(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接線を教示し、前記溶接線上の軸に直交するとともに開先形状に関係し、非トーチ中心軸である基準軸を教示するステップと、
前記教示された溶接線上の軸と基準軸の両軸に共に直交する軸からなる溶接線座標を設定するステップを含み、
前記基準軸が、前記開先形状を形成する面に含まれる軸、又は前記開先形状を形成する面間に位置する軸であり、
前記溶接線上の軸が、溶接線上の１つの教示点と、該教示点に隣り合う教示点で教示されることを特徴とする溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法。
【請求項２】
前記基準軸が、絶対座標系における大地と直交する軸と平行であることを特徴とする請求項１に記載の溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法。
【請求項３】
多層盛溶接の１パス目の各教示点で結ばれる線を溶接線とし、請求項１または請求項２に記載の溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法で溶接線座標を設定する第１ステップと、
前記１パス目のｍ（ｍ＝１，……Ｍ）点目の教示点位置に前記溶接線座標を基準にして溶接トーチを手動操作で移動する第２ステップと、
１パス目のｍ点目の教示点位置から２パス目以降の各パスの対応するオフセット予定位置へ前記溶接線座標を基準にして前記溶接トーチを手動操作で移動させ、前記各パスにおけるオフセット予定位置に前記溶接トーチが移動する毎に、該溶接トーチの位置を教示し、１パス目の位置・姿勢との差分を、２パス目以降の各パスにおける前記溶接線座標を基準にしたオフセット値として記録する第３ステップを含むことを特徴とする溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法。
【請求項４】
前記第２ステップで、１パス目のｍ点目の教示位置に移動した際に、ｍ点から（ｍ＋１）点方向を新たな溶接線上の軸として溶接線上の軸を設定して、溶接線座標を更新することを特徴とする請求項３に記載の溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法及び溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚板構造物の溶接で行われている多層盛溶接では、溶接区間を複数パスで繰り返し溶接する。そのため、各パスの教示点をすべて教示していては教示作業が膨大となるため、最下層の１パスの各教示点のみ教示し、２パス目以降は、１パス目の各教示点にオフセット値を加えることにより、教示作業の軽減が行われている。このオフセット値は、１パス目の各教示点での溶接線座標基準で指定される。
【０００３】
溶接線座標のＸ，Ｙ軸は、図９に示すように教示点での溶接トーチのトーチ姿勢に依存しており、すなわち、溶接線座標のＸ軸をトーチ中心軸と一致させるようにしており、オフセット値と開先形状とは直接関係していない。そのため、オフセット値を決める場合、開先形状の図面から得られる理想的なオフセット値をそのまま採用することはできず、１パス目の教示点から２パス目や３パス目等の位置迄手動操作を行い、教示作業で決める必要がある。
【０００４】
なお、特許文献１では、レーザセンサを用いた多層盛溶接方法が開示されており、前記レーザセンサで開先形状を検出し、自動で溶接条件や２パス目以降のオフセット等の多層盛溶接条件を生成するようにしている。
【特許文献１】特開平８−１１８０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように１パス目の教示点から２パス目や３パス目等の教示点に溶接トーチを手動操作により移動させて行う教示作業では、溶接線座標の下で手動操作するが、従来の溶接線座標は、溶接線を含む軸方向と、トーチ中心軸等の軸方向により設定される。ところが、溶接線以外の軸方向は開先形状とは関係なくトーチ姿勢に依存しているため、手動操作がしずらい問題があった。
【０００６】
