DE102018004435A1

DE102018004435A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018004435A1
Application number: DE102018004435.2A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Nogami
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2038-06-06
Also published as: US20180354070A1; CN109014565A; JP6588498B2; US10668562B2; JP2019000851A; DE102018004435B4; CN109014565B

Abstract

Es wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die selbst bei einer Verschiebung eines Drehwinkels eines Abtastkopfs in Bezug auf eine Bewegungsrichtung zur Abgabe eines Laserstrahls zur Abtastung in einer vorgegebenen Richtung geeignet ist. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst einen Abtastkopf mit mindestens zwei Galvanometerspiegeln und Galvanomotoren, eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Abtastkopfs, eine Bewegungssteuervörrichtung 5 zur Steuerung der Bewegungseinrichtung und eine Abtaststeuervorrichtung 6 mit einer Galvanomotorsteuereinheit 6e zur Steuerung der Drehantriebswinkel der Galvanomotoren. Die Bewegungssteuervorrichtung 5 weist eine Drehwinkelerfassungseinheit 5e zur Erfassung eines Drehwinkels des Abtastkopfs in Bezug auf die Bewegungsrichtung auf. Die Abtaststeuervorrichtung 6 weist eine Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g zur derartigen Berechnung von Drehantriebswinkeln der Spiegel anhand von Daten zum Drehwinkel auf, dass eine Schnittrichtung des Laserstrahls in Bezug auf die Bewegungsrichtung einer vorgegebenen Richtung entspricht. Die Galvanomotorsteuereinheit 6e steuert die Galvanomotoren so, dass die von der Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g berechneten Drehantriebswinkel eingestellt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung.
Verwandte Technik
Es ist eine herkömmliche Laserbearbeitungsvorrichtung bekannt, die eine Bearbeitung wie Schweißen durch Abtasten eines Werkstücks mit einem Laserstrahl in einer vorgegebenen Richtung ausführt. Eine dieser Laserbearbeitungsvorrichtungen tastet ein Werkstück mit einem Laserstrahl in einer Richtung ab, die eine Bewegungsrichtung eines Abtastkopfs schneidet, wobei der Abtastkopf zur Abgabe des Laserstrahls bewegt wird.
11 zeigt eine herkömmliche Laserbearbeitungsvorrichtung 100, die so konfiguriert ist, dass ein Roboter 300 einen Abtastkopf 200 bewegt. Der Abtastkopf 200, der an einem vorderen Abschnitt 301a eines Arms 301 des Roboters 300 befestigt ist, bewegt sich bei der Bewegung des Arms 301 in einer X-Richtung.
Wie in 12 gezeigt, weist der Abtastkopf 200 einen Galvanometerspiegel 201 zum Reflektieren eines Laserstrahls L und einen Galvanomotor 202 zum drehenden Antreiben des Galvanometerspiegels 201 auf. Der Galvanometerspiegel 201 wird von dem Galvanomotor 202 mit einem vorgegebenen Drehwinkel und in einer vorgegebenen Frequenz drehend angetrieben, wodurch der Abtastkopf 200 ein Werkstück 400 mit einer vorgegebenen Schwingbreite mit dem Laserstrahl L abtastet. Dementsprechend tastet beim Ausführen eines Pendelschweißens mit einer derartigen Laserbearbeitungsvorrichtung 100 als Beispiel der Abtastkopf 200 das Werkstück 400 mit einer vorgegebenen Schwingbreite W mit dem Laserstrahl L ab, wobei er zur Erzeugung einer der Schwingbreite W entsprechenden zickzackförmigen Schweißstelle 500 auf dem Werkstück 400 entlang einer Bearbeitungsbahn (einer von einem Roboter vorgegebenen Bahn) auf dem Werkstück 400 bewegt wird.

Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2003-170284
Patentschrift 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2007-21579

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Gewährleistung der Qualität der Verschweißung auf dem Werkstück 400 wird der von dem Abtastkopf 200 abgegebene Laserstrahl L mit der vorgegebenen Schwingbreite W zum Abtasten vorzugsweise in einer vorgegebenen Richtung abgegeben, die die Bearbeitungsbahn schneidet (beispielsweise in der zu der Bearbeitungsbahn rechtwinkligen Richtung), wie in 13A gezeigt. Hierzu muss sich der Abtastkopf 200 bewegen, wobei in Bezug auf die Bewegungsrichtung ein konstanter Winkel eingehalten wird (nachstehend wird dieser Winkel als Drehwinkel des Abtastkopfs bezeichnet).
Bei einer kurvenförmigen Bearbeitungsbahn kann es jedoch schwierig sein, den Drehwinkel des Abtastkopfs 200 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 200 konstant zu halten. Derartige Schwierigkeiten sind beispielsweise in einem Fall zu beobachten, in dem sich der Roboter 300 entsprechend einer kurvenförmigen Bearbeitungsbahn der Kurve um eine Z-axis dreht oder der Arm 301 in einer Y-Richtung bewegt wird und sich dementsprechend der.Abtastkopf 200 des vorderen Abschnitts 301a des Arms 301 bogenförmig in der Y-Richtung bewegt, oder in einem Fall, in dem der Abtastkopf 200 in einer schrägen Richtung entlang der Bearbeitungsbahn bewegt werden muss.
Wenn der Drehwinkel des Abtastkopfs 200 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 200 gegenüber dem anfänglichen Winkel verschoben wird, wird die Richtung, in der der Laserstrahl L die Bearbeitungsbahn schneidet, ebenfalls gegenüber der vorgegebenen Richtung verschoben, wie in 13B gezeigt. Dadurch unterscheidet sich eine Breite W1 der entlang der Bearbeitungsbahn erzeugten Schweißstelle von der vorgegebenen Schwingbreite W (W > W1). Dementsprechend bestand der Wunsch nach einer Verbesserung einer herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtung hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Qualität der Verschweißung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände entwickelt wurde, ist die Bereitstellung einer Bearbeitungsvorrichtung, die selbst bei einer Verschiebung eines Drehwinkels eines Abtastkopfs in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs zum Abtasten eines Werkstücks mit einem von einem Abtastkopf abgegebenen Laserstrahl in einer vorgegebenen Richtung geeignet ist.

