JP2006315157A - 塗装ロボットのティーチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
比較的大形で複雑な塗装を必要とする被塗装物を塗装ロボットで行う場合に、ティーチングを楽に、正確に行うための方法に関する。
【解決手段】
塗装ロボットのＰＴＰティーチングにおける各記憶ポイントを、予めワークに塗布もしくは貼り付けた感応材に反応する照射手段で照射したときに記憶するように構成し、この時の反応によって各記憶ポイントは記憶完了の表示がされることで、目視確認が可能となる。塗料を吹付ける前の段階で感応材により、被塗装物全体の記憶ポイントが簡単に確認でき、ダブりや抜けが防止され、ティーチングが容易かつ正確に行える。

【選択図】 図1

Description

本発明は、多軸の自由度を持つ塗装ロボットにより塗装を行うにあたって、スプレーガンの作動軌跡を点で結んだ経路に沿って繰り返し作動させるため、これらの点を記憶させる場合のティーチング方法に関する。

塗装ロボットに繰り返し塗装作業を行わせるため、予め被塗装物に応じた塗装作動を記憶させる方法は幾つかの方法がすでに用いられている。代表的にはスプレーガンを搭載した塗装ロボットアームを実際に作業者が動かしながら塗装作業を行い、その作業をそのまま記憶させ、同じ動きを再生させるダイレクトティーチング、塗装ロボットを遠隔操作で動かしながらその作動を記憶させるリモートティーチング、そして記憶された塗装作業データや被塗装物の三次元データ、塗装位置データ等に基づきパソコンを用いて直接塗装ロボットを動かすことなく行うオフラインティーチング等がある。

また作動の記憶方式として、連続的な動きを記憶させるコンティニュアス・パス（ＣＰ）方式と、被塗装物の塗装面に対して要所要所の点を記憶させ、これらの点を結んだ塗装軌跡で作動させるポイント・ツー・ポイント（ＰＴＰ）方式とが一般的に用いられている。多くの場合、直線移動や円弧移動等途中の位置は省略できることから記憶ポイントすなわち記憶容量を少なくできるためＰＴＰ方式が主として使用されている。

前記いずれのティーチングにしても塗装の仕上がりは被塗装物の形状、塗装に使用するスプレーガン、あるいは塗料の種類や塗膜の仕上げ条件等、多くの要素に左右され、塗装作業すなわち塗装ロボットの作動は熟練した作業者により行われることになる。それでも実際の塗装を試験し結果をフィードバックしながら求める塗装仕上げができるプログラムを完成させることになり、ティーチングを繰り返し行うことも多く、その容易化は常に要求されている。

現在ではコンピュータ技術の進歩により完全オフラインでのティーチングが可能であることは否定できないが、現状ではコンピュータによる解析プログラム技術とこれに携わる技術者が塗装の熟練技術をあわせ持っていなければ効率の良いティーチングが困難であり、現状では殆どの場合、実際の被塗装物に向かってティーチングを行っているのが現状である。

このような状況で、複雑、大形の被塗装物に対して実際にティーチングする場合、ＰＴＰで行ってもそのポイント数は多く、スプレーガンと被塗装物の距離を一定に正しい位置に保つことが困難である。このため予め被塗装物にマーキングを施し、そのマーキングに沿ってスプレーガンを動かすように、塗装ロボットに前記マーキングを検知する画像センサ、距離センサを取り付け、画像処理を行って一定距離を保ちながら移動し塗装軌跡を記憶させることによってティーチングを容易にする技術も提案されている。（特開平１０−２６４０６０）

また塗装ロボットアームの代わりとなる冶具を用いて、その冶具の動きを三次元座標で検出できるようにしてティーチングデータとして使用することも考えられている。しかしこれらの場合、いずれも画像処理等解析処理装置が伴い、設備コストの面を考慮すると実用的には採用しがたいのが現状であり、ティーチングの際に被塗装物との距離、方向を容易に設定できる冶具や墳霧パターンに見立てた照明具、撮影具等で容易化を図っているのが現状である。
特開平８−５７３７３号公報 特開平１０−２６４０６０号公報 特開平１０−２６４０５９号公報 特開平５−１３８１０８号公報 実開平６−７７８５０号公報

