JP7460823B1

JP7460823B1 - ３次元ｃａｄシステム

Info

Publication number: JP7460823B1
Application number: JP2023069157A
Authority: JP
Inventors: 一昌稲葉; 充弘松本; 雅貴大島
Original assignee: Kawasaki Railcar Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kawasaki Railcar Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2023-04-20
Filing date: 2023-04-20
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2043-04-20

Abstract

【課題】溶接に関する情報が容易に理解できると共に、オペレーターが容易に入力できる３次元ＣＡＤシステムを提供する。【解決手段】３次元ＣＡＤシステムにより作成された３次元モデルに対して、前記３次元モデルの溶接対象部位に溶接に関する情報を付与する３次元ＣＡＤシステムであって、前記３次元ＣＡＤシステムに予め格納され、溶接の種別ごとに付与された複数の溶接種別表示パターンから所望の溶接種別表示パターンを選択し、前記溶接対象部位を選択することにより、前記所望の溶接種別表示パターンを前記溶接対象部位に表示させる。【選択図】図１

Description

本開示は、溶接に関する情報の付与を簡易な手法により的確に行うことができる３次元ＣＡＤシステムに関する。

特許文献１には、溶接の行われる部位が線によって表示されるＣＡＤシステムについて開示されている。特許文献１においては、溶接の行われる部位に相当する線に、そこで行われる溶接についての情報が付属情報として表示されることが開示されている。特許文献１においては、溶接の行われる部位に相当する線に付与される情報は、インターフェイス部に表示される文字情報及び２次元の画像情報である。

特開平１１－２９１０３９号公報

しかしながら、特許文献１においては、溶接の行われる部分が共有領域を有する部分の線によって表示されるので、線情報だけでは溶接をどのように行うべきか判断することは難しい。溶接をどのように行うべきかについての詳細な情報は、溶接の行われる部分に相当するインターフェイス部の付属情報から取得することはできるが、付属情報には実際に溶接が行われる内容が文字情報及び２次元の画像情報によって示されるので、溶接の作業者は溶接内容をイメージし難い。そのため、溶接の作業者は、溶接の内容を理解することが煩雑になる。また、ＣＡＤシステムに溶接の作業内容を入力するオペレーターの入力作業が煩雑になる。さらに、共有領域を有さない箇所についての溶接、例えばスポット溶接や栓溶接など、その他の溶接については開示されておらず、溶接指示としては不完全である。

そこで本開示は、溶接に関する情報が容易に理解できると共に、オペレーターが容易に入力できる３次元ＣＡＤシステムを提供することを目的としている。

そこで本開示の３次元ＣＡＤシステムは、３次元ＣＡＤシステムにより作成された３次元モデルに対して、前記３次元モデルの溶接対象部位に溶接に関する情報を付与する３次元ＣＡＤシステムであって、前記３次元ＣＡＤシステムに予め格納され、溶接の種別ごとに付与された複数の溶接種別表示パターンから所望の溶接種別表示パターンを選択し、前記溶接対象部位を選択することにより、前記所望の溶接種別表示パターンを前記溶接対象部位に表示させる。

本開示によれば、入力された指示内容に対応する溶接ビードの３次元モデルの表示パターンが選択され、選択された溶接ビードの３次元モデルの表示パターンがＣＡＤシステム上の空間で表示されるので、溶接の作業者は、３次元モデルの表示パターンを見ただけで溶接の指示内容を理解することができ、溶接内容の理解が容易になる。また、ＣＡＤシステム上に溶接の作業内容を入力するオペレーターは、入力作業が容易になる。また、溶接の行われる部位を表示するのに必要とされるデータ量を少なく抑えることができる。

本発明の実施形態に係る３次元ＣＡＤシステム及び溶接ロボットのブロック図である。図１の３次元ＣＡＤシステムによって作成された溶接の行われる部位についての出力装置上の画像での表示と、実際の斜視図とを並べた説明図である。図１の３次元ＣＡＤシステム上の空間における画像上の表示を作成するためのフローチャートである。図３の処理Ａのフローチャートの前半部である。図４のフローチャートの後半部である。図３の処理Ｂのフローチャートの前半部である。図６のフローチャートの後半部である。溶接の行われる部位に、突き合わせ開先溶接が行われる場合の図１の３次元ＣＡＤシステム上の空間における溶接の行われる部位についての出力装置上の画像である。溶接の行われる部位に、隅肉溶接が行われる場合の図１の３次元ＣＡＤシステム上の空間における溶接の行われる部位についての出力装置上の画像である。溶接の行われる部位に、栓溶接が行われる場合の図１の３次元ＣＡＤシステム上の空間における溶接の行われる部位についての出力装置上の画像である。溶接の行われる部位に、円周溶接が行われる場合の図１の３次元ＣＡＤシステム上の空間における溶接の行われる部位についての出力装置上の画像である。溶接の行われる部位に、レーザー溶接が行われる場合の図１の３次元ＣＡＤシステム上の空間における溶接の行われる部位についての出力装置上の画像である。溶接の行われる部位に、スポット溶接が行われる場合の図１の３次元ＣＡＤシステム上の空間における溶接の行われる部位についての出力装置上の画像である。溶接の行われる部位に、摩擦攪拌接合が行われる場合の図１の３次元ＣＡＤシステム上の空間に表示された溶接の行われる部位についての出力装置上の画像である。溶接の行われる部位に、隅肉断続溶接が行われる場合の図１の３次元ＣＡＤシステム上の空間における溶接の行われる部位についての出力装置上の画像である。レーザー溶接によって平板に部品が接合された状態を示す斜視図である。溶接ロボットによって溶接が行われる際に限界領域の３次元モデルの表示パターンを示す斜視図である。図１７の限界領域の３次元モデルの表示パターンの側面図である。図１７の限界領域の３次元モデルの表示パターンの断面図である。溶接ロボットによってレーザー溶接が行われる際のワーク、溶接ロボットのローラー及び溶接ヘッドの斜視図である。