(1) Eine Laserbearbeitungsvorrichtung (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Laserbearbeitungsvorrichtung 1) gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Abtastkopf (beispielsweise einen nachstehend beschriebenen Abtastkopf 4) mit mindestens zwei Galvanometerspiegeln (beispielsweise nachstehend beschriebenen Galvanometerspiegeln 41, 42) zum Reflektieren eines Laserstrahls und Galvanomotoren (beispielsweise nachstehend beschriebenen Galvanomotoren 41a, 42a) zum jeweiligen drehenden Antreiben der Galvanometerspiegel, der zum Abtasten eines Werkstücks (beispielsweise eines nachstehend beschriebenen Werkstücks 10) mit dem Laserstrahl geeignet ist, eine Bewegungseinrichtung (beispielsweise einen nachstehend beschriebenen Roboter 2) zum Bewegen des Abtastkopfs in Bezug auf das Werkstück, eine Bewegungssteuervorrichtung (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Robotersteuervorrichtung 5) zur Steuerung der Bewegungseinrichtung und eine Abtaststeuervorrichtung (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Abtaststeuervorrichtung 6) mit einer Galvanomotorsteuereinheit (beispielsweise einer nachstehend beschriebenen Galvanomotorsteuereinheit 6e) zur derartigen Steuerung von Drehantriebswinkeln der Galvanomotoren, dass der Laserstrahl zur Abtastung durch den Abtastkopf in einer Richtung, die eine Bewegungsrichtung des Abtastkopfs schneidet, auf das Werkstück abgegeben wird. Die Bewegungssteuervorrichtung weist eine Drehwinkelerfassungseinheit (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Drehwinkelerfassungseinheit 5e) zur Erfassung eines Drehwinkels des Abtastkopfs in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs auf. Die Abtaststeuervorrichtung weist eine Spiegelwinkelberechnungseinheit (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g) zum Empfangen von von der Drehwinkelerfassungseinheit erfassten Daten zum Drehwinkel des Abtastkopfs und zum derartigen Berechnen von Drehantriebswinkeln der Galvanometerspiegel anhand der Daten zu dem Drehwinkel auf, dass die Schnittrichtung des Laserstrahls in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs einer vorgegebenen Richtung entspricht. Die Galvanomotorsteuereinheit der Abtaststeuervorrichtung steuert die Galvanomotoren so, dass die Drehantriebswinkel der Galvanometerspiegel dem von der Spiegelwinkelberechnungseinheit berechneten Drehantriebswinkel entsprechen.
(2) Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß (1) kann die Bewegungssteuervorrichtung eine Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit 5f) zur Erfassung einer Bewegungsgeschwindigkeit des von der Bewegungseinrichtung bewegten Abtastkopfs aufweisen. Eine Ortslinie des zum Abtasten des Werkstücks abgegebenen Laserstrahls kann eine vorgegebenen Schwingbreite und einen vorgegebenen Abstand aufweisen. Die Abtaststeuervorrichtung kann eine Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c) zum Empfangen von von der Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit erfassten Daten zur Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs und zur derartigen Neuberechnung einer Abtastgeschwindigkeit anhand der Daten zur Bewegungsgeschwindigkeit aufweisen, dass die Ortslinie des zum Abtasten des Werkstücks abgegebenen Laserstrahls den vorgegebenen Abstand aufweist. Die Galvanomotorsteuereinheit der Abtaststeuervorrichtung kann die Galvanomotoren so steuern, dass der Laserstrahl zum Abtasten mit der von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit neu berechneten Abtastgeschwindigkeit abgegeben wird.
(3) Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß (2) kann ferner einen Laseroszillator (beispielsweise einen nachstehend beschriebenen Laseroszillator 3) zur Abgabe des Laserstrahls an den Abtastkopf aufweisen. Die Abtaststeuervorrichtung kann eine Änderungsbetragsberechnungseinheit (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Änderungsbetragsberechnungseinheit 6h) zur Berechnung eines Änderungsbetrags der von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit neu berechneten Abtastgeschwindigkeit in Bezug auf einen vorab eingestellten Bezugsgeschwindigkeitswert, eine Laserleistungsberechnungseinheit (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Laserleistungsberechnungseinheit 6i) zur Neuberechnung einer bei einer Erhöhung oder Verringerung des von der Änderungsbetragsberechnungseinheit berechneten Änderungsbetrags erhöhten oder verringerten Laserleistung und eine Laserbefehlsausgabeeinheit (beispielsweise eine nachstehend beschriebene Laserbefehlsausgabeeinheit 6f) zur derartigen Ausgabe eines Laserbefehls an den Laseroszillator aufweisen, dass der von dem Laseroszillator abgegebene Laserstrahl der von der Laserleistungsberechnungseinheit neu berechneten Laserleistung entspricht.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die selbst bei einer Verschiebung eines Drehwinkels eines Abtastkopfs in Bezug auf eine Bewegungsrichtung des Abtastkopfs zum Abtasten eines Werkstücks mit einem von dem Abtastkopf abgegebenen Laserstrahl in einer vorgegebenen Richtung geeignet ist.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Diagramm, das ein optisches System eines Abtastkopfs der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfigurationen einer Robotersteuervorrichtung und einer Abtaststeuervorrichtung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
4 ist ein Diagramm, das die Funktionsweise der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erläutert und den Zustand schematisch darstellt, in dem der Drehwinkel des Abtastkopfs in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs verschoben wird.
5 ist ein Diagramm, das eine von dem Abtastkopf auf einem Werkstück erzeugte Schweißstelle in dem in 4 gezeigten Zustand darstellt.
6A ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
6B ist ein weiteres Diagramm, das die Ergebnisse der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
7 ist ein Blockdiagramm, das die Konfigurationen einer Robotersteuervorrichtung und einer Abtaststeuervorrichtung einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Abtastgeschwindigkeit K eines Laserlichts, einem Abstand P, einer Robotergeschwindigkeit V und einer Schwingbreite W erläutert.
9 ist ein Blockdiagramm, das die Konfigurationen einer Robotersteuervorrichtung und einer Abtaststeuervorrichtung einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
10 ist ein Diagramm, das ein mit der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbares Wobbelschweißen erläutert.
11 ist ein Diagramm, das eine herkömmliche Laserbearbeitungsvorrichtung darstellt.
12 ist ein Diagramm, das ein optisches System eines Abtastkopfs der herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtung erläutert.
13A ist ein Diagramm, das den Drehwinkel des Abtastkopfs in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs bei der herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtung erläutert.
13B ist ein weiteres Diagramm, das den Drehwinkel des Abtastkopfs in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs bei der herkömmlichen Laserbearbeitungsvorrichtung erläutert.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
[Gesamtkonfiguration der Laserbearbeitungsvorrichtung]
1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. 1 zeigt eine Ausführungsform einer als Remote-Laserschweißrobotersystem konfigurierten Laserbearbeitungsvorrichtung. 2 ist ein Diagramm, das ein optisches System eines Abtastkopfs der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Gesamtkonfiguration der in 1 und 2 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung ist den jeweiligen nachstehend beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 umfasst einen Roboter 2, einen Laseroszillator 3, einen Abtastkopf 4, eine Robotersteuervorrichtung 5 und eine Abtaststeuervorrichtung 6.
