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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Berührungsabtastsystem.
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Stand der Technik
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Bis jetzt ist praktisch eine Automatisierung des Betriebs wie etwa Schweißen, Beschichten, Entgraten, Schneiden etc. unter Verwendung eines Roboters verwendet worden.
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Hier ist bei der Automatisierung solcher Operationen der Lernprozess zum Erlernen einer Operation am Roboter wichtig, und wenn die Arbeitsbelastung des Lernens vergleichsweise klein ist, wird ein Onlinelernen verwendet, welches die Automatisierung durch tatsächliches Bewegen des Roboters zum Durchführen der Operation, Detektieren diese Operation durch einen Sensor und speichern der Operation, und Wiedergabe der gespeicherten Operation realisiert (Lernwiedergabe).
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Andererseits ist bei der Automatisierung einer Schweißoperation beispielsweise die Technik zum Detektieren der Schweißposition (wie etwa einer Rille) eines auf einer Linie geförderten Basismetalls erforderlich. Als die Detektionstechnik der Schweißposition wird eine Berührungsabtastung zum Detektieren einer solchen Schweißposition durch Bringen einer an der Spitze einer Elektrode oder eines Schweißbrenners (wie etwa eines Drahts) angebrachten Sonde in Kontakt mit dem Basismaterial verwendet (siehe beispielsweise japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr.
JP 2003-225756 A ). In einem Fall, in welchem die Oberfläche des Basismaterials mit einem Oxidfilm (Isolator) abgedeckt ist, kann die Positionsdetektion scheitern, weil die Sonde die Leitung nicht leicht detektieren kann, selbst falls das Basismaterial berührt wird. Um ein solches Scheitern zu verhindern, kann eine Stromversorgung hoher Spannung (etwa 200 V) und niedrigen Stroms für die Berührungsabtastung verwendet werden. Der Oxidfilm kann durch den durch die Hochspannung erzeugten Funken durchbrochen werden, um eine Leitung zwischen dem Basismetall und der Sonde zu erhalten.
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In einem Fall des Detektierens einer Schweißstartposition, einer Schweißendposition oder einer Schweiß-Verbindungsposition (Rillenposition) M durch die BerührungsAbtastung, wie in 1 gezeigt, wird eine Technik, die „Stockgrubensuche“ oder einfach „Rillensuche“ genannt wird, verwendet, um die Rille M am Schweißort als eine Vertiefung zu detektieren, indem eine Schweißbrenner 101a und ein Draht 101b (eine Sonde 101) in Kontakt mit der Oberfläche T1 des Basismaterials T intermittent wiederholt in einer Weise in Kontakt gebracht wird, dass eine Person einen Stock verwendet.
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Weiterhin, wie beispielsweise in 6 gezeigt, ist das Berührungsabtastsystem (Berührungsabtasteinheit) 100 zum Detektieren der Schweißposition oder dergleichen durch Rillensuche so konfiguriert, dass ein elektromagnetisches Schütz 104 in einer Schweißschaltung vorgesehen ist, welche der Schweißbrenner 101a und eine Schweiß-Stromversorgung 102 verbindet, und eine Berührungsabtastschaltung 106, welche der Schweißbrenner 101a und die Berührungsabtaststromquelle 105 verbindet, ist in einer verzweigten Weise mit der Schweißschaltung 103 über das elektromagnetische Schütz 104 verbunden.
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Weiterhin wird in einem Fall der Durchführung der Berührungsabtastung das elektromagnetische Schütz 104 zusammen mit dem Rillensuchbetrieb anhand eines Berührungsabtastbefehls geöffnet und geschlossen und wenn der Schweißbrenner 101a (der Draht 101b) das Basismaterial T berührt, ist die Berührungsabtastschaltung 106 verbunden und wird eine Spannung von 200 V aus der Berührungsabtaststromversorgung 105 an das Basismaterial T angelegt. Weiterhin, wenn der Schweißbrenner 101a (der Draht 101b) vom Basismaterial T beabstandet ist, wird das elektromagnetische Schütz 104 gesteuert, geöffnet und geschlossen zu werden, so dass der Schweißbrenner 101a mit der Schweißschaltung 103 verbunden ist.
