DE102017008426B4

DE102017008426B4 - Laserschweißsystem

Info

Publication number: DE102017008426B4
Application number: DE102017008426.2A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Murakami
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2037-09-08
Also published as: CN207127389U; CN107803589A; JP2018039039A; JP6382897B2; DE102017008426A1; CN107803589B; US10265853B2; US20180065250A1

Abstract

Laserschweißsystem (1, 1A, 1B, 1C), umfassend einen Roboter (3), einen Laserkopf (5), der an einem führenden Ende eines Armes (31) des Roboters (3) vorgesehen ist, eine Steuer- und/oder Regeleinheit (7, 7A, 7B, 7C), die den Betrieb des Roboters (3) und des Laserkopfes (5) steuert und/oder regelt, und eine Laserlichtquelle (53), die einen Laserstrahl erzeugt,wobei der Laserkopf (5) beinhaltet: wenigstens einen Spiegel (51, 52), der um eine Drehachse (X1, X2) herum drehbar ausgestaltet ist und den Laserstrahl reflektiert; undeinen Motor (54), der den Spiegel (51, 52) drehend antreibt, undwobei die Steuer- und/oder Regeleinheit (7, 7A, 7B, 7C) beinhaltet: einen Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75), der eine Beschleunigung einer Vibration ermittelt, die infolge des Betriebes des Roboters (3) am führenden Ende des Armes (31) auftritt; undeinen Befehlskorrekturabschnitt (74), der einen Steuer- und/oder Regelbefehl für den Motor (54), der den Spiegel (51, 52) drehend antreibt, auf Grundlage der Beschleunigung der Vibration, die von dem Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75) ermittelt wird, derart korrigiert, dass einer vibrationsbedingten Divergenz einer Laserstrahlausstrahlungsposition entgegengewirkt wird,wobei das Laserschweißsystem (1B) des Weiteren umfasst:eine Abbildungsvorrichtung (75), die ein Bild des Roboters (3) oder des Roboters (3) und seiner Umgebung aufnimmt; undeine Bildbearbeitungseinheit (73B), die ein Bild, das von der Abbildungsvorrichtung (75) aufgenommen wird, bearbeitet,wobei der Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75) dafür ausgestaltet ist, die Abbildungsvorrichtung (75) und die Bildbearbeitungseinheit (73B) zu beinhalten, und die Beschleunigung der Vibration aus einer Änderung in den Bildern, die jede vorbestimmte Zeitspanne aufgenommen werden, berechnet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserschweißsystem.
Hintergrund
DE 20 2015 101 632 U1 offenbart eine Vorrichtung zur Überwachung einer scannerbasierten materialbearbeitenden Lasereinrichtung, die eine Laserstrahlquelle und eine Ablenkeinrichtung zum gezielten Ausrichten eines von der Laserstrahlquelle bereitgestellten Laserstrahls auf ein zu bearbeitendes Werkstück umfasst, wobei zumindest ein Sensor zur Erfassung eines Bewegungszustandes des Laserstrahls an die Ablenkeinrichtung ankoppelbar ist und mit einem Schalter der Lasereinrichtung derart verbindbar ist, dass die Laserstrahlquelle in Abhängigkeit des erfassten Bewegungszustandes abschaltbar ist.
JP 2012 - 27 446 A beschreibt eine Galvanoscanner-Vorrichtung umfassend: einen X-Achsen-Galvanoscanner, der einen Spiegel dreht; einen Y-Achsen-Galvanoscanner, der eine Drehachse senkrecht zu einer Drehachse des Spiegels aufweist und einen Spiegel dreht; einen Beschleunigungssensor, der am Spiegel vorgesehen ist und Kippschwingungen des Spiegels erfasst; einen Beschleunigungssensor, der am Spiegel vorgesehen ist und Kippschwingungen des Spiegels erfasst; und eine Steuereinheit , die einen Drehwinkel des Spiegels basierend auf einem erfassten Wert durch den Beschleunigungssensor steuert und einen Drehwinkel des Spiegels basierend auf einem erfassten Wert durch den Beschleunigungssensor steuert.
DE 10 2007 035 485 A1 beschreibt eine Laserschweißvorrichtung zum Fügen von Bauteilen mit folgenden Komponenten: - eine Strahlungsquelle zum Erzeugen eines gerichteten und fokussiertes Laserstrahls; eine mittels einer Roboteransteuerung manipulierbare Robotervorrichtung zum Führen und Ausrichten des fokussierten Laserstrahls der Strahlungsquelle auf die Bauteile; - einem von der Roboteransteuerung unabhängigen, der Roboteransteuerung überlagerten und auf die Ausrichtung des Laserstrahls wirkenden, geschlossenen Regelkreis zum Kompensieren von in der Robotervorrichtung auftretenden Schwingungen.
Allgemein bekannt ist eine Laserschweißvorrichtung, die einen Laserkopf mit einem Galvanoscanner am führenden Ende eines Armes eines mehrachsigen Roboters beinhaltet. Hierbei ist der Galvanoscanner eine Vorrichtung, die zwei Spiegel beinhaltet, die bezugsrichtig um zwei zueinander senkrechte Drehachsen herum drehbar sind, und die einen von einer Laserlichtquelle emittierten Laserstrahl durch drehendes Antreiben der Spiegel mittels Servomotoren scannt.
