(57)【要約】 【課題】溶接対象物を治具にセットし自動溶接装置にパラメータを設定し溶接を行わせる一連の溶接過程を効率よく行えるようにする。【解決手段】実施形態の溶接プログラム作成装置は、当板およびノズル板の位置を特定し互いの係合部を溶接ロボットに溶接させる動作プログラムを作成する溶接プログラム作成装置であり、記憶部、取得部および教示点生成部を備える。記憶部にはノズル板の外形を示すＣＡＤデータが記憶されている。取得部は当板に対する穴明け用のＮＣデータを取得する。教示点生成部は取得された当板に対するレーザ穴明け用のＮＣデータと記憶部から読み出したノズル板のＣＡＤデータとを溶接時に欠陥の出ない位置に回転し、当板に対するレーザ穴明けデータから溶接用の教示点を生成する。【選択図】図１
2016062477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め当板に設けた穴にノズル板を差し込み係合させた状態で視覚センサにより互いの係合部のデータを測定し、測定したデータとパターンマッチングするためのマスタ画像を生成し、前記マスタ画像を基に前記当板および前記ノズル板の位置を特定し溶接ロボットに溶接させる動作プログラムを作成する溶接プログラム作成装置において、
前記ノズル板の外形を示すＣＡＤデータが記憶された記憶部と、
前記当板に対するレーザ穴明け用のＮＣデータを取得する取得部と、
取得された前記当板に対するレーザ穴明け用のＮＣデータと前記記憶部から読み出した前記ノズル板の前記ＣＡＤデータとを溶接時に欠陥の出ない位置に回転し、前記当板に対するレーザ穴明けデータから溶接用の教示点を生成する教示点生成部と
を備える溶接プログラム作成装置。
【請求項２】
前記レーザ穴明け用のＮＣデータと前記ＣＡＤデータとを重ね合わせて互いのギャップ部分を塗りつぶすことでマスタ画像を生成する画像生成部を備える請求項１記載の溶接プログラム作成装置。
【請求項３】
前記レーザ穴明け用のＮＣデータを基に前記溶接ロボットの動作プログラムの一つである溶接用プログラムの溶接用の教示点を生成する上で、前記ＮＣデータを所定の間隔または所定の点数だけ間引いて溶接用の教示点を設定する請求項１記載の溶接プログラム作成装置。
【請求項４】
前記ＮＣデータを線で結び、前記線が円弧を描くような場合に前記線の曲り方向が切り替わるポイントを変曲点として検出し、検出した変曲点を前記教示点の少なくとも一つとして残す請求項１記載の溶接プログラム作成装置。
【請求項５】
前記円弧を描く半径が適正範囲内か否かに応じて補間処理を決定する請求項３記載の溶接プログラム作成装置。
【請求項６】
予め当板に設けた穴にノズル板を差し込み係合させた状態で視覚センサにより互いの係合部のデータを測定し、測定したデータとパターンマッチングするためのマスタ画像を生成し、前記マスタ画像を基に前記当板および前記ノズル板の位置を特定し溶接ロボットに溶接させる動作プログラムを作成する溶接プログラム作成装置における溶接プログラム作成方法において、
前記当板に対するレーザ穴明け用のＮＣデータを取得し、
取得した前記当板に対するレーザ穴明け用のＮＣデータと前記ノズル板の外形を示すＣＡＤデータが記憶された記憶部から読み出した前記ノズル板の前記ＣＡＤデータとを溶接時に欠陥の出ない位置に回転し、前記当板に対するレーザ穴明けデータから溶接用の教示点を生成する溶接プログラム作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、溶接プログラム作成装置および溶接プログラム作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンに使用する部材の一つにノズルダイアフラムという静翼の構造を担う部材があるが、このノズルダイアフラムを製作する工程には、当板にノズル板の形状に合わせて穴を空け、その当板の穴にノズル板を差し込み溶接する溶接工程、つまりノズル・シール溶接工程がある。
【０００３】
このノズル・シール溶接工程では、例えば熱交換器などにおける管穴シール自動溶接と同様に、溶接対象物の加工誤差と組立て誤差、溶接対象物の設置誤差、および溶接変形による施工部位のずれを補正するため、ＣＣＤカメラなどの視覚センサで撮像した施工部位の画像と予め撮像しておいたマスタ画像とをパターンマッチングし、施工部位の画像のずれ量を検出し、その値で自動溶接装置の動作プログラム内の溶接狙い位置を自動で補正している。
【０００４】