なお、特許文献１は、レーザセンサ等を用いて開先形状を検出し、自動で溶接条件、オフセット値を設定するようにしているが、このような場合は、オフセット値が溶接線座標であるかどうかは問題にはならない。しかし、このように自動で溶接条件や２パス目以降のオフセット等の多層盛溶接条件生成機能を持たないアーク溶接ロボットでは、教示操作によりオフセット値を決めてやる必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、自動でオフセット値の生成機能を持たないアーク溶接ロボットにおいて、多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法を実行する際、２パス目以降の溶接線におけるオフセット値の教示作業の効率アップを図ることができる溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法を提供することにある。
【０００８】
又、本発明の他の目的は、溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法を実行する際、好適に溶接線座標を設定することができる溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、溶接線を教示し、前記溶接線上の軸に直交するとともに開先形状に関係し、非トーチ中心軸である基準軸を教示するステップと、前記教示された溶接線上の軸と基準軸の両軸に共に直交する軸からなる溶接線座標を設定するステップを含み、前記基準軸が、前記開先形状を形成する面に含まれる軸、又は前記開先形状を形成する面間に位置する軸であり、前記溶接線上の軸が、溶接線上の１つの教示点と、該教示点に隣り合う教示点で教示されることを特徴とする溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法を要旨とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、前記基準軸が、絶対座標系における大地と直交する軸と平行であることを特徴とする。
請求項３の発明は、多層盛溶接の１パス目の各教示点で結ばれる線を溶接線とし、請求項１または請求項２に記載の溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法で溶接線座標を設定する第１ステップと、前記１パス目のｍ（ｍ＝１，……Ｍ）点目の教示点位置に前記溶接線座標を基準にして溶接トーチを手動操作で移動する第２ステップと、１パス目のｍ点目の教示点位置から２パス目以降の各パスの対応するオフセット予定位置へ前記溶接線座標を基準にして前記溶接トーチを手動操作で移動させ、前記各パスにおけるオフセット予定位置に前記溶接トーチが移動する毎に、該溶接トーチの位置を教示し、１パス目の位置姿勢との差分を、２パス目以降の各パスにおける前記溶接線座標を基準にしたオフセット値として記録する第３ステップを含むことを特徴とする溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法を要旨とするものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２において、前記第２ステップで、１パス目のｍ点目の教示位置に移動した際に、ｍ点から（ｍ＋１）点方向を新たな溶接線上の軸として溶接線上の軸を設定して、溶接線座標を更新することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値を教示する際、好適に溶接線座標を設定することができる。
また、基準軸が開先形状を形成する面に含まれる軸、又は開先形状を形成する面間に位置する軸である溶接線座標を好適に設定することができる。
【００１４】
また、溶接線上の軸が、溶接線上の１つの教示点と、該教示点に隣り合う教示点とで教示されることにより溶接線座標を好適に設定することができる。
請求項２の発明によれば、絶対座標系における大地と直交する軸を基準軸とした溶接線座標を好適に設定することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、自動でオフセット値の生成機能を持たないアーク溶接ロボットにおいて、多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法を実行する際、２パス目以降の溶接線におけるオフセット値の教示作業の効率アップを図ることができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、溶接線が非直線である場合に、隣接する教示点間を結ぶ線を新たな溶接線上の軸を設定することにより溶接線座標を更新でき、更新後の溶接線座標を基準にして２パス目以降の溶接線におけるオフセット値の教示作業の効率アップを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本実施形態で使用する座標系について説明する。
