(57)【要約】【課題】溶接ガンの電極位置を適切に計測することが可能な教示システムを提供する。【解決手段】教示システム１００は、スポット溶接用の下部電極が設けられた溶接ガン５３をワーク６１に対して移動させる多関節アーム５２を教示するものであり、下部電極に代えて溶接ガン５３に設けられるマーカー１ａと、マーカー１ａを撮像する撮像部２と、撮像部２の撮像結果に基づいて多関節アーム５２の動作を補正するロボット制御部５０ｂおよびずれ算出部３とを備える。マーカー１ａは、光を吸収する吸収体と光を反射するフェルトシートとを含み、反射体がフェルトシートに設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接用の電極が設けられた溶接ガンをワークに対して移動させるロボット部を教示する教示システムであって、
前記電極に代えて前記溶接ガンに設けられるマーカーと、
前記マーカーを撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像結果に基づいて前記ロボット部の動作を補正する補正手段とを備え、
前記マーカーは、光を吸収する吸収部材と光を反射する反射部材とを含み、前記反射部材が前記吸収部材に設けられていることを特徴とする教示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、教示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ロボットの動作（作業手順）を教示する方法として、実機を使用せずにシミュレータを用いて行うオフラインティーチングが知られている。オフラインティーチングでは、産業用ロボットの動作がコンピュータ上で仮想的に作成される。このため、オフラインティーチングにより作成された動作プログラムに基づいて産業用ロボットの実機が動作される場合には、重力によるたわみや機差などに起因して、シミュレータ上の位置と実際の位置とにずれが生じる。
【０００３】
そこで、ロボットアームの先端に設けられたカメラの撮像結果に基づいて、シミュレータ上の位置と実機での実際の位置とのずれを補正するロボット制御装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このロボット制御装置では、エンドエフェクタとしての溶接ガンがロボットアームに設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−５８５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記した特許文献１のロボット制御装置では、カメラに配線が接続されていることから、ロボットアームの動作によっては配線が巻き込まれるおそれがある。そこで、カメラをロボットアームの外部に配置し、そのカメラにより溶接ガンの電極を撮像することにより、溶接ガンの電極位置を計測して補正することが考えられるが、ハレーションによって電極位置の計測精度が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、溶接ガンの電極位置を適切に計測することが可能な教示システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による教示システムは、スポット溶接用の電極が設けられた溶接ガンをワークに対して移動させるロボット部を教示するものであり、電極に代えて溶接ガンに設けられるマーカーと、マーカーを撮像する撮像部と、撮像部の撮像結果に基づいてロボット部の動作を補正する補正手段とを備える。マーカーは、光を吸収する吸収部材と光を反射する反射部材とを含み、反射部材が吸収部材に設けられている。
【０００８】
このように構成することによって、電極に代えてマーカーが設けられ、そのマーカーが撮像されることにより、電極位置に相当するマーカーの位置を撮像結果から計測することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の教示システムによれば、溶接ガンの電極位置を適切に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の教示システムにより教示される溶接装置を説明するための概略図である。
【図２】本実施形態による教示システムを示した概略図である。
【図３】図２の教示システムのマーカーを示した正面図である。
【図４】図３のマーカーを示した平面図である。
【図５】本実施形態による教示システムの教示動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本実施形態の変形例によるマーカーを示した正面図である。
【図７】図６のマーカーを示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態による教示システム１００の構成について説明する。教示システム１００は、スポット溶接を行う溶接装置５０を教示（ティーチング）するように構成されている。
【００１３】
溶接装置５０は、図１に示すように、たとえば車両の生産ラインに設置され、治具６０に保持されるワーク６１をスポット溶接するように構成されている。この溶接装置５０は、溶接ロボット５０ａおよびロボット制御部５０ｂを備えている。溶接ロボット５０ａは、ベース５１と、多関節アーム５２と、溶接ガン５３と、溶接電極５４と、モータ５５とを含んでいる。
【００１４】
