DE4106384A1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern eines schweissroboters - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zum steuern eines schweissrobotersInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Steuern eines Schweißroboters und ins
besondere eine Vorrichtung und ein Verfahren, die zum
Steuern eines Schweißroboters geeignet sind, bei dem die
Schweißarbeit durch die Bewegung sowohl des Schweißbren
ners als auch des Werkstückes ausgeführt wird.
Beim Lichtbogenschweißen wird während der Bewegung des
Schweißbrenners relativ zu einer auf einem Werkstück ver
laufenden Schweißlinie eine Schweißraupe ausgebildet.
Wenn der Roboter plötzlich angehalten, ist daher zur Er
haltung der Schweißqualität eine sofortige Beendigung des
Schweißbetriebs erforderlich. Ein solches Anhalten des
Schweißbetriebs wird im folgenden als "provisorisches An
halten" bezeichnet.
Wenn der Schweißvorgang während des Schweißprozesses an
gehalten wird, wird jedoch in der Raupe und im Werkstück
wahrscheinlich eine Ausbuchtung oder Delle gebildet. Auf
grund des Abschaltens der Schutzgasversorgung wird auf
der Delle eine Oxidschicht (verfestigte Schmelze) mit ei
nem hohen elektrischen Widerstand abgelagert. Wenn der
Schweißprozeß unter dieser Bedingung neu begonnen wird,
wird der Lichtbogen mit hoher Wahrscheinlichkeit ausge
hen; selbst wenn der Lichtbogen erzeugt wird, entsteht
jedoch aufgrund der verbleibenden Delle das Problem einer
geringeren Schweißfestigkeit.
In Fig. 1 ist eine Darstellung zur Erläuterung dieses
Problems gezeigt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen
1 ein Werkstück und das Bezugzeichen 2 einen Schweißbren
ner. Der schraffierte Teil stellt eine Raupe
(verfestigtes Schweißmetall) dar, die durch den Schweiß
prozeß gebildet wird. Wenn im Punkt A der Lichtbogen ein
geschaltet wird, um einen Schweißvorgang bis zum Punkt C
auszuführen, bewirkt ein provisorisches Anhalten des
Schweißprozesses an einem dazwischenliegenden Punkt B die
Entstehung einer Delle in der Raupe und im Werkstück, wie
in Fig. 1 gezeigt ist. Nach dem Ausschalten des Lichtbo
gens wird außerdem die Zuführung eines Schutzgases, das
bis dahin geliefert worden ist, abgeschaltet, wodurch
eine Oxidschicht (verfestigte Schmelze) mit einem hohen
elektrischen Widerstand auf der Oberfläche des geschmol
zenen Schweißmetalls, das sich auf der Delle befindet,
abgelagert wird. Dies hat zur Folge, daß beim erneuten
Starten des Schweißprozesses im Punkt B mittels Einschal
tens des Lichtbogens der Fall eintreten kann, daß der
Lichtbogen nicht erzeugt wird. Selbst wenn der Lichtbogen
erzeugt wird, kann eine ausreichende Schweißfestigkeit
nicht erzielt werden, da die Delle nicht vollständig be
seitigt werden kann.
Eine herkömmliche Technik zur Lösung des oben beschriebe
nen Problems ist aus JP 63-27 8675-A bekannt.
In Fig. 2 wird das aus JP 63-2 78 675-A bekannte Verfahren
erläutert. Der Schweißbetrieb wird durch einen am Finger
eines Roboters angebrachten Schweißbrenner 2 an einem
Schweißstartpunkt p1 in Richtung eines Schweißende-Punk
tes p2 auf einem Werkstück 1 begonnen. Wenn der Schweiß
prozeß an einem Punkt pt zwischen den Punkten p1 und p2
provisorisch angehalten wird, wird zur Vermeidung von
Schwierigkeiten aufgrund des Ausgehens des Lichtbogens,
was in der Folge beim erneuten Beginn des Schweißprozes
ses der Fall sein könnte, ein Schweißneubeginn-Punkt ps
bestimmt, der in einem Abstand l vor dem Punkt pt auf
der Schweißlinie liegt, so daß der Roboter solange bewegt
wird, bis das vordere Ende des Schweißbrenners 2 den
Schweißneubeginn-Punkt ps erreicht. Wenn das vordere Ende
des Schweißbrenners 2 den Schweißneubeginn-Punkt ps er
reicht hat, wird der Schweißprozeß erneut in Richtung des
Schweißende-Punktes p2 aufgenommen. Die Größe der Delle
hängt von Faktoren wie der Schweißspannung, dem Schweiß
strom und dem Material des Werkstückes ab. Die Länge l
muß ausreichend groß sein, damit sich der Schweißbrenner
an einen Punkt vor dem Beginn der Delle zurückbewegen
kann.
In Fig. 3 wird die Berechnung des Schweißneubeginn-Punk
tes ps erläutert. Dabei wird jeder Punkt als Vektor be
züglich des "Roboterursprungs" O dargestellt und die fol
gende Gleichung verwendet:
λ = l/L = l/[(xt - xi)² + (yt - yi)² + (zt - zi)²]½ (1)
Nun wird angenommen, daß der Vektor vom Roboterursprung O
zum Schweißbeginn-Punkt durch P1, der Vektor vom Robo
terursprung O zum Punkt des provisorischen Anhaltens
durch Pt und der Vektor vom Roboterursprung O zum
Schweißneubeginn-Punkt, der vom provisorischen Haltepunkt
Pt in Richtung des Schweißbeginn-Punktes p1 um die Länge
l versetzt ist, durch Ps gegeben ist. Dann gilt:
Ps = Pt + λ (P₁ - Pt) = λ P₁ + (1 - λ)Pt (2)
Aus den Gleichungen (1) und (2) folgt:
wobei P1=(x1, y1, z1) und Pt=(xt, yt, zt) in der Ro
botersteuereinheit vorhanden sind; wenn daher l vorgege
ben wird, ist es möglich, den Schweißneubeginn-Punkt Ps
zu berechnen.
