KR102584173B1 - 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템 - Google Patents

Abstract

가이드 레일을 따라서 이동하는 가반형 용접 로봇을 이용하여, 개선을 갖는 워크를 용접하기 위한 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법은, 용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 개선 형상 검지 위치(P_n)에 있어서의 개선 형상을, 가이드 레일 상을 이동하는 가반형 용접 로봇이 갖는 검지 수단을 거쳐서 센싱하며, 센싱으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하고, 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득한다.

Description

가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템

본 발명은 가이드 레일 상을 이동하여 용접을 자동으로 실행할 수 있는 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템에 관한 것이다.

종래, 조선, 철골, 교량 등에 있어서의 용접 구조물의 제조에 있어서, 공장 내에 있어서의 용접 작업은 자동화가 진행되며, 대형 다축 용접 로봇이 다용되고 있다. 한편, 대형 다축 용접 로봇을 적용할 수 없는 현장 용접 작업에 있어서도, 반자동 용접과 같은 수동 용접에서, 작업원이 혼자서 운반할 수 있는 경량 소형의 가반형 용접 로봇을 적용한 용접 방법으로 자동화가 진행되고 있다. 이와 같은 가반형 용접 로봇의 적용은, 지금까지 수동으로 용접이 진행된 용접 현장에 있어서, 용접 효율을 향상시킬 수 있다.

이 가반형 용접 로봇을 적용한 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1에서는, 건설 현장에서 이용되고 있는 각형 강관에 대해, 직선부와 곡선부를 갖는 코너 유닛을 이용한 가이드 레일을 용접 대상의 각형 강관의 외주에 장착한다. 그리고, 가이드 레일에 용접 로봇을 미끄럼운동 가능하게 마련한다. 제어 장치의 제어부는, 용접 로봇에 의해 용접하는 용접 부분의 곡률 중심의 위치와, 코너 유닛에 있어서, 용접 부분을 용접할 때의 용접 로봇이 소재하는 위치의 곡률 중심의 위치가 상이한 경우에, 용접 로봇에 의한 단위 시간당 용접 부분의 길이(용접 속도)가 일정하게 되도록, 용접 로봇의 이동 속도를 제어한다. 이에 의해, 다양한 형상의 다각형 강관을 효율적으로 용접하고 있다.

일본 특허 공개 제 2018-58078 호 공보

그렇지만, 용접하는 현장에서는, 용접하는 워크는 전공정에서의 조립 정밀도나 절단 정밀도에 의해 도면과의 오차를 수반하여 현장에 반입된다. 그 후, 반입한 워크끼리를 조립 장착하는 작업을 하여, 용접 이음이 되는 개선 형상을 형성하게 되지만, 당연히, 이 조립 장착하는 작업에도 오차가 발생한다. 그 때문에, 현장에서 용접하는 용접 이음의 개선 형상은, 동일한 이음부에 있어서도, 용접의 장소에 의해 개선 형상의 단면이 상이해진다. 한편, 용접 품질의 면에서는, 용접 이음의 비드 폭, 덧붙임 높이는 일정한 기준 치수를 만족하는 것이 요구된다. 물론, 언더컷, 오버랩과 같은 용접 결함은 인정되지 않는다. 이와 같은 용접 이음의 장소에 의해 개선 형상이 상이한 용접 시공에서는, 용접 품질을 만족하기 위해, 용접 로봇에 개선 형상을 사전에 인식시켜, 개선 형상의 단면적에 맞추어 용접 조건을 적절히 제어하여, 용접 개선 내의 용접 금속의 높이가, 개선 형상이 변화하여도 전체 용접 길이에 걸쳐서 일정하게 유지할 수 있는 것이 요구된다.

또한, 가반형 용접 로봇이 주행하는 가이드 레일의 설치는 수작업으로 실행되기 때문에, 가이드 레일을 정밀도 양호하게 설치하려고 많은 시간을 필요로 하여도, 가이드 레일과 용접 개선의 위치 관계는 용접 이음마다 상이해지는 것이 현실이다. 용접 현장에 있어서는, 가이드 레일과 개선 형상의 위치 관계를 가이드 레일의 설치후마다 확인하고, 이 위치 관계 데이터를 기초로 가반형 용접 로봇을 적정하게 작동시켜 실행하는 것도 필요하다.

특허문헌 1에 개시된 가반형 용접 로봇을 이용한 용접에 있어서는, 개선 형상이 변화하고 있는 용접 이음에 대해, 단위 시간당의 용접 부분의 길이(즉, 용접 속도)가 일정하게 되도록, 용접 로봇의 이동 속도를 제어하면, 용접 개선 내의 용접 금속의 높이는 개선 형상의 변화에 따라서 상이하게 되어, 최종 마무리에서는, 장소에 의해 용접 금속의 폭과 덧붙임 높이가 기준값을 일탈하여, 극단적인 곳에서는 언더컷, 오버랩의 결함을 초래하여, 용접 품질을 만족할 수 없게 될 우려가 있었다. 또한, 가이드 레일 설치 정밀도에 기인하는 가이드 레일과 개선 형상 위치의 어긋남으로부터 생기는 용접 작업성에 대해서는 고려되어 있지 않으며, 워크에 부착된 스패터 제거 등의 보수 작업 등을 필요로 하여, 작업 효율이 크게 저하할 우려가 있었다.

본 발명은 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 개선 형상의 변화나 가이드 레일의 설치 정밀도 등에 영향을 받는 일이 없이 용접 가능하며, 작업 효율 및 용접 품질의 향상을 도모할 수 있는 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 상기 목적은 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법에 따른 하기 (1)의 구성에 의해 달성된다.

(1) 가이드 레일을 따라서 이동하는 가반형 용접 로봇을 이용하여, 개선을 갖는 워크를 용접하기 위한 용접 제어 방법에 있어서,

용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을, 상기 가이드 레일 상을 이동하는 상기 가반형 용접 로봇이 갖는 검지 수단을 거쳐서 센싱하는 센싱 공정과,

상기 센싱 공정으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출 공정과,

상기 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득하는 용접 조건 취득 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법에 따른 본 발명의 바람직한 실시형태는 하기 (2) 내지 (11)에 관한 것이다.

(2) 상기 개선 형상 검지 위치와, 상기 워크 상에 미리 정해진 용접선의 교점을, 용접선 위치 검지점으로 하고, 인접하는 상기 용접선 위치 검지점 사이를 용접할 때의 용접의 궤적을 용접 궤적선으로 하는 경우에 있어서,

상기 용접선과 상기 용접 궤적선의 상대 거리의 최대값이 용접 와이어 직경의 2배 이하가 되도록 상기 개선 형상 검지 위치를 설정하는,

상기 (1)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

(3) 상기 개선 형상 검지 위치 사이에서 상기 용접 조건의 변화가 생기는 경우에 있어서,

상기 개선 형상 검지 위치마다 취득된 상기 용접 조건의 값에 따라서, 상기 개선 형상 검지 위치 사이에서, 상기 용접 조건을 직선 형상, 스텝 형상, 곡선 형상 중 적어도 1개로 변화시키도록 제어하는,

상기 (1) 또는 (2)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

(4) 상기 용접 조건 중 적어도 1개는 용접 속도이며,

상기 가반형 용접 로봇의 이동방향을 X방향,

상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 폭방향을 Y방향,

상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 깊이방향을 Z방향으로 하는 경우에,

상기 X방향, 상기 Y방향, 상기 Z방향의 3방향마다 취득된 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 상기 용접 속도의 값에 따라서, 상기 3방향마다의 이동 속도를 산출하고,

상기 3방향마다의 이동 속도에 의해, 상기 개선 형상 검지 위치 사이의 상기 용접 속도를 제어하는,

상기 (3)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

(5) 상기 용접 조건 중 적어도 1개는 용접 속도이며,

상기 가반형 용접 로봇의 이동방향을 X방향,

상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 폭방향을 Y방향,

상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 깊이방향을 Z방향으로 하는 경우에,

상기 X방향, 상기 Y방향, 상기 Z방향의 3방향마다 취득된 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 상기 용접 속도의 값에 따라서, 상기 3방향마다의 이동 속도를 산출하고,

상기 개선 형상 검지 위치 사이의 용접 거리 또는 이동 시간을 2개 이상의 구간으로 분할하고, 각 분할점의 상기 3방향마다의 이동 속도에 의해, 상기 각 분할점의 용접 속도를 산출하고,

상기 분할점마다의 용접 속도를 일정하게 하여, 상기 개선 형상 검지 위치 사이의 용접 속도를 스텝 형상으로 변화하도록 제어하는,

상기 (3)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

(6) 상기 가이드 레일의 직선부와 곡선부의 경계 영역, 또는, 상기 가이드 레일의 곡선부에 있어서의 곡률이 변화하는 경계 영역에, 적어도 1개의 상기 개선 형상 검지 위치를 마련하는,

상기 (2)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

(7) 상기 경계 영역에 마련한 상기 개선 형상 검지 위치의 직전 또는 직후에 있어서, 상기 용접 조건을 제어하는 구간을 마련하는,

상기 (6)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

(8) 상기 용접 조건으로서, 위빙 조건, 용접 속도 및 용접 전류 중 적어도 1개를 선택하고,

상기 개선 형상 검지 위치 사이의 상기 개선 형상 정보를 기초로, 상기 개선 내의 용접 금속이 용접방향에 대해 일정한 높이가 되도록, 상기 위빙 조건, 상기 용접 속도 및 상기 용접 전류 중 적어도 1개를 제어하는,

상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

(9) 상기 센싱 공정은, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 상기 개선 형상의 센싱에 부가하여, 상기 워크에 있어서의 상기 개선이 마련되는 측의 워크 표면, 및 상기 워크의 용접선 방향에 있어서의 워크 단부 중 적어도 1개의 센싱을 포함하는,

상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

(10) 상기 센싱은 터치 센싱이며,

상기 개선 형상 검지 위치에 있어서, 상기 개선의 횡단면을 따라서 배치되는 검지점을, 상기 개선에 있어서의 루트 갭 및 양측의 개선 측면 상에 적어도 5점 마련하고,

상기 검지점으로부터 얻어지는 상기 검지 데이터를 기초로 상기 개선 형상 정보를 산출하는,

상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

(11) 상기 용접선은 상기 개선 형상에 있어서의 양측의 개선 측면 중 어느 한쪽의 개선단인,

상기 (2)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

또한, 본 발명의 상기 목적은 가반형 용접 로봇의 용접 제어 장치에 따른 하기 (12)의 구성에 의해 달성된다.

(12) 가이드 레일을 따라서 이동하는 가반형 용접 로봇을 이용하여, 개선을 갖는 워크를 용접하기 위한 용접 제어 장치에 있어서,

용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을, 상기 가이드 레일 상을 이동하는 상기 가반형 용접 로봇이 갖는 검지 수단을 거쳐서 센싱하는 센싱 공정으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출부와,

상기 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득하는 용접 조건 취득부를 갖는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 용접 제어 장치.

또한, 본 발명의 상기 목적은 가반형 용접 로봇에 따른 하기 (13)의 구성에 의해 달성된다.

(13) 가이드 레일 상을 이동하면서 개선을 갖는 워크를 용접하는, 상기 (12)에 기재된 용접 제어 장치에 의해 제어되는 가반형 용접 로봇에 있어서,

상기 가이드 레일 상에 세팅된 상태에서, 용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을 센싱하는 검지 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇.

또한, 본 발명의 상기 목적은 가반형 용접 로봇의 용접 시스템에 따른 하기 (14)의 구성에 의해 달성된다.

(14) 가이드 레일 상을 이동하면서 개선을 갖는 워크를 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇의 동작을 제어 가능한 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템에 있어서,

상기 가반형 용접 로봇은, 용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을 센싱하는 검지 수단을 가지며,

상기 용접 제어 장치는 상기 센싱으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출부와, 상기 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득하는 용접 조건 취득부를 갖는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 용접 시스템.

본 발명의 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템에 의하면, 개선에 대하여 가이드 레일 및 가반형 용접 로봇이 설치된 상태에서 얻는 개선 형상 검지 위치에서의 검지 데이터에 근거하여, 개선 형상 정보를 취득하고, 상기 개선 형상 정보에 근거하여 용접 조건을 설정하기 위해, 개선 형상 검지 위치마다의 개선 형상의 변화나 가이드 레일의 설치 오차로 발생하는 가이드 레일과 개선의 위치 관계의 변화는 검지 데이터 내에 포함되는 것으로 고려되며, 정확한 수치에 근거하여 용접 조건을 취득할 수 있다.

