JP3592846B2 - Teaching method and apparatus for laser beam machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、CCDカメラ等の撮像手段を用いてティーチングを行うレーザ加工機におけるティーチング方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、レーザ加工のためのティーチングとしては、図8に示されているような可視光レーザKLBを用いて行うものがある。図8において、例えばレーザ加工ヘッド101から可視光レーザKLBを照射して、作業者が目視することによりワークWの上に照射される可視光レーザKLBを加工位置に合せてティーチングを行うものである。
【0003】
しかし、このような可視光レーザKLBを用いる場合には、作業者の目では可視光レーザKLBを視認しづらく焦点がはっきりしないため正確なティーチングを行うことができないという問題がある。このため、図9に示されているようなCCDカメラ103により加工位置を撮像してティーチングを行うものがある。
【0004】
図9において、例えばレーザ加工ヘッド105の内部にCCDカメラ103を設けて、集光レンズ107を通してワークWの表面にピントを合せて撮像し、その画像からレーザ加工ヘッド105を加工位置に合せてティーチングを行うものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CCDカメラ103の画像によりティーチングを行う場合においては、集光レンズ107がCCDカメラ103の結像レンズでもあるため、レーザ焦点距離を長くするとカメラの焦点深度も長くなり焦点がはっきりせず正確なティーチングが困難であるという問題がある。
【0006】
この発明の目的は、以上のような従来の技術に着目してなされたものであり、長焦点レーザレンズを使用したレーザ加工機においても正確なティーチングを行うことのできるCCDカメラ等の撮像手段を用いたレーザ加工機におけるティーチング方法及びその装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記のような問題に鑑みなされたものであって、請求項1に係る発明は、メインレーザビームをレーザ加工ヘッド内部に設けられた集光レンズを介してワーク上の加工位置に照射することによりレーザ加工を行うレーザ加工機におけるティーチング方法であって、前記集光レンズに前記メインレーザビームの光軸から離れた位置から前記光軸に平行に補助レーザビームを入射し前記集光レンズを介して前記加工位置に向け斜めに照射すると共に前記メインレーザビームの光軸と重なる位置におかれた撮像目標のワーク表面を前記集光レンズを介して撮像する工程と、前記補助レーザビームの照射により表示されたワーク表面の照射の位置を前記加工位置と一致させるべく前記レーザ加工ヘッドとワークの距離を調整する工程と、さらに前記照射の位置を前記加工位置と一致させた後、前記レーザ加工ヘッドの位置座標を記憶することによりティーチングを行う工程とを含み、前記照射の位置と前記加工位置とが一致しない場合は前記メインレーザビームの照射範囲の外側に前記補助レーザビームの照射が位置するレーザ加工機におけるティーチング方法である。
請求項2に係る発明は、メインレーザビームをレーザ加工ヘッド内部に設けられた集光レンズを介してワーク上の加工位置に照射することによりレーザ加工を行うレーザ加工機におけるティーチング装置であって、前記集光レンズに前記メインレーザビームの光軸から離れた位置から前記光軸に平行に補助レーザビームを入射し前記集光レンズを介して前記加工位置に向け斜めに照射する補助レーザ源と、前記メインレーザビームの光軸と重なる位置におかれた撮像目標のワーク表面を前記集光レンズを介して撮像する撮像手段と、この撮像された画像を表示する表示手段と、前記補助レーザビームにより照射されるワーク表面の照射の位置を前記加工位置と一致させるべく前記レーザ加工ヘッドとワークの距離を調整すると共に前記照射の位置を前記加工位置と一致させたときの前記レーザ加工ヘッドの位置座標を検出する位置検出手段と、この位置検出手段により検出された位置座標を記憶する記憶手段とを備え、前記照射の位置と前記加工位置とが一致しない場合は前記メインレーザビームの照射範囲の外側に前記補助レーザビームの照射が位置するレーザ加工機におけるティーチング装置である。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態の例を図面に基づいて説明する。
【0009】
図2を参照するに、レーザ加工機として、例えばYAGレーザ発振器1のそばに多関節ロボット3が設けられている。この多関節ロボット3の手首部分5には前記YAGレーザ発振器1と光ファイバ7で連結されるレーザ加工ヘッド9が取付けられている。
【0010】
前記多関節ロボット3には、各関節において各腕を駆動する駆動モータ11(図3参照)が設けられており、この駆動モータ11には各腕の角度を測定する位置検出手段としての例えばロータリエンコーダ13(図3参照)等が設けられている。前記駆動モータ11及びロータリエンコーダ13はロボットコントローラ15に接続されている。
【0011】
従って、ロボットコントローラ15がロータリエンコーダ13により各腕の角度を検出しながら各駆動モータ11を制御することによりレーザ加工ヘッド9を所望の位置に移動、位置決めしてレーザ加工を行うものである。
【0012】
図3を参照するに、このロボットコントローラ15は主制御部としてのCPU17を有しており、このCPU17にはティーチング時に多関節ロボット3を作動させてレーザ加工ヘッド9を移動させるためのティーチングボックス19や、後述する撮像手段により映された画像を表示する表示手段としてのCRT21を有している。また、前述のロータリエンコーダ13がCPU17に接続されている。
【0013】
ロボットコントローラ15内部においては、記憶手段としてのメモリ23がCPU17に接続されており、また多関節ロボット3を作動させる各駆動モータ11を制御する軸制御部25が設けられている。
【0014】