このようにＰＴＰティーチングにおいて特別高価な解析装置や演算処理装置を使用しなくても、比較的簡単な手段を用いて、容易にティーチングができ、作業者の負担を減少させることができる方法が現実的には最も要求されるところである。

実際には殆どのティーチング作業が被塗装物に直接向かって塗装作業を行うように塗装ロボットを移動させながら行っている現状から、誰でもが容易にできるよう予め被塗装物にティーチング位置を表示しておく方法を用いることも提案されているが、実際に指示どおりのティーチングが完了したかどうかは、テスト再生によらなければ確認することができない。

特に前述のごとく、比較的大きく複雑な被塗装物になるほどティーチングを行う作業者の負担は大きく、実際には部分的に区切って行ったり、被塗装物の位置を反転させるなどして塗装する場合にもそれぞれの位置で部分的にティーチングを行い、最後にまとめて全体のティーチングを完了させるなどの方法が取られる。
このような場合部分的に行った個所を確実に記憶できず、洩れ個所や重複個所があった場合、テスト再生してみて初めて判り、改めてやり直すなど、時間と労力がかかってしまうことが多く、問題となっている。

本発明はこれらの状況から、複雑、大形の被塗装物においてもティーチングポイントの把握ができ、結果としてティーチング完成までの時間の短縮が図れる方法を提供することである。

本発明は、被塗装物の塗装面に対して必要な塗装位置と条件をポイントごとに記憶させ、繰り返し作業を行わせるためにティーチングする場合に、被塗装物の塗装面に予め感応材を施し、該被塗装物に対して塗装ロボットの作動アームに取り付けた照射手段により被塗装物との所定距離を維持して照射し、その位置を順次と記憶させる。この際照射手段によって反応した感応材が記憶済みとして目視できるようにすることで、ティーチングが完了したポイントを確認しながら行えるようにしたことを特徴とする。

感応材としては、感光剤を被塗装物に塗布しておく方法や、着脱自在のシールをティーチングポイントに貼り付ける方法がある。

また感光剤を使用しない方法としては、被塗装物の塗装面に所定の吹付け距離と方向を特定し先端部にマーキング手段を備えた指示具により、被塗装物のティーチングポイントに印を付しながら記憶させて行う方法によっても可能である。

以上のように本発明では被塗装物を用いて直接ＰＴＰティーチングをする際、予め被塗装物に感光剤等の感応材を施しておくため、ティーチングによって被塗装物の塗装位置の基準となるポイントにおいて記憶させるときに、同時に感光剤等に作用する照射手段によってそのポイントが反応し、記憶済みと判別できるマーキングがなされる。したがって順次記憶させながらバランスよく短時間にティーチングができる。

また塗装位置が離れた位置に移動したときや、すでに教示した塗装位置に続けて塗装を行うためのティーチングをする時などに、教示個所がどこまで済んでいるかが目視でき、余分な重ね塗りや塗装忘れ等のティーチング不良が防止でききる。一通りのティーチングが終了し再生確認作業を行わせる場合も各ポイントでの移動軌跡に問題があるかどうかが表示されたポイントと比較し簡単に確認できる。

このためティーチングに正確性が増し、確認の塗装作業による無駄な作業時間が短縮され従来のティーチング時間が大幅に短縮、容易化が可能になる。またティーチングの軌跡の現品保存が可能になり、データの利用による類似塗装のティーチングの簡略化が図れる。

同様に特殊な感光剤や照射手段を使用しない場合でも、塗装ロボットの作動アーム先端に取り付けたマーキング手段によって各ポイントに対して所定の距離を保った位置で、被塗装物のティーチングポイントに対してティーチング済みを表すマーキングが施され、前記同様間違いなくバランスの良いティーチングを短時間に行うことができる。

本発明を実施する場合の被塗装物は、比較的大きく、又はティーチングが複雑であり記憶ポイントが多くなる場合により効果が得られる。塗装ロボットにより被塗装物の塗装面に対して必要な塗装位置と条件をポイントごとに記憶させるポイント・ツー・ポイント方式で記憶させるにあたり、被塗装物の塗装個所に吹き付け塗装を行うスプレーガンに替えレーザ等を用いた距離センサの機能を持つ照射手段を搭載し、被塗装物までの距離を確定すると共に被塗装物の吹き付け個所の中心にレーザ光が照射されるようにする。

