KR100661427B1

KR100661427B1 - 레이저 용접 시스템 및 레이저 용접의 제어 방법

Info

Publication number: KR100661427B1
Application number: KR1020050123639A
Authority: KR
Inventors: 히또시 가와이
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2006-12-27
Also published as: CN1788914A; EP1671740A1; CN100488698C; KR20060069284A; JP2006167759A; JP4792740B2; US20060157455A1; US8168918B2

Abstract

본 발명은 레이저 용접에 의한 리모트 용접의 작업 효율을 향상시키는 제어 방법을 제공하는 것이다.

이로 인해 본 발명은, 로봇 아암에 부착된 레이저 가공 헤드(3)를, 하나의 용접점(201)의 용접 중에도 다음 용접점(202) 방향을 향해 일정 속도로 그 위치를 a 내지 j로 이동시키면서, 반사경(11)은 하나의 용접점(201)의 용접 종료까지 그 용접점(201) 방향으로 레이저(100)가 조사되도록 회전시키고, 하나의 용접점의 용접 종료시에 반사경(11)을 고속 회전시켜 다음 용접점(201)에 레이저(100)를 향한다.

용접점, 레이저 가공 헤드, 반사경, 레이저, 로봇, 아암

Description

레이저 용접 시스템 및 레이저 용접의 제어 방법{LASER WELDING SYSTEM AND LASER WELDING CONTROL METHOD}

도1은 본 발명을 적용하는 레이저 용접 시스템을 설명하기 위한 개략 사시도.

도2는 레이저 가공 헤드를 설명하기 위한 개략 투시도.

도3은 로봇에 대한 레이저 가공 헤드의 부착 사례를 나타내는 도면.

도4는 로봇에 대한 레이저 가공 헤드의 부착 사례를 나타내는 도면.

도5는 상기 레이저 용접 시스템의 제어계의 구성을 설명하기 위한 블록도.

도6은 레이저 가공 헤드와 레이저 사출 방향의 움직임을 설명하기 위한 설명도.

도7은 리모트 용접에 있어서의 제어 순서를 도시하는 흐름도.

도8은 종래 법에 의한 리모트 용접의 동작을 설명하기 위한 설명도.

도9는 실시 형태에 의한 용접 동작과, 종래 법에 의한 용접 동작으로 전체 용접 공정에 걸리는 시간을 비교하여 설명하기 위한 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 로봇

2 : 아암

3 : 레이저 가공 헤드

5 : 레이저 발진기

6 : 광파이버 케이블

11 : 반사경

12 : 렌즈군

21 : 손목 부분

51 : 레이저 제어기

52 : 로봇 제어기

53 : 가공 헤드 제어기

100 : 레이저

210 내지 206 : 용접점

[문헌 1] 일본 특허 제3229834호

본 발명은, 레이저 용접 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

최근, 로봇을 이용한 용접에도 레이저 용접이 이용되게 되어 있다. 종래의 로봇을 이용한 레이저 용접 기술은, 일본 특허 제3229834호에 개시되어 있다. 이 기술은, 로봇 아암에 회전 가능한 반사경을 설치하고, 이 반사경까지 레이저를 유 도하고, 반사경을 회전시킴으로써 레이저를 양분하고, 연속적으로 복수의 용접점을 용접하고 있다. 이러한 반사경에 의한 레이저의 양분에 의한 최대의 장점은, 비교적 가볍고 동작이 빠른 반사경의 회전에 의해 용접점의 변경을 행할 수 있는 것이다. 이로 인해 반사경을 사용한 레이저에 의한 용접은, 용접 총과 같은 무거운 것을 이동하면서 용접하기까지의 스폿 용접과 비교하여 작업 효율이 좋다.

그러나, 종래의 레이저 용접은 반사경의 움직임에 따라서 용접점을 변경할 수 있는 범위가 반사경에 의해 레이저를 흔들 수 있는 범위에 한정된다. 이로 인해 연속하여 복수의 용접점을 용접하는 경우에는, 다음 용접점의 위치가 반사경에 의해 레이저를 흔들 수 있는 범위를 초과할 때, 또는 레이저의 사출 방향을 바꿔야만 할 때 등에, 결국 로봇 아암을 이동시켜 용접점의 변경을 행할 필요가 있다.

이로 인해, 광범위하게 용접점이 있는 경우에는, 로봇 아암을 이동시키는 회수가 많아진다. 따라서, 복수의 용접점 전부의 용접 완료에 걸리는 시간은, 로봇에 용접 총을 갖게 한 스폿 용접과 비교하여 그 보다 빠르게 되지 않고, 작업 효율의 향상이 거의 없다는 문제가 있었다.

