特開 2024-104968 溶接システム及び溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024104968

(43)【公開日】2024-08-06

(54)【発明の名称】溶接システム及び溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/082 20140101AFI20240730BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240730BHJP

【ＦＩ】

B23K26/08 H

B23K26/00 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023009439

(22)【出願日】2023-01-25

(71)【出願人】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】林本 和也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 和隆

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168BA00

4E168CA07

4E168CB03

4E168CB08

4E168EA17

4E168FB01

(57)【要約】

【課題】ティーチングを簡略化しつつワークを精度よく溶接することができる溶接システムを提供する。
【解決手段】溶接対象のワークＷの溶接箇所における溶接開始点ＷＰ２の上方には第１の教示点ＴＰ２が設定され、溶接箇所における溶接終了点ＷＰ３の上方には第２の教示点ＴＰ３が設定されている。ロボットコントローラは、第１の教示点ＴＰ２及び第２の教示点ＴＰ３に基づいて、溶接開始点ＷＰ２から溶接終了点ＷＰ３まで、力覚センサが検出する力が特定値を維持することにより、ノズル２１の先端が溶接箇所から離隔して、ノズル２１の先端から溶接箇所までの距離を第１の距離に保った状態で溶接トーチ２を移動させるよう、多関節ロボットの動きを制御する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接トーチが取り付けられ、前記溶接トーチを移動させる多関節ロボットと、
前記多関節ロボットに取り付けられ、前記溶接トーチの移動に伴って変動する前記溶接トーチにかかる力を検出する力覚センサと、
前記溶接トーチにレーザビームを供給するレーザ発振器と、
前記多関節ロボットの動きを制御し、前記溶接トーチのノズルからレーザビームを射出させるオン操作信号と、前記ノズルからのレーザビームの射出を停止させるオフ操作信号とを出力するロボットコントローラと、
前記オン操作信号に従って前記ノズルからレーザビームを射出させ、前記オフ操作信号に従って前記ノズルからのレーザビームの射出を停止させるよう制御する制御装置と、
を備え、
前記ロボットコントローラは、溶接対象のワークの溶接箇所における溶接開始点の上方に設定した第１の教示点と、前記溶接箇所における溶接終了点の上方に設定した第２の教示点とに基づいて、前記溶接開始点から前記溶接終了点まで、前記力覚センサが検出する力が特定値を維持することにより、前記ノズルの先端が前記溶接箇所から離隔して、前記先端から前記溶接箇所までの距離を第１の距離に保った状態で前記溶接トーチを移動させるよう、前記多関節ロボットの動きを制御する
溶接システム。

【請求項2】

前記ロボットコントローラは、
前記溶接箇所の溶接前のティーチングで設定された、前記溶接開始点の上方に設定された第１の教示点と、前記溶接終了点の上方に設定された第２の教示点とを含む複数の教示点に基づいて前記多関節ロボットを動かす加工プログラムを作成し、
前記加工プログラムに従って、前記ノズルの前記先端を前記第１の教示点に位置させた後、前記力覚センサが検出する力が前記特定値となるまで前記溶接トーチを下降させて、前記制御装置に前記オン操作信号を供給し、
前記加工プログラムに従って、前記第２の教示点の下方の前記力覚センサが検出する力が前記特定値となる位置で、前記制御装置に前記オフ操作信号を供給する
請求項１に記載の溶接システム。

【請求項3】

前記レーザ発振器はガイド光を射出するガイド光源を有し、
前記ティーチング時に前記溶接トーチは前記ノズルから前記ガイド光を射出し、
前記第１の教示点は、前記ガイド光が前記溶接開始点に照射されている状態で、前記ノズルの前記先端が前記溶接開始点から前記第１の距離よりも長い第２の距離だけ離隔した位置であり、
前記第２の教示点は、前記ガイド光が前記溶接終了点に照射されている状態で、前記ノズルの前記先端が前記溶接終了点から前記第１の距離よりも長い第３の距離だけ離隔した位置である
請求項２に記載の溶接システム。

【請求項4】

多関節ロボットの動きを制御するロボットコントローラが、
前記多関節ロボットに取り付けられている溶接トーチのノズルの先端を、溶接対象のワークの溶接箇所における溶接開始点の上方に位置する第１の教示点に移動させるよう前記多関節ロボットを制御し、
前記多関節ロボットに取り付けられている力覚センサが検出する、前記溶接トーチの移動に伴って変動する前記溶接トーチにかかる力が特定値となるまで前記溶接トーチを下降させるよう前記多関節ロボットを制御して、前記ノズルの前記先端を、前記溶接開始点から第１の距離だけ離隔したビーム射出開始位置に位置させ、
前記ビーム射出開始位置で前記ノズルからのレーザビームの射出を開始するようレーザ発振器を制御し、
前記力覚センサが検出する力が前記特定値を維持することにより、前記レーザビームを射出する前記ノズルの前記先端から前記溶接箇所までの距離が前記第１の距離を保った状態で前記溶接トーチを移動させて前記溶接箇所を溶接するよう、前記先端が前記ビーム射出開始位置から前記溶接箇所における溶接終了点の上方に位置する第２の教示点の下方のビーム射出停止位置まで移動するように前記多関節ロボットを制御し、
前記ビーム射出停止位置で前記ノズルからの前記レーザビームの射出を停止するよう前記レーザ発振器を制御する
溶接方法。

