WELDING ROBOT

[1]
PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that a PLC (Programmable Logic Controller) function can only perform sequential control for input/output states basically, and welding output data and robot operation information in a welding robot for performing welding cannot be taken into the sequential control to process with the PLC function, in an industrial robot incorporating the PLC function.

[2]
SOLUTION: The robot includes a PLC part 28 and a welding control part 21, and can process at least one of the welding output data and the robot operation information based on the sequential control program operated by the PLC part. Processes executed with the sequential control program operated by the PLC part are monitoring of upper and lower limits to at least one of the welding output data and the robot operation information, outputting to an external network, and storage to a PLC variable.

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COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

ロボットと前記ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、前記ロボット制御装置内にプログラマブルロジックコントローラ部(以下、PLC部という)を有し、溶接出力に関する情報とロボット運転情報の少なくとも一方を、PLC部においてシーケンス制御プログラムに基づいて処理する溶接ロボット。

ロボット制御装置内にPLC部と溶接制御部を有し、前記溶接制御部で検出および/または演算した溶接出力に関する情報とロボット運転情報の少なくとも一方を、PLC部においてシーケンス制御プログラムに基づいて処理する請求項1記載の溶接ロボット。

溶接出力に関する情報は、溶接電流、溶接電圧、短絡回数、ワイヤ送給速度、ワイヤ送給モータ電流の内の少なくとも1つを含む請求項1または2記載の溶接ロボット。

ロボット運転情報は、ロボット動作速度、エラー番号、ロボット稼動時間、溶接実行時間、教示プログラム実行回数の内の少なくとも1つを含む請求項1から3のいずれか1項に記載の溶接ロボット。

溶接ロボットの動作を制御するロボット制御部と、PLC部に設けられておりシーケンス制御プログラムに基づいてPLC機能を実行するPLC制御部を備え、ロボット制御装置内の記憶部に記憶されている溶接出力に関する情報とロボット運転情報を、前記ロボット制御部から前記PLC制御部へ送信して、前記溶接出力に関する情報と前記ロボット運転情報の少なくとも一方を前記PLC部でシーケンス制御プログラムに基づいて処理する請求項1から4のいずれか1項に記載の溶接ロボット。

溶接ロボットを制御するロボット制御部と、PLC部に設けられておりシーケンス制御プログラムに基づいてPLC機能を実行するPLC制御部と、前記ロボット制御部と前記PLC制御部の両方に接続されたデュアルポートメモリとを備え、ロボット制御装置内の記憶部に記憶されている溶接出力に関する情報とロボット運転情報を、前記デュアルポートメモリを経由して前記ロボット制御部から前記PLC制御部へ送信して、前記溶接出力データと前記ロボット運転情報の少なくとも一方を前記PLC部でシーケンス制御プログラムに基づいて処理する請求項1から4のいずれか1項に記載の溶接ロボット。

PLC部でシーケンス制御プログラムに基づいて行われる処理は、溶接出力に関する情報および/またはロボット運転情報の上限値および/または下限値の監視、外部ネットワークへの出力、PLC変数への格納の内少なくとも1つを含む請求項1から6のいずれか1項に記載の溶接ロボット。

[1]
本発明は、プログラマブルロジックコントローラ(以下、PLCという)機能を内蔵した溶接ロボットに関するものである。

[2]
PLCは、工場内の生産設備やエレベーターなどの電気機械をシーケンス制御するためのコンピュータであり、主に入出力を制御する装置である。溶接ロボットに溶接作業を行わせる際は、PLCからロボットへのシーケンス制御として、動作させるロボットプログラムの選択、ロボット運転起動、ロボット運転停止などのシーケンス制御を行う。そして、これとともに、PLCがロボットの周辺装置へのシーケンス制御として、ワーク搬送装置、ワーク供給装置、ワーククランプ装置、溶接アーク光の遮光装置などのシーケンス制御を行う。

[3]
PLCのシーケンス制御とは、接点命令や出力命令などの入出力命令や、比較演算命令や算術演算命令などの演算命令などのシーケンス命令を、PLCのシーケンス制御プログラムとして登録し、実行させることにより、ロボットや周辺装置への入出力制御を行う。

[4]
PLCのシーケンス制御プログラムは、多くの場合、パソコン上のソフトウェアにおいてラダー図などで作成され、パソコンとPLCを通信接続してPLCへ転送される。

[5]
従来の産業用ロボットとして、PLC機能を内蔵しているものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、PLC機能をコンカレント入出力機能と呼称し、ロボットの入出力をシーケンサ機能と呼称しているが、このコンカレント入出力機能をロボット制御装置に内蔵し、ロボット動作やロボットのシーケンサ機能とは非同期に、コンカレント入出力機能が入出力制御を行っている。