以下、本開示の実施形態に係る３次元ＣＡＤシステムについて、添付図面を参照して説明する。図１に、実施形態に係る３次元ＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）システムのブロック図を示す。図１に示されるように、本実施形態の３次元ＣＡＤシステム１は、サーバー２及びパソコン（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）３を備えている。サーバー２は、処理回路４を備えており、処理回路４は、演算処理を行う演算部としてのプロセッサ５と、プログラムやデータの記憶を行うメモリ６と、パソコン３との通信を行う通信部７とを有している。

本実施形態においては、メモリ６には、３次元ＣＡＤシステム１によって出力装置に画像の表示を行わせる表示プログラム８が格納されている。また、メモリ６には、溶接ビードの３次元モデルの複数種類の表示パターン９が格納されている。メモリ６は、溶接ビードの３次元モデルの表示パターン９のそれぞれを、溶接に関する種別と仕上げ内容に関連付けて記憶している。また、メモリ６には、３次元ＣＡＤシステム１上の空間に、構造上及び機械的制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域を示す３次元モデルを作成するための限界領域作成プログラム１０が格納されている。

パソコン３は、入力装置１１、出力装置１２及び通信部１３を備えている。入力装置１１は、例えばキーボード、マウス等である。本実施形態においては、溶接に関する指示内容が入力装置１１を介してサーバー２のプロセッサ５に入力される。出力装置１２は、例えばディスプレイである。入力装置１１からの指示内容に基づき、プロセッサ５によって演算され、３次元ＣＡＤシステムによって作成された画像を、出力装置１２に表示することによって出力する。また、本実施形態においては、３次元ＣＡＤシステム１は、溶接を行う溶接ロボット１４に接続されている。

本実施形態においては、プロセッサ５は、メモリ６に格納された表示プログラム８に基づき、出力装置１２に３次元ＣＡＤシステム上における溶接の行われる部位を表示させる。本実施形態においては、処理回路４のプロセッサ５が溶接ロボット１４に接続され、溶接ロボット１４によって行われる溶接についての内容がプロセッサ５から溶接ロボット１４に伝達される。ここではレーザー溶接を行うロボットを例示する。

また、本実施形態においては、入力装置１１によって入力された溶接に関する種別と仕上げ内容に基づき、サーバー２の処理回路４で処理が行われることによって溶接ビードの３次元モデルの表示パターン９が決定される。処理回路４は、決定された溶接ビードの３次元モデルの表示パターン９が３次元ＣＡＤシステム上の空間における、溶接の行われる部分についての画像を作成し、処理回路４によって作成された画像が出力装置１２によって出力される。

溶接の行われる部分について、本実施形態の３次元ＣＡＤシステムを用いて作成された画像と、実際の溶接の行われる部位の斜視図とを並べた説明図を図２に示す。図１の３次元ＣＡＤシステム１を用いて作成された画像については、パソコン３の入力装置１１を用いて入力が行われて、サーバー２の処理回路４にて作成された画像が出力装置１２にて出力される。図２に示されるように、本実施形態に係る３次元ＣＡＤシステムにおいては、実際の溶接の行われる部位１５が、溶接の種別ごとに紐付けられた簡略図形として表現される表示パターン（以後、溶接種別表示パターンと称す）が３次元モデル１６として出力装置１２に表示される。

図３乃至７に、本実施形態の表示方法によって表示が行われる際のフローチャートを示す。図３を参照し、本実施形態において溶接が行われる場合のフローについて説明する。溶接についてのフローがスタートすると、入力装置１１を介して溶接に関する分類指定を選択する。（Ｓ１０１）。Ｓ１０１で溶接に関する分類指定が受け付けられると、Ｓ１０１の内容に基づき、溶接がアーク溶接であるかレーザー溶接であるかが判断される（Ｓ１０２）。アーク溶接が行われる場合には、フローは処理Ａに進み、後述する図４のフローに進む。レーザー溶接が行われる場合には、フローは処理Ｂに進み、後述する図５のフローに進む。処理Ａ及び処理Ｂにおいて溶接に関する分類が決定すると、フローは終了する。尚、分類「アーク溶接」、分類「レーザー溶接」との区分は操作の単純化を図るべく、便宜上この２分類としたものであって、ある溶接に限定したものではない。

次に、処理Ａのフローについて説明する。図４乃至５に、処理Ａについてのフローチャートを示す。処理Ａにおいては、まず、入力装置１１を介して溶接種別を選択することにより入力が受け付けられる（Ｓ０）。尚、ここでは突き合わせ溶接についてのフローを例示するが、溶接種別には、例えば、隅肉溶接、栓溶接、円周溶接、スポット溶接や摩擦攪拌接合などが挙げられる。図３においては、処理Ａがアーク溶接のうちの突き合わせ溶接である場合について示されている。また、図３においては、処理Ａ以外の処理として、処理Ａ１、処理Ａ２、処理Ａ３が示されている。また、本実施形態においては、例えば、処理Ａ１は隅肉溶接であり、処理Ａ２はスポット溶接であり、処理Ａ３は栓溶接である。アーク溶接に属する処理として、突き合わせ溶接としての処理Ａ、隅肉溶接としての処理Ａ１、スポット溶接としての処理Ａ２、栓溶接としての処理Ａ３が、処理Ａ群として区分されている。入力装置１１を介して処理回路４に溶接種別が入力され、処理が選択されると、その入力された溶接種別に応じて、３次元ＣＡＤシステム上の空間に表示される溶接種別表示パターンが決定される（Ｓ１）。本実施形態においては、予め複数種類の溶接種別表示パターンが、溶接の種別にそれぞれ関連付けて記憶されており、指示内容に対応する溶接種別表示パターンが決定される。

