JP6975194B2 - タッチセンシングシステム - Google Patents

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Description

本発明は、タッチセンシングシステムに関する。
従来、溶接、塗装、バリ取り、切断などの作業を、ロボットを用いて自動化することが実用化されている。
ここで、この種の作業の自動化では、ロボットに動作を教えるティーチング工程が重要であり、比較的ティーチングの工数が少なくて済む場合には、実際にロボットを動かして動作を行い、この動作をセンサで検出するとともに記憶させ、記憶した動作を再生（ティーチングプレイバック）することで自動化を実現するオンラインティーチングが使用されている。
一方、例えば、溶接作業の自動化では、ラインで運ばれてきた母材の溶接位置（開先など）を検出する技術が必要になる。この溶接位置の検出技術としては、電極又はトーチの先端に取り付けたプローブ（ワイヤなど）を母材に接触させて溶接位置などを検出するタッチセンシングが使用されている（例えば、特許文献１参照）。
母材の表面が酸化膜（絶縁体）で覆われている時には、プローブが母材に触れても容易に導通を検出できないために位置検出に失敗する場合があるが、それを防止するために、タッチセンシングには高電圧（200V程度）かつ低電流の電源を使用することがある。高電圧で発生するスパークにより酸化膜を破壊して、母材とプローブの間の導通を得る事ができる。
タッチセンシングで溶接開始位置や溶接終了位置、溶接継手の位置（開先位置）Ｍを検出する際には、図１に示すように、トーチ１０１ａ及びワイヤ１０１ｂ（プローブ１０１）を母材Ｔの表面Ｔ１に人間がステッキをつくような形で位置を替えながら間欠的に繰り返し接触させることで溶接箇所の開先Ｍを窪みとして検出するステッキングと称する手法が用いられている。
また、ステッキングによる溶接位置などを検出するためのタッチセンシングシステム（タッチセンシングユニット）１００は、例えば、図６に示すように、トーチ１０１ａと溶接電源１０２とを接続する溶接用回路１０３に電磁開閉器１０４を設け、トーチ１０１ａとタッチセンシング電源１０５とを接続するタッチセンシング用回路１０６を、電磁開閉器１０４を介して溶接用回路１０３に分岐接続して構成されている。
そして、タッチセンシングを行う場合には、タッチセンシング指令によって、ステッキング動作に合わせて電磁開閉器１０４が開閉制御され、トーチ１０１ａ（ワイヤ１０１ｂ）が母材Ｔに接触する際に、タッチセンシング用回路１０６が接続され、タッチセンシング電源１０５から２００Ｖの電圧が母材Ｔに印加される。また、母材Ｔからトーチ１０１ａ（ワイヤ１０１ｂ）が離間するとき、トーチ１０１ａが溶接用回路１０３に接続されるように電磁開閉器１０４が開閉制御される。
特開２００３−２２５７６５号公報
しかしながら、上記従来のステッキングによるタッチセンシングでは、ステッキング動作のたびに、電磁開閉器１０４が開閉制御され、タッチセンシング用回路１０６と溶接用回路１０３の交互切替動作（２００Ｖのタッチセンシング出力の繰り返しＯＮ／ＯＦＦ）を行う必要があり、タッチセンシング（ステッキング動作）が電磁開閉器１０４の接点の寿命に影響するという問題があった。
本開示の一態様は、プローブと本作業電源とを接続するとともに電磁開閉器が介設された本作業用回路と、前記電磁開閉器を介して前記本作業用回路に分岐接続され、前記プローブとタッチセンシング電源とを接続するタッチセンシング用回路とを備え、前記タッチセンシング用回路には、ソリッドステートリレースイッチが介設されている構成とした。
本開示の一態様によれば、タッチセンシング時に、接点が存在しないソリッドステートリレーをＯＮ／ＯＦＦ切り替え、電磁開閉器の切り替えを行わないようにすることができる。これにより、従来のようなタッチセンシング用回路と本作業用回路の交互切替動作（２００Ｖのタッチセンシング出力の繰り返しＯＮ／ＯＦＦ）を行う必要がなく、タッチセンシングが電磁開閉器の接点の寿命に影響するという不都合を解消することが可能になる。
