特許 6420683 オンザフライ経路生成装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6420683

(24)【登録日】2018年10月19日

(45)【発行日】2018年11月7日

(54)【発明の名称】オンザフライ経路生成装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/082 20140101AFI20181029BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20181029BHJP

   B25J 9/06 20060101ALI20181029BHJP

   G05B 19/4093 20060101ALI20181029BHJP

   G05B 19/4097 20060101ALI20181029BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/082

   B23K26/21 A

   B25J9/06 B

   G05B19/4093 D

   G05B19/4093 H

   G05B19/4097 C

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-23807(P2015-23807)

(22)【出願日】2015年2月10日

(65)【公開番号】特開2016-147269(P2016-147269A)

(43)【公開日】2016年8月18日

【審査請求日】2017年11月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100100712

【弁理士】

【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 慶太

【審査官】 奥隅 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２４７６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５０４１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００−２６／７０

Ｂ２５Ｊ ９／０６

Ｇ０５Ｂ １９／４０９３

Ｇ０５Ｂ １９／４０９７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザによるリモートスキャナ溶接によって溶接すべき、製品の面に設定されている複数の溶接線のレーザ照射位置データと、前記複数の溶接線の溶接順を示す溶接順データとに基づいて、前記溶接線を前記溶接順に所定の本数ずつ抽出して、抽出した本数の溶接線における中心位置を求める中心位置計算部と、
抽出した本数の溶接線の全てが、リモートスキャナ溶接を行うリモートスキャナヘッドがレーザを射出する射出面の中心を前記中心位置に合わせた状態におけるレーザ照射範囲に含まれているか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記中心位置計算部は、前記判定部によって、抽出した本数の溶接線の全てが前記レーザ照射範囲に含まれている状態ではないと判定されたとき、抽出した本数の溶接線の全てが前記レーザ照射範囲に含まれる状態となるまで前記溶接線を抽出する本数を減らし、減らした本数の溶接線における中心位置を求め、
さらに、前記中心位置計算部が前記溶接順で最初に求めた中心位置を始点、前記溶接順で最後に求めた中心位置を終点として、前記始点から前記終点までの複数の中心位置を連結した経路を、前記リモートスキャナヘッドを移動させるオンザフライ経路として決定するオンザフライ経路決定部を備える
ことを特徴とするオンザフライ経路生成装置。

【請求項2】

前記レーザ照射位置データは、前記溶接線それぞれの溶接開始位置と溶接終了位置とを示す座標データを含み、
前記中心位置計算部は、前記中心位置として、抽出した本数の溶接線の平均座標位置を求める
ことを特徴とする請求項１記載のオンザフライ経路生成装置。

【請求項3】

前記中心位置計算部には、前記溶接線を抽出する本数のデフォルト値が設定されており、
前記中心位置計算部は、前記溶接線を抽出する本数を減らして前記中心位置を求めた後に、前記溶接線を抽出する本数を前記デフォルト値に戻す
ことを特徴とする請求項１または２に記載のオンザフライ経路生成装置。

【請求項4】

前記製品が有する溶接対象の面を、法線ベクトルが同じである１または複数の面を１つのグループとしてグループ分けし、グループ分けされた１または複数の面をそれぞれグループ面と設定するグループ面設定部と、
前記グループ面が複数の面で構成されているとき、前記リモートスキャナヘッドを前記複数の面に対して法線ベクトルの方向に所定の距離だけ離間させて配置した状態で、前記複数の面それぞれが溶接可能であるとき前記複数の面を１つのグループ面と決定するグループ面決定部と、
をさらに備え、
前記中心位置計算部は、前記グループ面決定部で決定されたグループ面に含まれる全ての溶接線を前記所定の本数ずつ抽出してそれぞれの前記中心位置を求め、
前記オンザフライ経路決定部は、前記グループ面内で前記オンザフライ経路を決定する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のオンザフライ経路生成装置。

【請求項5】

レーザによるリモートスキャナ溶接によって溶接すべき、製品の面に設定されている複数の溶接線のレーザ照射位置データと、前記複数の溶接線の溶接順を示す溶接順データとに基づいて、前記溶接線を前記溶接順に所定の本数ずつ抽出し、
抽出した本数の溶接線における中心位置を求め、
抽出した本数の溶接線の全てが、リモートスキャナ溶接を行うリモートスキャナヘッドがレーザを射出する射出面の中心を前記中心位置に合わせた状態におけるレーザ照射範囲に含まれているか否かを判定し、
抽出した本数の溶接線の全てが前記レーザ照射範囲に含まれている状態ではないと判定されたとき、抽出した本数の溶接線の全てが前記レーザ照射範囲に含まれる状態となるまで前記溶接線を抽出する本数を減らし、減らした本数の溶接線における中心位置を求め、
前記溶接順で最初に求めた中心位置を始点、前記溶接順で最後に求めた中心位置を終点として、前記始点から前記終点までの複数の中心位置を連結した経路を、前記リモートスキャナヘッドを移動させるオンザフライ経路として決定する
ことを特徴とするオンザフライ経路生成方法。

【請求項6】

前記レーザ照射位置データは、前記溶接線それぞれの溶接開始位置と溶接終了位置とを示す座標データを含み、
前記中心位置として、抽出した本数の溶接線の平均座標位置を求める
ことを特徴とする請求項５記載のオンザフライ経路生成方法。

