CN1830613A - 激光焊接示教装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光焊接示教装置以及方法，其使扫描动作的示教简单化，使机器人焊接作业时间的缩短成为可能。激光焊接示教装置连接到控制焊接机器人的机器人控制装置上，将各种指示送到机器人控制装置中，该焊接机器人对工件进行焊接作业。焊接机器人的焊接工具连接到激光起振器的同时，设有激光扫描仪。通过使用可高速移动的激光扫描仪，可削减空程动作时的机器人的动作，从而缩短作为系统整体的周期。

Description

激光焊接示教装置以及方法
技术领域
本发明涉及进行使用机器人的焊接作业的示教的激光焊接示教装置以及方法。
背景技术
使用机器人的焊接一般是在使机器人移动的同时进行。这里，在存在多个焊接处的情况下必须在此焊接处所间移动机器人。在使用了机器人的焊接中，期望能够尽可能缩短在此焊接处所间的机器人移动即空程，缩短整体作业时间。例如，特开2001-222309号说明书中所公开的：通过具备作业区间识别机构以及作业区间自动停止机构来实现机器人移动效率化的示教再现方式的机器人控制装置。
在现有空程动作中，使用使机器人的TCP(Tool Center Point)移动的方法居多。但是此方法在特别是像应焊接部位以点存在于相离较远的多处的情况时，TCP的移动需要时间，结果导致焊接作业整体需要花费相当长的时间。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种示教装置以及示教方法，该示教装置使扫描动作的示教简单化，使机器人焊接作业时间的缩短成为可能。
为达到上述目的，根据本发明的一实施方式，提供一种激光焊接示教装置，在包含控制激光束的照射方向的激光扫描仪和搭载该激光扫描仪并且可变更该激光扫描仪的位置以及姿势的机器人的激光焊接系统中，生成上述激光扫描仪以及上述机器人的动作程序，其具有：显示部，显示应焊接工件以及上述激光扫描仪的模型；焊缝指定部，在上述工件模型上指定多条焊缝；分组部，基于上述激光扫描仪的可扫描区域将上述多条焊缝分成多个组；以及程序创建部，关于上述多个组各个，创建上述机器人以及上述扫描仪的动作程序，使得在上述机器人处于与该各个组对应的位置上的期间上述激光扫描仪扫描包含在该各个组内的所有焊缝。
关于上述多个的各个组，上述程序创建部能够创建上述机器人以及上述激光扫描仪的动作程序，使得在上述激光扫描仪扫描包含在该各个组中的焊缝期间上述机器人停止。或是，上述程序创建部创建上述机器人以及上述激光扫描仪的动作程序，使得在上述激光扫描仪扫描上述焊缝期间上述机器人匀速移动。
或是还有，上述程序创建部也可在上述激光扫描仪扫描上述焊缝期间，使用上述机器人对应于上述多个组的各个的位置或移动速度有关的函数以及评价其的评价函数，创建上述机器人以及上述激光扫描仪的动作程序。
上述分组部最好基于该焊缝的各条之间的距离将上述多条焊缝分组。
激光焊接示教装置还能够包含在实际焊接作业之前用脱机方式进行基于上述机器人以及上述激光扫描仪的动作程序的模拟的模拟部。
根据本发明的其他方式，提供一种激光焊接示教方法，用于在包含控制激光束的照射方向的激光扫描仪和搭载该激光扫描仪并且可变更该激光扫描仪的位置以及姿势的机器人的激光焊接系统中，生成上述激光扫描仪以及上述机器人的动作程序，其具有以下步骤：显示应焊接工件以及上述激光扫描仪的模型；在上述工件的模型上指定多条焊缝；基于上述激光扫描仪的可扫描区域将上述多条焊缝分为多个组；以及关于上述多个组的各个，创建上述机器人以及上述扫描仪的动作程序，使得在上述机器人处于与该各个组对应的位置上的期间上述激光扫描仪扫描包含在该各个组中的所有焊缝。
