JP2021068058A - 部材位置関係推定装置、部材位置関係推定方法、及び部材位置関係推定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】溶接における２つの部材の位置関係を推定する部材位置関係推定装置を提供する。【解決手段】部材位置関係推定装置は、少なくとも溶接する２つの部材を含む３次元形状データ及び２つの部材において溶接個所を示す溶接線のデータとを受信する受信部と、３次元形状データをワイヤーフレームに変換する変換部と、溶接線上に、複数のチェック用部材を配置する配置部と、複数のチェック用部材各々と、２つの部材のワイヤーフレームとの干渉を判定する判定部と、複数のチェック用部材の２つの部材との干渉の態様に基づいて、２つの部材の位置関係を特定する特定部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、溶接における部材の位置関係を推定することができる部材位置関係推定装置、部材位置関係推定方法及び部材位置関係推定プログラムに関する。

溶接において、設計者から、設計データとして３次元形状を表すＣＡＤデータとして、ソリッドデータ、またはサーフェスデータ、またはポリゴンデータのうち少なくともいずれか一つとともに、そのソリッドデータに対して、溶接を行う箇所を示す溶接線を示すデータを受け付けて、溶接を行う。この溶接線は、アーク溶接においてはアーク線と呼称されることがある。自動溶接を行うにあたっては、溶接ロボットに対して、ロボット教示用のタグ設定や継手構造の認識が必要となり、溶接を行う部材間の位置関係の把握が必要となる。特許文献１には、２以上の立体が空間内に相対的に移動する場合に互いが干渉するか否かを判別する技術が開示されている。また、特許文献２には、ロボットと、ロボットの作業対象であるワークが互いに干渉するかをチェックする技術が開示されている。また、特許文献３には、溶接ロボットの教示用データを作成する溶接プログラム作成装置が開示されている。

特開平１−４８１０７号公報 特開平５−３２４０４１号公報 特開２０１６−６２４７７号公報

ところで、上述の溶接線の指定の仕方は、設計者によってワーク形状に対して溶接の有無は指定するものの、具体的な溶接位置の指定はなされないのが実情である。そのため、部材の位置関係の把握や、実際にティーチすべき溶接線の位置が認識できないことがあり、設計データを受け付けて溶接を自動的に行う障害となっているという問題がある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、設計データに対する溶接線がどのような態様であっても、溶接を行う部材間の位置関係を特定できる部材位置関係推定装置、部材位置関係推定方法、及び、部材位置関係推定プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る部材位置関係推定装置は、少なくとも溶接する２つの部材を含む３次元形状データ及び２つの部材において溶接個所を示す溶接線のデータとを受信する受信部と、３次元形状データをワイヤーフレームに変換する変換部と、溶接線上に、複数のチェック用部材を配置する配置部と、複数のチェック用部材各々と、２つの部材のワイヤーフレームとの干渉を判定する判定部と、複数のチェック用部材の２つの部材との干渉の態様に基づいて、２つの部材の位置関係を特定する特定部と、を備える。

また、本発明の一態様に係る部材位置関係推定方法は、コンピュータが、少なくとも溶接する２つの部材を含む３次元形状データ及び２つの部材において溶接個所を示す溶接線のデータとを受信する受信ステップと、３次元形状データをワイヤーフレームに変換する変換ステップと、溶接線上に、複数のチェック用部材を配置する配置ステップと、複数のチェック用部材各々と、２つの部材のワイヤーフレームとの干渉を判定する判定ステップと、複数のチェック用部材の２つの部材との干渉の態様に基づいて、２つの部材の位置関係を特定する特定ステップと、を含む。

また、本発明の一態様に係る部材位置関係推定プログラムは、コンピュータに、少なくとも溶接する２つの部材を含む３次元形状データ及び２つの部材において溶接個所を示す溶接線のデータとを受信する受信機能と、３次元形状データをワイヤーフレームに変換する変換機能と、溶接線上に、複数のチェック用部材を配置する配置機能と、複数のチェック用部材各々と、２つの部材のワイヤーフレームとの干渉を判定する判定機能と、複数のチェック用部材の２つの部材との干渉の態様に基づいて、２つの部材の位置関係を特定する特定機能と、を実現させる。

また、上記部材位置関係推定装置において、特定部は、干渉の態様として、チェック用部材が２つの部材のワイヤーフレームそれぞれと干渉する干渉数に基づいて、２つの部材の位置関係を特定することとしてもよい。

また、上記部材位置関係推定装置において、特定部は、チェック用部材が部材のワイヤーフレームとの干渉数が多い方が溶接における上板であり、干渉数が少ない方が溶接における下板であると特定することとしてもよい。

また、上記部材位置関係推定装置において、特定部は、干渉の態様として、溶接線上に配置されたチェック用部材が、部材の面に干渉するか、部材のワイヤーフレームに干渉するか、干渉しないかに応じて、２つの部材の位置関係として溶接における２つの部材の継手構造を特定することとしてもよい。

また、上記部材位置関係推定装置において、受信部が受信する溶接線のデータは、ルート部となる部材のエッジを示すルート部エッジと、溶接トーチのトーチが進入する側の部材のエッジを示すトーチ部進入エッジと、トーチ部進入エッジがある一方の部材から他方の部材に対して投影した場合の投影エッジと、のうちのいずれかを示し、特定部は、溶接線が示すエッジと、溶接線が示すエッジ以外のルート部エッジと、トーチ部進入エッジと、投影エッジとのうちの少なくともいずれかを用いて、２つの部材の位置関係を特定することとしてもよい。

