撮像カメラ２５の取得データに基づいてビードＢの余盛り高さをカメラ制御装置ＣＣＵにより算出し、余盛り高さが高いほど溶接トーチ１４の前進角を増大させ、余盛り高さが低いほど溶接トーチの前進角を減少させるようにロボット制御装置ＲＣにてマニピュレータＭを制御するようにした。この結果、ビードＢの余盛り高さを均一にできるとともに均一性の高いビード外観を得ることができる。
【００５８】
（２）  本実施形態の溶接トーチの姿勢制御方法、及びアーク溶接ロボットの制御装置１０は、余盛り高さと該余盛り高さに対応した前進角（前進角関連変数）とからなるとともに、余盛り高さが高くなるほど前進角を増大させ、余盛り高さが低いほど前進角を減少させるように設定されたビード外観調整テーブルを記憶部２３に記憶させるようにした。そして、ロボット制御装置ＲＣが、カメラ制御装置ＣＣＵが算出した余盛り高さに対応する前進角を記憶部２３から読出し、読み出した前進角に基づいて溶接トーチ１４の溶接姿勢を制御するようにした。この結果、ビードＢの余盛り高さを均一にできるとともに均一性の高いビード外観を容易に得ることができる。
【００５９】
（３）  又、本実施形態のアーク溶接ロボットの制御装置１０は、ビード外観調整テーブルが、余盛り高さの変化に応じて前進角がリニアに変化するように設定されている。この結果、ビードＢの余盛り高さの変化をリニアに変化させてビードＢの余盛り高さを均一にできるとともに均一性の高いビード外観を容易に得ることができる。
【００６０】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように構成してもよい。
【００６２】
○  前記実施形態では、形状取得手段として撮像カメラ２５としたが、撮像カメラ２５の代わりにレーザセンサに代えてもよい。
○  前記実施形態では、撮像データに基づいてビードＢの余盛り高さを余盛り高さ算出手段としてのカメラ制御装置ＣＣＵで算出するが、撮像データに基づいてビードＢのビード幅を算出し、このビード幅に基づいて余盛り高さＣｖを間接的に求めるようにしてもよい。すなわち、一般的に、余盛り高さは、溶接トーチの溶接姿勢が前進角度側に傾く（すなわち、前進角が大きくなる）につれ、ビード幅が広くなって余盛り高さが低くなる。又、後退角度側に傾く（すなわち、前進角が小さくなる）につれ、ビード幅が狭くなって余盛り高さが高くなる。
【００６３】
この関係があるため、ビード幅と余盛り高さとの関係を予め試験値により取得してテーブルを作成し、ビード幅を撮像データに基づいて算出して、算出されたビード幅に応じて余盛り高さを得るようにしてもよい。
【００６４】
○  前記実施形態では、開先条件としてのギャップ量に応じて溶接条件としての溶接電流を変化させるためのアダプティブ溶接条件テーブルを設定したが、アダプティブ溶接条件テーブルはこれに限定されるものではない。開先条件としてのギャップ量に応じて溶接条件としての溶接電圧を変化させるためのアダプティブ溶接条件テーブルを設定してもよい。この場合、ロボット制御装置ＲＣは、アダプティブ溶接条件テーブルを参照することにより、ギャップ量に応じた指令、すなわち溶接電圧を溶接電源ＷＰＳに通信してリアルタイムに溶接電圧を変更することで、ギャップを埋めつつ所望の溶接施工を行うことができる。
【００６５】
○  又、前記実施形態のアダプティブ溶接条件テーブルの溶接電流に代えて、溶接条件としてのワイヤ１５の送り量（すなわち、送り速度）としてもよい。前記実施形態では詳述しなかったが、ワイヤ１５は、マニピュレータＭにおいて溶接トーチ１４を支持するアッパアームに設けられた図示しないワイヤ送給装置にて溶接トーチ１４側へ送給される。そして、この場合、アダプティブ溶接条件テーブルでは、ギャップ量が増大すれば送り量が増大するように設定されている。ロボット制御装置ＲＣは、開先情報のギャップ量が通知された際、このアダプティブ溶接条件テーブルを参照して、ワイヤ１５の送り量を決定し、この送り量に基づいて、前記ワイヤ送給装置を制御する。
【００６６】
○  アダプティブ溶接条件テーブルをギャップ量と、溶接条件としてのウィービングの周波数や或いは振幅と対応させ、ギャップ量が増大すれば、溶接トーチ１４のウィービングの周波数や或いは振幅を変更して、溶接速度が増大するように設定してもよい。
