(57)【要約】【課題】工作物の種類の違いに依存した専用治具や装置といった機械的手段を使用することなく、各ワーク相互の位置設定をコンピュータプログラムによって制御すること。【解決手段】溶接処理の指令に対応する溶接プログラムをロードする（Ｓ１１）。次に、生産ラインに配置されているロケーションピンロボットにおいて、ＴＣＰの補正を実行する（Ｓ１２）。さらに、ワーク溶接システムは、生産ラインに配置されているロケーションピンロボットのＴＣＰ間の相対位置の補正を実行する（Ｓ１３）。その後、ワーク溶接システムは、ワークパレットに積載されているワークを取り出し、ロケーションピンロボットにプリセットし（Ｓ１４）、ワークの位置決めをする（Ｓ１５）。そして、ワーク溶接システムは、位置決めされたワークを溶接し（Ｓ１６）、溶接されたワークをアンロードする。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単数または複数の基準穴が形成された複数のワークを相互に組み合わせて溶接処理を施すワーク溶接システムにおいて、
前記基準穴に嵌入して前記ワークを把持することが可能となるように形成された基準ピンを装着した複数の位置決めロボットと、
前記位置決めロボットに把持された複数の前記ワークを溶接するための単数または複数の溶接ロボットと、
設計値である溶接基準位置を目標点として、前記位置決めロボットに把持された前記ワークを移動させる位置決め手段と、
前記ワークの位置を検出するワーク位置検出手段と、
前記位置決め手段により前記ワークが移動された後、前記ワーク位置検出手段により前記ワークの位置を検出し、この検出結果と、前記溶接基準位置とを比較して前記ワークの誤差を算出して補正値を設定する補正値設定手段と、
前記補正値設定手段により設定された前記補正値に基づいて、前記位置決めロボットを移動させて前記ワークの位置を補正する補正手段と、
前記補正手段により位置を補正された前記ワークを前記溶接ロボットにより溶接する溶接手段と、
を備えたことを特徴とするワーク溶接システム。
【請求項２】
各前記位置決めロボットにおける位置を補正するセルフ補正手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のワーク溶接システム。
【請求項３】
前記位置決めロボット間の相対位置を補正する相対位置補正手段を備えたことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載のワーク溶接システム。
【請求項４】
前記位置決めロボットは、多関節ロボットにより構成されることを特徴とする請求項１、請求項２、または、請求項３記載のワーク溶接システム。
【請求項５】
前記位置決めロボットおよび前記溶接ロボットは、所定のプロトコルを用いて接続されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、または、請求項４記載のワーク溶接システム。
【請求項６】
前記位置決めロボットは、前記ワークの変形量を検出する変形量検出手段を備え、
前記位置決めロボットは、前記ワークを把持した際に、前記変形量検出手段を用いて前記ワークの変形量を検出し、この検出結果を保存することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項５記載のワーク溶接システム。
【請求項７】
単数または複数の基準穴が形成された複数のワークを相互に組み合わせて溶接処理を、
前記基準穴に嵌入して前記ワークを把持することが可能となるように形成された基準ピンを装着した複数の位置決めロボットと、
前記位置決めロボットに把持された複数の前記ワークを溶接するための単数または複数の溶接ロボットと、
により行うワーク溶接方法において、
設計値である溶接基準位置を目標点として、前記位置決めロボットに把持された前記ワークを移動させる第１ステップと、
前記ワークの位置を検出する第２ステップと、
前記第１ステップにより前記ワークが移動された後、前記第２ステップにより前記ワークの位置を検出し、この検出結果と、前記溶接基準位置とを比較して前記ワークの誤差を算出して補正値を設定する第３ステップと、
前記第３ステップにより設定された前記補正値に基づいて、前記位置決めロボットを移動させて前記ワークの位置を補正する第４ステップと、
前記第４ステップにより位置を補正された前記ワークを前記溶接ロボットにより溶接する第５ステップと、
を備えたことを特徴とするワーク溶接方法。
【請求項８】
単数または複数の基準穴が形成された複数のワークを相互に組み合わせて溶接処理を、
前記基準穴に嵌入して前記ワークを把持することが可能となるように形成された基準ピンを装着した複数の位置決めロボットと、
前記位置決めロボットに把持された複数の前記ワークを溶接するための単数または複数の溶接ロボットと、
により行うためのワーク溶接プログラムにおいて、
設計値である溶接基準位置を目標点として、前記位置決めロボットに把持された前記ワークを移動させる位置決め機能と、
前記ワークの位置を検出するワーク位置検出機能と、
前記位置決め機能により前記ワークが移動された後、前記ワーク位置検出機能により前記ワークの位置を検出し、この検出結果と、前記溶接基準位置とを比較して前記ワークの誤差を算出して補正値を設定する補正値設定機能と、
前記補正値設定機能により設定された前記補正値に基づいて、前記位置決めロボットを移動させて前記ワークの位置を補正する補正機能と、
前記補正機能により位置を補正された前記ワークを前記溶接ロボットにより溶接する溶接機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とするワーク溶接プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場などの生産ラインにおいて、工作物であるワークピース（以下、ワークとする）の組立、溶接などの作業を自動化するために使用される産業用ロボットを用いた、ワーク溶接システム、ワーク溶接方法、および、ワーク溶接プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、工場などの生産ラインにおいて、工作物であるワークの組立、溶接などの各工程を、ＣＡＤ／ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ／Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システム、産業用ロボットなどを導入して自動化する傾向がさらに高まってきている。
このような工場における生産の自動化が図られることにより、生産ラインの無人化が進み、経済的かつ効率的な生産プロセスを実現することができる。
