FR2627114A1

FR2627114A1 - Robot de soudage

Info

Publication number: FR2627114A1
Application number: FR8901995A
Authority: FR
Inventors: Franco Sartorio; Gianfranco Carbonato
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1988-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1989-08-18
Also published as: GB2254171B; GB8903308D0; KR890012763A; GB9207309D0; GB2254172A; GB2215870B; CH677745A5; KR960000294B1; ATA33889A; FR2627114B1; GB9207308D0; JPH01301082A; AT398050B; SE8900523D0; GB2215870A; SE8900523L; JP2766290B2; CA1329499C; GB2254171A; US5015821A

Abstract

L'invention concerne un robot de soudage. Elle se rapporte à un robot comprenant un bras articulé 11, 17 comportant une colonne qui peut se déplacer verticalement 23. Un capteur d'image 45 est solidaire du chalumeau de soudage 41 et se déplace avec lui. Chaque organe mobile a son propre élément de manoeuvre, et tous les éléments de manoeuvre sont commandés par un organe de commande numérique 9. Chaque élément de manoeuvre assure un mouvement simple si bien que la commande numérique peut être programmée par un dispositif externe, sans apprentissage. Application au soudage automatique des pièces métalliques.

Description

La présente invention concerne un robot de soudage et en particulier un

tel robot capable de souder librement des pièces ayant de nombreuses formes différentes, dans des conditions très diverses, grâce au déplacement, dans une zone spécifiée de travail, d'une tête sur laquelle est

monté un chalumeau de soudage.

On connaît déjà des robots de soudage capables de souder des pièces de nombreuses formes différentes, dans des conditions très diverses, grâce à un déplacement dans une zone spécifiée de travail d'une tête sur laquelle est monté un chalumeau de soudage. Le déplacement de la tête,

et analogue, de ce type de robot de soudage est habituel-

lement assuré sous la commande d'un dispositif tel qu'un ordinateur ou analogue. Ainsi, il est nécessaire de créer un programme particulier correspondant au déplacement pour

que la tête se déplace avec la précision spécifiée de posi-

tionnement (par exemple avec une erreur inférieure à

0,1 mm) d'après un cycle spécifié de soudage.

Cependant, dans un robot classique de soudage, étant donné que la tête est mise en déplacement uniquement par

transmission du programme malgré la très grande complica-

tion de la structure nécessaire pour que la tête et les diverses parties de la tête se déplacent, il est difficile de positionner la tête avec précision au-dessus de la pièce. Ainsi, il est difficile à un opérateur de préparer

le programme nécessaire en restant dans à un bureau. Habi-

tuellement, le robot de soudage subit un apprentissage correspondant à la pièce réelle, par exemple par mise en

oeuvre de tous les types d'opérations d'"apprentissage".

Ainsi, ceci pose un problème car les travaux autres que le soudage prennent beaucoup de temps, et le rendement de

travail diminue. En outre, il devient impossible de réali-

ser un programme de travail sur ordinateur avec 1l'assis-

tance de programme de conception et de fabrication assis-

tées par ordinateur ou analogue, et la détermination d'un programme de soudage pour une pièce de forme compliquée

devient très difficile.

Compte tenu des inconvénients de ces appareils clas-

siques, l'invention concerne un robot de soudage permettant

facilement la réalisation d'un programme de commande pré-

cise du robot, à partir d'un emplacement autre que l'empla-

cernent réel du robot. Plus précisément, selon l'invention, un robot de soudage comporte un châssis de base, un bras monté sur le châssis de base et ayant un tronçon d'extrémité qui peut se déplacer librement dans une zone spécifiée par rapport au châssis de base, un chalumeau de soudage monté de manière qu'il puisse tourner librement autour d'au moins un axe,

sur le tronçon d'extrémité du bras, un dispositif de détec-

tion placé sur le tronçon d'extrémité du bras et destiné à détecter la position relative du chalumeau de soudage et de la pièce, et un dispositif de commande du déplacement du bras par rapport au chassis de base et de commande de la rotation du chalumeau de soudage par rapport au tronçon

d'extrémité du bras d'après un signal provenant du disposi-

tif de détection.

Dans un second mode de réalisation, l'invention concerne un robot de soudage qui comprend un châssis de base, un bras monté sur le chassis de base et ayant un tronçon d'extrémité qui est mobile librement dans une zone spécifiée par rapport au chassis de base, un chalumeau de soudage monté sur le tronçon d'extrémité du bras de manière qu'il puisse tourner librement autour d'au moins un axe, un dispositif de détection disposé sur le tronçon d'extrémité du bras afin qu'il puisse tourner librement autour d'un axe qui recoupe l'axe de rotation du chalumeau de soudage et qui peut détecter la position relative du chalumeau de soudage et de la pièce, et un dispositif de commande du déplacement du bras par rapport au châssis de base et de commande de la rotation du chalumeau de soudage par rapport au tronçon d'extrémité du bras d'après un signal provenant

du dispositif de détection.

Dans un troisième mode de réalisation, l'invention concerne un robot de soudage comprenant un chassis de base, un bras monté sur le châssis de base et ayant un tronçon

d'extrémité qui est mobile librement dans une zone spéci-

fiée par rapport au châssis de base, un chalumeau de sou-

dage monté sur le tronçon d'extrémité du bras de manière qu'il puisse tourner librement autour d'au moins deux axes qui se recoupent mutuellement, et un dispositif de commande du déplacement du bras par rapport au chassis de base et de commande de la rotation du chalumeau de soudage par rapport

au tronçon d'extrémité du bras.

Grâce à la configuration du premier mode de réalisa-

tion, le chalumeau de soudage est commandé par un signal

provenant du dispositif de détection si bien que le chalu-

meau de soudage peut facilement être positionné par rapport à la pièce, et le programme de commande de l'action du chalumeau de soudage peut être facilement préparé par un

opérateur placé dans un bureau.