また、ノズル板の外周面と当板穴面との間に生じるギャップと、ノズル板端面と当板表面との間に生じる段差に合わせて、作業者が動作プログラム内の溶接条件と溶接の狙い位置を調整するとともに、段差が規定以上の場合は段差を埋める肉盛溶接の動作プログラムを作成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４２２６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の自動溶接装置を動作させる動作プログラムは、溶接対象物の位置決め装置の各動作軸を溶接部位の傾きが溶接条件の裕度内に入る位置に設定し、溶接対象物を溶接対象物の位置決め装置に固定するための治具と溶接トーチとの干渉を避けるとともに、溶接変形を抑制する施工順序に溶接するなどを考慮して作る必要があるなど、作業者に煩雑な段取り作業をさせるとともに、段取り作業に時間を要し、作業効率が悪いという課題があった。
【０００７】
また、視覚センサを用いた溶接の事前準備作業では、施工箇所のずれを検出するためのマスタ画像の撮像や、パターンマッチングの対象範囲などのパラメータ設定を、実際の施工対象物の基準となる施工部位を対象に作業者が行なわなければならず、マスタ画像の作成に時間がかかるとともに、作業には知識と経験が必要となる。
【０００８】
さらに、視覚センサによる計測と自動溶接の動作プログラムを作業者が作成するとともに、上記ギャップと段差の状況に応じて溶接条件と溶接狙い位置を調整しなければならない。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、溶接対象物を治具にセットし自動溶接装置にパラメータを設定し溶接を行わせる一連の溶接過程を効率よく行うことができる溶接プログラム作成装置および溶接プログラム作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の溶接プログラム作成装置は、予め当板に設けた穴にノズル板を差し込み係合させた状態で視覚センサにより互いの係合部のデータを測定し、測定したデータとパターンマッチングするためのマスタ画像を生成し、前記マスタ画像を基に当板およびノズル板の位置を特定し溶接ロボットに溶接させる動作プログラムを作成する溶接プログラム作成装置であり、記憶部、取得部および教示点生成部を備える。記憶部にはノズル板の外形を示すＣＡＤデータが記憶されている。取得部は当板に対する穴明け用のＮＣデータを取得する。教示点生成部は取得された当板に対するレーザ穴明け用のＮＣデータと記憶部から読み出したノズル板のＣＡＤデータとを溶接時に欠陥の出ない位置に回転し、当板に対するレーザ穴明けデータから溶接用の教示点を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態のシール溶接システムの構成を示す図である。
【図２】溶接対象物の全体図である。
【図３】図２の溶接対象物の部分断面図である。
【図４】ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータが行う動作を示すフローチャートである。
【図５】下向き溶接のための施工箇所の位置決め方法を説明するための図である。
【図６】最上（下）端の算出方法を説明するための図である。
【図７】ワーク座標系とロボット座標系の違いを説明するための図である。
【図８】マスタ画像の作成動作を示すフローチャートである。
【図９】マスタ画像を作成する際の投影動作を説明するための図である。
【図１０】投影画像からマスタ画像を作成する動作を説明するための図である。
【図１１】マスタ画像の取り込み範囲を選定する動作を説明するための図である。
【図１２】視覚センサによる画像の取り込み動作を説明するための図である。
【図１３】二次元形状センサによる形状計測動作を説明するための図である。
【図１４】シール溶接プログラムの作成手順を説明するための図である。
【図１５】当板のレーザ穴明け用ＮＣデータ（点列データ）を間引き、教示点の数を削減する動作を説明するための図である。
【図１６】曲線の変曲点を説明するための図である。
【図１７】自動シール溶接動作を示すフローチャートである。
【図１８】距離センサを用いた例を示す図である。
【図１９】エッジ検出機能を持つ視覚センサを用いた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施形態）  
図１は第１実施形態のシール溶接システムを示す図である。  
図１に示すように、第１実施形態のシール溶接システムは、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１、ロボット制御装置２、二次元形状センサ制御装置３、視覚センサ制御装置４、溶接機構部としてのロボット部５、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１と例えばＬＡＮなどのネットワーク６を介して接続されたレーザＮＣ装置７とを有する。