ところで、ワークの組立、溶接などの機械加工時には、通常、ワークの位置決めを容易にするために、治具（ＪＩＧ）と呼ばれる専用の装置や器具が使用されている。
この治具のサイズ、形状、材質、機能などは、加工されるワークの構造、加工処理工程の複雑さの度合いなどに依存しているため、構造の異なるワークを加工する場合には、その都度、専用の治具を用意しなければならないことが多い。
【０００３】
例えば、自動車メーカーの生産ラインでは、各工程において生産する車種、さらには、機種毎に専用の治具が必要となっている。
自動車メーカーの生産ラインで使用される車体組立用の治具は、大型、かつ、複雑な形状をしている上に、高い位置決め精度が要求されるため、非常に高価となっている。そのため、工場では、生産する機種の増加に伴い、生産ラインへの設備投資費用が増大してしまうおそれがある。また、工場では、使用していない治具の保管場所を設ける必要もある。
【０００４】
さらに、溶接を施して強度を確保するような工作物であるワークは、通常、金属製である。このような金属製のワークは、プレス加工等を施したものである場合、その性質上、経年変化や温度・湿度変化、また、プレスの金型の劣化等により歪みやずれなどの変形が生じてしまうことがある。
このような変形したワークを、強制的に治具により位置決めをした状態で溶接をした場合、溶接されたワークには、治具により加えられたストレスを回避する方向に戻そうとする力が働くため、ワーク間において無理な力が働いてしまい、理想的な強度および精度を確保することが困難になってしまう。
特に、車輌、船舶、航空機などのボディを形成するようなワークは、極めて高い精度を要求されるため、このようなワーク間に働く力を度外視することはできない。
【０００５】
従来、このような問題を解決するために、専用治具の代わりとして使用することが可能な、汎用性のある位置決め装置などが下記の特許文献をはじめ種々開示されている。
【特許文献１】
特開平１０−２４９７６４号公報
【０００６】
特許文献１には、相互に溶接接合される複数のワークをハンドリングロボットで把持した状態において、各ワーク相互が正規の溶接接合位置となるように設定調整するための位置決め部を設けたワーク位置決め装置が開示されている。ここで、開示されている位置決め部は、ワークを把持した各ハンドリングロボットを所定の位置決め機構に固定することによって、位置決め精度の向上を図るようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示すような専用治具を使用しないでワークの位置決めを行う装置においては、汎用性はあるものの、各ワーク相互の位置を決定するための装置が必要となってしまう。
また、上述したような変形したワーク間の位置設定における誤差を極小化についても考慮されていない。
そこで、本発明は、工作物の種類（機種）の違いに依存した専用治具や装置といった機械的手段を使用することなく、各ワーク相互の位置設定をコンピュータプログラムによって制御することが可能なワーク溶接システム、ワーク溶接方法、および、ワーク溶接プログラムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、単数または複数の基準穴が形成された複数のワークを相互に組み合わせて溶接処理を施すワーク溶接システムにおいて、前記基準穴に嵌入して前記ワークを把持することが可能となるように形成された基準ピンを装着した複数の位置決めロボットと、前記位置決めロボットに把持された複数の前記ワークを溶接するための単数または複数の溶接ロボットと、前記位置決めロボットおよび前記溶接ロボットの動作を指示する作業プログラムを格納し、かつ、前記作業プログラムを実行することにより前記位置決めロボットおよび前記溶接ロボットを制御する制御手段と、設計値である溶接基準位置を目標点として設定されている前記作業プログラムに基づいて、前記位置決めロボットに把持された前記ワークを移動させる位置決め手段と、前記ワークの位置を検出するワーク位置検出手段と、前記位置決め手段により前記ワークが移動された後、前記ワーク位置検出手段により前記ワークの位置を検出し、この検出結果と、前記溶接基準位置とを比較して前記ワークの誤差を算出して補正値を設定する補正値設定手段と、前記補正値設定手段により設定された前記補正値に基づいて、前記位置決めロボットを移動させて前記ワークの位置を補正する補正手段と、前記補正手段により位置を補正された前記ワークを前記溶接ロボットにより溶接する溶接手段と、を備えることにより前記目的を達成できる。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、各前記位置決めロボットにおける位置を補正するセルフ補正手段を備えることにより前記目的を達成できる。
請求項３記載の発明では、請求項１、または、請求項２記載の発明において、前記位置決めロボット間の相対位置を補正する相対位置補正手段を備えることにより前記目的を達成できる。
請求項４記載の発明では、請求項１、請求項２、または、請求項３記載の発明において、前記位置決めロボットは、多関節ロボットにより構成されることにより前記目的を達成できる。
【００１０】
請求項５記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、または、請求項４記載の発明において、前記位置決めロボットおよび前記溶接ロボットを制御する制御手段は、それぞれが所定のプロトコルを用いて接続されていることにより前記目的を達成できる。
請求項６記載の発明では、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項５記載の発明において、前記位置決めロボットは、前記ワークの変形量を検出する変形量検出手段を備え、前記位置決めロボットは、前記ワークを把持した際に、前記変形量検出手段を用いて前記ワークの変形量を検出し、この検出結果を保存することにより前記目的を達成できる。
【００１１】
請求項７記載の発明では、単数または複数の基準穴が形成された複数のワークを相互に組み合わせて溶接処理を、前記基準穴に嵌入して前記ワークを把持することが可能となるように形成された基準ピンを装着した複数の位置決めロボットと、前記位置決めロボットに把持された複数の前記ワークを溶接するための単数または複数の溶接ロボットと、により行うワーク溶接方法おいて、設計値である溶接基準位置を目標点として、前記位置決めロボットに把持された前記ワークを移動させる第１ステップと、前記ワークの位置を検出する第２ステップと、前記第１ステップにより前記ワークが移動された後、前記第２ステップにより前記ワークの位置を検出し、この検出結果と、前記溶接基準位置とを比較して前記ワークの誤差を算出して補正値を設定する第３ステップと、前記第３ステップにより設定された前記補正値に基づいて、前記位置決めロボットを移動させて前記ワークの位置を補正する第４ステップと、前記第４ステップにより位置を補正された前記ワークを前記溶接ロボットにより溶接する第５ステップと、を備えることにより前記目的を達成する。
