KR20230009967A - 가반형 용접 로봇의 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템 - Google Patents

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다카시 야시마
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부가 동심원 위에 없으며, 또한 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부의 곡률 차이가 큰 경우에 있어서도, 양호한 비드 외관을 확보할 수 있는 가반형 용접 로봇의 제어 방법을 제공한다. 코너부를 갖는 워크(Wo)에 대해 가이드 레일을 설치하고, 가이드 레일 상을 이동하며 워크(Wo)를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇(100)과, 가반형 용접 로봇(100)을 제어하는 용접 제어 장치(600)를 구비한다. 가반형 용접 로봇(100)은 용접 토치(200) 및 용접 토치(200)를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 갖는다. 본 제어 방법은 토치 위치 판정부(605)에 의해 워크(Wo) 상의 토치 위치를 판정하는 단계와, 토치 각도 산출부(606)에 의해 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 단계와, 산출된 토치 각도에 근거하여, 가동부에 의해 토치 각도를 제어하는 단계를 구비한다.

Description

가반형 용접 로봇의 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템
본 발명은 가이드 레일 상을 이동하면서 자동으로 용접을 실행할 수 있는 가반형 용접 로봇의 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템에 관한 것이다.
종래, 조선, 철골, 교량 등에 있어서의 용접 구조물의 제조에 있어서, 공장 내에서의 용접 작업은 자동화가 진행되며, 대형의 다축 용접 로봇이 다용되고 있다. 한편, 대형의 다축 용접 로봇을 적용할 수 없는 현장 용접 작업에서도, 반자동 용접과 같은 수동 용접으로 인해 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 진행되어 온 용접 현장에서, 용접 효율을 향상시킬 수 있다.
이 가반형 용접 로봇을 적용한 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1에서는, 건설 현장에서 이용되고 있는 다각형 각형 강관에 대해, 직선부와 곡선부를 가진 코너 유닛을 이용한 가이드 레일을, 용접 대상인 다각형 각형 강관의 외주에 장착한다. 그리고, 가이드 레일에 대해 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 시간당의 용접 부분의 길이(이하, "비드 길이"라고도 함)가 일정하게 되도록, 용접 로봇의 이동 속도를 제어한다. 이에 의해, 다양한 형상의 각형 강관을 효율적으로 용접하고 있다. 또한, 용접 로봇에 의한 단위 시간당의 비드 길이를 "용접 속도"라고도 한다.
일본 특허 공개 제 2018-58078 호 공보
상술한 바와 같이, 특허문헌 1에서는, 용접 로봇의 이동 속도(이하, "로봇 속도"라고도 함)를 제어하여, 워크의 코너부와 가이드 레일(이하, "레일"이라고도 함)의 곡선부가 비동심원 위인 경우여도, 용착량을 맞추도록 용접 속도를 변경하는 것에 의해, 효율이 양호한 용접을 가능하게 하고 있다. 그렇지만, 특허문헌 1의 기술은, 로봇 속도의 제어 밖에 고려되어 있지 않으며, 워크의 코너부와 레일의 곡선부가 비동심원 위가 되는 경우에 문제가 되는, 토치 각도의 영향에 대해 고려되어 있지 않다. 즉, 이하와 같은 일이 발생한다.
(1) 로봇이 레일의 곡선부 상에 존재하며, 또한 토치 선단부가 워크의 평행부 상에 존재하는 경우에 있어서, 워크 평행부에서의 토치 각도가 전진각 또는 후퇴각이 된다.
(2) 로봇이 레일의 곡선부 상에 존재하며, 또한 토치 선단부가 워크의 코너부상에 존재하는 경우에 있어서, 워크의 코너부에서의 토치 각도가 전진각 또는 후퇴각이 된다.
그리고, 상기 토치 각도가 전진각 또는 후퇴각이 된 경우, 예를 들면, 이하의 문제가 발생할 수 있다.
(전진각의 경우)
전방에 스패터가 발생하기 쉬워져, 용접 작업성의 악화로 이어진다.
(후퇴각의 경우)
후방의 용융지를 밀어올리게 되어, 결과적으로 워크 상의 코너부와 직선부의 경계 근방에 볼록 비드가 발생하고, 비드 외관 불량의 원인이 된다.
또한, 워크의 코너부의 곡률이 작아져, 레일의 곡률과의 곡률 차이가 넓어질수록, 토치 각도의 변화량이 커져, 직선부와 코너부의 경계에 있어서의 비드 외관은 더욱 악화된다.
여기에서, 예를 들면, 곡률 반경이 상이한 워크로서, 건축 구조용 롤성형 다각형 각형 강관(BCP), 건축 구조용 롤성형 다각형 각형 강관(BCR)을 들 수 있다. 일반적으로 BCP의 곡률 반경은, 판 두께(t)에 대해 3.5t로 산출되지만, BCR에서의 곡률 반경은 2.5t가 된다. 즉, 판 두께가 동일한 BCP와 BCR에 있어서, 레일의 곡률 반경을 일정하게 한 경우, 워크와 레일의 곡률 반경의 차이는 BCR이 커진다. 그러므로, BCR이 워크에 대해 레일의 곡선부에 있어서의 토치 각도의 변화량은 크고, 직선부와 코너부의 경계에 있어서의 비드 외관 불량이 발생하기 쉬운 특징이 있다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 워크의 코너부와 레일의 곡선부가 동심원 위에 없으며, 또한 워크의 코너부와 레일의 곡선부의 곡률 차이가 큰 경우에 있어서도, 양호한 비드 외관을 확보할 수 있는 가반형 용접 로봇의 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 상기 목적은 가반형 용접 로봇의 제어 방법에 따른 하기 (A)의 구성에 의해 달성된다.
(A) 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇을 제어하는 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템을 이용한 가반형 용접 로봇의 제어 방법에 있어서,
상기 가반형 용접 로봇은 용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 가지며,
상기 용접 제어 장치는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
상기 토치 위치 판정부에 의해 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 단계와,
상기 토치 각도 산출부에 의해 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 단계와,
산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부에 의해 상기 토치 각도를 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
또한, 본 발명의 상기 목적은 용접 제어 장치에 따른 하기 (B)의 구성에 의해 달성된다.
(B) 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇을 제어하기 위한 용접 제어 장치에 있어서,
상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
상기 토치 위치 판정부는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하고,
상기 토치 각도 산출부는 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하고,
산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 제어 장치.
