CN102317024B - 焊接线选定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种焊接线选定方法，其目的在于根据由包括焊接线候补的多条线段构成的三维CAD数据迅速地提取焊接线。本发明所涉及的焊接线选定方法包括：指定形成焊接线的构件的两个面中的一方的面(作为基准面的第一面)的步骤(S110)、指定形成焊接线的构件的两个面中的另一方的面(作为坡口面的第二面)的步骤(S120)、提取棱线的步骤(S130)、选择能够焊接的棱线区间的步骤(S140)、整合能够焊接的棱线并生成焊接线信息的步骤(S150)、根据坡口形状修改焊接线信息的步骤(S160)。

Description

焊接线选定方法
技术领域
本发明涉及一种根据在显示器画面上显示的三维CAD数据的工件图形来选定由焊接机器人进行焊接的焊接线的焊接线选定方法。
背景技术
以往，开发出了在显示器画面上显示输入到计算机中的三维CAD数据，并通过操作人员从构成工件的图形数据指定用于进行焊接的焊接线来选定焊接线的技术。该焊接线选定技术在生成焊接机器人的动作轨迹并示教期望的作业动作这样的离线示教系统中被采用。
然而，如图10所示，在上述的焊接线选定技术中，存在在显示器画面上显示的工件图形中含有多条与焊接线无关的线段的情况，此外，曲线部由多条短直线近似形成。因此，在观察在显示器画面上显示的工件图形的同时从多条线段中仅正确地选出必要的焊接线很复杂，存在错误选择等问题。
为了解决这样的问题，专利文献1、专利文献2等公开了将构件与构件的接触部位的棱线作为焊接线提取的方法。此外，专利文献3、专利文献4等公开了在三维CAD系统内预先指定焊接线候补，并从假想组装时的接触部位和焊接线候补中提取焊接线的方法。
【专利文献1】日本国专利第3165249号公报
【专利文献2】日本国特开平11-291039号公报
【专利文献3】日本国专利第3554832号公报
【专利文献4】日本国专利第3354870号公报
然而，在上述的专利文献中公开的技术中，由于操作人员需要从多条焊接线候补中选择成为向机器人的示教对象的焊接线，因此没有充分消除从多条焊接线候补中仅正确地选择成为对象的焊接线这样的复杂程度。并且，在专利文献3及专利文献4中产生预先在CAD上设定焊接线候补的作业，该设定作业也很复杂因此效率不高。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种操作人员能够迅速地生成作为作业对象的焊接线的焊接线选定方法。
为了实现上述的目的，本发明具有以下的技术手段。
本发明涉及一种焊接线选定方法，根据在显示器画面上显示的三维CAD数据的工件图形，自动地选定由焊接机器人进行焊接的焊接线，其特征在于，具有：第一面组选定步骤，在构成所述工件图形的面中的形成焊接的坡口的各面中选择一个以上的一方的面，将选择的一方的面指定为第一面组；第二面组选定步骤，在形成所述焊接的坡口的各面中选择一个以上的另一方的面，将选择的另一方的面指定为第二面组；棱线提取步骤，在所述第二面组选定步骤中选定的所述第二面组的各面的棱线中提取全部的具有相对于所述第一面组的各面的距离为规定值以下的顶点的棱线；可焊接棱线提取步骤，根据所述第一面组的各面及所述第二面组的各面的法线向量的方向，从在所述棱线提取步骤中提取的棱线中选择存在于由所述焊接机器人能够焊接的区域中的棱线；可焊接棱线追加步骤，在存在跨能够焊接的区域和无法焊接的区域的棱线的情况下，计算其与所述无法焊接的区域的交点，并利用得到的交点将棱线分离，从而仅选择存在于能够焊接的区域内的棱线；整合步骤，将在所述可焊接棱线提取步骤及所述可焊接棱线追加步骤中选择的棱线，在棱线的顶点与另一棱线的顶点距离为零或可看作零附近的距离以下时，整合成一条焊接线，并且在棱线的顶点与另一棱线的顶点距离不是零时或不可看作零附近的距离以下时，计算各棱线的延长或缩短的交点位置，将棱线的顶点修改成该位置，由此整合成一条焊接线。
进而，优选具有棱线移动步骤，对于在所述棱线提取步骤中提取的棱线中的未与所述第一面组的各面相接的棱线，根据所述第一面组与所述第二面组的相互位置以及或者距离而移动该棱线的位置。
发明效果
