JP2017177273A - レーザ加工システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のレーザ加工システムでは、広範囲の加工を行うためには多くの軸を駆動して軌跡を描くことになり、精度が低かった。本開示は、従来の６軸多関節ロボットにさらに駆動軸を追加することで、精度の高い広い範囲の軌跡を描くことができるレーザ加工システムおよびその制御方法を提供する。【解決手段】本開示のレーザ加工システムは、レーザ制御装置と、可動部材と、多関節ロボットと、レーザ加工ヘッドと、ロボット制御装置とを有する。さらに、可動部材は、多関節ロボットに取り付けられる第１の部材、および、レーザ加工ヘッドが取り付けられる第２の部材とを有する。さらに、第２の部材は、第１の部材に対して回転動作が可能である。【選択図】図１

Description

本開示は、レーザ加工システムおよびその制御方法に関し、特に、マニピュレータの先端にさらに駆動機能を備えたレーザ加工システム及びその制御方法に関する。

図５を用いて、従来のレーザ加工システムについて説明する。図５は、従来のロボットシステム９００の構成図である。従来のロボットシステム９００は、ロボット９０１と、ロボット制御装置９０２と、レーザ加工ヘッド９０３と、ペンダント９０４と、レーザ溶接装置９０５と、ファイバ９０６とを有する。

従来のロボットシステム９００は、作業者がペンダント９０４によってロボット制御装置９０２にレーザ加工作業を入力する。ロボット制御装置９０２は、入力された情報に基づき、ロボット９０１と、レーザ加工ヘッド９０３と、レーザ溶接装置９０５を制御する。

レーザ溶接装置９０５は、ロボット制御装置９０２からの情報に基づき、レーザ光を出力する。出力されたレーザ光はファイバ９０６を通ってレーザ加工ヘッド９０３に導かれ、加工物に照射される。

ロボット９０１は、ロボット制御装置９０２からの情報に基づき、先端に取り付けられたレーザ加工ヘッド９０３を移動させる。これにより、加工物のレーザ加工を実現していた。（例えば、特許文献１参照）

特開２００６−１８７８０３号公報

しかし、従来のレーザ加工システムでは、広範囲の加工を行うためには多くの軸を駆動して軌跡を描くことになり、精度が低かった。本開示は、従来の６軸多関節ロボットにさらに駆動軸を追加することで、精度の高い広い範囲の軌跡を描くことができるレーザ加工システムおよびその制御方法を提供する。

上記課題を解決するために、本開示のレーザ加工システムは、レーザ制御装置と、可動部材と、多関節ロボットと、レーザ加工ヘッドと、ロボット制御装置とを有する。レーザ制御装置は、レーザ光を出力する。多関節ロボットは、先端に可動部材が取り付けられている。レーザ加工ヘッドは、可動部材に取り付けられ、レーザ光が導かれる。ロボット制御装置は、レーザ制御装置と、多関節ロボットと、可動部材と、レーザ加工ヘッドとを制御する。さらに、可動部材は、多関節ロボットに取り付けられる第１の部材、および、レーザ加工ヘッドが取り付けられる第２の部材とを有する。さらに、第２の部材は、第１の部材に対して回転動作が可能である。

また、本開示のレーザ加工システムの制御方法は、第１の工程と、第２の工程と、第３の工程と、第４の工程とを有する。第１の工程では、レーザ光を出力するレーザ制御装置を制御する。第２の工程では、先端に可動部材が取り付けられた多関節ロボットを制御する。第３の工程では、可動部材に取り付けられ、レーザ光が導かれるレーザ加工ヘッドを制御する。第４の工程では、可動部材を制御する。さらに、可動部材は、多関節ロボットに取り付けられる第１の部材、および、レーザ加工ヘッドが取り付けられる第２の部材とを有する。さらに、第４の工程において、第２の部材は、第１の部材に対して回転動作する。

これにより、本開示のレーザ加工システムおよびその制御方法は、精度の高い軌跡を描くことができる。

図１は、実施の形態１のレーザ加工システム１００の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１の可動部材１０５の構成を示す図である。 図３は、実施の形態２のレーザ加工システムの制御方法を示すフローチャートである。 図４は、実施の形態３の可動部材４０５の構成を示す図である。 図５は、従来のロボットシステム９００の構成図である。

