JPH0252172A - 溶接システムおよび溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶接システムおよび溶接方法に係り、特に、
ワーク面にスリット光を照射し、この画像を処理するこ
とによりワークの溶接すべき位置を認識し、溶接トーチ
をその位置に誘導して溶接を行う溶接システムおよび溶
接方法に関する。

〔従来の技術〕

ワーク面にスリット光を照射し、これを画像センサ（撮
像デバイス）で撮像し、これを画像処理してワークの溶
接線位１！！（溶接すべき位置）を認識し、この認識し
た位置を溶接できるようにｔＩＩ＃ＩＩトーチを誘導し
て溶接作業を行う溶接装置および溶接方法は１例えば、
特開昭６２−１０１３７９号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した如き従来の装置あるいは方法は、光学系の配置
データなどの諸室数を予め求めて記憶しておき、これら
諸室数と画像センサで得られた画像データとを用いて溶
接すべき位置を認識し溶接トーチを制御する。このよう
な装置あるいは方法は、記憶している諸室数が正しいと
いう前提で高精度の溶接が可能となるものである。

しかし、実際には、当初設定した諸室数が、光学系の製
作誤差および組立誤差により設計値に対しずれる。東に
、その後の使用時に、画像センサの変形（取付位置、角
度等）や、センサを取付けているロボットの手首部が障
害物との接触により変形することや１部品の交換等によ
って、予め記憶している定数（演算パラメータ）が実態
とずれてくる。このため、画像センサで得た溶接すべき
位置が実際の位置とずれてしまうことになる。この結果
、溶接トーチが実際の溶接線に対しずれた位置に位置決
めされ、溶接の品質の低下を生じるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、溶接すべき位置を正確に認識
して高品質の溶接作業を行うことのできる溶接システム
および溶接方法を提供することである。

また１本発明の目的は、溶接すべき位置認識のずれを簡
単に校正して高品質の溶接作業を行うことのできる溶接
システムおよび溶接り法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、従来の技術の項で述べた如き溶接システムに
おいて、溶接トーチ先端近傍であってスリット光を受光
できる位置に、互いに直交して積重ねられた２個の直方
体ブロックを含む光学系配置検出治具を配設し、この状
態でスリット光を照射し、受光手段によりこの画像を撮
像して、画像信号を画像処理装置に出力し、画像処理装
置はこの画像信号を処理して光学系の配置データを求め
。

ロボット制御装置はこの光学系の配置データを用いて溶
接すべき位置の演算を行うようにしている。

また、本発明は、上記した光学系の配置データを求める
際に、光学系配置検出治具に隣接して、溶接トーチを十
分な余裕をもって挿入可能な円筒状の第１の凹部が形成
され、更にその第１の凹部の中央部分に溶接トーチから
繰出されている溶接ワイヤを収納可能な第２の凹部が形
成されているブロック部と、このブロック部の第１の凹
部の周方向に配され溶接トーチのＸ、Ｙ方向での位置を
検出する位置検出センサと、このブロック部内に配され
溶接トーチのＺ方向での位置を検出する位置検出センサ
とを備えたトーチ位置検出治具を備え、ロボット制御装
置は、上記した光学系の配置データ並びに位置検出セン
サからの溶接トーチの位置データを用いて、溶接トーチ
を制御するための制御信号を演算し、それによってロボ
ットの駆動部を制御する。

〔作用〕 ２個の直方体ブロックを含む光学系配置検出治具に対し
、スリット光を照射する。この照射状態において、受光
手段はこの画像を撮像し１画像信号を出力する。この画
像信号は１画像処理装置に入力され、ここで画像処理が
なされる。この結果、光学系配置検出治具にスリット光
を照射したときの光切断画像が得られ、この画像の線分
の長さと、既知の直方体ブロックの長さ１幅、厚み等の
データとから現時点での実際の光学系の配置データが演
算できる。この演算は５画像処理装置あるいはロボット
制御装置で行う。光学系の配置データは、ロボット制御
装置に記憶され１次に光学系の配置データの演算を行う
まではその記憶データを用いて溶接すべき位置を演算す
るために用いられる。

