JPH0775982A - レーザロボットの自動教示装置 - Google Patents

レーザロボットの自動教示装置

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JPH0775982A
JPH0775982A JP5223413A JP22341393A JPH0775982A JP H0775982 A JPH0775982 A JP H0775982A JP 5223413 A JP5223413 A JP 5223413A JP 22341393 A JP22341393 A JP 22341393A JP H0775982 A JPH0775982 A JP H0775982A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザロボットの加工ノズルに配置した1個
のセンサにより加工ワークが平面または曲面であっても
区別することなく正確に加工ノズルの位置・姿勢を自動
的に決定し、教示データとして登録すること。 【構成】 加工ノズル15の先端に取付けた距離センサ
17により位置決めしたのち、加工形状をサンプリング
し、平面か曲面かの判定に基づいて、正確に加工ワーク
1に対する法線ベクトルを算出し、加工ポイントに対す
る教示データとして自動的に登録される。これにより、
加工ポイントに対する加工ノズルの位置・姿勢が正確に
自動的に教示されるため、この教示データに基づいたレ
ーザ加工では良質な結果を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、任意形状の加工ワーク
に対して、レーザロボットで教示する際、自動的に加工
ポイントの位置及び加工ノズルの姿勢を決定し登録する
レーザロボットの自動教示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来におけるレーザロボットでは、任意
形状の加工ワーク上の加工すべきポイントに対して、作
業者がレーザロボットの各軸に対する操作釦を駆使し
て、最終的にレーザが照射される加工ノズルの位置・姿
勢が決定登録される。次に、登録された位置・姿勢及び
加工条件に基づきプレイバックを行うことにより、レー
ザ溶接またはレーザ切断などのレーザ加工が実施され
る。その際、良好な加工結果を得るためには、加工ノズ
ルから照射されるレーザビームが加工ワークの法線ベク
トルに沿って入射される必要がある。このため、レーザ
ロボットの各軸の操作釦を操作する教示作業は、作業者
の技能と手間を要する難しいものであった。
【0003】従来、3次元レーザ加工機や産業用ロボッ
トで、作業者が行う教示作業を自動化した例としては、
特開昭62−15063号公報、特開昭62−4940
5号公報、特開昭57−178683号公報及び特開平
3−55184号公報等が知られている。これらのもの
では、加工ワーク上の少なくとも3点を距離測定し、そ
れらの距離データにより加工ポイントの位置と法線方向
とを決定し、加工ヘッドまたはツール先端の位置・姿勢
を教示データとして登録していた。
【0004】図8は上述の公報等にて、レーザロボット
の教示を行うときの概念図である。図8において、1は
加工対象となる加工ワーク、P0 は加工すべきポイン
ト、P1 ,P2 ,P3 は距離センサからの情報で演算さ
れた加工ワーク1上のポイント、ベクトルV1 は上記3
点(P1 〜P3 )より演算された法線ベクトルである。
【0005】次に、その動作について説明する。教示デ
ータの姿勢については、ポイントP1 ,P2 ,P3 より
法線ベクトルV1 を次式にて演算し、その法線ベクトル
1 を加工ノズルまたはツール先端の姿勢に重畳するこ
とにより決定していた。
【0006】
【数1】
【0007】また、教示データの位置については、特開
昭62−15063号公報等では、ポイントP1
2 ,P3 の加工ヘッドからのそれぞれの距離の平均を
求め、それらの距離が予め設定された距離となるように
補正し決定される。また、特開昭62−49405号公
報等ではポイントP1 ,P2 ,P3 より決定される平面
とツール先端との距離を求め、それらの距離が予め設定
された距離となるように補正し決定される。これらの動
作により、教示データとして位置・姿勢を登録してい
た。
【0008】従来の教示データの演算方法では、図8に
示す加工ワーク1上の所定の曲率を有する加工ポイント
4 に対する位置・姿勢も、加工ワーク1が平面である
ときと同様に、距離センサから演算された周辺の3点
(P5 ,P6 ,P7 )により設定される。即ち、加工ポ
イントP4 の法線ベクトルは、ポイントP5 ,P6 ,P
7 より決定される近似平面H1 を基準に演算される法線
