KR20250116632A

KR20250116632A - 용접장치 및 용접제어프로그램

Info

Publication number: KR20250116632A
Application number: KR1020257013326A
Authority: KR
Inventors: 유야 사카이; 하루히코 에토
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2023-11-01
Publication date: 2025-08-01
Also published as: WO2024122231A1; CN120091883A; US20250289073A1; JPWO2024122231A1; EP4631660A1

Abstract

용접장치(1)는, 용접부를 포함하는 화상을 취득하는 촬상부(27)와, 용접전류를 계측하는 전류센서(28)와, 제어부(47)를 구비하고 있다. 제어부(47)는, 촬상부(27)가 취득한 용접화상에 근거하여 행하는 제1 용접제어와, 전류센서(28)가 계측한 용접전류에 근거하여 행하는 제2 용접제어를 전환한다. 이로써, 예를 들면 촬상부(27)의 오클루전이 발생하는 등 한 경우에서도, 용접전류를 이용하여 용접제어를 계속할 수 있다. 따라서, 용접에 관한 제어를 적합하게 행할 수 있다.

Description

용접장치 및 용접제어프로그램

본 발명은, 용접장치 및 용접제어프로그램에 관한 것이다.

아크용접에서는, 워크판두께, 개선(開先)형상, 루트갭(root gap)폭, 배킹재(backing material) 재질, 용접전류·전압과 같은 다양한 조건의 차이에 맞추어 최적의 토치의 동작제어를 행할 필요가 있다. 특히, 루트갭폭이 일정하지 않은 경우나, 세라믹제의 배킹재 상의 초층(初層) 용접은, 자동화가 곤란하다고 여겨져 왔다. 루트갭폭이 변동하는 경우, 루트갭폭에 맞추어 토치의 진행속도를 조정하여, 용착량을 적정하게 유지할 필요가 있다. 이음매와 토치의 진행방향이 항상 평행이 되지 않는 경우는, 토치를 이음매의 중심을 따라 움직이게 하는, 이른바 추종제어가 필요해진다. 토치와 워크의 높이 및 각도가 일정한 경우는, 상술한 진행속도와 중심모방이 주된 제어대상이 된다. 갭폭이 과대가 되면, 토치를 폭방향으로 요동시키는 위빙동작도 필요해진다. 또한 세라믹제의 배킹재 상에서의 초층 용접에서는, 토치의 진행속도가 과도하게 느린 경우는 충분한 용입이 얻어지지 않고, 반대로 과도하게 빠른 경우는 용접와이어에 용융지(溶融池)를 추종할 수 없어 아크방전의 유지가 곤란해진다(도 6 참조).

용융지의 상태는 루트갭폭 등의 용접조건의 영향을 받기 때문에, 루트갭 및 용융부의 상태를 용접 중에 센싱하여 토치의 진행속도를 조정하는 것이 바람직하다.

그를 위한 센싱방법으로서, 시각센서를 이용한 수법이 알려져 있다. 시각센서는 용융지의 위치·형상이나 용접와이어의 선단위치와 같은 정보를 얻기 위하여 사용되고, 촬상화상을 해석함으로써 원하는 특징량이 얻어진다.

예를 들면 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 루트갭을 갖는 개선맞대기용접을 대상으로, 용융부 및 그 근방을 촬상한 화상으로부터, 루트단부(端部)의 위치와 용융부의 선단위치를 특징량으로서 검출하고, 이들의 수치를 이용하여 토치의 진행속도 등을 제어하고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공보 제7075311호

그러나, 화상정보에 의존한 제어수법에서는, 예를 들면 어떠한 장애물에 의하여 용융부가 은폐되는 시각센서의 오클루전(occlusion)(가림 또는 시야차단)이 발생하거나 한 경우, 원하는 특징량을 취득할 수 없게 되어, 제어의 계속이 곤란해진다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 용접에 관한 제어를 적합하게 행하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 용접장치는,

용접부를 포함하는 화상을 취득하는 화상취득수단과,

상기 화상취득수단이 취득한 화상에 근거하여, 용접에 관한 제어를 행하는 제1 제어수단과,

용접조건에 관한 파라미터를 계측하는 계측수단과,

상기 계측수단이 계측한 파라미터에 근거하여, 용접에 관한 제어를 행하는 제2 제어수단과,

상기 제1 제어수단과 상기 제2 제어수단을 전환하는 전환수단을 구비한다.

