JP4469436B2 - Yagレーザ加工機のティーチング方法及びその装置 - Google Patents
Yagレーザ加工機のティーチング方法及びその装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元レーザ加工を行うYAGレーザ加工機においてYAGレーザ光の焦点位置をワークのレーザ加工点に合わせるティーチング方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ティーチング時には、ワークのレーザ加工点をYAGレーザ光と同軸上で撮影できるようにミラーが用いられ、このミラーに反射されたワークのレーザ加工点をCCDカメラで撮像し、この撮像された画像は電気的に送られてモニタに表示される。
【0003】
モニタ上にはクロスターゲットが備えられており、このクロスターゲットにYAGレーザ光の光軸を一致するように設定可能に設けられている。このようにYAGレーザ光の光軸に一致させたクロスターゲットをモニタ上でワークの溶接線に合わせるようにレーザ加工ヘッドを前後左右方向(ワークの表面上を二次元的な方向)に移動せしめることにより、YAGレーザ光の光軸をワークの溶接線に一致させるべくティーチングする。
【0004】
また、レーザ加工ヘッドのZ方向(高さ方向)を調整する方法としては、予めCCDカメラのピントがYAGレーザ光の焦点位置に一致するように調整しておき、実際のワークのレーザ加工点にYAGレーザ光の焦点位置を合わせるにはCCDカメラのピントが合う位置で決定する。
【0005】
上記の方法を順次繰り返しながらティーチングポイントが蓄積されてティーチングプログラムが作成される。
【0006】
実際にティーチングされたワークはそのままレーザ加工しても不良品が発生することはないが、同一形状のワークと取り替えてレーザ加工する場合は、ワークの設置精度及びワーク自体の形状精度などにより同一のティーチングプログラムでは溶接線等のレーザ加工位置が一致せず、外れるという事態が生じる。
【0007】
作業者は不良品の発生防止のために実際に加工する前に空運転をして溶接線が一致しているかを確認すると共にズレがあればティーチングポイントを修正したあとプレイバックを実行する。この確認修正作業はワークを取り替えるたびに実施しなければならない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、作業者がYAGレーザ光の焦点位置を決定する場合、CCDカメラのピントで判断するので、精度が悪く、加工不良が発生する可能性があるという問題点があった。
【0009】
また、ワークを交換した場合、作業者により必ずティーチングプログラムの確認と修正作業が必要となる。ワークが多数個ある場合にも全数を確認する必要があり、毎回人手が必要となるので手間がかかるという問題点があった。
【0010】
上記のような人手による作業を削減するために、精密な治具を製作してワークの設置精度を向上させる方法も考えられるが、20〜50個の小ロット製品の場合は治具の製作工数及び費用がかかりすぎるという問題点があった。
【0011】
また、ワークの形状精度を向上させるために、ワークを構成する各部品を精度良く製作することも可能であるが、製品のコストが高くなるという問題点があった。
【0012】
したがって、ワークを交換する毎に人手が介在するので自動化が困難な状態であるという問題点があった。
【0013】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、ティーチングの精度を向上せしめると共にワークを交換した際に発生する作業者のティーチングポイントの確認、修正作業をなくしたり、高精度な治具やワークを構成する部品を必要としなくてすむYAGレーザ加工機のティーチング方法及びその装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1によるこの発明のYAGレーザ加工機のティーチング方法は、レーザ発振器で発振したYAGレーザ光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先だって行われるYAGレーザ加工機のティーチング方法において、予めYAGレーザ光の焦点位置を通過するように設定した測定光をレーザ加工ヘッドの外部の測定光源用ヘッドからワーク上の複数のティーチングポイントに順次照射し、このワーク上の測定光の各反射光を撮像手段にて撮像して表示器に表示すると共にこの表示された反射光の表示器画面上におけるビジョン座標を実際のYAGレーザ光の光軸位置に合致するように前後左右方向へ移動させて得られた前後左右方向の位置と、前記ビジョン座標を焦点位置へ移動させて得られた高さ方向の位置とを検出し、この前後左右方向の位置と前記高さ方向の位置とからなる三次元データを画像処理装置により前記複数の各ティーチングポイント毎に自動的に格納してマスタJOBを作成し、この作成されたマスタJOBの前記複数の各ティーチングポイントの三次元データに基づいて画像処理装置で自動的に解析、確認、修正を行うことにより、各ワークに対する補正JOBを作成することを特徴とするものである。
【0015】
したがって、前後左右方向の位置と上記の高さ方向の位置とからなる三次元データが画像処理装置により複数の各ティーチングポイント毎に自動的に決定されてティーチングされ、解析、確認、修正が行われてプログラムに反映されるので、ティーチングの精度が向上し、レーザ加工が安定する。
【0016】