또한, 본 발명의 상기 목적은 가반형 용접 로봇에 따른 하기 (C)의 구성에 의해 달성된다.
(C) 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는, 상기에 기재의 용접 제어 장치에 의해 제어되는 가반형 용접 로봇에 있어서,
용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 구비하고,
상기 토치 각도 산출부에 의해 산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부가 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇.
또한, 본 발명의 상기 목적은 용접 시스템에 따른 하기 (D)의 구성에 의해 달성된다.
(D) 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇을 제어하는 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템에 있어서,
상기 가반형 용접 로봇은 용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 가지며,
상기 용접 제어 장치는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
상기 토치 위치 판정부는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하고,
상기 토치 각도 산출부는 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하고,
산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부에 의해 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 시스템.
또한, 본 발명의 상기 목적은 가반형 용접 로봇의 제어 방법에 따른 하기 (E)의 구성에 의해 달성된다.
(E) 다각형 각형 강관에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 다각형 각형 강관을 아크 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇을 제어하는 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템을 이용한 가반형 용접 로봇의 제어 방법에 있어서,
상기 가반형 용접 로봇은 용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 가지며,
상기 용접 제어 장치는 상기 다각형 각형 강관 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
상기 토치 위치 판정부에 의해 상기 다각형 각형 강관 상의 토치 위치를 판정하는 단계와,
상기 토치 각도 산출부에 의해 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 단계와,
산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부에 의해 상기 토치 각도를 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
본 발명의 가반형 용접 로봇의 제어 방법에 의하면, 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부가 동심원 위에 없으며, 또한 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부의 곡률 차이가 큰 경우에 있어서도, 워크 상의 토치 위치 정보에 따라서, 토치 각도를 제어하여, 워크 상의 코너부, 및 코너부와 직선부의 경계 위치에서의 비드 외관을 양호하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 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 4는 도 3에 도시하는 용접 로봇이 다각형 각형 강관에 장착된 경우의 사시도이다.
도 5는 도 4를 바로 위로부터 보았을 때의 다각형 각형 강관의 1/4 코너부의 영역에 있어서의, 가이드 레일과의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 5의 선으로 나타낸 도면이다.
도 7은 가이드 레일의 곡률 중심 및 가이드 레일 상의 가반형 용접 로봇을 묶는 직선의 각도(θ)와 토치각 보정량(θT)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 가반형 용접 로봇의 이동 거리(D)와 토치각 보정량(θT)의 관계를 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. 도 1에 도시하는 바와 같이, 용접 시스템(50)은 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(620)에 의해 가반형 용접 로봇(100)과 접속되며, 전원용 제어 케이블(630)에 의해 용접 전원(400)과 접속되어 있다.
제어 장치(600)는, 미리 워크 정보, 가이드 레일 정보, 워크(Wo) 및 가이드 레일(120)의 위치 정보, 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 갖는다. 그리고, 이 티칭 데이터에 근거하여 가반형 용접 로봇(100) 및 용접 전원(400)에 대해 지령을 보내, 가반형 용접 로봇(100)의 동작 및 용접 조건을 제어한다.
또한, 제어 장치(600)는, 터치 센싱이나 시각 센서 등의 센싱에 의해 얻을 수 있는 검지 데이터로부터 개선 형상 정보를 산출하는 개선 조건 산출부(602)와, 당해 개선 형상 정보를 기초로 상기 티칭 데이터의 용접 조건을 보정하여 용접 조건을 취득하는 용접 조건 산출부(603)를 갖는다. 또한, 가반형 용접 로봇(100)에 있어서, 후술하는 X방향, Y방향, Z방향으로 구동하기 위한 구동부(도시하지 않음)를 제어하는 속도 제어부(604)와, 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부(605) 및 가반형 용접 로봇(100)에 있어서의 토치 각도 구동부(가동 아암부(116))를 제어하는 토치 각도 산출부(606)를 갖는다. 그리고, 상기 개선 조건 산출부(602), 용접 조건 산출부(603), 속도 제어부(604), 토치 위치 판정부(605) 및 토치 각도 산출부(606)를 포함하는 제어부(610)가 구성되어 있다. 또한 토치 위치 판정부(605) 및 토치 각도 산출부(606)는 1개로 통합하여 구성할 수도 있다.
또한, 제어 장치(600)는 티칭을 실행하기 위한 컨트롤러와 그 외의 제어 기능을 갖는 컨트롤러가 일체로 되어 형성되어 있다. 단, 제어 장치(600)는 이것으로 한정되는 것은 아니며, 티칭을 실행하기 위한 컨트롤러 및 그 외의 제어 기능을 갖는 컨트롤러를 2개로 나누는 등, 역할에 의해 복수로 분할하여도 좋다. 또한, 가반형 용접 로봇(100) 내에 제어 장치(600)를 포함하여도 좋으며, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가반형 용접 로봇(100)과는 별도로 제어 장치(600)를 독립시켜 마련하여도 좋다. 즉, 본 실시형태에서 설명하는, 가반형 용접 로봇(100) 및 제어 장치(600)를 갖는 용접 시스템에 있어서는, 제어 장치(600)가 가반형 용접 로봇(100) 내에 포함되는 경우와, 가반형 용접 로봇(100)은 독립되어 마련되는 경우의 어느 경우도 포함되는 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 로봇용 제어 케이블(620) 및 전원용 제어 케이블(630)을 이용하여 신호를 보내고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 무선으로 송신하여도 좋다. 또한 용접 현장에 있어서의 사용성의 관점에서, 티칭을 실행하기 위한 컨트롤러와 그 이외의 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(Wo)에 전력을 공급하는 것에 의해, 용접 와이어(211)와 워크(Wo) 사이에 아크를 발생시킨다. 용접 전원(400)으로부터의 전력은 파워 케이블(410)을 거쳐서 송급 장치(300)에 이송되고, 송급 장치(300)로부터 도관 튜브(420)를 거쳐서 용접 토치(200)에 이송된다. 그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 용접 토치(200) 선단의 콘택트 팁을 거쳐서, 용접 와이어(211)에 공급된다. 또한 용접 작업시의 전류는 직류 또는 교류 중 어느 쪽이어도 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)을 마이너스(-) 전극으로서 워크(Wo)에 접속된다. 또한, 이것은 역극성으로 용접을 실행하는 경우이며, 정극성으로 용접을 실행하는 경우는, 플러스(+)의 파워 케이블을 거쳐서 워크(Wo)측에 접속되고, 마이너스(-)의 파워 케이블을 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)에 이송된 실드 가스는 도관 튜브(420)를 거쳐서 용접 토치(200)에 이송된다. 용접 토치(200)에 이송된 실드 가스는, 용접 토치(200) 내를 흘러, 노즐(210)에 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 계속 내보내며, 용접 토치(200)로 이송한다. 송급 장치(300)에 의해 이송되는 용접 와이어(211)는 특별히 한정되지 않으며, 워크(Wo)의 성질이나 용접 형태 등에 의해 선택되며, 예를 들면, 솔리드 와이어나, 용융제 함유 와이어 전극(이하, "FCW"라고도 함)이 사용된다. 또한, 용접 와이어(211)의 재질도 문제삼지 않으며, 예를 들면, 연강이어도 좋으며, 스테인리스나 알루미늄, 티탄과 같은 재질이어도 좋다. 또한, 용접 와이어(211)의 선직경도 특별히 문제삼지 않지만, 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 한 것을 이용할 수도 있다. 또한, 예를 들면, 용접 와이어(211) 및 실드 가스를 이송하는 튜브와 파워 케이블을 개별적으로 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 설치되며, 당해 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 설치되는 하우징부(112)와, 이 하우징부(112)에 장착된 고정 아암부(114)와, 이 고정 아암부(114)에, 화살표(R1)방향으로 회전 가능한 상태로 장착된 가동 아암부(116)로 구성된다.
