WO1990015699A1 - Procede destine a empecher la projection erronee du faisceau laser dans un robot a laser - Google Patents

Description

明 細 害

レーザロ ボ ッ ト における レーザ光誤照射防止方法 技 術 分 野

本発明は、 レーザ光をワ ー ク に照射してワ ー ク の切断， 溶接等の レーザ加工を行う ロボッ ト に関し、 特に、 この 種のレーザロボ ッ 卜の安全性を向上できる レーザ光誤照 射防止方法に関する。

背 景 技 術

レーザ光をワ ー ク に照射 してワ ー ク の切断， 溶接等の 各種レーザ加工を行う装置は公知である。 ワ ー ク に向け て照射すべき レーザ光がレーザ加工機から人体又は周辺 装置に向けて誤って照射される と、 人体等に危害が加わ る虞れがある。 水平面内で移動自在でかつ高さ方向に移 動自在の レーザノ ズルを垂直方向下向きに装着した門型 レーザ加工機では レーザ光はレーザノ ズルか ら垂直方向. 下向き に照射されるので、 通常は レーザ光が遠方まで誤 照射される こ とはない。 従って、 一般に、 門型レーザ加 ェ機では レーザ光の誤照射に起因する危険は生じない。 —方、 レーザロボ ッ トではアー ム先端に装着 したレーザ ノ ズルが種々の位置， 姿勢を取り得るので、 レーザ光が 遠方まで誤って照射される こ とがあ り、 危険がある。

発 明 の 開 示

本発明の目的は、 レーザ πボッ ト の安全性を向上でき る レーザ光誤照射防止方法を提供する こ と にある。

上述の目的を達成するため、 本発明のレーザ光誤照射 防止方法は、 ア ー ム先端に レーザ光照射部を装着したレ 一ザロ ボ ッ 卜 に適用される もので、 レーザロ ボッ 卜 の夫 々の関節の関節角度に基づいてレーザ光照射部の軸線と 水平面との間の角度を検出する工程 （ a ) と、 当該検出 角度と所定角度とを比較する工程 （ b ) と、 検出角度が 所定角度よ り も小さいと きにレーザ光照射部からのレー ザ光の照射を禁止する工程 （ c ) とを備える。

上述のよう に、 本発明によれば、 レ—ザロ ボッ トのァ ームに装着した レ—ザ光照射部の軸線と水平面との間の 角度が所定角度よ り も小さいと きに レーザ光の照射を禁 止するよ う にしたので、 レーザ光が不用意に遠方まで誤 照射される こ とがなく、 人体及び周辺装置に危害を与え る こ とがない。 従って、 レーザロボ ッ トの安全性を向上 でき る。

図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図は本発明の一実施例の方法が適用される 5軸レ 一ザロ ボ ッ トを一部をブロ ッ クで示 した概略斜視図、 第 2図は第 1 図のロ ボッ ト制御装置の要部を示す概略プロ ッ ク図、 および、 第 3 図はロボッ ト制御装置のプロセ ッ サによ り実行される レーザ光誤照射防止処理を示すフ 口 一チ ヤ一 トである。

発明を実施するための最良の形態

第 1 図を参照すると、 本発明の一実施例による レーザ 光誤照射防止方法が適用される 5軸レーザロ ボッ ト は、 ロボッ ト本体 1 を備えている。 ロボ ッ ト本体 1 は、 床に 固定されたベー ス 2 と、 ベ ー ス 2上に旋回自在に配され た主体部 3 と、 第 1， 第 2 リ ン ク 5， 6 からなるアー ム 4 とを有 している。 第 2 リ ン ク 6 の先端には支持部 7 を 介して レーザ光照射部 （本実施例ではレーザノ ズル） 8 が装着されている。 レーザロ ボ ッ ト は、 ロ ボ ッ ト制御装 置 1 0 と、 レーザノ ズル 8 に接铳されレーザ光を発生す るための レーザ発振器 3 0 とを更に備え、 制御装置 1 0 の制御下でロ ボ ッ ト本体 1 を駆動してロボ ッ ト配設空間 内での レーザノ ズル 8 の位置， 姿勢を制御する と共に、 ア ー ム 4 に沿って配設された光ケー ブル （図示略） を介 して レーザ発振器 3 0 から レーザノ ズル 8 に導かれる レ —ザ光を レーザノ ズル 8 か らワー ク （図示略） に向けて 照射し、 ワ ー ク の切断等の レーザ加工を行う よ う になつ ている。

