JPH0751857A

JPH0751857A - ワイヤタッチセンシングによる位置検出方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0751857A
Application number: JP20808293A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Koyama; 武信小山; Takamasa Aoki; 敬昌青木; Tetsuji Hattori; 哲二服部; Masaji Takechi; 正次武市; Chiaki Ito; 千秋伊藤; Shingo Yonemoto; 臣吾米本; Mitsuo Sato; 光生佐藤; Mitsuo Suzaki; 光夫周崎
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-08-23
Filing date: 1993-08-23
Publication date: 1995-02-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JP2613739B2

Abstract

(57)【要約】【目的】アーク溶接ロボットを使用して行う溶接にお
いて、溶接トーチから一定の長さで突出させた溶接用ワ
イヤを利用して溶接対象物の位置を測定する場合に、突
き出したワイヤの曲がり癖に起因して生ずる測定位置の
ずれを修正させるための位置検出方法およびその装置を
提供する。【構成】溶接時の突き出し長さの溶接用ワイヤを装着
したワイヤチップと同じ長さを有して直線状に形成され
たダミーチップと、溶接用ワイヤと、溶接用ワイヤチッ
プと、基準ゲージとを有し、ダミーチップおよび溶接用
ワイヤを用いてそれぞれ基準ゲージをセンシングし、そ
れぞれ得た位置をロボット座標系のＸ，Ｙ，Ｚ成分にて
求め、上記二つのセンシングによって得られた位置デー
タの差異をワイヤの曲がり癖量の補正値としてロボット
の６成分中にツール変換させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアーク溶接ロボットを使
用して行なう溶接に係り、溶接トーチから一定の長さで
突出させた溶接ワイヤ（以下、単にワイヤともいう。）
を利用して溶接対象物の位置を検出（以下、ワイヤタッ
チセンシングともいう。）する場合において、突き出し
たワイヤの曲り癖に起因して生ずる検出位置のずれを補
正して真の位置を求めることのできるワイヤタッチセン
シング方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接ロボットを使用して溶接構造
物を溶接する際に、ワイヤタッチセンシングによって溶
接位置を検出する方法がある。この方法は所定の長さに
カットしたワイヤに或る電圧を加えておき、ワイヤの先
端が溶接対象物に接触した時の信号をロボットに伝える
もので、その際にワイヤが真直であれば問題ないが、通
常ワイヤはリールに巻かれたり、ペール缶にフープ状態
にあるものを直線状に矯正しながら引き出して使用する
ため、一般にワイヤ突き出し長さが２０ｍｍの場合ワイ
ヤの直径と同じ値程度の曲がりを生ずる。

【０００３】従って上記のワイヤタッチセンシングによ
って得た溶接位置を、ワイヤの曲がり分だけ補正して正
しい溶接対象物の位置を知る必要があるが、その一つの
手段として例えば、特開平３−９４９７９号公報に光学
式位置検出装置とワイヤ接触式位置検出装置とを組み合
わせてワイヤの曲がりを検出・補正する方法が開示され
ている。図５は上記公報に記載された溶接位置検出装置
の光学式位置検出部の検出原理を示す斜視図である。

【０００４】同図において、溶接トーチ５１は、先端部
の電極部５８を被溶接部材５４とその板面に立てられた
被溶接材５５とが交接する部分で形成される開先部に対
向させ、この電極部５８から繰り出される溶接ワイヤ５
９と開先部５７間に電気アークを発生させる。支持体６
０は溶接トーチ５１の軸心に対して回動自在に取付けら
れ、投光手段５２から線状集光光線６１を被溶接部材５
４，５５の開先部のアーク点５７に先行するアーク点近
傍位置に照射している。

【０００５】上記構成において、溶接開始点で、ワイヤ
接触式位置装置により溶接ワイヤを被溶接材に接触させ
て溶接位置の座標を検出し、つぎに一定の距離だけ溶接
トーチを溶接ロボットにより位置制御して溶接進行方向
と逆に移動して光学式位置検出装置を溶接開始点にセッ
トする。

