KR20150117592A - 티칭 시스템, 로봇 시스템 및 티칭 방법 - Google Patents

티칭 시스템, 로봇 시스템 및 티칭 방법 Download PDF

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고이치 구와하라
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

실시 형태에 따른 티칭 시스템은 화상 생성부와, 시점 지정부와, 경유점 지정부와, 티칭 데이터 생성부를 구비한다. 화상 생성부는 로봇의 가공 대상인 워크피스 상에 설정된 닫힌 가공선을 포함하는 가상 화상을 생성한다. 시점 지정부는 가상 화상 상에서 가공선 이외의 위치에 시점을 지정한다. 경유점 지정부는 가공선 상에 경유점을 지정한다. 티칭 데이터 생성부는 시점으로부터 경유점을 경유하여 가공선을 따라 다시 경유점으로 되돌아오는 경로에 대해 로봇에 대한 티칭 데이터를 생성한다.

Description

티칭 시스템, 로봇 시스템 및 티칭 방법{TEACHING SYSTEM, ROBOT SYSTEM, AND TEACHING METHOD}
명시된 실시 형태는 티칭 시스템, 로봇 시스템 및 티칭 방법에 관한 것이다.
종래, 3차원 CAD(Computer Aided Design) 데이터 등에 근거하여 로봇이나 워크피스의 3차원 모델 화상을 표시 장치 상에 표시하고, 이러한 3차원 모델 화상을 이용해서 티칭 데이터를 생성하는 다양한 타입의 티칭 시스템이 제안되어 있다.
이러한 티칭 시스템을 이용하면, 로봇이나, 로봇과는 독립된 외부축을 실제로 동작시키는 일없이, 오퍼레이터가 티칭 데이터를 생성하는 것이 가능해진다.
예를 들면, 일본 특허 출원 제2006-247677호 공보에는, 자동차의 보디 등의 워크피스에 대해 용접 작업의 일부로서, 용접 로봇이나 용접 로봇에 의해 유지된 레이저 사출 장치의 위치 및 자세에 관한 티칭 데이터의 생성을 오프 라인으로 행하는 티칭 시스템이 제안되어 있다.
그러나, 전술한 종래의 티칭 시스템을 이용한 경우이더라도, 가공의 구체적 내용에 따라서는 로봇의 교시 작업이 번잡하게 될 수 있어, 교시 작업을 용이화하는 관점에서는 종래의 기술은 더 개선의 여지가 있다.
예를 들면, 금속판으로부터 원형의 부품을 자르는 경우에, 부품의 외부 에지를 매끄럽게 하기 위해서는, 원과는 다른 위치에 레이저 사출의 개시점을 설정할 필요가 있다. 그리고, 설정한 개시점으로부터 원까지의 경로에 대해서도 로봇에 교시를 행할 필요가 있다.
로봇에 교시를 행해야 할 경로가 복잡한 경우, 경로 전체에 대해 로봇의 위치나 자세를 교시할 필요가 있어, 교시 작업이 번잡하게 되어 버린다.
실시 형태의 일 관점은, 전술한 단점을 감안하여, 로봇에 대한 교시 작업을 용이화할 수 있는 티칭 시스템, 로봇 시스템 및 티칭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시 형태의 일 관점에 따른 티칭 시스템은 화상 생성부와, 시점 지정부와, 경유점 지정부와, 교시 데이터 생성부를 구비한다. 상기 화상 생성부는 로봇의 가공 대상인 워크피크 상에 설정된 닫힌 가공선(a closed processing line)을 포함하는 가상 화상을 생성한다. 상기 시점 지정부는 상기 가상 화상 상에서 상기 가공선 이외의 위치에 시점을 지정한다. 상기 경유점 지정부는 상기 가공선 상에 경유점을 지정한다. 상기 티칭 데이터 생성부는 상기 시점으로부터 상기 경유점을 경유하여 상기 가공선을 따라 다시 당해 경유점으로 돌아오는 경로에 대해 상기 로봇에 대한 티칭 데이터를 생성한다.
본 출원서에 개시되는 티칭 시스템, 로봇 시스템 및 티칭 방법의 일 실시 형태에 의하면, 로봇에 대한 교시 작업을 용이화할 수 있다.
본 발명의 더 완전한 인식 및 그에 따른 많은 이점은 이하의 발명의 상세한 설명을 첨부 도면과 대조하여 읽으면, 더 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 실시 형태에 따른 티칭 시스템을 포함하는 로봇 시스템의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 티칭 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3(a)는 분할선을 선택하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3(b)는 경유점, 가공 종료점 및 시점을 지정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3(c)는 어프로치 경로를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3(d)는 티칭의 목표점을 추출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4(a)~도 4(c)는 레이저 사출 장치의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4(d)는 드릴링 가공 후의 워크피스의 형상을 나타내는 도면이다.
도 5(a)는 분할선을 선택하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5(b)는 경유점, 가공 종료점 및 시점을 지정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5(c)는 어프로치 경로(approach path)를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5(d)는 티칭의 목표점을 추출하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6(a)~도 6(c)는 레이저 사출 장치의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6(d)는 트리밍(trimming) 가공 후의 워크피스의 형상을 나타내는 도면이다.
도 7(a)~도 7(c)는 시점 지정부가 지정하는 시점으로서 지정될 수 있는 다른 가능한 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7(d)는 변형예에 따른 가공선의 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은 표시부에 표시되는 가상 화상의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 9(a)는 절단 내용을 설정하는 조작 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9(b)는 도 9(a)에 나타내는 조작 화면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 도 9(a)에 나타내는 조작 화면의 일부를 나타내는 도면이다.
도 11은 티칭 시스템이 실행하는 처리 단계를 나타내는 흐름도이다.
이하에서는, 디스플레이 등의 표시부에 대해, 로봇의 3차원 모델의 그래픽 화상을 표시하는 티칭 시스템을 설명한다. 3차원 모델의 그래픽 화상에 대해서는, 이하 「가상 화상」이라고 기재하는 경우가 있다.
이하에서는, 레이저 절단 로봇 및 워크 위치피스 결정 장치(이하, 「포지셔너(positioner)」라고 기재함)를 포함하는 레이저 절단 로봇 시스템을 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태는 레이저 절단 로봇 시스템에 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태는, 가스 절단 및 플라스마 절단 등의 절단이 가능한 절단 로봇 및 포지셔너를 포함하는 절단 로봇 시스템으로 치환하는 것도 가능하다. 이하에서는, 레이저 절단 로봇에 대해서는 「로봇」, 레이저 절단 로봇 시스템에 대해서는 「로봇 시스템」이라고 각각 기재한다.
도 1은 실시 형태에 따른 티칭 시스템(10)을 포함하는 로봇 시스템(1)의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 로봇 시스템(1)은 티칭 시스템(10)과, 로봇 제어 장치(20)와, 로봇(30)과, 포지셔너(50)를 구비한다. 티칭 시스템(10)은 티칭 제어 장치(11)와, 표시부(12)와, 조작부(13)와, 작업 정보(job information) DB(데이터베이스)(14)를 구비한다.
티칭 제어 장치(11)는, 티칭 시스템(10) 전체를 제어하는 콘트롤러이며, 예를 들면 연산 처리 장치 및 기억 장치를 포함하고 있다. 티칭 제어 장치(11)는, 표시부(12)와 같은 티칭 시스템(10)의 각종 타입의 장치와 정보 전달 가능하게 접속된다.
티칭 제어 장치(11)는, 조작부(13)에 의한 오퍼레이터의 조작에 근거하여 로봇(30) 및 포지셔너(50)의 시뮬레이션 모션의 결과를 포함하는 가상 화상을 표시부(12)에 대해 출력한다. 가상 화상에는, 포지셔너(50)에 의해서 위치 결정된 로봇(30)의 가공 대상인 피가공면을 가지는 워크피스 W의 가상 화상이 더 포함된다.
티칭 제어 장치(11)는, 조작부(13)에 의한 오퍼레이터의 조작에 근거하여 가상 화상으로부터 로봇(30) 및 포지셔너(50)를 동작시키는 작업 프로그램을 생성하고, 작업 정보 DB(14)에 등록한다.
표시부(12)는 이른바 디스플레이 등의 표시 디바이스이다. 조작부(13)는 마우스 등의 입력 디바이스이다. 조작부(13)는, 반드시 하드웨어 부품으로서 구성될 필요는 없고, 터치 패널 디스플레이에 표시된 터치 키 등의 소프트웨어 부품이어도 좋다.
