JP4353219B2 - レーザ加工装置、レーザ加工装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置、レーザ加工装置の制御方法に関する。

近年、ロボットを利用した溶接にもレーザ溶接が用いられるようになってきている。このような溶接技術として、ロボットアーム（マニュピレータ）の先端にレーザ光を照射するためのレーザ照射装置を取り付け、ロボットアーム移動させつつ、さらにレーザ照射装置からのレーザ光照射方向をも変えることで、レーザ光を移動させながらあらかじめ決められた溶接点を溶接する技術がある（たとえば特許文献１参照）。このような溶接をワークとレーザ照射装置の間がこれまでよりも離れていることからリモート溶接と称されている。

一方、ロボットに何らかの作業を行わせる場合、使用者はロボットにその作業をどのような手順で行うのかを教示し、教示データ（または教示プログラムなどとも称されている）として記憶させている。このようなロボット動作の教示作業をコンピュータシミュレーションにより行う方法がある。これはオフラインティーチングなどと称されている（たとえば特許文献２）。

上記のようなリモート溶接においても、そのロボットの動きおよびレーザ照射のためのレーザ照射方向は、たとえば上記のようなオフラインティーチング作業によって教示データとして作成され、その教示データがロボット制御装置などに設定されることになる。
特開２００５−１７７８６２号公報 特開２００１−１０５１３７号公報

ところで、オフラインティーチングを行った場合、シミュレーションによって得られた教示データは、実機に投入後、そのまま生産稼働に使用するのではなく、実機によりテスト動作をさせて、予定どおりに動くかどうかを確かめている。

しかしながら、リモート溶接においては、これまでのようにワークに近接して溶接を行う溶接ガンなどと違い、レーザ照射装置からワークまでの間が離れているため、実機テストの際に、所望するワーク上の位置、すなわち設計上の溶接打点にレーザが当たるようにロボットやミラーが動作しているかどうかを判別しづらいという問題があった。

そこで本発明の目的は、レーザ照射装置からワークまでの間が離れている場合にも教示動作の確認時においてレーザ光の照射位置が確認しやすくなるようにしたレーザ加工装置およびレーザ加工装置の制御方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明は、レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に従って移動させるように前記移動手段を制御するとともに、あらかじめ記憶されている加工用パターンと同じ大きさまたは拡大して実際に溶接打点上に描く加工用パターンを生成して、当該生成された実際に溶接打点上に描く加工用パターンにより前記レーザ光を移動させるように前記レーザ照射手段を制御する加工用制御手段と、前記レーザ照射手段を前記移動経路に従って移動させるように前記移動手段を制御するとともに、あらかじめ記憶されている加工用パターンと同じ大きさまたは拡大して実際に溶接打点上に描く加工用パターンを生成し当該生成された実際に溶接打点上に描く加工用パターン、または前記加工用パターンの基準位置のうち、いずれかを選択する指示に従い選択されたパターンを確認用パターンとして、入力されたレーザ光または可視光により描くように前記レーザ照射手段を制御する加工位置確認用制御手段と、を有し、前記加工位置確認用制御手段は、前記確認用パターンとして加工用パターンを描く場合も前記基準位置を描く場合も、前記加工時における前記加工用パターンを描く時間と同じ時間で前記確認用パターンを描くこと特徴とするレーザ加工装置である。

また上記課題を解決するための本発明は、レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、を備えたレーザ加工装置の制御方法であって、加工時は、前記移動手段により前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に沿って移動させるとともに、あらかじめ記憶されている加工用パターンと同じ大きさまたは拡大して実際に溶接打点上に描く加工用パターンを生成して、当該生成された実際に溶接打点上に描く加工用パターンにより前記レーザ光を移動させるように前記レーザ照射手段を制御し、教示動作の確認時は、前記移動手段により前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に沿って移動させるとともに、あらかじめ記憶されている加工用パターンと同じ大きさまたは拡大して実際に溶接打点上に描く加工用パターンを生成し当該生成された実際に溶接打点上に描く加工用パターン、または前記加工用パターンの基準位置のうち、いずれかを選択する指示に従い選択されたパターンを確認用パターンとして、加工用パターンを描く場合も前記基準位置を描く場合も、前記加工時における前記加工用パターンを描く時間と同じ時間で前記確認用パターンを、入力されたレーザ光または可視光により描くように前記レーザ照射手段を制御すること特徴とするレーザ加工装置の制御方法である。

以上のように構成された本発明によれば、加工用の走査パターン（加工用パターン）を描いてレーザ加工するレーザ加工装置において、教示データによる動作確認を行う際に、加工用パターンそのものではなく、加工用パターンの基準位置を示すパターン（確認用パターン）をレーザ光または可視光により描くことで、設計上の基準位置と教示データを再生することによる加工位置との差をわかりやすく示すことができる。

以下、添付した図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されるレーザ溶接システムの概略構成図であり、図２はこのレーザ溶接システム内のレーザ照射装置の内部構造図であり、図３はこのレーザ溶接システム内のレーザ発振器の内部構造図である。

図１に示すレーザ溶接システムは、加工対象物としての被溶接物であるワークＷに、ワークＷ上に位置されるレーザ照射装置３からレーザ光１００を照射することによって、直接ワークＷに触れることなくワークＷの溶接を行うものである。

