JP2011255473A - 溶接マニピュレータ教示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光が照射された溶接ワークの撮像画像に基づく仮想ワイヤ距離Ｌを表示することで、溶接ワイヤの曲げ修正の手間をなくし、教示作業の精度向上、容易化を図る。
【解決手段】本発明に係る溶接マニピュレータ教示装置１は、溶接マニピュレータ２の溶接ノズル３に備えられる溶接ワイヤ４を溶接ワークＷの溶接線Ｓに沿わす溶接動作を、溶接マニピュレータ２に教示する。溶接マニピュレータ２に、溶接ワイヤ４のワイヤ軸ＷＪ方向又はこのワイヤ軸ＷＪを横切る方向に沿ってレーザ光Ｋを溶接ワークＷへ照射する投光器５と、投光器５のレーザ光軸ＬＪを横切る方向からレーザ光Ｋが照射された溶接ワークＷを撮像するカメラ６とを配備した光学機構７が設けられ、カメラ６の撮像画像Ｇと、撮像画像Ｇに基づいて計算された溶接ノズル３から溶接ワークＷまでの仮想ワイヤ距離Ｌとを表示する表示手段８を有する構成となっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接マニピュレータの先端に設けられた溶接ノズルから突き出る溶接ワイヤを、溶接ワークの溶接線に沿わせる溶接動作を、溶接マニピュレータに教示する溶接マニピュレータ教示装置に関するものである。

従来、ティーチングプレイバック方式の溶接マニピュレータは、あらかじめマニピュレータ制御盤の記憶装置内に溶接動作を行うための動作軌跡や溶接条件等を記憶させ、記憶した動作を再生して溶接マニピュレータに溶接作業を行わせている。
このような溶接マニピュレータに溶接動作を記憶させる作業（教示作業）では、作業者はティーチングペンダントを手に持ち、溶接する箇所へ溶接トーチ先端の溶接ワイヤを、溶接ワークの溶接線（溶接箇所）に沿って移動させ、溶接箇所の位置をマニピュレータ制御盤の記憶装置へ順次記憶させていく。この教示作業において、溶接ワイヤの突き出し長さＴ（ワイヤ基端側のコンタクトチップからワイヤ先端までの距離）は、溶接作業に適した長さ（１０〜３０ｍｍ程度）に決められており、突き出し長さＴを一定にして記憶させることが重要なポイントである。

しかし、溶接ワイヤは柔らかいため、溶接ワークに接触したり、溶接線の途中に盛り上がった仮止め溶接部に接触する等によって、ワイヤは容易に曲がってしまう。その都度、ワイヤを手で曲げて伸ばさなくてはならない。また、曲げて修正できない場合は、曲がったワイヤを切って新しいワイヤを伸ばして新たに突き出し長さＴを調整すると、非常に手間のかかる作業となる。

これらの課題を解決する従来技術としては、特許文献１に記載されたものがある。
図８は、特許文献１の技術を示すものであって、この図に示されたように、特許文献１に記載された溶接用ロボットの教示装置は、溶接ノズル１０１の内部に設けた光源１０２からの光を、溶接ノズル１０１の前方の集光位置Ｒで集光する集光レンズ１０３などの光学機構１０４を有しており、集光レンズ１０３の焦点距離Ｌ１を上述した突き出し長さＴに一致させながら集光位置Ｒを溶接線に沿わせることで、溶接用ロボットに溶接動作を教示している。

特開２００２−２５４３６７号公報

しかしながら、特許文献１では、教示作業の際には作業者の目視確認によって、集光位置Ｒを溶接線に沿わせているため、位置合わせの精度におのずと限界がある。仮に、１ｍｍ以下の精度で位置を合わせるとすれば、作業者は、集光位置Ｒをじっくり見る必要があるため、作業者の顔が溶接用ロボットの先端部に近づく。これでは、作業者の操作ミスによってロボットが誤動作すれば、作業者に安全上の問題が発生するおそれがある。

また、集光位置Ｒと溶接線とのズレが定量的な数値（移動量）で分からないため、作業者は、少しずつ目視確認しながら集光位置Ｒ（ロボット先端部）の誘導をゆっくり行う必要があり、作業効率が悪い。さらには、集光位置Ｒ（ピント）がずれていることがわかるのみで、作業者にとっては、ロボット先端部が溶接ワークＷに対して遠すぎるのか近すぎるのか判別できない。

