KR20180103999A

KR20180103999A - 용접 장치 및 용접 장치의 제어 방법

Info

Publication number: KR20180103999A
Application number: KR1020187023477A
Authority: KR
Inventors: 유키 시카; 다츠지 미나토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2018-09-19
Also published as: KR102157486B1; EP3417977A1; CN108698152A; CN108698152B; JP2017144468A; US20190047073A1; EP3417977A4; JP6771288B2; WO2017141804A1

Abstract

용접 장치(100)는, 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇(11)과, 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터(23)와, 다관절 로봇의 최선단 구동축(19)과 엔드 이펙터 사이에 마련되고, 엔드 이펙터의 선단 축을 위빙 동작시키는 선단 축 구동 기구(21)와, 다관절 로봇 및 선단 축 구동 기구를 구동하는 구동 제어부(41)를 구비한다. 선단 축 구동 기구는, 엔드 이펙터의 선단 축에 직교하는 제 1 축 방향으로 구동하는 제 1 축 구동부와, 선단 축 및 제 1 축 방향에 직교하는 제 2 축 방향으로 구동하는 제 2 축 구동부를 갖는다.

Description

용접 장치 및 용접 장치의 제어 방법

본 발명은 용접 장치 및 용접 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

다관절 로봇을 이용하여 용접 작업을 실행할 때, 비드 폭, 용입 형상, 용착량을 각각 적절히 하기 위해, 또는 아크 모방 기능을 얻기 위해, 위빙을 실행하는 경우가 있다. 위빙이란, 다관절 로봇이 파지하는 용접 토치를, 용접 라인의 직교 방향으로 흔드는 운봉 방법으로서, 이러한 위빙의 제어가 고정밀할수록, 양호한 용접이 가능해진다.

일반적인 6축 로봇을 이용한 종래의 위빙 제어에서는, 모든 방향의 용접 라인에 대한 위빙이 원리적으로 가능하게 되어 있다. 그러나, 용접 조건에 따라서는 고속의 위빙을 실행할 수 없는 경우가 있다. 이것은, 정밀도 양호하게 위빙이 가능한 한계 주파수가 로봇의 강성 및 고유 진동수 등에 의해 정해지고, 로봇의 강성이 낮은 구동축 때문에 한계 주파수가 낮아지기 때문이다. 즉, 로봇의 구동축의 강성에 기인하여, 고정밀도, 또한 고주파수의 위빙이 곤란하게 된다.

이러한 과제를 가지는 다관절 로봇의 위빙 제어에 관하여, 예를 들어 특허문헌 1, 2와 같은 개량 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 1의 용접 로봇은, 용접 토치의 선단이 로봇 선단 축의 축선으로부터 오프셋되어 있으며, 로봇 선단 축을 회전 구동하는 것에 의해, 용접 토치의 선단이 로봇 선단 축의 축선 주위로 회전 가능하게 된다. 그리고, 용접 로봇의 제어 장치는, 로봇 선단 축만 이용하여, 용접 토치의 선단을 용접 라인에 대하여 교차하는 방향으로 위빙시킨다. 이러한 경우, 로봇 선단 축의 관성은 다른 축의 관성과 비교하여 작아진다. 그 때문에, 로봇 선단 축만 이용하여 위빙하는 것에 의해, 복수의 축을 이용하여 위빙을 실행하는 경우와 비교하여 높은 주파수로 고정밀도의 위빙이 가능하게 된다.

특허문헌 2의 용접 로봇은, 위빙 대상 축마다의 응답성의 차이, 위빙 주파수나 지령 진폭의 대소에 의한 응답성의 차이, 각 위빙 대상 축의 관성에 의한 응답성의 차이를 고려하여, 모터에의 지령 진폭을 결정하고 있다. 이에 의해, 위빙 제어에 의한 운봉 궤적을 정확하게 하여, 위빙의 정밀도를 향상시키고 있다.

일본 특허 공개 제 2013-56359 호 공보 일본 특허 공개 제 평07-24574 호 공보

특허문헌 1의 위빙 제어 방법에서 이용하는 용접 로봇은, 용접 토치의 선단이 선단 축의 축선으로부터 오프셋되며, 선단 축의 회전에 의해, 용접 토치의 선단을 선단 축의 축선 주위로 회전시키기 때문에, 높은 주파수로 고정밀도의 위빙을 실현하고 있다. 그러나, 이러한 방식으로는, 복잡한 위빙 패턴을 적용하는 것은 기구상 곤란하다.

특허문헌 2는, 위빙 주파수 이외에, 위빙 진폭에 영향을 주는 요인을 고려하여 지령 진폭을 결정하고 있으며, 특히 주파수 1㎐ 내지 10㎐, 진폭 2㎜ 내지 10㎜의 사인파형을 실현할 수 있다. 그러나, 사인파형 이외의 위빙 패턴이나 10㎐ 이상의 위빙 주파수로 위빙 동작시키는 것에 관하여 조금도 의식하고 있지 않다.

또한, 로봇 축에는, 위빙 주파수의 진동이 중첩된다. 이 위빙 주파수가 로봇의 고유 진동수에 가까워지면, 공진 현상이 생겨서 위빙 진폭이 증대하여, 로봇 본체가 불안정하게 된다. 이 때문에, 위빙 주파수는 로봇의 고유 진동수를 피할 필요가 있어, 용접에 적용 가능한 위빙 조건에 제한이 발생하고 있었다.

본 발명은, 다관절 로봇을 이용하여 용접할 때에, 로봇의 고유 진동수에 제한되지 않아, 여러 가지 위빙 패턴에 의한 고정밀도 또한 고주파수의 위빙 제어가 가능해지는 용접 장치 및 용접 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 하기 구성으로 이루어진다.

