JP2012218030A

JP2012218030A - ロボットシステム

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Publication number: JP2012218030A
Application number: JP2011086207A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Oe; 裕樹大江; Keiji Makino; 圭司牧野
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: US20120255937A1; JP5459256B2; US8965556B2; EP2508293A1; CN102728953B; CN102728953A

Abstract

【課題】レーザ照射部が移動していない状態においても溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接することが可能なロボットシステムを提供する。
【解決手段】このロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１により移動されるとともに、移動していない状態において、溶接軌跡に対してレーザ光を走査することが可能なレーザスキャナ４と、レーザスキャナ４が移動していない状態において、溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接するようにレーザスキャナ４によりレーザ光を走査する制御を行う焦点演算部２７とを備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、ロボットシステムに関し、特に、溶接軌跡に対してレーザ光を照射可能なレーザ照射部を備えたロボットシステムに関する。

従来、溶接軌跡に対してレーザ光を照射可能なレーザ照射部が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、溶接軌跡に対してレーザ光を照射可能なレーザ加工ヘッド（レーザ照射部）が開示されている。このレーザ加工ヘッドは、レーザ加工ヘッドを溶接軌跡に沿って移動させながら、内部に設けられたビームウィービング装置を駆動して溶接軌跡に対してウィービングするように構成されている。

特開２００２−１３７０８３号公報

しかしながら、上記特許文献１のレーザ加工ヘッド（レーザ照射部）では、レーザ加工ヘッドを溶接軌跡に沿って移動させながら溶接軌跡に対してウィービングすることが可能である一方、レーザ加工ヘッド（レーザ照射部）が移動していない状態では、溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接することができないという問題点があると考えられる。たとえば、レーザ加工ヘッドの周辺に物体がある環境では、レーザ加工ヘッドを溶接軌跡に沿って移動させると物体と干渉してしまうためウィービングを行えない場合がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、レーザ照射部が移動していない状態においても溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接することが可能なロボットシステムを提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるロボットシステムは、ロボットと、ロボットにより移動されるとともに、少なくとも移動していない状態において、溶接軌跡に対してレーザ光を走査することが可能なレーザ照射部と、少なくともレーザ照射部が移動していない状態において、溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接するようにレーザ照射部によりレーザ光を走査する制御を行う制御部とを備えている。

この発明の一の局面によるロボットシステムでは、上記のように、少なくともレーザ照射部が移動していない状態において、溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接するようにレーザ照射部によりレーザ光を走査する制御を行う制御部を設けることによって、移動していない状態のレーザ照射部により、溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接するようにレーザ光が走査されるので、レーザ照射部が移動していない状態においても溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接することができる。

本発明の一実施形態によるロボットシステムの全体構成を示した概略図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムのロボット制御装置を示したブロック図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムのレーザスキャナの構成を示した概略図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムのレーザ溶接条件ファイル画面を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムにおいて溶接軌跡の基準位置としての始点および終点を教示する際の動作手順について説明するための図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの焦点演算部によるウィービングを伴う溶接時の処理について説明するためのフローチャートである。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接開始範囲を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接開始範囲内に溶接軌跡の始点が入った状態を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの焦点演算部による溶接点の位置の取得処理について説明するためのフローチャートである。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接点の回転角について説明するための図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接範囲を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接範囲内に溶接点が位置する状態を示した図である。本発明の一実施形態によるロボットシステムの溶接範囲内にウィービング軌跡上の全ての溶接点が位置する状態を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態によるロボットシステム１００の構成について説明する。

本発明の一実施形態によるロボットシステム１００は、対象物から離れた位置（たとえば、約５００ｍｍ離れた位置）でレーザ光を照射してレーザ溶接を行うリモートレーザ溶接のロボットシステムである。また、本実施形態によるロボットシステム１００では、溶接軌跡に対して連続して略円形状または略楕円形状にウィービングするようにレーザ光を走査する溶接処理（ウィービングを伴う溶接処理）と、ウィービングを伴わないで溶接軌跡に対してレーザ光を走査する溶接処理（ウィービングを伴わない溶接処理）とをユーザが選択可能である。また、ロボットシステム１００は、図１に示すように、ロボット１と、ロボット１を制御するロボット制御装置２と、ロボット１の動作を教示するためのペンダント（プログラミングペンダント）３とを備えている。また、本実施形態によるロボットシステム１００は、ロボット１に取り付けられ、レーザ光を走査するレーザスキャナ４と、レーザスキャナ４にレーザ光を供給するレーザ発振器５とをさらに備えている。なお、ペンダント３は、本発明の「受付部」の一例であり、レーザスキャナ４は、本発明の「レーザ照射部」の一例である。