Da während des Betriebes des Roboters jedoch Vibrationen am führenden Ende des Armes auftreten, ist es bei der vorbeschriebenen Laserschweißvorrichtung notwendig, die vibrationsbedingte Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition zu korrigieren. Üblicherweise beinhaltet der Roboter eine Vibrationssteuer- bzw. Regelfunktion und wirkt einer Vibration dadurch entgegen, dass die Vibrationen, die am führenden Ende des Armes auftreten, mittels eines Beschleunigungssensors, der am führenden Ende des Armes vorgesehen ist, detektiert werden und das Umkehrdrehmoment bezüglich des Servomotors oder eines Reduktionsgetriebes, der/das jede Achse antreibt, addiert wird, um den detektierten Vibrationen entgegenzuwirken. Obwohl das Korrigieren der Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition unter Verwendung der Vibrationssteuer- bzw. Regelfunktion des Roboters berücksichtigt ist, ist aus diesem Grunde die Last an dem Servomotor und dem Reduktionsgetriebe, der/das in dem Roboter vorhanden ist, in diesem Fall groß.
Daher ist eine Laserschweißvorrichtung vorgeschlagen worden, die die Winkeldivergenz zwischen dem Laserstrahl, der zu der Laserstrahlausstrahlungsposition von dem Laserkopf her tatsächlich ausgestrahlt wird, und dem Laserstrahl, der zum Zielschweißpunkt ausgestrahlt werden soll, durch einen Gyrosensor detektiert und den Betrieb des Galvanoscanners auf Grundlage der detektierten Winkeldivergenz korrigiert (siehe beispielsweise Patentdruckschrift 1).
Patentdruckschrift 1: japanisches Patent JP 4 923 459 B2
Zusammenfassung der Erfindung
Die Laserschweißvorrichtung aus Patentdruckschrift 1 detektiert mit dem Gyrosensor jedoch lediglich die Neigung des Laserstrahles relativ zum Schweißpunkt, um den Betrieb des Galvanoscanners zu korrigieren. Aus diesem Grund wird die bei einer Vibration des Roboters auftretende Seitendivergenz und dergleichen überhaupt nicht berücksichtigt, weshalb eine mit hoher Genauigkeit erfolgende Korrektur der Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition nicht möglich ist.
Die vorliegende Erfindung wurde eingedenk des Vorbesprochenen gemacht, wobei deren Aufgabe in der Bereitstellung eines Laserschweißsystems liegt, das eine Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition mit hoher Genauigkeit korrigieren kann und daher zu einem Laserschweißen mit höherer Genauigkeit fähig ist. Der Gegenstand der Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich aus dem Unteranpruch.
Um die vorbeschriebene Aufgabe zu lösen, stellt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Laserschweißsystem (beispielsweise das nachstehend noch beschriebene Remote-Laserschweißsystem 1, 1A, 1B, 1C) bereit, das insbesondere umfasst: einen Roboter (beispielsweise den nachstehend noch beschriebenen mehrachsigen Roboter 3), einen Laserkopf (beispielsweise den nachstehend noch beschriebenen Laserkopf 5), der an einem führenden Ende eines Armes (beispielsweise des nachstehend noch beschriebenen Armes 31) des Roboters vorgesehen ist, eine Steuer- bzw. Regeleinheit (beispielsweise die nachstehend noch beschriebene Steuer- bzw. Regeleinheit 7, 7A, 7B, 7C), die den Betrieb des Roboters und des Laserkopfes steuert bzw. regelt, und eine Laserlichtquelle (beispielsweise die nachstehend noch beschriebene Laserlichtquelle 53), die einen Laserstrahl erzeugt, wobei der Laserkopf beinhaltet: wenigstens einen Spiegel (beispielsweise den nachstehend noch beschriebenen Galvanospiegel 51, 52), der um eine Drehachse herum (beispielsweise die nachstehend noch beschriebene Drehachse X1, X2) drehbar ausgestaltet ist und den Laserstrahl reflektiert; und einen Motor (beispielsweise den nachstehend noch beschriebenen Galvanomotor 54), der den Spiegel drehend antreibt, und wobei die Steuer- bzw. Regeleinheit beinhaltet: einen Beschleunigungsermittlungsabschnitt (beispielsweise den Beschleunigungssensor 73, den für elektrischen Strom gedachten Sensor 73A, die Bildbearbeitungseinheit 73B und die Abbildungsvorrichtung 75, die den nachstehend noch beschriebenen Beschleunigungsermittlungsabschnitt bilden), der die Beschleunigung einer Vibration, die infolge des Betriebes des Roboters am führenden Ende des Armes auftritt, ermittelt; und einen Befehlskorrekturabschnitt (beispielsweise den nachstehend noch beschriebenen Befehlskorrekturabschnitt 74), der einen Steuer- bzw. Regelbefehl für den Motor, der den Spiegel drehend antreibt, auf Grundlage der Beschleunigung der Vibration, die von dem Beschleunigungsermittlungsabschnitt ermittelt wird, derart korrigiert, dass einer vibrationsbedingten Divergenz einer Laserstrahlausstrahlungsposition entgegengewirkt wird.
Entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Laserschweißsystem aus der Beschreibung beim zweiten Aspekt des Weiteren einen Beschleunigungssensor beinhalten, der am führenden Ende des Armes des Roboters vorgesehen ist und eine Beschleunigung einer Vibration, die am führenden Ende des Armes auftritt, detektiert, wobei der Beschleunigungsermittlungsabschnitt von dem Beschleunigungssensor gebildet werden kann.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Laserschweißsystem aus der Beschreibung beim ersten Aspekt des Weiteren einen für elektrischen Strom gedachten Sensor, der einen Antriebsstrom des Motors, der den Roboter antreibt, detektiert, wobei der Beschleunigungsermittlungsabschnitt dafür ausgestaltet sein kann, den für elektrischen Strom gedachten Sensor zu beinhalten, und die Beschleunigung der Vibration aus dem Antriebsstrom, der von dem für elektrischen Strom gedachten Sensor detektiert wird, berechnet.
Das Laserschweißsystem aus der Beschreibung beim ersten Aspekt beinhaltet des Weiteren: eine Abbildungsvorrichtung, die ein Bild des Roboters oder des Roboters und seiner Umgebung aufnimmt; und eine Bildbearbeitungseinheit, die ein Bild, das von der Abbildungsvorrichtung aufgenommen wird, bearbeitet, wobei der Beschleunigungsermittlungsabschnitt dafür ausgestaltet sein kann, die Abbildungsvorrichtung und die Bildbearbeitungseinheit zu beinhalten, und die Beschleunigung der Vibration aus einer Änderung in den Bildern, die jede vorbestimmte Zeitspanne aufgenommen werden, berechnet.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Laserschweißsystem aus der Beschreibung beim ersten Aspekt des Weiteren: eine Aufzeichnungseinheit, die die Beschleunigung der Vibration vorab ermittelt und aufzeichnet, wobei der Befehlskorrekturabschnitt einen Steuer- bzw. Regelbefehl für den Motor, der den Spiegel drehend antreibt, auf Grundlage der Beschleunigung der Vibration, die in der Aufzeichnungseinheit vorab aufgezeichnet wird, korrigieren kann.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Laserschweißsystem bereitzustellen, das die Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition mit hoher Genauigkeit korrigieren kann und daher zu einem Laserschweißen mit höherer Genauigkeit fähig ist.
Figurenliste

1 ist eine Außenansicht eines Laserschweißsystems entsprechend einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Ansicht zur Darstellung des optischen Systems des Laserschweißsystems entsprechend der ersten Ausführungsform.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm des Laserschweißsystems entsprechend der ersten Ausführungsform.
4 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Korrigieren einer vibrationsbedingten Divergenz einer Laserstrahlausstrahlungsposition.
5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Abfolge bei der Korrektur einer Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition bei dem Laserschweißsystem entsprechend der ersten Ausführungsform.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Laserschweißsystems entsprechend einer zweiten Ausführungsform.
7 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Laserschweißsystems entsprechend einer dritten Ausführungsform.
8 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Laserschweißsystems entsprechend einer vierten Ausführungsform.

Detailbeschreibung der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Man beachte, dass bei der Erläuterung der zweiten und weiteren Ausführungsformen dieselben Bezugszeichen Ausgestaltungen, die mit der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, zugeordnet sind und Erläuterungen hiervon unterbleiben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Außenansicht eines Remote-Laserschweißsystems 1 entsprechend einer ersten Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt ist, beinhaltet das Remote-Laserschweißsystem 1 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform: einen mehrachsigen Roboter 3, einen Laserkopf 5, der an einem führenden Ende eines Armes 31 des mehrachsigen Roboters 3 vorgesehen ist, eine selbige steuerende bzw. regelnde, nachstehend noch beschriebene Steuer- bzw. Regeleinheit 7 und eine nachstehend noch beschriebene Laserlichtquelle 53, die einen Laserstrahl L erzeugt. Das Remote-Laserschweißsystem 1 führt ein Laserschweißen aus, indem der Laserstrahl L von dem Laserkopf 5 hin zum Bearbeitungspunkt (Schweißpunkt) eines Werkstückes W, so beispielsweise zum Chassis eines Kraftfahrzeuges, ausgestrahlt wird, während der Laserkopf 5 am führenden Ende des Armes 31 durch den Betrieb des mehrachsigen Roboters 3 bewegt wird.
Der mehrachsige Roboter 3 beinhaltet eine Basis 30, den Arm 31, eine Mehrzahl von Achsen 32a bis 32e und Robotermotoren (nicht dargestellt), die aus jede Achse antreibenden Servomotoren bestehen. Der Betrieb des mehrachsigen Roboters 3 wird von einer nachstehend noch beschriebenen Robotersteuer- bzw. Regeleinheit gesteuert bzw. geregelt.