（実施の形態１）
本開示の実施の形態１であるレーザ加工システムについて、図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態のレーザ加工システム１００の構成を示す図である。図２は、本実施の形態の可動部材１０５の構成を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態のレーザ加工システム１００は、ロボット制御装置１０１と、レーザ加工ヘッド１０２と、レーザ制御装置１０３と、ロボット１０４と、可動部材１０５とを有する。

ロボット制御装置１０１は、レーザ加工ヘッド１０２と、レーザ制御装置１０３と、ロボット１０４と、可動部材１０５とを制御する。レーザ加工ヘッド１０２は、ロボット制御装置１０１からの指令に基づき、レーザ制御装置１０３からのレーザ光を加工物に照射する。レーザ制御装置１０３は、ロボット制御装置１０１からの指令に基づき、レーザ光を出力する。ロボット１０４は、先端に可動部材１０５が取り付けられ、ロボット制御装置１０１の指令に基づき、可動部材の位置を移動させる。また、ロボット１０４は、図１のように、Ｍ１軸からＭ６軸がモータで回転動作する多関節ロボットである。可動部材１０５は、ロボット１０４の先端軸であるＭ６軸に取り付けられ、７軸目となるＭ７軸によって回転動作し、取り付けられたレーザ加工ヘッド１０２を移動させる。

図２を用いて、可動部材１０５について、さらに具体的に説明する。

図２に示すように、可動部材１０５は、リンク２０３とリンク２０４とを有する。リンク２０３は、ロボット１０４の先端に取り付けられ、回転軸２０１を中心に回転動作が可能である。リンク２０４は、リンク２０３に取り付けられ、回転軸２０２を中心に回転動作が可能である。さらに、リンク２０４には、レーザ加工ヘッド１０２が取り付けられている。

すなわち、ロボット１０４が６軸多関節ロボットであると、回転軸２０１は７軸目の回転軸となり、回転軸２０２は８軸目の回転軸となる。回転軸２０１や回転軸２０２の片方、もしくは、両方を中心としてレーザ加工ヘッド１０２を回転させることで、ロボット１０４の姿勢を変更することなく、レーザ加工ヘッドを移動させることができる。これにより、従来の６軸多関節ロボットの関節を動作するよりも精度よく加工を行うことができる。

なお、本実施の形態の可動部材１０５は２つのリンクによって２つの回転軸を有するが、回転軸の数は１つや３つ以上であっても構わない。また、任意の２つの回転軸が平行であれば、平面図形をより高い精度描くことが可能である。また、任意の２つの回転軸がねじれの位置関係であれば、より複雑な図形を描くことが可能である。
（実施の形態２）
次に、本開示の実施の形態２であるレーザ加工システムの制御方法について、図１および図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態のレーザ加工システムの制御方法を示すフローチャートである。

実施の形態１の図１に示すレーザ加工システム１００を用いて、本実施の形態のレーザ加工システムの制御方法について説明する。ロボット制御装置１０１は、ロボット１０４のＭ１軸からＭ６軸までを制御するとともに、可動部材１０５のＭ７軸を制御する。すなわち、ロボット制御装置１０１は、Ｍ１〜Ｍ７までのモータの回転・停止を制御する。また、ロボット制御装置１０１は、内部に記憶装置を有しており、ロボットの動作プログラムを記憶させることができる。動作プログラムに基づき、ロボット制御装置１０１は各モータＭ１〜Ｍ７の制御を行う。

Ｍ１からＭ７までの各モータは角度計測装置を有しており、該モータの回転数や現在の角度を知ることができる。動作中、ロボット制御装置１０１へ角度計測装置で測定した各モータの角度をフィードバックすることで、記憶した動作プログラムを再現する。

図３のフローチャートに、本実施の形態のレーザ加工システムの制御方法を示す。まず、あらかじめ記憶した動作プログラムに基づき、レーザ加工ヘッド１０２を加工点へと移動させる（ステップ１）。移動にはロボット１０４のＭ１からＭ６までの軸も用い、長距離の移動も可能とする。

