专利名称：激光加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光加工装置，更详细地讲，涉及在机器人的手臂前端部安装加工工具来进行激光加工的激光加工装置。
背景技术：
近年来，在机器人的手臂前端部安装使用激光加工头(以下也简单地称为“加工头”)所构成的加工工具来进行激光加工的技术，存在应用领域扩大的趋势，例如，以汽车业界为中心，作为取代点焊技术等的加工技术备受关注。但是，激光加工装置，因为与点焊机等相比相对较贵，所以对于以往的其他加工装置来讲，为了进行取代，希望提高基于缩短作业周期时间的加工效率。
对于进一步缩短作业周期时间来讲，重要的一个因素是加工头的移动速度。在以往的技术中，加工头作为作业工具被安装在机器人的手臂前端，激光加工和加工头移动动作按加工顺序进行。因此，加工头的移动位置，通过作为机器人轴的控制点的工具前端点的位置来决定，为了提高加工头的移动速度，必须高速进行机器人的移动。但是，一般情况下，基于机器人轴的动作的机器人的移动，因为伴随惯性大的手臂的移动，所以高速化存在困难，成为阻碍作业周期时间高效化的一个原因。
例如，当像所谓空程那样的非加工时的移动距离长时，其所需要的时间在作业周期时间中所占的比例变大。换句话说，在作业周期时间中所占的“输出激光来实际进行激光加工的时间”的比例变小，加工效率变低。然而，在公开的文献中还没有找到简单地解决激光加工头的移动速度由机器人的移动速度来决定而导致的该问题的技术。
发明内容
因此，本发明的基本目的在于解决激光加工装置中的上述问题。即，本发明的目的在于在在机器人的手臂前端部安装加工工具进行激光加工的激光加工装置中，可以容易地进行非加工时的激光加工头的高速移动，可以缩短作业周期时间和提高基于此的加工效率。
本发明，通过将根据机器人的附加轴的运转可以移动的加工头设置于加工工具上，可以缩短非加工时的加工头移动时间。更具体地讲，本发明提供一种激光加工装置，其具有机器人，其具有机器人轴以及至少1个附加轴；加工工具，其安装在该机器人的手臂前端部；和控制单元，其根据软件处理控制所述机器人以及所述加工工具；所述加工工具，具有通过所述至少1个附加轴可以移动的激光加工头；所述控制单元，具有根据程序只使机器人轴动作来控制正在加工中的所述激光加工头的移动的单元，和根据程序只使所述至少1个附加轴或使所述至少1个附加轴和所述机器人轴双方动作来控制未加工区间的所述激光加工头的移动。
由此，停止机器人轴，在使机器人手臂静止的状态(工具前端点静止了的状态)下，高速移动激光加工头变得容易。
在此，所述至少1个附加轴，可以假定为包括将用于移动所述激光加工头的直线电动机作为驱动源使用的轴。这时，通过直线电动机的动作，在机器人手臂保持静止的状态下，高速直线移动激光加工头变得容易。
另外，所述激光加工装置，还可以具有以下单元即由于所述至少1个附加轴的动作，当针对所述机器人手臂前端的末端执行器安装面的所述激光加工头的相对位置发生了变更时，在执行下面的加工之前变更机器人控制点定义数据的单元。这时，在执行基于确定了加工顺序的加工程序再生运转的激光加工时，在附加轴的加工头移动的前后，补尝与机器人的控制点(工具前端点)和与加工点(激光照射点)的位置关系的变化，避免由加工程序所指定的加工点与实际的加工点的偏移。
根据本发明，在激光加工作业周期时间中所占有的激光输出时间变长，可以提高激光加工系统的加工效率。另外，通过提高加工效率，可以有助于产品成本的降低。
下面，参照附图，根据本发明的理想的实施方式，更详细地说明本发明的上述以及其他的目的、特征、优点。在图中，图1是表示涉及本发明的1个实施方式的激光加工装置的主要部分构成的图示；图2是记述在本发明的激光加工装置中加工程序再生时所执行的处理的概要的流程图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
另外，在以下的说明中，记号#n表示由机器人控制装置通过各轴的伺服控制部所控制的机器人的第n轴。
图1是表示涉及本发明的1个实施方式的激光加工装置的主要部分构成的图示。参照图1，机器人控制装置10，作为系统整体的控制单元工作，具有中央运算处理装置(主CPU，以下简称为CPU)。在CPU中，经由总线连接有由RAM以及ROM构成的存储器、与示教操作盘11连接的示教操作盘用接口、与激光振荡器20连接的激光装置用输入/输出接口、控制驱动机器人1的各轴#1～#6的伺服电动机的伺服控制部、和控制驱动附加轴#7以及#8的伺服电动机的伺服控制部。另外，因为这样的机器人控制装置的内部构成本身是众所周知的，所以省略了个别要素的图示以及详细的说明。
6轴机器人1，具有由机器人控制装置10所控制的机器人轴#1～#6，通过驱动各机器人轴#1～#6进行动作。在6轴机器人的手臂前端部，安装有加工工具2。加工工具2，为了使加工头3能够在加工工具自身之上移动，具有使用至少1个附加轴进行动作的移动机构。在本例子中，加工工具2具有的移动机构为纵移动机构5和横移动机构7，这些分别由上述的附加轴#7、#8来驱动。
纵移动机构5，主要是为了调节加工头3的高度方向的位置(与加工面的距离)所使用的机构，可以向在手臂前端部所设定的机械接口坐标系(原点F)的Z轴方向移动托架4。纵移动机构5，例如可以采用组合了滚珠螺杆与伺服电动机的众所周知的机构。
另外，横移动机构7，主要是为了沿着加工线高速移动加工头3所使用的机构，设置在与托架4结合为一体的横移动机构支持底座6上。在此，作为横移动机构7，采用直线电动机机构，具备具有激光束LB的照射口的加工喷嘴的加工头3，被安装在该直线电动机机构的滑块(省略图示)上。
