JPS63173102A - 加工品質管理方法及び装置 - 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、加工処理を自動的に行なう際での制御方法及
び装置に係り、特に、ロボットを用いた自動加工処理に
好適な加工品質管理方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

加工処理の自動化に伴って産業用ロボットを用いた加工
処理が種々の加工処理分野で使用されるようになってき
ているが、その−例として、浴接加工を挙げることがで
きる。

ところで、このような自動浴接を行なうに際しては、そ
の溶接処理の品質管理をどのようにして行なうかが問題
になり、このため、従来から各１１の提案がなされてい
る。

例えば、特公昭５２−１０７７３号公報によれは、浴接
トーチを浴接経路から左右にウィービングさせ、その左
右端での溶接の状態が等しくなるように、溶接トーチの
位置を制御することにより良好な浴接品質が保たれるよ
うにし次技術について提案しており、これによれば、被
耐接物の位置ずれなどにはおる程度対応可能で、良好な
浴接品質を保つことができるが、しかし、被溶接物の間
にす＠　ｉｆ］（ギャップ）がめいていたり、何らかの
外乱によって、溶接電流像が変化した場合については、
特に配慮されていなかった。

また、米国特許第４５６７３４７号では、レーザー光を
用いて被溶接物の開先形状を検出し、浴接トーチを制御
する方法について開示しており、この方法によれば、検
出後の処理をくふうすることによって、被溶接物の位置
ずれやギャップの変化などに対応でき、光分な溶接品質
を得ることができる。

しかし部品精度のバラツキなどによって板厚が変化した
場合や、外乱によって溶接電流や電圧が変化し九場合に
は、最終的なビード外観、つまり溶接結果が悪化してし
まうという点については配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、溶接のねらい位置や、被耐接物の開先
形状といった点に注目していた。しかし溶接現象は複雑
でらり、溶接品質に影響を与えるパラメータとしては、
ｆＩ接速度、浴接姿勢、浴接電流、電圧、ワイヤ送給速
度、＃接′ＪＬ源特性、シールドガス、ワイヤ径、ワイ
ヤ種類、自ｒＪｂ俗接機の動特性、被溶接物の板厚、材
質、継手形状、精度２等、数多くのものがある。従って
注目している以外のパラメータが変動した場合について
は、配慮され【おらず、それらが変化した場合には、所
望の溶接結果が得られないという問題がめった。

本発明の目的は、上記した浴接加工に限らず、どのよう
な加工処理に対しても、そこで起り得る種々の外乱にも
かかわらず、常に良好な加工品質を保つことができるよ
うにした加工品質管理方法及び装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、加工処理結果を、その処理部分の外観から
連続的に評価し、この評価した結果を加工処理の制御に
反映させて行くことで達成される。

〔作　用〕

浴接などの加工処理では、その加工処理の適否が仕上り
外貌に大きな影響を与え、このため、仕上り部分の外観
から加工処理の評価が可能になり、従って、加工処理直
後の仕上り部分をリアルタイムで画１象処理し、その結
果を加工処理の制御に反映させることにより、加工処理
にフィードバックが掛けられ、常に最適な処理結果をも
たらすことができる。

〔実施例〕

以下、本発明による加工品質管理方法及び装置について
、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図ないし第１１図は本発明の一災施例で、この実施
例は、本発明をティーチングプレイバック方式の溶接ロ
ボットに適用したもので、かつ、このときの溶接法とし
ては消耗電極式のアーク浴接法を用いた場合についての
ものでおり、これらの図において、まず、第２図は全体
構成を示したもので、１はロボット本体であり、５個の
サーボモーターにより駆動されるようになっている。

１１はロボット制御装置であり、内部にロボット制御用
のＣＰＵボードやセンサ制御用のＣＰＵボード、サーボ
モータ駆動用の強ｍ部等を内蔵している。また、上部に
はデータ表示用のＣ几′ｒや、起動、停止など各種スイ
ッチ、それに目標浴接品質を表わすデータの入力に使用
する操作盤などが設けられている。

