JP3944419B2

JP3944419B2 - Method for controlling welding robot apparatus

Info

Publication number: JP3944419B2
Application number: JP2002170360A
Authority: JP
Inventors: 透高浜; 明彦浅井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-06-11
Also published as: JP2004009278A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ティーチングプレイバック式の溶接ロボットによりポジショナに保持されているワークをアーク溶接する溶接ロボット装置の制御方法に関し、教示時のワークに対する再生時におけるワークの回転ずれを検出し、検出したワーク回転ずれをポジショナの回転軸に反映させて解消するようにした、溶接ロボット装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アーク溶接を行うティーチングプレイバック方式の溶接ロボットでは、回転軸を有するポジショナのワーク取付け定盤上に取り付けられている基準となるワークについて、オペレータによる教示作業により、所定数の教示位置と、各教示位置や教示位置間における所定の動作命令とを入力して教示データ（教示プログラム）を作成する。そして、溶接ロボットは、再生時において、教示データに従って同一の動作を繰り返すことによって、供給される各ワークに対して自動溶接作業を行うようになっている。ところが、再生時において実際にアーク溶接するワークには、これをポジショナのワーク取付け定盤に取り付ける際に教示時のワークに対して取付け誤差であるワークの回転ずれが発生する。ワークの回転ずれは、ポジショナの回転軸周りに生じるワーク位置ずれである。ワークの回転ずれが生じると、溶接ロボットが教示データを正確に再生して動作しても、ワークの溶接線に対する溶接トーチの位置ずれが発生して正確な溶接を行うことができないことになる。
【０００３】
そこで、溶接に際しワークの回転ずれを解消するための従来技術として、特公昭５４−２４７０８号公報、特公平３−１８９８９号公報及び特開平７−２４１６７６号公報に開示されたものが挙げられる。
【０００４】
前記特公昭５４−２４７０８号公報には、ロボット自身がワークの位置姿勢を検知し、ポジショナの回転軸を回転駆動してワークを所望の姿勢に修正するようにした自動溶接装置が示されている（第１の従来技術）。すなわち、２つの回転軸ＰＴＷ，ＰＢＤを有するポジショナのワーク取付け定盤上に載置されたワークのベース鋼板Ａの姿勢を検知し、ベース鋼板Ａをロボットの直角座標系のＸ−Ｙ平面に平行となるようにするために、まず、ベース鋼板ＡにおけるロボットＸ軸に平行な2点の座標を測定し、ベース鋼板ＡをロボットＸ軸に平行にするために必要なポジショナ回転軸ＰＴＷの回転角度θｐを計算し、その角度θｐにて該回転軸ＰＴＷを回転駆動する。しかる後、ベース鋼板ＡにおけるロボットＹ軸に平行な2点の座標を測定し、ベース鋼板ＡをロボットＹ軸に平行にするために必要なポジショナ回転軸ＰＢＤの回転角度ωｐを計算し、その角度ωｐにて該回転軸ＰＢＤを回転駆動する。このようにして、溶接に先立ち、ポジショナの回転軸を回転駆動してワークを所望の姿勢に修正するようにしている。
【０００５】
また、前記特公平３−１８９８９号公報には、ワークを搭載したポジショナ（回転体）を回転駆動させることによりロボットに搭載したセンサによってワークを検知し、検知した位置にて前記ポジショナを停止し、そのポジショナの位置を基準にして、予め教示したプログラムを実施するようにした自動溶接方法が示されている（第２の従来技術）。
【０００６】
また、前記特開平７−２４１６７６号公報には、オペレータによるポジショナへのワークの取り付け体位に拘らず、教示の際のワーク体位に修正してから、溶接を行うようにした自動溶接装置が示されている（第３の従来技術）。すなわち、ポジショナ（保持手段）に保持されているワークの体位（ワークの位置姿勢）を体位検出手段によって検出し、この検出したワーク体位と予め設定されているワーク体位と比較し、前記予め設定されているワーク体位になるように前記ポジショナを駆動制御して前記ワークの位置姿勢を修正するようにした自動溶接装置が示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した第１の従来技術では、ロボットとポジショナとの位置関係が、ロボットの３軸直角座標系を構成するＸ軸とポジショナの回転軸ＰＢＤとが平行をなし、ロボットのＺ軸とポジショナの回転軸ＰＴＷとが平行をなすように、ロボットとポジショナとの位置関係が設定されていることが必要である。また、自動溶接を行うときはポジショナのワーク取付け定盤が必ずロボットのＸ−Ｙ平面に平行になる必要がある。このように、ロボットとポジショナとの位置関係、及び自動溶接を行うときのポジショナのワーク取付け定盤の姿勢に制約があった。
【０００８】
また、前述した第２の従来技術は、ポジショナ（回転体）を回転駆動させることによりセンサによってワークを検知し、検知した位置にて前記ポジショナを停止し、そのポジショナの停止位置にて予め教示したプログラムを実施するようにしたものである。このため、第２の従来技術では、対象ワークが大形の場合、ワーク重量が大きいことからワーク検知時のポジショナ（回転体）の停止精度が悪く、結果としてワークの検出精度が低下し、ワークの溶接線に対する溶接トーチの位置ずれが発生することになる。
【０００９】