(1) 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,

상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터(end effector)와,

상기 다관절 로봇의 최선단 구동축과 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되고, 상기 엔드 이펙터의 선단 축을 위빙 동작시키는 선단 축 구동 기구와,

상기 다관절 로봇 및 상기 선단 축 구동 기구를 구동하는 구동 제어부를 구비하며,

상기 선단 축 구동 기구는 상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축에 직교하는 제 1 축 방향으로 구동하는 제 1 축 구동부와, 상기 선단 축 및 상기 제 1 축 방향에 직교하는 제 2 축 방향으로 구동하는 제 2 축 구동부를 갖는 용접 장치.

(2) 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,

상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,

상기 다관절 로봇의 최선단 구동축과 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되고, 상기 엔드 이펙터의 선단 축을 용접 라인을 따라서 위빙 동작시키는 선단 축 구동 기구와,

상기 구동 제어부는,

상기 다관절 로봇을 구동하여, 상기 엔드 이펙터를 상기 용접 라인을 따라서 이동시키는 주(主) 방향 구동부와,

상기 선단 축을 위빙 이동시키는 위빙 구동부를 갖고,

상기 위빙 구동부는,

상기 선단 축의 소망의 위빙 궤적이 상기 선단 축 구동 기구에 의한 상기 선단 축의 이동 가능 범위에 들어가는 경우에는, 상기 선단 축 구동 기구를 구동하여 상기 위빙 궤적의 위빙 동작을 실시시키고,

상기 소망의 위빙 궤적이 상기 이동 가능 범위를 초과하는 경우에는, 상기 위빙 궤적의 위빙 이동분 중 상기 이동 가능 범위의 이동 한계를 초과하는 이동 보완량을 구하고, 상기 선단 축 구동 기구를 상기 이동 한계까지 구동하는 동시에, 상기 다관절 로봇이 갖는 적어도 어느 하나의 구동축을 상기 이동 보완량에 따라서 구동하여, 상기 위빙 궤적의 위빙 동작을 실시시키는 용접 장치.

(3) 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,

상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,

상기 다관절 로봇 및 상기 선단 축 구동 기구를 구동하는 구동 제어부를 구비하는 용접 장치를 이용하고,

상기 선단 축 구동 기구를 구동하여, 상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축을, 상기 선단 축에 직교하는 제 1 축 방향 및 상기 선단 축과 상기 제 1 축 방향에 직교하는 제 2 축 방향으로 이동시키는 용접 장치의 제어 방법.

(4) 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,

상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,

상기 다관절 로봇의 최선단 구동축과 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되고,

상기 엔드 이펙터의 선단 축을 위빙 동작시키는 선단 축 구동 기구와,

상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축을 용접 라인을 따라서 소망의 위빙 궤적으로 위빙 동작시킬 때에,

상기 소망의 위빙 궤적이 상기 선단 축 구동 기구에 의한 상기 선단 축의 이동 가능 범위에 들어가는 경우에는, 상기 선단 축 구동 기구를 구동하여 상기 위빙 궤적의 위빙 동작을 실시시키고,

상기 소망의 위빙 궤적이 상기 이동 가능 범위를 초과하는 경우에는, 상기 위빙 궤적의 위빙 이동분 중 상기 이동 가능 범위의 이동 한계를 초과하는 이동 보완량을 구하고, 상기 선단 축 구동 기구를 상기 이동 한계까지 구동하는 동시에, 상기 다관절 로봇이 갖는 적어도 어느 하나의 구동축을 상기 이동 보완량에 따라서 구동하여, 상기 위빙 궤적의 위빙 동작을 실시시키는 용접 장치의 제어 방법.

본 발명에 의하면, 위빙 주파수가 로봇의 고유 진동수에 제한되지 않아, 여러 가지 위빙 패턴에 의한 고정밀도 또한 고주파수의 위빙 제어가 가능해진다.

도 1의 용접 장치의 개략적인 전체 구성도이다.
도 2는 다관절 로봇의 일례를 도시하는 외관 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 2축 위버의 확대도이다.
도 4는 구동 제어부에 의해 로봇 및 2축 위버를 구동하는 제어 블록도이다.
도 5는 위빙 이동분을 포함하는 이동 궤적을 나타내는 설명도이다.
도 6은 용접 토치가 토치 주위의 부재와 간섭하는 경우의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 7은 위빙 제어 방법의 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 8a는 위빙 패턴을 도시하는 모식도이다.
도 8b는 위빙 패턴을 도시하는 모식도이다.
도 8c는 위빙 패턴을 도시하는 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

＜용접 장치의 전체 구성＞

도 1은 용접 장치(100)의 개략적인 전체 구성도이다.

본 구성의 용접 장치(100)는, 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇(11)과, 제어 장치(13)와, 용접 전원(15)과, 제어 장치(13)에 접속되는 교시 컨트롤러(17)를 구비한다. 다관절 로봇(11)의 최선단 구동축(19)에는, 선단 축 구동 기구로서의 2축 위버(weaver)(21)가 마련된다. 이러한 2축 위버(21)는 엔드 이펙터인 용접 토치(23)를 포함하여 구성된다.

다관절 로봇(11)의 최선단 구동축(19)과 용접 토치(23) 사이에 마련된 2축 위버(21)는 상세를 후술하는 용접 토치(23)의 선단 축을, 최선단 구동축(19)에 대하여 상대 이동시키는 제 1 구동부와 제 2 구동부를 갖는다. 이들 제 1 축 구동부와 제 2 축 구동부 중 적어도 한쪽을 구동하는 것에 의해, 용접 토치(23)의 위빙 동작이 실행된다.

제어 장치(13)는, 교시 컨트롤러(17)로부터 입력된 교시 데이터에 근거하여, 다관절 로봇(11)과 2축 위버(21)를 구동하여, 용접 토치(23)의 선단 축을 이동시킨다. 이 제어 장치(13)는, 도시는 하지 않지만, CPU가 ROM, RAM, 하드 디스크 등에 기억된 프로그램을 판독하여 실행하는 것에 의해, 용접 장치(100)의 각부를 제어한다.

