JPH06114557A - 溶接ロボットのティーチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アーク溶接を行なう溶接ロボットに対して、
溶接トーチを移動させるロボットの移動軌跡を、直接作
業者が被溶接部位を目視することなく、容易ティーチン
グし得るようにすることを目的とする。 【構成】 アーク溶接を行なう溶接ロボット１０に対し
ては、溶接トーチ１とティーチング治具３１とがそれぞ
れ着脱自在となっている。このティーチング治具３１に
は、距離計測器３３と三次元角度計測器４１とテレビ撮
像器４２とが設けられており、ティーチング作業を行な
う際には、作業者は表示部５３に表示された距離及び傾
斜角度のデータを見ながら、ティーチングを行なうこと
ができる。また、ティーチング治具に被溶接部位に接触
する接触部材を設けるようにした場合には、表示部に接
触部材が接触したか否かが表示されるので、その表示部
を見ながら、治具の傾斜角度のデータを確認しつつティ
ーチング作業を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアーク溶接用のロボット
による溶接トーチの移動軌跡をティーチングするための
溶接ロボットのティーチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】不活性ガスをシールドガスとして使用し
たアーク溶接には、ミグ（ＭＩＧ）溶接、ティグ（ＴＩ
Ｇ）溶接、あるいはマグ（ＭＡＧ）溶接等がある。近年
にあっては、溶接トーチの被溶接物に対する移動は、多
くの場合、自動的に行なわれている。溶接トーチを移動
させるために、溶接ロボットのアームに溶接トーチを装
着して、溶接ロボットにより溶接トーチを移動させれ
ば、比較的複雑な曲面を有する被溶接物に対しても溶接
を行なうことができる。例えば、図９に示されるよう
に、湾曲した被溶接部位Ｑを有する被溶接物Ｗを溶接す
る場合には、溶接の進行に伴なって溶接トーチ１の被溶
接物Ｗに対する傾斜角度や溶接進行方向に対して幅方向
に溶接トーチを変位させる必要があるが、自由度の多い
溶接ロボットを用いることにより、三次元的に複雑に被
溶接部位Ｑが変位する被溶接物Ｗに対しても溶接するこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】アーク溶接を行なう場
合には、図１０に示されるように、溶接トーチ１のノズ
ル２から一定の搬送速度で給送される可溶電極Ｅが被溶
接物Ｗの被溶接部位Ｑに対して所定の傾斜角度θの姿勢
となるように設定し、更に、アークＲが被溶接部位Ｑに
確実に形成されるように溶接トーチ１の被溶接物Ｗに対
する位置、例えばノズル２の基準点Ｐと被溶接物Ｗとの
間の距離Ｄが所定の値となるように設定する必要があ
る。この溶接トーチ１の被溶接物Ｗに対する傾斜姿勢と
位置は、溶接ロボットを使用して溶接トーチ１を移動さ
せる場合には、予め溶接ロボットに対して移動軌跡をテ
ィーチングつまり教示する必要がある。このティーチン
グ作業は、ティーチングペンダントを作業者が操作して
溶接トーチ１を移動させながら、所定の位置毎に位置の
データをロボットの制御部内に入力しており、被溶接物
の溶接部位が水平となり一直線状となっていれば、ティ
ーチング作業は比較的簡単である。しかしながら、図９
に示されるように、三次元的に複雑に変位する溶接部位
Ｑに合せて高い精度で溶接トーチ１をティーチングする
には、作業者は溶接部位を目視することができない場合
があり、その作業が容易でなく、正確な位置となるよう
にティーチングするには、その入力に時間がかかり作業
性が良好でないという問題点がある。