Der Roboter 2, der ein Roboter des Knickarmtyps mit mehreren Gelenken ist, umfasst ein Fußelement 21, einen Arm 22 und mehrere Gelenkwellen 23a bis 23d, die jeweils eine Drehachse aufweisen, die sich in einer Y-Richtung erstreckt. Der Roboter 2 weist auch mehrere Robotermotoren auf, die einen '(nicht dargestellten) Robotermotor zum Drehen des Arms 22 um eine Z-Richtung als Drehachse und (nicht dargestellte) Robotermotoren zum jeweiligen Drehen der Gelenkwellen 23a bis 23d zum Bewegen des Arms 22 in einer X-Richtung umfassen. Jeder der Robotermotoren wird so angetrieben, dass er entsprechend den von der nachstehend beschriebenen Robotersteuervorrichtung 5 empfangenen Antriebsdaten gedreht wird.
Der Abtastkopf 4 ist an einem vorderen Abschnitt 22a des Arms 22 des Roboters 2 befestigt. Dementsprechend ist der Roboter 2 zum Bewegen des Abtastkopfs 4 mit einer vorgegebenen Robotergeschwindigkeit in vorgegebenen X- und Y-Richtungen durch drehendes Antreiben der jeweiligen Robotermotoren geeignet. Der Roboter 2 ist ein Beispiel einer Bewegungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Laseroszillator 3 wird von einem Lasermedium, einem optischen Resonator, einer Erregerquelle und dergleichen gebildet (die sämtlich nicht dargestellt sind). Der Laseroszillator 3 erzeugt einen Laserstrahl mit einer einem von der nachstehend beschriebenen Abtaststeuervorrichtung 6 ausgegebenen Laserleistungsbefehl entsprechenden Laserleistung und gibt den erzeugten Laserstrahl an den Abtastkopf 4 ab.
Der Abtastkopf 4 ist ein Galvanoscanner, der zum Abtasten eines Werkstücks 10 mit einem Laserstrahl L durch Aufnahme des von dem Laseroszillator 3 abgegebenen Laserstrahls L geeignet ist. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Abtastkopf 4 zwei Galvanometerspiegel 41, 42 zum Reflektieren des von dem Laseroszillator 3 abgegebenen Laserstrahls L, Galvanomotoren 41a, 42a zum jeweiligen drehenden Antreiben der Galvanometerspiegel 41, 42 und ein Deckglas 43.
Die Galvanometerspiegel 41, 42 sind so konfiguriert, dass sie jeweils um zwei zueinander rechtwinklige Drehachsen J1, J2 drehbar sind. Die Galvanomotoren 41a, 42a werden so angetrieben, dass sie entsprechend den von der nachstehend beschriebenen Abtaststeuervorrichtung 6 erhaltenen Antriebsdaten so gedreht werden, dass sie die Galvanometerspiegel 41, 42 unabhängig um die Drehachsen J1, J2 drehen.
Der von dem Laseroszillator 3 abgegebene Laserstrahl L wird durch den Abtastkopf 4 abgegeben, nachdem er von den beiden Galvanometerspiegeln 41, 42 nacheinander reflektiert wurde, und erreicht dann einen Bearbeitungspunkt (einen Schweißpunkt) auf dem Werkstück 10. Wenn die beiden Galvanometerspiegel 41, 42 zu diesem Zeitpunkt jeweils von den Galvanomotoren 41a, 42a gedreht werden, ändern sich die Auftreffwinkel des auf die Galvanometerspiegel 41, 42 auftreffenden Laserstrahls L nacheinander. Dadurch wird der Laserstrahl L von dem Abtastkopf 4 zur Abtastung entlang einer vorgegebenen Bahn zur Erzeugung einer Schweißstelle entlang der Abtastbahn des Laserstrahls L auf dem Werkstück 10 auf das Werkstück 10 abgegeben.
Der Drehantrieb der Galvanomotoren 41a, 42a wird zur Änderung der Drehwinkel der jeweiligen Galvanometerspiegel 41, 42 geeignet gesteuert, wodurch eine beliebige Veränderung der Abtastbahn des von dem Abtastkopf 4 abgegebenen Laserstrahls L auf dem Werkstück 10 in der X- und der Y-Richtung ermöglicht wird.
Das Deckglas 43, das eine zylindrische Form aufweist, hat die Funktionen des derartigen Leitens des von den Galvanometerspiegeln 41, 42 nacheinander reflektierten Laserstrahls L, dass er auf das Werkstück 10 gerichtet wird, und des Schutzes des Inneren des Abtastkopfs 4.
Die Robotersteuervorrichtung 5 steuert den Betrieb des Roboters 2 durch die Ausgabe von Antriebssteuerungsdaten an jeden Robotermotor des Roboters 2. Dies bedeutet, dass die Robotersteuervorrichtung 5 den Drehantrieb jedes Robotermotors durch die Ausgabe der Antriebssteuerungsdaten an jeden Robotermotor steuert, wodurch der an dem vorderen Abschnitt 22a des Arms 22 befestigte Abtastkopf 4 in Bezug auf das Werkstück 10 in der X- und der Y-Richtung bewegt wird. Die Robotersteuervorrichtung 5 ist ein Beispiel der Bewegungssteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Abtaststeuervorrichtung 6 gibt einen derartigen Laserleistungsbefehl an den Laseroszillator 3 aus, dass ein Laserstrahl mit einer gewünschten Leistung abgegeben wird. Die Abtaststeuervorrichtung 6 steuert die Abtastung mit dem von dem Abtastkopf 4 auf das Werkstück 10 abgegebenen Laserstrahl L durch die Ausgabe der Antriebssteuerungsdaten an die Galvanomotoren 41a, 42a des Abtastkopfs 4 zum Drehen der Galvanometerspiegel 41, 42.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachstehende Beschreibung den Fall betrifft, in dem die Abtaststeuervorrichtung 6 den Abtastkopf 4 bei jeder der nachstehenden Ausführungsformen so steuert, dass die Schnittrichtung des Laserstrahls L rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 ist, wodurch das Werkstück 10 von dem Laserstrahl L mit einer vorgegebenen Schwingbreite W und einem vorgegebenen Abstand P abgetastet wird. In einem derartigen Fall wird eine zickzackförmige Schweißstelle auf dem Werkstück 10 erzeugt.