용접 토치(23)의 선단 축에는, 플럭스 코어드 와이어, 솔리드 와이어 등의 소모식 전극인 용접 와이어(25)가 제어 장치(13)로부터의 지령에 의해 도시하지 않는 와이어 송급 장치로부터 조출된다. 또한, 용접 전원(15)은 도시하지 않는 파워 케이블에 의해 용접 토치(23) 및 워크(W)의 모재와 접속되고, 제어 장치(13)로부터의 지령에 의해 파워 케이블을 통하여 각부에 용접 전류가 공급된다. 또한, 용접 토치(23)의 내부에는, 도시하지 않는 가스 공급부로부터 실드 가스가 공급된다.

제어 장치(13)는, 용접 와이어(25)의 선단부와 워크(W) 사이에 용접 전원(15)으로부터의 용접 전류를 공급하여, 실드 가스 분위기가 된 용접 토치(23)의 선단 축에 아크를 발생시킨다. 그리고, 아크가 발생한 용접 토치(23)를 미리 교시한 궤적대로 이동시킨다. 이에 의해, 워크(W)가 용접된다.

다음에, 상기 구성의 용접 장치(100)에 있어서의 각부의 구성에 대하여, 더욱 상세하게 설명한다.

＜다관절 로봇＞

도 2는 다관절 로봇의 일례를 도시하는 외관 사시도이다.

본 구성의 용접 장치(100)에 이용하는 다관절 로봇(11)은, 예를 들어 일반적인 6개의 구동축을 갖는 6축 로봇이 이용된다. 도시 예에서는, J1 내지 J6 방향으로 구동 가능한 다관절 로봇을 도시하고 있다. 또한, 6축 로봇 이외에도, 예를 들어 7축 로봇이나, 다른 다축 로봇이어도 좋다. 이하, 다관절 로봇을 「로봇」이라고 약칭한다.

로봇(11)의 J6 방향으로 구동하는 최선단 구동축(19)과 용접 토치(23) 사이에는, 상기의 2축 위버(21)가 장착된다. 로봇(11)의 J1 내지 J6 방향으로 구동되는 각 구동축은 각각 도시하지 않는 서보 모터 등의 구동 모터에 의해 구동된다. 이들 구동 모터에는, 각각 도 1에 도시하는 통신선(27)을 통하여 제어 장치(13)로부터의 구동 신호가 입력된다.

＜2축 위버＞

도 3은 도 2에 도시하는 2축 위버(21)의 확대도이다.

일례로서 도시하는 2축 위버(21)는, 용접 토치(23)의 선단 축(23a)을, 선단 축(23a)에 직교하는 평면(Pa) 내에서, 제 1 축 방향인 X축 방향으로 구동하는 제 1 축 구동부(31)와, 선단 축(23a) 및 X 방향에 직교하는 제 2 축 방향인 Y 방향으로 구동하는 제 2 축 구동부(33)를 갖는다. 즉, 2축 위버(21)는 서로 직교하는 X, Y 방향으로 용접 토치(23)를 이동 가능하게 지지한다.

제 1 축 구동부(31)와 제 2 축 구동부(33)는, 용접 토치(23)의 선단 축(23a)의 기준 위치를 중심으로 하여, 평면(Pa) 상에서 서로 직교하는 2 방향으로 용접 토치(23)의 선단 축(23a)을 구동한다. 제 1 축 구동부(31)는 제 2 축 구동부(33)를 X 방향이 되는 J7 방향으로 이동시키는 직동 슬라이드 유닛을 갖는다. 제 2 축 구동부(33)는, 용접 토치(23)를 지지하는 토치 기부(35)를, 축(37)을 중심으로 J8 방향으로 회전 가능하게 지지하는 회전 유닛을 갖는다. 이들 직동 슬라이드 유닛과 회전 유닛은 각각 도시하지 않는 서보 모터 등의 구동 모터에 의해 구동된다.

제 1 축 구동부(31)와 제 2 축 구동부(33)의 각 구동용 모터에는, 로봇(11)의 각 구동축의 경우와 마찬가지로, J7의 직동과, J8의 회전 이동의 구동 신호가 각각 통신선(27)을 통하여 제어 장치(13)로부터 입력된다.

상기 구성의 2축 위버(21)는, X 방향에 관해서는 직동, Y 방향에 관해서는 회전 이동에 의해 이동시키는 구성이지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, X 방향 및 Y 방향을 함께 직동에 의해 이동시키는 구성으로 하여도 좋고, X 방향 및 Y 방향을 모두 회전 이동에 의해 이동시키는 구성으로 하여도 좋다. 회전 이동에 의해 이동시키는 구성은 장치의 설계가 쉬워서, 축 미끄럼 운동부의 시일성을 용이하게 높일 수 있다. 또한, 직동에 의해 이동시키는 구성은, 토치 선단이 크게 이동하여도 워크로부터의 높이가 어긋나지 않기 때문에, 위빙 동작에 의해 용접 성상에 편차가 생기기 어려워진다.

또한, 용접 토치(23)에는, 도시하지 않는 가스 공급 장치로부터 실드 가스가 공급되고, 용접 시에 있어서의 용접 토치(23)의 대기의 혼입이 방지된다. 또한, 용접 토치(23)에는, 도시하지 않는 와이어 송급 장치로부터 용접 와이어(25)가 송급된다. 또한, 최선단 구동축(19)에는 아크점 조정봉(39)이 착탈 가능하게 장착된다. 이 아크점 조정봉(39)은 그 선단부(39a)가 용접 위치의 위치 맞춤 등에 이용되고, 용접 시에는 분리된다.