【請求項5】

前記溶接箇所の溶接前のティーチングで、前記溶接トーチを手で動かして、前記ロボットコントローラに前記第１及び第２の教示点を教示し、
前記ロボットコントローラが、
前記第１及び第２の教示点を含む複数の教示点に基づいて前記多関節ロボットを動かす加工プログラムを作成し、
前記加工プログラムに従って、前記多関節ロボットを制御し、前記レーザ発振器を制御する
請求項４に記載の溶接方法。

【請求項6】

前記ティーチングで前記ロボットコントローラに前記第１及び第２の教示点を教示するとき、前記ノズルからガイド光を射出させ、
前記ガイド光が前記溶接開始点に照射されている状態で、前記ノズルの前記先端が前記溶接開始点から前記第１の距離よりも長い第２の距離だけ離隔した位置を前記第１の教示点とし、
前記ガイド光が前記溶接終了点に照射されている状態で、前記ノズルの前記先端が前記溶接終了点から前記第１の距離よりも長い第３の距離だけ離隔した位置を前記第２の教示点とする
請求項５に記載の溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接システム及び溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットのアームの先端に取り付けられた溶接トーチのノズルからレーザビームを射出して、ワークを溶接することがある。このとき、オペレータは、ワークを溶接する前に、ワークの溶接箇所の複数の位置にノズルの先端を接触させて、ロボットを制御するロボットコントローラに溶接箇所を教示するティーチングを行う必要がある。特許文献１には、力覚センサ及び接触センサを用いるティーチングが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７－２４７５８号公報

【特許文献2】特開２００３－２６６１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の従来のティーチングにおいては、ワークの溶接箇所とノズルの先端の位置とを一致させる必要がある。このようなティーチングは煩雑であり、オペレータにとって大きな負担である。ティーチングを簡略化しつつワークを精度よく溶接することができる溶接システム及び溶接方法の登場が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

１またはそれ以上の実施形態の第１の態様は、溶接トーチが取り付けられ、前記溶接トーチを移動させる多関節ロボットと、前記多関節ロボットに取り付けられ、前記溶接トーチの移動に伴って変動する前記溶接トーチにかかる力を検出する力覚センサと、前記溶接トーチにレーザビームを供給するレーザ発振器と、前記多関節ロボットの動きを制御し、前記溶接トーチのノズルからレーザビームを射出させるオン操作信号と、前記ノズルからのレーザビームの射出を停止させるオフ操作信号とを出力するロボットコントローラと、前記オン操作信号に従って前記ノズルからレーザビームを射出させ、前記オフ操作信号に従って前記ノズルからのレーザビームの射出を停止させるよう制御する制御装置とを備え、前記ロボットコントローラは、溶接対象のワークの溶接箇所における溶接開始点の上方に設定した第１の教示点と、前記溶接箇所における溶接終了点の上方に設定した第２の教示点とに基づいて、前記溶接開始点から前記溶接終了点まで、前記力覚センサが検出する力が特定値を維持することにより、前記ノズルの先端が前記溶接箇所から離隔して、前記先端から前記溶接箇所までの距離を第１の距離に保った状態で前記溶接トーチを移動させるよう、前記多関節ロボットの動きを制御する溶接システムを提供する。

【0006】

１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、溶接対象のワークの溶接箇所における溶接開始点の上方に第１の教示点を設定し、溶接終了点の上方に第２の教示点を設定すればよいので、ティーチングが容易である。１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、力覚センサが検出する力に基づいてノズルの先端から溶接箇所までの距離を第１の距離に保った状態で溶接箇所を溶接するので、ワークを精度よく溶接することが可能である。

【0007】

１またはそれ以上の実施形態の第２の態様は、多関節ロボットの動きを制御するロボットコントローラが、前記多関節ロボットに取り付けられている溶接トーチのノズルの先端を、溶接対象のワークの溶接箇所における溶接開始点の上方に位置する第１の教示点に移動させるよう前記多関節ロボットを制御し、前記多関節ロボットに取り付けられている力覚センサが検出する、前記溶接トーチの移動に伴って変動する前記溶接トーチにかかる力が特定値となるまで前記溶接トーチを下降させるよう前記多関節ロボットを制御して、前記ノズルの前記先端を、前記溶接開始点から第１の距離だけ離隔したビーム射出開始位置に位置させ、前記ビーム射出開始位置で前記ノズルからのレーザビームの射出を開始するようレーザ発振器を制御し、前記力覚センサが検出する力が前記特定値を維持することにより、前記レーザビームを射出する前記ノズルの前記先端から前記溶接箇所までの距離が前記第１の距離を保った状態で前記溶接トーチを移動させて前記溶接箇所を溶接するよう、前記先端が前記ビーム射出開始位置から前記溶接箇所における溶接終了点の上方に位置する第２の教示点の下方のビーム射出停止位置まで移動するように前記多関節ロボットを制御し、前記ビーム射出停止位置で前記ノズルからの前記レーザビームの射出を停止するよう前記レーザ発振器を制御する溶接方法を提供する。