In dem erwähnten Verfahren des Standes der Technik wird
jedoch der Punkt des erneuten Schweißbeginns nur anhand
des vom Finger des Roboters überdeckten Abstandes be
stimmt, ohne daß die Funktion einer mit dem Roboter zu
sammenwirkenden Positionierungseinrichtung oder derglei
chen in Betracht gezogen wird. Dies hat zur Folge, daß in
den im folgenden erwähnten Fällen der Schweißneubeginn
Punkt Ps mit dem Punkt Pt des provisorischen Anhaltens
übereinstimmt, wodurch die erwähnten Schwierigkeiten wie
etwa das Ausgehen des Lichtbogens verursacht werden:
- 1) wenn die das Werkstück tragende Positionierungsein richtung für den Schweißprozeß bewegt wird, ohne daß die Position des Roboterfingers geändert wird; oder
- 2) wenn der Roboterschlitten für den Schweißprozeß be wegt wird, ohne daß die Position des Roboterfingers geän dert wird.
Bei der erwähnten, herkömmlichen Vorrichtung wird der
Schweißneubeginn-Punkt Ps aus den Gleichungen (1) und (3)
bestimmt; daher besteht das weitere Problem, daß der
Schweißneubeginn-Punkt Ps selbst durch eine unabhängige
Operation des Roboters nicht korrekt bestimmt werden
kann, falls der Roboter mittels eines Kreisinterpolati
onsverfahrens, das von einem linearen Interpolationsver
fahren verschieden ist, betrieben wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Schweiß
roboters zu schaffen, bei denen die oben erwähnten Pro
bleme nicht bestehen und bei denen es unwahrscheinlich
ist, daß zum Zeitpunkt des Neubeginns nach einem proviso
rischen Anhalten im Verlauf der Schweißoperation, die
durch zwei oder mehr Geräte, die einen Roboter und eine
Positionierungseinrichtung umfassen, ausgeführt wird, ein
Schweißfehler auftritt.
Diese Aufgabe wird in einer Vorrichtung zum Steuern eines
Schweißroboters erfindungsgemäß gelöst mittels einer
Speichereinrichtung, die die Positionsdaten auf einer
Schweißlinie während des Schweißprozesses sequentiell
hält. Eine auf der Schweißlinie zurückversetzte bestimmte
Position wird auf der Grundlage der in der Speicherein
richtung zum Zeitpunkt des provisorischen Anhaltens des
Schweißvorgangs gehaltenen Positionsdaten berechnet. Ein
Schweißneubeginn-Punkt, der in Richtung des Schweißbe
ginn-Punktes an die bestimmte Position zurückversetzt
ist, an der es unwahrscheinlich ist, daß ein Schweißfeh
ler auftritt, wird nach dem provisorischen Anhalten im
Verlauf eines Schweißprozesses, der durch eines oder meh
rere Geräte, die einen Roboter und eine Positionierungs
einrichtung umfassen, automatisch ermittelt. Der Roboter
und/oder die Positionierungseinrichtung werden solange
bewegt, bis das vordere Ende des Schweißbrenners zum
Zeitpunkt des Neubeginns am Schweißneubeginn-Punkt ange
langt ist. Dann wird der Schweißprozeß am Schweißneube
ginn-Punkt neu begonnen, wobei der Roboter und/oder die
Positionierungseinrichtung so bewegt werden, daß das vor
dere Ende des Schweißbrenners in Richtung des Schweiß
ende-Punktes geführt wird.
Erfindungsgemäß wird eine Speichereinrichtung zum sequen
tiellen Halten von auf einer Schweißlinie befindlichen
Positionsdaten während des Schweißprozesses vorgesehen.
Daher wird ein Schweißneubeginn-Punkt, der in Richtung
des Schweißbeginn-Punktes auf der Schweißlinie an einen
Punkt zurückversetzt ist, an dem es unwahrscheinlich ist,
daß ein Schweißfehler auftritt, nach einem provisorischen
Anhalten während des Schweißprozesses, der durch zwei
oder mehr Geräte, die einen Roboter und eine Positionie
rungseinrichtung umfassen, ausgeführt wird, automatisch
bestimmt, so daß zum Zeitpunkt des Neubeginns des
Schweißprozesses der Roboter und die Positionierungsein
richtung solange bewegt werden, bis das vordere Ende des
Schweißbrenners den automatisch bestimmten Schweißneube
ginn-Punkt erreichen. Somit wird der Schweißprozeß an dem
bestimmten Schweißneubeginn-Punkt erneut begonnen, wobei
der Roboter und die Positionierungseinrichtung so betrie
ben werden, daß das vordere Ende des Schweißbrenners in
Richtung des Schweißende-Punktes geführt wird.
Aus dem erwähnten Grund wird erfindungsgemäß beim
Schweißneubeginn am Punkt des provisorischen Anhaltens
das vordere Ende des Schweißbrenners vorübergehend in
Richtung des Schweißbeginn-Punktes auf der Schweißlinie
zurückversetzt, um den Schweißprozeß von einem bestimmten
Schweißneubeginn-Punkt aus erneut aufzunehmen. Folglich
tritt im Vergleich zu einem System, in dem der Schweiß
prozeß am Punkt des provisorischen Anhaltens erneut be
gonnen wird, ein Schweißfehler wie etwa ein Ausgehen des
Lichtbogens mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht auf.
In den Unteransprüchen, die sich auf besondere Ausfüh
rungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen, sind
weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung an
gegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus
führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu
tert; es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung der Ursache
für das Ausgehen des Lichtbogens;
Fig. 2 eine Darstellung eines herkömmlichen Schweiß
prozesses mittels eines Roboters;
Fig. 3 ein Vektordiagramm zur Berechnung eines
Schweißneubeginn-Punktes gemäß einem Verfah
ren des Standes der Technik;
Fig. 4 eine Darstellung der Konfiguration eines Ro
botersystems gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Robotersteuervor
richtung des in Fig. 4 gezeigten Robotersy
stems;
Fig. 6A-D Darstellungen zur Erläuterung des Schweißpro
zesses gemäß einer Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Ver
fahrens zur Robotersteuerung (interne Verar
beitungen eines Robotersteuersystems) gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung;
Fig. 8A-E Darstellungen zur Erläuterung eines Verfah
rens für die Bestimmung eines Schweißneube
ginn-Punktes gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 9A ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Ver
fahrens zur Robotersteuerung gemäß einer wei
teren Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung;
Fig. 9B eine Darstellung zur Erläuterung des in Fig.
