KR20110131119A - 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법, 탠덤 아크 용접 시스템의 로봇 콘트롤러 및 탠덤 아크 용접 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 전극 위치 제어 방법에서는, 전류 전압 검출 수단이 용접 워크와 접촉시킨 선행극 및 후행극의 전압을 검출하는 전압 검출 공정과, 센싱 처리 수단이 당해 전기적 변화로부터 용접 워크의 위치 정보를 검출하는 센싱 공정과, 보정량 산출 처리 수단이 당해 위치 정보로부터 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치 어긋남을 보정하는 보정량을 산출하는 보정량 산출 공정과, 로봇 궤적 계획 처리 수단이 당해 보정량을 가산 또는 감산함으로써, 각 전극의 위치를 보정하는 위치 보정 공정을 행한다. 이러한 방법에 의해, 용접 개시시에 있어서의 용접선이 교시시의 위치와 상이한 경우이더라도, 선행극 및 후행극을 용접선의 위치에 맞추어 적절히 보정할 수 있다.

Description

탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법, 탠덤 아크 용접 시스템의 로봇 콘트롤러 및 탠덤 아크 용접 시스템{ELECTRODE POSITION CONTROL METHOD FOR TANDEM ARC WELDING, ROBOT CONTROLLER FOR TANDEM ARC WELDING SYSTEM, AND TANDEM ARC WELDING SYSTEM}
본 발명은 용접 개시 전에 용접선(용접 워크의 그루브(groove) 중심)에 대한 선행극(先行極) 및 후행극(後行極)의 위치를 제어하는 탠덤 아크 용접(tandem arc welding)에서의 전극 위치 제어 방법, 탠덤 아크 용접 시스템의 로봇 콘트롤러 및 탠덤 아크 용접 시스템에 관한 것이다.
선행극과 후행극의 2개의 전극을 이용하여 용접을 행하는 탠덤 아크 용접에서는, 용접 개시 전에, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이 용접 목표로서 미리 교시(teaching)된 용접선, 즉 용접 워크 W의 그루브 중심에 대해, 선행극(2a) 및 후행극(2b)을 맞추는 것이 필요하게 된다.
이러한 용접 개시 전에 있어서의 전극의 위치 제어에 대해, 예컨대 일본 특허 공개 제2007-307612호에서는, 용접 개시 전에 소정의 위치에 있는 기준 지그에 의해서 2개의 전극의 휨량을 각각 검출하고, 당해 휨량의 검출 결과를 이용하여 용접 대상물(용접 워크)에 대한 2개의 전극의 위치를 보정하는 기술이 제안되어 있다.
또한, 일본 특허 공개 소54-124850호에서는, 용접 개시 전에 용접 토치에 의해서 센싱을 행하여 용접 대상물에 대한 용접 토치의 상대 위치를 판별해서, 당해 용접 토치를 적정 용접 위치로 수정하는 기술이 제안되어 있다.
그러나, 일본 특허 공개 제2007-307612호에서 제안된 기술에서는, 소정의 위치에서밖에 기준 지그를 사용할 수 없기 때문에, 운용시의 유연성이 결여되어 있었다. 또, 당해 기술에서는, 전극의 휨 상태를 검출하는 것은 가능하지만, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 교시시의 위치(도 7(a) 참조)에 대해 용접선이 기울어지게 된 경우는, 대처하는 것은 불가능하였다.
또한, 일본 특허 공개 소54-124850호에서 제안된 기술은, 싱글 아크 용접에서 이용되는 기술이기 때문에, 탠덤 아크 용접에 단순히 적용하기 어려웠다. 즉, 탠덤 아크 용접에 있어서, 조립 오차 등에 따라 용접 워크가 미리 교시된 위치와는 다른 위치에 설치되면, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 교시시의 위치(도 7(a) 참조)에 대해 용접선이 기울어지게 되는 경우가 있다. 이 경우, 이 특허 공보에서 제안된 기술을 적용함으로써, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 선행극(2a)을 용접선으로 이루어지는 그루브 중심 위치에 맞추는 것은 가능하지만, 후행극(2b)을 당해 그루브 중심 위치에 맞추는 것은 불가능하였다.
그리고, 이러한 상태에서 용접을 개시하면, 후행극(2b)이 용접해야 할 용접 워크의 그루브 중심 위치를 용접할 수 없기 때문에, 예컨대, 도 7(b)에서 파선으로 둥글게 둘러싼 영역에 용접 결함이 생길 가능성이 있었다. 이와 같이, 용접선이 교시시의 위치와 다른 경우에, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 선행극(2a)과 후행극(2b)의 양쪽의 용접 개시 위치를 용접선에 맞추어 보정하는 기술은 지금까지 존재하지 않았다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하도록 창안된 것으로, 탠덤 아크 용접에 있어서, 용접 개시시에서의 용접선이 교시시의 위치와 다른 경우이더라도, 선행극 및 후행극의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 적절히 보정할 수 있고, 용접 결함을 방지할 수 있는 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법, 탠덤 아크 용접 시스템의 로봇 콘트롤러 및 탠덤 아크 용접 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 용접 개시 전에 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치를 제어하는 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법으로서, 전류 전압 검출 수단에 의해서, 용접 대상인 용접 워크와 접촉시킨 상기 선행극 및 상기 후행극의 전압을 검출하는 전압 검출 공정, 센싱 처리 수단에 의해서, 상기 전압 검출 공정에서 검출된 상기 선행극 및 상기 후행극의 전압의 전기적 변화로부터, 상기 용접 워크의 위치 정보를 검출하는 센싱 공정, 보정량 산출 처리 수단에 의해서, 상기 센싱 공정에서 검출된 상기 용접 워크의 위치 정보로부터, 미리 교시된 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 보정량을 산출하는 보정량 산출 공정, 및, 로봇 궤적 계획 처리 수단에 의해서, 상기 보정량 산출 공정에서 산출된 상기 보정량을 가산 또는 감산함으로써, 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치를 보정하는 위치 보정 공정으로 이루어진다.
이러한 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 전압을 인가한 상태의 선행극 및 후행극을 이용하여 용접 워크를 센싱함으로써, 선행극 및 후행극에 대한 용접 워크의 상대 위치를 검출할 수 있다. 이것에 의해, 설치된 용접 워크의 위치가 미리 교시된 위치와 다른지 여부, 즉, 용접선(용접 워크의 그루브 중심 위치)에 대한 선행극 및 후행극의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다. 그리고, 검출한 당해 위치 어긋남의 정도에 근거하여 보정량을 산출함으로써, 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 적절히 보정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 상기 전압 검출 공정이, 상기 용접 워크의 그루브의 좌우의 벽을, 상기 선행극 및 상기 후행극에 의해서 터치 센싱했을 때의 전압을 검출하고, 상기 센싱 공정이, 상기 센싱 처리 수단에 의해서, 상기 전압 검출 공정에서 검출된 상기 선행극 및 상기 후행극의 전압의 전기적 변화로부터, 상기 용접 워크의 그루브 중심 위치를 검출하고, 상기 보정량 산출 공정이, 선행극 보정량 산출 수단에 의해서, 상기 센싱 공정에서 산출된 상기 그루브 중심 위치와 현재의 상기 선행극의 위치로부터, 상기 선행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 선행극 보정량을 산출하는 선행극 보정량 산출 공정과, 후행극 보정량 산출 수단에 의해서, 상기 센싱 공정에서 산출된 상기 그루브 중심 위치와, 현재의 상기 후행극의 위치와, 상기 선행극과 상기 후행극 사이의 거리로부터, 상기 후행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 후행극 보정량을 산출하는 후행극 보정량 산출 공정을 포함하며, 상기 위치 보정 공정이, 상기 로봇 궤적 계획 처리 수단에 의해서, 상기 선행극 보정량과 상기 후행극 보정량을 각각 가산 또는 감산함으로써, 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치를 보정하는 것이 바람직하다.
