KR0178437B1 - 파형겹침판 이음용 용접로봇에 있어서의 파형부 용접방법 - Google Patents

파형겹침판 이음용 용접로봇에 있어서의 파형부 용접방법 Download PDF

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타쭈오 미야자키
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Abstract

본 발명은, 파형부를 보유하는 멤브레인 끼리를 플라즈마 아크 용접할 때에, 파형부에서의용접 불량을 일으키지 않도록 하는 용접 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 파형부(1B),(2B)의 완만한 경사면의 굴곡부(R부)에 있어서 용접토치(12)가 굴곡부에 도달하기 직전에 소정의 최대 각속도의 범위내에서 서서히 토치각을 변화시켜, 파형부(1B),(2B)의 완만한 경사면의 굴곡부나 정상부(22)의 굴곡부에 있어서 용접 속도를 빠르게 하도록 로봇 제어용의 NC 데이터를 수정한다.
또, 파형부(1B),(2B)의 높이방향과 완만한 경사의 폭의 확대에 대처하는 가로방향과 중앙부분의 부푼 모양과의 변형에 대처하는 3개의 파라미터를 설정하고 레이저 변위 센서(15)에서 계측된 파형부의 높이와 완만한 경사의 폭의 데이터와 기본형상의 NC데이터를 비교하고, 파형부의 높이ㆍ폭ㆍ중앙부분을 변형하여 로봇 제어용의 NC데이터를 수정한다.

Description

파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접 방법
제1도는 파형겹침판 이음용 용접 로봇의 개략 사시도.
제2도는 파형겹침판 이음용 용접 로봇의 개략 평면도.
제3도는 레이저 변위 센서에 의한 계측 상태의 설명도.
제4도는 시각 센서에 의한 계측 상태의 설명도.
제5도는 파형부의 주요부 치수를 표시하는 도면.
제6도는 파형부의 NC 데이터의 계산 방법의 설명도.
제7도는 용접부의 각도가 급격하게 변화하는 곳과 용접에 의한 열의 잔류가 발생하는 곳의 설명도.
제8도는 멤브레인의 부착 방향의 설명도.
제9도는 제1실시예의 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접 방법의 주요부 순서도.
제10도는 제1실시예의 파형부 용접 방법에 있어서, 용접 토치각을 제어하는 방법을 설명하는 도면.
제11도는 제1실시예의 파형부 용접 방법에 있어서, 멤브레인의 부착 방향이 변하는 경우의 용접 토치각을 제어하는 방법을 설명하는 도면.
제12도는 제2실시예의 파형 용접 방법에 있어서 사용하는 파형겹침판 이음용 용접로봇의 개략 평면도.
제13도는 제2실시예의 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접 방법의 주요부 순서도.
제14도는 파형부의 완만한 경사면의 끝부분을 찾아내는 알고리즘을 설명하는 도면.
제15도는 기본 형상의 파형부를 3개의 파라미터로 보정하는 방법을 표시하는 설명도.
본 발명은 파형형상을 가지는 멤브레인(Membrane) 끼리를 용접하는 파형겹침판 이음용 용접 로봇의 용접 방법에 관하여, 특히 파형부의 용접을 실시할 때의 방법에 관한 것이다.
종래에, 파형형상을 가지는 멤브레인 끼리의 용접시에 형상 인식용의 접촉식 센서가 사용되고 용접토치의 토치각은 모방 제어방식으로 제어되어 있다. 이 멤브레인 끼리의 용접으로, 종래에 사용되었던 TIG 용접법에 비교하여 고속의 용접법인 플라즈마 아크 용접법이 사용된 경우 파형부에 있어서, 모방 제어방식으로 용접토치를 동작시키면 토치각의 변경이 접촉식 센서의 작용에 따르지 않고, 용접 결함이 발생하기 쉽게 되어 있었다. 그래서 용접토치에 대하여 센서가 선행되며, 용접토치가 따르기 쉽게 한 지연 제어방식이 제안되어 있다. 이와 같이, 센서를 선행시키는 지연 제어방식을 사용하고, 파형형상을 미리 주어진 파형의 NC 데이터와 비교하여 그 종류를 결정하는 방법을 사용함으로써 고속의 플라즈마 아크 용접법에 대해서도 용접토치를 용접선에 충분히 따르게 할 수 있다.
이상과 같이 미리 주어진 파형부의 형상으로부터 작성된 파형부의 NC 데이터에 의하여 용접속도 및 용접선에 대한 토치각이 일정하게 되도록 제어하는 경우, 다음과 같은 곳에서 용접 결함이 발생하고 있었다.
(1) 용접부의 각도가 급격하게 변화하는 곳.
(2) 용접에 의한 열의 잔류가 있고, 용접 비드(bead)에 악영향을 미친다고 생각되는 곳.
(3) 멤브레인의 설치 방향이 변함으로써, 다른 방향과 용접 조건이 다른 곳.
