JP2000263273A - Ｙａｇレーザ加工機のティーチング方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高さ、前後左右方向のキャリブレーションを
全自動で実施して変換データを作成しティーチングす
る。 【解決手段】 レーザ加工ヘッドの外部の測定光源用ヘ
ッドからワークに照射して得たワーク上の測定光の反射
光を撮像手段にて撮像して表示器に表示する。表示器の
反射光の高さ方向ビジョン座標と実際のＹＡＧレーザ光
の焦点位置との高さ方向キャリブレーションをすべく自
動的に検出・蓄積・データ処理が行われる。また、表示
器画面上におけるティーチングポイントの前後左右方向
ビジョン座標と実際のＹＡＧレーザ光軸との前後左右方
向キャリブレーションを自動的に行うべく検出・蓄積・
データ処理が行われる。キャリブレーションデータはビ
ジョン座標からレーザ加工ヘッドにおける実際のツール
座標へ自動的に変換され、自動的にティーチングが行わ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元レーザ加工
を行うＹＡＧレーザ加工機においてＹＡＧレーザ光の焦
点位置をワークのレーザ加工点に合わせるティーチング
方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ティーチング時には、ワークのレ
ーザ加工点をＹＡＧレーザ光と同軸上で撮影できるよう
にミラーが用いられ、このミラーに反射されたワークの
レーザ加工点をＣＣＤカメラで撮像し、この撮像された
画像は電気的に送られてモニタに表示される。

【０００３】モニタ上にはクロスターゲットが備えられ
ており、このクロスターゲットにＹＡＧレーザ光の光軸
を一致するように設定可能に設けられている。このよう
にＹＡＧレーザ光の光軸に一致させたクロスターゲット
をモニタ上でワークの溶接線に合わせるようにレーザ加
工ヘッドを前後左右方向（ワークの表面上を二次元的な
方向）に移動せしめることにより、ＹＡＧレーザ光の光
軸をワークの溶接線に一致させるべくティーチングす
る。

【０００４】また、レーザ加工ヘッドのＺ方向（高さ方
向）を調整する方法としては、予めＣＣＤカメラのピン
トがＹＡＧレーザ光の焦点位置に一致するように調整し
ておき、実際のワークのレーザ加工点にＹＡＧレーザ光
の焦点位置を合わせるにはＣＣＤカメラのピントが合う
位置で決定する。

【０００５】また、レーザ加工ヘッドの高さを調整する
他の方法としては、超音波センサでノズル高さ・焦点位
置を検出する方法や、レーザ変位センサでノズル高さ・
焦点位置を検出する方法や、静電容量センサのノズル部
で高さ・焦点位置を検出する方法や、接触式センサでノ
ズル高さ・焦点位置を検出する方法などがある。

【０００６】上記の各種センサで検出した場合は、その
検出結果は画像処理によりビジョン座標として表示器で
表示される。

【０００７】通常、表示器で表示されるビジョン座標は
Ｘ−Ｙ画面内の二次元データとなり、この二次元データ
はティーチングポイント修正システムで実際の座標に一
致させる必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のティ
ーチングポイント修正システムにおいては、Ｚ方向（レ
ーザ加工ヘッドのノズル高さ方向）は画像処理システム
で認識させて、上記のビジョン座標を実際の座標と一致
させるためのキャリブレーションを行う必要がある。

【０００９】また、Ｘ−Ｙ平面は画像処理システムで認
識は可能であるが、実際のスケールとビジョン座標のス
ケールとは異なるので、キャリブレーションにより一致
させる必要がある。

【００１０】ところが、上記のキャリブレーションは手
動で実施されると、作業者の個人差が出てしまったり、
自動化の妨げとなるという問題点があった。したがっ
て、自動的にキャリブレーションが行われる必要があ
る。

