JP7553589B2 - レーザ加工システム及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工システム及び制御方法に関する。

従来より、ワークにレーザ光を離れた位置から照射して、溶接を行うレーザ加工システムが提案されている。レーザ加工システムは、ロボットのアーム先端にレーザ光を照射するスキャナを有する。レーザ加工システムのロボット各軸は、他の産業用ロボットと同様、予め制御装置に記憶されたプログラムに従って駆動される。このため、作業現場では、実機とワークを使ってプログラムを作成する教示作業が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１３５７８１号公報

このようなレーザ加工システムを用いてレーザ加工を行う場合、プログラムにおけるレーザ照射点の経路と実際のレーザ照射点の経路とのずれが問題となる。

レーザ照射点の経路は、作業空間内のロボットの基部を基準とした座標系の点の列によって表現されると考えることができるため、これを制御点と呼ぶ。制御点は、レーザ照射点の経路上の点であってもよく、又は円弧の中心のように、レーザ照射点の経路上でなくても、レーザ照射点の経路を定義するために必要となる点であってもよい。制御点には、制御点を基準とした加工形状を定義する向き、すなわち座標系が必要となる。

ロボットプログラム及びスキャナプログラムは、レーザ加工システムのプログラム生成装置において設定された各制御点の位置及び方向（制御点の座標系）の各点に応じて、生成される。しかし、ＣＡＤデータと実際のワークとは一致せず、ロボットの動作経路や治具等にも位置の誤差が存在する。そのため、このようなずれや誤差を教示修正する作業が必要となる。

また、レーザ加工システムにおいてロボットとスキャナを組み合わせるときに、工具中心点（ＴＣＰ）も修正を要することがある。ＴＣＰは、ロボット先端点からスキャナ基準点への位置ベクトルで表される。ＴＣＰを正しく設定することによって、ロボットの姿勢によらず、プログラム上のレーザ照射位置と実際のレーザ照射位置とが一致する。

従来、制御点の修正及びＴＣＰの設定は、スキャナ直下の特定の点を指し示す教示用治具を用いて行っていた。通常、特定の点は、スキャナの作業空間の原点であり、レーザが集光する点に設定される。

特定の点を指し示すために、金属や樹脂等で製造された教示用治具を用いたり、複数の付加的なガイド光を交差させ、その交点を視認したりすることが行われている。いずれの方法も、スキャナの直下の一点の座標を取得するため、実際のワーク上の所望の位置と特定の点とを一致させるためには、ロボットを操作する必要があり、効率が良くなかった。

また、従来の手法では、ロボットに教示用治具を取り付けたり、スキャナに付加的なガイドレーザを装備したりする必要があった。そのため、教示用治具や付加的なガイドレーザ等を必要とせず、制御点の修正を簡易に行うことができるレーザ加工システムが望まれていた。

本開示に係るレーザ加工システムは、ワークに対してレーザ光を走査可能なスキャナと、前記スキャナを前記ワークに対して移動させる移動装置と、前記スキャナを制御するスキャナ制御装置と、を備え、前記スキャナ制御装置は、前記移動装置により前記スキャナを複数の位置に停止した状態で、前記ワーク上の予め設定された同一の制御点に前記レーザ光を照射するように前記スキャナを制御する照射制御部を有する。

本開示に係るレーザ加工システムの制御方法は、ワークに対してレーザ光を走査可能なスキャナを前記ワークに対して移動させるステップと、前記スキャナを前記ワークに対して移動させるための移動装置を複数の位置に停止させるステップと、前記移動装置により前記スキャナを前記複数の位置に停止した状態で、前記ワーク上の予め設定された同一の制御点に前記レーザ光を照射するように前記スキャナを制御するステップと、を備える。

本発明によれば、制御点の修正を簡易に行うことができる。

本実施形態に係るレーザ加工システムの全体構成を示す図である。 本実施形態に係るレーザ加工システムにおけるスキャナの光学系を説明する図である。 本実施形態に係るレーザ加工システムの機能構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るスキャナ制御装置の機能構成を示すブロック図である。 レーザ照射形状の一例を示す図である。 実際にレーザ加工を行う場合のスキャナの動作を示す図である。 制御点を修正する場合のスキャナの動作を示す図である。 制御点を修正する動作を示す図である。 制御点を修正する動作を示す図である。 制御点を修正する動作を示す図である。 制御点を修正する動作を示す図である。 制御点を修正する動作を示す図である。 修正制御点を計算するための動作を示す図である。 修正制御点を計算するための動作を示す図である。 修正制御点を計算するための動作を示す図である。 修正制御点を計算するための動作を示す図である。 本実施形態に係るレーザ加工システムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るレーザ加工システム１の全体構成を示す図である。図１に示すレーザ加工システム１は、リモートレーザ溶接ロボットシステムの一例を示す。