Der Laserkopf 5 beinhaltet einen Galvanoscanner 50 zum Scannen des Laserstrahles L hin zu einem Bearbeitungspunkt (Schweißpunkt) an dem Werkstück W. Der Betrieb des Galvanoscanners 50 wird von einer nachstehend noch beschriebenen Galvanoscannersteuer- bzw. Regeleinheit gesteuert bzw. geregelt.
2 ist eine Ansicht zur Darstellung des optischen Systems des Remote-Laserschweißsystems 1. 2 zeigt schematisch die Laserlichtquelle 53 und den Galvanoscanner 50. Wie in 2 dargestellt ist, sind die Laserlichtquelle 53 und der Galvanoscanner 50 über dem Werkstück W, das auf einem Arbeitstisch T platziert ist, angeordnet.
Die Laserlichtquelle 53 wird von verschiedenen Laseroszillatoren mit einem Lasermedium, einem optischen Resonator, einer Anregungsquelle und dergleichen mehr gebildet. Die Laserlichtquelle 53 strahlt den erzeugten Laserstrahl L hin zu dem nachstehend noch beschriebenen Galvanoscanner 50 aus.
Der Galvanoscanner 50 beinhaltet die beiden Galvanospiegel 51, 52, an denen der Laserstrahl L, der von der Laserlichtquelle 53 emittiert wird, nacheinander reflektiert wird; und die beiden Galvanomotoren 54, 54, die jeden der Galvanospiegel 51, 52 bezugsrichtig um die Drehachsen X1, X2 herum drehend antreiben. Die Galvanospiegel 51, 52 sind bezugsrichtig um die beiden zueinander senkrechten Drehachsen X1, X2 herum drehbar ausgestaltet. Die Galvanomotoren 54, 54 werden von Servomotoren gebildet und scannen den Laserstrahl L, der von der Laserlichtquelle 53 emittiert wird, durch drehendes Antreiben der Galvanospiegel 51, 52.
Wie in 2 dargestellt ist, erreicht der Laserstrahl L, der von der Laserlichtquelle 53 emittiert wird, den Bearbeitungspunkt (Schweißpunkt) an dem Werkstück W, nachdem er nacheinander an den beiden Galvanospiegeln 51, 52 reflektiert worden ist. Nunmehr ändert sich, wenn die beiden Galvanospiegel 51, 52 bezugsrichtig von den Galvanomotoren 54, 54 drehend angetrieben werden, der Einfallswinkel des Laserstrahles L, der auf die Galvanospiegel 51, 52 auftrifft, kontinuierlich. Als Ergebnis hiervon wird der Laserstrahl L, der das Werkstück W erreicht, entlang eines vorbestimmten Scanweges an dem Werkstück W gescannt.
3 ist ein Funktionsblockdiagramm des Remote-Laserschweißsystems 1 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 3 gezeigt ist, wird das Remote-Laserschweißsystem 1 primär von dem mehrachsigen Roboter 3 und dem Laserkopf 5, der selbige steuernden bzw. regelnden Steuer- bzw. Regeleinheit 7 und der Laserlichtquelle 53 gebildet. Zusätzlich beinhaltet die Steuer- bzw. Regeleinheit 7 einen Robotersteuer- bzw. Regelabschnitt 71, einen Galvanoscannersteuer- bzw. Regelabschnitt 72, einen Beschleunigungssensor 73 als Beschleunigungsermittlungsabschnitt und einen Befehlskorrekturabschnitt 74.
Der Robotersteuer- bzw. Regelabschnitt 71 treibt durch Steuern bzw. Regeln der vorbeschriebenen Robotermotoren jede der Achsen 32a bis 32e an, damit der Laserkopf 5, der am führenden Ende des Armes 31 vorgesehen ist, in eine vorbestimmte Position bewegt wird. Der Galvanoscannersteuer- bzw. Regelabschnitt 72 passt den Einfallswinkel des Laserstrahles L, der auf die Galvanospiegel 51, 52 auftrifft, durch Steuern bzw. Regeln der vorbeschriebenen Galvanomotoren 54, 54 an. Die Ausstrahlungsposition des Laserstrahles L wird hierdurch angepasst.
Der Beschleunigungssensor 73 bildet einen Beschleunigungsermittlungsabschnitt und ermittelt die Beschleunigung von Vibrationen, die am führenden Ende des Armes 31 des mehrachsigen Roboters 3 auftreten. Entsprechend der Beschleunigung, die von dem Beschleunigungssensor 73 detektiert wird, werden am führenden Ende des Armes 31 die Vibrationen, die infolge des Betriebes des mehrachsigen Roboters 3 auftreten, detektiert.