【００１１】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、通常二次元データしか得られ
ない撮像手段を用いてレーザ加工ヘッドのノズル高さ方
向のデータをビジョン座標として取得すると共に前記撮
像手段を用いて前後左右方向のデータをビジョン座標と
して取得し、高さ方向並びに前後左右方向のビジョン座
標と実際の座標に一致させるキャリブレーションを全自
動で実施して変換データを作成するＹＡＧレーザ加工機
におけるティーチング方法及びその装置を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１によるこの発明のＹＡＧレーザ加工機のティ
ーチング方法は、レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ
光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光
レンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに
先だって行われるＹＡＧレーザ加工機のティーチング方
法において、レーザ加工ヘッドの外部の測定光源用ヘッ
ドから測定光をワークに照射し、このワーク上の測定光
の反射光を撮像手段にて撮像して表示器に表示すると共
にこの表示された反射光の高さ方向ビジョン座標と実際
のＹＡＧレーザ光の焦点位置との高さ方向キャリブレー
ションを行うべく自動的に検出・蓄積・データ処理を行
い、ワーク上のティーチングポイントを前記撮像手段に
て撮像して表示器に表示すると共にこの表示されたティ
ーチングポイントの前後左右方向ビジョン座標と実際の
ＹＡＧレーザ光軸との前後左右方向キャリブレーション
を行うべく自動的に検出・蓄積・データ処理を行い、上
記の高さ方向キャリブレーションデータと前後左右方向
キャリブレーションデータにより、表示器画面上におけ
るビジョン座標からレーザ加工ヘッドにおける実際のツ
ール座標へ自動的に変換することを特徴とするものであ
る。

【００１３】したがって、通常二次元データしか得られ
ない撮像手段を用いてレーザ加工ヘッドのノズル高さ方
向のデータがビジョン座標として取得されるので、ＹＡ
Ｇレーザ光の焦点位置が容易にワークの例えば溶接線に
位置決めされてティーチングされる。さらに、前後左右
方向のワークの例えば溶接線の位置決めデータは撮像手
段を用いてビジョン座標として取得されティーチングさ
れる。上記の高さ方向並びに前後左右方向のビジョン座
標と実際の座標に一致させるキャリブレーションが全自
動で実施されて変換データが作成されるので、三次元方
向のティーチングが簡単にまた正確に行われる。

【００１４】請求項２によるこの発明のＹＡＧレーザ加
工機のティーチング方法は、請求項１記載のＹＡＧレー
ザ加工機のティーチング方法において、前記ティーチン
グポイントが、ＹＡＧレーザ光を照射して得た照射位置
であることを特徴とするものである。

【００１５】したがって、ティーチングポイントがＹＡ
Ｇレーザ光を照射して得た照射位置であることにより、
前後左右方向の二次元の位置決めが容易にまた正確に行
われる。

【００１６】請求項３によるこの発明のＹＡＧレーザ加
工機のティーチング装置は、レーザ発振器で発振したＹ
ＡＧレーザ光を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に
備えた集光レンズからワークに照射して三次元レーザ加
工を行うに先だって行われるＹＡＧレーザ加工機のティ
ーチング装置において、ワークに測定光を照射する測定
光源用ヘッドをレーザ加工ヘッドの外部に設け、ワーク
上の測定光の反射光を撮像する撮像手段を設けると共に
この撮像手段にて撮像した画像を表示する表示器を設
け、この表示された反射光のビジョン座標と実際のＹＡ
Ｇレーザ光の焦点位置との高さ方向キャリブレーション
を行うべく自動的に検出・蓄積・データ処理を行うと共
にワーク上のティーチングポイントを前記撮像手段にて
撮像して表示されたティーチングポイントのビジョン座
標と実際のＹＡＧレーザ光軸との前後左右方向キャリブ
レーションを自動的に行うべく検出・蓄積・データ処理
を行い、上記の高さ方向キャリブレーションデータと前
後左右方向キャリブレーションデータにより、表示器画
面上におけるビジョン座標からレーザ加工ヘッドにおけ
る実際のツール座標へ自動的に変換する制御装置を設け
てなることを特徴とするものである。

【００１７】したがって、請求項１記載の作用と同様で
あり、通常二次元データしか得られない撮像手段を用い
てレーザ加工ヘッドのノズル高さ方向のデータがビジョ
ン座標として取得されるので、ＹＡＧレーザ光の焦点位
置が容易にワークの例えば溶接線に位置決めされてティ
ーチングされる。さらに、前後左右方向のワークの例え
ば溶接線の位置決めデータは撮像手段を用いてビジョン
座標として取得されティーチングされる。上記の高さ方
向並びに前後左右方向のビジョン座標と実際の座標に一
致させるキャリブレーションが全自動で実施されて変換
データが作成されるので、三次元方向のティーチングが
簡単にまた正確に行われる。

