DE102015002193A1

DE102015002193A1 - Schweissbrennerdetektor und Schweissrobotersystem

Info

Publication number: DE102015002193A1
Application number: DE102015002193.1A
Authority: DE
Inventors: Yuusuke TAKAYAMA
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2035-02-21
Also published as: US10016834B2; JP2015163407A; JP5927212B2; CN104874900A; DE102015002193B4; CN104874900B; US20150246406A1

Abstract

Ein Schweißbrennerdetektor enthält eine Abbildungseinheit zum Aufnehmen von Bildern eines Schweißbrenners und eines Schweißdrahtes aus mehreren Richtungen zur Gewinnung von Bildsignalen, eine Bilderkennungseinheit zur Erkennung von Schweißdrahtbildern und Schweißbrennerbildern entsprechend den gewonnenen Bildsignalen, eine Einstelleinheit zum Einstellen eines Zielpunktes entsprechend einer Zielposition des Schweißdrahtes auf erkannten Schweißdrahtbildern, eine Positionsdetektionseinheit zum Detektieren einer Position des Zielpunktes im dreidimensionalen Raum auf Basis der erkannten Schweißdrahtbilder, und eine Neigungsdetektionseinheit zum Detektieren einer Neigung des Schweißbrenners im dreidimensionalen Raum auf Basis der erkannten Schweißbrennerbilder.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Schweißbrennerdetektor zum Detektieren der Neigung eines Schweißbrenners an einem Schweißroboter und ein Schweißrobotersystem.
3. Zum Stand der Technik
Bekannt ist eine Vorrichtung mit einem Schweißbrenner an der Spitze eines Armes eines Schweißroboters, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, den Betrag einer Abweichung zwischen einer Spitze eines Schweißdrahtes, der vom Schweißbrenner zugeführt wird, und einer Zielposition des Schweißdrahtes zu detektieren. Beispielsweise misst die in der japanischen Patentveröffentlichung 4665243 ( JP 4665243 B ) beschriebene Vorrichtung die Spitzenposition des Schweißdrahtes mit einem Lasersensor und gewinnt den Betrag einer Abweichung der Drahtspitzenstellung von der vorgegebenen Zielstellung. Die Vorrichtung misst auch die Position der Spitze des Schweißbrenners mit einer Messeinheit und gewinnt den Betrag einer Abweichung der Position der Schweißbrennerspitze von einer Bezugsposition.
Ein Schweißbrenner an der Spitze eines Armes ist relativ lang. Wird deshalb nach einer Instruktion des Roboters der Schweißbrenner verformt oder verbogen, besteht die Möglichkeit, dass der Schweißbrenner mit einem Schweißwerkzeug oder einer anderen Einrichtung in der Umgebung zusammenstößt. Da gemäß der JP 4665243 B nur die Spitzenstellung des Schweißdrahtes und die Spitzenstellung des Schweißbrenners gemessen werden, ist es dort schwierig, einen Zusammenstoß des Schweißbrenner bei Deformation desselben zu vermeiden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer ersten Merkmalskombination der Erfindung hat ein Schweißbrennerdetektor eine Abbildungseinheit, die eingerichtet ist, Bilder des Schweißbrenners zu gewinnen, der an einer Armspitze eines Schweißroboters angebracht ist, und von einem vom Schweißbrenner zugeführten Schweißdraht, und zwar aus mehreren Richtungen, und zum gewinnen von Bildsignalen des Schweißbrenners und des Schweißdrahtes, weiterhin eine Bilderkennungseinheit, die eingerichtet ist, auf Basis der von der Abbildungseinheit gewonnenen Bildsignale mehrere Schweißdrahtbilder, welche den Schweißdraht aus mehreren Richtungen darstellen, und mehrere Schweißbrennerbilder, welche den Schweißbrenner aus mehreren Richtungen darstellen, zu erkennen, weiterhin eine Einstelleinheit, die eingerichtet ist, einen Zielpunkt entsprechend einer Zielposition des Schweißdrahtes auf den mehreren Schweißdrahtbilder, welche von der Bilderkennungseinheit erkannt worden sind, zu setzen, eine Positionsdetektoreinheit, die eingerichtet ist, auf Basis der mehreren Schweißdrahtbildern, welche durch die Bilderkennungseinheit erkannt worden sind, eine Position des Zielpunktes im dreidimensionalen Raum zu detektieren, und eine Neigungsdetektionseinheit, die eingerichtet ist, auf Basis der mehreren Schweißbrennerbilder, welche durch die Bilderkennungseinheit erkannt worden sind, eine Neigung des Schweißbrenners im dreidimensionalen Raum zu detektieren.
Gemäß einer weiteren Merkmalskombination der Erfindung hat ein Schweißrobotersystem den oben beschriebenen Schweißbrennerdetektor, eine Brennerbewegungseinheit, die eingerichtet ist, den Schweißbrenner zu bewegen, eine Drahtzuführeinheit, die eingerichtet ist, den Schweißdraht vom Schweißbrenner zuzuführen, und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, die Brennerbewegungseinheit, die Drahtzuführeinheit und die Bildaufnahmeeinheit zu steuern. Die Steuereinheit steuert die Bildaufnahmeeinheit zur Aufnahme von Bildern des Schweißbrenners und des Schweißdrahtes aus mehreren Richtungen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Einzelnen in Zusammenhang mit den begleitenden Figuren:
1 zeigt den Gesamtaufbau eines Schweißrobotersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Steuerung des Robotersystems nach der Erfindung;
3 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Schweißbrennerdetektors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 zeigt ein Beispiel eines Kamerabildes, aufgenommen mit einer Kamera gemäß 3;
5 zeigt ein Beispiel für das Setzen eines Zielpunktes in einem Schweißdrahtbild in der Kameraaufnahme gemäß 4;
6 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 5;
7 zeigt den Zusammenhang zwischen einem mechanischen Koordinatensystem und einem durch einen Benutzer definierten Koordinatensystem;
8 zeigt ein Beispiel für Werkzeugspitzenkoordinaten;
9 zeigt ein gegenüber 8 abgewandeltes Beispiel für Werkzeugspitzenkoordinaten;
10 zeigt ein Beispiel von gegenüber den 8 und 9 abgewandelten Werkzeugspitzenkoordinaten;
11 zeigt den Ablauf in einer Drahtbestimmungseinheit entsprechend 3;
12 zeigt den Ablauf in einer Brennerbestimmungseinheit entsprechend 3;
13 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels des Arbeitsablaufes in einer Robotersteuerung entsprechend 2;
14 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung des Ablaufs im Anschluss an den Prozess gemäß 13; und
15 zeigt ein Beispiel für den Betrieb des Robotersystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
BESCHREIBUNG IM EINZELNEN
Nachfolgend wird ein Schweißrobotersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 15 beschrieben.
1 zeigt schematisch den gesamten Aufbau des Schweißrobotersystems gemäß dem Ausführungsbeispiel. Das Schweißrobotersystem hat einen Schweißroboter 1, der eingerichtet ist, für ein Lichtbogenschweißen, und eine Robotersteuerung 10, die eingerichtet ist, den Schweißroboter zu steuern.
Der Schweißroboter 1 ist ein Gelenkroboter mit einer Mehrzahl von drehbaren Armen 2. Ein Servomotor 21 (2) ist an jedem der Gelenke 20 eines Armes 2 angeordnet, und eine Position und Stellung des Spitzenabschnittes des Armes werden durch Antrieb seitens des Servomotors 21 geändert. Ein Schweißbrenner 3 ist am Spitzenabschnitt des Armes 2 angebracht und die Position und Stellung des Schweißbrenners 3 werden durch Schwenkung des Armes 2 geändert. Der Schweißbrenner 3 hat einen ersten Längsabschnitt 3a, der sich vom Arm-Endabschnitt aus erstreckt, und einen zweiten Längsabschnitt 3b, der sich von der Spitze des ersten Längsabschnittes 3a unter einem vorgegebenen Winkel zum ersten Längsabschnitt 3a erstreckt und der Schutzgas, wie Argon oder Kohlendioxid, von der Spitze des zweiten Längsabschnittes 3b abgibt.
