WO1998039131A1 - Welding robot system - Google Patents

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WO1998039131A1
WO1998039131A1 PCT/JP1998/000879 JP9800879W WO9839131A1 WO 1998039131 A1 WO1998039131 A1 WO 1998039131A1 JP 9800879 W JP9800879 W JP 9800879W WO 9839131 A1 WO9839131 A1 WO 9839131A1
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PCT/JP1998/000879
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Inventor
Akihiro Terada
Mitsuhiro Okuda
Original Assignee
Fanuc Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127Means for tracking lines during arc welding or cutting
    • B23K9/1272Geometry oriented, e.g. beam optical trading
    • B23K9/1274Using non-contact, optical means, e.g. laser means

Abstract

A laser sensor (2) and a welding torch (3) are mounted to a robot terminal end (1) to perform welding on joints (A, B). The laser sensor (2) scans the surfaces of the joints to periodically perform detection of a weld line position and detection of a gap length. A robot periodically outputs to the sensor (2) current sensor position data with time stamp, and the weld line position is found as robot data. A weaving condition corresponding to a range of the gap length g (x) thus detected is selected, and a torch tip end (4) draws a path WV, in which tracking and weaving are superposed.

Description

明 細 書  Specification
溶接ロボッ トシステム  Welding robot system
技 術 分 野  Technical field
本発明は、 アーク溶接 トーチと レーザセンサを搭載し た溶接ロボッ トシステムに関し、 詳し く は、 溶接継ぎ手 のギャ ップ幅の変動に適応させながらウイ一ビング動作 と リアルタイム トラッキング (溶接線追従) を併行実施 するようにした溶接ロボッ 卜システムに関する。  The present invention relates to a welding robot system equipped with an arc welding torch and a laser sensor. More specifically, the present invention relates to a weaving operation and real-time tracking (welding line following) while adapting to a gap width of a welding joint. It relates to a welding robot system that is to be carried out in parallel.
背 景 技 術  Background technology
アーク溶接 トーチを手先部に取り付けたロボッ ト (溶 接ロボッ ト) にレーザセンサを搭載し、 溶接点よ り も進 行方向前方の溶接線位置をセンシングしながらロボッ 卜 を溶接線に沿って移動させる技術は、 溶接ロボッ トにお ける リアルタイム トラッキングと呼ばれている。 この技 術を適用すれば、 個々の溶接対象継ぎ手の位置決めが正 確になされていない場合であっても口ポッ トを実際の溶 接線に沿って移動させるることが可能となるため、 溶接 品質を高める手段と して広く 利用されている。  Arc welding A laser sensor is mounted on a robot with a torch attached to the hand (welding robot), and the robot is moved along the welding line while sensing the position of the welding line ahead of the welding point in the traveling direction. This technique is called real-time tracking in a welding robot. If this technology is applied, it is possible to move the mouth pot along the actual welding line even if the position of each joint to be welded is not accurate, so that the welding quality can be improved. Widely used as a means to increase
一方、 厚板に対する溶接やギャップの存在が予測され るような継ぎ手に対する溶接を行なう溶接ロボッ トにつ いては、 ウイ一ビング動作を行なわせる必要がある。 ゥ イービング動作は、 ロボッ トの移動経路を基準経路 (ゥ イービング量が " 0 " に対応する経路) から側方に周期 的にずらせる動作である。 したがって、 上記のリアルタ ィム トラッキングを適用 した溶接ロボッ 卜にウイ一ビン グ動作を行なわせる場合には、 レーザセンサによって検 出された溶接線位置を基準 (ウィービング量 " 0 " の位 置) にウィービング量を上乗せした移動経路を実現させ る必要がある。 On the other hand, for a welding robot that performs welding to a thick plate or welding to a joint where the existence of a gap is predicted, weaving operation must be performed.ゥ The eving operation is an operation that periodically shifts the robot's movement path from the reference path (ゥ the path corresponding to an eaves amount of “0”) to the side. Therefore, the welding robot to which the real-time tracking is applied is When performing the weaving operation, it is necessary to realize a movement path in which the weaving amount is added to the position of the welding line detected by the laser sensor (the position of the weaving amount “0”).
また、 溶接経路に沿って継ぎ手のギャップ長に変動が ある場合には、 ウィービング動作の条件 (ウィービング 振幅、 ウィービング周期、 ウィービング形 (サインカー ブ形、 8の字形、 ジグザグ形等) 、 ウィービングの有無 など) を移動途中で切り換えることが望まれる。  If the gap length of the joint fluctuates along the welding path, weaving operation conditions (weaving amplitude, weaving cycle, weaving type (sine curve, figure 8, figure, zigzag, etc.), and the presence or absence of weaving , Etc.) is expected to be changed during the movement.
例えば、 ギャップ長が大きな移動区間では大きなウイ 一ビング振幅でウィービング動作を行ない、 ギャップ長 が小さな移動区間では小さなウィービング振幅でウイ一 ビング動作を行なう (場合によっては、 ウィービング動 作無しとする) ことで、 溶接の品質を向上させることが 出来る。  For example, a weaving operation is performed with a large weaving amplitude in a moving section with a large gap length, and a weaving operation is performed with a small weaving amplitude in a moving section with a small gap length (in some cases, no weaving operation is performed). Thus, the quality of welding can be improved.
このように、 トラッキングとウィービングの併用時に 継ぎ手のギャップ長に応じてウィービング条件を切リ換 えるという考えは、 従来よ り提案されてはいた。 しかし ながら、 現実の溶接ロボッ トにこのような複合的な動作 を行なわせることは容易ではなく、 これを実現するよう な技術はまだ知られていない。  As described above, the idea of switching the weaving conditions according to the gap length of the joint when tracking and weaving are used has been conventionally proposed. However, it is not easy to make a real welding robot perform such a complex operation, and the technology to realize this is not yet known.
実際に正確な トラッキングとウィービングを併用しな がらギャップ長に応じたウィービング条件の切り換えを 行なうためには、 溶接線の位置やギャップ長を定めるた めの基礎データ となる客観的なプロフ ァ イル情報 (ロボ ッ ト座標系上で表現されたプロファイル情報) を精度良 く 得る必要がある。 In order to switch the weaving conditions according to the gap length while actually using both accurate tracking and weaving, objective profile information that serves as basic data for determining the welding line position and gap length (robot It is necessary to obtain the profile information expressed on the dot coordinate system) with high accuracy.
しかし、 レーザセンサの検出出力から得られるのは、 ウィービング動作中のロボッ 卜と一体的に移動するセン サ座標系上での継ぎ手のプロファイル情報を表現するセ ンサデータであり、 それからはロボッ ト座標系上での (または他の客観的な座標系上での) 溶接線の位置ゃギ ヤップを割り出すことは出来ない。 そこで、 レーザセン ザの検出出力とその検出出力に対応するセンシングが行 なわれた時点におけるロポッ 卜位置とを適正に対応付け て客観的なプロファイル情報に基づいて溶接線の位置や ギヤップ長を定める必要がある。  However, what is obtained from the detection output of the laser sensor is sensor data representing the profile information of the joint on the sensor coordinate system that moves integrally with the robot during weaving operation. It is not possible to determine the position of the weld line above (or on another objective coordinate system)-the gap. Therefore, it is necessary to determine the position of the welding line and the gap length based on objective profile information by properly associating the detected output of the laser sensor with the rod position at the time when the sensing corresponding to the detected output is performed. There is.
また、 ギャップ長の変動を検出 してウイ一ビング条件 を切り換える際には、 ウィービング条件切換に伴って口 ボッ 卜の軌道が乱れないように配慮する必要がある。  In addition, when switching the weaving conditions by detecting a change in the gap length, it is necessary to take care that the trajectory of the mouth bottle is not disturbed by the switching of the weaving conditions.
発 明 の 開 示  Disclosure of the invention
本発明の目的は、 溶接線の トラッキングを正確に行い ながらギャップ長に応じたウィービング条件の下でウイ 一ビング動作を併行実施出来るようにした溶接ロボッ 卜 システムを提供するこ と にある。  An object of the present invention is to provide a welding robot system capable of performing a weaving operation in parallel under a weaving condition corresponding to a gap length while accurately tracking a welding line.
