JPH08150476A

JPH08150476A - リアルタイムトラッキングセンサを用いた溶接ロボットにおける溶接ビード形状の確認方法

Info

Publication number: JPH08150476A
Application number: JP31240094A
Authority: JP
Inventors: Masanao Miyawaki; 正直宮脇
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1994-11-24
Filing date: 1994-11-24
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接ロボットにおいて、リアルタイムトラッ
キングと溶接ビード形状確認を同時に実施すること。【構成】ワークＷの突合せ部の溶接を行なうロボット
に回転走査型センサを搭載し、リアルタイムトラッキン
グと溶接ビード形状確認を同時に実施する。溶接は溶接
線ＷＬに沿って矢印方向に行なわれ、Ｖ字谷形状の突合
せ部に溶接ビードＢＤが形成される。トーチの先端は、
検査光ビームの回転走査の軸が通る溶接ビードＢＤの先
端付近にある。検査光ビームの軌跡は、ほぼＶ字谷形状
を円柱で切りとった形状となる。軌跡ＤＬは、軸２２の
前方で溶接線ＷＬと点Ｐで交差する一方、軸２２の後方
で溶接ビードＷＬ上を横切るので、溶接ビード形状を反
映した軌跡が描かれる。点Ｐはその位置が検出され、ロ
ボットの位置を補正するトラッキング点とされる。溶接
ビードＷＬ上を横切る軌跡部分を代表する点Ｑは、溶接
ビード形状確認用の点としてその位置が検出され、溶接
ビード形状の良否判定に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、アーク溶接を行なう
溶接ロボットにおける溶接ビード形状の確認方法に関
し、更に詳しく言えば、溶接線をリアルタイムでトラッ
キングするセンサを用いて溶接ビードの形状確認を行な
うようにした前記方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットを利用してアーク溶接（以下、
単に「溶接」と言う。）を実行する場合には、ロボット
に溶接トーチを搭載し、電源部から溶接用の電力を供給
してワークに対するアーク溶接作業を行なう方式が採用
される。その際、溶接ロボットの移動経路をより正確な
ものとするために、レーザセンサを用いたリアルタイム
トラッキング方式がしばしば用いられる。

【０００３】この方式では、溶接線あるいはこれに代わ
るワーク稜線等の特徴部分（以下、トラッキング対象は
溶接線で代表させることとする。）の位置が検出光ビー
ムを用いて短周期で繰り返し検出される。検出出力は、
溶接ロボットの教示経路を補正する為に利用される。

【０００４】リアルタイムトラッキング用のセンサとし
ては通常レーザセンサが用いられるが、その中でも最も
一般的に使用されているのは、直線走査型のレーザセン
サである。直線走査型のレーザセンサは、溶接トーチよ
りも溶接ロボットの進行方向側に取り付けられ、溶接線
と交差するように直線的にレーザビームを往復走査させ
る。溶接線の位置は、三角測量の原理に基づいて検出さ
れる。

【０００５】ここで、レーザセンサは専らトラッキング
の為に使用されており、溶接ビードの形状確認には用い
られていない。直線走査型のレーザセンサを用いて溶接
ビードの形状確認を行なう技術も知られているが、それ
を適用した場合には、トーチよりも溶接ロボットの進行
方向側の領域のセンシングは行われない。従って、溶接
線の位置検出に基づいたリアルタイムトラッキングは実
行されない。

【０００６】直線走査型のレーザセンサとは別に、レー
ザビームを円弧状に走査する回転走査型のレーザセンサ
を溶接ロボットのリアルタイムトラッキングに使用する
ことが提案されている。しかし、その場合も、溶接トラ
ッキング専用のセンサとして用いることが考えられてお
り、溶接ビードの形状確認に兼用することは未だ知られ
ていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来から、
直線走査型あるいは回転走査型のトラッキング用センサ
を用いて溶接ロボットのリアルタイムトラッキングを行
なうことによって溶接の品質を向上させることは行なわ
れているが、溶接ビードの形状を同時に検出することは
行なわれていなかった。従って、溶接部の溶け落ち等の
不良が発生していても、溶接終了後に別途行なわれる目
視等による検査の時点までこれを発見することが出来な
かった。

