JP2023176950A - 溶接システムおよび溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明によれば、仮付溶接を行った位置を溶接する場合において、良質な溶接を実現させる溶接システムおよび溶接方法を提供することができる。
【解決手段】本発明は、第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムであって、前記突合せ部を含む領域の形状データを取得する形状データ取得部と、前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出する仮付溶接検出部と、前記仮付溶接領域に対応する前記形状データを用いず、前記仮付溶接領域の外側領域に対応する前記形状データを用いて、前記溶接トーチの移動経路を生成する移動経路生成部と、を備える溶接システムである。

【選択図】図１

Description

本発明は溶接システムおよび溶接方法に関する。

溶接ロボットを用いて、溶接対象である二つの被溶接部材の端面を突合せ溶接する場合に、本溶接動作に先立って、仮付溶接を行って二つの被溶接部材の位置がズレないようにする技術が利用されている。また、仮付溶接を行った部分は、被溶接部材の端面が仮付溶接部により隠れてしまうため、仮付溶接に影響を受けずに、被溶接部材の端面に沿って適切な経路で本溶接を行うことが課題となっている。例えば、特許文献１には、本溶接と同時に端面を検出するレーザセンサによる検出結果が所定の基準値よりも大きくなった場合に、前の検出位置を溶接位置とする技術が開示されている。

特開２０１６－１５０３４９号公報

しかしながら、上記技術では、仮付溶接が行われた位置では、被溶接部材の端面が正確に判定できないため、本溶接すべき位置から実際の溶接パスの位置がずれて、溶接品質が悪化するという課題がある。または、仮付溶接の品質が一定程度確保されていないと被溶接部材の位置決めが適切にできず、溶接品質が悪化するという課題がある。

本発明はこのような背景を鑑みてなされたものであり、仮付溶接を行った位置を溶接する場合において、良質な溶接を実現させることを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の主たる発明は、
第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムであって、前記突合せ部を含む領域の形状データを取得する形状データ取得部と、前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出する仮付溶接検出部と、前記仮付溶接領域に対応する前記形状データを用いず、前記仮付溶接領域の外側領域に対応する前記形状データを用いて、前記溶接トーチの移動経路を生成する移動経路生成部と、を備える溶接システムである。
あるいは、
第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムであって、前記突合せ部を含む領域の形状データを取得する形状データ取得部と、前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出する仮付溶接検出部と、前記仮付溶接検出部で検出した前記仮付溶接領域に関する情報に基づいて、溶接可否を判定する溶接可否判定部を備える、溶接システムである。

その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、仮付溶接を行った位置を溶接する場合において、良質な溶接を実現させる溶接システムおよび溶接方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る溶接システム１００の全体構成例を示す図。 本実施形態に係る溶接システム１００を用いて対象部材を計測する様子を示す図。 本実施形態に係る溶接システム１００を用いて対象部材を溶接する様子を示す図。 端末１のハードウェアの構成例を示す図。 端末１の機能構成例を示す図。 本実施形態に係る仮付溶接検出部１０４による仮付溶接領域の検出処理の一例を示す図。 本実施形態に係る溶接可否判定基準記憶部１２４に記憶された情報の一例を示す図。 本実施形態に係る溶接可否判定基準記憶部１２４に記憶された仮付溶接の位置に関する条件の一例を示す図。 本実施形態に係る溶接可否判定基準記憶部１２４に記憶された仮付溶接の大きさに関する条件の一例を示す図。 本実施形態に係る溶接可否判定基準記憶部１２４に記憶された隣接する仮付溶接との距離に関する条件の一例を示す図。 本実施形態に係るトーチ位置・角度条件記憶部１２４に記憶されたトーチ位置と角度条件の一例を示す図。 オーバーラップ型においてトーチ位置と角度を決定する一例を示す図。 Ｔ型において、トーチ位置と角度を決定する一例を示す図。 Ｊ型において、トーチ位置と角度を決定する一例を示す図。 本実施形態に係るトーチ位置・角度条件記憶部１２４に記憶されたトーチ位置と角度条件の他の一例を示す図。 本実施形態に係る溶接システムの全体の制御フローを示す図。 Ｔ型において、作業予定ルートに沿って複数の円弧２２０を定義する例を示す図。 Ｔ型において、円弧２２０で定義された二次元平面における各部材の位置関係とギャップ距離計測の一例を示す図。 Ｔ型において、対象部材の相対位置が傾いた状態におけるギャップ距離計測の一例を示す図。 第１の端面２０１ａと第２の端面２０２ａとの任意の位置にＰ１―Ｐ４を指定する例を示す図。 第１および第２の対象部材２０１、２０２それぞれの終端を検出する例を示す図。 複数の基準線２５０を作成する例を示す図。 図２２の部分拡大図を示す図。 段差検出する様子を示す図。 移動経路生成部１０６により生成した中点を繋いで溶移動経路を生成する例を示す図。 本発明の他の実施形態に係る溶接システム１０００の全体構成例を示す図。

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明は、たとえば以下のような構成を備える。

［項目１］
第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムであって、
前記突合せ部を含む領域の形状データを取得する形状データ取得部と、
前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出する仮付溶接検出部と、
前記仮付溶接領域に対応する前記形状データを用いず、前記仮付溶接領域の外側領域に対応する前記形状データを用いて、前記溶接トーチの移動経路を生成する移動経路生成部と、を備える溶接システム。
［項目２］
項目１に記載の溶接システムにおいて、
前記形状データ取得部は、前記突合せ部分を含む領域の三次元点群データを計測し、
前記仮付溶接検出部は、前記三次元点群データに基づいて、第１の対象部材又は第２の対象部材の厚み方向に盛り上がった領域を前記仮付溶接領域と判定する、溶接システム。
［項目３］
項目１又は２に記載の溶接システムにおいて、
前記仮付溶接領域の外側領域における前記第１の対象部材と前記第２の対象部材の間のギャップ距離を計測するギャップ計測部を備え、
前記移動経路生成部は、前記ギャップ計測部で計測したギャップ距離に基づいて前記溶接トーチの移動経路を生成する、溶接システム。
［項目４］
項目１乃至３のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、
前記仮付溶接検出部で検出した前記仮付溶接領域に関する情報に基づいて、溶接可否を判定する溶接可否判定部を備える、溶接システム。
［項目５］
項目４に記載の溶接システムにおいて、
前記溶接可否判定部により溶接不可と判定された場合に、前記溶接トーチの移動経路の生成又は出力を禁止する、あるいは溶接不可であることをユーザに通知する、溶接システム。
［項目６］
項目４又は５に記載の溶接システムにおいて、
前記溶接可否判定部は、前記仮付溶接領域の位置が、予め設定された許容位置の範囲内に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容位置の範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
［項目７］
項目４乃至６のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、
前記溶接可否判定部は、前記仮付溶接領域の長さ、面積、体積の少なくともいずれかが予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定し、前記許容範囲に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
［項目８］
項目４乃至７のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、
前記突合せ部に複数の前記仮付溶接領域が存在する場合に、
前記溶接可否判定部は、任意の前記仮付溶接領域と隣接する他の前記仮付溶接領域の間の隣接距離が、予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定し、前記許容範囲に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
［項目９］
第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムであって、
前記突合せ部を含む領域の形状データを取得する形状データ取得部と、
前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出する仮付溶接検出部と、
前記仮付溶接検出部で検出した前記仮付溶接領域に関する情報に基づいて、溶接可否を判定する溶接可否判定部を備える、溶接システム。
［項目１０］
項目９に記載の溶接システムにおいて、
前記溶接可否判定部により溶接不可と判定された場合に、前記溶接トーチの移動経路の生成又は出力を禁止する、あるいは溶接不可であることをユーザに通知する、溶接システム。
［項目１１］
項目９又は１０に記載の溶接システムにおいて、
前記溶接可否判定部は、前記仮付溶接領域の位置が、予め設定された許容位置の範囲内に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容位置の範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
［項目１２］
項目９乃至１１のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、
前記溶接可否判定部は、前記仮付溶接領域の長さ、面積、体積の少なくともいずれかが予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定し、前記許容範囲に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
［項目１３］
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の溶接システムにおいて、
前記突合せ部に複数の前記仮付溶接領域が存在する場合に、
前記溶接可否判定部は、任意の前記仮付溶接領域と隣接する他の前記仮付溶接領域の間の隣接距離が、予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定し、前記許容範囲に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
［項目１４］
第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムを用いた溶接方法であって、
前記突合せ部を含む領域の形状データを取得し、
前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出し、
前記仮付溶接領域に対応する前記形状データを用いず、前記仮付溶接領域の外側領域に対応する前記形状データを用いて、前記溶接トーチの移動経路を生成する、溶接方法。
［項目１５］
第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムを用いた溶接方法であって、
前記突合せ部を含む領域の形状データを取得し、
前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出し、
前記仮付溶接検出部で検出した前記仮付溶接領域に関する情報に基づいて、溶接可否を判定する、溶接方法。