토치 접속부(130)는 용접 토치(200)를 용접선 방향, 즉, X방향으로 가동하는 가동부인 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, 하우징부(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(Wo)와 용접 와이어(211) 사이에 전압을 인가하여, 용접 와이어(211)가 워크(Wo)에 접촉했을 때에 생기는 전압 강하 현상을 이용하여, 워크(Wo) 상의 개선(10)의 표면 등을 센싱하는 터치 센서를 검지 수단으로 한다. 검지 수단은 본 실시형태의 터치 센서에 한정되지 않으며, 화상 센서, 즉 시각 센싱 혹은 레이저 센서, 즉 레이저 센싱 등, 또는 이들 검지 수단의 조합을 이용하여도 좋지만, 장치 구성의 간편성으로 인해 본 실시형태의 터치 센서를 이용하는 것이 바람직하다.
로봇 본체(110)의 하우징부(112)는, 도 2의 화살표(X)로 나타내는 바와 같이, 지면에 대해 수직방향, 즉, 로봇 본체(110)가 가이드 레일(120)을 따라서 이동하는 X방향으로 구동하는, 도시하지 않은 로봇 구동부를 구비한다. 또한, 하우징부(112)는, X방향에 대해 수직이 되는 개선(10)의 깊이방향으로 이동하는 Z방향으로도 구동 가능하다. 또한, 고정 아암부(114)는 하우징부(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)에 도시하는 바와 같이 회동하는 것에 의해, X방향에 있어서 전후방향, 즉 용접선 방향으로 전후좌우로 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 가능하게 하여도 좋다.
이상과 같이 구성되어 있는 것에 의해, 토치 접속부(130)에 장착된 용접 토치(200)의 선단부는, 임의의 방향을 향하게 할 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. 또한, 크랭크(170)의 구동에 의해 용접 토치(200)를 X방향으로 경사지게 하는 것에 의해, 후술하는 다각형 각형 강관 등의 워크(Wo)의 코너부(WC)와 가이드 레일(120)의 곡선부(122)의 곡률이 상이한 경우 등에서 생기는 토치 각도의 변화, 즉 전진각 또는 후퇴각을 보정할 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(Wo)에 대해 착탈이 용이하게 구성되어 있다. 가반형 용접 로봇(100)을 워크(Wo)에 세트하는 경우, 오퍼레이터는 가반형 용접 로봇(100)의 양측 손잡이(160)를 잡는 것에 의해, 가반형 용접 로봇(100)을 워크(Wo) 상에 용이하게 세트할 수 있다.
<토치 각도의 제어 방법>
다음에, 가이드 레일 상을 주행하는 가반형 용접 로봇에 의해, 다각형 각형 강관을 용접하는 경우의 토치 각도의 제어 방법에 관한 구체적인 예에 대해 설명한다. 도 4는 도 3에 도시하는 가반형 용접 로봇(100)이 다각형 각형 강관에 장착된 경우의 사시도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 가이드 레일(120)은 워크(Wo)인 다각형 각형 강관에 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 있어서, 용접 토치(200)를 하방을 향한 상태로 장착되어 있다.
또한, 도 5는 도 4를 바로 위로부터 보았을 때의 다각형 각형 강관(Wo)의 1/4 코너부의 영역에 있어서의, 가이드 레일(120)의 위치 관계를 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시하는 가이드 레일(120)에 있어서는, 직선부(121), 곡선부(122), 및 직선부(121)와 곡선부(122)에서 가이드 루트가 변하는 경계점(128)을 각각 갖고 있다. 또한, 다각형 각형 강관(Wo)에 있어서는, 직선부(WL), 코너부(곡선부)(WC), 및 직선부(WL)와 코너부(WC)의 경계점(WB)을 각각 갖고 있다.
본 구체적인 예에서는, 가이드 레일(120)을 있어서의 곡선부(122)의 곡률 반경(RA)은, 다각형 각형 강관(Wo)에 있어서의 코너부(WC)의 곡률 반경(RB)보다 크고, 다각형 각형 강관(Wo)의 코너부(WC)와 가이드 레일(120)의 곡선부(122)는 동심원 위에 없다. 또한 가이드 레일(120)에 있어서의 곡선부(122)의 곡률 반경(RA)과, 다각형 각형 강관(Wo)에 있어서의 코너부(WC)의 곡률 반경(RB)은 각각 외주 및 내주에서 상이하지만, 토탈 용착량이 동일하게 되면 좋으므로, 본 구체적인 예에서는 외주와 내주의 평균값으로 한다.
도 5에서 도시하는 바와 같이, 가이드 레일(120)에 있어서의 곡선부(122)의 곡률 반경(RA)은 곡선부(122)의 곡률 중심(OA)과, 가이드 레일(120)의 레일 중심 (Rc)의 거리로 하고, 다각형 각형 강관(Wo)에 있어서의 코너부(WC)의 곡률 반경(RB)은 코너부(WC)의 곡률 중심(OB)과 다각형 각형 강관(Wo)의 판 두께 중심(Wc)의 거리로 한다.
