JP5040125B2 - Laser welding method and apparatus - Google Patents
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本発明は、ロボットハンドが予めプログラミングされたレーザ照射位置の始端または終端に来たとき、これに合致したタイミングでレーザ発振器を起動または停止させ、レーザ光を用いて溶接するレーザ溶接方法および装置に関する。 The present invention relates to a laser welding method and apparatus for starting and stopping a laser oscillator at a timing that matches a robot hand when the robot hand reaches the start or end of a pre-programmed laser irradiation position and performing welding using laser light. .
一般に、自動車車体(ボディ)の内板部材と外板部材とを溶接する際には、抵抗スポット溶接ロボットが用いられている。しかし、この抵抗スポット溶接ロボットでは、溶接ガンを構成する溶接チップをボディに接触させて作業を行う。このため、溶接作業の迅速化を図ることに限界がある。 Generally, when welding an inner plate member and an outer plate member of an automobile body (body), a resistance spot welding robot is used. However, in this resistance spot welding robot, the work is performed by bringing the welding tip constituting the welding gun into contact with the body. For this reason, there is a limit to speeding up the welding work.
そこで、従来、溶接部位から離れた所からレーザ光を用いて溶接するリモートレーザ溶接方法が提案されている(下記特許文献1参照)。 Thus, conventionally, a remote laser welding method has been proposed in which welding is performed using a laser beam from a location away from the welding site (see Patent Document 1 below).
この従来技術では、ロボットハンドに、溶接用のレーザ光を出射する光学ヘッドを装着し、これを光ファイバにてレーザ発振器に接続すると共に、その光学ヘッドの内部に、レーザ光を溶接部位の形状に沿って走査する光偏向光学系(スキャナ)を内蔵する。そして、ロボットコントローラの制御の下で、ロボットハンドを溶接部位近傍にて通過するように移動させつつ、上記光学ヘッドの光偏向光学系を作動させてレーザ光の出射角度を変位させることにより、レーザ光を走査して、所望の溶接作業を行う。このリモートレーザ溶接方法によれば、線状のシーム溶接ができる他、断続的に存在する複数の溶接部位に対しても、ロボットハンドを移動させながら高速に溶接作業を行うことができる。 In this prior art, an optical head that emits laser light for welding is attached to a robot hand, and this is connected to a laser oscillator with an optical fiber, and the laser light is shaped into the shape of the welded part inside the optical head. Built-in optical deflection optical system (scanner) that scans along. Then, under the control of the robot controller, the laser hand is moved so as to pass in the vicinity of the welding site, and the light deflection optical system of the optical head is actuated to displace the laser beam emission angle. Scan the light to perform the desired welding operation. According to this remote laser welding method, linear seam welding can be performed, and a welding operation can be performed at a high speed while moving the robot hand to a plurality of intermittently existing welding sites.
しかしながら、上記構成においては、ロボットコントローラとレーザ発振器が別体となっているため、レーザ発振器の起動または停止タイミングを指示するのに、たとえばシリアル通信やI/O処理によるなんらかの通信手段を必要としている。このため、シリアル通信やI/O処理にかかる時間が必要になり、ms単位で制御が必要なレーザ発振器の起動または停止タイミングにズレが生じることになる。 However, since the robot controller and the laser oscillator are separate from each other in the above configuration, some communication means such as serial communication or I / O processing is required to instruct the start or stop timing of the laser oscillator. . For this reason, time required for serial communication and I / O processing is required, and there is a deviation in the start or stop timing of the laser oscillator that needs to be controlled in ms units.
例を挙げると、シリアル通信により接続した場合は、(1)ロボットコントローラの持つCPUが通信処理を行うのに要する時間、(2)実際に信号が伝送するに要する時間、(3)レーザ発振器が行っているポーリングのロス時間、(4)実際の受信時間、(5)受信データの処理時間など、がかかることになり、結果として数ms〜10数ms程度の遅れとバラツキが生じることになる。勿論、一部の高速なプロトコルを用いれば、この時間を1ms以内で処理することも可能であるが、市販されている全てのロボットシステムが対応している訳ではなく、汎用の装置として構築することができないことから機器が増え、設備の複雑化や、メンテナンスの困難化を招いてしまう。 For example, when connected by serial communication, (1) time required for the CPU of the robot controller to perform communication processing, (2) time required for actual signal transmission, (3) laser oscillator The loss time of polling being performed, (4) actual reception time, (5) processing time of received data, and the like are required. As a result, delay and variation of about several ms to several tens of ms occur. . Of course, if some high-speed protocols are used, this time can be processed within 1 ms. However, not all commercially available robot systems are compatible, and it is constructed as a general-purpose device. Since this is not possible, the number of devices increases, resulting in complicated facilities and difficult maintenance.
そこで、全てのロボットシステムに備えられているI/Oインタフェースで処理する場合を考えると、次のようになる。すなわち、ロボットコントローラがレーザ発振ポイントにあることを認識し、コントローラ内のI/Oインタフェースを通してレーザ発振器の起動命令を出力しようとした場合、I/Oインタフェースの状態を一定時間でリフレッシュ(更新)する処理が採られているため、最大でそのI/Oリフレッシュ間隔分だけ出力タイミングがずれることになる。実際には8ms〜10ms程度のI/Oリフレッシュ間隔であることが多いため、ロボットの移動速度にもよるが、たとえばI/Oリフレッシュ間隔を8ms、ロボットの移動速度を600mm/sとすると、最大6mmの溶接位置ズレを生じることになり、さらに毎回このズレ量がばらついてしまう。 Considering the case where processing is performed using an I / O interface provided in all robot systems, the following is considered. That is, when the robot controller recognizes that it is at the laser oscillation point and tries to output a laser oscillator start command through the I / O interface in the controller, the state of the I / O interface is refreshed (updated) for a predetermined time. Since the processing is adopted, the output timing is shifted by the maximum I / O refresh interval. Actually, it is often an I / O refresh interval of about 8 ms to 10 ms, so depending on the moving speed of the robot, for example, if the I / O refresh interval is 8 ms and the moving speed of the robot is 600 mm / s, the maximum A welding position deviation of 6 mm will occur, and this deviation amount will vary further each time.
