SE455281B - Anordning vid industrirobot - Google Patents

Description

455 281 ' 10 15 20 25 30 Det är ett ytterligare önskemål att före varje svetsning eller kontinuerligt under svetsningen kunna avkänna t ex bredden hos en spalt som skall svetsas eller volymen hos en fog för att med ledning därav kunna ställa in lämpliga svetsparametrar, t ex svetsströmmen.

Ett ytterligare krav är att detekteringen av fogen skall ske med hög upplös- ning så att fogar även i tunn plåt säkert kan detekteras.

Det är tidigare känt att använda olika slag av optiska givare för att av- känna läget av en svetsfog. Dessa har fördelen att medge beröringsfri avkän- ning av fogens läge, men vid robotsvetsning tidigare använda givare av detta slag - se t ex USA-patentskriften U 306 1HU - har nackdelar i form av låg upplösning, långsam avkänning eller så hög känslighet för störande ljus från en svetsljusbåge att givaren blir oanvändbar under själva svetsförloppet.

Uppfinningen avser att åstadkomma en anordning av inledningsvis angivet slag, vilken har följande fördelaktiga egenskaper: 1) den möjliggör snabb och noggrann positionering av roboten till en önskad startpunkt för en arbetsoperatíon även vid stora variationer mellan succes- siva arbetsstycken i fråga om t ex läge och orientering, 2) den möjliggör kontinuerlig avkänning även under pågående arbetsoperation, t ex bågsvetsning och därmed noggrann följning i två eller tre dimensioner av t ex en svetsfog.

Vad som kännetecknar en anordning enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Uppfinningen skall i det följande beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-10. Fig 1 visar schematiskt en industrirobot enligt uppfinningen anordnad att utföra en svetsoperation på ett arbetsstycke. Pig 2 visar ett exempel på hur sammankopplingen mellan robotens styrsystem och avståndsgivaren enligt uppfinningen kan göras. Pig 3 visar principen för en avståndsgivare av den enligt uppfinningen använda arten. Fig U visar hur givaren enligt fig 3 kan anordnas för sökning av en svetsfog. Fig Sa och Sb visar utsignalen från giva- ren vid följning av en svetsfog respektive principen för alstrandet av en korrektionssignal för robotens styrsystem. Fig 6a och 6b visar utseendet av utsignalerna från avståndsgivaren vid passage av en kantfog respektive en 15 20 25 30 455 281 kä1f0g_ Fig 7 visar principen för ett aöknings- och följningsförlopp vid svetsning av en fog på ett arbetsstycke. Fig 8 visar principen för hur mät- signalerna från avståndssensorn filtreras och lagras. Fig 9 visar ett flödes- schema för styrning av höjdsökningen enligt fig 7. Fig 10 visar på samma sätt ett flödesschema för den första sidsökningsfasen enligt fig 7.

Pig 1 visar en industrirobot av tidigare känt slag med ett fundament 1, på vilket en runt en lodrät axel roterbar pelare 2 är anordnad. I pelarens övre ände är en underarm U lagrad i en led 3, runt vilken armen kan vridas runt en horisontell vridningsaxel. I underarmens andra ände finns en led 5, runt vil- ken en överarm 6 kan vridas runt en likaså horisontell vridningsaxel. I över- armens 6 ytterände finns en led 7, kring vilken robothanden 8 kan vridas runt en horisontell vridningsaxel. Robothanden är alltså i det visade exemplet rör- lig i endast en frihetsgrad relativt överarmen 6, men på känt sätt kan robot- handen göras rörlig i ytterligare en eller tvâ frihetsgrader relativt över- armen. Roboten är på i och för sig känt sätt försedd med drivorgan för de olika rörelserna, exempelvis elektriska likströmsmotorer. Robothanden uppbär en schematiskt visad svetselektrod 9 för ljusbågssvetsning samt en avstånds- sensor S, vilken nedan skall beskrivas närmare.

Roboten är anordnad för utförande av svetsning av en eller flera svetsfogar pâ ett arbetsstycke 10. Vid en typisk tillämpning kan arbetsstycket utgöras av en bilkaross, varvid ett antal sinsemellan i huvudsak lika bilkarosser en efter en transporteras fram till roboten och hålls stationära vid denna under utförandet av svetsförloppet.

Roboten har ett i och för sig känt styrsystem RC, vilket via en flerkanalig förbindelse 11 är anslutet till drivmotorerna för de olika robotaxlarna samt till på dessa anordnade läges- och hastighetsgivare.

