JP3447121B2 - 溶接ロボットに適用される被溶接物のエッジ部検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、動腕部の先端手首に
溶接トーチと共に光学センサを配設し、この光学センサ
で溶接予定部位の形状（位置も含む）をセンシングし
て、このセンシングデータにより予め教示したデータを
補正しながら溶接を行うティーチングプレイバック方式
のアーク溶接ロボット（以下、単に溶接ロボットとい
う）に適用される被溶接物のエッジ部検出方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の溶接ロボットとしては、
例えば、特開平５−２１２５４０号公報や特願平６−１
６２９３号公報に記載のものが存在する。このような溶
接ロボット１では、図１１に示すように、台座２上に配
設された可動アーム３の先端手首に、レーザセンサ４及
び溶接トーチ５が配設されている。上記レーザセンサ４
は、溶接予定部位の近傍において、溶接予定線の方向に
直交する方向の検出線に沿ってレーザビームで走査可能
に配備され、走査中に被溶接物（被測定物）の表面で乱
反射（拡散反射）するレーザ光の一部を受光して溶接予
定部位の位置等の形状を検出する。この溶接ロボット１
では、同図に示すように、まず、教示（ティーチング）
モードにして、可動アーム３を被溶接物７と同形同大の
教示物７’に向け、ロボット本体（マニピュレータ）を
制御するコントローラ６に、溶接を行う溶接基準位置Ｔ
ｘ’（図１２参照）と、レーザセンサ４を走査して計測
を行うセンサ計測位置Ｓｘとを予め学習記憶させる。こ
の後、再生（プレイバック）モードにして可動アーム３
を送りラインＬ上の被溶接物７に向け、記憶された溶接
基準位置Ｔｘ’とセンサ計測位置Ｓｘとに基づいて、被
溶接物７の溶接基準位置Ｔｘ’からのずれδ（図１２参
照）を検出して位置補正データを作成し、この位置補正
データに基づいて、上記記憶された溶接基準位置Ｔｘ’
と検出した溶接予定位置Ｔｘとの位置差δをコントロー
ラ６で補正して、被溶接物７の溶接予定部位８に対して
溶接トーチ５が溶接を行う。 【０００３】ところで、溶接予定位置Ｔｘは、通常、被
溶接物７を構成するワーク７ａとワーク７ｂとの間で、
互いに所定の隙間を開けて対向配置される両ワーク７
ａ，７ｂのエッジ部のうち、いずれか一方のエッジ部に
設定される。この場合、角にＲ部が付いたワーク７ｂ
と、Ｒ部が付いていないワーク７ａとでは、エッジ部の
判定のし易さから、図１２に示すように、後者、すなわ
ちＲ部が付いていないワーク７ａ側のエッジ部９の位置
ＸEに設定される。 【０００４】角にＲ部が付いていないエッジ部９の位置
をレーザセンサ４で検出するには、被溶接部の溶接予定
部位の近傍を、上述の検出線に沿って、図１２中左方か
ら右方に、レーザビームで走査する一方、その際、被溶
接物７の走査線上の表面で乱反射し、再びレーザセンサ
４に戻ってくるレーザ光を受光部で受けて、その受光量
を逐次計測することにより行われる。すなわち、ワーク
７ａの表面部で乱反射する光は多く受光部に戻ってくる
ので、受光量は飽和するが、被溶接物７のギャップＧで
反射する光は、一般には、ほとんど戻ってこないことか
ら、図１３に示すように、受光量が急激に変化（減少）
する領域（同図Ｘ1〜Ｘ2）を解析することで、エッジ部
９の位置を検出するようにしている。なお、図１３は、
計測点の座標値を横軸に採り、受光量を縦軸に採った計
測点−受光量特性曲線図であり、この図において、Ｘ1
〜Ｘ2の領域（ロ）では、受光量が急激に変化（減少）
しており、この領域（ロ）にエッジ部９があることが判
る。受光量が急激に変化する場合には、Ｘ1，Ｘ2の値
は、同一ではないまでも極めて近い値である。したがっ
て、Ｘ1，Ｘ2のいずれをエッジ部９と判定しても、支障
は生じない。また、Ｘ1〜Ｘ2の左側の領域（イ）では、
受光量が飽和しており、この領域（イ）が、ワーク７ａ
の表面部の領域であることが判り、一方、Ｘ1〜Ｘ2の右
側の領域（ハ）では、受光量が底をついており、この領
域（ハ）が、ギャップＧの領域であることが判る。ま
た、Ｘ3〜Ｘ4の領域（ニ）では、受光量が緩やかに変化
（増加）しており、この領域（ニ）が、角にＲ部が付い
たワーク７ｂのエッジ部であることが判る。さらに、Ｘ
3〜Ｘ4の右側の領域（ホ）では、受光量が飽和してお
り、この領域（ホ）が、ワーク７ｂの表面部の領域であ
ることが判る。 【０００５】しかしながら、エッジ部９の検出は、必ず
しも容易ではなく、エッジ部９の形状が急峻な場合で
も、例えば、エッジ部９の近傍が汚れていたり、近傍の
みに塗装がしてある等のために、エッジ部９の近傍の反
射率が低下していれば、エッジ部９の充分手前からでも
受光量が漸次減少を開始する。このような場合には、図
１４に示すように、受光量はなだらかに低下するので、
どの位置をエッジ部９の位置と決定すべきか、その判定
が困難となる。 【０００６】そこで、従来では、エッジ部９の位置ＸE
を判定するために、同図に示すように、飽和受光量と等
値に設定された飽和基準値（以下、Ｌ基準値という）
と、このＨ基準値よりも僅かに受光量レベルの低い中間