작업 정보 DB(14)는, 로봇(30) 및 포지셔너(50)를 동작시키는 작업 프로그램 및, 작업 프로그램에 포함되는 「교시점」 등의, 티칭에 관한 정보가 등록되는 데이터베이스이다.
여기서, 「교시점」이란, 로봇(30) 및 포지셔너(50)를 동작시킬 때에, 로봇(30)의 각 관절이나, 포지셔너(50)의 회전 기구(revolving mechanism)가 경유해야 하는 목표 위치를 나타내는 정보이다. 이 「교시점」은, 예를 들면, 로봇(30) 및 포지셔너(50)의 대응 축을 구동시키는 서보모터에 포함되는 각 인코더에 의한 펄스치의 값으로서 기억된다. 로봇(30) 및 포지셔너(50)는 복수의 교시점의 정보에 근거하여 동작하기 때문에, 작업 정보 DB(14)에는 로봇(30) 및 포지셔너(50)의 각 움직임(작업)과 복수의 교시점을 관련지어 기억되어 있다.
환언하면, 로봇(30) 및 포지셔너(50)의 작업 프로그램에는, 복수의 교시점 및 각 교시점간의 보간 동작 명령, 및 후술하는 레이저 사출 장치로의 동작 명령이 조합된 정보가 포함되어 있다. 작업 정보 DB(14)는 로봇(30) 및 포지셔너(50)의 작업 프로그램에 대한 교시점의 정보를 기억하고 있다. 따라서, 예를 들면, 로봇(30)을 재생 동작시키기 위해서, 작업 프로그램에 근거하여 로봇(30)이 동작된다.
작업 정보 DB(14)는 실제의 로봇(30) 및 포지셔너(50)의 동작을 제어하는 콘트롤러로서 기능하는 로봇 제어 장치(20)와 정보 전달 가능하게 접속되어 있다. 로봇 제어 장치(20)는 작업 정보 DB(14)에 등록된 작업 프로그램에 근거하여 로봇(30) 및 포지셔너(50)의 각종 동작을 제어한다.
도 1에서는, 티칭 시스템(10) 내에 설치된 작업 정보 DB(14)와 로봇 제어 장치(20)를 접속하고 있지만, 작업 정보 DB(14)와 로봇 제어 장치(20)는 반드시 접속되어 있을 필요는 없다.
작업 정보 DB(14)와 로봇 제어 장치(20)를 서로 접속하지 않는 가능한 구성은 티칭 시스템(10)에서 생성된 작업 프로그램을 로봇 제어 장치(20) 내의 소정의 기억부(도시 생략)에 저장하는 것에 의해 달성된다. 구체적으로는, 티칭 시스템(10)에서 생성된 작업 프로그램을 USB(Universal Serial Bus) 메모리 등의 매체에 복사하는 것에 의해, 당해 매체를 로봇 제어 장치(20)에 접속하여, 소정의 조작에 의해 로봇 제어 장치(20) 내의 소정의 기억부(도시 생략)에 작업 프로그램을 저장한다.
도 1에서는, 설명을 쉽게 하기 위해, 작업 정보 DB(14)와 티칭 제어 장치(11)를 분리하고 있지만, 작업 정보 DB(14)에 기억되어 있는 정보를, 티칭 제어 장치(11) 내부의 기억부에 기억시킬 수도 있다.
로봇(30)은 베이스(base)(31)와, 제 1 아암(32)과, 제 2 아암(33)과, 리스트(wrist)(34)와, 레이저 사출 장치(40)를 구비한다. 베이스(31)는 예를 들면 바닥면(floor surface)에 고정되고, 제 1 아암(32)의 기단부(proximal end)를 축 S 주위로 회전 가능하게(도 1중의 화살표 101 참조), 또한 축 L 주위로 회전 가능하게(도 1중의 화살표 102 참조) 지지한다.
제 1 아암(32)의 기단부는, 전술한 바와 같이 베이스(31)에 의해 지지되고, 제 1 아암(32)의 선단부(distal end)는 제 2 아암(33)의 기단부를 축 U 주위로 회전 가능하게 지지한다(도 1중의 화살표 103 참조).
제 2 아암(33)의 기단부는 전술한 바와 같이, 제 1 아암(32)에 의해 지지되고, 제 2 아암(33)의 선단부는 플랜지(flange)(34)의 기단부를 축 B 주위로 회전 가능하게 지지한다(도 1중의 화살표 104 참조). 또한, 제 2 아암(33)은 축 R 주위로 회전 가능하게 마련되어 있다(도 1중의 화살표 105 참조).
리스트(34)는 전술한 바와 같이 제 2 아암(33)에 의해 지지되는 기단부를 가진다. 리스트(34)는, 리스트(34)와 레이저 사출 장치(40)를 연결하는 연결 부재(35)의 기단부를 축 T 주위로 회전 가능하게 지지하는 선단부를 가진다(도 1 중의 화살표 106 참조).
레이저 사출 장치(40)는 연결 부재(35)의 선단부에 고정되어 지지된다. 레이저 사출 장치(40)는 워크피스 W의 피가공면에 대해서 레이저빔을 사출하는 레이저 사출 노즐(41)을 구비하고 있다. 또 레이저 사출 장치(40)는, 레이저 절단 중에 용해한 피가공물(scrap)을 효율적으로 제거하기 위한 가스가 레이저 사출 노즐(41)의 선단으로부터 분무되도록 설계되어 있다.
포지셔너(50)는 베이스(51)와, 배치대(placement table)(52)를 구비한다. 베이스(51)는, 예를 들면 바닥면에 고정되고, 배치대(52)를 축 EX1 주위로 기울일 수 있도록 지지한다(도 1 중의 화살표 107 참조).
배치대(52)는 가공 대상인 워크피스 W를 배치하는 테이블로서 기능한다. 배치대(52)는 축 EX2 주위로 회전 가능하고(도 1 중의 화살표 108 참조), 그 위에 배치된 워크피스 W를 회전시킨다. 포지셔너(50)의 축 EX1, EX2는 로봇(30)의 외부 축으로서 취급되며, 로봇 제어 장치(20)에 의해서 제어된다.
로봇(30)의 각 관절 및 포지셔너(50)의 회전 기구에는, 서보모터와 같은 구동원이 마련되어 있다. 로봇 제어 장치(20)로부터의 동작 지시에 근거하여 로봇(30)의 관절 및 포지셔너(50)의 회전 기구가 구동된다.
실제의 로봇 시스템(1)에서는, 레이저 사출 장치(40)에는 케이블을 거쳐서 레이저 발진기가 접속되어 있다. 그러나, 도 1에서는, 이러한 케이블을 포함하는 각종 케이블 및 레이저 발진기를 적절히 생략하고 있다.
실시 형태에 따른 티칭 시스템(10)의 블록 구성에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 실시 형태에 따른 티칭 시스템(10)의 블럭도이다. 도 2에서는, 티칭 시스템(10)의 설명에 필요한 구성요소만을 나타내고 있으며, 일반적인 구성요소에 대해서는 도시하지 않고 있다.
도 2를 참조하는 이후의 설명에서는, 주로 티칭 제어 장치(11)의 내부 구성에 대해 설명하는 것으로 한다. 이미 도 1을 참조하여 설명한 표시부(12), 조작부(13) 및 작업 정보 DB(14)에 대해서는 간단히 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 티칭 제어 장치(11)는 제어부(111)와 기억부(112)를 구비한다. 제어부(111)는 화상 생성부(111a)와, 표시 제어부(111b)와, 조작 접수부(111c)와, 시점 지정부(111d)와, 경유점 지정부(111e)와, 티칭 데이터 생성부(111f)와, 작업 생성부(111g)를 구비한다. 기억부(112)는, 예를 들면 하드디스크 드라이버, 비휘발성 메모리, 또는 다른 기억 장치일 수 있으며, 모델 정보(112a)와 교시점 정보(112b)를 기억한다.
화상 생성부(111a)는, 모델 정보(112a)에 근거하여 로봇(30), 워크피스 W 및 이러한 워크피스 W를 유지하는 포지셔너(50)를 포함하는 로봇 시스템(1)의 가상 화상을 생성한다. 모델 정보(112a)는 로봇(30), 워크피스 W 및 포지셔너(50)의 종별마다 미리 정의된 드로윙 정보(drawing information)를 포함하고 있다.