가이드 레일(120)의 곡선부(122)의 곡률 반경(RA)과, 다각형 각형 강관(Wo)의 코너부(WC)의 곡률 반경(RB)이 상이하며(본 구체적인 예에서는, RA＞RB), 또한 동심원 위에 없는 것에 의해, 다각형 각형 강관(Wo)의 용접 영역은, 가반형 용접 로봇(100)이 가이드 레일(120)의 직선부(121)에 있으며, 또한 용접 토치(200)가 다각형 각형 강관(Wo)의 직선부(WL)에 있는 제 1 영역(Ⅰ)과, 가반형 용접 로봇(100)이 가이드 레일(120)의 곡선부(122)에 있으며, 또한 용접 토치(200)가 다각형 각형 강관(Wo)의 직선부(WL)에 있는 제 2 영역(Ⅱ)과, 가반형 용접 로봇(100)이 가이드 레일(120)의 곡선부(122)에 있으며, 또한 용접 토치(200)가 다각형 각형 강관(Wo)의 코너부(WC)에 있는 제 3 영역(Ⅲ)으로 나누어진다.
가반형 용접 로봇(100)은 제어 장치(600)의 동작 신호에 근거하여, 가이드 레일(120)을 따라서 주행하면서 다각형 각형 강관(Wo)을 용접한다. 가이드 레일(120)은 직선부(121), 곡선부(122) 및 경계점(128)을 각각 갖고 있지만, 용접부의 전체 길이에 걸쳐서 대략 일정한 용접 품질을 유지하기 위해서는, 가반형 용접 로봇(100)이 가이드 레일(120) 상의 어느 위치에 있어서도, 용접 토치(200)의 토치 각도가 대략 일정한 것이 바람직하다. 가이드 레일(120) 상의 어느 위치는, 예를 들면, 직선부(121), 곡선부(122) 및 경계점(128)을 들 수 있으며, 제 1 영역(Ⅰ)에 있어서의 토치 각도는 다각형 각형 강관(Wo)에 대해 수직이 되지만, 제 2 영역(Ⅱ) 및 제 3 영역(Ⅲ)에서는, 용접 토치(200)가 다각형 각형 강관(Wo)에 대해 수직이 되지 않는 경우가 존재한다. 토치 각도는, 제 1 영역(Ⅰ)에 있어서의 다각형 각형 강관(Wo)의 직선부(WL)에 있어서의 토치 각도를 기준으로 하여, 대략 일정한 토치 각도로 제어하는 것이 바람직하다.
여기에서, 토치 각도가 대략 일정이란, 실용적으로 제어 가능한 각도 범위 내이며, 한편 용접 품질에 미치는 영향이 문제가 되지 않는 정도의 각도 오차를 허용하는 것을 의미한다. 구체적으로 본 실시형태에 있어서의 각도 오차로서는, ±10° 이내가 바람직하며, ±5° 이내가 보다 바람직하며, 실질적으로 0°인 것이 가장 바람직하다.
구체적으로는, 도 5에 있어서, 다각형 각형 강관(Wo)의 직선부(WL)에 대해, 예를 들면 용접 토치(200)가 직각, 즉, 토치 각도가 0°인 상태에서, 가반형 용접 로봇(100)이 가이드 레일(120)의 직선부(121) 상을, 도면의 우측 하단으로부터 상방으로 반시계방향으로 이동하는 것으로 한 경우, 가반형 용접 로봇(100)은, 용접 토치(200)가 다각형 각형 강관(Wo)의 코너부(WC)에 도달하는 것보다 빨리, 가이드 레일(120) 상의 곡선부(122)에 도달하고, 제 1 영역(Ⅰ)으로부터 빠져나간다.
즉, 가반형 용접 로봇(100)의 용접 토치(200)가 다각형 각형 강관(Wo)에 있어서의 직선부(WL) 상에 위치하고 있는 것에도 불구하고, 로봇 본체(110)가 가이드 레일(120)의 곡선부(122)에 위치하는 제 2 영역(Ⅱ)에 들어가는 것에 의해, 용접 토치(200)가 경사져, 토치 각도가 보다 전진각 또는 보다 후퇴각으로 되는 것에 의해, 토치 각도가 변화한다. 토치 각도의 변화는 용접 품질에 영향을 미칠 우려가 있기 때문에, 토치 각도를 대략 일정하게 제어할 필요가 있다.
이 때문에, 제어 장치(600)의 토치 위치 판정부(605)가, 토치 위치 정보에 근거하여 토치 위치를 판정하고(토치 위치 판정 단계), 미리 제어 장치(600)에 입력된 가이드 레일(120)과 다각형 각형 강관(Wo)의 사이즈, 형상 등의 정보에 근거하여, 토치 각도의 어긋남량이 있는 토치각 보정량(θT)을 산출한다(토치 각도 산출 단계). 그리고, 산출된 토치 각도의 어긋남량은 토치 각도의 보정값으로 하고, 제어 장치(600)에 입력되고, 가동부인 크랭크(170)가 도 3의 화살표(R2)로 나타내는 바와 같이 회동하는 것에 의해, 토치 각도의 어긋남분을 보정한다(토치 각도 제어 단계).
또한 토치 위치 판정을 위해서 토치 위치 판정부(605)에 입력되는 위치 정보의 취득은, 레이저 센서 등의 센싱 기능을 사용하여 다각형 각형 강관(Wo)의 사이즈를 제어 장치(600)에 인식시키고, 레일 사이즈에 관해서는 수동으로 제어 장치(600)에 입력하는 방법이어도 좋으며, 데이터 보지부(601)에 미리 기억되어 있는 교시점 위치를 위치 정보로서 취득하도록 하여도 좋다.
작업 현장에 있어서의 다각형 각형 강관(Wo)과 가이드 레일(120)의 실제의 상대 위치는, 다각형 각형 강관(Wo) 및 가이드 레일(120)의 제작 오차나, 다각형 각형 강관(Wo)에 대한 가이드 레일(120)의 장착 오차 등에 의해, 어긋남이 생기는 경우가 있다. 이 때문에, 토치 위치 판정부(605)는, 이 어긋남분을 고려하여 판정하는 것이 바람직하다. 또한 워크(Wo) 및 가이드 레일(120)의 위치 정보를 센싱 기능에 의해 취득하는 경우는, 어긋남 분에 의한 영향이 배제되기 때문에 바람직하다. 또한 센싱 기능은 특별히 문제삼지 않으며, 터치 센싱, 레이저 센싱, 시각 센싱 중, 적어도 하나의 센싱 방법을 이용하여, 혹은 당해 센싱 방법을 복합하여, 토치 위치를 판정하는 것이 바람직하다.