また、 本発明は、 ウィービング動作時にも溶接線の位 置やギャップ長を正確に定めるこ とが出来るようにし、 その事を通して、 正確な トラッキングにウィービングを 併用しながらギャップ長に応じたウィービング条件の切 リ換えを行なう ことが出来る溶接ロボッ トシステムを提 供しょう とするものである。 Also, the present invention enables the position and gap length of the welding line to be accurately determined even during the weaving operation, and through that, weaving conditions according to the gap length are used together with weaving for accurate tracking. Welding robot system that can be switched It is to be offered.
更に、 本発明は上記溶接ロボッ トシステムについて、 ウィービング条件の切換に伴う軌道の変更が円滑に行な われるようにすることをも企図 している。 そ して、 本発 明はこれらのことを通して、 ギャップ長が一定でないよ うな継ぎ手に対する溶接の品質を向上させることを目指 している。  Further, the present invention also intends to make it possible to smoothly change the trajectory of the welding robot system in accordance with the switching of the weaving conditions. And, through these, the present invention aims to improve the quality of welding for joints whose gap length is not constant.
本発明は、 溶接 トーチを取り付けたロボッ トと、 溶接 トーチに対してロポッ 卜進行方向の前方領域をセンシン グするように前記ロボッ 卜に本体部を取り付けられたレ 一ザセンサと、 口ポッ トの制御手段とを備えた溶接ロボ ッ トシステムを改良して前記目的を達成するものである c すなわち、 口ポッ トの制御手段はレーザセンサにタイ ムスタ ンプでラベリ ングされたレーザセンサの位置デー タをロポッ トデータで出力する手段を有する。 一方、 レ 一ザセンサは、 かく ラベリ ングされたレーザセンサの位 置データ とセンシング結果とに基づいて、 溶接対象継ぎ 手のプロファイルを検出する手段と、 検出されたプロフ アイルに基づいて溶接線位置とギャップ長を算出して記 憶する手段を有している。 The present invention relates to a robot equipped with a welding torch, a laser sensor having a main body attached to the robot so as to sense a forward region of the robot with respect to the welding torch, and a mouth port. to improve the welding robot system comprising a control unit is intended to achieve the object c that is, the position data of the control means of the mouth pots laser sensors Raberi ring in Thailand Musuta pump laser sensor Means for outputting the data as the lopot data. On the other hand, the laser sensor is a means for detecting the profile of the joint to be welded based on the position data and the sensing result of the laser sensor thus labelled, and the position of the welding line based on the detected profile. There is a means for calculating and storing the gap length.
そ して、 ロボッ トの制御手段は更に、 記憶された溶接 線位置に基づいて溶接線の トラッキングのための補正量 を求める手段と、 記憶されたギャ ップ長に応じて選択さ れたウィービング条件にしたがってウィービング量を求 める手段と、 求められた トラッキングのための補正量と ウィービング量と、 教示経路上の補間位置に基づいて口 ボッ 卜の移動目標位置を求める手段とを備えている。 The robot control means further includes means for determining a correction amount for tracking the welding line based on the stored welding line position, and a weaving selected according to the stored gap length. The means for determining the weaving amount according to the conditions, the calculated correction amount for tracking and There is provided a means for determining a movement target position of the mouth-bottom based on the weaving amount and the interpolation position on the teaching path.
本発明の好ま しい実施形態においては、 口ポッ トの制 御手段は更に、 検出されたギャップ長に応じて選択され たウィービング条件が切り換えられる際に、 ロボッ トの 位置が急変しないようにウィービング量を定める手段を 備えている。  In a preferred embodiment of the present invention, the control means of the mouth pot further includes a weaving amount such that the position of the robot does not suddenly change when the selected weaving condition is switched according to the detected gap length. It has a means to determine
本発明の溶接ロボッ トシステムによれば、 ギャップ長 の変動が予測される溶接継ぎ手について、 溶接線に沿つ た正確なリアルタイム トラッキングと、 ギャップ長の変 化に応じて制御されたウィービング条件の下でのウイ一 ビングを併行的に実施することが出来る。 また、 ウイ一 ビング条件の切換に際しては、 溶接点の滑らかな移動を 保証すること も出来る。  ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the welding robot system of this invention, about the welding joint which a gap length variation is predicted, accurate real-time tracking along a welding line, and the weaving conditions controlled according to the gap length variation. Weaving can be performed in parallel. In addition, when the weaving conditions are switched, a smooth movement of the welding point can be guaranteed.
図 面 の 簡 単 な 説 明  Brief explanation of drawings
図 1 は、 本発明による溶接ロボッ トシステムを用いて 溶接を実行するときの態様について説明する図である。  FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment when welding is performed using the welding robot system according to the present invention.
図 2 は、 図 1 に示した溶接ロボッ トシステムの大要を 示すブロ ック図である。  FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the welding robot system shown in FIG.
図 3は、 図 1 の溶接ロボッ トシステムに用いられてい る レーザセンサの計測原理を説明する図である。  FIG. 3 is a diagram illustrating the measurement principle of the laser sensor used in the welding robot system of FIG.
図 4は、 図 1 の溶接ロボッ トシステムに用いられてい る レーザセンサの構成を示す図である。  FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a laser sensor used in the welding robot system of FIG.
図 5は、 図 2のロボッ ト制御ボー ドの構成を示すプロ ック図である。 図 6は、 ウィービング条件の設定を行なう画面を例示 したものである。 FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the robot control board shown in FIG. FIG. 6 shows an example of a screen for setting the weaving conditions.
図 7は、 ギャップ長レンジに関連したウィービング条 件の選択基準の設定を行なう画面を例示したものである。  FIG. 7 shows an example of a screen for setting the selection criteria for the weaving condition related to the gap length range.
図 8 A , 8 B , 8 Cは、 ウィービングパターンを例示 した図である。  8A, 8B, and 8C are diagrams illustrating weaving patterns.
図 9は、 図 2のセンサ制御ボー ド内で行なわれる処理 1 の内容を示すフローチヤ一トである。  FIG. 9 is a flowchart showing the content of processing 1 performed in the sensor control board of FIG.
図 1 0は、 図 2のセンサ制御ボー ド内で行なわれる処 理 2の内容を示すフ ローチヤ一卜である。  FIG. 10 is a flowchart showing the content of the process 2 performed in the sensor control board of FIG.
図 1 1 は、 図 2の口ポッ ト制御ボー ド内で行なわれる 処理 3の内容を示すフローチヤ一トである。  FIG. 11 is a flowchart showing the content of the process 3 performed in the mouth port control board of FIG.
図 1 2は、 図 2のロボッ ト制御ボー ド内で行なわれる 処理 4の内容を示すフ ローチヤ一卜である。  FIG. 12 is a flowchart showing the contents of a process 4 performed in the robot control board of FIG.
発明 を実施す る た め の最良の 形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
本発明による溶接ロボッ トシステムを用いて溶接を実 行し、 同時にギャップ長を検出する態様について、 図 1 を参照して説明する。  An embodiment in which welding is performed using the welding robot system according to the present invention and a gap length is detected at the same time will be described with reference to FIG.
図 1 において、 継ぎ手を構成するワーク A, Bは、 ヮ ークテーブル W T上に治具 (図示省略) を用いて位置決 めされている。 この継ぎ手は、 ロボッ トに設定済みのヮ ーク座標系の X軸方向にほぼ沿って延びるギャ ップ Gを 有している。 ギャップ Gの幅は X軸方向と直交する Y軸 方向における距離である。 ギャップ Gの幅は一定ではな く、 X軸座標値 X に応じて変化する。 すなわち、 ある位 置 x でのギャップの幅を g ( X ) で表わすこ とができる c g ( X ) = 0 とはギャップが無い状態を表す。 In Fig. 1, the workpieces A and B that make up the joint are positioned on the work table WT using a jig (not shown). This joint has a gap G extending substantially along the X-axis direction of a peak coordinate system set on the robot. The width of the gap G is the distance in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction. The width of the gap G is not constant, but changes according to the X-axis coordinate value X. That is, some The width of the gap at the position x can be represented by g (X). C g (X) = 0 indicates that there is no gap.