Schweißdraht 4 steht von einer Spitzes des Schweißbrenners 3 vor (vom zweiten Längsabschnitt 2b). Der Schweißdraht 4 wird von einer Schweißdrahtrolle 5 über einen Zuführer 6 abgezogen und von der Spitze des Schweißbrenners 3 über den Draht-Zuführer 6 zugeführt. Eine Schweißmaschine 7 kommuniziert mit der Robotersteuerung 10, führt den Schweißdraht 4 entsprechend Befehlen seitens der Robotersteuerung 10 zu und steuert den Draht-Zuführers 6.
Auf einer Seite des Schweißroboters 1 ist eine Bildaufnahmevorrichtung 30 vorgesehen zur Aufnahme von Bildern des Schweißbrenners 3 und des Schweißdrahtes 4. Die Bildaufnahmevorrichtung 30 hat eine Staubschutzabdeckung 31, eine Kamera 32 im Inneren der Staubschutzabdeckung 31, und eine Lichtquelle 33 zur Beleuchtung eines Bildaufnahmebereiches. Der Schweißbrenner 3 kann durch eine Öffnung 34 in die Staubschutzabdeckung 31 eingeführt werden und wieder herausgeführt werden. Die Kamera 32 hat Bildsensoren, wie ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCDs), und ein mit der Kamera 32 aufgenommenes Bildsignal wird in die Robotersteuerung 10 eingegeben.
Die Robotersteuerung 10 gibt ein Steuersignal an den Servomotor 21 des Schweißroboter 1 (2), welcher den Arm antreibt, um die Position und Stellung des Schweißbrenners 3 zu steuern, und die Robotersteuerung 10 gibt weiterhin Steuersignale an die Kamera 32, um den Bildaufnahmebetrieb der Kamera zu steuern. Die Robotersteuerung 10 kann auch eine weitere Roboterwelle steuern, die eingerichtet ist, den Drahtzuführer 6 anzutreiben. Ein Befehlseingabefeld 8 ist mit der Robotersteuerung 10 verbunden. Das Befehlseingabefeld 8 hat eine Eingabeeinheit 8a, die eingerichtet ist für eine Eingabe verschiedener Arten von Befehlen und Anweisungen bezüglich des Betriebs des Schweißroboters 1, und eine Anzeigeeinheit 8b, die eingerichtet ist, unterschiedliche Informationen bezüglich des Betriebs anzuzeigen.
2 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Steuerung des Schweißrobotersystems. Wie 2 zeigt, sind die Kamera 32, die Schweißmaschine 7, und der den Arm antreibende Servomotor 21 mit der Robotersteuerung 10 verbunden. Die Robotersteuerung 10 hat eine arithmetische Recheneinheit einschließlich einer zentralen Steuereinheit (CPU), einen Lesespeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), und weitere periphere Schaltkreise sowie funktionale Komponenten, sowie eine Kamerasteuereinheit 11, die eingerichtet ist, den Bildaufnahmebetrieb der Kamera 32 zu steuern – mit anderen Worten: Betätigungen der Kamera 32 und der Lichtquelle 33 –, eine Schweißmaschinensteuereinheit 12, die eingerichtet ist, die Zufuhr von Schweißdraht 4 durch die Schweißmaschine 7 zu steuern, eine Motorsteuereinheit 13, die eingerichtet ist, den Antrieb des Servomotors 21 zu steuern, und eine Bildverarbeitungseinheit 14, die eingerichtet ist, vorgegebene Verarbeitungsschritte bezüglich eines von der Kamera 32 gewonnenen Bildsignals auszuführen.
3 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Aufbaus eines Schweißbrennerdetektors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie 3 zeigt, hat der Schweißbrennerdetektor 100 die Kamera 32 und die Bildverarbeitungseinheit 14. Die Bildverarbeitungseinheit 14 hat eine Bilderkennungseinheit 141, eine Einstellungs- oder Setzeinheit 142, eine Positionsdetektionseinheit 143, eine Neigungsdetektionseinheit 144, eine Draht-Bestimmungseinheit 145, eine Brenner-Bestimmungseinheit 146, und eine Korrektureinheit 147.
Die Kamera 32 führt Bildaufnahmen durch zur Gewinnung von Bildsignalen in einem vorgegebenen Aufnahmebereich. 4 zeigt ein Bespiel eines Kamerabildes 40 innerhalb des Bildaufnahmebereiches 40a, welches in einem Zustand aufgenommen wurde, in dem ein Spitzenabschnitt des Schweißbrenners 3 in die Staubschutzabdeckung 31 vorgeschoben ist. Gemäß 4 ist die Spitze 3c des Schweißbrenners 3 (zweiter Längsabschnitt 3b) im Wesentlichen in der Mitte des Bildaufnahmebereiches 40a angeordnet und das Kamerabild 40 enthält ein Gesamtbild (Schweißdrahtbild 41) des Schweißdrahtes 4 und ein Bild (Schweißbrennerbild 42) des Spitzenabschnittes des Schweißbrenners 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wie weiter unten noch näher beschrieben ist, durch Bewegung des Schweißbrenners 3 relativ zur Kamera 32 das Bild des Spitzenabschnittes des Schweißbrenners 3 aus mehreren Richtungen (erste und zweite Richtungen) durch die Kamera 32 aufgenommen. Entsprechend gewinnt die Kamera 32 zwei Kamerabilder 40 (erstes und zweites Kamerabild).
Die Bilderkennungseinheit 141 erkennt auf Basis des mit der Kamera 32 gewonnen Bildsignals Formen des Schweißdrahtes 4 und des Schweißbrenners 3 durch Mustervergleich. Mit anderen Worten: die Bilderkennungseinheit 141 vergleicht Bildmuster entsprechend vorgegebenen Formen des Schweißdrahtes 4 und des Schweißbrenners 3 mit den Kamerabildern 40. Die Bilderkennungseinheit 141 erkennt ein Schweißdrahtbild 41 (erstes Schweißdrahtbild) und ein Schweißbrennerbild 42 (erstes Schweißbrennerbild) in dem ersten Kamerabild 40 und erkennt ein Schweißdrahtbild 41 (zweites Schweißdrahtbild) und ein Schweißbrennerbild 42 (zweites Schweißbrennerbild) in dem zweiten Kamerabild 40.
Die Einstelleinheit 142 setzt einen Zielpunkt 43 entsprechend einer Zielposition (Draht-Zielposition) des Schweißdrahtes 4 bezüglich der ersten und zweiten Schweißdrahtbilder 41, welche durch die Bilderkennungseinheit 141 erkannt worden sind. Die Draht-Zielposition ist eine Zielposition für die Spitze des Schweißdrahtes 4 und der Zielpunkt 43 auf dem Schweißdraht 41 definiert die Draht-Zielposition. Bei den Schweißarmen wird die Position des Schweißdrahtes 4 so gesteuert, dass der Zielpunkt 43 (Werkzeugzielpunkt) mit der Draht-Zielposition zusammenfällt.
