(57)【要約】【課題】  溶接トーチ先端の位置ずれ確認について、作業者に確認用プログラムの教示や確認用設備の設置の際に負荷をかけず、安価に位置ずれの確認を行うことができるとともに、溶接トーチ先端の位置ずれが発生した場合に確実に検出することができるアーク溶接装置を提供する。【解決手段】ロボットコントローラ７は、溶接トーチ２先端の溶接ワイヤ４を金属板５の円形状の空間部内に移動させた後に溶接トーチ２を予め金属板５に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、各方向への移動において検出装置６によって溶接トーチ２先端の溶接ワイヤ４と金属板５との接触を検出すると溶接トーチ２の移動を停止させるとともに溶接トーチ２先端の位置を記憶し、各方向への移動において記憶した複数の溶接トーチ２先端位置からロボット１の位置ずれの有無を確認する。【選択図】図１
2008260050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の関節を持つロボットと、前記ロボットを制御するロボットコントローラと、前記ロボットの手先先端に取り付けられワイヤ供給装置から供給される溶接ワイヤを先端から突出させる溶接トーチと、前記ロボット制御装置に接続され前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤに溶接電力を供給する溶接電源を備え、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤを消耗電極として溶接を行うアーク溶接装置において、
前記アーク溶接装置は、前記ロボットの可動範囲の任意の位置に固定され円形状の穴を有する金属板と、
前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出し、前記ロボットコントローラへ伝達する検出装置とを備え、
前記ロボットコントローラは、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤを前記円形状の穴内部に移動させた後に前記溶接トーチを予め前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記検出装置によって前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶し、前記各方向への移動において記憶した複数の前記溶接トーチ先端位置から前記溶接トーチの位置ずれ検出のための基準位置を設定するキャリブレーション処理を行うとともに、
前記キャリブレーション処理が完了した状態で、前記キャリブレーション処理と同様に前記溶接トーチを動作させ前記溶接トーチ先端位置を記憶する現在位置取得処理を行い、前記基準位置と前記現在位置取得処理によって求めた位置とから前記溶接トーチの位置ずれの有無を検出することを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項２】
前記キャリブレーション処理および前記現在位置取得処理は、前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に前記溶接トーチを移動させる際に、まず前記金属板の空間部の内縁に接触するまで前記直交座標系のＸ軸の正方向に前記溶接トーチを移動させ、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を第１位置として記憶し、
続いて前記金属板の空間部の内縁に接触するまで前記直交座標系のＸ軸の負方向に前記溶接トーチを移動させ、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチ先端位置を第２位置として記憶し、
第１位置と第２位置との中点を求めて前記中点へと前記溶接トーチを移動させ、前記中点から前記金属板の空間部の内縁に接触するまで前記直交座標系のＹ軸の正方向に前記溶接トーチを移動させ、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチ先端位置を第３位置として記憶し、
続いて前記金属板の空間部の内縁に接触するまで前記直交座標系のＹ軸の負方向に前記溶接トーチを移動させ、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチ先端位置を第４位置として記憶し、前記第３位置と前記第４位置との中点である第５位置を求めることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接装置。
【請求項３】
前記ロボットコントローラは、予め教示された動作プログラムに従って前記キャリブレーション処理および前記現在位置取得処理を行い、