토치 각도 산출부(606)는 워크 정보, 가이드 레일 정보, 및 워크(Wo) 및 가이드 레일(120)의 위치 정보에 근거하여 토치 각도를 산출한다. 이들 정보는 센싱 등에서 얻은 정보여도 좋으며, 또한 미리 데이터 보지부(601)에 기억되어 있는 각 정보의 수치 데이터여도 좋다.
<토치 각도의 산출 방법>
다음에, 토치 각도의 산출 방법에 대해, 도 5 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.
여기에서는, 가이드 레일(120)로서, 예를 들면 RA=261㎜의 가이드 레일(120)을 채용하고, 다각형 각형 강관(Wo)으로서, BCR의 다각형 각형 강관을 채용한 예에 대해 설명한다. 또한 다각형 각형 강관(Wo)에는 BCR 및 BCP가 있지만, 어느 다각형 각형 강관(Wo)에도, 판 두께에 대한 곡률 반경은 규격으로 결정되어 있다.
도 6은 가이드 레일(120)(레일) 및 다각형 각형 강관(Wo)(컬럼)의 1/4 코너부의 영역을 나타내는 선으로 나타낸 도면이며, 각각 가이드 레일(120)의 중심선(Rc), 및 다각형 각형 강관(Wo)의 중심선(Wc)을 나타낸다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 가이드 레일(120)의 4분원의 곡률 중심을 OA, 곡률 반경을 RA, 다각형 각형 강관(Wo)의 코너부의 4분원의 곡률 중심을 OB, 곡률 반경을 RB로 하고, 곡률 중심(OB)의 X좌표를 d1, 곡률 중심(OB)의 Y좌표를 d2로 한다. 또한, 가반형 용접 로봇(100)이 가이드 레일(120) 상의 점(A)에 위치하는 것으로 하고, 곡률 중심(OA) 및 점(A)을 연결하는 선분(LA)과 X축이 이루는 각도를 θ로 하고, 곡률 중심(OB) 및 점(A)을 연결하는 선분(LB)과 X축이 이루는 각도를 θ1로 나타낸다. 또한 가이드 레일(120)의 직선부(121)와 다각형 각형 강관(Wo)의 직선부(WL)가, 도 5에 도시하는 바와 같은 평행 직선부인, 도 6에 있어서 도시하지 않은 제 2 상한 및 제 4 상한에 대해서는, 토치 각도는 0°로 변화하지 않으므로, 본 설명의 대상 외이다.
가반형 용접 로봇(100)이, 도 5에 있어서의 경계점(128)에 상당하는 X축 상의 점(A0)으로부터 반시계방향으로 이동한다고 가정한 경우, 선분(LA)이 다각형 각형 강관(Wo)의 직선부(WL)와 코너부(WC)의 경계점(B0)을 통과할 때까지의 구간, 즉 제 2 영역(Ⅱ)에서는, 착각의 관계로부터 토치각 보정량 θT=θ가 되고, 선분(LA)이 점(B0)과 점(B1) 사이, 즉 제 3 영역(Ⅲ)에서는, 토치각 보정량 θT=θ-θ1로 나타나고, 선분(LA)이 코너부(WC)와 직선부(WL)의 경계점(B1)을 통과 후, Y축과 일치할 때까지, 즉 제 2 영역(Ⅱ)의 토치각 보정량 θT=90°-θ로 나타난다.
제 2 영역(Ⅱ)에 있어서의 토치각 보정량(θT)은 선분(LA)과 X축이 이루는 각도를 θ를 이미 알고 있으면 용이하게 구할 수 있으므로, 이하에서는, 제 3 영역(Ⅲ)인, 선분(LA)이 점(B0)과 점(B1) 사이, 즉, 0≤θ1＜90°에 있어서의 토치각 보정량(θT)에 대해 상술한다.
제 3 영역(Ⅲ)에서는, 토치각 보정량 θT=θ-θ1이므로, tanθT=tan(θ-θ1)=(tanθ-tanθ1)/(1+tanθ×tanθ1)로 변환할 수 있다. 따라서, 식 (1)과 같이 된다.
θT=tan-1(tanθ-tanθ1)/(1+tanθ×tanθ1) …(1)
여기에서, 점(A)의 XY 좌표는 (RAcosθ, RAsinθ)이므로, 식 (2)과 같이 된다.
tanθ1=(RAsinθ-d2)/(RAcosθ-d1) …(2)
식 (2)를 식 (1)에 대입하면, 식 (3)과 같이 된다.
θT=tan-1(tanθ-((RAsinθ-d2)/(RAcosθ-d1))/(1+tanθ×((RAsinθ-d2)/(RAcosθ-d1))) …(3)
또한, 식 (3)은 0≤θ1＜90°의 범위에서만 성립하는 것에 주의를 필요로 한다.
여기에서, 가이드 레일(120)의 반경 RA=261㎜, 다각형 각형 강관(Wo)의 코너부(WC)의 반경 RB=62.5㎜, d1=40㎜, d2=40㎜를, 각각 식 (3)에 대입하여 계산하면, 각도(θ)와 토치각 보정량(θT)의 관계는, 도 7에 나타내는 바와 같이 구해진다.
또한, 선분(LA)과 X축이 이루는 각도(θ)와, 가반형 용접 로봇(100)의 가이드 레일(120) 상의 점(A0)으로부터의 이동 거리(D) 사이에는, "D=θ(rad)×RA"의 관계가 성립하므로, 선분(LA)과 X축이 이루는 각도(θ)는, 점(A0)으로부터의 이동 거리(D)(㎜)로 환산 가능하며, 이동 거리(D)(㎜)와 토치각 보정량(θT)의 관계는, 도 8에 나타나게 된다.