이에 의해, 개선 형상의 변화나 가이드 레일 설치 정밀도에 영향을 받는 일이 없는 용접 제어에 의해 용접할 수 있다. 그 결과, 정밀도가 높은 용접을 실행할 수 있다. 또한, 용접 작업면에서는, 개선 형상을 형성할 때의 워크의 조립장착 작업이 용이하게 되고, 또한 가이드 레일 및 가반형 용접 로봇의 위치 조정이 용이하게 되어, 작업 효율이 양호한 용접을 실행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 용접 시스템의 일 실시형태의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 가반형 용접 로봇의 개략 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 가반형 용접 로봇의 사시도이다.
도 4a는 도 3에 도시하는 가반형 용접 로봇에 의한 개선 형상 검지 위치를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 4b는 사행한 개선에 대해, 직선 형상의 가이드 레일을 적용한 가반형 용접 로봇의 사시도이다.
도 4c는 도 4b에 있어서의 직선 형상의 가이드 레일과 개선의 위치 관계를 도시하는 개념을 설명하기 위한 설명도이다
도 4d는 사행한 개선에 대해, 곡선 형상의 가이드 레일을 적용한 가반형 용접 로봇의 사시도이다.
도 4e는 도 4d에 있어서의 곡선 형상의 가이드 레일과 개선의 위치 관계를 도시하는 개념을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 도 3에 도시하는 가반형 용접 로봇에 의한 센싱을 설명하기 위한 개략 측면도이다.
도 6은 도 3에 도시하는 가반형 용접 로봇에 의한 센싱을 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 용접 제어 방법에 있어서의 용접 속도의 변화를 나타내는 그래프이며, 용접 속도가 곡선 형상이 되도록 제어하는 경우이다.
도 7b는 본 발명의 용접 제어 방법에 있어서의 용접 속도의 변화를 나타내는 그래프이며, 용접 속도가 직선 형상이 되도록 제어하는 경우이다.
도 7c는 본 발명의 용접 제어 방법에 있어서의 용접 속도의 변화를 나타내는 그래프이며, 용접 속도가 계단 형상이 되도록 제어하는 경우이다.
도 8a는 직선 형상의 가이드 레일 상에 있어서의 가반형 용접 로봇의 용접 토치의 용접 와이어 선단이, 용접선 위치 검지점 사이를 이동할 때의 용접 속도 및 용접 거리의 설명도이다.
도 8b는 도 8a에 도시하는 Ⅷ 부분을 확대한, 용접 속도를 설명하기 위한 설명도이다.
도 8c는 직선 형상의 가이드 레일 상에 있어서의 가반형 용접 로봇의 용접 토치의 용접 와이어 선단이, 용접선 위치 검지점 사이를 이동할 때의 이동 거리의 설명도이다.
도 8d는 본 실시예를 적용했을 때의 용접부의 단면 형상이며, 본 실시예의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8e는 본 실시예를 적용하지 않을 때의 용접부의 단면 형상이며, 본 실시예를 적용하지 않을 때의 용접 불량을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 곡선 형상의 가이드 레일 상에 있어서의 가반형 용접 로봇의 용접 토치의 용접 와이어 선단이, 용접선 위치 검지점 사이를 이동할 때의 용접 속도 및 용접 거리의 설명도이다.
도 9b는 도 9a에 도시하는 Ⅸ 부분을 확대한, 용접 속도를 설명하기 위한 설명도이다.
도 9c는 도 9b를 XY 평면으로 나타낸, 용접 속도를 설명하기 위한 설명도이다.
도 9d는 곡선 형상의 가이드 레일 상에 있어서의 가반형 용접 로봇의 용접 토치의 용접 와이어 선단이, 용접선 위치 검지점 사이를 이동할 때의 이동 거리의 설명도이다.
도 10은 도 3에 도시하는 용접 로봇이 각형 강관으로 장착된 경우의 사시도이다.
도 11은 도 10을 바로 위로부터 보았을 때의 가이드 레일 및 각형 강관의 1/4 코너부의 영역에 있어서의, 가이드 레일과 개선의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 용접 제어 방법에 있어서의 가반형 용접 로봇의 용접 토치의 용접 와이어 선단의 이동 거리(=용접 거리)를 균등 분할했을 때의, 용접 속도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 용접 제어 방법에 있어서의 위빙을 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 14는 본 발명의 용접 제어 방법에 있어서, 용접 속도와 Y방향의 이동 속도(=위빙 속도) 및 위빙 폭을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 용접 시스템에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시형태는 가반형 용접 로봇을 이용한 경우의 일 예이며, 본 발명의 용접 시스템은 본 실시형태의 구성으로 한정되는 것은 아니다.

<용접 시스템의 구성>

도 1은 본 실시형태에 따른 용접 시스템의 구성을 도시하는 개략도이다. 용접 시스템(50)은 도 1에 도시하는 바와 같이, 가반형 용접 로봇(100)과, 송급 장치(300)와, 용접 전원(400)과, 실드 가스 공급원(500)과, 제어 장치(600)를 구비하고 있다.

[제어 장치]

제어 장치(600)는 로봇용 제어 케이블(610)에 의해 가반형 용접 로봇(100)과 접속되며, 전원용 제어 케이블(620)에 의해 용접 전원(400)과 접속되어 있다.

제어 장치(600)는 미리 가반형 용접 로봇(100)의 동작 패턴, 용접 개시 위치, 용접 종료 위치, 용접 조건, 위빙 동작 등을 정한 티칭 데이터를 보지하는 데이터 보지부(601)를 가지며, 이 티칭 데이터에 근거하여 가반형 용접 로봇(100) 및 용접 전원(400)에 대해 지령을 송출하고, 가반형 용접 로봇(100)의 동작 및 용접 조건을 제어한다.

또한, 제어 장치(600)는 후술하는 센싱에 의해 얻어지는 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출부(602)와, 상기 개선 형상 정보를 기초로, 상기 티칭 데이터의 용접 조건을 보정하여 취득하는 용접 조건 취득부(603)를 갖는다. 그리고, 상기 개선 형상 정보 산출부(602)와 용접 조건 취득부(603)에 의해, 제어부(604)가 구성되어 있다.

또한, 제어 장치(600)는 티칭을 실행하기 위한 컨트롤러와, 그 이외의 제어 기능을 갖는 컨트롤러가 일체로 되어 형성되어 있다. 단, 제어 장치(600)는 이것으로 한정되는 것은 아니며, 티칭을 실행하기 위한 컨트롤러 및 그 이외의 제어 기능을 갖는 컨트롤러를 2개로 나누는 등, 역할에 따라서 복수로 분할하여도 좋으며, 가반형 용접 로봇(100)에 제어 장치(600)를 포함하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 로봇용 제어 케이블(610) 및 전원용 제어 케이블(620)을 이용하여 신호가 송출되고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 무선으로 송신하여도 좋다. 또한, 용접 현장에서의 사용성의 관점에서, 티칭을 실행하기 위한 컨트롤러와 그 외의 제어 기능을 갖는 컨트롤러 2개로 나누는 것이 바람직하다.

[용접 전원]

용접 전원(400)은 제어 장치(600)로부터의 지령에 의해, 소모 전극(이하, "용접 와이어"라고도 함)(211) 및 워크(W_o)에 전력을 공급하는 것에 의해, 용접 와이어(211)와 워크(W_o) 사이에 아크를 발생시킨다. 용접 전원(400)으로부터의 전력은 파워 케이블(410)을 거쳐서 송급 장치(300)로 송출되며, 송급 장치(300)로부터 도관(420)을 거쳐서 용접 토치(200)로 송출된다. 그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 용접 토치(200) 선단의 콘택트 팁을 거쳐서, 용접 와이어(211)에 전력이 공급된다. 또한, 용접 작업시의 전류는 직류 또는 교류여도 좋으며, 또한 그 파형은 특별히 문제삼지 않는다. 따라서, 전류는 직사각형파나 삼각파 등의 펄스여도 좋다.

또한, 용접 전원(400)은 예를 들면, 파워 케이블(410)이 플러스(+) 전극으로서 용접 토치(200)측에 접속되고, 파워 케이블(430)이 마이너스(-) 전극으로서 워크(W_o)에 접속된다. 또한, 이것은 역극성으로 용접을 실행하는 경우이며, 정극성으로 용접을 실행하는 경우는, 용접 전원(400)은 플러스(+)의 파워 케이블(430)을 거쳐서 워크(W_o)측에 접속되며, 마이너스(-)의 파워 케이블(410)을 거쳐서, 용접 토치(200)측과 접속되어 있으면 좋다.

[실드 가스 공급원]

실드 가스 공급원(500)은, 실드 가스가 봉입된 용기 및 밸브 등의 부대 부재로 구성된다. 실드 가스 공급원(500)으로부터 실드 가스가 가스 튜브(510)를 거쳐서 송급 장치(300)로 이송된다. 송급 장치(300)로 이송된 실드 가스는 도관 튜브(420)를 거쳐서 용접 토치(200)로 이송된다. 용접 토치(200)에 이송된 실드 가스는 용접 토치(200) 내를 흘러 노즐(210)로 가이드되고, 용접 토치(200)의 선단측으로부터 분출된다. 본 실시형태에서 이용하는 실드 가스로서는, 예를 들면 아르곤(Ar)이나 탄산 가스(CO₂) 또는 이들 혼합 가스를 이용할 수 있다.

[송급 장치]

송급 장치(300)는 용접 와이어(211)를 조출하고 용접 토치(200)로 이송한다. 송급 장치(300)에 의해 이송되는 용접 와이어(211)는 특별히 한정되지 않으며, 워크(W_o)의 성질이나 용접 형태 등에 의해 선택되며, 예를 들면 솔리드 와이어나 플럭스 코어드 와이어 전극(이하, "FCW"라고도 함)이 사용된다. 또한, 용접 와이어의 재질도 문제삼지 않으며, 예를 들면 연강이어도 좋으며, 스테인리스나 알루미늄, 티탄과 같은 재질이어도 좋다. 또한, 용접 와이어의 선직경도 특별히 문제삼지 않는다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 용접 작업성의 관점에서 FCW를 적용하는 것이 바람직하며, 염기성의 FCW이면 더욱 바람직하다. 또한, 염기성의 FCW를 적용하는 경우는, 정극성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에 있어서 바람직한 선직경은 상한은 1.6㎜이며, 하한은 0.9㎜이다.

본 실시형태에 따른 도관 튜브(420)는 튜브의 외피측에 파워 케이블로서 기능하기 위한 도전로가 형성되며, 튜브의 내부에 용접 와이어(211)를 보호하는 보호관이 배치되며, 실드 가스의 유로가 형성되어 있다. 단, 도관 튜브(420)는 이것으로 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 용접 토치(200)에 용접 와이어(211)를 송급하기 위한 보호관을 중심으로 하여, 전력 공급용 케이블이나 실드 가스 공급용의 호스를 다발로 묶은 것을 이용할 수도 있다. 또한, 예를 들면 용접 와이어(211) 및 실드 가스를 이송하는 튜브와, 파워 케이블을 개별로 설치할 수도 있다.

[가반형 용접 로봇]

가반형 용접 로봇(100)은 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 가이드 레일(120)과, 가이드 레일(120) 상에 마련되며, 상기 가이드 레일(120)을 따라서 이동하는 로봇 본체(110)와, 로봇 본체(110)에 탑재된 토치 접속부(130)를 구비한다. 로봇 본체(110)는 주로, 가이드 레일(120) 상에 마련되는 본체부(112)와, 이 본체부(112)에 장착된 고정 아암부(114)와, 이 고정 아암부(114)에 회전 가능(화살표(R ₁) 방향으로 회전 가능)한 상태로 장착된 가동 아암부(116)로 구성된다.

토치 접속부(130)는 크랭크(170)를 거쳐서 가동 아암부(116)에 장착되어 있다. 토치 접속부(130)는 용접 토치(200)를 고정하는 토치 클램프(132) 및 토치 클램프(134)를 구비하고 있다. 또한, 본체부(112)에는, 용접 토치(200)가 장착되는 측과는 반대측에, 송급 장치(300)와 용접 토치(200)를 연결하는 도관 튜브(420)를 지지하는 케이블 클램프(150)가 마련되어 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 워크(W_o)와 용접 와이어(211) 사이에 전압을 인가하여, 용접 와이어(211)가 워크(W_o)에 접촉했을 때에 생기는 전압 강하 현상을 이용하여, 개선(10)의 표면 등을 센싱하는, 터치 센서를 검지 수단으로 한다. 검지 수단은 본 실시형태의 터치 센서로 한정되지 않으며, 화상 센서 혹은 레이저 센서 등, 또는 이들 검지 수단의 조합을 이용하여도 좋지만, 장치 구성의 간편성 때문에, 본 실시형태의 터치 센서를 이용하는 것이 바람직하다.

로봇 본체(110)의 본체부(112)는, 도 2의 화살표 X로 나타내는 바와 같이, 지면에 대해 수직방향, 즉 로봇 본체(110)가 가이드 레일(120)을 따라서 이동하는 X방향으로 구동 가능하다. 또한, 본체부(112)는 X방향에 대해, 수직이 되는 개선(10)의 깊이방향으로 이동하는 Z방향으로도 구동 가능하다. 또한, 고정 아암부(114)는, 본체부(112)에 대해, 슬라이드 지지부(113)를 거쳐서, X방향에 대해, 수직이 되는 개선(10)의 폭방향인 Y방향으로 구동 가능하다.

또한, 용접 토치(200)가 장착된 토치 접속부(130)는, 크랭크(170)가 도 3의 화살표(R₂)로 나타내는 바와 같이 회동하는 것에 의해, X방향에 있어서 전후로 좌우 회전 구동 가능하다. 또한, 가동 아암부(116)는 화살표(R₁)로 나타내는 바와 같이, 고정 아암부(114)에 대해 회전 가능하게 장착되어 있으며, 최적인 각도로 조정하여 고정할 수 있다.

이상과 같이, 로봇 본체(110)는 그 선단부인 용접 토치(200)를 3개의 자유도로 구동 가능하다. 단, 로봇 본체(110)는 이것으로 한정되는 것이 아니며, 용도에 따라서, 임의의 수의 자유도로 구동 가능하여도 좋다.