【請求項7】

前記溶接線を抽出する本数のデフォルト値が設定されており、
前記溶接線を抽出する本数を減らして前記中心位置を求めた後に、前記溶接線を抽出する本数を前記デフォルト値に戻す
ことを特徴とする請求項５または６に記載のオンザフライ経路生成方法。

【請求項8】

前記製品が有する溶接対象の面を、法線ベクトルが同じである１または複数の面を１つのグループとしてグループ分けし、グループ分けされた１または複数の面をそれぞれグループ面として設定し、
前記グループ面が複数の面で構成されているとき、前記リモートスキャナヘッドを前記複数の面に対して法線ベクトルの方向に所定の距離だけ離間させて配置した状態で、前記複数の面それぞれが溶接可能であるか否かを判定し、
前記複数の面それぞれが溶接可能であると判定されたら、前記複数の面を１つのグループ面と決定し、
グループ面に含まれる全ての溶接線を前記所定の本数ずつ抽出してそれぞれの前記中心位置を求め、
前記グループ面内で前記オンザフライ経路を決定する
ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のオンザフライ経路生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リモートスキャナ溶接におけるオンザフライ経路を生成するオンザフライ経路生成装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザを射出するヘッドの位置を固定した状態で、ヘッド内に設けられているレーザ反射用のガルバノミラーを動かして、レーザを射出する方向を可変させて製品を溶接するリモートスキャナ溶接と称される溶接方法がある。

【0003】

溶接ロボットを停止させた状態でリモートスキャナ溶接を行うと定点加工となり、溶接ロボットを動かしながらリモートスキャナ溶接を行うとオンザフライによる加工となる。定点加工におけるレーザパターンは、ヘッドの位置を固定した状態でのレーザ照射範囲である所定の大きさの円である。オンザフライによる加工では、レーザ照射範囲の円がヘッドの移動に伴って順次移動していくレーザパターンとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−２２１２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば所定の面内に、複数の溶接線が存在するとする。定点加工では全ての溶接線を溶接できないとき、ヘッドを順次移動させて溶接線を溶接するオンザフライによる加工が必要となる。ヘッドを移動させる経路をオンザフライ経路と称する。

【0006】

オンザフライによって複数の溶接線を溶接する場合、オペレータは、手動によるティーチングによって、まず、オンザフライ経路の始点及び終点を教示し、次に、それぞれの溶接線の溶接開始点及び溶接終了点を教示する。

【0007】

オペレータがティーチングによってオンザフライ経路を教示したとき、ヘッドがそれぞれの位置に停止しているときのレーザ照射範囲やオンザフライによるレーザパターンを見ることはできないため、教示したオンザフライ経路で一部の溶接線を溶接できない場合が起こり得る。

【0008】

この場合、オペレータはオンザフライ経路を変更しなければならない。変更したオンザフライ経路で全ての溶接線を溶接することができるか否かは、当然、目視で確認することはできない。そこで、溶接ロボットを空運転して全ての溶接線を溶接することができるか否かを確認しなければならない。

【0009】

このように、リモートスキャナ溶接におけるオンザフライ経路をティーチングによって的確に教示するためには、煩雑な作業と多くの時間が必要となる。溶接ロボットが動作中にオンラインティーチングを行ったとすると、溶接を長時間止めなければならないため、生産効率が低下してしまう。

【0010】

本発明はこのような問題点に鑑み、オンザフライ経路を自動的に生成することができるオンザフライ経路生成装置及び方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、レーザによるリモートスキャナ溶接によって溶接すべき、製品の面に設定されている複数の溶接線のレーザ照射位置データと、前記複数の溶接線の溶接順を示す溶接順データとに基づいて、前記溶接線を前記溶接順に所定の本数ずつ抽出して、抽出した本数の溶接線における中心位置を求める中心位置計算部と、抽出した本数の溶接線の全てが、リモートスキャナ溶接を行うリモートスキャナヘッドがレーザを射出する射出面の中心を前記中心位置に合わせた状態におけるレーザ照射範囲に含まれているか否かを判定する判定部とを備え、前記中心位置計算部は、前記判定部によって、抽出した本数の溶接線の全てが前記レーザ照射範囲に含まれている状態ではないと判定されたとき、抽出した本数の溶接線の全てが前記レーザ照射範囲に含まれる状態となるまで前記溶接線を抽出する本数を減らし、減らした本数の溶接線における中心位置を求め、さらに、前記中心位置計算部が前記溶接順で最初に求めた中心位置を始点、前記溶接順で最後に求めた中心位置を終点として、前記始点から前記終点までの複数の中心位置を連結した経路を、前記リモートスキャナヘッドを移動させるオンザフライ経路として決定するオンザフライ経路決定部を備えることを特徴とするオンザフライ経路生成装置を提供する。

【0012】

上記のオンザフライ経路生成装置において、前記レーザ照射位置データは、前記溶接線それぞれの溶接開始位置と溶接終了位置とを示す座標データを含み、前記中心位置計算部は、前記中心位置として、抽出した本数の溶接線の平均座標位置を求めることが好ましい。