＜제어 장치의 구성과 작용＞

다음에, 제어 장치의 구성과, 제어 장치에 의한 위빙 동작을 따른 용접 방법에 대하여 설명한다.

도 1에 도시하는 제어 장치(13)는, 교시 컨트롤러(17)로부터 입력된 입력 정보에 기초하여, 로봇(11) 및 2축 위버(21)를 구동하는 구동 제어부(41)를 구비한다. 이하, 구동 제어부(41)에 의한 위빙 동작을 따른 용접 토치(23)의 이동 동작에 대하여 설명한다. 또한, 제어 장치(13)는, 구동 제어부(41) 이외에도, 용접 토치(23)에 용접 와이어(25)를 송급하는 와이어 송급 제어부, 용접 토치(23)에 실드 가스를 공급하는 가스 공급 제어부, 용접 전원(15)으로부터의 용접 전류를 제어하는 전류 제어부 등을 구비하지만, 여기에서는 설명을 생략한다.

도 4는 구동 제어부(41)에 의해 로봇(11) 및 2축 위버(21)를 구동하는 제어 블록도이다.

구동 제어부(41)는, 로봇(11)이 갖는 J1 내지 J6 방향의 구동축에 대한 각 구동 모터, 및 2축 위버(21)의 제 1 축 구동부(31), 제 2 축 구동부(33)의 각 구동 모터로 구동 신호를 출력하여, 용접 토치(23)의 위치와 자세를 변경한다.

그 때문에, 구동 제어부(41)는, 용접 토치(23)의 선단 축의 이동 궤적을 연산에 의해 구하는 이동 궤적 연산부(43)와, 로봇(11) 및 2축 위버(21)를 구동하는 구동부(44)를 구비한다. 구동부(44)는, 로봇(11)을 구동하여 용접 토치(23)를 주로 위빙 동작을 포함하지 않는 용접 라인을 따라서 이동시키는 주 방향 구동부(45)와, 2축 위버(21)를 구동하여 용접 토치(23)를 위빙 이동시키는 위빙 구동부(47)를 포함하여 구성된다. 또한, 구동 제어부(41)는, 도 1에 도시하는 교시 컨트롤러(17)에 의해 입력된 용접 조건 등의 교시 데이터를 판독하는 입출력부(49)와, 판독된 교시 데이터나 연산된 이동 궤적을 기억하는 기억부(51)를 더 구비한다.

교시 컨트롤러(17)는 도 1에 도시하는 통신선(55)을 통하여 구동 제어부(41)와 접속된다. 오퍼레이터는 교시 컨트롤러(17)를 조작하여 로봇(11)과 2축 위버(21)를 구동하여, 용접 토치(23)의 선단 축을 용접 포인트가 되는 위치에 세트한다. 이 때, 도 3에 도시하는 바와 같이, 아크점 조정봉(39)을 최선단 구동축(19)에 장착하는 것에 의해 용접 포인트가 용이하게 확인 가능하게 된다.

그리고, 오퍼레이터가 소망의 용접 라인을 따른 복수점의 용접 포인트를 등록하는 것에 의해, 용접 토치(23)의 동작 경로가 결정된다. 즉, 교시 컨트롤러(17)를 이용하여 로봇(11)을 동작시켜, 용접 라인을 PTP 제어(Point-to-point control)에 의해 결정한다. 교시 컨트롤러(17)에는, 상기와 같은 오퍼레이터로부터의 입력에 의해, 용접 라인의 위치 정보, 이동 속도, 위빙 동작의 주기 등의 정보를 포함하는 교시 데이터가 생성된다. 이러한 생성된 교시 데이터는, 교시 컨트롤러(17)로부터 구동 제어부(41)에 송신되고, 입출력부(49)를 거쳐서 기억부(51)에 기억된다.

이동 궤적 연산부(43)는, 기억부(51)의 교시 데이터를 참조하여, 용접 토치(23)의 선단 축의 동작 경로를 복수의 구동 단계로 분할한다. 여기서, 구동 단계란, 로봇(11)이나 2축 위버(21)를 동기 제어하는 구동 타이밍의 간격이지만, 그 외에도, 임의로 정한 타이밍이어도 좋다.

그리고, 이동 궤적 연산부(43)는, 상기의 동작 경로에 위빙 동작에 의한 이동분을 중첩시키는 것에 의해, 실제의 용접 시에 있어서의 용접 토치(23)의 선단 축의 이동 궤적을 구한다. 위빙 동작에 의한 이동분은, 예를 들어 도 5에 나타내는 바와 같이, 소정의 일정 간격(t)의 구동 단계마다 시프트량으로서 ΔS가 설정된다. 도시 예에서는, 사인파형의 위빙 궤적을 예시하고 있다. 위빙 이동분(ΔS)은, 소망의 위빙 궤적의 1 주기를 적절한 간격으로 분할하고, 이 분할한 1 간격을 단위 구동 단계로 하여, 각 구동 단계에 있어서의 위빙 동작의 크기를 연산에 의해 구하여 설정된다.

본 구성의 용접 장치(100)에 있어서는, 용접 토치(23)의 위빙 동작을 형성하는 위빙 이동분(ΔS)에 관해서는, 2축 위버(21)를 구동하고, 용접 라인을 따른 주 방향 이동분에 관해서는 로봇(11)을 구동하여 용접 토치(23)를 이동시킨다. 이러한 구동에 의하면, 용접 토치(23)를 위빙 동작시키면서 용접 라인을 따라서 용접하는 경우에, 위빙 동작을 2축 위버(21)만으로 실행하게 된다. 따라서, 로봇(11)의 구동축에는, 상기의 위빙 주파수의 진동이 중첩되지 않아, 로봇(11)의 구동에 의해 위빙 동작시키는 경우와 비교하여 공진 현상이 생기기 어려워진다. 그 결과, 로봇(11)의 고유 진동수에 제한되지 않아 여러 가지 위빙 패턴의 동작이 가능해져서, 고정밀도, 또한 고주파수의 위빙 제어가 실행된다.