[6]
また、PLC機能をロボットの制御装置に内蔵し、ユーザによるシーケンスプログラムの変更によって、ユーザが表示させたいロボット制御装置側のデータを表示部に表示できるようにし、指示データによりユーザが表示させたいデータを簡単に切り換えて表示可能とし、ロボット制御装置側のデータ表示のための専用の表示部を別に設けることを不要としているものもある(例えば、特許文献2参照)。

[7]
特許第3287304号公報 特開2003-228418号公報

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しかし、従来の、PLC機能を内蔵している産業ロボットにおいて、ロボット制御装置内に溶接制御装置およびPLC機能の両方を内蔵した構成はなく、また、PLC機能はあくまで入出力状態に関するシーケンス制御を行う機能のみとなっており、溶接を行う溶接ロボットにおける溶接出力に関する情報やロボット運転情報をPLC機能でのシーケンス制御に取り込んで処理するといったことはできないという課題を有していた。

[9]
例えば、溶接出力に関する情報の一つである溶接電流値をPLC機能で処理したい場合、溶接電流値を電流計などを用いてアナログ計測し、さらにアナログ-デジタル変換器を用いてデジタル化してPLC機能にパラレル入力させる必要があった。

[10]
本発明は、PLC機能を内蔵し、溶接出力に関する情報とロボット運転情報の少なくとも一方を、PLC機能で動作するシーケンス制御プログラムで処理できる溶接ロボットを提供することを目的とする。

[11]
上記課題を解決するために、本発明の溶接ロボットは、ロボットと前記ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、前記ロボット制御装置内にプログラマブルロジックコントローラ部(以下、PLC部という)を有し、溶接出力に関する情報とロボット運転情報の少なくとも一方を、PLC部においてシーケンス制御プログラムに基づいて処理するものである。

[12]
また、本発明の溶接ロボットは、上記に加えて、ロボット制御装置内にPLC部と溶接制御部を有し、前記溶接制御部で検出および/または演算した溶接出力に関する情報とロボット運転情報の少なくとも一方を、PLC部においてシーケンス制御プログラムに基づいて処理するものである。

[13]
また、本発明の溶接ロボットは、上記に加えて、溶接出力に関する情報は、溶接電流、溶接電圧、短絡回数、ワイヤ送給速度、ワイヤ送給モータ電流の内の少なくとも1つを含むものである。

[14]
また、本発明の溶接ロボットは、上記に加えて、ロボット運転情報は、ロボット動作速度、エラー番号、ロボット稼動時間、溶接実行時間、教示プログラム実行回数の内の少なくとも1つを含むものである。

[15]
また、本発明の溶接ロボットは、上記に加えて、溶接ロボットの動作を制御するロボット制御部と、PLC部に設けられておりシーケンス制御プログラムに基づいてPLC機能を実行するPLC制御部を備え、ロボット制御装置内の記憶部に記憶されている溶接出力に関する情報とロボット運転情報を、前記ロボット制御部から前記PLC制御部へ送信して、前記溶接出力に関する情報と前記ロボット運転情報の少なくとも一方を前記PLC部でシーケンス制御プログラムに基づいて処理するものである。

[16]
また、本発明の溶接ロボットは、上記に加えて、溶接ロボットを制御するロボット制御部と、PLC部に設けられておりシーケンス制御プログラムに基づいてPLC機能を実行するPLC制御部と、前記ロボット制御部と前記PLC制御部の両方に接続されたデュアルポートメモリとを備え、ロボット制御装置内の記憶部に記憶されている溶接出力に関する情報とロボット運転情報を、前記デュアルポートメモリを経由して前記ロボット制御部から前記PLC制御部へ送信して、前記溶接出力データと前記ロボット運転情報の少なくとも一方を前記PLC部でシーケンス制御プログラムに基づいて処理するものである。

[17]
また、本発明の溶接ロボットは、上記に加えて、PLC部でシーケンス制御プログラムに基づいて行われる処理は、溶接出力に関する情報および/またはロボット運転情報の上限値および/または下限値の監視、外部ネットワークへの出力、PLC変数への格納の内少なくとも1つを含むものである。

[18]
以上のように、本発明によれば、溶接ロボットを制御するロボット制御部と、PLC部を制御するPLC制御部とが相互に通信可能な構成により、溶接ロボットにおける溶接出力に関する情報とロボット運転情報の少なくとも一方を、溶接ロボットに内蔵するPLC部で動作するシーケンス制御プログラムに基づいて処理することが可能となる。

[19]
また、溶接出力に関する情報とロボット運転情報の少なくとも一方に関しての上限下限を監視する構成、外部ネットワークへ出力する構成、PLC変数への格納を可能とする構成、とすることにより、外部の計測器などを使用することなく溶接出力に関する情報もしくはロボット運転情報を処理することでき、かつ、ロボットの動作とは非同期にPLC機能が溶接出力に関する情報もしくはロボット運転情報を処理することができる。

