KR20190121334A - 용접 패스 정보의 취득 방법 및 용접 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

용접 로봇의 용접 대상인 2개의 워크를 용접하는 용접 패스의 시공 조건에 관한 용접 패스 정보의 취득 방법으로서, 3차원 CAD 데이터로부터 2개의 워크를 용접하는 용접 패스를 추출하는 단계와, 소정의 3차원 형상을 갖는 벽면 판정 모델을 준비하는 단계와, 용접 패스의 개시점 또는 종료점 중 적어도 어느 하나인 용접단을 기준으로 하여, 상기 용접 패스의 외부를 향하는 연장방향으로 벽면 판정 모델을 배치하는 단계와, 배치한 벽면 판정 모델에 대해서, 2개의 워크와는 상이한 다른 부재에 의해 획정되는 벽면이 간섭하는지의 여부를 판정하는 단계를 포함한다.

Description

용접 패스 정보의 취득 방법 및 용접 로봇 시스템

본 발명은 적어도 2개의 피용접 부재를 용접하는 용접 패스에 관한 용접 패스 정보의 취득 방법 및 용접 로봇 시스템에 관한 것이다.

현재, 여러 가지의 산업 분야에서 로봇이 사용되고 있다. 이와 같은 산업용의 로봇의 대표적인 것에 용접 로봇이 있다. 용접 작업에 이르러서는, 각 용접 대상에 맞춰서 최적인 용접 조건을 설정하지 않으면 안되어, 용접 조건의 설정에 있어서는 다수의 요소, 파라미터, 이들의 조합이 존재한다. 이들 중에서도, 용접 대상인 피용접 부재를 용접하는 용접 패스(용접선)의 결정은 중요 사항이다.

특허문헌 1은 용접선 후보를 포함하는 다수의 선분으로 구성되는 3차원 CAD 데이터에 근거하여, 용접선을 신속하게 추출하는 용접선 작성 방법을 개시하고 있다. 이 용접선 작성 방법은 용접선을 형성하는 부재의 2면 중, 기준이 되는 면(제 1 면)을 지정하는 단계와, 용접선을 형성하는 부재의 2면 중, 다른쪽의 면(개선면인 제 2 면)을 지정하는 단계와, 능선을 추출하는 단계와, 용접 가능하게 되는 능선 구간을 선택하는 단계와, 용접 가능한 능선을 통합하여 용접선 정보를 작성하는 단계와, 개선 형상에 따라서 용접선 정보를 수정하는 단계를 포함한다.

특허문헌 2는 로봇에 대한 교시 작업을 용이화하는 티칭 시스템을 개시하고 있다. 이 티칭 시스템은 화상 생성부와, 시점 지정부와, 경유점 지정부와, 생성부를 구비한다. 화상 생성부는 로봇의 가공 대상인 피용접 부재 위에 설정된 폐쇄된 가공선을 포함하는 가상 화상을 생성한다. 시점 지정부는 가상 화상 위에서 가공선 이외의 위치에 시점을 지정한다. 경유점 지정부는 가공선 위에 경유점을 지정한다. 생성부는 시점으로부터 경유점을 경유하고 가공선을 따라서 다시 경유점으로 되돌아오는 경로에 대해서 로봇에 대한 교시 데이터를 생성한다.

일본 특허 공개 제 2010-184278 호 공보 일본 특허 공개 제 2015-202523 호 공보

그런데, 용접 대상의 피용접 부재의 일단이나, 용접의 개시점 또는 종료점을 포함하는 용접단의 용접 작업은 문제가 되는 경우가 많다. 피용접 부재의 일단에는 다른 피용접 부재나 다른 부재 등이 존재하는 경우도 있으며, 이들이 용접 작업의 장해가 되는 경우도 있을 수 있다. 그렇지만, 상술한 특허문헌을 포함하는 종래의 기술은 미리 피용접 부재의 일단의 상황을 파악하여, 원활한 용접 작업을 하기 위한 기술을 제시하고 있지 않다.

본 발명은 피용접 부재의 일단이나 용접단에 관하여 용접 작업의 간섭이 될 수 있는 물체의 정보도 고려한 용접 패스 정보의 취득 방법, 용접 로봇 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 용접 로봇의 용접 대상인 2개의 피용접 부재를 용접하는 용접 패스의 시공 조건에 관한 용접 패스 정보의 취득 방법으로서, 3차원 CAD 데이터로부터 2개의 피용접 부재를 용접하는 용접 패스를 추출하는 단계와, 소정의 3차원 형상을 갖는 벽면 판정 모델을 준비하는 단계와, 상기 용접 패스의 개시점 또는 종료점 중 적어도 어느 하나인 용접단을 기준으로 하여, 상기 용접 패스의 외부를 향하는 연장방향으로 상기 벽면 판정 모델을 배치하는 단계와, 상기 배치한 벽면 판정 모델에 대해서, 상기 2개의 피용접 부재는 상이한 다른 부재에 의해 획정되는 벽면이 간섭하는지의 여부를 판정하는 단계를 포함한다.

본 발명은 피용접 부재를 용접하는 용접 로봇과, 상기 용접 로봇의 동작을 소정의 동작 프로그램에 따라서 제어하는 컴퓨터를 포함하는 용접 로봇 시스템으로서, 상기 컴퓨터는 3차원 CAD 데이터로부터, 2개의 피용접 부재를 용접하는 용접 패스를 추출하고, 소정의 3차원 형상을 갖는 벽면 판정 모델을 준비하고, 상기 용접 패스의 개시점 또는 종료점 중 적어도 어느 하나인 용접단을 기준으로 하여, 상기 용접 패스의 외부를 향하는 연장방향으로 상기 벽면 판정 모델을 배치하고, 상기 배치한 벽면 판정 모델에 대해, 상기 2개의 피용접 부재와는 상이한 다른 부재에 의해 획정되는 벽면이 간섭하는지의 여부를 판정하고, 얻어진 용접 패스를 상기 용접 로봇에 교시한다.