En outre, grâce à la configuration du second ou du

troisième mode de réalisation, lorsque la rotation du cha-

lumeau de soudage ou du dispositif de détection est réa-

lisée, la rotation mutuelle centrée autour d'arbres sécants peut être commandée individuellement, et le programme de

commande peut être simplifié si bien qu'il peut être réa-

lisé par un opérateur qui travaille à un bureau.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion seront mieux compris à la lecture de la description

qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma explicatif représentant un

premier mode de réalisation de robot de soudage selon l'in-

vention; la figure 2 est une vue en plan de l'appareil de la figure i; la figure 3 est une perspective du tronçon de tête du premier mode de réalisation;

la figure 4 est une perspective schématique illus-

trant le réglage de la direction du tronçon de tête par rapport à une pièce;

la figure 5 est un diagramme synoptique d'un ensem-

ble de commande du mode de réalisation précédent;

la figure 6 est un diagramme synoptique plus détail-

lé que la figure 5; la figure 7 est une perspective schématique illustrant l'écart de position du chalumeau de soudage ou d'un outil analogue par rapport & une ligne de soudage; les figures 8 et 9 sont des perspectives d'autres modes de réalisation du tronçon de tête; la figure 10 est une élévation schématique d'un seconde mode de réalisation d'appareil selon l'invention; la figure 11 est une vue schématique en plan du second mode de réalisation; la figure 12 est une élévation d'un autre mode de réalisation de l'invention; et la figure 13 est une élévation d'un quatrième mode

de réalisation de l'invention.

On se réfère maintenant aux figures 1 et 2; un

robot de soudage 1 selon l'invention, essentiellement uti-

lisé pour exécuter des travaux de soudage à l'aide d'un matériau de soudage, par exemple un soudage à l'arc sous gaz inerte avec électrode de tungstène, comporte un châssis de base 3, un bras 5 dont le tronçon placé au bord de la base est supporté de manière qu'il puisse tourner librement sur le châssis 3 de base, et un tronçon 7 de tête supporté

par le tronçon d'extrémité du bras.

Le châssis 3 de base comporte par exemple une struc-

ture formant coffret qui contient un dispositif 9 de com-

mande placé à l'intérieur et constituant le dispositif de commande de l'ensemble du fonctionnement du robot de

soudage 1.

Un tronçon de bord de base d'un premier bras hori-

zontal 11 qui constitue un premier élément du bras 5 est supporté sur le chassis de base 3 de manière qu'il puisse tourner librement autour d'un axe perpendiculaire A sous la commande d'un dispositif manipulateur 13. Le dispositif manipulateur 13 comporte un actionneur (non représenté) destiné à provoquer la rotation du premier bras horizontal 11 vers l'avant et vers l'arrière autour de l'arbre A, -et un capteur d'angle (non représenté) destiné à détecter l'angle de rotation du premier bras horizontal 11 est incorporé au dispositif manipulateur 13. Le premier bras horizontal 11 est raccordé au châssis 3 de base par une liaison 15 qui permet la transmission de divers types de signaux, d'énergie, etc. Ainsi, le dispositif d'entraînement du manipulateur 13 est commandé par un signal provenant du dispositif 9 de commande, et le premier bras horizontal 11 est déplacé par exemple avec une vitesse angulaire de 45 par seconde dans la plage angulaire de 160 autour de l'axe A. Un tronçon de bord de base du second bras horizontal 17 constituant un second élément du bras 5, est disposé sur le tronçon d'extrémité du premier bras horizontal 11 de manière qu'il puisse tourner librement autour d'un arbre perpendiculaire B, sous la commande d'un second dispositif manipulateur 19, analogue au dispositif manipulateur 13. Le second bras horizontal 17 est raccordé au premier bras

horizontal 11 par une liaison 21 analogue à la liaison 15.

Ainsi, l'entraînement du dispositif manipulateur 19 est commandé par un signal provenant du dispositif 9 de commande, et le second bras horizontal 17 est déplacé par exemple à une vitesse angulaire de 105 par seconde dans une plage angulaire de 320 autour de l'axe B.

Un bras 23 en forme de colonne constituant un troi-

sième élément du bras 5 est disposé sur le tronçon d'extré-

mité du second bras horizontal 17 afin qu'il puisse être soulevé librement par l'intermédiaire d'un dispositif de guidage 25 et d'un troisième dispositif manipulateur 27. Le dispositif de guidage 25 a une section en C et supporte le tronçon de corps du bras 23 en forme de colonne de trois côtés différents comme clairement représenté sur la figure 2. En outre, le troisième dispositif manipulateur 27 a un actionneur convenable (non représenté) destiné à soulever le bras 23 en forme de colonne, et il a aussi un capteur de position (qui n'est pas non plus représenté) destiné à

détecter le mouvement de soulèvement du bras 23.

Le bras 23 est en outre relié électriquement au

second bras horizontal 17 par une liaison 29.

Ainsi, l'entraînement du troisième dispositif mani-

pulateur 27 est commandé par un signal provenant du dispo-

sitif 9 de commande, et le bras 23 en forme de colonne est par exemple soulevé à une vitesse de 0,8 m/s dans une plage

linéaire de 850 mm.

Le tronçon 7 de tête est disposé sur le tronçon du

bord inférieur du bras 23 en forme de colonne.

Plus précisément, comme représenté sur la figure 3, un bloc auxiliaire 31 est disposé sur le tronçon de bord

inférieur du bras 23 en forme de colonne. Un tronçon hori-

zontal 33a d'un bloc 33 ayant une forme en L retourné est supporté par le bloc auxiliaire 31 de manière qu'il puisse tourner librement autour d'un axe vertical Z passant par l'axe central du bras 23. En outre, un quatrième dispositif manipulateur 35 est monté sur le tronçon du bras 23 afin qu'il fasse tourner le bloc 33 en L retourné autour de l'axe vertical Z et du bras 23. En outre, un quatrième dispositif manipulateur 35 est monté sur le tronçon de bras 23 afin qu'il fasse tourner le bloc 33 autour de l'axe vertical Z et qu'il détecte la position en rotation du bloc 33. Le tronçon 7 de tête est raccordé au bras 23 par une

liaison 36.

