JP2020124728A - Laser beam machining robot and tool coordinate system setting method - Google Patents

Laser beam machining robot and tool coordinate system setting method Download PDF

Info

Publication number
JP2020124728A
JP2020124728A JP2019018852A JP2019018852A JP2020124728A JP 2020124728 A JP2020124728 A JP 2020124728A JP 2019018852 A JP2019018852 A JP 2019018852A JP 2019018852 A JP2019018852 A JP 2019018852A JP 2020124728 A JP2020124728 A JP 2020124728A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser processing
processing head
optical axis
laser light
robot arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019018852A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7239338B2 (en
Inventor
貴視 村上
Yoshinori Murakami
貴視 村上
将伸 畑田
Masanobu Hatada
将伸 畑田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP2019018852A priority Critical patent/JP7239338B2/en
Publication of JP2020124728A publication Critical patent/JP2020124728A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7239338B2 publication Critical patent/JP7239338B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

To provide a method for accurately positioning a tool position of a laser beam machining robot at a machining point.SOLUTION: A laser beam machining robot includes: a robot arm 2b; a laser beam machining head 3 which is mounted at a tip of the arm 2b; a detection section 4 which detects laser beam L regularly reflected along an emitting optical axis A from a reflection surface 10a to the head 3; and a control section. The reflection surface 10a is a spherical surface or a polyhedron surface which has a prescribed reference point P as a center and regularly reflects laser beam L directed to the reference point P along the emitting optical axis A. The control section aligns the head 3 with a position where laser beam L regularly reflected along the emitting optical axis A is detected by the detection section 4 by operating the arm 2b, calculates the direction of the emitting optical axis A on the basis of the position and posture of the tip of the arm 2b in the aligned state of the head 3 and the position of the reference point P, and sets an axis of a coordinate system of the head 3 on the basis of the direction of the emitting optical axis A.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レーザ加工ロボットおよびツール座標系設定方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing robot and a tool coordinate system setting method.

従来、レーザ光によってワークに溶接または切断等の加工を行うロボットが知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、ロボットの動作によってレーザ照射装置を所定の指令位置に移動させ、レーザ照射位置の実際の位置を測定し、レーザ照射位置の指令位置と実際の位置との偏差に基づいてレーザ照射位置を補正することが記載されている。
また、光反射性球体およびレーザ光を用いてターゲット位置に対してプローブを位置合わせする方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a robot that performs processing such as welding or cutting on a work with a laser beam is known (for example, see Patent Document 1). In Patent Document 1, the laser irradiation device is moved to a predetermined command position by the operation of the robot, the actual position of the laser irradiation position is measured, and the laser is calculated based on the deviation between the command position of the laser irradiation position and the actual position. It is described that the irradiation position is corrected.
Further, a method of aligning a probe with a target position using a light-reflecting sphere and laser light has been proposed (for example, refer to Patent Document 2).

特開2018−024011号公報JP, 2008-024011, A 特許第4664412号公報Japanese Patent No. 4664412

ロボットのツール上の一点をTCP(ツールセンタポイント)に設定する方法として、治具を使用した6点教示が一般に用いられている。加工用ツールの場合、6点教示において、治具の基準点がロボットに対して所定の位置に配置され、ロボットアームの動作によって基準点にツールの加工点(例えば、ツールの先端)が一致させられる。 As a method of setting one point on the tool of the robot to TCP (tool center point), 6-point teaching using a jig is generally used. In the case of a machining tool, in 6-point teaching, the reference point of the jig is placed at a predetermined position with respect to the robot, and the machining point of the tool (for example, the tip of the tool) is made to coincide with the reference point by the operation of the robot arm. To be

ワークから離れた位置から当該ワークにレーザ光を照射するリモート溶接の場合、加工点にはツールの先端等の物体が存在しないため、6点教示を利用することが難しい。
ロボットのレーザ加工ヘッドに棒等の部材を取り付け、部材の先端を加工点に配置することによって、6点教示によるTCPの設定が可能となる。しかし、この場合には、レーザ加工ヘッドへの部材の取付誤差等の影響によって、加工点に正確に一致するようにTCPを設定することは難しい。
加工点の位置の設計値がTCPに設定されることもある。しかし、加工点の位置の設計値と加工点の実際の位置との間に誤差があるため、この場合にも、加工点に正確に一致するようにTCPを設定することは難しい。
In the case of remote welding in which the work is irradiated with laser light from a position distant from the work, it is difficult to use the 6-point teaching because there is no object such as the tip of the tool at the processing point.
By attaching a member such as a rod to the laser processing head of the robot and arranging the tip of the member at the processing point, it is possible to set the TCP by teaching six points. However, in this case, it is difficult to set the TCP so as to exactly match the processing point due to the influence of an error in mounting the member on the laser processing head.
The design value of the position of the processing point may be set to TCP. However, since there is an error between the design value of the position of the processing point and the actual position of the processing point, it is difficult to set the TCP so as to exactly match the processing point in this case as well.

本開示の一態様は、ロボットアームと、該ロボットアームの先端に取り付けられレーザ光を射出するレーザ加工ヘッドと、該レーザ加工ヘッドに設けられ、該レーザ加工ヘッドの外部に配置された反射面から前記レーザ加工ヘッドへ、前記レーザ光の射出光軸に沿って正反射されたレーザ光を検出する検出部と、前記ロボットアームを制御するとともに前記レーザ加工ヘッドの座標系を設定する制御部と、を備え、前記反射面は、所定の基準点を中心とする球面または多面体面であり、前記所定の基準点へ向かう前記レーザ光を該レーザ光の射出光軸に沿って正反射し、前記制御部は、前記ロボットアームを動作させることによって、前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光が前記検出部によって検出される位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせし、該レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、に基づいて前記射出光軸の方向を算出し、算出された前記射出光軸の方向に基づいて前記レーザ加工ヘッドの座標系の軸を設定する、レーザ加工ロボットである。 One aspect of the present disclosure includes a robot arm, a laser processing head that is attached to a tip of the robot arm and emits a laser beam, and a reflection surface that is provided on the laser processing head and is disposed outside the laser processing head. To the laser processing head, a detection unit that detects the laser light specularly reflected along the emission optical axis of the laser light, a control unit that controls the robot arm and sets the coordinate system of the laser processing head, The reflecting surface is a spherical surface or a polyhedron surface centered on a predetermined reference point, and specularly reflects the laser light toward the predetermined reference point along an emission optical axis of the laser light, The unit positions the laser processing head at a position where the laser beam specularly reflected along the emission optical axis is detected by the detection unit by operating the robot arm, and the laser processing head is positioned. The direction of the emission optical axis is calculated based on the position and orientation of the tip of the robot arm in the aligned state and the position of the predetermined reference point, and based on the calculated direction of the emission optical axis. Is a laser processing robot for setting the axis of the coordinate system of the laser processing head.

