特許 6106122 溶接検査ロボットシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6106122

(24)【登録日】2017年3月10日

(45)【発行日】2017年3月29日

(54)【発明の名称】溶接検査ロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B23K 31/00 20060101AFI20170316BHJP

   B25J 13/00 20060101ALI20170316BHJP

【ＦＩ】

   B23K31/00 K

   B25J13/00 Z

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-76423(P2014-76423)

(22)【出願日】2014年4月2日

(65)【公開番号】特開2015-196187(P2015-196187A)

(43)【公開日】2015年11月9日

【審査請求日】2016年3月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100159684

【弁理士】

【氏名又は名称】田原 正宏

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 英行

(72)【発明者】

【氏名】小田 勝

【審査官】 青木 正博

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−３３２９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４６４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３０９２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００９２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５７９３８０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４８１９９７８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ３１／００

Ｂ２５Ｊ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

サーボモータによって駆動される２つの爪をアーム先端に備えたロボットを備えており、溶接して取付けられた溶接部品を含むワークの溶接検査を実行するロボットシステムであって、
前記溶接部品に対して、前記２つの爪によって所定の力で負荷を付与したときの、前記２つの爪の相対位置を検出する位置検出部と、
前記相対位置と所定の基準相対位置との間の誤差を計算する誤差計算部と、
前記誤差が所定の閾値以下であるときに前記ワークが良品であると判定するとともに、前記誤差が前記所定の閾値よりも大きいときに前記ワークが不良品であると判定する判定部と、
を備える、ロボットシステム。

【請求項2】

前記ワークの種類に応じて、前記溶接部品に負荷を付与するときの力の大きさと、前記基準相対位置と、前記所定の閾値と、のうちの少なくともいずれか１つを変更する設定変更部をさらに備える、請求項１に記載のロボットシステム。

【請求項3】

サーボモータによって駆動される２つの爪をアーム先端に備えたロボットを備えており、溶接して取付けられた溶接部品を含むワークの溶接検査を実行するロボットシステムであって、
前記２つの爪が前記溶接部品にそれぞれ接触したときの前記２つの爪の第１の相対位置を検出するとともに、前記溶接部品に対して、前記２つの爪によって所定の力で負荷を付与したときの、前記２つの爪の第２の相対位置を検出する位置検出部と、
前記第１の相対位置と前記第２の相対位置との間の変化量を計算する変化量計算部と、
前記変化量と所定の基準変化量との間の誤差を計算する誤差計算部と、
前記誤差が所定の閾値以下であるときに前記ワークが良品であると判定するとともに、前記変化量が前記所定の閾値よりも大きいときに前記ワークが不良品であると判定する判定部と、
を備える、ロボットシステム。

【請求項4】

前記ワークの種類に応じて、前記溶接部品に負荷を付与するときの力の大きさと、前記基準変化量と、前記所定の閾値と、のうちの少なくともいずれか１つを変更する設定変更部をさらに備える、請求項３に記載のロボットシステム。

【請求項5】

前記２つの爪で前記ワークを把持し、前記ワークを所定の箇所まで搬送するようロボットを制御する搬送制御部をさらに備えており、
前記搬送制御部は、良品であると判定された前記ワークを第１の箇所まで搬送するとともに、不良品であると判定された前記ワークを前記第１の箇所とは異なる第２の箇所まで搬送するようにロボットを制御するように構成される、請求項１から４のいずれか１項に記載のロボットシステム。

【請求項6】

前記ワークの種類に応じて、前記溶接部品に負荷を付与する前後の前記２つの爪の開口幅を変更する開口幅変更部をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接検査を実行するロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ワークに溶接された溶接部品の溶接品質を検査するロボットシステムが公知である。例えば、特許文献１には、ロボットアームの先端に取付けられた超音波センサを使用して溶接品質を検査する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２７８８０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示される関連技術では、超音波センサ及びそれを制御するセンサ制御装置が必要になるので、構成が複雑である。