【０００８】そこで、本願発明の目的は、このような従
来技術の問題点を解決することにある。即ち、本願発明
は、溶接ロボットにおける溶接ビードの形状確認をリア
ルタイムトラッキングと並行して行うことが出来る方法
を提供し、そのことを通して、溶接ロボットを利用して
行なわれる溶接の品質を向上させることを目指してい
る。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】本願発明は、上記技術
課題を解決する為の基本的な構成として、「検査光ビー
ムを発する発光要素と、その検査光の被検面からの反射
光を受光位置を特定し得る形態で受光する受光要素とを
備え、三角測量の原理に基づいて定点から被検面上の検
査光反射点までの測距を行なう回転走査型測距センサを
溶接ロボットに搭載し、溶接トーチ位置に関して溶接ロ
ボットの進行方向側の領域と、溶接トーチ位置に関して
溶接ロボットの進行方向と反対側の領域とを通るように
検査光ビームを回転走査させ、前記溶接トーチ位置に関
して溶接ロボットの進行方向側の領域の走査によるセン
シング結果に基づいて溶接ロボットのリアルタイムトラ
ッキングの為のトラッキング点を定める一方、前記溶接
トーチ位置に関して溶接ロボットの進行方向側と反対側
の領域の走査によるセンシング結果に基づいて溶接ビー
ド形状の良否判定を行なうことを特徴とするリアルタイ
ムトラッキングセンサを用いた溶接ロボットにおける溶
接ビード形状の確認方法」を提案したものである。

【００１０】また、溶接ビード形状の異常が検出された
場合に警報を発する為に、上記基本構成において、「前
記溶接ビード形状の良否判定結果が、溶接ビード形状の
異常を表わすものであった場合に、アラーム信号を生成
するという要件課したものである。

【００１１】更に、前記検査光ビームの回転走査範囲に
ついて、トラッキング点と溶接ビード形状判定の為の測
距データを確実に得る為に、「３６０°」あるいは「３
６０°に回転走査駆動用モータの加減速に要する角度分
を加えた範囲」と言う限定を課した構成を併せて提案し
たものである。

【００１２】

【作用】本願発明は、リアルタイムトラッキング用のセ
ンサとして、検出光ビームを円弧状に走査する回転走査
型のセンサを使用する。このようなセンサの代表的なも
のは、検出光ビームを発生する光源としてはレーザを使
用する回転走査型のレーザセンサである。以下、回転走
査型のレーザセンサで、回転走査型のリアルタイムトラ
ッキング用のセンサを代表させる。

【００１３】溶接ロボットの先端部に搭載された回転走
査型のレーザセンサは、溶接トーチに関してロボットの
進行方向側の領域と通過済みの領域の双方をレーザビー
ムで走査する。レーザビームの被検面からの反射光は受
光要素（ラインセンサ、ＣＣＤアレイ、ＰＳＤ等）で受
光される。走査位置と受光位置との関係から、三角測量
の原理に基づいて定点を基準にした測距データが得ら
れ、測定点の３次元位置が検出される。

【００１４】これによって、溶接線の位置を表わす出力
と、溶接ビードの形状を表わす出力が得られる。前者に
基づいて、溶接ロボットの位置補正が行なわれ（リアル
タイムトラッキング）、後者に基づいて溶接ビードの形
状が確認される。溶接ビードの形状の確認は、例えば、
検出されたビード形状のデータと別途用意された基準デ
ータとの比較に基づく適否判定がソフトウェア処理によ
って行われる。溶接部の溶け落ち等の溶接不良の発生が
確認された場合には、適宜アラーム信号が生成される。

【００１５】回転走査型のレーザセンサにおける回転走
査の回転軸は、通常、トーチ中心軸と一致させる。ま
た、検出光ビーム（レーザビーム）の走査範囲について
は、教示によって指定される方式としても良いが、全周
（３６０°あるいはこれに走査機構の加減速に必要なマ
ージン分α（α＞０）を両端に加えた３６０°＋２α°
とすることが好ましい。全周走査の方式を採用すれば、
走査範囲の教示や走査範囲の補正を省略することが出来
る。

【００１６】

【実施例】先ず、本実施例で使用する回転走査型のレー
ザセンサ（以下、単に「センサ」とも言う。）の基本構
成、測定原理、並びにロボットシステムの他の構成要素
との接続関係について説明する。なお、回転走査型のレ
ーザセンサ自体は公知のものであり、例えば、特開平３
−号公報参照に開示されている。図１は、回転走査型の
レーザセンサの代表的な基本構成を関連部分との結合関
係と共に示した要部ブロック図である。また、図２はセ
ンサの概略構造を表わした見取り図である。

【００１７】図１を参照すると、回転走査型センサ１０
はハウジング１２を有し、ハウジング１２内には予め既
知の配置関係を以て配設された発光要素（ここでは、レ
ーザを使用。）１４と受光要素１８が保持されている。
受光要素１８としては、受光位置（少なくとも一次元の
位置）を検出する機能を備えたもの、例えばラインセン
サ、ＰＳＤ等が使用される。

