JP2005144476A - 溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のトーチを備えた複数のロボットによるシステムにおいて、独立して、アークセンサ倣い制御を行う溶接システムを提供することを目的とする。
【解決手段】手先部に溶接トーチ12、22を設けたロボット11、21と、ロボット11、21を複数台制御するロボット制御装置10と、溶接状態量を検出する溶接状態検出器16、26を備え、溶接トーチをウィービングしてアークセンサ倣い溶接を行う溶接システムにおいて、複数台の溶接状態量を所定の周期で取得する各ロボット共通のサンプリング部30を備え、サンプリング部30で取得した溶接状態量に基づいて軌跡を修正する軌跡修正部14、24を各ロボット毎に備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数台のロボットによりアークセンサ倣い溶接を行う溶接システムに関する。

複数台のロボットを使用して、溶接施工する従来技術を図６に基づいて説明する。溶接ワーク100を治具101の上に載置する。ロボット11は、ロボット制御装置10により制御されている。同様に、ロボット21は、ロボット制御装置20により制御される。ロボット11、21の手先部には、溶接トーチ12、22が設けられており、ロボット11、21のアーム上には、ワイヤ送給装置17、27が備え付けられている。
このようなシステムにおいて、ロボットに共通の外部軸を設けてアークセンサ倣い制御を行わせるシステム技術が開示されている。これは、２台の多関節ロボットを溶接線方向に移動可能な共通の外部軸に取り付け、一対の隅肉溶接継手に対して溶接開始時及び溶接終了時は外部制御軸を停止させ溶接を行い、溶接開始時及び溶接終了時を除く本溶接時には各ロボットを停止させ、外部制御軸を溶接線方向に沿って移動させ、溶接を実行するシステムである（例えば、特許文献１）。
特開平５−９２２６８号公報

以上に述べた従来のロボット制御装置の問題点は、厚板隅肉溶接のように左右対称の溶接ワーク以外の場合には、適用できないという問題があった。
また、溶接線方向と外部制御軸が一致しないようなワークには対応できなかった。

本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、複数のトーチを備えた複数のロボットによる、独立して、アークセンサ倣い制御を行う溶接システムを提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の溶接システムは、手先部に溶接トーチを設けたロボットと、前記ロボットを複数台制御するロボット制御装置と、溶接状態量を検出する溶接状態検出器を備え、前記溶接トーチをウィービングしてアークセンサ倣い溶接を行う溶接システムにおいて、複数台の前記溶接状態量を所定の周期で取得するサンプリング部と、前記ロボットの各々に対応して前記サンプリング部で取得した前記溶接状態量に基づいて軌跡を修正する軌跡修正部と、を備えることを特徴とするものである。

本発明の請求項２記載の溶接システムは、前記溶接状態量は、溶接電流値であることを特徴とするものである。

本発明の請求項３記載の溶接システムは、前記サンプリング部は、複数のチャンネルを選択的に切り換えて前記溶接状態量を取得することを特徴とするものである。

本発明の請求項４記載の溶接システムは、前記軌跡修正部は、ロボットプログラムで指定されたチャンネルに基づいて前記サンプリング部のデータから軌跡修正量を算出することを特徴とするものである。

本発明は、溶接状態量をサンプリングするサンプリング部を各ロボット共通とし、修正量演算を各ロボット独立とすることにより、サンプリング部は、正確な周期でサンプリングを実現し、修正は、各ロボットにおいて、独立に実現できる。このため、溶接ワークに依存しない、複数ロボットのアークセンサ倣いを実現できる。
また、各ロボットは、独立に動作を実行できるために、柔軟性の高い複数ロボットによる溶接システムを構築できるという格段の効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態として図１〜図５に基づいて説明する。

図１に、実施例１のシステム構成図を示す。ロボット11は、手先部に溶接トーチ12を取り付けられている。同様に、ロボット21は、手先部に溶接トーチ22を取り付けられている。２つのロボット11、12は、1つのロボット制御装置10により制御されている。ロボット11、21は、多関節ロボットであり、各関節部は、サーボモータで駆動するようになっている。
ロボット11、21は、予め操作者が教示したプログラムに基づいて動作を制御される。この動作とは、溶接開始、終了、溶接条件設定などの作業指令並びに教示された位置を指定された補間方法及び速度でロボットの動作軌跡を制御する動作指令を含むものである。

