JP2018094588A - ロボットを用いてレーザ加工を行うレーザ加工ロボットシステム及びレーザ加工ロボットの制御方法 - Google Patents
ロボットを用いてレーザ加工を行うレーザ加工ロボットシステム及びレーザ加工ロボットの制御方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ロボットと該ロボットに装着されたレーザ照射装置の両方を制御してレーザ加工を行うとき、より精密なレーザ加工を行えるようにする。
【解決手段】ロボット制御装置１３は、ロボット１１によりレーザ照射装置１２を移動させるときに、生成した複数の第一補間位置を第一補間周期毎にロボット１１に指示するとともに、レーザ照射装置１２から照射するレーザ光の位置に関する指令値を、第一補間周期よりも短い第二補間周期毎にレーザ照射装置用制御装置１４に出力するようになされている。
【選択図】図１
【解決手段】ロボット制御装置１３は、ロボット１１によりレーザ照射装置１２を移動させるときに、生成した複数の第一補間位置を第一補間周期毎にロボット１１に指示するとともに、レーザ照射装置１２から照射するレーザ光の位置に関する指令値を、第一補間周期よりも短い第二補間周期毎にレーザ照射装置用制御装置１４に出力するようになされている。
【選択図】図１
Description
本発明は、ロボットを用いてレーザ加工を行うレーザ加工ロボットシステム及びレーザ加工ロボットの制御方法に関する。
近年、加工用レーザ光を加工対象に照射するためのレーザ照射装置をロボットアームの先端部に取付け、ロボットアームを移動させてレーザ加工を行うレーザ加工ロボットシステムが上市されている。さらに、レーザ加工ロボットシステムを用いたレーザ加工においては、ロボットアームを移動させつつ、レーザ照射装置からのレーザ光の照射方向も変えることにより、レーザ光をスキャンさせつつ、予め決められた位置をレーザ加工する技術が知られている。具体的なレーザ加工としては、溶接、切断、溝加工、マーキングなどである。
上記のレーザ加工ロボットシステムにおいては、ロボットの動作を制御する制御時点から所定時間後のロボット姿勢をシミュレーションし、そのシミュレーション結果に基づいて、レーザスキャナの動作に関するスキャナ指令を出力するという技術が知られている。このような技術は、例えば特許文献１に開示される。
しかし、特許文献１によると、レーザスキャナの動作は所定の制御周期毎のロボット姿勢と同期するように制御されていると解される。このようにロボットとレーザスキャナの動作を同期させて制御している場合には、レーザスキャナの動作を制御するときの制御周期をロボット位置の制御周期よりも短くできるとしても、レーザスキャナから加工対象物に照射されたレーザ照射点の軌跡はロボットの軌跡に倣ってしまう（図６Ａ及び図６Ｂ参照）。つまり、レーザスキャナからのレーザ照射点の軌跡精度がロボットの位置制御性能に依存してしまい、精密なレーザ加工を行えないという課題が有る。
本開示の一態様は、レーザ照射装置を移動させるように動作するロボットを制御するロボット制御装置と、前記レーザ照射装置の動作を制御するレーザ照射装置用制御装置と、を備えたレーザ加工ロボットシステムであって、
前記レーザ照射装置は、レーザ光を加工対象物に照射するとともに前記加工対象物の表面上における前記レーザ光の位置を任意に変えられるようになっており、
前記ロボット制御装置は、
前記レーザ照射装置の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、前記レーザ照射装置から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成するようにし、
前記ロボットにより前記レーザ照射装置を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎に前記ロボットに指示するとともに、各前記指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎に前記レーザ照射装置用制御装置に出力するようになされた、
レーザ加工ロボットシステムを提供する。
本開示の他の態様は、ロボットの位置姿勢を制御するとともに、前記ロボットに装着されたレーザ照射装置の動作を制御することにより、前記レーザ照射装置からレーザ光を加工対象物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工ロボットの制御方法であって、
前記レーザ照射装置の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、前記レーザ照射装置から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成し、
前記ロボットにより前記レーザ照射装置を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎に前記ロボットに指示するとともに、各前記指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎に出力して前記レーザ照射装置の動作を制御する、レーザ加工ロボットの制御方法を提供する。
前記レーザ照射装置は、レーザ光を加工対象物に照射するとともに前記加工対象物の表面上における前記レーザ光の位置を任意に変えられるようになっており、
前記ロボット制御装置は、