【０００６】光学式位置検出装置は、溶接トーチ先端か
ら一定の距離（前記溶接ワイヤの突き出し長さ）の点を
原点としたロボット座標系における開先位置の３次元情
報を得る。溶接ワイヤが溶接トーチ軸方向に真直ぐに出
た場合に、ワイヤ接触式位置検出装置により検出した溶
接位置の座標と光学式位置検出装置により検出した溶接
位置の座標が一致するように前記両座標系を設定するの
で、もし両座標の検出結果に差があると測定されれば、
その差がワイヤの曲がり量であるとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術においては、次のような課題を有するものであっ
た。連続して複数の部材を溶接する場合、毎回ワイヤは
さまざまな方向にばらつき、そのままタッチセンシング
による位置検出を行った場合、曲がりによる誤差を含ん
だ位置を検出するため検出するワークの位置精度が悪く
なって、溶接品質に悪影響を及ぼす。

【０００８】溶接開始位置は３次元の内２次元は自
動的に測定し得るが、残り１次元（トーチの進行方向）
はトーチをセットする必要があり、セッティングに時間
を要するとともに十分な精度が得られない可能性がある
こと。ワイヤの曲がり量および溶接位置を測定するのに、
レーザスリット光を利用した光学式位置検出装置による
測定値と、ワイヤによる接触式位置検出装置による測定
値とを併用していることから、測定方法と測定位置の差
による誤差とずれが常に存在すること。

【０００９】直線状の隅肉溶接にしか適用し得ない
こと。実際に溶接を行なう溶接対象物を利用してワイヤの
曲がり量を測定し、それに基いてトーチの位置を補正す
ることから、溶接対象物を設置してから溶接開始までに
時間を要すること。アークで高温となる近傍に投受光器等のセンサを溶
接トーチに設ける必要があるため複雑となり、信頼性が
低下する虞れがある。狭い位置或いは周囲に障害物存在
する場合等のセンシングには不適当であるほか、溶接開
始後のワイヤ曲がり方向はさまざまな方向に変化するた
め、これを逐一検知・補正することは困難である等の課
題を有していた。

【００１０】本願発明はこのような課題を解消するため
になされたもので、被溶接物の溶接位置をワイヤタッチ
センシングによって検出する際、簡潔な構成によってワ
イヤタッチセンシング時のワイヤ曲がり癖量を高い精度
で検出して溶接対象物の検出装置およびその方法を提供
することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的は前記特許請
求の範囲に記載されたワイヤタッチセンシングによる位
置検出方法およびその装置によって達成される。すなわ
ち（１）アーク溶接ロボットの固定台上に取り付けられた
基準ゲージと、溶接時の突き出し長さの溶接用ワイヤを
装着したワイヤチップと同じ長さを有して直線状に形成
されたダミーチップの先端で前記基準ゲージの基準位置
を検出する手段と、溶接トーチから一定の突き出し長さ
で溶接ワイヤを突出させ、該溶接ワイヤの先端で前記基
準ゲージの基準位置を検出する手段と、それぞれ求めら
れた検出位置データから溶接ワイヤの曲がり癖量を推定
補正する手段とを有して成り、前記溶接ワイヤの曲がり
癖量によりロボット座標系の位置補正を行うものである
ワイヤタッチセンシングによる位置検出装置。（２）アーク溶接ロボットの固定台上に取り付けられた
基準ゲージを溶接トーチに取り付けたダミーチップの先
端でセンシングしてその位置をロボット座標系のＸ，
Ｙ，Ｚ成分として求め、次いで溶接トーチから一定の突
き出し長さで突き出した溶接ワイヤの先端で前記基準ゲ
ージをセンシングしてその位置をロボット座標系のＸ，
Ｙ，Ｚ成分として求め、上記ふたつのセンシングによっ
て得られた位置データの差異をワイヤの曲がり癖量の補
正値としてロボット座標系の６成分中にツール変換さ
せ、ワイヤタッチセンシングによる検出対象物の検出位
置を補正するワイヤタッチセンシングによる位置検出方
法。である。以下本発明の作用等について、実施例に基づい
て説明する。

【００１２】

【実施例】本発明に基づく一実施例として、アーク溶接
ロボットを使用して母管に枝管を溶接する場合について
説明する。図１〜４は本実施例を説明する図で、図１は
曲がったワイヤを取り付けたワイヤチップとダミーチッ
プによってセンシングした際の各チップの位置関係を説
明する図、図２はダミーチップを使用して基準ゲージの
基準位置をセンシングする際の手順を説明する図、図３
は基準ゲージの概略斜視図、図４は母管と枝管との溶接
部の斜視図である。

【００１３】まずワイヤに給電するためのチップにワイ
ヤの突き出し長さと同じ長さだけの通電性の真直の棒状
物を取り付けてダミーチップ１を形成させ、該ダミーチ
ップ１によって基準ゲージ６に基づいて基準ゲージ基準
位置１３の検出を行なう。

【００１４】図３に基準ゲージ６の一例を示す。同図に
おいて基準ゲージ６は鋼等によって形成され台１４上に
取り付けられている。該基準ゲージ６をアーク溶接ロボ
ットの固定台上に取り付けたのち、まず基準ゲージ６の
軸と垂直方向の位置７からダミーチップ１を基準ゲージ
６側に押し出し、その先端が基準ゲージ６と接触した点
Ａ１０の座標を求める。

【００１５】次に基準ゲージ６を引き込み、基準ゲージ
６の軸を挟んだ反対側の十分離れた位置まで水平に移動
し、ダミーチップ１を点Ａ１０に接触した時と同じスト
ロークだけ押し出す（図２におけるダミーチップの位置
８）。

【００１６】押し出したストロークを維持した状態でダ
ミーチップ１を基準ゲージ６の方向に移動させ、ダミー
チップ１の先端が基準ゲージ６に接触した点Ｂ１１の座
標を求める。点Ａ１０と点Ｂ１１とは、ダミーチップ１
の突き出し量が等しいから、基準ゲージ６の中心は点Ａ
１０と点Ｂ１１の二等分線上の位置となる。

【００１７】さらに、この二等分線上を、基準ゲージ６
の表面を目指してダミーチップを移動させて治具表面と
接触した点、基準ゲージ６の中心線上の表面の点が求ま
るから、ダミーチップ１をその中心線上の表面に沿って
下方に移動させダミーチップ１の先端が台１４に接触す
る点を求める。この点を図３に示す基準位置１３とし、
図１におけるＣＡＬＰ２２値とする。

【００１８】次にダミーチップ１を取り外して通常のワ
イヤチップ２にに交換し、ワイヤを突き出してワイヤ長
さがダミーチップ１と同じ長さになるように切断したの
ち、前記ダミーチップ１による基準位置測定時と同じプ
ログラムを走らせて、基準ゲージ６の基準位置１３の座
標を求め、その点を図１におけるＣＡＬＧ０とする。

【００１９】ワイヤの曲がり癖がなければＣＡＬＰ２２
とＣＡＬＧ０は同じ値になる筈であるが、異なればその
差がワイヤの曲がり癖量となる。ワイヤの曲がり癖量
は、ロボット座標系のＸ，Ｙ，Ｚ成分にて求める。すな
わち図１においてワイヤの曲がり癖量をＨＯＳＥＩ値と
して求め、溶接トーチのツール変換を行なってワイヤに
よって測定された基準の位置の移動を行なわせる。すな
わち、ツール変換値（Ｘ_T，Ｙ_T，Ｚ_T，Ｏ_T，Ａ_T，Ｔ_T）に対してワイヤの曲がり癖量を加えたツール変換値は、（Ｘ_T＋ΔＸ, Ｙ_T＋ΔＹ，Ｚ_T＋ΔＺ, Ｏ_T，Ａ_T，
Ｔ_T）となる。

【００２０】このようにして求めたワイヤの曲がり癖量
を利用して実際にロボットによる溶接を行なう場合につ
いて説明する。図４に示すような母管１５に枝管１６を
溶接によって接合する場合、まず母管１５に枝管１６を
仮付けしたのち溶接トーチから規定長さだけ突き出した
ワイヤ先端で、前述の検出要領に基づいて基準位置１７
をセンシングする。該センシング時には予めツール変換
値を補正してあるから枝管１６の溶接部の基準位置１７
は正しく検知される。このあとツール変換値を補正前の
状態に戻し、次いで溶接プログラムに従って枝管１６は
母管１５にロボットによって自動的に溶接される。

