JP2649283B2 - ロボットの加工制御方法 - Google Patents

ロボットの加工制御方法

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JP2649283B2 JP2210797A JP21079790A JP2649283B2 JP 2649283 B2 JP2649283 B2 JP 2649283B2 JP 2210797 A JP2210797 A JP 2210797A JP 21079790 A JP21079790 A JP 21079790A JP 2649283 B2 JP2649283 B2 JP 2649283B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ワーク表面に対してロボット側の加工用ト
ーチを加工に適した所定距離に保ちながら、ワークの加
工作業を行うロボットの加工制御方法に関する。
(従来の技術) プレス成型された板金等に対する作業ロボットとし
て、例えばレーザビームを利用した自動切断ロボットが
広く採用されている。このような自動切断ロボットを用
いて切断作業を行うには、自動切断ロボットに対して、
被作業体であるワークの仮想切断線に関するティーチン
グデータを予め教示しておき、自動切断作業を行う場合
は、加工用トーチがこのティーチングデータに従って移
動し、3次元的な滑らかな切断線を描くように動作す
る。
ところが、多数の同一種類のワークの表面は、必ずし
も互いに全く同じ凹凸を有しているわけではなく、プレ
スによるひずみ等の原因によってワークごとに凹凸が多
少異なるのが普通である。しかし、その結果としてトー
チとワーク表面との距離が一定でなくなると、レーザビ
ームの焦点とワーク表面との関係がずれて、良好に切断
できなくなることがある。
そこで、ティーチングデータに従ってトーチを移動さ
せる際に、さらに、トーチとワーク表面との距離を一定
に保つような制御が行われており、例えば、トーチにワ
ーク表面との距離を相互間の静電容量の変化によって計
測する距離センサを設け、この距離センサによってトー
チとワーク表面との相互間距離を検出し、この距離が略
一定となるようにトーチを移動させて相互間距離を所定
距離に制御し、レーザビームの焦点とワーク表面との関
係を所望に保つ方式が採用されていた。
また、ロボットによるワークの切断作業中において、
不用意にトーチがワーク表面に接触もしくは異常接近し
た場合には、接触状態を示す距離センサ側からのセンサ
出力信号、即ち、接触検知信号が送信され、この接触検
知信号によりロボットの制御部が接触エラーを判断して
ロボットの動作を停止させ、切断作業を中断する構成と
されていた。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記接触検知信号が、トーチとワーク
との真の接触による場合だけでなく、トーチ先端部周辺
の雰囲気によって偶然に発生する場合、例えばワークの
切断粉が吹き上げられた際の静電容量の値によっても接
触検知信号が発生する場合があり、この誤検出による接
触検知信号によっても、上記同様ロボットの動作が停止
され、切断作業を中断していた。特に厚板の切断作業に
あっては切断粉の吹き返し量も多く、上記の如く誤検出
による接触検知信号の発生のおそれも多く、従って、切
断作業の中断も多く生じ、作業能率低下を招くと共に、
ロボットの動作の停止によって、円滑な自動化が図れな
い欠点があった。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、作業能率の向上
及び良好な自動化が図れるロボットの加工制御方法を提
供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するための技術的手段は、ロボットの
加工用トーチとこれに対向するワーク表面との間の相互
間距離を検出する距離センサのセンサ出力信号に応じ
て、相互間距離を所定の加工基準距離に保つトーチ距離
制御装置を備え、トーチ距離制御装置でトーチ位置を制
御しながらワーク表面上を動作させてワークの加工作業
