JP2007030031A - ロボットレーザ加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】 上位制御装置を介することなく、ロボット制御装置から直接レーザ発振器へ加工指令を送出する。
【解決手段】 ロボットレーザ加工システム（１０）が、一つまたは複数のロボットを制御するロボット制御装置（１４）と、ロボット制御装置に第一ネットワーク（１１）を介して接続され、該一つまたは複数のロボット制御装置を統括制御する上位制御装置（１２）と、一つまたは複数のロボットの各々に取付られた加工ノズル（３５）に光ファイバを介して重複無く選択的に接続可能で、かつ、第二ネットワーク（１８−１〜１８−ｎ）を介してロボット制御装置に接続された複数のレーザ発振器（１６−１〜１６−ｎ）とを具備する。上位制御装置からの指示が第一ネットワークを通じてロボット制御装置に伝えられることにより、ロボット制御装置が制御されるべきレーザ発振器を決定し、ロボット制御装置が第二ネットワークを介してレーザ発振器を直接制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、産業用ロボットを用いたロボットレーザ加工システムに関する。

産業用ロボットにレーザ光線を射出する加工ノズルを取付けて、所望のレーザ加工を自動化したレーザ加工システムは、自動車組立工場や印刷回路基板の製造工場等、様々な生産分野において用いられている。

このようなレーザ加工システムでは、定格出力が異なる複数のレーザ発振器をロボットに接続可能にして、各生産現場の用途や状況に応じて、ロボットが使用するレーザ発振器を切り替えたり、通常加工時に使用するレーザ発振器とは別のレーザ発振器を接続して、通常使用している発振器が何らかの理由で使用できなくなった場合に、他に接続している別のレーザ発振器に切替えるなどの要望がある。

複数のレーザ発振器をロボットに接続して発振器を切替えて使用する場合、主に２つのことを行う必要がある。

図６を参照しつつ、例えば、レーザ発振器１番から２番に切替える場合を説明する。

図６においては、ロボット制御装置１４０により制御されるロボット１０２は回動自在に連結された複数の腕部材よりなるロボットアームを具備している。ロボット１０２の手先に搭載されている加工ノズル１０４は光ファイバ１０６を介してレーザ発振器１００−１に接続される。図６においては、レーザ発振器１００−１は４つのシャッタ１１０−１、１１２−１、１１４−１、１１６−１を有している。また、図６においては、他のレーザ発振器１００−２も示されており、４つのシャッタ１１０−２、１１２−２、１１４−２、１１６−２を同様に有している。

レーザ発振器を切替えるためには、先ず、光ファイバ１０６の接続切替操作を行う必要がある。図６に示されるように、ロボット１０２の加工ノズル１０４に接続されているレーザ発振器１００−１を該レーザ発振器１００−１とは異なるレーザ発振器１００−２に切替える場合には、レーザ発振器１００−１に接続されているファイバ１０６をロボット１０２の加工ノズル１０４から外し、レーザ発振器１００−２の光ファイバ２０２を加工ノズル１０４に接続する。また、図７に示すように、加工ノズル１０４側のファイバ１０６部分を外さずに、レーザ発振器１００−１側の光ファイバ１０６部分をレーザ発振器１００−２に接続し直してもよい。

多くの場合、この作業は手作業にて行われているが、特許文献１に記載されるような光ファイバ切替装置を使って接続作業を行うようにしてもよい。

なお、図６および図７の例ではレーザ発振器１００−１、１００−２の両方は、１番目のシャッタ１１０−１、１１０−２を使用しているので、レーザ発振器を切替える際に、加工時に開くシャッタのシャッタ番号指令を変更する必要はない。しかしながら、図８のようにレーザ発振器１００−１においては一番目のシャッタ１１０−１を使用し、レーザ発振器１００−２においては二番目のシャッタ１１２−２を使用する場合には、レーザ発振器を切替える際に、シャッタ番号指令も変更する必要がある。

