JP2019188410A - 加工システム、溶接方法 - Google Patents
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これらから、特許文献1に記載の加工システムには、ワークの加工精度の低下を抑制する観点で改善の余地がある。
このような課題は、レーザ加工システムだけでなく、ワークを移動させながら、ワークに溶接、溶断、ろう付け、溝付け、吹付け、2Dまたは3D造形などの各種加工を行う加工システムについても生じうる。
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
まず、図1、図2を参照して、本発明の実施の形態に係る加工システム100の全体構成について説明する。図1は、実施の形態に係る加工システム100を示す平面図である。図2は、加工システム100の主要部分を示す側面図である。以下、主にXYZ直交座標系をもとに説明する。Y軸方向およびZ軸方向はそれぞれX軸方向に直交する。X軸、Y軸、Z軸のそれぞれの正の方向は、各図における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。また、X軸の正方向側を「右側」、X軸の負方向側を「左側」ということもある。また、Y軸の正方向側を「前側」、Y軸の負方向側を「後側」、Z軸の正方向側を「上側」、Z軸の負方向側を「下側」ということもある。このような方向の表記は加工システム100の使用姿勢を制限するものではなく、加工システム100は、用途に応じて任意の姿勢で使用されうる。
加工システム100は、第1移動機構10と、把持機構20と、第2移動機構12と、共通ベース24と、制御ユニット30と、搬入機構40と、搬出機構42と、加工屑搬出機構44と、レーザ発振機48と、冷却機構50と、吸引機構52と、周壁56と、を主に備える。
図4、図5を参照して、共通ベース24を説明する。図4は、共通ベース24の一例を示す平面図である。図5は、共通ベース24の一例を示す正面図である。これらの図は、共通ベース24に架台22及び移動機構載置部24g、24hが固定された状態を示している。
共通ベース24の架台枠24kには、把持機構20を支持固定するための架台22が固定される。架台22に特別な制限はないが、本実施形態の架台22は、X軸方向に互いに離れて配置される一対の台部22bを含む。各台部22bは、平面視で略矩形板状の載置部22cと、載置部22cの四隅から下向きに延びて架台枠24kに固定される4本の脚部22dと、を含む。
共通ベース24には、Y軸方向に離間して配置される移動機構載置部24g、24hが設けられる。移動機構載置部24g、24hは、平面視で略矩形の台状の部材で、2本のビーム24dと、フレーム24bとに固定される。移動機構載置部24g、24hは、架台22を挟んで二等分線Lm上に配置される。移動機構載置部24gには、第1移動機構10が固定され、移動機構載置部24hには、第2移動機構12が固定される。
次に、図5を参照して、把持機構20を説明する。把持機構20は、第1把持装置20aと、第2把持装置20bと、制御ユニット30と、を含む。把持装置20a、20bは、ワーク8を把持する把持部20hと、把持部20hを回転させるモータ20mと、を含む。一例として、モータ20mはACサーボモータであってもよい。モータ20mの回転は制御ユニット30によって制御される。第2把持装置20bは、第1把持装置20aに対向するように第1把持装置20aと共通の架台22に固定される。架台22は、各把持装置20a、20bをX軸方向に移動することができる。例えば、把持装置20a、20bを開方向(互いに遠ざかる方向)に移動させた状態でワーク8をセットすることができる。
図6も参照して制御ユニット30について説明する。図6に示す制御ユニット30の各ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのCPU(Central Processing Unit)をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。
図7を参照して、切断動作の一例について説明する。図7は、本実施形態の切断動作の一例を示すフローチャートであり、この動作に関する処理S60を示している。処理S60は、レーザヘッド18によりワーク8を切断またはワーク8に孔を形成する処理である。この動作は、操作盤28から、切断動作をするための所定の操作がなされることにより実行される。
図8、図9を参照して、溶接動作の一例について説明する。図8は、溶接動作を示す正面視の図である。図9は、本実施形態の切断動作の一例を示すフローチャートであり、この動作に関する処理S70を示している。処理S70は、別々の2つのワーク8b、8cの互いの端部を溶接して一体化する処理である。なお、各ロボットの腕の退避や、ワークの搬入、搬出の各動作は、切断動作の処理S60と同様であり、重複する説明を省く。