9A gezeigten Verfahrens; und
Fig. 10 eine Darstellung zur Erläuterung der erfin
dungsgemäßen Speichereinrichtung.
In Fig. 4 ist die Konfiguration eines Robotersystems ge
mäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ge
zeigt. Das Robotersystem umfaßt einen Schweißbrenner 2,
eine Positionierungseinrichtung 3 zum Drehen eines auf
ihr angebrachten Werkstückes in die richtige Position,
einen Roboter 4, eine Robotersteuerung 5, eine Schweißma
schine 6, einen Haspelständer 7, einen Gaszylinder 8,
eine Gaszufuhreinstellvorrichtung 9, einen Gasschlauch
10, einen Aufhängungsständer 11, eine Drahtvorschubvor
richtung 12, ein Leitungskabel 13, eine Positionssteuer
vorrichtung 14, eine Schalttafel 15 und eine Eingabeein
heit 16. Ein auf diese Weise konfiguriertes Robotersystem
ist allgemein bekannt, weshalb dessen Normalbetrieb nicht
beschrieben wird.
In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schweißroboter-Steuervorrichtung,
die in der Robotersteuervorrichtung 5 vorgesehen ist, ge
zeigt. Diese Schweißroboter-Steuervorrichtung umfaßt eine
Zentraleinheit (CPU) 300 zur Hauptsteuerung des Systems,
einen Hauptspeicher 301, einen Hilfsspeicher 302 zum
Speichern eines Programms einschließlich der für den Ro
boterbetrieb erforderlichen Daten wie etwa der Positions
daten der Schweißpunkte, der Schweißrate, des Interpola
tionsverfahrens und der Lichtbogeneinschalt- und Lichtbo
genausschaltangaben, eine Programmierungseinheit 16, die
einen Bildschirm und eine Tastatur zum Programmieren ei
nes Roboterbetriebs umfaßt, eine Programmierungseinheit-
Schnittstelle 303, eine Servobetätigungsschaltung 304 zur
räumlichen Servosteuerung einer jeden Schwenkachse des
Roboterarms, einen Servoverstärker 305 zur Verstärkung
eines Ausgangssignals von der Servobetätigungsschaltung,
einen von der Ausgabe (Befehlswert) des Servoverstärkers
305 angetriebenen Motor 306 und eine mit dem Motor 306
verbundene Impulskodiereinrichtung, die ein Ausgangssi
gnal (momentane Position der Roboterarm-Schwenkachse) er
zeugen kann, das an die Servobetätigungsschaltung rückge
koppelt wird, um die Servosteuerung so auszuführen, daß
der Fehler zwischen dem Befehlswert und der momentanen
Position auf Null reduziert wird. Jede der mit den Be
zugszeichen 305, 306 und 307 bezeichneten Einrichtungen
ist für jede der sechs Roboterschwenkachsen vorgesehen.
Genauso ist für jede der sechs Schwenkachsen der Positio
niereinrichtung eine Servobetätigungseinrichtung 304′,
ein Servoverstärker 305′, ein Motor 306′ und eine Im
pulskodiereinrichtung 307′ vorgesehen. Das Bezugszeichen
309 bezeichnet eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle zur
Steuerung des Signalaustauschs zwischen den verschiedenen
Peripherieeinheiten 309, die einen die Peripherie des Sy
stems umgebenden Zaun, einen Stopp-Knopf, mit dem ein Be
fehl zum Stoppen des Betriebs eingegeben werden kann, ein
Förderband, die Steuervorrichtung und dergleichen enthal
ten. Das Bezugszeichen 310 bezeichnet eine Schweißmaschi
nen-Schnittstelle zur Steuerung des Austauschs der ver
schiedenen Signale (Befehlssignale für Spannungs- oder
Stromwerte, ein einen Fehler anzeigendes Signal und der
gleichen) zwischen der Schweißmaschine 6 und der Haupt
steuereinheit.
In den Fig. 6A-6D sind Darstellungen zur Erläuterung des
Schweißbetriebs des Roboters 4 und der Positionierein
richtung 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung gezeigt. In diesem Beispiel ist das Werkstück 1
durch ein kreisförmiges Basismaterial 1a und ein zylin
drisches Element 1b, das mit dem Basismaterial 1a ver
schweißt werden soll, gegeben. Diese Elemente sind an der
Positioniereinrichtung 3 sicher angebracht. Während die
Positioniereinrichtung 3 gedreht wird, wird der am Finger
des Roboters 4 angebrachte Schweißbrenner 2 dazu veran
laßt, die Schweißarbeit vom Schweißbeginn-Punkt P1 bis
zum Schweißende-Punkt P2 auszuführen.
Nun wird angenommen, daß nach Beginn des Schweißbetriebs
im Schweißbeginn-Punkt P1, wie in Fig. 6 gezeigt, die Ro
botersteuereinheit 5 die Positioniereinrichtung 3 aus ir
gendeinem Grund am Punkt Pt, der zwischen dem Schweißbe
ginn-Punkt P1 und dem Schweißende-Punkt P2 liegt, provi
sorisch angehalten hat.
Im oben erwähnten Stand der Technik wird das Gerät erneut
gestartet, so daß der Roboter am provisorischen Halte
punkt Pt einschaltet und dabei mit der unerwünschten Be
wegung in Richtung des Schweißende-Punktes P2 beginnt.
Am provisorischen Haltepunkt Pt treten jedoch im allge
meinen mit großer Wahrscheinlichkeit Schweißprobleme wie
etwa ein Ausgehen des Lichtbogens auf, weshalb in der be
schriebenen herkömmlichen Technik oft ein Schweißfehler
auftritt.
