JP6769424B2 - レーザ加工方法、コントローラおよびロボットシステム - Google Patents

レーザ加工方法、コントローラおよびロボットシステム Download PDF

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Description

開示の実施形態は、レーザ加工方法、コントローラおよびロボットシステムに関する。
従来、複数の関節をそれぞれ駆動して動作するロボットが知られている。かかるロボットの先端には、加工や溶接、把持等の用途にあわせたエンドエフェクタが取り付けられ、ワークの加工や溶接といった様々な作業が行われる。
また、レーザ溶接用のエンドエフェクタにおいて、溶接による軌跡の開始部と終了部では、その他の軌跡位置におけるレーザの入熱量とは異なる入熱量とする技術も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０１７−０３９１４５号公報
しかしながら、従来の技術には、溶接による軌跡の途中でワークの厚みや材質といった属性が変化した場合の加工品質について改善の余地がある。
実施形態の一態様は、ワークの属性が変化した場合であっても加工品質を保つことができるレーザ加工方法、コントローラおよびロボットシステムを提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係るレーザ加工方法は、レーザによる照射軌跡の形状を変更可能なヘッド部と、前記ヘッド部を移動させるロボットとを用いる。また、レーザ加工方法は、取得工程と、分割工程と、調整工程とを含む。取得工程は、ワークの被加工領域における前記ワークの厚みの分布、前記ワークの材質の分布、前記ワークの温度の分布、前記ワークの表面状態の分布および前記ワークの加工状態の分布のいずれか、または、複数の組み合わせを示す属性情報を取得する。分割工程は、前記形状を複数の分割領域に分割する。調整工程は、前記ヘッド部による前記レーザの軌跡速度および出力の少なくとも１つを、前記属性情報に基づいて前記分割領域ごとに調整する。
また、実施形態の一態様に係るコントローラは、レーザによる照射軌跡の形状を変更可能なヘッド部の動作を制御する。コントローラは、取得部と、分割部と、調整部とを備える。取得部は、ワークの被加工領域における前記ワークの厚みの分布、前記ワークの材質の分布、前記ワークの温度の分布、前記ワークの表面状態の分布および前記ワークの加工状態の分布のいずれか、または、複数の組み合わせを示す属性情報を取得する。分割部は、前記形状を複数の分割領域に分割する。調整部は、前記ヘッド部による前記レーザの軌跡速度および出力の少なくとも１つを、前記属性情報に基づいて前記分割領域ごとに調整する。
また、実施形態の一態様に係るロボットシステムは、ヘッド部と、ロボットと、コントローラとを備える。ヘッド部は、レーザによる照射軌跡の形状を変更可能である。ロボットは、前記ヘッド部を移動させる。コントローラは、前記ヘッド部の動作を制御する。コントローラは、取得部と、分割部と、調整部とを備える。取得部は、ワークの被加工領域における前記ワークの厚みの分布、前記ワークの材質の分布、前記ワークの温度の分布、前記ワークの表面状態の分布および前記ワークの加工状態の分布のいずれか、または、複数の組み合わせを示す属性情報を取得する。分割部は、前記形状を複数の分割領域に分割する。調整部は、前記ヘッド部による前記レーザの軌跡速度および出力の少なくとも１つを、前記属性情報に基づいて前記分割領域ごとに調整する。
実施形態の一態様によれば、ワークの属性が変化した場合であっても加工品質を保つことが可能となるレーザ加工方法、コントローラおよびロボットシステムを提供することができる。
図１は、実施形態に係るレーザ加工方法の概要を示す説明図である。 図２は、ロボットシステムの接続関係を示す説明図である。 図３は、ヘッド部の動作を説明する説明図である。 図４は、ロボットシステムの構成を示すブロック図である。 図５は、照射軌跡の形状における代表向きの調整処理を説明する説明図である。 図６Ａは、ヘッド部の設定項目を示す説明図である。 図６Ｂは、分割領域の例を示す説明図である。 図６Ｃは、分割領域の設定項目を示す説明図である。 図７は、ロボットシステムが実行する処理手順を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本願の開示するレーザ加工方法、コントローラおよびロボットシステムを詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下では、レーザ加工としてレーザ溶接を行う場合について説明するが、ワーク表面の粗度を変更したり、ワークに溝を掘ったり、ワークに描画したりする加工を行うこととしてもよい。
