KR100962817B1

KR100962817B1 - 레이저 용접 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100962817B1
Application number: KR1020070028073A
Authority: KR
Inventors: 노부히로 요시까와; 가꾸시 고마쯔
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2010-06-09
Also published as: JP2007283402A; KR20070096854A; JP5070861B2; US8716622B2; EP1837115A1; CN101269442B; US20070221638A1; CN101269442A

Abstract

본 발명의 과제는 로봇의 동작 속도를 변경한 경우라도 생산 현장에서 실제로 로봇을 가동시켰을 때와 동일한 정도의 용접 상태를 재현할 수 있는 레이저 용접 장치를 제공하는 것이다.

로봇의 이동 속도(로봇 속도)를 오버라이드 50 ％로 하였을 때(도면에 나타낸 점선으로부터 실선의 속도로 함), 스캐너 헤드(6) 내의 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도를 상승시킴으로써 스캐너 헤드(6)를 설치한 로봇의 이동에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도와 레이저 주사용 미러(113)의 회전에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도의 합성 속도인 용접점 속도를 오버라이드 100 ％일 때와 동일하게 한다.

레이저 용접 장치, 스캐너 헤드, 레이저 발진기, 레이저 주사용 미러, 제어 장치

Description

레이저 용접 장치 및 그 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING RASER WELDING OPERATIONS}

도1은 본 발명을 적용한 레이저 용접 장치의 구성을 설명하기 위한 개략도.

도2는 스캐너 헤드 내부의 구성을 설명하기 위한 설명도.

도3은 오버라이드 시(로봇 속도를 느리게 했을 때)의 처리 순서를 도시하는 흐름도.

도4는 본 실시 형태를 채용하여 오버라이드 동작을 행한 경우의 타임 차트.

도5는 비교예로서 종래의 오버라이드 동작을 행한 경우의 타임 차트.

도6은 용접점 속도 변화에 대해 실제 가동 시에 있어서의 입열량과 동일하게 하기 위한 레이저 출력치를 나타내는 그래프.

도7은 오버라이드율 변경을 설명하기 위한 용접점 속도에 대한 레이저 출력치를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 로봇

2 : 로봇 제어기

3 : 레이저 발진기

4 : 제어 장치

5 : 광파이버 케이블

6 : 스캐너 헤드

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2005-177862호 공보

본 발명은 레이저 용접 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근, 로봇을 이용한 용접에도 레이저 용접이 이용되도록 되고 있다. 이와 같은 용접 기술로서, 로봇 아암(매니퓰레이터)의 선단부에 레이저광을 조사하기 위한 레이저 조사 장치를 설치하여 용접을 행하는 기술이 있다. 이는, 로봇 아암을 이동시키면서 레이저 조사 장치로부터의 레이저광 조사 방향도 바꿈으로써 레이저광을 이동시키면서 미리 정해진 용접점을 용접하는 기술이다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이와 같은 용접은 용접 대상물(워크)과 레이저 조사 장치 사이가 이격되어 있으므로 리모트 용접이라 불리우고 있다.

그런데, 이와 같은 리모트 용접에서는 생산 준비 단계 등에 있어서 로봇의 동작 경로를 교시할 때의 시운전 시와, 생산 현장에 있어서의 실제로 로봇을 동작 시키는 실가동 시에는 로봇 아암 선단부의 레이저 조사 장치의 이동 속도가 다르다.

즉, 상기 시운전 시에서는 아암 선단부의 레이저 조사 장치의 이동 속도를 실가동 시보다도 느리게 하고, 다른 로봇 아암이나 주변 장치와 간섭하지 않고 적절한 동작을 하는 것을 확인할 필요가 있다.

그로 인해, 예를 들어 상기 시운전 시에는 레이저가 조사되어 있는 점의 진행 속도(용접점 속도라 함)가 실가동 시의 진행 속도보다도 늦어져 용접점에 에너지가 지나치게 많이 들어가는(입열량이 과다가 됨) 일이 있다. 그 결과, 시운전 시에는 실가동 시의 용접 상태를 정확하게 확인할 수 없다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명의 목적은 생산 준비 단계 등의 시운전 시에 로봇의 동작 속도를 변경한 경우라도 생산 현장에서의 로봇의 실가동과 동일한 정도의 용접 상태를 재현할 수 있는 레이저 용접 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이저광을 발생시키는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 유도된 상기 레이저광의 조사 방향을 변경하기 위해 회전 가능한 반사경을 갖는 레이저 조사 장치와, 상기 레이저 조사 장치를 이동시키는 이동 장치를 구비하고, 상기 이동 장치의 이동 속도가 변경된 경우에 상기 레이저 조사 수단이 이동하는 것에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도와 상기 반사경의 회전에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도의 합성 속도가 미리 정해진 속도가 되도록 상기 반사경의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 용 접 장치 또는 레이저 용접 방법이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 설명한다.