ロボット１は、複数の関節を有する多関節型ロボットである。また、ロボット１は各関節を駆動するための図示しない複数のサーボモータを備え、各サーボモータにより先端部に取り付けられたレーザスキャナ４を移動可能に構成されている。

ロボット制御装置２は、図１に示すように、ロボット指令ケーブル１０を介してロボット１に通信可能に接続されている。また、ロボット制御装置２は、ケーブル１１を介してペンダント３に通信可能に接続されている。さらに、ロボット制御装置２は、スキャナ指令ケーブル１２を介してレーザスキャナ４に通信可能に接続されている。また、ロボット制御装置２は、図２に示すように、ペンダント３との間で信号の送受信を行う通信部２１と、動作プログラムやレーザ溶接に関する溶接情報（溶接速度や溶接軌跡、ウィービング軌跡に関する情報）などを格納するデータ格納部２２と、データ格納部２２に格納された動作プログラムや溶接情報などを読み出して情報を解釈する命令解釈部２３とを含んでいる。

また、ロボット制御装置２は、命令解釈部２３による解釈に基づいてロボット１の移動軌跡を所定の制御周期ごとに演算するロボット軌跡演算部２４と、ロボット軌跡演算部２４による演算結果に基づいてロボット１に設けられた各サーボモータを制御するサーボ制御部２５とをさらに含んでいる。また、ロボット制御装置２には、サーボ制御部２５により各サーボモータに送信される動作指令に基づいてロボット１の現在の先端部の状態（レーザスキャナ４の現在の位置・姿勢）を推定するサーボシミュレート部２６と、サーボシミュレート部２６により推定されたロボット１の先端部の現在位置に基づいて焦点位置（溶接位置）を演算する焦点演算部２７とが設けられている。ここで、サーボ制御部２５からの動作指令の送信タイミングとそれに基づくロボット１の動作タイミングとの間には、若干のタイムラグが生じる。このため、サーボシミュレート部２６は、そのタイムラグを考慮してレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢を推定する。なお、焦点演算部２７により実施されるウィービングを伴う溶接時の処理については後述する。また、焦点演算部２７は、本発明の「制御部」の一例である。

ペンダント３は、ロボット１の動作プログラムおよびレーザ溶接に関する溶接情報（溶接速度や溶接軌跡、ウィービング軌跡に関する情報）を作成するために設けられている。また、ペンダント３は、図１に示すように、表示部３１と、複数の操作ボタンからなる操作部３２とを有している。ユーザは、表示部３１の表示を見ながら操作部３２を操作して所定の情報を入力することが可能である。また、ユーザは、ペンダント３を操作してロボット制御装置２にロボット１の動作を教示することが可能である。

レーザスキャナ４は、レーザ発振器５により出力されたレーザ光を対象物に向けて照射する機能を有している。レーザ発振器５により出力されたレーザ光は、ファイバ１３を介してレーザスキャナ４に供給される。また、図３に示すように、レーザスキャナ４の内部には、レンズなどからなる光学系４１と、ミラー４２ａおよび４２ｂを含むガルバノミラー４２と、ミラー４２ａおよび４２ｂのそれぞれを駆動するモータ４３ａおよび４３ｂとが設けられている。レーザ発振器５からレーザスキャナ４に供給されたレーザ光は、光学系４１により集光された後、ガルバノミラー４２により方向が変化されて対象物に向けて照射される。レーザスキャナ４は、焦点演算部２７による演算結果に基づいて、ミラー４２ａおよび４２ｂを駆動することによって所定の位置にレーザ光を走査するように構成されている。これにより、レーザスキャナ４は、移動していない状態および移動している状態の両方の状態において、ガルバノミラー４２により溶接軌跡に対してレーザ光を走査することが可能である。具体的には本実施形態のレーザスキャナ４は、対象物から５００ｍｍ離れた状態で２００ｍｍ四方の範囲内にレーザ光を照射することが可能である。このように、レーザ焦点距離などのレーザスキャナ４の仕様は予め分かっているので、後述する溶接軌跡の作成の際にはレーザスキャナ４から対象物までの距離がレーザ焦点距離となっていることが前提となっている。また、ロボット１の動作の教示やレーザ溶接の際にはレーザスキャナ４から対象物までの距離をレーザ焦点距離に保つようにする。なお、図３では省略しているが、レーザスキャナ４は光学系４１の調整機構も備えており動的にレーザ焦点距離を変更することができる。これによりレーザスキャナ４と対象物との距離を変えながらレーザ溶接を行うことも可能となっている。