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Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr.
JP 2003-225765 A -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Jedoch wird in der Berührungsabtastung mit der oben beschriebenen konventionellen Rillensuche jedes Mal die Rillensuchoperation durchgeführt, wird das elektromagnetische Schütz 104 geöffnet und geschlossen und ist es notwendig, abwechselnde Schaltoperation der Berührungsabtastschaltung 106 und der Schweißschaltung 103 durchzuführen (Wiederholen von EIN/AUS der Berührungsabtastausgabe von 200 V). Daher gibt es ein Problem, dass die Berührungsabtastung (die Rillensuchoperation) die Lebensdauer der Kontakte des elektromagnetischen Schützes 104 beeinträchtigt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Berührungsabtastsystem eine Hauptbetriebsschaltung, die eine Sonde und eine Hauptbetriebs-Stromversorgung verbindet, und in der ein elektromagnetisches Schütz vorgesehen ist; und eine Berührungsabtastschaltung, welche mit der Hauptbetriebsschaltung über das elektromagnetische Schütz in einer verzweigten Weise verbunden ist und die Sonde und eine Abtastberühr-Stromversorgung verbindet, in der ein Solid-State-Relaisschalter in der Berührungsabtastschaltung vorgesehen ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, zwischen EIN/AUS des Solid-State-Relais ohne Kontakte umzuschalten und das Umschalten des elektromagnetischen Schützes zu vermeiden. Mit einer solchen Konfiguration ist es unnötig, abwechselnde Schaltoperation zwischen der Berührungsabtastschaltung und der Hauptbetriebsschaltung durchzuführen (wiederholtes EIN/AUS der Berührungsabtastausgabe von 200 V), wie in der konventionellen Weise und es ist möglich, das Problem dahingehend zu eliminieren, dass die Berührungsabtastung die Lebensdauer des Kontakts des elektromagnetischen Schützes beeinträchtigt.
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Figurenliste
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- Fig. list ein Diagramm, das Berührungsabtastung (Rillensuchoperation) einer Ausführungsform zeigt;
- 2 ist ein Diagramm, das ein Berührungsabtastsystem einer Ausführungsform zeigt;
- 3 ist ein Diagramm, das eine Berührungsabtast-Steuereinheit eines Berührungsabtastsystems einer Ausführungsform zeigt;
- 4 ist ein Diagramm, das einen Ablauf des Berührungsabtastens unter Verwendung eines Berührungsabtastsystems einer Ausführungsform zeigt;
- 5 ist ein Diagramm, das ein anderes Anwendungsbeispiel eines Berührungsabtastsystems einer Ausführungsform zeigt; und
- 6 ist ein Diagramm, das ein konventionelles Berührungsabtastsystem illustriert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Berührungsabtastsystems gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 bis 5 gegeben.
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Hier, wie in 1 gezeigt, in der unten bereitgestellten Basis der vorliegenden Ausführungsform, wird die Position der Rille M oder dergleichen durch Berührungsabtasten von Rillensuche beim Durchführen der Bogenschweißoperation detektiert. Jedoch wird das Berührungsabtastsystem der vorliegenden Offenbarung nicht nur auf die Schweißoperation angewendet, sondern auch Berührungsabtasten der anderen Operation, wie etwa eine Lackier-Beschichtungsoperation, Entgratungsoperation oder Schneidoperation.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, ist ein Berührungsabtastsystem A der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass ein elektromagnetisches Schütz 104 in einer Schweißschaltung 103 (einer Hauptbetriebsschaltung) vorgesehen ist, die eine Sonde 101 (Schweißbrenner 101a und Draht 101b) und eine Schweiß-Stromversorgung 102 (eine Hauptbetriebs-Stromversorgung) verbindet, und eine Berührungsabtastschaltung 2, welches die Sonde 101 und eine Berührabtast-Stromversorgung 1 verbindet, ist mit der Schweißschaltung 103 über das elektromagnetische Schütz 104 in einer verzweigten Weise verbunden.