【0013】

上記のオンザフライ経路生成装置において、前記中心位置計算部には、前記溶接線を抽出する本数のデフォルト値が設定されており、前記中心位置計算部は、前記溶接線を抽出する本数を減らして前記中心位置を求めた後に、前記溶接線を抽出する本数を前記デフォルト値に戻すことが好ましい。

【0014】

上記のオンザフライ経路生成装置において、前記製品が有する溶接対象の面を、法線ベクトルが同じである１または複数の面を１つのグループとしてグループ分けし、グループ分けされた１または複数の面をそれぞれグループ面と設定するグループ面設定部と、前記グループ面が複数の面で構成されているとき、前記リモートスキャナヘッドを前記複数の面に対して法線ベクトルの方向に所定の距離だけ離間させて配置した状態で、前記複数の面それぞれが溶接可能であるとき前記複数の面を１つのグループ面と決定するグループ面決定部とをさらに備え、前記中心位置計算部は、前記グループ面決定部で決定されたグループ面に含まれる全ての溶接線を前記所定の本数ずつ抽出してそれぞれの前記中心位置を求め、前記オンザフライ経路決定部は、前記グループ面内で前記オンザフライ経路を決定することが好ましい。

【0015】

また、本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、レーザによるリモートスキャナ溶接によって溶接すべき、製品の面に設定されている複数の溶接線のレーザ照射位置データと、前記複数の溶接線の溶接順を示す溶接順データとに基づいて、前記溶接線を前記溶接順に所定の本数ずつ抽出し、抽出した本数の溶接線における中心位置を求め、抽出した本数の溶接線の全てが、リモートスキャナ溶接を行うリモートスキャナヘッドがレーザを射出する射出面の中心を前記中心位置に合わせた状態におけるレーザ照射範囲に含まれているか否かを判定し、抽出した本数の溶接線の全てが前記レーザ照射範囲に含まれている状態ではないと判定されたとき、抽出した本数の溶接線の全てが前記レーザ照射範囲に含まれる状態となるまで前記溶接線を抽出する本数を減らし、減らした本数の溶接線における中心位置を求め、前記溶接順で最初に求めた中心位置を始点、前記溶接順で最後に求めた中心位置を終点として、前記始点から前記終点までの複数の中心位置を連結した経路を、前記リモートスキャナヘッドを移動させるオンザフライ経路として決定することを特徴とするオンザフライ経路生成方法を提供する。

【0016】

上記のオンザフライ経路生成方法において、前記レーザ照射位置データは、前記溶接線それぞれの溶接開始位置と溶接終了位置とを示す座標データを含み、前記中心位置として、抽出した本数の溶接線の平均座標位置を求めることが好ましい。

【0017】

上記のオンザフライ経路生成方法において、前記溶接線を抽出する本数のデフォルト値が設定されており、前記溶接線を抽出する本数を減らして前記中心位置を求めた後に、前記溶接線を抽出する本数を前記デフォルト値に戻すことが好ましい。

【0018】

上記のオンザフライ経路生成方法において、前記製品が有する溶接対象の面を、法線ベクトルが同じである１または複数の面を１つのグループとしてグループ分けし、グループ分けされた１または複数の面をそれぞれグループ面として設定し、前記グループ面が複数の面で構成されているとき、前記リモートスキャナヘッドを前記複数の面に対して法線ベクトルの方向に所定の距離だけ離間させて配置した状態で、前記複数の面それぞれが溶接可能であるか否かを判定し、前記複数の面それぞれが溶接可能であると判定されたら、前記複数の面を１つのグループ面と決定し、グループ面に含まれる全ての溶接線を前記所定の本数ずつ抽出してそれぞれの前記中心位置を求め、前記グループ面内で前記オンザフライ経路を決定することが好ましい。

【発明の効果】

【0019】

本発明のオンザフライ経路生成装置及び方法によれば、オンザフライ経路を自動的に生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】一実施形態のオンザフライ経路生成装置を含む溶接ロボットシステムを示す図である。

【図2A】溶接線をティーチングする最初の工程を示す図である。

【図2B】溶接線をティーチングする図２Ａに続く工程を示す図である。

【図2C】溶接線をティーチングする図２Ｂに続く工程を示す図である。

【図3】溶接ロボットによって溶接する製品の一例を示す斜視図である。

【図4】一実施形態のオンザフライ経路生成装置及び方法がオンザフライ経路を自動的に生成する手順を示すフローチャートである。

【図5A】複数の面をグループ面とすることができない場合を説明するための図である。

【図5B】複数の面をグループ面とすることができる場合を説明するための図である。

【図6】図３における面３１ａ，３１ｂで構成されているグループ面３１に設定されている溶接線を示す平面図である。

【図7】図４のステップS105にて、溶接線を抽出する本数をデフォルト値の５本として、最初に平均座標位置を求める溶接線を示す部分平面図である。

【図8】図７に続いて図４のステップS105にて、溶接線を抽出する本数をデフォルト値の５本として平均座標位置を求めようとしたとき、一部の溶接線がレーザ照射範囲から外れた状態を示す部分平面図である。

【図9】図７に続いて図４のステップS105にて、溶接線を抽出する本数を４本として平均座標位置を求めようとしたとき、一部の溶接線がレーザ照射範囲から外れた状態を示す部分平面図である。