도1은 본 발명을 적용한 레이저 용접 장치[리모트 용접 시스템(단순히 시스템이라 칭함)]의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.

도시하는 시스템은 지금까지의 스폿 용접 등과 비교하여 용접 지그가 직접 워크와 접촉하지 않고, 레이저를 이용하여 워크로부터 이격된 장소로부터 용접하는 것이다. 이로 인해, 이와 같은 용접을 리모트 용접이라 칭하고 있다.

본 시스템은 로봇(1)과, 이 로봇(1)을 제어하는 로봇 제어기(2)와, 로봇(1)의 아암 선단부에 설치되어 레이저광을 조사하는 스캐너 헤드(6)(레이저 조사 장치 또는 수단)와, 레이저 광원인 레이저 발진기(3)로부터 스캐너 헤드(6)까지 레이저광을 유도하는 광파이버 케이블(5){도광 장치 또는 수단[이하 광파이버(5)라 생략함]}과, 스캐너 헤드(6) 및 레이저 발진기(3)를 제어하는 제어 장치(4)(제어 장치 또는 수단)로 이루어진다.

여기서, 제어 장치(4)는, 예를 들어 컴퓨터이고 중앙 연산 처리 장치나 기억장치 등을 갖는다.

레이저 발진기(3)는 레이저광을 광파이버(5)에 의해 유도하기 위해 YAG 레이저 발진기를 이용하고 있다.

로봇(1)은 일반적인 다축 로봇(다관절 로봇 등이라고도 불리우고 있음) 등이고, 교시 작업에 의해 부여된 동작 경로의 데이터에 따라서 그 자세를 바꾸어 아암의 선단부, 즉 스캐너 헤드(6)를 다양한 방향으로 이동시킬 수 있다. 레이저 조사 의 이동 범위를 부호 7로서 나타냈다.

도2는 스캐너 헤드(6) 내부의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.

도시한 바와 같이, 스캐너 헤드(6) 내부는 광파이버(5), 광파이버를 보유 지지하는 광파이버 보유 지지부(12), 파이버 위치 변경 기구(13), 파이버용 작동기 제어 장치(14), 콜리메이트 렌즈(16), 고정 미러(17), 집광 거리 가변용 렌즈(119), 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(111), 집광 거리 가변용 렌즈용 작동기(112), 레이저 주사용 미러(113)(반사 장치 또는 반사경), 미러용 작동기(114) 및 미러 제어 장치(115)를 갖는다. 또한, 도면상 부호 15는 레이저광을 나타낸다.

콜리메이트 렌즈(16)를 통과한 레이저광(15)이 고정 미러(17), 집광 거리 가변용 렌즈(119), 제1 렌즈(110), 제2 집광 렌즈(111)를 통과하여 레이저 주사용 미러(113)에 의해 반사되어 더 사출된다.

레이저 주사용 미러(113)는 미러용 작동기(114)에 의해 회전(이동) 가능하게 움직인다. 미러 제어 장치(115)가 미리 교시된 초점 속도의 데이터를 기초로 하여 미러용 작동기(114)를 동작시킨다. 미러 제어 장치(115)는 초점 속도의 데이터로부터의 그 초점 속도를 얻기 위한 레이저 주사용 미러(113)의 회전 각속도를 산출하고, 교시된(또는 지령된) 초점 속도가 되도록 레이저 주사용 미러(113)를 제어하고 있다.

이와 같이, 이 레이저 용접 장치에서는 스캐너 헤드(6)를 설치한 로봇의 움직임뿐만 아니라, 레이저 주사용 미러(113)의 움직임에 의해 다양한 방향으로 레이저를 조사하는 것이 가능하게 되어 있다.