【0008】

１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、溶接対象のワークの溶接箇所における溶接開始点の上方に第１の教示点を設定し、溶接終了点の上方に第２の教示点を設定すればよいので、ティーチングが容易である。１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、力覚センサが検出する力に基づいてノズルの先端から溶接箇所までの距離を第１の距離に保った状態で溶接箇所を溶接するので、ワークを精度よく溶接することが可能である。

【発明の効果】

【0009】

１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システム及び溶接方法によれば、ティーチングを簡略化しつつワークを精度よく溶接することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムを示す概略的な構成図である。

【図2】図２は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムを示す斜視図である。

【図3】図３は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムで用いる溶接トーチを示す斜視図である。

【図4】図４は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムにおけるティーチングの一例を示す図である。

【図5】図５は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムにおけるティーチングの一例の部分拡大図である。

【図6】図６は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムにおいて、多関節ロボットがティーチングで設定された複数の教示点に基づいて溶接トーチを移動させてワークの溶接箇所を溶接する溶接工程を示す図である。

【図7】図７は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムにおいて、多関節ロボットがティーチングで設定された複数の教示点に基づいて溶接トーチを移動させてワークの溶接箇所を溶接する溶接工程を側面から見た状態を示す図である。

【図8】図８は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムによって溶接されたワークを示す斜視図である。

【図9】図９は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接方法を示すフローチャートである。

【図10A】図１０Ａは、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムによるワークの曲面に沿った溶接箇所の溶接を示す図である。

【図10B】図１０Ｂは、ワークの曲面に沿った溶接箇所を溶接することができない比較例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システムは、多関節ロボット、力覚センサ、レーザ発振器、ロボットコントローラ、制御装置を備える。多関節ロボットには溶接トーチが取り付けられ、溶接トーチを移動させる。力覚センサは多関節ロボットに取り付けられ、溶接トーチの移動に伴って変動する溶接トーチにかかる力を検出する。レーザ発振器は、溶接トーチにレーザビームを供給する。ロボットコントローラは、多関節ロボットの動きを制御し、溶接トーチのノズルからレーザビームを射出させるオン操作信号と、ノズルからのレーザビームの射出を停止させるオフ操作信号とを出力する。制御装置は、オン操作信号に従ってノズルからレーザビームを射出させ、オフ操作信号に従ってノズルからのレーザビームの射出を停止させるよう制御する。

【0012】

ロボットコントローラは、溶接対象のワークの溶接箇所における溶接開始点の上方に設定した第１の教示点と、溶接箇所における溶接終了点の上方に設定した第２の教示点とに基づいて、溶接開始点から溶接終了点まで、力覚センサが検出する力が特定値を維持することにより、ノズルの先端が前記溶接箇所から離隔して、先端から溶接箇所までの距離を第１の距離に保った状態で溶接トーチを移動させるよう、多関節ロボットの動きを制御する。

【0013】

１またはそれ以上の実施形態に係る溶接方法において、多関節ロボットの動きを制御するロボットコントローラは、多関節ロボットに取り付けられている溶接トーチのノズルの先端を、溶接対象のワークの溶接箇所における溶接開始点の上方に位置する第１の教示点に移動させるよう多関節ロボットを制御する。１またはそれ以上の実施形態に係る溶接方法において、ロボットコントローラは、多関節ロボットに取り付けられている力覚センサが検出する、溶接トーチの移動に伴って変動する溶接トーチにかかる力が特定値となるまで溶接トーチを下降させるよう多関節ロボットを制御して、ノズルの先端を、溶接開始点から第１の距離だけ離隔したビーム射出開始位置に位置させる。

【0014】

１またはそれ以上の実施形態に係る溶接方法において、ロボットコントローラは、ビーム射出開始位置でノズルからのレーザビームの射出を開始するようレーザ発振器を制御する。１またはそれ以上の実施形態に係る溶接方法において、ロボットコントローラは、力覚センサが検出する力が特定値を維持することにより、レーザビームを射出するノズルの先端から溶接箇所までの距離が第１の距離を保った状態で溶接トーチを移動させて溶接箇所を溶接するよう、先端がビーム射出開始位置から溶接箇所における溶接終了点の上方に位置する第２の教示点の下方のビーム射出停止位置まで移動するように多関節ロボットを制御する。１またはそれ以上の実施形態に係る溶接方法において、ロボットコントローラは、ビーム射出停止位置でノズルからのレーザビームの射出を停止するようレーザ発振器を制御する。

