JP2004174709A - 工作物を加工するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マニピュレータの制御ユニットにより比例的に動かされ数自由度で特有の動きを行なうことのできる工具を有する産業用ロボットなどの多軸マニピュレータにより工作物を加工するための方法を提供する。
【解決手段】工具３の自由度をリアルタイムでマニピュレータ２の軸の自由度とともに評価し、予め定められた連続的加工経路または部分的に連続した加工ジオメトリ（ステップ関数）に従って工具先端（ＴＣＰ）を動かし、マニピュレータの動きを決定する。この発明はまた、前述の方法を行なうために好適な装置を提案し、工作物の加工の際、工具３および工具先端は、マニピュレータ制御ユニット２．３により動きが制御可能である。このようにして、加工時間全体を劇的に低減することが可能である。
【選択図】図１

Description

この発明は、工具を有するロボットなどの多軸マニピュレータにより工作物を加工するための方法に関し、当該工具は、マニピュレータの制御ユニットにより比例して動き、数自由度で特有の動きを行なうことができる。この発明はまた、前述の方法を実現するために好適な、工作物を加工するための装置であって、運動制御のための制御ユニットを有する多軸マニピュレータと、複数個の自由度を有し特有の動きを行なうための工具とを含む装置に関する。

工作物を加工するために産業用ロボットなどのマニピュレータを用いるとき、原則的にマニピュレータの動きと独立して多数の自由度で特有の動きを行なうことのできる工具を用いることも可能である。これは、たとえば、ロボットアームの末端に工作物のレーザ加工のためのレーザおよび制御可能な合焦光学素子を担持する産業用ロボットに当てはまる。この場合には、前述の工具は、たとえば、レーザ切断工具、レーザ溶接工具、またはレーザ打抜き工具であり得、これには可動ミラー構成が装備され、前述の工具の特有の動きと等価となるレーザビームの有効な作業運動を可能にする。

このようなレーザ切断工具の可動ミラー構成は、スキャナユニットまたはガルバノユニット（galvano unit）としても知られている。

前述のタイプの方法または装置と関連して、マニピュレータを用いて、加工されるべき工作物の付近に工具を大まかに位置決めすることが知られており、その後に、工具（前述の例ではミラーおよび結果としてレーザビーム）が、予め定められた加工経路の小規模な輪郭を追従または追跡することができる。小規模な輪郭を加工するためには、加工プロセスを中断してマニピュレータを位置決めしなおさなければならない。その後に、マニピュレータ上に置かれた工具が再び工作物の小規模の加工を引き継ぐ。そのような手順は、定期的にマニピュレータを止め定期的に工具を止めるという、時間のかかる少し進んでは止められるプロセスを伴う。これはまた、（比較的）低速のマニピュレータの不必要に大きな再配向を招く。

工作物を加工するための公知の方法および装置はまた、さらなる欠点を有する。したがって、概して、不揃いな加工ジオメトリ上で一定の加工速度を達成することは不可能である。なぜなら、マニピュレータの移動は常に、そのより大きな重量と慣性の結果として、特に輪郭に曲線および湾曲がある場合には、工具の小規模な動きよりも低速で行われるからである。しかしながら、レーザ法では、一定の工作速度は、高品質の加工のための基本的前提条件である。

先行技術のマニピュレータおよび工具は、制御の観点から互いに独立して案内されるため、加工に先行する教示プロセスは、取扱いが容易でなく、したがって故障やエラーを被りやすい。なぜならこの目的のために２つの制御を再プログラムする必要があるからである。さらに、他方の制御を再プログラムせずに経路をランダムに修正することができないので、そのような公知の方法および装置にオンラインまたはリアルタイム特性を与えることができない。同じ理由のため、オフラインのプログラミングは、限られた範囲でしか可能でない。

他の公知の方法および装置は、たとえばコンベアベルトまたは門形溶接機（portal welder）などのマニピュレータの均一な線形移動を考慮した段階的なものに限られ、工具の
特有の動きに重ね合わされる。そのような方法および装置は、複雑で不揃いな形状の表面および輪郭を加工するときに限界に達する。

前述の欠点を回避しながら、この発明の課題は、不揃いな形状の工作物を加工する際にマニピュレータおよび工具の最適な動きに関して前述のタイプの方法および装置を改良することであり、もたらされる前述のタイプの装置の展開はまた、特に加工プロセスを設定する際のリアルタイムの適応可能性および簡素化された取扱いを特徴とする。