또한, 파이버용 작동기 제어 장치(14)가 용접 경로에 있어서의 스캐너 헤드(6)로부터 워크(117)까지의 거리(116)에 맞추어 파이버 위치 변경 기구(13)를 제어하고, 광파이버(5)의 레이저 사출 단부(61)의 위치를 변경함으로써 용접 경로 중에 있어서의 레이저광의 초점 위치의 조정을 행하고 있다. 이 파이버 위치 변경 기구(13)는, 용접 동작 중에는 그 위치가 고정되어 있지만, 레이저 용접 장치 자체의 설치 위치의 변경이나 워크가 변경되어 스캐너 헤드(6)로부터 워크까지의 레이저 조사 거리가 크게 변경된 경우에 레이저 초점 거리 맞춤을 행하기 위해 조정 가능하게 되어 있다.

이 스캐너 헤드(6)에 의한 레이저의 조사 범위는, 도1의 부호 7에 나타낸 바와 같이 3차원적 범위가 된다. 즉, 그 X-Y 방향은 레이저 주사용 미러(113)에 의해 위치 변경 가능하게 되고, Z방향은 집광 거리 가변용 렌즈(119)의 위치 변경에 의해 변경 가능하게 되어 있다.

레이저 용접 시에 있어서, 실제로 워크에 조사되는 레이저광의 용접점 위치의 이동 속도(용접점 속도)는 로봇(1)의 움직임에 의해 스캐너 헤드(6)가 이동하는 것에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도와, 레이저 주사용 미러(113)의 회전에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도의 합성 속도가 된다. 즉, 스캐너 헤드(6)가 이동하면서 레이저 주사용 미러(113)가 회전하여 레이저광의 초점 위치가 이동하므로, 실제로 워크에 조사되는 레이저광의 용접점 위치의 이동 속도는 스캐너 헤드(6)가 이동하는 것에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도와 레이저 주사용 미러 자체의 회전에 의한 레이저광의 초점 위치의 이동 속도를 각각 합성한 속도가 된다.

따라서, 가령 생산 준비 단계에 시운전에서 로봇 속도를 변경했을 때라도, 그때의 용접점 속도가 생산 현장에서 로봇을 통상의 속도로 가동시켰을 때의 용접점 속도와 동일해지면 용접 상태에 변화는 없게 된다.

로봇 제어기(2)는 미리 교시 데이터를 기억하고 있고, 교시 데이터에 따라서 로봇(1)의 각 축을 동작시켜 용접 동작을 실행한다.

교시 데이터는, 예를 들어 용접 동작 중의 로봇의 동작 경로[즉, 스캐너 헤드(6)를 이동시키는 경로], 이 동작 경로 진행 중에 있어서의 로봇의 동작 속도, 로봇의 동작 경로 또는 동작 속도에 대응시킨 레이저광의 초점 이동 속도, 그 초점 위치의 이동 속도를 얻기 위한 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도, 레이저 조사 위치에 대응시킨 초점 거리 변경을 위한 집광 거리 가변용 렌즈(119)의 위치 데이터, 용접 조건 등이다.

이들 기억되어 있는 로봇 속도 및 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도는 생산 현장에 투입되어 로봇을 가동시킬 때의 속도이다. 또한, 레이저 조사 위치에 대응시킨 초점 거리 변경을 위한 집광 거리 가변용 렌즈(119)의 위치 데이터는 로봇(1)의 동작 경로 및 레이저 주사용 미러(113)의 회전 각도에 대응시키고 있다. 그로 인해, 집광 거리 가변용 렌즈(119)는 로봇 속도나 초점 속도에는 의존하지 않고, 로봇(1)의 현재 위치 및 레이저 주사용 미러(113)의 현재 회전 각도에 대응하여 변화되도록 지령되어 있다.

또한, 로봇(1)의 현재 위치 및 레이저 주사용 미러(113)의 현재 회전 각도는 각각 설치되어 있는 인코더의 값에 의해 얻게 되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 집광 거리 가변용 렌즈(119)의 위치 데이터를 로봇(1)의 동작 경로 및 레이저 주사용 미러(113)의 회전 각도에 대응시키는 경우에 대해 설명하였지만, 오토 포커스 기능을 가진 렌즈를 이용한 경우에는 상기와 같이 대응시킬 필요는 없고, 스캐너 헤드(6)와 워크(117)의 거리를 비접촉으로 측정하면서 초점 조정하는 것도 가능하다. 오토 포커스에 대해서는 카메라 기술 등에서도 알려져 있으므로, 상세 설명은 생략한다.