ベクトルV2 であるため、実際の曲面に対する法線ベク
トルV3 ではなく、また、加工ポイントP4 の位置につ
いても、近似平面H1 上の位置を補正することで求めて
いた。このため、曲面上の加工ポイントP4 に対して
は、正確に位置・姿勢を教示することができなかった。
更に、このように、少なくとも3個の距離センサを配置
する必要からそれらの配線処理が極めて複雑であった。
【0009】そこで、この発明は、かかる教示の不具合
を解決するためになされたもので、レーザロボットの加
工ノズルに配置した1個のセンサにより加工ワークが平
面または曲面であっても区別することなく正確に加工ノ
ズルの位置・姿勢を自動的に決定し、教示データとして
登録するレーザロボットの自動教示装置の提供を課題と
している。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1にかかるレーザ
ロボットの自動教示装置は、任意の平面または曲面を有
する加工ワークに対してレーザ発振器から導いたレーザ
ビームを照射する加工ヘッドを任意の方向に移動自在で
あり、前記加工ワーク上の加工ポイントに対向した前記
加工ヘッドに取付けた1個の非接触式の距離センサと、
前記距離センサからのアナログデータをディジタルデー
タに変化する検出データ変換手段と、前記ディジタルデ
ータに基づいて前記加工ヘッド先端と前記加工ワークと
の距離を演算する距離演算手段と、前記距離と予め設定
された適正な加工に必要な距離との差分を演算する残距
離演算手段と、前記差分だけ加工ノズルを前記加工ワー
クに近づける移動指令を演算する加工ノズル方向演算手
段と、前記移動指令に基づいて前記レーザロボットのサ
ーボモータを駆動する駆動手段と、前記移動指令に基づ
く距離に前記加工ヘッドが到達されたのち、前記加工ヘ
ッドを予め設定された制御点で回転移動させ、形状デー
タ群を演算する形状サンプリング手段と、前記形状デー
タ群が平面か曲面かを判定する平面曲面判定手段と、平
面と判定された場合には、前記形状データ群から代表的
な5点を選択し、前記加工ワークに対する法線ベクトル
群を演算する法線ベクトル群演算手段と、前記法線ベク
トル群の平均ベクトルを演算し、前記加工ポイントの法
線ベクトルとする法線ベクトル平均化演算手段と、曲面
と判定された場合には、前記形状データ群と前記加工ポ
イントとから接線を演算する接線演算手段と、前記接線
より前記加工ポイントの法線ベクトルを演算する法線ベ
クトル演算手段と、前記駆動手段で設定された距離と一
致した位置を前記加工ポイントにおける前記レーザロボ
ットの位置とし、前記形状データ群が平面か曲面かに応
じて演算された前記法線ベクトルを前記加工ポイントに
おける前記レーザロボットの姿勢として登録する位置・
姿勢登録手段とを具備するものである。
【0011】また、請求項2にかかるレーザロボットの
自動教示装置は、請求項1の前記形状サンプリング手段
は、前記加工ヘッドをレーザロボット座標系の指定され
た座標軸に沿って予め設定された幅で平行移動させ、形
状データ群を演算するものである。
【0012】また、請求項3にかかるレーザロボットの
自動教示装置は、請求項1の前記距離センサを接触式と
し、前記形状サンプリング手段は、前記距離センサを取
付けた前記加工ヘッドをレーザロボット座標系の指定さ
れた座標軸に沿って予め設定された幅の平行移動と予め
設定された距離の加工ノズル方向への移動との組合わせ
で移動させ、形状データ群を演算するものである。
【0013】
【作用】請求項1においては、サンプリングしたデータ
群より、曲面か平面かを判定することができるので、加
工ワークのあらゆる加工面に対して、教示データである
位置・姿勢を正確に登録することができる。また、加工
ノズルに配置したただ1個の非接触式の距離センサのた
め配線処理を大幅に簡素化することができる。
【0014】請求項2の形状サンプリング手段は、請求
項1の作用に加えて、サンプリングできないような小さ
な曲率を持った加工ワークに対しても、教示データであ
る位置・姿勢を正確に登録することができる。
【0015】請求項3の形状サンプリング手段は、請求
項1の作用に加えて、ただ1個の接触式の距離センサを
加工ノズルに配置したため、非接触式の距離センサで
は、形状サンプリングができない材質である例えば、木
材等の加工ワークに対しても、教示データである位置・
姿勢を正確に登録することができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。 〈実施例1〉図1は本発明の第一実施例にかかるレーザ
ロボットの自動教示装置の全体構成を示すブロック図、
図2は本発明の第一実施例にかかるレーザロボットの自
動教示装置におけるレーザロボット座標系と加工ノズル