5 zeigt ein Beispiel für das Setzen des Zielpunktes 43. Gemäß 5 hat der Schweißdraht 4 die Eigenschaft, sich zu verbiegen und ein Spitzenabschnitt des Schweißdrahtes 4 verlässt die Mittellinie L1, welche durch die Längsachse des Schweißbrenners 3 verläuft. Wird deshalb der Zielpunkt 43 auf die Mittellinie L1 gesetzt, dann wandert der Zielpunkt 43 aus der Drahtzielposition. Deshalb setzt die Einstelleinheit 142 einen Schnittpunkt zwischen einer virtuellen Linie L2, die unter einem vorgegebenen Abstand ΔL von der Spitze 421 des Schweißbrennerbildes 42 entlang der Mittellinie L1 erstreckt, und dem Schweißdraht 41 als Zielpunkt 43. Die vorgegebene Länge ΔL entspricht der vorstehenden Länge (Geräteparameter) des Schweißdrahtes 4, welche für die gewünschte Schweißqualität erforderlich ist.
6 erläutert ein weiteres Beispiel für das Setzen des Zielpunktes 43. Gemäß 6 wird ein Mittelpunkt zwischen einem Kreisbogen mit einem vorgegebenen Radius R um die Spitze 421 des Schweißbrennerbildes 42 und dem Schweißdrahtbild 41 als Zielpunkt 43 gesetzt. Der vorgegebene Radius R entspricht beispielsweise der vorstehenden Länge ΔL des Schweißdrahtes gemäß 5.
Die Positionsdetektionseinheit 143 detektiert auf Basis der ersten und zweiten Schweißdrahtbilder 41, wie sie durch die Bilderkennungseinheit 141 erkannt worden sind, eine Position des Zielpunktes 43 im dreidimensionalen Raum. In diesem Fall berechnet die Positionsdetektionseinheit 143 zunächst eine Position des Zielpunktes 42 in einem durch den Benutzer definierten Koordinatensystem und berechnet sodann die Position des Zielpunktes 43 in einem mechanischen Koordinatensystem. 7 erläutert die Beziehung zwischen dem mechanischen Koordinatensystem und dem benutzerseitigen Koordinatensystem. Das mechanische Koordinatensystem ist ein dreidimensionales orthogonales Koordinatensystem mit X-, Y-, und Z-Koordinatenachsen, in dem eine vorgegebene Position P0 des Schweißroboters 1 den Koordinatenursprung bildet, und eine Position (X1, Y1 und Z1) eines Armspitzenabschnittes P1 durch das mechanische Koordinatensystem angegeben ist. Die X-, Y-, und Z-Koordinatenachsen werden am Armspitzenabschnitt P1 eingestellt und durch Schwenkung der Koordinatenachsen entsprechend einer Stellungsänderung des Armspitzenabschnittes P1 wird auch eine Stellung des Armspitzenabschnittes P1 durch das mechanische Koordinatensystem angegeben. Das mechanische Koordinatensystem wird verwendet für die Positions- und Stellungssteuerung des Schweißroboter 1 und die Position und Stellung des Armspitzenabschnittes P1 werden entsprechend einem vorgegebenen Programm gesteuert. Die Position und die Stellung des Armspitzenabschnittes P1 können durch einen im Servomotor 21 vorgesehenen Kodierer detektiert werden.
Andererseits ist das benutzerseitige Koordinatensystem ein orthogonales, dreiachsiges und dreidimensionales Koordinatensystem mit einem Ursprung an einer vorgegebenen Position P2 im Bildbereich 40a. Die einzelnen Koordinatenachsen (α-β-γ-Achsen) des benutzerseitigen Koordinatensystem sind beispielsweise parallel zu den jeweiligen Koordinatenachsen (X-, Y-, und Z-Achsen) des mechanischen Koordinatensystems. Der Ursprung P2 des benutzerseitigen Koordinatensystems ist an einer vorgegebenen Position (X2, Y2 und Z2) des mechanischen Koordinatensystems angeordnet. Dementsprechend können durch Addition eines vorgebebenen Wertes (X2, Y2, und Z2) zum Koordinatenwert des benutzerseitigen Koordinatensystems dessen Koordinatenwerte in die Koordinatenwerte des mechanischen Koordinatensystems umgewandelt werden. Im Einzelnen berechnet die Positionsdetektionseinheit 143 zunächst auf Basis des ersten Kamerabildes (erstes Schweißdrahtbild 41) einen zweidimensionalen Koordinatenwert des Zielpunktes 43 im benutzerseitigen Koordinatensystem. Sodann wandelt die Positionsdetektionseinheit 143 den zweidimensionalen Koordinatenwert im benutzerseitigen Koordinatensystem in einen Koordinatenwert im mechanischen Koordinatensystem um unter Verwendung der Positionsbeziehung zwischen dem Ursprung P0 des mechanischen Koordinatensystems und dem Ursprung P2 des benutzerseitigen Koordinatensystems. Die Positionsdetektionseinheit 143 berechnet eine Differenz zwischen dem Koordinatenwert und einem Koordinatenwert des Armspitzenabschnittes P1 des mechanischen Koordinatensystems und berechnet eine Relativposition des Zielpunktes 43 in Bezug auf den Armspitzenabschnitt P1 mit einer ersten Richtung als Referenz. In ähnlicher Weise berechnet die Positionsdetektionseinheit 43 auf Basis des zweiten Kamerabildes (zweites Schweißdrahtbild 41) eine relative Position des Zielpunktes 43 in Bezug auf den Armspitzenabschnitt P1 mit einer zweiten Richtung als Referenz. Die Positionsdetektionseinheit 143 berechnet eine dreidimensionale Position des Zielpunktes 43 in Bezug auf den Armspitzenabschnitt P1 unter Verwendung der beiden Relativpositionen mit den ersten und zweiten Richtungen als Referenz. Somit kann unter Verwendung der Kamerabilder 40, die aus zwei Richtungen aufgenommen worden sind, eine genaue Position des Zielpunktes 43 in Bezug auf Armspitzenabschnitt P1 berechnet werden.
Eine Neigungsdetektionseinheit 144 detektiert auf Basis der ersten und zweiten Schweißbrennerbilder 42, welche durch die Bilderkennungseinheit 141 erkannt worden sind, die Neigung des Schweißbrenners 3 im dreidimensionalen Raum in Bezug auf den Armspitzenabschnitt P1. Hierzu berechnet die Neigungsdetektionseinheit 144 zunächst einen Neigungswinkel θ der Mittellinie L1 des Schweißbrenners 3 in dem zweidimensionalen Bild auf Basis des ersten Schweißbrennerbildes 42. Beispielsweise berechnet gemäß der Darstellung in 4 die Neigungsdetektionseinheit 144 als Neigungswinkel θ einen Winkel der Mittellinie L1 des Schweißbrenners 3 in Bezug auf eine virtuelle Linie L3, die parallel liegt zu einer vorgegebenen Koordinatenachse (z. B. y-Achse) des benutzerseitigen Koordinatensystems. In ähnlicher Weise berechnet die Neigungsdetektionseinheit 144 einen Neigungswinkel der Mittellinie L1 des Schweißbrenners 3 im zweidimensionalen Bild auf Basis des zweiten Schweißbrennerbildes 42. Die Neigungsdetektionseinheit 144 bestimmt einen Neigungswinkel im dreidimensionalen Raum unter Verwendung der zwei Neigungswinkel der zweidimensionalen Bilder. Ein Zielpunkt 43 wird repräsentiert durch ein Werkzeugspitzenkoordinatensystem unter Verwendung dieser Neigungswinkel. Insbesondere wird entsprechend 7 das Werkzeugspitzen-Koordinatensystem mit orthogonalem, dreiachsigem und dreidimensionalem Koordinatensystem, bei dem die Koordinatenachsen (α-β-γ-Achsen) des benutzerseitigen Koordinatensystems, welche geneigt sind gemäß den Neigungswinkeln, wie durch die Neigungsdetektionseinheit 144 ermittelt, als Zielpunkt 43 gesetzt. Mit anderen Worten: das Werkzeugspitzen-Koordinatensystem mit dem Zielpunkt 43 als Ursprung wird eingestellt und die Neigung des Schweißbrenners 3 wird durch das Werkzeugspitzen-Koordinatensystem repräsentiert.