그래서 본 발명의 목적은, 레이저 용접의 작업 효율을 향상시킬 수 있는 레이저 용접의 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복수점 레이저 용접 시스템은, 로봇과, 상기 로봇에 부착되는 레이저 가공 헤드와, 상기 레이저 가공 헤드에 부착되어 레이저의 사출 방향을 변경하는 방향 변경기와, 상기 레이저 가공 헤드 이동 과 상기 방향 변경기를 제어하는 제어기를 갖고, 상기 제어기는, 상기 레이저 가공 헤드를 제1 용접점으로부터 제2 용접점으로 소정 속도로 이동 제어시키면서 상기 방향 변경기를 제어하여 상기 레이저의 사출 방향을 제어한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접 시스템은, 로봇 상기 로봇에 부착되어 레이저의 사출 방향을 변경하는 레이저 가공 헤드 및 상기 레이저 가공 헤드가 소정 방향으로 소정 속도로 이동시키기 때문에 상기 로봇의 자세를 제어하는 로봇 제어기를 갖고, 상기 로봇 제어기는 상기 레이저 가공 헤드가 이동 중에, 제1 용접점의 용접 중에는 상기 제1 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저 가공 헤드를 제어하고, 상기 레이저 가공 헤드의 위치가 제1 용접점의 용접 종료 후 제2 용접점의 용접 개시 위치에 도달되면 제2 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저의 사출 방향을 제어한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접의 제어 방법은, 레이저의 사출 방향을 변경 가능한 레이저 가공 헤드가 부착된 로봇을 제어하여 상기 레이저 가공 헤드를 소정 방향으로 소정 속도로 이동시키면서, 상기 레이저 가공 헤드의 상기 이동 중에, 제1 용접점의 용접 중에는 상기 제1 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저 가공 헤드로부터의 상기 레이저의 사출 방향을 제어하고, 상기 레이저 가공 헤드의 위치가 제1 용접점의 용접 종료 후 제2 용접점의 용접 개시 위치에 도달되면 제2 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저의 사출 방향을 제어한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 용접 시스템은, 로 봇과, 로봇에 부착되어 레이저의 사출 방향을 변경 가능한 레이저 사출 수단과, 상기 레이저 사출 수단이 소정 방향으로 소정 속도로 이동하도록 상기 로봇의 자세를 제어하는 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단은 상기 레이저 사출 수단이 이동 중에, 제1 용접점의 용접 중에는 상기 제1 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저 사출 수단을 제어하고, 레이저 사출 수단의 위치가 제1 용접점의 용접 종료 후 제2 용접점의 용접 개시 위치에 도달되면 제2 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저 사출 수단을 제어한다.

도1은 본 발명을 적용한 레이저 용접 시스템을 설명하기 위한 개략 사시도, 도2는 레이저 가공 헤드를 설명하기 위한 개략 투시도이다.

리모트 용접은, 지금까지의 스폿 용접과 비교하여 용접 지그가 직접 워크와 접촉되지 않고, 레이저를 이용하여 워크로부터 떨어진 장소로부터 용접하는 것이다.

도1에 도시한 레이저 용접 시스템은 이 리모트 용접을 행하기 위한 시스템이다.

이 레이저 용접 시스템은 로봇(1)과, 이 로봇(1)의 아암(2) 선단부에 마련되고, 레이저(100)를 사출하는 레이저 가공 헤드(3)와, 레이저 광원인 레이저 발진기(5)와, 레이저 발진기(5)로부터 레이저 가공 헤드(3)까지 레이저를 유도하는 광파이버 케이블(6)로 이루어진다.

로봇(1)은, 일반적인 다축 로봇 등이다. 이 로봇(1)은 교시 작업에 의해 주 어진 동작 경로 데이터에 따라, 그 자세를 바꿔 아암(2)의 선단부, 즉 레이저 가공 헤드(3)를 이동시킨다.

레이저 가공 헤드(3)는, 도2에 도시한 바와 같이 광파이버 케이블(6)에 의해 유도된 레이저(100)를, 최종적으로 목적물 방향으로 사출한다. 이로 인해 레이저 가공 헤드(3)는 레이저 사출 수단이 되는 반사경(11)과, 레이저(100)의 초점 위치를 변경하는 렌즈군(12)을 구비한다.

반사경(11)은 경면을 지나는 수직인 선을 Z축으로서, 이 Z축과 직행하는 X축 및 Y축에 있어서 각각 독립으로 회전 가능하며, 회전함으로써 레이저(100)의 사출 방향을 자유자재로 양분할 수 있다. 이로 인해, 도시하지 않지만 레이저 가공 헤드(3) 내에는 반사경(11)을 회전시키기 위한 모터 및 기어 기구를 갖는다. 모터는 후술하는 가공 헤드 제어 장치에 의해 그 움직임이 제어된다. 마찬가지로, 렌즈군(12)에 의한 초점 위치 변경을 위한 모터도 갖고, 이것도 가공 헤드 제어기에 의해 제어된다.

