KR101245017B1 - 아크 용접 시스템, 싱글 아크 용접 시스템 및 탠덤 아크 용접 시스템 - Google Patents

아크 용접 시스템, 싱글 아크 용접 시스템 및 탠덤 아크 용접 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 아크 용접 시스템은, 용접 와이어에 용접 전력을 공급하는 용접 전원과, 용접 토치가 아암 선단에 장착된 용접 로봇과, 용접 전원 및 용접 로봇을 제어하는 컨트롤러를 구비하되, 용접 전원과 컨트롤러가 디지털 신호를 이용한 통신을 행함과 아울러, 용접 전원이, 용접 전원 동기 신호가 입력되었을 때의 용접 전원 피드백 신호를 컨트롤러에 출력한다. 이러한 구성에 의해, 디지털 신호를 이용하여 정확한 아크 모방을 가능하게 한다.

Description

아크 용접 시스템, 싱글 아크 용접 시스템 및 탠덤 아크 용접 시스템{ARC WELDING SYSTEM, SINGLE ARC WELDING SYSTEM AND TANDEM ARC WELDING SYSTEM}
본 발명은 용접 로봇의 용접 토치를 위빙(weaving)시키면서 아크 용접을 행하는 아크 용접 시스템에 관한 것이다.
용접 로봇을 이용하여 후판(厚板) 등의 워크를 용접선을 따라 아크 용접을 행하는 경우는, 용접 로봇의 용접 토치를 좌우로 위빙시킨다. 이 경우, 품질이 좋은 아크 용접을 실현하기 위해서는, 용접 토치와 워크의 용접선과의 위치 어긋남을 검출하여, 용접 토치의 위치를 보정하면서 용접 토치를 용접선에 모방시키는 아크 모방이 반드시 필요하다(예컨대, 일본 특허 공개 소화 제61-095780호 및 일본 특허 공개 제2008-093670호).
이하, 도 9를 참조하여, 종래의 아크 용접 시스템(9)의 개략을 이용하여 아크 모방에 대해서 간단히 설명한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 아크 용접 시스템(9)은 용접 로봇(91)과, 용접 전원(92)과, 컨트롤러(93)를 구비한다.
용접 로봇(91)은, 예컨대, 6축 구성의 수직 다관절 로봇 등의 아크 용접 로봇이다. 여기서, 용접 로봇(91)은 아암 선단(先端)에 용접 토치(91a)가 장착된다. 그리고, 용접 와이어(91b)는, 용접 와이어 송급(送給; feeding) 모터(도시하지 않음)에 의해서, 용접 토치(91a)에 송급된다.
용접 전원(92)은 용접 와이어(91b)에 용접 전류를 공급하는 전원이다. 또한, 용접 전원(92)은 아날로그 통신로 An을 통해서, 컨트롤러(93)와 아날로그 신호에 의해 통신을 행한다. 또한, 본 발명에 있어서 아날로그 신호란, 데이터를 연속적으로 전압 레벨로 변환한 신호이다.
컨트롤러(93)는 용접 로봇(91) 및 용접 전원(92)을 제어하는 제어 장치이다. 또한, 컨트롤러(93)는 아크 모방을 행하는 모방 제어부(93a)를 구비한다.
이러한 구성에 의해, 아크 용접 시스템(9)은, 용접 전원(92)이 공급하는 용접 전류에 의해서 워크 W와 용접 와이어(91b) 사이에서 아크 방전을 발생시키면서, 용접 로봇(91)이 용접 토치(91a)를 용접선 상에서 이동시킴으로써, 워크 W를 아크 용접한다. 이때, 아크 용접 시스템(9)은, 모방 제어부(93a)에 의해서, 워크 W의 위치 어긋남을 검출하고, 용접 토치(91a)의 선단 위치를 보정하여, 아크 모방을 행하고 있다.
이러한 아크 용접 시스템을 이용하는 사용자는, 최근, 용접 로봇 제조사에 대하여 아크 용접의 용접 시공법의 고도화나 아크 용접기의 고기능화의 실현을 강하게 요구하고 있다. 용접 로봇 제조사가 이러한 요구에 따르기 위해서는 로봇 컨트롤러와 용접 전원 사이에서 보다 많은 데이터를 정확하게 통신시키는 것을 빠뜨릴 수 없다.
그러나, 도 9와 같은 아날로그 신호에 의한 통신을 실시하는 종래의 아크 용접 시스템(9)에서 많은 정보를 통신하기 위해서는, 새로운 종류의 신호(예컨대, 이상 검출과 같은 범용적인 신호)를 추가할 때마다, 아날로그 신호의 통신로 An을 증설할 필요가 있어, 배선 케이블이 복잡화되고, 통신의 신뢰성이 저하된다고 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 디지털 신호를 이용하여 통신하는 것이 불가결하지만, 디지털 통신을 행하는 경우는 통신 지연이 발생해 버려, 아날로그 신호에 의한 통신과 비교하여, 아크 모방의 정밀도가 저하된다고 하는 문제가 생긴다.
이러한 문제에 대하여, 일본 특허 공개 제2003-103366호에 기재된 발명은, 각 제어부를 패럴 버스(parallel bus) 방식에 의해 접속하여, 디지털 신호로 통신함으로써, 실시간성을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 그러나, 패럴 버스 접속으로 디지털 통신을 실시하면, 통신로 수가 대폭 증가함으로써, 통신의 신뢰성이 저하된다. 그리고, 신호 데이터의 누락(예컨대 비트 누락)이 발생한 경우, 복잡한 리커버리 처리나 이상 검출 처리가 필요하게 된다. 또한, 패럴 버스 방식은 노이즈에 약하기 때문에, 케이블 길이를 비교적 짧게 예를 들어 수 m 이하로 해야되므로, 아크 용접 시스템을 구성함에 있어서 배치 등이 제한된다. 특히, 용접 전원을 복수대 접속하여 용접하는 경우는, 배치 등이 매우 제한된다.
그래서, 본 발명은 상기한 과제를 해결하고, 디지털 통신을 이용하면서, 통신의 신뢰성을 높이고, 비교적 자유로운 시스템 배치, 또한, 정확한 아크 모방을 가능하게 하는 아크 용접 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 아크 용접 시스템은, 용접 로봇과, 상기 용접 로봇의 아암 선단에 장착된 용접 토치와, 상기 용접 토치에 접속되어, 용접 와이어에 용접 전력을 공급하는 용접 전원과, 상기 용접 전원을 제어하는 컨트롤러로 이루어지고, 여기서, 상기 용접 전원은, 상기 용접 와이어의 용접 전류값을 검출함과 아울러, 상기 용접 전류값을 나타내는 용접 전류값 검출 신호를 출력하는 용접 전류 검출부와, 상기 용접 전원을 제어하는 용접 전원 제어 신호와 상기 용접 전원으로의 동기 신호인 일정 시간 간격의 용접 전원 동기 신호가 상기 컨트롤러로부터 입력되고, 상기 용접 전류 검출부로부터 상기 용접 전류값 검출 신호가 입력되어, 상기 용접 전원 동기 신호가 입력되었을 때의 상기 용접 전류값 검출 신호를 용접 전원 피드백 신호로서 상기 컨트롤러에 출력하는 용접 전원 인터페이스와, 상기 용접 전원 인터페이스를 통해서 입력된 상기 용접 전원 제어 신호에 근거하여, 상기 용접 전력을 출력하는 용접 전원 출력부로 이루어지고, 여기서, 상기 컨트롤러는, 상기 용접 전원으로부터 상기 용접 전원 피드백 신호가 입력됨과 아울러, 상기 용접 전원 제어 신호와 상기 용접 전원 동기 신호를 상기 용접 전원에 출력하는 컨트롤러 인터페이스와, 상기 용접 로봇을 제어하는 로봇 제어 신호에 근거하여 상기 용접 로봇의 구동을 제어함과 아울러, 상기 용접 로봇으로의 동기 신호인 로봇 동기 신호가 입력되었을 때의 상기 용접 토치의 위치를 나타내는 로봇 피드백 위치 신호를 출력하는 서보 증폭기와, 상기 용접 전원 동기 신호와 상기 로봇 동기 신호를 생성함과 아울러, 상기 용접 전원 동기 신호와 상기 용접 전원 제어 신호를 상기 컨트롤러 인터페이스에 출력하고, 아크 용접중에 입력되는 상기 용접 전원 피드백 신호와 상기 로봇 피드백 위치 신호로부터 상기 용접 토치의 위치 어긋남을 검출하여, 상기 용접 토치의 위치 어긋남을 보정한 상기 로봇 제어 신호를 생성해서 상기 서보 증폭기에 출력하는 로봇 용접 전원 제어부로 이루어지고, 여기서, 상기 용접 전원과 상기 컨트롤러는, 시리얼(serial) 방식으로 접속되어, 디지털 신호에 의해 통신을 행한다.
