(57)【要約】【課題】継手角度が変化するワークであっても、シールドノズルとワークの干渉または離間を防止して自動で溶接を行うことのできる方法を提供する。【解決手段】ワークの設計データに基づいて溶接トーチの基準軌道情報を作成するステップ（Ｓ１０５）と、溶接位置に実際に設置されたワークに対する溶接トーチの位置ずれ量を、ワークへのタッチセンシングにより取得するステップ（Ｓ１０７）と、溶接トーチの位置ずれ量に基づいて基準軌道情報を補正して実軌道情報を作成するステップ（Ｓ１０９）と、実軌道情報に基づいて溶接トーチの軌道を制御して溶接するステップ（Ｓ１１１）と、を備える。溶接は、シールドノズルを隅肉継手部に接触させながら行われ、基準軌道情報は、シールドノズルをワークに接触させながら溶接するものとして作成され、溶接トーチの位置ずれ量は、シールドノズルをワークに接触させることにより取得される。【選択図】図２
2008207199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスシールドアーク溶接によって溶接される隅肉継手部を有するワークの設計データに基づいて、溶接する際の溶接トーチの基準軌道情報を作成するステップ（ａ）と、
前記基準軌道情報に対する前記溶接トーチの位置ずれ量を、溶接位置に実際にセットされた前記ワークへのタッチセンシングにより取得するステップ（ｂ）と、
前記溶接トーチの位置ずれ量に基づいて前記基準軌道情報を補正して実軌道情報を作成するステップ（ｃ）と、
前記実軌道情報に基づいて前記溶接トーチの軌道を制御して溶接するステップ（ｄ）と、を備え、
前記溶接は、前記溶接トーチの先端に取付けられ、かつ溶接時にシールドガスが吐出されるシールドノズルを前記隅肉継手部に接触させながら行われ、
前記基準軌道情報は、前記シールドノズルを前記ワークに接触させながら溶接するものとして作成され、
前記溶接トーチの位置ずれ量は、前記シールドノズルを前記ワークに接触させることにより取得される、
ことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記シールドノズルにおいて、溶接の際に前記シールドノズルが前記隅肉継手部に接触する位置にタッチセンサの触針を配置して、前記ワークへの前記タッチセンシングを行うことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
溶接線上の複数の所定位置において前記ステップ（ｂ）の前記タッチセンシングを行って複数の前記溶接トーチの位置ずれ量を取得し、
複数の前記所定位置毎に前記基準軌道情報を当該溶接トーチの位置ずれ量に基づいて補正して前記実軌道情報を作成することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記タッチセンシングを行う複数の前記所定位置の間隔は、前記溶接線の曲率が相対的に小さい領域では狭く、前記溶接線の曲率が相対的に大きい領域では広く設定することを特徴とする請求項３に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記シールドノズルに替えて、シールドノズル模擬体を前記ワークに接触させることにより、前記溶接トーチの位置ずれ量を取得することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶接方法。
【請求項６】
溶接時にシールドガスを吐出するシールドノズルが取付けられた溶接トーチと、
前記溶接トーチを移動させる移動装置と、
溶接対象であるワークの位置を検出するタッチセンサと、
前記ワークの設計データに基づいて作成された前記溶接トーチの基準軌道情報を、前記タッチセンサにより検出された前記溶接トーチの位置ずれ量に基づいて補正して前記溶接トーチの実軌道情報を作成するとともに、前記実軌道情報に基づいて前記移動装置の駆動を制御するコントローラと、
を備え、
前記タッチセンサは、各々独立してセンシングを行う一対の触針を備え、
一対の前記触針は、前記シールドノズルの先端縁であって、前記シールドノズルの中心を挟んで対称の位置に配置され、
前記溶接トーチの位置ずれ量は、溶接位置に実際にセットされた前記ワークに前記一対の触針が接触することにより取得されることを特徴とする溶接装置。
【請求項７】
前記シールドノズルに替えて配置されたシールドノズル模擬体に前記一対の触針を配置し、
前記一対の触針を前記ワークに接触させることにより前記溶接トーチの位置ずれ量を取得することを特徴とする請求項６に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接トーチを被溶接部材（以下、「ワーク」）の溶接線に沿って自動的溶接する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークの溶接線に対し予め溶接ワイヤ（以下、単に「ワイヤ」）の位置を設定し、この予め設定されたワイヤの位置に基づき、自動的にワイヤを溶接線に沿って溶接を行っている。溶接を正確に行うために、溶接中に移動するワイヤが溶接線に正確に沿う必要がある。ワイヤを溶接線に正確に沿わせるためには、溶接を開始する位置において、溶接線に対して溶接トーチが正確に位置決めされなければならない。
