WO2018173657A1 - 溶接パス特定方法、プログラム、教示プログラム及び溶接ロボットシステム - Google Patents

溶接パス特定方法、プログラム、教示プログラム及び溶接ロボットシステム Download PDF

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俊介 宮田
定廣　健次
有卓 焦
修平 本田
尊信 諏訪
中尾　哲也
元章 村上
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株式会社神戸製鋼所
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4093—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by part programming, e.g. entry of geometrical information as taken from a technical drawing, combining this with machining and material information to obtain control information, named part programme, for the NC machine
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine

Definitions

  • the present invention relates to a welding path specifying method, a program, a teaching program, and a welding robot system for assembling a framework of a hull structure.
  • the hull flat block which is one of the framework structures of large ships, has multiple rows of longes on the surface of a flat panel, and transformers at regular intervals in the direction perpendicular to the longes.
  • An automatic welding robot which is a structure surrounded by three or four sides formed by a transformer.
  • a positioning apparatus for a frame structure described in Patent Document 1 includes a positioning table provided with traveling wheels capable of traveling in the positioning direction on the bottom plate of the frame structure, and mounted on both sides of the positioning table in the positioning direction. It consists of a positioning arm that is extended and contracted by pressure stroke and pressed against both side walls of the frame structure to move the positioning table to the center in the positioning direction. Even with a large frame structure, it is highly accurate with a simple device. It is disclosed that it can be positioned.
  • the welding apparatus for a large-sized frame structure described in Patent Document 2 has a grid-shaped frame surrounded by a pair of longes and one or a pair of transformers as a welding target region, and is large in size across the welding target region.
  • a robot frame having a horizontal support frame that is fixed to the frame structure and located above the welding target area, and is attached to the lower surface of the horizontal support frame, and the welding head is three-dimensionally extended over the entire area of the grid-shaped frame.
  • Welding robot that can be welded by numerical control, and can perform main welding at the intersection of large frame structures where longes and transformers intersect on the panel. There are few restrictions, and manual welding that relies on humans is almost unnecessary. Compared with conventional multi-robot welding equipment with a large gantry structure, the entire equipment can be downsized, and a complicated control system is unnecessary. It is.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose welding members constituting a hull with a welding robot, but as the size of a ship increases, the framework structure becomes complicated, and a plurality of welding robots can be controlled simultaneously. It may not be possible to respond to the request. That is, since the type and positional relationship of the member to be welded are not accurately specified, it is difficult to position the welding robot appropriately with respect to the welding path, and there is a problem that smooth welding work becomes difficult.
  • An object of the present invention is to provide a welding path specifying method, a program, a teaching program, and a welding robot system capable of specifying a welding path and performing a smooth welding operation.
  • the welding path specifying method of the present invention is a welding path specifying method for specifying a welding path for welding at least two members to be welded, which are members constituting a hull. From the shape of the member to be welded in three-dimensional CAD data, Identifying a first welded member and a second welded member that can contact each other, contacting one surface of the first welded member, and parallel to a normal vector of the one surface Extracting a first surface of the second welded member having a normal vector, extracting a second surface of the second welded member, the first surface, and the second surface. Extracting a shared edge shared by the surfaces of the first and second surfaces, and identifying a welding path for welding the first welded member and the second welded member corresponding to the shared edge.
  • the welding path specifying method of the present invention is a welding path specifying method for specifying a welding path for welding two members to be welded, which are members constituting a hull. From the shape of the members to be welded in three-dimensional CAD data, Identifying a first welded member and a second welded member that can contact, extracting a first surface of the second welded member that contacts the first welded member, and A step of extracting a contact surface with which the first surface comes into contact from the first member to be welded, a step of extracting an edge overlapping the contact surface from the first surface, and corresponding to the edge Identifying a welding path for welding the first welded member and the second welded member.
  • the program of the present invention causes the computer to execute the welding path specifying method.
  • the teaching program of the present invention teaches the welding robot the welding path specified by the welding path specifying method.
  • a welding robot system of the present invention includes a welding robot that welds at least two members to be welded that are members constituting a hull, and a computer that controls the operation of the welding robot in accordance with a predetermined operation program.
  • the computer specifies a first welded member and a second welded member that can contact each other from the shape of the welded member in the three-dimensional CAD data, and the first welded member A first surface of the second member to be welded having a normal vector parallel to the normal vector of the one surface and extracting the first surface of the second member to be welded. 2 surfaces are extracted, a shared edge shared by the first surface and the second surface is extracted, and the first welded member and the second molten material are extracted corresponding to the shared edge. Identifying a weld path for welding member.
  • a welding robot system of the present invention includes a welding robot that welds at least two members to be welded that are members constituting a hull, and a computer that controls the operation of the welding robot in accordance with a predetermined operation program.
  • the computer specifies a first welded member and a second welded member that can contact each other from the shape of the welded member in the three-dimensional CAD data, and the first welded member
  • the first surface of the second member to be welded that is in contact with the first welded member is extracted, and the contact surface with which the first surface is in contact is extracted from the first member to be welded.
