KR100377678B1 - 서보 용접건의 궤적제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동화 공장등에서 사용하는 로봇용접 시스템에 관한 것으로서, 특히 서보 용접건의 궤적 제어방법에 관한 것이다.

종래의 공압용접건은 전극의 위치와 가압력을 로봇제어기로서 제어할 수 없으므로, 로봇이 작업물상에 이동하여 정지한 후 공압용접건이 가압, 용접, 개방절차를 수행하고 다음 타점으로 이동함으로써, 용접속도가 느리며, 가압시에 고정전극과 이동전극이 동시에 접촉하지 않아서 작업물을 변형, 용접 품질저하의 문제점을 내포하고 있었다.

이에 본 발명에서는 로봇용접시스템에서 사용자가 교시한 위치와 각각의 전극의 이동거리를 근거로 로봇기구부와 전극의 이동경로를 부드러운 곡선의 모양이 되도록 즉, 현재타점으로 이동하는 구간과 가압, 개방과 다음 타점으로 이동하는 구간에 로봇과 전극이 동시에 움직여 부드러운 곡선 궤적을 형성함으로써, 용접의 속도를 높여주어 생산성을 향상시켰으며, 이동전극과 고정전극이 동시에 작업물에 접촉하도록 하여 용접품질의 향상효과를 얻게 한다.

Description

서보 용접건의 궤적제어 방법{A method of trajectory control for servo welding gun}

본 발명은 자동화 공장등에서 사용하는 로봇용접 시스템에 관한 것으로서, 특히 서보 용접건의 궤적 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동화 공장에서는 철판 등의 각종 재료를 용접하기 위해 용접용 로봇이 사용되고 있다.

로봇을 사용한 용접에서는 용접대상 모재를 운반하여 지그에 고정시키고, 모재에 용접할 용접 라인상의 용접시작점과 용접종료점을 입력한 주제어기로 용접토치를 구동하여 용접을 행한다.

용접법에 있어서 압접법은 접합할 두 개의 금속을 용융에 가까운 상태에서 기계적인 타법이나 압력을 가하여 압착하는 방법으로 여기에는 전기저항용접과 특수용접법이 있다.

전기저항용접은 용접할 두 패널을 접촉시켜 전류를 통하게 함으로써, 이때 발생되는 접촉저항 및 비저항을 이용하여 열을 발생시켜 용접하는 방법으로서, 최근에는 로봇산업의 발달과 함께 용접건을 이용한 저항용접이 널리 사용되고 있다.

또한, 상기 용접건을 제어함에 있어서 온라인 방식과 오프라인 방식이 있는데,

온라인 방식은 작업자가 교시 조작기로 상기 용접건 및 작업대상물의 위치관계를 직접 육안으로 확인하는 동시에 해당 용접건을 조금씩 움직여 목표 용접대상 부위로 접근시키는 방식이다.

오프라인 방식은 일반적으로 CAD/CAM 시스템을 이용한 것으로서, 미리 작성된 오프라인 프로그램에 따라 상기 용접건이 자동으로 해당 용접대상부위를 향해 접근하도록 된 형태를 말한다.

물론, 이 경우 용접로봇 자체를 구성하는 각 부분간 공차누적등의 제요인으로 인해 작업자가 직접 육안으로 정밀제어하는 상기 온라인 방식에 비해 작업정확도가 떨어지게 된다.

종래의 공압용접건은 전극의 위치와 가압력을 로봇제어기로서 제어할 수 없으므로, 로봇이 작업물상에 이동하여 정지한 후 공압용접건이 가압, 용접, 개방절차를 수행하고 다음 타점으로 이동한다.

즉, 도 2에서와 같이 로봇이 이동하여 정지한 후 용접건이 가압하고, 용접건이 개방한 후에 로봇이 이동하므로 용접속도가 느리며, 가압시에 고정전극과 이동전극이 동시에 접촉하지 않아서 작업물을 변형, 용접 품질저하의 문제점을 내포하고 있었다.

이에 본 발명에서는 로봇용접시스템에 있어서 사용자가 교시한 위치와 각각의 전극의 이동거리를 근거로 로봇기구부와 전극의 이동경로를 부드러운 곡선의 모양이 되도록 즉, 현재타점으로 이동하는 구간과 가압, 개방과 다음 타점으로 이동하는 구간에 로봇과 전극이 동시에 움직여 부드러운 곡선 궤적을 형성하도록 한다.

도 1은 일반적인 로봇용접시스템의 전체구성을 나타낸 도면.

도 2는 종래 서보 용접건의 이동경로를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명을 적용한 서보 용접건의 이동경로를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 서보 용접건의 궤적제어 방법을 나타낸 플로우 차트.

도 5는 본 발명에 적용된 저역필터의 구조도.