ここで得られた光学系の配置データはその時点における
実際の光学系配置に対応しており、それらのデータを用
いて得られたｉ８接すべき位置は正確なものとなる。し
たがって、このようにして認識した溶接すべき位置に合
致するように溶接トーチを誘導（制御信号によりロボッ
トの駆動部を駆動して位置決めする）すれば、溶接１・
−チは溶接線に正しく沿って移動され１位置ずれによる
品質の低下が防止できる。

また、溶接トーチ自体も、当初設定した位置がらずれた
位置となっているが、トーチ位置検出治具を用意して、
実際のトーチ位置を検出することにより、そのずれによ
る誤差を校正することができる。溶接トーチを誘導する
ための制御信号の演算に際し、検出によって得られたト
ーチ位置と。

上記した光学系の配置データとを使用することで。

溶接トーチを精度よく溶接すべき位置に移動させること
ができる。

〔実施例〕

以−ド、本発明を図面を使用して、具体的実施例により
詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るシステムブロック構成
図を示し、第２図は第１図の実施例のシステム配置図を
示す。

第２図から判るように、このシステムは、溶接ロボット
１．溶接用ｔｔ源２．ロボット制御装置３゜溶接トーチ
４．溶接トーチ４と一体化したセンサヘッド５．及び画
像処理装置６等から構成されている。溶接トーチ４とセ
ンサヘッド５は、溶接ロボット１の手首下にセンサヘッ
ド５と共に固定している。

第１図に、本システムのブロック構成を示す。

ロボット制御装置３は、溶接ロボット１の各軸および溶
接条件を制御するサーボ・コントロール・プロセッサ８
．ティーチングボックス７を介して操作者により教示さ
れたシステムの動作を管理するシーケンス・コントロー
ル・プロセッサ９１画像処理装置６との間の通信を行う
コミュニケーション・コントロール・プロセッサ１０か
ら構成されている。センサヘッド５は、スリン１〜光を
発光する発光手段１１と、このスリット光を照射した際
の画像を撮像する受光手段１７と、を備えている。

画像処理袋［６は、この受光手段１７で撮像した画像信
号をディジタル信号に変換し、ノイズ除去等の前処理を
行った後、画像処理を行い、その処理結果をロボット制
御装置３に出力する。校正ユニット２３は、実際の光学
系の配置およびｚす接トーチの位置検出のための治具を
備えＣいる。この詳細は後述する。

次に、第３Ａ図および第３Ｂ図を用いてセンサヘッド５
．溶接トーチ４などのロボット手首部に取付けられた機
器の詳細構造を説明する。第３Ａ図は平面断面図であり
、第３Ｂ図は側面図を示す。

第３Ａ図、第３Ｂ図において、センサヘッド５は、スリ
ット光照射を行う発光手段１１と観測用光学系１２より
成る０発光手段１１は２組の照射ブロックより構成し、
各ブロックは近赤外半導体レーザ、非球面レンズ、シリ
ンドリカルレンズを組み合わせ、平面状のスリット光１
６，１．６’　を照射する。２組の照射ブロックからの
スリット光は、同−平面を構成するよう光学系のｙＡ幣
を行っている。スリット光１６．１６’　を照射して得
られる光切断像の［１１２１１１は、受光手段である撮
像デバイス１７．対物レンズ１８．干渉フィルタ１９゜
光学絞り２０を組み合わせた観測用光学系１２により行
う、干渉フィルタ１９は、狭帯域幅内にある波長光のみ
を透過する。このため、撮像デバイス１７は、溶接中に
発生するアーク光の影響を軽減した状態で光切断像の観
測ができる。撮像デバイスＬ７の観測領域は、この例で
は溶接マーク点の前方約３０＋ｗの位置にあり、観測方
向の移動はＤ　Ｃ（−一夕２１により行う、＃８接トー
チ４は、ｍ接ワイヤ４０を繰出しながらワークに対し溶
接作業を行う。

次に、第４図により、受光手段（撮像デバイス）１７で
得られた画像データから溶接すべき位置（三次先位りに
変換する方法を説明する。第４図は、センサヘッド５の
光学系の配置を模式的に示したものである。

第４図において、スリット光の成す平面は、センサ座標
系のＸ５−Ｙｓ平平面交差しＸＳ軸に対して角度ζを、
また、Ｙｓ−Ｚｓ平面とも交差し。

Ｚｓ軸に対してηの角を成す。

この時のスリット光平面は、次式により表わされる。

（ＸＳ０ｓｉｎη＋ｙｓ’ｃｏｓη）′ＣＯ８ζ−ＺＳ
９ＣＯ９η＋Ｓｉｎζ＝０・・・（１） カメラ座標系は、像面上にＵ、Ｖ座標軸を、モしてセン
サ座標系の原点に向かってＷ軸を持つ。