이러한 구성에 의하면, 본 발명의 아크 용접 시스템은, 시리얼 방식으로 디지털 신호에 의해 통신을 행함으로써, 통신로 수는 1가지로 되어, 높은 신뢰성이 있는 통신을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 아크 용접 시스템은 노이즈에도 강하기 때문에, 케이블 길이를 길게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 아크 용접 시스템은, 용접 전원 동기 신호와 로봇 동기 신호를 이용함으로써, 각각의 피드백 신호의 샘플링 간격을 항상 일정하게 하기 때문에, 아크 모방에 있어서의 동기 제어가 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 디지털 신호란, 데이터를 이산적인 값으로 표현한 신호이다.
또한, 본 발명에 있어서, 샘플링 간격이란, 연속적인 데이터(아날로그 신호)를 취득하는 시각과, 전회의 데이터를 취득한 시각과의 간격(시간적인 격차)이다.
또한, 상기 본 발명에 따른 아크 용접 시스템에 있어서, 상기 용접 전원 인터페이스가, 용접 전압 검출부에서 검출된 상기 용접 와이어의 용접 전압값을 나타내는 용접 전압값 검출 신호가 더 입력되고, 상기 용접 전원 동기 신호가 입력되었을 때의 상기 용접 전류값 검출 신호와 상기 용접 전압값 검출 신호 중 적어도 한쪽을 상기 용접 전원 피드백 신호로서 상기 컨트롤러에 출력해도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 본 발명의 아크 용접 시스템은, 용접 전원이 용접 전압을 검출하여, 용접 전압값의 검출 신호를 출력함으로써, 용접 전압값을 아크 모방에 이용할 수 있다.
본 발명의 아크 용접 시스템은, 상기 용접 로봇의 아암 선단에 장착된 상기 용접 토치가 하나인, 싱글 아크 용접 시스템으로 해도 좋다.
본 발명의 아크 용접 시스템은, 상기 용접 로봇의 아암 선단에 장착된 상기 용접 토치가 제 1 용접 토치 및 상기 제 1 용접 토치와 동일하게 움직이는 제 2 용접 토치인 탠덤(tandem) 아크 용접 시스템으로 해도 좋다. 이 탠덤 아크 용접 시스템은, 적어도 제 1 용접 전원과 제 2 용접 전원의 2대 이상의 상기 용접 전원을 갖고, 상기 제 1 용접 토치에 접속된 상기 제 1 용접 전원은, 상기 제 1 용접 와이어에 용접 전력을 공급함과 아울러, 상기 컨트롤러와의 사이에서 시리얼 방식으로 디지털 신호에 의해 통신을 행하고, 상기 제 2 용접 토치에 접속된 상기 제 2 용접 전원은, 제 2 용접 와이어에 상기 용접 전력을 공급함과 아울러, 상기 컨트롤러와의 사이에서 시리얼 방식으로 디지털 신호에 의해 통신을 행하고, 상기 컨트롤러는, 상기 용접 로봇과, 상기 제 1 용접 전원과, 상기 제 2 용접 전원을 제어한다.
본 발명을 탠덤 아크 용접 시스템에 적용한 이러한 구성에 의하면, 시리얼 방식으로 디지털 신호에 의해 통신을 행함으로써, 배선이 간단하고 제 2 용접 전원을 용이하게 추가할 수 있고, 제 1 용접 전원과 제 2 용접 전원의 용접 전원 피드백 신호를 동기시킬 수 있다. 이에 의해서, 탠덤 아크 용접 시스템은, 하드웨어 구성을 유연하게 할 수 있음과 아울러, 저비용으로 정확한 아크 모방이 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 시리얼 방식으로 디지털 신호에 의한 통신을 행하기 때문에, 신뢰성 높은 통신을 실시할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 케이블 길이를 길게 함으로써, 자유도가 높은 시스템 배치를 실시할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 아크 모방에 있어서의 동기 제어에 의해, 패럴 방식과 비교하여 실시간성이 뒤떨어지는 시리얼 방식으로도 정확한 아크 모방을 실시할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 통신로 수가 1가지이어서 통신의 신뢰성이 높기 때문에, 신호 데이터에 누락이 발생한 경우의 복잡한 리커버리 처리를 하는 시간도 대폭 저감할 수 있고, 또한, 이상 검출 처리를 실시하는 빈도도 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 아크 용접 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 아크 용접 시스템에 있어서의, 아크 모방에 의한 용접 토치의 위치 어긋남의 검출 및 보정을 설명하는 도면으로서, (a)는 용접 토치가 용접 중심을 따르고 있는 경우이고, (b)는 용접 토치가 용접 중심에 대하여 오른쪽으로 어긋나 있는 경우이다.
도 3은 도 1의 아크 용접 시스템에 있어서의, 아크 모방에 의한 용접 토치의 위치 어긋남의 검출 및 보정을 설명하는 도면으로서, (a)는 용접 토치가 기준 높이에 위치하는 경우이고, (b)는 용접 토치가 기준 높이보다 높게 위치하는 경우이다.
도 4는 도 1의 아크 용접 시스템의 동작을 나타내는 순차도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 아크 용접 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5의 아크 용접 시스템의 동작을 나타내는 순차도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1을 설명하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 있어서, 신호 파형을 나타내는 그래프이다.
도 9는 종래의 아크 용접 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 적절히 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또한, 각 실시형태에 있어서 동일한 기능을 갖는 수단에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하였다.
(제 1 실시형태)
[아크 용접 시스템의 구성: 싱글 아크 용접]
도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1)의 구성에 대해서 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 아크 용접 시스템(1)은, 싱글 아크 용접을 행하는 것으로, 용접 로봇(10)과, 센서 유닛(20)과, 용접 전원(30)과, 컨트롤러(40)를 구비한다.
용접 로봇(10)은 6축 구성의 수직 다관절 로봇 등의 아크 용접 로봇이다. 여기서, 용접 로봇(10)은, 후기하는 서보 증폭기(42)로부터 모터 구동 신호가 입력되면, 내장하는 서보 모터(11)가 구동되어, 원하는 자세를 취할 수 있다. 이 용접 로봇(10)의 아암 선단에 용접 토치(12)를 장착하고, 용접 와이어 송급 모터(도시하지 않음)에 의해서 용접 와이어(13)를 용접 토치(12)에 공급함으로써, 원하는 아크 용접 작업을 실시할 수 있다. 또한, 도 1에서는 설명을 간이하게 하기 위해서, 1개의 서보 모터(11)만을 도시하였다.
센서 유닛(20)은 용접 전압 검출부(21)를 구비한다. 이 용접 전압 검출부(21)는, 후기하는 용접 전원 출력부(33)에 의해서 용접 와이어(13)에 인가되는 용접 전압을 검출하고, 이 용접 전압값을 용접 전압값 검출 신호로서 용접 전원 인터페이스(32)에 출력한다. 또한, 센서 유닛(20)은 용접 토치(12)가 워크 W 등에 접촉한 것을 검출하는 쇼크 센서로서의 기능을 구비해도 좋다. 또한, 센서 유닛(20)은 전기 회로의 개폐를 실시하는 전자 접촉기(도시하지 않음)를 탑재해도 좋다. 이에 의해, 용접 와이어(13)로의 전력 공급을 순간적으로 차단하여, 아크 용접 작업을 즉시에 정지할 수 있다.
