WO2023234289A1 - 溶接システムおよび溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の一態様は、溶接する対象部材の突合せ部に隙間や段差があっても、良質な溶接を実現させることができる溶接システムおよび溶接方法を提供する。 【解決手段】本発明の一態様は、第１の対象部材と第２の対象部材の端面を突き合わせた突合せ部を突合せ溶接する作業を実行する溶接システムであって、前記突合せ部を形成する第１の端面と第２の端面との最短距離をギャップ距離として計測するギャップ計測部を備え、前記ギャップ距離の中点を溶接パスとして設定する、溶接システム、である。

Description

溶接システムおよび溶接方法

　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し、接合される部材を一体化する技術が提案されている。例えば、溶接ロボットを用いた突合せ溶接において、高精度に溶接位置の位置ずれを補正するために、溶接パスが設定時と位置がずれた時に、その位置ずれ量がゼロとなるように補正して溶接操作を実行する技術がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１１－０４５８９８号公報

　しかしながら、上記技術では溶接する対象部材の突合せ部に隙間や段差がある場合は想定されていない。突合せ部の隙間や段差の幅は一定ではないため、溶接が不充分だったり、溶接により部材が変形する等の溶接不良が発生する場合がある。
　本発明の一態様は、溶接する対象部材の突合せ部に隙間や段差があっても、良質な溶接を実現させることができる溶接システムおよび溶接方法を提供する。

　本発明の一態様は、
　第１の対象部材と第２の対象部材の端面を突き合わせた突合せ部を突合せ溶接する作業を実行する溶接システムであって、
　前記突合せ部を形成する第１の端面と第２の端面との最短距離をギャップ距離として計測するギャップ計測部を備え、
　前記ギャップ距離の中点を溶接パスとして設定する、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、溶接する対象部材の突合せ部に隙間や段差があっても、良質な溶接を実現させることができ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を用いて溶接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を用いて溶接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。 本実施形態に係るトーチ位置・角度条件記憶部により記憶される条件データの一例を示す図。 本実施形態に係る溶接システムの制御フローチャートの一例を示す図。 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１０の部分拡大図を示す図。 段差検出する様子を示す図。 溶接パス生成部１０５により生成した中点を繋いで溶接パス２００ａを再設定する例を示す図。 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。

＜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・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、溶接パス２００を設定する様子を示す図である。溶接パス２００は、予め設定された溶接を行うルートであり、本実施形態においては、溶接を行う第１の対象部材２０１及び第２の対象部材２０２の端面２０１ａ、２０２ａをＹ軸方向に突き合わせて形成された突合せ部２０３の中点に略Ｘ軸方向に沿うように設定される。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、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に隙間や段差があった場合の溶接パスを再設定することにより、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、再設定された溶接パス２００ａに対して溶接を行う様子を示す図である。再設定された溶接パス２００ａの形状情報に応じて溶接トーチの目標位置と目標角度が決定され、作業用ロボット２は、溶接トーチ２３が目標位置、目標角度となるようにアーム２１の動作を制御して、略Ｘ軸方向に沿うように溶接作業を実行する。

＜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、少なくとも作業用ロボット２及び作業用ロボット２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及び作業用ロボット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。

　アーム２１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は、有線または無線で作業用ロボット２と接続されたコントローラ３をさらに備え、これによりその動作を制御されてもよい。

　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の端面２０１ａおよび第２の端面２０２ａを含む突合せ部２０３付近の三次元点群データを取得し、取得した三次元点群データの第１の端面２０１ａと第２の端面２０２ａの断面における二次元の点群データから第１の端面２０１ａと第２の端面２０２ａとの間の最短距離であるギャップ距離ｎを計測し、その中点の点データを略Ｘ軸方向に沿うように繋いだ線を溶接パス２００として設定する。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。

　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、計測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。

　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、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と作業用ロボット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３１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、溶接条件設定部１０１、点群データ取得部１０２、ギャップ計測部１０３、溶接トーチ位置・角度決定部１０４、移動経路生成部１０５、溶接実行部１０６を有している。また、端末１のストレージ１２は、溶接条件記憶部１２１、三次元ＣＡＤデータ記憶部１２２、計測点群データ記憶部１２３、トーチ位置・角度条件記憶部１２４を有している。

　溶接条件設定部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に関する情報入力をユーザから受け付ける。例えば、溶接対象部材の材質や形状等の情報をユーザが選択して入力する。入力された情報は溶接条件記憶部１２１に記憶される。

　溶接条件設定部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、溶接パスを設定入力することができる。また、溶接パスに対して、後述するギャップ計測を行う位置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。

　点群データ取得部１０２は、端末１の指示により、例えば、作業用ロボット２を制御し、アーム２１及びセンサ２２を動作させて、予め設定した溶接パス２００を含む第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、計測点群データ記憶部１２３に記憶される。

　ギャップ計測部１０３は、取得した点群データと、溶接条件記憶部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（ギャップ距離）を計測する。ギャップ計測の詳細な方法は、後述する。