基準値（以下、Ｍ基準値という）と、このＭ基準値より
もかなり受光量レベルの低い低位基準値（以下、Ｌ基準
値という）との３つの基準値を予め定数として設定し、
レーザセンサ４を走査して、各計測点毎に検出された受
光量を、上記した各種の基準値と比較するようにしてい
る。そして、同図に示すように、Ｈ基準値を下回り始め
る直前又は直後の計測点（Ｈ判定点）の位置ＸHと、受
光量がＭ基準値と等しくなる計測点（Ｍ判定点）の位置
ＸMと、受光量がＬ基準値と等しくなる計測点（Ｌ判定
点）の位置ＸLとを求め、Ｌ判定点とＨ判定点との位置
差が予め設定された設定値ΔＬ（例えば、ΔＬ＝０.５
ｍｍ）よりも小さければ、エッジ部９の急峻な形状が受
光量に忠実に反映されたのであるから、３つの判定点の
真ん中を採って、Ｍ判定点の位置ＸMがエッジ部９の位
置ＸEであると判定する。これに対して、Ｌ判定点とＨ
判定点との位置差が設定値ΔＬよりも大きければ、エッ
ジ部９の急峻な形状が受光量に反映されなかったのであ
るから、Ｍ判定点の位置ＸMは、未だワーク７ａの表面
部であると認識し、Ｌ判定点の位置ＸLがエッジ部９の
位置ＸEであると判定する。上記の判定方法を、ロボッ
ト言語で示せば、次のようになる。 ＸE＝ＸM ｉｆ ＸL−ＸH＞ΔＬ ＴＨＥＮ ＸE＝ＸL ここで、ＸH，ＸM，ＸL，ＸEは、Ｘ座標軸上の値であ
る。 【０００７】このような構成の溶接ロボットによれば、
繰り返し正確な位置に位置決めすることの難しい被溶接
物に対して、常に正確な溶接予定位置で、教示内容に忠
実な溶接を行うことができる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のエッジ部の判定方法では、図１５に示すように、レ
ーザセンサ４の走査開始点から走査終了点までの間に、
戻り光の受光量が、Ｌ基準値を下回って計測されること
が一度もない場合、すなわち、同図に示すように、計測
点−受光量特性曲線と低受光レベルとが交差しない場合
には、Ｌ判定点の位置ＸLを求めることができず、この
ため、エッジ部の位置を計測できないか、計測できて
も、正確ではないという不都合が生じ、ひいては、ロボ
ットに誤動作を誘発させる要因となる。このような事態
は、例えば、ワーク７ａとワーク７ｂとが接近し過ぎ
て、ギャップＧが狭くなりすぎたり、あるいは、ギャッ
プＧの中に異物や突起物がある場合等、ギャップＧから
の戻り光が予想以上に多くなる場合に多々起こり得る。 【０００９】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、レーザセンサの走査時、ギャップ内からのレー
ザ光の戻りが予想以上にあって、その際に計測される受
光量の最小値が通常よりも高く、Ｌ基準値以上ある場合
でも、エッジ部の位置（溶接予定位置）を正確にかつ確
実に計測できる溶接ロボットに適用される被溶接物のエ
ッジ部検出方法を提供することを目的としている。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、動腕部の先端に溶接トーチ
と溶接予定部位の表面位置をスポット光で走査して測定
する光学センサとを備えたロボット本体と、このロボッ
ト本体の動腕部の動作姿勢を制御するロボット制御手段
と、上記光学センサがセンシング位置に位置決めされた
状態で上記スポット光で溶接予定部位の溶接予定線と直
交する方向に走査させるスキャニング制御手段と、上記
光学センサの受光データに基づいて予め教示されたデー
タを補正する補正手段とを備え、上記ロボット制御手段
がこの補正手段の出力に応じて上記ロボット本体を制御
する溶接ロボットに適用される被溶接物のエッジ部検出
方法であって、上記溶接予定線と直交する走査線上に多
数設定された計測点にスポット光が到達する度にスポッ
ト光の反射による戻りを受光してその受光量を測定し、
記憶手段に上記計測点毎に区分して一時記憶する受光デ
ータ記憶手段と、比較的レベルの低い所定の受光量と等
値に設定されたＬ基準値と、比較的レベルの高い所定の
受光量と等値に設定されたＨ基準値と、上記Ｌ基準値及
びＨ基準値の間に入る所定の受光量と等値に設定された
Ｍ基準値と、上記溶接予定部位のエッジ部のあたりを探
る処理に用いられ、当該処理を繰り返す度に飛び飛びに
増加するＰ基準値の初期値であって、上記Ｌ基準値より
も低く設定された初期値と、同じくＰ基準値の上記処理
を繰り返す度毎に増加する増加分とをそれぞれ記憶する
基準値記憶手段とを備え、上記Ｐ基準値を用いて、計測
点毎に上記受光量を探索して、上記溶接予定部位のエッ
ジ部あたりとなるＰ判定点を見つけ、Ｐ判定点が見つか
らないときは、Ｐ基準値の値に上記増加分を加えて、上
記受光量の探索を繰り返すＰ判定点探索ステップと、上
記Ｈ基準値を用いて、計測点毎に上記受光量を探索して
Ｈ基準値に遭遇するＨ判定点を見つけるＨ判定点探索ス
テップと、上記Ｍ基準値を用いて、計測点毎に上記受光
量を探索してＭ基準値に遭遇するＭ判定点を見つけるＭ
判定点探索ステップと、Ｐ判定点が見つかったときのＰ
基準値と上記Ｌ基準値とを比較する基準値比較ステップ
と、（イ）上記基準値比較ステップでの比較の結果、Ｌ
基準値がＰ基準値よりも高位であるときは、Ｌ基準値を