  • An edge overlapping the contact surface is extracted, and a welding path for welding the first welded member and the second welded member corresponding to the edge is specified.
  • the welding path specifying method, program, teaching program, and welding robot system of the present invention specify each member to be welded, calculate the welding path from its positional relationship, and accurately specify each welding robot. Since welding can be reliably performed at a predetermined position and work efficiency can be improved, it is particularly suitable for assembling a large hull with a large number of members to be welded.
  • FIG. 1 shows an example of a welding robot system according to the present invention, (a) an overall conceptual diagram, (b) an example of a computer block diagram.
  • FIG. 2 is a front perspective view showing an example of the arrangement of each member to be welded that is a member of a hull to be welded by the welding robot system according to the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the definition of each member to be welded according to the present invention, (a) outer plate, (b) case excluded from outer plate, (c) transformer, girder, lodge, (d) color plate It is.
  • FIG. 4 is a table showing an example of combinations of welded members according to the present invention.
  • FIG. 5 is a first embodiment of the arrangement of members to be welded by the welding robot according to the present invention, (a) a perspective view showing the joining of the outer plate and the transformer, and (b) an explanatory view of the defined surface.
  • FIG. 6 is a front perspective view showing the joining of the outer plate and the color plate in Example 2 following FIG. 5, and (b) a rear perspective view of (a).
  • FIG. 7 is an example following FIG. 6, (a) a front perspective view of the third embodiment, and (b) a front perspective view of the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the first embodiment of the welding path specifying method according to the present invention.
  • FIG. 9A and 9B are (a) a front perspective view and (b) a rear perspective view, respectively, in a fifth embodiment of the arrangement of the members to be welded by the welding robot according to the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a second embodiment of the welding path specifying method according to the present invention.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a welding robot system according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a front perspective view showing an example of the arrangement of each member to be welded which is a member of the hull.
  • the welding robot system of this embodiment is demonstrated using FIG.1 and FIG.2.
  • the welding robot system of the present embodiment is installed in a factory 100 that makes a hull, and includes a welding robot 1 and a computer 2 that controls the welding robot 1.
  • a plurality of welding robots 1 are suspended from an overhead crane 101 in a factory 100 so as to be able to be driven in the horizontal and vertical directions, and a computer 2 that controls the welding robot 1 is installed in, for example, a control room 102.
  • a plurality of members to be welded 10 that are members constituting the hull are arranged near the floor in the factory 100.
  • the computer 2 includes a control unit 3 that controls and controls the welding robot system, a storage unit 4 that stores programs and various data, an input unit 5 such as a keyboard and a touch panel, and an output unit 6 such as a printer.
  • the input unit 5 and the output unit 6 transmit and receive control signals, data, and the like to and from the terminal provided in each welding robot 1 in order to drive each welding robot 1.
  • the operation of the welding robot 1 that joins and fixes the members to be welded 10 to each other is controlled according to a predetermined operation program stored in the storage unit 4 of the computer 2 to weld a predetermined portion of each member to be welded 10.
  • the configuration shown in FIG. 1 is an example and is not limited.
  • the “members to be welded” are constituent members constituting the structure, and are the outer plate 11, the transformer 12, the girder 13, the longe 14, the color plate 15, the stiffener 16, and the like.
  • An example of the arrangement of the members to be welded 10 is shown in the front perspective view of FIG.
  • the outer plate 11 is arranged in a sheet shape on the inner floor of the factory 100, a plurality of transformers 12 are installed on the upper surface 11 a of the outer plate 11, and a plurality of girders 13 are arranged in a direction orthogonal to the transformer 12.
  • a plurality of longes 14 are arranged in parallel with the girder 13, respectively, near the junction between the transformer 12 and the longes 14, a plurality of color plates 15 below the longes 14, and a stiffener 16 above the longes 14. Yes.
  • the arrangement relationship is an example and is not limited.
  • each member to be welded 10 In order to designate a welding path that is a place where the computer 2 welds to the welding robot 1, it is necessary to define each member to be welded 10. With reference to FIG. 3, FIG. 4, the definition of each to-be-welded member 10 is demonstrated.
  • the outer plate 11 is a steel plate panel that is also called a skin plate and serves as a base, and is a member to be welded 10 that has the largest area in the face group (see FIG. 3A). When the member 10 to be welded has a single maximum area, there is a large plate when viewed as a group, so the outer plate 11 is not defined (see FIG. 3B).
  • the transformer 12, the girder 13, and the longe 14 are members to be welded 10 that have a larger surface area than the other members (for example, the color plate 15) of the upper surface member of the outer plate 11.
  • the transformer 12 is usually arranged in the transverse direction of the hull, and the longe 14 is usually arranged in the longitudinal direction of the hull.
  • the girder 13 is a member to be welded 10 that is arranged in a direction perpendicular to the transformer 12 and parallel to the longe 14.