図 1 ではロポッ 卜の本体部の大半が省略され、 ただ、 口ポッ ト手先部 1 だけが示されている。 ロボッ ト手先部 1 には、 適当な装着機構 (図示せず) を介してレーザセ ンサ 2及び溶接 トーチ 3が取り付けられている。 溶接 ト ーチ 3の先端には、 溶接点である、 ロボッ トのツール先 端点 ( T C P ) 4が設定されている。 T C P 4は、 ウイ 一ビングと トラッキングとを重ね合わせた図 1 のような 軌跡 W Vを描く。  In Fig. 1, most of the body of the lopot is omitted, and only the tip 1 of the mouth pot is shown. A laser sensor 2 and a welding torch 3 are mounted on the robot hand 1 via an appropriate mounting mechanism (not shown). At the tip of the welding torch 3, a tool tip point (TCP) 4 of the robot, which is a welding point, is set. The TCP 4 draws a locus W V as shown in FIG. 1 in which weaving and tracking are superimposed.
レーザセンサ 2からの走査ビーム 5は、 ロボッ ト進行 方向に関して溶接点 4よ り も先行した領域を走査する。 走査ビーム 5によってワーク A, Bやワークテーブル W Tの表面上に形成される輝点の軌跡 6 A, 6 Bは、 レー ザセンサ 3の光検出部で検出され、 それに基づいて溶接 線の位置とギャップ幅 g ( X ) が得られる。  The scanning beam 5 from the laser sensor 2 scans an area that precedes the welding point 4 in the robot traveling direction. The trajectories 6 A and 6 B of the bright spots formed on the surfaces of the workpieces A and B and the work table WT by the scanning beam 5 are detected by the light detecting section of the laser sensor 3, and based on the detected positions, the positions of the welding lines and the gaps are determined. The width g (X) is obtained.
次に、 図 1 に示した溶接ロボッ トシステムの大要を、 図 2のブロ ック図を用いて説明する。  Next, the outline of the welding robot system shown in FIG. 1 will be described with reference to the block diagram of FIG.
図 2 に示すよ うに、 溶接ロボッ トシステムは、 センサ 本体部 1 0、 センサ制御ボー ド 2 0、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0、 ロボッ ト本体 4 0及び溶接部 (電源装置) 5 0 から構成される。 センサ本体部 1 0及びセンサ制御ポー ド 2 0は、 図 1 のレーザセンサ 2 を構成する。 ロボッ ト 制御ボー ド 3 0はシステム全体の制御部を行う。 センサ 制御ボー ド 2 0 と ロボッ 卜制御ボ一 ド 3 0はバス 2 9を 介して接続されている。 As shown in Fig. 2, the welding robot system consists of a sensor body 10, a sensor control board 20, a robot control board 30, a robot body 40, and a welding part (power supply unit) 50. Is done. The sensor body 10 and the sensor control port 20 constitute the laser sensor 2 shown in FIG. The robot control board 30 controls the entire system. Sensor control board 20 and robot control board 30 connect bus 29 Connected through.
センサ本体部 1 0及びセンサ制御ボー ド 2 0から構成 される レーザセンサ 2の構成について、 図 4 を参照して 説明する。  The configuration of the laser sensor 2 composed of the sensor body 10 and the sensor control board 20 will be described with reference to FIG.
センサ本体部 1 0はレーザ発振器 1 1 と ビーム走査用 の揺動ミラー (ガルバノ メータ) 1 2 を備えている。 さ らに、 結像用の光学系 1 3 と受光素子 1 4 とから構成さ れる光検出部を備えている。  The sensor main body 10 includes a laser oscillator 11 and an oscillating mirror (galvanometer) 12 for beam scanning. Further, a light detection unit including an optical system 13 for imaging and a light receiving element 14 is provided.
一方、 センサ制御ボー ド 2 0はマイク ロプロセッサか らなる C P U 2 1 を備え、 その C P U 2 1 には、 バス 2 9を介して入出力装置 2 8及び R O M、 R A M等からな るメ モ リ 2 5が接続されている。  On the other hand, the sensor control board 20 includes a CPU 21 composed of a microprocessor, and the CPU 21 has a memory composed of an input / output device 28, a ROM, a RAM, and the like via a bus 29. 2 5 are connected.
入出力装置 2 8 には、 レーザ発振器 1 1 を駆動してレ 一ザビームを発生させる レーザ駆動部 2 2、 揺動ミラー 1 2 を揺動させる ミラー走査部 2 3、 受光素子 1 4で受 光した位置から、 走査ビームの反射点 Sの位置を検出す る信号検出部 2 4が接続されている。  The input / output device 28 has a laser driver 22 for driving a laser oscillator 11 to generate a laser beam, a mirror scanner 23 for oscillating a oscillating mirror 12, and a light receiving element 14 for receiving light. A signal detection section 24 for detecting the position of the reflection point S of the scanning beam from the detected position is connected.
センサ制御ボー ド 2 0はバス 2 9 を介してロボッ ト制 御ボー ド 3 0 と結合されている。 センサ制御ポー ド 2 0 は、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0からノくス 2 9 を介してレー ザセンサ起動指令を受けると、 その C P U 2 1 はメモリ 2 5 に格納されたレーザセンサ駆動プログラムを起動し、 レーザ駆動部 2 2 にレーザ駆動指令を送ると ともにミラ 一走査部 2 3にミラー走査指令を送る。 これによ り、 レ 一ザビーム 5で被検対象物が走査される。 対象物面上の反射点 Sで拡散反射したレーザビームは 光学系 1 3によ り、 反射位置 Sに応じて、 受光素子 1 4 上に像を作る。 この受光素子には、 分割型素子の C C D ( Charge Coupled Device) 、 非分割型 - 積分型素子の P S D (Position Sensitive Detector) などが使用さ れる。 ここでは、 受光素子 1 4 と して、 レーザセンサの 1 次元 C C Dアレイが使用されている (ただし、 2次元 ア レイを用いることも出来る) 。 The sensor control board 20 is connected to the robot control board 30 via a bus 29. When the sensor control port 20 receives a laser sensor start command from the robot control board 30 via the nozzle 29, the CPU 21 starts the laser sensor drive program stored in the memory 25. Then, a laser drive command is sent to the laser drive unit 22 and a mirror scan command is sent to the mirror scanning unit 23. Thus, the object to be inspected is scanned with the laser beam 5. The laser beam diffusely reflected at the reflection point S on the object surface forms an image on the light receiving element 14 by the optical system 13 according to the reflection position S. As the light receiving element, a CCD (Charge Coupled Device) as a split type element, a PSD (Position Sensitive Detector) as a non-split type and integrating type element, and the like are used. Here, a one-dimensional CCD array of a laser sensor is used as the light receiving element 14 (however, a two-dimensional array can also be used).
受光素子 1 4の受光面に入射した光 (反射光の像) は 光電子に変換され、 そのセルに蓄えられる。 セルに蓄積 された電荷は、 信号検出部 2 4からの C C D走査信号に したがって所定周期毎 1 番端から順に出力され、 信号検 出部 2 4、 入出力装置 2 8 を介し、 A D変換等の処理 を受けて最新のデータがメ モ リ 2 5 に順次蓄積される。  The light (image of the reflected light) incident on the light receiving surface of the light receiving element 14 is converted into photoelectrons and stored in the cell. The electric charge accumulated in the cell is output in order from the first end at predetermined intervals in accordance with the CCD scanning signal from the signal detection unit 24, and is transmitted through the signal detection unit 24 and the input / output device 28, such as for AD conversion. After being processed, the latest data is sequentially stored in memory 25.
C C Dの走査周期は、 搖動ミラー 1 2 の走査周期よ り も十分短く 設定 (例えば、 数 1 0 0分の 1 ) されており, 搖動ミ ラー 1 2の搖動角度の推移と C C D素子出力状態 の推移は、 随時把握可能となっている。 C C D素子の出 力状態は出力最大のセル位置 (セル番号) で把握され、 反射点 Sからの反射光が当たったセル位置が検出される < このセル位置から反射点 Sの位置が算出される。  The scanning cycle of the CCD is set to be sufficiently shorter than the scanning cycle of the oscillating mirror 12 (for example, 1/100), and the transition of the oscillating angle of the oscillating mirror 12 and the output state of the CCD element are changed. Changes can be monitored at any time. The output state of the CCD element is grasped by the cell position (cell number) with the maximum output, and the cell position where the light reflected from the reflection point S is detected is detected. <The position of the reflection point S is calculated from this cell position. .
