DE102017129258A1

DE102017129258A1 - Laserbearbeitungsrobotersystem und Steuerverfahren für Laserbearbeitungsrobotersystem

Info

Publication number: DE102017129258A1
Application number: DE102017129258.6A
Authority: DE
Inventors: Hiromitsu Takahashi; Toshimichi Aoki; Masanobu HATADA
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2037-12-09
Also published as: DE102017129258B4; JP6325646B1; US10175684B2; JP2018094588A; CN108213696A; US20180164793A1; CN108213696B

Abstract

Ein Laserbearbeitungsrobotersystem mit einer Laserbestrahlungsvorrichtung, die einen Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang ausführt, einem Roboter, der die Laserbestrahlungsvorrichtung bewegt, einer Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung, die den Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang steuert, und einer Robotersteuerung, die den Roboter steuert. Wenn die Laserbestrahlungsvorrichtung vom Roboter bewegt wird, erteilt die Robotersteuereinheit dem Roboter Anweisungen betreffend eine Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen bei jeder ersten Interpolationsperiode und gibt einen dem Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang zugeordneten Befehlswert an die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung bei jeder zweiten Interpolationsperiode aus, die kürzer als die erste Interpolationsperiode ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungsrobotersystem, das eine Laserbearbeitung unter Verwendung eines Roboters ausführt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Steuerverfahren eines Laserbearbeitungsrobotersystems.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein Laserbearbeitungsrobotersystem, bei dem eine Laserbestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen eines Objekts mit einem Bearbeitungslaserstrahl an dem Spitzenende eines Roboterarms befestigt ist und eine Laserbearbeitung ausgeführt wird, während der Roboterarm bewegt wird, ist bekannt. Bei der Laserbearbeitung unter Verwendung des Laserbearbeitungsrobotersystems ist auch eine Technik bekannt, bei welcher der Roboterarm bewegt wird und gleichzeitig damit die Bestrahlungsrichtung des Laserstrahls von der Laserbestrahlungsvorrichtung geändert wird, um den Laserstrahl zu bewegen, um einen vorbestimmten Bereich abzutasten und dadurch die Laserbearbeitung auf dem Bereich auszuführen. Schweißen, Schneiden, Einkerben, Markieren usw. sind spezifische Beispiele für die Laserbearbeitung.
In dem obigen Laserbearbeitungsrobotersystem wird die Ausrichtung des Roboters nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von einem Zeitpunkt, zu dem der Betrieb des Roboters gesteuert wurde, bekanntermaßen simuliert, und ein Scannerbefehl, der dem Betrieb eines Roboters zugeordnet ist, wird auf Grundlage des Simulationsergebnisses ausgegeben (siehe z. B. ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2012-139711 ( JP 2012-139711 A )).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Konfiguration, in welcher der Betrieb eines Laserscanners derart gesteuert wird, dass er mit dem Betrieb eines Roboters basierend auf einer vorbestimmten Steuerperiode synchronisiert ist, selbst wenn eine Steuerperiode für den Betrieb des Laserscanners kürzer als die Steuerperiode für den Betrieb des Roboters eingestellt ist, wird die Bahn eines Bestrahlungspunktes des Lasers vom Laserscanner, mit dem das bearbeitete Objekt bestrahlt wird, dem Betrieb des Roboters folgen, wie in 6A und 6B dargestellt. In dieser Konfiguration hängt die Genauigkeit der Bahn des Bestrahlungspunkts des Lasers von der Steuerungsgüte des Roboters ab, und es kann daher schwierig sein, die Laserbearbeitung präzise durchzuführen.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Laserbearbeitungsrobotersystem, das aufweist: eine Laserbestrahlungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, ein Objekt mit einem Laserstrahl zu bestrahlen und einen Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang zum Verschieben eines Bestrahlungspunkts mit dem Laserstrahl auf einer Oberfläche des Objekts auszuführen; einen Roboter, der dazu konfiguriert ist, die Laserbestrahlungsvorrichtung zu bewegen; eine Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung, die dazu konfiguriert ist, den Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung zu steuern; und eine Robotersteuerung, die dazu konfiguriert ist, den Roboter zu steuern, wobei die Robotersteuerung zu Folgendem konfiguriert ist: Bestimmen einer Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen durch Interpolieren einer Mehrzahl von Zielpositionen, die zum Generieren einer Bewegungsbahn der Laserbestrahlungsvorrichtung verwendet werden, basierend auf einer ersten Interpolationsperiode, Bestimmen einer Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen durch Interpolieren eines benachbarten Paars der ersten interpolierten Positionen basierend auf einer zweiten Interpolationsperiode, die kürzer als die erste Interpolationsperiode ist, und Generieren eines Befehlswertes, der dem Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung zugeordnet ist, bei jeder der Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen; und, wenn veranlasst wird, dass sich der Roboter entlang der Bewegungsbahn bewegt, Anweisen des Roboters betreffend die Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen bei jeder ersten Interpolationsperiode und Ausgeben des Befehlswertes an die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung bei jeder zweiten Interpolationsperiode.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Steuerverfahren, das dazu konfiguriert ist, einen Betrieb eines Roboters zu steuern und einen Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang einer an den Roboter angebrachten Laserbestrahlungsvorrichtung zu steuern, um eine Laserbearbeitung durch Bestrahlen eines Objekts mit einem Laserstrahl von der Laserbestrahlungsvorrichtung auszuführen, wobei das Verfahren umfasst: das Bestimmen einer Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen durch Interpolieren einer Mehrzahl von Zielpositionen, die zum Generieren einer Bewegungsbahn der Laserbestrahlungsvorrichtung verwendet werden, basierend auf einer ersten Interpolationsperiode, Bestimmen einer Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen durch Interpolieren eines benachbarten Paars der ersten interpolierten Positionen basierend auf einer zweiten Interpolationsperiode, die kürzer als die erste Interpolationsperiode ist, und Generieren eines Befehlswertes, der dem Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung zugeordnet ist, bei jeder der Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen; und, wenn veranlasst wird, dass sich der Roboter entlang der Bewegungsbahn bewegt, Anweisen des Roboters betreffend die Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen bei jeder ersten Interpolationsperiode und Ausgeben des Befehlswertes bei jeder zweiten Interpolationsperiode, um den Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang zu steuern.
