JPH0756603B2

JPH0756603B2 - 数値制御溶接ロボツトの数値制御デ−タ作成装置

Info

Publication number: JPH0756603B2
Application number: JP60298836A
Authority: JP
Inventors: 秀喜塩崎; 敏一山田
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1995-06-14
Anticipated expiration: 2010-06-14
Also published as: JPS62156703A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、たとえば船殻ブロックなど複数の部材が溶
接されることにより構成される溶接構造物の数値制御
（NC）溶接ロボットのNCデータを作成する装置に関す
る。

従来の技術およびその問題点 NC溶接ロボットを使用して溶接構造物の部材同志を溶接
する場合、溶接構造物の部材の配置に関する構造データ
をもとにNCデータを作成する必要があり、従来は、これ
に多大の労力と時間を必要としていた。

また、NCデータを作成したときには、このNCデータにも
とづいて動作する溶接ロボットとワークとが衝突したり
接触したりすること（これを干渉という）がないよう
に、作成したNCデータをチェックする必要がある。従来
は、コンピュータにシミュレーションプログラムをあら
かじめ用意しておき、このプログラムによって、NCデー
タにもとづいて動く溶接ロボットのアームの軌跡を表わ
す図面（ロボット作動図）とワークを表わす図面（ワー
ク図）とを作画させ、この作画を人間が目視することに
よりロボットのアームとワークとが干渉するかどうかを
判断していた。しかしながら、この方法によると、NCデ
ータ作成時の干渉チェックに多大の時間と労力をかけな
ければならず、それでもチェックの誤りが生じたりして
いた。また、複雑な形状のワークに対しては干渉チェッ
クができないこともあった。

この発明の目的は、NCデータの自動作成および干渉チェ
ックができ、よってNCデータ作成および干渉チェックに
要する労力および時間の軽減が可能な装置を提供するこ
とにある。

問題点を解決するための手段この発明によるNC溶接ロボットのNCデータ作成装置は、
溶接構造物の溶接線を２つの部材の接線で表わし、各溶
接線に対し、部材および部材の接合状態などを含む基本
的な組立モデルを作成して記憶しておく組立モデル作成
手段と、組立モデルに対する作業手順を記憶している作
業手順データ記憶手段と、溶接に関する情報を記憶して
いる溶接情報記憶手段と、組立モデル作成手段の組立モ
デル、作業手順データ記憶手段の作業手順データおよび
溶接情報記憶手段の溶接情報をもとに、NCデータを生成
するNCデータ生成手段と、生成されたNCデータを記憶す
るNCデータ記憶手段と、NCデータ記憶手段のNCデータお
よび組立モデル作成手段の組立モデルをもとに、部材と
溶接ロボットの干渉チェックを行なう干渉チェック手段
と、干渉チェック後のNCデータおよび干渉チェックの結
果を出力するNCデータ出力手段とを備えており、干渉チ
ェック手段が、数値制御溶接ロボットのアームの外形を
表わす線分を求め、部材の表面を表わす平面を求め、上
記線分を含む直線と上記平面を含む無限平面との交点を
算出し、この交点が上記線分上でかつ上記平面上にある
かどうかを判定し、そして、上記の処理を溶接ロボット
のアームの外形を表わす線分の全てについて繰返すもの
である。

実施例第１図は船殻ブロックのNC溶接ロボットのNCデータ作成
装置を示し、この装置は、組立モデル作成手段（10）、
作業手順データ記憶手段（11）、溶接情報記憶手段（1
2）、NCデータ生成手段（13）、NCデータ記憶手段（1
4）、干渉チェック手段（15）およびNCデータ出力手段
（16）より構成されている。

組立モデル作成手段（10）は、船殻ブロックの部材の配
置に関する構造データを記憶している構造データ記憶手
段（17）と、構造データ記憶手段（17）の構造データを
もとに、船殻ブロックの溶接線を２つの部材の接線で表
わし、各溶接線に対し、部材および部材の接合状態など
を含む基本的な組立モデルを作成する構造データ処理手
段（18）と、組立モデルを記憶しておく組立モデル記憶
手段（19）とから構成されている。

