JPH11267992A - 塗装ロボットの教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】少ない工数で、ガン距離、塗装ピッチおよびガ
ン角度をそれぞれ一定に維持しながら塗装できる塗装ロ
ボットの教示方法を提供する。 【解決手段】被塗物のＣＡＤデータを用いた塗装ロボッ
トのオフラインティーチング方法であり、被塗物の三次
元面データに対して水平方向および鉛直方向の仮想平面
を干渉させ、複数の水平および鉛直方向干渉線を抽出す
る（Ｓ１〜Ｓ４）。これらの干渉線の各交点の座標を演
算し、各交点において２つの干渉線で構成される平面方
程式を演算し、この平面と直交する直線を演算する（Ｓ
５〜Ｓ６）。各交点において垂線方向に所定距離だけ離
れた点の三次元座標を演算し、得られた点を教示点とす
る（Ｓ７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車ボディや自
動車部品の塗装に適用される塗装ロボットの教示（以
下、ティーチングともいう。）方法に関し、特に中塗り
塗装用ロボットや上塗り塗装用ロボット等のオフライン
教示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車ボディや自動車部品の塗装工場で
は、生産性の向上および作業環境の改善を目的として塗
装ロボットが多数導入されているが、その一方でティー
チング精度やティーチング工数の増加といった問題が顕
在化している。このため、コンピュータシミュレーショ
ンを用いて塗装ロボットのティーチングを行うＣＡＤテ
ィーチング手法が提案されている。

【０００３】ところで、上塗り塗装用ロボットをティー
チングする際にポイントとなる項目としては、ガン距
離、塗装ピッチおよびガン角度である。

【０００４】すなわち、ベル型塗装ガンなどを用いてあ
る平板Ｗを塗装する場合、図９に示すようなガン軌跡で
塗装されるのが一般的である。同図に示す実線は塗料Ｏ
Ｎ、点線は塗料ＯＦＦを示す。この場合、平板（被塗
物）Ｗとガンとの距離が規定値より離れ過ぎると、薄膜
となって塗装品質が低下したり塗着効率が低下して塗料
の使用量が増加する。逆に被塗物Ｗとガンとの距離が規
定値より近づき過ぎると厚膜となってタレが生じたりす
る。したがって、ガン距離Ｌは塗料の吐出量等との関係
である一定の距離を保つ必要がある。

【０００５】また、図示するようなガン軌跡で塗装する
場合、隣り合う軌跡同士の間隔、すなわち塗装ピッチＰ
が規定値よりも狭すぎると、塗り重ね範囲が広くなって
厚膜となりタレが生じたり、同一範囲を塗装するのに多
数回数ガンを動作させる必要が生じてサイクルタイムが
増加する。逆に、塗装ピッチＰが規定値よりも広すぎる
と、塗り重ね範囲が狭くなって薄膜となり塗装品質が低
下する。したがって、塗装ピッチＰは、ガンのパターン
幅や塗料の吐出量等との関係である一定の値を保つこと
が必要となる。

【０００６】ベル型塗装ガンなどは、円形パターンで吐
出されるため、図１０に示されるようにガンの軸方向が
被塗物Ｗの面に対して面直でない場合には、被塗物Ｗに
近いパターン領域が厚膜となり、遠いパターン領域が薄
膜となるため、被塗物全体として膜厚が不均一となり塗
装ムラなどの不具合が発生する。したがって、被塗物Ｗ
の面に対するガン角度αも面直近傍であることが必要と
される。

【０００７】こうした重要項目を考慮して塗装ロボット
をＣＡＤティーチングする場合、被塗物Ｗが上述したよ
うな平板であるときは特に問題は少ないが、自動車のボ
ディは複雑な曲面を有しており、こうした場合でも、ガ
ン距離Ｌ、塗装ピッチＰおよびガン角度αをそれぞれ一
定に維持しながら塗装する必要がある。