レーザ加工システム１は、ロボット２と、レーザ発振器３と、スキャナ４と、ロボット制御装置５と、スキャナ制御装置６と、レーザ制御装置７と、ロボット教示操作盤８と、プログラム生成装置９と、を備える。

ロボット２は、例えば、複数の関節を有する多関節ロボットである。ロボット２は、基部２１と、アーム２２と、複数のＹ方向に延びる回転軸を有する関節軸２３ａ～２３ｄを備える。

また、ロボット２は、Ｚ方向を回転軸としてアーム２２を回転移動させるロボット用サーボモータ、各関節軸２３ａ～２３ｄを回転させてアーム２２をＸ方向に移動させるロボット用サーボモータ等の複数のロボット用サーボモータを有する。各ロボット用サーボモータは、後述するロボット制御装置５からの駆動データに基づいてそれぞれ回転駆動する。

ロボット２のアーム２２の先端部２２ａには、スキャナ４が固定されている。したがって、ロボット２は、各ロボット用サーボモータの回転駆動によって、スキャナ４を所定のロボット速度で、作業空間上の任意の位置と向きに移動させることができる。すなわち、ロボット２は、スキャナ４をワーク１０に対して移動させる移動装置である。なお、本実施形態では、レーザ加工システム１は、移動装置としてロボット２を用いているが、これに限定されず、例えば、移動装置として三次元加工機を用いてもよい。

レーザ発振器３は、レーザ媒質、光共振器及び励起源等から構成される。レーザ発振器３は、後述するレーザ制御装置７からのレーザ出力指令に基づくレーザ出力のレーザ光を生成し、スキャナ４に対して、生成したレーザ光を供給する。発振されるレーザの種類として、ファーバーレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ等があるが、本実施形態においては、レーザの種類について特に問わない。

レーザ発振器３は、ワーク１０を加工するための加工用レーザと、加工用レーザを調整するためのガイドレーザとを出力可能である。ガイドレーザは、加工用レーザと同一の軸上に調整された可視光レーザである。

スキャナ４は、レーザ発振器３から出射されるレーザ光Ｌを受けて、ワーク１０に対してレーザ光Ｌを走査可能な装置である。

図２は、本実施形態に係るレーザ加工システム１におけるスキャナ４の光学系を説明する図である。図２に示すように、スキャナ４は、例えば、レーザ発振器３から出射されるレーザ光Ｌを反射させる２つのガルバノミラー４１、４２と、ガルバノミラー４１、４２をそれぞれ回転駆動するガルバノモータ４１ａ、４２ａと、カバーガラス４３を備える。

ガルバノミラー４１、４２は、互いに直交する２つの回転軸Ｊ１、Ｊ２回りにそれぞれ回転可能に構成される。ガルバノモータ４１ａ、４２ａは、レーザ制御装置７からの駆動データに基づいて回転駆動し、ガルバノミラー４１、４２を回転軸Ｊ１、Ｊ２回りに独立して回転させる。

レーザ発振器３から出射されたレーザ光Ｌは、２つのガルバノミラー４１、４２で順次反射された後にスキャナ４から出射され、ワーク１０の加工点（溶接点）に到達する。このとき、ガルバノモータ４１ａ、４２ａにより２つのガルバノミラー４１、４２がそれぞれ回転すると、これらガルバノミラー４１、４２に入射するレーザ光Ｌの入射角が連続的に変化する。その結果、スキャナ４からワーク１０に対して所定の経路でレーザ光Ｌが走査され、そのレーザ光Ｌの走査経路に沿ってワーク１０上に溶接軌跡を形成する。

スキャナ４からワーク１０上に出射されるレーザ光Ｌの走査経路は、ガルバノモータ４１ａ、４２ａの回転駆動を適宜制御してガルバノミラー４１、４２のそれぞれの回転角度を変化させることにより、Ｘ、Ｙ方向に任意に変化させることができる。