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Weiterhin ist im Berührungsabtastsystem A der vorliegenden Ausführungsform ein Solid-State-Relaisschalter 3 (Nichtkontakt-Relaisschalter: SSR) in der Berührungsabtastschaltung 2 vorgesehen, das heißt zwischen der Berührabtast-Stromversorgung 1 und dem elektromagnetischen Schütz 104. Weiterhin ist der Solid-State-Relaisschalter 3 konfiguriert, gesteuert zu werden, um durch einen Berührungsabtastbefehl zu öffnen/zu schließen (zwischen EIN/AUS umzuschalten).
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Das elektromagnetische Schütz 104 ist konfiguriert, zum Öffnen/Schließen durch einen Berührungsfreigabebefehl gesteuert zu werden (zwischen EIN/AUS umgeschaltet zu werden), die Verbindung zwischen der Schweißschaltung 103 und der Sonde 101 während der Schweißoperation fortzusetzen (AUS) und die Verbindung zwischen der Berührungsabtastschaltung 2 und der Sonde 101 (EIN) während des Berührungsabtastens fortzusetzen.
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Weiterhin, wie in 3 gezeigt, beinhaltet das Berührungsabtastsystem A der vorliegenden Ausführungsform eine Berührungsabtast-Steuereinheit 4 zum Steuern des Berührungsabtastsystems A.
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Die Berührungsabtast-Steuereinheit 4 beinhaltet: eine Abtastanzahl-Einstelleinheit 5, eine Suchstartpositions-Einstelleinheit 6, eine Berührungs-Freigabebefehls-Ausgabeeinheit 7, eine Berührungsabtastbefehls-Ausgabeeinheit 8, eine Sondenbetriebs-Steuereinheit 9, eine Grenzdistanzeinstell-/Detektionseinheit 10, eine Referenzpositionsspeicher/Einstelleinheit 11, eine Einzelformdetektions-/Positionsspeichereinheit 12, eine Fehleranzeigeeinheit 13 und eine Abnormalitätsbeendigungs-Steuereinheit 14.
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Zusätzlich, in einem Fall, in dem das Berührungsabtastsystem A der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, um Berührungsabtastung auf einer Rille oder dergleichen (wie etwa einer Schweißposition) durchzuführen, wird die Gesamtzahl Nmax der Rillensuch-Startpunkte als die Variable N durch die Abtastanzahl-Einstelleinheit 5 eingestellt, wie in 4 gezeigt (Schritt 1).
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Als Nächstes bewegt die Sondenbetriebs-Steuereinheit 9 die Sonde 101 (Schweißbrenner 101a und Draht 101b) zum N-ten Annäherungspunkt (Rillensuch-Startpunkt) (Schritt 2) und stellt die Suchstartpositions-Einstelleinheit die IstPosition als eine Variable POS, welches die Suchstartposition ist, ein (Schritt 3).
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Als Nächstes erteilt die Berührungs-Freigabebefehls-Ausgabeeinheit 7 einen Berührungsfreigabebefehl zum Verbinden der Berührungsabtastschaltung 2 mit der Sonde 101 durch Einschalten des elektromagnetischen Schützes 104 (Schritt 4).
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Die Sondenbetriebs-Steuereinheit 9 bewegt die Sonde 101 zur durch die Variable POS angegebenen Position auf Basis der vorliegenden Position, welche durch die Suchstartpositions-Einstelleinheit 6 eingestellt ist (Schritt 5). Beim ersten (N=1) Berührungsabtasten ist die durch die Suchstartpositions-Einstelleinheit 6 eingestellte IstPosition die durch Variable POS angegebene Position, so dass die Bewegung der Sonde 101 hier nicht erforderlich ist.