図1にはレーザ加工ヘッド9が示されている。このレーザ加工ヘッド9には前記光ファイバ7が接続されており、レーザ加工ヘッド9の内部における光ファイバ7の先端前方(図1中右方向)にはコリメートレンズ27が取付けられている。このコリメートレンズ27の前方には所定の透過率を有する半透鏡29が設けられており、この半透鏡29の下方には集光レンズ31が設けられている。
【0015】
従って、光ファイバ7により送られてきたメインレーザビームLBは半透鏡29により下向きに向きを変えて集光レンズ31へ送られるため、焦点FPに集光してワークWにレーザ加工を行うことになる。
【0016】
一方、前記半透鏡29の上方には撮像手段であるCCDカメラ33が設けられており、このCCDカメラ33の横(図1中右側)には補助レーザビームである可視光レーザKLBを発する補助レーザ源としての可視光レーザ源35が下向き(図1中下向き)に設けられている。この可視光レーザ源35の下方における前記半透鏡29の側方には、可視光レーザ用のコリメートレンズ37が設けられている。
【0017】
従って、図1に示されるように、可視光レーザ源35から発せられた可視光レーザKLBはレーザ加工用の集光レンズ31によりワークWの表面に照射されるため、メインレーザビームLBの焦点FPと同じ位置に集光される。
【0018】
また、CCDカメラ33は半透鏡29及び集光レンズ31を介してワークWを撮像することからメインレーザビームLBと同じ経路をたどるため、CCDカメラ33の撮像目標TP(図4参照)と可視光レーザKLBが交わる点がメインレーザビームLBの焦点FPと一致することになる。
【0019】
図4及び図5を参照するに、メインレーザビームLBの焦点FPがワークWの表面にあっていない場合には、メインレーザビームLBは撮像目標TPを中心としてある範囲に分布する状態となっており、可視光レーザKLBはメインレーザビームLBの外側を照射する。これは、図5に示されるようにワークWの下方に焦点FPがある場合のみならず、ワークWの上方に焦点FPがある場合も全く同様である。
【0020】
このため、図6及び図7を併せて参照するに、ティーチングを行う場合には、CRT21に表示される画像39を見ながらティーチングボックス19により軸制御部25を直接制御してレーザ加工ヘッド9を移動させ、CCDカメラ33の撮像目標TPと可視光レーザKLBを一致させると共に加工位置である例えば溶接線41上に位置決めして、この時のレーザ加工ヘッド9の位置をロータリエンコーダ13により検出してメモリ23に入力することによりティーチングを行う。
【0021】
以上の結果から、撮像目標TPと可視光レーザKLBを一致させることにより、メインレーザビームLBの焦点をワークW表面の加工位置に確実に合せることができるので、正確なティーチングを容易に行うことができる。
【0022】
また、補助レーザである可視光レーザKLBをメインレーザビームLBの光軸からずらした位置に配置すると共に、共通の集光レンズ31を使用しているため、集光レンズの焦点距離が長い場合でも明確な焦点を認めることができ、正確なティーチングを行うことができる。
【0023】
なお、この発明は前述の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行なうことにより、その他の態様で実施し得るものである。すなわち、前述の実施の形態においては多関節ロボット3を用いた三次元レーザ加工機について説明したが、これに限らず、ごく一般的な二次元のレーザ加工機におけるティーチングにも適用することができる。
【0024】
また、前述の実施の形態においては、レーザ加工ヘッド9の内部に可視光レーザ源35を設けたが、これに代わり可視光レーザ源をレーザ加工ヘッド9の外部に設けて光ファイバで導くようにしても全く同様である。
【0025】
また、前述の実施の形態においてはレーザ加工として溶接を例にとったが、レーザによる切断の場合でも同様に適用できる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によるレーザ加工機におけるティーチング方法では、同一の集光レンズを通して撮像し、あるいは補助レーザビームを照射するので撮像目標及び補助レーザビームは共にメインレーザビームの焦点を通過する。このことから、補助レーザビームと撮像目標が一致する点がメインレーザビームの焦点となるのでメインレーザビームの焦点位置を明確に検出することができ、補助レーザビームと撮像目標が一致する点をワーク表面の加工位置に合せて、その時のレーザ加工ヘッドの座標値を検出して記憶することにより正確なティーチングを行うことができる。また、同一の集光レンズを使用しているので、集光レンズの焦点距離にかかわらず正確なティーチングを行うことができる。
請求項2の発明によるレーザ加工機におけるティーチング装置では、撮像手段によるワーク表面の撮像及び補助レーザ源から発せられる補助レーザビームが共に同一の集光レンズを通るので、撮像目標及び補助レーザビームは共にメインレーザビームの焦点を通過する。このことから、補助レーザビームと撮像目標が一致する点がメインレーザビームの焦点となるのでメインレーザビームの焦点位置を明確に検出することができ、表示手段により表示される画像を見ながら補助レーザビームと撮像目標が一致する点をワーク表面の加工位置に合せて、その時のレーザ加工ヘッドの座標値を位置検出手段により検出して記憶手段により記憶することにより正確なティーチングを行うことができる。また、同一の集光レンズを使用しているので、集光レンズの焦点距離にかかわらず正確なティーチングを 行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るレーザ加工機におけるティーチング装置に用いるレーザ加工ヘッドを示す断面図である。
【図2】この発明に係るレーザ加工機におけるティーチング装置を示す全体図である。
【図3】ロボットコントローラの内部構成を示すブロック図である。
【図4】焦点が加工位置に一致していない状態を示す表示画面である。
【図5】図4の状態を示す断面図である。
【図6】焦点が加工位置に一致している適正なティーチング状態を示す表示画面である。
【図7】図6の状態を示す断面図である。
【図8】従来における可視光レーザを用いたティーチング方法を示す説明図である。
【図9】従来におけるCCDカメラを用いたティーチング方法を示す説明図である。