용접 전원(30)은 용접 와이어(13)에 용접 전력을 공급하는 것으로, 용접 전류 검출부(31)와, 용접 전원 인터페이스(32)와, 용접 전원 출력부(33)를 구비한다. 또한, 용접 전압 검출부(21)는 용접 전원(30)에 내장해도 좋다.
용접 전류 검출부(31)는, 용접 전원 출력부(33)가 용접 와이어(13)에 인가한 용접 전류를 검출하여, 검출한 용접 전류값을 용접 전류값 검출 신호로서 용접 전원 인터페이스(32)에 출력한다.
용접 전원 인터페이스(32)는, 디지털 통신로 Di를 통해서, 후기하는 컨트롤러 인터페이스(41)와의 사이에서 디지털 신호를 이용한 통신을 행한다. 구체적으로는, 용접 전원 인터페이스(32)는, 컨트롤러 인터페이스(41)로부터, 후기하는 용접 전원 제어 신호와 용접 전원 동기 신호가 입력된다. 그리고, 용접 전원 인터페이스(32)는, 예컨대, 용접 전원 동기 신호가 입력된 타이밍에서, 용접 전류 검출부(31)로부터 출력된 용접 전류값 검출 신호와, 용접 전압 검출부(21)로부터 출력된 용접 전압값 검출 신호를 래치하여 취득한다. 여기서, 래치란, 소정 시각의 데이터(예컨대, 전류값이나 전압값)를 파악해서 보지(保持)하는 것을 말한다.
또한, 용접 전원 인터페이스(32)는, 이 래치된 용접 전류값 검출 신호와 용접 전압값 검출 신호를, 용접 전원 피드백 신호로서 컨트롤러 인터페이스(41)에 출력한다. 여기서, 용접 전원 인터페이스(32)는 용접 전압 검출 신호를 용접 전원 피드백 신호로서 이용해도 좋다. 또한, 용접 전원 인터페이스(32)는 전류와 전압의 양쪽을 이용해도 좋다.
또한, 용접 전원 인터페이스(32)는 입력된 용접 전원 제어 신호를 용접 전원 출력부(33)에 출력한다.
용접 전원 제어 신호는 용접 전원(30)을 제어하는 신호이며, 예컨대, 용접 전원 출력부(33)가 출력하는 용접 전류 지령값, 및, 용접 전압 지령값을 나타내는 신호이다.
용접 전원 동기 신호는, 용접 전원 인터페이스(32)가 용접 전류값 검출 신호와 용접 전압값 검출 신호를 취득하는 타이밍을 나타내는 용접 전원 인터페이스(32)로의 신호이다.
용접 전원 출력부(33)는, 용접 전원 인터페이스(32)로부터 입력된 용접 전원 제어 신호에 근거하여, 용접 와이어(13)에 용접 전력을 출력한다. 구체적으로는, 용접 전원 출력부(33)는, 워크 W와 용접 와이어(13) 사이에서의 용접 전류 및 용접 전압이, 용접 전원 제어 신호의 용접 전류 지령값 및 용접 전압 지령값으로 되도록 제어한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 용접 전원 출력부(33)에서는, 전극 공급 케이블의 한쪽을 용접 토치(12)에 접속하고 있다. 또한, 용접 전원 출력부(33)에서는, 전극 공급 케이블의 다른쪽을 워크 W에 접속하고 있다.
컨트롤러(40)는 용접 로봇(10) 및 용접 전원(30)을 제어하는 것으로, 컨트롤러 인터페이스(41)와, 서보 증폭기(42)와, 로봇 용접 전원 제어부(43)를 구비한다.
컨트롤러 인터페이스(41)는, 디지털 통신로 Di를 통해서, 용접 전원 인터페이스(32)와의 사이에서 디지털 신호를 이용한 통신을 행한다. 구체적으로는, 컨트롤러 인터페이스(41)는, 용접 전원 인터페이스(32)로부터 출력된 용접 전원 피드백 신호를 버퍼 메모리인 DPRAM(도시하지 않음)에 일시적으로 저장한다. 그리고, 컨트롤러 인터페이스(41)는 상기 용접 전원 피드백 신호를 일정 간격으로 DPRAM에 출력한다.
또한, 컨트롤러 인터페이스(41)는 로봇 용접 전원 제어부(43)로부터 출력된 용접 전원 제어 신호를 용접 전원 인터페이스(32)에 출력한다.
여기서, 용접 전원 인터페이스(32)와 컨트롤러 인터페이스(41)는, 예컨대, 디지털 신호를 이용한 통신으로서, Controller Area Network(이하, CAN으로 약기함)를 이용한다. 이 경우, 용접 전원 인터페이스(32)와 컨트롤러 인터페이스(41)는, 용접 전원 제어 신호를 일정 간격으로 송수신하는 프레임에 수용한다. 이에 의해서, 아크 용접 시스템(1)은 새로운 프레임을 생성하여 송신하는 이벤트를 억제하여, 통신 효율을 향상시킨다. 또한, 송수신의 간격은 임의이어도 상관없지만, 수~수십 밀리초 간격이면, 양호한 아크 모방을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에서 말하는 프레임이란, 비트열로 표현되고, 또한, 다양한 데이터를 모은 것으로, 예컨대, CAN에서는, 데이터 프레임 및 리모트 프레임 등의 프레임이 있다.
서보 증폭기(42)는, 로봇 용접 전원 제어부(43)로부터의 로봇 제어 신호에 따라서, 용접 로봇(10)의 관절 부분을 동작시키기 위해서 이용하는 서보 모터(11)를 구동한다. 또한, 서보 증폭기(42)는 용접 토치(12)의 위치를 나타내는 로봇 피드백 위치 신호를 로봇 용접 전원 제어부(43)에 출력한다.
로봇 제어 신호는 용접 로봇(10)을 제어하는 신호이며, 용접 토치(12)의 위치나, 위빙 동작(예컨대, 위빙 방향, 위빙 주기, 위빙폭) 등의 지령값에 따라, 로봇 용접 전원 제어부(43)가 구한 모터 구동량이다.
로봇 동기 신호는 서보 증폭기(42)가 로봇 피드백 위치 신호를 취득하는 타이밍을 나타내는 용접 로봇(10)으로의 동기 신호이다.
로봇 용접 전원 제어부(43)는, 이하에서 설명하는 아크 모방에 의해서 용접 토치(12)의 위치 어긋남의 검출 및 보정을 행함 아울러, 용접 로봇(10) 및 용접 전원(30)의 제어에 필요로 되는 각종 신호를 생성한다. 예컨대, 아크 용접 시스템(1)의 오퍼레이터가 교시 펜던트(teach pendant)(도시하지 않음)를 조작하여, 용접 토치(12)를 용접 개시 위치로부터 용접 종료 위치까지 이동시키고, 아크 용접중에 용접 토치(12)가 동작하는 위치를 로봇 용접 전원 제어부(43)로 교시한다. 그리고, 아크 용접 시스템(1)의 오퍼레이터가 용접 전류, 용접 전압, 위빙 동작 등의 지령값을 수동으로 설정한다. 계속해서, 아크 용접을 행할 때에, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 이 용접 토치의 위치 및 위빙 동작의 지령값에 따라 로봇 제어 신호를 생성하여 서보 증폭기(42)에 출력한다. 또한, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 오퍼레이터에 의해 설정된 용접 전류 지령값 및 용접 전압 지령값을 나타내는 용접 전원 제어 신호를 생성하여 컨트롤러 인터페이스(41)에 출력한다.
또한, 로봇 용접 전원 제어부(43)는 소정의 간격으로 용접 전원 동기 신호를 생성하여 컨트롤러 인터페이스(41)에 출력한다. 또한, 로봇 용접 전원 제어부(43)는 소정의 간격으로 로봇 동기 신호를 생성하여 서보 증폭기(42)에 출력한다. 이때, 로봇 용접 전원 제어부(43)는 용접 전원 동기 신호와 로봇 동기 신호를 동일 간격으로 출력해도 좋고, 서로 상이한 간격으로 출력해도 좋다.
