JPH0976063A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 立体画像を基礎にして遠隔操作にて溶接作業
を行なわせる。 【解決手段】 遠隔操作にて作動する溶接ロボット１
と、ワーク９を保持するものであって同じく遠隔操作に
て作動するポジショナ６を設ける。溶接ロボット１の先
端部に設けられる溶接トーチ１９及びワーク９の作動状
態を立体的に撮影する立体カメラ２を設ける。立体カメ
ラ２にて撮影されたデータを立体的に再生する画像再生
手段４を設ける。画像再生手段４にて再生された画像を
立体的に表示する立体画像ディスプレイ手段３を設け
る。立体画像ディスプレイ手段３にて再現された立体画
像を基に、当該立体画像上にて操作される操作手段７、
８を設ける。操作手段７、８からの信号等により、溶接
ロボット１及びポジショナ６等の作動を制御する制御手
段５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠隔操作（リモー
トコントロール）にて制御される溶接ロボットを主体と
した溶接装置に関するものであり、特に、上記遠隔操作
の際に、仮想空間内に再現された立体画像を基礎とする
こととしたリモートコントロール式の溶接装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶接装置は、対象となる製品が少
量多種生産品である場合、各現場にて作業者の手作業に
て溶接作業が進められるようになっているものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、このような溶
接装置にて溶接作業が行なわれる場合における、当該溶
接作業に携わる者（作業者）は、溶接技術についての特
別の技能が要求されることの外に、溶接熱の発生に起因
する環境の悪化、あるいは溶接スパッタの飛散等に起因
する危険性に晒されるという問題点がある。更には有害
ガスの発生に起因する人体への悪影響を受けるという問
題点がある。また、大量生産品を対象とした溶接装置に
おいては、溶接ロボットによる自動化が進められること
となるが、この溶接ロボットを用いる溶接方式において
は、溶接の開始時期、及び終了時期、更には溶接手順等
を、あらかじめロボット（コンピュータ）に覚え込ませ
ておかねばならず、この覚え込ませ作業（ティーチング
作業）が、また、特別のスキル（技能）を必要とする
等、煩雑な作業であるという問題点を有する。このよう
な問題点を解決するために、上記溶接作業及びティーチ
ング作業を現場から離れたところで遠隔操作にて行なわ
せるとともに、遠隔操作にて作業を行なう場合の目標物
を、立体画像再生手段にて形成される立体画像を基礎と
して行なわしめるようした、遠隔操作方式の溶接装置を
提供しようとするのが、本発明の目的（課題）である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては次のような手段を講ずることとし
た。まず、請求項１記載の発明においては、遠隔操作
（リモートコントロール）にて操作される溶接ロボット
及びワーク保持用のポジショナ等からなる溶接装置に関
して、溶接ロボットと、ワークを保持するポジショナ
と、上記溶接ロボットの先端部に設けられる溶接トーチ
の先端部及び上記ポジショナに取り付けられたワークの
作動状態を立体的に撮影する立体カメラと、当該立体カ
メラにて撮影された画像を立体画像ディスプレイ手段上
に再生させる画像再生手段と、当該画像再生手段にて再
生された画像を立体的に表示する立体画像ディスプレイ
手段と、当該立体画像ディスプレイ手段にて表示された
立体画像を基礎にして、当該立体画像上にて操作される
ものであって、上記溶接ロボット及び上記ポジショナを
遠隔操作にて作動させる操作手段と、当該操作手段から
の信号を受けて上記溶接ロボット及びポジショナの作動
を制御するとともに、上記操作手段を操作するオペレー
タの目線の動きを検出して、当該目線の動きに応じて上
記立体カメラの位置を制御し、更には、当該立体カメラ
にて撮影された画像を上記立体画像ディスプレイ手段上
に適正状態で表示させるように制御を行なう制御手段
と、からなるようにした。