Sensorn S är via en förbindelse 12 ansluten till sensorns styrdon SC. Via led- ningen 12 tillförs styrdonet SC en signal m, som utgör ett mått på avståndet d mellan sensorn och arbetsstycket 10. Förbindelsen 12 mellan sensorn och styr- donet kan, som nedan skall beskrivas, även innehålla ledningar för matning av sensorn och för styrning och avkänning av en pendlingsrörelse hos sensorn underfogföljning.Sensorns styrdon SC är förbundet med robotens styrdon RC via en förbindelse 13 via vilken sensorn och roboten bringas att samarbeta på nedan närmare beskrivet sätt. 455 10 15 20 25 30 35 2281 fl Industriroboten och dess styrorgan är tidigare i och för sig välkänd typ. Exempelvis kan styrorganen vara utförda på något av de sätt som beskrivs 1 USA-patentskrifterna 3 TRÄ 032, 3 661 051, 3 306 H71, 4 1H0 953 eller 3 9H3 3N3. Roboten programmeras genom att operatören styr den till en efter en av ett flertal punkter utefter den önskade rörelsebanan, varvid dessa punkter lagras in i robotens programminne, och under drift bringas roboten sedan av sitt styrdon att flytta sig mellan de inprogrammerade punkterna, eventuellt med interpolation mellan punkterna.

Fig 2 visar ett blockschema över sensorns styrdon och signalbehandlingsenhet SC och dess sammankoppling med sensorn och robotens styrorgan RC. Sensorn S är som visats i fig 1 placerad på robothanden och mäter avståndet mellan sen- sorn och ett arbetsstycke 10, vilket har en svetsfog 22 som skall svetsas av roboten. Sensorn avger en analog mätsignal m, som är ett mått på avståndet d mellan sensorn och arbetsstycket. I en analog-digitalomvandlare 21 omvandlas signalen m till en digital mätsignal M, vilken tillförs en centralenhet MP, vilken kan bestå av en mikroprocessor samt ett halvledarminne. Centralenheten analyserar på sätt som nedan skall beskrivas mätsignalen M för att detektera när robothanden och sensorn under sökning passerar över en svetsfog. Vid passage av svetsfogen avger centralenheten en sökstoppsignal SS till robotens styrorgan för avbrytande av sökningen. Centralenheten avger vidare ett filt- rerat medelvärde Ma av mätsignalen M, som kan användas direkt av roboten.

För att möjliggöra automatisk följning av en svetsfog under själva svets- förloppet är sensorn försedd med en pendlingsgivare PM, vilken är förbunden med sensorn via en axel 210. Pendlingsgivaren bibringar mätfläcken en fram- och återgående rörelse med en frekvens av någon eller några Hz. Under pend- lingen flyttas sensorns mätpunkt 23 fram och åter i en riktning som har en komponent vinkelrätt mot svetsfogens 22 längdriktning. Amplituden hos mät- punktens periodiska rörelse kan exempelvis vara några mm eller något tiotal mm. Sensorns styrdon SC avger en styrsignal PC till pendlingsgivaren för tillslag av denna under följning av en svetsfog. Från pendlingsgivaren lämnas en återkopplingssignal PP, som i varje ögonblick är ett mått på mät-' punktens 23 läge i sidled relativt ett neutralläge. Denna signal tillförs lägesdetektorn LD, vilken nedan närmare skall beskrivas, och vilken avger korrektionssignaler ds och dh för korrektion av robothandens läge i sidled och höjdled relativt svetsfogen.

Anordningen fungerar i korthet på följande sätt. Vid ankomsten av ett arbets- objekt till robotens arbetsplats startas en sökrörelse av robotens styrorgan RC. Sökrörelsen kan bestå av ett första skede, i vilket roboten för handen och sensorn i en i figuren vertikal riktning mot arbetsobjektet till dess att 10 20 25 30 35 455 281 sensorn och handen befinner sig på ett förutbestämt avstånd från objektet.

I ett följande skede förs robothanden i huvudsak parallellt med arbetsobjek- tets yta, varvid i ett eller flera steg objektets läge och svetsfogens läge fastställs genom att sensorn och dess signalbehandlingsorgan detekterar de avståndsdiskontinuiteter som uppträder vid en kant eller en svetsfog. Vid detektering av en sådan avståndsdiskontinuitet avger centralenheten MP en sökstoppsignal Sš till robotens styrorgan RC, vilka då avbryter sökrörelsen och initierar en ny sökrörelse i en annan riktning eller också initierar själva arbetsoperationen. När genom sökning på detta sätt en punkt har nåtts när arbetsoperationen skall påbörjas startas denna av robotens styrorgan RC.