이상과 같이 구성되어 있는 것에 의해, 토치 접속부(130)에 장착된 용접 토치(200)의 선단부는 임의의 방향을 향할 수 있다. 또한, 로봇 본체(110)는 가이드 레일(120) 상을 도 2에 있어서, X방향으로 구동 가능하다. 용접 토치(200)는 Y방향으로 왕복 이동하면서, 로봇 본체(110)가 X방향으로 이동하는 것에 의해, 위빙 용접을 실행할 수 있다. 또한, 크랭크(170)에 의한 구동에 의해, 예를 들면 전진각 또는 후퇴각을 마련하는 등의 시공 상황에 따라서, 용접 토치(200)를 경사지게 할 수 있다.

가이드 레일(120)의 하방에는, 예를 들면 자석 등의 장착 부재(140)가 마련되어 있으며, 가이드 레일(120)은 장착 부재(140)에 의해 워크(W_o)에 대해 착탈이 용이하게 구성되어 있다. 가반형 용접 로봇(100)을 워크(W_o)에 세트하는 경우, 오퍼레이터는 가반형 용접 로봇(100)의 양측 손잡이(160)를 잡는 것에 의해, 가반형 용접 로봇(100)을 워크(W_o) 상에 용이하게 세트할 수 있다.

<용접 조건의 제어 방법>

계속해서, 본 실시형태에 따른 용접 시스템(50)을 이용한 용접 조건의 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다.

[용접선 위치 검지점(T_n) 사이의 용접 속도의 제어]

도 4a는 워크(W_o)의 개선 부위의 사시도를 도시하고, 개선(10)이 그 길이방향인 용접방향(X)으로 사행하고, 또한 개선(10)의 폭방향(Y)으로 루트 갭(G)이 변화한 개선(10)을 용접할 때의 모식 사시도이다. 또한, 도 4b는 도 4a와 같은 사행한 개선(10)에 대해, 직선 형상의 가이드 레일(120)을 적용한 가반형 용접 로봇(100)을 설치했을 때의 모식적인 사시도이다. 도 4c는 개선(10) 및 가이드 레일(120)의 평면 상에 있어서의 위치 관계, 및 개선 형상 검지 위치(P_n)를 도시하는 개념도이다.

개선(10)을 용접할 때에는, 용접 개시 전에, 가이드 레일(120)을 따라서 이동하는 로봇 본체(110)를 이용하여, 용접시의 용접 조건을 취득한다. 상세하게는, 예를 들면 제어 장치(600)의 동작 신호에 근거하여, 로봇 본체(110)를 구동하여 개선 형상의 자동 센싱을 개시하고, 개선 형상 정보를 산출하고, 또한 용접 조건을 연산하여, 자동 가스 실드 아크 용접을 실현한다.

센싱은 상술한 터치 센서에 의해, 개선 형상, 판 두께, 시종단(始終端) 등의 센싱 공정을 이하와 같이 실시한다.

예를 들면, 도 4a에 도시하는 바와 같은, 개선(10)의 용접 개시점(10_s)으로부터 용접 종료점(10e)까지의 용접 구간에 있어서, 개선이 사행하여, 루트 갭(G)도 변화해, 장소마다 개선 형상이 상이한 것과 같은 경우를 고려한다. 이와 같은 경우, 센싱 공정에 있어서, 역사다리꼴 형상의 단면 형상인 개선(10)의 단면 형상을, 개선 형상 검지 위치(P_n(P₀, P₂, …, P₅))로서 복수 개소, 본 실시형태에서는 6개소 마련한다. 상세하게는, 용접 개시점(10_s)에 가장 근접하는 개선 형상 검지 위치(P_n)를 제 1 개선 형상 검지 위치(P_s(P₀))로 하고, 용접 종료점(10_e)에 가장 근접하는 개선 형상 검지 위치(P_n)를 제 2 개선 형상 검지 위치(P_e(P₅))로 하고, 로봇 본체(110)가 가이드 레일(120) 상을 이동하면서 터치 센서에 의해 센싱을 실행한다.

다음에, 제 1 개선 형상 검지 위치(P_s)와 제 2 개선 형상 검지 위치(P_e)의 설정의 방법에 대해, 보다 상세하게 설명한다.

용접 개시점(10_s)측에 가장 근접하는 제 1 개선 형상 검지 위치(P_s)와, 용접 종료점(10_e)측에 가장 근접하는 제 2 개선 형상 검지 위치(P_e)는, 워크 단부(W_e) 사이의 거리(L)에 대해, 제 1 개선 형상 검지 위치(P_s)와 제 2 개선 형상 검지 위치(P_e)의 차이인 │P_s-P_e│가 하기 식을 만족하도록 설정된다.

0.5≤│P_s-P_e│/L≤1

이와 같이, 제 1 개선 형상 검지 위치(P_s) 및 제 2 개선 형상 검지 위치(Pe)의 설정 위치를 규정하는 것에 의해, 검지 데이터의 정밀도를 높인다. 또한, 상기 "│P_s-P_e│/L"의 값은 0.6 이상인 것이 바람직하며, 0.7 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.8 이상인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 제 1 개선 형상 검지 위치(P_s)는 용접 개시점 근방에 설정하는 것이 바람직하며, 제 2 개선 형상 검지 위치(P_e)는 용접 종료점 근방에 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 제 1 개선 형상 검지 위치(P_s) 및 제 2 개선 형상 검지 위치(P_e)의 위치 설정은 티칭 등에 의해, 미리 제어 장치(600)에 입력하여도 좋다. 또한, 센싱에 의해 자동 설정하여도 좋다. 또한, 센싱에 의해 워크 단부(W_e) 사이의 거리(L)를 산출하고, 상기 식을 만족하는 범위 내에서 제 1 개선 형상 검지 위치(P_s) 및 제 2 개선 형상 검지 위치(P_e)를 자동으로 결정하여도 좋다.

센싱 공정 후, 센싱 공정으로 얻은 각 개선 형상 검지 위치(P_n(P₀ 내지 P₅))에서의 개선 단면 형상의 검지 데이터로부터 개선 형상 정보, 즉, 도 5에 도시하는 바와 같은, 개선 형상의 개선 각도(θ₁, θ₂), 판 두께(H₁, H₂), 루트 갭(G), 워크 단부(W_e) 사이의 거리(L) 등을 산출한다(개선 형상 정보 산출 공정). 그리고, 각 개선 형상 검지 위치(P_n(P₀ 내지 P₅))에 있어서의 개선 형상의 검지 데이터를 기초로, 각 개선 형상 검지 위치(P_n(P₀ 내지 P₅))의 용접 조건을, 제어 장치(600) 내에서 생성 또는 미리 설정한 용접 조건에 대해 보정하고(용접 조건 취득 공정), 실제로 용접을 실시할 때의 용접 조건을 취득한다. 그리고, 이 용접 조건을 사용해, 로봇 본체(110)를 구동하여, 용접을 시작한다.

개선 형상 검지 위치(P_n)의 간격은 이하의 조건을 만족하도록 설정된다. 예를 들면, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 도 4a에 도시한 개선(10)이 사행해, 루트 갭(G)이 변화하여, 장소마다 개선 형상이 상이한 용접부를, 직선 형상의 가이드 레일(120)을 사용하여 용접하는 경우로 설명한다. 또한, 이 경우의 개선 형상 검지 위치(P_n)의 간격을 결정하는 조건의 상세한 것에 대해, 도 4c에 의해 설명한다. 우선, 워크(W_o) 상의 개선(10)에 있어서의 임의의 위치에 용접선(WL)을 미리 정한다. 예를 들면, 곡선 형상의 용접선(WL)과, 가이드 레일(120)(구체적으로는, 레일 중심(R_c))과의 상대적인 거리(L₁)는 변화한다. 개선 형상 검지 위치(P_n)와 용접선(WL)의 교점을 용접선 위치 검지점(T_n(T₀ 내지 T₅))으로 한다. 이 용접선 위치 검지점(Tn)은 개선 형상 검지 위치(P_n) 내에 있어서, 검지 데이터를 얻기 위한 중요한 점이다. 또한, 인접하는 용접선 위치 검지점(T_n) 사이를 실제로 용접할 때의 용접의 궤적을, 용접 궤적선(TWL)으로 하고, 용접 궤적선(TWL)에 용접 와이어(211) 선단을 따르도록 로봇 본체(110)를 구동시킨다. 또한, 직선 형상의 가이드 레일(120)에서는, 용접 궤적선(TWL)은 직선이 된다.

이 때, 용접선(WL)과 용접 궤적선(TWL)의 상대 거리(Δd)가 생긴다. 이 상대 거리(Δd) 중, 상대 거리의 최대값(maxΔd)을 가능한 한 작게 하도록 간격을 설정하는 것이 바람직하다. 여기에서, 상대 거리의 최대값(maxΔd)을 작게 하기 위해서는, 개선 형상 검지 위치(P_n)를 증가시키는 것을 고려할 수 있지만, 개선 형상 검지 위치(P_n)를 증가시키는 것에 따라서 센싱 효율이 저하한다. 본 실시형태에 있어서는, 용접선(WL) 상의 용접선 위치 검지점(T_n)을 설정하는 경우, 예를 들면 용접선(WL)이 크게 만곡하는 부분에 있어서는, 용접선(WL)에 대한 오차를 작게 하기 위해, 개선 형상 검지 위치(P_n)의 간격을 좁혀, 용접선(WL)이 비교적 만곡되어 있지 않은 직선 형상의 부분에서는 간격을 두는 것이 바람직하다. 또한, 상대 거리(Δd)는 3차원 공간에 있어서의 상대적 거리를 고려하여 부여된다.

계속해서, 도 4d 및 도 4e는 도 4a에 도시한 개선(10)이 사행해, 루트 갭(G)이 변화하여, 장소마다 개선 형상이 상이한 용접부를, 곡선 형상의 가이드 레일(120)을 사용하여 용접하는 경우이다. 이 경우, 로봇 본체(110)는 가이드 레일(120)의 곡률 중심(O)을 중심으로 주행하게 되고, 이 때의 용접 궤적선(TWL)은 가이드 레일(120)의 곡률에 영향을 미쳐 곡선이 된다.

이 경우에 있어서, 도 4d와 같은 곡선 형상의 가이드 레일(120)을 적용한 개선 형상 검지 위치(P_n)의 간격은, 직선 형상의 가이드 레일(120)을 적용한 경우와 마찬가지로, 도 4e에 도시하는 바와 같이 설정된다. 용접 궤적선(TWL)은, 가이드 레일(120)의 곡률의 영향을 받아 곡선이 되지만, 도 4c에 도시하는 직선 형상의 가이드 레일(120)의 경우와 동일하게, 상대 거리의 최대값(maxΔd)을 가능한 한 작게 하도록 간격을 설정하는 것이 역시 바람직하다.

본 실시형태에 있어서는, 상대 거리의 최대값(maxΔd)이 용접 와이어 직경의 2배 이하가 되도록 개선 형상 검지 위치(P_n)를 설정하는 것이 바람직하며, 용접 와이어 직경 이하가 되도록 개선 형상 검지 위치(P_n)를 설정하는 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 용접 와이어 직경 1.2㎜를 사용한 경우는, 상대 거리의 최대값(maxΔd)이, 2㎜ 이하가 되도록 개선 형상 검지 위치(P_n)를 마련하는 것이 바람직하다. 상대 거리의 최대값(maxΔd)이 용접 와이어 직경의 2배 이하로 설정하는 것은, 즉 본래, 용접해야 하는 용접선(WL)에 대해 양호한 용접 품질을 확보할 수 있는 허용 오차는, 용접 와이어 직경의 2배 이내의 오차인 것을 의미하고 있다.

또한 용접선(WL)은 워크(W_o) 상에 있어서, 개선(10)의 단면 형상 중, 도 4a, 도 4b 및 도 5에 도시하는, 상단 각 부분인 개선 단연(端緣)(11_e, 12_e)(워크 상면(W_u, W_i)과 개선 측면(11, 12)의 교차부), 또는, 루트부(13)의 양단 중, 어느 한쪽인 것이, 명확성의 관점에서 바람직하다. 또한, 개선 단연(11_e, 12_e)을 용접선(WL)으로 하는 것은, 실수나 용접 변형, 치수 불량 등으로 나타나는 개선 형상의 변화를 정밀도 양호하게 파악할 수 있으므로, 명확성이 향상하여, 보다 바람직하다.

또한, 도 4c에 있어서는, 용접선(WL)은 개선(10)의 내부(중심)를 지나도록 설정되어 있다.

본 실시형태에 있어서, 개선 형상의 데이터를 얻기 위한 터치 센서의 센싱 방법은 특별히 문제삼지 않지만, 이하와 같이 할 수 있다.

터치 센서를 이용한 개선(10)의 센싱 방법에 대해, 도 5를 참조하여 설명한다.

터치 센서에 의한 검지점은, 예를 들면 A0점으로부터 시작하여, A1점, A2점, …, A14점의 순서로, 도면 중 화살표로 나타내는 방향으로 이동하면서 센싱을 실행한다. 이 센싱에서는, 아래와 같은 항목을 검지한다.

[1] A0점으로부터 시작하여, A1점 및 A3점의 검지에 의해, 개선(10)의 일단측의 워크 표면(W_u)의 위치를 검지한다.