一態様のタッチセンシング（ステッキング動作）を示す図である。 一態様のタッチセンシングシステムを示す図である。 一態様のタッチセンシングシステムのタッチセンシング制御部を示す図である。 一態様のタッチセンシングシステムを用いたタッチセンシングのフローを示す図である。 一態様のタッチセンシングシステムの他の適用例を示す図である。 従来のタッチセンシングシステムを示す図である。
以下、図１から図５を参照し、一実施形態に係るタッチセンシングシステムについて説明する。
ここで、本実施形態では、図１に示すように、アーク溶接作業を行う際に、ステッキングのタッチセンシングによって開先Ｍの位置などを検出するものとして説明行うが、本開示のタッチセンシングシステムは、溶接作業だけでなく、コーティング含む塗装作業や、バリ取り作業、切断作業などの他の作業のタッチセンシングに適用しても勿論構わない。
本実施形態のタッチセンシングシステムＡは、図１及び図２に示すように、プローブ１０１（トーチ１０１ａ、ワイヤ１０１ｂ）と溶接電源（本作業電源）１０２とを接続する溶接用回路（本作業用回路）１０３に電磁開閉器１０４を設け、プローブ１０１とタッチセンシング電源１とを接続するタッチセンシング用回路２を、電磁開閉器１０４を介して溶接用回路１０３に分岐接続して構成されている。
さらに、本実施形態のタッチセンシングシステムＡにおいては、タッチセンシング用回路２に、すなわち、タッチセンシング電源１と電磁開閉器１０４の間に、ソリッドステートリレースイッチ（無接点リレースイッチ：ＳＳＲ）３が介設されている。そして、ソリッドステートリレースイッチ３は、タッチセンシング指令によって開閉制御される（ＯＮ／ＯＦＦが切り替わる）ように構成されている。
電磁開閉器１０４は、タッチイネーブル指令によって開閉制御され（ＯＮ／ＯＦＦが切り替わり）、溶接作業時には、溶接用回路１０３とプローブ１０１（ＯＦＦ）を接続し続け、タッチセンシング時には、タッチセンシング用回路２とプローブ１０１（ＯＮ）を接続し続けるように構成されている。
さらに、本実施形態のタッチセンシングシステムＡは、図３に示すように、タッチセンシングシステムＡを制御するためのタッチセンシング制御部４を備えている。
タッチセンシング制御部４は、センシング数設定部５と、サーチ開始位置設定部６と、タッチイネーブル指令出力部７と、タッチセンシング指令出力部８と、プローブ動作制御部９と、限度距離設定／検出部１０と、基準位置記憶／設定部１１と、特異形状検出／位置記憶部１２と、エラー表示部１３と、異常終了制御部１４とを備えている。
さらに、本実施形態のタッチセンシングシステムＡを用いて開先など（溶接位置など）をタッチセンシングする際には、図４に示すように、センシング数設定部５によって、ステッキング開始点の総数Ｎｍａｘを、変数Ｎとして設定する（ＳＴＥＰ１）。
次に、プローブ動作制御部９によって、プローブ１０１（トーチ１０１ａ、ワイヤ１０１ｂ）をＮ番目のアプローチ点（ステッキング開始点）に移動させ（ＳＴＥＰ２）、サーチ開始位置設定部によって、サーチ開始位置である変数ＰＯＳとして現在位置を設定する（ＳＴＥＰ３）。
次に、タッチイネーブル指令出力部７がタッチイネーブル指令を出し、電磁開閉器１０４をＯＮにしてタッチセンシング用回路２をプローブ１０１に接続させる（ＳＴＥＰ４）。
プローブ動作制御部９によって、サーチ開始位置設定部６で設定した現在位置に基づき、変数ＰＯＳが示す位置にプローブ１０１を移動させる（ＳＴＥＰ５）。なお、１番目（Ｎ＝１）のタッチセンシングの際には、サーチ開始位置設定部６で設定した現在位置が、変数ＰＯＳが示す位置となっているため、ここでのプローブ１０１の移動は不要である。
また、タッチセンシング指令出力部８がタッチセンシング指令を出し、ソリッドステートリレースイッチ３をＯＮにし、タッチセンシングができる状態にする（ＳＴＥＰ６）。
次に、プローブ動作制御部９によって、プローブ１０１を母材（対象物）Ｔに近づけてゆき、母材Ｔの表面Ｔ１に接触させる（ＳＴＥＰ７）。このとき、限度距離設定／検出部１０によって、プローブ１０１の移動量が検出されている。
