CN108620733B - 检流计扫描器 - Google Patents

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Abstract

提供一种减轻对机构部的负担来使可靠性提高的检流计扫描器。检流计扫描器(50)将加工对象(W)的加工位置指令变换为旋转电动机(53、54)和直线运动机构(56)的移动指令。另外，在直线运动机构(56)的移动指令中包含依赖于旋转电动机(53、54)的移动指令并为规定振幅以下的振幅范围内且规定频率以上的频率范围内的微弱直线运动分量的情况下，在将该微弱直线运动分量从直线运动机构(56)的移动指令中去除的基础上，输出与旋转电动机(53、54)和直线运动机构(56)的移动指令对应的控制信号。并且，基于该控制信号来控制旋转电动机(53、54)和直线运动机构(56)。

Description

检流计扫描器
技术领域
本发明涉及一种检流计扫描器(galvanoscanner)。
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流计扫描器的激光头的激光焊接装置。在此，检流计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(X轴、Y轴)旋转的两个反射镜，利用伺服电动机对这些反射镜进行旋转驱动，由此使从激光光源射出的激光进行扫描(例如，参照专利文献1)。
在这样的激光焊接装置中，例如在如摆动焊接(weaving welding)、摇动焊接(wobbling welding)那样在X方向、Y方向的微小范围内一边使点以高速周期且以闪电形(锯齿)往复移动一边进行焊接的情况下，对于校正激光的焦点的偏移(光轴方向的偏移)以提高激光的能量密度而言，一般来说，以追踪X方向、Y方向的移动来沿激光的光轴方向驱动Z方向的透镜的方式进行控制。
专利文献1：日本特开2003-43404号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，一般来说，对于只驱动反射镜的X轴、Y轴，惯性(Inertia)小，因此响应性高。与此相对，对于必须驱动透镜的Z轴，惯性大，因此响应性低。因而，虽然是X轴、Y轴能够追踪的高速周期，但是对于Z轴来说对机构部的负担相对变大，进而作为检流计扫描器的可靠性有可能下降。
此外，在专利文献1中，只不过是公开了如下一种技术：简单地抑制印刷电路板用激光加工装置等检流计装置中的固有振动的振动来实现高速高精度化、长寿命化。
本发明鉴于这样的情形，其目的在于，提供一种能够减轻对机构部的负担来使可靠性提高的检流计扫描器。
用于解决问题的方案
(1)本发明所涉及的检流计扫描器(例如，后述的检流计扫描器50)是如下的检流计扫描器，具有：反射镜(例如，后述的第一反射镜51、第二反射镜52)，其用于反射从激光光源(例如，后述的激光光源4)射出的激光(例如，后述的激光L)；旋转电动机(例如，后述的旋转电动机53、54)，其对所述反射镜进行旋转驱动；透镜(例如，后述的透镜55)，其能够沿从所述激光光源射出的激光的光轴方向移动；以及直线运动机构(例如，后述的直线运动机构56)，其对所述透镜进行驱动，所述检流计扫描器通过所述反射镜来反射从所述激光光源射出的激光，并且使该激光透过所述透镜，由此使激光对加工对象(例如，后述的工件W)进行扫描，所述检流计扫描器具备：变换部(例如，后述的变换部58)，其将所述加工对象的加工位置指令变换为所述旋转电动机和所述直线运动机构的移动指令；控制滤波部(例如，后述的控制滤波部59)，在所述直线运动机构的移动指令中包含依赖于所述旋转电动机的移动指令并为规定振幅以下的振幅范围内且规定频率以上的频率范围内的微弱直线运动分量的情况下，该控制滤波部在将该微弱直线运动分量从所述直线运动机构的移动指令中去除的基础上，输出与所述旋转电动机和所述直线运动机构的移动指令对应的控制信号；以及控制部(例如，后述的控制部57)，其基于由所述控制滤波部输出的控制信号来控制所述旋转电动机和所述直线运动机构。
(2)在(1)的检流计扫描器中，也可以是，被所述控制滤波部去除的所述直线运动机构的移动指令中的微弱直线运动分量的波形为正弦波、三角波、矩形波或锯齿波。
(3)在(1)或(2)的检流计扫描器中，也可以是，在所述变换部将所述加工对象的加工位置指令变换为所述旋转电动机和所述直线运动机构的移动指令之后，所述控制滤波部将所述直线运动机构的移动指令中的微弱直线运动分量从所述直线运动机构的移动指令中去除。
