动作程序校正方法及焊接机器人系统与流程

本发明涉及对进行被焊接构件焊接的焊接机器人的动作程序进行校正的动作程序校正方法及焊接机器人系统。

背景技术：

当前在多种产业领域使用机器人。作为这样的产业用机器人的代表已有焊接机器人。对于焊接作业而言，必须配合各施工条件设定最佳焊接条件，在施工条件、焊接条件的设定中存在很多要素、参数及其组合。

专利文献1提供一种能够在进行复杂形状大型构件焊接等的情况下简化机器人的动作编程的行走机器人及其控制方法。针对具有旋转轴的多关节机器人，作为其外部轴附设行进轴、横行轴、升降轴和旋转轴，一边通过所述外部轴使所述多关节机器人移动，一边使该多关节机器人进行焊接作业等规定的作业。

专利文献2提供了一种大型框架结构物的焊接机器人装置，其能够对在面板上交叉形成有纵向构件和横向构件的大型框架结构物的交叉部进行正式焊接，其正式焊接的焊接部位的制约少，基本不需要手动焊接，与以往使用大型龙门架构造的多机器人焊接装置相比，能够使装置整体小型化，不需要复杂的控制系统。专利文献2的焊接机器人装置包括：机器人架台，其以由一对纵向构件和一对横向构件包围的格子形状的框内为焊接对象区域，横跨焊接对象区域固定在大型框架结构物上，具有位于焊接对象区域上方的水平支承架台；以及焊接机器人，其安装在水平支承架台的下表面，在格子形状框内(焊接对象区域)的全域范围对焊头进行三维数值控制，以能够进行焊接。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-246677号公报

专利文献2：日本特开2010-253518号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，焊接机器人的动作程序在作为焊接对象的被焊接构件被定位在规定位置的前提下确定。但在现实的焊接作业中，被焊接构件的位置未必配置在预先设想的规定位置，在这样的被焊接构件偏离规定位置配置的情况下，存在焊接作业发生故障的可能。

本发明涉及能够根据实际的被焊接构件的配置位置而适当校正焊接机器人的动作程序的动作程序校正方法、焊接机器人系统。

用于解决课题的方案

本发明是一种对进行被焊接构件焊接的焊接机器人的动作程序进行校正的动作程序校正方法，其包含：从三维cad数据提取规定的被焊接构件的数据的步骤；从所提取的被焊接构件的数据中获取多个面的步骤；获取所述多个面中的具有最大面积的最大面的步骤；提取所述最大面上的至少两个顶点的步骤；传感器对由焊接机器人定位而配置的所述被焊接构件进行拍摄的步骤；从所拍摄的所述被焊接构件的图像数据中提取与所述两个顶点对应的两个图像内顶点的步骤；获取所述两个顶点的坐标与所述两个图像内顶点的坐标的差值的步骤；以及基于所述差值对使所述焊接机器人动作的动作程序进行校正的步骤。

本发明是一种焊接机器人系统，包括：焊接机器人，其对被焊接构件进行焊接；以及计算机，其按照规定的动作程序控制所述焊接机器人的动作，所述计算机执行以下处理：从三维cad数据中提取规定的被焊接构件的数据，从所提取的所述被焊接构件的数据中获取多个面，获取所述多个面中的具有最大面积的最大面，提取所述最大面上的至少两个顶点，获取传感器拍摄到的由焊接机器人定位而配置的所述被焊接构件的图像，从所拍摄的所述被焊接构件的图像数据中提取与所述两个顶点对应的两个图像内顶点，获取所述两个顶点的坐标与所述两个图像内顶点的坐标的差值，基于所述差值校正所述动作程序。