さらに、ワークを交換しても確認、修正作業が画像処理装置により自動的に実施されるので、ワークを交換した際に発生する作業者のティーチングポイントの確認、修正作業がなくなるため、作業者への負担及び手間が不要となり、高精度な治具やワークを構成する高精度な部品がなくても小ロット製品の安定加工が行われる。
【0017】
請求項2によるのYAGこの発明レーザ加工機のティーチング方法は、請求項1記載のYAGレーザ加工機のティーチング方法において、前記マスタJOBを自動プログラム装置により作成し、この作成されたマスタJOBのティーチングポイントに対して前記画像処理装置で自動的に解析、確認、修正を行うことを特徴とするものである。
【0018】
したがって、マスタJOBは自動プログラム装置により容易に作成でき、また、このように容易に作成されたマスタJOBであってもティーチングポイントが画像処理装置により自動的に解析、確認、修正が行われるので、ティーチングの精度が向上する。
【0019】
請求項3によるYAGこの発明レーザ加工機のティーチング装置は、レーザ発振器で発振したYAGレーザ光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先だって行われるYAGレーザ加工機のティーチング装置において、ワーク上の複数のティーチングポイントの高さ方向の位置を検出すべく、予めYAGレーザ光の焦点位置を通過するように設定した測定光をワーク上のティーチングポイントに照射する測定光源用ヘッドを備えてなる高さ方向検出装置をレーザ加工ヘッドの外部に設けると共に、前記ワーク上のティーチングポイントを撮像する撮像手段を設け、この撮像手段にて撮像した画像を表示する表示器を設け、この表示器に表示されたティーチングポイントのビジョン座標を実際のYAGレーザ光の光軸位置に合致するように前後左右方向へ移動させて前後左右方向の位置を検出し、この前後左右方向の位置と前記の高さ方向の位置とからなる三次元データを自動的に絡納してマスタJOBを作成すると共に、このマスタJOBの三次元データに基づいて自動的に解析、確認、修正を行うことにより、各ワークに対する補正JOBを作成する画像処理装置を設けてなること特徴とするものである。
【0020】
したがって、請求項1記載の作用と同様であり、前後左右方向の位置と前記の高さ方向の位置とからなる三次元データが画像処理装置により複数の各ティーチングポイント毎に自動的に決定されてティーチングされ、解析、確認、修正が行われてプログラムに反映されるので、ティーチングの精度が向上し、レーザ加工が安定する。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザ加工におけるティーチング方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0033】
図16を参照するに、本実施の形態に係わるYAGレーザ加工機1は、制御装置としての例えばロボットコントローラ3とは別に設けられたレーザ発振器5からYAGレーザ光LBが発振され、このYAGレーザ光LBが光ファイバ7に導かれてレーザ自動加工機としての例えばX,Y,Z方向の三次元方向に移動可能なロボット9、いわゆる多関節ロボットのアーム11の先端に設けられたレーザ加工ヘッド13へ送られる。
【0034】
また、ロボット9は床面上で水平面方向に回転自在なロボット本体15の上部にブーム17が前後方向に回動自在に設けられており、このブーム17の先端には前記アーム11が上下方向に回動自在に設けられている。アーム11の先端にはレーザ加工ヘッド13がヘッド支持アーム19により水平面方向に首振り可能に設けられ、且つヘッド支持アーム19の長手方向に対して直交する方向に旋回自在に設けられている。
【0035】
なお、光ファイバ7はレーザ発振器5とレーザ加工ヘッド13の加工点との位置関係は基本的に自由である。
【0036】
レーザ加工ヘッド13の先端部には、YAGレーザ光LBを集光するための集光レンズ(図示省略)が備えられており、このYAGレーザ光LBはレーザ加工ヘッド13に備えられているノズル21からワークWに向けて出射されて所望の形状に切断や溶接加工などのレーザ加工が行なわれる。
【0037】
なお、ロボット9としては上述した多関節ロボットに限定されず、アーム11が直交座標上を移動自在の直交座標系ロボットでも構わない。この場合のレーザ加工ヘッド13はアーム11に昇降自在に設けられる。
【0038】
図17を参照するに、光ファイバ7の先端から出射されるYAGレーザ光LBはレーザ加工ヘッド13内に設けられたコリメータレンズ(図示省略)により平行光とされ、この平行光は集光レンズで集光されるよう構成されている。なお、集光レンズとワークWの間にはスパッタ・ヒュームから保護するための保護ガラス(図示省略)が設けられている。
【0039】
また、集光レンズで集光されたYAGレーザ光LBはレーザ加工ヘッド13の下部に設けたノズルホルダの先端に備えたノズル21を通過してワークWに照射される。
【0040】
なお、レーザ加工ヘッド13内にはアシストガス(シールドガス)が供給され、このアシストガスはノズル21からYAGレーザ光LBの同軸上に噴射される。
【0041】
また、レーザ加工ヘッド13内には、ティーチングする際にYAGレーザ光LBと同軸上でワークW上の溶接線を確認するために画像処理システムを構成する撮像手段としての例えばCCDカメラ23が配置されている。本実施の形態では、回転ベンドミラー25が図17の矢印に示されているようにロータリアクチュエータ27によりほぼ水平面で回動するように構成されて前述したコリメータレンズと集光レンズとの間のYAGレーザ光LBの同軸上に出没自在に設けられており、ティーチング時のみYAGレーザ光LBの同軸上に前進し、それ以外は後退する。前記CCDカメラ23の下部には固定ベンドミラー28が設けられている。