また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現を用いるが、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
まず、実施形態に係るレーザ加工方法の概要について図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係るレーザ加工方法の概要を示す説明図である。なお、図１には、レーザ加工を行うヘッド部１００と、ヘッド部１００が取り付けられるロボット１０の先端側とを示している。また、図１には、ヘッド部１００に固定されたｘｙ座標系と、ワークＷに固定されたＸＹ座標系とを示している。
図１に示すように、ロボット１０は、ワークＷに設定される加工線２００に沿ってヘッド部１００を移動させる。なお、加工線２００とは、ワークＷにおける加工領域の延伸向きに沿って設定される仮想線のことを指す。図１では、ワークＷが２枚の板材を一部が重なるように重ね合わせた場合を示しており、加工線２００は、上側の板材と下側の板材との境界線に設定されているものとする。
ここで、ヘッド部１００は、レーザの照射方向を変更するガルバノミラー等の機構を一組有しており、異なる回転軸まわりに揺動する２つのミラーをそれぞれ駆動することでレーザの照射方向を任意に変更可能である。
つまり、ヘッド部１００は、上記した２つのミラーを協調動作させることで、照射軌跡Ｐを任意の形状とすることが可能である。なお、ヘッド部１００は、照射軌跡Ｐの形状における代表向きＰＶ（図５参照）を任意の向きに変更することも可能であるが、この点については、図５を用いて後述する。
図１のステップＳ１には、ヘッド部１００が照射する照射軌跡Ｐを示している。ここで、図１に示した照射軌跡Ｐは、ワークＷを投影した平面（たとえば、ワークＷの表面と平行な平面）上におけるレーザ１周分の照射軌跡Ｐである。また、図１には、照射軌跡Ｐが楕円である場合を示している。このように照射軌跡Ｐが楕円である場合、ロボット１０の動作によってヘッド部１００が加工線２００に沿って移動向きＶで移動すると、ステップＳ１に示した照射軌跡Ｐは、移動向きＶと合成され、図１に示したように螺旋状となる。
ここで、図１に示したように、ワークＷの厚みが場所によって異なる場合、ヘッド部１００が出力状況を一定とすると、場所によってワークＷの溶け込み不足や溶け落ちが発生するおそれがある。
そこで、実施形態に係るレーザ加工方法では、ワークＷの被加工領域における属性の分布を示す属性情報１１２ａを取得し、取得した属性情報１１２ａに基づいてヘッド部１００によるレーザの軌跡速度ＬＶおよびレーザの出力の少なくとも１つを調整することとした。
たとえば、図１のステップＳ１に示したように、属性情報１１２ａがワークＷの厚みの分布を示す場合について説明する。図１では、ｙ軸に沿う３つの両矢印の各区間において、厚みｄ１、厚みｄ２および厚みｄ３のように厚みの分布が変化している。なお、厚みｄ２は、厚みｄ１よりも大きく、厚みｄ１は厚みｄ３と等しい。
この場合、実施形態に係るレーザ加工方法では、照射軌跡Ｐを、厚みｄ１に対応する分割領域ＤＡ１と、厚みｄ２に対応する分割領域ＤＡ２と、厚みｄ３に対応する分割領域ＤＡ３とに分割する。つまり、属性情報１１２ａに基づいて照射軌跡Ｐの形状を複数の分割領域に分割する。なお、以下では、各分割領域を区別しない場合には、単に「分割領域ＤＡ」と記載する。
そして、実施形態に係るレーザ加工方法では、ヘッド部１００によるレーザの軌跡速度ＬＶおよびレーザの出力の少なくとも１つを、分割領域ＤＡごとに調整する。なお、図１に示した場合には、厚みｄ２に対応する分割領域ＤＡ２における軌跡速度ＬＶをその他の分割領域ＤＡよりも遅くしたり、レーザの出力をその他の分割領域ＤＡよりも大きくしたりする。
たとえば、照射軌跡Ｐと、各分割領域ＤＡとの交点を軌跡速度ＬＶの向きに沿って点ｐ１、点ｐ２、点ｐ３、点ｐ４とした場合、点ｐ１から点ｐ２までの軌跡速度ＬＶ１よりも点ｐ２から点ｐ３までの軌跡速度ＬＶ２を遅くする。また、点ｐ３から点ｐ４までの軌跡速度ＬＶ３を軌跡速度ＬＶ１と同じとし、点ｐ４から点ｐ１までの軌跡速度ＬＶ４を軌跡速度ＬＶ２と同じにする。
このように、実施形態に係るレーザ加工方法によれば、ワークの属性が場所によって変化した場合であっても、加工品質が変動しにくい。つまり、実施形態に係るレーザ加工方法によれば、レーザ加工による加工品質を保つことができる。
なお、図１では、属性情報１１２ａがワークＷの厚みの分布を示す場合を例示したが、属性情報１１２ａはこれに限られない。属性情報１１２ａは、たとえば、ワークＷにおける材質の分布、温度の分布、粗度等の表面状態の分布、溝等の加工状態の分布等を示すものであってもよい。また、これらの分布を複数組み合わせたものであってもよい。
また、図１では、属性情報１１２ａに基づいて分割される分割領域ＤＡをｘ軸に沿った線で分割する場合を例示したが、分割領域ＤＡは、ワークＷにおける属性の分布に応じて図１とは異なる形状に分割されることになる。なお、加工線２００が曲線を含む場合については、図５を用いて後述する。