激光焊接示教方法还能够包含在实际焊接作业之前用脱机方式进行基于上述机器人以及上述激光扫描仪的动作程序的模拟的步骤。
附图说明
通过参照附图说明以下的最佳实施方式，更进一步明确本发明的上述或其他目的、特征以及长处。
图1是表示包含本发明的激光焊接示教装置的激光加工机的概要构成的图，
图2是表示利用激光焊接示教装置的示教方法的概要流程的图，
图3是详细表示图2的建模方法的流程图，
图4a是表示图像显示作为工件的汽车车身的状态的图，
图4b是图4a的部分放大图，表示显示规定焊缝的状态的图，
图4c是表示分组图4b的焊缝的状态的图，
图5是表示将机器人等配置在工件周围的图像的图，
图6是详细表示图2的程序创建方法的流程图，
图7是表示扫描仪和工件的位置关系的图，
图8是表示各作业面的中心位置的图，
图9是用于求出TCP移动时的扫描动作方向的矢量图，
图10a及图10b是表示一例本发明的示教装置的软件构成的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明。
图1是表示包含涉及本发明的激光焊接示教装置10的激光加工机30的概要构成的图。激光焊接示教装置10最好是远程式示教装置，连接到控制焊接机器人12的机器人控制装置14上，将各种指示送到机器人控制装置14中，该焊接机器人12对汽车车身等的工件W进行焊接作业。焊接机器人12的焊接工具16上连接有激光起振器18的同时，设有控制来自激光起振器18的激光束照射方向的激光扫描仪20。利用机器人12可变更激光扫描仪20的位置以及姿势。如图所示，示教装置10可以是像具备具有后述功能的软件的笔记本电脑的处理装置。
图2是表示在利用上述激光加工机30进行焊接作业之前，激光焊接示教装置10进行的示教作业即示教方法的概要流程的流程图。以下，详细说明各作业。
图3详细表示图2的建模方法(S1)内容的流程图。首先，示教装置10从未图示的数据库读入工件W的CAD数据或IGES数据(S101)。还有这里，如图4a所示，工件W作为汽车车身进行说明。其次，操作者指定工件W上的多个(图示中为10个)应焊接部位即焊缝(S102)。此时，例如如图4b所示，示教装置10能够在自身的显示器10a或其他适当的显示机构中显示工件W的形状以及焊缝。还有这里，限定焊缝位于汽车车身后门附近进行说明。其次，指定激光扫描仪20可扫描的范围(即执行焊接时可焊接的范围)(S103)。此范围是指当后述机器人12的TCP在该范围内时利用扫描仪20可扫描的范围，例如200mm×200mm左右的尺寸。还有，预先将可焊接范围存放在存储器等中，能够省去此步骤S103。还有，该建模通常是进行考虑工件进深或焊接深度方向的3维模型的建模，但也可设定为平面即2维模型。
其次，决定焊缝的焊接顺序，首先选择该顺序用手动或自动的其中任意一种方式进行(S104)。该选择是根据操作者预先或人机对话方式输入的值等而进行的。在自动的情况，例如如图4b所示，计算各焊缝的位置以及它们之间的间隔(详细是指相互间最近的焊缝端部彼此之间的距离)(S105)，求出依次焊接所有焊缝时的焊缝之间距离的总和为最小的焊接顺序(L1～L10)(S106)。在手动决定的情况，操作者利用鼠标等指定焊缝的焊接顺序(S107)，最好是根据与自动的情况相同的方法进行。
