レーザー加工表示装置及びこれを用いたロボットの教示方法
【課題】レーザー加工の教示作業を迅速に行うことができるレーザー加工表示装置及びこれに用いたロボットの教示方法を提供すること。
【解決手段】レーザー加工表示装置１は、ロボット７のエンドエフェクタ７２に装着して加工用レーザー光Ａを照射するレーザー加工手段２と、被加工対象８に測長用レーザー光Ｂを照射して、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から被加工対象８までの距離を計測する測長手段３１と、加工用レーザー光Ａの出射位置２３１から被加工対象８における各部までの距離を算出し、被加工対象８の表面断面形状を特定する算出手段と、表面断面形状８２を表示すると共に、表面断面形状における各部が加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るか否かを表示する表示手段を備えている。
【解決手段】レーザー加工表示装置１は、ロボット７のエンドエフェクタ７２に装着して加工用レーザー光Ａを照射するレーザー加工手段２と、被加工対象８に測長用レーザー光Ｂを照射して、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から被加工対象８までの距離を計測する測長手段３１と、加工用レーザー光Ａの出射位置２３１から被加工対象８における各部までの距離を算出し、被加工対象８の表面断面形状を特定する算出手段と、表面断面形状８２を表示すると共に、表面断面形状における各部が加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るか否かを表示する表示手段を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットのエンドエフェクタに装着し、レーザー光によって加工を行う位置の決定を支援するレーザー加工表示装置及びこれを用いたロボットの教示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場の生産ライン等においてはロボットが多用されている。例えば、レーザー光によって溶接、切断等の加工を行う工程においては、レーザー照射装置をロボットのエンドエフェクタに装着し、レーザー照射装置における反射ミラーによって焦点距離及び照射方向を調整して、被加工対象における加工設定位置にレーザー光を照射するリモートレーザー加工方法が知られている。
このリモートレーザー加工方法においては、加工用レーザー光と同軸状に出射した十字の可視光を被加工対象に照射（投影）し、この十字の可視光の交点と、ポインターレーザーから出射した直進可視光とが一致したときに、加工用レーザー光の焦点が被加工対象における加工設定位置に合ったことを示すようにしたものがある。
【０００３】
また、例えば、特許文献１のリモート溶接教示装置においては、レーザ溶接装置に対し、このレーザ溶接装置から射出されるレーザの照射可能範囲を示す可視光を投影する投影手段を設けることが開示されている。これにより、溶接位置から離れたところからレーザを照射するリモート溶接において、ロボットの動作教示作業を容易にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４６７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記リモートレーザー加工方法においては、教示者（ティーチングをする者）は、加工用レーザー光による照射加工可能範囲がどれだけあるかを知ることができない。そのため、教示者は、トライ＆エラーを繰り返して、被加工対象における加工設定位置に、十字の可視光の交点と直進可視光とを一致させなければならない。
特許文献１のリモート溶接教示装置においては、教示者は、可視光によってレーザの照射方向の調整可能範囲を知ることはできるが、レーザの焦点距離の調整可能範囲を知ることはできない。
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができるレーザー加工表示装置及びこれに用いたロボットの教示方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、ロボットのエンドエフェクタに装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象における加工設定位置に加工用レーザー光を照射するよう構成したレーザー加工手段と、
該レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記被加工対象に測長用レーザー光を照射して、該測長用レーザー光の出射位置から上記被加工対象までの距離を計測する測長手段と、
該測長手段によって計測した距離データに基づいて、上記加工用レーザー光の出射位置から上記被加工対象における各部までの距離を算出し、該被加工対象の表面形状を特定する算出手段と、
該算出手段によって特定した上記被加工対象の表面形状を表示すると共に、該表面形状における各部が上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを表示する表示手段とを備えていることを特徴とするレーザー加工表示装置にある（請求項１）。
【０００８】
第２の発明は、ロボットのエンドエフェクタに装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象における加工設定位置に加工用レーザー光を照射するよう構成したレーザー加工手段と、
該レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記加工用レーザー光の照射方向範囲と一致又は近似する照射方向範囲に、出射位置から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光を照射する第１可視光照射手段と、
上記レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲の最短位置と最長位置とに一致又は近似する位置において、上記拡大可視光に対して交わる直進可視光を照射する第２可視光照射手段とを備えており、
上記加工設定位置を含めて上記被加工対象に照射された上記拡大可視光の内側に上記直進可視光が入るときには、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に当該加工設定位置があることを認識し、上記加工設定位置を含めて上記被加工対象に照射された上記拡大可視光の外側に上記直進可視光が外れるときには、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲外に当該加工設定位置があることを認識できるよう構成してあることを特徴とするレーザー加工表示装置にある（請求項３）。
【０００９】
第３の発明は、上記レーザー加工表示装置を用いて、上記ロボットのエンドエフェクタの移動経路を教示する方法であって、
上記表示手段によって表示された上記被加工対象の表面形状を視認しながら、上記被加工対象における加工設定位置が上記焦点距離の調整可能範囲内に入る位置・姿勢になるよう上記エンドエフェクタを移動させ、
上記加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整し、上記加工設定位置に上記加工用レーザー光の焦点を合わせて、上記ロボットの教示作業を行うことを特徴とするレーザー加工表示装置を用いたロボットの教示方法にある（請求項４）。
【００１０】
第４の発明は、上記レーザー加工表示装置を用いて、上記ロボットのエンドエフェクタの移動経路を教示する方法であって、
上記被加工対象における加工設定位置が上記拡大可視光の内側に入ると共に該拡大可視光の内側に上記直進可視光が入る位置・姿勢になるよう上記エンドエフェクタを移動させ、
上記加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整し、上記加工設定位置に上記加工用レーザー光の焦点を合わせて、上記ロボットの教示作業を行うことを特徴とするレーザー加工表示装置を用いたロボットの教示方法にある（請求項５）。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明のレーザー加工表示装置は、ロボットの教示者（ティーチングする者）が、レーザー加工の教示作業を行う際に、被加工対象における加工設定位置が、加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るかを認識することができるものである。
具体的には、レーザー加工表示装置は、測長手段及び算出手段によって、加工用レーザー光の出射位置から被加工対象における各部までの距離を算出し、被加工対象の表面形状を特定する。そして、レーザー加工表示装置は、表示手段によって被加工対象の表面形状を表示すると共に、表面形状における各部が加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを表示する。
【００１２】
これにより、教示者は、表示手段によって表示された画面上において、被加工対象の表面形状を視認して、被加工対象における加工設定位置が焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを認識し、エンドエフェクタ及びレーザー加工手段の教示を行うことができる。
それ故、第１の発明のレーザー加工表示装置によれば、教示者は、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００１３】