カメラ座標系上の点（Ｕ、Ｖ、Ｗ）は１次式を解〈こと
によりセンサ座標系上の点（Ｘｓ、　Ｙｓ、　Ｚｓ）に
変換できる。

ここで、α、β、γは、センサ座標系に対するカメラ座
標系のオイラー角である（Ｌｘ、　ＬｖＨＬｘ）は、カ
メラ座標系の原点位置座標である。α、β。

γとＬｘ、Ｌｖ＋　Ｌｚとの間には次の関係式が成り立
つ。

・・・（３） ここで、Ｌｏ＝　　Ｌｘ”＋Ｌｙ”＋Ｌｘ”式（１）、
　（２）、　（３）を用いるとカメラＡｍ系における像
面上の点（Ｕ、Ｖ、Ｏ）、レンズ中心（０゜０、ｆ）は
、センサ座標系上の点（Ｘａ、　Ｙａ、　Ｚｔ）。

（Ｘｇ、’ｙ、、ｚｍ）にそれぞれ変換できる。ここで
、（Ｘｓ、　Ｙｔ、　Ｚｔ）　ト（Ｘｓ、　Ｙｍ、　Ｚ
ｔ）を結ぶ直線は次式で表わされる。

・・・（４） そして、像平面上における点は、（１）〜（４）の関係
式を解くことによりセンサＰＪ１．Ｓ系上の三次先位！
Ｆ！を座標に変換できる。

以上の変換は、スリット光の照射角、ひねり角。

撮像時の観測方向、像倍率などの光学系の諸定数が設計
値通りに設定されており既知であるとした場合にのみ用
いることができる）４ｆ、標変換ノＪ法である。しかし
、一般に光学系を設計値通りに調整し里み立てることは
困難であり、組立誤差を伴う。

さらに、ロボット手首に設置するセンサヘッドは、移動
を繰り返し、最悪時にはワークあるいはワーク取付用治
具と衝突させることも考えられる。そして、これらの移
動、？＃突により設定位置がずれる場合もある。これら
、光学系の位置ずれはすべて溶接線の検出誤差となり溶
接不良となって現れる。

一方、溶接トーチは、ｍ接トーチ自身で加工を行うため
、ワーク、ワーク取付用の治具と衝突し。

取り付は位置がずれる危険性が高い。

溶接トーチが変形すると、仮に視覚センサで正確に溶接
線位置を検出しても溶接品質を確保できないという問題
がある。本装置では、まず視覚センサヘッドの光学系譜
定数を校正治具により求め。

次に溶接トーチの設定位置ずれを求める。最初に校正治
具による校成方法について述べる。

第５図は、各辺がロボット手σの持つ直交座標系（Ｘｗ
、　Ｙｗ、　Ｚｗ）を距離Ｌｓｓ行移動したセンサ座標
系（Ｘ　ｓ　ＨＹ　ｓ　＋　Ｚ　ｓ　）に対して治具の
各辺がなす面が平行あるいは直角となるように設置した
光学系配置検出治具２２にスリット光を照射して得られ
る光切断像である。また図中には、干渉フィルタ１９を
取り外した際、撮像デバイス１７から得られる治具２２
の像を点線にて示しＣいる。

治具２２は、幅Ｗｘ、厚さＷ２および、幅Ｗｙ。

厚さＷ２の２個の直方体ブロックを、長辺がそれぞれ直
交する形で組み合わせた形状を持ち、幅Ｗ８を持つ直方
体ブロックの上面はＸ５＝Ｏ１また手前の而はＺｓ＝Ｏ
の面となっている。さらに幅Ｗアを持つ直方体ブロック
は、右側の面がＹｓ＝０の面となっている。

第６図は、第５図の中心部拡大図であり、本図により、
切断像の各点の三次元座標を求める手順を記載する。な
お、図中の大文字が実際の光切断像より得られたコーナ
ー点を示す。

