WO2018173656A1

WO2018173656A1 - 溶接パス情報の取得方法および溶接ロボットシステム

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Publication number: WO2018173656A1
Application number: PCT/JP2018/007372
Authority: WO
Inventors: 俊介宮田; 定廣　健次; 有卓焦; 雄士木村
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2018-09-27
Also published as: US11345031B2; CN110431498A; JP2018153906A; KR102221884B1; US20190375101A1; JP6809948B2; KR20190121334A; CN110431498B

Abstract

溶接ロボットの溶接対象である二つのワークを溶接する溶接パスの施工条件に関する溶接パス情報の取得方法であって、３次元ＣＡＤデータから、二つのワークを溶接する溶接パスを抽出するステップと、所定の３次元形状を有する壁面判定モデルを用意するステップと、溶接パスの開始点または終了点の少なくともいずれかである溶接端を基準として、当該溶接パスの外に向かう延長方向に、壁面判定モデルを配置するステップと、配置した壁面判定モデルに対し、二つのワークとは異なる他の部材によって画定される壁面が干渉するか否かを判定するステップと、を含む。

Description

溶接パス情報の取得方法および溶接ロボットシステム

　本発明は、少なくとも二つの被溶接部材を溶接する溶接パスに関する溶接パス情報の取得方法および溶接ロボットシステムに関する。

　現在、種々の産業分野でロボットが使用されている。このような産業用のロボットの代表的なものに溶接ロボットがある。溶接作業に至っては、各溶接対象に合わせ最適な溶接条件を設定しなければならず、溶接条件の設定においては多数の要素、パラメータ、これらの組み合わせが存在する。これらの中でも、溶接対象である被溶接部材を溶接する溶接パス（溶接線）の決定は、重要事項である。

　特許文献１は、溶接線候補を含む多くの線分から構成される３次元ＣＡＤデータに基づいて、溶接線を迅速に抽出する溶接線作成方法を開示している。この溶接線作成方法は、溶接線を形成する部材の２面のうち、基準となる面（第１の面）を指定するステップと、溶接線を形成する部材の２面のうち、他方の面（開先面である第２の面）を指定するステップと、稜線を抽出するステップと、溶接可能となる稜線区間を選択するステップと、溶接可能な稜線を統合し溶接線情報を作成するステップと、開先形状に応じて、溶接線情報を修正するステップとを含む。

　特許文献２は、ロボットに対する教示作業を容易化するティーチングシステムを開示している。このティーチングシステムは、画像生成部と、始点指定部と、経由点指定部と、生成部とを備える。画像生成部は、ロボットの加工対象である被溶接部材上に設定された閉じた加工線を含む仮想画像を生成する。始点指定部は、仮想画像上で加工線以外の位置に始点を指定する。経由点指定部は、加工線上に経由点を指定する。生成部は、始点から経由点を経由して加工線をたどり再び経由点に戻る経路についてロボットに対する教示データを生成する。

日本国特開２０１０－１８４２７８号公報日本国特開２０１５－２０２５２３号公報

　ところで、溶接対象の被溶接部材の一端や、溶接の開始点または終了点を含む溶接端の溶接作業は問題になることが多い。被溶接部材の一端には別の被溶接部材や他の部材等が存在することもあり、これらの物が溶接作業の障害になることもあり得る。しかしながら、上述した特許文献を含む従来の技術は、予め被溶接部材の一端の状況を把握し、円滑な溶接作業をするための技術を提示していない。

　本発明は、被溶接部材の一端や溶接端に関して溶接作業の干渉となり得る物体の情報も考慮した、溶接パス情報の取得方法、溶接ロボットシステムに関する。

　本発明は、溶接ロボットの溶接対象である二つの被溶接部材を溶接する溶接パスの施工条件に関する溶接パス情報の取得方法であって、３次元ＣＡＤデータから、二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを抽出するステップと、所定の３次元形状を有する壁面判定モデルを用意するステップと、前記溶接パスの開始点または終了点の少なくともいずれかである溶接端を基準として、当該溶接パスの外に向かう延長方向に、前記壁面判定モデルを配置するステップと、前記配置した壁面判定モデルに対し、前記二つの被溶接部材とは異なる他の部材によって画定される壁面が干渉するか否かを判定するステップと、を含む。

　本発明は、被溶接部材を溶接する溶接ロボットと、前記溶接ロボットの動作を、所定の動作プログラムに則って制御するコンピュータと、を含む溶接ロボットシステムであって、前記コンピュータは、３次元ＣＡＤデータから、二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを抽出し、　所定の３次元形状を有する壁面判定モデルを用意し、前記溶接パスの開始点または終了点の少なくともいずれかである溶接端を基準として、当該溶接パスの外に向かう延長方向に、前記壁面判定モデルを配置し、前記配置した壁面判定モデルに対し、前記二つの被溶接部材とは異なる他の部材によって画定される壁面が干渉するか否かを判定し、得られた溶接パスを前記溶接ロボットに教示する。