決定された溶接種別表示パターンを３次元モデル上に配置するために、次に３次元モデル上の溶接対象部位を指定する（Ｓ２）。この時に、基準ワークの面を選択し、参照ワークの面を選択し、溶接すべきエッジを選択することで溶接対象部位の指定が行われる。基準ワークとは３次元モデルのうち溶接対象として基準となる３次元モデルのことであり、参照ワークとは基準ワークに溶接される３次元モデルのことである。

次に、入力された突合せ溶接が開先溶接であるか否かを選択する（Ｓ３）。開先溶接である場合には、開先加工が行われるワークを選択する（Ｓ4）。開先加工が行われるワークを選択すると、開先加工の行われるワーク上の端縁に沿って溶接種別表示パターンが３次元モデル上に配置されるようになる。本実施形態においては、図８で示す正四角柱の溶接種別表示パターンが配置されるようになる。ここで、突合せ溶接において開先加工が両開先の場合は、基準ワーク及び参照ワークの両方を選択すればよい。そうすると、図８で示すようにふたつの溶接種別表示パターンが、当該エッジ上で隣り合うように並んだ態様で表示される。また、開先加工を行わない単なる突き合わせ溶接の場合は、ひとつの溶接種別表示パターンが３次元モデルの基準ワークと参照ワークとが接するエッジ上を跨ぐような態様で表示される。

Ｓ３で開先溶接ではない場合には、フローは、そのままＳ５に進む。上記の溶接のほか、本開示の３次元ＣＡＤシステムでは、溶接の種別ごとに異なる溶接種別表示パターンが用意されている。本実施形態において、開先溶接であるか、否かが決定されると、フローはＳ５に進み、各種のパラメータが入力される。ここで入力とは３次元モデル作画時の情報に基づき自動取得されるものも含まれ、入力されるパラメータとしては、基準ワーク及び参照ワークのそれぞれのワークについての情報が含まれる。

基準ワーク及び参照ワークについての情報としては、例えば、ワークの品番、板厚及び材質のほか、開先角度、開先深さ、ビード形状などが挙げられる。ワークについての情報の入力は、基準ワークと参照ワークの両方に対して行われる。ワークについての情報が入力されると、フローはＳ６に進む。

Ｓ６では処理回路４によって溶接が可能であるか否かが判断される。溶接が可能であるか否かが判断された結果、溶接を行うことが可能である場合には、フローはＳ８に進む。例えば、溶接の行われる部位に対して溶接トーチを向けられないような場合には、溶接を行うことが不可能であると判断され、フローはＳ７に進み、出力装置１２にエラー表示が出力される。

フローがＳ８に進むと、溶接の範囲指定を行うか否かを決定する。溶接の範囲指定が必要な場合には、Ｓ９のフローに進み、溶接の範囲を指定する。溶接の範囲指定が不要な場合は、フローはそのままＳ１０に進む。

次に、断続溶接か否かの指示を行う。断続溶接である場合、Ｓ１１のフローに進み、断続溶接の溶接長さとその個数を入力する。そうすると、溶接種別表示パターンが３次元モデルの対象モデル（基準ワークと参照ワーク）上に、前述した一連の指示内容に則した溶接長さ及び個数に分割された態様にて３次元モデル上に配置され、出力装置１２に表示される。断続溶接でない場合は、対象モデルの全長またはＳ９において指定した範囲に溶接種別表示パターンが３次元モデル上に配置されて出力装置１２に表示される（ＳＰ）。

次にＳ１２からの溶接仕上げに関するフローについて説明する。ここではまず溶接後の溶接ビードへの仕上げ処理の内容が入力される。ここで入力される処理内容としては、溶接が行われた後の溶接ビードについてのグラインダーによる研削仕上げや機械加工といった仕上げ内容が挙げられる。本実施形態では、溶接後の溶接ビードへの仕上げ処理に応じて、複数の表示色により定義づけられた仕上げ内容表示パターンを選択することにより行われる（Ｓ１２）。所望の仕上げ内容表示パターンを選択すると仕上げ内容に応じた表示色が決定され、３次元モデル上に配置された溶接種別表示パターンの外観色が選択された表示色に変更されて表示される。（Ｓ１３）。

仕上げ内容に応じた表示色が溶接種別表示パターンに付されると、Ｓ１４で溶接ビードについての細かな情報が入力される。ここで入力される情報としては、溶接ビードの最大脚長、最小脚長や、水密の要否、気密要否等が挙げられる。溶接ビードについての情報は、入力装置１１を介して入力される。溶接ビードについての情報が入力されると、入力された情報がプロパティ情報として登録される（Ｓ１５）。本実施形態においては、溶接種別表示パターンにプロパティ情報として、文字情報によって登録される。溶接ビードについての細かな情報が溶接種別表示パターンに登録されると、アーク溶接についてのフローが終了する。

次に、レーザー溶接が行われる場合についてのフローについて説明する。本実施形態において、レーザー溶接は、溶接ロボット１４により溶接ヘッドとローラーとを移動させながら溶接を行う。溶接が行われる際には、ワークが上方に浮かないように、ローラーがワークを下方へ押さえつけながら、溶接ヘッドからレーザー光を照射して溶接を行う。

レーザー溶接が行われる際には、図６及び７に示すフローによって、まず、入力装置１１を介してレーザー溶接の溶接種別表示パターンを選択することにより入力が受け付けられる（Ｓ２２）。そうすると、３次元ＣＡＤシステム上の空間に表示されるレーザー溶接の溶接種別表示パターン（本例の場合、半円柱）が決定される（Ｓ２３）。決定された溶接種別表示パターンを３次元モデル上に配置するために、次に３次元モデル上の溶接対象部位を指定する（Ｓ２４）。この時、基準ワークの面を選択し、参照ワークの面を選択し、基準ワークのエッジを選択することで溶接対象部位の指定が行われる。