  • the longe 14 is judged by the difference in height compared to the transformer 12 and the girder 13.
  • the lower welded member 10 is the longe 14 and the higher welded member 10 is the transformer 12 or the girder 13 with reference to the predetermined value L of the predetermined height.
  • the welding member 10 is a girder 13.
  • the member to be welded 10 that is in contact with the transformer 12 on its surface is referred to as a color plate 15.
  • the stiffener 16 is a member to be welded 10 that joins the transformer 12 and the longe 14.
  • FIG. 4 is a combination table of each member to be welded 10 registered in the storage unit 4. From the table, for example, it can be understood that the outer plate 11 is joined to the transformer 12 and the color plate 15, and the transformer 12 is joined to the color plate 15 and the stiffener 16.
  • FIG. 5 shows a case where the outer plate 11 and the transformer 12 are welded in Example 1, (a) is a perspective view showing joining of the outer plate and the transformer, and (b) is an explanation of a defined surface.
  • FIG. 5 shows a case where the outer plate 11 and the transformer 12 are welded in Example 1, (a) is a perspective view showing joining of the outer plate and the transformer, and (b) is an explanation of a defined surface.
  • the outer plate 11 is placed on the floor in the factory 100, and the lower surface of the transformer 12 is joined to the upper surface 11 a of the outer plate 11. Further, in the transformer 12, the surface in the plate thickness direction is the first surface 20, the surface orthogonal to the first surface 20 is the second surface 21, and the edge shared by the first surface 20 and the second surface is shared. The edge 22 is defined.
  • the second surface 21 is a surface having a large area and is also a main surface in the transformer 12. Further, also in the outer plate 11, the upper surface 11a is a main surface.
  • a normal vector A exists on the upper surface 11 a of the outer plate 11, and the normal vector A extends downward from the first surface 20 of the transformer 12.
  • Normal vector B (see arrow B) is present.
  • FIG. 6 shows a case where the outer plate 11 and the color plate 15 are welded in Example 2
  • FIG. 6 (a) is a front perspective view
  • FIG. 6 (b) is a rear perspective view.
  • the lower surface of the color plate 15 is joined to the upper surface 11 a of the outer plate 11.
  • the surface in the thickness direction is the first surface 20
  • the surface orthogonal to the first surface 20 is the second surface 21, and the edge shared by the first surface 20 and the second surface is shared.
  • the definition is the same as the shared edge 22 and the first embodiment.
  • a normal vector B parallel to the normal vector A exists downward from the first surface 20 of the color plate 15.
  • FIG. 7A is a front perspective view showing a case where the transformer 12 and the girder 13 are welded in the third embodiment
  • FIG. 7B is a front view showing a case where the transformer 12 and the stiffener 16 are welded in the fourth embodiment. It is a perspective view.
  • the first surface 20 of the transformer 12 is joined to the main surface 13a of the girder 13, and the surface orthogonal to the first surface 20 is the second surface 21, the first surface 20 and the second surface.
  • the edge shared by 21 is defined in the same way as the shared edge 22 and the first embodiment.
  • the first surface 20 of the stiffener 16 is joined to the main surface 12a of the transformer 12, and the surface orthogonal to the first surface 20 is defined as the second surface 21, and the first surface 20 and the second surface. Are defined in the same way as the shared edge 22 and the first embodiment. Similarly, there is a normal vector B parallel to the normal vector A in the lateral direction from the first surface 20 of the stiffener 16.
  • the identification method of the welding path of the present embodiment is a method of identifying a welding path for welding at least two members to be welded constituting the hull, and the identification method of the first embodiment is performed by the following steps.
  • the first to fourth embodiments are performed in this step, and the combination of the outer plate 11 and the transformer 12 according to the first embodiment will be described as an example. Refer to FIG. 8 for a flowchart diagram.
  • the control unit 3 From the shape of the member to be welded 10 in the 3D CAD data stored in the storage unit 4 of the computer 2, the control unit 3 refers to the combination table shown in FIG. An outer plate (first member to be welded) 11 and a transformer (second member to be welded) 12 which are 10 are specified (step S1).
  • the welding robot 1 controlled by the computer 2 is an automatic welding machine that welds the two welded members 10.
  • the control unit 3 contacts the first surface 20 of the transformer 12 having a normal vector B parallel to the normal vector A of one surface while contacting one surface (upper surface 11a) of the outer plate 11.
  • Extract (step S2) That is, the surface (first surface 20) that is in surface contact with the outer plate 11 among the surfaces of the transformer 12 is acquired.
  • the acquisition method focuses on the normal vector and identifies a surface (first surface 20) having normal vectors (A and B) parallel to each other.
  • control unit 3 extracts the second surface 21 of the transformer 12 (step S3).
  • control unit 3 extracts the shared edge 22 shared by the first surface 20 and the second surface 21 (step S4).
  • control part 3 specifies the welding path
  • FIG. 9 shows the case of welding the transformer 12 and the color plate 15 in Example 5, (a) is a front perspective view, and (b) is a rear perspective view.
