JPH0631474A - レーザロボットの教示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザロボットに簡単に加工形状を教示す
る。 【構成】 集光装置１に非接触距離センサ４を取り付け
ノズル２の先端と被加工物１０間の距離を測定する。被
加工物１０に対する教示位置に加工用レーザと光軸が同
一の可視レーザ光５を照射して狙いを定め、位置教示開
始指令をロボット制御装置に入力する。ロボット制御装
置は、非接触距離センサ４により検出されるノズル２の
先端と被加工物１０間の距離が加工に適する範囲になる
まで、ロボットを駆動して集光装置を光軸方向に移動さ
せる。加工に適する範囲になると、そのときのロボット
の位置，姿勢を記憶する。可視レーザ光で位置を定めノ
ズルと被加工物間の距離調節は自動的に行われるから、
簡単に教示位置を教示できる。非接触式であるためノズ
ルや被加工物を傷つけない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光によって被加
工物を加工するレーザロボットの教示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光によって被加工物の切断，溶接
等の加工をロボットによって行う場合、レーザ加工点や
レーザ加工軌跡を該ロボットに教示する必要がある。レ
ーザ光を被加工物に照射する集光装置をロボットに取り
付け、被加工物に対して加工しようとする形状のレーザ
光移動軌跡が得られるようにロボットに移動軌跡を教示
しなければならない。このレーザロボットに対する教示
方法として、従来から用いられている方法の１つは、レ
ーザロボットのアーム先端にレーザ光の加工点と一致さ
せた教示用の探針を取り付けて、該探針を用いて、加工
しようとする形状（レーザ光軌跡）をロボットに教示す
る方法が採用されている。また、上記探針にタッチセン
サを取り付け、被加工物と探針が接触したときにロボッ
トの動作を停止させその位置を教示するようにした方法
も公知である。

【０００３】さらに、従来から用いられている方法とし
て、ガイド光として、加工用レーザ光と光軸を一致させ
た可視レーザ光を用い、教示する形状の位置に該可視レ
ーザ光を照射させ、さらに、集光装置のノズル先端と被
加工物の間隙の大きさをゲージで測定しながら加工しよ
うとする形状をロボットに教示する方法が知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の探針を
利用して形状を教示する場合、作業者が探針と被加工物
の間隙を監視しながら加工点位置を教示することになる
ため、教示位置の精度が低いという問題がある。また、
探針によって被加工物を傷つけることがあり、さらに、
探針が磨耗するため、教示位置が狂ってしまう場合があ
る。特に探針にタッチセンサを取り付けた場合には、教
示しようとする位置に対して、探針を被加工物から離し
て位置づけて、狙いを定めた後探針を被加工物に接触さ
せる方法をとらねばならないことから、正確な教示がで
きないという問題がある。また、ノズル先端と被加工物
間の間隙の大きさをゲージで測定しながら教示する方法
は、煩わしく、かつ、時間のかかる作業であり、能率的
ではない。そこで、本発明の目的は、レーザロボットに
簡単にレーザ加工点，レーザ加工軌跡が教示できる教示
方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、非接触距離セ
ンサを集光装置近傍に取り付け、加工用のレーザ光と光
軸が同一に調整された可視レーザ光をガイド光として用
い、該ガイド光が教示しようとする位置を照射するよう
にロボットの位置，姿勢を手動調整した後、位置教示開
始指令をロボット制御装置に入力し、ロボット制御装置
によって上記非接触距離センサで検出される被加工物の
距離より集光装置と被加工物間の距離を求め、該距離が
設定された加工に適した距離の許容範囲になるまで集光
装置を光軸方向に自動的に移動させ、加工に適した距離
の許容範囲に達するとその時のロボットの位置，姿勢を
教示位置として記憶するようにした。

