JP2004351450A - 回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション装置およびその方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】レーザ加工ヘッドに固定し、設定された制御点位置をロボット座標系の位置ref1として記憶して、制御点より複数の教示点ref.2〜ref.7を順次外部軸を回転させて設定して記憶し、制御点を基準とする複数の教示点のベース座標系に変換した位置ベクトルc11〜c32を求めて、レーザ加工光の回転軸に平行で加工器に向かう単位ベクトルとしてのZ軸方向単位ベクトルeLf12を、複数の方向ベクトル7、8、9の平均化により求めるものである。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、狙い位置へレーザ焦点を倣わせるための回転機構と、レーザ焦点の回転範囲を狙い位置に移動させるために加工ヘッドそのものを移動させる機構を持つロボット・アーム等の回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法に関するものである。(なお、数式以外の文章中では方向ベクトルを表す矢印記号は全て省略する)。
【0002】
【従来の技術】
従来より、レーザスリット光を対象ワークに照射して対象ワークの位置を求めて、検出した対象ワークの位置により産業用ロボットの軌跡を修正するような場合、カメラで検出したレーザスリット光の位置を産業用ロボットの座標上の位置に変換するキャリブレーション作業が必要である。
【0003】
図11は特許文献1に開示の「レーザ加工ロボットのワーク倣い装置」の断面図であり、6軸多関節のYAGレーザ溶接ロボット・アームRaの先端に、レーザビームノズルHaを備えたレーザ加工ヘッドHが設置されている。ワークWは3辺の両肩部wを溶接するようなチャンネル形状である。キャリヤ部材201には各固定ネジ104によりレーザビームノズルHaがZ方向下向き姿勢に固定され、更に、キャリヤ部材201にはサイドローラ202及び上下ローラ203がZ方向軸心及びX方向軸心回りに自由回転可能に配設されている。
一対のサイドローラ202は圧縮コイルばね205によって常に所定圧力でワークWの外側周辺壁面Waに押圧され、一対のワークローラ203は自重を含む圧力でワークWを頂表面Wbに対して押圧されて、それぞれキャリヤ201の両表面Wa、Wbにすき間なく倣って追随できるように構成されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−248683号公報(第2〜3頁、図2)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術において特許文献1の場合は、機械的な倣い装置であり、特に大型サイズのワークに対して効果があるとされているものであるが、小形ワーク等については精度が悪く、また、少量多品種の生産ラインでは位置決めピン等のワークのセッティング用工具以外に、いちいち高価な機械式の倣い装置を製作して1生産ライン毎に使い捨てるのは無駄が多いという問題があった。
【0006】
そこで、本発明は、キャリブレーションプレートを用いて制御点・教示点をセッティングし、位置・方向ベクトル演算を用いてベース座標系への座標変換を行って、高さ方向(Z軸方向)の単位方向ベクトルを求め、これを基準にX軸及びY軸成分の単位方向ベクトルを求める高精度な3次元キャリブレーションによって、低コストな構成で、狙い位置にレーザ焦点を正確に迅速に照射できる倣い制御を実施できる回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載のキャリブレーション装置の発明は、狙い位置へレーザ焦点を倣わせるための回転機構とレーザ焦点の回転範囲を狙い位置に移動させるためにレーザ加工ヘッド自体を移動する機構とを有する装置に用いられ、異なる座標系のキャリブレーションを行いレーザ焦点を狙い位置に倣わせる回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション装置において、