同様に、レーザ発振器が停止命令により出力を溶着レベル以下に落とすレーザOFFタイミングについても、I/Oリフレッシュの間隔を最大とするズレが生じることになり、望まない溶接ビードを形成することになってしまっている。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ロボットコントローラとレーザ発振器との間にI/Oインタフェースが介在することによる信号の遅れを補償して、ロボットハンドがレーザ照射位置の始端または終端に来たとき、これに合致したタイミングでレーザ発振器を起動または停止させることにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to compensate for a signal delay caused by an I / O interface interposed between a robot controller and a laser oscillator. When the robot hand comes to the start or end of the laser irradiation position, the laser oscillator is started or stopped at a timing that matches this.
また本発明の他の目的は、レーザ発振器自体の立ち上がりの遅れによるレーザ照射タイミングのずれをなくすことにある。 Another object of the present invention is to eliminate a deviation in laser irradiation timing due to a delay in the rise of the laser oscillator itself.
かかる目的を達成するために、本発明では、レーザ発振器に接続された溶接用の光学ヘッドをロボットハンドに装着し、このロボットハンドを移動させながら、ロボットハンドの予めプログラミングされたレーザ照射位置にてI/Oインターフェースを通してレーザ発振器を起動し、レーザ光による溶接を行うレーザ溶接方法において、移動するロボットハンドの現在位置情報に基づいて、ロボットハンドが前記レーザ照射位置の始端に到達する時間軸上の溶接開始位置を予測し、前記溶接開始位置の直前に発生されるI/Oリフレッシュタイミングから前記予測された溶接開始位置までの時間軸上のズレ量をレーザ起動タイミング値として算出し、このレーザ起動タイミング値を前記レーザ発振器に与える。 In order to achieve such an object, in the present invention, a welding optical head connected to a laser oscillator is mounted on a robot hand, and the robot hand is moved at a pre-programmed laser irradiation position of the robot hand. In a laser welding method in which a laser oscillator is activated through an I / O interface and welding is performed with a laser beam, on the time axis at which the robot hand reaches the start end of the laser irradiation position based on current position information of the moving robot hand It predicts the welding start position, and calculates the shift amount on the time axis from the I / O refresh timing that will be generated immediately before the welding start position to the predicted welding start position as the laser starting timing value, the laser activation A timing value is provided to the laser oscillator.
また本発明では、レーザ発振器が発振起動指令を受けてからレーザ発振器の出力が溶着可能な所定の溶接開始レベルになるまでのレーザ出力遅れ時間を算出し、算出されたレーザ出力遅れ時間を、前記ズレ量に加味して全体系としてのタイミングのズレを補償する。 In the present invention, the laser output delay time from when the laser oscillator receives the oscillation start command until the laser oscillator output reaches a predetermined welding start level at which welding can be performed is calculated, and the calculated laser output delay time is Compensate for the timing shift of the entire system in consideration of the shift amount.
また本発明では、移動するロボットハンドの現在位置情報に基づいて、ロボットハンドが前記レーザ照射位置の終端に到達する時間軸上の溶接終了位置を予測し、現時刻の後に到来する計算上の最初のI/Oリフレッシュタイミングから前記予測された溶接終了位置までの時間軸上のズレ量をタイミング値として算出し、前記タイミング値を前記レーザ発振器に与える。 In the present invention, based on the current position information of the moving robot hand, the welding end position on the time axis at which the robot hand reaches the end of the laser irradiation position is predicted, and the first calculation time that comes after the current time is calculated. A deviation amount on the time axis from the I / O refresh timing to the predicted welding end position is calculated as a timing value, and the timing value is given to the laser oscillator.
本発明では、I/Oインターフェースが介在することによるレーザ光の照射開始タイミングまたは照射終了タイミングのズレが補償され、ロボットハンドの照射位置がシーム溶接部位の始端または終端に来たとき、これに正確に合致したタイミングで、レーザ発振器の起動または停止が行われる。したがって、本発明によれば、実際のレーザ照射位置がシーム溶接部位から外れることなく、ロボットハンドを移動させながら高速にレーザ溶接を行うことができる。 In the present invention, the deviation of the irradiation start timing or irradiation end timing of the laser light due to the I / O interface is compensated, and when the irradiation position of the robot hand comes to the start or end of the seam welding site, this is accurately detected. The laser oscillator is started or stopped at a timing that matches the above. Therefore, according to the present invention, laser welding can be performed at a high speed while moving the robot hand without the actual laser irradiation position deviating from the seam welding site.
また本発明では、レーザ発振器自体の立ち上がりの遅れをなくして、全体系として正確なレーザ照射タイミングを得ることができる。 Further, according to the present invention, it is possible to obtain a precise laser irradiation timing as a whole system by eliminating the delay of the rise of the laser oscillator itself.