【0005】

そこで、簡素な構成でありながら、ワークに溶接された溶接部品の溶接品質を検査できるロボットシステムが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願の１番目の態様によれば、サーボモータによって駆動される２つの爪をアーム先端に備えたロボットを備えており、溶接して取付けられた溶接部品を含むワークの溶接検査を実行するロボットシステムであって、前記溶接部品に対して、前記２つの爪によって所定の力で負荷を付与したときの、前記２つの爪の相対位置を検出する位置検出部と、前記相対位置と所定の基準相対位置との間の誤差を計算する誤差計算部と、前記誤差が所定の閾値以下であるときに前記ワークが良品であると判定するとともに、前記誤差が前記所定の閾値よりも大きいときに前記ワークが不良品であると判定する判定部と、を備える、ロボットシステムが提供される。
本願の２番目の態様によれば、１番目の態様に係るロボットシステムが、前記ワークの種類に応じて、前記溶接部品に負荷を付与するときの力の大きさと、前記基準相対位置と、前記所定の閾値と、のうちの少なくともいずれか１つを変更する設定変更部をさらに備えている。
本願の３番目の態様によれば、サーボモータによって駆動される２つの爪をアーム先端に備えたロボットを備えており、溶接して取付けられた溶接部品を含むワークの溶接検査を実行するロボットシステムであって、前記２つの爪が前記溶接部品にそれぞれ接触したときの前記２つの爪の第１の相対位置を検出するとともに、前記溶接部品に対して、前記２つの爪によって所定の力で負荷を付与したときの、前記２つの爪の第２の相対位置を検出する位置検出部と、前記第１の相対位置と前記第２の相対位置との間の変化量を計算する変化量計算部と、前記変化量と所定の基準変化量との間の誤差を計算する誤差計算部と、前記誤差が所定の閾値以下であるときに前記ワークが良品であると判定するとともに、前記変化量が前記所定の閾値よりも大きいときに前記ワークが不良品であると判定する判定部と、を備える、ロボットシステムが提供される。
本願の４番目の態様によれば、３番目の態様に係るロボットシステムが、前記ワークの種類に応じて、前記溶接部品に負荷を付与するときの力の大きさと、前記基準変化量と、前記所定の閾値と、のうちの少なくともいずれか１つを変更する設定変更部をさらに備えている。
本願の５番目の態様によれば、１番目から４番目のいずれかの態様に係るロボットシステムが、前記２つの爪で前記ワークを把持し、前記ワークを所定の箇所まで搬送するようロボットを制御する搬送制御部をさらに備えており、前記搬送制御部は、良品であると判定された前記ワークを第１の箇所まで搬送するとともに、不良品であると判定された前記ワークを前記第１の箇所とは異なる第２の箇所まで搬送するようにロボットを制御するように構成される。
本願の６番目の態様によれば、１番目から５番目のいずれかの態様に係るロボットシステムが、前記ワークの種類に応じて、前記溶接部品に負荷を付与する前後の前記２つの爪の開口幅を変更する開口幅変更部をさらに備えている。

【0007】

これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

【発明の効果】

【0008】

上記構成を有するロボットシステムによれば、溶接部品に所定の負荷を付与したときの溶接部品の変位量に基づいて、溶接品質を判定する。それにより、溶接品質を検査するための専用のセンサ及びその制御装置が不要になるので、ロボットシステムの構成が簡素化される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係るロボットシステムの全体の構成を示す斜視図である。

【図2】溶接検査の対象となるワークを示す斜視図である。

【図3A】ワークの周囲を拡大して示す部分拡大図である。

【図3B】ワークの周囲を拡大して示す部分拡大図である。

【図4】一実施形態に係るロボットシステムの機能ブロック図である。

【図5】ワークを搬送するためにワークをハンドによって保持した状態を示す側面図である。

【図6】他の形態を有するワークを示す斜視図である。

【図7】図４のロボットシステムによって溶接検査を実行する際の工程の流れを示すフローチャートである。

【図8】別の実施形態に係るロボットシステムの機能ブロック図である。

【図9】図８のロボットシステムによって溶接検査を実行する際の工程の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために縮尺が適宜変更されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が複数の図面にわたって使用される。

【0011】

図１は、一実施形態に係るロボットシステム１０の全体の構成を示す斜視図である。ロボットシステム１０は、溶接部品を含むワークの溶接品質を検査する溶接検査ロボットシステムである。ロボットシステム１０は、図示されないロボット制御装置によって制御されるロボット２０を備えている。

【0012】

ロボット２０は、回転可能な胴部を有するベース２２と、ベース２２に対して回転可能に取付けられる下腕２４と、下腕２４に対して回転可能に取付けられる上腕２６と、上腕２６に対して回転可能に取付けられる手首部２８と、手首部２８に取付けられるハンド３０と、を備えている。図１に例示されるロボット２０は六軸ロボットであるものの、任意の構成を有するロボットにも本発明は適用可能である。