【００１２】
請求項８記載の発明によれば、単数または複数の基準穴が形成された複数のワークを相互に組み合わせて溶接処理を、前記基準穴に嵌入して前記ワークを把持することが可能となるように形成された基準ピンを装着した複数の位置決めロボットと、前記位置決めロボットに把持された複数の前記ワークを溶接するための単数または複数の溶接ロボットと、により行うためのワーク溶接プログラムにおいて、設計値である溶接基準位置を目標点として、前記位置決めロボットに把持された前記ワークを移動させる位置決め機能と、前記ワークの位置を検出するワーク位置検出機能と、前記位置決め機能により前記ワークが移動された後、前記ワーク位置検出機能により前記ワークの位置を検出し、この検出結果と、前記溶接基準位置とを比較して前記ワークの誤差を算出して補正値を設定する補正値設定機能と、前記補正値設定機能により設定された前記補正値に基づいて、前記位置決めロボットを移動させて前記ワークの位置を補正する補正機能と、前記補正機能により位置を補正された前記ワークを前記溶接ロボットにより溶接する溶接機能と、をコンピュータに実現させることにより前記目的を達成できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のワーク溶接システムにおける好適な実施の形態について、図１から図１３を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係るワーク溶接システムで使用される産業用ロボットシステムの概略構成を示した図である。
図１に示すように、産業用ロボットシステムは、制御装置１０と制御対象２０とからなる。
【００１４】
制御装置１０は、産業用ロボットシステムを統括管理するブレーンとなるメイン制御装置であり、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１１、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）１２、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１３、記憶装置１４、Ｉ／Ｏ（入出力）インターフェース１５、コンソールインターフェース１６を備え、各々がバスラインを介して接続している。
また、コンソールインターフェース１６は、オペレーションボックス１７およびティーチングボックス１８に接続している。
また、制御対象２０は、制御装置１０の制御対象装置である、産業用ロボット２１および周辺機器２２よりなる。
制御装置１０と制御対象２０とは、Ｉ／Ｏインターフェース１５を介して互いに接続されている。
【００１５】
次に、これらの各装置について説明する。
ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に記憶されているプログラムやＲＡＭ１３にロードされたプログラムなどに従って、各種の処理、計算、条件判断、ディスプレイなどの各種デバイスの制御を行う。
ＲＯＭ１２は、制御装置１０を機能させるための基本的なプログラムやパラメータなどが記憶された読み取り専用メモリである。
ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１が各種の処理を行う上で必要なプログラムやデータを記憶するメモリであり、ＣＰＵ１１によってデータの書込みおよび消去を行うことができる。
記憶装置１４は、例えば大容量のハードディスクなどにより構成されており様々なプログラムやデータが記憶されている。
Ｉ／Ｏインターフェース１５は、制御装置１０−制御対象２０間の各種データの送受信を行うためのインターフェースである。
【００１６】
コンソールインターフェース１６は、オペレーションボックス１７およびティーチングボックス１８からの各種入力情報を受け付けるためのインターフェースである。
オペレーションボックス１７は、テンキーや文字を入力するためのキーボードを備えた操作盤であり、オペレータによる各種情報の入力ができるようになっている。
ティーチングボックス１８は、制御対象２０の産業用ロボット２１のアームの位置や動作順序などを順次記憶させる処理を行う操作盤である。
一般に、産業用ロボット２１は、作業プログラムに基づいて各種作業を行うが、この作業プログラムを入力する方法には、直接形と間接形がある。
直接形教示方式は、ティーチングプレイバックと呼ばれ、ティーチングボックス１８を用いて行う。
一方、間接形教示方式は、オペレーションボックス１７を用いて、数値、ロボット言語等で示された作業プログラムを入力するようにして行う。
【００１７】
図２は、制御対象２０の産業用ロボット２１の構成を示した図である。
図２に示すように、産業用ロボット２１は、ハンド２１１、アクチュエータ２１２、検出器２１３とから構成されている。
ハンド２１１は、ワークを把持し、移動させるためのものであり、一般に、マテリアルハンドと呼ばれている。
アクチュエータ２１２は、制御装置１０からの電気信号によって、サーボモータを機械的に制御するための調速機である。
検出器２１３は、ワークや他の産業用ロボット２１、基準点などを検出するためのセンサである。なお、これらの各種センサの詳細については後述する。
【００１８】
次に、このように構成された複数の種類の産業用ロボットシステムを複数備えたワーク溶接システムについて、従来の専用治具を使用したワーク溶接システムと比較しながら説明する。
図３は、従来の専用治具を使用したワーク溶接システムの構成を示した図である。
一方、図４は、本実施の形態に係るワーク溶接システムの構成を示した図である。
なお、図３および図４において、同一箇所を示す部分には、同一記号を用いている。
図３および図４を比較するとわかるように、本実施の形態に係るワーク溶接システムと、従来のワーク溶接システムとでは、溶接加工の対象であるワーク３１の位置決め方法に大きな違いがある。なお、ここで使用されるワーク３１は、シートメタル（亜鉛鋼板、アルミニウム、銅等）をプレス金型工程を経て生み出されたスタンピングパーツである。
詳しくは、図３に示すように従来のワーク溶接システムにおいては、複数のワーク３１を精度をもってグリップするための専用の治具３４に、ワーク３１に設けられているロケーションホール（基準穴）を支持するためのロケーションピン３５およびクランプユニット３６を設けてワーク３１の位置決めを行っていた。また、搬送装置３３を設けて、ワーク３１を次工程に搬送していた。
【００１９】