【符号の説明】
3 多関節ロボット(レーザ加工機)
9 レーザ加工ヘッド
13 ロータリエンコーダ(位置検出手段)
21 CRT(表示手段)
23 メモリ(記憶手段)
31 集光レンズ
33 CCDカメラ(撮像手段)
35 可視光レーザ源(補助レーザ源)
W ワーク
LB メインレーザビーム
KLB 可視光レーザ(補助レーザビーム)
TP 撮像目標[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a teaching method and apparatus in a laser processing machine that performs teaching using an imaging means such as a CCD camera.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as teaching for laser processing, there is one performed using a visible light laser KLB as shown in FIG. In FIG. 8, for example, the visible light laser KLB is irradiated from the
[0003]
However, when such a visible light laser KLB is used, there is a problem that it is difficult to visually recognize the visible light laser KLB with the eyes of the operator and the focus is not clear, so that accurate teaching cannot be performed. For this reason, there is a type that performs teaching by imaging a processing position by a
[0004]
In FIG. 9, for example, a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when teaching is performed using an image from the
[0006]
An object of the present invention is made by paying attention to the conventional technology as described above, and an imaging means such as a CCD camera that can perform accurate teaching even in a laser processing machine using a long focus laser lens. It is an object of the present invention to provide a teaching method and apparatus for the laser beam machine used.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and the invention according to claim 1 irradiates a processing position on a workpiece with a main laser beam through a condensing lens provided inside a laser processing head. A teaching method in a laser processing machine for performing laser processing by making an auxiliary laser beam incident on the condenser lens parallel to the optical axis from a position away from the optical axis of the main laser beam. Irradiating obliquely toward the processing position via the optical axis and imaging the work surface of the imaging target placed at a position overlapping the optical axis of the main laser beam via the condenser lens; and Adjusting the distance between the laser processing head and the workpiece so as to make the irradiation position of the workpiece surface displayed by irradiation coincide with the machining position; And the step of teaching by storing the position coordinates of the laser processing head after matching the irradiation position with the processing position, and if the irradiation position and the processing position do not match, This is a teaching method in a laser processing machine in which irradiation of the auxiliary laser beam is located outside the irradiation range of the main laser beam.
