(57)【要約】  自動溶接システムは、注文番号と、図面番号と、溶接対象ワークの寸法データとが関連付けられて記憶されているデータ記憶部、注文番号の入力結果に応じた図面番号および寸法データに基づいて溶接対象ワークの溶接位置を算出する算出部、カメラによる撮影結果から求めた溶接対象ワークの実際の設置位置と、算出部によって算出された溶接位置から求めた溶接対象ワークの正規の設置位置とを誤差量を算出する画像処理装置、および溶接機を備え、算出部は、誤差量に基づいて溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出し、修正後の溶接位置に基づいて溶接機に溶接対象ワークの溶接を実行させる。
2020137184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注文番号と、前記注文番号に対応する溶接対象ワークの図面番号と、前記溶接対象ワークの溶接位置を算出するために必要な寸法データとが関連付けられて記憶されているデータ記憶部、
前記注文番号の入力結果に応じて前記データ記憶部から出力される前記図面番号および前記寸法データに基づいて前記溶接対象ワークの溶接位置を算出する算出部、
前記溶接対象ワークの前記溶接位置を撮影可能なカメラ、
前記カメラによる撮影結果から求めた前記溶接対象ワークの実際の設置位置と、前記算出部によって算出された前記溶接位置から求めた前記溶接対象ワークの正規の設置位置とを比較し、前記正規の設置位置と前記実際の設置位置との差である設置誤差量を算出する画像処理装置、および
前記算出部により算出された前記溶接位置を溶接する溶接機
を備え、
前記算出部は、前記画像処理装置で算出された前記設置誤差量に基づいて前記溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出し、前記修正後の溶接位置に基づいて前記溶接機に前記溶接対象ワークの溶接を実行させる
自動溶接システム。
【請求項２】
前記データ記憶部は、前記溶接対象ワークの材料データが記憶されており、前記算出部は、前記材料データに基づいて前記溶接対象ワークの溶接条件を決定する請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項３】
前記溶接機は、
先端部に溶接トーチが装着され、少なくとも３つの駆動軸を有するロボット、および
前記算出部から受信した前記修正後の溶接位置に基づいて前記ロボットの位置制御を行うことで、前記溶接対象ワークの溶接を実行させる制御装置
を有する請求項１または２に記載の自動溶接システム。
【請求項４】
前記溶接機は、前記ロボットが設置され、ロボット全体を移動可能な可動ステージをさらに有し、
前記制御装置は、前記算出部から受信した前記修正後の溶接位置に基づいて前記ロボットおよび前記可動ステージの位置制御を行うことで、前記溶接対象ワークの溶接を実行させる
請求項３に記載の自動溶接システム。
【請求項５】
前記カメラは、前記ロボットに搭載されており、
前記算出部は、前記溶接位置を撮影可能な位置に前記ロボットを移動させるための移動指令を前記制御装置に対して出力し、
前記制御装置は、前記移動指令に基づいて前記ロボットの位置制御を行い、前記カメラにより前記溶接位置を撮影させ、
前記画像処理装置は、前記ロボットに搭載された前記カメラによる前記溶接位置に関する撮影結果を用いて、前記設置誤差量を算出する
請求項３または４に記載の自動溶接システム。
【請求項６】
前記カメラは、前記溶接位置に含まれる溶接開始点および溶接終了点の２点を撮影し、
前記画像処理装置は、前記溶接開始点に関する撮影結果、および前記溶接終了点に関する撮影結果に基づいて前記設置誤差量を算出する
請求項１から５のいずれか１項に記載の自動溶接システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の自動溶接システムを使用した、エレベーターかご室部品の製造方法であって、
前記溶接対象ワークは、エレベーターかご室部品である床板、天井、かごの戸またはかご室壁のいずれかである、
エレベーターかご室部品の製造方法。
【請求項８】
データ記憶部から出力される図面番号および寸法データに基づいて溶接対象ワークの溶接位置を算出する工程と、
前記溶接対象ワークの前記溶接位置を撮影可能なカメラによる撮影結果から求めた前記溶接対象ワークの実際の設置位置と、算出された前記溶接位置から求めた前記溶接対象ワークの正規の設置位置とを比較し、前記正規の設置位置と前記実際の設置位置との差である設置誤差量を算出する工程と、
算出された前記設置誤差量に基づいて前記溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出する工程と、
前記修正後の溶接位置に基づいて溶接機に前記溶接対象ワークの溶接を実行させる溶接工程と
を備える自動溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶接対象ワークの溶接を行う自動溶接システム、エレベーターかご室部品の製造方法、および自動溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動溶接システムとしては、被溶接物の形状、取り付け位置等の情報を含むＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）データから、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｉｎｇ）システムによって生成されたＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）データを、カメラ等のセンサによる被溶接物の設置位置に関する測定結果によって補正するシステムが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３６９９４号公報