Om erforderligt, t ex vid längre svetsfogar, kan roboten under arbetsopera- tionen bringas att automatiskt följa svetsfogen. Sensorns styrdon SC avger därvid en signal PC, som startar sensorns pendlingsrörelse. Från centralen-- hetenMPerhålles en signal ds, som är ett mått på robothandens avvikelse i sidled från svetsfogen. Denna signal tillförs robotens styrorgan, vilka an- vänder den för att korrigera robothandens läge i sidled relativt en förpro- grammerad bana som approximativt anger svetsfogens riktning. Centralenheten MP avger vidare en höjdkorrektionssignal dh, som är ett mått på robothandens avvikelse i höjdled från ett önskat arbetsavstând relativt arbetsstycket. Även denna signal tillförs robotens styrorgan RC, vilka på i och för sig känt sätt använder den för att korrigera robothandens läge i höjdled relativt en förprogrammerad bana.

Styrorganen avger vidare en styrsignal LC till sensorn, vilken signal slår till sensorn vid början av ett arbetsförlopp och slår ifrån den när arbets- förloppet är avslutat.

Fig 3 visar mera i detalj uppbyggnaden av själva sensorn S. Sensorn består av ett hus, i vilket en ljuskälla 30, en fotodetektor 33, en förstärkare 35 samt två linser 31 och 32 sitter anbringade. Ljuskällan 30 kan lämpligen be- stå av en lysdiod eller laserdiod. Det från ljuskällan utsända ljuset foku- seras med hjälp av en lins 31 till en liten ljusfläck 23. Det reflekterade ljuset från denna ljusfläck projiceras av en lins 32 på fotodetektorn 33.

Denna utgörs i en föredragen utföringsform av en s k endimensionell lateral fotodetektor. En sådan kan lämpligen bestå av en smal och långsträckt foto- diod, exempelvis av fabrikat Hamamatsu 81352. Detektorns mittpunkt är anslu- ten till en fast spänning uo, och dess ändpunkter är anslutna till plus- och minusingångarna hos en förstärkare 35. Utsignalen m från förstärkaren 35 ut- gör på känt sätt ett mått på den projicerade ljusfläckens BU läge på detek- torn 33. Om arbetsstyckets 10 avstånd från sensorn ändras, kommer den proji- 10 15 20 25 30 35 455 281 cerade ljusfläckens 3U läge på detektorn även att ändras. För att illustrera detta har i fig 3 med streckade linjer angivits ett annat läge 10' hos arbets- stycket. Ljusfläcken 23 från ljuskällan 30 kommer därvid att vara belägen i den med 23' betecknade punkten, och den projicerade ljusfläcken kommer att be- finna sig i det med 3U' markerade läget på detektorn 33. Utsignalen m från för- stärkaren 35 kommer därmed att utgöra ett entydigt mått på avståndet mellan sensorn och arbetsstycket 10. Detta förfaringssätt brukar benämnas optisk tri- angulering. Användandet av en detektor 33 av den ovan beskrivna typen ger flera väsentliga fördelar. Eftersom detektorn är endimensionell kan den göras mycket smal och tar därmed in ett minimum av störande ljus, dvs sådant ljus som inte kommer från den projicerade ljusfläcken 23. Detta är av mycket stor betydelse i vissa tillämpningar, t ex ljusbågssvetsning, där ett intensivt ljus alstras under själva arbetsoperationen. För att ytterligare minska käns- ligheten för störande ljus kan om så önskas ljuset från ljuskällan 30 moduleras med en viss moduleringsfrekvens. Därvid anordnas ett bandpassfilter, som filt- rerar mätsignalen m så att endast komponenter med en frekvens lika med module- ringsfrekvensen släpps igenom. Detta förfarande för minskande av störkänslig- heten är icke möjligt att använda vid vissa andra detektortyper, t ex sådana där detektorn utgörs av ett antal i rad utefter varandra anordnade separata fotodioder, eftersom dessa dioder måste avsökas periodiskt med en viss frek- vens, och denna avsökning lätt ger konflikter med den använda modulerings- frekvensen. Störningskänsligheten kan på känt sätt ytterligare minskas genom att ljuskällan 30 antingen i sig själv eller med hjälp av ett optiskt filter bringas att utsända ljus inom ett smalt frekvensintervall. Ett filter, som endast genomsläpper ljus med detta frekvensintervall, anordnas därvid framför detektorn 33.

