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JP3237241B2 - レーザロボットのレーザヘッド補正方法 - Google Patents

レーザロボットのレーザヘッド補正方法

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Publication number
JP3237241B2
JP3237241B2 JP28974692A JP28974692A JP3237241B2 JP 3237241 B2 JP3237241 B2 JP 3237241B2 JP 28974692 A JP28974692 A JP 28974692A JP 28974692 A JP28974692 A JP 28974692A JP 3237241 B2 JP3237241 B2 JP 3237241B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
axis
robot
laser head
laser beam
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP28974692A
Other languages
English (en)
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JPH06142967A (ja
Inventor
利雄 小播
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Machine Works Ltd
Original Assignee
Sanyo Machine Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Machine Works Ltd filed Critical Sanyo Machine Works Ltd
Priority to JP28974692A priority Critical patent/JP3237241B2/ja
Publication of JPH06142967A publication Critical patent/JPH06142967A/ja
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Publication of JP3237241B2 publication Critical patent/JP3237241B2/ja
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザロボットのレーザ
ヘッド補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザロボットには各種形式があり、旋
回軸にて回動自在な屈伸アームの先端にレーザヘッドを
取付けたものや、ガントリー式の直交3軸にて三次元方
向に移動可能な移動アームの先端にレーザヘッドを取付
けたものなどがある。レーザヘッドはレーザ出力ノズル
と該出力ノズルを揺動制御するためのサーボモータを具
備し、これらはレーザロボット組み立て時にレーザヘッ
ドの所定位置に取付けられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】出力ノズル及びサーボ
モータの軸線は、レーザロボットの駆動系の軸線と完全
に整合しているのが望ましいが、実際は取付け誤差によ
り各軸線間で平行度ないし垂直度に狂いが生じている。
ただし、このような狂いがあってもレーザロボットを一
度ティーチングすれば、レーザ加工の正確性には何等問
題を生じない。
【0004】ところが、一度ティーチングしてもその後
出力ノズルやサーボモータを交換すると、これらを厳密
な意味で交換前と全く同じ位置合わせで取付けることは
不可能であるから、レーザロボットのティーチングを一
からやり直す必要がある。このティーチング作業は非常
に手間がかかり、その間レーザロボットを使用できない
ので生産能率も低下する。
【0005】本発明の目的は、出力ノズルやサーボモー
タの交換等によりその取付け位置に誤差が生じても、テ
ィーチングのやり直しを不要にできるレーザロボットの
レーザヘッド補正方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