次に、図１、図４および図５を参照して、溶接を行う前の準備手順について説明する。

まず、ペンダント３を用いてロボット１を移動させながらロボット制御装置２にロボット１の動作を教示する。また、ペンダント３を用いて溶接を行う区間（溶接区間）を設定する。また、ウィービングを伴う溶接処理またはウィービングを伴わない溶接処理のいずれか一方を選択して設定する。また、レーザ溶接に関する溶接情報（溶接速度や溶接軌跡、ウィービング軌跡に関する情報）を設定する。具体的には、ウィービングを伴う溶接処理を選択した場合には、図４に示すように、ペンダント３の表示部３１（図１参照）に表示されるレーザ溶接条件ファイル画面３１１上で補間種類を選択する。補間種類としては、直線補間、円弧補間、楕円補間および任意形状があり、所望する溶接軌跡の形状に応じて選択する。また、レーザ溶接条件ファイル画面３１１上でレーザ出力の値および溶接速度を設定する。溶接速度は、ウィービングを伴う溶接処理を行う場合には、略円形状または略楕円形状のウィービング軌跡の中心点が溶接軌跡上を移動する速度であり、ウィービングを伴わない溶接処理を行う場合には、レーザ光を照射する溶接点（焦点）が溶接軌跡上を移動する速度である。また、略円形状または略楕円形状のウィービング軌跡のＸ軸の半径と、Ｘ軸に直交するＹ軸の半径とを設定する。さらに、略円形状または略楕円形状のウィービング動作の周波数を設定する。ここでのＸ軸は後述する溶接軌跡の始点Ｗｓから終点Ｗｅの方向とし、Ｙ軸は後述する対象物のワーク領域２００上でＸ軸と直交する方向とする。

また、ペンダント３を用いてロボット１を移動させながら、図５に示すように、対象物のワーク領域２００において、溶接軌跡の基準位置としての始点Ｗｓと、溶接軌跡の終点Ｗｅとをロボット制御装置２に教示する。具体的には、ロボット１を移動させてレーザスキャナ４から教示用のレーザ光を照射し、ユーザがワーク上のレーザ光の位置を確認しながら所望の位置にて基準位置としての始点Ｗｓをロボット制御装置２に教示する。これにより、ロボット１の設置部に固定されたロボット座標系｛Ｒ｝から見た始点Ｗｓの位置^ＲＷｓが教示される。また、ロボット１を移動させてレーザスキャナ４から教示用のレーザ光を照射して始点Ｗｓの場合と同様にユーザがワーク上のレーザ光の位置を確認しながら終点Ｗｅをロボット制御装置２に教示する。これにより、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た終点Ｗｅの位置^ＲＷｅが教示される。これにより、図４のレーザ溶接条件ファイル画面３１１上で選択された補間種類の形状で、始点Ｗｓから終点Ｗｅまでの溶接軌跡が設定される。補間種類として直線補間が選択されている場合には、図５に示すように、始点Ｗｓと終点Ｗｅとが直線状に結ばれた溶接軌跡が設定される。また始点Ｗｓから終点Ｗｅまでが溶接区間となる。

次に、図４および図６〜図１２を参照して、本実施形態のロボットシステム１００の焦点演算部２７によるウィービングを伴う溶接時の処理について説明する。

図６のステップＳ１において、焦点演算部２７は、レーザスキャナ４に固定されたレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た始点Ｗｓ（図５参照）の位置^ＬＷｓを取得する。具体的には、焦点演算部２７は、サーボシミュレート部２６が推定するロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴと、教示されたロボット座標系｛Ｒ｝から見た始点Ｗｓの位置^ＲＷｓとに基づいて、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た始点Ｗｓの位置^ＬＷｓを取得する。

次に、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た始点Ｗｓの位置^ＬＷｓを求める式を以下の式（１）に示す。

^ＬＷｓ（Ｘ_Ｗｓ，Ｙ_Ｗｓ）＝（^Ｒ _ＬＴ）^−１・^ＲＷｓ・・・・・（１）
上記式（１）において、^ＬＷｓは、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た始点Ｗｓの位置、Ｘ_Ｗｓは、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た始点Ｗｓの位置^ＬＷｓのＸ座標、Ｙ_Ｗｓは、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た始点Ｗｓの位置^ＬＷｓのＹ座標、^Ｒ _ＬＴは、サーボシミュレート部２６が推定するロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢、^ＲＷｓは、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た始点Ｗｓの位置をそれぞれ表す。また（^Ｒ _ＬＴ）^−１は^Ｒ _ＬＴの逆変換を意味し、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たロボット座標系｛Ｒ｝原点の現在の位置・姿勢を表す。