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
<第1の実施形態>
図1に、本発明の実施形態に係るレーザ溶接装置の概要を、ブロック線図にて示す。このレーザ溶接装置は、ロボットハンド1の先端に装着された光学ヘッド2を備えており、この光学ヘッド2が光ファイバケーブル3にてレーザ発振器4と接続され、光学ヘッド2から溶接用のレーザ光を出射させる構造となっている。なお、光学ヘッド2の内部には必要に応じて光偏向光学系(スキャナ)が設けられる。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a laser welding apparatus according to an embodiment of the present invention. This laser welding apparatus includes an
ロボットハンド1は6軸のモータなどの周知のモータ5により駆動されるロボットハンドであり、このロボットハンド1に対する制御系としてロボットコントローラ6が設けられている。またレーザ発振器4は、その内部にレーザの起動発振を制御するレーザ出力制御系7を備えており、I/Oユニット8を介して上記ロボットコントローラ6と接続されている。
The robot hand 1 is a robot hand driven by a known motor 5 such as a 6-axis motor, and a
ロボットコントローラ6は、モータ5に付属されるエンコーダ9からロボットハンド1の現在位置情報を受けつつ、予めプログラミングされたレーザ照射位置へロボットハンド1を移動させるモータ制御部10を含んでいる。またロボットコントローラ6は、レーザ発振器4のレーザ出力制御系7に対して、レーザ発振器4の起動または停止を指令するレーザ制御部11を有している。これらに対する制御を規律するため、I/Oユニット8は内部にリフレッシュサイクル信号発生手段12を有しており、約8ms毎にリフレッシュタイミングTを発生する。このリフレッシュタイミングTにより、ロボットコントローラ6のモータ制御部10およびI/Oユニット8の内容が更新され、ロボットハンド1の位置およびレーザ光の照射タイミングが更新される。
The
上記構成だけの場合、溶接動作は次のようになる。図2において、(a)は、ロボットハンド1が予めプログラミングされたレーザ照射位置の始端から終端までを通過する時間軸上の位置、すなわち溶接開始位置P1から溶接終了位置P2までを示す。図2(b)はI/Oリフレッシュサイクル信号のタイミングを示す。このI/OリフレッシュタイミングTに同期して、図2(c)に示すようにレーザ発振器4が起動(ON)しまたは停止(OFF)する。溶接開始位置P1または溶接終了位置P2は、このI/OリフレッシュタイミングTの間隔内のいずれかの時点で生起する。このため、図2(c)に示すように、レーザ発振器4が起動または停止する時点(レーザ起動タイミング、レーザ停止タイミング)が、溶接開始位置P1または溶接終了位置P2から時間長さα1またはα2だけずれることになる。
In the case of only the above configuration, the welding operation is as follows. In FIG. 2, (a) shows the position on the time axis through which the robot hand 1 passes from the start end to the end of the laser irradiation position programmed in advance, that is, from the welding start position P1 to the welding end position P2. FIG. 2B shows the timing of the I / O refresh cycle signal. In synchronization with the I / O refresh timing T, the
そこで図1に示すように、ロボットコントローラ6のレーザ制御部11に、溶接開始/終了位置予測手段13、タイミング値算出手段14、タイミング値決定手段15を付加する。これらは、溶接の開始と終了に関して、それぞれ次のように機能する。図3に、これによる出力タイミングの調整原理を示す。
Therefore, as shown in FIG. 1, welding start / end position prediction means 13, timing value calculation means 14, and timing value determination means 15 are added to the
溶接の開始に関しては、まず溶接開始/終了位置予測手段13が、ロボットハンド1が予めプログラミングされたレーザ照射位置(溶接部位)を読み込み、移動中のロボットハンド1の現在位置情報に基づいて、ロボットハンド1が予めプログラミングされたレーザ照射位置の始端に到達する時間軸上の溶接開始位置P1(図3(a)参照)を予測する。具体的には、図3(c)に示すように、現時刻t0の後に到来する計算上の2回目のI/OリフレッシュタイミングT2までにロボットハンド1が予めプログラミングされたレーザ照射位置の始端に到達する時間軸上の位置を、溶接開始位置P1として予測する。これらの機能は、ロボットコントローラ6の制御ロジック上に、オブザーバ(論理的制御モデル)により構築し、時々刻々、ロボットハンド1の在るべき位置を計算処理させることで得られる。
Regarding the start of welding, first, the welding start / end position prediction means 13 reads a laser irradiation position (welding part) programmed in advance by the robot hand 1, and based on the current position information of the moving robot hand 1, the robot A welding start position P1 (see FIG. 3A) on the time axis at which the hand 1 reaches the start end of the pre-programmed laser irradiation position is predicted. Specifically, as shown in FIG. 3 (c), the robot hand 1 is placed at the start of the pre-programmed laser irradiation position by the second I / O refresh timing T2 that comes after the current time t0. A position on the time axis to be reached is predicted as a welding start position P1. These functions are obtained by constructing the control logic of the
次に、タイミング値算出手段14が、上記溶接開始位置P1の直前に発生される計算上の最初のI/OリフレッシュタイミングT1(図3(b)参照)から上記の予測された溶接開始位置までの時間軸上のズレ量α1(時間長さ)をレーザ起動タイミング値Tsとして算出する。そして、このレーザ起動タイミング値Tsを、タイミング値決定手段15およびI/Oユニット8を通してレーザ発振器4のレーザ出力制御系7に与えることにより、I/Oインターフェースが介在することによるレーザ発振器4の照射開始タイミングのズレを補償する。
Next, the timing value calculating means 14 from the first I / O refresh timing T1 (see FIG. 3B) generated immediately before the welding start position P1 to the predicted welding start position. The amount of deviation α1 (time length) on the time axis is calculated as the laser activation timing value Ts. Then, the laser activation timing value Ts is given to the laser
他方、溶接の終了に関しては、まず溶接開始/終了位置予測手段13が、移動中のロボットハンド1の現在位置情報に基づいて、ロボットハンド1が予めプログラミングされたレーザ照射位置の終端に到達する時間軸上の溶接終了位置P2(図3(a)参照)を予測する。具体的には、図3(c)に示すように、現時刻t0の後に到来する計算上の2回目のI/OリフレッシュタイミングT2までにロボットハンド1が予めプログラミングされたレーザ照射位置の終端に到達する時間軸上の位置を、溶接終了位置P2として予測する。これらの機能は、ロボットコントローラ6の制御ロジック上に構築したオブザーバ(論理的制御モデル)により、時々刻々、ロボットハンド1の在るべき位置を計算処理することで得られる。