キャリブレーションプレート上のマーク点を前記レーザ加工ヘッドに予め固定された制御点TOOL0として指し、ロボット座標系の位置ref.1として記憶する制御点登録手段と、前記制御点より前記レーザ加工ヘッドを所定パルス分だけ回転軸上を回転させてレーザ焦点が前記キャリブレーションプレート上のマーク点を指した後所定量上昇又は下降させて複数の教示点を設定し、前記複数の教示点のロボット座標系の各位置ref.2〜ref.7を記憶する教示点登録手段と、前記位置ref1〜ref7のロボット座標系上の位置を用いて前記TOOL0上の位置ベクトルとしてc11〜c32を求めてツール座標系への座標変換を行う教示点位置ベクトル演算手段と、同様にレーザセンサ座標系による位置のロボット座標系上の位置を用いて前記TOOL0上の位置ベクトルとしてSc、S1、S2およびS3を求めてツール座標系への座標変換を行いレーザセンサ座標系を前記制御点からの相対位置として把握するセンサ位置ベクトル演算手段と、前記レーザ加工ヘッドの回転軸に平行で加工ヘッドに向かう方向の単位ベクトルとして、前記位置ベクトルより複数の方向ベクトルを求めて合成した合成ベクトルを平均してツール座標系で表すZ軸方向の単位ベクトルeLfを求めるZ軸方向単位ベクトル演算手段と、前記加工レーザ回転基準面と複数のレーザ交点を求めるレーザ回転基準面交点演算手段と、
前記複数のレーザ回転基準面交点よりレーザ回転軸原点L0を求めるレーザー回転軸原点演算手段と、前記センサの視野中心Scからレーザ回転基準面へ垂直に下ろした垂下点と、前記レーザ回転軸原点L0より前記垂下点へ向かう方向単位ベクトルを前記Z軸方向単位ベクトルeLfを基準にX軸方向への正面単位ベクトルefrとして求めるX軸方向単位ベクトル演算手段と、前記Z軸方向単位ベクトルとX軸方向単位ベクトルを乗算してY軸方向単位ベクトルeLf×efrを求めるY軸方向単位ベクトル演算手段と、を有していることを特徴とする。
【0008】
請求項2記載の発明のキャリブレーション方法は、狙い位置へレーザ焦点を倣わせるための回転機構とレーザ焦点の回転範囲を狙い位置に移動させるためにレーザ加工ヘッド自体を移動する機構とを有する装置に用いられ、異なる座標系のキャリブレーションを行いレーザ焦点を狙い位置に倣わせる回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法において、キャリブレーションプレート上のマーク点を前記レーザ加工ヘッドに予め固定された制御点TOOL0として指し、ロボット座標系の位置ref.1として記憶し、前記制御点より前記レーザ加工ヘッドを所定パルス分だけ回転軸上を回転させてレーザ焦点が前記キャリブレーションプレート上のマーク点を指した後所定量上昇又は下降させて複数の教示点を設定し、前記複数の教示点のロボット座標系の各位置ref.2〜ref.7を記憶し、前記位置ref1〜ref7のロボット座標系上の位置を用いて前記TOOL0上の位置ベクトルとしてc11〜c32を求めてツール座標系への座標変換をし、同様にレーザセンサ座標系による位置のロボット座標系上の位置を用いて前記TOOL0上の位置ベクトルとしてSc、S1、S2およびS3を求めてツール座標系への座標変換を行いレーザセンサ座標系を前記制御点からの相対位置として把握し、前記レーザ加工ヘッドの回転軸に平行で加工ヘッドに向かう方向の単位ベクトルとして、前記位置ベクトルより複数の方向ベクトルを求めて合成した合成ベクトルを平均してツール座標系で表すZ軸方向の単位ベクトルeLfを求め、前記加工レーザ回転基準面と複数のレーザ交点を求め、前記複数のレーザ回転基準面交点よりレーザ回転軸原点L0を求め、前記センサの視野中心Scからレーザ回転基準面へ垂直に下ろした垂下点と、前記レーザ回転軸原点L0より前記垂下点へ向かう方向単位ベクトルを前記Z軸方向単位ベクトルeLfを基準にX軸方向への正面単位ベクトルefrとして求め、前記求めたZ軸方向単位ベクトルとX軸方向単位ベクトルを乗算してY軸方向単位ベクトルeLf×efrを求め、前記レーザ回転軸原点L0と、X軸姿勢成分efr、Z軸姿勢成分eLfおよびY軸姿勢成分eLf×efrによりレーザ加工ヘッドの3次元位置への駆動指令を出力して、レーザ焦点を狙い位置に倣わせることを特徴とする。
【0009】
