JP7201764B1 - 溶接プログラム作成システム及び溶接プログラム作成方法 - Google Patents

溶接プログラム作成システム及び溶接プログラム作成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】溶接ロボットによる溶接作業の効率を高めることができる溶接プログラム作成システムを提供する。【解決手段】撮影された溶接対象の画像に基づいて検出された複数の溶接線の候補を画像に重ね合わせて表示させる表示制御部２１３と、複数の溶接線の候補の中から溶接線を選択する入力、及び選択された溶接線それぞれに対する溶接の順番及び溶接の方向を指定する入力を受け付ける入力受付部２１４と、指定された溶接の順番及び溶接の方向に基づいて、溶接プログラムを作成するプログラム作成部２１５と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、溶接プログラム作成システム及び溶接プログラム作成方法に関する。
下記特許文献１には、溶接ロボットを動作させるプログラムをオフラインで生成する技術が開示されている。この技術では、仮想空間内にロボット及びワークの３次元モデルを配置し、その配置したロボット及びワークの基準位置をそれぞれ自動で設定し、それらの基準位置に基づいて複数のワーク間をロボットが移動する順序を自動で決定し、その決定した順序でロボットが移動するようにプログラムを自動で生成する。
特許第６３７０８２１号公報
ところで、特許文献１の技術では、ロボットが移動する順序を決定する際に、複数のワークにより形成され得る全ての経路それぞれの距離を求め、求めた距離のうち最短距離となる経路に基づいて、移動する順序を決めている。しかしながら、最短距離となる経路が溶接作業の効率を高めるとは限らない。
そこで、本発明は、溶接ロボットによる溶接作業の効率を高めることができる溶接プログラム作成システム及び溶接プログラム作成方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る溶接プログラム作成システムは、撮影された溶接対象の画像に基づいて検出された複数の溶接線の候補を画像に重ね合わせて表示させる表示制御部と、複数の溶接線の候補の中から溶接線を選択する入力、及び選択された溶接線それぞれに対する溶接の順番及び溶接の方向を指定する入力を受け付ける入力受付部と、指定された溶接の順番及び溶接の方向に基づいて、溶接プログラムを作成するプログラム作成部と、を備える。
この態様によれば、撮影された溶接対象の画像から検出された溶接線の候補を画像に重ね合わせて表示させ、その溶接線の候補の中から選択された溶接線それぞれに対する溶接順及び溶接方向の指定を受け付け、その指定された順番及び方向に基づいて溶接プログラムを作成することができる。したがって、溶接対象の画像に重ね合わせて表示された複数の溶接線候補に対して、順次、溶接順及び溶接方向を指定することで、溶接プログラムを容易かつ手際よく作成することが可能となる。
上記態様において、溶接ロボットを設置する位置に基づいて、当該溶接ロボットが溶接可能な範囲を決定する決定部を、さらに備え、表示制御部は、複数の溶接線の候補のうち、決定部により決定された溶接可能な範囲にある溶接線の候補を画像に重ね合わせて表示させてもよい。
この態様によれば、溶接ロボットが溶接可能な範囲にある溶接線の候補を対象にして指定された順番及び方向に基づいて溶接プログラムを作成することができるため、溶接作業を無駄なく行うことが可能となる。
上記態様において、入力受付部は、溶接の方向を指定する入力として、溶接開始位置及び溶接終了位置を指定する入力を受け付けてもよい。
この態様によれば、溶接開始位置と溶接終了位置とを指定して溶接プログラムを作成することができるため、溶接プログラムの精度を向上させることができる。
上記態様において、入力受付部は、溶接の方向を指定する入力として、溶接線上をなぞる入力を受け付けてもよい。
この態様によれば、画面上に表示されている溶接線をなぞることで溶接の方向を指定することができるため、入力の簡素化と確実性を向上させることができる。