  • the first surface 20 of the color plate 15 is in contact with the main surface 12 a that is the side surface of the transformer 12.
  • the main surface 12 a of the transformer 12 that contacts the first surface 20 is defined as a contact surface 23, and a portion that overlaps the contact surface 23 is defined as an edge 24.
  • FIG. 9B the first surface 20 of the transformer 12 contacts the main surface 15 a that is the side surface of the color plate 15.
  • the main surface 15 a of the color plate 15 that contacts the first surface 20 is defined as a contact surface 23, and a portion that overlaps the contact surface 23 is defined as an edge 24.
  • the identification method of the welding path of the present embodiment is a method of identifying a welding path for welding at least two members to be welded constituting the hull, and the identification method of the second embodiment is performed by the following steps.
  • the fifth embodiment is performed in this step, and the combination of the transformer 12 and the color plate 15 of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. See FIG. 10 for a flowchart diagram.
  • control unit 3 From the shape of the member to be welded in the three-dimensional CAD data stored in the storage unit 4 of the computer 2, the control unit 3 refers to the combination table shown in FIG.
  • the welding member 12 and the color plate (second member to be welded) 15 are specified (step S10).
  • control unit 3 extracts the main surface that is the first surface 20 of the color plate 15 that contacts the transformer 12 (step S11). That is. Of the surfaces of the color plate 15, a surface (first surface 20) that makes surface contact with the transformer 12 is acquired.
  • the acquisition method focuses on the normal vector and identifies a surface (first surface 20) having normal vectors parallel to each other.
  • control part 3 extracts the contact surface 23 with which the 1st surface 20 contacts from the transformer 12 (step S12).
  • the contact surface 23 is also the main surface 12 a of the transformer 12.
  • control unit 3 extracts an edge 24 that overlaps the contact surface 23 from the first surface 20 (step S13).
  • control part 3 specifies the welding path
  • the above-described steps described as the first embodiment and the second embodiment are a program for causing the computer 2 to execute a welding path specifying method, and also a teaching program for teaching the welding robot 1. This step is easy and is advantageous when driving a plurality of welding robots 1 in parallel.
  • the welding path specifying method, program, teaching program, and welding robot system according to the present invention are in the field of accurately specifying at least two members to be welded, specifying a welding path to be welded, and smoothly driving a plurality of welding robots. Applicable.