　本発明によれば、溶接パスの溶接端の付近に、他の部材の干渉があるか否かを判定することができ、特に被溶接部材の一端における溶接作業を円滑ならしめることが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る溶接ロボットシステムの概略構成図である。図２は、制御装置の動作の概要を示すフローチャートである。図３は、溶接対象である被溶接部材である下板、立板を示し、（ａ）は下板の斜視図、（ｂ）は、下板に立板が取り付けられた状態の斜視図である。図４は、壁面判定モデルを示し、（ａ）は壁面判定モデルの正面図であり、（ｂ）は壁面判定モデルの側面図である。図５は、被溶接部材に干渉する物体として壁面が被溶接部材の一端付近に存在するか否かを判定する状態を示す概念図であり、（ａ）は、図３（ｂ）を正面から見た状態を示し、（ｂ）は図３（ｂ）を側面から見た状態を示し、（ｃ）は、立板の一端と下板の一端が重なり合い、開始点が、立板の一端および下板の一端に位置している例を示す。図６は図５の続きの図であり、（ａ）は、立板の一端が下板の一端ではなく、下板の外部に位置している例を示し、（ｂ）は、立板の一端が下板の一端ではなく、下板の内部に位置している例を示し、（ｃ）は、立板の一端と下板の一端が重なり合っている例を示す。図７は、壁面にスカラップが存在するか否かを判定する状態を示す概念図であり、（ａ）は、スカラップ有無判定モデルを示し、（ｂ）は、スカラップが存在しない場合の図３（ｂ）を正面から見た状態を示し、（ｃ）はスカラップが存在しない場合の図３（ｂ）を側面から見た状態を示し、（ｄ）は、スカラップが存在する場合の図３（ｂ）を正面から見た状態を示し、（ｅ）はスカラップが存在する場合の図３（ｂ）を側面から見た状態を示す。図８は、下板端判定の概念図を示し、（ａ）は、下板の一端と開始点の間の第１の距離が０の例であり、（ｂ）は、立板の一端が下板の主面内に存在する例であり、（ｃ）は、立板の一端が下板の外側に存在する例を示す。図９は、止端判定の概念図を示し、（ａ）は、立板の一端と開始点の間の第２の距離Ｘ２が０の例であり、（ｂ）は、ではＸ２が示されている例である。図１０は、継続判定の概念図を示し、（ａ）は、立板の一端と下板の一端が重なり合っている例を示し、（ｂ）は、立板の一端が下板の一端から十分離れている例を示す。図１１は、溶接ロボット１の下方に基材が配置され、基材の平面上に複数の被溶接部材が配置され、溶接される状況を示す概念図である。図１２は、溶接パスのペア判定の概念を示す図であり、（ａ）、（ｃ）はペアの要件を満たす例を示し、（ｂ）、（ｄ）はペアの要件を満たさない例を示す。図１３は、二つの被溶接部材の間の隅肉の脚長を求める際に用いる表（脚長ルールファイル）の一部を示す。図１４は、二つの被溶接部材を溶接トーチの被溶接部材に対する向きを決定する概念を表した表である。

　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、本発明が適用される溶接ロボットシステムについて、述べることとする。

　図１に示すように、溶接ロボットシステム１００は、溶接ロボット１と、例えば教示ペンダントとして用いられるロボットペンダント１７を含む制御装置１５であるコンピュータと、を有している。

　溶接ロボット１は、例えば二つの溶接トーチを持つツイン溶接ロボット装置である。溶接ロボット１は、支持フレーム２を備えている。この支柱フレーム２は、４本の支柱２ａと、これら４本の支柱２aのうち、間隔が広い支柱２a同士の頂部間に架設されてなる一対のガイド支持梁２ｂと、間隔が狭い支柱２a同士の頂部間に架設されてなる一対のフレーム２ｃとから構成されている。この支持フレーム２のガイド支持梁２ｂ、２ｂの下面には、相対するガイド支持梁２ｂの方向に突出する板状のガイド支持部材３の基端側が固着されている。また、これらガイド支持部材３の上面には、リニアガイドレールと、このリニアガイドレールにより往復移動自在に案内されるリニアガイドベアリングとからなるリニアガイド４が、前記ガイド支持梁２ｂと平行に固着されている。

　そして、これらリニアガイド４のリニアガイドベアリングにより、後述する構成になる走行台車５が往復移動し得るように構成されている。即ち、この走行台車５は、台フレームの上面に基端側が固着されてなる取付けブラケット５ａが前記リニアガイドベアリングに取り付けられて、前記ガイド支持梁２ｂ、２ｂの内側で、かつ下端付近の位置で往復移動するように構成されている。つまり、この走行台車５は、従来例に係る走行台車の下部台フレームに相当する位置で往復移動するように構成されている。