一方、特許文献１の教示装置において、溶接ノズル１０１の側部には光源１０２点灯用のバッテリホルダ１０５やスイッチ１０６等を取り付けられており、これらバッテリホルダ１０５等が嵩張って狭い揚所では溶接ワークＷと接触するため教示作業ができない問題が発生する。また逆に、溶接ノズル１０１より光学機構１０４が小さい場合には、光学機構１０４取り付け時には教示ができても、実際の溶接では溶接ノズル１０１が嵩張るゆえにワークＷに接触してしまう問題がある。

上述した問題に鑑み、本発明は、レーザ光が照射された溶接ワークの撮像画像に基づいた仮想ワイヤ距離Ｌを表示する表示手段を有することで、溶接ワイヤの曲げ修正をなくし、溶接マニピュレータ動作範囲外から簡単に教示作業ができる溶接マニピュレータ教示装置を提供することを目的とする。

前記課題を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用した。
本発明に係る溶接マニピュレータ教示装置は、溶接マニピュレータの溶接ノズルに備えられる溶接ワイヤを溶接ワークの溶接線に沿わす溶接動作を、前記溶接マニピュレータに教示する溶接マニピュレータ教示装置であって、前記溶接マニピュレータに、前記溶接ワイヤのワイヤ軸方向又はこのワイヤ軸を横切る方向に沿ってレーザ光を溶接ワークへ照射する投光器と、この投光器のレーザ光軸を横切る方向から前記レーザ光が照射された溶接ワークを撮像するカメラとを配備した光学機構が設けられ、前記カメラの撮像画像と、この撮像画像に基づいて計算された前記溶接ノズルから溶接ワークまでの仮想ワイヤ距離Ｌとを表示する表示手段を有していることを特徴とする。

これによって、レーザ光を仮想的なワイヤとすることで、溶接ワイヤの折れ曲がりによる教示位置のばらつきがなくなり、精度良く位置決めができるとともに、ワイヤ折れ曲がりの修正作業の手間がなくなる。これに加え、溶接マニピュレータの動作範囲外からの教示作業が可能となり、作業者の安全を確保できる。さらには、定量的な数値である溶接ノズルから溶接ワークまでの仮想ワイヤ距離Ｌが表示されるため、教示作業の容易化が図られ、この仮想ワイヤ距離Ｌや撮像画像を用いて教示作業の自動化も実現可能となる。

なお、前記溶接マニピュレータに、前記溶接ワイヤのワイヤ軸方向又はこのワイヤ軸を横切る方向に沿ってレーザ光を溶接ワークへ照射して前記溶接ノズルから溶接ワークまでの仮想ワイヤ距離Ｌを測定するレーザ距離計と、このレーザ距離計のレーザ光が照射された溶接ワークを撮像するカメラとを配備することも好適である。
また、前記溶接マニピュレータに、前記溶接ワイヤのワイヤ軸を横切る方向に沿ってレーザ光を溶接ワークへ照射する投光器と、この投光器のレーザ光が照射された溶接ワークを前記ワイヤ軸方向から撮像するカメラとを配備してもよい。

あるいは、前記投光器のレーザ光軸に対して、とにかく横切る方向から撮像するように前記カメラを配備してもよく、さらに加えて、前記投光器又は前記カメラのいずれか一方をワイヤ軸方向に沿って配備してもかまわない。
好ましくは、前記カメラの撮像画像上におけるレーザ光の照射位置から溶接線までのズレ距離Ｄに基づいて前記撮像画像の左右方向の左右ズレ距離Ｘと撮像画像の上下方向の上下ズレ距離Ｙとを算出する画像処理手段を有し、前記表示手段は、前記カメラの撮像画像及び仮想ワイヤ距離Ｌと共に、前記画像処理手段が算出した左右ズレ距離Ｘ及び上下ズレ距離Ｙを表示するとよい。

こうすることで、仮想ワイヤ距離Ｌだけでなく、溶接線に対する上下、左右のズレを定量的な数値として教示作業者に認識させることができ、教示作業の精度向上及び容易化がより一層図られる。
なお、前記光学機構は、前記レーザ光が照射された溶接ワークを照らす照明手段を配備してもよく、暗所においても撮像画像中の溶接線をはっきりと認識させることができ、室内照明が暗かったり、溶接ワークの陰になっても精度良く教示作業が行える。