用いて、計測点毎に上記受光量を探索してＬ基準値に遭
遇するＬ判定点を見つけ、Ｌ判定点とＨ判定点との位置
差が予め設定された設定値以上のときは、Ｌ判定点の位
置が上記溶接予定部位のエッジ部の位置であると判定す
る一方、Ｌ判定点とＨ判定点との位置差が予め設定され
た設定値以上でないときは、Ｍ判定点の位置がエッジ位
置と判定する第１のエッジ位置判定ステップと、（ロ）
上記基準値比較ステップでの比較の結果、Ｐ基準値がＬ
基準値よりも高位であるときは、Ｐ判定点とＨ判定点と
の位置差が予め設定された設定値以上のときは、Ｐ判定
点の位置が上記溶接予定部位のエッジ部の位置であると
判定する一方、Ｐ判定点とＨ判定点との位置差が予め設
定された設定値以上でないときは、Ｍ判定点の位置がエ
ッジ位置と判定する第２のエッジ位置判定ステップとを
有してなることを特徴としている。 【００１１】 【作用】上記構成において、まず、Ｐ基準値を用いて、
溶接予定部位のエッジ部のあたりを探る。このＰ基準値
は、Ｌ基準値よりも受光量レベルの低いところから出発
する。しかしながら、探索を繰り返しても、Ｐ判定点が
見つからないときは、Ｐ基準値の値に増加分が何度も加
えられるので、最終的に、Ｌ基準値よりも受光量レベル
が高くなり得る。このような場合には、Ｐ基準値がＬ基
準値の役割を代行する。したがって、ギャップ内からの
レーザ光の戻りが予想以上にあって、その際に計測され
る受光量の最小値が通常よりも高く、Ｌ基準値が機能し
得ない場合でも、この発明の構成によれば、エッジ部の
判定処理を遂行できる。 【００１２】 【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。図１は、この発明の一実施例である溶接
ロボットのシステム全体の構成を示す概略図、また、図
２は、同システムに適用されるセンサコントローラの電
気的構成を示すブロック図である。この例の溶接ロボッ
トは、鉄骨系の建物ユニットの組立工場に配備され、送
りライン上で仮組立された構造体の鋼製の梁と柱とをジ
ョイントピースを介してアーク溶接する作業を行うもの
で、図１に示すように、ロボット本体１１と、ロボット
コントローラ１２と、センサコントローラ１３と、表示
装置（モニタ）１４と、教示ボックス１５とからなり、
必要に応じて、パソコンやホストコンピュータが接続さ
れるようになっている。ロボット本体１１は、モータと
減速機が直接各関節に取り付けられた多関節構造のもの
で、台座２の上に３次元的に駆動すると共に所望の姿勢
をとり得る動腕部１７が設けられている。動腕部１７
は、所定方向に駆動可能な２つのアーム（第１アーム１
８ａと第２アーム１８ｂと）を備えた可動アーム１８
と、この可動アーム１８の先端に設けられた手首部１９
と、可動アーム１８の基端部を台座２上で回動自在に軸
支して、可動アーム１８を被溶接物と教示物との間で往
復駆動する基動部２０とからなっている。上記手首部１
９には、溶接トーチ２１及び溶接予定部位の形状や溶接
予定線の位置を検出するためのレーザセンサ２２が配設
されている。 【００１３】図３は、構造体である被溶接物５０の一例
を示す部分斜視図である。この例において、被溶接物５
０は、建物ユニットの鉄骨躯体の一部分であって、角に
Ｒ部がついた角形鋼管からなる柱５１と、柱５１の上端
部又は下端部の一の側面に接近して配置されたジョイン
トピース５２とからなり、ジョイントピース５２の急峻
なエッジ部５２ａが、柱５１に数ｍｍ程度のギャップを
持って予め仮付けされている。そして、このジョイント
ピース５２と柱５１とを接合すべく、ジョイントピース
５２のエッジ部５２ａに沿ってアーク溶接のための溶接
予定線Ｐが設定されている。以下、被溶接物５０のエッ
ジ部５２ａというときは、特に断りがない限り、ジョイ
ントピース５２のエッジ部５２ａを意味する。ジョイン
トピース５２は、梁を柱５１に接合して架設するための
断面コ字型の接合部材であり、この例のロボットがジョ
イントピース５２と柱５１とをアーク溶接する際には、
既に、ジョイントピースのコ字型の凹部に梁が挿入さ
れ、２重構造部分となった所がスポット溶接されて両者
は互いに固定されている。つまり、建物ユニットの鉄骨
躯体が送りライン上で仮組立された後、当該鉄骨躯体の
隅部（柱５１の上下端部とジョイントピース５１との接
合部位）がこの例の溶接ロボットによって本溶接される
こととなる。 【００１４】上記レーザセンサ２２は、半導体レーザや
投光レンズ等からなる発光部と、結像レンズや位置検出
素子（ＰＳＤ）等からなる受光部とを備え、半導体レー
ザからの射出光が、投光レンズで絞られ、被測定物上に
ビームスポットを作ると、このビームスポットが、被測
定物の表面で乱反射（拡散反射）し、その一部が戻って
きて結像レンズによって位置検出素子上に像となって結
ばれることで、スポット光の位置やレーザセンサ２２の
前面から被測定物の表面までの距離が計測されるように
なっている。このレーザセンサ２２は、溶接予定線Ｐの
近傍において、検出線Ｓの方向に走査可能に備えられ、
検出線Ｓに沿う被溶接物５０の表面位置を検出する。な
お、レーザセンサ２２の走査機構としては、レーザセン
サ２２自体を全体的に駆動するものであっても良いし、