上述のタイプの方法の場合に、この課題は、以下の点で解決される。すなわち、工具の自由度をマニピュレータの軸の自由度とともにリアルタイムで評価して、予め定められた加工ジオメトリに従って工具先端（ＴＣＰ）を移動させ、マニピュレータの動きを決定する。

この発明に従えば、前述の加工ジオメトリは、簡素な連続的ジオメトリ、すなわち加工経路であってもよい。しかしながら、部分的にのみ連続的なジオメトリ、すなわちいわゆるステップ関数を有するジオメトリ、またはこれら２つのジオメトリの混在した形に対する加工も可能である。

したがって、この発明に従えば、特に、スキャナで支援される工作物のレーザ加工の場合には、マニピュレータのより短く要素に最適化された移動経路が可能であるような態様で、従来のレーザ溶接方法と比べてレーザビームの所与のはるかに高速な位置決め可能性が用いられる。これに関連して、マニピュレータの軸の再配向を回避することに関する大きな速度上の利益が得られる。工具の動きをリアルタイムで統合する結果、マニピュレータの異なった移動経路でも工作物上の同一の加工経路がもたらされる。そのため、先行技術と比べて、この発明は、使用時にはるかに高い柔軟性を特徴とする。さらに、マニピュレータおよび工具の動きの組合された評価により、簡素化された教示プロセスおよび動作プロセスがもたらされる。好ましくは、評価は、マニピュレータ制御ユニットにより行われる。

上述のタイプの装置の場合、この課題は以下の点で解決される。すなわち、工作物の加工の際、工具および工具先端（ＴＣＰ）は、マニピュレータの制御ユニットにより動きが制御可能である。したがって、マニピュレータの経路計画時に工具の位置を考慮することができ、そのため、この発明に従う装置をオフラインでプログラムすることができる。

この発明に従う方法のさらなる展開に従えば、工具先端の運動制御のために、少なくとも予め定められた加工ジオメトリの座標が、たとえばいわゆるティーチイン（teach-in）により、マニピュレータの制御ユニットに読込まれなければならない。そのような加工ジオメトリは、教示装置によりオフラインで簡単に遂行することができる。

この発明に従う方法の好ましい展開に従えば、その後、加工ジオメトリは、連続した値の間に同一の時間間隔（サイクル時間）をあけた離散的座標値のシーケンスに離散化される。サイクル時間、すなわちいわゆるＩＰＯサイクル（内挿サイクル）は、制御ユニットに用いられる電子部品に応じて広い範囲で自由に選択可能であり、たとえば１００μＳと１２ｍｓとの間である。

好ましくは、加工ジオメトリの座標値は、制御ユニットと関連付けられるメモリユニットに、加工の前に、記憶される。したがって、好ましくは、加工ジオメトリの座標値は各
々、ＩＰＯサイクルにより決定される時間にデータバンクへ入力される。したがって、データバンクは、たとえば、ＩＰＯサイクルの時間情報や、適切な座標、たとえばデカルト座標において予め定められた加工ジオメトリにサイクル時間ごとに割当てられた所望の位置値を含む。メモリユニットに記憶された値は、内挿によるマニピュレータおよび／または工具の運動制御のためにポーリングまたは問合せされ得る。

この発明の方法の特に好ましい展開に従えば、加工ジオメトリの座標には、訂正値の形の偏差値が関連付けられており、この値は、工具の自由度に対する工具の特有の動きの最大振幅に対応する。このように、一種の「移動度チューブ（mobility tube）」が、加工ジオメトリのまわりに規定され工作物上の領域に対応し、加工ジオメトリ上の推定位置に基づきかつ工具の特有の動きの結果として、工具は工作物に到達し加工することができる。この発明では、好ましくは、マニピュレータの移動経路は、制御ユニットにより決定され、加工ジオメトリと工具先端の位置との瞬間的な座標差は、工具の対応の特有の動きの最大振幅よりも大きくない。したがって、マニピュレータの実際の移動経路は、前記移動度チューブの範囲内で多少の程度のランダムな性質であるように、選択することができ、そのため、その動きはできる限り短く要素に対して正確であり得る。加工の前に、移動経路は、制御ユニットと関連付けられるメモリユニットに、マニピュレータの予め定められた移動経路として記憶され得る。しかしながら、この発明に従えば、そのような予め定められた移動経路は、固定的でなく、代わりに、加工中に、工具の特有の動きとリアルタイムで一致するように修正することができる。