一実施形態に係るレーザ加工ロボットの全体構成図である。It is the whole laser processing robot lineblock diagram concerning one embodiment. レーザ光の射出光軸と、半球面状の反射面からレーザ加工ヘッドへ正反射されたレーザ光の反射光軸との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the emission optical axis of laser light and the reflection optical axis of the laser light specularly reflected by the laser processing head from the hemispherical reflecting surface. 検出部の検出面の正面図であり、検出面上の反射レーザ光のスポットの位置を説明する図である。It is a front view of the detection surface of a detection part, and is a figure explaining the position of the spot of the reflected laser light on a detection surface. 一実施形態に係るツール座標系設定方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a tool coordinate system setting method according to an embodiment. 一実施形態に係るツール座標系設定方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a tool coordinate system setting method according to an embodiment. TCP設定工程におけるロボットアームの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation|movement of the robot arm in a TCP setting process. レーザ加工ヘッドに設けられる走査部の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the scanning part provided in a laser processing head.

以下に、一実施形態に係るレーザ加工ロボット1について図面を参照して説明する。
レーザ加工ロボット1は、図1に示されるように、レーザ光Lの焦点FをワークW上に配置し、レーザ光LによってワークWに溶接または切断等のリモート加工を行う。レーザ加工ロボット1は、ベース2aおよび多関節のロボットアーム2bを有するロボット本体2と、ロボットアーム2bの先端に取り付けられレーザ光Lを射出するレーザ加工ヘッド3と、レーザ加工ヘッド3に設けられレーザ加工ヘッド3へ反射されたレーザ光Lを検出する検出部4と、ロボット本体2、レーザ加工ヘッド3および検出部4に接続された制御装置5と、を備える。
The laser processing robot 1 according to the embodiment will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the laser processing robot 1 arranges a focus F of the laser light L on the work W and performs remote processing such as welding or cutting on the work W by the laser light L. The laser processing robot 1 includes a robot body 2 having a base 2a and an articulated robot arm 2b, a laser processing head 3 attached to the tip of the robot arm 2b for emitting a laser beam L, and a laser processing head 3 provided with a laser. A detection unit 4 for detecting the laser light L reflected by the processing head 3, and a controller 5 connected to the robot body 2, the laser processing head 3 and the detection unit 4 are provided.

ロボット本体2は、例えば、6軸の垂直多関節ロボットである。ロボット本体2は、レーザ加工に一般に用いられる他の種類のロボットであってもよい。ベース2aは、床面上に固定され、ロボットアーム2bを支持している。ロボット本体2は、ロボットアーム2bの各関節を駆動するためのサーボモータ(図示略)と、各関節の回転角度を検出するエンコーダ(図示略)と、を備える。 The robot body 2 is, for example, a 6-axis vertical articulated robot. The robot body 2 may be another type of robot generally used for laser processing. The base 2a is fixed on the floor surface and supports the robot arm 2b. The robot body 2 includes a servo motor (not shown) for driving each joint of the robot arm 2b, and an encoder (not shown) for detecting a rotation angle of each joint.

レーザ加工ヘッド3は、ケーブル6によってレーザ光源(図示略)と接続され、レーザ光源からケーブル6を経由して供給されたレーザ光Lを射出する。レーザ光Lは、レーザ加工ヘッド3内のレンズ(図示略)によって、レーザ加工ヘッド3の外部の焦点Fに収束させられる。焦点Fが、レーザ光LによってワークWが加工される加工点である。ロボットアーム2bの関節の動作によってレーザ加工ヘッド3の位置および姿勢が変更され、それにより、焦点Fの位置が3次元的に変更される。 The laser processing head 3 is connected to a laser light source (not shown) by a cable 6 and emits the laser light L supplied from the laser light source via the cable 6. The laser light L is focused on a focal point F outside the laser processing head 3 by a lens (not shown) in the laser processing head 3. The focal point F is a processing point where the work W is processed by the laser light L. The position and orientation of the laser processing head 3 are changed by the movement of the joint of the robot arm 2b, and the position of the focus F is three-dimensionally changed accordingly.

検出部4は、例えばカメラまたは光検出器であり、2次元の検出面4aを有する。図2に示されるように、レーザ加工ヘッド3の外部において反射面10aからレーザ加工ヘッド3へ正反射されたレーザ光L(以下、反射レーザ光L’という。)は、検出面4aに入射する。例えば、レーザ加工ヘッド3内のレーザ光Lの光路上に、ハーフミラーのような部分反射ミラー3aが配置されている。光路を戻る反射レーザ光L’の一部が、部分反射ミラー3aによって光路から分離され、検出面4aに入射する。 The detection unit 4 is, for example, a camera or a photodetector, and has a two-dimensional detection surface 4a. As shown in FIG. 2, the laser light L specularly reflected from the reflection surface 10a to the laser processing head 3 outside the laser processing head 3 (hereinafter referred to as the reflected laser light L') is incident on the detection surface 4a. .. For example, a partial reflection mirror 3a such as a half mirror is arranged on the optical path of the laser light L in the laser processing head 3. Part of the reflected laser light L′ returning to the optical path is separated from the optical path by the partial reflection mirror 3a and is incident on the detection surface 4a.

検出面4aは、反射面10aによって射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’の光軸(反射光軸)A’が検出面4aの中心に位置するように、配置されている。射出光軸Aは、レーザ加工ヘッド3から反射面10aへ射出されたレーザ光Lの光軸である。射出光軸Aからずれた反射光軸A’を有する反射レーザ光L’は、検出面4aに入射しないか、または、検出面4aの中心からずれた位置に入射する。図3において、実線の円は、射出光軸A’に沿って正反射された反射レーザ光L’または射出光軸A’近傍の強い光のスポットを示し、二点鎖線の円は、射出光軸A’からずれた反射光軸A’に沿って正反射された反射レーザ光L’または射出光軸A’近傍の強い光のスポットを示している。検出部4は、スポットの中心が検出面4aの中心と一致するときに、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’を検出するとともに検出面4a上のスポットの直径を検出する。 The detection surface 4a is arranged such that the optical axis (reflected optical axis) A′ of the reflected laser light L′ specularly reflected along the emission optical axis A by the reflection surface 10a is located at the center of the detection surface 4a. There is. The emission optical axis A is the optical axis of the laser light L emitted from the laser processing head 3 to the reflecting surface 10a. The reflected laser light L′ having the reflected optical axis A′ that is deviated from the emission optical axis A does not enter the detection surface 4 a, or enters the position deviated from the center of the detection surface 4 a. In FIG. 3, a solid circle indicates a reflected laser light L′ that is specularly reflected along the emission optical axis A′ or a strong light spot near the emission optical axis A′, and a two-dot chain line circle indicates the emission light. It shows the reflected laser light L′ specularly reflected along the reflected optical axis A′ deviated from the axis A′ or a strong light spot near the emission optical axis A′. When the center of the spot coincides with the center of the detection surface 4a, the detection unit 4 detects the reflected laser light L'which is specularly reflected along the emission optical axis A and also detects the diameter of the spot on the detection surface 4a. To do.

制御装置5は、プロセッサを有する制御部5aと、RAM、ROMおよび不揮発性ストレージ等を有する記憶部5bと、を備える。
記憶部5bには、レーザ光LによってワークWを加工するための加工プログラムが格納されている。制御部5aは、加工プログラムに従って制御指令をロボットアーム2bの各サーボモータおよびレーザ加工ヘッド3に送信することによって、ロボットアーム2bおよびレーザ加工ヘッド3に加工プログラムに基づく動作を実行させる。
The control device 5 includes a control unit 5a having a processor and a storage unit 5b having a RAM, a ROM, a non-volatile storage, and the like.
The storage unit 5b stores a processing program for processing the work W with the laser light L. The control unit 5a causes the robot arm 2b and the laser processing head 3 to perform an operation based on the processing program by transmitting a control command to each servo motor of the robot arm 2b and the laser processing head 3 according to the processing program.