본 발명에 의하면, 용접에 관한 제어를 적합하게 행할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관한 용접장치를 나타내는 도이다.
도 2는 실시형태에 관한 용접장치의 개략의 제어구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 실시형태에 관한 용접부 주변을 나타내는 사시도이다.
도 4는 실시형태에 관한 용접지원처리의 수순을 나타내는 플로차트이다.
도 5a는 용접실시 전의 용접부 주변의 화상예를 나타내는 도이다.
도 5b는 용접 중의 용접화상예를 나타내는 도이다.
도 5c는 용접부가 은폐된 용접화상예를 나타내는 도이다.
도 6a는 용접상태를 설명하기 위한 도이다.
도 6b는 용접상태를 설명하기 위한 도이다.

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

[용접장치의 구성]

도 1은, 본 실시형태에 관한 용접장치(1)를 나타내는 도이며, 도 2는, 용접장치(1)의 개략의 제어구성을 나타내는 블록도이고, 도 3은, 용접부 주변을 나타내는 사시도이다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 용접장치(1)는, 워크(용접대상물)인 판재(강판)(20)에 대하여 자동으로 용접작업을 행하는 장치이다. 구체적으로, 용접장치(1)는, 장치본체(2)와, 와이어송급기(3)와, 제어장치(4)를 구비한다.

장치본체(2)는, 토치이동기구(25)에 의하여 토치(용접토치)(24)를 화살표 α방향으로 이동시키면서, 대략 수평으로 설치된 철제의 판재(강판)(20)를 용접한다. 보다 자세하게는, 본 실시형태의 장치본체(2)에서는, 아크용접에 의하여 2개의 판재(20)에 대하여 V형 개선맞대기용접을 행한다. 즉, 단부를 비스듬하게 커팅하여 개선면(20a)으로 한 2개의 판재(강판)(20)를 맞대어 V형 홈(21)의 이음매로 하고, 이 홈(개선)(21)을 메우도록 용접을 행한다(도 3 참조). 홈(21)의 바닥부에는 세라믹의 배킹재(22)가 배치되고, 배킹재(22)의 표면이 홈(21)의 바닥면(루트)(22a)으로 되어 있다. 홈(21)은, 판재(20)의 용도에 따라서도 다르지만, 예를 들면, 폭이 5mm 정도, 깊이가 10mm 정도이다.

다만, 이하에서는, 서로 직교하는 XYZ의 각 방향을, 도 3에 나타내는 바와 같이 설정한다. 본 실시형태에서는, XY평면이 수평, Z방향이 연직방향으로 되어 있다. 또, 홈(21)의 길이방향이 X방향과 평행하고, 홈(21)의 폭방향이 Y방향과 평행하며, 홈(21)의 깊이방향이 Z방향과 평행으로 되어 있다. 토치(24)의 이동방향(α방향)은 -X방향으로 되어 있다. 또, 이하에서는, XYZ의 각 방향을 소문자(xyz)로 표기하는 경우가 있다.

토치(24)는, 와이어(용가재(溶加材))(30)를 용융하고, 당해 용융된 용융물로 홈(21)을 메움으로써, 판재(20)끼리를 용접한다. 본 실시형태의 토치(24)는, 아크방전에 의하여 아크용접을 행한다.

토치이동기구(25)는, 토치(24)를 XYZ의 각 방향으로 변위(이동) 가능하게 지지한다. 보다 자세하게는, 토치이동기구(25)는, 워크(판재(20))에 대한 토치(24)의 (상대)위치 및 (상대)자세, (상대)속도를 적절히 변경할 수 있다. 다만, 도 1에서는 토치이동기구(25)로서 전동슬라이더를 예시하고 있지만, 토치이동기구(25)는 이에 한정되지 않고, 예를 들면 다관절로봇이나, 차륜에 의하여 주행하는 대차형(臺車型) 장치 등이어도 된다.

토치(24)에는, 지지부재(271)를 개재하여, 촬상부(27)가 고정되어 있다. 촬상부(27)는, 예를 들면 CMOS카메라나 CCD카메라 등으로 구성되고, 토치(24) 및 판재(20)(홈(21))를 포함하는 촬영대상을 촬상하여, 그 화상정보를 취득한다. 취득된 화상정보는 제어장치(4)에 송신된다. 본 실시형태의 촬상부(27)는, 토치(24)의 진행방향(-X방향)측의 경사상방으로부터, 토치(24)(와이어(30))선단의 용접부(용접 중에 발생하는 아크(50)를 포함한다) 및 그 주변을 촬영한다(도 5a, 도 5b 참조).

용접부가 발하는 아크광은 강력하여, 통상의 카메라에서는 노출과다가 되기 때문에, 촬상부(27)에는 감광필터를 장착하거나, 와이드다이나믹레인지카메라를 이용한다. 흑백카메라여도 되고 컬러카메라여도 되지만, 컬러화상을 이용하면 색정보도 활용하여 학습모델의 학습 등을 행할 수 있기 때문에, 후술하는 심층학습의 추론정밀도의 향상이 기대된다.