<아크 모방에 의한 용접 토치의 위치 어긋남의 검출 및 보정>
상기에서 설명한 내용에 부가하여, 로봇 용접 전원 제어부(43)는 용접 중심에 대한 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 검출하고, 이 위치 어긋남을 보정한 로봇 제어 신호를 생성하여, 아크 모방을 실시한다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 아크 모방에 의한 용접 토치의 위치 어긋남의 검출 및 보정의 상세를 설명한다(적절히 도 1 참조).
도 2에서는, 용접 토치(12)가 용접선에 대하여 좌우 방향으로 위치 어긋나는 것을 보정하는 좌우 모방을 설명한다. 구체적으로는, 로봇 용접 전원 제어부(43)는 용접 토치(12)를 위빙시키면서 용접 전류를 검출하고, 용접 와이어(13)의 돌출 길이와 용접 전류가 반비례하는 것을 이용하여, 좌우 방향에서의 용접 토치(12)의 위치를 검출한다.
또한, 도 2 상단은, 좌우로 위빙하는 용접 토치(12)와 워크 W를 도시한 것이다. 이 용접 토치(12)의 위치는 상기한 로봇 피드백 위치 신호로부터 판별한다. 또한, 도 2 하단은, 도 2 상단의 용접 토치(12)가 좌단으로부터 우단까지 위빙하는 동안에 용접 전원 피드백 신호가 나타내는 용접 전류의 검출값(실선)을 도시한 것이다.
도 2(a) 상단에 나타내는 바와 같이, 용접 토치(12)가 용접 중심 C에 대하여 좌우 대칭으로 위빙하고 있는 경우, 도 2(a) 하단에 나타내는 바와 같이, 위빙 좌단에 있어서의 좌단 용접 전류 I1과 위빙 우단에서의 우단 용접 전류 Ir이 같아진다. 한편, 도 2(b) 상단에 나타내는 바와 같이, 용접 토치(12)가 용접 중심 C로부터 오른쪽으로 어긋나 있는 경우, 도 2(b) 하단에 나타내는 바와 같이, 좌단 용접 전류 I1보다 우단 용접 전류 Ir이 큰 값으로 된다.
이 경우, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 좌단 용접 전류 I1과 우단 용접 전류 Ir이 같아지도록, 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 보정한 로봇 제어 신호를 생성한다. 또한, 도시를 생략했지만, 용접 토치(12)가 용접 중심 C로부터 좌측으로 어긋나 있는 경우도, 도 2(b)와 마찬가지로, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 좌단 용접 전류 I1과 우단 용접 전류 Ir이 같아지도록, 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 보정한 로봇 제어 신호를 생성한다.
도 3에서는, 용접 토치(12)의 상하 방향의 위치 어긋남을 보정하는 상하 모방을 설명한다. 구체적으로는, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 아크 용접중에, 위빙에 의해서 용접 토치(12)가 상하할 때에 발생하는 용접 전류의 평균값(용접 전류 평균값)을 구하고, 용접 전류 평균값과 미리 설정된 용접 전류 지령값을 이용하여, 상하 방향에서의 용접 토치(12)의 위치를 검출한다.
또한, 도 3 상단은 좌우로 위빙하는 용접 토치(12)와 워크 W를 도시한 것이다. 또한, 도 3 하단은, 도 3 상단의 용접 토치(12)가 좌단으로부터 우단까지 위빙하는 동안에, 용접 전원 피드백 신호가 나타내는 용접 전류의 검출값(실선)과, 용접 전류 지령값 Iset와, 용접 전류의 검출값을 평균한 용접 전류 평균값 Iave를 도시한 것이다.
도 3(a) 상단에 나타내는 바와 같이, 용접 토치(12)가 소정의 기준 높이 H에 위치하는 경우, 도 3(a) 하단에 나타내는 바와 같이, 용접 전류 평균값 Iave와 용접 전류 지령값 Iset가 같아진다. 한편, 도 3(b) 상단에 나타내는 바와 같이, 용접 토치(12)가 기준 높이 H보다 높이 dH만큼 높게 위치하는 경우, 도 3(b) 하단에 나타내는 바와 같이, 용접 전류 지령값 Iset보다 용접 전류 평균값 Iave가 낮은 값으로 된다. 또한, 기준 높이 H란, 예컨대, 로봇 제어 신호로 지령된 용접 토치(12)의 높이이다.
이 경우, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 용접 전류 평균값 Iave와 용접 전류 지령값 Iset가 같아지도록, 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 보정한 로봇 제어 신호를 생성한다. 또한, 도시를 생략했지만, 용접 토치(12)가 기준 높이 H보다 낮게 위치하는 경우도, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 도 3(b)과 마찬가지로, 용접 전류 평균값 Iave와 용접 전류 지령값 Iset이 같아지도록, 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 보정한 로봇 제어 신호를 생성한다. 이상과 같이, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 아크 모방에 의해서, 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 검출 및 보정할 수 있다.
또한, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 도 2, 도 3의 아크 모방을 조합하여, 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 상하 좌우로 보정 및 검출할 수도 있다. 또한, 도 2 및 도 3에서는, 용접 전류를 이용한 아크 모방을 설명했지만, 본 발명에서는, 용접 전압을 이용하여 아크 모방을 행해도 좋다.
[아크 용접 시스템의 동작: 동기 제어]
이하, 도 4를 참조하여, 도 1의 아크 용접 시스템의 동작 및 동기 제어에 대해서 설명한다(적절히 도 1 참조). 또한, 도 4에서는, 용접 전원 출력부(33)를 「출력부」라고 약기하고, 용접 전원 인터페이스(32)를 「용접 전원 IF」라고 약기하고, 컨트롤러 인터페이스(41)를 「컨트롤러 IF」라고 약기하고, 로봇 용접 전원 제어부(43)를 「제어부」라고 약기하고, 용접 전원 동기 신호를 「WP 동기 신호」라고 약기하고, 로봇 동기 신호를 「R 동기 신호」라고 약기하였다.
또한, 도 4에서는, 「지령값 1」~「지령값 5」가 각각 용접 전원 제어 신호에 상당하고, 「FB값 1」~「FB값 5」가 각각 용접 전원 피드백 신호에 상당하고, 「지령값 A」 및 「지령값 B」가 각각 로봇 제어 신호에 상당하고, 「FB값 A」 및 「FB값 B」가 각각 로봇 피드백 위치 신호에 상당한다. 또한, 도 4에서는, 로봇 용접 전원 제어부(43)는 용접 전원 동기 신호와 로봇 동기 신호를 상이한 타이밍에서 출력하는 것으로 설명한다.
먼저, 로봇 용접 전원 제어부(43)는 컨트롤러 인터페이스(41)에 타이머 인터럽트(timer interrupt)를 행하여 용접 전원 동기 신호를 출력한다(단계 S1).
단계 S1의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41)는, 용접 전원 인터페이스(32)에 단계 S1에서 입력된 용접 전원 동기 신호를 출력한다(단계 S2).
단계 S2의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32)는, 용접 전원 피드백 신호(FB값 3)를 버퍼 메모리에 래치하여 취득한다(단계 S3).
단계 S3의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 서보 증폭기(42)에 로봇 동기 신호를 출력한다(단계 S4).
단계 S4의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 컨트롤러 인터페이스(41)에 용접 전원 제어 신호(지령값 3)를 출력한다(단계 S5).
단계 S5의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 서보 증폭기(42)에 로봇 제어 신호(지령값 A)를 출력한다(단계 S6). 그렇게 하면, 서보 증폭기(42)는, 이 로봇 제어 신호(지령값 A)로부터 서보 모터(11)의 구동 신호를 생성하여, 서보 모터(11)를 구동시키고, 용접 토치(12)를 이동시킨다.
단계 S6의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32)는, 용접 전원 제어 신호(지령값 2)를 용접 전원 출력부(33)에 출력한다(단계 S7). 그렇게 하면, 용접 전원 출력부(33)는, 이 용접 전원 제어 신호(지령값 2)로 지령된 용접 전류 및 용접 전압을 용접 와이어(13)에 인가한다. 또한, 이 용접 전원 제어 신호(지령값 2)는, 단계 S1의 처리 전에 용접 전원 인터페이스(32)에 입력되어 있다.