(4)在(1)或(2)的检流计扫描器中，也可以是，在所述变换部将所述加工对象的加工位置指令变换为所述旋转电动机和所述直线运动机构的移动指令之前，所述控制滤波部将所述直线运动机构的移动指令中的微弱直线运动分量从所述直线运动机构的移动指令中去除。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够在使激光对加工对象进行扫描时减轻对机构部的负担来使可靠性提高的检流计扫描器。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统的外观图。
图2是示出本发明的第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统的光学系统的图。
图3是本发明的第一实施方式所涉及的检流计扫描器的控制框图。
图4是示出一边沿X方向摇动一边沿Y方向以固定速度前进的情况下的X方向的加工位置指令与Y方向的加工位置指令之间的对应关系的曲线图。
图5是示出一边沿X方向摇动一边沿Y方向以固定速度前进的情况下的X方向、Y方向以及Z方向的加工位置指令各自的经时变化的曲线图。
图6是示出本发明的第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统中的对工件进行摆动焊接时的过程的流程图。
图7是用于说明从加工位置指令变换为移动指令的图。
附图标记说明
1：远程激光焊接系统；4：激光光源；50：检流计扫描器；51：第一反射镜(反射镜)；52：第二反射镜(反射镜)；53、54：旋转电动机；55：透镜；56：直线运动机构；57：控制部；58：变换部；59：控制滤波部；L：激光；W：工件(加工对象)。
具体实施方式
[第一实施方式]
图1是本发明的第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统的外观图。图2是示出本发明的第一实施方式所涉及的远程激光焊接系统的光学系统的图。图3是本发明的第一实施方式所涉及的检流计扫描器的控制框图。图4是示出一边沿X方向摇动一边沿Y方向以固定速度前进的情况下的X方向的加工位置指令与Y方向的加工位置指令之间的对应关系的曲线图。图5是示出一边沿X方向摇动一边沿Y方向以固定速度前进的情况下的X方向、Y方向以及Z方向的加工位置指令各自的经时变化的曲线图。
如图1和图2所示，该第一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、激光光源4以及设置于多轴机器人3的臂31的顶端的激光头5。该远程激光焊接系统1通过多轴机器人3的动作来搬送臂31的顶端的激光头5，从激光头5使激光L一边摇动一边朝向作为加工对象的汽车车体等工件W的对接加工点(对接焊接点)照射，由此执行摆动焊接。
此外，如图4和图5所示，该摆动焊接的概念不仅包含针对直线状的焊接部使点以闪电形往复移动的情况，还包含针对曲线状(例如，圆形、椭圆形、抛物线等)的焊接部使点以闪电形往复移动的情况。
如图1所示，多轴机器人3具备基部30、臂31、多个轴32a～32e以及包括对各轴进行驱动的伺服电动机的机器人电动机(未图示)。多轴机器人3通过机器人控制部(未图示)来控制多轴机器人3的动作。
如图2所示，激光光源4包括各种具备激光介质、光谐振器以及激发源等的激光振荡器。激光光源4生成激光L，朝向后述的检流计扫描器50射出所生成的激光L。
激光头5具有用于使激光L对工件W的对接加工点(对接焊接点)进行扫描的检流计扫描器50。如图2所示，检流计扫描器50具备：作为依次使从激光光源4射出的激光L反射的两个反射镜的第一反射镜51和第二反射镜52；以及对第一反射镜51和第二反射镜52分别进行绕各旋转轴X1、X2的旋转驱动的两个旋转电动机53、54。另外，检流计扫描器50具备能够沿从激光光源4射出的激光L的光轴方向移动的透镜55以及对透镜55进行驱动的直线运动机构56。
并且，如图3所示，检流计扫描器50的控制系统构成为内置有控制部57、变换部58以及控制滤波部59。
在此，控制部57基于规定控制信号来对旋转电动机53、54和直线运动机构56进行控制。另外，变换部58将工件W的加工位置指令变换为旋转电动机53、54和直线运动机构56的移动指令。关于其具体的方法，在后面记述。并且，控制滤波部59对直线运动机构56的移动指令进行分析，基于其结果来对控制信号进行适当加工后向控制部57输出。关于其具体的方法，在后面记述。
接着，说明在该远程激光焊接系统1中对工件W进行摆动焊接时的过程。图6是示出该过程的流程图。
首先，在步骤S1中，操作者对未图示的输入装置进行操作来向检流计扫描器50输入工件W的加工位置指令。具体地说，操作者如图2所示那样对工件W导入三维的正交坐标系(XYZ坐标系)，在该正交坐标系中，通过逐次指定激光L的焦点位置(X，Y，Z)来输入该加工位置指令。如果在摆动焊接的情况下标记X方向的加工位置指令和Y方向的加工位置指令，则例如成为如图4所示那样一边沿X方向摇动一边沿Y方向以固定速度前进的闪电形。