감광필터로서, 외광에 반응하여 필터의 온오프를 자동으로 전환하는 액정필터를 이용하면, 용접을 행하고 있지 않은 상태에서는 필터가 오프로 되어, 촬상화상으로부터 용접부를 시인할 수 있다. 이는 토치(24)의 위치맞춤을 오퍼레이터가 행할 때에 유용하다.

또, 시인성을 향상시키기 위하여, 촬상범위를 조명하는 광원을 장치에 탑재해도 된다. 이 경우, 특정 파장인 광원을 이용하여, 용접 중인 용접부에 광을 가해도 된다. 촬상부(27)에는 밴드패스필터를 장착하여, 광원의 파장의 광을 선택적으로 촬상하도록 한다. 아크광의 파장과 상이한 파장을 광원으로서 선택하면, 아크광의 영향을 받지 않고 광원의 광이 가해진 영역을 명료하게 촬상하기 쉽다.

와이어송급기(3)는, 용접용의 와이어(30), 전력 및 실드가스를 장치본체(2)의 토치(24)에 송급한다.

와이어송급기(3)에는, 와이어(30)가 권회된(권취된) 전동의 와이어릴(31)이 장착되어 있다. 와이어릴(31)에 권회된 와이어(30)는, 와이어릴(31)로부터 풀려 나옴으로써, 토치(24) 내부를 통하여 당해 토치(24)의 선단으로 유도된다.

와이어송급기(3)는, 전력을 공급 가능한 전원(38)에 접속되어 있다. 전원(38)으로부터 와이어송급기(3)에 공급된 전력은, 전력선을 통하여 토치(24)에 인가된다.

와이어송급기(3)는, 실드가스가 충전된 가스봄베(39)에 접속되어 있다. 실드가스는, 예를 들면 이산화탄소 등이나, 이산화탄소와 아르곤의 혼합가스 등이다. 가스봄베(39)로부터 와이어송급기(3)에 공급된 실드가스는, 와이어(30)와 함께 토치(24)에 공급된다.

다만, 와이어(30) 등은 와이어송급기(3)로부터 자동으로 공급되는 것으로 해도 되고, 제어장치(4)에 의하여 공급이 제어되는 것으로 해도 된다. 또, 용융금속과 공기의 접촉을 차단하는 실드재는 가스에 한정되지 않고, 예를 들면 분말상의 것이어도 된다.

와이어송급기(3)로부터 장치본체(2)에 전력 등을 공급하는 용접토치케이블에는, 전류센서(클램프미터)(28)가 장착되어 있다. 전류센서(28)는, 토치(24)에 공급되는 용접전류(아크전류)를 계측하여 제어장치(4)에 출력한다. 다만, 전류센서(28)는, 용접전류를 계측 가능한 것이면, 클램프미터가 아니어도 된다.

제어장치(4)는, 용접장치(1)를 통합제어하는 것이며, 예를 들면 퍼스널컴퓨터로 구성된다. 구체적으로, 제어장치(4)는, 입력부(41)와, 표시부(42)와, 통신부(44)와, 기억부(46)와, 제어부(47)를 구비한다.

입력부(41)는, 오퍼레이터가 제어장치(4)를 동작시키기 위한 각종 조작을 행하는 조작수단이며, 예를 들면 마우스 등의 포인팅디바이스나 키보드를 포함한다.

표시부(42)는, 예를 들면 액정디스플레이, 유기 EL 디스플레이 그 외의 디스플레이로 구성되고, 제어부(47)로부터의 표시신호에 근거하여 각종 정보를 표시한다. 다만, 표시부(42)는, 입력부(41)의 일부를 겸하는 터치패널이어도 되고, 음성출력을 행해도 된다.

통신부(44)는, 장치본체(2) 등과의 사이에서 각종 정보를 송수신 가능한 통신디바이스이다.

기억부(46)는, RAM(Random Access Memory)이나 ROM(Read Only Memory) 등에 의하여 구성되는 메모리이며, 각종의 프로그램 및 데이터를 기억함과 함께, 제어부(47)의 작업영역으로서도 기능한다. 본 실시형태의 기억부(46)에는, 학습모델(461)이 기억되어 있다.

학습모델(461)은, 용접부의 촬상화상(용접화상)으로부터 영역의 정보를 추출하는 것이며, 기계학습에 의하여 미리 구축되어 기억부(46)에 저장되어 있다. 학습모델(461)은, 예를 들면 딥뉴럴네트워크를 이용한 심층학습에 의하여 생성된다.