４６はティーチングボックス（Ｔ、　ＢＯＸ　）であり
、ロボットに作業を教示する際に用いる。

次に、２は溶接機、３はワイヤ供給装置、７はワイヤ移
送装置でめり、これらはすべてロボット制御装置１１か
らの指令により動作する。

また、４は溶接トーチ、１０は被耐接物（ワーク）であ
り、９はワークを置く台である。

サラニ、５はレーザースリット光の発光部、６は受光部
であり、８はそれらの制御部である。

次に第３図はロボット制御装置１１の内部にめるセンサ
制御部１１−１を中心としたブロック図で、１２はＣＰ
Ｕ（中央処理装置）であり、センサ関係の処理や、フィ
ードバックの処理を行う。

１３はＲＯＭであり、ＣＰＵで行う処理手順を示したプ
ログラムが格納されている。

１４は）ｌ、ＡＭであり、ＣＰＵの処理の途中結果など
が格Ｗ３されている。

１５はＤ　Ｐ−ＲＡＭ　（デュアルポートラム）であり
、ロボット制御部のＣＰＵからもセンサ制御部のＣＰＵ
からもアクセス可能となっている。この几ＡＭを用いて
、センサ部とロボット部は情報のやりとりを行う。

１７はＩ１０ボートであり、ＣＰ　Ｕ　１２からの指令
でレーザ発光器ｎにレーザー発光指令イ百号を送る。

１８　ハｍ　（ｉｌｌ　ｆｌｉｌＪ　御部テロ　リ、Ｃ
ＰＵ１２から１（１３！が指示されるとバス切替器２１
に指令を送り、画像メモリ１６を内部バス２４ａから切
り離して画像バス２４ｂに接続し、次にテレビカメラ乙
に同期信号を供給し、この同期信号と同期したＡ／Ｄ変
換指令信号をＡ／Ｄ変換器１９に送る。

Ａ／Ｄ変換器１９によってディジタル化された画像信号
は、ＤＭＡ制御部加が指定した、画１象メモリ１６の中
のあるアドレスに格納される。なお、この動作は、−画
面分村なわれ、画ｆ埃が画１家メモリ１６に格納される
。

ηはレーザー発光器で、テレビカメラ乙と共に制御部８
の中に格納されており、このレーザー発光器四で発生し
たレーザー光はグラスファイバのライトガイド５１を通
して発光部５に送られる。この発光部５はスリットレン
ズになっており、スリットレーザー光が対象物（浴接ビ
ード部）に向って照射される。そして、この光はビード
部に当り、ビード形状に応じた形状となり、その像が受
光部６のレンズで集光され、グラスファイバのイメージ
ガイド（資）を介してテレビカメラ乙に送られるように
なっている。なお、これは、浴接トーチ付近は温度が高
く、しかも電磁ノイズが多い為、このような方法を用い
ているのである。

次に第４図はロボット本体の制御ブロック図で、この図
において、１１−２はロボット制御部であり、第２図に
おけるロボット制御装置１１の内部に格納されている。

２６はＣＰＵ−Ａであり、ロボットの動作制御を主に行
なうものである。

２７はＣＰＵ−Ｂであす、マンマシンインターフェース
関係の処理を主に行なうようになっている。

あは共通ＲＡ　Ｍでおり、Ｃ）’Ｕ−Ａ２６．ＣＰＵ−
Ｂｎ両方の情報交換や計算用のワークとし【用いられる
。

墓はＲＡＭ−Ａであり、ＣＰＵ−Ａ２６の処理手）１を
記述したプログラムが格納されている。

（資）はＲＡＭ−Ｂでらり、ＣＰＵ−Ｂの処理手順を記
述したプログラムが格納されている。

３１はＲＯＭであり、電源が投入されたとき、初期設定
処理として、バブルメモリ４０かもプログラムなＲ，Ａ
Ｍ−Ａ２９．ＲＡＭ−８３０にローディングする為の処
理プログラムが格納されている。なお、バブルメモリ４
０は不揮発性の外部記憶装置であり、電源切断時におい
ても消えてほしくないプログラムやデータが格納されて
いる。

