CN110476131A - 焊道确定方法、程序、示教程序及焊接机器人系统 - Google Patents

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定广健次
焦有卓
本田修平
诹访尊信
中尾哲也
村上元章
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4093—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by part programming, e.g. entry of geometrical information as taken from a technical drawing, combining this with machining and material information to obtain control information, named part programme, for the NC machine
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Abstract

焊接机器人系统具备焊接机器人(1)和对焊接机器人(1)进行控制的计算机(2)。焊道通过以下的步骤确定。根据三维CAD数据中的被焊接构件的形状确定能够相互接触的第一被焊接构件与第二被焊接构件。接下来，提取第二被焊接构件的与第一被焊接构件的一个面接触并具有与该一个面的法线矢量(A)平行的法线矢量(B)的第一面(20)。然后，提取第二被焊接构件的第二面(21)，提取第一面(20)及第二面(21)共有的共有边缘(22)，与共有边缘(22)对应地确定焊道(30)而对第一被焊接构件及第二被焊接构件进行焊接。

Description

焊道确定方法、程序、示教程序及焊接机器人系统
技术领域
本发明涉及用于对船体结构物的框架进行组装的焊道确定方法、程序、示教程序及焊接机器人系统。
背景技术
大型船只的框架结构物之一的船壳平板区块是如下结构物：在平板状面板的表面配置多列的纵向构件并将横向构件沿与纵向构件正交的方向以一定间隔配置，从而由面板、纵向构件和横向构件形成的由三方或四方包围，已知有利用自动焊接机器人对面板、纵向构件与横向构件相交叉的部分进行焊接的技术(专利文献1及2)。
专利文献1中记载的针对框架结构物的定位装置由定位台和定位臂构成，其中，该定位台具备能够在框架结构物的底板上沿定位方向行驶的行驶轮，该定位臂安装在该定位台的定位方向两侧，以在两侧利用等压等行程伸缩的方式按压在框架结构物的两侧壁，从而使该定位台在定位方向中央行驶，且该专利文献1公开了即使是大型框架结构物也能够以简单的装置高精度定位的技术。
专利文献2中记载的大型框架结构物的焊接装置以由一对纵向构件和一个或一对横向构件包围的格子形状的框内为焊接对象区域，该焊接装置包括：机器人架台，其横跨所述焊接对象区域而固定于大型框架结构物，具有位于所述焊接对象区域上方的水平支持架台；以及焊接机器人，其安装在该水平支持架台的下表面，在所述格子形状框内的整个区域对焊接头进行三维数值控制，以能够进行焊接，专利文献2公开的技术具有以下效果：能够对纵向构件和横向构件在面板上相交叉的大型框架结构物的交叉部进行正式焊接，能够正式焊接的焊接部位的制约少，基本不需要依赖人工的手动焊接，与使用大型龙门架构造的以往的多个机器人焊接装置相比，能够使装置整体小型化，不需要使用复杂的控制系统。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-228883号公报
专利文献2：日本特开2010-253518号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1及专利文献2中公开了由焊接机器人对构成船体的构件彼此进行焊接的技术，但存在伴随船舶的大型化，框架结构物复杂化，且无法满足同时控制多个焊接机器人的需求的可能性。即，存在由于无法准确确定被焊接构件的种类和位置关系，而难以针对焊道适当地对焊接机器人进行定位、难以进行顺畅的焊接作业的课题。