被塗装物の塗装面には照射されたレーザ光により反応して変色もしくは変質する感光剤を予め塗布しておく、感光剤は、通常の光線下では長時間反応せず、レーザ光によって反応するものが選定される。この状態で、被塗装物に対して塗装ロボットの作動アームを移動させながら順次塗装位置を特定し、記憶させていく。作動アームの移動は直接作業者が移動させる方法や遠隔操作で移動させる方法があるが、いずれでも良い。
記憶させる塗装ポイントは、所定の吹き付け距離を維持した状態で、その他の塗装条件を含め塗装ロボットの制御装置に記憶される。この時レーザ光が照射され、予め塗布された被塗装物の感光剤に反応が生じ、作業者の目で確認ができるようになる。

被塗装物全体に感光剤を塗布することが経済的に問題があるか、もしくは被塗装物の再使用に不都合である場合などの理由で実施できない場合には、感光剤を塗布したシール等を予め塗装ポイントとなる位置に貼り付けておき、その点を基準としてティーチングを行うこともできる。この場合にあっては熟練者でなくても作業が容易にできるメリットが得られる。

この場合は予め被塗装物全体の塗装位置を確認し、経験に基づく塗装ポイント位置にシール等を貼っておき、そのシールに対して順次ティーチングしていけば、塗装に対して初心者であっても容易に、しかも間違いなく適正なティーチングを実施することができる。

もし照射手段等の設備を用いずに、簡単な指示具のみでティーチングを行う場合は、マーキング手段を先端に備えた指示具を用いることによって、ティーチングが完了したポイントに印が付けられることによって前記同様に目視確認が可能となり、作業の効率を図ることができる。

図1は本発明を説明するための塗装ロボットと被塗装物の関係をあらわす外観図である。塗装ロボット１は通常５軸、６軸程度の自由度を持つアーム２を有し、その先端に搭載したスプレーガン３により、被塗装物４に塗装を行う。スプレーガン３は、塗装の要求に応じて、種々のスプレーガンが用いられ、限定されるものではない。被塗装物４も同様で、図の例では単純な立方体で示しているが、実際には自動車のように大きく、複雑な形状の被塗装物から家具、家庭用品等、あらゆるものが対象となりえる。また図の例では被塗装物を搭載する搬送コンベア５が回転して順次と被塗装物を塗装位置に設置すると共に、被塗装物自体が回転して下面以外を全面塗装できる装置の例が示されている。塗装ロボットの作動を制御する制御装置６は塗装ロボットを駆動する制御・記憶装置等で構成されている。

ＰＴＰティーチングは図2のようにスプレーガンで塗装する状況に合わせ、その移動軌跡に沿ったポイントを設定しながら記憶させていくもので、例えば0.1秒ごとに移動させる点を設定した場合、10ポイントの間を1秒で移動することになり、塗装条件に合わせて速度が設定できることになる。さらにスプレーガンの吹付け方向と被塗装物の塗装面までの距離を記憶させ、塗装時の再生動作としてのティーチングが行われる。

これらの基本的なティーチングに対して、Ａ点とＢ点を塗装し、次にＣ点に移動してＤ点まで塗装、続いてＥ、Ｆ、Ｇ、Ｈと塗装を継続するか、Ｅ、Ｆ、Ｊ、Ｋと塗装するかは作業者の判断や被塗装物に対する塗装効率等条件によって必ずしも一致するとは限らない。さらに後者の場合Ｆ点でスプレーを中断しＪ点で再びスプレーを開始する方法と、Ｅ点とＫ点の間を連続した塗装で行うことも考えられる。これらは被塗装物の大きさにより、塗装を中断する距離等によっても変わってくる。

また記憶ポイントは単純にすることがティーチングの容易化につながることから、多くの塗装ロボットには、基点例えばＡ点と終点Ｂ点の間を単純に直線的に移動するような場合に同じ条件での作動を継続させることで途中のポイントを省略できる制御システムが設けられている。

図1のように４面又は５面をそれぞれ区切って塗装し、そのティーチングを行う場合、あるいは図２のような場合に内部の４面をさらに塗装するなどの場合、作業者はどの面までをティーチングしたか判らなくなってしまうことがある。また連続した同一面であっても大形の被塗装物の場合、塗装ロボットの作業範囲の関係から片側ずつに分けて塗装するなどの方法が採られるなどティーチングが複雑化するほど作業者の負担が大きくなる。