そして、焦点演算部２７は、ステップＳ２において、始点Ｗｓの位置^ＬＷｓが溶接開始範囲Ａ１（図７および図８参照）に入っているか否かを判断する。溶接開始範囲Ａ１は、図７に示すように、ユーザがレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝の原点を中心とする円または楕円のＸ軸径ｄ１およびＹ軸径ｄ２の値を設定することによって決定される。ユーザは、Ｘ軸径ｄ１およびＹ軸径ｄ２を自在に設定可能である。ただし径の設定を大きくしすぎるとレーザスキャナ４から大きく離れた場所にまでレーザが照射されてしまうため、各径の設定可能値を最大２００ｍｍとしている。本実施形態では、たとえば、Ｘ軸径ｄ１およびＹ軸径ｄ２が１８０ｍｍに設定されている。溶接開始範囲Ａ１は、ロボット１によりレーザスキャナ４が移動されるのに伴って移動される。

次に、始点Ｗｓの位置^ＬＷｓが溶接開始範囲Ａ１内か否かを判断するための式を以下の式（２−５）に示す。なお、式（２−１）〜（２−４）は、式（２−５）の算出手順を説明するためのものである。

まず、図７に示す溶接開始範囲Ａ１内に位置するＸ座標およびＹ座標は、以下の式（２−１）および式（２−２）で定義される。
Ｘ≦ｄ１／２×ｃｏｓ（α）・・・・・（２−１）
Ｙ≦ｄ２／２×ｓｉｎ（α）・・・・・（２−２）
これらを変換して以下の式（２−３）および式（２−４）を得る。
４Ｘ^２／ｄ１^２≦ｃｏｓ^２（α）・・・・・（２−３）
４Ｙ^２／ｄ２^２≦ｓｉｎ^２（α）・・・・・（２−４）
そして、上記式（２−３）および式（２−４）から、始点Ｗｓの位置^ＬＷｓが溶接開始範囲Ａ１内に位置する場合に満足すべき式（２−５）を得る。
４（Ｘ_Ｗｓ ^２／ｄ１^２＋Ｙ_Ｗｓ ^２／ｄ２^２）≦１・・・・・（２−５）
なお、上記式（２−５）において、Ｘ_Ｗｓは、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た始点Ｗｓの位置^ＬＷｓのＸ座標、Ｙ_Ｗｓは、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見た始点Ｗｓの位置^ＬＷｓのＹ座標、ｄ１は、溶接開始範囲Ａ１のＸ軸径、ｄ２は、溶接開始範囲Ａ１のＹ軸径をそれぞれ表す。

焦点演算部２７は、始点Ｗｓの位置^ＬＷｓが溶接開始範囲Ａ１に入るまでこの判断を繰り返す。図８に示すように、始点Ｗｓの位置^ＬＷｓが溶接開始範囲Ａ１に入ると、焦点演算部２７は、ステップＳ３において、溶接情報（溶接速度や溶接軌跡に関する情報）に基づいて、溶接区間における制御周期回数Ｎを取得する。具体的には、焦点演算部２７は、溶接の軌跡情報Ｄ、溶接速度Ｖおよびロボット１の制御周期Δｔに基づいて、制御周期回数Ｎを算出する。溶接の軌跡情報Ｄは、ペンダント３を用いて設定された溶接情報（溶接速度や溶接軌跡に関する情報）に基づくものであり、軌跡の大きさ（長さ）や方向などの情報を含む溶接軌跡の形態に関する情報である。溶接速度Ｖは、図４に示すレーザ溶接条件ファイル画面３１１で設定された溶接速度である。また、この段階で変数ｋ（後述）に０を代入して初期化しておく。

次に、溶接区間における制御周期回数Ｎを取得する式を以下の式（３）に示す。

Ｎ＝Ｄ／（Ｖ・Δｔ）・・・・・（３）
上記式（３）において、Ｎは、溶接区間における制御周期回数（０以上の整数）、Ｄは、溶接の軌跡情報（この場合は溶接軌跡の長さ）、Ｖは、溶接速度、Δｔは、制御周期をそれぞれ表す。なお、式（３）の右辺が割り切れない場合は小数点以下を切り捨てた値をＮとする。

そして、ステップＳ４において、焦点演算部２７は、溶接区間でのｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＲＣｋを取得する。ここで、ｋは整数（ただし、０≦ｋ≦Ｎ）ある。なお、本実施形態では、焦点演算部２７は、ウィービング軌跡の中心点が設定された溶接速度で溶接軌跡上を移動するように制御を行う。