Gemäß den oben beschriebenen Aspekten kann eine präzisere Laserbearbeitung ausgeführt werden, indem sowohl der Roboter als auch die Laserbestrahlungsvorrichtung gesteuert werden.
Figurenliste
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen stärker verdeutlicht. Sie zeigen Folgendes:

1 ist ein Diagramm, das schematisch ein Laserbearbeitungsrobotersystem gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Diagramm, das die schematische Konfiguration eines Galvano-Scanners darstellt;
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Laserbearbeitungsrobotersystems gemäß der Ausführungsform darstellt;
4 ist ein schematisches Diagramm, das Funktionen einer in 3 dargestellten Robotersteuerung darstellt;
5A und 5B sind Diagramme, die Effekte der Ausführungsform darstellen; und
6A und 6B sind Diagramme, die eine verwandte Technik darstellen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind entsprechende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 veranschaulicht schematisch ein Laserbearbeitungsrobotersystem 100 gemäß einer Ausführungsform.
Das Laserbearbeitungsrobotersystem 100 schließt eine Laserbestrahlungsvorrichtung 12, einen Roboter 11, der die Laserbestrahlungsvorrichtung 12 bewegt, eine Robotersteuerung 13, die den Roboter 11 steuert, und eine Laserbestrahlungseinrichtungssteuerung 14 ein, welche die Laserbestrahlungsvorrichtung 12 steuert. Das Laserbearbeitungsrobotersystem 100 schließt ferner einen Laseroszillator 15 ein, der mit der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 verbunden ist.
Der Roboter 11 ist beispielsweise ein Gelenkroboter, der die Laserbestrahlungsvorrichtung 12, die an einem Spitzenende 11a eines Roboterarms (im Folgenden als ein „Roboterende“ bezeichnet) angeordnet ist, an eine gewünschte Position in einem Arbeitsbereich bewegt. Wenngleich ein vertikaler Gelenkroboter in 1 dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Laserbearbeitungsrobotersystem 100 verwendet die Laserbestrahlungsvorrichtung 12, die an dem Roboterende 11a befestigt ist, um eine Laserbearbeitung an einem Werkstück W durchzuführen, welches ein zu bearbeitendes Objekt ist. Die „Laserbearbeitung“ schließt Laserschweißen, Laserschneiden, Lasereinkerben usw. ein.
Die Laserbestrahlungsvorrichtung 12 schließt einen Laserabtastmechanismus (bekannt als z. B. einen Galvano-Scanner) ein, der das Werkstück W mit einem von dem Laseroszillator 15 zugeführten Laserstrahl bestrahlt und die Bestrahlungsposition (d. h. den Bestrahlungspunkt) des Laserstrahls auf der Oberfläche des Werkstücks W wie gewünscht ändert. Der Arbeitsvorgang zum Verschieben des Bestrahlungspunkts, der von dem Laserabtastmechanismus ausgeführt wird, wird im Folgenden als „Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang“ bezeichnet.
Die Robotersteuerung 13 ist auf der Grundlage einer Mehrzahl von Zielpositionen konfiguriert, die zum Erzeugen einer Bewegungsbahn der an dem Roboterende 11a befestigten Laserbestrahlungsvorrichtung 12 verwendet werden, um eine Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen durch Interpolieren eines Paars von zueinander benachbarten interpolierenden Positionen basierend auf einer vorbestimmten ersten Interpolationsperiode zu bestimmen, und eine Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen durch weiteres Interpolieren eines Paares von zueinander benachbarten ersten interpolierten Positionen basierend auf einer vorbestimmten zweiten Interpolationsperiode, die kürzer als die erste Interpolationsperiode ist, zu bestimmen. Die Robotersteuerung 13 ist dazu konfiguriert, bei jeder der bestimmten zweiten interpolierten Positionen einen Befehlswert zu generieren, welcher der Bestrahlungsposition des Laserstrahls von der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 zugeordnet ist (d. h. dem Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang zugeordnet ist). Ferner ist die Robotersteuerung 13 dazu konfiguriert, wenn veranlasst wird, dass sich der Roboter 11 entlang der oben erwähnten Bewegungsbahn bewegt, und die Laserbestrahlungsvorrichtung 12 bewegt wird, den Roboter 11 betreffend die bestimmten ersten interpolierten Positionen bei jeder ersten Interpolationsperiode anzuweisen und den generierten Befehlswert bei jeder zweiten Interpolationsperiode innerhalb der ersten Interpolationsperiode an die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 auszugeben.