[Erste Ausführungsform]
Die Konfigurationen der Robotersteuervorrichtung 5 und der Abtaststeuervorrichtung 6 werden nachstehend unter Bezugnahme auf das in 3 gezeigte Blockdiagramm im Einzelnen weiter beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Konfigurationen der Robotersteuervorrichtung 5 und der Abtaststeuervorrichtung 6 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Die Robotersteuervorrichtung 5 weist eine Programmanalyseeinheit 5a, eine Interpolationseinheit 5b, eine Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 5c, eine Robotermotorsteuereinheit 5d und eine Drehwinkelerfassungseinheit 5e auf.
Die Programmanalyseeinheit 5a analysiert ein Schweißprogramm, das die Anweisungspunkteingabe in die Robotersteuervorrichtung 5 über eine (nicht dargestellte) Eingabevorrichtung und die Erzeugung von Betriebsbefehlsinformationen zur Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 und der Sollgeschwindigkeit des Roboters umfasst. Die erzeugten Betriebsbefehlsinformationen werden an die Interpolationseinheit 5b ausgegeben.
Die Interpolationseinheit 5b führt auf der Grundlage der von der Programmanalyseeinheit 5a ausgegebenen Betriebsbefehlsinformationen eine derartige Interpolation aus, dass die Bewegungsbahn des Abtastkopfs 4 zwischen den Anweisungspunkten entlang einer gewünschten Bearbeitungsbahn auf dem Werkstück 10 gleichmäßig wird. Die Interpolation umfasst entsprechend der Bearbeitungsbahn die Typen einer geraden Linie und eine kurvigen Linie. Die erzeugten Interpolationsinformationen werden an die Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 5c ausgegeben.
Die Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 5c führt zur Erzeugung von Antriebsinformationen zu den jeweiligen Robotermotoren zum Bewegen des Abtastkopfs 4 entlang einer gewünschten Bearbeitungsbahn auf der Grundlage der von der Interpolationseinheit 5b ausgegebenen Interpolationsinformationen und verschiedener vorab eingestellter Parameter eine Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitung für den Betrieb des Roboters 2 aus. Die erzeugten Antriebsinformationen für die jeweiligen Robotermotoren werden an die Robotermotorsteuereinheit 5d ausgegeben. Die erzeugten Antriebsinformationen für die jeweiligen Robotermotoren werden auch an die Drehwinkelerfassungseinheit 5e ausgegeben.
Die Robotermotorsteuereinheit 5d erzeugt auf der Grundlage der von der Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 5c ausgegebenen Antriebsinformationen Antriebsdaten für die jeweiligen Robotermotoren und treibt die jeweiligen Robotermotoren entsprechend den erzeugten Antriebsdaten an.
Die Drehwinkelerfassungseinheit 5e erfasst anhand der von der Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 5c ausgegebenen Antriebsinformationen zu den jeweiligen Robotermotoren die Drehwinkel (bei der vorliegenden Ausführungsform Drehwinkel mit der Z-Richtung als Drehachse) des Abtastkopfs 4 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des am vorderen Abschnitt 22a des Arms 22 befestigten Abtastkopfs 4. Die Bewegungsrichtung und der Drehwinkel des Abtastkopfs 4 werden von der Betätigung des Arms 22 bestimmt. Die Betätigung des Arms 22 ist anhand der Antriebsinformationen zu den jeweiligen Robotermotoren erfassbar.
Der Drehwinkel kann unter Verwendung eines vorgegebenen arithmetischen Ausdrucks anhand der Antriebsinformationen zu den Robotermotoren oder auf der Grundlage einer vorab erstellten Datentabelle ermittelt werden, in der die Antriebsinformationen zu den Robotermotoren dem Drehwinkel des Abtastkopfs 4 zugeordnet sind.
Die Drehwinkelerfassungseinheit 5e erfasst den Drehwinkel des Abtastkopfs 4 in jedem vorab eingestellten vorgegebenen Steuerzyklus. Jedes Mal, wenn die Drehwinkelerfassungseinheit 5e in jedem vorgegebenen Steuerzyklus die Daten zum Drehwinkel des Abtastkopfs 4 erzeugt, gibt die Drehwinkelerfassungseinheit 5e die erzeugten Daten zu dem Drehwinkel an eine nachstehend beschriebene Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g der Abtaststeuervorrichtung 6 aus.
Die Abtaststeuervorrichtung 6 umfasst eine Programmanalyseeinheit 6a, eine Interpolationseinheit 6b, eine Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c, eine Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 6d, eine Galvanomotorsteuereinheit 6e, eine Laserbefehlsausgabeeinheit 6f und die Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g.
Die Programmanalyseeinheit 6a analysiert das über eine nicht dargestellte Eingabevorrichtung in die Abtaststeuervorrichtung 6 eingegebene Schweißprogramm und erzeugt die Betriebsbefehlsinformationen zur Abtastrichtung des Abtastkopfs 4 und die Sollgeschwindigkeit des Roboters. Dann gibt die Programmanalyseeinheit 6a die erzeugten Betriebsbefehlsinformationen an die Interpolationseinheit 6b aus und erzeugt auch Laserleistungsinformationen zu dem von dem Abtastkopf 4 abgegebenen Laserstrahl L und gibt die erzeugten Laserleistungsinformationen an die Laserbefehlsausgabeeinheit 6f aus.
Die Interpolationseinheit 6b führt anhand der von der Programmanalyseeinheit 6a ausgegebenen Betriebsbefehlsinformationen eine Interpolation der Bewegungsbahn des Abtastkopfs 4 aus und erzeugt Interpolationsinformationen. Die erzeugten Interpolationsinformationen werden an die Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c ausgegeben.
Die Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c berechnet die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls L. Die Abtastgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit (Frequenz), mit der die Galvanometerspiegel 41, 42 gedreht werden. Die Abtastgeschwindigkeit wird anhand der von der Interpolationseinheit 6b ausgegebenen Interpolationsinformationen und der Informationen zu dem von der nachstehend beschriebenen Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g ausgegebenen Drehantriebswinkel der jeweiligen Galvanometerspiegel 41, 42 berechnet. Die von der Interpolationseinheit 6b ausgegebenen Interpolationsinformationen sind die Interpolationsinformationen, die die von der Programmanalyseeinheit 6a ermittelte Sollgeschwindigkeit des Roboters umfassen. Die Daten zu der von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c berechneten Abtastgeschwindigkeit werden an die Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 6d ausgegeben.