레이저 발진기(5)는 YAG 레이저 발진기이다. 여기서는, 레이저를 광파이버 케이블(6)에 의해 유도하기 위해 YAG 레이저를 이용하고 있다. 리모트 용접은, 이 외에 탄산 가스 레이저도 사용 가능하다. 탄산 가스 레이저를 이용하는 경우에는 광파이버 케이블(6)이 아니라, 반사경이나 프리즘을 이용하여 레이저 발진기(5)로부터 레이저 가공 헤드(3)까지 레이저를 유도하게 된다. 또, 리모트 용접은 이들 이외의 그 밖의 레이저라도 레이저 용접에 사용할 수 있는 것이면 본 발명에 있어서도 사용 가능하다. 따라서, 레이저를 유도하기 위한 경로는 레이저 종류에 맞춰 광파이버 케이블이나 반사경을 적절하게 선택하면 좋다.

도3 및 도4는, 로봇(1)에 대한 레이저 가공 헤드(3)의 부착 사례를 나타내는 도면이다.

로봇 아암으로의 레이저 가공 헤드(3)의 부착은, 예를 들어 도3에 도시한 바와 같이 레이저 가공 헤드(3)를 로봇 아암 선단부의 손목 부분(21)에 약간 어긋나게 부착하고, 광파이버 케이블(6)을 직접 레이저 가공 헤드로 통과시키는 형태이다. 또한 예를 들어, 도4에 도시한 바와 같이 레이저 가공 헤드(3)의 일부를 로봇 아암 선단부의 손목 부분(21) 내에 매립하고, 로봇(1)의 아암(2) 내에 광파이버 케이블(6)을 통과시키는 형태 등이 있다. 특히, 도4에 도시한 형태는 레이저 가공 헤드(3)의 형상을 콤팩트하게 할 수 있으므로, 복잡하고 또한 좁은 공간에서도 레이저 가공 헤드(3)를 넣을 수 있어 리모트 용접에 의해 행할 수 있는 부분이 많아진다. 또한, 본 형태는 아암(2) 내에 광파이버 케이블(6)을 통과시키는 것으로 하고 있으므로, 아암 부분 주위도 포함하여 한층 콤팩트하게 되어 있다. 이와 같이 레이저 가공 헤드(3)의 부착은 콤팩트한 형태로 함으로써, 특히 자동차 차체의 용접 공정에 있어서 리모트 용접에 의해 행할 수 있는 용접 부위가 늘어나, 좁은 장소 등에 있어서의 수타 공정을 감하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 시스템은 이러한 레이저 가공 헤드(3)의 부착을 콤팩트한 형태로 하는 것만으로도 작업 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

이러한 부착 형태는, 로봇(1)의 형상이나 형식, 레이저 가공 헤드의 형상 등에 맞추어 적절하게 선택하게 된다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타낸 사례 이외 의 부착 형태라도 적용 가능하다.

도5는, 본 레이저 용접 시스템의 제어계의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

제어계는 레이저 발진기(5)에 있어서의 레이저 출력의 온 및 오프 등을 제어하는 레이저 제어기(51)와, 로봇(1)의 움직임을 제어하는 로봇 제어기(52)와, 레이저 가공 헤드(3)에 있어서의 반사경(11) 및 렌즈군(12)을 제어하는 가공 헤드 제어기(53)로 이루어진다.

레이저 제어기(51)는 레이저 출력의 온 및 오프와, 레이저의 출력 강도 조정 등을 행하고 있다. 본 레이저 제어기(51)는 로봇 제어기(52)로부터의 제어 신호에 의해, 레이저 출력의 온 및 오프를 행하고 있다.

로봇 제어기(52)는, 본 실시 형태에 있어서는, 후술하는 로봇(1)의 움직임과 함께 반사경(11) 및 렌즈군(12)의 동작, 레이저 출력의 온 및 오프 등의 제어 신호의 출력도가 있다. 따라서, 본 발명에 있어서의 제어 수단이 되는 것이다. 또, 로봇(1)의 동작 및 반사경(11)의 동작은 모두 로봇(1)의 동작 교시할 때에 행해진다. 따라서, 로봇 제어기(52)는 교시된 데이터(교시 데이터라 칭함)를 바탕으로 로봇 동작 그 자체와 각종 제어 신호의 출력을 행한다.

가공 헤드 제어기(53)는 로봇 제어기(52)로부터의 제어 신호에 따라서 레이저 가공 헤드(3) 내의 반사경(11) 및 렌즈군(12)의 동작을 제어한다.

이와 같이 구성된 레이저 용접 시스템을 이용한 용접 방법을 설명한다.