一方、図４に示すように本実施の形態に係るワーク溶接システムにおいては、産業用ロボット２１のハンド２１１に基準ピンであるロケーションピンを用いた位置決めロボットであるロケーションピンロボット３７を複数台設けてワーク３１の位置決めを行うようにしている。さらに、ロケーションピンロボット３７に多関節形ロボットを採用することにより、ロケーションピンロボット３７のみでワーク３１の搬送ができるようになっている。
また、ワーク３１の溶接には、溶接サーボガン３２１を装着した溶接ロボット３２を使用している。この溶接サーボガン３２１は、ワーク３１を支持するクランプ機構を備えているため、ワーク３１を次工程へ搬送する搬送ロボット、ワーク３１をロケーションピンロボット３７にセットするプリセットロボット、ワーク３１をロケーションピンロボット３７から取り外し、次工程へハンドリングするアンロードロボットなどの機能を兼ねるようにすることができる。
【００２０】
図５は、本実施の形態に係るワーク溶接システムを使用した生産ラインの例を示した図である。
また、図６は、本実施の形態に係るワーク溶接システムのワークの位置決め方法を説明するための図である。
図５および図６を参照しながら、本実施の形態に係るワーク溶接システムにおけるワークの位置決め方法について説明する。
ここでは、ワーク溶接の一例として、丸型、三角型、四角型のワークを使用する場合について説明する。
図５および図６に示すように、本実施の形態に係るワーク溶接システムを使用した生産ラインは、ワーク３１ａ〜ｃを支持するロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ、ワーク３１ａ〜ｃを積載したワークパレット３９ａ〜ｃ、これらのワークパレット３９ａ〜ｃからワーク３１ａ〜ｃを取り出し生産ラインに投入するプリセットロボット３８ａ〜ｃ、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈにより位置決めされたワーク３１ａ〜ｃを溶接するための溶接ロボット３２ａ〜ｈを備えている。
【００２１】
次に、このように構成されたワーク溶接システムにおける動作について説明する。
図７は、本実施の形態に係るワーク溶接システムにおけるワークの溶接処理の手順を示したフローチャートである。
まず、ワーク溶接システムは、生産ラインを統括制御しているセンター制御装置から溶接処理の指令が出されると、生産ラインに配置されている各産業用ロボット２１の制御装置１０（図１に示す）のＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２から溶接処理の指令に対応する溶接プログラムをロードする（ステップ１１）。ここでロードされる溶接プログラムは、生産ラインに配置された産業用ロボット２１の動作手順（軌道制御）を示したティーチングデータと呼ばれる作業プログラムである。
なお、生産ラインに配置されている産業ロボット２１には、前述したロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ、プリセットロボット３８ａ〜ｃ、溶接ロボット３２ａ〜ｈが該当する。
【００２２】
次に、ワーク溶接システムは、生産ラインに配置されているロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ単体において、基準点であるアームの先端のＴＣＰ（Ｔｏｏｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｉｎｔ）の補正を実行する（ステップ１２）。
詳しくは、各ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈにおける座標軸のゼロ点または基準点（ＴＣＰ）の補正を行う。この補正は、生産ライン上で発生する、経時変化、温度・湿度変化、ロボットアームの伸縮、偏芯など様々な外乱により生じる産業用ロボット２１単体における座標軸のずれを修正し、理論値に近づけるようにするためのものである。ここで実行される補正方法の例を以下に示す。
【００２３】
（第１の補正方法）
まず、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ（産業用ロボット２１）のＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２から補正テストプログラムをロードして実行する。補正テストプログラムが実行されると、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈは、所定の時間（例えば、１０秒、２０秒、３０秒）このプラグラムに基づいて、アームを動作（伸縮、回転、移動）させるテストプレイを実行する。
このテストプレイの間、検出器２１３はアーム位置の検出を行い、検出結果をＲＡＭ１３内に随時転送する。
テストプレイが終了した後、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されている理論値（目標値）と、検出器２１３より転送された検出結果と、を比較して補正値を算出し、この算出された補正値に基づいて作業プログラムであるティーチングデータの書き換えを実行する。
【００２４】
（第２の補正方法）
まず、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ（産業用ロボット２１）のＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２から位置補正プログラムをロードして実行する。位置補正プログラムが実行されると、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈは、位置補正プログラムの指示する目標位置にアームを移動させる。
次に、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈは、検出器２１３を作動させて、現在位置を認識し、認識した現在位置データを制御装置に転送する。
そして、ＣＰＵ１１は、転送された現在位置データと、位置補正プログラムの指示する目標位置と、を比較して補正値を算出する。
この補正処理を複数回繰り返し、位置補正プログラムの指示する目標位置と、実際の産業用ロボット２１と、の誤差を所定の範囲（例えば、±０．１％以内）になるような補正値を算出する。そして、この算出された補正値に基づいて作業プログラムであるティーチングデータの書き換えを実行する。
【００２５】
上述した２つの補正方法は、いずれも生産ライン上で発生する、経時変化、温度・湿度変化、ロボットアームの伸縮、偏芯など様々な外乱を全て考慮するしたものであるため、これらの外乱の個別の要因毎の補正値を算出する必要ない。従って、補正精度をより向上させることができる。