図示するレーザ溶接システムは、ロボット１（移動手段）と、ロボット１のアーム２の先端に取り付けられ、レーザ光１００を照射するレーザ照射装置３（レーザ照射手段）と、レーザ照射装置３にレーザ光を送るレーザ発振器５と、レーザ発振器５からレーザ照射装置３までレーザ光を導く光ファイバーケーブル６と、ロボット１およびレーザ照射装置３の動作を制御するロボット制御装置７（加工用制御手段および加工位置確認用制御手段）と、ロボット制御装置７に各種の指示を送るティーチボックス８と、ロボット制御装置７にＣＡＤデータを送るＣＡＤシステム９とから構成される。

ロボット１は一般的な多軸ロボットであり、教示作業によって与えられた経路データに従ってアーム２が駆動され、レーザ照射装置３を３次元のさまざまな位置および方向に移動させることができる。レーザ発振器５にはＹＡＧレーザが用いられ、レーザ発振器５で発生されたレーザ光は光ファイバーケーブル６によってレーザ照射装置３に導かれる。レーザ照射装置３は導かれたレーザ光を内蔵した反射ミラー１１で反射し、ワークＷの加工打点（以下、溶接打点と称する）に対して強力なレーザ光１００を走査する。走査されたレーザ光１００は溶接打点上に照射され、レーザ照射装置３が走査した形状に従って溶接打点の溶接（溶接ビードの形成）が行われる。

ロボット制御装置７はロボット１の姿勢を認識しながらロボット１の動作を制御するとともに、レーザ光の照射方向を変更し走査するためにレーザ照射装置３の制御（反射ミラー１１の制御）も行っている。また、ロボット制御装置７はレーザ発振器５からのレーザ出力のＯＮ、ＯＦＦも制御している。

このロボット制御装置７は、ＣＡＤシステム９からＣＡＤデータを取得して、レーザ照射装置３がワークＷにあらかじめ設定したエリアのどのエリアにレーザ光１００を照射しようとしているのかを把握することもできる。

レーザ照射装置３は、入力されたレーザ光および可視レーザ光（可視光）の照射方向を自在に変更できるように構成されている。すなわち、レーザ照射装置３は、図２に示すように、光ファイバーケーブル６によって導かれたレーザ光１００を、溶接打点に向けて照射するための反射ミラー１１（反射鏡）と、反射ミラー１１を回動させるモータ１６および１７およびレンズ群１２とを有している。

反射ミラー１１は、鏡面を通る垂直な軸線をＺ軸とし、Ｚ軸と直交するＸ軸およびＹ軸をそれぞれ中心として独立に回動自在に支持されている。モータ１６およびモータ１７は、それぞれのモータの回動位置の合成によって、反射ミラー１１の向きを３次元方向に変える。したがって、反射ミラー１１は、光ファイバーケーブル６から入射されるレーザ光を３次元方向に放射自在に取り付けられている。反射ミラー１１を３次元方向に回動させることによって、ワークＷ上に設定されている溶接打点（加工位置）に所定の形状となる走査パターン（加工用パターン）を描かせることができる。

また、この反射ミラー１１によって、後述する可視レーザ光が加工用のレーザ光に代えて入力された場合は、上記同様にして、入力された可視レーザ光によりさまざまなパターン（確認用パターン）を描くことができる。

レンズ群１２は、光ファイバーケーブル６の端部から放射されたレーザ光を平行光にするためのコリメートレンズ１２１と平行光となったレーザ光１００をワークＷ上で集光させるための集光レンズ１２２から構成される。したがって、レーザ照射装置３は溶接打点から反射ミラー１１までの距離がある範囲内に収まるように、ワークＷとの距離を保つ必要がある。

レーザ発振器５内部は、図３に示すように、ＹＡＧレーザの発振源５０１の他に、可視レーザ光発振源５０２が備えられている。可視レーザ光発振源５０２としては、たとえば、半導体レーザである。可視レーザ光は人の目で見える波長帯のものであれば特に限定されない。したがって、赤色、緑色などの単波長のもの、白色のものなどさまざまな波長の可視レーザ光を利用することができる。また、可視レーザ光は、直進性がよいので好ましい。なお、可視レーザ光に代えて、発光ダイオードなどから出力される通常の可視光であってもよい。

そして、レーザ発振器５内部の切り替えミラー５０３によって、ＹＡＧレーザを光ファイバーケーブル６へ出力する場合と可視レーザ光（可視光）を光ファイバーケーブル６へ出力する場合とを切り替えることができるようになっている。すなわち、切り替えミラー５０３が実線の位置のときは、ＹＡＧレーザ光が光ファイバーケーブル６へ出力され、点線の位置のときには可視レーザ光が光ファイバーケーブル６へ出力される。

この切り替えミラー５０３の切り替えはロボット制御装置７からの指示または手動によって行われ、レーザ溶接を実施する際にはＹＡＧレーザを出力するように、テスト動作時には可視レーザ光を出力するように切り替えられる。なお、レーザ発振器５内部は、ＹＡＧレーザ光および可視レーザ光を切り替えミラー５０３および光ファイバーケーブル６へ導くために必要なレンズ系５０４〜５０６などが必要に応じて備えられている。