도6은 리모트 용접에 있어서의 레이저 가공 헤드(3)와 레이저 사출 방향의 움직임을 설명하기 위한 설명도이다. 또, 여기서는 이해를 쉽게 하기 위해 매우 간단한 기본형을 예로 설명한다.

본 실시 형태에서는, 도6에 도시한 바와 같이 복수의 용접점(201 내지 206)이 있는 경우에, 목표로 하는 하나의 용접점(예를 들어 201)으로 레이저(100)를 사출 중에도 레이저 가공 헤드(3)를, 다음 용접점(예를 들어 202)을 향해서 소정 속도로 이동시킨다. 이 때, 반사경(11)의 움직임은 레이저 가공 헤드(3)가 이동해도 현재 용접 중인 용접점(예를 들어 201)의 용접이 종료될 때까지, 그 용접점(예를 들어 201)으로부터 레이저(100)가 벗어나지 않도록 회전시키고 있다.

이 때 레이저 가공 헤드(3)의 위치 이동은 로봇 자세의 변경, 즉 로봇 아암(2)을 움직임으로써 행하고 있다. 로봇(1)의 움직임은 로봇 제어기(52)에 의해 제어되어 있고, 레이저 가공 헤드(3)의 위치가 용접 중인 용접점으로부터 다음 용접점을 향해 일정 속도로 이동시키고 있다. 따라서, 도시하는 경우에는 레이저 가공 헤드(3)는, 그 위치(a 내지 j)까지 일정한 속도로 이동한다.

여기서 레이저 가공 헤드(3)의 위치를 일정 속도로 이동시키는 이유는, 로봇 아암의 이동에 따라 발생하는 로봇 아암의 진동을 가능한 한 감하여, 레이저(100)의 초점 위치가 목표 위치(용접점)로부터 진동에 의해 벗어나지 않도록 하기 위해서이다. 여기서는, 위치(a 내지 j)까지 항상 일정 속도로 유지하도록 하였지만, 이는 본 실시 형태인 경우 실질적인 용접점의 용접이 종료되고 나서 다음 용접점으로 레이저의 방향을 바꿀 때 비용접 시간이 거의 없기 때문에(상세 후술), 모든 용접이 종료될 때까지 처음부터 끝까지, 모든 일정 속도를 유지하도록 한 것이다. 또, 비용접 시간이 길어지는 경우에는, 비용접 시간 동안 레이저 가공 헤드(3)의 위치를 이동시키는 속도를 바꾸어도 좋다.

한편, 반사경(11)은, 하나의 용접점을 용접 중에는 레이저 초점 위치가 레이저 가공 헤드(3)의 이동 방향과 상대적으로 역방향으로, 또한 레이저 초점 위치의 이동 속도가 레이저 가공 헤드(3)의 이동 속도와 거의 같게 되도록 회전시키고 있다. 이 때 반사경(11)의 회전 속도를 용접시 소정 속도라 칭한다. 이에 의해, 레이저 가공 헤드(3)의 이동과 역방향에 거의 같은 속도로 레이저 초점 위치가 이동하게 되므로, 결과적으로 하나의 용접점의 용접 중에는 레이저가 그 용접점을 벗어나는 일이 없게 되는 것이다. 여기서, 거의 같은 속도로 하고 있는 것은, 용접점의 비이드 형성 거리(비이드의 크기)에 의해서는, 하나의 용접점에 있어서 레이저 조사 위치(초점 위치)를 이동시켜야만 하기 때문이다. 즉, 비이드 형성 거리에 따라서, 그만큼 레이저 초점 위치의 이동 속도를 레이저 가공 헤드(3)의 이동 속도보다 약간 지연되도록 하여, 레이저 가공 헤드(3)의 이동 방향으로 비이드가 형성되도록 조정하게 된다.

또한, 이 레이저 가공 헤드(3)의 이동 속도는 용접 속도보다 빠를 필요가 있다. 이는, 하나의 용접점(예를 들어 201)의 용접이 종료된 시점에, 다음 용접점(예를 들어 202)에 대해 레이저가 도달하도록 하기 때문이다.

통상, 레이저 용접의 용접 속도는 1 내지 5 m/min이다. 이에 대해, 레이저 가공 헤드(3)의 이동 속도 즉 로봇 아암을 동작시키는 속도는 로봇에 의해 여러 가지이지만, 예를 들어 최대 10 내지 20 m/min 정도이며, 또한 반사경(11)에 의한 레 이저 초점 위치의 이동 속도는 초점 위치가 반사경(11)으로부터 1 m 정도의 부분에서 최대 100 m/min 정도가 가능하다. 따라서, 레이저 가공 헤드(3)의 이동 속도를 용접 속도보다 빨리 하는 것은 충분히 가능하다.