Die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 steuert den Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung 12. Die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 kann in die Robotersteuerung 13 integriert sein, um die Gesamtkonfiguration des Laserbearbeitungsrobotersystems 100 zu vereinfachen.
Die erste Interpolationsperiode ist derart vorgesehen, dass sie größer oder gleich einer minimalen Steuerperiode ist, die es der Robotersteuerung 13 ermöglicht, den Betrieb (d. h. die Position und Ausrichtung) des Roboters 11 zu steuern. Die zweite Interpolationsperiode wird als eine Steuerperiode vorgesehen, die es der Laserbestrahlungseinrichtungssteuerung 14 ermöglicht, den Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 (insbesondere des Galvano-Scanners) zu steuern.
2 veranschaulicht die schematische Konfiguration des Galvano-Scanners, der in der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 vorgesehen ist. Der Galvano-Scanner schließt ein Paar reflektierender Spiegel 22X und 22Y, die in dem optischen Weg eines Laserstrahls L angeordnet sind, der von einer Laserquelle 21 über eine Fokussierlinse (nicht dargestellt) emittiert wird, und Motoren 23X und 23Y ein, welche die reflektierenden Spiegel 22X bzw. 22Y in gewünschte Winkel drehen. Die reflektierenden Spiegel 22X und 22Y werden auch als Galvanospiegel bezeichnet.
Drehwellen der Motoren 23X und 23Y erstrecken sich parallel zu den reflektierenden Oberflächen der reflektierenden Spiegel 22X bzw. 22Y und sind mit den reflektierenden Spiegeln 22X und 22Y als Drehwellen der reflektierenden Spiegel 22X bzw. 22Y verbunden. Die Drehwellen der Motoren 23X und 23Y sind in zueinander orthogonalen Richtungen ausgerichtet. Codierer (nicht dargestellt) sind auf den Drehwellen der Motoren 23X und 23Y vorgesehen, um Drehpositionen (Drehwinkel) davon zu erfassen.
In der obigen Konfiguration gilt, wenn ein reflektierender Spiegel 22X in dem Paar reflektierender Spiegel 22X und 22Y angehalten wird und der andere reflektierende Spiegel 22Y gedreht wird, wird der Laserstrahl L verschoben, um beispielsweise in der Y-Richtung der orthogonalen X- und Y-Richtung entlang der Oberfläche des Werkstücks W eine Abtastung vorzunehmen. Wenn der reflektierende Spiegel 22Y angehalten wird und der reflektierende Spiegel 22X gedreht wird, wird der Laserstrahl L verschoben, um in der X-Richtung entlang der Oberfläche des Werkstücks W eine Abtastung vorzunehmen. Auf diese Weise kann der Laserstrahl L zum Abtasten verschoben werden, während eine Bestrahlungsposition des Laserstrahls L in den orthogonalen X- und Y-Richtungen entlang der Oberfläche des Werkstücks W eingestellt wird, indem die Motoren 23X und 23Y verwendet werden, um die reflektierenden Spiegel 22X und 22Y bei jeder vorbestimmten Periode drehbar in jeweilige gewünschte Winkel anzutreiben.
Die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 steuert jeden der Motoren 23X und 23Y, die den Galvano-Scanner der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 antreiben, auf der Grundlage des Befehlswertes von der Robotersteuerung 13.
Insbesondere kann die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 als ein Servoverstärker konfiguriert sein. Die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 empfängt von der Robotersteuerung 13 den Befehlswert, welcher der Bestrahlungsposition des Laserstrahls von der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 zugeordnet ist, beispielsweise einen Befehl, welcher der Position oder dem Winkel des reflektierenden Spiegels 22X, 22Y des Galvano-Scanners (nachfolgend als „Spiegelpositionsbefehl“ bezeichnet) zugeordnet ist, und gibt den Befehlswert an jeden Motor 23X, 23Y aus. Der Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 steuert jeden Motor 23X, 23Y derart, dass der Wert des Spiegelpositionsbefehls mit dem von dem Codierer des Motors 23X, 23Y erfassten Drehwinkel übereinstimmt, um eine Zielposition auf der Oberfläche des Werkstücks W mit dem Laserstrahl zu bestrahlen.
Die Robotersteuerung 13 generiert den Spiegelpositionsbefehl auf der Grundlage einer Ziellaserbahn (d. h. des Wegs des Laserbestrahlungspunkts während der Laserbearbeitung), die in einem Arbeitsprogramm beschrieben ist, und gibt den Befehl an die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 aus. Das Arbeitsprogramm wird im Vorfeld vorbereitet und in der Robotersteuerung 13 gespeichert.
