JP2015167974A - レーザ加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】１台のレーザ発振装置から出力されたレーザ光を、複数台のロボットの内１台のロボットに対して切り替えて供給する場合、非効率な面があった。【解決手段】マニピュレータと前記マニピュレータの動作を制御するロボット制御装置からなる複数のロボットと、レーザ光を出力する１つのレーザ発振装置と、前記レーザ発振装置から出力されたレーザ光を入力し前記レーザ光を前記複数のロボットのうち１つのロボットに供給するように前記レーザ光の出力先を切り替える１つのレーザ出力切替制御装置を有し、前記レーザ出力切替制御装置は、全てのロボット制御装置と通信可能に接続され、前記レーザ出力切替制御装置は、前記ロボット制御装置との通信に基づいて前記レーザ光の出力先を切り替える。これにより、安価で効率的なレーザ加工システムを実現する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のロボットと１台のレーザ発振装置を有し、１台のレーザ発振装置を効率的に利用するレーザ加工システムに関する。

レーザ発振装置は、高出力が可能なほど高価である。そのため、１台のレーザ発振装置が出力したレーザ光を、分岐して複数台のロボットに供給する場合がある。

例えば、１台のロボット制御装置が、１台のレーザ発振装置と２台のロボットとを制御し、１台のレーザ発振装置が出力したレーザ光を、それぞれのロボットに分岐して使用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、１台のレーザ発振装置が出力するレーザ光を、２台のロボットに対して切り替えて供給し、この切り替えを、ロボットからのレーザ光の要求を先着順で処理することにより行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−０４７５７４号公報 特開２００１−３４０９８５号公報

特許文献１に記載の方法は、１台のロボット制御装置がレーザ発振装置やロボットの全てを制御する。このように、制御装置が１つであるため、制御装置の設置場所を小さくでき、また、省エネを実現できるといったメリットはある。しかし、制御装置に異常が発生した場合、システム全てが停止するといった課題がある。

また、ロボット１台に対し、ロボット制御装置を１台とする構成が一般的である。従って、この一般的な構成に用いるロボット制御装置が汎用品である。しかし、特許文献１に記載の方法に用いるロボット制御装置は、汎用品であるロボット制御装置とは異なる仕様にする必要があり、汎用性がなくなり、かつ、高価になるといった課題もある。

また、特許文献１に記載の方法は、レーザ発振装置が出力したレーザ光を分岐するものである。従って、１台のロボットで使用されるレーザ光の出力は、レーザ発振装置から出力されたレーザ光の出力よりも小さくなるといった課題もある。

特許文献２に記載の方法は、ロボットからのレーザ光の要求を先着順で処理することで、ロボットへのレーザ光の供給を切り替える。この場合、非同期で複数台のロボットを制御していると、先に要求したロボットの動作が終了するまでは、後に要求したロボットの動作を終了することができず、後に要求したロボットの動作に待ち時間が生じ、効率的な動作ができないといった課題がある。

本発明は、レーザ発振装置と複数台のロボットとの間に、ロボットと通信しながらレーザ発振装置が出力したレーザ光の出力先を切り替えるレーザ出力切替制御装置を有し、レーザ出力切替制御装置がロボットからの要求に基づいてレーザ光の出力先を制御することで、ロボットに対して効率的にレーザ光を供給し、レーザ発振装置を有効に活用するレーザ加工システムを実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工システムは、マニピュレータと前記マニピュレータの動作を制御するロボット制御装置からなる複数のロボットと、レーザ光を出力する１つのレーザ発振装置と、前記レーザ発振装置から出力されたレーザ光を入力し前記レーザ光を前記複数のロボットのうち１つのロボットに供給するように前記レーザ光の出力先を切り替える１つのレーザ出力切替制御装置を有し、前記レーザ出力切替制御装置は、全てのロボット制御装置と通信可能に接続され、前記レーザ出力切替制御装置は、前記ロボット制御装置との通信に基づいて前記レーザ光の出力先を切り替える。

また、本発明のレーザ加工システムは、上記に加えて、各ロボットは、優先順位に関する情報をレーザ出力切替制御装置に送信し、前記レーザ出力切替制御装置は、前記各ロボットから受信した優先順位に関する情報に基づいて、レーザ光の出力先を切り替える。