スキャナ４は、Ｚ軸モータによって位置関係を変更自在としたズーミング光学系（図示せず）も備えている。スキャナ４は、Ｚ軸モータの駆動制御により、レーザを集光する点を光軸方向に移動させることで、レーザ照射点をＺ方向にも任意に変化させることができる。

カバーガラス４３は、円盤状であり、ガルバノミラー４１、４２によって順次反射されてワーク１０に向かうレーザ光Ｌを透過すると共に、スキャナ４の内部を保護する機能を有する。

また、スキャナ４は、トレパニングヘッドであってもよい。この場合、スキャナ４は、例えば、一方の面が傾斜した形式のレンズをモータで回転させることで、入射したレーザを屈折させて、任意の位置に照射する構成を有することが可能である。

ロボット制御装置５は、所定のロボットプログラムに応じて、ロボット２の各ロボット用サーボモータに駆動制御データを出力し、ロボット２の動作を制御する。

スキャナ制御装置６は、スキャナ４の機構内のレンズ、ミラーの位置調整を行う制御装置である。なお、スキャナ制御装置６は、ロボット制御装置５に組み込まれてもよい。

レーザ制御装置７は、レーザ発振器３を制御する制御装置であり、スキャナ制御装置６からの指令に応じて、レーザ光を出力するように制御を行う。レーザ制御装置７は、スキャナ制御装置６と接続されるだけでなく、ロボット制御装置５と直接接続されてもよい。また、レーザ制御装置７は、スキャナ制御装置６と一体化されていてもよい。

ロボット教示操作盤８は、ロボット制御装置５に接続され、ロボット２の操作を行うために操作者によって使用される。例えば、操作者は、レーザ加工を行うための加工情報を、ロボット教示操作盤８上のユーザインターフェースを通して入力する。

プログラム生成装置９は、ロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６に接続され、ロボット２及びスキャナ４のためのプログラムを生成する。なお、プログラム生成装置９については、図３を参照しながら詳述する。本実施形態において、少なくともスキャナ４は、好ましくはロボット２も、プログラムの指令に対して正確に駆動するように調整されているとする。

図３は、本実施形態に係るレーザ加工システム１の機能構成を示すブロック図である。
前述したように、レーザ加工システム１は、ロボット２と、レーザ発振器３と、スキャナ４と、ロボット制御装置５と、スキャナ制御装置６と、レーザ制御装置７と、ロボット教示操作盤８と、プログラム生成装置９と、を備える。
以下、図３を参照しながら、ロボット制御装置、スキャナ制御装置６、レーザ制御装置７及びプログラム生成装置９の動作について詳述する。

プログラム生成装置９は、ＣＡＤ／ＣＡＭデータから仮想作業空間内におけるロボット２のためのロボットプログラムＰａ及びスキャナ４のためのスキャナプログラムＰｂを生成する。更に、プログラム生成装置９は、制御点を修正するための制御点修正用プログラムを生成する。

生成されたロボットプログラムＰａ及びスキャナプログラムＰｂは、それぞれ、ロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６に転送される。
ロボット教示操作盤８の操作によって、ロボット制御装置５内に格納されたロボットプログラムＰａが起動されると、ロボット制御装置５からスキャナ制御装置６に指令が送られ、スキャナプログラムＰｂも起動される。

ロボット制御装置５は、ロボット２がスキャナ４を所定の位置まで搬送したときに信号を出力する。ロボット制御装置５から出力された信号に応じて、スキャナ制御装置６は、スキャナ４内の光学系を駆動する。

また、スキャナ制御装置６は、レーザ制御装置７にレーザ出力を指令する。ロボット制御装置５、スキャナ制御装置６及びレーザ制御装置７は、適切なタイミングで信号をやりとりすることによって、ロボット２の動き、レーザ光軸の走査及びレーザビームの出力を同期する。

ロボット２及びスキャナ４は、位置情報及び時刻情報を共有し、作業空間内の所望の位置にレーザ照射点を制御する。また、ロボット２及びスキャナ４は、適切なタイミングでレーザ照射を開始及び終了させる。これにより、レーザ加工システム１は、溶接等のレーザ加工を行うことができる。

また、プログラム生成装置９は、３Ｄモデリングソフトウェアを内蔵している。操作者は、ロボット２及びスキャナ４のモデルをコンピュータ上で操作し、レーザ照射点や座標値等を確認することができる。