は、Ｗ２に対応している。このため、ｂ点は、Ｙｓ＝Ｏ
＋　Ｚｓ＝Ｏであることがわかる。点すは、Ｚ＝Ｏとな
る線分ＣＩ）の延長線とも一致する。さらに線分ＡＦの
ＹＳ軸成分は、Ｚ二；＝０のＸｓ−Ｙｓｓ面上でＷｙの
値となる。きのため、ｘ＝０゜ｙ、　＝　Ｏである０点
のＹＳ軸方向の成分ｙｃは。

ｂ ｙｃ”　　　　Ｗｙとなる。同様にして１）点の座標Ａ
Ｆ’ ＡＦ 次に、点Ｃから、線分Ｅ　Ｄに平行で長さが等しい線分
Ｃｅを引く。線分Ｆ　Ｄの長とは、ＷＺに対応する。こ
のため、これと平行な線から求めた０点は、Ｘ５＝Ｏ１
Ｚｓ＝−Ｗ２となる。点ｅは、線の長さは、Ｚ＝Ｏの平
面上でＷｏである。このだとからスリット光の平面式は Ａ　Ｉ＝’ スリット光の平面２表わす式は、３点のＦｌ＋１．標に
より求めることが出来る。ここでは、Ｃ，ｌ）、０点の
各点のデータから平面式を求める。

まず、Ｚｓ＝ＯのＣ，Ｄ点のデータからＣｂ　　Ｄｂ　
　Ｗｙ ｔａｎη＝　　　　　　　　　　　　　　　・・・（５
）ＡＦ　　　Ｗｘ 次にＣ，ｅのデータから Ａｅ−Ｃｂ　　Ｗｙ ｔａｎζ＝　　　　　　　　　　　　　　　・・・（６
）ＡＦ　　　Ｗ。

・（７） となる。

次に、第７図は、第５図の切断像を撮像デバイスによっ
て得られる画像を示す。この画面内の各点のデータから
Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓの二次元座標に変換する方法を説明す
る。

第５図かられかるように、線像のＡ点および１１点を結
ぶ線分ＡＨはＸｓ軸方向を、同様に線分ＢＣはｙｓｓ方
向を示し一〇いる。一方線分ＣＩ）は、Ｚｓ＝Ｏの平面
上に照射した際に得られる光切断像を表わしている。従
って線分ＣＤを、Ｘｓｓ方向成分および、Ｙｓ軸軸力酸
成分分解した際の。

線分ＡＩ（に平行な成分は、ＸＳ軸力向の長さＷアおよ
び線分１３　Ｃに平行な成分に分解した際の、線分ＢＧ
に平行な成分は、Ｙ軸方向の長さＷｙに対応する。

第７図において、各点の画面上での位置を（ｕｎＶ）で
表わす、６点を仮の座ｍｇ点とする。　ＸＳ軸＋ＹＳ軸
方向に長さＷｘおよびＷｙに対応する座樟点（ｕ、、Ｖ
Ｗ）＊　　（ｕｙ＋　ｖｙ）は次式で求まる。

撮像デバイスの持つ座標系のセンサ座標系に対して成す
角を、オイラー角α、β、γで表わす。

さらに、撮像索子上の像倍率が一定値ｐであると仮定す
る。この結果１次式が成り立つ。

・・（９） Ｗｘ Ｗｙ ｙ レンズが薄肉レンズでありレンズの焦点距離をドｏとす
ると、搬像デバイスと校正治具の６点までの距離Ｌｏ、
および撮像素子からレンズまでのｙｌｉ離り、は次式で
与えられる。

なお、ここで原点近傍にある点Ｃは、撮像索子上で合焦
状態にあると仮定した。

センサ座標系から兄た撮像デバイスの原点位置（■、Ｘ
Ｉ　Ｌツ、Ｌよ）は、（１５）式の関係から得られるオ
イラー角α、β、γおよび撮像索子までの距離Ｌｏを用
い次式で求めることができる。

Ｌｘ＝Ｌｏｓｉｎβｃｏｓα、　Ｌｙ＝ＬｏｓｉｎαＳ
ｉｎβ、　Ｌｚ＝Ｌｏｃｏｓβ−（１２）一方、第６図
に示した座標系の原点Ｃは５線分ＣＤと、Ａ、Ｊから線
分ＧＦに平行に引いた線分との交点すを求め、ｂ点から
線分ＡＨに平行に引いた線分と線分Ｂ　Ｃとの交点から
求めることかで゛きる。この座標点ｂ（ｕｂ＋　ｖｂ）
、Ｃ（ｕｃ＋　ｖｃ）は次式で表わされる。