또, 종래의 용접 로봇에 의한 파형부의 용접에 있어서는, 파형부의 형상은 모든 멤브레인에서 전부 동일한 것으로 간주하고, 이 형상을 바탕으로 로봇 제어용의 소프트웨어를 기동할 때의 파형부의 NC 데이터를 작성하고, 지연 제어방식에 의하여 파형부의 용접 제어를 실시하고 있다. 그러나, 멤브레인의 정밀도가 동일하지 않을 때, 또는 멤브레인 부착시의 위치가 적절하지 않을 때는 멤브레인 끼리의 임시 부착시에 파형부에 형상 차이나 변형을 발생하고 있고, 이 경우에 전술한 바와 같은 기본 NC 데이터에 의하여 용접 토치가 용접선에 따르면 파형부의 변형이 원인이 되어, 의도한 위치가 빗나가고, 용접 결함이 발생될 수 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하는 것으로서 파형형상을 가지는 멤브레인 끼리의 용접에 있어서, 파형부를 용접할 때에 용접속도와 용접 토치각을 적당하게 제어하여 양호안 용접 비드를 얻는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접 방법은 용접 로봇에 센서를 선행시키는 지연 제어방식을 채용하고, 복수의 기본 파형형상을 미리 NC 데이터로써 기억하고, 용접하는 과정에서 용접하고 있는 파형부가 어는 NC 데이터에 맞는지를 선택하고, 이 NC 데이터를 기초로 한 로봇 제어용의 소프트웨어가 기동할 때에 작성되는 파형부의 NC 데이터에 용접속도 및 용접 토치각을 임의로 변화시키기 위한 파라미터를 가하며, 파형부의 용접속도 및 용접 토치각을 제어하여 양호한 용접 비드를 얻을 수 있도록 한 것이다.
상기한 방법에 의하여, 예컨대 용접부의 각도가 급격하게 변화하는 파형부의 완만한 경사면의 끝부분의 굴곡부(제14도의 R부)에 있어서는, 용접 토치가 굴곡부에 도착 직전에 결정된 최대 각 속도의 범위 내에서 서서히 토치각을 변화시켜서 굴곡부에서의 토치각의 변화를 순조롭게 실시할 수 있다. 또, 곡률 반경이 작고, 그 용접 길이에 대하여 열을 발산시키는 것이 평면부에 비하여 적은 파형부의 완만한 경사면의 끝 부분 굴곡부 및 용접 토치가 동일한 점을 향하면서 이동하기 위하여 열의 집중이 발생하기 쉬운 파형부의 정상부의 굴곡부에 있어서는 용접속도를 신속하게 하여 용접선에 대한 열의 입력을 작게 하도록 할 수 있다. 더욱이, 멤브레인의 부착 방향이 변화함으로써 파형부의 용접선상에서의 용탕에 자중(自重)이 걸리는 쪽이 다른 부위에 있어서는, 그 자중에 의하여 용탕이 아래쪽으로 늘어지는 것을 방지하기 위하여 용접속도 및 용접 토치각을 조정함으로써, 용접시의 파형부에 있어서의 용접속도 및 용접 토치각을 적절하게 제어할 수 있으므로, 양호한 용접 비드를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 방법에 의하여 용접부의 각도가 급격하게 변화하는 곳이나 용접에 의한 열의 잔류가 발생하며, 용접 비드에 악영향을 미친다고 생각되는 곳, 혹은 멤브레인의 방향이 변화함으로써 다른 방향과 용접 조건이 다른 곳 등에서 종래의 용접 토치의 움직임에 의하여 발생하였던 용접 결함을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 레이저 변위 센서의 정보를 바탕으로 파형부의 형상 변형을 인식하고, 기본 NC 데이터를 보정하고 정확한 파형부의 용접을 실시하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 때문에, 본 발명의 파형겹침판에 이음용 용접 로봇에 있어서의 용접 방법은 용접 로봇에 센서를 선행시키는 지연 제어방식을 채용하고, 기본 파형형상을 미리 NC 데이터로서 기억하고, 용접하는 파형부의 형상 변형 상태를 선행하는 센서가 계측한 파형형상의 높이 및 완만한 경사면 폭의 정보를 바탕으로 정량화하고 상기한 변형 상태를 표시하는 정량화 값을 바탕으로 로봇 제어용의 소프트웨어가 기동할 때에 작성되는 파형부의 기본 NC 데이터를 조작하여 용접시의 실행용 NC 데이터를 다시 계산하고 이 실행용 NC 데이터를 사용하여 파형부의 용접동작의 제어를 실시하도록 한 것이다.
상기한 방법에 의하여, 본 발명의 용접로봇은 제어용 소프트웨어가 기동할 때에 작성되는 파형부의 기본 NC 데이터를 선행하는 센서가 계측한 파형부의 높이 및 완만한 경사면 폭의 정보를 바탕으로 변하므로, 종래와 같이 파형부의 변형이 원인이 되어 의도한 위치가 빗나감에 의하여 발생되었던 용접 결함을 미연에 방지 할 수 있다. 다음에, 이 센서를 선행시킨 지연 제어방식을 사용하여, 고속의 플라즈마 아크 용접법에 적용할 수 있게 한 용접 로봇에 대하여 설명한다.
[실시예]
아래에서, 본 발명의 제1의 실시예에 대하여 설명한다.