【0015】

以下、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システム及び溶接方法について、添付図面を参照して具体的に説明する。

【0016】

図１～図３を用いて、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システム１００の構成を説明する。図１は溶接システム１００を示す概略的な構成図であり、図２は、溶接システム１００を示す斜視図である。図３は、溶接システム１００で用いる溶接トーチ２を示している。

【0017】

図１及び図２に示すように、溶接システム１００は、ハンディレーザ溶接機１、溶接トーチ２、多関節ロボット３、力覚センサ４、ロボットコントローラ５、制御装置６、表示器７を備える。ロボットコントローラ５は、例えばＮＣ（Numerical Control）装置で構成することができる。制御装置６は回路で構成されていてもよいし、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）で構成されていてもよい。

【0018】

図２に示すように、多関節ロボット３及びロボットコントローラ５に隣接して、溶接対象のワークＷを載置するテーブル２００が配置されている。ワークＷは互いに溶接される少なくとも２枚の板金である。オペレータ３００は、顔を保護する保護面３１０を装着して、ワークＷを溶接する前の後述するティーチングによって多関節ロボット３を動かすための複数の教示点を設定する。

【0019】

ハンディレーザ溶接機１は、オペレータ３００が溶接トーチ２を手で持ちながら任意のワークを溶接する際に用いられる。ハンディレーザ溶接機１と共に使用する溶接トーチ２をトーチ操作装置２０によって多関節ロボット３のアームの先端に取り付けることができる。多関節ロボット３のアームには、力覚センサ４が取り付けられている。多関節ロボット３は例えば６軸のロボットである。力覚センサ４は、溶接トーチ２の移動に伴って変動する溶接トーチ２にかかる力を検出する。

【0020】

図３に示すように、溶接トーチ２の先端には、レーザビームまたはガイド光を射出するノズル２１が設けられている。溶接トーチ２は、レーザビームを射出するための射出ボタンを備える。トーチ操作装置２０は、溶接トーチ２を多関節ロボット３に固定する機構と、射出ボタンを押し込む機構とを有する。

【0021】

図１に示すように、ハンディレーザ溶接機１は、レーザ発振器１１とシールドガス供給装置１２とを有する。レーザ発振器１１は、ガイド光を射出するためのガイド光源１１１を有する。レーザ発振器１１と溶接トーチ２とは、レーザビームまたはガイド光を伝送するための光ファイバ１０１で連結されている。シールドガス供給装置１２と溶接トーチ２とは、シールドガスを供給するシールドガス供給管１０２で連結されている。溶接トーチ２とハンディレーザ溶接機１とは、さらにトーチ信号線１０３で連結されている。

【0022】

溶接トーチ２の射出ボタンがオペレータ３００によって操作されるか、後述するように制御装置６による制御によって射出ボタンが操作されると、レーザビームの射出を要求する要求信号がトーチ信号線１０３を介して溶接トーチ２からハンディレーザ溶接機１へと供給される。レーザ発振器１１は、ハンディレーザ溶接機１に要求信号が入力されると、光ファイバ１０１を介してレーザビームを溶接トーチ２に供給する。ノズル２１がワークＷに接触すると、溶接トーチ２からハンディレーザ溶接機１へと接触検出信号がトーチ信号線１０３を介してハンディレーザ溶接機１へと供給されてもよい。

【0023】

オペレータ３００は、後述のようにワークＷの溶接箇所に対応する教示点を設定するティーチングを行う。ロボットコントローラ５は、ティーチングで設定された教示点に基づいて多関節ロボット３を動かす加工プログラムを作成し、加工プログラムに従って多関節ロボット３の動きを制御する。

【0024】

ロボットコントローラ５と制御装置６とはトーチ操作信号線１０５で連結されており、制御装置６と溶接トーチ２とはトーチ操作信号線１０６で連結されている。ロボットコントローラ５は、ティーチングで設定されたレーザビームの射出をオンするよう指令した教示点（オン指令教示点）に対応して設定される、後述するビーム射出開始位置で射出ボタンを押下するオン操作信号を、トーチ操作信号線１０５を介して制御装置６に供給する。制御装置６は、ロボットコントローラ５から供給されたオン操作信号を、トーチ操作信号線１０６を介して溶接トーチ２に供給する。

【0025】

これにより、溶接トーチ２の射出ボタンが押下されて、レーザビームの射出を要求する要求信号がハンディレーザ溶接機１へと供給されるので、ノズル２１からレーザビームが射出される。