본 발명에 의하면, 용접 패스의 용접단의 부근에 다른 부재의 간섭이 있는지의 여부를 판정할 수 있으며, 특히 피용접 부재의 일단에 있어서의 용접 작업을 원활하게 하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 용접 로봇 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 제어 장치의 동작의 개요를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 용접 대상인 피용접 부재인 하판, 입판을 도시하고, (a)는 하판의 사시도이며, (b)는 하판에 입판이 장착된 상태의 사시도이다.
도 4는 벽면 판정 모델을 도시하며, (a)는 벽면 판정 모델의 정면도이며, (b)는 벽면 판정 모델의 측면도이다.
도 5는 피용접 부재에 간섭하는 물체로서 벽면이 피용접 부재의 일단 부근에 존재하는지의 여부를 판정하는 상태를 도시하는 개념도이며, (a)는 도 3의 (b)를 정면에서 본 상태를 도시하고, (b)는 도 3의 (b)를 측면에서 본 상태를 도시하며, (c)는 입판의 일단과 하판의 일단이 서로 중첩되며, 개시점이 입판의 일단 및 하판의 일단에 위치하고 있는 예를 도시한다.
도 6은 도 5의 이어지는 도면이며, (a)는 입판의 일단이 하판의 일단이 아닌, 하판의 외부에 위치하고 있는 예를 도시하고, (b)는 입판의 일단이 하판의 일단이 아닌, 하판의 내부에 위치하고 있는 예를 도시하며, (c)는 입판의 일단과 하판의 일단이 서로 중첩되어 있는 예를 도시한다.
도 7은 벽면에 스캘럽이 존재하는지의 여부를 판정하는 상태를 도시하는 개념도이며, (a)는 스캘럽 유무 판정 모델을 도시하고, (b)는 스캘럽이 존재하지 않는 경우의 도 3의 (b)를 정면에서 본 상태를 도시하고, (c)는 스캘럽이 존재하지 않는 경우의 도 3의 (b)를 측면에서 본 상태를 도시하고, (d)는 스캘럽이 존재하는 경우의 도 3의 (b)를 정면에서 본 상태를 도시하고, (e)는 스캘럽이 존재하는 경우의 도 3의 (b)를 측면에서 본 상태를 도시한다.
도 8은 하판단 판정의 개념도를 도시하고, (a)는 하판의 일단과 개시점 사이의 제 1 거리가 0인 예이며, (b)는 입판의 일단이 하판의 주면 내에 존재하는 예이며, (c)는 입판의 일단이 하판의 외측에 존재하는 예를 도시한다.
도 9는 고정단(止端) 판정의 개념도를 도시하며, (a)는 입판의 일단과 개시점 사이의 제 2 거리(X2)가 0인 예이며, (b)는 X2가 도시되어 있는 예이다.
도 10은 계속 판정의 개념도를 도시하고, (a)는 입판의 일단과 하판의 일단이 서로 중첩되어 있는 예를 도시하며, (b)는 입판의 일단이 하판의 일단으로부터 충분히 멀어져 있는 예를 도시한다.
도 11은 용접 로봇(1)의 하방에 기재가 배치되며, 기재의 평면 위에 복수의 피용접 부재가 배치되고, 용접되는 상황을 도시하는 개념도이다.
도 12는 용접 패스의 페어 판정의 개념을 도시하는 도면이며, (a) 및 (c)는 페어의 요건을 만족하는 예를 도시하고, (b) 및 (d)는 페어의 요건을 만족하지 않는 예를 도시한다.
도 13은 2개의 피용접 부재 사이의 필릿의 다리 길이(脚長)를 구할 때에 이용하는 표(다리 길이 룰 파일)의 일부를 나타낸다.
도 14는 2개의 피용접 부재를 용접 토치의 피용접 부재에 대한 방향을 결정하는 개념을 나타낸 표이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 우선, 본 발명이 적용되는 용접 로봇 시스템에 대해서 설명하기로 한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 용접 로봇 시스템(100)은 용접 로봇(1)과, 예를 들면 교시 팬던트로서 이용되는 로봇 팬던트(17)를 포함하는 제어 장치(15)인 컴퓨터를 갖고 있다.

용접 로봇(1)은 예를 들면 2개의 용접 토치를 갖는 트윈 용접 로봇 장치이다. 용접 로봇(1)은 지지 프레임(2)을 구비하고 있다. 이 지주 프레임(2)은 4개의 지주(2a)와, 이들 4개의 지주(2a) 중, 간격이 넓은 지주(2a)끼리의 정상부 사이에 가설되어 이루어지는 한쌍의 가이드 지지 비임(2b)과, 간격이 좁은 지주(2a)끼리의 정상부 사이에 가설되어 이루어지는 한쌍의 프레임(2c)으로 구성되어 있다. 이 지지 프레임(2)의 가이드 지지 비임(2b, 2b)의 하면에는, 상대(相對)되는 가이드 지지 비임(2b)의 방향으로 돌출되는 판형상의 가이드 지지 부재(3)의 기단측이 고착되어 있다. 또한, 이들 가이드 지지 부재(3)의 상면에는 리니어 가이드 레일과, 이 리니어 가이드 레일에 의해 왕복 이동 가능하게 안내되는 리니어 가이드 베어링으로 이루어지는 리니어 가이드(4)가 상기 가이드 지지 비임(2b)과 평행하게 고착되어 있다.

그리고, 이들 리니어 가이드(4)의 리니어 가이드 베어링에 의해, 후술하는 구성이 되는 주행 대차(5)가 왕복 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 이 주행 대차(5)는 받침 프레임의 상면에 기단측이 고착되어 이루어지는 장착 브래킷(5a)이 상기 리니어 가이드 베어링에 장착되고, 상기 가이드 지지 비임(2b, 2b)의 내측에서, 또한 하단 부근의 위치에서 왕복 이동하도록 구성되어 있다. 즉, 이 주행 대차(5)는 종래 예에 따른 주행 대차의 하부 받침 프레임에 상당하는 위치에서 왕복 이동하도록 구성되어 있다.