００）、　（１２）、　（１３）から１手首座標系の点
（Ｘ、。

Ｙｉ、Ｚ＊）は１次式により変換できる。

・・・（１４） さらにセンサ座標系におけるレンズ中心位置（Ｘａ、Ｙ
ｔ、Ｚ＊）は１次式により求めることができる。

画面上に表われるスリット光像の任意の点（ｕ＋Ｖ）と
手首座標系での三次元座標位置（Ｘ、Ｙ。

Ｚ）との関係は次式となる。

・・（１６） すなｈち、上記した光学系配置検出治具２２を撮像して
得られる第７図の如き画像データから。

スリット光平面と撮像デバイスの位置および方向とを求
めることができる。

ロボット制御袋［３では、上述したように画像データに
基づく光学系の実際の諸定数を置換して修正する。さら
に、この光学系の諸定数の値を用い１発光手段、結像レ
ンズおよび撮像デバイス１７によるａｍ系で構成される
光学系の配置によって決まる座標変換式（センサ座標系
から手首座標系への変換式）の変換パラメータを算出す
る。

なお、この変換は１画像処理装置で行ってもよい。

被溶接物（ワーク）の開先面にスリット光を照射して得
られる画像を撮像し、これを画像処理袋［６により処理
して求まる開先位置データは、ロボット制御装置３に伝
送される。ロボット制御装置３では、この開先位置デー
タを用い、前述の修正された座標変換式を基づいて手首
座標データに変換する。

第８図により、溶接トーチ４の位置と光学系の位置の検
出方法について説明する６図において。

２：３と３０は、各々校正治具および支持アームである
。両押は、固定用ボルト３１ａ、３１ｂによって互いに
固定されている６校正治具２３と支持アーム３０は、後
述するプレーバックによる倣い溶接を行なう際には取外
されるものである。図において、支持プレート３０は、
基準面３０ａ。

：］Ｏｂ、３０ｃを介し、取付金共：３２に位置決めし
て固定される。

第９図は、第８図のＡ−Ａ’矢視図で、支持プレート；
３０を省略して示したものである。第１０図は、第９図
の平面図である。第９，１０図において、Ｘｗ、Ｙｗ、
７ｗ軸は、ロボットの手首座標系の各座標軸と一致する
ように配置される９校正治具２３は、前述した方法によ
り光学系各部のずれを検出する光学系位置検出治具２２
と溶接トーチの位置検出治具２４とで構成されている。

２４ａ〜２４ｄは座動変圧器である。各差動変圧器には
。

図示したように、変位を検出するための可動部の先端に
回転可能なローラを設けている。差動変圧器２４ａは、
手首座標系のＸｗ細軸上ある。また、差動変圧器２４ｂ
と２４ｃは、Ｘｗ−Ｙｔ軸を含む平面上にあって、前記
差動変圧器２４ａの取付位置に対して夫々１２０°の角
度を成して取付けられている。

上述した溶接トーチの位置検出装置２４を用い。

ます差動変圧器２４ａ、２４ｂおよび２４ｃを溶接トー
チの外周に接触させて、手１ｍ系の原点Ｏｗからトーチ
接触点までの各々の距離を検出する。その検出値を各々
Ｑａ、　Ｑｂ＋　Ｑｃ　とし、Ｗｊ接トーチ４の中心位
置の手首座標系Ｘｗ　、Ｙに対する位置ずれをＸＴおよ
びＹｔ　とすると、これらの関係は次式のように表わさ
れる。

・・・（１７） すなわち、Ｑａ、（ｌｂ、ｎｃ　を実測し、（１７）式
に代入して演算することによって、溶接トーチのＸｗお
よびＹｗｈ向の位置ずれを検出することができる。

一方、差動変圧器２４ｄはＺＷ！Ｉｌｌと平行に配置さ
れている。該差動変圧器２４ｄにより、溶接トーチ４の
下面４ａの高さをａｌｌｌ定する。これによって、トー
チ下面４ａから２ｗ軸方向に一定距離だけ離れて設置さ
れるワイヤ先端４ｂのＺｗｈ向の位置ずれ７丁を検出で
きる。