前記動作プログラムは、前記溶接トーチの姿勢を前記金属板に定義された直交座標系のＺ軸に対して平行にした状態で前記溶接トーチを前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶することを特徴とする請求項１または２記載のアーク溶接装置。
【請求項４】
前記ロボットコントローラは、予め教示された動作プログラムに従って前記キャリブレーション処理および前記現在位置取得処理を行い、
前記動作プログラムは、前記溶接トーチの姿勢を前記金属板に定義された直交座標系のＺ軸に対して傾けた状態で前記溶接トーチを前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶することを特徴とする請求項１または２記載のアーク溶接装置。
【請求項５】
前記ロボットコントローラは、予め教示された動作プログラムに従って前記キャリブレーション処理および前記現在位置取得処理を行い、
前記動作プログラムは、前記溶接トーチの姿勢を前記金属板に定義された直交座標系のＺ軸に対して平行にした状態で前記溶接トーチを前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶した後、前記溶接トーチの姿勢を前記金属板に定義された直交座標系のＺ軸に対して傾けた状態で前記溶接トーチを前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶することを特徴とする請求項１または２記載のアーク溶接装置。
【請求項６】
前記ロボットコントローラは、前記キャリブレーション処理にて求めた前記第５位置を前記基準位置として記憶する格納部を備え、前記格納部に記憶された前記基準位置と、前記現在位置取得処理にて求めた前記第５位置との差分によって位置ずれの有無を検出し、前記差分が予め設定された許容値より大きい場合には外部に位置ずれ発生の情報を出力することを特徴とする請求項２記載のアーク溶接装置。
【請求項７】
前記ロボットコントローラは、前記差分が予め設定された許容値より大きい場合には前記ロボットコントローラに接続された教示装置によって位置ずれ発生のメッセージを表示することを特徴とする請求項６記載のアーク溶接装置。
【請求項８】
前記ロボットコントローラは、前記差分が予め設定された許容値より大きい場合には前記ロボットコントローラに接続された警告灯に信号を出力することを特徴とする請求項６記載のアーク溶接装置。
【請求項９】
前記ロボットコントローラは、前記第５位置を前記格納部に記憶する際に作業者の認証を行い、認証が完了した場合にのみ前記第５位置を前記格納部に記憶することを特徴とする請求項６記載のアーク溶接装置。
【請求項１０】
前記ロボットコントローラは、前記ロボットの連続運転中に前記動作プログラムに従って前記現在位置取得処理を実行し、位置ずれの有無を検出することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボットを用いたアーク溶接装置に関し、特にロボットに取り付けられた溶接トーチの先端位置を確認する機能を備えたアーク溶接装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接用のロボットは、その先端にアーク溶接用のトーチを備え、この溶接トーチを移動させることで溶接作業を行っている。ロボットは各軸に設けられたサーボモータにより制御されており、各軸モータの位置はロボットコントローラによってフィードバック制御されている。
しかし、実際のアーク溶接作業を行う溶接トーチの先端位置は各軸モータの位置を基にロボットコントローラ内の演算によって推定されるのみである。よって溶接トーチのロボットへの取り付けミスや溶接トーチと周囲との干渉による変形等によって所定の溶接トーチ先端位置から位置ずれが発生しても、ロボットコントローラは溶接トーチの位置ずれを認識することができない。その結果、位置ずれを放置したまま溶接作業を行って溶接不良品を作る虞がある。
この問題を解決するために、特許文献１では溶接トーチ先端の溶接ワイヤを基準バーに接触させる確認用プログラムによって溶接トーチ先端の位置ずれの有無を自動的に確認している。特許文献２では溶接トーチ先端を接触させる代わりに光電スイッチを用いて、確認用プログラムによって自動的に溶接トーチ先端の位置ずれが無いことを確認してから溶接作業を行うようにしている。
一方特許文献３では、溶接トーチのワイヤ先端位置の検出方法として、直交２軸方向に対称な開口部を有する測定開口部と、溶接トーチの上下方向のずれを測定する端面を有する測定台とを備えた測定板を用いた位置ずれ量測定装置が開示されている。この測定板は測定開口部の中心が溶接ロボットの水平方向の水平基準点に位置するように、かつ測定台の上端面がロボットの上下方向の上下基準点の高さに位置するように設置されている。