Ferner steuert die Robotersteuerung 13 den Betrieb des Roboters 11 auf der Grundlage der Zielposition des Roboters 11, die in dem Arbeitsprogramm beschrieben ist, und der tatsächlichen Position des Roboters 11.
Die Robotersteuerung 13 gibt darüber hinaus einen Befehlswert, der den in dem Arbeitsprogramm beschriebenen Bestrahlungsbedingungen zugeordnet ist, an den Laseroszillator 15 aus. Der Befehlswert schließt Laserleistung, Pulsrate, Tastverhältnis usw. ein, die Bestrahlungsbedingungen eines Pulslasers sind.
Der Laseroszillator 15 oszilliert den Laserstrahl auf der Grundlage des Befehlswerts, der den Bestrahlungsbedingungen von der Robotersteuerung 13 zugeordnet ist. Der Laseroszillator 15 führt die Laseroszillation aus, um den Laserstrahl der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 zuzuführen. Arten von Laseroszillatoren schließen einen Faserlaser, einen CO₂-Laser, einen YAG-Laser usw. ein, jedoch ist in der vorliegenden Offenbarung der Typ des Laseroszillators nicht besonders eingeschränkt, solange er einen zur Bearbeitung verwendbaren Laser ausgeben kann.
3 veranschaulicht die Konfiguration des Laserbearbeitungsrobotersystems 100, insbesondere die konkrete Konfiguration der Robotersteuerung 13. 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Bearbeitungssequenz darstellt, die von der Robotersteuerung 13 aus 3 ausgeführt wird. Unter Bezugnahme auf 3 und 4 werden die Funktionen der beispielhaften Komponenten der Robotersteuerung 13 und die Bearbeitungssequenz, die von der Robotersteuerung 13 ausgeführt wird, nachstehend beschrieben.
Die Robotersteuerung 13 schließt beispielsweise einen Speicher 16, einen Betriebsbefehlsabschnitt 17 und einen Servoverstärker 18 ein. Der Servoverstärker 18 kann außerhalb der Robotersteuerung 13 vorgesehen sein.
Der Speicher 16 speichert das Arbeitsprogramm, in dem eine Ziellaserbahn entlang der Oberfläche des Werkstücks W, Bearbeitungsvorgänge, einschließlich einer Zielposition des Roboters 11, eine Bestrahlungsbedingung des Laseroszillators 15 usw. beschrieben sind. Der Speicher 16 kann auch eine Steuerperiode (oder eine Periode zum Verarbeiten eines Scannerbefehls) speichern, auf deren Grundlage der Betrieb des Galvano-Scanners der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 gesteuert wird.
Der Betriebsbefehlsabschnitt 17 generiert den Spiegelpositionsbefehl auf der Grundlage des Arbeitsprogramms, das in dem Speicher 16 gespeichert ist, und gibt den Befehl an die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 aus und gibt auch einen den Bestrahlungsbedingungen zugeordneten Befehlswert (z. B. einen Laserleistungswert), der im Arbeitsprogramm beschrieben ist, an den Laseroszillator 15 aus. Ferner generiert der Betriebsbefehlsabschnitt 17 einen Befehl zum Bewegen des Roboterendes 11a auf der Grundlage des Arbeitsprogramms in dem Speicher 16 und gibt den Befehl an den Servoverstärker 18 aus.
Der Servoverstärker 18 steuert einen Motor 19, der eine Gelenkachse des Roboters 11 auf der Grundlage des Befehls von dem Betriebsbefehlsabschnitt 17 antreibt. Insbesondere ist der Roboter 11 mit einem Positionserfassungssensor (z. B. einem Codierer) versehen, der die Drehposition des Motors 19 jeder Gelenkachse erfasst. Der Servoverstärker 18 stellt dem Motor 19 jeder Gelenkachse des Roboters 11 die Position zur Verfügung, die vom Betriebsbefehlsabschnitt 17 befohlen wird, und steuert den Motor 19, sodass die Drehposition des Motors 19, die vom Codierer erfasst wird, mit der Befehlsposition übereinstimmt.
Wie in 3 veranschaulicht, schließt der Betriebsbefehlsabschnitt 17 einen ersten Interpolationsabschnitt 17a, einen zweiten Interpolationsabschnitt 17b und einen Spiegelpositionsgenerierungsabschnitt 17c ein.
Auf der Grundlage einer Mehrzahl von Zielpositionen (ein Bewegungsstartpunkt, ein Bewegungsendpunkt usw.) des Roboterendes 11a, die in dem Arbeitsprogramm beschrieben sind, bestimmt der erste Interpolationsabschnitt 17a die Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen durch Interpolieren eines benachbarten Paar von Zielpositionen basierend auf der vorbestimmten ersten Interpolationsperiode.
