專利名稱：焊接線選定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)在顯示器畫面上顯示的三維CAD數(shù)據(jù)的工件圖形來選定由焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接的焊接線的焊接線選定方法。
背景技術(shù)：
以往，開發(fā)出了在顯示器畫面上顯示輸入到計(jì)算機(jī)中的三維CAD數(shù)據(jù)，并通過操作人員從構(gòu)成工件的圖形數(shù)據(jù)指定用于進(jìn)行焊接的焊接線來選定焊接線的技術(shù)。該焊接線選定技術(shù)在生成焊接機(jī)器人的動(dòng)作軌跡并示教期望的作業(yè)動(dòng)作這樣的離線示教系統(tǒng)中被采用。然而，如圖10所示，在上述的焊接線選定技術(shù)中，存在在顯示器畫面上顯示的工件圖形中含有多條與焊接線無關(guān)的線段的情況，此外，曲線部由多條短直線近似形成。因此，在觀察在顯示器畫面上顯示的工件圖形的同時(shí)從多條線段中僅正確地選出必要的焊接線很復(fù)雜，存在錯(cuò)誤選擇等問題。為了解決這樣的問題，專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2等公開了將構(gòu)件與構(gòu)件的接觸部位的棱線作為焊接線提取的方法。此外，專利文獻(xiàn)3、專利文獻(xiàn)4等公開了在三維CAD系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先指定焊接線候補(bǔ)，并從假想組裝時(shí)的接觸部位和焊接線候補(bǔ)中提取焊接線的方法。專利文獻(xiàn)1日本國(guó)專利第3165249號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本國(guó)特開平1H91039號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本國(guó)專利第3554832號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4日本國(guó)專利第3354870號(hào)公報(bào)然而，在上述的專利文獻(xiàn)中公開的技術(shù)中，由于操作人員需要從多條焊接線候補(bǔ)中選擇成為向機(jī)器人的示教對(duì)象的焊接線，因此沒有充分消除從多條焊接線候補(bǔ)中僅正確地選擇成為對(duì)象的焊接線這樣的復(fù)雜程度。并且，在專利文獻(xiàn)3及專利文獻(xiàn)4中產(chǎn)生預(yù)先在CAD上設(shè)定焊接線候補(bǔ)的作業(yè)，該設(shè)定作業(yè)也很復(fù)雜因此效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，其目的在于提供一種操作人員能夠迅速地生成作為作業(yè)對(duì)象的焊接線的焊接線選定方法。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明具有以下的技術(shù)手段。本發(fā)明涉及一種焊接線選定方法，根據(jù)在顯示器畫面上顯示的三維CAD數(shù)據(jù)的工件圖形，自動(dòng)地選定由焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接的焊接線，其特征在于，具有第一面組選定步驟，在構(gòu)成所述工件圖形的面中的形成焊接的坡口的兩個(gè)面中選擇一個(gè)以上的一方的面， 