또한, 화상 생성부(111a)는 워크피스 W의 피가공면에 설치된 닫힌 「가공선」을 포함하는 가상 화상을 생성한다. 여기서 가공선이란, 레이저 사출 장치(40)에 의해서 워크피스 W를 절단할 때의 절단선을 가리킨다. 본 실시 형태에서는, 워크피스 W에 임의의 형상의 구멍을 뚫어 구멍 이외의 부분을 부품으로서 사용하는 「드릴링 절단」, 또는 워크피스 W로부터 드릴링 절단 동작에 의한 결과인 구멍의 부분을 부품으로서 사용하는 「트리밍 절단」 중 어느 하나에 대해 설명하는 것임을 유의해야 한다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 「닫힌 가공선」과 같이 가공선이 폐곡선인 것을 나타내는 표현을 이용한다. 그러나, 여기서 말하는 「닫힌 가공선」은 워크피스 W의 일부를 자를 수 있으면, 완전한 폐곡선인 것을 필요로 하지 않는다. 예를 들면, 슬릿이 마련된 워크피스 W로부터 원형의 부품을 절단하기 위해서, 가공선이 슬롯에 의해 분단될 수도 있지만, 여전히 당해 가공선을 「닫힌 가공선」이라고 부르는 것으로 한다.
화상 생성부(111a)는 생성한 가상 화상을 표시 제어부(111b)에 대해 출력한다. 표시 제어부(111b)는 화상 생성부(111a)로부터 수취한 가상 화상을 표시부(12)에 표시시킨다.
조작 접수부(111c)는 조작부(13)로부터의 오퍼레이터에 의한 각종의 입력 조작을 받아들인다. 입력 조작의 종류에 따라, 조작 접수부(111c)는 시점 지정부(111d), 경유점 지정부(111e), 티칭 데이터 생성부(111f) 및 작업 생성부(111g)에 대해서, 지정된 조작에 대응하는 신호를 출력한다.
또한, 조작 접수부(111c)는 전술한 가공선의 선택 조작을 받아들인다. 여기서 가공선의 선택 조작이란, 워크피스 W 상에 미리 설정된 복수의 가공선 중에서 적어도 1개의 가공선을 선택하는 조작을 가리킨다. 구체적으로는, 오퍼레이터가 조작부(13)를 이용하여 가상 화상에서의 소망하는 가공선 상의 점을 지정하여, 지정된 점을 포함하는 가공선이 선택된다. 여기서 본 실시 형태에서는, 가공선이 복수의 분할선에 의해 분할되어 있는 경우에 대해 설명하는 것임을 유의해야 한다. 따라서, 조작 접수부(111c)는 각 분할선의 선택 조작도 받아들인다. 분할선의 선택 시퀀스는, 가공 방향이 시계 방향 또는 반시계 방향 중 어느 방향인지의 지정, 및 후술하는 경유점을 설정하는 분할선의 지정에 이용된다.
시점 지정부(111d)는 가상 화상의 워크피스 W 상에 있어서의 가공선 이외의 위치에, 레이저 사출 장치(40)에 의한 절단 개시점이 되는 시점을 지정한다. 시점 지정부(111d)는, 조작 접수부(111c)로부터 시점을 지정하는 조작 신호를 수신한 경우에, 수신한 조작 신호에 근거하여 시점을 지정한다.
경유점 지정부(111e)는 가상 화상의 워크피스 W 상에 있어서의 가공선 상에 경유점을 지정한다. 여기서 경유점이란, 레이저 사출 노즐(41)이 가공선 상에서 최초로 액세스하는 점을 가리킨다. 경유점 지정부(111e)는, 조작 접수부(111c)로부터 경유점을 지정하는 조작 신호를 수신한 경우에, 수신한 조작 신호에 근거하여 경유점을 지정한다.
경유점 지정부(111e)는 가공선 상에 가공 종료점을 지정한다. 가공 종료점은, 레이저 사출 노즐(41)이 경유점을 오버랩한 후에 워크피스 W에 대한 가공을 종료하는 지점이다. 레이저 사출 노즐(41)이 경유점 이후의 경로를 중복하여 절단하는 것은 워크피스 W로부터 구멍 부품을 신뢰성 있게 자를 수 있게 한다. 가공 종료점은 경유점과 동일할 수도 있음을 유의해야 한다.
티칭 데이터 생성부(111f)는, 시점으로부터 경유점을 경유하여 가공선을 따라가서 다시 경유점으로 되돌아오는 경로에서의 목표점을 추출하고, 추출한 각 목표점에서의 로봇(30)의 티칭 데이터를 생성한다.
티칭 데이터 생성부(111f)는, 가공 대상이 되는 가공선과, 이 가공선 이외의 위치에 있는 시점이 지정된 경우에, 레이저 사출 노즐(41)이, 시점으로부터 가공선에 가까워질 때의 경로인 어프로치 경로(approach path)를 생성한다. 어프로치 경로는, 적어도 가공선의 근방에서는 가공선의 접선이 되도록, 또는 경유점 부근의 가공선이 어프로치 경로의 접선이 되도록, 구체적으로 어프로치 경로가 매끄럽게 가공선과 겹치도록 생성된다.
티칭 데이터 생성부(111f)는, 가공선 상에 경유점이 지정된 경우에는, 시점과 경유점을 연결하도록 어프로치 경로를 생성한다. 그리고, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 시점으로부터 경유점까지의 어프로치 경로와, 경유점을 경유하여 가공선을 따라가서 다시 경유점으로 되돌아오는 경로를 커버하는, 로봇(30)에 대한 티칭 데이터를 생성한다.
이와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는 어프로치 경로를 포함하는 경로 전체를 커버하는 로봇(30)의 티칭 데이터를 자동적으로 생성한다. 이것은, 가공선 이외의 위치에 시점을 지정할 필요가 있는 절단 가공에 대해, 특히 복잡해지기 쉬운 교시 작업을 용이화할 수 있다. 또한, 가공선이 복잡한 경우이어도, 어프로치 경로를 자동적으로 생성하므로, 어프로치 경로의 결정에 필요한 작업을 생략할 수 있다.
티칭 데이터 생성부(111f)는 생성한 티칭 데이터를 교시점 정보(112b)에 등록한다. 또, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 추출한 목표점을 화상 생성부(111a)에 출력하여, 그에 의해 목표점을 포함하는 워크피스 W의 가상 화상을 화상 생성부(111a)에 재생성시킨다.
티칭 데이터 생성부(111f)는, 각 목표점에서의 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세를 역키네매틱스 연산(inverse kinematics calculation)하여, 로봇(30)의 각 관절축에 대한 교시치를 연산한다.
작업 생성부(111g)는, 조작 접수부(111c)로부터 작업 생성을 지시하는 조작 신호를 수신한 경우에, 교시점 정보(112b)에 근거하여 실제의 로봇(30) 및 포지셔너(50)를 동작시키는 작업 프로그램을 생성하고, 그 작업 프로그램을 작업 정보 DB(14)에 등록한다.
도 2를 참조한 설명에서는, 티칭 제어 장치(11)가 미리 등록된 모델 정보(112a)에 근거하여 로봇(30) 및 포지셔너(50)를 포함하는 가상 화상을 생성하는 경우를 예시하였지만, 본 실시 형태는 이것에 한정되지 않는다. 이와 달리, 티칭 제어 장치(11)가 티칭 제어 장치(11)와 상호 통신 가능하게 접속된 호스트 장치로부터 화상 생성에 필요한 정보를 순서대로 취득할 수도 있다.
다음으로, 전술한 바와 같이 구성된 티칭 제어 장치(11)에 의해 실행되는 일련의 구체적인 단계에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 도 3(a)~도 3(d), 도 4(a)~도 4(d), 도 5(a)~도 5(d) 및 도 6(a)~도 6(d)를 적절히 참조하는 것으로 한다. 실제의 워크피스 W 등과 구별하기 위해, 도 3(a)~도 3(d) 내지 도 6(a)~도 6(d)에서는, 도 1 에 나타낸 요소에 대응하는 가상 화상은 참조부호에 '를 부가한다.