加工プログラムの実行において、制御部5aは、ロボット本体2のワールド座標系Σwおよびレーザ加工ヘッド3のツール座標系Σtに基づいてロボットアーム2bの動作を制御することによって、焦点Fの位置を制御する。
ワールド座標系Σwは、ベース2aに対して固定された座標系である。
ツール座標系Σtは、レーザ加工ヘッド3に対して固定され、レーザ光Lの射出光軸Aおよび焦点Fを基準に設定された座標系である。例えば、ツール座標系Σtは、3次元直交座標系であり、ツール座標系ΣtのZ軸がレーザ光Lの射出光軸Aに平行に設定され、ツール座標系Σtの原点が焦点Fに設定される。
In executing the processing program, the control unit 5a controls the position of the focus F by controlling the operation of the robot arm 2b based on the world coordinate system Σw of the robot body 2 and the tool coordinate system Σt of the laser processing head 3. ..
The world coordinate system Σw is a coordinate system fixed with respect to the base 2a.
The tool coordinate system Σt is a coordinate system that is fixed with respect to the laser processing head 3 and is set with reference to the emission optical axis A of the laser light L and the focus F. For example, the tool coordinate system Σt is a three-dimensional orthogonal coordinate system, the Z axis of the tool coordinate system Σt is set parallel to the emission optical axis A of the laser light L, and the origin of the tool coordinate system Σt is set to the focus F. R.

ツール座標系Σtは、例えば、ロボットの工場等への設置時、または、レーザ加工ヘッド3の交換時等に設定される。記憶部5bには、ツール座標系Σtを設定するためのツール座標系設定プログラムが格納されている。制御部5aは、ツール座標系設定プログラムに従って、ツール座標系Σtの設定に必要な情報を取得するための動作をロボットアーム2b、レーザ加工ヘッド3および検出部4に実行させ、取得された情報に基づいてツール座標系Σtを設定する。 The tool coordinate system Σt is set, for example, when the robot is installed in a factory or when the laser processing head 3 is replaced. The storage unit 5b stores a tool coordinate system setting program for setting the tool coordinate system Σt. The control unit 5a causes the robot arm 2b, the laser processing head 3, and the detection unit 4 to execute an operation for acquiring information necessary for setting the tool coordinate system Σt according to the tool coordinate system setting program, and acquires the acquired information. Based on this, the tool coordinate system Σt is set.

次に、ツール座標系設定プログラムに基づくツール座標系設定作業(ツール座標系設定方法)について説明する。
ツール座標系設定作業には、図2に示されるように、半球状の反射部材10が使用される。反射部材10は、凸半球面状の反射面10aと、反射面10aの端を接続する円形の底面10bと、を有する。反射面10aは、レーザ光Lを正反射するミラーである。反射面10aは、底面10bの中心に配置された曲率中心Pと、一定の曲率とを有する。反射面10a上の任意の点において、曲率中心Pへ向かうレーザ光Lは射出光軸Aに沿って正反射される。曲率中心Pは、ツール座標系Σtを設定するための基準点として用いられる。
Next, a tool coordinate system setting operation (tool coordinate system setting method) based on the tool coordinate system setting program will be described.
A hemispherical reflecting member 10 is used for the tool coordinate system setting work, as shown in FIG. The reflecting member 10 has a convex hemispherical reflecting surface 10a and a circular bottom surface 10b connecting the ends of the reflecting surface 10a. The reflecting surface 10a is a mirror that regularly reflects the laser light L. The reflecting surface 10a has a curvature center P arranged at the center of the bottom surface 10b and a constant curvature. At an arbitrary point on the reflecting surface 10a, the laser light L directed to the center of curvature P is regularly reflected along the emission optical axis A. The center of curvature P is used as a reference point for setting the tool coordinate system Σt.

反射部材10は、ロボットアーム2bの動作範囲内に配置され、基準点Pは、ワールド座標系Σwでの所定の位置座標に位置決めされる。
反射部材10がロボットアーム2bの動作範囲内の任意の位置に配置され、ワールド座標系Σwでの基準点Pの位置座標がユーザによって制御装置5に入力され、入力された位置座標がツール座標系設定プログラムで使用されるように構成されていてもよい。
The reflecting member 10 is arranged within the movement range of the robot arm 2b, and the reference point P is positioned at a predetermined position coordinate in the world coordinate system Σw.
The reflecting member 10 is arranged at an arbitrary position within the operation range of the robot arm 2b, the position coordinate of the reference point P in the world coordinate system Σw is input to the control device 5 by the user, and the input position coordinate is the tool coordinate system. It may be configured to be used in a setting program.

ツール座標系設定作業は、図4に示される、ツール座標系ΣtのZ軸を設定するZ軸設定工程と、図5に示される、TCPを設定するTCP設定工程と、を含む。
図4に示されるように、Z軸設定工程において、制御部5aは、ロボットアーム2bを動作させることによって、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出される位置にレーザ加工ヘッド3を位置合わせし(ステップSA1〜SA4)、レーザ加工ヘッド3が位置合わせされた状態でのロボットアーム2bの先端の位置および姿勢を算出し(ステップSA5)、算出されたロボットアーム2bの先端の位置および姿勢と基準点Pの位置とに基づいてロボットアーム2bの先端に対する射出光軸Aの方向を算出し(ステップSA6)、算出された射出光軸Aの方向に基づいてZ軸を設定する(ステップSA7)。
The tool coordinate system setting operation includes a Z-axis setting step for setting the Z-axis of the tool coordinate system Σt shown in FIG. 4 and a TCP setting step for setting TCP shown in FIG.
As shown in FIG. 4, in the Z-axis setting step, the control unit 5a operates the robot arm 2b to detect the reflected laser light L′ specularly reflected along the emission optical axis A by the detection unit 4. The laser processing head 3 is aligned to the position (steps SA1 to SA4), and the position and orientation of the tip of the robot arm 2b in the state where the laser processing head 3 is aligned are calculated (step SA5). The direction of the emission optical axis A with respect to the tip of the robot arm 2b is calculated based on the position and orientation of the tip of the robot arm 2b and the position of the reference point P (step SA6), and the direction of the calculated emission optical axis A is calculated. Based on this, the Z axis is set (step SA7).

具体的には、制御部5aは、図2に示されるように、ロボットアーム2bを動作させることによって、レーザ光Lが基準点Pへ略向かうように基準点Pに対してレーザ加工ヘッド3を位置決めする(ステップSA1)。このときのレーザ加工ヘッド3の位置および姿勢は、レーザ加工ヘッド3の設計値に基づいて設定される。 Specifically, as shown in FIG. 2, the control section 5a operates the robot arm 2b to move the laser processing head 3 to the reference point P so that the laser light L substantially goes to the reference point P. Positioning is performed (step SA1). The position and orientation of the laser processing head 3 at this time are set based on the design value of the laser processing head 3.