さらに好ましくは、前記光学機構は、前記溶接マニピュレータの溶接ノズルの内部に設けたり、前記溶接マニピュレータの溶接ノズルと同形で且つ溶接ノズルと付け替えたハウジングの内部に設けられてもよい。
これにより、投光器やカメラ等の光学機構を溶接ノズルと同一のサイズにすることで、教示作業時に光学機構が嵩張ることはなく、また、溶接作業時に溶接ノズルが溶接ワークに接触してしまう問題は発生しない。

なお、前記仮想ワイヤ距離Ｌは、前記溶接ノズルに設けられるコンタクトチップ先端から溶接ワーク表面までの距離である。

本発明によると、溶接ワイヤの軸方向等に沿ったレーザ光が照射された溶接ワークの撮像画像に基づく仮想ワイヤ距離Ｌを表示する表示手段を有することで、溶接ワイヤの曲げ修正をなくし、溶接マニピュレータ動作範囲外から簡単に教示作業ができる。

本発明に係る溶接マニピュレータ教示装置の構成図である。 溶接マニピュレータの溶接ノズル内部を示す一部断面図である。 第１実施形態の溶接マニピュレータ教示装置を示す一部断面図である。 表示手段の撮像画像を示す概要図である。 第２実施形態の溶接マニピュレータ教示装置を示す一部断面図である。 第３実施形態の溶接マニピュレータ教示装置を示す一部断面図である。 第４実施形態の溶接マニピュレータ教示装置を示す一部断面図である。 従来の溶接マニピュレータ教示装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態を、図に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１〜図４には、本発明の第１実施形態に係る溶接マニピュレータ教示装置１が示されている。
この溶接マニピュレータ教示装置１は、レーザ光Ｋが照射された溶接ワークＷの撮像画像Ｇに基づいた仮想ワイヤ距離Ｌを表示する表示手段８を有することで、溶接マニピュレータ２の動作範囲外から簡単に教示作業を行うものである。従来、教示作業においては、実際の溶接ワイヤ４を使うと溶接ワークＷに接触する等でワイヤが曲がっていたが、教示装置１は、レーザ光Ｋを仮想的なワイヤとすることで、溶接ワイヤ４の曲げ修正の手間をなくしている。

上述した溶接マニピュレータ教示装置１の全体構成について、まずはじめに説明する。
［教示装置１の全体構成］
図１に示すように、この教示装置１は、既存の溶接マニピュレータ２の溶接ノズル３に取り付ける投光器５やカメラ６等の光学機構７と、溶接ワークＷの撮像画像Ｇを処理して仮想ワイヤ距離Ｌ等を算出する画像処理手段１０と、これに接続されていて撮像画像Ｇや仮想ワイヤ距離Ｌ等を表示する表示手段８とを有している。これに加え、溶接マニピュレータ教示装置１は、教示プログラムを実行して溶接マニピュレータ２の動作制御などを行う制御盤２１及びこれに接続された教示ペンダント２２とを備えている。

制御盤２１は、動作プログラムにしたがって、溶接マニピュレータ２をコントロールすると共に、溶接マニピュレータ２側からのデータの処理を進めるためのものである。
教示ペンダント２２は、教示作業者が教示プログラムの作成に際して制御盤２１ に各種命令や教示位置を入力したり、教示プログラムに設定された命令の実行を指示したりするために用いられる。

図１の如く、溶接マニピュレータ２は、溶接ワークＷをアーク溶接を行うティーチングプレイバック式の垂直６軸多関節ロボットであって、先端部の溶接ノズル３に備えられる溶接ワイヤ４で、２枚の板状の溶接ワークＷ間の溶接線Ｓ（溶接進行方向）に沿ってアーク溶接を行う。なお、溶接マニピュレータ２は垂直６軸多関節ロボットに限定されない。
図２に示すように、溶接ノズル３は、溶接マニピュレータ２先端部のノズル据付部３ａを介して取り付けられ且つ先端が開口した有底筒状（直径２０〜３０ｍｍ）のノズル本体３ｂを有している。このノズル本体３ｂの底内部には、溶接ワイヤ４を支え且つ溶接ワイヤ４に通電させる先細り状のコンタクトチップ３ｃが、ノズル本体３ｂの開口側へ向けて突出状に（ノズル本体３ｂ開口縁から先端が若干露出するように）設けられている。