또, 이러한 각각의 속도로부터 실제로의 이동 속도를 선택할 때는, 레이저 가공 헤드(3)의 진동을 억제하도록 하기 위해, 레이저 가공 헤드(3)의 이동 속도가 가능한 한 저속이 되도록, 각 속도를 선택하는 것이 바람직하다.

하나의 용접점(예를 들어 201)의 종료로부터, 다음 용접점(예를 들어 202)에의 레이저 초점 위치의 이동도, 반사경(11)의 회전에 의해 행한다. 이 때 반사경(11)의 회전은 가능한 한 빠르게 하는 것이 바람직하다. 이 때, 레이저 출력은 정지하지 않고 그대로 출력을 계속하도록 해도 좋다. 이는, 상기와 같이 레이저 초점 위치의 이동 속도는 용접 속도에 대해 현격한 차이로 빠르기 때문에, 용접점 사이의 이동 중에 용접하지 않은 부분에 레이저가 조사되었다고 해도, 그 부분이 레이저의 초점 위치로부터 벗어나거나, 초점 위치 내에 있다고 해도 한순간에 레이저가 접촉되는 것만으로 대부분 영향이 없어 레이저(100)가 접촉된 부분을 손상시키는 일은 없기 때문이다. 또, 필요에 따라서 용접점 사이의 이동 중에는 레이저 제어기(51)에 오프 신호를 보내고 레이저 출력을 일시 정지하는 것도 가능하다.

이와 같이 본 시스템은 로봇(1)에 의한 레이저 가공 헤드(3)의 이동 및 반사경(11)의 방향을 제어함으로써, 로봇 아암 선단부에 설치되어 있는 레이저 가공 헤드(3)의 위치가, 차례로 용접을 행하는 방향으로 이동하고 있다. 즉, 레이저 가공 헤드(3)는 용접점(예를 들어 202)의 용접 개시시에는 그 용접점(예를 들어 202)보 다 앞에 있고(예를 들어 위치 b), 그 용접점(예를 들어 202)의 용접 종료시에는 그 용접점(예를 들어 202)보다 앞에 있는(예를 들어 위치 d) 것이 된다.

도7은, 이 리모트 용접에 있어서의 제어 순서를 도시하는 흐름도이다.

우선, 로봇 제어기(52)는, 미리 교시된 교시 데이터에 따라서 최초의 용접 개시 위치에 레이저 가공 헤드(3)를 이동시켜 정속 이동을 개시하는 동시에, 레이저 출력을 온으로 하도록 레이저 제어기(51)에 지령한다(S1). 동시에 가공 헤드 제어기(53)에 대해서도 용접시의 소정 속도로 반사경(11)을 회전시키도록 지령한다(S2).

계속해서, 로봇 제어기(52)는 교시 데이터에 따라, 다음 용접점의 용접 개시 위치에 도달하였는지 여부를 판단한다(S3). 여기서 다음 용접점의 용접 개시 위치는, 그 앞의 용접점의 용접이 종료된 위치이기도 하다.

이 스텝에서 로봇 제어기(52)는, 다음 용접점의 용접 개시 위치에 도달하여 있으면, 반사경(11)을 다음 용접점 방향으로 고속 회전하도록 가공 헤드 제어기(53)에 대해 지령한다(S4). 이에 의해, 가공 헤드 제어기(53)가 다음 목표가 되는 용접점 방향으로 반사경(11)을 고속 회전시켜 레이저가 다음 용접점 방향을 향해 사출되도록 된다. 이후 이 동작을 최종 용접점의 용접 종료까지 계속하게 된다.

한편, 스텝 S3에 있어서, 다음 용접점의 용접 개시 위치에 도달하지 않은 경우, 로봇 제어기(52)는 계속해서 전체 용접점의 용접 종료인지 여부를 판단한다(S5). 이 판단은 교시 데이터에 따라서 최종 용접점의 용접이 종료됨으로써 판단된다. 여기서, 최종 용접점의 용접 종료가 아니면, 현재 용접 중인 용접 작업 자 체가 종료되지 않게 되므로, 로봇 제어기(52)는 그대로 다음 처리로서 스텝 S3의의 처리를 실행한다. 이에 따라 현재 용접 중인 용접이 그대로 계속되게 된다.

한편, 스텝 S5에 있어서, 최종 용접점의 용접이 종료되어 있으면, 로봇 제어기(52)는 교시 데이터에 따라서 레이저 출력을 오프로 하도록 레이저 제어기(51)에 지령하고, 레이저 가공 헤드(3)를 대기 위치(또는 작업 종료 위치 등)로 복귀하여(S6) 모든 작업을 종료한다.

이 동작을, 도6의 예를 사용하여 설명하면, 처음에 로봇 제어기(52)는 레이저 가공 헤드(3)를 용접점(201)의 용접 개시 위치 a까지 이동하고, 레이저 가공 헤드(3)를 일정 속도로 이동시키면 레이저 출력을 개시시키고, 동시에 반사경(11)을 용접점(201)에 레이저가 조사되도록 용접시의 소정 속도로 회전시킨다.