其次，将焊缝分为几个组，选择该顺序用手动或自动的其中任意一种方式进行(S108)。该选择也是根据操作者预先或人机对话方式输入的值等而进行的。在自动的情况，例如如图4c所示，根据在步骤S105中求出的或重新求出的焊缝之间的间距离、以及在S103中指定的或预先确定的激光扫描仪20的可焊接范围(例如在200mm×200mm的正方形内)，进行分组，使得焊缝L1～L10分别包含在个数尽可能少的可焊接区域(在图示例中A1～A4的4个)内的其中任意一个中(S109)。在手动划分的情况，操作者利用鼠标等指定可焊接区域以及包含在其中的焊缝(S110)，但最好是根据与自动的情况相同的方法进行。
还有，可以将焊接顺序的决定(S104～S107)放在焊缝的分组(S108～S110)的后面进行。最后，考虑整体周期时间指定焊接速度(S111)。
建模(S1)结束后，示教装置10开始在操作画面上的布局(S2)作业。这里，如图5所示，从库24中读取机器人12、作业工具16以及其他周边机器等的图像，配置在显示器上的适当位置即工件W的周边上。
其次，示教装置10进行动作程序的创建(S3)。这里，基于建模(S1)求出的或输入的焊缝、焊接顺序(L1～L10)以及焊接速度等，创建机器人12以及扫描仪20的动作程序。以下，参照图6详细说明程序的创建。
首先，将机器人12的参照点即TCP的移动速度V设定为初期值V0(S301)。还有，这里的TCP是指如图7所示，将扫描仪20所具有的反射镜22配置成与分别代表可焊接区域A1～A4的作业面F1～F4相垂直时，从反射镜22上规定点(例如中心)向作业面F1～F4延长的垂线分别与作业面F1～F4相交的点，也可适当确定其他参照点。作业面是将被包含在对应可焊接区域内的焊缝附近的面(一般是曲面)近似为一个平面而求出的(S302)。例如，作业面F1是将被包含在可焊接区域A1内的焊缝L1～L3附近即门框部近似为1个平面而求出的。
其次，如图8所示，分别求出被包含在各个焊接区域A1～A4内的焊缝的中心位置C1～C4(S303)。例如通过使中心位置C1和各焊缝L1～L3中的任意一方的端部的距离总和为最短从而确定中心位置C1。
其次，创建规定机器人的位置以及姿势的动作程序(S304)。创建本程序(参照图8)，使得机器人12的TCP沿TCP轨迹T移动，即以匀速依次通过在步骤S303中求出的中心位置C1～C4从而通过各焊接区域A1～A4。其次，基于机器人的动作程序，创建规定机器人的位置以及姿势的动作程序(S305)，使得扫描仪20的扫描线依照建模(S1)确定的焊接顺序以上述焊接速度通过所有焊缝。例如，规定激光扫描仪的位置以及姿势，以使在机器人12处在对应焊接区域A1位置期间(即TCP在A1内的期间)激光扫描仪20能够结束所有焊缝L1～L3的扫描。这里，匀速移动TCP，因此如图9所示，将TCP的移动矢量VV的相反方向的矢量-VV和焊缝的延长方向即从焊接开始点LS向焊接结束点LE的矢量VW的合成矢量VS付与扫描仪20的动作。
其次，在基于在步骤S304以及S305中分别创建的机器人以及扫描仪的动作程序的情况下，判断能否焊接各作业面内的所有焊缝(换言之，TCP的移动速度V是否不过快)(S306)。在任意一个作业面不能焊接所有焊缝时，前进至步骤S307将TCP移动速度只减少适当的刻纹量Vα1，基于更新即降低的V，再次创建机器人程序(S304)。在所有的作业面中焊缝的焊接是可能时，前进至步骤S308。