제1도, 제2도에 있어서, 도면부호 1, 2는 파형을 보유하는 멤브레인으로서, 평면부(1A),(2A)에 소정의 피치 간격으로 파형(1B)(2B)이 형성되어 있다. 이 멤브레인(1),(2)은, 2파형(1B),(2B)를 상하 방향으로 중합시켜서 가장자리부 사이를 겹치게 함으로써, 파형부(1B),(2B)의 방향에 대하여 직교하는 방향으로 긴 파형겹침판 이음부(3)가 형성된다. 이 파형겹침판 이음부(3)에 있어서 위에 겹치는 멤브레인(2)의 가장자리 끝의 위치가 용접선(4)을 형성하고 있다. 이 용접선(4)의 위쪽에는, 용접선(4)을 따라서 가이드 레일(10)에 배치되고, 이 가이드 레일(10)에 지지되고 안내되어서, 용접선(4)에 따른 Y방향으로 이동하는 용접기 본체(11)가 설치되어 있다. 이 용접기 본체(11)에는, 용접 토치(12)가 용접선(4)에 대하여 직교하는 좌우 방향(X)과 상하 방향(Z)으로의 이동을 자유로이 하고, 동시에 토치 선단부의 아크 선단에 위치하여 좌우 방향(X)으로 평행한 수평축(16)을 중심으로 한 원호 방향(θ)으로 자유로이 요동하도록 설치되어 있다. 이 용접 토치(12)는 플라즈마 아크 용접방식이 채용되어 있다. 또한 용접기 본체(11)에는, 용접토치(12)의 좌우방향(X), 상하방향(Z)으로의 이동과 원호방향(θ)으로의 요동 등을 제어하는 제어 장치(13)가 설치되고, 이 제어 장치(13)는 지연회로를 포함하는 구성으로 되어 있다. 또 용접기 본체(11)에는, 용접 토치로부터 선행하는 토치 이동방향의 전방 위치로 용접선의 시임트래킹(seam tracking)계측용의 시각센서(14)와, 이 시각센서(14)의 옆쪽에 파형 계측용의 레이저 변위 센서(15)가 설치되어 있다.
상기한 구성의 용접 로봇에 있어서, 그 파형겹침판 이음의 용접 작업에 대하여 설명한다. 가이드레일(10)을 조정하고, 제2도에 표시하듯이 용접기 본체(11)에 설치된 용접 토치(12)와 시각센서(14)가 용접선(4)의 위쪽에 위치하도록 설치한다. 이때, 레이저 변위 센서(15)는 용접선(4)상에 위치하지 않지만, 파형을 인식하는 데는 지장이 없다. 그러나, 레이저 변위 센서(15)는 용접 토치(12)로부터 선행하는 위치에 설치하는 것이 필요하다. 그리고 가이드레일(10)로 안내되어서 용접기 본체(11)를 이동시킴으로써, 센서(14),(15)에 의한 계측을 실시하면서, 소정의 용접속도로 용접토치(12)에 의한 용접선(4)의 플라즈마 아크 용접을 실시한다. 이때 레이저 변위 센서(15)는 멤브레인(2) 표면의 판독을 실시하고 시각 센서(14)는 용접선(4)의 시임트래킹을 실시한다. 그리고 센서(14),(15)는 선행되고, 용접토치(12)는 뒤따르지만, 그 지연 분량은 제어장치(13)에 입력된 지연회로에 의하여, 용접토치(12)의 좌우방향(X)과 상하방향(Z)의 이동과, 수평축(16)을 중심으로 한 원호방향(θ)의 요동이 시간지연을 가지고 제어된다.
레이저 변위 센서(15)는, 제3도에 표시하듯이 평면부(2A)의 전위 평면 범위(Aa)에 대해서는 보통의 판독을 실시하고, 파형부(2B)의 튀어나온 경사면의 범위(Ba)로 마주보게되면, 경사 각도가 커짐으로써 레이저 변위 센서(15)는 반사광을 받아 들이지 못하며, 계측불가의 상태로 된다. 그리고 레이저 변위 센서(15)가 정상부 범위(C)로 마주보게되면, 정상부 범위(C)의 평면에 의하여 반사광을 받아들이는 상태로 되돌아가고, 계측이 가능하게 된다. 아래와 마찬가지로 내리막 경사면 범위(Bb)로 마주보게되면, 다시 계측불가의 상태로 되고, 평면부(2A)의 후위 평면 범위(Ab)로 마주보게되면 계측가능 하게 된다. 이와 같은 레이저 변위 센서(15)에 의한 계측상태에 있어서, 정상부 범위(C)중에서 계측되는 것의 가장 높은 위치에 있는 정점(T)이 파형(2B)의 중심위치를 표시하는 점이다. 이때에 제어장치(13)에는, 파형부(2B)의 여러 종류의 기본 형상이 미리 주어져 있고, 입력된 정점(T)으로부터 1개의 기본형상을 선택하고, 이 파형부의 형상을 바탕으로, 로봇 제어용의 소프트웨어를 기동할 때에 작성되는 파형부의 용접선(4)의 NC 데이터를 선택하며, 소정의 시간이 흐른 후에, 상기한 NC 데이터로 용접 토치 동작시킴으로써, 파형부(2B)에 있어서의 속도제어와 상하방향(Z)으로 이동제어를 할 수 있음과 아울러, 수평축(16)을 중심으로 한 원호 방향(θ)으로의 요동제어 즉, 토치각(θ)의 변경을 제어할 수 있다.
또, 시각센서(14)는, 제4도에 표시한 것처럼, 평면부(1A),(2A)에 대한 용접선(4)의 전위 용접선 범위(Da)에 대해서는 보통의 시임트래킹을 실시하고, 파형부 용접선 범위(F)로 마주보게 되면, 그 검출 레벨의 상승에 의하여 시각센서(14)의 시야로부터 빗나가게 되고, 계측이 불가능한 상태로 된다. 이 계측이 불가능한 상태는 파형부 용접선 범위(F)로 마주보는 전 영역이고, 시각센서(14)가 후위 용접선 범위(Db)로 마주보게 되면 다시 계측이 가능하게 된다. 이와같이 파형부 용접선 범위(F)의 전 영역에 걸쳐서 계측이 불가능하게 되지만, 파형부 용접선 범위(F)와 그 근방의 양쪽 용접선 범위(Da),(Db)와의 사이에서, 멤브레인(2)의 가장자리 끝 부분은 대략 동일선상으로 위치하므로, 전위 용접선 범위(Da)에서 계측된 예컨대 기점의 좌표와, 후위 용접선 범위(Db)에서 계측된 예컨대 종점의 좌표 등을 연결한 선의 위쪽으로, 파형부 용접범위(F)에 있어서의 용접선(4)을 취함으로써, 용접 토치(12)의 좌우방향(X)으로 이동제어를 실시할 수 있다.