図 3は、 レーザセンサの受光素子 1 4が反射点 Sを位 置 X a に検出すると、 この位置 X aの値から、 反射点 S の座標位置 ( X s , Y s ) を求めることができることを 説明している。 センサ原点 O s ( 0, 0 ) を光学系の中 心と受光素子 1 4の中央点とを結ぶ線上に設定する。 そ して、 この線を Y s 軸と し、 原点 O s から Y s 軸に直交 する方向に延びる線を X s 軸とする。 Fig. 3 shows that when the light receiving element 14 of the laser sensor detects the reflection point S at the position Xa, the coordinate position (Xs, Ys) of the reflection point S can be obtained from the value of the position Xa. Is explained. Set the sensor origin O s (0, 0) in the optical system. Set on the line connecting the center and the center point of the light receiving element 14. This line is defined as the Y s axis, and a line extending from the origin O s in a direction orthogonal to the Y s axis is defined as the X s axis.
また、 センサ原点 O s から光学系 1 3の中心までの距 離を L 1 、 光学系 1 3の中心から受光素子 1 4の中央点 までの距離を L 2 、 センサ原点 O s から X s 軸方向への 揺動ミラー 1 2の揺動中心までの距離を D、 センサ原点 から揺動ミラーの揺動中心までの Y s 軸距離を L 0 、 揺 動ミラー "! 2による レーザビームの反射光の Y s 軸方向 に対する角度を 0 とする。  Also, the distance from the sensor origin O s to the center of the optical system 13 is L 1, the distance from the center of the optical system 13 to the center point of the light receiving element 14 is L 2, and the sensor origin O s to the X s axis D is the distance from the oscillating mirror 1 to the oscillating center of the direction 2 and L 0 is the Y s-axis distance from the sensor origin to the oscillating mirror's oscillating center. Is 0 with respect to the Y s axis direction.
すると、 レーザビーム 5の反射点 Sのセンサ座標系上 の座標位置 ( x s , y s ) は、 以下の連立方程式 ( 1 ) , ( 2 ) を解く ことによって求めることが出来る。  Then, the coordinate position (xs, ys) of the reflection point S of the laser beam 5 on the sensor coordinate system can be obtained by solving the following simultaneous equations (1) and (2).
x a Z L 2 = x s Z ( L 1 — y s) ■ ■ ■ ( 1 ) x a Z L 2 = x s Z (L 1 — y s) ■ ■ ■ (1)
( L 0 - y s) tan Θ = D - x s ■ ■ · ( 2 ) センサ制御ボー ド 2 0の C P U 2 1 は、 ロボッ 卜制御 ボー ド 3 0からの指令に したがって、 メ モ リ 2 5に格納 された位置計算プログラムを起動し、 所定周期で上記 ( 1 ) , ( 2 ) 式から、 反射点 Sの位置を表すセンサデ ータ x s , y s を求める処理を実行する。 求めたセンサ データ x s , y s は、 タイムスタ ンプが付されてメ モ リ 2 5に一旦蓄積される。 一方、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0 からはタイムスタ ンプ付のセンサ位置データがバス 2 9 を介して所定周期で送られてく る。 そこで、 タイムスタ ンプが付された反射点 Sの位置を表わすセンサデータ x s , y s とタイムスタ ンプが付されたセンサ位置デー タ とは、 それぞれのタイムスタ ンプが照合されることに よ り、 対応付けられて、 反射点 Sの口ポッ ト座標系上の 位置が計算される。 求められた結果は、 メ モ リ 2 5に逐 次蓄積される。 (L 0-ys) tan Θ = D-xs ■ (2) CPU 21 of sensor control board 20 stores in memory 25 according to the command from robot control board 30 The calculated position calculation program is started, and a process of obtaining sensor data xs, ys representing the position of the reflection point S from the above equations (1) and (2) is executed at a predetermined cycle. The obtained sensor data xs and ys are temporarily stored in the memory 25 with a time stamp. On the other hand, sensor position data with a time stamp is sent from the robot control board 30 via the bus 29 at a predetermined cycle. Therefore, the sensor data indicating the position of the reflection point S with the time stamp is The position of the reflection point S on the mouth-pot coordinate system is calculated by comparing the time stamps with xs, ys and the sensor position data with the time stamp. You. The obtained results are sequentially stored in memory 25.
次に、 ロポッ ト制御ボー ド 3 0の構成について図 5の ブロ ック図を用いて説明する。  Next, the configuration of the lopot control board 30 will be described with reference to the block diagram of FIG.
ロボッ 卜制御ボー ド 3 0は、 マイク ロプロセッサから なる C P U 3 1 を有し、 C P U 3 1 は前述したセンサ制 御ボー ド 2 0の C P U 2 1 とバス 2 9を介して接続され ている。 さ らに、 C P U 3 1 には、 ノくス 2 9を介して、 R O Mからなるメ モ リ 3 2、 R A Mからなるメ モ リ 3 3、 不揮発性メ モ リ 3 4、 教示操作盤 3 8、 軸制御部 3 5、 及び汎用イ ンタ フェース 3 9が接続されている。 なお、 教示操作盤 3 8は液晶表示部 3 7 を備え、 軸制御部 3 5 はサーポ回路 3 6 を経て溶接ロボッ ト (本体機構部) 4 0に接続され、 汎用イ ンタフェース 3 9には溶接用の電 源装置 5 0に接続されている。  The robot control board 30 has a CPU 31 composed of a microprocessor, and the CPU 31 is connected to the CPU 21 of the sensor control board 20 via the bus 29. In addition, the CPU 31 is provided with a memory 32 consisting of ROM, a memory 33 consisting of RAM, a nonvolatile memory 34, a non-volatile memory 34, and a teaching operation panel 38 via a node 29. The axis control unit 35 and the general-purpose interface 39 are connected. The teaching operation panel 38 is equipped with a liquid crystal display section 37, the axis control section 35 is connected to a welding robot (body mechanism section) 40 via a servo circuit 36, and is welded to a general-purpose interface 39. Is connected to the power supply device 50.
R O M 3 2には、 センサ制御ボー ド 2 0、 口ポッ ト制 御ボー ド 3 0の各部、 ロボッ ト本体 4 0及び電源装置 5 0 を含むシステム全体を制御するためのシステムプログ ラムが格納されている。 R A M 3 3はデータの一時記憶 や演算のために利用されるメ モ リ である。 不揮発性メ モ リ 3 4には、 各種パラメータ設定値やロボッ ト本体 4 0 を含むシステムの動作を命令するプログラムが格納され る。 The ROM 32 stores a system program for controlling the entire system including the sensor control board 20, the mouth port control board 30, the robot body 40, and the power supply 50. ing. The RAM 33 is a memory used for temporary storage of data and calculation. The non-volatile memory 34 stores programs for instructing the operation of the system including various parameter setting values and the robot body 40. You.
パラメータ設定値には、 複数のウィービング条件を記 述するパラメータ、 ギャップ長レンジと選択されるべき ウィービング条件の関係 (ウィービング条件選択基準) を規定するテーブル等が含まれる。 これらはロボッ ト制 御ボー ド 3 0の教示操作盤 3 8 に付設された液晶ディス プレイ 3 7上で画面設定される。 この画面設定された例 を図 6及び図 7 に示す。  The parameter setting values include a parameter that describes a plurality of weaving conditions, a table that defines the relationship between the gap length range and the weaving conditions to be selected (weaving condition selection criteria), and the like. These are set on the LCD display 37 attached to the teaching operation panel 38 of the robot control board 30. Figures 6 and 7 show examples of this screen setting.
図 6の画面において、 最も左の行における番号 1 〜 1 1 及び 9 9は設定条件の番号を表わしており、 各番号の 条件内容はオペレータによって入力される。 ただし、 条 件番号 9 9はギャップが許容値を越えている場合に備え るもので、 アラーム信号の出力と緊急停止を伴うもので ある。 In the screen shown in FIG. 6, the numbers 1 to 11 and 99 in the leftmost row represent setting condition numbers, and the condition contents of each number are input by the operator. However, conditions No. 9 9 a shall in case the gap exceeds the allowable value, is accompanied by output and emergency stop of the alarm signal.