更に、プログラム生成装置９は、ワーク１０のＣＡＤデータを用いて、ワーク１０の３Ｄモデリングを生成し、当該３Ｄモデリングのワーク１０上に１以上の制御点を設定する。そして、プログラム生成装置９は、設定された各制御点に対して溶接形状を定義する。

上述したように、レーザ照射点の経路は、作業空間内のロボットの基部を基準とした座標系の点の列によって表現されると考えることができるため、これを制御点と呼ぶ。制御点は、レーザ照射点の経路上の点であってもよく、又は円弧の中心のように、レーザ照射点の経路上でなくても、レーザ照射点の経路を定義するために必要となる点であってもよい。

制御点及び溶接形状の定義を終えると、プログラム生成装置９は、ロボット２が移動するロボット経路、及びスキャナ４によるレーザ照射点の走査経路を計算する。

３次元空間内のレーザ照射点に対して、ロボット２の姿勢及びスキャナ４によるレーザ照射点のガルバノモータ４１ａ、４２ａの回転角度は、一意に決定されない。そのため、プログラム生成装置９は、条件を満たす最適解を探索するアルゴリズムを備える。ロボットプログラムＰａ及びスキャナプログラムＰｂのプログラム生成における条件とは、加工時間の最短化、ワーク１０に対するレーザ照射角の制限、ロボット２の姿勢範囲の制限等である。

そして、制御点修正用プログラムによって制御点が修正されると、スキャナ制御装置６は、修正後の制御点の位置情報及び方向情報をプログラム生成装置９へ送信する。

プログラム生成装置９は、上述した最適解を探索するアルゴリズムを用いて、修正後の制御点の位置情報及び方向情報に基づいて、ロボットプログラムＰａ及びスキャナプログラムＰｂを再度生成する。生成されたロボットプログラムＰａ及びスキャナプログラムＰｂは、再びスキャナ制御装置６へ送信される。

このようにプログラム生成装置９は、修正された制御点を反映したロボットプログラムＰａ及びスキャナプログラムＰｂを生成することによって、ロボットプログラムＰａにおけるロボット経路、及びスキャナプログラムＰｂにおけるスキャナ４によるレーザ光の照射経路を修正することができる。

図４は、本実施形態に係るスキャナ制御装置６の機能構成を示すブロック図である。
図４に示すように、スキャナ制御装置６は、照射制御部６１と、制御点移動部６２と、制御点記憶部６３と、修正制御点計算部６４と、を備える。

照射制御部６１は、ロボット２によりスキャナ４を複数の位置に停止した状態で、ワーク１０上の予め設定された同一の制御点にレーザ光を照射するようにスキャナ４を制御する。スキャナ４の位置が異なれば、スキャナ４によるレーザ光の出射方向が異なる。
また、照射制御部６１は、制御点記憶部６３に記憶された制御点の位置、又は、制御点の位置及び座標系の方向に基づいて、レーザ光をワークに照射するようにスキャナを制御する。

制御点が複数の位置にある場合、照射制御部６１は、制御点記憶部６３に記憶された制御点の複数の位置、又は、制御点の複数の位置及び座標系の方向に基づいて、レーザ光をワークに照射するようにスキャナを制御する。

また、複数の位置は、スキャナ４及びロボット２を制御するスキャナプログラム及びロボットプログラムにおけるレーザ照射開始時点及びレーザ照射終了時点に対応するスキャナ４のレーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置を含む。

制御点移動部６２は、操作者によるロボット教示操作盤８の操作に応じて、制御点を移動する。
制御点記憶部６３は、移動された制御点の複数の位置、又は、制御点の複数の位置及び制御点によって定義される複数の座標系の方向を記憶する。

修正制御点計算部６４は、制御点記憶部６３に記憶された制御点の複数の位置、又は、制御点の複数の位置及び複数の座標系の方向に基づいて、最終的に修正された制御点である修正制御点を計算する。

図５は、レーザ照射形状１１Ａの一例を示す図である。
図５に示すように、レーザ照射形状１１Ａは、Ｃの字形状を有し、制御点Ｃ１を基準として照射される。本実施形態において、レーザ加工システム１は、制御点Ｃ１を基準として、ロボット２の移動及びスキャナ４のレーザ光軸の走査の動作によって、レーザ照射形状１１Ａのレーザ加工を行う。