【特許文献２】特開平７−２３０３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような自動溶接システムにあっては、各ワークの溶接位置情報が記載されているＣＡＤデータを用意する必要がある。しかしながら、例えば、エレベーターのパネル形状部材のような、客先の要求仕様によって寸法および溶接位置が変化する場合には、それぞれの仕様に対してＣＡＤデータを用意する必要がある。従って、従来の自動溶接システムを適用する際には、手間がかかる問題がある。【０００５】
また、カメラ等のセンサによって溶接位置をセンシングして溶接する方法を、溶接点が多く、データ量が膨大になる大型構造物のような製品に対して適用する際には、センシングを長時間行う必要があり、生産性が向上しない問題がある。【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、客先の要求仕様によってワーク寸法および溶接位置が変化する場合にも、各要求仕様に対応するＣＡＤデータを用意する必要なしに、種々の溶接対象ワークの溶接に対する作業性を向上させることのできる自動溶接システム、エレベーターかご室部品の製造方法、および自動溶接方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る自動溶接システムは、注文番号と、注文番号に対応する溶接対象ワークの図面番号と、溶接対象ワークの溶接位置を算出するために必要な寸法データとが関連付けられて記憶されているサーバー、注文番号の入力結果に応じてサーバーから出力される図面番号および寸法データに基づいて溶接対象ワークの溶接位置を算出するコンピュータ、溶接対象ワークの溶接位置を撮影可能なカメラと、カメラによる撮影結果から求めた溶接対象ワークの実際の設置位置と、コンピュータによって算出された溶接位置から求めた溶接対象ワークの正規の設置位置とを比較し、正規の設置位置と実際の設置位置との差である設置誤差量を算出する画像処理装置、およびコンピュータにより算出された溶接位置を溶接する溶接機を備え、コンピュータは、画像処理装置で算出された設置誤差量に基づいて溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出し、修正後の溶接位置に基づいて溶接機に溶接対象ワークの溶接を実行させるものである。
また、本発明に係るエレベーターかご室部品の製造方法は、本発明に係る自動溶接システムを使用した、エレベーターかご室部品の製造方法であって、溶接対象ワークは、エレベーターかご室部品である床板、天井、かごの戸またはかご室壁のいずれかである、ものである。
さらに、本発明に係る自動溶接方法は、データ記憶部から出力される図面番号および寸法データに基づいて溶接対象ワークの溶接位置を算出する工程と、溶接対象ワークの溶接位置を撮影可能なカメラによる撮影結果から求めた溶接対象ワークの実際の設置位置と、算出された溶接位置から求めた溶接対象ワークの正規の設置位置とを比較し、正規の設置位置と実際の設置位置との差である設置誤差量を算出する工程と、算出された設置誤差量に基づいて溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出する工程と、修正後の溶接位置に基づいて溶接機に溶接対象ワークの溶接を実行させる溶接工程とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る自動溶接システムによれば、客先の要求仕様によってワーク寸法および溶接位置が変化する場合にも、各要求仕様に対応するＣＡＤデータを用意する必要なしに、種々の溶接対象ワークに対する溶接の作業性を向上させることのできる自動溶接システム、エレベーターかご室部品の製造方法、および自動溶接方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による溶接方法により製造されるエレベーターかご室の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１による溶接方法により製造されるエレベーターかご室の構成要素の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る自動溶接システムの全体構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、溶接ロボットのリーチ範囲を拡大させるための別の構成を示した概略図である。
【図５】本発明の実施の形態１による自動溶接システムにおいて、各構成要素間での情報のやり取りを示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る自動溶接システムによる一連の溶接処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１による図面番号に関連付けられている計算式の関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１による溶接対象ワークの具体例を示した概略図である。