図 6の条件 1 から条件 1 1 までの設定内容には、 ウイ 一ビングのパターン、 ウィービング周波数 f (周期 T w の逆数、 1 Z T W ) 、 ウィービングの振幅 aが含まれる。 また、 ウィービング軌跡の左端と右端における停止時間 を指定出来るよ うになつている。  The settings from condition 1 to condition 11 in FIG. 6 include the weaving pattern, the weaving frequency f (the reciprocal of the period Tw, 1ZTW), and the weaving amplitude a. Also, the stop time at the left end and the right end of the weaving locus can be specified.
ウィービングのパターンには種々のものが用いられて いるが、 こ こでは図 8 Aに示すウィービングパターン 1 、 図 8 Bに示すウィービングパターン 2、 及び図 8 Cに示 すウィービングパターン 3の、 3つのパターンが与えら れる。 図 8 A— 8 Cには、 いずれも、 ウイ一ビングに直 線移動を重畳した形のウィービングパターンが描示され ている。 これらパターンにおいて、 記号 λは一周期 T w 当 りのロポッ 卜移動量を表わしている。 Various weaving patterns are used.Here, weaving pattern 1 shown in Fig. 8A, weaving pattern 2 shown in Fig. 8B, and weaving pattern 3 shown in Fig. 8C are used. A pattern is given. Figures 8A-8C show weaving patterns with linear movement superimposed on weaving. ing. In these patterns, the symbol λ represents the amount of movement of the rod per period Tw.
図 8 Aに示すウイ一ビングパターン 1 は以下の通りで ある。 すなわち、 ロボッ 卜にプログラム教示されている 進行方向に垂直な方向に、 振幅 a、 周波数 f ( = 1 / T w ) の正弦波形の変位 (ウイ一ビング量) が与えられ る。 ただし、 ウイ一ビング軌跡の右端と左端では停止時 間 T s r , T s iの間だけ、 ウィービング量は一定値 ( ± a ) に保持される。  The weaving pattern 1 shown in FIG. 8A is as follows. That is, a displacement (weaving amount) of a sinusoidal waveform having an amplitude a and a frequency f (= 1 / Tw) is given in a direction perpendicular to the traveling direction programmed in the robot. However, at the right and left ends of the weaving locus, the weaving amount is maintained at a constant value (± a) only during the stop times Tsr and Tsi.
時間 t = 0で、 ウイ一ビング量 w ( 0 ) = 0の条件で 考えると、 例えばウイ一ビングパターン 1 の一周期内の 時間 t におけるウイ一ビング量 w ( t ) は、 次のように なる。 なお、 後述するよ うに、 ウイ一ビング量を計算す るための時間 t は、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0内に設定さ れたウイ一ビングタイマから定められる。 ウィービング タイマは、 ウィービング動作開始時及び切換時にスター 卜乃至リセッ 卜される。  Considering the condition of time t = 0 and weaving amount w (0) = 0, for example, the weaving amount w (t) at time t in one cycle of weaving pattern 1 is as follows. Become. As described later, the time t for calculating the weaving amount is determined by a weaving timer set in the robot control board 30. The weaving timer is started or reset at the start of the weaving operation and at the time of switching.
I : 時間 t が、 0≤ t ≤ T w Z 4のと き、  I: When time t is 0≤t≤TwZ4,
w ( t ) = a s i n ( 2 π t ノ T w )  w (t) = a s i n (2 π t no T w)
- - - ( 1 ) ---(1)
: 時間 t が、 T w ' 4 < t ≤ ( T w / 4 ) + T s rの とき、 : When the time t is T w '4 <t ≤ (T w / 4) + T s r,
w ( t ) = a ( 2 ) w (t) = a (2)
III : 時間 t が、 ( T w / 4 ) + T s r < t III: Time t is (T w / 4) + T s r <t
≤ ( 3 Τ w / 4 ) + T s rのとき、 w ( t ) = a s i n ( 2 π [ t - T sr] / Τ w ) ■ ■ ( 3 )≤ (3 Τ w / 4) + T sr, w (t) = asin (2π [t-T sr] / Τ w) ■ ■ (3)
IV : 時間 t が、 ( 3 T w Z 4 ) + Τ sr < t IV: Time t is (3TwZ4) + Τsr <t
≤ ( 3 T w / A ) + T sr + T s Iのと き、  ≤ (3 Tw / A) + Tsr + TsI,
w ( t ) = — a ■ ■ ■ ( 4 ) w (t) = — a ■ ■ ■ (4)
V : 時間 t が、 ( 3 T w 4 ) + T sr + T s l < tV: Time t is (3Tw4) + Tsr + Tsl <t
< T w + T sr+ T s lのと き <T w + T sr + T s l
w ( t ) = a s i n ( 2 π [ t 一 T sr—  w (t) = a s inn (2π [t-one T sr—
T s i ] Z T w )  T s i] Z T w)
■ ■ ■ ( 5 ) また、 正弦関数 (図 8 A ) 以外の周期関数 u ( t ) で 表されるよ う なウィービングバターン 2 (円弧) 及びゥ イービングパターン 3 (折れ線) では、 一周期内の時間 t におけるウイ一ビング量 w ( t ) は、 一般に以下の通 リ となる。 なお、 周期関数 u ( t ) の振幅を a と し、 周 期を T w とする。  ■ ■ ■ (5) Also, in weaving pattern 2 (arc) and ゥ eving pattern 3 (polyline), which are represented by periodic functions u (t) other than the sine function (Fig. 8A), within one cycle In general, the weaving amount w (t) at time t is as follows. Note that the amplitude of the periodic function u (t) is a, and the period is Tw.
I : 時間 t が、 0 ≤ t ≤ T w 4のと き、  I: When time t is 0 ≤ t ≤ T w 4,
w ( t ) = u ( t ) • ■ · ( 6 ) w (t) = u (t) • ■ · (6)
II : 時間 t が、 T w ノ 4 < t ≤ ( T w 4 ) + T srの と き、 II: When time t is T w no 4 <t ≤ (T w 4) + T sr,
w ( t ) = a ( 7 ) w (t) = a (7)
III : 時間 t が、 ( T w ノ 4 ) + T sr < III: Time t is (T w no 4) + T sr <
≤ ( 3 T w / 4 ) + T srのと き、  When ≤ (3Tw / 4) + Tsr,
w t ) = u ( t — T sr) ( 8 ) w t) = u (t — T sr) (8)
IV : 時間 t が、 ( 3 T w Z 4 ) + T sr < ≤ ( 3 T w/ 4 ) + Τ sr + Τ s I のとき、 IV: The time t is (3TwZ4) + Tsr < ≤ (3 T w / 4) + Τ sr + Τ s I,
w ( t ) = - a - - - ( 9 ) w (t) =-a---(9)
V : 時間 t が、 ( 3 T w / 4 ) + T sr+ T sl < t V: The time t is (3Tw / 4) + Tsr + Tsl <t
< T w + T sr+ T slのとき、  <T w + T sr + T sl,
w ( t ) = u ( t 一 T sr— T sl)  w (t) = u (t-one T sr— T sl)
■ ■ ■ d o ) 以上の事項を前提に、 ロボッ トにウイ一ビング動作を 伴う トラッキングを実行させるための処理 (処理 1 乃至 処理 4 ) について、 図 9〜図 1 2のフローチャー トを参 照してそれぞれ説明する。 処理 1 (図 9 ) 並びに処理 2 ■ ■ ■ do) Based on the above, refer to the flowcharts in Fig. 9 to Fig. 12 for the processing (Process 1 to Process 4) for making the robot execute tracking with weaving operation. And each will be described. Process 1 (Figure 9) and Process 2
(図 1 0 ) は、 センサ制御ボー ド 2 0 (図 2、 図 4参照) 内で、 所定周期のタスクで繰り返し実行される。 一方、 処理 3 (図 1 1 ) 及び処理 4 (図 1 2 ) は、 ロボッ ト制 御ボー ド 3 0 (図 2、 図 5参照) 内で、 同 じ所定周期の タスクで繰り返し実行される。 (Fig. 10) is repeatedly executed in the sensor control board 20 (see Figs. 2 and 4) with a task of a predetermined cycle. On the other hand, the processing 3 (FIG. 11) and the processing 4 (FIG. 12) are repeatedly executed in the robot control board 30 (see FIGS. 2 and 5) by the task having the same predetermined cycle.