【0042】
再び、図16を参照するに、CCDカメラ23はカメラ用信号ケーブル29により画像処理装置としての画像処理システムを構成する画像処理装置31を経てロボット9に搭載された表示器としての例えばモニタ33に接続されている。なお、画像処理装置31はロボットコントローラ3に通信ケーブル35を介して電気的に接続されている。
【0043】
したがって、ワークW上の溶接線は回転ベンドミラー25に反射されて固定ベンドミラー28を経てCCDカメラ23に撮像され、CCDカメラ23で得られた画像はモニタ33上に表示される。なお、モニタ33の画面上には上下左右方向に移動位置決め自在なクロスターゲットCTが表示されている。
【0044】
図17を参照するに、測定光源用ヘッドとしての例えば半導体レーザヘッド37がレーザ加工ヘッド13を支持するヘッド支持アーム19にブラケットを介してYAGレーザ光LBの光軸と同方向に移動調整自在に設けられている。半導体レーザヘッド37は例えば半導体レーザ光を発光する発光ダイオードなどの発光装置が内蔵されており、この発光される半導体レーザ光は本実施の形態ではワークWにスリット光SBとして照射され、このスリット光SBはYAGレーザ光LBの光軸に対して約50°(ワークWに対して約40°)傾斜してワークW上に照射されるよう構成されている。
【0045】
半導体レーザヘッド37は加工エリアにできるだけ影響を与えない部分に取り付けられており、半導体レーザヘッド37の先端には半導体レーザ光を集光調整可能な集光レンズ39が設けられており、本実施の形態ではワークW上にスリット光SBが反射光として形成されるように構成されている。
【0046】
また、半導体レーザヘッド37内の発光装置には半導体レーザ光の光量調整可能なボリュームが設けられており、本実施の形態で使用される半導体レーザ光は波長および出力とも特に限定されず、任意であって構わない。
【0047】
上記構成により、まず、レーザ加工ヘッド13とワークWとの間隔は最適焦点位置となるように、例えばYAGレーザ光LBの焦点位置がワークWの表面に位置するように予め調整される。次に、半導体レーザヘッド37から発光されたスリット光SBのワークW上での反射光は回転ベンドミラー25を介してCCDカメラ23で撮像され、画像処理装置31を経てモニタ33上にワークWと共に表示される。
【0048】
レーザ加工ヘッド13及びモニタ33上のクロスターゲットCTは移動させずに、モニタ33の画面上のスリット光SBの中心がモニタ33のクロスターゲットCTに一致するように半導体レーザヘッド37がレーザ加工ヘッド13に対して上下方向(図17においてZ軸方向)に移動されることにより、スリット光SBがYAGレーザ光LBの焦点位置を通過するように位置決めされ、この状態で半導体レーザヘッド37がレーザ加工ヘッド13に固定される。
【0049】
したがって、レーザ加工ヘッド13が上下動されると、半導体レーザ光のスリット光SBはモニタ33の画面上で上下動する。例えば、図17においてレーザ加工ヘッド13がZ方向の上方へ移動されると半導体レーザヘッド37も一緒に上昇するので半導体レーザ光のスリット光SBはワークW上を図17においてY方向の左方向へ移動することになるので、このスリット光SBは本実施の形態ではモニタ33上では下方向へ移動する。逆にレーザ加工ヘッド13がZ方向の下方へ移動されるとモニタ33の画面上のスリット光SBは上方向へ移動する。
【0050】
つまり、スリット光SBはYAGレーザ光LBの焦点位置を通過するように予め設定されているので、モニタ33の画面上のスリット光SBがクロスターゲットCTの横軸に一致したときにYAGレーザ光LBの焦点がワークWの表面に位置することになる。
【0051】
X−Y方向の位置合わせは、クロスターゲットCTの中心位置がYAGレーザ光LBの光軸であるので、クロスターゲットCTの中心をレーザ加工位置に合わせるようにレーザ加工ヘッド13が前後左右方向(X−Y方向)に移動される。
【0052】
図16を参照するに、前記画像処理装置31における中央処理装置としての例えばCPU41には、レーザ加工条件や加工プログラム等のデータを入力する入力装置43と表示装置45が接続されており、この入力されたデータや画像処理装置31で得たティーチングポイントとYAGレーザ光の焦点位置とのX,Y,Z方向における位置決めデータとしての三次元データからなるマスタJOBを記憶するメモリ47と、
このメモリ47に記憶されたマスタJOBを画像処理装置31を送信したり、格納したりするよう指令を与える指令部49とがCPU41に接続されている。なお、前記ロボットコントローラ3はロボット9をコントロールするものである。
【0053】
以下、図7に示されているような蒲鉾状のワークWを溶接する場合を例にとって、ティーチング方法について説明する。
【0054】
最初の1個目のワークWが作業者により定盤51の上にセッティングされる。このとき、ワークWはマグネットベース等のセッティング工具53により簡単に位置決めできるようにされ、また、レーザ加工ヘッド13のノズル21の内部から撮像可能な範囲は直径10mm程度であるので、±3mm以内にセットできるようにされる。
【0055】