【００１８】レーザ１４は、レンズ１６を介して検査光
を被検面Ｗへ照射するように、一定の傾斜姿勢を以て設
けられている。他方、受光要素１８は被検面Ｗからの反
射光をフォーカスレンズ２０を介して受光するように配
置されている。ここで、受光要素１８とフォーカスレン
ズ２０の距離は固定された値に設定されているので、該
フォーカスレンズ２０と被検面Ｗの距離Ｌの変化に応じ
て受光要素１８の受光位置が変化する。

【００１９】従って、受光要素１８からは受光位置を表
わす信号が出力される。他方、センサハウジング１２は
軸２２を介して回転駆動装置（ローテータ）３０のハウ
ジング３２に回転可能に保持されている。センサハウジ
ング１２は更に歯車、ベルト、プーリ等からなる伝動機
構を介してサーボモータ３６に結合されている。サーボ
モータ３６はパルスコーダ３８にも結合されており、パ
ルスコーダ３８からはサーボモータ３６の回転位置を表
わす信号が出力される。

【００２０】サーボモータ３６が回転すると、センサハ
ウジング１２が軸２２の周りで回転するので、それに応
じて発光要素１４から出射される検査光ビームが軸２２
の周りで旋回するように回転走査される。回転走査位置
は、パルスコーダ３８の出力に直接的に反映されるか
ら、パルスコーダ３８の出力から検査光ビームの回転走
査位置を知ることが出来る。

【００２１】センサ１０は、センサ制御部４０に結合さ
れている。センサ制御部４０は、センサＣＰＵ４１とＣ
ＰＵ４１にバス４５を介して接続されたデジタルサーボ
制御部４２、入出力装置（Ｉ／Ｏ）４３、ＲＡＭメモリ
４４を備えている。

【００２２】センサ１０のパルスコーダ３８とサーボモ
ータ３６はデジタルサーボ制御部４２に接続されてい
る。パルスコーダ３８からの回転位置信号はデジタルサ
ーボ制御部４２に伝達される一方、サーボモータ３６は
デジタルサーボ制御部４２によてその回転が制御され
る。また、センサ１０の受光要素１８の検出出力は入出
力装置４３を介してセンサ制御部４０に取り込まれる。

【００２３】符号６０で示されているのはセンサ制御部
４０とロボット制御装置に共有される共有ＲＡＭで、セ
ンサＣＰＵ４１、デジタルサーボ制御部４２並びにロボ
ット制御装置のＣＰＵのいずれからもアクセス可能とさ
れている。

【００２４】センサ制御部４０内に設けられたＲＡＭ４
４には、センサＣＰＵ４１がセンサ制御部４０を含むセ
ンサ全体を制御する為のプログラム並びに所要設定値が
格納される。これには、ローテータ３０の回転範囲、回
転速度等をデジタルサーボ制御部４２を介して制御する
為のプログラム及びパラメータが含まれる。

【００２５】また、ＣＰＵ４１は、デジタルサーボ制御
部４２の中でパルスコーダ３８の出力から得られるロー
テータ３０の角度（即ち、検査ビームの走回転査角度）
を表わすデータを所定周期（例えば、２００μｓｅｃ）
で共有ＲＡＭ６０に書き込ませる。

【００２６】更に、センサＣＰＵ４１は同じ周期で、受
光要素１８の出力から得られる測距データを所定周期で
共有ＲＡＭ６０に書き込む。これら共有ＲＡＭ６０に書
き込まれたデータは、ロボットのトラッキングとビード
形状検出に利用される（詳細は後述）。

【００２７】ローテータ３０の回転は、設定された角度
範囲を往復する形で行なわれる。走査角度範囲を３６０
°に設定してトーチの周り全周のセンシングが行なわれ
るようにしておけば、改めて走査角度を教示したり補正
したりする必要は一応なくなり、制御も簡単になる。

【００２８】しかし、往復走査の両端部においてはデジ
タルサーボ制御部４２によってサーボモータ３６の加減
速制御が行なわれ、ローテータ３０の回転速度が低下す
る。それに応じて検査ビームの走査速度も小さくなり、
ロボットの移動（位置・姿勢の変化）の影響が相対的に
大きくなる。従って、実際にはサーボモータ３６の加減
速に必要な回転角度分２αだけ余分に回転走査範囲を設
定しておき、加減速が行なわれる時（サーボモータ３６
の反転の前後）に得られるデータは使用しないことが望
ましい。