この発明に従う方法のさらなる展開に従えば、加工ジオメトリの座標値のサイクルにおいて、マニピュレータの移動経路ならびにそれに応じた工具の位置および配向（姿勢）の個々の座標が決定される。したがって、ＩＰＯサイクルにおいて予め定められた加工経路の記憶された座標値と、同じＩＰＯサイクルにおいて決定されたマニピュレータの移動経路の記憶された座標値との差により、たとえばスキャナシステムのミラーの動きのために、工具の自由度に対する対応の所望の移動値が得られる。この発明に従えば、これらはリアルタイムでスキャナシステムに転送される。

この発明に従えば、マニピュレータおよび工具の動きは、内挿によりサイクル間で決定され得る。ＩＰＯサイクルにおいて決定された座標値は、それらの決定頻度に関して好適に設定された計算手段の支援により、移動経路または加工ジオメトリの所与の構成に適応化され得る。好ましくは、この発明の方法に従えば、サイクル時間は、少なくとも周期的に、移動の少なくとも１つのパラメータに適応化される。前記パラメータは、たとえば空間上の経路曲率であってもよく、それにより、外挿による経路計画が存在し得るので、線形移動の際、決定される座標値は少なくて済む。

この発明の方法の非常に好ましい展開に従えば、工具先端の移動は主として一定の速度で行われ、それにより、たとえばレーザ作用による高品質の工作物加工動作にこの発明の方法を用いるための決定的な前提条件を確保することが出来る。

この発明に従う装置は、加工の際、工作物または工具のいずれかが、マニピュレータに接続されかつマニピュレータにより可動であることを特徴とする。したがって、この発明に従う装置を用いると、加工されるべき工作物を、６軸の産業用ロボットなどの好適に構成されたマニピュレータにより持上げ、これを、別個に位置決めされ固定された加工用の工具に供給することができる。工具は、マニピュレータに制御上接続されているだけである（外部ＴＣＰ技術）。しかしながら、この方法の観点から、工具をマニピュレータに直接嵌めて、工具をマニピュレータとともに工作物の上に移動させることがより経済的であろう。

この発明に従う装置の好ましい展開に従えば、これは、マニピュレータの制御ユニットと関連付けられ、工作物上の加工ジオメトリに対する少なくとも座標値の離散化されたシーケンスを記憶するための、たとえば揮発性ワーキングメモリまたは永久メモリなどのメモリユニットを有する。そのようなオフラインの予め定めることのできる座標シーケンスをさらに処理するために、この発明の装置は、好ましくは、工具の特有の動きの振幅に対応する加工ジオメトリの座標値に対する偏差を決定するための決定ユニットを有する。

この発明に従う装置はまた、好ましくは、工具先端と、加工ジオメトリの座標値および関連付けられた偏差の合計との間の相対的な姿勢の動的な決定のための決定手段を有する。

この発明に従えば、工具先端の移動は、加工ジオメトリの座標値および関連付けられる偏差の合計により決定される空間領域（移動度チューブ）内で行われる。これに関連して、この発明の装置は、非常に好ましいさらなる展開に従えば、工具の自由度を用いたマニピュレータの瞬時の動きの時間的および／または空間的最適化のためにプログラムされ設定されたプロセッサ手段を有する。というのも、概して、工具の移動は、より軽量で必要な移動振幅がより低い結果として、マニピュレータの対応の等価の移動よりも速く行なうことができるからである。結果として、主として必要な加工ジオメトリに対してマニピュレータを常時動かす必要がなくなる。その代わりに、加工装置は、加工ジオメトリより進むかまたは遅れてもよく、そのためマニピュレータの位置決め回数を大きく減らすことが可能であり、これは加工時間全体に対してプラスの効果をもたらす。

さらに、特に加工ジオメトリ曲線において、たとえば検流計ミラーなどの工具の進みまたは遅れは、大きな利点をもたらす。なぜなら、このように、速度中断なしに狭いまたは限られた移動径を横断することが可能であるからである。

さらなる特徴および利点は、添付の図面と関連付けて、例示の形で与えられたこの発明の実施例の以下の説明から得ることができる。

図１は、６軸産業用ロボットの形のマニピュレータ２を有するこの発明に従う装置１を示す。マニピュレータ２には、そのアーム２．１の末端２．２に、工作物４を加工するための工具３が設けられている。ロボット２は、最大６自由度Ｆ₁からＦ₆で空間上を移動するように構成されている。