第２の発明のレーザー加工表示装置も、ロボットの教示者が、レーザー加工の教示作業を行う際に、被加工対象における加工設定位置が、加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るかを認識することができるものである。
具体的には、レーザー加工表示装置は、第１可視光照射手段による拡大可視光と、第２可視光照射手段による直進可視光とを利用して、加工設定位置が、加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内にあるか否かを容易に認識することができるよう構成してある。
【００１４】
拡大可視光は、加工用レーザー光の照射方向範囲と一致又は近似する照射方向範囲に照射しており、直進可視光は、加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲の最短位置と最長位置とに一致又は近似する位置において拡大可視光に対して交わっている。これにより、教示者は、拡大可視光及び直進可視光を被加工対象に照射（投影）したときに、拡大可視光の内側に直進可視光が入っているか否かを視認するだけで、簡単に被加工対象における加工設定位置が焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを認識し、レーザー加工の教示を行うことができる。
それ故、第２の発明のレーザー加工表示装置によっても、教示者は、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００１５】
第３の発明のロボットの教示方法においては、レーザー加工の位置・姿勢の教示（ティーチング）の仕方に工夫をして、この教示作業の短縮化を図っている。
具体的には、教示者は、表示手段によって表示された被加工対象の表面形状を視認しながらロボットのエンドエフェクタを移動させる。そして、エンドエフェクタの位置・姿勢を、被加工対象における加工設定位置が焦点距離の調整可能範囲内に入る位置・姿勢にする。次いで、この状態において、教示者は、加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整する。そして、加工設定位置に加工用レーザー光の焦点を合わせて、ロボットによるレーザー加工の教示作業を行う。
これにより、第３の発明においては、教示者は、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００１６】
第４の発明のロボットの教示方法においても、レーザー加工の位置・姿勢の教示（ティーチング）の仕方に工夫をして、この教示作業の短縮化を図っている。
具体的には、教示者は、被加工対象に照射される拡大可視光及び直進可視光を視認しながら、ロボットのエンドエフェクタを移動させる。そして、エンドエフェクタの位置・姿勢を、被加工対象における加工設定位置が拡大可視光の内側に入ると共に拡大可視光の内側に直進可視光が入る位置・姿勢にする。
次いで、この状態において、教示者は、加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整する。そして、加工設定位置に加工用レーザー光の焦点を合わせて、ロボットによるレーザー加工の教示作業を行う。
これにより、第４の発明においても、教示者は、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１における、レーザー加工表示装置の装置構成を示す説明図。
【図２】実施例１における、レーザー加工表示装置のレーザー加工手段及び測長手段の周辺を示す説明図。
【図３】実施例１における、レーザー加工表示装置の表示手段によって表示する画像を示す説明図。
【図４】実施例２における、レーザー加工表示装置の装置構成を示す説明図。
【図５】実施例２における、レーザー加工表示装置のレーザー加工手段、第１可視光照射手段及び第２可視光照射手段の周辺を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述した第１〜第４の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１、第３の発明において、上記測長手段は、その上記測長用レーザー光を、上記レーザー加工手段による上記加工用レーザー光の出射位置と同心状に出射させることができる。この場合には、算出手段による加工用レーザー光の出射位置から被加工対象における各部までの距離の算出を容易にすることができる。一方、測長手段は、その測長用レーザー光を、レーザー加工手段による加工用レーザー光の出射位置の周辺から出射させることができる。この場合には、測長手段の構造を簡単にすることができ、その配設を容易にすることができる。
【００１９】
第２、第４の発明において、上記第１可視光照射手段は、その上記拡大可視光を、上記レーザー加工手段による上記加工用レーザー光の出射位置と同心状に出射させることができる。この場合には、加工用レーザー光の照射方向範囲とほぼ一致する照射方向範囲に、出射位置から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光を照射することができる。一方、第１可視光照射手段は、その拡大可視光を、レーザー加工手段による加工用レーザー光の出射位置の周辺から出射させることもできる。この場合には、加工用レーザー光の照射方向範囲と近似した照射方向範囲に、出射位置から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光を照射することができる。
【００２０】
また、第２、第４の発明において、上記第２可視光照射手段は、上記直進可視光の照射方向を調整可能に構成することができる。そして、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲は、直線可視光の照射方向の調整によって適宜設定することができる。また、焦点距離の調整可能範囲は、上記レーザー加工手段によるレーザー加工可能な範囲又はこれに若干の余裕度を見た範囲とすることもできる。
【００２１】
第１の発明において、上記表示手段は、上記加工用レーザー光によってレーザー加工が可能な照射加工可能範囲も表示するよう構成してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、教示者は、表示手段によって表示する画面において、表面形状の表示と照射加工可能範囲（照射方向の調整可能範囲及び焦点距離の調整可能範囲）の表示とを照合して視認することができ、被加工対象における加工設定位置が照射加工可能範囲内に入るか否かを認識することができる。そのため、ロボットによるレーザー加工の教示作業を一層容易に行うことができる。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明のレーザー加工表示装置及びこれを用いたロボットの教示方法に係る実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例のレーザー加工表示装置１は、図２に示すごとく、ロボット７の教示者（ティーチングする者）が、レーザー加工の教示作業を行う際に、被加工対象８に対してレーザー加工を行う加工設定位置８１が、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るかを認識することができるものである。
【００２３】
レーザー加工表示装置１は、図１に示すごとく、次のレーザー加工手段２、測長手段３１、算出手段４、表示手段３２を備えており、レーザー加工の教示作業を簡単かつ迅速に行えるようにしたものである。
図２に示すごとく、レーザー加工手段２は、ロボット７のエンドエフェクタ７２に装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象８に対してレーザー加工を行う加工設定位置８１に加工用レーザー光Ａを照射するよう構成してある。測長手段３１は、レーザー加工手段２に取り付けてあり、被加工対象８に測長用レーザー光Ｂを照射して、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から被加工対象８までの距離を計測するよう構成してある。
【００２４】
図１に示すごとく、算出手段４は、測長手段３１によって計測した距離データに基づいて、加工用レーザー光Ａの出射位置２３１から被加工対象８における各部までの距離を算出し、被加工対象８の表面断面形状８２を特定するよう構成してある。図３に示すごとく、表示手段３２は、算出手段４によって特定した被加工対象８の表面断面形状８２を表示すると共に、表面断面形状８２における各部が加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るか否かを表示するよう構成してある。
そして、レーザー加工表示装置１は、ロボット７の教示を行う教示者が、表示手段３２によって被加工対象８の表面断面形状８２を視認し、レーザー加工を行う加工設定位置８１が焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るか否かを認識できるよう構成してある。
【００２５】
以下に、本例のレーザー加工表示装置１及びこれを用いたロボット７の教示方法につき、図１〜図３を参照して詳説する。
ここで、図１は、レーザー加工表示装置１の装置構成を示す。図２は、測長手段３１によって、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から被加工対象８までの距離を計測する状態を示す。図３は、表示手段３２によって、被加工対象８の表面断面形状８２と、加工用レーザー光Ａの照射加工可能範囲Ｒとを表示する状態を示す。
【００２６】
図１に示すごとく、本例のレーザー加工表示装置１は、６つの回転軸７１を備えた多関節ロボット７のエンドエフェクタ７２に配設してある。多関節ロボット７における各回転軸はサーボモータによって構成されており、各サーボモータは、制御コントローラ６によって制御される。