図8を参照するに、1個目のワークWはティーチング用のワークWとなり、作業者はCCDカメラ23で得た画像をモニタ33で見ながら矢印番号(0)〜(9)までのティーチングポイントを含んだ画像処理を行い、画像処理補正用JOB(マスタJOB)を作成してロボットコントローラ3のメモリに登録される。矢印番号(0)、(1)、(7)、(8)、(9)はアプローチ用ティーチングポイントで、実際にデ ータ補正されるティーチングポイントは矢印番号(2)〜(6)である。
【0056】
上記のマスタJOBは画像処理システムである画像処理装置31からの要求コマンドにより通信ケーブル35を介して画像処理装置31に転送される。画像処理装置31内でマスタJOBが複製されて補正JOBが作成される。
【0057】
1個目のワークWは、上述した工程でティーチングされて溶接線が一致しているので、そのままプレバックを実行して自動溶接加工が行われる。この自動溶接加工が終了した後、製品が取り出される。
【0058】
図9を参照するに、2個目のワークWが前述した定盤51の上のマグネットベースや位置決めピン等のセッティング工具53に突き当てられてセッティングされる。このとき、ワークWの誤差やセッティングの誤差により実際の溶接線はマスタJOBのデータから微妙に外れている。
【0059】
レーザ加工ヘッド13はロボット9の作動によりマスタJOBのステップデータに従って溶接開始点まで移動される。
【0060】
2個目のワークWを上記のマスタJOBに基づいて同じティーチングポイントで解析、確認、修正を行って補正JOBを作成する通信フローチャートは、図1〜図3に示されている。以下、この通信フローチャートに基づいて説明する。
【0061】
図1を参照するに、ロボットコントローラ3と画像処理装置31の通信ポートが通信ケーブル35を介して接続され、ロボットコントローラ3の最初のJOB名称が取得される。続いて、ロボットコントローラ3の次のJOB名称が取得され、以下順次、「JOB無し」の信号が戻ってくるまで繰り返し全てのJOBが取得される。(ステップS1〜S3)。
【0062】
画像処理装置31からロボットコントローラ3への通信ポートが通信ケーブル35を介して開放され、ここ迄のステップS1〜S3の処理でMRCのメモリ上の全JOB名称が取得される(ステップS4)。
【0063】
表示された全JOB名称から所望のJOB名称が選択される(ステップS5)。
【0064】
次いで、再び、通信ポートが接続され、指定ファイルが受信される(ステップS6)。
【0065】
通信ポートが開放され、ここ迄の処理でMRCのメモリ上の全JOBから指定ファイルが取得される(ステップS7及びS8)。
【0066】
受信した指定ファイルより各ステップデータが抽出される。つまり、JOBの解析が行われて確認、修正するステップデータ、換言すれば図8における矢印番号(0)〜(9)までのティーチングポイントの位置が取り出される(ステップS9)。
【0067】
次いで、再び、通信ポートが接続され、ロボットコントローラ3のロボットステータスを取得するために、1サイクル/プレイモード/コマンドリモートサーボオンがONし、これ以外がOFFしていることを確認する(ステップS10及びS11)。
【0068】
ロボット9が作動してレーザ加工ヘッド13のノズル21が図8における矢印番号(0)の指定パルス位置へ移動し、「運転中」という信号が落ちるまで繰り返 して終了が確認されてロボットコントローラ3のロボットステータスが取得される(ステップS12及びS13)。
【0069】
図2を参照するに、次いで、ロボット9が作動してレーザ加工ヘッド13のノズル21が図8における矢印番号(1)の指定パルス位置へ移動し、「運転中」と いう信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットステータスが取得される(ステップS14及びS15)。
【0070】
次いで、ロボット9が作動してレーザ加工ヘッド13のノズル21が図8における矢印番号(2)の指定パルス位置へ移動し、「運転中」という信号が落ちるま で繰り返して終了が確認されてロボットステータスが取得される。ロボットの動作としてはレーザ加工ヘッド13が画像処理装置31側よりステップ送りされ、「CALLJOB:加工開始」の直前で停止する(ステップS16及びS17)。
【0071】
矢印番号(2)の指定パルス位置では、まずZ方向のティーチングが行われる。 図17のロータリアクチュエータ27が作動し、回転ベンドミラー25がYAGレーザ光LBの同軸上へ前進するよう回動してCCDカメラ23によりYAGレーザ光LBの光軸上の画像が撮像可能となる。
【0072】
ロボットコントローラ3から半導体レーザ光のON指令が与えられて半導体レーザ光のONの確認がなされ、半導体レーザヘッド37から半導体レーザ光がワークWにスリット光SBとして照射される(ステップS18及びS19)。
【0073】
通信ポートが開放され、ワークW上に反射されたスリット光SBが回転ベンドミラー25に反射されて固定ベンドミラー28を経てCCDカメラ23に撮像され、CCDカメラ23で得られた画像が図10に示されているようにモニタ33上に表示される。このとき、ロボット9が停止して約1秒程度経過して安定してから画像が取得される。
【0074】
図10においては、クロスターゲットCTの右側にワークWの板厚が確認され、ワークWの板厚の右側のスリット光SB1はワークWに反射されたもので、ワークWの板厚の左側のスリット光SB2は定盤51の上に反射されたものである。したがって、図11に示されているようにクロスターゲットCTの横軸からスリット光SB1までの距離がZ方向補正量δZとしてビジョン座標で算出される 。