　溶接トーチ位置・角度条件記憶部１２４は、図６に示す通り、溶接トーチ２３の位置と角度の情報、及び溶接適否の情報が記憶されている。例えば、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、溶接作業の実行を禁止する。

　また、溶接トーチ位置・角度条件記憶部１２４は、図６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（図１２参照）と、第１および第２の対象部材２０１、２０２が載置された面（図１２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、溶接作業の実行を禁止する。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。

　移動経路生成部１０５は、ギャップ計測位置における決定された溶接トーチ２３の位置と角度に基づいて、溶接トーチ２３の移動経路を生成する。複数のギャップ計測位置に対して溶接トーチ２３の位置と溶接トーチ２３の角度を決定する場合には、当該複数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を生成する。

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

　溶接条件記憶部１２１は、前述した通り、溶接条件設定部１０１で入力設定された溶接対象部材の材質や形状、溶接タイプ、溶接パス２００、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、溶接パスの情報、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。

　計測点群データ記憶部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７は、溶接システム１００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、溶接条件設定部１０１により、溶接対象部材２０１、２０２の溶接部に関する情報、入力された溶接タイプ、溶接パス２００、ギャップ計測位置の情報を、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、点群データ取得部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溶接パス２００に関する情報に基づいて、作業用ロボット２を制御し、予め設定した溶接パス２００を含む第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の三次元点群データを取得する。次に、ギャップ計測部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、ギャップ計測部１０３は、計測した三次元点群データに基づいて第１の端面２０１ａと第２の端面２０２ａとの間の最短距離（ギャップ距離）を計測し、その中点を繋いで溶接パス２００ａを設定する。以下により詳細に説明する。

　図８－１３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に隙間や段差がある場合に溶接パスを再設定する例を示している。まず、図８に示すように、第１の端面２０１ａと第２の端面２０２ａとの間にギャップ距離ｎのギャップＧがある場合に、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。

　次に、図９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１０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、溶接パス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１１は、図１０の部分拡大図である。ここでは、図１０で作成した基準線２５０をさらに分割する。図１１に示すように、図１０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１２は、図１１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１２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１２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６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、溶接作業の実行を禁止する。

　また、溶接トーチ位置・角度条件記憶部１２４は、図１２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１２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、溶接作業の実行を禁止する。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１３に示すように、溶接パス生成部１０５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１０５）。このステップにおいて、溶接パス生成部１０５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溶接パス２００ａを生成する。ここで、溶接パス２００ａ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。

　最後に、溶接実行部１０６により溶接を実行する（ステップ１０６）。このステップでは、溶接パス生成部が生成した溶接パス２００ａに基づいて、作業用ロボット２のアーム及び溶接トーチ２３の動作を制御して、進行方向に沿って溶接を実行する。

　実施形態の中で説明したように、ギャップの中央に溶接パスを設定することで、ギャップが平面上になくても溶接パス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１４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１４に示すように、本実施形態の溶接システム１０００では、端末１と、計測用ロボット２０００と、溶接用ロボット３０００と、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。

　この実施形態では、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に隙間や段差があった場合の溶接パスを再設定する。そして、再設定された溶接パス２００ａの形状情報に応じて溶接トーチの目標位置と目標角度が決定され、溶接用ロボット３０００は、溶接トーチ３２００が目標位置、目標角度となるようにアーム３１００の動作を制御して、略Ｘ軸方向に沿うように溶接作業を実行する。

　また、上述した実施形態で中点を算出する際に、例えば、図１２において、端点２０１ｂ、２０２ｂ同士を結んだ線分２８０の中点を抽出し、Ｚ軸方向の高さで差分を検出する等の方法により中点を算出してもよい。

　さらに、上述した実施形態では溶接時のエネルギーが一定である例を示したが、ギャップ距離に応じてエネルギーを変更するように設定することもできる。この場合、さらなる品質の向上が期待できる。