Der Befehlskorrekturabschnitt 74 berechnet auf Grundlage der Beschleunigung der Vibrationen, die von dem Beschleunigungssensor 73 ermittelt wird, einen Befehlskorrekturwert derart, dass der vibrationsbedingten Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition entgegengewirkt wird, und korrigiert die Steuer- bzw. Regelbefehle für die Galvanomotoren 54, 54 durch den Galvanoscannersteuer- bzw. Regelabschnitt 72 entsprechend diesem Befehlskorrekturwert. Mit anderen Worten, der Befehlskorrekturabschnitt 74 erfasst ein Vibrationsmuster auf Grundlage der Beschleunigung der Vibrationen, die von dem Beschleunigungssensor 73 detektiert und ermittelt wird, und korrigiert den Betrieb des Galvanoscanners 50 auf Grundlage dieser erfassten Daten. Das Verfahren zum Korrigieren der vibrationsbedingten Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition bei der vorliegenden Ausführungsform wird anhand 4 beschrieben.
4 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Korrigieren der vibrationsbedingten Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition. Wie in 4 dargestellt ist, wird bei dem Remote-Laserschweißsystem 1 eine Beschleunigungskomponente, die von Vibrationen herrührt, die infolge des Betriebes des mehrachsigen Roboters 3 auftreten, zum führenden Ende des Armes 31 des mehrachsigen Roboters 3, der den Laserkopf 5 beinhaltet, addiert bzw. hinzugefügt. Ist dies erfolgt, so tritt eine Divergenz bei der ursprünglichen Bewegung (Befehl) relativ zum Bearbeitungspunkt (Schweißpunkt) entsprechend dem Steuer- bzw. Regelbefehl von dem Robotersteuer- bzw. Regelabschnitt 71 auf. Daher berechnet der vorbeschriebene Befehlskorrekturabschnitt 74 bei der vorliegenden Ausführungsform als Befehlskorrekturwert eine Beschleunigungskomponente in umgekehrter Richtung und mit gleichem Betrag wie bei der vibrationsbedingten Beschleunigungskomponente und addiert diesen Befehlskorrekturwert zu dem Steuer- bzw. Regelbefehl (überlagert diesen). Die vibrationsbedingte Beschleunigungskomponente wird hierbei durch die korrekturbedingte Beschleunigungskomponente ausgeglichen, wodurch der Vibration entgegengewirkt wird.
Die Abfolge bei der Korrektur der Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition des Remote-Laserschweißsystems 1 mit vorbeschriebener Ausgestaltung wird nachstehend anhand 5 beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung der Abfolge bei der Korrektur der Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition bei dem Remote-Laserschweißsystem 1 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform. Diese Korrekturbearbeitung wird wiederholt ausgeführt, während das Laserschweißen erfolgt.
Zunächst wird bei Schritt S1 die Beschleunigung von Vibrationen, die infolge des Betriebes des mehrachsigen Roboters 3 am führenden Ende des Armes 31 auftreten, ermittelt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Beschleunigung der Vibration von dem Beschleunigungssensor 73, der als Beschleunigungsermittlungsabschnitt dient, detektiert und ermittelt. Anschließend geht die Bearbeitung zu Schritt S2 über.
Bei Schritt S2 wird der Befehlskorrekturwert auf Grundlage der Beschleunigung von Vibrationen, die bei Schritt S1 ermittelt worden ist, berechnet. Insbesondere wird eine Beschleunigungskomponente mit umgekehrter Richtung und gleichem Betrag wie bei der vibrationsbedingten Beschleunigungskomponente, wie vorstehend beschrieben worden ist, als Befehlskorrekturwert ermittelt. Anschließend geht die Bearbeitung zu Schritt S3 über.
Bei Schritt S3 wird der Galvanoscannersteuer- bzw. Regelbefehl unter Verwendung des Befehlskorrekturwertes, der bei Schritt S2 berechnet worden ist, korrigiert. Insbesondere wird der Befehlskorrekturwert zu dem Galvanoscannersteuer- bzw. Regelbefehl, wie erwähnt, addiert (diesem überlagert). Die vibrationsbedingte Beschleunigungskomponente wird hierbei durch die korrekturbedingte Beschleunigungskomponente ausgeglichen, wodurch der Vibration entgegengewirkt wird. Die vorliegende Bearbeitung ist damit beendet.
Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform ergeben sich die nachfolgenden Wirkungen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Remote-Laserschweißsystem 1 bereitgestellt, das beinhaltet: den Laserkopf 5 mit dem Galvanospiegel 50 am führenden Ende des Armes 31 des mehrachsigen Roboters 3, den Beschleunigungssensor 73, der die Beschleunigung von Vibrationen ermittelt, die am führenden Ende des Armes 31 infolge des Betriebes des mehrachsigen Roboters 3 auftreten. Zusätzlich ist der Befehlskorrekturabschnitt 74 vorgesehen, der Steuer- bzw. Regelbefehle für die Galvanomotoren 54, 54, die die Galvanospiegel 51, 52 drehend antreiben, auf Grundlage der Beschleunigung der Vibrationen, die von dem Beschleunigungssensor 73 ermittelt wird, derart korrigiert, dass der vibrationsbedingten Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition entgegengewirkt wird. Da die vibrationsbedingte Beschleunigungskomponente durch die der Korrektur entsprechende Beschleunigungskomponente ausgeglichen werden kann, ist es möglich, Vibrationen, die am führenden Ende des Armes 31 auftreten, zuverlässig entgegenzuwirken. Daher ist es entsprechend der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Divergenz der Laserstrahlausstrahlungsposition mit höherer Genauigkeit zu korrigieren, weshalb ein Laserschweißen mit höherer Genauigkeit möglich ist. Man beachte, dass entsprechend der vorliegenden Ausführungsform infolge der Korrektur des Galvanoscannersteuer- bzw. Regelbefehls ohne Korrektur des Robotersteuer- bzw. Regelbefehls durch den Robotersteuer- bzw. Regelabschnitt 71 die Last an dem Robotermotor oder dem Reduktionsgetriebe des mehrachsigen Roboters 3 nicht zunimmt.