그런데, 용접 라인을 따라서 용접 토치(23)를 이동시키면, 용접 장소에 따라서는 위빙 궤적의 진폭 중, 적어도 일부의 영역에서 2축 위버(21)에 의한 용접 토치(23)의 이동이 불가능하게 되는 경우가 일어날 수 있다.

도 6은 용접 토치(23)가 토치 주위의 부재와 간섭하는 경우의 일례를 도시하는 설명도이다. 워크(W)의 개선(61)의 폭(Ws) 내에서 용접 토치(23)를 위빙 동작시키는 경우, 예를 들어 도 3에 도시하는 2축 위버(21)의 제 1 축 구동부(31)를 구동하여 용접 토치(23)를 위빙시키면, 개선(61)에 인접하는 벽부(63)에 용접 토치(23)가 간섭하게 된다.

그러한 경우에는, 용접 토치(23)의 위빙 동작의 일부를, 2축 위버(21)를 대신하여 로봇(11)의 구동축을 구동하는 것에 의해, 벽부(63)와의 간섭을 회피시킨다.

즉, 도 5에 나타내는 바와 같이, 주 이동 방향으로의 주 방향 이동분(ΔL)과, 위빙 동작이 되는 주 이동 방향에 직교하는 방향으로의 위빙 이동분(ΔS)을 합성하는 이동 궤적(Pt)을 따라서 용접 토치(23)를 이동시킬 때, 이동 궤적(Pt)의 도중에 간섭 발생 영역(65)이 존재하는 경우가 있다. 그러한 경우, 2축 위버(21)의 구동에 의한 이동분이 간섭 발생 영역(65)에 들어가지 않도록 한다.

이동 궤적(Pt)이 간섭 발생 영역(65) 내에 도달한 경우, 2축 위버(21)를, 간섭 발생 영역(65)에 들어가지 않는 한계의 시프트량을 이동 한계(ΔS1)로 하여 구동한다. 그리고, 이동 궤적(Pt)의 이동 한계(ΔS1)를 초과한 시프트량을 이동 보완량(ΔS2)으로 하여, 이 이동 보완량(ΔS2)을 로봇(11)의 구동축을 구동하는 것에 의해, 용접 토치(23)의 자세를 변경하면서 이동시킨다.

상기의 구동에 의하면, 소망의 위빙 궤도의 위빙 동작을 실시시킬 때, 용접 토치(23)가 토치 주위의 부재와 간섭하는 영역에 있어서는, 2축 위버(21)와 로봇(11)의 구동축을 협동시키는 것에 의해, 용접 토치(23)의 자세가 변경되어, 다른 부재와의 간섭이 회피된다. 따라서, 간섭 발생 영역(65)에 있어서도, 연속한 위빙 동작을 실행할 수 있다.

구체적으로는, 이동 궤적 연산부(43)에 의해 구한 이동 궤적에 있어서의 위빙 이동분(ΔS)이 용접 토치(23)의 간섭 발생 영역(65)을 포함하지 않는 2축 위버(21)에 의한 이동 가능 범위에 있는지를 판정한다. 위빙 이동분(ΔS)이 이동 가능 범위에 있는 경우에는, 위빙 구동부(47)는, 2축 위버(21)로 위빙 이동분(ΔS)을 따른 구동 신호를 출력하여, 용접 토치(23)의 선단 축을 위빙 방향으로 이동시킨다. 또한, 주 방향 구동부(45)는, 로봇(11)의 구동축으로 주 방향 이동분(ΔL)을 따른 구동 신호를 출력하여, 용접 토치(23)의 선단 축을 용접 라인을 따라서 이동시킨다. 이에 의해, 용접 토치(23)는 위빙 방향과 용접 라인 방향의 이동이 합성된 이동 궤적(Pt)을 따라서 이동한다.

한편, 위빙 이동분(ΔS)이 이동 가능 범위를 초과하는 경우에는, 위빙 구동부(47)는, 위빙 이동분(ΔS) 중 이동 가능 범위의 이동 한계(ΔS1)를 초과한 이동 보완량(ΔS2)을 구하고, 2축 위버(21)로, 이동 한계(ΔS1)까지 이동시키는 구동 신호를 출력한다. 이에 의해, 용접 토치(23)의 선단 축은 이동 한계(ΔS1)까지 이동한다. 이와 함께, 위빙 구동부(47)는 로봇(11)이 갖는 적어도 어느 하나의 구동축을 이동 보완량(ΔS2)을 따라서 구동하기 위한 위빙 구동 신호를 주 방향 구동부(45)로 출력한다.

주 방향 구동부(45)는, 입력된 위빙 구동 신호에 근거하여, 용접 토치(23)의 선단 축을 위빙 동작시키는 동작과, 로봇(11)의 구동축을 주 방향 이동분(ΔL)을 따라서 이동시키는 동작을 합성한 합성 구동 신호를 로봇(11)으로 출력한다. 즉, 로봇(11)은, 상기의 위빙 구동부(47)로부터의 위빙 구동 신호에 의한 구동과, 주 방향 이동분(ΔL)의 구동을 합성한 합성 구동 신호에 의해 구동된다. 그 결과, 용접 토치(23)는 위빙 방향과 용접 라인 방향의 이동이 합성된 소망의 위빙 궤적인 이동 궤적(Pt)을 따라서 이동한다.

＜위빙 제어의 일례＞

다음에, 상기의 기본 순서에 의해, 용접 토치(23)의 선단 축을 위빙 동작시키면서 용접 라인을 따라서 이동시키는 위빙 제어의 일례에 대해, 도 7에 근거하여 설명한다.

도 7은 위빙 제어 방법의 순서를 나타내는 흐름도이다.