【0075】
モニタ33の画面上に表示されたスリット光SBの画像はビジョン座標のZ方向補正量δZのデータが実際のロボットの動作を表すツール座標に変換されてZ 方向キャリブレーションデータとして処理される。(ステップS20及びS21)。
【0076】
次いで、再び通信ポートが接続され、ロボットコントローラ3から半導体レーザ光のOFF指令が与えられて半導体レーザ光のOFFの確認が行なわれる。ツール座標に変換されたZ方向補正量は、さらにロボット座標に変換されてZ方向補正量移動指令が与えられ、レーザ加工ヘッド13がZ方向補正量の分だけ移動される(ステップS22〜S25)。
【0077】
「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットコントローラ3のロボットステータスが取得され、通信ポートが開放される(ステップS26及びS27)。
【0078】
図3を参照するに、図8における矢印番号(2)の指定パルス位置では、続いて X−Y方向のティーチングが行われる。現在のモニタ上の画像は前述したZ方向補正量の算出と同様に処理されて、解析、確認、修正が行われてX−Y方向補正量が算出される。図12に示されているように矢印番号(2)のX−Y方向のティ ーチングポイントTP2からクロスターゲットCTの縦軸までの距離がX方向補正量δXとしてビジョン座標で算出され、ティーチングポイントTP2からクロ スターゲットCTの横軸までの距離がY方向補正量δYとしてビジョン座標で算 出される(ステップS28)。
【0079】
次いで、再び通信ポートが接続され、ビジョン座標からツール座標に変換されたX方向補正量とY方向補正量は、さらにロボット座標に変換されてX−Y方向補正量移動指令が与えられ、レーザ加工ヘッド13がX−Y方向補正量の分だけ移動される(ステップS29及びS30)。
【0080】
「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットコントローラ3のロボットステータスが取得され、現在位置のパルスデータが取得され、通信ポートが開放され、取得されたパルスデータが矢印番号(2)の指定パル ス位置のステップに重旦されて補正ステップとされ、この補正ステップが補正JOBに格納される。(ステップS31〜S34)。
【0081】
図8における矢印番号(2)の指定パルス位置における上記のステップS16〜 S34と同様の工程を繰り返して、図8における矢印番号(3)〜(6)の指定パルス位置の補正ステップデータがパルスデータで取得され、補正JOBに格納される。ロボットの動作としては溶接終了点が「CALLJOB:加工終了」の直前のステップとされる(ステップS35)。
【0082】
例えば、レーザ加工ヘッド13のノズル21は図13に示されているようにマスタJOBに従って溶接開始点の次のステップである図8における矢印番号(3) の指定パルス位置まで移動され停止する。この動作は画像処理装置31側によりステップ送りされる。
【0083】
図14は矢印番号(3)の指定パルス位置の画像を示すもので、クロスターゲッ トCTの左側にワークWの端面の板厚が確認され、ワークWの板厚の右側のスリット光SB3はワークWに反射されたもので、ワークWの板厚の左側のスリット光SB4は定盤51の上に反射されたものである。したがって、図15に示されているようにクロスターゲットCTの横軸からスリット光SB3までの距離がZ方向補正量δZとしてビジョン座標で算出される。
【0084】
モニタ33の画面上に表示されたスリット光SB3の画像はビジョン座標のZ方向補正量δZのデータが実際のロボットの動作を表すツール座標に変換されて Z方向キャリブレーションデータとして処理される。ツール座標に変換されたZ方向補正量は、さらにロボット座標に変換されてZ方向補正量移動指令が与えられ、レーザ加工ヘッド13がZ方向補正量の分だけ移動される。
【0085】
矢印番号(3)の指定パルス位置では、続いてX−Y方向のティーチングが行わ れる。現在のモニタ上の画像は前述したZ方向補正量の算出と同様に処理されて、解析、確認、修正が行われてX−Y方向補正量が算出される。図15に示されているように矢印番号(3)のX−Y方向のティーチングポイントTP3からクロ スターゲットCTの縦軸までの距離がX方向補正量δXとしてビジョン座標で算 出され、ティーチングポイントTP3からクロスターゲットCTの横軸までの距離がY方向補正量δYとしてビジョン座標で算出される。
【0086】
上記のビジョン座標はツール座標に変換され、このツール座標のX方向補正量とY方向補正量はさらにロボット座標に変換されてX−Y方向補正量移動指令が与えられ、レーザ加工ヘッド13がX−Y方向補正量の分だけ移動される(ステップS35の補足説明)。
【0087】
再び図3を参照するに、通信ポートが接続され、ロボット9が作動してレーザ加工ヘッド13のノズル21が図8における矢印番号(7)の指定パルス位置へ移 動し、「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットコントローラ3のロボットステータスが取得される(ステップS36〜S38)。
【0088】
次いで、レーザ加工ヘッド13のノズル21が図8における矢印番号(8)の指 定パルス位置へ移動し、「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットステータスが取得される(ステップS39及びS40)。
【0089】