Ｊ亥トーチの位置ず才ＬＸＴ、Ｙｔおよび７丁をあらか
じめ求めておき、このデータをロボット制御装置に記憶
させておく、プレーバックによるロボットを運転する際
には、ｒｉトーチの位置ずれの記憶データＸＴ、Ｙｔお
よびＺＴの値を用い、トーチ位置の倣い制御を補正させ
て実施させる。これによって、溶接トーチ位置を精度良
く倣うことが可能となる。

また５校正治具２３は、光学系位置検出治具２２が一体
となって配置されている。こ才しによって、前述した方
法で画像データに基づくセンサ光学系の実際の配置デー
タを検出することができる。

次に、プレイバックモードで倣い制御を行っている際の
溶接線の倣い制御をする方法を第１１図を用いて説明す
る。

前述したように本システムは、ロボットと、ロボット制
御装置３と９画像処理装置６と１校正治具とにより構成
している。そしてロボット制御装置３は、第２図に示す
ように、サーボ・コントロール・プロセッサ８．シーケ
ンス・コントロール・プロセッサ９．コミュニケーショ
ン・コントロール・プロセッサ１ｏの各プロセッサを内
蔵する。

溶接トーチ４がセンシング領域に到達すると、シーケン
ス・コン１−ロール・プロセッサ９は、ブロセッサ１０
のＲＡＭ上に検出要求フラグを転送する。コミュニケー
ション・コントロール・プロセッサ１０は、このフラグ
を検出すると５画像処理装置６に検出処理を通信回線を
通し要求する。これと同時に、コミュニケーション・コ
ントロール・プロセッサ１０は検出領域の開始点の（！
置ベクトルＴＩ、終了点の位置ベクトル゛１’ｔ＋１．
ならびにサーボ・コントロール・プロセッサ８からＲΔ
Ｍｋに送られている６軸の角度データを記憶する。一方
１画像処理装置６はセンサヘッド５から送られてくる光
切換像の検出処理をコミュニケーション・コントロール
・プロセッサ１０からの検出要求を受信すると同時に実
行する。センサヘッド５により検出された光切断像は、
画像処理装置６へ送り処理する。すなわち、まず、内部
の図示しないＡ／Ｄ変換器は、撮像デバイス１７から得
られたビデオ信号をサンプリングしながらデジタル量に
変換し、この結果を内部の図示しない前処理回路に送る
。ここで１画像データのノイズ除去処理が行なわれる１
次に、ノイズ除去（フィルタリング）処理後のデータを
用いて、局部極大。

極小番地を抽出する処理を行う、これが、第１１図のＦ
ｌである。

次の処理フローＦ２では、前処理で得られた疑似２値化
ＬＡＲデータの画面縦方向における連続性を判定しなが
ら、連続性を満足する要素を１つの領域としてまとめる
セグメント化処理を行う。

そして、フローＦ３では、各セグメントの骨格を成す中
心線の、ｍ像索子原点に対する距ｓｒと撮像素子のＵ軸
に対して成す角度φを計算する（Ｈｏｕｇｈ変換）、そ
して、フローＦ４では、各隣接セグメントについてｒと
φを比較し、それぞれの差が一定閾値以内であれば同一
の線上に有るとしてセグメントを統合する。これらの一
連の処理の結果、継手モデルに対応した基本線要素を抽
出できる。この時、複数の基本線要素に対する候補が存
在する場合には、最も線長の長い一対の線の組を選択す
る０次に１重ね継手の場合、フローＦ５゜Ｆ６に進み、
下板表面から得られる光切断像の端点を計算する。又隅
肉継手の場合には、フローｒ・’７．Ｆ８に進み、縦板
および下板のそれぞれから得られる光切断像の交点を計
算する。これらの点が、ｍ像面上での溶接線位置となる
。

そして、フＯ−ｆ／９では、この位置を、前述した校正
データと、予め求めておいた座標変換式とを用いて、セ
ンサ座標に変換する。次に、センサヘッドの方向角を用
いロボットの手ｔＩｆ系に変換する。ｉ像処理装置ｆ！
６が検出処理を実行している間、コミュニケーション・
コントロール・プロセッサ１０は、ティーチライン基本
ベクトルｅＴ＋を、教示データ’ｌ”＋、１’＋◆１を
用い、また変換マトリクスＴを、ロボットの６軸の角度
データを用い計算する。Ｔマトリクスの値は次式で表さ
れる。