发明效果

根据本发明，由于能够根据实际的被焊接构件的配置位置来校正焊接机器人的动作程序，因此焊接机器人按照适当校正后的动作程序动作，能够确保适当的焊接作业。

附图说明

图1是本发明实施方式的焊接机器人系统的概略结构图。

图2是示出控制装置的动作概要的流程图。

图3的(a)和(b)示出作为焊接对象即被焊接构件的下板、立板，(a)是下板的立体图，(b)是下板安装有立板的状态的立体图。

图4的(a)和(b)是示出从被焊接构件提取两个图像内顶点的处理的概念的图，(a)示出从作为被焊接构件的下板提取图像内顶点的处理，(b)示出从接合了的多个下板提取图像内顶点的处理。

图5的(a)至(d)示出提取图像内顶点的方法的例子，(a)～(c)示出提取两个图像内顶点的方法的例子，(d)示出在提取两个图像内顶点时选择一个顶点的方法的例子。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。首先说明应用本发明的焊接机器人系统

如图1所示，焊接机器人系统100包括焊接机器人1以及作为控制装置15的计算机，其中，该控制装置15包含例如作为示教器使用的机器人示教器17。

焊接机器人1是例如具有两个焊接吹管的双焊接机器人装置。焊接机器人1具有支承框架2。该支承框架2包括：四根支柱2a；一对引导支承梁2b，其架设在这四根支柱2a中的间隔较宽的支柱2a彼此的顶部之间；以及一对框架2c，其架设在间隔较窄的支柱2a彼此的顶部之间。朝向相对的引导支承梁2b的方向突出的板状引导支承构件3的基端侧固定在该支承框架2的引导支承梁2b、2b的下表面。另外，由直线导轨和通过该直线导轨以往复移动自如的方式被引导的线性引导支撑部构成的直线引导部4，以与所述引导支承梁2b平行的方式固定在这些引导支承构件3的上表面。

而且，通过这些直线引导部4的线性引导支撑部，具有后述结构的行进转向架5构成为能够往复移动。即，该行进转向架5构成为，基端侧固定在台框架上表面的安装托架5a安装在所述线性引导支撑部，在所述引导支承梁2b、2b的内侧且在下端附近的位置往复移动。也就是说，该行进转向架5构成为，在与现有例的行进转向架的下部台框架相当的位置往复移动。

而且，在该行进转向架5的宽度方向的中央位置安装有收容θ轴(旋转轴)6a的θ轴框架6，θ轴6a的从θ轴框架6突出的突出端水平安装有以长尺寸方向的中心为旋转中心而旋转的旋转框架7。

在旋转框架7的顶端部的下表面，以能够绕垂直轴心旋转的方式分别安装有6轴垂直多关节型机械手8，该6轴垂直多关节型机械手在顶端安装有焊接吹管。另外，在所述行进转向架5的上表面搭载有收纳以线圈状卷绕的焊丝的两个焊丝包9。并且，在一对所述引导支承梁2b中的一个引导支承梁2b的上表面10上设有用于使行进转向架5及机械手8动作并供给焊接用电力的线缆拖链(注册商标)11。

在本实施方式中，焊接机器人1是具有两个焊接吹管的双焊接机器人装置，但应用本发明的焊接机器人的种类并无特别限定。

在焊接机器人1的下方，特别是顶端安装有焊接吹管的机械手8的下方，配置有作为焊接机器人1的焊接对象的被焊接构件w，多个被焊接构件w通过机械手8的焊接吹管被焊接。被焊接构件w是各种金属构件，包含后述的下板21、立板22等(参照图3)。

另外，实施方式的焊接机器人1具有对被焊接构件w进行拍摄的传感器即相机12。相机12对实际配置好的被焊接构件w进行拍摄，获取被焊接构件w的图像。只要能够对被焊接构件w进行拍摄，则传感器的种类并无特别限定，且传感器的安装位置也没有特别限定。