作業手順データ記憶手段（11）は組立モデルに対する作
業手順を記憶しているものであり、溶接情報記憶手段
（12）は溶接に関する情報を記憶しているものである。

NCデータ生成手段（13）は、組立モデル記憶手段（19）
の組立モデルおよび作業手順データ記憶手段（11）の作
業手順データをもとに各溶接線の始点および終点、トー
チ姿勢、溶接モードなどを含む溶接データを作成する溶
接データ作成手段（20）と、溶接データを記憶しておく
溶接データ記憶手段（21）と、溶接データ記憶手段（2
1）の溶接データおよび溶接情報記憶手段（12）の溶接
情報をもとに、NCデータを生成する編集手段（22）とか
ら構成されている。

NCデータ記憶手段（14）は生成されたNCデータを記憶す
るもの、干渉チェック手段（15）はNCデータ記憶手段
（14）のNCデータおよび組立モデル記憶手段（19）の組
立モデルをもとに、部材と溶接ロボットの干渉チェック
を行なうもの、NCデータ出力手段（16）は干渉チェック
後のNCデータおよび干渉チェックの結果を出力するもの
である。

構造データ処理手段（18）、溶接データ作成手段（2
0）、編集手段（22）および干渉チェック手段（15）は
１台または複数台のコンピュータより構成され、構造デ
ータ記憶手段（17）、組立モデル記憶手段（19）、作業
手順データ記憶手段（11）、溶接データ記憶手段（2
1）、溶接情報記憶手段（12）およびNCデータ記憶手段
（14）はコンピュータの外部記憶装置の記憶媒体より構
成されている。また、構造データ処理手段（18）、溶接
データ作成手段（20）、編集手段（22）および干渉チェ
ック手段（15）を構成するコンピュータにはキーボー
ド、CRTディスプレイなどが接続されており、構造デー
タ処理、溶接データ作成、編集および干渉チェックを行
なうための指令などが作業者によりキーボードからコン
ピュータに与えられ、コンピュータからの出力がCRTデ
ィスプレイに表示される。

第２図は上記のNCデータ作成装置の具体的構成を示し、
この装置は、コンピュータ（30）ならびにこれに接続さ
れた１または複数のキーボード（31）、CRTディスプレ
イ（32）、プリンタ（33）および外部記憶装置（34）を
備えている。コンピュータ（30）の内部記憶装置（図示
略）には、構造データ処理、溶接データ作成、編集、干
渉チェックなどのためのプログラムが格納されている。

次に、第３図のフローチャートを参照して、上記の装置
によるNCデータの作成手順を説明する。

まず、船殻ブロックの部材の配置に関する構造データを
外部記憶装置（34）の構造データ記憶手段（17）に記憶
させておく（ステップ101）。構造データ記憶手段（1
7）はたとえばCADシステムのものと同様であり、構造デ
ータが適宜な手段により所定の形式で記憶されている。
なお、構造データ記憶手段（17）として、従来のCADシ
ステムのものをそのまま使用することもできる。

次に、構造データをもとに、船殻ブロックの溶接線が２
つの部材の溶接線で表わされ、各溶接線に対して、部材
および部材の接合状態などを含む基本的な組立モデルが
作成され、これがプリンタ（33）に出力されるとともに
外部記憶装置（34）の組立モデル記憶手段（19）に記憶
される（ステップ102）。