[2] A4'점에서는, A1점 및 A3점에서 검지한 워크 표면(W_u)의 위치보다, 설정한 거리만큼 낮췄을 때, 개선 내에 있다고 판단하여, 워크 표면(Wu)의 바로 아래 근방의 높이까지 복귀하고, A5점의 검출로 향한다.

[3] A6점 및 A9점의 검지에 의해, 개선(10)의 일단측의 개선 측면(11)의 임시 경사 각도(θ₁)를 검지한다.

[4] A5점 및 A8점의 검지에 의해, 개선(10)의 타단측의 개선 측면(12)의 임시 경사 각도(θ₂)를 검지한다.

[5] 임시 경사 각도(θ₁, θ₂)의 검지에 의해, 개선(10)의 루트부(13)를 확실하게 검지할 수 있는 위치를 결정하고 나서, 루트부(13)의 A10점을 검지한다. 예를 들면, 실제로는 A8점으로부터 소정의 치수만큼 하방측의 위치를 루트부(13)로서 설정한다.

[6] A1점, A3점 및 A10점의 검지에 의해, 판 두께(H₁)를 산출하고, 판 두께(H₁)를 이용하여, 개선(10)의 루트부(13)에 가까운 A11점 및 A12점을 검지하고, A12점 및 A6점의 검지에 의해, 일단측의 개선 측면(11)의 것보다 정확한 경사 각도(θ₁)를 검지한다. 또한, A11점 및 A5점의 검지에 의해, 타단측의 개선 측면(12)에 있어서의, 보다 정확한 경사 각도(θ₂)를 결정한다.

[7] A6점 및 A12점을 연결하는 선(즉, 일단측의 경사면), 및 A5점 및 A11점을 연결하는 선(즉, 타단측의 경사면)과, A3점, A1점을 연결하는 선과 평행이며 A10점을 지나는 직선과의 교점으로부터, 루트 갭(G)을 산출한다.

[8] 또한, 개선(10)의 타단측에 개선 측면(12)을 구성하는 벽이 있는지의 여부를 A13점에서 검지한다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 벽은 존재하지 않는 평이음의 개선으로 하고 있다.

[9] A5점 및 A11점을 연결하는 선의 연장선 상을 지나도 벽의 검지가 없으면, 벽이 없다고 판단하고, 그대로 전진하여, A14점에서 타단측의 워크 표면(W_i)을 검지한다. 다음에, A14점 및 A10점의 검지에 의해, 판 두께(H₂)를 산출하고, 판 두께(H₁)와 판 두께(H₂)의 차이로부터, 개선(10)의 양측의 단차(D)를 산출한다.

[10] 단차(D)에는 문턱값이 미리 마련되어 있으며, 그 이상이면, 평이음의 개선이 아닌 T이음의 개선으로 간주하고, T이음의 용접 조건을 선정한다.

[11] 단차(D)가 문턱값 이하이면, 평이음의 착오로 간주하고, 평이음의 용접 조건을 선정한다.

또한, 센싱의 순서는 도시된 사다리꼴 형상의 개선(10)으로 한정되는 것은 아니며, 그 외에, 예를 들면 V자형의 개선이어도 마찬가지의 순서로 개선 형상을 검지할 수 있다. 또한, 센싱에 있어서의 검지점 사이의 검지 피치(S_p)는 특별히 한정되는 것은 아니며, 적절히 설정할 수 있다.

또한, 개선(10)의 단면 형상의 정보를 얻기 위한 검지점은 개선 형상 정보로서 충분한 정밀도를 유지할 필요가 있다. 이로 인해, 검지점의 수가 5점 이상인 것이 바람직하다. 또한, 검지점의 위치의 선정에 의해, 보다 높은 정밀도로 검지 데이터를 얻을 수 있다. 이 5점의 검지점은 예를 들면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 좌우 양측의 개선 측면(11, 12)의 상하단을 포함하는 각각 4개소의 각 코너 부분(C₁, C₂, C₃, C₄)과, 루트부(13)의 부분(C₅)에 1점을 취하면 좋다. 또한, 센싱 효율의 관점에서, 개선 형상 정보를 얻기 위한 검지점은 10점 이하인 것이 바람직하다.

이와 같은 터치 센서의 센싱에 의해, 개선 형상 검지 위치(P_n)의 개선 형상 정보를 산출하는 데 필요한 검지 데이터를 얻는 동시에, 로봇 본체(110)의 위치와 개선 형상 검지 위치(P_n)의 상대 거리도 검지 데이터로서 얻을 수 있다.

또한, 센싱 공정은 상기의 개선 형상 검지 위치(P_n)에 있어서의 개선 형상의 센싱에 부가하여, 개선(10)의 주변의 형상에 대해서도 센싱하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 용접 와이어(211)의 선단이, X방향에 있어서의 워크(W_o)로부터 소정 거리 이격된 위치와, 워크(W_o)에 접하는 위치 사이를 움직이는 동시에, 워크(W_o) 면내를 Y방향으로 움직이는 것에 의해, 워크(W_o)에 있어서의 개선(10)이 마련되는 측의 워크 상면(W_u, W_i)의 검지, 및 워크(W_o)의 용접선 방향에 있어서의 워크 단부(W_e)의 센싱을 실시하는 것이 바람직하다. 개선(10)의 주변의 형상에 대한 센싱에 의해, 워크(W_o) 및 워크 단부(We)의 위치와 로봇 본체(110) 위치의 상관 거리를 검지 데이터로서 취득할 수 있다.

이상과 같이, 도 4a에 도시한 개선(10)이 사행해, 루트 갭(G)이 변화하고, 장소마다 개선 형상이 상이하여, 가이드 레일의 설치 오차가 발생하는 것과 같은 용접부에 대해, 가반형 용접 로봇(100)으로 정밀도 양호하게 자동 용접하기 위한 필요한 검지 데이터는, 본 실시예의 센싱 공정으로 얻을 수 있다.

제어 장치(600)에 있어서, 센싱 공정으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하고, 개선 형상 정보를 기초로 용접 조건을 취득한다. 취득하는 용접 조건에는 용접 속도, 용접 전류, 용접 전압에 부가하여, 개선(10) 내부에서의 아크점의 목적 위치(후술하는 바와 같이, 아크점의 목적 위치는 용접 와이어(211) 선단의 위치와 동일하다고 간주함), 용접 금속의 적층 수 등이 포함된다. 이 용접 조건을 이용하여 용접 제어를 실행할 때는, 도 7a 내지 도 7c에 나타내는 그래프와 같이, 용접 조건을 제어할 수 있다. 예를 들면, 개선 형상 검지 위치(P_n) 사이에서 용접 조건 중 하나인 용접 속도(W_n)의 변화가 생기는 경우, 개선 형상 검지 위치(P_n)마다 취득된 용접 속도(W_n)(용접 조건)의 값에 따라서, 인접하는 개선 형상 검지 위치(P_n) 사이(예를 들면 P₁과 P₂ 사이)에서, 용접 속도(Wn)를, 시간의 경과에 따라서 소정의 형상으로 변화시킨다.

도 7a에 나타내는 경우는, 개선 형상 검지 위치(P₁)로부터 개선 형상 검지 위치(P₂)로 이동하는 동안의 용접 속도(W_n)를 곡선 형상으로 변화시키도록 제어한다. 도 7b에 나타내는 경우는, 개선 형상 검지 위치(P₁)로부터 개선 형상 검지 위치(P₂)로 이동하는 동안의 용접 속도(W_n)를 직선 형상으로 변화시키도록 제어한다. 도 7c에 나타내는 경우는, 개선 형상 검지 위치(P₁)로부터 개선 형상 검지 위치(P₂)로 이동하는 동안의 용접 속도(W_n)를 스텝 형상, 즉 계단 형상으로 변화시키도록 제어한다.

상기에 의하면, 개선 형상 검지 위치(P_n) 사이에서 용접 조건의 변화가 생기는 경우에 있어서, 개선 형상 검지 위치(P_n)마다 취득된 용접 조건의 값에 따라서, 개선 형상 검지 위치(P_n) 사이에서, 용접 조건을 직선 형상, 스텝 형상, 곡선 형상 중 적어도 1개로 변화시키도록 제어하고 있다. 그 때문에, 개선 형상 검지 위치(P_n) 사이에서 용접 조건이 크게 변화한 경우여도, 용접 조건을 서서히 변경할 수 있어서, 개선 형상 검지 위치(P_n) 사이에서의 용접 조건의 급격한 변화를 회피하여 매끄러운 용접이 가능하게 된다. 그 결과, 정밀도가 높은 용접을 실행할 수 있다.

[가이드 레일이 직선 형상의 경우에 있어서의 3방향마다의 이동 속도를 구하는 방법]

계속해서, 도 4b 및 도 4c에서 도시한 가이드 레일(120)이 직선 형상의 경우에 있어서의, 상술한 용접선 위치 검지점(T_n) 사이의 용접 속도의 제어에 대해, 도 8a, 도 8b 및 도 8c를 참조하여, 용접 속도(W)를 구하는 방법을 최초에 설명한다. 그 후, 상기 X방향, Y방향, Z방향의 3방향마다의 이동 속도를 구하는 방법을 설명한다.

도 8a는 직선 형상의 가이드 레일(120) 상에 있어서의 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211)의 선단이, 용접선 위치 검지점(T_n) 사이를 이동할 때의 용접 속도(W) 및 용접 거리(DW_n)의 설명도이다. 또한, 도 8b는 도 8a에 도시하는 Ⅷ 부분을 확대하여, 용접선 위치 검지점(T_n) 사이(T_n-1 내지 T_n)의 임의점에 있어서의 용접 속도(W)를 설명하기 위한 설명도이다. 도 8c는 용접 거리(DW_n)와, X방향, Y방향 및 Z방향의 3방향에 있어서의 이동 거리(VDX_n, VDY_n, VDZ_n)의 관계를 나타낸 설명도이다.

도 8a에 있어서는, 용접선 위치 검지점(T_n), 용접선 위치 검지점(T_n)의 하나 앞의 용접선 위치 검지점(T_n-1), 및 용접선 위치 검지점(T_n)의 하나 뒤의 용접선 위치 검지점(T_n+1)의 3점 사이를, 검지점(T_n-1)에서는 용접 속도(W_n-1), 검지점(T_n)에서는 용접 속도(W_n), 그리고 검지점(T_n+1)에서는 용접 속도(W_n+1)로 변화하면서, 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211)의 선단이 이동하는 것으로 한다.

또한, 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211)의 선단은, 실제 용접에서 발생하는 용접 와이어(211) 선단의 아크점과 동일하다고 간주되고 있으며, 후술하는 용접 속도, 용접 거리, 용접 시간은, 즉 용접 와이어(211) 선단의 이동 속도, 이동 거리, 이동 시간과 동의(同義)로 하고 있다.

우선, 속도, 가속도, 이동 거리의 관계를 나타내는 기본적인 사고 방식은 하기 기본식 (1) 내지 (3)에 의해 나타낼 수 있다.

[수 1]

[수 2]

[수 3]

단, v: 속도, v_o: 초속도, α: 가속도, x: 이동 거리, x_o: 초기 위치, s: 변위 거리, t: 시간

이하, 도 8a, 도 8b 및 도 8c, 및 식에 나타내는 부호 및 기호에 대해 설명한다.

W_n-1: 용접선 위치 검지점(T_n-1)에서의 용접 속도로서, 용접 조건 취득부(603)에서의 산출값

Wn: 용접선 위치 검지점(T_n)에서의 용접 속도로서, 용접 조건 취득부(603)에서의 산출값

W_n+1: 용접선 위치 검지점(T_n+1)에서의 용접 속도로서, 용접 조건 취득부(603)에서의 산출값

또한, W_n-1, Wn, W_n+1은, 각각의 개선 형상 검지 위치(P_n-1, Pn, P_n+1)의 개선 형상 정보를 기초로, 각 개선 형상 검지 위치(P_n)에서 용접 개선 내의 용접 금속의 높이가 동일하게 되도록, 용접 조건 취득부(603)에서 산출된다.

VDX_n, VDY_n, VDZ_n: T_n-1 내지 T_n의 2점 사이의 3방향(X방향, Y방향, Z방향)의 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단의 이동 거리로서, 센싱 공정에서 취득하는 검지 데이터

VX, VY, VZ: 용접선 위치 검지점(T_n-1)을 용접 시작하고 나서 t초 후의 3방향(X방향, Y방향, Z방향)의 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단의 이동 속도

또한, VDX_n 및 VX는 가이드 레일(120) 상을 주행하는 로봇 본체(110)의 주행거리 및 주행 속도와 동일하게 된다.

DW_n: 용접선 위치 검지점(T_n-1 내지 T_n)까지의 2점 사이의 용접 거리

t_n: 용접선 위치 검지점(T_n-1 내지 T_n)까지의 2점 사이의 용접 시간

a: 용접 속도가 용접선 위치 검지점(T_n-1 내지 T_n)까지의 2점 사이에서 변화할 때의 가속도

W: 용접선 위치 검지점(T_n-1)을 용접 시작하고 나서 t초 후의 용접 속도

이상으로, 용접 속도를 구하고 나서, 로봇 본체(110)의 3방향(X방향, Y방향, Z방향)의 용접 와이어(211) 선단의 이동 속도를 제어하는 수식을 하기 식에 의해 구할 수 있다.