The invention according to
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0009]
Referring to FIG. 2, as a laser processing machine, for example, an articulated
[0010]
The articulated
[0011]
Accordingly, the
[0012]
Referring to FIG. 3, the
[0013]
Inside the
[0014]
FIG. 1 shows a laser processing head 9. The
[0015]
Accordingly, since the main laser beam LB sent by the
[0016]
On the other hand, a
[0017]
Accordingly, as shown in FIG. 1, since the visible light laser KLB emitted from the visible
[0018]
Further, since the
[0019]
4 and 5, when the focal point FP of the main laser beam LB is not on the surface of the workpiece W, the main laser beam LB is distributed in a certain range around the imaging target TP. The visible light laser KLB irradiates the outside of the main laser beam LB. This is the same not only when the focal point FP is below the workpiece W as shown in FIG. 5 but also when the focal point FP is above the workpiece W.
[0020]
Therefore, referring to FIGS. 6 and 7 together, when teaching is performed, the
[0021]
From the above results, by matching the imaging target TP with the visible light laser KLB, the focus of the main laser beam LB can be reliably adjusted to the processing position on the surface of the workpiece W, so that accurate teaching can be easily performed. it can.
[0022]
In addition, since the visible light laser KLB, which is an auxiliary laser, is arranged at a position shifted from the optical axis of the main laser beam LB and the
[0023]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in other modes by making appropriate modifications. That is, in the above-described embodiment, the three-dimensional laser processing machine using the articulated
[0024]
In the above-described embodiment, the visible
[0025]
In the above-described embodiment, welding is taken as an example of laser processing, but the present invention can be similarly applied to cutting by laser.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, in the teaching method in the laser processing machine according to the first aspect of the present invention, imaging is performed through the same condenser lens or irradiation of the auxiliary laser beam, so that both the imaging target and the auxiliary laser beam are the focal points of the main laser beam. Pass through. Therefore, the point where the auxiliary laser beam and the imaging target coincide with each other becomes the focal point of the main laser beam, so that the focal position of the main laser beam can be clearly detected. Accurate teaching can be performed by detecting and storing the coordinate value of the laser processing head at that time in accordance with the processing position on the surface. Further, since the same condenser lens is used, accurate teaching can be performed regardless of the focal length of the condenser lens.
In the teaching device in the laser beam machine according to the second aspect of the present invention, since the imaging of the workpiece surface by the imaging means and the auxiliary laser beam emitted from the auxiliary laser source pass through the same condenser lens, both the imaging target and the auxiliary laser beam are Passes the focal point of the main laser beam. Therefore, the point where the auxiliary laser beam and the imaging target coincide with each other becomes the focal point of the main laser beam, so that the focal position of the main laser beam can be clearly detected, and the auxiliary laser is viewed while viewing the image displayed by the display means. Accurate teaching can be performed by matching the point where the beam and the imaging target coincide with the machining position on the workpiece surface, detecting the coordinate value of the laser machining head at that time by the position detection means, and storing it by the storage means. Further, since the same condenser lens is used, accurate teaching can be performed regardless of the focal length of the condenser lens .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a laser processing head used in a teaching device in a laser processing machine according to the present invention.
FIG. 2 is an overall view showing a teaching device in a laser beam machine according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of a robot controller.