On the other hand, regarding the end of welding, first, the welding start / end position predicting means 13 takes time for the robot hand 1 to reach the end of the pre-programmed laser irradiation position based on the current position information of the moving robot hand 1. A welding end position P2 on the shaft (see FIG. 3A) is predicted. Specifically, as shown in FIG. 3C, the robot hand 1 is placed at the end of the pre-programmed laser irradiation position by the second I / O refresh timing T2 in the calculation that comes after the current time t0. A position on the time axis to be reached is predicted as a welding end position P2. These functions can be obtained by calculating the position where the robot hand 1 should be from time to time using an observer (logical control model) built on the control logic of the
次に、タイミング値算出手段14が、上記溶接終了位置P2の直前に発生される計算上の最初のI/OリフレッシュタイミングT1(図3(b)参照)から上記の予測された溶接終了位置P2までの時間軸上のズレ量α2(時間長さ)をレーザ停止タイミング値Teとして算出する。そして、このレーザ停止タイミング値Teを、タイミング値決定手段15およびI/Oインターフェースを通してレーザ発振器4のレーザ出力制御系7に与えることにより、I/Oインターフェースが介在することによるレーザ発振器4の照射終了タイミングのズレを補償する。
Next, the timing value calculation means 14 calculates the predicted welding end position P2 from the first calculated I / O refresh timing T1 (see FIG. 3B) generated immediately before the welding end position P2. The amount of deviation α2 (time length) on the time axis until is calculated as the laser stop timing value Te. Then, the laser stop timing value Te is given to the laser
<第2の実施形態>
図4に、レーザ発振器4の出力パターンを示す。レーザ発振器4は、通常、励起状態の出力レベルL1にあり、時刻t1でレーザ起動指令を受けた後、一旦出力がゼロまで落ちてから、発振器内のパラメータで定まる傾きに従って、出力が上昇して行く。そして、時刻t2で溶着可能な所定の溶接開始レベル(閾値)L2に達し、その後、さらに上昇して所望出力レベルL3となる。
<Second Embodiment>
FIG. 4 shows an output pattern of the
従って、レーザ発振器4が発振起動指令を受けてから、レーザ発振器4の出力が図4中に点線で示した溶接開始出力レベルL2に上がるまで、時刻t1〜t2で示すレーザ発振器4側でレーザ出力遅れ時間Δtが発生することになる。そこで、この第2の実施形態では、このレーザ発振器4のレーザ出力遅れ時間Δtを、ロボットコントローラ6でレーザ起動タイミング処理ロジックにおり込み、関わる制御機器の遅れを全て制御的に補償する。
Therefore, after the
具体的には、図1に示すように、レーザ発振器4が発振起動指令を受けてからレーザ発振器4の出力が溶着可能な所定の溶接開始レベルになるまでのレーザ出力遅れ時間Δtを算出する手段(レーザ出力遅れ時間算出手段16)を設け、その算出されたレーザ出力遅れ時間Δtを、上記タイミング値決定手段15に送り、そこで上記ズレ量に加味することにより、全体系としてのタイミングのズレを補償する。
Specifically, as shown in FIG. 1, means for calculating a laser output delay time Δt from when the
これを図5において説明すると、まず溶接開始/終了位置予測手段13が、ロボットハンド1が予めプログラミングされたレーザ照射位置の始端に到達する時間軸上の溶接開始位置P1(図5(a)参照)を予測する。具体的には、図5(c)に示すように、現時刻t0の後に到来する計算上の2回目のI/OリフレッシュタイミングT2までにロボットハンド1が予めプログラミングされたレーザ照射位置の始端に到達する時間軸上の位置を溶接開始位置P1として予測する。 This will be described with reference to FIG. 5. First, the welding start / end position predicting means 13 has a welding start position P1 on the time axis at which the robot hand 1 reaches the start end of the pre-programmed laser irradiation position (see FIG. 5A). ). Specifically, as shown in FIG. 5C, the robot hand 1 is placed at the start of the pre-programmed laser irradiation position by the second I / O refresh timing T2 in the calculation that comes after the current time t0. A position on the time axis to be reached is predicted as a welding start position P1.
次に、タイミング値算出手段14が、上記溶接開始位置P1の直前に発生される計算上の最初のI/OリフレッシュタイミングT1(図5(b)参照)から上記の予測された溶接開始位置までの時間軸上のズレ量α1をタイミング値Tsとして算出する。そして、タイミング値決定手段15が、このタイミング値Tsをレーザ発振器4のレーザ出力制御系7に与えることにより、I/Oインターフェースが介在することによるレーザ発振器4の照射開始タイミングのズレを補償する。このときタイミング値決定手段15は、レーザ出力遅れ時間算出手段16により算出されたレーザ出力遅れ時間Δtも受領し、上記タイミング値Tsに加味(減算)することにより、レーザ発振タイミングをΔtだけ前倒して、調整されたタイミング値Ts1として出力し、全体系としてのタイミングのズレを補償する。
Next, the timing value calculation means 14 from the first calculation I / O refresh timing T1 (see FIG. 5B) generated immediately before the welding start position P1 to the predicted welding start position. Is calculated as a timing value Ts. Then, the timing
<具体例1>
上記第1の実施形態の具体例1について説明する。図6は、この具体例1のレーザ溶接装置の構成を示す概略図、図7および図8はそのレーザ溶接時の発振起動指令/停止指令のタイミング調整処理を示した図である。
<Specific example 1>
Specific example 1 of the first embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the laser welding apparatus of the first specific example, and FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the timing adjustment processing of the oscillation start command / stop command at the time of laser welding.