＜実施の形態の詳細＞
本発明の一実施形態に係る溶接システム１００の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号及び名称が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。

図１は、本実施形態の溶接システム１００の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態の溶接システム１００では、端末１と、作業用ロボット２、コントローラ３とを有している。作業用ロボット２は、少なくともアーム２１、センサ２２、溶接トーチ２３を有している。端末１とコントローラ３と作業用ロボット２とは、有線または無線にて互いに通信可能に接続されている。

図２は、溶接システム１００の作業用ロボット２を用いて、作業予定ルート３１を計測する様子を示す図である。本溶接を予定している作業予定ルート３１は、ユーザによる設定され、２つの対象部材２０１、２０２の突合せ部２０３に沿って生成される。本実施形態では、作業用ロボット２のアーム２１に設けられたセンサ２２により、作業予定ルート３１に沿って突合せ部２０３付近の表面および端面の形状の点群データが取得され、その点群データから突合せ部２０３に存在する仮付溶接や隙間を検出して、溶接の移動経路３２の調整や溶接可否を判定することにより、良質な溶接を実現させるものである。

図３は、溶接システム１００の作業用ロボット２を用いて、生成された溶接パス２００ａに対して溶接を行う様子を示す図である。生成された溶接パス２００ａに応じて溶接トーチの目標位置と目標角度を含む移動経路３２が決定され、作業用ロボット２は、溶接トーチ２３が移動経路３２に沿って移動するようにアーム２１の動作を制御して、略Ｘ軸方向に沿うように溶接動作を実行する。

＜端末１＞
図４は、端末１のハードウェア構成を示す図である。端末１は、例えば、パーソナルコンピュータのような汎用コンピュータとしてもよいし、或いはクラウド・コンピューティングによって論理的に実現されてもよい。なお、図示された構成は一例であり、これ以外の構成を有していてもよい。例えば、端末１のプロセッサ１０に設けられる一部の機能が外部のサーバや別端末により実行されてもよい。

端末１は、少なくとも、プロセッサ１０、メモリ１１、ストレージ１２、送受信部１３、入出力部１４等を備え、これらはバス１５を通じて相互に電気的に接続される。

プロセッサ１０は、端末１全体の動作を制御し、少なくとも計測用ロボット２及び溶接用ロボット３とのデータ等の送受信の制御、及びアプリケーションの実行及び認証処理に必要な情報処理等を行う演算装置である。例えば、プロセッサ１０はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、あるいは、ＣＰＵ及びＧＰＵであり、ストレージ１２に格納されメモリ１１に展開された本システムのためのプログラム等を実行して各情報処理を実施する。

メモリ１１は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置で構成される主記憶と、フラッシュメモリやＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶装置で構成される補助記憶と、を含む。メモリ１１は、プロセッサ１０のワークエリア等として使用され、また、端末１の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ ／ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、及び各種設定情報等を格納する。

ストレージ１２は、アプリケーション・プログラム等の各種プログラムを格納する。各処理に用いられるデータを格納したデータベースがストレージ１２に構築されていてもよい。

送受信部１３は、端末１を少なくとも作業用ロボット２と接続し、プロセッサの指示に従い、データ等の送受信を行う。なお、送受信部１３は、有線または無線により構成されおり、無線である場合には、例えば、ＷｉＦｉやＢｌｕｅｔｏｏＴｈ（登録商標）及びＢＬＥ（ＢｌｕｅｔｏｏＴｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ）の近距離通信インターフェースにより構成されていてもよい。

入出力部１４は、例えば、端末１がパーソナルコンピュータで構成されている場合は情報出力機器（例えば、ディスプレイ）と情報入力機器（例えば、キーボードやマウス）により構成され、スマートフォンまたはタブレット端末で構成されている場合はタッチパネル等の情報入出力機器により構成されている。

バス１５は、上記各要素に共通に接続され、例えば、アドレス信号、データ信号及び各種制御信号を伝達する。
＜作業用ロボット２＞
図１－３に戻り、本実施形態に係る作業用ロボット２について説明する。

上述のとおり、作業用ロボット２は、アーム２１と、センサ２２と、溶接トーチ２３とを有する。なお、図示された構成は一例であり、この構成に限定されない。なお、図２４に示すように、アーム２１００と、センサ２２００とを備える計測用ロボット２０００と、アーム３１００と、溶接トーチ３２００とを備える溶接用ロボット３０００を備えて、計測用ロボットにより計測動作を行い、溶接用ロボットにより溶接動作を行うようにすることも可能である。

計測用ロボット２のアーム２１及び溶接用ロボット３のアーム３１は、三次元のロボット座標系に基づき、端末１にその動作を制御される。また、アーム２１及びアーム３１は、有線または無線で計測用ロボット２及び溶接用ロボット３と接続されたコントローラ４によりその動作を制御されてもよい。

作業用ロボット２のセンサ２２は、三次元のセンサ座標系に基づき、第１および第２の対象部材２０１、２０２のセンシングを行う。センサ２２は、例えば、三次元スキャナとして動作するレーザセンサであり、センシングにより突合せ部２０３を形成する第１の対象部材２０１と第２の対象部材が突合せられている突合せ部２０３付近の三次元点群データを取得する。三次元点群データは、例えば、それぞれの点データがセンサ座標系の座標情報を有し、点群により検査対象物の形状を把握することが可能となる。取得した三次元点群データは、第１および第２の対象部材２０１、２０２を仮付けした仮付溶接領域３０の検出、突合せ部２０３における第１および第２の対象部材２０１、２０２の間のギャップ距離の検出に利用される。検出された仮付溶接領域３０とギャップ距離の情報に基づいて、更に、溶接を行う経路である溶接パス２００ａが生成される。