[20]
本発明の実施の形態1における溶接ロボットの概略構成を示す図 本発明の実施の形態1におけるラダープログラムの基本例を示す図 本発明の実施の形態1におけるラダープログラム例を示す図 本発明の実施の形態1におけるロボット教示プログラム例を示す図 本発明の実施の形態1における溶接出力データを処理するラダープログラム例を示す図 本発明の実施の形態1におけるロボット運転情報を処理するラダープログラム例を示す図

[21]
以下、本発明を実施するための形態について、図1から図6を用いて説明する。

[22]
(実施の形態1)
図1において、25は複数の関節軸を持ち関節軸はモータと減速機で構成されるロボットである。11はロボット25を含むロボットシステム全体を制御するロボット制御装置である。

[23]
ロボット制御装置11において、17はロボットシステム全体を制御するロボット制御部としてのロボットCPUであり、18はロボット制御装置11を制御するためのロボット制御プログラムが格納される読み出し専用メモリのロボットROMであり、19は作業者が教示した教示プログラムが格納され随時読み出し/書き込み可能なロボットRAMであり、20はロボット25のモータを制御してロボット25の位置と姿勢を制御するためのロボット駆動部である。

[24]
また、24は溶接対象となる溶接母材であり、22は溶接母材24に対して供給される溶接ワイヤであり、23は溶接ワイヤ22を供給するためのワイヤ送給モータを有するワイヤ送給装置である。

[25]
また、ロボット制御装置11において、21はワイヤ送給装置23を制御するとともに溶接ワイヤ22に電圧を供給して溶接アークを発生させるとともに溶接出力を計測する溶接制御部である。13は接点命令、出力命令などの入出力命令や比較演算命令、算術演算命令などの演算命令などのシーケンス命令で構成されたシーケンス制御プログラムを実行するPLC制御部としてのPLC-CPUであり、14はシーケンス制御を実行するためのシーケンス実行プログラムが格納される読み出し専用メモリのPLC-ROMであり、15は作業者が作成したシーケンス制御プログラムを格納する随時読み出し/書き込み可能なPLC-RAMである。そして、PLC部28は、PLC-CPU13とPLC-ROM14とPLC-RAM15とを有している。

[26]
また、ロボット制御装置11において、12はロボット制御装置11が図示しない外部周辺装置と入出力接続するための入出力端子であり、ロボットCPU17とPLC-CPU13の両方から制御可能である。ここで、入出力接続とは、ひとつの信号がひとつの入出力線で接続されるパラレル入出力のことであり、入出力線を接続するための複数の端子で構成され、比較的距離の近い周辺装置との接続を行う。

[27]
また、16はロボット制御装置11が図示しない外部周辺装置と通信接続するための外部通信ポートであり、ロボットCPU17とPLC-CPU13の両方から制御可能である。ここで、通信接続とは、RS232Cなどのシリアル通信接続、イーサネット(登録商標)ケーブルでのLAN接続のことであり、少ない接続線で比較的距離の離れた周辺装置との接続が可能であり、LAN接続の場合は複数の周辺装置との通信が可能である。

[28]
また、27はロボットCPU17とPLC-CPU13がデータのやり取りを行うためのデュアルポートメモリであり、デュアルポートメモリは互いのCPUからアクセス可能なメモリであり、2つのCPU間で通信を行うことができる。

[29]
26は教示装置であり、ロボット制御装置11に接続され、ロボット25の動作や溶接条件の設定等を行うためのものである。

[30]
作業者は教示装置26を操作してロボット25を動作させ、教示点および動作命令を登録し、必要に応じて入出力制御、溶接制御などを行うためのロボットシーケンス命令を登録して教示プログラムを作成する。この教示プログラムは、ロボットRAM19に記憶される。通常、ロボットRAM19はバックアップ用電池などが接続されており、ロボット制御装置11の電源をオフしてもロボットRAM19に記憶された教示プログラムは消去されずに残っている。

[31]
ロボット25に溶接を行わせる場合には、作業者はロボット25の動作を教示した教示プログラムに溶接シーケンス命令を登録する。溶接シーケンス命令では、溶接開始点ではアークON命令を登録し、溶接終了点ではアークOFF命令を登録する。

[32]
ロボット25が連続運転を行う場合には、ロボットCPU17はロボットROM18に記憶されたロボット制御プログラムに従ってロボットRAM19から作業者が教示した教示プログラムを読み出し、解析しながら教示プログラムを実行する。

[33]
ロボットCPU17は、教示プログラムに登録されたロボット位置データにロボット25を動作させるための関節角度や動作軌跡を計算し、ロボット駆動部20に対して動作指令を行う。ロボット駆動部20は、ロボット25の関節を構成する図示しないモータに対して回転制御を行い、ロボット25を指令通りの位置に動作させる。