図６は、マニピュレータ１１に関するワールド座標系、ロボットベース座標系、ツール座標系及び溶接線座標系からなる各座標系との関係を図示した座標系関係図である。同図に示すように、マニピュレータ１１はリンクＬ０〜Ｌ６と、関節軸Ｋ１〜Ｋ６を有する。
【００１８】
（ワールド座標系ＸΣ−ＹΣ−ＺΣ）
図６に示すように、ワールド座標系ＸΣ−ＹΣ−ＺΣは、地面を基準にした座標系で、原点が地面に任意に定められた基準位置Σに設定され、重力の作用する向きと逆方向がＺΣ軸とされ、水平面が基準面ＸΣ−ＹΣとした右手直交座標系である。ワールド座標系は絶対座標系に相当する。
【００１９】
（ロボットベース座標系Ｘw−Ｙw−Ｚw）
ロボットベース座標系（ベース座標系ともいう）Ｘw−Ｙw−Ｚwは、原点がマニピュレータ１１の基準位置Ｗに設定され、マニピュレータ１１が据え付けられたときのマニピュレータ１１の底面と平行な水平面が基準面Ｘw−Ｙwとされ、基準面Ｘw−Ｙwからマニピュレータ１１に向かう方向がＺw軸とされた右手直交座標系である。
【００２０】
（ツール座標系Ｘｔ−Ｙｔ−Ｚｔ）
ツール座標系Ｘｔ−Ｙｔ−Ｚｔは、原点がトーチ先端位置Ｔに設定され、トーチ先端位置Ｔからトーチ中心軸に沿った方向、すなわちマニピュレータ１１のリンクのトーチ取付位置に向かう方向がＺｔ軸とされた右手直交座標系である。
【００２１】
（大地溶接線座標系Ｘｓ−Ｙｓ−Ｚｓ）
大地溶接線座標系Ｘｓ−Ｙｓ−Ｚｓは、原点が現在の溶接位置Ｓとされ、この溶接位置Ｓにおける溶接進行方向をＺｓ軸とし、溶接位置Ｓを含み溶接進行方向軸Ｚｓと直交する平面を溶接線直交平面Ｘｓ−Ｙｓとする。又、大地溶接線座標系Ｘｓ−Ｙｓ−Ｚｓは、重力の作用する向きと逆方向に向かうＺΣ軸を含み溶接線直交平面Ｘｓ−Ｙｓと直交する平面を溶接線垂直平面Ｘｓ−Ｚｓとし、溶接線直交平面Ｘｓ−Ｙｓ及び溶接線垂直平面Ｘｓ−Ｚｓに直交する平面を溶接線水平平面Ｙｓ−Ｚｓとする右手直交座標系である。
【００２２】
ここで、大地溶接線座標は、溶接継手の開先形状に関係して設定されている。
具体的には、重力の作用する向きと逆方向に向かうワールド座標系のＺΣ軸に平行であるとともに１パス目の教示点を通過するＸｓ軸（基準軸）が、開先形状を形成する母材の一対の面間に位置するか、或いは、前記開先形状を形成する母材の面に含まれるように、大地溶接線座標が設定されている。この場合、開先形状は、例えば、Ｔ継手、すみ肉継手、Ｖ形，レ形等を挙げることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、図４に示すように、すみ肉継手を形成するために一対の板状のワーク１６が互いに直交するように配置されて、開先形状を形成する一方のワーク（母材）１６の面が、Ｘｓ軸を含むように配置されている。又、１パス目の教示点は、Ｚｓ軸が合致する溶接線上となる。
【００２４】
（各座標系の関係）
トーチ先端位置Ｔは、リンクＬ０〜Ｌ６のそれぞれの長さと関節軸Ｋ１〜Ｋ６のそれぞれの関節角度との機械的構造から定まる。ワールド座標系ＸΣ−ＹΣ−ＺΣとロボットベース座標系Ｘw−Ｙw−Ｚwとツール座標系Ｘｔ−Ｙｔ−Ｚｔとの位置姿勢関係は、Ｔwt＝Ｔwb×Ｔbtで示される。
【００２５】
ここで、Ｔwt，Ｔwb，Ｔbtは下記の通りである。
Ｔwt：ワールド座標系に対するツール座標系の位置姿勢関係、
Ｔwb：ワールド座標系に対するロボットベース座標系の位置姿勢関係、
Ｔbt：ロボットベース座標系に対するツール座標系の位置姿勢関係。
【００２６】
通常、マニピュレータ１１は地面に固定して使用されるため、ワールド座標系とロボットベース座標系との位置姿勢関係は変わらない。そのために、Ｔwbは一定である。このため、ロボットベース座標系に対するツール座標系の位置姿勢関係Ｔbtはマニピュレータ１１の各軸位置から演算できる。
【００２７】
なお、大地溶接線座標と、ロボットベース座標系との関係は後述する。
次に、本発明の溶接ロボットにおける溶接線座標の教示方法及び溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法を具体化した実施形態を図１〜図５を参照して説明する。