根据本发明，能够从多个焊接线候补中正确地选择仅成为对象的焊接线，因此操作人员能够迅速地生成成为作业对象的焊接线。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的机器人系统的整体结构图。
图2(A)～(C)分别是表示基准面组及坡口面组的示例的立体图。
图3是表示基准面组和坡口面组的立体图(坡口面贯通基准面)。
图4(A)、(B)分别是用于说明棱线移动步骤(焊接线的位置的修正)的示例的图。
图5是表示焊接线的选定顺序的流程图。
图6(A)～(D)是以时间序列表示焊接线的选定顺序的图。
图7是表示提取的棱线(能够焊接的焊接线)的图。
图8(A)～(F)是以时间序列表示焊接线选定中的显示器上的工件的显示样态的图。
图9是表示焊接示教作业的流程图。
图10足表示在显示器画面上显示的工件图形的示例的图。
具体实施方式
根据附图说明本发明的实施方式。需要说明的是，在以下的说明中，对同一部件标注同一符号。它们的名称及功能也相同。因此，不重复它们的详细说明。
根据图1对本实施方式所涉及的机器人系统1的整体结构进行说明。
如图1所示，机器人系统1包括：垂直多关节型的具备6轴的焊接机器人2、使焊接机器人2本身移动的滑动件3、以姿态可变化的状态把持工件W的定位器4、具备示教盒(teach pendant)51的控制装置5和微型计算机(个人计算机)6。
焊接机器人2是垂直多关节型的6轴工业用机器人，在其前端设置有焊炬21。
控制装置5根据预先生成的示教程序300控制焊接机器人2、滑动件3及定位器4。示教程序300在有的情况下使用与控制装置5连接的示教盒51生成，在有的情况下使用利用了微型计算机6的离线示教系统生成。无论哪种情况，示教程序300都在实际的动作前预先生成。通过微型计算机6生成的示教程序300经由磁存储数据的介质等向控制装置5传输或通过数据通信向控制装置5传送。
微型计算机6即离线示教系统具备作为显示装置的能够显示图形的显示器，且具备作为输入装置的键盘或鼠标。另外，离线示教系统为了取入工件W的CAD信息而设有磁存储装置或通信装置。
需要说明的是，本申请发明涉及根据在显示器画面上显示的三维CAD数据的工件图形来自动选定由焊接机器人2进行焊接的“焊接线”的焊接线的选定方法。焊接线的选定处理通过构成离线示教系统的微型计算机6进行。
以下，对该焊接线选定处理的内容进行说明。
首先，如图2(A)～(C)、图3所示，焊接线存在于连续的两个面或在不同构件间也能够与连续的方式同样处理的两个面的交线附近。
因此，在本实施方式所涉及的机器人系统1中，通过经过以下的步骤1～步骤7，可以根据在显示器画面上显示的三维CAD数据的工件图形来自动地选定由焊接机器人进行焊接的焊接线。
·步骤1(第一面组选定步骤)：选择构成工件W的面且形成焊接的坡口的各面中的一个以上的一方的面(基准面)，并将选择的一方的面指定作为第一面组(基准面组)。
·步骤2(第二面组选定步骤)：选择形成焊接的坡口的各面中的一个以上的另一方的面(坡口面)，并将选择的另一方的面指定作为第二面组(坡口面组)。
·步骤3(棱线提取步骤)：在步骤2(第二面组选定步骤)中选定的各面的棱线(形成各面的边缘的线或各面的棱边线)中，提取全部的具有相对于基准面组的各面的距离为零或接近零的值(根据焊接对象可适当选定的值)以下的顶点的棱线。
·步骤4(可焊接棱线提取步骤)：根据基准面组的各面及坡口面组的各面的法线向量的方向，从在步骤3(棱线提取步骤)中提取的棱线中选择存在于能够由焊接机器人焊接的区域中的棱线。
·步骤5(可焊接棱线追加步骤)：对在步骤4(可焊接棱线提取步骤)中选择的棱线中的跨各面的交界的棱线计算其交点，根据该交点的信息进一步选择能够焊接的棱线。
·步骤6(整合步骤)：将在步骤4(可焊接棱线提取步骤)及步骤5(可焊接棱线追加步骤)中选择的棱线整合成一条焊接线，从而形成焊接线。
·步骤7(棱线移动步骤)：对于在步骤3(棱线提取步骤)中提取的棱线中的不与基准面组的各面相接的棱线，根据与基准面组和坡口面组的相互位置及/或距离移动该棱线的位置。