在步骤S308中，判断在规定的周期时间内，所有焊缝的焊接是否完成(即TCP移动速度是否不过慢)。若是在规定时间内完成则结束程序创建(S3)。未完成时，进入步骤S309，将TCP的移动速度只增加刻纹量Vα2。为提高程序创建流程的收敛性，此刻线量Vα2最好设定为比上述的刻线量Vα1小。这里，若V+Vα2超过由机器人或扫描仪的规格等另行指定的界限速度VL(S310)，则作为无解成为警报发送等的处置(S311)，强制结束图2所示的整体流程。此时，上述焊缝分组的重新进行等的措施是必须的。另一方面，若V+Vα2未超过上述界限速度，则基于更新即增加后的V，再次创建机器人程序(S304)。
另外，还有取代步骤S306～S311的处理，依据与焊缝上的位置或移动速度有关的特定函数移动机器人时，使用判断此移动是否在周期时间内的评价函数，判断机器人的动作，根据需要变更移动速度，创建满足评价函数的机器人程序的方法。
机器人以及扫描仪双方的动作程序创建结束后，示教装置10用离线方式进行基于此程序的模拟(S4)。这里，进行机器人等的动作确认。
其次，进行程序的下载(S5)。即，将机器人以及扫描仪的动作程序从示教装置10向控制装置14输出。
通过上述S1～S5的作业机器人焊接的准备就绪。机器人控制装置14执行从示教装置10下载的机器人以及扫描仪的动作程序(S6)，由此实现远程焊接。
根据本发明的焊接示教装置，在机器人的TCP以固定速度移动期间，通过扫描仪的高速移动能够焊接各条焊缝，因此可在实质上排除现有的焊接处所间的空程。因此相比现有焊接作业能够大幅度缩短整体周期时间。但是在使用激光扫描仪的方法中，为了缩短时间，同时进行机器人移动和扫描仪移动，因此考虑二者的合成动作的控制是必须的。此控制的进行实际上非常困难的情况居多，因此恐怕实际上进行与焊接同时的示教作业需要花费尝试所需的时间。与此相对，本发明预先用脱机方式创建机器人以及扫描仪的动作程序并且用模拟确认其动作性，从而不必在实际的焊接作业中进行尝试。在这一点上，也能够实现周期时间缩短的同时能够进行可靠性高的作业。
在上述实施方式中，在TCP在整个焊接作业以速度V匀速移动期间扫描各条焊缝。但是，也可有如下方法：TCP在某个作业面的大致中心处停止的状态下扫描该作业面内(可焊接范围内)的各条焊缝，该作业面内的所有焊缝的扫描结束后，使TCP移动到其次的作业面的大致中心处，依次反复这样的操作。在这种情况中，通过机器人移动和利用反射镜转动的扫描仪的高速移动的组合能够快速进行空程，因此可取得在某种程度上缩短周期时间的效果。另外，不必考虑组合机器人动作和扫描动作的合成矢量，因此适用于需要比上述实施方式更高精度的作业的场合。
图10a是表示涉及本发明的激光示教装置(在本实施方式中是计算机)10的最佳软件构成例的图。计算机10作为具有远程焊接示教功能，可包含：读入CAD数据(S101)的CAD数据读入部10b；分组由焊缝10c指定的焊缝(S109)的分组部10d；算出焊接顺序(S105、S106)的焊接顺序算出部10e；创建由机器人以及扫描仪指定部10f指定的机器人以及扫描仪的动作程序(S304、S305)的程序创建部10g；以及进行脱机模拟(S4)的模拟部10h。创建的机器人以及扫描仪的动作程序P连同由程序创建部10g同时创建的机器人以及扫描仪的同步位置数据D一起送到机器人控制装置14中。如图10b所示，机器人控制装置14具有读入动作程序P的程序读入模块14a和读入同步位置数据的同时监视此同步位置的同步位置监视模块14b。还有，机器人控制装置14将扫描位置(各条焊缝的起点以及终点)以及扫描速度的数据送到具备扫描动作模块21a的扫描控制器21，由此实现适当的扫描动作。
根据本发明的示教装置，通过取代成TCP的移动，并使用可高速移动的激光扫描仪，能够大幅度削减空程动作时的机器人动作，能够大幅度缩短作为系统整体的周期时间。另外，用脱机方式创建机器人以及扫描仪的动作程序，能够将机器人以及扫描仪的程序的动作示教简单化。