次に、制御部5aは、レーザ加工ヘッド3からレーザ光Lを射出させ(ステップSA2)、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出されるか否かを判断する(ステップSA3)。
レーザ光Lが基準点Pの方向を正確に向いているとき(すなわち、射出光軸Aの延長線上に基準点Pが位置しているとき)、レーザ光Lは、反射面10aによって射出光軸Aに沿って正反射される。制御部5aは、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出された場合に(ステップSA3のYES)、次のステップSA5に進む。
Next, the control unit 5a causes the laser beam L to be emitted from the laser processing head 3 (step SA2), and whether or not the reflected laser beam L′ that is regularly reflected along the emission optical axis A is detected by the detection unit 4. It is determined (step SA3).
When the laser light L is accurately oriented in the direction of the reference point P (that is, when the reference point P is located on the extension line of the emission optical axis A), the laser light L is emitted by the reflecting surface 10a. It is specularly reflected along A. When the reflected laser light L′ specularly reflected along the emission optical axis A is detected by the detector 4 (YES in step SA3), the controller 5a proceeds to the next step SA5.

一方、レーザ光Lが基準点Pの方向を正確に向いていないとき、レーザ光Lは、反射面10aによって射出光軸Aからずれた反射光軸A’に沿って正反射される。制御部5aは、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出されない場合に(ステップSA3のNO)、ロボットアーム2bを動作させることによってレーザ加工ヘッド3の位置および姿勢を調整し(ステップSA4)、ステップSA2,SA3を再度実行する。制御部5aは、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出されるまで、ステップSA4,SA2,SA3を繰り返す。 On the other hand, when the laser light L does not accurately point in the direction of the reference point P, the laser light L is specularly reflected by the reflection surface 10a along the reflection optical axis A'shifted from the emission optical axis A. When the reflected laser light L′ specularly reflected along the emission optical axis A is not detected by the detection unit 4 (NO in step SA3), the control unit 5a operates the robot arm 2b to move the laser processing head 3a. The position and orientation are adjusted (step SA4), and steps SA2 and SA3 are executed again. The control unit 5a repeats steps SA4, SA2, and SA3 until the detection unit 4 detects the reflected laser light L'which is specularly reflected along the emission optical axis A.

次に、制御部5aは、ロボットアーム2bの各関節の回転角度をエンコーダから取得し、各関節の回転角度からワールド座標系Σwでのロボットアーム2bの先端の位置および姿勢を算出する(ステップSA5)。ロボットアーム2bの先端の位置は、例えば、ロボットアーム2bの先端面の中心位置である。 Next, the control unit 5a acquires the rotation angle of each joint of the robot arm 2b from the encoder, and calculates the position and orientation of the tip of the robot arm 2b in the world coordinate system Σw from the rotation angle of each joint (step SA5). ). The position of the tip of the robot arm 2b is, for example, the center position of the tip surface of the robot arm 2b.

次に、制御部5aは、算出されたロボットアーム2bの先端の位置および姿勢からレーザ加工ヘッド3の基準位置を算出し、レーザ加工ヘッド3の基準位置と基準点Pの位置とから基準位置に対する射出光軸Aの方向を算出する(ステップSA6)。レーザ加工ヘッド3の基準位置は、ロボットアーム2bの先端に対して固定されたレーザ加工ヘッド3上の代表点の位置である。
次に、制御部5aは、射出光軸Aの方向と平行な方向にツール座標系ΣtのZ軸を設定する(ステップSA7)。例えば、制御部5aは、射出光軸A上にZ軸を設定する。
Next, the control unit 5a calculates the reference position of the laser processing head 3 from the calculated position and orientation of the tip of the robot arm 2b, and determines the reference position from the reference position of the laser processing head 3 and the position of the reference point P with respect to the reference position. The direction of the emission optical axis A is calculated (step SA6). The reference position of the laser processing head 3 is a position of a representative point on the laser processing head 3 fixed to the tip of the robot arm 2b.
Next, the control unit 5a sets the Z axis of the tool coordinate system Σt in a direction parallel to the direction of the emission optical axis A (step SA7). For example, the control unit 5a sets the Z axis on the emission optical axis A.

制御部5aは、Z軸設定工程に続き、TCP設定工程を実行する。
図5に示されるように、TCP設定工程において、制御部5aは、ロボットアーム2bを動作させることによって、検出部4によって検出される射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’の光束径が最小となる位置にレーザ加工ヘッド3を位置合わせし(ステップSB1〜SB4)、レーザ加工ヘッド3が位置合わせされた状態でのロボットアーム2bの先端の位置および姿勢を算出し(ステップSB5)、ロボットアーム2bの異なる姿勢でステップSB1〜SB5を繰り返し(ステップSB6)、算出されたロボットアーム2bの先端の位置および姿勢、基準点Pの位置、および基準点Pから反射面10aまでの距離に基づいてロボットアーム2bの先端に対する焦点Fの位置を算出し(ステップSB8)、算出された焦点Fの位置に基づいてTCPを設定する(ステップSB9)。
The control unit 5a executes the TCP setting process subsequent to the Z-axis setting process.
As shown in FIG. 5, in the TCP setting step, the control unit 5a operates the robot arm 2b, so that the reflected laser light L′ is regularly reflected along the emission optical axis A detected by the detection unit 4. The laser processing head 3 is aligned to the position where the luminous flux diameter is minimized (steps SB1 to SB4), and the position and orientation of the tip of the robot arm 2b in the state where the laser processing head 3 is aligned are calculated (step SB1). SB5), steps SB1 to SB5 are repeated with different postures of the robot arm 2b (step SB6), and the calculated position and posture of the tip of the robot arm 2b, the position of the reference point P, and the reference point P to the reflecting surface 10a. The position of the focus F with respect to the tip of the robot arm 2b is calculated based on the distance (step SB8), and TCP is set based on the calculated position of the focus F (step SB9).

具体的には、制御部5aは、ロボットアーム2bを動作させることによって、レーザ光Lが基準点Pへ略向かい、かつ、焦点Fが反射面10aに略一致するようにレーザ加工ヘッド3を位置決めする(ステップSB1)。このときのレーザ加工ヘッド3の位置および姿勢は、レーザ加工ヘッド3の設計値に基づいて設定される。
次に、制御部5aは、レーザ加工ヘッド3からレーザ光Lを射出させる(ステップSB2)。そして、制御部5aは、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出され、かつ、検出部4によって検出された反射レーザ光L’の光束径が最小であるか否かを判断する(ステップSB3)。
Specifically, the control unit 5a positions the laser processing head 3 by operating the robot arm 2b so that the laser light L is substantially directed to the reference point P and the focus F is substantially coincident with the reflection surface 10a. Yes (step SB1). The position and orientation of the laser processing head 3 at this time are set based on the design value of the laser processing head 3.
Next, the controller 5a causes the laser processing head 3 to emit the laser beam L (step SB2). Then, the control unit 5a detects the reflected laser light L′ which is specularly reflected along the emission optical axis A by the detection unit 4 and has a minimum luminous flux diameter of the reflected laser light L′ detected by the detection unit 4. Or not (step SB3).