この溶接対象部位の指定の際に各種のパラメータが入力される（Ｓ２５）。ここで入力とは３次元モデル作画時の情報に基づき自動取得されるものも含まれる。入力されるパラメータとしては、基準ワーク及び参照ワークのそれぞれのワークについての情報が含まれる。基準ワーク及び参照ワークについての情報としては、例えば、ワークの品番、板厚及び材質のほか、基準ワークのエッジの長さなどが挙げられる。そして、フローはＳ２６に進み、溶接が可能であるか否かが処理回路４によって判断される。溶接が可能であるか否かが判断された結果、溶接を行うことが可能である場合には、フローはＳ２７に進む。例えば、溶接の行われる部位が溶接ヘッドを溶接位置に向けられないような構造上の問題がある場合には、溶接を行うことが不可能であると判断される。溶接が不可能な場合には、フローはＳ２８に進み、出力装置１２にエラー表示が出力される。

続いて、オフセット値の入力を行う（Ｓ２７）。オフセット値とは、溶接対象部位に照射されるレーザー光の照射位置、すなわち溶接位置を指定するためのもので、基準ワークのエッジから溶接位置までの距離を指している。尚、オフセット値は、溶接基準に従った値としてデフォルト設定されており、通常は自動取得されるようになっている。

次に溶接の範囲指定を行うか否かを決定する（Ｓ２９）。溶接の範囲指定が必要な場合には、Ｓ３０のフローに進み、溶接の範囲を指定する。そうすると溶接長さが算出される。溶接の範囲指定が不要な場合は、フローはそのままＳ３１に進み、基準ワークのエッジの長さを溶接長さとして算出される。

溶接長さが算出されると、フローはＳ３１に進み、機械的な制約によって溶接が不可能な状態にあるか否かが判断される。
本実施形態においては、溶接が溶接ロボット１４を用いて行われているので、溶接には、溶接ロボット１４による機械的な制約と、それに関係する構造上の制約も生じる。フローＳ３１においては、溶接ロボット１４による機械的な制約によって溶接を行うことができないようになっていないかの確認が行われる。本実施形態においては、溶接ロボット１４によって溶接ヘッドとローラーとが用いられて溶接が行われるので、溶接ヘッドとローラーとが移動可能な領域にのみ溶接を行うことが可能である。そのため、ワークの形状等から溶接ヘッドとローラーとの移動可能な領域が求められ、溶接ビードが溶接ヘッドとローラーとの移動可能な領域の内部にあるか否か、ワークに干渉しないかなどが判断される。

溶接ロボット１４の機械的制約としては、例えば、溶接が行われる際に、溶接を行う溶接ロボット１４の移動する軌跡において、ワークからのクリアランスが確保されているか否かが判断される。また、溶接ヘッド及びローラーが、溶接を終えた後に、ワークから離間するために移動するためのスペースが確保されているか否かが判断される。その他、溶接ビードによる曲率半径が、溶接ヘッド及びローラーが回転可能な最小半径よりも大きいか否かや、溶接の行われる面が、溶接を行うことが可能である最大高さ以下の位置に収まっているか否かなどの判断をＳ２６のフローとは別に再度行われる。

Ｓ３１で機械的な制約、構造上の制約によって溶接が不可能な状態にあると判断された場合には、フローはＳ３２に進み、出力装置１２でエラー表示を出力する。Ｓ３１で溶接が可能な状態にあると判断されると、レーザー溶接の溶接種別表示パターンが前述した一連の指示内容に則して３次元モデルの溶接対象モデルに配置され、出力装置１２に表示される（ＳＰ）。

ＳＰで溶接種別表示パターンが３次元モデルの対象モデル上に配置されると、次に、Ｓ３３で溶接後の溶接ビードへの仕上げ内容が入力される。本実施形態では、溶接後の溶接ビードへの仕上げ内容に応じて紐付けられた表示色を有する仕上げ内容表示パターンを選択する（Ｓ３３）。そうすると、３次元モデルの対象モデル上に配置された溶接種別表示パターンの外観色が選択したパターン色に変更される（Ｓ３４）。また、特に仕上げ処理の必要がない場合は変更されず、溶接種別表示パターンはデフォルト色のままＳ３５のフローに進む。

Ｓ３３で溶接後の溶接ビードへの仕上げ処理の内容に即した表示色が溶接種別表示パターンに対して付されると、Ｓ３５で溶接ビードについての細かな情報が入力される。ここで入力される情報としては、溶接ビードの表面形状や、水密の要否、気密要否等が挙げられる。溶接ビードについての仕上げ情報が溶接種別表示パターンに登録されると、レーザー溶接についてのフローが終了する。なお、図３に示されるフローにおいて、溶接がアーク溶接であるかレーザー溶接であるかが判断されるＳ１０２では、アーク溶接、レーザー溶接以外の溶接が選択されてもよい。本実施形態においては、アーク溶接、レーザー溶接以外の溶接として、摩擦攪拌接合が選択されることが可能である。図３には、アーク溶接、レーザー溶接以外の溶接として、処理Ｂ１が示されている。本実施形態においては、例えば、処理Ｂ１は摩擦攪拌接合である。

（溶接種別表示パターンについて）
次に、溶接種別表示パターンの各々について説明する。
最初に、突き合わせ溶接が行われる場合について説明する。アーク溶接における突き合わせ溶接が行われる場合には、溶接種別表示パターンとして、正四角柱の表示パターンが選択される。図８に示されるように、溶接が行われていく方向Ｄ１に直交する断面が正方形である角柱によって溶接種別表示パターンが表示されている。