なお、溶接ノズル３は、内部から開口側（つまり、溶接ワークＷ側）に向けて、コンタクトチップ３ｃ先端から突き出した溶接ワイヤ４の周囲に、溶接ＡｒやＣＯ等のシールドガスを噴出するように構成されている。
溶接ノズル３のコンタクトチップ３ｃの先端には、溶接ワイヤ４が突き出すワイヤ突出口３ｄが設けられている。よって、溶接ワイヤ４の突き出し長さＴとは、コンタクトチップ３ｃの先端から溶接ワイヤ４の先端までとなる。

溶接ワイヤ４は、アーク溶接によって溶融する条材であって、図示しないワイヤ送供装置によって溶接ノズル３から順次突き出されるが、アーク溶接において溶接ワイヤ４は、上述の突き出し長さＴが適切な長さ（例えば、１０〜３０ｍｍ等）となることが必要である。
なお、溶接ワイヤ４の突き出し方向は、溶接ノズル３から突き出される前の溶接ワイヤ４におけるワイヤ軸ＷＪ（条材である溶接ワイヤ４の軸心）と一致しており、突き出し長さＴはワイヤ軸ＷＪに沿った長さである。
［光学機構７の投光器５、カメラ６等］
以下、溶接マニピュレータ教示装置１における光学機構７及び表示手段８（モニタ）について詳解する。

図３に示す如く、光学機構７は、溶接ワイヤ４のワイヤ軸ＷＪ方向に沿ってレーザ光Ｋを溶接ワークＷへ照射する投光器５と、この投光器５のレーザ光軸ＬＪを横切る方向からレーザ光Ｋが照射された溶接ワークＷを撮像するカメラ６とを有している。
これらの投光器５及びカメラ６は、溶接マニピュレータ２の溶接ノズル３内に設けることができるが、既存のノズル３内へ後付けで投光器５及びカメラ６を取り付けるには、教示作業毎に、ノズル本体３ｂ内部のコンタクトチップ３ｃを外し、ノズル本体３ｂの先端開口から投光器５やカメラ６を挿入して光学機構７を適切な位置に配置しなくてはならない。さらに溶接作業時には、光学機構７を取り外すという煩雑な作業が必要となってくる。

そこで、本実施形態における教示装置１は、略円筒形（直径２０〜３０ｍｍ）のハウジング１２を別途有しており、このハウジング１２の内部に投光器５及びカメラ６等の光学機構７を設けて１つのユニットとしている。
ユニット化された光学機構７を内蔵するハウジング１２は、教示作業時には、溶接マニピュレータ２の溶接ノズル３と付け替えられるか、又は、溶接ノズル３のうちノズル本体３ｂ及びコンタクトチップ３ｃを外し、これらの代わりとしてノズル据付部３ａに据え付けられる。

なお、ハウジング１２は、溶接ノズル３と同形、つまり、ノズル本体３ｂと直径及び高さがほぼ同一である。
こうすることによって、教示作業時に光学機構７が嵩張ることはなく、溶接ワークＷの２部材にはさまれた狭い場所や奥まった部分においても、溶接マニピュレータ２に溶接動作を教示できる。

さらには、溶接ノズル３より光学機構７が小さい場合のように、教示作業はできても、実際の溶接では溶接ノズル３が、教示作業時の光学機構７より嵩張るゆえに、溶接ワークＷに接触してしまうことを防止できる。
投光器５は、レーザ光軸ＬＪが溶接ワイヤ４のワイヤ軸ＷＪと重なる（一致する）ようにノズル据付部３ａに取り付けられており、レーザ光Ｋを溶接ワイヤ４の突き出し方向（つまり、ワイヤ軸ＷＪ方向）に沿って溶接ワークＷ（溶接線Ｓ近辺）に照射する。

なお、「ワイヤ軸ＷＪ方向に沿って」とは、レーザ光軸ＬＪや後述するカメラ６のカメラ光軸ＣＪがワイヤ軸ＷＪと一致する場合だけでなく、レーザ光軸ＬＪやカメラ光軸ＣＪがワイヤ軸ＷＪと重ならずに平行となる場合も含むのであって、以下同様とする。
照射されるレーザ光Ｋ（例えば、赤色や緑色のレーザ）は、所定のスポットサイズ（距離３００ｍｍにて直径１ｍｍ以下）のレーザスポット光である。なお、このレーザスポット光Ｋは、ＪＩＳ Ｃ６８０２「レーザ製品の安全基準」のクラス１又はクラス２に属する可視光であればよい。

