(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接を行なうガンの動作をシュミレーションする手段を備え、その溶接ガンの前記スポット溶接の対象物との干渉を防止する空間を検出する自動設計装置において、
干渉チェックの最小単位である単位形状の大きさ及びその集合体の大きさを予め設定する設定手段と、
その設定された前記単位形状の大きさ及びその集合体の大きさに基づいて、単位形状の集合体を生成する集合体生成手段と、
予め生成された干渉チェックの対象物のＣＡＤデータを入手するＣＡＤデータの入手手段と、
その入手した前記干渉チェックの対象物のＣＡＤデータと前記単位形状の集合体とを、使用者が指定する位置関係でモデル化して表示するモデル化表示手段と、
前記動作シュミレーション手段の実行の際、前記位置関係にてモデル化された前記干渉チェックの対象物と前記単位形状の集合体との干渉を検出する干渉検出手段と、
前記干渉検出手段により検出される干渉結果を用いて、干渉空間及び／または非干渉空間を生成する干渉・非干渉空間生成手段と、を備え、
前記単位形状の集合体は、スポット溶接を行なうガンの形状設計を行なう領域を含む領域であり、前記干渉チェックの対象物のＣＡＤデータは、前記スポット溶接の対象物であることを特徴とする自動設計装置。
【請求項２】
前記干渉・非干渉空間生成手段により生成される干渉部分及び／または非干渉部分の断面を平面上に表示する平面化手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の自動設計装置。
【請求項３】
前記モデル化表示手段は、前記干渉チェックの対象物のＣＡＤデータと前記単位形状の集合体とをワイヤフレームモデルにモデル化することを特徴とする請求項１記載の自動設計装置。
【請求項４】
前記ＣＡＤデータの入手手段は、前記自動設計装置に備えられた記憶装置及び／または外部装置との通信手段であることを特徴とする請求項１記載の自動設計装置。
【請求項５】
前記干渉検出手段は、予め設定されたシミュレーションされる、１サイクルのスポット溶接中の溶接ガンの移動経路の長さ毎に行なうことを特徴とする請求項１記載の自動設計装置。
【請求項６】
前記干渉検出手段の実行周期は、予め設定されたシミュレーションされる、１サイクルのスポット溶接の時間であることを特徴とする請求項１記載の自動設計装置。
【請求項７】
前記干渉チェックの対象物のＣＡＤデータは、前記スポット溶接の打点の位置データを有し、前記干渉検出手段及び干渉・非干渉空間生成手段は、その打点にて行なうことを特徴とする請求項１記載の自動設計装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＡＤシステムによる自動設計装置に関し、特にＣＡＤシステム上の指定された座標空間領域における予め生成されたスポット溶接の対象物であるモデルとスポット溶接を行なうガンとの干渉を防止する非干渉空間を検出する自動設計装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工場の組立ライン等の自動化のための設備において、その設備自身と組み立ての対象物（以下、ワーク）が相対的に移動する場合、即ち、設備自身が動作を行なう場合、あるいはワーク自身がライン上をコンベア等により移動する場合等は、その自動化のための装置を設計する際、設計者は、ワーク及びワークを支える種々の治具が相対的に移動する装置に干渉しないように設計する必要がある。ここで、干渉とはワーク及びワークを支える治具との接触、衝突をいう。一般に、この設計作業は、設計者の経験や勘に頼る部分が多く、装置の設計と干渉の検討とを繰り返し行なうため、設計工数の削減が切望される。
近年では、コンピュータ技術やＣＡＤ技術の進歩により、試作前のある程度の干渉チェックは可能となりつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、試運転の際の干渉による不具合の発生、それによる再設計、そして装置の手直しが依然として問題となっている。
【０００４】
そこで本発明は、ＣＡＤシステム上の指定された座標空間領域における予め生成されたスポット溶接の対象物であるモデルとスポット溶接を行なうガンとの非干渉空間を検出する自動設計装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は以下の構成を特徴とする。
【０００６】