또한, 용접 조건으로서는, 스캐너 헤드가 이동하는 것에 의한 초점 위치 이동 속도와 주사용 미러가 회전하는 것에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도의 합성 속도인 용접점 속도, 레이저 출력, 레이저 조사 개시 위치 및 레이저 조사 종료 위치 등이다. 레이저 조사 개시 위치 및 레이저 조사 종료 위치는 로봇(1) 각축의 인코더(도시하지 않음)로부터 취득되는 현재 위치와 미러용 작동기(114)의 인코더(도시하지 않음)로부터 취득되는 레이저 주사용 미러(113)의 현재 회전 각도에 대응하여 레이저 조사 위치가 리얼 타임으로 산출되고, 레이저 조사 개시점에 도달한 시점에서 레이저 조사가 개시되고, 레이저 조사 종료점에 도달한 시점에서 레이저 조사가 종료된다.

제어 장치(4)의 미러 제어 장치(115)는 로봇 동작의 오버라이드 시[레이저 조사 수단으로서의 스캐너 헤드(6)의 이동 속도를 변경시키는 것]에 있어서의 스캐너 헤드(6) 내의 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도 및 레이저 출력치를 제어한다.

예를 들어, 교시 재생 동작 등, 로봇의 동작 속도를 실가동 시보다도 늦게 동작시켰을 때에, 제어 장치(4)는 그 오버라이드율(이동 속도 변경 비율)에 맞추어 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도와 레이저 발진기(3)의 레이저 출력치를 각각 스캐너 헤드(6) 및 레이저 발진기(3)로 지령한다.

오버라이드율은 실제로 로봇을 가동시키고 있을 때를 100 ％로 한다. 즉, 로봇 제어기(2)에 기억되어 있는 로봇 속도가 오버라이드율 100 ％일 때이다.

그리고, 로봇 제어기(2)는, 통상 이 오버라이드율을 바꿈으로써 다양한 로봇의 속도에 의해 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 오버라이드율 50 ％이면 실가동 시의 로봇 속도의 절반의 속도로 동작한다.

제어 장치(4)는 이 로봇 제어기(2)에 지령된 오버라이드율을 취득하고, 취득한 오버라이드율에 맞추어 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도와 레이저 발진기(3)의 레이저 출력치를 각각 스캐너 헤드(6) 및 레이저 발진기(3)로 지령한다.

도3은 오버라이드 시(로봇 속도를 느리게 했을 때)의 처리 순서를 도시하는 흐름도이다.

우선, 제어 장치(4)가, 교시 데이터 중의 로봇 속도와 지령된 오버라이드율로부터 오버라이드 동작 시의 로봇 속도를 구한다(S1). 또한, 교시 데이터는 로봇 제어기(2)로부터 취득한다. 또한, 오버라이드율은 로봇 제어기(2)에 작업원이 입력한 값을 취득한다.

다음에, 제어 장치(4)는 교시 데이터 중의 용접 조건 중의 용접점 속도로부터 S1에서 구한 오버라이드 동작 시의 로봇 속도를 감산함으로써 지령된 오버라이 드 시에 있어서의 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도를 구한다(S2).

제어 장치(4)는 그 오버라이드에 의한 동작 개시의 지령을 수취하여 산출된 회전 속도로 레이저 주사용 미러(113)를 회전시키도록 로봇 제어기(2)에 지령한다(S3).

로봇 제어기(2)는 이 지령을 받고, 이 회전 속도로 레이저 주사용 미러(113)를 회전 가능한지 여부를 판단한다(S4, 이 처리에 대한 상세 후술).

여기서, 지령에 의한 회전 동작이 가능하면(S4 : 예), 로봇 제어기(2)는, 레이저 주사용 미러(113)는 제어 장치(4)로부터의 지령에 의한 회전 속도로 레이저 주사용 미러(113)를 회전시키면서 지령된 오버라이드율에 의한 오버라이드 동작을 실행한다(S10).

이에 의해, 로봇(스캐너 헤드) 이동에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도와 레이저 주사용 미러의 회전에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도의 합성 속도가 되는 용접점 속도는 실가동 시의 속도(즉, 미리 정해진 속도)가 된다.