【０００４】そこで、本発明はアーク溶接を行なうため
の溶接ロボットにおける溶接トーチの移動軌跡を入力す
るティーチング作業を正確に行ない得ると共に容易かつ
迅速に行ない得るようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、アーク溶接用の溶接トーチが着脱自在に装
着される溶接ロボットに対して前記溶接トーチに代えて
装着されるティーチング治具と、前記ティーチング治具
に取付けられ、溶接時における溶接ノズルの基準位置と
被溶接部位との距離を検出する距離計測器と、前記ティ
ーチング治具に取付けられ、当該ティーチング治具の三
次元方向の角度を検出する三次元角度計測器と、前記テ
ィーチング治具に取付けられ、前記被溶接部位の近傍の
影像を撮影するテレビ撮像器と、前記溶接ロボットティ
ーチング情報を送るティーチング処理部と、ティーチン
グ操作時に前記距離計測器と前記三次元角度計測器と前
記テレビ撮像器とにより検出されたデータを表示する表
示部とを有する溶接ロボットのティーチング装置であ
る。更に本発明は、アーク溶接用の溶接トーチが着脱自
在に装着される溶接ロボットに対して前記溶接トーチに
代えて装着されるティーチング治具と、前記ティーチン
グ治具に取付けられ、溶接時における被溶接部位に対応
した位置が先端となった接触部材と、前記ティーチング
治具に取付けられ、当該ティーチング治具の三次元方向
の角度を検出する三次元角度計測器と、前記ティーチン
グ治具に取付けられ、前記被溶接部位の近傍の影像を撮
影するテレビ撮像器と、前記溶接ロボットにティーチン
グ情報を送るティーチング処理部と、ティーチング操作
時に前記三次元角度計測器と前記テレビ撮像器とにより
検出された情報と、前記接触部材が被溶接物に接触した
か否かを表示する表示部とを有する溶接ロボットのティ
ーチング装置である。

【０００６】

【作用】上記構成の溶接ロボットのティーチング装置に
おいては、ティーチング治具の三次元方向の傾斜角度、
溶接トーチを装填した場合における溶接ノズルと被溶接
部位に相当するティーチング治具と被溶接部位との距離
とを、作業者は表示部に表示されたデータを見ると共
に、テレビ撮像器からのモニターを見ながら、ティーチ
ング治具の位置を溶接ロボットに指令し、位置データを
コントロールボックス内のメモリーに格納することがで
きる。また、距離計測器を有しない場合には、ティーチ
ング治具に設けられた接触部材を被溶接部位に接触させ
るようにし、接触状態をテレビモニターを見ると共に、
表示でティーチング治具の傾斜角度を確認しながら、テ
ィーチング治具の位置を溶接ロボットに入力指令するこ
とになる。

【０００７】したがって、作業者は直接被溶接物の被溶
接部位を目で確認することなく、テレビ撮像器のモニタ
ーを見ることにより、溶接ロボットの作動位置をティー
チングすることができる。

【０００８】

【実施例】以下、図示する溶接ロボットのティーチング
装置の一実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図
１は溶接ロボット１０の一例を示す図であり、この溶接
ロボット１０はベース１１の上に鉛直軸回りに旋回自在
に取付けられた旋回台１２を有し、この旋回台１２には
第１アーム１３が揺動自在に取付けられている。そし
て、この第１アーム１３の先端には連結部１４を介して
第２アーム１５が回転自在に取付けられ、この第２アー
ム１５の先端に回転自在に取付けられた手首部１６には
溶接トーチ及びティーチング治具が着脱自在に装着され
るようになっている。

【０００９】図２は手首部１６に溶接トーチ１が装着さ
れた状態を示す図であり、手首部１６に固定された台座
１７に溶接トーチ１が取付けられており、この溶接トー
チ１は基端部のコンジットチューブ２１とこれの先端に
取付けられたトーチ本体２２とを有し、このトーチ本体
２２にはノズル２が設けられている。トーチ本体２２の
コア部２３とノズル２との間に形成された通路２４を通
ってシールドガスが供給される。一方、コア部２３の先
端にねじ結合されたチップ２５から可溶電極Ｅが一定の
速度で送り出されるようになっており、これにより、図
９に示されるように、被溶接物Ｗの被溶接部位Ｑに対し
て溶接がなされる。