Zweite Ausführungsform
6 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Remote-Laserschweißsystems 1A entsprechend einer zweiten Ausführungsform. Wie in 6 gezeigt ist, weist das Remote-Laserschweißsystem 1A entsprechend der vorliegenden Ausführungsform dieselbe Ausgestaltung wie die erste Ausführungsform auf, jedoch mit Ausnahme davon, dass sich die Ausgestaltung des Beschleunigungsermittlungsabschnittes der Steuer- bzw. Regeleinheit 7a von derjenigen des Remote-Laserschweißsystems 1 entsprechend der ersten Ausführungsform unterscheidet. Insbesondere unterscheidet sich das Remote-Laserschweißsystem 1A entsprechend der vorliegenden Ausführungsform von demjenigen der ersten Ausführungsform dahingehend, dass es einen für elektrischen Strom gedachten Sensor 73A anstelle des Beschleunigungssensors 73 als Beschleunigungsermittlungsabschnitt beinhaltet.
Der für elektrischen Strom gedachte Sensor 73A ist an dem mehrachsigen Roboter 3 vorgesehen und detektiert den Antriebsstrom der Robotermotoren, die jede der Achsen des mehrachsigen Roboters 3 antreiben. Der Beschleunigungsermittlungsabschnitt der vorliegenden Ausführungsform berechnet und ermittelt hierdurch die Beschleunigung der Vibrationen aus dem Antriebsstrom, der von dem für elektrischen Strom gedachten Sensor 73A detektiert wird.
Das Remote-Laserschweißsystem 1A entsprechend der vorliegenden Ausführungsform arbeitet auf ähnliche Weise wie das Remote-Laserschweißsystem 1 entsprechend der ersten Ausführungsform, weshalb sich ähnliche Wirkungen ergeben.
Dritte Ausführungsform
7 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Remote-Laserschweißsystems 1B entsprechend einer dritten Ausführungsform. Wie in 7 dargestellt ist, weist das Remote-Laserschweißsystem 1B entsprechend der vorliegenden Ausführungsform dieselbe Ausgestaltung wie die erste Ausführungsform auf, jedoch mit Ausnahme davon, dass sich die Ausgestaltung des Beschleunigungsermittlungsabschnittes der Steuer- bzw. Regeleinheit 7B von derjenigen des Remote-Laserschweißsystems 1 entsprechend der ersten Ausführungsform unterscheidet. Insbesondere unterscheidet sich das Remote-Laserschweißsystem 1B entsprechend der vorliegenden Ausführungsform von demjenigen der ersten Ausführungsform dahingehend, dass es eine Abbildungsvorrichtung 75 und eine Bildbearbeitungseinheit 73B anstelle des Beschleunigungssensors 73 als Beschleunigungsermittlungsabschnitt beinhaltet.
Die Abbildungsvorrichtung 75 nimmt ein Bild des mehrachsigen Roboters 3 oder des mehrachsigen Roboters und seiner Umgebung auf. Insbesondere wird die Abbildungsvorrichtung 75 von einem optischen Sensor, so beispielsweise einer Kamera, gebildet. Die Bildbearbeitungseinheit 73B bearbeitet Bilder, die von der vorbeschriebenen Abbildungsvorrichtung 75 aufgenommen werden. Insbesondere werden die Änderungen in den Bildern, die von der Abbildungsvorrichtung 75 aufgenommen werden, analysiert. Der Beschleunigungsermittlungsabschnitt der vorliegenden Ausführungsform berechnet und ermittelt hierdurch die Beschleunigung der Vibrationen aus den Änderungen in den Bildern, die jede vorbestimmte Zeitspanne aufgenommen werden.
Das Remote-Laserschweißsystem 1B entsprechend der vorliegenden Ausführungsform arbeitet auf ähnliche Weise wie das Remote-Laserschweißsystem 1 entsprechend der ersten Ausführungsform, und es ergeben sich ähnliche Effekte.