【0026】

ロボットコントローラ５は、ティーチングで設定されたレーザビームの射出をオフするよう指令した教示点（オフ指令教示点）に対応して設定される、後述するビーム射出停止位置で射出ボタンの押下を解除するオフ操作信号を、トーチ操作信号線１０５を介して制御装置６に供給する。制御装置６は、ロボットコントローラ５から供給されたオフ操作信号を、トーチ操作信号線１０６を介して溶接トーチ２に供給する。これにより、溶接トーチ２の射出ボタンの押下が解除されて、ノズル２１からのレーザビームの射出が停止する。

【0027】

このように、ロボットコントローラ５は、ビーム射出開始位置でノズル２１からのレーザビームの射出を開始するようレーザ発振器１１を間接的に制御し、ビーム射出停止位置でレーザビームの射出を停止するようレーザ発振器１１を間接的に制御する。ロボットコントローラ５が、ビーム射出開始位置でノズル２１からのレーザビームの射出を開始するようレーザ発振器１１を直接的に制御し、ビーム射出停止位置でレーザビームの射出を停止するようレーザ発振器１１を直接的に制御するよう構成されていてもよい。

【0028】

ロボットコントローラ５と表示器７とは、表示信号線１０７で連結されている。表示器７は、ロボットコントローラ５が作成した加工プログラムを表示したり、多関節ロボット３の状態を表示したりする。なお、表示器７は、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システム１００に必須の構成ではない。制御装置６とハンディレーザ溶接機１とは、制御信号線１０４で連結されている。制御装置６は安全回路を内蔵しており、多関節ロボット３に異常が発生したときに、レーザ発振器１１を停止させる制御信号を、制御信号線１０４を介してレーザ発振器１１に供給する。

【0029】

図４及び図５を用いて、オペレータ３００が行うワークＷの溶接箇所を教示するティーチングを具体的に説明する。図４は溶接システム１００におけるティーチングの一例を示し、図５はティーチングの一例を部分的に拡大して示している。図２では図示を省略しているが、溶接システム１００はパーティションで囲われている。

【0030】

ハンディレーザ溶接機１は安全装置を備えている。保護面３１０は静電容量型の近接センサを内蔵している。オペレータ３００が保護面３１０を装着すると、近接センサはオペレータ３００の額を近接で検出する。これにより、近接センサは保護面３１０がオペレータ３００に装着された状態であることを検出し、保護面３１０はオペレータ３００に装着された状態であることを示す信号を無線または有線でハンディレーザ溶接機１に送信する。保護面３１０は、バイザが下りていることを検出するセンサによってオペレータ３００に装着された状態であることを検出してもよい。

【0031】

パーティションのドアには開閉を検出するセンサが設けられている。ドアの開または閉を示す信号は有線にてハンディレーザ溶接機１に送信される。ハンディレーザ溶接機１は、制御装置６が多関節ロボット３の異常の発生を検出しておらず、オペレータ３００が保護面３１０を装着しており、パーティションのドアが閉められているとき、安全装置を解除して、溶接トーチ２のノズル２１からガイド光を射出するように構成されている。

【0032】

図４に示すように、ワークＷは互いに溶接される板金Ｗ１及びＷ２であり、左端部の溶接開始点ＷＰ２から右端部の溶接終了点ＷＰ３までの直線が溶接箇所である。オペレータ３００は、溶接トーチ２を手で動かして、ワークＷの左上方の所定の位置にノズル２１の先端の位置として１つ目の教示点ＴＰ１を設定する。オペレータ３００が多関節ロボット３に設けられている登録ボタンを押すことによって、そのときのノズル２１の先端の位置が教示点ＴＰ１として登録されて、所定の位置にある溶接トーチ２を教示点ＴＰ１へと移動させる移動指令が加工プログラムに挿入される。

【0033】

続けて、オペレータ３００は、溶接開始点ＷＰ２の上方にノズル２１の先端を位置させて、２つ目の教示点ＴＰ２（第１の教示点）を設定する。オペレータ３００が登録ボタンを押すことによって教示点ＴＰ２が登録され、溶接トーチ２を教示点ＴＰ２へと移動させる移動指令が加工プログラムに挿入される。オペレータ３００は、多関節ロボット３が有する指令作成機能によって、教示点ＴＰ２をレーザビームの射出を開始する教示点として指令する。教示点ＴＰ２をオン指令教示点と称することとする。

【0034】

後述するように、ノズル２１の先端の位置が教示点ＴＰ２に移動するとレーザビームの射出が開始されるのではなく、ノズル２１の先端が溶接開始点ＷＰ２に向かって力覚センサ４の値が閾値に達するまで下降した位置でレーザビームの射出が開始される。教示点ＴＰ２をオン指令教示点に設定すると、溶接トーチ２を教示点ＴＰ２へと移動させる移動指令に続けて、溶接トーチ２を力覚センサ４の値が閾値に達するまで下降させる指令と、溶接トーチ２の下降が完了したらレーザビームの射出をオンする指令が加工プログラムに挿入される。