【０００８】従来の手法をドアアウタパネルを例に挙げ
て説明すると、図１１に示すように、被塗物Ｗであるド
アアウタパネルのＣＡＤデータＷ_CAD 上で、教示点を作
成するために、まず同図（Ａ）に示すように縦線１１お
よび横線１２の線引きを行う。このとき、ガン角度がど
の教示点でも面直となるように、ドアの曲率が大きい部
位においては引かれる線（ここでは横線１２）の間隔を
狭くする。次に、同図（Ｂ）に示すように引かれた縦線
１１および横線１２の交点１３をタッチペンでピック
（抽出）し、この交点１３を教示点とする。こうして一
つの教示点が定まれば、次に同図（Ｃ）に示すようにこ
の教示点における三次元座標系を手入力で指定する。つ
まり、図示されるようにＸ，Ｙ，Ｚの各軸の方向（つま
り、＋方向と−方向が何れか）を、Ｚ軸が面直となるよ
うにマニュアルで指定する。以上の操作を全ての交点１
３に対して行い、最後にＺ軸方向に対してガン距離Ｌを
入力し、その点を繋いでガンの軌跡とする。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来のティーチング方法では、ＣＡＤデータが表示された
画面上で縦線１１と横線１２との交点１３を操作者がタ
ッチペンでピックすることで当該交点を抽出するため、
多少のズレが生じることが少なくない。画面上では僅か
なズレであっても、これが実車になると数ｃｍにも達す
ることにもなる。このような誤差によって塗装ピッチＰ
が一定の範囲とならず、上述した塗り重ね範囲の変動に
よって膜厚の不均一等が生じる。

【００１０】また、縦線１１と横線１２との交点１３に
おいてＸ，Ｙ，Ｚの方向（三次元座標系）を決定する操
作も操作者の手入力で行われるので、ガン角度αの軸方
向に大きな誤差を含むことも少なくない。この場合に
も、ガン角度αを面直に維持するとの条件を満足しない
ことになり、膜厚の不均一による塗装不具合が生じるお
それがあった。

【００１１】また、このようなマニュアルによるティー
チングはきわめて時間がかかり、しかもそのティーチン
グ結果が満足できない場合には、不具合の生じた教示点
を探してこれを矯正する必要があり、この工数も多大な
ものであった。

【００１２】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、少ない工数で、ガン距離、
塗装ピッチおよびガン角度をそれぞれ一定に維持しなが
ら塗装できる塗装ロボットの教示方法を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の塗装ロボットの教示方法は、被塗物
の三次元面データを用いて塗装ロボットの教示点の三次
元座標を決定する塗装ロボットの教示方法において、被
塗物の三次元面データに対して第１方向の仮想平面を干
渉させ、この第１方向の仮想平面を前記第１方向に対し
て直交する第２方向に任意のピッチで移動させ、前記被
塗物の三次元面データと前記第１方向の仮想平面とのそ
れぞれの干渉線を抽出する段階と、前記被塗物の三次元
面データに対して前記第２方向の仮想平面を干渉させ、
この第２方向の仮想平面を前記第１方向に任意のピッチ
で移動させ、前記被塗物の三次元面データと前記第２方
向の仮想平面とのそれぞれの干渉線を抽出する段階と、
前記２つの段階で抽出された第１方向の干渉線と第２方
向の干渉線との各交点の座標を演算する段階と、前記各
交点において２つの干渉線で構成される平面方程式を演
算し、この平面と直交する直線を演算する段階と、前記
各交点において前記直線方向に所定距離だけ離れた点の
三次元座標を演算し、得られた点を教示点とする段階
と、を有することを特徴とする。

【００１４】この請求項１記載の塗装ロボットの教示方
法では、被塗物の三次元面データを用いて塗装ロボット
の教示点の三次元座標を決定するに際し、まず被塗物の
三次元面データに対して、第１方向およびこれと直交す
る第２方向それぞれの仮想平面を干渉させ、第１方向お
よび第２方向の干渉線を抽出する。こうして得られた干
渉線は互いに直交する「碁盤の目」状となる。