En ytterligare fördel med denna föredragna typ av detektor är att den analoga mätsignalen m i varje ögonblick ger omedelbar information om mätavståndet, varigenom den fördröjning undgås som uppstår på grund av avsökningen av t ex sådana detektorer som innehåller en rad separata fotodioder.

Som ovan nämnts är sensorn S fast monterad på robothanden. Under sökning för fastställande av läget hos ett arbetsobjekt eller t ex en svetsfog relativt robothanden förflyttas robothanden och därmed sensorn i förhållande till arbetsstycket under avkänning av avståndet mellan sensorn och arbetsstycket.

Under själva arbetsoperationen måste emellertid robothanden noggrant följa en viss bana, t ex följa en svetsfog, och detta förfaringssätt kan därför 10 15 20 25 30 35 HO 7 455 281 inte användas om automatisk följning av en kant eller t ex en svetsfog krävs under själva arbetsoperationen. Om automatisk följning är önskvärd, kan detta åstadkommas genom att sensorn anordnas att periodiskt avsöka avståndet ut- efter en riktning som bildar en vinkel med den fog ellerkant som skall följas under arbetsoperationen. Som visas i fíg H kan detta göras genom att hela sensorhuset bibríngas en periodisk fram- och âtergâende rörelse med hjälp av en pendlingsgivare PM. Pendlingsgivaren är förbunden med sensorn via en axel 210, och den ger sensorhuset en fram- och återgående rörelse så att ljusfläcken 23, som visas i figuren med streckade linjer, rör sig t ex vinkelrätt mot en svetsfogs 22 längdriktning. Frekvensen hos denna rörelse kan vara någon Hz och amplituden hos ljusfläckens 23 rörelse kan vara några eller något tiotal mm. När ljusfläcken 23 sveps fram och åter över den i fig U visade svetsfogen 22 uppstår vid varje passage av fogen en diskontinuitet i det av- kända avståndet d. Pig 5a visar hur det avkända avståndet d varierar med ljus- fläckens läge s, vilket exempelvis kan vara så definierat att det har sin nollpunkt då ljusfläcken befinner sig lodrätt under sensorns ljuskälla 30.

Pendlingsrörelsen kan åstadkommas exempelvis genom en elektrisk motor, som via en excenterskiva påverkar sensorn, eller med hjälp av en fram- och åter- gående elektrisk motor.

Fig Bb visar hur i centralenheten MP korrektionssignaler i sida och höjd kan alstras för uppnående av automatisk följning under utförande av en arbets- operation. En signal PP från pendlingsgivaren, startar vid varje cykels början en klocka CL, vars utsignal via en grind Ä1 tillförs en buffert UH.

När sökstoppsignal SS erhålles från centralenheten MP avläses klockan. Vid varje passage av den aktuella kanten eller fogen tillförs alltså klockans utsignal bufferten NU där den lagras till nästa passage. Samtidigt matas det tidigare lagrade värdet från bufferten HU till en andra buffert Uü'. Skillnaden 1 tiden mellan två successiva passager av fogen i olika riktningar bildas i en skillnadsbildare ÄH". Utsignalen från skillnadsbildaren UN” kommer där- igenom att kontinuerligt utgöra ett mâtt på avvikelsen mellan den kant eller fog, som skall följas, och sensorns neutral- eller nolläge. Denna signal ds tillförs robotens styrorgan och används på känt sätt för att korrigera robot handens läge i sidled så att signalen ds bringas att gå mot noll. En filt- rerad och medelvärdesbildad mätsignal Ma tillförs en andra grind Å2, vars utsignal via en buffert US tillförs en negerande ingång hos en förstärkare H3. Till en icke negerad ingång hos förstärkaren matas ett referensvärde Mr, som motsvarar det önskade avståndet mellan sensor och arbetsstycke under ut- förandet av arbetsoperationen. Grinden H2 styrs av sökstoppssignalen SS, vilket medför att mätvärdet Ma vid varje passage av t ex svetsfogen 22 i fig Ä läses in till och lagras i bufferten H5. Buffertens utsignal motsvarar 10 20 25 30 35 455 281 8 därvid det senaste värdet på sensorns avstånd från arbetsstycket. Skillnaden mellan detta värde och referensvärdet Mr bildas i förstärkaren H3 och utgörs av dess utsignal dh. Denna signal tillförs robotens styrorgan RC på sådant sätt att den styr robothandens läge i höjdled relativt arbetsstycket på så- dant sätt att sensorn hålles på ett avstånd lika med Mr från arbetsstycket under utförandet av arbetsoperationen. En alternativ metod är att lagra mät- värdena under en halvperiod och vid dess slut beräkna sido- och höjdläge.