図１に従う実施例において、工具３は、図２に関連して以下により詳細に記載するように、一体化されたスキャナシステムを有するレーザ加工ツールである。図１に概略的に示すように、工作物４は、レーザビーム５により加工され、レーザビーム５は、工具３により放射されるか、または前記工具の一部であり、工作物４に作用する。

運動制御の目的で、この発明に従う装置１は、制御ユニット２．３を有し、その制御信号は、フィールドバス、リアルタイムイーサネット（Ｒ）またはファイアワイヤなどの伝送媒体２．８により工具３および／またはロボット２に伝送される。

制御ユニット２．３は、さらなる機能ユニット、すなわち、メモリユニット２．４、たとえばワーキングメモリまたは永久メモリと、決定ユニット２．５と、さらなる決定手段２．６と、プロセッサ手段２．７とを組込む。これらは図３と関連付けて以下により詳細に記載する。

この種の公知の装置の場合には、従来の慣例では、ロボット２を動かすことにより、加
工されるべき工作物４の表面の付近に工具３を少なくとも大まかに位置決めし、工作物４を加工するためにさらに必要な残りの移動は、工具３の特有の動きおよびレーザビーム５の対応の移動により行われる。ロボット２および工具３の運動制御は、互いに実質的に独立に行なわれ、以上に述べた欠点のほとんどをもたらす。

図２は、図１の工具３の内部構造を概略的に示す。レーザビーム５の方向を変えるために、これには、ミラー３．２、３．３および関連付けられる駆動装置３．４、３．５を含むスキャナシステム３．１が装備される。光路において、ミラーの後には合焦光学素子３．６が続く。工具３はさらに、制御ユニット３．７を含み、該制御ユニットは、制御ユニット２．３（図１）から伝送媒体２．８により信号を受け、駆動装置３．４、３．５を制御し光学素子３．６をリアルタイムで調整する。

回転ミラー３．２、３．３および合焦光学素子３．６の支援により、ミラー３．２、３．３の特有の動きおよび／または光学素子３．６の焦点シフトの最大振幅により予め定められた特定の領域において、空間上の準ランダムな加工ジオメトリＢをたどることができる。工具の移動、すなわち図２の実施例において工作物４上のレーザビーム５の移動の３自由度は、図２においてＦ₇からＦ₉と称せられる。工作物４上では、図２に従う選択された図における前記自由度Ｆ₇〜Ｆ₉は、図２の残りの部分と比べて傾斜させた図で図２の下部に示すように、Ｘ、ＹおよびＺ方向のデカルトのシフトに対応する。特に、Ｚ方向は、工具３の合焦自由度Ｆ₉に対応する。

レーザエネルギの結合（coupling-in）Ｅは、結合ユニット３．８の付近で起こる。結合ユニット３．８は、図２に示す構成の代わりに、第５または６のロボット軸の付近に工具３の外部に置いてもよい。

図３は、この発明に従う装置および方法で実現可能な簡素な連続的加工ジオメトリ、すなわち、工作物４の表面のレーザ彫刻のための、十字型の輪郭の形をした工具先端（ＴＣＰ）の移動経路Ｂを概略的に示す。図３において、加工経路Ｂ上には、工具３が固定され得るロボット２（図１）またはロボットアーム２．１の末端２．２の移動経路Ｂ′が重ねられている。特に、加工経路Ｂの進路に大きな変化のある領域６、６′、すなわち加工経路Ｂの角または端縁において、ロボットの移動経路Ｂ′は、加工ジオメトリＢと明らかに異なる進路Ｂ′を有する。

加工の間中、ロボットの移動Ｂ′は、空間領域Ｂ″（図３において斜線が付けられている「移動度チューブ」）内にあり、これは、すべての辺において移動経路Ｂ′を囲んでおり、加工経路３からのその逸脱ΔＢは、３自由度Ｆ₇〜Ｆ₉（図２参照）における工具３の最大移動振幅に対応する。