【００１５】次に、第１方向および第２方向の干渉線の
各交点の座標を演算により求めたのち、各交点におい
て、直交する２つの干渉線で構成される平面の方程式を
演算により求める。ここで、被塗物の面が曲率を有する
面であっても、微視的には平面と近似できることから、
各交点においては直交する２つの干渉線を直線とみな
し、これら２つの干渉線が含まれる平面を求めると、こ
の平面はその交点において接する面となる。

【００１６】こうして各交点において接する平面が求ま
ると、次にこの平面に対して垂直な直線を演算により求
める。これにより、この直線上に塗装ガンを設定すれ
ば、その交点に対してガン角度が直角となるので、この
直線を基準として各交点における座標系を設定する。そ
して、直線方向にガン距離に相当する点の座標を教示点
に設定する。

【００１７】このように、請求項１記載の塗装ロボット
の教示方法では、第１方向および第２方向の交点を演算
により求めるので、マニュアル操作による誤差の発生が
防止でき、塗装ピッチを一定に維持することができる。
またこれに加えて、各交点に接する平面を演算した上で
その垂線を演算により求めるので、各交点におけるガン
角度を精度良く直角に設定することができ、しかもこの
垂線上に所定距離で教示点を設定するのでガン距離も一
定に維持することができる。

【００１８】こうした教示作業は、きわめて簡単な操作
で実行できるので、従来のように熟練も不要で、しかも
教示ミスも少ないので再教示の必要もなくなり、その結
果ティーチング工数が著しく低減する。

【００１９】請求項１記載の発明において、第１方向お
よび第２方向は特に限定されず、任意の方向とすること
ができる。たとえば、請求項２記載の塗装ロボットの教
示方法は、前記第１方向が水平方向であり、前記第２方
向が鉛直方向、またはその逆であることを特徴とする。

【００２０】請求項２記載の発明においては、特に限定
されないが、請求項３記載の塗装ロボットの教示方法
は、前記鉛直方向の仮想平面の移動ピッチが、塗装ピッ
チであることを特徴とする。また、請求項１記載の発明
においては特に限定されないが、請求項４記載の塗装ロ
ボットの教示方法は、前記各交点における前記直線方向
の所定距離が、実質的にガン距離に相当することを特徴
とする。

【００２１】請求項１〜４記載の発明においては、特に
限定されないが、請求項５記載の塗装ロボットの教示方
法は、前記各段階をコンピュータで実行し、得られた教
示点データを実ラインに設置された塗装ロボットの制御
装置に入力することを特徴とする。

【００２２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、第１方向
および第２方向の交点を演算により求めるので、マニュ
アル操作による誤差の発生が防止でき、塗装ピッチを一
定に維持することができる。またこれに加えて、各交点
に接する平面を演算した上でその垂線を演算により求め
るので、各交点におけるガン角度を精度良く直角に設定
することができ、しかもこの垂線上に所定距離で教示点
を設定するのでガン距離も一定に維持することができ
る。こうした教示作業は、きわめて簡単な操作で実行で
きるので、従来のように熟練も不要で、しかも教示ミス
も少ないので再教示の必要もなくなり、その結果ティー
チング工数が著しく低減する。

【００２３】請求項２記載の発明によれば、絶対座標系
との複雑な変換処理が不要となるので処理速度が高めら
れる。また、請求項３および４記載の発明によれば、塗
装ロボットへ出力される教示データにそのまま使用でき
るので、教示点を求めるための処理時間が短縮される。
請求項５記載の発明によれば、いわゆるオフラインティ
ーチングが実現できるので、教示作業の自由度がより高
められる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明に係る塗装ロボットの
一例を示す斜視図であり、自動車ボディの上塗り塗装ラ
イン用ロボットで本発明を説明する。また、図２は本発
明に係る塗装ロボットの軌跡の一例を示すボディの側面
図であり、自動車ボディの側面を塗装するためのガン軌
跡を教示する場合を例に挙げて本発明を説明する。