그리고, 이 주행 대차(5)의 폭방향의 중앙 위치에는 θ축(선회축)(6a)을 수용하여 이루어지는 θ축 프레임(6)이 장착되어 있으며, θ축(6a)의 θ축 프레임(6)으로부터의 돌출단에는 길이방향의 중심을 선회 중심으로 하여 선회하는 선회 프레임(7)이 수평으로 장착되어 있다.

선회 프레임(7)의 선단부의 하면의 각각에는, 선단에 용접 토치가 장착되어 있는 6축 수직 다관절형의 매니퓰레이터(8)가 수직 축심 주위로 선회 가능하도록 장착되어 있다. 또한, 상기 주행 대차(5)의 상면에는 코일형상으로 권회되어 이루어지는 용접용 와이어를 수납하는 2개의 와이어 팩(9)이 탑재되어 있다. 그리고, 한쌍의 상기 가이드 지지 비임(2b) 중 한쪽의 가이드 지지 비임(2b)의 상면(10) 위에, 주행 대차(5) 및 매니퓰레이터(8)를 작동시키는 동시에 용접용의 전력을 공급하기 위한 케이블 베어(등록상표)(11)가 마련되어 있다.

본 실시형태에서는 용접 로봇(1)은 2개의 용접 토치를 갖는 트윈 용접 로봇 장치이지만, 본 발명이 적용되는 용접 로봇의 종류는 특별히 한정되지 않는다.

용접 로봇(1)의 하방, 특히 선단에 용접 토치가 장착된 매니퓰레이터(8)의 하방에는 용접 로봇(1)의 용접 대상인 피용접 부재(W)가 배치되어 있으며, 복수의 피용접 부재(W)가 매니퓰레이터(8)의 용접 토치에 의해 용접된다. 피용접 부재(W)는 여러 가지의 금속 부재이며, 후술하는 하판(21), 입판(22) 등을 포함한다.

또한, 실시형태의 용접 로봇(1)은 피용접 부재(W)를 촬상하는 센서인 카메라(12)를 구비하고 있다. 카메라(12)는 실제로 배치된 피용접 부재(W)를 촬상하여 피용접 부재(W)의 화상을 취득한다. 피용접 부재(W)를 촬상할 수 있다면, 센서의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 센서의 장착 위치도 특별히 한정은 되지 않는다.

제어 장치(15)는 용접 대상인 2개의 피용접 부재를 용접하는 용접 패스의 시공 조건, 특히 피용접 부재의 일단이나 용접단(용접 패스의 개시점 또는 종료점)에 관하여 용접 작업의 간섭이 될 수 있는 물체의 조건에 관한 용접 패스 정보를 취득한다. 제어 장치(15)는 이 용접 패스 정보의 취득 방법을 소정의 프로그램에 따라서 실행하는 동시에, 용접 로봇(1)에 대한 동작 지시, 즉 취득한 용접 패스를 미리 교시된 프로그램(교시 프로그램)에 따라서 출력하는 것에 의해 용접 로봇(1)의 동작을 제어하는 컴퓨터이다. 제어 장치(15)는 프로그램을 판독하여 실행하는 프로세서로 이루어지는 제어부(16), 그 이외 데이터를 기억하는 메모리, 하드 디스크 등의 기억 장치를 포함하고 있다. 특히 제어 장치(15)는 피용접 부재(W)의 설계 데이터인 3차원 CAD 데이터의 데이터 베이스를 기억하고 있으며, 용접 로봇(1)의 동작을 제어할 때에, 이 3차원 CAD 데이터를 참조한다. 3차원 CAD 데이터의 데이터 베이스는 네트워크를 거쳐서 제어 장치(15)에 접속된 서버 등으로 구축하여도 좋으며, 데이터 베이스의 장소, 형식 등은 특별히 한정되지 않는다.

도 2는 제어 장치(15)의 동작의 개요를 나타내는 흐름도이다. 제어 장치(15)의 제어부(16)는 용접 로봇 시스템(100)의 조작자의 조작에 의해, 도시하지 않는 기억 장치로부터 3차원 CAD 데이터를 판독한다(단계 S1). 여기에서는 특별히 용접 대상인 피용접 부재(W)의 3차원 CAD 데이터가 판독된다. 그리고, 제어부(16)는 이 3차원 CAD 데이터로부터 복수의 피용접 부재(W)가 용접되는 용접 개소의 궤적인 용접 패스를 취득한다(단계 S2). 또한, 제어부(16)는 카메라(12)가 촬상한 피용접 부재(W)의 화상으로부터 피용접 부재(W)의 좌표를 취득하여, 상기 피용접 부재(W)의 원래의 3차원 CAD 데이터에 있어서의 좌표와 비교하고, 그 차분에 근거하여, 용접 로봇(1)의 동작을 제어하는 동작 프로그램을 보정한다(단계 S3). 마지막에 제어부(16)는 용접 로봇(1)의 최종적인 동작을 기록한 용접 정보 파일을 출력한다(단계 S4). 이 용접 정보 파일에 따라서, 용접 로봇(1)은 동작한다.

단계(S2)의 용접 패스의 취득에 있어서, 도 2에 나타내는 바와 같이 제어부(16)는 3차원 CAD 데이터 2개의 피용접 부재(W)를 용접하는 용접 패스의 추출을 실행한다. 피용접 부재(W)에는 예를 들면 도 3의 (a)에 도시하는 수평으로 배치되는 하판(21), 하판(21)의 주면(가장 큰 면)(21a)에 1개의 판 두께면(판의 두께에 상당하는 면)(22a)이 용접되는 입판(22)(도 3의 (b) 참조)이 있다. 파선으로 나타내는 바와 같이 하판(21)과 입판(22)을 용접하는 패스인 용접 패스(E)가 하판(21)의 주면과 입판(22)의 판 두께면의 접합 개소가 된다.

그런데, 용접 대상인 피용접 부재(W)의 일단의 용접 작업은 문제가 되는 경우가 많다. 피용접 부재(W)의 일단에는 다른 피용접 부재나 다른 부재 등이 존재하는 경우도 있으며, 이들이 예를 들면 매니퓰레이터(8)의 용접 토치와 간섭하는 등 용접 작업의 장해가 되는 경우도 있을 수 있다. 이와 같은 정보는 3차원 CAD 데이터에 미리 포함되어 있는 것은 아니며, 원활한 용접 작업을 방해하는 원인이 되고 있다.