図４は、本実施形態に係るレーザ溶接システムの制御系のブロック図である。

ロボット制御装置７は、教示データ記憶部２１（教示データ記憶手段）、ロボット制御部２２、加工用パターン記憶部２３（加工用パターン記憶手段）、加工用パターン生成部２４、レーザ光走査制御部２５（加工用制御手段）、およびテストモード制御部２７（加工位置確認用制御手段）を備えている。

教示データ記憶部２１は、あらかじめＣＡＤシステムを利用したシミュレーションによる教示作業によって教示されたロボット１の動作経路、動作速度、およびワークＷの溶接打点を記憶している。溶接打点は、ワークＷの溶接箇所を示し３次元座標によって表されている。なお、教示データはシミュレーションによって教示されたデータではなく、実機を使用した教示データであってもよい。

ロボット制御部２２は、教示データに基づいて、ロボット１の各軸モータの回転量を制御し、レーザ照射装置３があらかじめ定められた動作経路で移動して、所定の位置、たとえば、ワークＷに設定されている溶接打点上の決められた位置で順次停止するように制御する（したがって、加工用制御手段および加工位置確認用制御手段としての機能も有する）。ロボット制御部２２は、ロボット１の各軸モータの回転量（エンコーダ値）に基づいてロボット１の姿勢を認識することもできるようになっている。したがって、ロボット制御部２２は、ロボット１の姿勢を認識する姿勢認識部としても機能することになる。また、ロボット制御部２２は、認識されているロボットの姿勢に基づいて、レーザ照射装置３がワークＷのある溶接打点に対してレーザ光を照射可能な位置にあるか否かを判断する機能をも備えている。

加工用パターン記憶部２３は、レーザ照射装置３により走査されるレーザ光１００の加工時の走査パターン（加工用パターン）を記憶している記憶装置である。加工用パターン記憶部２３に記憶しておく加工用パターンは任意の大きさの任意の形状でよい。本実施形態では、たとえば、図５に示すＳ字形状の加工用パターンを記憶してある。このようなＳ字形状の加工用パターンは、その縦（溶接長さ）が何ｍｍ、横（溶接幅）が何ｍｍというように、その大きさが加工用パターンの形状の縦と横の大きさとして規定されている。なお、本実施形態では加工用パターンをＳ字形状として説明するが、図６のような棒形状であっても、図７のような円形状であってもよい。なお、加工用パターンはＣＡＤで作成されるため、加工用パターン記憶部２３にはＣＡＤからのデータが記憶されることになる。

ここで、加工用パターンの表現方法を説明しておく。加工用パターンは、加工用パターンに定めた溶接打点中心座標とその溶接打点中心座標からのオフセット量で規定された複数の点列座標で構成し、溶接打点中心座標と点列座標は、ワークＷと同一の座標系の座標で表している。

たとえば、加工用パターンが図５に示すようなＳ字形状である場合、Ｓ字形状の溶接長さと溶接幅は図のように規定されている。Ｓ字形状の重心（加工用パターンの中心位置となる）を溶接打点中心座標（Ｗｘｃｎｔ、Ｗｙｃｎｔ，Ｗｚｃｎｔ）とし、この溶接打点中心座標を原点として、ワークＷと同一の座標系（Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）が規定されている。そして、Ｓ字形状を構成する８０の点列座標（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（０）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（０），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（０））から（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（７９）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（７９），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（７９））は、溶接打点中心座標からのオフセット量（図示点線で示すベクトル量）として定義されている。このベクトルで示されるオフセット量は、Ｓ字形状を構成する各点が溶接打点中心座標からどの程度離れているのかを示している。なお、オフセット量は、２次元のオフセット量として規定することもできるし、３次元のオフセット量として規定することもできる。

加工用パターンが図６に示すような棒形状である場合、その棒形状の重心を溶接打点中心座標（Ｗｘｃｎｔ、Ｗｙｃｎｔ，Ｗｚｃｎｔ）とし、この溶接打点中心座標を原点として、ワークＷと同一の座標系（Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）が規定されている。そして、棒形状を構成する３０の点列座標（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（０）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（０），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（０））から（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（２９）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（２９），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（２９））は、溶接打点中心座標からのオフセット量（図示点線で示すベクトル量）として定義されている。

さらに、加工用パターンが図７に示すような円形状である場合、その円形状の重心を溶接打点中心座標（Ｗｘｃｎｔ、Ｗｙｃｎｔ，Ｗｚｃｎｔ）とし、この溶接打点中心座標を原点として、ワークＷと同一の座標系（Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）が規定されている。そして、円形状を構成する８０の点列座標（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（０）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（０），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（０））から（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（７９）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（７９），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（７９））は、溶接打点中心座標からのオフセット量（図示点線で示すベクトル量）として定義されている。

加工用パターン記憶部２３に記憶させる加工用パターンも溶接打点と同様にＣＡＤシステム９（図１参照）によって作成されるが、溶接打点と加工用パターンとは、ＣＡＤシステム９によって個別に独立して教示させる。つまり、溶接打点と加工用パターンとは全く別のデータとして扱えるようになっている。そのため、教示データ記憶部２１と加工用パターン記憶部２３とは別々に設けている。