【０００５】このような構成を採ることにより、本発明
においては次のような作用を呈することとなる。まず、
上記溶接装置にて溶接作業を行なう作業者（オペレー
タ）は、溶接ロボット等の置かれている現場から離れた
ところにて、上記立体画像を見ることによって、当該立
体画像を基礎にして、遠隔操作にて溶接作業を行なうこ
とができるようになる。すなわち、立体画像ディスプレ
イ手段の周りには、上記ワークの画像が立体的に表示さ
れている。従って、オペレータは、まず、溶接トーチに
擬せられた擬似溶接トーチ等からなる操作手段を上記立
体画像の所定の箇所に沿ってなぞらせる（操作する）。
これによって、この操作手段の作動に応じた作動が上記
溶接トーチに伝達される。このような立体画像上での操
作手段の擬似操作に応じて、離れた位置にある溶接トー
チが作動し、上記ワークの所定箇所への溶接作業が行な
われることとなる。すなわち、遠隔操作による溶接作業
が進められることとなる。このような遠隔操作（リモー
トコントロール）による溶接作業が行なわれることによ
り、作業者（オペレータ）は、直接溶接熱や飛散スパッ
タによる影響を受けることが無くなり、快適な環境にて
溶接作業を進めることができるようになる。

【０００６】次に、請求項２記載の発明においては、上
記請求項１記載の溶接装置に関して、その立体画像ディ
スプレイ手段を、オペレータの視差に基づいて立体画像
が認識されるものであって、当該立体画像を形成する左
右の各像を上記オペレータの左右の目にそれぞれ直接入
射（入力）させるようにした構成からなるようにした。
そして、このような構成からなる立体画像ディスプレイ
手段を、小形のゴグルタイプのメガネにて形成させ、こ
のようなゴグルタイプのメガネを直接オペレータの頭部
に装着させることによって、上記立体画像を認識させる
ようにした構成を採ることとした。すなわち、ヘッドマ
ウンテッドディスプレイ（以下ＨＭＤという）タイプか
ら成るようにした。

【０００７】このような構成を採ることにより、本発明
においては、上記請求項１記載の発明と同様、遠隔操作
による溶接作業を行なうことができるようになり、熱あ
るいは飛散スパッタ等による作業環境の悪化、更には有
害ガスの発生等に起因する人体への悪影響等から逃れる
ことができるようになる。そして、これらに加えて、立
体画像ディスプレイ手段が小形化されており、操作性が
優れているとともに、比較的安価に入手することができ
るようになる。また、オペレータの頭部に装着されてい
ることより、オペレータの目線が移動した場合、これに
応じて上記立体カメラを移動させる必要があるが、この
ためのフィードバック制御用のセンサ等を、上記ＨＭＤ
内に一体的に設けることができるようになり、これらに
よっても装置（システム）の小形化及び簡略化を図るこ
とができるようになる。

【０００８】次に、請求項３記載の発明においては、上
記請求項１記載または請求項２記載の発明に加えて、上
記溶接ロボットに自動溶接作業を行なわせる場合におけ
るティーチング作業を、遠隔操作にて行なうことができ
るようにした構成を採ることとした。すなわち、請求項
１または請求項２記載の発明において、上記立体画像デ
ィスプレイ手段上に表示される立体画像を基礎にして、
上記操作手段を操作することによって、上記溶接ロボッ
トによる溶接開始位置、及び溶接終了位置、更には溶接
手順等を上記制御手段に入力し、これによって上記溶接
ロボットにティーチングを行なわせ、このティーチング
による入力データを基に、その後、上記溶接ロボット及
びポジショナを作動させ、これによって所定の溶接作業
を行なわせるようにした構成を採ることとした。