図6に示されるように、レーザ光Lが基準点Pの方向を正確に向き、かつ、焦点Fが反射面10aに一致しているとき、反射レーザ光L’の光束径は最小となり、検出面4aの中心に形成されるスポットの直径は最小となる。制御部5aは、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出され、かつ、検出面4a上のスポットの直径が最小である場合に(ステップSB3のYES)、次のステップSB5に進む。スポットの直径が最小であるか否かの判断は、例えば、予め測定されたスポットの直径の最小値に基づいて設定された所定の閾値との比較によって行われる。 As shown in FIG. 6, when the laser light L accurately points in the direction of the reference point P and the focal point F coincides with the reflecting surface 10a, the luminous flux diameter of the reflected laser light L′ becomes the minimum and the detection is performed. The diameter of the spot formed in the center of the surface 4a is the smallest. The control unit 5a detects the reflected laser light L'which is specularly reflected along the emission optical axis A by the detection unit 4 and has the smallest spot diameter on the detection surface 4a (YES in step SB3). ), and proceeds to the next Step SB5. The determination as to whether or not the spot diameter is the smallest is made by, for example, comparison with a predetermined threshold value set based on the minimum value of the spot diameter measured in advance.

一方、制御部5aは、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出されない、あるいは、検出面4a上のスポットの直径が最小ではない場合に(ステップSB3のNO)、ロボットアーム2bを動作させることによってレーザ加工ヘッド3の位置および姿勢を調整し(ステップSB4)、ステップSB2,SB3を再度実行する。制御部5aは、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出され、かつ、反射レーザ光L’のスポットの直径が最小となるまで、ステップSB4,SB2,SB3を繰り返す。 On the other hand, if the reflected laser light L′ specularly reflected along the emission optical axis A is not detected by the detection unit 4 or the spot diameter on the detection surface 4a is not the minimum (step SB3). No), the position and orientation of the laser processing head 3 is adjusted by operating the robot arm 2b (step SB4), and steps SB2 and SB3 are executed again. The control unit 5a performs steps SB4 and SB2 until the reflected laser light L′ specularly reflected along the emission optical axis A is detected by the detection unit 4 and the spot diameter of the reflected laser light L′ becomes the minimum. , SB3 are repeated.

次に、制御部5aは、ロボットアーム2bの各関節の回転角度をエンコーダから取得し、各関節の回転角度からワールド座標系Σwでのロボットアーム2bの先端の位置および姿勢を算出する(ステップSB5)。
次に、制御部5aは、図6に示されるように、ロボットアーム2bを動作させることによって、レーザ光Lが基準点Pへ略向かい、かつ、焦点Fが反射面10aに略一致する他の位置にレーザ加工ヘッド3を位置決めする(ステップSB7)。これにより、ロボットアーム2bの姿勢が変更される。そして、制御部5aは、ステップSB2〜SB5を繰り返す。
制御部5aは、ロボットアーム2bの少なくとも2つの姿勢でステップSB2〜SB5を実行し(ステップSB6,SB7)、少なくとも2つの姿勢でのロボットアーム2bの先端の位置および姿勢を算出する。
Next, the control unit 5a acquires the rotation angle of each joint of the robot arm 2b from the encoder, and calculates the position and orientation of the tip of the robot arm 2b in the world coordinate system Σw from the rotation angle of each joint (step SB5). ).
Next, as shown in FIG. 6, the controller 5a operates the robot arm 2b to cause the laser light L to substantially go to the reference point P and the focus F to substantially coincide with the reflecting surface 10a. The laser processing head 3 is positioned at the position (step SB7). As a result, the posture of the robot arm 2b is changed. Then, the control unit 5a repeats steps SB2 to SB5.
The controller 5a executes steps SB2 to SB5 in at least two postures of the robot arm 2b (steps SB6 and SB7), and calculates the position and posture of the tip of the robot arm 2b in at least two postures.

次に、制御部5aは、ロボットアーム2bの各姿勢での焦点Fの位置を算出する。具体的には、制御部5aは、ロボットアーム2bの先端の位置および姿勢と、基準点Pの位置と、基準点Pから反射面10a上の焦点Fまでの距離(すなわち、反射面10aの半径)とから、ワールド座標系Σwでのレーザ加工ヘッド3の基準位置に対する焦点Fの相対位置を算出する。次に、制御部5aは、2つの姿勢での焦点Fの相対位置から、ツール座標系Σtにおける焦点Fの位置を算出する(ステップSB8)。
次に、制御部5aは、算出された焦点Fの位置にツール座標系Σtの原点およびTCPを設定する(ステップSB9)。例えば、制御部5aは、焦点Fにツール座標系Σtの原点およびTCPを設定する。
Next, the control unit 5a calculates the position of the focus F in each posture of the robot arm 2b. Specifically, the controller 5a controls the position and posture of the tip of the robot arm 2b, the position of the reference point P, and the distance from the reference point P to the focal point F on the reflection surface 10a (that is, the radius of the reflection surface 10a). ) And the relative position of the focus F with respect to the reference position of the laser processing head 3 in the world coordinate system Σw. Next, the control unit 5a calculates the position of the focus F in the tool coordinate system Σt from the relative position of the focus F in the two postures (step SB8).
Next, the control unit 5a sets the origin of the tool coordinate system Σt and TCP at the calculated position of the focal point F (step SB9). For example, the control unit 5a sets the origin of the tool coordinate system Σt and TCP at the focus F.

このように、本実施形態によれば、ツール座標系Σtの設定に、レーザ加工ヘッド3から射出されるレーザ光Lと、曲率中心に基準点Pを有する凸球面状の反射面10aと、反射面10aから正反射された反射レーザ光L’を検出する検出部4とが使用される。そして、検出面4a上の反射レーザ光L’のスポットの位置に基づいて、レーザ光Lが基準点Pを向くように基準点Pに対してレーザ光Lの方向を正確に合わせることができる。これにより、射出光軸Aの方向を正確に算出し、Z軸が射出光軸Aに平行になるようにツール座標系ΣtのZ軸を正確に設定することができる。 As described above, according to the present embodiment, in setting the tool coordinate system Σt, the laser beam L emitted from the laser processing head 3, the convex spherical reflecting surface 10a having the reference point P at the center of curvature, and the reflection The detection unit 4 that detects the reflected laser light L′ that is specularly reflected from the surface 10 a is used. Then, based on the position of the spot of the reflected laser light L'on the detection surface 4a, the direction of the laser light L can be accurately aligned with the reference point P so that the laser light L faces the reference point P. Accordingly, the direction of the emission optical axis A can be accurately calculated, and the Z axis of the tool coordinate system Σt can be accurately set so that the Z axis is parallel to the emission optical axis A.

また、検出面4a上の反射レーザ光L’のスポットの位置および直径に基づいて、レーザ光Lが基準点Pを向いた状態で焦点Fが反射面10aに一致するように基準点Pに対して焦点Fの位置を正確に合わせることができる。これにより、焦点Fの位置を正確に算出し、加工点である焦点FにTCPが一致するようにTCPを正確に設定することができる。 Further, based on the position and diameter of the spot of the reflected laser light L′ on the detection surface 4a, the focal point F is aligned with the reference point P so that the focus F coincides with the reflection surface 10a with the laser light L facing the reference point P. Therefore, the position of the focal point F can be accurately adjusted. As a result, the position of the focus F can be accurately calculated, and the TCP can be accurately set so that the TCP matches the focus F that is the processing point.