また、請求項3記載の発明は、請求項2記載の回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法において、前記ツール座標系の各教示点の位置ベクトルC11〜C32が、少なくとも3本の教示ラインを含む6点の位置ベクトルとして、
【数7】
により求めることを特徴としている。
また、請求項4記載の発明は、請求項2又は3記載の回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法において、前記ツール座標系の各センサ位置ベクトルSc、S1、S2およびS3が、少なくとも4点の位置ベクトルとして、
【数8】
により求めることを特徴としている。
【0010】
また、請求項5記載の発明は、請求項2〜4のいずれか1項記載の回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法において、前記レーザ回転軸のZ軸方向単位ベクトルを表すeLfが、
【数9】
で求めることを特徴としている。
また、請求項6記載の発明は、請求項2〜5のいずれか1項記載の回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法において、前記レーザ回転軸のX軸方向単位ベクトルを表すefrが、
【数10】
により求めることを特徴としている。
また、請求項7記載の発明は、請求項5又は6記載の回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法において、前記レーザ回転軸のY軸方向単位ベクトルが、
【数11】
で表されることを特徴としている。
また、請求項8記載の発明は、請求項2〜7のいずれか1項記載の回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法において、前記レーザ加工ヘッドの駆動指令を出力するレーザ回転軸フレームが、
【数12】
で表されることを特徴としている。
【0011】
この回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法によれば、
先ず、キャリブレーションプレート上のマーク点を指し、この点を予めレーザ加工ノズルに対して相対位置が変化しない固定された制御点のロボット(あるいはツール)座標系上の位置ref.1として記憶・登録し、これを基準に加工ノズルの回転軸に沿って複数の教示点ref・2〜ref.7をロボット座標系として設定し、これら教示点を制御点TOOL0を基準として位置・方向ベクトルで表すベース座標系に変換する位置ベクトルc11〜c32を演算して、3本の教示ラインによる方向ベクトルec1〜ec3より、同一方向の合成ベクトルをベクトル計算によって求めて、合成ベクトルの大きさ(絶対値)で除算し平均化することにより、先ず、Z軸方向単位ベクトルeLfを演算する。
これによって、正面方向の単位ベクトルefrの計算については、レーザ回転基準面11とのレーザ交点d1〜d3を求め、同一円上のd1〜d3よりレーザ回転軸原点L0を求めて、レーザセンサの視野中心Scのレーザ回転基準面11との垂直垂下点と、レーザ回転軸原点L0とのキャリブレーションによる比較値と、先に求めたZ軸方向の単位ベクトルeLfを用いて、レーザ回転軸原点L0とセンサ視点Scの垂下位置へ向かうX軸方向の単位ベクトルefrを演算し、Y軸方向の単位ベクトルを、eLf×efr、により求めて、ツール座標軸系のベクトル演算によるレーザ回転軸のフレーム出力が得られる。最後に、このフレーム出力を実際の制御パルスu0に変換して出力することによって正確な倣い制御が可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法の制御点および教示点を示す図である。
図2は図1に示す教示点の取込方法を示す図である。
図3はレーザ回転軸の方向ベクトル平均化の説明図である。
図4はレーザの回転基準面の3つのレーザ交点を示す図である。
図5は図4に示すレーザ交点の演算説明図である。
図6はレーザの回転軸原点を示す図である。
図7はレーザの正面方向ベクトルを示す図である。
図8は図7に示すレーザ焦点回転軸のフレーム表現を示す図である。
図9は図1に示す回転機構付きレーザ加工ヘッドのカリブレーション方法で使用されるレーザ加工ヘッドの構造を示す図である。