Da die Koordinatenachsen (α-β-γ-Achsen) des benutzerseitigen Koordinatensystems parallel zu den Koordinatenachsen (X-, Y-, und Z-Achsen) des mechanischen Koordinatensystems sind, wie in 7 dargestellt, und deshalb können die Koordinatenachsen des Werkzeugspitzen-Koordinatensystems dargestellt werden als Neigungen der Koordinatenachsen (X-, Y-, und Z-Achsen) des mechanischen Koordinatensystems. Dementsprechend kann die Neigung des Schweißbrenners 3 in Bezug auf den Spitzenabschnitt P1 detektiert werden und das Vorliegen oder Fehlen einer Deformation des Schweißbrenners 3 sowie das Ausmaß einer Deformation des Schweißbrenners 3 können detektiert werden; mit anderen Worten: ein Betrag der Abweichung der Form des Schweißbrenners gegenüber dem Ursprungszustand kann ermittelt werden. Der Zielpunkt 43 ist ein Werkzeugspitzenpunkt. Nachfolgend werden die Position des Zielpunktes 43 und die Neigung des Schweißbrenners 3 als „Position” bzw. „Neigung” des Werkzeugspitzenpunktes bezeichnet.
Die 8 bis 10 erläutern ein Beispiel für die Werkzeugspitzenkoordinaten. Wie 8 zeigt, ist dann, wenn die Mittellinie L1 des Schweißbrenners 3 parallel ist zur γ-Achse des benutzerseitigen Koordinatensystems, der Neigungswinkel θ der Mittellinie L1 0. Somit können die Koordinatenachsen (X-, Y- und Z-Achse) des Werkzeugspitzen-Koordinatensystems gewonnen werden durch Bewegung der Koordinatenachsen (α-, β-, γ-Achsen) des benutzerseitigen Koordinatensystems parallel zum Zielpunkt 43. Die Neigung des Schweißbrenners 3 wird dargestellt durch Drehwinkel (θx, θy und θz) der jeweiligen Koordinatenachsen (α-, β- und γ-Achsen) um den Zielpunkt 43. Bei in 8 gezeigten Beispiel ist der Neigungswinkel 0 und die Neigungsdetektionseinheit 44 detektiert den Drehwinkel (0, 0, und 0).
Wie 9 zeigt, ist dann, wenn die Mittellinie L1 (Z-Achse) des Schweißbrenners 3 um einen Winkel θ1 um die β-Achse geschwenkt ist, das Werkzeugspitzen-Koordinatensystem ein orthogonales, dreiachsiges (X-, Y-, und Z-Achsen) Koordinatensystem, welches um einen Winkel θ1 um die β-Achse gedreht ist und die zwischen den α- und X-Achsen sowie zwischen den γ- und Z-Achsen entstehenden Winkel betragen beide θ1. In diesem Falle detektiert die Neigungsdetektionseinheit 144 Drehwinkel (θ1, 0 und θ1).
Wie 10 zeigt, ist dann, wenn die Mittellinie L1 (Z-Achse) des Schweißbrenners 3 um einen Winkel θ2 um die α-Achse geschwenkt ist, das Werkzeugspitzen-Koordinatensystem ein orthogonales, dreiachsiges (X-, Y-, und Z-Achsen) Koordinatensystem, das um einen Winkel θ2 um die α-Achse gedreht ist und die Winkel zwischen den β- und Y-Achsen sowie den γ- und Z-Achsen sind beide θ2. In diesem Falle detektiert die Neigungsdetektionseinheit 144 Drehwinkel (0, θ2, und θ2).
Die Drahtbestimmungseinheit 145 ermittelt, ob ein Schweißdrahtbild 41 in dem vorgegebenen Bereich durch die Bilderkennungseinheit 141 erkannt worden ist oder nicht. Der vorgegebene Bereich entspricht dem Bereich des Vorstehens des Drahtes, der die Einstellung des Zielpunktes 43 ermöglicht, d. h. ΔL gemäß 5.
Ist beispielsweise der Betrag des Vorstehens des Drahtes kürzer als ΔL, wie in 11 gezeigt, kann ein Zielpunkt 43 im Schweißdrahtbild 41 nicht gesetzt werden. In diesem Falle gibt die Drahtbestimmungseinheit 145 ein Ermittlungsergebnis dahingehend, dass kein Schweißdrahtbild 41 in dem vorgegebenen Bereich erkannt worden ist. Nach Erhalt dieser Feststellung gibt die Schweißmaschinensteuereinheit 12 (2) ein Steuersignal an die Schweißmaschine 7 und der Drahtzuführer 6 führt den Schweißdraht 4 um einen vorgegebenen Betrag nach.
Die Brennerbestimmungseinheit 146 ermittelt, ob ein Schweißbrennerbild 42 in einem vorgegebenen Bereich durch die Bilderkennungseinheit 141 erkannt worden ist oder nicht. Der vorgegebene Bereich ist so bemessen, dass er die Ermittlung einer Neigung des Schweißbrenners 3 ermöglicht. Ist beispielsweise ein vorgegebener Bereich 40b des Schweißbrenner-Spitzenabschnittes nicht im Abbildungsbereich 40a aufgrund einer Positionsverschiebung des Schweißbrenners 3 entsprechend 12 enthalten, kann die Neigung des Schweißbrenners 3 nicht gut ermittelt werden. In diesem Falle gibt die Brennerbestimmungseinheit 146 ein Ermittlungsergebnis dahingehend ab, dass kein Schweißbrennerbild 42 im vorgegebenen Bereich 40b erkannt worden ist. Nach Erhalt dieses Ermittlungsergebnisses gibt die Motorsteuereinheit 13 (2) ein Steuersignal an den Servomotor 21 und der Schweißbrenner 3 wird parallel in Richtung auf die Mitte des Abbildungsbereiches 40a verschoben (Pfeilrichtung A in 12).
Die Korrektureinheit 147 korrigiert vorab eingegebene Befehlswerte bezüglich Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes (Zielpunkt 43) unter Verwendung eins Positionsdetektionswertes, der durch die Positionsdetektionseinheit 143 detektiert wurde, und eines Neigungsdetektionswertes, der durch die Neigungsdetektionseinheit 144 detektiert wurde. Beispielsweise überschreibt die Korrektureinheit 147 die vorab eingegebenen Befehlswerte mit dem Positionsdetektionswert und dem Neigungsdetektionswert. In Abwandlung dessen berechnet die Korrektureinheit 147 Differenzen zwischen vorab eingegebenen Befehlswerten und den Positions- und Neigungsdetektionswerten und korrigiert die Befehlswerte bezüglich Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes unter Verwendung der Differenzen. Der Inhalt eines Betriebsprogrammes kann überschrieben werden, sodass während einer speziellen Operation eine Korrektur durchgeführt wird. Anstelle der Korrektur der Position und der Neigung des Werkzeugspitzenpunktes kann die Korrektureinheit 147 Positionsinformation bezüglich eines Werkstückes korrigieren, welches einer Schweißung unterzogen wird, oder bezüglich eines Werkzeuges zum Fixieren des Werkstückes oder dergleichen.