【００１４】
レーザＮＣ装置７には当板１１（図２、図３参照）に穴１１ａ（図２、図３参照）を空けるためのレーザ穴明け用ＮＣデータが予め保存されている。
【００１５】
ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスク装置、通信インターフェースなどを備えたＣＡＤ／ＣＡＭ用のコンピュータであり、ＣＰＵがメモリに記憶された制御プログラムを読み出し、読み出した制御プログラムを実行することで、距離計測、位置ずれ計測、形状計測などの各種計測プログラムの作成と、シール溶接および肉盛り溶接などの溶接プログラムの作成と、実物の計測データとＣＡＤデータから導出した形状データとのパターンマッチングに使用するマスタ画像の作成を行う。
【００１６】
ＣＰＵは当板１１に対するレーザ穴明け用のＮＣデータをレーザＮＣ装置７から取得する取得部である。このＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１のハードディスク装置には予めノズル板１２などの設計データ（形状データ）である三次元ＣＡＤデータが保存（記憶）されている。つまりハードディスク装置は当板１１およびノズル板１２の外形を示すＣＡＤデータが記憶された記憶部である。
【００１７】
ＣＰＵは取得された当板１１に対するレーザ穴明け用のＮＣデータとハードディスク装置から読み出したノズル板１２の三次元ＣＡＤデータとを溶接時に欠陥の出ない位置に回転し、当板１１に対するレーザ穴明けデータから溶接用の教示点を生成する教示点生成部として機能する。
【００１８】
またＣＰＵはレーザＮＣ装置７から取得された当板１１に対するレーザ穴明け用のＮＣデータとハードディスク装置から読み出したノズル板１２のＣＡＤデータとを重ね合わせて互いのギャップ部分を塗りつぶすことでマスタ画像を生成するマスタ画像生成部として機能する。
【００１９】
ＣＰＵは視覚センサ５４および二次元形状センサ５３などの各センサにより計測された計測情報を基にワーク位置・姿勢、トーチ位置・姿勢、センサ位置・姿勢を修正するとともに溶接対象物５０の溶接部位のギャップＴ１（図３参照）と段差Ｔ２（図３参照）に対応した溶接条件を溶接プログラム（シール溶接プログラムおよび肉盛溶接プログラムなど）に設定する。
【００２０】
つまりこのＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は、予め当板１１に設けた穴１１ａにノズル板１２を差し込み係合させた状態で視覚センサ５４により互いの部材の係合部のデータを測定し、測定したデータとパターンマッチングするためのマスタ画像を生成し、マスタ画像を基に当板１１およびノズル板１２の位置を特定し互いの係合部を溶接ロボット５１に溶接させる動作プログラムを作成するプログラム作成装置である。
【００２１】
二次元形状センサ制御装置３は、二次元形状センサ５３により得られた施工部位との距離および形状の測定結果から溶接対象物５０までの距離およびギャップ・段差を算出する。
【００２２】
視覚センサ制御装置４は視覚センサ５４によって得られた施工部位とのパターンマッチングのずれ量から位置ずれ量を算出しロボット制御装置２へ送る。
【００２３】
ロボット制御装置２は、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１により生成された計測プログラム及び溶接プログラムを読み込み、視覚センサ制御装置４により算出された位置ずれ量と、二次元形状センサ制御装置３により算出された距離、ギャップおよび段差とから溶接ロボット５１、スライダ５８、ポジショナ５５へ移動指令（制御信号）を出力して計測およびシール溶接を実施する。
【００２４】
ロボット部５は、自動溶接装置としての溶接ロボット５１と、この溶接ロボット５１を上下に移動（昇降）するスライダ５８と、溶接対象物位置決め装置としてのポジショナ５５とを有する。
【００２５】
溶接ロボット５１は、回転軸で連結した複数のアーム５１ａを備えており、アーム５１ａの先端をさまざまな方向に移動可能である。アーム５１ａの先端には溶接トーチ５２、施工部位との距離および形状を計測するためのセンサとしての二次元形状センサ５３、溶接変形や芯のずれによって生じる位置ずれを計測するための画像を撮像する画像撮像装置としての視覚センサ５４が取り付けられており、溶接対象物５０の状態を計測しつつ溶接が可能である。
【００２６】
ポジショナ５５は溶接対象物５０を支持する支持具６０を固定した円盤状の部材５６とこの円盤状の部材５６を回転させる回転軸５７と、この回転軸５７を傾斜させるポジショナ本体部５９とを有するものである。
【００２７】