次に、図１を用いて説明したレーザ加工方法を実行するロボットシステム１の接続関係について図２を用いて説明する。図２は、ロボットシステム１の接続関係を示す説明図である。図２に示すように、ロボットシステム１は、ロボット１０と、ロボットコントローラ２０と、端末装置３０と、ヘッド部１００と、ヘッド部コントローラ１１０と、レーザ発振器１２０とを備える。
なお、図２には、ロボットシステム１の加工対象となるワークＷについても示している。また、単に「コントローラ」と記載する場合には、ロボットコントローラ２０ではなく、ヘッド部コントローラ１１０のことを指すものとする。
ロボット１０は、たとえば、６軸の垂直多関節ロボットであり、先端にヘッド部１００が取り付けられている。ロボットコントローラ２０は、ロボット１０の動作を制御する。端末装置３０は、ロボットコントローラ２０経由でヘッド部コントローラ１１０に対してヘッド部１００の設定値等を有線または無線の通信で送信する。また、端末装置３０は、図１のステップＳ１に示した照射軌跡Ｐの形状の分割状況を表示する。
ヘッド部コントローラ１１０は、ロボットコントローラ２０経由で受け取ったヘッド部１００の設定値に基づいてヘッド部１００の動作を制御する。また、ヘッド部コントローラ１１０は、レーザ発振器１２０に対してレーザ強度等の指示を行う。
そして、ヘッド部コントローラ１１０からの指示を受けたレーザ発振器１２０は、光ファイバ１２１を介してヘッド部１００へレーザを伝達する。なお、ロボットシステム１の各構成要素の詳細については、図４を用いて後述する。
なお、図２では、ヘッド部コントローラ１１０と、ロボットコントローラ２０とが別体である場合を例示したが、たとえば、ロボットコントローラ２０内にヘッド部コントローラ１１０の機能を持たせてもよい。
次に、ヘッド部１００（図１参照）の動作について図３を用いて説明する。図３は、ヘッド部１００の動作を説明する説明図である。ここで、図３に示したｘｙ座標系は、ヘッド部１００に固定された座標系である。
また、図３には、レーザの照射点Ｌと、揺動する１組のミラーの揺動向きＭ１および揺動向きＭ２をあわせて示している。なお、図３では、揺動向きＭ１および揺動向きＭ２が直交し、ｘ軸と揺動向きＭ１とが平行で、ｙ軸と揺動向きＭ２とが平行である場合を例示している。
図３に示すように、ヘッド部１００は、レーザの照射点Ｌを、揺動向きＭ１および揺動向きＭ２に沿ってそれぞれ移動させる。そして、揺動向きＭ１および揺動向きＭ２の移動を連動させることで、照射点Ｌの移動軌跡、すなわち、照射軌跡Ｐを任意の形状とすることができる。
なお、図３では、照射軌跡Ｐが図１と同様に楕円で、照射軌跡Ｐの代表向きＰＶが楕円の長軸と平行である場合を示している。また、図３では、代表向きＰＶをｙ軸と同じ向きとしている。ヘッド部１００は、揺動向きＭ１および揺動向きＭ２の移動量を適宜調整することで、照射軌跡Ｐの形状を保ったまま任意の角度だけ回転させることができる。
図３には、照射軌跡Ｐを反時計回りに角度βだけ回転させた照射軌跡Ｐ１を破線で示している。また、図３には、かかる回転によって照射軌跡Ｐの代表向きＰＶが角度βだけ回転した代表向きＰＶ１についても破線で示している。このように、ヘッド部１００は、角度βを任意の角度に変更することで、照射軌跡Ｐおよび代表向きＰＶを任意の角度だけ回転させることができる。
つまり、ヘッド部１００は、照射軌跡Ｐを任意の角度だけ回転させることで、ヘッド部１００の姿勢を変更することなく、照射軌跡Ｐの代表向きＰＶを任意の角度だけ変更することができる。ここで、照射軌跡Ｐの形状は、図３に示した楕円に限らず、三角形状や、矩形状、直線状等の様々な形状とすることができる。つまり、照射軌跡Ｐの形状は、一筆書き状の任意の形状とすることができる。なお、形状が直線の場合、レーザの照射点Ｌは直線の一端と他端との間を往復運動することになる。
次に、図２を用いて接続関係を説明したロボットシステム１の構成について図４を用いてさらに詳細に説明する。図４は、ロボットシステム１の構成を示すブロック図である。図４に示すように、ロボットシステム１は、ロボット１０と、ロボットコントローラ２０と、端末装置３０と、ヘッド部１００と、ヘッド部コントローラ１１０と、レーザ発振器１２０とを備える。
なお、図４では、説明を簡略化する観点から、端末装置３０が、ヘッド部コントローラ１１０と直接的に通信する場合を示したが、端末装置３０が、ロボットコントローラ２０経由でヘッド部コントローラ１１０と間接的に通信することとしてもよい。また、以下では、ロボットコントローラ２０およびヘッド部コントローラ１１０の構成について主に説明することとする。