座標系との関係を示す説明図である。なお、本実施例は
請求項1の実施例に対応するものである。図1におい
て、1は加工ワーク、2は検出データ変換手段、3は距
離演算手段、4は残距離演算手段、5は加工ノズル方向
演算手段、6は駆動手段、7は形状サンプリング手段、
8は平面曲面判定手段、9は法線ベクトル群演算手段、
10は法線ベクトル平均化演算手段、11は接線演算手
段、12は法線ベクトル演算手段、13は位置・姿勢登
録手段、14はレーザロボット、15はレーザロボット
14の先端に取付けた加工ノズル、16はHe-Ne レー
ザビーム等に重畳されている可視光、17は加工ノズル
15に取付けた静電容量型センサ等の非接触式の距離セ
ンサである。
【0017】次に、その動作について説明する。まず、
図示しない教示ペンダント(コントローラ)でレーザロ
ボット14の各関節軸を操作して、加工ワーク1上の加
工ポイントに対して、加工ノズル15の位置・姿勢を概
略設定する。このとき、加工ノズル15の先端から投光
されている可視光16を加工ポイントに合わせる。次
に、教示ペンダント上に設けた自動教示開始釦を押し、
教示動作を開始させる。
【0018】検出データ変換手段2では、レーザロボッ
ト14の加工ノズル15の先端に取付けられた距離セン
サ17で検出されたアナログデータ出力がディジタルデ
ータに変換される。次の距離演算手段3では、検出デー
タ変換手段2からの変換されたディジタルデータに基づ
いて、距離センサ17の種類に応じて、図2に示す加工
ノズル15先端と加工ワーク1との間の距離lが演算さ
れる。
【0019】次に、残距離演算手段4では、演算された
距離lと予め設定された適正な加工を実現するための距
離Lとの差分が演算され、次式の残距離Δdとして出力
される。 Δd=l−L ・・・(2)
【0020】次の加工ノズル方向演算手段5では、式
(2)で演算された残距離Δdに基づいて、加工ノズル
15の軸方向への移動指令が演算される。即ち、加工ノ
ズル15を図2に示す加工ノズル座標系18のYN 軸方
向(加工ノズル15の軸方向)へ残距離Δdだけ移動さ
せるため、各関節軸の移動量毎に分解され、移動指令と
して出力される。この変換は、通常、次に示す同次変換
行列を用いて行われる。加工ワーク1から距離lに位置
する同次変換行列Π0 は、次式のようになる。
【0021】
【数2】
【0022】ベクトルR0 =(ベクトルXN ベクトル
N ベクトルZN ) ここで、ベクトルXN は加工ノズル座標系18のXN
のレーザロボット座標系19に対する方向余弦、ベクト
ルYN は加工ノズル座標系18のYN 軸のレーザロボッ
ト座標系19に対する方向余弦(加工ノズル15の姿勢
を示す)、ベクトルZN は加工ノズル座標系18のZN
軸のレーザロボット座標系19に対する方向余弦であ
る。 ベクトルP0 =(X0 ,Y0 ,Z0 t このベクトルP0 は、加工ノズル座標系18の原点ON
のレーザロボット座標系19に対する位置、つまり、加
工ノズル15の先端位置を示す。すると、求める加工ポ
イントの同次変換行列Π1 は、次式のようになる。
【0023】
【数3】
【0024】この同次変換行列Π0 ,Π1 よりレーザロ
ボット14の各軸の移動量に分解され、移動指令として
出力されるのである。
【0025】そして、駆動手段6では、加工ノズル15
と加工ワーク1の距離が予め設定された距離Lとなるよ
う式(4)に基づいて出力された移動指令に基づきレー
ザロボット14の各軸のサーボモータが駆動される。
【0026】駆動手段6からの移動指令でレーザロボッ
ト14の各軸のサーボモータが駆動され、残距離演算手
段4で残距離Δd=0となり、加工ノズル15先端と加
工ワーク1との間の距離lが予め設定された距離Lに等
しくなると、形状サンプリング手段7以降の処理に移
る。形状サンプリング手段7では、加工ワーク1の形状
をサンプリングするため、図3に示すように、予め設定
された制御点OC を回転中心として加工ノズル15を回
転移動させ、まず最初に選択したA方向にサンプリング
移動を行い、A方向の形状データ群20として格納し、
続いてA方向と直交するB方向にサンプリング移動を行
い、B方向の形状データ群21として格納する。図4に
示すように、加工ノズル15の制御点OC への制御点の
移動は、先に演算した式(4)の同次変換行列Π1 の加
工ノズル長をN0 からN1 に変更し、新たに同次変換行
列Π2を演算することにより、容易に実現できる。
【0027】
【数4】
【0028】また、回転移動のための中心軸の選択は、
加工ノズル15の姿勢とレーザロボット座標系19との
各座標軸の内積より行う。 選択座標軸≡MIN(ベクトルYN ・ベクトルXR ,ベクトルYN ・ベクトル YR ,ベクトルYN ・ベクトルZR ) ・・・(6) (XR 軸かYR 軸かZR 軸か選択する。)したがって、