一方、これらの組立モデルに対する作業手順を入力する
（ステップ103）。作業手順の入力は、境界となってい
る溶接線、座標などを指示することにより行なわれる。
また、作業手順はたとえばキーボード（31）からコンピ
ュータ（30）に入力され、外部記憶装置（34）の適当な
記憶媒体に一旦記憶される。あるいは、作業手順のコー
ディングシートから作成されたカードから他のコンピュ
ータに入力されて他の外部記憶装置の適当な記憶媒体に
記憶され、こがさらにコンピュータ（30）に入力されて
外部記憶装置（34）の適当な記憶媒体に一旦記憶され
る。そして、この作業手順を一定の規則にしたがって処
理することにより作業手順データが作成され、これがプ
リンタ（33）に出力されるとともに外部記憶装置（34）
の作業手順データ記憶手段（11）に記憶される（ステッ
プ104）。

また、溶接に関するノウハウ、たとえば電流、電圧、速
度、ウィービングの仕方、部材の位置検出方法などの情
報を適宜な手段により外部記憶装置（34）の溶接情報記
憶手段（12）に所定の形式で記憶させておく（ステップ
105）。

次に、組立モデルおよび作業手順データをもとに、座標
変換などを行なって、各溶接線の始点および終点、トー
チ姿勢などを含む溶接データが作成され、これがプリン
タ（33）に出力されるとともに外部記憶装置（34）の溶
接データ記憶手段（21）に記憶される（ステップ10
6）。

次に、溶接データおよび溶接情報をもとに、一定の規則
にしたがってNCデータが作成され、これが外部記憶装置
（34）のNCデータ記憶手段（14）に記憶される（ステッ
プ107）。

そして、最後に、NCデータおよび組立モデルをもとに、
部材と溶接ロボットの干渉チェックが行なわれ（ステッ
プ108）、干渉チェック後のNCデータおよび干渉チェッ
クの結果がプリンタ（33）に出力される（ステップ10
9）。

干渉チェックの結果、干渉がある場合には、NCデータの
修正または作業手順の修正を行なったのち再び干渉チェ
ックを行ない、干渉がなくなるまでこれを繰返す。

以上で、１つの船殻ブロックに対するNCデータの作成が
完了し、干渉チェックやトーチ姿勢の自動決定がすんだ
NCデータが得られる。そして、このNCデータを使用し
て、NC溶接ロボットを運転することにより、船殻ブロッ
クが製作される。

NCデータの自動生成の１例として、トーチ姿勢の自動決
定原理を第５図にしたがって示すと、トーチ姿勢＝−（/|｜＋/|｜）となる。

干渉チェックは、たとえば、溶接ロボットのアームの外
形を表わす線分を求め、部材の表面を表わす平面を求
め、上記線分を含む直線と上記平面を含む無限平面との
交点を算出し、この交点が上記線分上でかつ上記平面上
にあるかどうかを判定し、そして、上記の処理をロボッ
トのアームの外形を表わす線分の全てについて繰返すこ
とにより行なわれる。

そして、上記の交点が上記線分上に存在しかつ上記平面
上に存在した場合には、ロボットのアームと部材とが干
渉すると判定される。

ロボットのアームの外形を表わす線分や部材の表面を表
わす平面の方程式はNCデータ生成時に既に求められてお
り、ロボットのアームと部材との干渉チェック処理は全
てコンピュータ（30）内部で行なわれる。

部材の表面が複雑な形状をしている場合には、部材の表
面が複数の平面によって表わされる。そして部材の表面
を表わす複数の平面の全てについて上記の処理が行なわ
れる。このようにして、従来の方法では干渉チェックが
不可能であった複雑な形状の部材に対してもロボットの
アームとの干渉の有無を調べることが可能となる。

次に、干渉チェックの具体例を説明する。

第４図は、ロボットのアーム（43）とワーク（40）との
配置状態の１例を示すものである。ワーク（40）は、こ
の例では、２つの板（部材）（41）（42）が横断面から
みて直角にそれらの各１辺で溶接されてなるものであ
る。アーム（43）とワーク（40）とが相互に干渉するか
どうかは、アーム（43）の外形線がワーク（40）の表面
を表わす平面と交わるかどうかによって判定される。