本実施形態においては、突き合わせ溶接が行われる際に、図８に示されるようにワーク１５、１６同士が突き合わされて、互いに突き合わされるワーク１５、１６の両方に対し開先加工が行われる形態について説明する。図８においては、互いに突き合わされるワーク１５、１６の両方の上方に溶接種別表示パターン１７、１８が配置されている。本実施形態においては、互いに突き合わされるワーク１５、１６の両方に対し開先加工が行われ、それに対応して、開先溶接の行われるお互いのワーク１５、１６の両方の上方に溶接種別表示パターン１７、１８が配置されている。上述のように、突き合わせ溶接が行われる際に、開先加工が行われるワークの端縁上部に溶接種別表示パターン１７、１８を配置することにより、開先加工が行われるワークがどれなのかを溶接種別表示パターンが配される位置により理解できるようになっている。

図８においては、互いに突き合わされるワーク１５、１６の両方に対し開先加工が行われるので、突き合わされたワーク１５、１６の両方の端縁上部に溶接種別表示パターン１７、１８が配置されている。互いに突き合わされるワークのうちの、片方のワークのみに開先加工が行われる場合には、開先加工の行われる側のワークの端縁上部に配置される。

互いに突き合わされたワーク１５、１６の両方に対し開先が形成されて溶接が行われるときには、実際には、溶接ビードが開先の内部に形成されると共に、溶接ビードが開先の上方に突出して溶接ビードがワーク１５、１６の上面よりも上方へ盛り上がるように形成されるが、本実施形態においては、簡易図形により表示された溶接種別表示パターンによって溶接の行われる部位を表現するために、正四角の表示パターンによって溶接の行われる部位が表示されている。

次に、隅肉溶接が行われる場合について説明する。アーク溶接において、隅肉溶接が行われる場合には、溶接ビードが、溶接が行われていく方向に直交する断面が扇形である柱体である溶接種別表示パターンによって表示される。隅肉溶接を表示する際には、ワークが例えばＬ字状に配置され、その配置されたワークの両方に対し溶接種別表示パターンが接するように表示される。

図９に、隅肉溶接が行われる場合の溶接種別表示パターン１９を示す。図９に示されるように、隅肉溶接の際に選択される、溶接が行われていく方向Ｄ２に直交する断面が扇形の溶接種別表示パターン１９が、Ｌ字状に突き合わされたワーク２０、２１の両方に接するように配置されている。

次に、栓溶接が行われる場合について説明する。栓溶接は、重なり合うワークの一方に孔をあけ、その孔を埋め戻すように溶接ビードが配置される溶接である。図１０に、栓溶接が行われる場合の溶接種別表示パターン２２及びワーク２３、２４の斜視図を示す。栓溶接が行われる場合には、図１０に示されるように、上下方向に２つのワーク２３、２４が重ねられ、上側のワーク２３の孔があけられた箇所に、半球状の、溶接種別表示パターン２２が表示される。

次に、円周溶接が行われる場合について説明する。円周溶接は、上下に配置した２つのワークを接続するように、上側のワークにあけられた孔の上端面から下側のワークの上端面に向けてリング状の溶接ビードを架け渡すように溶接ビードが配置された溶接である。円周溶接においては、溶接ビードを平面視したときに、溶接ビードが円環状の形状を有している。円周溶接が行われる場合には、図１１に示されるように、上側のワーク２５の上端面と下側のワーク２６の上端面との間に位置し、上側のワーク２５の上端面から下方に向かうにつれて直径が狭まる円環によって溶接種別表示パターン２７が表示される。

次に、レーザー溶接が行われる場合について説明する。レーザー溶接が行われる場合には、図１２に示されるように、溶接が行われていく方向Ｄ３に直交する面に沿う断面が円を均等に２分割したときの半円である溶接種別表示パターン２８が表示される。本実施形態においては、上下方向に２つ重ねられたワーク２９、３０を上下方向に接続するために行われる。上下方向に２つ重ねられたワーク２９、３０に対しレーザー溶接が行われたときには、実際には、溶接ビードは上側のワーク２９を貫通するように形成されるが、本実施形態においては、簡易図形として示される溶接種別表示パターンを用いている。

次に、スポット溶接が行われる場合について説明する。スポット溶接が行われる場合には、図１３に示されるように、上下に重ねられたワーク３１、３２のうち、上側のワーク３１のスポット点に円柱の形状を有する溶接種別表示パターン３３が配置されて表示される。

次に、摩擦攪拌接合が行われる場合について説明する。図１４に示されるように、互いに突き合わされた２つのワーク３５、３６に対し摩擦攪拌接合が行われる場合には、摩擦攪拌接合が行われていく方向Ｄ４に直交する断面が三角形である三角柱によって溶接種別表示パターン３４が表示される。

次に、断続溶接が行われる場合について説明する。尚、ここでは隅肉溶接の場合を例示する。断続溶接は、溶接が行われるＤ５方向に沿って、同一種類の溶接を、一定の間隔で、間欠的に行われる溶接であって、図４で示すフローのＳ１１により指定された内容に基づき溶接種別表示パターンが断続した態様で表示される。図１５に示されるように、隅肉断続溶接の行われる部位では、溶接種別表示パターン３７が、等間隔に配置されて表示される。図１５に示される形態においては、２つのワーク３８、３９の延在する方向Ｄ６、Ｄ７が互いに直交するように突き当てられて、突き当てられた２つのワーク３８、３９の両者に溶接ビードが当接するように溶接が行われている。そのため、図１５においては、溶接種別表示パターン３７は隅肉溶接を示す断面が扇形の表示パターンとなっている。