図10、図11、図6を参照して軌跡補正動作について説明する。図10は、軌跡の手動入力を示す説明図である。図11は、軌跡補正動作を説明する説明図である。ロボットで自動加工を行う場合、ワークのCADデータに基づいて、オフラインティーチングソフトを用いて、ロボットの各移動ポイントにおける移動指令を規定する制御コード(以下、「ロボットGコード」という)を作成する。
入力動作について説明する。図10、図11に示すように、入力動作では、操作入力部34(ジョイスティックなど)により手動で操作された軌跡を取得する。具体的には、まず、加工前に、第1移動機構10をロボットGコードに沿って動作させ、カメラ38により動画撮影を行い、ロボットGコードによる軌跡データを記憶する。この軌跡データは、画像取得部30aに記憶される。
補正動作について説明する。加工時には、レーザヘッド18を、ロボットGコードによる移動と、修正制御コードによる移動と、を重畳させる。このことにより、レーザヘッド18の軌跡をより基準線Lsに近づけることができる。しかし、ロボットの応答速度が遅い場合には、ロボットの動作が修正制御コードに追従できない可能性がある。そこで、本実施形態は、修正制御コードで多軸ステージ16を駆動してレーザヘッド18を移動させる。多軸ステージ16は、ロボットよりも応答速度が速いので、修正制御コードに追従してレーザヘッド18を移動させることができる。特に、本実施形態の多軸ステージ16は、カウンタマス手段16mを有しているので、レーザヘッド18の追従精度を向上させることができる。
ワークの形状は、すべてのワークで一定ではなく、各ワークが異なる特徴を持つことがある。このため、予め作成された制御コードに基づいてシーケンシャルな加工を行うと、加工精度が個々のワークの特徴の影響を受けて低下することがある。そこで、本実施形態は、ワークの加工点の周辺の実画像をフィードバックしてリアルタイムでレーザヘッド18の軌跡を補正するビジュアルサーボ機能を有する。この機能は、加工動作のいわゆるリアルタイム補正動作を実現するものである。なお、ビジュアルサーボは、ビジュアルフィードバックと称されることがある。
実施の形態の説明では、第1移動機構10が多関節ロボットである例を示したが、本発明はこれに限定されない。第1移動機構10は、多関節ロボットに代えてガントリー型やカンチレバー型などの直交座標型ロボットであってもよい。
Claims (8)
- 一端部と他端部との間に延びる被加工ワークを加工する加工システムであって、
前記被加工ワークを加工する加工ツールを移動させるための第1移動機構と、
前記被加工ワークを把持し、前記第1移動機構の動作に連動して前記被加工ワークの姿勢を変化させる把持機構と、
を備え、
前記把持機構は、前記被加工ワークの前記一端部を把持して回転させる第1把持装置と、前記被加工ワークの前記他端部を把持して回転させる第2把持装置と、を含み、
前記第1把持装置と前記第2把持装置とを互いに同期回転させるように制御することを特徴とする加工システム。 - 前記第2把持装置は、前記第1把持装置に対向するように前記第1把持装置と共に共通ベースに固定されることを特徴とする請求項1に記載の加工システム。
- 前記第1把持装置及び前記第2把持装置は、前記被加工ワークを水平な回転軸の周りに回転させることを特徴とする請求項1または2に記載の加工システム。
- 前記把持機構に前記被加工ワークを把持させる第2移動機構をさらに備え、
前記第1移動機構と前記第2移動機構とは、前記回転軸と交差する水平方向に前記把持機構を挟んで配置されることを特徴とする請求項3に記載の加工システム。 - 少なくとも前記第1移動機構と、前記第2移動機構と、前記把持機構とを取り囲む周壁を有することを特徴とする請求項4に記載の加工システム。
- 前記加工ツールを相互に直交する2軸または3軸に沿って移動させるためのアクチュエータをさらに備え、
前記アクチュエータの動作を制御するための補正制御コードを記憶し、前記第1移動機構が前記加工ツールを移動させるとき、前記補正制御コードに基づいて前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の加工システム。 - 前記加工ツールは、レーザ光を出力するレーザヘッドを有することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の加工システム。
- 請求項7に記載の加工システムを用いて2つの被加工ワークを溶接する溶接方法であって、
前記第1把持装置に第1被加工ワークを把持させることと、
前記第2把持装置に第2被加工ワークを把持させることと、
前記第1被加工ワークに前記第2被加工ワークを接近または接触させた状態で、前記レーザヘッドからのレーザ光を前記第1被加工ワーク及び前記第2被加工ワークに照射することと、
を含むことを特徴とする溶接方法。
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