【００１８】請求項４によるこの発明のＹＡＧレーザ加
工機のティーチング装置は、請求項３記載のＹＡＧレー
ザ加工機のティーチング装置において、前記ティーチン
グポイントが、ＹＡＧレーザ光を照射して得た照射位置
であることを特徴とするものである。

【００１９】したがって、請求項１記載の作用と同様で
あり、ティーチングポイントがＹＡＧレーザ光を照射し
て得た照射位置であることにより、前後左右方向の二次
元の位置決めが容易にまた正確に行われる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ加工におけ
るティーチング方法の実施の形態について、図面を参照
して説明する。

【００２１】図１２を参照するに、本実施の形態に係わ
るＹＡＧレーザ加工機１は、制御装置としての例えばロ
ボットコントローラ３とは別に設けられたレーザ発振器
５からＹＡＧレーザ光ＬＢが発振され、このＹＡＧレー
ザ光ＬＢが光ファイバ７に導かれてレーザ自動加工機と
しての例えばＸ，Ｙ，Ｚ方向の三次元方向に移動可能な
ロボット９、いわゆる多関節ロボットのアーム１１の先
端に設けられたレーザ加工ヘッド１３へ送られる。

【００２２】また、ロボット９は床面上で水平面方向に
回転自在なロボット本体１５の上部にブーム１７が前後
方向に回動自在に設けられており、このブーム１７の先
端には前記アーム１１が上下方向に回動自在に設けられ
ている。アーム１１の先端にはレーザ加工ヘッド１３が
ヘッド支持アーム１９により水平面方向に首振り可能に
設けられ、且つヘッド支持アーム１９の長手方向に対し
て直交する方向に旋回自在に設けられている。

【００２３】なお、光ファイバ７はレーザ発振器５とレ
ーザ加工ヘッド１３の加工点との位置関係は基本的に自
由である。

【００２４】レーザ加工ヘッド１３の先端部には、ＹＡ
Ｇレーザ光ＬＢを集光するための集光レンズ（図示省
略）が備えられており、このＹＡＧレーザ光ＬＢはレー
ザ加工ヘッド１３に備えられているノズル２１からワー
クＷに向けて出射されて所望の形状に切断や溶接加工な
どのレーザ加工が行なわれる。

【００２５】なお、ロボット９としては上述した多関節
ロボットに限定されず、アーム１１が直交座標上を移動
自在の直交座標系ロボットでも構わない。この場合のレ
ーザ加工ヘッド１３はアーム１１に昇降自在に設けられ
る。

【００２６】図１３を参照するに、光ファイバ７の先端
から出射されるＹＡＧレーザ光ＬＢはレーザ加工ヘッド
１３内に設けられたコリメータレンズ（図示省略）によ
り平行光とされ、この平行光は集光レンズで集光される
よう構成されている。なお、集光レンズとワークＷの間
にはスパッタ・ヒュームから保護するための保護ガラス
（図示省略）が設けられている。

【００２７】また、集光レンズで集光されたＹＡＧレー
ザ光ＬＢはレーザ加工ヘッド１３の下部に設けたノズル
ホルダの先端に備えたノズル２１を通過してワークＷに
照射される。

【００２８】なお、レーザ加工ヘッド１３内にはアシス
トガス（シールドガス）が供給され、このアシストガス
はノズル２１からＹＡＧレーザ光ＬＢの同軸上に噴射さ
れる。

【００２９】また、レーザ加工ヘッド１３内には、ティ
ーチングする際にＹＡＧレーザ光ＬＢと同軸上でワーク
Ｗ上の溶接線を確認するために画像処理システムを構成
する撮像手段としての例えばＣＣＤカメラ２３が配置さ
れている。本実施の形態では、回転ベンドミラー２５が
図１３の矢印に示されているようにロータリアクチュエ
ータ２７によりほぼ水平面で回動するように構成されて
前述したコリメータレンズと集光レンズとの間のＹＡＧ
レーザ光ＬＢの同軸上に出没自在に設けられており、テ
ィーチング時のみＹＡＧレーザ光ＬＢの同軸上に前進
し、それ以外は後退する。

【００３０】ＣＣＤカメラ２３は図１２に示されている
ように、カメラ用信号ケーブル２９により画像処理シス
テムを構成する画像処理装置３１を経てロボット９に搭
載された表示器としての例えばモニタ３３に接続されて
いる。なお、画像処理装置３１はロボットコントローラ
３に通信ケーブル３５を介して電気的に接続されてい
る。