また、上記部材位置関係推定装置において、特定部は、ルート部エッジとトーチ部進入エッジとが共に２つの部材のうちの一方の部材の面に干渉し、ルート部エッジとトーチ部進入エッジとが共に、２つの部材のうちの他方の部材のワイヤーフレームに干渉する場合に、２つの部材は、Ｔ字型に接続されていると特定することとしてもよい。

また、上記部材位置関係推定装置において、特定部は、ルート部エッジとトーチ部進入エッジとのうちのいずれか一方が２つの部材のうちのいずれか一方の面に干渉し、投影エッジが、２つの部材のうちの他方の部材に干渉しない場合に、２つの部材は、他方が一方に対して斜めに接続されていると特定することとしてもよい。

また、上記部材位置関係推定装置において、特定部は、ルート部エッジが、２つの部材双方のワイヤーフレームに干渉し、トーチ部進入エッジが、２つの部材双方のワイヤーフレームに干渉する場合に、２つの部材は、共にその端部が互いに突き合わせられた態様で接続されていると特定することとしてもよい。

また、上記部材位置関係推定装置において、特定部は、ルート部エッジが、２つの部材のうちのいずれか一方の面に干渉し、他方のワイヤーフレームに干渉し、トーチ部進入エッジが、一方の部材に対して干渉せず、他方の部材のワイヤーフレームに干渉する場合に、２つの部材は互いに重ね合わせる態様で接続されていると特定することとしてもよい。

部材位置関係推定装置は、溶接線上に仮想的なチェック用部材を設けて、そのチェック用部材が、溶接する２つの部材それぞれに対してどのように干渉するかを特定することで、２つの部材の位置関係を特定することができる。よって、部材位置関係推定装置は、溶接する２つの部材の位置関係を自動的に特定することで、例えば、設計データを受け付けて溶接を行う、その自動化の一端に寄与することができる。

部材位置関係推定装置の構成例を示すブロック図である。 溶接する２つの部材と、溶接に関連するエッジについて説明する図であり、（ａ）は、２つの部材の側面図であり、（ｂ）は、２つの部材の斜視図である。 （ａ）は、溶接する２つの部材の平面図であり、（ｂ）は、チェック用部材を配置した２つの部材の平面図である。 （ａ）は、Ｔ字型に２つの部材を溶接する場合の２つの部材の側面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）の斜視図であり、（ｃ）は、チェック用部材と部材との干渉関係を示す表である。 （ａ）は、斜めに２つの部材を溶接する場合の２つの部材の側面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）の斜視図であり、（ｃ）は、チェック用部材と部材との干渉関係を示す表である。 （ａ）は、２つの部材を突き合わせて溶接する場合の２つの部材の側面図であり、（ｂ）は、図６（ａ）の斜視図であり、（ｃ）は、チェック用部材と部材との干渉関係を示す表である。 （ａ）は、２つの部材を重ね合わせて溶接する場合の２つの部材の側面図であり、（ｂ）は、図７（ａ）の斜視図であり、（ｃ）は、チェック用部材と部材との干渉関係を示す表である。 部材位置関係推定装置による２つの部材の上下関係の推定処理を示すフローチャートである。 部材位置関係推定装置による２つの部材の継手構造の推定処理を示すフローチャートである。 部材位置関係推定装置の他の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施態様に係る部材位置関係推定装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜実施形態１＞
＜構成＞
図１に示す部材位置関係推定装置１００は、アーク溶接に係る設計データの入力を受け付けて、溶接する２つの部材の位置関係を推定する装置である。即ち、部材位置関係推定装置１００は、溶接する２つの部材のうち、いずれが上板であり、いずれが下板であるかを推定したり、継手構造の態様を、その情報が設計データに含まれていなくても、推定したりすることができる装置である。部材位置関係推定装置１００は、タブレット端末、パーソナルコンピュータ、サーバ装置等の情報処理装置（コンピュータ）により実現される。

ここで、本実施例におけるアーク溶接に係る設計データにおいて溶接を行う箇所を示す溶接線（アーク線と呼称されることもある）、及び、溶接する２つの部材の上下関係を推定する手法について説明する。

図２は、設計データの一例であり、（ａ）は、溶接対象となる２つの部材の側面図であり、（ｂ）は、その斜視図である。図２（ａ）、（ｂ）には、第２部材２０に対して第１部材１０を斜めに溶接する場合の一例を示している。図２（ａ）、（ｂ）において、実際に溶接を行う箇所は、線分３１で示される位置を溶接する。このような溶接を行う際には、設計データにおいては、線分３０、３１、３２のいずれかが溶接線として指定される。ここで、破線で示される線分３１は、溶接トーチのルート部が接近する側のエッジということで、ルート部エッジと呼称する。また、実線で示す線分３０は、溶接トーチのトーチ部が接近する側のエッジということで、トーチ部進入エッジと呼称する。そして、トーチ部進入エッジ３０から、第２部材２０に対して垂直に下した一点鎖線で示す線分３２を投影エッジと呼称する。溶接ロボットに対して、溶接位置として実際にティーチする位置は、投影エッジとなる。なお、これは、図２に示すように斜めに溶接する場合のティーチ位置であり、２つの部材を溶接する際の継手構造によって、ティーチするエッジは異なる。詳細については、図４〜図７を用いて後述する。