加工用パターン生成部２４は、加工用パターン記憶部２３に記憶されている加工用パターンのＳ形状から、記憶されているままの大きさのＳ形状、または、ティーチボックス８が有している指示部２６によって指示された大きさのＳ形状を生成するものである。

レーザ光走査制御部２５は、加工用パターン生成部２４によって生成された大きさのＳ形状（加工用パターン）を入力するとともに、ロボット制御部２２が認識しているロボット１の姿勢をも考慮して、溶接打点上に描くＳ形状の点列座標（８０ポイント程度）を算出し、その点列座標に基づいてレーザ照射装置３の反射ミラー１１を回動させる。また、レーザ光走査制御部２５は、ワークＷと同一の座標系の座標で表されている、加工用パターンの溶接打点中心座標およびその溶接打点中心座標からのオフセット量で規定された複数の点列座標を、ロボット１の座標系の座標に変換する機能をも有している。

指示部２６は、ワークＷの溶接打点上に描かれる加工用パターンの大きさを指示するものであって、たとえば、加工用パターンであるＳ形状の縦方向を、教示データ記憶部２１に記憶されているＳ形状の３倍に、そして横方向を１．５倍にと言うように、溶接打点に要求されるたとえば溶接強度に応じて指示する。なお、加工用パターンの大きさは、指示部２６からの指示に代えて、レーザ溶接を行う場合に読み込むプログラム内にあらかじめ埋め込むようにしてもよい。

テストモード制御部２７は、テストモード動作時において、ロボット制御部２２およびレーザ発振器５をテストモードとして制御し、可視レーザ光をワーク上に照射させる。

本実施形態では、テストモード制御部２７が実行するテストモードとして２つのモードを用意している。

第１のテストモードは、教示データ記憶部２１に記憶されている溶接打点の位置にのみ可視レーザ光を照射する中心位置モードである。第２のテストモードは、前記の加工用パターンを描く加工用パターンモードである。

したがって、中心位置モードでは加工用パターンの中心位置のみが示される確認用パターンが可視光によりワーク上に描かれることになる。この場合、確認用パターンは、たとえば、可視レーザ光のスポット形状と同じ点形状、スポット形状よりも若干大きな円形、加工用パターンの中心位置をクロス位置となるようにしたＸ字形上（×印）、さらには、丸の中にばつ印など、さまざまな形状を用いることができ、ユーザが分かりやすいものを適宜選択し、あらかじめ確認用パターンとして、テストモード制御部２７が利用できるように記憶させておけばよい。

一方、加工用パターンモードでは、たとえば加工パターンがＳ形状の場合、そのための点列座標（８０ポイント程度）の通りに可視レーザ光をワーク上に照射することになる。

なお、これら中心位置モードおよび加工用パターンモードのときには、テストモード制御部２７は、レーザ発振器５に対して可視レーザ光を出力するように指示する。これによりレーザ発振器５は、ＹＡＧレーザ発振源５０１側の発振の完全に停止するとともに切り替えミラー５０３を可視光出力位置（図３の点線で示された位置）に移動させて、可視レーザ光発信源５０２の発振を開始させ、可視レーザ光を出力する。

テストモードの指示は、教示動作の延長動作であることから、ティーチボックス８の指示部２６からの入力によって行われる。

次に、レーザ溶接時におけるロボット制御装置の動作処理手順を、図８に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。

このレーザ溶接時の基本動作は、ロボットを教示された位置で停止させ、その場所でレーザ照射装置３が照射可能な１つの溶接打点に対してレーザ溶接を行い、次の溶接打点をレーザ溶接する場合にはさらにロボットを次の位置に移動させてレーザ溶接を行うという動作を繰り返し、１点ずつ順次レーザ溶接を行い、すべての溶接打点に対するレーザ溶接を完了するというものである。

ロボット制御部２２は、まず、レーザ溶接用の教示データを読み込む（Ｓ１）。教示データは、たとえば、ロボット停止位置、動作速度、溶接打点中心座標、加工用パターン、溶接幅、溶接長さ、その他制御に必要な動作指令などが記述されていて、これに従ってロボットが動作する。

次に、ロボット制御部２２は加工用パターン記憶部２３に記憶されている加工用パターンを用いた溶接を行うか否かを判断する。この判断は、教示データに加工用パターンを取り出して実行する記述があるかないかで判断することができる（Ｓ２）。読み込んだ教示データに加工用パターンの記述がない場合には、加工用パターンを用いた溶接は指示されていないので（Ｓ２：ＮＯ）、通常のレーザ溶接作業を行うための処理をする。この処理は、本発明には直接関係がないので詳しい説明は省略する（Ｓ３）。

ロボット制御部２２は、教示データに従ってロボット１を動作させ、レーザ照射装置３を教示データに記述されている動作速度で移動させ、ロボット停止位置で位置決めする。同時に、レーザ照射装置３の反射ミラー１１をワークＷの溶接打点に向けて位置決めする（Ｓ４）。詳細には、溶接打点中心座標にレーザ光が照射されるような向きに反射ミラー１１の向きを調整する。レーザ照射装置３はこの位置から、特定の溶接打点に対してレーザ光を照射することができる。