３２は溶接機インターフェースであり、浴接機に対する
ワイヤ送給量や電圧、アークＯＮなどの指令のうけ渡し
を行っている。

おは通信用ＬＳＩであり、ＣＰＵ−８２７とティーチン
グボックス４６．操作盤３６．ＣＲＴコントローラあと
の通信に゛よるインターフェースを行っている。なお、
上記したように、ティーチングボックス４６によればロ
ボットの動作教示を行うことができ、操作盤あによれば
ロボットの起動、停止、及び教示、プレイバックなどの
モード切替及び目標浴接品質データの入力などの操作を
行うことができ、さらに、あのＣＲＴコントローラによ
り、通信ＬＳＩ３３から送られた情報に基づいて、ＣＢ
、Ｔあに各種の情報を表示する。

あのサーボ制御部では、ＣＰＵ−Ａ２６かも送られたデ
ータに従って、Ｍ、〜Ｍ、の各サーボモータ４１〜４５
を制御していく。

上記したように、本実施例では、ロボットはティーチン
グ、プレイバック方式になっており、ティーチングによ
ってセンサ制御を指定した時に、センサ関係の制御プロ
グラムが動作するようになっている。

次に、センサ関係の部分を中心に、動作の様子を説明し
ていく。

第５図は、第３図で説明したＣ　Ｐ　Ｕ　１２が処理し
ていく内容を示したフローチャートで、まず、スタート
すると、処・理５００でセンサ制御の指定が有るまで待
つ。

このとき、センサ制御の指定は、１１−２のロボット制
御部より送られて来る。そこで、センナ制御の指定が有
る場合は、処理５１０でレーザー光の照射を開始する。

処理５２０では、このレーザー光に対して画像処理を行
う。処理５３０で画像処理結果を判定し、処理５４０で
ロボット側へ出力する。

この３つの処理については後で詳しく説明する。

処理５５０でセンサ制御の指定があるか否か判定し、指
定があれば５２０の処理からくり返す。指定がなければ
レーザー光をＯＦ　Ｆにして処理５００に戻り、ここで
センサ制御の指定が来るまで待つ。

次に、画像処理など主要部での動作について説明する。

レーザ発光部５からレーザー光が照射されたときの浴接
トーチ４付近の様子は第１図のようになる。すなわち、
発光部５は、上記したようにスリットレンズになってお
り、従って、ここからはスリット光が照射される。そし
て、このスリット光は、１０１で示した浴接ピード部と
ワークｌＯにあたり、１００ａで示すような、浴接ピー
ド部１０１の外形を反映した線（光切断（象）となる。

そこで、この光切断像を斜めから受光部６のレンズで見
ると、第７図に１００ｂで示すように見える。ここで、
ａの部分はワークの面であり、ｂの部分がビード部の外
形に対応している。なお、第７図では省略されているが
、実際の画像にはノイズが乗っているので、第６図に示
すように、処理ωで撮像したあと、まず、処理６１でノ
イズの除去を行ない、ついで処理６２で画面中の明るい
部分をさがし、それをつないで第７図の線１００ｂを抽
出する。そして、第６図の処理６３で、この線１００ｂ
の評価量を幾何学的演算により算出する。ここで、評価
量とは、第７図に示しである次の量である。

ｙ：余盛 ｎ：のと厚 ｘ、、ｇ、：左右の脚長 ｕＩ　＊　ｕｔ　ＩＩ左右のアンダーカットさらに、こ
れらの他に第７図には現われていないが、オーバーラッ
グ（０１，Ｏ，）がおり、これらは１１牢位に変換され
て出力される。なお、これらの鴬は通常の溶接で、基準
として与えられる浴接外観の判定基準と四じである。

第５図に戻り、処理５２０で以上の処理が行なわれてこ
れらの評価量が算出されると、次の処理５３０で浴接結
果の判定を行う。

ここで、操作者はあらかじめ、各基準値と許容誤差、及
び値が異常になった時の修正規則を操作盤３６（第４図
）から入力しておく。この実施例では、次のような基準
と、規則が与えられている。