レーザセンサ２２の内部においてミラー等を用いて発光
部からの光の照射方向を変更するものであっても良い。 【００１５】このレーザセンサ２２には、センサコント
ローラ１３が接続されている。このセンサコントローラ
１３は、図２に示すように、形状解析部１３ａと、記憶
部１３ｂと、ずれ量算出部１３ｃと、補正部１３ｄと、
エラー判定部１３ｅと、エラー信号発生部１３ｆと、ス
キャニング制御回路１３ｇ、制御部１３ｈと、さらに
は、教示データ作成部、最適条件選択部、及び送信回路
（いずれも図示略）とから電気的に構成されている。セ
ンサコントローラ１３において、上記スキャニング制御
回路は、センシング位置に位置決めされたレーザセンサ
２２を溶接予定部位の溶接予定線と直交する方向に走査
させるための回路である。形状解析部１３ａは、レーザ
センサ２２から送出されてきた受光量情報や位置情報等
の検出信号に基づいて、かつ、後述する所定のアルゴリ
ズムに従って、被溶接物５０の溶接予定部位のギャッ
プ、段差等の寸法やエッジ部（この例では、このエッジ
部の位置が溶接予定位置となる）５２ａの位置等の形状
データを解析する。教示データ作成部（図示略）は、教
示モードのとき、レーザセンサ２２を走査させて、模擬
溶接予定部位の形状データを含む教示データを作成し
て、ＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等からなる記憶部１３ｂに格
納する。 【００１６】記憶部１３ｂは、上記教示データを格納す
る他、レーザセンサ２２を走査して、各計測点毎に測定
された受光量を計測点の座標値と共に記憶する（この例
では、走査範囲内に、計測点が３３９箇所設定されてい
る）。また、ずれ量算出部１３ｃは、教示データに含ま
れる溶接基準位置（教示物５０’で教示したエッジ部５
２ａ’の位置）と形状解析部１３ａが解析した被溶接物
５０の溶接予定位置（エッジ部５２ａの位置）とのずれ
量を算出する。補正部１３ｄは、ずれ量算出部１３ｃの
出力に基づいて、教示データを補正する。最適条件選択
部（図示略）は、ロボットコントローラ１２が予め保管
している最適溶接条件データベースからこの補正した教
示データに応じた最適な溶接条件を選択する。また、エ
ラー判定部１３ｅは、レーザセンサ２２、ずれ量算出部
１３ｃ、形状解析部１３ａからの信号が予め定められた
エラー条件に該当するか否かを判定する。エラー信号発
生部１３ｆは、エラー判定部１３ｅが、エラーと判定し
た場合エラー信号を発生する。また、送信回路（図示
略）は、ロボットコントローラ１２へ溶接予定部位の座
標値（補正された教示データ）、最適溶接条件信号、及
びエラー信号を送信する。制御部１３ｈは、ＣＰＵ（中
央処理装置）及びＲＯＭやＲＡＭ等の内部メモリを備
え、ＲＯＭに記憶された処理プログラムを、ＲＡＭを用
いて実行することによりセンサコントローラ１３の構成
各部を制御する。 【００１７】このセンサコントローラ１３は、ロボット
コントローラ１２に電気的に接続されている。ロボット
コントローラ１２は、センサコントローラ１３からセン
シング位置への移動命令を受けたときは、動腕部１７を
動かしてレーザセンサ２２をセンシング位置へ位置決め
する。また、ロボットコントローラ１２は、センサコン
トローラ１３から送られてきた補正された教示データ
（すなわち、溶接予定部位の座標値）、最適溶接条件信
号等に基づいてロボット本体１１の動作や姿勢の制御を
行い、溶接を実行する。また、エラー信号が送られてき
たときには、そのエラー信号を表示装置１４に表示さ
せ、必要に応じてロボット本体１１の動作を停止させ
る。なお、このロボットコントローラ１２内の最適溶接
条件データベースには、熟練工の知識や経験に基づい
て、溶接条件決定のための電流、電圧、速度、トーチ角
度、狙い角度等の情報が記憶されている。 【００１８】次に、この例の作用について説明する。 ◇教示モード 建物ユニットの組立工場において、この溶接ロボットに
より、構造体である被溶接物５０の溶接予定部位（柱５
１とジョイントピース５２との間）に対して溶接を実行
するには、まず、ロボット本体１１に対する相対位置が
送りライン上の被溶接物５０と同じ関係になるように、
送りライン外に教示物５０’を配置する。教示物５０’
は被溶接物５０と同じもの、あるいはモデル化したもの
である。そして、この教示物５０’にロボット本体１１
を向けて教示を行う。すなわち、まず、教示物５０’の
基準座標を、可動アーム１８の先端を動かすことで溶接
ロボット１０に教示する。ついで、教示物５０’の模擬
溶接予定線に沿って溶接トーチ２１の先端を手動で動か
すことにより、動腕部１７の座標値を検出して溶接基準
線を算出させる。次に、図４に示すように、センシング
位置（レーザセンサ２２の測定位置）を定め、その位置
でレーザセンサ２２を走査させて、その計測データによ
り模擬溶接予定部位の形状を解析させる。この解析デー
タの中には教示物のエッジ部（溶接基準位置）の座標値
や溶接基準線の座標値が含まれている。センシング位置
は、この例の場合、上下に間隔をおいた２点である（３
点以上でも勿論良い）。 【００１９】◇再生モード 次に、ロボット本体１１の可動アーム１８を送りライン