上記態様において、画像に基づいて、溶接対象に対応する座標データを算出し、当該座標データに基づいて、複数の溶接線の候補を検出する溶接線検出部を、さらに備えてもよい。
この態様によれば、溶接対象の画像から算出した座標データにより表される溶接対象の平面に基づいて、溶接線の候補を検出することができるため、溶接線の検出精度を向上させることが可能となる。
本発明の他の態様に係る溶接プログラム作成方法は、プロセッサにより実行される方法であって、撮影された溶接対象の画像に基づいて検出された複数の溶接線の候補を画像に重ね合わせて表示させるステップと、複数の溶接線の候補の中から溶接線を選択する入力、及び選択された溶接線それぞれに対する溶接の順番及び溶接の方向を指定する入力を受け付けるステップと、指定された溶接の順番及び溶接の方向に基づいて、溶接プログラムを作成するステップと、を含む。
この態様によれば、撮影された溶接対象の画像から検出された溶接線の候補を画像に重ね合わせて表示させ、その溶接線の候補の中から選択された溶接線それぞれに対する溶接順及び溶接方向の指定を受け付け、その指定された順番及び方向に基づいて溶接プログラムを作成することができる。したがって、溶接対象の画像に重ね合わせて表示された複数の溶接線候補に対して、順次、溶接順及び溶接方向を指定することで、溶接プログラムを容易かつ手際よく作成することが可能となる。
本発明によれば、溶接ロボットによる溶接作業の効率を高めることができる溶接プログラム作成システム及び溶接プログラム作成方法を提供することができる。
実施形態に係る溶接プログラム作成システムを含む溶接ロボットシステムの構成を例示する図である。 溶接プログラム作成システムの機能的な構成を例示する図である。 溶接対象の一例を示す図である。 図３の溶接対象に溶接線が重ね合わせて表示されていることを例示する図である。 撮影端末の表示部に表示される画面の一例を示す図である。
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。また、図面は模式的なものであるため、各構成要素の寸法や比率は実際のものとは相違する。
図１は、実施形態に係る溶接プログラム作成システムを含む溶接ロボットシステムの構成を例示する図である。溶接ロボットシステム１００は、例えば、撮影端末１と、ロボット制御装置２と、マニピュレータ３とを備える。撮影端末１とロボット制御装置２とは、例えばネットワークＮを介して接続され、ロボット制御装置２とマニピュレータ３とは、例えば通信ケーブルＣを介して接続される。ネットワークＮは、有線（通信ケーブルを含む）であっても無線であってもよい。なお、溶接ロボットシステム１００に、ティーチングペンダントを含めてもよい。ティーチングペンダントは、作業者がマニピュレータ３の動作を教示する操作装置である。
マニピュレータ３は、ロボット制御装置２において設定される施工条件に従ってアーク溶接を行う溶接ロボットである。マニピュレータ３は、例えば、工場の床面等に固定されるベース部材上に設けられる多関節アーム３１と、多関節アーム３１の先端に連結される溶接トーチ３２とを有する。
ロボット制御装置２は、マニピュレータ３の動作を制御する制御ユニットであり、例えば、制御部２１、記憶部２２、通信部２３及び溶接電源部２４を含む。
制御部２１は、例えば、記憶部２２に記憶されている溶接プログラムをプロセッサが実行することで、マニピュレータ３及び溶接電源部２４を制御する。
通信部２３は、ネットワークＮを介して接続される撮影端末１との通信を制御することや、通信ケーブルＣを介して接続されるマニピュレータ３との通信を制御する。
溶接電源部２４は、例えば、溶接ワイヤの先端とワークとの間にアークを発生させるために、予め定められた溶接の施工条件に従って、溶接電流及び溶接電圧等をマニピュレータ３に供給する。溶接の施工条件には、例えば、溶接条件、溶接開始位置、溶接終了位置、アーク放電の時間、溶接距離、溶接トーチの姿勢及び溶接トーチの移動速度等のデータ項目が含まれる。溶接電源部２４は、ロボット制御装置２と別個に備えることとしてもよい。