우선, 워크의 용접 개시점과 용접 종료점까지의 위빙을 포함하지 않는 용접 라인을 전술한 교시 컨트롤러(17)를 이용하여 결정한다. 결정한 용접 라인의 전체 이동 패스를 구동 단계마다 분할한다. 그리고, 분할된 단위 구동 단계 당의 용접 라인을 따른 주 방향으로의 이동 횟수, 및 주 방향 이동량을 계산한다(S1). 또한, 이동 횟수나 이동 거리는 미리 교시한 포인트(위치), 위빙 방법, 용접 토치(23)의 이동 속도나 이동 주기 등의 정보를 기초로 하여 구한다.

또한, 위빙 1 주기의 분할점과, 각 분할점에서의 시프트량, 즉 도 5에 도시되는 위빙 이동분(ΔS)을 계산한다(S2).

다음에, S1에서 구한 주 방향 이동량과, S2에서 구한 시프트량으로부터, 위빙 동작을 포함하는 용접 토치(23)의 이동 궤적을 연산에 의해 구한다(S3). 이러한 이동 궤적의 연산에서는, 용접 개시점으로부터 용접 종료점까지의 전체 용접 라인에 대하여, 구동 단계마다 주 방향 이동량과 시프트량을 구할 수 있다.

구동 단계마다 구한 시프트량으로부터, 2축 위버(21)를 구동하여 용접 토치(23)를 이동시키는 경우의 이동 목표 위치를 구한다(S4). 이러한 이동 목표 위치는 로봇(11)의 각 구동축을 구동시키지 않고, 2축 위버(21)의 구동만으로 이동시킨 경우의 2축 위버(21)의 이동 목표 위치 또는 이동 목표 각도이다.

그리고, 구한 이동 목표 위치가 2축 위버(21)의 이동 가능 범위에 들어가 있는지를 판정한다(S5). 이동 목표 위치가 2축 위버(21)의 구동역에서 커버할 수 있는 경우는, 이동 목표 위치까지 2축 위버(21)를 구동한다(S6).

한편, 구한 이동 목표 위치가 2축 위버(21)의 이동 가능 범위를 초과하고 있는 경우는, 2축 위버(21)의 이동 가능 범위를 초과한 부분을 도 5에 나타나는 이동 보완량(ΔS2)으로서 산출한다(S7). 이러한 이동 보완량을 로봇(11)의 구동축으로 이동시키기 위한 로봇(11)의 이동 목표 위치를 구한다. 구한 이동 보완량을 보충하기 위한 이동 목표 위치와, 로봇(11)의 구동축이 주 방향 이동하기 위한 이동 목표 위치를 합성한 로봇(11)의 합성 이동 목표 위치를 구한다(S8). 그리고, 구한 합성 이동 목표 위치에 로봇(11)을 구동한다. 또한, 2축 위버(21)는 이동 한계까지 구동한다(S9). 이에 의해, 용접 토치(23)는, 용접 라인을 따른 주 방향으로의 이동과 위빙 동작을 위한 이동이 동시에 실행되고, 이동 궤적을 따른 이동처로 이송된다.

이상의 S3 내지 S6 또는 S9까지의 처리를, 최종 지점인 용접 종료점까지 반복한다(S10). 이러한 위빙 제어에 의해, 복잡한 위빙 패턴이라도, 주위 부재와 간섭을 일으키는 일없이 실행할 수 있다. 특히, 1㎐ 내지 10㎐, 진폭 2㎜ 내지 10㎜의 사인파형을 고정밀도로 실현할 수 있다. 또한, 10㎐ 이상의 높은 주파수의 위빙 동작이라도 고정밀도로 실현 가능하게 된다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c는 각종의 위빙 패턴을 도시하는 모식도이다.

상기의 위빙 패턴은 도 8a에 도시하는 사인파형이었지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 8b에 도시하는 루프형상, 도 8c에 도시하는 삼각파형상 등의 각종의 패턴을 채용할 수 있다. 위빙 패턴을 루프형상이나 삼각파형상으로 하는 경우에는, 2축 위버(21)의 제 1 축 구동부(31)와 제 2 축 구동부(33)를 동시에 구동하면 좋다. 어느 경우에도, 위빙 동작은 기본적으로 2축 위버(21)만으로 실행하고, 로봇(11)의 각 구동축은 2축 위버(21)만으로는 위빙 동작을 실행할 수 없는 경우만, 보조적으로 위빙 동작에 이용한다.

＜로봇(11)의 다른 구동예＞

상기의 위빙 제어에 있어서는, 로봇(11)의 각 구동축은 주로 주 방향 이동을 위해서 구동된다. 그 때, 로봇(11)의 각 구동축을, 2축 위버(21)가 위빙 동작할 때에 발생하는 진동을 없애는 방향으로 동작시키는 것이 바람직하다.

예를 들면, 2축 위버(21)가 일방향으로 왕복 운동되는 경우에, 이 왕복 운동의 방향 변환하는 타이밍에서, 로봇(11)의 구동축을 발생하는 관성력의 역방향으로 구동한다. 그러면, 2축 위버(21)의 왕복 운동에 의해 발생하는 관성력이 상쇄되어 로봇(11) 본체의 진동이 억제된다. 이에 의해, 정밀도가 양호한 위빙 동작이 가능해진다.

이와 같이, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 실시형태의 각 구성을 서로 조합하는 것이나, 명세서의 기재 및 주지의 기술에 근거하여, 당업자가 변경, 응용하는 것도 본 발명의 예정하는 바이며, 보호를 요구하는 범위에 포함된다.

예를 들면, 선단 축 구동 기구는, 2축 위버에 한정되지 않으며, 1축 위버라도 좋고, 회전 구동형의 위버라도 좋다. 또한, 다른 구동축을 구비한 3축 이상의 구동축을 갖는 위버라도 좋다.