横移动机构支持底座6，向上述的机械接口坐标系(原点F)的X轴方向(与Z轴垂直)延伸，与托架4一同形成T字形状。因此，横移动机构(直线电动机机构)7如果通过附加轴#8的驱动动作，则加工头3向机械接口坐标系的X轴方向移动。另外，作为横移动机构7，也可以取代直线电动机机构，采用组合了滚珠螺杆与伺服电动机的机构。
作为实施激光加工的被加工物的工件，用符号W表示，从激光振荡器20所输出的激光通过光纤21供给加工头3，通过从加工头3具有的加工喷嘴的前端向工件W的加工处射出来进行激光加工。激光振荡器20的振荡开/关或激光输出的控制，根据来自机器人控制装置10的指令进行。
另外，在机器人1中，除上述的机械接口坐标系以外，还设定有底座坐标系以及工具坐标系。工具坐标系的原点，通常为激光加工装置的控制点，在加工程序(后述)中，指定该控制点必须追寻的加工路径。工具坐标系的原点(控制点)，用对于上述的机械接口坐标系的原点F的相对位置定义，其数据预先存储在机器人控制装置10的存储器内。但是，如后所述，在本发明中，通过基于附加轴的动作的移动，相对于原点F的加工头3的位置发生变化，所以要根据需要进行用于补尝此变化的补正。在图1中，符号A例示加工头位于用符号3或3a所表示的位置时的工具坐标系的原点位置，符号B例示加工头位于用符号3b或3c所表示位置时的工具坐标系的原点位置(如果机器人轴#1～#6动作，则要注意工具坐标系进行与机械接口坐标系相同的动作)。另外，省略了加工头位于用符号3b或3c所表示位置时的机器人1的描示。
对机器人1的示教、对附加轴的坐标设定等，使用带LCD画面的示教操作盘11来进行。另外，示教操作盘11，还具有用于用手动使机器人轴#1～#6动作的微动推送功能或对附加轴#7以#8进行手动推送的功能，例如，在停止了机器人1的状态下，可以手动动作纵移动机构5，来调整加工头3与工件W之间的距离，或可以手动动作横移动机构7，在工件W的上方将加工头3向水平方向调整位置。
在机器人控制装置10的存储器内，存储有用于机器人1的程序、关联设定数据、对附加轴的移动命令或与激光加工命令对应的程序。在此，机器人1除机器人轴#1～#6外还具有附加轴#7以及#8，与此相对应，用于输出针对这些轴的动作指令的程序，由用于控制六个轴#1～#6的第1程序和用于控制附加轴#7以及#8的第2程序构成，由机器人控制装置的软件处理功能(多任务功能)并行执行。
在涉及本发明的激光装置内，加工程序的生成，可以通过所谓重现方式或离线编程方式的任意一个来进行。基于前者的场合，使用上述的示教操作盘11的手动推送功能，通过手动使机器人1(机器人轴#1～#6)以及附加轴(#7以及#8)动作，将加工头3依次移动到与加工位置对应的位置，并将该位置作为示教点存储，由此，来示教加工路径。之后，追加指定示教点间的移动形式(直线移动、圆弧移动、各轴移动等的类别)、移动速度、定位比例等的条件、激光输出条件(激光输出功率等)的参数和激光照射开/关的命令等做成加工程序。
在离线编程方式中，在离线编程系统上定义以3维模型模拟了实际系统的工作单元，在工作单元内确定示教点、加工路径，并追加指定示教点间的移动形式(直线移动、圆弧移动、各轴移动等的类别)、移动速度、定位比例等的条件、激光输出条件(激光输出功率等)的参数、和激光照射开/关的命令等做成加工程序。
在此，作为一个例子，将要示教的加工路径假定为如图1所示的路径。即，加工路径为P1→P2(激光照射开)、P2→P3(激光照射关)、P3→P4(激光照射开)、P4→P5(激光照射开)、P5→P6(激光照射关)、P6→P7(激光照射开)、P7→P8(激光照射开)、P8→P9(激光照射关)、P9→P10(激光照射开)、P10→P11(激光照射开)、P11→P12(激光照射开)、P12→P13(激光照射开)。亦即，从加工路径的起点P1直到终点P13(＝P1)，存在加工执行区间(P1→P2、P2→P3、P3→P4、P4→P5、P6→P7、P7→P8、P9→P10、P10→P11、P11→P12)和加工非执行区间(P5→P6、P8→P9、P12→P13)。另外，P4、P7、P10为拐角点。
为了制作加工程序，为了示教这样的移动路径，例如可以如下进行。另外，在机器人1采取图1所示的姿势，并在用符号F指示的位置有机械接口坐标系的原点时，工具前端点(机器人的控制点)位于符号A指示的位置(P2与P3的中点)，假定该位置在机械接口坐标系上被表现为Q(X0、Y0、Z0)。另外，“手动推送”通过示教操作盘11的操作进行。
(1)手动推送附加轴#8，以图1所示的机器人姿势，使加工头3未于横移动机构支持底座6的图中左端(假定#8值＝-z0)。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。补正方法后述(以下同样)。
(2)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P1一致。
(3)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度，存储高度调整结束时的高度调整量。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(4)存储高度调整结束时的机器人位置(轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。
(5)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P2一致。