なお、センサ２２は、レーザセンサに限らず、例えば、ステレオ方式などを用いた画像センサなどであってもよいし、作業用ロボットとは独立したセンサであってもよく、三次元のセンサ座標系における座標情報が取得できるものであればよい。また、説明を具体化するために、以下では三次元点群データを用いた構成を一例として説明する。

なお、作業前に所定のキャリブレーションを行い、ロボット座標系及びセンサ座標系を互いに関連付け、例えばセンサ座標系を基にユーザが位置（座標）を指定することにより、アーム２１やセンサ２２が対応した位置を基に動作制御されるように構成をなしてもよい。

作業用ロボット２の溶接トーチ２３は、三次元のセンサ座標系に基づき、第１および第２の対象部材２０１、２０２の突合せ部２０３に略Ｘ軸方向に沿って設定された溶接パス２００ａに対して溶接作業を行う。溶接トーチ２３は、例えば、アーク溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、プラズマアーク溶接などの融接による溶接方式に用いられるツールであり、溶接トーチ２３から第１および第２の対象部材２０１、２０２を溶融させるアーク、レーザー、ビームなどを出力して、第１および第２の対象部材２０１、２０２を溶接する。なお、溶接トーチ２３は、ろう付けなどのろう接で用いられる溶加材（接着剤）の吐出部、またはシーリング材や接着剤の吐出部であっても良い。

なお、作業前に所定のキャリブレーションを行い、作業用ロボット２のロボット座標系、及びトーチ座標系を互いに関連付け、例えば、トーチ座標系を基にユーザが位置（座標）を指定することにより、アーム２１や溶接トーチ２３が対応した位置を基に動作制御されるように構成をなしてもよい。

＜端末１の機能＞
図５は、端末１に実装される機能を例示したブロック図である。本実施の形態においては、端末１のプロセッサ１０は、条件設定部１０１、形状データ取得部１０２、ギャップ・段差計測部１０３、仮付溶接検出部１０４、溶接可否判定部１０５、移動経路生成部１０６、溶接実行部１０７を有している。また、端末１のストレージ１２は、条件記憶部１２１、三次元ＣＡＤデータ記憶部１２２、計測形状データ記憶部１２３、溶接可否判定基準記憶部１２４、トーチ位置・角度条件記憶部１２５を有している。

条件設定部１０１は、端末１の入出力部１４を介して、第１および第２の対象部材２０１、２０２に関する情報、計測条件に関する情報の入力をユーザから受け付ける。例えば、溶接対象部材に関する情報としては、材質や形状等の情報をユーザが選択して入力する。計測条件に関する情報としては、計測対象の範囲、計測センサの角度、計測のサンプリング周期などがユーザより入力される。入力された情報は溶接条件記憶部１２１に記憶される。

条件設定部１０１は、更に、溶接トーチ２３を移動させながら連続的に溶接動作を行い線状の溶接パスを生成する線状溶接と、溶接トーチ２３が静止した状態で溶接動作を行う点状溶接から、溶接タイプを入力することもできる。また、三次元ＣＡＤデータ記憶部１２２に記憶された溶接対象部材のＣＡＤデータに対して、作業予定ルート３１を設定入力することができる。また、作業予定ルート３１に対して、後述するギャップ計測を行う位置（二次元平面）を設定入力することができる。入力された溶接タイプ、溶接パス、ギャップ計測位置の情報は溶接条件記憶部１２１に記憶される。

形状データ取得部１０２は、端末１の指示により、例えば、計測用ロボット２を制御し、アーム２１及びセンサ２２を動作させて、予め設定した作業予定ルート３１を含む第１および第２の対象部材２０１、２０２の突合せ部２０３の三次元点群データを取得する。なお、突合せ部２０３の三次元点群データを取得できるよう、アーム２１及びセンサ２２の動作は予め設定されている。取得した三次元点群データは、例えば、センサ座標系に基づく三次元座標情報データであり、計測形状データ記憶部１２３に記憶される。

ギャップ・段差計測部１０３は、取得した点群データと、条件記憶部１２１の情報と、更に場合によっては、三次元ＣＡＤデータ記憶部１２２の情報に基づいて、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の間のギャップ距離を計測する。当該ギャップ計測は、Ｔ型溶接の場合は、図１３に示すような作業予定ルート３１に沿って定義される複数の円弧２２０で規定される平面上の点群データを取得し、当該平面上の点群データに基づいてギャップ距離が計測される。ギャップ計測の詳細な方法は、後述する。また、図１８－２３に示すような板材の端面同士を突き合わせた溶接の場合は、図２２に示す段差傾き（θ２）が計測される。段差傾きの詳細な方法は、後述する。

仮付溶接検出部１０４は、形状データ取得部１０２で取得し、計測形状データ記憶部１２３に記憶された点群データに基づいて、突合せ部２０３に存在する仮付溶接が行われた領域である仮付溶接領域３０を検出する。特に、第１および第２の対象部材２０１、２０２の突合せ部が長く、作業予定ルート３１の距離が長い場合には、第１および第２の対象部材２０１、２０２の相対位置が少しずれると、対象部材の間のギャップ距離や段差が大きくなるため、本溶接の前に先立って行われる仮付溶接により突合せ部２０３に仮付溶接が行われることが多い。

仮付溶接検出部１０４による仮付溶接領域３０の検出処理の一例を図６に示す。図６は、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の溶接であって、特に板材の端面同士を突き合わせる溶接を行う場合の仮付溶接の領域の検出処理を示す。図面下側が第１の対象部材２０１を、上側が第２の対象部材２０２を示しており、中央の点線が対象部材間の突合せ部（つまり、作業予定ルート３１）を示している。仮付溶接検出部１０３は、突合せ部２０３の三次元点群データから第１と第２の対象部材２０１、２０２と直交するＺ軸方向（図面の奥行方向）の値が大きい点群を仮付溶接領域３０として抽出する。つまり、対象部材の表面よりも高い点群を仮付溶接領域３０として判断する。仮付溶接領域３０の点群の抽出方法としては、Ｚ軸方向の値が平均値よりも、予め定めた所定距離以上大きい、又は対象部材の厚みの所定割合よりも大きい点群を抽出しても良いし、あるいは、突合せ部２０３からＹ軸方向に離れた位置における第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２のＺ軸方向の値を基準値とし、当該基準値よりも、予め定めた所定距離以上大きい、又は対象部材の厚みの所定割合よりも大きい点群を抽出しても良い。また、対象部材の表面よりも盛り上がった位置を抽出する方法でれば、他の方法を用いても良い。

仮付溶接検出部１０４は、抽出した仮付溶接領域３０のＹ軸方向の最大値の点（最も第２の対象部材側に位置する点）と最小値の点（最も第１の対象部材側に位置する点）を検出し、これらの点のＹ軸方向の差分を検出する。つまり、Ｙ軸方向における仮付溶接領域３０の長さを検出する。あるいは、仮付溶接領域３０の重心位置を検出し、重心位置を通り第２の対象部材側の点と第１の対象部材側の点を結ぶ線で長さが最大となる線を仮付溶接領域３０の長さとして検出しても良い。

溶接可否判定基準記憶部１２４は、例えば図７に示すような、仮付溶接の位置、仮付溶接領域３０の大きさ（長さ）、仮付溶接の間隔に関する溶接可否判定の基準と、ギャップ距離、突合せ部の段差角度に関する溶接可否判定の基準を記憶している。仮付溶接の品質が十分に高くないと、本溶接の作業中に対象部材の位置関係にずれか生じて、ギャップ距離や段差が大きくなり、本溶接による溶接品質が悪くなる可能性があるため、溶接可否判定基準記憶部１２４には、仮付溶接の品質が悪く、本溶接をおこなうべきでない条件が設定されている。