図3に示す加工ノズル15のA方向サンプリング開始点
15a及びA方向サンプリング終了点15bの同次変換
行列Π3 ,Π4 は、選択した回転中心軸を、例えば、X
R 軸、予め設定した回転角度をθP とすると、式(5)
より次式のようになる。
【0029】
【数5】
【数6】
【0030】式(7)及び式(8)の結果、それぞれレ
ーザロボット14の各関節軸を駆動し、図3に示す加工
ノズル15のA方向サンプリング開始点15aからA方
向サンプリング終了点15bまでのサンプリング動作を
実施する。
【0031】予め設定された時間間隔でサンプリングさ
れるデータは、直ちに、加工ノズル15と加工ワーク1
との間の距離に変換され、加工ノズル15の制御点OC
に基づいて、加工ワーク1の形状データ群として演算さ
れ、図示しない補助記憶装置に格納される。例えば、図
3に示すA方向サンプリング開始点15aでサンプリン
グした距離をhとすると、レーザロボット座標系19で
の形状データSA0は、次式のようになる。
【0032】
【数7】
【0033】同様な処理により、A方向のデータ群をS
A0〜SAnとして格納する。B方向についても、式(6)
で2番目に小さい回転中心軸を選択し、同様な処理を行
い、B方向サンプリングデータ群SB0〜SBnとして格納
する。
【0034】次の平面曲面判定手段8では、A方向、B
方向それぞれのデータ群について、サンプリング開始点
と終了点を結ぶ直線に対して、各サンプリングデータか
ら垂線を下ろし、その垂線の長さの最大値が、経験によ
って予め設定された判定基準εより大きい場合は曲面、
小さい場合は平面として判定する。即ち、図5に示すよ
うに、A方向サンプリング開始点から終了点までSA0
A1,…,SAnとすると、A方向の垂線長さ最大値は、
次式のようになる。
【0035】
【数8】
【0036】B方向についても同様に処理し、A/B両
方向合わせた垂線長さ最大値と判定基準εとを比較す
る。
【0037】平面曲面判定手段8で平面と判定された場
合には、法線ベクトル群演算手段9にて、A/B両方向
からの代表点4点SA0,SAn,SB0,SBnと更に、式
(4)の求める加工ポイントの同次変換行列Π1 の位置
データとしてのベクトルP1 とを合わせて合計5点のデ
ータより、法線ベクトル群が演算される。例えば、5点
よりSA0,SAn,SB0の3点を選択した場合、法線ベク
トルn1 は次式のようになる。 ベクトルn1 =ベクトルSAnA0×ベクトルSB0A0 ・・・(11) 式(11)の処理を5点より3点を選択する組合わせ 5
3 =10回行って10本の法線ベクトル群ベクトルn
1 〜ベクトルn10を演算する。
【0038】次の法線ベクトル平均化演算手段10で
は、法線ベクトル群のベクトルn1 〜ベクトルn10の平
均ベクトルn0 を次式により演算し、平面における加工
ポイントの法線ベクトルとする。
【0039】
【数9】
【0040】一方、平面曲面判定手段8で曲面と判定さ
れた場合には、接線演算手段11で、式(4)で示す加
工ポイントのベクトルP1 が、形状サンプリング手段7
でサンプリングした形状データ群のどのデータ間に存在
するかをA/B両方向でそれぞれ求め、2点のデータよ
り接線ベクトルをそれぞれ演算する。例えば、A方向の
データ群が図5に示すように、XR 軸を中心軸としてサ
ンプリングされた場合、サンプリングデータ群のXR
分は全て同じ値が入る。したがって、図5では、加工ポ
イントの位置のベクトルP1 のYR 成分が、A方向デー
タ群のどこのデータで囲まれるかを求めれば良い。ここ
では、SA8,SA9が求められたとすると、接線ベクトル
1 を次式のように演算する。 ベクトルt1 =ベクトルSA8A9=(0,m1 ,n1 ) ・・・(13) また、B方向についても、同様な処理により、接線ベク
トルt2 を演算する。 ベクトルt2 =(l2 ,0,n2 ) ・・・(14)
【0041】次の法線ベクトル演算手段12では、接線
ベクトルのベクトルt1 ,ベクトルt2 より、それぞれ
の法線ベクトルのベクトルn1 ,ベクトルn2 を求め、
平均化し、最終的に曲面に対する正確な法線ベクトルの
ベクトルn0 を演算する。即ち、式(13)及び式(1
4)より次式のようになる。 ベクトルn1 =(0,n1 ,−m1 ) ・・・(15) ベクトルn2 =(n2 ,0,−l2 ) ・・・(16) したがって、加工ポイントの法線ベクトルn0 は次式の
ようになる。
【0042】
【数10】
【0043】法線ベクトル平均化演算手段10または法
線ベクトル演算手段12における処理ののち、位置・姿
勢登録手段13で、式(4)の加工ポイントの位置ベク