自動溶接を行う場合、ワークに対して予め溶接線を設定する。この溶接線を「基準溶接線」と言う。溶接トーチ（またはワイヤ）は基準溶接線に沿って移動することになる。ところが、現場での溶接作業において、実際にセットされたワークの溶接線（以下、「実溶接線」）が基準溶接線に対してずれていることがある。これでは、正確な溶接作業を自動で行うことができなくなる。
そこで、溶接を開始する前に、基準溶接線と実溶接線とのずれを検出し、このずれ量に基づいて溶接線を補正する技術が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、タッチセンサでワークの大まかな位置を検出し、このタッチセンサが検出したワークの大まかな位置に応じて、カメラの位置を補正して、この補正された位置でカメラがワークの溶接箇所を撮像する。この場合、補正された位置でカメラがワークの溶接箇所を撮像することができるので、溶接箇所を十分に拡大して撮像することができる。したがって、ワークの溶接箇所の位置を精密に算出し、この算出した溶接箇所の位置に基づきワイヤの位置を制御することで、ワークの溶接箇所に対するワイヤの位置決め精度を向上することができる。
【０００４】
特許文献１は、ワイヤとは別個にタッチセンサを設けるとともに、カメラを設けているため、装置構成が複雑かつ高価となる。これに対して、ワイヤにタッチセンサの機能を持たせ、ワイヤを用いて基準溶接線と実溶接線とのずれ量を検出する手法が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３）。ワイヤにタッチセンサの機能を持たせる場合、ワイヤに検出電圧を印加しておき、ワイヤがワークに接触すると電流がワークに流れることにより、電圧が低下して接触を検知することができる。または、ワークに流れた電流を検知することによっても、接触を検知することができる。
【０００５】
図１２は、隅肉継手において、タッチセンサ１００で基準溶接線と実溶接線とのずれ量を検出する原理を説明する図である。
図１２に示すように、基準ワーク１０１が点線で示されている。この基準ワーク１０１は、ティーチングを行うために予め設定されるものであり、板１０１ａと板１０１ｂとが直交して隅肉継手を構成する。この交差部が基準溶接線１０３で示してある。実際にセットされた実ワーク１０２が実線で示されている。実ワーク１０２も、板１０２ａと板１０２ｂとが直交して隅肉継手を構成する。この交差部が実溶接線１０４で示してある。
【０００６】
基準ワーク１０１に対して、タッチセンサ１００の初期位置Ｐｓがティーチングにより設定される。タッチセンサ１００は触針として機能するワイヤ１００ａを備えている。タッチセンサ１００は、ワイヤ１００ａの先端が初期位置Ｐｓに一致するように配置される。以下説明するセンシングは、ワイヤ１００ａの突き出し長さを一定として行われる。
タッチセンサ１００の初期位置Ｐｓから、ｘ軸に沿って板１０１ａに向かって、タッチセンサ１００を移動させたとき、タッチセンサ１００のワイヤ１００ａ（以下、単にタッチセンサ１００と言うことがある）と板１０１ａが仮想的に接触する位置を、位置Ｐ１０１ａと設定する。また、タッチセンサ１００の初期位置Ｐｓから、ｚ軸に沿って板１０１ｂに向かって、タッチセンサ１００を移動させたとき、ワイヤ１００ａと板１０１ｂが仮想的に接触する位置を位置Ｐ１０１ｂと設定する。
【０００７】
タッチセンサ１００を、初期位置Ｐｓからｘ軸に沿って板１０２ａに向かって移動させる。ワイヤ１００ａと板１０２とが接触して、ワイヤ１００ａと板１０２ａが接触する位置Ｐ１０２ａを検出する。ワイヤ１００ａが板１０２ａと接触する位置Ｐ１０２ａを検出した後、タッチセンサ１００は、初期位置Ｐｓに復帰する。次いで、タッチセンサ１００を、初期位置Ｐｓからｚ軸方向に沿って板１０２ｂに向かって移動させる。ワイヤ１００ａと板１０２ｂとが接触して、ワイヤ１００ａと板１０２ｂが接触する位置Ｐ１０２ｂを検出する。
予め設定されている位置Ｐ１０１ａと検出された位置Ｐ１０２ａにより、基準ワーク１０１に対する実ワーク１０２との水平方向、つまり、ｘ軸方向のずれ量Δｘが求められる。また、予め設定されている位置Ｐ１０１ｂと検出された位置Ｐ１０２ｂにより、基準ワーク１０１に対する実ワーク１０２との垂直方向、つまり、ｚ軸方向のずれ量Δｚが求められる。求められたΔｘおよびΔｚに基づいて、基準ワーク１０１の基準溶接線１０３を実ワーク１０２の実溶接線１０４に補正することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３８７４号公報
【特許文献２】特開平６−５５２６９号公報