また、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢、移動軌道、移動速度、各回転軸の角度等は、ティーチングユニット６１によって調整、教示が可能である。
【００２７】
図２に示すごとく、本例のレーザー加工手段２は、ロボット７のエンドエフェクタ７２に取り付けたレーザー照射本体部２０と、このレーザー照射本体部２０に供給するレーザーエネルギーを発生させるレーザーエネルギー発生装置２００とを備えている。レーザー照射本体部２０は、加工用レーザー光Ａを出射するレーザー光源２１と、レーザー光源２１から出射された加工用レーザー光Ａの焦点距離を可変させる焦点レンズ２２と、焦点レンズ２２を通過した加工用レーザー光Ａの照射方向を可変させる反射ミラー２３とを有している。また、レーザーエネルギー発生装置２００は、発振機、チラー等から構成されている。また、レーザー光源２１は、ファイバーケーブル等によってレーザーエネルギー発生装置２００に配線されている。
【００２８】
本例において、レーザー加工手段２による焦点距離とは、反射ミラー２３の中心から被加工対象８までの加工用レーザー光Ａの照射距離のことをいう。また、レーザー加工手段２による照射方向とは、反射ミラー２３の中心から被加工対象８に対して向けられる加工用レーザー光Ａの照射方向のことをいう。
【００２９】
焦点レンズ２２及び反射ミラー２３は、それぞれサーボモータ等の駆動源によって移動動作が可能であり、これらの駆動源は、多関節ロボット７の制御コントローラ６によって制御される。また、焦点レンズ２２及び反射ミラー２３を構成する駆動源の移動動作は、ティーチングユニット６１によって調整、教示が可能である。
【００３０】
同図に示すごとく、本例の測長手段３１は、測長用レーザー光Ｂを出射し、この測長用レーザー光Ｂが障害物（被加工対象８）に衝突して戻って来るまでの時間を測ることによって、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から障害物までの距離を計測するものである。本例の測長手段３１は、被加工対象８の表面に対して直線状（ライン状）に測長用レーザー光Ｂを走査し、被加工対象８の表面断面形状８２を検出するよう構成してある。また、測長手段３１は、直線状の測長用レーザー光Ｂの走査を複数行い、所定の平面範囲に測長用レーザー光Ｂを出射して、所定の平面の形状を検出することもできる。
測長用レーザー光Ｂを走査するラインＬは、レーザー加工手段２における一定方向とすることができる。また、この測長用レーザー光Ｂを走査するラインＬは、レーザー加工手段２における複数の方向に可変させることもできる。
【００３１】
算出手段４は、専用のコンピュータによって構成してある。
図２に示すごとく、表示手段３２は、液晶画像装置等のモニターによって構成してある。本例の表示手段３２は、測長手段３１によって計測し算出手段４によって算出した被加工対象８の表面断面形状８２と、レーザー加工手段２の照射加工可能範囲Ｒ（すなわちレーザー加工手段２による加工用レーザー光Ａの照射方向の調整可能範囲Ｓ及び加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ）とを照合して表示する。
照射加工可能範囲Ｒは、加工用レーザー光Ａの出射位置２３１から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する範囲であって、所定の焦点距離の調整が可能な範囲内に設定されている。照射加工可能範囲Ｒは、加工用レーザー光Ａが到達可能な円錐状のエリアに対して、出射位置２３１から最も距離が短いレーザー照射加工可能な最短位置Ｚ１と、出射位置２３１から最も距離が長いレーザー照射加工可能な最長位置Ｚ２との間に形成される。この照射加工可能範囲Ｒは、レーザー加工手段２の性能として、算出手段４に記憶されている。
【００３２】
図３に示すごとく、本例の表示手段３２は、モニターの表示画面において、被加工対象８の表面断面形状８２と照射加工可能範囲Ｒを表示する際に、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から各照射加工可能範囲端までの距離を表示するよう構成してある。すなわち、表示手段３２は、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から焦点距離の調整可能範囲Ｔの最短位置Ｚ１までの距離ｈ１、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から焦点距離の調整可能範囲Ｔの最長位置Ｚ２までの距離ｈ２、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から照射方向の調整可能範囲Ｓの右端位置Ｘ１までの距離ｗ１、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から照射方向の調整可能範囲Ｓの左端位置Ｘ２までの距離ｗ２、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から照射方向の調整可能範囲Ｓの前側位置Ｙ１までの距離ｄ１、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から照射方向の調整可能範囲Ｓの後側位置Ｙ２までの距離ｄ２を表示するよう構成してある。
【００３３】
次に、本例のレーザー加工表示装置１を用いたロボット７の教示方法及び作用効果について説明する。
本例の教示方法においては、レーザー加工の位置・姿勢の教示（ティーチング）の仕方に工夫をして、この教示作業の短縮化を図っている。具体的には、次のエンドエフェクタ７２の移動とレーザー加工手段２の焦点合わせとを行って、ロボット７の教示作業（エンドエフェクタ７２の位置・姿勢、レーザー加工手段２の教示作業）を行う。
【００３４】
ロボット７の教示者は、まず、エンドエフェクタ移動作業として、表示手段３２によって表示された被加工対象８の表面断面形状８２を視認しながら、ティーチングユニット６１を用いてロボット７のエンドエフェクタ７２を移動させる。そして、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢を、被加工対象８における加工設定位置８１がレーザー加工手段２による加工用レーザー光Ａの照射加工可能範囲Ｒ内に入る位置・姿勢にする。
【００３５】
このとき、測長手段３１が被加工対象８に測長用レーザー光Ｂを照射して、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から被加工対象８までの距離を計測する。また、算出手段４は、測長手段３１によって計測した距離データに基づいて、加工用レーザー光Ａの出射位置２３１から被加工対象８における各部までの距離を算出し、被加工対象８の表面断面形状８２を特定する。そして、表示手段３２は、算出手段４によって特定した被加工対象８の表面断面形状８２と、加工用レーザー光Ａの照射加工可能範囲Ｒとを表示する。
【００３６】
次いで、教示者は、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢を維持して、焦点レンズ２２及び反射ミラー２３を駆動して加工用レーザー光Ａの焦点距離及び照射方向を調整する。そして、加工設定位置８１に加工用レーザー光Ａの焦点を合わせて、ロボット７によるレーザー加工の教示作業を行う。
なお、必ずしも加工設定位置８１が測長手段３１及び算出手段４によって求めた表面断面形状８２上に位置するとは限らない。これに対し、教示者は、被加工対象８の形状を直接視認すると共に表示手段３２によって表示された画面を視認することによって、表面断面形状８２の周辺の加工設定位置８１が照射加工可能範囲Ｒ内に入るか否かを認識することができる。
【００３７】
教示者は、表示手段３２によって表示された画面上において、被加工対象８の表面断面形状８２を視認して、被加工対象８における加工設定位置８１が照射加工可能範囲Ｒ内に入るか否かを認識し、エンドエフェクタ７２及びレーザー加工手段２の教示を行うことができる。
また、複数の加工設定位置８１が表面断面形状８２上に位置する場合には、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢を維持して、この複数の加工設定位置８１に対して加工用レーザー光Ａの焦点を合わせて、ロボット７によるレーザー加工の教示作業を行うことができる。
なお、レーザー加工によっては、被加工対象８としての金属部材の溶接、切断等を行うことができる。
【００３８】
それ故、本例のレーザー加工表示装置１及びこれを用いたロボット７の教示方法によれば、教示者は、ロボット７及びレーザー加工表示装置１を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００３９】
（実施例２）
本例のレーザー加工表示装置１は、図４に示すごとく、第１可視光照射手段５１による拡大可視光Ｃと、第２可視光照射手段５２による直進可視光Ｄとを利用して、レーザー加工を行う加工設定位置８１が、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ内にあるか否かを容易に認識することができるよう構成してある。
レーザー加工表示装置１は、次のレーザー加工手段２、第１可視光照射手段５１及び第２可視光照射手段５２を備えており、レーザー加工の教示作業を簡単かつ迅速に行えるようにしたものである。
【００４０】
レーザー加工手段２の構成は上記実施例１に示したものと同様である。