또한, 오버라이드의 동작 중에도 실제 가동 시와 마찬가지로 로봇(1) 각 축의 인코더(도시하지 않음)로부터 취득되는 현재 위치와 미러용 작동기(114)의 인코더(도시하지 않음)로부터 취득되는 레이저 주사용 미러(113)의 현재 회전 각도에 대응하여 레이저 조사 위치가 리얼 타임으로 산출되고, 레이저 조사 개시점에 도달한 시점에서 레이저 조사가 개시되고, 레이저 조사 종료점에 도달한 시점에서 레이저 조사가 종료된다.

도4 및 도5는 본 실시 형태의 작용을 설명하기 위한 도면이고, 도4는 본 실 시 형태를 채용하여 오버라이드 동작을 행한 경우의 타임 차트이고, 도5는 비교예로서 종래의 오버라이드 동작을 행한 경우의 타임 차트이다. 또한, 각 도면에 있어서 횡축은 시간이다.

우선, 도4에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 경우에는 오버라이드율 100 ％(도면에 나타낸 점선, 이하 마찬가지임)에 대해, 오버라이드의 지령에 의해 동작시키면 로봇 속도는 저하된다(도면에 나타낸 실선, 이하 마찬가지임). 한편, 이것에 맞추어 스캐너의 회전에 의한 초점 위치 이동 속도는 상승한다. 따라서, 스캐너 헤드(6)의 이동에 의한 초점 위치 이동 속도와 레이저 주사용 미러(113)의 회전에 의한 레이저광의 초점 위치의 이동 속도의 합성 속도인 용접점 속도는 오버라이드 100 ％일 때와 다르지 않고, 그때의 입열량도 변화되지 않는다.

따라서, 본 실시 형태를 적용하면, 오버라이드 시라도 실가동 시와 동일한 용접 상태를 볼 수 있는 것이다. 물론, 오버라이드 동작을 행함으로써 로봇(1)의 동작을 느리게 하여 그 움직임에 이상이 없는지, 다른 물체 등과 간섭하지 않는지를 확인할 수 있다.

이에 대해, 도5에 나타낸 종래법에서는 오버라이드율 100 ％에 대해(도면에 나타낸 점선), 오버라이드의 지령에 의해 동작시키면 로봇 속도는 저하된다(도면에 나타낸 실선). 이때 스캐너에 의한 초점 위치의 이동 속도도 오버라이드 지령에 의해 낮아진다. 따라서, 로봇의 이동 속도와 레이저 주사용 미러의 회전에 의한 레이저광의 초점 위치의 이동 속도의 합성 속도인 용접점 속도는 오버라이드율 100 ％일 때보다도 늦어진다(도면에 나타낸 점선의 위치로부터 실선의 위치로 변화됨). 그러면, 그때의 입열량은 용접점 속도가 늦어지기 때문에, 실가동 시보다도 많이 들어가게 된다(도면에 나타낸 점선의 위치로부터 실선의 위치로 변화됨).

따라서, 종래 그대로 오버라이드로 로봇을 느리게 하면, 실제 가동 시보다도 많은 열이 들어가 실가동 시의 용접 상태와 달라지고, 로봇의 움직임은 확인할 수 있어도 그 움직임에 대응한 용접 상태까지는 확인할 수 없는 것이다.

다음에, 레이저 출력의 조정에 대해 설명한다.

상기한 스텝 S4에 있어서, 지령에 의한 회전 속도로 레이저 주사용 미러(113)를 회전 가능한지 여부를 판단하였다. 이는, 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도를 올림으로써 용접점 속도를 실가동 상태일 때와 동일해지도록 하는 것이지만, 입력된 오버라이드율에 의해서는 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도를 올리는 것만으로는 입열량을 동일하게 할 수 없는 경우가 있다.

예를 들어, 오버라이드율이 작은 경우, 레이저 주사용 미러(113)를 최대 속도로 회전시켜도 용접점 속도가 실가동 시의 속도에 도달하지 않는 경우이다. 따라서, 스텝 S4에 있어서의 레이저 주사용 미러(113)를 회전 가능한지 여부의 판단은 지령된 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도가 회전 속도의 최대치를 넘는지 여부를 판단하게 된다.

그리고, 레이저 주사용 미러(113)의 회전 가능 최대 속도를 넘는 경우(S4 : 아니오)에는[즉, 로봇 이동에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도와 레이저 주사용 미러(113)의 이동에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도의 합성 속도가 소정의 하한 속도 이하로 되는 경우], 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도 제어뿐만 아니라, 레이저 발진기(3)의 레이저 출력치를 더 조정한다(S5). 또한, S4에서 아니오인 경우에는 로봇 제어기(2)로부터 그 취지를 전하는 신호가 제어 장치(4)로 전달된다.