【００２８】
図１はアーク溶接ロボット及びそのロボット制御装置ＲＣの構成を示す概略図である。
溶接ロボットのロボット制御装置ＲＣは、ワーク１６に対してアーク溶接を自動で行うように制御するものであり、溶接作業を行う６軸（すなわち、６個の関節軸）のマニピュレータ１１と、マニピュレータ１１を制御するロボット制御装置ＲＣを備える。ロボット制御装置ＲＣには、可搬式操作部としてのティーチペンダントＴＰが接続されている。ティーチペンダントＴＰの操作面には図示しないキーボード及び液晶ディスプレイ等からなる表示装置が設けられている。前記キーボードには、モード指定キー、座標系指定キー等の各種キーが設けられている。又、前記キーボードにより各種の教示データがロボット制御装置ＲＣに入力される。マニピュレータ１１は、フロア等に固定されるベース部材１２と、複数の軸を介して連結された複数のアーム１３（前述のリンクに相当する）とを備える。最も先端側に位置するアーム１３の先端部には、作業ツールとしての溶接トーチ１４が設けられる。
【００２９】
溶接トーチ１４は、溶加材としてのワイヤ１５を内装し、図示しない送給装置によって送り出されたワイヤ１５の先端とワーク１６との間にアークを発生させ、その熱でワイヤ１５を溶着させることによりワーク１６に対して溶接を施す。アーム１３間には複数のモータ（図示しない）が配設されており、該モータの駆動によって溶接トーチ１４を並進、回転に自在に移動できるように構成されている。
【００３０】
図３に示すようにロボット制御装置ＲＣは、ＣＰＵ（中央処理装置）２０や、マニピュレータ１１を制御するための各種プログラム等を記憶する書換可能なＥＥＰＲＯＭ２１や、作業メモリとなるＲＡＭ２２や、各種データを記憶する書換可能な不揮発性メモリからなる記憶部２３を備える。又、ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータ１１の前記モータを制御するサーボドライバ２４を備え、予め設定された教示データを含む各種プログラムにより、マニピュレータ１１を制御して、溶接時における溶接トーチ１４の位置、及び姿勢を変えることが可能である。
【００３１】
次に、溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示手順を図５を参照して説明する。図５は、多層盛溶接におけるオフセット値の教示手順のフローチャートである。なお、本実施形態での溶接継手は、２つの母材が直角に組み合わされたＴ継手やすみ肉継手を対象としている。
【００３２】
ステップ（以下、ＳＴという）１では、オペレータは、ワーク１６の１パス目の溶接経路からＭ個の教示点を決定し、ティーチペンダントＴＰからの入力によってマニピュレータ１１を作動させる。そして、ワーク１６上の各教示点に溶接トーチ１４が達する毎に、その各教示点において溶接トーチ１４のワーク１６に対する位置姿勢を教示する。このようにして１パス目のＭ個の教示点を教示することにより溶接線を教示する。この１パス目の各教示点では、ロボットベース座標系で溶接トーチ１４の位置姿勢が教示される。なお、各教示点間毎に、ティーチペンダントＴＰにより溶接トーチ動作緒言及び溶接条件緒言等も入力される。
【００３３】
次のＳＴ２では、オペレータは、ティーチペンダントＴＰのキーボードの座標系指定キーにより、溶接線座標の選択を行う。ここでは、オペレータは大地溶接線座標を選択するべく、ワールド座標系のＺΣ軸と平行であるＸｓ軸を基準軸として選択する。前記基準軸であるＸｓ軸は、溶接トーチ１４の中心軸を通過しない非トーチ中心軸に相当する。
【００３４】
この選択されたＳＴ２でのＸｓ軸の選択結果は、ロボット制御装置ＲＣの記憶部２３に記憶される。ここでは後述する手動操作のための基準座標となる大地溶接線座標のＸｓ軸が選択されたことになる。又、併せて、ロボット制御装置ＲＣは、大地溶接線座標のＺｓ軸をＳＴ１で得られた溶接線から得る。例えば、１パス目の第１教示点と第２教示点とを結ぶ直線に基づいてＺｓ軸を算出する。この場合、１パス目の第１教示点と第２教示点に限定されるものではなく、第２教示点と第３教示点のように互いに隣り合う教示点同士を結ぶ直線であればよい。
【００３５】
次のＳＴ３〜ＳＴn+2は、２パス目以降の各パスにおける教示処理であり、１パス目の第１教示点から第Ｍ教示点迄繰り返して行われる処理である。なお、第１教示点，…，第Ｍ教示点は溶接開始点から溶接終了点側にカウントしたときの教示点の順位を示している。