이러한 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 전압을 인가한 상태의 선행극 및 후행극을 이용하여 용접 워크의 그루브의 좌우의 벽을 터치 센싱함으로써, 선행극 및 후행극에 대한 용접 워크의 그루브 중심 위치를 검출할 수 있다. 그리고, 당해 그루브 중심 위치와 선행극 및 후행극의 현재의 위치를 비교함으로써, 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다. 그리고, 검출한 상기 위치 어긋남의 정도에 근거하여 보정량을 산출함으로써, 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 보다 적절히 보정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 상기 전압 검출 공정이, 상기 용접 워크의 그루브의 좌우의 벽에 대해, 상기 용접 토치를 상기 용접선에 대해 직선적으로 이동 또는 소정의 회전 중심으로 회전시키면서, 상기 선행극 및 상기 후행극에 의해서 터치 센싱하는 것이 바람직하다.
이러한 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 용접 워크의 그루브의 형상에 맞추어 터치 센싱시의 용접 토치의 이동 방법을 변경할 수 있다. 따라서, 용접 워크의 그루브 형상에 관계없이, 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다. 그리고, 검출한 상기 위치 어긋남의 정도에 근거하여 보정량을 산출함으로써, 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 보다 적절히 보정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 상기 보정량 산출 공정이, 회전 중심 보정량 산출 수단에 의해서, 상기 위치 보정 공정에서의 상기 후행극의 위치의 보정에 의해 생기는 상기 선행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 회전 중심 보정량을 산출하는 회전 중심 보정량 산출 공정을 더 포함하며, 상기 위치 보정 공정이, 상기 로봇 궤적 계획 처리 수단에 의해서, 상기 선행극 보정량과 상기 후행극 보정량과 상기 회전 중심 보정량을 각각 가산 또는 감산함으로써, 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치와 상기 용접 토치의 회전 중심을 보정하는 것이 바람직하다.
이러한 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 선행극 보정량 및 후행극 보정량에 부가하여, 용접 토치의 회전 중심을 보정하기 위한 회전 중심 보정량을 산출해서 용접 토치의 회전 중심의 보정도 행한다. 그 때문에, 후행극의 위치 보정을 임의의 회전 중심에서 행한 경우에서도, 당해 후행극의 위치 보정에 의해서 선행극의 위치 어긋남이 생기는 일이 없다. 따라서, 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 보다 확실히 보정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 상기 회전 중심 보정량 산출 공정이, 상기 선행극과 상기 용접 토치의 회전 중심 사이의 거리와, 상기 용접 토치가 선단에 부착된 로봇을 기준으로 한 당해 용접 토치의 자세를 나타내는 토치 자세 정보로부터, 상기 선행극의 기준 위치를 산출함과 아울러, 상기 선행극의 기준 위치와 상기 후행극 보정량으로부터, 당해 후행극 보정량을 이용하여 보정을 행하기 전의 상기 선행극의 위치와 상기 후행극 보정량을 이용해서 보정을 행한 후의 상기 선행극의 위치의 차이를 구함으로써, 상기 회전 중심 보정량을 산출하는 것이 바람직하다.
이러한 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법은, 선행극과 용접 토치의 회전 중심 사이의 거리와, 토치 자세 정보와, 후행극 보정량을 이용함으로써, 후행극 보정량에 의한 후행극의 위치 보정에 의해서 발생 또는 발생한다고 상정되는 용접선에 대한 선행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 회전 중심 보정량을 용이하게 산출할 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 탠덤 아크 용접 시스템은, 용접선을 따라 용접을 행하는 탠덤 아크 용접 시스템으로서, 선행극 및 후행극이 용접 진행 방향으로 소정의 전극간 거리를 갖고 배치된 용접 토치, 선단에 부착된 상기 용접 토치를 상기 용접선에 대해 이동 또는 회전시키는 로봇, 상기 선행극 및 상기 후행극에 급전을 행하는 용접 전원, 상기 선행극 및 상기 후행극의 전류 및 전압 중 적어도 한쪽을 검출하는 전류 전압 검출기 및, 용접 개시 전에 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치를 제어하는 로봇 콘트롤러로 이루어지며, 여기서, 상기 로봇 콘트롤러는, 상기 전류 전압 검출기에서 검출된 상기 선행극 및 상기 후행극의 전압의 전기적 변화로부터, 용접 대상인 용접 워크의 위치 정보를 검출하는 센싱 처리부와, 상기 용접 워크의 위치 정보로부터, 미리 교시된 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 보정량을 산출하는 보정량 산출 처리부와, 상기 보정량을 가산 또는 감산함으로써, 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치를 보정하는 로봇 궤적 계획 처리부로 이루어진다.
이러한 탠덤 아크 용접 시스템은, 전압을 인가한 상태의 선행극 및 후행극을 이용하여 용접 워크를 센싱함으로써, 선행극 및 후행극에 대한 용접 워크의 상대 위치를 검출할 수 있다. 이것에 의해, 설치된 용접 워크의 위치가 미리 교시된 위치와 다른지 여부, 즉, 용접선(용접 워크의 그루브 중심 위치)에 대한 선행극 및 후행극의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다. 그리고, 검출한 당해 위치 어긋남의 정도에 근거하여 보정량을 산출함으로써, 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 적절히 보정할 수 있다.
그리고, 상기 탠덤 아크 용접 시스템에 이용되는 로봇 콘트롤러도 본 발명의 범위이다.
본 발명에 따른 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법, 탠덤 아크 용접 시스템의 로봇 콘트롤러 및 탠덤 아크 용접에 의하면, 탠덤 아크 용접에 있어서, 용접 개시시에서의 용접선이 교시시의 위치와 상이한 경우이더라도, 선행극 및 후행극의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 적절히 보정할 수 있다. 따라서, 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치 어긋남을 원인으로 하는 용접 결함을 적절히 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 탠덤 아크 용접 시스템의 전체를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 로봇 콘트롤러의 내부 구성을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법의 구체예를 나타내는 도면,
도 4는 TCP마다의 위치 보정의 개요를 나타내는 개략도로서, (a)는 TCP를 선행극에 설정한 경우의 위치 보정의 흐름을 나타내는 도면, (b)는 TCP를 선행극과 후행극의 중간에 설정한 경우의 위치 보정의 흐름을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법의 처리 흐름의 일례를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 선행극 및 후행극의 센싱 동작의 예를 나타내는 개략도로서, (a)는 용접 워크 W에 대한 선행극의 센싱 동작을 나타내는 도면, (b)는 용접 워크 W에 대한 후행극의 센싱 동작을 나타내는 도면,
도 7은 용접선에 대한 선행극 및 후행극의 위치 관계의 예를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 교시시의 위치를 나타내는 도면, (b)은 교시시에 대해 용접선이 기운 경우로서 후행극의 보정이 없는 경우를 나타내는 도면, (c)는 교시시에 대해 용접선이 기운 경우로서 후행극의 보정이 있는 경우를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법(이하, 전극 위치 제어 방법이라고 약기함), 탠덤 아크 용접 시스템의 로봇 콘트롤러(이하, 로봇 콘트롤러라고 약기함) 및 탠덤 아크 용접 시스템에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 이하의 설명에서는, 우선 탠덤 아크 용접 시스템 및 그 일 구성인 로봇 콘트롤러에 대해 설명한 후, 전극 위치 제어 방법에 대하여 설명하는 것으로 한다.