【0013】

ハンド３０は、ハンド３０から突出して延在していて、互いに接近し、又は離間するように相対的に移動可能な一対の爪３２を有している。爪３２は、可動範囲内において任意の開口幅を有するようにサーボモータ３４によって制御される。ハンド３０の爪３２は、溶接検査を実行する際に、所定の力で溶接部品に負荷を付与するように制御される。

【0014】

図２は、溶接検査の対象となるワーク５０を示す斜視図である。ワーク５０は、概ね直方体の形状を有する本体５２と、本体５２の上面５２ａに溶接された２つの溶接部品５４と、を有している。各々の溶接部品５４は、ワーク５０に溶接された基部５４ａと、本体５２の上面５２ａから離間するように基部５４ａから延在する板状の平板部５４ｂと、をさらに有している。溶接部品５４の基部５４ａは、例えばスポット溶接、レーザ溶接など公知の溶接方法によって本体５２に溶接される。溶接部品５４は、平板部５４ｂが互いに平行に延在するように取付けられている。図示されたワーク５０は一例にすぎず、当業者であれば、本発明を利用して他の形態を有するワークの溶接検査をも実行できることを認識するであろう。

【0015】

図３Ａ及び図３Ｂは、ワーク５０の周囲を拡大して示す部分拡大図である。溶接検査を実行する際、ロボット２０は、先ず図３Ａに示されるように、作業台５６に載置されたワーク５０に対して、ハンド３０を所定の位置に位置決めする。このとき、ハンド３０の爪３２の間に溶接部品５４がそれぞれ位置するようにハンド３０が位置決めされる。

【0016】

そして、図３Ｂに示されるように、ハンド３０の爪３２は、互いに接近するように閉方向に駆動される。このとき、爪３２を駆動するサーボモータ３４は、所定のトルクで回転するよう制御される。トルクは、溶接検査を実行する際に溶接部品５４に付与されるべき負荷に応じて決定される。閉方向に駆動される爪３２は、溶接部品５４の平板部５４ｂの面に接触し、さらに、トルクの大きさに応じた所定の力で溶接部品５４に負荷を付与するように駆動される。

【0017】

図４は、一実施形態に係るロボットシステム１０の機能ブロック図である。図示されるように、ロボットシステム１０は、位置検出部６０と、誤差計算部６２と、判定部６４と、搬送制御部６６と、開口幅変更部６８と、設定変更部７０と、を備えている。

【0018】

位置検出部６０は、２つの爪３２の相対的位置を検出する。本実施形態において、爪３２は、サーボモータ３４によって開閉するように駆動される。したがって、例えばサーボモータ３４の回転位置を検出することによって、爪３２の相対的位置を検出できる。サーボモータ３４の回転位置は、例えばロータリエンコーダによって検出される。溶接検査を実行する際に、位置検出部６０は、爪３２が所定の力で溶接部品５４に負荷を付与したときの爪３２の相対位置を検出するように構成される。爪３２の相対位置は、位置検出部６０から誤差計算部６２に出力される。

【0019】

誤差計算部６２は、位置検出部６０によって検出された爪３２の相対位置と、予め定められる基準相対位置との間の誤差を計算する。基準相対位置は、例えば、溶接検査に合格したワーク５０に対して、溶接検査と同一の条件で負荷を付与したときの爪３２の相対位置である。したがって、基準相対位置は実験によって求められる。誤差計算部６２によって計算された誤差は、判定部６４に出力される。

【0020】

判定部６４は、誤差計算部６２によって計算された誤差と、予め定められる閾値とを比較し、誤差が閾値以下である場合、当該ワーク５０を良品であると判定する。他方、誤差が閾値よりも大きい場合、判定部６４は、当該ワーク５０を不良品であると判定する。判定結果は、搬送制御部６６に出力される。

【0021】

搬送制御部６６は、溶接検査が完了したワーク５０を、検査の結果に応じて所定の目標位置まで搬送するようにロボット２０を制御する。良品であると判定されたワーク５０は、例えば、次の工程のためにワーク５０を搬送するコンベヤに移動させられる。他方、不良品であると判定されたワーク５０は、廃棄又はリサイクルするためにワーク５０を搬送するコンベヤに移動させられる。

【0022】

このとき、溶接検査に使用されたハンド３０をワーク５０の搬送時に使用することができる。図５は、ワーク５０を搬送するためにワーク５０をハンド３０によって保持した状態を示す側面図である。図示されるように、ハンド３０は、溶接検査を実行するときよりも爪３２の開口幅が拡大されており、それにより、ワーク５０の本体５２を安定して把持するようになっている。このようにハンド３０をワーク５０の搬送時にも使用することでロボットシステム１０の構成を簡素化できる。