上記実施形態において、射出光軸Aに沿う方向において焦点Fが反射面10aに一致しているか否かを検出面4a上のスポットの直径に基づいて判断することとしたが、これに代えて、スポットの明るさに基づいて判断してもよい。この場合、検出面4aの中心のスポットの明るさは最大になるときに、焦点Fが反射面10aに一致していると判断することができる。 In the above embodiment, whether or not the focus F coincides with the reflecting surface 10a in the direction along the emission optical axis A is determined based on the diameter of the spot on the detection surface 4a, but instead of this, You may judge based on the brightness of a spot. In this case, when the brightness of the spot at the center of the detection surface 4a is maximized, it can be determined that the focus F coincides with the reflection surface 10a.

上記実施形態において、Z軸設定工程がTCP設定工程とは別に実行されることとしたが、TCP設定工程内でZ軸設定工程が行われてもよい。すなわち、ステップSB1〜SB4によって、射出光軸Aに沿って正反射された反射レーザ光L’が検出部4によって検出される位置にレーザ加工ヘッド3が位置合わせされる。したがって、ステップSB5の後に、ステップSB5において算出されたロボットアーム2bの先端の位置および姿勢を用いてZ軸の方向を算出してもよい。 In the above embodiment, the Z-axis setting step is performed separately from the TCP setting step, but the Z-axis setting step may be performed within the TCP setting step. That is, in steps SB<b>1 to SB<b>4, the laser processing head 3 is aligned with the position at which the reflected laser light L′ specularly reflected along the emission optical axis A is detected by the detection unit 4. Therefore, after the step SB5, the Z-axis direction may be calculated using the position and orientation of the tip of the robot arm 2b calculated in the step SB5.

上記実施形態において、ツール座標系Σtの設定に使用されるレーザ光Lは、ワークWの加工に使用されるレーザ光であってもよく、加工用のレーザ光とは異なるレーザ光であってもよい。例えば、加工用のレーザ光が赤外光のような非可視光である場合には、ツール座標系Σtの設定に可視レーザ光を使用してもよい。設定用のレーザ光Lは、加工用のレーザ光と同軸となるように、加工用のレーザ光と同一の光路を導光される。
レーザ光の焦点の位置は、レーザ光の波長に応じて射出光軸に沿う方向に変化する。したがって、加工用のレーザ光の波長とは異なる波長のレーザ光Lをツール座標系Σtの設定に使用する場合には、ステップSB8において、波長の差異を考慮して加工用のレーザ光の焦点の位置が算出される。
In the above-described embodiment, the laser light L used for setting the tool coordinate system Σt may be the laser light used for processing the workpiece W or may be a laser light different from the processing laser light. Good. For example, when the processing laser light is invisible light such as infrared light, the visible laser light may be used for setting the tool coordinate system Σt. The setting laser light L is guided along the same optical path as the processing laser light so as to be coaxial with the processing laser light.
The position of the focal point of the laser light changes in the direction along the emission optical axis according to the wavelength of the laser light. Therefore, when the laser beam L having a wavelength different from the wavelength of the laser beam for processing is used for setting the tool coordinate system Σt, the focus of the laser beam for processing is taken into consideration in step SB8 in consideration of the difference in wavelength. The position is calculated.

上記実施形態において、レーザ加工ヘッド3が、レーザ光Lを射出光軸Aに交差する揺動軸回りに揺動させる走査部7をさらに備えていてもよい。
図7は、レーザ加工ヘッド3内の走査部7の一構成例を示している。この走査部7は、2つのガルバノミラー7a,7bを有するガルバノスキャナである。2つのガルバノミラー7a,7bの揺動軸S1,S2は、相互にねじれの位置に配置され、2つのガルバノミラー7a,7bの揺動に応じてレーザ光Lが2方向に揺動する。つまり、ガルバノミラー7a,7bの揺動角度に応じた角度だけレーザ光Lの射出光軸Aの角度が変化する。
符号7c,7dは、ガルバノミラー7a,7bを揺動軸S1,S2回りにそれぞれ揺動させるモータである。符号7eは、レーザ光Lを集光させるレンズである。
In the above embodiment, the laser processing head 3 may further include the scanning unit 7 that swings the laser light L around the swing axis that intersects the emission optical axis A.
FIG. 7 shows a configuration example of the scanning unit 7 in the laser processing head 3. The scanning unit 7 is a galvano scanner having two galvano mirrors 7a and 7b. The swing axes S1 and S2 of the two Galvano mirrors 7a and 7b are arranged at mutually twisted positions, and the laser light L swings in two directions according to the swing of the two Galvano mirrors 7a and 7b. That is, the angle of the emission optical axis A of the laser light L changes by an angle according to the swing angle of the Galvano mirrors 7a and 7b.
Reference numerals 7c and 7d are motors for swinging the Galvano mirrors 7a and 7b around the swing shafts S1 and S2, respectively. Reference numeral 7e is a lens that focuses the laser light L.

走査部7は、ロボットアーム2bの動作と比較して、レーザ光Lの射出光軸Aの方向を高い精度で制御することができる。したがって、ロボットアーム2bの動作に加えて走査部7の動作によって、基準点Pに対してレーザ光Lの方向を調整してもよい。
具体的には、ガルバノミラー7a,7bが基準角度(例えば、0°)に配置されている状態で、ロボットアーム2bの動作によってレーザ光Lが基準点Pへ略向かうようレーザ加工ヘッド3を位置決めされる。続いて、ガルバノミラー7a,7bの揺動によってレーザ光Lが揺動させられ、射出光軸Aに沿う反射レーザ光L’が検出部4によって検出される角度にレーザ光Lの揺動角度が調整される。
The scanning unit 7 can control the direction of the emission optical axis A of the laser light L with high accuracy as compared with the operation of the robot arm 2b. Therefore, the direction of the laser light L with respect to the reference point P may be adjusted by the operation of the scanning unit 7 in addition to the operation of the robot arm 2b.
Specifically, with the galvano mirrors 7a and 7b arranged at a reference angle (for example, 0°), the laser processing head 3 is positioned so that the laser light L substantially moves toward the reference point P by the operation of the robot arm 2b. To be done. Subsequently, the laser beam L is swung by the swing of the Galvano mirrors 7a and 7b, and the swing angle of the laser beam L is set to the angle at which the reflected laser beam L′ along the emission optical axis A is detected by the detection unit 4. Adjusted.

この場合、制御部5aは、ガルバノミラー7a,7bの揺動角度からレーザ光Lの揺動角度の調整量を算出し、走査部7によってレーザ光Lの揺動角度が調整されていない状態(ガルバノミラー7a,7bが基準角度に配置されている状態)で射出光軸Aに沿って正反射されたレーザ光Lが検出部4によって検出される位置にレーザ加工ヘッド3が位置合わせされた状態でのロボットアーム2bの先端の位置および姿勢を計算から求める。 In this case, the control unit 5a calculates the adjustment amount of the swing angle of the laser light L from the swing angles of the Galvano mirrors 7a and 7b, and the scanning unit 7 does not adjust the swing angle of the laser light L ( A state in which the laser processing head 3 is aligned with a position where the laser beam L specularly reflected along the emission optical axis A is detected by the detection unit 4 in a state where the Galvano mirrors 7a and 7b are arranged at the reference angle). The position and the posture of the tip of the robot arm 2b at are calculated.