　そして、この走行台車５の幅方向の中央位置にはθ軸（旋回軸）６ａを収容してなるθ軸フレーム６が取付けられており、θ軸６ａのθ軸フレーム６からの突出端には、長手方向の中心を旋回中心として旋回する旋回フレーム７が水平に取付けられている。

　旋回フレーム７の先端部の下面のそれぞれには、先端に溶接トーチが取付けられている６軸垂直多関節型のマニピュレータ８が垂直軸心回りに旋回可能なように取付けられている。また、前記走行台車５の上面には、コイル状に巻回されてなる溶接用ワイヤを収納する二つのワイヤパック９が搭載されている。そして、一対の前記ガイド支持梁２ｂのうちの一方のガイド支持梁２ｂの上面１０の上に、走行台車５およびマニピュレータ８を作動させると共に、溶接用の電力を供給するためのケーブルベア（登録商標）１１が設けられている。

　本実施形態では、溶接ロボット１は、二つの溶接トーチを持つツイン溶接ロボット装置であるが、本発明が適用される溶接ロボットの種類は特に限定されない。

　溶接ロボット１の下方、特に先端に溶接トーチが取付けられたマニピュレータ８の下方には、溶接ロボット１の溶接対象である被溶接部材Ｗが配置されており、複数の被溶接部材Ｗが、マニピュレータ８の溶接トーチによって溶接される。被溶接部材Ｗは種々の金属部材であり、後述する下板２１、立板２２などを含む。

　また、実施形態の溶接ロボット１は、被溶接部材Ｗを撮像するセンサであるカメラ１２を備えている。カメラ１２は実際に配置された被溶接部材Ｗを撮像して被溶接部材Ｗの画像を取得する。被溶接部材Ｗを撮像できるならば、センサの種類は特に限定されないし、センサの取り付け位置も特に限定はされない。

　制御装置１５は、溶接対象である二つの被溶接部材を溶接する溶接パスの施工条件、特に被溶接部材の一端や溶接端（溶接パスの開始点または終了点）に関して溶接作業の干渉となり得る物体の条件に関する溶接パス情報を取得する。制御装置１５は、この溶接パス情報の取得方法を所定のプログラムに従って実行するとともに、溶接ロボット１に対する動作指示、すなわち取得した溶接パスを予め教示されたプログラム（教示プログラム）に従って出力することで溶接ロボット１の動作を制御するコンピュータである。制御装置１５は、プログラムを読み込んで実行するプロセッサからなる制御部１６、その他データを記憶するメモリ、ハードディスクなどの記憶装置を含んでいる。特に制御装置１５は、被溶接部材Ｗの設計データである３次元ＣＡＤデータのデータベースを記憶しており、溶接ロボット１の動作を制御する際に、この３次元ＣＡＤデータを参照する。３次元ＣＡＤデータのデータベースは、ネットワークを介して制御装置１５に接続されたサーバーなどで構築してもよく、データベースの場所、形式などは特に限定されない。

　図２は、制御装置１５の動作の概要を示すフローチャートである。制御装置１５の制御部１６は、溶接ロボットシステム１００の操作者の操作により、図示せぬ記憶装置から３次元ＣＡＤデータを読み込む（ステップＳ１）。ここでは特に溶接対象である被溶接部材Ｗの３次元ＣＡＤデータが読み込まれる。そして、制御部１６は、この３次元ＣＡＤデータから複数の被溶接部材Ｗが溶接される溶接箇所の軌跡である溶接パスを取得する（ステップＳ２）。さらに、制御部１６は、カメラ１２が撮像した被溶接部材Ｗの画像から被溶接部材Ｗの座標を取得し、当該被溶接部材Ｗの元の３次元ＣＡＤデータにおける座標と比較して、その差分に基づき、溶接ロボット１の動作を制御する動作プログラムを補正する（ステップＳ３）。最後に制御部１６は、溶接ロボット１の最終的な動作を記録した溶接情報ファイルを出力する（ステップＳ４）。この溶接情報ファイルに従って、溶接ロボット１は動作する。

　ステップＳ２の溶接パスの取得において、図２に示すように、制御部１６は、３次元ＣＡＤデータ二つの被溶接部材Ｗを溶接する溶接パスの抽出を行う。被溶接部材Ｗには、例えば図３（ａ）に示す水平に配置される下板２１、下板２１の主面（最も大きい面）２１ａに一つの板厚面（板の厚さに相当する面）２２ａが溶接される立板２２（図３（ｂ）参照）がある。破線に示すように下板２１と立板２２を溶接するパスである溶接パスＥが、下板２１の主面と立板２２の板厚面との接合箇所となる。

　ところで、溶接対象である被溶接部材Ｗの一端の溶接作業は問題になることが多い。被溶接部材Ｗの一端には別の被溶接部材や他の部材等が存在することもあり、これらの物が、例えばマニピュレータ８の溶接トーチと干渉するなどして溶接作業の障害になることもあり得る。このような情報は、３次元ＣＡＤデータに予め盛り込まれているわけではなく、円滑な溶接作業を妨げる原因となっている。