다음에, 용접 토치(12)의 파형부에 있어서의 동작을 상세하게 설명한다.
파형부의 기본 형상은, 제5도에 표시한 것처럼, 정상부 범위(C)를 형성하는 R1부, 오르막의 경사면부를 형성하는 R2a부, 내리막 경사면을 형성하는 R2b부, 오르막의 완만한 경사면을 형성하는 R3a부 및 내리막이 완만한 경사면을 형성하는 R3b부와, 정점(T)으로부터 오르막의 완만한 경사면의 시점(S)까지의 오르막측의 완만한 경사면의 폭(La)과, 정점(T)으로부터 내리막의 완만한 경사면의 종점(E)까지의 내리막측의 완만한 경사면 폭(Lb)과, 정점의 높이(Ha),(Hb)와 멤브레인 두께(g)와 오르막 경사면의 시점(s)에서 정점(T)를 통과하여 내리막 완만한 경사면의 종점(E) 까지의 길이(M)등을 보유하고, 연속하는 3개의 원호부의 중심점 및 그들의 연결점을 계산함으로써 형상이 얻어진다. 이와 같이 하여 얻어진 여러 종류의 파형상은 각각 제어장치의 기억장치에 기록된다.
레이저 변위 센서의 판독에 의하여 검출된 파형부의 정점으로부터, 파형중의 1개를 선택하며, 이 형상을 바탕으로 로봇 제어용의 소프트웨어를 기동할 때에 작성되는 파형부의 NC데이터가 작성된다.
종래는 이상과 같이 하여 얻어진 파형형상으로부터 다음과 같이 하여 파형부의 NC 데이터를 작성하였다.
제6도(a)는, 용접선의 일부로서, 평면 좌표상에 있는 용접선의 원호를 바탕으로, Y축 데이터에 대한 Z축 데이터가 Y축의 동일한 단위 폭마다에 분할되어 있다. 다음에, 제6도(b)에 표시하듯이, 이 계산된 Y축, Z축의 각각의 값을, 단위시간당의 동일한 이동량에 따른 수정을 하기 위하여, 원호의 곡선상에서 등간격 데이터를 적성한다. 이때에, ○표는 최초의 계산에서 얻는 데이터, △표는 토치가 특정한 동일 속도로 이루어지도록 수정하여 얻은 데이터를 표시하며, △표와 △표의 사이는 곡선 위에서 동일한 길이로 되어 있다. 더욱이, 제6도(c)에 표시하듯이, 수정된 데이터에 있어서, △표 사이의 각각의 토치각(θ)을 계산한다. 이 수정된 데이터(y, z)~(y3,z3)와 토치각(θ1, θ2)에 의거하여, 로봇 제어각의 소프트웨어를 기동할 때에 작성되는 파형부의 NC 데이터가 작성된다. 그리고, 이것에 용접 토치 높이가 따르도록 제어됨과 아울러, 용접선에 대한 용접속도 및 토치각이 일정하게 되도록 제어되어 있다.
그러나, 용접속도 및 용접선에 대한 토치각이 일정하게 되도록 제어하는 경우, 종래의 이 제어 방법에서는 불충분하고, 다음과 같은 곳에서 용접 결함이 발생하고 있었다. 즉, 제7도에 표시하듯이, 파형의 오르막의 완만한 경사면(20) 및 내리막으로 완만한 경사면(21)의 원호부에서는, 용접부의 각도가 급격하게 변화되고, 토치각을 급격하게 변화시키지 않으면 안되므로 용접 토치(12)의 회전각속도는 빠르게 되고, 용접결함을 발생하고 있었다. 완만한 경사면(20) 및 (21)의 원호부는, 곡률반경이 작고, 용접 길이에 대하여 열을 발산시키는 곳이 평면부에 비하여 적으므로 잔류열이 집중할 것이라고 생각된다.
또 파형의 정상부(22)의 원호부는, 용접 토치가 동일한 점을 향하면서 이동하므로 열이 집중한다고 생각할 수 있고, 역시 용접 결함이 발생되기 쉽다.
제8도는 아래면 멤브레인(23), 측면 멤브레인(24), 천정면 멤브레인(25)을 표시하고 있다. 토치(12)는 상기한 아래면 멤브레인(23)에 대하여 하향(26)으로 된다. 또, 토치(12)는 천정면 멤브레인(25)에 대하여 상향(27)으로 된다. 토치(12)가 측면 멤브레인(24)에 대하여 수직하면 또한 수평한 가로방향(28)으로 이동하고, 혹은 수직하며 또한 상하의 세로방향(29)으로 이동한다. 그리고, 예컨대 세로방향(29)에 있어서, 파형의 정상부에서 용탕이 그 자중에 의하여 아래쪽으로 늘어짐으로써 용접결합이 발생한다.
따라서, 본 실시예는 파형부를 용접할 때에, 종래와 같이 용접속도와 용접 토치각을 일정하게 유지할 뿐만 아니라, 아래에서 진술하듯이 용접 결함이 발생하는 곳에 있어서 용접속도와 용접 토치각을 적당히 제어하여 양호한 용접 비드를 얻는다.
제9도는, 본 발명의 제1의 실시예의 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접 방법을 설명하는 순서도이고, 그 주요부는, 로봇제어용의 스프트웨어가 기동할 때에 작성되는 파형부의 NC 데이터에 있어서, 아래의 항목에 대한 파라미터를 가하며, 용접속도 및 용접 토치각을 변경하는데 있다. 이때에, 파라미터란 것은, 결함이 발생하기가 쉬운 파형부의 원호부등을 용접할 때의, 용접속도 및 용접 토치각을 임의로 변화시키기 위한 계수 및 정수이다.