加工用パターン生成部２４は、加工用パターン記憶部２３から加工用パターンを読み込む（Ｓ５）。本実施形態では図５に示したＳ字形状の加工用パターンを読み込む。

加工用パターン生成部２４は、ワークＷの溶接打点に加工用パターンを描くため、ワークＷの座標系で記述された、読み込んだ（加工用パターン記憶部２３に記憶されている）溶接打点中心座標、溶接幅、溶接長さから、加工用パターンの８０点ある各点の座標を演算する（Ｓ６）。

次に、演算された８０点の座標を、読み込んだ教示データに記述されている「溶接幅」、「溶接長さ」に基づいて縦方向（溶接長さ方向）および横（溶接幅）方向にシフトさせて、要求されている大きさの加工用パターンを生成するバイアス処理を行う（Ｓ７）。

レーザ光走査制御部２５は、生成された加工用パターンの８０点の座標を、ワークの座標系からロボットの座標系に換算する。同時にロボット制御部が認識しているロボット１の姿勢を入力し、現在のロボット１の姿勢でターゲットとしているワークＷの溶接打点上に、要求されている大きさの加工用パターンを描くための反射ミラー１１の回動の仕方（回動開始から終了までの各時刻における反射ミラー１１の角度）を演算する（Ｓ８）。

以上の演算が終了したら、ロボット制御装置７は教示データに従ってレーザ光（ＹＡＧレーザ光）を出力するようにレーザ発振器５に対して指令する（レーザ発振器ＯＮ：Ｓ９）。レーザ発振器５がＯＮされると、反射ミラー１１に向けてレーザ光が照射され、反射ミラー１１は演算されたように回動される。

レーザ光走査制御部２５は、反射ミラー１１の回動が終了（加工用パターンの照射が終了）したか否かを判断する（Ｓ１０）。反射ミラーの回動が終了していなければレーザ発振器５をＯＮさせたままレーザ溶接を継続し（Ｓ１０：ＮＯ）、反射ミラーの回動が終了したら（Ｓ１０：ＹＥＳ）、レーザ発振器５をからのＹＡＧレーザの出力指令を消してレーザ光の出力を停止させ（レーザ発振器ＯＦＦ：Ｓ１１）、レーザ溶接を終了する。

以上の処理によって、１箇所の溶接打点への加工用パターンの照射が終了する。そして複数の溶接打点を溶接する際には、上記の処理を指定された溶接打点の数だけ順次実行する。

これにより、図９に示すように、ワークＷ上の複数の溶接打点位置に、それぞれ決まった加工用パターン（本実施形態ではＳ字形状）による溶接ビードＢが形成される。

このように本実施形態では、複数の溶接打点がある場合でも、ロボット制御装置７が、ロボット１の動作に関わる教示データとは別に、加工用パターンのデータを記憶しているので、ロボット１が各溶接打点に対して位置決めされた後は、加工用パターンのデータに基づいてレーザ溶接を行うようにしてあるので、溶接打点ごとに加工用パターンを教示させる必要がない。したがって、その分教示時間を大幅に減少させることができる。また、加工用パターンの形状を変更したいときには、加工用パターン記憶部２３に記憶させるデータを変更するだけでよいので、加工用パターンの形状の変更も容易に行うことができる。

なお、ここでは加工用パターンとしてＳ字形状を例示したが、加工用パターン記憶部２３に、前述のような棒状、円形状の加工用パターンも記憶させておき、ワークの種類に応じて、使用する加工用パターンの形状を選択できるようにしてもよい。また、溶接打点ごとに使用する加工用パターンの形状を選択できるようにしてもよい。

次に、テストモードにおける中心位置モード時のロボット制御装置の動作処理手順を、図１０に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。

中心位置モード時の基本動作は、ロボットを教示された位置で停止させ、その場所でレーザ照射装置３が照射可能な１つの溶接打点に対して溶接動作を行った場合と同じ時間可視レーザ光を照射し、次の溶接打点がある場合は、同様に、ロボットを次の位置に移動させて可視レーザ光の照射を行うという動作を繰り返すものである。

中心位置モードの実行は、まずティーチボックス８から中心位置モード実行の指示入力よって開始される。この指示によりレーザ発振器５およびロボット制御装置７内の各制御部はテストモードに入り、テストモード制御部２７からの指令により動作する。

そしてテストモード制御部２７は、まず、レーザ発振器５に対して可視レーザ光を出力するように指示する（Ｓ２１）。この指令は強制指令とし、レーザ発振器５はテストモード時においては、この指令が解除されるまでその他の指令は受け付けない。なお、テストモード制御部２７からの可視レーザ光の出力指令に代えて、手動によりレーザ発振器５から可視レーザ光を出力するようにして、テスト中はレーザ発振器５にどのような指令が入ってもＹＡＧレーザ光が出力されないようにしてもよい。

次に、テストモード制御部２７は、ロボット制御部２２に対してレーザ溶接用の教示データの読み込みを指示する。教示データは上述したレーザ溶接時の制御と同じものである（Ｓ２２）。