次に、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＲＣｋを取得する式を以下の式（４）に示す。

^ＲＣｋ＝^ＲＷｓ＋Ｄ（ｋ／Ｎ）・・・・・（４）
上記式（４）において、^ＲＣｋは、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置、^ＲＷｓは、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た始点Ｗｓの位置、Ｄは、溶接の軌跡情報（この場合は溶接軌跡の長さ）、Ｎは、溶接区間における制御周期回数をそれぞれ表す。

また、焦点演算部２７は、ステップＳ５において、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋを取得する処理を実行する。

次に、図９および図１０を参照して、本実施形態のロボットシステム１００の焦点演算部２７による溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋの取得処理について説明する。

図９のステップＳ５１において、焦点演算部２７は、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＬＣｋを取得する。具体的には、焦点演算部２７は、サーボシミュレート部２６が推定するロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴと、ステップＳ４で取得されたｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＲＣｋとに基づいて、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＬＣｋを取得する。

次に、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＬＣｋを求める式を以下の式（５）に示す。

^ＬＣｋ（Ｘ_Ｃｋ，Ｙ_Ｃｋ）＝（^Ｒ _ＬＴ）^−１・^ＲＣｋ・・・・・（５）
上記式（５）において、^ＬＣｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置、Ｘ_Ｃｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＬＣｋのＸ座標、Ｙ_Ｃｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＬＣｋのＹ座標、^Ｒ _ＬＴは、サーボシミュレート部２６が推定するロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザスキャナ４の現在の位置・姿勢、^ＲＣｋは、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置をそれぞれ表す。また、（^Ｒ _ＬＴ）^−１は^Ｒ _ＬＴの逆変換を意味し、レーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たロボット座標系｛Ｒ｝原点の現在の位置・姿勢を表す。

その後、焦点演算部２７は、ステップＳ５２において、ｋ回目の制御周期における略円形状または略楕円形状のウィービング軌跡の回転角θｋを取得する。ここで、仮にウィービング軌跡の中心点が移動していないと考えた場合、ウィービング軌跡は、図１０に示すように、レーザ溶接条件ファイル画面３１１（図４参照）上で設定されたＸ軸の半径およびＹ軸の半径で、ウィービング軌跡の中心点に対応する点Ｃを中心とする円形状または楕円形状となる。この円形状または楕円形状のウィービング軌跡上に位置するｋ回目の制御周期における溶接点Ｍｋの回転角θｋは、レーザ溶接条件ファイル画面３１１（図４参照）上で設定されたウィービング動作の周波数と制御周期とに基づいて決定される。詳細には、焦点演算部２７は、ウィービング動作１周期中におけるウィービング軌跡上の溶接点の個数ｎを、ウィービング動作の周波数と制御周期とに基づいて取得する。そして、焦点演算部２７は、ｋ回目の制御周期における溶接点Ｍｋの回転角θｋを、ウィービング動作１周期中におけるウィービング軌跡上の溶接点の個数ｎに基づいて取得する。

次に、ウィービング動作１周期中におけるウィービング軌跡上の溶接点の個数ｎを取得する式を以下の式（６）に示す。

ｎ＝１／（ｆ・Δｔ）・・・・・（６）
上記式（６）において、ｎは、ウィービング動作１周期中におけるウィービング軌跡上の溶接点の個数（０以上の整数）、ｆは、ウィービング動作の周波数、Δｔは、制御周期をそれぞれ表す。なお、式（６）の右辺が割り切れない場合は小数点以下を切り捨てた値をｎとする。

また、ｋ回目の制御周期における溶接点Ｍｋの回転角θｋを取得する式を以下の式（７）に示す。

θｋ＝２π×（ｓ／ｎ）・・・・・（７）
上記式（７）において、θｋは、ｋ回目の制御周期における溶接点Ｍｋの回転角、ｓは、整数（ただし、０≦ｓ≦ｎ）、ｎは、ウィービング動作１周期中におけるウィービング軌跡上の溶接点の個数をそれぞれ表す。

そして、焦点演算部２７は、ステップＳ５３において、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋを取得する。ここで、実際には、ウィービング軌跡の中心点は溶接軌跡上を移動するため、焦点演算部２７は、ウィービング軌跡の中心点の移動を考慮して、ｋ回目の制御周期におけるウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋ（Ｘ_Ｍｋ，Ｙ_Ｍｋ）を取得する。

次に、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋのＸ座標Ｘ_Ｍｋを取得する式を以下の式（８）に示すとともに、溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋのＹ座標Ｙ_Ｍｋを取得する式を以下の式（９）に示す。