また、本発明のレーザ加工システムは、上記に加えて、ロボットは３台以上である。

また、本発明のレーザ加工システムは、上記に加えて、レーザ出力切替制御装置は、ロボットおよびレーザ発振装置とは別個に設けられている。

本発明によれば、１台のレーザ発振装置が出力したレーザ光を、レーザ出力切替制御装置が複数台のロボットに対して効率的に切り替える構成とすることで、低価格で効率的なレーザ加工システムを実現することができる。

本発明の実施の形態１におけるレーザ溶接システムの概略構成を示す図 本発明の実施の形態１における各ロボットがレーザ出力切替制御装置に対してレーザ光を要求する手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態１におけるレーザ出力切替制御装置がロボットへのレーザ光の供給を切り替える手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態１におけるレーザ加工システムに位置を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。図１は、レーザ溶接システムの概略構成を示す図である。なお、レーザ溶接システムは、レーザ加工システムの一例である。図２は、各ロボットがレーザ出力切替制御装置に対してレーザ光を要求する手順を示すフローチャートである。図３は、レーザ出力切替制御装置がロボットへのレーザ光の供給を切り替える手順を示すフローチャートである。

図１において、レーザ溶接システムは、３台のロボットと、１台のレーザ発振装置４と、１台のレーザ出力切替制御装置９を有している。各ロボットは、マニピュレータと、ロボット制御装置と、教示装置を有している。なお、各ロボットは、同一の構成である。そこで、１つ目のロボット１９ａの構成要素は、添え字ａを付して説明する。２つ目のロボット１９ｂの構成要素は、添え字ｂを付して説明する。３つ目のロボット１９ｃの構成要素は、添え字ｃを付して説明する。

図１において、マニピュレータ１ａ，１ｂ，１ｃは、６軸を有する。ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃは、マニピュレータ１ａ，１ｂ，１ｃの動作を制御する。教示装置３ａ，３ｂ，３ｃは、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃを介するマニピュレータ１ａ，１ｂ，１ｃの動作や、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃへの情報の設定等を行うための装置である。教示装置３ａ，３ｂ，３ｃは、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃとの間で通信を行い、ロボットアーム６ａ，６ｂ，６ｃの動作設定や、レーザ加工ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃの動作設定や、レーザ発振装置４の出力調整の設定や、レーザ出力切替制御装置９の制御等を行うための装置である。

ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃは、ＣＰＵ１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、ＲＡＭ１７ａ，１７ｂ，１７ｃと、ロボット駆動装置１８ａ，１８ｂ，１８ｃを有している。ＣＰＵ１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃ全体を制御する。ＲＡＭ１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、ロボットの操作者が教示装置３ａ，３ｂ，３ｃを用いて作成したロボットの教示プログラムや、ロボットの機能設定や、ロボットへの位置指令や、レーザ出力切替制御装置９への制御指令などを保存するための、読み取りと書き込みが可能な記憶部である。ＣＰＵ１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、ロボット駆動装置１８ａ，１８ｂ，１８ｃを介してマニピュレータ１ａ，１ｂ，１ｃの制御を行う。

レーザ発振装置４は、レーザ光を出力する。なお、１つ目のロボット１９ａに供給される場合のレーザ光をレーザ光７ａと示し、２つ目のロボット１９ｂに供給される場合のレーザ光をレーザ光７ｂと示し、３つ目のロボット１９ｃに供給される場合のレーザ光をレーザ光７ｃと示す。

レーザ出力切替制御装置９は、レーザ発振装置４が出力したレーザ光を入力し、この入力したレーザ光をいずれか１台のロボットに出力する。レーザ出力切替制御装置９は、ＣＰＵ１０と、レーザ出力切替装置１１を有している。ＣＰＵ１０は、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃとの通信結果に基づいてレーザ出力切替装置１１を制御し、ロボットへのレーザ光の出力先を切り替え、いずれか１台のロボットにレーザ光を供給する。レーザ出力切替装置１１は、例えば、ミラー等から構成され、レーザ光の出力先を切り替える切替部である。また、レーザ出力切替制御装置９は、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃとの通信結果に基づいて、レーザ発振装置４によるレーザ光の出力も制御する。

レーザ加工ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃは、レーザ光７ａ，７ｂ，７ｃを被溶接材８ａ，８ｂ，８ｃに照射する。レーザ加工ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃは、マニピュレータ１ａ，１ｂ，１ｃを構成するロボットアーム６ａ，６ｂ，６ｃに取り付けられている。レーザ加工ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃは、マニピュレータ１ａ，１ｂ，１ｃが動作することで移動する。

通信ケーブル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃとレーザ出力切替制御装置９との間で通信を行うためのケーブルである。

ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃは、通信ケーブル１２ａ，１２ｂ，１２ｃを介して、レーザ出力切替制御装置９と通信を行う。レーザ出力切替制御装置９は、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃとの通信に基づき、ロボットへのレーザ光の拒供給を切り替える。

接続ケーブル１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、マニピュレータ１ａ，１ｂ，１ｃとロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃとを接続するための接続ケーブルである。光ファイバー１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、レーザ出力切替制御装置９からレーザ加工ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃへ、レーザ光７ａ，７ｂ，７ｃを導くためのものである。制御ケーブル１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２がレーザ加工ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃの動作を制御するためのケーブルである。

以上のように構成されたレーザ溶接システムは、１台のレーザ発振装置４が出力したレーザ光のいずれか１つのロボットへの供給を、レーザ出力切替制御装置９により切り替えながら、レーザ加工ヘッド５ａ，５ｂ，５ｃから出力されたレーザ光７ａ，７ｂ，７ｃを被溶接材８ａ，８ｂ，８ｃに照射することで、被溶接材８ａ，８ｂ，８ｃを溶接する。

次に、図１と図２を用いて、上記レーザ溶接システムにおいて、１台のレーザ発振装置４から３台のロボットの内の１台のロボットへレーザ光を供給するように、レーザ出力切替制御装置９でレーザ光の出力先を切り替える方法について説明する。

図２は、レーザ光の切り替えに関するロボット１９ａ，１９ｂ，１９ｃ側の処理の流れを示すフローチャートである。本実施の形態では、ロボットが３台の場合の処理について説明する。なお、どのロボットも同じ処理を行う。従って、代表的に、ロボット１９ａの処理について以下に説明する。なお、どのロボットも、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃに記憶された動作プログラムに基づいて動作する。

ステップＳＴ１において、ロボット１９ａを起動し、ステップＳＴ２に進む。

ステップＳＴ２において、マニピュレータ１ａを、すなわち、レーザ加工ヘッド５ａを、レーザ溶接を行う場所まで移動させ、ステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ３において、ロボット制御装置２ａは、レーザ出力切替制御装置９に対して、占有要求番号を付した指令を送ることでレーザ光の占有を要求し、ステップＳＴ４に進む。なお、占有要求番号は、レーザ光を占有するための優先順位に関する情報である。

ステップＳＴ４において、ロボット制御装置２ａは、レーザ出力切替制御装置９から占有許可を受ければステップＳＴ５に進み、占有許可を受けなければ、レーザ出力切替制御装置９からの占有許可を受けるまで待機する。

ステップＳＴ５において、ロボット制御装置２ａは、レーザ出力切替制御装置９に対してレーザ光の出力ＯＮを要求し、レーザ光の出力を受け、ステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ６において、ロボット制御装置２ａは、或る箇所の溶接が終了した場合等、レーザ光の出力が不要になった場合、レーザ出力切替制御装置９に対してレーザ光の出力ＯＦＦを要求し、ステップＳＴ７に進む。

ステップＳＴ７において、ロボット制御装置２ａは、レーザ光の出力を継続して使用するか否かの判断を行う。継続して使用する場合は、ステップＳＴ５に戻り、再度、レーザ光の出力のＯＮを要求する。継続して使用せず、レーザ光が必要なくなれば、ステップＳＴ８に進む。なお、判断は、ロボット制御装置２ａに記憶された動作プログラムに基づいて行う。

ステップＳＴ８において、ロボット制御装置２ａは、占有していたレーザ出力切替制御装置９に対して占有を解除し、ステップＳＴ９に進む。なお、占有の解除は、ロボット制御装置２ａに記憶された動作プログラムに基づき、レーザ出力切替制御装置９に対して解除指令を送ることにより行う。

ステップＳＴ９において、溶接を継続する場合はステップＳＴ２に進み、溶接終了する場合は処理を終わる。

次に、図３を用いて、レーザ出力切替制御装置９側の処理について説明する。図３は、レーザ光の切り替えに関するレーザ出力切替制御装置９側の処理の流れを示すフローチャートである。図３に示す各ステップの要点を以下に説明する。

ステップＳＴ１において、レーザ出力切替制御装置９が有する占有許可番号Ｋに「１」をセットし、ステップＳＴ２に進む。なお、占有許可番号Ｋは、レーザ光を占有するための優先順位に関する情報である。そして、レーザ出力切替制御装置９が起動した際、占有許可番号Ｋに「１」がセットされる。