ここで、本実施形態では、プローブ１０１が母材Ｔの表面Ｔ１に接触すると、タッチセンシング電源１から２００Ｖ以上の電圧が母材Ｔに印加される。このため、プローブ１０１が母材Ｔの表面Ｔ１に接触すると火花が散り、母材Ｔの表面Ｔ１に酸化被膜が形成されている場合であっても酸化被膜を貫いて導通させることができる。
次に、限度距離設定／検出部１０によって、プローブ１０１の移動量、すなわち、プローブ１０１の導通までの距離が予め設定した限度距離内であったか否かが確認され（ＳＴＥＰ８）、限度距離内である場合には、プローブ動作制御部９によって、導通検出位置で動作の停止制御が行われる（ＳＴＥＰ９）。これとともに、タッチセンシング指令出力部８から指令が出され、ソリッドステートリレースイッチ３をＯＦＦにする（ＳＴＥＰ１０）。
ここで、プローブ１０１の移動量が限度距離を超えた場合には（ＳＴＥＰ８）、すなわち、限度距離を超えてもプローブ１０１が母材ＴのＴ１に接触しない場合には、ロボットを停止し（ＳＴＥＰ１１）、タッチセンシング指令出力部８から指令が出されてソリッドステートリレースイッチ３をＯＦＦにする（ＳＴＥＰ１２）。これとともに、タッチイネーブル指令出力部７からタッチイネーブル指令が出され、電磁開閉器１０４をＯＦＦにしてタッチセンシング用回路２をプローブ１０１と切断する（ＳＴＥＰ１３）。
また、エラー表示部１３によって表面無検出エラーの表示が出され（ＳＴＥＰ１４）、異常終了制御部１４によって強制的に異常終了の制御が行われる（ＳＴＥＰ１５）。
一方、プローブ１０１の移動量が限度距離内で、導通検出位置で動作の停止制御（ＳＴＥＰ９）、ソリッドステートリレースイッチ３のＯＦＦ制御（ＳＴＥＰ１０）を行った場合には、次に、一度目（Ｎ＝Ｎmax）のサーチか否かを確認する（ＳＴＥＰ１６）。
一度目（Ｎ=Ｎmax）のサーチである場合には、基準位置記憶／設定部１１が導通検出位置を基準位置として設定／記憶する（ＳＴＥＰ１７）。また、センシング数設定部５で設定したサーチ限度数を超えたか否かが確認され（ＳＴＥＰ１８）、サーチ限度数を超えていない場合には、サーチ開始位置設定部６が変数ＰＯＳを現在の値から指定距離だけ移動した値に変更し（ＳＴＥＰ１９）、プローブ動作制御部９によって、変数ＰＯＳが示す位置にプローブ１０１を移動させ（ＳＴＥＰ５）、上記と同様の操作を行う。
サーチ限度数を超えた場合には、タッチイネーブル指令出力部７からタッチイネーブル指令が出され、電磁開閉器１０４をＯＦＦにしてタッチセンシング用回路２をプローブ１０１と切断する（ＳＴＥＰ２０）。また、エラー表示部１３によってサーチ数超過エラーの表示が出され（ＳＴＥＰ２１）、異常終了制御部１４によって強制的に異常終了の制御が行われる（ＳＴＥＰ２２）。
一度目（Ｎ＝Ｎmax）のサーチか否かを確認した結果（ＳＴＥＰ１６）、一度目（Ｎ=Ｎmax）のサーチでない場合には、特異形状検出／位置記憶部１２によって、導通検出位置が基準位置より特異形状検出閾値以上ズレているか否かが確認され（ＳＴＥＰ２３）、特異形状検出閾値以上ズレている場合には、母材Ｔの表面Ｔ１上の特異形状（窪みなど）を検出したと判断し、現在位置を記憶する（ＳＴＥＰ２４）。
特異形状検出閾値以上ズレていない場合には、サーチ限度数を超えたか否かが確認され（ＳＴＥＰ１８）、上記と同様の操作を行う。
次に、特異形状検出閾値以上ズレている場合には、母材Ｔの表面Ｔ１上の特異形状（窪みなど）を検出したと判断し、現在位置を記憶した後（ＳＴＥＰ２４）、タッチイネーブル指令出力部７からタッチイネーブル指令が出され、電磁開閉器１０４をＯＦＦにしてタッチセンシング用回路２をプローブ１０１と切断する（ＳＴＥＰ２５）。
さらに、全てのアプローチ点についてステッキングを行ったか否かが確認され（ＳＴＥＰ２６）、全てのアプローチ点についてステッキングが行われた場合には、正常に終了する（ＳＴＥＰ２７）。
全てのアプローチ点についてステッキングが完了していない場合（ＳＴＥＰ２６）には、Ｎ＝Ｎ−１として、Ｎ−１番目のアプローチ点に移動させ（ＳＴＥＰ２）、Ｎ＝１の点（最終点）まで上記と同様の操作を行う。
