DE4106384C2

DE4106384C2 - Verfahren zur Steuerung der Relativbewegung zwischen einem von einem Schweißroboter gehaltenen Lichtbogenschweißbrenner und einem von einer Positioniereinrichtung gehaltenen Werkstück

Info

Publication number: DE4106384C2
Application number: DE4106384A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Seshimo; Shigeyoshi Yokoyama; Raiji Shimomura; Tukasa Shiina
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Keiyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2011-03-01
Also published as: JPH03254369A; DE4106384A1; US5170034A; JP2921903B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Relativbewegung zwischen einem von einem Schweißroboter gehaltenen Lichtbogenschweißbrenner und einem von einer Positioniereinrichtung gehaltenen Werkstück nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Lichtbogenschweißen wird während der Bewegung des Schweißbrenners relativ zu einer auf einem Werkstück verlaufenden 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 p_s bestimmt, der in einem Abstand Δl vor dem Punkt p_t auf der Schweißlinie liegt, so daß der Roboter solange bewegt wird, bis das vordere Ende des Schweißbrenners 2 den Schweißneubeginn-Punkt p_s erreicht. Wenn das vordere Ende des Schweißbrenners 2 den Schweißneubeginn-Punkt p_s 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 p_s erläutert. Dabei wird jeder Punkt als Vektor be züglich des "Roboterursprungs" O dargestellt und die fol gende Gleichung verwendet:

λ = Δl/L = Δl/[(x_t - x_i)² + (y_t - yi)² + (z_t - z_i)²]^½ (1)

Nun wird angenommen, daß der Vektor vom Roboterursprung O zum Schweißbeginn-Punkt durch P_1, 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 Δl versetzt ist, durch P_s gegeben ist. Dann gilt:

P_s = P_t + λ (P₁ - P_t) = λ P₁ + (1 - λ)P_t (2)

Aus den Gleichungen (1) und (2) folgt:

wobei P₁=(x₁, y₁, z₁) und P_t=(x_t, y_t, z_t) in der Ro botersteuereinheit vorhanden sind; wenn daher Δl vorgege ben wird, ist es möglich, den Schweißneubeginn-Punkt P_s 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 P_s mit dem Punkt P_t des provisorischen Anhaltens übereinstimmt, wodurch die erwähnten Schwierigkeiten wie etwa das Ausgehen des Lichtbogens verursacht werden:

(1) wenn die das Werkstück tragende Positionierungseinrichtung für den Schweißprozeß bewegt wird, ohne daß die Position des Roboterfingers geändert wird; oder
(2) wenn der Roboterschlitten für den Schweißprozeß bewegt wird, ohne daß die Position des Roboterfingers geändert wird.

Bei der erwähnten herkömmlichen Vorrichtung wird der Schweißneubeginn-Punkt P_s aus den Gleichungen (1) und (3) bestimmt; daher besteht das weitere Problem, daß der Schweißneubeginn-Punkt P_s selbst durch eine unabhängige Operation des Roboters nicht korrekt bestimmt werden kann, falls der Roboter mittels eines Kreisinterpolationsverfahrens, das von einem linearen Interpolationsverfahren verschieden ist, betrieben wird.

In der DE 32 08 435 C2 ist eine Steuervorrichtung eines Schweißroboters beschrieben, deren Speichereinrichtungen Daten einer unplanmäßigen Schweißunterbrechung und der Roboterstellung zu Beginn einer Wiederaufnahme des Schweißbetriebs enthalten und die den Schweißbrenner bei der Wiederaufnahme entlang einer vor der Wiederaufnahme des Schweißbetriebs gezogenen Schweißlinie um eine bestimmte Position P_s′ zurückversetzen. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung werden jedoch die durchlaufenen Positionen der Schweißlinie nicht aufeinanderfolgend gespeichert.

In der JP 63-278675 A in "Patent abstracts of Japan" ist die Wiederaufnahme des Schweißbetriebs gezeigt, nachdem der Brenner von einem Haltepunkt rückwärts zu einem besonders definierten Punkt bewegt worden ist. Der Weg zu diesem Punkt wird im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung durch Berechnen einer Position erzielt, die einen vorbestimmten Abstand vom Haltepunkt einnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Relativbewegung zwischen einem von einem Schweißroboter gehaltenen Lichtbogenschweißbrenner und einem von einer Positioniereinrichtung gehaltenen Werkstück anzugeben, das ein einwandfreies Schweißergebnis auch nach einer Wiederaufnahme des Schweißbetriebs nach einer vorläufigen Unterbrechung gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung wird eine Speichereinrichtung zum sequentiellen 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 Positionierungseinrichtung umfassen, ausgeführt wird, automatisch bestimmt, so daß zum Zeitpunkt des Neubeginns des Schweißprozesses der Roboter und die Positionierungseinrichtung solange bewegt werden, bis das vordere Ende des Schweißbrenners den automatisch bestimmten Schweißneubeginn-Punkt erreichen. Somit wird der Schweißprozeß an dem bestimmten Schweißneubeginn-Punkt erneut begonnen, wobei der Roboter und die Positionierungseinrichtung so betrieben werden, daß das vordere Ende des Schweißbrenners in Richtung des Schweißende-Punktes geführt wird.