또한, 본 실시형태의 기억부(46)에는, 후술하는 용접지원처리를 실행하기 위한 프로그램이 미리 기억되어 있다.

제어부(47)는, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit) 등에 의하여 구성되고, 제어장치(4)의 각부(各部)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 제어부(47)는, 입력부(41)의 조작내용 등에 근거하여 용접장치(1)의 각부를 동작시키거나, 기억부(46)에 미리 기억되어 있는 프로그램을 전개하고, 전개된 프로그램과 협동하여 각종 처리를 실행하거나 한다.

[용접지원처리]

계속해서, 용접장치(1)에 의한 용접작업 시에 실행되는 용접지원처리에 대하여 설명한다.

도 4는, 용접지원처리의 수순을 나타내는 플로차트이다. 도 5a, 도 5b 및 도 5c는, 촬상부(27)에 의한 화상예를 나타내는 도이다. 이 중 도 5a는 용접실시 전의 용접부 주변의 화상이며, 도 5b는 용접 중의 용접화상이고, 도 5c는 용접부가 은폐된 용접화상이다. 도 6a 및 도 6b는, 용접상태를 설명하기 위한 도이다.

용접지원처리는, 적합하게 자동용접이 행해지도록, 필요에 따라 제어수법을 전환하면서 용접에 관한 제어를 행하는 처리이다. 이 용접지원처리는, 제어부(47)가, 예를 들면 오퍼레이터의 조작에 근거하여 기억부(46)로부터 해당하는 프로그램을 독출하여 전개함으로써 실행된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 용접지원처리가 실행되면, 먼저 제어부(47)는, 장치본체(2)에 있어서 워크의 개선용접을 행하는 작업을 개시한다(스텝 S1).

이 용접작업에서는, 제어부(47)는, 홈(개선)(21)을 따라 토치(24)를 이동시키면서, 토치(24)의 선단(하단(下端))으로부터 하방으로 와이어(30)를 공급하면서 당해 와이어(30)를 용융시켜, 판재(20)끼리를 용접한다. 다만, 제어에 이용되는 각종 수치는, 필요에 따라 미리 적절한 초기값이 설정되어 있다.

다음으로, 제어부(47)는, 용접부를 포함하는 촬영화상(용접화상(P))을 취득함과 함께, 용접조건에 관한 파라미터(본 실시형태에서는 용접전류)의 값을 계측한다(스텝 S2).

여기에서는, 먼저 제어부(47)는, 촬상부(27)에 의하여, 예를 들면 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같은 용접화상(P)을 취득한다. 취득된 용접화상(P)은 기억부(46)에 저장된다. 정상인 용접화상(P)에는, 토치(24)선단으로부터 공급되는 와이어(30)와 워크, 이들의 사이에서 발생하는 아크(50), 당해 아크(50)에 의하여 와이어(30)가 용융된 용융지(51)(아크(50)보다 진행방향 전측의 전방용융지(51a)와, 후측의 후방용융지(51b)), 루트(22a) 및 개선면(20a)이 포함된다. 또, 제어부(47)는, 촬영한 용접화상(P)을 표시부(42)에 리얼타임 표시시킨다.

또 여기에서는, 제어부(47)는, 용접조건에 관한 파라미터로서, 전류센서(28)에 의하여 용접전류(아크전류)를 계측한다.

다만, "용접조건에 관한 파라미터(이하, "용접조건파라미터"라고 한다.)"는, 용접전류에 한정되지 않고, 워크에 대한 토치(24)의 상대위치(Y방향위치 및 Z방향위치), 상대자세(각도) 및 상대속도, 및 용접전압, 와이어송급속도, 실드가스유량 등 중, 적어도 어느 하나를 포함한다. 용접전류 대신에(또는 이것과 함께) 다른 용접조건파라미터를 이용하는 경우에는, 당해 용접조건파라미터를 계측 가능한 계측수단(센서)을 구비할 필요가 있는 것은 물론이다.

다음으로, 제어부(47)는, 스텝 S2에서 취득한 용접조건파라미터(용접전류)의 값이 정상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S3).

여기에서는, 제어부(47)는, 용접전류의 값이, 미리 설정된 소정의 정상범위 내인지 아닌지에 따라, 당해 용접전류의 값이 정상인지 아닌지를 판정한다. 보다 자세하게는, 이 스텝에서는, 계측되어 노이즈제거 등이 된 용접전류의 계측데이터가, 정상범위(이상판정값)와 비교되어, 기억부(46)에 기억된다. 기억부(46)에는, 계측데이터의 본래값 및 가공값이 기억된다.