【図10】図７に続いて図４のステップS105にて、溶接線を抽出する本数を３本として平均座標位置を求めようとしたとき、３本の溶接線が全てレーザ照射範囲に含まれる状態となったこと示す部分平面図である。

【図11】図１０に続いて図４のステップS105にて、溶接線を抽出する本数をデフォルト値の５本として平均座標位置を求めようとしたとき、一部の溶接線がレーザ照射範囲から外れた状態を示す部分平面図である。

【図12】図１０に続いて図４のステップS105にて、溶接線を抽出する本数を１本として平均座標位置を求めようとしたとき、１本の溶接線がレーザ照射範囲に含まれる状態となったこと示す部分平面図である。

【図13】図１２に続いて図４のステップS105にて、溶接線を抽出する本数を４本として、４本の溶接線が全てレーザ照射範囲に含まれる状態であること示す部分平面図である。

【図14】図７，図１０，図１２，図１３におけるレーザ照射範囲を連結することによって形成されるレーザパターンと、平均座標位置を連結することによって形成されるオンザフライ経路を示す部分平面図である。

【図15】図６に示すグループ面３１に設定されている溶接線に対して生成されるオンザフライ経路を示す平面図である。

【図16】一実施形態のオンザフライ経路生成装置を示す機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、一実施形態のオンザフライ経路生成装置及び方法について、添付図面を参照して説明する。

【0022】

図１は、一実施形態のオンザフライ経路生成装置を含んで構成されている溶接ロボットシステムを示している。図１において、ＣＡＭ１１には、図示していないＣＡＤで作成されたＣＡＤデータファイルＦ１０が入力される。ＣＡＤデータファイルＦ１０のＣＡＤデータは、製品の形状データを含む。

【0023】

ＣＡＭ１１は、溶接線定義モジュール１１１と、レイアウト定義モジュール１１２と、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３と、描画エンジン１１４とを有する。溶接線定義モジュール１１１と、レイアウト定義モジュール１１２と、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３と、描画エンジン１１４は、それぞれソフトウェアモジュールによって構成することができる。

【0024】

ＣＡＭ１１には、シミュレーションモジュール１１５が接続されている。シミュレーションモジュール１１５も、ソフトウェアモジュールによって構成することができる。ＣＡＭ１１及びシミュレーションモジュール１１５は、１つのコンピュータ１１０によって構成されている。ＣＡＭ１１が、シミュレーションモジュール１１５を含んでいてもよい。

【0025】

オペレータは、溶接線定義モジュール１１１による溶接線定義機能を使用して、製品の面に対して、複数の溶接線を設定することができる。溶接線の具体的な設定の仕方については後述する。オペレータは、ＣＡＭ１１に対して溶接条件も指示することができる。

【0026】

オペレータは、レイアウト定義モジュール１１２によるレイアウト定義機能を使用して、ポジショナ２７上に製品を置く位置や向きを決めることができる。

【0027】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、後に詳述するように、オンザフライ経路を自動的に生成する。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３がオンザフライ経路を生成することによって、オンザフライ経路の始点及び終点が決定する。

【0028】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、一実施形態のオンザフライ経路生成装置を構成する。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３で、一実施形態のオンザフライ経路生成方法が実行される。

【0029】

ＣＡＭ１１は、溶接ロボット２０を動作させるためのロボット動作ファイルＦ１１を作成する。溶接ロボット２０は、多関節のロボット本体２１を有する。ロボット本体２１の先端部には、リモートスキャナヘッド２２（以下、ヘッド２２と略記する）が取り付けられている。ロボット動作ファイルＦ１１は、ヘッド２２をオンザフライ経路の始点から終点まで移動させながら、複数の溶接線のそれぞれを、溶接線定義モジュール１１１で設定された溶接順に溶接させるための動作プログラムである。

【0030】

ＣＡＭ１１は、それぞれの溶接線の溶接開始点（溶接開始位置）と溶接終了点（溶接終了位置）、及び、溶接条件を含むレーザ照射情報ファイルＦ１２を作成する。レーザ照射情報ファイルＦ１２は、レーザによるリモートスキャナ溶接によって溶接すべき箇所を示す複数の溶接線のレーザ照射位置データと、溶接条件を示すデータとを含む。レーザ照射位置データは、溶接開始点及び溶接終了点それぞれの座標データによって構成される。

【0031】

ＣＡＭ１１は、ロボット動作ファイルＦ１１及びレーザ照射情報ファイルＦ１２をシミュレーションモジュール１１５に供給する。シミュレーションモジュール１１５は、ロボット動作ファイルＦ１１及びレーザ照射情報ファイルＦ１２に基づいて、ロボット本体２１の姿勢や照射されるレーザの位置を計算して、シミュレーションデータを生成する。

【0032】

シミュレーションモジュール１１５は、シミュレーションデータをＣＡＭ１１に供給する。描画エンジン１１４は、シミュレーションデータをモニタ１０に描画する。これによって、オペレータは、モニタ１０に表示されたシミュレーション画像によって、ロボット本体２１がどのように動くか、複数の溶接線が的確に溶接されるかを事前に確認することができる。