【００３６】
以下、ＳＴ４〜ＳＴn+2を、１パス目の第１教示点（この場合はｍ＝１）に対応した２パス目以降の各パスにおける処理として説明する。
ＳＴ４においては、オペレータは１パス目の第１教示点目にティーチペンダントＴＰを使用して、溶接トーチ１４を手動による再生運転操作で移動する。次にＳＴ５において、オペレータは第１教示点から第２教示点方向（この場合は、ｍ点からｍ＋１点方向）をＺｓ軸としてティーチペンダントＴＰで入力する。この入力により、ロボット制御装置ＲＣはＳＴ２で選択したＸｓ軸と、入力されたＺｓ軸とにより第１教示点における大地溶接線座標を更新する。
【００３７】
ここで、大地溶接線座標の算出を図２を参照して説明する。
上記のようにｍ点からｍ＋１点方向（上記の例では第１教示点から第２教示点方向）を軌道Ｑ１Ｑ２とすると、大地溶接線座標の軌道Ｑ１Ｑ２がロボットベース座標系基準で教示されて、大地溶接線座標のＸs軸がワールド座標のＺΣ軸方向と指定された場合、大地溶接線座標は以下に示すように算出される。
【００３８】
ロボットベース座標系からみたワールド座標の姿勢がwＸΣ（＝［wｎΣ、wｏΣ、wａΣ］）で与えられると、求める大地溶接線座標（＝［wｎ、wｏ、wａ］）は次式で与えられる。
【００３９】
wａ＝ベクトルＱ１Ｑ２／|ベクトルＱ１Ｑ２|
wｏ＝wａ  ×  wａΣ／|wａ  ×  wａΣ|
wｎ＝wｏ  ×  wａ／|wｏ  ×  wａ|
ここで、wａ、wａΣ、wｏ、wｎ、wｎΣ、wｏΣ、はベクトルであり、「×」は外積を表わしている。
【００４０】
話をフローチャートに戻して、ＳＴ６では、オペレータはティーチペンダントＴＰを使用してジョグ送りモードを選択し、ジョグ送りで、すなわち、手動操作でマニピュレータ１１を動作させて溶接トーチ１４を２パス目のオフセット予定位置に位置させる。
【００４１】
この手動操作の際、オペレータは１パス目における第１教示点（この場合はｍ＝１）に対応する２パス目のオフセット予定位置に移動させるように、本実施形態の開先形状の設計図面から得られる理想的なオフセット値（以下、このオフセット値を目標オフセット値という）に基づき、移動操作する。
【００４２】
この目標オフセット値は、１パス目の第１教示点からのオフセットの値であり、大地溶接線座標系の座標値で設定されている。そして、ティーチペンダントＴＰの表示装置（図示しない）には、マニピュレータ１１の各関節軸に設けられた図示しないロータリーエンコーダ等の角度センサの検出値（回転角度）とリンクのそれぞれの長さに基づいて算出されて得られた溶接トーチ１４の位置が、大地溶接線座標系の座標値で表示される。オペレータは、ティーチペンダントＴＰの表示装置で表示された溶接トーチ１４の大地溶接線座標系のその時々の座標値を参照して、マニピュレータ１１の手動操作を行い、溶接トーチ１４を２パス目のオフセット予定位置に位置させる。
【００４３】
このようにして溶接トーチ１４を２パス目のオフセット予定位置に位置させた後、ＳＴ７において、ティーチペンダントＴＰの操作面に設けられた記憶キー（図示しない）を押下することにより、１パス目の第１教示点に対応する２パス目における溶接トーチ１４の教示点での位置姿勢が記憶部２３に記憶される。併せて、ロボット制御装置ＲＣは、１パス目の第１教示点と２パス目の対応する教示点における位置姿勢との差分が、オフセット値として記憶部２３のファイルに記憶される。
【００４４】
続いて、ＳＴ８では、オペレータはＳＴ６と同様にティーチペンダントＴＰを使用してジョグ送りモードを選択し、ジョグ送りで、すなわち、手動操作でマニピュレータ１１を動作させて溶接トーチ１４を３パス目のオフセット予定位置に位置させる。
【００４５】
この手動操作の際、オペレータは１パス目における第１教示点（この場合はｍ＝１）に対応する３パス目のオフセット予定位置に移動させるように、本実施形態の開先形状の設計図面から得られる理想的な目標オフセット値に基づき、移動操作する。
【００４６】
３パス目の目標オフセット値は、１パス目の第１教示点からのオフセットの値であり、大地溶接線座標系の座標値で２パス目と同様に設定されている。そして、ティーチペンダントＴＰの表示装置（図示しない）には、マニピュレータ１１の各関節軸に設けられた図示しないロータリーエンコーダ等の角度センサの検出値（回転角度）とリンクのそれぞれの長さに基づいて算出されて得られた溶接トーチ１４の位置が、大地溶接線座標系の座標値で表示される。オペレータは、前記表示装置で表示された溶接トーチ１４の大地溶接線座標系のその時々の座標値を参照して、マニピュレータ１１の手動操作を行い、溶接トーチ１４を３パス目のオフセット予定位置に位置させる。