【００３１】したがって、ワークＷ上の溶接線は回転ベ
ンドミラー２５に反射されてＣＣＤカメラ２３の下部に
設けられた固定ベンドミラー３６（図１３参照）を経て
ＣＣＤカメラ２３に撮像され、ＣＣＤカメラ２３で得ら
れた画像はモニタ３３上に表示される。なお、モニタ３
３の画面上には上下左右方向に移動位置決め自在なクロ
スターゲットＣＴが表示されている。

【００３２】図１３を参照するに、測定光源用ヘッドと
しての例えば半導体レーザヘッド３７がレーザ加工ヘッ
ド１３を支持するヘッド支持アーム１９にブラケットを
介してＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸と同方向に移動調整自
在に設けられている。半導体レーザヘッド３７は例えば
半導体レーザ光を発光する発光ダイオードなどの発光装
置が内蔵されており、この発光される半導体レーザ光は
本実施の形態ではワークＷにスリット光ＳＢとして照射
され、このスリット光ＳＢはＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸
に対して約５０°（ワークＷに対して約４０°）傾斜し
てワークＷ上に照射されるよう構成されている。

【００３３】半導体レーザヘッド３７は加工エリアにで
きるだけ影響を与えない部分に取り付けられており、半
導体レーザヘッド３７の先端には半導体レーザ光を集光
調整可能な集光レンズ３９が設けられており、本実施の
形態ではワークＷ上にスリット光ＳＢが反射光として形
成されるように構成されている。

【００３４】また、半導体レーザヘッド３７内の発光装
置には半導体レーザ光の光量調整可能なボリュームが設
けられており、本実施の形態で使用される半導体レーザ
光は波長および出力とも特に限定されず、任意であって
構わない。

【００３５】上記構成により、まず、レーザ加工ヘッド
１３とワークＷとの間隔は最適焦点位置となるように、
例えばＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点位置がワークＷの表面
に位置するように予め調整される。次に、半導体レーザ
ヘッド３７から発光されたスリット光ＳＢのワークＷ上
での反射光は回転ベンドミラー２５，固定ベッドミラー
３６を介してＣＣＤカメラ２３で撮像され、画像処理装
置３１を経てモニタ３３上にワークＷと共に表示され
る。

【００３６】レーザ加工ヘッド１３及びモニタ３３上の
クロスターゲットＣＴは移動させずに、モニタ３３の画
面上のスリット光ＳＢの中心がモニタ３３のクロスター
ゲットＣＴに一致するように半導体レーザヘッド３７が
レーザ加工ヘッド１３に対して上下方向（図１３におい
てＺ軸方向）に移動されることにより、スリット光ＳＢ
がＹＡＧレーザ光ＬＢの焦点位置を通過するように位置
決めされ、この状態で半導体レーザヘッド３７がレーザ
加工ヘッド１３に固定される。

【００３７】したがって、レーザ加工ヘッド１３が上下
動されると、半導体レーザ光のスリット光ＳＢはモニタ
３３の画面上で上下動する。例えば、図１３においてレ
ーザ加工ヘッド１３がＺ方向の上方へ移動されると半導
体レーザヘッド３７も一緒に上昇するので半導体レーザ
光のスリット光ＳＢはワークＷ上を図１３においてＹ方
向の左方向へ移動することになるので、このスリット光
ＳＢは本実施の形態ではモニタ３３上では下方向へ移動
する。逆にレーザ加工ヘッド１３がＺ方向の下方へ移動
されるとモニタ３３の画面上のスリット光ＳＢは上方向
へ移動する。

【００３８】つまり、スリット光ＳＢはＹＡＧレーザ光
ＬＢの焦点位置を通過するように予め設定されているの
で、モニタ３３の画面上のスリット光ＳＢがクロスター
ゲットＣＴの横軸に一致したときにＹＡＧレーザ光ＬＢ
の焦点がワークＷの表面に位置することになる。