【0035】

図５に示すように、ノズル２１の先端からはガイド光Ｌｇが射出されている。ノズル２１がワークＷ上にガイド光Ｌｇを照射する位置は、ノズル２１がワークＷ上にレーザビームを照射する位置と同じである。オペレータ３００は、ノズル２１の先端をワークＷから所定の距離だけ離隔した状態で、溶接開始点ＷＰ２にガイド光Ｌｇが照射されるように溶接トーチ２を位置決めして、教示点ＴＰ２を設定する。ガイド光Ｌｇを用いて溶接開始点ＷＰ２の位置を決定して教示点ＴＰ２を設定することにより、教示点ＴＰ２と溶接開始点ＷＰ２とが高さ方向に異なる２つの平面内の同じ平面的な位置で対向する。

【0036】

さらに、図４において、オペレータ３００は、ノズル２１の先端をワークＷから所定の距離だけ離隔した状態で、溶接終了点ＷＰ３にガイド光Ｌｇが照射されるように溶接トーチ２を位置決めして、３つ目の教示点ＴＰ３（第２の教示点）を設定する。ガイド光Ｌｇを用いて溶接終了点ＷＰ３の位置を決定して教示点ＴＰ３を設定することにより、教示点ＴＰ３と溶接終了点ＷＰ３とが高さ方向に異なる２つの平面内の同じ平面的な位置で対向する。オペレータ３００は、教示点ＴＰ３をレーザビームの射出を終了する教示点として指令する。教示点ＴＰ３をオフ指令教示点と称することとする。

【0037】

オペレータ３００が登録ボタンを押すことによって教示点ＴＰ３が登録される。教示点ＴＰ３が登録されると、溶接トーチ２を力覚センサ４の値に基づいてワークＷとの距離を一定に保ちながら、溶接開始点ＷＰ２に近接した位置から溶接終了点ＷＰ３に近接した位置まで移動させて、レーザビームの射出をオフする指令が加工プログラムに挿入される。なお、教示点ＴＰ２におけるワークＷからノズル２１の先端までの距離と、教示点ＴＰ３におけるワークＷからノズル２１の先端までの距離とは同じである必要はない。

【0038】

最後に、オペレータ３００は、ワークＷの右上方の所定の位置に４つ目の教示点ＴＰ４を設定する。オペレータ３００が登録ボタンを押すことによって教示点ＴＰ４が登録され、溶接トーチ２を溶接終了点ＷＰ３に近接した位置から教示点ＴＰ４へと移動指令が加工プログラムに挿入される。オペレータ３００は、少なくともオン指令教示点ＴＰ２及びオフ指令教示点ＴＰ３を含む複数の教示点を設定すればよい。

【0039】

オペレータ３００は、以上の教示点ＴＰ１～ＴＰ４の設定の他に、力覚センサ４が検出する力の大きさを示す値の閾値をロボットコントローラ５に設定する。

【0040】

以上のように、オペレータ３００が、溶接トーチ２が移動を開始して最初に位置させる教示点ＴＰ１、オン指令教示点ＴＰ２、オフ指令教示点ＴＰ３、最後に位置させる教示点ＴＰ４、及び力覚センサ４の閾値を設定すると、ロボットコントローラ５は、次のような加工プログラムを作成する。ロボットコントローラ５が加工プログラムに従って多関節ロボット３を制御し、制御装置６を介してレーザ発振器１１を制御することにより、ワークＷにおける溶接開始点ＷＰ２から右端部の溶接終了点ＷＰ３までの溶接箇所が適切に溶接される。

【0041】

所定の位置にある溶接トーチ２を、ノズル２１の先端が教示点ＴＰ１に位置するように移動させる指令を第１の指令とする。ノズル２１の先端を教示点ＴＰ１からオン指令教示点ＴＰ２まで移動させる指令を第２の指令とする。ノズル２１の先端をオン指令教示点ＴＰ２から鉛直方向下方に、力覚センサ４の値が閾値に達するまで下降させる指令を第３の指令とする。ノズル２１の先端が下降したら、トーチ操作装置２０の射出ボタンを押下するオン操作信号の出力を開始する指令を第４の指令とする。

【0042】

ノズル２１の先端をオン指令教示点ＴＰ２の下方の位置からオフ指令教示点ＴＰ３の下方の位置まで溶接箇所に沿って移動させる指令を第５の指令とする。オフ指令教示点ＴＰ３の下方の位置で、射出ボタンの押下を解除するオフ操作信号を出力する指令を第６の指令とする。ノズル２１の先端をオフ指令教示点ＴＰ３の下方の位置から教示点ＴＰ４まで移動させる指令を第７の指令とする。