Abstract

溶接ロボットシステムは、溶接ロボット（１）と、溶接ロボット（１）を制御するコンピュータ（２）とを備える。溶接パスは以下のステップで特定する。３次元ＣＡＤデータにおける被溶接部材の形状から、互いに接触し得る第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を特定する。次に、第１の被溶接部材の一つの面に接触するとともに、当該一つの面の法線ベクトル（Ａ）に平行な法線ベクトル（Ｂ）を有する第２の被溶接部材の第１の面（２０）を抽出する。そして、第２の被溶接部材の第２の面（２１）を抽出し、第１の面（２０）および第２の面（２１）が共有する共有エッジ（２２）を抽出し、共有エッジ（２２）に対応して、溶接パス（３０）を特定して、第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を溶接する。

Description

溶接パス特定方法、プログラム、教示プログラム及び溶接ロボットシステム
　本発明は、船体の構造物の枠組みを組み立てるための、溶接パス特定方法、プログラム、教示プログラム及び溶接ロボットシステムに関する。
　大型船の枠組み構造物の一つである船殻平板ブロックは、平板状のパネルの表面に複数列のロンジを配置し、ロンジと直交する方向にトランスを一定間隔で配置し、パネルとロンジとトランスとで形成された三方又は四方で囲まれた構造物であり、パネルとロンジとトランスとが交差する部分を自動溶接ロボットで溶接する技術が知られている（特許文献１及び２）。
　特許文献１に記載された枠組構造物への位置決め装置は、枠組構造物の底板上を位置決め方向に走行できる走行輪を備えた位置決め台と、この位置決め台の位置決め方向両側に取付けられ両側に等圧等ストロークで伸縮されて枠組構造物の両側壁に押し当てることで当該位置決め台を位置決め方向中央に走行させる位置決めアームとからなり、大型の枠組構造物であっても簡単な装置で高精度に位置決めすることができることが開示されている。
　特許文献２に記載された大型枠組構造物の溶接装置は、１対のロンジと１又は１対のトランスで囲まれた升目形状の枠内を溶接対象領域とし、該溶接対象領域を跨いで大型枠組構造物に固定され、前記溶接対象領域の上部に位置する水平支持架台を有するロボット架台と、該水平支持架台の下面に取付けられ、前記升目形状枠内の全域にわたり溶接ヘッドを３次元的に数値制御して溶接可能な溶接ロボットとを備えており、パネル上にロンジとトランスが交差している大型の枠組構造物の交差部を本溶接することができ、本溶接が可能な溶接部位の制約が少なく、人手に頼る手溶接がほとんど不要であり、大型ガントリ構造による従来のマルチロボット溶接装置と比較して装置全体を小型化でき、複雑な制御システムが不要であることが開示されている。
日本国特開平５－２２８８８３号公報 日本国特開２０１０－２５３５１８号公報
　特許文献１及び特許文献２には、溶接ロボットで船体を構成する部材同士を溶接することが開示されているが、船舶の大型化に伴い枠組み構造物が複雑化し、複数の溶接ロボットを同時にコントロールする要望に対応できない可能性がある。即ち、被溶接部材の種類と位置関係を正確に特定していないため、溶接パスに対して適切に溶接ロボットを位置決めすることが難しく、円滑な溶接作業が困難になるという課題がある。
　本発明は、溶接パスを特定して円滑な溶接作業を行うことができる溶接パス特定方法、プログラム、教示プログラム及び溶接ロボットシステムを提供することを目的とする。
　本発明の溶接パス特定方法は、船体を構成する部材である少なくとも二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する溶接パス特定方法であって、３次元ＣＡＤデータにおける被溶接部材の形状から、互いに接触し得る第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を特定するステップと、前記第１の被溶接部材の一つの面に接触するとともに、当該一つの面の法線ベクトルに平行な法線ベクトルを有する前記第２の被溶接部材の第１の面を抽出するステップと、前記第２の被溶接部材の第２の面を抽出するステップと、前記第１の面および前記第２の面が共有する共有エッジを抽出するステップと、前記共有エッジに対応して、前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材を溶接する溶接パスを特定するステップと、を含む。
　本発明の溶接パス特定方法は、船体を構成する部材である二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する溶接パス特定方法であって、３次元ＣＡＤデータにおける被溶接部材の形状から、互いに接触し得る第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を特定するステップと、前記第１の被溶接部材に接触する前記第２の被溶接部材の第１の面を抽出するステップと、前記第１の被溶接部材から、前記第１の面が接触する接触面を抽出するステップと、前記第１の面から、前記接触面に重なるエッジを抽出するステップと、前記エッジに対応して、前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材を溶接する溶接パスを特定するするステップと、を含む。
　本発明のプログラムは、前記溶接パス特定方法をコンピュータに実行させる。
　本発明の教示プログラムは、前記溶接パス特定方法により特定した溶接パスを溶接ロボットに教示する。
　本発明の溶接ロボットシステムは、船体を構成する部材である少なくとも二つの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データにおける被溶接部材の形状から、互いに接触し得る第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を特定し、前記第１の被溶接部材の一つの面に接触するとともに、当該一つの面の法線ベクトルに平行な法線ベクトルを有する前記第２の被溶接部材の第１の面を抽出し、前記第２の被溶接部材の第２の面を抽出し、前記第１の面および前記第２の面が共有する共有エッジを抽出し、前記共有エッジに対応して、前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する。