Ｘ_Ｍｋ＝Ｘ_Ｃｋ＋ｒ１×ｃｏｓ（θｋ）・・・・・（８）
Ｙ_Ｍｋ＝Ｙ_Ｃｋ＋ｒ２×ｓｉｎ（θｋ）・・・・・（９）
上記式（８）および式（９）において、Ｘ_Ｍｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋのＸ座標、Ｘ_Ｃｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＬＣｋのＸ座標、Ｙ_Ｍｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋのＹ座標、Ｙ_Ｃｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡の中心点の位置^ＬＣｋのＹ座標、ｒ１は、ウィービング軌跡のＸ軸の半径、ｒ２は、ウィービング軌跡のＹ軸の半径、θｋは、ｋ回目の制御周期における溶接点Ｍｋの回転角をそれぞれ表す。

上記のように、本実施形態では、焦点演算部２７により、ウィービング軌跡のＸ軸の半径ｒ１、ウィービング軌跡のＹ軸の半径ｒ２、溶接速度Ｖおよびウィービング動作の周波数ｆに基づいて、ｋ回目の制御周期におけるウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋ（Ｘ_Ｍｋ，Ｙ_Ｍｋ）が取得される。

そして、図６のステップＳ５において、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋを取得する処理が終了した後、焦点演算部２７は、ステップＳ６において、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋ（Ｘ_Ｍｋ，Ｙ_Ｍｋ）が溶接範囲Ａ２（図１１および図１２参照）に入っているか否かを判断する。溶接範囲Ａ２は、図１１に示すように、ユーザがレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝の原点を中心とする円または楕円のＸ軸径ｄ３およびＹ軸径ｄ４の値を設定することによって決定される。ユーザは、Ｘ軸径ｄ３およびＹ軸径ｄ４を自在に設定可能である。ただし溶接開始範囲Ａ１のＸ軸径ｄ１およびＹ軸径ｄ２と同様、径の設定を大きくしすぎるとレーザスキャナ４から大きく離れた場所にまでレーザが照射されてしまうため、各径の設定可能値を最大２００ｍｍ以内としている。本実施形態では、たとえば、Ｘ軸径ｄ３およびＹ軸径ｄ４が２００ｍｍに設定されている。溶接範囲Ａ２は、ロボット１によりレーザスキャナ４が移動されるのに伴って移動される。

次に、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋ（Ｘ_Ｍｋ，Ｙ_Ｍｋ）が溶接範囲Ａ２内か否かを判断するための式を以下の式（１０）に示す。なお、式（１０）は、上記式（２−５）と同様の手順により算出する。

４（Ｘ_Ｍｋ ^２／ｄ３^２＋Ｙ_Ｍｋ ^２／ｄ４^２）≦１・・・・・（１０）
上記式（１０）において、Ｘ_Ｍｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点ＭｋのＸ座標、Ｙ_Ｍｋは、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点ＭｋのＹ座標、ｄ３は、溶接範囲Ａ２のＸ軸径、ｄ４は、溶接範囲Ａ２のＹ軸径をそれぞれ表す。

焦点演算部２７は、図１１および図１２に示すように、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋ（Ｘ_Ｍｋ，Ｙ_Ｍｋ）が溶接範囲Ａ２に入っている場合には、ステップＳ７において、ｋ回目の制御周期における溶接点Ｍｋにレーザ光を照射する制御を行う。一方、焦点演算部２７は、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋ（Ｘ_Ｍｋ，Ｙ_Ｍｋ）が溶接範囲Ａ２に入っていない場合には、レーザ光を照射することなくステップＳ８に進む。これにより、レーザスキャナ４から誤った位置にレーザ光が照射されてしまうのを抑制することが可能である。なお、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋ（Ｘ_Ｍｋ，Ｙ_Ｍｋ）が溶接範囲Ａ２に入らず、所望の溶接軌跡に対して適切にウィービングしながら溶接を行うことができない場合は、ロボット１により移動されるレーザスキャナ４の移動軌跡（移動経路）と溶接情報（溶接速度や溶接軌跡、ウィービング軌跡に関する情報）との関係が適切でないため、これらを設定し直すことにより適切な溶接を行うことが可能である。