まず、ロボットコントローラ２０の構成について説明する。ロボットコントローラ２０は、ロボット１０およびヘッド部コントローラ１１０とそれぞれ接続されている。ロボットコントローラ２０は、ロボット１０の動作を制御するとともに、ヘッド部コントローラ１１０に対してヘッド部１００の動作制御に用いられる情報を送信する。
具体的には、ロボットコントローラ２０は、制御部２１と、記憶部２２とを備える。また、制御部２１は、動作制御部２１ａと、出力部２１ｂとを備える。記憶部２２は、教示情報２２ａを記憶する。ここで、ロボットコントローラ２０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。
コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部２１の動作制御部２１ａおよび出力部２１ｂとして機能する。
また、動作制御部２１ａおよび出力部２１ｂの少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。
また、記憶部２２は、たとえば、ＲＡＭやＨＤＤに対応する。ＲＡＭやＨＤＤは、教示情報２２ａを記憶することができる。なお、ロボットコントローラ２０は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。
動作制御部２１ａは、教示情報２２ａに基づいてロボット１０を動作させる。教示情報２２ａは、ロボット１０へ動作を教示するティーチング段階で作成され、ロボット１０の動作経路を規定するプログラムである「ジョブ」を含んだ情報である。
ここで、ロボットシステム１では、ロボット１０によってヘッド部１００の姿勢を変更する動作と、ヘッド部１００によって照射軌跡Ｐの代表向きＰＶを変更する動作との双方が可能である場合には、ヘッド部１００による動作を優先する。
つまり、教示情報２２ａは、ヘッド部１００の動作によって照射軌跡Ｐの代表向きＰＶと移動向きＶとの相対角度を一定にすることが実現可能である場合には、ロボット１０によるヘッド部１００の姿勢変更を行わない旨を規定する内容を含む。
また、動作制御部２１ａは、ロボット１０に取り付けられたヘッド部１００の移動向きＶと、ヘッド部１００の姿勢とを算出する。ここで、ヘッド部１００の移動向きＶをヘッド部１００に固定された座標系であらわす場合には、ヘッド部１００の姿勢の算出を省略することができる。なお、動作制御部２１ａは、ロボット１０の動力源であるモータ等のアクチュエータにおけるエンコーダ値を用いつつフィードバック制御を行うなどしてロボット１０の動作精度を向上させる。
出力部２１ｂは、動作制御部２１ａが算出したヘッド部１００の移動向きＶと、ヘッド部１００の姿勢と、図１に示した属性情報１１２ａとをヘッド部コントローラ１１０へ出力する。ここで、属性情報１１２ａは、端末装置３０から予めロボットコントローラ２０へ送信されているものとする。
なお、出力部２１ｂは、動作制御部２１ａがワークＷ（図１参照）に対するヘッド部１００の姿勢を一定とするようにロボット１０を動作させる場合には、ヘッド部１００の姿勢の出力を省略することができる。また、ヘッド部１００の移動向きＶをヘッド部１００に固定された座標系であらわす場合にも、ヘッド部１００の姿勢の出力を省略することができる。
次に、ヘッド部コントローラ１１０の構成について説明する。ヘッド部コントローラ１１０は、ヘッド部１００、レーザ発振器１２０および端末装置３０とそれぞれ接続されている。
また、ヘッド部コントローラ１１０は、端末装置３０からヘッド部１００の照射軌跡Ｐや、照射軌跡Ｐの代表向きＰＶ、照射軌跡Ｐの形状の分割状況、レーザ強度に関する設定情報１１２ｂを受け付ける。なお、ヘッド部コントローラ１１０は、ロボットコントローラ２０と同様のハードウェア構成およびソフトウェア構成とすることができる。
ヘッド部コントローラ１１０は、ロボットコントローラ２０からヘッド部１００の移動向きＶと、ヘッド部１００の姿勢と、属性情報１１２ａとを受け付ける。そして、ヘッド部コントローラ１１０は、受け付けた情報および設定情報１１２ｂに基づいてヘッド部１００の動作を制御する。
具体的には、ヘッド部コントローラ１１０は、制御部１１１と、記憶部１１２とを備える。制御部１１１は、取得部１１１ａと、分割部１１１ｂと、調整部１１１ｃとを備える。記憶部１１２は、属性情報１１２ａと、設定情報１１２ｂとを記憶する。
取得部１１１ａは、ロボットコントローラ２０からヘッド部１００の移動向きＶと、ヘッド部１００の姿勢と、属性情報１１２ａとを受け付ける。そして、取得部１１１ａは、受け付けた情報を調整部１１１ｃへ渡す。また、取得部１１１ａは、取得した属性情報１１２ａを記憶部１１２へ記録する。
分割部１１１ｂは、記憶部１１２の属性情報１１２ａに基づいて照射軌跡Ｐを複数の分割領域ＤＡ（図１参照）に分割する。具体的には、分割部１１ｂは、照射軌跡Ｐを、ワークＷの属性が共通な領域が１つの分割領域ＤＡとなるように複数に分割する。そして、分割領域ＤＡごとの属性情報１１２ａに基づいて設定情報１１２ｂを更新する。なお、分割部１１１ｂによって分割される分割領域ＤＡの例については図６Ｂを用いて後述する。