따라서, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 0°≤θ＜45° 및 0㎜≤D＜205㎜의 범위에서는, 토치각 보정량(θT)분 만큼, 토치 각도를 전진각 측으로 보정하고, 45°≤θ＜90° 및 205㎜≤D＜410㎜의 범위에서는, 토치각 보정량(θT)분 만큼, 토치 각도를 후진각 측으로 보정하는 것에 의해, 토치 각도가 일정 각도로 유지된다. 또한, θ=9°, 즉 D=41㎜의 위치, 및 θ=81°, 즉 D=369㎜의 위치는, 도 5에 나타내는 직선부(WL)와 코너부(WC)의 경계점(WB)에 상당한다.
이에 의해, 워크(Wo)의 코너부(WC)와 가이드 레일(120)의 곡선부(122)가 동심원 위에 없고, 한편 워크(Wo)의 코너부(WC)와 가이드 레일(120)의 곡선부(122)의 곡률 차이가 큰 경우에 있어서도, 용접부의 전체 둘레에 걸쳐서 대략 일정한 토치 각도로 용접할 수 있어서, 양호한 비드 외관을 확보할 수 있다.
(다른 용접 조건)
용접부의 전체 길이에 걸쳐서 대략 일정한 용접 품질을 유지하기 위해서는, 상기의 토치 각도를 포함하며, 그 외의 용접 조건도 대략 일정하게 하는 것이 바람직하다.
다른 용접 조건은 가반형 용접 로봇(100)이, 다각형 각형 강관(Wo)의 용접 개시 전에, 가이드 레일(120)을 따라서 이동하는 로봇 본체(110)를 이용하여, 용접시의 용접 조건을 취득할 수도 있다. 즉, 제어 장치(600)의 동작 신호에 근거하여, 로봇 본체(110)를 구동하고, 터치 센서에 의해 개선 형상의 자동 센싱을 실행하여, 개선 조건 산출부(602)가 개선 형상 정보를 산출하고, 또한 당해 개선 형상 정보 및 데이터 보지부(601)가 갖는 티칭 데이터에 근거하여, 용접 조건 산출부(603)가 용접 조건을 산출한다.
개선 형상 정보로서는, 예를 들면, 개선 형상, 판 두께 및 시종단(始終端) 등이며, 용접 조건으로서는, 예를 들면, 용접 전류, 아크 전압, 팁-모재간 거리 및 용접 속도 등이다. 또한 개선 형상의 자동 센싱을 실행하지 않고, 미리 가이드 레일 상의 교시점 위치마다 설정한 용접 조건의 티칭 데이터에 근거하여, 용접을 실행하여도 좋다.
또한, 데이터 보지부(601)에 미리 기억되어 있는 가이드 레일 상의 교시점 위치로부터 토치 위치 정보를 취득할 수도 있다. 토치 위치 정보란, 예를 들면, 가이드 레일의 직선부, 곡선부, 경계점, 토치 각도 등을 들 수 있다. 또한 이들 정보는, 화상 센서 혹은 레이저 센서 등, 또는 이들 검지 수단이 조합된 검지 수단에 의해 취득하도록 하여도 좋다.
예를 들면, 용접부의 전체 길이에 걸쳐서 용착량을 대략 일정하게 하기 때문에, 용접 조건 산출부(603)에서 산출되는 가반형 용접 로봇(100)의 로봇 속도는, 가이드 레일(120)의 직선부(121)에서의 로봇 속도보다, 곡선부(122)에서의 로봇 속도가 빨라지도록 제어한다. 기본적으로, 로봇 속도는 교시점을 기준으로 변화하며, 교시점 간의 속도는 예를 들면, 곡선형상, 직선형상, 또는 계단형상으로 변화시키는 것이 좋다. 또한 가반형 용접 로봇(100)의 로봇 속도는, 구체적으로는, 가이드 레일(120) 상의 X방향에 있어서의 가반형 용접 로봇(100)의 주행 속도를 나타낸다.
즉, 제 2 영역(Ⅱ) 및 제 3 영역(Ⅲ)인 가이드 레일(120)의 곡선부(122)에서의 로봇 속도(Vo)는, 가이드 레일(120)의 곡선부(122)의 곡률 반경(RA)과, 다각형 각형 강관(Wo)의 코너부(WC)의 곡률 반경(RB)의 비 RA/RB와, 직선부(121)에서 설정된 설정 로봇 속도(Vc)의 곱 Vo=Vc×(RA/RB)으로 하여 구해진다. 속도 제어부(604)는 용접 조건 산출부(603)에서 산출된 로봇 속도에 근거하여, 가반형 용접 로봇(100)의 로봇 속도를 제어한다.
또한, 제 2 영역(Ⅱ) 및 제 3 영역(Ⅲ)에 있어서는, 다각형 각형 강관(Wo)의 제 1 영역(Ⅰ)에 있어서의 입열량에 대해서 입열량이 변화한다. 이 때문에, 제 1 영역(Ⅰ)에 있어서의 입열량에 대해, 제 2 영역(Ⅱ) 및 제 3 영역(Ⅲ)의 입열량을 각각 ±20%의 범위가 되도록 용접 조건을 제어한다. 이에 의해, 다각형 각형 강관(Wo)에 있어서의 직선부(WL), 및 코너부(WC)에 있어서의 입열량이 대략 일정하게 제어되어, 대략 일정한 용접 조건이 보지되기 때문에, 다각형 각형 강관(Wo)의 직선부(WL)와 코너부(WC)의 이음 외관이 동일형상이 된다. 또한 여기에서 말하는 용접 조건은, 예를 들면, 로봇 속도나 용접 전류, 용접 전압, 돌출 길이를 들 수 있어 이들로부터 선택되는 1개 이상의 조건이 된다.
또한, 본 발명은 전술한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 적절히, 변형, 개량, 등이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시형태에 대해서는, 터치 센서를 이용한 센싱을 실시했지만, 그 외 레이저 센서, 시각 센서 등, 또는 그 조합에 의해 센싱을 실행하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 용접 조건의 설정에 제공하는 데이터는, 자동 센싱에 의해 자동 설정하는 구성으로 했지만, 티칭 등에 의해, 미리 제어 장치(600)에 입력하여도 좋다.