【特許文献３】特開２００１−２２５２８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば、ＭＩＧ溶接（Metal Inert Gas welding）により隅肉継手を溶接する場合、シールド性を確保する観点から、図１３（ａ）に示すように、シールドノズル１０５をワーク（隅肉継手）１０６に接触させながら溶接を行う場合がある。
ここで、前述したように、基準ワーク１０１に対する実ワーク１０２のずれ量を求めるセンシング過程で、ワイヤ１００ａの突き出し長さは一定である。そして、溶接時におけるワイヤ１００ａの突き出し長さも、このずれ量を求める過程の突き出し長さと一致させることを前提としている。この場合、継手角度が一定のワーク１０６を溶接する場合には支障はない。ところが、継手角度が変化するワーク１０６を溶接する場合には、問題が生ずる。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、継手角度が小さい部分では、ワーク１０６とシールドノズル１０５が干渉してしまい、溶接自体ができなくなる。また、図１３（ｃ）のように、継手角度が大きい部分では、ワーク１０６とシールドノズル１０５とが離間してしまい、シールドガスのシールド性を確保することができなくなる。
【００１０】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、継手角度が変化するワークであっても、シールドノズルとワークの干渉または離間を防止して自動で溶接を行うことのできる方法を提供することを目的とする。また、本発明はそのような溶接方法を実現する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】
【００１１】
従来、図１２にも示しているように、突き出し量が一定のワイヤ１００ａにタッチセンサの機能を持たせてセンシングを行っていた。したがって、前述したように、ワーク１０６とシールドノズル１０５の干渉または離間が発生した。そこで、本発明者は、ワークに接触させるべきシールドノズルにタッチセンサの機能を持たせ、シールドノズルのずれ量を求めることを着想した。センシングの際にシールドノズルと実ワークとは接触するから、このセンシングに基づき補正されたトーチの軌道情報に沿って溶接を行う過程で、シールドノズルと実ワークとの接触を確保することができる。
【００１２】
以上の着想に基づく本発明の溶接方法は、ガスシールドアーク溶接によって溶接される隅肉継手部を有するワークの設計データに基づいて、溶接する際の溶接トーチの基準軌道情報を作成するステップ（ａ）と、基準軌道情報に対する溶接トーチの位置ずれ量を、溶接位置に実際にセットされたワークへのタッチセンシングにより取得するステップ（ｂ）と、溶接トーチの位置ずれ量に基づいて基準軌道情報を補正して実軌道情報を作成するステップ（ｃ）と、実軌道情報に基づいて溶接トーチの軌道を制御して溶接するステップ（ｄ）と、を備えている。ここで、本発明の溶接は、溶接トーチの先端に取付けられ、かつ溶接時にシールドガスが吐出されるシールドノズルを隅肉継手部に接触させながら行われる。シールドガスによるシールド性を確保するためである。そこで、本発明では、基準軌道情報を、シールドノズルをワークに接触させながら溶接するものとして作成するとともに、溶接トーチの位置ずれ量を、シールドノズルをワークに接触させることにより取得する。その結果、補正された溶接トーチの実軌道情報に基づいて、シールドノズルをワークに接触させながら溶接を行うことができる。
【００１３】
本発明の溶接方法において、シールドノズル上において、溶接の際にシールドノズルが隅肉継手部に接触する位置にタッチセンサの触針を配置して、ワークへのタッチセンシングを行うことができる。シールドノズル自体がワークに接触してセンシングできることから、その結果得られる溶接トーチの実軌道情報は、シールドノズルとワークの接触を確保するものとなる。
【００１４】
溶接を溶接線に沿って行う場合、溶接線上の複数の所定位置においてステップ（ｂ）のタッチセンシングを行って複数の溶接トーチの位置ずれ量を取得する必要がある。そして、複数の所定位置毎に基準軌道情報を当該溶接トーチの位置ずれ量に基づいて補正して実軌道情報を作成する。
タッチセンシングを行う位置が多いほど位置精度は高くなる。しかし、タッチセンシングの回数が多くなって、センシング工数が増えてしまう。そこで、タッチセンシングを行う複数の所定位置の間隔を、溶接線の曲率が相対的に小さい領域では狭く、溶接線の曲率が相対的に大きい領域では広く設定する。そうすることにより、位置精度を確保しつつ、センシング工数の増加を防ぐことができる。
【００１５】