を行うロボットの加工制御方法において、前記トーチ距
離制御装置は、前記ワークの加工作業中に、距離センサ
によってトーチとワークとの接触状態が検出されると、
一旦、トーチをワーク表面側から離れる方向に一定距離
退避操作し、退避後、再度トーチ距離制御装置によりト
ーチとワークとの相互間距離を所定の加工基準距離に復
帰させて加工作業を続行する点にある。
(作用) 本発明によれば、ロボットによるワークの加工作業中
に、トーチとワークとの相互間の真の接触によるもの
か、誤検出によるものかに拘らず、距離センサによって
接触状態が検出されると、前記トーチ距離制御装置によ
り無条件に一旦、トーチがワーク表面側から離れる方向
に一定距離だけ退避操作され、退避後、再度トーチ距離
制御装置によるトーチ位置の制御動作により、トーチと
ワークとの相互間距離を所定の加工基準距離に復帰させ
て引き続きトーチを制御しながらワークの加工作業を続
行するため、距離センサによる接触状態の検出の都度、
ロボットが停止されず、加工作業が連続的に行われる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
第1図は、この発明を適用するロボットの一例として
の、直角座標型レーザ切断ロボットの全体概略斜視図で
ある。同図において、このロボットRBには、基台1の上
に、図示省略のモータM1によってX方向(水平方向)に
移動操作自在な移動台2が備えられており、この移動台
2の上にワークが載置される。
基台1の両側方には夫々コラム3が立設されており、
両コラム3の頂部間に亘ってビーム4が架設されてい
る。ビーム4には、図のZ方向(鉛直方向)に延びると
ともに、モータM2によってビーム4長手方向に沿って、
即ちY方向(X方向と直交する水平方向)に移動操作自
在とされた移動コラム5が装着されている。
移動コラム5の下端には、モータM3によってZ方向に
昇降操作自在とされた旋回台6が設けられ、旋回台6は
図示省略のモータM4によって上下方向の軸心回りに旋回
操作自在とされている。また旋回台6の旋回中心から一
側に偏位した旋回台6下面側から下向き突出状にアーム
7が設けられており、アーム7は旋回台6の旋回操作に
よって旋回中心回り、即ちθ方向に回動操作自在とされ
ている。
アーム7の下端部一側には図示省略のモータM5によっ
て水平軸心回り、即ちψ方向に回動操作自在とされた加
工用レーザトーチTが装着されている。そして、このト
ーチTを利用して、トーチTとワーク表面との距離を検
出する距離センサとしてのハイトセンサHS(後述す
る。)が構成されている。
8はレーザ発振装置で、レーザガイドパイプ9を通じ
てトーチT側にレーザビームを供給する。10は制御装置
で、後述するトーチ距離制御回路やマイクロコンピュー
タ等が内臓されており、操作盤11には、キーボードやデ
ィスプレイ等が設けられている。また、外部コンピュー
タ12は種々のデータの入出力やデータ処理を行なうため
のものであり、CRT13やキーボード14等を備えている。
第2図はロボットRBの電気的構成の概略ブロック図を
示しており、制御装置10に内臓されたマイクロコンピュ
ータ21には、バスBLを介して、上記モータM1〜M5や、こ
れらのモータM1〜M5の回転角を検知するエンコーダE1
E5(第1図中には図示せず)を含んだ機構駆動系23,レ
ーザ発振装置8,操作盤11,外部コンピュータ12等が接続
されている。
レーザトーチTには、レーザ発振装置8からレーザビ
ームが案内される他、レーザトーチTの先端部に設けら
れたハイトセンサHSを用いて、レーザトーチTとワーク
Wとの相互間距離がトーチ距離制御回路22によって検出
される。なお、このシステムは、上位のホストシステム
(図示せず)の制御下で動作させることもできる。
第3図は、レーザトーチTの詳細を示す部分断面図で
ある。図において、レーザトーチTの円筒状のハウジン
グ30の下部は、その下端にあるトーチ孔31に向かって円
錐状に内外径が減少するノズルチップ32となっている。
トーチ孔31部分におけるノズルチップ32の外周部は、ワ
ークWと対向する部分の平面積を大きくしたハイトセン
サHSとされている。また、ハウジング30内にはレンズ33