仮付溶接の位置に関する溶接ＮＧの判定条件は、例えば、仮付溶接領域３０の位置が許容範囲の外側に存在すること、として設定される。この仮付溶接の位置に関する条件について図８を用いて説明する。図８に示す通り、Ｙ軸方向に許容範囲が予め設定されており、仮付溶接領域３０の点群のＹ軸方向の位置が許容位置の範囲内にあれば溶接ＯＫと判断し、仮付溶接領域３０の点群の少なくとも一部が許容範囲の外側にあれば溶接ＮＧと判断する。

次に、仮付溶接の大きさに関する溶接ＮＧの判定条件は、例えば、仮付溶接領域３０の幅が、下限しきい値よりも小さい、または上限しきい値よりも大きいこと、として設定される。この仮付溶接の大きさ（長さ）に関する条件について図９を用いて説明する。判定条件の一例として、図９に示す通り、Ｙ軸方向の仮付溶接領域３０の長さ（幅）Ｌ１に許容範囲が予め設定されており、仮付溶接検出部１０４にて検出した長さＬが許容範囲内（下限しきい値以上かつ上限しきい値以下）である場合には溶接ＯＫと判断し、仮付溶接検出部１０４にて検出した長さＬ１が許容範囲外（下限しきい値よりも小さい、又は上限しきい値よりも大きい）である場合には溶接ＮＧと判断する。なお、判定条件は、必ずしもＹ軸方向の仮付溶接領域３０の長さである必要は無く、例えば、仮付溶接領域３０の重心位置を通り第２の対象部材側の点と第１の対象部材側の点を結ぶ距離最長の線の長さであっても良い。あるいは、仮付溶接領域３０の大きさに関する他のパラメータが所定範囲内であるか否かに基づいて判断することとしても良い。

次に、仮付溶接の間隔に関する溶接ＮＧの判定条件は、隣接する仮付溶接との距離（間隔）が所定距離よりも離れていることである。この隣接する仮付溶接との距離に関する条件について図１０を用いて説明する。図１０に示す通り、隣接する仮付溶接との隣接距離Ｌ２が所定距離以下の場合には溶接ＯＫと判断し、隣接距離Ｌ２が所定距離よりも長い場合には溶接ＮＧと判断する。なお、隣接距離Ｌ２は、隣接する仮付溶接領域３０の点群のうち直線距離が最短となる距離、又はＸ軸方向の距離が最短となるＸ事項方向の距離、と定義しても良いし、隣接する仮付溶接領域３０の重心位置の間の直線距離又はＸ事項方向の距離、と定義しても良い。

次に、ギャップ距離に関する溶接ＮＧの判定条件は、ギャップ距離が所定しきい値を超えていることである。具体的には、図１１に示すように、溶接タイプがオーバーラップ型であれば、ギャップ距離ｎが所定しきい値（Ｔｈ２）よりも大きいこと、溶接タイプがＴ型であれば、ギャップ距離ｎが所定しきい値（Ｔｈ４）よりも大きいこと、溶接タイプがＪ型であれば、ギャップ距離ｎが所定しきい値（Ｔｈ７）よりも大きいことである。また、溶接タイプが端部の突合せ型である場合のギャップ距離に関する溶接ＮＧの判定条件は、図１２に示すように、ギャップ距離ｎが所定しきい値（Ｔｈ９）よりも大きいことである。

また、端部突合せ型の溶接における突合せ部の段差角度が所定しきい値超えていることである。具体的には、図１２に示すように、段差角度θ２が所定しきい値（Ｔｈ１１）を超えていることである。

溶接可否判定部１０５は、溶接可否判定基準記憶部１２４に記憶された、仮付溶接とギャップ距離に関する溶接可否判定の基準と、仮付溶接検出部により検出した仮付溶接領域３０に関する情報、ギャップ計測部により検出したギャップ距離に関する情報に基づいて、溶接可否を判断する。溶接可否判定部１０５による溶接可否の判断結果が「不可」である場合（つまり、溶接を許可しないと判断した場合）、溶接を実行するために必要な処理である溶接パスや溶接トーチの移動経路３２の生成又は出力を禁止する、あるいは、溶接可否の判定結果が「不可」である旨の通知を端末１やコントローラ４を介してユーザに通知する。溶接可否判定の詳細は後述する。

トーチ位置・角度条件記憶部１２４は、図１１や図１５に示すような、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の間のギャップ距離や段差角度に応じたトーチ位置と角度条件が記憶されている。図１１に示す例では、図１２に示すようなオーバーラップ型タイプ（第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２が平行に重なる状態で溶接されるタイプ）、図１３に示すようなＴ型タイプ（第２の対象部材２０２の平面部に第１の対象部材２０１の端面が略垂直に突き立てられた位置で溶接されるタイプ）、図１４に示すようなＪ型タイプ（曲面部を有する第１の対象部材２０１が曲面部で前記第２の部材の平面部と溶接されるタイプ）の各溶接における、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の間のギャップ距離の長さに応じた溶接トーチの位置と角度の条件が記憶されている。

オーバーラップ型では、ギャップ距離ｎが第１しきい値（Ｔｈ１）よりも小さい場合には、図１２（ａ）に示すように，溶接トーチの位置と溶接トーチの角度はそれぞれ所定位置と所定角度（θ１）から変更させない。ギャップ距離ｎが第１しきい値（Ｔｈ１）よりも大きく、第２しきい値（Ｔｈ２）よりも小さい場合には、図１２（ｂ）に示すように、溶接トーチの位置を所定位置からＺ方向のプラス側にシフトさせる（トーチ角度は所定角度から変更しない）。またギャップ距離ｎが第２しきい値（Ｔｈ２）よりも大きい場合は、ギャップ距離が大き過ぎるため溶接ＮＧとする。

次に、Ｔ型では、ギャップ距離ｎが第３しきい値（Ｔｈ３）よりも小さい場合には、図１３（ａ）に示すように、溶接トーチの位置は部材境界位置を溶接する位置とし、溶接トーチの角度は所定角度（θ２）から変更せない。ギャップ距離ｎが第３しきい値（Ｔｈ３）よりも大きく、第４しきい値（Ｔｈ４）よりも小さい場合には、図１３（ｂ）に示すように、トーチ位置を部材境界位置からＺ方向のプラス側にシフトさせる（トーチ角度は所定角度（θ２）から変更しない）、またギャップ距離ｎが第４しきい値（Ｔｈ４）よりも大きい場合は、ギャップ距離が大き過ぎるため溶接ＮＧとする。

次に、Ｊ型では、ギャップ距離ｎが第５しきい値（Ｔｈ５）よりも小さい場合には、溶接トーチの位置と溶接トーチの角度はそれぞれ所定位置と所定角度（θ３）から変更しない。ギャップ距離ｎが第５しきい値（Ｔｈ５）よりも大きく、第６しきい値（Ｔｈ６）よりも小さい場合には、図１４（ａ）に示すように、トーチ位置を所定位置からＸ方向のマイナス側にシフトさせ、トーチ角度は所定角度から変更しない。ギャップ距離ｎが第６しきい値（Ｔｈ６）よりも大きく、第７しきい値（Ｔｈ７）よりも小さい場合には、図１４（ｂ）に示すように、トーチ位置を所定位置からＸ方向のマイナス側にシフトさせ、トーチ角度は所定角度（θ３）から角度減少して下側部材と並行に近くなる角度（θ３’）に変更する。ギャップ距離ｎが第７しきい値（Ｔｈ７）よりも大きい場合は、ギャップ距離が大き過ぎるため溶接ＮＧとする。