【００２９】但し、溶接実行時のロボットの移動速度が
大きく、３６０°以上に亙って走査したのではロボット
のトラッキングに必要なデータ数が得られなくなるよう
なケースでは、必要最小限（例えば、２００度）に走査
範囲を設定し、必要に応じて、取り込んだデータを利用
して走査角度を補正することも可能である。

【００３０】次に、図２は上記説明したセンサをトラッ
キング及び溶接ビードの形状検出用のセンサとして溶接
ロボットに搭載しに状態を表わした見取り図である。な
お、図１と共通した要素については同じ符号を使用し
た。

【００３１】同図を参照すると、センサ１０のハウジン
グ１２が箱型に形成され、ローテータ３０のハウジング
をなすブラケット３２’に対してセンサ１０は軸２２の
周りに回転可能に支持されている。符号３５は回転軸の
軸受を表わしている。サーボモータ３６はベルト、プー
リを含む伝動機構３４を介してセンサ１０を収容したハ
ウジハウジング１２を旋回させる。符号１２’は、符号
１２で示されたハウジングが回転移動した状態を例示し
たものである。

【００３２】サーボモータ３６の回転軸はパルスコーダ
３８に結合され、サーボモータ３６の回転位置が検出さ
れることは既に述べた通りである。軸２２には、溶接ト
ーチ５０（以下、単に「トーチ」と言う。）が取り付け
られている。符号ＷＬは溶接線を表わしており、ここで
は直線で例示されている。

【００３３】ブラケット３２’には、ロボット（図示省
略）との結合を行なう為の結合面３３を有する取り付け
部が設けられており、この結合面３３を介して図２に示
されたアセンブリとロボットが結合される。センサ１０
の発光要素（レーザ）が点灯され、サーボモータ３６が
回転を開始すると、検査光ビームＬＢが回転走査を始め
る。符号ＬＢ，ＬＢ’はセンサ１０を収容したハウジン
グが各々符号１２及び１２’で示された位置にある時の
検査光ビームを表わしている。前述したように、回転走
査は設定された角度範囲（例えば、３６０°＋２αで往
復的に行なわれる（回転方向を表わす矢印を参照）。こ
の時形成される検査点の軌跡ＤＬは、ワークＷの表面が
軸２２に垂直な平面であれば、図示されているような円
弧となる。

【００３４】次に、図３はロボット側のシステム構成を
要部ブロック図で例示したものである。同図において、
ロボット制御装置７０は、ＣＰＵ７１を有しており、前
述したように、このＣＰＵ７１は共有ＲＡＭ６０に直接
アクセス出来るようにバス結合されている。

【００３５】また、ＣＰＵ７１には、通常の溶接ロボッ
ト用の制御装置の場合と同様に、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７
３、不揮発性メモリ７４、軸制御器７５、教示操作盤７
８（インターフェイス内蔵）及び溶接装置用のインター
フェイス７９が接続されている。ＲＯＭ７２には各種の
システムプログラムが格納される。ＲＡＭ７３はＣＰＵ
７１が行なう処理に際しての一時記憶に使用される。

【００３６】不揮発性メモリ７４には、ロボットの動作
と溶接装置の動作を定めるプログラムや関連設定値等が
格納される。軸制御器７５はサーボ回路７６を介してロ
ボット８０の機構部の各軸のサーボモータを制御する。
教示操作盤７８には液晶ディスプレイ７７が付設されて
おり、各種データの表示に利用される。

【００３７】溶接装置用のインターフェイス７９には、
溶接用の電源装置５１が接続されており、ＣＰＵ７１か
らの指令に基づいてトーチ５０のオン／オフ及び供給電
圧／電流を制御する。

【００３８】以上説明した事項を前提に、以下、本願発
明の方法の実施方法に関し、突合せ溶接部へ適用した場
合を例にとって更に具体的に説明する。図４は、突合せ
溶接部に対する回転走査型センサの検査光ビームの軌跡
を説明する図である。同図において、符号ＷＬはワーク
Ｗの突合せ部に沿った溶接線を表わしており、溶接進行
方向は矢印で示されている。突合せ部はＶ字谷形状を有
しており、その一部には既に溶接ビードＢＤが形成され
た状態にある。

【００３９】このような状態においては、トーチ（図示
せず。）の先端は溶接ビードＢＤの先端付近にある。従
って、検査光ビームの回転走査の軸２２も溶接ビードＢ
Ｄの先端付近を通る。軸２２の方向はトーチの軸方向と
一致させているので、ほぼ図示されたような検査光ビー
ムの軌跡（即ち、検査点の軌跡）ＤＬが描かれることに
なる。