　そこで本発明では、二つの被溶接部材Ｗを溶接する溶接パスの施工条件に関する溶接パス情報を取得する。より具体的には、溶接パスの開始点または終了点を基準として、特定の位置に特殊なモデルを配置することにより、干渉となり得る物体が存在するか否かを判定する。予めこのような判定をすることにより、円滑な溶接作業を確保する。

　図４は、干渉となり得る物体の存在を判定する壁面判定モデルＭ１を示す。図４（ａ）は壁面判定モデルＭ１の正面図であり、図４（ｂ）は壁面判定モデルＭ１の側面図であって、壁面判定モデルＭ１は、幅Ｗ、高さＨ、厚さＤのサイズを有する直方体の形状を有している。壁面判定モデルＭ１は、現実に存在する物体ではなく、溶接パス情報を取得するプログラムにおいて、予め用意された仮想的なモデルである。壁面判定モデルＭ１は仮想的なモデルであるが、プログラム中で壁面判定モデルＭ１が存在する領域に他の物体を配置させた場合には干渉が生ずる。幅Ｗ、高さＨ、厚さＤの大きさは、被溶接部材の種類などに応じて任意に設定される。また、壁面判定モデルの形状は直方体には限定されず、立方体、球、多角柱、その他のものであって、所定の３次元形状を有するものであればよい。

　図５は、被溶接部材に干渉する物体として壁面２３が被溶接部材の一端付近に存在するか否かを判定する状態を示す概念図である。図５（ａ）は、図３（ｂ）を正面から見た状態を示し、図５（ｂ）は図３（ｂ）を側面から見た状態を示す。制御部１６は、二つの被溶接部材である下板２１と立板２２の接合箇所で、下板２１と立板２２を溶接する溶接パスＥを抽出する。溶接パスＥは、溶接を開始する開始点と溶接を終了する終了点を必ず含み、本図では開始点Ｃが示されている。そして、この開始点Ｃである溶接パスＥの溶接端を基準として、制御部１６は、溶接パスＥの側から見て溶接パスＥの外に向かう延長方向に、壁面判定モデルＭ１を配置する。制御部１６は、こうして配置した壁面判定モデルＭ１に対し、下板２１、立板２２の被溶接部材とは異なる他の部材によって画定される壁面２３が干渉するか否かを判定する。図５（ａ）、（ｂ）の例では、開始点Ｃから溶接パスＥの外に向かう延長方向に配置された壁面判定モデルＭ１が、壁面２３と干渉している。この結果、制御部１６は干渉を判定し、例えば操作者に対して何らかの手段（ディスプレイによる表示等）で通知をすることにより、操作者は、開始点Ｃを含む溶接端での溶接作業を円滑にするための種々の対策を施すことが可能となる。

　図５（ａ）、（ｂ）の例では、立板２２の一端が下板２１の一端ではなく、下板２１の内部（下板２１の主面内の一点）に位置している。すなわち、開始点Ｃが、立板２２の一端に位置するとともに、下板２１の一端ではなく、内部（下板２１の主面内の一点）に位置している。一方、図５（ｃ）の例では、立板２２の一端と下板２１の一端が重なり合っており、開始点Ｃが、立板２２の一端および下板２１の端部に位置している。図５（ｃ）の例でも、溶接パスＥの側から見て開始点Ｃから溶接パスＥの外に向かう延長方向に配置された壁面判定モデルＭ１が、壁面２３と干渉している。

　図６（ａ）の例では、立板２２の一端が下板２１の一端ではなく、下板２１の外部に位置している。すなわち、開始点Ｃが、下板２１の一端に位置するとともに、立板２２の内部（立板２１の主面内の一点）に位置している。図５（ｃ）の例でも、壁面判定モデルＭ１が、壁面２３と干渉している。

　図６（ｂ）の例では、立板２２の一端が下板２１の一端ではなく、下板２１の内部（下板２１の主面内の一点）に位置している。すなわち、開始点Ｃが、立板２２の一端に位置するとともに、下板２１の一端ではなく、内部（下板２１の主面内の一点）に位置している。図６（ｂ）の例でも、壁面判定モデルＭ１が、壁面２３と干渉している。

　図６（ｃ）の例では、立板２２の一端と下板２１の一端が重なり合っている。しかしながら、図５（ｃ）の例とは異なり、開始点Ｃが、下板２１および立板２２の内部（下板２１および立板２１の主面内の一点）に位置している。図６（ｃ）の例でも、壁面判定モデルＭ１が、壁面２３と干渉している。