【0033】

シミュレーションモジュール１１５がシミュレーションデータを生成し、モニタ１０がシミュレーション画像を表示することは必須ではないが、それぞれの処理を実行させることが好ましい。

【0034】

ＣＡＭ１１は、ロボット動作ファイルＦ１１及びレーザ照射情報ファイルＦ１２をＮＣ装置１２に供給する。ＮＣ装置１２は、ロボット動作ファイルＦ１１及びレーザ照射情報ファイルＦ１２をロボット制御装置２８に転送する。

【0035】

ロボット制御装置２８は、ロボット動作ファイルＦ１１及びレーザ照射情報ファイルＦ１２に基づいて、ポジショナ２７上に配置された製品（図１では図示せず）の面に設定されている複数の溶接線を溶接するようロボット本体２１を制御する。

【0036】

ロボット本体２１は、ロボット制御装置２８による制御に基づいて、レール２６上を移動するようになっている。レール２６の側面近傍には、ポジショナ２７が設置されている。レール２６がなく、ロボット本体２１の位置が固定であってもよい。この場合、ヘッド２２自体が動くことができる範囲内で、オンザフライ経路の始点から終点までの範囲が設定される。

【0037】

ヘッド２２にはレーザ発振器２３が接続されており、レーザ発振器２３はレーザをヘッド２２に供給する。ヘッド２２内には、ガルバノミラー２２１，２２２が設けられている。レーザ発振器２３より発せられたレーザは、ガルバノミラー２２１，２２２で反射して射出面２２０より射出する。レーザは、射出面２２０に直交する方向に射出する。

【0038】

ヘッド２２内にレンズが設けられていてもよい。図１では図示していないが、ヘッド２２内には、ティーチングによって溶接線を教示する際に用いられるガイド光を発生するガイド光発生部２２３（図２Ａ〜図２Ｃ参照）が設けられている。

【0039】

ここで、図２Ａ〜図２Ｃを用いて、溶接線の具体的な設定の仕方を説明する。図２Ａにおいて、ヘッド２２は、射出面２２０の中心が製品の面上の点Ｐ０の上方にある。点Ｐ０を中心として、円形のレーザ照射範囲Ｒ２２が決まる。

【0040】

図２Ｂに示すように、ガイド光発生部２２３は、ガイド光Ｌｇｄを面に照射する。溶接線Ｌａを設定するとき、オペレータは、まずガイド光Ｌｇｄを溶接開始点Ｌａｓに照射して溶接開始点Ｌａｓを教示し、次に、ガイド光Ｌｇｄを溶接終了点Ｌａｅに照射して溶接終了点Ｌａｅを教示する。

【0041】

図２Ｂでは１つの溶接線Ｌａのみを示しているが、レーザ照射範囲Ｒ２２内に他の溶接線が存在する場合には、オペレータは、他の溶接線を同様に教示することによって、レーザ照射範囲Ｒ２２内の全ての溶接線を設定することができる。

【0042】

図２Ｂにおけるレーザ照射範囲Ｒ２２外に他の溶接線を設定する場合には、オペレータは、図２Ｃに示すように、ヘッド２２を移動させる。オペレータは、移動した位置におけるレーザ照射範囲Ｒ２２内で溶接線Ｌｂの溶接開始点Ｌｂｓ及び溶接終了点Ｌｂｅを同様に教示して、溶接線Ｌｂを設定する。

【0043】

以上の動作を繰り返すことによって、製品におけるそれぞれの面内に複数の溶接線を設定することができる。一方、ＣＡＭ１１の溶接線定義モジュール１１１では、入力されたＣＡＤデータファイルＦ１０に含まれる製品の形状データより、それぞれの溶接線における溶接開始点及び溶接終了点を示す座標データを生成して、溶接線を定義付けることもできる。

【0044】

図３は、溶接ロボット２０によって溶接する製品の一例を示している。図３に示す製品３０は、溶接対象の面として、面３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３，３４の６面を有する。面３１ａ，３１ｂは互いに平行であり、面３２ａ，３２ｂは互いに平行である。

【0045】

面３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３，３４には、図２Ａ〜図２Ｃで説明した溶接線のティーチングによって、図示のような複数の溶接線が設定されている。

【0046】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、図４に示す手順によって、オンザフライ経路を自動的に生成する。

【0047】

図４において、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS101にて、面の法線ベクトルに基づいて、面をグループ分けしてグループ面を生成する。ＣＡＤデータファイルＦ１０は製品の形状データを含むので、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS101の処理を実行することができる。

【0048】

図３に示す製品３０のそれぞれの面の法線ベクトルは、次のとおりである。面３１ａ，３１ｂの法線ベクトルはベクトルＶ１である。面３２ａ，３２ｂの法線ベクトルはベクトルＶ２である。面３３の法線ベクトルはベクトルＶ３であり、面３４の法線ベクトルはベクトルＶ４である。

【0049】

面３１ａ，３１ｂの法線ベクトルはベクトルＶ１で同じであるため、面３１ａ，３１ｂは１つのグループ面とみなすことができる。面３２ａ，３２ｂの法線ベクトルはベクトルＶ２で同じであるため、面３２ａ，３２ｂは１つのグループ面とみなすことができる。