具体的には、プログラム生成装置９は、前後の照射形状との位置関係から、適切なロボット２の経路及びスキャナ４の経路を計算し、計算したロボット２の経路及びスキャナ４の経路を適用したロボットプログラム及びスキャナプログラムを生成し、それぞれロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６へ送信する。

また、実際にレーザ加工を行う前に、制御点を修正するために、プログラム生成装置９は、制御点を修正するための制御点修正用プログラムを生成する。
制御点修正用プログラムは、加工用のロボットプログラム及びスキャナプログラムとは動作が異なる。制御点修正用プログラムは、例えば、以下のように動作する。

制御点修正用プログラムは、加工用のロボットプログラム及びスキャナプログラムにおいて、Ｃの字形状を有する照射形状のレーザ加工を開始する位置でロボット２を一旦停止させる。そして、制御点修正用プログラムは、加工用レーザに代えて、ガイドレーザを制御点に照射するようにスキャナ４を制御する。

次に、操作者がロボット教示操作盤８の操作によって、ロボット２のステップ送り（次のロボット２の姿勢まで動作して、一旦停止する）を行うと、制御点修正用プログラムは、Ｃの字形状を有する照射形状のレーザ加工を終了する位置までロボット２を移動して、ロボット２を一旦停止させる。制御点修正用プログラムは、この状態において、再びガイドレーザ光を制御点に照射するようにスキャナ４を制御する。

ここで、レーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置において、ガイド光レーザは、ワーク１０上の同一の制御点に照射される。しかし、ロボット２の姿勢は変わっても、ロボット座標系における位置は同じであるため、ガイド光レーザは、ロボット２の姿勢によらず、同一の制御点に照射される。

ロボット２の姿勢によって実際のワーク１０上のレーザ照射点が移動する場合、制御点修正用プログラムにおける制御点の位置と実際のワーク１０上の制御点の位置との間にずれが生じている。これにより、操作者は、ワーク１０上の適切な位置に制御点を設定できていないことを確認することができる。

更に、操作者がロボット教示操作盤８の操作によって、ロボット２のステップ送りを行うと、制御点修正用プログラムは、次の照射形状のレーザ加工を開始する位置までロボット２を移動して、ロボット２を一旦停止させる。そして、上述の操作を繰り返し、制御点の設定の確認を継続する。

図６Ａ及び６Ｂは、上述した実際のレーザ加工及び制御点を修正する動作の一例を示す図であり、図５に示すワーク１０上のレーザ照射形状１１Ａを加工する際に、スキャナ４の動作を側方から視た図である。図６Ａは、実際にレーザ加工を行う場合のスキャナ４の動作を示す図である。

図６Ａに示すように、加工用のロボットプログラム及びスキャナプログラムは、ロボット２によってスキャナ４を連続送りし、ワーク１０上の位置Ａ及び位置Ｂにおいて加工用レーザによってレーザ照射形状１１Ａを照射するようにスキャナ４を制御する。これにより、スキャナ４は、位置Ａ及び位置Ｂにおいてレーザ溶接を行うことができる。

図６Ｂは、制御点を修正する場合のスキャナ４の動作を示す図である。
図６Ｂに示すように、照射制御部６１によって制御される制御点修正用プログラムは、ロボット２によってスキャナ４を断続送りし、レーザ照射開始位置（始点）及びレーザ照射終了位置（終点）においてスキャナ４の移動を停止させる。

そして、制御点修正用プログラムは、レーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置において、ガイドレーザ光によってレーザ照射形状１１Ａを照射するようにスキャナ４を制御する。

ここで、制御点修正用プログラムにおける制御点の光軸方向の高さと実際のワーク１０上の制御点の光軸方向の高さとが一致していれば、レーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置の両方において、レーザ照射形状１１Ａの軌跡は一致する。

また、制御点修正用プログラムにおける制御点の光軸方向の高さと実際のワーク１０上の制御点の光軸方向の高さとが一致していなければ、レーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置において、レーザ照射形状１１Ａの軌跡は一致しない。

このような場合、操作者は、ロボット教示操作盤８の操作によって、ロボット２を停止した状態で、スキャナ４の光軸方向を移動する指示をスキャナ制御装置６へ送信し、所望の位置に制御点を修正する。