<탠덤 아크 용접 시스템>
탠덤 아크 용접 시스템(1)은, 2개의 전극을 용접 워크 W의 용접 진행 방향에 대해 좌우로 위빙(weaving)하면서, 용접선을 따라 아크 용접을 행하는 시스템이다. 여기서, 용접선이란, 용접 대상인 용접 워크 W의 그루브 중심을 따른 가상선의 것이며, 후기(後記)하는 로봇 콘트롤러(8)에 의해서 미리 교시(teaching)되는 선인 것을 의미한다. 탠덤 아크 용접 시스템(1)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 선행극(2a)과 후행극(2b)을 구비하는 용접 토치(2)와, 로봇(3)과, 용접 전원(4, 5)과, 전류 전압 검출기(6, 7)와, 로봇 콘트롤러(8)와, 송급 모터(9a, 9b)를 주된 구성으로서 구비하고 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명한다.
용접 토치(2)는, 그 앞단에 용접 진행 방향의 전방에 배치되는 선행극(2a)과, 선행극(2a)과 소정의 전극간 거리(예컨대, 10~30㎜)를 갖고 용접 진행 방향의 후방에 배치되는 후행극(2b)을 구비하고 있다. 선행극(2a) 및 후행극(2b)은, 소모 전극으로서 작용하며, 용접 와이어(10a, 10b)를 관 형상의 선행극 토치 및 후행극 토치(도시하지 않음)의 내부에 삽입하고, 각 토치의 선단으로부터 소정의 돌출 길이(예컨대, 20~35㎜)로 돌출한 것인 것이 바람직하다. 그리고, 용접 와이어(10a, 10b)는 송급 모터(9a, 9b)로부터 공급된다. 또한, 용접 와이어(10a, 10b)는 용접 워크 W의 재질, 용접 형태 등에 따라서, 소정의 조성을 갖는 것을 적절히 선택하여, 예컨대, 소정량의 C, Si, Mn, Ti, S 및 O를 함유하여, 잔부(殘部)가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 사용된다.
용접 토치(2)는 실드 가스 노즐을 구비한 것이더라도 좋다. 그리고, 실드 가스로서는, 가스 조성이, 불활성 가스가 풍부한 것인 것이 사용되고, Ar+CO2, Ar+He+O, Ar+He+CO2 등을 들 수 있다.
로봇(3)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 그 선단에 용접 토치(2)를 부착하고, 그 용접 토치(2)를 용접선에 대해 상하좌우로 이동 또는 소정의 회전 중심으로 회전시키는 것이다. 또한, 로봇(3)은, 실제의 용접시에서는, 용접 토치(2)를 용접선 방향에 대해 좌우로 위빙시킨다. 이 위빙은 로봇(3)의 각 축을 구동하여 제어되고, 그 제어는 후술하는 로봇 콘트롤러(8)에서 행해진다.
용접 전원(4, 5)은 선행극(2a), 후행극(2b) 및 용접 워크 W에 전력을 공급하는 것이다. 용접 전원(4, 5)은, 여기서는, 실제의 용접시와 상이하고, 선행극(2a)과 용접 워크 W 사이 및 후행극(2b)과 용접 워크 W 사이에, 아크가 발생하지 않을 정도의 소정의 전압을 인가한다.
전류 전압 검출기(전류 전압 검출 수단)(6, 7)는 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전류 및/또는 전압을 검출하는 것이다. 전류 전압 검출기(6, 7)는, 여기서는, 상기한 용접 전원(4, 5)에 의해 전압이 인가되고, 또한, 그 상태에서 용접 워크 W의 소정 개소와 접촉시킨 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압을 각각 검출한다.
실시 형태에 따른 로봇 콘트롤러(8) 및 탠덤 아크 용접 시스템(1)은, 이와 같이, 전압을 인가한 상태의 선행극(2a) 및 후행극(2b)을 이용하여 용접 워크 W를 센싱함으로써, 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 대한 용접 워크 W의 상대 위치를 검출할 수 있다. 이것에 의해, 설치된 용접 워크 W의 위치가 미리 교시된 위치와 다른지 여부, 즉, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다.
또, 전류 전압 검출기(6, 7)는, 여기서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 용접 전원(4, 5)의 내부에 구비되어 있지만, 용접 전원(4, 5)의 외부에 구비된 것이더라도 좋다.
전류 전압 검출기(6, 7)는, 후술하는 도 6에 나타낸 바와 같이, 용접 워크 W의 그루브의 좌우의 벽을 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 의해 터치 센싱했을 때의 전압을 검출하는 것이 바람직하다. 실시 형태에 따른 로봇 콘트롤러(8) 및 탠덤 아크 용접 시스템(1)은, 이와 같이, 전압을 인가한 상태의 선행극(2a) 및 후행극(2b)을 이용하여 용접 워크 W의 그루브의 좌우의 벽을 터치 센싱함으로써, 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 대한 용접 워크 W의 그루브 중심 위치를 검출할 수 있다. 그리고, 후기하는 바와 같이, 당해 그루브 중심 위치와, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 현재의 위치를 비교함으로써, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다.
또한, 전류 전압 검출기(6, 7)는, 용접 워크 W의 그루브의 좌우의 벽에 대해, 용접 토치(2)를 용접선에 대해 직선적으로 이동, 또는 소정의 회전 중심으로 회전시키면서, 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 의해서 터치 센싱했을 때의 전압을 검출하는 것이 바람직하다. 실시 형태에 따른 로봇 콘트롤러(8) 및 탠덤 아크 용접 시스템(1)은, 이와 같이 용접 토치(2)를 용접선에 대해 직선적으로 이동, 또는 소정의 회전 중심으로 회전시키면서 터치 센싱을 행함으로써, 용접 워크 W의 그루브의 형상에 맞추어, 용접 토치(2)의 이동 방법을 변경할 수 있다. 따라서, 용접 워크 W의 그루브 형상에 관계없이, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다.
로봇 콘트롤러(8)는, 용접 개시 전에 용접선에 대한 용접 토치(2)의 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치를 제어하는 것이며, 전류 전압 검출기(6, 7)에서 검출된 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화에 근거하여, 로봇(3)을 통해 용접 토치(2)의 위치를 제어하는 것이다. 여기서, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화란, 구체적으로는 전압 강하 등의 변화를 의미하고 있다. 로봇 콘트롤러(8)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 티칭 데이터부(11)와, 센싱 처리부(12)와, 용접 전원 I/F 처리부(13, 14)와, 설정값 저장 메모리(15)와, 보정량 산출 처리부(16)와, 로봇 궤적 계획 처리부(17)를 구비하고 있다. 이하, 각 구성에 대하여 설명한다.