上の被溶接物５０に戻して再生モードとする。このと
き、教示物５０’に向けて教示を行った際の座標値のう
ち、可動アーム１８及び手首部１９の座標値のみを用い
て、ワーク空間上の座標値を算出するようにしているの
で、教示物５０’と被溶接物５０との間の往復動に用い
られる基動部２０の座標値は除かれて、そのまま、送り
ライン上の被溶接物５０の溶接予定部位の走査が行われ
る（図３及び図４）。すなわち、制御部１３ｈは、スキ
ャニング制御回路を制御して、図３に示すように、上下
２つのセンシング位置ＳＰ１、ＳＰ２でレーザセンサ２
２を走査させ、このとき、走査範囲ｈ内の被溶接物５０
の表面から乱反射（拡散反射）されるレーザ光の一部を
レーザセンサ２２の位置検出素子で受光して、被溶接物
５０の表面位置及び受光量を測定する。 【００２０】◇受光量の測定 ここで、受光量の測定は、レーザビームのスポット光
が、予め設定された計測点に到達する毎に行われ、受光
量検出データとして、逐次、記憶部１３ｂに一時格納さ
れる。なお、この例では、３９９箇所の計測点が、走査
範囲ｈ内に互いに等間隔に設定されている。図５は、い
ま、記憶部１３ｂに格納された計測点毎の受光量を、説
明の便宜のために、グラフで示した計測点−受光量特性
曲線図である。同図では、連続した曲線に見えるが、正
確には、３９９箇所の計測点の位置（座標値）と受光量
との関係がプロット表示されている。同図において、左
側の領域（ヘ）では、受光量が飽和していることから
（この例では、飽和受光量＝２５０）、この領域（ヘ）
が、被溶接物５０のうち、ジョイントピース５２の平坦
な面板部の領域であることが判り、隣の領域（ト）で
は、受光量が急激に減少していることから、この領域
（ト）にエッジ部５２ａがあることが判る。次に、領域
（チ）では、受光量が底をついており、この領域（チ）
がギャップＧの領域であることが判り、領域（リ）で
は、受光量が緩やかに増加しており、この領域（リ）
が、角にＲ部が付いた柱５１のエッジ部であることが判
る。さらに、領域（ヌ）では、再び受光量が飽和してお
り、この領域（ヌ）が、柱５１の表面部の領域であるこ
とが判る。 【００２１】◇エッジ部の位置の判定 レーザセンサ２２の走査が完了すると、制御部１３ｈ
は、記憶部１３ｂから受光量検出データを読み出して、
形状解析部１３ａに転送する。形状解析部１３ａは、転
送されてきた受光量検出データに基づいて、被溶接物５
０の溶接予定部位のギャップ、段差等の寸法の算出やエ
ッジ部５２ａの位置の判定を行う。このエッジ部５２ａ
の位置の判定処理には、図５に示すように、Ｈ基準値
（この例では、Ｈ基準値＝２５０）と、このＨ基準値よ
りも僅かに受光量レベルの低いＭ基準値（同２４０）
と、このＭ基準値よりもかなり受光量レベルの低いＬ基
準値（同１６０）と、プローブ用基準値（以下、Ｐ基準
値という）の４種の基準値を各種判定点の探索のために
用いる。Ｈ基準値、Ｍ基準値及びＬ基準値は、いずれ
も、従来技術において説明したと同種の任意に設定し得
る定数である。Ｐ基準値は、ジョイントピース５２のエ
ッジ部５２ａがどのあたりに存在するのか、まずは、当
たりをつけるために、この発明において導入された、飛
び飛びに増加する変数である。この例では、初期値とし
て「７０」が設定され、以後、処理を繰り返す度に、
「２０」ずつ増加して行く（図６参照）。初期値及び増
加分は、任意に設定し得る。ただし、初期値は、Ｌ基準
値よりも充分小さな値に設定される。これらの基準値や
関係するパラメータは、記憶部１３ｂの所定のメモリエ
リアに格納されている。 【００２２】図８乃至図１０は、形状解析部１３ａが、
制御部１３ｈの指令に従って行う被溶接物５０のエッジ
部５２ａの位置判定処理手順を示すためのフローチャー
トである。被溶接物５０のエッジ部５２ａの位置判定ル
ーチンにおいては、まず、Ｐ基準値に初期値（＝７０）
が設定される（ステップＳＰ１１）。そして、形状解析
部１３ａは、初期設定されたＰ基準値を用いて、ジョイ
ントピース５２のエッジ部５２ａがどのあたりに存在す
るのか、３９９箇所の計測点の中から、まずは、当たり
となるＰ判定点を探索する（ステップＳＰ１２）。ここ
で、Ｐ判定点とは、第１計測点から第３９９計測点に向
けて探索する過程で、Ｐ基準値が最初に遭遇する計測点
のことであり、図５に示すように、Ｐ基準値が計測点−
受光量特性曲線と最初に交わる点における計測点のこと
である（最初に交わる点に計測点がない場合には、最も
近い計測点）。 【００２３】初期設定されたＰ基準値では、Ｐ判定点が
見つからない場合（ステップＳＰ１３で「ＮＯ」）に
は、Ｐ基準値の値を＋α（この例では、α＝２０）イン
クリメントする（ステップＳＰ１４）。この結果、Ｐ基
準値は「９０」となる。この新たなＰ基準値（＝９０）
を用いて、再び、Ｐ判定点を探す（ステップＳＰ１５，
１２，１３）。２度目の探索でも、Ｐ判定点が見つから
なければ、Ｐ基準値の値を再び＋αインクリメントする
（ステップＳＰ１４）。以下、Ｐ判定点が見つかるま
で、上述の処理（ステップ１４，１５，１２，１３）を
繰り返す（図６参照）。上述の処理の過程で、Ｐ判定点
が見つからないまま、Ｐ基準値の値が、Ｈ基準値の値を
越えてしまうとき（ステップＳＰ１５で「ＹＥＳ」）
