(57)【要約】【課題】溶接を三次元Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系で制御する方法を提供する。【解決手段】溶接された構造が、溶接される構造物に従って三次元支持ベース上に組立体で配置された幾つかの部片として提供され、溶接される構造物が撮影されて構造物に関してピクチャ・マップが作製され、同マップを使用することにより、構造物の溶接ポイントが識別され、且つそれに関して溶接パラメータ、特に始点及び溶接のタイプ並びに使用すべき溶接方法が決定され、それらの制御データが溶接装置の制御系に送られる方法であって、Ｘ−Ｙ平面における溶接装置の制御が前記供給されたピクチャ・マップ及び前記制御データに基づくように、溶接が行われ、且つ座標系のＺ軸、即ち縦軸方向の溶接される面のレベルが連続的に測定され、レベルについて決定された情報が溶接装置の制御系に送られ、それによって溶接装置がＺ軸方向においてもリアル・タイムで制御される。【選択図】図２
2005000998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接を三次元Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系で制御する方法であって、溶接された構造が、溶接される構造物に従って三次元支持ベース上に組立体で配置された幾つかの部片として提供され、溶接される構造物が撮影されて構造物に関してピクチャ・マップが作製され、同マップを使用することにより、構造物の溶接ポイントが識別され、且つそれに関して溶接パラメータ、特に始点及び溶接のタイプ並びに使用すべき溶接方法が決定され、それらの制御データが溶接装置の制御系に送られる方法であって、
Ｘ−Ｙ平面における溶接装置の制御が前記供給されたピクチャ・マップ及び前記制御データに基づくように、溶接が行われること、及び
座標系のＺ軸、即ち縦軸方向の溶接される面のレベルが連続的に測定され、レベルについて決定された情報が溶接装置の制御系に送られ、それによって溶接装置がＺ軸方向においてもリアル・タイムで制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
溶接される面に当てられたレーザ・ポインティングをレベル測定に使用し、レーザ・ポインティングをカメラ手段によりリアル・タイムでモニタし、カメラ手段が供給する情報に基づいて溶接される面の現在のレベルを決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
レーザ・ポインティングのために３つのレーザ・ポインタを使用することが好ましく、レーザ・ポインタが交差し、且つそのビームにより３つの点が提供されるように当てられること、及び前記測定点がカメラ手段によって撮影され、取得された視覚情報に基づいて、溶接される面の現在のレベルが前記測定点間の相互の距離の変化に基づき計算により決定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
溶接される面のレベル測定のために、溶接装置とともに供給された溶接ロボットと同じキャリッジにカメラ手段を取り付けることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記レベルの読取り値が溶接装置の制御系に送られ、同制御系が、溶接される面からの溶接装置の距離を一定に保つように構成されることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
溶接装置の制御を、溶接アークによる場合に対溶接開先監視によって、又は溶接装置の位置決めの小さな誤りを補正するための光学的溶接開先監視によって支援することができることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
調光器を設けた照明器具を使用して照明条件を等化することを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記請求項のいずれか一項に記載の方法であって、船舶の形状部片の自動化された溶接に適用されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系で溶接を制御する請求項１のプリアンブルによる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、造船において、形状部片の自動化された溶接は、一方ではプログラミング上の問題により、他方では製造精度の観点から生産現場では実現されなかった。実際、部品の寸法精度及びその位置決め精度が、例えば設計系から得られた情報に基づいて自動化を可能とするほど十分高いレベルに達していなかった。構成部品の製造及び位置決め精度を規定すること、並びにシミュレーション等に基づくプログラミング・システムを開発することによってこの問題を解決すべく努力が重ねられた。しかし、次いで技術的実現においても費用においても深刻な問題に直面した。
【０００３】