本发明目的在于提供一种能够确定焊道并进行顺畅的焊接作业的焊道确定方法、程序、示教程序及焊接机器人系统。
用于解决课题的方案
本发明的焊道确定方法确定对作为构成船体的构件的至少两个被焊接构件进行焊接的焊道，包括以下步骤：根据三维CAD数据中的被焊接构件的形状，确定能够相互接触的第一被焊接构件以及第二被焊接构件；提取所述第二被焊接构件的与所述第一被焊接构件的一个面接触并具有与该一个面的法线矢量平行的法线矢量的第一面；提取所述第二被焊接构件的第二面；以及提取所述第一面与所述第二面共有的共有边缘，与所述共有边缘对应地确定对所述第一被焊接构件和所述第二被焊接构件进行焊接的焊道。
本发明的焊道确定方法确定对作为构成船体的构件的两个被焊接构件进行焊接的焊道，包括以下步骤：根据三维CAD数据中的被焊接构件的形状，确定能够相互接触的第一被焊接构件以及第二被焊接构件；提取所述第二被焊接构件的与所述第一被焊接构件接触的第一面；从所述第一被焊接构件提取与所述第一面接触的接触面；从所述第一面提取与所述接触面重叠的边缘；以及与所述边缘对应地确定对所述第一被焊接构件和所述第二被焊接构件进行焊接的焊道。
本发明的程序使计算机执行所述焊道确定方法。
本发明的示教程序向焊接机器人示教根据所述焊道确定方法确定的焊道。
本发明的焊接机器人系统包括：焊接机器人，其对作为构成船体的构件的至少两个被焊接构件进行焊接；以及计算机，其按照规定的动作程序控制所述焊接机器人的动作，所述计算机执行以下处理：根据三维CAD数据中的被焊接构件的形状，确定能够相互接触的第一被焊接构件与第二被焊接构件；提取所述第二被焊接构件的与所述第一被焊接构件的一个面接触并具有与该一个面的法线矢量平行的法线矢量的第一面；提取所述第二被焊接构件的第二面；提取所述第一面与所述第二面共有的共有边缘；以及与所述共有边缘对应地确定对所述第一被焊接构件和所述第二被焊接构件进行焊接的焊道。
本发明的焊接机器人系统包括：焊接机器人，其对作为构成船体的构件的至少两个被焊接构件进行焊接；以及计算机，其按照规定的动作程序控制所述焊接机器人的动作，所述计算机执行以下处理：根据三维CAD数据中的被焊接构件的形状，确定能够相互接触的第一被焊接构件与第二被焊接构件；提取所述第二被焊接构件的与所述第一被焊接构件接触的第一面；从所述第一被焊接构件提取与所述第一面接触的接触面；从所述第一面提取与所述接触面重叠的边缘；以及与所述边缘对应地确定对所述第一被焊接构件和所述第二被焊接构件进行焊接的焊道。
发明效果
本发明的焊道确定方法、程序、示教程序及焊接机器人系统确定各被焊接构件，且根据其位置关系计算并准确地确定焊道，因此能够由多个焊接机器人分别在规定的位置可靠地进行焊接，提高作业效率，因而特别适合于被焊接构件数量多的大型船体的组装。
附图说明
图1的(a)和(b)是示出本发明的焊接机器人系统的一例，(a)是整体的概念图，(b)是计算机的框图的一例。
图2是示出通过本发明的焊接机器人系统焊接的船体的构件即各被焊接构件的配置的一例的正面立体图。
图3的(a)至(d)是说明本发明各被焊接构件的定义的概念图，(a)是外板，(b)是从外板从拆下的壳体，(c)是横向构件、梁、纵向构件，(d)是垫板。
图4是示出本发明的各被焊接构件的组合的一例的表。
图5的(a)和(b)是由本发明的焊接机器人焊接的被焊接构件的配置的第一实施例，(a)是表示外板与横向构件的接合的立体图，(b)是所定义的面的说明图。
图6的(a)和(b)是接着图5的第二实施例，(a)是示出外板与垫板的接合的正面立体图，(b)是(a)的背面立体图。
图7的(a)和(b)是接着图6的一例，(a)是第三实施例的正面立体图，(b)是第四实施例的正面立体图。
图8是示出本发明的焊道确定方法的第一实施方式的流程图。
图9的(a)和(b)是由本发明的焊接机器人焊接的被焊接构件的配置的第五实施例，(a)是正面立体图，(b)是背面立体图。
图10是示出本发明的焊道确定方法的第二实施方式的流程图。
具体实施方式
以下，基于图1～图10详细说明本发明的焊道确定方法、程序、示教程序及焊接机器人系统的优选实施方式。