티칭 데이터부(티칭 데이터 수단)(11)는, 로봇(3)에 의해서 행해지는 소정의 동작 패턴, 용접선의 위치, 용접 개시 위치, 용접 종료 위치 등의 위치 정보 등의 티칭 데이터를 유지하고, 용접 토치(2)에 대해 이들을 미리 교시(teaching)하는 것이다. 티칭 데이터부(11)는, 용접 개시 전에, 용접 목표로 되는 용접선(용접 워크 W의 그루브 중심)의 위치, 용접 개시 위치, 용접 종료 위치 등의 위치 정보 등의 데이터로 이루어지는 티칭 궤적 정보를 티칭 데이터 저장 메모리(11a)로부터 취출한다. 그리고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 당해 티칭 궤적 정보를, 티칭 데이터 해석 처리부(11b)를 거쳐서 로봇 궤적 계획 처리부(17)에 대해 출력한다.
또한, 티칭 데이터부(11)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 용접 개시 전에 센싱 처리부(12)에 대해, 용접 워크 W에 대한 센싱 처리를 개시하기 위한 지령인 센싱 개시 지령을 출력한다.
센싱 처리부(센싱 처리 수단)(12)는 전류 전압 검출기(6)에서 검출된 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화로부터, 용접 워크 W의 위치 정보를 검출하는 것이다. 또, 이와 같이 용접 워크 W에 접촉시킨 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화로부터 용접 워크 W의 위치 정보를 검출하는 일련의 처리의 것을, 여기서는 센싱 처리라고 부른다. 센싱 처리부(12)는, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화로부터, 용접 워크 W의 모든 위치 정보를 검출할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 그중에서도 용접 워크 W의 그루브 중심 위치, 그루브 좌측 벽 위치, 그루브 우측 벽 위치 등의 위치 정보가 이용된다.
센싱 처리부(12)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기한 티칭 데이터부(11)로부터 센싱 개시 지령이 입력되면, 용접 전원(4, 5)에 대한 인터페이스 처리를 행하는 용접 전원 I/F 처리부(용접 전원 I/F 처리 수단)(13, 14)를 통해서, 용접 전원(4, 5)에 대해 센싱 전압 지령을 출력한다. 여기서, 센싱 전압 지령이란, 센싱 처리를 행할 때에 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 인가하는 전압의 값이 기재된 지령이다. 그리고, 당해 센싱 전압 지령이 입력된 용접 전원(4, 5)은 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 각각 지령된 전압을 인가한다. 또한, 전류 전압 검출기(6, 7)는, 용접 워크 W의 소정 개소와 접촉시킨 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압을 각각 검출하고, 이들의 전압을 용접 전원 I/F 처리부(13, 14)를 거쳐서 센싱 처리부(12)에 수시 피드백한다.
센싱 처리부(12)는, 전류 전압 검출부(6, 7)로부터 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압이 피드백되면, 당해 전압의 전압 강하 등의 전기적 변화를 관찰하여, 용접 워크 W의 위치 정보를 검출한다. 그리고, 센싱 처리부(12)는, 이와 같이 검출한 용접 워크 W의 위치 정보를, 센싱 검출 위치로서 보정량 산출 처리부(16)에 출력한다.
여기서, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화로부터 용접 워크 W의 위치 정보를 검출하는 구체적인 수법에 해해서는, 이미 공지이기 때문에, 설명을 생략한다. 또, 센싱 처리부(12)는, 전류 전압 검출기(6, 7)로부터 피드백된 전압과, 당해 전압의 전기적 변화로부터 검출한 용접 워크 W의 위치 정보를 기억하기 위한 도시하지 않은 기억 수단을 구비하고 있다.
설정값 저장 메모리(15)는 용접 토치(2)의 선행극(2a)과, 용접 토치(2)의 회전 중심 사이의 거리인 선행극-회전 중심간 거리를 미리 유지하는 것이다. 이 선행극-회전 중심간 거리는, 구체적으로는, 용접 토치(2)의 좌표계인 툴 좌표계 상에서의 선행극(2a)으로부터 용접 토치(2)의 회전 중심까지의 거리를 벡터로 나타낸 데이터의 형식으로 유지된다. 설정값 저장 메모리(15)는, 센싱 처리가 개시되면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 이 선행극-회전 중심간 거리를 보정량 산출 처리 수단(16)에 출력한다.
보정량 산출 처리부(보정량 산출 처리 수단)(16)는, 용접 워크 W의 위치 정보로부터, 미리 교시된 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남을 보정하기 위한 보정량을 산출하는 것이다. 보정량 산출 처리부(16)는, 용접 개시시에서의 용접선이 교시시의 위치와 상이하여, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 보정해야 하는 경우는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 선행극 보정량, 후행극 보정량, 회전 중심 보정량(TCP 보정량)의 3개의 보정량을 산출하고, 이들을 로봇 궤적 계획 처리부(17)에 출력한다.
여기서, 보정량 산출 처리부(16)는, 항상 상기한 3개의 보정량을 산출하는 것은 아니며, 예컨대 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 용접선에 대해 후행극(2b)의 위치만이 어긋나 있어, 선행극(2a)의 위치 보정이 불필요한 경우는, 선행극 보정량은 산출하지 않는다. 보정량 산출 처리부(16)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 선행극 보정량 산출부(16a)와, 후행극 보정량 산출부(16b)와, 회전 중심 보정량 산출부(16c)와, 를 구비하고 있다.
선행극 보정량 산출부(선행극 보정량 산출 수단)(16a)는, 센싱 처리부(12)에서 검출된 용접 워크 W의 그루브 중심 위치와 현재의 선행극(2a)의 위치로부터, 용접선에 대한 선행극(2a)의 위치 어긋남을 보정하기 위한 선행극 보정량을 산출한다. 여기서, 용접 워크 W의 그루브 중심 위치는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 센싱 처리부(12)로부터 센싱 검출 위치로서 선행극 보정량 산출부(16a)에 입력된다. 또한, 현재의 선행극(2a)의 위치는, 센싱 처리부(12)에 의한 센싱 처리에 의해서 취득되어, 선행극 보정량 산출부(16a)에 입력된다(도시 생략). 여기서, 선행극 보정량을 산출하는 구체적인 산출 순서에 대해서는, 이미 공지이기 때문에, 설명을 생략한다.
후행극 보정량 산출부(후행극 보정량 산출 수단)(16b)는, 센싱 처리부(12)에서 검출된 용접 워크 W의 그루브 중심 위치와, 현재의 후행극(2b)의 위치와, 선행극(2a)와 후행극(2b) 사이의 거리로부터, 용접선에 대한 후행극(2b)의 위치 어긋남을 보정하기 위한 후행극 보정량을 산출한다. 여기서, 용접 워크 W의 그루브 중심 위치는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 센싱 처리부(12)로부터 센싱 검출 위치로서 후행극 보정량 산출부(16b)에 입력된다. 또한, 현재의 후행극(2b)의 위치는, 센싱 처리부(12)에 의한 센싱 처리에 의해서 취득되어, 후행극 보정량 산출부(16b)에 입력된다(도시 생략). 또한, 선행극(2a)와 후행극(2b) 사이의 거리는, 로봇 콘트롤러(8) 내의 도시하지 않은 기억 수단에 미리 유지되어 있고, 후행극 보정량 산출부(16b)에 입력된다(도시 생략). 여기서, 후행극 보정량을 산출하는 구체적인 산출 순서에 대해서는 후술한다.