本発明は、レーザビームの出力ノズルを有するレーザヘ
ッドを、X1,Y1,Z1の直交3軸の回りに回動自在
に支持する手首部を介して、X,Y,Zの直交3軸によ
り三次元方向に制御駆動される移動アームに取付けたレ
ーザロボットにおいて、前記レーザヘッドから出たレー
ザビームの照射ポイントをXY座標として検知するポジ
ションセンサをXY平面に配設し、前記移動ヘッドをX
方向に移動させたときの前記ポジションセンサ上のレー
ザビーム照射ポイントの第1の軌跡と、前記手首部をY
1軸回りに回動させたときの前記ポジションセンサ上の
レーザビーム照射ポイントの第2の軌跡とのなす角度θ
1を検出して該角度θ1を前記Z1軸の補正回動角と
し、前記レーザヘッドをZ軸方向にHだけ移動させたと
きの前記ポジションセンサ上のレーザビーム照射ポイ
トの移動軌跡のXY成分からレーザビームのX及びY軸
方向の傾斜角度θ2及びθ3をそれぞれ演算し、該傾斜
角度θ2及びθ3をX1及びY1軸回りのレーザヘッド
の補正回動角とするレーザロボットのレーザヘッド補正
方法を提供する。
【0007】
【作用】出力ノズル取付け中心軸線方向の制御軸線を実
際のレーザビームの中心線と一致させるべくレーザロボ
ットのレーザヘッドを補正し、この状態でレーザロボッ
トを一度ティーチングすれば、その後に出力ノズルや該
出力ノズル制御用のサーボモータの取付け位置に誤差が
生じても、レーザロボットの出力ノズル取付け中心軸線
方向の制御軸線を、実際のレーザビームの中心線と一致
させるべくレーザヘッド部を再補正するだけで前記誤差
を解消することができるから、最初のティーチングによ
るレーザロボットの制御データを全く変更せずにそのま
ま使用でき、従って従来のようなレーザロボットの再テ
ィーチングが不要となり、レーザロボットの稼動率が向
上する。
【0008】またX,Y,Zの直交3軸により三次元的
に制御駆動される移動アームを有するレーザロボットで
あって、レーザヘッドを直交3軸回りに回動自在に支持
する手首部を有するレーザロボットの場合、XY平面に
配設されたポジションセンサにレーザビームを当て、そ
の状態で移動ヘッドをX方向に移動させてできるレーザ
ビーム照射ポイントの第1の軌跡と、レーザヘッドをY
1軸回りに回動させたときにできるレーザビーム照射ポ
イントの第2の軌跡とのなす角度θ1を前記Z1軸の補
正回動角とし、前記レーザヘッドをZ軸方向にHだけ移
動させたときの前記ポジションセンサ上のレーザビーム
照射ポイントの移動軌跡のXY成分からレーザビームの
X及びY軸方向の傾斜角度θ2及びθ3をそれぞれ演算
し、該傾斜角度θ2及びθ3をX1及びY1軸回りのレ
ーザヘッドの補正回動角とすることにより、レーザビー
ムの出力ノズルや該出力ノズル駆動制御用のサーボモー
タの取付け位置に誤差が生じても、前記誤差を解消する
ことができるので、最初のティーチングによるレーザロ
ボットの制御データを全く変更せずにそのまま使用可能
であり、従って従来のようなレーザヘッドの再ティーチ
ングが不要となり、レーザロボットの稼動率が向上す
る。
【0009】
【実施例】以下に本発明の好適一実施例を図に基づき説
明する。図1は6軸の直交型レーザロボットの駆動系の
概略構成を示し、1はX軸方向に移動可能な第1移動
体、2はY軸方向に移動可能な第2移動体、3はZ軸方
向に移動可能な第3移動体である。この第3移動体は縦
方向に延びる移動アーム4の下端に取付けられている。
第3移動体はX軸方向に延びる腕5を有し、この腕5の
先端にレーザヘッド6が取付けられている。このレーザ
ヘッド6は図1のようにZ軸回りの回転角が0°の状態
でX軸と平行なX1軸、Y軸と平行なY1軸、及びZ軸
と平行なZ1軸(移動アーム4と共軸)を有する手首部
9により支持されている。そしてレーザヘッド6はX
軸,Y軸及びZ軸の直交3軸方向に移動可能で、かつ、
X1軸,Y1軸及びZ1軸の直交3軸回りに回動可能と
されている。レーザヘッド6の下部には出力ノズル7が
所定の取付け中心軸線に沿って取付けられ、この出力ノ
ズル7の下端部からレーザヘッド6の補正時にHe−N
eレーザビーム8が照射されるようになっている。
【0010】レーザヘッド6の回動軸X1,Y1,Z1
には、図2に示すように出力ノズル7を旋回及び揺動さ
せるための第1サーボモータ12、第2サーボモータ1
3及び第3サーボモータ14がそれぞれ取付けられてい