도 8c에서, T_n-1 내지 T_n까지의 2점 사이의 용접 거리(DW_n)는 VDX_n, VDY_n, VDZ_n의 합성에 의해 다음 식에 의해 나타난다.

[수 4]

상기로 용접 거리(DW_n)가 구해지고, T_n-1 및 T_n에서의 용접 속도(W_n-1, W_n)도 기지(旣知)이기 때문에, 2점 사이에서 변화하는 용접 속도의 가속도(a)는 상기 기본식 (3)에서, 다음 식에 의해 구해진다.

[수 5]

상기에 의해, 2점 사이의 가속도(a)가 기지가 되고, 용접선 위치 검지점(T_n-1)을 시작하고 나서 t초 후의 용접 속도(W)는, 상기 기본식 (1)에서, 다음 식으로 구해진다.

[수 6]

또한, 용접선 위치 검지점(T_n-1)점을 시작하고 나서 t초 후의 3방향(X방향, Y방향, Z방향)의 용접 와이어(211) 선단의 각 이동 속도(VX, VY, VZ)는, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 용접 속도(W)의 3방향의 속도 성분이 된다. 각 방향의 속도 성분은, 용접 거리(DWn)에 대한 각 3방향의 이동 거리(VDX_n, VDY_n, VDZ_n)의 비율에, 용접 속도(W)를 나눈 하기 식에 의해 나타난다.

[수 7]

[수 8]

[수 9]

이상에 의해, T_n-1 내지 T_n의 2점 사이에서, 용접선 위치 검지점(T_n-1)을 용접 속도(W_n-1)로 용접 시작하고 나서, 용접선 위치 검지점(T_n)에서 용접 속도(W_n)에 도달하도록, 로봇 본체(110)의 3방향의 이동 속도(VX, VY, VZ)를 제어하는, 식 (7), 식 (8) 및 식 (9)를 얻을 수 있다.

이와 같이, 이웃하는 개선 형상 검지 위치(P_n) 사이에서, 미리 로봇 본체(110)의 3방향의 이동 속도(VX, VY, VZ)를 계산할 수 있으므로, 데이터 보지부(601)에 계산 결과를 보지하고, 계산 결과에 근거하여 로봇 본체(110)의 구동을 제어한다. 그 결과, 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단(실제 용접에서 아크점이라 간주한 위치)은, 이들 식을 적용하는 것에 의해, 도 7b에 나타내는 바와 같은 용접 속도(W_n)의 변화가 되고, T_n-1 내지 T_n의 2점 사이의 용접 개선 내에서는, 개선 형상의 변화에 맞추어 용접 속도(W_n)가 변화하여, 용접 개선 내의 용접 금속의 높이는 일정하게 보지된다.

여기에서, 본 실시예의 효과에 대해 도 8d를 이용하여 설명한다. 도 8d는 본 실시예를 적용했을 때의 용접부의 단면 형상으로서, 본 실시예의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 8d에 있어서는, 도 4a에서 도시하는 용접 개시측의 개선 형상 검지 위치(P₀(P_s))와 용접 종료 위치측의 개선 형상 검지 위치(P₅(Pe))의 용접 후의 단면 형상을, 대표예로 하여 비교하고 있다. 또한, 도면 중의 동그라미 숫자 1 내지 3은 용접의 순번을 나타내고 있으며, 개선(10) 내의 경계선은 용접 금속의 경계를 나타내고 있다.

도면에 도시하는 바와 같이, 개선 형상 검지 위치(P₀와 P₅)에서는 갭(G)이 변화하여, 개선 형상은 상이하지만, 본 실시예에서는 동일한 용접 금속의 높이(D₁, D₂, D₃)를 갭(G)의 크기에 관계없이, 개선 형상 검지 위치(P₀와 P₅)에서 일정하게 할 수 있다. 그리고, 다른 개선 형상 검지 위치(P₁ 내지 P₄)에서도 동일하도록, 동일한 용접 순번의 용접 금속의 높이를 일정하게 할 수 있다. 즉, 개선 형상 검지 위치(P_n(P₀ 내지 P₅))에서 용접 개선 내의 용접 금속의 높이가 동일하게 되도록 용접 속도가 설정되고, 개선 형상 검지 위치(P_n) 사이에서는, 상술한 로봇 본체(110)의 3방향의 이동 속도의 제어식인 식 (7), 식 (8) 및 식 (9)에 의해, 이웃하는 개선 형상 검지 위치(P_n)의 사이를 원활하게 용접 속도가 변화하는 것에 의해, 이웃하는 개선 형상 검지 위치(P_n)의 사이에서도, 개선 내에서 일정한 용접 금속의 높이가 얻어지게 된다.

그 결과, 최종 마무리(도면 중의 동그라미 숫자 3의 용접 비드)에서는, 용접 길이 전체 길이에 걸쳐서 갭(G)의 크기에 관계없이, 비드 폭(m)은 언더컷, 오버랩 결함을 발생시키는 일이 없어, 개선 폭과 동일한 폭 이상이 되고, 덧붙임 높이(h)도, 갭(G)의 크기에 관계없이, 용접 품질 기준에 합격하는 높이를 확보할 수 있어서, 양호한 용접 품질로 정밀도가 높은 용접을 실시할 수 있다. 또한, 개선 형상의 변화는 갭(G) 뿐만 아니라, 개선 측면(개선벽)(11, 12)의 경사의 변화에 대해서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 8e에 있어서는, 본 실시예를 적용하지 않고, 용접 속도를 일정하게 한 경우의 개선 형상 검지 위치(P₀ 및 P₅)의 용접 후의 단면 형상을 비교하여 도시하고 있다. 즉, 개선 형상 검지 위치(P₀)의 검지 데이터로부터 산출한 개선 형상 정보에 근거하여 구한 용접 속도를 일정하게 하여 용접하고 있다. 이와 같이, 용접 개시측의 개선 형상 검지 위치(P₀)에서는 양호한 용접이 되지만, 갭(G)이 커지는 용접 종료측의 개선 형상 검지 위치(P₅)에서는 동일한 용접 순번의 용접 금속의 높이는 일정하게 되지 않고 변화하여(D₁→D₁', D₂→D₂', D₃→D₃'), 개선 내를 용접 금속으로 채울 수 없어, 용접 불량을 유발하게 된다. 장소에 의해 개선 형상이 상이한 연속한 용접부에서는, 개선으로 둘러싸인 용접하는 방향의 단위 길이당의 체적은 당연히 상이하며, 이 체적 변화에 맞추어 용접 금속의 퇴적량을 제어하지 않으면, 도 8e와 같은 용접 불량을 유발하게 된다.

용접 와이어(211)로부터 녹는 금속량은, 용접 전류와 전압으로 거의 정해진다. 본 실시예에서는, 용접 와이어(211)로부터 녹는 금속량은 고정하여(용접 전류와 전압은 일정하게 함), 개선으로 둘러싸인 용접하는 방향의 단위 길이당의 체적의 변화에 맞추어, 용접 속도를 제어하는 것에 의해, 개선 내에 퇴적되는 용접 금속의 높이를 일정하게 유지할 수 있도록 하고 있다.

또한, 도 4c에서 나타내는 용접선(WL)과 용접 궤적선(TWL)의 상대 거리의 최대값(maxΔd)이, 용접 와이어 직경의 2배 이하라면, 용접 속도(W)와 용접 거리(DW_n)는 로봇 본체(110)의 주행방향(X방향)의 이동 속도(VX)와 이동 거리(VDX_n)와 동일하다고 간주하여도 좋다. 이 경우, [VX=W]이므로, X방향의 가속도를 ax로 하면, 기본식 (3)에서 다음 식이 된다.

[수 10]

또한, X방향의 이동 속도는 기본식 (1)에서 다음 식이 된다.

[수 11]

Y방향 및 Z방향의 이동 거리(VDY_n, VDZ_n)는 근소한 거리로 간주되고, Y방향 및 Z방향의 이동 속도(VY, VZ)는 등속도로 이동하는 것으로 하여, 다음 식이 된다.

[수 12]

[수 13]

여기에서, 용접 시간(tn)은 기본식 (1) 및 식 (10)에서 다음 식이 된다.

[수 14]

도 4c에서 나타내는 용접선(WL)과 용접 궤적선(TWL)의 상대 거리의 최대값(maxΔd)이, 용접 와이어 직경의 2배 이하이면, 간이적으로 식 (11), 식 (12) 및 식 (13)을 사용하여 로봇 본체(110)의 3방향의 이동 속도를 제어하여도, 식 (7), 식 (8) 및 식 (9)를 사용했을 때와 동일한 효과가 얻어진다.

[가이드 레일이 곡선 형상인 경우에 있어서의 3방향마다의 이동 속도를 구하는 방법]

이하, 도 4d 및 도 4e에서 나타낸 곡선 형상의 가이드 레일(120)에 있어서의 용접선 위치 검지점(T_n) 사이의 용접 속도의 제어에 있어서, 도 9a 내지 도 9d를 참조하여, 용접 속도(W)를 구하는 방법을 최초에 설명한다. 그 후, 상기 X방향, Y방향, Z방향의 3방향마다의 이동 속도를 구하는 방법을 설명한다.

도 9a는 곡선 형상의 가이드 레일(120) 상에 있어서의 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211)의 선단이, 용접선 위치 검지점(T_n) 사이를 이동할 때의 용접 속도(W)및 용접 거리(DW_n)의 설명도이다. 도 9b는 도 9a에 도시하는 Ⅸ 부분을 확대하여, 용접선 위치 검지점(T_n) 사이(T_n-1 내지 T_n)의 임의점에 있어서의 용접 속도(W)와, 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211)의 선단의 3방향(X방향, Y방향 및 Z방향)에 있어서의 이동 속도(AX, VY, VZ)와, 곡선 형상의 가이드 레일(120) 상을 주행하는 로봇 본체 주행 속도(VX)의 관계를 설명한 도면이다. 도 9c는 도 9b를 XY 평면으로 나타낸 도면이다. 도 9d는 용접 거리(DW_n)와, 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211)의 선단의 3방향(X방향, Y방향 및 Z방향)에 있어서의 이동 거리(ADX_n, VDY_n, VDZ_n)와, 곡선 형상의 가이드 레일(120) 상을 주행하는 로봇 본체 주행 거리(VDX_n)의 관계를 나타낸 설명도이다.

우선, 도 9a 내지 도 9d에 나타내는 기호와 식의 부호에 대해 설명한다.

VX: 용접선 위치 검지점(T_n-1)으로부터 T_n으로 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단이 이동할 때에, 가이드 레일(120) 상을 주행하는 로봇 본체(110)의 이동 속도

AX: 용접선 위치 검지점(T_n-1)으로부터 T_n으로 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단이 이동할 때의, X방향의 이동 속도

VDX_n: 용접선 위치 검지점(T_n-1)으로부터 T_n까지 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단이 이동했을 때의, 가이드 레일(120) 상을 주행하는 로봇 본체(110)의 이동 거리이며, 센싱 공정으로 얻어지는 검지 데이터

ADX_n: 용접선 위치 검지점(T_n-1)으로부터 T_n까지 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단이 이동할 때의, X방향의 이동 거리

GR: 곡선 형상의 가이드 레일 반경이며, 미리 용접 조건 취득부(603)에 입력하는 수치

O: 곡선부의 곡률 중심

YR_n-1: 용접선 위치 검지점(T_n-1)으로부터 곡률 중심(O)까지의 XY 평면 상의 거리이며, 센싱 공정으로 얻을 수 있는 검지 데이터

YR: 용접선 위치 검지점(T_n-1)을 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단이 시작하고 나서 t초 후에 위치한 점(도면 중의 Q점)으로부터 곡률 중심(O)까지의 XY 평면상의 거리

VDY: 용접선 위치 검지점(T_n-1)을 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단이 시작하고 나서 t초 후에 위치한 점(도면 중의 Q점)에서의 Y방향의 이동 거리

또한, 그 외의 기호는 도 8a, 도 8b 및 도 8c와 마찬가지이다.

앞에서 설명한 직선 형상의 가이드 레일의 경우는, 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단 X방향의 이동 속도와 이동 거리는, 로봇 본체(110)가 주행하는 이동 속도와 이동 거리와 각각 동일했지만, 곡선 형상의 가이드 레일의 경우에는 상이하기 때문에, 구별하여 그 관계를 설명한다. 즉 도 9b, 도 9c 및 도 9d에 나타내는 바와 같이, 곡률 중심(O)을 중심으로 곡선 형상 가이드 레일 상을 주행하는 로봇 본체(110)의 주행방향의 이동 속도(VX) 및 이동 거리(VDX_n)와, 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단의 X방향의 이동 속도(AX) 및 이동 거리(ADX_n) 사이에는, 가이드 레일 반경(GR)과 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단으로부터 곡률 중심(O)까지의 XY 평면 상의 거리(YR 및 YR_n-1)의 비의 비율로서, 다음과 같은 관계식이 성립된다.

[수 15]

[수 16]

또한, 도 9c에 나타내는 바와 같이, YR_n-1과 YR에는 VDY를 포함하며, 다음의 관계식이 된다.