제10도는 용접부의 각도가 급격하게 변화하는 곳이나 용접에 의한 열의 잔류가 생기는 곳에 대한 제어를 설명하는 도면이다. 제10도에 있어서, 파형의 오르막의 완만한 경사면(20)의 원호부에서는, 용접 토치가 원호부에 도달하기 직전에 서서히 토치각을 바꾸고 있고, 이것에 의하여 오르막의 완만한 경사면(20)의 원호부에 있어서의 토치각의 급격한 변화를 회피하여, 순조롭게 변화되도록 하고 있다. 이때의 토치각의 각도 변화는 정해진 최대 각도의 범위 내에서 실시되도록 설정된다.
또, 이 오르막의 완만한 경사면(20)의 원호부는 곡률반경이 작고, 용접 길이에 대하여 열을 발산시키는 곳이 평면부에 비하여 작은 부분이므로, 이곳에서의 용접 속도를 빠르게 하고, 용접선에 대한 열의 입력을 작게 하고 있다. 이런 것은, 파형의 내리막의 완만한 경사면(21)의 원호부에 있어서도 마찬가지이다. 더욱이 파형의 정상부(22)의 원호부에서는 용접 토치가 동일한 점을 향하면서 이동하기 위하여 열이 집중하는 부분이므로, 이곳에 있어서 적어도 용접속도를 빠르게 하여 용접선에 대한 열의 입력을 적게 하고 있다. 이것은, 로봇제어용의 소프트웨어가 기동할 때에 작용되는 파형의 NC 데이터에 파라미터를 가해주므로서 실시된다. 이때 조정하는 파라미터는 용접속도 및 토치각 속도이고, 토치 각속도에 관해서는 최대치를 설정하지만, 용접속도 및 토치각에 대해서는, 예컨대 실험을 반복하는 경험에 의하여 설정 된다. 이것에 의하면 용접시의 용접속도나 용접토치각을 적절하게 제어할 수 있고, 종래의 용접 토치의 움직임에 의하여 발생하고 있었던 용접 결함을 미연에 방지할 수 있다.
제11도는 멤브레인의 설치 방향이 가로 방향으로 변함으로써, 다른 방향과 용접 조건이 달리하는 곳의 용접, 특히 세로방향(29)의 용접에 있어서의 제어를 설명하는 도면이다. 제11도에 있어서, 파형의 정상부(22)에 있어서는 용탕이고 자중에 의하여 아래쪽으로 늘어지는 경향에 있으므로, 도면에 표시하듯이, 용접 토치각을 약간 기울어서 경사진 위쪽으로 향하도록 제어하고, 용탕을 아크에 의하여 밀어 올리도록 하여 용접 비드가 아래쪽으로 늘어지는 것을 피한다. 이 외에 멤브레인의 설치방향은 제8도에 표시하듯이, 하향(26), 상향(27), 가로방향(28)이 있고, 세로방향(29)을 포함하여 용접토치각 등의 움직임의 파라미터를 멤브레인(1),(2)의 방향마다 선정한다. 예컨대 그 방향은 자동 검출은 아니고 로봇 제어장치에 설지한 로터리 스위치 등으로 번호를 선출함으로써, 수동으로 로봇에 지령하여, 움직임의 파라미터를 방향마다 설정하도록 한다.
다음에 본 발명의 제2실시예를 도면에 의거하여 설명한다.
제12도는 제2도의 실시예의 용접방법에서 사용되는 용접 로봇의 개략 평면도를 표시한다. 제1의 실시예 용접 로봇에 있어서는, 제2도에 표시하듯이 시각 센서(14)와 파형 계측용의 레이저 변위 센서(15)는, 용접 로봇의 구조를 단단하게 하기 위하여, 로봇 이동방향에 대하여 직각 방향으로 늘어서도록 배치되어 있었다. 그러나, 제12도에 있어서는,파형부의 형상 변형의 상태를 인식하기 위하여 레이저 변위 센서(15)는, 변형을 발생하는 용접선(4)부근을 계측할 수 있도록, 시각센서(14)의 전방 위치에 배치되며 용접 토치(12), 시각센서(14), 레이저 변위 센서(15)는 용접선(4) 상에 나란히 위치하고 있다. 물론, 제1의 실시예 용접 로봇은, 이 제2의 실시예 용접 로봇을 사용해도 좋은 것은 말할 나위도 없다.
제13도는 제2의 실시예의 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형용접방법을 설명하는 순서도이다. 그 주요부는 파형형상의 변형 상태로부터, 로봇 제어용의 스프트웨어를 기동할 때에 작성되는 파형부의 기본 NC 데이터를 조작하여, 용접 실행시의 실행용 NC 데이터를 다시 계산하고, 토치를 파형형상의 변형으로 대응시키는 것에 있다.
다음에, 파형부의 형상을 보정할 때에, 파형형상을 얻기 위한 정점(T), 완만한 경사면 시점(S), 완만한 경사면 종점(E)의 계측방법, 정점(T), 완만한 경사면 시점(S), 완만한 경사면 종점(E)의 데이터로부터 실시하는 형상 보정의 순서 및 중간 부분의 형상 보정의 방법을 설명한다. 레이저 변위 센서(15)의 데이터로부터 정점(T)의 좌표치 및 완만한 경사면 시점(S), 완만한 경사면 종점(E)의 좌표치를 알 수 있다. 즉, 정점(T)의 좌표치는 레이저 변위 센서(15)의 Z방향 데이터가 가장 작은 점(레이저 변위 센서(15)와 정점의 거리가 가장 짧은 점)에서 결정되며, 완만한 경사면 시점(s), 완만한 경사면 종점(E)의 좌표치는 레이저 변위 센서(15)의 데이터로부터 정점(T)을 중심으로 하여 계산을 실시하고, 그 주변의 Z축 데이터의 변위 상태로부터 결정한다.