は、形状解析部１３ａは、エラー信号発生部にその旨の
信号を送出する（ステップＳＰ１６）。エラー判定部１
３ｅは、その旨の信号を受けたときは、エラーと判断し
てエラー信号を発生する。 【００２４】一方、ステップＳＰ１２において、Ｐ判定
点を探索した結果、Ｐ判定点が見つかったとき（ステッ
プＳＰ１３で「ＹＥＳ」）は、次に、Ｐ基準値が、Ｌ基
準値（＝１６０）よりも高いか否かが判断される（ステ
ップＳＰ１７）。ここで、Ｐ基準値が、Ｌ基準値（＝１
６０）よりも高いと判断されたときは、Ｌ基準値の代わ
りにＰ基準値を代用する趣旨から、ステップＳＰ２０の
処理に飛び、後述するＨ判定点を探索する（ステップＳ
Ｐ２０）。なお、例えば、被溶接部５０のギャップＧ内
に異物Ｆ（図４参照）が存在する場合に、図５及び図６
に示すように、ギャップＧからの戻り光の受光量がＬ基
準値よりも高くなる場合が起こり得る。 【００２５】ステップＳＰ１３の判断において、図７に
示すように、Ｐ基準値がＬ基準値よりも低いとの結論が
得られたときは（このような場合が一般的である）、ス
テップＳＰ１８へ移り 、Ｌ基準値を用いて、第１計測
点から先に探索されたＰ判定点までの間に含まれる計測
点の中からＬ判定点を探索する。ここで、Ｌ判定点と
は、第１計測点から既に探索されたＰ判定点に向けて探
索する過程で、Ｌ基準値が最初に遭遇する計測点のこと
であり、同図に示すように、Ｌ基準値が計測点−受光量
特性曲線と最初に交わる点における計測点のことである
（最初に交わる点に計測点がない場合には、最も近い計
測点）。ここで、Ｌ判定点は、必ず存在するので、見つ
かるはずであるが、何らかのトラブルにより、見つから
ない場合（ステップＳＰ１９で「ＮＯ」）には、形状解
析部１３ａは、エラー信号発生部にその旨の信号を送出
する（ステップＳＰ１６）。エラー判定部１３ｅは、そ
の旨の信号を受けたときは、エラーと判断してエラー信
号を発生する。 【００２６】一方、Ｌ判定点が見つかったとき（ステッ
プＳＰ１９で「ＹＥＳ」）は、Ｈ基準値を用いて、Ｐ判
定点（又はＬ判定点）から第１計測点までの間に含まれ
る計測点の中からＨ判定点を探索する（ステップＳＰ２
０）。ここで、Ｈ判定点とは、図６及び図７に示すよう
に、Ｐ判定点（又はＬ判定点）から第１計測点に向けて
探索する過程で、Ｈ基準値が最初に遭遇する計測点のこ
とである。Ｈ判定点が見つからないとき（ステップＳＰ
２１で「ＮＯ」）で、かつ、Ｐ基準値が、Ｌ基準値より
も高いとき（ステップＳＰ３０で「ＹＥＳ」）は、形状
解析部１３ａは、Ｐ判定点の位置（座標値）ＸPがエッ
ジ部５２ａの位置であると判定（認識）して（ステップ
ＳＰ２６）、この位置判定ルーチンを終了する。これに
対して、Ｈ判定点が見つからないとき（ステップＳＰ２
１で「ＮＯ」）で、かつ、Ｐ基準値が、Ｌ基準値よりも
低いとき（ステップＳＰ３０で「ＮＯ」）は、形状解析
部１３ａは、Ｌ判定点の位置（座標値）ＸLがエッジ部
５２ａの位置であると判定（認識）して（ステップＳＰ
２９）、この位置判定ルーチンを終了する。。このよう
に判定しても、被溶接部５０のエッジ部５２ａは、Ｒ部
の付いていない直角な端面であるから、誤差は極めて小
さく、支障はない。一方、Ｈ判定点が見つかったとき
（ステップＳＰ２１で「ＹＥＳ」）は、Ｍ基準値を用い
て、Ｐ判定点（又はＬ判定点）から第１計測点までの間
に含まれる計測点の中からＭ判定点を探索する（ステッ
プＳＰ２２）。ここで、Ｍ判定点とは、図６及び図７に
示すように、Ｐ判定点（又はＬ判定点）から第１計測点
に向けて探索する過程で、Ｍ基準値が最初に遭遇する計
測点のことであり、これらの図に示すように、Ｍ基準値
が計測点−受光量特性曲線と最初に交わる点における計
測点のことである（最初に交わる点に計測点がない場合
には、最も近い計測点）。 【００２７】Ｍ判定点が見つからないとき（ステップＳ
Ｐ２３で「ＮＯ」）で、かつ、Ｐ基準値が、Ｌ基準値よ
りも高いとき（ステップＳＰ３１で「ＹＥＳ」）は、形
状解析部１３ａは、Ｐ判定点の位置（座標値）ＸPがエ
ッジ部５２ａの位置であると判定（認識）する（ステッ
プＳＰ２６）。そして、この位置判定ルーチンを終了す
る。これに対して、Ｍ判定点が見つからないとき（ステ
ップＳＰ３１で「ＮＯ」）で、かつ、Ｐ基準値が、Ｌ基
準値よりも低いとき（ステップＳＰ３０で「ＮＯ」）
は、形状解析部１３ａは、Ｌ判定点の位置（座標値）Ｘ
Lがエッジ部５２ａの位置であると判定（認識）する
（ステップＳＰ２９）。そして、この位置判定ルーチン
を終了する。このように判定しても、被溶接部５０のエ
ッジ部５２ａは、Ｒ部の付いていない直角な端面である
から、誤差は極めて小さく、支障はない。 【００２８】一方、Ｍ判定点が見つかったとき（ステッ
プＳＰ２３で「ＹＥＳ」）は、再度、Ｐ基準値が、Ｌ基
準値（＝１６０）よりも高いか否かが判断される（ステ
ップＳＰ２４）。ここで、Ｐ基準値が、Ｌ基準値（＝１
６０）よりも高いと判断されたときは、記憶部１３ｂか
らＰ判定点の位置（座標値）ＸPとＨ判定点の位置（座
標値）ＸHが読み出されて、Ｐ判定点とＨ判定点との位
置差が０．５ｍｍ（この値は任意である）以上であるか
否かが判断される（ステップＳＰ２５）。このとき、位