る。また出力ノズル7の垂直方向下方には、CCDから
なるポジションセンサ15がXY平面に着脱自在に水平
に配設され、後述するレーザヘッド補正時において、出
力ノズル7から出たレーザビーム照射ポイントがポジシ
ョンセンサ15上に結像するよう構成されている。ポジ
ションセンサ15には補正回動角演算部16及びロボッ
ト駆動部17が順次接続され、ポジションセンサ15か
ら得られたXY座標に関する情報が補正回動角演算部1
6に入力され、その演算結果がロボット駆動部17に入
力され、このロボット駆動部17からの信号により第1
〜第3サーボモータ12〜14が制御されるように構成
されている。なおロボット駆動部17は第1〜第3移動
体1〜3の移動も制御する。
【0011】次にレーザヘッド6の補正手順につき説明
する。この補正は、組み立てを完了したレーザロボット
の最初のティーチングの前と、出力ノズル7や第1〜第
3サーボモータ12,13,14を交換した場合はその
度毎に行なう。
【0012】補正はまずレーザヘッド6をZ軸回りで回
動角0°の位置に置き(図1の状態)、この状態で第1
移動体1を移動させることによりレーザヘッド6をX軸
方向に移動させ、図3のようにポジションセンサ15上
にレーザビーム照射ポイントの第1の軌跡21を描く。
更に第2サーボモータ13を駆動してレーザヘッド6を
Y1軸回りに回動させ、ポジションセンサ15上にレー
ザビーム照射ポイントの第2の軌跡22を描く。両軌跡
21,22の直線方程式は補正回動角演算部16にて演
算されると共に、同演算部16で両軌跡21,22のな
す角度θ1も演算される。この角度θ1は設計上は0で
あるが、レーザヘッド6の取付け誤差により若干の角度
が生じる。補正回動角演算部16は角度θ1をキャンセ
ルすべくZ1軸の補正回動角(−θ1)を演算し、ロボ
ット駆動部17はこの補正回動角(−θ1)に基づき第
3サーボモータ14を−θ1だけ回動させる。
【0013】レーザヘッド6における取付け誤差は前述
の角度θ1に限られない。X1,Y1軸回りの出力ノズ
ル7の取付け誤差も同様に発生し得る。そこで次の補正
を行なう。まずレーザヘッド6を図4に示すように第1
の基準高さH1に保持したまま、第3サーボモータ14
を駆動して出力ノズル7をZ1軸回りに一回転させる。
次に第3移動体3をZ軸に沿って所定距離Hだけ上方に
移動させ、同様に出力ノズル7を一回転させる。出力ノ
ズル7が垂直線(Z軸又はZ1軸)に対し傾斜している
と、ポジションセンサ15上にレーザビーム照射ポイン
トにより二重円の軌跡が描かれる。内側の円が最初に描
かれたもので、外側の円が次に描かれたものである。レ
ーザヘッド6のZ1軸回りの回動開始点(回動角0°)
における両円のレーザビーム照射ポイントの点P1及び
P2が、図5及び図6に示すように互いにΔx及びΔy
だけ離間しているとすると、これらΔx,Δy及びHか
ら、X1軸及びY1軸回りの出力ノズル7の取付け誤差
が補正回動角演算部16で演算される。すなわち、Y1
軸回りの誤差は図6(A)のようにXZ平面でのレーザ
ビームの傾斜角度θ2=tan-1(Δx/H)であり、
X1軸回りの誤差は図6(B)のようにYZ平面でのレ
ーザビームの傾斜角度θ3=tan-1(Δy/H)であ
る。補正回動角演算部16はこれらθ2及びθ3を演算
し、第2サーボモータ13を−θ2だけ補正回動させ、
第1サーボモータ12を−θ3だけ補正回動させる。こ
の結果出力ノズル7は水平面に対して垂直とされ、傾斜
方向の取付け誤差が解消される。
【0014】次に第3サーボモータ14を駆動して出力
ノズル7を一回転させると、図5のようにポジションセ
ンサ15上に半径Rの円が描かれる。このRの値は回転
中心のZ1軸に対する出力ノズル7のオフセット量を示
し、設計的にある値が決められている。そこで前記Rと
設計値との誤差を解消する補正値を補正回動角演算部1
6で演算させ、この補正値をロボット駆動部17にフィ
ードバックする。
【0015】以上の補正を行なった後にレーザロボット
の最初のティーチングを行う。その後出力ノズル7や第
1〜第3サーボモータ12,13,14を交換した場合
は、その度毎に以上の補正を繰り返す。これにより交換
前の取付け状態が正確に復元され、従って最初のティー
チングデータにより加工位置を常に一定にすることが出
来る。
【0016】以上、本発明の一実施例につき説明した
が、本発明は前記実施例に限らず種々の変形が可能であ
り、例えば本発明は6軸の直交型レーザロボットの他、