以下各処理について説明する。 なお、 以下でいう Γセ ンサ現在位置データ」 とは、 ある時点におけるロボッ ト の現在位置データから計算されるセンサ座標系の位置 Hereinafter, each process will be described. The “sensor current position data” referred to below is the position in the sensor coordinate system calculated from the robot's current position data at a certain point in time.
(姿勢を含む) を表わすデータのことである。 (Including posture).
[処理 1 ]  [Process 1]
センサ制御ボー ド 2 0は、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0か ら、 タイムスタ ンプ付のセンサ現在位置データが送られ てく るのを待つ (ステップ S 1 0 1 ) 。 タイムスタ ンプ 付のセンサ現在位置データは、 後述するように、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0内で周期的に計算される。 ロポッ ト制 御ボー ド 3 0からタイムスタ ンプ付のセンサ現在位置デ ータ を受け取ると、 それをメ モ リ 2 5 (図 4参照) 内に 設定したバッファ 1 に書き込む (ステップ S 1 0 2 ) 。 The sensor control board 20 waits for the time stamped sensor current position data to be sent from the robot control board 30 (step S101). The sensor current position data with the time stamp is calculated periodically in the robot control board 30 as described later. Lopot system When the sensor current position data with a time stamp is received from the control board 30, it is written to the buffer 1 set in the memory 25 (see FIG. 4) (step S102).
その後、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0からシステムの処理 終了指令が送られてきたかどうかを判断し (ステップ S 1 0 3 ) 、 まだ終了指令が送られてこない間はステップ S 1 0 1 に戻り、 次のタイムスタ ンプ付のセンサ現在位 置データの出力に備える。 一方、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0からシステムの処理終了指令が送られて く れば、 この 処理 (処理 1 ) を終了する。  Thereafter, it is determined whether or not a system processing end command has been sent from the robot control board 30 (step S103), and if no end command has been sent yet, the process returns to step S101. Prepare for the output of the current sensor position data with the next time stamp. On the other hand, if a system processing end command is sent from the robot control board 30, this processing (processing 1) is ended.
ステ ッ プ S 1 0 3 (判断 : N ) からステッ プ S 1 0 1 に戻って、 処理を繰り返すごとに、 バッファ 1 にはタイ ムスタ ンプ付のセンサ現在位置データが蓄積される。 な お、 バッファ 1 は、 リ ングメ モ リ形式でデータ を記憶す るもので、 容量の制限内でよ り新しいデータ を優先的に 記憶される。  Returning from step S103 (judgment: N) to step S101, the buffer 1 stores sensor current position data with a time stamp each time the processing is repeated. The buffer 1 stores data in a ring memory format, and newer data is preferentially stored within the capacity limit.
[処理 2 ]  [Process 2]
センサ制御ボー ド 2 0は、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0か ら、 センシング開始指令が送られて く るのを待つ (ステ ップ S 2 0 1 ) 。 ロボッ 卜制御ボー ド 3 0からセンシン グ開始指令を受け取ると、 レーザセンサ 2 にレーザビー 厶のスキャンを行なわせ、 スキャンによ り検出 したデー タ をメ モ リ 2 5内に蓄積する (ステップ S 2 0 2 ) 。  The sensor control board 20 waits for a sensing start command to be sent from the robot control board 30 (step S201). When a sensing start command is received from the robot control board 30, the laser sensor 2 scans the laser beam and the data detected by the scan is stored in the memory 25 (step S2). 0 2).
それから、 バッファ 1 から、 最新のタイムスタ ンプが 付されたセンサ現在位置データ を読み出 し、 メ モ リ 2 5 内に設定したバッファ 2に転記する (ステップ S 2 0 3 ) 。 次に、 ステッ プ S 2 0 2 でメ モ リ 2 5 内に蓄積したデー タ に基づいて継ぎ手のプロ ファイルデータ (センサデー タ) を求める (ステッ プ S 2 0 4 ) 。 Then, the sensor current position data with the latest time stamp is read from buffer 1 and stored in memory 2 5 Is transferred to the buffer 2 set in (step S203). Next, the profile data (sensor data) of the joint is obtained based on the data accumulated in the memory 25 in step S202 (step S204).
その求めた、 継ぎ手のプロ ファイルデータ (センサデ ータ) を、 ステップ S 2 0 3 でバッ ファ 2 に転記したデ ータ を用いて、 ロボッ ト座標系上 (すなわち、 客観的な 空間座標系上) でのプロ ファイルデータ (ロボッ トデー タ ) に変換する (ステッ プ S 2 0 5 ) 。 次に、 その変換 された、 継ぎ手のプロ フ ァ イ ルデータ (口ポッ トデータ) に基づいて、 溶接線の位置 Q ( X q , y q , z q ) とギ ヤ ッ プ長 g ( X ) を求める (ステッ プ S 2 0 6 ) 。 図 4 に示 した例では、 溶接線の位置 Qは例えば継ぎ手 A, B のエッ ジ E A , E B の中点と して計算される。 また、 ギ ヤ ッ プ長 g ( X ) はエッ ジ E A , E B 間の距離と して計 算される。  The obtained profile data (sensor data) of the joint is transferred to the buffer 2 in step S203 using the data transferred to the buffer 2 on the robot coordinate system (that is, on the objective spatial coordinate system). ) To the profile data (robot data) (step S205). Next, the position Q (Xq, yq, zq) of the welding line and the gap length g (X) are obtained based on the converted profile data (mouth data) of the joint ( Step S206). In the example shown in Fig. 4, the position Q of the weld line is calculated, for example, as the midpoint between the edges EA and EB of the joints A and B. The gap length g (X) is calculated as the distance between the edges EA and EB.
ステッ プ S 2 0 6 で求めた溶接線の位置 Q ( X q , y q , z q ) とギャ ッ プ長 g ( x ) をタ イムスタ ンプ (ステッ プ S 2 0 3 で読みだ したものと 同 じもの) と対 応付けて (ラベ リ ングして) ノくッ フ ァ 3 に格納する (ス テツ プ S 2 0 7 ) 。  The position Q (Xq, yq, zq) of the welding line and the gap length g (x) determined in step S206 are time stamped (the same as that read in step S203). (Step S207) in association with the object (labeling) and in the buffer 3 (Step S207).
次に、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0 からシステムの処理終 了指令が送られてきたかどうかを判断し (ステップ S 2 0 8 ) 、 まだ終了指令が送られて来なければ、 ステッ プ S 2 0 2へ戻り、 再度ステッ プ S 2 0 2 以下の処理を実 行する。 一方、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0からシステムの 処理終了指令が送られて来れば、 この処理 (処理 2 ) を 終了する。 Next, it is determined whether or not a system processing end command has been sent from the robot control board 30 (step S208). If the end command has not been sent yet, step S200 is executed. Return to step 2 and execute the processing following step S202 again. Run. On the other hand, if a system processing end command is sent from the robot control board 30, this processing (processing 2) is ended.
ステップ S 2 0 8 (判断 : N ) からステップ S 2 0 2 に戻って、 処理を繰り返すごとに、 バッファ 3 には、 タ ィ厶スタ ンプでラベリ ングされた溶接線の位置 Qのデー タ とギャップ長 g ( X ) が蓄積される。 なお、 バッファ 3 も、 リ ングメモ リ形式でデータ を記憶するもので、 容 量の制限内でよ り新しいデータ を優先的に記憶される。  Returning to step S202 from step S208 (judgment: N), each time the processing is repeated, the buffer 3 stores the data of the position Q of the welding line labeled by the time stamp in the buffer 3. The gap length g (X) is accumulated. The buffer 3 also stores data in a ring memory format, and stores newer data preferentially within the capacity limit.
[処理 3 ]  [Process 3]
この処理は、 口ポッ ト制御ボー ド 3 0が、 センシング 開始指令をセンサ制御ボー ド 2 0へ出力する (ステップ S 3 0 1 ) ことによ り開始される。  This process is started by the mouth pot control board 30 outputting a sensing start command to the sensor control board 20 (step S301).