トルP1 と、平面曲面に応じて正確に演算された式(1
2)または式(17)の法線ベクトルn0 を、それぞれ
教示データの位置・姿勢として自動的に登録する。
【0044】このように、本実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置によれば、加工ワーク1が平面また
は曲面であってもレーザロボット14の加工ノズル15
を概略位置決めするだけで、レーザ加工にとって重要な
条件である加工ワークの法線ベクトルに沿った教示が極
めて正確、且つ簡単に実現できる。
【0045】〈実施例2〉次に、本発明の第二実施例に
かかるレーザロボットの自動教示装置について図6を参
照して説明する。なお、本実施例は請求項2の実施例に
対応し、上述の第一実施例と同様の構成または相当部分
からなるものについては同一符号及び同一記号を付して
その詳細な説明を省略する。図6に示すように、本実施
例の形状サンプリング手段7では、式(6)により選択
したレーザロボット座標系19の座標軸に沿って、平行
移動しサンプリングを行う。例えば、式(6)の結果、
A方向にXR 軸が選択された場合、A方向サンプリング
開始点15cの同次変換行列をΠ5 、A方向サンプリン
グ終了点15dの同次変換行列をΠ6 、式(4)より加
工ポイントの同次変換行列をΠ1 、そして、予め設定し
た平行移動量をDP とすると、次式のようになる。
【0046】
【数11】
【数12】
【0047】式(18)及び式(19)により、図6に
示すようなサンプリング動作を行い、刻々とサンプリン
グしたデータのうち、A方向にサンプリング移動したも
のをA方向の形状データ群20とし、A方向と直交する
B方向にサンプリング移動したものをB方向の形状デー
タ群21として、図示しない補助記憶装置に格納する。
この後の位置・姿勢の登録までの処理は、上述の第一実
施例と同じである。
【0048】このように、本実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置によれば、曲率の小さな加工ワーク
の場合でも、加工ワークの法線ベクトルに沿った教示が
極めて正確、且つ簡単に実現できる。
【0049】〈実施例3〉次に、本発明の第三実施例に
かかるレーザロボットの自動教示装置について図7を参
照して説明する。なお、本実施例は請求項3の実施例に
対応し、上述の第一実施例と同様の構成または相当部分
からなるものについては同一符号及び同一記号を付して
その詳細な説明を省略する。図7に示すように、本実施
例の形状サンプリング手段7では、加工ノズル15の先
端に例えば、スタイラス式センサ等の接触式の距離セン
サ22を取付け、式(6)により選択したレーザロボッ
ト座標系19の座標軸に沿って、平行移動と加工ノズル
方向への移動を繰返すことによりサンプリングを行う。
例えば、式(6)の結果、A方向としてXR 軸、平行移
動量をDP 、そして、加工ワーク1へのアプローチ高さ
をHP 、式(4)より加工ポイントの同次変換行列をΠ
1 とすると、まず最初に加工ワーク1へアプローチする
ための加工ノズル15のアプローチ開始点15eの同次
変換行列Π7 が次式のように演算される。
【0050】
【数13】
【0051】そして、式(20)で求められたΠ7
り、加工ノズル方向へアプローチし、接触式の距離セン
サ22から接触信号が入力された時の位置データを形状
データとする。即ち、アプローチするときの移動量を時
間に応じて変化する量としてA(t) とすると、アプロー
チ中の同次変換行列Π8 は次式のようになる。
【0052】
【数14】
【0053】接触信号が入力された時、直ちに、位置デ
ータのベクトルP8 を形状データSA0として、図示しな
い補助記憶装置に格納する。このように、式(20)及
び式(21)の平行移動と加工ノズル方向への移動を繰
返すサンプリング動作をA方向及びB方向についてそれ
ぞれ実施し、A方向にサンプリング移動したものをA方
向の形状データ群20とし、A方向と直交するB方向に
サンプリング移動したものをB方向の形状データ群21
として格納する。この後の位置・姿勢の登録までの処理
は、上述の第一実施例と同様である。
【0054】このように、本実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置によれば、非接触式の距離センサが
使用できない材質の例えば、木材等の加工ワークの場合
でも、加工ワークの法線ベクトルに沿った教示が極めて
正確、且つ簡単に実現できる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1のレーザ
ロボットの自動教示装置は、レーザロボットの概略位置
決め後、残距離演算手段と加工ノズル方向演算手段とに