이 레이저 출력치의 조정은 미리 용접점 속도에 대해 어느 정도 출력을 내리면 좋은지의 데이터를 작성하고, 이를 제어 장치(4) 내에 기억시켜 사용한다.

그리고, 조정한 레이저 출력치가 미리 정해진 임계치 이상인지 여부를 제어 장치(4)가 판단하여(S6, 상세 후술), 조정한 레이저 출력치가 미리 정해진 임계치 이상이면, 그 레이저 출력치를 레이저 발진기에 지령하는 동시에 로봇 제어기(2)에 대해 지령되어 있는 오버라이드율에 의한 오버라이드 동작을 실행하도록 지령하고, 로봇 제어기(2)가 오버라이드 동작을 실행한다(S7).

도6은 용접점 속도 변화에 대해 실가동 시에 있어서의 입열량과 동일하게 하기 위한 레이저 출력치를 나타내는 그래프이다.

도6에 나타낸 그래프로부터 실가동 시에 있어서의 입열량일 때의 레이저 출력치를 표준 출력으로 한 경우에, 용접점 속도를 내림으로써 실가동 시에 있어서의 입열량과 동일한 입열량이 되기 위한 레이저 출력치를 알 수 있다.

또한, 도6에 있어서는, 사례로서, 다른 3개의 용접 조건을 나타냈다.

이와 같은 그래프와 마찬가지인 용접점 속도에 대한 레이저 출력치의 대응 테이블을 제어 장치(4) 내에 기억시켜 둔다. 제어 장치(4)가 오버라이드율에 따라서 레이저 주사용 미러(113)의 회전 속도를 올려도 미리 정해진 속도인 실가동 시의 용접점 속도에 도달하지 않는 경우에는, 제어 장치(4)가 상기 대응 테이블(도7 에 나타낸 그래프와 마찬가지임)을 참조함으로써 그때의 용접점 속도로 필요한 입열량이 되도록 레이저 출력치를 더 조정한다.

이에 의해, 오버라이드율이 작은 경우라도 실제의 가동 시에 있어서의 입열량과 동일한 입열량을 유지할 수 있다. 따라서, 느린 움직임에 의해 로봇 자체의 동작을 확인하면서 그것에 의한 용접 상태도 실가동 시와 동일한 상태로 하여 확인하는 것이 가능해진다.

다음에, 오버라이드율의 변경에 대해 더 설명한다.

상기한 스텝 S6에 있어서, 조정한 레이저 출력치가 미리 정해진 임계치 이상인지 여부를 판단하고 있다. 이는, 레이저 출력치를 지나치게 작게 하면, 용접점 속도가 아무리 늦어도 레이저 출력이 지나치게 부족하여 용접할 수 없게 될 우려가 있기 때문이다.

그래서, 본 실시 형태에서는 이와 같은 레이저 출력이 용접 불능이 될수록 더 저하시켜야만 했던 경우에는(S6 : 아니오), 제어 장치(4)가 지령된 오버라이드율을 더 변경하는 것으로 하였다(S11).

도7은 오버라이드율 변경을 설명하기 위한 용접점 속도에 대한 레이저 출력치를 나타내는 그래프이다.

도7에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 오버라이드율 10 ％와 같이 낮은 경우에는 그것에 따라서 레이저 출력치도 저하시키게 된다. 그러나, 이와 같은 레이저 출력에서는 용접 불능이 되므로, 지령된 오버라이드율을 50 ％까지 상승시킨다. 또한, 이 지령은 제어 장치(4)로부터 로봇 제어기(2)로 전달된다.

여기서, 용접 불능이 되는 레이저 출력이 어느 정도의 것인지는 미리 임계치로서 설정해 둔다. 그리고, 제어 장치(4)가, 상술한 바와 같이 용접점 속도에 맞추어 레이저 출력치를 저하시킨 경우에, 이 임계치 미만이 되는 경우에는, 이 임계치 이상이 되는 오버라이드율이 되도록 오버라이드율을 변경하여 로봇 제어기(2)로 지령한다.

이에 의해, 필요 이상으로 레이저 출력을 저하시키지 않고, 실가동 시와 동일한 용접 상태를 확보할 수 있다.