【００４０】突合せ部はＶ字谷形状を有しているので、
軌跡ＤＬはほぼＶ字谷形状を円柱で切りとった場合に出
来る形状（円弧を変形させた３次元形状）となる。但
し、検査光ビームの軌跡ＤＬは、軸２２の前方で溶接線
ＷＬと交差する一方、軸２２の後方で溶接ビードＷＬ上
を横切るので、その際には溶接ビード形状を反映した軌
跡が描かれることになる。

【００４１】軌跡ＤＬが溶接線ＷＬと交差する点Ｐは、
通常のリアルタイムトラッキング制御の場合と同じく、
トラッキング用の補正点としてその位置が検出される。
本実施例では、このトラッキング用の補正点Ｐに加え、
軸２２の後方で溶接ビードＷＬ上を横切る軌跡部分を代
表する点Ｑを溶接ビード形状確認用の点としてその位置
を検出する。

【００４２】既に述べたように、検査光ビームの回転走
査時には、パルスコーダ３８の出力から得られるローテ
ータ３０の角度（即ち、検査ビームの走回転査角度）を
表わすデータと受光要素１８の出力から得られる測距デ
ータが所定周期で共有ＲＡＭ６０に書き込まれる。図５
は、共有ＲＡＭ６０に書き込まれるデータ内容を示した
図である。

【００４３】図に示されているように、回転走査は先ず
一方向に３６０°＋２αの往路にあたる走査でｎ個づつ
のローテータ角度データＡ1 ，Ａ2 ・・・Ａn-1 ，Ａn
と測距データＢ1 ，Ｂ2 ・・・Ｂn-1 ，Ｂn が書き込ま
れ、復路にあたる走査で同じくｎ個づつのローテータ角
度データＣ1 ，Ｃ2 ・・・Ｃn-1 ，Ｃn と測距データＤ
1 ，Ｄ2 ・・・Ｄn-1 ，Ｄn が書き込まれる。これらデ
ータの内Ａ1 〜Ａ4 ，Ａn-3 〜Ａn ，Ｂ1 〜Ｂ4 ，Ｂn-
3 〜Ｂn ；Ｃn 〜Ｃn-3 ，Ｃ4 〜Ｃ1 ，Ｄn 〜Ｄn-3 ，
Ｄ4 〜Ｄ1 の各データは３６０°の前後に付加されたモ
ータ加減速時のものであり、使用対象データからははず
される。

【００４４】即ち、Ａ5 〜Ａn-4 ，Ｂ5 〜Ｂn-4 ；Ｃn-
4 〜Ｃ4 ，Ｄn-4 〜Ｄ4 の範囲から選ばれたデータに基
づいてトラッキングと溶接ビード形状判定が行なわれ
る。また、最右欄は往路及び復路における中央付近にお
ける角度データと測距データに対応したロボットの一・
姿勢データを併記したものである。なお、Ａ1 ，Ａ5 ，
Ａn-4 ，Ａn ，Ｃ1 ，Ｃ5 ，Ｃn-4 ，Ｃn について行な
われている「＝」の表記は概念的なものであり、実際的
には「ほぼ等しい」の意味である。

【００４５】図４に示した検査光ビーム軌跡について、
−α〜３６０°＋αの１往路分の回転走査時の角度デー
タと測距データの推移を示せば、図６のようになる。図
において、横軸はローテータの角度を表わし縦軸は被測
定ワーク（またはビード面）までの距離を表わしてい
る。トラッキング点はトラッキング点探索範囲の中から
選ばれる。また、溶接ビードの形状判定に使われるデー
タは、図示されたようにグラフのＶ字状の部分の中央部
の所定範囲から選ばれる図示したロボットのツール先端
点の進行方向はトラッキング点がセンシングされた時点
におけるものであり、ローテータの角度が増す方向に走
査が行なわれる往路では、トラッキング点がセンシング
された時点におけるロボットのツール先端点の進行方向
は、トラッキング点よりも図中左側にある。

【００４６】図７は、トラッキング点の位置（図４中の
Ｐ点）と溶接ビード中心位置（図４中のＱ点）の位置関
係を説明する図である。図中符号ＷＬで示された溶接線
は、ここでは曲がりを強調して描かれている。今、回転
走査の周期が十分短いとすると、ロボット（トーチ先
端）が溶接線ＷＬ上のＡ点にある時の検査光ビームの走
査軌跡を閉曲線で表わすことが出来る。図では、これを
概念的に円弧で示した。