Die Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 6d führt auf der Grundlage der von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c ausgegebenen Informationen zu den Drehzahlen der Galvanometerspiegel 41, 42 und verschiedener Parameter eine Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitung für die Galvanomotoren 41a, 42a aus und erzeugt die Antriebsinformationen für die jeweiligen Galvanomotoren 41a, 42a zur Abtastung durch den Laserstrahl L mit einer vorgegebenen Abtastgeschwindigkeit in einer vorgegebenen Abtastrichtung. Die erzeugten Antriebsinformatiönen für die jeweiligen Galvanomotoren 41a, 42a werden an die Galvanomotorsteuereinheit 6e ausgegeben.
Die Galvanomotorsteuereinheit 6e erzeugt anhand der von der Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 6d ausgegebenen Antriebsinformationen die Antriebssteuerungsdaten für die jeweiligen Galvanomotoren 41a, 42a und treibt die jeweiligen Galvanomotoren 41a, 42a entsprechend den erzeugten Antriebssteuerungsdaten an.
Die Laserbefehlsausgabeeinheit 6f gibt auf der Grundlage der von der Programmanalyseeinheit 6a ausgegebenen Laserleistungsinformationen den Laserleistungsbefehl an den Laseroszillator 3 aus, so dass der von dem Abtastkopf 4 abzugebende Laserstrahl L einer gewünschten Laserleistung entspricht.
Jedes Mal, wenn die Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g in jedem vorgegebenen Steuerzyklus die Daten zum Drehwinkel des Abtastkopfs 4 von der Drehwinkelerfassungseinheit 5e der Robotersteuervorrichtung 5 empfängt, berechnet die Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g anhand der empfangenen Daten zum Drehwinkel den optimalen Drehantriebswinkel der jeweiligen Galvanometerspiegel 41, 42, so dass der Laserstrahl L mit der vorgegebenen Schwingbreite W abgegeben wird und dass die Schnittrichtung des Laserstrahls L rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Abtastköpfs 4 ist. Die Informationen zu dem berechneten Drehantriebswinkel werden an die vorstehend beschriebene Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c ausgegeben. Dementsprechend gibt die Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c die erzeugten Antriebsinformationen für die jeweiligen Galvanomotoren 41a, 42a jedes Mal an die Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 6d aus, wenn die Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c in jedem vorgegebenen Steuerzyklus die Antriebsinformationen für die jeweiligen Galvanomotoren 41a, 42a dergestalt erzeugt, dass der Laserstrahl L mit der vorgegebenen Abtastgeschwindigkeit in der vorgegebenen Abtastrichtung abgegeben wird.
Die Funktionsweise und die Ergebnisse der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform werden nachstehend unter Bezugnahme auf 4 bis 6A und 6B beschrieben. 4 ist ein Diagramm, das den Zustand schematisch darstellt, in dem der Drehwinkel des Abtastkopfs 4 verschoben wird. 5 ist ein Diagramm, das die von dem in 4 gezeigten Abtastkopf 4 auf dem Werkstück 10 erzeugte Schweißstelle darstellt. Sowohl 6A als auch 6B sind Diagramme, die den Drehwinkel des Abtastkopfs 4 und die Schweißstelle in Bezug auf die Bearbeitungsbahn darstellen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Seitenoberfläche in 4 bis 6A und 6B jeweils der Oberfläche des Werkstücks 10 entspricht.
Die Robotersteuervorrichtung 5 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 steuert den Antrieb der jeweiligen Robotermotoren, wodurch der Abtastkopf 4 wie vorgegeben mit einer vorgegebenen Robotergeschwindigkeit entlang der Bearbeitungsbahn bewegt wird. Dadurch bewegt sich der Abtastkopf 4 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in der Richtung entlang der Bearbeitungsbahn (der in 4 und 5 jeweils durch die umrandeten Pfeile angezeigten Richtung). Die Abtaststeuervorrichtung 6 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 dreht während des Prozesses, bei dem der Abtastkopf 4 entlang der Bearbeitungsbahn bewegt wird, die jeweiligen Galvanometerspiegel 41, 42 durch drehendes Antreiben der jeweiligen Galvanomotoren 41a, 42a so, dass die Schnittrichtung des Laserstrahls L rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 ist.
Wie in 4 gezeigt, wird in dem Fall, in dem der Drehwinkel des Abtastkopfs 4 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 um einen Winkel θ verschoben wird, der Winkel θ von der Drehwinkelerfassungseinheit 5e der Robotersteuervorrichtung 5 in jedem vorgegebenen Steuerzyklus anhand der Antriebsinformationen für die jeweiligen Robotermotoren des Roboters 2 erfasst. Die jedes Mal erfassten Daten zum Drehwinkel werden an die Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g der Abtaststeuervorrichtung 6 ausgegeben. Jedes Mal, wenn die Abtaststeuervorrichtung 6 die Daten zum Drehwinkel des Abtastkopfs 4 von der Robotersteuervorrichtung 5 empfängt, berechnet die Abtaststeuervorrichtung 6 den optimalen Drehantriebswinkel der Galvanometerspiegel 41, 42 so, dass der Laserstrahl L in der vorgegebenen Schwingbreite W abgegeben wird und dass die Schnittrichtung des Laserstrahls L rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 ist. Dann treibt die Abtaststeuervorrichtung 6 die jeweiligen Galvanomotoren 41a, 42a so an, dass sie entsprechend dem Ergebnis der Berechnung gedreht werden.
Dementsprechend wird selbst bei einer Verschiebung des Drehwinkels des Abtastkopfs 4 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 um den Winkel θ der von dem Abtastkopf 4 abgegebene Laserstrahl L zur Abtastung in der gewünschten, zu der Bearbeitungsbahn rechtwinkligen Richtung verwendet. Dadurch wird, wie in 5 gezeigt, eine zickzackförmige Schweißstelle 20 so erzeugt, dass sie die vorgegebene Schwingbreite W aufweist und die Bearbeitungsbahn auf dem Werkstück 10 in der vorgegebenen Richtung schneidet.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform selbst bei einer Verschiebung des Drehwinkels des Abtastkopfs 4 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 zum Abtasten des Werkstücks 10 mit dem von dem Abtastkopf 4 abgegebenen Laserstrahl L in einer vorgegebenen Richtung nur durch die Ausgabe von Anweisungen bezüglich des Punkts der Spitze des Roboters 2 entlang der Bearbeitungsbahn geeignet.