また、特許文献４では特許文献６の測定板の代わりに円錐形状の凹部を有する接触板に溶接トーチ先端の溶接ワイヤを接触させる手法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２８８７３３号公報
【特許文献２】実開平２−１３３２６７号公報
【特許文献３】特開２０００−１６７６６８号公報
【特許文献４】特開２００３−３９３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の溶接トーチ先端位置の確認に関する発明のうち、特許文献１及び特許文献２では溶接トーチ先端の位置ずれの有無を自動的に確認できる。しかし、基準バーや光電スイッチの位置に溶接トーチ先端を移動させる確認用プログラムの教示を予め作業者が実施する際に１[ｍｍ]以下の精度が要求され、作業者の高い能力を要求すると言う課題がある。光電スイッチを適用した場合でも、光電スイッチの発光部を横切る位置のティーチングは不可欠であり、程度の差はあれ教示を実施する作業者に負担をかけることに変わりはない。
さらに、特許文献１の装置によって溶接トーチ先端の位置ずれを検出した場合、作業者が溶接トーチ先端と基準バーとが接触するよう確認用プログラムの教示位置を変更してしまうことを禁止する手段が講じられていないという問題もある。つまり作業者が溶接トーチの位置ずれに対する対策を行わず確認用プログラムの教示点の方を変更することで、見かけ上溶接トーチの位置ずれが発生していない状態にする危険性を孕んでいる。この問題は、光電スイッチを適用する特許文献２でも同様に発生しうる。
また特許文献３では、位置ずれ測定板の測定開口部の中心がロボットの水平方向の水平基準点に位置するように設置する必要があり、この設置には多くの手間が必要である。また、ロボットが演算する座標上の位置と溶接トーチ先端の物理的な位置が完全に一致する必要があり、初期の溶接トーチの物理的な位置を設定するのが大変手間であると言う問題がある。さらには、水平位置ずれを検出するための測定開口部とは別に上下位置ずれを検出するために測定台を設けなければならずコストがかかる。
特許文献４では、接触板に円錐形状の凹部を設ける際のコストがかかる、また高さ方向の修正量を求めるためには、確認動作を行うごとに溶接トーチ先端の溶接ワイヤの長さが前回確認時と同じになるよう調整しなければならないといった問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、溶接トーチ先端の位置ずれ確認について、作業者に確認用プログラムの教示や確認用設備の設置の際に負荷をかけず、安価に位置ずれの確認を行うことができるとともに、溶接トーチ先端の位置ずれが発生した場合に確実に検出することができるアーク溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載のアーク溶接装置は、複数の関節を持つロボットと、前記ロボットを制御するロボットコントローラと、前記ロボットの手先先端に取り付けられワイヤ供給装置から供給される溶接ワイヤを先端から突出させる溶接トーチと、前記ロボット制御装置に接続され前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤに溶接電力を供給する溶接電源を備え、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤを消耗電極として溶接を行うアーク溶接装置において、
前記アーク溶接装置は、前記ロボットの可動範囲の任意の位置に固定され円形状の穴を有する金属板と、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出し、前記ロボットコントローラへ伝達する検出装置とを備え、前記ロボットコントローラは、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤを前記円形状の穴内部に移動させた後に前記溶接トーチを予め前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記検出装置によって前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶し、前記各方向への移動において記憶した複数の前記溶接トーチ先端位置から前記溶接トーチの位置ずれ検出のための基準位置を設定するキャリブレーション処理を行うとともに、前記キャリブレーション処理が完了した状態で、前記キャリブレーション処理と同様に前記溶接トーチを動作させ前記溶接トーチ先端位置を記憶する現在位置取得処理を行い、前記基準位置と前記現在位置取得処理によって求めた位置とから前記溶接トーチの位置ずれの有無を検出することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載のアーク溶接装置は、前記キャリブレーション処理および前記現在位置取得処理は、前