회전 중심 보정량 산출부(회전 중심 보정량 산출 수단)(16c)는, 선행극(2a)의 기준 위치와 후행극 보정량으로부터, 후행극 보정량을 이용하여 보정을 행하기 전의 선행극(2a)의 위치와 후행극 보정량을 이용해서 보정을 행한 후의 선행극(2a)의 위치와의 차이를 구함으로써, 회전 중심 보정량을 산출한다. 여기서, 선행극(2a)의 기준 위치는, 선행극(2a)와 용접 토치(2)의 회전 중심(TCP) 사이의 거리와, 용접 토치(2)가 선단에 부착된 로봇(3)을 기준으로 한 용접 토치(2)의 자세를 나타내는 토치 자세 정보로부터 산출된다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 선행극(2a)과 용접 토치(2)의 회전 중심 사이의 거리는, 설정값 저장 메모리(15)에 미리 유지되어 있고, 회전 중심 보정량 산출부(16c)에 입력된다. 또한, 토치 자세 정보는, 로봇 궤적 계획 처리부(17)에 미리 유지되어 있고, 회전 중심 보정량 산출부(16c)에 입력된다. 여기서, 회전 중심 보정량을 산출하는 구체적인 산출 순서에 대해서는 후술한다.
이와 같이, 실시 형태에 따른 로봇 콘트롤러(8) 및 탠덤 아크 용접 시스템(1)은, 선행극 보정량 및 후행극 보정량에 부가하여, 용접 토치(2)의 회전 중심을 보정하기 위한 회전 중심 보정량을 산출해서 용접 토치(2)의 회전 중심의 보정도 행한다. 그 때문에, 후행극(2b)의 위치 보정을 임의의 회전 중심에서 행한 경우에 있어서도, 당해 후행극(2b)의 위치 보정에 의해서 선행극(2a)의 위치 어긋남이 생기는 일이 없다. 따라서, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 보다 확실히 보정할 수 있다.
또한, 실시 형태에 따른 로봇 콘트롤러(8) 및 탠덤 아크 용접 시스템(1)은, 이와 같이, 선행극(2a)과 용접 토치(2)의 회전 중심 사이의 거리와, 토치 자세 정보와, 후행극 보정량을 이용함으로써, 후행극 보정량에 의한 후행극(2b)의 위치 보정에 의해서 발생 또는 발생한다고 상정되는 용접선에 대한 선행극(2a)의 위치 어긋남을 보정하기 위한 회전 중심 보정량을 용이하게 산출할 수 있다.
로봇 궤적 계획 처리부(로봇 궤적 계획 처리 수단)(17)는, 보정량 산출 처리부(16)로부터 입력된 각 보정량을 가산 또는 감산함으로써, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치를 보정하는 것이다. 로봇 궤적 계획 처리부(17)는, 구체적으로는, 도 2에 나타낸 바와 같이 티칭 데이터부(11)로부터 미리 입력된 티칭 궤적 정보에 포함되는 용접 개시 위치, 즉 용접선에 대한 선행극(2a)의 위치 데이터, 후행극(2b)의 위치 데이터 및 회전 중심의 위치 데이터에 대해, 선행극 보정량, 후행극 보정량 및 회전 중심 보정량을 각각 가산 또는 감산함으로써, 각 위치 데이터를 보정한다.
그리고, 로봇 궤적 계획 처리부(17)는, 보정한 용접 개시 위치를 로봇(3)의 각 축 지령값으로서 당해 로봇(3)의 서보 드라이버로 보내고, 로봇(3)의 선단에 부착된 용접 토치(2)의 선행극(2a) 및 후행극(2b)을 용접선 방향에 대해 각각 위치 제어한다.
이상과 같은 구성을 갖추는 본 발명의 실시 형태에 따른 로봇 콘트롤러(8) 및 탠덤 아크 용접 시스템(1)에 의하면, 탠덤 아크 용접에 있어서, 용접 개시시에서의 용접선이 교시시의 위치와 상이한 경우이더라도, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 적절히 보정할 수 있다. 따라서, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남을 원인으로 하는 용접 결함을 적절히 방지할 수 있다.
<전극 위치 제어 방법>
이하, 상기한 로봇 콘트롤러(8) 및 탠덤 아크 용접 시스템(1)의 동작, 즉 전극 위치 제어 방법에 대해 상세히 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 이미 설명한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법은, 용접 개시 전에 용접 워크 W의 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치를 제어하는 방법이다. 전극 위치 제어 방법은 전압 검출 공정과, 센싱 공정과, 보정량 산출 공정과, 위치 보정 공정으로 대별(大別)된다. 이하, 각 공정에 대하여 설명한다.
(1) 전압 검출 공정
전압 검출 공정은, 전류 전압 검출 수단(6, 7)에 의해서, 용접 워크 W와 접촉시킨 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압을 검출하는 공정이다. 전압 검출 공정은, 여기서는, 용접 전원(4, 5)에 의해서 전압이 인가되고, 또한, 그 상태에서 용접 워크 W의 소정 개소와 접촉시킨 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압을, 전류 전압 검출 수단(6, 7)에 의해서 각각 검출한다.
실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법은, 이와 같이, 전압을 인가한 상태의 선행극(2a) 및 후행극(2b)을 이용하여 용접 워크 W를 센싱함으로써, 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 대한 용접 워크 W의 상대 위치를 검출할 수 있다. 이것에 의해, 설치된 용접 워크 W의 위치가 미리 교시된 위치와 다른지 여부, 즉, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다.
전압 검출 공정은, 용접 워크 W의 그루브의 좌우의 벽을 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 의해서 터치 센싱했을 때의 전압을 검출하는 것이 바람직하다. 터치 센싱이란, 실제의 용접 워크 W의 위치를 로봇에 가르치기 위한 기능이며, 다음과 같이 행한다. 즉, 각 토치로부터 돌출된 와이어에 전압을 건 상태에서 용접 워크 W에 접촉시키면 와이어의 전압이 저하되는 것을 이용하여(이 전압 저하는, 본 발명의 센싱 공정에서의 전압의 전기적 변화의 일례임), 이 전압이 저하된 위치를 용접 워크 W의 위치로서 기억한다. 그리고, 터치 센싱에 의해 그루브 좌측 벽과 우측 벽의 위치를 취득하고, 그 양쪽의 벽의 중앙을 그루브 중심 위치로 한다. 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법은, 이와 같이, 전압을 인가한 상태의 선행극(2a) 및 후행극(2b)을 이용하여 용접 워크 W의 그루브의 좌우의 벽을 터치 센싱함으로써, 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 대한 용접 워크 W의 그루브 중심 위치를 검출할 수 있다. 그리고, 후술하는 바와 같이, 당해 그루브 중심 위치와, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 현재의 위치를 비교함으로써, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다.
또한, 전압 검출 공정은, 용접 워크 W의 그루브의 좌우의 벽에 대해, 용접 토치(2)를 용접선에 대해 직선적으로 이동 또는 소정의 회전 중심으로 회전시키면서, 선행극(2a) 및 후행극(2b)에 의해서 터치 센싱했을 때의 전압을 검출하는 것이 바람직하다. 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법은, 이와 같이 용접 토치(2)를 용접선에 대해 직선적으로 이동, 또는 소정의 회전 중심으로 회전시키면서 터치 센싱을 행함으로써, 용접 워크 W의 그루브의 형상에 맞추어 터치 센싱시의 용접 토치(2)의 이동 방법을 변경할 수 있다. 따라서, 용접 워크 W의 그루브 형상에 관계없이, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다.