그리고, 용접전류의 값이 정상이 아니라고 판정한 경우(스텝 S3; No), 제어부(47)는, 후술하는 스텝 S10으로 처리를 이행한다.

스텝 S3에 있어서, 용접전류의 값이 정상이라고 판정한 경우(스텝 S3; Yes), 제어부(47)는, 스텝 S2에서 취득한 용접화상(P)이 정상인지 아닌지를 판정한다(스텝 S4).

여기에서는, 제어부(47)는, 용접화상(P)에 있어서 용접부가 은폐되어 있는 경우, 용접제어(후술하는 스텝 S6)를 행하기 위한 특징량(화상특징량)을 당해 용접화상(P)으로부터 얻어지지 않기 때문에, 당해 용접화상(P)이 정상이 아니라고 판정한다.

예를 들면 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 용융부가 어떠한 차폐물에 의하여 은폐되는 촬상부(27)의 오클루전이 발생하면, 용접화상(P)으로부터 화상특징량을 취득할 수 없다. 도 5의 (c)의 예에서는, 토치(24)의 선단부로부터 전측(도면 중 좌측)의 부분이 은폐되어 어두워져 있다. 이와 같은 차폐물로서는, 예를 들면 스트롱백(SB)(도 1 참조) 등을 들 수 있다. 스트롱백(SB)은, 판재(20) 상호의 어긋남을 수정하거나, 각(角) 변형이나 비틀림을 방지하거나 할 목적으로 일시적으로 장착되는 지그이다.

구체적으로, 제어부(47)는, 예를 들면, 용접화상(P)의 히스토그램을 구하고, 이 히스토그램이 소정의 휘도분포보다 어두운 경우에, 아크(50)를 포함하는 용접부가 은폐되어 있다고 판정한다. 단, 용접부의 은폐유무를 판정하는 수법은 이에 한정되지 않는다. 이 판정수법은 화상처리에 의한 수법이 아니어도 되고, 예를 들면, 장치본체(2)에 장착한 거리센서 등으로 스트롱백(SB)을 검출함으로써 용접부의 은폐유무를 판정해도 된다.

스텝 S4에 있어서, 용접화상(P)이 정상이라고 판정한 경우(스텝 S4; Yes), 제어부(47)는, 당해 용접화상(P)로부터 얻어지는 화상특징량에 의하여 후술하는 스텝 S6의 용접제어(의 계속)가 가능한지 아닌지를 판정한다(스텝 S5).

여기에서는, 제어부(47)는, 용접화상(P)으로부터 얻어지는 화상특징량이, 미리 설정된 소정의 적정범위 내에 있는 경우에, 당해 화상특징량으로 용접제어가 가능하다고 판정한다.

그리고, 용접화상(P)으로부터 얻어지는 화상특징량에서는 용접제어가 가능하지 않다고 판정한 경우(스텝 S5; No), 제어부(47)는, 후술하는 스텝 S10으로 처리를 이행한다.

스텝 S5에 있어서, 용접화상(P)로부터 얻어지는 화상특징량으로 용접제어가 가능하다고 판정한 경우(스텝 S5; Yes), 제어부(47)는, 이 화상특징량을 이용한 용접제어(제1 용접제어)를 실행한다(스텝 S6).

이 스텝에서는, 용접화상(P)의 처리데이터를 제어량으로 하여, 제어량과 제어목표값의 오차로부터 조작량이 결정되고, 제어량의 피드백제어가 행해진다. 조작량으로서는, 워크에 대한 토치(24)의 상대위치(Y방향위치 및 Z방향위치), 상대자세(각도) 및 상대속도(진행속도 포함), 및 용접전류 및 용접전압, 와이어송급속도, 실드가스유량 등이 생각된다. 위빙을 행하는 경우에는, 위빙의 주기, 파형 및 폭을 더 포함한다. 이 스텝에서는, 이들 중 적어도 어느 하나가 제어되면 된다. 다만, 특징량을 제어량으로 해도 되고, 특징량 또는 제어량을 조작량으로 해도 된다.

구체적으로, 제어부(47)는, 용접제어(용접에 관한 제어)로서, "용융지제어"와 "(중심)모방제어(추종제어)"를 행한다.

이 중, "용융지제어"란, X방향을 따른 토치(24)(와이어(30))의 진행속도의 제어이다.