また、図１５に示す例では、図１９に示すような端部突合せ型の溶接における、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の間のギャップ距離の長さに応じた溶接トーチの位置と角度の条件が記憶されている。例えば、ギャップ距離ｎが第８しきい値（Ｔｈ８）よりも小さい場合には、溶接トーチ２３の位置と溶接トーチ２３の角度はそれぞれ所定位置と所定角度（θ１）から変更せず、ギャップ距離ｎが第８しきい値（Ｔｈ８）よりも大きく、第９しきい値（Ｔｈ９）よりも小さい場合には、溶接トーチ２３の位置を所定位置からＹ軸方向のプラス側にシフトさせる（トーチ角度は所定角度から変更しない）、またギャップ距離ｎが第９しきい値（Ｔｈ９）よりも大きい場合は、溶接不可と判断して、入出力部１４を介して、溶接すべきでない旨のエラー通知を行うと共に、溶接動作の実行を禁止する。

図１５に示す例では、図１９に示すような板材の端面同士を突き合わせた状態の溶接における、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２が載置された面（図２３ではＹ軸方向）に対する傾き（θ２）に応じた溶接トーチの位置と角度の条件が記憶されている。例えば、傾き（θ２）が第１０しきい値（Ｔｈ１０）よりも小さい場合には、溶接トーチ２３の位置と溶接トーチ２３の角度はそれぞれ所定位置と所定角度（θ３）から変更せず、傾き（θ２）が第１０しきい値（Ｔｈ１０）よりも大きく、第１１しきい値（Ｔｈ１１）よりも小さい場合には、溶接トーチ２３の角度を所定角度よりも大きくし、また、傾き（θ２）が第１１しきい値（Ｔｈ１１）よりも大きい場合は、段差が大きすぎるため溶接不可となる。

移動経路生成部１０５は、溶接タイプがオーバーラップ型、Ｔ型、Ｊ型である場合には、図１１に示すトーチ位置・角度条件記憶部１２４の情報と、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の間のギャップ距離と、に応じて、ギャップ計測を行う複数の円弧２２０で定義される各平面の位置において溶接トーチ２３の位置と角度を決定し、当該複数の位置においてそれぞれ決定した溶接トーチ２３の位置となるような移動経路３２を生成する。また、移動経路３２に加えて、当該複数の位置においてそれぞれ決定した溶接トーチ２３の角度となるように溶接トーチの姿勢角度の角度目標を生成しても良い。

ここで、仮付溶接検出部１０４により検出された仮付溶接領域３０は、溶接材により第１と第２の対象部材２０１，２０２の表面形状が覆われており、各対象部材間の境界線やギャップ距離を正しく計測することができないため、仮付溶接領域３０で検出したギャップ距離の情報を利用すると、移動経路３２を正確に生成できない可能性が有る。そのため、移動経路生成部１０５は、複数の円弧２２０の各平面の位置において決定した溶接トーチ２３の位置の情報から、仮付溶接領域３０を含む平面における情報を除外し（つまり、仮付溶接領域３０に対応する形状データを用いず）、仮付溶接領域３０以外の領域に対応する位置において決定した溶接トーチ２３の位置の情報を用いて、移動経路３２を生成する。また、溶接トーチの姿勢角度の角度目標も上記と同様に、仮付溶接領域３０を含む平面における情報を除外し（つまり、仮付溶接領域３０に対応する形状データを用いず）、仮付溶接領域３０以外の領域に対応する位置において決定した溶接トーチ２３の角度の情報を用いて、角度目標を決定する。

或いは、溶接タイプが図２０に示すような第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の板材の端面同士を突き合わせた状態の溶接タイプである場合は、移動経路生成部１０５は、図１５に示すトーチ位置・角度条件記憶部１２４の情報と、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の突合せ部の段差傾き（θ２）と、に応じて、段差傾きを計測する各位置において溶接トーチ２３の位置と角度を決定し、当該複数の位置においてそれぞれ決定した溶接トーチ２３の位置と溶接トーチ２３の角度となるような移動経路３２を生成する。

ここでも、上述した通り、移動経路生成部１０５は、複数の基準線２５０の位置において決定した溶接トーチ２３の位置（ギャップの中心点）の情報から、仮付溶接領域３０を含む平面における情報を除外し（つまり、仮付溶接領域３０に対応する形状データを用いず）、仮付溶接領域３０以外の領域に対応する位置において決定した溶接トーチ２３の位置の情報を用いて、移動経路３２を生成する。また、溶接トーチの姿勢角度の角度目標も上記と同様に、仮付溶接領域３０を含む平面における情報を除外し（つまり、仮付溶接領域３０に対応する形状データを用いず）、仮付溶接領域３０以外の領域に対応する位置において決定した溶接トーチ２３の角度の情報を用いて、角度目標を決定する。

溶接実行部１０６は、生成した移動経路３２に基づいて、作業用ロボット２を制御して、溶接動作を実行する。

条件記憶部１２１は、前述した通り、条件設定部１０１で入力設定された溶接対象部材の材質や形状、計測条件に関する情報、溶接タイプ、ギャップ計測位置の情報が記憶される。なお、記憶される情報は溶接条件設定部１０１を介してユーザが入力した情報に限られず、予めシステムに登録されている情報や、所定ルールに基づいてシステムが自動的に判断した情報であってもよい。

三次元ＣＡＤデータ記憶部１２２は、第１および第２の対象部材２０１、２０２の材質や形状の情報、作業予定ルート３１の情報、第１および第２の対象部材２０１、２０２の板厚（Ｚ軸方向の厚み）の情報の情報などを記憶する。

計測形状データ記憶部１２３は、点群データ取得部１０２で取得された点群データが記憶される。

＜制御フロー＞
図１６は、溶接システムの全体の制御フローを示す図である。まず、溶接条件設定部１０１により溶接条件等の決定を行う（ステップ１０１）。このステップでは、条件設定部１０１により、溶接対象部材２０１、２０２の作業予定ルート３１に関する情報、入力された溶接タイプ（Ｔ型又は板材端部突合せ型）、形状計測位置の情報を、端末１の入出力部１４を介してユーザから受け付ける。これらの情報は、必ずしもユーザが入力する必要は無く、システムに予め登録されていても良い。

次に、形状データ取得部１０２により三次元点群データを取得する（ステップ１０２）。このステップでは、前述したステップ１０１で入力される、あるいは予め設定された作業予定ルート３１に関する情報に基づいて、作業用ロボット２を制御し、予め設定した作業予定ルート３１を含む第１および第２の対象部材２０１、２０２の突合せ部２０３の三次元点群データを取得する。次に、ギャップ・段差計測部１０３によりギャップ計測を行う（ステップ１０３）。このステップにおいて、ギャップ・段差計測部１０３は、計測した三次元点群データに基づいて突合せ部のギャップ距離と、突合せ部の段差傾きを計測する。以下により詳細に説明する。