加工経路Ｂに沿った点Ｐは、そのいくつかが図３の上部に拡大して示されるが、この発明の装置１（図１）の制御ユニット２．３の内挿サイクル（ＩＰＯサイクル）を表わす。図３の実施例において、ＩＰＯサイクルは、時間スロットパターンＴを有し、たとえばＴ＝２ｍｓである。加工経路Ｂに沿った点Ｐの規則的なシーケンスは、この発明に従って、工作物４が一定の加工速度で加工されることを示す。公知の加工装置または方法においては、マニピュレータ２の移動経路Ｂ′は、主として予め定められた加工経路Ｂに対応している。特に、加工経路Ｂの急激な方向転換がある領域６、６′においては、このために、マニピュレータ２の比較的不活発な軸の再位置決めが必要である結果として、これらの領域においては加工は減速された速度でしか出来なかった。したがって、図３に対応する図における点Ｐは、これらの領域６、６′においては互いに近づく。このことにより、所与の工作物４に対する加工時間ｔが大きく増加してしまう。

この発明に従えば、この欠点は以下の点において回避される。すなわち、マニピュレータ２および工具３の組合されたリアルタイムの運動制御の結果として、ロボット軸の不活発な悪影響は、予め定められた加工経路Ｂに対して所与の領域６、６′においてそれらの移動Ｂ′が進むかまたは遅れおそらくそこから逸脱することで、補償される。その一方で、これらの領域６、６′における加工経路Ｂは、より速い速度で規則的に行われ得る工具３の特有の動きにより、確実に追従される。したがって、加工輪郭の困難な領域において、マニピュレータ２が、その経路移動Ｂ′の長さを低減し、これらの領域における加工経路Ｂの追従を工具３に任せることにより、加工プロセスは全体として、マニピュレータ２の不活発性により悪影響を受けることがない。

加工経路Ｂは、図１に示すこの発明の装置１の制御ユニット２．３のメモリユニット２．４に、値Ｔ分だけ互いに時間的に間隔をあけられた座標値の形で記憶される。移動度チューブＢ″を決定するために、図１に示す決定ユニット２．５も使用される。移動度チューブＢ″内でのマニピュレータ２の時間的および／または空間的に最適化された運動制御のために、図１に示すプロセッサ手段２．７が設けられ、これは決定手段２．６と協働し、これにより、この発明の装置の工具先端と加工経路Ｂおよび関連付けられる偏差ΔＢの座標値の合計との間の相対的姿勢（位置および配向）の動的な決定により、ロボットの移動Ｂ′および／または工具３の特有の動きＸ、Ｙ、Ｚの動的な適応化にもかかわらず、加工経路Ｂが確実に常時維持される。

この目的のために、移動経路Ｂ′の最適化の後に、制御ユニット２．３（図１）は、適応化された制御信号を工具３の制御ユニット３．７に供給する。したがって、工具３の特有の動きＸ、Ｙ、Ｚは、加工経路Ｂの移動経路Ｂ′を「補完」することができる。

図４は、図３の予め定められた十字型の加工経路Ｂを追従するためのマニピュレータ２の別の可能な移動経路Ｂ′を示す。図４の実施例においては、加工経路Ｂの輪郭内にある加工チューブＢ″の領域が専ら使用される。マニピュレータ２のそのような移動案内は、外部の障害のためにより長いロボットの移動Ｂ′を実現できない場合や、または何らかの他の態様で特に要素に最適化された移動経路Ｂ′が必要であるかまたは求められている場合に、特に有利である。

図５は、工具先端が工作物の簡素な連続的経路を追従しない場合に工作物を加工する際のこの発明に従う方法および装置の使用を概略的に示す。図５の加工ジオメトリＪは、いわゆるステップ関数の枠組内の部分的に連続したジオメトリ部Ｂ_J、Ｂ_J′のシーケンスである。連続部Ｂ_J間では、工具先端は、ステップ運動Ｊ′を行なうが、これは部分Ｂ_J、Ｂ_J′上の際の加工運動よりも１００から１０００倍速度が速いため、処理時間が失われることがない。ステップ関数においては、最後に作業されたパス関数（簡素で連続的な経路での加工モード）からのロボットの移動で、ランダムな加工ジオメトリ（３次元でもある）をジャンプすることができる。ジャンプまたはステップは、限られた継続時間（数μｓ）しかかからないので、パワーを完全にオフに切換える代わりに、ランプ（ramp）のみにより、ステップの際にレーザパワーを低減することが可能である。ステップは、加工運動（上記参照）よりも速い速度で行われるので、工作物上にはレーザ追跡は見られない。個々のステップまたはジャンプによりジオメトリは異なり得るので、刻印またグラフィックスを生成することも可能である。ステップ関数が用いられる別の例は、孤立した、すなわち空間的に分離された溶接スポットのシーケンスである。