（余盛） ｙ０＝１鵡（基準）　±０．３ｓｏ＜（許容誤差）（の
ど厚） ｎ、＝７．５Ｈ±０．５ｎ （脚長） １６＝６ｍｍ　　　　　±１ｎ Ｃアンダーカット） ｕ６＝　Ｏｍ　　　　　　＋　０．１　ｍ（オーバーラ
ツプ） ｏ（１＝　Ｏｍ　　　　　　＋　０．１　ｖａ。

（規則群） 規則１ ・余盛が大きいとき、溶接電流を下げる。

・余盛が小さいとき、浴接′ｒＩＬＩ７Ｉｔを上げる。

規則２ ・のど厚が太きいとき、溶接速度を上げる。

・のど厚が小さいとき、溶接速度を下げる。

規則３ ・脚長の平均が太きいとき、溶接速度を上げる。

・脚長の平均が小さいとき、溶接速度を下げる。

規則４ ・左脚長が右脚長より長いとき、ねらい位置を右にずら
す。

・左脚長が右脚長より短いとき、ねらい位置を左にずら
す。

規則５ ・アンダーカットが大きいとき、電圧を下げる。

規則６ ・オーバーラツプが大きいとき、電圧を上げる。

すなわち、ここでは、以上５つの基準値と６つの規則が
与えられているが、規則の与え方は、この他の組合せも
考えられる。そして、これらの値７　　は、２７のＣＰ
Ｕ−ＢＫ！つ−Ｃ１５のＤＰ−ＲＡＭＩＣＩらかじめ送
られている。

この結果、線１００ｂが、例えば第８図のようになって
いた場合は、すべて基準値の許容誤差範囲に入っている
ので、第５図の処理５４０で四ポット制御部へは何も出
力されない。

一方、ｙ　ｔｏｏｂ−ｂ′−第９図のようになってい友
とすれば、このときにはｇ＋　＞　ｚ、でともに許容誤
差以上ずれているので規則４の第２項が適用され、ねら
い位置を左にずらすようロボットに指令される。

また、第１０図のようになった場合には、１．、ｌ＊の
平均値が６ｍより小さく、許容誤差をこえているので、
規則３の第２項が選択され、溶接速度を小さくするよう
ロボット側へ出力される。

そして、第１１図のようになった場合は、オーバーラツ
プが発生し【おり（０，）０．１）、規則６が選択され
てロボット制御部を介して浴接機に電圧を上げるよう指
示される。

従って、この実施例によれば、これら第９図ないし第１
１図のいずれの場合にも、こうなった原因は確める必要
はなく、そのままで、いずれの場合にも良好な溶接結果
がえられるという効果がある。

また、上記した、各種の規則は、操作者が任意に設定す
ることができるので、例えば浴接時曲を短くすることが
優先であるような応用の場合、規則２の第２ｍを、「浴
接′直流を上げる」や「トーチをたてる」などといった
規則に変えてやることによって対応できるという効果が
ある。

なお、上記実施例のように、評価結果なロポツ）　１１
１へ出力せずに、記録だけしておくようにしてもよく、
このときには浴接結果の検査工程として、用いることが
可能であるのは盲うまでもない。

次に、本発明をシーリング用の接着剤（シール剤）塗布
作業に適用した一実施例について説明する。

この実施例も、上記した浴接用の実施例と同じくティー
チングプレイバック方式のロボットによりシーリング用
接着剤の塗布を行なうようにしたもので、第１２図に示
すように、シール剤噴出用のノズル７０を用い、これに
よりワークｌＯの所定の部分に、所定の形状のシー２２
０１を塗布、形成してゆくようにしたものであり、この
ため、第１図ないし第１１図で説明した実施例の場合に
おける溶接トーチ４０代りにノズル７０が設けてあり、
この結果、溶接機２やワイヤ供給装置３に代えて、図示
してないが、ノズル７０にシール剤を供給するためのポ
ンプなどの装置が設けられているものであり、その他は
同じである。なお、第１２図においては、ワーク（ワー
ク１０の表面に、ノズル７０から噴出形成されたシール
剤のビード）２０１に発光部５から照射されたレーザ光
によって作り出される線（光−一面像）、を２００ａで
表わしである。