Vid följning krävs nämligen ingen omedelbar åtgärd. Felkänsligheten minskas på detta sätt.

Ovan har beskrivits hur under följning sensorn hålls i konstant läge relativt arbetsstycket, och på detta sätt kommer även det på robothanden placerade arbetsverktyget, t ex en svetselektrod, att bringas att noggrant följa den önskade arbetsvägen, t ex svetsfogen 22 i fig U.

Ovan har beskrivits hur under följning den erforderliga avsökningen kan åstad- kommas genom att hela sensorn S bibringas en periodisk rörelse. Alternativt kan sensorn vara fast monterad på robothanden, varvid på i och för sig känt sätt den periodiska sökrörelsen hos mätpunkten (ljusfläcken 23) kan åstad- kommas genom speglar eller prismor, vilka bibringas en periodisk fram- och återgående eller kontinuerligt roterande rörelse.

Fig 6a visar längst till vänster schematískt sensorn S under mätning av av- ståndet till ett arbetsstycke. Det senare består av t ex två plåtar 10' och 10", vilka vid 22 bildar en överlappsfog. Förhållandena blir analoga i det fall sensorn används för detektering av en kant hos en plåt eller annat före- mål 10", som är placerat på ett underlag 10'. Det med SM markerade diagrammet visar det uppmätta avståndet m som funktion av tiden t under utrustningens sökmod, dvs då sensorn av roboten förs utefter arbetsstyckets yta i den med pilen visade sökriktningen. Vid tiden tï passeras kanten hos plåten 10', dvs fogen 22, och en diskontinuitet erhålles hos det uppmätta avståndet. Som nedan skall beskrivas avges vid t1 en s k sökstoppsignal, vilken stoppar den med hjälp av robotarmen utförda sökrörelsen. Diagrammet till höger, vilket är mar- kerat med TM, visar sensorns utsignal m som funktion av tiden t under automa- tisk följníng, t ex då roboten under utförande av en svetsning rör sig längs sitt t och t 1' 2 3 markerade tidpunkterna betecknar de ögonblick då mätstället passerar fogen 22 fogen 22 i en riktning vinkelrätt mot papperets plan och sveper mätställe periodiskt fram och tillbaka över fogen 22. De med t varvid diskontinuiteter erhålles i det uppmätta avståndet. Under följning kan som beskrivits i anslutning till fig H och 5 en korrektionssignal utvinnas som automatiskt bringar robothanden att följa fogen 22. 15 20 25 30 35 455 281 Fig ób visar motsvarande figur och diagram för det fall då roboten är anord- nad att detektera en kälfog 22mellan två plåtar 10' och 10". Det vänstra, med SM markerade diagrammet visar det uppmätta avståndet m som funktion av tiden under sökningsmoden, dvs när sensorn S av robotarmen förs i pilens riktning.

Sensorns mätställe placerar fogen vid tidpunkten tï och som nedan skall be- skrivas avges därvid en sökstoppsignal. Det högra diagrammet visar sensorns mätsígnal som funktion av tiden under följningsmoden på samma sätt som i fíg Ba. Vid tidpunkterna t1, t2 och t3 Även i detta fall kan givetvis som ovan beskrivits en korrektionssignal här- passerar sensorns mätställe fogmitten. ledas och tillföras roboten för automatisk styrning av robothanden längs fogen.

Fig 7 visar schematiskt ett fullständigt sökningsförlopp vid en utrustning enligt uppfinningen. Utrustningen är anordnad att uppsöka en överlappsfog 22 mellan två på ett underlag anbringade plåtar 10' och 10". Av roboten är en- dast den på robothanden monterade sensorn S visad. Roboten är programmerad att förflytta sig till en startpunkt, sådan att sensorns mätställe befinner sig i den med I markerade punkten. När denna punkt nåtts går robotens styrorgan vi- dare i programmet till det första sökningsskedet, vid vilket robotarmen rör sig i huvudsak vertikalt ned mot ytan hos arbetsstycket utefter den med en streckad linje betecknade banan. I den med II betecknade punkten har sensorn och därmed robothanden nått ett förutbestämt önskat avstånd från arbetsstycket, varvid en första sökstoppsignal avges. Sökstoppsignalen avbryter robotens rörelse, roboten gör en översväng men går tillbaka till punkten II.

