レーザ加工ロボットシステム及びその制御方法
【課題】 レーザ加工ロボットシステムにおけるレーザスキャンヘッドの早送り動作に要する時間を短縮して、サイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を図る。
【解決手段】 レーザ加工ロボットシステム１０は、マニピュレータ１２と、マニピュレータ１２に装着されるレーザ加工ツール１４と、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４の動作を制御する制御装置１６とを備える。レーザ加工ツール１４は、可動ミラー２０を内蔵するレーザスキャンヘッド１８と、レーザスキャンヘッド１８を移動可能に支持する可動支持機構２２とを備える。制御装置１６は、レーザスキャンヘッド１８がレーザ光を出射しない非加工時に、可動支持機構２２の動作を制御して、レーザスキャンヘッド１８を早送り動作させる早送り動作制御部２４を備える。
【解決手段】 レーザ加工ロボットシステム１０は、マニピュレータ１２と、マニピュレータ１２に装着されるレーザ加工ツール１４と、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４の動作を制御する制御装置１６とを備える。レーザ加工ツール１４は、可動ミラー２０を内蔵するレーザスキャンヘッド１８と、レーザスキャンヘッド１８を移動可能に支持する可動支持機構２２とを備える。制御装置１６は、レーザスキャンヘッド１８がレーザ光を出射しない非加工時に、可動支持機構２２の動作を制御して、レーザスキャンヘッド１８を早送り動作させる早送り動作制御部２４を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工ロボットシステムに関する。本発明はさらに、レーザ加工ロボットシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットでレーザ加工を実施するレーザ加工ロボットシステムは、例えば自動車製造ラインにおけるスポット溶接ロボットに代わり得る加工システムとして、近年注目されている。レーザ加工ロボットシステムでは、可動ミラーを内蔵したレーザ光走査用ヘッド（本願で「レーザスキャンヘッド」と称する）を有するレーザ加工ツールが、マニピュレータの端部にエンドエフェクタとして装着され、マニピュレータ及び可動ミラーの動作を制御することにより、加工対象面に沿ってレーザ光を正確に走査させながらレーザ加工を行なうことができる。
【０００３】
例えば、特許文献１は、可動ミラーを内蔵したレーザスキャンヘッドを有するレーザ溶接システムを開示する。このレーザ溶接システムでは、レーザスキャンヘッドを、自動車の車体を溶接するロボットに設置して、ロボットの動作によりレーザスキャンヘッドを位置決めしながら溶接を行なうことができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０１５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ加工ロボットシステムは、スポット溶接ロボットや他の加工装置を備えた加工システムに比べて一般に高価であるから、サイクルタイムを短縮して加工効率を向上させることが、コスト削減の観点で望まれている。サイクルタイムを短縮するためには、待機位置と加工作業位置との間や異なる加工作業位置同士の間でレーザスキャンヘッドを移動させる、いわゆる早送り動作に要する時間を短縮することが有効である。従来、このような早送り動作は、マニピュレータの動作によって実行されている。しかし一般に、マニピュレータの動作は、慣性の大きいアームの移動を伴うので、早送り時間を効果的に短縮することが困難であった。
【０００６】
早送り時間はすなわち、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時間である。したがって、早送り時間の短縮が困難な場合には、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射する実際の加工時間の、サイクルタイムに占める割合が低くなり、加工効率が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、マニピュレータの端部にレーザ加工ツールを装着してレーザ加工を行なうレーザ加工ロボットシステムにおいて、レーザスキャンヘッドの早送り動作に要する時間を容易かつ効果的に短縮でき、サイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できるレーザ加工ロボットシステムを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、マニピュレータの端部にレーザ加工ツールを装着してレーザ加工を行なうレーザ加工ロボットシステムの制御方法であって、レーザスキャンヘッドの早送り動作に要する時間を容易かつ効果的に短縮でき、サイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できる制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、マニピュレータと、マニピュレータに装着されるレーザ加工ツールと、マニピュレータ及びレーザ加工ツールの動作を制御する制御装置とを具備するレーザ加工ロボットシステムにおいて、レーザ加工ツールは、可動ミラーを内蔵するレーザスキャンヘッドと、レーザスキャンヘッドを移動可能に支持する可動支持機構とを備え、制御装置は、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時に、可動支持機構の動作を制御して、レーザスキャンヘッドを早送り動作させる早送り動作制御部を備えることを特徴とするレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工ロボットシステムにおいて、早送り動作制御部は、非加工時に、可動支持機構の動作制御に加えて、マニピュレータ及び可動ミラーの少なくとも一方の動作を制御するレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ加工ロボットシステムにおいて、制御装置は、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射する加工時に、マニピュレータ、可動ミラー及び可動支持機構のうち、少なくとも１つの動作を制御して、レーザ加工ツールを加工動作させる加工動作制御部を備えるレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工ロボットシステムにおいて、可動支持機構は、加工対象面に対してレーザスキャンヘッドを、鉛直方向へ移動させる縦移動部と、水平方向へ移動させる横移動部とを備えるレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工ロボットシステムにおいて、マニピュレータ、可動ミラー及び可動支持機構のうち、少なくとも１つの動作を、オフラインシミュレーションにより制御装置に教示するオフライン教示部をさらに具備し、オフライン教示部は、マニピュレータの動作量を最少にすることを条件として、加工対象物に対する一連のレーザ加工プログラムを作成するレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、マニピュレータと、マニピュレータに装着されるレーザ加工ツールとを具備するレーザ加工ロボットシステムの、マニピュレータ及びレーザ加工ツールの動作を制御する制御方法であって、可動ミラーを内蔵するレーザスキャンヘッドと、レーザスキャンヘッドを移動可能に支持する可動支持機構とを備えるレーザ加工ツールを用意し、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時に、可動支持機構の動作を制御して、レーザスキャンヘッドを早送り動作させることを特徴とする制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、レーザ加工プログラムにおける非加工時に、早送り動作制御部の制御下で可動支持機構が作動することにより、マニピュレータを動作させること無く、レーザスキャンヘッドを早送り動作させることができる。