파형형상을 얻기 위한 정점(T), 완만한 경사면 시점(S), 완만한 경사면 종점(E)의 계측방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 또한, 형상 보정은 파형형상을 앞부분과 뒷부분으로 분할하여 실시한다. 레이저 변위 센서(15)는, 제3도, 제5도에 있어서 설명한 바와 같이, 앞부분 평면 범위(Aa)와 정상부 범위(C) 및 뒷부분 평면 범위(Ab)을 계측하고, 앞부분 평면 범위(Aa)를 기준으로 하는 파형부의 높이(Ha)와, 뒷부분 평면 범위(Ab)를 기준으로 하는 파형부의 높이(Hb) 및 앞부분과 뒷부분의 완만한 경사의 폭(La),(Lb)을 계산한다. 그 과정은 다음과 같다.
(1) 레이저 변위 센서(15)가 파형부의 앞부분 평면 범위(Aa)를 통과하고, 계측불능하게 될 때까지의 계측 데이터를 앞부분 평면 범위 데이터로서 보관한다.
(2) 레이저 변위 센서(15)가 계측불능하게 된 후, 레이저 변위 센서와 정점(T)의 거리로부터 정점(T)을 검출하는 정상부 검색부 검색의 알고리즘을 실시하며, 정점(T)의 위치 데이터르 얻는다.
(3) 정점(T)의 위치가 판별된 시점에서, 기본 형상의 파형부의 완만한 경사의 폭의 절반만큼 주행 방향으로 되돌아간 위치에서 계측데이터를 해석하고, 파형부의 오르막의 완만한 경사 시점(S)의 위치 데이터를 얻는다. 이 완만한 경사 시점(S)의 위치 데이터를 얻는 방법은 후술한다.
(4) 정점(T)의 데이터와 앞부분 평면 범위(Aa)를 비교하고, 정점(T)의 데이터와 앞부분의 오르막의 완만한 경사 시점(S)의 데이터를 비교함으로써 앞부분에 있어서의 파형부의 높이(Ha) 및 완만한 경사의 폭 (La)을 얻는다.
(5) 정점(T)의 위치를 얻은 후에도 계측을 속행하고, 계측이 가능하게 된 시점에서 뒷부분 평면 범위 데이터로서 보관한다.
(6) 레이저 변위 센서(15)가 정점(T)의 위치로부터 기본 형상의 파형부의 완만한 경사의 폭의 절반만큼 주행 방향에 대하여 전진한 위치에서, 뒷부분의 평면 범위 데이터를 해석하고, 뒷부분의 파형의 완만한 경사면 종점(E)의 위치 데이터를 얻는다.
(7) 정점(T)의 데이터와 뒷부분 평면 범위(Ab)를 비교하고, 정점(T)의 데이터와 뒷부분의 완만한 경사면 종점(E)의 데이터를 비교함으로써, 뒷부분에 있어서의 파형부의 높이(Hb) 및 완만한 경사의 폭(Lb)을 얻는다.
아래에서 파형부의 완만한 경사면 시점(S) 및 완만한 경사면 종점(E)을 찾아내는 알고리즘에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 완만한 경사면 종점(E)은 완만한 경사면 시점(S)과 동일한 방법에 의하기 때문에 설명을 생략한다.
① 정점(T)의 위치 데이터가 얻어지면, 우선 완만한 경사면 시점 근방의 정상을 조사한다. 즉, 제14도(a)에 표시하듯이, 얻어진 정점(T)위치 데이터로부터 기본형상의 파형부의 완만한 경사면의 폭의 절반만큼 되돌아온 위치를 기점으로 하고, 또한 그 위치로부터 1~2mm앞으로 되돌아온 위치를 기준으로 하여, 평면 범위의 10~15mm의 계측 데이터로부터 완만한 경사의 끝부분 근방에서의 기울기(성형시의 가압력에서 약간 발생하는 기울기)를 얻는다.
② 이 기울기를 고려하여 파형부의 완만한 경사면 시점(S)을 추측한다. 즉, 완만한 경사면의 계측 데이터로부터 상기한 기울기만큼을 빼고 보정을 가하여, 성형시에 발생하는 기울기를 고려하여 이 기울기 부분을 직선 부분으로 판단하고, 원호부분의 시점을 찾아낸다. 다음에, 레이저 변위 센서(15)에 의하여 계측된 상기의 정확한 원호부분이며, 주행 방향으로 적당한 간격을 유지하는 3점을 통과하는 원을 구한다. 그리고, 원의 반경이 이상적으로 가장 가까운 원의 중심점의 바로 밑을 파형부의 완만한 경사면 시점(S) 완만한 경사면 종점(E)으로 한다. 3점의 좌 표치(y1, z1), (y2, z2), (y3, z3)를 통과하는 원의 반지름(R) 및 중심(y, z)은 다음식에서 구해진다.
단,
다음에, 정점과 완만한 경사면 시점(S) 및 완만한 경사면의 종점(E)의 데이터에서 실시하는 파형부의 형상 보정의 순서 및 중간부분 형상 보정 방법에 대하여 설명한다.