【0050】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS101にて、面３１ａ，３１ｂのグループ面と、面３２ａ，３２ｂのグループ面と、面３３のグループ面と、面３４のグループ面を生成する。グループ面は、１つの面で構成されていてもよい。

【0051】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS102にて、グループ面ごとにヘッド２２の位置を求める。ヘッド２２の位置とは、グループ面に対する法線ベクトル方向の位置である。本実施形態においては、ヘッド２２の射出面２２０はグループ面（溶接面）に対して平行であり、溶接中、射出面２２０とグループ面（溶接面）との距離は変化せず一定距離を保つとする。

【0052】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS103にて、グループ面内に溶接できない溶接線が存在するか否かを判定する。

【0053】

図５Ａ，図５Ｂは、グループ面３１ａ，３１ｂをヘッド２２より射出されたレーザＬｓｒによって溶接する状態を示している。ヘッド２２は、レーザＬｓｒの焦点距離を可変することができる。ヘッド２２は、グループ面３１ａ，３１ｂが所定の距離Ｄｆの範囲内に含まれていれば、ヘッド２２の法線ベクトル方向の位置を一定とした状態で、レーザＬｓｒの焦点距離を可変することによって面３１ａ，３１ｂ双方を溶接することが可能である。

【0054】

図５Ａは、面３１ａ，３１ｂが距離Ｄｆの範囲内に含まれておらず、面３１ａ，３１ｂをグループ面とすることができない場合を示している。図５Ｂは、面３１ａ，３１ｂが距離Ｄｆの範囲内に含まれており、面３１ａ，３１ｂをグループ面とすることができる場合を示している。距離Ｄｆは、例えば１６０ｍｍ程度である。

【0055】

即ち、グループ面が複数の面で構成されているとき、ヘッド２２を複数の面に対して法線ベクトルの方向に所定の距離だけ離間させて配置した状態で、複数の面それぞれが溶接可能であれば、複数の面を１つのグループ面として決定してもよいということである。

【0056】

図５Ａの場合には、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS103にて、グループ面内に溶接できない溶接線が存在する（YES）と判定する。図５Ｂの場合には、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS103にて、グループ面内に溶接できない溶接線は存在しない（NO）と判定する。

【0057】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３がグループ面内に溶接できない溶接線が存在すると判定すれば、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS104にて、グループ面を分割してヘッド２２の位置を改めて求める。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS104にてグループ面を分割してヘッド２２の位置を求めたら、処理をステップS103に戻す。

【0058】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、グループ面内に溶接できない溶接線は存在しないと判定するまでステップS103，S104の処理を繰り返す。ステップS101にて複数の面がグループ面とされていたとしても、ヘッド２２の法線ベクトル方向の位置を固定した状態ではグループ面内の全ての溶接線を溶接できない場合には、複数の面は異なるグループ面として設定される。

【0059】

本実施形態においては、面３１ａ，３１ｂが図５Ｂの状態であり、面３１ａ，３１ｂが１つのグループ面を構成する場合を説明する。

【0060】

なお、複数の面を１つのグループ面として扱うことは必須ではないが、法線ベクトルの方向におけるヘッド２２の位置を１つの位置として共通に溶接可能な複数の面を１つのグループ面として扱うことが好ましい。このようにすれば、複数の面の全体で１つのオンザフライ経路を設定することができ、溶接時間を短くすることができる。

【0061】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS105にて、選択されたグループ面において、溶接線Ｎ本の平均座標位置を求める。平均座標位置とは、溶接線Ｎ本それぞれの溶接開始点の座標及び溶接終了点の座標の平均座標を示す位置である。Ｎのデフォルト値は一例として５であるとする。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS105にて、まず、面３１ａ，３１ｂのグループ面を選択したとする。

【0062】

図６に示すように、面３１ａには溶接線Ｌ１〜Ｌ８が設定されており、面３１ｂには溶接線Ｌ９〜Ｌ２５が設定されている。溶接線Ｌ１〜Ｌ２５は、上述した溶接線のティーチングによって、溶接する順が溶接線Ｌ１〜Ｌ２５の順に設定されている。

【0063】

面３１ａ，３１ｂは、１つのグループ面３１を構成する。実際には面３１ａ，３１ｂは異なる面であるものの、溶接ロボット２０は、面３１ａ，３１ｂをグループ面３１よりなる１つの面とみなして溶接線Ｌ１〜Ｌ２５を溶接する。

【0064】

グループ面３１における溶接線Ｌ１〜Ｌ２５が図６に示すように設定されている場合を例として、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３がオンザフライ経路を生成する具体的な手順を説明する。

【0065】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS105にて、図７に示す最初の５本の溶接線Ｌ１〜Ｌ５の平均座標位置を求める。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS106にて、求めた平均座標位置をヘッド２２（射出面２２０）の中心としたときに、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ１〜Ｌ５が含まれるか否かを判定する。

【0066】

溶接線Ｌ１〜Ｌ５全ての平均座標位置は、溶接線Ｌ１〜Ｌ５の中心位置である。複数の溶接線を抽出したときの中心位置の求め方は平均座標位置に限らず、最小２乗法を用いてもよく、中心位置を求める計算方法は特に限定されない。平均座標位置によれば簡単な計算で中心位置を求めることができる。