したがって、慣性の大きいマニピュレータのアームの移動を伴わずに、レーザスキャンヘッドのみの移動で早送り動作を実行できるので、早送り時間を効果的に短縮でき、以ってサイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できる。またそれにより、製品の製造コストを低減できる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、レーザスキャンヘッドの早送り動作に付随する予備的動作を、マニピュレータ及び可動ミラーの少なくとも一方の動作により遂行できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、早送り動作制御部とは異なる加工動作制御部の制御下で、レーザ加工ツールによる加工動作を迅速かつ正確に遂行できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、レーザスキャンヘッドの３次元的動作を簡単な構成で確実に制御できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、オフラインシミュレーションによって、サイクルタイムを低減したレーザ加工プログラムを作成することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、レーザ加工プログラムにおける非加工時に、可動支持機構が作動することにより、マニピュレータを動作させること無く、レーザスキャンヘッドを早送り動作させることができる。したがって、慣性の大きいマニピュレータのアームの移動を伴わずに、レーザスキャンヘッドのみの移動で早送り動作を実行できるので、早送り時間を効果的に短縮でき、以ってサイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できる。またそれにより、製品の製造コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係るレーザ加工ロボットシステム１０の基本構成を示す。レーザ加工ロボットシステム１０は、ロボット機構部を構成するマニピュレータ１２と、マニピュレータ１２に装着されるレーザ加工ツール１４と、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４の動作を制御する制御装置１６とを備える構成において、マニピュレータ１２の端部に、移動可能なレーザスキャンヘッド１８を備えたレーザ加工ツール１４を装着することで、レーザスキャンヘッド１８の早送り動作に要する時間を短縮できるようにしたものである。具体的には、レーザ加工ツール１４は、可動ミラー２０を内蔵するレーザスキャンヘッド１８と、レーザスキャンヘッド１８を移動可能に支持する可動支持機構２２とを備える。そして制御装置１６は、レーザスキャンヘッド１８がレーザ光を出射しない非加工時に、可動支持機構２２の動作を制御して、レーザスキャンヘッド１８をレーザ加工ツール１４内で早送り動作させる早送り動作制御部２４を備えて構成される。
【００２２】
上記構成を有するレーザ加工ロボットシステム１０によれば、レーザ加工プログラムにおいて、待機位置と加工作業位置との間や異なる加工作業位置同士の間でレーザスキャンヘッド１８を移動させようとするときに、早送り動作制御部２４の制御下で可動支持機構２２が作動することにより、マニピュレータ１２を動作させること無く、レーザスキャンヘッド１８を早送り動作させることができる。したがって、慣性の大きいマニピュレータ１２のアームの移動を伴わずに、レーザスキャンヘッド１８のみの移動で早送り動作を実行できるので、早送り時間を効果的に短縮でき、以ってサイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できる。
【００２３】
上記基本構成を有するレーザ加工ロボットシステム１０の一実施形態を、図２〜図４を参照してさらに詳細に説明する。図示実施形態において、マニピュレータ１２は、例として６軸を有する多関節型マニピュレータであって、アーム先端のフランジ面（すなわちメカニカルインタフェース）２６に、レーザ加工ツール１４が装着されている（図２）。マニピュレータ１２は、制御装置１６の制御下で多様に動作して、レーザ加工ツール１４を所望位置に位置決めする。本願では例として、６軸のマニピュレータ１２の個々の制御軸を＃１〜＃６で表示する。
【００２４】
レーザ加工ツール１４は、レーザスキャンヘッド１８をレーザ加工ツール１４の中で移動させるための可動支持機構２２を有している。可動支持機構２２は、図３に示すように、加工対象物Ｗの表面（すなわち加工対象面）Ｓに対してレーザスキャンヘッド１８を、鉛直方向（すなわち高さ方向）へ移動させる縦移動部２８と、水平方向へ移動させる横移動部３０とを備える。縦移動部２８は、レーザスキャンヘッド１８の高さ方向の位置（すなわち加工対象面Ｓからの距離）を調節するためのものであって、例えばスライダを有するリニアモータ機構（図示せず）を備えることができる。また、横移動部３０は、加工対象面Ｓ上の加工線（例えば溶接線）に沿ってレーザスキャンヘッド１８を移動させたり、レーザスキャンヘッド１８を早送り動作させたりするためのものであって、例えばスライダを有するリニアモータ機構（図示せず）を備えることができる。
【００２５】
縦移動部２８は、マニピュレータ１２のフランジ面２６に固定的に支持される縦ベース３２を備える。また横移動部３０は、縦ベース３２に移動可能に支持される横ベース３４を備える。そしてレーザスキャンヘッド１８は、横移動部３０の横ベース３４に移動可能に支持される。縦移動部２８は、制御装置１６の制御下で、例えばフランジ面２６を基準に設定されるメカニカルインタフェース座標系（原点Ｆ）のＺ軸に沿って、縦ベース３２上で横ベース３４を直線移動させる。また横移動部３０は、制御装置１６の制御下で、例えばメカニカルインタフェース座標系（原点Ｆ）のＸ軸に沿って、横ベース３４上でレーザスキャンヘッド１８を直線移動させる。本願では、縦移動部２８の制御軸を＃７で、また横移動部３０の制御軸を＃８で表示する。なお、可動支持機構２２の縦移動部２８及び横移動部３０として、リニアモータ機構に代えて、例えばボールネジとサーボモータとを組み合わせた直動機構を採用することもできる。
【００２６】
レーザスキャンヘッド１８は、図４に示すように、ケーシング３６に収容される一対の可動ミラー２０ａ、２０ｂと、それら可動ミラー２０ａ、２０ｂを個々に回転駆動する一対のサーボモータ３８、４０と、レーザ光Ｌの出射口に設置されるレンズ４２とを備える。可動ミラー２０ａ、２０ｂは、制御装置１６の制御下で、個々のサーボモータ３８、４０の駆動により、互いに直交する軸線を中心に適宜角度に回転する。それによりレーザスキャンヘッド１８は、外部から導入されたレーザ光を、可動ミラー２０ａ、２０ｂによる反射角度を連続的に変化させながら、レンズ４２を介して所望方向へ出射する。本願では、可動ミラー２０ａを駆動するサーボモータ３８の制御軸を＃９で、また可動ミラー２０ｂを駆動するサーボモータ４０の制御軸を＃１０で表示する。なお、レーザスキャンヘッド１８は、１個又は３個以上の可動ミラーを備えることもできる。
【００２７】
レーザスキャンヘッド１８には、光ファイバ４４を介して、レーザ発振器４６が接続される（図２）。レーザ発振器４６は、制御装置１６の制御下でレーザ光を生成し、光ファイバ４４を通してレーザ光をレーザ加工ツール１８に供給する。制御装置１６は、レーザ発振器４６に対し、発振動作のオン／オフ、レーザ光の出力等を制御することができる。
【００２８】
図２に示すように、制御装置１６は、前述した早送り動作制御部２４に加えて、レーザスキャンヘッド１８がレーザ光Ｌを出射する加工時に、マニピュレータ１２、可動ミラー２０及び可動支持機構２２のうち、少なくとも１つの動作を制御して、レーザ加工ツール１４を加工動作させる加工動作制御部４８を備える。制御装置１６は、レーザ加工ロボットシステム１０の全体を制御するロボット制御装置であって、早送り動作制御部２４及び加工動作制御部４８を含むメインＣＰＵ（中央演算処理装置）５０を備える。メインＣＰＵ５０には、ＲＡＭ及びＲＯＭからなるメモリ５２が接続されるとともに、レーザ加工ロボットシステム１０における個々の制御軸＃１〜＃１０を制御するサーボコントローラ（図示せず）、レーザ発振器４６用の入出カインタフェース（図示せず）、及び教示操作盤５４用の入出力インタフェース（図示せず）が、バス（図示せず）を介して接続される。さらに、メインＣＰＵ５０には、オフライン教示部５６又はその外部メモリを、任意選択的に接続することができる。