即ち、スポット溶接を行なうガンの動作をシュミレーションする手段を備え、その溶接ガンの前記スポット溶接の対象物との干渉を防止する空間を検出する自動設計装置において、干渉チェックの最小単位である単位形状の大きさ及びその集合体の大きさを予め設定する設定手段と、その設定された前記単位形状の大きさ及びその集合体の大きさに基づいて、単位形状の集合体を生成する集合体生成手段と、予め生成された干渉チェックの対象物のＣＡＤデータを入手するＣＡＤデータの入手手段と、その入手した前記干渉チェックの対象物のＣＡＤデータと前記単位形状の集合体とを、使用者が指定する位置関係でモデル化して表示するモデル化表示手段と、前記動作シュミレーション手段の実行の際、前記位置関係にてモデル化された前記干渉チェックの対象物と前記単位形状の集合体との干渉を検出する干渉検出手段と、前記干渉検出手段により検出される干渉結果を用いて、干渉空間及び／または非干渉空間を生成する干渉・非干渉空間生成手段と、を備え、前記単位形状の集合体は、スポット溶接を行なうガンの形状設計を行なう領域を含む領域であり、前記干渉チェックの対象物のＣＡＤデータは、前記スポット溶接の対象物であることを特徴とする。
これにより、スポット溶接を行なうガンの形状設計に先立ち、そのガンの移動領域を単位形状の集合体として指定し、スポット溶接の対象物であるモデルと干渉が起こらない空間を検出する。そして、スポット溶接を行なう対象物に干渉しない溶接ガンの移動領域を検出することにより、後工程の溶接ガンの設計を効率化する。
【０００７】
更に、前記干渉・非干渉空間生成手段により生成される干渉部分及び／または非干渉部分の断面を平面上に表示する平面化手段を備えたことを特徴とする。
これにより、３次元空間で表わされた干渉空間及び／または非干渉空間を２次元で表わす。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態をスポット溶接装置の溶接ガンの設計に適用し、図面を参照して説明する。
【００１３】
はじめに、本発明を適用する自動設計装置としてのＥＷＳのシステム構成を図１を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態としてのＥＷＳのシステム構成図である。
【００１５】
図中、ＥＷＳ２０は、本体２１、キーボード２２、ＣＲＴ等の表示装置２３、表示装置２３上に表示されたワークや座標系の回転等を操作するジョイスティック２４、表示装置２３上に表示された対象をクリックするマウス２５、フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）２６、画面のハードコピーが可能なプリンタ２７を備える。また、ＥＷＳ２０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）２８に接続されており、ＬＡＮ２８を介してスポット溶接装置５５を制御する制御装置３１と接続されている。スポット溶接装置５５の先端には、本発明により検出される後述の非干渉空間内で設計された溶接ガン５６が備えられて、制御装置３１により制御される。
尚、ジョイスティック２４やマウス２５は必須ではなく、キーボード２２で代用することが可能であり、ＥＷＳ２０は通信回線と接続されておらず、制御装置３１等の外部装置との種々のデータ交換をＦＤＤ２６により行なう構成でもよいことは言うまでもない。
【００１６】
次に、ＥＷＳ２０の本体２１の内部構成の概要を図２を参照して説明する。
【００１７】
図２は、本発明を適用するＥＷＳ２０の内部構成を示す図である。
【００１８】
図中、１はＥＷＳ２０全体の動作を制御するＣＰＵ、２は固定パラメータ等を記憶するＲＯＭ、３は可変パラメータやワークエリアとして使用されるＲＡＭ、４はフロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）でありＦＤＤ２６と同一である。５は大容量記憶装置であるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、６はＬＡＮ２８との通信を行なう外部通信用インタフェース、７はプリンタ２７を制御するプリンタ用インタフェース、８は表示装置２３を制御するディスプレイ用インタフェース、９はキーボード２２のキーボード用インタフェース、１０はマウス２５のマウス用インタフェース、１１はジョイスティック２４のジョイスティック用インタフェースである。これらは内部バス１２に接続されており双方向の通信が可能である。
【００１９】
次に、本実施形態としての非干渉空間の検出の手順を図３〜図５を参照して説明する。
【００２０】
まず、スポット溶接の対象となるワークのＣＡＤデータを入手する。このデータは、前工程にて予め生成された３次元座標におけるモデルである。また、このデータには、ワークの形状に応じて予め生成された複数のスポット溶接点（以下、打点）データが備えられている。
これらの複数の打点の溶接は、一般的には１台のスポット溶接装置により溶接が行われる。このため設計者は、ワーク（以下、干渉チェックの対象モデル）の形状等を考慮して各打点及び打点間の移動経路において干渉チェックの対象モデルと干渉しない領域を抽出することを目標とする。後工程において、抽出した領域の内部で溶接ガンの形状を設計すれば実際の装置の運転時に干渉を防止できるからである。
スポット溶接装置により溶接を行なう空間領域は、小さい立方体（以下、単位微小モデル）の集合（以下、単位微小モデルの集合体）により構成されている。この状態を表示装置２３に表示した例を図３及び図４に示す。