カメラ６は、レーザスポット光Ｋが照射された溶接ワークＷ（溶接線Ｓ近辺）の表面を撮像するものであって、所定範囲の２次元画像を撮像できるＣＣＤカメラ等である。
カメラ６の配置は、カメラ光軸ＣＪが投光器５のレーザ光軸ＬＪを横切る（つまり、カメラ光軸ＣＪとレーザ光軸ＬＪとの間で所定角度αを成す）ように、前記ハウジング１２の内壁に取り付けられている。

カメラ６は、一定の撮像間隔（例えば１／３０秒ごとに）で撮像画像Ｇを出力し、この撮像画像Ｇが画像処理手段１０内の画像メモリ（例えば６４０×４８０画素）に蓄えられる。カメラ６でレーザスポット光Ｋを照射された溶接ワークＷを撮像すると、図４のような撮像画像Ｇとなる。
また、上述した投光器５及びカメラ６のサイズは、ハウジング１２内に収まるように小型化されている。
［画像処理手段１０、左右ズレ距離Ｘ、上下ズレ距離Ｙの算出］
図１に示した如く、画像処理手段１０は、制御盤２１とは別の筐体内に納められた演算装置であって、カメラ６からのビデオ信号を入力して仮想ワイヤ距離Ｌや、後述する２つのズレ距離Ｘ、Ｙ等を算出する（図１、図４参照）。

詳解すれば、画像処理手段１０は、カメラ６から送られてきた撮像画像Ｇを探索して、溶接ワークＷ上に照射されたレーザスポット光Ｋの撮像画像Ｇ中における位置Ｐ（詳しくは、照射位置Ｐに相当する画素Ｐ’）を見つけ出す（これをステップＳ０とする）。
このとき、配置されたカメラ６のレーザ光軸ＬＪに対する傾き角度αは既知であるため、三角測量法の原理により、溶接ノズル３から溶接ワークＷまでの距離、すなわち仮想ワイヤ距離Ｌを算出することができる。

なお、撮像画像Ｇ中のレーザスポット光Ｋの照射位置Ｐの探索で算出できる距離は、厳密には、投光器５の先端から溶接ワークＷ表面までであるが、コンタクトチップ３ｃを取り付けた場合におけるチップ３ｃ先端の位置を仮想的に基準点とし、この仮想的なコンタクトチップ３ｃ先端から、溶接ワークＷ表面のレーザスポット光照射位置Ｐまでの距離を、仮想ワイヤ距離Ｌとしている。

なお、仮想的なワイヤ距離Ｌは、溶接ワイヤ４の実際の突き出し長さＴと同一としなくてはならない。
上述した画像処理手段１０は、２つのズレ距離Ｘ、Ｙも算出可能であるが、これは以下に述べるステップＳ１〜ステップＳ４によって実現される。
ステップＳ１において、カメラ６の撮像画像Ｇを探索して、２つの溶接ワークＷの継ぎ目（溶接する箇所）である溶接線Ｓ（撮像画像Ｇ中の画素群Ｓ’となる）を検出する。

ステップＳ２においては、ステップＳ１で検出した溶接線Ｓと、先ほどのステップＳ０にて探索したレーザスポット光照射位置Ｐとの間の最短距離をズレ距離Ｄとして、単位は画素で（つまり、溶接線Ｓを示す画素群Ｓ’と、照射位置Ｐに対応する画素Ｐ’との間の最短距離Ｄの画素数）を算出する。
ステップＳ３において、ステップＳ２のズレ距離Ｄを、撮像画像Ｇ中の左右方向の左右ズレ画素数Ｘ’と、上下方向の上下ズレ画素数Ｙ’との２つに分解する。

ステップＳ４において、各ズレ画素数Ｘ’、Ｙ’をｍｍ単位の距離に変換する数式（１）、数式（２）に代入して、左右ズレ距離Ｘ、上下ズレ距離Ｙを算出する。

ここでｋ（Ｌ）は、画素からｍｍへの変換係数で、仮想ワイヤ距離Ｌの関数である。
すなわちｋ（Ｌ）は、撮像画像Ｇ中で１画素に見える長さが、実際の距離で何ｍｍに相当するかを示す値であって、カメラ６が溶接ワークＷ表面に近ければ（仮想ワイヤ距離Ｌが小さければ）、１画素当たりのｍｍ数であるｋ（Ｌ）は大きくなり、逆に仮想ワイヤ距離Ｌ大きければ、ｋ（Ｌ）は小さくなる。