それから、 ロボッ トの現在位置データ をセンサ現在位 置データに変換する (ステップ S 3 0 2 ) 。 周知の通り、 この変換はセンサ座標系と ロボッ ト座標系の相対的な位 置 · 姿勢関係を表わす同次変換行列データ を用いて行な う ことが出来る。 このよ うな同次変換行列データは、 セ ンサのキャ リ ブレーショ ンによって取得され、 ロボッ ト 制御ボー ド 3 0の不揮発性メ モ リ 3 4に記憶されている。  Then, the current position data of the robot is converted into the current position data of the sensor (step S302). As is well known, this transformation can be performed using homogeneous transformation matrix data representing the relative position / posture relationship between the sensor coordinate system and the robot coordinate system. Such homogeneous transformation matrix data is acquired by sensor calibration and stored in the non-volatile memory 34 of the robot control board 30.
変換されたセンサ現在位置データは、 タイムスタ ンプ を付して、 センサ制御ボー ド 2 0に転送する (ステップ S 3 0 3 ) 。  The converted sensor current position data is appended to the time stamp and transferred to the sensor control board 20 (step S303).
それから、 システム終了指令が出力されているかどう かを判断し、 出力されていなければ、 ステップ S 3 0 2 へ戻って、 次の周期の処理を実行する。 一方、 システム 終了指令が出力されれば、 この処理 (処理 3 ) を終了す る。 Then, it is determined whether or not a system end command has been output. If not, step S302 is executed. Return to and execute the process in the next cycle. On the other hand, if the system end command is output, this process (process 3) is ended.
ステップ S 3 0 4 (判断 : N ) からステップ S 3 0 2 に戻って処理を繰り返すごとに、 タイムスタ ンプでラベ リ ングされたセンサ現在位置データが、 センサ制御ポー ド 2 0へ次々と、 出力される。  Every time the process returns from step S304 (judgment: N) to step S302, and is repeated, the sensor current position data labeled by the time stamp is output to the sensor control port 20 one after another. Is done.
[処理 4 ]  [Process 4]
この処理は、 ロボッ ト制御ボー ド 3 0の C P U 3 1 が 不揮発性メ モ リ 3 4から動作プログラムの最初の 1 プロ ックを読み込む (ステップ S 4 0 1 ) ことから開始され る。 そして、 ウイ一ビング動作の位相を制御するための タイマ (ウィービングタイマ) をオンする (ステップ S 4 0 2 ) 。 なお、 ウィービングタイマの初期値はゼロ ( t = 0 ) である。  This processing is started when the CPU 31 of the robot control board 30 reads the first one block of the operation program from the non-volatile memory 34 (step S401). Then, a timer (weaving timer) for controlling the phase of the weaving operation is turned on (step S402). The initial value of the weaving timer is zero (t = 0).
それから、 周知の処理にしたがって立てられた軌道計 画に基づいて、 教示経路上の次の補間点位置 r を算出す る (ステップ S 4 0 3 ) 。 補間点位置 r とは、 も し トラ ッキングのための補正とウィービング量がともに 0であ れば、 ロボッ トの移動目標位置となる点である。  Then, the next interpolation point position r on the teaching path is calculated based on the trajectory plan established according to the known processing (step S403). The interpolation point position r is a point that becomes the robot's movement target position if both the correction for tracking and the weaving amount are 0.
次に、 バッファ 3から溶接線の位置 Qとギャップ長 g ( X ) のデータ を読み出す (ステップ S 4 0 4 ) 。 た だし、 読み出されるのは、 一般には最新のデータではな く、 レーザセンサのスキャニング位置とツール先端点 4 (図 1 参照) の距離に対応する時間だけ遡った時刻に最 も近いタイムスタ ンプでラベリ ングされたデータである。 レーザセンサのスキャニング位置とツール先端点 4 (図Next, data of the position Q of the welding line and the gap length g (X) are read from the buffer 3 (step S404). However, it is not the latest data that is generally read out, but rather at the time that goes back by the time corresponding to the distance between the scanning position of the laser sensor and the tool tip 4 (see Fig. 1). Is the data labeled with a close time stamp. Scanning position of laser sensor and tool tip 4 (Figure
1 参照) との距離を d (—定値) と し、 指令速度 (プロ グラムで指定) を V とすれば、 遡ぼるべき時間は、 t v = d Z v となる。 したがって、 ステップ S 4 0 4でノく ッ ファ 3から溶接線の位置 Qとギャップ長 g ( X ) のデー タ を読み出すときの時刻から、 時間 t V ( = dノ V ) だ け遡った時刻に最も近いタイムスタ ンプでラベリ ングさ れた位置 Q及びギャップ長 g ( X ) のデータが選ばれる。 Assuming that the distance to d) is constant (fixed value) and the command speed (specified in the program) is V, the time to go back is t v = d Z v. Therefore, in step S404, the time t V (= d no V) is traced back from the time when the data of the position Q of the welding line and the data of the gap length g (X) are read from the buffer 3 in the step S404. The data of the position Q and the gap length g (X) labeled with the timestamp closest to are selected.
それから、 溶接線の位置 Qと補間点位置 r を比較し、 トラッキングのための補正量 A trを計算する (ステップ S 4 0 5 ) 。 さ らに、 ステップ S 4 0 4でバッファ 3か ら読み出 したギャップ長 g ( X ) に適合したウイ一ビン グ条件をウィービング条件選択基準の設定データ (図 7 参照) に基づいて定める (ステップ 4 0 6 ) 。  Then, the position Q of the welding line and the position r of the interpolation point are compared, and a correction amount Atr for tracking is calculated (step S405). Further, a weaving condition suitable for the gap length g (X) read from the buffer 3 in step S404 is determined based on the setting data (see Fig. 7) of the weaving condition selection criterion (see FIG. 7). 4 6).
そ して、 その定められたウィービング条件は、 現在の ウィービング条件を変更すべきものであるかどうかを判 断する (ステップ S 4 0 7 ) 。 なお、 初期設定されるゥ ィ一ビング条件は条件 1 (ウィービングなし) とする。 そこで、 現在のウィービング条件を変更する必要はない と判断すると (ステップ S 4 0 7、 判断 N ) 、 現在のゥ イービング条件を変更せずに、 トラッキングのための補 正 A trとウィービング量 w ( t ) を合算したシフ トを教 示経路上の補正位置 r に施した位置 ( r + Atr+ w ( t ) ) を計算する。 ウィービング量 w ( t ) の計算は、 ウイ一 ビング条件番号に対応する設定データ (図 6参照) とゥ イービングタ イマの現在値 t から算出される。 Then, it is determined whether or not the determined weaving conditions are to change the current weaving conditions (step S407). Note that the initially set driving condition is condition 1 (no weaving). Therefore, if it is determined that the current weaving conditions do not need to be changed (step S407, determination N), the correction A tr for tracking and the weaving amount w (without changing the current ゥ weaving conditions) The position (r + Atr + w (t)) is calculated by applying the shift obtained by adding t) to the corrected position r on the teaching route. The weaving amount w (t) is calculated as It is calculated from the setting data (see Fig. 6) corresponding to the bing condition number and the current value t of the ゥ eving timer.
一方、 現在のウィービング条件を変更すべきであると 判断すると (ステッ プ S 4 0 7、 判断 Y ) 、 前回の計算 処理周期で計算されたウィービング量が基準値 ε ょ リ小 さいか否かを判断する (ステッ プ S 4 0 9 ) 。 基準値 ε はロボッ ト軌道 ( したがって トーチ先端の軌道) がウイ 一ビング条件の切換によって急変する (不連続に飛ぶこ と) を防止するためのパラメ ータ で、 適当な小値 (例え ば 1 . O m m ) に設定される。  On the other hand, if it is determined that the current weaving conditions should be changed (step S407, determination Y), it is determined whether the weaving amount calculated in the previous calculation processing cycle is smaller than the reference value ε. (Step S409). The reference value ε is a parameter to prevent the robot trajectory (the trajectory at the tip of the torch) from suddenly changing (flighting discontinuously) due to the switching of weaving conditions. O mm).
ステッ プ S 4 0 9の判断の結果、 前回のウ ィービング 量が基準値 ε 以上であれば、 ウィ ービング条件の切換に よ ってロボッ ト軌道 ( トーチ先端の軌道) が急変する虞 がある と して、 ウィービング条件を変更 しない (ステツ プ S 4 0 8 ) 。  As a result of the determination in step S409, if the previous weaving amount is equal to or larger than the reference value ε, there is a possibility that the robot trajectory (trajectory at the tip of the torch) may be suddenly changed by switching the weaving conditions. And the weaving conditions are not changed (step S408).
一方、 ウィービング量が小さな ( ε 以下の) 状態が到 来 していると、 ウィービング条件の変更を許し (ステツ プ S 4 0 8、 判断 Υ ) 、 ウィービング条件の切換に応じ てウイ一ビングの位相を調整するために、 ウ イ 一ビング タ イマを リ セッ トする、 すなわち、 t = 0 にする (ステ ッ プ S 4 1 0 ) 。 それから、 トラ ッキングのための補正 量厶 trとウィービング量 w ( t ) と を合算したシフ トを 教示経路上の補正位置 r に施した位置 (すなわち、 r + △ tr+ w ( t ) ) を計算する (ステッ プ S 4 1 1 ) 。 な おこのウィービング量 w ( t ) の計算は、 ステップ S 4 0 6 で定められたウィービング条件番号に対応する設定 データ (図 6参照) とウィービングタイマの現在値 (ス テツプ S 4 1 0でリセッ ト) とから算出される。 On the other hand, if the state where the weaving amount is small (below ε) has arrived, the weaving condition can be changed (step S408, judgment Υ), and the weaving phase is changed according to the switching of the weaving condition. In order to adjust the time, reset the weaving timer, that is, set t = 0 (step S410). Then, the shift (the sum of the correction amount tr for tracking and the weaving amount w (t)) applied to the correction position r on the teaching path is calculated (that is, r + △ tr + w (t)). (Step S411). The weaving amount w (t) is calculated in step S4. It is calculated from the setting data (see Fig. 6) corresponding to the weaving condition number determined in 06 and the current value of the weaving timer (reset in step S410).
ステップ S 4 0 8またはステップ S 4 1 1 で位置 r + A tr+ w ( t ) を求めると、 その位置を移動目標点と し て、 周知の演算によ リ ロボッ ト各軸のための移動指令を 作成し、 各軸のサーボに渡す (ステップ S 4 1 2 ) 。  When the position r + Atr + w (t) is obtained in step S408 or step S411, the position is set as the movement target point, and the movement command for each axis of the robot is obtained by a well-known calculation. Is created and passed to the servo of each axis (step S4 12).
そ して、 ステップ S 4 0 1 で読み出 した 1 ブロ ック分 の移動処理が完了 したかどうかを判断し、 まだ完了 して なければ、 ステップ S 4 0 3以下の処理を再度実行する。 —方、 1 ブロ ック分の移動処理完了 したら、 さ らに、 全 ブロ ック分の移動処理が完了 したかどうかを判断する (ステップ S 4 1 4 ) 。 完了 したならば、 この処理を終 了する。 一方、 まだ、 全ブロ ック分の移動処理が完了 し てなければ、 ステップ 4 0 1 に戻って、 動作プログラム の次の 1 ブロ ックを読み込み、 以下同様の処理を実行す る。  Then, it is determined whether or not the movement processing for one block read in step S401 has been completed, and if not completed, the processing in step S403 and the subsequent steps is performed again. On the other hand, when the movement processing for one block is completed, it is further determined whether the movement processing for all blocks has been completed (step S414). When completed, end this process. On the other hand, if the movement processing for all the blocks has not been completed yet, the flow returns to step 401 to read the next one block of the operation program, and thereafter executes the same processing.
以上の説明した処理 1 〜処理 4によ り、 溶接線に沿つ たリアルタイム トラッキングとウィービングとが併行的 に実施される。 そして、 ウィービング条件がギヤプ長の 変化に自動的に適応されていく。 また、 ウィービング条 件の切換に際しては、 溶接点の滑らかな移動を保証する ことが出来る。  By the above-described processes 1 to 4, real-time tracking along the welding line and weaving are performed in parallel. Then, the weaving conditions are automatically adapted to changes in the gap length. In addition, when the weaving conditions are switched, a smooth movement of the welding point can be guaranteed.
なお、 本実施形態では突合せ継ぎ手の溶接を例にとつ たが、 本発明はギャッ ツプ長に変動が予測される他の形 態の継ぎ手 (例えば、 ギャッ ツプが存在する隅部溶接継 ぎ手) の溶接を行なう溶接ロボッ トシステム一般に適用 出来ることは明らかである。 In this embodiment, welding of a butt joint is taken as an example. However, the present invention is not limited to the case where the gap length is expected to vary. It is clear that the present invention can be generally applied to a welding robot system for welding a joint in a normal state (for example, a corner welding joint having a gap).
本発明によれば、 ウィービング動作時にも溶接線の位 置やギャップ長を正確に定めることが出来るので、 正確 な トラッキングにウィービングを併用 しながらギャップ 長に応じたウィービング条件の切り換えを行なう ことが 出来る。 また、 ウィービング条件の切換に伴う軌道の急 変 (飛び乃至乱れ) を防止すること も可能になる。 した がって、 本発明の溶接ロボッ トシゥ亍厶を用いて、 ギヤ ップ長が一定でないような継ぎ手に対する溶接の品質室 を向上させることが出来る。  According to the present invention, the position of the welding line and the gap length can be accurately determined even during the weaving operation, so that the weaving conditions can be switched in accordance with the gap length while using the weaving for accurate tracking. . Also, it is possible to prevent a sudden change in the trajectory (jump or disturbance) due to the switching of the weaving conditions. Therefore, by using the welding robot shim of the present invention, it is possible to improve the quality room for welding a joint having a variable gap length.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
溶接 トーチを取り付けたロボッ トと、 前記溶接 トー チに対してロボッ ト進行方向前方の領域をセンシング するように前記ロボッ 卜に本体部を取り付けられたレ —ザセンサと、 前記ロボッ トの制御手段とを備えた溶 接ロボッ 卜システムであって、  A robot to which a welding torch is attached, a laser sensor having a main body attached to the robot so as to sense a region in front of the welding torch in a direction in which the robot travels, and a control means for the robot. Welding robot system with
前記ロボッ トの制御手段は、 前記レーザセンサにタ ィムスタ ンプでラベリ ングされた前記レーザセンサの 位置データ をロボッ 卜データで出力する手段を有し、 前記レーザセンサは、 前記ラベリ ングされた前記レ 一ザセンサの位置データ と前記センシング結果とに基 づいて、 溶接対象継ぎ手のプロフ ァ イ ルを検出する手 段と、 前記検出されたプロファイルに基づいて溶接線 位置とギャップ長を算出 して記憶する手段を有し、 前記ロボッ トの制御手段は更に、 前記記憶された溶 接線位置に基づいて溶接線の トラッキングのための補 正量を求める手段と、 前記記憶されたギャ ップ長に応 じて選択されたウィービング条件にしたがってウイ一 ビング量を求める手段と、 さ らに、 前記求められた 卜 ラッキングのための補正量と前記求められたゥイービ ング量と教示経路上の補間位置とに基づいて前記ロボ ッ 卜の移動目標位置を求める手段と を備えている、 前記溶接ロボッ トシステム。  The robot control means includes means for outputting, as robot data, position data of the laser sensor labeled with a time stamp to the laser sensor, and the laser sensor includes: A means for detecting a profile of the joint to be welded based on the position data of the first sensor and the sensing result, and calculating and storing a welding line position and a gap length based on the detected profile. Means for obtaining a correction amount for tracking a welding line based on the stored welding line position, and a control means for controlling the robot in accordance with the stored gap length. Means for determining the weaving amount in accordance with the weaving condition selected by the user, and the correction amount for tracking determined as described above. Means for determining a movement target position of the robot based on the determined amount of e-iving and the interpolation position on the teaching path, the welding robot system.
. 前記口ポッ トの制御手段は更に、 前記検出されたギ ヤップ長に応じて選択されたウィービング条件が切リ 換えられる際に、 前記ロボッ トの位置が急変しないよ うにウイ一ビング量を定める手段を備えている、 請求 の範囲第 1 項に記載された溶接ロポッ トシステム。 The control means for the mouth pot further includes a weaving condition selected according to the detected gap length. The welding robot system according to claim 1, further comprising: means for determining a weaving amount so that the position of the robot does not suddenly change when the robot is replaced.
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