또한, 다각형 각형 강관(Wo) 및 가이드 레일(120)의 형상은 CAD 데이터로부터, XY 좌표계로 변환하여도 좋으며, 센싱을 기초로 XY 좌표계로 변환하여도 좋다. 또한, 데이터 보지부(601)에, 미리 다각형 각형 강관(Wo) 및 가이드 레일(120)의 형상 정보를 입력하고, 그 형상 정보를 기초로, XY 좌표계로 변환하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 가이드 레일(120)의 곡선부(122)의 곡률 반경(RA)은 다각형 각형 강관(Wo)의 코너부(WC)의 곡률 반경(RB)보다 큰, 즉, RA＞RB의 경우로 하여 설명했지만, 가이드 레일(120)의 곡선부(122)의 곡률 반경(RA)이 다각형 각형 강관(Wo)의 코너부(WC)의 곡률 반경(RB)보다 작은, 즉, RA＜RB의 경우에도, 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서에는 다음 사항이 개시되어 있다.
(1) 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇을 제어하는 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템을 이용한 가반형 용접 로봇의 제어 방법에 있어서,
상기 가반형 용접 로봇은 용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 가지며,
상기 용접 제어 장치는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
상기 토치 위치 판정부에 의해 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 단계와,
상기 토치 각도 산출부에 의해 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 단계와,
산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부에 의해 상기 토치 각도를 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
이 구성에 의하면, 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부가 동심원 위에 없으며, 또한 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부의 곡률 차이가 큰 경우에 있어서도, 토치 각도를 대략 일정한 각도로 제어하여 양호한 비드 외관을 확보할 수 있다.
(2) 상기 토치 위치 판정부는 터치 센싱, 레이저 센싱, 시각 센싱 중, 적어도 하나의 센싱 수단에 의해 상기 토치 위치를 판정하거나, 또는 미리 정한 교시점 위치에 의해 상기 토치 위치를 판정하는 것을 특징으로 하는, (1)에 기재의 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
이 구성에 의하면, 센싱 기능에 의해 토치 위치를 자동으로 판정할 수 있다. 또한, 데이터 보지부에 보지한 티칭 데이터로부터 토치 위치를 판정할 수 있다.
(3) 상기 토치 각도 산출부는 워크 정보, 가이드 레일 정보, 및 상기 워크와 상기 가이드 레일의 위치 정보에 근거하여 상기 토치 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는, (1) 또는 (2)에 기재의 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
이 구성에 의하면, 가이드 레일의 곡선부에서 발생하는 토치 각도의 변화를 산출할 수 있으며, 토치 각도를 제어하는 것에 의해, 워크 상의 직선부, 코너부, 및 코너부와 직선부의 경계 위치에서의 비드 외관을 양호하게 할 수 있다.
(4) 상기 용접 제어 장치는, 용접 조건 산출부를 포함하며,
상기 토치 위치에 있어서, 상기 토치 각도의 제어를 실행하는 동시에, 용접 조건의 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 기재의 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
이 구성에 의하면, 각 용접 위치에 따른 최적인 용접 조건으로 용접할 수 있다.
(5) 상기 용접 조건의 제어는 용접 전류, 아크 전압, 팁-모재간 거리 및 로봇 이동 속도 중 적어도 하나의 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는, (4)에 기재의 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
이 구성에 의하면, 각 용접 위치에 따라서, 최적인 용접 조건을 선택하여 용접할 수 있다.
(6) 상기 가동부는, 상기 워크의 직선부에 있어서의 상기 토치 각도를 기준으로 하고, 상기 워크의 직선부 및 코너부에 있어서의 상기 토치 각도가 대략 일정하게 되도록, 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 기재의 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
이 구성에 의하면, 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부가 동심원 위에 없으며, 또한 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부의 곡률 차이가 큰 경우에 있어서도, 토치 각도가 대략 일정하게 유지되어 양호한 비드 외관을 확보할 수 있다.
(7) 상기 토치 각도 산출부는, 상기 토치 위치에 있어서의, 상기 워크의 코너부에 있어서의 곡률 반경값과, 상기 가이드 레일의 곡선부에 있어서의 곡률 반경값에 근거하여, 상기 토치 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는, (3)에 기재의 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
이 구성에 의하면, 각 용접 위치에 있어서의 토치 각도의 어긋남 각도를 정확하게 산출할 수 있다.
(8) 상기 워크의 직선부에 있어서의 입열량에 대한, 상기 코너부의 입열량 및 상기 직선부 및 상기 코너부의 경계 영역의 입열량이 각각 ±20%의 범위가 되도록 상기 용접 조건의 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는, (4) 또는 (5)에 기재의 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
이 구성에 의하면, 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부가 동심원 위에 없으며, 또한 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부의 곡률 차이가 큰 경우에 대해서도, 입열량을 제어하는 것에 의해, 양호한 비드 외관을 확보할 수 있다.
(9) 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇을 제어하기 위한 용접 제어 장치에 있어서,
상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
상기 토치 위치 판정부는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하고,
상기 토치 각도 산출부는 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하고,
산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 제어 장치.
이 구성에 의하면, 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부가 동심원 위에 없으며, 또한 워크의 코너부와 가이드 레일의 곡선부의 곡률 차이가 큰 영역에 있어서도, 토치 각도를 대략 일정하게 유지하여 양호한 비드 외관을 확보할 수 있다.
(10) 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는, (9)에 기재의 용접 제어 장치에 의해 제어되는 가반형 용접 로봇에 있어서,
용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 구비하고,
상기 토치 각도 산출부에 의해 산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부가 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇.
이 구성에 의하면, 각 용접 위치에 있어서의 토치 각도의 각도 어긋남을 가동부에서 보정하여, 대략 일정한 토치 각도로 용접할 수 있다.
(11) 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇을 제어하는 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템에 있어서,
상기 가반형 용접 로봇은 용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 가지며,
상기 용접 제어 장치는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
상기 토치 위치 판정부는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하고,
상기 토치 각도 산출부는 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하고,
산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부에 의해 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 시스템.
이 구성에 의하면, 각 용접 위치에 있어서의 토치 각도의 각도 어긋남을 토치 각도 산출부에서 산출하고, 가동부에서 토치 각도를 제어하여 각도 어긋남을 보정하는 것에 의해, 대략 일정한 토치 각도로 용접할 수 있다.
(12) 다각형 각형 강관에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 다각형 각형 강관을 아크 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇을 제어하는 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템을 이용한 가반형 용접 로봇의 제어 방법에 있어서,
상기 가반형 용접 로봇은 용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 가지며,
상기 용접 제어 장치는 상기 다각형 각형 강관 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
상기 토치 위치 판정부에 의해 상기 다각형 각형 강관 상의 토치 위치를 판정하는 단계와,
상기 토치 각도 산출부에 의해 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 단계와,
산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부에 의해 상기 토치 각도를 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 가반형 용접 로봇의 제어 방법.