이하에 설명하는 단계는, 화상 생성부(111a)에 의해 로봇(30), 워크피스 W 및 포지셔너(50)를 포함하는 로봇 시스템(1)의 가상 화상을 생성한 후에, 티칭 제어 장치(11)가 실행하는 단계를 나타낸 것이다.
티칭 제어 장치(11)는, 시점 지정부(111d)에 의해 지정되는 시점의 위치가, 가공선으로 둘러싸인 영역의 내부에 위치하면, 워크피스 W에 대해 드릴링 가공을 행한다. 시점 지정부(111d)에 의해 지정되는 시점의 위치가, 가공선으로 둘러싸인 영역의 외부에 위치하면, 티칭 제어 장치(11)는 워크피스 W에 대해 트리밍 가공을 행한다. 이하에서는, 우선 드릴링 가공에 대해 설명하고, 다음으로 트리밍 가공에 대해 설명한다.
오퍼레이터는, 가공선에서의 로봇(30)의 가공 방향을 결정하기 위해서, 조작부(13)를 이용하여, 가상 화상에서의 워크피스 W의 피가공면 상에 설정된 가공선 중에서 분할선을 선택한다. 분할선의 선택에 대해서는 도 3(a)를 이용하여 이하에서 설명한다. 도 3(a)는 분할선을 선택하는 동작을 나타낸다.
도 3(a)에 참조하면, 본 실시 형태에 있어서의 워크피스 W는, 예를 들면 직사각형의 금속판이다. 워크피스 W'의 피가공면에는, 예를 들면 평면에서 보아 직사각형 형상의 가공선 V가 미리 설정되어 있고, 이 가공선 V는 4개의 분할선 V1~V4로 분할되어 있다.
도 3(a)는 오퍼레이터가 분할선 V1을 최초로 선택하고, 다음으로 분할선 V2, V3 및 V4의 순서로 선택했을 경우를 나타내고 있다. 이러한 분할선 V1, V2, V3, V4의 선택 순서는 가공 방향이 반시계 방향으로 되도록 지정된다. 반대로, 분할선 V1을 최초로 선택하고, 분할선 V4, V3, V2의 순서로 선택한 경우에는, 가공 방향이 시계 방향으로 지정된다. 분할선 V1~V4 중 어느 하나를 최초로 선택할 수도 있음을 유의해야 한다.
이와 같이, 분할선의 선택 순서는 가공선 V에서의 레이저 사출 장치(40)의 가공 방향을 용이하게 결정할 수 있도록 한다.
오퍼레이터가 최초로 분할선 V1을 선택하고, 다음으로 분할선 V2를 선택한 경우에는, 분할선 V1에서의 가공 방향과는 반대측의 단(end)이 기점(reference point) t로서 설정된다. 여기서 기점 t란, 분할선 V1에서 경유점을 지정하기 위한 기준으로 되는 점이다. 오퍼레이터가 최초로 분할선 V1을 선택하고, 다음으로 분할선 V4를 선택한 경우에는, 분할선 V1에서의 가공 방향과는 반대측의 단이 기점 t로서 설정된다.
도 3(a)에서는, 평면에서 보아 직사각형 형상의 가공선 V가 4개의 분할선 V1~V4로 분할되어 있는 경우를 예시했지만, 분할수는, 2 이상의 임의의 수일 수도 있다. 또한, 도 3(a)는 가공선 V의 형상이 직사각형인 경우를 예시하였다. 그러나, 가공선 V의 형상은 직사각형 형상에 한정되지 않고, 예를 들면, 삼각형, 사다리꼴, 원, 또는 타원 형상일 수도 있다.
경유점 지정부(111e)는, 조작 접수부(111c)로부터 경유점을 지정하는 조작 신호를 수신하면, 워크피스 W'의 피가공면에 설정된 가공선 V 상에 경유점을 지정한다. 경유점의 지정에 대해서는 도 3(b)를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 3(b)는 경유점, 가공 종료점 및 시점을 지정하는 조작을 나타낸다.
도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 경유점 지정부(111e)는 도 3(a)에서 최초로 선택된 분할선 V1 상에 경유점 E를 지정한다. 분할선 V1 상에서의 경유점 E의 위치는 분할선 V1의 기점 t로부터 경유점 E까지의 거리를 지정하는 것에 의해 결정된다.
경유점 지정부(111e)는, 조작 접수부(111c)로부터 가공 종료점을 지정하는 조작 신호를 수신하면, 분할선 V1 상에 가공 종료점 F를 지정한다. 분할선 V1 상에서의 가공 종료점 F의 위치는 경유점 E와 가공 종료점 F간의 거리를 나타내는 오버랩량을 지정하는 것에 의해 결정된다.
시점 지정부(111d)는, 조작 접수부(111c)로부터 시점을 지정하는 조작 신호를 수신하면, 가공선 V 이외의 위치에 시점을 지정한다. 여기서의 조작은, 「드릴링 가공」이기 때문에, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 시점 지정부(111d)는 워크피스 W'에서의 가공선 V로 둘러싸인 영역의 내부에 시점 G를 지정한다. 도 3(b)에서는, 가공 방향이 반시계 방향으로 결정되어 있다. 따라서, 시점 G는 경유점 E보다 기점 t에 더 가까운 위치로 지정된다. 구체적으로, 시점 G는 경유점 E에서의 레이저 사출 장치(40)의 가공 방향과는 반대측의 위치로 지정된다.
티칭 데이터 생성부(111f)는, 조작 접수부(111c)로부터 어프로치 경로를 생성하는 조작 신호를 수신하면, 시점 G로부터 경유점 E까지의 경로인 어프로치 경로를 생성한다. 어프로치 경로의 생성에 대해서는 도 3(c)를 참조하여 이하에서 설명한다. 도 3(c)는 어프로치 경로를 생성하는 동작을 나타낸다.
도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 레이저 사출 장치(40)가 시점 G를 출발하여 경유점 E에 도달할 때까지의 어프로치 경로 H를 생성한다. 구체적으로는, 어프로치 경로 H는, 시점 G로부터 분할선 V1로 직선으로 향하는 경로가, 분할선 V1의 앞에서 가공 방향과 동일한 방향을 향해 경로가 서서히 접히기 전까지 생성되어, 어프로치 경로 H가 경유점 E와 매끄럽게 만나게되도록 생성된다.
구체적으로는, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 분할선 V1이, 시점 G로부터 경유점 E까지의 경로인 어프로치 경로 H의 적어도 경유점 E 부근에 대한 접선이 되도록 어프로치 경로 H를 생성한다.
이와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 분할선 V1이 적어도 경유점 E 부근의 어프로치 경로 H에 대한 접선이 되도록 어프로치 경로 H를 생성한다. 이것은 경유점 E에서의 워크피스 W를 깔끔하게 절단하는 것을 가능하게 한다.
또한, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 경유점 E 부근의 위치에서의 어프로치 경로 H의 방향이 가공선 V에서의 레이저 사출 장치(40)의 가공 방향과 동일한 방향이 되는 어프로치 경로 H를 생성한다. 이것은 레이저 사출 장치(40)가, 경로점 E 또는 그 부근에서의 가공시에 멈추지 않고 계속 동작할 수 있게 한다.
티칭 데이터 생성부(111f)는, 조작 접수부(111c)로부터 티칭의 목표점을 추출하는 조작 신호를 수신하면, 어프로치 경로 H와 가공선 V를 구비하는 가공 경로에서의 티칭의 목표점을 추출한다. 가공 경로에서의 티칭의 목표점의 추출에 대해서는 도 3(d)를 참조하여 상세히 설명한다. 도 3(d)는 티칭의 목표점을 추출하는 동작을 나타내고 있다.
도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 어프로치 경로 H와 가공선 V를 포함하는 가공 경로에서, 로봇(30)에 대한 티칭의 목표점 Q를 추출한다. 도 3(d)에서는, 도 3(d)에 나타내는 각 화살표의 선단이 목표점 Q를 나타내고, 각 화살표의 방향이 레이저 사출 장치(40)의 자세를 나타내고 있다.
가공선 V 상에서는, 워크피스 W에 대해 안정된 가공을 행하기 위해서, 목표점 Q가 일정한 간격으로 추출된다. 어프로치 경로 H 상에서는, 워크피스 W에 대해 매끈한 가공을 행하기 위해서, 가공선 V 상보다 짧은 간격으로 추출되어, 경유점 E에 더 가까워짐에 따라 목표점 Q의 간격이 더 짧아지도록 해도 좋다.