次に、図３を用いて部材の上下関係の判別手法について説明する。図３は、溶接する２つの部材の平面図である。図３（ａ）に示されるように、第１部材１０と第２部材２０とを溶接するものとして、溶接線３０が設計データで指定されているとする。本実施例に係る部材位置関係推定装置１００は、設計データに示される第１部材１０と第２部材２０とのワイヤーフレームを作成するとともに、溶接線３０の上に、複数の仮想的なチェック用部材３０ａ〜３０ｅを配置する。部材位置関係推定装置１００は、各チェック用部材３０ａ〜３０ｅと、第１部材１０及び第２部材２０とのワイヤーフレームと干渉するかどうかを判定する。そして、部材位置関係推定装置１００は、チェック用部材がより多く干渉した部材の方が溶接における上板であると推定する。図３（ｂ）の例でいえば、第１部材１０のワイヤーフレームは、全てのチェック用部材３０ａ〜３０ｅと干渉する。これに対して、第２部材２０のワイヤーフレームは、チェック要部材３０ａと３０ｅに干渉する。結果、この場合には、部材位置関係推定装置１００は、第１部材１０の方が溶接における上板であると推定する。以下詳細に説明する。

図１に示すように、本発明に係る部材位置関係推定装置１００は、通信部１１０と、記憶部１２０と、制御部１３０と、出力部１４０とを備える。部材位置関係推定装置１００の各部は、バス１６０を介して互いに通信可能に構成されてよい。

通信部１１０は、設計者の端末から、ネットワーク回線を介して、溶接の設計データを受信する機能を有する。ここでいう設計データは、少なくともアーク溶接を行う少なくとも２つの部材を含み、形状と、溶接線と、の３次元形状データを含む。３次元形状データは、ソリッドデータと、サーフェスデータと、ポリゴンデータのうちのいずれかを示す情報（いずれかの形式で定義されたＣＡＤデータ）であり、これらのうちの複数を含むものであってもよい。ソリッドデータとは、ＣＡＤ（Computer Aided Design）における内部構造まで定義された設計対象の情報を示すデータのことである。サーフェスデータとは、ソリッドデータとは異なり部材の表面のみを定義したデータのことである。また、ポリゴンデータとは、部材形状を多角形の面により表現したデータのことである。設計データは、ワイヤーフレームで転送されてきてもよい。通信部１１０は、溶接に関する設計データを受信すると、受信した設計データを制御部１３０に伝達する。なお、ここでは、アーク溶接を例に説明しているが、本実施形態に示す部材の位置関係の推定方法および継手構造の推定方法は、アーク溶接によるものに限定するものではない。材料の加工方法により加工する（した）部材間の位置関係を推定できればよく、シーラー塗布加工、ヘム（ヘミング）加工、アドヒーシブ加工、ロウ付け加工、レーザー溶接加工、超音波溶接加工など、またそれらの組み合わせに対する加工物に対しても適用可能である。

記憶部１２０は、部材位置関係推定装置１００が動作上必要とする各種プログラム及び各種データを記憶する機能を有する。記憶部１２０は、各種の記録媒体により実現され、例えば、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリなどにより実現できる。記憶部１２０は、溶接する２つの部材間の位置関係を推定するための部材位置関係推定プログラムを記憶している。また、記憶部１２０は、制御部１３０からの指示に従って、設計データを記憶してもよい。

制御部１３０は、部材位置関係推定装置１００の各部を制御する機能を有する。制御部１３０は、記憶部１２０に記憶されている部材位置関係推定プログラムを読み出して実行することにより、部材位置関係推定装置１００としての機能を実行するプロセッサとして実現することができる。

制御部１３０は、部材位置関係推定装置１００が果たすべき機能として、変換部１３１、配置部１３２、判定部１３３及び特定部１３４として機能する。

変換部１３１は、通信部１１０から伝達された設計データに示されるソリッドデータをワイヤーフレームに変換する。これは、例えば、ソリッドデータのエッジ解析等により実現することができるが、これに限定するものではない。また、ソリッドデータそのものにワイヤーフレームの構造データが含まれている場合には、この構造データを抽出することで、変換することとしてよい。

配置部１３２は、通信部１１０から伝達された設計データに示される溶接対象の２つの部材に対して設定されている溶接線を特定する。そして、特定した溶接線に対して、溶接対象の２つの部材の位置関係を特定するための仮想的なチェック用部材を配する。チェック用部材は、２つの部材それぞれとの干渉や干渉の仕方を特定できる部材であればよく、ここでは、球体の仮想物体を溶接線上に複数配置する。また、配置部１３２は、設計データで指定されている溶接線の他、その溶接線から導出可能な、他の溶接線上にもチェック用部材を配置することができる。即ち、配置部１３２は、上述したルート部エッジと、トーチ部進入エッジと、投影エッジとのうち、溶接線が指定していないエッジに対してもチェック用部材を配置することができる。

判定部１３３は、配置部１３２が配置した各チェック用部材が、溶接対象の２つの部材（１０、２０）のワイヤーフレームと干渉するかを判別する。また、判定部１３３は、配置部１３２が配置した各チェック用部材が、溶接対象の２つの部材（１０、２０）を構成する面と干渉するかを判別する。干渉とは、設計データにおける座標空間に対して、チェック用部材として設定された領域に、ワイヤーフレーム又は部材の面の少なくとも一部が接触（重複）することをいう。