【0023】

設定変更部７０は、ワーク５０の種類に応じて、爪３２によって溶接部品５４に負荷を付与する際の力の大きさ、基準相対位置、又は判定部６４による判定に使用される閾値を変更する。ワーク５０の溶接部品５４の強度は、溶接のタイプ、溶接部品５４の基部５４ａの寸法、材料、その他の要素により、変化する。また、用途に応じて溶接部品に要求される強度も異なる。したがって、設定変更部７０によって変更されるべき各々の値は、ワーク５０の種類に応じて実験により求められる。

【0024】

開口幅変更部６８は、溶接部品５４に負荷を付与する前後において、爪３２の開口幅を変更する。爪３２の開口幅は、サーボモータ３４の回転位置を変更することによって任意に設定できる。しかしながら、溶接検査を実行する際に、爪３２の開口幅が大きすぎたり、或いは小さすぎたりすると、爪３２が周囲の物体と干渉する虞がある。

【0025】

図６を参照して開口幅変更部６８の作用について説明する。図６は、他の形態を有するワーク５０を示す斜視図である。図６に示されるワーク５０には、４つの溶接部品５４１〜５４４が本体５２に溶接されている。例えば、互いに反対側に位置する第１の溶接部品５４１と第４の溶接部品５４４との間に取付けられた第２の溶接部品５４２及び第３の溶接部品５４３に対して、図３に示されるように爪３２を介して負荷を付与する場合を考える。この場合、溶接検査を実行するためにハンド３０の２つの爪３２を、第１の溶接部品５４１と第２の溶接部品５４２との間、並びに第３の溶接部品５４３と第４の溶接部品都５４４の間にそれぞれ位置決めする必要がある。しかしながら、爪３２の開口幅が大きすぎると、爪３２が、第１の溶接部品５４１又は第４の溶接部品５４４に干渉してワーク５０を破損する虞がある。本実施形態によれば、ワーク５０の種類に応じて開口幅変更部６８によって爪３２の開口幅を適切に設定することによって、爪３２がワーク５０などに干渉するのを防止できる。また、開口幅変更部６８によって変更される爪３２の開口幅は、溶接検査を実行した後に爪３２を溶接部品５４から離間する際の爪３２の位置決めにも利用される。

【0026】

図７は、図４のロボットシステム１０によって溶接検査を実行する際の工程の流れを示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１０１において、ロボット２０を制御して、検査対象となるワーク５０の溶接部品５４が爪３２の間に位置するように、ハンド３０を位置決めする。このときの爪３２の開口幅は、開口幅変更部６８によって変更された大きさであってもよい。

【0027】

続いて、ステップＳ１０２において、サーボモータ３４を所定のトルクで回転させて、爪３２を閉方向に駆動し、ワーク５０の溶接部品５４に負荷を付与する。このときのトルクの大きさは、溶接部品５４に負荷を付与する際に要求される力の大きさに応じて実験的に定められる。負荷の大きさは、例えば、ワーク５０の溶接部品５４を弾性変形させるのに十分であり、かつ、塑性変形には至らない程度の大きさに設定される。

【0028】

ステップＳ１０３では、溶接部品５４に負荷を付与した状態で、位置検出部６０によって、爪３２の相対位置を取得する。ステップＳ１０４において、誤差計算部６２によって、先の工程で取得した爪３２の相対位置と、基準相対位置との間の誤差を計算する。

【0029】

ステップＳ１０５では、判定部６４によって、ステップＳ１０４で計算した誤差と、予め定められる閾値とを比較して、ワーク５０が良品であるか、或いは不良品であるかを判定する。具体的には、誤差が閾値以下である場合は、ステップＳ１０６に進み、ワーク５０は良品であると判定する。他方、誤差が閾値よりも大きい場合は、ステップＳ１０７に進み、ワーク５０は不良品であると判定する。

【0030】

図７には示されていないものの、ステップＳ１０６又はステップＳ１０７に続いて、搬送制御部６６によってロボット２０を制御し、良品か、又は不良品であるかに応じてそれぞれ異なる位置までワーク５０を搬送してもよい。