【００６７】
○  アダプティブ溶接条件テーブルにおいて、溶接条件としての溶接電流、溶接電圧、ワイヤ１５の送り量、ウィービングの周波数や或いは振幅の内、少なくとも２つの変数を組合せて、ギャップ量が増大に応じて、それぞれ組み合わせられた変数を共に増大させるように設定してもよい。
【００６８】
○  前記実施形態のレーザセンサ制御装置ＬＵとカメラ制御装置ＣＣＵを統合したセンサデバイス制御装置ＳＤＣＵを設けて、同センサデバイス制御装置ＳＤＣＵにより、レーザセンサ制御装置ＬＵとカメラ制御装置ＣＣＵの管理と同様に特徴点等の開先情報、余盛り高さを管理するようにしてもよい（図１参照）。又、この場合、アダプティブ溶接条件テーブル、ビード外観調整テーブルを前記センサデバイス制御装置ＳＤＣＵで管理するようにしてもよい。すなわち、アダプティブ溶接条件テーブルを記憶する第１記憶領域２３ａ、及びビード外観調整テーブルを記憶する第２記憶領域２３ｂを有する記憶部２３をセンサデバイス制御装置ＳＤＣＵが備えるようにしてもよい。そして、センサデバイス制御装置ＳＤＣＵからは、特徴点から得られる溶接トーチ１４の目標位置、及びビード外観調整テーブルを参照後の前進角から得られる溶接トーチ１４の目標姿勢を、ロボット制御装置ＲＣへ通知するとともに、開先情報及び余盛り高さから得られる溶接条件を溶接電源ＷＰＳに直接通知するようにしてもよい。
【００６９】
○  前記実施形態のビード外観調整テーブルでは前進角ＰＲが垂線Ｌａからの値で設定されているが、垂線Ｌａからの値で設定する必要はなく、教示データとして予め教示されている教示姿勢からの相対値で設定されていてもよい。なお、教示姿勢を含む教示データは記憶部２３の教示データ記憶領域に記憶されている。この相対値は前進角関連変数に相当する。この場合は、ロボット制御装置ＲＣは、相対値を読込みし、教示姿勢に対してその読込みした相対値を加減算することにより、溶接トーチ１４の目標姿勢を得る。
【００７０】
○  前記実施形態では、溶接トーチ１４をウィービングするようにマニピュレータＭを駆動制御したが、ウィービングを伴わずに溶接トーチ１４を溶接線に沿うようにマニピュレータを駆動制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】一実施形態のロボットの制御装置のブロック図。
【図２】（ａ）はツール座標系の説明図、（ｂ）はレーザセンサＬＳの取付状態を示すレーザセンサＬＳの斜視図。
【図３】ロボット制御装置のブロック図。
【図４】前進角の説明図。
【図５】ロボット制御装置のＣＰＵが実行するフローチャート。
【図６】（ａ）は溶接トーチ１４が溶接開始点に達した状態の説明図、（ｂ）は、ビードＢが撮像カメラ２５の視野内にない場合の溶接トーチ１４の姿勢の説明図、（ｃ）は、ビードＢが撮像カメラ２５の視野内にある場合の溶接トーチ１４の姿勢（すなわち、前進角）が変化する説明図。
【図７】（ａ），（ｂ）はビードの余盛り高さの説明図。
【図８】従来例のロボットの制御装置のブロック図。
【図９】重ね継手に対してレーザセンサＬＳにてサンプリングした測距データに基づいて画像解析を行った場合の開先情報（特徴点）の説明図。
【図１０】溶接トーチの３次元軌道の説明図。
【図１１】（ａ）は隅肉継ぎ手ではギャップ量Ｇの説明図、（ｂ）は突き合わせ継ぎ手のギャップ量Ｇ及び開先面積の説明図。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、余盛り高さの説明図。
【符号の説明】
【００７２】
１０…制御装置、１４…溶接トーチ、１５…ワイヤ、
２０…ＣＰＵ、２３…記憶部（記憶手段）、
２５…撮像カメラ（形状取得手段）、
Ｍ…マニピュレータ、ＲＣ…ロボット制御装置（第２演算手段、制御手段）、  ＬＵ…レーザセンサ制御装置（第１演算手段）、
ＬＳ…レーザ変位センサ（計測手段）、
Ｌ…基準線、ＰＲ…前進角（前進角関連変数）、
Ｃｖ…余盛り高さ、ＣＣＵ…カメラ制御装置（余盛り高さ算出手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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