調整部１１１ｃは、取得部１１１ａから受け付けたヘッド部１００の移動向きＶおよびヘッド部１００の姿勢と、設定情報１１２ｂとに基づいてヘッド部１００の動作を制御する。
具体的には、調整部１１１ｃは、ロボットコントローラ２０によって、ワークＷに対するヘッド部１００の姿勢が一定となるようにロボット１０の動作が制御されている場合には、ロボットコントローラ２０から受け取ったヘッド部１００の移動向きＶに基づき、ヘッド部１００の移動向きＶと、照射軌跡Ｐの代表向きＰＶとのなす角度が一定の角度α（図５参照）となるようにヘッド部１００の動作を調整する。
なお、ワークＷに対するヘッド部１００の姿勢を一定とする制御が行われていない場合には、ロボットコントローラ２０から受け取ったヘッド部１００の姿勢およびヘッド部１００の移動向きＶに基づき、ヘッド部１００の移動向きＶと、照射軌跡Ｐの代表向きＰＶとのなす角度が一定の角度α（図５参照）となるようにヘッド部１００の動作を調整する。
ここで、上記したように、ヘッド部１００の移動向きＶがヘッド部１００に固定された座標系であらわされている場合には、かかる移動向きＶと、照射軌跡Ｐの代表向きＰＶとのなす角度が一定の角度α（図１参照）となるようにヘッド部１００の動作を調整することとすればよい。つまり、ヘッド部１００の姿勢を用いることなくヘッド部１００の動作を調整することができる。
また、調整部１１１ｃは、設定情報１１２ｂと、設定情報１１２ｂに反映された分割領域ＤＡごとの属性情報１１２ａとに基づいてレーザ発振器１２０へレーザ強度等の変更指示を送信する。なお、レーザ発振器１２０は、調整部１１１ｃからの変更指示に対応するレーザをヘッド部１００へ提供する。また、調整部１１１ｃは、ヘッド部１００へ軌跡速度ＬＶを含む照射軌跡Ｐ（図１参照）の変更指示を送信する。
端末装置３０は、たとえば、タッチパネルディスプレイ等の入出力デバイスと、有線または無線の通信デバイスとを備えたコンピュータである。端末装置３０は、分割部１１１ｂによって更新された設定情報１１２ｂの内容を表示するとともに、表示した内容の修正や新規入力を受け付ける入出力画面を表示する。
次に、照射軌跡Ｐの形状における代表向きＰＶの調整処理について図５を用いて説明する。図５は、照射軌跡Ｐの形状における代表向きＰＶの調整処理を説明する説明図である。なお、図１と同様に、図５にはレーザ加工を行うヘッド部１００と、ヘッド部１００が取り付けられるロボット１０の先端側とを示している。
図５に示すように、ロボット１０は、ワークＷに設定される加工線２００に沿ってヘッド部１００を移動させる。図１には、照射軌跡Ｐが楕円であり、代表向きＰＶが楕円の長軸と平行である場合を示している。
また、図５には、所定間隔ごとの照射軌跡Ｐおよびヘッド部１００の移動向きＶを示している。なお、ヘッド部１００が加工線２００に沿って移動すると、照射軌跡Ｐは、実際には、螺旋状となるが、説明の簡略化の観点から楕円の照射軌跡Ｐを示している。
ここで、図５に示すように、加工線２００の向きが変化した場合、移動向きＶに対する代表向きＰＶの相対角度が変わってしまい、ワークＷに対する加工幅がばらつく可能性がある。
そこで、図４に示したヘッド部コントローラ１１０の調整部１１１ｃは、レーザの照射軌跡Ｐにおける代表向きＰＶと、加工線２００に沿って移動するヘッド部１００の移動向きＶとの相対角度が一定となるように、ヘッド部１００による照射軌跡Ｐの形状を調整する。
具体的には、ワークＷに対する相対姿勢を一定に保ちながらヘッド部１００が加工線２００に沿って移動する場合であっても、ヘッド部１００は、移動向きＶと、代表向きＰＶとの相対角度が一定の角度αとなるように、照射軌跡Ｐの形状の向きを変更する。
したがって、加工線２００が曲線を含んでいる場合、すなわち、加工線２００の向きが変化した場合であっても、加工品質が変動しにくい。つまり、レーザ加工による加工品質を保つことができる。
また、ロボットシステム１（図４参照）では、ヘッド部１００によって照射軌跡Ｐの代表向きＰＶを変更する動作を、ロボット１０によってヘッド部１００の姿勢を変更する動作よりも優先する。したがって、ヘッド部１００の姿勢変更に伴うロボット１０の振動を抑えることができ、加工精度を高めることもできる。
次に、設定情報１１２ｂ（図４参照）に含まれるヘッド部１００の設定項目について図６Ａを用いて説明する。図６Ａは、ヘッド部１００の設定項目を示す説明図である。ここで、図６Ａには、移動向きＶにＸ軸を一致させたＸＹ座標系を示している。
かかるＸＹ座標系は、図３に示したｘｙ座標系（ヘッド部１００に固定された座標系）とは異なり、ワークＷを基準とした座標系である。なお、ロボットシステム１が、ｘｙ座標系のｘ軸およびｙ軸と、ＸＹ座標系のＸ軸およびＹ軸とをそれぞれあわせる制御を行う場合には、両座標系は同一の座標系となる。