Insbesondere interpoliert der erste Interpolationsabschnitt 17a auf der Grundlage von Informationen wie der Mehrzahl von Zielpositionen oder einer Bewegungsgeschwindigkeit des Roboterendes 11a, eines Interpolationsformats usw., die in dem Arbeitsprogramm beschrieben sind, ein benachbartes Paar der Zielpositionen unter der Mehrzahl von Zielpositionen basierend auf der vorbestimmten ersten Interpolationsperiode. Infolgedessen wird die Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen basierend auf der ersten Interpolationsperiode als interpolierte Punkte auf einer Bahn erhalten, welche die Mehrzahl von Zielpositionen des Roboterendes 11a verbindet, die zum Erzeugen der Bewegungsbahn der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 verwendet werden. Wie bereits beschrieben, ist die erste Interpolationsperiode eine Periode, die größer oder gleich einer minimalen Steuerperiode ist, auf deren Grundlage die Robotersteuerung 13 den Betrieb (d. h. die Position und Ausrichtung) des Roboters 11 steuern kann.
Wenn beispielsweise die erste Interpolationsperiode 8 ms beträgt, erhält der erste Interpolationsabschnitt 17a Daten von einer Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen P₁, P₂ und P₃ in jeder 8 ms-Periode (Schritt A in 4). Mit anderen Worten werden die Daten der Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen P₁, P₂ und P₃ als interpolierte Punkte erhalten, die bei jeder 8 ms-Periode auf einer Bahn eingestellt werden, welche die Zielpositionen (nicht dargestellt) des Roboterendes 11a verbindet.
Der erste Interpolationsabschnitt 17a gibt die erhaltenen ersten interpolierten Positionen an den Servoverstärker 18 sowie an den zweiten Interpolationsabschnitt 17b als Befehlspositionen zum Anweisen des Servoverstärkers 18 betreffend die Position des Roboterendes 11a aus. Der Servoverstärker 18 steuert die Drehposition des Motors 19 jeder Gelenkachse des Roboters 11 auf der Grundlage der Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen, die von dem ersten Interpolationsabschnitt 17a gesendet werden.
Der zweite Interpolationsabschnitt 17b bestimmt die Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen auf der Grundlage der Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen, die von dem ersten Interpolationsabschnitt 17a gesendet werden, durch weiteres Interpolieren eines benachbarten Paars der ersten interpolierten Positionen aus der Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen basierend auf der vorbestimmten zweiten Interpolationsperiode. Wie bereits beschrieben, ist die zweite Interpolationsperiode eine Steuerperiode, auf deren Grundlage die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 den Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 (oder des Galvano-Scanners) steuert.
Falls beispielsweise die zweite Interpolationsperiode 1 ms beträgt, erhält der zweite Interpolationsabschnitt 17b Daten einer Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen Q₁ bis Q₇ zwischen der ersten interpolierten Position P₁ und der ersten interpolierten Position P₂ in jeder 1 ms-Periode (Schritt B in 4). Wenngleich in 4 nicht dargestellt, werden Daten einer Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen auch zwischen der ersten interpolierten Position P₂ und der ersten interpolierten Position P₃ bei jeder 1 ms-Periode berechnet.
Der zweite Interpolationsabschnitt 17b gibt die erhaltenen zweiten interpolierten Positionen an den Spiegelpositionsgenerierungsabschnitt 17c aus. Der Spiegelpositionsgenerierungsabschnitt 17c generiert eine Betriebsposition des Galvanospiegels (im Folgenden als „Spiegelposition“ bezeichnet) für jede zweite interpolierte Position. Die Spiegelpositionen werden auf der Grundlage der erhaltenen zweiten interpolierten Positionen sowie der in der in dem Speicher 16 gespeicherten Arbeitsprogramm beschriebenen Ziellaserbahn, der bekannten Spezifikation oder Abmessung der Komponenten des Galvano-Scanners usw. generiert.
Zum Beispiel werden, wie als ein Prozess, der in Schritt C in 4 dargestellt ist, Spiegelpositionen des Galvanospiegels für die zweiten interpolierten Positionen bei jeder zweiten Interpolationsperiode (1 ms) innerhalb der einzelnen ersten Interpolationsperiode (8 ms) generiert. 4 zeigt schematisch in Schritt C einen Zustand, in dem Daten einer Spiegelposition R₁ für die zweite interpolierte Position Q₁ generiert werden.
Der Spiegelpositionsgenerierungsabschnitt 17c generiert Daten einer Mehrzahl von Spiegelpositionen R₁ bis R₈ für den Galvano-Scanner (Schritt D in 4) durch Ausführen der Bearbeitung von Schritt C.
Während der ersten Interpolationsperiode (8 ms) gibt der Spiegelpositionsgenerierungsabschnitt 17c darüber hinaus die generierten Daten der Mehrzahl von Spiegelpositionen R₁ bis R₈ an die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 als den Spiegelpositionsbefehl aus (Schritt D in 4).
5A veranschaulicht schematisch einen beispielhaften Betrieb des Laserbearbeitungsrobotersystems 100 beim Ausführen einer Laserbearbeitung. 5B veranschaulicht eine beispielhafte Bewegung des Galvano-Spiegels (schematisch durch das Bezugszeichen 24 angegeben) in einer Einheitssteuerperiode (oder der ersten Interpolationsperiode) des Roboters 11 während der Laserbearbeitung, die in 5A veranschaulicht ist. Die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform gehen aus 5A und 5B hervor. 6A und 6B sind andererseits Diagramme, die eine verwandte Technik darstellen, und entsprechen 5A bzw. 5B.