【０００６】

【作用】非接触距離センサは集光装置のノズル先端と被
加工物間の距離を測定できる。そのため、可視レーザ光
をガイド光として用いて、教示しようとする位置に該可
視レーザ光を照射させるようにロボット位置，姿勢を手
動で調整した後、位置教示開始指令をロボット制御装置
に入力すれば、ロボット制御装置は、上記非接触距離セ
ンサで測定される被加工物の距離より、集光装置と被加
工物間の距離を求め、該距離が設定された加工に適した
距離の許容範囲になるまで集光装置を光軸方向に自動的
に移動させ、加工に適した距離の許容範囲に達するとそ
の時のロボットの位置，姿勢を教示位置として記憶す
る。以後この処理を繰り返し、レーザ加工軌跡を教示す
る。作業者は、教示位置を可視レーザ光のガイド光が照
射するようにロボットを手動で移動させた後、位置教示
開始指令をロボット制御装置に入力するだけでよい。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例のロボットアーム先
端の手首に取り付けられたレーザ集光装置の要部一部切
断面図である。集光装置１はロボットの手首に取り付け
られ、図示しないレーザ発信器からレーザ光伝送管を介
して送られてくるレーザ光を集光ミラー３で反射させ、
集光装置１の先端のノズル２から被加工物１０にレーザ
光を照射して被加工物１０に対して、切断，溶接等の加
工を行う。上記集光装置１の集光ミラー３によって集光
されたレーザ光は、上記ノズル２よりわずか外側の位置
で焦点を結ぶように調節されている。そして、図２に示
すように、上記集光装置１のノズル２の先端と被加工物
１０間の距離（レーザ光の焦点位置と被加工物間の距
離）Ｌo は、加工しようとする被加工物１０の材質等に
よって最適な距離があり、加工点Ｐは焦点位置Ｑに対し
て最適なデフォーカス量ｄを有し、該デフォーカス量ｄ
を保持しながら加工が行われる。

【０００８】そのため、加工形状をロボットに教示する
場合には、集光装置１のノズル２の先端が被加工物１０
に対して上記最適距離Ｌo を保つようにロボットの位置
姿勢を教示しなければならない。そこで、本発明は、図
１に示すように、集光装置１に非接触式距離センサ４を
取り付け、該非接触式距離センサ４によって被加工物１
０の位置を検出するようにする。この非接触式距離セン
サ４のセンサ用アンプはロボットの制御装置に接続さ
れ、該非接触式距離センサ４で検出された距離信号は、
センサ用アンプ６で増幅されてロボットの制御装置７に
入力される。

【０００９】また、ロボットにレーザ加工点，レーザ加
工軌跡を教示するときには、加工用レーザと光軸を一致
させたエネルギの少ない可視レーザ光５をガイド光とし
て用い、該可視レーザ光５を教示位置に照射させて教示
位置に狙いを定め、ロボット制御装置７に対し、教示操
作盤等より位置教示開始指令を入力することにより、非
接触式距離センサ４で測定される距離より集光装置１と
被加工物１０間の距離が加工に適した範囲内に入るよう
に集光装置１の位置を修正して、その時のロボットの位
置，姿勢を教示位置として記憶する。

【００１０】次に、この教示操作、およびロボットの制
御装置のプロセッサが実施するの教示位置記憶処理につ
いて図３と共に説明する。まず、可視レーザ光を加工用
レーザの光軸と一致させる。また、ロボットの制御装置
に集光装置１のノズル２の先端と被加工物１０間の加工
に最適な距離Ｌoを設定すると共に、非接触式距離セン
サ４とノズル２の先端位置（もしくは焦点位置）との相
対位置を設定する。すなわち、非接触式距離センサ４が
被加工物１０の位置を測定する基準となる位置とノズル
２の先端位置との相対的な位置ずれを設定する。ロボッ
ト手首に取り付けられた集光装置１に対するツール座標
系におけるにおける座標値のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δ
ｚ）を設定するが、通常、集光装置１は通常ツール座標
系のＺ軸方向がレーザ光の光軸方向と一致するように取
り付けられ、ツール座標系におけるｘ，ｙ軸方向の教示
位置は可視レーザ光の照射位置によって決めるため、ツ
ール座標系のＺ軸方向（レーザ光の光軸方向）のずれ量
Δｚだけ設定すればよい。すなわち、ノズル２の先端と
被加工物１０間のレーザ光軸方向の距離は上記ツール座
標系におけるＺ軸方向の距離であり、上記非接触式距離
センサ４によって被加工物１０と非接触式距離センサ４
の基準点間の距離が測定されれば、この測定値より、光
軸方向（ツール座標系のＺ軸方向）の距離が分かり、こ
の距離に対して上記非接触式距離センサ４の測定基準位
置とノズル２の先端位置とのずれ量Δｚを補正すれば、
ノズル先端からの被加工物の光軸上における距離が求め
られる。そのため、このずれ量Δｚを設定すればよい。