つまりポジショナ５５は溶接対象物５０を傾斜させる方向Ａの動作と回転させる方向Ｂの動作が可能な２軸の位置決め装置である。ポジショナ５５は溶接対象物５０を支持しつつ溶接ロボット５１が溶接対象物５０を溶接しやすい位置に移動（傾斜・旋回）させる。
【００２８】
図２は溶接対象物５０の全体図、図３はその部分断面図である。
溶接対象物５０は例えば蒸気タービンに使用する部材の一つにノズルダイアフラムという静翼の構造を担う部材の一部であり、ノズル板と当板とを係合させたものである。
【００２９】
溶接対象物５０は、具体的には、図２に示すように、ノズル板１２の外形に合わせて当板１１に開けられた穴１１ａにノズル板１２を差し込むことで係合し、その係合部分をシール溶接するものである。
【００３０】
このようにノズル板１２が当板１１の穴１１ａに差し込まれるため、図３に示すように、互いの係合部にはギャップＴ１や段差Ｔ２などが生じる。このため、ギャップＴ１や段差Ｔ２を埋めるようにシール溶接してシール溶接部１３を形成して接合する必要がある。
【００３１】
ここで、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１による溶接前準備（施工前）作業について説明する。
【００３２】
図４は溶接対象物５０を支持具６０（治具）にセットし溶接ロボット５１にパラメータを設定しシール溶接を行うための事前準備の手順を示すフローチャートである。  
当板１１のレーザ穴明け用ＮＣデータの読み込み（ステップＳ１０１）、ワークの位置合わせ（ステップＳ１０２）、座標変換（ステップＳ１０３）、マスタ画像作成（ステップＳ１０４）、距離計測プログラム作成（ステップＳ１０５）、位置ずれ量計測プログラム作成（ステップＳ１０６）、形状計測プログラム作成（ステップＳ１０７）、シール溶接プログラム作成（ステップＳ１０８）、肉盛溶接プログラム作成（ステップＳ１０９）という手順で事前準備が進められる。
【００３３】
つまり施工前にＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１にて行う処理としては、当板１１のレーザ穴明け用ＮＣデータを読み込むことと、計測・溶接プログラムを作成することと、パターンマッチングに使用するマスタ画像を作成することである。
【００３４】
以下、上記各手順を詳細に説明する。  
ステップＳ１０１では、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は、まず、ネットワーク６を通じてレーザＮＣ装置７にアクセスし、当板１１のレーザ穴明け用ＮＣデータをレーザＮＣ装置７から読み込む。
【００３５】
次に、ステップＳ１０２、Ｓ１０３では、予めこのコンピュータ自身のハーディスクなどに保存されているノズル板１２の三次元形状データを読み出し、読み出したノズル板１２の三次元形状データおよび当板１１のレーザ穴明け用ＮＣデータを実際の溶接時にポジショナ５５の旋回軸で位置決めされる位置に旋回軸周りに回転しワークの位置を合わせた後に、当板１１の穴端面に点列を作成し、その点列データをワーク座標系からロボット座標系に座標変換する。
【００３６】
図５に示すように、当板レーザ穴明けデータ位置がポジショナ５５の最上端または最下端からずれていた場合はシール溶接する部位が傾斜し、予め設定されている溶接条件範囲ではカバーしきれない状態となり、溶接欠陥が発生する可能性が高い。このため、図６に示すように、この溶接欠陥を発生する可能性が高い範囲としてポジショナ５５の旋回軸方向であるＸ軸に対する角度範囲±θで予め設定する。
【００３７】
次に当板１１の穴端面のラインの接戦方向がこの±θに入る範囲を算出し、その範囲の当板周方向であるＹ軸方向成分で中央とする位置とＹφがポジショナ５５の最上端または最下端になるようにノズル板１２の三次元データおよび当板１１のレーザ穴明け用ＮＣデータを旋回軸周りに回転する。なお、このＸ軸に対する角度範囲±θで回転角度を求める方法に替え、ノズル板端面の面積重臣を求め、これをＹφとする簡易的な方法も適用できる。
【００３８】
次に、当板１１の穴端面に点列を作成し、その点列データをロボット用プログラムの教示点の位置・姿勢情報に変換するため、図７に示すように、溶接対象物５０を基準としたワーク座標系から、溶接ロボット５１を基準としたロボット座標系へ座標変換する。
【００３９】
溶接対象のノズル板１２は複数あり、それぞれの形状は同一である。ノズル板１２は一定の角度ピッチで当板１１に配列（列設）されるため、ポジショナ５５の旋回で位置を合わせて上記の座標変換を行なって作られた溶接プログラムで溶接を行ないたい。
【００４０】
しかし、実際には、設置の際の芯のずれや溶接変形による位置ずれが生じるため、位置補正が必要となる。