需要说明的是，如图4(A)所示，虽然坡口面与基准面以大致90度的角度相合，但存在坡口面与基准面不接合而存在缝隙(间隙)的情况，按照步骤1～步骤5的顺序提取的焊接线成为坡口面侧的棱线，相对于基准面存在缝隙(间隙)。因此，当该缝隙小时，在步骤7(棱线移动步骤)中将提取的焊接线(坡口面侧的棱线)向基准面投射所得的线作为新的焊接线。当该缝隙大时，在步骤7(棱线移动步骤)中将该缝隙的中间位置作为新的焊接线。
如图4(B)所示，虽然坡口面与基准面大致水平地相合，但存在坡口面与基准面不接合而存在缝隙(间隙)的情况，在步骤7(棱线移动步骤)中，将该缝隙的中间位置作为新的焊接线。
图5以流程图的形式表示上述的焊接线的选定处理，图6用图形来表不。
在焊接线的选定处理中，首先，在图5的S110中指定成为基准面的构件的面。当基准面跨多个构件时，指定多个基准面。根据三维CAD数据的不同，存在将曲面以多边形的集合近似地表现(多边形近似)的情况，因此在与指定平面相邻的相同构件的平面判断为连续面时，这些面也自动地被选择。所述多个被选择的面被存储作为基准面组。
接着，在S120中，将形成焊接线的两个面中的另一方的面与S110同样地根据需要指定多个面，并存储作为坡口面组。
在S130中，计算定义坡口面组各平面的棱线的两个顶点与基准面组的各平面的距离，提取全部的包括距离为零或零附近的顶点的棱线。
此时，在一条棱线都未提取时，例如如图3所示，考虑在平面上贯通圆柱构件，而基准面组侧的棱线形成焊接线的情况等。这种情况下，通过改换基准面组与坡口面组来提取棱线。即，计算基准面组各平面的棱线的两个顶点与坡口面组的距离，提取全部的包括距离为零或零附近的顶点的棱线。
进而，在S140中，考虑与基准面组及坡口面组的各面垂直的法线向量。根据该法线向量的方向，从在S130中提取的棱线中，选择全部的存在于由焊接机器人2能够焊接的区域中的棱线。需要说明的是，在存在跨能够焊接的区域和无法焊接的区域的棱线的情况下，通过计算其与区域的交点并利用得到的交点分离棱线，从而可仅选择存在于能够焊接的区间内的棱线。
例如，在提取图6(A)所示那样的棱线的情况下，如图6(B)所示，分别计算坡口面1的方向(坡口面1的法线方向)、坡口面2的方向(坡口面2的法线方向)、坡口面3的方向(坡口面3的法线方向)。
如图6(C)所示，判定坡口面1、坡口面2及坡口面3的法线向量交错的一侧为能够焊接区域，判定相反侧为无法焊接区间。并且，如图6(D)所示，处于能够焊接区间内的棱线被分离作为可焊接棱线。
进而，对于在S140中选择的全部的能够焊接的棱线，在棱线的两个顶点与另一棱线的两个顶点的各组合(4组)中，即使存在一个距离为零或可看作零附近的距离以下的组合时，也在S150中将这些棱线整合成一条焊接线。在没有这样的组合时，计算各棱线的延长或缩短的交点位置，将棱线的顶点修改成该位置。这样处理的结果是，除了虽被提取但无法焊接的棱线以外，能够生成图7所示那样连串的焊接线。
在S150中生成的焊接线信息如使用图4说明的那样在S160中被修改。
以下说明在实际进行以上所述的焊接线的选定处理时在显示器上显示的工件W的状况。
图8表示在显示器上显示的工件W的显示样态。如图8(A)的线框所示，该工件W包括：平板状的工件W(1)、大致コ字型的工件W(2)、与工件W(2)对称的工件W(4)及将工件W(2)和工件W(4)连接的工件W(3)。需要说明的是，在以下的说明中，工件W(2)、工件W(3)及工件W(4)形成为一体化。
如图10所示，图8(A)所示的工件W的线框具体由多条线段近似表示曲线。当在该线框上选择工件W的焊接线时，由于需要对多条线段一条一条地进行选择，因此非常麻烦。
在焊接线生成顺序中，首先指定基准面(S110)。此时，当指定工件W(1)作为基准面时(例如使鼠标的指针前进至工件W(1)后点击鼠标的按钮)，则如图8(B)所示，工件W(1)的显示样态发生变化(在图8(B)中显示影线，在彩色显示器的情况下颜色发生变化)。
接着，指定非基准面的另一方的面(S120)。此时，根据需要指定多个面。当指定工件W(2)作为另一方的面时(例如使鼠标的指针前进至工件W(2)后点击鼠标的按钮)，则如图8(C)所示，工件W(2)的显示样态(颜色)发生。
进而，当指定工件W(3)作为另一方的面时(例如使鼠标的指针前进至工件W(3)后点击鼠标的按钮)，则如图8(D)所示，工件W(3)的显示样态(颜色)发生变化。