계속해서, 로봇 제어기(52)는 레이저 가공 헤드(3)가 용접점(202)의 용접 개시 위치 b에 도달한 시점에서[이 시점에서 용접점(201)의 용접이 종료되어 있음], 반사경(11)이 교시되어 있는 최대 속도로 회전하여 레이저 사출 방향을 용접점(202) 방향으로 회전시킨다. 로봇 제어기(52)는 용접점(202)의 용접을 계속하여 실행시킨다. 이후, 로봇 제어기(52)는 용접점(206)의 용접이 종료될 때까지 이러한 처리를 반복하고, 용접점(206)의 용접이 종료된 시점에 레이저 출력을 정지시켜 모든 용접 작업을 종료한다.

또, 이와 같이 복수의 용접점을 용접할 때는 반사경(11)으로부터 용접점까지의 거리가 초점 심도를 넘는 경우가 있다. 반사경(11)으로부터 용접점까지의 거리가 초점 심도를 초과하는 경우에는, 적절하게 렌즈군(12)을 조절하여 초점 위치를 조정하게 된다. 이러한 렌즈군(12)의 조절은 용접점과 레이저 가공 헤드(3)의 위치(그 동안의 거리)로부터 로봇(1)의 동작을 교시할 때에 미리 설정해 두게 된다. 또, 자동 초점 기능이 부여된 레이저 가공 헤드(3)의 경우에는, 렌즈군(12)에 의한 초점 조절할 필요는 없고 자동 초점 기능에 임하게 된다.

여기서, 상술한 실시 형태에 의한 리모트 용접과, 레이저 가공 헤드(3)를 정지하여 리모트 용접을 행하는 경우를 비교한다.

도8은 레이저 가공 헤드(3)를 정지하여 리모트 용접을 행하는 경우를 설명하기 위한 설명도이다.

레이저 가공 헤드(3)를 정지하여 리모트 용접을 행하는 경우에는, 레이저 가공 헤드(3)가 A의 위치에 오는 시점에서 레이저 가공 헤드(3)를 정지시키고, 거기에서 반사경(11)에 의한 레이저 조사 가능 범위 내에 위치하는 용접점(301, 302 및 303)에 대해 반사경(11)을 회전시킴으로써 연속적으로 용접을 행한다. 그리고 용접점(303)의 용접 종료 후는, 레이저를 일단 정지시켜 레이저 가공 헤드(3)를 A 위치로부터 B 위치로 이동하고, 레이저 가공 헤드(3)를 B 위치로 정지시킨다. 그 후, 레이저 가공 헤드(3)는 B 위치에서 정지시킨 상태로, 용접점(304, 305 및 306)에 대해 반사경(11)을 회전시킴으로써 연속적으로 용접을 행한다.

도9는, 전술한 도6에 의한 본 실시 형태에 의한 용접 동작과, 도8에 도시한 레이저 가공 헤드(3)를 정지한 리모트 용접의 경우에 의한 용접 동작으로, 전체 용접 공정에 걸리는 시간을 비교하여 설명하기 위한 설명도이다. (a)는 본 실시 형태인 경우이며, (b)는 레이저 가공 헤드(3)를 정지한 리모트 용접인 경우이다. 또 , 도시하는 각 시간은 각각 상대적인 길이를 나타내는 것이며 실시간은 아니다.

도시한 바와 같이, 레이저 가공 헤드(3)를 정지하여 리모트 용접을 행하는 경우에는, 용접을 멈추어 레이저 가공 헤드(3)를 이동시킴으로써 용접점 변경 시간(도면 중의「가공 헤드에 의한 용접점 변경 시간」)이 필요하다. 한편, 본 실시 형태는 이러한 용접점 변경 시간이 불필요해진다. 따라서, 본 실시 형태에서는 용접점 변경 시간이 불필요한 만큼, 전체 용접에 걸리는 시간을 단축할 수 있다.

이로 인해 용접점이 많게 될수록 이 시간 단축 효과는 커진다. 예를 들어, 자동차의 차체 조립선은 수백점에 오르는 용접점이 존재하지만, 이들을 모두 또는 일부에서도 연속적으로 용접할 때에는 큰 시간 단축 효과를 기대할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 따르면, 본 시스템은 로봇 아암에 부착된 레이저 가공 헤드(3)를 용접 중에도 다음 용접점 방향을 향해 이동시키고 있기 때문에, 용접을 멈추어 로봇 아암을 움직여 용접점을 변경하는 시간이 불필요해진다. 따라서, 본 시스템은 그만큼 전체 용접 공정에 걸리는 시간을 단축할 수 있다. 이 시간 단축 효과는 용접점이 많게 될수록 커진다. 예를 들어, 자동차의 차체 조립선은 수백점에 오르는 용접점이 존재하기 때문에, 이들 모두를 또는 일부라도 연속적으로 용접할 때에는 큰 시간 단축 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 시스템은 적어도 용접 중에는 일정 속도가 되도록 로봇 아암을 움직이고 있다. 이로 인해, 본 시스템은 용접 중인 로봇 아암의 이동이라도 진동에 의해 레이저 초점 위치가 용접점으로부터 벗어나는 일이 없다.