【図９】本発明の実施の形態１による補強部材の寸法、設置位置、および溶接位置に関する計算式の具体例を示した説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による補強部材の寸法、設置位置、および溶接位置に関する計算式の具体例を示した説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態１による溶接対象ワークの平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１による溶接対象ワークの正面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１による溶接指示の一部を抜粋した説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態１によるカメラの撮影画像の模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態１による溶接位置補正方法の説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態２による突合せ溶接の模式図である。
【図１７】本発明の実施の形態３による溶接条件の説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態３による詳細な溶接条件の説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態４によるクランプ治具の斜視図である。
【図２０】本発明の実施の形態４による溶接位置とクランプ位置の対応を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る自動溶接システム、エレベーターかご室部品の製造方法、および自動溶接方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による製造方法により製造されるエレベーターかご室４００の斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態１による溶接方法により製造されるエレベーターかご室の構成要素の説明図である。図１および図２に示すように、かご室４００は、天井４０１、かごの戸４０２、かご室壁４０３および床板４０４を組み合わせて構成されている。
【００１２】
図３は、本発明の実施の形態１に係る自動溶接システムの全体構成を示す図である。本実施の形態１に係る自動溶接システムは、データ記憶部としてのサーバー１０、算出部としてのコンピュータ２０、画像処理装置３０、および溶接機１００を備えて構成されている。そして、本実施の形態１に係る自動溶接システムは、溶接ステージ３００に搭載された溶接対象ワーク２００の溶接を行う。
【００１３】
サーバー１０と接続されているコンピュータ２０には、溶接対象ワーク２００の溶接位置を算出するためのソフトウェアがインストールされている。コンピュータ２０は、算出した溶接位置に基づいて、溶接機１００に溶接対象ワーク２００の溶接を実行させる。
【００１４】
溶接機１００は、ロボットとしての溶接ロボット１１０、および制御装置としてのロボット制御装置１４０を含んで構成されている。溶接ロボット１１０の腕に相当するマニピュレーター１１１の先端部には、溶接トーチ１２０およびカメラ３１が取り付けられている。マニピュレーター１１１としては、６軸の駆動軸を有するものが用いられている。なお、他の構成例として、７軸のマニピュレーター、または３軸〜５軸のマニピュレーターを用いることも可能である。
【００１５】
溶接ロボット１１０は、可動ステージ１３０に設置されている。溶接ロボット１１０、溶接トーチ１２０、可動ステージ１３０およびカメラ３１の位置制御および動作制御は、ロボット制御装置１４０によって行われる。ロボット制御装置１４０は、コンピュータ２０および画像処理装置３０に接続されている。
【００１６】
カメラ３１は、画像処理装置３０と接続されている。カメラ３１は、溶接対象ワーク２００を撮影可能であり、撮影した画像は、撮影結果として画像処理装置３０に出力される。画像処理装置３０は、画像から点群および輪郭の情報を取得し、画像に写る溶接対象ワーク２００の２次元の位置または３次元の位置、および溶接対象ワーク２００の姿勢を検出することができる。このような位置検出および姿勢検出の方法としては、それぞれ、任意の手法を用いることができる。
【００１７】
溶接ロボット１１０は、溶接トーチ１２０により溶接対象ワーク２００を溶接することが可能な配置、およびカメラ３１により溶接対象ワーク２００の溶接位置を撮影することが可能な配置となるように、設置されている。
【００１８】
ここで、溶接対象ワーク２００がエレベーターを構成する部品である場合を想定する。この場合、溶接対象ワーク２００は、１辺が最大で数ｍある大型構造物であり、通常の溶接ロボット１１０のリーチ範囲では、溶接対象ワーク２００の全体を溶接することができない。
【００１９】
そこで、図３では、紙面に垂直な方向に溶接ロボット１１０全体を移動可能な可動ステージ１３０上に溶接ロボット１１０が設置されている。このような構成により、溶接ロボット１１０のリーチ範囲を拡大させ、溶接対象ワーク２００全体を溶接トーチ１２０によって溶接することが可能となる。
【００２０】