이 구성에 의하면, 가이드 레일 상에 설치한 가반형 용접 로봇에 의해, 다각형 각형 강관의 용접부의 전체 둘레를 대략 일정한 토치 각도로 용접할 수 있어서, 양호한 비드 외관을 확보할 수 있다.
이상, 도면을 참조하면서 각종의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명에 따른 예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자이면, 특허청구의 범위에 기재된 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예를 고안할 수 있는 것은 명확하며, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 또한, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 실시형태에 있어서의 각 구성 요소를 임의로 조합하여도 좋다.
또한 본 출원은 2020년 6월 19일 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제 20-106327 호)에 근거하는 것이며, 그 내용은 본 출원 내에 참조로서 원용된다.
50: 용접 시스템
100: 가반형 용접 로봇
120: 가이드 레일
121: (가이드 레일의) 직선부
122: (가이드 레일의) 곡선부
128: (가이드 레일의) 경계점
170: 크랭크(가동부)
200: 용접 토치
300: 송급 장치
400: 용접 전원
500: 실드 가스 공급원
600: 제어 장치(용접 제어 장치)
603: 용접 조건 산출부
605: 토치 위치 판정부
606: 토치 각도 산출부
d1: 곡률 중심(OB)의 X좌표
d2: 곡률 중심(OB)의 Y좌표
LA: 곡률 중심(OA)과 점(A)을 연결하는 선분
LB: 곡률 중심(OB)과 점(A)을 연결하는 선분
OA: (가이드 레일의) 곡선부의 곡률 중심
OB: (워크의) 코너부의 곡률 중심
RA: 가이드 레일의 곡선부에 있어서의 곡률 반경
RB: 워크의 코너부에 있어서의 곡률 반경
Wo: 워크(다각형 각형 강관)
WL: (워크의) 직선부
WC: (워크의) 코너부(곡선부)
WB: (워크의) 경계점
Ⅰ: 제 1 영역
Ⅱ: 제 2 영역
Ⅲ: 제 3 영역
θ: 선분(LA)과 X축이 이루는 각도
θ1: 선분(LB)과 X축이 이루는 각도
θT: 토치각 보정량

Claims (12)

  1. 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇을 제어하는 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템을 이용한 가반형 용접 로봇의 제어 방법에 있어서,
    상기 가반형 용접 로봇은 용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 가지며,
    상기 용접 제어 장치는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
    상기 토치 위치 판정부에 의해 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 단계와,
    상기 토치 각도 산출부에 의해 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 단계와,
    산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부에 의해 상기 토치 각도를 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토치 위치 판정부는 터치 센싱, 레이저 센싱, 시각 센싱 중, 적어도 하나의 센싱 수단에 의해 상기 토치 위치를 판정하거나, 또는 미리 정한 교시점 위치에 의해 상기 토치 위치를 판정하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 토치 각도 산출부는 워크 정보, 가이드 레일 정보, 및 상기 워크와 상기 가이드 레일의 위치 정보에 근거하여 상기 토치 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 제어 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용접 제어 장치는 용접 조건 산출부를 포함하며,
    상기 토치 위치에 있어서, 상기 토치 각도의 제어를 실행하는 동시에, 용접 조건의 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 용접 조건의 제어는 용접 전류, 아크 전압, 팁-모재간 거리 및 로봇 이동 속도 중 적어도 하나의 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 제어 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가동부는, 상기 워크의 직선부에 있어서의 상기 토치 각도를 기준으로 하여, 상기 워크의 직선부 및 코너부에 있어서의 상기 토치 각도가 대략 일정하게 되도록, 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 제어 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 토치 각도 산출부는, 상기 토치 위치에 있어서의, 상기 워크의 코너부에 있어서의 곡률 반경값과, 상기 가이드 레일의 곡선부에 있어서의 곡률 반경값에 근거하여, 상기 토치 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 제어 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 워크의 직선부에 있어서의 입열량에 대한, 상기 코너부의 입열량 및 상기 직선부 및 상기 코너부의 경계 영역의 입열량이 각각 ±20%의 범위가 되도록 상기 용접 조건의 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 제어 방법.
  9. 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇을 제어하기 위한 용접 제어 장치에 있어서,
    상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
    상기 토치 위치 판정부는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하고,
    상기 토치 각도 산출부는 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하고,
    산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는
    용접 제어 장치.
  10. 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는, 제 9 항에 기재된 용접 제어 장치에 의해 제어되는 가반형 용접 로봇에 있어서,
    용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 구비하고,
    상기 토치 각도 산출부에 의해 산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부가 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇.
  11. 코너부를 갖는 워크에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 워크를 아크 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇을 제어하는 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템에 있어서,
    상기 가반형 용접 로봇은 용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 가지며,
    상기 용접 제어 장치는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
    상기 토치 위치 판정부는 상기 워크 상의 토치 위치를 판정하고,
    상기 토치 각도 산출부는 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하고,
    산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부에 의해 상기 토치 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는
    용접 시스템.
  12. 다각형 각형 강관에 대해 가이드 레일을 설치하고, 상기 가이드 레일 상을 이동하며 상기 다각형 각형 강관을 아크 용접하는 가반형 용접 로봇과, 상기 가반형 용접 로봇을 제어하는 용접 제어 장치를 갖는 용접 시스템을 이용한 가반형 용접 로봇의 제어 방법에 있어서,
    상기 가반형 용접 로봇은 용접 토치 및 상기 용접 토치를 용접선 방향으로 가동하는 가동부를 가지며,
    상기 용접 제어 장치는 상기 다각형 각형 강관 상의 토치 위치를 판정하는 토치 위치 판정부와, 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 토치 각도 산출부를 가지며,
    상기 토치 위치 판정부에 의해 상기 다각형 각형 강관 상의 토치 위치를 판정하는 단계와,
    상기 토치 각도 산출부에 의해 상기 토치 위치에 있어서의 토치 각도를 산출하는 단계와,
    산출된 상기 토치 각도에 근거하여, 상기 가동부에 의해 상기 토치 각도를 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는
    가반형 용접 로봇의 제어 방법.
KR1020227043431A 2020-06-19 2021-05-12 가반형 용접 로봇의 제어 방법, 용접 제어 장치, 가반형 용접 로봇 및 용접 시스템 KR20230009967A (ko)

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