이상, 본 발명을 적용한 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 오버라이드 시에 있어서의 레이저 주사용 미러(113)에 의한 초점 위치의 이동 속도는 오버라이드시키는 동작 경로의 전체에 걸쳐서 산출해 두어도 좋고, 또는 오버라이드로 동작시키고 있는 도중에, 그때의 로봇 속도로부터 리얼 타임으로 산출하면서 동작시키도록 해도 좋다.

또한, 본 실시 형태의 설명을 위해 이용한 도면에서는 동작 경로를 직선적으로 나타냈지만, 이는 당연히 이와 같은 직선적 동작 경로로 한정되는 것은 아니고, 원호형 등 다양한 형상의 동작 경로에 있어서 적용할 수 있다.

또한, 반사 장치로서는, 반사경 대신에 프리즘을 이용하여 레이저광의 조사 방향을 변경해도 좋다.

본 발명은 레이저 용접, 레이저 가공에 이용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이동 장치의 동작 속도를 변경하였을 때에는, 반사경의 회전 속도를 제어함으로써 레이저 조사 장치가 이동하는 것에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도와 반사경의 회전에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도의 합성 속도가 미리 정해진 속도가 되도록 하였으므로, 로봇의 시운전 시에 이동 장치의 동작 속도를 변경한 경우라도 실가동 시와 동일한 용접 상태를 재현하는 것이 가능해진다.

Claims

레이저광을 발생시키는 레이저 발진기(3)와,

상기 레이저 발진기(3)로부터 유도된 레이저광의 조사 방향을 변경하는 반사 장치(113)를 구비한 레이저 조사 장치(6)와,

상기 레이저 조사 장치(6)를 이동시키는 이동 장치(1)와,

레이저 용접 작동에 대해, 레이저 조사 장치(6)를 미리 정해진 동작 속도로 이동시키고, 레이저광의 초점을 미리 정해진 경로에서 미리 정해진 속도로 이동시키도록, 상기 이동 장치(1) 및 반사 장치(113)를 제어하는 제어 장치(4, 115)를 포함하는 레이저 용접 장치이며,

레이저광의 초점을 상기 미리 정해진 경로로 이동시키는 동안 상기 이동 장치(1)의 동작 속도가 상기 미리 정해진 동작 속도에 비해 변경된 경우, 상기 제어 장치(4, 115)가 상기 반사 장치(113)를 제어하도록 배치되어, 레이저 조사 장치(6)의 이동 속도 및 레이저 조사 장치(6)에 대한 반사 장치(113)의 회전 속도를 기초로 하는 레이저광의 초점 이동 속도의 합성 속도가 미리 정해진 속도가 되도록 하며,

상기 제어 장치는 상기 합성 속도가 미리 정해진 하한 속도 이하로 되는 경우에 상기 레이저 발진기의 레이저 출력치를 변경하는, 레이저 용접 장치.
제1항에 있어서, 상기 반사 장치는 반사경인 레이저 용접 장치.
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제1항에 있어서, 상기 합성 속도가 늦어질수록 상기 레이저 발진기의 레이저 출력치를 저하시키는 레이저 용접 장치.
제4항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 레이저 출력치의 변경에 수반하여 상기 레이저 출력치가 미리 정해진 하한치 이하로 되는 경우에, 상기 이동 장치의 동작 속도를 증가시키는 레이저 용접 장치.
레이저광을 발생시키는 레이저 발진기와,

상기 레이저 발진기로부터 유도된 상기 레이저광의 조사 방향을 변경하기 위해 회전 가능한 반사경을 구비한 레이저 조사 수단과,

상기 레이저 조사 수단을 이동시키는 이동 수단을 구비하고,

상기 이동 수단의 동작 속도가 변경된 경우에, 변경 후의 상기 레이저 조사 수단이 이동하는 것에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도와 상기 반사경이 회전하는 것에 의한 레이저광의 초점 위치 이동 속도의 합성 속도가 미리 정해진 속도가 되도록 상기 반사경이 회전함으로써 레이저광의 초점 위치의 이동 속도를 제어하며,

상기 합성 속도가 미리 정해진 하한 속도 이하로 되는 경우에 상기 레이저 발진기의 레이저 출력치를 변경하는 것을 특징으로 하는, 레이저 용접 방법.
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제6항에 있어서, 상기 레이저 출력치의 변경에 수반하여 상기 레이저 출력치가 미리 정해진 하한치 이하로 되는 경우에 상기 이동 수단의 동작 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 방법.
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