なお厳密には、レーザスポット光照射位置Ｐ以外の場所では、カメラ６からの距離が不明なので、変換係数は算出することができない。しかし、教示作業者は、レーザスポット光照射位置Ｐを溶接線Ｓに一致させる作業をしており、そのズレがわずかな量であるので、レーザスポット光照射位置Ｐと、撮像画像Ｇ内のその他の部分で見えているものは、仮想ワイヤ距離Ｌとほぼ同じ距離であると仮定しても実用上問題ない。

また、上述した処理は、画像処理手段１０内のプログラムによって実現されている。
［表示手段８（モニタ）］
表示手段８（モニタ）は、溶接マニピュレータ２から所定距離はなれた位置にあるパソコンのディスプレイや、作業者が携行可能な１０インチ程度の小型ＴＶなどであって、カメラ６で撮像した撮像画像Ｇ等を表示できる。つまり、このモニタ８は、教示作業中に溶接ワイヤ４先端が溶接ワークＷの溶接線Ｓに沿っているかを、作業者の視覚に訴えてわかり易く表示する表示器である。

図１、図４に示すように、モニタ８の表示画面には、撮像画像Ｇ（つまり、溶接線Ｓ、及びこの溶接線Ｓ付近の溶接ワークＷ表面に照射されたレーザスポット光Ｋ）が表示されると共に、画面右上には、仮想ワイヤ距離Ｌと、２つのズレ距離Ｘ、Ｙとを表示することができる。
このようなモニタ８を有することで、溶接マニピュレータ２の動作範囲外からの教示作業が可能となり、教示作業者の安全を確保できると同時に、定量的な数値（仮想ワイヤ距離Ｌ等）が表示されるため、教示者にとっては、溶接マニピュレータ２をどの方向にどれだけの距離だけ移動させればよいかをイメージしやすくなり、教示作業が容易となる。

これに加え、この仮想ワイヤ距離Ｌや各ズレ距離Ｘ、Ｙに基づいて、教示時に自動的にレーザスポット光照射位置Ｐを溶接線Ｓに沿わせることで、教示作業を自動化することも可能となる。
［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の溶接マニピュレータ教示装置１を示している。

この第２実施形態の教示装置１は、第１実施形態のように光学機構７のハウジング１２の内部にカメラ６を配備するのではなく、カメラ６をハウジング１２外部に配備しているが、ハウジング１２の内壁に配設した光ファイバ３１を介することで、外部配備したカメラ６でも、レーザスポット光Ｋが照射された溶接ワークＷを撮像可能となっている。
なお、ハウジング１２外部のカメラ６は、溶接ノズル３のノズル据付部３ａよりも溶接マニピュレータ２の基端側であって、教示作業時でも溶接ワークＷと接触しない位置に取り付けられている。

これによって、ハウジング１２内にカメラ６を内蔵する必要がなくなるため、ハウジング１２よりも大きい市販のカメラ等を使用することが可能となる。
［第３実施形態］
図６は、第３実施形態の溶接マニピュレータ教示装置１を示している。
この第３実施形態の特徴は、カメラ６が溶接ワイヤ４のワイヤ軸ＷＪ方向に沿って配備されると同時に、投光器５に替えて、レーザスポット光Ｋを溶接ワイヤ４のワイヤ軸ＷＪ方向に沿って照射しながら仮想ワイヤ距離Ｌを測定可能なレーザ距離計９を用いている点である。

詳しくは、カメラ６は、カメラ光軸ＣＪとワイヤ軸ＷＪとが一致するようにハウジング１２内に配置されていて、このカメラ６の側方にレーザ距離計９（光波距離計）がハウジング１２内壁に取り付けられている。
なお、レーザ距離計９とは、所定波長に変調されたレーザスポット光Ｋを照射すると同時に、照射するレーザスポット光Ｋと、対象物である溶接ワークＷで反射して戻ってくるレーザ光との位相差を検知して距離を算出する計測器である。

カメラ６側方のレーザ距離計９前面には反射ミラー４１が配置され、カメラ６前面にはハーフミラー４２が配置されている。これら２つのミラー４１、４２の角度を調整し、レーザ距離計９から照射されるレーザスポット光Ｋを、ミラー４１、４２で反射させてワイヤ軸ＷＪに沿って溶接ワークＷに照射させる。
つまり、カメラ６側方のレーザ距離計９から下方に照射されたレーザスポット光Ｋは、ミラー４１、４２によって、溶接ワークＷに届く前にはレーザ光軸ＬＪがワイヤ軸ＷＪと一致するようになる（図６参照）。