上記実施形態において、反射面10aとして、半球状のミラーを使用することとしたが、他の形状の反射面10aを使用してもよい。
例えば、反射面10aが、半球面よりも小さい立体角を有する部分球面であり、反射部材10の外側に基準点となる曲率中心Pが存在してもよい。
あるいは、反射面10aは、基準点Pを中心とし複数の平坦面からなる多面体面であってもよい。この場合、各平坦面上の1つの特定点において、基準点Pへ向かうレーザ光Lが射出光軸Aに沿って正反射される。反射面10aは、このような特定点を有する任意の曲面であってもよい。
Although a hemispherical mirror is used as the reflecting surface 10a in the above embodiment, the reflecting surface 10a having another shape may be used.
For example, the reflecting surface 10a may be a partial spherical surface having a solid angle smaller than that of the hemispherical surface, and the curvature center P serving as a reference point may exist outside the reflecting member 10.
Alternatively, the reflecting surface 10a may be a polyhedral surface having a plurality of flat surfaces centered on the reference point P. In this case, the laser beam L traveling toward the reference point P is regularly reflected along the emission optical axis A at one specific point on each flat surface. The reflecting surface 10a may be an arbitrary curved surface having such a specific point.

上記実施形態において、ロボットアーム2bの各姿勢での焦点FのZ軸方向の位置を、計算によって求めることとしたが、これに代えて、レーザ加工ヘッド3から焦点FまでのZ軸方向の距離を他の手段によって測定してもよい。例えば、焦点Fが反射面10aに一致している状態で、レーザ加工ヘッド3に設けられたレーザ距離測定器によって反射面10aまでの距離を測定してもよい。 In the above embodiment, the position of the focus F in the Z-axis direction in each posture of the robot arm 2b is calculated, but instead of this, the distance from the laser processing head 3 to the focus F in the Z-axis direction. May be measured by other means. For example, the distance to the reflecting surface 10a may be measured by the laser distance measuring device provided in the laser processing head 3 in a state where the focal point F coincides with the reflecting surface 10a.

1 レーザ加工ロボット
2b ロボットアーム
3 レーザ加工ヘッド
4 検出部
4a 検出面
5a 制御部
7 走査部、ガルバノスキャナ
10a 反射面
A 射出光軸
A’ 反射光軸
F 焦点、加工点
L レーザ光
L’ 反射レーザ光
P 基準点、曲率中心
Σt ツール座標系
1 Laser processing robot 2b Robot arm 3 Laser processing head 4 Detection part 4a Detection surface 5a Control part 7 Scanning part, Galvano scanner 10a Reflective surface A Emission optical axis A'Reflected optical axis F focus, Processing point L Laser light L'Reflected laser Light P Reference point, center of curvature Σt Tool coordinate system

Claims (8)

ロボットアームと、
該ロボットアームの先端に取り付けられレーザ光を射出するレーザ加工ヘッドと、
該レーザ加工ヘッドに設けられ、該レーザ加工ヘッドの外部に配置された反射面から前記レーザ加工ヘッドへ、前記レーザ光の射出光軸に沿って正反射されたレーザ光を検出する検出部と、
前記ロボットアームを制御するとともに前記レーザ加工ヘッドの座標系を設定する制御部と、を備え、
前記反射面は、所定の基準点を中心とする球面または多面体面であり、前記所定の基準点へ向かう前記レーザ光を該レーザ光の射出光軸に沿って正反射し、
前記制御部は、
前記ロボットアームを動作させることによって、前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光が前記検出部によって検出される位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせし、
該レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、に基づいて前記射出光軸の方向を算出し、
算出された前記射出光軸の方向に基づいて前記レーザ加工ヘッドの座標系の軸を設定する、レーザ加工ロボット。
A robot arm,
A laser processing head attached to the tip of the robot arm for emitting laser light;
A detection unit provided on the laser processing head and detecting a laser beam specularly reflected along an emission optical axis of the laser beam from a reflection surface arranged outside the laser processing head to the laser processing head;
A control unit that controls the robot arm and sets the coordinate system of the laser processing head,
The reflection surface is a spherical surface or a polyhedron surface having a predetermined reference point as a center, and specularly reflects the laser light toward the predetermined reference point along an emission optical axis of the laser light,
The control unit is
By operating the robot arm, the laser processing head is aligned to a position where the laser light specularly reflected along the emission optical axis is detected by the detection unit,
Calculating the direction of the emission optical axis based on the position and orientation of the tip of the robot arm in a state where the laser processing head is aligned, and the position of the predetermined reference point;
A laser processing robot that sets an axis of a coordinate system of the laser processing head based on the calculated direction of the emission optical axis.
前記検出部は、前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光が入射する2次元の検出面を有し、該検出面は、前記射出光軸に沿って正反射された前記レーザ光の光軸が前記検出面の中心に位置するように配置されている、請求項1に記載のレーザ加工ロボット。 The detection unit has a two-dimensional detection surface on which the laser light specularly reflected along the emission optical axis is incident, and the detection surface of the laser light specularly reflected along the emission optical axis. The laser processing robot according to claim 1, wherein the optical axis is arranged so as to be located at the center of the detection surface. 前記レーザ加工ヘッドが、該レーザ加工ヘッドの外部の焦点に収束する前記レーザ光を射出し、
前記検出部が、前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光の光束径または明るさを検出し、
前記制御部が、
前記ロボットアームを動作させることによって、前記検出部によって検出される前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光の光束径が最小または明るさが最大となる位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせし、
該レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、前記所定の基準点から前記反射面までの距離と、に基づいて前記ロボットアームの先端に対する前記焦点の位置を算出し、
算出された前記焦点の位置に基づいて前記レーザ加工ヘッドのツールセンタポイントを設定する、請求項1または請求項2に記載のレーザ加工ロボット。
The laser processing head emits the laser light that converges to a focal point outside the laser processing head,
The detection unit detects the luminous flux diameter or the brightness of the laser light regularly reflected along the emission optical axis,
The control unit,
By operating the robot arm, the laser processing head is aligned at a position where the luminous flux diameter of the laser light specularly reflected along the emission optical axis detected by the detection unit is minimum or maximum brightness. Then
The position and orientation of the tip of the robot arm in a state where the laser processing head is aligned, the position of the predetermined reference point, and the distance from the predetermined reference point to the reflecting surface, Calculate the position of the focus with respect to the tip of the robot arm,
The laser processing robot according to claim 1, wherein a tool center point of the laser processing head is set based on the calculated position of the focus.
前記レーザ加工ヘッドが、前記レーザ光を前記射出光軸に交差する揺動軸回りに揺動させる走査部を備える、請求項1から請求項3のいずれかに記載のレーザ加工ロボット。 The laser processing robot according to claim 1, wherein the laser processing head includes a scanning unit that swings the laser light around a swing axis that intersects the emission optical axis. 前記制御部が、
前記ロボットアームの動作による前記レーザ加工ヘッドの位置合わせの後に、前記走査部を動作させることによって、前記レーザ光の前記揺動軸回りの揺動角度を前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光が前記検出部によって検出される角度に調整し、
前記レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、前記レーザ光の揺動角度と、に基づいて前記射出光軸の方向を算出する、請求項4に記載のレーザ加工ロボット。
The control unit,
After the positioning of the laser processing head by the operation of the robot arm, the scanning section is operated to specularly reflect the swing angle of the laser beam around the swing axis along the emission optical axis. Adjust the laser light to the angle detected by the detector,
The direction of the emission optical axis based on the position and posture of the tip of the robot arm in a state where the laser processing head is aligned, the position of the predetermined reference point, and the swing angle of the laser beam. The laser processing robot according to claim 4, wherein:
ロボットアームの先端に取り付けられたレーザ加工ヘッドのツール座標系を反射面を使用して設定する方法であって、前記反射面は、前記レーザ加工ヘッドの外部に配置され、所定の基準点を中心とする球面または多面体面であり、前記所定の基準点へ向かうレーザ光を該レーザ光の射出光軸に沿って正反射し、
前記ロボットアームを動作させることによって、前記反射面によって前記レーザ光が前記射出光軸に沿って正反射される位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせする工程と、
前記レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、に基づいて前記射出光軸の方向を算出する工程と、
算出された前記射出光軸の方向に基づいて前記レーザ加工ヘッドの座標系の軸を設定する工程と、を含む、ツール座標系設定方法。
A method for setting a tool coordinate system of a laser processing head attached to a tip of a robot arm using a reflecting surface, wherein the reflecting surface is arranged outside the laser processing head and is centered on a predetermined reference point. Is a spherical surface or a polyhedral surface, and specularly reflects the laser light toward the predetermined reference point along the emission optical axis of the laser light,
Positioning the laser processing head at a position where the laser light is specularly reflected along the emission optical axis by the reflecting surface by operating the robot arm;
Calculating the direction of the emission optical axis based on the position and orientation of the tip of the robot arm in a state where the laser processing head is aligned, and the position of the predetermined reference point;
Setting a coordinate system axis of the laser processing head based on the calculated direction of the emission optical axis.
前記レーザ加工ヘッドが、該レーザ加工ヘッドの外部の焦点に収束する前記レーザ光を射出し、
前記ロボットアームを動作させることによって、前記射出光軸に沿って正反射されるレーザ光の光束径が最小または明るさが最大となる位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせする工程と、
前記レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、前記所定の基準点から前記反射面までの距離と、に基づいて前記ロボットアームの先端に対する前記焦点の位置を算出する工程と、
算出された前記焦点の位置に基づいてツールセンタポイントを設定する工程と、を含む、請求項6に記載のツール座標系設定方法。
The laser processing head emits the laser light that converges to a focal point outside the laser processing head,
Aligning the laser processing head to a position where the beam diameter of the laser light specularly reflected along the emission optical axis is minimum or maximum by operating the robot arm,
Based on the position and posture of the tip of the robot arm in a state where the laser processing head is aligned, the position of the predetermined reference point, and the distance from the predetermined reference point to the reflecting surface, Calculating the position of the focal point relative to the tip of the robot arm;
7. The tool coordinate system setting method according to claim 6, further comprising: setting a tool center point based on the calculated position of the focus.
前記反射面が、一定の曲率を有し前記所定の基準点を曲率中心とする凸球面である、請求項6または請求項7に記載のツール座標系設定方法。 The tool coordinate system setting method according to claim 6 or 7, wherein the reflecting surface is a convex spherical surface having a constant curvature and having the predetermined reference point as a center of curvature.
JP2019018852A 2019-02-05 2019-02-05 Laser processing robot and tool coordinate system setting method Active JP7239338B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019018852A JP7239338B2 (en) 2019-02-05 2019-02-05 Laser processing robot and tool coordinate system setting method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019018852A JP7239338B2 (en) 2019-02-05 2019-02-05 Laser processing robot and tool coordinate system setting method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020124728A true JP2020124728A (en) 2020-08-20
JP7239338B2 JP7239338B2 (en) 2023-03-14