接着，在步骤S2中，检流计扫描器50的变换部58接收该工件W的加工位置指令来将该加工位置指令变换为旋转电动机53、54和直线运动机构56的移动指令。具体地说，检流计扫描器50的变换部58在如上述那样通过在三维的正交坐标系中逐次指定激光L的焦点位置(X，Y，Z)而被输入工件W的加工位置指令的情况下，例如参照图7使用数式1所示的数式来将该焦点位置(X，Y，Z)变换为旋转电动机53、54和直线运动机构56的动作位置(θx，θy，z)。在此，θx相当于第二反射镜52的角度位置，θy相当于第一反射镜51的角度位置。另外，z相当于透镜55的移动位置。
【数式1】
y＝d tanθy，
此外，关于该变换方法，例如，在Optics&Laser Technology 37(2005)pp.305-311及其它公知文献中进行了公开，因此在此省略其详细的说明。
之后，在步骤S3中，检流计扫描器50的控制滤波部59判定直线运动机构56的移动指令中是否包含依赖于旋转电动机53、54的移动指令并为规定振幅以下的振幅范围内且规定频率以上的频率范围内的微弱直线运动分量。此外，关于该微弱直线运动分量的实际的波形，考虑多数情况下是正弦波、三角波、矩形波或锯齿波。
在作为该判定的结果为直线运动机构56的移动指令中不包含这样的微弱直线运动分量的情况(步骤S3：“否”)下，控制滤波部59将与旋转电动机53、54和直线运动机构56的移动指令对应的控制信号原样(不进行任何加工地)输出到控制部57之后，使处理转移到步骤S5。
另一方面，在直线运动机构56的移动指令中包含这样的微弱直线运动分量的情况(步骤S3：“是”)下，在步骤S4中，控制滤波部59在将该微弱直线运动分量从直线运动机构56的移动指令中去除的基础上，将与旋转电动机53、54和直线运动机构56的移动指令对应的控制信号输出到控制部57，之后使处理转移到步骤S5。此时，直线运动机构56的移动指令原本如在图5的下部的曲线图中用实线所示那样为曲线状，但是如在图5的下部的曲线图中用虚线所示那样，被去除微弱直线运动分量而成为直线状。
在此，以振幅和频率这两方规定该微弱直线运动分量的理由如下所示。即，其原因在于，当虽然微弱直线运动分量为规定频率以上但是该微弱直线运动分量的振幅过大时，根据工件W的立体形状不同，有可能由于激光L的焦点大幅度偏移使激光L的能量密度下降从而使工件W的焊接品质下降，因此将该微弱直线运动分量去除是不妥当的。另外，其原因还在于，当虽然微弱直线运动分量为规定振幅以下但是该微弱直线运动分量的频率过小时，根据工件W的立体形状不同，有可能使激光L的焦点偏移的状态长时间地持续，因此在该情况下，将该微弱直线运动分量去除也是不妥当的。
最后，在步骤S5中，检流计扫描器50的控制部57接收该控制信号，基于该控制信号，与从激光光源4射出激光L的定时相应地控制旋转电动机53、54和直线运动机构56。作为其结果，针对工件W，如图4所示那样沿着闪电形的路径照射激光L，执行摆动焊接。
此时，直线运动机构56的移动指令在存在不会使工件W的品质下降的微弱直线运动分量的情况下，该微弱直线运动分量被去除，因此能够减轻向对透镜55进行驱动的机构部即直线运动机构56的负担，进而能够使作为检流计扫描器50的可靠性提高。
在此，基于远程激光焊接系统1的工件W的摆动焊接结束。此外，在微弱直线运动分量被去除的情况下，激光L的焦点伴随于此而稍微偏移，但是在检流计扫描器50这样的长焦点的光学系统中，如果X方向、Y方向的移动距离小，则即使激光L的焦点稍微偏移，也不会发生工件W的焊接品质下降这样程度的影响。
[其它实施方式]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只不过是列举了由本发明产生的最良好的效果，本发明的效果并不限定于本实施方式所记载的效果。
例如，在上述的第一实施方式中，对如下的情况进行了说明：在对工件W进行摆动焊接时，在检流计扫描器50的变换部58将工件W的加工位置指令变换为旋转电动机53、54和直线运动机构56的移动指令之后，检流计扫描器50的控制滤波部59将直线运动机构56的移动指令中的微弱直线运动分量从直线运动机构56的移动指令中去除。但是，将该微弱直线运动分量去除的动作在从加工位置指令向移动指令的变换动作的前后均可。因而，也可以是，在检流计扫描器50的变换部58将工件W的加工位置指令变换为旋转电动机53、54和直线运动机构56的移动指令之前，检流计扫描器50的控制滤波部59将直线运动机构56的移动指令中的微弱直线运动分量从直线运动机构56的移动指令中去除。