图1是示出本实施方式的焊接机器人系统的一例的概念图。图2是示出作为船体构件的各被焊接构件的配置的一例的正面立体图。使用图1及图2说明本实施方式的焊接机器人系统。
本实施方式的焊接机器人系统设置在制造船体的工厂100内，包括焊接机器人1和控制焊接机器人1的计算机2。在本实施方式中，多个焊接机器人1从工厂100内的桥式起重机101以沿左右上下方向驱动自如的方式垂下，控制焊接机器人1的计算机2例如设置在控制室102内。另外，在工厂100内的地面附近配置有多个作为构成船体的构件的被焊接构件10。
计算机2包括：控制部3，其对焊接机器人系统进行综合控制；存储部4，其存储程序及各种数据；键盘和/或触摸面板等输入部5；以及打印机等输出部6。另外，输入部5和输出部6为了使各焊接机器人1驱动而与各焊接机器人1所设置的终端机进行控制信号、数据等的收发。使各被焊接构件10彼此接合固定的焊接机器人1的动作由在计算机2的存储部4中存储的规定的动作程序控制，对各被焊接构件10的规定部位进行焊接。需要说明的是，图1示出的结构是一例而未被限定。
“被焊接构件”是构成结构物的各构成构件，是外板11、横向构件12、梁13、纵向构件14、垫板15、加强件16等。将以上各被焊接构件10的排列的一例示出在图2的正面立体图中。外板11呈薄板状配置在工厂100内的地面上，在外板11的上表面11a设置有多个横向构件12，沿与横向构件12正交的方向配置有多个梁13，在各梁13之间分别与梁13平行地配置有多个纵向构件14，在横向构件12与纵向构件14的接合附近且在纵向构件14的下方配置有多个垫板15，在纵向构件14的上方配置有加强件16。需要说明的是，该配置关系是一例而未被限定。
由于由计算机2向焊接机器人1指定待焊接的部位即焊道，因此需要对各被焊接构件10进行定义。参照图3、图4说明各被焊接构件10的定义。
外板11也被称为覆板，是作为基底的钢板面板，是表皮组(face group)中面积最大的被焊接构件10(参照图3的(a))。在被焊接构件10单个为最大面积的情况下，以组来看存在大的板，因此不定义为外板11(参照图3的(b))。
横向构件12、梁13、纵向构件14与外板11的上表面构件中的其他构件(例如垫板15等)相比，是表面积大的被焊接构件10。横向构件12通常沿船体的横向(Transverse)配置，纵向构件14通常沿船体的纵向(Longitudinal)配置。梁13沿与横向构件12垂直的方向配置，是与纵向构件14平行的被焊接构件10。
并且，纵向构件14与横向构件12及梁13相比，以高度的差异来判断。如图3的(c)所示，以规定高度的规定值L为基准，将低的被焊接构件10设为纵向构件14，将高的被焊接构件10设为横向构件12或梁13，将与纵向构件14平行的被焊接构件10设为梁13。
将与横向构件12彼此以表面接触的被焊接构件10设为垫板15。另外，加强件16是与横向构件12及纵向构件14接合的被焊接构件10。
图4是在存储部4中登记的各被焊接构件10的组合表。根据该表可知，例如，外板11与横向构件12及垫板15接合，横向构件12与垫板15及加强件16接合。
说明待焊接的各被焊接构件10的组合的具体一例。图5是第一实施例，示出对外板11和横向构件12进行焊接的情况，(a)是示出外板与横向构件的接合的立体图，(b)是所定义的面的说明图。
外板11载置在工厂100内的地面上，外板11的上表面11a与横向构件12的下表面接合。另外，在横向构件12中，将板厚方向的面定位为第一面20，将与第一面20正交的面定义为第二面21，将第一面20与第二面共有的边缘定义为共有边缘22。
第二面21是横向构件12中面积宽的面，也是主面。另外，在外板11中，上表面11a也是主面。
在外板11与横向构件12的接合中存在法线矢量A(参照箭头A)和法线矢量B(参照箭头B)，其中，法线矢量A在外板11的上表面11a上朝向上方，法线矢量B从横向构件12的第一面20朝向下方且与法线矢量A平行。
图6是在第二实施例中示出对外板11和垫板15进行焊接的情况，图6的(a)是正面立体图，图6的(b)是背面立体图。与第一实施例同样地，外板11的上表面11a与垫板15的下表面接合。另外，在垫板15中，与第一实施例同样地，将板厚方向的面定义为第一面20，将与第一面20正交的面定义为第二面21，将第一面20与第二面21共有的边缘定义为共有边缘22。另外，同样地，存在从垫板15的第一面20朝向下方向与法线矢量A平行的法线矢量B。