【００１１】次に、ロボツトの教示操作盤を操作して手
動送りでロボットを移動させ、被加工物１０上の教示し
ようとする位置に可視レーザ光５が照射されるように集
光装置１を被加工物１０に対して位置決めして、位置教
示開始指令を教示操作盤より入力すると、ロボット制御
装置のプロセッサは図３に示す処理を開始する。

【００１２】まず、非接触式距離センサ４で測定した値
を読み込み（ステップＳ１）、この値より集光装置１の
ノズル２の先端からの被加工物１０の光軸方向距離Ｌを
求める（ステップＳ２）。次に、上記設定した加工に最
適な距離Ｌo からこの距離Ｌを減じた値（Ｌo −Ｌ）が
許容範囲±α内にあるか否か判断する。すなわち次の１
式の判断を行う（ステップＳ３）。

【００１３】 −α＜（Ｌo −Ｌ）＜＋α …（１） 上記１式を満足し許容範囲内であれば、このときのロボ
ットの位置姿勢、すなわち、各関節の回転角をメモリに
記憶する（ステップＳ６）。

【００１４】しかし、上記１式を満足しない場合には、
ツール座標系のＺ軸方向（レーザ光の光軸方向）に（Ｌ
o −Ｌ）の量だけ集光装置１を移動させるための各関節
軸の移動量を計算し（ステップＳ４）、この関節軸を算
出された移動量だけ移動させて集光装置１を光軸方向に
（Ｌo −Ｌ）だけ移動させ（ステップＳ５）、ステップ
Ｓ１に戻る。以下前述したステップＳ１以下の処理を行
うが、集光装置１が移動させられることにより、ステッ
プＳ１で検出された測定値より求められる集光装置１の
ノズル２の先端からの被加工物１０の光軸方向距離Ｌ
は、加工に最適な距離Ｌo に近付き上記１式を満足する
ようになる。そのため、ステップＳ３，Ｓ４の処理が実
行されて、ノズル２の先端と被加工物１０間の距離が加
工に適した距離を保持したロボットの位置，姿勢がメモ
リに記憶されることになる。以下、同様に、手動でロボ
ットを移動させ、前述と同様の操作を行い、教示開始指
令を入力することによって、各教示位置をロボットに教
示する。

【００１５】

【発明の効果】本発明おいては、作業者は、加工用レー
ザの光軸と同一の光軸の可視レーザ光が被加工物の教示
しようとする位置に照射されるように手動で位置決め
し、位置教示開始指令をロボット制御装置に入力するだ
けで、非接触距離センサを用いて、自動的に加工に最適
な集光装置の位置を決定し、その時のロボット位置，姿
勢を教示位置として記憶するようにしたから、従来のよ
うな集光装置と被加工物間の距離合わせの必要がなくな
り、教示操作が楽になる。また、集光装置のノズルと被
加工物を離した状態で教示操作が行われるから、被加工
物とノズルが接触して破損するという危険性は少なくな
り、安全である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のロボットアーム先端の手首
に取り付けられたレーザ集光装置の要部一部切断面図で
ある。

【図２】同実施例における被加工物と集光装置のノズル
との位置関係を説明する説明図である。

【図３】同実施例におけるロボット制御装置のプロセッ
サが実施する教示位置記憶処理のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 集光装置 ２ ノズル ３ 集光ミラー ４ 非接触距離センサ ５ 可視レーザ光 ６ センサ用アンプ ７ ロボット制御装置 １０ 被加工物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器から出力されるレーザ光を
   ロボットアーム先端に取り付けられた集光装置に導き、
   該集光装置で集光して被加工物にレーザ光を照射し被加
   工物にレーザ加工を行う、ロボットによるレーザ加工方
   法における位置の教示方法において、非接触距離センサ
   を集光装置近傍に取り付け、加工用のレーザ光と光軸が
   同一に調整された可視レーザ光が教示しようとする位置
   に照射されるようにロボットの位置を手動で調整した
   後、位置教示開始指令をロボット制御装置に入力し、ロ
   ボット制御装置によって上記非接触距離センサで検出さ
   れる被加工物の距離より集光装置と被加工物間の距離を
   求め、該距離が設定された加工に適した距離の許容範囲
   になるまで集光装置を光軸方向に自動的に移動させ、加
   工に適した距離の許容範囲に達するとその時のロボット
   の位置，姿勢を教示位置として記憶することを特徴とす
   るレーザロボットの教示方法。