前記レーザ照射装置の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、前記レーザ照射装置から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成するようにし、
前記ロボットにより前記レーザ照射装置を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎に前記ロボットに指示するとともに、各前記指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎に前記レーザ照射装置用制御装置に出力するようになされた、
レーザ加工ロボットシステムを提供する。
本開示の他の態様は、ロボットの位置姿勢を制御するとともに、前記ロボットに装着されたレーザ照射装置の動作を制御することにより、前記レーザ照射装置からレーザ光を加工対象物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工ロボットの制御方法であって、
前記レーザ照射装置の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、前記レーザ照射装置から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成し、
前記ロボットにより前記レーザ照射装置を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎に前記ロボットに指示するとともに、各前記指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎に出力して前記レーザ照射装置の動作を制御する、レーザ加工ロボットの制御方法を提供する。
上記の各態様によれば、ロボットと該ロボットに装着されたレーザ照射装置の両方を制御してレーザ加工を行うとき、より精密なレーザ加工を行うことができる。
添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明の特徴及び利点ならびに他の特徴及び利点がさらに明確になるであろう。
次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成要素又は機能部には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。
図１は、一実施形態のレーザ加工ロボットシステム１００を模式的に示した図である。
本実施形態のレーザ加工ロボットシステム１００は、レーザ照射装置１２を移動させるように動作するロボット１１を制御するロボット制御装置１３と、レーザ照射装置１２を制御する制御装置（以下、レーザ照射装置用制御装置と呼ぶ。）１４と、を備える。レーザ加工ロボットシステム１００は、レーザ照射装置１２に接続されたレーザ発振器１５をさらに備える。
本実施形態のレーザ加工ロボットシステム１００は、レーザ照射装置１２を移動させるように動作するロボット１１を制御するロボット制御装置１３と、レーザ照射装置１２を制御する制御装置（以下、レーザ照射装置用制御装置と呼ぶ。）１４と、を備える。レーザ加工ロボットシステム１００は、レーザ照射装置１２に接続されたレーザ発振器１５をさらに備える。
例えば、ロボット１１は、ロボットアームの先端部（以下、ロボット先端部と称す。）１１ａに装着されたレーザ照射装置１２を作業空間の任意の位置に移動させる多関節ロボットである。図１においては垂直多関節型ロボットが示されているが、本発明はそれに限定されない。レーザ加工ロボットシステム１００は、ロボット先端部１１ａに装着されたレーザ照射装置１２を用いて、加工対象物であるワークＷにレーザ加工を行うものである。ここでいうレーザ加工にはレーザ溶接、レーザ切断、レーザ溝加工などが含まれる。
レーザ照射装置１２は、レーザ発振器１５から供給されたレーザ光を加工対象物としてのワークＷに照射するとともにワークＷの表面上におけるレーザ光の位置を任意に変えられるレーザ走査機構、例えばガルバノスキャナを備える。
ロボット制御装置１３は、ロボット先端部１１ａのレーザ照射装置１２の移動軌跡を計画するための複数の目標位置に基づいて、互いに隣合った各二つの目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、互いに隣合った各二つの第一補間位置の間を上記の第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求めるようになっている。ロボット制御装置１３は、求めた第二補間位置ごとに、レーザ照射装置１２から照射するレーザ光の位置に関する指令値を生成するようになっている。さらに、ロボット制御装置１３は、ロボット１１によりレーザ照射装置１２を移動させるときに、求めた各第一補間位置を第一補間周期毎にロボット１１に指示するとともに、生成した各指令値を第一補間周期内において第二補間周期毎にレーザ照射装置用制御装置１４に出力するようになされている。
上記の第一補間周期は、ロボット制御装置１３によってロボット１１の位置姿勢を制御することができる最短の制御周期以上の周期である。また、上記の第二補間周期は、前述したガルバノスキャナの動作を制御するときの制御周期である。勿論、第二補間周期は、前述した第一補間周期よりも短い周期である。
なお、レーザ照射装置用制御装置１４は、レーザ加工ロボットシステム１００全体の構成を簡素化するために、ロボット制御装置１３内に組込まれていてもよい。