【００４１】
この位置ずれ量の計測を視覚センサ５４により取得される画像データを用いたパターンマッチングにより視覚センサ制御装置４が行う。
【００４２】
視覚センサ制御装置４によるパターンマッチングに必要となるマスタ画像は、図８に示すフローチャートに従い、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１が当板１１のレーザ穴明け用ＮＣデータおよびノズル板１２の三次元形状データから作成する。
【００４３】
この場合、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は、ネットワーク６を通じてレーザＮＣ装置７にアクセスし、当板１１のレーザ穴明け用ＮＣデータ（三次元データ）をレーザＮＣ装置７から取り込み（図８のステップＳ２０１）、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１に予め保持されているノズル板１２のＣＡＤ／ＣＡＭデータ（三次元形状データ）が、３Ｄデータ上でレーザ穴明け用ＮＣデータに接触するまで仮付けのある側にノズル板１２の形状データを平行にシフトする（ステップＳ２０２）。
【００４４】
レーザ穴明け用ＮＣデータである点列データを線で結んだラインおよびノズル板１２のＣＡＤ／ＣＡＭデータの端面の外周ラインをノズル板１２の中心線の鉛直方向に投影し、二次元化することで（ステップＳ２０３）、当板１１の穴形状データ９１およびノズル板１２の形状データ９２（図１０参照）を得る。
【００４５】
当板１１の穴形状データ９１とノズル板１２の形状データとの間（線間）がギャップであり、実物を視覚センサ５４（カメラ）で撮影した場合にこの部分が影となるため、このギャップの部分を黒く塗りつぶして（ステップＳ２０４）、マスタ画像９４を作成する。
【００４６】
最後に、視覚センサ５４の視野角および視覚センサ５４とワーク表面との基準距離を参照し、画像を拡縮（拡大または縮小）することで（ステップＳ２０５）、マスタ画像９４が作成される。
【００４７】
位置ずれ量を正確に算出するためには、基準距離から視覚センサ５４により溶接対象物５０を撮影する必要があるため、視覚センサ５４から溶接対象物５０までのノズル板１２の鉛直方向の距離を計測する溶接ロボット５１の姿勢および計測命令を含む距離計測プログラムを作成する。
【００４８】
パターンマッチングを行う際、視覚センサ５４が撮像する画像の取り込み範囲をマスタ画像９４より算出する。図１１に示すように、画像を取り込む範囲９５は、形状に特徴のある範囲が適しているため、マスタ画像９４の頂部付近（上端部）とする。なおこれ以外に下端部でもよい。
【００４９】
図１２に示すように、ノズル板１２の鉛直方向の基準距離から視覚センサ５４により溶接対象物５０を撮影し、撮影した画像全体からノズル板１２の外形と取り込み範囲９５の画像を検出し、実物の画像とマスタ画像９４（データ）との位置ずれ量を算出する。
【００５０】
計測・溶接プログラムの教示点位置を、算出した位置ずれ量の値で補正することで、位置ずれに対応させた施工が可能となる。
【００５１】
視覚センサ５４により溶接対象物５０を撮影するための溶接ロボット５１の位置・姿勢および計測命令を含む位置ずれ量計測プログラムをＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１が作成する。
【００５２】
溶接対象の箇所には、図３で示したギャップＴ１および段差Ｔ２が存在するため、単一の溶接条件では対応できない。このため、ギャップＴ１や段差Ｔ２に応じた溶接条件をロボット制御装置２に設定（選定）しなければならない。
【００５３】
そこで、図１３に示すように、ノズル板１２の鉛直方向の基準距離に移動させた二次元形状センサ５３によりギャップＴ１および段差Ｔ２を計測する。このための溶接ロボット５１の姿勢および計測命令を含む形状計測プログラムをＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１が作成する。
【００５４】
次に、図１４のフローチャートおよび図１５，図１６を参照してシール溶接プログラムの作成手順を説明する。  
シール溶接のためのロボット用プログラムの教示点は、溶接条件やウィービング条件から、当板１１に開けられた穴１１ａの端部をねらうことが適していることが判っている。
【００５５】
そこで、図１５に示す当板１１のレーザ穴明け用ＮＣデータ１０１を利用する。
【００５６】
レーザ穴明け用ＮＣデータ１０１は、多数の点列データであるが、溶接ロボット５１では作業者（オペレータ）による教示点の修正作業が可能なように、教示点を絞り込んで円弧補間で動作させることが必要となる。