(6)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。可以将高度调整量作为在上述(3)中已存储结束的调整量，将附加轴#7只移动相同的调整量(下面的高度调整也相同)。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(7)存储高度调整结束时的机器人位置(轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。另外，存储该时刻的TCP定义数据。
(8)手动推送附加轴#8，将加工头3向位置P3的正上方位置移动。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(9)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P3一致。
(10)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(11)存储高度调整结束时的机器人位置(轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。另外，存储该时刻的TCP定义数据。
(12)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P4一致。再者，使该时刻的机器人姿势，从位置P3的姿势，成为从工件W的上方看使其为逆时针旋转了90度的姿势。这是以备于在区间P5-P6进行的再度基于附加轴的移动。
(13)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(14)存储高度调整结束时的机器人位置(轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。另外，存储该时刻的TCP定义数据。
(15)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P5一致。
(16)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(17)存储高度调整结束时的机器人位置(轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。另外，存储该时刻的TCP定义数据。
(18)手动推送附加轴#8，将加工头3向位置P6的正上方位置移动。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(19)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。
(20)存储高度调整结束时的机器人位置(TCP的位置，轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。另外，存储该时刻的TCP定义数据。
(21)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P7一致。再者，使该时刻的机器人姿势，从位置P6的姿势，成为从工件W的上方看、使其为逆时针旋转了90度的姿势。这是以备于在区间P8-P9进行的再度基于附加轴的移动。
(22)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(23)存储高度调整结束时的机器人位置(TCP的位置，轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。另外，存储该时刻的TCP定义数据。
(24)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P8一致。
(25)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(26)存储高度调整结束时的机器人位置(TCP的位置，轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。
(27)手动推送附加轴#8，将加工头3向位置P9的正上方位置移动。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(28)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(29)存储高度调整结束时的机器人位置(TCP的位置，轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。
(30)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P10一致。再者，使该时刻的机器人姿势，从位置P6的姿势，成为从工件W的上方看使其，为逆时针旋转了90度的姿势。这是以备于在区间P11-P12进行的再度基于附加轴的移动。
(31)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。
(32)存储高度调整结束时的机器人位置(TCP的位置，轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。
(33)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P11一致。
(34)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(35)存储高度调整结束时的机器人位置(TCP的位置，轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。