Die Korrektureinheit 47 korrigiert die Position und die Neigung des Werkzeugspitzenpunktes unter Verwendung von Kamerabildern zu unterschiedlichen Zeiten. Beispielsweise steuert zu einem ersten Zeitpunkt die Motorsteuereinheit 13 den Servomotor 21 zur Bewegung des Schweißbrenners 3 in die Staubschutzabdeckung 31. Die Kamerasteuereinheit 11 steuert die Kamera 32 und die Lichtquelle 33 zur Gewinnung von Bildsignalen des Schweißbrenners 3 und des Schweißdrahtes 4 zum ersten Zeitpunkt. Die Positionsdetektionseinheit 143 und die Neigungsdetektionseinheit 144 detektieren die Position und die Neigung des Werkzeugspitzenpunktes in Bezug auf den Armspitzenabschnitt P1 zum ersten Zeitpunkt und speichern diese als Referenzwerte in der Speichereinheit der Robotersteuerung 10.
Zu einem zweiten Zeitpunkt nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem ersten Zeitpunkt führen die Motorsteuereinheit 13 und die Kamerasteuereinheit 11 ähnliche Vorgänge aus wie zum ersten Zeitpunkt und die Positionsdetektionseinheit 143 und die Neigungsdetektionseinheit 144 detektieren Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes. Die Korrektureinheit 147 berechnet Abweichungsbeträge zwischen Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes zum ersten Zeitpunkt (Referenzwerte) und Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes zum zweiten Zeitpunkt und korrigiert die Befehlswerte bezüglich Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes entsprechend dem Betrag der Abweichung. Im Ergebnis kann, wenn sich Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt aufgrund einer Änderung des Schweißbrenners 3 oder des Biegeverhaltens des Schweißdrahtes 4 verschieben, die Verschiebung korrigiert werden.
Eine oder alle der Drahtbestimmungseinheiten 145, der Brennerbestimmungseinheit 146 und der Korrektureinheit 147 können anstelle einer Anordnung in der Bildverarbeitungseinheit 14 in der Robotersteuerung 10 unabhängig von der Bildverarbeitungseinheit 14 installiert werden. Mit anderen Worten: die Drahtbestimmungseinheit 145, die Brennerbestimmungseinheit 146, und die Korrektureinheit 147 müssen nicht im Schweißbrennerdetektor 100 angeordnet sein.
Nunmehr wird ein Hauptarbeitsgang des Schweißrobotersystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die 13 und 14 sind Flussdiagramme eines Beispiels einer Schweißbrennerdetektion, die in der Robotersteuerung 10 ausgeführt wird. Das im Flussdiagramm gezeigte Verfahren beginnt beispielsweise mit einer Benutzereingabe eines Schweißbrennerdetektionsbefehls über die Eingabeeinheit, die mit der Robotersteuerung 10 verbunden ist. Der Schweißbrennerdetektionsbefehl kann im Betriebsprogramm des Schweißroboters 1 enthalten sein für einen automatischen Start des Schweißbrennerdetektionsprozess.
In Schritt S1 gemäß 13 gibt die Motorsteuereinheit 13 ein Steuersignal an den Servomotor 21 zur Bewegung des Spitzenteils des Schweißbrenners 3 in den Bildbereich 40a (erste Roboterposition) in der Staubschutzabdeckung 31 gemäß 7. Die Kamerasteuereinheit 11 gibt ein Steuersignal an die Kamera 32 zur Aufnahme eines Bildes des Spitzenteils des Schweißbrenners 3. Bei der ersten Roboterposition handelt es sich um eine Position, in welcher der Armspitzenabschnitt P1 um einen vorgegebenen Betrag um die X-, Y-, und Z-Achsen des mechanischen Koordinatensystems gedreht ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber gemäß 7 eine Position als erste Roboterposition eingestellt, in welcher die Stellung des Armspitzenabschnittes so geändert ist, dass die X-, Y-, und Z-Achsen des Armspitzenabschnittes P1 jeweils parallel sind zu den Y-, X-, und Z-Achsen des mechanischen Koordinatensystems und der Schweißbrenner-Spitzenabschnitt ist in der Mitte des Bildbereiches 40a angeordnet. In der ersten Roboterposition ist die Bildaufnahmerichtung der Kamera 3 parallel zu der Y-Achse des Armspitzenabschnittes P1 und die Kamera 32 gewinnt ein erstes Kamerabild 40, in dem der Schweißbrenner-Spitzenabschnitt auf einer XZ-Fläche des Armspitzenabschnittes P1 vorsteht.
In Schritt S2 wird durch Betrieb der Bilderkennungseinheit 141 das Bildsignal des mit der Kamera 32 gewonnenen ersten Kamerabildes 40 ausgelesen für eine Erkennung des ersten Schweißdrahtbildes und des ersten Schweißbrennerbildes 42. Durch Betrieb der Brennerbestimmungseinheit 146 wird ermittelt, ob die Bilderkennungseinheit 141 das erste Schweißbrennerbild 42 innerhalb des vorgegebenen Bereiches 40b (12) erkannt hat oder nicht. Das Verfahren geht zu Schritt S3 wenn eine negative Entscheidung in Schritt S2 getroffen wurde, während das Verfahren zu Schritt S6 geht, wenn das Ergebnis positiv ist.
In Schritt S3 gibt die Motorsteuereinheit 13 ein Steuersignal an den Servomotor 21 zur Bewegung des Schweißbrenners 3 um einen vorgegebenen Betrag entlang einer vorgegebenen Richtung (z. B. in Z-Achsenrichtung). In Schritt S4 wird wieder ein Bild des Spitzenabschnittes des Schweißbrenners 3 aufgenommen. In Schritt S5 wird, wie in Schritt S2, ermittelt, ob die Bilderkennungseinheit 141 das erste Schweißbrennerbild 42 im vorgegebenen Bereich 40b erkannt hat oder nicht. Das Verfahren geht zu Schritt S6, wenn in Schritt S5 ein positives Ergebnis gewonnen wurde, während dann, wenn das Ergebnis negativ ist, in Schritt S7 ein Fehlersignal erzeugt wird, um das Verfahren zu beenden.
In Schritt S6 wird durch Betrieb der Neigungsdetektionseinheit 144 eine Neigung des Schweißbrenners 3 im ersten Kamerabild 40 detektiert. Mit anderen Worten: die Neigung des Schweißbrenners 3 auf der XZ-Fläche gemäß 7 wird berechnet. In Schritt S8 wird ermittelt, ob die berechnete Neigung innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereiches liegt oder nicht. Das Verfahren geht zu Schritt S9, wenn in Schritt S8 ein positives Ergebnis gefunden wurde, während dann, wenn das Ergebnis negativ ist, das Verfahren zu Schritt S7 geht zur Verfahrensbeendigung. In Schritt S9 wird durch Betrieb der Drahtbestimmungseinheit 145 ermittelt, ob die Bilderkennungseinheit 141 das erste Schweißdrahtbild 141 im vorgegebenen Bereich erkannt hat oder nicht. Mit anderen Worten: es wird ermittelt, ob eine vorstehende Länge des Schweißdrahtes 41 ausreicht oder nicht. Beispielsweise wird die Ermittlung, ob die vorstehende Drahtlänge ausreicht oder nicht, ausgeführt unter der Maßgabe, ob die vorstehende Drahtlänge gleich ist oder größer als die vorgegebene Länge ΔL.
Wird in Schritt S6 ein negatives Ergebnis mit der Feststellung gefunden, dass ein Zielpunkt 43 nicht für das erste Schweißdrahtbild 41 gesetzt werden kann, geht das Verfahren zu Schritt S10. Ist das Ergebnis positiv, geht das Verfahren zu Schritt S13.