Zum Beispiel wird, wie in 5A dargestellt, davon ausgegangen, dass das Roboterende 11a, an dem die Laserbestrahlungsvorrichtung 12 montiert ist, linear von einer ersten interpolierten Position P₁ zu einer nächsten ersten interpolierten Position P₂ bewegt wird. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Robotersteuerung 13 (der Betriebsbefehlsabschnitt 17), wie in 5B dargestellt, den Positionsbefehl der ersten interpolierten Positionen P₁ an den Roboter 11 aus und gibt auch den Spiegelpositionsbefehl der zweiten interpolierten Positionen Q₁ bis Q₇ (4) an die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 aus, um die Spiegelposition des Galvanospiegels 24 in der Einheitssteuerperiode (oder der ersten Interpolationsperiode) T1 des Roboters 11 zu den Spiegelpositionen bei jeder zweiten Interpolationsperiode T2, die kürzer als die erste Interpolationsperiode T1 ist, zu modifizieren. Infolgedessen wird die Bahn des Laserbestrahlungspunkts entlang der Oberfläche des Objekts zu einer Ziellaserbahn A (z. B. einer bogenförmigen Bahn), wie in 5A dargestellt, und folgt keiner linearen Bahn des Roboterendes 11a von der ersten interpolierten Position P₁ zu der nächsten ersten interpolierten Position P₂. Dementsprechend ist es möglich, eine präzise Laserbearbeitung unter Verwendung der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 durchzuführen, ohne durch die Steuerungsgüte des Roboters 11 eingeschränkt zu sein.
Wenn im Gegensatz dazu gemäß der verwandten Technik der Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 derart gesteuert wird, dass er mit der Steuerperiode für den Roboter 11 (oder der ersten Interpolationsperiode) synchronisiert ist, werden Daten entsprechend der zweiten interpoliert Positionen Q₁ bis Q₇ (4) nicht während einer Zeit erhalten, in der das Roboterende 11a von der ersten interpolierten Position P₁ zur nächsten ersten interpolierten Position P₂ bewegt wird. Wenn somit die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 versucht, den Galvanospiegel 24 bei einer Steuerperiode (z. B. der zweiten Interpolationsperiode) zu steuern, die kürzer als die Steuerperiode für den Roboter 11 ist, wird der Galvanospiegel 24 nur in der ersten Steuerperiode unmittelbar nach dem Zeitpunkt, zu dem der Positionsbefehl für die erste interpolierte Position P1 an den Roboter 11 ausgegeben wird, in einen Zielwinkel gedreht, und der Galvanospiegel 24 kann zu den nachfolgenden Steuerperioden nicht gesteuert werden (siehe 6B). Infolgedessen folgt die Bahn des Laserbestrahlungspunkts entlang der Oberfläche des Objekts einer linearen Bahn des Roboterendes 11a von der ersten interpolierten Position P₁ zu der nächsten ersten interpolierten Position P₂, wie durch eine Laserbahn B angezeigt, die in 6A dargestellt ist. Mit anderen Worten hängt die Bahngenauigkeit des Bestrahlungspunktes des Lasers von der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 von der Steuerungsgüte des Roboters ab, was problematisch werden kann, sodass es schwierig ist, eine präzise Laserbearbeitung durchzuführen. Ein solches Problem wird durch das oben beschriebene Laserbearbeitungsrobotersystem 100 gelöst.
Es sei angemerkt, dass die Robotersteuerung 13 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform durch Verwenden eines Computersystems konfiguriert sein kann, das eine Speichereinheit, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Kommunikationseinheit usw. einschließt, die über einen Bus usw. miteinander verbunden sind. Die Speichereinheit schließt einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder dergleichen ein. Die Funktions- oder Betriebsweise des Betriebsbefehlsabschnitts 17, des ersten Interpolationsabschnitts 17a, des zweiten Interpolationsabschnitts 17b, des Spiegelpositionsgenerierungsabschnitts 17c usw. der Robotersteuerung 13 kann von der CPU realisiert werden, die ein im ROM gespeichertes Programm ausführt.
Wenngleich die obige Ausführungsform einen Galvano-Scanner (2) als Laserabtastmechanismus der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 beschreibt, ist dies nur ein Beispiel. Die Laserbestrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen beliebigen Typ von Laserabtastmechanismus einschließen.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und deren Wirkungen werden nachstehend angeführt.