ところで、この実施例におけるシーリング作業（シール
剤塗布作業）では、目的が防水などであることから、加
工処理結果の評価基準のうちで、「ワークが付いていな
い」とか、「ワークの付着量が少ない」などの評価が重
要になる。

一方、シール剤とし【は、かなりの粘性をもったものが
使用され、しかも、この粘性は温度などによって変化し
てしまう。

従って、ノズル７０に対するシール剤の供給を一定の圧
力のもとで行なっても、季節の違いなどによる気温変化
により、ノズル７０からのシール剤の噴出流量に変化を
生じてしまう。

そこで、このような変動に対応し、常に安定して所定形
状のワークの形成が重要になる。

他方、ワーク１０の表面での、シー２２００の形成位置
については、浴接加工の場合に比して、かなり緩やかに
考えてよい。

以上を考えに入れた上で、この第１２図の実施例の動作
について説明する。

まず、ロボットの制御や、画像の処理については、第１
図ないし第１１図の浴接加工の実施例の場合とほとんど
同じであり、異っているのは、第５図の５３００浴接結
果判定処理が、シーリング結果判定処理に変わり、第６
図の処理６３０の評価量の算出で、ｉｔｓされる評価量
の内容が異っているという２点である。またシーリング
加工は一般に浴接よりも高速で行なえる為、全体の処理
速度も、これに合わせて上げるようにくふうしている点
も異っている。

そこで、第６図の処理におい【、処理６２での線画の抽
出を終った後、評価量の算出処理Ｂで次の６輩を算出す
る。

ｌ：　壁面からシーツ端までの距離 す二　シーツの巾 ｙ：　シーツの高さ なお、これらは、第１２図における線２００ａによる光
切断像によって示すと、第１３図のようになる。

なお、ここで、２００ｂが光切断像である。

次に、この実施例におけるシーリング結果の判定処理に
ついて、第１４図によって説明する。

この第１４図の処理は、第６図における処理５３００代
りに実行されるもので、まず、処理１４１で平均シーツ
径ｒを求める。

ｒ＝（ｂ＋ｙ　）／３ 矢に、処理１４２で平均シーツ径ｒを基準シーツ径ｒ６
と比較し、ここでシー２径ｒが基準旭ｒ０から許容誤差
Δｒより大きい場合には、処理１４３でシーリング速度
（ノズル７０の移動速度）をΔＶだけ増加させ、他方、
ｒがｓ　　ｒＯ−Δｒより小さい場合には、処理１４４
でシーリング速度をΔＶだけ減少させる。もしｒ＝００
場合は、シーリング剤がノズル７０から出ていないこと
を意味するので、このときには処理１４８でエラーを表
示し、ついで処理１４９でロボットを停止させる。

従って、ｒがｒｏの許容誤差範囲内に入っていた場合に
は、何も行なわれない。

次に、処理１４５では、シーツ２００の中心位置を求め
る。

次に、処理１４６では、中心位ＥＸの自律位置ｘ０から
の偏差ΔＸ′ｔｆ：Ｎ出し、このΔＸに応じて、処理１
４７では、ノズル７０のねらい位置（径路）をずらして
やる（成る定数を掛けてロボットに出力する）。

次に、第１５図ないし第１８図により、具体的な事例に
ついて説明する。

ます、第１５図はシール剤が塗布されておらず、ロボッ
トはエラーで停止する。

次に、第１６図はシーツの位置がずれており、位−〇修
正が右方向に行われる。

また、第１７図はシーツの半径が大きすきた場合で、シ
ーリング速度を速くしてやる。なお、この場合、これに
代えてノズルに対するシール剤の供給量を戚してやって
も良い。