また、第１の補正方法では、テストプレイの時間を延長させることにより、より精度の高い補正値を算出することができるようになる。新規生産ライン据付時、新機種折込時、定期的メンテナンス時などには、テストプレイ時間を調整することにより、容易に補正値の精度を向上させることができる。
【００２６】
次に、ワーク溶接システムは、生産ラインに配置されているロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰ間の相対位置の補正を実行する（ステップ１３）。
ここでは、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ間の相対位置、つまり、各ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈが存在している空間における絶対位置の精度を確保するための補正を行う。この補正においてもは、前述したロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ単体における補正と同様に、生産ライン上で発生する、経時変化、温度・湿度変化、ロボットアームの伸縮、偏芯など様々な外乱により生じる産業用ロボット２１相互間における座標軸のずれを修正し、理論値に近づけるようにするためのものである。ここで実行されるＴＣＰの位置の補正方法の例を以下に示す。
【００２７】
（第１の相対位置補正方法）
光学式３次元測定器を用いてロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ（産業用ロボット２１）のＴＣＰの位置を認識させてロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰ間の相対位置を補正し、位置精度を確保する。
図８は、第１の相対位置補正方法を説明するための図である。
まず、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰとの位置関係を認識しているＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３に示す３点の発光ダイオード（ＬＥＤ）と３次元測定カメラを併用してロケーションピンの３７１のＴＣＰ（Ｐ１０）の位置を検出する。
【００２８】
次に、検出されたロケーションピン３７１のＴＣＰ（Ｐ１０）位置情報をＲＡＭ１３内に転送する。続いて、ＣＰＵ１１は、予め認識されている目標座標と、転送されたロケーションピン３７１のＴＣＰ（Ｐ１０）位置情報と、を比較して補正値を算出する。
詳しくは、カメラから見た各Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３の発光ダイオードの位置関係を、測定時の３点のＬＥＤで形成される三角形の各辺の長さ、予め設定されている理論値であるＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４の長さ、および、カメラの視野角の情報に基づいて測定する。
このようにして算出された補正値に基づいて、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰの位置の補正を行う。
【００２９】
（第２の相対位置補正方法）
ポテンショメータを用いてロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ（産業用ロボット２１）のＴＣＰの位置を認識させて各ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰ間の相対位置を補正し、位置精度を確保する。
図９は、第２の相対位置補正方法を説明するための図である。
まず、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのマテリアルハンドであるロケーションピン３７１の基準点ＴＣＰ（Ｐ２０）との位置関係（理論値）を認識しているＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４に示す４点のポテンションメータからロケーションピン３７１の基準点ＴＣＰ（Ｐ２０）に向かってワイヤーを接続する。
【００３０】
次に、接続されたワイヤーの長さを測定し、この測定結果から各ポテンショメータ（Ｐ２１〜Ｐ２４）とロケーションピン３７１の基準点ＴＣＰ（Ｐ２０）との距離Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４を検出する。
続いて、検出された距離（Ｌ２１〜２４）の情報をＲＡＭ１３内に転送する。ＣＰＵ１１は、予め認識されている目標座標と、転送された距離（Ｌ２１〜２４）の情報と、を比較して補正値を算出する。
そして、第１の相対位置補正方法と同様に算出された補正値に基づいて、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰの位置の補正を行う。
【００３１】
（第３の相対位置補正方法）
３次元カメラを用いてロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ（産業用ロボット２１）の位置を認識させてロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ間の相対位置を補正し、位置精度を確保する。
図１０は、第３の相対位置補正方法を説明するための図である。
図１０に示すようにロケーションピンロボット３７ａ〜ｈに３次元カメラ４１を装着し、この３次元カメラ４１を用いてロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの周囲に配置されているターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃを撮影する。そしてこれらの撮影データをＲＡＭ１３内に転送し、ＣＰＵ１１は、撮影データに基づいて、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈとターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃとの距離を算出し、さらにこの算出結果に基づいてロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの空間上の絶対位置を算出する。この算出されたロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの絶対位置情報と、予め設定されている理論値とを比較して補正値を算出する。