Sökstoppsignalen bringar vidare robotens styrorgan att fortsätta till nästa sökningsskede. I detta bringas robothanden att röra sig i en för- programmerad riktning från punkten II. Denna riktning är i huvudsak paral- lell med arbetsstyckets yta och vinkelrät mot fogen 22. När sensorns mät- ställe i punkten III när fogen avges en andra sökstoppsignal. Denna sökstopp- signal avbryter robotens rörelse. Mätfläcken flyttas in ett stycke på ytan till punkten IV. Sökstoppsignalen initierar vidare nästa sökskede, i vilket roboten rör sig utefter en förprogrammerad riktning från punkten IV. Denna riktning är lämpligen i huvudsak parallell med fogens 22 längdriktning. När sensorns mätställe i punkten V når arbetsstyckets kant avges en tredje sök- stoppsignal, vilken avbryter robotens rörelse. Mätfläcken befinner sig i punkt V. Från denna punkt görs en programmerad rörelse så att svetselektroden positioneras till punkt VI. 10 15 20 25 30 -35 455 281 10 Den tredje, i punkten V avgivna sökstoppsignalen initierar (eventuellt efter vidtagen korrektion av utgångsläget) påbörjandet av arbetsoperationen. Robotens styrorgan är därvid anordnade att styra robothanden så att denna följer en för- programmerad riktning som i huvudsak överensstämmer med längdríktningen hos fogen 22. Om svetsfogen är kort och/eller avvikelserna i orientering mellan på varandra följande arbetsobjekt är små kan operationen utföras längs den för- programmerade banan utan användande av automatisk följning. Vid längre svets- fogar eller vid större variationer mellan arbetsstyckena i fråga om oriente- ringen kan däremot automatisk följning användas. I det senare fallet är robot- programmet anordnat att starta pendling av sensorn och att korrigera den för- programmerade banan med de från sensorns signalbehandlingsenhet mottagna korrek- tionssignalerna (se beskrivningen ovan i anslutning till fig 4-6).

I det följande skall närmare arbetssättet hos centralenheten MP beskrivas i anslutning till fig 8. Den till enheten inkommande digitala mätsignalen M underkastas först en filtrering. De H0 senaste filtrerade mätvärdena finns hela tiden lagrade i ett minne MU, vilket innehåller de filtrerade mätsignalerna Mo, Mi, räè. Värdet M0 är därvid det senaste filtrerade mät- värdet. Minnet MU visas schematiskt i fig Bb. Fig 8a visar schematiskt ett flödesschema för filtreringen. Denna utförs med intervall på 0,6 ms dvs varannan ms erhålles en startsignal. M är därvid aktuellt mätvärde och u är en konstant, som exempelvis kan vara 0,6.

Med intervall på 3,5 ms utförs i centralenheten MP en beräkning för att detektera höjdläge, en kant eller en fog. Grundval för denna beräkning är därvid innehållet i minnet MU. Fig 9 visar centralenhetens MP arbetssätt vid höjdsökning (sträcken I-II i fig 7). Var 3,5 ms erhålles en startsignal.

Först görs därvid en beräkning av medelvärdet MV2 av de fem senaste mätvärdena i minnet MU. Detta medelvärde jämförs därefter med ett höjdreferensvärde do.

Om det beräknade medelvärdet MV2 är större än referensvärdet återgår central- enheten och väntar på en ny startsignal. Om däremot medelvärdet MV2 är mindre än eller lika med referensvärdet avges en sökstoppsignal SS.

Fig 10 visar centralenhetens arbetssätt under sidsökning (sträckan II~III eller IV-V i fig 7). Även denna beräkning genomförs med intervall på 3,5 ms.

Var 3,5 ms erhålles alltså en startsignal, som startar beräkningsförloppet.

Först beräknas de båda medelvärdena MV2 och MV17 och därefter med ledning av dessa medelvärden en riktningssignal RI och därefter ett prognosvärde PR.