Um daher einen Schweißfehler wie etwa das Ausgehen des
Lichtbogens zum Zeitpunkt des erneuten Beginns des
Schweißprozesses zu vermeiden, wird nach dem provisori
schen Anhalten des Schweißprozesses in der betrachteten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schweiß
neubeginn-Punkt Ps bestimmt, wobei der Schweißbrenner auf
der Schweißlinie in Richtung des Schweißbeginn-Punktes P1
bewegt wird, wie in Fig. 6C gezeigt, so daß die Positio
niereinrichtung 3 neu positioniert wird, bis der Schweiß
brenner 2 am Schweißneubeginn-Punkt Ps ankommt. Wenn der
Schweißbrenner 2 am Schweißneubeginn-Punkt Ps angekommen
ist, wird der Schweißprozeß erneut ausgeführt und bis zum
Schweißende-Punkt P2 fortgesetzt, wie in Fig. 6D gezeigt.
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 7 und 8 die Funktion der
Bewegung der Positioniereinrichtung 3 beschrieben, durch
die der Schweißbrenner 2 zum Zeitpunkt des Neubeginns des
Schweißprozesses bis zum Schweißneubeginn-Punkt Ps auf
der Schweißlinie zurückversetzt wird.
In Fig. 7 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung der in der
Robotersteuerung 5 ausgeführten Verarbeitung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In
Fig. 7 stellen die Schritte 97 bis 106 den Normalbetrieb
dar, während die Schritte 111 bis 121 den Ablauf bei ei
nem provisorischen Anhalten wiedergeben.
Im Normalbetrieb betreibt die Robotersteuerung 5 den Ro
boter 4 und die Positioniereinrichtung 3 entsprechend den
Schritten 97 bis 106. Im Schritt 97 werden von der Spei
chereinrichtung 302 Daten wie etwa die Position eines
Zielpunktes P2, das Interpolationsverfahren, die Ge
schwindigkeit und die Angaben über das Einschalten und
Ausschalten des Lichtbogens, die für den Betrieb des Ro
boters 4, für die Schweißmaschine 6 und für die Positio
niereinrichtung 3 erforderlich sind, geholt. Im Schritt
98 wird geprüft, ob "Lichtbogen ausgeschaltet" angezeigt
wird. Wenn eine "Lichtbogen aus"-Anzeige vorliegt, wird
im Schritt 99 ein "Lichtbogen aus"-Befehl an die Schweiß
maschine 6 ausgegeben. Wenn die "Lichtbogen aus"-Anzeige
nicht vorliegt, geht die Verarbeitung weiter zum nächsten
Schritt 100. Im Schritt 100 wird geprüft, ob eine
"Lichtbogen ein"-Anzeige vorhanden ist. Wenn "Lichtbogen
ein" angezeigt wird, wird an die Schweißmaschine 6 ein
"Lichtbogen ein"-Befehl ausgegeben, während bei nicht
vorhandener "Lichtbogen ein"-Anzeige die Verarbeitung zum
nächsten Schritt 102 weitergeht. Im Schritt 102 werden
die momentanen Positionen des Roboters 4 und der Positio
niereinrichtung 3 aufgenommen. Dieser Schritt 102 ist für
die Erfindung wesentlich.
Im Schritt 103 wird entsprechend einem gegebenen Interpo
lationsverfahren der nächste Interpolationspunkt berech
net, um den Roboter 4 und die Positioniereinrichtung 3
mit der gegebenen Geschwindigkeit zu betreiben.
Im Schritt 104 wird geprüft, ob der Schweißprozeß provi
sorisch angehalten worden ist. Wenn dies der Fall ist,
springt die Verarbeitung zum Schritt 111 für provisori
sches Anhalten.
Im Schritt 105 wird der Roboter 4 und die Positionierein
richtung 3 entsprechend dem im Schritt 103 bestimmten In
terpolationspunkt betrieben.
Im Schritt 106 wird ein letzter Zielpunkt mit den momen
tanen Positionen des Roboters 4 und der Positionierein
richtung 3 verglichen. Wenn festgestellt wird, daß der
letzte Zielpunkt (Schweißende-Punkt) erreicht worden ist,
wird die Verarbeitung beendet, während die Verarbeitung
zum Schritt 102 zurückspringt, falls der letzte Zielpunkt
noch nicht erreicht worden ist.
In der Betriebsart des provisorischen Anhaltens betreibt
die Robotersteuerung 5 den Roboter 4, die Schweißmaschine
6 und die Positioniereinrichtung 3 entsprechend den
Schritten 111 bis 121.
Im Schritt 111 wird geprüft, ob von der Steuerung 5 ein
"Lichtbogen ein"-Befehl an die Schweißmaschine 6 ausgege
ben worden ist. Wenn dies der Fall ist, geht die Verar
beitung zum Schritt 113, andernfalls, also bei Ausgabe
eines "Lichtbogen aus"-Befehls an die Schweißmaschine 6,
zum Schritt 112. Da im letzteren Fall der Schweißbetrieb
nicht fortgesetzt wird, wird im Schritt 112 festgestellt,
ob ein Befehl zum erneuten Starten der Bewegung des Robo
ters 4 und der Positioniereinrichtung 3 ausgegeben worden
ist. Bei Vorliegen eines solchen Befehls springt die Ver
arbeitung zum Schritt 106, um die Bewegung vom provisori
schen Haltepunkt Pt zum Zielpunkt, der durch den Schwei
ßende-Punkt P2 gegeben ist, zu starten. Da nun der
Schweißbetrieb fortgesetzt wird, wird im Schritt 113 au
tomatisch ein "Lichtbogen aus"-Befehl an die Schweißma
schine 6 ausgegeben.
Im Schritt 114 werden aus den im Schritt 102 aufgenomme
nen, vorliegenden Positionsdaten vorgegebene Daten ermit
telt, um den Schweißneubeginn-Punkt Ps zu bestimmen.
Im Schritt 115 werden die im Schritt 114 bestimmten Koor
dinaten des Schweißneubeginn-Punktes Ps als Positionsda
ten des Schweißende-Punktes P2, der den ursprünglichen
letzten Zielpunkt darstellt, bestimmt.