In Schritt S10 gibt die Schweißmaschinensteuereinheit 12 ein Steuersignal an die Schweißmaschine 7 und der Schweißdraht 4 wird um einen vorgegebenen Betrag aus dem Spitzenabschnitt des Schweißbrenners 3 zugeführt. In Schritt S11 wird wie in Schritt S4 wieder ein Bild des Schweißbrenners 3 aufgenommen. In Schritt S12, wird wie in Schritt S9, ermittelt, ob die vorstehende Länge des Schweißdrahtes 141 hinreicht oder nicht. Das Verfahren geht zu Schritt S13 wenn das Ergebnis in Schritt S12 positiv ist, während dann, wenn das Ergebnis negativ ist, das Verfahren zur Beendigung zu Schritt S7 geht.
In Schritt S13 wird durch Betrieb der Einstelleinheit 142 ein Zielpunkt 43 im ersten Schweißdrahtbild 41 gesetzt. Sodann wird durch Betrieb der Positionseinstelleinheit 143 eine Position des Zielpunktes 43 im ersten Schweißdrahtbild 41 berechnet. Mit anderen Worten: es wird die Position des Zielpunktes 43 auf der XZ-Fläche berechnet. In Schritt S14 wird ermittelt, ob eine vorstehende Länge des Schweißdrahtes 4 innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereiches liegt oder nicht. Das Verfahren geht zu Schritt S21 wenn das Ergebnis in Schritt S14 positiv ist, während das Verfahren bei negativem Ergebnis zu Beendigung zu Schritt S7 geht.
In Schritt S21 gibt gemäß 14 die Motorsteuereinheit 13 ein Steuersignal an den Servomotor 21 zur Bewegung des Spitzenabschnittes des Schweißbrenners 3 in eine zweite Roboterposition des Bildbereiches 40a in der Staubschutzabdeckung 31. Die Kamerasteuereinheit 11 gibt ein Steuersignal an die Kamera 32 zur Aufnahme eines Bildes des Spitzenabschnittes des Schweißbrenners 3. Der Einfachheit halber ist gemäß 15 die zweite Roboterposition so, dass die Stellung des Armspitzenabschnittes dahingehend geändert ist, dass die X-, Y-, und Z-Achsen des Armspitzenabschnittes P1 jeweils parallel sind zu den X-, Y-, und Z-Achsen des mechanischen Koordinatensystems und der Schweißbrennerspitzenabschnitt im Zentrum des Bildbereiches 40a liegt. Mit anderen Worten: ein Zustand, in dem der Armspitzenabschnitt P1 um die Z-Achse aus dem Zustand gemäß 7 um 90° gedreht ist, wird als zweite Roboterposition gesetzt. Dementsprechend ist der Armspitzenabschnitt P1 hinsichtlich Position und Stellung bei den ersten und zweiten Roboterpositionen verschieden. In der zweiten Roboterposition ist eine Bildaufnahmerichtung der Kamera 32 parallel zur X-Achse und die Kamera 32 gewinnt ein zweites Kamerabild 40, bei dem der Schweißbrennerspitzenabschnitt von der Y-Z-Fläche des Armspitzenabschnittes P1 vorsteht.
In den Schritten S22 bis S34 wird unter Verwendung der zweiten Roboterposition als Referenz ein Verfahren ähnlich den Schritten S2 bis S14 ausgeführt. Im Einzelnen wird in Schritt S21 das zweite Kamerabild 40 gewonnen. In Schritt S26 wird die Neigung des Schweißbrenners 3 auf dem zweiten Schweißbrennerbild 42 berechnet. In Schritt S33 wird eine Position des Zielpunktes 43 auf dem zweiten Schweißdrahtbild 41 berechnet.
In Schritt S35 wird die Neigung (relative Stellung) des Schweißbrenners 3 im dreidimensionalen Raum in Bezug auf den Armspitzenabschnitt P1 berechnet, und zwar auf Basis der Neigung (Neigung auf der XZ-Fläche) des Schweißbrenners 3 in der ersten Roboterposition gemäß Schritt S6 als Referenz, der Neigung (Neigung auf der YZ-Fläche) des Schweißbrenners 3 in der zweiten Roboterposition gemäß Schritt S26 als Referenz, und der Neigung (Stellung) des Armspitzenabschnittes P1 in den ersten und zweiten Roboterpositionen mittels Berechnung durch die Neigungsdetektionseinheit 144. Weiterhin wird durch Betrieb der Positionsdetektionseinheit 143 eine Position (relative Stellung) des Zielpunktes 43 im dreidimensionalen Raum in Bezug auf den Armspitzenabschnitt P1 berechnet, und zwar auf Basis der Position (Position auf der XZ-Fläche) des Zielpunktes 43 in der ersten Roboterposition gemäß Schritt S13 als Referenz, einer Position (Position auf der YZ-Fläche) des Zielpunktes 43 mit der zweiten Roboterposition gemäß Schritt S33 als Referenz, und einer Position des Armspitzenabschnittes P1 als erste und zweite Positionen. Mit anderen Worten: in Schritt S15 werden die Position und Neigung des Armspitzenabschnittes berechnet. Bei der Verarbeitung gemäß Schritt S35 werden bei der Berechnung der Position und Neigung des Armspitzenabschnittes die Position und Neigung des Armspitzenabschnittes P1 verwendet. Die Position und die Neigung des Armspitzenabschnittes P1 kann berechnet werden auf Basis des Detektionswertes des im Servomotor 21 vorgesehenen Kodierers.
Die Ausführungsbeispiele zeigen die folgenden Eigenschaften und Wirkungen:

(1) Der Schweißbrennerdetektor 100 hat die Kamera 32, die eingerichtet ist, Bilder des Schweißbrenners 3 am Armspitzenabschnitt des Schweißroboters 1 und des Schweißdrahtes 4, der vom Schweißbrenner 3 zugeführt wird, in den ersten und zweiten Richtungen aufzunehmen und Bildsignale des Schweißbrenners 3 und des Schweißdrahtes 4 aus den ersten und zweiten Richtungen zu gewinnen, wobei die Bilderkennungseinheit 141 eingerichtet ist, auf Basis der mit der Kamera 32 gewonnen Bildsignale das Schweißdrahtbild 41 und die Schweißbrennerbilder entsprechend den ersten und zweiten Richtungen zu erkennen, die Einstelleinheit gerichtet ist, den Zielpunkt 43 entsprechend der Zielposition des Schweißdrahtes 4 auf den von der Bilderkennungseinheit 141 erkannten Schweißdrahtbildern 41 zu setzen, die Positionsdetektionseinheit 143 eingerichtet ist, auf Basis des von der Bilderkennungseinheit 141 erkannten Schweißdrahtbildes 41 die Position des Zielpunktes 43 im dreidimensionalen Raum zu ermitteln, und die Neigungsdetektionseinheit 144 eingerichtet ist, auf Basis des Schweißbrennerbildes 42 gemäß Erkennung durch die Bilderkennungseinheit 141 die Neigung des Schweißbrenners 3 im dreidimensionalen Raum zu ermitteln.

Auf diese Weise ist es möglich, eindeutig die Position des Werkzeugspitzenpunktes zu bestimmen, auch wenn der Schweißdraht 4 die Eigenschaft hat, sich zu biegen.
Im Ergebnis kann die Position des Werkzeugspitzenpunktes präzise angepasst werden an die Draht-Zielposition und die Schweißarbeit kann genau an der gewünschten Stelle ausgeführt werden. Da die Neigung des Schweißbrenners 3 unter Verwendung des Kamerabildes 4 ermittelt wird, kann unter Verwendung des ermittelten Wertes eine Interferenz des Schweißbrenners 3 mit einem Schweißwerkzeug oder einer peripheren Einrichtung verhindert werden, auch wenn der Schweißbrenner 4 nach Instruktion durch den Roboter deformiert oder gebogen wird.