　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。

　最後に、本発明の実施の形態を図面及び対応する記載等を用いて以下に総括する。

（請求項１）
　第１の対象部材（２０１）と第２の対象部材（２０２）の端面を突き合わせた突合せ部（２０３）を突合せ溶接する作業を実行する溶接システム（１０００）であって、
　前記突合せ部（２０３）を形成する第１の端面（２０１ａ）と第２の端面（２０２ａ）との最短距離をギャップ距離（ｎ）として計測するギャップ計測部（１０３）を備え、
　前記ギャップ距離（ｎ）の中点（Ｃ）を溶接パス（２００ａ）として設定する、溶接システム（１０００）。
（請求項２）
　請求項１に記載の溶接システム（１０００）において、
　前記ギャップ距離（ｎ）に応じて、溶接トーチ（２３）の位置と、前記溶接トーチ（２３）の角度の少なくともいずれかを変更する、溶接システム（１０００）。
（請求項３）
　請求項２に記載の溶接システム（１０００）において、
　前記ギャップ計測部（１０３）は、前記第１の端面（２０１ａ）と前記第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、前記第１の対象部材（２０１）と前記第２の対象部材（２０２）が載置された面に対する傾きを計測し、
　前記傾きに応じて、前記溶接トーチ（２３）の位置と、前記溶接トーチ（２３）の角度の少なくともいずれかを変更する、溶接システム（１０００）。
（請求項４）
　請求項３に記載の溶接システム（１０００）において、
　前記溶接トーチ（２３）の角度を、前記ギャップ面（ＧＳ）に対して垂直となる向きに調整する、溶接システム（１０００）。
（請求項５）
　請求項２ないし４のいずれか一項に記載の溶接システム（１０００）において、
　前記ギャップ距離（ｎ）が、第１しきい値よりも大きく、かつ前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値よりも小さい場合に、前記溶接トーチ（２３）の角度と、前記溶接トーチ（２３）の少なくともいずれかを変更し、
　前記ギャップ距離（ｎ）が、前記第２しきい値を超えた場合に、前記作業を中止する、又は前記ギャップ距離（ｎ）が大きいことをユーザへ通知する、溶接システム（１０００）。
（請求項６）
　請求項１に記載の溶接システム（１０００）において、
　前記第１の対象部材（２０１）と前記第２の対象部材（２０２）の三次元点群データを取得する点群データ取得部（１０２）を更に備え、
　前記ギャップ計測部（１０３）は、取得した前記三次元点群データの前記第１の端面（２０１ａ）と前記第２の端面（２０２ａ）の断面における二次元の点群データから前記ギャップ距離（ｎ）を計測する、溶接システム（１０００）。
（請求項７）
　第１の対象部材（２０１）と第２の対象部材（２０２）の端面を突き合わせた突合せ部（２０３）を突合せ溶接する作業を実行するシステムを用いた溶接方法であって、
　前記突合せ部（２０３）を形成する第１の端面（２０１ａ）と第２の端面（２０２ａ）との最短距離をギャップ距離（ｎ）として計測し、
　前記ギャップ距離（ｎ）の中点（Ｃ）を溶接パス（２００ａ）として設定する、溶接方法。

　　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、１００、１０００　溶接システム、１０１　溶接条件設定部、１０２　点群データ取得部、１０３　ギャップ計測部、１０４　溶接トーチ位置・角度決定部、１０５　移動経路生成部、１０６　溶接実行部、１２１　溶接条件記憶部、１２２　三次元ＣＡＤデータ記憶部、１２３　計測点群データ記憶部、１２４　トーチ位置・角度条件記憶部、２００,２００ａ　溶接パス、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、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 (7)

1. 　第１の対象部材と第２の対象部材の端面を突き合わせた突合せ部を突合せ溶接する作業を実行する溶接システムであって、
   　前記突合せ部を形成する第１の端面と第２の端面との最短距離をギャップ距離として計測するギャップ計測部を備え、
   　前記ギャップ距離の中点を溶接パスとして設定する、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、
   　前記ギャップ距離に応じて、溶接トーチの位置と、前記溶接トーチの角度の少なくともいずれかを変更する、溶接システム。
3. 　請求項２に記載の溶接システムにおいて、
   　前記ギャップ計測部は、前記第１の端面と前記第２の端面とを結ぶことにより形成されたギャップ面と、前記第１の対象部材と前記第２の対象部材が載置された面に対する傾きを計測し、
   　前記傾きに応じて、前記溶接トーチの位置と、前記溶接トーチの角度の少なくともいずれかを変更する、溶接システム。
4. 　請求項３に記載の溶接システムにおいて、
   　前記溶接トーチの角度を、前記ギャップ面に対して垂直となる向きに調整する、溶接システム。
5. 　請求項２ないし４のいずれか一項に記載の溶接システムにおいて、
   　前記ギャップ距離が、第１しきい値よりも大きく、かつ前記第１しきい値よりも大きな第２しきい値よりも小さい場合に、前記溶接トーチの角度と、前記溶接トーチの少なくともいずれかを変更し、
   　前記ギャップ距離が、前記第２しきい値を超えた場合に、前記作業を中止する、又は前記ギャップ距離が大きいことをユーザへ通知する、溶接システム。
6. 　請求項１に記載の溶接システムにおいて、
   　前記第１の対象部材と前記２の対象部材の三次元点群データを取得する点群データ取得部を更に備え、
   　前記ギャップ計測部は、取得した前記三次元点群データの前記第１の端面と前記第２の端面の断面における二次元の点群データから前記ギャップ距離を計測する、溶接システム。
7. 　第１の対象部材と第２の対象部材の端面を突き合わせた突合せ部を突合せ溶接する作業を実行するシステムを用いた溶接方法であって、
   　前記突合せ部を形成する第１の端面と第２の端面との最短距離をギャップ距離として計測し、
   　前記ギャップ距離の中点を溶接パスとして設定する、溶接方法。