レーザ発振器の光ファイバの切替を行った後においては、ロボットからの加工指令が切替後のレーザ発振器に対して送られるようにする必要がある。例えば、現在、ロボットの加工指令がレーザ発振器１００−１に対して送られているとすると、レーザ発振器１００−１からレーザ発振器１００−２への切替を行った後においては、加工指令がレーザ発振器１００−２に対して送られる必要がある。
特開２００１−２５９８７０号公報

ところで、図９（ａ）および図９（ｂ）は従来技術におけるロボットレーザ加工システムの概略ブロック図である。図９（ａ）に示されるように、従来のロボットレーザ加工システムにおいては、上位制御装置１２０（ＰＬＣ）に一つのロボット制御装置１４０と複数のレーザ発振器１００−１、１００−２、…１００−ｎとが直接的に接続されている。複数のロボット制御装置１４０−１、１４０−２、…１４０−ｎを備えた図９（ｂ）の場合にも、上位制御装置１２０に複数のロボット制御装置１４０−１、１４０−２、…１４０−ｎと複数のレーザ発振器１００−１、１００−２、…１００−ｎとが直接的に接続されている。

これら図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるようなロボットレーザ加工システムにおいては、ロボット制御装置１４０により制御されるロボットが使用するレーザ発振器は上位制御装置（ＰＬＣ等）からの指示によって切替選択されるわけではない。従って、一つのロボット制御装置１４０（またはロボット制御装置１４０−１）からのレーザ加工指令は、一旦、上位制御装置１２０に送られ、次いで、上位制御装置１２０がレーザ加工指令を所望のレーザ発振器１００−１（またはレーザ発振器１００−２）まで送るようにしている。具体的には、このような切替選択操作は、上位制御装置１２０がレーザ加工指令の送出先を変更することによって行われている。また、上位制御装置１２０は所望のレーザ発振器に対してシャッタ番号も同様に変更している。

すなわち、上位制御装置１２０は、通常のライン制御、ロボット制御に加えて、レーザ発振器の切替制御も行う必要がある。その結果、上位制御装置１２０における制御がより煩雑になり、生産ラインの立上げに時間がかかるという問題がある。

また、レーザ加工指令は、上位制御装置１２０を経由して送られるので、時間のロスが発生しサイクルタイムが長くなる原因となっている。

また、上位制御装置１２０は工場生産ライン全体を統括しているのに加えて、上位制御装置１２０はライン構成に応じて仕様が異なっている。このため、上位制御装置１２０が前述したレーザ発振器の切替処理を行うと、上位制御装置１２０内の処理が煩雑になり、生産ライン立上げに毎回時間がかかるという問題がある。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、上位制御装置を介することなく、ロボット制御装置から直接レーザ発振器へ加工指令および切替指令を送出できるようにしたロボットレーザ加工システムを提供することを目的としている。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、一つまたは複数のロボットを制御する一つまたは複数のロボット制御装置と、前記ロボット制御装置に第一ネットワークを介して接続され、該一つまたは複数のロボット制御装置を統括制御する上位制御装置と、前記一つまたは複数のロボットの各々に取付られた加工ノズルに光ファイバを介して重複無く選択的に接続可能で、かつ、第二ネットワークを介して前記ロボット制御装置に接続された複数のレーザ発振器とを具備し、前記上位制御装置からの指示が前記第一ネットワークを通じて前記ロボット制御装置に伝えられることにより、前記ロボット制御装置が制御されるべきレーザ発振器を決定し、前記ロボット制御装置が前記第二ネットワークを介して前記レーザ発振器を直接制御するようにしたロボットレーザ加工システムが提供される。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ロボット制御装置は、前記上位制御装置から該ロボット制御装置に送出されるレーザ発振器に関する情報に基づき、制御されるべきロボットの加工ノズルに接続されているレーザ発振器を認識する。

３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記上位制御装置からの指示が、前記ロボット制御装置への入力信号である。
４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記上位制御装置からの指示が、前記ロボット制御装置への通信データである。
５番目の発明によれば、２番目の発明において、前記レーザ発振器に関する情報が、前記レーザ発振器に割当てられた固有番号である。

