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Info
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Description
ヘッド補正方法に関する。
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。
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。
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。
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。
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 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
方法を提供する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
イントの第1及び第2の軌跡を示す図。
にポジションセンサ上に描かれる円を示す斜視図。
示す図、(B)はYZ平面でのレーザビームの傾斜を示
す図。
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
Claims (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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28974692A JP3237241B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | レーザロボットのレーザヘッド補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28974692A JP3237241B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | レーザロボットのレーザヘッド補正方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06142967A JPH06142967A (ja) | 1994-05-24 |
JP3237241B2 true JP3237241B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=17747227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28974692A Expired - Lifetime JP3237241B2 (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | レーザロボットのレーザヘッド補正方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3237241B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
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---|---|---|---|---|
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JP6720950B2 (ja) * | 2017-11-13 | 2020-07-08 | 株式会社安川電機 | レーザ加工方法、コントローラおよびロボットシステム |
JP6749671B1 (ja) * | 2019-12-13 | 2020-09-02 | 株式会社 カットランドジャパン | マスタースレーブアーム装置 |
CN111451634A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-07-28 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 激光焊接设备校准方法 |
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CN117444383B (zh) * | 2023-12-13 | 2024-11-01 | 苏州中科煜宸激光智能科技有限公司 | 用于调节水导激光加工设备水射流垂直度的校准系统与校准方法 |
-
1992
- 1992-10-28 JP JP28974692A patent/JP3237241B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06142967A (ja) | 1994-05-24 |
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