次に、仮付溶接検出部１０４により仮付溶接領域３０に関する情報を取得する（ステップ１０３）。次に、溶接可否判定部１０５により溶接の可否を判定する（ステップ１０６）。このステップでは、溶接可否判定基準記憶部１２４に記憶された判定基準と、ステップ１０３，１０４で計測又は検出した情報に基づいて、溶接可否を判定する。次に、溶接可否の判定結果が溶接ＮＧである場合にはステップ１１１の処理に遷移し、溶接可否の判定結果が溶接ＯＫである場合にはステップ１０８の処理に遷移する（ステップ１０７）。溶接可否の判定結果が溶接ＮＧである場合には、溶接の実行を禁止すると共に、ユーザに溶接ＮＧである旨の通知を行う（ステップ１１１）。

次に、溶接可否の判定結果が溶接ＯＫである場合には、移動経路生成部１０６により、溶接トーチの位置と角度を決定する（ステップ１０８）。このステップでは、図１１に示すようなトーチ位置・角度条件記憶部１２５に記憶された条件に基づいて、作業予定ルート３１に沿って生成される円弧２２０で定義される２次元平面毎に溶接トーチの位置と角度を決定する。次に、移動経路生成部により溶接トーチの移動経路３２を生成する（ステップ１０９）。このステップでは、ステップ１０８で生成したそれぞれの２次元平面において設定した溶接トーチの位置と角度となるように、溶接トーチの移動経路３２を生成する。次に、生成した移動経路３２に沿って溶接トーチを制御し溶接を実行する（ステップ１１０）。

図１７－１９は、図１３に示すようなＴ型タイプ（第１の対象部材２０１の平面部に第２の対象部材２０２の端面が略垂直に突合せられている状態）の溶接において、ギャップ距離の計測（ステップ１０３）と移動経路３２の生成（ステップ１０９）を実行する具体例を説明する。

図１７（ａ）は、Ｔ型タイプの溶接において、ステップ１０３のギャップ計測を行う際に、作業予定ルート３１に沿って複数の円弧２２０を定義する例を示している。三次元ＣＡＤデータ記憶部１２２などに記憶されている作業予定ルート３１に沿って、Ｙ軸方向に所定間隔で円弧２２０が定義される。各円弧２２０で定義される二次元平面毎に点群データが取得される。図１７（ｂ）は、上記した各円弧２２０で定義される二次元平面毎に取得した点群データの一例を示す図である。仮付溶接領域３０以外の平面においては、第１と第２の対象部材の表面形状に沿って、Ｌ字型の点群データが取得される。

図１８（ａ）は、Ｔ型の形状タイプの対象部材２０１と２０２を測定する際の円弧２２０で定義された二次元平面における各部材の位置関係を示す。図１８（ｂ）は円弧２２０で定義された二次元平面における点群データの一例を示す。ギャップ・段差計測部１０３は、図１８（ｂ）に示すような二次元の点群データに基づいて、対象部材２０１の最下部（端部）を示す点群と、対象部材２０２の表面形状を示す点群との距離を算出することにより、対象部材２０１と２０２のギャップ距離を取得する。図１８に示すＴ型（溶接対象部材が互いに略直交する形状）におけるギャップ距離は、一例として、図１８（ｂ）に示すように、断面平面上の点群データ（二次元）における第１の対象部材２０１の点群と第２の対象部材２０２の点群のペアであって、点群間の直線距離が最短となる点群のペアの間の距離で定義することができる。ただし、直線距離が最短となる点群間の距離である必要は必ずしもなく、第１の対象部材２０１の点群と第２の対象部材２０２の点群のペアであって互いに近接する点群間の距離として定義しても良い。

また、図１９（ａ）と図１９（ｂ）は、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の相対位置関係が互いに略直交する状態から左右にそれぞれ傾いた状態におけるギャップ距離の計測方法を示す図である。図１９（ａ）は、作業用ロボット２から離れる方向に対象部材２０１が傾いた状態を示している。この状態では、第２の対象部材２０２の上面に垂直な方向において、第１の対象部材２０１の作業用ロボット側のエッジ位置と第２の対象部材２０２の上面との距離をギャップ距離として計測する。一方、図１９（ｂ）は、計測用ロボットに近づく方向に第１の対象部材２０１が傾いた状態を示している。この状態では、第２の対象部材２０２の上面に垂直な方向において、第１の対象部材２０１の作業用ロボット２側のエッジ位置と第２の対象部材２０２の上面との距離をギャップ距離として計測する。

移動経路３２の生成（ステップ１０９）では、円弧２２０で規定される平面位置において、ステップ１０８で決定した溶接トーチの位置となるように溶接トーチの移動経路３２が生成される。ここで、図１７（ｂ）に示すように、仮付溶接領域３０を含む平面位置においては、第１と第２の対象部材の表面形状を計測できないため、正確にギャップ距離を取得することができず、溶接トーチの位置を適切に判断することができない。そのため、移動経路３２の生成（ステップ１０９）では、移動経路３２の生成に用いる情報から、仮付溶接領域３０を含むデータを除外する。具体的には、図１７（ｂ）に示す仮付溶接領域３０を含む平面位置で取得された点群データ、及びこれに基づいて計測されたギャップ距離、及びこれに基づいて決定された溶接トーチの位置、を除外して、仮付溶接領域３０を含まない平面位置で取得された点群データ及びこれに基づいて生成されるギャップ距離、溶接トーチの位置の情報に基づいて、溶接トーチの移動経路３２を生成する。例えば、仮付溶接領域３０のＹ軸方向の両側に隣接する仮付溶接領域３０を含まない平面における溶接トーチの位置を直線で結んだ経路を、仮付溶接領域３０における溶接トーチの移動経路３２とすることができる。

図２０－２５は、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の板材の端面同士を突き合わせた状態の溶接を行う場合における、ギャップ距離の計測（ステップ１０３）と、移動経路３２の生成（ステップ１０９）を実行する具体例を説明する。

図２０は、第１および第２の対象部材２０１、２０２の第１の端面２０１ａおよび第２の端面２０２ａを含む突合せ部２０３のギャップ距離（隙間）や段差を計測する際の前処理の一例を示している。図２０に示すように、第１の端面２０１ａと第２の端面２０２ａとの間にはギャップ距離ｎのギャップＧが存在し、複数の仮付溶接領域３０が存在する。このような場合に、まず、第１の対象部材２０１の第１の端面２０１ａの任意の位置にＰ１を指定し、ギャップＧを挟んで第２の対象部材２０２の第２の端面２０２ａの任意の位置にＰ２を指定する。また、Ｐ１を挟むように第１の端面２０１ａのＸ軸方向のプラス側とマイナス側のそれぞれにＰ３とＰ４を指定する。ここで、Ｐ１，２，３，４の指定は、端末１やコントローラ３を介してユーザに入力させても、溶接システム１００が自動的に指定しても良い。

次に、図２１に示すように、指定したＰ１、Ｐ２を基準にしてＸ軸方向のプラス側とマイナス側にＸ軸方向に沿って操作球２３０、２４０を走査していくことにより点群サーチし、第１および第２の対象部材２０１、２０２それぞれの終端を検出する。ここでは、Ｐ１から一つ一つの操作球（SearchRadius）２３０の半径がSearchRadiusV、操作球２３０の配置間隔がPitchVとなるように、同様に、Ｐ２から一つ一つの操作球２４０の半径がSearchRadiusV、操作球（SearchRadius）２４０の配置間隔がPitchVで、それぞれＸ軸方向のプラス側とマイナス側に走査し、断面平面上の点群データ（二次元）が取得できなくなるところをそれぞれ、第１の終端２０３ａ、２０４ａ、第２の終端２０３ｂ、２０４ｂとする。