　図７（ａ）は、干渉となり得る物体の存在を判定する他のモデルであるスカラップ有無判定モデルＭ２を示し、断面形状が半径Ｒの扇形で、長手方向の長さＬを有している。スカラップは、二つの被溶接部材が交差する箇所において、一方の被溶接部材に設けられる扇型の切欠きであり、スカラップ有無判定モデルＭ２と被溶接部材が干渉する場合はスカラップなし、スカラップ有無判定モデルＭ２と被溶接部材が干渉しない場合はスカラップあり、と判定することができる。

　図５、図６に示した壁面の有無を判定する壁面判定により、壁面２３が存在すると判定された後、スカラップ有無判定モデルＭ２が使用される。すなわち下板２１、立板２２とは異なる他の部材によって画定される壁面２３が壁面判定モデルＭ１に干渉すると判定された後、壁面２３を貫通するスカラップが存在するか否かを判定するスカラップ有無判定が行われる。

　図７（ａ）に示したように、壁面２３を貫通するスカラップが存在するか否かを判定する所定の３次元形状を有するスカラップ有無判定モデルＭ２が予め用意されている。スカラップ有無判定モデルＭ２は、壁面判定モデルＭ１と同様に、現実に存在する物体ではなく、溶接パス情報を取得するプログラムにおいて、予め用意された仮想的なモデルである。スカラップ有無判定モデルＭ２は仮想的なモデルであるが、プログラム中でスカラップ有無判定モデルＭ２が存在する領域にスカラップが存在しない場合には干渉が生ずる。半径Ｒ、長さＬの大きさは、被溶接部材の種類などに応じて任意に設定される。また、スカラップ有無判定モデルの形状は図７（ａ）のものには限定されず、立方体、球、多角柱、その他のものであって、所定の３次元形状を有するものであればよい。

　図７（ｂ）、（ｃ）は、壁面２３にスカラップが存在するか否かを判定する状態を示す概念図であり、スカラップ有無判定モデルＭ２を用いたスカラップ有無判定の一例を示す。図７（ｂ）は、図３（ｂ）を正面から見た状態を示し、図７（ｃ）は図３（ｂ）を側面から見た状態を示す。

　図５、６に示した壁面判定により干渉する壁面２３の存在が確認された後、制御部１６は、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、溶接端である開始点Ｃを基準として、壁面２３の存在する側にスカラップ有無判定モデルＭ２を配置する。制御部１６は、こうして配置した有無判定モデルＭ２に対し、壁面２３が干渉するか否かを判定する。図７（ｂ）、（ｃ）の例では、開始点Ｃから溶接パスＥの外に向かう延長方向、すなわち壁面２３の存在する側に配置されたスカラップ有無判定モデルＭ２が、壁面２３と干渉している。この結果、制御部１６は干渉を判定し、例えば操作者に対して何らかの手段（ディスプレイによる表示等）で通知をすることにより、操作者は、開始点Ｃを含む溶接端での溶接作業を円滑にするための種々の対策を施すことが可能となる。

　図７（ｄ）、（ｅ）は、壁面２３にスカラップＳが存在する例を示す。スカラップ有無判定モデルＭ２の配置の仕方は、図７（ｂ）、（ｃ）と同じである。スカラップ有無判定モデルＭ２が、壁面２３と干渉しておらず、制御部１６は非干渉を判定し、例えば操作者に対して何らかの手段（ディスプレイによる表示等）で通知をすることにより、操作者は、開始点Ｃを含む溶接端での溶接作業を円滑にするための種々の対策を施すことが可能となる。尚、スカラップ有無判定モデルＭ２の断面の半径Ｒは、扇形のスカラップＳの半径Ｎより予め小さく設定されている（Ｒ＜Ｎ）。

　図８は、図５、図６に示した壁面の有無を判定する壁面判定により、壁面判定モデルＭ１に干渉する壁面２３が存在しないと判定された後に行われる下板端判定の概念図を示す。「下板端」とは、立板２２の一端と下板２１の一端が一致する、または隣接した位置関係にある状態を意味する。前提として図８（ａ）に示すように、図５、図６の壁面判定の結果、壁面判定モデルＭ１は壁面２３に干渉していない。立板２２の一端と下板２１の一端から壁面２３までの距離Ｚは、壁面判定モデルＭ１の厚さＤ（図４（ｂ）参照）より大きい（Ｚ＞Ｄ）。

　制御部１６は、下板２１の一端（一端）と溶接端である開始点Ｃの間の第１の距離Ｘ１を測定する。図８（ａ）の例ではＸ１＝０であり、図８（ｂ）、（ｃ）では、Ｘ１が示されている。図８（ｂ）では立板２２の一端（一端）が下板２１の主面内に存在し、図８（ｃ）では立板２２の一端が下板２１の外側に存在するが、いずれの例でも、第１の距離Ｘ１が第１の所定値Ｔ１より小さくなっている（Ｘ１＜Ｔ１）。この場合、制御部１６は、下板２１の一端が立板２２の一端と一致するとみなす下板端判定を行う。