図6に示すように、ロボットコントローラ6の制御ロジック上に、オブザーバ17(論理的制御モデル)を組み込む。オブザーバ17は特開平5−122970号公報(モータ制御装置)にあるように、既存の技術である。
As shown in FIG. 6, an observer 17 (logical control model) is incorporated on the control logic of the
図6において、ロボットコントローラ6のモータ制御部10はサーボ演算部18から成る。レーザ制御部11は、溶接開始/終了位置予測手段13の構成要素として、フィードフォワード演算部19が前置された指定タイミングでのロボットハンドの位置推定演算部20と、その推定されたロボットハンド1の位置が溶接開始位置または溶接終了位置に来るかどうかを判定する判定部21をと有する。またレーザ制御部11は、I/Oインターフェースが介在することによる遅れを考慮して、上記溶接開始位置または溶接終了位置の到来に対し、正確に合致したタイミング値を算出するタイミング値算出手段14を有する。タイミング値決定手段15は、この具体例1の場合、特には設けられていない。
In FIG. 6, the
図7を参照しながら、レーザ溶接時の発振起動指令のタイミング調整処理について説明する。 With reference to FIG. 7, the timing adjustment processing of the oscillation start command at the time of laser welding will be described.
(1)まず、ロボットコントローラ6の制御ロジック上に構築したオブザーバ17(論理的制御モデル)により、時々刻々、ロボットハンド1の在るべき位置を計算処理させる。
(1) First, an observer 17 (logical control model) built on the control logic of the
(2)ロボットコントローラ6内にI/O処理のリフレッシュサイクル信号を取り込み、現時刻から2回後のI/Oリフレッシュ(例として8ms毎)までに、プログラミングされた溶接開始位置P1に到達するかを、制御ロジックに組み込まれた判断ロジックで判断する。
(2) Capture the I / O processing refresh cycle signal in the
すなわち、図7のフローにおいて、位置推定演算部20は、まずロボットプログラムを先読みすることにより、レーザ溶接命令の内容からプログラミングされた溶接開始位置P1を読み取る(ステップS1)。次に、位置推定演算部20は、リフレッシュサイクル信号発生手段12からI/Oリフレッシュタイミングを取り込み(ステップS2)、2回後のI/OリフレッシュタイミングT2を算出し(ステップS3)、このI/OリフレッシュタイミングT2でのロボットハンド1の推定位置を算出する(ステップS4)。そして、判定部21は、このロボットハンド1の推定位置に関し、溶接開始位置P1を通過するかどうか判定する(ステップS2〜S5)。
That is, in the flow of FIG. 7, the position
溶接開始位置P1を通過する場合(ステップS5でYES)、現時刻から2回後のI/OリフレッシュタイミングT2(図3参照)までの間に、溶接開始位置P1が到来すると予測されたことになる。 When the welding start position P1 is passed (YES in step S5), it is predicted that the welding start position P1 will arrive between the current time and the I / O refresh timing T2 (see FIG. 3) two times later. Become.
(3)上記判定部21で、ロボットハンド1が溶接開始位置P1に至ると判断した場合、タイミング値算出手段14は、現時刻の1回後のI/OリフレッシュタイミングT1からのレーザ起動イミングTsを算出する。つまり、溶接開始位置P1の直前に発生される計算上の最初のI/OリフレッシュタイミングT1から上記予測された溶接開始位置P1までの時間軸上のズレ量α1(時間長さ)をレーザ起動タイミング値Tsとして算出する(図3参照)。このタイミング値Tsは、I/Oリフレッシュタイミングが8ms間隔で生起するので、最小で0ms、最大で8msの値となる。
(3) When the
図7のフローに従って説明すると、タイミング値算出手段14は、1回後のI/OリフレッシュタイミングT1を算出し(ステップS6)、オブザーバ17にてこのリフレッシュタイミングT1からのレーザ起動タイミングTsを算出する(ステップS7)。 Describing according to the flow of FIG. 7, the timing value calculating means 14 calculates the I / O refresh timing T1 after one time (step S6), and the observer 17 calculates the laser activation timing Ts from the refresh timing T1. (Step S7).
(4)算出したレーザ起動タイミング値Ts(時間長さ)を、I/O信号に3ビット(または4ビット)でデコードし(ステップS8)、そのデコード情報をI/Oユニット8に出力する(ステップS9)。 (4) The calculated laser activation timing value Ts (time length) is decoded into 3 bits (or 4 bits) in the I / O signal (step S8), and the decoded information is output to the I / O unit 8 ( Step S9).
レーザ発振器4のレーザ出力制御系7は、このデコードされたレーザ起動タイミング値Tsを受信し、このタイミングにてレーザ発振器4を起動して、レーザ溶接を開始させる。所定のレーザ溶接が実施されない場合(ステップS10でNO)、異常処理として、例えば強制停止処理を行う(ステップS11)。レーザ溶接が正常に行われた場合(ステップS10でYES)、I/Oユニット8への出力をクリアーして処理を終了する(ステップS12)。
The laser
(5)次に、図8を参照しながら、レーザ溶接時の発振停止指令のタイミング(レーザ停止タイミング)の調整処理について説明する。 (5) Next, with reference to FIG. 8, the adjustment processing of the oscillation stop command timing (laser stop timing) during laser welding will be described.
図8のステップS21において、位置推定演算部20が、ロボットプログラムを先読みすることにより、レーザ溶接命令の内容からプログラミングされた溶接終了位置P2を読み取る(ステップS21)。次に、位置推定演算部20は、リフレッシュサイクル信号発生手段12からI/Oリフレッシュタイミングを取り込み(ステップS22)、2回後のI/OリフレッシュタイミングT2を算出し(ステップS23)、このI/OリフレッシュタイミングT2でのロボットハンド1の推定位置を算出する(ステップS24)。そして、判定部21は、ロボットハンド1が溶接終了位置P2を通過するかどうか判定する(ステップS22〜S25)。
In step S21 of FIG. 8, the position
上記判定部21で、ロボットハンド1が溶接終了位置P2に到達すると判断された場合(ステップS25でYES)、タイミング値算出手段14は、1回後のI/OリフレッシュタイミングT1を算出し(ステップS26)、オブザーバ17にてこのリフレッシュタイミングT1から上記溶接終了位置までの時間軸上のズレ量(時間長さ)α2をタイミング値(レーザ停止タイミングTe)として算出する(ステップS27)。
When the
算出したレーザ停止タイミングTe(時間長さ)を、I/O信号に3ビット(または4ビット)でデコードし(ステップS28)、そのデコード情報をI/Oユニット8に出力する(ステップS29)。 The calculated laser stop timing Te (time length) is decoded into 3 bits (or 4 bits) in the I / O signal (step S28), and the decoded information is output to the I / O unit 8 (step S29).