本発明のロボットレーザ加工システムにより、ロボット制御装置に接続した上位制御装置、例えば工場生産ライン制御装置（ＰＬＣ）からの指示によって、ロボット制御装置に接続されたロボットが加工制御で使用するレーザ発振器をロボット制御装置にて決定することができる。それゆえ、加工指令ルートが、ロボット制御装置からレーザ発振器への直接指令となりサイクルタイムの短縮を実現することができる。また、工場生産ライン全体を統括するライン制御装置の処理が簡素化され、上位制御装置の負荷を抑制できると共に、生産ラインの立上げを短縮することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様な部材には同様な参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の第一実施形態によるロボットレーザ加工システムの概略ブロック図である。第一実施形態によるロボットレーザ加工システム１０は、工場生産ライン制御に用いる上位制御装置１２、第一通信ネットワーク１１を介して該上位制御装置１２に接続されたロボット制御装置１４、第二通信ネットワーク１８−１〜１８−ｎを介してロボット制御装置１４に接続された複数のレーザ発振器１６−１〜１６−ｎを具備している。上位制御装置１２は、例えばＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）により形成することができる。

図２はロボットとロボット制御装置とレーザ発振器との関係を示す略図である。理解を容易にするために、図２においては一つのロボット３０および一つのレーザ発振器１６−１のみが示されている。図２に示されるように、ロボット制御装置１４により制御されるロボット３０は、回動自在に連結された複数の腕部材より成るロボットアーム３１を具備した産業用多関節型ロボットとすることができ、ロボットアームの先端にはレーザ光線を射出する加工ノズル３５が取付けられている。加工ノズル３５は、従来技術において説明したように、光ファイバを介して複数のレーザ発振器１６−１〜１６−ｎの１つ、図２においてはレーザ発振器１６−１と選択的に接続可能となっている。また、通信ネットワーク１１、１８−１〜１８−ｎは、例えば、工場内での計測・制御用機器間の通信に用いるディジタルネットワークである信号線、フィールドバス、ＩＥＥＥ８０２．３に準拠するイーサネット（登録商標）のネットワーク、或いは、シリアル通信ネットワークとすることができる。

複数のレーザ発振器１６−１〜１６−ｎのうち何れのレーザ発振器を選択して加工ノズルに接続するかという光ファイバの切替操作は、既述したように、手操作により従前に加工ノズルに接続されている光ファイバを取外し、新たに加工ノズルに接続すべき光ファイバを接続したり、特許文献１に開示されているような光ファイバ切替装置（図示せず）によって自動的に行うことができる。光ファイバ切替装置によって、自動的に光ファイバの切替操作を行う場合には、該光ファイバ切替装置は、図示しない第三ネットワークにより上位制御装置１２に接続され、該上位制御装置１２によって制御される。

ロボット制御装置１４は、ロボットの各軸をサーボ制御する軸制御アンプの他、周知の態様でＣＰＵ、メモリ、第一通信ネットワーク１１および第二通信ネットワーク１８−１〜１８−ｎを介して通信を行うための通信インターフェイス、ならびに、オペレータがロボット制御装置１４を操作するためのキーボード等の入力手段（図示せず）、加工状態を表示するためのモニタ等の出力手段を備えている。

図３はロボット制御装置のブロック図である。ワークに対するレーザ加工を行なうための加工プログラムは、ロボット制御装置１４の記憶手段４１、つまりメモリに格納することができる。記憶手段４１の加工プログラムが読取られ、次いでプログラム実施手段４４により実施することで、ロボットは同プログラムが指定する経路に沿って移動するものとする。