(2) Die Neigung des Schweißbrenners 3 wird dargestellt durch die Neigung des Werkzeugspitzenpunktes (Zielpunkt 43) des mechanischen Koordinatensystems, welches für die Positionssteuerung des Schweißroboters 1 verwendet wird (8 bis 10). Dies erleichtert die Steuerung der Position und Stellung des Werkzeugspitzenpunktes.
(3) Die Einstelleinheit 142 setzt als Zielpunkt 43 den Schnittpunkt zwischen einem Kreisbogen mit vorgegebenem Radius R um die Spitze 421 des Schweißbrennerbildes 42, welches durch die Bilderkennungseinheit 141 erkannt worden ist, und dem Schweißdrahtbild 41 (6), oder dem Schnittpunkt zwischen der virtuellen Linie L2, welche entlang der Mittellinie L1 des Schweißbrennerbildes 42 um eine vorgegebene Länge ΔL von der Spitze 421 des Schweißbrennerbildes 42 entfernt ist, und dem Schweißdrahtbild 41 (5). Dies erleichtert die Erkennung der Position des Werkzeugspitzenpunktes. Weiterhin kann der Abstand von der Spitze des Schweißbrenners 3 zur Spitze des Schweißdrahtes 4, welcher für die Schweißqualität wichtig ist, direkt eingestellt werden.
(4) Das Schweißrobotersystem hat einen Servomotor 21, der eingerichtet ist, den Schweißbrenner 3 zu bewegen, wobei der Drahtzuführer 6 eingerichtet ist, den Schweißdraht 4 vom Schweißbrenner 3 zuzuführen, die Motorsteuereinheit 13 eingerichtet ist, den Servomotor 21 zu steuern, die Schweißmaschinensteuereinheit 12 eingerichtet ist, die Schweißmaschine 7 zur Steuerung des Drahtzuführers 6 zu steuern, und die Kamerasteuereinheit 11 eingerichtet ist, die Kamera 32 zu steuern, wobei weiterhin die Kamera 32 so gestaltet ist, dass sie Bilder des Schweißbrenners 3 und des Schweißdrahtes 4 aus ersten und zweiten Richtungen aufnimmt (13 und 14). Dies erleichtert die Gewinnung von Kamerabildern 40 aus mehreren Richtungen, die geeignet sind für die Berechnung der Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes.
(5) Das Schweißrobotersystem (Schweißbrennerdetektor 100) hat eine Drahtbestimmungseinheit 145, die eingerichtet ist, zu ermitteln, ob die Bilderkennungseinheit 141 das Schweißdrahtbild 41 innerhalb eines vorgegebenen Bereiches erkannt hat oder nicht. Ermittelt die Drahtbestimmungseinheit 145, dass kein Schweißdrahtbild 41 im vorgegebenen Bereich erkannt worden ist, steuert die Schweißmaschinensteuereinheit 12 die Schweißmaschine 7 für eine Zuführung des Schweißdrahtes 4 und die Kamerasteuereinheit 11 steuert die Kamera 32 für die Aufnahme von Bildern des Schweißbrenners 3 und des Schweißdrahtes 4 nach weiterer Zufuhr das Schweißdrahtes 4. Dies ermöglicht die Einstellung des Zielpunktes 43, auch wenn die vorstehende Länge des Drahtes relativ kurz ist.
(6) Das Schweißrobotersystem (Schweißbrennerdetektor 100) enthält die Brennerbestimmungseinheit 146, die eingerichtet ist, festzustellen, ob die Bilderkennungseinheit 141 das Schweißbrennerbild 42 im vorgegebenen Bereich erkannt hat oder nicht. Stellt die Brennerbestimmungseinheit 146 fest, dass das Schweißbrennerbild 42 nicht im vorgegebenen Bereich erkannt worden ist, steuert die Motorsteuereinheit 13 den Servomotor 21 zur Bewegung des Schweißbrenners 3 in Richtung auf den Abbildungsbereich 40 und die Kamerasteuereinheit 11 steuert die Kamera 32 zur Aufnahme von Bildern des Schweißbrenners 3 und des Schweißdrahtes 4 nachdem der Schweißbrenner bewegt worden ist. Dies ermöglicht die Detektion der Neigung des Schweißbrenners 3 auch dann, wenn dessen Position verschoben wird.
(7) Das Schweißrobotersystem (Schweißbrennerdetektor 100) enthält die Korrektureinheit 147, die eingerichtet ist, die vorab eingegebenen Befehlswerte bezüglich Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes (Zielpunkt 43) zu korrigieren unter Verwendung der mit der Positionsdetektionseinheit 143 detektierten Position und der mit der Neigungsdetektionseinheit 144 detektierten Neigung. Dies ermöglicht eine Übereinstimmung hinsichtlich Position und Neigung zwischen Werkzeugspitzenpunkt und den tatsächlichen Befehlswerten und es wird eine exakte Schweißung erreicht.
(8) Die Position des Zielpunktes 42, wie durch die Positionsdetektionseinheit 143 detektiert, und die Neigung des Schweißbrenners 3, wie durch die Neigungsdetektionseinheit 144 detektiert, werden mit den vorgegebenen zulässigen Werten verglichen und wenn sich Position und Neigung außerhalb zulässiger Bereiche befinden, wird ein Fehlersignal erzeugt (13 und 14). Dies erleichtert die Prüfung, ob eine Notwendigkeit besteht für eine Inspektion oder Materialersatz am Schweißbrenner 3 wenn die Positionsverschiebung des Schweißbrennerspitzenabschnittes groß ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel (7 und 15) handelt sich bei den ersten und zweiten Richtungen zur Aufnahme der Bilder des Schweißdrahtes 4 und des Schweißbrenners 3 um Richtungen, die jeweils parallel sind zu den Y- und X-Achsenrichtungen des mechanischen Koordinatensystems. Allerdings müssen die ersten und zweiten Richtungen nicht parallel sein zu den Koordinatenachsen des mechanischen Koordinatensystems solange nur eine Mehrzahl von Kamerabildern aus unterschiedlichen Richtungen gewonnen wird. Sind die ersten und zweiten Richtungen nicht parallel zu den Koordinatenachsen des mechanischen Koordinatensystems, können Position und Neigung des Werkzeugspitzenpunktes aus der Mehrzahl von Kamerabildern 40 berechnet werden unter Verwendung einer Koordinatenkonversion. Kamerabilder 40 können gewonnen werden aus mehr als zwei Richtungen und die Anordnung der Kamera 32 als Bildaufnahmeeinheit ist nicht auf das oben Beschriebene beschränkt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Arm 2 durch einen Servomotor 21 bewegt, um die Kamera 32 und den Schweißbrenner 3 relativ zueinander zu bewegen. Es kann aber die Kamera 32 auch bewegbar vorgesehen sein und durch Bewegung der Kamera 32 können die Kamera 32 und der Schweißbrenner 3 relativ zueinander bewegt werden. Eine Mehrzahl von Kameras 32 kann in der Staubschutzabdeckung 32 installiert sein und Kamerabilder 40 können zur gleichen Zeit aus mehreren Richtungen gewonnen werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird der Arm 2 durch den Servomotor 21 angetrieben zur Bewegung des Schweißbrenners 3. Der Aufbau der Brennerbewegungseinheit ist aber nicht auf diese Variante beschränkt. Jegliche Konfiguration kann eingesetzt werden anstelle des Drahtzuführers 6 solange die Drahtzuführeinheit eingerichtet ist, den Schweißdraht 4 vom Schweißbrenner 3 nachzuführen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden die Kamera 32, die Schweißmaschine 7, und der Servomotor 21 durch die Kamerasteuereinheit 11, die Schweißmaschinensteuereinheit 12 bzw. die Motorsteuereinheit 13 gesteuert. Der Aufbau dieser Steuereinheit kann aber auch anders sein. Die Konfigurationen des Schweißbrenners 3 und des Schweißroboters 1 sind nicht auf den obigen Aufbau beschränkt. Zum Beispiel erfasst die Erfindung einen Schweißroboter 1 mit unterschiedlichen Schweißbrennern 3.