置差が０．５ｍｍ以上であると判断されれば、エッジ部
５２ａの急峻な形状が受光量に反映されなかったのであ
るから、形状解析部１３ａは、Ｍ判定点の位置ＸMは、
未だジョイントピース５２の表面部であると認識し、Ｐ
判定点の位置（座標値）ＸPがエッジ部５２ａの位置で
あると判定（認識）して（ステップＳＰ２６）、この位
置判定ルーチンを終了する。これに対して、位置差が
０．５ｍｍ以下であると判断されれば、エッジ部５２ａ
の急峻な形状が受光量に忠実に反映されたのであるか
ら、３つの判定点の真ん中を採って、形状解析部１３ａ
は、Ｍ判定点の位置（座標値）ＸMがエッジ部５２ａの
位置であると判定（認識）して（ステップＳＰ２７）、
この位置判定ルーチンを終了する。 【００２９】一方、ステップＳＰ２４において、Ｐ基準
値が、Ｌ基準値よりも低いと判断されたときは、記憶部
１３ｂからＬ判定点の位置（座標値）ＸLとＨ判定点の
位置（座標値）ＸHが読み出されて、Ｌ判定点とＨ判定
点との位置差が０．５ｍｍ（この値は任意である）以上
であるか否かが判断される（ステップＳＰ２８）。この
とき、位置差が０．５ｍｍ以上であると判断されれば、
エッジ部５２ａの急峻な形状が受光量に反映されなかっ
たのであるから、形状解析部１３ａは、Ｍ判定点の位置
ＸMは、未だジョイントピース５２の表面部であると認
識し、Ｌ判定点の位置（座標値）ＸLがエッジ部５２ａ
の位置であると判定（認識）する（ステップＳＰ２
９）。そして、この位置判定ルーチンを終了する。これ
に対して、位置差が０．５ｍｍ以下であると判断されれ
ば、エッジ部５２ａの急峻な形状が受光量に忠実に反映
されたのであるから、３つの判定点の真ん中を採って、
形状解析部１３ａは、Ｍ判定点の位置（座標値）ＸMが
エッジ部５２ａの位置であると判定（認識）する（ステ
ップＳＰ２７）。そして、この位置判定ルーチンを終了
する。 【００３０】◇教示データの補正 上述のエッジ部５２ａの位置判定ルーチンが終了する
と、ついで、図４に示すように、教示物５０’で解析し
たエッジ部５２ａ’の位置（溶接基準位置）と、被溶接
物５０で解析したエッジ部５２ａの位置（溶接予定位
置）とのずれ量δを算出させ、上下のセンシング位置Ｓ
Ｐ１、ＳＰ２でのずれ量δの大きい方を選択して、その
ずれ量δに応じて教示データの内容を補正し、補正した
データを正式な溶接予定部位の座標データとする。そし
て、このデータに対応した溶接条件を選択し、これらを
ロボットコントローラ１２に送信する。一方、エラーが
発生した場合は、エラー番号がロボットコントローラ１
２に送信される。ロボットコントローラ１２は、エラー
番号が送信されてきた場合は、その番号を表示装置１４
に表示させると共に、エラー番号の命令語に飛んで、こ
の命令を実行する。すなわち、ロボット本体１１の運転
を停止させる。一方、エラー番号が送信されて来ない場
合は、補正された教示データ及び選択された溶接条件に
従い、溶接トーチ２１を動かして溶接を実行する。 【００３１】上記構成によれば、エッジ部のあたりを探
るための探索を繰り返しても、Ｐ判定点が見つからない
ときは、Ｐ基準値の値に増加分が何度も加えられるの
で、最終的に、Ｌ基準値よりも受光量レベルが高くなり
得る。このような場合には、Ｐ基準値がＬ基準値の役割
を代行する。したがって、ギャップ内からのレーザ光の
戻りが予想以上にあって、その際に計測される受光量の
最小値が通常よりも高く、Ｌ基準値が機能し得ない場合
でも、エッジ部の位置の判定処理を遂行できる。 【００３２】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、エッジ部
の判定処理手順は、図８乃至図１０に示したものに限定
されない。また、センサコントローラは、ソフトウェア
構成であるとハードウェア構成であるとを問わない。ま
た、上述の実施例では、センサコントローラとロボット
コントローラとが互いに別体である場合について述べた
が、例えば、ロボットコントローラがセンサコントロー
ラの機能を兼ね備えるようにしても良い。 【００３３】 【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、エッジ部のあたりを探るための探索を繰り返し
ても、Ｐ判定点が見つからないときは、Ｐ基準値の値に
増加分が何度も加えられるので、最終的に、Ｌ基準値よ
りも受光量レベルが高くなり得る。このような場合に
は、Ｐ基準値がＬ基準値の役割を代行する。したがっ
て、ギャップ内からのレーザ光の戻りが予想以上にあっ
て、その際に計測される受光量の最小値が通常よりも高
く、Ｌ基準値が機能し得ない場合でも、エッジ部の位置
の判定処理を確実に遂行できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の一実施例である溶接ロボットのシス
テム全体の構成を示す概略図である。 【図２】同システムに適用されるセンサコントローラの
電気的構成を示すブロック図である。 【図３】同実施例に係る構造体である被溶接物の一例を
示す部分斜視図である。 【図４】同実施例に係る教示物と被溶接物とのエッジ部
の位置のずれを説明するための平面図である。 【図５】同センサコントローラを構成する記憶部に格納