图7的(a)是第三实施例，示出对横向构件12和梁13进行焊接的情况的正面立体图，(b)是第四实施例，示出对横向构件12和加强件16进行焊接的情况的正面立体图。
在第三实施例中，梁13的主面13a与横向构件12的第一面20接合，与第一实施例同样地，将与第一面20正交的面定义为第二面21，将第一面20和第二面21共有的边缘定义为共有边缘22。另外，同样地，存在从横向构件12的第一面20沿横向与法线矢量A平行的法线矢量B。
在第四实施例中，横向构件12的主面12a与加强件16的第一面20接合，与第一实施例同样地，将与第一面20正交的面定义为第二面21，将第一面20与第二面共有的边缘定义为共有边缘22。另外，同样地存在从加强件16的第一面20沿横向与法线矢量A平行的法线矢量B。
本实施方式的焊道的确定方法是确定对构成船体的至少两个被焊接构件进行焊接的焊道的方法，第一实施方式的确定方法按照以下的步骤进行。第一实施例至第四实施例以按该步骤进行的第一实施例的外板11与横向构件12的组合为例进行说明。流程图参照图8。
根据在计算机2的存储部4中存储的三维CAD数据中的被焊接构件10的形状，控制部3参照图4中示出的组合表，确定作为能够相互接触的两个被焊接构件10的外板(第一被焊接构件)11和横向构件(第二被焊接构件)12(步骤S1)。并且，由计算机2控制的焊接机器人1是对该两个被焊接构件10进行焊接的自动焊接机。
接下来，控制部3提取横向构件12的与外板11的一个面(上表面11a)接触并具有与一个面的法线矢量A平行的法线矢量B的第一面20(步骤S2)。即，获取横向构件12的面中的与外板11面接触的面(第一面20)。获取方法为，着眼于法线矢量，确定具有相互平行的法线矢量(A及B)的面(第一面20)。
然后，控制部3提取横向构件12的第二面21(步骤S3)。
进而，控制部3提取第一面20与第二面21共有的共有边缘22(步骤S4)。
然后，控制部3与共有边缘22对应地确定对外板11和横向构件12进行焊接的焊道30(步骤S5)。
图9是第五实施例，示出对横向构件12和垫板15进行焊接的情况，(a)是正面立体图，(b)是背面立体图。在图9的(a)中，横向构件12的侧面即主面12a与垫板15的第一面20接触。将横向构件12的与第一面20接触的主面12a定义为接触面23，将与接触面23重叠的部分定义为边缘24。另外，在图9的(b)中，垫板15的侧面即主面15a与横向构件12的第一面20接触。将垫板15的与第一面20接触的主面15a定义为接触面23，将与接触面23重叠的部分定义为边缘24。
本实施方式的焊道的确定方法确定对构成船体的至少两个被焊接构件进行焊接的焊道，第二实施方式的确定方法通过以下步骤进行。第五实施例以图9的(a)为例，说明通过该步骤进行的第五实施例的横向构件12和垫板15的组合。流程图参照图10。
根据在计算机2的存储部4中存储的三维CAD数据中的被焊接构件的形状，控制部3参照图4中示出的组合表，确定能够相互接触的横向构件(第一被焊接构件)12和垫板(第二被焊接构件)15(步骤S10)。
接下来，控制部3提取垫板15的与横向构件12接触的第一面20即主面(步骤S11)。即，获取垫板15的面中的与横向构件12面接触的面(第一面20)。获取方法为，着眼于法线矢量，确定具有相互平行的法线矢量的面(第一面20)。
然后，控制部3从横向构件12提取与第一面20接触的接触面23(步骤S12)。接触面23也是横向构件12的主面12a。
进而，控制部3从第一面20提取与接触面23重叠的边缘24(步骤S13)。
然后，控制部3对应于边缘24确定该对横向构件12和垫板15进行焊接的焊道30(步骤S14)。即，在垫板15的第一面20中，将搭在横向构件12的接触面23上的边缘24设为焊道备选边缘。
采用第一实施方式及第二实施方式说明的上述步骤是使计算机2执行焊道确定方法的程序，也是用于向焊接机器人1示教的示教程序。该步骤容易，适合于使多个焊接机器人1同时并行驱动的情况。