Prognosvärdet är det mätvärde som kan förväntas i det aktuella ögonblicket om arbetsstyckets yta är plan, dvs om det uppmätta avståndet är en linjär 10 15 20 25 30 35 455 281' 11 _ och kontinuerlig funktion av tiden. Genom att riktningssignalen RI beräknas tas hänsyn även till det fall då sensorn under sökningen inte rör sig paral- lellt med arbetsstyckets yta. Därefter undersöks om prognosvärdet PR avviker med mer än ett förutbestämt belopp K från det senaste mätvärdet M. Om avvikel- sen än mindre än K sätter centralenheten en storhet N till noll och återgår och väntar på att efter 3,5ms fåen ny startsignal. Storheten K väljes så att den ej överskrides vid mindre oregelbundenheter 1 arbetsstyckets yta men så liten att den med säkerhet kommer att överskridas vid uppträdandet av en kant, fog e d. Om absolutvärdet av avvikelsen PR - M är större än K går programmet vidare och ökar storheten N med ett. Därefter undersökes om N har nått talet 5. Om så inte är fallet uppdateras minnesarean MU med prognosvärdet PR i stället för med det senaste mätvärdet och programmet återgår för att vänta på en ny startsignal. Om den avkända avvikelsen mellan prognosvärde och mätvärde endast varit tillfällig, t ex orsakad av en repa i arbetsstycket eller en smutspartikel, kommer vid nästa beräkning avvikelsen mellan prognosvärde och mätvärde att vara mindre än K, storheten N att minskas med 1 till lägst O och minnesarean MU uppdateras med mätvärdet M. Om avvikelsen i stället beror på att en kant eller fog detekterats, kommer även vid påföljande beräkningar en avvikelse att uppträda mellan prognosvärde och mätvärde, storheten N kommer att ökas med ett vid varje beräkning och när storheten N når värdet 5 avges en sökstoppsignal.

Uppfinningen har ovan beskrivits i anslutning till en för bågsvetsning använd robot, men en anordning enligt uppfinningen är givetvis tillämpbar även för andra ändamål. En anordning enligt uppfinningen är användbar i allmänhet där det finns ett krav på att noggrant kunna fastställa läge och orientering hos arbetsstycken för att på så sätt bestämma den punkt och/eller den bana där en arbetsoperation skall påbörjas eller utföras.

I vissa svetstillämpningar utgörs svetsfogen av en spalt. Det är därvid ofta av vikt att kunna fastställa spaltens dimensioner eller tvärsnittsarea för att kunna välja optimala svetsparametrar. Anordningen enligt uppfinningen kan användas för detta ändamål. Eftersom den i anordningen ingående sensorn är en avståndskännande sensor, erhålles enkelt ett mått på spaltens djup, och på ovan beskrivet sätt kan såväl under sökning som följníng läget hos spaltens kanter och därmed dess bredd bestämmas. - En anordning enligt uppfinningen erbjuder väsentliga fördelar gentemot tidi- gare kända anordningar av motsvarande slag. Genom att sensorn är anordnad på robothanden och genom att roboten utnyttjas för den inledande sökningen, kan på enkelt sätt snabbt även stora ytor avsökas. När robothanden når det efter- sökta stället på arbetsstycket befinner sig såväl robothand som sensor direkt 10 15 20 25 455 281 12 i rätt läge, antingen för inledande av en ytterligare sökfas eller för påbörj- ande av en arbetsoperation. Härigenom kan roboten arbeta med minimala tidsför- dröjningar. Genom att anordningen enligt uppfinningen innefattar en avstånds- kännande sensor blir anordningens funktion i mycket stor utsträckning oberoende av ytbeskaffenhet, reflexionsförmåga etc hos arbetsstycket. Anordningen har därför mycket stor flexibilitet och ett stort användningsområde och kan använ- das vid operationer på arbetsstyeken av de mest skilda typer och utförda av de mest skilda material. Den avståndsmätande sensorn medför även som ovan nämnts den väsentliga fördelen, att vid behov svetsvolymen hos en spaltfog eller mot- svarande enkelt kan beräknas och användas för inställning av svetsparametrar.

Genom att den använda sensorns detekterande organ bara "betraktar" den mycket lilla ljusfläck som sensorn alstrar på arbetsstycket, blir sensorn mycket okänslig för störande ljus. Till denna okänslighet bidrar i väsentlig grad det faktum, att enligt en föredragen utföringsform en endimensionell fotodetek- tor användes. Härigenom blir anordningen enligt uppfinningen användbar vid t ex elektrisk ljusbâgssvetsning eller andra operationer, vilka alstrar ett kraftigt störande ljus. Anordningen enligt uppfinningen medför härigenom mycket väsentliga fördelar gentemot tidigare kända utrustningar, vilka icke har varit användbara vid svetsning eller andra operationer, som alstrar ett kraftigt störande ljus.

En ytterligare väsentlig fördel, som härigenom erhålles, är att sensorns mät- punkt kan anordnas mycket nära arbetspunkten hos t ex den av roboten burna svetsutrustningen, varigenom dels uppnås att dimensionerna hos den av robot- handen burna utrustningen blir mindre och därvid vikt och åtkomlighet större, dels att noggrannheten vid sökning och följning blir stor. Anordningen enligt uppfinningen har vid försök visat sig vara mycket tillförlitlig och användbar.

