JP2002137061A - 溶接線端部付近の溶接処理自動決定方法および溶接処理自動決定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接線の端部付近の加工品の形状にかかわら
ず、その形状に適した溶接処理を自動的に決定する溶接
線端部付近の溶接処理自動決定方法および溶接処理自動
決定システムを提供する。 【解決手段】 溶接線端部付近の溶接処理を溶接線に対
するトーチ角度と溶接線端部におけるトーチ動作とに基
づいて所要数の端部処理パターンに予め分類しておき、
溶接対象端部付近が前記パターンのいずれに該当するか
をシミュレーションに基づいて自動的に判定し、その判
定結果により溶接線端部付近の溶接処理を自動的に決定
するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶接線端部付近の溶
接処理自動決定方法および溶接処理自動決定システムに
関する。さらに詳しくは、溶接線端部付近の加工品の形
状にかかわらずその形状に適した溶接処理を自動的に決
定する溶接線端部付近の溶接処理自動決定方法および溶
接処理自動決定システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多様な対象物の溶接に適用可能な
ことから溶接ロボットによる自動溶接が広く行われてい
る。この自動溶接を行うためには、溶接部分を示す溶接
線の位置情報を溶接ロボットに与える必要があるが、加
工品の形状が単純な場合には、パターン化された動作プ
ログラムにより対象部材を検知し、その検知位置に基づ
いて溶接線の始端と終端を算出することができる。つま
り、加工品の形状が単純な場合には、パターン化された
動作プログラムにより溶接線の位置を溶接ロボットに自
動教示できる。

【０００３】ところが、船舶用機材などのように構造が
複雑な生産品の製造においては、前述したパターン化さ
れた動作プログラムにより溶接線の自動教示がなし得
ず、そのため人手による溶接線の教示を余儀なくされて
いるが、人手による教示は効率的でないため、数値的デ
ータで直接溶接ロボットに溶接線の教示を含む溶接工程
を自動的に指示するシステムの利用が望まれている。こ
のような事情から、いわゆる３次元ＣＡＤ（Computer A
ided Design）システムを利用して、人手によらずに自
動的に教示用データを作成するシステムの開発が行われ
るようになってきている。

【０００４】しかしながら、取付部材と被取付部材の接
合部分を含む加工品の構造は多様であり、加工品の構造
が複雑である場合やビート継ぎ処理を行う必要がある場
合などにおいては、溶接線端部付近の溶接処理を自動的
にを決定することができない。そこで、そのような場合
には特開平１１−２９８２１５号公報に開示されている
ように、端部付近の形状などに適した溶接処理を人手に
よる入力で対処しているのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、溶接線の端部付
近の加工品の形状にかかわらず、その形状に適した溶接
処理を自動的に決定する溶接線端部付近の溶接処理自動
決定方法および溶接処理自動決定システムを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の溶接線端部付近
の溶接処理自動決定方法は、溶接線端部付近の溶接処理
を溶接線に対するトーチ角度と溶接線端部におけるトー
チ動作とに基づいて所要数の端部処理パターンに予め分
類しておき、溶接対象端部付近が前記パターンのいずれ
に該当するかをシミュレーションに基づいて自動的に判
定し、その判定結果により溶接線端部付近の溶接処理を
自動的に決定することを特徴とする。

【０００７】本発明の溶接線端部付近の溶接処理自動決
定方法は、具体的には、３次元ＣＡＤシステムとＣＡＭ
システムとを用いた溶接線端部付近の溶接処理自動決定
方法であって、３次元ＣＡＤシステムにより取付部材を
含む各部材を加工品に組立てるシミュレーションをなす
手順と、前記シミュレーションより得られた溶接線端部
付近の形状により、溶接対象端部付近が、溶接線に対す
るトーチ角度と端部におけるトーチ動作とに基づいて予
め設定されている所要数の端部処理パターンのいずれに
該当するかを判定する手順と、前記判定結果に対応した
溶接処理を選定する手順とを含んでなることを特徴とす
る。