도 6은 본 발명의 서보 용접건의 가압력 일치 검지 방법을 나타낸 플로우차트.

상기와 같은 목적을 갖는 본 발명을 첨부된 도면 1 및 도 3~도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 로봇용접 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명을 적용한 서보 용접건의 이동경로를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명 서보 용접건의 궤적제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 5는 본 발명에 적용된 저역필터의 구조도이고, 도 6은 본 발명의 서보 용접건 가압력 일치방법을 나타낸 플로우 차트이다.

사용자가 직접 조작하여 로봇용접시스템을 제어가능하게 하는 교시조작기(1)와,

상기 교시조작기(1)의 제어신호 및 설정된 프로그램에 의해 전체적인 로봇용접시스템을 제어하는 로봇제어기(2)와,

상기 로봇제어기(2)의 제어신호에 의해 동작하는, 내부에 기구적인 장치를 내장하고 있는 로봇기구부(3)와,

상기 로봇기구부(3)의 선단에 구비되어 작업물의 용접을 실행하는 서보 용접건(4)으로 구성된다.

상기 서보 용접건(4)은 이동전극(4-1)과, 고정전극(4-2)과, 상기 이동전극(4-1)의 상하 동작과 그 상하 동작의 위치를 제어하는 모터와 엔코더(4-3)를 포함하여 구성된다.

상기 미 설명 부호 5는 작업 대상물이다.

본 발명은 로봇용접 시스템에 있어서 현재타점으로 이동하는 구간과 가압, 개방과 다음 타점으로 이동하는 구간에 로봇과 전극이 동시에 움직여 부드러운 곡선 궤적을 형성하도록 함을 특징으로 하는바,

본 발명은 상기에서 설명한 전기저항용접과 오프라인 제어방식으로 설명한다.

사용자가 교시 조작기(1)를 조작하여 로봇기구부(3)를 작동시킨후, 이동전극(4-1)과 고정전극(4-2)을 작업대상물(5)의 타점부위에 위치시킨다.

그리고, 교시 조작기(1)를 통하여 로봇제어기(2)에 로봇기구부(3)과 서보 용접건(4)의 위치를 입력하고, 가압구간과 개방구간의 이동범위 및 가압력을 설정,입력한다.

이후, 사용자가 교시 조작기(1)를 조작하여 용접을 시작하면, 서보 용접건(4)의 이동전극(4-1)의 궤적은 도 3에 도시된 바와 같이 원형의 부드러운 궤적을 형성하게 된다.

상세하게 설명하면, 로봇기구부(3)는 이동중에는 수평동작을 행하게 되고, 작업대상물(5)의 용접지점에서는 수직동작을 행하게 된다.

용접건(4)의 이동전극(4-1)은 수직동작만을 행하게 되는데, 상기 로봇기구부(3)의 수직,수평동작과 서보 용접건(4) 이동전극(4-1)의 수직동작이 동시에 이루어지는 것이다.

즉, 로봇기구부(3)가 작업대상물(5)의 용접이 끝나 다음 작업대상물(5)의 용접지점으로 수평으로 이동하게 되면, 이때, 이동전극(4-1)은 상측 수직방향으로 작동하며, 다음 작업대상물(5)의 용접지점이 가까워지면 이동전극(4-1)은 하측 수직방향으로 작동하고, 로봇기구부(3)는 고정전극(4-2)의 접촉을 위하여 상측 수직방향으로 작동하게 되어 용접을 실행하게 되는 것이다.

상기 로봇 기구부(3)와 이동전극(4-1)의 위치계획 방법을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

사용자가 교시 조작기를 통하여 로봇 기구부와 이동전극의 위치선정 데이터를 로봇 제어기에 입력하는 과정과,

상기 입력된 데이터로 각각의 1, 2차 저역필터의 시정수에 의해 연속적인 곡면을 갖는 이동궤적을 생성하는 과정과,

상기 생성된 로봇 기구부와 이동전극의 위치 이동궤적 신호를 출력하는 과정의 수순으로 이루어진다.

사용자가 교시 조작기(1)를 조작하여 로봇 기구부(3)와 이동전극(4-1)의 위치선정데이터를 로봇 제어기(2)에 입력하는데, 상기 위치선정데이터는 로봇 기구부(3)와 이동전극(4-1)의 위치, 이동전극(4-1)의 가압 구간과 개방구간의 이동범위지정, 이동전극(4-1)의 상하 수직동작에 의해 표시 가능한 2차원적인 곡선의 곡률, 상기 이동전극(4-1)의 가압구간에서의 가압력 등이 해당한다.

상기에서 나열한 데이터를 입력받은 로봇 제어기(2)는 1차 저역 필터와 2차 저역 필터에 상기 데이터를 통과시켜 연속적인 곡면을 갖는 이동궤적을 생성한다.