단계 S7의 처리에 계속해서, 서보 증폭기(42)는 로봇 피드백 위치 신호(FB값 A)를 취득한다(단계 S8).
단계 S8의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 1)를 로봇 용접 전원 제어부(43)에 출력한다(단계 S9). 또한, 이 용접 전원 피드백 신호(FB값 1)는, 단계 S1의 처리 전에 컨트롤러 인터페이스(41)에 입력되어 있다.
단계 S9의 처리에 계속해서, 서보 증폭기(42)는, 단계 S8에서 취득한 로봇 피드백 위치 신호(FB값 A)를 로봇 용접 전원 제어부(43)에 출력한다(단계 S10). 그리고, 로봇 용접 전원 제어부(43)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 1)와, 로봇 피드백 위치 신호(FB값 A)를 이용하여, 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 보정한 로봇 제어 신호(지령값 B)를 생성한다.
단계 S10의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 2)의 송신을 준비한다. 구체적으로는, 컨트롤러 인터페이스(41)는, 이 용접 전원 피드백 신호(FB값 2)를 버퍼 메모리(DPRAM)에 저정한다(단계 S11).
또한, 송신 준비된 용접 전원 피드백 신호(FB값 2)는, 후기하는 단계 S19의 처리에 의해 로봇 용접 전원 제어부(43)가 취득한다. 또한, 이 용접 전원 피드백 신호(FB값 2)는, 단계 S1의 처리 전에 컨트롤러 인터페이스(41)에 입력되어 있다.
단계 S11의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41)는, 단계 S5에서 입력된 용접 전원 제어 신호(지령값 3)를 용접 전원 인터페이스(32)에 출력한다(단계 S12).
단계 S12의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32)는, 단계 S3에서 취득한 용접 전원 피드백 신호(FB값 3)를 컨트롤러 인터페이스(41)에 출력한다(단계 S13).
단계 S13의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 컨트롤러 인터페이스(41)에 타이머 인터럽트를 행하여 용접 전원 동기 신호를 출력한다(단계 S14).
단계 S14의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41)는, 용접 전원 인터페이스(32)에 단계 S14에서 입력된 용접 전원 동기 신호를 출력한다(단계 S15).
단계 S15의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32)는, 용접 전원 피드백 신호(FB값 4)를 버퍼 메모리에 래치하여 취득한다(단계 S16).
단계 S16의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 컨트롤러 인터페이스(41)에 용접 전원 제어 신호(지령값 4)를 출력한다(단계 S17).
단계 S17의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32)는, 단계 S12에서 입력된 용접 전원 제어 신호(지령값 3)를 용접 전원 출력부(33)에 출력한다(단계 S18). 그렇게 하면, 용접 전원 출력부(33)는, 이 용접 전원 제어 신호(지령값 3)로 지령된 용접 전류 및 용접 전압을 용접 와이어(13)에 인가한다.
단계 S18의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43)는, 단계 S11에서 송신 준비된 용접 전원 피드백 신호(FB값 2)를 취득한다(단계 S19).
단계 S19의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41)는, 단계 S13에서 입력된 용접 전원 피드백 신호(FB값 3)의 송신을 준비한다. 구체적으로는, 컨트롤러 인터페이스(41)는, 이 용접 전원 피드백 신호(FB값 3)를 버퍼 메모리에 저장한다(단계 S20).
단계 S20의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41)는, 단계 S17에서 입력된 용접 전원 제어 신호(지령값 4)를 용접 전원 인터페이스(32)에 출력한다(단계 S21).
단계 S21의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32)는, 단계 S16에서 취득한 용접 전원 피드백 신호(FB값 4)를 컨트롤러 인터페이스(41)에 출력한다(단계 S22). 또한, 아크 용접 시스템(1)에서는, 단계 S1부터 단계 S22의 처리를 반복하기 때문에, 단계 S23 이후의 설명을 생략한다.
이상, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1)에서는, 용접 전원 동기 신호 및 로봇 동기 신호를 이용하여, 용접 전원 피드백 신호(FB값 1~5) 및 로봇 피드백 위치 신호(FB값 A 및 FB값 B)의 샘플링 간격을 항상 일정하게 할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1)에서는, 3회 전의 용접 전원 동기 신호에 의해 출력된 용접 전원 피드백 신호(FB값 1~5)를 취득할 수 있다.
이에 의해서, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1)에서는, 동기 신호를 이용함으로써, 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 보정한 로봇 제어 신호를 항상 일정한 간격으로 출력할 수 있기 때문에, 패럴 방식에 비해서 실시간성이 뒤떨어지는 시리얼 방식에 있어서도 정확한 아크 모방이 가능해진다. 또한, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1)에서는, 용접 전원(30)과 컨트롤러(40)가 디지털 신호를 이용한 시리얼 방식으로 통신을 행하기 때문에, 새로운 종류의 신호를 추가하는 경우에도 통신로를 증설할 필요가 없다. 또한, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1)에서는, 통신로 수가 1가지이어서 통신의 신뢰성이 높기 때문에, 신호 데이터의 누락이 발생한 경우의 복잡한 리커버리 처리를 하는 시간도 대폭 저감할 수 있고, 또한, 이상 검출 처리를 실시하는 빈도도 저감할 수 있다. 또한, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1)에서는, 노이즈에 강한 CAN을 이용하기 때문에, 통신 에러를 저감할 수 있다.
(제 2 실시형태)
[아크 용접 시스템의 구성: 탠덤 아크 용접]
도 5를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(탠덤 아크 용접 시스템)(1A)의 구성에 대해서 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 아크 용접 시스템(1A)는 탠덤 아크 용접을 행하는 것으로, 용접 로봇(10A)과, 센서 유닛(20A)과, 센서 유닛(20B)과, 제 1 용접 전원(30A)과, 제 2 용접 전원(30B)과, 컨트롤러(40A)를 구비한다.
용접 로봇(10A)은 아암 선단에 제 1 용접 토치(12A)와, 제 2 용접 토치(12B)가 장착된다. 이 제 1 용접 토치(12A) 및 제 2 용접 토치(12B)는, 도 1의 용접 토치(12)와 동일한 것이기 때문에, 설명을 생략한다.
센서 유닛(20A)은 용접 전압 검출부(21A)를 구비한다. 이 용접 전압 검출부(21A)는, 용접 전원 출력부(33A)가 제 1 용접 와이어(13A)에 인가한 용접 전압을 검출하여, 검출한 용접 전압값을 용접 전압값 검출 신호로서 용접 전원 인터페이스(32A)에 출력한다.
센서 유닛(20B)은 용접 전압 검출부(21B)를 구비한다. 이 용접 전압 검출부(21B)는, 용접 전원 출력부(33B)가 제 2 용접 와이어(13B)에 인가한 용접 전압을 검출하여, 검출한 용접 전압값을 용접 전압값 검출 신호로서 용접 전원 인터페이스(32B)에 출력한다. 또한, 센서 유닛(20A) 및 센서 유닛(20B)은 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이 전자 접촉기를 탑재해도 좋다.
제 1 용접 전원(30A)은 제 1 용접 와이어(13A)에 용접 전력을 공급하는 것으로, 용접 전류 검출부(31A)와, 용접 전원 인터페이스(32A)와, 용접 전원 출력부(33A)를 구비한다.
용접 전류 검출부(31A)는, 용접 전원 출력부(33A)가 제 1 용접 와이어(13A)에 인가한 용접 전류를 검출하여, 검출한 용접 전류값을 용접 전류값 검출 신호로서 용접 전원 인터페이스(32A)에 출력한다.
용접 전원 인터페이스(32A)는, 디지털 통신로 Di를 통해서, 후기하는 컨트롤러 인터페이스(41A)와의 사이에서 디지털 신호를 이용한 통신을 행한다. 또한, 용접 전원 인터페이스(32A)는, 후기하는 용접 전원 인터페이스(32B)와 컨트롤러 인터페이스(41A) 사이에서 신호를 송수신할 때, 디지털 통신로 Di를 통해서 양자의 중계를 행한다.