このようにして算出された補正値に基づいて、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰの位置の補正を行う。
【００３２】
ここでは、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈに装着した３次元カメラ４１を用いて、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈとターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃとの距離を測定するようにしているが、３次元カメラ４１の代わりにプローブを装着し、このプローブを用いて直接ターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃに接触させ、距離を測定するようにしてもよい。
また、このときのターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃに図１１に示すような音叉型のターゲット４３にレーザビーム４４を発生させたものを用いて、このレーザビーム４４にプローブを接触させ、距離測定するようにしてもよい。
【００３３】
この他に、ターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃを利用してロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの補正値を算出する方法に次のようなものがある。
ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈからターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃに向けてレーザビームを照射し、この照射されたレーザビームをターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃに設置されているレーザ受光装置（ＣＣＤ）において検出する。そして、レーザ受光装置は、検出したレーザビームの位置情報をＲＡＭ１３内に転送する。ＣＰＵ１１は、予め認識されている目標座標と、転送されたレーザビームの位置情報と、を比較して補正値を算出する。
【００３４】
図１２は、レーザ受光装置で検出されたレーザビームのイメージを示した図である。
ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈが目標位置に存在する場合、つまり、誤差（位置ずれ量）がない場合、図１２（ａ）に示すようにレーザ受光装置の基準点上でレーザビームを受光するようになっている。
ところが、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈが目標位置に存在しない場合、図１２（ｂ）、（ｃ）に示すように、レーザビームの受光点が基準点からずれるようになっている。そこでＣＰＵ１１は、レーザビームの受光点が基準点からのずれをキャンセルするような補正値を算出し、この補正値に基づいてロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰの位置の補正を行う。
【００３５】
（第４の相対位置補正方法）
ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈに親子関係を予め設定し、この親子関係を利用して、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ間の相対位置を補正し、位置精度を確保する。
ここでは、生産ライン上に存在する複数のロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの１台に親機設定を行い、その他のロケーションピンロボット３７ａ〜ｈに対して子機の設定を行う。
そして、子機設定されたロケーションピンロボット３７ａ〜ｈを第３の相対位置補正方法で述べたターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃの代わりとして利用し、同様の処理を実行してロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの位置を認識させるようにする。
このようにして、子機をオブジェクトターゲット４２ａ〜ｃの代わりとすることにより、オブジェクトターゲット４２ａ〜ｃを設置する必要性がなくなり、ワーク溶接システムのコストダウンを図ることができる。
【００３６】
これらの方法を用いて、生産ラインに配置されているロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰ間の相対位置の補正を実行する。
また、各ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの制御装置１０をＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を用いて結合することにより、協調して動作する場合に問題となっていたロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ間の同期精度を向上させることができる。
【００３７】
次に、ワーク溶接システムは、ワークパレット３９ａ〜ｃに積載されているワーク３１ａ〜ｃを取り出し、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈにプリセットする（ステップ１４）。
ワーク３１ａ〜ｃのプリセットは、プリセットロボット３８ａ〜ｃ（図５）によって行われる。
詳しくは、プリセットロボット３８ａ〜ｃ（産業用ロボット２１）のハンド２１１にバキュームカップなどのマテリアルハンドを設けたものを使用して、ワークパレット３９ａ〜ｃに積載されているワーク３１ａ〜ｃを吸着させて取り出し、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈにセットする。
このプリセットの段階では、ワーク３１ａ〜ｃをロケーションピンロボット３７ａ〜ｈに装着するのみで、各ワーク３１ａ〜ｃ間の位置決めは行わない。
【００３８】
ここで、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈにプリセットされるワーク３１ａ〜ｃについて説明する。
ワーク３１ａ〜ｃは、プレス加工等を施したスタンピングパーツであるため、これらのスタンピングパーツをメカニカルに位置決めするための基準穴（ロケーションホール）が設けられている。この基準穴は、金型で塑性加工時にピアシングを施す際に成形されるようになっているため、スタンピングパーツに最低１つは存在する。また、この基準穴は、スタンピングパーツの形状が大きくなるにつれてその数が増えるようになっている。