また、ハーフミラー４２は、レーザ距離計９から照射されるレーザスポット光Ｋのみを反射させ、その他の可視光は透過させるものであって、レーザ距離計９からのレーザスポット光Ｋが照射中でも、カメラ６は、溶接ワークＷをワイヤ軸ＷＪに沿って撮像することができる。
これにより、ハウジング１２内に設けた光学機構７のユニットだけで、仮想ワイヤ距離Ｌをも算出することが可能となる。

したがって、第１実施形態のように仮想ワイヤ距離Ｌを算出するために画像処理手段１０を設ける必要がなくなるため、溶接マニピュレータ教示装置１のシステム規模を小さくすることができる。
［第４実施形態］
図７には、第４実施形態に係る溶接マニピュレータ教示装置１が示されている。

第４実施形態に係る教示装置１と第１実施形態の装置との違いは、第１実施形態における投光器５とカメラ６とを入れ替える点である。
つまり、カメラ６はカメラ光軸ＣＪがワイヤ軸ＷＪと一致するように、溶接マニピュレータ２の溶接ノズル３と付け替えられて、又はノズル据付部３ａに取り付けられ、投光器５はレーザ光軸ＬＪがカメラ光軸ＣＪを横切るように配備されている。

これによって、ハウジング１２内部の形状及び大きさに合わせて、投光器５やカメラ６の配置を変更でき、ハウジング１２を既存の溶接ノズル３に合わせることができる。
上述した第２実施形態から第４実施形態について、その他の構成は第１実施形態と同様である。
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。溶接マニピュレータ教示装置１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

光学機構７の投光器５やカメラ６は、レーザ光軸ＬＪ、カメラ光軸ＣＪのいずれかが溶接ワイヤ４のワイヤ軸ＷＪ方向に沿って配備されているが、レーザ光軸ＬＪとカメラ光軸ＣＪとが互いに所定角度αを成すならば、投光器５及びカメラ６の両方ともがワイヤ軸ＷＪ方向に沿って配備されていなくともよい。
光学機構７は、レーザ光Ｋが照射された溶接ワークＷ（溶接線Ｓの近辺）を照らすために、ＬＥＤ等の照明手段１１を、上述したハウジング１２の内部や、溶接ノズル３のノズル本体３ｂ内部に設けていてもよい（図３参照）。

この場合には、暗所においても撮像画像Ｇ中の溶接線Ｓを表示手段８ではっきりと表示させることができ、室内照明が暗かったり、溶接ワークＷの陰になっても精度良く教示作業が行える。
表示手段８は、カメラ６の撮像画像Ｇと共に、仮想ワイヤ距離Ｌ、左右ズレ距離Ｘ及び上下ズレ距離Ｙを表示するが、３つの距離Ｌ、Ｘ、Ｙのうち、Ｌだけなど少なくとも１つを表示することとしてもよい。

レーザ距離計９のレーザ光Ｋは、溶接ワイヤ４のワイヤ軸ＷＪ方向に沿って照射されているが、レーザ光Ｋをワイヤ軸ＷＪを横切る方向に沿って照射してもよい。
画像処理手段１０は、別の筐体内に納められていたが、制御盤２１に内蔵されていてもよい。

１ 溶接マニピュレータ教示装置
２ 溶接マニピュレータ
３ 溶接ノズル
３ｃ 溶接ノズルのコンタクトチップ
４ 溶接ワイヤ
５ 投光器
６ カメラ
７ 光学機構
８ 表示手段
９ レーザ距離計
１０ 画像処理手段
１１ 照明手段
１２ ハウジング
Ｗ 溶接ワーク
Ｓ 溶接ワークの溶接線
ＷＪ 溶接ワイヤのワイヤ軸
Ｋ レーザ光
ＬＪ レーザ光軸
Ｇ カメラの撮像画像
Ｌ 仮想ワイヤ距離
Ｄ ズレ距離
Ｘ 左右ズレ距離
Ｙ 上下ズレ距離

Claims (11)