また、図４は、本発明の実施の形態１において、溶接ロボット１１０のリーチ範囲を拡大させるための別の構成を示した概略図である。図４に示すように、水平２方向に移動できる天井クレーンと同様の移動ができる構造体１３１に溶接ロボット１１０を吊り下げることで、さらに大型の溶接対象ワーク２００を溶接することが可能となる。
【００２１】
次に、本実施の形態１に係る自動溶接システムによる自動溶接の一連の流れについて、図５および図６を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態１による自動溶接システムにおいて、各構成要素間での情報のやり取りを示す概略図である。図５では、サーバー１０、溶接位置計算ソフトが実装されたコンピュータ２０、カメラ３１と接続された画像処理装置３０、および溶接機１００の各構成要素が示されている。これらの構成要素は、有線ケーブルまたは無線電波などで接続されている。この結果、本実施の形態１に係る自動溶接システムには、ローカルネットワークが構築されている。
【００２２】
図６は、本発明の実施の形態１に係る自動溶接システムによる一連の溶接処理の流れを示すフローチャートである。以下、図５に示す各構成要素間での情報のやり取り、および図６に示すフローチャートに従って、本実施の形態１における溶接の動作手順について説明する。
【００２３】
まず、ステップＳ６０１において、溶接対象ワーク２００を特定するための注文番号が、バーコードリーダーにより読み取られる。そして、読み取られた注文番号は、サーバー１０に送信される。
【００２４】
サーバー１０には、注文番号と、注文番号に対応する溶接対象ワーク２００の図面番号と、溶接対象ワーク２００の溶接位置を算出するために必要な寸法データとが、関連付けられて記憶されている。以下の説明では、溶接位置を算出するために必要な寸法データとして、溶接対象ワーク２００の縦寸法および横寸法がサーバー１０に格納されているものとする。
【００２５】
バーコードリーダーからサーバー１０に注文番号が送信された後、ステップＳ６０２において、サーバー１０は、注文番号の入力結果に応じて、図面番号と、寸法データとしての縦寸法および横寸法とを抽出する。さらに、ステップＳ６０３において、サーバー１０は、抽出した図面番号、縦寸法、および横寸法をコンピュータ２０に送信する。
【００２６】
コンピュータ２０には、各図面番号に応じて、縦寸法および横寸法のデータから溶接位置を算出するための計算式が、溶接位置計算ソフトとしてインストールされている。すなわち、溶接位置計算ソフトにおいて、溶接位置の計算に必要なパラメータは、溶接対象ワーク２００の縦寸法および横寸法である。従って、ステップＳ６０４において、コンピュータ２０は、サーバー１０から受信した縦寸法および横寸法を、図面番号に対応した計算式に代入することで、溶接対象ワーク２００の溶接位置を算出することができる。
【００２７】
次に、ステップＳ６０５において、コンピュータ２０は、算出した溶接位置の情報を含む移動指令をロボット制御装置１４０に送信し、ロボット制御装置１４０は、マニピュレーター１１１を稼働させ、カメラ３１を使って溶接位置を撮影する。次に、ステップＳ６０６において、画像処理装置３０は、カメラ３１が撮影した画像データを取得する。さらに、画像処理装置３０は、溶接対象ワーク２００の正規の設置位置と実際の設置位置との差である設置誤差量を算出する。
【００２８】
ここで、画像処理装置３０は、コンピュータ２０によって算出された溶接位置に基づいて、溶接対象ワーク２００が本来設置されるべき位置を正規の設置位置として算出できる。また、画像処理装置３０は、カメラ３１から取得した画像データを画像処理することで、溶接対象ワーク２００が実際に設置されている位置を実際の設置位置として算出できる。そして、画像処理装置３０は、正規の設置位置と実際の設置位置との差として算出した設置誤差量をコンピュータ２０に送信する。
【００２９】
次に、ステップＳ６０７において、コンピュータ２０は、設置誤差量と、あらかじめ規定されている許容誤差量とを比較する。そして、コンピュータ２０は、設置誤差量が許容誤差量以下に収まっているか否かを判定し、収まっている場合には、次のステップＳ６０８に進む。
【００３０】
一方、設置誤差量が許容誤差量を超えている場合には、コンピュータ２０は、エラーを報知し、オペレーターに対して正しい位置に溶接対象ワーク２００を移動させるように促す。
【００３１】
ステップＳ６０８に進んだ場合には、コンピュータ２０は、画像処理装置３０で算出された設置誤差量に基づいて溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出する。すなわち、コンピュータ２０は、設置誤差量を考慮してオフセットした溶接位置を、修正後の溶接位置として再計算する。
【００３２】
最後に、ステップＳ６０９において、コンピュータ２０は、再計算した修正後の溶接位置を、ロボット制御装置１４０に送信し、溶接ロボット１１０による自動溶接を開始させる。
【００３３】
次に、図６に示した各ステップの詳細について、図７〜図１６を参照しながら説明する。まず、ステップＳ６０１〜ステップＳ６０３について、詳細を説明する。図７は、本発明の実施の形態１による図面番号に関連付けられている計算式の関係を示す図である。図７に示された図面番号Ａ〜Ｃは、溶接対象ワーク２００の標準となる図面である。標準となる図面データは、コンピュータ２０の記憶装置内に保存されている。図７に示すように、溶接対象ワーク２００は、その種類によって複数の図面番号が与えられている。
【００３４】