Den kan sålunda t ex med stor säkerhet detektera kantfogar i mycket tunn plåt, vilket har varit ett stort problem med tidigare kända utrustningar.

Claims (9)

- 455 281 13 PATENTKRAV

1. Anordning vid en industrirobot, vilken är anordnad att utföra en arbets- operation på ett arbetsstycke (10)- Anordningen k ä n n e t e c k n a s av att roboten är försedd med en på robothanden (8) placerad sensor (S), vilken är anordnad att avkänna avståndet mellan robothanden och arbetsstycket med hjälp av optisk triangulering. Roboten är försedd med styrorgan (RC) anord- nade att styra robothanden i två efter varandra följande förprogrammerade sökrörelser (t ex II-IV; IV-V) i skilda riktningar. Åtminstone den ena sök- rörelsens riktning har en komponent parallell med arbetsstyckets mot robot- handen vända yta. Anordningen har signalbehandlingsorgan (SC) anordnade att med ledning av det av sensorn under sökning avkända avståndet bestämma arbets- styckets läge i sökriktningen relativt roboten. De signalbehandlande organen (SC) innefattar organ (MP) anordnade att detektera den diskontinuitet 1 det av sensorn avkända avståndet som uppträder när robothanden (8) under en sök- rörelse med en komponent parallellt med ytan passerar en kant, fog eller mot- svarande (22) hos arbetsstycket (10) och att därvid avge en indikatlonssignal (SS). Sensorn (S) innefattar en ljuskälla (30) anordnad att projioera en ljus- fläck (23) på arbetsstycket (10), samt optiska organ (32) anordnade att på en endimensionell detektor (33) alstra en bild (3H) av ljusfläcken, varvid sen- sorn är anordnad att avge en utsignal (m) som är beroende av läget på detek- torn av nämnda bild (3ß) och därmed av avståndet mellan sensorn och arbets- stycket.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att de signalbehandlande organen är anordnade att med ledning av under sökrörelsen avkända värden på avståndet beräkna ett prognosvärde (PR) för avståndet, att jämföra det avkända avståndet (M) med detta prognosvärde och att, om det av- kända avståndet (M) avviker från prognosvärdet (PR) med mera än ett förut- bestämt belopp (K), avge nämnda indikeríngssignal (SS).

3. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att in- dikeringssignalen (SS) är anordnad att tillföras robotens styrorgan (RC) för avbrytande av en pågående sökrörelse.

U. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att robotens styrorgan är anordnade att efter avbrytandet av en första sökrörelse 455 281 ' 14 « (t ex II-IV) utföra en andra förprogrammerad sökrörelse (IV-V) med en rikt- ning som bildar en vinkel med riktningen hos nämnda första sökrörelse, samt att de signalbehandlande organen (SC) är anordnade att till styrorganen avge en indikeringssignal (SS) för avbrytande av den andra sökrörelsen vid detek- tering av en avståndsdískontinuitet.

5. Anordning enligt patentkrav 1 eller H, k ä n n e t e c k n a d därav, att robotens styrorgan (RC) är anordnade att efter avbrytandet av sökrörelsen styra roboten att utföra nämnda arbetsoperation.

6, Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att styrorganen är anordnade att under arbetsoperationen styra roboten längs en förprogrammerad bana.

7. Anordning enligt patentkrav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att sensorn (S) är anordnad att under arbetsoperationen periodiskt avsöka avståndet mellan robothanden och arbetsstycket utefter en söklinje som bildar en vinkel med robothandens rörelse, att de signalbehandlande organen (SC) är anordnade att avkänna läget utefter söklinjen av en av t ex en kant eller en a fog orsakad avståndsdiskontinuitet och att tillföra robotens styrorgan en av nämnda läge beroende korrektionssignal (ds) för att bringa roboten att följa nämnda avståndsdiskontinuitet.

8. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k - n a d därav, att det av sensorn (S) under arbetsoperationen avkända avstån- det tillförs organ (MP) anordnade att bilda avvikelsen mellan det avkända av- ståndet (Ma) och ett referensvärde (Mr) och att tillföra robotens styrorgan (RC) nämnda avvikelse för styrning av avståndet mellan robothanden och arbets- stycket till nämnda referensvärde.

9. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att de- tektorn (33) är en analog lateral fotodetektor.