が設けられており、レーザ発振装置8から案内されたレ
ーザビームLBがレンズ33で絞られてワークWに照射され
る。
ハイトセンサHSは、レーザトーチTがワークWに向け
られると、ワークWとノズルチップ32クリアランスl
(相互間距離)を静電容量の変化で検出するセンサであ
る。すなわち、予め設定したレーザトーチTとワークW
の相互間距離に対して、両者が互いに近づくと静電容量
が増大し、逆に両者が互いに離れると静電容量が減少す
る。従って、レーザトーチTとアーム7とを電気的に絶
縁しておき、ハイトセンサHSで検出された静電容量を所
定の基準値と比較すれば、レーザトーチTとワークWと
の実際の相互間距離が予め設定された相互間距離に対し
て小さいか大きいかを判断することができる。
第4図はトーチ距離制御装置の構成を示すブロック図
である。図において、機構駆動系23のエンコーダEi(i
=1〜5)は、例えばタコジェネレータ等によって実現
される速度検出器TGと、例えばパルスゼネレータ等によ
って実現される位相検出器PGとを有して構成されてい
る。また、機構駆動系23は、速度検出器TGからの速度信
号αをフィードバックする速度制御器K1と、位相検出
器PGからの位置信号αをフィードバックする位置制御
器K2とを備えている。なお、機構駆動系23には、トーチ
距離制御部22からの位置補正信号Δα(後述する。)
が与えられる他に、マイクロコンピュータ21からは位置
設定信号αioが与えられている。
一方、トーチ距離制御回路22は、レーザトーチT先端
のハイトセンサHSと接続されてハイトセンサHSとワーク
Wとの間の静電容量を測定するためのセンサアンプ221
と、主コントローラ222と、主コントローラ222から与え
られる距離補正信号Δl(後述する。)を位置補正信号
Δαに変換する座標変換回路223とを備えている。
センサアンプ221は、ハイトセンサHSとワークWとの
間の静電容量に依存したセンサ出力信号VSを、例えばア
ナログ電圧として出力し、このセンサ出力信号VSは主コ
ントローラ222内の信号処理回路222aに入力される。
また、ハイトセンサHSによって検出される静電容量が
予め設定された所定のしきい値を越えた場合には、セン
サ出力信号としてレーザトーチTとワークWとの接触も
しくは異常接近した、所謂接触状態を知らせる接触検知
信号Stを出力し、前述同様、主コントローラ222内の信
号処理回路222aに入力される。なお、ハイトセンサHSと
ワークWとの相方に接続される接触検知回路を設け、ハ
イトセンサHSとワークW間の抵抗値がゼロになった際
に、レーザトーチTとワークWとが接触したことを知ら
せる接触検知信号Stを出力する構成としてもよい。そし
て、ハイトセンサHSとワークWとの実際の距離lに応じ
たセンサ出力信号VSが信号処理回路222aに入力される
と、信号処理回路222aはそのセンサ出力信号VSを距離信
号Slに変換する。一方、オペレータが指定した加工基準
距離l0(例えば2mm)に対応した基準距離信号Sl0がマイ
クロコンピュータ21から信号処理回路222aに入力されて
おり、信号処理回路222aからは下式に示すように、距離
信号Slと基準距離信号Sl0との差を距離補正信号Δlと
して出力する。
Δl=Sl−Sl0 そして、距離補正信号Δlは座標変換回路233でロボ
ット座標系の各座標値α(i=1〜5。具体的にはX,
Y,Z,θ,ψの名座標値を示す。)の補正量を示す位置補
正信号Δαに変換され、例えば、レーザトーチTの姿
勢が鉛直状態にあっては、位置補正信号Δαは第1図
のZ方向にレーザトーチTを移動させる駆動量指示信号
であって、機構駆動系23の各モータMi(i=1〜5)の
うちのモータM3のサーボ系に与えられる信号となる。以
上のように、機構駆動系23によってレーザトーチTが移
動制御され、実際の距離lが加工基準距離l0と等しくな
ると距離補正信号Δlがゼロになる。ここにレーザトー
チTがワークWから常に一定の距離l0に保たれるように
制御されるトーチ距離制御装置を構成する。
また、前記接触検知信号Stが信号処理回路222aに入力
されると、信号処理回路222aは無条件に所定の距離補正
信号Δlxを出力し、座標変換回路223、機構駆動系23を