【０００８】一方、本発明の溶接線端部付近の溶接処理
自動決定システムは、３次元ＣＡＤシステムとＣＡＭシ
ステムとを用いた溶接線端部付近の溶接処理自動決定シ
ステムであって、３次元ＣＡＤシステムにより取付部材
を含む各部材を加工品に組立てるシミュレーションをな
し、前記シミュレーションより得られた溶接線端部付近
の形状により、溶接対象端部付近が溶接線に対するトー
チ角度と端部におけるトーチ動作とに基づいて予め設定
されている所要数の端部処理パターンのいずれに該当す
るかを判定し、前記判定結果に対応した溶接処理を選定
するよう構成されてなることを特徴とする。

【０００９】ここで、溶接線に対するトーチ角度は、例
えば溶接線に対し垂直とすると、溶接線に対し傾けると
に分類され、かつ、端部におけるトーチ動作は、例えば
角巻き処理を行う、ビード継ぎ処理を行う、角巻き処理
およびビード継ぎ処理を行わないとに分類される。

【００１０】

【作用】本発明は前記の如く構成されているので、溶接
線端部付近の加工品の形状にかかわらず、溶接線端部付
近の加工品の形状に適した溶接処理を自動的に決定でき
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。

【００１２】図１に本発明の実施形態に係る溶接線端部
付近の溶接処理決定方法が適用される溶接処理自動決定
システムＴの概略構成を示し、溶接処理自動決定システ
ムＴは、加工品の形状が複雑な場合やビード継ぎ処理を
必要とする場合等でも、溶接線端部付近の加工品の形状
に適した溶接処理を自動的に決定するものである。

【００１３】溶接処理自動決定システムＴは、３次元Ｃ
ＡＤシステム１１と、ＣＡＭ（Computer Aided Manufac
turing）システム１２と、ＣＡＭシステム１２からの指
示により製造現場で溶接ロボット１５に具体的な動作の
指示を行う製造現場制御装置１３と、製造現場制御装置
１３からの指示により溶接ロボット１５の動作を制御す
るロボットコントローラ１４とから構成される。

【００１４】３次元ＣＡＤシステム１１は、溶接対象物
となる加工品を構成する各部材の形状データおよび溶接
線となることが予定される溶接候補線に関する情報を含
む溶接線情報を格納する形状・溶接線データベース１１
Ａを備えるとともに、各部材の形状データを用いて各部
材を加工品に組み立てるシミュレーション機能を有して
いる。ここで、各部材の形状データは、例えばその部材
を構成する面を多角形により近似し、その多角形の頂点
の座標の形態で保持されている。

【００１５】ＣＡＭシステム１２は、溶接条件データ、
運棒方法データ、端部処理パターンデータおよびセンシ
ング方向データなどの溶接作業の実行に関するデータを
格納する溶接作業データベース１２Ａを備えるととも
に、溶接線端部付近の溶接処理を決定する機能を有す
る。なお、端部処理パターンデータの内容については後
述する。

【００１６】製造現場制御装置１３は、ＣＡＭシステム
１２により作成された数値制御データを数値制御データ
ベース１３Ａに保管するとともに、この数値制御データ
に基づいてロボットコントローラ１４にロボット１５の
動作を指示する。

【００１７】ロボットコントローラ１４は、製造現場制
御装置１３からの指示に基づきロボット１５の動作を制
御する。

【００１８】次に、図２ないし図１０を参照しながら各
加工品の形状に対する溶接線端部付近の溶接処理につい
て説明する。

【００１９】図２に示すように、溶接線２３の端部に取
付部材２１と被取付部材２２以外の部材がない場合は、
溶接線２３に対しトーチを垂直にして角巻き処理を行
う。

【００２０】図３に示すように、溶接線３３の端部に取
付部材３１と被取付部材３２以外の部材はないが溶接残
しを設ける場合は、溶接線３３に対しトーチを垂直にし
て角巻き処理およびビード継ぎ処理を行わずに溶接を行
う。なお、図２に示す例において角巻き処理を行わない
場合は、残し量ｄが限りなく小さいものと考えることも
できる。

【００２１】図４に示すように、溶接線４３の端部に取
付部材４１と被取付部材４２以外の部材がなく、取付部
材４１と被取付部材４２の取付部分に先行ビード４４が
ある場合は、溶接線４３に対しトーチを垂直にしてビー
ド継ぎ処理を行う。