Im Schritt 116 wird festgestellt, ob der Schweißbetrieb
(d.h. der Betrieb mit eingeschaltetem Lichtbogen) durch
die Bedienungsperson gestartet worden ist. Wenn dies der
Fall ist, springt die Verarbeitung zum Schritt 117 und
beginnt ausgehend vom provisorischen Haltepunkt Pt mit
dem Betrieb in Richtung des Zielpunktes (der im betrach
teten Fall durch den Schweißneubeginn-Punkt Ps gegeben
ist).
Im Schritt 117 wird der nächste Interpolationspunkt be
rechnet, damit der Roboter 4 und die Positioniereinrich
tung 3 mit der angegebenen Geschwindigkeit entsprechend
dem im Schritt 97 angegebenen Interpolationsverfahren be
trieben werden können. Hierbei kann eine Schweißgeschwin
digkeit angegeben werden, die sich von der im Schritt 97
angegebenen Geschwindigkeit unterscheidet.
Im Schritt 118 wird der Roboter 4 und die Positionierein
richtung 3 zu einer Bewegung in Richtung des im Schritt
117 bestimmten Interpolationspunktes gezwungen.
Im Schritt 119 wird ein Zielpunkt (im betrachteten Fall
der Schweißneubeginn-Punkt Ps) mit den momentanen Posi
tionen des Roboters 4 und der Positioniereinrichtung 3
verglichen. Wenn der Zielpunkt erreicht ist, springt die
Verarbeitung entweder zum Schritt 120, andernfalls zurück
zum Schritt 117.
Durch die Wiederholung der Verarbeitungen in den oben er
wähnten Schritten 117 bis 119 werden der Roboter 4 und
die Positioniereinrichtung 3 wie gefordert betrieben und
bewegen sich vom provisorischen Haltepunkt Pt zum
Schweißneubeginn-Punkt Ps.
Im Schritt 120 werden die Positionsdaten bezüglich des
Schweißneubeginn-Punktes Ps gelöscht, und durch die Posi
tionsdaten des ursprünglichen Zielpunktes ersetzt. Daher
werden für die Positionsdaten des Zielpunktes die Daten
des Schweißende-Punktes P2 eingesetzt.
Im Schritt 121 wird an die Schweißmaschine 6 ein
"Lichtbogen ein"-Befehl ausgegeben, anschließend springt
die Verarbeitung zurück zum Schritt 106. Dies hat zur
Folge, daß nun der Roboter 4 und die Positioniereinrich
tung 3 mit dem Schweißbetrieb beginnen und sich vom
Schweißneubeginn-Punkt Ps zum Schweißende-Punkt P2 bewe
gen.
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 8A bis 8E ein Verfahren
zur Bestimmung des Schweißneubeginn-Punktes Ps beschrie
ben. In den Fig. 8A bis 8C bezeichnet der Block Pc die
momentanen Positionsdaten des Roboters 4 und der Positio
niereinrichtung 3, der Block P Daten vergangener momenta
ner Positionen und der Block I einen Zähler vergangener
Daten. Im Block Pc der Daten der momentanen Position sind
die Positionen des Roboters 4 und der Positioniereinrich
tung 3 zum Zeitpunkt des Lesens dieser Daten (Schritt
102) gespeichert.
In Fig. 8A stellt der Block P vergangener momentaner Po
sitionen einen Bereich zur Aufnahme einer maximalen An
zahl N momentaner Positionsdaten Pc in chronologischer
Reihenfolge dar. Beginnend am Anfangspunkt werden diesen
Blöcken Pc die Zahlen 0, 1, 2, ..., N-1 zugeordnet, wobei
z. B. der zweite Datenblock mit P(2) bezeichnet wird.
Im Zähler I für vergangene Daten ist die Anzahl der im
Block P für vergangene momentane Daten aufgenommenen
Blöcke Pc für momentane Daten gespeichert. Der Anfangs
wert dieses Zählers I für vergangene Daten ist Null.
Solange der Roboter 4 und die Positioniereinrichtung 3
normal arbeiten, wird durch den Schritt 102 in Fig. 7 be
wirkt, daß die momentanen Positionsdaten Pc in vorgegebe
nen, regelmäßigen Zeitabständen T in den Block P für ver
gangene momentane Positionen aufgenommen werden, wobei zu
dem im Zähler I für vergangene Daten gespeicherten Wert
jeweils der Wert "1" addiert wird. Wenn Daten in den Be
reich P(N-1), der den (N-1)-ten Bereich des Blocks P ver
gangener momentaner Daten darstellt, aufgenommen werden,
werden dieselben Daten erneut in den Bereich P(0), der
den 0-ten Bereich des Blocks P vergangener momentaner Da
ten darstellt, aufgenommen, anschließend folgt eine um
laufende Aufnahme der momentanen Positionsdaten Pc in den
Block P vergangener momentaner Positionsdaten. Genauer
gilt
P(I mod N) Pc (4)
I I+1 (5)
wobei "mod" ein Operator zur Bestimmung eines Restes ist
und der Pfeil eine Substitution angibt.
Durch diese Verarbeitung können im Block P für vergangene
momentane Positionsdaten die Positionsdaten von maximal N
vom Roboter 4 und der Positioniereinrichtung 3 zuletzt
durchlaufenen Punkten aufgenommen werden, solange der Ro
boter 4 und die Positioniereinrichtung 3 in der normalen
Betriebsart arbeiten.
Von allen diesen Daten kann auf den zuletzt durchlaufenen
Punkt und auf den zuerst durchlaufenen Punkt auf die fol
gende Weise Bezug genommen werden:
Für den zuletzt durchlaufenen Punkt gilt:
Wenn I = 0, dann P (0) (6)
und wenn I < 0, dann P((I mod N) - I) (7)
Für den zuerst durchlaufenen Punkt gilt:
Wenn I < N, dann P(0) (8)
und wenn I N, dann P(I mod N) (9)
Unter der Annahme, daß der Schweißneubeginn-Punkt Ps der
am weitesten zurückliegende durchlaufene Punkt der aufge
nommenen Punkte ist, sind im Falle I < N die Positionsda
ten des Schweißneubeginn-Punktes Ps durch die im 0-ten
Bereich des Blocks P für die vergangenen Daten aufgenom
menen Daten entsprechend Gleichung (8) gegeben, wie in
Fig. 8B gezeigt ist. Wie in Fig. 8D gezeigt, entspricht
der Punkt Ps dem Punkt P1.