1. 溶接マニピュレータの溶接ノズルに備えられる溶接ワイヤを溶接ワークの溶接線に沿わす溶接動作を、前記溶接マニピュレータに教示する溶接マニピュレータ教示装置であって、
   前記溶接マニピュレータに、前記溶接ワイヤのワイヤ軸方向又はこのワイヤ軸を横切る方向に沿ってレーザ光を溶接ワークへ照射する投光器と、この投光器のレーザ光軸を横切る方向から前記レーザ光が照射された溶接ワークを撮像するカメラとを配備した光学機構が設けられ、
   前記カメラの撮像画像と、この撮像画像に基づいて計算された前記溶接ノズルから溶接ワークまでの仮想ワイヤ距離Ｌとを表示する表示手段を有していることを特徴とする溶接マニピュレータ教示装置。
2. 溶接マニピュレータの溶接ノズルに備えられる溶接ワイヤを溶接ワークの溶接線に沿わす溶接動作を、前記溶接マニピュレータに教示する溶接マニピュレータ教示装置であって、
   前記溶接マニピュレータに、前記溶接ワイヤのワイヤ軸方向又はこのワイヤ軸を横切る方向に沿ってレーザ光を溶接ワークへ照射して前記溶接ノズルから溶接ワークまでの仮想ワイヤ距離Ｌを測定するレーザ距離計と、このレーザ距離計のレーザ光が照射された溶接ワークを撮像するカメラとを配備した光学機構が設けられ、
   前記カメラの撮像画像と、前記レーザ距離計が測定した仮想ワイヤ距離Ｌとを表示する表示手段を有していることを特徴とする溶接マニピュレータ教示装置。
3. 溶接マニピュレータの溶接ノズルに備えられる溶接ワイヤを溶接ワークの溶接線に沿わす溶接動作を、前記溶接マニピュレータに教示する溶接マニピュレータ教示装置であって、
   前記溶接マニピュレータに、前記溶接ワイヤのワイヤ軸を横切る方向に沿ってレーザ光を溶接ワークへ照射する投光器と、この投光器のレーザ光が照射された溶接ワークを前記ワイヤ軸方向から撮像するカメラとを配備した光学機構が設けられ、
   前記カメラの撮像画像と、この撮像画像に基づいて計算された前記溶接ノズルから溶接ワークまでの仮想ワイヤ距離Ｌとを表示する表示手段を有していることを特徴とする溶接マニピュレータ教示装置。
4. 溶接マニピュレータの溶接ノズルに備えられる溶接ワイヤを溶接ワークの溶接線に沿わす溶接動作を、前記溶接マニピュレータに教示する溶接マニピュレータ教示装置であって、
   前記溶接マニピュレータに、前記溶接ワークにレーザ光を照射する投光器と、この投光器のレーザ光軸を横切る方向から前記レーザ光が照射された溶接ワークを撮像するカメラとを配備した光学機構が設けられ、
   前記カメラの撮像画像と、この撮像画像に基づいて計算された前記溶接ノズルから溶接ワークまでの仮想ワイヤ距離Ｌとを表示する表示手段を有していることを特徴とする溶接マニピュレータ教示装置。
5. 前記投光器は、前記溶接ワイヤのワイヤ軸方向に沿ってレーザ光を溶接ワークへ照射するように配備されていることを特徴とする請求項４に記載の溶接マニピュレータ教示装置。
6. 前記カメラは、前記投光器のレーザ光が照射された溶接ワークを前記溶接ワイヤのワイヤ軸方向から撮像するように配備されていることを特徴とする請求項４に記載の溶接マニピュレータ教示装置。
7. 前記カメラの撮像画像上におけるレーザ光の照射位置から溶接線までのズレ距離Ｄに基づいて前記撮像画像の左右方向の左右ズレ距離Ｘと撮像画像の上下方向の上下ズレ距離Ｙとを算出する画像処理手段を有し、
   前記表示手段は、前記カメラの撮像画像及び仮想ワイヤ距離Ｌと共に、前記画像処理手段が算出した左右ズレ距離Ｘ及び上下ズレ距離Ｙを表示していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶接マニピュレータ教示装置。
8. 前記光学機構は、前記レーザ光が照射された溶接ワークを照らす照明手段を配備していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶接マニピュレータ教示装置。
9. 前記光学機構は、前記溶接マニピュレータの溶接ノズルの内部に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の溶接マニピュレータ教示装置。
10. 前記光学機構は、前記溶接マニピュレータの溶接ノズルと同形で且つ溶接ノズルと付け替え可能なハウジングの内部に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の溶接マニピュレータ教示装置。
11. 前記仮想ワイヤ距離Ｌは、前記溶接ノズルに設けられるコンタクトチップ先端から溶接ワーク表面までの距離であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の溶接マニピュレータ教示装置。