図５に示すごとく、本例の第１可視光照射手段５１は、レーザー加工手段２に取り付けた可視光発生源によって、加工用レーザー光Ａの照射方向の調整可能範囲Ｓと一致又は近似する照射方向範囲Ｓ’に、出射位置５１１から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光Ｃを照射するよう構成してある。本例の第２可視光照射手段５２は、レーザー加工手段２に取り付けた可視光発生源によって、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔの最短位置Ｚ１と最長位置Ｚ２とに一致又は近似する位置において、拡大可視光Ｃに対して交わる直進可視光Ｄを照射するよう構成してある。
【００４１】
レーザー加工表示装置１は、ロボット７の教示を行う教示者が拡大可視光Ｃ及び直進可視光Ｄを直接視認し、加工設定位置８１を含めて被加工対象８に照射された拡大可視光Ｃの内側に直進可視光Ｄが入るとき（図５中、Ｄ１で示す。）には、加工用レーザー光Ａの
焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に当該加工設定位置８１があることを認識し、加工設定位置８１を含めて被加工対象８に照射された拡大可視光Ｃの外側に直進可視光Ｄが外れるときには、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ外に当該加工設定位置８１があることを認識できるよう構成してある。
【００４２】
また、本例のレーザー加工表示装置１は、加工設定位置８１が拡大可視光Ｃの内側に入る状態で、拡大可視光Ｃの内側に直進可視光Ｄが入るようにして、エンドエフェクタ７２の教示位置及びレーザー加工手段２の教示位置を決定できるよう構成してある。
第１可視光照射手段５１は、可視光発生源５１１によって円形又は楕円形の照射範囲の全体に拡大可視光Ｃが照射されるよう構成することができる。一方、第１可視光照射手段５１は、可視光発生源５１１によって円形又は楕円形の照射範囲の外縁に拡大可視光Ｃが照射されるよう構成することもできる。第２可視光照射手段５２は、直進可視光Ｄの照射方向を調整可能に構成してある。そして、本例の焦点距離の調整可能範囲Ｔは、レーザー加工手段２によるレーザー加工可能な許容範囲に設定してある。
【００４３】
次に、本例のレーザー加工表示装置１を用いたロボット７の教示方法及び作用効果について説明する。
本例のロボット７の教示者は、被加工対象８に照射される拡大可視光Ｃ及び直進可視光Ｄを直接視認しながら、ティーチングユニット６１を用いてロボット７のエンドエフェクタ７２を移動させる。このとき、第１可視光照射手段５１によって拡大可視光Ｃが照射され、第２可視光照射手段５２によって直進可視光Ｄが照射される。そして、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢を、被加工対象８における加工設定位置８１が拡大可視光Ｃの内側に入ると共に拡大可視光Ｃの内側に直進可視光Ｄが入る位置・姿勢にする。
【００４４】
次いで、この状態において、教示者は、ティーチングユニット６１を用いて焦点レンズ２２及び反射ミラー２３を駆動させて、加工用レーザー光Ａの焦点距離及び照射方向を調整する。そして、加工設定位置８１に加工用レーザー光Ａの焦点を合わせて、ロボット７によるレーザー加工の教示作業を行う。これにより、教示者は、ロボット７及びレーザー加工表示装置１を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００４５】
本例のレーザー加工表示装置１においては、教示者は、加工設定位置８１が、照射方向の調整可能範囲Ｓ内にあるかも推定して認識することができる。
具体的には、本例の第１可視光照射手段５１は、その拡大可視光Ｃを、レーザー加工手段２による加工用レーザー光Ａの出射位置５１１の周辺から出射させている。そして、加工用レーザー光Ａの照射可能方向Ｓ（図２参照）と拡大可視光Ｃの照射方向範囲Ｓ’とは若干ずれている。そのため、加工設定位置８１が照射可能方向Ｓの近傍に位置するときには、実際には、加工設定位置８１が照射可能方向Ｓ内にあっても照射方向範囲Ｓ’の外にあると認識されることもあり得る。この場合は、教示者の経験に基づき判断することができる。
一方、第１可視光照射手段５１は、その拡大可視光Ｃを、レーザー加工手段２による加工用レーザー光Ａの出射位置２３１と同心状に出射させることができる。この場合には、加工用レーザー光Ａの照射可能方向Ｓと拡大可視光Ｃの照射方向範囲Ｓ’とを一致させることができる。
【００４６】
本例において、拡大可視光Ｃは、加工用レーザー光Ａの照射方向の調整可能範囲Ｓと近似した照射方向範囲Ｓ’に照射しており、直進可視光Ｄは、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔの最短位置Ｚ１と最長位置Ｚ２とに一致する位置において拡大可視光Ｃに対して交わっている。これにより、教示者は、拡大可視光Ｃ及び直進可視光Ｄを被加工対象８に照射（投影）したときに、拡大可視光Ｃの内側に直進可視光Ｄが入っているか否かを直接視認するだけで、簡単に被加工対象８における加工設定位置８１が焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るか否かを認識し、レーザー加工の教示を行うことができる。
【００４７】
それ故、本例のレーザー加工表示装置１及びこれを用いたロボット７の教示方法によっても、教示者は、ロボット７及びレーザー加工表示装置１を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
本例においても、レーザー加工表示装置１のその他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ レーザー加工表示装置
２ レーザー加工手段
３１ 測長手段
３２ 表示手段
４ 算出手段
５１ 第１可視光照射手段
５２ 第２可視光照射手段
６ 制御コントローラ
６１ ティーチングユニット
７ ロボット
７２ エンドエフェクタ
８ 被加工対象
８１ 加工設定位置
８２ 表面断面形状
Ａ 加工用レーザー光
Ｂ 測長用レーザー光
Ｃ 拡大可視光
Ｄ 直進可視光
Ｒ 照射加工可能範囲
Ｓ 照射方向の調整可能範囲
Ｔ 焦点距離の調整可能範囲
Ｚ１ 最短位置
Ｚ２ 最長位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットのエンドエフェクタに装着し、レーザー光によって加工を行う位置の決定を支援するレーザー加工表示装置及びこれを用いたロボットの教示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場の生産ライン等においてはロボットが多用されている。例えば、レーザー光によって溶接、切断等の加工を行う工程においては、レーザー照射装置をロボットのエンドエフェクタに装着し、レーザー照射装置における反射ミラーによって焦点距離及び照射方向を調整して、被加工対象における加工設定位置にレーザー光を照射するリモートレーザー加工方法が知られている。
このリモートレーザー加工方法においては、加工用レーザー光と同軸状に出射した十字の可視光を被加工対象に照射（投影）し、この十字の可視光の交点と、ポインターレーザーから出射した直進可視光とが一致したときに、加工用レーザー光の焦点が被加工対象における加工設定位置に合ったことを示すようにしたものがある。
【０００３】
また、例えば、特許文献１のリモート溶接教示装置においては、レーザ溶接装置に対し、このレーザ溶接装置から射出されるレーザの照射可能範囲を示す可視光を投影する投影手段を設けることが開示されている。これにより、溶接位置から離れたところからレーザを照射するリモート溶接において、ロボットの動作教示作業を容易にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４６７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記リモートレーザー加工方法においては、教示者（ティーチングをする者）は、加工用レーザー光による照射加工可能範囲がどれだけあるかを知ることができない。そのため、教示者は、トライ＆エラーを繰り返して、被加工対象における加工設定位置に、十字の可視光の交点と直進可視光とを一致させなければならない。
特許文献１のリモート溶接教示装置においては、教示者は、可視光によってレーザの照射方向の調整可能範囲を知ることはできるが、レーザの焦点距離の調整可能範囲を知ることはできない。
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができるレーザー加工表示装置及びこれに用いたロボットの教示方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、ロボットのエンドエフェクタに装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象における加工設定位置に加工用レーザー光を照射するよう構成したレーザー加工手段と、
該レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記被加工対象に測長用レーザー光を照射して、該測長用レーザー光の出射位置から上記被加工対象までの距離を計測する測長手段と、
該測長手段によって計測した距離データに基づいて、上記加工用レーザー光の出射位置から上記被加工対象における各部までの距離を算出し、該被加工対象の表面形状を特定する算出手段と、
該算出手段によって特定した上記被加工対象の表面形状を表示すると共に、該表面形状における各部が上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを表示する表示手段とを備えていることを特徴とするレーザー加工表示装置にある（請求項１）。