【0013】
図1において、図1(a)に示す、1は多関節ロボットのアーム先端に装着されるレーザ加工ヘッドからワークに加工用のレーザ光を照射するYAGレーザ等の加工ノズルであり、例えば、図9に示すような、レーザ加工ヘッド20からYAGレーザ光線6を照射して加工を行い、レーザ光線回転用モータ22により加工ヘッド20から照射されるYAGレーザの光軸を回転させ、教示点等に測定用のレーザスリット光10を照射してセンサ・カメラ23により撮像するような構造のものである。2は予め設定された制御点TOOL0で、ロボット座標系(又は、ツール座標系)(x、y、z)3で表される。4はキャリブレーションプレートで、測定用のレーザスリット光を照射して受光するカメラ23等のセンサ座標系とツール座標系などのキャリブレーションに用いるプレートである。5はキャリブレーションプレート4上にマークされたマーク点である。
【0014】
つぎに動作について説明する。
先ず、図1(a)に示すように、YAGレーザ加工ノズル1に対し固定されている制御点TOOL0により、キャリブレーションプレート4のマーク5を指すように位置をロボット制御装置(図示していない)により移動制御する。この加工ノズル1の位置をロボット座標系の位置ref.1として記憶させる。
次に、加工ヘッドの外部軸をエンコーダの任意のパルスu1分だけ回転させ、図1(b)に示すように、レーザ照射光6の焦点がマーク点を指すように移動させて、ロボット座標系の位置としてref.2を記憶させる。続いて、回転位置はそのままで、レーザ加工ヘッドを上昇させ、レーザ焦点がマーク位置を指す位置をロボット座標系のref.3として記憶させる。
【0015】
次に、外部軸を任意パルスu2分、回転させ、図1(c)に示すように、ref.2と同じ高さまでヘッドを下降させて、レーザ焦点がマーク点を指す位置をロボット座標系によりref.4として記憶させる。回転軸の位置はそのまま、レーザ加工ヘッドを上昇させて、レーザ焦点がマーク点を指す位置をref.5として記憶させる。
同様にして、外部軸を任意バルスu3分、回転させて、ref.4と同じ高さにレーザ加工ヘッドを下降させ、その位置をref.6として記憶させる。外部回転軸の位置はそのままに、ref.5と同じ高さまでレーザ加工ヘッドを上昇させ、ref.7として記憶させる。(なお、以上のティーチングポイント(教示点)の設定は任意である)。
【0016】
次に、以上により形成した教示点ref.2〜ref.7を、図2に示すように、位置ベクトルc11〜c32としてシステムへ取込み、ロボット座標系の制御点TOOL0を基準とするツール座標系への変換を行う。
先ず、位置ベクトルc11〜c32の演算は、ref.1〜ref.7のロボット座標系上の位置、(ref.1)RF〜(ref.7)RFを用い、TOOL0上の位置ベクトルとして(ref.1)RFを基準に次式のように求める。
【数13】
【0017】
また、図2の10はセンサ系のレーザスリット光であり、例えば、センサ座標系とロボット座標系のキャリブレーション用にSc、S1、S2、S3の4点を求めている。
この場合のSc〜S3は、対応するref.2´〜ref.5´のロボット座標系の位置(ref.2´)RF〜(ref.5´)RFを用いて、制御点ref.1より、次式のように求め、
【数14】
このセンシングに用いるレーザセンサ座標系を、カリブレーションによる制御点ref.1からの相対位置として把握する。
【0018】
次に、レーザ回転軸の方向ベクトルを求める。図2に示すように、ref.2〜ref.3相当のc11〜c12の教示ライン7は、YAGレーザ光軸のパルスu1分の回転の場合の教示ラインであり、ref.4〜ref.5によるc21〜c22の教示ライン8はパルスu2の場合の、ref.6〜ref.7相当のc31〜c32の教示ライン9はパルスu3の場合の教示ラインである。(なお、教示ラインの設定はこれに限定されない)。
【0019】
図3に示すように、教示ラインc11〜c12、c21〜c22、c31〜c32による方向ベクトルec1:7、ec2:8,ec3:9を、次式で、
【数15】
求め(式中、分母は絶対値)、図3に示すように、3個の方向ベクトルを合成し、平均化することによって、次式のように、