【００２１】上記の溶接が完了した時点で、予め設定し
たプログラムに基づいて次に溶接を行う枝管１６の位置
までロボット及びワイヤカッタ付きノズルクリーナを搭
載した走行装置を移動させる。次にワイヤを突き出し、
ワイヤの先端部をカットしてワイヤの長さがダミーチッ
プ１と同じ長さになるようにするとともに先端部の酸化
皮膜部を除去し、予めダミーチップ１によって検出され
て基準位置を登録済の基準ゲージ６の基準位置１３をセ
ンシングしてワイヤの曲がり癖量を求める。

【００２２】次いでツール変換値を曲がり癖量分補正
し、それに基づいて枝管１６の基準位置をセンシングし
て枝管１６の真の位置を求め、ツール変換値を補正前の
状態に戻し、枝管１６の真の位置に基づいて枝管１６を
母管１５にロボットによって自動的に溶接する。以降、
上記手順を繰り返して全ての枝管１６の母管１５への溶
接を完了させる。

【００２３】溶接ワイヤの曲がりは常に一定のものでは
なく、溶接中にもさまざまに変化し、その値の予測、検
知をはじめ、その曲がりの発生を防止することは困難で
あるから、溶接開始時点のワイヤタッチセンシングに基
づいて溶接対象物の位置を決めて溶接を実施した場合に
はかえって溶接精度の低下を招く。

【００２４】また通常の溶接においては、溶接対象物が
真の位置にあれば、溶接開始後のワイヤの曲がりが溶接
の品質に及ぼす影響は微小で無視し得るから、本願発明
においては溶接対象物の真の位置の検知を目的としてい
る。

【００２５】本願発明によれば、上記のほかトーチネッ
クの曲げ部等に起因する、溶接中に殆ど変化しないと見
做されるワイヤの曲がり癖を補正することにより、連続
して均一かつ高品質の製品を得ることが可能になる。

【００２６】その一方で、溶接チップ内面給電部分の磨
耗に起因するワイヤの曲がり癖量変化に対しても、溶接
対象が変わる度にその都度基準ゲージのセンシングを行
なわせ、その時点でのワイヤの曲がりのデータを取り込
んでツール変換を行うことにより、的確に中間フォロー
及び補正を行い精度よく溶接を行い得る。

【００２７】また、予めダミーチップによって検知させ
て登録してある基準ゲージの位置を基準とし、溶接対象
物の位置まで走行装置を移動して溶接ワイヤをカットし
た時点で該溶接ワイヤによって前記固定された基準ゲー
ジの検知を行い、得られたワイヤの曲がり癖量に基づい
てツール変換を行わせるものであることにより、従来の
方法に較べてツール変換に要する時間を顕著に短縮させ
得る。

【００２８】本願発明者等は上記の構成と方法に基づい
てワイヤタッチセンシング時のワイヤ曲がり癖量の補正
機能を実験的に確認した。表１に試験装置、表２に試験
方法の概要を示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】表３〜表５は試験結果を示すもので、表３
はセンシング対象管台の基準位置の較正、表４はワイヤ
曲がり癖量の一例、また表５はワイヤ曲がり癖量補正機
能の追跡性を、それぞれＸ，Ｙ，Ｚの３成分について、
平均値と分散とを求めたものである。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】上記試験の結果から下記の諸点が確認され
た。（１）センシング対象管台の基準位置の較正結果から、
一般に言われるＸ±３Ｓから判断すると、ロボットの位
置繰り返し精度（±０．２ｍｍ）の１．５倍程度の誤差
発生が予測されること。（２）センシング対象管台の基準位置の較正値の平均値
をもとに、強制的に付けたワイヤーの曲がり癖に対する
補正機能の追跡性を評価すると、曲がり癖の１／４〜１
／５倍程度の違いに入っており良好な追跡性能であると
見なされること。