以上では、シールドノズル自体にタッチセンサの機能を持たせることとしている。しかし、シールドノズルと均等な部材であるシールドノズル模擬体にタッチセンサの機能を持たせてセンシングを行っても、溶接位置に実際にセットされたワークに対する溶接トーチの位置ずれ量を同様に取得することができる。そして、実際に溶接を行う際には模擬体に替えてシールドノズルを装着すればよい。この着想は、シールドノズルが取付けられた溶接トーチ全体を、タッチセンサとしての機能を有する模擬体に替えて実現することを含む。つまり本発明は、シールドシールドノズルに替えて、シールドノズル模擬体をワークに接触させることにより、溶接トーチの位置ずれ量を取得することもできる。
模擬体を用いてセンシングを行った後に、模擬体をシールドノズルに交換することによって、溶接時にタッチセンサの触針が溶接スパッタにより損傷することを防止することができる。また、シールドノズルが取付けられた溶接トーチ全体を模擬体とする形態では、溶接トーチには触針を設けないため、センサ用電源に接続される通電ケーブルを溶接トーチへ装着する不要がない。このため、溶接時に通電ケーブルが損傷するおそれがない。
【００１６】
ワークの隅肉継手部は、二つの部材が所定の角度をなして配設される。ここで、例えばシールドノズルの外形が円形とする。シールドノズルの先端をこの二つの部材に接触させながら溶接する場合、シールドノズルは、その中心を挟んで互いに対称に位置する２つの点が、前記二つの部材の各々に接触する。この位置にタッチセンサの触針を配置すればよい。
この触針を備えた本発明による溶接装置は、溶接時にシールドガスを吐出するシールドノズルが取付けられた溶接トーチと、溶接トーチを移動させる移動装置と、溶接対象であるワークの位置を検出するタッチセンサと、ワークの設計データに基づいて作成された溶接トーチの基準軌道情報を、タッチセンサにより検出された溶接トーチの位置ずれ量に基づいて補正して溶接トーチの実軌道情報を作成するとともに、実軌道情報に基づいて移動装置の駆動を制御するコントローラと、を備え、タッチセンサは、各々独立してセンシングを行う一対の触針を備え、一対の触針は、シールドノズルの先端縁であって、シールドノズルの中心を挟んで対称の位置に配置される。そして、この溶接装置は、溶接位置に実際にセットされたワークに一対の触針が接触することにより溶接トーチの位置ずれ量を取得することができる。
【００１７】
この溶接装置においても、シールドノズルに替えて、配置されたシールドノズル模擬体に一対の触針を配置し、ワークに一対の触針を接触させることにより溶接トーチの位置ずれ量を取得することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、継手角度が変化するワークであっても、シールドノズルとワークの干渉または離間を防止して溶接を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した自動溶接装置１の概略構成を示す図である。なお、自動溶接装置１は、例えばＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas）、ＭＡＧ溶接（Metal Active Gas welding）等のシールドガスをシールドノズルから吐出するガスシールド溶接に広く適用することができる。
【００２０】
自動溶接装置１は、図１に示すように、溶接ワイヤ５を保持する溶接トーチ２と、溶接トーチ２の先端に着脱自在に取付けられるシールドノズル３と、シールドノズル３の外周に設置された一対の触針４ａ、４ｂとを備えている。なお、図１は、実ワークの位置ずれ量を検出する状態を示しているため、溶接ワイヤ５はシールドノズル３内に退避している。溶接時には溶接ワイヤ５はシールドノズル３から所定の長さだけ突き出す。自動溶接装置１は、所謂消耗電極式の溶接装置であり、溶接ワイヤ５は溶接時には図示しないワイヤ供給装置から逐次供給される。
また、自動溶接装置１は、溶接トーチ２を保持する多関節ロボット６、シールドガスを供給するガス供給装置７、この多関節ロボット６を駆動制御するロボットコントローラ８、触針４ａ、４ｂに所定の電圧を印加するセンサ用電源９、溶接時に溶接ワイヤ５に電力を供給する溶接電源１０を備えている。
さらに、自動溶接装置１はＣＡＤシステム１１およびオフライン教示データ作成システム１２を備えている。
【００２１】
自動溶接装置１にて溶接されるワーク１３は、底板１３ａと縦板１３ｂを備えている。隅肉継手を構成するワーク１３は、図１に示すように底板１３ａと縦板１３ｂからなる継手角度が一定ではなく、変化する。このワーク１３は、図中、手前から継手角度が連続的に小さくなる例を示しているが、本発明はこれに限らず、継手角度が増減するワークについて適用できることは言うまでもない。
【００２２】
自動溶接装置１は、ガス供給手段７から供給され、かつ溶接トーチ２を通過してきた不活性ガスで、溶接部分を外部から効果的にシールドするために、シールドノズル３を備えている。シールドノズル３は、中空円筒状の形態をなしている。ワーク１３を溶接する場合、シールドノズル３の先端外周縁を、底板１３ａおよび縦板１３ｂに接触させる（図１３参照）。シールド性を高めるためである。シールドノズル３の先端外周縁の１点が底板１３ａに接触し、この点と中心を挟んで対称に位置するシールドノズル３の先端外周縁の１点が縦板１３ｂに接触しながら、ワーク１３の長手方向に延設する溶接線１３ｃに沿って溶接が行われる。溶接時には、溶接電源１０から溶接ワイヤ５に電力を供給するとともに、ガス供給装置７からシールドガス（不活性ガス）を供給する。溶接電源１０からの電力供給制御、ガス供給装置７からのシールドガス供給制御は、ロボットコントローラ８によって行われる。