다음으로, 티칭 데이터 생성부(111f)는 각 목표점 Q에서의 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다. 각 목표점 Q에서의 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터의 생성에 대해서는 도 4(a)~도 4(c)를 참조하여 설명한다. 도 4(a)~도 4(c)는 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성하는 동작을 나타내고 있다.
도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 시점 G에서 워크피스 W에 구멍을 뚫는 피어싱 가공을 행할 때의 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다. 구체적으로는, 레이저 사출 노즐(41)의 팁(tip)과 시점 G에서의 워크피스 W의 피가공면간의 거리가 워크피스 W에 구멍을 뚫을 수 있는 거리 d가 되도록 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터가 생성된다.
레이저 사출 노즐(41)의 팁과 시점 G간의 거리를 거리 d로 설정함으로써, 피어싱 가공시에 발생하는 용해된 피가공물의 비산 등을 국소적인 것으로 억제할 수 있다. 이것은, 피가공물의 비산에 의해 워크피스 W가 손상되는 것을 방지한다.
다음으로, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 시점 G에서의 워크피스 W에 대해 피어싱 가공이 종료된 뒤의 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대해 티칭 데이터를 생성한다. 구체적으로는, 레이저 사출 노즐(41)의 팁과 시점 G간의 거리가 거리 d보다 짧고 워크피스 W를 레이저빔으로 절단할 수 있는 거리 c가 되도록 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대해 티칭 데이터가 생성된다.
도 4(c)에 나타내는 바와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 어프로치 경로 H와 가공선 V를 포함하는 가공 경로에서 추출된 각 목표점 Q(도 3(d) 참조)에 대해, 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다. 구체적으로는, 레이저 사출 노즐(41)의 빔과 각 목표점 Q에서의 워크피스 W의 피가공면간의 거리가 워크피스 W를 레이저빔으로 절단할 수 있는 거리 c가 되도록 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터가 생성된다.
전술한 바와 같이 하여 생성된 티칭 데이터에 근거해서, 레이저 사출 노즐(41)이, 어프로치 경로 H와 가공선 V를 포함하는 가공 경로를 따라서 이동함에 따라 드릴링 가공된 워크피스 W의 형상을 도 4(d)에 나타낸다. 도 4(d)는 드릴링 가공 후의 워크피스 W의 형상을 나타내고 있다. 도 4(d)에 나타내는 바와 같이, 워크피스 W에서의 가공선 V로 둘러싸인 영역이 절단되어 워크피스 W의 표면 중앙부에 평면에서 보아 직사각형 형상의 구멍(60)이 형성된다.
티칭 제어 장치(11)가 실행하는 트리밍 가공의 단계에 대해 도 5(a)~도 5(d)를 참조하여 이하에서 설명한다. 상술한 도 3(a)~도 3(d) 및 도 4(a)~도 4(d)의 처리 단계와 동일한 처리 단계에 대해서는 그 설명을 간략화한다.
도 5(a)는 분할선 V1~V4를 선택하는 동작을 나타내고 있다. 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 오퍼레이터는, 워크피스 W' 상에서의 가공선 V을 따라, 예를 들면, 반시계 방향으로 분할선 V1, V2, V3,V4의 순서로 선택한다.
이것에 의해 가공선 V를 따라 레이저 사출 장치(40)의 가공 방향이 반시계 방향으로 지정된다. 또한, 본 예에서는, 최초로 선택된 분할선 V1에서의 뷰어에 더 가까운 단이 기점 t로서 설정된다.
도 5(b)는 경유점 E, 가공 종료점 F 및 시점 G를 지정하는 동작을 나타내고 있다. 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 경유점 지정부(111e)는, 최초로 선택된 분할선 V1 상에서의 기점 t로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 경유점 E를 지정한다.
다음으로, 경유점 지정부(111e)는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 최초로 선택된 분할선 V1 상에서의 경유점 E로부터 가공 방향으로 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 가공 종료점 F를 지정한다.
여기서는 「트리밍 가공」이기 때문에, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 시점 지정부(111d)는 워크피스 W'에서의 가공선 V로 둘러싸인 영역의 외부에 시점 G를 지정한다. 구체적으로는, 시점 G는, 예를 들면 경유점 E 및 기점 t를 통과하는 직선과 워크피스 W'의 둘레 에지의 교점으로서 지정된다.
도 5(c)는 어프로치 경로 H를 생성하는 동작을 나타내고 있다. 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는 시점 G로부터 경유점 E까지의 경로인 어프로치 경로 H를 생성한다. 구체적으로는, 어프로치 경로 H는, 예를 들면 시점 G로부터 출발하여 기점 t를 경유해서 경유점 E에 도달하는 직선의 경로로서 형성된다.
다음으로, 도 5(d)에 나타내는 바와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 어프로치 경로 H와 가공선 V를 포함하는 가공 경로에서의 티칭의 목표점 Q를 추출한다. 도 5(d)는 티칭의 목표점 Q를 추출하는 동작을 나타내고 있다. 예를 들면, 도 5(d)에 나타내는 바와 같이, 목표점 Q는, 워크피스 W에 대해 안정된 가공을 행하기 위해서, 어프로치 경로 H상, 분할선 V1 상 및 분할선 V3 상에서 동일한 간격으로 추출되고, 분할선 V2 상 및 분할선 V 4상에서 동일한 간격으로 추출된다.
다음으로, 교시 데이터 생성부(111f)는 각 목표점 Q에서의 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다. 이러한 티칭 데이터의 생성에 대해 도 6(a)~도 6(c)를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 6(a)~도 6(c)는 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성하는 동작을 나타내고 있다.
도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 워크피스 W에 대해 레이저 절단을 행할 때의 시점 G에서의 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다. 구체적으로는, 레이저 사출 노즐(41)의 팁과 워크피스 W의 피가공면간의 거리가 피어싱 가공시의 거리 d(도 4(a) 참조)보다 짧고 워크피스 W를 레이저빔으로 절단할 수 있는 거리 c가 되도록, 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터가 생성된다.
또한, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 기점 t(도 5(d) 참조)로부터 시점 G를 향한 직선의 연장선 상에 있는 워크피스 W 외측의 소정의 위치로부터 시점 G까지의 경로에 대해서도, 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다. 이 경로에서도, 레이저 사출 노즐(41)의 팁과 워크피스 W의 피가공면간의 거리는 거리 c로 설정된다.
전술한 바와 같이, 레이저 사출 노즐(41)이, 워크피스 W의 피가공면으로부터의 소정의 거리 c를 유지하면서, 기점 t로부터 시점 G를 향한 직선의 연장선을 따라 시점 G에 진입한다. 이것은 드릴링 가공하는 일없이, 시점 G에서 워크피스 W를 용이하게 절단할 수 있게 한다.
또한, 레이저 사출 노즐(41)이 경유점 E로부터 기점 t를 향한 직선의 연장선을 따라 기점 t에 진입하게 된다. 이것은 분할선 V1을 따라 워크피스 W의 피가공면을 깔끔하게 절단할 수 있게 한다.
도 6(b) 및 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 어프로치 경로 H와 가공선 V를 포함하는 가공 경로에서 추출된 각 목표점 Q(도 5(d) 참조)에서의 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다. 구체적으로는, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 레이저 사출 노즐(41)의 팁과 각 목표점 Q에서의 워크피스 W의 피가공면간의 거리가 거리 c가 되도록, 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다.
전술한 바와 같이 해서 생성된 티칭 데이터에 근거하여, 레이저 사출 노즐(41)이, 어프로치 경로 H와 가공선 V를 포함하는 가공 경로를 따라 이동함으로써 트리밍 가공된 워크피스 W의 형상을 도 6(d)에 나타낸다.
도 6(d)는 트리밍 가공 후의 워크피스 Wa의 형상을 나타내고 있다. 도 6(d)에 나타내는 바와 같이, 워크피스 W에서의 가공선 V로 둘러싸인 영역 이외의 영역이 절단되어, 워크피스 W보다 더 작은, 평면에서 보아 직사각형 형상의 워크피스 Wa가 형성된다.
전술한 트리밍 가공의 처리 단계에 있어서, 시점 지정부(111d)는, 경유점 E 및 기점 t를 통과하는 직선과 워크피스 W'의 둘레 에지 사이의 교점을 시점 G로서 지정한다고 설명하였다. 그러나, 시점 G를 지정하는 위치는 이것에 한정되는 것은 아니다.