【0067】

図７の例では、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS106にて、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ１〜Ｌ５が全て含まれる（YES）と判定して、処理をステップS107に移行させる。

【0068】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS107にて、Ｎをデフォルト値に戻す。図７の場合には、Ｎはデフォルト値の５であるので、Ｎは５に維持される。

【0069】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS109にて、選択されたグループ面のオンザフライ経路の計算が終了したか否かを判定する。ここではまだオンザフライ経路の計算は終了していないので、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、処理をステップS105に戻す。

【0070】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS105にて、次の５本の溶接線Ｌ６〜Ｌ１０の平均座標位置を求める。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS106にて、求めた平均座標位置をヘッド２２の中心としたときに、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ６〜Ｌ１０が含まれるか否かを判定する。

【0071】

図８に示すように、溶接線Ｌ９がレーザ照射範囲Ｒ２２から外れており、溶接線Ｌ１０の一部もレーザ照射範囲Ｒ２２から外れている。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS106にて、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ６〜Ｌ１０の全てが含まれない（NO）と判定して、処理をステップS108に移行させる。

【0072】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS108にて、Ｎ−１を新たにＮとして処理をステップS105に戻す。ここでは、Ｎは４となる。

【0073】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS105にて、溶接線Ｌ１０を除き、４本の溶接線Ｌ６〜Ｌ９の平均座標位置を求め、ステップS106にて、求めた平均座標位置をヘッド２２の中心としたときに、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ６〜Ｌ９が含まれるか否かを判定する。

【0074】

図９に示すように、溶接線Ｌ９が依然としてレーザ照射範囲Ｒ２２から外れている。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS106にて、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ６〜Ｌ９の全てが含まれない（NO）と判定して、処理をステップS108に移行させる。

【0075】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS108にて、Ｎ−１を新たにＮとして処理をステップS105に戻す。ここでは、Ｎは３となる。

【0076】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS105にて、さらに溶接線Ｌ９を除き、３本の溶接線Ｌ６〜Ｌ８の平均座標位置を求め、ステップS106にて、求めた平均座標位置をヘッド２２の中心としたときに、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ６〜Ｌ８が含まれるか否かを判定する。

【0077】

図１０に示すように、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ６〜Ｌ８が全て含まれている。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS106にて、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ６〜Ｌ８の全てが含まれている（YES）と判定して、処理をステップS107に移行させる。

【0078】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS107にて、Ｎをデフォルト値の５に戻す。Ｎをデフォルト値から減らした場合にＮをデフォルト値に戻すことにより、当初設定した本数で平均座標位置を求めることができる。

【0079】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS109にて、選択されたグループ面のオンザフライ経路の計算が終了したか否かを判定する。ここではまだオンザフライ経路の計算は終了していないので、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、処理をステップS105に戻す。

【0080】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS105にて、次の５本の溶接線Ｌ９〜Ｌ１３の平均座標位置を求め、ステップS106にて、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ９〜Ｌ１３が含まれるか否かを判定する。

【0081】

図１１に示すように、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ９〜Ｌ１３の全てが含まれていない。オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS106にて、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ９〜Ｌ１３の全てが含まれない（NO）と判定して、処理をステップS108に移行させる。

【0082】

以降同様に、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線の全てが含まれるまでＮの値が１ずつ減算される。図１２に示すように、Ｎを１とすることによって、レーザ照射範囲Ｒ２２内に溶接線Ｌ９が全て含まれる状態になったとする。

【0083】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、同様の処理を繰り返し、図１３に示すように、溶接線Ｌ９の次の溶接線として、ステップS106にて、レーザ照射範囲Ｒ２２内に４本の溶接線Ｌ１０〜Ｌ１３の全てが含まれると判定する。

【0084】

図１３に示すヘッド２２がそれぞれの位置におけるレーザ照射範囲Ｒ２２を連結すると、図１４に示すレーザパターンLp22となる。図７，図１０，図１２，図１３における平均座標位置を中心点Ｐ１〜Ｐ４とする。中心点Ｐ１は、オンザフライ経路の始点である。図１４に示すように、始点Ｐ１とこれに続く中心点Ｐ２〜Ｐ４を連結すると、オンザフライ経路Rt22となる。

【0085】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS109にてグループ面３１のオンザフライ経路の計算が終了した（YES）と判定するまで、ステップS105〜S109の処理を繰り返す。すると、図１５に示すように、中心点Ｐ４に続く中心点Ｐ５〜Ｐ７が連結されて、グループ面３１のオンザフライ経路Rt22が完成する。中心点Ｐ７は、オンザフライ経路Rt22の終点である。

【0086】

グループ面３１のオンザフライ経路Rt22は、ヘッド２２の中心を始点Ｐ１から終点Ｐ７まで順次移動させていく経路となる。

【0087】

なお、オンザフライ経路の終点である中心点を求める際には、残った本数の溶接線における平均座標位置を求めることになるので、本数は５本未満となることがある。オンザフライ経路Rt22の終点Ｐ７は、最後に残った溶接線Ｌ２５，Ｌ２５の平均座標位置となっている。

【0088】

オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS109にて、選択されたグループ面のオンザフライ経路の計算が終了した（YES）と判定すると、ステップS110にて、全てのグループ面のオンザフライ経路の計算が終了したか否かを判定する。

