(57)【要約】【課題】溶接対象物間にギャップ幅が存在した場合でも、ギャップ幅に応じて溶接条件を切り替え所望の作業結果を得ることができるロボット制御方法を提供する。【解決手段】レーザセンサによって溶接対象物間のギャップ幅を測定するステップと、測定したレーザセンサのデータをロボットの溶接速度に合わせて反映するステップと、測定したレーザセンサの測定結果に基づいて溶接条件を切り替えるステップを備えることで、溶接対象物間にギャップ幅に合わせて、溶接条件を切り替えて、所望の作業を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接中の部位よりも溶接ロボットの溶接進行方向側の領域を、溶接トーチと共に前記溶接ロボットに支持されたレーザセンサを用いてセンシングすることにより、前記センシングされた領域内に存在する溶接ギャップのギャップ幅データを獲得するステップと、
レーザセンサと溶接トーチの変位量と溶接速度に基づき前記ギャップ幅に応じて前記溶接ロボットの溶接条件を制御するステップと、を含むことを特徴とする溶接ロボットの制御方法。
【請求項２】
前記溶接条件の制御が、溶接電流、溶接電圧、溶接速度及び前記溶接トーチの先端位置と前記変位量の内の少なくとも１つの量の制御を含むことを特徴とする請求項１記載の溶接ロボットの制御方法。
【請求項３】
前記溶接条件の制御が、溶接電流、溶接電圧、溶接速度及び前記溶接トーチの先端位置の内の少なくとも１つの量の制御を含むことを特徴とする請求項１記載の溶接ロボットの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、溶接ロボットの制御方法に関し、更に詳しくは、溶接トーチと共に、例えばレーザビームを偏向させて、溶接線としての作業線位置を検出する型式のレーザセンサをロボットに支持させ、レーザセンサ出力を利用して溶接対象物間の状態に応じて溶接条件を制御する溶接ロボットの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接トーチ２先端位置に対してロボット進行方向側の領域のセンシングを行なうレーザセンサ３をロボットの先端部１に取り付けて溶接線位置データを獲得し、該データに基づいてロボット位置を補正しながらロボットを移動させることにより、ロボットをより正確に溶接線に沿って移動させるリアルタイムトラッキング方式の制御方式が普及してきている。
【０００３】
しかしながらロボット位置を補正しただけでは良好な溶接結果を得られない場合がある。そこでレーザセンサから得られた情報を元に、溶接電流、溶接電圧、溶接速度(ロボット移動速度)、溶接トーチの先端位置とレーザセンサの位置の変位量等、溶接条件を制御する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。レーザセンサで溶接対象物間のギャップ幅（以下、「溶接ギャップ幅」と言う。）を計測し、その値に応じてあらかじめ用意した下記のような溶接条件テーブルから溶接条件を選択し、溶接条件を切り替える。図８は、ギャップ幅レベルΓとはギャップ幅の値をある一定の範囲でまとめるためにグループ分けしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−８０６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、先行文献にあるようなギャップ幅レベルの値に応じて溶接条件テーブルから溶接条件を選択し溶接条件を切り替える従来の方式では、ギャップ幅レベルが溶接テーブルの境界値近傍で変化し続けた場合、溶接条件が何度も入れ替わり溶接が不安定になる可能性がある。
【０００６】
また、溶接トーチ２とレーザセンサ３との相対的な取り付け位置は一定の間隔(オフセット)が生じるため、レーザセンサ３で測定した作業対象の位置に溶接トーチ２が到達するまでの間計測データを保存しておき、前記作業対象の位置に溶接トーチ２が到達した時点で前記測定データに基づいて補正を行う必要がある。
レーザセンサ３で測定した作業対象の位置に溶接トーチ２が到達する時間は、溶接トーチ２とレーザセンサ３の取り付け位置の変位量、溶接速度(ロボットの移動速度)によって決まる。レーザセンサ３で測定した値に応じて溶接条件を切り替える場合、溶接速度も切り替わるので補正のタイミングもリアルタイムで修正しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の溶接ロボットの制御方法は、溶接中の部位よりも溶接ロボットの溶接進行方向側の領域を、溶接トーチと共に溶接ロボットに支持されたレーザセンサを用いてセンシングすることにより、センシングされた領域内に存在する溶接ギャップのギャップ幅データを獲得するステップを含む。さらに、本開示の溶接ロボットの制御方法は、レーザセンサと溶接トーチの変位量と溶接速度に基づきギャップ幅に応じて溶接ロボットの溶接条件を制御するステップを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によりロボットをより正確に溶接線に沿って移動させるリアルタイムトラッキングをしながら同時に溶接条件を適切な値に切り替えることができる。溶接速度に合わせてレーザセンサ３で測定した作業対象の位置に溶接トーチ２が到達する時間を計算することで、レーザセンサ３で測定した作業対象の位置に溶接トーチ２が到達したタイミングで溶接条件を切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示のレーザセンサを用いた溶接ロボットの制御システムの全体構成を示す図
【図２】レーザセンサを用いたギャップ幅測定の仕組みを示す図
【図３】本開示で用いる溶接条件テーブルを示す図
【図４】溶接トーチとレーザセンサの取り付け位置を示す図
【図５】データバッファ部の仕組みを表す図
【図６】溶接条件テーブルを用いた溶接条件切り替えのフローチャートを示す図