Ainsi, l'entraînement du quatrième dispositif mani-

pulateur 35 est commandé par un signal provenant du dispo-

sitif 9 de commande et le bloc 33 est entraîné en rotation par exemple à une vitesse angulaire de 300 par seconde autour de l'arbre vertical Z, dans une plage angulaire de

360 (cet angle est repéré par la référence a).

Un bloc 37 en forme de tige est supporté par le tronçon vertical 33b du bloc 33 de manière qu'il puisse tourner librement autour d'un axe horizontal D qui est

parallèle à la direction longitudinale du tronçon horizon-

tal 33a et qui est perpendiculaire à l'axe vertical Z. En outre, un cinquième dispositif manipulateur 39 destiné à faire tourner le bloc 37 en forme de tige autour de l'axe horizontal D et à détecter la rotation du bloc horizontal 37 autour de lui, est monté sur le tronçon de bord inférieur du tronçon vertical 33b du bloc 33. Ainsi, l'entraînement du cinquième dispositif manipulateur 39 est

commandé par un signal provenant du dispositif 9 de com-

mande et le bloc 37 en forme de tige est entraîné en rota-

tion par exemple à une vitesse angulaire de 3000 par secon-

de autour de l'arbre vertical Z, dans une plage angulaire

de 240 (cet angle est indiqué par la référence À).

A proximité du tronçon d'extrémité du bloc 37, un chalumeau 41 de soudage, par exemple une tige de soudage électrique, est monté de manière qu'il puisse tourner

librement autour d'un axe horizontal E, si bien qu'il tra-

verse le bloc 37 en forme de tige. Dans ce mode de réalisa-

tion de l'invention, l'axe horizontal E recoupe le point commun H de l'axe vertical Z et de l'axe horizontal D. Un capteur visuel 45, d'un type à laser qui peut contrôler la région de soudage G du chalumeau 41, est monté sur un organe 43 en forme de disque placé sur le chalumeau 41 de soudage. Le capteur 45 a par exemple un champ de vision de 5 x 5 mm. Ce capteur 45 est relié électriquement

à la tête 7 par un câble 47. Un sixième dispositif manipu-

lateur 49 est monté à la surface arrière du bloc 37 et est destiné à faire tourner le chalumeau et le capteur 45 autour de l'axe horizontal E et à détecter cet angle de rotation. Ainsi, l'entraînement du sixième manipulateur 49 est commandé de façon convenable par un signal provenant du dispositif 9 de commande, et le chalumeau de soudage 41 et le capteur visuel 45 du type à laser peuvent être entraînés en rotation par exemple avec une vitesse angulaire de 450 par seconde dans une plage angulaire de 3600 autour de

l'arbre horizontal E (cet angle est représenté par la réfé-

rence). Grâce à cette configuration, lorsque par exemple deux pièces Wl et W2, représentées sur la figure 4, sont soudées à recouvrement le long d'un axe S-S, l'axe E du chalumeau 41 peut être incliné d'un angle a par rapport à un axe N perpendiculaire à la surface de la pièce, par commande du quatrième dispositif manipulateur 35. En outre, l'axe E peut être incliné d'un angle dans une autre surface plane perpendiculaire à la pièce,

par commande du cinquième dispositif manipulateur 39.

En outre, le capteur visuel 45 peut être entraîné en rotation autour de l'axe E et peut être disposé en position

convenable par commande du sixième manipulateur 49.

Comme indiqué sur les figures 1 et 2, dans ce mode de réalisation de robot de soudage 1, un bloc 51 de support est placé à proximité du châssis 1 de base et un châssis 53 de support est monté sur le bloc 51 afin qu'il supporte la pièce W. Etant donné la configuration précédente, le premier bras horizontal 11 et le second bras horizontal 17 peuvent être entraînés en rotation autour des axes verticaux A et B respectivement, jusqu'à l'angle convenable, et le bras 23 en forme de colonne peut être soulevé ou descendu d'une distance convenable, sous la commande d'un signal provenant du dispositif 9 de commande, si bien que le tronçon 7 de tête placé sur le tronçon de bord inférieur du bras 23 peut être déplacé librement dans une plage spécifiée à proximité du châssis de base 3. Par exemple, l'extrémité du chalumeau 41 de soudage peut être déplacée en direction verticale dans la zone 55 représentée sur la figure 1. En outre, dans le cas o le chalumeau 41 de soudage qui doit souder une paroi verticale externe est tourné vers l'intérieur en direction horizontale dans un plan horizontal, le chalumeau de soudage 41 peut être déplacé dans la zone 57 représentée sur la figure 2, et, dans le cas o le chalumeau 41 qui doit souder une paroi horizontale, est tourné vers le bas en direction verticale, le chalumeau 41 peut être déplacé

dans la zone 59 indiquée sur la figure 2.

Ainsi, grâce à ce mode de réalisation de robot de soudage 1 seloh la présente invention, l'opération voulue de soudage peut être réalisée pour une pièce placée dans la

zone 55 et placée dans la zone 57 ou 59.

On décrit maintenant, en référence aux figures 5 et 6, un ensemble 61 de commande du robot de soudage. L'ensem-

ble 61 commande les conditions de fonctionnement des dispo-

sitifs manipulateurs 13, 19, 27, 35, 39 et 49 et les condi-

tions de soudage (conditions de tension et d'intensité) du chalumeau 41 de soudage ou analogue, apres réception d'un

signal provenant du capteur visuel 45.

On se réfère maintenant à la figure 5; l'ensemble 61 de commande comporte un dispositif 9 de commande, une section 63 de commande d'alimentation en énergie et un dispositif 65 de programmation externe ou une interface

externe 67.

Plus précisément, le dispositif de commande 9 com-

porte un circuit 69 d'interface utilisé pour un capteur visuel destiné à gérer des signaux d'image provenant du

capteur visuel 45 du type à laser, une section 71 de com-

mande principale qui peut conserver un programme fondamen-

tal de commande des dispositifs manipulateurs 13, 19, 27,

, 39 et 49, et qui communique avec le circuit 69 d'inter-

face avec le capteur visuel de manière que le programme fondamental d'entraînement soit modifié, et un circuit 73 d'interface du dispositif manipulateur qui reçoit un signal

de la section 71 de commande principale et assure la com-

mande par réaction des dispositifs manipulateurs 13, 19,

27, 35, 39 et 49.