なお、レーザ照射装置用制御装置１４は、レーザ加工ロボットシステム１００全体の構成を簡素化するために、ロボット制御装置１３内に組込まれていてもよい。
図２は、上記ガルバノスキャナの概略的な構成を示す図である。ガルバノスキャナは、レーザ光源２１から集光レンズ（不図示）を介して出射されたレーザ光Ｌの光路上に配置された一対の反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙと、反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙをそれぞれ任意の角度に回転させるモータ２３Ｘ、２３Ｙと、を備える。反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙはガルバノミラーとも呼ばれる。
モータ２３Ｘ、２３Ｙの回転軸はそれぞれ反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙ自体の反射面に平行に延び、且つ反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙの回転軸として反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙに接続されている。両モータ２３Ｘ、２３Ｙの回転軸は互いに直交する方向に向けられている。各モータ２３Ｘ、２３Ｙの回転軸にはその回転位置（回転角度）を検出するためのパルスコーダ（不図示）が備えられている。
モータ２３Ｘ、２３Ｙの回転軸はそれぞれ反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙ自体の反射面に平行に延び、且つ反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙの回転軸として反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙに接続されている。両モータ２３Ｘ、２３Ｙの回転軸は互いに直交する方向に向けられている。各モータ２３Ｘ、２３Ｙの回転軸にはその回転位置（回転角度）を検出するためのパルスコーダ（不図示）が備えられている。
このような構成において、一対の反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙのうちの一方の反射ミラー２２Ｘを停止させ、他方の反射ミラー２２Ｙを回転させると、レーザ光Ｌは、例えばワークＷの表面上の直交するＸ−Ｙ方向のうち、Ｙ方向に走査される。反射ミラー２２Ｙを停止させ、反射ミラー２２Ｘを回動させると、レーザ光Ｌは、ワークＷの表面上におけるＸ方向に走査される。したがって、モータ２３Ｘ、２３Ｙにより反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙをそれぞれ所定の周期毎に所望の角度に回転駆動することにより、ワークＷの表面上の直交するＸ−Ｙ方向においてレーザ光Ｌの照射位置を定めつつ、レーザ光Ｌを走査することができる。
レーザ照射装置用制御装置１４は、ロボット制御装置１３からの指令値に基づき、前述したレーザ照射装置１２のガルバノスキャナを駆動する各モータ２３Ｘ、２３Ｙを制御するようになっている。
より具体的には、レーザ照射装置用制御装置１４はサーボアンプでありうる。レーザ照射装置用制御装置１４は、レーザ照射装置１２から照射するレーザ光の位置に関する指令値、例えば、ガルバノスキャナの反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙの位置もしくは角度に関する指令（以下、ミラー位置指令と呼ぶ。）をロボット制御装置１３から受取って各モータ２３Ｘ、２３Ｙへ出力する。レーザ照射装置用制御装置１４は、ミラー位置指令の値が各モータ２３Ｘ、２３Ｙのパルスコーダにより検出される回転角度と合致するように各モータ２３Ｘ、２３Ｙを制御して、レーザ光をワークＷの表面上の目標位置に照射するようになっている。
より具体的には、レーザ照射装置用制御装置１４はサーボアンプでありうる。レーザ照射装置用制御装置１４は、レーザ照射装置１２から照射するレーザ光の位置に関する指令値、例えば、ガルバノスキャナの反射ミラー２２Ｘ、２２Ｙの位置もしくは角度に関する指令（以下、ミラー位置指令と呼ぶ。）をロボット制御装置１３から受取って各モータ２３Ｘ、２３Ｙへ出力する。レーザ照射装置用制御装置１４は、ミラー位置指令の値が各モータ２３Ｘ、２３Ｙのパルスコーダにより検出される回転角度と合致するように各モータ２３Ｘ、２３Ｙを制御して、レーザ光をワークＷの表面上の目標位置に照射するようになっている。
ロボット制御装置１３は、作業プログラムに記述されている目的のレーザ軌跡（即ち、レーザ加工時のレーザ照射点の経路）に基づいて上記のミラー指令位置を生成して、レーザ照射装置用制御装置１４に出力する。作業プログラムは事前に作成されてロボット制御装置１３に記憶されている。
さらに、ロボット制御装置１３は、作業プログラムに記述されているロボット１１の目標位置と、ロボット１１の実際の位置とに基づいて、ロボット１１の動作を制御する。
さらに、ロボット制御装置１３は、作業プログラムに記述されている照射条件に関する指令値をレーザ発振器１５に出力する。この指令値には、パルスレーザの照射条件である、レーザパワー、繰返し周波数、及びデューティ比などが含まれる。