(2) 센싱 공정
센싱 공정은, 센싱 처리 수단(12)에 의해서, 전압 검출 공정에서 검출된 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화로부터, 용접 워크 W의 위치 정보를 검출하는 공정이다. 센싱 공정에서는, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화로부터, 용접 워크 W의 모든 위치 정보를 검출할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 그 중에서도 용접 워크 W의 그루브 중심 위치, 그루브 좌측 벽 위치, 그루브 우측 벽 위치 등의 위치 정보가 이용된다. 여기서, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화로부터 용접 워크 W의 위치 정보를 검출하는 구체적인 수법에 대해서는, 이미 공지이기 때문에, 설명을 생략한다.
센싱 공정은, 센싱 처리 수단(12)에 의해서, 전압 검출 공정에서 검출된 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압의 전기적 변화로부터, 용접 워크 W의 그루브 중심 위치를 검출하는 것이 바람직하다. 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법은, 이와 같이 용접 워크 W의 그루브 중심 위치를 검출함으로써, 후술하는 바와 같이, 당해 그루브 중심 위치와, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 현재의 위치를 비교하여, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남의 유무 및 정도를 검출할 수 있다.
(3) 보정량 산출 공정
보정량 산출 공정은, 보정량 산출 처리 수단(16)에 의해서, 센싱 공정에서 검출된 용접 워크 W의 위치 정보로부터, 미리 교시된 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남을 보정하기 위한 보정량을 산출하는 공정이다. 보정량 산출 공정은, 보다 구체적으로는, 선행극 보정량 산출 공정과, 후행극 보정량 산출 공정과, 회전 중심 보정량 산출 공정으로 대별할 수 있다.
(3-1) 선행극 보정량 산출 공정
선행극 보정량 산출 공정은, 선행극 보정량 산출 수단(16a)에 의해서, 센싱 공정에서 산출된 그루브 중심 위치와, 현재의 선행극(2a)의 위치로부터, 선행극(2a)의 위치 어긋남을 보정하기 위한 선행극 보정량을 산출하는 공정이다. 여기서, 선행극 보정량을 산출하는 구체적인 산출 순서에 대해서는, 이미 공지이기 때문에, 설명을 생략한다.
(3-2) 후행극 보정량 산출 공정
후행극 보정량 산출 공정은, 후행극 보정량 산출 수단(16b)에 의해서, 센싱 공정에서 산출된 그루브 중심 위치와, 현재의 후행극(2b)의 위치와, 선행극(2a)과 후행극(2b) 사이의 거리로부터, 후행극(2b)의 위치 어긋남을 보정하기 위한 후행극 보정량을 산출하는 공정이다. 여기서, 후행극 보정량을 산출하는 구체적인 산출 순서에 대해서는 후술한다.
(3-3) 회전 중심 보정량 산출 공정
회전 중심 보정량 산출 공정은, 회전 중심 보정량 산출 수단(16c)에 의해서, 위치 보정 공정에서의 후행극(2b)의 위치의 보정에 의해 생기는 선행극(2a)의 위치 어긋남을 보정하기 위한 회전 중심 보정량을 산출하는 공정이다. 여기서, 회전 중심 보정량을 산출하는 구체적인 산출 순서에 대해서는 후술한다.
(4) 위치 보정 공정
위치 보정 공정은, 로봇 궤적 계획 처리 수단(17)에 의해서, 선행극 보정량과 후행극 보정량 θ과 회전 중심 보정량 △tcp를 각각 가산 또는 감산함으로써, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치와 용접 토치(2)의 회전 중심을 보정하는 공정이다.
로봇 궤적 계획 처리 수단(17)은, 구체적으로는, 상기한 바와 같이, 티칭 데이터 수단(11)으로부터 미리 입력된 티칭 궤적 정보에 포함되는 용접 개시 위치, 즉 용접선에 대한 선행극(2a)의 위치 데이터, 후행극(2b)의 위치 데이터 및 회전 중심의 위치 데이터에 대해, 선행극 보정량, 후행극 보정량 θ 및 회전 중심 보정량 △tcp를 가산 또는 감산함으로써, 각 위치 데이터를 보정한다.
이상과 같은 순서를 행하는 본 발명의 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법에 의하면, 탠덤 아크 용접에 있어서, 용접 개시시에서의 용접선이 교시시의 위치와 상이한 경우이더라도, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 적절히 보정할 수 있다. 따라서, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 어긋남을 원인으로 하는 용접 결함을 적절히 방지할 수 있다.
(전극 위치 제어 방법의 구체예)
이하, 도 3의 각 도면에 따라, 본 발명의 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법의 구체예에 대해 간단히 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 회전 중심인 TCP를 선행극(2a)과 후행극(2b)의 중간에 설정하고, 또한, 후행극 보정량이 동일 평면 형상으로 회전하는 경우로서, 용접선에 대해 후행극(2b)만이 어긋나 있어, 선행극(2a)의 위치 보정이 불필요한 경우에 대하여 설명한다.
우선, 후행극 보정량 산출 수단(16b)는, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 용접 워크의 W의 그루브 중심 위치 Tp'과, 현재의 후행극(2b)의 위치 Tp와, 선행극(2a)과 후행극(2b) 사이의 거리 d를 취득한다. 여기서, 상기한 바와 같이, 용접 워크 W의 그루브 중심 위치 Tp'은 센싱 처리 수단(12)으로부터 입력되고, 현재의 후행극(2b)의 위치 Tp는 센싱 처리부(12)에 의한 센싱 처리에 의해서 취득되고, 선행극(2a)과 후행극(2b) 사이의 거리 d는 로봇 콘트롤러(8) 내의 도시하지 않은 기억 수단에 미리 유지되어 있다. 또, 도 3(a)에서의 Lp는 현재의 선행극(2a)의 위치이다. 그리고, 후행극 보정량 산출 수단(16b)은 다음 식 (1)에 의해서 후행극 보정량 θ를 산출한다.
Figure pat00001
다음으로, 로봇 궤적 계획 처리 수단(17)은, 현재의 후행극(2b)의 위치 데이터에 후행극 보정량 θ를 가산한 위치 데이터를 로봇(3)의 각 축 지령값으로서 당해 로봇(3)의 서보드라이버로 보내고, 로봇(3)의 선단에 부착된 용접 토치(2)의 후행극(2b)을 후행극 보정량 θ만큼 회전시켜, 후행극(2b)을 위치 보정한다. 그 결과, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 선행극(2a)의 위치가 Lp로부터 Lp'으로 변화되어, 선행극(2a)이 용접선에 대해 위치 어긋남을 일으키는 경우가 있다.
다음으로, 회전 중심 보정량 산출 수단(16c)은, 다음 식 (2)에 의해서, 선행극(2a)으로부터 회전 중심까지의 벡터를 툴 좌표계로부터 로봇 좌표계로 좌표 변환하여, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 기준으로 되는 기준 선행극 위치 벡터 n을 산출한다. 여기서, 다음 식 (2) 중의 기준 선행극 위치 벡터 n은 후행극 보정량 θ를 이용하여 후행극(2b)의 위치 보정을 행하기 전의 선행극(2a)의 위치를 나타내고 있다. 또한, RRT은 상기한 토치 자세 정보이며, 툴 좌표계로부터 로봇 좌표계로 좌표계를 변환하기 위한 회전 행렬이다. 또한, 벡터 Td는 상기한 선행극-회전 중심간 거리이며, 툴 좌표계 상에서의 선행극(2a)으로부터 용접 토치(2)의 회전 중심까지의 벡터이다.