特定部１３４は、判定部１３３による各チェック用部材と、部材との干渉の判定に基づいて、溶接する２つの部材の溶接における上下関係（いずれが上板でいずれが下板か）を特定する。特定部１３４は、チェック用部材が、溶接する２つの部材である第１部材１０のワイヤーフレームと干渉した個数と、第２部材２０のワイヤーフレームと干渉した個数と、を計数する。そして、特定部１３４は、チェック用部材が、第１部材１０のワイヤーフレームと干渉した個数が、第２部材２０のワイヤーフレームと干渉した個数よりも多い場合に、第１部材１０の方が溶接における上板であると特定する。また、特定部１３４は、チェック用部材が、第２部材２０のワイヤーフレームと干渉した個数が、第１部材１０のワイヤーフレームと干渉した個数よりも多い場合に、第２部材２０の方が溶接における上板であると特定する。

また、特定部１３４は、ルート部エッジに配置したチェック用部材が、どのような態様で第１部材１０及び第２部材２０に対して干渉するか（あるいは干渉しないか）、トーチ部進入エッジに配置したチェック用部材が、どのような態様で第１部材１０及び第２部材２０に対して干渉するか（あるいは干渉しないか）、そして、存在する場合に投影エッジに配置したチェック用部材が、どのような態様で第１部材１０及び第２部材２０に対して干渉するか（あるいは干渉しないか）によって、第１部材１０と第２部材２０との溶接における継手構造を特定する。なお、継手構造の特定の詳細については、図４〜図７を用いて後述する。

出力部１４０は、制御部１３０から指定された情報を出力する機能を有する。出力部１４０は、例えば、制御部１３０により判定された２つの部材の位置関係に関する情報を出力する。部材位置関係推定装置１００は、スピーカやモニタ等の機器と接続されてよく、２つの部材の位置関係に関する情報を音声により出力することとしてもよいし、モニタに文章や図表などを表示することにより出力することとしてもよい。また、あるいは、出力部１４０は、通信部１１０を介して外部の装置に、２つの部材の位置関係に関する情報を送信する態様で出力することとしてもよい。２つの部材の位置関係に関する情報には、アーク溶接における２つの部材において、いずれが上板でいずれが下板となるか、あるいは、アーク溶接における継手構造がどのようになっているかに関する情報を含む。

以上が部材位置関係推定装置１００の構成である。なお、ここでは、設計データを通信部１１０が受信することとしているが、設計データは、例えば、設計者から直接入力を受け付けて設計された設計データが記憶部１２０に記憶されたものを使用してもよいし、フラッシュメモリ等の記憶媒体に記憶された設計データが部材位置関係推定装置１００に接続され、そのフラッシュメモリに記憶されているものを使用することとしてもよい。

＜部材位置関係と判定方法＞
図４は、第１部材１０と第２部材２０とをＴ字型の継手構造に溶接する場合の溶接線と、チェック用部材との関係を示す図である。

図４（ａ）は、第１部材１０と第２部材２０とをＴ字型に溶接する（した）場合の側面図を示し、（ｂ）は、その斜視図を示している。また、図４（ｃ）は、図４（ｂ）の場合に、各チェック用部材が各部材と、どのような態様で干渉するかをまとめたグラフである。

図４（ａ）においては、ルート部エッジ３１と、トーチ部進入エッジ３０と、のいずれかが溶接線として指定される。このとき、配置部１３２は、溶接線としてルート部エッジ３１が指定された場合には、ルート部エッジ３１上に、チェック用部材を複数配置するとともに、トーチ部進入エッジ３０上にもチェック用部材を複数配置する。図４（ｂ）に示す例では、ルート部エッジ３１上に５つのチェック用部材３１ａ〜３１ｅを配置するとともに、トーチ部進入エッジ３０上に５つのチェック用部材３０ａ〜３０ｅを配置した例を示している。判定部１３３は、これらのチェック用部材３０ａ〜３０ｅ、３１ａ〜３１ｅそれぞれの、第１部材１０、第２部材２０との干渉の態様を判定することになる。

図４（ｃ）は、各チェック用部材が、第１部材１０と第２部材２０とのそれぞれに対しての干渉の態様を示すテーブルであり、判定部１３３による干渉の態様の判定結果を示す情報である。このテーブルにおいて、チェック用部材が、対象の部材のワイヤーフレームと干渉する場合には、「線」と記載し、対象の部材の面、即ち、ソリッド又はサーフェス又はポリゴンから成る面に干渉する場合には、「面」と記載し、干渉しない場合には、「×」と記載する。

図４（ｃ）に示すように、例えば、チェック用部材３０ａは、第１部材１０のワイヤーフレームに干渉するとともに、第２部材２０のワイヤーフレームとも干渉している。これは、図４（ｂ）からも明らかである。また、同様に、チェック用部材３０ｂは、第１部材１０のワイヤーフレームに干渉するとともに、第２部材２０の面と干渉している。このように、図４（ｂ）に示す態様から、各チェック用部材の干渉の態様から、図４（ｃ）に示すテーブルを作成することができる。

ところで、チェック用部材３０ａ〜３０ｅは、トーチ部進入エッジ３０に配置したものであるから、これらのチェック用部材の干渉状態から、トーチ部進入エッジ３０自体が、それぞれの部材とどのように干渉しているかを特定することができる。即ち、図４（ｃ）に示すようにトーチ部進入エッジ３０上のチェック用部材３０ａ〜３０ｅは、第１部材１０に対して、干渉の態様が「線」となっており、第１部材１０のワイヤーフレームに干渉することが理解できる。換言すれば、図４のトーチ部進入エッジ３０は、第１部材１０のワイヤーフレームと干渉していることが理解できる。一方で、チェック用部材３０ａ〜３０ｅのうち、２つのチェック用部材が、第２部材２０のワイヤーフレームと干渉しているのに対し、３つのチェック用部材が、第２部材２０の面と干渉していることが理解できる。このことから、トーチ部進入エッジ３０は、第２部材２０の面と干渉するといえる。