撮影端末１は、例えば、デジタルカメラであるが、デジタルカメラ付きの可搬型端末であってもよい。可搬型端末には、例えば、タブレット端末、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノートＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の持ち運び可能な端末が含まれる。撮影端末１は、例えば、制御部１１、撮影部１２、通信部１３、表示部１４を含む。
制御部１１は、メモリに格納された所定のプログラムをプロセッサが実行することにより、撮影端末１の各部を制御する。
撮影部１２は、例えば、レンズ及び撮像素子（イメージセンサ）を含み、レンズで受光した被写体の光を電気信号（デジタル画像データ）に変換する。
通信部１３は、ネットワークＮを介して接続されるロボット制御装置２との通信を制御する。
表示部１４は、例えば、タッチパネルを有するディスプレイであり、撮影部１２による被写体の映像を表示するとともに、作業者による操作指示等の入力を受け付ける。表示部１４は、例えばタッチパネルを有するディスプレイ装置として、撮影端末１とは別個に備えることとしてもよい。
図２は、本発明に係る溶接プログラム作成システムの機能的な構成を例示する図である。溶接プログラム作成システムは、機能的な構成として、例えば、撮影部２１１と、溶接線検出部２１２と、表示制御部２１３と、入力受付部２１４と、プログラム作成部２１５とを有する。これらの機能のうち、撮影部２１１は、撮影端末１が有する機能である。他方、溶接線検出部２１２、表示制御部２１３、入力受付部２１４及びプログラム作成部２１５は、撮影端末１及びロボット制御装置２のどちらかが全てを備えてもよいし、撮影端末１及びロボット制御装置２に各機能を分散して備えてもよい。また、撮影端末１及びロボット制御装置２以外の他の装置が、上記機能の一部又は全部を備えてもよい。
撮影部２１１は、上記撮影端末１の撮影部１２と同じである。本実施形態に係る撮影部２１１は、例えば、アーク溶接の対象となる複数の鉄板部材（ワーク）を含む構造物を溶接対象として撮影する。図３に、溶接対象の一例を示す。同図には、複数のワークをつなぎ合わせて組み合わせることで形成される構造物が、溶接対象として表示されている。撮影部２１１は、異なる複数の位置から溶接対象を撮影することとしてもよい。
図２に示す溶接線検出部２１２は、撮影部２１１により撮影された溶接対象の画像に基づいて溶接線の候補を検出する。溶接線の候補を検出する方法として、例えば、以下の方法を用いることができる。
最初に、溶接線検出部２１２は、溶接対象の画像に基づいて、溶接対象に対応する座標データを算出し、それらの座標データを点群データとしてユーザ座標系に描画する。
上記の溶接対象に対応する座標データは、例えば、距離計測センサにより取得することができる。距離計測センサとして、例えば、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）センサ、ミリ波センサ、超音波センサ等を用いることができる。また、溶接対象に対応する座標データを、溶接対象を異なる複数の位置から撮影した複数の画像に基づいて算定することで取得してもよい。この場合、公知のステレオ法による三次元計測手法を用いることができる。
上記のユーザ座標系は、例えば、溶接対象により形成される空間内にマーカを置くことで設定することができる。具体的に、撮影部２１１による映像に含まれるマーカの位置を原点とし、その原点で互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸による三次元の直交座標系を、ユーザ座標系として設定する。
上記のマーカは、空間内に置かれていることを撮影部２１１に認識させることができる識別子であればよいが、好ましくは、ＡＲマーカを用いるのがよい。ＡＲマーカを用いることで、空間内に置かれたＡＲマーカを認識したときに、そのＡＲマーカを原点とするユーザ座標系を、実際の映像に重ね合わせて表示させることが簡易に実現できるようになる。