【0089】

全てのグループ面のオンザフライ経路の計算が終了していなければ（NO）、オンザフライ経路自動生成モジュール１１３は、ステップS111にて、次のグループ面を選択して、ステップS105〜S109の処理を同様に繰り返す。

【0090】

全てのグループ面のオンザフライ経路の計算が終了していれば（YES）、図３に示す製品３０の全てのグループ面のオンザフライ経路の計算が完了しているので、処理を終了させる。

【0091】

以上説明した図４に示すオンザフライ経路自動生成モジュール１１３によるオンザフライ経路の生成手順を機能ブロック図で表すと、図１６となる。

【0092】

図１６において、グループ面設定部1131は、製品が有する溶接対象の面を、法線ベクトルが同じである１または複数の面を１つのグループとしてグループ分けし、グループ分けされた１または複数の面をそれぞれグループ面と設定する。グループ面設定部1131は、ＣＡＤデータファイルＦ１０に基づいてグループ面を設定することができる。図４のステップS101は、グループ面設定部1131での処理に相当する。

【0093】

グループ面設定部1131がグループ面を設定した情報は、グループ面決定部1132及びグループ面分割再設定部1133に入力される。グループ面分割再設定部1133は、グループ面が複数の面で構成されているとき、複数の面それぞれが溶接可能でなければ、グループ面を分割する。図４のステップS102〜S104は、グループ面分割再設定部1133での処理に相当する。

【0094】

グループ面決定部1132は、グループ面が複数の面で構成されているとき、ヘッド２２を複数の面に対して法線ベクトルの方向に所定の距離だけ離間させて配置した状態で、複数の面それぞれが溶接可能であるとき複数の面を１つのグループ面と決定する。図４のステップS102，S103は、グループ面決定部1132での処理に相当する。

【0095】

中心位置計算部1134には、グループ面決定部1132で決定されたぞれぞれのグループ面の情報と、溶接線定義モジュールで設定された複数の溶接線のレーザ照射位置データと溶接順データとが入力される。

【0096】

中心位置計算部1134は、ぞれぞれのグループ面において、レーザ照射位置データと溶接順データとに基づいて、複数の溶接線より、溶接線を溶接順に所定の本数ずつ抽出して、抽出した本数の溶接線における中心位置を求める。図４のステップS105は、中心位置計算部1134での処理に相当する。

【0097】

判定部1135は、抽出した本数の溶接線の全てが、ヘッド２２がレーザを射出する射出面の中心を中心位置に合わせた状態におけるレーザ照射範囲Ｒ２２に含まれているか否かを判定する。図４のステップS106は、判定部1135での処理に相当する。

【0098】

中心位置計算部1134は、判定部1135によって、抽出した本数の溶接線の全てがレーザ照射範囲Ｒ２２に含まれている状態ではないと判定されたとき、抽出した本数の溶接線の全てがレーザ照射範囲Ｒ２２に含まれる状態となるまで溶接線を抽出する本数を減らす。中心位置計算部1134は、減らした本数の溶接線における中心位置を求める。

【0099】

図４のステップS105，S106，S108のループは、中心位置計算部1134が、抽出した本数の溶接線の全てがレーザ照射範囲Ｒ２２に含まれる状態となるまで溶接線を抽出する本数を減らして、減らした本数の溶接線における中心位置を求める処理に相当する。

【0100】

オンザフライ経路決定部1136は、中心位置計算部1134が溶接順で最初に求めた中心位置を始点、溶接順で最後に求めた中心位置を終点として、始点から終点までの複数の中心位置を連結した経路を、ヘッド２２を移動させるオンザフライ経路Rt22として決定する。

【0101】

ロボット動作ファイル生成部１１６には、オンザフライ経路決定部1136で決定されたオンザフライ経路Rt22を示す情報と、溶接線定義モジュール１１１で設定された溶接順データとが入力される。ロボット動作ファイル生成部１１６は、ヘッド２２をオンザフライ経路Rt22の始点から終点まで移動させながら、複数の溶接線のそれぞれを溶接させるためのロボット動作ファイルＦ１１を生成する。

【0102】

レーザ照射情報ファイル生成部１１７には、溶接線定義モジュール１１１で設定された複数の溶接線のレーザ照射位置データと、溶接条件を示すデータとが入力され、これらを含むレーザ照射情報ファイルＦ１２を生成する。

【0103】

ロボット動作ファイル生成部１１６及びレーザ照射情報ファイル生成部１１７は、ソフトウェアモジュールによって構成することができる。

【0104】

本発明は以上説明した本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において種々変更可能である。

【0105】

本実施形態においては、ヘッド２２の射出面２２０が溶接面に対して平行であり、溶接中、射出面２２０と溶接面との距離は一定であるとしたが、射出面２２０を溶接面に対して傾斜させたり、射出面２２０と溶接面との距離を変化させたりする溶接ロボットであっても、本発明を用いることが可能である。

【符号の説明】

【0106】

１１ ＣＡＭ
２０ 溶接ロボット
２２ リモートスキャナヘッド
１１１ 溶接線定義モジュール
１１３ オンザフライ経路自動生成モジュール
1131 グループ面設定部
1132 グループ面決定部
1134 中心位置計算部
1135 判定部
1136 オンザフライ経路決定部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】