図４は本発明の第一の実施形態に基づくロボットレーザ加工システムの加工プログラムを示す図である。以下、図４を参照しつつ、本発明の第一実施形態の作用を説明する。

ロボット制御装置１４に電源が投入される（ステップ５１）と、ロボット制御装置１４は、先ずレーザ発振器１６−１〜１６−ｎに対する通信を確立する。このとき、各レーザ発振器１６−１〜１６−ｎの通信領域を決定した後（ステップ５２）、通信領域が決定した順番で各レーザ発振器１６−１〜１６−ｎに番号を割り当て、これを記憶手段４１に記憶する（ステップ５３）。上位制御装置１２からの後述する指示がレーザ発振器１６−１〜１６−ｎの名称を含む場合には、レーザ発振器の名称も記憶手段４１に順番に記憶する（ステップ５４）。以上のステップが終了すると、ロボットレーザ加工システム１０のロボット制御装置１４は上位制御装置１２（外部装置）からの指示待ち状態となる（ステップ５５）。なお、上位制御装置１２からの指示がレーザ発振器１６−１〜１６−ｎの固有番号を含む場合には、レーザ発振器１６−１〜１６−ｎの名称の代わりに、レーザ発振器１６−１〜１６−ｎの固有番号が記憶されるものとする。

そして、ステップ５６において、外部装置、すなわち上位制御装置１２から第一通信ネットワーク１１を通じて送られた上位制御装置１２からの指示を読取る。上位制御装置１２からの指示は、例えば入力線を介した入力信号である。また上位制御装置１２からの指示は、イーサネット（登録商標）使用時におけるＩＰアドレス、シリアル通信時におけるポート番号などの通信データであってもよい。図４においては、上位制御装置１２からの指示はレーザ発振器の名称も含んでいるので、レーザ発振器の名称も読取られる。

次いで、ステップ５４において記憶したレーザ発振器の名称と、上位制御装置１２からの指示に含まれるレーザ発振器の名称とを比較し（ステップ５７、５８）、一致するレーザ発振器の名称が存在する場合にはステップ５９に進み、存在しない場合にはステップ６１に進む。なお、前述したようにレーザ発振器１６−１〜１６−ｎの固有番号を比較する構成であってもよい。

ステップ５９においては、ロボット制御装置１４の選択切替部４５によって当該名称等のレーザ発振器の通信領域をレーザ加工処理で使用する通信領域として決定する。例えばレーザ発振器１６−２の名称等が上位制御装置１２の指示に含まれている場合には、選択切替部４５はレーザ発振器１６−１〜１６−ｎのうちのレーザ発振器１６−２を選択するよう切替える（図３を参照されたい）。

また、上位制御装置１２からの指示にはレーザ発振器の使用されるシャッタの番号も含まれている。このため、ステップ６０において指示内のシャッタ番号も読取り、レーザ加工指令時に指令するシャッタ番号として記憶手段４１に格納する。なお、ステップ５８において一致するレーザ発振器の名称等が存在しない場合には、ステップ６１に進んで、その旨をモニタ等にアラーム表示する。その後、再びステップ５５に戻って、ロボット制御装置１４を待機状態とする。

このようにして、ロボット制御装置１４は、自己の制御すべきレーザ発振器を確認すると、上位制御装置１２から第一通信ネットワーク１１を介して送出されるロボットの起動停止指令に従い、加工プログラムを実行することで、ロボットを同プログラムが指定する経路に沿って移動させつつ、第二通信ネットワーク１８−１〜１８−ｎを介して、選択されたレーザ発振器に対してレーザ出力のＯＮ／ＯＦＦ及びパワーを制御する。その際、上位制御装置１２から入力されるレーザ発振器で使用するシャッタ番号に基づき、加工の際に開くシャッタ番号指令をレーザ発振器に送出する。

このように本発明のロボットレーザ加工システム１０においては、上位制御装置１２からの指示によって、ロボット制御装置に接続されたロボットが加工制御で使用するレーザ発振器をロボット制御装置１４にて決定することができる。このため、本発明においては、上位制御装置１２を介することなく、ロボット制御装置１４からレーザ発振器１６へ加工指令を直接的に送出できるようになるする。図１から分かるように、本発明においては、加工指令ルートが、ロボット制御装置１４からレーザ発振器１６への直接指令となるので、図６に示される従来技術の場合と比較して、サイクルタイムの短縮を実現することができる。また、上位制御装置１２からロボット制御装置１４へのレーザ加工指令が排除されるので、工場生産ライン全体を統括する上位制御装置１２の処理が簡素化され、上位制御装置１２の負荷を抑制できると共に生産ラインの立上げを短縮することも可能となる。