【００４７】
このようにして溶接トーチ１４を３パス目のオフセット予定位置に位置させた後、ＳＴ９において、ティーチペンダントＴＰの操作面に設けられた記憶キー（図示しない）を押下することにより、１パス目の第１教示点に対応する３パス目における溶接トーチ１４の教示点での位置姿勢が記憶部２３に記憶される。併せて、ロボット制御装置ＲＣは、１パス目の第１教示点と３パス目の対応する教示点における位置姿勢との差分が、オフセット値として記憶部２３のファイルに記憶される。
【００４８】
以下、２パス目、３パス目と同様にして、ＳＴｎでは、Ｎパス目の位置へ手動操作でマニピュレータ１１を手動操作して溶接トーチ１４をオフセット予定位置に位置させる。又、２パス目、３パス目と同様にして、ＳＴn+1では、ティーチペンダントＴＰの操作面に設けられた記憶キー（図示しない）を押下することにより、１パス目の第１教示点に対応するＮパス目における溶接トーチ１４の位置姿勢が記憶部２３に記憶される。併せて、ロボット制御装置ＲＣは、１パス目の第１教示点とＮパス目の対応する教示点における位置姿勢との差分が、オフセット値として記憶部２３のファイルに記憶される。
【００４９】
１パス目の第ｍ教示点（この場合はｍ＝１）に対応する多層盛溶接の全パスにおける教示点での溶接トーチ１４のオフセット値の記録が終了すると、続く、ＳＴn+2では、１パス目の次の教示点（この場合はｍ＝２）の教示処理のための準備がされて、ＳＴ３に戻る。
【００５０】
ＳＴ３に戻ると、以下、同様にＳＴ４〜ＳＴn+2の操作や処理を繰り返す。
そして、最終的に１パス目の第Ｍ教示点に関するＳＴ４〜ＳＴn+2の操作や処理が終了してＳＴ３において、ｍ＞Ｍとなったとき、オペレータはこの一連の処理を終了する。
【００５１】
又、上記のように構成された記憶部２３のファイルに記憶された２パス目以上の各パスにおける各教示点における溶接トーチ１４の位置姿勢（オフセット値）は、アーク溶接が行われる再生時には、ロボット制御装置ＲＣにおいて下記のように算出される。
【００５２】
１パス目の第Ｍ教示点の位置姿勢［Ｐ，Ｒ］とする。なお、１パス目の位置姿勢は基準座標系はロボットベース座標系である。
Ｎパス目の第Ｍ教示点のオフセット値を（x,y,z,a,b,c）とする。
【００５３】
１パス目のＭ，Ｍ＋１の２教示点から、ロボットベース座標系で大地溶接線座標［wｎ、wｏ、wａ、wＰM］を算出する。
Ｎパス目の第Ｍ教示点の位置Ｐは、
Ｐ＝wＰM＋wｎ・ｘ＋wｏ・ｙ＋wａ・ｚ
となる。
【００５４】
Ｎパス目の第Ｍ教示点の姿勢Ｒは、
Ｒ＝wＲｙ・RPY(a,b,c)・yＲm
となる。ただし、
wＲｙ＝[wｎ、wｏ、wａ]
yＲm＝大地溶接線座標から見た１パス目のＭ教示点の姿勢
RPY(a,b,c)は、ロール、ピッチ、ヨー角による変換行列である。
【００５５】
（オフセット値の確認・手動修正）
なお、前記のようにして教示されたオフセット値の確認は、オペレータが、ティーチペンダントＴＰを使用して、記憶部２３に格納した前記ファイルを読み出して１パス目の各教示点に溶接トーチ１４を移動させた後、溶接トーチ１４を２パス目以降の各パスのオフセット値を反映した教示点へ手動による再生運転操作することにより行われる。
【００５６】
なお、前記再生運転操作で、２パス目以降の各パスのオフセット値を反映した教示点を修正する場合、前述した２パス目以降の各パスでの手動による操作と同様に、オペレータは大地溶接線座標基準で手動操作し、希望するオフセット予定位置へ溶接トーチ１４を移動させた後、記憶キーの操作を行う。このことによって、記憶部２３の当該パスの教示点における溶接トーチ１４の位置姿勢のオフセット値が修正される。
【００５７】
さて、本実施形態によれば、以下のような特徴がある。
（１）  本実施形態の溶接線教示方法は、図５に示すようにＳＴ１で溶接線を教示し、ＳＴ２で前記溶接線上のＺｓ軸に直交するとともに開先形状に関係し、非トーチ中心軸であるＸｓ軸（基準軸）を教示する。そして、ＳＴ５において、前記教示された溶接線上の軸であるＺs軸とＸｓ軸（基準軸）の両軸に共に直交するＹｓ軸からなる大地溶接線座標（溶接線座標）を設定するようにした。
【００５８】