同様に、ルート部エッジ３１は、第１部材１０のワイヤーフレームに干渉し、第２部材２０の面に干渉する。このような場合には、図４（ａ）に示すように、第１部材１０と第２部材２０は、Ｔ字型に溶接する（している）と特定することができる。

図５は、第１部材１０と第２部材２０とを斜めの継手構造に溶接する場合の溶接線と、チェック用部材との関係を示す図である。

図５（ａ）は、第１部材１０と第２部材２０とを斜めに溶接する（した）場合の側面図を示し、（ｂ）は、その斜視図を示している。また、図５（ｃ）は、図５（ｂ）の場合に、各チェック用部材が各部材と、どのような態様で干渉するかをまとめたグラフである。

図５（ａ）において、溶接線としては、前述の通り、ルート部エッジ３１と、トーチ部進入エッジ３０と、投影エッジ３２のうちのいずれかが設計データにおいて指定される。配置部１３２は、このとき、設計データで指定されていない箇所の溶接線を特定する。即ち、仮に、設計データにおいて指定されている溶接線が、トーチ部進入エッジ３０であった場合に配置部１３２は、他のエッジの、ルート部エッジ３１と、投影エッジ３２とを特定する。そして、配置部１３２は、設計データで指定されているエッジの他、特定した全てのエッジ上に、複数のチェック用部材を配置する。図５（ｂ）の例でいえば、トーチ部進入エッジ３０には、チェック用部材３０ａ〜３０ｅが、ルート部エッジ３１には、チェック用部材３１〜３１ｅ（ただし、図面の見やすさを考慮して、チェック用部材３１ｂ〜３１ｅについては、図５（ｂ）には図示していない）が、そして、投影エッジ３２には、チェック用部材３２ａ〜３２ｅが配置されている。そして、これらのチェック用部材と、第１部材１０及び第２部材との干渉の態様は、図５（ｃ）に示す態様となっている。

図５（ｃ）から理解できるように、トーチ部進入エッジ３０上に配置されたチェック用部材が一方の部材（第１部材１０）のワイヤーフレームに干渉し、他方の部材（第２部材２０）には干渉せず、ルート部エッジ３１上に配置されたチェック用部材が一方の部材（第１部材１０）のワイヤーフレームに干渉し、他方の部材（第２部材２０）の面に干渉し、投影エッジ３２上に配置されたチェック用部材が一方の部材（第１部材１０）とは干渉せず、他方の部材（第２部材２０）の面と干渉する場合には、図５（ａ）に示すように、第１部材１０と第２部材２０とを斜めに溶接する継手構造となる。

図６は、第１部材１０と第２部材２０とを突き合わせの継手構造に溶接する場合の溶接線と、チェック用部材との関係を示す図である。

図６（ａ）は、第１部材１０と第２部材２０とを突き合わせて溶接する（した）場合の側面図を示し、（ｂ）は、その斜視図を示している。また、図６（ｃ）は、図６（ｂ）の場合に、各チェック用部材が各部材と、どのような態様で干渉するかをまとめたグラフである。

図６（ｃ）から理解できるように、トーチ部進入エッジ３０と、ルート部エッジ３１とに配置されたチェック用部材が、共に、２つの部材双方のワイヤーフレームと干渉すると特定できた場合には、２つの部材は、図６（ｂ）に示すように、溶接の継手構造が突き合わせ構造になると特定することができる。

図７は、第１部材１０と第２部材２０とを重ね合わせの継手構造に溶接する場合の溶接線と、チェック用部材との関係を示す図である。

図７（ａ）は、第１部材１０と第２部材２０とを重ね合わせて溶接する（した）場合の側面図を示し、（ｂ）は、その斜視図を示している。また、図７（ｃ）は、図７（ｂ）の場合に、各チェック用部材が各部材と、どのような態様で干渉するかをまとめたグラフである。

図７（ｃ）から理解できるように、トーチ部進入エッジ３０上に配置されたチェック用部材が、一方の部材（第１部材１０）と干渉せず、他方の部材（第２部材２０）のワイヤーフレームに干渉するとともに、ルート部エッジ３１上に配置されたチェック用部材が、一方の部材（第１部材１０）のワイヤーフレームに干渉するとともに、他方の部材（第２部材２０）と干渉しないことが特定できた場合に、図７（ｂ）に示すように、２つの部材の継手構造が互いに重ね合わせた構造になると特定することができる。

図４〜図７に示すテーブルの差異によって、部材位置関係推定装置１００は、第１部材１０と第２部材２０との継手構造を推定することができる。

＜動作＞
図８は、部材位置関係推定装置１００による動作素片の作成処理を示すフローチャートである。以下、図８を用いて、部材位置関係推定装置１００の動作素片を作成する処理を説明する。

（ステップＳ８０１）
ステップＳ８０１において、部材位置関係推定装置１００の通信部１１０は、溶接線を含むソリッドデータを受信する（ステップＳ８０１）。通信部１１０は、受信したソリッドデータを、制御部１３０に伝達し、ステップＳ８０２の処理に移行する。

（ステップＳ８０２）
ステップＳ８０２において、制御部１３０の変換部１３１は、伝達されたソリッドデータを、ワイヤーフレームに変換する。ソリッドデータのワイヤーフレームへの変換は、既存の技術を利用して実現することができる。また、伝達された設計データが元からワイヤーフレーム構造であれば、本処理は省略することができる。ワイヤーフレームに変換した後、ステップＳ８０３の処理に移行する。