【０００９】上記構成を採ることにより、本発明におい
ては次のような作用を呈することとなる。すなわち、上
記請求項１記載の発明及び請求項２記載の発明と同様、
遠隔操作による溶接作業を行なうことができるようにな
り、熱あるいは飛散スパッタ等による作業環境の悪化、
更には有害ガスの発生による人体への悪影響等を避ける
ことができるようになる。そして、これらに加えて、特
別なスキル（技能）と煩雑な作業とが要求される上記テ
ィーチング作業を、立体画像ディスプレイ手段上に表示
されたワークの立体画像を基礎に、当該立体画像の所定
箇所を上記擬似溶接トーチ等からなる操作手段をなぞら
せることによって行なうことができるようになる。すな
わち、上記擬似溶接トーチ等の先端部を上記ワークの立
体画像上にて操作することによって、溶接開始位置、溶
接終了位置、溶接手順等をコンピュータ等からなる制御
手段の記憶部（ＲＯＭ）に覚え込ませる（入力する）こ
とができるようになる。すなわち、複雑なティーチング
作業を簡単な操作にて、かつ、遠隔操作にて行なうこと
ができるようになる。そして、このようにしてティーチ
ングされ、かつ、入力されたデータを基に、後に、適当
な時期に、上記溶接ロボット及びポジショナを作動さ
せ、これによって自動溶接作業を行なわせることが可能
となる。従って、例えば夜間等において無人にて溶接作
業を行なわせることも可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１及び図２を基に説明する。本発明の実施の形態につい
ての、その構成は、図１に示す如く、遠隔操作あるいは
制御手段５からの制御信号に基づいて作動する溶接ロボ
ット１と、所定のワーク９を保持するとともに、当該ワ
ーク９を三次元方向に移動させるポジショナ６と、当該
ポジショナ６に保持されるワーク９及び上記溶接ロボッ
ト１の先端部に設けられる溶接トーチ１９の先端部等を
立体的に撮影する立体カメラ２と、当該立体カメラ２に
て撮影されたデータ（信号）をディスプレイ手段上に立
体画像として表示させる画像再生手段４と、当該画像再
生手段４からのデータ（信号）に基づき、上記立体カメ
ラ２にて撮影された画像を立体的に表示する立体画像デ
ィスプレイ手段３と、当該立体画像ディスプレイ手段３
にて表示された立体画像の所定の部分をなぞるものであ
って、当該なぞり操作に基づいて上記溶接ロボット１及
びポジショナ６を遠隔操作にて作動させる操作手段７、
８と、当該操作手段７、８からの信号を受けて上記溶接
ロボット１及びポジショナ６を作動させるとともに、当
該作動を制御する制御手段５と、からなることを基本と
するものである。

【００１１】このような基本構成において、上記溶接ロ
ボット１は、基本的には既存のものであって、三次元方
向に作動の可能な溶接トーチ１９、更には当該溶接トー
チ１９を所定の方向に作動させるアクチュエータ１５等
からなるものである。このような溶接ロボット１にて溶
接されるワーク９を保持するポジショナ６は、上記ワー
ク９を三次元方向の所定の位置に移動させるとともに、
当該所定の位置にてワーク９を固定することができるよ
うになっているものである。また、上記立体カメラ２
は、上記溶接トーチ１９の先端部及びワーク９を立体的
に撮影し、かつ、当該撮影したデータを次の画像再生手
段４へ送るようになっているものである。次に、当該画
像再生手段４は、上記立体カメラ２にて撮影された画像
のデータを次の立体画像ディスプレイ手段３へ送るよう
になっているものであり、多くの場合、この立体画像デ
ィスプレイ手段３への画像データ送信に当っては、作業
者（オペレータ）９９の左右のそれぞれの目に個別の情
報（データ）を送ることができるようになっているもの
である。なお、このような構成からなる画像再生手段４
は、次の立体画像ディスプレイ手段３あるいは制御手段
５と一体化されるようになっている。