これによりロボット制御部２２は、読み込んだ教示データからレーザ溶接時と同様にして加工用パターン記憶部２３に記憶されている加工用パターンを用いた溶接を行うか否かを判断することになるので、テストモード制御部２７は、ロボット制御部２２による加工用パターンを用いた溶接か否かの判断結果を取得する（Ｓ２３）。

加工用パターンによる溶接動作であると判断されたとき、すなわち教示データに加工用パターンの記述があると判断されているときは（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、テストモード制御部２７はロボット制御部２２に対して、ロボット制御部２２の判断結果を「加工用パターンによる溶接動作ではない」と変更するように指示する（Ｓ２４）。これによりロボット制御部２２は、自己の判断結果が変更されて、加工用パターンによる溶接動作ではないものと認識する。

一方、ステップＳ２４で取得したロボット制御部２２の判断結果が加工用パターンを用いた溶接ではない場合は（Ｓ２３：Ｎｏ）、そのまま次のＳ２５へ処理が進むことになる。

そして、ステップＳ２５において、テストモード制御部２７がロボット制御部２２に動作開始を指示する（Ｓ２５）。このとき、ロボット制御部２２が教示データに沿って動作の進行するのにともないＹＡＧレーザ光の出力指令が実行される（上記Ｓ９）が、レーザ発振器５はステップＳ２１における強制指令（または手動による切り替え）によって、ＹＡＧレーザ光の出力指令があってもＹＡＧレーザ光が出力されることはない。

そしてロボット制御部２２は、動作開始の指示によって通常の動作と同様にロボット１を動作させて、レーザ照射装置３を教示データに記述されている動作速度で移動させ、ロボット停止位置で位置決めする。同時に、レーザ照射装置３の反射ミラー１１をワークＷの溶接打点に向けて位置決めする。詳細には、溶接打点中心座標にレーザ光が照射されるような向きに反射ミラー１１の向きを調整する。これにより溶接打点中心座標に対して可視レーザ光が照射される。これにより、一つの溶接打点に対する可視レーザ光の照射が終了することになる。そして複数の溶接打点がある場合は、以上の処理を順次溶接打点の数だけ繰り返して実行することになる。

この中心位置モードにおいては、ロボット制御部２２は実際にレーザ溶接を行うときと同じ教示データを読み込んでいるので、教示されている溶接打点に対して、レーザ溶接を行う時間と同じ時間だけ教示されている溶接打点にのみ可視レーザ光が照射されることになる。

次に、テストモードにおける加工用パターンモードの場合の動作について説明する。

加工用パターンモードは、ロボット１および反射ミラー１１の動作は通常の溶接動作と同じでよく、ただ可視レーザ光が照射されるようにするだけである。

したがって、加工用パターンモードにおいては、テストモード制御部２７がテストモードの実行を各部に伝えて、はじめに強制指令（または手動）により可視レーザ光を出力するように指示すれば、後はロボット制御部２２に対して通常の溶接動作と同じように動作するように指令が行われることになる。

なお、この加工用パターンモードにおいてもロボット制御部２２の通常の溶接動作実行中にＹＡＧレーザ光の出力指令が実行されることになるが、はじめに強制指令（または手動）により可視レーザ光の出力に切り替えられているので、ロボット制御部２２からＹＡＧレーザ光の出力指令が出されてもＹＡＧレーザ光が出力されることはない。

したがって、加工用パターンモードにおいては、通常のレーザ溶接時と同じように、加工用パターンが描かれる溶接の場合は、ワーク上に可視光によって加工用パターンが描かれることになる。

ここで、中心位置モードおよび加工用パターンモードにおける作用を説明する。

図１１は中心位置モードにおける可視レーザ光のワーク上の軌跡を示す図面である。図１２は加工用パターンモードにおける可視レーザ光のワーク上の軌跡を示す図面である。ここではいずれの場合も複数の溶接打点がある場合を前提として説明する。

まず、図１１に示すように、中心位置モードでは可視レーザ光を、教示された溶接打点位置に点ｂ１〜ｂ３として照射するので、設計上の狙いの溶接打点位置Ａ１〜Ａ３に対してどれほどずれているかがよくわかる。図示したものでは、教示されたデータをそのまま使用した場合、溶接打点中心がどれだけずれることになるのがわかる（図示ずれ量Ｄ）。

一方、加工用パターンモードでは、図１２に示すように、溶接ビードをＳ字形状に形成する場合に、その加工用パターンＬの通りに可視レーザ光を照射が照射される。したがって、所定の形状の加工用パターンで溶接ビードを形成する場合に、そのようなパターンによる溶接ビードの広がりを確かめることができる。

ただし、加工用パターンモードでは、教示されている溶接打点位置そのものには可視レーザ光が照射されないので加工用パターンの中心位置（または基準位置）がどこかわからないことになる。

したがって、中心位置モードと加工用パターンモードは、適宜その使用目的にあわせて選択することが好ましい。たとえば、設計上の溶接打点位置と教示された溶接打点位置のずれを比較する場合は中心位置モードを選択し、加工用パターンを描いて溶接ビードを形成する場合にその広がりを確認したい場合は加工用パターンモードを選択するなどである。