アーム（43）の表面を形成する線分（外形線）の代表的
なものがl1〜l8で示されている（l4は図示略）。これら
の外形線はアーム（43）の角部を形成する線分である。
アーム（43）の面を形成する外形線の１例がl11〜l13で
示されている。面は無数の線の集合であるからこのよう
な外形線は無数に存在することになるが、実際には所定
間隔ごとに抽出すればよい。

１例として、アーム（43）の１つの外形線l1とワーク
（40）の板（41）の１表面との交わりについて検討す
る。

第５図において、外形線l1は線分STで表わされている。
外形線l1はベクトル形式で▲▼とも表現できる。ワ
ーク（40）の板（41）の１表面は四角形の平面ABCDで表
わされている。平面ABCDは、これらの平面の２辺を表わ
すベクトルおよびを用いて表現することもできる。

三次元空間の絶対座標軸の原点をＯとする。原点Ｏから
点Ｓへのベクトルを▲▼、原点Ｏから点Ａへのベク
トルを▲▼＝とする。このようにすると、外形線
ｌは、ベクトル▲▼と▲▼で表現される。平面
ABCDは、ベクトル、およびで表わされる。このよ
うな表現によって、汎用性のある一般的な解法が導かれ
る。なお、ベクトルおよびは２つの板（41）（42）
のすみ肉溶接線データとしても使用される。

線分STを含む直線Ｌと平面ABCDを含む無限平面αとの交
点をＵとする。この交点Ｕが線分ST上にありかつ平面AB
CD上にあれば、アーム（43）とワーク（40）とは干渉す
ることになる。したがって、アーム（43）とワーク（4
0）とが干渉するかどうかのチェックは、交点Ｕが線分S
T上にあるかどうか、平面ABCD上にあるかどうかを判定
することに帰着する。

まず、直線Ｌと平面αとが平行でない場合について検討
する。

原点Ｏから交点Ｕへのベクトル▲▼は、次の２つの
式によってそれぞれ表現できる。

▲▼＝＋ｋ＋ｌ ……（１） ▲▼＝▲▼＋ｍ▲▼ ……（２）ここでｋ、ｌ、ｍは係数であり正、負の任意の値または
零をとりうる。

式（１）および式（２）からベクトル▲▼を消去す
ると、次のようになる。

ｋ＋ｌ−ｍ▲▼＝▲▼− ……（３）式（３）をベクトル成分で表現すると、次のように表わ
される。

ただし、＝（w_xw_yw_z）＝（r_xr_yr_z）＝（p_xp_yp_z）点Ｓの座標（s_x、s_y、s_z）点Ｔの座標（t_x、t_y、t_z）したがって、式（４）を解くことにより係数ｋ、ｌ、ｍ
が求まる。そして、この求められた係数ｋ、ｌ、ｍを式
（１）または式（２）に代入することにより、交点Ｕの
位置座標が得られる。

交点Ｕが線分ST上にある条件は０≦ｍ≦１である。交点
Ｕが平面ABCD上にあるための条件は０≦ｋ≦１かつ０≦
ｌ≦１である。したがって、線分STと平面ABCDとが交わ
るための条件は、次のすべてを満足することである。

式（４）を解き、求められたｋ、ｌ、ｍが式（５）の条
件をすべて満足した場合に、アーム（43）とワーク（4
0）とが干渉していると判断される。

直線Ｌと平面αとが平行であるときには、交点Ｕは存在
しないから、式（４）の解は求められない。直線Ｌと平
面αとが平行かどうかは次のようにして判定できる。

ベクトルとの外積×は平面αに垂直なベクトル
である。直線Ｌと平面αとが平行であるための必要十分
条件は、外積×とベクトル▲▼とが直交するこ
とである。外積×とベクトル▲▼が直交してい
ればこれらのベクトルの内積は零となる。すなわち、直
線Ｌと平面αとが平行である条件は、次式で与えられ
る。