도 6a에 나타내는 바와 같이, 와이어(30)선단의 진행속도가 용융지(51)의 진행속도보다 작으면, 용융지(51) 상의 아크(50)의 위치가 진행방향에 대하여 후퇴한다. 한편, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 와이어(30)선단의 진행속도가 용융지(51)의 진행속도보다 크면, 용융지(51) 상의 아크(50)의 위치가 진행방향에 대하여 전진한다. 또, 워크형상의 불균일과 같은 외란(外亂) 요인이 존재하면, 아크(50)의 상태가 불안정해져, 와이어(30)선단을 단순히 일정 속도로 진행시켜도 적절한 용접상태(용접부(및 그 주변)의 상태)를 유지하는 것이 어렵다. 따라서, 용융지(51)의 상태에 따라 토치(24)(와이어(30))의 진행속도를 제어하는 용융지제어를 실시한다.

구체적으로, 제어부(47)는, 용접화상(P)을 학습모델(461)에 입력하고, 당해 용접화상(P)을 복수의 영역으로 분류(분할)함으로써, 와이어(30)선단의 위치와, 전방용융지(51a)의 유무와, 아크(50)선단의 위치를 나타내는 화상특징량을 추출한다. 그리고, 제어부(47)는, 이들 화상특징량에 근거하여, 예를 들면 전방용융지(51a)를 소실시키도록 하여, 토치(24)의 진행속도를 제어한다.

다만, 이 스텝에서는, 용접화상(P)에 근거하여 용융지제어가 행해지면 되고, 그에 이용하는 화상특징량이나, 그 구체적인 산출수법 등은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 학습모델(461)을 이용하지 않는 화상처리알고리즘을 이용해도 된다.

"모방제어(추종제어)"란, 토치(24)(와이어(30)) 선단을 루트(22a)의 Y방향 폭(루트갭)의 중심에 위치시키는 제어이다.

용접은 루트갭 중심을 따라 행해질 필요가 있고, 그 때문에 와이어(30)가 루트갭 중심을 통과하도록 토치(24)의 위치를 조정할 필요가 있다. 이음매와 토치(24)의 진행방향이 평행이 되도록 위치맞춤 가능한 경우는, 중심모방을 위한 제어는 불필요하지만, 일반적으로 양자의 평행성은 보장되지 않는다. 중심모방을 행하기 위해서는, 예를 들면, 특징량으로서 얻어지는 와이어(30)의 선단위치의 Y좌표와, 루트갭폭의 중심위치의 Y좌표가 일치하도록, 토치(24)의 Y방향의 위치제어를 행하면 된다.

다만, X방향에 대한 "용융지제어"와, Y방향에 대한 "모방제어"에 더하여, 토치(24)(와이어(30))선단의 Z방향(높이)위치의 제어를 행해도 된다. 구체적으로는, 예를 들면, 기준이 되는 레이저광을 토치(24)의 옆으로부터 이음매에 조사하고, 항상 용접화상(P)의 소정 위치에 레이저광이 위치하도록 토치(24)의 높이를 제어하면 된다.

다음으로, 제어부(47)는, 용접상태가 적정인지 아닌지를 판정한다(스텝 S7).

여기에서는, 제어부(47)는, 용접화상(P)으로부터 얻어지는 화상특징량(예를 들면 전방용융지(51a)의 유무를 나타내는 것 등)에 근거하여, 용접상태가 소정의 적정범위 내에 있는지 아닌지를 판정한다.

그리고, 용접상태가 적정하지 않다고 판정한 경우(스텝 S7; No), 제어부(47)는, 후술하는 스텝 S10으로 처리를 이행한다.

스텝 S7에 있어서, 용접상태가 적정하다고 판정한 경우(스텝 S7; Yes), 제어부(47)는, 이때의 용접조건파라미터(본 실시형태에서는 용접전류)의 값을 그 제어목표값으로서 설정(갱신)하고, 기억부(46)에 기억한다(스텝 S8).

한편, 상술한 스텝 S4에 있어서, 용접화상(P)이 정상이 아니라고 판정한 경우(스텝 S4; No), 제어부(47)는, 용접조건파라미터를 이용한 용접제어(제2 용접제어)를 실행한다(스텝 S9).

이 스텝에서는, 상술한 스텝 S6과 대략 동일한 용접제어가 행해진다. 단, 여기에서는, 용접화상(P)으로부터 용접제어에 필요한 화상특징량을 얻을 수 없기 때문에, 용접전류를 제어량으로 한 용접제어(용융지제어 및 모방제어)가 행해진다.

구체적으로, 용융지제어는, 용접전류의 가공값과 제어목표값에 근거하여 토치(24)의 진행속도를 조작함으로써 실시된다. 제어목표값은, 상술한 스텝 S8에서 설정(갱신)된 최신의 값(최초의 설정 전의 경우는 초기값)이다.

또, 모방제어는, 은폐 전에 취득한 워크의 특징량이나 워크의 설계도면정보에 근거하여, 은폐 시의 가상용접선을 작성함으로써 실시된다.