需要说明的是，本发明不限定于上述实施方式，能够适当变形、改良等。另外，上述实施方式中的各构成要素的材质、形状、尺寸、数值、方式、数量、配置部位等是任意的，只要能够实现本发明则并未被限定。
本申请基于2017年3月21日申请的日本专利申请特愿2017-054688提出，该日本专利申请的内容作为参照引用在本申请中。
产业上的可利用性
本发明的焊道确定方法、程序、示教程序及焊接机器人系统能够应用于准确地确定至少两个被焊接构件、确定待焊接的焊道并顺畅地使多个焊接机器人驱动的领域。
附图标记说明：
1 焊接机器人
2 计算机
3 控制部
4 存储部
10 被焊接构件
11 外板
12 横向构件
13 梁
14 纵向构件
15 垫板
16 加强件
20 第一面
21 第二面
22 共有边缘
23 接触面
30 焊道。

Claims (9)

1.一种焊道确定方法，其确定对作为构成船体的构件的至少两个被焊接构件进行焊接的焊道，其特征在于，
所述焊道确定方法包括以下步骤：
根据三维CAD数据中的被焊接构件的形状，确定能够相互接触的第一被焊接构件以及第二被焊接构件；
提取所述第二被焊接构件的与所述第一被焊接构件的一个面接触并具有与该一个面的法线矢量平行的法线矢量的第一面；
提取所述第二被焊接构件的第二面；
提取所述第一面与所述第二面共有的共有边缘；以及
与所述共有边缘对应地确定对所述第一被焊接构件和所述第二被焊接构件进行焊接的焊道。
2.根据权利要求1所述的焊道确定方法，其特征在于，
所述第一面是所述第二被焊接构件的板厚面，所述第二面是所述第二被焊接构件的主面。
3.一种焊道确定方法，其确定对作为构成船体的构件的两个被焊接构件进行焊接的焊道，其特征在于，
所述焊道确定方法包括以下步骤：
根据三维CAD数据中的被焊接构件的形状，确定能够相互接触的第一被焊接构件以及第二被焊接构件；
提取所述第二被焊接构件的与所述第一被焊接构件接触的第一面；
从所述第一被焊接构件提取与所述第一面接触的接触面；
从所述第一面提取与所述接触面重叠的边缘；以及
与所述边缘对应地确定对所述第一被焊接构件和所述第二被焊接构件进行焊接的焊道。
4.根据权利要求3所述的焊道确定方法，其特征在于，
所述第一面是所述第二被焊接构件的主面，所述接触面是所述第一被焊接构件的主面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的焊道确定方法，其特征在于，
所述第一被焊接构件以及所述第二被焊接构件是船体用的外板、横向构件、梁、纵向构件、垫板、加强件中的至少任一个。
6.一种程序，其特征在于，
用于使计算机执行权利要求1至4中任一项所述的焊道确定方法。
7.一种示教程序，其特征在于，
用于向焊接机器人示教利用权利要求1至4中任一项所述的焊定方法确定的焊道。
8.一种焊接机器人系统，其包括：
焊接机器人，其对作为构成船体的构件的至少两个被焊接构件进行焊接；以及
计算机，其按照规定的动作程序控制所述焊接机器人的动作，
其特征在于，
所述计算机执行以下处理：
根据三维CAD数据中的被焊接构件的形状，确定能够相互接触的第一被焊接构件以及第二被焊接构件；
提取所述第二被焊接构件的与所述第一被焊接构件的一个面接触并具有与该一个面的法线矢量平行的法线矢量的第一面；
提取所述第二被焊接构件的第二面；
提取所述第一面与所述第二面共有的共有边缘；以及
与所述共有边缘对应地确定对所述第一被焊接构件和所述第二被焊接构件进行焊接的焊道。
9.一种焊接机器人系统，其包括：
焊接机器人，其对作为构成船体的构件的至少两个被焊接构件进行焊接；以及
计算机，其按照规定的动作程序控制所述焊接机器人的动作，
其特征在于，
所述计算机执行以下处理：
根据三维CAD数据中的被焊接构件的形状，确定能够相互接触的第一被焊接构件与第二被焊接构件；
提取所述第二被焊接构件的与所述第一被焊接构件接触的第一面；
从所述第一被焊接构件提取与所述第一面接触的接触面；
从所述第一面提取与所述接触面重叠的边缘；以及
与所述边缘对应地确定对所述第一被焊接构件和所述第二被焊接构件进行焊接的焊道。
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