次いで、レーザ加工ヘッド13のノズル21が図8における矢印番号(9)の指 定パルス位置へ移動し、「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットステータスが取得される。なお、回転ベンドミラー25はロータリアクチュエータ27が作動してYAGレーザ光LBの同軸上から後退するよう回動する(ステップS41及びS42)。
【0090】
図4を参照するに、実際の溶接加工が行われるときの動作を通信フローチャートを参照して説明する。
【0091】
通信ポートが開放され、以上のようにステップS1〜S42の工程により取得された各ティーチングポイントのパルスデータは、画像処理装置31で補正JOBとして作成される。通信ポートが接続され、上記の補正JOBは画像処理装置31側から通信ケーブル35を介して送信コマンドを使用してロボットコントローラ3に転送される(ステップS51〜S54)。
【0092】
実際の溶接加工は、転送された補正JOBから選択され、ロボットコントローラ3のロボットステータスを取得するために、1サイクル/プレイモード/コマンドリモートサーボオンがONし、これ以外がOFFしていることを確認する(ステップS55及びS56)。
【0093】
画像処理装置31からロボット9に外部スタート信号が入力されて運転が開始され、補正JOBに基づいて溶接加工が実施される(ステップS57)。
【0094】
「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットステータスが取得される(ステップS58)。
【0095】
上記の補正JOBは画像処理装置31側に複製されて画像処理装置31側に保存され、ロボットコントローラ3の補正JOBは削除される。通信ポートが開放される(ステップS59〜S61)。
【0096】
図5を参照するに、レーザ加工ヘッド13のノズル21を溶接線に沿って移動せしめて各ティーチングポイントのズレを確認するための空運転が行われるときの動作を通信フローチャートを参照して説明する。なお、この空運転の動作は、上述した実際の溶接加工の動作とほぼ同様である。
【0097】
通信ポートが開放され、前述したステップS1〜S42の工程により取得された各ティーチングポイントのパルスデータは、画像処理装置31で空運転補正JOBとして作成される。通信ポートが接続され、上記の空運転補正JOBは画像処理装置31側から通信ケーブル35を介して送信コマンドを使用してロボットコントローラ3に転送される(ステップS71〜S74)。
【0098】
空運転は、転送された空運転補正JOBから選択され、ロボットコントローラ3のロボットステータスを取得するために、1サイクル/プレイモード/コマンドリモートサーボオンがONし、これ以外がOFFしていることを確認する(ステップS75及びS76)。
【0099】
画像処理装置31からロボット9に外部スタート信号が入力されて運転が開始され、空運転補正JOBに基づいて空運転が実施される(ステップS77)。
【0100】
「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットステータスが取得される(ステップS78)。
【0101】
上記の空運転補正JOBは画像処理装置31側に複製されて画像処理装置31側に保存され、ロボットコントローラ3の空運転補正JOBは削除される。通信ポートが開放される(ステップS79〜S81)。
【0102】
以上をまとめると、本実施の形態では通常のプログラムと同様に作成されたJOBが画像処理装置としての画像処理装置31側に呼び出され、この呼び出されたJOBが解析されて修正すべきティーチングポイントが決定され、マスタJOBが作成される。このマスタJOBに基づいてプログラムの順序通りに各ティーチングポイントへ移動するように画像処理装置31側からロボット9へ指令が与えられる。
【0103】
各ティーチングポイントの確認、修正が終了すると、各ティーチングポイントの補正データを元に補正JOBが自動的に作成される。
【0104】
上記の補正JOBは画像処理装置31側からロボットコントローラ3にダウンロードされ、画像処理装置31側からロボットコントローラ3にスタート指令が与えられる。また、ロボットコントローラ3内の補正JOBは画像処理装置31側からの指令により削除されると共に上記の補正JOBは画像処理装置31側に複製され蓄積される。
【0105】
したがって、画像処理装置31はワークWが搬入されると、JOB解析からティーチングポイントの確認、修正、JOBダウンロード、スタートまで完全に自動的に実施されるので、ワークWの搬入出装置があれば、その搬入出の完了信号を利用して完全自動化が可能となる。2個目のワークW以降は全て画像処理装置31側よりコントロールされて機能する。
【0106】
なお、画像処理装置31は、ロボットコントローラ3に対して半導体レーザのON/OFF及びその完了確認、ロボットの現在の位置座標(直交座標、関節座標)、ロボットのステータス信号(非常停止、各種モード状態など)などの通信が行われている。
【0107】
また、マニュアルモードにしておくと、各ティーチングポイントの確認、修正が終了した時点で、ステップ送りが可能となる。ステップ送りとは各ティーチングポイントに「進む/戻るボタン」により移動可能となり、修正されたポイントでよいかどうかを作業者が判断できるものである。
【0108】
図6を参照するに、ステップ送りの動作を通信フローチャートを参照して説明する。
【0109】
通信ポートが開放され、前述したステップS1〜S42の工程により取得された各ティーチングポイントのパルスデータは、画像処理装置31のメモリに格納される。(ステップS91及びS92)