された計測点毎の受光量を、説明の便宜のために、グラ
フで示した計測点−受光量特性曲線図である。 【図６】同実施例の動作の説明に供される計測点−受光
量特性曲線図である。 【図７】同実施例の動作の説明に供される計測点−受光
量特性曲線図である。 【図８】同センサコントローラを構成する形状解析部
が、同じくセンサコントローラを構成する制御部の指令
に従って行う被溶接物のエッジ部の位置判定処理手順を
示すためのフローチャートである。 【図９】図８に続いて、同被溶接物のエッジ部の位置判
定処理手順を示すためのフローチャートである。 【図１０】図９に続いて、同被溶接物のエッジ部の位置
判定処理手順を示すためのフローチャートである。 【図１１】従来の溶接ロボットの概略構成を示す平面図
である。 【図１２】従来の溶接ロボットに係る教示物と被溶接物
とのエッジ部の位置のずれを説明するための平面図であ
る。 【図１３】従来技術の問題点を説明するための計測点−
受光量特性曲線図である。 【図１４】従来技術の問題点を説明するための計測点−
受光量特性曲線図である。 【図１５】従来技術の問題点を説明するための計測点−
受光量特性曲線図である。 【符号の説明】 １１ ロボット本体 １２ ロボットコントローラ（ロボット制御手段） １３ センサコントローラ １３ａ 形状解析部 １３ｂ 記憶部（受光データ記憶手段、基準値記憶
手段） １３ｃ ずれ量算出部 １３ｄ 補正部（補正手段） １３ｇ 制御部 １５ 教示ボックス １７ 動腕部 １８ 可動アーム ２１ 溶接トーチ ２２ レーザセンサ（光学センサ） ５０ 被溶接物 ５２ａ エッジ部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 動腕部の先端に溶接トーチと溶接予定部
   位の表面位置をスポット光で走査して測定する光学セン
   サとを備えたロボット本体と、このロボット本体の動腕
   部の動作姿勢を制御するロボット制御手段と、前記光学
   センサがセンシング位置に位置決めされた状態で前記ス
   ポット光で溶接予定部位の溶接予定線と直交する方向に
   走査させるスキャニング制御手段と、前記光学センサの
   受光データに基づいて予め教示されたデータを補正する
   補正手段とを備え、前記ロボット制御手段がこの補正手
   段の出力に応じて前記ロボット本体を制御する溶接ロボ
   ットに適用される被溶接物のエッジ部検出方法であっ
   て、 前記溶接予定線と直交する走査線上に多数設定された計
   測点にスポット光が到達する度にスポット光の反射によ
   る戻りを受光してその受光量を測定し、記憶手段に前記
   計測点毎に区分して一時記憶する受光データ記憶手段
   と、 比較的レベルの低い所定の受光量と等値に設定されたＬ
   基準値と、比較的レベルの高い所定の受光量と等値に設
   定されたＨ基準値と、前記Ｌ基準値及びＨ基準値の間に
   入る所定の受光量と等値に設定されたＭ基準値と、前記
   溶接予定部位のエッジ部のあたりを探る処理に用いら
   れ、当該処理を繰り返す度に飛び飛びに増加するＰ基準
   値の初期値であって、前記Ｌ基準値よりも低く設定され
   た初期値と、同じくＰ基準値の前記処理を繰り返す度毎
   に増加する増加分とをそれぞれ記憶する基準値記憶手段
   とを備え、 前記Ｐ基準値を用いて、計測点毎に前記受光量を探索し
   て、前記溶接予定部位のエッジ部のあたりとなるＰ判定
   点を見つけ、Ｐ判定点が見つからないときは、Ｐ基準値
   の値に前記増加分を加えて、前記受光量の探索を繰り返
   すＰ判定点探索ステップと、 前記Ｈ基準値を用いて、計測点毎に前記受光量を探索し
   てＨ基準値に遭遇するＨ判定点を見つけるＨ判定点探索
   ステップと、 前記Ｍ基準値を用いて、計測点毎に前記受光量を探索し
   てＭ基準値に遭遇するＭ判定点を見つけるＭ判定点探索
   ステップと、 Ｐ判定点が見つかったときのＰ基準値と前記Ｌ基準値と
   を比較する基準値比較ステップと、 （イ）前記基準値比較ステップでの比較の結果、Ｌ基準
   値がＰ基準値よりも高位であるときは、 Ｌ基準値を用いて、計測点毎に前記受光量を探索してＬ
   基準値に遭遇するＬ判定点を見つけ、 Ｌ判定点とＨ判定点との位置差が予め設定された設定値
   以上のときは、Ｌ判定点の位置が前記溶接予定部位のエ
   ッジ部の位置であると判定する一方、Ｌ判定点とＨ判定
   点との位置差が予め設定された設定値以上でないとき
   は、Ｍ判定点の位置がエッジ位置と判定する第１のエッ
   ジ位置判定ステップと、 （ロ）前記基準値比較ステップでの比較の結果、Ｐ基準
   値がＬ基準値よりも高位であるときは、 Ｐ判定点とＨ判定点との位置差が予め設定された設定値
   以上のときは、Ｐ判定点の位置が前記溶接予定部位のエ
   ッジ部の位置であると判定する一方、Ｐ判定点とＨ判定
   点との位置差が予め設定された設定値以上でないとき
   は、Ｍ判定点の位置がエッジ位置と判定する第２のエッ
   ジ位置判定ステップとを有してなることを特徴とする溶
   接ロボットに適用される被溶接物のエッジ部検出方法。