FIG. 4 is a display screen showing a state where the focal point does not coincide with the machining position.
5 is a cross-sectional view showing the state of FIG.
FIG. 6 is a display screen showing a proper teaching state in which the focal point coincides with the machining position.
7 is a cross-sectional view showing the state of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a conventional teaching method using a visible light laser.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a conventional teaching method using a CCD camera.
[Explanation of symbols]
3 Articulated robot (laser processing machine)
9 Laser processing head 13 Rotary encoder (position detection means)
21 CRT (display means)
23 Memory (storage means)
31
35 Visible laser source (auxiliary laser source)
W Work LB Main laser beam KLB Visible light laser (auxiliary laser beam)
TP imaging target
Claims (2)
前記集光レンズに前記メインレーザビームの光軸から離れた位置から前記光軸に平行に補助レーザビームを入射し前記集光レンズを介して前記加工位置に向け斜めに照射すると共に前記メインレーザビームの光軸と重なる位置におかれた撮像目標のワーク表面を前記集光レンズを介して撮像する工程と、 An auxiliary laser beam is incident on the condenser lens from a position away from the optical axis of the main laser beam in parallel to the optical axis, and is irradiated obliquely toward the processing position via the condenser lens and the main laser beam. Imaging the workpiece surface of the imaging target placed at a position overlapping the optical axis of the optical axis through the condenser lens;
前記補助レーザビームの照射により表示されたワーク表面の照射の位置を前記加工位置と一致させるべく前記レーザ加工ヘッドとワークの距離を調整する工程と、 Adjusting the distance between the laser processing head and the workpiece so as to match the irradiation position of the workpiece surface displayed by the irradiation of the auxiliary laser beam with the processing position;
さらに前記照射の位置を前記加工位置と一致させた後、前記レーザ加工ヘッドの位置座標を記憶することによりティーチングを行う工程とを含み、 Furthermore, after matching the position of the irradiation with the processing position, teaching by storing the position coordinates of the laser processing head,
前記照射の位置と前記加工位置とが一致しない場合は前記メインレーザビームの照射範囲の外側に前記補助レーザビームの照射が位置することを特徴とするレーザ加工機におけるティーチング方法。 A teaching method in a laser processing machine, wherein the irradiation of the auxiliary laser beam is positioned outside the irradiation range of the main laser beam when the irradiation position and the processing position do not coincide with each other.
前記集光レンズに前記メインレーザビームの光軸から離れた位置から前記光軸に平行に補助レーザビームを入射し前記集光レンズを介して前記加工位置に向け斜めに照射する補助レーザ源と、 An auxiliary laser source that irradiates the converging lens with an auxiliary laser beam parallel to the optical axis from a position away from the optical axis of the main laser beam and obliquely irradiates the processing position through the condensing lens;
前記メインレーザビームの光軸と重なる位置におかれた撮像目標のワーク表面を前記集光レンズを介して撮像する撮像手段と、 Imaging means for imaging the workpiece surface of the imaging target placed at a position overlapping the optical axis of the main laser beam through the condenser lens;
この撮像された画像を表示する表示手段と、 Display means for displaying the captured image;
前記補助レーザビームにより照射されるワーク表面の照射の位置を前記加工位置と一致させるべく前記レーザ加工ヘッドとワークの距離を調整すると共に前記照射の位置を前記加工位置と一致させたときの前記レーザ加工ヘッドの位置座標を検出する位置検出手段と、 The laser when the distance between the laser processing head and the workpiece is adjusted so that the irradiation position of the workpiece surface irradiated by the auxiliary laser beam matches the processing position and the irradiation position matches the processing position. Position detecting means for detecting the position coordinates of the machining head;
この位置検出手段により検出された位置座標を記憶する記憶手段とを備え、 Storage means for storing the position coordinates detected by the position detection means,
前記照射の位置と前記加工位置とが一致しない場合は前記メインレーザビームの照射範囲の外側に前記補助レーザビームの照射が位置することを特徴とするレーザ加工機におけるティーチング装置。 A teaching apparatus in a laser processing machine, wherein the irradiation of the auxiliary laser beam is located outside the irradiation range of the main laser beam when the irradiation position and the processing position do not coincide with each other.
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