【０００８】
第２の発明は、ロボットのエンドエフェクタに装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象における加工設定位置に加工用レーザー光を照射するよう構成したレーザー加工手段と、
該レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記加工用レーザー光の照射方向範囲と一致又は近似する照射方向範囲に、出射位置から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光を照射する第１可視光照射手段と、
上記レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲の最短位置と最長位置とに一致又は近似する位置において、上記拡大可視光に対して交わる直進可視光を照射する第２可視光照射手段とを備えており、
上記加工設定位置を含めて上記被加工対象に照射された上記拡大可視光の内側に上記直進可視光が入るときには、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に当該加工設定位置があることを認識し、上記加工設定位置を含めて上記被加工対象に照射された上記拡大可視光の外側に上記直進可視光が外れるときには、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲外に当該加工設定位置があることを認識できるよう構成してあることを特徴とするレーザー加工表示装置にある（請求項３）。
【０００９】
第３の発明は、上記レーザー加工表示装置を用いて、上記ロボットのエンドエフェクタの移動経路を教示する方法であって、
上記表示手段によって表示された上記被加工対象の表面形状を視認しながら、上記被加工対象における加工設定位置が上記焦点距離の調整可能範囲内に入る位置・姿勢になるよう上記エンドエフェクタを移動させ、
上記加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整し、上記加工設定位置に上記加工用レーザー光の焦点を合わせて、上記ロボットの教示作業を行うことを特徴とするレーザー加工表示装置を用いたロボットの教示方法にある（請求項４）。
【００１０】
第４の発明は、上記レーザー加工表示装置を用いて、上記ロボットのエンドエフェクタの移動経路を教示する方法であって、
上記被加工対象における加工設定位置が上記拡大可視光の内側に入ると共に該拡大可視光の内側に上記直進可視光が入る位置・姿勢になるよう上記エンドエフェクタを移動させ、
上記加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整し、上記加工設定位置に上記加工用レーザー光の焦点を合わせて、上記ロボットの教示作業を行うことを特徴とするレーザー加工表示装置を用いたロボットの教示方法にある（請求項５）。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明のレーザー加工表示装置は、ロボットの教示者（ティーチングする者）が、レーザー加工の教示作業を行う際に、被加工対象における加工設定位置が、加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るかを認識することができるものである。
具体的には、レーザー加工表示装置は、測長手段及び算出手段によって、加工用レーザー光の出射位置から被加工対象における各部までの距離を算出し、被加工対象の表面形状を特定する。そして、レーザー加工表示装置は、表示手段によって被加工対象の表面形状を表示すると共に、表面形状における各部が加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを表示する。
【００１２】
これにより、教示者は、表示手段によって表示された画面上において、被加工対象の表面形状を視認して、被加工対象における加工設定位置が焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを認識し、エンドエフェクタ及びレーザー加工手段の教示を行うことができる。
それ故、第１の発明のレーザー加工表示装置によれば、教示者は、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００１３】
第２の発明のレーザー加工表示装置も、ロボットの教示者が、レーザー加工の教示作業を行う際に、被加工対象における加工設定位置が、加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るかを認識することができるものである。
具体的には、レーザー加工表示装置は、第１可視光照射手段による拡大可視光と、第２可視光照射手段による直進可視光とを利用して、加工設定位置が、加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内にあるか否かを容易に認識することができるよう構成してある。
【００１４】
拡大可視光は、加工用レーザー光の照射方向範囲と一致又は近似する照射方向範囲に照射しており、直進可視光は、加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲の最短位置と最長位置とに一致又は近似する位置において拡大可視光に対して交わっている。これにより、教示者は、拡大可視光及び直進可視光を被加工対象に照射（投影）したときに、拡大可視光の内側に直進可視光が入っているか否かを視認するだけで、簡単に被加工対象における加工設定位置が焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを認識し、レーザー加工の教示を行うことができる。
それ故、第２の発明のレーザー加工表示装置によっても、教示者は、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００１５】
第３の発明のロボットの教示方法においては、レーザー加工の位置・姿勢の教示（ティーチング）の仕方に工夫をして、この教示作業の短縮化を図っている。
具体的には、教示者は、表示手段によって表示された被加工対象の表面形状を視認しながらロボットのエンドエフェクタを移動させる。そして、エンドエフェクタの位置・姿勢を、被加工対象における加工設定位置が焦点距離の調整可能範囲内に入る位置・姿勢にする。次いで、この状態において、教示者は、加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整する。そして、加工設定位置に加工用レーザー光の焦点を合わせて、ロボットによるレーザー加工の教示作業を行う。
これにより、第３の発明においては、教示者は、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００１６】
第４の発明のロボットの教示方法においても、レーザー加工の位置・姿勢の教示（ティーチング）の仕方に工夫をして、この教示作業の短縮化を図っている。
具体的には、教示者は、被加工対象に照射される拡大可視光及び直進可視光を視認しながら、ロボットのエンドエフェクタを移動させる。そして、エンドエフェクタの位置・姿勢を、被加工対象における加工設定位置が拡大可視光の内側に入ると共に拡大可視光の内側に直進可視光が入る位置・姿勢にする。
次いで、この状態において、教示者は、加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整する。そして、加工設定位置に加工用レーザー光の焦点を合わせて、ロボットによるレーザー加工の教示作業を行う。
これにより、第４の発明においても、教示者は、ロボット及びレーザー加工表示装置を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１における、レーザー加工表示装置の装置構成を示す説明図。
【図２】実施例１における、レーザー加工表示装置のレーザー加工手段及び測長手段の周辺を示す説明図。
【図３】実施例１における、レーザー加工表示装置の表示手段によって表示する画像を示す説明図。
【図４】実施例２における、レーザー加工表示装置の装置構成を示す説明図。
【図５】実施例２における、レーザー加工表示装置のレーザー加工手段、第１可視光照射手段及び第２可視光照射手段の周辺を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述した第１〜第４の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１、第３の発明において、上記測長手段は、その上記測長用レーザー光を、上記レーザー加工手段による上記加工用レーザー光の出射位置と同心状に出射させることができる。この場合には、算出手段による加工用レーザー光の出射位置から被加工対象における各部までの距離の算出を容易にすることができる。一方、測長手段は、その測長用レーザー光を、レーザー加工手段による加工用レーザー光の出射位置の周辺から出射させることができる。この場合には、測長手段の構造を簡単にすることができ、その配設を容易にすることができる。
【００１９】
第２、第４の発明において、上記第１可視光照射手段は、その上記拡大可視光を、上記レーザー加工手段による上記加工用レーザー光の出射位置と同心状に出射させることができる。この場合には、加工用レーザー光の照射方向範囲とほぼ一致する照射方向範囲に、出射位置から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光を照射することができる。一方、第１可視光照射手段は、その拡大可視光を、レーザー加工手段による加工用レーザー光の出射位置の周辺から出射させることもできる。この場合には、加工用レーザー光の照射方向範囲と近似した照射方向範囲に、出射位置から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光を照射することができる。