【００２９】
このように、図示実施形態によるレーザ加工ロボットシステム１０では、制御装置１６の加工動作制御部４８が、マニピュレータ１２、レーザ加工ツール１４（可動ミラー２０及び可動支持機構２２）及びレーザ発振器４６の動作を適宜に制御することにより、レーザスキャンヘッド１８を所望位置に迅速かつ正確に位置決めして、加工対象面Ｓ上でレーザ光Ｌを所望の加工経路に沿って正確に走査させながら、レーザ加工を実行することができる。さらにレーザ加工ロボットシステム１０では、制御装置１６の早送り動作制御部２４が、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４（可動ミラー２０及び可動支持機構２２）の動作を適宜に制御することにより、レーザスキャンヘッド１８を所望の早送り経路に沿って早送り動作させることができる。
【００３０】
教示操作盤５４は、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４（可動ミラー２０及び可動支持機構２２）の動作の教示や座標設定等を行なうためのものであり、図示しないＬＣＤ等の表示画面及び種々の入力キーを備える。また教示操作盤５４は、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４の個々の制御軸＃１〜＃１０を、手動モードで動作させるためのジョグ送り機能も有する。教示操作盤５４のジョグ送り機能では、例えば、マニピュレータ１２を停止させた状態で、レーザ加工ツール１４の可動支持機構２２の縦移動部２８（軸＃７）を動作させて、レーザスキャンヘッド１８と加工対象面Ｓとの間の距離を手動モードで調整したり、可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を動作させて、レーザスキャンヘッド１８の位置を加工対象面Ｓの上方で水平方向へ調整したりすることができる。
【００３１】
オフライン教示部５６は、制御装置１６に任意選択的に接続可能なパーソナルコンピュータ等から構成される。オフライン教示部５６は、マニピュレータ１２、可動ミラー２０及び可動支持機構２２のうち、少なくとも１つの動作を、画面表示に従って行うオフラインシミュレーションにより制御装置１６に教示することができる。
【００３２】
図示実施形態によるレーザ加工ロボットシステム１０では、レーザ加工プログラムの作成（すなわち教示）を、教示操作盤５４を用いるリモートティーチ方式と、オフライン教示部５６を用いるオフラインプログラミング方式との、いずれかにより行なうことができる。リモートティーチ方式では、教示操作盤５４のジョグ送り機能を使用して、マニピュレータ１２（軸＃１〜＃６）及びレーザ加工ツール１４（軸＃７〜＃１０）を手動モードで動作させ、レーザスキャンヘッド１８及び可動ミラー２０を、目標加工位置に順次対応付けて位置決めすることで、移動経路（加工経路及び早送り経路）を教示する。そして、教示点間の移動形式（直線移動、円弧移動、各制御軸移動）、移動速度、位置決め割合（停止、加減速通過、定速通過）等のヘッド移動条件、及びレーザ光Ｌのパワー等のレーザ出力条件を指定するパラメータや、レーザ発振器４６の動作のオン／オフ命令等を追加することにより、レーザ加工プログラムが作成される。
【００３３】
オフラインプログラミング方式では、例えばパーソナルコンピュータからなるオフライン教示部５６において、実際のレーザ加工ロボットシステム１０を３次元モデル化したワークセルをオフラインプログラミングシステム上で定義し、そのワークセル内で教示点を定めることにより、レーザスキャンヘッド１８及び可動ミラー２０の移動経路（加工経路及び早送り経路）を教示する。さらにオフライン教示部５６で、上記したヘッド移動条件及びレーザ出力条件を指定するパラメータ、レーザ発振器４６のオン／オフ命令等を追加することにより、レーザ加工プログラムが作成される。いずれの方式においても、作成されたレーザ加工プログラムは、制御装置１６のメモリ５２に格納される。
【００３４】
次に、レーザ加工ロボットシステム１０で実行されるレーザ加工プログラム及びその教示手順の一例を、図２を参照して説明する。
加工対象物Ｗにおいて教示すべきレーザスキャンヘッド１８及び可動ミラー２０の移動経路（加工経路及び早送り経路）は、可動ミラー２０単体の可動範囲（すなわちレーザ光照射範囲）を基準として加工対象面Ｓ上で設定された加工エリアに関連して教示される。図示の例では、加工経路は、加工エリアＳ１内での可動ミラー２０の動作によるＰ１→Ｐ２（レーザ発振器オン）、Ｐ２→Ｐ３（レーザ発振器オフ）、Ｐ３→Ｐ４（レーザ発振器オン）、加工エリアＳ２内での可動ミラー２０及びマニピュレータ１２の同期動作によるＰ５→Ｐ６（レーザ発振器オン）、並びに加工エリアＳ３内での可動ミラー２０の動作によるＰ７→Ｐ８（レーザ発振器オン）である。また、早送り経路は、加工エリアＳ１から加工エリアＳ２に移動する際のレーザスキャンヘッド１８の動作によるＰ４→Ｐ５（レーザ照射オフ）、及び加工エリアＳ２から加工エリアＳ３に移動する際のレーザスキャンヘッド１８の動作によるＰ６→Ｐ７（レーザ照射オフ）である。つまり、教示される移動経路の始点Ｐ１から終点Ｐ８に至るまでに、レーザ加工実行区間（Ｐ１→Ｐ２、Ｐ３→Ｐ４、Ｐ５→Ｐ６、Ｐ７→Ｐ８）とレーザ加工非実行区間（Ｐ２→Ｐ３、Ｐ４→Ｐ５、Ｐ６→Ｐ７）とが存在する。
【００３５】
そこで、レーザ加工非実行区間（Ｐ２→Ｐ３、Ｐ４→Ｐ５、Ｐ６→Ｐ７）のうち、早送り経路（Ｐ４→Ｐ５、Ｐ６→Ｐ７）については、前述した早送り動作制御部２４の制御下で、レーザスキャンヘッド１８の早送り動作を遂行することにより、サイクルタイムを削減し、加工効率を向上させることができる。
【００３６】
上記した移動経路は、例えば以下の手順に従って教示できる。なお教示開始時には、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４を、図２に示す初期姿勢に設定する。
（１）可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８を初期位置（図で左端位置）に位置決めする（軸＃８の軸値（座標又はエンコーダ読取値）＝Ｘ０）。
（２）マニピュレータ１２（軸＃１〜＃６）を手動モードで動作させるとともに、レーザ発振器４６を動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ１に一致させる。
【００３７】
（３）その状態で、可動支持機構２２の縦移動部２８（軸＃７）を手動モードで動作させて、加工対象面Ｓに対するレーザスキャンヘッド１８の高さを調整し、その高さ調整量をメモリ５２に記憶する。
（４）高さ調整完了時のマニピュレータ１２及びレーザスキャンヘッド１８の位置（軸＃１〜＃８の軸値）をメモリ５２に記憶する。
（５）その状態から、可動ミラー２０（軸＃９及び＃１０）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に順次一致させ、個々の教示点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４における可動ミラー２０の位置（軸＃９及び＃１０の軸値）をメモリ５２に記憶する。
【００３８】
（６）教示点Ｐ４を教示した後、可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８を加工エリアＳ１から加工エリアＳ２に移動させるとともに、レーザ発振器４６を動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ５に一致させる。
（７）その状態で、可動支持機構２２の縦移動部２８（軸＃７）を手動モードで動作させて、加工対象面Ｓに対するレーザスキャンヘッド１８の高さを調整し、高さ調整完了時のマニピュレータ１２及びレーザスキャンヘッド１８の位置（軸＃１〜＃８の軸値）をメモリ５２に記憶する。
【００３９】
（８）その状態から、可動ミラー２０（軸＃９及び＃１０）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ６に一致させ、個々の教示点Ｐ５、Ｐ６における可動ミラー２０の位置（軸＃９及び＃１０の軸値）をメモリ５２に記憶する。