Vierte Ausführungsform
8 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Remote-Laserschweißsystems 1C entsprechend einer vierten Ausführungsform. Wie in 8 gezeigt ist, weist das Remote-Laserschweißsystem 1C entsprechend der vorliegenden Ausführungsform dieselbe Ausgestaltung wie die erste Ausführungsform auf, jedoch mit einem Unterschied dahingehend, dass die Steuer- bzw. Regeleinheit 7C im Vergleich zu dem Remote-Laserschweißsystem 1 entsprechend der ersten Ausführungsform eine Aufzeichnungseinheit 76 beinhaltet. Man beachte, dass der Beschleunigungsermittlungsabschnitt der vorliegenden Ausführungsform von dem vorbeschriebenen, für elektrischen Strom gedachten Sensor 73A oder der Abbildungsvorrichtung 75 und der Bildbearbeitungseinheit 73B zusätzlich zu dem Beschleunigungssensor 73 gebildet sein kann.
Die Aufzeichnungseinheit 76 ermittelt die Beschleunigung der Vibrationen, die am führenden Ende des Armes 31 des mehrachsigen Roboters 3 auftreten, vorab und zeichnet diese auf. Mit anderen Worten, im Gegensatz zu den vorbeschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen wird die Beschleunigung von Vibrationen in vorab durchgeführten Experimenten ermittelt und zur Zusammenarbeit mit einem Schweißbearbeitungsprogramm, das von dem Remote-Laserschweißsystem 1C ausgeführt wird, aufgezeichnet. Ohne Ermittlung der Beschleunigung der Vibrationen während des Laserschweißens extrahiert die vorliegende Ausführungsform die Beschleunigung von Vibrationen aus der Aufzeichnungseinheit 76 entsprechend dem Schweißbearbeitungsprogramm, das von dem Remote-Laserschweißsystem 1C ausgeführt wird, und berechnet einen Befehlskorrekturwert durch den Befehlskorrekturabschnitt auf Grundlage hiervon, um den Galvanoscannersteuer- bzw. Regelbefehl zu korrigieren.
Das Remote-Laserschweißsystem 1C entsprechend der vorliegenden Ausführungsform zeigt ähnliche Wirkungen wie das Remote-Laserschweißsystem 1 entsprechend der ersten Ausführungsform.
Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen jeweiligen Ausführungsformen beschränkt ist und Abwandlungen und Verbesserungen innerhalb eines Umfanges, in dem die Aufgabe der vorliegenden Erfindung noch gelöst wird, ebenfalls in der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind. Obwohl die vorbeschriebenen jeweiligen Ausführungsformen das Chassis von Kraftfahrzeugen als Werkstück W verwenden, ist man nicht hierauf beschränkt. Vielmehr können auch verschiedene andere Werkstücke Verwendung finden. Darüber hinaus ist man, obwohl die vorbeschriebenen jeweiligen Ausführungsformen einen zwei Galvanospiegel beinhaltenden Galvanoscanner verwenden, auch hierauf nicht beschränkt. Vielmehr ist auch die Verwendung eines einen, drei oder mehr Galvanospiegel beinhaltenden Galvanoscanners möglich.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C: Remote-Laserschweißsystem (Laserschweißsystem)
3: mehrachsiger Roboter (Roboter)
5: Laserkopf
7, 7A, 7B, 7C: Steuer- bzw. Regeleinheit
31: Arm
50: Galvanoscanner
51, 52: Galvanospiegel (Spiegel)
53: Laserlichtquelle
54: Galvanomotor (Motor)
71: Robotersteuer- bzw. Regelabschnitt (Steuer- bzw. Regeleinheit)
72: Galvanoscannersteuer- bzw. Regelabschnitt (Steuer- bzw. Regeleinheit)
73: Beschleunigungssensor (Beschleunigungsermittlungsabschnitt)
73A: für elektrischen Strom gedachter Sensor (Beschleunigungsermittlungsabschnitt)
73B: Bildbearbeitungseinheit (Beschleunigungsermittlungsabschnitt)
74: Befehlskorrekturabschnitt
75: Abbildungsvorrichtung (Beschleunigungsermittlungsabschnitt)
76: Aufzeichnungseinheit
L: Laserstrahl
W: Werkstück

Claims

Laserschweißsystem (1, 1A, 1B, 1C), umfassend einen Roboter (3), einen Laserkopf (5), der an einem führenden Ende eines Armes (31) des Roboters (3) vorgesehen ist, eine Steuer- und/oder Regeleinheit (7, 7A, 7B, 7C), die den Betrieb des Roboters (3) und des Laserkopfes (5) steuert und/oder regelt, und eine Laserlichtquelle (53), die einen Laserstrahl erzeugt, wobei der Laserkopf (5) beinhaltet: wenigstens einen Spiegel (51, 52), der um eine Drehachse (X1, X2) herum drehbar ausgestaltet ist und den Laserstrahl reflektiert; und einen Motor (54), der den Spiegel (51, 52) drehend antreibt, und wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit (7, 7A, 7B, 7C) beinhaltet: einen Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75), der eine Beschleunigung einer Vibration ermittelt, die infolge des Betriebes des Roboters (3) am führenden Ende des Armes (31) auftritt; und einen Befehlskorrekturabschnitt (74), der einen Steuer- und/oder Regelbefehl für den Motor (54), der den Spiegel (51, 52) drehend antreibt, auf Grundlage der Beschleunigung der Vibration, die von dem Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75) ermittelt wird, derart korrigiert, dass einer vibrationsbedingten Divergenz einer Laserstrahlausstrahlungsposition entgegengewirkt wird, wobei das Laserschweißsystem (1B) des Weiteren umfasst: eine Abbildungsvorrichtung (75), die ein Bild des Roboters (3) oder des Roboters (3) und seiner Umgebung aufnimmt; und eine Bildbearbeitungseinheit (73B), die ein Bild, das von der Abbildungsvorrichtung (75) aufgenommen wird, bearbeitet, wobei der Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75) dafür ausgestaltet ist, die Abbildungsvorrichtung (75) und die Bildbearbeitungseinheit (73B) zu beinhalten, und die Beschleunigung der Vibration aus einer Änderung in den Bildern, die jede vorbestimmte Zeitspanne aufgenommen werden, berechnet.