【００４７】ロボットがＡ点位置にある時のトラッキン
グ点は、＊印で表わされたトラッキング点の内、Ａ点位
置に対応した走査軌跡と溶接線ＷＬとの交点Ｂとなる。
ロボットは後述するトラッキングの処理によって、Ａ点
以降のＢ点に先行したトラッキング点Ａ’，Ａ”・・・
を経てＢ点へ移動する。ロボットがＢ位置に到達した時
の検査光ビームの走査軌跡と溶接線ＷＬ（但し、溶接ビ
ード形成済み）の交点位置を考えると、それはＡ点にほ
ぼ一致すると考えることが出来る。後述するように、こ
の性質が溶接ビード判定の為の処理に利用される。

【００４８】以下、トラッキングと溶接ビード形状確認
を並行して行なう為の処理について説明する。先ず、図
８のフローチャート１を参照し、トラッキングの為の処
理（主として、ロボット制御装置７０のＣＰＵ７１によ
って実行される。）について説明する。

【００４９】先ず、ローテータ３０が動作中であること
を確認し（ステップＴ１）、ロボットにトラッキング動
作を開始させる（ステップＴ３）。もし、ローテータ３
０が動作していなければセンサ制御部４０のＣＰＵ４１
を介してローテータ３０の動作を開始させる（ステップ
Ｔ２）。

【００５０】トラッキング実行時には、ロボットの現在
位置と進行方向との関係から、トラッキング用データ範
囲中心となるローテータの角度を算出する（ステップＴ
４）。通常は、ロボットの進行方向をローテータの回転
角度に換算したものを求めてトラッキング用の中心角度
とする。

【００５１】求められたトラッキング用の中心角度か
ら、予め設定しておいた角度分のデータを共有ＲＡＭ３
０から取り込む（ステップＴ５）。取り込まれたデータ
を周知の方式で解析して、トラッキング点を求める。例
えば、取り込まれたローテータ角度データ（Ａi ，Ｃi
等）と測距データ（Ｂi ，Ｄi 等）とを用い、図６に示
したような角度−距離平面上で、トラッキング点位置を
Ｖ字谷の斜面に相当する直線の交点として推定する。そ
して、この交点位置を表わす角度、距離にロボットの現
在位置データ（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ，Ｐ1 ，Ｗ1 ，Ｒ1 ）
を合わせてトラッキング点の３次元位置を計算する。算
出されたトラッキング点は、ロボット制御装置７０内の
不揮発性メモリ７４内の所定領域に書き込まれる（ステ
ップＴ６）。

【００５２】以上のステップＴ４〜ステップＴ６は、ロ
ボットが溶接線ＷＬの終点直前に達し、トラッキング終
了信号が生成されるまで繰り返される（ステップＴ
７）。ステップＴ７でトラッキング終了信号が生成され
たことが確認されると、処理は終了する。なお、ロボッ
トのトラッキング移動時には、通常の溶接ロボットと同
様に、トーチの点火、溶接電圧／電流の供給等が行なわ
れるが、本願発明固有の技術思想と特に関連がないので
詳しい説明を省略する。

【００５３】次に、上記説明したトラッキングの処理に
並行して実行される溶接ビード形状確認の為の処理につ
いて図９〜図１１を特に参照して説明する。図９には溶
接ビード形状判定開始から終了までの処理を説明するフ
ローチャート２が示されている。また、その中で実行さ
れる良否判定のルーチン処理については、図１０にフロ
ーチャート３で示されている。図１１は、溶接ビード形
状の良否判定の基準について説明する為の図である。

【００５４】溶接ビード形状判定は、トラッキングによ
るロボット移動と共に溶接が開始されてから一定の距離
（または時間）を通過（または経過）した後に開始され
る。即ち、トーチ後方の検査点（形状判定用データの取
り込み位置）が溶接開始点を通過し、安定した形状の溶
接ビードが形成されるべき部分に入った時期に開始され
る。その為に、先ず処理開始後のステップＪ１でトラッ
キングの開始を待ち、更に、溶接開始後一定距離ロボッ
トが進行するのを待つ（ステップＪ２）。

【００５５】そして、溶接ビード形状の良否判定を行な
う為のビード正常範囲指定値の入力状態を確認する（ス
テップＪ３）。ビード正常範囲指定値の入力は、例えば
図１１に示したように、溶接ビード中心点Ｑあるいはそ
の前後に設定されるビード形状確認範囲（図６及び図１
０のフローチャート３のステップＳ２等を参照）内の検
査点に対応する距離データの最大／最小許容値βmax ，
βmin を指定することで行なわれる。