또한, 본 시스템은 레이저 가공 헤드(3)의 이동 속도를 용접 속도보다 빨리 함으로써 확실하게 다음 용접점이 반사경(11)의 회전에 의해 용접할 수 있는 범위에 들어가도록 레이저 가공 헤드(3)를 이동시킬 수 있다. 이로 인해 본 시스템은 복수의 용접점의 연속 용접시에 비용접 시간을 거의 없앨 수 있다. 또한, 본 시스템은 레이저 가공 헤드(3)의 위치가 이동 방향을 향해 용접 개시시에는 목표의 용접점보다 전에 있고, 용접 종료시에는 목표의 용접점보다 앞에 있는 바와 같이 함으로써, 한층 확실하게 다음의 용접점을 반사경(11)의 회전에 의해 용접할 수 있는 범위에 들어가도록 할 수 있다.

이와 같이 본 실시 형태에서는 비용접 시간을 거의 없앨 수 있으므로, 레이저 발진기(5)가 아직 고가의 현상에 있어서 레이저 용접 시스템을 구축할 때 설비비의 회수 효율을 높일 수 있다.

또한, 예를 들어 하나의 레이저 발진기(5)로부터 복수의 레이저 가공 헤드(3)로 레이저를 유도하는 시스템 구성으로 한 경우에는, 항상 복수의 레이저 가공 헤드(3)에 레이저를 공급할 필요하기까지는 어느 하나의 레이저 가공 헤드(3)가 용접 위치를 변경하고 있는 동안에 비용접 시간이 되어도, 레이저 자체는 멈추는 일 없이 비용접의 레이저 가공 헤드로부터의 레이저를 레이저 흡수재에 맞대어 소비시키고 있었지만, 본 실시 형태는 비용접 시간을 거의 없애는 것이 가능해지므로, 이러한 레이저를 흡수시킴으로써 전력이 불필요한 소비를 없앨 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는 반사경(11)을 회전시킴으로써 레이저의 사출 방향을 변경하도록 하고 있지만, 이에 대신하여 반사경 (11)은 고정하고 레이저 가공 헤드(3) 전체를 회전시킴으로써 반사경(11)의 방향을 레이저 가공 헤드(3)마다 바꿔 레이저 사출 방향을 변경하도록 해도 좋다.

또한, 상술한 실시 형태에서는 반사경(11)을 최종적인 레이저 사출 수단으로 하고 있지만, 이에 대신하여 광파이버 케이블(6)을 직접 레이저 가공 헤드 내로부터 용접점 방향을 향해 광파이버 케이블(6) 선단부의 각도를 변경하도록 해도 좋다. 이 경우, 광파이버 케이블(6) 선단부의 각도를 변경하기 위해 선단부만 각도를 변경해도 좋지만, 레이저 가공 헤드(3) 전체를 회전시킴으로써 각도의 변경을 행하도록 해도 좋다.

또한, 상술한 실시 형태에서는 직선적으로 복수의 용접점이 나열된 기본형(도6)을 이용하여 설명하였지만, 이는 당연히 이러한 직선적인 경로 이외의 여러 가지 동작 경로라도 본 발명을 적용할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은, 이들 예시한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 출원은 2004년 12월 15일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2004-364079호에 기초로 되어 있고, 그 개시 내용은 참조되고 전체적으로 조립되어 있다.

본 발명에 따르면, 레이저 용접의 작업 효율을 향상시킬 수 있는 레이저 용접의 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.

Claims

복수점 레이저 용접 시스템이며,

로봇과,

상기 로봇에 부착되는 레이저 가공 헤드와,

상기 레이저 가공 헤드에 부착되어 레이저의 사출 방향을 변경하는 방향 변경기와,

상기 레이저 가공 헤드 이동과 상기 방향 변경기를 제어하는 제어기를 갖고,

상기 제어기는, 상기 레이저 가공 헤드를 제1 용접점으로부터 제2 용접점으로 소정 속도로 이동 제어시키면서 상기 방향 변경기를 제어하여 상기 레이저의 사출 방향을 제어하는 복수점 레이저 용접 시스템.
제1항에 있어서, 상기 소정 속도는 적어도 하나의 용접점의 용접 중에는 일정 속도인 복수점 레이저 용접 시스템.
제1항에 있어서, 상기 레이저 가공 헤드는 회전 가능한 반사경을 갖고,