図６Ａに示すように、ヘッド部１００の設定項目としては、開始位相ｓと、終了位相ｅと、中心ｃと、溶接幅ｗと、進行長ｌと、傾き角αと、指定形状とが含まれる。これらの設定項目から、図６Ａに示した照射軌跡Ｐと、照射軌跡Ｐの代表向きＰＶとが一意に定められる。なお、図６Ａに示した場合では、指定形状として楕円が指定されたものとする。
たとえば、開始位相ｓは、Ｘ軸を基準とした反時計回りの角度を指す。図６Ａに示した場合、開始位相ｓは、０°である。また、終了位相ｅは、Ｘ軸を基準とした反時計回りの角度を指す。なお、６Ａに示した場合、終了位相ｅは、１８０°である。
ここで、開始位相ｓは、レーザの照射を開始する角度に対応し、終了位相ｅは、レーザの照射を停止する角度に対応する。また、中心ｃは、照射軌跡Ｐの形状の中心に対応し、溶接幅ｗは、代表向きＰＶについての形状の幅に対応し、進行長ｌは、代表向きＰＶと垂直な向きについての形状の幅に対応する。
また、傾き角αは、図５に示した角度αに対応する。なお、設定項目として照射軌跡Ｐの回転向きを加えることとしてもよい。この場合、照射軌跡Ｐを時計回りとするか反時計回りとするかの選択が可能である。
６Ａに示した開始位相ｓ、終了位相ｅ、中心ｃ、溶接幅ｗ、進行長ｌおよび傾き角αは、たとえば、図４に示した端末装置３０から入力することができる。なお、６Ａには、照射軌跡Ｐの形状が楕円である場合を例示したが、ヘッド部１００は、上記したように、照射軌跡Ｐを楕円以外の様々な形状とすることができる。
次に、図１に例示した分割領域ＤＡについて図６Ｂおよび図６Ｃを用いてさらに詳細に説明する。図６Ｂは、分割領域ＤＡの例を示す説明図であり、図６Ｃは、分割領域ＤＡの設定項目を示す説明図である。なお、図６Ｂには、図６Ａに示した照射軌跡Ｐを示している。なお、図６Ｂおよび図６Ｃに示したグラフは、図４に示した端末装置３０に表示される。
まず、分割領域ＤＡの例について図６Ｂを用いて説明する。図６Ｂに示すように、分割領域ＤＡは、たとえば、２つのＸ座標で挟まれる区間と、２つのＹ座標で挟まれる区間とであらわされる領域である。ここで、図６Ｂには、所定間隔で引かれた破線を示し、各分割領域ＤＡがかかる破線によって区切られている場合を示しているが、破線の間隔は任意の間隔とすることができる。また、かかる破線を領略し、各分割領域ＤＡを任意のＸ座標およびＹ座標で定義することとしてもよい。
図６Ｂには、照射軌跡Ｐを、Ｙ座標が正である分割領域ＤＡ１１と、Ｘ座標およびＹ座標が負である分割領域ＤＡ１２と、Ｘ座標が正でＹ座標が負である分割領域ＤＡ１３とに分割した場合を示している。かかる分割処理は、図４に示したように、属性情報１１２ａに基づき、分割部１１１ｂによって行われる。
そして、調整部１１１ｃ（図４参照）は、分割領域ＤＡ１１では、レーザの軌跡速度ＬＶおよびレーザの出力を一定とする。なお、分割領域ＤＡ１２および分割領域ＤＡ１３についても同様である。
次に、分割領域ＤＡの設定項目について図６Ｃを用いて説明する。なお、図６Ｃでは、図６Ｂに示した分割領域ＤＡ１１を「Ａ１」、分割領域ＤＡ１２を「Ａ２」、分割領域ＤＡ１３を「Ａ３」とし、各行に示している。以下では、「Ａ１」を領域Ａ１、「Ａ２」を領域Ａ２、「Ａ３」を領域Ａ３と記載する。また、図６Ｃでは、設定項目を各列に示している。
図６Ｃに示したように、設定項目としては、Ｘ座標の最小値を示す「ｘｍｉｎ」、Ｙ座標の最小値を示す「ｙｍｉｎ」、Ｘ座標の最大値を示す「ｘｍａｘ」およびＹ座標の最大値を示す「ｙｍａｘ」がある。なお、これらの数値については、属性情報１１２ａに基づいて自動的に分割部１１１ｂが設定することとしてもよいし、属性情報１１２ａを端末装置３０に表示し、端末装置３０が上記した数値の修正や新規入力を受け付けることとしてもよい。
また、図６Ｃに示したように、設定項目としては、レーザの軌跡速度ＬＶを示す「軌跡速度」、レーザの強度を示す「強度」、レーザの周波数を示す「周波数」、レーザのデューティ比を示す「Ｄｕｔｙ」がある。
ここで、「強度」は、レーザを常にＯＮにした状態の出力値、すなわち、パワーを指す。また、「周波数」は、レーザのＯＮおよびＯＦＦを繰り返す際の周期の逆数を指す。また、「Ｄｕｔｙ」は、レーザのＯＮおよびＯＦＦを繰り返す際の周期に対するＯＮ時間の割合（たとえば、％表示）を指す。これらの数値については、端末装置３０が入力を受け付ける。
また、図６Ｃにおける領域Ａ１および領域Ａ２の行に示したように、レーザのＯＮおよびＯＦＦを繰り返さない場合には、「強度」には所定の数値が設定され、「周波数」および「Ｄｕｔｙ」には「０」が設定される。なお、「周波数」に「０」が設定された場合には、常時レーザがＯＮでありそもそも「Ｄｕｔｙ」の概念がないので、実際の処理では、「Ｄｕｔｙ」に設定された値は無視されることになる。一方、領域Ａ３の行に示したように、レーザのＯＮおよびＯＦＦを繰り返す場合には、「強度」に所定の数値が設定され、「周波数」および「Ｄｕｔｙ」には０以外の数値が設定される。