次に、加工点へと到達したら、レーザ加工ヘッドよりレーザを照射し、加工を行う。この時、Ｍ６、Ｍ７軸を動作させることで任意の図形（たとえば円形など）をレーザで描くことができる（ステップ２）。ここではリンクを用いるため、ミラーの屈折を用いたレーザ加工よりも広範囲を加工することができる。

また、Ｍ６、Ｍ７軸を動作させるとツールオフセットが変化してしまうため、動作の都度ツールオフセットを再計算する（ステップ３）。記憶していた動作プログラム終了までこれを繰り返し、レーザ加工を行う。
（実施の形態３）
次に、本開示の実施の形態３である可動部材４０５について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態の可動部材４０５の構成を示す図である。実施の形態１の可動部材１０５との差異は、図２のリンク２０４の先端に直動軸４０１をさらに設け、その軸に連動してレーザ加工ヘッドが上下する点である。これにより、レーザ加工ヘッドと加工物との距離を常に一定（たとえばレーザの焦点距離）に保つように直動軸４０１を動作させながら、レーザにより任意の図形を描くことが可能になる。また、加工物表面の凹凸に合わせた加工が可能となる。

本開示のレーザ加工システムおよびその制御方法は、従来の６軸多関節ロボットにさらに駆動軸を追加することで、精度の高い軌跡を描くことができ、産業上有用である。

１００ レーザ加工システム
１０１ ロボット制御装置
１０２ レーザ加工ヘッド
１０３ レーザ制御装置
１０４ ロボット
１０５ 可動部材
２０１，２０２ 回転軸
２０３，２０４ リンク
４０１ 直動軸
４０５ 可動部材
９００ ロボットシステム
９０１ ロボット
９０２ ロボット制御装置
９０３ レーザ加工ヘッド
９０４ ペンダント
９０５ レーザ溶接装置
９０６ ファイバ

Claims (6)

1. レーザ光を出力するレーザ制御装置と、
   先端に可動部材が取り付けられた多関節ロボットと、
   前記可動部材に取り付けられ、前記レーザ光が導かれるレーザ加工ヘッドと、
   前記レーザ制御装置と、前記多関節ロボットと、前記可動部材と、前記レーザ加工ヘッドとを制御するロボット制御装置とを備え、
   前記可動部材は、前記多関節ロボットに取り付けられる第１の部材、および、前記レーザ加工ヘッドが取り付けられる第２の部材とを有し、
   前記第２の部材は、前記第１の部材に対して回転動作が可能であるレーザ加工システム。
2. 前記第２の部材は、前記第１の部材に対して上下動が可能である請求項１に記載のレーザ加工システム。
3. 前記可動部材は、前記第１の部材と前記第２の部材との間に、第３の部材をさらに備え、
   前記第３の部材は、前記第１の部材および前記第２の部材に対して、回転動作が可能である請求項１または２に記載のレーザ加工システム。
4. レーザ光を出力するレーザ制御装置を制御する第１の工程と、
   先端に可動部材が取り付けられた多関節ロボットを制御する第２の工程と、
   前記可動部材に取り付けられ、前記レーザ光が導かれるレーザ加工ヘッドを制御する第３の工程と、
   前記可動部材を制御する第４の工程と、を備え、
   前記可動部材は、前記多関節ロボットに取り付けられる第１の部材、および、前記レーザ加工ヘッドが取り付けられる第２の部材とを有し、
   前記第４の工程において、前記第２の部材は、前記第１の部材に対して回転動作するレーザ加工システムの制御方法。
5. 前記第４の工程において、前記第２の部材は、前記第１の部材に対して上下に動作する請求項４に記載のレーザ加工システムの制御方法。
6. 前記可動部材は、前記第１の部材と前記第２の部材との間に、第３の部材をさらに有し、
   前記第４の工程において、前記第３の部材は、前記第１の部材および前記第２の部材に対して、回転動作する請求項４または５に記載のレーザ加工システムの制御方法。

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