さらに中心位置モードと加工用パターンモードの作用について説明する。

図１３は、実施形態に係る中心位置モードと加工用パターンモードの作用を説明するための説明図で、溶接打点を追加する場合の事例である。ここでは溶接打点Ａ３が追加される打点である。

中心位置モードでは、図１３（ａ）に示すように、追加されるよう溶接打点が教示データに追加されることで、その溶接打点Ａ３の位置をそのままワークＷ上に可視レーザ光ｂ３を照射する。これにより追加された溶接打点位置がワーク上で設計通りの位置にあるかどうかを容易に判別することができる。たとえば、ワークの端ＷＥに対して追加された溶接打点Ａ３がどれほど離れているか（図示ＤＥ）を確認することが容易になる。したがって、このＤＥの値が設計上のワーク端ＷＥから溶接打点Ａ３までの距離と同じか否かを比較することで、加工用パターンを再生しなくても加工用パターン溶接を行う場合に設計通りの溶接ビードの形成が行われるかどうかを判定することが可能となる。

一方、加工用パターンモードでは、図１３（ｂ）に示すように、追加された溶接打点を中心ンとしてあらかじめ決められている加工用パターンの通りに可視レーザ光によってパターンＬ２が描かれる。したがって、追加された溶接立てにおいて加工用パターン通りの溶接が行われた場合に、どのような広がりで溶接ビードが形成されるかがわかる。図示した例では、ワークの端ＷＥに対して加工用パターンがはみ出してしまう（図示ＮＧ）ことがわかる。

さらに中心位置モードと加工用パターンモードの他の作用について説明する。

図１４は、実施形態に係る中心位置モードと加工用パターンモードの作用を説明するための説明図で、加工用パターンの形状を変化させた場合の事例である。ここでは、Ｓ字形状のパターンをＣ時形状のパターンに変更した事例である。

中心位置モードでは、図１４（ａ）に示すように、加工用パターンの変更があった場合でも、溶接打点位置が可視レーザ光によって示されるため、変更後の加工用パターンの大きさと溶接打点中心位置から加工用パターンを再生しなくても変更後の加工用パターンが設計通りの溶接ビード位置になるかどうかを判定することが可能となる。

一方、加工用パターンモードでは、図１４（ｂ）に示すように、変更された加工用パターンの通りに可視レーザ光によってパターンＬ３が描かれる。したがって、変更された加工用パターン通りの溶接が行われるかどうかを確かめることができる。

以上本実施形態によれば、所定の加工用パターンを描いて溶接ビードを形成するように教示された教示データによる動作をテストする際に、中心位置モードによって、加工用パターンではなく溶接打点そのものを、可視レーザ光を照射して示すことで、設計上の溶接打点と教示データを再生することによる溶接打点との差をわかりやすくすることができる。また、加工用パターンに沿って可視レーザ光を照射する加工用パターンモードも備えているので、加工用パターンによる溶接ビードの広がりを確かめることもできる。

以上本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態では、加工時の動作として、レーザ照射装置３を停止させた状態で、１箇所の溶接打点に対して加工用パターンを照射するものであったが、これに代えて、たとえば、レーザ照射装置３を移動させつつ、その移動範囲内に照射可能な溶接打点に対して反射ミラーを回動させることで溶接打点へ向けて加工用パターンによる溶接を行うようにしてもよい。その場合のテストモードにおいては、そのような溶接動作を行うための教示データに従って可視光が照射されるようにする。したがって、このような加工動作を行う場合でも溶接打点の位置や溶接ビードの広がりを確認することができる。

また、説明した実施形態では、溶接を実行するためのレーザ光走査制御部２５（加工用制御手段に相当する）とテストモードを実行するためのテストモード制御部２７（加工位置確認用制御手段に相当する）を一つのロボット制御装置７内で分けて構成したが、実際にはロボット制御装置７自体は、所定のプログラムによって動作するいわゆるコンピュータを用いることが可能であるため、加工用制御手段および加工位置確認用制御手段としての実体的な分別はなくてもよく、上述した処理手順を行うために作成されたプログラムがロボット制御装置７により実行されることで本発明を実施することができる。

また、上述した実施形態では、可視光の光源をレーザ発信器５内に設けているが、可視光光源は、レーザ照射装置３に入力することができればどこにあってもよく、たとえば、別途可視光光源を用意して、光ファイバーケーブル６をレーザ発信器５から別途用意した可視光光源につなぎ変えてレーザ照射装置３に入力するようにしてもよい。また、加工用のレーザ光と同じ光軸で反射ミラー３に可視光が当たるように（入力されるように）、レーザ照射装置３内にあらかじめ可視光光源（たとえば半導体レーザ、発光ダイオードなど）などを設けておいてもよい。

さらに、可視光に代えて、加工に用いるレーザ光そのものを確認時にも用いるようにしてもよい。すなわち、上述した実施形態において、テストモードの際に可視光に切り替えずにそのまま加工用のレーザ光を出力するのである。これにより、たとえば、テストモードにおける中心位置モードのときに、確認用パターンが描かれてワーク上に中心位置を示す加工痕が残るため、確認動作終了後にあらためてワーク上において加工位置の確認を行うことができる。もちろん加工用パターンモードにおいては、実際に加工されるパターンがワーク上に確認用として描かれることになる。なお、このようにテストモードの際に可視光に代えて加工用のレーザ光を用いる場合には、たとえば、レーザ発信器５のレーザ出力を加工時より低くしてワーク上に薄く痕を付ける程度とするようにしてもよい。また、ワークとしてダミーワークを用いるようにしてもよい。