次に、図２２に示すように、ギャップ計測部１０３は、操作球２３０と操作球２４０のギャップＧを挟んで対応する球同士を直線でつなぎ、作業予定ルート３１の断面となる複数の基準線２５０を作成する。この際、各操作球（SearchRadius）２３０、２４０の中の点群に対して最短距離となるように、すなわち、SearchRadius内の点群同士が最短距離となるように、各球２３０、２４０のペアをつなぎ、第１の対象部材２０１の第１の端面２０１ａと、第２の対象部材２０２の第２の端面２０２ａとの間の最短距離をギャップ距離ｎとして取得する。

図２３は、図２２の部分拡大図である。ここでは、図２２で作成した基準線２５０をさらに分割する。図２３に示すように、図２２で作成した基準線２５０（位置Ｐ１とＰ２との間の線分）に沿って円領域を一つ一つの操作球２６０の半径がSearchRadiusU、操作球２６０の配置間隔がPitchVでＹ軸方向のプラス側とマイナス側に走査し、基準線２５０ごとに中点をサーチする。

図２４は、図２３の操作球２６０の点の重心位置を用いて段差検出する様子を示している。図２４に示すように、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の各上面の間に段差がある場合には、例えば、図２４において、操作球２６０を走査して点群２７０が取得できなくなった端面２０１ａ、２０２ａの各端点２０１ｂ、２０２ｂを結んだ線分２８０の中点Ｃを算出する。ここでは、操作球２６０の点の重心位置の変化量が大きいため、Ｚ軸方向の高さの差を段差として検出する。

次に、溶接トーチ位置・角度決定部１０４により溶接トーチ２３による溶接位置と溶接トーチの角度の決定を行う（ステップ１０４）。このステップにおいて、溶接トーチ位置・角度決定部１０４は、トーチ位置・角度条件記憶部１２４に記憶されている、ギャップ距離と形状タイプに対応するトーチ位置と角度の情報、溶接適否の情報に基づいて、溶接トーチ２３の位置と溶接トーチ２３の角度を決定すると共に、溶接適否を決定して、溶接適否の決定結果をユーザに通知する。

例えば、溶接トーチ位置・角度条件記憶部１２４は、例えば、図１５に示すように、ギャップ距離ｎが第１しきい値（Ｔｈ１）よりも小さい場合には、溶接トーチ２３の位置と溶接トーチ２３の角度はそれぞれ所定位置と所定角度（θ１）から変更せず、ギャップ距離ｎが第１しきい値（Ｔｈ１）よりも大きく、第２しきい値（Ｔｈ２）よりも小さい場合には、溶接トーチ２３の位置を所定位置からＹ軸方向のプラス側にシフトさせる（トーチ角度は所定角度から変更しない）、またギャップ距離ｎが第２しきい値（Ｔｈ２）よりも大きい場合は、溶接不可と判断して、入出力部１４を介して、溶接すべきでない旨のエラー通知を行うと共に、溶接動作の実行を禁止する。

また、溶接トーチ位置・角度条件記憶部１２４は、図１５に示す通り、第１の対象部材２０１と第２の対象部材２０２の上面に段差（Ｚ軸方向にずれがある）がある場合には、溶接トーチ位置・角度決定部１０４は、第１の端面２０１ａと第２の端面２０２ａとを結ぶことにより形成されたギャップ面ＧＳと、第１および第２の対象部材２０１、２０２が載置された面（図２４ではＹ軸方向）に対する傾き（θ２）に関する情報と、トーチ位置・角度条件記憶部１２４の情報に応じて、ギャップ計測位置における溶接トーチ２３のギャップ面ＧＳに対する位置と角度を決定する。例えば、傾き（θ２）が第３しきい値（Ｔｈ３）よりも小さい場合には、溶接トーチ２３の位置と溶接トーチ２３の角度はそれぞれ所定位置と所定角度（θ３）から変更せず、傾き（θ２）が第３しきい値（Ｔｈ３）よりも大きく、第４しきい値（Ｔｈ４）よりも小さい場合には、溶接トーチ２３の角度を所定角度よりも大きくし、また、傾き（θ２）が第４しきい値（Ｔｈ４）よりも大きい場合は、段差が大きすぎるため溶接不可と判断して、入出力部１４を介して、溶接すべきでない旨のエラー通知を行うと共に、溶接動作の実行を禁止する。その際、溶接トーチ２３のギャップ面ＧＳに対する角度を、ギャップ面ＧＳに対して垂直となる向きに調整することが、溶接品質の向上のために好ましい。

次に、図２５に示すように、移動経路生成部１０６により生成した中点を繋いで溶接パス２００ａを生成する（ステップ１０９）。このステップにおいて、移動経路生成部１０６は、略Ｘ軸方向に沿うように設定され、溶接トーチ２３の位置と溶接トーチ２３の角度に基づいて、溶接トーチ２３の移動ルートと角度で定義される移動経路３２を生成する。ここで、移動経路３２は溶接トーチ２３の位置のみで定義される移動ルートで定義することも可能である。

ここで、移動経路３２の生成（ステップ１０９）では、基準線２５０お各位置において、ステップ１０８で決定した溶接トーチの位置となるように溶接トーチの移動経路３２が生成される。ここで、図２５に示すように、仮付溶接領域３０を含む平面位置においては、第１と第２の対象部材の表面形状を計測できないため、正確にギャップ距離や傾き（θ２）を取得することができず、溶接トーチの位置を適切に判断することができない。そのため、移動経路３２の生成（ステップ１０９）では、移動経路３２の生成に用いる情報から、仮付溶接領域３０を含むデータを除外する。具体的には、図２５に示す仮付溶接領域３０を通過する基準線２５０で取得されたギャップ距離、傾き（θ２）、及びこれに基づいて決定された溶接トーチの位置、を除外して、仮付溶接領域３０を通過しない基準線で取得された点群データ及びこれに基づいて生成されるギャップ距離、溶接トーチの位置の情報に基づいて、溶接トーチの移動経路３２を生成する。例えば、図２５におけるＸ軸方向の仮付溶接領域３０の両側に隣接する仮付溶接領域３０を含まない基準線において決定された溶接トーチの位置（ギャップ中点）を直線で結んだ経路を、仮付溶接領域３０における溶接トーチの移動経路３２とすることができる。

図２０－２５で説明したように、ギャップの中央に移動経路３２を設定することで、ギャップが平面上になくても移動経路３２の生成が可能となる。また、ギャップの中央で溶接することで、投入資源、エネルギー最小で溶接が可能となる。さらに、抽出したギャップ量に応じて溶接条件を変更することが容易となる。これにより、溶接する対象部材の突合せ部に隙間や段差があり、隙間や段差の幅は一定ではない場合であっても、作業精度よく溶接が可能となり、溶接の品質を向上させることができる。

以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、図１では、本実施形態の溶接システム１００の一例として作業用ロボット２がセンサ２２と溶接トーチ２３の両方を備えた構成であったが、センサを備えた計測用ロボットと、溶接トーチを備えた溶接用ロボットとを備えた構成としてもよい。