詳し く は、 主体部 3 は、 こ れと一体回転自在の第 1 関 節 （図示略） を介 してベ ー ス 2 に連結され、 第 1 関節が 第 1 サ― ボモー タ （図示略） によ り 回転駆動されたと き にべ一 ス 2 に対 して旋回するよ う になっている。 第 2関 節 5 a を介して主体部 3 の上面に基端が連結された第 1 リ ン ク 5 は、 第 2 サーボモータ （図示略） によ り第 2関 節 5 a が回転駆動されたと きに第 2 関節 5 a と一体に第 2関節の軸線の回り に回転 し、 主体部 3 に対 して揺動す るよ う に されている。 また、 第 3 関節 6 a を介して第 1 リ ン ク 5 の先端に基端が連結された第 2 リ ン ク 6 は、 第 3 サー ボモー タ （図示略） によ り第 3関節 6 a が回転駆 一 一 動されたと きに第 3関節と一体に第 3関節の軸線の回り に回転し、 第 1 リ ンク 5 に対して揺動するよ う になって いる。 第 2 リ ンク 6 の先端部 6 ' は、 第 4関節 （図示略） を介して第 2 リ ン ク 6 の基端部 6 " の先端に連結され、 第 4サ― ボモータ （図示略） によ り第 4関節が回転駆動 されたと きに第 4関節と一体に第 4関節の軸線 9 の回り に回転するよ う になっている。 さ らに、 第 5 関節 7 a を 介してノ ズル支持部 7 に連結された レーザノ ズル 8 は、 第 5関節が第 5 サ ーボモー タ （図示略） によ り回転駆動 されたと きに第 5 関節の軸線の回り に回転するよう にさ れている。

第 1 図中、 符号 0， W, U, r , δ及びこ れらに関連 する矢印は、 第 1 〜第 5 関節の関節角度 （以下、 第 1〜 第 5関節角度と云う） 及び回転方向を夫々表す。 また、 符号 5 は レーザノ ズル 8 の軸線 8 a と水平面 （ X Y面） との間の角度 （以下、 レーザノ ズル角度と云う） を表す。 ロボッ ト本体 1 は、 第 1 〜第 5関節角度 0, W, U, r , ^を夫々検出するための図示しないセンサ （本実施例で は第 1 〜第 5 サー ボモータ に夫々装着した第 1 〜第 5 ァ ブソ リ ュ ー ト エ ン コ ーダ） を有している。

第 2 図に示すよ う に、 口 ボッ ト制御装置 1 0 は、 プロ セ ッサ （以下、 C P U と云う） 1 1 と、 C P Uによ り実 行される制御プロ グラ ムを格納した リ ー ドオ ン リ メ モ リ ( R O M ) 1 2 と、 C P U 1 1 によ る各種演算結果及び 各種デー タを一時記億するためのラ ンダムア ク セス メ モ リ （ R A M) 1 3 と、 教示プロ グラ ム及び後述のレーザ 光誤照射防止処理で用いる レ -ザノ ズル角度 δ の所定値 5 refを格納するための不揮発性メ モ リ 1 4 とを有し、 メ モ リ 1 4 はバッ テ リ バッ ク ア ッ プ した C M 0 S メ モ リ 又はバブルメ モ リ からなる。 制御装置 1 0 は、 教示操作 及び各種データ入力を行う ための操作盤 1 5 と、 教示プ ロ グラ ム等を格納 したフ ロ ッ ピーデ ィ ス ク （図示略） を 装塡自在のディ ス ク コ ン ト ロー ラ 1 6 と、 軸制御器 1 7 と、 軸制御器に接続されロ ボッ ト本体 1 の各軸サーボモ —夕を駆動制御するためのサ―ボ回路 1 8 と、 イ ン夕 一 フ ェ イ ス 1 9 と を更に備えている。 フ ロ ッ ピ一 ディ ス ク に格納した教示プロ グラ ムは、 ディ ス ク コ ン ト ロ ー ラ 1 6及び C P U 1 1 の制御下で、 不揮発性メ モ リ 1 4 に転 送自在になっている。 上記要素 1 2 〜 1 7 及び 1 9 はバ ス 2 0 を介して C P U 1 1 に接铳されている。 又、 イ ン 夕—フ ユ イ ス 1 9 にはレーザ発振器 3 0及び第 1 〜第 5 関節角度検出用のアブソ リ ュ ー ト ヱ ンコー ダが夫々接铳 されている。