ステップＳＴ２において、ロボット制御装置２ａとロボット制御装置２ｂとロボット制御装置２ｃのいずれかからのレーザの占有要求が来る迄待つ。占有要求が来れば、ステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ３において、レーザ発振装置４が既に占有されているか否かをチェックする。既に占有されていれば、ステップＳＴ１３に進む。占有されていなければ、ステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４において、いずれかのロボットから受信した占有要求番号が占有許可番号Ｋと同じか否かをチェックする。同じ場合はステップＳＴ５に進み、異なる場合はステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ５において、レーザ出力切替制御装置９のＣＰＵ１０は、レーザ出力切替装置１１を制御し、レーザ光の出力先を、占有許可を与えるロボットに切り替え、ステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ６において、占有許可番号Ｋ＝Ｋ＋１とし、ステップＳＴ７に進む。

ステップＳＴ７において、占有を許可するロボットに対して占有許可を通知し、ステップＳＴ８に進む。

ステップＳＴ８において、占有許可を与えているロボットからレーザ解放要求が来ているか否かを確認する。解放要求が来ている場合はステップＳＴ１５に進み、解放要求が来ていない場合はステップＳＴ９に進む。

ステップＳＴ９において、占有許可を与えているロボットからレーザＯＮ要求が来ているか否かを確認する。要求が来ている場合は、ステップＳＴ１０に進む。要求が来ていない場合は、ステップＳＴ８に進む。

ステップＳＴ１０において、レーザ発振装置４のレーザ光の出力がＯＮするように制御し、ステップＳＴ１１に進む。

ステップＳＴ１１において、占有許可を与えているロボットからレーザＯＦＦ要求が来る迄待つ。レーザ光の出力ＯＦＦの要求が来た場合は、ステップＳＴ１２に進む。

ステップＳＴ１２において、レーザ発振装置４のレーザ光の出力がＯＦＦするように制御し、ステップＳＴ８に進む。

ステップＳＴ１３において、既に占有不可の通知を行っているか否かを確認する。既に占有不可の通知を行っている場合は、ステップＳＴ２に進む。まだ通知を行っていない場合は、ステップＳＴ１４に進む。

ステップＳＴ１４において、レーザ光の占有要求を行ってきたロボットに対し、占有不可を通知する。

ステップＳＴ１５において、ロボットのレーザ光の占有を解放し、ステップＳＴ１６に進む。

ステップＳＴ１６において、ロボットから占有要求が来ているか否かを確認する。占有要求が来ていない場合は、ステップＳＴ２に進む。占有要求が来ている場合は、ステップＳＴ１７に進む。

ステップＳＴ１７において、ロボットからの占有要求が占有許可番号Ｋと同じか否かをチェックする。同じ場合は、ステップＳＴ１８に進む。異なる場合は、ステップＳＴ２に進む。

ステップＳＴ１８において、レーザ出力切替制御装置９のＣＰＵ１０は、レーザ出力切替装置１１を制御し、レーザ光の出力先を、占有許可を与えるロボットに切り替え、ステップＳＴ１９に進む。

ステップＳＴ１９において、占有許可番号Ｋ＝Ｋ＋１とし、ステップＳＴ２０に進む。

ステップＳＴ２０において、占有許可を与えるロボットに対して占有許可を通知し、ステップＳＴ８に進む。

次に、図３に示す処理の具体例について説明する。例として、最初にロボット１９ｂが占有要求番号として「３」を送信し、次にロボット１９ａが占有要求番号として「１」を送信し、最後のロボット１９ｃが占有要求番号として「２」を送信した場合を考える。

ロボット１９ｂは、最初に、レーザ出力切替制御装置９に対してレーザ光の出力要求を行う。しかし、ステップＳＴ３の判断において、占有要求番号が「３」であるため、レーザ出力切替制御装置９の占有は不可となり、占有許可待ちとなる。

次に要求を行うロボット１９ａは、占有要求番号が「１」であるため、ステップＳＴ４の判断により、レーザ光を占有することができる。

なお、ロボット１９ａによるレーザ光の占有中にロボット１９ｃが占有要求を行った場合、ステップＳＴ３における判断により、ロボット１９ｃは、レーザ出力切替制御装置９を占有できない。この後、ロボット１９ａがレーザ解放要求を行うと、ステップＳＴ１７の処理により、次の優先番号である占有許可番号「２」で要求を行っているロボット１９ｂが、レーザ出力切替制御装置９を占有できる。すなわち、レーザ光を占有できる。さらに、ロボット１９ｂがレーザ光の占有を解放すると、ロボット１９ａがレーザ光を使用することができるようになる。