Laserschweißsystem (1, 1A, 1B, 1C), umfassend einen Roboter (3), einen Laserkopf (5), der an einem führenden Ende eines Armes (31) des Roboters (3) vorgesehen ist, eine Steuer- und/oder Regeleinheit (7, 7A, 7B, 7C), die den Betrieb des Roboters (3) und des Laserkopfes (5) steuert und/oder regelt, und eine Laserlichtquelle (53), die einen Laserstrahl erzeugt, wobei der Laserkopf (5) beinhaltet: wenigstens einen Spiegel (51, 52), der um eine Drehachse (X1, X2) herum drehbar ausgestaltet ist und den Laserstrahl reflektiert; und einen Motor (54), der den Spiegel (51, 52) drehend antreibt, und wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit (7, 7A, 7B, 7C) beinhaltet: einen Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75), der eine Beschleunigung einer Vibration ermittelt, die infolge des Betriebes des Roboters (3) am führenden Ende des Armes (31) auftritt; und einen Befehlskorrekturabschnitt (74), der einen Steuer- und/oder Regelbefehl für den Motor (54), der den Spiegel (51, 52) drehend antreibt, auf Grundlage der Beschleunigung der Vibration, die von dem Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75) ermittelt wird, derart korrigiert, dass einer vibrationsbedingten Divergenz einer Laserstrahlausstrahlungsposition entgegengewirkt wird, wobei das Laserschweißsystem (1C) des Weiteren umfasst: eine Aufzeichnungseinheit (76), die die Beschleunigung der Vibration vorab ermittelt und aufzeichnet, wobei der Befehlskorrekturabschnitt (74) einen Steuer- und/oder Regelbefehl für den Motor (54), der den Spiegel (51, 52) drehend antreibt, auf Grundlage der Beschleunigung der Vibration, die in der Aufzeichnungseinheit (76) vorab aufgezeichnet wird, korrigiert.
Laserschweißsystem (1, 1A, 1B, 1C), umfassend einen Roboter (3), einen Laserkopf (5), der an einem führenden Ende eines Armes (31) des Roboters (3) vorgesehen ist, eine Steuer- und/oder Regeleinheit (7, 7A, 7B, 7C), die den Betrieb des Roboters (3) und des Laserkopfes (5) steuert und/oder regelt, und eine Laserlichtquelle (53), die einen Laserstrahl erzeugt, wobei der Laserkopf (5) beinhaltet: wenigstens einen Spiegel (51, 52), der um eine Drehachse (X1, X2) herum drehbar ausgestaltet ist und den Laserstrahl reflektiert; und einen Motor (54), der den Spiegel (51, 52) drehend antreibt, und wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit (7, 7A, 7B, 7C) beinhaltet: einen Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75), der eine Beschleunigung einer Vibration ermittelt, die infolge des Betriebes des Roboters (3) am führenden Ende des Armes (31) auftritt; und einen Befehlskorrekturabschnitt (74), der einen Steuer- und/oder Regelbefehl für den Motor (54), der den Spiegel (51, 52) drehend antreibt, auf Grundlage der Beschleunigung der Vibration, die von dem Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75) ermittelt wird, derart korrigiert, dass einer vibrationsbedingten Divergenz einer Laserstrahlausstrahlungsposition entgegengewirkt wird, wobei das Laserschweißsystem (1A) des Weiteren umfasst: einen für elektrischen Strom gedachten Sensor (73A), der einen Antriebsstrom des Motors, der den Roboter (3) antreibt, detektiert, wobei der Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75) dafür ausgestaltet ist, den für elektrischen Strom gedachten Sensor (73A) zu beinhalten, und die Beschleunigung der Vibration aus dem Antriebsstrom, der von dem für elektrischen Strom gedachten Sensor (73A) detektiert wird, berechnet.
Laserschweißsystem (1) nach Anspruch 2, des Weiteren umfassend einen Beschleunigungssensor (73), der am führenden Ende des Armes (31) des Roboters (3) vorgesehen ist und eine Beschleunigung der Vibration, die am führenden Ende des Armes (31) auftritt, detektiert, wobei der Beschleunigungsermittlungsabschnitt (73, 73A, 73B, 75) von dem Beschleunigungssensor (73) gebildet wird.