[수 17]

이상으로부터, 곡선 형상 가이드 레일의 경우와 동일하게, 용접 속도를 구하고 나서, 로봇 본체(110)의 3방향(X방향, Y방향, Z방향)의 용접 와이어(211) 선단의 이동 속도를 제어하는 수식을 하기 식에 의해 구할 수 있다.

도 9d에서, T_n-1 내지 T_n까지의 2점 사이의 용접 거리(DW_n)는 ADX_n, VDY_n, VDZ_n의 합성에 의해 근사하여 구할 수 있다. 또한, 식 (14")도 대입하면, 식 (4)와 동일하게 구하며, 용접 거리(DW_n)는 다음 식이 된다.

[수 18]

식 (15)를 이용하여, 용접 속도의 가속도(a)와 용접선 위치 검지점(T_n-1)을 시작하고 나서 t초 후의 용접 속도(W)는 식 (5) 및 식 (6)과 같이 다음 식이 된다.

[수 19]

[수 20]

다음에, 용접 속도(W)로부터 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단의 3방향의 이동 속도(AX, VY, VZ)를 구한다. 도 9b에 나타내는 바와 같이, 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단의 3방향의 이동 속도(AX, VY, VZ)는 용접 속도(W)의 3방향의 속도 성분이 된다. 각 방향의 속도 성분은, 용접 거리(DW_n)에 대한 각 3방향의 이동 거리(ADX_n, VDY_n, VDZ_n)의 비율에, 용접 속도(W)를 곱한 하기 식에 의해 나타난다.

[수 21]

[수 22]

[수 23]

로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단의 Y방향 및 Z방향의 이동 속도(VY 및 VZ)는, 본체부(112)의 구동부와 용접 토치(200)는 직결되어 있기 때문에, 본체부(112)의 구동부에 있어서의 Y방향 및 Z방향의 이동 속도와 동일하게 된다. 식 (16)의 이동 속도(AX)에 대해서는, 또한 식 (14'), 식 (14") 및 식 (14''')를 대입하여 정리하면, 다음 식에서 나타내는, 로봇 본체(110)의 주행방향의 이동 속도(VX)가 구해진다.

[수 24]

식 (18')의 VDY(용접 와이어(211) 선단이 t초 후에 위치한 점에서의 Y방향의 이동 거리)는, 식 (17)에서 Y방향의 이동 속도가 구해지므로, 기초식 (2)를 사용하여 정리하면, 다음 식이 된다.

[수 25]

이상에 의해, 직선 형상의 가이드 레일(120)의 경우와 마찬가지로, T_n-1 내지 T_n의 2점 사이에서, 용접선 위치 검지점(T_n-1)을 용접 속도(W_n-1)로 용접 시작하고 나서, 용접선 위치 검지점(T_n)에서 용접 속도(Wn)에 도달하도록, 로봇 본체(110)의 3방향의 이동 속도(VX, VY, VZ)를 제어하는, 식 (17), 식 (18) 및 식 (18')을 얻을 수 있다. 이와 같이, 이웃하는 개선 형상 검지 위치(P_n) 사이에서, 미리 로봇 본체(110)의 3방향의 이동 속도(VX, VY, VZ)를 계산할 수 있으므로, 데이터 보지부(601)에 계산 결과를 보지하고, 계산 결과에 근거하여, 로봇 본체(110)의 구동을 제어한다. 그 결과, 도 7a에 나타내는 바와 같은, 용접 속도(W_n)의 변화가 되어, T_n-1 내지 T_n의 2점 사이의 용접 개선 내에서는, 개선 형상의 변화에 맞추어 용접 속도(W_n)가 변화하고, 용접 개선 내의 용접 금속의 높이는 일정하게 보지되어, 도 8d를 이용하여 나타낸 것과 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 최종 마무리에서는, 용접 금속의 폭과 덧붙임 높이는 용접 품질의 기준에 합격하는 용접 이음을 얻을 수 있어서, 정밀도가 높은 용접을 실시할 수 있다.

또한, 도 4e에서 나타내는 용접선(WL)과 용접 궤적선(TWL)의 상대 거리의 최대값(maxΔd)이, 용접 와이어 직경의 2배 이하라면, 용접 속도(W) 및 용접 거리(DW_n)는 용접선 위치 검지점(T_n-1)으로부터 T_n으로 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단이 이동할 때의 X방향의 이동 속도(AX)와 이동 거리(ADX_n)와 동일하게 간주하여도 좋다. 이 경우, [AX=W]이므로, 로봇 본체(110)의 용접 와이어(211) 선단이 X방향으로 이동할 때의 가속도를 ax로 하면, 기본식 (3)에서 다음 식이 된다.

[수 26]

식 (14")를 대입하면, 가속도(ax)는 다음 식이 된다.

[수 27]

식 (20)을 사용한 기본식 (1)으로 AX를 구하고, 식 (14'), 식 (14''')를 대입하면, 로봇 본체(110)의 주행방향의 이동 속도(VX)가 다음 식으로 구해진다.

[수 28]

Y방향 및 Z방향의 이동 거리(VDY_n, VDZ_n)는 근소한 거리로 간주하고, Y방향 및 Z방향의 이동 속도(VY, VZ)는 등속도로 이동하는 것으로 하여 다음 식이 된다.

[수 29]

[수 30]

여기에서, 용접 시간(t_n)은 기본식 (1) 및 식 (20)에서 다음 식이 된다.

[수 31]

또한, 식 (21)의 VDY(용접 와이어(211) 선단이 t초 후에 위치한 점에서의 Y방향의 이동 거리)는, 식 (22)에서 이동 속도가 구해지므로, 다음 식이 된다.

[수 32]

이와 같이, 도 4e에서 나타내는 용접선(WL)과 용접 궤적선(TWL) 상대 거리의 최대값(maxΔd)이, 용접 와이어 직경의 2배 이하라면, 간이적으로 식 (21), 식 (22) 및 식 (23)을 사용하여, 로봇 본체(110)에 있어서의 3방향의 이동 속도를 제어하여도, 식 (17), 식 (18) 및 식 (18')을 이용한 경우와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

이상과 같이, 개선(10)이 사행하여, 더욱 개선 형상이 변화하는 용접에 대해, 직선 형상 및 곡선 형상의 가이드 레일을 사용하여도, 가반형 용접 로봇(100)에 의해, 용접선(WL)을 따르면서, 개선 형상의 변화에 따라서, 용접 개선 내의 용접 금속의 높이를 일정하게 보지하여, 양호한 용접 품질을 얻으면서 용접이 가능해진다. 최종 용접 이음의 마무리에서는, 용접 금속의 폭과 덧붙임 높이는, 용접 품질의 기준에 합격하는 용접 이음을 얻을 수 있어서, 정밀도가 높은 용접을 실시할 수 있다.

다음에, 본 발명의 실시예를 나타내는 도 10은, 도 3에 도시하는 가반형 용접 로봇(100)이 각형 강관에 장착된 경우의 사시도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 가이드 레일(120)은 다각형 강관의 워크(W_o)에 대해, 강관 외면을 둘레방향을 따라서 장착되어 있다. 이 경우, 가이드 레일(120)은 장착 부재(140)를 거쳐서 강관 외면을 일주하도록 마련되어 있으며, 직선부(121)와 곡선부(122)를 갖는 형상으로 되어 있다. 또한, 가반형 용접 로봇(100)은 가이드 레일(120) 상에 용접 토치(200)를 하방을 향한 상태로 장착되어 있다.

도 10에 도시하는 가이드 레일(120)에 있어서는, 직선부(121)와 곡선부(122)에서 가이드 루트가 변하는 경계 영역(128)을 갖고 있다. 이 경우에 있어서의 개선 형상 검지 위치(P_n)(용접선 위치 검지점(T_n)을 포함함)는, 경계 영역(128)에 대응하는 위치를 포함하도록 설정되어 있다. 이에 의해, 경계 영역(128)에 대응한 개선 형상 정보를 취득할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 가이드 레일(120)에 의한 가반형 용접 로봇(100)의 안내 루트가 변화하는 경계 영역(128)에, 적어도 1개의 개선 형상 검지 위치(P_n)를 마련하고, 경계 영역(128)에 마련한 개선 형상 검지 위치(P_n)의 직전 또는 직후에 있어서, 용접 조건을 제어하는 구간을 마련하는 것이 바람직하다.

도 11에 있어서는, 도 10을 바로 위로부터 보았을 때의 가이드 레일(120) 및 각형 강관의 1/4 코너부의 영역에 있어서의, 가이드 레일(120)과 개선(10)의 위치 관계가 나타나 있다. 로봇 본체(110)가 직선부(121)로부터 곡선부(122)를 향하여 주행하는 경우, 직선부(121)에서는, 용접 속도(W)와 로봇 본체(110)에 있어서의 주행방향(X방향)의 이동 속도(VX)는 동일하지만, 경계 영역(128)을 통과하고 나서는, 로봇 본체(110)는 곡선부(122)의 곡률 중심(O)을 중심으로 주행하기 때문에, 경계 영역(128)에 있어서(도면 중의 개선 형상 검지 위치(P_n)점에 있어서) 용접 속도(W)를 원활하게 연결하려면, [GR/YR_n]분 만큼, 로봇 본체(110)에 있어서의 주행방향의 이동 속도(VX)를 급격하게 변화시킬 필요가 있다.

본 실시예에서는, 로봇 본체(110)에 있어서의 X방향의 이동 속도(VX)가 급격하게 변화하는 것을 피하기 위해, 경계 영역(128)에 마련한 개선 형상 검지 위치(P_n)의 직전 또는 직후에 있어서, 이동 속도(VX)가 급격하게 변화하지 않아도, 개선(10) 내의 용접 금속의 높이가 경계 영역(128)의 전후로 일정하게 되도록, 용접 조건을 제어하는 구간을 마련하도록 했다. 또한 경계 영역(128)에, 적어도 1개의 개선 형상 검지 위치(P_n)를 마련하고 있지 않으면, 이동 속도(VX)가 급격하게 변화하는 위치를 알지 못하여, 상기의 경계 영역(128) 전후에서의 용접 조건의 제어도 할 수 없으므로, 불안정한 용접이 되어 버린다.

즉, 본 실시예에서는, 도 10과 같은 직선부(121)와 곡선부(122)를 갖는 가이드 레일(120)의 안내 루트의 변화 위치에 대응한 데이터 수집이 가능하고, 정확한 검지 데이터를 취득할 수 있어서, 개선(10) 내의 용접 금속의 높이가 일정하게 되는 정밀도가 높은 용접 제어가 가능하게 된다.

계속해서, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 용접 속도(W_n)를 단계적으로 변화시킨 경우의, 용접 속도(W_n)와 로봇 본체(110)에 있어서의 3방향의 이동 속도(VX, VY, VX)를 구하는 방법에 대해, 도 4b의 직선 형상의 가이드 레일을 이용한 경우의 실시예로서 도 12를 이용하여 설명한다.

도 12와 같이, 용접 거리(DW_n)를 균등 분할한 횡축에 대해, 균등 분할한 거리의 사이는 등속도의 용접 속도가 되도록 단계적으로 변화시키도록 제어한다. 우선, 용접 거리(DW_n)를 미리 설정한 분할 거리(Q)로 나누어, 분할 수(m)를 구한다.

[수 33]

또한, 분할 수(m)는 식 (25)를 사사오입하여 정수값으로 한다.

다음에, 인접하는 용접선 위치 검지 위치 사이(P_n-1, P_n)의 용접 속도의 차이를 분할 수(m)로 나누어, 분할 거리(Q)마다의 증가분이 되는 용접 속도(ΔW)를 구한다.

[수 34]

도 12의 종축은 분할 수(m)가 증가할 때마다, 용접 속도의 증가분(ΔW)만큼 증가하여, 분할 거리(Q)의 사이는 일정한 용접 속도가 되도록 한다. 식으로 나타내면, 다음 식이 된다.

[수 35]

여기에서, k는 0 내지 m의 정수값이다.

이에 의해, 도 12에 나타내는 용접선 위치 검지점(T_n) 사이에서의 계단적인 용접 속도의 제어도가 얻어진다. 단, 용접 속도의 증가분(ΔW)은 용접에 영향이 없는 범위가 되도록, 분할 거리(Q)는 설정된다.

마찬가지로, 로봇 본체(110)의 3방향(X, Y, Z)의 이동 속도(VX, VY, VZ)도 분할 수(m) 개로 분할하고, 식 (27)과 동일하도록 구하고, 도 12의 종축을 3방향(X, Y, Z)의 이동 속도로 치환하면, 로봇 본체(110)의 3방향(X, Y, Z)의 이동 속도의 제어도가 얻어진다. 이와 같이 얻은 로봇 본체(110)에 있어서의 3방향(X, Y, Z)의 단계적인 이동 속도의 제어로, 도 12에 나타내는 단계적인 용접 속도의 제어를 실시할 수 있게 된다.

이와 같이, 용접선 위치 검지 위치 사이(P_n-1, P_n)의 용접 속도를, 단계적으로 변화하는 일정 속도의 집합체로 간주하는 것에 의해, 가반형 용접 로봇(100)의 제어를 간편하게 취급할 수 있다. 상술한 바와 같이, 도 7a나 도 7b와 같은 용접 속도의 제어법에서는, 용접 속도의 가속도 등을 구하여 미리 수식화할 필요가 있었다. 그러나, 도 7c에 나타내는 바와 같은, 용접 속도를 단계적으로 변화시키는 제어법에서는, 센싱 공정으로 얻어지는 검지 데이터와 용접 조건 취득부(603)에서 산출하는 용접선 위치 검지 위치(P_n-1, P_n)의 용접 속도(W_n-1, W_n)의 정보를 간단한 수식으로 산출하는 것만으로도 제어 데이터를 취득할 수 있다. 또한, 후술하는 위빙 용접에서는 유효한 제어법이다.