以上のように、本実施の形態のレーザ溶接システムは、図２を用いて説明したロボット側の処理と、図３を用いて説明したレーザ出力切替制御装置９側の処理に基づいて、１台のレーザ発振装置４から複数のロボット内１台のロボットへのレーザ光の供給を、占有許可番号順に切り替えることができる。なお、本実施の形態では、ロボットが３台の場合を例にして説明した。しかし、ロボットが４台以上の場合にも、同様の処理により対応することができる。

なお、本実施の形態のレーザ加工システムによれば、例えば図４に示すような複数台のロボット１９ａ，１９ｂ，１９ｃが、決められた順に（例えば、ロボット１９ｂ→ロボット１９ａ→ロボット１９ｃの順）、短ピッチの溶接を連続で行う場合などに、特に効果を発揮する。その理由は、短ピッチの溶接であるため、或るロボットがレーザ発振装置４を占有する場合の他のロボットの動作待ちが少なく、直ぐに次のロボットも溶接を行うことができる。これにより、１台のレーザ発振装置４のレーザ光を有効に活用することができる。

すなわち、レーザ発振装置４は高価であるためレーザ発振装置４を１台のみ使用し、このようなレーザ発振装置４を１台のみ使用するレーザ加工システムにおいて、レーザ発振装置４を１台とすることでレーザ発振装置４を３台使用する場合に比べて安価にレーザ加工システムを構築すると共に、１台のレーザ発振装置４を有効活用して、レーザ加工システムを効率的に動作させることができる。

また、本実施の形態のレーザ加工システムにおいて、ロボット制御装置は、ロボット１台ごとに独立している。従って１台のロボットが故障したとしても、他のロボットは動作可能であり、レーザ加工システム全体が停止することはない。

また、レーザ出力切替制御装置９は、ロボット１９ａ，１９ｂ，１９ｃおよびレーザ発振装置４とは別個に設けるようにしてもよい。このようにすることで、ロボット制御装置２ａ，２ｂ，２ｃやレーザ発振装置４として、汎用品を使用することができる。

あるいは、レーザ出力切替制御装置９は、レーザ発振装置４内に設けるようにしてもよい。あるいは、レーザ出力切替制御装置９は、複数のロボット１９ａ，１９ｂ，１９ｃのうち、１つのロボットのロボット制御装置内に設けるようにしてもよい。

本発明によれば、安価で効率的なレーザ加工システムを実現することができ、例えば、１台のレーザ発振装置と複数台のロボットで構成されたレーザ加工を行うレーザ加工システムとして産業上有用である。

１ａ、１ｂ、１ｃ マニピュレータ
２ａ、２ｂ、２ｃ ロボット制御装置
３ａ、３ｂ、３ｃ 教示装置
４ レーザ発振装置
５ａ、５ｂ、５ｃ レーザ加工ヘッド
６ａ、６ｂ、６ｃ ロボットアーム
７ａ、７ｂ、７ｃ レーザ光
８ａ、８ｂ、８ｃ 被溶接材
９ レーザ出力切替制御装置
１０ ＣＰＵ
１１ レーザ出力切替装置
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 通信ケーブル
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 接続ケーブル
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 光ファイバー
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 制御ケーブル
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ ＣＰＵ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ ＲＡＭ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ ロボット駆動装置
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ ロボット

Claims (4)

1. マニピュレータと前記マニピュレータの動作を制御するロボット制御装置からなる複数のロボットと、
   レーザ光を出力する１つのレーザ発振装置と、
   前記レーザ発振装置から出力されたレーザ光を入力し前記レーザ光を前記複数のロボットのうち１つのロボットに供給するように前記レーザ光の出力先を切り替える１つのレーザ出力切替制御装置を有し、
   前記レーザ出力切替制御装置は、全てのロボット制御装置と通信可能に接続され、前記レーザ出力切替制御装置は、前記ロボット制御装置との通信に基づいて前記レーザ光の出力先を切り替えるレーザ加工システム。
2. 各ロボットは、優先順位に関する情報をレーザ出力切替制御装置に送信し、前記レーザ出力切替制御装置は、前記各ロボットから受信した優先順位に関する情報に基づいて、レーザ光の出力先を切り替える請求項１記載のレーザ加工システム。
3. ロボットは３台以上である請求項１または２記載のレーザ加工システム。
4. レーザ出力切替制御装置は、ロボットおよびレーザ発振装置とは別個に設けられた請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。

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