Aus dem erwähnten Grund wird bei der Erfindung 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 Schweißprozeß am Punkt des provisorischen Anhaltens erneut begonnen wird, ein Schweißfehler wie etwa ein Ausgehen des Lichtbogens mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht auf.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung der Ursache für das Ausgehen des Lichtbogens;

Fig. 2 eine Darstellung eines herkömmlichen Schweißprozesses 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 bei der Erfindung verwendeten Speichereinrichtung.

In Fig. 4 ist die Konfiguration eines Robotersystems einer Ausführungsform, die bei der vorliegenden Erfindung angewendet wird, gezeigt. 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 Schweißmaschine 6, einen Haspelständer 7, einen Gaszylinder 8, eine Gaszufuhreinstellvorrichtung 9, einen Gasschlauch 10, einen Aufhängungsständer 11, eine Drahtvorschubvorrichtung 12, ein Leitungskabel 13, eine Positionssteuervorrichtung 14, eine Schalttafel 15 und eine Eingabeeinheit 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, gezeigt. 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 Roboterbetrieb erforderlichen Daten wie etwa der Positionsdaten der Schweißpunkte, der Schweißrate, des Interpolationsverfahrens und der Lichtbogeneinschalt- und Lichtbogenausschaltangaben, eine Programmierungseinheit 16, die einen Bildschirm und eine Tastatur zum Programmieren eines 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 307, die ein Ausgangssignal (momentane Position der Roboterarm-Schwenkachse) erzeugen kann, das an die Servobetätigungsschaltung rückgekoppelt wird, um die Servosteuerung so auszuführen, daß der Fehler zwischen dem Befehlswert und der momentanen Position auf Null reduziert wird. Jede der mit den Bezugszeichen 305, 306 und 307 bezeichneten Einrichtungen ist für jede der sechs Roboterschwenkachsen vorgesehen. Genauso ist für jede der sechs Schwenkachsen der Positioniereinrichtung eine Servobetätigungseinrichtung 304′, ein Servoverstärker 305′, ein Motor 306′ und eine Impulskodiereinrichtung 307′ vorgesehen. Das Bezugszeichen 308 bezeichnet eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle zur Steuerung des Signalaustauschs zwischen den verschiedenen Peripherieeinheiten 309, die einen die Peripherie des Systems umgebenden Zaun, einen Stopp-Knopf, mit dem ein Befehl zum Stoppen des Betriebs eingegeben werden kann, ein Förderband, die Steuervorrichtung und dergleichen enthalten. Das Bezugszeichen 310 bezeichnet eine Schweißmaschinen-Schnittstelle zur Steuerung des Austauschs der verschiedenen Signale (Befehlssignale für Spannungs- oder Stromwerte, ein einen Fehler anzeigendes Signal und dergleichen) zwischen der Schweißmaschine 6 und der Hauptsteuereinheit.

In den Fig. 6A-6D sind Darstellungen zur Erläuterung des Schweißbetriebs des Roboters 4 und der Positioniereinrichtung 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In diesem Beispiel ist das Werkstück 1 durch ein kreisförmiges Basismaterial 1a und ein zylindrisches Element 1b, das mit dem Basismaterial 1a verschweißt werden soll, gegeben. Diese Elemente sind an der Positioniereinrichtung 3 fest angebracht. Während die Positioniereinrichtung 3 gedreht wird, wird der am Finger des Roboters 4 angebrachte Schweißbrenner 2 dazu veranlaßt, 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 Robotersteuereinheit 5 die Positioniereinrichtung 3 aus irgendeinem Grund am Punkt P_t, der zwischen dem Schweißbeginn-Punkt P₁ und dem Schweißende-Punkt P₂ liegt, provisorisch angehalten hat.

Im oben erwähnten Stand der Technik wird das Gerät erneut gestartet, so daß der Roboter am provisorischen Haltepunkt P_t einschaltet und dabei mit der unerwünschten Bewegung in Richtung des Schweißende-Punktes P₂ beginnt.

Am provisorischen Haltepunkt P_t treten jedoch im allgemeinen mit großer Wahrscheinlichkeit Schweißprobleme wie etwa ein Ausgehen des Lichtbogens auf, weshalb in der beschriebenen 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 provisorischen Anhalten des Schweißprozesses in der betrachteten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schweißneubeginn-Punkt P_s bestimmt, wobei der Schweißbrenner auf der Schweißlinie in Richtung des Schweißbeginn-Punktes P₁ bewegt wird, wie in Fig. 6C gezeigt, so daß die Positioniereinrichtung 3 neu positioniert wird, bis der Schweißbrenner 2 am Schweißneubeginn-Punkt P_s ankommt. Wenn der Schweißbrenner 2 am Schweißneubeginn-Punkt P_s 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 P_s 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 P_s zu bestimmen.