【００２５】図１に示すように、被塗物である自動車ボ
ディＢは、塗装台車Ｄに搭載された状態で、フロアコン
ベアによって一定速度で連続的に塗装ブース内を搬送さ
れる。塗装ブース内の両側には、所定の間隔をおいて塗
装ロボットＲ（ここではアーム以降塗装ガンＧまでを示
す。）が複数台配置されており、各塗装ロボットＲに特
定の塗装作業が割り当てられている。なお、本実施形態
で用いられている塗装ガンＧは、ベル型塗装ガンである
が、本発明の教示方法は塗装ガンＧの種類には何ら限定
されず、他の種の塗装ガンであっても良い。また、図示
は省略するが、ルーフ面、フード面及びトランク面など
の自動車ボディＢの水平面を塗装するための塗装ロボッ
トに本発明の教示方法を適用しても良い。

【００２６】こうしたベル型塗装ガンＧが装着された塗
装ロボットＲを用いて、自動車ボディＢの側面、つまり
フロントフェンダＦＦ、フロントドアＦＤ、リヤドアＲ
Ｄ、リヤフェンダＲＦを塗装する場合には、塗装ガンＧ
の軌跡をたとえば図２に示すように設定することができ
る。つまり、台車Ｃに搭載された自動車ボディが図示す
るように前向きに搬送される場合には、塗装ガンＧによ
る塗装始点をフロントフェンダＦＦの前端とし、ここか
らリヤフェンダＲＦの後端に至るまで、図示するような
一筆書き状の軌跡で塗装する。図中、塗装ガンＧの軌跡
の実線は塗料のＯＮを示し、点線は塗料のＯＦＦを示
す。

【００２７】次に、このような塗装ガンの軌跡の教示手
順について説明する。図３は本発明の塗装ロボットの教
示方法の実施形態を示すフローチャート、図４は図３に
示すステップ１を説明するための図、図５は図３に示す
ステップ２を説明するための図、図６は図３に示すステ
ップ３を説明するための図、図７は図３に示すステップ
４を説明するための図、図８は図３に示すステップ５〜
７を説明するための図である。

【００２８】本実施形態の教示方法は、いわゆるオフラ
インティーチング方法であり、被塗物である自動車ボデ
ィＢのＣＡＤ（Computer-Aided Design ）データが蓄積
されたコンピュータを用いて塗装ロボットの教示点を決
定し、この教示点データを実機の制御装置に入力するこ
とにより塗装ロボットのティーチングを行うものであ
る。

【００２９】まず、図４に示すように、自動車ボディＢ
の側面のＣＡＤデータ１（以下、面データともいう。）
を読み出し、コンピュータ上で水平方向の仮想平面２を
生成して、これをボディ側面の面データ１に干渉させ
る。これにより、ボディ側面の面データ１と水平方向の
仮想平面２との干渉線Ｈ１が現れるので、これを抽出す
る（ステップ１）。この干渉線Ｈ１は、水平方向の仮想
平面２上に存在するので水平方向の干渉線となる。

【００３０】次に、図５に示すように、同様の水平方向
の仮想平面２を任意のピッチｙ１，ｙ２，ｙ３…で鉛直
方向に移動させ、ステップ１と同様に水平方向の干渉線
Ｈ２〜Ｈｎを抽出する（ステップ２）。このとき、ドア
パネルの上端や下端は面の曲率が大きいので、ピッチｙ
ｎを小さく設定し、教示点の間隔を狭くすることで塗装
ガンＧのガン角度αが常に面直となるようにすることが
望ましい。