(1) 높이 방향의 보정 파라미터
제15도(a)는 높이 방향의 보정을 표시하고, 이 도면에 있어서, I는 파형의 기본형상, II는 높이 방향을 수정한 보정 후의 형상이다. 높이 방향의 보정을 할 때에, 계측에 의하여 얻은 앞부분 평면 범위(Aa) (제3도에 표시함)를 기준으로 하는 파형부의 높이(Ha)와, 파형부의 기본형상(1)의 높이(Hs)를 비교하여, 높이 방향의 형상 보정률을 얻는다. 또, 뒷부분 평면 범위(Ab) (제3도에표시함)를 기준으로 하는 파형의 높이(Hb)와, 파형부의 기본형상(I)의 높이(Hs)를 비교하여 높이 방향의 형상의 형상 보정률을 얻는다. 그리고 파형부 전체에 걸쳐서 기본 형상의 높이 방향의 데이터에 앞뒤부분의 보정률을 작용시켜 새로운 형상 데이터(II)로 한다. 이때, 보정에 의하여 전체의 원호 길이가 어느 정도 변화했는지를 얻을 필요가 있지만, 높이 방향의 보정을 실시한 경우, 그 보정률이 확대 방향 혹은 축소 방향에 관계없이 1.00에 가까운 수치로 수습되어 있으면, 보정률과 원호의 길이의 변화는 비례하는 것이 계산에 의하여 확인되어 있다.
(2) 폭 방향의 보정 파라미터
제15도(b)는 폭 방향의 보정을 표시하고, 이 도면에 있어서, 11은 제15도(a)의 보정된 형상 데이터(11)를 표시하며, 111은 폭 방향의 보정 후의 형상을 표시하고 있다.
상기와 같이 하여 얻은 앞부분의 완만한 경사면으 폭(La), 뒷부분의 완만한 경사면의 폭(Lb)과, 파형부의 기본 형상의 완만한 경사면의 폭(Ls)을 비교하며, 폭 방향의 형상 보정률을 얻는다. 파형부 전체에 걸쳐서 기본 형상의 폭 방향의 데이터에 앞, 뒷부분의 보정률을 적용하고, 제15도 (a) II의 형상 데이터를 중합시켜서 새로운 데이터(III)로 한다.
또한, 이때 보정에 의하여 전체의 원호 길이가 어느 정도 변화했는지를 얻을 필요가 있지만 폭 방향의 보정을 실시한 경우, 그 보정률이 확대 방향 혹은 축소방향에 관계없이 1.00에 가가운 수치로 수습되어 있으면 보정률과 원호의 길이 변화는 비례하는 것이 계산에 의하여 확인되어 있다. 이 특성은 높이 방향의 보정을 실행한 후라도 현저하게 변화하지는 않는다.
(3) 중간부분의 보정 파라미터
제15도(c)는, 파형부의 중간부분의 보정을 표시하고 있다. 이 도면에 있어서, III은 제15도(b)의 새로운 형상 데이터(III)와 동일한 형상이고, IV은 중앙부분의 보정 후의 형상을 표시하고 있다. 파형부의 중앙부분의 보정은 파형부의 높이 및 폭 방향의 형상 보정에 의하여 변화한 원호의 길이를 교정한다. 그때, 파형부는 변형되어도 파형부 전체 원호의 길이(M)는 변화하지 않으므로, 계산에 의하여 얻어진 완만한 경사의 시점(S)과 정점(T) 및 완만한 경사의 종점(E)의 위치는 변화 시키지 않고, 파형부의 중앙부분의 부푼 모양의 상태를 변화시킨다. 파형부의 높이, 폭 방향의 보정과는 다르고, 확대와 축소에서 형상 변화의 특성이 미묘하게 달라진다. 그 때문에 다음과 같이 확대와 축소의 각각에 적합한 보정식을 선정한다.
아래에 파형부이 중앙부분 형상의 보정식에 대하여 상세하게 설명한다. 이때에 보정식의 각 기호를 다음과 같이 정한다.
Y : 주행 방향 치수
Yn : 계산 후의 주행 방향 치수
Yw : 파형부 완만한 경사의 폭
Z : 높이 방향 치수
Zn : 계산 후의 높이 방향 치수
ZH: 파형부 높이
r : 보정률(rate)
① 확대 방향의 경우(이 경우는 폭 방향(Y좌표)은 그대로 두고 높이 방향(Z좌표)으로 중앙부분을 확대한다).
앞ㆍ뒤 방향에서 높이 방향의 보정식은 동일한 것이 채용되며, 계산 후의 높이 방향 치수(Zn)는 다음과 같이 된다.
이때의 보정률(r)은 파형부의 종류 중에서, 높이(T)가 낮은 작은 파형의 경우와 높이(T)가 높은 큰 파형의 경우 등에서 각각 다르고, 다음과 같이 된다.
ㆍ 작은 파형의 경우
길이의 변화가 0~1.08mm의 범위라면
길이 변화가 1.08mm를 초과하면
ㆍ 큰 파형의 경우
길이의 변화가 0~2.16mm의 범위라면
길이의 변화가 2.16mm를 초과하면
② 축소방향의 경우(이 경우는 높이방향(Z좌표)은 그대로 두고, 폭 방향(Y좌표)으로 중앙부분 축소한다).
여기서는 중앙부분 축소할 때에 앞ㆍ뒤 방향에서는 Y좌표는 역방향으로 축소하게되므로 앞ㆍ뒤 방향에서 폭 방향의 보정식은 달라지고 전위에서의 계산 후의 주행 방향 치수(yn)는 다음과 같이 된다.
또, 뒷방향에서의 계산 후의 주행 방향 치수(yn)는 다음과 같다.