【００２２】図５に示すように、他の部材５５が溶接線
５３の左端に突き当たる場合は、他の部材５５と溶接線
５３との交差角θ（以下、単に交差角θという）の大き
さに応じて溶接方法が異なる。

【００２３】交差角θが、トーチを溶接線５３に対し垂
直にした場合に他の部材５５がトーチの妨げにならない
大きさであれば、溶接線５３に対しトーチを垂直にして
溶接を行う。また、交差角θが、トーチを溶接線５３に
対し垂直にすると他の部材５５がトーチの妨げになる大
きさではあるが、トーチを溶接線５３に対し傾けると交
点Ｐ１付近の溶接を行うことができる大きさであれば、
例えば溶接線５３に対しトーチを傾けて交点Ｐ１から溶
接を開始する。一方、交差角θが、トーチを傾けても交
点Ｐ１付近の溶接をすることができない大きさであれ
ば、溶接線５３に対しトーチを垂直にして溶接残しを設
けて溶接を行う。なお、トーチを傾けることにより交点
Ｐ１付近の溶接が可能な交差角θの範囲は（９０°±
α）とする。ここで、αは例えば３０度とされる。

【００２４】図６に示すように、他の部材６５が取付部
材６１に接触せずに取付部材６１の左端側にある場合に
は、溶接線６３に対してトーチを垂直にして角巻き処理
を行うが、取付部材６１と他の部材６５の間隔ｄ１がト
ーチの妨げにならない大きさであれば、図６（ｂ）に示
すように角巻き処理を行う。また、図６（ｃ）に示すよ
うに他の部材６５が取付部材６１の端面に接合していれ
ば、当然に角巻き処理は行わない。

【００２５】図７に示すように、他の部材７３が取付部
材７１に接触せずに溶接線７３側にある場合には、取付
部材７１と他の部材７５との間隔ｄ２の大きさに応じて
溶接方法が異なる。

【００２６】取付部材７１と他の部材７５との間隔ｄ２
が広くて他の部材７５がトーチの妨げにならなければ、
図２の場合と同様、溶接線７３に対してトーチを垂直に
して角巻き処理を行う。その逆に、取付部材７１と他の
部材７５との間隔ｄ２が狭くて他の部材７５がトーチの
妨げになれば、他の部材７５の延長線が溶接線７３に突
き当たる点Ｐ２近傍でトーチを傾けてビード継ぎ処理を
行う。

【００２７】図８に示すように、スカラップ端８５ａを
有する他の部材８５が取付部材８１と被取付部材８２に
接触している場合には、他の部材８５が溶接線８３に突
き当たる点Ｐ３近傍でトーチを傾けてビード継ぎ処理を
行う。

【００２８】図９に示すように、スカラップ端９１ａを
有する取付部材９１と被取付部材９２以外の他の部材９
５が、取付部材９１と被取付部材９２に接触している場
合には、原則として溶接線９３に対してトーチを垂直に
して角巻き処理を行う。ただし、スカラップ端の半径ｒ
が小さいときは角巻き処理は行わない。

【００２９】図１０に示すように、他の部材１０５が溶
接線１０３の左端に突き当たる場合には、図５と同様に
溶接処理を行う。

【００３０】前述したことから、溶接線端部付近の溶接
処理は、次のように分類可能であるのがわかる。まず、
トーチ角度に関しては、溶接線に対し（１）垂直にす
る、（２）傾ける、の２種類に分類できる。また、トー
チ動作に関しては、（１）角巻き処理を行う、（２）ビ
ード継ぎ処理を行う、（３）角巻き処理およびビード継
ぎ処理を行わない、の３種類に分類できる。したがっ
て、溶接線端部付近の溶接処理は６種類のパターン（端
部処理パターン）に分類することができる。

【００３１】以下、前記各パターンについて図１１を参
照しながら説明する。

【００３２】第１のパターンは、溶接線に対しトーチを
垂直にして角巻き処理を行うパターンであり、以下では
第１のパターンを「オープン端」という。図２および図
９に示す例がこれに該当する。

【００３３】第２のパターンは、溶接線に対しトーチを
垂直にして角巻き処理もビード継ぎ処理もなさずに溶接
を行うパターンであり、以下では第２のパターンを「セ
ミオープン端」という。図３に示す例がこれに該当す
る。

【００３４】第３のパターンは、溶接線に対しトーチを
垂直にしてビード継ぎを行うパターンであり、以下では
第３のパターンを「セミオープン継ぎ端」という。図４
に示す例がこれに該当する。

【００３５】第４のパターンは、溶接線に対しトーチを
傾けて角巻き処理を行うものであるが、実際には溶接が
実行不可能なためパターン分類処理で分類されるパター
ンには第４のパターンは含まない。図６（ｂ）に示す例
がこれに該当する。

【００３６】第５のパターンは、溶接線に対しトーチを
傾けて角巻き処理もビード継ぎもなさずに溶接を行うパ
ターンであり、以下では第５のパターンを「クローズ
端」という。図５、図６（ｃ）および図１０に示す例が
これに該当する。

【００３７】第６のパターンは、溶接線に対しトーチを
傾けてビード継ぎ処理を行うパターンであり、以下では
第６のパターンを「クローズ継ぎ端」という。図７およ
び図８に示す例がこれに該当する。

【００３８】次に、図１２を参照しながら、ＣＡＭシス
テム１２における加工品の形状に基づく溶接線端部付近
の溶接処理を前記いずれのパターンとするかの判定手順
について説明する。この判定手順は、本出願人が先に提
案した部材の突き当たりによる溶接線の分割作業（特願
２０００−２２１６４５参照）を行った後になされる。
そのため、以下の処理は溶接線の途中に他の部材が突き
当ることはないとしてなされる。なお、図１２中の符号
Ｓ1〜Ｓ１０はステップ番号を示す。

【００３９】ステップＳ１では、溶接の障害となる部材
（以下、他部材という）が溶接線の端点付近に存在する
かを、３次元ＣＡＤシステム１１により加工品を構成す
る各部材を用いて組み立てられた加工品に基づいて判定
する。そして、他部材があると判定した場合にはステッ
プＳ２の処理に移行し、他部材がないと判定した場合に
はステップＳ７の処理に移行する。

【００４０】ステップＳ２では、取付部材と他部材との
交差角θを求め、交差角θが（９０−α）以上（９０＋
α）以下の範囲内にあるか否かを判定する。そして、交
差角θが前記範囲内にあると判定した場合にはステップ
Ｓ３の処理に移行し、交差角θが前記範囲内にないと判
定した場合にはステップＳ６の処理に移行する。

【００４１】ステップＳ３では、他部材が溶接線に接触
しているかを溶接線と他部材の距離を計算することによ
って判定する。そして、接触していると判定した場合に
はステップＳ４の処理に移行し、接触していないと判定
した場合にはステップＳ５の処理に移行する。

【００４２】ステップＳ４では、溶接線の端部付近の溶
接処理をクローズ端と判定して処理を終了する。

【００４３】ステップＳ５では、溶接線の端部付近の溶
接処理をクローズ継ぎ端と判定して処理を終了する。

【００４４】ステップＳ６では、溶接線の端部付近の溶
接処理をセミオープン端と判定して処理を終了する。

【００４５】ステップＳ７では、対象の溶接線の端点付
近にビード継ぎ可能な溶接線があるか否かを、３次元Ｃ
ＡＤシステム１１により組み立てられた加工品の形状お
よび溶接の順序に基づいて判定する。そして、ビード継
ぎ可能な溶接線がないと判定した場合にはステップＳ８
の処理に移行し、ビード継ぎ可能な溶接線があると判定
した場合にはステップＳ１０の処理に移行する。

【００４６】ステップＳ８では、溶接線の端点が取付部
材の頂点に一致するか否かを３次元ＣＡＤシステム１１
により加工品に組み立てられた取付部材の形状に基づい
て判定する。そして、一致すると判定した場合にはステ
ップＳ９の処理に移行し、一致しないと判定した場合に
はステップＳ６の処理に移行する。