Ainsi, grâce à cet ensemble de commande, les manipu-

lateurs 13, 19, 27, 35, 39, 49 sont commandés par le signal d'image provenant du capteur visuel 45 par l'intermédiaire du circuit 73 d'interface des manipulateurs, de la section 71 de commande principale et du circuit 69 d'interface du

capteur visuel.

En outre, la section 63 de commande d'alimentation en énergie est reliée bidirectionnellement à la section principale de commande 71. Ainsi, les conditions de soudage du chalumeau 41 sont commandées de manière convenable par des données de programme provenant de la section principale 71. En outre, les dispositifs manipulateurs 13, 19, 27, 35,

39, 49 sont commandés de façon convenable d'après les con-

ditions de puissance d'alimentation provenant de la section

63 de commande d'alimentation en énergie par l'intermé-

diaire de la section de commande principale 71 et du cir-

cuit d'interface 73 des manipulateurs.

Le dispositif de programmation externe 65 connecté au dispositif 9 de commande est un dispositif tel qu'un ensemble de conception assistée par ordinateur qui peut préparer de nombreux types de programmes fondamentaux pour le robot de soudage 1. Le circuit externe d'interface 67 est destiné à communiquer avec un ensemble de fabrication

intégré par ordinateur qui établit les programmes et ana-

logues. Ainsi, le programme fondamental de commande des manipulateurs 13, 19, 27, 35, 39, 49 peut être transmis à la section de commande principale 71 et analogue, destinée au dispositif 9 de commande, à partir de l'un quelconque

des dispositifs précités 65 et 67.

La configuration de l'ensemble 9 de commande est

maintenant décrite en détail en référence à la figure 6.

La section principale 71 de commande comporte une

section principale 75 de mémoire, une section 77 d'instruc-

tion d'exécution, une section 79 de calcul par interpola-

tion, une section 81 de correction de position du chalumeau de soudage, une section 83 de correction de position du capteur visuel, une section principale 85 de transformation de coordonnées, une section 87 de mémorisation de données

de déplacement de position, et une section 89 de transfor-

mation de coordonnées des données de déplacement de posi-

tion. La section principale de mémorisation 75 conserve divers types de paramètres nécessaires à l'opération de soudage par exemple un paramètre d'état de soudage (courant

électrique ou tension électrique du chalumeau), un para-

mètre de réglage de position et un paramètre de vitesse de ill déplacement des manipulateurs, un paramètre de dimension de

partie à souder, et un paramètre de configuration de sou-

dage. La section 77 d'instruction d'exécution exécute, après obtention d'un programme pour l'opération de soudage provenant du dispositif externe 65 de programmation, des actions telles que la lecture d'un paramètre particulier dans la section principale de mémorisation 75 correspondant au programme, la transmission des paramètres lus vers la

section 63 de commande d'alimentation en énergie, la sec-

tion 79 de calcul d'interpolation, ou le circuit 69 d'in-

terface du capteur visuel, dans un ordre correspondant à la

nature du paramètre. Plus précisément, les paramètres rela-

tifs aux conditions de soudage sont transmis à la section 63 de commande d'alimentation en énergie et des paramètres concernant les manipulateurs 13, 19,... 49 et le capteur

visuel 45 sont transmis à la section 79 de calcul d'inter-

polation et au circuit 69 d'interface du capteur visuel.

La section 79 de calcul d'interpolation tire des paramètres de réglage de position des manipulateurs 13, 19,.... 49 et analogues de la section 77 d'instruction d'exécution et exécute des interpolations linéaires ou circulaires de ces paramètres. Parmi les paramètres soumis

à des interpolations linéaires ou circulaires, les para-

mètres de réglage de position et analogues des manipula-

teurs 13, 19,... 49 sont transmis à la section 81 de cor-

rection de position du chalumeau de soudage et les paramè-

tres de réglage de position du capteur visuel 45 sont

transmis à la section 83 de correction de position du cap-

' teur visuel.

Les données de déplacement de position représentant le déplacement du chalumeau de soudage 41 par rapport à la position spécifiée au cours de l'opération de soudage sont

transmises, comme décrit en détail dans la suite, par l'in-

termédiaire du circuit 69 d'interface du capteur visuel à la section 81 de correction de position du chalumeau par l'intermédiaire de la section 87 de mémorisation de données

de déplacement de position et de la section 89 de transfor-

mation de coordonnées des données de déplacement de posi-

tion. Ainsi, le paramètre transmis par la section 79 de calcul d'interpolation est corrigé dans la section 81 de correction de position de chalumeau par les données de déplacement de position de chalumeau transmises par le circuit 69 d'interface du capteur visuel. Par exemple, dans le cas o le paramètre de réglage de position du chalumeau transmis par la section 79 de calcul d'interpolation est décalé de la ligne réelle de soudage, le paramètre de réglage de position est corrigé afin qu'il corresponde à la

ligne de soudage. Ainsi, le paramètre de réglage de posi-

tion destiné à mettre le chalumeau 41 sur la ligne de sou-

dage est transmis par la section 81 de correction de posi-

tion.

Le paramètre de réglage de position des manipula-

teurs 13, 19, 27, 35, 39, 49 est lui-même modifié des coor-

données absolues en coordonnées relatives dans la section

85 de transformation principale de coordonnées.

D'autre part, les données de déplacement de position indiquant le déplacement du capteur visuel 45 par rapport à la position spécifiée sont directement transmises par le circuit 69 d'interface du capteur visuel à la section 83 de correction de position de capteur. Ensuite, un paramètre de réglage de position du capteur visuel 45, provenant de la section 79 de calcul d'interpolation, est corrigé par la section 83 de correction de position de capteur visuel à

l'aide des données de déplacement du capteur 45. Par exem-

ple, si la position du capteur 45 s'écarte de la position optimale de contrôle, le paramètre de réglage de position est corrigé afin que le capteur visuel prenne la position de contrôle. Le paramètre corrigé est alors transmis au

circuit 73 d'interface des manipulateurs.