그래서, 본 발명에서는 2개의 피용접 부재(W)를 용접하는 용접 패스의 시공 조건에 관한 용접 패스 정보를 취득한다. 보다 구체적으로는, 용접 패스의 개시점 또는 종료점을 기준으로 하여 특정 위치에 특수한 모델을 배치하는 것에 의해, 간섭이 될 수 있는 물체가 존재하는지의 여부를 판정한다. 미리 이와 같은 판정을 하는 것에 의해, 원활한 용접 작업을 확보한다.

도 4는 간섭이 될 수 있는 물체의 존재를 판정하는 벽면 판정 모델(M1)을 도시한다. 도 4의 (a)는 벽면 판정 모델(M1)의 정면도이며, 도 4의 (b)는 벽면 판정 모델(M1)의 측면도이며, 벽면 판정 모델(M1)은 폭(W), 높이(H), 두께(D)의 사이즈를 갖는 직방체의 형상을 갖고 있다. 벽면 판정 모델(M1)은 현실에 존재하는 물체가 아닌, 용접 패스 정보를 취득하는 프로그램에 있어서, 미리 준비된 가상적인 모델이다. 벽면 판정 모델(M1)은 가상적인 모델이지만, 프로그램 중에서 벽면 판정 모델(M1)이 존재하는 영역에 다른 물체를 배치시킨 경우에는 간섭이 발생한다. 폭(W), 높이(H), 두께(D)의 크기는 피용접 부재의 종류 등에 따라서 임의로 설정된다. 또한, 벽면 판정 모델의 형상은 직방체로는 한정되지 않으며, 입방체, 구, 다각기둥, 그 이외의 것이며, 소정의 3차원 형상을 갖는 것이면 좋다.

도 5는 피용접 부재에 간섭하는 물체로서 벽면(23)이 피용접 부재의 일단 부근에 존재하는지의 여부를 판정하는 상태를 도시하는 개념도이다. 도 5의 (a)는 도 3의 (b)를 정면에서 본 상태를 도시하고, 도 5의 (b)는 도 3의 (b)를 측면에서 본 상태를 도시한다. 제어부(16)는 2개의 피용접 부재인 하판(21)과 입판(22)의 접합 개소에서, 하판(21)과 입판(22)을 용접하는 용접 패스(E)를 추출한다. 용접 패스(E)는 용접을 개시하는 개시점과 용접을 종료하는 종료점을 반드시 포함하며, 본 도면에서는 개시점(C)이 도시되어 있다. 그리고, 이 개시점(C)인 용접 패스(E)의 용접단을 기준으로 하여, 제어부(16)는 용접 패스(E)측에서 보아 용접 패스(E)의 외부를 향하는 연장방향으로 벽면 판정 모델(M1)을 배치한다. 제어부(16)는 이렇게 배치한 벽면 판정 모델(M1)에 대해, 하판(21), 입판(22)의 피용접 부재는 상이한 다른 부재에 의해 획정되는 벽면(23)이 간섭하는지의 여부를 판정한다. 도 5의 (a) 및 (b)의 예에서는, 개시점(C)으로부터 용접 패스(E)의 외부를 향하는 연장방향으로 배치된 벽면 판정 모델(M1)이 벽면(23)과 간섭하고 있다. 그 결과, 제어부(16)는 간섭을 판정하고, 예를 들면 조작자에 대해서 어떠한 수단(디스플레이에 의한 표시 등)으로 통지를 하는 것에 의해, 조작자는 개시점(C)을 포함하는 용접단에서의 용접 작업을 원활하게 하기 위한 여러 가지의 대책을 실시하는 것이 가능해진다.

도 5의 (a) 및 (b)의 예에서는 입판(22)의 일단이 하판(21)의 일단이 아닌, 하판(21)의 내부(하판(21)의 주면 내의 일점)에 위치하고 있다. 즉, 개시점(C)이 입판(22)의 일단에 위치하는 동시에, 하판(21)의 일단이 아닌, 내부(하판(21)의 주면 내의 일점)에 위치하고 있다. 한편, 도 5의 (c)의 예에서는 입판(22)의 일단과 하판(21)의 일단이 서로 중첩되어 있으며, 개시점(C)이 입판(22)의 일단 및 하판(21)의 단부에 위치하고 있다. 도 5의 (c)의 예에서도, 용접 패스(E)측에서 보아 개시점(C)으로부터 용접 패스(E)의 외부를 향하는 연장방향으로 배치된 벽면 판정 모델(M1)이 벽면(23)과 간섭하고 있다.

도 6의 (a)의 예에서는 입판(22)의 일단이 하판(21)의 일단이 아닌, 하판(21)의 외부에 위치하고 있다. 즉, 개시점(C)이 하판(21)의 일단에 위치하는 동시에, 입판(22)의 내부(입판(21)의 주면 내의 일점)에 위치하고 있다. 도 5의 (c)의 예에서도 벽면 판정 모델(M1)이 벽면(23)과 간섭하고 있다.

도 6의 (b)의 예에서는 입판(22)의 일단이 하판(21)의 일단이 아닌, 하판(21)의 내부(하판(21)의 주면 내의 일점)에 위치하고 있다. 즉, 개시점(C)이 입판(22)의 일단에 위치하는 동시에 하판(21)의 일단이 아닌, 내부(하판(21)의 주면 내의 일점)에 위치하고 있다. 도 6의 (b)의 예에서도 벽면 판정 모델(M1)이 벽면(23)과 간섭하고 있다.

도 6의 (c)의 예에서는 입판(22)의 일단과 하판(21)의 일단이 서로 중첩되어 있다. 그렇지만, 도 5의 (c)의 예와는 상이하게 개시점(C)이 하판(21) 및 입판(22)의 내부(하판(21) 및 입판(21)의 주면 내의 일점)에 위치하고 있다. 도 6의 (c)의 예에서도 벽면 판정 모델(M1)이 벽면(23)과 간섭하고 있다.