进而，当指定工件W(4)作为另一方的面时(例如使鼠标的指针前进至工件W(4)后点击鼠标的按钮)，则如图8(E)所示，工件W(4)的显示样态(颜色)发生变化。
提取棱线(S130)，进行能够焊接的棱线区间的运算和选择(S140)，整合选择的棱线而生成焊接线(S150)。这样，如图8(F)所示，显示连续的焊接线。
需要说明的是，如该图8(F)所示，在工件W(1)与其他的工件(工件W(2)、工件W(3)、工件W(4))之间的无法焊接区间(法线向量不交差的区域)未生成焊接线。
这样，仅通过指定形成焊接线的基准面和坡口面，就能够高效地指定连串的连续焊接线。并且，在存在缝隙等的情况下，也能够设定结合实际的焊接目标位置，因此实现焊接质量的提高。即，能够减轻进行基于焊接机器人的动作轨迹的作成的操作人员的操作负担，提供作业效率显著提高的焊接线的选定处理。
接下来，参照图9，说明焊接示教作业(教学作业)。
作为作业的前期准备，将成为对象的工件的三维CAD数据100、定义机器人、定位器及滑动件的机构及三维形状的机器人模型数据200事先读入离线示教系统中。
首先，在S100中进行在本实施方式中说明了的焊接线的选定处理，指定焊接线的位置，生成焊接线信息。
在S200中设定相对于各焊接线的焊接条件及焊炬的姿态。在S300中，根据需要设定滑动件3的位置及定位器4的位置，以使机器人处于动作范围且不会发生干涉。在S400中，设定焊接开始的接近轨迹、焊接结束的退避轨迹。
通过进行这样的S100～S400的处理而完成焊接示教作业(教学作业)。最后，输出由实际设备实现上述动作的示教程序(机器人示教程序)300。机器人示教程序300经由磁或电的存储介质向控制装置5传输或通过数据通信向控制装置5传送。
需要说明的是，本次公开的实施方式的所有情况均为例示，不应认为其是制限性的说明。本发明的范围并非由上述的说明表示，而是由权利要求书的范围表示，意在包括与权利要求书均等意思及范围内的所有变更。
例如，在实施方式中以焊接机器人的离线示教系统为例进行了说明，但本发明也可以使用在自动焊接装置的焊接线指定等中。
本申请基于2009年2月13日提出申请的日本专利申请(日本特愿2009-031216)而作成，其内容作为参考在此收入。
符号说明
1机器人系统
2焊接机器人
3滑动件
4定位器
5控制装置
6微型计算机

Claims (2)

1.一种焊接线选定方法，根据显示在显示器画面上的三维CAD数据的工件图形，自动地选定由焊接机器人进行焊接的焊接线，其特征在于，具有：
第一面组选定步骤，在构成所述工件图形的面中的形成焊接的坡口的各面中选择一个以上的一方的面，将选择的一方的面指定为第一面组；
第二面组选定步骤，在形成所述焊接的坡口的各面中选择一个以上的另一方的面，将选择的另一方的面指定为第二面组；
棱线提取步骤，从在所述第二面组选定步骤中选定的所述第二面组的各面的棱线中提取全部的具有相对于所述第一面组的各面的距离为规定值以下的顶点的棱线；
可焊接棱线提取步骤，根据所述第一面组的各面及所述第二面组的各面的法线向量的方向，从在所述棱线提取步骤中提取的棱线中选择存在于由所述焊接机器人能够焊接的区域中的棱线；
可焊接棱线追加步骤，在存在跨能够焊接的区域和无法焊接的区域的棱线的情况下，计算其与所述无法焊接的区域的交点，并利用得到的交点将棱线分离，从而仅选择存在于能够焊接的区域内的棱线；
整合步骤，将在所述可焊接棱线提取步骤及所述可焊接棱线追加步骤中选择的棱线，在棱线的顶点与另一棱线的顶点距离为零或可看作零附近的距离以下时，整合成一条焊接线，并且在棱线的顶点与另一棱线的顶点距离不是零时或不可看作零附近的距离以下时，计算各棱线的延长或缩短的交点位置，将棱线的顶点修改成该位置，由此整合成一条焊接线。
2.根据权利要求1所述的焊接线选定方法，其特征在于，
还具有棱线移动步骤，对于在所述棱线提取步骤中提取的棱线中的未与所述第一面组的各面相接的棱线，根据所述第一面组与所述第二面组的相互位置以及/或者距离而移动该棱线的位置。
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