Ensuite, le circuit 73 d'interface des manipulateurs

comporte une section 91 de micro-interpolation et une sec-

tion 93 de commande des manipulateurs.

La section 93 de calcul de micro-interpolation exé-

cute les calculs par micro-interpolation sur le paramètre provenant de la section 85 de transformation principale des

coordonnées de la section principale 71 de commande.

La section 93 de commande de dispositifs manipula- teurs reçoit le paramètre de la section 91 de calcul et de la section 83 de correction de position du capteur dans la section principale de commande 71, et exécute une commande par rétroaction de la position, de la vitesse ou analogue des manipulateurs 13, 19, 27, 35, 39, 49 à l'aide d'un

signal d'instruction 95a et d'un signal de détection 95b.

Ensuite, le circuit 69 d'interface de capteur visuel

transmet les données de déplacement de position du chalu-

meau 41 et du capteur visuel 45 à la section principale de commande 71 par traitement d'un signal provenant du capteur visuel 45. Le circuit 69 d'interface de capteur visuel comporte une section 99 de traitement d'image, une section

101 de calcul de déplacement de position de ligne de sou-

dage, et une section 103 de calcul de déplacement de posi-

tion d'élément de la tête.

La section 99 de traitement d'image calcule les coordonnées réelles de la position de la ligne de soudage

d'après le signal d'image provenant du capteur visuel 45.

La section 101 de calcul de déplacement de position

de ligne de soudage est reliée à la section 99 de trai-

tement d'image et à la section 77 d'instruction d'exécution dans la section principale de commande 71. Ainsi, la ligne

fondamentale de soudage, provenant de la section 77 d'ins-

truction, est comparée à la ligne réelle de soudage prove-

nant de la section 99 de traitement d'image et le dépla-

cement de position des deux lignes est calculé d'après les

résultats de cette comparaison.

La section 103 de calcul de déplacement de position d'élément de tête calcule le déplacement de la position entre la ligne réelle de soudage et l'élément de tête de la

section 7 de tête, par exemple le chalumeau 41 et le cap-

teur visuel 45, d'après un signal provenant de la section

101 de calcul de déplacement de position de ligne de sou-

dage. Plus précisément, comme représenté par exemple sur

la figure 7, lorsque la pièce Wl et la pièce W2 sont sou-

dées suivant l'axe S-S, les intervalles Au, Av entre l'axe

S-S et l'extrémité du chalumeau 41 sont calculés, et l'an-

gle de déplacement Ay du capteur visuel 45 par rapport à l'axe S-S est calculé. Dans ce cas, Au est l'intervalle compris entre le point d'intersection du prolongement de

l'axe E avec la pièce Wl, W2 et l'extrémité du chalumeau. Av est l'intervalle compris entre l'axe S-S et le point précité

d'intersection mesuré perpendiculairement à l'axe S-S. Ay est l'angle de rotation du capteur visuel 45 mesuré à partir d'une surface plane passant par l'axe S-S, en tournant autour de l'axe E. Parmi les données de déplacement de position Au, Av et Ay, les données de déplacement Au et Av relatives au

chalumeau 41 sont conservées dans la section 87 de mémori-

sation de données de déplacement de position de la section

principale de commande 71.

La section 87 de mémorisation de données de dépla-

cement de position comporte plusieurs cellules qui trans-

mettent des données convenablement mémorisées à chaque

moment spécifié, correspondant au déplacement réel du cha-

lumeau 41. Ainsi, après que les données de déplacement Au, Av ont été mémorisées dans la section 87 de mémorisation de données de déplacement de position, elles sont transmises à un moment spécifié à une section 89 de transformation de

coordonnées des données de déplacement de position.

La section 89 de transformation des coordonnées des données de déplacement de position transforme les données représentées par les valeurs des coordonnées relatives au matériau à souder, en données représentées par les valeurs des coordonnées relatives à la section de tête 7. Ainsi, les données de déplacement de position représentées par les valeurs des coordonnées relatives au matériau à souder sont

transformées en données de déplacement de position repré-

sentées par les valeurs des coordonnées représentées par.la section de tête 7, dans la section 89 de transformation de coordonnées de données de déplacement de position, et sont transmises à la section 81 de correction de position du chalumeau. Ensuite, de la même manière que décrit précédemment, les paramètres de réglage de position des manipulateurs 13, 19,... 49 sont révisés à partir des données de déplacement de position contenues dans la section 81 de correction de

position de chalumeau.

D'autre part, les données de déplacement de position Ay concernant le capteur visuel 45 sont transmises à la section 83 de correction de position de capteur visuel

directement à partir de la section 103 de calcul de dépla-

cement de position d'élément de tête afin que le paramètre

de réglage de position du capteur visuel 45 soit révisé.

Grâce à cette configuration, le programme d'opéra-

* tion de soudage transmis par le dispositif externe de pro-

grammation 65 ou par le circuit externe d'interface 67 est d'abord mémorisé par exemple dans la section principale 75

de mémoire de la section principale de commande 71.

Après le début de l'opération de soudage, les para-

mètres spécifiés d'opération de soudage, en fonction du

programme d'entrée, sont transmis à la section 93 de com-

mande des manipulateurs par l'intermédiaire de la section

79 de calcul d'interpolation, de la section 81 de correc-

tion de position de chalumeau, de la section 83 de correc-

tion de position de capteur visuel, de la section 85 de transformation principale des coordonnées des paramètres, et de la section 91 de calcul de micro-interpolation. En outre, parmi ces paramètres, les paramètres spécifiés sont

directement transmis à la section 63 de commande d'alimen-

tation en énergie ou à la section 101 de calcul de dépla-

cement de position de ligne de soudage. Ensuite, les mani-

pulateurs 13, 19,... 49 sont pilotés de manière convenable sous la commande des paramètres d'opération de soudage et

le soudage voulu est réalisé par le chalumeau 41.