この基準穴のサイズは、半径５ｍｍ〜７０ｍｍに至るまで様々なものが形成されるようになっている。
【００３９】
本実施の形態に係るワーク溶接システムでは、このワーク３１ａ〜ｃに設けられた基準穴を利用して、各ワーク３１ａ〜ｃの位置決めをロケーションピンロボット３７ａ〜ｈにより行う。
なお、ワーク３１ａ〜ｃがスタンピングパーツでないような場合や基準穴の数が不足しているような場合には、ワーク３１ａ〜ｃを製作する際に、必要数の基準穴を形成するようにしてもよい。
本実施例では、図５および図６に示すように丸型、三角型、四角型のワーク３１ａ〜ｃのそれぞれ３箇所に基準穴が設けられているものを例に説明を行う。
ワーク３１ａ〜ｃのプリセットでは、基準穴毎に設定されているロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのロケーションピンが基準穴に嵌り込むようにセットされるようになっている。
【００４０】
また、プレス加工等を施したスタンピングパーツであるワーク３１ａ〜ｃは、金型の摩耗や劣化に伴い変形してしまう場合が生じる。このような変形したスタンピングパーツをワーク３１ａ〜ｃに使用することにより、最終的に形成される製品の精度に支障を来すおそれがあるため、ワーク３１ａ〜ｃのプリセット時にワーク３１ａ〜ｃ形状の検査をすることが望ましい。
ここで、ワーク３１ａ〜ｃの形状検査の方法について説明する。
第１に、ワークパレット３９ａ〜ｃからロケーションピンロボット３７ａ〜ｈ上にワーク３１ａ〜ｃを移動させる際に、レーザスキャナを用いてワーク３１ａ〜ｃをスキャンし、このスキャンデータとワーク３１ａ〜ｃ形状の理論値とを比較して変形したワーク３１ａ〜ｃを検出する方法がある。
【００４１】
第２に、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈにワーク３１ａ〜ｃがプリセットされた後に、図１３に示すような、ロケーションピンに設けられたフランジ４５とワーク３１ａ〜ｃとの距離を測定することによりワーク３１ａ〜ｃの変形量を測定する方法がある。
詳しくは、フランジ４５に設けられたセンサ４６を用いて、ワーク３１ａ〜ｃとフランジ４５間の距離を測定する。なお、フランジ４５の上面部がワーク３１ａ〜ｃとの接触基準面となるように設定されている。
ワーク溶接システムでは、上述した方法を用いてワーク３１ａ〜ｃの変形量を検出し、検出された変形量が所定の基準値（例えば、変形量±０．１％）を超えた場合には、生産ラインを統括制御しているセンター制御装置にアラーム信号を送信し、緊急停止などの処理を行うようにする。
また、検出された全ての変形量データは、制御装置１０（図１）内の記憶装置１４に保存しておく。溶接完了後のワークにおいて変形などの不具合が発生するような場合、ここで保存された変形量データを利用することにより、不具合の原因を比較的容易に解析することができる。
これらの方法を用いて、ワーク３１ａ〜ｃの変形量を検査することにより、従来使用されていた検査専用装置である検具が不要となり、ワーク溶接システムのコストダウンを図ることができる。
【００４２】
次に、ワーク溶接システムは、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈにプリセットされたワーク３１ａ〜ｃの位置決めをする（ステップ１５）。
ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈにプリセットされたワーク３１ａ〜ｃを、動作手順を示した作業プログラムに基づいて目標座標まで移動させる。このワーク３１ａ〜ｃの移動は、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのアームの位置を制御することにより行う。
また、ワーク３１ａ〜ｃを目標座標まで移動させた後、ワーク３１ａ〜ｃの位置を基準としてロケーションピンロボット３７ａ〜ｈとの相対位置を測定し、再度ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの位置補正を行うようにしてもよい。
【００４３】
この場合にも、前述した第３の相対位置補正方法を利用することができる。具体的には、ワーク３１ａ〜ｃをターゲットオブジェクト４２ａ〜ｃの代わりとして利用し、同様の処理を実行してロケーションピンロボット３７ａ〜ｈとワーク３１ａ〜ｃ間の相対距離を測定し、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの補正値を算出する。
このように、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰ間の相対位置の補正だけでなく、ワーク３１ａ〜ｃとロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰ間の相対位置の補正を行うことにより、ワーク３１ａ〜ｃの位置決め精度をさらに向上させることができる。
【００４４】
次に、ワーク溶接システムは、位置決めされたワーク３１ａ〜ｃを溶接する（ステップ１６）。
ワーク３１ａ〜ｃの溶接は、溶接サーボガン３２１を装着した溶接ロボット３２ａ〜ｈを使用して、作業プログラムに基づいて行う。
本実施の形態によれば、溶接サーボガン３２１を使用してワーク３１ａ〜ｃの溶接を行うようにしているが、ワーク３１ａ〜ｃの溶接が可能であれば溶接エアガンを使用してもよい。
また、本実施の形態によれば、ワーク３１ａ〜ｃの溶接にスポット溶接を採用しているが、スポット溶接が不適切な箇所である場合には、アーク溶接、ろう付け、ウェルボンド、レーザ溶接などを採用するようにしてもよい。
【００４５】
最後に、ワーク溶接システムは、溶接されたワーク３１ａ〜ｃをアンロードし（ステップ１７）、ワークの溶接処理を終了する。
ワーク３１ａ〜ｃのアンロードとは、ワーク３１ａ〜ｃをロケーションピンロボット３７ａ〜ｈから取り外し、次工程へハンドリングすることである。このようなハンドリング処理は、直接ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈが行ったり、溶接ロボット３２ａ〜ｈが行ったりすることができる。また、次工程や仮置場へのワーク３１ａ〜ｃの搬送もこれらのロボットを制御することにより行うことができる。
このように産業用ロボット２１を構成することにより、専用のアンロードロボとや搬送装置を削減することができるため、ワーク溶接システムのコストダウンを図ることができる。
【００４６】