【００２３】
導電体から構成される触針４ａ、４ｂは、シールドノズル３の外周に配設されている。より具体的には、外形が円形のシールドノズル３の外周であって、一対の触針４ａ、４ｂが当該円の中心を挟んで互いに対称の位置に配設されている。また、触針４ａ、４ｂの先端は、シールドノズル３の先端と一致している。
触針４ａ、４ｂは電気的に各々独立しており、センサ用電源９から通電ケーブルを介して各々に独立して電圧が印加されている。触針４ａが底板１３ａに接触し、または触針４ｂが縦板１３ｂに接触すると、触針４ａまたは４ｂに印加されていた電圧が低下する。この電圧の低下は、センサ用電源９に電気的に接続されるロボットコントローラ８が検知する。
【００２４】
多関節ロボット６は、例えば、６つの互いに独立したジョイントを有するものとすることができる。多関節ロボット６は、ヘッド６ａを備え、このヘッド６ａで溶接トーチ２を保持する。ヘッド６ａを移動させることにより、溶接軌道上に沿って溶接トーチ２を自在に移動させることができる。ヘッド６ａに対して溶接トーチ２は着脱自在な装置を別途設けることにより、溶接トーチ２を自動で交換する自動溶接装置１とすることができる。これらの動作は、多関節ロボット６に電気的に接続されるロボットコントローラ８により制御される。
【００２５】
ロボットコントローラ８は、センサ用電源９、溶接電源１０の動作を制御する他、上述のように、多関節ロボット６の動作を制御する。この動作制御は、基準ワークに対する実ワークのずれ量の検知、溶接時の溶接トーチ２の動作を含んでいる。ロボットコントローラ８には、オフライン教示データ作成システム１２が接続され、かつオフライン教示データ作成システム１２を介してＣＡＤシステム１１が接続されている。ロボットコントローラ８は、コンピュータ装置のＣＰＵやメモリ等が協働して所定の処理を実行することによって上記の動作制御を実現する。
【００２６】
ＣＡＤシステム１１は、オフライン教示データ作成システム１２と協働して、ワーク１３のＣＡＤデータ（設計データ）に基づき、より理想的な溶接状態を得るための溶接トーチ２の基準軌道情報を作成する。ＣＡＤシステム１１は、マウス、キーボード等からなる入力手段と、予めインストールされたコンピュータプログラムに基づいて所定の処理を行う処理手段と、処理手段での処理結果等を出力（表示）する表示手段と、溶接対象物であるワーク１３のＣＡＤデータ等、各種データを格納するデータ格納部とを含んでいる。オフライン教示データ作成システム１２は、オフライン教示データを作成するためのコンピュータプログラムを含んでいる。
【００２７】
ＣＡＤシステム１１において、処理手段ではデータ格納部から読み出されたワーク１３のＣＡＤデータに基づき、ワーク１３の三次元モデル（ワーク形状モデル）を作成する。このモデルが基準ワークとなる。ワーク形状モデルは、表示手段に表示される。オペレータは、表示手段に表示されたワーク１３のワーク形状モデルを見ながら、溶接トーチ軌道生成の基準となる溶接線位置情報を、入力手段のマウス等を用いて作成する。したがって、この溶接線位置情報は、ＣＡＤシステム１１とオフライン教示データ作成システム１２が協働してティーチングによって作成される。次に、ＣＡＤシステム１１およびオフライン教示データ作成システム１２は、データ格納部に格納された溶接トーチ２の寸法データおよび溶接線位置情報に基づき、溶接線位置情報で特定される溶接線に沿って溶接トーチ２が溶接を行うための基準軌道情報を作成する。
【００２８】
次に、自動溶接装置１を用いてワーク１３の底板１３ａおよび縦板１３ｂを溶接する手順について、図２〜図８をも参照しつつ説明する。図２は、図１に示す自動溶接装置１における溶接手順を示すフローチャート、図３は、タッチセンシングによりシールドノズル３の位置ずれ量を検出する手順を示すフローチャートである。また、図４〜図８は、シールドノズル３の位置ずれ量を検出する原理を説明する図である。
【００２９】
自動溶接装置１を用いてワーク１３を溶接する場合、実際の溶接を行う前に、トーチ２の実軌道情報を作成する。図２のＳ１０１（ワーク形状モデル作成）、Ｓ１０３（溶接線位置情報作成）、Ｓ１０５（トーチ基準軌道情報作成）、Ｓ１０７（タッチセンシング）およびＳ１０９（トーチ軌道補正）の各ステップを順次行うことによって、この実軌道情報の設定が行われる。溶接トーチ２の実軌道情報の作成が終了した後に、当該軌道情報に基づいて溶接トーチ２を移動させながら溶接が実行させる。
【００３０】
Ｓ１０１（ワーク形状モデル作成）