　図９は、図８に示した下板端判定により、下板端でないと判定された（第１の距離Ｘ１が第１の所定値Ｔ１以上である；Ｘ１≧Ｔ１）後に行われる止端判定の概念図を示す。「止端」とは、立板２２の一端が下板２１の一端から十分離れ、かつ下板２１の主面内に存在する位置関係にある状態を意味する。図９（ａ）では立板２２の一端が、溶接端である開始点Ｃに一致するとともに、下板２１の一端から十分離れ、下板２１の主面内に存在する。図９（ｂ）では立板２２の一端が、溶接端である開始点Ｃに一致せず、下板２１の端部一端から十分離れ、下板２１の主面内に存在する。

　制御部１６は、図８の下板端判定の後、立板２２の一端と溶接端である開始点Ｃの間の第２の距離Ｘ２を測定する。図９（ａ）の例ではＸ２＝０であり、図９（ｂ）ではＸ２が示されている。そして、いずれの例でも第２の距離Ｘ２が第２の所定値Ｔ２より小さくなっている（Ｘ２＜Ｔ２）。この場合、制御部１６は、立板２２の一端が下板２１の一端から所定の距離の範囲内に存在するとみなす止端判定を行う。ここでは、Ｘ１＞Ｔ１かつＸ２＜Ｔ２が成立している。

　図１０は、図９に示した止端判定により、止端でないと判定された（第２の距離Ｘ２が第２の所定値Ｔ２以上である；Ｘ２≧Ｔ２）後に行われる継続判定の概念図を示す。すなわち、下板端でなく止端でもない状態であり、第１の距離Ｘ１が第１の所定値Ｔ１以上であり、かつ、第２の距離Ｘ２が第２の所定値Ｔ２以上である（Ｘ１≧Ｔ１かつＸ２≧Ｔ２が成立）。図１０（ａ）では、立板２２の一端と下板２１の一端が重なり合っており、図１０（ｂ）では、立板２２の一端が下板２１の一端から十分離れている。この場合は、制御部１６は下板端判定および止端判定を行わない。この状態は、下板２１または立板２２の一端から十分に離れた位置に、開始点または終了点の溶接端が存在する状態を意味する。この場合は、溶接パスが複数の溶接パスに分割され、溶接ロボット１が複数の溶接動作を繰り返して、溶接を行い、開始点または終了点でさらも溶接作業を継続することを意味する。

　尚、図９に示す止端判定は、図８に示した下板端判定後に行われているが、止端判定は必ずしも下板端判定の後に行う必要はなく、壁面判定（図５、６）の後に直接行ってもよい。

　図１１は、図１の溶接ロボット１の下方に基材１８が配置され、基材１８のｘｙ座標の面（平面）上に被溶接部材Ｗ１～Ｗ３の三つが配置され、溶接される状況を示す。被溶接部材Ｗ１～Ｗ３を溶接するには、パス１～パス６の六つの複数の溶接パスが必要となる。制御部１６は、これらの溶接パスを抽出した後、各溶接パスの相対的な位置から、各溶接パスの最適な溶接順序を決定し、この溶接順序に応じて、対応する溶接ロボットの番号を割り付ける処理を行う。下記表１は、溶接ロボットが１台の場合（ロボットの台数＝１）と、ロボットが２台の場合（ロボットの台数≧２）のそれぞれにおける溶接パスの溶接順序と、溶接を担当する溶接ロボットの番号を示す。

　図１に示したような溶接ロボット１は、二つのマニピュレータ８の各々に溶接トーチが設けられた二つの溶接トーチを持つツイン溶接ロボット装置である。各溶接トーチを一つの溶接ロボットとみなすと、図１の溶接ロボット１は、（ロボットの台数≧２）の条件を満たすということができる。よって、各溶接パスの溶接に各溶接トーチの番号を割り付けることにより、最適な溶接順序を実現することができる。

　また、制御部１６は、図１２に示すように、溶接パスが、少なくとも二つのサブ溶接パスが対になって一組のペアを構成するか否かを判定することも可能である。このペアの要件を満たすか否かは、例えば二つの溶接パスが次の要件１．～６．のすべてを満たすか否かによって判定される。

１．二つの溶接パスが一つの立板の表裏の関係にある。
２．二つの溶接パスのベクトル（方向・長さ）が同じである。
３．二つの溶接パスが一つの立板の中間線に対して線対象の位置関係にある。
４．二つの溶接パスの溶接姿勢、継手形状、開先形状、開始側端部形状、終了側端部形状が同じである。
５．条件３．の対象位置関係について、「オフセット」、「平行シフト」の値(絶対値)が同一（対称）である。
６．溶接トーチの向きが対象（右と左のペア）である。

　図１２（ａ）の溶接パスＥ１、Ｅ２はペアの要件を満たし、（ｂ）の溶接パスＥ３、Ｅ４はペアの要件を満たさない。図１２（ｃ）の溶接パスＥ５、Ｅ６はペアの要件を満たし、（ｄ）の溶接パスＥ７Ｅ８はペアの要件を満たさない。制御部１６は、溶接ペアの予見を満たす二つの溶接パスについて、同時に溶接を行い、溶接作業の軽減化、時間短縮を図ることができる。