この結果、溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値を教示する際、好適に大地溶接線座標（溶接線座標）を設定することができる。
（２）  本実施形態の溶接線教示方法は、さらに、Ｘｓ軸（基準軸）が、開先形状を形成する面に含まれる軸であるようにした。この結果、Ｘｓ軸（基準軸）が開先形状を形成する面に含まれる軸である大地溶接線座標（溶接線座標）を好適に設定することができる。
【００５９】
（３）  本実施形態の溶接線教示方法は、図５に示すようにＳＴ５において、溶接線上の軸（Ｚs軸）が、溶接線上の１つの教示点（ｍ点）と、該教示点（ｍ点）に隣り合う教示点（ｍ＋１点）とで教示されることにより溶接線座標を好適に設定することができる。
【００６０】
（４）  本実施形態の溶接線教示方法では、Ｘｓ軸（基準軸）が、ワールド座標系（絶対座標系）における大地と直交するＺΣ軸と平行となる。
この結果、絶対座標系における大地と直交する軸をＸｓ軸（基準軸）とした溶接線座標を好適に設定することができる。
【００６１】
（５）  本実施形態の溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法では、第１ステップとして、多層盛溶接の１パス目の各教示点で結ばれる線を溶接線とし、前述した溶接線座標の教示方法で大地溶接線座標を設定するようにした。図５に示すようにＳＴ４において、第２ステップとして、１パス目のｍ（ｍ＝１，……Ｍ）点目の教示点位置に大地溶接線座標を基準にして溶接トーチ１４を手動操作で移動するようにした。さらに、第３ステップとして、１パス目のｍ点目の教示点位置から２パス目以降の各パスの対応するオフセット予定位置へ前記大地溶接線座標を基準にして溶接トーチ１４を手動操作で移動させるようにした（図５のＳＴ６，ＳＴ８，ＳＴn等を参照）。又、第３ステップとして、前記各パスにおけるオフセット予定位置に溶接トーチ１４が移動する毎に、該溶接トーチ１４の位置を教示し、１パス目の位置・姿勢との差分を、２パス目以降の各パスにおける前記大地溶接線座標を基準にしたオフセット値として記録するようにした（図５のＳＴ７，ＳＴ９，ＳＴn+1等を参照）。
【００６２】
この結果、本実施形態によれば、自動でオフセット値の生成機能を持たないアーク溶接ロボットにおいて、多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法を実行する際、２パス目以降の溶接線におけるオフセット値の教示作業の効率アップを図ることができる。
【００６３】
特に、ポジショナー等で溶接時の開先を上向きに位置決めされる、或いは、床面に置かれたワークなど、特定の方向に開先が向いている厚板の多層盛溶接の教示作業では、２パス目以降の教示点のオフセット値を教示（又は修正）する場合、トーチ姿勢に関係せず、開先形状に沿った方向に動作するため、教示作業の効率がアップできる。
【００６４】
（６）  本実施形態の溶接ロボットの多層盛溶接におけるオフセット値の教示方法では、第２ステップとして、１パス目のｍ点目の教示位置に移動した際に、ｍ点から（ｍ＋１）点方向を新たな溶接線上の軸として溶接線上の軸を設定して、大地溶接線座標を更新するようにした。
【００６５】
この結果、溶接線が非直線である場合に、隣接する教示点間を結ぶ線を新たな溶接線上の軸を設定することにより大地溶接線座標を更新でき、更新後の溶接線座標を基準にして２パス目以降の溶接線におけるオフセット値の教示作業の効率アップを図ることができる。
【００６６】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○  前記実施形態では、６軸の溶接ロボットのマニピュレータ１１は６軸としたが、６軸に限定されるものではなく、６軸以外のマニピュレータであってもよい。
【００６７】
○  前記実施形態では、図４のＳＴ２において、オペレータは基準軸としてＸｓ軸を選択（教示）したが、非トーチ中心軸である大地溶接線座標系のＹｓ軸を基準軸として選択（教示）するようにしてもよい。
【００６８】
○  前記実施形態では、すみ肉継手の場合において、大地溶接線座標を設定するようにした。しかし、溶接線座標は大地溶接線座標に限定されるものではない。例えば、上進溶接のように溶接線が大地の重力の作用する向きとは反対方向となる場合、大地溶接線座標の代わりに、溶接線座標のＸs軸の方向を、該溶接線と直交する水平方向に向かうようにしてもよい。
【００６９】