そして、それぞれの図面において、補強部材に関する補強長さ、補強本数、補強間ピッチ、および溶接位置に関するそれぞれの計算式が与えられている。この図７に示すような、図面番号と関連付けられたそれぞれの計算式は、コンピュータ２０内に、溶接位置計算ソフトとして格納されている。
【００３５】
これらの計算式のパラメータは、溶接対象ワーク２００の縦寸法および横寸法によって規定されている。従って、コンピュータ２０は、溶接対象ワーク２００に関する図面番号、縦寸法、および横寸法が分かれば、溶接位置を算出することができる。従って、補強部材の溶接位置に関する情報をコンピュータ２０に入力する必要がない。または、寸法データ及び溶接位置を反映させたCADデータを、変化する客先の要求仕様毎に作成する必要がない。
【００３６】
上述したように、溶接対象ワーク２００に対応する図面番号、縦寸法、および横寸法は、注文番号と関連付けられて、サーバー１０に保存されている。従って、例えば製造ラインのトラッキングに使用しているバーコード等を読み取ることで注文番号を取得し、読み取った注文番号をサーバー１０で照合させることで、コンピュータ２０は、溶接対象ワーク２００に対応する図面番号、縦寸法、および横寸法を取得することができる。
【００３７】
もちろん、注文番号の取得方法としては、バーコードを読み取る以外の他の公知の方法でもよく、バーコード以外のトラッキングコードを利用してもよい。
【００３８】
次に、図６のステップＳ６０４について、詳細を説明する。図８は、本発明の実施の形態１による溶接対象ワーク２００の具体例を示した概略図である。ここでは、図８に示す溶接対象ワーク２００を例に、補強部材２０２を意匠パネル２０１に溶接する場合について、溶接位置を計算する方法を説明する。なお、意匠パネル２０１および補強部材２０２は、溶接対象ワーク２００に相当する。
【００３９】
図７を用いて説明したように、図面には補強部材２０２の溶接位置に関する寸法を変数として、計算式が指示されている。この計算式は、溶接位置計算ソフトとして格納されている。図９および図１０は、本発明の実施の形態１による補強部材２０２の寸法、設置位置、および溶接位置に関する計算式の具体例を示した説明図である。溶接位置計算ソフトとして格納されている計算式は、例えば、図９および図１０のようなものが挙げられる。
【００４０】
図９に例示した計算式は、補強部材の長さ、溶接数が図面変数Ｚとなっており、意匠パネル２０１の縦寸法Ａで記述されている。また、図１０に示すように、補強部材２０２の個数Ｎ、補強部材２０２間のピッチ長Ｑも図面変数となっており、意匠パネル２０１の横寸法Ｂで記述されている。
【００４１】
図１１は、本発明の実施の形態１による溶接対象ワーク２００の平面図である。また、図１２は、本発明の実施の形態１による溶接対象ワーク２００の正面図である。図１３は、本発明の実施の形態１による溶接指示の一部を抜粋した説明図である。これは、隅肉溶接と呼ばれる溶接記号になる。図面矢印先端部の補強板と化粧板の境界部分を溶接するものである。図１３に示した溶接記号における数字の具体的な意味は、手前側脚長３ｍｍ、溶接長５０ｍｍ、溶接数Ｚ３箇所、ピッチ２００ｍｍ、というものである。なお、ここでの例としては、図９の図面変数と溶接数がリンクしている。
【００４２】
コンピュータ２０は、図９および図１０に示した計算式から、補強部材２０２の長さ、溶接数、補強部材２０２の個数Ｎ、補強部材２０２間のピッチ長Ｑを導出することができる。この結果、コンピュータ２０は、図１１および図１２に示す図面寸法を定めることができ、溶接位置を決定することができる。
【００４３】
次に、図６のステップＳ６０５〜ステップＳ６０７について、詳細を説明する。ここでは、図１１における意匠パネル２０１および補強部材２０２（ａ）を溶接対象ワーク２００とした場合を例に、説明する。
【００４４】
図１１に示すように、意匠パネル２０１の左下隅部を原点Ｏとし、横方向をｘ軸、縦方向をｙ軸に設定する。次に、補強部材２０２（ａ）の左下部Ｇおよび左上部Ｈをカメラ３１で撮影する。ここで、原点Ｏに対して、左下部Ｇの正規のｘｙ座標は、Ｇ（ａ，ｂ）であり、左上部Ｈの正規のｘｙ座標はＨ（ａ，ｂ＋Ｚ１）である。
【００４５】
図１４は、本発明の実施の形態１によるカメラ３１の撮影画像の模式図である。具体的には、図１４（ａ）は、左下部Ｇを撮像した画像を示しており、図１４（ｂ）は、左上部Ｈを撮像した画像を示している。画像処理装置３０は、図１４に示すような、カメラ３１により撮影された画像を取得する。画像処理装置３０は、取得した画像に基づいて、意匠パネル２０１および補強部材２０２（ａ）についてエッジ抽出処理を実行することで輪郭を求める。その後、画像処理装置３０は、補強部材２０２（ａ）の左下部Ｇおよび左上部Ｈの座標を求める。
【００４６】
画像処理装置３０は、コンピュータ２０によって計算式から算出された位置座標Ｇ（ａ，ｂ）、Ｈ（ａ，ｂ＋Ｚ１）を正規の設置位置として取得する。また、画像処理装置３０は、カメラ３１で取得した画像に対して上述した画像処理を施すことで、図１４に示したように、位置座標Ｇ（ａ＋δａ，ｂ＋δｂ）、Ｈ（ａ＋δａ’，ｂ＋Ｚ１＋δｂ’）を実際の設置位置として算出する。
【００４７】
従って、画像処理装置３０は、正規の設置位置である位置座標Ｇ（ａ，ｂ）、Ｈ（ａ，ｂ＋Ｚ１）と、実際の設置位置である位置座標Ｇ（ａ＋δａ，ｂ＋δｂ）、Ｈ（ａ＋δａ’，ｂ＋Ｚ１＋δｂ’）との差を求めることで、δａ、δｂ、δａ’、δｂ’を設置誤差量として特定することができる。これら設置誤差量が、許容誤差量を超えている場合には、エラー終了させる。
【００４８】
