CN115835935A - 激光加工系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使工件的接缝曲折也能够准确地进行加工的激光加工系统。本公开的一个方式所涉及的激光加工系统具备：激光加工头，其具有激光光学系统和检测工件的接缝的跟踪传感器，该激光光学系统具有检流计扫描器；加工机器人，其对激光加工头进行定位；保持机器人，其保持工件；加工机器人控制部，其控制加工机器人，使得激光加工头沿设计上的接缝移动；保持机器人控制部，其控制保持机器人，使得工件移动以使由跟踪传感器检测出的接缝的位置与跟踪传感器的检测范围的中央之间的距离在规定范围内；以及检流计扫描器控制部，其控制检流计扫描器，以将激光的照射位置设定在相对于由跟踪传感器检测出的接缝的位置偏移了工件的移动量的位置。

Description

激光加工系统
技术领域
本发明涉及一种激光加工系统。
背景技术
在激光焊接中，已知存在如下接缝跟踪焊接：设置检流计扫描器和跟踪传感器，来准确地向工件的接缝照射激光，其中，该检流计扫描器使用能够调节角度的反射镜来对通过机器人而沿工件的设计上的接缝移动的加工头依次调节激光的照射位置(射出方向)，该跟踪传感器检测实际的工件的接缝的位置(接缝的曲折)(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-176164号公报
发明内容
发明要解决的问题
例如在对进行了冲压加工后的两张钢板进行焊接的情况下，有时由于冲压加工的加工误差、因用于临时固定的点焊的热应力引起的变形等原因导致工件的接缝曲折，从而导致实际的接缝的位置大幅远离设计上的接缝的位置。在工件的接缝像这样大幅曲折的情况下，接缝可能偏离跟踪传感器的检测范围。若跟踪传感器无法检测接缝的位置，则无法继续进行激光焊接。因此，期望一种即使工件的接缝曲折也能够准确地进行加工的激光加工系统。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式所涉及的激光加工系统具备：激光加工头，其具有激光光学系统和检测工件的接缝的跟踪传感器，所述激光光学系统具有调整激光的照射位置的检流计扫描器；加工机器人，其对所述激光加工头进行定位；保持机器人，其保持所述工件；加工机器人控制部，其控制所述加工机器人，使得所述激光加工头与设计上的所述接缝相向，并且使得所述激光加工头沿设计上的所述接缝移动；保持机器人控制部，其控制所述保持机器人，使得所述工件沿与通过所述加工机器人移动所述激光加工头的移动方向交叉的方向移动，以使由所述跟踪传感器检测出的所述接缝的位置与所述跟踪传感器的检测范围的中央之间的距离在规定范围内；以及检流计扫描器控制部，其控制所述检流计扫描器，以将所述激光的照射位置设定在相对于由所述跟踪传感器检测出的所述接缝的位置偏移了通过所述保持机器人移动所述工件的移动量的位置。
发明的效果
根据本公开所涉及的激光加工系统，即使工件的接缝曲折也能够准确地进行加工。
附图说明
图1是示出本公开的一个实施方式所涉及的激光加工系统的结构的示意图。
图2是示出图1的激光加工系统的控制的过程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图来对本公开所涉及的激光加工系统的实施方式进行说明。图1是示出本公开的一个实施方式所涉及的激光加工系统1的结构的示意图。
激光加工系统1沿工件W的接缝照射激光来进行焊接。激光加工系统1具备激光振荡器10、激光加工头20、对激光加工头20进行定位的加工机器人30、保持工件W的保持机器人40、以及控制激光加工头20、加工机器人30及保持机器人40的控制装置50。
作为激光振荡器10，例如能够使用光纤激光、二氧化碳激光、YAG激光等。激光振荡器10既可以搭载于激光加工头20，但也能够设为如下结构：以独立于加工机器人30的方式配置，例如通过光纤11等来向激光加工头20供给激光。
激光加工头20具有激光光学系统21和跟踪传感器22。激光光学系统21和跟踪传感器22以不发生相对移动的方式配置。
激光光学系统21具有使用可动反射镜来调整激光的射出方向的检流计扫描器211。因此，激光光学系统21能够向一定范围内的任意位置照射激光。
检流计扫描器211构成为：在激光的光路中具备能够绕相互正交的旋转轴旋转的两个反射镜，使用伺服马达来驱动这些反射镜使其旋转，由此调整激光射出的方向。
作为跟踪传感器22，例如能够使用沿一个方向扫描并进行基于激光的距离测定的传感器。这样的跟踪传感器22将到工件W为止的距离不连续地变化的点检测为工件的接缝。优选的是，跟踪传感器22配置为沿与通过后述的加工机器人30移动激光加工头20的移动方向垂直的方向扫描并进行距离测定。