Die Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele können einzeln oder in Mehrzahl wahlweise kombiniert werden.
Gemäß der Erfindung werden nicht nur die Position des Schweißdrahtes sondern auch die Neigung des Schweißbrenners mit Bildsignalen von Schweißbrenner und Schweißdraht detektiert. Daraus ergibt sich, dass auch dann, wenn der Schweißbrenner nach Instruktion des Roboters deformiert wird eine Interferenz (Kollision) des Schweißbrenners mit dem Schweißwerkzeug oder anderen peripheren Komponenten vermieden werden kann.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind, ist es für die Fachperson offensichtlich, dass unterschiedliche Abwandlungen und Änderungen gemacht werden können, ohne dass der Bereich der beigefügten Ansprüche verlassen würde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 4665243 B [0002, 0003]

Claims

Schweißbrennerdetektor, aufweisend: eine Abbildungseinheit (32), die eingerichtet ist, Bilder eines Schweißbrenners (3), der an einem Armspitzenabschnitt (P1) eines Schweißroboters (1) angeordnet ist, und eines Schweißdrahtes (4), der vom Schweißbrenner zugeführt wird, aus mehreren Richtungen aufzunehmen und Bildsignale des Schweißbrenners und des Schweißdrahtes zu gewinnen; eine Bilderkennungseinheit (141), die eingerichtet ist, auf Basis der von der Abbildungseinheit gewonnenen Bildsignale mehrere Schweißdrahtbilder (41), welche den Schweißdraht aus mehreren Richtungen zeigen, und mehrere Schweißbrennerbilder (42), welche den Schweißbrenner aus mehreren Richtungen zeigen, zu erkennen; eine Einstelleinheit (142), die eingerichtet ist, einen Zielpunkt (43) entsprechend einer Zielposition des Schweißdrahtes auf den mehreren Schweißdrahtbildern zu setzen, welche von der Bilderkennungseinheit erkannt worden sind; eine Positionsdetektionseinheit (143), die eingerichtet ist, auf Basis der mehreren Schweißdrahtbilder, welche durch die Bilderkennungseinheit erkannt worden sind, eine Position des Zielpunktes im dreidimensionalen Raum zu detektieren; und eine Neigungsdetektionseinheit (144), die eingerichtet ist, auf Basis der Mehrzahl von Schweißbrennerbildern, welche durch die Bilderkennungseinheit erkannt worden sind, eine Neigung des Schweißbrenners im dreidimensionalen Raum zu detektieren.
Schweißbrennerdetektor gemäß Anspruch 1, wobei die Neigung des Schweißbrenners angezeigt wird mit einem dreidimensionalen orthogonalen Koordinatensystem, welches für die Positionssteuerung des Schweißroboters am Zielpunkt verwendet wird.
Schweißbrennerdetektor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Einstelleinheit als Zielpunkt einen Schnittpunkt setzt zwischen einem Kreisbogen mit vorgegebenen Radius (R) um eine Spitze (421) des Schweißbrennerbildes, welches durch die Bilderkennungseinheit erkannt worden ist, und dem Schweißdrahtbild (41).
Schweißbrennerdetektor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Einstelleinheit als Zielpunkt einen Schnittpunkt setzt zwischen einer virtuellen Linie (L2), die unter einem vorgegebenen Abstand (ΔL) von einer Spitze (421) des Schweißbrennerbildes, welches durch die Bilderkennungseinheit erkannt worden ist, entlang der Mittellinie (L1) des Schweißbrennerbildes verläuft, und dem Schweißdrahtbild (41).
Schweißrobotersystem, folgendes aufweisend: einen Schweißbrennerdetektor gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4; eine Brennerbewegungseinheit (21), die eingerichtet ist, den Schweißbrenner zu bewegen; eine Drahtzuführeinheit (6), die eingerichtet ist, den Schweißdraht vom Scheißbrenner zuzuführen; und eine Steuereinheit (11, 12, 13), die eingerichtet ist, die Brennerbewegungseinheit, die Drahtzuführeinheit und die Abbildungseinheit zu steuern, wobei die Steuereinheit die Abbildungseinheit zur Aufnahme vom Bildern des Schweißbrenners und des Schweißdrahtes aus mehreren Richtungen steuert.
Schweißrobotersystem gemäß Anspruch 5, weiterhin aufweisend eine Drahtbestimmungseinheit (145), die eingerichtet ist, festzustellen, ob die Bilderkennungseinheit das Schweißdrahtbild (41) innerhalb eines vorgegebenen Bereiches erkannt hat, wobei die Steuereinheit die Drahtzuführeinheit für eine Zufuhr von Schweißdraht steuert wenn die Drahtbestimmungseinheit feststellt, dass das Schweißdrahtbild nicht im vorgegebenen Bereich erkannt worden ist, und die Abbildungseinheit zur Aufnahme von Bildern des Schweißbrenners und des Schweißdrahtes steuert, nachdem die Drahtzuführeinheit den Schweißdraht zugeführt hat.
Schweißrobotersystem gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, weiterhin aufweisend eine Brennerbestimmungseinheit (146), die eingerichtet ist, festzustellen, ob die Bilderkennungseinrichtung das Schweißbrennerbild (42) in einem vorgegebenen Bereich erkannt hat, wobei die Steuereinheit die Brennerbewegungseinheit für eine Bewegung des Schweißbrenners in Richtung auf einen Abbildungsbereich steuert wenn die Brennerbestimmungseinheit feststellt, dass das Schweißbrennerbild nicht in dem vorgegebenen Bereich erkannt worden ist, und die Abbildungseinheit für die Aufnahme eines Bildes des Abbildungsbereiches steuert nachdem die Brennerbewegungseinheit den Schweißbrenner bewegt hat.
Schweißrobotersystem gemäß einem Ansprüche 5 bis 7, weiterhin aufweisend eine Korrektureinheit (47), die eingerichtet ist, vorab eingegebene Befehlswerte bezüglich Position und Neigung des Zielpunktes zu korrigieren unter Verwendung der mit der Positionsdetektionseinheit detektierten Position und der mit der Neigungsdetektionseinheit detektierten Neigung.
Schweißrobotersystem gemäß Anspruch 8, wobei die Steuereinheit die Brennerbewegungseinheit und die Abbildungseinheit für eine Bewegung des Schweißbrenners in eine vorgegebene Position steuert zur Gewinnung von Bildsignalen des Schweißbrenners und des Schweißdrahtes zu einem ersten Zeitpunkt und einem eine vorgegebene Zeitspanne späteren zweiten Zeitpunkt, und wobei dann, wenn eine Position des Zielpunktes, wie mit der Positionsdetektionseinheit detektiert, und eine Neigung des Schweißbrenners, wie durch die Neigungsdetektionseinheit zu dem ersten Zeitpunkt detektiert, von einer Position des Zielpunktes, wie durch die Positionsdetektionseinheit detektiert, und einer Neigung des Schweißbrenners, wie durch die Neigungsdetektionseinheit zu dem zweiten Zeitpunkt detektiert, voneinander abweichen, die Korrektureinheit die Befehlswerte entsprechend dem Betrag der Abweichung korrigiert.