　本発明の溶接ロボットシステムは、船体を構成する部材である少なくとも二つの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データにおける被溶接部材の形状から、互いに接触し得る第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を特定し、前記第１の被溶接部材に接触する前記第２の被溶接部材の第１の面を抽出し、前記第１の被溶接部材から、前記第１の面が接触する接触面を抽出し、前記第１の面から、前記接触面に重なるエッジを抽出し、前記エッジに対応して、前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する。
　本発明の溶接パス特定方法、プログラム、教示プログラム及び溶接ロボットシステムは、各被溶接部材を特定して、その位置関係から溶接パスを算出して正確に特定するため、複数台の溶接ロボットそれぞれが所定の位置で溶接を確実に行い、作業効率を向上させることができるため、特に被溶接部材数の多い大型船体の組立に適している。
図１は、本発明に係る溶接ロボットシステムの一例を示し、（ａ）全体の概念図、（ｂ）コンピュータのブロック図の一例である。 図２は、本発明に係る溶接ロボットシステムにより溶接する船体の部材である各被溶接部材の配置の一例を示す正面斜視図である。 図３は、本発明に係る各被溶接部材の定義を説明する概念図、（ａ）外板（ｂ）外板から除外されるケース、（ｃ）トランス、ガーダー、ロッジ、（ｄ）カラープレートである。 図４は、本発明に係る各被溶接部材の組合せの一例を示す表である。 図５は、本発明に係る溶接ロボットで溶接する被溶接部材の配置の実施例１で、（ａ）外板とトランスの接合を示す斜視図、（ｂ）定義される面の説明図である。 図６は、図５に続く実施例２で、（ａ）外板とカラープレートの接合を示す正面斜視図、（ｂ）（ａ）の背面斜視図である。 図７は、図６に続く一例で、（ａ）実施例３の正面斜視図、（ｂ）実施例４の正面斜視図である。 図８は、本発明に係る溶接パス特定方法の第１実施形態を示すフローチャート図である。 図９は、本発明に係る溶接ロボットで溶接する被溶接部材の配置の実施例５で、（ａ）正面斜視図、（ｂ）背面斜視図である。 図１０は、本発明に係る溶接パス特定方法の第２実施形態を示すフローチャート図である。
　以下、本発明に係る溶接パス特定方法、プログラム、教示プログラム及び溶接ロボットシステムの好適な実施形態を、図１～図１０に基づいて詳述する。
　図１は、本実施形態の溶接ロボットシステムの一例を示す概念図である。図２は、船体の部材である各被溶接部材の配置の一例を示す正面斜視図である。図１及び図２を用いて、本実施形態の溶接ロボットシステムを説明する。
　本実施形態の溶接ロボットシステムは、船体を作る工場１００内に設置され、溶接ロボット１と、溶接ロボット１を制御するコンピュータ２とを備える。本実施形態では、複数の溶接ロボット１が、工場１００内の天井クレーン１０１から左右上下方向に対して駆動自在に垂下され、溶接ロボット１を制御するコンピュータ２は、例えば、制御室１０２内に設置されている。また、工場１００内の床近傍には、船体を構成する部材である被溶接部材１０が複数配置されている。
　コンピュータ２は、溶接ロボットシステムを統括、制御する制御部３と、プログラムや各種データを記憶する記憶部４と、キーボードやタッチパネル等の入力部５と、プリンター等の出力部６を備える。また、入力部５と出力部６は、各溶接ロボット１を駆動させるために、各溶接ロボット１に備えられた端末機と制御信号、データ等を送受信する。各被溶接部材１０同士を接合固定する溶接ロボット１の動作は、コンピュータ２の記憶部４に記憶された所定の動作プログラムに則って制御され、各被溶接部材１０の所定の箇所を溶接する。尚、図1で示された構成は、一例であり、限定されない。
　「被溶接部材」とは構造物を構成する各構成部材であり、外板１１、トランス１２、ガーダー１３、ロンジ１４、カラープレート１５、スチフナ１６等である。これら各被溶接部材１０の配列の一例を図２の正面斜視図に示している。外板１１が工場１００内床にシート状に配置され、外板１１の上面１１ａに複数のトランス１２が設置され、トランス１２と直交する方向に複数のガーダー１３が配置され、各ガーダー１３間にガーダー１３と平行に複数のロンジ１４がそれぞれ配置され、トランス１２とロンジ１４との接合近傍であって、ロンジ１４の下方に複数のカラープレート１５、ロンジ１４の上方にスチフナ１６がそれぞれ配置されている。尚、当該配置関係は一例であり、限定されない。
　コンピュータ２で溶接ロボット１に溶接する箇所である溶接パスを指定するため、各被溶接部材１０を定義する必要がある。図３、図４を参照して、各被溶接部材１０の定義を説明する。
　外板１１は、スキンプレートとも呼ばれベースとなる鋼板パネルで、フェースグループで面積が最大となる被溶接部材１０である（図３ａ）参照）。被溶接部材１０が単一で最大面積である場合、グループで見ると大きな板が存在するため外板１１とは定義しない（図３（ｂ）参照）。
　トランス１２、ガーダー１３、ロンジ１４、は、外板１１の上面部材の内、それ以外（例えばカラープレート１５など）と比較して、表面積が大きい被溶接部材１０である。トランス１２は、通常、船体の横方向（Transverse）に配置され、ロンジ１４は、通常、船体の縦方向（Longitudinal）に配置される。ガーダー１３は、トランス１２と垂直方向に配置され、ロンジ１４と平行な被溶接部材１０である。
　そして、ロンジ１４は、トランス１２及びガーダー１３に比較して、高さの違いで判断する。図３（ｃ）に示す通り、所定の高さの規定値Ｌを基準として低い被溶接部材１０をロンジ１４、高い被溶接部材１０をトランス１２又はガーダー１３とするが、ロンジ１４と平行の被溶接部材１０をガーダー１３とする。
　トランス１２と表面同士で接触する被溶接部材１０をカラープレート１５とする。また、スチフナ１６は、トランス１２とロンジ１４と接合する被溶接部材１０である。