ロボット制御装置10の動作実行部14は、ロボット11を動作させる最上位の実行ブロックである。動作実行部14は、指定されたプログラムをプログラム格納部31から呼び出す。呼び出されたプログラムは、オペコード及びオペランドに分割され、各オペコードの処理部に分岐する。分岐処理後には、各オペランドをチェックして、オペコード及びオペランドに対応した処理が実行される。例えば、直線補間で動作の場合には、２点間の距離を算出し、その後、その距離を指定された速度で動作するように、軌跡演算が行われる。
また、動作実行部14は、外部機器へ作業指令を制御する。例えば、オペコードが溶接開始命令でオペランドが溶接電流指令値、溶接電圧指令値などの場合には、外部の溶接電源に対して、アナログ指令またはデジタルＩ／Ｏなどを使用して、溶接開始指令及び溶接条件を出力する。

サーボ制御部15は、動作実行部14で演算された動作軌跡に基づいて、ロボットの各関節のサーボモータを制御する。このサーボ制御部15では、サーボモータに取り付けられているエンコーダの情報を受信し、位置・速度の帰還ループ制御を行っている。また、この制御ループ中には、外乱推定オブザーバなどを組み込んでおり、ロボットの軌跡精度の向上、干渉物との衝突を検出する機能などが含まれている。
以上に説明したものと同様に、ロボット21に対しては、動作実行部24、サーボ制御部25を備えている。

溶接状態量を検出する検出器16及び26は、溶接電流値を検出する検出器である。この検出器は、ホール素子などにより構成されている。検出器16、26で検出された溶接電流値は、ロボット制御装置10に入信される。サンプリング部30は、検出器16及び26で検出された溶接電流値を一定の周期で取得する。

修正量演算部13及び23は、各ロボットの溶接電流値に基づいて、修正軌跡を演算する。つまり、修正量演算部13は、ロボット11で溶接電流値をサンプリング部30で受け取り、軌跡修正指令を動作実行部14へ指令する。また、修正量演算部23は、ロボット21での溶接電流値をサンプリング部30で受け取り、軌跡修正指令を動作実行部24へ指令する。
このように修正指令演算部13、23は、各々に対応した修正指令を動作実行部へ出力する。

図２に、アークセンサ倣い機能の詳細を説明する。検出器16からのロボット11の溶接電流値は入力ポートの１ｃｈに入信される。また、検出器26からのロボット21の溶接電流値は、入力ポートの４ｃｈに入信される。検出器16及び26の入信データは、５００Ａに関して５Ｖというアナログ電圧である。

ロボット制御装置10内にあるクロック発生器100にて、サンプリングクロックが発生する。このサンプリング周波数は、ロボットのウィービング周波数の２倍以上の周波数である。例えば、ウィービング周波数が５Ｈｚの場合には、サンプリング周波数は、１０Ｈｚ以上必要である。

クロック発生器100からのクロックにより、ＣＰＵに割り込みが発生する。割り込みが発生した場合には、ハンドラー部101が起動する。ハンドラー部101は、ＣＨ選択部104にＣＨ選択を行う。各ロボットと検出器及び検出器からの入力ポートは、予め設定されている。
この場合、ｃｈ１とｃｈ４にデータが入力されている。ハンドラー部101は、ＣＨ選択104に対して、１ｃｈを選択する。その後、ｃｈ切り替え時間分待ち、Ａ／Ｄ変換を実行する。Ａ／Ｄ変換部103では、アナログ電圧をデジタルデータへ変換する。
ハンドラー部101は、１ｃｈのデジタルデータを電流値に変換し、検出データ格納部102へ格納する。１ｃｈの変換が終了した後、同様な処理を４ｃｈに対して行う。

図３に検出データ格納部102の構造を示す。検出データ格納部102は、時系列データとＣＨ番号の２次元配列の構造をとる。本実施例の場合には、１ｃｈと４ｃｈのデータが有効となる。各ｃｈ毎に有効／無効の情報をステータス（Status領域）に格納している。
こうすることで、Ａ／Ｄ変換異常などが発生した場合には、このStatus領域に無効データであることをセットしておけば、修正演算部13では、このStatusを参照し、軌跡修正制御を変更することができる。

図４を示して、ロボット11、21の２つの溶接作業のプログラム実行を説明する。ロボット11はプログラム111に、ロボット21は、プログラム121に基づいて実行される。
プログラム111と121は、ARCSENS命令により、溶接開始指令を実行する。このとき、溶接電源からのアーク発生確認信号がロボット制御装置10へ帰ってきたときに、ロボット11は、ウィービングを開始する。同時に動作実行部14は、修正量演算部13へセンサ倣い実行を指令する。このときに、サンプリング部30では、サンプリング周波数が設定され、１ｃｈのデータのサンプリングが開始される。また、ロボット21についても、サンプリング部30で同様な処理が行われる。