溶接トーチ２の実軌道情報作成の最初の手順として、ワーク１３について、三次元のワーク形状モデルを作成する。このモデルは、前述したようにして、ＣＡＤシステム１１の処理手段がデータ格納部から読み出したワーク１３のＣＡＤデータに基づいて作成される。この三次元のワーク形状モデルが基準ワークとなる。したがって、このモデルはｘ，ｙおよびｚの三次元座標によって特定される。
【００３１】
Ｓ１０３（溶接線位置情報作成）
ワーク形状モデルが作成されたならば、このモデルについて溶接線の位置情報が作成される。この溶接線位置情報は、前述したように、ＣＡＤシステム１１とオフライン教示データ作成システム１２が協働して作成される。この溶接線位置情報もまた、ｘ，ｙおよびｚの三次元座標によって特定される。
【００３２】
Ｓ１０５（トーチ基準軌道情報作成）
ロボットコントローラ８は、ＣＡＤシステム１１およびオフライン教示データ作成システム１２により作成された溶接線位置情報とデータ格納部に格納された溶接トーチ２の寸法データを取得し、溶接線位置情報で特定される基準溶接線に沿って溶接トーチ２が溶接を行うための規準軌道情報を作成する。
【００３３】
Ｓ１０７（タッチセンシング）
タッチセンシングのステップは、本願発明の最も特徴的な部分であり、図３に示すように、複数のステップを含んでいる。タッチセンシングはロボットコントローラ８が、多関節ロボット６の動作を制御するとともに、得られたシールドノズル３（タッチセンサ）の位置ズレ情報と基準軌道情報に基づいて実軌道情報を作成する。
Ｓ２０１（ワーク設置）
ワーク１３を所定の溶接位置に設置する（Ｓ２０１）。ワーク１３を設置する対象は特に限定されず、タッチセンシング時および溶接時にワーク１３を適切に固定できるものであればよい。ワーク１３の姿勢を変えることのできるポジショナに設置することもできる。
【００３４】
Ｓ２０３（タッチセンサ初期位置Ｐ１設定）
タッチセンシングを行う際の、基準となる当初のタッチセンサの位置（タッチセンサ初期位置Ｐ１設定）を図４に示すように設定する。この初期位置Ｐ１は、ワーク１３の長手方向（溶接線方向）の位置ｙ１におけるものである。この初期位置Ｐ１は、オペレータがティーチングによって設定する。ただし、初期位置Ｐ１の設定はティーチングに限定されるものではなく、基準軌道情報に所定のオフセット値を与える等の方法により自動設定してもよい。なお、初期位置Ｐ１の設定にあたっては、タッチセンサとワーク１３とが干渉しないように行われることは言うまでもない。
【００３５】
Ｓ２０５（タッチセンサ初期位置Ｐ１に移動）
初期位置Ｐ１が設定されたなら、図４に示すように当該位置にタッチセンサを移動させる。ここでいうタッチセンサとは、触針４ａ、４ｂを備えたシールドノズル３を意味し、シールドノズル３の中心が初期位置Ｐ１と一致するように移動させる。なお、シールドノズル３は溶接トーチ２に取付けられているが、図４〜図８ではシールドノズル３のみを記載している。
図４において、ワーク（実ワーク）１３は便宜上、図１の設置状態とは姿勢を変えて描いている。また、図４は、ワーク１３の一断面を示している。さらに、図４において、三次元は図示矢印のように定義されるものとする。したがって、ｙ軸はワーク１３の長手方向（溶接線方向）に沿っている。図４に示すように、ワーク（実ワーク）１３は、基準ワーク１３’に対してずれて設置されている。
【００３６】
Ｓ２０７（タッチセンサ底板１３ａに接触）
初期位置Ｐ１のシールドノズル３を、図５に示すように、図中右方向に移動させて、触針４ａを底板１３ａに接触させる。初期位置Ｐ１から触針４ａが底板１３ａに接触するまでのシールドノズル３の移動量ｘＲが求められる。シールドノズル３の移動は、ｘ軸と平行に行われる。ロボットコントローラ８は、移動量ｘＲを取得する。
Ｓ２０９（タッチセンサ縦板１３ｂに接触）
移動量ｘＲが求められたら、次いで、触針４ｂが縦板１３ｂに接触するまで、図６に示すように、シールドノズル３を図中左方向に移動させる。触針４ｂが縦板１３ｂに接触することにより、初期位置Ｐ１から触針４ｂが縦板１３ｂに接触するまでのシールドノズル３の移動量ｘＬが求められる。この場合も、シールドノズル３の移動は、ｘ軸と平行に行われる。ロボットコントローラ８は、移動量ｘＬを取得する。
Ｓ２１１（底板１３ａ−縦板１３ｂ間の中央位置Ｐｃ１算出）
移動量ｘＲおよび移動量ｘＬが求められたなら、ロボットコントローラ８は（ｘＲ＋ｘＬ）／２の演算処理を行う（図７）。この演算処理で求められる位置Ｐｃ１は、底板１３ａと縦板１３ｂの間の中央となる。この中央位置Ｐｃ１は、初期位置Ｐ１を通りかつｘ軸と平行な線上に存在する。
【００３７】
Ｓ２１３（タッチセンサ中央位置へ移動、下降）
底板１３ａと縦板１３ｂの間の中央位置Ｐｃ１が求められたなら、図７に示すように、シールドノズル３の中心が中央位置Ｐｃ１と一致するようにシールドノズル３を移動させる。シールドノズル３が中央位置Ｐｃ１に移動したならば、今度は、シールドノズル３をｚ軸方向に平行に下降させる。
【００３８】
Ｓ２１７（タッチセンサずれ量測定）