【００１２】次に、立体画像再生手段４からのデータを
受けて立体画像を表示する立体画像ディスプレイ手段３
としては、例えば図１に示すようなゴグルタイプのメガ
ネからなるものであって、オペレータ９９の頭部９１に
直接装着されるようなものがある。このものは、いわゆ
るヘッドマウンテッドディスプレイ（ＨＭＤ）と呼ばれ
るものであって、オペレータ９９の左右の目に、それぞ
れ個別に画像を入射させるようになっているものであ
る。従って、オペレータ９９には左右の目による視差が
感知されるようになり、これによって立体的な画像が認
識されることとなる。なお、このような立体画像を表示
させる立体画像ディスプレイ手段としては、この外に、
図２に示すような左右の視差を利用して立体画像を認識
させるレンチキュラーレンズ３’を用いたもの、あるい
はホログラムを利用したホログラフィ方式のもの等があ
る。なお、立体画像ディスプレイ手段として図２に示す
ようなレンチキュラーレンズ３’を用いたものにおいて
は、オペレータ９９の目線の動きを検出するためのセン
サ３３がオペレータ９９の頭部９１に取り付けられるよ
うになっている。これによってオペレータ９９の目線の
動きに応じて上記立体カメラ２の位置を制御するように
しているものである。

【００１３】このような立体画像を基に、当該立体画像
に沿って操作されるとともに、上記溶接ロボット１及び
ポジショナ６を遠隔操作にて作動させる操作手段は、図
１及び図２に示す如く、上記溶接ロボット１の溶接トー
チ１９の作動に連動させた溶接トーチ用操作手段７と、
上記ポジショナ６の作動に連動させたポジショナ用操作
手段８と、からなることを基本とするものである。そし
て、このような基本構成において、上記溶接トーチ用操
作手段７は、図１及び図２に示す如く、上記溶接トーチ
１９の形態に擬した擬似溶接トーチからなるものであ
る。このような疑似溶接トーチ状の操作手段７の先端部
を上記立体画像の所定の部分（箇所）に沿ってなぞらせ
る（トレースする）ことによって、上記溶接トーチ１９
を遠隔操作にて作動させることができるようになってい
るものである。また、ポジショナ用操作手段８は、図１
及び図２に示す如く、スティックレバー等からなるもの
であって、Ｘ−Ｙ方向に操作することによって、ポジシ
ョナ６を遠隔操作にて作動させることができるようにな
っているものである。

【００１４】次に、制御手段５は、マイクロプロセッサ
ユニット（ＭＰＵ）等の演算部、及び記憶部（ＲＯＭ）
等からなるコンピュータを主体にして形成されているも
のである。そして、上記操作手段７、８からの信号に基
づき、上記溶接ロボット１及びポジショナ６を作動させ
るとともに、上記オペレータ９９の目線の移動（頭の移
動）に応じて、上記センサ３３等からの信号に基づき、
上記立体カメラ２の位置を移動させる等の制御作用を行
なうようになっているものである。また、当該制御手段
５は、この外に、ティーチング機能を有するものにおい
ては、上記操作手段７、８からのティーチングデータを
入力し、かつ、ストア（記憶）しておくとともに、所定
の時間経過後に、当該ティーチングデータを基に、上記
溶接ロボット１及びポジショナ６に所定の作動（作業）
を行なわせる等、各種制御を行なうことができるように
なっているものである。

【００１５】次に、このような構成からなる本発明の実
施の形態についての、その作用等について説明する。す
なわち、上記溶接装置にて溶接作業を行なう作業者（オ
ペレータ）９９は、例えば図１及び図２に示す如く、溶
接ロボット１等の置かれている現場から離れたところに
おいて、上記立体画像ディスプレイ手段３、３’にて表
示された立体画像を見ることによって、当該立体画像を
基礎にして、遠隔操作にて溶接作業を行なうことができ
るようになる。すなわち、立体画像ディスプレイ手段
３、３’の周りには、上記ワーク９の立体画像が表示さ
れているので、オペレータ９９は、上記溶接トーチ１９
に擬せられた擬似溶接トーチ等からなる操作手段７を、
上記立体画像の所定の箇所に沿ってなぞらせる（操作す
る）。これによって、この操作手段７からの信号が上記
制御手段５に入力され、当該制御手段５は、上記溶接ト
ーチ１９を作動させる。また、溶接箇所の移動に当って
は、ポジショナ用操作手段８を操作することによって、
上記と同様、制御手段５を介して上記ポジショナ６の位
置を作動させることができる。このような立体画像上で
の操作手段７、８の擬似操作によって、離れた位置にあ
る溶接トーチ１９及びポジショナ６を作動させ、これに
よって上記ワーク９の所定箇所への溶接作業が行なわれ
ることとなる。すなわち、遠隔操作による溶接作業が行
なわれることとなる。