図７Ａ～図７Ｅは、制御点を修正する動作を示す図である。
図７Ａに示すように、レーザ照射開始位置Ｙ１及びレーザ照射終了位置Ｙ２においてレーザ照射形状１１Ａの軌跡が一致しない場合、レーザ加工システム１は、制御点移動部６２によって、レーザ照射開始位置Ｙ１における制御点Ｐ１を、実際のワーク１０上のあるべき位置に移動する。そして、スキャナ制御装置６は、移動された制御点の位置及び座標系の方向を制御点Ｐ０として制御点記憶部６３に記憶する。

次に、図７Ｂに示すように、ロボット２をレーザ照射終了位置Ｙ２に移動すると、制御点の光軸方向の位置は変わっていないため、制御点Ｐ２は、制御点Ｐ０と一致しない。

次に、図７Ｃに示すように、ロボット２をレーザ照射開始位置Ｙ１に移動し、制御点移動部６２によって、レーザ照射開始位置Ｙ１における制御点の光軸方向の高さを変え、制御点Ｐ２を、実際のワーク１０上のあるべき位置（制御点Ｐ０）に移動する。しかし、制御点の位置を移動しすぎると、図７Ｃに示すように、制御点Ｐ３は、制御点Ｐ０と一致しない。

同様に、図７Ｄに示すように、ロボット２をレーザ照射終了位置Ｙ２に移動し、制御点移動部６２によって、レーザ照射終了位置Ｙ２における制御点の光軸方向の高さを変え、制御点Ｐ４を、実際のワーク１０上のあるべき位置（制御点Ｐ０）に移動する。しかし、制御点の位置を移動しすぎると、図７Ｄに示すように、制御点Ｐ４は、制御点Ｐ０と一致しない。

このように図７Ａ～図７Ｄに示すような処理を繰り返すことによって、最終的には、図７Ｅに示すように、制御点Ｐ５は、制御点Ｐ０と一致する。

そして、正しい制御点の位置が決定されると、スキャナ制御装置６は、制御点記憶部６３に記憶された制御点の位置及び座標系の方向をプログラム生成装置９に送信し、プログラム生成装置９は、ワーク１０の３Ｄモデリングを修正する。これにより、プログラム生成装置９は、正しい制御点の位置を反映したロボットプログラム及びスキャナプログラムを生成することができる。

ここで、レーザ加工を行うためのレーザ照射形状が小さい場合、レーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置におけるロボット２の姿勢（位置）の差異は小さい。このような場合、レーザ加工システム１は、レーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置におけるロボット２の姿勢を用いず、ロボット２を任意の姿勢に移動させてもよい。これにより、操作者は、適切に制御点を修正することができる。

また、スキャナ制御装置６は、ガイドレーザ光によってレーザ照射形状を高速で反復走査するようにスキャナ４を制御してもよい。これにより、操作者は、残像効果によって、制御点を含むレーザ照射形状を視認することができる。よって、レーザ加工時と同様に、スキャナ４がレーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置からガイドレーザ光を照射するため、操作者は、例えば、ガイドレーザ光と障害物との干渉も確認することができる。

上述した実施形態では、プログラム生成装置９は、３Ｄモデリングに設定された制御点及び照射形状を基準としたスキャナプログラムを用いている。
一方、３Ｄモデリングに設定された制御点及び照射形状を用いずに、任意の点に照射点を移動し、当該照射点を記憶することによって、レーザ加工システム１は、手動操作において、新たな位置及び座標を制御点として登録することができる。

例えば、操作者は、ロボット教示操作盤８の操作によって、スキャナ４を所望の位置に配置し、ロボット２の姿勢を維持したまま、スキャナ４により照射点をワーク１０上の任意の位置に設定する。

このとき、実際には、ガイドレーザ光上のどの位置が、正しい照射点であるかは分からない。そこで、一旦ワーク１０上の任意の位置を記憶し、ロボット２の姿勢を変えた後、スキャナ４は、再び、同一の照射点に向けてガイドレーザ光を照射する。これらの二箇所の姿勢においてガイドレーザ光の位置がワーク１０上において移動しなければ、レーザ照射点は、ワーク１０上に位置している。そして、レーザ加工システム１は、当該レーザ照射点の位置及び座標を制御点として登録することができる。

図８Ａ～図８Ｄは、修正制御点を計算するための動作を示す図である。
上述したように、修正制御点計算部６４は、制御点記憶部６３に記憶された制御点の複数の位置及び複数の座標系の方向に基づいて、最終的な修正制御点を計算する。