將選擇的一方的面指定為第一面組；第二面組選定步驟，在形成所述焊接的坡口的兩個(gè)面中選擇一個(gè)以上的另一方的面，將選擇的另一方的面指定為第二面組；棱線提取步驟，在所述第二面組選定步驟中選定的所述第二面組的各面的棱線中提取全部的具有相對(duì)于所述第一面組的各面的距離為規(guī)定值以下的頂點(diǎn)的棱線；可焊接棱線提取步驟，根據(jù)所述第一面組的各面及所述第二面組的各面的法線向量的方向，從在所述棱線提取步驟中提取的棱線中選擇存在于由所述焊接機(jī)器人能夠焊接的區(qū)域中的棱線；可焊接棱線追加步驟，對(duì)于在所述可焊接棱線提取步驟中選擇的棱線中的跨各面交界的棱線，計(jì)算其交點(diǎn)，并根據(jù)該交點(diǎn)的信息進(jìn)一步選擇能夠焊接的棱線；整合步驟，將在所述可焊接棱線提取步驟及所述可焊接棱線追加步驟中選擇的棱線整合成一條焊接線。進(jìn)而，優(yōu)選具有棱線移動(dòng)步驟，對(duì)于在所述棱線提取步驟中提取的棱線中的未與所述第一面組的各面相接的棱線，根據(jù)所述第一面組與所述第二面組的相互位置以及或者距離而移動(dòng)該棱線的位置。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠從多個(gè)焊接線候補(bǔ)中正確地選擇僅成為對(duì)象的焊接線，因此操作人員能夠迅速地生成成為作業(yè)對(duì)象的焊接線。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2(A) (C)分別是表示基準(zhǔn)面組及坡口面組的示例的立體圖。圖3是表示基準(zhǔn)面組和坡口面組的立體圖(坡口面貫通基準(zhǔn)面)。圖4㈧、(B)分別是用于說明棱線移動(dòng)步驟(焊接線的位置的修正)的示例的圖。圖5是表示焊接線的選定順序的流程圖。圖6㈧ ⑶是以時(shí)間序列表示焊接線的選定順序的圖。圖7是表示提取的棱線(能夠焊接的焊接線)的圖。圖8(A) (F)是以時(shí)間序列表示焊接線選定中的顯示器上的工件的顯示樣態(tài)的圖。圖9是表示焊接示教作業(yè)的流程圖。圖10是表示在顯示器畫面上顯示的工件圖形的示例的圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施方式。需要說明的是，在以下的說明中，對(duì)同一部件標(biāo)注同一符號(hào)。它們的名稱及功能也相同。因此，不重復(fù)它們的詳細(xì)說明。根據(jù)圖1對(duì)本實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)1的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖1所示，機(jī)器人系統(tǒng)1包括垂直多關(guān)節(jié)型的具備6軸的焊接機(jī)器人2、使焊接機(jī)器人2本身移動(dòng)的滑動(dòng)件3、以姿態(tài)可變化的狀態(tài)把持工件W的定位器4、具備示教盒 (teach pendant) 51的控制裝置5和微型計(jì)算機(jī)(個(gè)人計(jì)算機(jī))6。焊接機(jī)器人2是垂直多關(guān)節(jié)型的6軸工業(yè)用機(jī)器人，在其前端設(shè)置有焊炬21?？刂蒲b置5根據(jù)預(yù)先生成的示教程序300控制焊接機(jī)器人2、滑動(dòng)件3及定位器 4。示教程序300在有的情況下使用與控制裝置5連接的示教盒51生成，在有的情況下使用利用了微型計(jì)算機(jī)6的離線示教系統(tǒng)生成。無論哪種情況，示教程序300都在實(shí)際的動(dòng)作前預(yù)先生成。通過微型計(jì)算機(jī)6生成的示教程序300經(jīng)由磁存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的介質(zhì)等向控制裝置5傳輸或通過數(shù)據(jù)通信向控制裝置5傳送。