【００１６】また、ティーチング機能（手段）付きのも
のにおいては、図１及び図２に示すような擬似溶接トー
チからなる操作手段７を、上記立体画像ディスプレイ手
段３、３’にて表示される立体画像上にて操作する（な
ぞらせる）ことによって、溶接開始位置、溶接終了位
置、溶接手順等をコンピュータ等からなる制御手段５の
記憶部（ＲＯＭ）に覚え込ませる（入力する）ことがで
きる。すなわち、複雑なティーチング作業を、簡単な操
作にて、かつ、遠隔操作にて行なうことができるように
なる。そして、このようにしてティーチングされ、か
つ、入力されたデータを基に、後に、適当な時期に、上
記溶接ロボット１及びポジショナ６を作動させ、これに
よって自動溶接作業を行なわせることができるようにな
る。従って、例えば夜間等において無人にて溶接作業を
行なわせることも可能となる。

【００１７】このようなティーチング手段を用いること
によって、本来、特別なスキル（技能）と煩雑な作業と
が要求される上記ティーチング作業を、立体画像ディス
プレイ手段３、３’上に表示されたワーク９の立体画像
を基礎に、当該立体画像の所定箇所を上記擬似溶接トー
チ等からなる操作手段７をなぞらせること等によって、
簡単に行なうことができるようになる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、遠隔操作（リモートコ
ントロール）にて操作される溶接ロボット及びワーク保
持用のポジショナ等からなる溶接装置に関して、溶接ロ
ボットと、ワークを保持するポジショナと、上記溶接ロ
ボットの先端部に設けられる溶接トーチの先端部及び上
記ポジショナに取り付けられたワークの作動状態を立体
的に撮影する立体カメラと、当該立体カメラにて撮影さ
れた画像を立体画像ディスプレイ手段上に再生させる画
像再生手段と、当該画像再生手段にて再生された画像を
立体的に表示する立体画像ディスプレイ手段と、当該立
体画像ディスプレイ手段にて表示された立体画像を基礎
にして、当該立体画像上にて操作されるものであって、
上記溶接ロボット及び上記ポジショナを遠隔操作にて作
動させる操作手段と、当該操作手段からの信号を受けて
上記溶接ロボット及びポジショナの作動を制御するとと
もに、上記操作手段を操作するオペレータの目線の動き
を検出して当該目線の動きに応じて上記立体カメラの位
置を制御し、更には、当該立体カメラにて撮影された画
像を上記立体画像ディスプレイ手段上に適正状態で表示
させるように制御を行なう制御手段と、からなる構成を
採ることとしたので、溶接作業を行なう作業者（オペレ
ータ）は、溶接ロボット等の置かれている現場からは離
れたところにおいて、上記立体画像を見ることによっ
て、当該立体画像を基礎にして、遠隔操作にて溶接作業
を行なうことができるようになった。従って、作業者
（オペレータ）は、直接、溶接熱あるいは飛散スパッタ
または有害ガス等による影響を受けることが無くなり、
快適な環境にて溶接作業を進めることができるようにな
った。

【００１９】また、立体画像ディスプレイ手段を、オペ
レータの視差に基づいて当該オペレータに立体画像を認
識させるものであって、当該立体画像を形成する左右の
各像を上記オペレータの左右の目にそれぞれ直接入射
（入力）させるようにした構成からなるもの、すなわ
ち、ヘッドマウンテッドディスプレイ（ＨＭＤ）タイプ
のものにおいては、立体画像ディスプレイ手段を小形化
することができるようになり、これによって、操作性の
向上を図ることができるようになり、また、装置全体を
比較的安価に得ることができるようになった。また、上
記立体画像ディスプレイ手段がオペレータの頭部に装着
されるようになっているので、本来、オペレータの目線
が移動した場合に、これに応じて上記立体カメラを移動
させねばならないが、このためのフィードバック制御用
のセンサ等を、上記ヘッドマウンテッドディスプレイ
（ＨＭＤ）と一体的に設けることができるようになり、
これらによっても装置（システム）全体の簡略化を図る
ことができるようになった。