　図１３は、溶接対象の二つの被溶接部材の間の隅肉の脚長を求める際に用いる表（脚長ルールファイル）の一部を示す。特に二つの被溶接部材が、図３に示した水平に配置される下板２１と、下板２１の主面２１ａに一つの板厚面２２ａが溶接される立板２２である場合、制御部１６は、下板２１の厚みおよび立板２２の厚みに基づき、溶接パスＥにおけるすみ肉の脚長を提供する。図１３の表（脚長ルールファイル）では、立板の厚みｔ１、下板の厚みｔ２それぞれが与えられた場合の適切な隅肉の脚長があらかじめ設定されている。ｔ１、ｔ２の値は１ｍｍごとに与えられており、その数値は１ｍｍごとの下限値である。例えば立板の厚みｔ１が５．５ｍｍ、下板の厚みｔ２が７．５ｍｍの場合、この組み合わせは表の脚長ルールに合致する適切な組み合わせであり、制御部１６は、表中の脚長「４ｍｍ×４ｍｍ」を抽出し、提供する。同じく、立板の厚みｔ１が５．５ｍｍ、下板の厚みｔ２が５ｍｍの場合、脚長は４ｍｍ×４ｍｍになり、立板の厚みｔ１が５．５ｍｍ、下板の厚みｔ２が９ｍｍの場合、脚長は４ｍｍ×５ｍｍになる。尚、入力したｔ１、ｔ２の値が本表にない組み合わせのない場合は、制御部１６は不適切な組み合わせと判定して脚長を提示せず、制御装置１５は何らかの警告を出すなどの対処を行う。

　図１４は、溶接対象の二つの被溶接部材を溶接トーチの被溶接部材に対する向きを決定する概念を表した表である。特に二つの被溶接部材が、図３に示した水平に配置される下板２１と、下板２１の主面２１ａに一つの板厚面２２ａが溶接される立板２２である場合、制御部１６は、溶接パスＥの溶接方向に対し、制御部は立板２２が左側または右側のいずれに存在するかを判定する。ここで、溶接トーチの移動方向（溶接方向）に対し左側に立板２２がある場合は、トーチ向きは「左壁」と定義され、溶接トーチの移動方向（溶接方向）に対し右側に立板２２がある場合は、トーチ向きは「右壁」と定義される。

　具体的には、制御部１６は、溶接パスＥの方向ベクトル（開始点→終了点の向き）を取得した後、下板２１の主面の法線ベクトルを取得し、溶接パスＥの方向ベクトルとの外積を算出する。さらに制御部１６は、立板２２の法線ベクトルを取得し、算出した外積と比較する事で、立板２２のトーチ向きを判定する。判定結果は以下の表の様になる。

　実施形態の溶接ロボットシステム１００は、溶接ロボット１と、制御装置１５であるコンピュータと、を有している。制御装置１５であるコンピュータは、溶接ロボット１に、所定の動作を教示する。ここでコンピュータとしての制御装置１５は、３次元ＣＡＤデータから、二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを抽出し、所定の３次元形状を有する壁面判定モデルＭ１を用意し、溶接パスの開始点または終了点の少なくともいずれかである溶接端を基準として、当該溶接パスの外に向かう延長方向に、壁面判定モデルＭ１を配置し、配置した壁面判定モデルＭ１に対し、二つの被溶接部材とは異なる他の部材によって画定される壁面が干渉するか否かを判定する。制御装置１５は、このようなステップを得て得られた溶接パスを溶接ロボット１に教示する。溶接ロボットシステム１００は、予め被溶接部材の一端や溶接端に関して溶接作業の干渉となり得る物体の情報に関する溶接パス情報を取得し、この情報を考慮して溶接作業を行うので、溶接作業の効率性が向上するとともに、溶接の精度、品質を高めることが可能となる。

　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態には限定されない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々に変更したり代替態様を採用したりすることが可能なことは、当業者に明らかである。

　本出願は、２０１７年３月２１日出願の日本特許出願、特願２０１７－０５４６８７に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１　　　溶接ロボット
１５　　制御装置（コンピュータ）
１６　　制御部
１７　　ロボットペンダント
２１　　下板（被溶接部材）
２２　　立板（被溶接部材）
１００　溶接ロボットシステム
Ｍ１　　壁面判定モデル
Ｍ２　　スカラップ有無判定モデル
Ｗ　　　被溶接部材