シールドノズル３が下降して、触針４ａが底板１３ａに接触し、かつ触針４ｂが縦板１３ｂに接触したならば、触針４ａが底板１３ａに接触した位置Ｐｗａ１と触針４ｂが縦板１３ｂに接触した位置Ｐｗｂ１を特定する（図８参照）。触針４ａが底板１３ａに接触せず、または触針４ｂが縦板１３ｂに接触しなければ、Ｓ２０３に戻る（Ｓ２１５）。
ここで、図２のＳ１０５において作成されている溶接トーチ２の軌道情報は、シールドノズル３が基準ワーク１３’に接触したときの、触針４ａが底板１３’ａに接触した位置Ｐ’ｗａ１および触針４ｂが縦板１３’ｂに接触した位置Ｐ’ｗｂ１を含んでいる。したがって、図８に示すように、位置Ｐｗａ１と位置Ｐ’ｗａ１、位置Ｐｗｂ１と位置Ｐ’ｗｂ１を比較することにより、基準ワーク１３’に対応するシールドノズル３の位置に対するワーク（実ワーク）１３に対応するシールドノズル３（タッチセンサ）の位置ずれ量（Δｘ１、Δｚ１）を求めることができる。
【００３９】
以上で、ワーク１３の長手方向の位置ｙ１におけるタッチセンサ（シールドノズル３）の位置ずれ量の算出が終了する。ワーク１３の長手方向の他の位置において、タッチセンサ（シールドノズル３）の位置ずれ量の算出が必要であれば、Ｓ２０３に戻る。必要とされる全ての長手方向の他の位置において、タッチセンサ（シールドノズル３）の位置ずれ量の算出が終了（Ｓ２１９）していれば、タッチセンシングのステップＳ１０７は終了する（Ｓ２１９）。
【００４０】
Ｓ１０９（トーチ軌道補正）
シールドノズル３の位置ずれ量（Δｘ１、Δｚ１）が求められたなら、このずれ量（Δｘ１、Δｚ１）を用いてロボットコントローラ８がトーチ軌道補正を行う。トーチ軌道補正は、Ｓ１０５で作成された基準軌道情報にずれ量を加算することにより得ることができる。例えば、位置ｙ１におけるトーチ軌道情報を（ｘ１、ｚ１）とすると、（ｘ１＋Δｘ１、ｚ１＋Δｚ１）が補正された実軌道情報となる。補正された実軌道情報は、実溶接線に対応する。この補正を、ｙ２、ｙ３、…、ｙｎまで行って、トーチ軌道の補正は終了する。
【００４１】
シールドノズル３の位置ずれ量を求めるワーク１３の長手方向の位置は任意であるが、必要以上に多くの位置でシールドノズル３の位置ずれ量を求めることにすれば、センシングの時間が無駄に長くなる。そこで、溶接線の曲率に応じてセンシングを行う位置を定めることが好ましい。図９はこのことを示している。つまり、溶接線ｗＬの曲率が大きい領域ではセンシングの間隔が広くなるようにセンシングの位置を特定し、逆に、溶接線ＷＬの曲率が小さい領域ではセンシングの間隔が狭くなるようにセンシングの位置を特定する。そうすることにより、位置精度を確保しつつもセンシング点数を低減することができる。溶接線ＷＬの曲率は、ティーチングによって求められる基準溶接線から求めることができる。そして、得られた実軌道情報（ｘ１＋Δｘ１、ｚ１＋Δｚ１）、（ｘ２＋Δｘ２、ｚ２＋Δｚ２）（ｘ３＋Δｘ３、ｚ３＋Δｚ３）、（ｘ４＋Δｘ４、ｚ４＋Δｚ４）…の間は、当該曲率に応じて直線補間または円弧補間すればよい。
【００４２】
なお、以上ではシールドノズル３の位置ずれ量として説明した。しかし、シールドノズル３は、溶接トーチ２に取付けられているものであるから、本発明において、シールドノズル３の位置ずれ量は、溶接トーチ２の位置ずれ量とみなすことができる。
【００４３】
Ｓ１１１（溶接）
実軌道情報に基づいて溶接トーチ２を移動させながら溶接が行われる。一連の溶接の制御はロボットコントローラ８が行う。なお、トーチ軌道の補正までは、溶接ワイヤ５はシールドノズル３内に退避しているので、溶接ワイヤ５を所定長だけ突き出した後に溶接を行う。溶接は、シールドノズル３をワーク１３に接触させながら、かつシールドノズル３内にシールドガスを供給しながら行う。
ワーク１３の場合、溶接線が一つであるが、複数の溶接線を有するワーク１３の場合には、溶接線毎にＳ１０３（溶接線位置情報作成）〜Ｓ１１１（溶接）までの手順を実行する。
全ての溶接線について溶接が完了したならば（Ｓ１１３）、次に溶接すべきワークがある場合には（Ｓ１１５）、次のワーク１３について、Ｓ１０１（ワーク形状モデル作成）〜Ｓ１１１（溶接）までの手順を実行する。次に溶接すべきワーク１３がない場合には（Ｓ１１５）、一連の処理は終了する。
【００４４】
本実施の形態による自動溶接装置１は、タッチセンサ（シールドノズル３）の位置ずれ量を、シールドノズル３をワーク（実ワーク）１３に接触させて算出する。したがって、自動溶接装置１がシールドノズル３をワーク１３に接触させながら溶接する場合にも、溶接の過程においてシールドノズル３がワーク１３と干渉し、あるいはシールドノズル３がワーク１３から離間することがない。
【００４５】