サンプリング部30で検出したデータは、修正量演算部13、23でフィルタ処理や統計処理されて軌跡修正量を算出し、動作実行部14、24に出力される。軌跡修正量は、溶接線方向に対しての左右距離で出力される。例えば、溶接線方向に対して右に修正する場合は、１ｍｍ、左の場合は、−１ｍｍと出力される。また、上下に修正する場合は、上方向が−、下方向が＋というように修正信号が動作実行部14、24へ出力される。

ロボット21のプログラム121がARCOF命令を実行された場合には、動作実行部24は、修正量演算部23に対して、センサ倣い停止の処理を指令する。修正量演算部23は、サンプリング部30に対して、４ｃｈのサンプリングを停止することを通知する。この後、サンプリング部30は、４ｃｈのサンプリングを停止する。
以上のように、サンプリング部30は、各ロボットに共通な処理を実行し、修正量演算部13、23は、各ロボット毎に対応して、独立して動作する。

実施例２では、ロボット命令により指定する例を説明する。
ロボット11のプログラムを211、ロボット21のプログラムを221に示す。図から明らかなように、ロボット11のARCSENS命令では、#1として入力ｃｈ１を指定する。また、終了のARCOFに関しても#1で修正及びサンプリングを停止する。
同様に、ロボット21のARCSENS命令、ARCOF命令についても、入力ｃｈ４を指定して、制御することができる。

サンプリング部30は、複数のロボットのうち、１台のアークセンサ倣い指令が通知したときに、サンプリングが開始される。しかし、終了指令は、全てのロボットのアークセンサ倣いが終了しない場合には、終了はされない。
つまり、サンプリング部30は、１台のアークセンサ倣い指令により、クロック発生器100の割り込みがイネーブルとなり、ハンドラー部101が動作可能状態となる。この後、複数のロボットの全てが、アークセンサ倣い終了指令を送出したときに、ハンドラー部101は、全てのサンプリングを停止する。この停止の方法は、クロック発生器100からの割り込みをマスクすることで、ディスエーブルとする。

上記の実施例以外の方法について、説明する。上記の実施例では、サンプリング部30は、アークセンサ倣い指令により、動作を開始した。本実施例は、ロボット制御装置10の電源投入時、当初からサンプリングを行うものである。
この場合、サンプリング部30は、入力ポートを順次選択していく。つまり、ＣＨ選択部104にてｃｈを選択し、その後、Ａ／Ｄ変換部103にて、デジタルデータに変換し、検出データ格納部102に格納する。このような動作をｃｈ１〜８まで、順次行う。

動作実行部14、24から修正量演算部13、23にアークセンサ倣い指令が出力された段階で、修正量演算部14、24は、サンプリング部30から必要なデータを取得し、軌跡修正量を演算する。
つまり、サンプリング部30は、アークセンサ倣いとは、無関係にサンプリングを行うものであり、このようにすれば、サンプリング部30内には、分岐処理を使用せずに、実行処理が高速にできる。

以上の実施例では、２台のロボットについて、説明を行ったが、３台以上の場合も同様に、修正量演算部は、各ロボット毎に軌跡修正量を演算し、サンプリング部は、全てのロボットに共通とする。

ロボットと溶接電源を組み合わせて溶接を施工する、アークセンサを用いた溶接システムに有用である。

本発明のシステム構成図 サンプリング部の構成図 検出データ格納部の構成図 本発明の実施例１のプログラム例 本発明の実施例２のプログラム例 従来技術の図

符号の説明

10：ロボット制御装置
11、21：ロボット
12、22：溶接トーチ
13、23：修正量演算部
14、24：動作実行部
15、25：サーボ制御部
16、26：検出器
30：サンプリング部
31：プログラム格納部

Claims (4)

1. 手先部に溶接トーチを設けたロボットと、前記ロボットを複数台制御するロボット制御装置と、溶接状態量を検出する溶接状態検出器を備え、前記溶接トーチをウィービングしてアークセンサ倣い溶接を行う溶接システムにおいて、
   複数台の前記溶接状態量を所定の周期で取得するサンプリング部と、
   前記ロボットの各々に対応して前記サンプリング部で取得した前記溶接状態量に基づいて軌跡を修正する軌跡修正部と、
   を備えることを特徴とする溶接システム。
2. 前記溶接状態量は、溶接電流値であることを特徴とする請求項１記載の溶接システム。
3. 前記サンプリング部は、複数のチャンネルを選択的に切り換えて前記溶接状態量を取得することを特徴とする請求項１乃至２記載の溶接システム。
4. 前記軌跡修正部は、ロボットプログラムで指定されたチャンネルに基づいて前記サンプリング部のデータから軌跡修正量を算出することを特徴とする請求項１乃至４記載の溶接システム。
   
   

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