Dementsprechend ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 selbst in dem Fall, in dem, wie in 6A als Beispiel gezeigt, die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 entlang der Bearbeitungsbahn in der Y-Richtung verschoben wird, obwohl der Drehwinkel des Abtastkopfs 4 in Bezug auf das Werkstück 10 nicht verschoben wird, oder selbst in dem Fall, in dem, wie in 6B als Beispiel gezeigt, der Drehwinkel des Abtastkopfs 4 in Bezug auf das Werkstück 10 um 90 Grad verschoben wird und überdies die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 entlang der Bearbeitungsbahn in der Y-Richtung verschoben wird, zur Aufrechterhaltung der Qualität der Verschweißung durch Erzeugen der Schweißstelle 20 mit einer vorgegebenen Schwingbreite geeignet, die die Bearbeitungsbahn in einer vorgegebenen Richtung schneidet.
Der Drehwinkel des Abtastkopfs 4 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 ist nicht auf den einen, wie in 6A oder Fig; 6B gezeigt verschobenen beschränkt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist selbst in dem Fall, in dem der Drehwinkel des Abtastkopfs 4 in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 geringfügig verschoben wird, zur Erzeugung einer Schweißstelle mit einer vorgegebenen Schwingbreite geeignet, die eine Bearbeitungsbahn in einer vorgegebenen Richtung schneidet, wie vorstehend beschrieben.
[Zweite Ausführungsform]
7 ist ein Blockdiagramm, das die Konfigurationen einer Robotersteuervorrichtung 5 und einer Abtaststeuervorrichtung 6 einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Da die Abschnitte, die durch die gleichen Bezugszeichen wie die gemäß dem in 3 gezeigten Blockdiagramm bezeichnet sind, die gleiche Zusammensetzung aufweisen, wird auf die Erläuterung zu dem in 3 gezeigten Blockdiagramm verwiesen, und auf ihre Erläuterung wird hier mit Ausnahme der nachstehenden Erläuterung verzichtet. Bei der Robotersteuervorrichtung 5 gemäß der zweiten Ausführungsform wird eine Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit 5f zu der Robotersteuervorrichtung .5 gemäß der ersten Ausführungsform hinzugefügt.
Die Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit 5f der Robotersteuervorrichtung 5 erfasst, wie die Drehwinkelerfassungseinheit 5e, in jedem vorgegebenen Steuerzyklus die Bewegungsgeschwindigkeit des von den Roboter 2 bewegten Abtastkopfs 4. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4 wird anhand der von der Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 5c an die Robotermotorsteuereinheit 5d der Robotersteuervorrichtung 5 ausgegebenen Antriebsinformationen erfasst. Dementsprechend gibt die Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 5c der Robotersteuervorrichtung 5 gemäß der zweiten Ausführungsform die erzeugten Antriebsinformationen für die jeweiligen Robotermotoren auch an die Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit 5f aus.
Die Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit 5f berechnet die Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4 in Bezug auf das Werkstück 10 durch Erfassen der sich durchgehend verändernden Robotergeschwindigkeit bei der Bewegung des Abtastkopfs 4 entlang der Bearbeitungsbahn anhand der von der Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 5c in jedem vorgegebenen Steuerzyklus ausgegebenen Antriebsinformationen für die jeweiligen Robotermotoren. Die jedes Mal berechneten Daten zur Bewegungsgeschwindigkeit werden an die Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c der Abtaststeuervorrichtung 6 ausgegeben.
Die Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c der Abtaststeuervorrichtung 6 gemäß der zweiten Ausführungsform empfängt die von der Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit 5f in jedem vorgegebenen Steuerzyklus erfassten Daten zur Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4. Dann berechnet die Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c auf der Grundlage der empfangenen Daten zur Bewegungsgeschwindigkeit, der von der Interpolationseinheit 6b ausgegebenen Interpolationsinformationen und der von der Spiegelwinkelberechnungseinheit 6g ausgegebenen Daten zum Drehantriebswinkel der Galvanometerspiegel 41, 42 eine Abtastgeschwindigkeit K (K = 2VW : P) des Laserstrahls L neu, bei der die folgende Beziehung gegeben ist: Abtastgeschwindigkeit K des Laserstrahls L zu Robotergeschwindigkeit V gleich Schwingbreite W zu Hälfte des Abstands P, wie in 8 gezeigt. Die Abtastgeschwindigkeit K des Laserstrahls L entspricht der Abtastgeschwindigkeit, bei der die Schweißstelle 20 des Laserstrahls L auf dem Werkstück 10 stets den vorgegebenen Abstand P aufweist.
Die von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c berechneten Daten zur Abtastgeschwindigkeit werden an die Beschleunigungs-/Verlangsamungsberechnungseinheit 6d ausgegeben. Dadurch steuert die Abtaststeuervorrichtung 6 den Antrieb der Galvanomotoren 41a, 42a so, dass der Laserstrahl L zum Abtasten mit der von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c neu berechneten Abtastgeschwindigkeit verwendet wird.
Die Funktionsweise und die Ergebnisse der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform sind nachstehend beschrieben. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4 muss bei einer Bearbeitungsbahn auf dem Werkstück 10, die eine Kurve umfasst, nicht konstant sein. Der Grund hierfür ist, dass sich die Robotergeschwindigkeit selbst bei einer Bewegung des Abtastkopfs 4 mit der Sollgeschwindigkeit des Roboters zwangsläufig an einigen Positionen wie einer Position, an der eine Kurve beginnt, oder einer Position, an der eine Kurve endet, beschleunigt und verlangsamt. Dadurch kann selbst beim Ausführen einer Abtastung mit dem von dem Abtastkopf 4 auf das Werkstück 10 abgegebenen Laserstrahl L mit der vorgegebenen Schwingbreite W der Abstand P der Schweißstelle 20 bei einer Veränderung der Robotergeschwindigkeit schwanken.
Bei der Abtaststeuervorrichtung 6 gemäß der zweiten Ausführungsform berechnet jedoch die Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c die mit der Robotergeschwindigkeit V synchronisierte Abtastgeschwindigkeit K (K = 2VW : P) unter Verwendung der folgenden Beziehung, Abtastgeschwindigkeit K zu Robotergeschwindigkeit V gleich Schwingbreite W zu Hälfte des Abstands P, in jedem vorgegebenen Steuerzyklus neu. Daher ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Ergebnissen der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform selbst bei einer Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4 aufgrund einer Beschleunigung/Verlangsamung der Robotergeschwindigkeit des Roboters 2 bei der Laserbearbeitung zum Erzielen der Ergebnisse einer Abtastung des Werkstücks 10 durch den Laserstrahl L mit der mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4 synchronisierten, optimalen Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls L geeignet. Dementsprechend ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform zur Erzeugung der Schweißstelle 20 mit dem vorgegebenen Abstand P in Bezug auf die Bearbeitungsbahn auf dem Werkstück 10 geeignet, wodurch eine Verbesserung der Qualität der Verschweißung ermöglicht wird.