【００３６】

【発明の効果】このように本願発明によれば、上記実施
例において説明したように下記に示す効果を奏する。ワイヤによるセンシング機能と、ダミーチップおよ
び基準ゲージという簡潔な治具とによって、ワイヤに曲
がりがある場合にも正確に位置を検知することが可能に
なる。最初にダミーチップによって基準ゲージの基準位置
を検知して登録し、それ以降は溶接トーチから突き出し
た溶接ワイヤによって該基準ゲージの基準位置を検知し
て前記登録基準ゲージの基準位置と対比してワイヤの曲
がり量を測定し、それに基づいてワイヤタッチセンシン
グによって溶接対象物の真の位置を検知し得ることか
ら、一連の溶接対象物の位置検知に要する時間と、ひい
ては溶接に要する時間を著しく短縮し得る。本発明に基いて測定して得たワイヤの曲がり癖量を
ロボットの６成分中にツール変換させることにより、ト
ーチをどの方向に向けてセンシングしても先に測定して
求めたワイヤの曲がり癖量を必らず反映させて、補正を
行なわせることが可能になる。ダミーチップによるセンシングも、ワイヤによるセ
ンシングも、いずれもタッチセンシングによるものであ
るから、測定方法の差に起因する誤差を生ずることな
く、信頼性および精度の高い測定結果が得られる。ワイヤを切断する度に変化するワイヤの曲がり癖量
を補正し得る。被溶接部材を溶接する姿勢と同じ姿勢でセンシング
して位置の補正を行い得る。アークで高温となるトーチの近傍にセンシングのた
めの特別な装置を設ける必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダミーチップとワイヤとによってセンシングし
た時の各チップの位置関係を説明する図である。

【図２】ダミーチップを使用して基準ゲージの基準位置
をセンシングする際の手順を説明する図である。

【図３】基準ゲージの概略斜視図である。

【図４】母管と枝管との溶接部の斜視図である。

【図５】従来技術の例である。

【符号の説明】

１ダミーチップ２ワイヤチップ３曲がったワイヤ５ツール変換値内に登録されたダミーチップ６基準ゲージ７，８，９ダミーチップの位置１０点Ａ１１点Ｂ１２基準ゲージの中心位置１３基準ゲージ基準位置１４台１５母管１６枝管１７基準位置ＣＡＬＰ２２基準ゲージ基準位置ＣＡＬＧ０ワイヤによって測定した基準ゲージ基準
位置ＨＯＳＥＩワイヤの曲がり癖量５１溶接トーチ５２投光手段５３受光手段５４，５５被溶接材５７開先部５８電極部５９溶接ワイヤ６０支持体６１線状集光光線

フロントページの続き (72)発明者服部哲二兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (72)発明者武市正次千葉県千葉市中央区新浜町１番地川崎重工業株式会社千葉工場内 (72)発明者伊藤千秋千葉県千葉市中央区新浜町１番地川崎重工業株式会社千葉工場内 (72)発明者米本臣吾千葉県千葉市中央区新浜町１番地川崎重工業株式会社千葉工場内 (72)発明者佐藤光生千葉県千葉市中央区新浜町１番地川崎重工業株式会社千葉工場内 (72)発明者周崎光夫千葉県千葉市中央区新浜町１番地川崎重工業株式会社千葉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アーク溶接ロボットを使用した溶接であ
って、アーク溶接ロボットの固定台上に取り付けられた基準ゲ
ージと、溶接時の突き出し長さの溶接用ワイヤを装着したワイヤ
チップと同じ長さを有して直線状に形成されたダミーチ
ップの先端で前記基準ゲージの基準位置を検出する手段
と、溶接トーチから一定の突き出し長さで溶接ワイヤを突出
させ、該溶接ワイヤの先端で前記基準ゲージの基準位置
を検出する手段と、それぞれ求められた検出位置データから溶接ワイヤの曲
がり癖量を推定補正する手段とを有して成り、前記溶接
ワイヤの曲がり癖量によりロボット座標系の位置補正を
行うことを特徴とするワイヤタッチセンシングによる位
置検出装置。
【請求項２】アーク溶接ロボットの固定台上に取り付
けられた基準ゲージを溶接トーチに取り付けたダミーチ
ップの先端でセンシングしてその位置をロボット座標系
のＸ，Ｙ，Ｚ成分として求め、次いで溶接トーチから一定の突き出し長さで突き出した
溶接ワイヤの先端で前記基準ゲージをセンシングしてそ
の位置をロボット座標系のＸ，Ｙ，Ｚ成分として求め、上記ふたつのセンシングによって得られた位置データの
差異をワイヤの曲がり癖量の補正値としてロボット座標
系の６成分中にツール変換させ、ワイヤタッチセンシン
グによる検出対象物の検出位置を補正することを特徴と
するワイヤタッチセンシングによる位置検出方法。