(57)【要約】【課題】  被溶接物の傾斜角度の設定が容易確実であり、被溶接物回転機構と溶接ロボットとの高精度な協調動作が可能であり、溶接品質を向上できる溶接装置及び回転角度値教示方法を提供する。【解決手段】  溶接工具５と被溶接物１の溶接部位とが所定の溶接姿勢をなすよう溶接工具５を移動させる溶接工具移動機構４と、上記被溶接物１を所定の傾斜状態となるように回転させる被溶接物回転機構３とを備えた溶接装置における回転角度値教示方法であって、図６，図７に示すように、被溶接物１の溶接部位に複数の教示点ａ，ｂ，ｃ・・・を設定し、該各教示点毎の基準線（例えば水平線Ｈ）に対する教示点角度θａ，θｂ，θｃ・・・を求め、該各教示点角度を上記基準線Ｈに対する傾斜角度θｏに一致させる回転角度を上記被溶接物回転機構の回転角度値θｔａ，θｔｂ，θｔｃ・・・とする。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接工具と被溶接物の溶接部位とが所定の溶接姿勢をなすよう溶接工具を移動させる溶接工具移動機構と、上記被溶接物を所定の傾斜状態となるように回転させる被溶接物回転機構とを備えた溶接装置における回転角度値教示方法であって、被溶接物の溶接部位に複数の教示点を設定し、該各教示点毎の基準線に対する教示点角度を求め、該各教示点角度を上記基準線に対する傾斜角度に一致させる回転角度を上記被溶接物回転機構の回転角度値とすることを特徴とする溶接装置における回転角度値教示方法。
【請求項２】
請求項１において、上記教示点角度は、上記溶接部位に設定された各教示点を通る接線の水平線に対する角度であり、上記回転角度値は、上記教示点角度を上記水平線に対する傾斜角度に一致させる回転角度であることを特徴とする溶接装置における回転角度値教示方法。
【請求項３】
溶接工具と被溶接物の溶接部位とが所定の溶接姿勢をなすよう溶接工具を移動させる溶接工具移動機構と、上記被溶接物を所定の傾斜角度をなすように回転させる被溶接物回転機構とを備えた溶接装置であって、被溶接物の溶接部位に複数の教示点を設定し、該各教示点毎の基準線に対する教示点角度を求め、該各教示点角度を上記基準線に対する傾斜角度に一致させる回転角度を上記被溶接物回転機構の回転角度値とする回転角度値演算手段を備えたことを特徴とする溶接装置。
【請求項４】
請求項３において、上記教示点角度は、上記溶接部位に設定された各教示点を通る接線の水平線に対する角度であり、上記回転角度値は、上記教示点角度を上記水平線に対する傾斜角度に一致させる回転角度であることを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動二輪車の排気装置や車体フレーム等の被溶接物を溶接ロボットで自動溶接する場合に、被溶接物の溶接部位の傾斜角度を狙い通りの角度にして溶接品質を向上できるようにした溶接装置及びその回転角度値教示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車の排気装置等の溶接は、溶接ロボットにより自動的に行なわれるのが一般的となっている。溶接の品質を保つには、被溶接物の溶接部位に対する溶接工具の姿勢（前進角や狙い角等）を各溶接部位に適したものに保つとともに、溶接部位の傾斜角度を狙い通りの角度にすることが重要である。例えば自動二輪車の排気装置は複雑な自由曲面から構成されている場合が多いため、被溶接物を固定したままでは溶接部位の傾斜角度を最適値に保ちながら溶接することは極めて困難である。
【０００３】
そこで従来から、被溶接物を溶接治具に取り付け、該溶接治具を被溶接物回転機構により水平軸回りに回転可能に支持し、溶接ロボットと協調しつつ溶接治具を回転させることにより被溶接物の溶接部位の傾斜角度を調整可能とした溶接装置がある。上記溶接治具を回転させるための上記被溶接物回転機構及び溶接ロボットの制御データは、従来は溶接ロボットを動かしながらの教示又は３次元ＣＡＤで作成されている。
【０００４】
また上記被溶接物回転機構の制御において、従来、溶接工具の方向が指定したベクトルに近い方向を向くように回転角度値を自動的に算出するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０６−１９８５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし上記従来装置の場合、溶接部位の傾斜角度を狙い通りの値に設定するには、被溶接物と溶接工具の位置関係を考慮してベクトルを指定しなければならず、被溶接物と溶接工具との位置関係が直角となる場合以外は操作が煩雑で実用的ではなかった。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、被溶接物の傾斜角度の設定が容易確実であり、被溶接物回転機構と溶接ロボットとの高精度な協調動作が可能であり、溶接品質を向上できる溶接装置及び回転角度値教示方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、溶接工具と被溶接物の溶接部位とが所定の溶接姿勢をなすよう溶接工具を移動させる溶接工具移動機構と、上記被溶接物を所定の傾斜状態となるように回転させる被溶接物回転機構とを備えた溶接装置における回転角度値教示方法であって、図６，図７に示すように、被溶接物の溶接部位に複数の教示点ａ，ｂ，ｃ・・・を設定し、該各教示点毎の基準線（例えば水平線Ｈ）に対する教示点角度θａ，θｂ，θｃ・・・を求め、該各教示点角度を上記基準線Ｈに対する傾斜角度θｏに一致させる回転角度を上記被溶接物回転機構の回転角度値θｔａ，θｔｂ，θｔｃ・・・とすることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、上記教示点角度θａ・・・は、上記溶接部位に設定された各教示点ａ・・・を通る接線の水平線ｔａ，ｔｂ，ｔｃ・・・に対する角度であり、上記回転角度値θｔａ・・・は、上記教示点角度θａ・・・を上記水平線Ｈに対する傾斜角度θｏに一致させる回転角度であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、溶接工具と被溶接物の溶接部位とが所定の溶接姿勢をなすよう溶接工具を移動させる溶接工具移動機構と、上記被溶接物を所定の傾斜角度をなすように回転させる被溶接物回転機構とを備えた溶接装置であって、被溶接物の溶接部位に複数の教示点を設定し、該各教示点毎の基準線に対する教示点角度を求め、該各教示点角度を上記基準線に対する傾斜角度に一致させる回転角度を上記被溶接物回転機構の回転角度値とする回転角度値演算手段を備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３において、上記教示点角度は、上記溶接部位に設定された各教示点を通る接線の水平線に対する角度であり、上記回転角度値は、上記教示点角度を上記水平線に対する傾斜角度に一致させる回転角度であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１，３の発明によれば、溶接部位に設定された複数の教示点ａ・・・毎の基準線Ｈに対する教示点角度θａ・・・が求められ、該各教示点角度を上記基準線Ｈに対する傾斜角度θｏに一致させる回転角度が被溶接物回転機構の回転角度値θｔａ・・・とされるので、極めて容易確実に被溶接物回転機構の回転角度値を求めることができ、自動的に溶接部位を所望の傾斜角度にすることができ、溶接品質を向上できる。
【００１２】
即ち、溶接部位における教示点の設定及び各教示点を通る接線の基準線に対する教示点角度は、被溶接物のＣＡＤデータから容易に求めることが可能であり、本発明ではこの教示点角度を所定の傾斜角度に一致させるよう回転角度値を設定するだけで良い。
【００１３】
請求項２，４の発明によれば、上記教示点角度を、各教示点を通る接線の水平線に対する角度とし、また上記回転角度値を、上記教示点角度を上記水平線に対する傾斜角度に一致させる回転角度としたので、水平線を基準としていることからより一層容易確実に回転角度値を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に沿って説明する。
図１〜図７は本発明の一実施形態による溶接装置を説明するための図であり、図１は溶接装置の斜視図、図２は被溶接物を回転させた状態を示す正面図、図３〜図５は溶接姿勢を説明するための模式図、図６，図７は回転角度値教示方法を説明するための模式図、模式行程図である。
【００１５】
図において、１は被溶接物である自動二輪車の排気装置、２は該排気装置１を固定支持する溶接治具、３は該溶接治具２を支持し、水平軸回りに回転させて所定の角度位置に位置決め保持する被溶接物回転機構（以下、外部軸と記す）、４は上記排気装置１の所要の溶接部位を自動的に溶接する溶接ロボットである。
【００１６】
上記排気装置１は複数の構成部品、例えば４本のエキゾーストパイプ１ａ・・・と、該４本のエキゾーストパイプ1 ａを１本の集合管に集合させる集合部１ｂと、該集合部１ｂに接続される消音器（図示せず）等から構成されている。上記エキゾーストパイプ1 ａや集合部1 ｂは0.5 〜２mm厚さ程度の鉄板やステンレス板により成形されたものであり、本実施形態ではエキゾーストパイプと集合部との接続部が溶接部位となっている。
【００１７】
上記溶接治具２は、複数のロック機構を有し、上記排気装置構成部品を所定の形状をなすように配置固定するよう構成されている。上記外部軸３は上記溶接治具２を回転可能に保持して水平軸ｈ回りに任意の角度回転させ、所望の傾斜角度が得られるように構成されている。
【００１８】
上記溶接ロボット４は、ベース部４ａ上にポストアーム４ｂ，ハンドアーム４ｃが所望位置に移動可能に配置され、該ハンドアーム４ｃの先端部に溶接工具５が装着されている。この溶接ロボット４は、上記溶接工具５の先端の溶接トーチ５ａが、溶接部位に対して所定の狙い角θ１や前進角θ２（図３〜図５参照）をなす所定の溶接姿勢を保持した状態で溶接進行方向に前進するように動作する。またこの溶接において上記溶接部位が所定の傾斜角度θ３をなすように上記外部軸３により上記治具２の角度位置が調整される。
【００１９】
ここで上記狙い角θ１は溶接進行方向から見た（図４）時の上記溶接トーチ５ａの被溶接部位となす角度であり、また上記前進角θ２あるいは後退角は、溶接進行方向に直角の方向から見た（図５）時の上記溶接トーチ５ａの溶接部位に垂直な線となす角度である。また上記傾斜角θ３は、溶接部位の基準面（例えば水平面）に対する角度であり、この傾斜角θ３は例えば溶接部位が溶融した際に、その溶融金属が重力によって流動する方向や速さを規定する。これらの狙い角θ１，前進角（あるいは後退角）θ２及び傾斜角θ３は被溶接物の板厚や材質等被溶接物側の条件、及び溶け込み深さ等の溶接条件等の如何によって最適の角度が選択される。また実際に溶接を実行した際の溶接品質の状況によって微調整される。
【００２０】
上記溶接治具2 ひいては排気装置1 の溶接部位を所要の角度位置に回転させるための外部軸3 の回転角度値の具体的教示手順について説明する。
上記回転角度値の指示はパソコン上で行なわれる。まず、ＣＡＤデータに基づいて溶接部位及び該溶接部位における教示点の作成数，教示点間隔等が設定される。本実施形態では、例えば、上記エキゾーストパイプ１ａと集合部１ｂとの接続部が溶接部位となり、複数の教示点ａ，ｂ，ｃ・・・がこの溶接部位の全周に渡って例えば等間隔毎に設定され（図６参照）、さらに各教示点の水平線Ｈとなす傾斜角がθｏとされる。
【００２１】
まず上記排気装置１構成部品が溶接治具２上に所定の配置状態をなすように固定保持され、該溶接治具２が上記外部軸３によって支持され、図７（ａ）〜（ｃ）の上下中心線ｖが鉛直をなす所定の基準角度位置に固定される。そしてこの状態において、ＣＡＤデータに基づいて教示点ａを通る接線ｔａが想定され、該接線ｔａと水平線Ｈとのなす教示点角度θａが求められる（図７( ａ))。そしてこの教示点角度θａを上記傾斜角θｏに一致させるための回転角度が上記外部軸４の回転角度値θｔａとして算出される。この教示点ａの場合は、回転角度値θｔａ＝（教示点角度θａ＋傾斜角度θｏ）となる。なお、回転角度値θｔａは、図７（ａ′）に示すように上記基準角度位置における上下中心線ｖと新たな上下中心線ｖ′とのなす角度で表される。上記外部軸３は、上記教示点ａを溶接する時点では溶接治具２ひいては上記溶接部位を上記基準角度位置ｖから上記回転角度値θｔａだけ図７反時計回りに回転させることとなる。
【００２２】
続いて上記と同様に溶接治具２が基準角度位置（上下中心線ｖが鉛直をなす位置）にある場合において、上記教示点ｂを通る接線ｔｂが想定され、該接線ｔｂと水平線Ｈとのなす教示点角度θｂが求められる（図７（ｂ））。そしてこの教示点角度θｂを上記傾斜角度θｏに一致させる回転角度が上記外部軸３の回転角度値θｔｂとして算出される（図７（ｂ′））。この教示点ｂの場合は、回転角度値θｔｂ＝（教示点角度θａ−傾斜角度θｏ）となる。なお、回転角度値θｔｂは、図７（ｂ′）に示すように上記基準角度位置における上下中心線ｖと新たな上下中心線ｖ′とのなす角度で表される。上記外部軸３は、上記教示点ｂを溶接する時点では溶接治具２ひいては上記溶接部位を上記基準角度位置ｖから上記回転角度値θｔｂだけ図７時計回りに回転させることとなる。
【００２３】
以下同様にして教示点ｃ，ｄ・・・についてθｃ，θｔｃ、θｄ，θｔｄ・・・が順に求められる。なお、各教示点同士の間の回転角度値は上記求められた回転角度値同士の間で徐々に変化するよう補完されることとなる。上記教示点の間隔を狭く設定するほど傾斜角度をより精度良く求めることができる。
【００２４】
このように本実施形態では、溶接部位の溶接に先立って、教示点ａ，ｂ，ｃ・・・を設定し、各教示点毎に接線ｔａ，ｔｂ・・を想定し、該各教示点の接線と水平線とのなす教示点角度θａ，θｂ・・・を求め、該教示点角度を予め設定された傾斜角度θｏに一致させる回転角度を外部軸３の回転角度値θｔａ，θｔｂ・・・としたので、簡単な手順で外部軸３の回転角度値を設定することができ、狙い通りの傾斜角度が得られ、溶接品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態による溶接装置の正面斜視図である。
【図２】上記実施形態溶接装置の外部軸軸線方向に見た側面図である。
【図３】上記実施形態における溶接姿勢を説明するための斜視図である。
【図４】上記溶接姿勢を説明するための正面図である。
【図５】上記溶接姿勢を説明するための側面図である。
【図６】上記実施形態の回転角度値教示方法を説明するための模式図である。
【図７】上記実施形態の回転角度値教示方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  排気装置（被溶接物）
３  外部軸（被溶接物回転機構）
４  溶接ロボット（溶接工具移動機構）
５  溶接工具
ａ〜ｃ  教示点
Ｈ  水平線（基準線）
θａ〜θｃ  教示点角度
θ３  傾斜角度
θｔａ〜θｔｃ  回転角度値
【図１】
2006136975.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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