Eine erste Ausführungsform ist ein Laserbearbeitungsrobotersystem 100 mit einer Robotersteuerung 13, die einen Roboter 11 steuert, der betätigt wird, um eine Laserbestrahlungsvorrichtung 12 zu bewegen, und eine Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14, die den Betrieb der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 steuert. Die Laserbestrahlungsvorrichtung 12 bestrahlt ein bearbeitetes Objekt mit einem Laserstrahl und ändert die Position des Laserstrahls auf der Oberfläche des bearbeiteten Objekts. Die Robotersteuerung 13 bestimmt eine Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen auf der Grundlage einer vorbestimmten Mehrzahl von Zielpositionen zum Definieren einer Bewegungsbahn der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 durch Interpolieren eines benachbarten Paars der Zielpositionen basierend auf einer vorbestimmten ersten Interpolationsperiode, bestimmt eine Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen durch weiteres Interpolieren eines benachbarten Paars der ersten interpolierten Positionen auf der Grundlage einer vorbestimmten zweiten Interpolationsperiode, die kürzer als die erste Interpolationsperiode ist, und generiert einen Befehlswert, welcher der Bestrahlungsposition des Laserstrahls zugeordnet ist, der von der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 an jeder der zweiten interpolierten Positionen emittiert wird. Wenn der Roboter 11 die Laserbestrahlungsvorrichtung 12 bewegt, erteilt die Robotersteuerung 13 dem Roboter 11 Anweisungen betreffend jede der ersten interpolierten Positionen bei jeder ersten Interpolationsperiode und gibt den Befehlswert bei jeder zweiten Interpolationsperiode während der ersten Interpolationsperiode an die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 aus.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann, wenn eine Laserbearbeitung durch Steuern sowohl des Roboters 11 als auch der daran angebrachten Laserbestrahlungsvorrichtung 12 ausgeführt wird, die Position der Bestrahlung des von der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 emittierten Laserstrahls unabhängig von der Steuerungsgüte des Roboters 11 gesteuert werden. Auf diese Weise kann eine präzisere Laserbearbeitung durchgeführt werden.
Eine zweite Ausführungsform ist das Laserbearbeitungsrobotersystem 100, wobei in der ersten Ausführungsform die erste Interpolationsperiode eine Periode ist, die größer als oder gleich einer minimalen Steuerperiode ist, auf deren Grundlage die Robotersteuerung 13 die Position und Ausrichtung des Roboters 11 steuern kann, und die zweite Interpolationsperiode eine Steuerperiode ist, auf deren Grundlage der Betrieb der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 gesteuert wird.
Selbst wenn die erste Interpolationsperiode, die zum Steuern der Position und Ausrichtung des Roboters 11 eingestellt ist, länger als die Steuerperiode ist, die zum Steuern des Betriebs der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 eingestellt ist, kann gemäß der zweiten Ausführungsform eine präzise Laserbearbeitung ausgeführt werden, ohne dass dies durch die Steuerungsgüte des Roboters 11 eingeschränkt wäre.
Eine dritte Ausführungsform ist das Laserbearbeitungsrobotersystem 100, das in der ersten Ausführungsform ferner einen Laseroszillator 15 aufweist, der eine Laseroszillation ausführt, um den Laserstrahl der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 zuzuführen, wobei die Robotersteuerung 13 einen Befehlswert, welcher dem Bestrahlungszustand zugeordnet ist, einschließlich eines Laserleistungswerts, an den Laseroszillator 15 ausgibt.
Gemäß der dritten Ausführungsform kann die Laserleistung in Übereinstimmung mit dem Betrieb der Laserbestrahlungsvorrichtung basierend auf der zweiten Interpolationsperiode, die kürzer als die erste Interpolationsperiode ist, zum Steuern der Position und Ausrichtung des Roboters 11 gesteuert werden. Dementsprechend kann die Laserleistung fein eingestellt werden, wenn ein Objekt entlang einer gewünschten Laserbahn bearbeitet wird.
Eine vierte Ausführungsform ist das Laserbearbeitungsrobotersystem 100, bei dem in einer der ersten bis dritten Ausführungsform die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung 14 in die Robotersteuerung 13 integriert ist.
Gemäß der vierten Ausführungsform kann das Laserbearbeitungsrobotersystem 100 vereinfacht sein.
Eine fünfte Ausführungsform ist ein Steuerverfahren, das dazu konfiguriert ist, die Position und Ausrichtung eines Roboters 11 zu steuern und auch den Betrieb einer an dem Roboter 11 angebrachten Laserbestrahlungsvorrichtung 12 zu steuern, um eine Laserbearbeitung durch Bestrahlen eines bearbeiteten Objekts mit einem Laserstrahl von der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 durchzuführen. Das Verfahren schließt das Bestimmen einer Mehrzahl von ersten interpolierten Positionen auf der Grundlage einer vorbestimmten Mehrzahl von Zielpositionen zum Generieren einer Bewegungsbahn der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 durch Interpolieren eines benachbarten Paars der Zielpositionen basierend auf einer vorbestimmten ersten Interpolationsperiode, Bestimmen einer Mehrzahl von zweiten interpolierten Positionen durch weiteres Interpolieren eines benachbarten Paars der ersten interpolierten Positionen auf der Grundlage einer vorbestimmten zweiten Interpolationsperiode, die kürzer als die erste Interpolationsperiode ist, und Generieren eines Befehlswertes, welcher der Bestrahlungsposition des Laserstrahls zugeordnet ist, der von der Laserbestrahlungsvorrichtung 12 an jeder der zweiten interpolierten Positionen emittiert wird; und wenn der Roboter 11 veranlasst wird, die Laserbestrahlungsvorrichtung 12 zu bewegen, Anweisen des Roboters 11 betreffend jede der ersten interpolierten Positionen bei jeder ersten Interpolationsperiode und Ausgeben des Befehlswertes bei jeder zweiten Interpolationsperiode während der ersten Interpolationsperiode, um den Betrieb der Laserbestrahlungsvorrichtung zu steuern.