特許出願ＦＩ２０００１９０７号は、溶接ロボット及び人工視覚システムを使用して部品を下向き溶接する方法を開示している。即ち、支持ベース上に配置された溶接される構造物を先ず撮影し、次いで、作製されたピクチャ・マップに基づいて溶接するポイント、及びそれに関する溶接パラメータが識別され且つ決定され、前記パラメータが溶接機に送られ、それによって溶接が制御される。また、プログラム可能なマクロ・プログラムも溶接に使用することが好ましかろう。この方法には、それ自体長所があるが、三次元曲面を有する部品の溶接に適用可能なものではない。
【０００４】
米国特許第５９９９６４２号は、溶接する三次元構造の撮影方法及び装置を開示している。即ち、構造物を十分な数のカメラにより及び／又は幾つかの角度から走査して撮影し、それによって溶接される構造物が十分に定義され、次いで構造物の情報が溶接ロボットを制御する溶接プログラムに送られる。したがって、全体の三次元構造に関する完全な視覚情報が生成され、その情報によって溶接ロボットの作動が現実世界で制御される。したがって、この方法はそもそも溶接される構造物のコンピュータ・メモリ用に作製される数学的モデルに関する。それは手数を要し、その画像処理が複雑であり、したがってこの方法は全体的に見てきわめて時間が掛かり、また実際の溶接工程に関わる精度不良をこの方法では回避できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、溶接ロボット等を使用して三次元構造の溶接を可能とする極力簡潔且つ容易な、新規の方法を提供することにあり、これによって前記の周知の方法に関する欠点が取り除かれた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、請求項１及び他の請求項にさらに詳細に記述の如くに達成することを可能とする。本発明によれば、溶接は、溶接装置のＸ−Ｙ平面制御が供給されたピクチャ・マップ及びそれに基づいて決定された制御データに基づくように、且つ溶接される面のＺ軸、即ち座標軸系の縦軸方向のレベルが連続的に測定され、レベルについて決定された情報が溶接装置の制御系に送られ、それによって溶接装置がリアル・タイムでＺ軸方向にも制御されるように達成される。本発明によれば、溶接装置、即ち溶接ロボット又はマニピュレータ制御のためのベースを与えるには、形状部片に関する二次元の視覚情報を得れば十分とされ、リアル・タイム縦方向測定及び調整によって完成される。したがって、溶接される構造物の曲面は、溶接ロボットには平面投影することができ、三次元構造の複雑な事前撮影をする必要がない。
【０００７】
溶接される面に当てられたレーザ・ポインティングはレベル測定に使用されるのが好ましく、レーザ・ポインティングをカメラ手段によりリアル・タイムでモニタし、カメラ手段が供給する情報に基づいて溶接される面の現在のレベルが決定される。レーザ・ポインティングのためには、３つのレーザ・ポインタを使用することが好ましく、レーザ・ポインタが交差し、且つそのビームにより３つの点が提供されるように当てられる。前記測定点は、カメラ手段によって撮影され、取得された視覚情報に基づいて溶接される面の現在のレベルが前記測定点間の相互の距離の変化に基づく計算により決定される。Ｚ軸の制御データは、溶接される物体に多分存在する入り組んだ構造によって生成される不適正な情報を回避するには、長目の距離に亘って計算することが好ましい。
【０００８】
溶接される面のレベル測定のために、ロボット及び溶接装置とともに同じキャリッジにカメラ手段を取り付けることが好ましい。Ｚ軸方向の制御自体は、他と無関係に溶接ロボットと平行操作してもよし、或いはロボットの制御と一体としてもよい。
【０００９】
前記レベルの読取り値が溶接装置の制御系に送られ、同制御系は溶接される面からの溶接装置の距離を一定に保つように構成される。さらに、溶接装置の制御を例えば溶接アークによる場合に対溶接開先監視によって、又は溶接装置の位置決めの小さな誤りを補正するための光学的溶接開先監視によって支援することができる。
【００１０】
調光器を設けた照明器具を使用して照明条件を等化することが好ましい。したがって、ピクチャ・マップの作製に対する照明条件の変化の影響を極力取り除くことが可能とされる。
【００１１】
この方法は、特に船舶の形状部片の自動化された溶接に適用可能とされる。
【００１２】
以下に、本発明を添付図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１３】
図面において、符号１は溶接される構造物を示し、この場合は造船で使用され、複数の長手及び横方向支持構造を有する形状部片で、その枢要部分が制御可能なロボットにより溶接可能な部分とされる。形状部片１は、支持ベース２上に置かれ、支持ベースはロボット・ポータル３のワーキング・エリア内に位置している。溶接ロボット４は、ロボット・ポータル３に位置し、さらにこのシステムはカメラ手段５を備える。ロボット・ポータル３は、実際には軌条径路に配置され、したがってワーキング・エリアに関して移動可能とされる。ロボット・ポータルは、必要とされる場合には、ロボット・ポータル数基を同一軌条経路に配置し、また各ポータルに１台又は２台の溶接ロボット４を搭載してもよい。溶接ロボット４は、ワーキング・エリア内をＸＹ方向並びにＺ方向に移動可能とすることを要する。