このデコードされたレーザ停止タイミングTeをレーザ発振器4のレーザ出力制御系7が受信し、このタイミングにてレーザ発振器4が停止して、レーザ溶接が終了となる。レーザ溶接が正常に終了しない場合(ステップS30でNO)、異常処理として、例えば強制停止処理を行う(ステップS31)。レーザ溶接が正常に終了した場合(ステップS30でYES)、I/Oユニット8への出力をクリアーして処理を終了する(ステップS32)。
The laser
上記の如く構成したレーザ溶接装置の長所は、ロボットコントローラ6に制御ロジックを追加するのみで、特にハードウェハとして新たな構成機器を追加せずとも、従来システムの課題であったレーザ起動タイミングのズレを解消できることにある。
The advantage of the laser welding apparatus configured as described above is that only the control logic is added to the
<具体例2>
上記第2の実施形態の具体例2について説明する。図9は、この具体例2のレーザ溶接装置の構成を示す概略図、図10はそのレーザ溶接時の発振起動指令のタイミング調整処理を示した図である。
<Specific example 2>
Specific example 2 of the second embodiment will be described. FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the laser welding apparatus of the second specific example, and FIG. 10 is a diagram showing the timing adjustment processing of the oscillation start command at the time of laser welding.
この具体例2のレーザ溶接装置は、レーザ制御部11、I/Oユニット8の他に、上記レーザ出力遅れ時間算出手段16としての遅れ補正部22を、ロボットコントローラ6が有する点で、具体例1のレーザ溶接装置と相違する。この遅れ補正部22は、ロボットコントローラ6内に予め準備されたパラメータテーブル23から、レーザ発振器4の設定パラメータであるゼロレベル復帰時間などの溶接機データや、出力上昇時の傾き、出力値といった溶接データを読み込むパラメータテーブル読み込み部24と、レーザ発振器4が発振起動指令を受けてから出力が一旦ゼロレベルとなるまでのゼロレベル復帰時間を読み込むゼロレベル復帰時間読み込み部25と、出力が一旦ゼロレベルとなってから溶接(溶着)開始レベルL2(図4参照)に到達するまでの時間を算出する溶接開始出力到達時間算出部26と、これらの時間を積算して時間の補正量を算出する発振器遅れ時間積算部27とを有する。
The laser welding apparatus of the second specific example is a specific example in that the
次に、この具体例2のレーザ溶接装置の動作について説明する。 Next, the operation of the laser welding apparatus of the specific example 2 will be described.
(1)まず、レーザ発振器4の設定パラメータであるゼロレベル復帰時間などの溶接機データや、出力上昇時の傾き、出力値といった溶接データを、ロボットプログラムに入力させる。
(1) First, welding machine data such as a zero level return time, which is a setting parameter of the
(2)ロボットコントローラ6のパラメータテーブル読み込み部24は、再生しているプログラムにレーザ溶接用のコマンド(専用コマンドを作成する)があった場合、パラメータテーブル23を参照してパラメータを確認する。このパラメータは事前に登録されたパターンを読み出す形で、詳細の設定データを認識しているが、直接、パラメータ値を書き込む方式とすることもできる。すなわち、ロボットコントローラ6に事前にパラメータ登録してもよいし、レーザ溶接用の専用コマンドのパラメータとして、ロボットプログラムに与えてもよい。
(2) The parameter
(3)ロボットコントローラ6のゼロレベル復帰時間読み込み部25は、これらのパラメータのうちから、上記ゼロレベル復帰時間(レーザ発振器独自の励起〜ゼロ出力までの処理時間)を読み込む。また溶接開始出力到達時間算出部26は、出力が一旦ゼロレベルとなってから溶接(溶着)開始レベルL2(図4参照)に到達するまでの時間(溶接開始出力到達時間)を算出する。そして、発振器遅れ時間積算部27は、これらのゼロレベル復帰時間と溶接開始出力到達時間を積算して、レーザ起動指令から溶接(溶着)開始レベルL2に達するまでにかかる出力の遅れ時間Δt(図4参照)を算出し、これを本レーザ発振器独自の出力特性でのズレに対応する時間的な補正量とする。
(3) The zero level return
(4)この補正量を、レーザ制御部11におけるI/O処理のズレ補償ロジックのうちのタイミング値算出手段14に入力する。タイミング値算出手段14は、これを受けて、補正量だけレーザ発振器4に対する発信起動指令のタイミングを早める。すなわち、レーザ発振器4で遅れる分、前倒しで発信起動指令を出力し、制御系全体でのタイミングのズレを補償する。
(4) This correction amount is input to the timing value calculation means 14 in the I / O processing deviation compensation logic in the
図10に、上記レーザ発振器4自体の遅れに対するタイミング調整処理の手順を示す。
FIG. 10 shows the procedure of timing adjustment processing for the delay of the
図10のフローにおいて、ロボットコントローラ6は、まずロボットプログラムを先読みすることにより、レーザ溶接命令の内容からプログラミングされた溶接開始位置P1を読み取ると共に、レーザ溶接専用のコマンドからパラメータを読み取る(ステップS41)。次に、パラメータテーブル読み込み部24が、パラメータテーブル23の内容を読み込む(ステップS42)。
In the flow of FIG. 10, the
レーザ溶接専用のコマンドは、従来のプログラムに追加されるものであり、例えば、「[溶接機データ][溶接データ][ワークデータ][I/Oでコード情報]」から成るものとし、[]内には、設定されたパラメータテーブル23の番号値を入力する。ここでワークデータとI/Oデコード情報は機種固定で、溶接条件として別途設定する。 The command dedicated to laser welding is added to the conventional program, and is composed of, for example, “[welding machine data] [welding data] [work data] [code information by I / O]” [] The number value of the parameter table 23 that has been set is input. Here, the work data and I / O decode information are fixed to the model, and are set separately as welding conditions.