D'autre part, l'opération de soudage est contrôlée par le capteur visuel 45, c'est-à-dire que les données de déplacement de position Au, Av et Ay du chalumeau 41 et du capteur 45 sont calculées dans la section 103 de calcul de

déplacement de position d'élément de tête par l'intermé-

diaire de la section 99 de traitement d'image et de la section 101 de calcul de déplacement de position de la

ligne tracée.

Lorsque les données de déplacement de position Au et Av du chalumeau 41, parmi ces données de déplacement, sont transmises à la section 81 de correction de position de

chalumeau par l'intermédiaire de la section 87 de mémorisa-

tion de données de déplacement de position et de la section

89 de transformation des coordonnées des données de dépla-

cement de position, les paramètres de position du chalumeau 41 sont corrigés de façon convenable dans la section 81 de correction. En outre, lorsque les données de déplacement de

position Ay du capteur visuel 45 sont transmises à la sec-

tion 83 de correction de position de capteur visuel, les paramètres de position du capteur visuel 45 sont corrigés

de manière convenable.

Comme indiqué précédemment, dans le mode de réalisa-

tion considéré, les paramètres d'opération de soudage, tels que les paramètres de position de chalumeau de soudage et les paramètres de position de capteur visuel, sont corrigés de façon continue par les données de correction provenant du capteur visuel 45, si bien que le chalumeau 41 peut être commandé de façon continue afin qu'il se déplace le long de la ligne réelle de soudage. En conséquence, le soudage avec une précision de position de l'ordre de 0,1 mm peut être réalisé. En outre, comme le capteur visuel 45 du type à laser est fixé au disque 43 qui est monté concentriquement sur le chalumeau 41, il peut être déplacé en position optimale pour le contrôle de la relation existant entre le chalumeau 41 et la ligne de soudage au voisinage de la partie.de soudage, par entraînement convenable en rotation du disque 43 même lorsque le chalumeau 41 a diverses orientations par rapport au matériau à souder. En outre, comme les paramètres de réglage de la position fondamentale du chalumeau 41 sont corrigés par le signal de correction provenant du capteur visuel 45, il devient possible de positionner avec précision le chalumeau 41 par rapport à la ligne de soudage et en conséquence de réaliser un soudage précis même lorsque les paramètres de réglage de position fondamentale peuvent être donnés avec

une précision qui n'est pas très élevée. Ainsi, le pro-

gramme fondamental de déplacement n'a pas à être donné sous

forme parfaitement exacte, si bien qu'il n'est pas néces-

saire de le préparer à l'emplacement réel (c'est-à-dire par apprentissage) , mais il peut être préparé à l'aide d'un dispositif de conception assistée par ordinateur ou analogue.

En outre, comme les paramètres de position du chalu-

meau 41 sont corrigés par un signal de correction provenant du capteur visuel 45, il est possible de positionner le chalumeau 41 avec une grande précision même lorsque la précision mécanique des bras 11, 17, 23 et analogue n'est pas suffisamment élevée. Il faut indiquer qu'il est alors possible de réduire le coût de fabrication des bras 11, 17,

23 et analogue. -

En outre, les déplacements dans les directions haut-

bas, gauche-droite et avant-arrière de la partie 7 de tête peuvent être réalisés par commande du premier, du second et

du troisième dispositif de manoeuvre 13, 19 et 27 respec-

tivement, le changement d'orientation du chalumeau 41 peut être réalisé par commande du quatrième et du cinquième dispositif de manoeuvre 35 et 39 respectivement, et le

changement de position du capteur visuel 45 peut être réa-

lisé par commande du sixième dispositif de manoeuvre 49.

Ainsi, le déplacement de chaque organe peut être réalisé à

l'aide de dispositifs indépendants de manoeuvre correspon-

dant à chacun de ces organes, et il est donc possible de simplifier le programme de déplacement de chacun de ces organes. On se réfère maintenant aux figures 8 et 9 pour la

description d'un autre mode de réalisation de section de

tête du robot de soudage électrique.

Le second mode de réalisation de la section de tête est représenté sur la figure 8. La différence entre la section de tête 105 et le mode de réalisation décrit en

référence à la figure 3 est due au fait que l'organe rota-

tif 107 supporté afin qu'il puisse tourner librement autour d'un axe Z, par la section d'extrémité inférieure du bras 23 en forme de colonne, a une forme cylindrique et non en L retourné. Il faut noter que, dans ce mode de réalisation, l'organe cylindrique 107 est destiné à être concentrique au

bras 23 en forme de colonne.

Le bloc précité 37 en forme de tige est supporté par

l'organe cylindrique 107 afin qu'il puisse tourner libre-

ment autour d'un axe D perpendiculaire à l'axe Z, le bloc

dépassant de l'organe cylindrique 107.

En conséquence, l'axe E du mode de réalisation con-

sidéré recoupe l'axe D non à l'intersection H des axes D et

Z mais en un point P qui est décalé par rapport à l'inter-

section H.

La figure 9 représente le troisième mode de réalisa-

tion 109 de la section de tête. La différence entre la section de tête 109 de la figure 9 et celle du premier mode de réalisation de la figure 3 sont les suivantes. (1) A la place d'un chalumeau 41 qui passe directement à travers le bloc 37 en forme de tige, un premier organe coaxial 111 et un second organe coaxial 113 sont incorporés au bloc 37, et un organe 115 en forme de cornet dépasse du second organe coaxial 113 perpendiculairement à l'axe E, et le chalumeau

41 est supporté par l'organe 115 qu'il traverse. (2) L'ap-

pareil ne comporte pas le capteur visuel du type à laser 45. Ainsi, dans ce mode de réalisation, l'extrémité du chalumeau 41 peut être entraînée en rotation autour de l'axe E. La section de tête 109 de ce mode de réalisation peut être utilisée de préférence dans un robot électrique de soudage qui utilise un matériau de soudage-. Il faut noter que, dans les modes de réalisation précédents 105 et 109 de la section de tête, certains des

axes de rotation se recoupent perpendiculairement. En con-

séquence, une partie du positionnement directionnel des organes tels que le chalumeau de soudage et le capteur visuel monté sur lui, peut être programmée indépendamment

pour les différents organes si bien que le travail de pro-

grammation peut peut simplifié.