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に前記溶接トーチを移動させる際に、まず前記金属板の空間部の内縁に接触するまで前記直交座標系のＸ軸の正方向に前記溶接トーチを移動させ、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を第１位置として記憶し、続いて前記金属板の空間部の内縁に接触するまで前記直交座標系のＸ軸の負方向に前記溶接トーチを移動させ、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチ先端位置を第２位置として記憶し、第１位置と第２位置との中点を求めて前記中点へと前記溶接トーチを移動させ、前記中点から前記金属板の空間部の内縁に接触するまで前記直交座標系のＹ軸の正方向に前記溶接トーチを移動させ、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチ先端位置を第３位置として記憶し、続いて前記金属板の空間部の内縁に接触するまで前記直交座標系のＹ軸の負方向に前記溶接トーチを移動させ、前記溶接トーチ先端の溶接ワイヤと前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチ先端位置を第４位置として記憶し、前記第３位置と前記第４位置との中点である第５位置を求めることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載のアーク溶接装置は、前記ロボットコントローラは、予め教示された動作プログラムに従って前記キャリブレーション処理および前記現在位置取得処理を行い、前記動作プログラムは、前記溶接トーチの姿勢を前記金属板に定義された直交座標系のＺ軸に対して平行にした状態で前記溶接トーチを前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶することを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載のアーク溶接装置は、前記ロボットコントローラは、予め教示された動作プログラムに従って前記キャリブレーション処理および前記現在位置取得処理を行い、前記動作プログラムは、前記溶接トーチの姿勢を前記金属板に定義された直交座標系のＺ軸に対して傾けた状態で前記溶接トーチを前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載のアーク溶接装置は、前記ロボットコントローラは、予め教示された動作プログラムに従って前記キャリブレーション処理および前記現在位置取得処理を行い、前記動作プログラムは、前記溶接トーチの姿勢を前記金属板に定義された直交座標系のＺ軸に対して平行にした状態で前記溶接トーチを前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶した後、前記溶接トーチの姿勢を前記金属板に定義された直交座標系のＺ軸に対して傾けた状態で前記溶接トーチを前記金属板に定義された直交座標系のＸ軸およびＹ軸の正負各方向に移動させ、前記各方向への移動において前記金属板との接触を検出すると前記溶接トーチの移動を停止させるとともに前記溶接トーチの先端位置を記憶することを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載のアーク溶接装置は、前記ロボットコントローラは、前記キャリブレーション処理にて求めた前記第５位置を前記基準位置として記憶する格納部を備え、前記格納部に記憶された前記基準位置と、前記現在位置取得処理にて求めた前記第５位置との差分によって位置ずれの有無を検出し、前記差分が予め設定された許容値より大きい場合には外部に位置ずれ発生の情報を出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載のアーク溶接装置は、前記ロボットコントローラは、前記差分が予め設定された許容値より大きい場合には前記ロボットコントローラに接続された教示装置によって位置ずれ発生のメッセージを表示することを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載のアーク溶接装置は、前記ロボットコントローラは、前記差分が予め設定された許容値より大きい場合には前記ロボットコントローラに接続された警告灯に信号を出力することを特徴とする。
【００１３】
請求項９に記載のアーク溶接装置は、前記ロボットコントローラは、前記第５位置を前記格納部に記憶する際に作業者の認証を行い、認証が完了した場合にのみ前記第５位置を前記格納部に記憶することを特徴とする。
【００１４】