Im Schritt 115 werden die im Schritt 114 bestimmten Koor dinaten des Schweißneubeginn-Punktes P_s 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 P_t mit dem Betrieb in Richtung des Zielpunktes (der im betrach teten Fall durch den Schweißneubeginn-Punkt P_s 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 P_s) 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 P_t zum Schweißneubeginn-Punkt P_s.

Im Schritt 120 werden die Positionsdaten bezüglich des Schweißneubeginn-Punktes P_s 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 P_s zum Schweißende-Punkt P₂ bewe gen.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 8A bis 8E ein Verfahren zur Bestimmung des Schweißneubeginn-Punktes P_s beschrie ben. In den Fig. 8A bis 8C bezeichnet der Block P_c 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 P_c 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 P_c in chronologischer Reihenfolge dar. Beginnend am Anfangspunkt werden diesen Blöcken P_c 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 P_c 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 P_c 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 Bereich P(N-1), der den (N-1)-ten Bereich des Blocks P vergangener momentaner Daten darstellt, aufgenommen werden, werden dieselben Daten erneut in den Bereich P(0), der den 0-ten Bereich des Blocks P vergangener momentaner Daten darstellt, aufgenommen, anschließend folgt eine umlaufende Aufnahme der momentanen Positionsdaten P_c in den Block P vergangener momentaner Positionsdaten. Genauer gilt

P(I mod N) ← P_c (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 Roboter 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 folgende 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 P_s der am weitesten zurückliegende durchlaufene Punkt der aufge nommenen Punkte ist, sind im Falle I < N die Positionsda ten des Schweißneubeginn-Punktes P_s 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 P_s dem Punkt P₁.

Wenn andererseits I N gilt, so sind die Positionsdaten des Schweißneubeginn-Punktes P_s 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 P_s 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 P_s ausgewählt wird. Das Ergebnis dieser Verarbei tung besteht darin, daß der Schweißneubeginn-Punkt P_s auf einen Zeitpunkt eingestellt wird, der um ein durch die folgenden Gleichungen (10) und (11) gegebenes Zeitinter vall Δt vor dem Zeitpunkt des provisorischen Anhaltens liegt. Genauer gilt:

Wenn I < N, dann Δt = IT, (10)

und wenn I N, dann Δt = NT (11)

wobei T die Aufnahmeperiode der momentanen Positionsdaten P_c ist.

In den Schritten 115 und 116 in Fig. 7 werden die Koordi naten des wie oben bestimmten Schweißneubeginn-Punktes P_s 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 P_t zum Schweißneubeginn-Punkt P_s zu bewegen, so daß nach Er reichen des provisorischen Haltepunktes P_t 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 P_s 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 P_s 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 Positioniereinrichtung 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 P_c 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 gesteu ert.

Die Daten der momentanen Position P_c, 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

1. Verfahren zur Steuerung der Relativbewegung zwischen einem von einem Schweißroboter gehaltenen Lichtbogenschweißbrenner und einem von einer Positioniereinrichtung gehaltenen Werkstück, bestehend aus folgenden Schritten:

a) Berechnen der Daten für die Bewegung des Schweißroboters oder der Positioniereinrichtung derart, daß der Lichtbogenschweißbrenner von dem augenblicklich erreichten Punkt P_c auf dem Schweißpfad zum nächsten aufgrund einer Interpolation aus den eingegebenen Informationen ermittelten Punkt gelangt;
b) Feststellen, ob ein Befehl zum vorübergehenden Anhalten des Schweißroboters oder der Positioniereinrichtung vorliegt;
c) Durchführung der Schweißung zum nächsten Punkt, wenn keine Anweisung zum Anhalten vorliegt;
d) Feststellen, ob der Schweißbrenner den Endpunkt P₂ des Schweißpfads erreicht hat;
e) Wiederholen der Schritte a) bis d) solange, bis der Endpunkt P₂ erreicht ist;
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
f) Speichern der Positionsdaten des augenblicklich erreichten Punktes P_c in einem Speicher, der eine Anzahl der Positionsdaten in chronologischer Reihenfolge aufnimmt;
g) Bestimmen eines Schweißneubeginn-Punkts P_s aufgrund der gespeicherten Positionsdaten, wenn ein Befehl zum Anhalten vorliegt; und
h) Zurückführen des Lichtbogenschweißbrenners zum Schweißneubeginn-Punkt P_s.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißneubeginn-Punkt P_s die Positionsdaten hat, die als erste aufgezeichnet worden sind.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Positionsdaten in umgekehrter Reihenfolge ausgelesen werden und der Lichtbogenschweißbrenner entsprechend den ausgelesenen Positionsdaten zum Schweißneubeginn-Punkt P_s geführt wird.