さらに、ロボット制御装置１３は、作業プログラムに記述されているロボット１１の目標位置と、ロボット１１の実際の位置とに基づいて、ロボット１１の動作を制御する。
さらに、ロボット制御装置１３は、作業プログラムに記述されている照射条件に関する指令値をレーザ発振器１５に出力する。この指令値には、パルスレーザの照射条件である、レーザパワー、繰返し周波数、及びデューティ比などが含まれる。
レーザ発振器１５は、ロボット制御装置１３からの照射条件に関する指令値に基づいてレーザ光を発振する。レーザ発振器１５は、レーザ光をレーザ照射装置１２に供給するようにレーザ発振を行う。レーザ発振器の種類として、ファイバーレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザなどがあるが、本発明においては、加工に使用可能なレーザを出力できるものであれば、レーザ発振器の種類は特に限定されない。
図３は、前述したレーザ加工ロボットシステム１００の構成、特にロボット制御装置１３の構成をより具体的に示したブロック図である。図４は、図３に示されたロボット制御装置１３が行う処理手順を説明するための模式図である。
以下、図３と図４を参照しながら、ロボット制御装置１３の一例の構成要素の機能と、ロボット制御装置１３が行う処理手順とを合わせて説明する。
ロボット制御装置１３は、例えば、メモリ１６、動作指令部１７、及びサーボアンプ１８を備える。サーボアンプ１８はロボット制御装置１３外に設けられていてもよい。
以下、図３と図４を参照しながら、ロボット制御装置１３の一例の構成要素の機能と、ロボット制御装置１３が行う処理手順とを合わせて説明する。
ロボット制御装置１３は、例えば、メモリ１６、動作指令部１７、及びサーボアンプ１８を備える。サーボアンプ１８はロボット制御装置１３外に設けられていてもよい。
メモリ１６は、ワークＷの表面上における目的のレーザ軌跡や、ロボット１１の目標位置を含む加工動作や、照射条件などが記述された作業プログラムを記憶している。メモリ１６には、レーザ照射装置１２のガルバノスキャナの動作を制御するときの既知の制御周期（スキャナ指令の処理周期）の値も記憶されているのが好ましい。
動作指令部１７は、メモリ１６内の作業プログラムに基づいて、前述のミラー位置指令値を生成してレーザ照射装置用制御装置１４に出力するとともに、作業プログラムに記述されている照射条件に関する指令値、例えばレーザパワー値をレーザ発振器１５に出力する。さらに、動作指令部１７は、メモリ１６内の作業プログラムに基づいて、ロボット先端部１１ａを移動させるための指令位置を生成してサーボアンプ１８に出力する。
動作指令部１７は、メモリ１６内の作業プログラムに基づいて、前述のミラー位置指令値を生成してレーザ照射装置用制御装置１４に出力するとともに、作業プログラムに記述されている照射条件に関する指令値、例えばレーザパワー値をレーザ発振器１５に出力する。さらに、動作指令部１７は、メモリ１６内の作業プログラムに基づいて、ロボット先端部１１ａを移動させるための指令位置を生成してサーボアンプ１８に出力する。
サーボアンプ１８は、動作指令部１７からの指令位置に基づいて、ロボット１１の各関節軸を駆動するモータ１９の回転位置を制御する。より具体的には、ロボット１１には、各モータ１９の回転位置を検出する位置検出センサ、例えばパルスコーダが設けられている。サーボアンプ１８は、動作指令部１７からの指令位置をロボット１１の各関節軸のモータ１９に与えつつ、パルスコーダによって検出されるモータ１９の回転位置が指令位置と合致するようにモータ１９を制御する。
さらに動作指令部１７について詳しく述べると、動作指令部１７は、図３に示されるように、第一補間部１７ａ、第二補間部１７ｂ、及びミラー位置生成部１７ｃを含んでいる。
第一補間部１７ａは、作業プログラムに記述されているロボット先端部１１ａの複数の目標位置（移動開始点、移動終了点など）に基づいて、隣合った目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することにより、複数の第一補間位置を求める。
より具体的には、第一補間部１７ａは、作業プログラムにおけるロボット先端部１１ａの複数の目標位置、移動速度、補間形式などの情報に基づき、それら目標位置のうちの隣合った目標位置の間を所定の第一補間周期で補間する。これにより、レーザ照射装置１２の移動軌跡を計画するためのロボット先端部１１ａの複数の目標位置を結ぶ軌跡上の補間点として、複数の第一補間位置が上記第一補間周期で取得される。この第一補間周期は、ロボット制御装置１３によってロボット１１の位置姿勢を制御することができる最短の制御周期以上の周期である。
例えば、上記の第一補間周期が８ｍｓである場合には、複数の第一補間位置Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3のデータが８ｍｓの周期毎に取得される（特に図４のステップＡ参照）。つまり、ロボット先端部１１ａの目標位置（不図示）を結ぶ軌跡上に８ｍｓ周期で設定される補間点として、複数の第一補間位置Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3のデータが取得される。
第一補間部１７ａは、作業プログラムに記述されているロボット先端部１１ａの複数の目標位置（移動開始点、移動終了点など）に基づいて、隣合った目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することにより、複数の第一補間位置を求める。