続いて、溶接線検出部２１２は、ユーザ座標系に描画された点群データに基づいて、溶接対象に含まれる溶接線の候補を検出する。具体的に、溶接線検出部２１２は、点群データに基づいて、溶接対象に対応する複数の平面を認識し、それら複数の平面に含まれる二つの平面の交線を溶接線の候補として検出する。例えば、図４に示すワークＷａに対応する座標データにより示される平面と、ワークＷｂに対応する座標データにより示される平面とを認識し、これら二つの平面の交線Ｌｉを溶接線の候補の一つとして検出する。溶接線の候補を検出する際に、二つの平面の交線の端から端までを溶接線の候補として検出することが好ましい。
図２に示す表示制御部２１３は、溶接線検出部２１２により検出された複数の溶接線の候補を、撮影部２１１による映像に重ね合わせて表示させる。図４には、撮影部２１１による映像に重ね合わせて、複数の溶接線の候補が表示されている。
図２に示す入力受付部２１４は、映像に含まれる全ての溶接線の候補の中から作業者により選択された溶接線それぞれに対する溶接の順番及び溶接の方向を指定する入力を受け付ける。溶接線を選択する入力、並びに溶接の順番及び溶接の方向を指定する入力は、例えば、撮影端末１の表示部１４のタッチパネルを用いて入力することができる。
図５を参照して具体的に説明する。同図は、撮影端末１の表示部１４に表示される画面の一例を示す図である。表示画面の右側には、溶接対象を撮影した画像１４ａが表示されている。その画像１４ａ上に表示されている溶接線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄは、例えば図４に例示されている複数の溶接線の候補の中から、作業者により実際に溶接を行なう溶接線として選択された溶接線である。溶接線を選択する入力は、例えば音声や文字メッセージ等のガイドに従って、画像１４ａ上に表示された複数の溶接線の候補の中から特定の溶接線の候補をタッチ（タップ）することで受け付けられる。
また、画像１４ａ上で、例えば音声や文字メッセージ等のガイドに従って、作業者が複数の溶接線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄを順番にタッチすると、そのタッチした順番が、溶接の順番を指定する入力として受け付けられる。さらに、図５の画像１４ａ上で、例えば音声や文字メッセージ等のガイドに従って、作業者が各溶接線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄに沿って溶接線上をなぞる（スライドする）と、そのなぞった方向が、溶接の方向を指定する入力として受け付けられる。なぞる替わりに、例えば、溶接開始位置及び溶接終了位置をそれぞれ長押し等してもよい。この場合、溶接開始位置から溶接終了位置に向かう方向が溶接の方向を指定する入力として受け付けられる。
図２に示すプログラム作成部２１５は、各溶接線に対して指定された溶接の順番及び溶接の方向に基づいて、アーク溶接を行なうための溶接プログラムを作成する。プログラム作成部２１５は、作成した溶接プログラムを、ロボット制御装置２の記憶部２２に記憶させる。これにより、マニピュレータ３がアーク溶接を行なう際に、ロボット制御装置２の制御部２１が溶接プログラムを読み込み、その溶接プログラムで指定された溶接手順に従って溶接を行なうように、マニピュレータ３を制御することが可能となる。
前述したように、実施形態に係る溶接プログラム作成システムによれば、撮影された溶接対象の画像から検出された溶接線の候補を画像に重ね合わせて表示させ、その溶接線の候補の中から選択された溶接線それぞれに対する溶接順及び溶接方向の指定を受け付け、その指定された順番及び方向に基づいて溶接プログラムを作成することができる。したがって、溶接対象の画像に重ね合わせて表示された複数の溶接線候補に対して、順次、溶接順及び溶接方向を指定することで、溶接プログラムを容易かつ手際よく作成することが可能となる。
それゆえ、実施形態に係る溶接プログラム作成システムによれば、マニピュレータ３による溶接作業の効率を高めることが可能となる。
[変形例]
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、他の様々な形で実施することができる。このため、上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。