용접 전원 출력부(33A)는, 용접 전원 인터페이스(32A)로부터 입력된 용접 전원 제어 신호에 근거하여, 제 1 용접 와이어(13A)에 용접 전력을 출력하는 전원이다.
또한, 제 1 용접 전원(30A)의 각 수단은, 도 1의 용접 전원(30)의 각 수단과 동일한 것이기 때문에, 설명을 생략한다.
제 2 용접 전원(30B)은 제 2 용접 와이어(13B)에 용접 전력을 공급하는 것으로, 용접 전류 검출부(31B)와, 용접 전원 인터페이스(32B)와, 용접 전원 출력부(33B)를 구비한다.
용접 전류 검출부(31B)는, 용접 전원 출력부(33B)가 제 2 용접 와이어(13B)에 인가한 용접 전류를 검출하여, 검출한 용접 전류값을 용접 전류값 검출 신호로서 용접 전원 인터페이스(32B)에 출력한다.
용접 전원 인터페이스(32B)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러 인터페이스(41A)와의 사이에서 신호를 송수신할 때, 용접 전원 인터페이스(32A)를 중계하고, 디지털 통신로 Di를 통해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)와의 사이에서 디지털 신호를 이용한 통신을 행한다. 이와 같이, 아크 용접 시스템(1A)에서는, 컨트롤러(40A)에 대하여, 제 1 용접 전원(30A)과 제 2 용접 전원(30B)을 캐스캐이드 형상으로 배치하고 있다.
용접 전원 출력부(33B)는, 용접 전원 인터페이스(32B)로부터 입력된 용접 전원 제어 신호에 근거하여, 제 2 용접 와이어(13B)에 용접 전력을 출력하는 전원이다.
또한, 제 2 용접 전원(30B)의 각 수단은, 도 1의 용접 전원(30)의 각 수단과 동일한 것이기 때문에, 설명을 생략한다.
컨트롤러(40A)는 용접 로봇(10A), 제 1 용접 전원(30A), 및, 제 2 용접 전원(30B)을 제어하는 것으로, 컨트롤러 인터페이스(41A)와, 서보 증폭기(42A)와, 로봇 용접 전원 제어부(43A)를 구비한다.
컨트롤러 인터페이스(41A)는, 디지털 통신로 Di를 통해서, 용접 전원 인터페이스(32A) 및 용접 전원 인터페이스(32B)와의 사이에서 디지털 신호를 이용한 통신을 행한다. 여기서, 용접 전원 인터페이스(32A) 및 용접 전원 인터페이스(32B)와 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 예컨대, 디지털 신호를 이용한 통신으로서, CAN을 이용한다.
로봇 용접 전원 제어부(43A)는 아크 모방 기능을 구비함과 아울러, 용접 로봇(10A), 제 1 용접 전원(30A), 및, 제 2 용접 전원(30B)의 제어에 필요로 되는 각종 신호를 생성한다.
또한, 컨트롤러(40A)의 각 수단은, 도 1의 컨트롤러(40)의 각 수단과 동일한 것이기 때문에, 설명을 생략한다.
[아크 용접 시스템의 동작: 동기 제어]
이하, 도 6을 참조하여, 도 5의 아크 용접 시스템의 동작 및 동기 제어에 대해서 설명한다(적절히 도 5 참조). 또한, 도 6은 용접 전원 출력부(33A) 및 용접 전원 출력부(33B)를 「출력부」라고 약기하고, 용접 전원 인터페이스(32A) 및 용접 전원 인터페이스(32B)를 「용접 전원 IF」라고 약기하고, 컨트롤러 인터페이스(41A)를 「컨트롤러 IF」라고 약기하고, 로봇 용접 전원 제어부(43A)를 「제어부」라고 약기하고, 용접 전원 동기 신호를 「WP 동기 신호」라고 약기하고, 로봇 동기 신호를 「R 동기 신호」라고 약기하였다.
또한, 도 6에서는, 「지령값 1-1」~「지령값 1-5」가 용접 전원 출력부(33A)로의 용접 전원 제어 신호에 상당하고, 「지령값 2-1」~「지령값 2-5」가 용접 전원 출력부(33B)로의 용접 전원 제어 신호에 상당한다. 또한, 「FB값 1-1」~「FB값 1-5」가 용접 전원 출력부(33A)로부터의 용접 전원 피드백 신호에 상당하고, 「FB값 2-1」~「FB값 2-5」가 용접 전원 출력부(33B)로부터의 용접 전원 피드백 신호에 상당한다. 또한, 도 6에서는, 「지령값 A」 및 「지령값 B」가 각각 로봇 제어 신호에 상당하고, 「FB값 A」 및 「FB값 B」가 각각 로봇 피드백 위치 신호에 상당한다. 또, 도 6에서는, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는 용접 전원 동기 신호 및 로봇 동기 신호를 임의의 간격으로 출력하는 것으로 설명한다. 또한, 용접 전원 동기 신호 및 로봇 동기 신호는 수~수십 밀리초 간격이 바람직하다.
먼저, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는 컨트롤러 인터페이스(41A)에 타이머 인터럽트를 행하여 용접 전원 동기 신호를 출력한다(단계 S101).
단계 S101의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 용접 전원 인터페이스(32A)에 단계 S1에서 입력된 용접 전원 동기 신호를 출력함과 아울러, 용접 전원 인터페이스(32A)를 통해서, 용접 전원 인터페이스(32B)에 용접 전원 동기 신호를 출력한다(단계 S102).
단계 S102의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32A)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-3)를 버퍼 메모리에 래치하여 취득한다(단계 S103).
단계 S103의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32B)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 2-3)를 버퍼 메모리에 래치하여 취득한다(단계 S104).
단계 S104의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는 서보 증폭기(42A)에 로봇 동기 신호를 출력한다(단계 S105).
단계 S105의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는 컨트롤러 인터페이스(41A)에 용접 전원 제어 신호(지령값 1-3)를 출력한다(단계 S106).
단계 S106의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는 컨트롤러 인터페이스(41A)에 용접 전원 제어 신호(지령값 2-3)를 출력한다(단계 S107).
단계 S107의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는 서보 증폭기(42A)에 로봇 제어 신호(지령값 A)를 출력한다(단계 S108). 그렇게 하면, 서보 증폭기(42A)는, 이 로봇 제어 신호(지령값 A)로부터 서보 모터(11)의 구동 신호를 생성하여, 서보 모터(11)를 구동시키고, 용접 토치(12A) 및 용접 토치(12B)를 이동시킨다.
단계 S108의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32A)는, 용접 전원 제어 신호(지령값 1-2)를 용접 전원 출력부(33A)에 출력한다(단계 S109). 그렇게 하면, 용접 전원 출력부(33A)는, 이 용접 전원 제어 신호(지령값 1-2)로 지령된 용접 전류 및 용접 전압을 제 1 용접 와이어(13A)에 인가한다. 또한, 이 용접 전원 제어 신호(지령값 1-2)는 단계 S101의 처리 전에 용접 전원 인터페이스(32A)에 입력되어 있다.
단계 S109의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32B)는 용접 전원 제어 신호(지령값 2-2)를 용접 전원 출력부(33B)에 출력한다(단계 S110). 그렇게 하면, 용접 전원 출력부(33B)는, 이 용접 전원 제어 신호(지령값 2-2)로 지령된 용접 전류 및 용접 전압을 제 2 용접 와이어(13B)에 인가한다. 또한, 이 용접 전원 제어 신호(지령값 2-2)는 단계 S101의 처리 전에 용접 전원 인터페이스(32B)에 입력되어 있다.
단계 S110의 처리에 계속해서, 서보 증폭기(42A)는 로봇 피드백 위치 신호(FB값 A)를 취득한다(단계 S111).
단계 S111의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-1)를 로봇 용접 전원 제어부(43A)에 출력한다(단계 S112).
단계 S112에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 2-1)를 로봇 용접 전원 제어부(43A)에 출력한다(단계 S113). 또한, 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-1, FB값 2-1)는, 단계 S101의 처리 전에 컨트롤러 인터페이스(41A)에 입력되어 있다.