또한, 상기의 용접 장치는, 엔드 이펙터로서 용접 토치를 구비한 구성을 예시했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 엔드 이펙터로서 슬래그를 제거하는 슬래그 치퍼(slag chipper)를 구비한 슬래그 제거 장치, 가우징 토치(gouging torch)를 구비한 가우징 장치, 레이저 센서를 구비한 계측 장치라도 좋다. 또한, 레이저 용접용 토치를 구비한 레이저 용접 장치, 스팟 용접용 건을 구비한 스팟 용접 장치라도 좋다.

이상과 같이, 본 명세서에는 다음 사항이 개시되어 있다.

(1) 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,

상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,

상기 선단 축 구동 기구는, 상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축에 직교하는 제 1 축 방향으로 구동하는 제 1 축 구동부와, 상기 선단 축 및 상기 제 1 축 방향에 직교하는 제 2 축 방향으로 구동하는 제 2 축 구동부를 갖는 용접 장치.

이러한 용접 장치에 의하면, 엔드 이펙터의 선단 축을 위빙 동작시키면서 용접 라인을 따라서 용접하는 경우에, 위빙 동작을 선단 축 구동 기구만으로 실행할 수 있다. 따라서, 다관절 로봇의 구동축에는, 상기의 위빙 주파수의 진동이 중첩되지 않아, 다관절 로봇의 구동에 의해 위빙 동작시키는 경우와 비교하여 공진 현상이 생기기 어려워진다. 그 결과, 다관절 로봇의 고유 진동수에 제한되지 않아 여러 가지 위빙 패턴의 동작이 가능해져서, 고정밀도, 또한 고주파수의 위빙 제어를 실행할 수 있다.

(2) 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,

상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,

상기 구동 제어부는,

상기 다관절 로봇을 구동하여, 상기 엔드 이펙터를 용접 라인을 따라서 이동시키는 주 방향 구동부와,

상기 선단 축을 위빙 이동시키는 위빙 구동부를 갖고,

상기 위빙 구동부는,

상기 소망의 위빙 궤적이 상기 이동 가능 범위를 초과하는 경우에는, 상기 위빙 궤적의 위빙 이동분 중 상기 이동 가능 범위의 이동 한계를 초과하는 이동 보완량을 구하고, 상기 선단 축 구동 기구를 상기 이동 한계까지 구동하는 동시에, 상기 다관절 로봇이 갖는 적어도 어느 하나의 구동축을 상기 이동 보완량에 따라 구동하여, 상기 위빙 궤적의 위빙 동작을 실시시키는 용접 장치.

이러한 용접 장치에 의하면, 엔드 이펙터가 주위의 부재와 간섭하는 이동 가능 범위 외의 영역에서는, 선단 축 구동 기구와 다관절 로봇의 구동축을 협동시키는 것에 의해, 엔드 이펙터의 자세가 변경되어 엔드 이펙터와 다른 부재의 간섭이 회피된다. 따라서, 엔드 이펙터의 이동 가능 범위 외의 간섭이 발생하는 영역에서도, 연속한 위빙 동작을 실행할 수 있다.

(3) 상기 구동 제어부는, 상기 선단 축 구동 기구의 구동에 의해 생기는 상기 다관절 로봇의 진동을 없애는 방향으로 상기 다관절 로봇을 구동하는 (1) 또는 (2)에 기재된 용접 장치.

이러한 용접 장치에 의하면, 선단 축 구동 기구의 왕복 운동에 의해 발생하는 관성력이 상쇄되어, 다관절 로봇 본체의 진동이 억제된다. 이에 의해, 정밀도가 양호한 위빙 동작이 가능해진다.

(4) 상기 엔드 이펙터는, 용접 토치이고, 상기 선단 축에 소모식 전극의 선단부가 배치되는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 용접 장치.

이러한 용접 장치에 의하면, MIG 용접, MAG 용접 등의 아크 용접에 의해, 양호한 위빙 비드를 얻을 수 있다.

(5) 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,

상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,

상기 선단 축 구동 기구를 구동하여, 상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축을, 상기 선단 축에 직교하는 제 1 축 방향 및 상기 선단 축과 상기 제 1 축 방향에 직교 하는 제 2 축 방향으로 이동시키는 용접 장치의 제어 방법.

(6) 복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,

상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,

(7) 상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축을 용접 라인을 따라서 위빙 동작시키는 이동 궤적을 연산하여 구하고,

구한 이동 궤적을 복수의 구동 단계로 분할하고,

상기 구동 단계마다 상기 엔드 이펙터를 용접 라인을 따라서 이동시키는 주 방향 이동분과, 상기 용접 라인의 각 위치에서 위빙 동작을 위한 위빙 이동분을 구하여 두고,

상기 선단 축의 위빙 동작을 상기 구동 단계의 수만큼 반복하는 (6)에 기재된 용접 장치의 제어 방법.

(8) 상기 구동 제어부는, 상기 선단 축 구동 기구의 구동에 의해 생기는 상기 다관절 로봇의 진동을 없애는 방향으로 상기 다관절 로봇을 구동하는 (5) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 용접 장치의 제어 방법.

(9) 상기 엔드 이펙터는, 용접 토치이고, 상기 선단 축에 소모식 전극의 선단부가 배치되는 (5) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 용접 장치의 제어 방법.

본 출원은 2016년 2월 17일 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제 2016-27889 호)에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.