【００１０】図３及び図４は、ロボット１０の手首部１
６に溶接トーチ１に代えてティーチング治具３１が装着
された状態を示す図である。ティーチング治具３１は、
図示するように、台座１７に装着される治具本体３２を
有し、この治具本体３２には距離計測器３３が取付けら
れている。この距離計測器３３により、図１０に示され
た溶接トーチ１のノズル２の基準点Ｐ（例えばノズル２
の先端面）と被溶接物Ｗと間の距離Ｄに相当する距離が
求められる。この距離Ｄは図示する場合には、ノズル２
の先端から突出した可溶電極Ｅの長さと、被塗物Ｗとの
間に形成されるアークの長さとの距離を合計した距離に
相当する。ただし、溶接トーチ１の被溶接物Ｗに対する
位置が所望の位置となるように設定されるのであば、前
記基準点Ｐの位置としては任意の位置に設定することも
可能である。

【００１１】この距離計測器３３の一例の概略構造を示
すと、図５の通りであり、この距離計測器３３として
は、図示する場合にはレーザー変位計が用いられてい
る。その計測器３３のハウジング３４内には可視光半導
体レーザー光を発生させる半導体レーザー３５が組込ま
れている。この半導体レーザー３５にはレーザー駆動回
路３６からの駆動信号が送られ、被溶接物Ｗの表面には
投光レンズ３７を通ってレーザー光が照射される。

【００１２】被溶接物Ｗにより反射されたレーザー光
は、受光レンズ３８を通って光位置検出素子３９に照射
される。被溶接物Ｗの位置が変化すると、反射したレー
ザー光が光位置検出素子３９に照射される位置が矢印で
示される方向に変化することになる。例えば、被溶接物
Ｗの位置がＷ01の場合の照射位置がＷ11だとすると、被
溶接物Ｗが位置Ｗ02に変化した場合に照射位置がＷ12に
変化することになる。したがって、反射光の照射される
位置に応じて、被溶接物Ｗと距離計測器３３との距離が
求められ、結果的に、溶接トーチ１が装着された場合に
おける被溶接物Ｗとノズル２の基準位置Ｐとの間の距離
Ｄに対応した距離が求められる。

【００１３】治具本体３２には更に三次元角度計測器４
１が取付けられている。この三次元角度計測器４１はテ
ィーチング治具３１の三次元方向の姿勢を検出するため
の計測器であって、ティーチング治具３１の三次元方向
の姿勢、つまり手首１６に溶接トーチ１が装着された場
合における溶接トーチ１のＸＹＺ三軸方向の姿勢が求め
られる。この三次元角度計測器４１としては、公知の三
軸加速度変換器が使用されている。三次元角度計測器４
１としては、前記三軸加速度変換器以外に、ジャイロを
用いるようにしても良い。更にティーチング治具３１に
はテレビ撮像器４２が図４に示されるように取付けられ
ており、このテレビ撮像器４２により被溶接部位Ｑの近
傍の画像が撮影されるようになっている。

【００１４】図６は上記ティーチング装置の制御部を示
す図であり、コントロールボックス５１には操作パネル
５２が設けられており、この操作パネル５２に設けられ
た図示しないキーを操作することにより溶接ロボット１
０の作動が操作される。コントロールボックス５１に
は、ケーブル５３を介してティーチングペンダントつま
りティーチングボックス５４が接続されている。このテ
ィチングボックス５４には、ティーチングに際して溶接
ロボット１０の移動を指令するキーや設定された位置の
記憶を指令するキー等の種々のキーが配列された操作パ
ネル５５が設けられており、更に表示部５６が設けられ
ている。この表示部５６は、前記距離計測器３３により
計測された距離を表示する距離表示部５７と、前記三次
元角度計測器４１により計測されたＸＹＺ三軸方向の角
度を表示する角度表示部５８と、前記テレビ撮像器４２
で撮影された画像を表示するテレビモニター画面５９と
を有している。このモニター画面５９の詳細を示すと、
図７の通りであり、この画面５９には、位置決め操作を
容易にするために十字形の基準線６１が付されている。
図７においては、例えば図１０に示された被溶接物Ｗの
被溶接部位Ｑを溶接すると仮定し、その部位Ｑとレーザ
ースポット光Ｓの位置がテレビ撮像器４２を介してモニ
ター画面５９に表示されている状態が示されている。こ
のモニター画面５９には更に十字形のスケール線６２が
表示されており、このスケール線６２はモニター画面５
９上を移動し得るようになっている。したがって、この
スケール線６２を移動させて、基準線６１に一致させる
と、レーザースポット光Ｓの位置と被溶接部位Ｑとの距
離Ｆを、作業者はスケール線６２の目盛から読み取るこ
とができる。