（ステップＳ８０３）
ステップＳ８０３において、制御部１３０の配置部１３２は、設計データで示される溶接線上に仮想的な複数のチェック用部材を配置する。このときに配置部１３２が配置するチェック用部材は、例えば球状の物体であって、所定の半径を有する物体であってよい。なお、チェック用部材は、ここでは球体としているが、球体に限らず、ワイヤーフレームやソリッドデータ又はサーフェスデータ又はポリゴンデータの面との干渉が特定できれば他の形状であってもよく、例えば、直方体や立方体など他の任意の形状であってもよい。また、配置部１３２が配置するチェック用部材の個数は複数であればいくつあってもよいが、多ければ多いほど、部材の位置関係や継手構造の推定の精度が向上する。チェック用部材を配置した後に、部材位置関係推定装置１００は、ステップＳ８０４の処理に移行する。

（ステップＳ８０４）
ステップＳ８０４において、制御部１３０の判定部１３３は、配置部１３２が配置したチェック用部材各々について、溶接する２つの部材（第１部材１０、第２部材２０）それぞれと干渉するかどうかを確認する。そして、ステップＳ８０５の処理に移行する。

（ステップＳ８０５）
ステップＳ８０５において、制御部１３０の特定部１３４は、判定部１３３が判定した各チェック用部材と、溶接する２つの部材（第１部材１０、第２部材２０）のワイヤーフレームとの干渉数を比較する。即ち、特定部１３４は、チェック用部材の第１部材のワイヤーフレームとの干渉数が、第２部材のワイヤーフレームの干渉数よりも多いかを判定する。特定部１３４が、チェック用部材の第１部材のワイヤーフレームとの干渉数が、第２部材のワイヤーフレームとの干渉数よりも多いと特定した場合（ＹＥＳ）に、ステップＳ８０６の処理に移行し、チェック用部材の第１部材のワイヤーフレームとの干渉数が、第２部材のワイヤーフレームとの干渉数よりも多くない（少ない）と特定した場合（ＮＯ）に、ステップＳ８０７の処理に移行する。

（ステップＳ８０６）
ステップＳ８０６において、特定部１３４は、第１部材１０が溶接における上板である（第２部材２０が溶接における下板）と特定して、処理を終了する。

（ステップＳ８０７）
ステップＳ８０７において、特定部１３４は、第１部材１０が溶接における下板である（第２部材２０が溶接における上板）と特定して、処理を終了する。

なお、図８には示していないが、ステップＳ８０６、Ｓ８０７の後で、出力部１４０は、特定部１３４が特定した溶接する２つの部材の位置関係、即ち、溶接における上板であるか、下であるかを示す情報を出力してよい。図８に示す処理を実行することにより、部材位置関係推定装置１００は、溶接する２つの部材の溶接における上下関係を推定することができる。

次に、図９を用いて、部材位置関係推定装置１００による溶接する２つの部材の継手構造を特定する処理について説明する。

（ステップＳ９０１）
ステップＳ９０１において、特定部１３４は、各チェック用部材について、各部材（溶接対象の２つの部材）と、面で干渉するか、線で干渉するか、干渉しないか、を特定する。面で干渉するとは、上述の通り、チェック用部材が、溶接対象の部材を構成する面と干渉することを意味する。また、線で干渉するとは、チェック用部材が、溶接対象の部材のワイヤーフレームと重なるように干渉することを意味する。チェック用部材について、溶接する２つの部材それぞれとの干渉の態様を特定すると、ステップＳ９０２の処理に移行する。

（ステップＳ９０２）
ステップＳ９０２において、特定部１３４は、トーチ部進入エッジ３０、ルート部エッジ３１が共に、第１部材１０と第２部材２０双方に対して線で干渉するかを特定する。即ち、トーチ部進入エッジ３０上に配置されたチェック用部材が、第１部材１０と第２部材２０双方のワイヤーフレームに線状に干渉するかを特定する。特定部１３４が、トーチ部進入エッジ３０、ルート部エッジが共に、第１部材１０と第２部材２０双方のワイヤーフレームに対して干渉すると判定した場合（ＹＥＳ）にはステップＳ９０３の処理に移行し、そうでない場合（ＮＯ）には、ステップＳ９０４の処理に移行する。

（ステップＳ９０３）
ステップＳ９０３において、特定部１３４は、第１部材１０と第２部材２０との溶接の継手構造が、突き合わせ構造であると判定して処理を終了する。このとき、出力部１４０は、継手構造の情報を出力することとしてもよい。

（ステップＳ９０４）
ステップＳ９０４において、特定部１３４は、トーチ部進入エッジ３０と、ルート部エッジ３１とのうちの一方が、第１部材１０及び第２部材２０双方に対して、線で干渉し、他方が面で干渉するかを特定する。即ち、トーチ部進入エッジ３０とルート部エッジ３１とのいずれか一方の上に配置されたチェック用部材が第１部材１０と第２部材２０とのワイヤーフレームと干渉し、他方の上に配置されたチェック用部材が第１部材１０と第２部材２０との面に干渉すると特定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９０５の処理に移行し、そうでない場合（ＮＯ）には、ステップＳ９０６の処理に移行する。

（ステップＳ９０５）
ステップＳ９０５において、特定部１３４は、第１部材１０と第２部材２０との溶接の継手構造が、Ｔ字構造であると判定して処理を終了する。このとき、出力部１４０は、継手構造の情報を出力することとしてもよい。

（ステップＳ９０６）
ステップＳ９０６において、特定部１３４は、進入エッジの一方が、第１部材１０と第２部材２０との双方のワイヤーフレームに干渉し、進入エッジの他方が、第１部材１０と第２部材２０との面に干渉する若しくは干渉せず、投影エッジが一方の部材のワイヤーフレームと干渉するかを特定する。即ち、特定部１３４は、トーチ部進入エッジ３０とルート部エッジ３１とのうちのいずれか一方の上に配置されたチェック用部材が、第１部材１０と第２部材２０双方のワイヤーフレームに干渉し、トーチ部進入エッジ３０とルート部エッジ３１とのうちのいずれか他方の上に配置されたチェック用部材が、第１部材１０と第２部材２０との面に干渉するもしくは干渉せず、投影エッジ３２上に配置されたチェック用部材が、第１部材１０及び第２部材２０のいずれかのワイヤーフレームと干渉すると特定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９０７の処理に移行し、そうでない場合（ＮＯ）には、ステップＳ９０８の処理に移行する。

（ステップＳ９０７）
ステップＳ９０７において、特定部１３４は、第１部材１０と第２部材２０との溶接の継手構造が、重ね合わせ構造であると判定して処理を終了する。このとき、出力部１４０は、継手構造の情報を出力することとしてもよい。

（ステップＳ９０８）
ステップＳ９０８において、特定部１３４は、進入エッジの一方が、第１部材１０と第２部材２０との双方のワイヤーフレームに干渉し、進入エッジの他方が、第１部材１０と第２部材２０との面に干渉する若しくは干渉せず、投影エッジが一方の部材と干渉しないかを特定する。即ち、特定部１３４は、トーチ部進入エッジ３０とルート部エッジ３１とのうちのいずれか一方の上に配置されたチェック用部材が、第１部材１０と第２部材２０双方のワイヤーフレームに干渉し、トーチ部進入エッジ３０とルート部エッジ３１とのうちのいずれか他方の上に配置されたチェック用部材が、第１部材１０と第２部材２０との面に干渉するもしくは干渉せず、投影エッジ３２上に配置されたチェック用部材が、第１部材１０及び第２部材２０のいずれかと干渉しないと特定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９０９の処理に移行し、そうでない場合（ＮＯ）には、処理を終了する。

（ステップＳ９０９）
ステップＳ９０９において、特定部１３４は、第１部材１０と第２部材２０との溶接の継手構造が、斜め構造、又は、斜め角落とし構造であると判定して処理を終了する。このとき、出力部１４０は、継手構造の情報を出力することとしてもよい。

以上が、部材位置関係推定装置１００による溶接の継手構造の推定手法である。

＜まとめ＞
上記実施の形態に係る部材位置関係推定装置１００によれば、設計データに含まれる溶接線に対して、仮想的なチェック用部材を複数配置し、各チェック用部材と、溶接をする２つの部材の外枠となるワイヤーフレームとの干渉があるかどうかによって、溶接をする２つの部材のうちのいずれが溶接における上板となるか（下板となるか）を特定することができる。即ち、比較的簡易な構成によって、２つの部材の相対位置関係を特定することができる。

また、同様に、チェック用部材の２つの部材に対する干渉の態様によって、溶接における継手構造がどのようになっているかを特定することができる。

したがって、部材位置関係推定装置１００は、溶接におけるロボットに対するティーチングにおいて、溶接プログラムの自動作成に寄与することができる。一例として、部材位置関係推定装置１００による部材の位置関係の推定結果を用いて、設計者による溶接線からロボットで溶接すべき正しい教示点を自動的に生成したり、溶接条件（部材の位置関係によって定まる電流量や溶接速度など）の決定を自動的に行ったりすることができるようになる。

＜補足＞
上記実施形態に係る部材位置関係推定装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、他の手法により実現されてもよいことは言うまでもない。以下、各種変形例について説明する。

（１）上記実施形態においては、部材位置関係推定装置１００を機能するプロセッサが部材位置関係推定プログラム等を実行することにより、新動作プログラムの可否を判定することとしているが、これは装置に集積回路（ＩＣ（Integrated Circuit）チップ、ＬＳＩ（Large Scale Integration））等に形成された論理回路（ハードウェア）や専用回路によって実現してもよい。また、これらの回路は、１または複数の集積回路により実現されてよく、上記実施形態に示した複数の機能部の機能を１つの集積回路により実現されることとしてもよい。ＬＳＩは、集積度の違いにより、ＶＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩなどと呼称されることもある。すなわち、図１０に示すように、部材位置関係推定装置１００を構成する各機能部は、物理的な回路により実現されてもよい。図１０に示すように、部材位置関係推定装置１００は、通信回路１１０ａと、記憶回路１２０ａと、制御回路１３０ａ（変換回路１３１ａ、配置回路１３２ａ、判定回路１３３ａ、特定回路１３４ａ）と、出力回路１４０ａとを備え、各回路は、上述の同名の機能部と同様の機能を有する。

また、上記部材位置関係推定プログラムは、プロセッサが読み取り可能な記録媒体に記録されていてよく、記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記部材位置関係推定プログラムは、当該部材位置関係推定プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記プロセッサに供給されてもよい。本発明は、上記部材位置関係推定プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

なお、上記部材位置関係推定プログラムは、例えば、C言語、C++言語、Basic言語等のプログラミング言語の他、ActionScript、JavaScript（登録商標）などのスクリプト言語、Objective-C、Java（登録商標）などのオブジェクト指向プログラミング言語、HTML5などのマークアップ言語などを用いて実装できる。

（２）上記実施形態及び各補足に示した構成は、適宜組み合わせることとしてもよい。

１０ 第１部材
２０ 第２部材
３０ トーチ部進入エッジ
３１ ルート部エッジ
３２ 投影エッジ
３０ａ〜３０ｅ、３１ａ〜３１ｅ、３２ａ〜３２ｅ チェック用部材
１００ 部材位置関係推定装置
１１０ 通信部
１２０ 記憶部
１３０ 制御部
１３１ 変換部
１３２ 配置部
１３３ 判定部
１３４ 特定部
１４０ 出力部

Claims (11)

1. 少なくとも溶接する２つの部材を含む３次元形状データ及び前記２つの部材において溶接個所を示す溶接線のデータとを受信する受信部と、
   前記３次元形状データをワイヤーフレームに変換する変換部と、
   前記溶接線上に、複数のチェック用部材を配置する配置部と、
   前記複数のチェック用部材各々と、前記２つの部材のワイヤーフレームとの干渉を判定する判定部と、
   前記複数のチェック用部材の前記２つの部材との干渉の態様に基づいて、前記２つの部材の位置関係を特定する特定部と、
   を備える部材位置関係推定装置。
2. 前記特定部は、前記干渉の態様として、前記チェック用部材が前記２つの部材のワイヤーフレームそれぞれと干渉する干渉数に基づいて、前記２つの部材の位置関係を特定することを特徴とする請求項１に記載の部材位置関係推定装置。
3. 前記特定部は、前記チェック用部材が前記部材のワイヤーフレームとの干渉数が多い方が溶接における上板であり、干渉数が少ない方が溶接における下板であると特定することを特徴とする請求項２に記載の部材位置関係推定装置。
4. 前記特定部は、前記干渉の態様として、前記溶接線上に配置されたチェック用部材が、前記部材の面に干渉するか、前記部材のワイヤーフレームに干渉するか、干渉しないかに応じて、前記２つの部材の位置関係として前記溶接における２つの部材の継手構造を特定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の部材位置関係推定装置。
5. 前記受信部が受信する前記溶接線のデータは、ルート部となる部材のエッジを示すルート部エッジと、溶接トーチのトーチが進入する側の部材のエッジを示すトーチ部進入エッジと、前記トーチ部進入エッジがある一方の部材から他方の部材に対して投影した場合の投影エッジと、のうちのいずれかを示し、
   前記特定部は、前記溶接線が示すエッジと、前記溶接線が示すエッジ以外の前記ルート部エッジと、前記トーチ部進入エッジと、前記投影エッジとのうちの少なくともいずれかを用いて、前記２つの部材の位置関係を特定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の部材位置関係推定装置。
6. 前記特定部は、
   前記ルート部エッジと前記トーチ部進入エッジとが共に前記２つの部材のうちの一方の部材の面に干渉し、
   前記ルート部エッジと前記トーチ部進入エッジとが共に、前記２つの部材のうちの他方の部材のワイヤーフレームに干渉する場合に、
   前記２つの部材は、Ｔ字型に接続されていると特定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の部材位置関係推定装置。
7. 前記特定部は、
   前記ルート部エッジと前記トーチ部進入エッジとのうちのいずれか一方が前記２つの部材のうちのいずれか一方の面に干渉し、
   前記投影エッジが、前記２つの部材のうちの他方の部材に干渉しない場合に、
   前記２つの部材は、他方が一方に対して斜めに接続されていると特定することを特徴とする請求項５に記載の部材位置関係推定装置。
8. 前記特定部は、
   前記ルート部エッジが、前記２つの部材双方のワイヤーフレームに干渉し、
   前記トーチ部進入エッジが、前記２つの部材双方のワイヤーフレームに干渉する場合に、
   前記２つの部材は、共にその端部が互いに突き合わせられた態様で接続されていると特定することを特徴とする請求項５に記載の部材位置関係推定装置。
9. 前記特定部は、
   前記ルート部エッジが、前記２つの部材のうちのいずれか一方の面に干渉し、他方のワイヤーフレームに干渉し、
   前記トーチ部進入エッジが、前記一方の部材に対して干渉せず、前記他方の部材のワイヤーフレームに干渉する場合に、
   前記２つの部材は互いに重ね合わせる態様で接続されていると特定することを特徴とする請求項５に記載の部材位置関係推定装置。
10. コンピュータが、
    少なくとも溶接する２つの部材を含む３次元形状データ及び前記２つの部材において溶接個所を示す溶接線のデータとを受信する受信ステップと、
    前記３次元形状データをワイヤーフレームに変換する変換ステップと、
    前記溶接線上に、複数のチェック用部材を配置する配置ステップと、
    前記複数のチェック用部材各々と、前記２つの部材のワイヤーフレームとの干渉を判定する判定ステップと、
    前記複数のチェック用部材の前記２つの部材との干渉の態様に基づいて、前記２つの部材の位置関係を特定する特定ステップと、
    を含む部材位置関係推定方法。
11. コンピュータに、
    溶接する２つの部材の３次元形状データ及び前記２つの部材において溶接個所を示す溶接線のデータとを受信する受信機能と、
    前記３次元形状データをワイヤーフレームに変換する変換機能と、
    前記溶接線上に、複数のチェック用部材を配置する配置機能と、
    前記複数のチェック用部材各々と、前記２つの部材のワイヤーフレームとの干渉を判定する判定機能と、
    前記複数のチェック用部材の前記２つの部材との干渉の態様に基づいて、前記２つの部材の位置関係を特定する特定機能と、
    を実現させる部材位置関係推定プログラム。

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