(36)手动推送附加轴#8，将加工头3向位置P12的正上方位置移动。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(37)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(38)存储高度调整结束时的机器人位置(TCP的位置，轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。
(39)手动推送机器人轴，使加工喷嘴的前端与位置P13一致。
(40)手动推送附加轴#7，调整加工喷嘴的高度。另外，进行伴随附加轴移动的TCP定义数据补正。
(41)存储高度调整结束时的机器人位置(TCP的位置，轴#1～#6的轴值)与附加轴#7以及#8的轴值。
谈到了用上面的顺序示教移动路径，并追加指定示教点间的移动形式(直线移动、圆弧移动、各轴移动等的类别)、移动速度、位置决定比例等的条件、激光输出条件(激光输出功率等)的参数和激光照射开/关的命令等来做成加工程序。另外，在以激光输出关断通过的加工非执行区间(P5→P6、P8→P9、P12→P13)，因为不需要高的轨道精度，所以指定比加工执行区间更大的指令速度。由此，按如下做法制作加工程序即在需要激光加工处，由正确的机器人控制点定义数据(TCP定义数据)进行示教，在不需要轨道精度的不需要加工处以高速移动。
有关加工头3的附加轴的移动，机器人控制点定义数据(TCP定义数据)的补正，根据如下计算来进行。
现在，假定作为机器人控制点定义数据(TCP定义数据)的初期值，设定前面所述的Q(X0、Y0、Z0)。另外，从上述可知，基于2个附加轴的移动，在机械接口坐标系中，相当于X轴方向以及Z轴方向的移动。如果用ΔQ1(ΔX1、ΔZ1)表示它，则补尝基于这些附加轴的移动所必须的补正后的TCP定义数据，为Q1(X0+ΔX1、Y0+ΔY1、Z0+ΔZ1)。这样，被补正·再定义的TCP定义数据，作为在下个步骤的加工中的TCP定义数据来使用。
在按上所述的步骤制作加工程序，并存储到机器人控制装置10存储器内之后，如果例如从示教操作盘11输入该程序的执行指令，则机器人控制装置10的处理器开始图2的处理。各步骤的要点如下。
步骤S1将表示程序的行号码L的指标初始设定(清零)为“1”。
步骤S2检查该时刻的行号码指标L是否是表示最终行，如果是则结束处理，如果不是则进入步骤S3。
步骤S3读入在该时刻的行号指标L表示的动作语句。
步骤S4判别是打开激光输出的移动命令(加工执行区间)，还是关闭激光输出的移动命令(加工非执行区间)，如果是前者，则进入步骤S5，如果是后者，则进入步骤S6。
步骤S5通过机器人轴#1～#6的动作，移动处于激光输出打开状态的加工头3。另外，如果移动结束了，则作为激光关闭状态进入步骤S8。
步骤S6只通过附加轴#7以及#8的动作，或在此基础上组合机器人轴#1～#6的动作，来移动加工头3。另外，激光始终为关闭状态。
步骤S7使用与在该时刻的机器人位置(在位置P1～P13之内的何处)对应的TCP定义数据(在上述的示教时存储)，来补正用于机器人移动的TCP定义数据。
步骤S8将表示程序的行号L的指标增大1，返回步骤S2。之后，在步骤S2直到出现判断出最终行之前，重复进行上述处理循环。这样，加工程序被执行，激光加工结束。另外，如果存在附加轴的移动，则在其每次移动时，都补正TCP定义数据，由正确的TCP定义数据来控制机器人。因此，通过附加轴的动作，加工路径不会偏离示教的路径。另外，通过组合附加轴的动作，与只通过机器人轴的动作来移动相比，缩短作业周期时间变得容易。
权利要求
1.一种激光加工装置，其具有机器人(1)，其具有机器人轴(#1～#6)以及至少1个附加轴(#7、#8)；加工工具(2)，其安装在该机器人(1)的手臂前端部；和控制单元(10)，其根据软件处理控制所述机器人(1)以及所述加工工具(2)；其特征在于所述加工工具(2)，具有通过所述至少1个附加轴(#6、#7)可以移动的激光加工头(3)；所述控制单元(10)，具有根据程序只使所述机器人轴(#1～#6)动作来控制正在加工中的所述激光加工头(3)的移动的单元；和根据程序只使所述至少1个附加轴(#7、#8)动作或使所述至少1个附加轴(#7、#8)和所述机器人轴(#1～#6)双方动作来控制未加工的区间的所述激光加工头(3)的移动。
2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于所述至少1个附加轴(#7、#8)，包括将用于移动所述激光加工头(3)的直线电动机作为驱动源来使用的轴。
3.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于还具有下述单元即当由于所述至少1个附加轴(#7、#8)的动作，当针对所述机器人(1)手臂前端的端头操作器安装面的所述激光加工头(3)的相对位置发生了变更时，在执行下一步加工之前变更机器人控制点定义数据的单元。
全文摘要
提供一种激光加工装置。在用由机器人控制装置所控制的机器人轴动作的6轴机器人手臂的前端部安装加工工具。加工头，被设置在横移动机构支持底座所设置的横移动机构上，支持底座由纵移动机构上的可以移动的托架支持。纵移动机构以及横移动机构，由通过机器人控制装置所控制的附加轴来驱动。对于工件的非加工区间等，只动作附加轴使加工头高速移动，来缩短作业周期时间。当移动了附加轴时，其每次都修正对于手臂前端部上的固定点的控制点(工具前端点)的相对位置的数据。
文档编号B25J19/00GK1739904SQ20051009097
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月22日 优先权日2004年8月23日
发明者大塚和久, 古屋好丈 申请人:发那科株式会社