そのほか、本発明はさまざまな変形形態が可能なことはいうまでもない。

本発明は、レーザ溶接に好適であり、また、レーザ切断やレーザマーキングなど溶接以外のレーザ加工においても利用可能である。

本発明が適用されるレーザ溶接システムの概略構成図である。 図１に記載されているレーザ照射装置の内部構造図である。 図１に記載されているレーザ発振器の内部構造図である。 実施形態に係るレーザ溶接システムの制御系を示すブロック図である。 実施形態で使用する加工用パターンの形状の一例を示す図である。 実施形態で使用する加工用パターンの他の形状の一例を示す図である。 実施形態で使用する加工用パターンの他の形状の一例を示す図である。 実施形態に係るレーザ溶接時の動作処理手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るレーザ溶接時の溶接ビードを説明するための説明図である。 実施形態に係る中心位置モード時における動作処理手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る中心位置モードにおける可視レーザ光のワーク上の軌跡を示す図面である。 実施形態に係る加工用パターンモードにおける可視レーザ光のワーク上の軌跡を示す図面である。 実施形態に係る中心位置モードと加工用パターンモードの作用を説明するための説明図である。 実施形態に係る中心位置モードと加工用パターンモードの作用を説明するための説明図である。

符号の説明

１…ロボット、
２…アーム、
３…レーザ照射装置、
５…レーザ発振器、
６…光ファイバーケーブル、
７…ロボット制御装置、
８…ティーチボックス、
９…ＣＡＤシステム、
１１…反射ミラー、
１２…レンズ群、
２１…教示データ記憶部、
２２…ロボット制御部、
２３…エリア内溶接データ記憶部、
２３…加工用パターン記憶部、
２４…加工用パターン生成部、
２５…レーザ光走査制御部、
２６…指示部、
２７…テストモード制御部、
２８…エリア内溶接データ記憶部、
１００…レーザ光、
１２１…コリメートレンズ、
１２２…集光レンズ。

Claims (5)

1. レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、
   前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、
   前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に従って移動させるように前記移動手段を制御するとともに、あらかじめ記憶されている加工用パターンと同じ大きさまたは拡大して実際に溶接打点上に描く加工用パターンを生成して、当該生成された実際に溶接打点上に描く加工用パターンにより前記レーザ光を移動させるように前記レーザ照射手段を制御する加工用制御手段と、
   前記レーザ照射手段を前記移動経路に従って移動させるように前記移動手段を制御するとともに、あらかじめ記憶されている加工用パターンと同じ大きさまたは拡大して実際に溶接打点上に描く加工用パターンを生成し当該生成された実際に溶接打点上に描く加工用パターン、または前記加工用パターンの基準位置のうち、いずれかを選択する指示に従い選択されたパターンを確認用パターンとして、入力されたレーザ光または可視光により描くように前記レーザ照射手段を制御する加工位置確認用制御手段と、
   を有し、
   前記加工位置確認用制御手段は、前記確認用パターンとして加工用パターンを描く場合も前記基準位置を描く場合も、前記加工時における前記加工用パターンを描く時間と同じ時間で前記確認用パターンを描くこと特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記基準位置は、前記加工用パターンの中心位置であること特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記移動手段は３次元にアームを動かすロボットであり、前記レーザ照射手段は前記ロボットの前記アーム先端に取り付けられており、
   前記加工位置確認用制御手段は、前記確認用パターンを描く際には、前記ロボットの前記アームを前記加工時における前記加工用パターンを描く動作と同じ動作をさせることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ加工装置。
4. レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、
   前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、を備えたレーザ加工装置の制御方法であって、
   加工時は、前記移動手段により前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に沿って移動させるとともに、あらかじめ記憶されている加工用パターンと同じ大きさまたは拡大して実際に溶接打点上に描く加工用パターンを生成して、当該生成された実際に溶接打点上に描く加工用パターンにより前記レーザ光を移動させるように前記レーザ照射手段を制御し、
   教示動作の確認時は、前記移動手段により前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に沿って移動させるとともに、あらかじめ記憶されている加工用パターンと同じ大きさまたは拡大して実際に溶接打点上に描く加工用パターンを生成し当該生成された実際に溶接打点上に描く加工用パターン、または前記加工用パターンの基準位置のうち、いずれかを選択する指示に従い選択されたパターンを確認用パターンとして、加工用パターンを描く場合も前記基準位置を描く場合も、前記加工時における前記加工用パターンを描く時間と同じ時間で前記確認用パターンを、入力されたレーザ光または可視光により描くように前記レーザ照射手段を制御すること特徴とするレーザ加工装置の制御方法。
5. 前記移動手段は３次元にアームを動かすロボットであり、前記レーザ照射手段は前記ロボットの前記アーム先端に取り付けられており、
   前記確認用パターンを描く際には、前記ロボットの前記アームを前記加工時における前記加工用パターンを描く動作と同じ動作をさせることを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置の制御方法。

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