도 5는 본 발명에 적용된 저역필터의 구조도로써 간단히 설명하면,

입력되는 데이터에 N번째 늦은값을 감산한 값과, 상기 감산값과 N-1번째 값과 합산, 상기 합산값을 N으로 나누어 주어 출력하는 것으로써, 상기 N은 사용자가 설정 가능한 필터 시정수 이다.

즉, 상기 필터 시정수(N)의 값을 사용자가 지정하여 곡선의 곡률을 조정할 수 있는 것이다.

이후, 로봇제어기(2)는 로봇 기구부(3)와 서보 용접건(4)의 모터와 엔코더(4-3)에 제어신호를 출력하여 서보 용접건(4)은 용접동작을 행하게 되는 것이다.

이때, 서보 용접건(4)의 이동전극(4-1)과 고정전극(4-2)이 동시에 작업대상물(5)을 가압하여, 용접을 하게 되는 바,

도 6을 참조하여 서보 용접건 가압력 일치 검지 방법을 설명하면 다음과 같다.

서보 용접건의 모터에 인가되는 실제 전류값과 이동전극의 이동속도를 측정하는 단계와,

상기 단계에서 측정한 모터의 전류가 설정전류 범위 내인가를 판단하는 과정과,

상기 판단과정에서 설정 전류범위이면, 이동전극의 이동속도가 설정속도 범위내인가를 판단하는 과정과,

상기 판단과정에서 설정속도 범위내면, 서보 용접건의 가압력 일치로 판단하는 과정의 수순으로 이루어진다.

상기 도 4의 과정에서 계획된 방법으로 로봇 기구부(3)가 이동하면서, 서보 용접건(4)에 부착된 모터(4-3)에 흐르는 전류와 이동전극(4-1)의 이동속도를 엔코더(4-3)의 입력된 위치데이터로부터 측정한다.

즉, 로봇제어기(2)는 사용자가 초기에 입력한 가압력을 전류값으로 환산, 상기 모터(4-3)에서 측정한 전류가 환산된 전류범위내인지 계속 검지하게 된다.

상기 검지과정에서 환산된 전류범위내의 전류이면, 엔코더(4-3)에서는 이동전극(4-1)의 이동속도를 위치데이터를 사용하여 이동전극(4-1)의 실제속도가 일정한 속도 이하인지를 검지한다.

이후, 모터(4-3)의 전류와 이동전극(4-1)의 이동속도가 상기의 두 조건을 만족하면 로봇제어기(2)는 서보 용접건(4)이 작업대상물(5)을 안정적으로 가압하였다고 판단, 용접신호를 서보 용접건(4)으로 출력하여 용접동작을 실행하게 한다.

상기와 같이 본 발명에서는 로봇용접시스템에서 사용자가 교시한 위치와 각각의 전극의 이동거리를 근거로 로봇기구부와 전극의 이동경로를 부드러운 곡선의 모양이 되도록 즉, 현재타점으로 이동하는 구간과 가압, 개방과 다음 타점으로 이동하는 구간에 로봇과 전극이 동시에 움직여 부드러운 곡선 궤적을 형성함으로써, 용접의 속도를 높여주어 생산성을 향상시켰으며, 이동전극과 고정전극이 동시에 작업대상물에 접촉하도록 하여 용접품질의 향상효과를 얻게 한다.

Claims (3)

1. 로봇용접시스템에 있어서,

   사용자가 교시 조작기를 통하여 로봇 기구부와 이동전극의 위치선정 데이터를 로봇 제어기에 입력하는 과정과, 상기 입력된 데이터로 각각의 1, 2차 저역필터의 시정수에 의해 연속적인 곡면을 갖는 이동궤적을 생성하는 과정과, 상기 생성된 로봇 기구부와 이동전극의 위치 이동궤적 신호를 출력하는 과정의 수순으로 이루어지는 특징을 갖는 서보 용접건의 궤적 제어방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 저역필터의 시정수는 사용자가 직접 지정가능한 특징을 더 포함하는 서보 용접건의 궤적 제어방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이동전극의 위치 이동궤적 신호를 출력하는 과정은 서보 용접건의 모터에 인가되는 실제 전류값과 이동전극의 이동속도를 로봇 제어기에서 측정하는 단계와, 상기 단계에서 측정한 모터의 전류가 설정전류 범위 내인가를 판단하는 단계와, 상기 판단단계에서 설정 전류범위이면, 이동전극의 이동속도가 설정속도 범위내인가를 판단하는 단계와, 상기 판단단계에서 설정속도 범위내면, 서보 용접건의 가압력 일치로 판단하는 단계의 수순으로 이루어지는 서보 용접건의 가압과정을 더 포함하는 서보 용접건의 궤적 제어방법.