微型計(jì)算機(jī)6即離線示教系統(tǒng)具備作為顯示裝置的能夠顯示圖形的顯示器，且具備作為輸入裝置的鍵盤或鼠標(biāo)。另外，離線示教系統(tǒng)為了取入工件W的CAD信息而設(shè)有磁存儲(chǔ)裝置或通信裝置。需要說明的是，本申請(qǐng)發(fā)明涉及根據(jù)在顯示器畫面上顯示的三維CAD數(shù)據(jù)的工件圖形來自動(dòng)選定由焊接機(jī)器人2進(jìn)行焊接的“焊接線”的焊接線的選定方法。焊接線的選定處理通過構(gòu)成離線示教系統(tǒng)的微型計(jì)算機(jī)6進(jìn)行。以下，對(duì)該焊接線選定處理的內(nèi)容進(jìn)行說明。首先，如圖2(A) (C)、圖3所示，焊接線存在于連續(xù)的兩個(gè)面或在不同構(gòu)件間也能夠與連續(xù)的方式同樣處理的兩個(gè)面的交線附近。因此，在本實(shí)施方式所涉及的機(jī)器人系統(tǒng)1中，通過經(jīng)過以下的步驟1 步驟7，可以根據(jù)在顯示器畫面上顯示的三維CAD數(shù)據(jù)的工件圖形來自動(dòng)地選定由焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接的焊接線?！げ襟E1(第一面組選定步驟)選擇構(gòu)成工件W的面且形成焊接的坡口的兩個(gè)面中的一個(gè)以上的一方的面(基準(zhǔn)面)，并將選擇的一方的面指定作為第一面組(基準(zhǔn)面組)?！げ襟E2(第二面組選定步驟)選擇形成焊接的坡口的兩個(gè)面中的一個(gè)以上的另一方的面(坡口面)，并將選擇的另一方的面指定作為第二面組(坡口面組)?！げ襟E3 (棱線提取步驟)在步驟2 (第二面組選定步驟)中選定的各面的棱線 (形成各面的邊緣的線或各面的棱邊線)中，提取全部的具有相對(duì)于基準(zhǔn)面組的各面的距離為零或接近零的值(根據(jù)焊接對(duì)象可適當(dāng)選定的值)以下的頂點(diǎn)的棱線。·步驟4(可焊接棱線提取步驟)根據(jù)基準(zhǔn)面組的各面及坡口面組的各面的法線向量的方向，從在步驟3(棱線提取步驟)中提取的棱線中選擇存在于能夠由焊接機(jī)器人焊接的區(qū)域中的棱線。 步驟5 (可焊接棱線追加步驟)對(duì)在步驟4 (可焊接棱線提取步驟)中選擇的棱線中的跨各面的交界的棱線計(jì)算其交點(diǎn)，根據(jù)該交點(diǎn)的信息進(jìn)一步選擇能夠焊接的棱線。·步驟6 (整合步驟)將在步驟4 (可焊接棱線提取步驟)及步驟5 (可焊接棱線追加步驟)中選擇的棱線整合成一條焊接線，從而形成焊接線。 步驟7(棱線移動(dòng)步驟)對(duì)于在步驟3 (棱線提取步驟)中提取的棱線中的不與基準(zhǔn)面組的各面相接的棱線，根據(jù)與基準(zhǔn)面組和坡口面組的相互位置及/或距離移動(dòng)該棱線的位置。需要說明的是，如圖4(A)所示，雖然坡口面與基準(zhǔn)面以大致90度的角度相合，但存在坡口面與基準(zhǔn)面不接合而存在縫隙(間隙)的情況，按照步驟1 步驟5的順序提取的焊接線成為坡口面?zhèn)鹊睦饩€，相對(duì)于基準(zhǔn)面存在縫隙(間隙)。因此，當(dāng)該縫隙小時(shí)，在步驟7(棱線移動(dòng)步驟)中將提取的焊接線(坡口面?zhèn)鹊睦饩€)向基準(zhǔn)面投射所得的線作為新的焊接線。當(dāng)該縫隙大時(shí)，在步驟7 (棱線移動(dòng)步驟)中將該縫隙的中間位置作為新的焊接線。如圖4(B)所示，雖然坡口面與基準(zhǔn)面大致水平地相合，但存在坡口面與基準(zhǔn)面不接合而存在縫隙(間隙)的情況，在步驟7 (棱線移動(dòng)步驟)中，將該縫隙的中間位置作為新的焊接線。圖5以流程圖的形式表示上述的焊接線的選定處理，圖6用圖形來表示。