【００１５】被溶接部位Ｑの位置は、被溶接物Ｗの種類
や形状によって、図１０に示される位置とは相違する場
合がある。例えば、図１０において上側の被溶接物の端
面の位置Ｑａや、下側の被溶接物の上面の位置Ｑｂ等を
溶接する場合がある。そのような場合にも、モニター画
面５９を見ながら作業者は、レーザースポット光Ｓの位
置と、目標とする被溶接部位Ｑとの距離を容易に、１mm
毎や０．５mm程度毎に計測することができる。

【００１６】図２及び図３に示されるように、台座１７
にはボルト１９により溶接ワイヤ狙い位置検証治具１８
が着脱自在に装着されるようになっている。この検証治
具１８は溶接トーチ１を台座１７に装着する際に、治具
３１が適性の位置となって装着されているか、及び台座
１７にティーチング治具３１を装着する際に適性の位置
となって装着されているかどうかを検証するために使用
される。つまり、溶接トーチ１を台座１７に装着する際
には、図２に示されるように、検証治具１８に被溶接部
位Ｑに対応して形成された仮想上の被溶接部位Ｑｃと基
準位置Ｐとの距離が所定の距離Ｄとなるように溶接トー
チ１が台座１７にねじ止めされる。同様に、ティーチン
グ作業を行なうために、この溶接トーチ１に代えて、テ
ィーチング３１を台座１７に装着する際には、図３に示
されるように仮想上の被溶接部位Ｑｃが台座１７の回転
中心Ｂの延長上に位置し、かつ溶接する際における溶接
トーチ１の姿勢が所望の姿勢となっているか否かを検証
するために使用される。そして、この検証治具１８に設
けられ仮想上の被溶接部位Ｑｃにレーザースポット光Ｓ
が照射されるように治具３１の取付けを行ない、調整が
終了したならば、その検証治具１８を取外す。このよう
に、検証治具１８は、溶接トーチ１の姿勢及び被溶接部
位Ｑと同様の関係がティーチング治具３１の付け代え
時、及び溶接トーチ１の再取付時に得られるようにする
機能を有している。

【００１７】次に、上記ティーチング装置を使用して溶
接ロボット１０に溶接トーチ１の移動軌跡をティーチン
グする手順について説明する。ティーチングを行なうに
は、まず、アーク溶接を行なう溶接ロボット１０のアー
ム１５の先端の手首部１６にティーチング治具３１を装
着する。このとき、このティーチング治具３１に設けら
れた距離計測器３３が所定の位置となってティーチング
治具本体３２に装着されているか否かを検証するため
に、台座１７に溶接ワイヤー狙い位置検証治具１８を装
着する。この治具１８を用いて所定の被溶接部位に相当
する位置Ｑｃにレーザー光が照射されることを検証した
後に、検証治具１８は取外される。

【００１８】この状態で、まず被溶接物Ｗの溶接開始位
置まで作業者が目視で治具３１を移動させる。このとき
には、作業者はティーチングボックス５４に設けられた
キーを操作することにより、溶接ロボット１０を作動さ
せて、ティーチング治具３１を所定の位置まで移動させ
る。溶接開始位置に近づくと、図７に示されたモニター
画面５９に被溶接物Ｗが現われ、そして可視レーザー光
のスポット光Ｓが現われる。図７においては、被溶接部
位Ｑの位置とレーザースポット光Ｓの位置とが距離Ｆだ
けずれた状態で示されている。この状態でモニター画面
５９上においてスケール線６２を移動させることによ
り、距離Ｆの寸法を測定することができる。尚、被溶接
部位Ｑは図１０に示されるＱｂの位置に設定されること
があるが、その場合でも、目盛が付されたスケール線６
２を移動させることにより、スポット光Ｓの位置と溶接
目標位置との距離を計測することができる。