パラメータテーブル23としては、例えば以下のようなパラメータテーブルをロボットコントローラ6内に準備する。(a)溶接機データとして、レーザ発振器メーカ、発振器種類(CO2レーザなど)、機器の最高出力、励起出力値、ゼロレベル復帰時間。(b)溶接データとして、出力値、傾き、溶接(溶着)開始出力、溶接パターン(S字、丸、直線、半径、長さなど)、溶接速度。(c)ワークデータとして、材質、板圧、隙間、許容溶接最大速度。(d)I/Oでコード情報として、I/Oアドレス情報、占有デコードビット数(3〜4ビット)。
As the parameter table 23, for example, the following parameter table is prepared in the
なお、ここでは、パラメータを設定テーブルから読み出す形態としているが、パラメータを直接レーザ溶接専用コマンドに記述させることもできる。この場合は、例えば「[ゼロレベル復帰時間][出力][傾き][溶接(溶着)開始出力][溶接パターン][溶接速度]」とする。この場合も[]内には、設定されたパラメータテーブル23の番号値を入力する。 In this example, the parameters are read from the setting table. However, the parameters can be directly described in a laser welding dedicated command. In this case, for example, “[zero level recovery time] [output] [inclination] [welding (welding) start output] [welding pattern] [welding speed]”. Also in this case, the set number value of the parameter table 23 is entered in [].
次に、遅れ補正部22が、上述した発振器の遅れ時間(ゼロレベル復帰時間+溶接開始出力到達時間)Δt(図5参照)を算出する(ステップS43)。
Next, the
次に、位置推定演算部20は、リフレッシュサイクル信号発生手段12からI/Oリフレッシュタイミングを取り込み(ステップS44)、2回後のI/OリフレッシュタイミングT2を算出し(ステップS45)、このI/OリフレッシュタイミングT2でのロボットハンド1の推定位置を算出する(ステップS46)。そして、判定部21は、このロボットハンド1の推定位置に関し、溶接開始位置P1を通過するかどうか判定する(ステップS44〜S47)。
Next, the position
ロボットハンド1が溶接開始位置P1を通過する場合(ステップS47でYES)、タイミング値算出手段14は、1回後のI/OリフレッシュタイミングT1を算出し(ステップS48)、オブザーバ17にてこのリフレッシュタイミングT1からのズレ量α1(時間長さ)をレーザ起動タイミングTsとして算出する(ステップS49)。 When the robot hand 1 passes the welding start position P1 (YES in step S47), the timing value calculation means 14 calculates the I / O refresh timing T1 after one time (step S48), and this refresh is performed by the observer 17. A deviation amount α1 (time length) from the timing T1 is calculated as the laser activation timing Ts (step S49).
次に、上記ズレ量α1(時間長さ)に上記の遅れ時間Δt(ゼロレベル復帰時間+溶接開始出力到達時間)を加味(減算)し(ステップS50)、全体系としてのタイミング値ts1(図5(c)参照)を算出する。 Next, the above delay time Δt (zero level return time + welding start output arrival time) is added to (subtracted from) the shift amount α1 (time length) (step S50), and the timing value ts1 (FIG. 5) as the entire system. 5 (c)) is calculated.
算出したタイミング値Ts1(時間長さ)を、I/O信号に3ビット(または4ビット)でデコードし(ステップS51)、そのデコード情報をI/Oユニット8に出力する(ステップS52)。 The calculated timing value Ts1 (time length) is decoded into 3 bits (or 4 bits) in the I / O signal (step S51), and the decoded information is output to the I / O unit 8 (step S52).
通常は、このデコードされたタイミング値Tsをレーザ発振器4のレーザ出力制御系7が受信し、このタイミングにてレーザ発振器4が起動して、レーザ溶接が開始される。所定のレーザ溶接が実施されない場合(ステップS53でNO)、異常処理として、例えば停止処理を行う(ステップS54)。レーザ溶接が正常に行われた場合(ステップS53でYES)、I/Oユニット8への出力をクリアーして処理を終了する(ステップS55)。
Normally, the laser
以上述べたように、本発明では、全てのロボットシステムに備えられているI/Oシステムに着目し、これを通過することによるレーザ発振起動指令および停止指令のタイミング遅れをなくす。このため、ロボットコントローラ6とレーザ発振器4を一体化したかのような処理能力が実現される。また、発振器自体の出力の立ち上がり遅れについても、これを補償し、レーザ溶接装置の制御系全体としてのタイミングズレをなくすことができる。
As described above, the present invention focuses on the I / O system provided in all robot systems, and eliminates the timing delay of the laser oscillation start command and the stop command due to passing through the I / O system. For this reason, the processing capability as if the
上記実施形態においては、ロボットハンド1に光学ヘッド2を装着した形態を前提として説明した。この光学ヘッド2は位置固定のものでもよいが、より高速なレーザ溶接を可能にするため、光学ヘッド2内に、レーザ光を溶接部位の形状に沿って走査する光偏向光学系(スキャナ)を内蔵させ、目的の溶接形状をスキャナによりトレースし、溶接を実行する形態とすることもできる。その理由として、本発明では、ロボットハンドが移動中に、レーザ発振器の起動または停止のタイミングを計算処理して結論を得ていれば足り、結果としてレーザ光の照射がレーザ照射位置にて遅れなく始まれば良いからである。