最後に、第１８図はシーツの半径が小さすぎた場合で、
シーリング速度をおそくしてやる。この場合も、代りに
、シール剤の供給量をふやしてやっても良い。

以上のようにして、この実施例によれば、常に良好なシ
ーリングが行えることになる。

なお、本実施例では、シール剤が塗布゛されていない場
合、エラーで停止させているが、シーリングを行って来
た軌跡を逆にたどって行き、正常なシーツが存在する所
から、シーリングをやりなおすようにすることも、可能
であるのは、いうまでもない。

また、この実施例では、シームの評価に、第１３図にお
けるシーツ幅すとシーラ高さｙを用いているが、これは
処理速度を上げるためであり、従って、処理速度に余裕
がろれば、シーツの断面積Ｓを求め、これを評価量とし
て用いるようにする方が望ましいのは言うまでもない。

ところで、以上の実施例では、いずれの例でもスリット
光を用いて加工処理部分の撮凶を行なつているが、これ
ば画性データの処理を容易にするためである。従って、
画体データの処理に余裕があったり、高速処理が可能な
場合にはスリット光の代りに一般的な照明によってもよ
いことは百うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、浴接やシーリン
グなど、加工処理結果が加工部分の外観から判断可能な
加工処理に適用して、加工処理の結果がリアルタイムで
フィードバックされてゆくため、どのような外乱に対し
ても確実に退従でき、所定の加工処理結果を安定して得
ることができる加工品質管理方法及び装置を容易に提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における加工部近傍の斜視図
、第２図は本発明の一実施例を示す全体栴成図、第３図
はセンサ制御部のブロック図、第４図はロボット制御部
のブロック図、第５図及び第６図は動作説明用のフロー
チャート、ルア図。 第８図、第９図、第１Ｏ図、それに第１１図はそれぞれ
評価用の光切断縁の説明図、第１２図は本発明の他の一
実施Ｖすにおける加工部近傍の斜視図、第１３図は光切
断縁の説明図、第１４図は動作説明用のフローチャート
、第１５図、第１６図、第１７図、それに第１８図はそ
れぞれ光切断はの説明図である。 １・・・・・・ロホット本体、２・・曲浴接俵、３・四
・ワイヤ供給装置、４・・・・・・溶接トーチ、５・・
・・・・光光部。 ６・・・・・・受光部、１０・・・・・・ワーク、ｎ・
曲・レーザ発光器、２３・・・・・・テレビカメラ、５
０・曲・イメージカイト。 ５１・・・・・・ライトガイド、　　１０Ｕａ・・・・
・・光切断縁、　　１（Ｊｌ・・・・・・溶接ビード部
。 第１図 第２図 よりＯＸ 第３図 第４図 第５図 第７図 第８図　　　　　　第９図 第１０図　　　　　　　第１１図 第１２図 第１４図 第１５図　　　　　　第１６図 范１７図　　　　　　第１８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工面に設定した所定の経路に沿って順次、自動
   的に連続して所定の加工処理を施して行く加工方法にお
   いて、上記加工処理に追従して加工部表面の撮像による
   画像信号の取り込みを行ない、この画像信号の解析処理
   結果に基づいて上記加工処理の制御を行なうように構成
   したことを特徴とする加工品質管理方法。 ２、被加工面に設定した所定の経路に沿って順次、工具
   を移動させてゆく操作手段と、該工具の移動に追従して
   加工処理直後の加工部表面を順次、撮像視野として動作
   する撮像手段と、該撮像装置から出力される画像信号に
   基づいて制御信号を発生する信号処理手段と、該制御信
   号により上記工具による加工処理条件を制御する加工処
   理制御手段とで構成したことを特徴とする加工品質管理
   装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、上記工具が溶接ト
   ーチであり、上記操作手段が産業用ロボットのマニプレ
   ータであることを特徴とする加工品質管理装置。 ４、特許請求の範囲第２項において、上記工具が接着剤
   塗布用のノズルであり、上記操作手段が産業用ロボット
   のマニプレータであることを特徴とする加工品質管理装
   置。