【００１９】この計測結果に基づいて、被溶接位置にス
ポット光が一致されるように、作業者はモニター画面を
目視しながら、ティーチングボックス５４に設けられた
操作キーを操作してロボット１０を作動する。同様に、
距離Ｄが所定の距離となっているか否かを、表示部５６
に表示された距離のデータで確認すると共に、ティーチ
ング治具３１の三次元方向の姿勢が溶接進行方向に対し
て、そして溶接進行方向に対して横方向に所定の姿勢と
なっているか否かを確認し、距離及び姿勢が所定の値と
一致した時点で、作業者がキーを入力すると、その位置
及び姿勢のデータがティーチングボックス内のメモリー
に位置情報として格納される。このようにして、所定の
間隔毎に溶接位置を制御部内に格納し、１つの被溶接物
に対するロボット１０の移動軌跡が入力されたならば、
ティーチング作業が終了する。

【００２０】このティーチング作業に際して、作業者は
表示部５３に表示されたティーチング治具３１の傾斜角
度等を知ることができるので、溶接を行なう際における
溶接トーチ１の傾斜角度やノズル２と被溶接物Ｗとの間
の距離等を確認しながら、直接被溶接物Ｗを目視するこ
となく、ティーチングを行なうことができる。ティーチ
ング作業が終了した後には、溶接ロボット１０からティ
ーチング治具３１を取外して、溶接ロボット１０の台座
１７の部分に溶接トーチ１を図１に示されるように装着
する。このときには、予め検証治具１８を台座１７に装
着して、溶接トーチ１が所定の位置に装着されたか否か
を検証する。これにより、溶接トーチ１は溶接ロボット
１０のコントロールボックス５１からの制御信号により
ティーチングされた通りの移動軌跡で移動し、被溶接物
Ｗの被溶接部位Ｑに対してアーク溶接がなされる。

【００２１】図８は本発明の他の実施例に係るティーチ
ング装置を示す図であり、この場合はティーチング治具
３１は、図２に示された溶接トーチ１に対応した形状の
治具本体３２ａを有し、この治具本体３２ａに取付金具
６１を設け、この金具６１には前述したテレビ撮像器４
２と三次元角度計測器４１とが取付けられている。この
場合には、図２に示された溶接トーチ１のノズル２に対
応した形状の筒体２ａ内に、図２に示されたチップ２５
よりも長さが長いチップ２５ａを取付けるようにしてテ
ィーチング治具３１の治具本体３２ａが形成されてい
る。そして、このチップ２５ａは接触部材を構成し、ノ
ズル２の基準位置Ｐと被溶接部位Ｑとの間の距離Ｄに対
応した長さを有し、このチップ２５ａの先端が被溶接部
位Ｑに接触させた状態とすることにより、ティーチング
作業を行なうことができる。チップ２５ａの先端が被溶
接物Ｗに接触したか否かは、チップ２５ａに電流を供給
することにより電気的に検出され、検出結果は表示部５
３に表示される。溶接ロボット１０の作動による図８の
ティーチング治具３１の移動速度は、チップ２５ａの先
端が被溶接物Ｗに接触したときには、チップ２５ａや被
溶接物Ｗが変形したり変位しない程度に設定されてい
る。図８に示す場合には、溶接トーチ１をそのまま使用
して、それに取付金具６１を介して三次元角度計測器４
１とテレビ撮像器４２とを取付けると共に、溶接用のチ
ップ２５を接触部材としてのチップ２５ａに交換するこ
ともできる。また、この場合には前記実施例の場合のよ
うに、距離計測器３３は不要となる。更に、ティーチン
グ治具３１と溶接トーチとの付け代えや、溶接トーチ１
とティーチング治具との位置検証のための検証治具１８
の使用が不要となる。