以下、 レーザロ ボ ッ 卜 の レ -ザ光誤照射防止動作を説 明する。

先ず、 例えばレーザロ ボ ッ ト の工場出荷時に、 レーザ ロボッ ト の不揮発性メ モ リ 1 4 の所定記憶領域にレーザ ノ ズル角度 5 の所定値 δ refが予め格納される。 この所 定値 <5 refは、 レーザノ ズル角度 <5 が所定値（ ref以下で あり さえすれば、 ロ ボ ッ ト配設空間の任意の位置にある レーザノ ズル 8 から レーザ光がたとえ不用意に照射され た場合に も、 レーザ光によ り人体及び周辺装置に危害が 及ばないような好適値 （例えば、 4 5度） に設定される。

電源投入時、 レーザロボ ッ ト は第 3 図に示すレーザ光 誤照射防止処理を周期的に実行する。 この誤照射防止処 理は、 ロ ボッ ト の運転モ一 ド （駆動停止モ一 ド， 教示モ ー ド， 再生運転モー ド， 手動運転モー ド） に関わりな く 行われる もので、 電源が投入されていればロ ボッ トが運 転停止状態にあ つても実行される。

すなわち、 誤照射防止処理の各々 の処理周期において、 C P U 1 1 は、 第 2〜第 5 アブソ リ ュ ー ト エ ン コ ー ダの 夫々に対応しかつ C P U 1 1 に夫々内蔵されたレジスタ (図示略） から、 現在の第 2〜第 5 関節角度 W, U , r 及び) S を表す記憶値を読出 し （ス テ ッ プ S 1 ) .、 座標変 換処理により関節角度 W, U , r , から現在のレーザ ノ ズル角度 δ を算出する （ステ ッ プ S 2 ) 。 なお、 レ— ザノ ズル角度 5 は第 1 関節角度 0 には依存しない。

次に、 C P U 1 1 は算出レーザノ ズル角度 δ と所定値 δ ref とを比較し、 ノ ズル角度 δ が所定値 δ r ef と等しい かこれよ り も小さいか否かを判別する （ステ ッ プ S 3 ) 。 そ して、 ノ ズル角度 <5 が所定値 5 r efよ り も大き く、 従 つて、 第 2， 第 3 関節角度 W， U に応じて定まる高さ方 向位置 （ Z軸方向位置） 及び第 4 , 第 5関節角度 r， β に応じて定まる姿勢をとる レーザノ ズル 8 から レーザ光 を照射した場合に人体等に危害を及ぼすこ とがないと判 一 — 別する と、 C P U 1 1 は、 レーザ光の照射を許容するよ う に作動する。 本実施例で は、 C P U 1 1 は、 イ ンタ — フ ユ イ ス 1 9 を介 して C P Uから レーザ発振器 3 0 に送 出される イ ンタ ロ ッ ク信号を リ セ ッ トする （ステ ッ プ S 4 ) 。 こ の と き、 レー ザ発振器 3 0 は レー ザ発振可能な 状態にされ、 又、 既にレーザ発振状態にある場合には発 振器 3 0 の レ -ザ発振状態が維持される。 本実施例では、 イ ンタ ロ ッ ク信号の リ セ ッ ト時、 レ ーザ発振器 3 0 の電 源の投入が可能で、 電源投入状態にある場合には電源投 入状態が維持される。