【0031】

本実施形態に係るロボットシステムによれば、以下のような効果が得られる。
（１）ハンドの爪を介して所定の力で溶接部品に負荷を付与する際の溶接部品の変位量に基づいて、溶接検査が実行される。したがって、溶接検査用の特別なセンサ及びその制御装置が不要になるので、ロボットシステムの構成を簡素化できる。

【0032】

（２）サーボモータで制御されるハンドを使用して溶接検査を実行するので、ワークの種類に応じて溶接検査の条件を適宜変更できる。また、サーボモータ駆動式のハンドであれば、ワークに負荷を付与する前後において、爪の開口幅を任意に変更できるので、溶接検査を実行する前後において、爪が周囲の物体に干渉するのを防止できる。

【0033】

（３）溶接検査を実行するため、また、ワークを搬送するために共通のハンドを使用するので、ロボットシステムの構成が簡素化される。特に、ハンドを小型化できる。

【0034】

図８は、別の実施形態に係るロボットシステム１０の機能ブロック図である。図４と対比すると分かるように、本実施形態のロボットシステム１０は、変化量計算部７２をさらに備えている。本実施形態によれば、位置検出部６０が、爪３２の相対位置を二段階に分けて取得するように構成される。

【0035】

すなわち、位置検出部６０は、溶接部品５４に負荷を付与する前に、爪３２を溶接部品５４に接触させたときの爪３２の相対位置（以下、「第１の相対位置」と称する。）を取得する。また、位置検出部６０は、所定の力で溶接部品５４に負荷を付与したときの爪３２の相対位置（以下、「第２の相対位置」と称する。）を取得する。

【0036】

変化量計算部７２は、第１の相対位置と第２の相対位置との間の変化量を計算する。すなわち、計算される変化量は、負荷を付与する前後における溶接部品５４の変位量に相当する。

【0037】

図９は、図８のロボットシステムによって溶接検査を実行する際の工程の流れを示すフローチャートである。先ず、ステップＳ２０１において、ロボット２０を制御して、爪３２を溶接部品５４に対して位置決めする。次いで、ステップＳ２０２において、サーボモータ３４を回転させて、爪３２が溶接部品５４に接触するまで爪３２を閉方向に駆動する。ステップＳ２０３では、位置検出部６０によって第１の相対位置を取得する。

【0038】

ステップＳ２０４において、爪３２を閉方向にさらに駆動し、所定の力で溶接部品５４に負荷を付与する。ステップＳ２０５では、位置検出部６０によって、溶接部品５４に負荷を付与した状態における爪３２の相対位置、すなわち第２の相対位置を取得する。

【0039】

続いてステップＳ２０６において、変化量計算部７２によって、第１の相対位置と第２の相対位置との間の変化量を計算する。さらに、ステップＳ２０７において、誤差計算部６２によって、計算された変化量と、予め定められる基準変化量との間の誤差を計算する。なお、基準変化量は、例えば、溶接検査に合格したワークに対して、溶接検査と同一の条件で負荷を付与したときの第１の相対位置と第２の相対位置との間の変化量である。

【0040】

ステップＳ２０８では、判定部６４によって、ステップＳ２０７で計算された誤差と、予め定められる閾値とを比較し、ワーク５０が良品であるか、又は不良品であるかを判定する。すなわち、誤差が閾値よりも大きい場合は、ステップＳ２１０に進み、ワーク５０が不良品であると判定する。他方、誤差が閾値以下である場合は、ステップＳ２０９に進み、ワーク５０が良品であると判定する。

【0041】

また、本実施形態においても、前述した実施形態と同様に、開口幅変更部６８及び設定変更部７０によって、ワーク５０の種類に応じた調整が可能になっている。なお、本実施形態の場合、設定変更部７０は、例えばワーク５０の溶接部品５４に負荷を付与するときの力の大きさ、基準変化量、閾値などを変更可能であるように構成される。

【0042】

本実施形態に係るロボットシステム１０によっても、前述した実施形態と同様の効果（１）〜（３）が得られることは明らかであろう。

【0043】

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を奏することができることは当業者に自明である。特に、本発明の範囲を逸脱することなく前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することが可能であるし、公知の手段をさらに付加することもできる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

【符号の説明】

【0044】

１０ ロボットシステム
２０ ロボット
３０ ハンド
３２ 爪
３４ サーボモータ
５０ ワーク
５２ 本体
５４ 溶接部品
５４１〜５４４ 溶接部品
６０ 位置検出部
６２ 誤差計算部
６４ 判定部
６６ 搬送制御部
６８ 開口幅変更部
７０ 設定変更部
７２ 変化量計算部

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】