Wenn andererseits I N gilt, so sind die Positionsdaten
des Schweißneubeginn-Punktes Ps durch die im (I mod N)
ten Bereich des Blocks P der vergangenen Daten gemäß
Gleichung (9) gegeben, wie in Fig. 8C gezeigt ist. Wie in
Fig. 8E gezeigt, entspricht der Punkt Ps den am weitesten
zurückliegenden Daten der aufgenommenen zuletzt durchlaufenen
N Punkte.
Nun wird in dem in Fig. 7 gezeigten Ablauf angenommen,
daß bei einer Unterbrechung des Betriebs während des
Schweißvorgangs in der Betriebsart mit eingeschaltetem
Lichtbogen (d. h. während des Schweißprozesses) im Schritt
114 entsprechend den Gleichungen (8) und (9) der zuerst
durchlaufene Punkt, d. h. der am weitesten zurückliegende,
durchlaufene Punkt im Block für die aufgezeichneten ver
gangenen momentanen Positionsdaten als Schweißneubeginn-
Punkt Ps ausgewählt wird. Das Ergebnis dieser Verarbei
tung besteht darin, daß der Schweißneubeginn-Punkt Ps auf
einen Zeitpunkt eingestellt wird, der um ein durch die
folgenden Gleichungen (10) und (11) gegebenes Zeitinter
vall t vor dem Zeitpunkt des provisorischen Anhaltens
liegt. Genauer gilt:
Wenn I < N, dann t = IT, (10)
und wenn I N, dann t = NT (11)
wobei T die Aufnahmeperiode der momentanen Positionsdaten
Pc ist.
In den Schritten 115 und 116 in Fig. 7 werden die Koordi
naten des wie oben bestimmten Schweißneubeginn-Punktes Ps
als Positionsdaten des den ursprünglichen Zielpunkt dar
stellenden Schweißende-Punktes P2 gesetzt; wenn der
Startbefehl angenommen worden ist, werden der Roboter 4
und die Positioniereinrichtung 3 in den Schritten 117 bis
119 dazu veranlaßt, sich vom provisorischen Haltepunkt Pt
zum Schweißneubeginn-Punkt Ps zu bewegen, so daß nach Er
reichen des provisorischen Haltepunktes Pt in den Schrit
ten 120 und 121 anstelle der Positionsdaten des Schweiß
neubeginn-Punktes erneut der ursprüngliche Zielpunkt als
letzter Zielpunkt gesetzt wird und der Lichtbogen einge
schaltet wird. Danach springt die Verarbeitung zum
Schritt 102, wodurch ein Vorrücken vom Schweißneubeginn-
Punkt Ps zum Schweißende-Punkt P2, der den ursprünglichen
Zielpunkt darstellt, möglich wird.
In Fig. 9 ist der Teil eines Flußdiagramms gezeigt, der
eine interne Verarbeitung einer Robotersteuerung gemäß
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
darstellt. Dieses Flußdiagramm unterscheidet sich von
demjenigen in Fig. 7 nur dadurch, daß die Schritte 117
und 118 von Fig. 7 durch die Schritte 117′ bzw. 118′ er
setzt worden sind, während die übrigen Teile unverändert
geblieben sind. Nun werden die Schritte 117′ und 118′ und
die darauf bezogenen anderen Schritte erläutert, während
die Beschreibung der restlichen Schritte weggelassen
wird.
Zum Zeitpunkt des provisorischen Anhaltens werden im
Schritt 115 die Positionsdaten des Schweißneubeginn-Punk
tes Ps als Positionsdaten des Endzielpunktes gesetzt. An
schließend folgt der Schritt 116, in dem der Startbefehl
durch die Bedienungsperson erfaßt wird. Wenn dieser
Startbefehl erfaßt wird, werden im Schritt 117′ die Da
ten, die den letzten Daten der aufgezeichneten momentanen
Positionsdaten unmittelbar vorhergehen, geholt. Im
Schritt 118′ werden diese geholten Daten in den Roboter 4
und die Positioniereinrichtung 3 eingegeben, so daß diese
in Richtung der durch die geholten Daten gekennzeichneten
Position bewegt werden. Im Schritt 119 wird festgestellt,
ob der Roboter und die Positoniereinrichtung den Schweiß
neubeginn-Punkt erreicht haben. Falls dies nicht der Fall
ist, kehrt die Verarbeitung zum Schritt 117′ zurück. Auf
diese Weise werden die Schritte 117′ und 118′ wiederholt,
bis im Schritt 119 festgestellt wird, daß der Roboter und
die Positionierungseinrichtung den Schweißneubeginn-Punkt
erreicht haben, woraufhin die Verarbeitung zum nächsten
Schritt 120 weitergeht.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung deutlich geworden
ist, bewegen sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform
der Roboter und die Positioniereinrichtung entlang dem
gleichen Weg in der zu einem normalen Schweißbetrieb ent
gegengesetzten Richtung, wenn sie vom provisorischen Hal
tepunkt zum Schweißneubeginn-Punkt zurückversetzt werden,
wie in Fig. 9B gezeigt ist.
Für die Rückkehr zum Schweißneubeginn-Punkt ist es nicht
erforderlich, sämtliche momentanen Positionsdaten zu ho
len. Insbesondere kann die Rückkehrgeschwindigkeit ver
bessert werden, indem nur eine vorgegebene Anzahl von Da
ten geholt wird.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 10 die Aufzeichnung der mo
mentanen Positionsdaten im einzelnen erläutert. Wie mit
Bezug auf die Fig. 8A bis 8E bereits beschrieben, werden
die momentanen Positionsdaten Pc sowohl für den Roboter
als auch für die Positionierungseinrichtung aufgezeich
net. Dies hat zur Folge, daß unabhängig davon, ob der Ro
boter und die Positioniereinrichtung unabhängig voneinan
der oder in einer bestimmten Beziehung zueinander arbei
ten, eine Rückstellung des Roboters und der Positionier
einrichtung an einen vorgegebenen Schweißbeginn-Punkt
möglich ist.