【００２１】
図３は、本発明の一実施形態としての干渉チェックの対象モデルと単位微小モデルの集合体とを示す斜視図である。
【００２２】
図中、５３は、ワイヤフレームモデルとして表示装置２３に表示された干渉チェックの対象モデルである。打点１〜打点Ｎ以外にも不図示の複数の打点データ及び干渉チェックの対象モデル５３を支える治具の形状データを有するが、図３では説明のため省略している。５１は、単位微小モデルであり、単位微小モデルの集合体５２を形成している。この単位微小モデルの集合体５２の空間領域の大きさは、後工程にて設計するスポット溶接装置の溶接ガンの形状設計を行なう領域を包含するように設定する。単位微小モデル５１は、立方体に限られる必要はなく、干渉チェックの対象モデル５３及び単位微小モデルの集合体５２の形状に応じて他の形状とすればよい。
【００２３】
図４は、本発明の一実施形態としての打点における干渉チェックの対象モデルと単位微小モデルの集合体との干渉の状態を示す部分拡大図である。
【００２４】
図中、説明のため干渉チェックの対象モデル５３自体の表現は省略し、それを支える治具の複数の支持部５４を示している。干渉チェックの対象モデル５３上の打点１〜打点Ｎは、それぞれローカル座標を有し、単位微小モデルの集合体５２を移動し、スポット溶接の１サイクルとして移動をシュミレーションする。その際、各単位微小モデル５１と干渉チェックの対象モデル５３（治具の複数の支持部５４を含む）との干渉チェックを行なう。干渉チェックの結果において、干渉であれば単位微小モデル５１を変色させて表示し干渉空間のグループに加える。図では説明のため、その部分のメッシュが削除されて干渉の状態を表わしている。図４では、打点１及び打点２において干渉を起していることがわかる。
【００２５】
１サイクルのシュミレーションにより打点１〜打点Ｎ及び予め設定された単位時間毎の位置（または、予め設定された単位長さ毎）における干渉部分が順次表示（干渉空間のグループに追加）され、最終的に干渉空間が生成されることになる。後工程においてこの干渉空間を避けるように溶接ガンを設計すればよいわけであるが、設計者にとって３次元空間のままでは直観的な把握が難しいため、干渉空間及び／または非干渉空間の断面をＸＺ平面にまとめて表示する。この状態を図５Ａ及び図５Ｂに示す。
【００２６】
図５Ａは、本発明の一実施形態としての各打点における干渉空間空間を示す図である。
【００２７】
図５Ｂは、本発明の一実施形態としての各打点における非干渉空間を示す図である。
【００２８】
図中、図５Ａでは、平面で表わされた干渉空間６１上の小さな正方形の集合が各打点における干渉部分を示している。そしてこの干渉空間６１の論理値の否定（ＮＯＴ）をとることにより図５Ｂの非干渉空間６２が検出されるわけである。この結果に基づいて、後工程にて溶接ガンを設計した例を図７に示す。
【００２９】
図７は、本発明の一実施形態としての非干渉空間内に設計された溶接ガンの設計例を示す図である。
【００３０】
図中、ＸＺ平面で表わされた非干渉空間６２の内部でスポット溶接装置５５の溶接ガン５６が設計されたことがわかる。
【００３１】
実際の処理において、干渉チェックの対象モデル５３（治具の複数の支持部５４を含む）の形状により、打点１〜打点Ｎにおける干渉チェックだけでは不足する場合は、予め入力した単位時間毎に干渉チェックを行なうようにすればよい。これにより、ＣＡＤシステムが有する機能により単位時間毎の溶接ガン５６及びその他の物体の位置関係をシュミレーションすることができる。
【００３２】
上述の処理の流れを図６のフローチャートに示す。
【００３３】
図６は、本発明の一実施形態としての処理のフローチャートである。
【００３４】
図中、ステップＳ１で、設計者は、単位微小モデル５１及び単位微小モデルの集合体５２の大きさを入力する。
ステップＳ２で、設計者は、干渉チェックの間隔となる単位時間を入力する。
ステップＳ３で、予め作成された干渉チェックの対象モデル５３（治具の複数の支持部５４を含む）のＣＡＤデータをＦＤＤ４やＨＤＤ５からのロード、外部通信用インタフェース６を介した外部装置からのロード等によりＣＰＵ１に記憶し、表示装置２３上に表示する。
ステップＳ４で、単位微小モデル５１により構成された単位微小モデルの集合体５２を、ステップＳ１で入力された大きさに従って作成し、表示装置２３上に表示する。
ステップＳ５で、作成された単位微小モデルの集合体５２の全ての単位微小モデル５１を非干渉リストに登録する。
ステップＳ６で、干渉リストを初期化する。
ステップＳ７で、設計者は、作成された単位微小モデルの集合体５２を移動させ、干渉チェックの対象モデル５３との予想される位置関係を表示装置２３上で設定する。
ステップＳ８で、溶接ガンの１サイクルのシュミレーションを開始する。
ステップＳ９で、各打点位置及び単位時間毎に単位微小モデルの集合体５２と、干渉チェックの対象モデル５３との干渉チェックをブール演算を使用して行なう。