【００３１】次に、同じボディ側面の面データ１に対し
て、図６に示すように、コンピュータ上で鉛直方向の仮
想平面３を生成して、これをボディ側面の面データ１に
干渉させる。これにより、ボディ側面の面データ１と鉛
直方向の仮想平面３との干渉線Ｖ１が現れるので、これ
を抽出する（ステップ３）。この干渉線Ｖ１は、鉛直方
向の仮想平面３上に存在するので鉛直方向の干渉線とな
る。

【００３２】そして、図７に示すように、同様の鉛直方
向の仮想平面３を任意のピッチｘ１，ｘ２，ｘ３…で水
平方向に移動させ、ステップ１と同様に水平方向の干渉
線Ｈ２〜Ｈｍを抽出する（ステップ４）。このとき、ピ
ッチｘｍは、塗装ガンＧの塗装ピッチＰ（図９参照）と
することが望ましく、ボディの側面のように水平方向に
大きな曲率がない塗装部位については、このピッチｘｍ
を一定に設定することが望ましい。

【００３３】こうして水平方向の干渉線Ｈ１〜Ｈｎと鉛
直方向の干渉線Ｖ１〜Ｖｍとが抽出されるので、次にこ
れらの干渉線の交点４の座標をコンピュータで演算して
求める（ステップ５，図８（Ａ））。これらの交点４
が、塗装ガンＧの塗装軌跡の教示点のうちの二次元座標
となる。つまり、図８（Ｂ）に示すようにボディ側面の
座標系をＸ軸−Ｙ軸とし、塗装ガン方向をＺ軸とする
と、２つの干渉線Ｈｎ，Ｖｎとの交点４のＸ座標および
Ｙ座標が教示点のＸ座標およびＹ座標となる。

【００３４】次に、ステップ６では、各交点４におい
て、２つの干渉線Ｈｎ，Ｖｎで構成される平面５を考え
る。ここで、ボディ側面の面データ１が実際には曲率を
有していても、各交点４においては微視的に考えること
ができるのでこれを平面とみなし、その平面方程式をコ
ンピュータで演算して求める。たとえば、図８（Ｃ）に
示すような曲率を有する面データ１において、一つの交
点４近傍に形成される平面５を求めると、実質的に交点
４で接する平面となる。したがって、この平面５の交点
４における垂線をコンピュータで演算して求めることに
より、ガン角度αが面直となる方向Ｚを求めることがで
きる。

【００３５】こうして各交点４における垂線Ｚが求めら
れるので、ステップ７にて各交点４における三次元座標
系のベクトル方向を設定する。たとえば、ステップ６で
求められた交点４における垂線方向をＺ軸、ボディの前
後方向をＸ軸、ボディの高さ方向をＹ軸とし、さらに各
軸の＋方向と−方向とを設定する。この座標系の設定は
各交点４で同一のものとする。

【００３６】最後に各交点４において、垂線Ｚ方向にガ
ン距離Ｌに相当する値を入力し、このときの絶対座標系
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を塗装ロボットの教示点とする。ここ
で、ガン距離Ｌは、各交点４で同一の値とするが、実際
のガン距離Ｌは、ベルカップと交点４との距離であるの
に対して、塗装ロボットに対する教示点、つまり塗装ロ
ボットのハンドの基準点がずれている場合は、そのズレ
分を考慮した値を入力する。

【００３７】各交点４における教示点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を
設定したら、図２に示すようにこれらの教示点を塗装軌
跡に沿ってその順番を設定し、こうして得られた教示点
群のデータを実ラインに設置された塗装ロボットの制御
装置に移送する。もし、シミュレーション機能を有する
コンピュータを用いている場合には、教示点データを実
機に移送する前にコンピュータ上で塗装を行い、塗装ロ
ボットの動作を事前に確認しておくことが望ましい。