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Zusätzlich erteilt die Berührungsabtastbefehls-Ausgabeeinheit 8 einen Berührungsabtastbefehl, schaltet den Solid-State-Relaisschalter 3 ein und gibt Berührungsabtasten frei (Schritt 6).
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Als Nächstes bringt die Sondenbetriebs-Steuereinheit 9 die Sonde 101 nahe an das Basismaterial T (Objekt), und bringt sie in Kontakt mit der Oberfläche T1 des Basismaterials T (Schritt 7). Zu dieser Zeit wird der Bewegungsbetrag der Sonde 101 durch die Grenzdistanzeinstell-/Detektionseinheit 10 detektiert.
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Hier, in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Sonde 101 die Oberfläche T1 des Basismaterials T kontaktiert, wird eine Spannung von 200 V oder mehr aus der Berührabtast-Stromversorgung 1 an das Basismaterial T angelegt. Aus diesem Grund werden Funken fliegen, wenn die Sonde 101 die Oberfläche T1 des Basismaterials T kontaktiert, und somit, selbst falls ein Oxidfilm auf der Oberfläche T1 des Basismaterials T gebildet ist, kann die Leitung durch Penetrieren des Oxidfilms erzielt werden.
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Als Nächstes bestätigt die Grenzdistanzeinstell-/Detektionseinheit 10, ob der Bewegungsbetrag der Sonde 101, das heißt die Distanz zur Leitung der Sonde 101, innerhalb der Grenzdistanz, die vorab eingestellt ist, gewesen ist (Schritt 8). In einem Fall, in dem er innerhalb der Grenzdistanz ist, führt die Sondenbetriebs-Steuereinheit 9 die Stoppsteuerung des Betriebs an der Leitungs-Detektionsposition durch (Schritt 9). Gleichzeitig wird ein Befehl erteilt aus der Berührungsabtastbefehls-Ausgabeeinheit 8, den Solid-State-Relaisschalter 3 auszuschalten (Schritt 10) .
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Hier, in einem Fall, in welchem der Bewegungsbetrag der Sonde 101 die Grenzdistanz übersteigt (Schritt 8), das heißt in einem Fall, in welchem die Sonde 101 die Grenzdistanz übersteigt, aber den T1 des Basismaterials T nicht kontaktiert, wird der Betrieb des Roboters gestoppt (Schritt 11) und wird ein Befehl aus der Berührungsabtastbefehls-Ausgabeeinheit 8 zum Ausschalten des Solid-State-Relaisschalters 3 erteilt (Schritt 12). Gleichzeitig wird ein Berührungsfreigabebefehl aus der Berührungs-Freigabebefehls-Ausgabeeinheit 7 erteilt, um die Berührungsabtastschaltung 2 von der Sonde 101 durch Ausschalten des elektromagnetischen Schritts 104 zu trennen (Schritt 13).
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Weiterhin führt die Fehleranzeigeeinheit 13 die Anzeige eines Oberflächen-Nicht-Detektionsfehlers durch (Schritt 14) und führt die Abnormalitätsbeendigungs-Steuereinheit 14 zwangsweise die Steuerung des Abnormalitätsendes durch (Schritt 15).
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Andererseits, in einem Fall, in welchem der Bewegungsbetrag der Sonde 101 innerhalb der Grenzdistanz ist, wird die Steuerung des Betriebs der Leitungs-Detektionsposition durchgeführt (Schritt 9), und in einem Fall, in welchem die Aus-Steuerung des Solid-State-Relaisschalters 3 durchgeführt wird (Schritt 10) wird als Nächstes bestätigt, ob es die erste (N = Nmax) Suche ist (Schritt 16).