도 7의 (a)는 간섭이 될 수 있는 물체의 존재를 판정하는 다른 모델인 스캘럽 유무 판정 모델(M2)을 도시하고, 단면 형상이 반경(R)의 부채형이며, 길이방향의 길이(L)를 갖고 있다. 스캘럽은 2개의 피용접 부재가 교차하는 개소에 있으며, 한쪽의 피용접 부재에 마련되는 부채형의 노치이며, 스캘럽 유무 판정 모델(M2)과 피용접 부재가 간섭하는 경우는 스캘럽 없음, 스캘럽 유무 판정 모델(M2)과 피용접 부재가 간섭하지 않는 경우는 스캘럽 있음으로 판정할 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시한 벽면의 유무를 판정하는 벽면 판정에 의해, 벽면(23)이 존재한다고 판정된 후, 스캘럽 유무 판정 모델(M2)이 사용된다. 즉, 하판(21), 입판(22)과는 상이한 다른 부재에 의해 획정되는 벽면(23)이 벽면 판정 모델(M1)에 간섭한다고 판정된 후, 벽면(23)을 관통하는 스캘럽이 존재하는지의 여부를 판정하는 스캘럽 유무 판정이 실행된다.

도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 벽면(23)을 관통하는 스캘럽이 존재하는지의 여부를 판정하는 소정의 3차원 형상을 갖는 스캘럽 유무 판정 모델(M2)이 미리 준비되어 있다. 스캘럽 유무 판정 모델(M2)은 벽면 판정 모델(M1)과 마찬가지로 현실에 존재하는 물체가 아닌, 용접 패스 정보를 취득하는 프로그램에 있어서, 미리 준비된 가상적인 모델이다. 스캘럽 유무 판정 모델(M2)은 가상적인 모델이지만, 프로그램 중에서 스캘럽 유무 판정 모델(M2)이 존재하는 영역에 스캘럽이 존재하지 않는 경우에는 간섭이 발생한다. 반경(R), 길이(L)의 크기는 피용접 부재의 종류 등에 따라서 임의로 설정된다. 또한, 스캘럽 유무 판정 모델의 형상은 도 7의 (a)의 것으로는 한정되지 않으며, 입방체, 구, 다각기둥, 그 이외의 것이며, 소정의 3차원 형상을 갖는 것이면 좋다.

도 7의 (b) 및 (c)는 벽면(23)에 스캘럽이 존재하는지의 여부를 판정하는 상태를 도시하는 개념도이며, 스캘럽 유무 판정 모델(M2)을 이용한 스캘럽 유무 판정의 일 예를 도시한다. 도 7의 (b)는 도 3의 (b)를 정면에서 본 상태를 도시하며, 도 7의 (c)는 도 3의 (b)를 측면에서 본 상태를 도시한다.

도 5 및 도 6에 도시한 벽면 판정에 의해 간섭하는 벽면(23)의 존재가 확인된 후, 제어부(16)는 도 7의 (b) 및 (c)에 도시하는 바와 같이, 용접단인 개시점(C)을 기준으로 하여, 벽면(23)이 존재하는 측에 스캘럽 유무 판정 모델(M2)을 배치한다. 제어부(16)는 이렇게 배치한 유무 판정 모델(M2)에 대해, 벽면(23)이 간섭하는지의 여부를 판정한다. 도 7의 (b) 및 (c)의 예에서는 개시점(C)으로부터 용접 패스(E)의 외부를 향하는 연장방향, 즉 벽면(23)이 존재하는 측에 배치된 스캘럽 유무 판정 모델(M2)이 벽면(23)과 간섭하고 있다. 그 결과, 제어부(16)는 간섭을 판정하고, 예를 들면 조작자에 대해서 어떠한 수단(디스플레이에 의한 표시 등)으로 통지를 하는 것에 의해, 조작자는 개시점(C)을 포함하는 용접단에서의 용접 작업을 원활하게 하기 위한 여러 가지의 대책을 실시하는 것이 가능해진다.

도 7의 (d) 및 (e)는 벽면(23)에 스캘럽(S)이 존재하는 예를 도시한다. 스캘럽 유무 판정 모델(M2)의 배치의 방법은 도 7의 (b) 및 (c)와 동일하다. 스캘럽 유무 판정 모델(M2)이 벽면(23)과 간섭하고 있지 않으며, 제어부(16)는 비간섭을 판정하고, 예를 들면 조작자에 대해서 어떠한 수단(디스플레이에 의한 표시 등)으로 통지를 하는 것에 의해, 조작자는 개시점(C)을 포함하는 용접단에서의 용접 작업을 원활하게 하기 위한 여러 가지의 대책을 실시하는 것이 가능해진다. 또한, 스캘럽 유무 판정 모델(M2)의 단면의 반경(R)은 부채형의 스캘럽(S)의 반경(N)보다 미리 작게 설정되어 있다(R<N).

도 8은 도 5 및 도 6에 도시한 벽면의 유무를 판정하는 벽면 판정에 의해, 벽면 판정 모델(M1)에 간섭하는 벽면(23)이 존재하지 않다고 판정된 후에 실행되는 하판단 판정의 개념도를 도시한다. "하판단"이란, 입판(22)의 일단과 하판(21)의 일단이 일치하는 또는 인접한 위치 관계에 있는 상태를 의미한다. 전제로서 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 도 5 및 도 6의 벽면 판정의 결과, 벽면 판정 모델(M1)은 벽면(23)에 간섭하고 있지 않다. 입판(22)의 일단과 하판(21)의 일단으로부터 벽면(23)까지의 거리(Z)는 벽면 판정 모델(M1)의 두께(D)(도 4의 (b) 참조)보다 크다(Z>D).