控制装置15获取与使作为焊接对象的两个被焊接构件焊接的焊道的施工条件相关的焊道信息。控制装置15是一种计算机，其按照规定的程序执行该焊道信息的获取方法，并按照预先示教的程序(示教程序)输出针对焊接机器人1的动作指示即所获取的焊道，从而控制焊接机器人1的动作。控制装置15包含由读取程序并执行的处理器构成的控制部16、存储其他数据的存储器、硬盘等存储装置。特别是，控制装置15存储有作为被焊接构件w的设计数据的三维cad数据的数据库，在对焊接机器人1的动作进行控制时，参照该三维cad数据。三维cad数据的数据库也可以由经由网络与控制装置15连接的服务器等构建，数据库的场所、形式等并无特别限定。

图2是示出控制装置15的动作概要的流程图。控制装置15的控制部16通过焊接机器人系统100的操作者的操作，从未图示的存储装置读取三维cad数据(步骤s1)。在此，特别是读取作为焊接对象的被焊接构件w的三维cad数据。然后，控制部16从该三维cad数据中获取多个被焊接构件w被焊接的焊接部位的轨迹即焊道(步骤s2)。进而，控制部16如后所述，从相机12拍摄到的被焊接构件w的图像获取被焊接构件w的坐标，与该被焊接构件w的原始三维cad数据中的坐标进行比较，基于其差值，校正对焊接机器人1的动作进行控制的动作程序(步骤s3)。最后，控制部16输出记录有焊接机器人1的最终动作的焊接信息文件(步骤s4)。焊接机器人1按照该焊接信息文件动作。

在步骤s2的焊道获取中，如图2所示，控制部16从三维cad数据中提取使两个被焊接构件w焊接的焊道。被焊接构件w包括例如图3的(a)所示的水平配置的下板21和一个板厚面(与板的厚度对应的面)22a焊接在下板21的主面(最大面)21a上的立板22(参照图3的(b))。如虚线所示，作为使下板21与立板22焊接的焊道的焊道e，为下板21的主面与立板22的板厚面接合的接合部位。

然而，控制装置15读取并执行的焊接机器人1的动作程序在作为焊接对象的被焊接构件w被定位在规定位置的前提下决定，预先设定有与该位置对应的坐标。但在现实的焊接作业中，被焊接构件w的位置未必配置在预先设想的规定位置，在这样的被焊接构件w偏离规定位置而配置的情况下，很难把握正确的焊道e的位置，存在焊接作业发生故障的可能。

由此，在本发明中，在图2的步骤s3中进行用于校正焊接机器人1的动作程序的动作程序校正。即，本发明的目的在于，获取实际焊接机器人1定位配置的被焊接构件w的位置，对应于该位置对动作程序进行校正，从而实施适当的焊接作业。

首先，控制部16从三维cad数据提取规定的被焊接构件w的数据。进而，控制部16从该提取的被焊接构件w的数据中获取多个面。如图4的(a)所示，在例如被焊接构件w为下板21的情况下，控制部16能够获取分别与下板21的主面21a、板厚面21b对应的至少两个面。

进而，控制部16获取所获取的多个面中的具有最大面积的最大面。在图4的(a)中，主面21a的面积大于板厚面21b，该面为最大面。

进而，控制部16提取最大面上的至少两个顶点。在图4的(a)中，主面21a的最大面上的两个顶点x1、x2被提取。

然后，如图1所示，作为传感器的相机12对焊接机器人1定位配置的被焊接构件w进行拍摄。而且，控制部16从所拍摄的被焊接构件w的图像数据中提取与之前从三维cad数据提取的两个顶点对应的两个图像内顶点。在此，控制部16能够在获取被焊接构件w的图像的同时获取所拍摄的被焊接构件w的现实坐标。

而且，控制部16获取两个顶点x1、x2的坐标与两个图像内顶点的坐标的差值。虽然图像内顶点具有现实的被焊接构件w的坐标，但x1、x2只不过是三维cad数据内预先设定的坐标，二者未必一致。需要说明的是，这两个坐标的差值δ可能包含例如特定面内使被焊接构件w无旋转地移动的水平差值或使被焊接构件w旋转的角度差值等，而控制部16能够获取这样的多种值。