【００２０】また、ティーチング手段を設けるようにし
たものにおいては、上記立体画像を基に、当該立体画像
上を上記擬似溶接トーチ等からなる操作手段にてトレー
スする（なぞらせる）ことによって、上記制御手段の記
憶部（ＲＯＭ）に、溶接開始位置、溶接終了位置、及び
溶接手順等を覚え込ませ（入力し）、これによってティ
ーチング作業を行なうことができるようになった。従っ
て、従来は、特別なスキルと煩雑な作業とが要求されて
いた上記ティーチング作業を、立体画像をトレースする
こと等によって、簡単に、しかも環境の優れた所にて行
なうことができるようになった。これによって作業の効
率向上を図ることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示すものであって、立体画
像ディスプレイ手段にヘッドマウンテッドディスプレイ
（ＨＭＤ）を用いた場合の構成を示す図である。

【図２】本発明の全体構成を示す概観図である。

【符号の説明】

１ 溶接ロボット １５ アクチュエータ １９ 溶接トーチ ２ 立体カメラ ３ 立体画像ディスプレイ手段（ＨＭＤ） ３’ 立体画像ディスプレイ手段 ３３ センサ ４ 画像再生手段 ５ 制御手段 ６ ポジショナ ７ 操作手段（溶接トーチ用操作手段） ８ 操作手段（ポジショナ用操作手段） ９ ワーク ９１ 頭部 ９９ オペレータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ロボットと、ワークを保持するポジ
   ショナと、上記溶接ロボットの先端部に設けられる溶接
   トーチの先端部、及びポジショナに取り付けられたワー
   クの作動状態を立体的に撮影する立体カメラと、当該立
   体カメラにて撮影された画像を立体画像ディスプレイ手
   段上に再生させる画像再生手段と、当該画像再生手段に
   て再生された画像を立体的に表示する立体画像ディスプ
   レイ手段と、当該立体画像ディスプレイ手段にて表示さ
   れた立体画像を基礎にして、当該立体画像上にて操作さ
   れるものであって、上記溶接ロボット及び上記ポジショ
   ナを遠隔操作にて作動させる操作手段と、当該操作手段
   からの信号を受けて上記溶接ロボット及びポジショナの
   作動を制御するとともに、上記操作手段を操作するオペ
   レータの目線の動きに応じて上記立体カメラの位置を制
   御し、更には当該立体カメラにて撮影された画像を上記
   立体画像ディスプレイ手段に適正な状態で表示させるよ
   うに制御を行なう制御手段と、からなることを特徴とす
   る溶接装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の溶接装置において、上記
   立体画像ディスプレイ手段を、オペレータの視差に基づ
   いて当該オペレータに立体画像を認識させるものであっ
   て、当該立体画像を形成する左右の各像を上記オペレー
   タの左右の目に直接入射（入力）させるようにしたヘッ
   ドマウンテッドディスプレイ（以下ＨＭＤという）から
   なるようにしたことを特徴とする溶接装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載または請求項２記載の溶接
   装置において、上記立体画像ディスプレイ手段にて表示
   された立体画像を基礎に、当該立体画像に沿って上記操
   作手段を操作することによって、上記溶接ロボットによ
   る溶接開始位置、及び溶接終了位置、更には溶接手順を
   上記制御手段に入力し（以下ティーチングという）、こ
   のティーチングによる入力データを基に、その後、上記
   溶接ロボット及びポジショナを作動させ、これによって
   溶接作業を進行させるようにした構成からなることを特
   徴とするティーチング手段付きの溶接装置。