另外，在上述的第一实施方式中，说明了对工件W进行摆动焊接的情况。但是，只要在两个方向(X方向、Y方向)的微小范围内一边使点以高速周期且以闪电形往复移动一边进行焊接，则不限于摆动焊接，例如也能够将本发明同样地应用于摇动焊接。
另外，在上述的第一实施方式中，对控制部57、变换部58以及控制滤波部59内置于检流计扫描器50的情况进行了说明。但是，也可以是，控制部57、变换部58以及控制滤波部59的全部或一部分设置于各种服务器。
并且，在上述的第一实施方式中，对检流计扫描器50组入到远程激光焊接系统1的情况进行了说明。但是，在检流计扫描器50组入到除了远程激光焊接系统1以外的设备的情况下，也能够同样地应用本发明。
本发明所包含的各种服务器的全部或一部分能够通过硬件、软件或它们的组合来实现。在此，通过软件实现是指通过计算机读取并执行程序来实现。在通过硬件构成的情况下，例如能够由LSI(Large Scale Integrated circuit：大规模集成电路)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、门阵列、FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)等集成电路(IC)来构成服务器的全部或一部分。
在用软件来构成本发明所包含的各种服务器所具备的功能的全部或一部分的情况下，在由存储有记述了本发明所包含的各种服务器的动作的全部或一部分的程序的硬件、ROM等存储部、存储运算所需的数据的DRAM(Dynamic Random Access Memory：动态随机存取存储器)、CPU以及将各部连接的总线构成的计算机中，能够通过在DRAM中存储运算所需的信息并利用CPU使相应程序进行动作来实现。
另外，也可以将本发明所包含的各种服务器所具备的各功能设为适当地在一个或多个服务器上执行的结构。另外，也可以在云上利用虚拟服务器功能等来实现本发明所包含的各种服务器所具备的各功能。
关于程序，能够使用各种类型的计算机可读介质(computer readable medium)来保存，并向计算机供给。计算机可读介质包括各种类型的具有实体的记录介质(tangiblestorage medium：有形存储介质)。计算机可读取的记录介质的例子包括磁记录介质(例如，软磁盘、磁带、硬盘驱动器)、光磁记录介质(例如，光磁盘)、CD-ROM(Read Only Memory：只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如，掩膜ROM、PROM(Programmable ROM：可编程只读存储器)、EPROM(Erasable PROM：可擦可编程只读存储器)、闪存ROM、RAM(randomaccess memory：随机存取存储器)。

Claims (4)

1.一种检流计扫描器，具有：反射镜，其用于反射从激光光源射出的激光；旋转电动机，其对所述反射镜进行旋转驱动；透镜，其能够沿从所述激光光源射出的激光的光轴方向移动；以及直线运动机构，其对所述透镜进行驱动，所述检流计扫描器通过所述反射镜来反射从所述激光光源射出的激光，并且使该激光透过所述透镜，由此使激光对加工对象进行扫描，所述检流计扫描器具备：
变换部，其将所述加工对象的加工位置指令变换为所述旋转电动机和所述直线运动机构的移动指令；
控制滤波部，在所述直线运动机构的移动指令中包含依赖于所述旋转电动机的移动指令并为规定振幅以下的振幅范围内且规定频率以上的频率范围内的微弱直线运动分量的情况下，该控制滤波部在将该微弱直线运动分量从所述直线运动机构的移动指令中去除的基础上，输出与所述旋转电动机和所述直线运动机构的移动指令对应的控制信号；以及
控制部，其基于由所述控制滤波部输出的控制信号来控制所述旋转电动机和所述直线运动机构。
2.根据权利要求1所述的检流计扫描器，其特征在于，
被所述控制滤波部去除的所述直线运动机构的移动指令中的微弱直线运动分量的波形为正弦波、三角波、矩形波或锯齿波。
3.根据权利要求1或2所述的检流计扫描器，其特征在于，
在所述变换部将所述加工对象的加工位置指令变换为所述旋转电动机和所述直线运动机构的移动指令之后，所述控制滤波部将所述直线运动机构的移动指令中的微弱直线运动分量从所述直线运动机构的移动指令中去除。
4.根据权利要求1或2所述的检流计扫描器，其特征在于，
在所述变换部将所述加工对象的加工位置指令变换为所述旋转电动机和所述直线运动机构的移动指令之前，所述控制滤波部将所述直线运动机构的移动指令中的微弱直线运动分量从所述直线运动机构的移动指令中去除。
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