焦点演算部２７は、ステップＳ８において、ｋ＝Ｎであるか否かを判断し、ｋ＝Ｎであれば、そのままウィービングを伴う溶接時の処理を終了する。また、ｋ＝Ｎでなければ（ｋ＜Ｎの場合には）、焦点演算部２７は、ステップＳ９において、ｋをインクリメントして、ｋ＝ＮとなるまでステップＳ４〜Ｓ９の処理を繰り返す。このように、本実施形態のロボットシステム１００では、レーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴにおいてレーザ光を照射するか否かをロボット１の制御周期ごとに判断するので、レーザ光の照射を開始する際のレーザスキャナ４の位置・姿勢およびレーザ光の照射を終了する際のレーザスキャナ４の位置・姿勢を予め設定する場合とは異なり、レーザスキャナ４の移動速度が溶接速度Ｖに依存しない。

すなわち、本実施形態のロボットシステム１００では、レーザスキャナ４が移動していない状態でも、図１３に示すように、ウィービング軌跡上の溶接点が溶接範囲Ａ２に入ってさえいれば、焦点演算部２７により取得されたウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋに基づいて、ガルバノミラー４２によりレーザ光を走査して溶接軌跡に対して連続して略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接することが可能である。また、レーザスキャナ４が移動する状態では、ｋ回目の制御周期におけるレーザスキャナ座標系｛Ｌ｝から見たウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋ（Ｘ_Ｍｋ，Ｙ_Ｍｋ）が溶接範囲Ａ２内に位置するようにレーザスキャナ４の位置をロボット１の動作によって調整するだけでよく、レーザスキャナ４を溶接軌跡に沿って移動させる必要がない。したがって、本実施形態のロボットシステム１００では、レーザスキャナ４の移動軌跡に拘わらず、ガルバノミラー４２により、溶接軌跡に対して連続して略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接するようにレーザ光を走査することが可能である。

本実施形態では、上記のように、レーザスキャナ４が移動していない状態において、溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接するようにレーザスキャナ４によりレーザ光を走査する制御を行う焦点演算部２７を設けることによって、移動していない状態のレーザスキャナ４により、溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接するようにレーザ光が走査されるので、レーザスキャナ４が移動していない状態においても溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接することができる。

また、本実施形態では、上記のように、レーザスキャナ４が移動していない状態において、溶接軌跡に対して連続して略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、連続して形成される略円形状または略楕円形状のウィービング軌跡により、溶接軌跡に対して所望の溶接幅を確保しながら溶接を行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、ペンダント３により、略円形状または略楕円形状に形成されるウィービング軌跡の形状に関する情報として、ウィービング軌跡のＸ軸の半径ｒ１およびＹ軸の半径ｒ２と、溶接速度Ｖ（ウィービング軌跡の中心点の移動速度）と、ウィービング動作の周波数ｆとをユーザから受け付けるとともに、ペンダント３により受け付けられたウィービング軌跡の形状に関する情報に基づいて、略円形状または略楕円形状のウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋの位置^ＬＭｋ（Ｘ_Ｍｋ，Ｙ_Ｍｋ）を取得するように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、ユーザが、Ｘ軸の半径ｒ１、Ｙ軸の半径ｒ２、溶接速度Ｖおよび周波数ｆを設定して任意にウィービング軌跡の形状を決めることができるので、溶接設計に対して自由度の高いロボットシステム１００を提供することができる。

また、本実施形態では、上記のように、レーザスキャナ４が移動していない状態において、略円形状または略楕円形状のウィービング軌跡の中心点が溶接軌跡上に位置するように、溶接軌跡に対して連続して略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、溶接軌跡を中心軸とする所望の溶接幅で溶接を行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、レーザスキャナ４が移動していない状態において、ウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋがレーザスキャナ４によりレーザ光を照射可能な溶接範囲Ａ２内に位置するか否かを判断し、溶接点Ｍｋが溶接範囲Ａ２内に位置する場合にレーザ光を溶接点Ｍｋに対して走査する制御を行うように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、溶接点Ｍｋが溶接範囲Ａ２内に位置していない場合には、レーザ光が照射されないので、レーザスキャナ４の現在の位置・姿勢^Ｒ _ＬＴから照射することができない溶接点Ｍｋであるにも拘わらずレーザ光を照射して誤った位置にレーザ光が照射されてしまうのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、レーザスキャナ４が移動している際に、溶接軌跡の基準位置としての始点Ｗｓがレーザスキャナ４の溶接開始範囲Ａ１内に位置するか否かを判断し、始点Ｗｓが溶接開始範囲Ａ１内に入った場合に、ウィービング軌跡上の溶接点Ｍｋが溶接範囲Ａ２内に位置するか否かを判断する制御を開始するように焦点演算部２７を構成する。このように構成すれば、溶接軌跡の始点Ｗｓがレーザスキャナ４の溶接開始範囲Ａ１内に入ることによって、焦点演算部２７により、溶接点Ｍｋがレーザスキャナ４の溶接範囲Ａ２内に位置するか否かを判断する制御が開始されるので、レーザスキャナ４が溶接軌跡から遠く離れた位置に位置しているにも拘わらず、溶接点Ｍｋが溶接範囲Ａ２内か否かを判断する無駄な制御動作が行われるのを抑制して焦点演算部２７の負荷を軽減することができる。