より具体的には、第一補間部１７ａは、作業プログラムにおけるロボット先端部１１ａの複数の目標位置、移動速度、補間形式などの情報に基づき、それら目標位置のうちの隣合った目標位置の間を所定の第一補間周期で補間する。これにより、レーザ照射装置１２の移動軌跡を計画するためのロボット先端部１１ａの複数の目標位置を結ぶ軌跡上の補間点として、複数の第一補間位置が上記第一補間周期で取得される。この第一補間周期は、ロボット制御装置１３によってロボット１１の位置姿勢を制御することができる最短の制御周期以上の周期である。
例えば、上記の第一補間周期が８ｍｓである場合には、複数の第一補間位置Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3のデータが８ｍｓの周期毎に取得される（特に図４のステップＡ参照）。つまり、ロボット先端部１１ａの目標位置（不図示）を結ぶ軌跡上に８ｍｓ周期で設定される補間点として、複数の第一補間位置Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3のデータが取得される。
第一補間部１７ａは、求めた複数の第一補間位置をロボット先端部１１ａの位置を指示するための指令位置としてサーボアンプ１８に出力するとともに、第二補間部１７ｂにも出力する。サーボアンプ１１は、第一補間部１７ａからの複数の第一補間位置に基づいて、ロボット１１の各関節軸のモータ１９の回転位置を制御することになる。
第二補間部１７ｂは、第一補間部１７ａからの複数の第一補間位置に基づいて、それら第一補間位置のうちの隣合った第一補間位置の間を所定の第二補間周期でさらに補間することにより、複数の第二補間位置を求める。この第二補間周期は、前述したガルバノスキャナの動作を制御するときの制御周期である。勿論、第二補間周期は、前述した第一補間周期よりも短い周期である。
例えば、上記の第二補間周期が１ｍｓである場合、第一補間位置Ｐ1と第一補間位置Ｐ2の間において、複数の第二補間位置Ｑ1〜Ｑ7のデータが１ｍｓの周期毎に取得される（特に図４のステップＢ参照）。ステップＢの処理を示した図には省略されているが、第一補間位置Ｐ2と第一補間位置Ｐ3の間においても複数の第二補間位置のデータが１ｍｓの周期毎に算出される。
例えば、上記の第二補間周期が１ｍｓである場合、第一補間位置Ｐ1と第一補間位置Ｐ2の間において、複数の第二補間位置Ｑ1〜Ｑ7のデータが１ｍｓの周期毎に取得される（特に図４のステップＢ参照）。ステップＢの処理を示した図には省略されているが、第一補間位置Ｐ2と第一補間位置Ｐ3の間においても複数の第二補間位置のデータが１ｍｓの周期毎に算出される。
第二補間部１７ｂは、求めた複数の第二補間位置をミラー位置生成部１７ｃに出力する。ミラー位置生成部１７ｃは、第二補間位置ごとに、ガルバノミラーの動作位置（以下、ミラー位置と呼ぶ。）を生成する。これらミラー位置は、求めた複数の第二補間位置と、メモリ１６内の作業プログラムに記述された目的のレーザ軌跡や、ガルバノスキャナの構成部品の既知の仕様や寸法などに基づいて生成される。
例えば、図４におけるステップＣの処理を示す模式図のように、一単位の第一補間周期（８ｍｓ）内における第二補間周期（１ｍｓ）毎の第二補間位置に対して、ガルバノミラーのミラー位置が生成されることになる。ステップＣの模式図は、第二補間位置Ｑ1に対してミラー位置Ｒ1のデータが生成される様子を示している。
このようなステップＣの処理を行うことにより、ガルバノスキャナに関する複数のミラー位置Ｒ1〜Ｒ8のデータが生成される（特に図４のステップＤ参照）。
さらに、第一補間周期（８ｍｓ）内において、ミラー位置生成部１７ｃは、生成した複数のミラー位置Ｒ1〜Ｒ8のデータを前述のミラー位置指令値としてレーザ照射装置用制御装置１４に出力する（特に図４のステップＤ参照）。
例えば、図４におけるステップＣの処理を示す模式図のように、一単位の第一補間周期（８ｍｓ）内における第二補間周期（１ｍｓ）毎の第二補間位置に対して、ガルバノミラーのミラー位置が生成されることになる。ステップＣの模式図は、第二補間位置Ｑ1に対してミラー位置Ｒ1のデータが生成される様子を示している。
このようなステップＣの処理を行うことにより、ガルバノスキャナに関する複数のミラー位置Ｒ1〜Ｒ8のデータが生成される（特に図４のステップＤ参照）。
さらに、第一補間周期（８ｍｓ）内において、ミラー位置生成部１７ｃは、生成した複数のミラー位置Ｒ1〜Ｒ8のデータを前述のミラー位置指令値としてレーザ照射装置用制御装置１４に出力する（特に図４のステップＤ参照）。
図５Ａは、本実施形態のレーザ加工ロボットシステム１００を使用してレーザ加工を行うときの様子を示した模式図である。図５Ｂは、図６Ａに示されるようなレーザ加工でのロボット１１の一単位の制御周期（第一補間周期）におけるガルバノミラーの動き方を示した図である。図５Ａ及び図５Ｂは本実施形態の効果を示した図でもある。これに対し、図６Ａ及び図６Ｂは、従来の技術を示した図であり、図５Ａ及び図５Ｂのそれぞれに対応する図である。