参照为了说明而选定的特定实施方式说明了本发明，但本领域的技术人员在不脱离本发明的基本概述及范围的情况下可以进行种种修正以及变更。

Claims (8)

1.一种激光焊接示教装置(10)，在包含控制激光束的照射方向的激光扫描仪(20)和搭载该激光扫描仪(20)并且可变更该激光扫描仪(20)的位置以及姿势的机器人(12)的激光焊接系统(30)中，生成上述激光扫描仪(20)以及上述机器人(12)的动作程序，其特征在于，具有：显示部(10a)，显示应焊接工件(W)以及上述激光扫描仪(20)的模型；焊缝指定部(10c)，在上述工件(W)的模型上指定多条焊缝(L1～L10)；分组部(10d)，基于上述激光扫描仪(20)的可扫描区域将上述多条焊缝(L1～L10)分成多个组(A1～A4)；以及程序创建部(10g)，关于上述多个组(A1～A4)的各个，创建上述机器人(12)以及上述扫描仪(20)的动作程序，使得在上述机器人(12)处于对应于该各个组的位置上的期间上述激光扫描仪(20)扫描包含在该各个组内的所有焊缝(L1～L10)。
2.根据权利要求1所述的激光焊接示教装置，其特征在于，
关于上述多个组(A1～A4)的各个，上述程序创建部(10g)创建上述机器人(12)以及上述激光扫描仪(20)的动作程序，使得在上述激光扫描仪(20)扫描包含在该各个组中的焊缝期间上述机器人(12)停止。
3.根据权利要求1所述的激光焊接示教装置，其特征在于，
上述程序创建部(10g)创建上述机器人(12)以及上述激光扫描仪(20)的动作程序，使得在上述激光扫描仪(20)扫描上述焊缝(L1～L10)期间上述机器人(12)匀速移动。
4.根据权利要求1所述的激光焊接示教装置，其特征在于，
上述程序创建部(10g)在上述激光扫描仪(20)扫描上述焊缝(L1～L10)期间使用与上述机器人(12)对应于上述多个组(A1～A4)的各个的位置或移动速度有关的函数以及评价该函数的评价函数，创建上述机器人(12)以及上述激光扫描仪(20)的动作程序。
5.根据权利要求1所述的激光焊接示教装置，其特征在于，
上述分组部(10d)基于该焊缝的各条之间的距离将上述多条焊缝(L1～L10)分组。
6.根据权利要求1所述的激光焊接示教装置，其特征在于，
还包含在实际焊接作业之前用脱机方式进行基于上述机器人(12)以及上述激光扫描仪(20)的动作程序的模拟的模拟部(10h)。
7.一种激光焊接示教方法，用于在包含控制激光束的照射方向的激光扫描仪(20)和搭载该激光扫描仪(20)并且可变更该激光扫描仪(20)的位置以及姿势的机器人(12)的激光焊接系统(30)中，生成上述激光扫描仪(20)以及上述机器人(12)的动作程序，其特征在于，具有以下步骤：显示应焊接工件(W)以及上述激光扫描仪(20)的模型；在上述工件(W)的模型上指定多条焊缝(L1～L10)；基于上述激光扫描仪(20)的可扫描区域将上述多条焊缝(L1～L10)分成多个组(A1～A4)；以及关于上述多个组(A1～A4)的各个，创建上述机器人(12)以及上述扫描仪(20)的动作程序，使得在上述机器人(12)处于对应于该各个组的位置上的期间上述激光扫描仪(20)扫描包含在该各个组中的所有焊缝。
8.根据权利要求7所述的激光焊接示教方法，其特征在于，
还包含在实际焊接作业之前用脱机方式进行基于上述机器人(12)以及上述激光扫描仪(20)的动作程序的模拟的步骤。
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