より、加工ポイントに対するレーザロボットの加工ノズ
ルの位置を正確に決めたのち、形状サンプリング手段と
平面曲面判定手段と平面また曲面に応じた法線ベクトル
の演算手段を具備しており、加工ポイントに対する教示
データが極めて正確、且つ簡単に登録することができ
る。
【0056】請求項2のレーザロボットの自動教示装置
は、請求項1の効果に加えて、形状サンプリング手段
は、更に、レーザロボット座標系に沿って平行移動によ
るサンプリングにより曲率が小さな加工ワークに対して
も加工ポイントに対する教示データが極めて正確、且つ
簡単に登録することができる。
【0057】請求項3のレーザロボットの自動教示装置
は、請求項1の効果に加えて、形状サンプリング手段
は、更に、接触式の距離センサを用いレーザロボット座
標系に沿った平行移動と加工ノズル方向への移動の組合
わせ移動によるサンプリングにより、非接触式の距離セ
ンサでは形状サンプリングができない材質からなる加工
ワークに対しても教示データが極めて正確、且つ簡単に
登録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の第一実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図2】図2は本発明の第一実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置におけるレーザロボット座標系と加
工ノズル座標系との関係を示す説明図である。
【図3】図3は本発明の第一実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置における加工ノズルの動作を示す説
明図である。
【図4】図4は本発明の第一実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置における加工ノズルの制御点OC
示す説明図である。
【図5】図5は本発明の第一実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置における加工ポイントの法線ベクト
ルn0 を示す説明図である。
【図6】図6は本発明の第二実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置における加工ノズルの動作を示す説
明図である。
【図7】図7は本発明の第三実施例にかかるレーザロボ
ットの自動教示装置における加工ノズルの動作を示す説
明図である。
【図8】図8は従来のレーザロボットの教示における概
念を示す説明図である。
【符号の説明】
1 加工ワーク 2 検出データ変換手段 3 距離演算手段 4 残距離演算手段 5 加工ノズル方向演算手段 6 駆動手段 7 形状サンプリング手段 8 平面曲面判定手段 9 法線ベクトル群演算手段 10 法線ベクトル平均化演算手段 11 接線演算手段 12 法線ベクトル演算手段 13 位置・姿勢登録手段 14 レーザロボット 15 加工ノズル 16 可視光 17 (非接触式の)距離センサ 18 加工ノズル座標系 19 レーザロボット座標系
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年12月22日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。 〈実施例1〉図1は本発明の第一実施例にかかるレーザ
ロボットの自動教示装置の全体構成を示すブロック図、
図2は本発明の第一実施例にかかるレーザロボットの自
動教示装置におけるレーザロボット座標系と加工ノズル
座標系との関係を示す説明図である。なお、本実施例は
請求項1の実施例に対応するものである。図1におい
て、1は加工ワーク、2は検出データ変換手段、3は距
離演算手段、4は残距離演算手段、5は加工ノズル方向
演算手段、6は駆動手段、7は形状サンプリング手段、
8は平面曲面判定手段、9は法線ベクトル群演算手段、
10は法線ベクトル平均化演算手段、11は接線演算手
段、12は法線ベクトル演算手段、13は位置・姿勢登
録手段、14はレーザロボット、15はレーザロボット
14の先端に取付けた加工ノズル、16はレーザビーム
重畳されている可視光、17は加工ノズル15に取付
けた静電容量型センサ等の非接触式の距離センサであ
る。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】
【数2】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】
【数3】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0027
【補正方法】変更