In Fig. 10 sind die Daten gezeigt, die zur Steuerung der
Roboterarm-Schwenkachsen und der Hilfsschwenkachsen (der
Positionierungseinrichtung) verwendet werden. In Fig. 10
werden bezüglich des Roboterarms der Befehlswert, die mo
mentane Position und der Fehler zwischen dem Befehlswert
und der momentanen Position zur Steuerung einer jeden der
sechs Schwenkachsen verwendet. Ferner können maximal
sechs Hilfsschwenkachsen gesteuert werden. In dem darge
stellten Fall wird jedoch nur eine Schwenkachse gessteu
ert.
Die Daten der momentanen Position Pc, die durch die Koor
dinaten des Roboterarms und der Hilfsschwenkachsen gege
ben sind, werden paarweise als Daten P vergangener momen
taner Positionen aufgezeichnet. Der Grund für die Verwen
dung der momentanen Position zur Steuerung besteht darin,
daß zwischen dem Befehlswert und der momentanen Position
eine Differenz besteht, so daß die Verwendung der momen
tanen Position die Rückkehr zum Schweißneubeginn-Punkt
mit höherer Genauigkeit gestattet. Die Daten P vergange
ner momentaner Positionen sind im Hauptspeicher oder in
einem Hilfsspeicher speicherbar.
Erfindungsgemäß wird in einem System zum Ausführen eines
Schweißvorgangs durch den Betrieb von mehr als einem Ge
rät, also etwa eines Roboters, einer Positioniereinrich
tung und dergleichen, der Schweißbetrieb neu gestartet,
nachdem der Schweißbrenner entlang einer Schweißlinie vom
provisorischen Haltepunkt zu einem Schweißneubeginn-Punkt
bewegt worden ist. Folglich wird im Gegensatz zu dem
Fall, in dem der Schweißbetrieb vom provisorischen Halte
punkt aus neu gestartet wird, ein Fehler wie etwa das
Ausgehen des Lichtbogens verhindert, so daß einerseits
die Stillstandszeit verringert wird und andererseits eine
stabile Schweißqualität erhalten bleibt. Ferner ist die
Erfindung auf einen Schweißbetrieb anwendbar, der durch
eine Kombination von zwei oder mehr Einheiten ausgeführt
wird, was zur Folge hat, das nicht nur ein unabhängiger
Betrieb entweder eines Roboters oder einer Positionier
einrichtung, sondern außerdem ein koordinierter Betrieb
zwischen einer Mehrzahl von Positioniereinrichtungen oder
zwischen einem Roboter und einer Positioniereinrichtung
ermöglicht wird.
Weiterhin wird erfindungsgemäß die Position des Schweiß
neubeginn-Punktes nicht analytisch bestimmt, sondern
durch Holen eines während des Betriebs aufgenommenen In
terpolationspunktes. Aus diesem Grund ist sowohl ein ge
gebenes Interpolationsverfahren als auch eine lineare In
terpolation anwendbar. Außerdem ist die Erfindung, die
nicht vom Mechanismus des zu steuernden Gegenstandes ab
hängt, auf Roboter und Positioniereinrichtungen mit den
gewünschten Funktionen mit gleicher Wirkung anwendbar.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Steuern eines Schweißroboters,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme des Schweißbe triebs nach einem provisorischen Anhalten desselben, das während einer Reihe von von einem Roboter (4) ausgeführ ten Schweißprozessen auftreten kann, ein Schweißbrenner (2) entlang einer vor der Wiederaufnahme des Schweißbe triebs gezogenen Schweißlinie in eine bestimmte Position (Ps) zurückversetzt wird,
in der Vorrichtung eine Speichereinrichtung (301; 302; P) zum Halten von entlang der Schweißlinie aufeinan derfolgenden Positionsdaten während des Schweißbetriebs vorgesehen ist, und
die bestimmte Position (Ps) entsprechend den in der Speichereinrichtung (301; 302; P) während des provi sorischen Anhaltens des Schweißbetriebs gehaltenen Posi tionsdaten berechnet wird.
zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme des Schweißbe triebs nach einem provisorischen Anhalten desselben, das während einer Reihe von von einem Roboter (4) ausgeführ ten Schweißprozessen auftreten kann, ein Schweißbrenner (2) entlang einer vor der Wiederaufnahme des Schweißbe triebs gezogenen Schweißlinie in eine bestimmte Position (Ps) zurückversetzt wird,
in der Vorrichtung eine Speichereinrichtung (301; 302; P) zum Halten von entlang der Schweißlinie aufeinan derfolgenden Positionsdaten während des Schweißbetriebs vorgesehen ist, und
die bestimmte Position (Ps) entsprechend den in der Speichereinrichtung (301; 302; P) während des provi sorischen Anhaltens des Schweißbetriebs gehaltenen Posi tionsdaten berechnet wird.
2. Vorrichtung zum Steuern eines einen Schweißbe
trieb ausführenden Schweißroboters durch die Steuerung
wenigstens eines einen Schweißbrenner (2) haltenden Robo
ters (4) oder einer ein Werkstück (1) auf bewegliche
Weise haltenden Positioniereinrichtung (3),
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (304) zur aufeinanderfolgenden Berechnung von Daten über einen Schweißpfad ergebenden Positionen auf der Grundlage eingegebener Information;
eine erstes Steuereinrichtung (305, 306, 307) zum Steuern des Roboters (4) und/oder der Positioniereinrich tung (3), derart, daß der Roboter (4) und/oder die Posi tioniereinrichtung (3) an die durch die berechneten Posi tionsdaten bezeichnete Position bewegt werden;
eine Einrichtung (301; 302; P) zum kontinuierli chen Speichern einer vorgegebenen Anzahl von Daten über momentane Positionen des Roboters (4) und der Positio niereinrichtung (3), die chronologisch von den jüngsten Daten zu den am weitesten zurückliegenden Daten geordnet sind; und
eine zweite Steuereinrichtung (304, 305, 306, 307) zum Entnehmen wenigstens eines bestimmten Daten satzes aus den gespeicherten momentanen Positionsdaten und zum Steuern des Roboters (4) und/oder der Positio niereinrichtung (3), derart, daß der Roboter (4) und/oder die Positioniereinrichtung (3) an die durch den bestimm ten Datensatz bezeichnete Position bewegt werden.