氏 り　　　　リ 　　　Ｏ ｔＡ　　　　　り ここで、Ｃ＋　＝ｃｏｓ（θ、）。

Ｓ　＋　　＝ｓｉｎ（０＋）＋ （Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚ）　；手首座標系原点の三次元位置
ベクトル θ１　：旋回角 ０２　：前腕角 θ８　：上腕角 θ４　：曲げ角 θ１１＝ひねり角 θ６　：振り角 この計算が終了すると、コミュニケーション・コントロ
ール・プロセッサ１０は１画像処理装置６に計算が終了
したかを繰り返し問い合わせる。

画像処理装置ｆｆ６は、検出処理が終了した時点で。

手り座標系における溶接すべき位置をコミュニケーショ
ン・コントロール・プロセッサ１０に転送する。コミュ
ニケーション・コントロール・プロセッサ１０は、予め
求めておいたＴマトリクスを用いて、手首座標系におけ
る溶接すべき位置を次式によりロボット座標系でみた溶
接すべき位置座標に変換する。

そして、この変換された位置をコミュニケーション・コ
ントロール・プロセッサ１０内のレジスタに記憶する。

コミュニケーション・コントａ　−ル・プロセッサ１０
は１画像処理装置６に次の撮像要求を出し処理を繰り返
す。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光学系配置検出治具にスリット光を照
射して得られる画像データから、光学系の配置データを
求めることができ、この求められたデータを用いて溶接
すべき位置を求めて制御するので、溶接トーチを正確に
溶接すべき位置に誘導することができる。このため、高
品質の溶接作業を実現することができる。また、光学系
の配置データは、治具にスリット光を照射して得られる
画像データを用いて自動的に演算するようになっている
ので、簡単に高精度の溶接作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステムブロック構成
図、第２図は第１図に示すシステムの配置図、第３Ａ図
および第３Ｂ図はロボット手首部に取付けられた機器の
構成を示す図、第４図はセンサヘッドの光学系の配置を
模式的に示す図、第５図は光学系配置検出治具にスリッ
ト光を照射して得られる光切断像を示す図、第６図は第
５図の中心部を拡大した図、第７図は光学系配置検出治
具にスリット光を照射したときの受光手段で得られる画
像を示す図、第８図は校王治［Ｌを取付けた状態におけ
るロボット手庁部の概略を示す図、第９図と第１０図は
校正治具の具体例を示す図、第１１図は画像処理の処理
フローを示す図である。 １・・・溶接ロボット、２・・・溶接用Ｎ、源、３・・
・ロボット制御装置、４・・・溶接トーチ、５・・・セ
ンサヘッド。 ６・・・画像処理装置、１１・・・発光手段、１７・・
・受光手段、２２・・・光学系配置検出治具、２３・・
・校正治具、２４・・・溶接トーチ位置検出治具。 ＼ 斗 圀 ！ 第３Ａ図 第３Ｂ口 Ｉｓ　−ｊ＋’ｆＥ　Ｌ　；ス゛ ｚｌ・−ＤＣｕ−７ 拓 μ 凶 ン 垢 り 区 ＼ −え、、７．。１．７゜ ３０・−決ＪＥ珀算 亮 図 革 ろ 肥 弔 図 沸　１０　　区 ２４Ｌ（Ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、手首部を有しており、該手首部を溶接トーチ並びに
   ワーク面に照射されたスリット光の反射光を受光する受
   光手段を含むセンサヘッドを有するロボットと、受光手
   段で得られた画像信号の画像処理を行い画像データを出
   力する画像処理装置と、該画像データを用いて該ワーク
   の溶接すべき位置を演算し、該溶接トーチの先端が該溶
   接すべき位置に一致するように該ロボットの駆動部に制
   御信号を出力するロボット制御装置とを備えた溶接シス
   テムにおいて、 該溶接トーチ先端近傍であつて前記スリット光を受光で
   きる位置であつて、互いに直交して積重ねられた２個の
   直方体ブロックを含む光学系配置検出治具を配設し、 前記受光手段は、該光学系配置検出治具に照射したスリ
   ット光を撮像し、その画像信号を出力し、 前記画像処理装置は、該画像信号を画像処理して該光学