Gemäß der fünften Ausführungsform können die gleichen Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Während die Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben wurden, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012139711 [0003]
JP 2012139711 A [0003]

Claims

Laserbearbeitungsrobotersystem (100), umfassend: eine Laserbestrahlungsvorrichtung (12), die dazu konfiguriert ist, ein Objekt (W) mit einem Laserstrahl (L) zu bestrahlen und einen Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang zum Verschieben eines Bestrahlungspunkts mit dem Laserstrahl auf einer Oberfläche des Objekts (W) auszuführen; einen Roboter (11), der dazu konfiguriert ist, die Laserbestrahlungsvorrichtung (12) zu bewegen; eine Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung (14), die dazu konfiguriert ist, den Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung (12) zu steuern; und eine Robotersteuerung (13), die dazu konfiguriert ist, den Roboter (11) zu steuern, wobei die Robotersteuerung (13) zu Folgendem konfiguriert ist: Bestimmen von mehreren ersten interpolierten Positionen (Pn) durch Interpolieren von mehreren Zielpositionen, die zum Generieren einer Bewegungsbahn der Laserbestrahlungsvorrichtung (12) verwendet werden, basierend auf einer ersten Interpolationsperiode (T1), Bestimmen von mehreren zweiten interpolierten Positionen (Qn) durch Interpolieren eines benachbarten Paars der ersten interpolierten Positionen (Pn) basierend auf einer zweiten Interpolationsperiode (T2), die kürzer als die erste Interpolationsperiode (T1) ist, und Generieren eines Befehlswertes, der dem Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung (12) zugeordnet ist, bei jeder der zweiten interpolierten Positionen (Qn); und wenn veranlasst wird, dass sich der Roboter (11) entlang der Bewegungsbahn bewegt, Anweisen des Roboters (11) (T1) betreffend die ersten interpolierten Positionen (Pn) bei jeder ersten Interpolationsperiode und Ausgeben des Befehlswertes an die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung (14) bei jeder zweiten Interpolationsperiode (T2).
Laserbearbeitungsrobotersystem (100) nach Anspruch 1, wobei die erste Interpolationsperiode (T1) so vorgesehen ist, dass sie größer oder gleich einer minimalen Steuerperiode ist, die der Robotersteuerung (13) ermöglicht, einen Betrieb des Roboters (11) zu steuern, und die zweite Interpolationsperiode (T2) als eine Steuerperiode vorgesehen ist, die der Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung (14) ermöglicht, den Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang zu steuern.
Laserbearbeitungsrobotersystem (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Laseroszillator (15), der dazu konfiguriert ist, eine Laseroszillation auszuführen, um den Laserstrahl (L) der Laserbestrahlungsvorrichtung (12) zuzuführen, wobei die Robotersteuerung (13) dazu konfiguriert ist, einen Befehlswert, der einer Bestrahlungsbedingung zugeordnet ist, die einen Laserleistungswert einschließt, an den Laseroszillator (15) auszugeben.
Laserbearbeitungsrobotersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Laserbestrahlungsvorrichtungssteuerung (14) in die Robotersteuerung (13) integriert ist.
Steuerverfahren, das dazu konfiguriert ist, einen Betrieb eines Roboters (11) zu steuern und einen Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang einer an dem Roboter (11) angebrachten Laserbestrahlungsvorrichtung (12) zu steuern, um eine Laserbearbeitung durch Bestrahlen eines Objekts (W) mit einem Laserstrahl (L) von der Laserbestrahlungsvorrichtung (12) auszuführen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmen von mehreren ersten interpolierten Positionen (Pn) durch Interpolieren von mehreren Zielpositionen, die zum Generieren einer Bewegungsbahn der Laserbestrahlungsvorrichtung (12) verwendet werden, basierend auf einer ersten Interpolationsperiode (T1), Bestimmen von mehreren zweiten interpolierten Positionen (Qn) durch Interpolieren eines benachbarten Paars der ersten interpolierten Positionen (Pn) basierend auf einer zweiten Interpolationsperiode (T2), die kürzer als die erste Interpolationsperiode (T1) ist, und Generieren eines Befehlswertes, der dem Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang der Laserbestrahlungsvorrichtung (12) zugeordnet ist, bei jeder der zweiten interpolierten Positionen (Qn); und wenn veranlasst wird, dass sich der Roboter (11) entlang der Bewegungsbahn bewegt, Anweisen des Roboters (11) betreffend die ersten interpolierten Positionen (Pn) bei jeder ersten Interpolationsperiode (T1) und Ausgeben des Befehlswertes bei jeder zweiten Interpolationsperiode (T2), um den Bestrahlungspunktverschiebungsvorgang zu steuern.