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In einem Fall, in welchem es die erste Suche ist (N = Mmax), setzt/speichert die Referenzpositionsspeicher/Einstelleinheit 11 die Leitungs-Detektionsposition als die Referenzposition (Schritt 17). Weiterhin wird, ob die Anzahl von Suchlimits, die in der Abtastanzahl-Einstelleinheit 5 gesetzt ist, überschritten worden ist oder nicht, bestätigt (Schritt 18). In einem Fall, in welchem die Anzahl von Suchlimits nicht überschritten worden ist, ändert die Suchstartpositions-Einstelleinheit 6 die Variable POS von dem aktuellen Wert zu einem Wert, der um die bezeichnete Distanz bewegt ist (Schritt 19), und bewegt die Sondenbetriebs-Steuereinheit 9 die Sonde 101 zu der durch die Variable POS angegebenen Position (Schritt 5) und dieselbe Operation wie oben beschrieben wird durchgeführt.
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In einem Fall, in welchem die Anzahl von Suchlimits überschritten worden ist, wird ein Berührungsfreigabebefehl aus der Berührungs-Freigabebefehls-Ausgabeeinheit 7 erteilt und wird die Berührungsabtastschaltung 2 von der Sonde 101 durch Ausschalten des elektromagnetischen Schützes 104 getrennt (Schritt 20). Weiterhin führt die Fehleranzeigeeinheit 13 die Anzeige des Suchanzahl-Überschrittenfehlers durch (Schritt 21) und führt die Abnormalitätsbeendigungs-Steuereinheit 14 Steuerung der Abnormalitätsbeendigung zwangsweise durch (Schritt 22).
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In einem Fall, in welchem als Ergebnis des Bestätigens, ob es die erstmalige (N = Nmax) Suche ist (Schritt 16), es nicht die erstmalige (N = Nmax) Suche ist, bestätigt die Einzelformdetektions-/Positionsspeichereinheit 12, ob die Leitungs-Detektionsposition um ein Einzelpositions-Schwellenwert oder mehr verschoben worden ist gegenüber der Referenzposition (Schritt 23). In einem Fall, in welchem die Leitungs-Detektionsposition um den Einzelform-Detektionsschwellenwert oder mehr verschoben worden ist, bestimmt die Einzelformdetektions-/Positionsspeichereinheit 12, dass eine Einzelform, wie etwa eine Vertiefung auf der Oberfläche T1 des Basismaterials T detektiert worden ist und speichert die aktuelle Position (Schritt 24).
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In einem Fall, in welchem bestätigt wird, dass die Leitungs-Detektionsposition nicht um den Einzelform-Detektionsschwellenwert oder mehr verschoben worden ist, wird bestätigt, ob die Anzahl von Suchlimits überschritten worden ist (Schritt 18) und werden dieselben Operationen wie oben durchgeführt.
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Als Nächstes, in einem Fall, in welchem bestätigt wird, dass die Leitungs-Detektionsposition um den Einzelform-Detektionsschwellenwert oder mehr verschoben worden ist, wird bestimmt, dass die Einzelform, welche eine Vertiefung auf der Oberfläche des Basismaterials T detektiert worden ist, wird der Berührungsfreigabebefehl aus der Berührungs-Freigabebefehls-Ausgabeeinheit 7 erteilt, nach Speichern der aktuellen Position (Schritt 24), und wird die Berührungsabtastschaltung 2 von der Sonde 101 durch Ausschalten des elektromagnetischen Schützes 104 getrennt (Schritt 25).
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Zusätzlich wird bestätigt, ob die Rillensuche für alle der Annäherungspunkte durchgeführt worden ist oder nicht (Schritt 26), und in einem Fall, in dem bestätigt wird, dass eine Rillensuche für alle der Annäherungspunkte durchgeführt worden ist, endet die Verarbeitung normal (Schritt 27).
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In einem Fall, in welchem bestätigt wird, dass die Rillensuche nicht für alle der Annäherungspunkte abgeschlossen worden ist (Schritt 26), mit N = N-1, wird die Sonde zu dem N-1-ten Annäherungspunkt bewegt (Schritt 2) und werden dieselben Operationen wie oben beschrieben bis zu dem N=1-Punkt (dem Endpunkt) durchgeführt.