請求項１０に記載のアーク溶接装置は、前記ロボットコントローラは、前記ロボットの連続運転中に前記動作プログラムに従って前記現在位置取得処理を実行し、位置ずれの有無を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１、２に記載の発明によれば、特別なセンサを用いること無く、円形状の空間を有する金属板を位置ずれ確認用設備の設置としてロボットの動作範囲内に固定するだけなので、板の加工も容易で安価であり、設置の際に正確な位置決めをする必要がない。
さらに動作プログラムの教示位置を用いずに位置ずれの有無を検出するので、作業者が動作プログラムの教示点位置を変更しても見かけ上溶接トーチの位置ずれが発生していない状態になるという虞はなく、溶接トーチの位置ずれが発生したことを確実に検出することができる。
請求項３に記載の発明によれば、基準位置設定用動作プログラムの教示の際、溶接トーチ先端の溶接ワイヤが金属板に設けられた円形状の空間内に位置するようにすればよく、その後の円形状の穴の縁を検出する動作や位置ずれ量の確認も自動的に行われるため、作業者が予め溶接トーチ先端の位置を精度良く教示する必要がない。
請求項４、５に記載の発明によれば、金属板の他に位置ずれ確認用設備を用いずコストを抑えたままで水平方向の位置ずれの他、高さ方向の位置ずれが発生した場合にも確実に検出できる。
請求項６乃至８に記載の発明によれば、位置ずれが発生した場合にその旨を作業者に確実に伝えることができる。
また請求項９に記載の発明によれば、位置ずれ確認のために連続運転を中断して作業者が確認のための操作を必要がなく自動的に位置ずれ発生の有無を確認できるので、作業者の負担を軽減できると共にロボットの稼動率を保つことができる。
請求項１０に記載の発明によれば、権限を有する作業者しか位置ずれ確認のための基準位置を変更することができないので、容易に基準位置が変更されることを防止し溶接トーチの位置ずれが発生したことを確実に検出することができる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明のロボットシステムの全体図である。図１において１は複数の関節軸を備えたロボットであり、先端に溶接トーチ２が取り付けられている。
ロボット１はアーム上に溶接ワイヤ送給装置１１を備えており、溶接ワイヤ送給装置１１は溶接ワイヤ缶１０に格納された溶接ワイヤ４を溶接トーチ２へと送り出す。送り出された溶接ワイヤ４は溶接トーチ２内を貫通して溶接トーチ２の先端から出るようになっている。
アーク溶接時には溶接ワイヤ４には溶接電源９によって高圧電流が供給されるが、本発明にて溶接トーチ先端位置の確認を行う際には、溶接ワイヤ４には低電圧（例えば２４Ｖ程度）をかけるようにする。
７はロボットコントローラでありロボット１および溶接電源９を制御する。図２にロボットコントローラ７内のブロック図を示す。サーボ指令部７０７からロボット１の各関節軸のサーボモータ（図示せず）に指令が出力され、各サーボモータに備え付けられた位置検出器からの信号はフィードバック受信部７０８にて受信される。
また、ロボットコントローラ７には通常、作業者がロボット１を操作するための教示装置８が接続される。操作装置はロボットの操作や入力のためのテンキー他のキーや非常停止スイッチ、ロボット１の現在位置や内部状態など各種の情報を表示する表示画面を備えている。
作業者は、教示装置８上に配置されたロボット各軸（各関節軸のサーボモータ）の動作キーを押下することで、ロボット１先端に取り付けられた溶接トーチ先端位置を所望の位置に移動させ、同じく教示装置８上に配置された記憶キーを押下することで、ロボット１からフィードバックされた位置をロボットコントローラ７に記憶させる。
教示装置８によってロボット１を所望の位置に移動させ、その位置を記憶させるという操作を繰り返すことによって、ロボット１の一連の動作を動作プログラムとしてロボットコントローラ７に記憶させることができる。
また動作プログラムでは、ロボット１の動作に加えてロボットコントローラ７に接続された教示装置８を始めとする外部機器と信号を入出力することを指定したり、外部からの入力信号をロボット１の動作開始／停止条件としたり、所定の条件の場合に外部機器へ信号を出力するよう指定することも可能である。
なお、図１では教示装置８上の各種キーについては省略して描いている。
【００１８】
５は位置ずれ確認用の金属板５であり、ロボット１先端の溶接トーチ２の到達可能範囲の任意の位置に固定されている。本実施例においては、金属板５は板厚が２[ｍｍ]前後で、図３に示すように溶接トーチ２の円柱形のノズル部３の直径より２[ｍｍ]程度大きい直径３０[ｍｍ]の円形の穴が空いており、図１に示すアース線と接続されている。このように金属板５は小さいため、ロボット１の周辺に常時設置した場合でも溶接作業の障害となることがない。金属板５は、図４のようにＬ字形の板としてロボット１近傍の柱状体に取り付けてもよい。図３、４に示すように金属板５はごく簡単な形状であり、加工が容易で低コストで製造することができる。
検出装置６は溶接ワイヤ４と金属板５に接続されたアース線との間の電圧差をモニタしている。