同様に、画像処理装置３０は、補強部材２０２（ｂ）、２０２（ｃ）、２０２（ｄ），２０２（ｅ）の左下部および左上部をカメラ３１で撮影した画像に基づいて、それぞれの補強部材２０２の設置誤差量を算出し、設置誤差量が許容誤差量を超えているか否かを判定する。なお、エラー判定する場合には、どの補強部材について設置位置が許容誤差量を超えているか合わせて報知させることで、オペレーターが必要な措置を素早く実施できる。また、エラー判定およびエラー発生に伴う報知処理は、設置誤差量を受信したコンピュータ２０側で実施することができる。
【００４９】
最後に、図６のステップＳ６０８およびステップＳ６０９について、詳細を説明する。図１５は、本発明の実施の形態１による溶接位置補正方法の説明図である。例えば、図１５に示すように、補強部材２０２が、２点鎖線で示した正規の設置位置からずれて、実線で示した実際の設置位置に設置されていた場合について、設置誤差量に基づいて修正後の溶接位置を算出する方法を説明する。
【００５０】
まず、画像処理装置３０は、ステップＳ６０６で算出した設置誤差量δａ、δｂ、δａ’、δｂ’を、コンピュータ２０に送信する。コンピュータ２０は、受信した設置誤差量から、溶接トーチ１２０の軌跡を、次の計算式に従い、再計算することで、修正後の溶接位置を算出する。
【００５１】
【数１】
2020137184.tif 000003
【００５２】
溶接開始点と溶接終了点は、直線状になっている。そこで、コンピュータ２０は、これら２点の位置から直線補完することで、設置誤差量を考慮した溶接線を作成することができる。従って、コンピュータ２０は、溶接途中の位置がカメラ３１の死角になっている場合でも、溶接位置を補完することができる。コンピュータ２０は、他の補強部材２０２の溶接線についても同様に求めることができる。従って、コンピュータ２０は、これらのデータをロボット制御装置１４０に送信することで、ロボット制御装置１４０に溶接ロボット１１０による溶接対象ワーク２００の溶接を実行させることができる。
【００５３】
以上のように、実施の形態１によれば、実際の溶接に先立って、カメラを用いて溶接位置を撮影し、撮影結果を用いて画像処理装置により溶接対象ワークの設置誤差量を算出することにより、図面番号および寸法データに基づくオフライン教示によって得られた溶接トーチの位置、軌跡データを補正することができる。その結果、個々のワークの設置誤差、およびワーク自体が持つばらつきに対処することができ、溶接精度の向上を図ることができる。
【００５４】
また、補強部材の溶接位置を計算式によって自動的に算出することができる構成を備えている。このため、溶接位置にあらかじめマーキングする必要がなく、また、オペレーターが手動で溶接位置を入力する必要もない。従って、溶接ミスを減らすことができるとともに、オペレーターが不要になることで、作業性が向上するとともに人件費を削減できるメリットがある。
【００５５】
したがって、本実施の形態１に係る自動溶接システムは、例えば、エレベーターのパネル形状部材のように、客先の要求仕様によってワーク寸法および溶接位置が変化する場合にも、容易に適用することができる。
【００５６】
実施の形態２．
先の実施の形態１においては、溶接開始点と溶接終了点の２点について、カメラ３１を用いて撮影し、撮影した２点を用いて溶接位置の補正を行う方式について説明した。しかしながら、補正に使用する点数は、２点には限定されず、３点以上に増やしてもよい。そこで、本実施の形態２では、３点以上の認識結果に基づいて溶接位置の補正処理を行う場合について説明する。
【００５７】
図１６は、本発明の実施の形態２による突合せ溶接の模式図である。例えば、図１６に示すような、溶接部材２１０（ａ）と溶接部材２１０（ｂ）とをレーザー１２２を用いて突合せ溶接する場合には、３点以上の認識結果に基づいて溶接位置の補正処理を行う効果が発揮される。
【００５８】
光学ヘッド１２１から照射されるレーザー１２２を、溶接部材２１０（ａ）と溶接部材２１０（ｂ）との境界部２１１に照射して溶接する場合を考える。この場合、レーザー１２２の焦点径が小さく、レーザー１２２の焦点が境界部２１１からずれると、溶接強度が大幅に低下し、ずれ幅が大きい場合には、溶接できなくなる。従って、レーザー１２２の焦点位置を精度よく境界部２１１に追従させる必要がある。そのような場合は、補正に用いる認識箇所を３点以上に増やすことにより、溶接位置の精度を向上させることができる。
【００５９】
実施の形態３．
上記の各実施の形態１、２では、カメラ３１を用いて溶接対象ワーク２００の実際の設置位置を求める場合について説明した。しかしながら、カメラ３１以外にも、レーザセンサ、超音波センサ、接触式の距離センサなどを用いて、溶接対象ワーク２００の実際の設置位置を求めるようにしてもよい。また、カメラ３１、あるいは上述したセンサは、溶接対象ワーク２００の実際の設置位置に関する情報を取得できればよく、必ずしも溶接ロボット１１０に搭載される必要はない。
【００６０】
また、上記の実施の形態１、２では、アーク溶接作業およびレーザー溶接作業を適用対象とする場合について説明した。しかしながら、他の作業ロボットを適用対象とすることも可能である。
【００６１】
例えば、溶接トーチ１２０の代わりに溶接電極をロボットに装着し、スポット溶接を行う用途に適用してもよい。他にも、溶接トーチ１２０の代わりにグラインダーをロボットに装着し、バリ取りに使用する、あるいは溶接ビードを除去する用途に適用するようにしてもよい。
【００６２】