【0043】

ロボットコントローラ５は、以上の第１～第７の指令を含む加工プログラムを作成する。ワークＷの溶接箇所を溶接するために、オペレータ３００は加工プログラムを実行するようロボットコントローラ５に指示する。すると、図６に示すように、ロボットコントローラ５は、ノズル２１の先端が教示点ＴＰ１及びオン指令教示点ＴＰ２に順に位置するように多関節ロボット３を制御する。ロボットコントローラ５は、ノズル２１の先端がオン指令教示点ＴＰ２に位置している状態で、溶接トーチ２を鉛直方向下方に下降させる。図６は、多関節ロボット３がティーチングで設定された教示点ＴＰ１～ＴＰ４に基づいて溶接トーチ２を移動させてワークＷの溶接箇所を溶接する溶接工程を示している。

【0044】

図７は、溶接工程を側面から見た状態を示している。図７に示すように、ノズル２１の先端がワークＷに近付いていくと、力覚センサ４の値が閾値に達する位置Ｐｏｎとなり、ロボットコントローラ５は溶接トーチ２の下降を停止させる。この時点で、ロボットコントローラ５は制御装置６にオン操作信号の供給を開始し、制御装置６が溶接トーチ２にオン操作信号を供給して射出ボタンが押下される。これにより、レーザビームの射出を要求する要求信号がハンディレーザ溶接機１へと供給されるから、位置Ｐｏｎでガイド光Ｌｇの射出が停止されてレーザビームの射出が開始される。位置Ｐｏｎをビーム射出開始位置と称することとする。

【0045】

溶接トーチ２がレーザビームを射出している期間、溶接トーチ２にはシールドガス供給装置１２からシールドガスが供給される。よって、ノズル２１の先端からレーザビームが射出されるのに併せて、ノズル２１の先端からシールドガスが噴射される。

【0046】

ロボットコントローラ５は、力覚センサ４の値が閾値に達する状態を維持するように、ノズル２１の先端からワークＷまでの距離を保ちながら、ノズル２１の先端をビーム射出開始位置Ｐｏｎからオフ指令教示点ＴＰ３の下方の位置Ｐｏｆｆまで移動させるよう多関節ロボット３を制御する。ノズル２１の先端が位置Ｐｏｆｆに到達すると、ロボットコントローラ５は制御装置６にオフ操作信号を供給し、制御装置６が溶接トーチ２にオフ操作信号を供給して射出ボタンの押下が解除される。これにより、レーザビームの射出の停止を指示する指示信号がハンディレーザ溶接機１へと供給されるから、位置Ｐｏｆｆでレーザビームの射出が停止される。位置Ｐｏｆｆをビーム射出停止位置と称することとする。

【0047】

力覚センサ４の閾値は、ノズル２１の先端をビーム射出開始位置Ｐｏｎからビーム射出停止位置Ｐｏｆｆまで移動させるときに、力覚センサ４が検出する力を特定値に固定するための値となる。また、力覚センサ４の閾値は、ノズル２１の先端をビーム射出開始位置Ｐｏｎからビーム射出停止位置Ｐｏｆｆまで移動させるときに、ノズル２１の先端からワークＷまでの距離を所定の一定の距離に保つための値となる。ノズル２１の先端からワークＷまで距離が適切な距離となるように力覚センサ４の閾値を加工プログラムに設定すればよい。

【0048】

レーザビームを射出するノズル２１は、ノズル２１の先端からワークＷまで所定の距離を維持しながら、ビーム射出開始位置Ｐｏｎからビーム射出停止位置Ｐｏｆｆまで移動するので、図８に示すようにワークＷの溶接箇所が溶接される。図８は、溶接されたワークＷを示している。ノズル２１の先端がビーム射出停止位置Ｐｏｆｆに到達してレーザビームの射出が停止すると、図６に示すように、ロボットコントローラ５は、ノズル２１の先端をビーム射出停止位置Ｐｏｆｆから教示点ＴＰ４まで移動させるよう多関節ロボット３を制御する。

【0049】

図９に示すフローチャートを用いて、溶接システム１００で実行される１またはそれ以上の実施形態に係る溶接方法を説明する。ロボットコントローラ５が図９に示す処理を実行する前に、上記のようなティーチングによって複数の教示点が設定されている。図６に示す例では、複数の教示点は教示点ＴＰ１～ＴＰ４である。

【0050】

図９において、ロボットコントローラ５が溶接システム１００によるワークＷを溶接する動作を開始すると、ロボットコントローラ５は、ステップＳ１にて、力覚センサ４をリセットする。ロボットコントローラ５は、ステップＳ２にて、溶接トーチ２のノズル２１の先端をオン指令教示点まで移動させる。図６に示す例では、教示点ＴＰ２がオン指令教示点である。ロボットコントローラ５は、ステップＳ３にて、溶接トーチ２の降下を開始させる。