したがって、本実施形態のタッチセンシングシステムＡにおいては、ステッキング動作が終わるまで電磁開閉器１０４のタッチイネーブル出力をＯＮに保ち続け、ステッキング動作の間、ソリッドステートリレースイッチ３のタッチセンシング出力をＯＮ／ＯＦＦ切り替えて繰り返すようにした。
このように、ステッキング動作時に、接点が存在しないソリッドステートリレースイッチ３をＯＮ／ＯＦＦ切り替え、電磁開閉器１０４の切り替えを行わないようにしたことで、従来のようなタッチセンシング用回路２と溶接用回路１０３の交互切替動作（２００Ｖのタッチセンシング出力の繰り返しＯＮ／ＯＦＦ）を行う必要がなく、タッチセンシング（ステッキング動作）が電磁開閉器１０４の接点の寿命に影響するという不都合を解消することが可能になる。
以上、タッチセンシングシステムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本実施形態では、ステッキングによるタッチセンシングへの適用例について説明を行ったが、ステッキングサーチ以外にも勿論適用可能である。
通常のアーク溶接でタッチセンシングを行う場合において、多数回のタッチセンシングが必要な場合がある。例えば、図５に示すように、３次元サーチを行うような場合には、多数回（図５ではＸ、Ｙ、Ｚで示した計７回）のタッチセンシングを行う。このため、このようなケースに適用することで、本実施形態と同様、電磁開閉器１０４の接点の寿命を長くすることが可能になる。
また、アーク溶接への適用に限定する必要はない。例えば、大電流が流れ、且つタッチセンシングが必要な一例として、プラズマによる放射・コーティングなどが挙げられる。
１ タッチセンシング電源
２ タッチセンシング用回路
３ ソリッドステートリレースイッチ（無接点リレースイッチ：ＳＳＲ）
４ タッチセンシング制御部
５ センシング数設定部
６ サーチ開始位置設定部
７ タッチイネーブル指令出力部
８ タッチセンシング指令出力部
９ プローブ動作制御部
１０ 限度距離設定／検出部
１１ 基準位置記憶／設定部
１２ 特異形状検出／位置記憶部
１３ エラー表示部
１４ 異常終了制御部
１０１ プローブ
１０１ａ トーチ
１０１ｂ ワイヤ
１０２ 溶接電源（本作業電源）
１０３ 溶接用回路（本作業用回路）
１０４ 電磁開閉器
Ａ タッチセンシングシステム
Ｔ 母材（対象物）

Claims (4)

  1. プローブと本作業電源とを接続するとともに電磁開閉器が介設された本作業用回路と、
    前記電磁開閉器を介して前記本作業用回路に分岐接続され、前記プローブとタッチセンシング電源とを接続するタッチセンシング用回路とを備え、
    前記タッチセンシング用回路には、ソリッドステートリレースイッチが介設されており、
    前記電磁開閉器は、タッチイネーブル指令によって開閉制御されるように構成されており、
    前記ソリッドステートリレースイッチは、タッチセンシング指令によって開閉制御されるように構成されている、タッチセンシングシステム。
  2. 前記本作業がアーク溶接である、請求項１に記載のタッチセンシングシステム。
  3. 前記タッチセンシング電源が２００Ｖ以上の電源である、請求項１または請求項２に記載のタッチセンシングシステム。
  4. タッチセンシング制御部を備え、
    前記タッチングセンシング制御部は、
    サーチ開始点の総数を設定するセンシング数設定部と、
    前記プローブの動作を制御するプローブ動作制御部と、
    サーチ開始位置を設定するサーチ開始位置設定部と、
    前記電磁開閉器を制御するタッチイネーブル指令出力部と、
    前記ソリッドステートリレースイッチを制御するタッチセンシング指令出力部と、
    前記プローブとタッチセンシングの対象物との限度距離を設定するとともに、前記プローブ動作制御部による前記プローブの移動時に、前記プローブと前記対象物との距離を検出する限度距離設定／検出部と、
    を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のタッチセンシングシステム。
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