なお、通信の確立操作は、例えば、ロボット制御装置１４の記憶手段に上位制御装置１２およびレーザ発振器１６−１〜１６−ｎの各ノードとアドレスとを対応づけたテーブルとして格納し、それをＣＰＵに読込んで通信プロトコルを実行することにより行うようにしてもよい。この場合、ロボット制御装置１４は、自己の制御するロボットの加工ノズルに接続されているレーザ発振器が、レーザ発振器１６−１〜１６−ｎの何れであるかを確認するものとする。なお、上記アドレスは、通信ネットワーク１１、１８−１〜１８−ｎがフィールドバスの場合にはＤＬアドレス（データリンクアドレス）、イーサネット（登録商標）の場合にはＩＰアドレス、シリアル通信の場合には、ポート番号とすることができる。

また、前述した光ファイバの切替操作を手操作にて行う場合には、接続されているレーザ発振器１６−１〜１６−ｎを示す名称または固有番号および光ファイバの指令番号をオペレータがキーボードを介してロボット制御装置１４に直接入力し、ロボット制御装置１４がこれを読み取ることによって行うようにしてもよい。また、ロボット制御装置１４の他のブロック図である図１０に示されるように、発振器名称等入力装置９０が通信ネットワーク９１を介してロボット制御装置１４に接続されていてもよい。発振器名称等入力装置９０は、レーザ発振器の名称に加えて、レーザ発振器の固有番号および光ファイバの指令番号を入力することができる。図１０に示されるように、レーザ発振器の名称および固有番号ならびに光ファイバの指令番号を発振器名称等入力装置９０にて入力し、その信号を通信ネットワーク９１を通じてロボット制御装置１４に送る構成でもよい。さらに、光ファイバ切替装置によって光ファイバの切替操作を自動的に行う場合には、レーザ発振器１６−１〜１６−ｎのうちロボット制御装置１４に接続されているレーザ発振器の名称または固有番号および光ファイバの指令番号を通信ネットワーク１１を介して上位制御装置１２からロボット制御装置１４に送出し、ロボット制御装置１４がこれを読み取ることにより行うことができる。

次に、図５を参照して、本発明の第二実施形態によるロボットレーザ加工システムの概要を説明する。

第二実施形態によるロボットレーザ加工システム２０は、工場生産ライン制御に用いる上位制御装置２２、第一通信ネットワーク２１−１〜２１−ｎを介して該上位制御装置２２に接続されたロボット制御装置２４−１〜２４−ｎ、第二通信ネットワーク２８−１１〜２８−ｎｎを介してロボット制御装置２４に接続された複数のレーザ発振器２６−１〜２６−ｎを具備している。

なお、図５においても、ロボット制御装置２４−１〜２４−ｎにより制御される各ロボットは、回動自在に連結された複数の腕部材より成るロボットアーム３１と、該ロボットアーム先端に取付けられた加工ノズル３５とを具備しており、加工ノズルの各々は、光ファイバを介して複数のレーザ発振器２６−１〜２６−ｎの１つと重複無く選択的に接続可能となっている。ネットワーク２１−１〜２１−ｎおよび２８−１１〜２８−ｎｎも第一実施形態と同様に、フィールドバス、ＩＥＥＥ８０２．３に準拠するイーサネット（登録商標）、或いは、シリアル通信ネットワークとすることができる。ロボット制御装置２４−１〜２４−ｎは、第一実施形態のロボット制御装置１４と同様に構成されており、詳細な説明は省略する。

本実施形態においても光ファイバの切替操作は、既述したように、手操作により従前に加工ノズルに接続されている光ファイバを取外し、新たに加工ノズルに接続すべき光ファイバを接続したり、特許文献１に開示されている光ファイバ切替装置（図示せず）によって自動的に行うことができる。