이때의 보정률(r)은 작은 파형과 큰 파형의 경우 등에서 각각 달라지고 다음과 같이 된다.
ㆍ 작은 파형의 경우
길이의 변화가 0.12mm이상이면
ㆍ 큰 파형의 경우
길이의 변화가 0.12~1.8mm의 범위라면
길이의 변화가 1.8mm를 초과하면
또한, 상기한 변형에 있어서는 (1), (2), (3)의 파라미터를 사용하여 연속해서 파형부를 보정하고 있지만, 파형부의 보정은 3개의 파라미터를 전부 사용하여 보정할 필요는 없다. 즉, 파형형상은 일반적으로 높이 방향이 기본 형상(I)보다 높게 계측된 경우는, 가로 방향의 확대가 기본형상(I)보다 짧게 계측되는 경향에 있고, 높이 방향이 기본형상(I)보다 낮게 계측된 경우는 일반적으로는 가로 방향의 확대는 기본형상(I)보다 길게 계측되는 경향이 있다. 따라서 (1)의 파라미터에서 높이방향을 변형하고, 다음에, 이 변형된 형상에 대하여 (2)의 파라미터에서 가로 방향의 확대를 변형함으로써 대응할 수 있는 것이 있다.
단, 높이 방향이 기본 형상(I)보다 낮게 계측된 경우에서, 가로 방향의 확대가 기본 형상(I)보다 짧게 계측되었을 때는, 중간부는 부푼 모양인 경향에 있으므로, (3)의 파라미터를 필요로 한다.
이들의 방법은 파형형상은 변형하여도 그 길이는 변하지 않는다고 하는 가정에 의거하는 것이다.
다음에, 상기와 같이 하여 얻어진 변형 상태를 표시하는 정량화 치수로부터 로봇 제어용의 소프트웨어가 기동할 때에 작성되는 파형부의 기본 NC 데이터를 조작하고 용접 실행시의 실행용 NC데이터를 다시 계산하고, 제어장치 내의 다른 기억 장치에 기억한다.
이 실행용 NC 데이터의 계산은 파형 각각에 대하여 레이저 변위 센서(15)에 의한 계측이 실시되며, 형상 변형의 파라미터가 결정된 시점에서 실시된다. 이후, 기본 NC데이터를 변형하여 다른 기억장치에 기억하며, 이 기억된 새로운 실행용 NC데이터에 의하여 제어되므로, 파형부의 변형이 원인으로 의도한 위치가 빗나가게 되는 일은 피하게 된다.

Claims (5)

  1. 용접 로봇에 센서를 선행시키는 지연 제어방식을 채용하고, 파형형상을 미리 NC 데이터로서 계산하여 용접하는 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접 방법으로서, 로봇 제어용의 스프트웨어가 기동할 때에 작성되는 파형부의 NC 데이터에, 용접속도 및 용접 토치각을 변화시키기 위한 파라미터를 가하고, 파형부의 용접속도 및 용접 토치각을 제어하는 것을 특징으로 하는 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접 방법.
  2. 용접 로봇에 센서를 선행시키는 지연 제어방식을 채용하고, 파형형상을 미리 NC 데이터로서 계산하여 용접하는 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접 방법으로서, 용접선에 따르는 파형부의 형상 변형 상태를 선행 센서가 계측한 파형의 높이 및 완만한 경사의 폭의 정보를 바탕으로 정량화하며, 로봇 제어용의 소프트웨어 기동할 때에 작성되는 파형부의 기본 NC 데이터를 상기한 정량화 치수를 바탕으로 조작하여, 용접시의 실행용 NC 데이터를 다시 계산하고, 이 실행용 NC 데이터를 사용하여 파형부의 용접동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 파형겹침이음용 용접 로봇 제어용에 있어서의 파형부 용접방법.
  3. 제2항에 있어서, 로봇제어용의 소프트웨어가 기동할 때에 작성되는 파형부의 NC 데이터에, 용접속도 및 용접 토치각을 변화시키기 위한 파라미터를 가하고, 파형부의 용접속도 및 용접 토치각을 제어하는 것을 특징으로 하는 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접방법.
  4. 제2항에 있어서, 앞부분 평면 범위와 뒷부분 평면 범위의 데이터 중 하나 이상과 정점의 데이터로부터 파형부의 높이를 얻고, 이 파형형상의 높이와 파형부의 기본 높이를 비교하여 높이 방향의 형상 보정을 얻으며, 기본 형상의 높이 방향의 데이터에 이 형상 보정률을 적용시켜 높이 방향의 형상 데이터로 하고, 완만한 경사면 시점 및 완만한 경사면 종점의 데이터와 정점의 데이터로부터 파형부의 완만한 경사의 폭을 얻으며, 이 파형부의 완만한 경사의 폭과, 파형부의 기본 형상의 완만한 경사의 폭을 비교하여 폭 방향의 형상 보정률을 얻으며, 보정된 상기 높이 방향의 형상 데이터에 폭 방향의 형상 보정률을 적용하여 새로운 형상 데이터로 하고, 이 새로운 형상 데이터를 용접시의 실행용 NC 데이터로 하는 것을 특징으로 하는 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접방법.
  5. 제4항에 있어서, 완만한 경사의 시점과 정점 및 완만한 경사의 종점의 위치는 변화시키지 않고, 파형부의 높이 및 폭 방향의 형상 보정에 의하여 변화된 원호의 길이를, 기본 형상의 파형부 길이와 동일한 길이로 교정하고, 파형부의 중앙부분의 부푼 모양의 상태를 보정하는 것을 특징으로 하는 파형겹침판 이음용 용접 로봇에 있어서의 파형부 용접 방법.
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