溶接ワイヤ４が金属板５に接触すると、溶接ワイヤ４と金属板５のアース線との間の電圧が０[Ｖ]へとドロップするので、検出装置６は溶接ワイヤ４が金属板５に接触したことを検出することができる。検出装置６は接触を検出すると接触信号をロボットコントローラ７へと出力する。ロボットコントローラ７は、接触検出信号入力部７１２で接触信号を受信したタイミングに合わせてロボット１の各関節軸のサーボモータからのフィードバック位置を取り込むことができる。この各関節軸のフィードバック位置とロボットの各軸アームや溶接トーチの形状データとからロボット基準座標系から見た溶接トーチ先端の位置を演算によって求める。ロボットの各軸アームや溶接トーチの形状データはパラメータ格納部７０６やツール寸法格納部７０２に予め設定されている。
【００１９】
次に、溶接トーチ先端位置の基準位置を設定するキャリブレーション手順について説明する。この基準位置が位置ずれ確認の際の基準となる
図５は、金属板５の上面図である。予め、図５のように金属板５の水平面をＸＹ平面とする座標系を設定する。以後この座標系をユーザ座標系と呼称する。
作業者は教示装置８を操作して予め教示しておいた基準位置設定用の動作プログラムを呼び出し、実行させる。ロボットコントローラ７は基準位置設定用動作プログラムに従ってロボット１を動作させ教示された金属板５の穴の中心付近の上方に溶接トーチ２の先端を移動させ、続いて溶接トーチ２を下降させて図５のように溶接トーチ２先端の溶接ワイヤ４が金属板５の穴の中に位置するようにする。
【００２０】
基準位置設定用動作プログラムによる以後の溶接トーチ２の動作について図６に基づいて説明する。まず、図５の状態から溶接トーチ２先端をユーザ座標系のＸ軸プラス方向に低速で移動させる。そして検出装置６からの信号によって溶接トーチ２の先端の溶接ワイヤ４と金属板５とが接触したことを検出すると、その瞬間のロボットの各関節軸サーボモータのフィードバック位置をもとに算出した溶接トーチ先端の位置Ｐ０を記憶してロボット１の動作を停止する。
次に、溶接トーチ２先端をユーザ座標系のＸ軸マイナス方向に同じく低速で移動させ、検出装置６からの信号によって溶接トーチ２の先端の溶接ワイヤ４と金属板５とが接触したことを検出すると、Ｐ０の場合と同様にその瞬間の溶接トーチ先端の位置Ｐ１を算出、記憶してロボット１の動作を停止する。
【００２１】
Ｐ０とＰ１の記憶が完了すると、ロボットコントローラ７は演算部７０３にてＰ０とＰ１の中点Ｐ２をＰ２＝（Ｐ０＋Ｐ１）／２の演算によって求め、溶接トーチ２の先端をＰ２へと移動させる。溶接トーチ２の先端がＰ２へ到達したら、Ｐ２から溶接トーチ２の先端をユーザ座標系のＹ軸プラス方向に低速で移動させ、溶接ワイヤ４と金属板５とが接触したことを検出すると、その瞬間の溶接トーチ先端の位置Ｐ３を記憶してロボット１の動作を停止する。
次に、溶接トーチ２先端をユーザ座標系のＹ軸マイナス方向に同じく低速で移動させ、検出装置６からの信号によって溶接トーチ２の先端の溶接ワイヤ４と金属板５とが接触したことを検出すると、その瞬間の溶接トーチ先端の位置Ｐ４を記憶してロボット１の動作を停止する。
次に、ロボットコントローラ７は演算部７０３にてＰ３とＰ４の中点Ｐ５をＰ５＝（Ｐ３＋Ｐ４）／２の演算によって求める。
Ｐ５が求まると、ロボットコントローラ７は教示装置８の表示画面に「算出した位置を基準位置として記憶しますか？（Ｙ／Ｎ）」といったメッセージを表示し、作業者の回答を促す。ここで作業者が「ＹＥＳ」と回答するとロボットコントローラ７はＰ５を基準位置としてロボットコントローラ７の基準位置格納部７０１に保存する。図５のように溶接トーチ２がユーザ座標系のＸＹ平面に対し垂直である場合、Ｐ５は金属板５の円形穴の中心に位置する。
【００２２】
前述のように金属板５の円形穴の直径は溶接トーチ２の円柱形のノズル部３の直径よりわずかに大きい程度である。よって溶接ワイヤ４と穴の縁との接触動作を行わせる際のロボット１の移動量は小さく、位置ずれ確認の所要時間を短縮することができる。
また、本実施例の基準位置設定用動作プログラムでは溶接トーチ先端を図５のように金属板５の穴の中に位置させる際には、溶接ワイヤ４が穴の中を通ってさえいればよく、この動作プログラムを教示する際に厳密に穴の中心部に溶接トーチ先端を位置させる必要はない。したがって基準位置設定用動作プログラムを教示する際に作業者に精度の高い作業を強いることがない。
さらに基準位置を動作プログラムの教示位置として保持することはせず、溶接ワイヤ４と金属板５とが接触した位置をもとに演算によって基準位置を求めるので、作業者が基準位置設定用動作プログラムの教示点を変更したとしても位置ずれの確認に悪影響を与えることがない。