제어부(16)는 하판(21)의 일단(일단)과 용접단인 개시점(C) 사이의 제 1 거리(X1)를 측정한다. 도 8의 (a)의 예에서는 X1=0이며, 도 8의 (b) 및 (c)에서는 X1이 도시되어 있다. 도 8의 (b)에서는 입판(22)의 일단(일단)이 하판(21)의 주면 내에 존재하며, 도 8의 (c)에서는 입판(22)의 일단이 하판(21)의 외측에 존재하지만, 어느 예에서도 제 1 거리(X1)가 제 1 소정값(T1)보다 작게 되어 있다(X1<T1). 이 경우, 제어부(16)는 하판(21)의 일단이 입판(22)의 일단과 일치한다고 간주하는 하판단 판정을 실행한다.

도 9는 도 8에 도시한 하판단 판정에 의해, 하판단이 아니라고 판정된(제 1 거리(X1)가 제 1 소정값(T1) 이상이다; X1≥T1) 후에 실행되는 고정단 판정의 개념도를 도시한다. "고정단"이란, 입판(22)의 일단이 하판(21)의 일단으로부터 충분히 멀어지고, 또한 하판(21)의 주면 내에 존재하는 위치 관계에 있는 상태를 의미한다. 도 9의 (a)에서는 입판(22)의 일단이 용접단인 개시점(C)에 일치하는 동시에, 하판(21)의 일단으로부터 충분히 멀어져, 하판(21)의 주면 내에 존재한다. 도 9의 (b)에서는 입판(22)의 일단이 용접단인 개시점(C)에 일치하지 않고, 하판(21)의 단부 일단으로부터 충분히 멀어져, 하판(21)의 주면 내에 존재한다.

제어부(16)는 도 8의 하판단 판정 후, 입판(22)의 일단과 용접단인 개시점(C) 사이의 제 2 거리(X2)를 측정한다. 도 9의 (a)의 예에서는 X2=0이며, 도 9의 (b)에서는 X2가 도시되어 있다. 그리고, 어느 예에서도 제 2 거리(X2)가 제 2 소정값(T2)보다 작게 되어 있다(X2<T2). 이 경우, 제어부(16)는 입판(22)의 일단이 하판(21)의 일단으로부터 소정의 거리의 범위 내에 존재한다고 간주하는 고정단 판정을 실행한다. 여기에서는, X1>T1 또한 X2<T2가 성립한다.

도 10은 도 9에 도시한 고정단 판정에 의해, 고정단이 아니라고 판정된(제 2 거리(X2)가 제 2 소정값(T2) 이상이다; X2≥T2) 후에 실행되는 계속 판정의 개념도를 도시한다. 즉, 하판단도 아니고 고정단도 아닌 상태이며, 제 1 거리(X1)가 제 1 소정값(T1) 이상이며, 또한, 제 2 거리(X2)가 제 2 소정값(T2) 이상이다(X1≥T1 또한 X2≥T2가 성립). 도 10의 (a)에서는 입판(22)의 일단과 하판(21)의 일단이 서로 중첩되어 있으며, 도 10의 (b)에서는 입판(22)의 일단이 하판(21)의 일단으로부터 충분히 멀어져 있다. 이 경우는, 제어부(16)는 하판단 판정 및 고정단 판정을 실행하지 않는다. 이 상태는, 하판(21) 또는 입판(22)의 일단으로부터 충분히 멀어진 위치에, 개시점 또는 종료점의 용접단이 존재하는 상태를 의미한다. 이 경우는, 용접 패스가 복수의 용접 패스로 분할되며. 용접 로봇(1)이 복수의 용접 동작을 반복하여 용접을 실행하고, 개시점 또는 종료점에서도 용접 작업을 계속하는 것을 의미한다.

또한, 도 9에 도시하는 고정단 판정은 도 8에 도시한 하판단 판정 후에 실행되고 있지만, 고정단 판정은 반드시 하판단 판정 후에 실행할 필요는 없으며, 벽면 판정(도 5 및 도 6) 후에 직접 실행하여도 좋다.

도 11은 도 1의 용접 로봇(1)의 하방에 기재(18)가 배치되며, 기재(18)의 xy좌표의 면(평면) 위에 피용접 부재(W1 내지 W3)의 3개가 배치되며, 용접되는 상황을 도시한다. 피용접 부재(W1 내지 W3)를 용접하려면, 패스 1 내지 패스 6의 6개의 복수의 용접 패스가 필요하게 된다. 제어부(16)는 이들 용접 패스를 추출한 후, 각 용접 패스의 상대적인 위치로부터 각 용접 패스의 최적인 용접 순서를 결정하고, 이 용접 순서에 따라서, 대응하는 용접 로봇의 번호를 할당하는 처리를 실행한다. 하기 표 1은 용접 로봇이 1대의 경우(로봇의 대수=1)와, 로봇이 2대의 경우(로봇의 대수≥2)의 각각에 있어서의 용접 패스의 용접 순서와, 용접을 담당하는 용접 로봇의 번호를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같은 용접 로봇(1)은 2개의 매니퓰레이터(8)의 각각에 용접 토치가 마련된 2개의 용접 토치를 갖는 트윈 용접 로봇 장치이다. 각 용접 토치를 1개의 용접 로봇으로 간주하면, 도 1의 용접 로봇(1)은 (로봇의 대수≥2)의 조건을 만족할 수 있다. 따라서, 각 용접 패스의 용접에 각 용접 토치의 번호를 할당하는 것에 의해, 최적인 용접 순서를 실현할 수 있다.

또한, 제어부(16)는 도 12에 도시하는 바와 같이, 용접 패스가 적어도 2개의 서브 용접 패스가 쌍이 되어 1조의 페어를 구성하는지의 여부를 판정하는 것도 가능하다. 이 페어의 요건을 만족하는지의 여부는 예를 들면 2개의 용접 패스가 다음의 요건 1. 내지 6.의 전체를 만족하는지의 여부에 의해 판정된다.

1. 2개의 용접 패스가 1개의 입판의 표리의 관계에 있다.

2. 2개의 용접 패스의 벡터(방향·길이)가 동일하다.

3. 2개의 용접 패스가 1개의 입판의 중간선에 대해서 선 대상의 위치 관계에 있다.