【００３８】このように、本実施形態の教示方法によれ
ば、水平干渉線Ｈｎと鉛直干渉線Ｖｎとの交点４をコン
ピュータを用いて演算により求めるので、タッチペン等
によるマニュアル操作が原因で生じる誤差が抑制でき、
塗装ピッチＰを一定に維持することができる。またこれ
に加えて、各交点４に接する平面５を演算した上でその
垂線Ｚをコンピュータの演算により求めるので、各交点
４におけるガン角度αを精度良く直角に設定することが
でき、しかもこの垂線Ｚ上に所定距離で教示点（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）を設定するので、ガン距離Ｌも一定に維持する
ことができる。

【００３９】またこうした教示作業は、コンピュータを
用いてきわめて簡単な操作で実行できるので、従来のよ
うに熟練も不要で、しかも教示ミスも少なく、再教示の
必要もなくなり、その結果ティーチング工数が著しく低
減する。

【００４０】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る塗装ロボットの一例を示す斜視図
である。

【図２】本発明に係る塗装ロボットの軌跡の一例を示す
ボディの側面図である。

【図３】本発明の塗装ロボットの教示方法の実施形態を
示すフローチャートである。

【図４】図３に示すステップ１を説明するための図であ
る。

【図５】図３に示すステップ２を説明するための図であ
る。

【図６】図３に示すステップ３を説明するための図であ
る。

【図７】図３に示すステップ４を説明するための図であ
る。

【図８】図３に示すステップ５〜７を説明するための図
である。

【図９】一般的な塗装軌跡、塗装ピッチ、ガン距離およ
びガン角度を説明するための図である。

【図１０】ガン角度の相違による塗装不具合の発生状況
を説明するための図である。

【図１１】従来の塗装ロボットの教示方法を説明するた
めの斜視図である。

【符号の説明】

１…被塗物の三次元面データ ２…水平方向の仮想平面（第１方向の仮想平面） ３…鉛直方向の仮想平面（第２方向の仮想平面） ４…交点 Ｒ…塗装ロボット Ｈ１〜Ｈｎ…水平方向の干渉線 Ｖ１〜Ｖｎ…鉛直方向の干渉線

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被塗物の三次元面データを用いて塗装ロボ
   ットの教示点の三次元座標を決定する塗装ロボットの教
   示方法において、 被塗物の三次元面データに対して第１方向の仮想平面を
   干渉させ、この第１方向の仮想平面を前記第１方向に対
   して直交する第２方向に任意のピッチで移動させ、前記
   被塗物の三次元面データと前記第１方向の仮想平面との
   それぞれの干渉線を抽出する段階と、 前記被塗物の三次元面データに対して前記第２方向の仮
   想平面を干渉させ、この第２方向の仮想平面を前記第１
   方向に任意のピッチで移動させ、前記被塗物の三次元面
   データと前記第２方向の仮想平面とのそれぞれの干渉線
   を抽出する段階と、 前記２つの段階で抽出された第１方向の干渉線と第２方
   向の干渉線との各交点の座標を演算する段階と、 前記各交点において２つの干渉線で構成される平面方程
   式を演算し、この平面と直交する直線を演算する段階
   と、 前記各交点において前記直線方向に所定距離だけ離れた
   点の三次元座標を演算し、得られた点を教示点とする段
   階と、を有することを特徴とする塗装ロボットの教示方
   法。
2. 【請求項２】前記第１方向が水平方向であり、前記第２
   方向が鉛直方向であることを特徴とする請求項１記載の
   塗装ロボットの教示方法。
3. 【請求項３】前記鉛直方向の仮想平面の移動ピッチが、
   塗装ピッチであることを特徴とする請求項２記載の塗装
   ロボットの教示方法。
4. 【請求項４】前記各交点における前記直線方向の所定距
   離が、実質的にガン距離に相当することを特徴とする請
   求項１記載の塗装ロボットの教示方法。
5. 【請求項５】前記各段階をコンピュータで実行し、得ら
   れた教示点データを実ラインに設置された塗装ロボット
   の制御装置に入力することを特徴とする請求項１〜４の
   何れかに記載の塗装ロボットの教示方法。