【００５７】
このため、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は予め設定した間隔または教示点の数になるように、つまり一定の条件を満たすように教示点を間引き、教示点の数を削減したシール溶接プログラムを作成する。
【００５８】
この場合、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は、当板１１のレーザ穴明け用ＮＣデータ１０１を読み込む（図１４のステップＳ３０１）。
【００５９】
続いて、読み込んだレーザ穴明け用ＮＣデータ１０１（点列データ）を線で結び、線が円弧を描くような場合に線の曲り方向が切り替わるポイントである変曲点を検出する（ステップＳ３０２）。
【００６０】
続いて、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は予め設定した間隔もしくは教示点数になるように、レーザ穴明け用ＮＣデータ１０１（点列データ）から点を間引き（ステップＳ３０３）、図１５に示すように、間引きされた教示点１０２を設定する。
【００６１】
点列データから点を間引く際の条件として、図１６に示すように、変曲点１０３は必ず教示点として残すようにする。また、円弧半径が適正範囲よりも大きい場合や小さい場合には円弧補間ではねらい位置から外れてしまうことがある。
【００６２】
このため、各教示点間の補間を行うため、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１はその前後の教示点を結んだ円弧の円弧半径を算出し（ステップＳ３０４）、円弧半径が予め設定した適正範囲内か否かを判定し（ステップＳ３０５）、適正範囲外の場合（ステップＳ３０５のＮｏ）、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は補間処理を直線補間とする（ステップＳ３０６）。
【００６３】
また判定の結果、適正範囲の場合（ステップＳ３０５のＹｅｓ）、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は補間処理を円弧補間とする（ステップＳ３０７）。
また、ロボット制御装置２に予め記憶されているツール位置情報から各教示点における溶接ロボット５１の姿勢を算出することで（ステップＳ３０８）、常に下向き姿勢のシール溶接用ロボットプログラムが作成される。
【００６４】
これらのことによりロボット用プログラムを一点一点教示していくのではなく、自動的に作成されたプログラムをオペレータが修正・確認するだけで、溶接の事前準備作業を行うことが可能となる。
【００６５】
当板１１の表面とノズル板１２の端面の段差が大きい場合には肉盛溶接を行うことで形状を整える。このためには、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は、肉盛溶接用ロボットプログラムを作成する。
この場合、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は、上述した二次元形状センサ５３による形状計測により得られた段差Ｔ２から肉盛溶接の要否を判定する。
【００６６】
肉盛溶接が必要な場合、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１は、段差Ｔ２を埋めるために必要な肉盛量を算出し、算出した肉盛量に応じた溶接条件およびウィービング条件を算出し、既に作成したシール溶接用ロボットプログラムの教示点の位置・姿勢データを基に肉盛溶接の教示点の位置・姿勢データを算出する。
【００６７】
ノズル板１２の組立て誤差によって段差が異なるため、肉盛溶接時のアーク長がノズル板１２によって変化してしまう。アーク長を一定に保つため、段差に応じて肉盛溶接の教示点の高さ方向の位置データに補正を掛ける。
【００６８】
次に、図１７を参照して自動シール溶接について説明する。  
図１７は溶接ロボット５１を用いた自動シール溶接動作を示すフローチャートである。
【００６９】
ロボット制御装置２は、同形状の溶接対象箇所に対して、ポジショナ５５を旋回させることで次の溶接対象箇所へと移行していく。この際、溶接変形を考慮した施工箇所の順序を選定する（図１７のステップＳ４０１）。また、溶接対象物をポジショナ５５に固定するための冶具が溶接トーチ５２に干渉するか否かを判定し（ステップＳ４０２）、干渉しない場合（ステップＳ４０２のＹｅｓ）、ロボット制御装置２は、計測・溶接を実施する。
【００７０】