例えば、図７には、ワーク１６の表面に、大地に対して垂直に上方に向かう断面レ字形の溝１６ａを有するレ開先（すなわち、レ形）が示されている。このレ開先の溝１６ａは、一対の内面１６ｂ、１６ｃを有する。
【００７０】
この場合、前記実施形態のフローチャートのＳＴ１では、大地に対して垂直であって上方に向かう方向の溶接線が、１パス目の溶接線としてティーチペンダントＴＰにて教示される。続く、ＳＴ２においては、ティーチペンダントＴＰを使用して、１パス目の溶接線上の点Ｐ１と、点Ｐ１を水平に通過するとともにレ開先を形成する内面１６ｃに含まれる軸線上の点Ｐ２を教示することにより、点Ｐ１・Ｐ２方向を溶接線座標のＸs軸として教示すればよい。
【００７１】
又、図８には、ワーク１６の表面に、大地に対して垂直に上方に向かう断面Ｖ字形の溝１７ａを有するＶ開先（すなわち、Ｖ形）が示されている。このＶ開先の溝１７ａは、一対の内面１７ｂ、１７ｃを有する。
【００７２】
この場合、前記実施形態のフローチャートのＳＴ１では、大地に対して垂直であって上方に向かう方向の溶接線が、１パス目の溶接線としてティーチペンダントＴＰにて教示される。続く、ＳＴ２においては、ティーチペンダントＴＰを使用して、１パス目の溶接線上の点Ｐ１と、点Ｐ１を水平に通過するとともにＶ開先を形成する両内面１７ｂ，１７ｃ間に位置する軸線上の点Ｐ２を教示することにより、点Ｐ１・Ｐ２方向を溶接線座標のＸs軸として教示すればよい。
【００７３】
○  前記実施形態では、図４のフローチャートのＳＴ４〜ＳＴn+1で説明したように２パス目以降の教示点のオフセット値を教示操作により得るようにしたが、下記のようにしてもよい。
【００７４】
溶接線座標としての大地溶接線座標の基準軸が開先形状に関係しているため、前述のような教示操作を行うことなく、２パス目以降の教示点のオフセット値を数値入力してもよい。この場合、予め、一般的な開先（例えば、すみ肉、Ｖ開先、レ開先等）に関する寸法を予め定めておいて、記憶部２３に格納しておき、その寸法に基づいて開先形状をティーチペンダントＴＰの表示装置の画面に表示するようにオペレータはキーボード操作する。そして、前記表示装置の画面上において、２パス目以降の各教示点のオフセット値を大地溶接線座標系の数値で入力する。この入力されたオフセット値が記憶部２３のファイルに格納される。
【００７５】
なお、数値入力によって、２パス目以降の各パスのオフセット値を反映した教示点の位置を確認する場合は、前記実施形態と同様に手動による再生運転操作により行えばよい。
又、２パス目以降の教示点のオフセット値の数値入力が行われた後、該教示点のオフセット値の修正を行う場合には、前記実施形態と同様に教示操作により、行ったり、或いは、修正対象のファイルを読み出して、ティーチペンダントＴＰの表示装置の画面上でオフセット値を再入力するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明を具体化した一実施形態のアーク溶接ロボット及びそのロボット制御装置ＲＣの構成を示す概略図。
【図２】大地溶接線座標、ロボットベース座標及びワールド座標の関係を示す概略図。
【図３】ロボット制御装置ＲＣのブロック図。
【図４】すみ肉溶接の説明図。
【図５】多層盛溶接におけるオフセット値の教示手順のフローチャート。
【図６】マニピュレータ１１に関するワールド座標系、ロボットベース座標系、ツール座標系及び溶接線座標系からなる各座標系との関係を図示した座標系関係図。
【図７】他の実施形態の開先形状と溶接線座標との関係を示す説明図。
【図８】他の実施形態の開先形状と溶接線座標との関係を示す説明図。
【図９】従来の溶接線座標と開先形状との説明図。
【符号の説明】
【００７７】
１１…マニピュレータ、１２…ベース部材、１３…アーム、１４…溶接トーチ、１６…ワーク、２３…記憶部、ＲＣ…ロボット制御装置、Σ…ワールド座標系の基準位置、Ｗ…ロボットベース座標の基準位置、Ｓ…溶接位置。
【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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【図８】
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【図９】
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