（９）次に、マニピュレータ１２（軸＃１〜＃６）を手動モードで動作させて、先端のフランジ面２６を初期位置Ｅ０（実線で図示）から次の位置Ｅ１（破線で図示）に移動すると同時に、可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８を初期位置に位置決めする（軸＃８の軸値＝Ｘ０）。これにより、次の加工エリアＳ３における加工作業に備えて、横移動部３０上でのレーザスキャンヘッド１８の移動ストロークを確保することができる。
【００４０】
（１０）その状態から、可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８を加工エリアＳ２から加工エリアＳ３に移動させるとともに、レーザ発振器４６を動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ７に一致させる。
（１１）その状態で、可動支持機構２２の縦移動部２８（軸＃７）を手動モードで動作させて、加工対象面Ｓに対するレーザスキャンヘッド１８の高さを調整し、高さ調整完了時のマニピュレータ１２及びレーザスキャンヘッド１８の位置（軸＃１〜＃８の軸値）をメモリ５２に記憶する。
【００４１】
（１２）その状態から、可動ミラー２０（軸＃９及び＃１０）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ８に一致させ、個々の教示点Ｐ７、Ｐ８における可動ミラー２０の位置（軸＃９及び＃１０の軸値）をメモリ５２に記憶する。このようにして、始点Ｐ１から終点Ｐ８に至る移動経路が教示される。
【００４２】
上記した教示手順は、教示操作盤５４及びオフライン教示部５６のいずれによっても遂行できる。特に、オフライン教示部５６を用いる場合には、移動経路中のマニピュレータ１２、可動ミラー２０及び可動支持機構２２のそれぞれの動作パターンを、パーソナルコンピュータ等の表示画面上でのシミュレーションにより、最も効率的な移動経路が確保されるように設定することができる。
【００４３】
例えば図５に示すように、複数の加工位置Ｑ（太線）に対し、３つの加工エリアＳ１、Ｓ２、Ｓ３（破線）が設定されているときに、加工エリアを適宜移動させて、全ての加工位置Ｑを内包する２つの加工エリアＳ１´、Ｓ２´（実線）に設定し直すことができる。このような新たな加工エリアの設定は、オフライン教示部５６が、複数の加工位置Ｑのデータに基づいて、マニピュレータ１２の動作量を最少にすることを条件として実行するものである。このようにすれば、前述した早送り動作制御の採用と相俟って、サイクルタイムを低減することを目的としてマニピュレータ１２、可動ミラー２０及び可動支持機構２２の動作を最適化した内容で、加工対象物Ｗに対する一連のレーザ加工プログラムを作成することができる。
【００４４】
前述した教示手順で作成したレーザ加工プログラムを、制御装置１６のメモリ５２に格納し、同プログラムの実行指令を例えば教示操作盤５４から入力すると、制御装置１６のメインＣＰＵ５０は、図６のフローチャートに従う処理を実行する。
まずステップＳ１で、レーザ加工プログラムを記述する個々の行番号Ｌを表わす指標を“１”に初期設定する。次にステップＳ２で、当処理時の行番号Ｌが最終行を表わすものであるか否かを判断し、最終行であれば処理を終了する。最終行でなければステップＳ３へ進む。
【００４５】
ステップＳ３では、当処理時の行番号Ｌで記述されるレーザ加工プログラムの動作文を読み込む。次いでステップＳ４で、レーザ加工を実行する動作文であるか、早送りを実行する動作文であるかを判断し、前者であればステップＳ５へ進み、後者であればステップＳ７へ進む。そしてステップＳ５で、マニピュレータ１２、可動ミラー２０及びレーザ発振器４６を動作させて、指定加工位置（例えば図１のＰ１→Ｐ２）に対するレーザ加工を開始し、ステップＳ６で、可動ミラー２０が加工終了位置（例えばＰ２）に到達すると同時にレーザ発振器４６を停止させて、指定加工位置に対するレーザ加工を終了する。
【００４６】
他方、ステップＳ７では、可動支持機構２２を動作させて、レーザスキャンヘッド１８を早送り動作させる（例えば図１のＰ６→Ｐ７）。このとき、前述した教示手順（９）で教示したように、マニピュレータ１２及び可動支持機構２２を同期して動作させることにより、次の加工エリアにおけるレーザスキャンヘッド１８の移動ストロークを確保する。なお、このような予備的動作は、制御装置１６の早送り動作制御部２４によって実行されるものであって、その目的で早送り動作制御部２４は、非加工時に、可動支持機構２２の動作制御に加えて、マニピュレータ１２及び可動ミラー２０の少なくとも一方の動作を制御することができるように構成される。
【００４７】
最後にステップＳ８で、レーザ加工プログラムを記述する行番号Ｌを表わす指標を１だけ増やして、ステップＳ２に戻る。以下、ステップＳ２で最終行と判断されるまで、上記処理サイクルを繰り返す。このようにして、レーザ加工プログラムが実行され、効果的に短縮されたサイクルタイムの下に、指定のレーザ加工工程が完了する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るレーザ加工ロボットシステムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるレーザ加工ロボットシステムの構成を模式図的に示す図である。
【図３】図２のレーザ加工ロボットシステムにおけるレーザ加工ツールの構成を模式図的に示す図である。
【図４】図３のレーザ加工ツールのレーザスキャンヘッドを概略で示す図である。
【図５】図２のレーザ加工ロボットシステムにおけるオフラインシミュレーションの一例を示す図である。
【図６】図２のレーザ加工ロボットシステムにおけるレーザ加工プログラムの再生処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１０ レーザ加工ロボットシステム
１２ マニピュレータ
１４ レーザ加工ツール
１６ 制御装置
１８ レーザスキャンヘッド
２０ 可動ミラー
２２ 可動支持機構
２４ 早送り動作制御部
２８ 縦移動部
３０ 横移動部
４６ レーザ発振器
４８ 加工動作制御部
５４ 教示操作盤
５６ オフライン教示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工ロボットシステムに関する。本発明はさらに、レーザ加工ロボットシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットでレーザ加工を実施するレーザ加工ロボットシステムは、例えば自動車製造ラインにおけるスポット溶接ロボットに代わり得る加工システムとして、近年注目されている。レーザ加工ロボットシステムでは、可動ミラーを内蔵したレーザ光走査用ヘッド（本願で「レーザスキャンヘッド」と称する）を有するレーザ加工ツールが、マニピュレータの端部にエンドエフェクタとして装着され、マニピュレータ及び可動ミラーの動作を制御することにより、加工対象面に沿ってレーザ光を正確に走査させながらレーザ加工を行なうことができる。
【０００３】
例えば、特許文献１は、可動ミラーを内蔵したレーザスキャンヘッドを有するレーザ溶接システムを開示する。このレーザ溶接システムでは、レーザスキャンヘッドを、自動車の車体を溶接するロボットに設置して、ロボットの動作によりレーザスキャンヘッドを位置決めしながら溶接を行なうことができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０１５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ加工ロボットシステムは、スポット溶接ロボットや他の加工装置を備えた加工システムに比べて一般に高価であるから、サイクルタイムを短縮して加工効率を向上させることが、コスト削減の観点で望まれている。サイクルタイムを短縮するためには、待機位置と加工作業位置との間や異なる加工作業位置同士の間でレーザスキャンヘッドを移動させる、いわゆる早送り動作に要する時間を短縮することが有効である。従来、このような早送り動作は、マニピュレータの動作によって実行されている。しかし一般に、マニピュレータの動作は、慣性の大きいアームの移動を伴うので、早送り時間を効果的に短縮することが困難であった。
【０００６】
早送り時間はすなわち、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時間である。したがって、早送り時間の短縮が困難な場合には、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射する実際の加工時間の、サイクルタイムに占める割合が低くなり、加工効率が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、マニピュレータの端部にレーザ加工ツールを装着してレーザ加工を行なうレーザ加工ロボットシステムにおいて、レーザスキャンヘッドの早送り動作に要する時間を容易かつ効果的に短縮でき、サイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できるレーザ加工ロボットシステムを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、マニピュレータの端部にレーザ加工ツールを装着してレーザ加工を行なうレーザ加工ロボットシステムの制御方法であって、レーザスキャンヘッドの早送り動作に要する時間を容易かつ効果的に短縮でき、サイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できる制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、マニピュレータと、マニピュレータに装着されるレーザ加工ツールと、マニピュレータ及びレーザ加工ツールの動作を制御する制御装置とを具備するレーザ加工ロボットシステムにおいて、レーザ加工ツールは、可動ミラーを内蔵するレーザスキャンヘッドと、レーザスキャンヘッドを移動可能に支持する可動支持機構とを備え、制御装置は、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時に、可動支持機構の動作を制御して、レーザスキャンヘッドを早送り動作させる早送り動作制御部を備えることを特徴とするレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工ロボットシステムにおいて、早送り動作制御部は、非加工時に、可動支持機構の動作制御に加えて、マニピュレータ及び可動ミラーの少なくとも一方の動作を制御するレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ加工ロボットシステムにおいて、制御装置は、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射する加工時に、マニピュレータ、可動ミラー及び可動支持機構のうち、少なくとも１つの動作を制御して、レーザ加工ツールを加工動作させる加工動作制御部を備えるレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工ロボットシステムにおいて、可動支持機構は、加工対象面に対してレーザスキャンヘッドを、鉛直方向へ移動させる縦移動部と、水平方向へ移動させる横移動部とを備えるレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工ロボットシステムにおいて、マニピュレータ、可動ミラー及び可動支持機構のうち、少なくとも１つの動作を、オフラインシミュレーションにより制御装置に教示するオフライン教示部をさらに具備し、オフライン教示部は、マニピュレータの動作量を最少にすることを条件として、加工対象物に対する一連のレーザ加工プログラムを作成するレーザ加工ロボットシステムを提供する。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、マニピュレータと、マニピュレータに装着されるレーザ加工ツールとを具備するレーザ加工ロボットシステムの、マニピュレータ及びレーザ加工ツールの動作を制御する制御方法であって、可動ミラーを内蔵するレーザスキャンヘッドと、レーザスキャンヘッドを移動可能に支持する可動支持機構とを備えるレーザ加工ツールを用意し、レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時に、可動支持機構の動作を制御して、レーザスキャンヘッドを早送り動作させることを特徴とする制御方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、レーザ加工プログラムにおける非加工時に、早送り動作制御部の制御下で可動支持機構が作動することにより、マニピュレータを動作させること無く、レーザスキャンヘッドを早送り動作させることができる。したがって、慣性の大きいマニピュレータのアームの移動を伴わずに、レーザスキャンヘッドのみの移動で早送り動作を実行できるので、早送り時間を効果的に短縮でき、以ってサイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できる。またそれにより、製品の製造コストを低減できる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、レーザスキャンヘッドの早送り動作に付随する予備的動作を、マニピュレータ及び可動ミラーの少なくとも一方の動作により遂行できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、早送り動作制御部とは異なる加工動作制御部の制御下で、レーザ加工ツールによる加工動作を迅速かつ正確に遂行できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、レーザスキャンヘッドの３次元的動作を簡単な構成で確実に制御できる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、オフラインシミュレーションによって、サイクルタイムを低減したレーザ加工プログラムを作成することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、レーザ加工プログラムにおける非加工時に、可動支持機構が作動することにより、マニピュレータを動作させること無く、レーザスキャンヘッドを早送り動作させることができる。したがって、慣性の大きいマニピュレータのアームの移動を伴わずに、レーザスキャンヘッドのみの移動で早送り動作を実行できるので、早送り時間を効果的に短縮でき、以ってサイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できる。またそれにより、製品の製造コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係るレーザ加工ロボットシステム１０の基本構成を示す。レーザ加工ロボットシステム１０は、ロボット機構部を構成するマニピュレータ１２と、マニピュレータ１２に装着されるレーザ加工ツール１４と、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４の動作を制御する制御装置１６とを備える構成において、マニピュレータ１２の端部に、移動可能なレーザスキャンヘッド１８を備えたレーザ加工ツール１４を装着することで、レーザスキャンヘッド１８の早送り動作に要する時間を短縮できるようにしたものである。具体的には、レーザ加工ツール１４は、可動ミラー２０を内蔵するレーザスキャンヘッド１８と、レーザスキャンヘッド１８を移動可能に支持する可動支持機構２２とを備える。そして制御装置１６は、レーザスキャンヘッド１８がレーザ光を出射しない非加工時に、可動支持機構２２の動作を制御して、レーザスキャンヘッド１８をレーザ加工ツール１４内で早送り動作させる早送り動作制御部２４を備えて構成される。
【００２２】
上記構成を有するレーザ加工ロボットシステム１０によれば、レーザ加工プログラムにおいて、待機位置と加工作業位置との間や異なる加工作業位置同士の間でレーザスキャンヘッド１８を移動させようとするときに、早送り動作制御部２４の制御下で可動支持機構２２が作動することにより、マニピュレータ１２を動作させること無く、レーザスキャンヘッド１８を早送り動作させることができる。したがって、慣性の大きいマニピュレータ１２のアームの移動を伴わずに、レーザスキャンヘッド１８のみの移動で早送り動作を実行できるので、早送り時間を効果的に短縮でき、以ってサイクルタイムの短縮及び加工効率の向上を実現できる。
【００２３】
上記基本構成を有するレーザ加工ロボットシステム１０の一実施形態を、図２〜図４を参照してさらに詳細に説明する。図示実施形態において、マニピュレータ１２は、例として６軸を有する多関節型マニピュレータであって、アーム先端のフランジ面（すなわちメカニカルインタフェース）２６に、レーザ加工ツール１４が装着されている（図２）。マニピュレータ１２は、制御装置１６の制御下で多様に動作して、レーザ加工ツール１４を所望位置に位置決めする。本願では例として、６軸のマニピュレータ１２の個々の制御軸を＃１〜＃６で表示する。
【００２４】
レーザ加工ツール１４は、レーザスキャンヘッド１８をレーザ加工ツール１４の中で移動させるための可動支持機構２２を有している。可動支持機構２２は、図３に示すように、加工対象物Ｗの表面（すなわち加工対象面）Ｓに対してレーザスキャンヘッド１８を、鉛直方向（すなわち高さ方向）へ移動させる縦移動部２８と、水平方向へ移動させる横移動部３０とを備える。縦移動部２８は、レーザスキャンヘッド１８の高さ方向の位置（すなわち加工対象面Ｓからの距離）を調節するためのものであって、例えばスライダを有するリニアモータ機構（図示せず）を備えることができる。また、横移動部３０は、加工対象面Ｓ上の加工線（例えば溶接線）に沿ってレーザスキャンヘッド１８を移動させたり、レーザスキャンヘッド１８を早送り動作させたりするためのものであって、例えばスライダを有するリニアモータ機構（図示せず）を備えることができる。
【００２５】
縦移動部２８は、マニピュレータ１２のフランジ面２６に固定的に支持される縦ベース３２を備える。また横移動部３０は、縦ベース３２に移動可能に支持される横ベース３４を備える。そしてレーザスキャンヘッド１８は、横移動部３０の横ベース３４に移動可能に支持される。縦移動部２８は、制御装置１６の制御下で、例えばフランジ面２６を基準に設定されるメカニカルインタフェース座標系（原点Ｆ）のＺ軸に沿って、縦ベース３２上で横ベース３４を直線移動させる。また横移動部３０は、制御装置１６の制御下で、例えばメカニカルインタフェース座標系（原点Ｆ）のＸ軸に沿って、横ベース３４上でレーザスキャンヘッド１８を直線移動させる。本願では、縦移動部２８の制御軸を＃７で、また横移動部３０の制御軸を＃８で表示する。なお、可動支持機構２２の縦移動部２８及び横移動部３０として、リニアモータ機構に代えて、例えばボールネジとサーボモータとを組み合わせた直動機構を採用することもできる。
【００２６】
レーザスキャンヘッド１８は、図４に示すように、ケーシング３６に収容される一対の可動ミラー２０ａ、２０ｂと、それら可動ミラー２０ａ、２０ｂを個々に回転駆動する一対のサーボモータ３８、４０と、レーザ光Ｌの出射口に設置されるレンズ４２とを備える。可動ミラー２０ａ、２０ｂは、制御装置１６の制御下で、個々のサーボモータ３８、４０の駆動により、互いに直交する軸線を中心に適宜角度に回転する。それによりレーザスキャンヘッド１８は、外部から導入されたレーザ光を、可動ミラー２０ａ、２０ｂによる反射角度を連続的に変化させながら、レンズ４２を介して所望方向へ出射する。本願では、可動ミラー２０ａを駆動するサーボモータ３８の制御軸を＃９で、また可動ミラー２０ｂを駆動するサーボモータ４０の制御軸を＃１０で表示する。なお、レーザスキャンヘッド１８は、１個又は３個以上の可動ミラーを備えることもできる。
【００２７】
レーザスキャンヘッド１８には、光ファイバ４４を介して、レーザ発振器４６が接続される（図２）。レーザ発振器４６は、制御装置１６の制御下でレーザ光を生成し、光ファイバ４４を通してレーザ光をレーザ加工ツール１８に供給する。制御装置１６は、レーザ発振器４６に対し、発振動作のオン／オフ、レーザ光の出力等を制御することができる。
【００２８】
図２に示すように、制御装置１６は、前述した早送り動作制御部２４に加えて、レーザスキャンヘッド１８がレーザ光Ｌを出射する加工時に、マニピュレータ１２、可動ミラー２０及び可動支持機構２２のうち、少なくとも１つの動作を制御して、レーザ加工ツール１４を加工動作させる加工動作制御部４８を備える。制御装置１６は、レーザ加工ロボットシステム１０の全体を制御するロボット制御装置であって、早送り動作制御部２４及び加工動作制御部４８を含むメインＣＰＵ（中央演算処理装置）５０を備える。メインＣＰＵ５０には、ＲＡＭ及びＲＯＭからなるメモリ５２が接続されるとともに、レーザ加工ロボットシステム１０における個々の制御軸＃１〜＃１０を制御するサーボコントローラ（図示せず）、レーザ発振器４６用の入出カインタフェース（図示せず）、及び教示操作盤５４用の入出力インタフェース（図示せず）が、バス（図示せず）を介して接続される。さらに、メインＣＰＵ５０には、オフライン教示部５６又はその外部メモリを、任意選択的に接続することができる。
【００２９】
このように、図示実施形態によるレーザ加工ロボットシステム１０では、制御装置１６の加工動作制御部４８が、マニピュレータ１２、レーザ加工ツール１４（可動ミラー２０及び可動支持機構２２）及びレーザ発振器４６の動作を適宜に制御することにより、レーザスキャンヘッド１８を所望位置に迅速かつ正確に位置決めして、加工対象面Ｓ上でレーザ光Ｌを所望の加工経路に沿って正確に走査させながら、レーザ加工を実行することができる。さらにレーザ加工ロボットシステム１０では、制御装置１６の早送り動作制御部２４が、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４（可動ミラー２０及び可動支持機構２２）の動作を適宜に制御することにより、レーザスキャンヘッド１８を所望の早送り経路に沿って早送り動作させることができる。
【００３０】
教示操作盤５４は、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４（可動ミラー２０及び可動支持機構２２）の動作の教示や座標設定等を行なうためのものであり、図示しないＬＣＤ等の表示画面及び種々の入力キーを備える。また教示操作盤５４は、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４の個々の制御軸＃１〜＃１０を、手動モードで動作させるためのジョグ送り機能も有する。教示操作盤５４のジョグ送り機能では、例えば、マニピュレータ１２を停止させた状態で、レーザ加工ツール１４の可動支持機構２２の縦移動部２８（軸＃７）を動作させて、レーザスキャンヘッド１８と加工対象面Ｓとの間の距離を手動モードで調整したり、可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を動作させて、レーザスキャンヘッド１８の位置を加工対象面Ｓの上方で水平方向へ調整したりすることができる。
【００３１】
オフライン教示部５６は、制御装置１６に任意選択的に接続可能なパーソナルコンピュータ等から構成される。オフライン教示部５６は、マニピュレータ１２、可動ミラー２０及び可動支持機構２２のうち、少なくとも１つの動作を、画面表示に従って行うオフラインシミュレーションにより制御装置１６に教示することができる。
【００３２】
図示実施形態によるレーザ加工ロボットシステム１０では、レーザ加工プログラムの作成（すなわち教示）を、教示操作盤５４を用いるリモートティーチ方式と、オフライン教示部５６を用いるオフラインプログラミング方式との、いずれかにより行なうことができる。リモートティーチ方式では、教示操作盤５４のジョグ送り機能を使用して、マニピュレータ１２（軸＃１〜＃６）及びレーザ加工ツール１４（軸＃７〜＃１０）を手動モードで動作させ、レーザスキャンヘッド１８及び可動ミラー２０を、目標加工位置に順次対応付けて位置決めすることで、移動経路（加工経路及び早送り経路）を教示する。そして、教示点間の移動形式（直線移動、円弧移動、各制御軸移動）、移動速度、位置決め割合（停止、加減速通過、定速通過）等のヘッド移動条件、及びレーザ光Ｌのパワー等のレーザ出力条件を指定するパラメータや、レーザ発振器４６の動作のオン／オフ命令等を追加することにより、レーザ加工プログラムが作成される。
【００３３】
オフラインプログラミング方式では、例えばパーソナルコンピュータからなるオフライン教示部５６において、実際のレーザ加工ロボットシステム１０を３次元モデル化したワークセルをオフラインプログラミングシステム上で定義し、そのワークセル内で教示点を定めることにより、レーザスキャンヘッド１８及び可動ミラー２０の移動経路（加工経路及び早送り経路）を教示する。さらにオフライン教示部５６で、上記したヘッド移動条件及びレーザ出力条件を指定するパラメータ、レーザ発振器４６のオン／オフ命令等を追加することにより、レーザ加工プログラムが作成される。いずれの方式においても、作成されたレーザ加工プログラムは、制御装置１６のメモリ５２に格納される。
【００３４】
次に、レーザ加工ロボットシステム１０で実行されるレーザ加工プログラム及びその教示手順の一例を、図２を参照して説明する。
加工対象物Ｗにおいて教示すべきレーザスキャンヘッド１８及び可動ミラー２０の移動経路（加工経路及び早送り経路）は、可動ミラー２０単体の可動範囲（すなわちレーザ光照射範囲）を基準として加工対象面Ｓ上で設定された加工エリアに関連して教示される。図示の例では、加工経路は、加工エリアＳ１内での可動ミラー２０の動作によるＰ１→Ｐ２（レーザ発振器オン）、Ｐ２→Ｐ３（レーザ発振器オフ）、Ｐ３→Ｐ４（レーザ発振器オン）、加工エリアＳ２内での可動ミラー２０及びマニピュレータ１２の同期動作によるＰ５→Ｐ６（レーザ発振器オン）、並びに加工エリアＳ３内での可動ミラー２０の動作によるＰ７→Ｐ８（レーザ発振器オン）である。また、早送り経路は、加工エリアＳ１から加工エリアＳ２に移動する際のレーザスキャンヘッド１８の動作によるＰ４→Ｐ５（レーザ照射オフ）、及び加工エリアＳ２から加工エリアＳ３に移動する際のレーザスキャンヘッド１８の動作によるＰ６→Ｐ７（レーザ照射オフ）である。つまり、教示される移動経路の始点Ｐ１から終点Ｐ８に至るまでに、レーザ加工実行区間（Ｐ１→Ｐ２、Ｐ３→Ｐ４、Ｐ５→Ｐ６、Ｐ７→Ｐ８）とレーザ加工非実行区間（Ｐ２→Ｐ３、Ｐ４→Ｐ５、Ｐ６→Ｐ７）とが存在する。
【００３５】
そこで、レーザ加工非実行区間（Ｐ２→Ｐ３、Ｐ４→Ｐ５、Ｐ６→Ｐ７）のうち、早送り経路（Ｐ４→Ｐ５、Ｐ６→Ｐ７）については、前述した早送り動作制御部２４の制御下で、レーザスキャンヘッド１８の早送り動作を遂行することにより、サイクルタイムを削減し、加工効率を向上させることができる。
【００３６】
上記した移動経路は、例えば以下の手順に従って教示できる。なお教示開始時には、マニピュレータ１２及びレーザ加工ツール１４を、図２に示す初期姿勢に設定する。
（１）可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８を初期位置（図で左端位置）に位置決めする（軸＃８の軸値（座標又はエンコーダ読取値）＝Ｘ０）。
（２）マニピュレータ１２（軸＃１〜＃６）を手動モードで動作させるとともに、レーザ発振器４６を動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ１に一致させる。
【００３７】
（３）その状態で、可動支持機構２２の縦移動部２８（軸＃７）を手動モードで動作させて、加工対象面Ｓに対するレーザスキャンヘッド１８の高さを調整し、その高さ調整量をメモリ５２に記憶する。
（４）高さ調整完了時のマニピュレータ１２及びレーザスキャンヘッド１８の位置（軸＃１〜＃８の軸値）をメモリ５２に記憶する。
（５）その状態から、可動ミラー２０（軸＃９及び＃１０）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に順次一致させ、個々の教示点Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４における可動ミラー２０の位置（軸＃９及び＃１０の軸値）をメモリ５２に記憶する。
【００３８】
（６）教示点Ｐ４を教示した後、可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８を加工エリアＳ１から加工エリアＳ２に移動させるとともに、レーザ発振器４６を動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ５に一致させる。
（７）その状態で、可動支持機構２２の縦移動部２８（軸＃７）を手動モードで動作させて、加工対象面Ｓに対するレーザスキャンヘッド１８の高さを調整し、高さ調整完了時のマニピュレータ１２及びレーザスキャンヘッド１８の位置（軸＃１〜＃８の軸値）をメモリ５２に記憶する。
【００３９】
（８）その状態から、可動ミラー２０（軸＃９及び＃１０）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ６に一致させ、個々の教示点Ｐ５、Ｐ６における可動ミラー２０の位置（軸＃９及び＃１０の軸値）をメモリ５２に記憶する。
（９）次に、マニピュレータ１２（軸＃１〜＃６）を手動モードで動作させて、先端のフランジ面２６を初期位置Ｅ０（実線で図示）から次の位置Ｅ１（破線で図示）に移動すると同時に、可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８を初期位置に位置決めする（軸＃８の軸値＝Ｘ０）。これにより、次の加工エリアＳ３における加工作業に備えて、横移動部３０上でのレーザスキャンヘッド１８の移動ストロークを確保することができる。
【００４０】
（１０）その状態から、可動支持機構２２の横移動部３０（軸＃８）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８を加工エリアＳ２から加工エリアＳ３に移動させるとともに、レーザ発振器４６を動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ７に一致させる。
（１１）その状態で、可動支持機構２２の縦移動部２８（軸＃７）を手動モードで動作させて、加工対象面Ｓに対するレーザスキャンヘッド１８の高さを調整し、高さ調整完了時のマニピュレータ１２及びレーザスキャンヘッド１８の位置（軸＃１〜＃８の軸値）をメモリ５２に記憶する。
【００４１】
（１２）その状態から、可動ミラー２０（軸＃９及び＃１０）を手動モードで動作させて、レーザスキャンヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの焦点を、教示点Ｐ８に一致させ、個々の教示点Ｐ７、Ｐ８における可動ミラー２０の位置（軸＃９及び＃１０の軸値）をメモリ５２に記憶する。このようにして、始点Ｐ１から終点Ｐ８に至る移動経路が教示される。
【００４２】
上記した教示手順は、教示操作盤５４及びオフライン教示部５６のいずれによっても遂行できる。特に、オフライン教示部５６を用いる場合には、移動経路中のマニピュレータ１２、可動ミラー２０及び可動支持機構２２のそれぞれの動作パターンを、パーソナルコンピュータ等の表示画面上でのシミュレーションにより、最も効率的な移動経路が確保されるように設定することができる。
【００４３】
例えば図５に示すように、複数の加工位置Ｑ（太線）に対し、３つの加工エリアＳ１、Ｓ２、Ｓ３（破線）が設定されているときに、加工エリアを適宜移動させて、全ての加工位置Ｑを内包する２つの加工エリアＳ１´、Ｓ２´（実線）に設定し直すことができる。このような新たな加工エリアの設定は、オフライン教示部５６が、複数の加工位置Ｑのデータに基づいて、マニピュレータ１２の動作量を最少にすることを条件として実行するものである。このようにすれば、前述した早送り動作制御の採用と相俟って、サイクルタイムを低減することを目的としてマニピュレータ１２、可動ミラー２０及び可動支持機構２２の動作を最適化した内容で、加工対象物Ｗに対する一連のレーザ加工プログラムを作成することができる。
【００４４】
前述した教示手順で作成したレーザ加工プログラムを、制御装置１６のメモリ５２に格納し、同プログラムの実行指令を例えば教示操作盤５４から入力すると、制御装置１６のメインＣＰＵ５０は、図６のフローチャートに従う処理を実行する。
まずステップＳ１で、レーザ加工プログラムを記述する個々の行番号Ｌを表わす指標を“１”に初期設定する。次にステップＳ２で、当処理時の行番号Ｌが最終行を表わすものであるか否かを判断し、最終行であれば処理を終了する。最終行でなければステップＳ３へ進む。
【００４５】
ステップＳ３では、当処理時の行番号Ｌで記述されるレーザ加工プログラムの動作文を読み込む。次いでステップＳ４で、レーザ加工を実行する動作文であるか、早送りを実行する動作文であるかを判断し、前者であればステップＳ５へ進み、後者であればステップＳ７へ進む。そしてステップＳ５で、マニピュレータ１２、可動ミラー２０及びレーザ発振器４６を動作させて、指定加工位置（例えば図１のＰ１→Ｐ２）に対するレーザ加工を開始し、ステップＳ６で、可動ミラー２０が加工終了位置（例えばＰ２）に到達すると同時にレーザ発振器４６を停止させて、指定加工位置に対するレーザ加工を終了する。