【００３９】図１２を参照するに、前記画像処理装置３
１における中央処理装置としての例えばＣＰＵ４１に
は、レーザ加工条件や加工プログラム等のデータを入力
する入力装置４３と表示装置４５が接続されており、こ
の入力されたデータやワーク上のティーチングポイント
をＣＣＤカメラ２３で撮像して得た高さ方向ビジョン座
標と前後左右方向ビジョン座標を実際のＹＡＧレーザ光
軸の焦点位置に比較して得た高さ方向キャリブレション
データと前後左右方向キャリブレションデータなどを記
憶するメモリ４７と、このメモリ４７に記憶された加工
プログラムの演算式に基づいて高さ方向キャリブレーシ
ョンデータと前後左右方向キャリブレーションデータに
より、モニタ３３の画面上におけるビジョン座標からレ
ーザ加工ヘッド１３における実際のツール座標に変換す
るための演算処理装置４９と、上記の各高さ方向並びに
前後左右方向キャリブレションを行うためにレーザ加工
ヘッド１３を移動すべくロボット９に作動指令を与える
ための指令部５１がＣＰＵ４１に接続されている。な
お、前記ロボットコントローラ３はロボット９をコント
ロールするものである。

【００４０】以下、ワークＷのＺ方向のティーチングに
おけるＺ方向キャリブレーションの動作について説明す
る。

【００４１】図１を参照するに、図１３のロータリアク
チュエータ２７が作動して回転ベンドミラー２５がＹＡ
Ｇレーザ光ＬＢの同軸上へ前進するよう回動してＣＣＤ
カメラ２３によりＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸上の画像が
撮像可能となる。図１２におけるロボットコントローラ
３と画像処理システムの通信ポートが通信ケーブル３５
を介して接続される（ステップＳ１）。

【００４２】ロボットコントローラ３から半導体レーザ
光のＯＮ指令が与えられて半導体レーザ光のＯＮの確認
がなされ、半導体レーザヘッド３７から半導体レーザ光
がワークＷにスリット光ＳＢとして照射される。ワーク
上に反射されたスリット光ＳＢが回転ベンドミラー２５
に反射されて固定ベンドミラー３６を経てＣＣＤカメラ
２３に撮像され、ＣＣＤカメラ２３で得られた画像がモ
ニタ３３上に表示される（ステップＳ２及びＳ３）。

【００４３】画像処理システムからロボットコントロー
ラ３への通信ポートが通信ケーブル３５を介して開放さ
れ、モニタ３３の画面上に表示された画像はビジョン座
標としての例えばピクセル座標のデータがロボットコン
トローラ３のメモリに格納される（ステップＳ４及びＳ
５）。

【００４４】次いで、再び、通信ポートが接続される
（ステップＳ６）。

【００４５】ロボットコントローラ３のロボットステー
タスを取得するために、１サイクル／プレイモード／コ
マンドリモートサーボオンがＯＮし、これ以外がＯＦＦ
していることを確認する（ステップＳ７）。

【００４６】レーザ加工ヘッド１３がＺ方向の下方へ移
動され、図２（Ａ）に示されているようにスリット光Ｓ
Ｂの位置がロボット９に指令するＺ軸移動量としてのデ
ータＺ＝＋３（mm）に位置するように移動される。ロボ
ットコントローラ３のロボットステータスが取得され、
「運転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確
認される。それから通信ポートが開放され、このときの
スリット光ＳＢのピクセル座標のデータがロボットコン
トローラ３のメモリ内に格納される。このときのピクセ
ル座標Ｙは９０となる。（ステップＳ８〜Ｓ１１）。

【００４７】次に、上記のステップＳ６〜Ｓ１１が繰り
返されて、図２（Ａ）〜（Ｚ４）に示されているよう
に、データＺ＝＋３（mm）からデータＺ＝−３（mm）ま
での間を０．２mm刻みでピクセル座標Ｙのデータが取得
され、メモリ内に格納される（ステップＳ１２）。

【００４８】ステップＳ１２が終了すると、再び通信ポ
ートが接続され、ロボットコントローラ３から半導体レ
ーザ光のＯＦＦ指令が与えられて半導体レーザ光のＯＦ
Ｆの確認がなされ、通信ポートが開放される（ステップ
Ｓ１３〜Ｓ１６）。

【００４９】以上のように画像処理より得られたロボッ
ト９に指令されるＺ軸移動量Ｚとピクセル座標値Ｙとの
データは図４に示されている表のようになり、このデー
タがＺ方向キャリブレーションデータとなる。なお、こ
のＺ方向キャリブレーションデータは図３に示されてい
るようにグラフに表され、Ｚ軸移動量Ｚとピクセル座標
値Ｙとの関係式はＺ＝（Ｙ−240）／50＝0.02Ｙ−4.8で
表される（ステップＳ１７）。