なお、断続溶接は、隅肉溶接によって行われるだけでなく、他の種類の溶接によって行われる場合もある。従って、断続溶接が行われる場合には、行われる溶接の種類に応じた溶接種別表示パターンが表示される。このように、溶接の種類に応じて、対応する溶接種別表示パターンが選択され、３次元ＣＡＤシステムの空間に表示される３次元モデルの溶接対象部位の指定位置に表示される。

また、本実施形態においては、溶接後に溶接ビードに対して行われる仕上げ内容に応じた仕上げ内容表示パターンが選択されると、溶接種別表示パターンが仕上げ内容表示パターンを伴って表示されるようになる。本例においては溶接種別表示パターンの外観色が変更される。溶接後に溶接ビードに対して行われる仕上げ処理の内容については、グラインダー加工や穴あけ加工といった加工が挙げられる。また、グラインダー加工を行うにしても、溶接ビードの上面の端部のみを滑らかにする加工、ワークから突出した溶接ビードを除去する加工、溶接ビードを上方に向かって凸とする加工及び溶接ビードを上方に向かって凹とする加工を行うこと等が挙げられる。また、溶接ビードへの処理を行わない場合についても考えられる。これらの溶接後の処理内容に応じて仕上げ内容表示パターンが選択され、溶接種別表示パターンが仕上げ内容表示パターンを伴って表示される（本例では仕上げ内容に応じた色）。

例えば、溶接後に、溶接ビードの上面の端部のみを滑らかにする加工が行われる場合には、溶接種別表示パターンの色が赤に変更されて示される。また、溶接後に、ワークから突出した溶接ビードを除去する加工が行われる場合には、溶接種別表示パターンの色が青に変更されて示される。また、溶接後に、溶接ビードを上方に向かって凸とする加工が行われる場合には、溶接種別表示パターンの色が黄色に変更されるなどにより示される。なお、溶接後に、溶接ビードへの処理を行わない場合には、溶接種別表示パターンの色は変更されず、元々設定されている溶接種別表示パターンのデフォルトの色のままである。なお、溶接種別表示パターン対して変更させる色は上記の例に限定されず、他の色であってもよい。また、溶接後に、溶接ビードへの仕上げ処理を行わない場合に、一定の色によって着色を行うように設定されていてもよい。

以上のように、入力装置１１によって入力された溶接種別に対応する溶接種別表示パターンが選択されると、３次元ＣＡＤシステム上の空間に表示される３次元モデルの溶接対象部位の指定箇所に溶接種別表示パターンが表示される。

本実施形態によれば、溶接種別に応じて溶接種別表示パターンが簡易図形として示され、溶接の仕上げ処理の内容が溶接種別表示パターン（色）として３次元モデル上の溶接対象部位に表示されるので、溶接の作業者は、溶接種別表示パターンを見ただけで溶接に関する指示内容を容易に理解することができる。また、ＣＡＤシステム上に溶接の作業内容を入力するオペレーターは、溶接種別に応じた溶接種別表示パターンを選択するだけなので入力作業が容易になる。また、溶接の内容が、簡易図形として表示される３次元モデルと色によって表示されるので、３次元ＣＡＤシステムの空間上で溶接の内容を反映させて溶接部位を表示させるのに必要とされるデータ量を少なく抑えることができる。

また、本実施形態においては、突き合わせ開先溶接である場合に、３次元ＣＡＤシステム上の空間において、互いに突き合わせられて溶接の行われる２つのワークのうち、開先加工を行うワークの端縁上部に突き合わせ溶接（本例では断面正四角形）の溶接種別表示パターンが配置されるので、溶接および開先加工を行う作業者は、開先加工を行うべきワークを、溶接種別表示パターンの配置位置に基づき、的確に理解することができる。また、３次元ＣＡＤシステムに溶接の作業内容を入力するオペレーターは、開先加工についての情報を入力するのに、開先加工を行うワーク上に溶接種別表示パターンを配置させるようにするだけで済み、入力作業が容易であり、開先加工の指示を容易に入力することができる。

また、本実施形態においては、溶接が行われる部分についての溶接後の仕上げ内容に応じた仕上げ内容表示パターン（色）を選択すると、それに伴い溶接種別表示パターンにその色が付されて表示されるので、溶接作業者は、溶接後の仕上げ内容の概要を溶接種別表示パターンに付された仕上げ内容表示パターン（色）から直感的に理解することができる。また、３次元ＣＡＤシステムに溶接の作業内容を入力するオペレーターは、溶接後の仕上げ内容を容易に入力することができる。

（溶接ロボットによって構造上の制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域を示す３次元モデルについて）
次に、３次元ＣＡＤシステム上の空間に、溶接ロボット１４によって構造上の制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域を示す３次元モデルを表示させる形態について説明する。３次元ＣＡＤシステム上の空間に、溶接ビードの３次元モデルの表示パターンが作成されると、３次元ＣＡＤシステム上の溶接に関する指示内容を溶接ロボット１４に入力し、指示内容に基づいた溶接作業を溶接ロボット１４に行わせる。本実施形態においては、入力装置１１によって溶接に関する指示内容を入力し、３次元ＣＡＤシステム上の空間に、溶接種別表示パターンを表示させる際に、３次元ＣＡＤシステム上の空間に、溶接ロボット１４によって構造上の制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域を示す３次元モデルを表示させることができる。

図１６に、本実施形態における溶接種別表示パターンが配置された３次元ＣＡＤシステム上の空間の斜視図が示され、図１７に、図１６でレーザー溶接を表す溶接種別表示パターンによって示された溶接が溶接ロボット１４によって行われるときの、構造上の制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域の示された３次元ＣＡＤシステム上の空間の斜視図が示される。また、図１８に、図１７に示される溶接ロボット１４によって構造上の制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域について側面から見た側面図を示す。また、図１９に、図１７に示される溶接ロボット１４によって構造上の制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域についての、溶接ビードの延びる方向に直交する面に沿う断面図を示す。