그런데, 용접 개선에서는 도 5에 도시하는 바와 같이, 루트 갭(G)이 존재하기 때문에, 용접할 때에는, 양 개선 측면(11, 12) 방향으로 충분한 용입 폭을 확보하여, 개선 내의 용접 금속이 용접방향에 대해 일정한 높이가 되도록, 로봇 본체(110)는 X방향으로 나아가면서 용접 토치(200)를 루트 갭(G) 내에서 요동하는, 이른바, 도 13에 도시하는 바와 같은 위빙 용접을 실행한다. 도 13에 있어서의, 톱니 형상의 궤적이 위빙선(UL)이며, 위빙선(UL)의 Y방향에 있어서의 이동 거리(YO_n-1 및 YO_n)는 위빙 폭을 나타내고 있다. Y방향에 있어서의 이동 거리(YO_n-1 및 YO_n)는, 개선 형상 검지 위치(P_n-1, P_n)의 개선 형상 검지 시에 취득할 수 있는 루트 갭(G)의 크기에 의해 설정되며, 이전의 위빙 폭은 YO_n-1 내지 YO_n에 점근하도록 설정된다.

위빙은 로봇 본체(110)에 있어서의 Y방향의 왕복 운동에 의해 실행되지만, 원래, 개선 형상 검지 위치(P_n-1, P_n) 사이에서의 Y방향의 이동량도 고려되어 설정된다. 또한, 위빙의 주기(도 13 중의, 2×Q분의 길이)는 용접 거리(DW_n)를 균등 분할한 분할 거리(Q)마다 타이밍을 맞추어 설정된다. 이 때, 앞에서 설명한 계단적인 용접 속도의 제어가 유효가 된다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 분할 거리(Q)마다 위빙의 반주기(半周期)를 맞추어, 이 분할 거리(Q)의 사이의 위빙 속도(즉, 로봇 본체(110)에 있어서의 Y방향의 이동 속도이며, 방향이 플러스와 마이너스의 교대로 됨)도 일정하게 되도록 설정한다. 이렇게 하는 것에 의해, 분할 거리(Q)의 사이는, 용접 속도 및 위빙 속도 모두 일정 속도가 되어, 분할 거리(Q)마다, 용접 속도 및 위빙 속도 모두 단계적으로 변화하도록 제어할 수 있다.

일반적인 아크 용접에서는, 위빙에 의해 충분한 용입 폭을 확보하여, 용접 금속의 높이를 일정하게 하려면, 분할 거리(Q)는 수 밀리 단위로 설정될 필요가 있다. 본 실시예에서는 분할 거리(Q)는 1㎜ 내지 3㎜로 설정되어 있다. 또한, 오실레이션 폭도, YO_n-1로부터 YO_n으로 점근하도록 위빙의 반주기마다 세밀하게 설정할 필요가 있다. 용접의 길이가 길어지면, 위빙 회수도 팽대(膨大)하게 되어, 가반형 용접 로봇(100)의 제어가 번잡화되어 버린다.

상기와 같이, 분할 거리(Q)마다, 용접 속도와 위빙 속도를 일정 속도로 정확하게 설정하여 제어하는 것에 의해, 실수 없이 정밀도가 높은 제어가 가능해진다. 현장 용접에서는, 개선(10)을 형성하는 조립장착 작업의 정밀도에 의해, 개선 형상 검지 위치(P_n-1, P_n) 사이에서는 개선 형상은 변화하여, 개선(10)도 사행한 상태가 존재한다. 또한, 가이드 레일 설치 정밀도에 의한 어긋남도 발생하는 중, 이와 같이, 분할 거리(Q)마다 용접 속도와 위빙 속도를, 일정 속도로 정확하게 설정하여 제어하는 것에 의해, 양호한 용접 품질을 얻을 수 있어서, 용접 준비 작업시에서의 가이드 레일(120) 및 가반형 용접 로봇(100)의 위치 조정이 용이하게 되어, 작업 효율이 양호한 용접을 실행할 수 있다.

본 발명은 상기 실시형태로 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라서 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시형태의 용접 시스템(50)에 있어서는, 로봇 본체(110)를 가이드 레일(120) 상에 1대 마련하는 구성으로 했지만, 로봇 본체(110)를 복수 마련하도록 하여도 좋다.

상기 실시형태에 있어서는, 터치 센서를 이용한 센싱을 실시했지만, 그 외 레이저 센서, 시각 센서 등, 또는 그 조합에 의해 센싱을 실행하여도 좋다.

상기 실시형태에 있어서는, 용접 조건의 설정에 제공하는 데이터는, 자동 센싱에 의해 자동 설정하는 구성으로 했지만, 각 개선 형상의 검지에 설정되는 용접 조건은, 티칭 등에 의해, 미리 제어 장치(600)에 입력하여도 좋다. 예를 들면, 제어 장치(600) 내에 개선 형상 정보와 용접 조건 데이터의 데이터 베이스를 기록시켜두고, 센싱으로 얻어진 개선 형상의 검지 데이터를 기초로, 데이터 베이스로부터 도출되는 최적인 용접 조건을 자동 설정하여도 좋다. 또한, 기계 학습 또는 딥 러닝 등으로 학습한 AI(Artificial　Intelligence) 학습이 끝난 모델에 센싱으로 얻어진 개선 형상 정보를 입력하여, 최적인 용접 조건을 출력시키도록 하여도 좋다.

이상과 같이, 본 명세서에는 다음 사항이 개시되어 있다.

(1) 가이드 레일을 따라서 이동하는 가반형 용접 로봇을 이용하여, 개선을 갖는 워크를 용접하기 위한 용접 제어 방법에 있어서,

용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을, 상기 가이드 레일 상을 이동하는 상기 가반형 용접 로봇이 갖는 검지 수단을 거쳐서 센싱하는 센싱 공정과,

상기 센싱 공정으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출 공정과,

상기 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득하는 용접 조건 취득 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (1)에 의하면, 개선에 대해 가이드 레일 및 가반형 용접 로봇이 설치된 상태에서 얻는 개선 형상 검지 위치에서의 검지 데이터에 근거하여, 개선 형상 정보를 취득하고, 상기 개선 형상 정보에 근거하여 용접 조건을 설정하기 때문에, 개선 형상 검지 위치마다의 개선 형상의 변화나 가이드 레일과 개선의 위치 관계는, 검지 데이터 내에 포함되는 것으로 고려되어, 정확한 수치에 근거하여 용접 조건을 취득할 수 있다. 이에 의해, 개선 형상의 변화나 가이드 레일 설치 정밀도에 영향을 받는 일이 없는 용접 제어에 의해 용접할 수 있다. 그 결과, 정밀도가 높은 용접을 실행할 수 있다. 용접 작업면에서는, 개선 형상을 형성할 때의 워크의 조립 장착 작업이 용이하게 되고, 또한 용접 준비 작업시에 있어서의 가이드 레일 및 가반형 용접 로봇의 위치 조정이 용이하게 되어, 작업 효율이 양호한 용접을 실행할 수 있다.

(2) 상기 개선 형상 검지 위치와, 상기 워크 상에 미리 정해진 용접선의 교점을, 용접선 위치 검지점으로 하고, 인접하는 상기 용접선 위치 검지점 사이를 용접할 때의 용접의 궤적을 용접 궤적선으로 하는 경우에 있어서,

상기 용접선과 상기 용접 궤적선의 상대 거리의 최대값이, 용접 와이어 직경의 2배 이하가 되도록 상기 개선 형상 검지 위치를 설정하는, 상기 (1) 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (2)에 의하면, 본래 정해진 용접선에 대해, 양호한 용접 품질을 유지하면서 허용 오차가 있는 용접을 실행할 수 있다.

(3) 상기 개선 형상 검지 위치 사이에서 상기 용접 조건의 변화가 생기는 경우에 있어서,

상기 개선 형상 검지 위치마다 취득된 상기 용접 조건의 값에 따라서, 상기 개선 형상 검지 위치 사이에서 상기 용접 조건을, 직선 형상, 스텝 형상, 곡선 형상 중 적어도 1개로 변화시키도록 제어하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (3)에 의하면, 개선 형상 검지 위치 사이에서 용접 조건이 크게 변화한 경우여도, 용접 조건을 서서히 변경할 수 있어서, 개선 형상 검지 위치 사이에서의 용접 조건의 급격한 변화를 회피하고 매끄러운 용접이 가능하게 된다. 그 결과, 정밀도가 높은 용접을 실시할 수 있다.

(4) 상기 용접 조건 중 적어도 1개는 용접 속도이며,

상기 가반형 용접 로봇의 이동방향을 X방향,

상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 폭방향을 Y방향,

상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 깊이방향을 Z방향으로 하는 경우에,

상기 X방향, 상기 Y방향, 상기 Z방향의 3방향마다 취득된 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 상기 용접 속도의 값에 따라서, 상기 3방향마다의 이동 속도를 산출하고,

상기 3방향마다의 이동 속도에 의해, 상기 개선 형상 검지 위치 사이의 상기 용접 속도를 제어하는, 상기 (3)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (4)에 의하면, 각 방향의 제어에 의해 개선 형상의 세밀한 변화에 대응한 제어를 할 수 있다. 또한, 용접 조건의 제어가 가반형 용접 로봇의 이동방향의 용접 속도뿐만이 아니므로, 가이드 레일 설치의 정밀도, 개선 형상 등에 의한 용접 위치 어긋남의 영향을 작게 할 수 있어서, 정밀도가 높은 용접을 실시할 수 있다.

(5) 상기 용접 조건 중 적어도 1개는 용접 속도이며,

상기 가반형 용접 로봇의 이동방향을 X방향,

상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 폭방향을 Y방향,

상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 깊이방향을 Z방향으로 하는 경우에,

상기 X방향, 상기 Y방향, 상기 Z방향의 3방향마다 취득된 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 상기 용접 속도의 값에 따라서, 상기 3방향마다의 이동 속도를 산출하고,

상기 개선 형상 검지 위치 사이의 용접 거리 또는 이동 시간을 2개 이상의 구간으로 분할하고, 각 분할점의 상기 3방향마다의 이동 속도에 의해, 상기 각 분할점의 용접 속도를 산출하고,

상기 분할점마다의 용접 속도를 일정하게 하여, 상기 개선 형상 검지 위치 사이의 용접 속도를 스텝 형상으로 변화하도록 제어하는, 상기 (3)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (5)에 의하면, 각 방향(X방향, Y방향, Z방향)의 제어에 의해 개선 형상의 세밀한 변화에 대응한 제어를 용이하게 할 수 있다. 또한, 용접 조건의 제어가 가반형 용접 로봇의 이동방향의 용접 속도뿐만이 아니므로, 가이드 레일 설치의 정밀도, 개선 형상 등에 의한 용접 위치 어긋남의 영향을 작게 할 수 있어서, 정밀도가 높은 용접을 실시할 수 있다.

(6) 상기 가이드 레일의 직선부와 곡선부의 경계 영역, 또는, 상기 가이드 레일의 곡선부에 있어서의 곡률이 변화하는 경계 영역에, 적어도 1개의 상기 개선 형상 검지 위치를 마련하는, 상기 (2)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (6)에 의하면, 가이드 레일에 의한 가반형 용접 로봇의 안내 루트가 변화하는 경계 영역에 대응하여, 적어도 1개의 개선 형상 검지 위치를 마련하므로, 가이드 레일의 안내 루트의 변화 위치에 대응한 데이터 수집이 가능하여, 정확한 검지 데이터를 취득할 수 있다. 그 결과, 정밀도가 높은 용접 제어가 가능하게 된다.

(7) 상기 경계 영역에 마련한 상기 개선 형상 검지 위치의 직전 또는 직후에 있어서, 상기 용접 조건을 제어하는 구간을 마련하는, 상기 (6)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (7)에 의하면, 개선 형상 검지 위치마다 얻은 검지 데이터를 기초로, 상기 개선 형상 검지 위치에 가까운 직전 또는 직후의 제어 구간에서 용접 조건을 제어하는 것에 의해, 실제 개선의 검지 데이터를 얻은 부위로부터 가까운 위치에서 용접 품질을 저해하는 일이 없이 제어를 할 수 있어서, 정밀도가 높은 용접이 가능하게 된다.

(8) 상기 용접 조건으로서 위빙 조건, 용접 속도 및 용접 전류 중 적어도 1개를 선택하고,

상기 개선 형상 검지 위치 사이의 상기 개선 형상 정보를 기초로, 상기 개선 내의 용접 금속이 용접방향에 대하여 일정한 높이가 되도록, 상기 위빙 조건, 상기 용접 속도 및 상기 용접 전류 중 적어도 1개를 제어하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (8)에 의하면, 용융면의 높이의 안정화가 도모되어, 용접 작업의 정밀도 향상 및 용접 품질을 높일 수 있다.