フローチャートを用いて、図６は、レーザ加工ツール３を備えた産業用ロボット２によるこの発明の加工方法のシーケンスを示す。図６に示す制御方法は、この発明に従えば、図１に示すマニピュレータ２の制御ユニット２．３において行われる。段階Ｓ１における方法の開始点は、ロボットの種類（軸の数）、および任意で運動制御のために使用される
座標システム（デカルトシステム）の決定である。その後に、段階Ｓ２において、使用されるレーザ加工ツール３が、移動の３つの独立した自由度、ここでは具体的には２つのミラー軸Ｆ₇、Ｆ₈および焦点軸Ｆ₉を有するか否かが問合せられる。問合せＳ２が否である場合（ｎ）、所望に応じて、ロボットの移動Ｓ３に対して同期してまたは非同期して、先行技術に従って工具軸が動かされる。さもなくば、段階Ｓ４において、同期工具制御（ミラー焦点制御）がロボット２の制御ユニット２．３により引き継がれるべきか否かの問合せがされる。この場合には、段階Ｓ５において、移動調整がロボットと工具との間で行われるかどうかが問合せされる。

段階Ｓ４に従う同期工具制御は、マスタ経路計画を意味するものと理解され、これは同期した態様で接近すべき位置をロボットおよびミラーに伝達する。これは、たとえば、段階Ｓ６（以下参照）における外部コンピュータを介してＩＰＯサイクルにおいて行われ、両方の運動制御（ロボットおよび工具）のためのサイクルを同期して与える。

段階Ｓｆに従う移動調整においては、ミラー制御の位置システムが、ロボットの３次元工具データシステム（ＴＣＰ調整）上に置かれる。

２つの問合せＳ４、Ｓ５の一方が否である場合、段階Ｓ６において、外部の図示しない制御ユニットにより軸の調整および移動案内が行われる。

両方の問合せＳ４、Ｓ５が肯定された場合、段階Ｓ７において、予め定められた加工経路Ｂが、動作経路、ここではレーザ経路、と同一であるかどうかを確定するためにさらなる問合せが行われる。パス関数、すなわち連続的加工ジオメトリの加工モードの場合には、加工経路は、ミラー速度の利益を活用するために、一般的にロボット経路の外側にある。しかしながら、加工ジオメトリが準ロボット経路上にあり、加工がＴＣＰ移動の「スライドオーバー（slide-over）モード」で輪郭の角または数個の径にのみ行われる加工モードも可能である。ロボットは、参照番号６で図３に示すように加工輪郭の角をたとえば「切り落とす」移動経路に沿って進み、ロボット経路は、空間上アーチ形であってもよい（「スライドオーバー球形」）。ミラーは、移動経路として、意図され教示された転換点、すなわち角または角度点に近づく。加工輪郭に関し、この点において角または角度があってもよく、これは前もっておよびその後に与えられた点に応じた３次元空間に自由に位置付けされる。問合せＳ７が否であった場合、段階Ｓ８において、いわゆるステップ関数の枠組内で、加工経路からの個々の規定された逸脱を許可することが出来る（図５）。この場合には、段階Ｓ９の直後に、工具（スキャナ）３とマニピュレータ２との調和した運動が見られる。

段階Ｓ７において、加工経路Ｂとレーザ経路との一致が確認された場合、段階Ｓ７において、上述の段階Ｓ８の代わりに、以下の方法段階Ｓ８．１からＳ８．４が連続的に行われる。まず、段階Ｓ８．１において、加工経路Ｂ（およびレーザ経路）が、マニピュレータ２またはその制御ユニット２．３の達成可能なＩＰＯサイクルに比例した時間スロットパターンに基づいて、座標値の離散点または点シーケンスに分割される。これは具体的には、時間間隔Ｔ（図３）に連続的にとられる位置の座標値が各々決定され、たとえばデータバンクの形の、制御ユニット２．３のメモリユニット２．４にファイルされることを意味する。ＩＰＯサイクルごとに段階Ｓ８．２において、予め定められた加工経路と教示されたロボット経路との間の経路差が決定され、その座標値も、制御ユニット２．３のメモリユニット２．４に記憶され得る。図３に関連して記載された移動度チューブＢ″が、予め定められた加工経路Ｂに対して決定ユニット２．５（図１）において段階Ｓ８．３で計算される。