図１６に示されるように、本実施形態においては、平板４０の上に、屈曲した板による部品４１が複数配置され、部品４１が平板４０の上面に溶接によって取り付けられている。平板４０の上面に配置されている部品４１は、長手方向Ｄ８に長く延び、長手方向Ｄ８に交差する交差方向Ｄ９の両端に平板４０に平行な板状の平行部４１ａと、交差方向Ｄ９の中央部において平板４０から離間する方向へ突出した突出部４１ｂとを有している。本実施形態においては、突出部４１ｂは、平板４０に平行に延在する平行部４１ａから上方へ突出した部分の全てを含むものとする。部品４１における平行部４１ａと平板４０とが、溶接によって接続されている。平板４０上において、複数の部品４１のそれぞれの長手方向が互いに平行となるように、複数の部品４１が並べられている。

本実施形態においては、レーザー溶接によって平板４０と部品４１との接続が行われている。溶接は、部品４１の延びる長手方向Ｄ８と同じ方向に沿って行われている。溶接の種類がレーザー溶接であるので、図１６の溶接種別表示パターン４２は、溶接の行われる方向Ｄ８に直交する面についての断面が半円である。

出力装置１２の出力の表示モードを変えることにより、図１６に示されるような溶接種別表示パターン４２を表示する表示モードから、図１７に示されるような３次元ＣＡＤシステム上に溶接を行う溶接ロボット１４が構造上の制約を受けずに移動可能な限界領域を表示する表示モードに切り替えることができる。

出力装置１２の表示モードが限界領域を表示する表示モードに切り替えられると、図１７に示されるように、図１６で溶接種別表示パターン４２が配置されていた部分の周囲に、溶接ロボット１４が構造上の制約を受けずに移動可能な限界領域を示す３次元モデル４３が表示される。

本実施形態においては、溶接ロボット１４は、溶接が行われる際にワークを押さえつけるローラーと、レーザー溶接を行う溶接ヘッドとを有している。溶接ロボット１４は、ローラーと溶接ヘッドとを溶接の行われる方向に沿って移動させながら溶接が行われる。図２０に、溶接ロボット１４が溶接を行う際に、ローラー４４と溶接ヘッド４５とが、溶接の行われる方向Ｄ８に沿って移動しているときの平板４０、部品４１、ローラー４４及び溶接ヘッド４５の斜視図を示す。図２０においては、実際に溶接が行われているので、部品４１上に実際の溶接ビード４６が示されている。溶接ロボット１４が溶接を行う際には、ローラー４４と溶接ヘッド４５とが、溶接の行われる方向に沿って移動することが必要になるので、ローラー４４と溶接ヘッド４５とが移動可能な領域の内部において、溶接を行うことが可能となる。従って、ローラー４４と溶接ヘッド４５とが移動可能な領域が、溶接ロボット１４によって構造上の制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域となる。

本実施形態においては、図１６に示されるように、平板４０上に、平板４０から離間する方向に突出した複数の部品４１が溶接によって接続されることから、溶接ロボット１４の溶接可能な領域が部品４１によって構造上の制約を受け、溶接を行うことができない領域が生じる。本実施形態においては、図１８に示されるように、限界領域を示す３次元モデル４３は、平板４０と部品４１とが上下方向に当接しながら重ねられている部分において、平板４０及び部品４１の一方向に長く延びる長手方向Ｄ８に延びた長手方向領域の表示パターン４３ａと、部品４１における長手方向Ｄ８の端部に近接した位置で、溶接ロボット１４のローラー４４と溶接ヘッド４５とが溶接を終えた後に平板４０及び部品４１から逃げるために円弧上に形成された逃げ領域の表示パターン４３ｂとを含んでいる。

長手方向領域の表示パターン４３ａは、平板４０及び部品４１の長手方向Ｄ８と同じ方向に延びており、部品４１における幅方向の中央で平板から離間する方向へ突出した突出部４１ｂの高さとおおよそ同じ高さである。逃げ領域の表示パターン４３ｂは、図１８に示される点Ｏ１を中心とした円弧状の領域である。円弧状の逃げ領域の表示パターン４３ｂの外径及び内径の中心が点Ｏ１である。点Ｏ１は、部品４１における長手方向Ｄ８の端部４１ｃよりも長手方向のやや内側の位置から鉛直方向上方に移動した位置にある。

また、図１９に示されるように、限界領域を示す３次元モデル４３のうち、長手方向領域の表示パターン４３ａは、部品４１における突出部４１ｂに当接せず、突出部４１ｂにおける交差方向Ｄ９の両端部からのクリアランスが確保されている。本実施形態においては、長手方向領域の表示パターン４３ａは、上下方向において、最も下方の位置で、部品４１の突出部４１ｂから最も大きく離間し、最も上方の位置で、突出部４１ｂに最も近接している。従って、長手方向領域の表示パターン４３ａは、上下方向において、最も上の位置で最も広く、下方に向かうに従って徐々に狭くなる。これは、下方であればあるほど突出部４１ｂがローラー４４あるいは溶接ヘッド４５の邪魔になってしまい、部品４１とローラー４４あるいは溶接ヘッド４５とを干渉させないようにするには、下方の位置でクリアランスを大きく確保する必要があることによる。溶接ロボット１４によって溶接が行われる際にワークとローラー４４あるいは溶接ヘッド４５との間で確保されるべきクリアランスの大きさは、レーザー溶接が行われる際のフローにおける、オフセット値の入力（Ｓ２７）で行われてもよい。限界領域を示す３次元モデル４３は、ワークの形状ほか、装置の仕様等に基づき、処理回路４のメモリ６に格納された限界領域作成プログラム１０によって自動的に作成されるように構成されていてもよい。