ベース５１は、床などに固定され、多関節アーム５２が設けられている。多関節アーム５２は、先端に溶接ガン５３が設けられ、その溶接ガン５３を移動させるように構成されている。多関節アーム５２の動作、すなわち溶接ガン５３の移動軌跡は、ロボット制御部５０ｂによって制御されるようになっている。なお、多関節アーム５２は、本発明の「ロボット部」の一例である。
【００１５】
溶接ガン５３には一対の溶接電極５４が設けられ、一対の溶接電極５４は下部電極５４ａおよび上部電極５４ｂを有する。モータ５５は上部電極５４ｂを昇降させるために設けられており、上部電極５４ｂが下部電極５４ａに対して進退可能に構成されている。そして、溶接装置５０は、溶接電極５４によってワーク６１を挟み込んで加圧した状態で、溶接電極５４間に電流を流すことにより、ワーク６１にナゲット（溶融凝固部）を形成するように構成されている。
【００１６】
ここで、下部電極５４ａは溶接ガン５３に着脱可能に設けられ、溶接ガン５３には下部電極５４ａに代えて後述するマーカー１ａ（図２参照）を取付可能である。なお、下部電極５４ａは、本発明の「電極」の一例である。
【００１７】
ロボット制御部５０ｂは、通信線７１を介して溶接ロボット５０ａに接続され、溶接ロボット５０ａを制御するように構成されている。たとえば、ロボット制御部５０ｂは、多関節アーム５２の動作や溶接ガン５３での溶接などを制御するように構成されている。
【００１８】
このロボット制御部５０ｂには、オフラインティーチングにより予め作成された多関節アーム５２の動作プログラムが記憶されている。オフラインティーチングでは、実機を使用せずにシミュレータにより、多関節アーム５２の動作がコンピュータ上で仮想的に作成される。このため、動作プログラムに基づいて多関節アーム５２が実際に動作される場合には、重力によるたわみや機差などに起因して、シミュレータ上の位置と実際の位置とにずれが生じる。そこで、そのずれを補正するように教示システム１００が構成されている。
【００１９】
教示システム１００は、下部電極５４ａの先端Ｐ１とワーク６１との実際の位置関係を撮像画像に基づいて計測し、実際の位置関係がシミュレータ上での位置関係になるように動作プログラムを補正するように構成されている。この教示システム１００は、図２に示すように、マーカー１と、マーカー１を撮像する撮像部２と、撮像部２の撮像結果に基づいてずれを算出するずれ算出部３と、算出されたずれに応じて補正するロボット制御部５０ｂと、マーカー１を照らす撮像用照明４とを備えている。なお、ずれ算出部３およびロボット制御部５０ｂは、本発明の「補正手段」の一例である。
【００２０】
マーカー１は、撮像画像に基づく位置計測の精度向上を図るために設けられている。マーカー１は、溶接ガン５３に設けられるマーカー１ａと、ワーク６１に設けられるマーカー１ｂとを有する。マーカー１ａは、下部電極５４ａでのハレーションを防止するとともに、下部電極５４ａの三次元位置を計測するために、下部電極５４ａに代えて溶接ガン５３に１つ設けられている。マーカー１ｂは、ワーク６１の三次元位置および三軸姿勢を計測するために、ワーク６１の所定位置に３つ設けられている。
【００２１】
マーカー１は、図３に示すように、光を反射する反射体１１と、光を吸収するフェルトシート１２と、取付部１３とを含んでいる。なお、反射体１１は、本発明の「反射部材」の一例であり、フェルトシート１２は、本発明の「吸収部材」の一例である。
【００２２】
反射体１１は、白色の球状体であり、フェルトシート１２の上部に取り付けられている。図４に示すように、反射体１１は、平面的に見て、フェルトシート１２の中心に配置され、周囲がフェルトシート１２に取り囲まれている。フェルトシート１２は、黒色であり、平面的に見て矩形状に形成されている。
【００２３】
取付部１３（図３参照）は、マーカー１を固定するために設けられ、フェルトシート１２の下部に配置されている。マーカー１ａの取付部１３は、下部電極５４ａに代えて溶接ガン５３に取付可能に構成されている。マーカー１ｂの取付部１３は、たとえばワーク６１の精度保証された孔（図示省略）に取付可能に構成されている。ここで、マーカー１ａの計測点Ｐ２が計測対象である下部電極５４ａの先端Ｐ１からずれている場合、および、マーカー１ｂの計測点Ｐ２がワーク６１の計測対象点（図示省略）からずれている場合には、そのずれを考慮して下部電極５４ａの先端Ｐ１とワーク６１との実際の位置関係が計測される。
【００２４】
図２に示すように、撮像部２は、たとえば三次元計測が可能な複眼カメラであり、４つのマーカー１を撮像するように構成されている。この撮像部２は、溶接ガン５３の１つのマーカー１ａおよびワーク６１の３つのマーカー１ｂを撮像可能なように、たとえば壁８０に設置されている。すなわち、撮像部２は、溶接ロボット５０ａの外部に配置されている。撮像部２は、通信線７３を介してずれ算出部３に接続され、撮像結果（撮像画像）をずれ算出部３に出力するように構成されている。
【００２５】
撮像用照明４は、撮像部２によるマーカー１の撮像用に設けられ、照明部４ａおよび４ｂを有する。照明部４ａは、溶接ガン５３に設けられ、マーカー１ａを照らすように構成されている。照明部４ｂは、たとえば壁８０に設置され、マーカー１ｂを照らすように構成されている。
【００２６】