eine Einrichtung (304) zur aufeinanderfolgenden Berechnung von Daten über einen Schweißpfad ergebenden Positionen auf der Grundlage eingegebener Information;
eine erstes Steuereinrichtung (305, 306, 307) zum Steuern des Roboters (4) und/oder der Positioniereinrich tung (3), derart, daß der Roboter (4) und/oder die Posi tioniereinrichtung (3) an die durch die berechneten Posi tionsdaten bezeichnete Position bewegt werden;
eine Einrichtung (301; 302; P) zum kontinuierli chen Speichern einer vorgegebenen Anzahl von Daten über momentane Positionen des Roboters (4) und der Positio niereinrichtung (3), die chronologisch von den jüngsten Daten zu den am weitesten zurückliegenden Daten geordnet sind; und
eine zweite Steuereinrichtung (304, 305, 306, 307) zum Entnehmen wenigstens eines bestimmten Daten satzes aus den gespeicherten momentanen Positionsdaten und zum Steuern des Roboters (4) und/oder der Positio niereinrichtung (3), derart, daß der Roboter (4) und/oder die Positioniereinrichtung (3) an die durch den bestimm ten Datensatz bezeichnete Position bewegt werden.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der bestimmte Datensatz der älteste gespei
cherte Datensatz über momentane Positionen ist.
4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zweite Steuereinrichtung (304, 305,
306, 307) eine Einrichtung umfaßt zum Entnehmen sämtli
cher gespeicherter Datensätze über momentane Positionen
nacheinander in umgekehrter chronologischer Reihenfolge
und zum Bewegen des Roboters (4) und/oder der Positio
niereinrichtung (3) nacheinander über Positionen, die
durch die entnommenen Positionsdaten dargestellt werden,
an eine durch den ältesten Positionsdatensatz bezeichnete
Position.
5. Verfahren zum Steuern eines Schweißroboters, in
dem der Schweißbetrieb durch die Steuerung wenigstens
entweder eines einen Schweißbrenner (2) haltenden Robo
ters (4) oder einer ein Werkstück (1) auf bewegliche
Weise haltenden Positioniereinrichtung (3) ausgeführt
wird,
gekennzeichnet durch
einen ersten Schritt (102) zum Speichern der Da ten über die momentane Position des Roboters (4) und der Positioniereinrichtung (3) in einem Speicherbereich einer vorgegebenen Anzahl (N) von Speicherbereichen einer Spei chereinrichtung (301; 302; P) ;
einen zweiten Schritt (103) zum Berechnen der Da ten für die Bewegung des Roboters (4) und der Positio niereinrichtung (3) von der momentanen Position zu einer nächsten Position auf der Basis der eingegebenen Informa tion;
einen dritten Schritt (111) zur Feststellung, ob ein Befehl zum provisorischen Anhalten des Roboters (4) und der Positioniereinrichtung (3) vorliegt oder nicht vorliegt;
einen vierten Schritt (114) zur Bestimmung eines Schweißneubeginn-Punktes (Ps) durch die Rückkehr zum er sten Schritt (102) bei Nichtvorliegen eines Befehls zum provisorischen Anhalten und durch die Bestimmung eines Schweißneubeginn-Punktes (Ps) auf der Grundlage des In halts der Speichereinrichtung (301; 302; P) bei Vorliegen des Befehls zum provisorischen Anhalten;
einen fünften Schritt (118) zum Zurückversetzen des Roboters (4) und/oder der Positioniereinrichtung (3) an den Schweißneubeginn-Punkt (Ps); und
einen sechsten Schritt (106) zum Entscheiden, ob der Roboter (4) und/oder die Positioniereinrichtung (3) den Zielpunkt (P2) erreicht haben und zur Rückkehr der Verarbeitung zum ersten Schritt (102), falls der Roboter (4) und/oder die Positioniereinrichtung (3) den Zielpunkt (P2) noch nicht erreicht haben.
einen ersten Schritt (102) zum Speichern der Da ten über die momentane Position des Roboters (4) und der Positioniereinrichtung (3) in einem Speicherbereich einer vorgegebenen Anzahl (N) von Speicherbereichen einer Spei chereinrichtung (301; 302; P) ;
einen zweiten Schritt (103) zum Berechnen der Da ten für die Bewegung des Roboters (4) und der Positio niereinrichtung (3) von der momentanen Position zu einer nächsten Position auf der Basis der eingegebenen Informa tion;
einen dritten Schritt (111) zur Feststellung, ob ein Befehl zum provisorischen Anhalten des Roboters (4) und der Positioniereinrichtung (3) vorliegt oder nicht vorliegt;
einen vierten Schritt (114) zur Bestimmung eines Schweißneubeginn-Punktes (Ps) durch die Rückkehr zum er sten Schritt (102) bei Nichtvorliegen eines Befehls zum provisorischen Anhalten und durch die Bestimmung eines Schweißneubeginn-Punktes (Ps) auf der Grundlage des In halts der Speichereinrichtung (301; 302; P) bei Vorliegen des Befehls zum provisorischen Anhalten;
einen fünften Schritt (118) zum Zurückversetzen des Roboters (4) und/oder der Positioniereinrichtung (3) an den Schweißneubeginn-Punkt (Ps); und
einen sechsten Schritt (106) zum Entscheiden, ob der Roboter (4) und/oder die Positioniereinrichtung (3) den Zielpunkt (P2) erreicht haben und zur Rückkehr der Verarbeitung zum ersten Schritt (102), falls der Roboter (4) und/oder die Positioniereinrichtung (3) den Zielpunkt (P2) noch nicht erreicht haben.
Applications Claiming Priority (1)
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