[34]
溶接を行う際には、ロボットCPU17は、ロボットROM18に記憶されたロボット制御プログラムに従ってロボットRAM19から作業者が教示したアークON命令、アークOFF命令等を読み出し、解釈しながら溶接制御を行う。アークON命令の実行では、ロボットCPU17が溶接制御部21に対してアークON指令を行う。溶接制御部21は、アークON指令を受けると、溶接ワイヤ22および溶接母材24に対して溶接電圧を印加し、また、ワイヤ送給装置23に対してワイヤ送給制御を行うことにより溶接ワイヤ22は溶接母材24へ供給される。

[35]
溶接ワイヤ22が溶接母材24に対して連続的に短絡接触して高電流の溶接アークが発生することにより、溶接母材24が溶融し短絡溶接による金属接合が行われる。なお、パルス溶接の場合は、溶接制御部21がパルス状の溶接電流を発生させるための電圧制御を行うことによりパルス状に溶接アークが発生し、溶接ワイヤ22から溶接母材24への溶滴移行が発生して金属接合が行われる。

[36]
アークOFF命令の実行では、ロボットCPU17が溶接制御部21に対してアークOFF指令を行う。溶接制御部21は、アークOFF指令を受けるとワイヤ送給装置23に対してワイヤ送給制御の停止を行い、これにより溶接ワイヤ22の溶接母材24に対する供給が停止し、また、溶接ワイヤ22と溶接母材24に対する溶接電圧の印加を停止することにより溶接が終了する。

[37]
なお、アーク溶接を行う場合には溶融金属の酸化を防止するためにアルゴンなどの不活性ガスを溶融金属部に供給する必要があり、アークONする直前からアークOFF直後までガスを供給するのが一般的である。

[38]
次に、溶接出力に関する情報である溶接出力データの計測について説明する。

[39]
溶接出力とは溶接制御部21が溶接アークを発生させ金属接合を行った結果、溶接ワイヤ22と溶接母材24との間に流れた溶接電流、溶接ワイヤ22と溶接母材24との間の溶接電圧、溶接ワイヤ22が溶接母材24に連続的に接触したときの短絡回数、ワイヤ送給装置23が溶接ワイヤ22を送給したときのワイヤ送給速度、ワイヤ送給装置23が溶接ワイヤ22を送給するために回転させたワイヤ送給モータに流れたワイヤ送給モータ電流等のこと指す。

[40]
溶接電流については、溶接制御部21内に図示しない電流測定用変流器(カレント・トランス)が内蔵されており、溶接電流を計測する。なお、電流計測が可能な装置であれば電流測定用変流器でなくてもよい。

[41]
溶接電圧については、溶接制御部21内に図示しない電位差計が内蔵されており、溶接電圧を計測する。なお、電圧計測が可能な装置であれば電位差計でなくてもよい。

[42]
短絡回数については、電圧計測の仕組みにより計測された電圧が0Vと計測されたとき、溶接ワイヤ22と溶接母材24が短絡状態にあると判定し、アーク発生して電圧が上昇したときに短絡解放であると判定し、短絡した後に短絡が開放すると短絡回数1回とカウントする。通常は、1秒間に溶接ワイヤ22と溶接母材24が短絡した回数を短絡回数として計測する。

[43]
ワイヤ送給速度については、ワイヤ送給装置23を構成する図示しないワイヤ送給モータに図示しないエンコーダが取り付けられており、このエンコーダの出力に基づいてワイヤ送給モータの回転速度を計測し、ワイヤ送給モータの回転速度からワイヤ送給速度を溶接制御部21で計算して計測値とする。もしくは、ワイヤ送給モータが図示しないサーボモータで構成される場合には、ワイヤ送給モータ回転速度指令値と実際のモータ回転速度との差はほとんど無いので、ワイヤ送給モータ回転速度を計算するための元となっているワイヤ送給速度指令値を計測値としても良い。

[44]
ワイヤ送給モータ電流については、溶接制御部21内に溶接電流用とは別の図示しない電流測定用変流器(カレント・トランス)が内蔵され、ワイヤ送給モータに流れる電流を計測する。なお、電流計測が可能な装置であれば電流測定用変流器でなくてもよい。

[45]
なお、これら溶接出力データのサンプリング周期については、溶接制御部21が溶接波形を制御するための制御周期に同期している。例えば、溶接波形の制御周期が20KHzである場合、溶接出力のサンプリング周期は50μsとなる。

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溶接制御部21が計測した溶接出力データは、ロボットCPU17が溶接制御部21より読み出し、ロボットRAM19に一時的に記録される。ロボットCPU17は、PLC…