이것에 대해서는 도 7(a)~도 7(c)를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 7(a)~도 7(c)는 시점 지정부(111d)가 시점 G로서 지정할 수 있는 다른 가능한 위치를 나타내고 있다. 도 7(a)~도 7(d) 및 도 8에서, 실제의 워크피스 W 등과 구별하기 위해, 도 1에 나타낸 요소에 대응하는 가상 화상을 나타내는 것에 대해서는 참조부호에 '를 부가한다.
도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 시점 지정부(111d)는, 경유점 E 및 기점 t를 통과하는 직선 상이고 워크피스 W'의 둘레 에지의 내측의 위치에 시점 G를 지정해도 좋다. 이 경우, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 워크피스 W의 둘레 에지의 내측의 시점 G에서 피어싱 가공을 행하기 위한 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성하게 된다.
전술한 바와 같이, 시점 지정부(111d)가, 시점 G를 기점 t에 가까운 위치로 지정하는 것에 의해서, 어프로치 경로의 길이를 더 짧게 할 수 있어, 워크피스 W에 대한 불필요한 가공을 최소화한다.
이와 달리, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 시점 지정부(111d)는, 워크피스 W'의 둘레 에지 상이고 최초로 선택한 분할선 V4의 연장선과 교차하지 않는 위치에 시점 G를 지정해도 좋다. 도 7(b)에 나타내는 예의 경우, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 시점 G로부터 분할선 V1로 직선으로 향하는 경로가, 분할선 V1의 앞에서 가공 방향과 동일한 방향을 향해 경로가 서서히 접히기 전까지 생성되고, 경유점 E에 매끈하게 만나는 경로가 되도록 어프로치 경로 H를 생성한다. 레이저 사출 노즐(41)은, 워크피스 W의 외측에 설정된 위치로부터 시점 G를 향해 미리 직선적으로 진입함을 유의해야 한다(도 6(a) 참조).
또 이와 달리, 도 7(c)에 나타내는 바와 같이, 시점 지정부(111d)는, 워크피스 W'의 둘레 에지의 내측이고 최초로 선택한 분할선 V4의 연장선과 교차하지 않는 위치에 시점 G를 지정할 수도 있다. 도 7(c)에 나타내는 예의 경우, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 시점 G에서의 피어싱 가공을 위한 레이저 사출 장치(40)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다. 티칭 데이터 생성부(111f)는, 시점 G로부터, 경유점 E와 매끈하게 만나는 경로가 되도록 어프로치 경로 H를 생성한다.
이하에서는, 도 7(d)를 참조하여 워크피스 W' 상에 설정되는 가공선 V가 원형인 경우에 대해 설명한다. 도 7(d)는 변형예에 따른 가공선 V의 형상을 나타내고 있다.
도 7(d)를 참조하면, 워크피스 W' 상에는, 평면에서 보아 원형 형상의 가공선 V가 미리 설정되어 있고, 이 가공선 V는 4개의 분할선 V1~V4로 분할되어 있다. 도 7(d)에서는, 가공선 V의 분할을 알기 쉽게 하기 위해, 분할선 V1~V4의 2개의 인접하는 각 분할선의 쌍을 연결하고 있다.
전술한 바와 같이, 경유점 지정부(111e)는 최초로 선택된 분할선 V1 상에 경유점 E 및 가공 종료점 F를 지정한다. 그리고, 「트리밍 가공」의 경우, 시점 지정부(111d)는 워크피스 W'에서의 가공선 V로 둘러싸인 영역의 외부에 시점 G를 지정한다. 구체적으로는, 분할선 V1 상의 경유점 E에서의 접선 상에 시점 G를 지정한다.
이러한 지정 후에, 티칭 데이터 생성부(111f)는 레이저 사출 장치(40)가 시점 G를 출발하여 경유점 E에 도달할 때까지의 어프로치 경로 H를 생성한다. 구체적으로는, 어프로치 경로 H는 시점 G로부터 분할선 V1 상의 경유점 E에 직선으로 연장되는 경로가 생성된다.
구체적으로, 티칭 데이터 생성부(111f)는 어프로치 경로 H를, 곡선인 분할선 V1에 대해 접선이 되도록 생성한다.
이와 같이, 티칭 데이터 생성부(111f)는, 어프로치 경로 H의 경유점 E 부근이 분할선 V1에 대한 접선이 되도록 어프로치 경로 H를 생성한다. 이것은 경유점 E에서의 워크피스 W를 깔끔하게 절단하는 것을 가능하게 한다.
이하에, 도 8을 참조하여, 화상 생성부(111a)가 생성하고, 표시 제어부(111b)를 통해 표시부(12)에 표시되는 가상 화상의 일례에 대해 설명한다.
도 8은 표시부(12)에 표시되는 가상 화상의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 로봇(30') 및 포지셔너(50')를 포함하는 로봇 시스템(1)의 가상 화상은 표시부(12)의 표시 영역의 하나인 표시 윈도우(120) 상에 표시된다.
구체적으로는, 가상 화상은 표시 윈도우(120) 상의 가상 화상 영역(121)에 표시된다. 또한, 표시 윈도우(120)는 버튼(122) 및 다이얼로그 박스(dialog box)(123)를 포함하는 GUI(Graphical User Interface) 위젯(widget)을 가진다.
가상 화상 영역(121)의 좌측 아래쪽에는 직교 좌표계가 표시되고 있는데, 이것은 가상 화상 내의 기준 좌표계이며, 수평 방향 및 수직 방향의 기준이 된다. 구체적으로는, 기준 좌표계의 X축과 Y축으로 규정되는 XY 평면과 평행한 방향이 수평 방향이 되고, 기준 좌표계의 Z축과 평행인 방향이 수직 방향이 된다.
오퍼레이터는, GUI 위젯 및 가상 화상 상의 조작 가능 부품(예를 들면, 워크피스 W' 상에 설정되는 가공선 V)을 조작하는 것에 의해서, 티칭 시스템(10)에 대한 지시 조작을 행한다.
티칭 시스템(10)은, 조작부(13)를 통한 오퍼레이터의 지시 조작에 근거하여, 표시부(12) 상의 가상 화상인 로봇(30')의 각 관절 및 포지셔너(50')의 회전 기구를 구동시킬 수 있다. 또한, 티칭 시스템(10)은 가상 화상을 보는 방향을 결정하는 것에 의해 시점을 변경하고, 또한 표시를 확대/축소할 수 있다.
또한 가상 화상 내의 특정점에 레이저 사출 노즐(41')이 도달하는 로봇(30')의 각 관절 위치를 역키네매틱스 연산에 의해 구해지면, 로봇(30')의 각 관절의 위치를 도출할 수 있다. 따라서, 티칭 시스템(10)은 지정점에 도달되는 로봇(30')의 가상 화상을 생성, 표시할 수 있다.
또한, 티칭 시스템(10)은, 오퍼레이터의 지시 조작에 근거하여, 작업 정보 DB(14)에 등록된 교시점 및 작업 프로그램을 판독할 수 있다. 따라서, 티칭 시스템(10)은, 특정의 교시점에 도달한 로봇(30') 및 포지셔너(50')의 가상 화상을 표시하고, 또한 작업 프로그램에 의한 로봇(30') 및 포지셔너(50')의 일련의 동작을 표시부(12) 상에서 재현할 수 있다.
이하에서는, 표시부(12)에 표시되는 화면에서, 오퍼레이터가 구체적으로 워크피스 W에 대해 가공 방법을 결정하는 조작, 및 가공 조건을 결정하는 조작에 대해 도 9(a)~도 10(b)를 참조하여 설명한다. 도 9(a)는 절단 내용을 설정하는 조작 화면의 일례를 나타낸다. 도 9(b), 도 10(a) 및 도 10(b)는 도 9(a)에 나타내는 조작 화면의 일부를 각각 나타내고 있다.
도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 오퍼레이터는, 가공 방법을 결정하는 경우, 다이얼로그 박스(123)에 표시된 「드릴링 절단」 혹은 「트리밍 절단」 중 어느 하나를 포인터(127)를 이용하여 선택한다.