具体的には、図８Ａに示すように、照射制御部６１は、レーザ照射開始位置Ｙ１における制御点Ｐ１１にガイドレーザ光を照射すると、制御点Ｐ１１は、実際のワーク１０上のあるべき位置（最終的な修正制御点Ｐ１０）からずれている。

そのため、図８Ｂに示すように、操作者は、ロボット教示操作盤８の操作によって、ロボット２を停止した状態で、スキャナ４を光軸方向に移動する。
このとき、光軸方向の高さ（すなわち、スキャナ４とワーク１０との距離）がわからないため、スキャナ制御装置６は、修正制御点として制御点Ｐ１２の位置及び座標系の方向を制御点記憶部６３に記憶する。

次に、図８Ｃに示すように、ロボット２をレーザ照射終了位置Ｙ２に移動し、照射制御部６１は、レーザ照射終了位置Ｙ２における制御点Ｐ１２にガイドレーザ光を照射する。
操作者は、ロボット教示操作盤８の操作によって、ロボット２を停止した状態で、スキャナ４を光軸方向に移動する。スキャナ制御装置６は、修正制御点として制御点Ｐ１２の位置及び座標系の方向を制御点記憶部６３に記憶する。

そして、図８Ｄに示すように、スキャナ制御装置６は、修正制御点として制御点Ｐ１３の位置及び座標系の方向を制御点記憶部６３に記憶する。

このようにして得られた制御点Ｐ１２、制御点Ｐ１３、レーザ照射開始位置Ｙ１及びレーザ照射終了位置Ｙ２に基づいて、修正制御点計算部６４は、最終的な修正制御点Ｐ１０の高さ及び位置を計算することができる。

例えば、制御点Ｐ１２と制御点Ｐ１３との距離、並びにレーザ照射開始位置Ｙ１及びレーザ照射終了位置Ｙ２におけるスキャナ４の照射角に基づいて、修正制御点計算部６４は、最終的な修正制御点Ｐ１０の高さ及び位置を計算することができる。これにより、レーザ加工システム１は、最終的な修正制御点Ｐ１０の高さ及び位置を容易に求めることができる。

図９は、本実施形態に係るレーザ加工システム１の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１において、ロボット制御装置５は、ロボットプログラムに基づいて、ワーク１０に対してレーザ光を走査可能なスキャナ４を、ワーク１０に対して移動させるようにロボット２を制御する。

ステップＳ２において、ロボット制御装置５は、ロボットプログラムに基づいて、ロボット２によりスキャナ４を複数の位置に停止させるように制御する。

ステップＳ３において、照射制御部６１は、ロボット２によりスキャナ４を複数の位置に停止した状態で、ワーク１０上の予め設定された同一の制御点にレーザ光を照射するようにスキャナ４を制御する。

ステップＳ４において、制御点移動部６２は、操作者によるロボット教示操作盤８の操作に応じて、制御点を移動する。
ステップＳ５において、制御点記憶部６３は、移動された制御点の複数の位置、又は、制御点の複数の位置及び複数の座標系の方向を記憶する。

ステップＳ６において、照射制御部６１は、制御点の位置、又は、制御点の複数の位置及び座標系の方向に基づいて、レーザ光をワーク１０に照射するようにスキャナ４を制御する。

以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工システム１は、ワーク１０に対してレーザ光を走査可能なスキャナ４と、スキャナ４をワーク１０に対して移動させるロボット２と、スキャナ４を制御するスキャナ制御装置６と、を備え、スキャナ制御装置６は、ロボット２によりスキャナ４を複数の位置に停止した状態で、ワーク１０上の予め設定された同一の制御点にレーザ光を照射するようにスキャナ４を制御する照射制御部６１を有する。これにより、レーザ加工システム１は、制御点を簡易に修正することができる。

また、複数の位置は、スキャナ４及びロボット２を制御するスキャナプログラム及びロボットプログラムにおけるレーザ照射開始時点及びレーザ照射終了時点に対応するスキャナ４のレーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置を含む。これにより、レーザ加工システム１は、スキャナ４のレーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置を用いて、制御点を修正することができる。