次に、ロボットシステム１が実行する処理手順について図７を用いて説明する。図７は、ロボットシステム１が実行する処理手順を示すフローチャートである。図７に示すように、ヘッド部コントローラ１１０の取得部１１１ａは、ワークＷの属性情報１１２ａをロボットコントローラ２０経由で取得する（ステップＳ１０１）。
ヘッド部コントローラ１１０の分割部１１１ｂは、属性情報１１２ａに基づいて照射軌跡Ｐの形状を分割し（ステップＳ１０２）、調整部１１１ｃは、分割領域ＤＡごとに出力状況を調整する（ステップＳ１０３）。ここで、出力状況とは、レーザの軌跡速度ＬＶおよびレーザの出力の少なくとも１つを指す。
また、ヘッド部コントローラ１１０は、端末装置３０を介して移動向きＶと代表向きＰＶとの相対角度の設定を受け付ける（ステップＳ１０４）。また、ヘッド部コントローラ１１０は、端末装置３０を介して照射軌跡Ｐの形状の選択を受け付ける（ステップＳ１０５）。ここで、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５における受け付け内容は、設定情報１１２ｂに反映される。また、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５は、設定工程に対応する。
次に、ヘッド部コントローラ１１０は、ロボットコントローラ２０との通信によって加工が開始されたか否かを判定し（ステップＳ１０６）、加工が開始された場合には（ステップＳ１０６，Ｙｅｓ）、取得部１１１ａは、ヘッド部１００の移動向きＶを取得する（ステップＳ１０７）。なお、ステップＳ１０６の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ１０６，Ｎｏ）、ステップＳ１０６の判定処理を所定間隔ごとに繰り返す。
つづいて、調整部１１１ｃは、ステップＳ１０７において取得された移動向きＶに応じてヘッド部１００による照射軌跡Ｐの代表向きＰＶを決定する（ステップＳ１０８）。ここで、調整部１１１ｃは、ステップＳ１０３で分割領域ＤＡごとに調整された出力状況を用いる。
これにより、ワークＷの属性が場所によって変化した場合であっても加工品質を良好に保つことができる。また、仮に、加工線２００が曲線を含む場合であっても、移動向きＶと代表向きＰＶとの相対角度を一定に保つことができる。
そして、ヘッド部コントローラ１１０は、ロボットコントローラ２０との通信によって加工が終了したか否かを判定し（ステップＳ１０９）、加工が終了した場合には（ステップＳ１０９，Ｙｅｓ）、処理を終了する。なお、ステップＳ１０９の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ１０９，Ｎｏ）、ステップＳ１０７以降の処理手順を繰り返す。
上述してきたように、レーザ加工方法は、レーザによる照射軌跡Ｐの形状を変更可能なヘッド部１００と、ヘッド部１００を移動させるロボット１０とを用いる。また、レーザ加工方法は、取得工程と、分割工程と、調整工程とを含む。取得工程は、ワークＷの被加工領域における属性の分布を示す属性情報１１２ａを取得する。分割工程は、照射軌跡Ｐの形状を複数の分割領域ＤＡに分割する。調整工程は、ヘッド部１００によるレーザの軌跡速度ＬＶおよび出力の少なくとも１つを、属性情報１１２ａに基づいて分割領域ＤＡごとに調整する。
このように、レーザ加工方法によれば、ワークＷにおける属性の分布を示す属性情報１１２ａに基づいてレーザの出力状況を調整するので、ワークＷの属性が変化した場合であっても加工品質を保つことができる。
また、上述してきたように、ヘッド部コントローラ１１０は、レーザによる照射軌跡Ｐの形状を変更可能なヘッド部１００の動作を制御する。ヘッド部コントローラ１１０は、取得部１１１ａと、分割部１１１ｂと、調整部１１１ｃとを備える。
取得部１１１ａは、ワークＷの被加工領域における属性の分布を示す属性情報１１２ａを取得する。分割部１１１ｂは、照射軌跡Ｐの形状を複数の分割領域ＤＡに分割する。調整部１１１ｃは、ヘッド部１００によるレーザの軌跡速度ＬＶおよび出力の少なくとも１つを、属性情報１１２ａに基づいて分割領域ＤＡごとに調整する。
このように、ヘッド部コントローラ１１０によれば、ワークＷにおける属性の分布を示す属性情報１１２ａに基づいてレーザの出力状況を調整するので、ワークＷの属性が変化した場合であっても加工品質を保つことができる。
また、上述してきたように、ロボットシステム１は、ヘッド部１００と、ロボット１０と、コントローラとを備える。ヘッド部１００は、レーザによる照射軌跡Ｐの形状を変更可能である。ロボット１０は、ヘッド部１００を移動させる。コントローラは、ヘッド部１００の動作を制御するヘッド部コントローラ１１０である。ヘッド部コントローラ１１０は、取得部１１１ａと、分割部１１１ｂと、調整部１１１ｃとを備える。