　図４は、記憶部４に登録された各被溶接部材１０の組合せ表である。表から、例えば、外板１１は、トランス１２とカラープレート１５と接合し、トランス１２はカラープレート１５とスチフナ１６と接合することが理解できる。
　溶接される各被溶接部材１０の組合せの具体的一例を説明する。図５は、実施例１で、外板１１とトランス１２とを溶接する場合を示し、（ａ）は外板とトランスの接合を示す斜視図であり、（ｂ）は定義される面の説明図である。
　外板１１は、工場１００内の床に載置され、外板１１の上面１１ａにトランス１２の下面が接合する。また、トランス１２において、板厚方向の面を第１の面２０、第１の面２０と直交する面を第２の面２１、第１の面２０と第２の面が共有するエッジを共有エッジ２２と定義する。
　第２の面２１は、トランス１２において面積が広い面であり主面でもある。また、外板１１においても上面１１ａが主面である。
　外板１１とトランス１２の接合において、外板１１の上面１１ａでは、上方向に法線ベクトルＡ（矢印Ａ参照）が存在し、トランス１２の第１の面２０から下方向に法線ベクトルＡと平行な法線ベクトルＢ（矢印Ｂ参照）が存在する。
　図６は、実施例２で、外板１１とカラープレート１５とを溶接する場合を示し、図６（ａ）は、正面斜視図、図６（ｂ）は背面斜視図である。実施例１と同様に、外板１１の上面１１ａにカラープレート１５の下面が接合する。また、カラープレート１５において、板厚方向の面を第１の面２０、第１の面２０と直交する面を第２の面２１、第１の面２０と第２の面が共有するエッジを共有エッジ２２と実施例１と同様に定義する。また、同様に、カラープレート１５の第１の面２０から下方向に法線ベクトルＡと平行な法線ベクトルＢが存在する。
　図７（ａ）は、実施例３でトランス１２とガーダー１３とを溶接する場合を示す正面斜視図、（ｂ）は、実施例４で、トランス１２とスチフナ１６とを溶接する場合を示す正面斜視図である。
　実施例３では、ガーダー１３の主面１３ａにトランス１２の第１の面２０が接合し、第１の面２０と直交する面を第２の面２１、第１の面２０と第２の面２１が共有するエッジを共有エッジ２２と実施例１と同様に定義する。また、同様に、トランス１２の第１の面２０から横方向に法線ベクトルＡと平行な法線ベクトルＢが存在する。
　実施例４では、トランス１２の主面１２ａにスチフナ１６の第１の面２０が接合し、第１の面２０と直交する面を第２の面２１、第１の面２０と第２の面が共有するエッジを共有エッジ２２と実施例１と同様に定義する。また、同様に、スチフナ１６の第１の面２０から横方向に法線ベクトルＡと平行な法線ベクトルＢが存在する。
　本実施形態の溶接パスの特定方法は、船体を構成する少なくとも二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する方法であり、第１実施形態の特定方法は、以下のステップで行われる。実施例１から実施例４は、当該ステップで行われ、実施例１の外板１１とトランス１２の組合せを例として説明する。フローチャート図は、図８を参照。
　コンピュータ２の記憶部４に記憶された３次元ＣＡＤデータにおける被溶接部材１０の形状から、制御部３は、図４に示された組合せ表を参酌して、互いに接触し得る二つの被溶接部材１０である外板（第１の被溶接部材）１１とトランス（第２の被溶接部材）１２を特定する（ステップＳ１）。そして、コンピュータ２に制御される溶接ロボット１は、当該二つの被溶接部材１０を溶接する自動溶接機である。
　次に、制御部３は、外板１１の一つの面（上面１１ａ）に接触するとともに、一つの面の法線ベクトルＡに平行な法線ベクトルＢを有するトランス１２の第１の面２０を抽出する（ステップＳ２）。即ち、トランス１２の面の内、外板１１と面接触する面（第１の面２０）を取得する。取得方法は、法線ベクトルに着目し互いに平行な法線ベクトル（Ａ及びＢ）のある面（第１の面２０）を特定する。
　そして、制御部３は、トランス１２の第２の面２１を抽出する（ステップＳ３）。
　さらに、制御部３は、第１の面２０および第２の面２１が共有する共有エッジ２２を抽出する（ステップＳ４）。
　そして、制御部３は、共有エッジに２２対応して、外板１１およびトランス１２を溶接する溶接パス３０を特定する（ステップＳ５）。
　図９は、実施例５で、トランス１２とカラープレート１５を溶接する場合を示し、（ａ）は正面斜視図、（ｂ）は背面斜視図である。図９（ａ）ではトランス１２の側面である主面１２ａにカラープレート１５の第１の面２０が接触する。第１の面２０に接触するトランス１２の主面１２ａを接触面２３、接触面２３に重なる部分をエッジ２４と定義する。また、図９（ｂ）では、カラープレート１５の側面である主面１５ａにトランス１２の第１の面２０が接触する。第１の面２０に接触するカラープレート１５の主面１５ａを接触面２３、接触面２３に重なる部分をエッジ２４と定義する。
　本実施形態の溶接パスの特定方法は、船体を構成する少なくとも二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する方法であり、第２実施形態の特定方法は、以下のステップで行われる。実施例５は、当該ステップで行われ、実施例５のトランス１２とカラープレート１５の組合せに関し図９（ａ）を例として説明する。フローチャート図は、図１０を参照。
　コンピュータ２の記憶部４に記憶された３次元ＣＡＤデータにおける被溶接部材の形状から、制御部３は、図４に示された組合せ表を参酌して、互いに接触し得るトランス（第１の被溶接部材）１２およびカラープレート（第２の被溶接部材）１５を特定する（ステップＳ１０）。
　次に、制御部３は、トランス１２に接触するカラープレート１５の第１の面２０である主面を抽出する（ステップＳ１１）。即ち。カラープレート１５の面の内、トランス１２と面接触する面（第１の面２０）を取得する。取得方法は、法線ベクトルに着目し互いに平行な法線ベクトルのある面（第１の面２０）を特定する。
　そして、制御部３は、トランス１２から、第１の面２０が接触する接触面２３を抽出する（ステップＳ１２）。接触面２３は、トランス１２の主面１２ａでもある。
　さらに、制御部３は、第１の面２０から、接触面２３に重なるエッジ２４を抽出する（ステップＳ１３）。
　そして、制御部３は、エッジ２４に対応して、トランス１２およびカラープレート１５を溶接する溶接パス３０を特定する（ステップＳ１４）。即ち、カラープレート１５の第１の面２０において、トランス１２接触面２３に乗っているエッジ２４を溶接パス候補エッジとする。