[Dritte Ausführungsform]
9 ist ein Blockdiagramm, das die Konfigurationen einer Robotersteuervorrichtung 5 und einer Abtaststeuervorrichtung 6 einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. Da die Abschnitte, die durch die gleichen Bezugszeichen wie die in den in 3 und 7 gezeigten Blockdiagrammen bezeichnet sind, die gleiche Zusammensetzung aufweisen, wird auf die Erläuterung zu den in 3 und 7 gezeigten Blockdiagrammen verwiesen, und auf ihre Erläuterung wird hier mit Ausnahme der nachstehenden Erläuterung verzichtet. Bei der Abtaststeuervorrichtung 6 gemäß der dritten Ausführungsform werden eine Änderungsbetragsberechnungseinheit 6h und eine Laserleistungsberechnungseinheit 6i zu der Abtaststeuervorrichtung 6 gemäß der zweiten Ausführungsform hinzugefügt.
Die Änderungsbetragsberechnungseinheit 6h berechnet einen Änderungsbetrag der von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c neu berechneten Abtastgeschwindigkeit in Bezug auf einen vorab eingestellten Bezugsgeschwindigkeitswert. Der Bezugsgeschwindigkeitswert ist der anfängliche, von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c auf der Grundlage der von der Interpolationseinheit 6b ausgegebenen Interpolationsinformationen berechnete Geschwindigkeitswert. Der Bezugsgeschwindigkeitswert wird durch die Geschwindigkeit definiert, mit der der Abtastkopf 4 mit einer konstanten Sollgeschwindigkeit des Roboters linear bewegt wird. Die Änderungsbetragsberechnungseinheit 6h berechnet einen Änderungsbetrag, der eine Differenz zwischen dem Bezugsgeschwindigkeitswert und der von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit 6c in jedem vorgegebenen Steuerzyklus neu berechneten Abtastgeschwindigkeit ist. Die Daten zu dem berechneten Änderungsbetrag werden an die Laserleistungsberechnungseinheit 6i ausgegeben.
Die Laserleistungsberechnungseinheit 6i berechnet auf der Grundlage der von der Änderungsbetragsberechnungseinheit 6h ausgegebenen Daten zu dem.Änderungsbetrag eine neue Laserleistung, die bei einer Erhöhung oder Verringerung des Änderungsbetrags erhöht oder verringert wird. Dies bedeutet, dass in dem Fall, in dem die neue Abtastgeschwindigkeit höher als der Bezugsgeschwindigkeitswert ist, die Laserleistungsberechnungseinheit 6i die Daten zu der neuen höheren Laserleistung ermittelt. Andererseits ermittelt in dem Fall, in dem die neue Abtastgeschwindigkeit geringer als der Bezugsgeschwindigkeitswert ist, die Laserleistungsberechnungseinheit 6i die Daten zu der neuen geringeren Laserleistung.
Eine Schweißgeschwindigkeit F (die Geschwindigkeit entlang der Schweißstelle 20) wird bei einer Beziehung zwischen der Robotergeschwindigkeit V, der Schwingbreite W und dem Abstand P anhand von F = v√(4W²/P²+1) ermittelt. Die Laserleistungsberechnungseinheit 6i ermittelt eine mit der Schweißgeschwindigkeit F synchronisierte Laserleistung S anhand von S = S₀ · F : F₀ neu, wobei S₀ eine Bezugslaserleistung und F₀ eine Bezugsschweißgeschwindigkeit bezeichnet. Die Daten zu der neu berechneten Laserleistung werden an die Laserbefehlsausgabeeinheit 6f ausgegeben.
Die Laserbefehlsausgabeeinheit 6f gibt entsprechend den von der Änderungsbetragsberechnungseinheit 6h neu ausgegebenen Daten zur Laserleistung den Laserleistungsbefehl an den Laseroszillator 3 aus, so dass der von dem Abtastkopf 4 abzugebende Laserstrahl L der auf den Daten zu der neuen Laserleistung basierenden Laserleistung entspricht.
Die Funktionsweise und die Ergebnisse der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform sind nachstehend beschrieben. Allgemein bestehen dahingehend Bedenken, dass die Lichtmenge des Laserstrahls L, mit dem der Bearbeitungspunkt (der Schweißpunkt) bestrahlt wird, bei der Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4 zunimmt oder abnimmt und sich dadurch ein Schweißdurchdringungsgrad des Werkstücks 10 verändern kann. Da die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform die Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls L entsprechend der Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4 erhöht oder verringert, entspricht die Erhöhung/Verringerung der Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls L der Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4.
Die Abtaststeuervorrichtung 6 gemäß der dritten Ausführungsform, bei der die Änderungsbetragsberechnungseinheit 6h und die Laserleistungsberechnungseinheit 6i zu der Abtaststeuervorrichtung 6 gemäß der zweiten Ausführungsform hinzugefügt werden, ist nicht nur zum Erzielen der Ergebnisse der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform, sondern auch der Ergebnisse der Ausführung einer Abtastung durch den Laserstrahl L mit der der Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4 entsprechenden neuen Abtastgeschwindigkeit und der Ergebnisse einer Bestrahlung des Werkstücks 10 mit dem Laserstrahl L mit einer bei der Erhöhung oder Verringerung der Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls L erhöhten oder verringerten Laserleistung geeignet. Dementsprechend wird der Laserstrahl L bei der Abtaststeuervorrichtung 6 gemäß der dritten Ausführungsform selbst bei einer Erhöhung oder Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs 4 am Anfang oder am Ende einer Kurve der Bearbeitungsbahn und einer dementsprechenden Veränderung der Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls L bei der Veränderung der Abtastgeschwindigkeit zunehmend oder abnehmend abgegeben, wodurch das Erzielen der Ergebnisse einer weiteren Verbesserung der Qualität der Verschweißung ohne eine Ungleichmäßigkeit des Schweißdurchdringungsgrads des Werkstücks 10 ermöglicht wird.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung führt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 durch die Abgabe des Laserstrahls L zum Abtasten in der zu der Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 rechtwinkligen Richtung ein Pendelschweißen zur Erzeugung einer zickzackförmigen Schweißstelle auf dem Werkstück 10 aus. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige Vorrichtung sein, solange der Laserstrahl L zur Abtastung von dem Abtastkopf 4 in einer Richtung auf das Werkstück 10 abgegeben wird, die die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 schneidet. Dementsprechend ist, wie in 10 als Beispiel gezeigt, die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Abgabe des Laserstrahls L durch den Abtastkopf 4 zur Abtastung in einer elliptischen Form mit einer vorgegebenen Schwingbreite W zur Erzeugung einer spiralförmigen Schweißstelle 20 mit einem vorgegebenen Abstand P auf dem Werkstück 10 auch beim Ausführen eines Wobbelschweißens verfügbar.