図５Ａに示されるように、レーザ照射装置１２が装着されたロボット先端部１１ａを第一補間位置Ｐ1から次の第一補間位置Ｐ2へ直線的に移動させるとする。このとき、本実施形態においては、図５Ｂに示されるように、第一補間位置Ｐ1の位置置指令をロボット１１に出力した後、ロボット１１の一単位の制御周期（第一補間周期）Ｔ１内において、ガルバノミラー２４のミラー位置を第一補間周期Ｔ１よりも短い第二補間周期Ｔ２毎に変えることができる。この結果、加工対象物の表面上に照射されるレーザ照射点の軌跡は、第一補間位置Ｐ1から次の第一補間位置Ｐ2へのロボット先端部１１ａの直線的な軌跡に倣うことなく、図５Ａに示されるような所望のレーザ軌跡Ａ、例えば弧状の軌跡となる。つまり、ロボット１１の位置制御能力に拘束されることなく、より精密なレーザ加工を行うことができる。
図５Ａに示されるように、レーザ照射装置１２が装着されたロボット先端部１１ａを第一補間位置Ｐ1から次の第一補間位置Ｐ2へ直線的に移動させるとする。このとき、本実施形態においては、図５Ｂに示されるように、第一補間位置Ｐ1の位置置指令をロボット１１に出力した後、ロボット１１の一単位の制御周期（第一補間周期）Ｔ１内において、ガルバノミラー２４のミラー位置を第一補間周期Ｔ１よりも短い第二補間周期Ｔ２毎に変えることができる。この結果、加工対象物の表面上に照射されるレーザ照射点の軌跡は、第一補間位置Ｐ1から次の第一補間位置Ｐ2へのロボット先端部１１ａの直線的な軌跡に倣うことなく、図５Ａに示されるような所望のレーザ軌跡Ａ、例えば弧状の軌跡となる。つまり、ロボット１１の位置制御能力に拘束されることなく、より精密なレーザ加工を行うことができる。
これに対し、従来の技術においては、レーザスキャナの動作が所定の制御周期（第一補間周期）毎のロボット姿勢と同期するように制御されている。このため、第一補間位置Ｐ1の位置置指令をロボット１１に出力した時点でガルバノミラー２４のミラー位置を変更した後、ミラー位置を制御することができない（図５Ｂ参照）。この結果、加工対象物の表面上に照射されるレーザ照射点の軌跡は、図５Ａに示されるレーザ軌跡Ｂのように、第一補間位置Ｐ1から次の第一補間位置Ｐ2へのロボット先端部１１ａの直線的な軌跡に倣ってしまう。つまり、レーザスキャナからのレーザ照射点の軌跡精度がロボットの位置制御性能に依存してしまい、精密なレーザ加工を行えないという課題が有る。しかし、前述したように、本実施形態のレーザ加工ロボットシステム１００によればこのような課題は解消される。
なお、上述した各実施形態におけるロボット制御装置１３は、バスを介して互いに接続された、記憶部、ＣＰＵ（control processing unit）、および通信部などを備えたコンピュータシステムを用いて構成されうる。該記憶部は、ＲＯＭ（read only memory)やＲＡＭ（random access memory）などである、また、上述したようなロボット制御装置１３が有する動作指令部１７、第一補間部１７ａ、第二補間部１７ｂ、ミラー位置生成部１７ｃ、等の機能や動作は、ＲＯＭに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行されることよって達成されうる。
前述した実施形態においてはガルバノスキャナ（図２）を例にとって説明したが、これは一例に過ぎない。本発明に含まれるレーザ照射装置はどのような構成のレーザ走査機構を備えていてもよい。
前述した実施形態においてはガルバノスキャナ（図２）を例にとって説明したが、これは一例に過ぎない。本発明に含まれるレーザ照射装置はどのような構成のレーザ走査機構を備えていてもよい。
以上では典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
また、本開示の課題を解決するために、以下のような各種の態様とその効果を提供することができる。
例えば、本開示の第一態様としては、レーザ照射装置１２を移動させるように動作するロボット１１を制御するロボット制御装置１３と、レーザ照射装置１２の動作を制御するレーザ照射装置用制御装置１４とを備えたレーザ加工ロボットシステム１００であって、
レーザ照射装置１２は、レーザ光を加工対象物に照射するとともに前記加工対象物の表面上におけるレーザ光の位置を任意に変えられるようになっており、
ロボット制御装置１３は、
レーザ照射装置１２の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、レーザ照射装置１２から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成するようにし、
ロボット１１によりレーザ照射装置１２を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎にロボット１１に指示するとともに、前記の各指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎にレーザ照射装置用制御装置１４に出力するようになされた、レーザ加工ロボットシステム１００が提供される。
上記の第一態様によれば、ロボット１１とこれに装着されたレーザ照射装置１２の両方を制御してレーザ加工を行うとき、ロボット１１の位置制御性能に依存することなく、レーザ照射装置１２から照射するレーザ光の位置を制御できる。このため、より精密なレーザ加工を行うことができる。
本開示の第二態様としては、上記の第一態様のレーザ加工ロボットシステム１００であって、前記第一補間周期は、ロボット制御装置１３によってロボット１１の位置姿勢を制御することができる最短の制御周期以上の周期であり、前記第二補間周期は、レーザ照射装置１２の動作を制御するときの制御周期である、レーザ加工ロボットシステム１００が提供される。