なお、実際の接触動作の際には溶接ワイヤ４と金属板５とが接触して溶接ワイヤ４が弾性変形した状態でのフィードバック位置を取り込むことがある。こうした事態を避けるため、接触を検出してロボットを停止させた時点では溶接トーチ先端の位置は記憶せず、反対方向へロボットを動作させた際に溶接ワイヤ４と金属板５とが離れたことを検出装置６で検出してその瞬間のフィードバック位置から溶接トーチ先端位置を算出し、記憶するようにしてもよい。
【００２３】
以上、基準位置を設定するキャリブレーション手順について説明したが、基準位置が設定された状態で、溶接トーチ２先端の現在位置について位置ずれが発生していないか確認する場合にも基準位置設定時と同様に基準位置設定用の動作プログラムを実行させる。
ロボット１は教示された穴の中心付近に溶接トーチ２を移動させた後、動作プログラムに従ってロボット１は、金属板５のユーザ座標系のＸ軸プラス方向に動作し、金属板５に接触した瞬間の溶接トーチ先端の位置Ｐ００を記録して停止する。次に、Ｘ軸マイナス方向に動作し、金属板５に接触した瞬間の溶接トーチ先端の位置Ｐ１０を記録してする。次に、演算部７０３にて演算したＰ００とＰ１０の中点Ｐ２０（Ｐ２０＝（Ｐ００＋Ｐ１０）／２）の位置に溶接トーチ２の先端を移動させた後、さらにＰ２０の位置からＹ軸プラス方向に移動させ、金属板５に接触した瞬間の溶接トーチ先端の位置Ｐ３０を記録して停止する。次に、Ｙ軸マイナス方向に動作し、金属板５に接触した瞬間の溶接トーチ先端の位置Ｐ４０を記録して停止する。ロボットコントローラ７でＰ３０とＰ４０の中点Ｐ５０をＰ５０＝（Ｐ３０＋Ｐ４０）／２の演算によって求める。
【００２４】
ここで教示装置８の表示画面には基準位置設定の場合と同様、ロボットコントローラ７は教示装置８の表示画面に「算出した位置を基準位置として記憶しますか？（Ｙ／Ｎ）」といったメッセージを表示し、作業者の回答を促す。位置ずれを確認する場合には、「ＮＯ」と回答する。するとロボットコントローラ７は教示装置８の表示画面に「位置ずれの確認を行いますか？（Ｙ／Ｎ）」といったメッセージを表示し、作業者が「ＹＥＳ」と回答すればロボットコントローラ７は基準位置格納部７０１に保存されたＰ５と今回求めたＰ５０との差分を計算する。ここで仮に「ＮＯ」と回答した場合には位置ずれ確認をしないまま処理を終了する。
本実施例では、仮に溶接トーチ２を実際にＰ５、Ｐ５０に移動させてみると、位置ずれが発生していたとしてもその外見上の位置は一致することとなる。しかし位置ずれが発生している場合は演算によって求めたＰ５、Ｐ５０の値は食い違うこととなる。
金属板５は所定の位置に固定されているので、基準位置格納部７０１に保存されている基準位置Ｐ５とＰ５０との差分ΔＰ（ΔＰ＝Ｐ５０−Ｐ５）が溶接トーチ２の先端の位置ずれ量となる。
差分ΔＰの絶対値が予め設定された位置ずれ許容値より大きい場合、ロボットコントローラ７は溶接トーチ２先端位置の位置ずれが発生したとして、教示装置８の表示画面にその旨のメッセージを表示して作業者に知らせる。表示画面のメッセージに代わってブザー音を用いてもよい。また、ロボットコントローラ７に接続された外部コントローラや警告灯などの表示装置（図示せず）に出力するようにしてもよい。
【００２５】
また、ロボット１が連続運転を行っている最中において、段取り替えなどでロボットが他の動作を行いうる合間に、作業者の操作によって、または自動的に基準位置設定用の動作プログラムを実行させることも可能である。このような場合には、前述のような作業者からの回答を求めることなく、位置ずれの確認を行うようにすることもできる。この場合において差分ΔＰが位置ずれ許容値より大きい場合は、そのまま溶接作業を行うと溶接不良品を作る虞があるので、教示装置８の表示画面などでその旨を出力するのに加えてロボット１の連続運転を停止させるようにする。
【実施例２】
【００２６】
実施例１では水平方向の位置ずれ確認を自動的に行うことができるが、高さ方向に関しては位置ずれが発生しているか否かは確認することができず、依然作業者の目視などによって確認することとなる。そこで本実施例では高さ方向の位置ずれについても検出できる動作プログラムを用いる。
図７は本実施例での位置ずれ確認動作を示す側面図である。
実施例１では図５のように溶接トーチ２が金属板５に設定されたユーザ座標系のＸＹ平面に対し直交する姿勢でユーザ座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させたが、本実施例では図７のように溶接トーチはユーザ座標系のＺ軸に対し傾いた状態でＸ軸方向、Ｙ軸方向の移動動作を行う。図７（ａ）が基準位置を設定する様子を示し、図７（ｂ）が高さ方向の位置ずれが発生した様子を示す。図７（ａ）と（ｂ）とでは高さ方向の位置ずれに起因して水平方向の中点Ｐ５とＰ５０との間で差分ΔＰが発生しているのが分かる。
すなわち水平方向に位置ずれが発生していなかったとしても、高さ方向に位置ずれが発生すればＰ５とＰ５０との間で差分ΔＰが発生し、同一の基準位置設定用動作プログラムの実行でこの位置ずれを検出することができる。