단계 S113의 처리에 계속해서, 서보 증폭기(42A)는, 단계 S111에서 취득한 로봇 피드백 위치 신호(FB값 A)를 로봇 용접 전원 제어부(43A)에 출력한다(단계 S114). 그리고, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는, 단계 S112에서 입력된 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-1)와, 단계 S113에서 입력된 용접 전원 피드백 신호(FB값 2-1)와, 로봇 피드백 위치 신호(FB값 A)를 이용하여, 용접 토치(12)의 위치 어긋남을 보정한 로봇 제어 신호(지령값 B)를 생성한다.
단계 S114의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-2, FB값 2-2)의 송신을 준비한다. 구체적으로는, 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 이 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-2, FB값 2-2)를 버퍼 메모리에 저장한다(단계 S115).
또한, 송신 준비된 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-2, FB값 2-2)는, 후기하는 단계 S128 및 S129의 처리에 의해 로봇 용접 전원 제어부(43A)가 취득한다. 또한, 이 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-2, FB값 2-2)는, 단계 S101의 처리 전에 컨트롤러 인터페이스(41A)에 입력되어 있다.
단계 S115에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 단계 S106에서 입력된 용접 전원 제어 신호(지령값 1-3)를 용접 전원 인터페이스(32A)에 출력한다(단계 S116).
단계 S116의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 용접 전원 인터페이스(32A)를 통해서, 단계 S107에서 입력된 용접 전원 제어 신호(지령값 2-3)를 용접 전원 인터페이스(32B)에 출력한다(단계 S117).
단계 S117의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32A)는, 단계 S103에서 취득한 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-3)를 컨트롤러 인터페이스(41A)에 출력한다(단계 S118).
단계 S118의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32B)는, 용접 전원 인터페이스(32A)를 통해서, 단계 S104에서 취득한 용접 전원 피드백 신호(FB값 2-3)를 컨트롤러 인터페이스(41A)에 출력한다(단계 S119).
단계 S119의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는, 컨트롤러 인터페이스(41A)에 타이머 인터럽트를 행하여 용접 전원 동기 신호를 출력한다(단계 S120).
단계 S120의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 용접 전원 인터페이스(32A)에 단계 S120에서 입력된 용접 전원 동기 신호를 출력함과 아울러, 용접 전원 인터페이스(32A)를 통해서, 용접 전원 인터페이스(32B)에 용접 전원 동기 신호를 출력한다(단계 S121).
단계 S121의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32A)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-4)를 버퍼 메모리에 래치하여 취득한다(단계 S122).
단계 S122의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32B)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 2-4)를 버퍼 메모리에 래치하여 취득한다(단계 S123).
단계 S123의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는 컨트롤러 인터페이스(41A)에 용접 전원 제어 신호(지령값 1-4)를 출력한다(단계 S124).
단계 S124의 처리에 계속해서, 로봇 용접 전원 제어부(43A)는 컨트롤러 인터페이스(41A)에 용접 전원 제어 신호(지령값 2-4)를 출력한다(단계 S125).
단계 S125의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32A)는, 단계 S116에서 입력된 용접 전원 제어 신호(지령값 1-3)를 용접 전원 출력부(33A)에 출력한다(단계 S126).
단계 S126의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32B)는, 단계 S117에서 입력된 용접 전원 제어 신호(지령값 2-3)를 용접 전원 출력부(33B)에 출력한다(단계 S127).
단계 S127의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-2)를 로봇 용접 전원 제어부(43A)에 출력한다(단계 S128).
단계 S128의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 2-2)를 로봇 용접 전원 제어부(43A)에 출력한다(단계 S129). 또한, 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-2, FB값 2-2)는, 단계 S101의 처리 전에 컨트롤러 인터페이스(41A)에 입력되어 있다.
단계 S129의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-3, FB값 2-3)의 송신을 준비한다. 구체적으로는, 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 이 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-3, FB값 2-3)를 버퍼 메모리에 저장한다(단계 S130).
단계 S130에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 단계 S124에서 입력된 용접 전원 제어 신호(지령값 1-4)를 용접 전원 인터페이스(32A)에 출력한다(단계 S131).
단계 S131의 처리에 계속해서, 컨트롤러 인터페이스(41A)는, 용접 전원 인터페이스(32A)를 통해서, 단계 S125에서 입력된 용접 전원 제어 신호(지령값 2-4)를 용접 전원 인터페이스(32B)에 출력한다(단계 S132).
단계 S132의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32A)는, 단계 S122에서 취득한 용접 전원 피드백 신호(FB값 1-4)를 컨트롤러 인터페이스(41A)에 출력한다(단계 S133).
단계 S133의 처리에 계속해서, 용접 전원 인터페이스(32B)는, 용접 전원 인터페이스(32A)를 통해서, 단계 S123에서 취득한 용접 전원 피드백 신호(FB값 2-4)를 컨트롤러 인터페이스(41A)에 출력한다(단계 S134). 또한, 아크 용접 시스템(1A)에서는, 단계 S101부터 단계 S134의 처리를 반복하기 때문에, 단계 S135 이후의 설명을 생략한다.
이상, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1A)에서는, 용접 전원 인터페이스(32A) 및 용접 전원 인터페이스(32B)와 컨트롤러 인터페이스(41A)가, 디지털 통신로 Di를 통해서, 디지털 신호를 이용한 통신을 한다. 이 때문에, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1A)에서는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 샘플링 간격을 항상 일정하게 할 수 있는 것에 부가하여, 용접 전원 인터페이스(32A) 및 용접 전원 인터페이스(32B)와 컨트롤러 인터페이스(41A)와의 통신 시간에 어긋남이 있었던 경우에도, 용접 전원 인터페이스(32A)와 용접 전원 인터페이스(32B)가 각각 검출한 용접 전원 피드백 신호 중 동시각에 검출한 피드백 신호를 취득할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1A)에서는, 탠덤 아크 용접에 있어서도, 용접 토치(12A) 및 용접 토치(12B)의 위치 어긋남을 보정한 로봇 제어 신호를 항상 일정한 간격으로 출력할 수 있기 때문에, 정확한 아크 모방이 가능해진다. 또한, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 아크 용접 시스템(1A)에서는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 노이즈에 강한 CAN을 이용하기 때문에, 통신 에러를 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 용접 전원 동기 신호 및 로봇 동기 신호를 출력하는 간격에 따라, 도 4 및 도 6의 각 단계의 순서를 교체할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1, 2 실시형태에서는, 디지털 신호를 이용한 통신으로서 CAN을 이용한 예로 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명에서는, 디지털 신호를 이용한 통신으로서, CAN 외에, RS-232C, Universal Serial Bus(USB), Serial Peripheral Interface(SPI), Inter Integrated Circuit(I2C), 및, 이더넷(등록상표)을 이용할 수 있다.
[실시예 1]
상기한 실시형태 2에서 설명한 아크 용접 시스템에 관한 실시예를 이하에 나타낸다.
(우선도)
이하, 도 7을 참조하여, 통신 수단에 CAN을 이용한 경우에서의, 프레임의 우선도에 대해서 실시예 1로서 설명한다. 또한, 도 7에서는, 본 발명에 따른 아크 용접 시스템(1C)에서의, 제 1 용접 전원(30A), 제 2 용접 전원(30B), 및, 컨트롤러(40A) 이외의 각 수단에 대해서는 도시를 생략하였다.
도 7의 아크 용접 시스템(1C)은 1개의 용접 와이어(1극)에 대하여 전원 2대로 병렬 출력하고, 이것을 2극 이용하여, 탠덤 아크 용접을 행한다. 즉, 아크 용접 시스템(1C)은, 제 1 용접 전원(30A)을 2대의 전원(이후, WP1(M) 및 WP1(S)라고 기재함)으로 구성하고, 제 2 용접 전원(30B)을 2대의 전원(이후, WP2(M) 및 WP2(S)라고 기재함)으로 구성한다.