Family

ID=72084583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019018852A Active JP7239338B2 (en) 2019-02-05 2019-02-05 Laser processing robot and tool coordinate system setting method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7239338B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04365586A (en) * 1991-06-14 1992-12-17 Toyota Autom Loom Works Ltd Optical axis aligning method and orthogonal axis aligning method for hand eye
JP2004223596A (en) * 2003-01-27 2004-08-12 Niigata Prefecture Method for simply adjusting multi-shaft of three-dimensional laser machine, and measurement method on machine by guide laser
JP2006035290A (en) * 2004-07-29 2006-02-09 Fanuc Ltd Three-dimensional laser beam machine
JP2009525883A (en) * 2006-02-03 2009-07-16 ギルソン インコーポレイテッド Alignment correction system and method of using the same
JP2010214393A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Nissan Motor Co Ltd Laser beam welding apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04365586A (en) * 1991-06-14 1992-12-17 Toyota Autom Loom Works Ltd Optical axis aligning method and orthogonal axis aligning method for hand eye
JP2004223596A (en) * 2003-01-27 2004-08-12 Niigata Prefecture Method for simply adjusting multi-shaft of three-dimensional laser machine, and measurement method on machine by guide laser
JP2006035290A (en) * 2004-07-29 2006-02-09 Fanuc Ltd Three-dimensional laser beam machine
JP2009525883A (en) * 2006-02-03 2009-07-16 ギルソン インコーポレイテッド Alignment correction system and method of using the same
JP2010214393A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Nissan Motor Co Ltd Laser beam welding apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP7239338B2 (en) 2023-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10502555B2 (en) Laser processing system having measurement function
US10744645B2 (en) Measurement system
JP5615416B2 (en) Automatic measurement of dimensional data by laser tracker
CN109551518B (en) Measurement system
EP1190818B1 (en) Position-orientation recognition device
JP2017019072A (en) Position measurement system
JP2007098416A (en) Laser welding equipment and method, laser beam irradiation device
JPH06300542A (en) Shape feature extraction device with two-dimensional laser pattern and two-dimensional laser pattern
WO1997024206A1 (en) Composite sensor robot system
JP6603289B2 (en) Robot, robot system, and robot coordinate system setting method
WO1994015748A1 (en) Height sensor of laser robot
KR102083555B1 (en) A welding robot and a welding method using the same
JP7239338B2 (en) Laser processing robot and tool coordinate system setting method
US11400547B2 (en) Laser machine
CN206740074U (en) Laser relative position measurement instrument
US20230356326A1 (en) Laser processing system and control method
JP7201534B2 (en) Actual measurement device and program
CN107044826A (en) Laser relative position measurement instrument
US20180178323A1 (en) Laser processing head and laser processing system including the same
WO2022259538A1 (en) Position-measuring device, position-measuring system, and measuring device
WO2022186054A1 (en) Teaching point generation device that generates teaching points on basis of output of sensor, and teaching point generation method
CN112008717A (en) Camera and robot system
KR20230045736A (en) A method and apparatus for controlling a robot using feedback from a laser tracker
CN110891770A (en) Quasi-synchronous laser welding method
JPH01114907A (en) Teaching device for three-dimensional robot

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211209

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221024

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221025

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230131

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230302

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7239338

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150