다음으로, 제어부(47)는, 용접지원처리를 종료시키는지 아닌지를 판정하고(스텝 S10), 종료시키지 않는다고 판정한 경우에는(스텝 S10; No), 상술한 스텝 S2로 처리를 이행한다.

한편, 용접지원처리를 종료시킨다고 판정한 경우에는(스텝 S10; Yes), 제어부(47)는, 용접작업을 종료시켜(스텝 S11), 용접지원처리를 종료시킨다.

[본 실시형태의 기술적 효과]

이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 촬상부(27)가 취득한 용접화상(P)에 근거하는 제1 용접제어(스텝 S6)와, 전류센서(28)가 계측한 용접전류(용접조건파라미터)에 근거하는 제2 용접제어(스텝 S9)가, 전환 가능해져 있다.

이로써, 예를 들면 어떠한 장애물에 의하여 용융부가 은폐되는 촬상부(27)의 오클루전이 발생하는 등 한 경우에서도, 용접전류(용접조건파라미터)를 이용하여 용접제어를 계속할 수 있다. 따라서, 용접에 관한 제어를 적합하게 행할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 용접화상(P)이 정상이라고 판정되어 있는 경우에는 제1 용접제어가 행해지고, 용접화상(P)이 정상이 아니라고 판정되면 제1 용접제어로부터 제2 용접제어로 전환된다. 즉, 정상상태에서는 용접화상(P)에 근거하는 제1 용접제어가 선택되어 있고, 당해 제1 용접제어가 선택되어 있을 때에 용접화상(P)이 정상이 아니라고 판정된 경우에, 제1 용접제어로부터 제2 용접제어로 전환된다.

이로써, 정상상태에서는 용접화상(P)에 근거하여 적합하게 용접제어를 실시해 두고, 용접화상(P)에 이상이 발생한 경우에는, 용접전류(용접조건파라미터)를 이용하여 용접제어를 계속할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 용접전류(용접조건파라미터)에 근거하는 제2 용접제어가 선택되어 있을 때에, 용접화상(P)이 정상이라고 판정된 경우, 제2 용접제어로부터 제1 용접제어로 전환된다.

그 때문에, 용접화상(P)에 이상이 발생하여 용접전류(용접조건파라미터)에 의한 제2 용접제어로 전환된 후이더라도, 용접화상(P)이 정상으로 복귀하는 대로, 신속하게 용접화상(P)에 의한 제1 용접제어로 복귀시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 용접화상(P)에 있어서 용접부가 은폐되어 있는 경우에, 당해 용접화상(P)이 정상이 아니라고 판정된다.

이로써, 간편하게 용접화상(P)의 이상판정을 행할 수 있다.

또, 본 실시형태에 의하면, 제1 용접제어가 선택되어 있을 때에 전류센서(28)에 의하여 용접전류의 값이 수시계측(갱신)되고 있으며, 제1 용접제어로부터 제2 용접제어로 전환되었을 때에, 제1 용접제어의 실행 중에 계측된 최신의 용접전류의 값을 제어목표값으로 하여 용접제어가 행해진다.

이로써, 용접화상(P)에 근거하는 제1 용접제어에 의한 용접상태를 유지하도록, 용접전류(용접조건파라미터)에 근거하는 제2 용접제어를 실행할 수 있다.

[그 외]

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되지 않는다.

예를 들면, 용접지원처리에 있어서, 용접전류(용접조건파라미터)의 값이 이상이 있거나(스텝 S3; No), 용접화상(P)의 화상특징량으로 용접제어의 계속이 곤란하거나 하여(스텝 S5; No), 용접작업을 종료시키는 경우(스텝 S11), 통상 시의 장치 정지와 상이한 긴급정지조치를 취해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 용접지원처리의 스텝 S4에 있어서, 용접화상(P) 중에서 용접부가 은폐되어 있는 경우에 당해 용접화상(P)이 정상이 아니라고(이상) 판정했다. 그러나, 용접화상(P)을 이상이 있다고 판정하는 조건은 이에 한정되지 않고, 용접화상(P)으로부터 제1 용접제어에 필요한 화상특징량을 취득할 수 없는 경우에는, 당해 용접화상(P)을 이상이 있다고 판정해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 정상상태에서는 용접화상(P)에 의한 제1 용접제어를 실행하고, 용접화상(P)이 정상이 아닌 경우에, 용접조건파라미터에 의한 제2 용접제어로 전환하는 것으로 했다. 그러나, 정상상태에서 제2 용접제어를 실행해 두고, 예를 들면 용접조건파라미터의 계측이상 시에 제1 용접제어로 전환하는 것으로 해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 세라믹의 배킹재(22)가 있고, V개선맞대기용접을 대상으로, 토치(24)의 진행속도를 제어하는 경우에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명의 적용대상은, 토치에 의하여 워크의 용접을 행하는 것이면, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 실시형태와는 상이한 개선형상이나, 모서리용접에 대해서도 적용 가능하다. 단, 그 경우에는 촬상화상 중의 영역의 구성이나 형상이 바뀔 수 있기 때문에, 대상마다 학습모델의 학습이나 특징량의 정의 등을 조정할 필요가 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 자동용접의 제어를 행하는 경우에 대하여 설명했다. 그러나, 본 발명은, 제어량 이외의 파라미터를 오퍼레이터가 수동으로 제어하는 경우에도 적합하게 적용할 수 있다. 예를 들면, 토치(24)의 진행속도를 본 발명에 의하여 자동으로 제어하고, 토치(24)의 Y방향위치를 오퍼레이터가 용접화상을 보는 등 하여 수동으로 제어해도 된다.