【００２０】
また、第２、第４の発明において、上記第２可視光照射手段は、上記直進可視光の照射方向を調整可能に構成することができる。そして、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲は、直線可視光の照射方向の調整によって適宜設定することができる。また、焦点距離の調整可能範囲は、上記レーザー加工手段によるレーザー加工可能な範囲又はこれに若干の余裕度を見た範囲とすることもできる。
【００２１】
第１の発明において、上記表示手段は、上記加工用レーザー光によってレーザー加工が可能な照射加工可能範囲も表示するよう構成してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、教示者は、表示手段によって表示する画面において、表面形状の表示と照射加工可能範囲（照射方向の調整可能範囲及び焦点距離の調整可能範囲）の表示とを照合して視認することができ、被加工対象における加工設定位置が照射加工可能範囲内に入るか否かを認識することができる。そのため、ロボットによるレーザー加工の教示作業を一層容易に行うことができる。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明のレーザー加工表示装置及びこれを用いたロボットの教示方法に係る実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例のレーザー加工表示装置１は、図２に示すごとく、ロボット７の教示者（ティーチングする者）が、レーザー加工の教示作業を行う際に、被加工対象８に対してレーザー加工を行う加工設定位置８１が、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るかを認識することができるものである。
【００２３】
レーザー加工表示装置１は、図１に示すごとく、次のレーザー加工手段２、測長手段３１、算出手段４、表示手段３２を備えており、レーザー加工の教示作業を簡単かつ迅速に行えるようにしたものである。
図２に示すごとく、レーザー加工手段２は、ロボット７のエンドエフェクタ７２に装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象８に対してレーザー加工を行う加工設定位置８１に加工用レーザー光Ａを照射するよう構成してある。測長手段３１は、レーザー加工手段２に取り付けてあり、被加工対象８に測長用レーザー光Ｂを照射して、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から被加工対象８までの距離を計測するよう構成してある。
【００２４】
図１に示すごとく、算出手段４は、測長手段３１によって計測した距離データに基づいて、加工用レーザー光Ａの出射位置２３１から被加工対象８における各部までの距離を算出し、被加工対象８の表面断面形状８２を特定するよう構成してある。図３に示すごとく、表示手段３２は、算出手段４によって特定した被加工対象８の表面断面形状８２を表示すると共に、表面断面形状８２における各部が加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るか否かを表示するよう構成してある。
そして、レーザー加工表示装置１は、ロボット７の教示を行う教示者が、表示手段３２によって被加工対象８の表面断面形状８２を視認し、レーザー加工を行う加工設定位置８１が焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るか否かを認識できるよう構成してある。
【００２５】
以下に、本例のレーザー加工表示装置１及びこれを用いたロボット７の教示方法につき、図１〜図３を参照して詳説する。
ここで、図１は、レーザー加工表示装置１の装置構成を示す。図２は、測長手段３１によって、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から被加工対象８までの距離を計測する状態を示す。図３は、表示手段３２によって、被加工対象８の表面断面形状８２と、加工用レーザー光Ａの照射加工可能範囲Ｒとを表示する状態を示す。
【００２６】
図１に示すごとく、本例のレーザー加工表示装置１は、６つの回転軸７１を備えた多関節ロボット７のエンドエフェクタ７２に配設してある。多関節ロボット７における各回転軸はサーボモータによって構成されており、各サーボモータは、制御コントローラ６によって制御される。
また、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢、移動軌道、移動速度、各回転軸の角度等は、ティーチングユニット６１によって調整、教示が可能である。
【００２７】
図２に示すごとく、本例のレーザー加工手段２は、ロボット７のエンドエフェクタ７２に取り付けたレーザー照射本体部２０と、このレーザー照射本体部２０に供給するレーザーエネルギーを発生させるレーザーエネルギー発生装置２００とを備えている。レーザー照射本体部２０は、加工用レーザー光Ａを出射するレーザー光源２１と、レーザー光源２１から出射された加工用レーザー光Ａの焦点距離を可変させる焦点レンズ２２と、焦点レンズ２２を通過した加工用レーザー光Ａの照射方向を可変させる反射ミラー２３とを有している。また、レーザーエネルギー発生装置２００は、発振機、チラー等から構成されている。また、レーザー光源２１は、ファイバーケーブル等によってレーザーエネルギー発生装置２００に配線されている。
【００２８】
本例において、レーザー加工手段２による焦点距離とは、反射ミラー２３の中心から被加工対象８までの加工用レーザー光Ａの照射距離のことをいう。また、レーザー加工手段２による照射方向とは、反射ミラー２３の中心から被加工対象８に対して向けられる加工用レーザー光Ａの照射方向のことをいう。
【００２９】
焦点レンズ２２及び反射ミラー２３は、それぞれサーボモータ等の駆動源によって移動動作が可能であり、これらの駆動源は、多関節ロボット７の制御コントローラ６によって制御される。また、焦点レンズ２２及び反射ミラー２３を構成する駆動源の移動動作は、ティーチングユニット６１によって調整、教示が可能である。
【００３０】
同図に示すごとく、本例の測長手段３１は、測長用レーザー光Ｂを出射し、この測長用レーザー光Ｂが障害物（被加工対象８）に衝突して戻って来るまでの時間を測ることによって、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から障害物までの距離を計測するものである。本例の測長手段３１は、被加工対象８の表面に対して直線状（ライン状）に測長用レーザー光Ｂを走査し、被加工対象８の表面断面形状８２を検出するよう構成してある。また、測長手段３１は、直線状の測長用レーザー光Ｂの走査を複数行い、所定の平面範囲に測長用レーザー光Ｂを出射して、所定の平面の形状を検出することもできる。
測長用レーザー光Ｂを走査するラインＬは、レーザー加工手段２における一定方向とすることができる。また、この測長用レーザー光Ｂを走査するラインＬは、レーザー加工手段２における複数の方向に可変させることもできる。
【００３１】
算出手段４は、専用のコンピュータによって構成してある。
図２に示すごとく、表示手段３２は、液晶画像装置等のモニターによって構成してある。本例の表示手段３２は、測長手段３１によって計測し算出手段４によって算出した被加工対象８の表面断面形状８２と、レーザー加工手段２の照射加工可能範囲Ｒ（すなわちレーザー加工手段２による加工用レーザー光Ａの照射方向の調整可能範囲Ｓ及び加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ）とを照合して表示する。
照射加工可能範囲Ｒは、加工用レーザー光Ａの出射位置２３１から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する範囲であって、所定の焦点距離の調整が可能な範囲内に設定されている。照射加工可能範囲Ｒは、加工用レーザー光Ａが到達可能な円錐状のエリアに対して、出射位置２３１から最も距離が短いレーザー照射加工可能な最短位置Ｚ１と、出射位置２３１から最も距離が長いレーザー照射加工可能な最長位置Ｚ２との間に形成される。この照射加工可能範囲Ｒは、レーザー加工手段２の性能として、算出手段４に記憶されている。
【００３２】
図３に示すごとく、本例の表示手段３２は、モニターの表示画面において、被加工対象８の表面断面形状８２と照射加工可能範囲Ｒを表示する際に、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から各照射加工可能範囲端までの距離を表示するよう構成してある。すなわち、表示手段３２は、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から焦点距離の調整可能範囲Ｔの最短位置Ｚ１までの距離ｈ１、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から焦点距離の調整可能範囲Ｔの最長位置Ｚ２までの距離ｈ２、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から照射方向の調整可能範囲Ｓの右端位置Ｘ１までの距離ｗ１、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から照射方向の調整可能範囲Ｓの左端位置Ｘ２までの距離ｗ２、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から照射方向の調整可能範囲Ｓの前側位置Ｙ１までの距離ｄ１、加工用レーザー光Ａの現在の焦点位置Ａ１から照射方向の調整可能範囲Ｓの後側位置Ｙ２までの距離ｄ２を表示するよう構成してある。