また、本実施形態では、上記のように、レーザ光を走査するためのガルバノミラー４２をレーザスキャナ４に設け、レーザスキャナ４が移動していない状態において、ガルバノミラー４２によりレーザ光を走査して溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接するように構成する。このように構成すれば、レーザスキャナ４を移動させることなく、ガルバノミラー４２により、容易に、レーザ光を走査することができるので、レーザスキャナ４を移動させることなく、容易に、溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明のレーザ照射部としてのレーザスキャナが移動していない状態および移動している状態のいずれの状態でも、溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、少なくともレーザスキャナが移動していない状態で溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接する構成であれば、レーザスキャナが移動している状態で溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接することができない構成（レーザスキャナが固定的に設置されている構成）であってもよい。

また、上記実施形態では、本発明の制御部としての焦点演算部を、略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、溶接軌跡に対して直線状にウィービングするなど、略円形状および略楕円形状以外の形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように制御部を構成してもよい。

また、上記実施形態では、直線補間が選択されて直線形状の溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接を行う例について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、円弧形状、楕円形状、または、それらと直線形状とを組み合わせた任意形状など、直線形状以外の溶接軌跡に対して、上記実施形態と同様にウィービングしながら溶接を行ってもよい。

また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御部としての焦点演算部の処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１ロボット
３ペンダント（受付部）
４レーザスキャナ（レーザ照射部）
２７焦点演算部（制御部）
１００ロボットシステム

Claims

ロボットと、
前記ロボットにより移動されるとともに、少なくとも移動していない状態において、溶接軌跡に対してレーザ光を走査することが可能なレーザ照射部と、
少なくとも前記レーザ照射部が移動していない状態において、前記溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接するように前記レーザ照射部により前記レーザ光を走査する制御を行う制御部とを備える、ロボットシステム。
前記制御部は、少なくとも前記レーザ照射部が移動していない状態において、前記溶接軌跡に対して連続して略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム。
ウィービング軌跡の形状に関する情報をユーザから受け付ける受付部をさらに備え、
前記制御部は、前記受付部により受け付けられた前記ウィービング軌跡の形状に関する情報に基づいて、前記溶接軌跡に対応する前記ウィービング軌跡上の溶接点の位置情報を取得するように構成されている、請求項１または２に記載のロボットシステム。
前記受付部は、略円形状または略楕円形状に形成される前記ウィービング軌跡の形状に関する情報として、前記ウィービング軌跡の第１軸の半径および前記第１軸に直交する第２軸の半径の情報と、前記ウィービング軌跡の中心点の移動速度の情報と、ウィービング動作の周波数の情報とをユーザから受け付け、
前記制御部は、前記受付部により受け付けられた前記ウィービング軌跡の形状に関する情報に基づいて、前記溶接軌跡に対応する略円形状または略楕円形状の前記ウィービング軌跡上の溶接点の位置情報を取得するように構成されている、請求項３に記載のロボットシステム。
前記制御部は、少なくとも前記レーザ照射部が移動していない状態において、略円形状または略楕円形状の前記ウィービング軌跡の中心点が前記溶接軌跡上に位置するように、前記溶接軌跡に対して連続して略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されている、請求項４に記載のロボットシステム。
前記制御部は、少なくとも前記レーザ照射部が移動していない状態において、前記溶接軌跡に対応する前記ウィービング軌跡上の溶接点が前記レーザ照射部により前記レーザ光を照射可能な溶接範囲内に位置するか否かを判断し、前記溶接点が前記溶接範囲内に位置する場合に前記レーザ光を前記溶接点に対して走査する制御を行うように構成されている、請求項４または５に記載のロボットシステム。
前記制御部は、前記レーザ照射部が移動している際に、前記溶接軌跡の基準位置が前記レーザ照射部の所定範囲内に位置するか否かを判断し、前記基準位置が前記所定範囲内に入った場合に、前記ウィービング軌跡上の溶接点が前記溶接範囲内に位置するか否かを判断する制御を開始するように構成されている、請求項６に記載のロボットシステム。
前記レーザ照射部は、前記レーザ光を走査するためのミラー部を含み、少なくとも前記レーザ照射部が移動していない状態において、前記ミラー部により前記レーザ光を走査して前記溶接軌跡に対してウィービングしながら溶接するように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボットシステム。