CN107803589B - 激光焊接系统 - Google Patents

Abstract

提供一种能够更高精度地对激光照射位置的偏移进行校正从而能够进行更高精度的激光焊接的激光焊接系统。远程激光焊接系统具备多轴机器人、设置于多轴机器人的臂的顶端的激光头、对多轴机器人和激光头的动作进行控制的控制部以及激光光源，激光头具备：两个检电镜，该两个检电镜构成为能够分别绕旋转轴进行旋转，用于对激光进行反射；以及检电电动机，其对检电镜进行旋转驱动，控制部具备：加速度传感器，其获取所述振动的加速度；以及指令校正部，其基于由加速度传感器获取的振动的加速度，来校正向对检电镜进行旋转驱动的检电电动机发送的控制指令以抑制由振动引起的激光照射位置的偏移。

Description

激光焊接系统

技术领域

本发明涉及一种激光焊接系统。

背景技术

以往，已知一种在多轴机器人的臂的顶端具备具有检电扫描器(galvanoscanner)的激光头的激光焊接装置。在此，检电扫描器是指如下装置：具备能够分别绕相互正交的两个旋转轴进行旋转的两个镜，利用伺服电动机对这些镜进行旋转驱动，由此使从激光光源射出的激光进行扫描。

另外，在上述激光焊接装置中，在机器人进行动作时在臂的顶端产生振动，因此需要对由所述振动引起的激光照射位置的偏移进行校正。通常，机器人具备减振功能，利用设置于臂的顶端的加速度传感器来检测在该臂的顶端产生的振动，对用于对各轴进行驱动的伺服电动机、减速机附加逆向转矩以抑制检测出的振动，由此抑制振动。因此，能够考虑利用机器人的减振功能来对激光照射位置的偏移进行校正，但是在该情况下，向机器人所具备的伺服电动机、减速机施加的负担大。

因此，提出了如下一种激光焊接装置：利用陀螺传感器来检测实际从激光头照射到激光照射位置的激光与应该向目标焊接点照射的激光之间的角度偏移，基于检测出的角度偏移来对检电扫描器的动作进行校正(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利第4923459号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1的激光焊接装置中，利用陀螺传感器只检测激光相对于焊接点的倾斜来对检电扫描器的动作进行校正。因此，完全没有考虑在机器人产生振动时产生的横向偏移等，无法高精度地对激光照射位置的偏移进行校正。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够更高精度地对激光照射位置的偏移进行校正从而能够进行更高精度的激光焊接的激光焊接系统。

用于解决问题的方案

(1)为了实现上述目的，本发明提供一种激光焊接系统(例如，后述的远程激光焊接系统1、1A、1B、1C)，具备机器人(例如，后述的多轴机器人3)、设置于所述机器人的臂(例如，后述的臂31)的顶端的激光头(例如，后述的激光头5)、对所述机器人和所述激光头的动作进行控制的控制部(例如，后述的控制部7、7A、7B、7C)以及生成激光的激光光源(例如，后述的激光光源53)，其中，所述激光头具备：一个以上的镜(例如，后述的检电镜51、52)，该一个以上的镜构成为能够绕旋转轴(例如，后述的旋转轴X1、X2)进行旋转，用于对所述激光进行反射；以及电动机(例如，后述的检电电动机54)，其对所述镜进行旋转驱动，所述控制部具备：加速度获取部(例如，后述的构成加速度获取部的加速度传感器73、电流传感器73A、图像处理部73B和图像拍摄装置75)，其获取由于所述机器人的动作而在所述臂的顶端产生的振动的加速度；以及指令校正部(例如，后述的指令校正部74)，其基于由所述加速度获取部获取的所述振动的加速度，来校正向对所述镜进行旋转驱动的电动机发送的控制指令以抑制由所述振动引起的激光照射位置的偏移。

(2)也可以是，在(1)的激光焊接系统中，还具备加速度传感器，该加速度传感器设置于所述机器人的臂的顶端，对在该臂的顶端产生的振动的加速度进行检测，所述加速度获取部由所述加速度传感器构成。

(3)也可以是，在(1)的激光焊接系统中，还具备电流传感器，该电流传感器检测对所述机器人进行驱动的电动机的驱动电流，所述加速度获取部构成为包括所述电流传感器，根据由所述电流传感器检测出的驱动电流来计算所述振动的加速度。

(4)也可以是，在(1)的激光焊接系统中，还具备：图像拍摄装置，其对所述机器人、或者所述机器人及其周围进行图像拍摄；以及图像处理部，其对由所述图像拍摄装置拍摄到的图像进行处理，所述加速度获取部构成为包括所述图像拍摄装置和所述图像处理部，根据每隔规定时间拍摄得到的图像的变化来计算所述振动的加速度。

(5)也可以是，在(1)至(4)中的任一激光焊接系统中，还具备记录部，该记录部用于预先获取并记录所述振动的加速度，所述校正部基于预先记录于所述记录部的所述振动的加速度，来校正向对所述镜进行旋转驱动的电动机发送的控制指令。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够更高精度地对激光照射位置的偏移进行校正从而能够进行更高精度的激光焊接的激光焊接系统。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的激光焊接系统的外观图。

图2是表示第一实施方式所涉及的激光焊接系统的光学系统的图。

图3是第一实施方式所涉及的激光焊接系统的功能框图。

图4是用于说明对由振动引起的激光照射位置的偏移进行校正的方法的图。

图5是表示第一实施方式所涉及的激光焊接系统中的对激光照射位置的偏移进行校正的过程的流程图。

图6是第二实施方式所涉及的激光焊接系统的功能框图。

图7是第三实施方式所涉及的激光焊接系统的功能框图。

图8是第四实施方式所涉及的激光焊接系统的功能框图。

附图标记说明

1、1A、1B、1C：远程激光焊接系统(激光焊接系统)；3：多轴机器人(机器人)；5：激光头；7、7A、7B、7C：控制部；31：臂；50：检电扫描器；51、52：检电镜(镜)；53：激光光源；54：检电电动机(电动机)；71：机器人控制部(控制部)；72：检电扫描器控制部(控制部)；73：加速度传感器(加速度获取部)；73A：电流传感器(加速度获取部)；73B：图像处理部(加速度获取部)；74：指令校正部；75：图像拍摄装置(加速度获取部)；76：记录部；L：激光；W：工件。

具体实施方式

下面，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。此外，在第二实施方式以后的说明中，对与第一实施方式共同的结构标注相同的标记并省略其说明。

[第一实施方式]

图1是第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统1的外观图。如图1所示，本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1具备多轴机器人3、设置于多轴机器人3的臂31的顶端的激光头5、对多轴机器人3和激光头5进行控制的后述的控制部7、以及生成激光L的后述的激光光源53。该远程激光焊接系统1一边通过多轴机器人3的动作来搬送臂31的顶端的激光头5，一边从激光头5朝向汽车车体等工件W的加工点(焊接点)照射激光L，由此执行激光焊接。

多轴机器人3具备基部30、臂31、多个轴32a～32e以及对各轴进行驱动的由伺服电动机构成的机器人电动机(未图示)。通过后述的机器人控制部来对多轴机器人3的动作进行控制。

激光头5具备检电扫描器50，该检电扫描器50用于使激光L朝向工件W的加工点(焊接点)进行扫描。通过后述的检电扫描器控制部来对检电扫描器50的动作进行控制。

图2是表示远程激光焊接系统1的光学系统的图。在图2中，示意性地示出激光光源53和检电扫描器50。如图2所示，激光光源53和检电扫描器50配置于载置在作业台T上的工件W的上方。

激光光源53由具备激光介质、光谐振器以及激励源等的各种激光振荡器构成。激光光源53朝向后述的检电扫描器50射出所生成的激光L。

检电扫描器50具备：两个检电镜(galvano mirror)51、52，该两个检电镜51、52用于使由激光光源53射出的激光L依次反射；以及两个检电电动机54、54，该两个检电电动机54、54驱动检电镜51、52分别绕各旋转轴X1、X2进行旋转。

检电镜51、52构成为能够分别绕相互正交的两个旋转轴X1、X2进行旋转。检电电动机54、54由伺服电动机构成，通过对检电镜51、52进行旋转驱动来使从激光光源53射出的激光L进行扫描。

如图2所示，由激光光源53射出的激光L在被两个检电镜51、52依次反射之后到达工件W的加工点(焊接点)。此时，当利用检电电动机54、54对两个检电镜51、52分别进行旋转驱动时，入射到这些检电镜51、52的激光L的入射角连续性地发生变化。作为其结果，使到达工件W的激光L沿着工件W上的规定的扫描路径进行扫描。

图3是本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1的功能框图。如图3所示，远程激光焊接系统1主要由上述的多轴机器人3、激光头5、对多轴机器人3和激光头5进行控制的控制部7、以及激光光源53构成。

另外，控制部7具备机器人控制部71、检电扫描器控制部72、作为加速度获取部的加速度传感器73、以及指令校正部74。

机器人控制部71通过对上述的机器人电动机进行控制来对各轴32a～32e进行驱动，从而将设置于臂31的顶端的激光头5搬送到期望的位置。

检电扫描器控制部72通过对上述的检电电动机54、54进行控制，来对入射到检电镜51、52的激光L的入射角进行调整。由此，对激光L的照射位置进行调整。

加速度传感器73构成加速度获取部，获取在多轴机器人3的臂31的顶端产生的振动的加速度。基于由该加速度传感器73检测出的加速度，来检测由于多轴机器人3的动作而产生的臂31的顶端的振动。

指令校正部74基于由加速度传感器73获取到的振动的加速度来计算指令校正值以抑制由振动引起的激光照射位置的偏移，利用该指令校正值来对由检电扫描器控制部72向检电电动机54、54发送的控制指令进行校正。即，指令校正部74基于由加速度传感器73检测并获取到的振动的加速度来学习振动模式，基于该学习数据来对检电扫描器50的动作进行校正。在此，参照图4来说明本实施方式中的对由振动引起的激光照射位置的偏移进行校正的方法。

图4是用于说明对由振动引起的激光照射位置的偏移进行校正的方法的图。如图4所示，在远程激光焊接系统1中，对具备激光头5的多轴机器人3的臂31的顶端附加因振动引起的加速度成分，该振动是由于多轴机器人3的动作而产生的。这样，与来自机器人控制部71的控制指令相应的相对于加工点(焊接点)的原本的移动(指令)产生偏移。因此，在本实施方式中，由上述的指令校正部74计算与因振动引起的加速度成分方向相反且大小相同的加速度成分来作为指令校正值，将该指令校正值附加(叠加)到控制指令。由此，因振动引起的加速度成分被通过校正生成的加速度成分抵消，从而振动被抑制。

参照图5来说明具备以上的结构的远程激光焊接系统1中的对激光照射位置的偏移进行校正的过程。

图5是表示本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1中的对激光照射位置的偏移进行校正的过程的流程图。该校正处理在执行激光焊接的期间被反复执行。

首先，在步骤S1中，获取由于多轴机器人3的动作而在臂31的顶端产生的振动的加速度。在本实施方式中，利用作为加速度获取部的加速度传感器73来检测并获取振动的加速度。之后，转移到步骤S2。

在步骤S2中，基于步骤S1中获取到的振动的加速度来对指令校正值进行计算。具体地说，如上所述，计算与因振动引起的加速度成分方向相反且大小相同的加速度成分来作为指令校正值。之后，转移到步骤S3。

在步骤S3中，使用步骤S2中计算出的指令校正值来对检电扫描器控制指令进行校正。具体地说，如上所述，将该指令校正值附加(叠加)到检电扫描器控制指令。由此，因振动引起的加速度成分被通过校正生成的加速度成分抵消，从而振动被抑制。通过以上，结束本处理。

根据本实施方式，能够起到以下的效果。

在本实施方式中，在多轴机器人3的臂31的顶端具备具有检电扫描器50的激光头5的远程激光焊接系统1中，设置有加速度传感器73，该加速度传感器73获取由于多轴机器人3的动作而在臂31的顶端产生的振动的加速度。另外，设置有指令校正部74，该指令校正部74基于由加速度传感器73获取的振动的加速度来校正向对检电镜51、52进行旋转驱动的检电电动机54、54发送的控制指令，以抑制由振动引起的激光照射位置的偏移。

由此，能够利用通过校正生成的加速度成分来抵消因振动引起的加速度成分，因此能够可靠地抑制在臂31的顶端产生的振动。因而，根据本实施方式，能够更高精度地对激光照射位置的偏移进行校正，从而能够进行更高精度的激光焊接。此外，根据本实施方式，不是对机器人控制部71的机器人控制指令进行校正，而是对检电扫描器控制指令进行校正，因此向多轴机器人3的机器人电动机、减速机施加的负担也不会增加。

[第二实施方式]

图6是第二实施方式所涉及的远程激光焊接系统1A的功能框图。如图6所示，本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1A与第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统1相比，除了控制部7A的加速度获取部的结构不同以外，与第一实施方式是相同的结构。

具体地说，本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1A与第一实施方式的不同之处在于，作为加速度获取部，具备电流传感器73A来代替加速度传感器73。

电流传感器73A设置于多轴机器人3，检测对多轴机器人3的各轴进行驱动的机器人电动机的驱动电流。由此，本实施方式的加速度获取部根据由电流传感器73A检测出的驱动电流来计算并获取振动的加速度。

本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1A与第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统1同样地进行动作并能够起到相同的效果。

[第三实施方式]

图7是第三实施方式所涉及的远程激光焊接系统1B的功能框图。如图7所示，本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1B与第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统1相比，除了控制部7B的加速度获取部的结构不同以外，与第一实施方式是相同的结构。

具体地说，本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1B与第一实施方式的不同之处在于，作为加速度获取部，具备图像拍摄装置75和图像处理部73B来代替加速度传感器73。

图像拍摄装置75拍摄多轴机器人3、或者多轴机器人3及其周围的图像。具体地说，图像拍摄装置75包括照相机等光学传感器。

图像处理部73B对由上述的图像拍摄装置75拍摄到的图像进行处理。具体地说，对由图像拍摄装置75拍摄到的图像的变化进行解析。

由此，本实施方式的加速度获取部根据每隔规定时间拍摄得到的图像的变化来计算并获取振动的加速度。

本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1B与第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统1同样地进行动作并能够起到同样的效果。

[第四实施方式]

图8是第四实施方式所涉及的远程激光焊接系统1C的功能框图。如图8所示，本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1C与第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统1相比，除了控制部7C具备记录部76这一点不同以外，与第一实施方式是相同的结构。此外，本实施方式中的加速度获取部除了能够由加速度传感器73构成以外，也能够由上述的电流传感器73A、图像拍摄装置75和图像处理部73B构成。

记录部76预先获取并记录在多轴机器人3的臂31的顶端产生的振动的加速度。即，与上述的第一实施方式～第三实施方式不同，通过预先进行的实验来获取振动的加速度，与由远程激光焊接系统1C执行的焊接加工程序相关联地记录该振动的加速度。由此，在本实施方式中，不是在激光焊接过程中获取振动的加速度，而是根据由远程激光焊接系统1C执行的焊接加工程序来从记录部76提取振动的加速度，基于该振动的加速度来由指令校正部计算指令校正值后对检电扫描器控制指令进行校正。

本实施方式所涉及的远程激光焊接系统1C能够起到与第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统1同样的效果。

此外，本发明并不限定于上述的各实施方式，能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良包括在本发明之中。

在上述的各实施方式中，使用了汽车车体来作为工件W，但是并不限定于此，能够使用其它各种工件。

另外，在上述的各实施方式中，使用了具备两个检电镜的检电扫描器，但是并不限定于此，能够使用具备一个或三个以上的检电镜的检电扫描器。

Claims (4)

1.一种激光焊接系统，具备机器人、设置于所述机器人的臂的顶端的激光头、用于对所述机器人和所述激光头的动作进行控制的控制部、以及用于生成激光的激光光源，

所述激光头具备：

一个以上的检电镜，该一个以上的检电镜构成为能够绕旋转轴进行旋转，并反射所述激光；以及

检电电动机，其对所述检电镜进行旋转驱动，

所述控制部具备：

加速度获取部，其获取由于所述机器人的动作而在所述臂的顶端产生的振动的加速度；以及

指令校正部，其基于由所述加速度获取部获取的所述振动的加速度，来校正向对所述检电镜进行旋转驱动的检电电动机发送的控制指令以抑制由所述振动引起的激光照射位置的偏移，

所述指令校正部计算与所述加速度获取部所获取的因振动引起的加速度成分方向相反且大小相同的加速度成分作为指令校正值并将该指令校正值附加到所述控制指令，来对所述控制指令进行校正，

其中，所述激光焊接系统还具备电流传感器，该电流传感器检测对所述机器人进行驱动的电动机的驱动电流，

所述加速度获取部构成为包括所述电流传感器，根据由所述电流传感器检测出的驱动电流来计算所述振动的加速度。

2.根据权利要求1所述的激光焊接系统，其特征在于，

还具备记录部，该记录部用于预先获取并记录所述振动的加速度，

所述指令校正部基于预先记录于所述记录部的所述振动的加速度，来校正向对所述检电镜进行旋转驱动的检电电动机发送的控制指令。

3.一种激光焊接系统，具备机器人、设置于所述机器人的臂的顶端的激光头、用于对所述机器人和所述激光头的动作进行控制的控制部、以及用于生成激光的激光光源，

所述激光头具备：

一个以上的检电镜，该一个以上的检电镜构成为能够绕旋转轴进行旋转，并反射所述激光；以及

检电电动机，其对所述检电镜进行旋转驱动，

所述控制部具备：

加速度获取部，其获取由于所述机器人的动作而在所述臂的顶端产生的振动的加速度；以及

指令校正部，其基于由所述加速度获取部获取的所述振动的加速度，来校正向对所述检电镜进行旋转驱动的检电电动机发送的控制指令以抑制由所述振动引起的激光照射位置的偏移，

所述指令校正部计算与所述加速度获取部所获取的因振动引起的加速度成分方向相反且大小相同的加速度成分作为指令校正值并将该指令校正值附加到所述控制指令，来对所述控制指令进行校正，

其中，所述激光焊接系统还具备：

图像拍摄装置，其对所述机器人、或者所述机器人及其周围进行图像拍摄；以及

图像处理部，其对由所述图像拍摄装置拍摄到的图像进行处理，

所述加速度获取部构成为包括所述图像拍摄装置和所述图像处理部，根据每隔规定时间拍摄得到的图像的变化来计算所述振动的加速度。

4.根据权利要求3所述的激光焊接系统，其特征在于，

还具备记录部，该记录部用于预先获取并记录所述振动的加速度，

所述指令校正部基于预先记录于所述记录部的所述振动的加速度，来校正向对所述检电镜进行旋转驱动的检电电动机发送的控制指令。

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