【００３３】
次に、本例のレーザー加工表示装置１を用いたロボット７の教示方法及び作用効果について説明する。
本例の教示方法においては、レーザー加工の位置・姿勢の教示（ティーチング）の仕方に工夫をして、この教示作業の短縮化を図っている。具体的には、次のエンドエフェクタ７２の移動とレーザー加工手段２の焦点合わせとを行って、ロボット７の教示作業（エンドエフェクタ７２の位置・姿勢、レーザー加工手段２の教示作業）を行う。
【００３４】
ロボット７の教示者は、まず、エンドエフェクタ移動作業として、表示手段３２によって表示された被加工対象８の表面断面形状８２を視認しながら、ティーチングユニット６１を用いてロボット７のエンドエフェクタ７２を移動させる。そして、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢を、被加工対象８における加工設定位置８１がレーザー加工手段２による加工用レーザー光Ａの照射加工可能範囲Ｒ内に入る位置・姿勢にする。
【００３５】
このとき、測長手段３１が被加工対象８に測長用レーザー光Ｂを照射して、測長用レーザー光Ｂの出射位置３１１から被加工対象８までの距離を計測する。また、算出手段４は、測長手段３１によって計測した距離データに基づいて、加工用レーザー光Ａの出射位置２３１から被加工対象８における各部までの距離を算出し、被加工対象８の表面断面形状８２を特定する。そして、表示手段３２は、算出手段４によって特定した被加工対象８の表面断面形状８２と、加工用レーザー光Ａの照射加工可能範囲Ｒとを表示する。
【００３６】
次いで、教示者は、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢を維持して、焦点レンズ２２及び反射ミラー２３を駆動して加工用レーザー光Ａの焦点距離及び照射方向を調整する。そして、加工設定位置８１に加工用レーザー光Ａの焦点を合わせて、ロボット７によるレーザー加工の教示作業を行う。
なお、必ずしも加工設定位置８１が測長手段３１及び算出手段４によって求めた表面断面形状８２上に位置するとは限らない。これに対し、教示者は、被加工対象８の形状を直接視認すると共に表示手段３２によって表示された画面を視認することによって、表面断面形状８２の周辺の加工設定位置８１が照射加工可能範囲Ｒ内に入るか否かを認識することができる。
【００３７】
教示者は、表示手段３２によって表示された画面上において、被加工対象８の表面断面形状８２を視認して、被加工対象８における加工設定位置８１が照射加工可能範囲Ｒ内に入るか否かを認識し、エンドエフェクタ７２及びレーザー加工手段２の教示を行うことができる。
また、複数の加工設定位置８１が表面断面形状８２上に位置する場合には、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢を維持して、この複数の加工設定位置８１に対して加工用レーザー光Ａの焦点を合わせて、ロボット７によるレーザー加工の教示作業を行うことができる。
なお、レーザー加工によっては、被加工対象８としての金属部材の溶接、切断等を行うことができる。
【００３８】
それ故、本例のレーザー加工表示装置１及びこれを用いたロボット７の教示方法によれば、教示者は、ロボット７及びレーザー加工表示装置１を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００３９】
（実施例２）
本例のレーザー加工表示装置１は、図４に示すごとく、第１可視光照射手段５１による拡大可視光Ｃと、第２可視光照射手段５２による直進可視光Ｄとを利用して、レーザー加工を行う加工設定位置８１が、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ内にあるか否かを容易に認識することができるよう構成してある。
レーザー加工表示装置１は、次のレーザー加工手段２、第１可視光照射手段５１及び第２可視光照射手段５２を備えており、レーザー加工の教示作業を簡単かつ迅速に行えるようにしたものである。
【００４０】
レーザー加工手段２の構成は上記実施例１に示したものと同様である。
図５に示すごとく、本例の第１可視光照射手段５１は、レーザー加工手段２に取り付けた可視光発生源によって、加工用レーザー光Ａの照射方向の調整可能範囲Ｓと一致又は近似する照射方向範囲Ｓ’に、出射位置５１１から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光Ｃを照射するよう構成してある。本例の第２可視光照射手段５２は、レーザー加工手段２に取り付けた可視光発生源によって、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔの最短位置Ｚ１と最長位置Ｚ２とに一致又は近似する位置において、拡大可視光Ｃに対して交わる直進可視光Ｄを照射するよう構成してある。
【００４１】
レーザー加工表示装置１は、ロボット７の教示を行う教示者が拡大可視光Ｃ及び直進可視光Ｄを直接視認し、加工設定位置８１を含めて被加工対象８に照射された拡大可視光Ｃの内側に直進可視光Ｄが入るとき（図５中、Ｄ１で示す。）には、加工用レーザー光Ａの
焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に当該加工設定位置８１があることを認識し、加工設定位置８１を含めて被加工対象８に照射された拡大可視光Ｃの外側に直進可視光Ｄが外れるときには、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔ外に当該加工設定位置８１があることを認識できるよう構成してある。
【００４２】
また、本例のレーザー加工表示装置１は、加工設定位置８１が拡大可視光Ｃの内側に入る状態で、拡大可視光Ｃの内側に直進可視光Ｄが入るようにして、エンドエフェクタ７２の教示位置及びレーザー加工手段２の教示位置を決定できるよう構成してある。
第１可視光照射手段５１は、可視光発生源５１１によって円形又は楕円形の照射範囲の全体に拡大可視光Ｃが照射されるよう構成することができる。一方、第１可視光照射手段５１は、可視光発生源５１１によって円形又は楕円形の照射範囲の外縁に拡大可視光Ｃが照射されるよう構成することもできる。第２可視光照射手段５２は、直進可視光Ｄの照射方向を調整可能に構成してある。そして、本例の焦点距離の調整可能範囲Ｔは、レーザー加工手段２によるレーザー加工可能な許容範囲に設定してある。
【００４３】
次に、本例のレーザー加工表示装置１を用いたロボット７の教示方法及び作用効果について説明する。
本例のロボット７の教示者は、被加工対象８に照射される拡大可視光Ｃ及び直進可視光Ｄを直接視認しながら、ティーチングユニット６１を用いてロボット７のエンドエフェクタ７２を移動させる。このとき、第１可視光照射手段５１によって拡大可視光Ｃが照射され、第２可視光照射手段５２によって直進可視光Ｄが照射される。そして、エンドエフェクタ７２の位置・姿勢を、被加工対象８における加工設定位置８１が拡大可視光Ｃの内側に入ると共に拡大可視光Ｃの内側に直進可視光Ｄが入る位置・姿勢にする。
【００４４】
次いで、この状態において、教示者は、ティーチングユニット６１を用いて焦点レンズ２２及び反射ミラー２３を駆動させて、加工用レーザー光Ａの焦点距離及び照射方向を調整する。そして、加工設定位置８１に加工用レーザー光Ａの焦点を合わせて、ロボット７によるレーザー加工の教示作業を行う。これにより、教示者は、ロボット７及びレーザー加工表示装置１を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
【００４５】
本例のレーザー加工表示装置１においては、教示者は、加工設定位置８１が、照射方向の調整可能範囲Ｓ内にあるかも推定して認識することができる。
具体的には、本例の第１可視光照射手段５１は、その拡大可視光Ｃを、レーザー加工手段２による加工用レーザー光Ａの出射位置５１１の周辺から出射させている。そして、加工用レーザー光Ａの照射可能方向Ｓ（図２参照）と拡大可視光Ｃの照射方向範囲Ｓ’とは若干ずれている。そのため、加工設定位置８１が照射可能方向Ｓの近傍に位置するときには、実際には、加工設定位置８１が照射可能方向Ｓ内にあっても照射方向範囲Ｓ’の外にあると認識されることもあり得る。この場合は、教示者の経験に基づき判断することができる。
一方、第１可視光照射手段５１は、その拡大可視光Ｃを、レーザー加工手段２による加工用レーザー光Ａの出射位置２３１と同心状に出射させることができる。この場合には、加工用レーザー光Ａの照射可能方向Ｓと拡大可視光Ｃの照射方向範囲Ｓ’とを一致させることができる。
【００４６】
本例において、拡大可視光Ｃは、加工用レーザー光Ａの照射方向の調整可能範囲Ｓと近似した照射方向範囲Ｓ’に照射しており、直進可視光Ｄは、加工用レーザー光Ａの焦点距離の調整可能範囲Ｔの最短位置Ｚ１と最長位置Ｚ２とに一致する位置において拡大可視光Ｃに対して交わっている。これにより、教示者は、拡大可視光Ｃ及び直進可視光Ｄを被加工対象８に照射（投影）したときに、拡大可視光Ｃの内側に直進可視光Ｄが入っているか否かを直接視認するだけで、簡単に被加工対象８における加工設定位置８１が焦点距離の調整可能範囲Ｔ内に入るか否かを認識し、レーザー加工の教示を行うことができる。
【００４７】
それ故、本例のレーザー加工表示装置１及びこれを用いたロボット７の教示方法によっても、教示者は、ロボット７及びレーザー加工表示装置１を用いたレーザー加工の教示作業を迅速に行うことができる。
本例においても、レーザー加工表示装置１のその他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１ レーザー加工表示装置