ロボット制御装置２は、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１により作成された距離計測プログラムを実行することで、距離計測位置へ溶接ロボット５１を移動させ（ステップＳ４０４）、距離計測指示を二次元形状センサ５３に出すことで（ステップＳ４０５）、二次元形状センサ５３により距離が計測されて（ステップＳ４０６）、基準距離との差を求めて距離補正量を算出し（ステップＳ４０７）、算出した距離補正量で計測・溶接プログラムを補正する（ステップＳ４０８）。
【００７１】
次に、ロボット制御装置２は、位置ずれ量計測プログラムを実行することで、位置ずれ計測位置へ溶接ロボット５１を移動させた上で（ステップＳ４０９）、位置ずれ量計測指示を視覚センサ５４に出すことで（ステップＳ４１０）、視覚センサ５４により画像が撮影されて視覚センサ制御装置４により位置ずれ量が計測されて（ステップＳ４１１）、その計測結果の位置ずれ量がロボット制御装置２に入力される。
【００７２】
ロボット制御装置２は、入力された位置ずれ量と予め設定された誤差の範囲の閾値とを比較し、位置ずれ量が誤差の範囲内か否かを判定し（ステップＳ４１２）、位置ずれ量が誤差の範囲内ではない場合（ステップＳ４１２のＮｏ）、位置ずれ量に従って計測・溶接プログラムの位置ずれを補正する（ステップＳ４１３）。
【００７３】
そして、ロボット制御装置２は、視覚センサ５４および視覚センサ制御装置４に再度、位置ずれ量の計測を行わせて、誤差の範囲内に収まるまで、位置ずれの補正を繰り返す。
【００７４】
この結果、位置ずれが誤差範囲内に収まった後（ステップＳ４１２のＹｅｓ）、ロボット制御装置２は、形状計測プログラムを実行することで、形状計測位置へ溶接ロボット５１を移動させて（ステップＳ４１４）、二次元形状センサ５３に形状計測指令を出すことで（ステップＳ４１５）、二次元形状センサ５３がギャップＴ１および段差Ｔ２を計測し（ステップＳ４１６）、計測結果のギャップＴ１および段差Ｔ２をロボット制御装置２に入力する。
【００７５】
ロボット制御装置２は、計測結果のギャップＴ１および段差Ｔ２から、シール溶接の条件を選定し（ステップＳ４１７）、シール溶接プログラムを実行することで、溶接ロボット５１にシール溶接を行わせる（ステップＳ４１８）。
【００７６】
シール溶接が終了すると、ロボット制御装置２は、シール溶接の部分に対して肉盛溶接が必要か否かを判定し（ステップＳ４１９）、肉盛溶接が必要な場合（ステップＳ４１９のＹｅｓ）、肉盛溶接の条件を選定する（ステップＳ４２０）。
【００７７】
そして、ロボット制御装置２は、肉盛溶接プログラムを実行することで、肉盛溶接を行う（ステップＳ４２１）。
【００７８】
一つの溶接対象箇所に対する溶接が終了した後、ポジショナ５５を旋回させることで、次の溶接施工箇所へと移行していくが、内周面側と外周面側との施工箇所の移行は、内周もしくは外周の当板半径からスライダ５８の位置を算出し、スライダ５８により溶接ロボット５１の位置を移動させることにより行う。
【００７９】
このようにして最終施工箇所に対する溶接が終了することで（ステップＳ４２２のＹｅｓ）、一連の溶接過程が終了する。
【００８０】
このようにこの第１実施形態によれば、ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１で作成された動作プログラムを用いることで、ポジショナ５５の各動作軸を溶接部位の傾きが溶接条件の裕度内に入る位置に自動設定される。
【００８１】
また、実際の当板１１のレーザ穴明け用のＮＣデータとノズル板１２のＣＡＤデータとを重ね合わせて互いのギャップ部分を塗りつぶすことでマスタ画像を生成するので、実際に当板１１の穴１１ａにノズル板１２を組み込んだ状態とほぼ同等の溶接条件を溶接プログラムに設定（セット）できる。
【００８２】
また、精度よく作成したマスタ画像を用いることで、ギャップＴ１と段差Ｔ２の状況に応じて溶接条件と溶接狙い位置を調整できる。
【００８３】
さらに、実際の当板１１のレーザ穴明け用のＮＣデータを基に、予め設定された間隔または教示点の数でシール溶接の教示点の位置や姿勢を求めると共に、円弧を描く半径が適正範囲内か否かに応じて補間処理を決定する、つまり円弧半径が適正範囲内の場合は円弧補間とし適正範囲外の場合は直線補間とするので、溶接対象物５０をポジショナ５５に固定するための支持具６０と溶接トーチ５２との干渉を避けるとともに、溶接変形を抑制する施工順序を考慮して溶接ロボット５１を動作させる動作プログラムを自動的に作成することができる。
【００８４】
この結果、溶接の事前準備作業では極力オペレータが介入することなく、位置ずれや形状の計測、溶接のためのプログラムを自動で作成し、溶接変形や芯のずれに起因する位置ずれを修正しながら、ギャップＴ１や段差Ｔ２といった溶接対象箇所の形状に適した溶接条件およびウィービング条件で次々と溶接を行うことができるようになる。