【００１４】
カメラ手段５は、ディジタル・カメラ等のカメラ１台又は数台を備えることができ、且つ、例えばポータル自体に溶接装置とともに又はそれと離間して置くもよし、或いはポータルを囲繞する構造に置く等、様々な態様で置くことができる。照明の条件次第により、システムにはハロゲン・ランプ（図示せず）等の照明器具を含むことができ、照明器具には調光器を設け、それによって、支配的な条件が極力一定に保たれて撮影の結果が上々であるようにすることが好ましい。
【００１５】
曲面及び二重曲面形状のため、本発明による方法は縦方向レンジングのために適用可能なシステムをも必要とし、そのシステムを図２に示す。そのレンジングは、３つのレーザ・ポインタ６に基づくことが好ましかろう。これらのレーザ・ポインタは、レーザが交差し、そのビームが形状部片１の表面上の３つの点７から成る三角形を形成するように当てられる。表面のレベル及び姿勢がプレート・フィールドが曲がるにつれて変化するため、レーザ・ビームの点相互間の距離も変化する。測定点７がカメラ手段５によって連続的に撮影される。カメラ手段は、溶接ロボットと同じキャリッジに配置されることが好ましかろう。レンジングのために使用されるカメラは、所要の場合には、構造物１の全体撮影のために使用するカメラ手段とは別個とすることができる。測定点相互間の距離の変化に基づき、溶接される表面の現在のレベルが計算によって決定される。このレンジング・システムは、溶接ロボットを縦方向、即ち、Ｚ方向において制御するために使用される。リアル・タイムのレベル制御であることから、曲面はロボットの視点からは、平坦であるかのように見えるため、二次元制御データ及び平坦品用に開発された自動化溶接システムを三次元部片に適用することが好ましかろう。
【００１６】
Ｚ軸の制御データは、入り組んだ構造によって生成される不適正な情報を回避するには、長目の距離に亘って計算することが好ましい。Ｚ軸沿いの制御は、他と無関係に溶接ロボットと平行操作してもよし、或いは溶接ロボットの制御と一体に溶接ロボットの制御下で操作することとしてもよい。
【００１７】
本発明による方法の作動原理は、基本的に以下の通りとする。縦の区分材が湾曲したシート・パネルに仮付け溶接によって止着されている形状部片が溶接ロボットのワーキング・エリア内の支持ベースに置かれる。ワーキング・エリアは、カメラ手段によって撮影され、所要の場合には、適切な照明を使用して識別を促進することができる。溶接ロボットによって達成される溶接は、予めプログラムされたマクロ・プログラムに基づき、その入力データはカメラ手段により供給される正式のデータから成る。最も簡潔な形式では、Ｘ−Ｙ平面のいわゆるスケルトン・イメージが形状部片に関して形成され、そこで具体的な溶接ポイントが識別され、且つその溶接ポイントに対して適切な溶接のタイプが溶接パラメータとともに選択される。オペレータは、溶接ロボットのプログラミングを行う。溶接ロボットは、第１の溶接が決まれば始動することができる。Ｚ軸方向の溶接制御は、上述のようにリアル・タイム・レベル監視によって行われ、それによってこのレベル制御システムは溶接する面から溶接ロボットへの距離を一定に保つ。
【００１８】
溶接においては、シーム・トラッキングを使用してロボットの溶接ヘッドによる位置決めの些少のエラーを補正することができる。シーム・トラッキングは、例えば定電圧溶接（ミグ／マグ溶接）が関わるときに、溶接電流がフリー・ワイヤの長さに従って変化するように行うことができる。励振機構を使用してシーム溶接するとき、アークによるシーム・トラッキングにおいては、シームが対称の場合には溶接電流が同一点の両面に関して同等の強さとなる。シームの溶融面からの溶接ヘッドの距離が変化するときには、溶接電流の強さが等しくなくなり、その値が測定されて、電流値の偏差を均すためにシーム・トラッキングの経路が変わる。
【００１９】
本発明による方法の本質的な利点は、プログラミング段階のカメラ画像にないＺ座標値を与えるか、又は計算により決定する必要がある事実に存する。
【００２０】
本発明は、上述の用途に限定されず、請求項の範囲内で幾つかの変更が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による方法が適用される自動化された溶接アレンジメントの１つの原理を示す図である。
【図２】本発明による方法が適用されたレーザ・ポインタに基づくレンジング・システムを示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  構造物
２  支持ベース
３  ロボット・ポータル
４  溶接ロボット
５  カメラ手段
６  レーザ・ポインタ
７  測定点
【図１】
2005000998.tif 000003
【図２】
2005000998.tif 000004