【補正内容】
【0027】
【数4】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0029
【補正方法】変更
【補正内容】
【0029】
【数5】
【数6】
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0032
【補正方法】変更
【補正内容】
【0032】
【数7】
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0046
【補正方法】変更
【補正内容】
【0046】
【数11】
【数12】
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0050
【補正方法】変更
【補正内容】
【0050】
【数13】
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0052
【補正方法】変更
【補正内容】
【0052】
【数14】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 任意の平面または曲面を有する加工ワー
    クに対してレーザ発振器から導いたレーザビームを照射
    する加工ヘッドを任意の方向に移動自在なレーザロボッ
    トの自動教示装置において、 前記加工ワーク上の加工ポイントに対向した前記加工ヘ
    ッドに取付けた1個の非接触式の距離センサと、 前記距離センサからのアナログデータをディジタルデー
    タに変換する検出データ変換手段と、 前記検出データ変換手段からの前記ディジタルデータに
    基づいて前記加工ヘッド先端と前記加工ワークとの距離
    を演算する距離演算手段と、 前記距離演算手段で演算された前記距離と予め設定され
    た適正な加工に必要な距離との差分を演算する残距離演
    算手段と、 前記残距離演算手段で演算された前記差分だけ加工ノズ
    ルを前記加工ワークに近づける移動指令を演算する加工
    ノズル方向演算手段と、 前記加工ノズル方向演算手段で演算された前記移動指令
    に基づいて前記レーザロボットのサーボモータを駆動す
    る駆動手段と、 前記駆動手段で前記移動指令に基づく距離に前記加工ヘ
    ッドが到達されたのち、前記加工ヘッドを予め設定され
    た制御点で回転移動させ、形状データ群を演算する形状
    サンプリング手段と、 前記形状サンプリング手段で演算された前記形状データ
    群が平面か曲面かを判定する平面曲面判定手段と、 前記平面曲面判定手段で平面と判定された場合には、前
    記形状サンプリング手段でサンプリングされた前記形状
    データ群から代表的な5点を選択し、前記加工ワークに
    対する法線ベクトル群を演算する法線ベクトル群演算手
    段と、 前記法線ベクトル群演算手段で演算された前記法線ベク
    トル群の平均ベクトルを演算し、前記加工ポイントの法
    線ベクトルとする法線ベクトル平均化演算手段と、 前記平面曲面判定手段で曲面と判定された場合には、前
    記形状サンプリング手段でサンプリングされた前記形状
    データ群と前記加工ポイントとから接線を演算する接線
    演算手段と、 前記接線演算手段で演算された前記接線より前記加工ポ
    イントの法線ベクトルを演算する法線ベクトル演算手段
    と、 前記駆動手段で設定された前記距離と一致した位置を前
    記加工ポイントにおける前記レーザロボットの位置と
    し、前記形状データ群が平面か曲面かに応じて演算され
    た前記法線ベクトルを前記加工ポイントにおける前記レ
    ーザロボットの姿勢として登録する位置・姿勢登録手段
    とを具備することを特徴とするレーザロボットの自動教
    示装置。
  2. 【請求項2】 前記形状サンプリング手段は、前記加工
    ヘッドをレーザロボット座標系の指定された座標軸に沿
    って予め設定された幅で平行移動させ、形状データ群を
    演算することを特徴とする請求項1に記載のレーザロボ
    ットの自動教示装置。
  3. 【請求項3】 前記距離センサを接触式とし、前記形状
    サンプリング手段は、前記距離センサを取付けた前記加
    工ヘッドをレーザロボット座標系の指定された座標軸に
    沿って予め設定された幅の平行移動と予め設定された距
    離の加工ノズル方向への移動との組合わせで移動させ、
    形状データ群を演算することを特徴とする請求項1に記
    載のレーザロボットの自動教示装置。
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