ティーチングはいずれの方法であれ、被塗装物の塗装を行うすべての塗装面に対して必要なティーチングポイントが設定する必要がある。本発明ではこれらのティーチングを行うに際して、被塗装物に感光剤を予め塗布し、さらに塗装ロボットのスプレーガンを搭載する位置にレーザ光により塗面までの距離を計測できる距離センサを搭載し、被塗装物に対する噴霧方向と吹付け距離を一定に維持した状態で各ポイントのティーチングを行う。

噴霧方向と吹付け距離を一定に維持するための手段としてはすでに多くの技術が提案されているが、ここではレーザ光により塗面までの距離を計測できる距離センサでその位置を検知し、塗装ロボットの制御装置に組み込まれたフィードバック制御によって塗装ロボットを操作し、所定の距離に維持することができる装置が使用される。この他一対のレーザ光を違う角度でスプレーガン中心の相対位置から照射し、その交差位置で距離が認識できる照射手段を搭載しておくことによっても容易に距離を設定でき、吹付け方向と距離を一定に維持しながら各ポイントを設定、そのポイントと軌跡をレーザ光をあてながら記憶させていくこともできる。

被塗装物に塗られた感光剤は、ティーチングにおける距離合わせのレーザ光により感光し、変質して記憶された跡が残りティーチングの結果が目視で確認できる。感光剤は通常の明るさの範囲では容易に感光せず、強いレーザ光によって感光し、変質・変色することによって感光するものが選択される。この状況で記憶洩れ個所が事前にわかり、同じ個所を重複して記憶してしまうことも防ぐことができるため、再生テストによって確認する必要もなく直ちに対応することができる。

またレーザ光等の照射手段と感光剤の変わりに、吹付け距離と方向を指示する指示具をスプレーガンに替えて塗装ロボットに搭載してティーチングを行う場合においても、指示具先端にマーキング手段を設け、ティーチングに際して先端のマーキング手段によって被塗装物に印をつけながら記憶させていく方法でも可能である。マーキングの手段は先端に筆記具で用いられるフェルトペンや押圧により液が漏出して塗布される構造のもの等が使用される。

別の方法として被塗装物の形状を確認しながら、予め必要とされるティーチングポイントに対して、まずそのティーチングポイントに予め感光剤を塗布したシールもしくは印をつけるためのシールを貼り付けておく、次いでそのシールのポイントに合わせてティーチングを行えば塗装ロボットのアームを動かしての作業が容易になり、正確なティーチングが可能となる。シールは剥がしやすい粘着紙等を用いることによって作業性を損なわず、事前の微調整や修正等を容易に行うこともでき精度を高めることができる。

塗装ロボットにより被塗装物を塗装する状態の説明図。 ティーチングの軌跡を示す説明図。

符号の説明

１ 塗装ロボット１
２ アーム
３ スプレーガン
４ 被塗装物
５ 搬送コンベア
６ 制御装置

Claims (5)

1. 感応材を施し、被塗装物に対して塗装ロボットの作動アームに取り付けた照射手段により該被塗装物との所定距離を維持して照射し、その位置を順次記憶するとともに、前記感応材に記憶済みの記録を残存させ、ティーチングポイントを確認しながら行うティーチング方法。
2. 感応材として感光剤を被塗装物に塗布しておく請求項１のティーチング方法。
3. 感応材として感光剤を塗布した着脱自在のシールをティーチングポイントに貼り付け、該シールに対して順次記憶させていく請求項１のティーチング方法。
4. 被塗装物の塗装面に対して繰り返し作業を行わせるために、作動する軌跡のポイントごとに必要な塗装位置と条件を記憶させる塗装ロボットに教示するティーチング方法において、被塗装物の塗装面に所定の吹付け距離と方向を特定し先端部にマーキング手段を備えた指示具により、被塗装物のティーチングポイントに印を付しながら記憶させて行うティーチング方法。
5. 着脱自在のシールをティーチングポイントに貼り付け、該シールに対して順次記憶させていく請求項４のティーチング方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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