在焊接線的選定處理中，首先，在圖5的SllO中指定成為基準(zhǔn)面的構(gòu)件的面。當(dāng)基準(zhǔn)面跨多個(gè)構(gòu)件時(shí)，指定多個(gè)基準(zhǔn)面。根據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)的不同，存在將曲面以多邊形的集合近似地表現(xiàn)(多邊形近似)的情況，因此在與指定平面相鄰的相同構(gòu)件的平面判斷為連續(xù)面時(shí)，這些面也自動(dòng)地被選擇。所述多個(gè)被選擇的面被存儲(chǔ)作為基準(zhǔn)面組。接著，在S120中，將形成焊接線的兩個(gè)面中的另一方的面與SllO同樣地根據(jù)需要指定多個(gè)面，并存儲(chǔ)作為坡口面組。在S130中，計(jì)算定義坡口面組各平面的棱線的兩個(gè)頂點(diǎn)與基準(zhǔn)面組的各平面的距離，提取全部的包括距離為零或零附近的頂點(diǎn)的棱線。此時(shí)，在一條棱線都未提取時(shí)，例如如圖3所示，考慮在平面上貫通圓柱構(gòu)件，而基準(zhǔn)面組側(cè)的棱線形成焊接線的情況等。這種情況下，通過改換基準(zhǔn)面組與坡口面組來提取棱線。即，計(jì)算基準(zhǔn)面組各平面的棱線的兩個(gè)頂點(diǎn)與坡口面組的距離，提取全部的包括距離為零或零附近的頂點(diǎn)的棱線。進(jìn)而，在S140中，考慮與基準(zhǔn)面組及坡口面組的各面垂直的法線向量。根據(jù)該法線向量的方向，從在S130中提取的棱線中，選擇全部的存在于由焊接機(jī)器人2能夠焊接的區(qū)域中的棱線。需要說明的是，在存在跨能夠焊接的區(qū)域和無法焊接的區(qū)域的棱線的情況下，通過計(jì)算其與區(qū)域的交點(diǎn)并利用得到的交點(diǎn)分離棱線，從而可僅選擇存在于能夠焊接的區(qū)間內(nèi)的棱線。例如，在提取圖6(A)所示那樣的棱線的情況下，如圖6 (B)所示，分別計(jì)算坡口面1 的方向(坡口面1的法線方向)、坡口面2的方向(坡口面2的法線方向)、坡口面3的方向(坡口面3的法線方向)。如圖6 (C)所示，判定坡口面1、坡口面2及坡口面3的法線向量交錯(cuò)的一側(cè)為能夠焊接區(qū)域，判定相反側(cè)為無法焊接區(qū)間。并且，如圖6(D)所示，處于能夠焊接區(qū)間內(nèi)的棱線被分離作為可焊接棱線。進(jìn)而，對(duì)于在S140中選擇的全部的能夠焊接的棱線，在棱線的兩個(gè)頂點(diǎn)與另一棱線的兩個(gè)頂點(diǎn)的各組合0組)中，即使存在一個(gè)距離為零或可看作零附近的距離以下的組合時(shí)，也在S150中將這些棱線整合成一條焊接線。在沒有這樣的組合時(shí)，計(jì)算各棱線的延長(zhǎng)或縮短的交點(diǎn)位置，將棱線的頂點(diǎn)修改成該位置。這樣處理的結(jié)果是，除了雖被提取但無法焊接的棱線以外，能夠生成圖7所示那樣連串的焊接線。在S150中生成的焊接線信息如使用圖4說明的那樣在S160中被修改。以下說明在實(shí)際進(jìn)行以上所述的焊接線的選定處理時(shí)在顯示器上顯示的工件W 的狀況。圖8表示在顯示器上顯示的工件W的顯示樣態(tài)。如圖8(A)的線框所示，該工件W 包括平板狀的工件W(I)、大致二字型的工件WQ)、與工件WQ)對(duì)稱的工件W(4)及將工件 W (2)和工件W(4)連接的工件W(3)。需要說明的是，在以下的說明中，工件WQ)、工件W(3) 及工件W(4)形成為一體化。如圖10所示，圖8(A)所示的工件W的線框具體由多條線段近似表示曲線。當(dāng)在該線框上選擇工件W的焊接線時(shí)，由于需要對(duì)多條線段一條一條地進(jìn)行選擇，因此非常麻煩。