On se réfère maintenant aux figures 10 et 11 pour la

description d'un second mode de réalisation de robot de

soudage électrique selon l'invention. Les différences entre

le second mode de réalisation et le premier sont les sui-

vantes. (1) A la place du support du premier bras horizontal directement par un châssis de base, une colonne 117 de guidage est montée sur la table 3 de base qui est proche d'elle, et un organe 119 qui peut être soulevé est supporté de manière qu'il puisse être soulevé librement sur la colonne 117 de guidage, et un premier bras horizontal 11 analogue à celui du premier mode de réalisation est monté sur l'organe 119 par l'intermédiaire du premier dispositif 13 de manoeuvre. En outre, le septième dispositif 121 de manoeuvre est monté sur la colonne 117 de guidage afin

qu'il permette le soulèvement de l'organe 119.

(2) Un bras 123 en L est monté sur le premier bras horizontal 11 de manière qu'il puisse tourner librement autour de l'axe B, sous la commande d'un second dispositif de manoeuvre 19, l'extrémité du bras 12 dépassant vers le bas, et une section de tête 7 analogue à celle du premier mode de réalisation est fixée à l'extrémité du bras en L. (3) Un châssis 127 de support qui peut tourner librement dans une plage de 90 par exemple autour d'un axe L est porté par un bloc 125 de support qui est solidaire du

châssis de base 3.

Dans le second mode de réalisation, la course de

soulèvement de l'organe 119 peut être accrue par augmenta-

tion de la hauteur de la colonne de guidage 117. En cons&- quence, la zone de soudage peut être agrandie en direction

verticale comme indiqué clairement sur la figure 10.

En outre, les organes à souder 130a et 130b, placés dans une zone de grande étendue, peuvent être facilement déplacés dans la zone d'accès 129 des bras 11 et 13 par rotation du bloc 127 de support comme représenté sur la figure 11. Ainsi, il est possible de placer des organes à souder et de les extraire pratiquement sans que la durée du

travail de soudage soit affectée.

On considère maintenant, en référence à la figure 12, un troisième mode de réalisation de robot de soudage

électrique selon l'invention.

Dans le troisième mode de réalisation 131, les dif-

férences avec le second mode de réalisation 116 sont les suivantes. (1) La section d'extrémité de base d'un second bras horizontal 17 est supportée de manière qu'elle puisse

tourner librement autour d'un axe B, à l'extrémité du pre-

mier bras horizontal 11, à une hauteur différente. (2) Un bras en L 137 ayant une partie horizontale courte 135 peut tourner librement autour d'un axe Z, à l'extrémité du second bras horizontal 17, par l'intermédiaire du huitième dispositif de manoeuvre 133. (3) Le chalumeau de soudage 41 d'une section de tête 139 peut tourner librement autour de deux axes E et D. Dans ce mode de réalisation, lorsque la direction du chalumeau 41 doit être modifiée dans un plan horizontal,

sans modification des directions avant-arrière et gauche-

droite de la partie 139 de tête, il suffit de faire tourner

le bras 137 autour de l'axe Z à l'aide du huitième disposi-

tif de manoeuvre 133. En outre, dans ce mode de réalisa-

tion, il est possible de faire tourner le second bras hori-

zontal 17 autour de l'axe B dans la plage de 360 par com-

mande du second dispositif de manoeuvre 19.

En conséquence, dans le troisième mode de réalisa-

tion, il est possible d'augmenter la plage d'accès du tron-

çon de bras 11 et 17 sans réduction de sa fonction de la section de tête, mise en oeuvre dans le second mode de réalisation.

On considère maintenant un quatrième mode de réali-

sation 141 de robot selon l'invention en référence à la figure 13. Le quatrième mode de réalisation 141 diffère du troisième par les points suivants. Le chassis 143 a une

forme allongée dans la direction avant-arrière, c'est-à-

dire en direction perpendiculaire au plan de la figure, un guide 145 étant disposé dans la direction avant-arrière sur le châssis de base 143 (ils ne sont représentés ni l'un ni l'autre sur la figure 13), un coulisseau 147 est placé sur le guide 145 afin qu'il puisse se déplacer librement dans la direction avant-arrière, et un premier bras horizontal 149 peut se déplacer en direction verticale sur l'organe

147 de support.

Un dispositif convenable de manoeuvre est monté sur la table de base 143 afin qu'il déplace le coulisseau 147

dans la direction avant-arrière.

Ainsi, dans le quatrième mode de réalisation, la

zone accessible par le bras, dans la direction avant-

arrière, peut être agrandie.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux robots de soudage qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non

limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Robot de soudage, destiné à souder automati-

quement une pièce, caractérisé en ce qu'il comprend: un châssis de base (3), un dispositif à bras (5) monté sur le châssis de

base et ayant un tronçon d'extrémité qui est mobile libre-

ment dans une zone spécifiée par rapport au châssis de base, un chalumeau de soudage (41) monté de manière qu'il puisse tourner librement autour d'au moins un axe sur le tronçon d'extrémité du dispositif à bras, un dispositif de détection (45) monté sur le tronçon d'extrémité du dispositif à bras et destiné à détecter la position relative du chalumeau de soudage par rapport à la pièce, et un dispositif de commande (9) destiné à commander le déplacement du dispositif à bras par rapport au châssis de base et à commander la rotation du chalumeau de soudage par rapport au tronçon d'extrémité du dispositif à bras d'après

un signal du dispositif de détection.

2. Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un organe (37) qui peut tourner librement et qui est monté sur le tronçon d'extrémité du dispositif à bras, en pouvant tourner autour d'un axe spécifié (D) sur

le tronçon d'extrémité du dispositif à bras, et le chalu-

meau de soudage (41) est monté sur le tronçon d'extrémité

du dispositif à bras par l'intermédiaire de l'organe rota-

tif (37) afin qu'il tourne autour d'un axe sur le tronçon

d'extrémité du dispositif à bras.

3. Robot selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de détection (45) est aussi monté sur

l'organe rotatif (37) sur lequel le chalumeau est monté.

4. Robot selon la revendication 3, caractérisé en ce

qu'il comporte en outre un autre organe (33) qui peut tour-

ner librement et qui est monté sur le tronçon d'extrémité du dispositif à bras, de manière qu'il puisse tourner

autour d'un autre axe (Z) qui est placé en direction per-

pendiculaire au premier axe spécifié, et l'organe rotatif (37) est monté sur le tronçon d'extrémité du dispositif à

bras par l'intermédiaire de l'autre organe rotatif (33).

5. Robot selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe spécifié (D) et l'autre axe (2) se recoupent.

6. Robot selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif à bras comporte: un premier bras horizontal (11) dont le tronçon de bord de base est supporté sur le châssis de base de manière qu'il puisse tourner librement, un second bras horizontal (17) dont le tronçon de bord de base est supporté de manière qu'il puisse tourner librement sur le premier bras horizontal, et un bras élévateur (23) supporté de manière qu'il puisse être soulevé librement sur le tronçon d'extrémité du

second bras horizontal.

7. Robot selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif à bras comporte: un organe élévateur (119) monté de manière qu'il puisse être soulevé librement sur le châssis de base, un bras horizontal (11) dont le tronçon de bord de base est supporté de manière qu'il puisse tourner librement sur l'organe élévateur, et un bras (123) en L retourné, dont le tronçon de bord

de base est supporté de manière qu'il puisse tourner libre-

ment sur le premier bras horizontal et dont le tronçon d'extrémité est suspendu vers le bas afin qu'il support le

chalumeau de soudage et le dispositif de détection.

8. Robot selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif à bras comporte: un organe élévateur (147) qui peut être soulevé librement sur le chassis de base, un premier bras horizontal (149) dont le tronçon de bord de base est supporté de manière qu'il puisse tourner librement sur l'organe élévateur, un second bras horizontal (17) dont le tronçon de bord de base est supporté de manière qu'il puisse tourner librement sur le premier bras, et un bras (137) ayant une forme en L retourné et ayant un petit tronçon horizontal dont le tronçon de bord de base est supporté de manière qu'il puisse tourner librement sur le tronçon d'extrémité du second bras horizontal et dont le tronçon d'extrémité est suspendu vers le bas afin qu'il

supporte le chalumeau de soudage et le dispositif de détec-

tion.

9. Robot selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif à bras comporte: un coulisseau (147) monté sur le chassis de base de manière qu'il puisse coulisser librement dans une direction horizontale spécifiée, un premier bras horizontal (149) qui est supporté de

manière qu'il puisse être soulevé librement sur le coulis-

seau dont il dépasse, un second bras horizontal (17) dont le tronçon de bord de base est supporté de manière qu'il puisse tourner librement sur le premier bras horizontal, et un bras (137) ayant une forme en L retourné dont le tronçon de bord de base est supporté de manière qu'il puisse tourner librement sur le tronçon d'extrémité du second bras horizontal et dont le tronçon d'extrémité est suspendu vers le bas afin qu'il supporte le chalumeau et le

dispositif de détection.

10. Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de transfert destiné à déplacer la pièce en translation dans la zone d'accès du

tronçon d'extrémité du dispositif à bras.

11. Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commande (9) comporte une mémoire

destinée à conserver des informations provenant d'un dispo-

sitif de programmation externe, par exemple de conception

assistée par ordinateur.

12. Robot selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande d'alimentation en énergie destiné à régler les conditions de soudage du chalumeau de soudage (41) en fonction des informations relatives aux conditions de soudage et qui proviennent du

dispositif de commande de manière qu'il commande les dispo-

sitifs manipulateurs, le dispositif de commande d'alimenta-

tion en énergie transmettant des informations relatives aux conditions réelles de soudage au dispositif de commande

afin que les dispositifs manipulateurs soient commandés.

13. Robot de soudage, caractérisé en ce qu'il comprend: un chassis de base (3), un dispositif à bras (5) monté sur le châssis de

base et ayant un tronçon d'extrémité qui est mobile libre-

ment dans une zone spécifiée par rapport au chassis de base, un chalumeau de soudage (41) disposé afin qu'il puisse tourner librement autour d'au moins un axe sur le tronçon d'extrémité du dispositif à bras, un dispositif de détection (45) monté sur le tronçon d'extrémité du dispositif à bras afin qu'il puisse tourner librement autour d'un axe qui recoupe l'axe de rotation du chalumeau de soudage, et destiné à détecter la position relative du chalumeau de soudage et de la pièce, et un dispositif de commande (9) destiné à commander le déplacement du dispositif à bras par rapport au chassis de base et à commander la rotation du chalumeau de soudage par rapport au tronçon d'extrémité du dispositif & bras d'après

un signal provenant du dispositif de détection.

14. Robot de soudage, caractérisé en ce qu'il com-

prend: un chassis de base (3), un dispositif à bras (5) monté sur le châssis de

base et ayant un tronçon d'extrémité qui est mobile libre-

ment dans une zone spécifiée par rapport au châssis de base, un chalumeau de soudage (41) placé sur le tronçon d'extrémité du dispositif à bras afin qu'il puisse tourner librement autour d'au moins deux axes qui se recoupent mutuellement, et un dispositif de commande (9) destiné à commander le déplacement du dispositif à bras (5) par rapport au châssis de base (3) et à commander la rotation du chalumeau de soudage (41) par rapport au tronçon d'extrémité du disposi-

tif à bras.

15. Robot de soudage selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'axe longitudinal du chalumeau de soudage (41) recoupe l'un des deux axes de rotation du

chalumeau de soudage à un emplacement différent de l'inter-

section de deux axes de rotation.