図２６は、本発明の他の実施形態に係る溶接システム１０００の全体構成例を示す図である。図２６に示す溶接システム１０００では、端末１と、計測用ロボット２０００、溶接用ロボット３０００、コントローラ３とを有している。計測用ロボット２０００は、少なくともアーム２１００、アーム２１００の先端に搭載されたセンサ２２００を有している。溶接用ロボット３０００は、少なくともアーム３１００、アーム３１００の先端に搭載された溶接トーチ３２００を有している。端末１とコントローラ３は、計測用ロボット２０００と溶接用ロボット３０００に対してそれぞれ有線または無線にて互いに通信可能に接続されている。

本実施形態では、計測用ロボット２０００のアーム２１００に設けられたセンサ２２００により、図２に示す２つの対象部材２０１、２０２の突合せ部２０３付近の表面および端面の形状の点群データが取得され、その点群データから突合せ部２０３の隙間や段差に応じて移動経路３２が生成される。そして、溶接用ロボット３０００は、生成された移動経路３２に応じてアーム３１００の動作を制御して、略Ｘ軸方向に沿うように溶接動作を実行する。

上述した実施形態では、ロボットアームを用いて溶接を行う溶接システムに本発明を適用する実施例を説明したが、本発明は溶接の用途に限らず、シーリング作業や接着作業などの二つの部材の突合せ部分に対して接着等の作業を行う溶接システムにおいても本発明を適用することは可能である。その場合には、溶接トーチは、シーリング剤又は接着剤を吐出する吐出部に置き換えることが可能である。

１ 端末
２ 作業用ロボット
３ コントローラ
１０ プロセッサ
１１ メモリ
１２ ストレージ
１３ 送受信部
１４ 入出力部
１５ バス
２１ アーム
２２ センサ
２３ 溶接トーチ
３０ 仮付溶接領域
３１ 作業予定ルート
３２ 移動経路
１００、１０００ 溶接システム
１０１ 条件設定部
１０２ 形状データ取得部
１０３ ギャップ・段差計測部
１０４ 仮付溶接検出部
１０５ 溶接可否判定部
１０６ 移動経路生成部
１０７ 溶接実行部
１２１ 条件記憶部
１２２ 三次元ＣＡＤデータ記憶部
１２３ 計測形状データ記憶部
１２４ 溶接可否判定基準記憶部
１２５ トーチ位置・角度条件記憶部
２０１ 第１の対象部材
２０１ａ 第１の端面
２０１ｂ 第１の端点
２０２ 第２の対象部材
２０２ａ 第２の端面
２０２ｂ 第２の端点
２０３ 突合せ部
２０３ａ、２０４ａ 第１の終端
２０３ｂ、２０４ｂ 第２の終端
２２０ 円弧
２３０、２４０、２６０ 操作球
２５０ 基準線
２７０ 点群
２８０ 線分
２０００ 計測用ロボット
３０００ 溶接用ロボット
Ｇ ギャップ
ＧＳ ギャップ面
ｎ ギャップ距離
Ｃ 中点

Claims (15)

1. 第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムであって、
   前記突合せ部を含む領域の形状データを取得する形状データ取得部と、
   前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出する仮付溶接検出部と、
   前記仮付溶接領域に対応する前記形状データを用いず、前記仮付溶接領域の外側領域に対応する前記形状データを用いて、前記溶接トーチの移動経路を生成する移動経路生成部と、を備える溶接システム。
   
2. 請求項１に記載の溶接システムにおいて、
   前記形状データ取得部は、前記突合せ部分を含む領域の三次元点群データを計測し、
   前記仮付溶接検出部は、前記三次元点群データに基づいて、第１の対象部材又は第２の対象部材の厚み方向に盛り上がった領域を前記仮付溶接領域と判定する、溶接システム。
   
3. 請求項１又は２に記載の溶接システムにおいて、
   前記仮付溶接領域の外側領域における前記第１の対象部材と前記第２の対象部材の間のギャップ距離を計測するギャップ計測部を備え、
   前記移動経路生成部は、前記ギャップ計測部で計測したギャップ距離に基づいて前記溶接トーチの移動経路を生成する、溶接システム。
   
4. 請求項１に記載の溶接システムにおいて、
   前記仮付溶接検出部で検出した前記仮付溶接領域に関する情報に基づいて、溶接可否を判定する溶接可否判定部を備える、溶接システム。
   
5. 請求項４に記載の溶接システムにおいて、
   前記溶接可否判定部により溶接不可と判定された場合に、前記溶接トーチの移動経路の生成又は出力を禁止する、あるいは溶接不可であることをユーザに通知する、溶接システム。
   
6. 請求項４に記載の溶接システムにおいて、
   前記溶接可否判定部は、前記仮付溶接領域の位置が、予め設定された許容位置の範囲内に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容位置の範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
   
7. 請求項４に記載の溶接システムにおいて、
   前記溶接可否判定部は、前記仮付溶接領域の長さ、面積、体積の少なくともいずれかが予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定し、前記許容範囲に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
   
8. 請求項４に記載の溶接システムにおいて、
   前記突合せ部に複数の前記仮付溶接領域が存在する場合に、
   前記溶接可否判定部は、任意の前記仮付溶接領域と隣接する他の前記仮付溶接領域の間の隣接距離が、予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定し、前記許容範囲に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
   
9. 第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムであって、
   前記突合せ部を含む領域の形状データを取得する形状データ取得部と、
   前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出する仮付溶接検出部と、
   前記仮付溶接検出部で検出した前記仮付溶接領域に関する情報に基づいて、溶接可否を判定する溶接可否判定部を備える、溶接システム。
   
10. 請求項９に記載の溶接システムにおいて、
    前記溶接可否判定部により溶接不可と判定された場合に、前記溶接トーチの移動経路の生成又は出力を禁止する、あるいは溶接不可であることをユーザに通知する、溶接システム。
    
11. 請求項９に記載の溶接システムにおいて、
    前記溶接可否判定部は、前記仮付溶接領域の位置が、予め設定された許容位置の範囲内に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容位置の範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
    
12. 請求項９に記載の溶接システムにおいて、
    前記溶接可否判定部は、前記仮付溶接領域の長さ、面積、体積の少なくともいずれかが予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定し、前記許容範囲に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
    
13. 請求項９に記載の溶接システムにおいて、
    前記突合せ部に複数の前記仮付溶接領域が存在する場合に、
    前記溶接可否判定部は、任意の前記仮付溶接領域と隣接する他の前記仮付溶接領域の間の隣接距離が、予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定し、前記許容範囲に収まっている場合に溶接可と判定し、前記許容範囲に収まっていない場合に溶接不可と判定する、溶接システム。
    
14. 第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムを用いた溶接方法であって、
    前記突合せ部を含む領域の形状データを取得し、
    前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出し、
    前記仮付溶接領域に対応する前記形状データを用いず、前記仮付溶接領域の外側領域に対応する前記形状データを用いて、前記溶接トーチの移動経路を生成する、溶接方法。
    
15. 第１の対象部材と第２の対象部材の突合せ部を溶接トーチにより溶接する作業を実行する溶接システムを用いた溶接方法であって、
    前記突合せ部を含む領域の形状データを取得し、
    前記突合せ部を仮付溶接した仮付溶接領域を前記形状データに基づき検出し、
    前記仮付溶接検出部で検出した前記仮付溶接領域に関する情報に基づいて、溶接可否を判定する、溶接方法。
    

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