また、スキャナ制御装置６は、制御点を移動する制御点移動部６２と、移動された制御点の位置、又は、制御点の位置及び制御点によって定義される座標系の方向を記憶する制御点記憶部６３と、を更に備え、照射制御部６１は、制御点の位置、又は、制御点の位置及び座標系の方向に基づいて、レーザ光をワーク１０に照射するようにスキャナ４を制御する。これにより、レーザ加工システム１は、制御点を適切に修正することができる。

また、スキャナ制御装置６は、制御点を移動する制御点移動部６２と、移動された制御点の複数の位置、又は、複数の制御点の位置及び制御点によって定義される複数の座標系の方向を記憶する制御点記憶部６３と、制御点の複数の位置、又は、制御点の複数の位置及び複数の座標系の方向に基づいて、最終的に修正された制御点である修正制御点を計算する修正制御点計算部６４と、を更に備える。これにより、レーザ加工システム１は、最終的な修正制御点を計算によって求めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記のレーザ加工システム１は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。また、上記のレーザ加工システム１により行なわれる制御方法も、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ））を含む。

また、上述した各実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記各実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

１ レーザ加工システム
２ ロボット
３ レーザ発振器
４ スキャナ４
５ ロボット制御装置
６ スキャナ制御装置
７ レーザ制御装置
８ ロボット教示操作盤
９ プログラム生成装置
１０ ワーク
６１ 照射制御部
６２ 制御点移動部
６３ 制御点記憶部
６４ 修正制御点計算部

Claims (4)

1. ワークに対してレーザ光を走査可能なスキャナと、
   前記スキャナを前記ワークに対して移動させる移動装置と、
   前記スキャナを制御するスキャナ制御装置と、
   前記ワークを加工する加工用レーザに代えて、ガイドレーザを制御点に照射するように前記スキャナを制御する制御点修正用プログラムを生成するプログラム生成装置と、
   を備え、
   前記スキャナ制御装置は、前記移動装置により前記スキャナを複数の位置に停止した状態で、前記ワーク上の予め設定された同一の制御点に前記レーザ光を照射するように前記スキャナを制御する照射制御部を有し、
   前記複数の位置は、前記スキャナ及び前記移動装置を制御するプログラムにおけるレーザ照射開始時点及びレーザ照射終了時点に対応する前記スキャナのレーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置を含み、
   前記ガイドレーザは、前記レーザ照射開始位置及び前記レーザ照射終了位置において、前記ワーク上の前記同一の制御点に照射される、
   レーザ加工システム。
2. 前記スキャナ制御装置は、
   前記制御点を移動する制御点移動部と、
   移動された前記制御点の位置、又は、前記制御点の位置及び前記制御点によって定義される座標系の方向を記憶する制御点記憶部と、を更に備え、
   前記照射制御部は、前記制御点の位置、又は、前記制御点の位置及び前記制御点によって定義される座標系の方向に基づいて、前記レーザ光を前記ワークに照射するように前記スキャナを制御する、
   請求項１に記載のレーザ加工システム。
3. 前記スキャナ制御装置は、
   前記制御点を移動する制御点移動部と、
   移動された前記制御点の複数の位置、又は、前記制御点の複数の位置及び前記制御点によって定義される複数の座標系の方向を記憶する制御点記憶部と、
   前記制御点の複数の位置、又は、前記制御点の複数の位置及び前記複数の座標系の方向に基づいて、最終的に修正された前記制御点である修正制御点を計算する修正制御点計算部と、
   を更に備える、請求項１に記載のレーザ加工システム。
4. ワークに対してレーザ光を走査可能なスキャナを前記ワークに対して移動させるステップと、
   前記ワークを加工する加工用レーザに代えて、ガイドレーザを制御点に照射するように前記スキャナを制御する制御点修正用プログラムを生成するステップと、
   前記スキャナを前記ワークに対して移動させるための移動装置を複数の位置に停止させるステップと、
   前記移動装置により前記スキャナを前記複数の位置に停止した状態で、前記ワーク上の予め設定された同一の制御点に前記レーザ光を照射するように前記スキャナを制御するステップと、
   を備え、
   前記複数の位置は、前記スキャナ及び前記移動装置を制御するプログラムにおけるレーザ照射開始時点及びレーザ照射終了時点に対応する前記スキャナのレーザ照射開始位置及びレーザ照射終了位置を含み、
   前記ガイドレーザは、前記レーザ照射開始位置及び前記レーザ照射終了位置において、前記ワーク上の前記同一の制御点に照射される、
   レーザ加工システムの制御方法。

Images