   系配置検出治具に関する画像データを得て光学系の配置
   データを求め、 前記ロボット制御装置は、該光学系の配置データを用い
   てワークに対する溶接作業の際の前記溶接すべき位置の
   演算を行うこと を特徴とする溶接システム。 ２、請求項１記載の溶接システムにおいて、前記光学系
   配置検出治具に隣接して、前記溶接トーチを十分な余裕
   をもつて挿入可能な円筒状の第１の凹部が形成され、そ
   の第１の凹部の中央部分に前記溶接トーチから繰出され
   ている溶接ワイヤを収納可能な第２の凹部が形成されて
   いるブロック部と、該ブロック部の第１の凹部の周方向
   に配され、前記溶接トーチの軸線に対し直角方向の面で
   のＸ方向、Ｙ方向位置を検出する位置検出センサと、該
   ブロック部内に配され、前記溶接トーチの軸線方向であ
   るＺ方向位置を検出する位置検出センサとを備えたトー
   チ位置検出治具を備え、 前記ロボット制御装置は、前記光学系の配置データ並び
   に該位置検出センサからの溶接トーチの位置データを用
   いて前記制御信号を演算すること を特徴とする溶接システム。 ３、ワーク面にスリット光を照射し、該ワーク面の画像
   を撮像し、該画像を処理して得られた画像データを用い
   て該ワークの溶接すべき位置を認識し、該位置に溶接ト
   ーチを誘導して溶接を行う溶接方法において、該溶接ト
   ーチの先端近傍に配され互いに直交して積重ねられた２
   個の直方体ブロックに該スリット光を照射し、該ブロッ
   クに照射した状態の画像を撮像して得た画像データを用
   いて、光学系の配置データを演算して記憶し、以後のワ
   ークに対する溶接作業においては、該記憶した光学系の
   配置データを用いて前記溶接すべき位置を演算すること
   を特徴とする溶接方法。 ４、ワーク面にスリット光を照射し、該ワーク面の画像
   を撮像し、該画像を処理して得られた画像データを用い
   て該ワークの溶接すべき位置を認識し、該位置に溶接ト
   ーチを誘導して溶接を行う溶接方法において、該溶接ト
   ーチの先端近傍に配され互いに直交して積重ねられた２
   個の直方体ブロックに該スリツト光を照射して得た画像
   データを用いて光学系の配置データを求めて記憶すると
   共に、該溶接トーチの位置を検出するセンサからの出力
   データを記憶し、以後のワークに対する溶接作業におい
   ては、これら記憶したデータを用いて前記溶接トーチを
   誘導するための制御信号を演算し、該制御信号により前
   記溶接トーチを取付けたロボットの駆動部を制御するこ
   とを特徴とする溶接方法。 ５、溶接トーチと、スリット光を溶接すべきワークに向
   けて発光する発光手段および該ワーク面を反射しした反
   射光を受光する受光手段を有するセンサヘッドとを手首
   部に有しており、制御信号によつて該溶接トーチをワー
   クの溶接線に添つて移動させる溶接ロボットと、 該受光手段で得られた画像信号を入力し、これを画像処
   理して画像データを求める画像処理装置と、 該画像処理装置で求められた画像データから溶接すべき
   位置を求め、該溶接すべき位置を用いて該溶接トーチを
   予め記憶した位置にならつて駆動させるための該制御信
   号を演算し、出力するロボット制御装置と、 を備えた溶接ロボットシステムにおいて、 前記手首部に取付可能であつて該溶接トーチ先端部まで
   延びるアームと、該アーム上であつて前記スリツト光を
   受光できる位置に取付けられ、互いに直交配置して積重
   ねた２個の直方体ブロックとを備えた光学系ずれ校正治
   具を備え、前記受光手段は、該２個の直方体ブロックに
   照射した前記スリット光の反射光を受光して検出用画像
   信号を出力し、 前記画像処理装置は、該検出用画像信号を入力し、該信
   号を画像処理して画像データを求め、前記ロボット制御
   装置は、該画像データに基づき光学系の配置データを求
   め、前記溶接すべき位置を求める関係式に用いる光学系
   の諸定数の中から光学系の配置データを該求められた光
   学系の配置データに置換することを特徴とする溶接シス
   テム。