【数16】
3つの方向ベクトルを平均した高さ方向の単位方向ベクトル(Z軸方向)を求める(式中の分母は絶対値)。
【0020】
続いて、図4に示すように、レーザ回転基準面上の3つのレーザ交点、d1〜d3を求める。
先ず、単位方向ベクトルeLfに垂直な面で制御点TOOL0と交わる平面をレーザ回転基準面11とし、レーザ回転基準面と位置ベクトルc11、c12を通る直線の交点をベクトルd1とする。同じくレーザ回転基準面11とベクトルc21、c22を通る直線の交点をベクトルd2とし、また、ベクトルc31、c32を通る直線の交点をベクトルd3として、次式により、
【数17】
求める。
【0021】
なお、ここでl1、l2、l3は図5に示すように<解法1>により、l1は以下のように求める。(l2、l3も同様である)。
【数18】
【0022】
次に、レーザ回転軸原点L0を求める。
図6に示すように、3点d1〜d3の座標が分かれば、<解法2>により求める。
<解法2>により、L0は以下のように、
【数19】
求められる。
【0023】
次に、レーザ回転軸の正面方向ベクトルefrを求める。
図7に示すように、カメラ座標系で示すレーザセンサの視野中心位置ベクトルScから、レーザ回転基準面11へ垂直に下ろした足を、
【数20】
と計算すると(なお、上式の右辺、第2項は図7におけるSc−Sc ⊥の長さを表す、また、L0−Scはツール座標系とセンサ座標系の座標差を表す)、レーザ回転軸原点L013からScの足へ向かう単位ベクトルefrを次式で、Z軸方向単位ベクトルを用いて、
【数21】
と求める。
【0024】
以上より、レーザ回転軸のZ軸方向単位ベクトルeLf、X軸方向単位ベクトルefrが得られると、Y軸成分の単位ベクトルはeLf×efrとして求めることができるので、図8に示すように、レーザ回転軸の倣い制御は、原点位置:L013、姿勢成分(x軸):efr15、姿勢成分(z軸):eLf12、姿勢成分(y軸):elf×efr16より、レーザ焦点回転軸のフレーム表現として次の行列式、
【数22】
によって教示点のプレイバック方式による倣い制御出力が可能になる。
【0025】
次に、最初に設定した教示点c11〜c32をティーチング・ポイントとしてプレイバックの例を、図10のフローチャートを用いて説明する。
記録してある教示点ref.1〜ref.7を読出し(S100)、位置ベクトル演算手段により、(1)式のような制御点TOOL0を基準としたツール座標系に変換した位置ベクトルc11〜c32を演算し、3次元キャリブレーションを行う(S101)。
【0026】
求めた位置ベクトルc11〜c32より演算したレーザ回転軸(Z軸方向)の単位ベクトルeLfを基準に、高さ方向(Z軸)の方向単位ベクトルを算出し、ツール座標系による高さ方向のZ軸の正確な制御が実施できる(S102)。
次に、レーザ光軸が回転基準面11と交わるd1、d2、d3を、(2)式によって計算して(S103)、
(3)式より回転軸原点L0を求め(S104)。
正面方向(X軸方向)ベクトルefrを、Z軸方向の単位ベクトルeLfを基準スケールとして求め(S105)、空間的・3次元的なレーザ回転軸フレームを(4)式により算出して(S106)、ツール座標系に戻してレーザ加工ヘッドの移動・回転量指令パルス値U0を算出して、レーザ加工光を狙い位置へ正確に駆動する倣い制御を行う(107)。
以上のように、正確な3次元キャリブレーションを実施するためにツール座標系を設定して行うベクトル演算は、フレーム出力Lfの計算まで行われ、最終的にはレーザ加工ヘッドの駆動指令として、(4)式のフレーム出力LfをパルスU0として変換出力すればよいので、演算スピードが向上する。
また、以上、プレイバック例として教示点C11〜c32のプレイバックを説明したが、この教示点c11〜c32を含む3次元のキャリブレーションを実施した後に、改めて、作業対象のワーク上の作業点をロボットに教示して実際の作業を行うようにすればよい。
【0027】