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Daher wird im Berührungsabtastsystem A in der vorliegenden Ausführungsform die Berührungsfreigabeausgabe des elektromagnetischen Schützes 104 EIN-gehalten, bis die Rillensuchoperation abgeschlossen ist und wird die Berührungsabtastausgabe des Solid-State-Relaisschalters 3 wiederholt zwischen EIN/AUS während der Rillensuchoperation umgeschaltet.
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Somit ist es durch Konfigurieren, das Solid-State-Relaisschalter 4 ohne Kontakte EIN/AUS zu schalten, und Vermeiden des Schaltens des elektromagnetischen Schützes 104 während der Rillensuchoperation unnötig, die konventionelle abwechselnde Schaltoperation zwischen der Berührungsabtastschaltung 2 und der Schweißschaltung 103 (die Wiederholung von EIN/AUS der Berührungsabtastausgabe von 200 V) durchzuführen, und somit ist es möglich, das Problem zu eliminieren, dass die Berührungsabtastung (Rillensuchoperation) die Lebensdauer des Kontakts des elektromagnetischen Schützes 104 beeinträchtigt.
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Obwohl eine Ausführungsform des Berührungsabtastsystems oben beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die eine oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann angemessen in einem Ausmaß modifiziert werden, das nicht vom Geist der vorliegenden Erfindung abweicht.
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Obwohl ein Anwendungsbeispiel der Berührungsabtastung durch Rillensuche in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben worden ist, ist sie auch auf ein anderes Verfahren als die Rillensuche anwendbar. In einem Fall der Durchführung von Berührungsabtasten bei normalem Bogenschweißen ist vielmaliges Berührungsabtasten erforderlich. Beispielsweise wie in 5 gezeigt, in einem Fall der Durchführung einer dreidimensionalen Suche, wird Berührungsabtasten eine Anzahl mal (in 5 insgesamt sieben Mal, angegeben durch X, Y und Z) durchgeführt. Daher, durch Anwenden auf einen solchen Fall, wie in der vorliegenden Ausführungsform, ist es möglich, die Lebensdauer der Kontakte des elektromagnetischen Schützes 104 länger zu machen.
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Weiterhin ist es nicht notwendig, die Anwendung auf Bogenschweißen zu beschränken. Beispielsweise ist ein Beispiel, in welchem ein großer Strom fließt und Berührungsabtasten erforderlich ist, eine Bestrahlungsbeschichtung durch Plasma.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Berührungsabtast-Stromversorgung
- 2
- Berührungsabtastschaltung
- 3
- Solid-State-Relaisschalter
- 4
- Berührungsabtast-Steuereinheit
- 5
- Abtastanzahl-Einstelleinheit
- 6
- Suchstartpositions-Einstelleinheit
- 7
- Berührungs-Freigabebefehls-Ausgabeeinheit
- 8
- Berührungsabtastbefehls-Ausgabeeinheit
- 9
- Sondenbetriebs-Steuereinheit
- 10
- Grenzdistanzeinstell-/Detektionseinheit
- 11
- Referenzpositionsspeicher/Einstelleinheit
- 12
- Einzelformdetektions-/Positionsspeichereinheit
- 13
- Fehleranzeigeeinheit
- 14
- Abnormalitätsbeendigungs-Steuereinheit
- 101
- Sonde
- 101a
- Schweißbrenner
- 101b
- Draht
- 102
- Schweiß-Stromversorgung (Hauptbetriebs-Stromversorgung)
- 103
- Schweißschaltung (Hauptbetriebsschaltung)
- 104
- Elektromagnetisches Schütz
- A
- Berührungsabtastsystem
- T
- Basismetall (Objekt)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003225756 A [0004]
- JP 2003225765 A [0008]