上記の第二態様によれば、ロボット１１の位置姿勢を制御するときの第一補間周期がレーザ照射装置１２の動作を制御するときの制御周期よりも長い場合であっても、ロボット１１の位置制御性能に拘束されることなく、精密なレーザ加工を行うことができる。
本開示の第三態様としては、上記の第一態様のレーザ加工ロボットシステム１００であって、前記レーザ光をレーザ照射装置１２に供給するようにレーザ発振を行うレーザ発振器１５をさらに備え、ロボット制御装置１３は、レーザパワー値を含む照射条件に関する指令値をレーザ発振器１５に出力するようになされた、レーザ加工ロボットシステム１００が提供される。
上記の第三態様によれば、ロボット１１の位置姿勢を制御するときの第一補間周期よりも短い第二補間周期のレーザ照射装置の動作に応じてレーザパワーを制御することができる。これにより、加工対象物を所望のレーザ軌跡で加工するときにレーザパワーを細かく調節することができるようになる。
本開示の第四態様としては、上記の第一態様から第三態様のいずれかのレーザ加工ロボットシステム１００であって、レーザ照射装置用制御装置１４はロボット制御装置１３内に組込まれている、レーザ加工ロボットシステム１００が提供される。
上記の第四態様によれば、レーザ加工ロボットシステムを簡素化することができる。
本開示の第五態様としては、ロボット１１の位置姿勢を制御するとともに、ロボット１１に装着されたレーザ照射装置１２の動作を制御することにより、レーザ照射装置１２からレーザ光を加工対象物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工ロボットの制御方法であって、
レーザ照射装置１２の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、レーザ照射装置１２から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成し、
ロボット１１によりレーザ照射装置１２を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎にロボット１１に指示するとともに、前記の各指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎に出力して前記レーザ照射装置の動作を制御する、レーザ加工ロボットの制御方法が提供される。
上記の第五態様によれば、前述した第一態様と同様の効果が得られる。
例えば、本開示の第一態様としては、レーザ照射装置１２を移動させるように動作するロボット１１を制御するロボット制御装置１３と、レーザ照射装置１２の動作を制御するレーザ照射装置用制御装置１４とを備えたレーザ加工ロボットシステム１００であって、
レーザ照射装置１２は、レーザ光を加工対象物に照射するとともに前記加工対象物の表面上におけるレーザ光の位置を任意に変えられるようになっており、
ロボット制御装置１３は、
レーザ照射装置１２の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、レーザ照射装置１２から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成するようにし、
ロボット１１によりレーザ照射装置１２を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎にロボット１１に指示するとともに、前記の各指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎にレーザ照射装置用制御装置１４に出力するようになされた、レーザ加工ロボットシステム１００が提供される。
上記の第一態様によれば、ロボット１１とこれに装着されたレーザ照射装置１２の両方を制御してレーザ加工を行うとき、ロボット１１の位置制御性能に依存することなく、レーザ照射装置１２から照射するレーザ光の位置を制御できる。このため、より精密なレーザ加工を行うことができる。
本開示の第二態様としては、上記の第一態様のレーザ加工ロボットシステム１００であって、前記第一補間周期は、ロボット制御装置１３によってロボット１１の位置姿勢を制御することができる最短の制御周期以上の周期であり、前記第二補間周期は、レーザ照射装置１２の動作を制御するときの制御周期である、レーザ加工ロボットシステム１００が提供される。
上記の第二態様によれば、ロボット１１の位置姿勢を制御するときの第一補間周期がレーザ照射装置１２の動作を制御するときの制御周期よりも長い場合であっても、ロボット１１の位置制御性能に拘束されることなく、精密なレーザ加工を行うことができる。
本開示の第三態様としては、上記の第一態様のレーザ加工ロボットシステム１００であって、前記レーザ光をレーザ照射装置１２に供給するようにレーザ発振を行うレーザ発振器１５をさらに備え、ロボット制御装置１３は、レーザパワー値を含む照射条件に関する指令値をレーザ発振器１５に出力するようになされた、レーザ加工ロボットシステム１００が提供される。
上記の第三態様によれば、ロボット１１の位置姿勢を制御するときの第一補間周期よりも短い第二補間周期のレーザ照射装置の動作に応じてレーザパワーを制御することができる。これにより、加工対象物を所望のレーザ軌跡で加工するときにレーザパワーを細かく調節することができるようになる。
本開示の第四態様としては、上記の第一態様から第三態様のいずれかのレーザ加工ロボットシステム１００であって、レーザ照射装置用制御装置１４はロボット制御装置１３内に組込まれている、レーザ加工ロボットシステム１００が提供される。