このように、本実施の形態によれば、2次元のキャリブレーションプレート上のマーク点を用いて、制御点TOOL0と教示点c11〜c32の設定によるツール座標系への変換・設定を行い、レーザ加工ヘッドの回転軸上に3本の教示ラインec1、ec2、ec3を作成して、この3本の教示ラインの合成ベクトルを求めて平均化することによって、Z軸方向の単位ベクトルを生成し、この高さ方向の単位ベクトルを基準スケールに、X軸方向の単位ベクトルとY軸上の単位ベクトルを生成して、レーザ加工ヘッドの倣い制御位置を、センサ座標系上で3次元方向ベクトルとして制御できるので、迅速で高さ方向も正確な空間的・3次元的な作業点の倣い制御が可能になる。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、狙い位置へレーザ焦点を倣わせるための回転機構を有して、ツール座標系へのキャリブレーションを行い、制御点の位置ref1と複数の教示点位置ref2〜ref7のベクトル演算によるツール座標系上の位置ベクトルc11〜c32を求め、レーザセンサ座標系の位置についてもツール座標系の位置ベクトルSc、S1、S2およびS3を求めて、レーザ加工光の回転軸に平行で加工器に向かう単位ベクトルとしてのレーザ回転軸の方向ベクトルeLfを、複数の教示ラインによる方向ベクトルを合成した合成ベクトルの平均としてツール座標系で表すZ軸方向の単位ベクトルとして求め、センサの視野中心Scからレーザ回転基準面へ垂直に下ろした足Sc ⊥に向う、レーザ回転軸原点L0からの方向単位ベクトルをX軸方向の単位ベクトルefrとして計算し、回転軸原点L0と、X軸姿勢成分efr、Z軸姿勢成分eLf、Y軸姿勢成分eLf×efrによりレーザ加工ヘッドの駆動位置を空間的、3次元的に指令し、レーザ焦点を迅速に狙い位置に倣わせるように構成したので、コストアップに繋がらない簡単な構成で、教示点の位置・方向ベクトルによるツール座標系を設定し、高さ方向およびX軸、Y軸成分の単位方向ベクトルを求めて高精度な3次元キャリブレーションを実施することで、狙い位置にレーザ焦点を正確に迅速に照射できる倣い制御を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法の制御点および教示点を示す図である。
【図2】図1に示す教示点の取込方法を示す図である。
【図3】レーザ回転軸の方向ベクトル平均化の説明図である。
【図4】レーザの回転基準面上の3つのレーザ交点を示す図である。
【図5】図4に示すレーザ交点の演算説明図である。
【図6】レーザの回転軸原点を示す図である。
【図7】レーザの正面方向ベクトルを示す図である。
【図8】図7に示すレーザ焦点回転軸のフレーム表現を示す図である。
【図9】図1に示す回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法で使用されるレーザ加工ヘッドの構造を示す図である。
【図10】図1に示すレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法のフローチャートである。
【図11】従来のレーザ加工ロボットのワーク倣い装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
1 加工ノズル
2 制御点TOOL0
3 ツール座標系
4 キャリブレーションプレート
5 マーク
6 レーザ照射光
7、8、9 教示ライン
10 レーザスリット光
11 レーザ回転基準面
12 Z軸方向単位ベクトルeLf
13 レーザ回転軸原点L0
14 Sc ⊥
15 X軸方向単位ベクトルefr
16 Y軸方向単位ベクトルefr×eLf
20 レーザ加工ヘッド
22 レーザ光線回転用モータ
23 レーザセンサカメラ
Claims (8)
- 狙い位置へレーザ焦点を倣わせるための回転機構とレーザ焦点の回転範囲を狙い位置に移動させるためにレーザ加工ヘッド自体を移動する機構とを有する装置に用いられ、異なる座標系のキャリブレーションを行いレーザ焦点を狙い位置に倣わせる回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション装置において、
キャリブレーションプレート上のマーク点を前記レーザ加工ヘッドに予め固定された制御点TOOL0として指し、ロボット座標系の位置ref.1として記憶する制御点登録手段と、
前記制御点より前記レーザ加工ヘッドを所定パルス分だけ回転軸上を回転させてレーザ焦点が前記キャリブレーションプレート上のマーク点を指した後所定量上昇又は下降させて複数の教示点を設定し、前記複数の教示点のロボット座標系の各位置ref.2〜ref.7を記憶する教示点登録手段と、
前記位置ref1〜ref7のロボット座標系上の位置を用いて前記TOOL0上の位置ベクトルとしてc11〜c32を求めてツール座標系への座標変換を行う教示点位置ベクトル演算手段と、
同様にレーザセンサ座標系による位置のロボット座標系上の位置を用いて前記TOOL0上の位置ベクトルとしてSc、S1、S2およびS3を求めてツール座標系への座標変換を行いレーザセンサ座標系を前記制御点からの相対位置として把握するセンサ位置ベクトル演算手段と、
前記レーザ加工ヘッドの回転軸に平行で加工ヘッドに向かう方向の単位ベクトルとして、前記位置ベクトルより複数の方向ベクトルを求めて合成した合成ベクトルを平均してツール座標系で表すZ軸方向の単位ベクトルeLfを求めるZ軸方向単位ベクトル演算手段と、
前記加工レーザ回転基準面と複数のレーザ交点を求めるレーザ回転基準面交点演算手段と、
前記複数のレーザ回転基準面交点よりレーザ回転軸原点L0を求めるレーザー回転軸原点演算手段と、
前記センサの視野中心Scからレーザ回転基準面へ垂直に下ろした垂下点と、前記レーザ回転軸原点L0より前記垂下点へ向かう方向単位ベクトルを前記Z軸方向単位ベクトルeLfを基準にX軸方向への正面単位ベクトルefrとして求めるX軸方向単位ベクトル演算手段と、
前記Z軸方向単位ベクトルとX軸方向単位ベクトルを乗算してY軸方向単位ベクトルeLf×efrを求めるY軸方向単位ベクトル演算手段と、
を有していることを特徴とする回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション装置。 - 狙い位置へレーザ焦点を倣わせるための回転機構とレーザ焦点の回転範囲を狙い位置に移動させるためにレーザ加工ヘッド自体を移動する機構とを有する装置に用いられ、異なる座標系のキャリブレーションを行いレーザ焦点を狙い位置に倣わせる回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法において、
キャリブレーションプレート上のマーク点を前記レーザ加工ヘッドに予め固定された制御点TOOL0として指し、ロボット座標系の位置ref.1として記憶し、
前記制御点より前記レーザ加工ヘッドを所定パルス分だけ回転軸上を回転させてレーザ焦点が前記キャリブレーションプレート上のマーク点を指した後所定量上昇又は下降させて複数の教示点を設定し、前記複数の教示点のロボット座標系の各位置ref.2〜ref.7を記憶し、
前記位置ref1〜ref7のロボット座標系上の位置を用いて前記TOOL0上の位置ベクトルとしてc11〜c32を求めてツール座標系への座標変換をし、 同様にレーザセンサ座標系による位置のロボット座標系上の位置を用いて前記TOOL0上の位置ベクトルとしてSc、S1、S2およびS3を求めてツール座標系への座標変換を行いレーザセンサ座標系を前記制御点からの相対位置として把握し、
前記レーザ加工ヘッドの回転軸に平行で加工ヘッドに向かう方向の単位ベクトルとして、前記位置ベクトルより複数の方向ベクトルを求めて合成した合成ベクトルを平均してツール座標系で表すZ軸方向の単位ベクトルeLfを求め、
前記加工レーザ回転基準面と複数のレーザ交点を求め、
前記複数のレーザ回転基準面交点よりレーザ回転軸原点L0を求め、
前記センサの視野中心Scからレーザ回転基準面へ垂直に下ろした垂下点と、前記レーザ回転軸原点L0より前記垂下点へ向かう方向単位ベクトルを前記Z軸方向単位ベクトルeLfを基準にX軸方向への正面単位ベクトルefrとして求め、
前記求めたZ軸方向単位ベクトルとX軸方向単位ベクトルを乗算してY軸方向単位ベクトルeLf×efrを求め、
前記レーザ回転軸原点L0と、X軸姿勢成分efr、Z軸姿勢成分eLfおよびY軸姿勢成分eLf×efrによりレーザ加工ヘッドの3次元位置への駆動指令を出力して、レーザ焦点を狙い位置に倣わせることを特徴とする回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション方法。
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