また、前述した第３の従来技術は、ポジショナ（保持手段）に保持されているワークの体位を光センサ（体位検出手段）によって検出し、光センサからの検出データに基づいて解析処理を行って検出したワーク体位と教示時のワーク体位との差異を認識するようにしたものである。このため、第３の従来技術では、検出したワーク体位と教示時のワーク体位とのずれの求め方が画像認識などによる複雑なものとなっていた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、１軸以上の回転軸を有し、ワークを保持するポジショナと、前記ワークのアーク溶接を行うティーチングプレイバック式の溶接ロボットとを備えた溶接ロボット装置において、教示時のワークに対する再生時におけるワークの回転ずれを、容易、かつ検出精度良く求めて解消することができ、また、溶接ロボットとポジショナとの相対的な位置関係や、ポジショナのワーク取付け定盤の姿勢に制約されることなくワークの回転ずれを求めることができる溶接ロボット装置の制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本願発明は次のような構成としている。請求項１の発明は、１軸以上の回転軸を有し、ワークを位置決め保持するポジショナと、前記ワークの位置検出を行うセンサを搭載し、前記ワークのアーク溶接を行うティーチングプレイバック式の溶接ロボットと、予め前記溶接ロボットと前記ポジショナの相対的な位置・姿勢関係が入力され、前記溶接ロボット及び前記ポジショナの動作を制御する制御装置とを備えた溶接ロボット装置において、教示時のワークに対する再生時におけるワークの回転ずれを求めて解消するための制御方法であって、教示時におけるワークについて教示された２点以上の教示時ワーク代表位置と、再生時におけるワークについて、前記各教示時ワーク代表位置に対してそれぞれ予め設定されたセンシング開始位置から前記センサを当該教示時ワーク代表位置へ向けて移動させることによって検出した該２点以上のワーク代表位置とを、前記ポジショナにおけるワーク回転ずれを反映する回転軸の軸心線に垂直に交わる平面に投影し、前記教示時ワーク代表位置の前記平面への投影点によるベクトルと、前記ワーク代表位置の前記平面への投影点によるベクトルとのなす角度を求め、この求めた該ワーク回転ずれ角度を前記ポジショナの前記ワーク回転ずれ反映回転軸に反映させて、ワークの回転ずれを解消することを特徴とする溶接ロボット装置の制御方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、前記請求項１記載の溶接ロボット装置の制御方法において、前記センサがワイヤアース法によるセンシングを行う溶接トーチ自体であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明による溶接ロボット装置の制御方法においては、教示時のワーク（教示作業による教示データ作成時のワーク）Ｗに対する再生時におけるワークＷ’の回転ずれを求めて解消するに際し、教示時におけるワークＷについて教示された２点以上の教示時ワーク代表位置Ｐ３，Ｐ６と、再生時におけるワークＷ’について、前記各教示時ワーク代表位置Ｐ３，Ｐ６に対してそれぞれ予め設定されたセンシング開始位置Ｐ２，Ｐ５から溶接ロボットに搭載されたセンサを当該教示時ワーク代表位置Ｐ３，Ｐ６へ向けて移動させることによって検出した該２点以上のワーク代表位置Ｐ３’，Ｐ６’とを、ポジショナにおけるワーク回転ずれを反映する回転軸の軸心線に垂直に交わる平面Ｘｐ−Ｙｐに投影する。この平面Ｘｐ−Ｙｐはポジショナ座標系Σｐにおける平面である。しかる後、前記教示時ワーク代表位置Ｐ３，Ｐ６の前記平面Ｘｐ−Ｙｐへの投影点Ｐ３_XY，Ｐ６_XYによるベクトルＰ３_XYＰ６_XYと、前記ワーク代表位置Ｐ３’，Ｐ６’の前記平面Ｘｐ−Ｙｐへの投影点Ｐ３’_XY，Ｐ６’_XYによるベクトルＰ３’_XYＰ６’_XYとのなす角度Δθを求めることにより、教示時のワークＷに対する再生時におけるワークＷ’の回転ずれを検出することができる。よって、この求めたワーク回転ずれ角度Δθをポジショナの前記ワーク回転ずれ反映回転軸に反映させることにより、例えば、求めたワーク回転ずれ角度Δθの分だけポジショナの前記ワーク回転ずれ反映回転軸を駆動することにより、ワークの回転ずれΔθを解消することができる。このようにして、教示時のワークＷに対する再生時におけるワークＷ’の回転ずれΔθを求めて解消することにより、先の教示作業によって得られた教示データを補正することなくそのまま用いて再生時におけるワークを位置ずれなく正確に溶接することができる。
【００１４】
このように、本発明による溶接ロボット装置の制御方法によれば、前記第３の従来技術とは違って、前記２つのベクトルＰ３_XYＰ６_XY，Ｐ３’_XYＰ６’_XYの計算を行うだけで、教示時のワークＷに対する再生時におけるワークＷ’の回転ずれΔθを容易に求めることができる。また、前記第２の従来技術とは違って、ポジショナを回転駆動するのではなく溶接ロボットを移動動作させて、該溶接ロボットに搭載されたセンサによるセンシングによってワークＷの位置Ｐ３’，Ｐ６’を検出するようにしたので、その結果、ワークＷ’の回転ずれΔθを精度良く求めることができる。また、前記第１の従来技術とは違って、予め溶接ロボットとポジショナの相対的な位置・姿勢関係が制御装置に入力されているので、溶接ロボットとポジショナとの相対的な位置関係や、ポジショナのワーク取付け定盤の姿勢に制約されることなく、ワークＷの回転ずれΔθを求めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の制御方法を採用した溶接ロボット装置の全体構成を示す図である。
【００１６】
この溶接ロボット装置は、図１に示すように、回転２自由度を有し、ワークＷ’を位置決め保持するポジショナ２０と、６自由度を有し、ワークＷ’のアーク溶接を行うティーチングプレイバック式の溶接ロボット１０と、溶接ロボット１０及びポジショナ２０の動作を制御する制御装置３０と、教示作業に用いられる教示ペンダント（教示装置）４０と、溶接電源５０とにより構成されている。溶接ロボット１０、ポジショナ２０、教示ペンダント４０及び溶接電源５０は、制御装置３０に接続されている。ワークＷ’は、この実施形態では、水平すみ肉溶接用Ｔ継手をなすものである。
【００１７】
溶接ロボット１０の手首部には溶接ワイヤ１２を支持する溶接トーチ１１が取り付けられている。溶接ワイヤ１２は図示しないワイヤ送給装置により溶接トーチ１１に送給されるようになっている。溶接電源５０は、前記ワイヤ送給装置を介して溶接ワイヤ１２とワークＷ’との間に電圧を印加してアークを発生させるようになっている。溶接ロボット１０に搭載された溶接トーチ１１は、ポジショナ２０に保持されているワークＷ’の位置検出を行うセンサとしての機能をも有している。そのため、溶接電源５０は、溶接トーチ１１によるセンシングを行うために溶接トーチ１１に印加するセンシング用電源を内蔵している。
【００１８】
前記ポジショナ２０は、この実施形態では２軸傾動型ポジショナである。このポジショナ２０は、Ｌ字型アーム２２上に回転自在に取り付けられ、ワークＷ’が取り付けられるワーク取付け定盤２１と、Ｌ字型アーム２２に回転自在に取り付けられ、ワーク取付け定盤２１を図示しないモータにより回転駆動するための回転軸２３と、Ｌ字型支持架台２５に回転自在に取り付けられ、Ｌ字型アーム２２と一体にワーク取付け定盤２１を水平姿勢（水平位置）から垂直姿勢（垂直位置）まで傾動可能（図２参照）に図示しないモータにより駆動するための傾動用回転軸２４とにより構成されている。回転軸２３と傾動用回転軸２４とは垂直をなしている。
【００１９】
この実施形態では、図１に示すように、ワークＷ’は水平姿勢をなす状態のワーク取付け定盤２１上に取り付けられている。なお、ワークＷ’は、その回転中心が回転ずれを反映した軸２３の軸心線上に位置するように取り付けられている。また、この実施形態では、ポジショナ２０の座標系Σｐは、Ｘｐ軸，Ｙｐ軸，Ｚｐ軸よりなる直角座標系をなしており、ポジショナ座標系ΣｐのＺｐ軸をワーク取付け定盤２１を回転させる回転軸２３と平行をなすように定義し、ワーク取付け定盤２１面はポジショナ座標系Σｐの平面Ｘｐ−Ｙｐと平行になっている。なお、溶接ロボット１０の座標系Σｒは、Ｘｒ軸，Ｙｒ軸，Ｚｒ軸よりなる直角座標系をなしている。
【００２０】
前記制御装置３０は、Ｉ／Ｏインターフェース３１、ＣＰＵ３２、メモリ３３及び図示しない溶接ロボット１０用のサーボ制御器を有しており、溶接ロボット１０及びポジショナ２０の動作を制御する装置である。
【００２１】
前記制御装置３０のメモリ３３は、プログラム記憶部３３ａと、溶接ロボットとポジショナの相対的な位置・姿勢関係記憶部３３ｂとを有している。プログラム記憶部３３ａには、教示ペンダント４０を用いての教示作業により作成される教示プログラムや、ワークＷ’の回転ずれを検出し解消するためのプログラムなどが格納される。教示プログラムには、所定数の教示位置と、各教示位置や教示位置間における所定の動作命令とが、溶接ロボット１０とポジショナ２０の位置・姿勢を対応させた状態で入力(記憶)されている。教示位置としては、例えば、センシング開始位置Ｐ２，Ｐ５、教示時ワーク代表位置Ｐ３，Ｐ６、溶接開始位置及び溶接終了位置などである。また、前記の所定の動作命令としては、移動命令、ワークのセンシング命令、ワーク回転ずれ計算命令、アークオン命令及びアークオフ命令などがある。前記相対的な位置・姿勢関係記憶部３３ｂには、溶接ロボット１０とポジショナ２０との同期・協調動作が可能なように、溶接ロボット１０の座標系Σｒとポジショナ２０の座標系Σｐの相対的な位置・姿勢関係が予め作成されて記憶されている。
【００２２】
図３は教示プログラムに入力されているワークセンシング動作の説明図である。図３において、Ｗは教示作業に供されるワークで、図示省略しているが、ポジショナ２０のワーク取付け定盤２１上に取り付けられている。Ｐ１〜Ｐ７は、溶接ロボット１０を動作させながら行う教示作業により作成された教示プログラムの教示位置である。各々について説明すると、Ｐ１：出発位置、Ｐ２：溶接開始位置側でのセンシング開始位置、Ｐ３：溶接開始位置側での教示時ワーク代表位置、Ｐ４：退避位置、Ｐ５：溶接終了位置側でのセンシング開始位置、Ｐ６：溶接終了位置側での教示時ワーク代表位置、Ｐ７：退避位置、である。なお、位置Ｐ３下方のコーナー部に教示される溶接開始位置と、位置Ｐ６下方のコーナー部に教示される溶接終了位置については図示省略している。
【００２３】
前記の各教示位置Ｐ１〜Ｐ７は、オペレータが教示ペンダント４０に入力する移動命令により教示されるようになっている。また、センシング開始位置Ｐ２が教示されるとともに、この位置Ｐ２から教示時ワーク代表位置Ｐ３の方向に向かってセンシング動作を再生時に行うためのセンシング命令が入力される。同様に、センシング開始位置Ｐ５が教示されるとともに、この位置Ｐ５から教示時ワーク代表位置Ｐ６の方向に向かってセンシング動作を再生時に行うためのセンシング命令とが入力されるようになっている。また、退避位置Ｐ７が教示されるとともに、退避位置Ｐ７到達後に再生時のワークＷ’の回転ずれを求める回転ずれ命令が入力されるようになっている。この回転ずれ命令を入力するとき、オペレータにより、ワーク回転ずれ反映回転軸２３の軸心線に垂直に交わる平面（平面Ｘｐ−Ｙｐ）が指定されて入力される（教示される）ようになされている。
【００２４】
次に、このように構成される溶接ロボット装置において、教示時のワークＷに対する再生時におけるワークＷ’の回転ずれを求め、この回転ずれを解消する制御について、前記図１と前記図３、及び図４〜図６を参照して説明する。図４はワイヤアース法によるワークの位置検出の説明図、図５は本発明の制御方法を説明するための図、図６は図５における各位置の座標値を示す図である。
【００２５】
再生時において、まず、ポジショナ２０のワーク取付け定盤２１上に取り付けられているワークＷ’について、溶接トーチ１１をセンサとするワイヤアース法によるセンシングを行って、ワーク代表位置Ｐ３’，Ｐ６’を検出する。溶接トーチ１１自体をセンサとするワイヤアース法（ワイヤタッチセンシング法）は、公知技術であり、溶接トーチ１１のチップ先端から溶接ワイヤ１２を所定長さ突き出させ、該溶接ワイヤ１２とワークＷ’との間にセンシング電圧を印加し、所定位置から溶接トーチ１１をワークＷ’に向けて移動させる。そして、溶接ワイヤ１２とワークＷ’との接触による電圧低下に基づく溶接ワイヤ１２のワークＷ’への接触を検出する動作を所定順序で行うことにより、ワーク位置を検出するようにしたものである。
【００２６】
すなわち、まず、溶接ロボット１０の溶接トーチ１１先端（溶接ワイヤ１２先端）が予め教示されている溶接開始位置側でのセンシング開始位置Ｐ２に到達すると、溶接電源５０に内蔵されているセンシング用電源からの電圧が溶接トーチ１１とワークＷ’間に印加される。次いで、予め教示されているセンシング開始位置Ｐ２及び教示時ワーク代表位置Ｐ３からワーク検出方向１０１が計算により求められて、溶接トーチ１１がセンシング開始位置Ｐ２からワーク検出方向１０１へ前進移動される。そして、図４に示すように、教示時のワークＷに対して再生時のワークＷ’に回転ずれが生じていると、溶接トーチ１１の溶接ワイヤ１２とワークＷ’との接触によって電圧が低下することにより、ワークＷ’のワーク代表位置Ｐ３’を検出することができる。同様にして、溶接トーチ１１がセンシング開始位置Ｐ５からワーク検出方向１０２へ前進移動されることで、ワークＷ’のワーク代表位置Ｐ６’を検出することができる。
【００２７】
次に、前記位置Ｐ３，Ｐ３’，Ｐ６，Ｐ６’について、溶接ロボット座標系Σｒからみたポジショナ座標系Σｐでの位置をそれぞれ求める。これは、予め作成されている溶接ロボット１０の座標系Σｒとポジショナ２０の座標系Σｐの相対的な位置・姿勢関係を用いて座標変換を行うという一般的なやり方により求めることができる。図５には、ポジショナ座標系Σｐにおける位置Ｐ３，Ｐ３’，Ｐ６，Ｐ６’について示している。
【００２８】
次に、図５に示すように、ポジショナ座標系Σｐにおいて、位置Ｐ３，Ｐ３’，Ｐ６，Ｐ６’について、平面Ｘｐ−Ｙｐ上にそれぞれ投影し、位置Ｐ３の投影点Ｐ３_XYと、位置Ｐ３’の投影点Ｐ３’_XYと、位置Ｐ６の投影点Ｐ６_XYと、位置Ｐ６’の投影点Ｐ６’_XYとを求める。ここで、これらの位置Ｐ３，Ｐ３’，Ｐ６，Ｐ６’を投影する面は、回転ずれを反映する軸２３に垂直な平面であればいずれの平面であっても差し支えない。
【００２９】
次いで、ポジショナ座標系Σｐの座標値に座標変換された教示時ワーク代表位置Ｐ３，Ｐ６の平面Ｘｐ−Ｙｐへの投影点Ｐ３_XY，Ｐ６_XYから、平面Ｘｐ−Ｙｐ上において投影点Ｐ３_XYから投影点Ｐ６_XYに向かうベクトルＰ３_XYＰ６_XY（図５では符号１０３で示し、式１，式３では「→」付きで表す）を求めることができる。このベクトルＰ３_XYＰ６_XYは、下記の式１により表される。また、ポジショナ座標系Σｐの座標値に座標変換されたワーク代表位置Ｐ３’，Ｐ６’の平面Ｘｐ−Ｙｐへの投影点Ｐ３’_XY，Ｐ６’_XYから、平面Ｘｐ−Ｙｐ上において投影点Ｐ３’_XYから投影点Ｐ６’_XYに向かうベクトルＰ３’_XYＰ６’_XY（図５では符号１０４で示し、式２，式３では「→」付きで表す）を求めることができる。このベクトルＰ３’_XYＰ６’_XYは、下記の式２により表される。また、ベクトルＰ３_XYＰ６_XYとベクトルＰ３’_XYＰ６’_XYとのなす角度Δθは、下記の式３により求めることができる。
【００３０】
【数１】

【００３１】
このようにして、ベクトルＰ３_XYＰ６_XYとベクトルＰ３’_XYＰ６’_XYとのなす角度Δθであるワーク回転ずれ角度Δθ、すなわち、教示時のワークＷに対する再生時におけるワークＷ’の回転ずれΔθを検出することができる。よって、ワーク回転ずれ角度Δθの分だけポジショナのワーク回転ずれ反映回転軸２３を回転駆動することにより、ワークの回転ずれΔθを解消することができる。このように、教示時のワークＷに対する再生時におけるワークＷ’の回転ずれΔθを求めて解消することにより、先の教示作業によって得られた教示データを補正することなくそのまま用いて再生時におけるワークＷ’を位置ずれなく正確に溶接することができる。
【００３２】
なお、溶接ロボット１０に搭載され、ワークの位置検出を行うセンサとして、本実施形態ではワイヤアース法によるセンシングを行う溶接トーチ１１を用いたが、これに限定されず、公知の接触式，非接触式センサを用いることも可能である。また、ワークＷの教示時ワーク代表位置を３点以上教示する場合や、ワークＷ’のワーク代表位置を３点以上検出する場合は、最小二乗法によって直線回帰して、ベクトルを求めるようにすればよい。
【００３３】
また、本実施形態では、ポジショナ２０の回転軸２３まわりのワーク回転ずれを求めて解消する方法について述べたが、本発明方法は、ポジショナ２０の傾動用回転軸２４まわりのワーク回転ずれについても適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による溶接ロボット装置の制御方法によれば、ポジショナに保持されているワークをティーチングプレイバック式の溶接ロボットによりアーク溶接するに際し、教示時のワークに対する再生時におけるワークの回転ずれを、溶接ロボットとポジショナとの相対的な位置関係や、ポジショナのワーク取付け定盤の姿勢に制約されることなく、容易、かつ検出精度良く求めて解消することができ、再生時におけるワークを位置ずれなく正確に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法を採用した溶接ロボット装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１におけるポジショナの傾斜軸を回転駆動してワーク取付け定盤を傾斜させた様子を示す図である。
【図３】教示プログラムに入力されているワークセンシング動作の説明図である。
【図４】ワイヤアース法によるワークの位置検出の説明図である。
【図５】本発明の制御方法を説明するための図である。
【図６】図５における各位置の座標値を示す図である。
【符号の説明】
１０…溶接ロボット１１…溶接トーチ１２…溶接ワイヤ２０…ポジショナ２１…ワーク取付け定盤２２…Ｌ字型アーム２３…回転軸２４…傾動用回転軸２５…Ｌ字型支持架台３０…制御装置３１…Ｉ／Ｏインターフェース３２…ＣＰＵ３３…メモリ３３ａ…プログラム記憶部３３ｂ…溶接ロボットとポジショナの相対的な位置・姿勢関係記憶部４０…教示ペンダント
５０…溶接電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method for a welding robot apparatus that arc-welds a workpiece held on a positioner by a teaching playback type welding robot, and detects a rotational deviation of the workpiece during reproduction with respect to the workpiece at the time of teaching. The present invention relates to a control method for a welding robot apparatus in which a rotational deviation is reflected on a rotation axis of a positioner to be eliminated.
[0002]
[Prior art]
In a teaching playback type welding robot that performs arc welding, a predetermined number of teaching positions and each teaching are determined by a teaching operation by an operator for a reference workpiece mounted on a workpiece mounting surface plate of a positioner having a rotation axis. A teaching operation (teaching program) is created by inputting a predetermined operation command between positions and teaching positions. The welding robot repeats the same operation according to the teaching data at the time of reproduction, thereby performing an automatic welding operation for each workpiece to be supplied. However, when the workpiece is actually arc-welded at the time of reproduction, when the workpiece is attached to the workpiece mounting surface plate of the positioner, a rotational deviation of the workpiece, which is an attachment error, occurs with respect to the workpiece at the time of teaching. The work rotation deviation is a work position deviation that occurs around the rotation axis of the positioner. When the rotation deviation of the workpiece occurs, even if the welding robot accurately reproduces and operates the teaching data, a position deviation of the welding torch with respect to the welding line of the workpiece occurs and accurate welding cannot be performed.
[0003]
Therefore, as conventional techniques for eliminating the rotational deviation of the workpiece during welding, those disclosed in Japanese Patent Publication No. 54-24708, Japanese Patent Publication No. 3-18989 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-241676 can be cited.
[0004]
Japanese Patent Publication No. 54-24708 discloses an automatic welding apparatus in which a robot itself detects the position and orientation of a workpiece and rotationally drives a rotation shaft of a positioner to correct the workpiece to a desired posture. (First prior art). That is, the posture of the base steel plate A of the work placed on the work mounting surface plate of the positioner having the two rotation axes PTW and PBD is detected, and the base steel plate A is parallel to the XY plane of the robot's rectangular coordinate system. First, the coordinates of two points parallel to the robot X axis on the base steel plate A are measured, and the rotation angle of the positioner rotation axis PTW necessary to make the base steel plate A parallel to the robot X axis. θp is calculated, and the rotary shaft PTW is rotationally driven at the angle θp. Thereafter, the coordinates of two points parallel to the robot Y axis on the base steel plate A are measured, and the rotation angle ωp of the positioner rotation axis PBD necessary to make the base steel plate A parallel to the robot Y axis is calculated. The rotation shaft PBD is rotationally driven at ωp. Thus, prior to welding, the rotary shaft of the positioner is rotationally driven to correct the workpiece to a desired posture.
[0005]
In Japanese Patent Publication No. 3-18989, a positioner (rotary body) on which a work is mounted is rotated to detect the work by a sensor mounted on the robot, and the positioner is stopped at the detected position. There is shown an automatic welding method in which a program taught in advance is executed based on the position of the positioner (second prior art).
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-241676 discloses an automatic welding apparatus in which welding is performed after the workpiece position is corrected to the teaching position regardless of the position of the workpiece attached to the positioner by the operator. (Third prior art). In other words, the posture of the workpiece held by the positioner (holding means) (the position and posture of the workpiece) is detected by the posture detection means, and the detected workpiece posture is compared with a preset workpiece posture, which is set in advance. An automatic welding apparatus is shown in which the positioner is driven and controlled to correct the position and orientation of the workpiece so as to obtain a workpiece position.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first prior art described above, the positional relationship between the robot and the positioner is such that the X axis constituting the robot's three-axis rectangular coordinate system and the rotation axis PBD of the positioner are parallel, and the Z axis of the robot and the positioner It is necessary that the positional relationship between the robot and the positioner be set so that the rotation axis PTW of the robot is in parallel. Also, when performing automatic welding, the work mounting surface plate of the positioner must be parallel to the XY plane of the robot. As described above, there are restrictions on the positional relationship between the robot and the positioner and the posture of the work mounting surface plate of the positioner when performing automatic welding.
[0008]
In the second prior art described above, the workpiece is detected by a sensor by rotationally driving a positioner (rotating body), the positioner is stopped at the detected position, and the positioner is stopped in advance. The program is implemented. For this reason, in the second prior art, when the target workpiece is large, the workpiece weight is large, so the stop accuracy of the positioner (rotary body) at the time of workpiece detection is poor, and as a result, the workpiece detection accuracy decreases, This causes a displacement of the welding torch with respect to the welding line.
[0009]
In the third prior art described above, the posture of the work held by the positioner (holding means) is detected by an optical sensor (position detection means), and analysis processing is performed based on detection data from the optical sensor. The difference between the detected workpiece posture and the workpiece posture at the time of teaching is recognized. For this reason, in the third prior art, the method of obtaining the difference between the detected workpiece posture and the workpiece posture at the time of teaching is complicated due to image recognition or the like.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a welding robot apparatus including a positioner that has one or more rotation axes and holds a workpiece, and a teaching playback type welding robot that performs arc welding of the workpiece. The rotation deviation of the workpiece during the reproduction with respect to the workpiece can be easily and accurately detected and eliminated, and the relative positional relationship between the welding robot and the positioner and the position of the positioner work mounting surface plate An object of the present invention is to provide a control method for a welding robot apparatus capable of obtaining a rotational deviation of a workpiece without being restricted.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. According to a first aspect of the present invention, there is provided a teaching playback type welding for arc welding of the workpiece, which has one or more rotation shafts, is equipped with a positioner for positioning and holding the workpiece, and a sensor for detecting the position of the workpiece. In a welding robot apparatus comprising a robot and a control device for controlling the operation of the welding robot and the positioner, in which a relative positional / posture relationship between the welding robot and the positioner is input in advance, reproduction on a workpiece at the time of teaching Is a control method for finding and eliminating the rotational deviation of the workpiece at the time, and for the teaching representative workpiece position at two or more points taught about the workpiece at the teaching and the workpiece representative at each teaching, The workpiece representative position at the time of teaching the sensor from the sensing start position preset for each position A workpiece representative position above the two points detected by moving towards, projected on a plane intersecting perpendicularly to the axial line of the rotating shaft to reflect the workpiece rotational deviation in the positioner, the teaching time work representative position The angle formed by the vector of the projection point on the plane and the vector of the projection position of the workpiece representative position on the plane is determined, and the calculated rotation angle of the workpiece is reflected on the rotation axis reflecting the rotation difference of the positioner. The control method of the welding robot apparatus is characterized in that the rotational deviation of the workpiece is eliminated as reflected in the above.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the method for controlling a welding robot apparatus according to the first aspect, the sensor is a welding torch itself that performs sensing by a wire earth method.
[0013]
In the control method of welding robot system according to the present invention, when eliminating seeking rotational displacement of the workpiece W 'during reproduction for W (work when creating teaching data by teaching work) teaching time of the workpiece, the workpiece W at the time of teaching For the teaching representative workpiece positions P3 and P6 at two or more points taught in the above and the workpiece W ′ during reproduction, sensing start positions P2 and P5 respectively set in advance for the teaching representative workpiece positions P3 and P6. The two or more workpiece representative positions P3 ′ and P6 ′ detected by moving the sensor mounted on the welding robot to the workpiece representative positions P3 and P6 at the time of teaching reflect the deviation of the workpiece rotation in the positioner. Projection is performed on a plane Xp-Yp perpendicular to the axis of the rotating shaft. This plane Xp-Yp is a plane in the positioner coordinate system Σp. Thereafter, the vectors P3 _XY P6 _XY by the projection points P3 _XY and P6 _XY of the workpiece representative positions P3 and P6 at the teaching time onto the plane Xp-Yp and the plane Xp-Yp of the workpiece representative positions P3 ′ and P6 ′. By calculating an angle Δθ formed by the projection points P3 ′ _XY and P6 ′ _XY with the vector P3 ′ _XY P6 ′ _XY , it is possible to detect a rotational deviation of the workpiece W ′ during reproduction with respect to the workpiece W during teaching. . Therefore, by reflecting the calculated workpiece rotation deviation angle Δθ on the workpiece rotation deviation reflecting rotation axis of the positioner, for example, the workpiece rotation deviation reflecting rotation shaft of the positioner is driven by the calculated workpiece rotation deviation angle Δθ. As a result, the rotational deviation Δθ of the workpiece can be eliminated. In this way, by obtaining and eliminating the rotational deviation Δθ of the workpiece W ′ at the time of reproduction with respect to the workpiece W at the time of teaching, the teaching data obtained by the previous teaching work can be used as it is without being corrected. The workpieces can be accurately welded without misalignment.
[0014]
Thus, according to the control method of the welding robot apparatus according to the present invention, unlike the third prior art, only by calculating the two vectors P3 _XY P6 _XY and P3 ′ _XY P6 ′ _XY , The rotational deviation Δθ of the workpiece W ′ during reproduction with respect to the workpiece W during teaching can be easily obtained. Unlike the second prior art, the position P3 ′, P6 ′ of the workpiece W is determined by sensing the sensor mounted on the welding robot by moving the welding robot instead of rotationally driving the positioner. As a result, the rotational deviation Δθ of the workpiece W ′ can be obtained with high accuracy. Unlike the first prior art, since the relative position / posture relationship between the welding robot and the positioner is input in advance to the control device, the relative positional relationship between the welding robot and the positioner, and the positioner The rotation deviation Δθ of the workpiece W can be obtained without being restricted by the posture of the workpiece mounting surface plate.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a welding robot apparatus employing the control method of the present invention.
[0016]
As shown in FIG. 1, this welding robot apparatus has a positioner 20 having two degrees of freedom of rotation and positioning and holding the workpiece W ′, and a teaching playback having six degrees of freedom and performing arc welding of the workpiece W ′. Type welding robot 10, control device 30 for controlling the operation of welding robot 10 and positioner 20, teaching pendant (teaching device) 40 used for teaching work, and welding power source 50. The welding robot 10, the positioner 20, the teaching pendant 40 and the welding power source 50 are connected to the control device 30. In this embodiment, the workpiece W ′ forms a T-joint for horizontal fillet welding.
[0017]
A welding torch 11 that supports a welding wire 12 is attached to the wrist of the welding robot 10. The welding wire 12 is fed to the welding torch 11 by a wire feeding device (not shown). The welding power supply 50 applies a voltage between the welding wire 12 and the workpiece W ′ via the wire feeding device to generate an arc. The welding torch 11 mounted on the welding robot 10 also has a function as a sensor for detecting the position of the workpiece W ′ held by the positioner 20. Therefore, the welding power source 50 has a built-in sensing power source that is applied to the welding torch 11 in order to perform sensing by the welding torch 11.
[0018]
In this embodiment, the positioner 20 is a biaxial tilting positioner. The positioner 20 is rotatably mounted on an L-shaped arm 22 and is mounted on a workpiece mounting surface 21 on which a workpiece W ′ is mounted, and a L-shaped arm 22 so as to be rotatable. A rotary shaft 23 for rotationally driving by a motor that does not rotate, and an L-shaped support base 25 are rotatably mounted, and the workpiece mounting surface 21 is integrated with the L-shaped arm 22 from a horizontal position (horizontal position) to a vertical position ( It is composed of a tilting rotary shaft 24 that is driven by a motor (not shown) so as to be tiltable to a vertical position (see FIG. 2). The rotating shaft 23 and the tilting rotating shaft 24 are perpendicular to each other.
[0019]
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the workpiece W ′ is mounted on a workpiece mounting surface plate 21 in a horizontal posture. The workpiece W ′ is mounted such that its center of rotation is positioned on the axis of the shaft 23 reflecting the rotational deviation. In this embodiment, the coordinate system Σp of the positioner 20 forms a rectangular coordinate system composed of the Xp axis, the Yp axis, and the Zp axis, and the Zp axis of the positioner coordinate system Σp rotates to rotate the workpiece mounting surface plate 21. It is defined so as to be parallel to the axis 23, and the surface 21 of the workpiece mounting surface 21 is parallel to the plane Xp-Yp of the positioner coordinate system Σp. Note that the coordinate system Σr of the welding robot 10 is a rectangular coordinate system including an Xr axis, a Yr axis, and a Zr axis.
[0020]
The control device 30 includes an I / O interface 31, a CPU 32, a memory 33, and a servo controller for the welding robot 10 (not shown), and controls the operations of the welding robot 10 and the positioner 20.
[0021]
The memory 33 of the control device 30 includes a program storage unit 33a and a relative position / posture relationship storage unit 33b of the welding robot and the positioner. The program storage unit 33a stores a teaching program created by teaching work using the teaching pendant 40, a program for detecting and eliminating the rotational deviation of the workpiece W ′, and the like. In the teaching program, a predetermined number of teaching positions and predetermined operation commands between the teaching positions and between the teaching positions are input (stored) in a state where the positions and postures of the welding robot 10 and the positioner 20 are associated with each other. . Examples of the teaching position include sensing start positions P2 and P5, teaching workpiece representative positions P3 and P6, a welding start position, and a welding end position. The predetermined operation command includes a movement command, a workpiece sensing command, a workpiece rotation deviation calculation command, an arc-on command, and an arc-off command. In the relative position / posture relationship storage unit 33b, the coordinate system Σr of the welding robot 10 and the coordinate system Σp of the positioner 20 are relative to each other so that the welding robot 10 and the positioner 20 can be synchronized and coordinated. The position / posture relationship is created and stored in advance.
[0022]
FIG. 3 is an explanatory diagram of the work sensing operation input to the teaching program. In FIG. 3, W is a work that is used for teaching work, which is not shown, but is mounted on a work mounting surface plate 21 of the positioner 20. P1 to P7 are teaching positions of a teaching program created by teaching work performed while operating the welding robot 10. To explain each, P1: start position, P2: sensing start position on the welding start position side, P3: work representative position at teaching on the welding start position side, P4: retreat position, P5: sensing on the welding end position side Start position, P6: Workpiece representative position at teaching on the welding end position side, P7: Retraction position. The welding start position taught at the corner portion below position P3 and the welding end position taught at the corner portion below position P6 are not shown.
[0023]
Each of the teaching positions P1 to P7 is taught by a movement command input to the teaching pendant 40 by the operator. In addition, the sensing start position P2 is taught, and a sensing command for performing the sensing operation at the time of reproduction from the position P2 toward the teaching representative work position P3 is input. Similarly, a sensing start position P5 is taught, and a sensing command for performing a sensing operation at the time of reproduction is input from the position P5 toward the teaching representative position P6. In addition, the retraction position P7 is taught, and a rotation deviation command for obtaining a rotation deviation of the workpiece W ′ during reproduction is input after reaching the retraction position P7. When inputting this rotation deviation command, the operator designates and inputs (teaches) a plane (plane Xp-Yp) perpendicular to the axis of the rotation axis 23 reflecting the workpiece rotation deviation. Yes.
[0024]
Next, in the welding robot apparatus configured as described above, the rotation deviation of the workpiece W ′ at the time of reproduction with respect to the workpiece W at the time of teaching is obtained, and the control for eliminating this rotation deviation is described with reference to FIGS. This will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is an explanatory diagram of workpiece position detection by the wire earth method, FIG. 5 is a diagram for explaining the control method of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing coordinate values of each position in FIG.
[0025]
At the time of regeneration, first, the workpiece W ′ mounted on the workpiece mounting surface plate 21 of the positioner 20 is sensed by the wire earth method using the welding torch 11 as a sensor, and the workpiece representative positions P3 ′ and P6 ′ are determined. To detect. A wire earth method (wire touch sensing method) using the welding torch 11 itself as a sensor is a known technique, in which the welding wire 12 is protruded from the tip end of the welding torch 11 by a predetermined length, and the welding wire 12 and the workpiece W ′. During this time, a sensing voltage is applied to move the welding torch 11 from a predetermined position toward the workpiece W ′. The workpiece position is detected by performing an operation for detecting the contact of the welding wire 12 to the workpiece W ′ based on the voltage drop due to the contact between the welding wire 12 and the workpiece W ′ in a predetermined order. .
[0026]
That is, first, when the distal end of the welding torch 11 (the distal end of the welding wire 12) of the welding robot 10 reaches the sensing start position P2 on the welding start position side taught in advance, the sensing power source incorporated in the welding power source 50 is used. Is applied between the welding torch 11 and the workpiece W ′. Next, the workpiece detection direction 101 is obtained by calculation from the sensing start position P2 taught in advance and the workpiece representative position P3 during teaching, and the welding torch 11 is moved forward in the workpiece detection direction 101 from the sensing start position P2. As shown in FIG. 4, when the rotation of the workpiece W ′ at the time of reproduction is different from the workpiece W at the time of teaching, the voltage decreases due to the contact between the welding wire 12 of the welding torch 11 and the workpiece W ′. By doing so, the workpiece representative position P3 ′ of the workpiece W ′ can be detected. Similarly, when the welding torch 11 is moved forward in the workpiece detection direction 102 from the sensing start position P5, the workpiece representative position P6 ′ of the workpiece W ′ can be detected.