例えば、前述した実施形態に係る溶接プログラム作成システムでは、映像に含まれる全ての溶接線の候補の中から溶接線を選択しているが、選択の対象となる溶接線の候補を一部の候補に限定することとしてもよい。
一部の候補に限定する際に、マニピュレータ３を設置する位置を基準にして限定することができる。この場合、溶接プログラム作成システムは、マニピュレータ３を設置する位置に基づいて、そのマニピュレータ３が溶接可能な範囲を決定する決定部を、さらに備えることが好ましい。これに加え、表示制御部２１３が、映像に含まれる全ての溶接線の候補のうち、決定部により決定された溶接可能な範囲内に存在する溶接線の候補を、選択の対象となる溶接線の候補として溶接対象の画像に重ね合わせて表示させることが好ましい。
マニピュレータ３を設置する位置は、例えば音声や文字メッセージ等のガイドに従って、作業者が溶接対象の画像上をタッチ等することで指定できる。マニピュレータ３が溶接可能な範囲は、例えば、指定された位置にマニピュレータ３を設置した場合に、そのマニピュレータ３の溶接トーチ３２が届く範囲に基づいて決定することができる。
この変形例に係る溶接プログラム作成システムによれば、マニピュレータ３を設置する位置ごとに、そのマニピュレータ３が溶接可能な範囲にある溶接線を対象にして溶接プログラムを作成することが可能となる。したがって、マニピュレータ３による溶接作業の効率をさらに高めることが可能となる。
１…撮影端末、２…ロボット制御装置、３…マニピュレータ、１１…制御部、１２…撮影部、１３…通信部、１４…表示部、１４ａ…画像、２１…制御部、２２…記憶部、２３…通信部、２４…溶接電源部、３１…多関節アーム、３２…溶接トーチ、１００…溶接ロボットシステム、２１１…撮影部、２１２…溶接線検出部、２１３…表示制御部、２１４…入力受付部、２１５…プログラム作成部、Ｃ…通信ケーブル、Ｍ…マーカ、Ｎ…ネットワーク

Claims (6)

  1. 撮影された複数の溶接線を含む溶接対象の画像に基づいて検出された複数の溶接線の候補を前記画像に重ね合わせて表示させる表示制御部と、
    前記画像に表示された前記複数の溶接線の候補の中から複数の溶接線を選択する入力、及び選択された溶接線それぞれに対する溶接の順番及び溶接の方向を指定する入力を受け付ける入力受付部と、
    指定された前記溶接の順番及び前記溶接の方向に基づいて、溶接プログラムを作成するプログラム作成部と、
    を備える溶接プログラム作成システム。
  2. 溶接ロボットを設置する位置に基づいて、当該溶接ロボットが溶接可能な範囲を決定する決定部を、さらに備え、
    前記表示制御部は、前記複数の溶接線の候補のうち、前記決定部により決定された前記溶接可能な範囲にある溶接線の候補を前記画像に重ね合わせて表示させる、
    請求項１記載の溶接プログラム作成システム。
  3. 前記入力受付部は、前記溶接の方向を指定する入力として、溶接開始位置及び溶接終了位置を指定する入力を受け付ける、
    請求項１又は２記載の溶接プログラム作成システム。
  4. 前記入力受付部は、前記溶接の方向を指定する入力として、溶接線上をなぞる入力を受け付ける、
    請求項１又は２記載の溶接プログラム作成システム。
  5. 前記画像に基づいて、前記溶接対象に対応する座標データを算出し、当該座標データに基づいて、前記複数の溶接線の候補を検出する溶接線検出部を、
    さらに備える請求項１から４のいずれか一項に記載の溶接プログラム作成システム。
  6. プロセッサにより実行される方法であって、
    撮影された複数の溶接線を含む溶接対象の画像に基づいて検出された複数の溶接線の候補を前記画像に重ね合わせて表示させるステップと、
    前記画像に表示された前記複数の溶接線の候補の中から複数の溶接線を選択する入力、及び選択された溶接線それぞれに対する溶接の順番及び溶接の方向を指定する入力を受け付けるステップと、
    指定された前記溶接の順番及び前記溶接の方向に基づいて、溶接プログラムを作成するステップと、
    を含む溶接プログラム作成方法。
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