屈伸可能な旋回アームの先端にレーザヘッドが取付けら
れたレーザロボットにも適用可能である。また本発明は
基本的にレーザ出力ノズルの取付け中心軸線方向の制御
軸線を実際のレーザビームの中心線と一致すべく補正す
ることを特徴とするもので、補正方法の一例として請求
項2記載の方法が提案されるものであって、請求項1の
補正方法には本発明の目的及び効果に合致する他の補正
方法も包含される。
【0017】
【発明の効果】本発明は前記の如く、出力ノズルやこの
出力ノズル制御用のサーボモータの取付け誤差が生じて
も、レーザロボットの出力ノズル取付け中心軸線方向の
制御軸線を、実際のレーザビームの中心線と一致するよ
うに補正することにより、前記誤差を解消して取付け状
態を常に一定にすることができるから、レーザロボット
の最初のティーチングデータを変更せずにそのまま使用
可能であり、従って従来のような再ティーチングが不要
となり、レーザロボットの稼動率を向上させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 レーザロボットの駆動系の概略図。
【図2】 レーザ出力ノズルの駆動系の概略図。
【図3】 ポジションセンサ上でのレーザビーム照射ポ
イントの第1及び第2の軌跡を示す図。
【図4】 レーザヘッドをZ1軸回りに旋回させたとき
にポジションセンサ上に描かれる円を示す斜視図。
【図5】 同平面図。
【図6】 (A)はXZ平面でのレーザビームの傾斜を
示す図、(B)はYZ平面でのレーザビームの傾斜を示
す図。
【符号の説明】 1 第1移動体 9 手首部 2 第2移動体 12−14 サ
ーボモータ 3 第3移動体 15 ポジショ
ンセンサ 4 移動アーム 16 補正回動
角演算部 5 腕 17 補正駆動
部 6 レーザヘッド 21 第1の軌
跡 7 出力ノズル 22 第2の軌
跡 8 レーザビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/08 B23K 26/00 B23K 26/04 B25J 9/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザビームの出力ノズルを有するレー
    ザヘッドを、X1,Y1,Z1の直交3軸の回りに回動
    自在に支持する手首部を介して、X,Y,Zの直交3軸
    により三次元方向に制御駆動される移動アームに取付け
    たレーザロボットにおいて、 前記レーザヘッドから出たレーザビームの照射ポイント
    をXY座標として検知するポジションセンサをXY平面
    に配設し、 前記移動ヘッドをX方向に移動させたときの前記ポジシ
    ョンセンサ上のレーザビーム照射ポイントの第1の軌跡
    と、前記手首部をY1軸回りに回動させたときの前記ポ
    ジションセンサ上のレーザビーム照射ポイントの第2の
    軌跡とのなす角度θ1を検出して該角度θ1を前記Z1
    軸の補正回動角とし、 前記レーザヘッドをZ軸方向にHだけ移動させたときの
    前記ポジションセンサ上のレーザビーム照射ポイントの
    移動軌跡のXY成分からレーザビームのX及びY軸方向
    の傾斜角度θ2及びθ3をそれぞれ演算し、該傾斜角度
    θ2及びθ3をX1及びY1軸回りのレーザヘッドの補
    正回動角とするレーザロボットのレーザヘッド補正方
    法。
JP28974692A 1992-10-28 1992-10-28 レーザロボットのレーザヘッド補正方法 Expired - Lifetime JP3237241B2 (ja)

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DE102013217126B4 (de) * 2013-08-28 2015-09-03 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Feststellen von Abweichungen einer Ist-Lage eines Laserbearbeitungskopfes von einer Soll-Lage, Laserbearbeitungsmaschine und Computerprogrammprodukt
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