Figure pat00002
다음으로, 회전 중심 보정량 산출 수단(16c)은, 다음 식(3)에 의해서, 기준 선행극 위치 벡터 n을, 회전 행렬 Rα에 의해 θ(α, β=0, y=0) 회전시켜, 도 3(d)에 나타낸 바와 같이, 현재의 선행극 위치 벡터 l을 산출한다. 여기서, 상기한 θ는 후행극 보정량(α: 롤, β: 피치, y: 요(yaw))이다. 또한, 다음 식 (3) 중의 현재의 선행극 위치 벡터 l은 후행극 보정량 θ를 이용하여 후행극(2b)의 위치 보정을 행한 후의 선행극(2a)의 위치를 나타내고 있다.
Figure pat00003
다음으로, 회전 중심 보정량 산출 수단(16c)은, 다음 식 (4)에 의해서, 기준 선행극 위치 벡터 n과 현재의 선행극 위치 벡터 l의 차이를 취하여, 도 3(d)에 나타낸 바와 같이, x축 방향의 △tcp_x와 y축 방향의 △tcp_y로 이루어지는 회전 중심 보정량 △tcp를 산출한다.
Figure pat00004
다음으로, 로봇 궤적 계획 처리 수단(17)은, 도 3(e)에 나타낸 바와 같이, 상기 식 (5)를 이용하여 현재의 회전 중심 TCP에 회전 중심 보정량 △tcp를 가산하여, 목표 회전 중심 TCP'을 산출한다.
Figure pat00005
그리고, 로봇 궤적 계획 처리 수단(17)은, 목표 회전 중심 TCP'을 로봇(3)의 각 축 지령값으로서 당해 로봇(3)의 서보드라이버로 보내고, 로봇(3)의 선단에 부착된 용접 토치(2)의 회전 중심을 위치 보정한다.
이러한 순서를 행하는 본 발명의 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법에 의하면, 후행극(2b)의 위치 보정을 임의의 회전 중심에서 행할 수 있다. 예컨대, 도 4(a) 좌측 도면에 나타낸 바와 같이, TCP를 선행극(2a)으로 설정한 경우이고 후행극(2b)에만 위치 어긋남이 생기고 있는 경우, 도 4(a) 우측 도면에 나타낸 바와 같이, 선행극(2a)을 축으로 하여 후행극(2b)을 후행극 보정량 θ로 위치 보정함으로써, 1 단계로 위치 보정을 행할 수 있다.
한편, 도 4(b) 좌측 도면에 나타낸 바와 같이, TCP를 선행극(2a)과 후행극(2b)의 중간에 설정한 경우, 도 4(b) 우측 도면에 나타낸 바와 같이, 당해 TCP를 축으로 하여 후행극(2b)을 후행극 보정량 θ로 위치 보정하면, 선행극(2a)의 위치 어긋남이 생기게 된다.
그러나, 본 발명의 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법에 의하면, 선행극 보정량 및 후행극 보정량에 부가하여, 용접 토치(2)의 회전 중심을 보정하기 위한 회전 중심 보정량을 산출하여 용접 토치(2)의 회전 중심의 보정도 행한다. 그 때문에, 후행극(2b)의 위치 보정을 임의의 회전 중심으로 행한 경우에 있어서도, 도 4(b) 아래 도면에 나타낸 바와 같이, 당해 후행극(2b)의 위치 보정에 의해서 선행극(2a)의 위치 어긋남이 생기는 일이 없다. 따라서, 용접선에 대한 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치를 용접선의 위치에 맞추어 보다 확실히 보정할 수 있다.
다음으로, 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법의 처리 흐름의 일례에 대해 도 5 및 도 6을 참조하면서 간단히 설명한다. 우선 센싱 처리가 개시되면, 용접 전원(4)이 선행극(2a)에 소정의 전압을 인가한다(단계 S1). 다음으로, 로봇 콘트롤러(8)가, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 로봇(3)을 통해 용접 와이어(10a)가 그루브 좌측 벽에 접촉할 때까지 선행극(2a)을 이동시킨다(단계 S2). 그리고, 전류 전압 검출 수단(6)이, 그루브 좌측 벽에 접촉한 상태의 선행극(2a)의 전압을 검출한다. 다음으로, 로봇 콘트롤러(8)가, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 로봇(3)을 통해 용접 와이어(10a)가 그루브 우측 벽에 접촉할 때까지 선행극(2a)을 이동시킨다(단계 S3). 그리고, 전류 전압 검출 수단(6)이, 그루브 우측 벽에 접촉한 상태의 선행극(2a)의 전압을 검출한다.
다음으로, 센싱 처리 수단(12)이, 예컨대 전술한 터치 센싱에 의해, 검출한 전압의 전기적 변화로부터 선행극(2a)에 대한 그루브 중심 위치를 검출한다(단계 S4). 다음으로, 로봇 콘트롤러(8)가, 송급 모터(9a)를 통해, 선행극(2a)의 용접 와이어(10a)를 소정량 역(逆)인칭한다(와이어 돌출 길이를 소정량만큼 짧게 한다)(단계 S5). 다음으로, 로봇 콘트롤러(8)가, 송급 모터(9b)를 통해, 후행극(2b)의 용접 와이어(10b)를 소정량 인칭한다(와이어 돌출 길이를 소정량만큼 길게 한다)(단계 S6). 이 단계 S5와 단계 S6은, 선행극에서 센싱을 할 때에 후행극의 와이어가 워크에 접촉하여 굽어지지 않도록 선행극 와이어에 대해 후행극 와이어의 돌출 길이를 짧게 하고 있는 것을, 후행극에서 센싱하기 위해서 반대로 후행극 와이어쪽이 선행극 와이어보다 돌출 길이를 길게 하도록 전환하기 위한 단계이다.
다음으로, 용접 전원(5)이 후행극(2b)에 소정의 전압을 인가한다(단계 S7). 다음으로, 로봇 콘트롤러(8)가, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 로봇(3)을 통해 용접 와이어(10b)가 그루브 좌측 벽에 접촉할 때까지 후행극(2b)을 이동시킨다(단계 S8). 그리고, 전류 전압 검출 수단(7)이, 그루브 좌측 벽에 접촉한 상태의 후행극(2b)의 전압을 검출한다. 다음으로, 로봇 콘트롤러(8)가, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 로봇(3)을 통해 용접 와이어(10b)가 그루브 우측 벽에 접촉할 때까지 후행극(2b)을 이동시킨다(단계 S9). 그리고, 전류 전압 검출 수단(7)이, 그루브 우측 벽에 접촉한 상태의 후행극(2b)의 전압을 검출한다.