【0051】

ロボットコントローラ５は、ステップＳ４にて、力覚センサ４の値が閾値以上であるか否かを判定する。力覚センサ４の値が閾値以上でなければ（NO）、ロボットコントローラ５はステップＳ４の処理を繰り返す。力覚センサ４の値が閾値以上であれば（YES）、ロボットコントローラ５は、ステップＳ５にて、溶接トーチ２の降下を終了させる。このとき、ノズル２１の先端はビーム射出開始位置に到達する。図６に示す例では、図７に示す位置Ｐｏｎがビーム射出開始位置である。

【0052】

ロボットコントローラ５は、ステップＳ６にて、レーザビームの射出を開始させる。続けて、ロボットコントローラ５は、ステップＳ７にて、溶接トーチ２のノズル２１の先端をオフ指令教示点の下方のビーム射出停止位置まで移動させる。図６に示す例では、図７に示す位置Ｐｏｆｆがビーム射出停止位置である。上記のように、ノズル２１の先端がビーム射出開始位置からビーム射出停止位置まで移動する間、力覚センサ４の値が閾値で決まる特定値となるように、ノズル２１の先端からワークＷまでの距離が一定の距離に制御される。

【0053】

ロボットコントローラ５は、ステップＳ８にて、レーザビームの射出を終了させる。ロボットコントローラ５は、ステップＳ９にて、溶接トーチ２のノズル２１の先端を最後の教示点まで移動させて、処理を終了させる。図６に示す例では、教示点ＴＰ４が最後の教示点である。

【0054】

なお、図６及び図７において、溶接開始点ＷＰ２から溶接終了点ＷＰ３までの溶接箇所の溶接において維持されるノズル２１の先端からワークＷまでの距離を第１の距離とする。図４において、オペレータ３００が溶接開始点ＷＰ２の上方に教示点ＴＰ２を設定するとき、ノズル２１の先端をワークＷから第１の距離よりも長い第２の距離だけ離隔した位置に教示点ＴＰ２を設定すればよい。また、オペレータ３００が溶接終了点ＷＰ３の上方に教示点ＴＰ３を設定するとき、ノズル２１の先端をワークＷから第１の距離よりも長い第３の距離だけ離隔した位置に教示点ＴＰ３を設定すればよい。第２の距離と第３の距離とは同じ距離であってもよいし、異なる距離であってもよい。

【0055】

以上のように、１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システム１００及び溶接方法によれば、ティーチングにおいてワークＷの溶接箇所とノズル２１の先端の位置とを一致させる必要がなく、ワークＷから離隔した所定の高さの位置に教示点を設定すればよいので、ティーチングが容易である。さらに、力覚センサ４が溶接トーチ２にかかる力を検出した値に基づいてノズル２１の先端と溶接箇所との距離を一定に保ちながら溶接箇所を溶接するので、ワークＷを精度よく溶接することが可能である。

【0056】

１またはそれ以上の実施形態に係る溶接システム１００及び溶接方法によれば、ワークＷが曲面であったり、レーザビームの照射による入熱によってワークＷの面に反りが生じたりしたとしても、ノズル２１の先端と溶接箇所との距離を一定に保ちながら溶接箇所を溶接することが可能である。図１０Ａは、ワークＷが曲面であって、その曲面に対して図４及び図６と同様の教示点ＴＰ２及びＴＰ３を設定して、溶接システム１００によってワークＷが溶接される状態を示している。図１０Ｂは比較例であり、ワークＷが曲面であって、その曲面に接触するように教示点ＴＰ２’及びＴＰ３’を設定した場合を示している。

【0057】

図１０Ｂにおいては、教示点ＴＰ２’と教示点ＴＰ３’とを結ぶ直線がワークＷと干渉するので、教示点ＴＰ２’と教示点ＴＰ３’とを結ぶ直線を溶接の軌跡とすることはできない。一方、図１０Ａにおいては、ワークＷの表面から離隔した教示点ＴＰ２及びＴＰ３が設定され、ノズル２１の先端とワークＷの表面との距離を一定に保ちながらワークＷが溶接される。従って、溶接の軌跡がワークＷと干渉することはなく、ワークＷが曲面であっても精度よく溶接することが可能である。

【0058】

本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

【符号の説明】

【0059】

１ ハンディレーザ溶接機
２ 溶接トーチ
３ 多関節ロボット
４ 力覚センサ
５ ロボットコントローラ
６ 制御装置
７ 表示器
１１ レーザ発振器
１２ シールドガス供給装置
２０ トーチ操作装置
２１ ノズル
１０１ 光ファイバ
１０２ シールドガス供給管
１０３ トーチ信号線
１０４ 制御信号線
１０５，１０６ トーチ操作信号線
１０７ 表示信号線
３００ オペレータ
３１０ 保護面
Ｐｏｎ ビーム射出開始位置
Ｐｏｆｆ ビーム射出停止位置
ＴＰ１～ＴＰ４ 教示点
Ｗ ワーク
Ｗ１，Ｗ２ 板金
ＷＰ２ 溶接開始点
ＷＰ３ 溶接終了点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】