上記の第四態様によれば、レーザ加工ロボットシステムを簡素化することができる。
本開示の第五態様としては、ロボット１１の位置姿勢を制御するとともに、ロボット１１に装着されたレーザ照射装置１２の動作を制御することにより、レーザ照射装置１２からレーザ光を加工対象物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工ロボットの制御方法であって、
レーザ照射装置１２の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、レーザ照射装置１２から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成し、
ロボット１１によりレーザ照射装置１２を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎にロボット１１に指示するとともに、前記の各指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎に出力して前記レーザ照射装置の動作を制御する、レーザ加工ロボットの制御方法が提供される。
上記の第五態様によれば、前述した第一態様と同様の効果が得られる。
１００ レーザ加工ロボットシステム
１１ ロボット
１１ａ ロボットアームの先端部
１２ レーザ照射装置
１３ ロボット制御装置
１４ レーザ照射装置用制御装置
１５ レーザ発振器
１６ メモリ
１７ 動作指令部
１７ａ 第一補間部
１７ｂ 第二補間部
１７ｃ ミラー位置生成部
１８ サーボアンプ
１９ モータ
２１ レーザ光源
２２Ｘ、２２Ｙ 反射ミラー
２３Ｘ、２３Ｙ モータ
２４ ガルバノミラー
Ｗ ワーク
１１ ロボット
１１ａ ロボットアームの先端部
１２ レーザ照射装置
１３ ロボット制御装置
１４ レーザ照射装置用制御装置
１５ レーザ発振器
１６ メモリ
１７ 動作指令部
１７ａ 第一補間部
１７ｂ 第二補間部
１７ｃ ミラー位置生成部
１８ サーボアンプ
１９ モータ
２１ レーザ光源
２２Ｘ、２２Ｙ 反射ミラー
２３Ｘ、２３Ｙ モータ
２４ ガルバノミラー
Ｗ ワーク
Claims (5)
- レーザ照射装置を移動させるように動作するロボットを制御するロボット制御装置と、前記レーザ照射装置の動作を制御するレーザ照射装置用制御装置と、を備えたレーザ加工ロボットシステムであって、
前記レーザ照射装置は、レーザ光を加工対象物に照射するとともに前記加工対象物の表面上における前記レーザ光の位置を任意に変えられるようになっており、
前記ロボット制御装置は、
前記レーザ照射装置の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、前記レーザ照射装置から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成するようにし、
前記ロボットにより前記レーザ照射装置を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎に前記ロボットに指示するとともに、各前記指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎に前記レーザ照射装置用制御装置に出力するようになされた、レーザ加工ロボットシステム。 - 前記第一補間周期は、前記ロボット制御装置によって前記ロボットの位置を制御することができる最短の制御周期以上の周期であり、前記第二補間周期は、前記レーザ照射装置の動作を制御するときの制御周期である、請求項１に記載のレーザ加工ロボットシステム。
- 前記レーザ光を前記レーザ照射装置に供給するようにレーザ発振を行うレーザ発振器をさらに備え、
前記ロボット制御装置は、レーザパワー値を含む照射条件に関する指令値を前記レーザ発振器に出力するようになされた、請求項１に記載のレーザ加工ロボットシステム。 - 前記レーザ照射装置用制御装置は前記ロボット制御装置内に組込まれている、請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ加工ロボットシステム。
- ロボットの位置姿勢を制御するとともに、前記ロボットに装着されたレーザ照射装置の動作を制御することにより、前記レーザ照射装置からレーザ光を加工対象物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工ロボットの制御方法であって、
前記レーザ照射装置の移動軌跡を計画するための所定の複数の目標位置に基づいて、隣合った前記目標位置の間を所定の第一補間周期で補間することによって複数の第一補間位置を求め、隣合った前記第一補間位置の間を前記第一補間周期よりも短い所定の第二補間周期でさらに補間することによって複数の第二補間位置を求め、前記第二補間位置ごとに、前記レーザ照射装置から照射する前記レーザ光の位置に関する指令値を生成し、
前記ロボットにより前記レーザ照射装置を移動させるときに、各前記第一補間位置を前記第一補間周期毎に前記ロボットに指示するとともに、各前記指令値を前記第一補間周期内で前記第二補間周期毎に出力して前記レーザ照射装置の動作を制御する、レーザ加工ロボットの制御方法。
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