（×）・▲▼＝０ ……（６）式（６）を成分で表わすと次のようになる。

（w_yr_z−w_zr_y）・（t_x−s_x）＋（w_zr_x−w_xr_z）・（t_y−s_y）＋（w_xr_y−w_yr_x）・（t_z−s_z）＝０ ……（７）直線Ｌ（外形線l1）と平面α（板（41）の１表面）とが
平行であっても、他の外形線（たとえばl5〜l8等）と板
（41）の表面とは平行ではなく、これらの干渉チェック
によりカバーできるので、外形線l1と板（41）の表面が
平行な場合（式（４）の計算不能）には、平行であるこ
との確認のみを行なえばよい。

以上のようにして、外形線の１つ（たとえばl1）と板
（41）の表面との干渉チェックが行なわれる。

こののち、続いて全く同じ手法により、他の外形線l2〜
l8、l11〜l13等のすべてと板（41）の表面との干渉チェ
ックが行なわれる。そして、これらのすべての干渉チェ
ックにおいて、式（５）が満されなければアーム（43）
と板（41）とは干渉しないと判定される。

さらに、アーム（43）のすべての外形線と板（42）の１
表面との干渉チェックも同様にして行なわれる。

ワークがさらに複雑な形状をしている場合には、ワーク
の表面を複数の平面に分割し、またはワークの表面を１
または複数の平面で近似し、アームの全ての外形線とこ
れらの１または複数の平面との間の干渉チェックを行な
えばよい。

なお、この発明は、船殻ブロック以外の溶接構造物にも
もちろん適用できる。

発明の効果この発明のNC溶接ロボットのNCデータ作成装置によれ
ば、上述のように、NCデータの自動作成および干渉チェ
ックができ、NCデータ作成および干渉チェックに要する
労力および時間の軽減が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による数値制御データ作成装置の構成
を示すブロック図、第２図は第１図の装置の具体的構成
を示すブロック図、第３図は上記の装置による数値制御
データの作成手順を示すフローチャート、第４図は数値
制御溶接ロボットのアームとワークの１例を示す斜視
図、第５図は干渉チェックの方法を説明するためのベク
トル図である。（10）……組立モデル作成手段、（11）……作業手順デ
ータ記憶手段、（12）……溶接情報記憶手段、（13）…
…数値制御データ生成手段、（14）……数値制御データ
記憶手段、（15）……干渉チェック手段、（16）……出
力手段、（41）（42）……板（部材）、（43）……溶接
ロボットのアーム、（l1）〜（l8）（l11）〜（l13）…
…溶接ロボットのアームの外形線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の部材が溶接されることにより構成さ
れる溶接構造物の数値制御溶接ロボットの数値制御デー
タを作成する装置であって、溶接構造物の溶接線を２つの部材の接線で表わし、各溶
接線に対し、部材および部材の接合状態などを含む基本
的な組立モデルを作成して記憶しておく組立モデル作成
手段と、組立モデルに対する作業手順を記憶している作業手順デ
ータ記憶手段と、溶接に関する情報を記憶している溶接情報記憶手段と、組立モデル作成手段の組立モデル、作業手順データ記憶
手段の作業手順データおよび溶接情報記憶手段の溶接情
報をもとに、数値制御データを生成する数値制御データ
生成手段と、生成された数値制御データを記憶する数値制御データ記
憶手段と、数値制御データ記憶手段の数値制御データおよび組立モ
デル作成手段の組立モデルをもとに、部材と溶接ロボッ
トの干渉チェックを行なう干渉チェック手段と、干渉チェック後の数値制御データおよび干渉チェックの
結果を出力する数値制御データ出力手段とを備えてお
り、干渉チェック手段が、数値制御溶接ロボットのアームの外形を表わす線分を求
め、部材の表面を表わす平面を求め、上記線分を含む直線と上記平面を含む無限平面との交点
を算出し、この交点が上記線分上でかつ上記平面上にあるかどうか
を判定し、そして、上記の処理を溶接ロボットのアームの外形を表
わす線分の全てについて繰返すものである数値制御ロボ
ットの数値制御データ作成装置。