加工机器人30在能够改变空间位置和朝向的末端部保持激光加工头20。由此，加工机器人30能够使激光加工头20以绘制期望的轨迹的方式移动。作为加工机器人30，不进行特别地限定，但能够使用垂直多关节型机器人、标量型机器人、并联型机器人、直角坐标型机器人等。另外，加工机器人30也可以是通过线性马达等来沿一个方向或两个方向进行轴向进给的定位器、致动器等简单的机器人。
保持机器人40在能够进行定位的末端部设置有用于保持工件W的保持头41等。作为保持机器人40，不进行特别地限定，但能够使用垂直多关节型机器人、标量型机器人、并联型机器人、直角坐标型机器人等。另外，也可以是通过滚珠丝杠、线性马达等来将保持工件W的台沿一个方向或两个方向进行轴向进给的定位器、致动器等简单的机器人。
控制装置50具备控制加工机器人30的加工机器人控制部51、控制保持机器人40的保持机器人控制部52以及控制检流计扫描器211的检流计扫描器控制部53。
控制装置50能够通过向具有CPU、存储器等的计算机装置导入适当的控制程序来实现。控制装置50的各构成要素既可以通过彼此独立的硬件来实现，也可以通过单个硬件来实现。也就是说，控制装置50的各构成要素是对控制装置50的功能进行分类而得到的，在其机械构造和程序构造上也可以无需能够明确地进行区分。另外，控制装置50也可以具有实现其它功能的更多的构成要素。
加工机器人控制部51控制加工机器人30，使得激光加工头20与工件W的设计上的接缝相向，并且使得激光加工头20沿设计上的接缝移动。也就是说，加工机器人控制部51使激光加工头20相对于一条接缝以固定的速度移动，典型的是进行直线移动。由该加工机器人控制部51控制的加工机器人30的动作是通过基于工件W的设计形状而制成的程序、用于操作者指示使激光加工头20与工件W相向的加工机器人30的姿势的示教操作等预先指定的。
保持机器人控制部52控制保持机器人40，使得工件W沿与通过加工机器人30移动激光加工头20的移动方向交叉的方向移动，以使由跟踪传感器22检测出的接缝的位置与跟踪传感器22的检测范围(扫描范围)的中央之间的距离在规定范围内。为了减轻运算负荷，通过保持机器人40移动工件W的移动方向优选地设为与激光加工头20的移动方向垂直且与激光加工头20的中心轴(以标准状态射出的激光的光轴方向)垂直的方向。
保持机器人控制部52能够构成为：使保持机器人40移动工件W，使得由跟踪传感器22检测出的接缝的位置向跟踪传感器22的检测范围的中央侧移动。也就是说，保持机器人控制部52能够构成为：以由跟踪传感器22检测出的接缝的位置相对于跟踪传感器22的检测范围的中央的偏差量为输入，以使该偏差量减小的方式决定通过保持机器人40移动工件W的移动量。
作为一例，保持机器人控制部52也可以通过实时地修正针对保持机器人40的指令值来控制保持机器人40，使得由跟踪传感器22检测出的接缝的位置始终与跟踪传感器22的检测范围的中央实质上一致。
然而，跟踪传感器22的检测可能存在延迟，或者为了防止过载、振动等而可能对保持机器人40的速度、加速度、急动度(jerk)等设定了上限值。因此，对于工件W的移动速度，保持机器人控制部52也可以通过以由跟踪传感器22检测出的接缝的位置相对于跟踪传感器22的检测范围的中央的偏差量为输入值的PID控制等来决定工件W的移动速度。
作为另一替代方案，保持机器人控制部52也可以仅在由跟踪传感器22检测出的接缝的位置与跟踪传感器22的检测范围的中央之间的距离超过上限值的情况下，控制保持机器人40，使得工件W以规定的配置文件(profile)和最高速度移动。另外，也可以是，保持机器人控制部52在由跟踪传感器22检测出的接缝相对于检测范围中央的正方向的偏差量达到了规定的上限值的情况下，使保持机器人40开始进行使工件W向正方向移动的动作，在由跟踪传感器22检测出的接缝相对于检测范围中央的负方向的偏差量达到了规定的上限值的情况下，使保持机器人40开始进行使工件W向负方向移动的动作。
仅凭这样的由保持机器人控制部52对保持机器人40的控制，有时也无法将工件W的接缝始终配置在跟踪传感器22的检测范围的中央。然而，通过由保持机器人控制部52使保持机器人40移动工件W来抑制工件W的接缝相对于跟踪传感器22的检测范围中央的偏差，由此能够防止工件W的接缝偏离跟踪传感器22的检测范围从而无法确定应照射激光的位置的情况。
检流计扫描器控制部53控制检流计扫描器211，以将激光的照射位置设定在相对于由跟踪传感器22检测出的接缝的位置偏移了通过保持机器人40移动工件W的移动量的位置。也就是说，检流计扫描器控制部53计算跟踪传感器22检测出接缝的位置的瞬间的工件W的位置与激光光学系统21向该位置照射激光的瞬间的工件W的位置之间的偏差，并对激光加工头20的坐标系中的、向检流计扫描器211输入的激光的照射位置进行校正。
图2示出了由激光加工系统1进行的激光焊接的控制的过程、也就是由控制装置50进行的控制的过程。由激光加工系统1进行的激光焊接通过以下方法进行，该方法包括：移动激光加工头20的工序(步骤S1：加工头移动工序)、检测工件W的接缝的实际位置的工序(步骤S2：接缝检测工序)、移动量工件W的工序(步骤S3：工件移动工序)以及向工件W照射激光的工序(步骤S4：激光照射工序)。