ステップＳ１０で、干渉するかどうかを判断し、干渉する場合は、その位置において干渉する全ての単位微小モデル５１を非干渉リストの登録から削除し、干渉リストに登録し（ステップＳ１１）、ステップＳ１２に戻る。
一方、ステップＳ１０において干渉していない場合は、全打点について処理が終了したかを判断し（ステップＳ１２）、終了していない場合はステップＳ１０に戻る。
一方、ステップＳ１２で全打点終了したと判断した場合は、干渉リストに基づいて干渉空間６１を検出し、更にブール演算を使用して非干渉空間６２を検出し、表示装置２３上に表示する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１４で、ステップＳ１３で検出した干渉空間６１及び／または非干渉空間６２をＸＺ平面にまとめて表示し、処理を終了する。
【００３５】
このようにして、非干渉空間６２は検出される。後工程として、設計者が非干渉空間内で溶接ガン５６を設計し、そのデータを含めて目的とするスポット溶接の１サイクルをシュミレーションしている状態を図８に示す。
【００３６】
図８は、一般的なスポット溶接工程のシュミレーションを示す図である。
【００３７】
図中、スポット溶接装置５５は、予め設定されている打点１〜打点Ｎにおいて溶接動作を行ない、不図示の移動機構により干渉チェックの対象モデル５３に沿って移動する。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＡＤシステム上の指定された座標空間領域における予め生成されたスポット溶接の対象物であるモデルとスポット溶接を行なうガンとの非干渉空間を検出する自動設計装置の提供が実現する。従って、非干渉空間内で溶接ガンの設計を行なえば、試作段階においてもスポット溶接の対象物であるモデルとの干渉の発生を防止し、溶接ガンの設計から立ち上げまでの一貫した工数削減及びコスト削減が実現できる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのＥＷＳのシステム構成図である。
【図２】本発明を適用するＥＷＳ２０の内部構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態としての干渉チェックの対象モデルと単位微小モデルの集合体とを示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態としての打点における干渉チェックの対象モデルと単位微小モデルの集合体との干渉の状態を示す部分拡大図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態としての各打点における干渉空間空間を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態としての各打点における非干渉空間を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態としての処理のフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態としての非干渉空間内に設計された溶接ガンの設計例を示す図である。
【図８】一般的なスポット溶接工程のシュミレーションを示す図である。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ
２  ＲＯＭ
３  ＲＡＭ
４  フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）
５  ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
６  外部通信用インタフェース
７  プリンタ用インタフェース
８  ディスプレイ用インタフェース
９  キーボード用インタフェース
１０  マウス用インタフェース
１１  ジョイスティック用インタフェース
１２  内部バス
２０  エンジニアリングワークステーション（ＥＷＳ）
２１  本体
２２  キーボード
２３  表示装置
２４  ジョイスティック
２５  マウス
２６  フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）
２７  プリンタ
２８  ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）
３１  制御装置
５１  単位微小モデル
５２  単位微小モデルの集合体
５３  干渉チェックの対象モデル
５４  支持部
５５  スポット溶接装置
５６  溶接ガン
６１  干渉空間
６２  非干渉空間
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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