また、適用対象となるワークは、エレベーターの溶接対象部品に限るわけではなく、ワークの外径形状から溶接位置が計算式によって定まるワークであれば、どのようなワークでも適用対象とすることができる。特に、多品種少量生産品に対して本発明に係るシステム構成を適用することで、大きな効果を実現できる。
【００６３】
また、実施の形態１〜３では、図面番号および寸法データから溶接対象ワークの溶接位置を算出するために、計算式を用いる場合について説明した。しかしながら、計算式の代わりに、図面番号および寸法データをパラメータとする関数、あるいは図面番号および寸法データをパラメータとするテーブルを用いて、溶接対象ワークの溶接位置を算出する構成を採用することも可能である。
【００６４】
また、図面番号および寸法データに加え、溶接対象ワークの材料および板厚のデータをサーバー１０からコンピュータ２０に送信することで、溶接条件を自動的に選択することができる。
【００６５】
図１７は、本発明の実施の形態３による溶接条件の説明図である。また、図１８は、本発明の実施の形態３による詳細な溶接条件の説明図である。具体的には、図１７および図１８に示すように、あらかじめ用意しておいた材料および板厚に対応した溶接条件が自動的に選択され、溶接が行われる。これにより、客先仕様により、材料種類および板厚が変更された場合でも、適用することができる。
【００６６】
実施の形態４．
図１９は、本発明の実施の形態４によるクランプ治具の斜視図である。溶接対象ワークのクランプ治具３０１は、ステージ３０２、梁３０３、およびクランプ部３０４から構成されている。コンピュータ２０内に、図面番号および寸法データをパラメータとするクランプ位置計算式を用意しておくことで、溶接対象ワークの寸法および設置位置によって、クランプ位置を自動的に調整することができる。
【００６７】
これにより、溶接前のクランプ位置調整工程を自動化することができる。クランプ治具３０１のクランプ部３０４は、例えば、エアシリンダーで構成されており、溶接対象ワークを押し付けることでクランプが行われる。梁３０３およびクランプ部３０４は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動できるように、例えば、ボールネジとリニアガイドで構成されている。
【００６８】
図２０は、本発明の実施の形態４による溶接位置とクランプ位置の対応を示した説明図である。図２０に示すように、コンピュータ２０で計算した溶接位置に最も近い箇所を常にクランプするように、クランプ部３０４の位置を自動的に移動させることで、意匠パネル２０１と補強部材２０２の隙間を最小限にすることができ、溶接品質を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  サーバー、２０  コンピュータ、３０  画像処理装置、３１  カメラ、１００  溶接機、  １１０  溶接ロボット、１１１  マニピュレーター、１２０  溶接トーチ、１３０  可動ステージ、１４０  ロボット制御装置、２００  溶接対象ワーク、２０１  意匠パネル、２０２  補強部材、３０１  クランプ治具、３０２  ステージ、３０３  梁、３０４  クランプ部、３０５  トーチ、４００  かご室、４０１  天井、４０２  かごの戸、４０３  かご室壁、４０４  床板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年12月18日(2020.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る自動溶接システムは、溶接対象ワークの図面番号と、溶接対象ワークの溶接位置を算出するために必要な寸法データとが関連付けられて記憶されているデータ記憶部、溶接対象ワークの溶接位置を算出する算出部、溶接対象ワークの溶接位置を撮影可能なカメラ、カメラによる撮影結果から求めた溶接対象ワークの実際の設置位置と、算出部によって算出された溶接位置から求めた溶接対象ワークの正規の設置位置とを比較し、正規の設置位置と実際の設置位置との差である設置誤差量を算出する画像処理装置、および算出部により算出された溶接位置を溶接する溶接機を備え、図面番号に対応する標準の図面は、寸法データから溶接位置に関する図面変数を導出するための計算式を含み、算出部は、データ記憶部から出力される図面番号に対応する図面変数および寸法データに基づいて溶接対象ワークの溶接位置を算出し、画像処理装置で算出された設置誤差量に基づいて溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出し、修正後の溶接位置に基づいて溶接機に溶接対象ワークの溶接を実行させるものである。
また、本発明に係るエレベーターかご室部品の製造方法は、本発明に係る自動溶接システムを使用した、エレベーターかご室部品の製造方法であって、溶接対象ワークは、エレベーターかご室部品である床板、天井、かごの戸またはかご室壁のいずれかである、ものである。
さらに、本発明に係る自動溶接方法は、データ記憶部から出力される図面番号および寸法データに基づいて、溶接位置に関する図面変数を導出するための計算式を用いて溶接対象ワークの溶接位置を算出する工程と、溶接対象ワークの溶接位置を撮影可能なカメラによる撮影結果から求めた溶接対象ワークの実際の設置位置と、算出された溶接位置から求めた溶接対象ワークの正規の設置位置とを比較し、正規の設置位置と実際の設置位置との差である設置誤差量を算出する工程と、算出された設置誤差量に基づいて溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出する工程と、修正後の溶接位置に基づいて溶接機に溶接対象ワークの溶接を実行させる溶接工程とを備えるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象ワークの図面番号と、前記溶接対象ワークの溶接位置を算出するために必要な寸法データとが関連付けられて記憶されているデータ記憶部、