[0027]
Next, for the positions P3, P3 ′, P6, and P6 ′, positions in the positioner coordinate system Σp viewed from the welding robot coordinate system Σr are obtained. This can be obtained by a general method in which coordinate transformation is performed using a relative position / posture relationship between the coordinate system Σr of the welding robot 10 and the coordinate system Σp of the positioner 20 that has been created in advance. FIG. 5 shows positions P3, P3 ′, P6, and P6 ′ in the positioner coordinate system Σp.
[0028]
Next, as shown in FIG. 5, in the positioner coordinate system Σp, the positions P3, P3 ′, P6, and P6 ′ are respectively projected onto the plane Xp-Yp, and the projection point P3 _XY at the position P3 and the position P3 ′ are projected. obtaining projection point P3 'of the _XY, and the projection point P6 _XY position P6, the position P6' and a projection point P6 _'XY of. Here, the plane on which these positions P3, P3 ′, P6 and P6 ′ are projected may be any plane as long as it is a plane perpendicular to the axis 23 reflecting the rotational deviation.
[0029]
Next, projection from the projection points P3 _XY and P6 _XY onto the plane Xp-Yp of the teaching work representative positions P3 and P6 coordinate-converted to the coordinate values of the positioner coordinate system Σp, and projection from the projection point P3 _XY on the plane Xp-Yp. A vector P3 _XY P6 _XY (indicated by reference numeral 103 in FIG. 5 and represented by “→” in Equations 1 and 3) toward the point P6 _XY can be obtained. This vector P3 _XY P6 _XY is represented by the following Equation 1. Further, the projection points P3 ′ on the plane Xp-Yp from the projection points P3 ′ _XY , P6 ′ _XY on the plane Xp-Yp of the workpiece representative positions P3 ′, P6 ′ transformed into the coordinate values of the positioner coordinate system Σp. 'toward the _XY vector P3' from the _XY projection point P6 _XY P6 _'XY (shown in FIG. 5, reference numeral 104, equation 2 in equation 3 represents with a "→") can be obtained. This vector P3 ′ _XY P6 ′ _XY is expressed by the following Equation 2. Further, an angle Δθ formed by the vector P3 _XY P6 _XY and the vector P3 ′ _XY P6 ′ _XY can be obtained by the following expression 3.
[0030]
[Expression 1]

[0031]
In this way, the workpiece rotation deviation angle Δθ which is an angle Δθ formed by the vector P3 _XY P6 _XY and the vector P3 ′ _XY P6 ′ _XY , that is, the rotation deviation Δθ of the workpiece W ′ during reproduction with respect to the workpiece W at teaching is obtained. Can be detected. Accordingly, the rotational deviation Δθ of the workpiece can be eliminated by rotationally driving the workpiece rotational deviation reflecting rotary shaft 23 of the positioner by the workpiece rotational deviation angle Δθ. In this way, by obtaining and eliminating the rotational deviation Δθ of the workpiece W ′ at the time of reproduction with respect to the workpiece W at the time of teaching, the teaching data obtained by the previous teaching work can be used as it is without being corrected, and the workpiece at the time of reproduction can be used. W ′ can be accurately welded without misalignment.
[0032]
In this embodiment, the welding torch 11 that performs sensing by the wire earth method is used as a sensor that is mounted on the welding robot 10 and detects the position of the workpiece. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to use a type sensor. When teaching 3 or more workpiece representative positions during teaching of workpiece W, or when detecting 3 or more workpiece representative positions of workpiece W ′, linear regression is performed by the least square method to obtain a vector. That's fine.
[0033]
In the present embodiment, the method for obtaining and eliminating the workpiece rotation deviation around the rotation shaft 23 of the positioner 20 has been described. However, the method of the present invention is also applied to the workpiece rotation deviation around the tilting rotation shaft 24 of the positioner 20. can do.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the control method of the welding robot apparatus according to the present invention, when arc welding the workpiece held by the positioner with the teaching playback type welding robot, Rotational deviation can be easily obtained with high detection accuracy and eliminated without being restricted by the relative positional relationship between the welding robot and the positioner or the position of the work surface of the positioner. Can be accurately welded without misalignment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a welding robot apparatus employing a control method of the present invention.
2 is a view showing a state where a workpiece mounting surface plate is tilted by rotationally driving the tilt shaft of the positioner in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a work sensing operation input to a teaching program.
FIG. 4 is an explanatory diagram of workpiece position detection by a wire earth method.
FIG. 5 is a diagram for explaining a control method of the present invention.
6 is a diagram showing coordinate values at each position in FIG. 5;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Welding robot 11 ... Welding torch 12 ... Welding wire 20 ... Positioner 21 ... Work mounting surface plate 22 ... L-shaped arm 23 ... Rotating shaft 24 ... Rotating rotating shaft 25 ... L-shaped support stand 30 ... Control device 31 ... I / O interface 32 ... CPU 33 ... memory 33a ... program storage unit 33b ... relative position / posture relationship storage unit between welding robot and positioner 40 ... teaching pendant 50 ... welding power source

Claims

A positioner that has one or more rotation axes and that positions and holds a workpiece, a sensor that detects the position of the workpiece, a teaching playback type welding robot that performs arc welding of the workpiece, and the welding robot in advance And a relative position / posture relationship between the positioner and the welding robot and a control device for controlling the operation of the positioner. A control method for seeking and solving,
Two or more teaching workpiece representative positions taught for the workpiece at the time of teaching, and the workpiece at the time of reproduction, the sensor from the sensing start position set in advance for each of the teaching workpiece representative positions. The two or more workpiece representative positions detected by moving toward the workpiece representative position are projected onto a plane perpendicular to the axis of the rotation axis reflecting the workpiece rotation deviation in the positioner. An angle formed by a vector of the workpiece representative position projected on the plane and a vector of the workpiece representative position projected on the plane is obtained, and the obtained workpiece rotation deviation angle is determined by the workpiece rotation deviation of the positioner. Control method of welding robot apparatus, wherein reflected rotational axis is reflected to eliminate rotational deviation of workpiece

2. The method of controlling a welding robot apparatus according to claim 1, wherein the sensor is a welding torch that performs sensing by a wire earth method.