通じてレーザトーチTをワークW表面側から離れる方
向、即ち垂直方向に一定距離lx(例えば1〜2mm)だけ
退避操作される。この退避される一定距離lxはワークW
の切断処理可能なレーザトーチTとワークWとの相互間
距離の範囲内に対応する距離となるよう所定の距離補正
信号Δlxが設定されている。
第5図はロボットRBによるワークWの自動切断作業時
におけるレーザビームTとワークWとの相互間距離を制
御するロボットRBの加工制御方法のフローチャートであ
る。ロボットRBを作動させて(ステップS1)ワークWの
自動切断作業を開始すれば、レーザトーチTはワークW
と所定の加工基準距離l0有した状態でティーチングデー
タ1に基づいて移動され、ワークWを切断して行く。こ
の切断作業過程において、ステップS2ではハイトセンサ
HSがレーザトーチTとワークWとの接触状態を検出して
いるか否かを判断する。
接触状態を検出していなければ、ステップS3に移り、
トーチ距離制御回路22,機構駆動系23によってレーザト
ーチTとワークWとが所定の加工基準距離l0に保たれる
ように制御される。一方、接触状態を検出していれば、
ステップS4に移り、トーチ距離制御回路22,機構駆動系2
3によってレーザトーチTが無条件にワークW表面側か
ら一定距離lx退避される。
その後、ステップS5に移り、切断作業が終了したか否
かを判断し、切断作業が終了していなければ、ステップ
S2に戻り、上記動作が繰返される。そして切断作業が終
了すれば、ステップS6に移り、ロボットRBの動作が停止
し、ここに自動切断作業が終了する。
本実施例の加工制御方法によれば、ワークWの自動切
断作業中において、接触検知信号Stが出力されなければ
ステップS3に基づきハイトセンサHS側からのセンサ出力
信号VSに応じてトーチ距離制御回路22,機構駆動系23に
よりレーザトーチTとワークWとの相互間距離が所定の
加工基準距離l0に保たれながらティーチングデータに基
づいて切断作業が行われる。
また自動接続作業中において、接触検知信号Stが出力
された場合には、ステップS4に基づき、ハイトセンサHS
側からの接触検知信号Stによってトーチ距離制御回路2
2,機構駆動系23を通じて、一旦、レーザトーチtが無条
件に一定距離lx退避され、退避後、接触検知信号Stが解
除されていれば、ステップS3に基づき、再度、レーザト
ーチTとワークWとの相互間距離が所定の加工基準距離
l0となるようレーザトーチTの位置が制御されて復帰
し、所定の加工基準距離l0に保たれながら切断作業が続
行される。なお、退避後、接触検知信号Stが解除されて
いない場合には、接触検知信号Stが解除されるまでステ
ップS4の動作が繰返される。
従って、ロボットRBによるワークWに自動切断作業中
に、ワークWの切断粉の吹き上げ等によりハイトセンサ
HSによって接触状態が誤って検出された場合であっても
ロボットRBの動作が停止されず、切断作業が連続的に行
われ、作業能率が向上できると共に、ロボットRBによる
切断作業の自動化機能が良好に発揮できる。また、実際
にレーザトーチTとワークWとが接触したことによって
接触状態が検出された場合においては、レーザトーチT
が無条件に一定距離lxが退避されるため、レーザトーチ
Tの損傷が有効に防止できる。さらにレーザトーチTの
退避距離lxがワークWを切断処理可能とする相互間距離
の範囲内であるため、退避後の加工基準距離l0への復帰
も迅速に行われる。
第6図はロボットRBの加工制御方法の第2実施例を示
すフローチャートであり、前述同様、ロボットRBを作動
させて(ステップS1)ワークWの自動切断作業を開始す
れば、レーザトーチTはワークWと所定の加工基準距離
l0を有した状態でワークWを切断して行く。この切断作
業過程において、ステップS2で後述するステップS9のカ
ウンターのカウント値Nがゼロに解除され、その後、ス
テップS3で、ハイトセンサHSがレーザトーチTとワーク
Wとの接触状態を検出しているか否かを判断する。
接触状態を検出していなければ、ステップS4に移り、
前述同様、レーザトーチTとワークWとが所定の加工基
準距離l0に保たれるように制御される。その後、ステッ