【００４７】ステップＳ９では、溶接線端部付近の溶接
処理をオープン端と判定して処理を終了する。

【００４８】ステップＳ１０では、溶接線端部付近の溶
接処理をセミオープン継ぎ端と判定して処理を終了す
る。

【００４９】このように、本実施形態の端部処理自動決
定システムは、溶接線端部付近の溶接処理方法を分類し
（図１１参照）、溶接線端部付近がどの端部処理パター
ンに該当するのかを自動的に判定するようにしているの
で、溶接線端部付近の加工品の形状にかかわらず、その
形状に適した溶接処理を自動的に決定することが可能と
なる。

【００５０】以下、図１２のフローチャートに従って説
明した溶接線端部付近における溶接処理の判定手順の具
体例を、図１３を参照しながら説明する。なお、図１３
は溶接線端部付近における溶接処理の判定手順の具体例
を示す説明図である。

【００５１】加工品Ｗにおいて取付部材１２１と被取付
部材１２２以外の部材１２３、１２４、１２５、１２６
が溶接の障害となるかを判定し（ステップＳ１）、溶接
の障害となる部材がないと判定され、ステップＳ７の処
理に移行する。

【００５２】溶接対象の溶接線１２７以外にビード継ぎ
可能な溶接線があるかを判定し（ステップＳ７）、ビー
ド継ぎ可能な溶接線がないと判定され、ステップＳ８の
処理に移行する。

【００５３】溶接線１２７の端部Ａが取付部材１２１の
頂点に一致するかを判定し（ステップＳ８）、一致する
と判定され、ステップＳ９の処理に移行する。

【００５４】溶接線の端部付近の溶接処理パターンを
「オープン端」と判定し（ステップＳ９）、処理を終了
する。

【００５５】このように、加工品において取付部材と被
取付部材以外の部材が存在する場合であっても、図１３
に示す加工品の形状に適した溶接処理を自動的に決定す
ることができる。

【００５６】また、この実施形態によれば、溶接線端部
付近の端部処理パターンを自動的に判定できるので、予
め端部処理パターンごとに端部運棒データを設定してお
けば端部溶接用のロボット動作プログラムの自動作成が
容易になし得る。

【００５７】以上、本発明を実施形態に基づいて説明し
てきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるも
のではなく、種々改変が可能である。例えば、本実施形
態では、理解の容易のために平板に直方体部材を水平隅
肉溶接により取り付ける場合を例に採り説明されている
が、他の形状の部材を取り付ける場合についても適用で
き、また適用できる溶接方法は水平隅肉溶接に限定され
るものではなく、各種溶接に適用できる。さらに、本実
施形態では溶接ロボットを例に採り説明されているが、
本発明の適用は溶接ロボットに限定されるものではな
く、各種の自動溶接装置における溶接線端部付近の溶接
方法の決定に適用可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
溶接線端部付近の加工品の形状にかかわらず、溶接線端
部付近の形状に適した溶接処理方法を自動的に決定でき
るという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接線の端部付近の溶接処理決定方法が適用さ
れる溶接処理自動決定システムの概略構成図である。