컨트롤러 및 각 용접 전원 사이에서 교환을 행하는 통신 데이터의 중요성에 따라, 우선도가 설정되어 있다. 우선도는 우선도 1이 가장 높고, 우선도 2, 3으로 순차적으로 저하되는 것으로 한다. 예컨대, 모방에 필요한 용접 전류값은 중요성이 높은 데이터이기 때문에, 높은 우선도로 하고 있다. 이 우선도에 따라서 프레임을 이용한다. 그리고, 아크 용접 시스템(1C)에서는, 도시를 생략한 컨트롤러 인터페이스와 용접 전원 인터페이스가, 각종 신호나 데이터를 각 우선도에 대응한 프레임에 수용되고, 그 프레임을 송수신한다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 아크 용접 시스템(1C)에서는, 높은 실시간성이 요구되는 용접 전원 동기 신호와 용접 전원 피드백 신호를 높은 우선도에 대응한 프레임에 수용하고 있다. 이에 의해서, 본 발명의 실시예 1에 따른 아크 용접 시스템(1C)에서는, 임의의 샘플링 간격으로의 용접 전원 동기 신호와 용접 전원 피드백 신호의 송수신을 실현하고 있다. 또한, 본 발명에서는, 우선도가 상기한 실시예 1에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에서는, 실시예 1에 기재된 우선도를 싱글 아크 용접에 적용할 수 있는 것도 말할 필요도 없다.
[실시예 2]
(동기 제어의 검증)
이하, 아크 모방에 필요로 되는 동기 제어의 검증 결과를 실시예 2로서 설명한다(적절히 도 1 참조). 구체적으로는, 용접 전류의 검출값을 모의한 정현파(신호 파형 α)를 도 1의 용접 전류 검출부(31)에 입력하고, 각 수단에서의 파형을 측정하여 검증을 행하였다. 그리고, 그 측정 결과를 도 8에 나타낸다.
도 8에는, 신호 파형 α(일점 쇄선)와, 신호 파형 β(실선)와, 신호 파형 γ(파선)의 3개의 파형이 도시되어 있다. 신호 파형 α는 상기한 용접 전류 검출부(31)에 입력한 정현파이다. 또한, 신호 파형 β는 용접 전류 검출부(31)로 필터링을 행한 후의 파형이다. 또한, 신호 파형 γ는 컨트롤러(40)에서 용접 전원 피드백 신호로서 입력되었을 때의 파형이다. 또한, 도 8은 세로축이 전압이고 가로축이 시간을 나타낸다. 또한, 도 8에 기재된 부호 T는 로봇 용접 전원 제어부(43)가 용접 전원 동기 신호를 출력하는 간격(도 4에서의 S1부터 S14까지를 1주기로 하는 시간 간격)을 나타낸다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 신호 파형 γ의 주기는 신호 파형 β에 대하여 T×3회분의 지연으로 되어 있다. 이로부터, 신호 파형 β는 3회 전의 용접 전원 동기 신호에 의해 출력된 용접 전원 피드백 신호를 취득하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 실시예 2에 따른 아크 용접 시스템(1)에서는, 용접 조건의 전환의 동기나 ON 타이밍의 동기에서의 정시제(定時制)를 확보하여, 아크 모방에 있어서의 동기 제어를 실현하고 있는 것을 알 수 있다.
1: 아크 용접 시스템, 10: 용접 로봇, 11: 서보 모터, 12: 용접 토치, 13: 용접 와이어, 20: 센서 유닛, 21: 용접 전압 검출부, 30: 용접 전원, 31: 용접 전류 검출부, 32: 용접 전원 인터페이스, 33: 용접 전원 출력부, Di: 디지털 통신로, 40: 컨트롤러, 41: 컨트롤러 인터페이스, 42: 로봇 용접 전원 제어부, 42: 서보 증폭기

Claims (4)

  1. 용접 와이어에 용접 전력을 공급하는 용접 전원을 하나 이상 구비함과 아울러, 용접 토치가 아암 선단(先端)에 장착된 용접 로봇 및 상기 용접 전원을 제어하는 컨트롤러를 구비하는 아크 용접 시스템으로서,
    상기 용접 전원은,
    상기 용접 와이어의 용접 전류값을 검출함과 아울러, 상기 용접 전류값을 나타내는 용접 전류값 검출 신호를 출력하는 용접 전류 검출부와,
    상기 용접 전원을 제어하는 용접 전원 제어 신호와 상기 용접 전원으로의 동기 신호인 용접 전원 동기 신호가 상기 컨트롤러로부터 입력되고, 상기 용접 전류 검출부로부터 상기 용접 전류값 검출 신호가 입력되고, 상기 용접 전원 동기 신호가 입력되었을 때의 상기 용접 전류값 검출 신호를 용접 전원 피드백 신호로서 상기 컨트롤러에 출력하는 용접 전원 인터페이스와,
    상기 용접 전원 인터페이스를 통해서 입력된 상기 용접 전원 제어 신호에 근거하여, 상기 용접 전력을 출력하는 용접 전원 출력부
    를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 용접 전원으로부터 상기 용접 전원 피드백 신호가 입력됨과 아울러, 상기 용접 전원 제어 신호와 상기 용접 전원 동기 신호를 상기 용접 전원에 출력하는 컨트롤러 인터페이스와,
    상기 용접 로봇을 제어하는 로봇 제어 신호에 근거하여 상기 용접 로봇의 구동을 제어함과 아울러, 상기 용접 로봇으로의 동기 신호인 로봇 동기 신호가 입력되었을 때의 상기 용접 토치의 위치를 나타내는 로봇 피드백 위치 신호를 출력하는 서보 증폭기와,
    상기 용접 전원 동기 신호와 상기 로봇 동기 신호를 생성함과 아울러, 상기 용접 전원 동기 신호와 상기 용접 전원 제어 신호를 상기 컨트롤러 인터페이스에 출력하고, 상기 용접 전원 동기 신호와 동일 간격 또는 상이한 간격으로 상기 로봇 동기 신호를 상기 서보 증폭기에 출력하고, 아크 용접중에 입력되는 상기 용접 전원 피드백 신호와 상기 로봇 피드백 위치 신호로부터 상기 용접 토치의 위치 어긋남을 검출하여, 상기 용접 토치의 위치 어긋남을 보정한 상기 로봇 제어 신호를 생성해서 상기 서보 증폭기에 출력하는 로봇 용접 전원 제어부
    를 구비하며,
    상기 용접 전원과 상기 컨트롤러는, 시리얼(serial) 방식으로 접속되어, 디지털 신호에 의해 통신을 행하는
    아크 용접 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 전원 인터페이스는, 용접 전압 검출부에서 검출된 상기 용접 와이어의 용접 전압값을 나타내는 용접 전압값 검출 신호가 더 입력되고, 상기 용접 전원 동기 신호가 입력되었을 때의 상기 용접 전류값 검출 신호와 상기 용접 전압값 검출 신호 중 적어도 한쪽을 상기 용접 전원 피드백 신호로서 상기 컨트롤러에 출력하는 아크 용접 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크 용접 시스템은, 상기 용접 로봇의 아암 선단에 장착된 상기 용접 토치가 하나인 싱글 아크 용접 시스템인 아크 용접 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크 용접 시스템은, 상기 용접 로봇의 아암 선단에 장착된 상기 용접 토치가 제 1 용접 토치 및 상기 제 1 용접 토치와 동일하게 움직이는 제 2 용접 토치인 탠덤(tandem) 아크 용접 시스템이며,
    적어도 제 1 용접 전원과 제 2 용접 전원의 2대 이상의 상기 용접 전원을 갖고,
    상기 제 1 용접 토치에 접속된 상기 제 1 용접 전원은, 상기 제 1 용접 와이어에 용접 전력을 공급함과 아울러, 상기 컨트롤러와의 사이에서 시리얼 방식으로 디지털 신호에 의해 통신을 행하고,
    상기 제 2 용접 토치에 접속된 상기 제 2 용접 전원은, 제 2 용접 와이어에 상기 용접 전력을 공급함과 아울러, 상기 컨트롤러와의 사이에서 시리얼 방식으로 디지털 신호에 의해 통신을 행하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 용접 로봇과, 상기 제 1 용접 전원과, 상기 제 2 용접 전원을 제어하는
    아크 용접 시스템.
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