前記溶接対象ワークの溶接位置を算出する算出部、
前記溶接対象ワークの前記溶接位置を撮影可能なカメラ、
前記カメラによる撮影結果から求めた前記溶接対象ワークの実際の設置位置と、前記算出部によって算出された前記溶接位置から求めた前記溶接対象ワークの正規の設置位置とを比較し、前記正規の設置位置と前記実際の設置位置との差である設置誤差量を算出する画像処理装置、および
前記算出部により算出された前記溶接位置を溶接する溶接機
を備え、
前記図面番号に対応する標準の図面は、寸法データから溶接位置に関する図面変数を導出するための計算式を含み、
前記算出部は、
前記データ記憶部から出力される前記図面番号に対応する前記図面変数および前記寸法データに基づいて前記溶接対象ワークの前記溶接位置を算出し、
前記画像処理装置で算出された前記設置誤差量に基づいて前記溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出し、
前記修正後の溶接位置に基づいて前記溶接機に前記溶接対象ワークの溶接を実行させる
自動溶接システム。
【請求項２】
前記溶接対象ワークは、第一部材と複数の第二部材とを溶接して構成されるものであり、
前記図面変数は、前記第二部材の長さ、前記第二部材の個数、前記第二部材の溶接数、および前記第二部材間のピッチ長のいずれかを含む
請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項３】
前記設置誤差量は、前記第一部材の座標および前記第二部材の座標から算出される
請求項２に記載の自動溶接システム。
【請求項４】
前記第一部材は、パネル部材であり、
前記第二部材は、補強部材である
請求項２または３に記載の自動溶接システム。
【請求項５】
前記画像処理装置は、それぞれの前記補強部材の設置誤差量を算出し、前記設置誤差量が許容誤差量を超えているか否かを判定する
請求項４に記載の自動溶接システム。
【請求項６】
前記データ記憶部は、前記溶接対象ワークの材料データが記憶されており、前記算出部は、前記材料データに基づいて前記溶接対象ワークの溶接条件を決定する請求項１から５のいずれか１項に記載の自動溶接システム。
【請求項７】
前記溶接機は、
先端部に溶接トーチが装着され、少なくとも３つの駆動軸を有するロボット、および
前記算出部から受信した前記修正後の溶接位置に基づいて前記ロボットの位置制御を行うことで、前記溶接対象ワークの溶接を実行させる制御装置
を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の自動溶接システム。
【請求項８】
前記溶接機は、前記ロボットが設置され、ロボット全体を移動可能な可動ステージをさらに有し、
前記制御装置は、前記算出部から受信した前記修正後の溶接位置に基づいて前記ロボットおよび前記可動ステージの位置制御を行うことで、前記溶接対象ワークの溶接を実行させる
請求項７に記載の自動溶接システム。
【請求項９】
前記カメラは、前記ロボットに搭載されており、
前記算出部は、前記溶接位置を撮影可能な位置に前記ロボットを移動させるための移動指令を前記制御装置に対して出力し、
前記制御装置は、前記移動指令に基づいて前記ロボットの位置制御を行い、前記カメラにより前記溶接位置を撮影させ、
前記画像処理装置は、前記ロボットに搭載された前記カメラによる前記溶接位置に関する撮影結果を用いて、前記設置誤差量を算出する
請求項７または８に記載の自動溶接システム。
【請求項１０】
前記カメラは、前記溶接位置に含まれる溶接開始点および溶接終了点の２点を撮影し、
前記画像処理装置は、前記溶接開始点に関する撮影結果、および前記溶接終了点に関する撮影結果に基づいて前記設置誤差量を算出する
請求項１から９のいずれか１項に記載の自動溶接システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の自動溶接システムを使用した、エレベーターかご室部品の製造方法であって、
前記溶接対象ワークは、エレベーターかご室部品である床板、天井、かごの戸またはかご室壁のいずれかである、
エレベーターかご室部品の製造方法。
【請求項１２】
データ記憶部から出力される図面番号および寸法データに基づいて、溶接位置に関する図面変数を導出するための計算式を用いて溶接対象ワークの溶接位置を算出する工程と、
前記溶接対象ワークの前記溶接位置を撮影可能なカメラによる撮影結果から求めた前記溶接対象ワークの実際の設置位置と、算出された前記溶接位置から求めた前記溶接対象ワークの正規の設置位置とを比較し、前記正規の設置位置と前記実際の設置位置との差である設置誤差量を算出する工程と、
算出された前記設置誤差量に基づいて前記溶接位置を再計算することで修正後の溶接位置を算出する工程と、
前記修正後の溶接位置に基づいて溶接機に前記溶接対象ワークの溶接を実行させる溶接工程と
を備える自動溶接方法。
【国際調査報告】
2020137184.tif 000024
2020137184.tif 000025
2020137184.tif 000026
2020137184.tif 000027