Obwohl vorstehend der Fall beschrieben wurde, in dem die Schnittrichtung des Laserstrahls L rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen derartigen Fall beschränkt. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann den Abtastkopf 4 so steuern, dass die Abtastrichtung des Laserstrahls L die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs 4 schneidet.
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass ein Abtastkopf entlang einer Führungsschiene bewegt wird, und ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, bei der der Roboter 2 den Abtastkopf 4 bewegt.
Überdies kann ein Abtastkopf einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung drei oder mehr Galvanometerspiegel aufweisen, die jeweils von unabhängigen Galvanomotoren gedreht werden.
Bezugszeichenliste

1: LASERBEARBEITUNGSMASCHINE
2: ROBOTER (BEWEGUNGSEINRICHTUNG)
3: LASEROSZILLATOR
4: ABTASTKOPF
41, 42: GALVANOMETERSPIEGEL
41a, 42a: GALVANOMOTOR
5: ROBOTERSTEUERVORRICHTUNG (BEWEGUNGSSTEUERVORRICHTUNG)
5e: DREHWINKELERFASSUNGSEINHEIT
5f: BEWEGUNGSGESCHWINDIGKEITSERFASSUNGSEINHEIT
6: ABTASTSTEUERVORRICHTUNG
6e: GALVANOMOTORSTEUEREINHEIT
6f: LASERBEFEHLSAUSGABEEINHEIT
6g: SPIEGELWINKELBERECHNUNGSEINHEIT
6h: ÄNDERUNGSBETRAGSBERECHNUNGSEINHEIT
6i: LASERLEISTUNGSBERECHNUNGSEINHEIT
10: WERKSTÜCK
20: SCHWEISSSTELLE
L: LASERSTRAHL
P: ABSTAND
W: SCHWINGBREITE

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 200721579 [0004]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung (1), die umfasst: einen Abtastkopf (4) mit mindestens zwei Galvanometerspiegeln (41, 42) zum Reflektieren eines Laserstrahls und Galvanomotoren (41a, 42a) zum drehenden Antreiben der jeweiligen Galvanometerspiegel (41, 42), wobei der Abtastkopf (4) zum Abtasten eines Werkstücks (10) mit dem Laserstrahl geeignet ist; eine Bewegungseinrichtung (2) zum Bewegen des Abtastkopfs (4) in Bezug auf das Werkstück; eine Bewegungssteuervorrichtung (5) zur Steuerung der Bewegungseinrichtung (2); und eine Abtaststeuervorrichtung (6) mit einer Galvanomotorsteuereinheit (6e) zur derartigen Steuerung der Drehantriebswinkel der Galvanomotoren (41a, 42a), dass der Laserstrahl zur Abtastung durch den Abtastkopf (4) in einer Richtung auf das Werkstück (10) abgegeben wird, die eine Bewegungsrichtung des Abtastkopfs (4) schneidet, wobei die Bewegungssteuervorrichtung (5) eine Drehwinkelerfassungseinheit (5e) zur Erfassung eines Drehwinkels des Abtastkopfs (4) in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs (4) aufweist, die Abtaststeuervorrichtung (6) eine Spiegelwinkelberechnungseinheit (6g) zum Empfangen von von der Drehwinkelerfassungseinheit (5e) erfassten Daten zum Drehwinkel des Abtastkopfs (4) und zum derartigen Berechnen der Drehantriebswinkel der Galvanometerspiegel (41, 42) anhand der Daten zu dem Drehwinkel aufweist, dass die Schnittrichtung des Laserstrahls in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Abtastkopfs (4) einer vorgegebenen Richtung entspricht, und die Galvanomotorsteuereinheit (6e) der Abtaststeuervorrichtung (6) die Galvanomotoren (41a, 42a) so steuert, dass die Drehantriebswinkel der Galvanometerspiegel (41, 42) den von der Spiegelwinkelberechnungseinheit (6g) berechneten Drehantriebswinkeln entsprechen.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bewegungssteuervorrichtung (5) eine Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit (5f) zur Erfassung einer Bewegungsgeschwindigkeit des von der Bewegungseinrichtung (2) bewegten Abtastkopfs (4) aufweist, eine Ortslinie des zum Abtasten des Werkstücks (10) abgegebenen Laserstrahls eine vorgegebene Schwingbreite und einen vorgegebenen Abstand aufweist, die Abtaststeuervorrichtung (6) eine Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit (6c) zum Empfangen von von der Bewegungsgeschwindigkeitserfassungseinheit (5f) erfassten Daten zur Bewegungsgeschwindigkeit des Abtastkopfs (4) und zur derartigen Neuberechnung einer Abtastgeschwindigkeit anhand der Daten zur Bewegungsgeschwindigkeit aufweist, dass die Ortslinie des zum Abtasten des Werkstücks (10) abgegebenen Laserstrahls den vorgegebenen Abstand aufweist, und die Galvanomotorsteuereinheit (6e) der Abtaststeuervorrichtung (6) die Galvanomotoren (41a, 42a) so steuert, dass der Laserstrahl zur Abtastung mit der von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit (6c) neu berechneten Abtastgeschwindigkeit abgegeben wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung ferner einen Laseroszillator (3) zur Abgabe des Laserstrahls an den Abtastkopf (4) umfasst, wobei die Abtaststeuervorrichtung (6) eine Änderungsbetragsberechnungseinheit (6h) zur Berechnung eines Änderungsbetrags der von der Abtastgeschwindigkeitsberechnungseinheit (6c) neu berechneten Abtastgeschwindigkeit in Bezug auf einen vorab eingestellten Bezugsgeschwindigkeitswert, eine Laserleistungsberechnungseinheit (6i) zur Neuberechnung einer bei einer Erhöhung oder Verringerung des von der Änderungsbetragsberechnungseinheit (6h) berechneten Änderungsbetrags erhöhten oder verringerten Laserleistung und eine Laserbefehlsausgabeeinheit (6f) zur derartigen Ausgabe eines Laserbefehls an den Laseroszillator (3) aufweist, dass der von dem Laseroszillator (3) abgegebene Laserstrahl der von der Laserleistungsberechnungseinheit (6i) neu berechneten Laserleistung entspricht.