段階Ｓ８．４において、この経路差は、決定手段２．６により、加工経路Ｂからの最大
許容偏差ΔＢと比較され、マニピュレータの教示された経路移動と、それに応じた工具の特有の動き、すなわちミラー位置およびレーザ焦点とが、ロボットの移動経路Ｂ′が図３に規定される移動度チューブＢ″内に位置するように、最適に適応化される。

段階Ｓ８．４において、自動最小化手段により、ＩＰＯ点Ｐ（図３および図４）について、加工速度または加工経路Ｂの方向に変化が全くないかまたはわずかな変化のみがある移動経路Ｂの部分において、最小数のＩＰＯ点（座標値）およびこれに対応してより長いＩＰＯサイクルで、確実に作業が行われるようになる。このように、これらの領域においては外挿された座標値でマニピュレータ２をより速く動かすことができる。

自動最小化手段の動作は、ロボット経路のＩＰＯ点を低減することに基づく。たとえば、ＴＣＰの線形移動に対して必要とされるのは２つのみの支持点である。高速かつたとえば高精度が必要な密な曲線の場合には、ＩＰＯサイクルにおいて多数の経路支持点が必要とされる。達成されるべき経路速度または経路精度が低い場合、おそらくはロボット経路上の経路支持点はより少なくても十分である。自動最小化手段は、所望のシステム精度に応じて、ロボット経路上の必要最高支持経路点をオフラインで選択する。しかしながら、ミラーは複数のＩＰＯサイクルで近づけられる。

段階Ｓ８．４の後には、段階Ｓ８．５において、追加の加工ジオメトリに実際の加工経路Ｂから離れて近づけるべきか否かが問合せされる。これは、この発明に従う装置がより長いシーム（やはりロボット経路から離れる）などのパス関数を追従する場合、次の加工モードはステップ関数であり、そのあとにより長いシーム（すなわち経路）が続き得ることを意味するものと理解される。ドアの角はたとえば１シームとして溶接され、その後に５つの括弧状の端縁が溶接点と置換わる。このように、パス関数および異なったジオメトリ、すなわち線、円、括弧、文字、ＡＳＣＩＩ記号、ならびにこれらから生成され得る２次元および３次元のジオメトリを混合することが可能である。この問合せが肯定されるならば、上述の段階Ｓ８およびＳ９が行われ、さもなくば直接Ｓ８．４またはＳ８．５において、段階Ｓ９における工具３およびロボット２の調和運動が開始する。

ロボットアームの末端に置かれたレーザ加工ツールを有する６軸の産業用ロボットの形のこの発明の装置の実施例の図である。 スキャナシステム光学素子により工作物の加工のために使用されるレーザビームの偏向の概略図である。 マニピュレータ経路移動が重ね合わされた連続的加工ジオメトリ（加工経路）の図である。 異なったマニピュレータ経路移動が重ね合わされた図３に従う加工経路の図である。 マニピュレータ経路移動が関連付けられた部分的に連続した加工ジオメトリ（ステップ関数）の概略図である。 この発明に従う工作物加工方法のフローチャートの図である。

符号の説明

１ 工作物加工装置、２ マニピュレータ／ロボット、２．１ ロボットアーム、２．２ （２．１の）末端、２．３ 制御ユニット、２．４ メモリユニット、２．５ 決定ユニット、２．６ 決定手段、２．７ プロセッサ手段、２．８ 転送媒体、３ 工具／レーザ加工ツール、３．１ スキャナシステム、３．２、３．３ 偏向ミラー、３．４、３．５ 駆動装置、３．６ 合焦光学素子、３．７ 制御ユニット、３．８ 結合要素、４ 工作物、５ レーザビーム、６、６′ （Ｂの）部分、Ｂ 加工経路、Ｂ′ 移動経路、Ｂ″ 移動度チューブ、ΔＢ 偏差、Ｂ_J、Ｂ_J′ 連続部、Ｅ （レーザビーム５の
）結合、Ｆ₁〜Ｆ₉ 自由度、Ｊ 加工ジオメトリ（ステップ関数）、Ｐ ＩＰＯ点、Ｓ１〜Ｓ９ 方法段階、ｔ 加工時間、Ｔ ＩＰＯサイクル時間、Ｘ、Ｙ、Ｚ デカルト座標。

Claims (24)