오퍼레이터가 「드릴링 절단」을 선택한 경우에는, 표면에 닫힌 가공선 V가 설정된 워크피스 W와, 표면 중앙부에 구멍(60)이 형성된 워크피스 W가 다이얼로그 박스(123)에 동시에 표시된다. 가공 전의 워크피스 W와 가공 후의 워크피스 W가 동시에 표시되는 것에 의해서, 오퍼레이터는 시각적으로 「드릴링 절단」이 선택된 것을 확인할 수 있다.
시점 지정부(111d)는, 「드릴링 절단」이 선택되면, 워크피스 W에 대해 가공선 V에 의해 둘러싸인 영역의 내부가 시점 G의 후보 영역인 취지를 다이얼로그 박스(123)에 표시한다. 구체적으로는, 다이얼로그 박스(123)에 표시된 가공 전의 워크피스 W에서 가공선 V로 둘러싸인 영역의 내부를, 예를 들면 컬러화하여, 컬러화된 영역을 시점 G의 후보 영역으로서 표시한다.
시점 지정부(111d)는, 「트리밍 절단」이 선택되면, 워크피스 W에서 가공선 V로 둘러싸인 영역의 외부가 시점 G의 후보 영역인 취지를 다이얼로그 박스(123)에 표시한다. 구체적으로는, 다이얼로그 박스(123)에 표시된 가공 전의 워크피스 W에서 가공선 V로 둘러싸인 영역의 외부를, 예를 들면, 컬러화하고, 컬러화한 영역을 시점 G의 후보 영역으로서 표시한다.
다이얼로그 박스(123)에 표시된 가공 전의 워크피스 W에서 가공선 V로 둘러싸인 영역의 내부 혹은 외부를 컬러화하는 것에 의해, 오퍼레이터는 시점 G의 후보 영역을 용이하고 신속하게 확인할 수 있다.
가공 방법을 결정한 후, 오퍼레이터는 가공 조건을 결정하는 조작인 어프로치 경로 H의 설정을 행한다. 구체적으로는, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 오퍼레이터는, 다이얼로그 박스(123)에 표시된 「직선+원호」 또는 「직선」 중 어느 하나를 포인터(127)를 이용하여 선택한다.
오퍼레이터가 「직선+원호」를 선택한 경우에는, 다이얼로그 박스(123)의 표시란(124)에 가공선 V의 일부분과 어프로치 경로 H가 표시된다. 도 9(b)에는, 「직선+원호」를 선택한 경우의 표시란(124)에 표시되는 어프로치 경로 H의 구체적인 형상을 나타내고 있다.
도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 시점 G로부터 경유점 E를 연결하는 어프로치 경로 H는, 시점 G로부터 가공선 V에 대해 수직으로 연장되는 직선부 H1과, 직선부 H1의 일단으로부터 경유점 E로 호를 그리도록 연장되는 원호부 H2를 가진다.
직선부 H1의 길이 I는, 도 9(a)에 나타낸 다이얼로그 박스(123)의 「직선 길이 I」의 입력란에 임의의 수치를 입력하는 것에 의해서 결정된다. 원호부 H2에서의 원호의 길이는 상기 다이얼로그 박스(123)의 「원호 반경 r」 및 「원호 각도 θ」의 입력란에 임의의 수치를 입력하는 것에 의해서 결정된다.
따라서, 오퍼레이터는, 「직선 길이 I」, 「원호 반경 r」 및 「원호 각도 θ」의 각 입력란에 임의의 수치를 입력하는 간단한 조작에 의해서, 시점 G로부터 경유점 E를 연결하는 어프로치 경로 H를 용이하게 생성할 수 있다.
「직선+원호」를 선택한 경우, 다음으로 오퍼레이터는 가공 조건을 결정하는 조작인 어프로치 방향의 설정을 행한다. 구체적으로는, 오퍼레이터는, 도 9(a)에 나타내는 다이얼로그 박스(123)에 표시된 「+X측」 또는 「-X측」 중 어느 하나를 포인터(127)를 이용하여 선택한다.
오퍼레이터가 「+X측」을 선택한 경우에는, 다이얼로그 박스(123)의 표시란(125)에 어프로치 경로 H의 경유점 E로의 어프로치 방향이 표시된다. 도 10(a)에는, 「+X측」을 선택한 경우에 표시란(125)에 표시되는 어프로치 경로 H의 경유점 E로의 어프로치 방향을 나타내고 있다.
도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 표시란(125)에서는, 가공선 V 상에 지정된 경유점 E가 원점 0으로서 규정된다. 표시란(125)의 좌측 아래쪽에는, 어프로치 경로 H의 경유점 E로의 어프로치 방향을 특정하기 위한 XY 좌표계가 표시된다. 어프로치 경로 H는, 「+X측」의 선택에 의해서, 가공선 V에서 위쪽의 영역에 위치하는 시점 G로부터 경유점 E로 향하는 방향이 어프로치 방향으로서 결정된다.
오퍼레이터가 「-X측」을 선택한 경우에는, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 어프로치 경로 H'는 가공선 V에서 아래쪽의 영역에 위치하는 시점 G,로부터 경유점 E로 향하는 방향이 어프로치 방향으로서 결정된다.
따라서, 오퍼레이터는, 다이얼로그 박스(123)에 표시된 「+X측」 또는 「-X측」 중 어느 하나를 포인터(127)를 이용하여 선택하는 간단한 조작에 의해서, 어프로치 경로 H의 경유점 E로의 어프로치 방향을 용이하게 설정할 수 있다.
오퍼레이터는, 어프로치 방향을 결정한 후, 가공 조건을 결정하는 조작인 툴의 높이 조정의 설정을 행한다. 구체적으로는, 오퍼레이터는, 도 9(a)에 나타내는 다이얼로그 박스(123)에 표시된 「피어싱 가공점 O」, 「원호 시점 M」 및 「원호 중간점 N」 의 각 입력란에 임의의 수치를 입력한다. 이것에 의해, 어프로치 경로 H의 각 점에서의 레이저 사출 노즐(41)의 팁과 워크피스 W의 피가공면간의 거리가 각각 설정된다.
도 10(b)에는, 표시란(126)에 나타내는 각 점에서의 레이저 사출 노즐(41)의 팁과 워크피스 W의 피가공면간의 거리를 선화(line drawing)에 의해 나타내고 있다. 도 10(b)에 나타내는 바와 같이, 어프로치 경로 H 상에는, 시점 G에서의 피어싱 가공을 행하는 위치에 점 0, 직선부 H1과 원호부 H2의 접속 위치에 점 M, 원호부 H2의 길이 방향에서의 중간 위치에 점 N이 설정되어 있다.
이들 점 0, M, N에서의 레이저 사출 노즐(41)의 팁과 워크피스 W의 피가공면간의 거리 o, m, n은, 오퍼레이터가, 다이얼로그 박스(123)의 「피어싱 가공점 O」, 「원호 시점 M」 및 「원호 중간점 N」 의 각 입력란에 임의의 수치를 입력하는 것에 의해서 각각 설정된다. 도 10(b)에 나타내는 참조부호 K는 레이저 사출 노즐(41)이 어프로치 경로 H 상을 설정된 높이로 이동할 때의 궤적이다.
따라서, 오퍼레이터는, 「피어싱 가공점 O」, 「원호 시점 M」 및 「원호 중간점 N」의 각 입력란에 임의의 수치를 입력하는 간단한 조작에 의해서, 어프로치 경로 H에서의 레이저 사출 노즐(41)의 팁과 워크피스 W의 피가공면간의 거리 o, m, n을 용이하게 설정할 수 있다.
오퍼레이터는, 「피어싱 가공점 O」, 「원호 시점 M」 및 「원호 중간점 N」의 순으로 수치를 작게 설정함으로써, 워크피스 W의 피가공면에 대해 수직 방향으로 레이저 사출 노즐(41)을 경유점 E에 서서히 접근할 수 있다. 이것에 의해서 워크피스 W는 매끄럽게 절단된다.
또한 오퍼레이터가, 「트리밍 절단」만을 선택한 경우에는, 다이얼로그 박스(123)에 표시된 「피어싱 가공」을 포인터(127)를 이용하여 선택할 수 있다.