「進むボタン」が押されると、通信ポートが接続され、補正データにより次のステップへの移動指令が画像処理装置31側から通信ケーブル35を介してロボットコントローラ3に転送される(ステップS93〜S95)。
【0110】
「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットステータスが取得され、通信ポートが開放される(ステップS96及びS97)。
【0111】
一方、上記のステップS92の工程が行なわれた後に、「戻るボタン」が押されると、通信ポートが接続され、補正データにより前のステップへの移動指令が画像処理装置31側から通信ケーブル35を介してロボットコントローラ3に転送される(ステップS98〜S100)。
【0112】
「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認されてロボットステータスが取得され、通信ポートが開放される(ステップS101及びS102)。
【0113】
また、ドライラン実行が行われると、YAGレーザ出射のコマンドのみ省略されたJOBがダウンロードされて実行される。これにより修正された溶接線をロボット9が移動している箇所をモニタの画像で確認可能となる。
【0114】
また、万一、画像処理装置31側が修正点を特定できない場合はワーニングで作業者に知らせることができ、特定できない画像を作業者が確認しながらマウス等の入力装置により特定して次のステップに進行可能となる。
【0115】
また、画像処理装置31を起動する際、画像処理装置31はロボットコントローラ3に現在登録されているJOB一覧を問い合わせ表示して作業者に選択させるように構成されている。
【0116】
なお、この発明は前述した発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。
【0117】
例えば、前述した発明の実施の形態ではレーザ加工ヘッド13の内部からCCDカメラ23で得た画像が使用されるので、視野が狭く、この範囲を超えると使用できなくなってしまうが、CCDカメラ23はYAGレーザ光LBからオフセットした位置に取り付けることにより視野を拡大して適用範囲を広げることも可能となる。
【0118】
あるいは、レーザ加工ヘッド13の外部に固定されたCCDカメラ23の画像を使用してティーチングプログラムを作成することも可能である。
【0119】
さらに、高さ方向を検出する高さ方向検出装置としては、半導体レーザのスリット光SBとCCDカメラ23を用いたが、レーザセンサ、超音波センサ、近接センサ、静電容量センサなどの距離を検出するセンサやその他のセンサを使用しても構わない。
【0120】
また、前述した発明の実施の形態では、最初に作業者がマスタJOBを作成してこのマスタJOBを修正するシステムとしたが、自動プログラミング装置等によりオンラインで作成されたマスタJOBを使用して、このマスタJOBのティーチングポイントを修正するシステムとすることも可能である。
【0121】
また、前述した発明の実施の形態では、マスタJOBに対してティーチングポイントを修正するシステムとしたが、溶接加工終了後に溶接状態を確認して補修溶接を行ったり、溶接不良個所の検出をしたり、レーザ発振器5等に溶接条件の変更をフィードバックすることも可能である。
【0122】
【発明の効果】
以上のごとき発明の実施の形態の説明から理解されるように、請求項1の発明によれば、前後左右方向の位置と上記の高さ方向の位置とからなる三次元データを画像処理装置により複数の各ティーチングポイント毎に自動的に決定してティーチングし、解析、確認、修正を行ってプログラムに反映されるので、ティーチングの精度を向上でき、レーザ加工の安定を図ることができる。
【0123】
さらに、ワークを交換しても確認、修正作業を画像処理装置により自動的に実施するので、ワークを交換した際に発生する作業者のティーチングポイントの確認、修正作業をなくすことができるため、作業者への負担及び手間をなくすことができ、高精度な治具やワークを構成する高精度な部品を不要とし、小ロット製品の安定加工を行うことができる。
【0124】
また、測定光源用ヘッドから照射されたワーク上の測定光の各反射光が撮像手段にて撮像されて画像処理装置にてYAGレーザの焦点位置を高さ方向と前後左右方向とからなる三次元で自動的に決定してティーチングし、解析、確認、修正を行なってプログラムに反映できるので、ティーチングの精度を向上でき、レーザ加工の安定を図ることができる。
【0126】
請求項2の発明によれば、自動プログラム装置によりマスタJOBを容易に作成でき、また、このように容易に作成されたマスタJOBであってもティーチングポイントに対して画像処理装置により自動的に解析、確認、修正を行うのでティーチングの精度を向上できる。
【0129】
請求項3の発明によれば、請求項1記載の作用と同様であり、前後左右方向の位置と前記の高さ方向の位置とからなる三次元データが画像処理装置により複数の各ティーチングポイント毎に自動的に決定してティーチングし、解析、確認、修正を行ってプログラムに反映されるので、ティーチングの精度を向上でき、レーザ加工が安定を図ることができる。
【0130】
さらに、ワークを交換しても確認、修正作業を画像処理装置により自動的に実施するので、ワークを交換した際に発生する作業者のティーチングポイントの確認、修正作業をなくすことができるため、作業者への負担及び手間をなくすことができ、高精度な治具やワークを構成する高精度な部品を不要とし、小ロット製品の安定加工を行うことができる。