【００８５】
（第２実施形態）  
図１８および図１９を参照して第２実施形態を説明する。この第２実施形態は上記第１実施形態で用いた視覚センサ５４にエッジ検出機能を持たせ、二次形状センサ５３を距離センサ２９に変更したものである。なお溶接対象箇所との距離計測および溶接対象箇所の形状計測以外の詳細は上記第１実施形態と同様であり説明は省略する。
【００８６】
第２実施形態では、図１８に示すように、ノズル板１２の中心の鉛直方向から距離センサ２９により計測し、位置ずれ計測のため視覚センサ５４により撮影を行う距離（基準距離）との差である距離ずれ量だけ計測・溶接プログラムの位置を補正する。
【００８７】
施工部位の段差計測は、距離センサ２９で行う。ノズル板１２の三次元データを基に腹側当板１１の位置１０５、腹側ノズル板１２の位置１０６、背側ノズル板１２の位置１０７、背側当板１１の位置１０８の計４点の段差計測位置における距離計測プログラムをＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１が作成し、各計測位置における距離を計測し、当板１１側の距離とノズル板１２側の距離との差を算出し、この差を段差Ｔ２とする。
【００８８】
施工部位のギャップ計測は、図１９に示すように、エッジ検出機能を持つ視覚センサ５４により行う。ノズル板１２の中心から鉛直方向に基準距離だけ離れた位置ずれ計測位置から視覚センサ５４により溶接対象箇所を撮影し、ノズル板１２の三次元データを基にエッジ検出位置９６を自動で設定しておくことで溶接対象箇所のギャップＴ１を計測する。
【００８９】
このようにこの第２実施形態によれば、視覚センサ５４にエッジ検出機能を持たせ、二次元形状センサ５３を距離センサ２９に変更したことで二次元形状センサ５３を用いずに第１実施形態よりも安価に構成でき、また第１実施形態と同様に、極力作業者が介入することなく、位置ずれや形状の計測、溶接のためのロボット用プログラムを自動で作成し、溶接変形や芯のずれに起因する位置ずれを修正しながら、ギャップＴ１や段差Ｔ２といった施工部位の形状に適した溶接条件およびウィービング条件で次々と溶接を行うことができる。
【００９０】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、溶接対象物を治具にセットし溶接ロボットにパラメータを設定し溶接を行わせる一連の溶接過程を効率よく行うことができる。
【００９１】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００９２】
また上記実施形態に示したＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ１の各構成要素を、汎用のコンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１…ＣＡＤ／ＣＡＭ用コンピュータ、２…ロボット制御装置、３…二次元形状センサ制御装置、４…視覚センサ制御装置、５…ロボット部、６…ネットワーク、７…レーザＮＣ装置、１１…当板、１１ａ…穴、１２…ノズル板、１３…シール溶接部、２９…距離センサ、５０…溶接対象物、５１…溶接ロボット、５１ａ…アーム、５２…溶接トーチ、５３…二次元形状センサ、５４…視覚センサ、５５…ポジショナ、５６…円盤状の部材、５７…回転軸、５８…スライダ、５９…ポジショナ本体部、６０…支持具。
【図１】
2016062477.tif 000003
【図２】
2016062477.tif 000004
【図３】
2016062477.tif 000005
【図４】
2016062477.tif 000006
【図５】
2016062477.tif 000007
【図６】
2016062477.tif 000008
【図７】
2016062477.tif 000009
【図８】
2016062477.tif 000010
【図９】
2016062477.tif 000011
【図１０】
2016062477.tif 000012
【図１１】
2016062477.tif 000013
【図１２】
2016062477.tif 000014
【図１３】
2016062477.tif 000015
【図１４】
2016062477.tif 000016
【図１５】
2016062477.tif 000017
【図１６】
2016062477.tif 000018
【図１７】
2016062477.tif 000019
【図１８】
2016062477.tif 000020
【図１９】
2016062477.tif 000021