오퍼레이터가 「트리밍 절단」만을 선택하고, 「피어싱 가공」을 선택하지 않은 경우에는, 레이저 사출 노즐(41)이 워크피스 W의 외측의 위치로부터 워크피스 W의 둘레 에지에 지정된 시점 G를 향해 미리 진입하게 된다. 오퍼레이터가 「피어싱 가공」 및 「트리밍 절단」을 모두 선택한 경우에는, 시점 G가 워크피스 W에서의 가공선 V로 둘러싸인 영역의 외부에서, 워크피스 W의 내측으로 지정되게 된다.
이하에, 도 11을 참조하여, 본 실시 형태에 따른 티칭 시스템(10)의 제어부(111)가 실행하는 처리 단계에 대해 설명한다. 도 11은 티칭 시스템(10)이 실행하는 처리 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 제어부(111)는 우선, 가상 화상에서의 워크피스 W(워크피스 W')의 피가공면에 설정된 닫힌 가공선 V 중에서 분할선 V1~V4를 선택한다(스텝 S101). 다음으로, 제어부(111)는 가상 화상의 워크피스 W(워크피스 W')에서의 가공선 V 상에 경유점 E를 지정한다(스텝 S102).
경유점 E의 지정 후에, 제어부(111)는 가상 화상의 워크피스 W(워크피스 W')에서의 가공선 V 상에 가공 종료점 F를 지정한다(스텝 S103). 그리고, 제어부(111)는 가상 화상에서의 워크피스 W(워크피스 W')의 피가공면에서의 가공선 V 이외의 위치에 시점 G를 지정한다(스텝 S104).
이러한 모든 점들의 지정 후에, 제어부(111)는 시점 G로부터 경유점 E까지의 경로인 어프로치 경로 H를 생성한다(스텝 S105). 그리고, 제어부(111)는 어프로치 경로 H와 가공선 V를 포함하는 가공 경로에서 로봇(30)에 대한 티칭의 목표점 Q를 추출한다(스텝 S106).
다음으로, 제어부(111)는 각 목표점 Q에서의 로봇(30)의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성한다(스텝 S107).
상술한 티칭 시스템(10)이 실행하는 처리 단계에서는, 워크피스 W'에서의 가공선 V 상에 경유점 E를 지정한 후, 워크피스 W'에서의 가공선 V 이외의 위치에 시점 G를 지정하는 처리 단계를 나타내고 있지만, 이 처리 단계에 한정되지 않는다. 예컨대, 시점 G는 워크피스 W'에서의 가공선 V 이외의 위치에 최초로 지정되고, 다음으로 워크피스 W'에서의 가공선 V상에 경유점 E를 지정할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 실시 형태에 따른 티칭 시스템 및 로봇 시스템은 화상 생성부와, 시점 지정부와, 경유점 지정부와, 티칭 데이터 생성부를 구비한다.
상기 화상 생성부는 로봇의 가공 대상인 워크피스 상에 설정된 닫힌 가공선을 포함하는 가상 화상을 생성한다. 상기 시점 지정부는 상기 가상 화상 상에서 상기 가공선 이외의 위치에 시점을 지정한다.
상기 경유점 지정부는 상기 가공선 상에 경유점을 지정한다. 상기 티칭 데이터 생성부는, 상기 시점으로부터 상기 경유점을 경유하여 상기 가공선을 따라 다시 이 경유점으로 되돌아오는 경로에 대해 상기 로봇에 대한 티칭 데이터를 생성한다.
또, 상술한 바와 같이, 실시 형태에 따른 티칭 방법은, 가상 화상을 생성하는 공정과, 시점을 지정하는 공정과, 경유점을 지정하는 공정과, 티칭 데이터를 생성하는 공정을 포함한다.
화상 생성 공정은, 로봇의 가공 대상인 워크피스 상에 설정된 닫힌 가공선을 포함하는 가상 화상을 생성한다. 시점 지정 공정은 가상 화상 상에서 가공선 이외의 위치에 시점을 지정한다. 경유점 지정 공정은 가공선 상에 경유점을 지정한다. 티칭 데이터 생성 공정은 시점으로부터 경유점을 경유하여 가공선을 따라 다시 경유점으로 되돌아오는 경로에 대해 로봇에 대한 티칭 데이터를 생성한다.
따라서, 본 실시 형태에 따른 티칭 시스템, 로봇 시스템 및 티칭 방법에 의하면, 로봇에 대한 교시 작업을 용이화할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 워크피스의 피가공면이 평면이고, 평면에 대해 레이저 사출 장치의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성하는 경우를 예로 들었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 워크피스의 피가공면이 곡면이어도 좋고, 곡면에 대해서도 마찬가지로 레이저 사출 장치의 위치 및 자세에 대한 티칭 데이터를 생성할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 로봇이 6축의 단완 로봇(six-axis single-arm robot)인 예를 나타내고 있지만, 축수나 아암의 수를 한정하는 것은 아니다.
상술한 실시 형태에서는, 오퍼레이터가 주로 조작부로서 마우스를 이용하고, 오퍼레이터는 마우스에 의해서 입력 조작 등을 행하는 경우를 예로 들었지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 표시부를 이른바 멀티 터치 대응의 터치 패널 등으로 구성하고, 터치 패널에 대한 멀티 터치 조작을 포함하는 것으로 해도 좋다.

Claims (9)

  1. 로봇의 가공 대상인 워크피스 상에 설정된 닫힌 가공선(closed processing line)을 포함하는 가상 화상을 생성하는 화상 생성부와,
    상기 가상 화상 상에서 상기 가공선 이외의 위치에 시점을 지정하는 시점 지정부와,
    상기 가공선 상에 경유점을 지정하는 경유점 지정부와,
    상기 시점으로부터 상기 경유점을 경유하여 상기 가공선을 따라 다시 상기 경유점으로 되돌아오는 경로에 대해 상기 로봇에 대한 티칭 데이터를 생성하는 티칭 데이터 생성부를 구비하는
    티칭 시스템.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로봇은 다관절 아암의 선단(distal end)에 레이저 사출 장치를 포함하고,
    상기 티칭 데이터 생성부는 상기 레이저 사출 장치를 이용하여 상기 워크피스에 대해 가공을 행하기 위한 상기 로봇에 대한 상기 티칭 데이터를 생성하는
    티칭 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공선은 복수의 분할선으로 분할되어 있고,
    상기 경유점 지정부는, 2개의 인접하는 상기 분할선이 연속적으로 선택되는 방향을, 상기 가공선에서 상기 로봇의 가공 방향으로 결정하는
    티칭 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시점 지정부는, 상기 워크피스로의 드릴링 가공이 지정된 경우에는, 상기 가공선으로 둘러싸인 내부 영역을 상기 시점의 후보 영역으로서 지정하고, 상기 워크피스로의 트리밍 가공이 지정된 경우에는, 상기 내부 영역의 외부 영역을 상기 시점의 후보 영역으로서 지정하는
    티칭 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 시점 지정부는, 상기 워크피스 상에 상기 시점이 지정된 경우에는, 상기 시점에서의 가공을, 레이저 사출 위치를 고정한 채 상기 워크피스에 구멍을 뚫는 피어싱 가공으로 설정하는
    티칭 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 티칭 데이터 생성부는, 상기 시점으로부터 상기 경유점까지의 경로인 어프로치 경로 중 상기 경유점 부근의 상기 어프로치 경로의 적어도 일부가, 상기 경유점 부근의 상기 가공선의 접선이 되거나, 또는 그 반대로 되도록 상기 티칭 데이터를 생성하는
    티칭 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 티칭 데이터 생성부는, 상기 경유점 부근에서의 상기 어프로치 경로의 방향이 상기 가공선에서의 상기 로봇의 가공 방향과 동일한 방향이 되도록 상기 티칭 데이터를 생성하는
    티칭 시스템.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 티칭 시스템에 의해 생성된 상기 티칭 데이터에 따라 상기 워크피스에 대해 가공을 행하는
    로봇 시스템.
  9. 로봇의 가공 대상인 워크피스 상에 설정된 닫힌 가공선을 포함하는 가상 화상을 생성하는 공정과,
    상기 가상 화상 상에 상기 가공선 이외의 위치에 시점을 지정하는 공정과,
    상기 가공선 상에 경유점을 지정하는 공정과,
    상기 시점으로부터 상기 경유점을 경유하여 상기 가공선을 따라 다시 상기 경유점으로 되돌아오는 경로에 대해 상기 로봇에 대한 티칭 데이터를 생성하는 공정을 포함하는
    티칭 방법.
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