取得部１１１ａは、ワークＷの被加工領域における属性の分布を示す属性情報１１２ａを取得する。分割部１１１ｂは、照射軌跡Ｐの形状を複数の分割領域ＤＡに分割する。調整部１１１ｃは、ヘッド部１００によるレーザの軌跡速度ＬＶおよび出力の少なくとも１つを、属性情報１１２ａに基づいて分割領域ＤＡごとに調整する。
このように、ロボットシステム１によれば、ワークＷにおける属性の分布を示す属性情報１１２ａに基づいてレーザの出力状況を調整するので、ワークＷの属性が変化した場合であっても加工品質を保つことができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１ ロボットシステム
１０ ロボット
２０ ロボットコントローラ
２１ 制御部
２１ａ 動作制御部
２１ｂ 出力部
２２ 記憶部
２２ａ 教示情報
３０ 端末装置
１００ ヘッド部
１１０ ヘッド部コントローラ
１１１ 制御部
１１１ａ 取得部
１１１ｂ 分割部
１１１ｃ 調整部
１１２ 記憶部
１１２ａ 属性情報
１１２ｂ 設定情報
１２０ レーザ発振器
２００ 加工線
ＤＡ 分割領域
ＬＶ 軌跡速度
Ｐ 照射軌跡
ＰＶ 代表向き
Ｖ 移動向き
Ｗ ワーク

Claims (7)

  1. レーザによる照射軌跡の形状を変更可能なヘッド部と、
    前記ヘッド部を移動させるロボットと
    を用い、
    ワークの被加工領域における前記ワークの厚みの分布、前記ワークの材質の分布、前記ワークの温度の分布、前記ワークの表面状態の分布および前記ワークの加工状態の分布のいずれか、または、複数の組み合わせを示す属性情報を取得する取得工程と、
    前記形状を複数の分割領域に分割する分割工程と、
    前記ヘッド部による前記レーザの軌跡速度および出力の少なくとも１つを、前記属性情報に基づいて前記分割領域ごとに調整する調整工程と
    を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
  2. 前記調整工程は、
    予め設定された前記レーザの強度、周波数およびデューティ比に基づいて前記出力を調整すること
    を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
  3. 前記ワークを投影した平面における各軸について前記形状をそれぞれ分割した前記分割領域を表示するとともに、該分割領域ごとに前記調整工程による調整結果を表示する端末装置をさらに用いること
    を特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工方法。
  4. 前記端末装置は、
    前記ロボットによる前記ヘッド部の移動向きが前記各軸のうちの１つと平行になるように表示すること
    を特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
  5. 前記取得工程は、
    前記ロボットによって移動する前記ヘッド部の移動向きをさらに取得し、
    前記調整工程は、
    前記取得工程において取得された前記移動向きに基づき、該移動向きと前記形状の代表向きとの相対角度が一定となるように、前記ヘッド部による前記照射軌跡を調整すること
    を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーザ加工方法。
  6. レーザによる照射軌跡の形状を変更可能なヘッド部の動作を制御するコントローラであって、
    ワークの被加工領域における前記ワークの厚みの分布、前記ワークの材質の分布、前記ワークの温度の分布、前記ワークの表面状態の分布および前記ワークの加工状態の分布のいずれか、または、複数の組み合わせを示す属性情報を取得する取得部と、
    前記形状を複数の分割領域に分割する分割部と、
    前記ヘッド部による前記レーザの軌跡速度および出力の少なくとも１つを、前記属性情報に基づいて前記分割領域ごとに調整する調整部と
    を備えることを特徴とするコントローラ。
  7. レーザによる照射軌跡の形状を変更可能なヘッド部と、
    前記ヘッド部を移動させるロボットと、
    前記ヘッド部の動作を制御するコントローラと
    を備え、
    前記コントローラは、
    ワークの被加工領域における前記ワークの厚みの分布、前記ワークの材質の分布、前記ワークの温度の分布、前記ワークの表面状態の分布および前記ワークの加工状態の分布のいずれか、または、複数の組み合わせを示す属性情報を取得する取得部と、
    前記形状を複数の分割領域に分割する分割部と、
    前記ヘッド部による前記レーザの軌跡速度および出力の少なくとも１つを、前記属性情報に基づいて前記分割領域ごとに調整する調整部と
    を備えることを特徴とするロボットシステム。
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