11 : 로봇(다관절 로봇) 13 : 제어 장치
15 : 용접 전원 19 : 최선단 구동축
21 : 2축 위버(선단 축 구동 기구) 23 : 용접 토치(엔드 이펙터)
23a : 선단 축 25 : 용접 와이어
31 : 제 1 축 구동부 33 : 제 2 축 구동부
41 : 구동 제어부 43 : 이동 궤적 연산부
44 : 구동부 45 : 주 방향 구동부
47 : 위빙 구동부 65 : 간섭 발생 영역
100 : 용접 장치

Claims

복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,
상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,
상기 다관절 로봇의 최선단 구동축과 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되고, 상기 엔드 이펙터의 선단 축을 위빙 동작시키는 선단 축 구동 기구와,
상기 다관절 로봇 및 상기 선단 축 구동 기구를 구동하는 구동 제어부를 구비하며,
상기 선단 축 구동 기구는, 상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축에 직교하는 제 1 축 방향으로 구동하는 제 1 축 구동부와, 상기 선단 축 및 상기 제 1 축 방향에 직교하는 제 2 축 방향으로 구동하는 제 2 축 구동부를 갖는
용접 장치.
복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,
상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,
상기 다관절 로봇의 최선단 구동축과 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되고, 상기 엔드 이펙터의 선단 축을 위빙 동작시키는 선단 축 구동 기구와,
상기 다관절 로봇 및 상기 선단 축 구동 기구를 구동하는 구동 제어부를 구비하며,
상기 구동 제어부는,
상기 다관절 로봇을 구동하여, 상기 엔드 이펙터를 용접 라인을 따라서 이동시키는 주 방향 구동부와,
상기 선단 축을 위빙 이동시키는 위빙 구동부를 갖고,
상기 위빙 구동부는,
상기 선단 축의 소망의 위빙 궤적이 상기 선단 축 구동 기구에 의한 상기 선단 축의 이동 가능 범위에 들어가는 경우에는, 상기 선단 축 구동 기구를 구동하여 상기 위빙 궤적의 위빙 동작을 실시시키고,
상기 소망의 위빙 궤적이 상기 이동 가능 범위를 초과하는 경우에는, 상기 위빙 궤적의 위빙 이동분 중 상기 이동 가능 범위의 이동 한계를 초과하는 이동 보완량을 구하고, 상기 선단 축 구동 기구를 상기 이동 한계까지 구동하는 동시에, 상기 다관절 로봇이 갖는 적어도 어느 하나의 구동축을 상기 이동 보완량에 따라서 구동하여, 상기 위빙 궤적의 위빙 동작을 실시시키는
용접 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 구동 제어부는 상기 선단 축 구동 기구의 구동에 의해 생기는 상기 다관절 로봇의 진동을 없애는 방향으로 상기 다관절 로봇을 구동하는
용접 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 엔드 이펙터는 용접 토치이고, 상기 선단 축에 소모식 전극의 선단부가 배치되는
용접 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 엔드 이펙터는 용접 토치이고, 상기 선단 축에 소모식 전극의 선단부가 배치되는
용접 장치.
복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,
상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,
상기 다관절 로봇의 최선단 구동축과 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되고, 상기 엔드 이펙터의 선단 축을 위빙 동작시키는 선단 축 구동 기구와,
상기 다관절 로봇 및 상기 선단 축 구동 기구를 구동하는 구동 제어부를 구비하는 용접 장치를 이용하고,
상기 선단 축 구동 기구를 구동하여, 상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축을, 상기 선단 축에 직교하는 제 1 축 방향 및 상기 선단 축과 상기 제 1 축 방향에 직교하는 제 2 축 방향으로 이동시키는
용접 장치의 제어 방법.
복수의 구동축을 갖는 다관절 로봇과,
상기 다관절 로봇에 지지되는 엔드 이펙터와,
상기 다관절 로봇의 최선단 구동축과 상기 엔드 이펙터 사이에 마련되고, 상기 엔드 이펙터의 선단 축을 위빙 동작시키는 선단 축 구동 기구와,
상기 다관절 로봇 및 상기 선단 축 구동 기구를 구동하는 구동 제어부를 구비하는 용접 장치를 이용하고,
상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축을 용접 라인을 따라서 소망의 위빙 궤적으로 위빙 동작시킬 때에,
상기 소망의 위빙 궤적이 상기 선단 축 구동 기구에 의한 상기 선단 축의 이동 가능 범위에 들어가는 경우에는, 상기 선단 축 구동 기구를 구동하여 상기 위빙 궤적의 위빙 동작을 실시시키고,
상기 소망의 위빙 궤적이 상기 이동 가능 범위를 초과하는 경우에는, 상기 위빙 궤적의 위빙 이동분 중 상기 이동 가능 범위의 이동 한계를 초과하는 이동 보완량을 구하고, 상기 선단 축 구동 기구를 상기 이동 한계까지 구동하는 동시에, 상기 다관절 로봇이 갖는 적어도 어느 하나의 구동축을 상기 이동 보완량에 따라서 구동하여, 상기 위빙 궤적의 위빙 동작을 실시시키는
용접 장치의 제어 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 엔드 이펙터의 상기 선단 축을 용접 라인을 따라서 위빙 동작시키는 이동 궤적을 연산하여 구하고,
구한 이동 궤적을 복수의 구동 단계로 분할하고,
상기 구동 단계마다 상기 엔드 이펙터를 용접 라인을 따라서 이동시키는 주 방향 이동분과, 상기 용접 라인의 각 위치에서 위빙 동작을 위한 위빙 이동분을 구하여 두고,
상기 선단 축의 위빙 동작을 상기 구동 단계의 수만큼 반복하는
용접 장치의 제어 방법.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 제어부는 상기 선단 축 구동 기구의 구동에 의해 생기는 상기 다관절 로봇의 진동을 없애는 방향으로 상기 다관절 로봇을 구동하는
용접 장치의 제어 방법.
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔드 이펙터는 용접 토치이고, 상기 선단 축에 소모식 전극의 선단부가 배치되는
용접 장치의 제어 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 엔드 이펙터는 용접 토치이고, 상기 선단 축에 소모식 전극의 선단부가 배치되는
용접 장치의 제어 방법.