在焊接線生成順序中，首先指定基準(zhǔn)面(SllO)。此時(shí)，當(dāng)指定工件W(I)作為基準(zhǔn)面時(shí)(例如使鼠標(biāo)的指針前進(jìn)至工件W(I)后點(diǎn)擊鼠標(biāo)的按鈕)，則如圖8(B)所示，工件W(I)的顯示樣態(tài)發(fā)生變化(在圖8(B)中顯示影線，在彩色顯示器的情況下顏色發(fā)生變化)。接著，指定非基準(zhǔn)面的另一方的面(S120)。此時(shí)，根據(jù)需要指定多個(gè)面。當(dāng)指定工件W(2)作為另一方的面時(shí)(例如使鼠標(biāo)的指針前進(jìn)至工件W(2)后點(diǎn)擊鼠標(biāo)的按鈕)，則如圖8 (C)所示，工件W(2)的顯示樣態(tài)(顏色)發(fā)生。進(jìn)而，當(dāng)指定工件W(3)作為另一方的面時(shí)(例如使鼠標(biāo)的指針前進(jìn)至工件W(3) 后點(diǎn)擊鼠標(biāo)的按鈕)，則如圖8(D)所示，工件W(3)的顯示樣態(tài)(顏色)發(fā)生變化。進(jìn)而，當(dāng)指定工件W(4)作為另一方的面時(shí)(例如使鼠標(biāo)的指針前進(jìn)至工件W(4) 后點(diǎn)擊鼠標(biāo)的按鈕)，則如圖8(E)所示，工件W(4)的顯示樣態(tài)(顏色)發(fā)生變化。提取棱線(S130)，進(jìn)行能夠焊接的棱線區(qū)間的運(yùn)算和選擇(S140)，整合選擇的棱線而生成焊接線(S150)。這樣，如圖8(F)所示，顯示連續(xù)的焊接線。需要說明的是，如該圖8(F)所示，在工件W(I)與其他的工件(工件WQ)、工件 W(3)、工件WG))之間的無法焊接區(qū)間(法線向量不交差的區(qū)域)未生成焊接線。這樣，僅通過指定形成焊接線的基準(zhǔn)面和坡口面，就能夠高效地指定連串的連續(xù)焊接線。并且，在存在縫隙等的情況下，也能夠設(shè)定結(jié)合實(shí)際的焊接目標(biāo)位置，因此實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的提高。即，能夠減輕進(jìn)行基于焊接機(jī)器人的動(dòng)作軌跡的作成的操作人員的操作負(fù)擔(dān)，提供作業(yè)效率顯著提高的焊接線的選定處理。接下來，參照?qǐng)D9，說明焊接示教作業(yè)(教學(xué)作業(yè))。作為作業(yè)的前期準(zhǔn)備，將成為對(duì)象的工件的三維CAD數(shù)據(jù)100、定義機(jī)器人、定位器及滑動(dòng)件的機(jī)構(gòu)及三維形狀的機(jī)器人模型數(shù)據(jù)200事先讀入離線示教系統(tǒng)中。首先，在SlOO中進(jìn)行在本實(shí)施方式中說明了的焊接線的選定處理，指定焊接線的位置，生成焊接線信息。在S200中設(shè)定相對(duì)于各焊接線的焊接條件及焊炬的姿態(tài)。在S300中，根據(jù)需要設(shè)定滑動(dòng)件3的位置及定位器4的位置，以使機(jī)器人處于動(dòng)作范圍且不會(huì)發(fā)生干涉。在S400 中，設(shè)定焊接開始的接近軌跡、焊接結(jié)束的退避軌跡。通過進(jìn)行這樣的SlOO S400的處理而完成焊接示教作業(yè)(教學(xué)作業(yè))。最后，輸出由實(shí)際設(shè)備實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作的示教程序(機(jī)器人示教程序)300。機(jī)器人示教程序300經(jīng)由磁或電的存儲(chǔ)介質(zhì)向控制裝置5傳輸或通過數(shù)據(jù)通信向控制裝置5傳送。