다음으로, 센싱 처리 수단(12)이, 검출한 전압의 전기적 변화로부터 후행극(2b)에 대한 그루브 중심 위치를 검출한다(단계 S10). 다음으로, 보정량 산출 처리 수단(16)이, 그루브 중심 위치와, 현재의 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치 등으로부터, 각 보정량을 산출한다(단계 S11). 또, 각 보정량의 산출 순서는 상기한 바와 같다. 다음으로, 로봇 콘트롤러(8)가, 송급 모터(9b)를 통해, 후행극(2b)의 용접 와이어(10b)를 소정량 역인칭한다(단계 S12). 다음으로, 로봇 콘트롤러(8)가, 송급 모터(9a)를 통해, 선행극(2a)의 용접 와이어(10a)를 소정량 인칭한다(단계 S13). 그리고, 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 위치를 보정 후의 위치로 이동시키고(단계 S14), 처리가 종료된다.
이상, 본 발명에 따른 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법, 탠덤 아크 용접 시스템(1)의 로봇 콘트롤러(8) 및 탠덤 아크 용접 시스템(1)에 대해, 발명을 실시하기 위한 형태에 의해 구체적으로 설명했지만, 본 발명의 취지는 이들 기재에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위의 기재에 근거하여 넓게 해석되어야 하다. 또한, 이들 기재에 근거하여 여러 가지 변경, 개변 등한 것도 본 발명의 취지에 포함되는 것은 말할 필요도 없다.
예컨대, 상기한 실시 형태에 따른 전극 위치 제어 방법, 로봇 콘트롤러(8) 및 탠덤 아크 용접 시스템(1)에서는, 전류 전압 검출기(전류 전압 검출 수단)(6, 7)에 의해서 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전압을 검출하고, 그 전기적 변화를 이용하여 센싱 처리를 행하고 있지만, 전류 전압 검출기(전류 전압 검출 수단)(6, 7)에 의해서 선행극(2a) 및 후행극(2b)의 전류를 검출하고, 그 전기적 변화를 이용하여 센싱 처리를 행하더라도 상관없다. 또한, 이 경우의 전류의 전기적 변화로서는, 예컨대 단락의 유무를 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 용접 개시 전에 용접선에 대한 선행극(先行極) 및 후행극(後行極)의 위치를 제어하는 탠덤 아크 용접(tandem arc welding)에서의 전극 위치 제어 방법으로서,
    전류 전압 검출 수단에 의해서, 용접 대상인 용접 워크와 접촉시킨 상기 선행극 및 상기 후행극의 전압을 검출하는 전압 검출 공정과,
    센싱 처리 수단에 의해서, 상기 전압 검출 공정에서 검출된 상기 선행극 및 상기 후행극의 전압의 전기적 변화로부터, 상기 용접 워크의 위치 정보를 검출하는 센싱 공정과,
    보정량 산출 처리 수단에 의해서, 상기 센싱 공정에서 검출된 상기 용접 워크의 위치 정보로부터, 미리 교시된 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 보정량을 산출하는 보정량 산출 공정과,
    로봇 궤적 계획 처리 수단에 의해서, 상기 보정량 산출 공정에서 산출된 상기 보정량을 가산 또는 감산함으로써, 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치를 보정하는 위치 보정 공정
    을 포함하는 탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 검출 공정은 상기 용접 워크의 그루브(groove)의 좌우의 벽을, 상기 선행극 및 상기 후행극에 의해 터치 센싱했을 때의 전압을 검출하고,
    상기 센싱 공정은, 상기 센싱 처리 수단에 의해서, 상기 전압 검출 공정에서 검출된 상기 선행극 및 상기 후행극의 전압의 전기적 변화로부터, 상기 용접 워크의 그루브 중심 위치를 검출하고,
    상기 보정량 산출 공정은,
    선행극 보정량 산출 수단에 의해서, 상기 센싱 공정에서 산출된 상기 그루브 중심 위치와, 현재의 상기 선행극의 위치로부터, 상기 선행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 선행극 보정량을 산출하는 선행극 보정량 산출 공정과,
    후행극 보정량 산출 수단에 의해서, 상기 센싱 공정에서 산출된 상기 그루브 중심 위치와, 현재의 상기 후행극의 위치와, 상기 선행극과 상기 후행극간의 거리로부터, 상기 후행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 후행극 보정량을 산출하는 후행극 보정량 산출 공정을 포함하며,
    상기 위치 보정 공정은, 상기 로봇 궤적 계획 처리 수단에 의해서, 상기 선행극 보정량과 상기 후행극 보정량을 각각 가산 또는 감산함으로써, 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치를 보정하는
    탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전압 검출 공정은, 상기 용접 워크의 그루브의 좌우의 벽에 대해, 상기 용접 토치를 상기 용접선에 대해 직선적으로 이동, 또는 소정의 회전 중심으로 회전시키면서, 상기 선행극 및 상기 후행극에 의해 터치 센싱하는
    탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보정량 산출 공정은, 회전 중심 보정량 산출 수단에 의해서, 상기 위치 보정 공정에서의 상기 후행극의 위치의 보정에 의해 생기는 상기 선행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 회전 중심 보정량을 산출하는 회전 중심 보정량 산출 공정을 더 포함하고,
    상기 위치 보정 공정은, 상기 로봇 궤적 계획 처리 수단에 의해서, 상기 선행극 보정량과 상기 후행극 보정량과 상기 회전 중심 보정량을 각각 가산 또는 감산함으로써, 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치와 상기 용접 토치의 회전 중심을 보정하는
    탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전 중심 보정량 산출 공정은,
    상기 선행극과 상기 용접 토치의 회전 중심 사이의 거리와, 상기 용접 토치가 선단(先端)에 부착된 로봇을 기준으로 한 상기 용접 토치의 자세를 나타내는 토치 자세 정보로부터, 상기 선행극의 기준 위치를 산출함과 아울러,
    상기 선행극의 기준 위치와 상기 후행극 보정량으로부터, 상기 후행극 보정량을 이용하여 보정을 행하기 전의 상기 선행극의 위치와 상기 후행극 보정량을 이용해서 보정을 행한 후의 상기 선행극의 위치의 차이를 구함으로써, 상기 회전 중심 보정량을 산출하는
    탠덤 아크 용접에서의 전극 위치 제어 방법.
  6. 용접선을 따라 용접을 행하는 탠덤 아크 용접 시스템으로서,
    선행극 및 후행극이 용접 진행 방향으로 소정의 전극간 거리를 갖고 배치된 용접 토치와,
    선단에 부착된 상기 용접 토치를 상기 용접선에 대해 이동 또는 회전시키는 로봇과,
    상기 선행극 및 상기 후행극에 급전을 행하는 용접 전원과,
    상기 선행극 및 상기 후행극의 전류 및 전압 중 적어도 한쪽을 검출하는 전류 전압 검출기와,
    용접 개시 전에 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치를 제어하는 로봇 콘트롤러
    를 구비하되,
    상기 로봇 콘트롤러는,
    상기 전류 전압 검출기에서 검출된 상기 선행극 및 상기 후행극의 전압의 전기적 변화로부터, 용접 대상인 용접 워크의 위치 정보를 검출하는 센싱 처리부와,
    상기 용접 워크의 위치 정보로부터, 미리 교시된 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치 어긋남을 보정하기 위한 보정량을 산출하는 보정량 산출 처리부와,
    상기 보정량을 가산 또는 감산함으로써, 상기 용접선에 대한 상기 선행극 및 상기 후행극의 위치를 보정하는 로봇 궤적 계획 처리부로 이루어지는
    탠덤 아크 용접 시스템.
  7. 청구항 6에 기재된 탠덤 아크 용접 시스템에 사용되는 로봇 콘트롤러.
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