このように金属板５に対して溶接トーチ２を傾けた姿勢で動作する動作プログラムを用いることで、一度の確認動作で水平方向の位置ずれに加え高さ方向の位置ずれについても検出することができるようになる。
本実施例では、実施例１とは異なり、溶接トーチ２を実際にＰ５、Ｐ５０に移動させてみると、位置ずれが発生していた場合は外見上の位置も両者の間で異なる。また演算によって求めたＰ５、Ｐ５０の値も位置ずれが発生していた場合は食い違うこととなる。
【００２７】
位置ずれが溶接トーチ２の水平方向の位置ずれによるものなのか、高さ方向の位置ずれによるものなのかを明らかにしたい場合は、まず実施例１のように溶接トーチを金属板５に対し直交させた状態で位置ずれ確認動作を行って水平方向の位置ずれが無いことを確認する。その後図７のように溶接トーチ２を傾けて位置ずれ確認動作を行う。この時点で位置ずれを検出すれば、高さ方向に位置ずれが発生していることになる。
【実施例３】
【００２８】
前述したように、基準位置設定用動作プログラムによる確認動作後、教示装置８の表示画面に「算出した位置を基準位置として記憶しますか？（Ｙ／Ｎ）」といったメッセージが表示された際に作業者が「ＹＥＳ」と回答するとその際に求めた基準位置が保存されるようになっている。
ここで作業者の操作ミスなどにより「ＹＥＳ」と回答すると、実施例１や実施例２の場合ではそれまで基準位置格納部７０１に記憶されていた基準位置(Ｐ５)がＰ５０で上書きされてしまうことを防止できない。基準位置が安易に変更されると、実際には位置ずれが発生しているのにそれを検出できなくなってしまう。
よって本実施例では、実施例１及び実施例２で求めた基準位置（Ｐ５）のデータを作業者に容易に変更させないようにする。具体的には一度基準位置格納部７０１に記憶された基準位置（Ｐ５）がＰ５０に容易に上書きされないように、作業者が基準位置格納部７０１の内容を変更できる権限を持っているか否か暗証番号やパスワードによって認証を行う。
【００２９】
すなわち、教示装置８の表示画面に「算出した位置を基準位置として記憶しますか？（Ｙ／Ｎ）」といったメッセージが表示された際に作業者が「ＹＥＳ」と回答すると、ロボットコントローラ７は教示装置８の表示画面に「基準位置を書き換えます。暗証番号を入力してください。」といったメッセージを表示する。また暗証番号に代えて「パスワードを入力してください。」といったメッセージを表示してもよい。
作業者が予め暗証番号またはパスワードを知っている、すなわち基準位置を書き換える権限を持っていれば教示装置８のテンキーや表示画面に表示されたソフトウェアキーボードを使って正しい暗証番号やパスワードを入力できるので、今回算出したＰ５０を新たな基準位置としてロボットコントローラ７の基準位置格納部７０１に保存することができる。
権限のない作業者による基準位置の書き換えができないようにすることで位置ずれが発生した際には確実に検出することができる。
暗証番号やパスワードの他にも、教示装置８に指紋認証装置を設け、作業者の指紋によって基準位置を書き換える権限を持っているか否か確認するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のアーク溶接装置の全体構成図。
【図２】ロボットコントローラ７の制御ブロック図。
【図３】本発明のアーク溶接装置で使用する金属板の斜見図。
【図４】本発明のアーク溶接装置で使用する金属板の別例の斜見図。
【図５】本発明のアーク溶接装置の位置ずれ確認動作の様子を示す斜見図。
【図６】本発明で使用する金属板及び溶接トーチ先端の接触点を示す上面図。
【図７】本発明の第２実施例での位置ずれ確認動作の様子を示す側面図。
【符号の説明】
【００３１】
１  ロボット
２  溶接トーチ
３  ノズル
４  溶接ワイヤ
５  金属板
６  検出装置
７  ロボットコントローラ
８  教示装置
９  溶接電源
１０  溶接ワイヤ缶
１１  溶接ワイヤ送給装置
７００  ＣＰＵ
７０１  基準位置格納部
７０２  ツール寸法格納部
７０３  演算部
７０４  溶接条件格納部
７０５  動作プログラム格納部
７０６  パラメータ格納部
７０７  サーボ指令装置
７０８  フィードバック受信部
７０９  教示装置入出力部
７１０  溶接条件出力部
７１１  アーク溶接入出力部
７１２  接触検出信号入力部
Ｐ０、Ｐ００  接触検出位置
Ｐ１、Ｐ１０  接触検出位置
Ｐ２、Ｐ２０  接触演算位置
Ｐ３、Ｐ３０  接触検出位置
Ｐ４、Ｐ４０  接触検出位置
Ｐ５、Ｐ５０  接触演算位置
【図１】
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【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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