또, 제어장치(4)는, 장치본체(2)와 일체적으로 구성되어 있어도 되고, 장치본체(2)를 원격조작할 수 있도록 구성되어 있어도 된다.

그 외, 상기 실시형태에서 나타낸 세부는, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

산업상 이용가능성

이상과 같이, 본 발명은, 용접에 관한 제어를 적합하게 행하는 데 유용하다.

1 용접장치
2 장치본체
3 와이어송급기
4 제어장치
20 판재(워크)
24 토치(용접토치)
25 토치이동기구
27 촬상부(화상취득수단)
28 전류센서(계측수단)
30 와이어
46 기억부
47 제어부(제1 제어수단, 제2 제어수단, 전환수단)
50 아크
51 용융지
51a 전방용융지
P 용접화상
SB 스트롱백

Claims

용접부를 포함하는 화상을 취득하는 화상취득수단과,
상기 화상취득수단이 취득한 화상에 근거하여, 용접에 관한 제어를 행하는 제1 제어수단과,
용접조건에 관한 파라미터를 계측하는 계측수단과,
상기 계측수단이 계측한 파라미터에 근거하여, 용접에 관한 제어를 행하는 제2 제어수단과,
상기 제1 제어수단과 상기 제2 제어수단을 전환하는 전환수단을 구비하는 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 전환수단은,
정상상태에서 상기 제1 제어수단을 선택하고,
상기 제1 제어수단을 선택하고 있을 때에, 상기 화상취득수단이 취득한 화상이 정상이 아니라고 판정한 경우, 상기 제1 제어수단으로부터 상기 제2 제어수단으로 전환하는, 용접장치.
제2항에 있어서,
상기 전환수단은,
상기 제2 제어수단을 선택하고 있을 때에, 상기 화상취득수단이 취득한 화상이 정상이라고 판정한 경우, 상기 제2 제어수단으로부터 상기 제1 제어수단으로 전환하는, 용접장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 전환수단은, 상기 화상취득수단이 취득한 화상에 있어서, 용접부가 은폐되어 있는 경우에, 당해 화상이 정상이 아니라고 판정하는, 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 전환수단은,
상기 제1 제어수단을 선택하고 있을 때에, 상기 계측수단에 의하여 상기 파라미터의 값을 수시 계측하고,
상기 제1 제어수단으로부터 상기 제2 제어수단으로 전환했을 때에, 상기 제1 제어수단을 선택하고 있을 때에 계측한 최신의 상기 파라미터의 값을 제어목표값으로 하여, 용접에 관한 제어를 행하는, 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 제어수단 및 상기 제2 제어수단은, 상기 용접에 관한 제어로서, 워크에 대한 용접토치의 상대위치, 상대자세 및 상대속도, 및 용접전류, 위빙의 주기, 파형 및 폭 중, 적어도 어느 하나를 제어하는, 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 용접조건에 관한 파라미터는, 워크에 대한 용접토치의 상대위치, 상대자세 및 상대속도, 및 용접전류, 용접전압, 와이어송급속도, 실드가스유량 중, 적어도 어느 하나를 포함하는, 용접장치.
용접부를 포함하는 화상을 취득하는 화상취득수단과, 용접조건에 관한 파라미터를 계측하는 계측수단을 구비하는 용접장치의 컴퓨터를,
상기 화상취득수단이 취득한 화상에 근거하여, 용접에 관한 제어를 행하는 제1 제어수단,
상기 계측수단이 검출한 파라미터에 근거하여, 용접에 관한 제어를 행하는 제2 제어수단,
상기 제1 제어수단과 상기 제2 제어수단을 전환하는 전환수단으로서 기능시키는 용접제어프로그램.