本実施の形態では、ワークの溶接処理毎に、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの単体におけるＴＣＰの位置、および、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰ間の相対位置の補正を実行しているが、生産スピードを向上させるために、これらの補正を実行するタイミングを次のようにアレンジするようにしてもよい。
ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈの単体におけるＴＣＰの位置の補正のみをワークの溶接処理毎に実行し、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈのＴＣＰ間の相対位置の補正は新規生産ライン据付時、新機種折込時、定期的メンテナンス時に実行するようにする。
【００４７】
本実施の形態によれば、従来の溶接システムにおいて使用されていた専用の治具３４の代わりに、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈを用いてワーク３１ａ〜ｃの位置決めをすることにより、製品の機種に依存していた治具３４や専用装置を生産ラインから排除することができる。
また、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈは、作業プログラムの変更のみで様々な機種に対応することが可能であるため、非常に柔軟性の高い生産ラインの構築が可能となる。
つまり、位置決め用の専用治具を準備することなく、作業プログラムの変更のみで新しい製品の生産ラインを立ち上げることができる。そして、専用装置より安価な汎用機を使用することによりワーク溶接システムのコストダウンを図ることができる。
【００４８】
上述したワーク溶接システムは、車輌生産ライン、航空・船舶機生産ライン、スチール家具の生産ラインなど精度が要求される溶接システムに使用することができる。
また、本実施の形態によれば、ロケーションピンロボット３７ａ〜ｈおよび溶接ロボット３２ａ〜ｈにワーク３１ａ〜ｃを搬送する機能を兼ね備えることにより、ワーク３１ａ〜ｃの搬送処理と並行して溶接処理を施すことが可能になるため、生産ラインにおける生産スピードを向上させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、位置決めロボットを用いてワークの位置決めを行うことにより、ワークの位置決めのための専用治具を用いることなくワークの位置決めを行うことができる。
請求項２記載の発明によれば、位置決めロボット単体における位置を補正するセルフ補正手段を備えることにより、位置決めロボットにより行われるワークの位置決めにおける位置精度を向上させることができる。
請求項３記載の発明によれば、記位置決めロボット間の相対位置を補正する相対位置補正手段を備えることにより、位置決めロボットにより行われるワークの位置決めにおける位置精度を向上させることができる。
【００５０】
請求項４記載の発明によれば、位置決めロボットを多関節ロボットにより構成することにより、位置決めロボットにワークの搬送機能を設けることができる。請求項５記載の発明によれば、位置決めロボットおよび溶接ロボットそれぞれの制御手段を所定のプロトコルを用いて接続することにより、これらのロボット間の同期運転が容易にできる。
請求項６記載の発明によれば、変形量検出手段を用いてワークの変形量を検出することにより、ワークの変形状態を把握することができる。
【００５１】
請求項７記載の発明によれば、位置決めロボットを用いてワークの位置決めを行うステップを備えることにより、ワークの位置決めのための専用治具を用いることなくワークの位置決めを行う溶接方法を提供することができる。
請求項８記載の発明によれば、位置決めロボットを用いてワークの位置決めを行う機能をコンピュータに実現させることにより、ワークの位置決めのための専用治具を用いることなくワークの位置決めを行うことができる溶接プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るワーク溶接システムで使用される産業用ロボットシステムの概略構成を示した図である。
【図２】産業用ロボットの構成を示した図である。
【図３】従来の専用治具を使用したワーク溶接システムの構成を示した図である。
【図４】本実施の形態に係るワーク溶接システムの構成を示した図である。
【図５】本実施の形態に係るワーク溶接システムを使用した生産ラインの例を示した図である。
【図６】本実施の形態に係るワーク溶接システムのワークの位置決め方法の説明図である。
【図７】本実施の形態に係るワーク溶接システムにおけるワークの溶接処理の手順を示したフローチャートである。
【図８】第１の相対位置補正方法を説明するための図である。
【図９】第２の相対位置補正方法を説明するための図である。
【図１０】第３の相対位置補正方法を説明するための図である。
【図１１】レーザビームを用いたターゲットオブジェクトを示した図である。
【図１２】レーザ受光装置で検出されたレーザビームのイメージを示した図である。
【図１３】ワークの変形量を測定する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０  制御装置
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  記憶装置
１５  Ｉ／Ｏインターフェース
１６  コンソールインターフェース
１７  オペレーションボックス
１８  ティーチングボックス
２０  制御対象
２１  産業用ロボット
２１１  ハンド
２１２  アクチュエータ
２１３  検出器
２２  周辺機器
３１  ワーク
３２  溶接ロボット
３２１  溶接サーボガン
３３  搬送装置
３４  治具
３５  ロケーションピン
３６  クランプユニット
３７ａ〜ｈ  ロケーションピンロボット
３８ａ〜ｃ  プリセットロボット
３９ａ〜ｃ  ワークパレット
４１  ３次元カメラ
４２ａ〜ｃ  ターゲットオブジェクト
４３  ターゲット
４４  レーザビーム
４５  フランジ
４６  センサ
【図１】
2004261881.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】
2004261881.tif 000009
【図８】
2004261881.tif 000010
【図９】
2004261881.tif 000011
【図１０】
2004261881.tif 000012
【図１１】
2004261881.tif 000013
【図１２】
2004261881.tif 000014
【図１３】
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