4. 2개의 용접 패스의 용접 자세, 이음 형상, 개선 형상, 개시측 단부 형상, 종료측 단부 형상이 동일하다.

5. 조건 3.의 대상 위치 관계에 대해서, "오프셋", "평행 시프트"의 값(절대값)이 동일(대칭)하다.

6. 용접 토치의 방향이 대상(우측과 좌측의 페어)이다.

도 12의 (a)의 용접 패스(E1, E2)는 페어의 요건을 만족하며, (b)의 용접 패스(E3, E4)는 페어의 요건을 만족하지 않는다. 도 12의 (c)의 용접 패스(E5, E6)는 페어의 요건을 만족하고, (d)의 용접 패스(E7, E8)는 페어의 요건을 만족하지 않는다. 제어부(16)는 용접 페어의 예견을 만족하는 2개의 용접 패스에 대해서, 동시에 용접을 실행하여 용접 작업의 경감화, 시간 단축을 도모할 수 있다.

도 13은 용접 대상의 2개의 피용접 부재 사이의 필릿의 다리 길이를 구할 때에 이용하는 표(다리 길이 룰 파일)의 일부를 나타낸다. 특히 2개의 피용접 부재가 도 3에 도시한 수평으로 배치되는 하판(21)과, 하판(21)의 주면(21a)에 1개의 판 두께면(22a)이 용접되는 입판(22)인 경우, 제어부(16)는 하판(21)의 두께 및 입판(22)의 두께에 근거하여, 용접 패스(E)에 있어서의 필릿의 다리 길이를 제공한다. 도 13의 표(다리 길이 룰 파일)에서는 입판의 두께(t1), 하판의 두께(t2) 각각이 부여된 경우의 적절한 필릿의 다리 길이가 미리 설정되어 있다. t1, t2의 값은 1㎜ 마다 부여되어 있으며, 그 수치는 1㎜ 마다의 하한값이다. 예를 들면 입판의 두께(t1)가 5.5㎜, 하판의 두께(t2)가 7.5㎜의 경우, 이 조합은 표의 다리 길이 룰에 합치하는 적절한 조합이며, 제어부(16)는 표 중의 다리 길이 "4㎜×4㎜"를 추출하여 제공한다. 동일하게, 입판의 두께(t1)가 5.5㎜, 하판의 두께(t2)가 5㎜의 경우, 다리 길이는 4㎜×4㎜가 되고, 입판의 두께(t1)가 5.5㎜, 하판의 두께(t2)가 9㎜의 경우, 다리 길이는 4㎜×5㎜가 된다. 또한, 입력한 t1, t2의 값이 본 표에 없는 조합이 없는 경우는 제어부(16)는 부적절한 조합으로 판정하여 다리 길이를 제시하지 않고, 제어 장치(15)는 어떠한 경고를 하는 등의 대처를 실행한다.

도 14는 용접 대상의 2개의 피용접 부재를 용접 토치의 피용접 부재에 대한 방향을 결정하는 개념을 나타낸 표이다. 특히 2개의 피용접 부재가 도 3에 도시한 수평으로 배치되는 하판(21)과, 하판(21)의 주면(21a)에 1개의 판 두께면(22a)이 용접되는 입판(22)인 경우, 제어부(16)는 용접 패스(E)의 용접방향에 대해서, 제어부는 입판(22)이 좌측 또는 우측 중 어느 하나에 존재하는지를 판정한다. 여기에서, 용접 토치의 이동방향(용접방향)에 대해서 좌측에 입판(22)이 있는 경우는 토치방향은 "좌벽"으로 정의되고, 용접 토치의 이동방향(용접방향)에 대해서 우측에 입판(22)이 있는 경우는 토치방향은 "우벽"으로 정의된다.

구체적으로는, 제어부(16)는 용접 패스(E)의 방향 벡터(개시점→종료점의 방향)를 취득한 후, 하판(21)의 주면의 법선 벡터를 취득하고, 용접 패스(E)의 방향 벡터와의 외적을 산출한다. 또한, 제어부(16)는 입판(22)의 법선 벡터를 취득하고, 산출한 외적과 비교하는 것에 의해, 입판(22)의 토치방향을 판정한다. 판정 결과는 이하의 표와 같이 된다.

실시형태의 용접 로봇 시스템(100)은 용접 로봇(1)과, 제어 장치(15)인 컴퓨터를 갖고 있다. 제어 장치(15)인 컴퓨터는 용접 로봇(1)에 소정의 동작을 교시한다. 여기에서 컴퓨터로서의 제어 장치(15)는 3차원 CAD 데이터로부터 2개의 피용접 부재를 용접하는 용접 패스를 추출하고, 소정의 3차원 형상을 갖는 벽면 판정 모델(M1)을 준비하고, 용접 패스의 개시점 또는 종료점 중 적어도 어느 하나인 용접단을 기준으로 하여, 상기 용접 패스의 외부를 향하는 연장방향으로 벽면 판정 모델(M1)을 배치하고, 배치한 벽면 판정 모델(M1)에 대해, 2개의 피용접 부재와는 상이한 다른 부재에 의해 획정되는 벽면이 간섭하는지의 여부를 판정한다. 제어 장치(15)는 이와 같은 단계를 얻고, 얻어진 용접 패스를 용접 로봇(1)에 교시한다. 용접 로봇 시스템(100)은 미리 피용접 부재의 일단이나 용접단에 관하여 용접 작업의 간섭이 될 수 있는 물체의 정보에 관한 용접 패스 정보를 취득하고, 이 정보를 고려하여 용접 작업을 실행하므로 용접 작업의 효율성이 향상하는 동시에, 용접의 정밀도, 품질을 높이는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명을 실시형태를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태로는 한정되지 않는다. 본 발명의 정신 및 범위에서 일탈하는 일 없이 여러 가지로 변경하거나 대체 태양을 채용하는 것이 가능한 것은 당업자에게 명확하다.

본 출원은 2017년 3월 21일 출원된 일본 특허 출원, 일본 특허 출원 제 2017-054687 호에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 인용된다.

