| 研究課題/領域番号 |
15K06456
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
山根 敏 埼玉大学, 理工学研究科, 助教授 (10191363)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | アーク溶接 / Etgercat / 電源特性制御 / 溶滴移行現象制御 / 視覚センサ / 分光器 |
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| 研究実績の概要 |
ロボット溶接において、3次元造形を行うためには、ロボットモーションの高速制御、溶接治具の制御、視覚センサを用いた溶接線の位置検出、ワイヤ送給速度の高速制御および溶接電源の高速制御が重要である。また、基礎実験では、高速度ビデオカメラを用いて、溶滴移行現象の撮影を行った。さらに、効率良く行うために、ロボットモーションに同期した溶接母材を載せる台車のリアルタイム制御が必要であった。これを行うために、サーボモータ制御を行った。従来構築していたものより、リアルタイム性及び処理能力を上げるために、サーボモータ制御にEthercat を導入した。これにより、溶接治具の自動制御が行いやすくなるとともに、他の制御用PCとの連携が取れるようになった。
システム制御において、もっとも時間がかかるのが、画像処理である。そこで、画像処理装置のＰＣを中心とした溶接システムの変更を行った。電源制御用ＰＣで溶接電流および溶接電圧をリアルタイムで検出し、溶滴移行のタイミングを検出し、最適な状態での検出を行えるように視覚センサのトリガ信号を生成した。
また、溶接線検出にCMOSカメラが有用であるが、アーク光の影響を軽減しなければならない。このために、分光器を用いてアーク光ならびに溶融池の相対輝度を計測した。溶融池は600nmから近赤外領域に向けて、輝度が高くなる。一方、アルゴン気中のアーク光に関してはアルゴンの輝線スペクトルは近赤外領域に表れないが、アーク自身の温度による連続スペクトルが観測された。大電流時では、このスペクトルが溶融金属からのスペクトルより大きく、溶融部の識別に影響を与える。この影響を軽減するためには電流を減少させるか、短絡などアークが発生していない状態で計測することが有用であることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
溶接実験での溶滴移行の安定化が行いにくいことと、この原因を解析するためには高速ビデオカメラでの撮影が重要であるが、ロボットを移動させながら固定した高速度ビデオをカメラで計測することが困難であった。そこで、溶滴移行が高速度ビデオカメラの撮影範囲になるように、ロボットモーションに同期した台車の制御を行う必要があった。新たにサーボモータを導入し、これを制御するため、Ethercatを用いた。このEthercat制御のマスタシステムの構築情報があまり公開されておらず、PCのOS構築から行ったことと、古いPCでは処理が追い付かなったことなどがあった。さらに、実験装置の故障などにより想定以上の時間がかかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
高速度ビデオカメラを用いて、効率よい溶滴移行現象の撮影を継続して行い、溶接電源の制御とワイヤ制御をスムーズに行えるようにする。一方、被溶接対象物の形状を計測するためには、対象物周辺への明かりが必要である。このためには低電流状態でのアーク光を用いた計測も試みる。また、画像処理がシステム制御のボトルネックになるので、画像処理の制御を中心に、同期システムを組み直し、分散処理システムを有効に活用する。具体的には、溶接台車制御PC、ワイヤ送給制御および画像処理を行うＰＣ間をRS-232C非同期通信を用いてデータ通信を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
IoTに対応し、効率よく現象観察を行うために、今まで用いたことのなかったEthercatシステムの導入が必要になった。しかし、このシステムの情報はあまり公開されておらず、市販品を導入しようとしたが、経費が掛かりすぎるために断念した。そこで、オープンソフトウェアのものを導入することにした。このソフトウェアは古いOSには対応していたが、新規に導入したOSへの対応は手探り状態であった。このため、予想より導入に時間がかかったためである。
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