【００４６】
他方、ステップＳ７では、可動支持機構２２を動作させて、レーザスキャンヘッド１８を早送り動作させる（例えば図１のＰ６→Ｐ７）。このとき、前述した教示手順（９）で教示したように、マニピュレータ１２及び可動支持機構２２を同期して動作させることにより、次の加工エリアにおけるレーザスキャンヘッド１８の移動ストロークを確保する。なお、このような予備的動作は、制御装置１６の早送り動作制御部２４によって実行されるものであって、その目的で早送り動作制御部２４は、非加工時に、可動支持機構２２の動作制御に加えて、マニピュレータ１２及び可動ミラー２０の少なくとも一方の動作を制御することができるように構成される。
【００４７】
最後にステップＳ８で、レーザ加工プログラムを記述する行番号Ｌを表わす指標を１だけ増やして、ステップＳ２に戻る。以下、ステップＳ２で最終行と判断されるまで、上記処理サイクルを繰り返す。このようにして、レーザ加工プログラムが実行され、効果的に短縮されたサイクルタイムの下に、指定のレーザ加工工程が完了する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るレーザ加工ロボットシステムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるレーザ加工ロボットシステムの構成を模式図的に示す図である。
【図３】図２のレーザ加工ロボットシステムにおけるレーザ加工ツールの構成を模式図的に示す図である。
【図４】図３のレーザ加工ツールのレーザスキャンヘッドを概略で示す図である。
【図５】図２のレーザ加工ロボットシステムにおけるオフラインシミュレーションの一例を示す図である。
【図６】図２のレーザ加工ロボットシステムにおけるレーザ加工プログラムの再生処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１０ レーザ加工ロボットシステム
１２ マニピュレータ
１４ レーザ加工ツール
１６ 制御装置
１８ レーザスキャンヘッド
２０ 可動ミラー
２２ 可動支持機構
２４ 早送り動作制御部
２８ 縦移動部
３０ 横移動部
４６ レーザ発振器
４８ 加工動作制御部
５４ 教示操作盤
５６ オフライン教示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータと、該マニピュレータに装着されるレーザ加工ツールと、該マニピュレータ及び該レーザ加工ツールの動作を制御する制御装置とを具備するレーザ加工ロボットシステムにおいて、
前記レーザ加工ツールは、可動ミラーを内蔵するレーザスキャンヘッドと、該レーザスキャンヘッドを移動可能に支持する可動支持機構とを備え、
前記制御装置は、前記レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時に、前記可動支持機構の動作を制御して、該レーザスキャンヘッドを早送り動作させる早送り動作制御部を備えること、
を特徴とするレーザ加工ロボットシステム。
【請求項２】
前記早送り動作制御部は、前記非加工時に、前記可動支持機構の動作制御に加えて、前記マニピュレータ及び前記可動ミラーの少なくとも一方の動作を制御する、請求項１に記載のレーザ加工ロボットシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射する加工時に、前記マニピュレータ、前記可動ミラー及び前記可動支持機構のうち、少なくとも１つの動作を制御して、前記レーザ加工ツールを加工動作させる加工動作制御部を備える、請求項１又は２に記載のレーザ加工ロボットシステム。
【請求項４】
前記可動支持機構は、加工対象面に対して前記レーザスキャンヘッドを、鉛直方向へ移動させる縦移動部と、水平方向へ移動させる横移動部とを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工ロボットシステム。
【請求項５】
前記マニピュレータ、前記可動ミラー及び前記可動支持機構のうち、少なくとも１つの動作を、オフラインシミュレーションにより前記制御装置に教示するオフライン教示部をさらに具備し、該オフライン教示部は、該マニピュレータの動作量を最少にすることを条件として、加工対象物に対する一連のレーザ加工プログラムを作成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工ロボットシステム。
【請求項６】
マニピュレータと、該マニピュレータに装着されるレーザ加工ツールとを具備するレーザ加工ロボットシステムの、該マニピュレータ及び該レーザ加工ツールの動作を制御する制御方法であって、
可動ミラーを内蔵するレーザスキャンヘッドと、該レーザスキャンヘッドを移動可能に支持する可動支持機構とを備える前記レーザ加工ツールを用意し、
前記レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時に、前記可動支持機構の動作を制御して、該レーザスキャンヘッドを早送り動作させること、
を特徴とする制御方法。
【請求項１】
マニピュレータと、該マニピュレータに装着されるレーザ加工ツールと、該マニピュレータ及び該レーザ加工ツールの動作を制御する制御装置とを具備するレーザ加工ロボットシステムにおいて、
前記レーザ加工ツールは、可動ミラーを内蔵するレーザスキャンヘッドと、該レーザスキャンヘッドを移動可能に支持する可動支持機構とを備え、
前記制御装置は、前記レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時に、前記可動支持機構の動作を制御して、該レーザスキャンヘッドを早送り動作させる早送り動作制御部を備えること、
を特徴とするレーザ加工ロボットシステム。
【請求項２】
前記早送り動作制御部は、前記非加工時に、前記可動支持機構の動作制御に加えて、前記マニピュレータ及び前記可動ミラーの少なくとも一方の動作を制御する、請求項１に記載のレーザ加工ロボットシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射する加工時に、前記マニピュレータ、前記可動ミラー及び前記可動支持機構のうち、少なくとも１つの動作を制御して、前記レーザ加工ツールを加工動作させる加工動作制御部を備える、請求項１又は２に記載のレーザ加工ロボットシステム。
【請求項４】
前記可動支持機構は、加工対象面に対して前記レーザスキャンヘッドを、鉛直方向へ移動させる縦移動部と、水平方向へ移動させる横移動部とを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工ロボットシステム。
【請求項５】
前記マニピュレータ、前記可動ミラー及び前記可動支持機構のうち、少なくとも１つの動作を、オフラインシミュレーションにより前記制御装置に教示するオフライン教示部をさらに具備し、該オフライン教示部は、該マニピュレータの動作量を最少にすることを条件として、加工対象物に対する一連のレーザ加工プログラムを作成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工ロボットシステム。
【請求項６】
マニピュレータと、該マニピュレータに装着されるレーザ加工ツールとを具備するレーザ加工ロボットシステムの、該マニピュレータ及び該レーザ加工ツールの動作を制御する制御方法であって、
可動ミラーを内蔵するレーザスキャンヘッドと、該レーザスキャンヘッドを移動可能に支持する可動支持機構とを備える前記レーザ加工ツールを用意し、
前記レーザスキャンヘッドがレーザ光を出射しない非加工時に、前記可動支持機構の動作を制御して、該レーザスキャンヘッドを早送り動作させること、
を特徴とする制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１５０４１８（Ｐ２００６−１５０４１８Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４５８９６（Ｐ２００４−３４５８９６）
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]