1: 용접 로봇 15: 제어 장치(컴퓨터)
16: 제어부 17: 로봇 팬던트
21: 하판(피용접 부재) 22: 입판(피용접 부재)
100: 용접 로봇 시스템 M1: 벽면 판정 모델
M2: 스캘럽 유무 판정 모델 W: 피용접 부재

Claims (13)

1. 용접 로봇의 용접 대상인 2개의 피용접 부재를 용접하는 용접 패스의 시공 조건에 관한 용접 패스 정보의 취득 방법에 있어서,
   3차원 CAD 데이터로부터, 2개의 피용접 부재를 용접하는 용접 패스를 추출하는 단계와,
   소정의 3차원 형상을 갖는 벽면 판정 모델을 준비하는 단계와,
   상기 용접 패스의 개시점 또는 종료점 중 적어도 어느 하나인 용접단을 기준으로 하여, 상기 용접 패스의 외부를 향하는 연장방향으로 상기 벽면 판정 모델을 배치하는 단계와,
   상기 배치한 벽면 판정 모델에 대해, 상기 2개의 피용접 부재와는 상이한 다른 부재에 의해 획정되는 벽면이 간섭하는지의 여부를 판정하는 단계를 포함하는
   용접 패스 정보의 취득 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 벽면이 상기 벽면 판정 모델에 간섭한다고 판정한 경우, 상기 벽면을 관통하는 스캘럽이 존재하는지의 여부를 판정하는 소정의 3차원 형상을 갖는 스캘럽 유무 판정 모델을 준비하는 단계와,
   상기 용접단을 기준으로 하여, 상기 벽면이 존재하는 측에 상기 스캘럽 유무 판정 모델을 배치하는 단계와,
   상기 배치한 스캘럽 유무 판정 모델에 대해, 상기 벽면이 간섭하는지의 여부를 판정하는 단계를 포함하는
   용접 패스 정보의 취득 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 2개의 피용접 부재가 수평으로 배치되는 하판 및 상기 하판의 주면에 1개의 판 두께면이 용접되는 입판이며,
   상기 하판의 일단과 상기 용접단 사이의 제 1 거리를 측정하는 단계와,
   상기 제 1 거리가 제 1 소정값보다 작은 경우는 상기 하판의 일단이 상기 입판의 일단과 일치한다고 간주하는 하판단 판정을 실행하는 단계를 포함하는
   용접 패스 정보의 취득 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 거리가 상기 제 1 소정값 이상의 경우에, 상기 입판의 일단과 상기 용접단 사이의 제 2 거리를 측정하는 단계와,
   상기 제 2 거리가 제 2 소정값보다 작은 경우는, 상기 입판의 일단이 상기 하판의 일단으로부터 소정의 거리의 범위 내에 존재한다고 간주하는 고정단 판정을 실행하는 단계를 포함하는
   용접 패스 정보의 취득 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 거리가 상기 제 1 소정값 이상이며, 또한 상기 제 2 거리가 상기 제 2 소정값 이상의 경우는, 상기 하판단 판정 및 상기 고정단 판정을 실행하지 않는
   용접 패스 정보의 취득 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 2개의 피용접 부재가 수평으로 배치되는 하판 및 상기 하판의 주면에 1개의 판 두께면이 용접되는 입판이며,
   상기 입판의 일단과 상기 용접단 사이의 제 2 거리를 측정하는 단계와,
   상기 제 2 거리가 제 2 소정값보다 작은 경우는, 상기 입판의 일단이 상기 하판의 일단으로부터 소정의 거리의 범위 내에 존재한다고 간주하는 고정단 판정을 실행하는 단계를 포함하는
   용접 패스 정보의 취득 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   복수의 용접 패스를 추출하는 단계와,
   각 용접 패스의 상대적인 위치로부터, 각 용접 패스의 용접 순서를 결정하는 단계와,
   상기 용접 순서에 따라서, 대응하는 용접 로봇의 번호를 할당하는 단계를 포함하는
   용접 패스 정보의 취득 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 2개의 피용접 부재가 수평으로 배치되는 하판 및 상기 하판의 주면에 1개의 판 두께면이 용접되는 입판이며,
   상기 하판의 두께 및 상기 입판의 두께에 근거하여, 상기 용접 패스에 있어서의 필릿의 다리 길이를 제공하는 단계를 포함하는
   용접 패스 정보의 취득 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 2개의 피용접 부재가 수평으로 배치되는 하판 및 상기 하판의 주면에 1개의 판 두께면이 용접되는 입판이며,
   상기 용접 패스의 용접방향에 대해서, 상기 입판이 좌측 또는 우측 중 어느 하나에 존재하는지를 판정하는 단계를 포함하는
   용접 패스 정보의 취득 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 패스가 적어도 2개의 서브 용접 패스가 쌍으로 되어 1조의 페어를 구성하는지의 여부를 판정하는
    용접 패스 정보의 취득 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 용접 패스 정보의 취득 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한
    프로그램.
12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 용접 패스 정보의 취득 방법에 의해 취득한 용접 패스를 상기 용접 로봇에 교시하기 위한
    교시 프로그램.
13. 피용접 부재를 용접하는 용접 로봇과,
    상기 용접 로봇의 동작을 소정의 동작 프로그램에 따라서 제어하는 컴퓨터를 포함하는 용접 로봇 시스템에 있어서,
    상기 컴퓨터는,
    3차원 CAD 데이터로부터, 2개의 피용접 부재를 용접하는 용접 패스를 추출하고,
    소정의 3차원 형상을 구비하는 벽면 판정 모델을 준비하고,
    상기 용접 패스의 개시점 또는 종료점 중 적어도 어느 하나인 용접단을 기준으로 하여, 상기 용접 패스의 외부를 향하는 연장방향으로 상기 벽면 판정 모델을 배치하고,
    상기 배치한 벽면 판정 모델에 대해서, 상기 2개의 피용접 부재와는 상이한 다른 부재에 의해 획정되는 벽면이 간섭하는지의 여부를 판정하고,
    얻어진 용접 패스를 상기 용접 로봇에 교시하는
    용접 로봇 시스템.

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