(9) 상기 센싱 공정은, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 상기 개선 형상의 센싱에 부가하여, 상기 워크에 있어서의 상기 개선이 마련되는 측의 워크 표면, 및 상기 워크의 용접선 방향에 있어서의 워크 단부 중 적어도 1개의 센싱을 포함하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (9)에 의하면, 개선 형상 뿐만 아니라 개선의 주변의 전체 형상을 파악할 수 있다. 그 결과, 보다 많은 검지 데이터에 근거하는 용접 조건을 취득할 수 있어서, 고정밀도의 용접을 실시할 수 있다.

(10) 상기 센싱은 터치 센싱이며,

상기 개선 형상 검지 위치에서, 상기 개선의 횡단면을 따라서 배치되는 검지점을, 상기 개선에 있어서의 루트 갭 및 양측의 개선 측면 상에 적어도 5점 마련하고,

상기 검지점으로부터 얻어지는 상기 검지 데이터를 기초로 상기 개선 형상 정보를 산출하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (10)에 의하면, 개선 형상을 정확하게 파악한 용접 제어를 할 수 있어서, 정밀도가 높은 용접을 실행할 수 있다.

(11) 상기 용접선은 상기 개선 형상에 있어서의 양측의 개선 측면 중 어느 한쪽의 개선단인, 상기 (2)에 기재된 가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.

상기 (11)에 의하면, 개선의 실제 형상 변화를 정확하고 용이하게 검지할 수 있어서, 신속하고 정확한 용접 제어가 가능하게 된다. 그 결과, 용접의 정밀도를 높일 수 있다.

(12) 가이드 레일에 따라서 이동하는 가반형 용접 로봇을 이용하여, 개선을 갖는 워크를 용접하기 위한 용접 제어 장치에 있어서,

용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을, 상기 가이드 레일 상을 이동하는 상기 가반형 용접 로봇이 갖는 검지 수단을 거쳐서 센싱하는 센싱 공정으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출부와,

상기 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득하는 용접 조건 취득부를 갖는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 용접 제어 장치.

상기 (12)에 의하면, 용접 제어 장치는, 개선에 대해 가이드 레일 및 가반형 용접 로봇이 설치된 상태에서, 가반형 용접 로봇 상의 검지 수단을 거쳐서 개선의 센싱을 실행하고, 센싱으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하고, 산출한 개선 형상 정보를 기초로 용접 조건을 취득하여 용접 제어가 가능하다. 그 결과, 용접 제어 장치는 개선 형상의 변화나 가이드 레일 설치의 정밀도에 영향을 받는 일이 없이 고정밀도의 용접 제어가 가능하며, 가이드 레일의 설치 정밀도를 높일 필요가 없으므로, 용접 작업성을 높일 수 있다.

(13) 가이드 레일 상을 이동하면서 개선을 갖는 워크를 용접하는, 상기 (12)에 기재된 용접 제어 장치에 의해 제어되는 가반형 용접 로봇에 있어서,

상기 가이드 레일 상에 세팅된 상태에서, 용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을 센싱하는 검지 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇.

상기 (13)에 의하면, 가반형 용접 로봇은, 개선을 센싱하는 검지 수단을 가지며, 개선에 대해 가이드 레일 상에 세팅된 상태에서, 검지 수단을 거쳐서 개선의 센싱을 실행하고, 센싱으로 얻은 검지 데이터를 기초로 하여, 용접 제어 장치에 있어서 산출된 개선 형상 정보로부터 얻어지는 용접 조건을 기초로 하여 제어되므로, 개선 형상의 변화나, 가이드 레일 설치의 정밀도에 영향을 받는 일이 없이, 고정밀도의 센싱이 가능하다. 또한, 가반형 용접 로봇은 고정밀도의 센싱으로 취득된 용접 조건에 기초하여 제어되므로, 고정밀도로 제어 가능하며, 용접 품질을 높일 수 있어서, 가반형 용접 로봇은 가이드 레일의 설치 정밀도를 높일 필요가 없으므로, 용접 작업성을 높일 수 있다.

(14) 가이드 레일 상을 이동하면서 개선을 갖는 워크를 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇의 동작을 제어 가능한 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템에 있어서,

상기 가반형 용접 로봇은, 용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을 센싱하는 검지 수단을 가지며,

상기 용접 제어 장치는, 상기 센싱으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출부와, 상기 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득하는 용접 조건 취득부를 갖는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 용접 시스템.

상기 (14)에 의하면, 용접 시스템은 개선에 대해 가이드 레일 및 가반형 용접 로봇이 설치된 상태에서, 가반형 용접 로봇 상의 검지 수단을 거쳐서 얻는 검지 데이터, 또한 검지 데이터를 기초로 산출된 개선 형상 정보로부터 얻어지는 용접 조건에 의해, 가반형 용접 로봇에 의한 용접을 제어하므로, 개선 형상의 변화나 가이드 레일 설치의 정밀도에 영향을 받는 일이 없이 고정밀도의 용접 가능하다. 또한, 용접 시스템은 가이드 레일의 설치 정밀도를 높일 필요가 없으므로, 용접 작업성을 높일 수 있다.

이상, 도면을 참조하면서, 각종 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자이면, 특허청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예를 고안할 수 있는 것은 명확하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 또한, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 상기 실시형태에 있어서의 각 구성 요소를 임의로 조합하여도 좋다.

또한, 본 출원은 2019년 8월 7일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제 2019-145780호)에 근거하는 것으로서, 그 내용은 본 출원 내에 참조로서 원용된다.

10: 개선 10_e: 용접 종료점
10_s: 용접 개시점 11, 12: 개선 측면
11_e, 12_e: 개선 단연 50: 용접 시스템
100: 가반형 용접 로봇 110: 로봇 본체
120: 가이드 레일 121: 직선부
122: 곡선부 128: 경계 영역
200: 용접 토치 211: 용접 와이어
300: 송급 장치 400: 용접 전원
500: 실드 가스 공급원 600: 제어 장치
603: 용접 조건 취득부
DW_n: 용접선 위치 검지점(T_n-1 내지 T_n)까지의 2점 사이의 용접 거리
G: 루트 갭 L: 워크 단부(W_e) 사이의 거리
P_n: 개선 형상 검지 위치 P_s: 제 1 개선 형상 검지 위치
P_e: 제 2 개선 형상 검지 위치
T: 이동 시간 T_n: 용접선 위치 검지점
TWL: 용접 궤적선 W_e: 워크 단부
W_o: 워크 W_i, W_u: 워크 표면
WL: 용접선

Claims (14)

1. 가이드 레일을 따라서 이동하는 가반형 용접 로봇을 이용하여, 개선을 갖는 워크를 용접하기 위한 용접 제어 방법에 있어서,
   용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을, 상기 가이드 레일 상을 이동하는 상기 가반형 용접 로봇이 갖는 검지 수단을 거쳐서 센싱하는 센싱 공정과,
   상기 센싱 공정으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출 공정과,
   상기 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득하는 용접 조건 취득 공정을 갖고,
   상기 개선 형상 검지 위치와, 상기 워크 상에 미리 정해진 용접선의 교점을, 용접선 위치 검지점으로 하여, 인접하는 상기 용접선 위치 검지점 사이를 용접할 때의 용접의 궤적을 용접 궤적선으로 하는 경우에 있어서,
   상기 용접선과 상기 용접 궤적선의 상대 거리의 최대값이 용접 와이어 직경의 2배 이하가 되도록 상기 개선 형상 검지 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는
   가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 개선 형상 검지 위치 사이에서 상기 용접 조건의 변화가 생기는 경우에 있어서,
   상기 개선 형상 검지 위치마다 취득된 상기 용접 조건의 값에 따라서, 상기 개선 형상 검지 위치 사이에서, 상기 용접 조건을 직선 형상, 스텝 형상, 곡선 형상 중 적어도 1개로 변화시키도록 제어하는
   용접 로봇의 용접 제어 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 용접 조건 중 적어도 하나는 용접 속도이며,
   상기 가반형 용접 로봇의 이동방향을 X방향,
   상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 폭방향을 Y방향,
   상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 깊이방향을 Z방향으로 하는 경우에,
   상기 X방향, 상기 Y방향, 상기 Z방향의 3방향마다 취득된 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 상기 용접 속도의 값에 따라서, 상기 3방향마다의 이동 속도를 산출하고,
   상기 3방향마다의 이동 속도에 의해, 상기 개선 형상 검지 위치 사이의 상기 용접 속도를 제어하는
   가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 용접 조건 중 적어도 하나는 용접 속도이며,
   상기 가반형 용접 로봇의 이동방향을 X방향,
   상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 폭방향을 Y방향,
   상기 X방향에 대해, 수직이 되는 개선 깊이방향을 Z방향으로 하는 경우에,
   상기 X방향, 상기 Y방향, 상기 Z방향의 3방향마다 취득된 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 상기 용접 속도의 값에 따라서, 상기 3방향마다의 이동 속도를 산출하고,
   상기 개선 형상 검지 위치 사이의 용접 거리 또는 이동 시간을 2개 이상의 구간으로 분할하고, 각 분할점의 상기 3방향마다의 이동 속도에 의해, 상기 각 분할점의 용접 속도를 산출하고,
   상기 분할점마다의 용접 속도를 일정하게 하고, 상기 개선 형상 검지 위치 사이의 용접 속도를 스텝 형상으로 변화하도록 제어하는
   가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 레일의 직선부와 곡선부의 경계 영역, 또는, 상기 가이드 레일의 곡선부에 있어서의 곡률이 변화하는 경계 영역에, 적어도 1개의 상기 개선 형상 검지 위치를 마련하는
   가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 경계 영역에 마련한 상기 개선 형상 검지 위치의 직전 또는 직후에 있어서, 상기 용접 조건을 제어하는 구간을 마련하는
   가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 용접 조건으로서, 위빙 조건, 용접 속도 및 용접 전류 중 적어도 1개를 선택하고,
   상기 개선 형상 검지 위치 사이의 상기 개선 형상 정보를 기초로, 상기 개선 내의 용접 금속이 용접방향에 대해 일정한 높이가 되도록, 상기 위빙 조건, 상기 용접 속도 및 상기 용접 전류 중 적어도 1개를 제어하는
   용접 로봇의 용접 제어 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 센싱 공정은, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 상기 개선 형상의 센싱에 부가하여, 상기 워크에 있어서의 상기 개선이 마련되는 측의 워크 표면, 및 상기 워크의 용접선 방향에 있어서의 워크 단부 중 적어도 1개의 센싱을 포함하는
   가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱은 터치 센싱이며,
    상기 개선 형상 검지 위치에 있어서, 상기 개선의 횡단면을 따라서 배치되는 검지점을, 상기 개선에 있어서의 루트 갭 및 양측의 개선 측면 상에 적어도 5점 마련하고,
    상기 검지점으로부터 얻어지는 상기 검지 데이터를 기초로 상기 개선 형상 정보를 산출하는
    가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접선은 상기 개선 형상에 있어서의 양측의 개선 측면 중 어느 한쪽의 개선단인
    가반형 용접 로봇의 용접 제어 방법.
12. 가이드 레일을 따라서 이동하는 가반형 용접 로봇을 이용하여, 개선을 갖는 워크를 용접하기 위한 용접 제어 장치에 있어서,
    용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을, 상기 가이드 레일 상을 이동하는 상기 가반형 용접 로봇이 갖는 검지 수단을 거쳐서 센싱하는 센싱 공정으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출부와,
    상기 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득하는 용접 조건 취득부를 갖고,
    상기 개선 형상 검지 위치와, 상기 워크 상에 미리 정해진 용접선의 교점을, 용접선 위치 검지점으로 하여, 인접하는 상기 용접선 위치 검지점 사이를 용접할 때의 용접의 궤적을 용접 궤적선으로 하는 경우에 있어서,
    상기 개선 형상 검지 위치는, 상기 용접선과 상기 용접 궤적선의 상대 거리의 최대값이 용접 와이어 직경의 2배 이하가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 용접 제어 장치.
13. 가이드 레일 상을 이동하면서 개선을 갖는 워크를 용접하는, 제 12 항에 기재된 용접 제어 장치에 의해 제어되는 가반형 용접 로봇에 있어서,
    상기 가이드 레일 상에 세팅된 상태에서, 용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을 센싱하는 검지 수단을 갖는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇.
14. 가이드 레일 상을 이동하면서 개선을 갖는 워크를 용접하는 가반형 용접 로봇과,
    상기 가반형 용접 로봇의 동작을 제어 가능한 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템에 있어서,
    상기 가반형 용접 로봇은, 용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 용접 구간에 있어서, 2개소 이상의 개선 형상 검지 위치를 설정하고, 상기 개선 형상 검지 위치에 있어서의 개선 형상을 센싱하는 검지 수단을 가지며,
    상기 용접 제어 장치는, 상기 센싱으로 얻은 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 형상 정보 산출부와, 상기 개선 형상 정보를 기초로, 용접 조건을 취득하는 용접 조건 취득부를 갖고,
    상기 개선 형상 검지 위치와, 상기 워크 상에 미리 정해진 용접선의 교점을, 용접선 위치 검지점으로 하여, 인접하는 상기 용접선 위치 검지점 사이를 용접할 때의 용접의 궤적을 용접 궤적선으로 하는 경우에 있어서,
    상기 검지 수단은, 상기 용접선과 상기 용접 궤적선의 상대 거리의 최대값이 용접 와이어 직경의 2배 이하가 되도록 상기 개선 형상 검지 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 용접 시스템.