控制部16基于按照上述方式求出的差值，校正使焊接机器人1动作的动作程序。具体来说，能够通过对应于所求出的差值δ使三维cad数据中的被焊接构件w的位置的坐标移动来进行校正。

图4的(b)示出多个被焊接构件划分形成一个面且该一个面为最大面的情况的例子。在该情况下，也可以使三个下板211、212、213接合，将这三个下板合并视为一个被焊接构件，从其主面的最大面图像提取图像内顶点x1、x2。

图5的(a)是提取两个顶点x1、x2的方法的一例。如该图所示，在被焊接构件w的图像中的顶点x1处切线l1、l2不连续(切线的朝向变化很大)的情况下，控制部16能够提取该顶点x1。同样地，在点x2处，由于切线l3、l4不连续，因此控制部16能够提取该顶点x2。但是，在实际的处理中，控制部16提取包含除了顶点x1、x2以外的顶点的多个候补点，关于各候补点判定切线的连续性，然后决定适当的两个顶点(在本例中为切线不连续的x1、x2)。在以下的例子中，在图5的(b)～(d)中也同样地，控制部预先提取多个候补点，然后提取适当的顶点。

图5的(b)是提取两个顶点x1、x2的方法的其他例。如该图所示，在被焊接构件w的两个顶点x1、x2间的距离d为规定阈值t以上的情况下，控制部16能够提取该两个顶点x1、x2。通过使用分开规定距离阈值以上的两个顶点，从而能够进行更准确的校正。

图5的(c)是提取两个顶点x1、x2的方法的其他例。如该图所示，存在作为连结一个被焊接构件w的两个顶点的矢量，能够获得两个矢量v1、v2的情况。在该情况下，控制部16提取具有短尺寸方向最小且长尺寸方向最大的组合的矢量的两个顶点。通过使用这样的矢量，从而能够进行更准确的校正。在本例中，矢量v1满足该要件，因此矢量v1的两端被提取作为顶点x1、x2。

图5的(d)是在两个顶点x1、x2的提取中选择至少一个顶点的方法的一例。如该图所示，能够提取在规定距离r的范围内不存在其他构件的被焊接构件w的顶点。这是由于周边不存在其他构件这样的顶点便于坐标识别。

焊接机器人1使用通过上述动作程序校正方法校正后的动作程序，进行规定的结构物组装。另外，控制装置15通过执行用于使计算机执行上述动作程序校正方法的动作程序校正用程序，从而能够容易地进行动作程序校正。

实施方式的焊接机器人系统100包括焊接机器人1和作为控制装置15的计算机。作为控制装置15的计算机向焊接机器人1示教规定的动作。在此，作为计算机的控制装置15从三维cad数据中提取规定的被焊接构件w的数据，从所提取出的被焊接构件w的数据中获取多个面，获取多个面中具有最大面积的最大面，提取最大面上的至少两个顶点x1、x2，相机(传感器)12对由焊接机器人1定位配置的被焊接构件w进行拍摄，从所拍摄的被焊接构件w的图像数据中提取与上述两个顶点对应的两个图像内顶点，获取两个顶点x1、x2的坐标与两个图像内顶点的坐标的差值，基于差值来校正动作程序。焊接机器人1对应于实际的被焊接构件w的配置位置并按照适当校正后的动作程序动作，因此能够确保适当的焊接作业。

以上使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围不限定于上述实施方式。对于本领域技术人员而言，显然能够不脱离本发明的主旨及范围进行各种变更或采用代替方案。

本申请基于2017年3月21日申请的日本专利申请特愿2017-054686提出，其内容作为参照引用在本申请中。

附图标记说明：

1焊接机器人

12相机(传感器)

15控制装置(计算机)

16控制部

17机器人示教器

21下板(被焊接构件)

22立板(被焊接构件)

100焊接机器人系统

w被焊接构件。