ロボット制御部５０ｂおよびずれ算出部３は、通信線７２によって接続され、互いに通信可能に構成されている。ロボット制御部５０ｂは、下部電極５４ａの先端Ｐ１とワーク６１とのシミュレータ上での位置関係（目標とされる位置関係）を算出し、そのシミュレータ上での位置関係をずれ算出部３に出力するように構成されている。ずれ算出部３は、撮像部２から入力される撮像結果に基づいて下部電極５４ａの先端Ｐ１とワーク６１との実際の位置関係を計測し、実際の位置関係とシミュレータ上での位置関係とのずれを算出するように構成されている。そして、ロボット制御部５０ｂは、ずれがゼロになるように多関節アーム５２の動作プログラムを補正するように構成されている。具体的には、実際の位置関係がシミュレータ上での位置関係になるように動作プログラムが補正される。その後、補正後の動作プログラムに基づいて多関節アーム５２が動作される場合に、実際の位置関係がシミュレータ上での位置関係となることから、ずれを解消することが可能である。
【００２７】
−教示動作−
次に、図５を参照して、本実施形態による教示システム１００の教示動作について説明する。この教示動作は、たとえば、溶接装置５０が生産ラインに設置された後であって、溶接装置５０による溶接の実行前に行われる。ロボット制御部５０ｂにはシミュレータを用いて予め作成された多関節アーム５２の動作プログラム（補正前の動作プログラム）が記憶されており、たとえば、補正前の動作プログラムに基づき多関節アーム５２を動作させながら所定タイミング毎に停止させて以下の教示動作が行われる。
【００２８】
まず、図５のステップＳ１において、ロボット制御部５０ｂにより、下部電極５４ａの先端Ｐ１とワーク６１とのシミュレータ上での位置関係が算出される。そして、そのシミュレータ上での位置関係がずれ算出部３に出力される。
【００２９】
次に、ステップＳ２において、ずれ算出部３により、下部電極５４ａの先端Ｐ１とワーク６１との実際の位置関係が計測される。具体的には、撮像部２により、照明部４ａによって照明される溶接ガン５３の１つのマーカー１ａ、および、照明部４ｂによって照明されるワーク６１の３つのマーカー１ｂが撮像される。そして、その撮像結果が撮像部２からずれ算出部３に出力される。ずれ算出部３では、撮像結果に基づいてマーカー１ａの三次元位置が計測され、マーカー１ａの三次元位置が下部電極５４ａの先端Ｐ１の三次元位置に補正（変換）される。また、ずれ算出部３では、撮像結果に基づいて３つのマーカー１ｂの三次元位置が計測され、３つのマーカー１ｂの三次元位置がそれぞれワーク６１の３つの計測対象点の三次元位置に補正され、そのワーク６１の３点の情報に基づいてワーク６１の三次元位置および三軸姿勢が算出される。これにより、撮像結果に基づいて、下部電極５４ａの先端Ｐ１とワーク６１との実際の位置関係が計測される。
【００３０】
次に、ステップＳ３において、ずれ算出部３により、実際の位置関係とシミュレータ上での位置関係とのずれが算出される。たとえば、シミュレータ上のワーク６１に計測されたワーク６１を重ね合わせ、そのときのシミュレータ上の下部電極５４ａの先端Ｐ１の位置と計測された下部電極５４ａの先端Ｐ１の位置とのずれが算出される。そして、算出されたずれがロボット制御部５０ｂに出力される。
【００３１】
次に、ステップＳ４において、ロボット制御部５０ｂにより、シミュレータ上の下部電極５４ａの先端Ｐ１の位置と計測された下部電極５４ａの先端Ｐ１の位置とのずれがゼロになるように多関節アーム５２の動作プログラムが補正される。具体的には、実際の下部電極５４ａの先端Ｐ１の位置が、シミュレータ上の下部電極５４ａの先端Ｐ１の位置になるように動作プログラムが補正される。なお、補正の際において、溶接ガン５３の姿勢は、ワーク６１の姿勢を参照して決定される。
【００３２】
−効果−
本実施形態では、上記のように、下部電極５４ａに代えて溶接ガン５３に設けられるマーカー１ａと、マーカー１ａを撮像する撮像部２と、撮像部２の撮像結果に基づいて多関節アーム５２の動作を補正するロボット制御部５０ｂおよびずれ算出部３とを備えることによって、下部電極５４ａの位置に相当するマーカー１ａの位置を撮像結果から計測することができる。したがって、下部電極５４ａの位置を適切に計測することができるので、実機とシミュレータとのずれを算出して補正することができる。また、撮像部２が溶接ロボット５０ａに設けられていないので、撮像部２の通信線７３が多関節アーム５２に巻き込まれないようにすることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、ワーク６１に３つのマーカー１ｂを設けることによって、ワーク６１の三次元位置および三軸姿勢を計測することができる。そして、下部電極５４ａの先端Ｐ１とワーク６１との実際の位置関係と、下部電極５４ａの先端Ｐ１とワーク６１とのシミュレータ上での位置関係とを用いて、実機とシミュレータとのずれを算出することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、マーカー１が反射体１１およびフェルトシート１２を有することによって、反射体１１とフェルトシート１２との境界が鮮明になり、反射体１１を精度よく計測することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、撮像用照明４を設けることによって、撮像部２によりマーカー１を適切に撮像することができる。
【００３６】
−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３７】
たとえば、上記実施形態では、下部電極５４ａとワーク６１との位置関係を計測してずれを算出する例を示したが、これに限らず、下部電極と治具との位置関係を計測してずれを算出するようにしてもよい。この場合、治具に設けられるマーカーの取付部は、治具の位置決めピンに取付可能に構成されていてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、ワーク６１にマーカー１ｂが設けられる例を示したが、これに限らず、ワークの形状を直接計測することが可能であれば、ワークにマーカーが設けられていなくてもよい。なお、下部電極と治具との位置関係を計測してずれを算出する場合についても同様である。
【００３９】
また、上記実施形態では、ワーク６１の三軸姿勢を求めるために、ワーク６１の計測対象点を３点とする例を示したが、これに限らず、ワークの三軸姿勢が不要な場合には、ワークの計測対象点を１点とするようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、撮像部２が複眼カメラである例を示したが、これに限らず、たとえばＺ軸方向にずれが生じない場合には、撮像部が単眼カメラであってもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、１台の撮像部２が設けられる例を示したが、これに限らず、複数台の撮像部が設けられていてもよい。このように構成すれば、多関節アームの動作によりマーカーが所定の撮像部の死角に入った場合に、マーカーを撮像する撮像部を切り替えて計測することができる。すなわち、マーカーを撮像可能な撮像部に適宜切り替えることにより、マーカーが死角に入って計測できなくなるのを抑制することができる。たとえば、４台の単眼カメラが設けられる場合には、４台の単眼カメラのうちマーカーを撮像可能な２台の単眼カメラの撮像結果を用いてマーカーの三次元位置を計測することが可能である。
【００４２】
また、上記実施形態において、照明部４ａが溶接ガン５３に固定されていてもよいし、照明部４ａが溶接ガン５３に着脱可能に取り付けられていてもよい。照明部４ａが溶接ガン５３に着脱可能な場合には、溶接装置５０による溶接時に照明部４ａが取り外されていてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、マーカー１ｂを照らす専用の照明部４ｂが設けられる例を示したが、これに限らず、生産ライン全体用の照明が設けられている場合には、ワークのマーカーを照らすための専用の照明部が設けられていなくてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態において、多関節アーム５２の動作が停止されて教示動作が行われる所定タイミングの一例としては、溶接ガン５３が溶接位置に到達する直前、溶接ガン５３の溶接位置への到達時、および、溶接ガン５３が溶接位置から離間した直後などが挙げられる。
【００４５】
また、上記実施形態では、多関節アーム５２の動作が停止された状態で教示動作が行われる例を示したが、これに限らず、多関節アームの動作中に教示動作が行われるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、ロボット制御部５０ｂに通信線７２を介してずれ算出部３が接続される例を示したが、これに限らず、ずれ算出部の機能がロボット制御部に含まれていてもよい。すなわち、ロボット制御部およびずれ算出部が一体的に構成されていてもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、反射体１１が白色である例を示したが、これに限らず、反射体が光沢のある材質によって形成されていてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、フェルトシート１２を吸収部材の一例として示したが、これに限らず、布などのその他の部材によって吸収部材が構成されていてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態において、マーカー１ａおよび１ｂの取付部１３の形状が同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、マーカー１の反射体１１が球状である例を示したが、これに限らず、図６および図７に示す変形例によるマーカー１０のように、反射体１１ａが板状に形成されていてもよい。この反射体１１ａは、中心に円形の開口部１１ｂを有し、フェルトシート１２の上部に重ね合わされている。このため、開口部１１ｂを介してフェルトシート１２が露出されている。なお、マーカー１０の計測点Ｐ３が下部電極の先端などの計測対象点からずれている（離れている）場合には、そのずれが補正される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、スポット溶接用の電極が設けられた溶接ガンをワークに対して移動させるロボット部を教示する教示システムに利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ    マーカー
２      撮像部
３      ずれ算出部（補正手段）
１１    反射体（反射部材）
１２    フェルトシート（吸収部材）
５０ｂ  ロボット制御部（補正手段）
５２    多関節アーム（ロボット部）
５３    溶接ガン
５４ａ  下部電極（電極）
６１    ワーク
１００  教示システム
【図１】
2020069568.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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