　第１実施形態及び第２実施形態として説明した上述のステップは、溶接パスの特定方法をコンピュータ２に実行させるプログラムであり、溶接ロボット１に教示するための教示プログラムでもある。当該ステップは容易であり、複数の溶接ロボット１を同時並行的に駆動させる場合、有利である。
　尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
　本出願は、２０１７年３月２１日出願の日本特許出願、特願２０１７－０５４６８８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。
　本発明に係る溶接パス特定方法、プログラム、教示プログラム及び溶接ロボットシステムは、少なくとも二つの被溶接部材を正確に特定し、溶接する溶接パスを特定し、複数の溶接ロボットを円滑に駆動させる分野に適用可能である。
　１　溶接ロボット
　２　コンピュータ
　３　制御部
　４　記憶部
　１０　被溶接部材
　１１　外板
　１２　トランス
　１３　ガーダー
　１４　ロンジ
　１５　カラープレート
　１６　スチフナ
　２０　第１の面
　２１　第２の面
　２２　共有エッジ
　２３　接触面
　３０　溶接パス

Claims (9)

  1. 　船体を構成する部材である少なくとも二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する溶接パス特定方法であって、
    　３次元ＣＡＤデータにおける被溶接部材の形状から、互いに接触し得る第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を特定するステップと、
    　前記第１の被溶接部材の一つの面に接触するとともに、当該一つの面の法線ベクトルに平行な法線ベクトルを有する前記第２の被溶接部材の第１の面を抽出するステップと、
    　前記第２の被溶接部材の第２の面を抽出するステップと、
    　前記第１の面および前記第２の面が共有する共有エッジを抽出するステップと、
    　前記共有エッジに対応して、前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材を溶接する溶接パスを特定するステップと、
    　を含む溶接パス特定方法。
  2. 　請求項１に記載の溶接パス特定方法であって、
    　前記第１の面が前記第２の被溶接部材の板厚面であり、前記第２の面が前記第２の被溶接部材の主面である、溶接パス特定方法。
  3. 　船体を構成する部材である二つの被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する溶接パス特定方法であって、
    　３次元ＣＡＤデータにおける被溶接部材の形状から、互いに接触し得る第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を特定するステップと、
    　前記第１の被溶接部材に接触する前記第２の被溶接部材の第１の面を抽出するステップと、
    　前記第１の被溶接部材から、前記第１の面が接触する接触面を抽出するステップと、
    　前記第１の面から、前記接触面に重なるエッジを抽出するステップと、
    　前記エッジに対応して、前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材を溶接する溶接パスを特定するするステップと、
    　を含む溶接パス特定方法。
  4. 　請求項３に記載の溶接パス特定方法であって、
    　前記第１の面が前記第２の被溶接部材の主面であり、前記接触面が前記第１の被溶接部材の主面である、溶接パス特定方法。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の溶接パス特定方法であって、
    　前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材が、船体用の外板、トランス、ガーダー、ロンジ、カラープレート、スチフナ、のうち少なくともいずれか一つである、溶接パス特定方法。
  6. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の溶接パス特定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  7. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の溶接パス特定方法により特定した溶接パスを溶接ロボットに教示するための教示プログラム。
  8. 　船体を構成する部材である少なくとも二つの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データにおける被溶接部材の形状から、互いに接触し得る第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を特定し、
    　前記第１の被溶接部材の一つの面に接触するとともに、当該一つの面の法線ベクトルに平行な法線ベクトルを有する前記第２の被溶接部材の第１の面を抽出し、
    　前記第２の被溶接部材の第２の面を抽出し、
    　前記第１の面および前記第２の面が共有する共有エッジを抽出し、
    　前記共有エッジに対応して、前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する、
    　溶接ロボットシステム。
  9. 　船体を構成する部材である少なくとも二つの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データにおける被溶接部材の形状から、互いに接触し得る第１の被溶接部材および第２の被溶接部材を特定し、
    　前記第１の被溶接部材に接触する前記第２の被溶接部材の第１の面を抽出し、
    　前記第１の被溶接部材から、前記第１の面が接触する接触面を抽出し、
    　前記第１の面から、前記接触面に重なるエッジを抽出し、
    　前記エッジに対応して、前記第１の被溶接部材および前記第２の被溶接部材を溶接する溶接パスを特定する、
    　溶接ロボットシステム。
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