【図７】溶接条件の線形補間の仕組みを示す図
【図８】ギャップ幅と溶接条件の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における溶接システムの概略構成を示す図である。本実施の形態では、レーザセンサの情報を処理するセンサ制御装置６と、ロボットを制御するロボット制御装置７とが別々に存在する場合を例にして説明を行う。
【００１１】
図１を用いて、本願発明における溶接ロボットの制御方法について説明する。本願発明装置ではロボット４の先端部１に溶接トーチ２とレーザセンサ３が一定の取り付け間隔（変位量）を空けて取り付けられている。レーザセンサ３は溶接時、溶接トーチ２よりも先行して溶接ロボットの進行方向側の領域を測定できるようにロボット４に支持されている。レーザセンサ３はワークテーブル５上に置かれた溶接対象物を測定し、センサ制御装置６に測定値を送信する。センサ制御装置６はレーザセンサ３から送られてきた測定値の情報を処理し、ロボット制御装置７に処理結果の送信を行う。ロボット制御装置７はあらかじめ記憶した動作プログラムとセンサ制御装置６から送られてきた情報を基にロボット４と溶接電源装置８に指令を送信する。ロボット４と溶接電源装置８その指令を基に溶接動作を実行する。
【００１２】
次に図２を用いて、レーザセンサ３により測定を行いながら溶接条件を切り替える手段について説明を行う。溶接対象物９には上板と下板の間にギャップ幅１０が存在する。まずレーザセンサ３は溶接対象物９間のギャップ幅１０の測定を行う。測定を行ったギャップ幅１０の値はセンサ制御装置６を通してロボット制御装置７に送信される。
【００１３】
ロボット制御装置７に溶接条件テーブル１１が保存されている。本実施例で使用する溶接条件テーブルを図３に示す。溶接条件テーブルはギャップ幅の値に応じて、溶接電流［Ａ］、溶接電圧［Ｖ］、溶接速度［ｍ／ｍｉｎ］、動作線２０からの変位量としてのｙ方向の変位量Ｙ［ｍｍ］、ｚ方向の変位量Ｚ［ｍｍ］が保存されている。これらの変位量とはロボットの進行方向ｘと直行する面において、教示した動作線（溶接線）からの位置変位量のことである。例えば図３のように上板と下板の間にギャップ幅１０が存在する場合、ギャップを埋めるように溶接を行うことが求められる。そのような場合は、ｚ方向の変位量を与えて溶接位置を上にずらして溶接を行うことで溶接部位を覆うような溶接を行うのが望ましい。このようにギャップの値に応じて溶接位置の調整を行う。ロボット制御装置７は溶接条件テーブル１１を参照して溶接条件を切り替えることでギャップ幅の変化に応じた溶接を行うことができる。
【００１４】
次に溶接条件の切り替えタイミングについて述べる。図４に示すように溶接トーチ２とレーザセンサ３は一定の取り付け変位量Ｄを開けて取り付けられている。そのためレーザセンサ３が測定を行っている点と溶接トーチ２が溶接を行っている点は位置が異なっている。変位量Ｄと溶接速度Ｖから溶接トーチ２の溶接点が測定点まで移動時間Ｔｍ＝Ｄ／Ｖが求まる。溶接速度Ｖの値は溶接条件の切り替えによって値が変化するので、溶接点が測定点まで移動する時間Ｔｍもそれに合わせて変化する。測定点で測定した結果を反映するタイミングは溶接点が測定点に到達した瞬間であることが望ましい。例えばある時刻Ｔ１に測定されたデータは移動時間Ｔｍだけ経過したＴ１＋Ｔｍに読み出される必要がある。
【００１５】
本願発明ではこのタイミングの調整を図５に示すデータバッファを用いる。ロボット制御装置７にレーザセンサの測定結果を保存するためのデータバッファ部１２を設ける。図５に示すようにデータバッファ部１２はバッファ数をＮ個（任意の数）とし、測定データの書き込み・読み出しの間隔をＴｍ／Ｎとする。例えば時刻Ｔ１に保存された測定データが読み出されるのはＮ個データが保存された後になるのでＴ１＋Ｎ×Ｔｍ／Ｎ＝Ｔ１＋Ｔｍでデータを読み出すことができる。溶接条件の切り替えによって溶接速度Ｖが変化しても、測定データの書き込み・読み出しの間隔Ｔｍ／Ｎがそれに合わせて変化するので、溶接点が測定点に到達した瞬間に合わせて溶接条件を切り替えることができる。
【００１６】
次に図６を用いて溶接条件の切り替えについて説明する。まずレーザセンサ３の測定結果を保存しているデータバッファ部１２から測定値を読みだす。読みだした測定値を基に溶接条件テーブル（図３参照）を参照する。溶接条件テーブルには予めギャップ幅に応じた溶接条件を複数個登録しておく。測定値を基に指令演算部１３で溶接条件テーブルの登録した値を基に線形補間をして各溶接条件を求める。線形補間をすることで溶接条件を滑らかに変化させることができる。また溶接条件テーブルに登録されている溶接条件の範囲外の測定値を計測した場合は、異常と判断し溶接を停止する。溶接開始点から終了点まで以上のサイクルを繰り返すことでギャップ幅の変化に応じて溶接条件を切り替えながら溶接を実行する。
【００１７】
以上のように溶接条件テーブルを用いて溶接条件を切り替えることで、溶接対象物間の状態に応じて溶接条件を制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本開示によれば、溶接対象物間にギャップ幅が存在していても、レーザセンサの測定結果に基づいて溶接条件を切り替えることで、溶接対象物の状況に応じた溶接実行することができ、例えば溶接対象物間にギャップが存在する溶接対象物を溶接するロボット制御方法として産業上有用である。
【符号の説明】
【００１９】
１  先端部
２  溶接トーチ
３  レーザセンサ
４  ロボット
５  ワークテーブル
６  センサ制御装置
７  ロボット制御装置
８  溶接電源装置
９  溶接対象物
１０  ギャップ幅
１１  溶接条件テーブル
１２  データバッファ部
１３  指令演算部
【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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