【００２２】図８に示されたタイプの変形例としては、
チップ２５ａを用いることなく、溶接トーチ１のチップ
２５をそのまま使用し、このチップ２５内で搬送される
可溶電極Ｅを所定の長さだけ突出させた状態とし、これ
を接触部材として用いて、ティーチング治具を形成する
ようにしても良い。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、テレビ
撮像器からの被溶接部位の画像を作業者は目視しながら
溶接ロボットを操作することができ、距離計測器を用い
た場合には、ティーチング治具の基準位置から被溶接部
位までの距離と、ティーチング治具の角度とを表示部を
見ながら確認することができるので、三次元的に湾曲し
た形状の被溶接部位に対して溶接作業を行なうときに、
直接被溶接部位を見て確認することなく、容易かつ迅速
にティーチング作業を行なうことができる。一方、距離
計測器を用いることなく、接触部材の先端を被溶接部位
に接触させるようにした場合には、その接触部材の先端
の位置についてのテレビ撮像器からの画像を表示部によ
り確認することができるので、ティーチング治具の姿勢
つまり三次元方向の傾斜角度を表示部で確認しながら、
容易かつ迅速にティーチング作業を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】はアーク溶接用の溶接ロボットの一例を示す正
面図、

【図２】は図１に示された溶接ロボットに溶接トーチを
装着した状態を示す正面図、

【図３】は図１に示された溶接ロボットに本発明の一実
施例に係るティーチングが取付けられた状態を示す正面
図、

【図４】は図３における４−４線に沿う矢視図、

【図５】は図３に示された距離計測器の内部構造を示す
断面図、

【図６】は本発明のティーチング装置におけるコントロ
ールボックスを示す正面図、

【図７】は図６に示された表示部を拡大して示す正面
図、

【図８】は本発明の他の実施例に係るティーチング装置
を示す正面図、

【図９】は被溶接物の一例を示す斜視図、

【図１０】はアーク溶接装置により被溶接物に対してア
ーク溶接を行なっている状態を示す正面図である。

【符号の説明】

１…溶接トーチ、２…溶接ノズル、１０…溶接ロボッ
ト、１６…手首部、１７…台座、２２…トーチ本体、２
５ａ…チップ（接触部材）、３１…ティーチング治具、
３２…ティーチング治具本体、３３…距離計測器、４１
…三次元角度計測器、４２…テレビ撮像器、５１…コン
トロールボックス、５４…ティーチングボックス、５６
…表示部、Ｅ…可溶電極、Ｐ…基準位置、Ｒ…アーク、
Ｑ…被溶接部位、Ｓ…レーザースポット光、Ｗ…被溶接
物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーク溶接用の溶接トーチ(1) が着脱自
   在に装着される溶接ロボット(10)に対して前記溶接トー
   チ(1) に代えて装着されるティーチング治具(31)と、 前記ティーチング治具(31)に取付けられ、溶接時におけ
   る溶接ノズル(2) の基準位置(P) と被溶接部位(Q) との
   距離を検出する距離計測器(33)と、 前記ティーチング治具(31)に取付けられ、当該ティーチ
   ング治具(31)の三次元方向の角度を検出する三次元角度
   計測器(41)と、 前記ティーチング治具(31)に取付けられ、前記被溶接部
   位(Q) の近傍の影像を撮影するテレビ撮像器(42)と、 前記溶接ロボット(10)にティーチング情報を送るティー
   チング処理部(54)と、 ティーチング操作時に前記距離計測器(33)と前記三次元
   角度計測器(41)と前記テレビ撮像器(42)とにより検出さ
   れたデータを表示する表示部(56)とを有する溶接ロボッ
   トのティーチング装置。
2. 【請求項２】 アーク溶接用の溶接トーチ(1) が着脱自
   在に装着される溶接ロボット(10)に対して前記溶接トー
   チ(1) に代えて装着されるティーチング治具(31)と、 前記ティーチング治具(31)に取付けられ、溶接時におけ
   る被溶接部位(Q) に対応した位置が先端となった接触部
   材(25a) と、 前記ティーチング治具(31)に取付けられ、当該ティーチ
   ング治具(31)の三次元方向の角度を検出する三次元角度
   計測器(41)と、 前記ティーチング治具(31)に取付けられ、前記被溶接部
   位(Q) の近傍の影像を撮影するテレビ撮像器(42)と、 前記溶接ロボット(10)にティーチング情報を送るティー
   チング処理部(54)と、 ティーチング操作時に前記三次元角度計測器(41)と前記
   テレビ撮像器(42)とにより検出された情報と、前記接触
   部材(25a) が被溶接物(W) に接触したか否かを表示する
   表示部(56)とを有する溶接ロボットのティーチング装
   置。