在步骤S1的加工头移动工序中，通过加工机器人30来使激光加工头20移动。也就是说，加工机器人控制部51按照加工程序或示教数据来使加工机器人30进行动作，由此使激光加工头20(激光光学系统21和跟踪传感器22)沿工件W的接缝以固定的速度直线移动。
在步骤S2的接缝检测工序中，通过跟踪传感器22来检测工件W的接缝的位置。具体地说，控制装置50从跟踪传感器22获取工件W的接缝在跟踪传感器22的坐标系中的位置，并根据跟踪传感器22在激光加工系统1的作业坐标系中的位置和朝向来计算工件W的接缝在作业坐标系中的位置。
在步骤S3的工件移动工序中，保持机器人控制部52通过保持机器人40来使工件W移动，使得工件W的接缝沿与激光加工头20的移动方向垂直的方向接近跟踪传感器22的检测范围的中央。
在步骤S4的激光照射工序中，通过激光光学系统21来向工件W的接缝照射激光。也就是说，检流计扫描器控制部53控制检流计扫描器211，以将激光的照射位置设定在使由跟踪传感器22检测出的工件W的接缝的位置偏移了与通过保持机器人40移动工件W的移动量相等的量(距离和方向)的位置。
此外，对于由控制装置50进行的控制，图2是以易于理解的方式示出针对同一作业坐标系的处理的流程的图，且各工序的一次的处理不与其它工序的一次的处理对应。另外，也可以在图2中的后面的工序的处理完成之前进行前面的工序的下一个循环的处理。也就是说，加工机器人控制部51向加工机器人30发出指令的循环、通过跟踪传感器22检测工件W的接缝的位置的循环、保持机器人控制部52向保持机器人40发出指令的循环、以及检流计扫描器控制部53向检流计扫描器211指示激光的照射位置的循环也可以互不相同。
像上面那样，在激光加工系统1中，由于通过保持机器人40以减少工件W的接缝的曲折的方式使工件W移动，因此能够防止工件W的接缝偏离跟踪传感器22的检测范围。因此，即使在工件W的接缝大幅曲折的情况下，也能够可靠地向工件W的接缝照射激光从而准确地焊接工件W。
并且，在考虑到简单地应用利用跟踪传感器22来沿工件W的接缝照射激光从而进行焊接的加工方法的情况下，期望激光加工头20追随工件的曲折的接缝来进行激光加工，对保持激光加工头20的加工机器人30仅示教单纯的直线动作而不变更该示教动作。除此以外，在沿工件W的接缝进行焊接的部位以外还存在多个加工部位这样的情况下，若改变加工机器人30的示教动作，则需要重新调整激光加工头20的激光照射位置、激光照射时机，这不是所期望的。根据本公开所涉及的激光加工系统1，即使工件W的接缝大幅曲折，也能够在不改变保持激光加工头20的加工机器人30的单纯的示教动作的情况下准确地进行焊接。
以上，对本公开所涉及的激光加工系统的实施方式进行了说明，但本公开的范围不限于上述的实施方式。另外，上述的实施方式中记载的效果仅列举了根据本公开所涉及的激光加工系统产生的最优选的效果，由本公开所涉及的激光加工系统得到的效果不限定于上述的实施方式中记载的内容。具体地说，本公开所涉及的激光加工系统也可以是照射激光来进行例如切断等加工的系统。
附图标记说明
1：激光加工系统；10：激光振荡器；11：光纤；20：激光加工头；21：激光光学系统；211：检流计扫描器；22：跟踪传感器；30：加工机器人；40：保持机器人；41：保持头；50：控制装置；51：加工机器人控制部；52：保持机器人控制部；53：检流计扫描器控制部；W：工件。

Claims (3)

1.一种激光加工系统，具备：
激光加工头，其具有激光光学系统和检测工件的接缝的跟踪传感器，所述激光光学系统具有调整激光的照射位置的检流计扫描器；
加工机器人，其对所述激光加工头进行定位；
保持机器人，其保持所述工件；
加工机器人控制部，其控制所述加工机器人，使得所述激光加工头与设计上的所述接缝相向，并且使得所述激光加工头沿设计上的所述接缝移动；
保持机器人控制部，其控制所述保持机器人，使得所述工件沿与通过所述加工机器人移动所述激光加工头的移动方向交叉的方向移动，以使由所述跟踪传感器检测出的所述接缝的位置与所述跟踪传感器的检测范围的中央之间的距离在规定范围内；以及
检流计扫描器控制部，其控制所述检流计扫描器，以将所述激光的照射位置设定在相对于由所述跟踪传感器检测出的所述接缝的位置偏移了通过所述保持机器人移动所述工件的移动量的位置。
2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其中，
所述保持机器人控制部使所述保持机器人移动所述工件，使得由所述跟踪传感器检测出的所述接缝的位置向所述跟踪传感器的检测范围的中央侧移动。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工系统，其中，
所述加工机器人是垂直多关节型机器人。
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