プS5に移り、切断作業が終了したか否かを判断し、切断
作業が終了していなければ、ステップS2に戻る。また切
断作業が終了すれば、ステップS6に移り、ロボットRBの
動作が停止する。
一方、ステップS3で接触状態を検出していれば、ステ
ップS7に移り、前述同様、一定距離lX退避される。退避
後、ステップS8でハイトセンサHSがレーザトーチTとワ
ークWとが接触状態を検出しているか否かを判断する。
接触状態を検出していなければ、ステップS4に移り、
まだ接触状態を検出していればステップS9に移り、カウ
ンターのカウント値Nに1を加算し、その後ステップS1
0で、カウンターのカウント値Nが連続して接触状態を
検出する所定の設定回数a(例えばa=4)かどうかを
判断する。カウント値Nが設定回数aに達していなけれ
ば、ステップS7に戻り、上記動作が繰返される。またカ
ウント値Nが設定回数aに達すれば、ステップS6に移
り、ロボットRBが停止する。
この加工制御方法によれば、所定回数aの連続した接
触検知信号Stを検出した場合のみ、ロボットRBの動作が
停止され、必要以上のロボットRBの停止が有効に防止で
きる利点がある。
なお、加工基準距離lOはレーザビームLBのパワーや焦
点距離、ワークWの材質や板厚、加工速度等の切断条件
に応じて適宜決定すればよい。また退避距離lXも良好な
切断等の加工作業可能な所定の相互間距離の範囲内、即
ち加工作業に適した所定の静電容量範囲内の対応する相
互間距離に設定すればよい。さらに加工作業は切断作業
に限らず、溶接作業等であってもよい。また距離センサ
は静電容量検知式のものに限らず、磁気的や光学的な測
距手段等を用いてもよい。
(発明の効果) 以上のように本発明のロボットの加工制御方法によれ
ば、ワークの加工作業中に、距離センサによってトーチ
とワークとの接触状態が検出されると、トーチ距離制御
装置により一旦トーチをワーク表面側から離れる方向に
一定距離退避操作し、退避後、再度トーチ距離制御装置
によりトーチとワークとの相互距離を所定の加工基準距
離に復帰させて加工作業を続行する方法であり、距離セ
ンサによる接触状態の検出の都度、ロボットが停止され
ず、加工作業が連続的に行えるため、作業能率が向上で
きると共に良好な自動化が発揮できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用するロボットの全体概略斜視図、
第2図は第1図のロボットの電気的構成を示すブロック
図、第3図はレーザトーチの詳細構成を示す部分断面
図、第4図はトーチ距離制御装置の電気的構成を示すブ
ロック図、第5図は本発明の第1実施例を示すフローチ
ャート、第6図は第2実施例を示すフローチャートであ
る。 10……制御装置、11……操作盤、 12……外部コンピュータ、 21……マイクロコンピュータ、 22……トーチ距離制御回路、23……機構駆動系、 221……センサアンプ、 222……主コントローラ、 222a……信号処理回路、 223……座標変換回路、RB……ロボット、 T……レーザトーチ、W……ワーク、 HS……ハイトセンサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ロボットの加工用トーチとこれに対向する
    ワーク表面との間の相互間距離を検出する距離センサの
    センサ出力信号に応じて、相互間距離を所定の加工基準
    距離に保つトーチ距離制御装置を備え、トーチ距離制御
    装置でトーチ位置を制御しながらワーク表面上を動作さ
    せてワークの加工作業を行うロボットの加工制御方法に
    おいて、 前記トーチ距離制御装置は、前記ワークの加工作業中
    に、距離センサによってトーチとワークとの接触状態が
    検出されると、一旦、トーチをワーク表面側から離れる
    方向に一定距離退避操作し、退避後、再度トーチ距離制
    御装置によりトーチとワークとの相互間距離を所定の加
    工基準距離に復帰させて加工作業を続行することを特徴
    とするロボットの加工制御方法。
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