1. 工具を有する産業用ロボットなどの多軸マニピュレータにより工作物を加工するための方法であって、前記工具は、前記マニピュレータの制御ユニットにより比例的に動かされ、数自由度で特有の動きを行なうことができ、前記工具の自由度をリアルタイムで前記マニピュレータの軸の自由度とともに評価して、予め定められた加工ジオメトリに従って工具先端（ＴＣＰ）を動かし、前記マニピュレータの動きを決定する、方法。
2. 前記工具先端（ＴＣＰ）は、単一の連続的加工ジオメトリ（加工経路）に沿って少なくとも一時的に動かされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記工具先端は、部分的に連続した加工ジオメトリ（ステップ関数）に沿って少なくとも一時的に動かされる、請求項１に記載の方法。
4. 評価は、前記マニピュレータの制御ユニットにより行われる、請求項１に記載の方法。
5. 前記加工ジオメトリの少なくとも座標が、前記工具先端の運動制御のために前記マニピュレータの制御ユニットに入力される、請求項１に記載の方法。
6. 前記加工ジオメトリは、連続的な値の間に同一の時間間隔（サイクル時間）をおいた離散的座標値のシーケンスとして離散化される、請求項５に記載の方法。
7. 前記加工ジオメトリの座標値は、加工の前に、前記制御ユニットと関連付けられるメモリユニットに記憶される、請求項６に記載の方法。
8. 前記加工ジオメトリの座標は、工具の自由度におけるその特有の動きの最大振幅に対応する訂正値と関連付けられる、請求項５に記載の方法。
9. 前記加工ジオメトリと前記工具先端の位置および配向（姿勢）との瞬時の座標差が、前記工具の対応の特有の動きの振幅を超えないように、マニピュレータの移動経路は前記制御ユニットにより動的に決定される、請求項８に記載の方法。
10. 前記マニピュレータ移動経路は、可能な限り短くかつ／または要素に正確であるように適応化される、請求項１に記載の方法。
11. 前記マニピュレータの移動経路およびそれに応じた前記工具の姿勢の個々の座標は、前記加工ジオメトリの座標値のサイクルに対して決定される、請求項９に記載の方法。
12. 前記マニピュレータおよび前記工具の動きは、内挿によりサイクル間で決定される、請求項９に記載の方法。
13. 前記サイクル時間は、前記動きの少なくとも１つのパラメータに少なくとも周期的に適応化される、請求項６に記載の方法。
14. 前記工具先端の動きは、実質的に一定の速度で行われる、請求項１に記載の方法。
15. 前記マニピュレータの予め定められた移動経路は、加工の前に、前記制御ユニットと関連付けられるメモリユニットに記憶される、請求項１に記載の方法。
16. 加工の際、前記工作物は前記マニピュレータにより動かされる、請求項１に記載の方法
    。
17. 加工の際、前記工具は前記マニピュレータにより動かされる、請求項１に記載の方法。
18. 工作物を加工するための装置であって、運動制御のために制御ユニットを有する多軸マニピュレータと、特有の動きを行なうために複数個の自由度を有する工具とを含み、前記工具および工具先端（ＴＣＰ）は、工作物の加工の際、前記マニピュレータ制御ユニットにより動きが制御可能である、装置。
19. 加工の際、前記工作物は前記マニピュレータに接続されかつ前記マニピュレータにより可動である、請求項１８に記載の装置。
20. 加工の際、前記工具は、前記マニピュレータに接続されかつ前記マニピュレータにより可動である、請求項１８に記載の装置。
21. 前記マニピュレータ制御ユニットと関連付けられ、工作物加工ジオメトリのための座標値の少なくとも１つの離散化されたシーケンスを記憶するためのメモリユニットがある、請求項１８に記載の装置。
22. 前記工具の特有の動きの振幅に対応する前記加工ジオメトリの座標値に対する偏差を決定するための決定ユニットがある、請求項２１に記載の装置。
23. 前記工具先端（ＴＣＰ）と加工ジオメトリの座標軸の合計との間の相対的な位置の動的な決定のための決定手段があり、前記決定手段において生成された信号および関連付けられる偏差は、調和した運動制御のために、前記マニピュレータおよび前記工具に転送され得る、請求項２２に記載の装置。
24. 前記工具の自由度を利用した前記マニピュレータの瞬時の動きの時間および／または空間的最適化のためにプログラムされ設定されたプロセッサ手段がある、請求項１８に記載の装置。

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