【0131】
また、測定光源用ヘッドから照射されたワーク上の測定光の各反射光が撮像手段にて撮像されて画像処理装置にてYAGレーザの焦点位置を高さ方向と前後左右方向とからなる三次元で自動的に決定してティーチングし、解析、確認、修正を行なってプログラムに反映できるので、ティーチングの精度を向上でき、レーザ加工の安定を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すもので、補正JOBを作成する通信フローチャートである。
【図2】図1の続きの通信フローチャートである。
【図3】図2の続きの通信フローチャートである。
【図4】本発明の実施の形態を示すもので、実際の溶接加工が行われるときの通信フローチャートである。
【図5】本発明の実施の形態を示すもので、空運転が行われるときの通信フローチャートである。
【図6】本発明の実施の形態を示すもので、ステップ送りの通信フローチャートである。
【図7】本発明の実施の形態を示すもので、ワークを溶接するためのティーチング方法の概略説明図である。
【図8】本発明の実施の形態を示すもので、ワークを溶接するためのティーチング方法の概略説明図である。
【図9】本発明の実施の形態を示すもので、2個目のワークを溶接するための矢印番号(2)のティーチング方法の概略説明図である。
【図10】図8における矢印番号(2)の画像のスリット光の状態を示す説明図である。
【図11】図8における矢印番号(2)の画像でZ方向補正量を示す説明図である。
【図12】図8における矢印番号(2)の画像でX−Y方向補正量を示す説明図である。
【図13】本発明の実施の形態を示すもので、2個目のワークを溶接するための矢印番号(3)のティーチング方法の概略説明図である。
【図14】図13における矢印番号(3)の画像のスリット光の状態を示す説明図である。
【図15】図13における矢印番号(3)の画像でZ方向補正量及びX−Y方向補正量を示 す説明図である。
【図16】本発明の実施の形態を示すもので、YAGレーザ加工機の全体図である。
【図17】本発明の実施の形態を示すもので、レーザ加工ヘッドの部分的な斜視図である。
【符号の説明】
1 YAGレーザ加工機
3 ロボットコントローラ(制御装置)
5 レーザ発振器
7 光ファイバ
9 ロボット(レーザ自動加工機)
13 レーザ加工ヘッド
23 CCDカメラ(撮像手段)
31 画像処理装置(画像処理システム)
33 モニタ(表示器)
37 半導体レーザヘッド(測定光源用ヘッド)
43 セッティング工具
CT クロスターゲット
SB スリット光
δX X方向補正量
δY Y方向補正量
δZ Z方向補正量
TP2,TP3 ティーチングポイント
Claims (3)
- レーザ発振器で発振したYAGレーザ光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先だって行われるYAGレーザ加工機のティーチング方法において、予めYAGレーザ光の焦点位置を通過するように設定した測定光をレーザ加工ヘッドの外部の測定光源用ヘッドからワーク上の複数のティーチングポイントに順次照射し、このワーク上の測定光の各反射光を撮像手段にて撮像して表示器に表示すると共にこの表示された反射光の表示器画面上におけるビジョン座標を実際のYAGレーザ光の光軸位置に合致するように前後左右方向へ移動させて得られた前後左右方向の位置と、前記ビジョン座標を焦点位置へ移動させて得られた高さ方向の位置とを検出し、この前後左右方向の位置と前記高さ方向の位置とからなる三次元データを画像処理装置により前記複数の各ティーチングポイント毎に自動的に格納してマスタJOBを作成し、この作成されたマスタJOBの前記複数の各ティーチングポイントの三次元データに基づいて画像処理装置で自動的に解析、確認、修正を行うことにより、各ワークに対する補正JOBを作成することを特徴とするYAGレーザ加工機のティーチング方法。
- 前記マスタJOBを自動プログラム装置により作成し、この作成されたマスタJOBのティーチングポイントに対して前記画像処理装置で自動的に解析、確認、修正を行うことを特徴とする請求項1記載のYAGレーザ加工機のティーチング方法。
- レーザ発振器で発振したYAGレーザ光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先だって行われるYAGレーザ加工機のティーチング装置において、ワーク上の複数のティーチングポイントの高さ方向の位置を検出すべく、予めYAGレーザ光の焦点位置を通過するように設定した測定光をワーク上のティーチングポイントに照射する測定光源用ヘッドを備えてなる高さ方向検出装置をレーザ加工ヘッドの外部に設けると共に、前記ワーク上のティーチングポイントを撮像する撮像手段を設け、この撮像手段にて撮像した画像を表示する表示器を設け、この表示器に表示されたティーチングポイントのビジョン座標を実際のYAGレーザ光の光軸位置に合致するように前後左右方向へ移動させて前後左右方向の位置を検出し、この前後左右方向の位置と前記の高さ方向の位置とからなる三次元データを自動的に絡納してマスタJOBを作成すると共に、このマスタJOBの三次元データに基づいて自動的に解析、確認、修正を行うことにより、各ワークに対する補正JOBを作成するする画像処理装置を設けてなることを特徴とするYAGレーザ加工機のティーチング装置。
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