【図２】溶接線端部付近の溶接処理方法の説明図であっ
て、同（ａ）は概略斜視図であり、同（ｂ）は平面図で
ある。

【図３】溶接線端部付近の溶接処理方法の説明図であっ
て、同（ａ）は概略斜視図であり、同（ｂ）は平面図で
ある。

【図４】溶接線端部付近の溶接処理方法の説明図であっ
て、同（ａ）は概略斜視図であり、同（ｂ）は平面図で
ある。

【図５】溶接線端部付近の溶接処理方法の説明図であっ
て、同（ａ）は概略斜視図であり、同（ｂ）は平面図で
ある。

【図６】溶接線端部付近の溶接処理方法の説明図であっ
て、同（ａ）は概略斜視図であり、同（ｂ）は平面図で
あり、同（ｃ）は他の態様の平面図である。

【図７】溶接線端部付近の溶接処理方法の説明図であっ
て、同（ａ）は概略斜視図であり、同（ｂ）は平面図で
ある。

【図８】溶接線端部付近の溶接処理方法の説明図であっ
て、同（ａ）は概略斜視図であり、同（ｂ）は平面図で
ある。

【図９】溶接線端部付近の溶接処理方法の説明図であっ
て、同（ａ）は概略斜視図であり、同（ｂ）は平面図で
ある。

【図１０】溶接線端部付近の溶接処理方法の説明図であ
って、同（ａ）は概略斜視図であり、同（ｂ）は平面図
である。

【図１１】溶接線端部付近の溶接処理パターンを示す図
である。

【図１２】溶接線端部付近における溶接処理の分類手順
を示すフローチャートである。

【図１３】溶接線端部付近における溶接処理の決定方法
の具体例の説明図である。

【符号の説明】

１１ ３次元ＣＡＤシステム １１Ａ 形状・溶接線データベース １２ ＣＡＭシステム １２Ａ 溶接作業データベース １３ 製造現場制御装置 １３Ａ 数値制御データベース １４ ロボットコントローラ １５ 溶接ロボット Ｔ 溶接処理自動決定システム Ｗ 加工品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 文博 明石市川崎町１番１号 川崎重工業株式会 社明石工場内 (72)発明者 川端 純一 明石市川崎町１番１号 川崎重工業株式会 社明石工場内 Ｆターム(参考） 3F059 AA05 FA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接線端部付近の溶接処理を溶接線に対
   するトーチ角度と溶接線端部におけるトーチ動作とに基
   づいて、所要数の端部処理パターンに予め分類してお
   き、溶接対象端部付近が前記パターンのいずれに該当す
   るかをシミュレーションに基づいて自動的に判定し、そ
   の判定結果により溶接線端部付近の溶接処理を自動的に
   決定することを特徴とする溶接線端部付近の溶接処理自
   動決定方法。
2. 【請求項２】 ３次元ＣＡＤシステムとＣＡＭシステム
   とを用いた溶接線端部付近の溶接処理自動決定方法であ
   って、 ３次元ＣＡＤシステムにより取付部材を含む各部材を加
   工品に組立てるシミュレーションをなす手順と、 前記シミュレーションより得られた溶接線端部付近の形
   状により、溶接対象端部付近が、溶接線に対するトーチ
   角度と端部におけるトーチ動作とに基づいて予め設定さ
   れている所要数の端部処理パターンのいずれに該当する
   かを判定する手順と、 前記判定結果に対応した溶接処理を選定する手順とを含
   んでなることを特徴とする溶接線端部付近の溶接処理自
   動決定方法。
3. 【請求項３】 溶接線に対するトーチ角度が、溶接線に
   対し垂直とすると、溶接線に対し傾けるとに分類され、
   かつ、端部におけるトーチ動作が、角巻き処理を行う、
   ビード継ぎ処理を行う、角巻き処理およびビード継ぎ処
   理を行わないとに分類されていることを特徴とする請求
   項１または２記載の溶接線端部付近の溶接処理自動決定
   方法。
4. 【請求項４】 ３次元ＣＡＤシステムとＣＡＭシステム
   とを用いた溶接線端部付近の溶接処理自動決定システム
   であって、 ３次元ＣＡＤシステムにより取付部材を含む各部材を加
   工品に組立てるシミュレーションをなし、前記シミュレ
   ーションより得られた溶接線端部付近の形状により、溶
   接対象端部付近が溶接線に対するトーチ角度と端部にお
   けるトーチ動作とに基づいて予め設定されている所要数
   の端部処理パターンのいずれに該当するかを判定し、前
   記判定結果に対応した溶接処理を選定するよう構成され
   てなることを特徴とする溶接線端部付近の溶接処理自動
   決定システム。
5. 【請求項５】 溶接線に対するトーチ角度が、溶接線に
   対し垂直とすると、溶接線に対し傾けるとに分類され、
   かつ、端部におけるトーチ動作が、角巻き処理を行う、
   ビード継ぎ処理を行う、角巻き処理およびビード継ぎ処
   理を行わないとに分類されていることを特徴とする請求
   項４記載の溶接線端部付近の溶接処理自動決定システ
   ム。