以上の自動溶接装置１は、溶接時に実際に使用するシールドノズル３の外周に触針４ａ、４ｂを取付けた。しかし、センシング時には、実際に使用するシールドノズル３を用いる必要はない。つまり、シールドノズル３と同様な形状、寸法のシールドノズル模擬体を用いてセンシングを行っても本発明の効果を得ることができることは容易に理解できる。そこで、溶接トーチ２に対してシールドノズル３が着脱自在であることを利用して、溶接トーチ２に対してシールドノズル３とシールドノズル模擬体を各々着脱自在とし、センシング時にはシールドノズル模擬体を取付け、溶接時にはシールドノズル３を取付ける構成とすることができる。
【００４６】
図１０はその一例を示しており、溶接トーチ２の先端にシールドノズル模擬体２０が取付けられている。シールドノズル模擬体２０は、シールドノズル３と同一の形状、寸法を有している。ただし、シールドノズル３はシールドガスを噴出させるために中空円筒とされているが、シールドノズル模擬体２０は中実の部材としても差支えない。シールドノズル模擬体２０の外周には、触針２１ａ、２１ｂが取付けられている。触針２１ａ、２１ｂは、シールドノズル模擬体２０の中心を挟んで対称の位置に配置されている。シールドノズル模擬体２０は、コネクタ２３ａ、２３ｂによって溶接トーチ２に対して着脱自在である。また、触針２１ａ、２１ｂは、コネクタ２３ａ、２３ｂを介して、各々通電ケーブル２２ａ、２２ｂに接続されている。
【００４７】
図１０はシールドノズル３をシールドノズル模擬体２０と交換する形態を示しているが、図１１に示すように、シールドノズル３を含めた溶接トーチ２の全体をシールドノズル模擬体３０と交換する形態とすることもできる。シールドノズル模擬体３０は、溶接トーチ２とシールドノズル３との複合体と同一の形状、寸法を有する円筒状の部材である。ただし、その内部は中実であっても構わない。シールドノズル模擬体３０の外周には、触針３１ａ、３１ｂが取付けられている。触針３１ａ、３１ｂは、シールドノズル模擬体３０の中心を挟んで対称の位置に配置されている。また、触針３１ａ、３１ｂは、各々通電ケーブル３２ａ、３２ｂに接続されている。
【００４８】
図１０、図１１に示した例では、溶接時にはシールドノズル模擬体２０、３０を用いない。したがって、溶接時に触針２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂが、溶接によって損傷する虞がなくなる。特に、シールドノズル３を含めた溶接トーチ２を自動で交換する機能が実用化されているため、図１１に示すシールドノズル模擬体３０を用いれば、新たな機能を付加することなく実用化されている溶接装置で、溶接トーチ２とシールドノズル模擬体３０との交換を行うことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明を適用した自動溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態による自動溶接装置における溶接手順を示すフローチャートである。
【図３】本実施の形態によるタッチセンサで実ワークの位置ずれ量を検出する手順を示すフローチャートである。
【図４】タッチセンサで実ワークの位置ずれ量を検出する原理を説明する図であって、タッチセンサが初期位置に配置された状態を示す図である。
【図５】タッチセンサで実ワークの位置ずれ量を検出する原理を説明する図であって、タッチセンサが一方の板に接触した状態を示す図である。
【図６】タッチセンサで実ワークの位置ずれ量を検出する原理を説明する図であって、タッチセンサが他方の板に接触した状態を示す図である。
【図７】タッチセンサで実ワークの位置ずれ量を検出する原理を説明する図であって、タッチセンサが両方の板間の中央に配置した状態を示す図である。
【図８】タッチセンサで実ワークの位置ずれ量を検出する原理を説明する図であって、タッチセンサが両方の板に接触した状態を示す図である。
【図９】センシング位置を特定する方法を説明する図である。
【図１０】シールドノズルと交換して用いられるシールドノズル模擬体を示す図である。
【図１１】トーチおよびシールドノズルと交換して用いられるシールドノズル模擬体を示す図である。
【図１２】隅肉継手において、タッチセンサで基準溶接線と実溶接線とのずれ量を検出する原理を説明する図である。
【図１３】継手角度が変化するワークで、シールドノズルがワークと干渉し、または離間することを示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…自動溶接装置、２…溶接トーチ、３…シールドノズル、４ａ，４ｂ，２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ…触針、５…溶接ワイヤ、６…多関節ロボット、７…ガス供給装置、８…ロボットコントローラ、９…センサ用電源、１０…溶接電源、１１…ＣＡＤシステム、１２…オフライン教示データ作成システム、１３…ワーク、１３ａ…底板、１３ｂ…縦板、２０，３０…シールドノズル模擬体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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