The above embodiment has been described on the assumption that the
1 ロボットハンド、
2 光学ヘッド、
3 光ファイバケーブル、
4 レーザ発振器、
5 モータ、
6 ロボットコントローラ、
7 レーザ出力制御系、
8 I/Oユニット、
9 エンコーダ、
10 モータ制御部、
11 レーザ制御部、
12 リフレッシュサイクル信号発生手段、
13 溶接開始/終了位置予測手段、
14 タイミング値算出手段、
15 タイミング値決定手段、
16 レーザ出力遅れ時間算出手段、
17 オブザーバ、
18 サーボ演算部、
19 フィードフォワード演算部、
20 位置推定演算部、
21 判定部、
22 補正部、
23 パラメータテーブル、
24 パラメータテーブル読み込み部、
25 ゼロレベル復帰時間読み込み部、
26 溶接開始出力到達時間算出部、
27 発振器遅れ時間積算部。
1 Robot hand,
2 optical head,
3 Optical fiber cable,
4 Laser oscillator,
5 Motor,
6 Robot controller,
7 Laser output control system,
8 I / O units,
9 Encoder,
10 Motor controller,
11 Laser controller,
12 refresh cycle signal generating means,
13 welding start / end position prediction means,
14 timing value calculating means,
15 timing value determining means,
16 Laser output delay time calculating means,
17 Observer,
18 Servo calculation part,
19 Feedforward operation part,
20 position estimation calculation unit,
21 determination unit,
22 Correction part,
23 Parameter table
24 Parameter table reading section,
25 Zero level recovery time reading section,
26 welding start output arrival time calculation unit,
27 Oscillator delay time integration unit.
Claims (8)
移動するロボットハンドの現在位置情報に基づいて、ロボットハンドが前記レーザ照射位置の始端に到達する時間軸上の溶接開始位置を予測し、
前記溶接開始位置の直前に発生されるI/Oリフレッシュタイミングから前記予測された溶接開始位置までの時間軸上のズレ量をレーザ起動タイミング値として算出し、
前記レーザ起動タイミング値を前記レーザ発振器に与えることを特徴とするレーザ溶接方法。 An optical head for welding connected to the laser oscillator is mounted on the robot hand, and while moving the robot hand, the laser oscillator is activated through the I / O interface at the pre-programmed laser irradiation position of the robot hand, and the laser In the laser welding method for performing welding by light,
Based on the current position information of the moving robot hand, predict the welding start position on the time axis where the robot hand reaches the start of the laser irradiation position,
Calculating a shift amount on the time axis from the I / O refresh timing that will be generated immediately before the welding start position to the predicted welding start position as the laser starting timing value,
A laser welding method, wherein the laser start timing value is given to the laser oscillator.
算出されたレーザ出力遅れ時間を、前記ズレ量に加味して全体系としてのタイミングのズレを補償することを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接方法。 Calculate the laser output delay time from when the laser oscillator receives the oscillation start command until the laser oscillator output reaches a predetermined welding start level where welding is possible,
2. The laser welding method according to claim 1, wherein the calculated laser output delay time is added to the shift amount to compensate for the timing shift of the entire system.
前記溶接終了位置の直前に発生されるI/Oリフレッシュタイミングから前記予測された溶接終了位置までの時間軸上のズレ量をレーザ停止タイミング値として算出し、
前記レーザ停止タイミング値を前記レーザ発振器に与えることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ溶接方法。 Based on the current position information of the moving robot hand, predict the welding end position on the time axis when the robot hand reaches the end of the laser irradiation position,
Calculating the amount of deviation on the time axis from the I / O refresh timing generated immediately before the welding end position to the predicted welding end position as a laser stop timing value;
The laser welding method according to claim 1, wherein the laser stop timing value is given to the laser oscillator.
前記ロボットコントローラが、移動中のロボットハンドの現在位置情報に基づいて、ロボットハンドが予めプログラミングされたレーザ照射位置の始端に到達する時間軸上の溶接開始位置を予測する手段と、
前記溶接開始位置の直前に発生されるI/Oリフレッシュタイミングから前記予測された溶接開始位置までの時間軸上のズレ量をレーザ起動タイミング値として算出する手段と、
前記レーザ起動タイミング値を前記レーザ発振器に与える手段と、を有することを特徴とするレーザ溶接装置。 A laser oscillator for emitting a laser beam for welding from an optical head mounted on the robot hand, and controlling the movement of the robot hand to the laser irradiation position while taking in the position information of the robot hand, and also via the I / O interface In a laser welding apparatus having a robot controller that gives laser activation oscillation timing to a laser oscillator,
Means for predicting a welding start position on a time axis at which the robot controller reaches the start end of a pre-programmed laser irradiation position based on current position information of the moving robot hand;
It means for calculating a shift amount on the time axis from the I / O refresh timing that will be generated immediately before the welding start position to the predicted welding start position as the laser starting timing value,
Means for providing said laser start timing value to said laser oscillator.
算出されたレーザ出力遅れ時間を、前記ズレ量に加味して全体系としてのタイミングのズレを補償する手段とを有することを特徴とする請求項4または5に記載のレーザ溶接装置。 Means for calculating a laser output delay time from when the laser oscillator receives an oscillation start command until the output of the laser oscillator reaches a predetermined welding start level capable of welding;
6. The laser welding apparatus according to claim 4, further comprising a unit that compensates for the timing shift of the entire system by adding the calculated laser output delay time to the shift amount.
前記溶接終了位置の直前に発生されるI/Oリフレッシュタイミングから前記予測された溶接終了位置までの時間軸上のズレ量をレーザ停止タイミング値として算出する手段と、
前記レーザ停止タイミング値を前記レーザ発振器に与える手段と、を有することを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載のレーザ溶接装置。 Means for predicting the welding end position on the time axis at which the robot controller reaches the end of the pre-programmed laser irradiation position based on the current position information of the moving robot hand;
It means for calculating a shift amount on the time axis from the I / O refresh timing that will be generated immediately before the welding end position to the predicted welding end position as laser stop timing values,
The laser welding apparatus according to claim 4, further comprising: a unit that gives the laser stop timing value to the laser oscillator.
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