需要說明的是，本次公開的實(shí)施方式的所有情況均為例示，不應(yīng)認(rèn)為其是制限性的說明。本發(fā)明的范圍并非由上述的說明表示，而是由權(quán)利要求書的范圍表示，意在包括與權(quán)利要求書均等意思及范圍內(nèi)的所有變更。例如，在實(shí)施方式中以焊接機(jī)器人的離線示教系統(tǒng)為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也可以使用在自動(dòng)焊接裝置的焊接線指定等中。本申請(qǐng)基于2009年2月13日提出申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)(日本特愿2009-031216) 而作成，其內(nèi)容作為參考在此收入。符號(hào)說明1機(jī)器人系統(tǒng)2焊接機(jī)器人3滑動(dòng)件
4定位器5控制裝置6微型計(jì)算機(jī)
權(quán)利要求
1.一種焊接線選定方法，根據(jù)顯示在顯示器畫面上的三維CAD數(shù)據(jù)的工件圖形，自動(dòng)地選定由焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接的焊接線，其特征在于，具有第一面組選定步驟，在構(gòu)成所述工件圖形的面中的形成焊接的坡口的兩個(gè)面中選擇一個(gè)以上的一方的面，將選擇的一方的面指定為第一面組；第二面組選定步驟，在形成所述焊接的坡口的兩個(gè)面中選擇一個(gè)以上的另一方的面， 將選擇的另一方的面指定為第二面組；棱線提取步驟，從在所述第二面組選定步驟中選定的所述第二面組的各面的棱線中提取全部的具有相對(duì)于所述第一面組的各面的距離為規(guī)定值以下的頂點(diǎn)的棱線；可焊接棱線提取步驟，根據(jù)所述第一面組的各面及所述第二面組的各面的法線向量的方向，從在所述棱線提取步驟中提取的棱線中選擇存在于由所述焊接機(jī)器人能夠焊接的區(qū)域中的棱線；可焊接棱線追加步驟，對(duì)于在所述可焊接棱線提取步驟中選擇的棱線中的跨各面交界的棱線，計(jì)算其交點(diǎn)，并根據(jù)該交點(diǎn)的信息進(jìn)一步選擇能夠焊接的棱線；整合步驟，將在所述可焊接棱線提取步驟及所述可焊接棱線追加步驟中選擇的棱線整合成一條焊接線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接線選定方法，其特征在于，還具有棱線移動(dòng)步驟，對(duì)于在所述棱線提取步驟中提取的棱線中的未與所述第一面組的各面相接的棱線，根據(jù)所述第一面組與所述第二面組的相互位置以及/或者距離而移動(dòng)該棱線的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種焊接線選定方法，其目的在于根據(jù)由包括焊接線候補(bǔ)的多條線段構(gòu)成的三維CAD數(shù)據(jù)迅速地提取焊接線。本發(fā)明所涉及的焊接線選定方法包括指定形成焊接線的構(gòu)件的兩個(gè)面中的一方的面(作為基準(zhǔn)面的第一面)的步驟(S110)、指定形成焊接線的構(gòu)件的兩個(gè)面中的另一方的面(作為坡口面的第二面)的步驟(S120)、提取棱線的步驟(S130)、選擇能夠焊接的棱線區(qū)間的步驟(S140)、整合能夠焊接的棱線并生成焊接線信息的步驟(S150)、根據(jù)坡口形狀修改焊接線信息的步驟(S160)。
文檔編號(hào)B25J9/22GK102317024SQ20108000760
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者飛田正俊 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所