【００５６】溶接ビード中心点Ｑに対応する距離データ
は、溶接ビード中心点Ｑに対応するローテータ角度デー
タ（図５において、いずれかのＡj ，Ｃj または隣合う
ＡjとＡj+1 ，Ｃj とＣj+1 の中間値）に対応する距離
の値、（即ち、Ｂj ，Ｄj の値あるいは隣合うＢj とＢ
j+1 ，Ｄj とＤj+1 の中間値）として計算出来る。も
し、正常範囲を予め入力することが困難である等の理由
により未入力である場合には、数走査サイクル分のデー
タを取り込み、初期データを獲得し、許容幅設定値に基
づいてビード正常範囲値を算定して設定する（ステップ
Ｊ４）。例えば、初期データの平均値βav±１０％の範
囲を正常値とする。

【００５７】なお、初期データは、初期の数走査サイク
ルで取り込まれたデータ（図５、図６参照）から獲得さ
れる。即ち、ロボットの現在位置と現在位置用のトラッ
キング補正データを取り込んだ際のロボット位置との関
係（図７で説明した関係）から、溶接ビードの中心がど
のローテータ角度位置にあるかを算出する。そして、そ
の角度位置に対応する距離値を求め、初期データとす
る。

【００５８】例えば、溶接ビードの中心が存在するロー
テータ角度位置がＡk である場合には、対応する測距デ
ータＢk が初期データとして使える。また、溶接ビード
の中心が存在するローテータ角度位置が（Ａk ＋Ａk+1
）／２である場合には、対応する測距データ（Ｂk ＋
Ｂk+1 ）／２が初期データとして使える。

【００５９】続くステップＪ５で、溶接ビードの良否判
定の処理が実行される。処理は図１０のフローチャート
３に示したルーチン処理で実行される。先ず、ステップ
Ｊ４で説明した同様に、ロボットの現在位置と現在位置
用のトラッキング補正データを取り込んだ際のロボット
位置との関係（図７で説明した関係）から、溶接ビード
の中心がどのローテータ角度位置にあるかを算出する
（ステップＳ１）。

【００６０】そして、算出された中心角度を中心に予め
設定された角度分のデータを取り込む（ステップＳ
２）。この設定角度は、図６に示したビード形状確認範
囲に対応するもので、溶接ビードが存在するであろう角
度範囲として設定する（例えば、突合せ溶接部のＶ字谷
部の角度幅の数分の１程度が考えられる）。

【００６１】ステップＳ２で取り込まれた各測距データ
を正常範囲（βmax 〜βmin ）と比較し（ステップＳ
３）、すべての（場合によっては一定割合以上の）デー
タが正常範囲（βmax 〜βmin ）内にあれば、溶接ビー
ド形状は正常と判定し、そうでなければ異常と判定する
（ステップＳ４〜ステップＳ６）。

【００６２】以上のルーチン処理を１サイクル完了した
ら、フローチャート２（図９）のステップＪ６に進む。
溶接ビード形状が正常と判定されている場合には、ステ
ップＪ６からステップＪ８へ進み、溶接終了後更に一定
距離ロボットが進行したか否かを判断する。溶接ビード
形状の要確認部分が残っていれば、ＮＯの判断が出され
る。フローチャート３（図１０）のルーチン処理は所定
周期で繰り返されているので、その結果（正常／異常）
を再度確かめる。

【００６３】正常な溶接が続行されている限り、ステッ
プＪ８→ステップＪ６→ステップＪ８・・・のサイクル
が繰り返される。もし、ある時点で異常な形状の溶接ビ
ードが形成されたとすると、その時点から検査光ビーム
軌跡ＤＬの直径に相当する距離だけロボットが移動した
時に、その異常な形状の溶接ビードが検査光ビームでス
キャンされる。すると、フローチャート３（図１０）の
ルーチン処理でビード形状異常が検知される。すると、
その直後のステップＪ６からはステップＪ７へ進み、ビ
ード形状異常発生を表わすアラーム信号を生成し、その
位置情報と共に適当な装置（教示操作盤付設ののＬＣ
Ｄ、ブザー、赤ランプ、異常データ記録用のメモリ等）
に出力する。溶接終了後更に一定距離ロボットが進行し
たならば、ステップＪ８でＹＥＳの判断が出され、処理
が終了する。

【００６４】以上、突合せ溶接部についての適用例を説
明したが、他の溶接部（例えば隅部の溶接）に対して
も、本願発明の技術思想が適用出来ることは言うまでも
ない。また、溶接ビード形状の良否判定の基準として
は、溶接ビードの厚みを表わすデータを作成してそれが
基準範囲にあるか否か判定することも可能である。溶接
ビードの厚みは、例えば、図１１に示した「当該部分の
溶接を行なった時のトラッキング点」の位置と「検査点
Ｑ」の位置との間の距離として算出出来る。