２ レーザー加工手段
３１ 測長手段
３２ 表示手段
４ 算出手段
５１ 第１可視光照射手段
５２ 第２可視光照射手段
６ 制御コントローラ
６１ ティーチングユニット
７ ロボット
７２ エンドエフェクタ
８ 被加工対象
８１ 加工設定位置
８２ 表面断面形状
Ａ 加工用レーザー光
Ｂ 測長用レーザー光
Ｃ 拡大可視光
Ｄ 直進可視光
Ｒ 照射加工可能範囲
Ｓ 照射方向の調整可能範囲
Ｔ 焦点距離の調整可能範囲
Ｚ１ 最短位置
Ｚ２ 最長位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのエンドエフェクタに装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象における加工設定位置に加工用レーザー光を照射するよう構成したレーザー加工手段と、
該レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記被加工対象に測長用レーザー光を照射して、該測長用レーザー光の出射位置から上記被加工対象までの距離を計測する測長手段と、
該測長手段によって計測した距離データに基づいて、上記加工用レーザー光の出射位置から上記被加工対象における各部までの距離を算出し、該被加工対象の表面形状を特定する算出手段と、
該算出手段によって特定した上記被加工対象の表面形状を表示すると共に、該表面形状における各部が上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを表示する表示手段とを備えていることを特徴とするレーザー加工表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー加工表示装置において、上記表示手段は、上記加工用レーザー光によってレーザー加工が可能な照射加工可能範囲も表示するよう構成してあることを特徴とするレーザー加工表示装置。
【請求項３】
ロボットのエンドエフェクタに装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象における加工設定位置に加工用レーザー光を照射するよう構成したレーザー加工手段と、
該レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記加工用レーザー光の照射方向範囲と一致又は近似する照射方向範囲に、出射位置から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光を照射する第１可視光照射手段と、
上記レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲の最短位置と最長位置とに一致又は近似する位置において、上記拡大可視光に対して交わる直進可視光を照射する第２可視光照射手段とを備えており、
上記加工設定位置を含めて上記被加工対象に照射された上記拡大可視光の内側に上記直進可視光が入るときには、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に当該加工設定位置があることを認識し、上記加工設定位置を含めて上記被加工対象に照射された上記拡大可視光の外側に上記直進可視光が外れるときには、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲外に当該加工設定位置があることを認識できるよう構成してあることを特徴とするレーザー加工表示装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のレーザー加工表示装置を用いて、上記ロボットのエンドエフェクタの移動経路を教示する方法であって、
上記表示手段によって表示された上記被加工対象の表面形状を視認しながら、上記被加工対象における加工設定位置が上記焦点距離の調整可能範囲内に入る位置・姿勢になるよう上記エンドエフェクタを移動させ、
上記加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整し、上記加工設定位置に上記加工用レーザー光の焦点を合わせて、上記ロボットの教示作業を行うことを特徴とするレーザー加工表示装置を用いたロボットの教示方法。
【請求項５】
請求項３に記載のレーザー加工表示装置を用いて、上記ロボットのエンドエフェクタの移動経路を教示する方法であって、
上記被加工対象における加工設定位置が上記拡大可視光の内側に入ると共に該拡大可視光の内側に上記直進可視光が入る位置・姿勢になるよう上記エンドエフェクタを移動させ、
上記加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整し、上記加工設定位置に上記加工用レーザー光の焦点を合わせて、上記ロボットの教示作業を行うことを特徴とするレーザー加工表示装置を用いたロボットの教示方法。
【請求項１】
ロボットのエンドエフェクタに装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象における加工設定位置に加工用レーザー光を照射するよう構成したレーザー加工手段と、
該レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記被加工対象に測長用レーザー光を照射して、該測長用レーザー光の出射位置から上記被加工対象までの距離を計測する測長手段と、
該測長手段によって計測した距離データに基づいて、上記加工用レーザー光の出射位置から上記被加工対象における各部までの距離を算出し、該被加工対象の表面形状を特定する算出手段と、
該算出手段によって特定した上記被加工対象の表面形状を表示すると共に、該表面形状における各部が上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に入るか否かを表示する表示手段とを備えていることを特徴とするレーザー加工表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー加工表示装置において、上記表示手段は、上記加工用レーザー光によってレーザー加工が可能な照射加工可能範囲も表示するよう構成してあることを特徴とするレーザー加工表示装置。
【請求項３】
ロボットのエンドエフェクタに装着し、焦点距離及び照射方向を調整して被加工対象における加工設定位置に加工用レーザー光を照射するよう構成したレーザー加工手段と、
該レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記加工用レーザー光の照射方向範囲と一致又は近似する照射方向範囲に、出射位置から離れるほど円形又は楕円形の照射範囲が拡大する拡大可視光を照射する第１可視光照射手段と、
上記レーザー加工手段又は上記エンドエフェクタに取り付け、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲の最短位置と最長位置とに一致又は近似する位置において、上記拡大可視光に対して交わる直進可視光を照射する第２可視光照射手段とを備えており、
上記加工設定位置を含めて上記被加工対象に照射された上記拡大可視光の内側に上記直進可視光が入るときには、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲内に当該加工設定位置があることを認識し、上記加工設定位置を含めて上記被加工対象に照射された上記拡大可視光の外側に上記直進可視光が外れるときには、上記加工用レーザー光の焦点距離の調整可能範囲外に当該加工設定位置があることを認識できるよう構成してあることを特徴とするレーザー加工表示装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のレーザー加工表示装置を用いて、上記ロボットのエンドエフェクタの移動経路を教示する方法であって、
上記表示手段によって表示された上記被加工対象の表面形状を視認しながら、上記被加工対象における加工設定位置が上記焦点距離の調整可能範囲内に入る位置・姿勢になるよう上記エンドエフェクタを移動させ、
上記加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整し、上記加工設定位置に上記加工用レーザー光の焦点を合わせて、上記ロボットの教示作業を行うことを特徴とするレーザー加工表示装置を用いたロボットの教示方法。
【請求項５】
請求項３に記載のレーザー加工表示装置を用いて、上記ロボットのエンドエフェクタの移動経路を教示する方法であって、
上記被加工対象における加工設定位置が上記拡大可視光の内側に入ると共に該拡大可視光の内側に上記直進可視光が入る位置・姿勢になるよう上記エンドエフェクタを移動させ、
上記加工用レーザー光の焦点距離及び照射方向を調整し、上記加工設定位置に上記加工用レーザー光の焦点を合わせて、上記ロボットの教示作業を行うことを特徴とするレーザー加工表示装置を用いたロボットの教示方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１９４４７６（Ｐ２０１１−１９４４７６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０４１４（Ｐ２０１０−６０４１４）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００１１０３２１）トヨタ車体株式会社 (1,272)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（０００１１０３２１）トヨタ車体株式会社 (1,272)
【Ｆターム（参考）】
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