上記実施形態においては、限界領域を示す３次元モデル４３として、溶接ロボット１４のローラー４４及び溶接ヘッド４５の移動可能な領域がそのまま表示されているが、限界領域を示す３次元モデル４３は、溶接の種類と合わせて表示されてもよい。例えば、限界領域を示す３次元モデル４３の、溶接の行われる方向Ｄ８に直交する面に沿う断面が溶接の種類によって変えられ、限界領域を示す３次元モデル４３の断面の形状によって溶接の種類が表示されてもよい。限界領域を示す３次元モデル４３として、溶接ロボット１４のローラー４４及び溶接ヘッド４５の移動可能な領域が形成され、そこから溶接の行われる方向Ｄ８に直交する面に沿う断面の外形を溶接の種類に合わせて変形させられてもよい。また、溶接ロボット１４のローラー４４及び溶接ヘッド４５の移動可能な領域として限界領域を示す３次元モデル４３を表示させ、限界領域を示す３次元モデル４３の上に、溶接の種類を示す溶接種別表示パターンを配置させるように表示させてもよい。このように、３次元ＣＡＤシステムの同一の空間内に、限界領域の３次元モデル４３と、溶接の種類を示す溶接種別表示パターンとを合わせて表示させてもよい。

上記のように、３次元ＣＡＤシステム上の空間に、構造上の制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域を示す３次元モデル４３が表示される。３次元ＣＡＤシステム上の空間に、限界領域の３次元モデル４３が表示されるので、溶接ロボット１４を用いて溶接を行う場合に、溶接の行われる部位が溶接ロボット１４によって溶接を行うことが可能な位置か否かを、限界領域を示す３次元モデル４３によって表示することができる。溶接の行われる部位が限界領域の３次元モデル４３の内部に収まっていれば溶接可能と判断することができ、溶接の行われる部位が限界領域を示す３次元モデル４３から外れた位置にあれば溶接を行うことができないと判断することができる。従って、画像を見た人は、溶接ロボット１４による溶接に必要とされる領域が確保されているか否かを視覚的に容易に判断することができる。

また、限界領域は、溶接ヘッドによって溶接が行われた後に溶接ヘッド４５及びローラー４４がワークから逃げるのに必要とされる逃げ領域を含んでいるので、３次元ＣＡＤシステムの画像を見た人は、ローラー４４と溶接ヘッド４５とによるワークからの逃げに必要とされている領域が確保されているか否かを視覚によって容易に判断することができる。

（他の実施形態）
なお、溶接種別表示パターンの断面形状は上記実施形態で説明したものに限定されない。溶接の種類に応じて断面形状を変え、溶接の種類を視覚的に判別できるのであれば、他の形態であってもよい。また、溶接種別表示パターンに付される仕上げ内容表示パターン（本例では色）についても、他の形態、例えば線種によるパターンとしてもよい。

本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、及び／又は、それらの組み合わせ、を含む回路又は処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路又は回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット若しくは手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、又は、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、又は、列挙された機能を実行するようにプログラム若しくは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段若しくはユニットは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェア及び／又はプロセッサの構成に使用される。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。例えば、１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよく、実施形態中の一部の構成は、その実施形態中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれる。

１３次元ＣＡＤシステム
４処理回路
５プロセッサ
８表示プログラム
１４溶接ロボット
１５、１６、２０、２１、２３、２４、２５、２６、２９、３０、３１、３２、３５、３６、３８、３９ワーク
１６、１７、１８、１９、２２、２７、２８、３３、３４、３７、４２溶接ビードの３次元モデルの表示パターン（溶接種別表示パターン）
４３限界領域を示す３次元モデル
４４ローラー
４５溶接ヘッド

Claims

３次元ＣＡＤシステムにより作成された３次元モデルに対して、前記３次元モデルの溶接対象部位に溶接に関する情報を付与する３次元ＣＡＤシステムであって、前記３次元ＣＡＤシステムに予め格納され、溶接の種別ごとに付与された複数の溶接種別表示パターンから所望の溶接種別表示パターンを選択し、前記溶接対象部位を選択することにより、前記所望の溶接種別表示パターンを前記溶接対象部位に表示させる、３次元ＣＡＤシステム。
前記複数の溶接種別表示パターンの各々は簡略化された図形からなる３次元モデルである、請求項１に記載の３次元ＣＡＤシステム。
前記３次元ＣＡＤシステムに予め格納され、溶接の仕上げ内容ごとに付与された複数の仕上げ内容表示パターンから所望の仕上げ内容表示パターンを選択することにより、前記溶接対象部位に表示された前記溶接種別表示パターンが、前記所望の仕上げ内容表示パターンを伴って表示される、請求項２に記載の３次元ＣＡＤシステム。
前記複数の仕上げ内容表示パターンの各々は異なる色である、請求項３に記載の３次元ＣＡＤシステム。
突き合わせ溶接、隅肉溶接、レーザー溶接、摩擦攪拌接合の場合において、前記簡略化された図形は、前記簡略化された図形の断面形状のまま溶接対象モデルに沿って延びた態様で表示され、前記簡略化された図形の長さは前記突き合わせ溶接、隅肉溶接、レーザー溶接、摩擦攪拌接合の溶接長さと一致する、請求項４に記載の３次元ＣＡＤシステム。
突き合わせ溶接が開先溶接の場合において、前記所望の溶接種別表示パターンは、前記簡略化された図形が前記簡略化された図形の断面形状のまま溶接対象モデルに沿って延びた態様で表示され、前記３次元モデルのうち、開先が取られる側の前記３次元モデルの端縁上面に沿って、前記所望の溶接種別表示パターンが表示される、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の３次元ＣＡＤシステム。
前記３次元モデルに対して、構造上および機械的制約を受けずに溶接を行うことが可能な限界領域をさらに表示する、請求項５に記載の３次元ＣＡＤシステム。