—方、 ス テ ッ プ S 3 において、 ノ ズル角度 5が所定値 <5 re f と等しいかこれよ り も小さ く、 従って、 第 2〜第 4関節角度に応じて定ま る位置， 姿勢のレーザノ ズル 8 から レーザ光を照射した場合に人体等に危害を及ぼす虞 れがある と判別する と、 C P U 1 1 はレーザ光の照射を 禁止する よ う に作動する。 本実施例では、 C P U 1 1 は、 イ ンタ ロ ッ ク信号をセ ッ トする （ス テ ッ プ S 5 ) 。 これ に応じて、 レーザ発振器 3 0 はレーザ発振不能な状態に される。 本実施例ではレーザ発振器 3 0 の電源がオ フ さ れる。 結果と して、 教示プ ロ グラ ム の不備或は手動運転 中のオ ペ レー タ の誤操作等に起因して、 レー ザノ ズル 8 が当該レーザノ ズルから レーザ光を照射した場合に人体 等に危害を及ぼす虞れがあるよ う な位置， 姿勢をと つた と きには、 レーザ光の照射が自動的に禁止される。

本発明は上記実施例に限定されず、 種々の変形が可能 - - である。

例えば、 上記実施例では一つの所定レーザノ ズル角度 5 reiを固定的に設定したが、 レーザノ ズル 8 と レーザ 光到達部位との間の水平方向距離がレーザノ ズル 8 の高 さ方向位置に応じて変化する こ と に照ら して、 レーザノ ズル高さ方向位置に応じて所定値 <5 refを変化させても 良い。 この場合、 例えば、 レーザノ ズル高さ方向位置領 域の夫々 に適合したレーザノ ズル角度の所定値をルツ ク ア ッ プテーブルに予め格納しておき、 第 3 図のステ ッ プ S 2 と ス テ ッ プ S 3 との間で、 レーザノ ズル （一般には ツールセ ンタ ポイ ン ト） の高さ方向位置を座標変換処理 によ り算出する と共に算出高さ方向位置に応じた所定値 をルツ ク ア ッ プテーブルか ら読出すよ う にすれば良い。

また、 上記実施例ではレーザ発振器 3 0 の電源を必要 に応じてオフする よ うに したが、 その他の適宜方法によ り レーザノ ズル 8 からの レーザ光の照射を実質的に禁止 するよ う にして も良い。

Claims

請 求 の 範 囲

1. ァ ー ム先端に レ ーザ光照射部を装着した レーザロボ ッ ト における レ ーザ光誤照射防止方法において、 前記 レーザロボッ ト の夫々 の関節の関節角度に基づいて前 記レーザ光照射部の軸線と水平面との間の角度を検出 する工程 （ a ) と、 前記検出角度と所定角度とを比較 する工程 （ b ) と、 前記検出角度が前記所定角度よ り も小さいと きに前記レーザ光照射部からの レーザ光の 照射を禁止する工程 （ c ) とを備える こ と を特徴とす る レーザ光誤照射防止方法。

2. 前記レーザ光照射部に接続され前記レーザ光を発生 させるための レーザ発振器を有する レーザロボッ 卜 に 適用される もので、 前記検出角度が前記所定角度よ り も小さ いと き に前記レーザ発振器をレーザ発振不能な 状態にする請求の範囲第 1 項記載のレ -ザ光誤照射防 止方法。

3. 前記所定角度を前記レ -ザ光照射部の高さ方向位置 に応じて変化させる請求の範囲第 1項記載のレ一ザ光 誤照射防止方法。

4. 前記レーザロ ボ ッ ト への電源が投入されている と き は、 前記レーザロボッ 卜 の運転モ ー ドに関わりな く、 前記工程 （ a ) , ( b ) ， （ c ) を実行する請求の範 囲第 1 項記載の レ -ザ光誤照射防止方法。