【００６５】この溶接ビードの厚みによる方法は、測距
データだけでは形状判定が困難な場合に有効である（例
えば、溶接姿勢が大きく変化する場合）。

【００６６】

【発明の効果】本願発明によれば、溶接ロボットの溶接
線に沿ったリアルタイムトラッキングと溶接ビード形状
の確認とを同時に行なうことが出来るので、従来は溶接
完了後に必要とされていた溶接品質の確認作業を削減す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転走査型のレーザセンサの代表的な基本構成
を関連部分との結合関係と共に示した要部ブロック図で
ある。

【図２】実施例で使用される回転走査型のレーザセンサ
の概略構造を表わした見取り図である。

【図３】実施例におけるロボット側のシステム構成を要
部ブロック図で示したものである。

【図４】突合せ溶接部に対する回転走査型センサの検査
光ビームの軌跡を説明する図である。

【図５】共有ＲＡＭに書き込まれるデータ内容を説明す
る図である。

【図６】図４に示した検査光ビーム軌跡について、−α
〜３６０°＋αの１往路分の回転走査時の角度データと
測距データの推移を説明する図である。

【図７】トラッキング点の位置と溶接ビード中心位置の
位置関係を説明する図である。

【図８】トラッキングの為の処理について説明するフロ
ーチャートである。

【図９】溶接ビード形状判定開始から終了までの処理に
ついて説明するフローチャートである。

【図１０】溶接ビード形状の良否判定のルーチン処理に
ついて説明するフローチャートである。

【図１１】溶接ビード形状の良否判定の基準について説
明する図である。

【符号の説明】

１０回転走査型レーザセンサ１２，１２’ ハウジング１４発光要素（レーザ発振器）１６レンズ１８受光要素２０フォーカスレンズ２２軸３０ローテータ（回転駆動装置）３２ハウジング３２’ ブラケット３３ロボットとの結合面３４伝動装置３６サーボモータ３８パルスコーダ４０レーザセンサ制御部４１ＣＰＵ（センサ）４２デジタルサーボ制御部４３入出力装置（受光素子用）４４ＲＡＭメモリ４５バス５０溶接トーチ５１電源装置６０共有ＲＡＭ７０ロボット制御装置７１ＣＰＵ（ロボット制御装置）７２ＲＯＭメモリ７３ＲＡＭメモリ７４不揮発性メモリ７５軸制御器７６サーボ回路７７液晶表示装置（ＬＣＤ）７８教示操作盤７９インターフェイス８０ロボットＢＤ溶接ビードＤＬ検査光ビーム軌跡ＬＢ，ＬＢ’ 検査光ビーム（レーザビーム）ＷワークＷＬ溶接ライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査光ビームを発する発光要素と、その
検査光の被検面からの反射光を受光位置を特定し得る形
態で受光する受光要素とを備え、三角測量の原理に基づ
いて定点から被検面上の検査光反射点までの測距を行な
う回転走査型測距センサを溶接ロボットに搭載し、溶接トーチ位置に関して溶接ロボットの進行方向側の領
域と、溶接トーチ位置に関して溶接ロボットの進行方向
と反対側の領域とを通るように検査光ビームを回転走査
させ、前記溶接トーチ位置に関して溶接ロボットの進行方向側
の領域の走査によるセンシング結果に基づいて溶接ロボ
ットのリアルタイムトラッキングの為のトラッキング点
を定める一方、前記溶接トーチ位置に関して溶接ロボットの進行方向側
と反対側の領域の走査によるセンシング結果に基づいて
溶接ビード形状の良否判定を行なうことを特徴とするリ
アルタイムトラッキングセンサを用いた溶接ロボットに
おける溶接ビード形状の確認方法。
【請求項２】前記溶接ビード形状の良否判定結果が、
溶接ビード形状の異常を表わすものであった場合に、ア
ラーム信号を生成することを特徴とする請求項１に記載
したリアルタイムトラッキングセンサを用いた溶接ロボ
ットにおける溶接ビード形状の確認方法。
【請求項３】前記検査光ビームの回転走査範囲を３６
０°としたことを特徴とする請求項１に記載したリアル
タイムトラッキングセンサを用いた溶接ロボットにおけ
る溶接ビード形状の確認方法。
【請求項４】前記検査光ビームの回転走査範囲を３６
０°に回転走査駆動用モータの加減速に要する角度分を
加えた範囲としたことを特徴とする請求項１に記載した
リアルタイムトラッキングセンサを用いた溶接ロボット
における溶接ビード形状の確認方法。