Claims

　溶接ロボットの溶接対象である二つの被溶接部材を溶接する溶接パスの施工条件に関する溶接パス情報の取得方法であって、
　３次元ＣＡＤデータから、二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを抽出するステップと、
　所定の３次元形状を有する壁面判定モデルを用意するステップと、
　前記溶接パスの開始点または終了点の少なくともいずれかである溶接端を基準として、当該溶接パスの外に向かう延長方向に、前記壁面判定モデルを配置するステップと、
　前記配置した壁面判定モデルに対し、前記二つの被溶接部材とは異なる他の部材によって画定される壁面が干渉するか否かを判定するステップと、
　を含む溶接パス情報の取得方法。
　請求項１に記載の溶接パス情報の取得方法であって、
　前記壁面が前記壁面判定モデルに干渉すると判定した場合、前記壁面を貫通するスカラップが存在するか否かを判定する所定の３次元形状を有するスカラップ有無判定モデルを用意するステップと、
　前記溶接端を基準として、前記壁面の存在する側に前記スカラップ有無判定モデルを配置するステップと、
　前記配置したスカラップ有無判定モデルに対し、前記壁面が干渉するか否かを判定するステップと、
　を含む溶接パス情報の取得方法。
　請求項１に記載の溶接パス情報の取得方法であって、
　前記二つの被溶接部材が、水平に配置される下板および当該下板の主面に一つの板厚面が溶接される立板であり、
　前記下板の一端と前記溶接端の間の第１の距離を測定するステップと、
　前記第１の距離が第１の所定値より小さい場合は、前記下板の一端が前記立板の一端と一致するとみなす下板端判定を行うステップと、
　を含む溶接パス情報の取得方法。
　請求項３に記載の溶接パス情報の取得方法であって、
　前記第１の距離が前記第１の所定値以上の場合に、前記立板の一端と前記溶接端の間の第２の距離を測定するステップと、
　前記第２の距離が第２の所定値より小さい場合は、前記立板の一端が前記下板の一端から所定の距離の範囲内に存在するとみなす止端判定を行うステップと、
　を含む溶接パス情報の取得方法。
　請求項４に記載の溶接パス情報の取得方法であって、
　前記第１の距離が前記第１の所定値以上であり、かつ、前記第２の距離が前記第２の所定値以上の場合は、前記下板端判定および前記止端判定を行わない、
　溶接パス情報の取得方法。
　請求項１に記載の溶接パス情報の取得方法であって、
　前記二つの被溶接部材が、水平に配置される下板および当該下板の主面に一つの板厚面が溶接される立板であり、
　前記立板の一端と前記溶接端の間の第２の距離を測定するステップと、
　前記第２の距離が第２の所定値より小さい場合は、前記立板の一端が前記下板の一端から所定の距離の範囲内に存在するとみなす止端判定を行うステップと、
　を含む溶接パス情報の取得方法。
　請求項１に記載の溶接パス情報の取得方法であって、
　複数の溶接パスを抽出するステップと、
　各溶接パスの相対的な位置から、各溶接パスの溶接順序を決定するステップと、
　前記溶接順序に応じて、対応する溶接ロボットの番号を割り付けるステップと、
　を含む溶接パス情報の取得方法。
　請求項１に記載の溶接パス情報の取得方法であって、
　前記二つの被溶接部材が、水平に配置される下板および当該下板の主面に一つの板厚面が溶接される立板であり、
　前記下板の厚みおよび前記立板の厚みに基づき、前記溶接パスにおけるすみ肉の脚長を提供するステップ、
　を含む溶接パス情報の取得方法。
　請求項１に記載の溶接パス情報の取得方法であって、
　前記二つの被溶接部材が、水平に配置される下板および当該下板の主面に一つの板厚面が溶接される立板であり、
　前記溶接パスの溶接方向に対し、前記立板が左側または右側のいずれに存在するかを判定するステップ、
　を含む溶接パス情報の取得方法。
　請求項１に記載の溶接パス情報の取得方法であって、
　前記溶接パスが、少なくとも二つのサブ溶接パスが対になって一組のペアを構成するか否かを判定する、溶接パス情報の取得方法。
　請求項１から１０のいずれか１項に記載の溶接パス情報の取得方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
　請求項１から１０のいずれか１項に記載の溶接パス情報の取得方法により取得した溶接パスを前記溶接ロボットに教示するための教示プログラム。
　被溶接部材を溶接する溶接ロボットと、
　前記溶接ロボットの動作を、所定の動作プログラムに則って制御するコンピュータと、
　を含む溶接ロボットシステムであって、
　前記コンピュータは、
　　３次元ＣＡＤデータから、二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを抽出し、
　　所定の３次元形状を有する壁面判定モデルを用意し、
　　前記溶接パスの開始点または終了点の少なくともいずれかである溶接端を基準として、当該溶接パスの外に向かう延長方向に、前記壁面判定モデルを配置し、
　　前記配置した壁面判定モデルに対し、前記二つの被溶接部材とは異なる他の部材によって画定される壁面が干渉するか否かを判定し、
　　得られた溶接パスを前記溶接ロボットに教示する、
　溶接ロボットシステム。