상기 레이저의 사출 방향은 상기 반사경을 회전시킴으로써 제어하는 복수점 레이저 용접 시스템.
레이저 용접 시스템이며,

로봇과,

상기 로봇에 부착되어 레이저의 사출 방향을 변경하는 레이저 가공 헤드와,

상기 레이저 가공 헤드가 소정 방향으로 소정 속도로 이동시키기 위해 상기 로봇의 자세를 제어하는 로봇 제어기를 갖고,

상기 로봇 제어기는, 상기 레이저 가공 헤드가 이동 중에 제1 용접점의 용접 중에는 상기 제1 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저 가공 헤드를 제어하고, 상기 레이저 가공 헤드의 위치가 제1 용접점의 용접 종료 후 제2 용접점의 용접 개시 위치에 도달되면 제2 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저의 사출 방향을 제어하는 레이저 용접 시스템.
제4항에 있어서, 상기 소정 속도는 적어도 하나의 용접점의 용접 중에는 일정 속도인 레이저 용접 시스템.
제4항에 있어서, 상기 소정 속도는 하나의 용접점을 용접하는 용접 속도보다도 빠른 레이저 용접 시스템.
제4항에 있어서, 상기 소정 방향은 제1 용접점으로부터 제2 용접점을 향하는 방향인 레이저 용접 시스템.
제4항에 있어서, 상기 로봇 제어기는 상기 레이저 가공 헤드의 위치가 상기 소정 방향을 향해, 용접 개시시에는 용접을 개시하는 용접점보다 전에 있고, 용접 종료시에는 용접을 종료한 용접점보다 앞에 있도록 이동시키는 레이저 용접 시스템.
제4항에 있어서, 상기 레이저 가공 헤드는 회전 가능한 반사경을 갖고,

상기 레이저의 사출 방향은 상기 반사경을 회전시킴으로써 제어하는 레이저 용접 시스템.
제4항에 있어서, 상기 레이저 가공 헤드에 고정된 반사경을 갖고,

상기 레이저의 사출 방향은 상기 레이저 가공 헤드 전체의 방향을 변경함으로써 제어하는 레이저 용접 시스템.
레이저 용접의 제어 방법이며,

레이저의 사출 방향을 변경 가능한 레이저 가공 헤드가 부착된 로봇을 제어하여 상기 레이저 가공 헤드를 소정 방향으로 소정 속도로 이동시키면서,

상기 레이저 가공 헤드의 상기 이동 중에, 제1 용접점의 용접 중에는 상기 제1 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저 가공 헤드로부터의 상기 레이저의 사출 방향을 제어하고, 상기 레이저 가공 헤드의 위치가 제1 용접점의 용접 종료 후 제2 용접점의 용접 개시 위치에 도달되면 제2 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저의 사출 방향을 제어하는 레이저 용접의 제어 방 법.
제11항에 있어서, 상기 소정 속도는 적어도 하나의 용접점의 용접 중에는 일정 속도인 레이저 용접의 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 소정 속도는 하나의 용접점을 용접하는 용접 속도보다도 빠른 레이저 용접의 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 소정 방향은 제1 용접점으로부터 제2 용접점을 향하는 방향인 레이저 용접의 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 레이저 가공 헤드는 상기 소정 방향을 향해, 용접 개시시에는 용접을 개시하는 용접점보다 전에 있고, 용접 종료시에는 용접을 종료한 용접점보다 앞에 있도록 이동시킨 레이저 용접의 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 레이저 가공 헤드로부터의 레이저의 사출 방향은, 상기 레이저 가공 헤드에 부착된 반사경의 방향을 바꿈으로써 제어하는 레이저 용접의 제어 방법.
제11항에 있어서, 상기 레이저 가공 헤드로부터의 상기 레이저의 사출 방향 은, 상기 레이저 가공 헤드 전체의 방향을 바꿈으로써 변경하는 레이저 용접의 제어 방법.
레이저 용접 시스템이며,

로봇과,

로봇에 부착되어 레이저의 사출 방향을 변경 가능한 레이저 사출 수단과,

상기 레이저 사출 수단이 소정 방향으로 소정 속도로 이동하도록 상기 로봇의 자세를 제어하는 제어 수단을 갖고,

상기 제어 수단은, 상기 레이저 사출 수단이 이동 중에, 제1 용접점의 용접 중에는 상기 제1 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저 사출 수단을 제어하고, 레이저 사출 수단의 위치가 제1 용접점의 용접 종료 후 제2 용접점의 용접 개시 위치에 도달되면 제2 용접점 방향으로 상기 레이저가 사출되도록 상기 레이저 사출 수단을 제어하는 레이저 용접 시스템.