このような場合には、ロボット制御装置２４−１〜２４−ｎに電源が投入されると、ロボット制御装置２４−１〜２４−ｎの各々は、先ず、上位制御装置２２およびレーザ発振器２６−１〜２６−ｎとの通信を確立する。そして、第一の実施形態の場合と同様に、各ロボット制御装置２４−１〜２４−ｎにおいて、上位制御装置１２からの指示に含まれる名称等と、記憶した名称等が比較され、一致する場合には対応するレーザ発振器を使用するようにし、またシャッタ番号も格納する。

こうして、ロボット制御装置２４−１〜２４−ｎの各々は、自己の制御すべきレーザ発振器を確認すると、第一通信ネットワーク２１−１〜２１−ｎを介して上位制御装置２２から送出されるロボットの起動停止指令に従い、加工プログラムを実行することで、ロボットを同プログラムが指定する経路に沿って移動させつつ、第二通信ネットワーク２８−１１〜２８−ｎｎを介して、選択されたレーザ発振器に対して、レーザ出力のＯＮ／ＯＦＦ及びパワーを制御する。これにより、第一の実施形態の場合と同様な効果を得ることができる。

本発明の第一実施形態によるロボットレーザ加工システムの概略ブロック図である。 ロボットとロボット制御装置とレーザ発振器との関係を示す略図である。 ロボット制御装置のブロック図である。 本発明の第一の実施形態に基づくロボットレーザ加工システムの加工プログラムを示す図である。 本発明の第二実施形態によるロボットレーザ加工システムの概略ブロック図である。 レーザ発振器の切替操作を説明するための図である。 レーザ発振器の切替操作を説明するための図である。 レーザ発振器の切替操作を説明するための図である。 （ａ）従来技術のロボットレーザ加工システムの概略ブロック図である。（ｂ）従来技術のロボットレーザ加工システムの他の概略ブロック図である。 ロボット制御装置の他のブロック図である。

符号の説明

１０ ロボットレーザ加工システム
１１ 第一通信ネットワーク
１２ 上位制御装置
１４ ロボット制御装置
１６−１〜１６−ｎ レーザ発振器
１８−１〜１８−ｎ 第二通信ネットワーク
２０ ロボットレーザ加工システム
２１−１〜２１−ｎ 第一通信ネットワーク
２２ 上位制御装置
２４−１〜２４−ｎ ロボット制御装置
２６−１〜２６−ｎ レーザ発振器
２８−１１〜２８−ｎｎ 第二通信ネットワーク

Claims (5)

1. 一つまたは複数のロボットを制御する一つまたは複数のロボット制御装置と、
   前記ロボット制御装置に第一ネットワークを介して接続され、該一つまたは複数のロボット制御装置を統括制御する上位制御装置と、
   前記一つまたは複数のロボットの各々に取付られた加工ノズルに光ファイバを介して選択的に接続可能で、かつ、第二ネットワークを介して前記ロボット制御装置に接続された複数のレーザ発振器とを具備し、
   前記上位制御装置からの指示が前記第一ネットワークを通じて前記ロボット制御装置に伝えられることにより、前記ロボット制御装置が制御されるべきレーザ発振器を決定し、前記ロボット制御装置が前記第二ネットワークを介して前記レーザ発振器を直接制御するようにしたロボットレーザ加工システム。
2. 前記ロボット制御装置は、前記上位制御装置から該ロボット制御装置に送出されるレーザ発振器に関する情報に基づき、制御されるべきロボットの加工ノズルに接続されているレーザ発振器を認識する請求項１に記載のロボットレーザ加工システム。
3. 前記上位制御装置からの指示が、前記ロボット制御装置への入力信号である請求項１記載のロボットレーザ加工システム。
4. 前記上位制御装置からの指示が、前記ロボット制御装置への通信データである請求項１記載のロボットレーザ加工システム。
5. 前記レーザ発振器に関する情報が、前記レーザ発振器に割当てられた固有番号である請求項２に記載のロボットレーザ加工システム。

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