【００５０】したがって、Ｚ方向キャリブレーションデ
ータに基づいて、半導体レーザ光のスリット光ＳＢの位
置によって、Ｚ方向にどれだけ移動すればＹＡＧレーザ
光ＬＢの焦点がワークＷの表面に位置するかを自動的に
判断することができる。

【００５１】以下、ワークＷのＸ−Ｙ方向のティーチン
グにおけるＸ−Ｙ方向キャリブレーションの動作につい
て説明する。

【００５２】図５を参照するに、前述したステップＳ１
と同様に、ロボットコントローラ３と画像処理システム
の通信ポートが接続される（ステップＳ２１）。

【００５３】ロボットコントローラ３から半導体レーザ
光のＯＮ指令が与えられて半導体レーザ光のＯＮの確認
がなされ、半導体レーザヘッド３７から半導体レーザ光
のスリット光ＳＢがワークＷに照射される。ワークＷ上
に反射されたスリット光ＳＢが回転ベンドミラー２５に
反射されて固定ベンドミラー３６を経てＣＣＤカメラ２
３に撮像され、ＣＣＤカメラ２３で得られた画像がモニ
タ３３上に表示される（ステップＳ２２及びＳ２３）。

【００５４】画像処理システムからロボットコントロー
ラ３への通信ポートが開放され、モニタ３３の画面上に
表示されたスリット光ＳＢの画像は処理されて、Ｚ方向
キャリブレーションデータに基づいてＺ方向補正量が算
出される。（ステップＳ２４及びＳ２５）。

【００５５】次いで、再び、通信ポートが接続される
（ステップＳ２６）。

【００５６】１サイクル／プレイモード／コマンドリモ
ートサーボオンがＯＮし、これ以外がＯＦＦしているこ
とを確認されて、ロボットコントローラ３のロボットス
テータスが取得される（ステップＳ２７）。

【００５７】ステップＳ２５で算出されたＺ方向補正量
の分だけ、レーザ加工ヘッド１３がＺ方向へ移動される
ようにロボット９に指令される（ステップＳ２８）。

【００５８】ロボットコントローラ３のロボットステー
タスが取得され、「運転中」という信号が落ちるまで繰
り返して終了が確認される（ステップＳ２９）。

【００５９】ロボットコントローラ３から半導体レーザ
光のＯＦＦ指令が与えられて半導体レーザ光のＯＦＦの
確認が行われる。なお、ロータリアクチュエータ２７が
作動して回転ベンドミラー２５がＹＡＧレーザ光ＬＢの
同軸上から後退するよう回動する（ステップＳ３０〜Ｓ
３１）。

【００６０】ワークＷにテスト用のビード痕ＢＭを形成
するためにＹＡＧレーザ光ＬＢを１ショットのみ出射す
るプログラムが選択される（ステップＳ３２）。

【００６１】１サイクル／プレイモード／コマンドリモ
ートサーボオンがＯＮし、これ以外がＯＦＦしているこ
とを確認されて、ロボットコントローラ３のロボットス
テータスが取得される（ステップＳ３３）。

【００６２】レーザ加工ヘッド１３のノズル２１からＹ
ＡＧレーザ光ＬＢがワークＷに１ショットだけ照射され
てテスト用のビード痕ＢＭが形成される（ステップＳ３
４）。

【００６３】ロボットコントローラ３のロボットステー
タスが取得され、「運転中」という信号が落ちるまで繰
り返して終了が確認される（ステップＳ３５）。

【００６４】通信ポートが開放され、回転ベンドミラー
２５がＹＡＧレーザ光ＬＢの光軸上へ前進されて図７
（Ａ）に示されているように上記のテスト用ビード痕Ｂ
Ｍの中心座標がＣＣＤカメラ２３で撮像され、この撮像
されたテスト用ビード痕ＢＭがモニタ３３上に表示され
る。次いで、ＯＲＧ点のピクセル座標系のデータが取得
される（ステップＳ３６及びＳ３７）。

【００６５】次いで、再び、通信ポートが接続され、１
サイクル／プレイモード／コマンドリモートサーボオン
がＯＮし、これ以外がＯＦＦしていることを確認され
て、ロボットコントローラ３のロボットステータスが取
得される（ステップＳ３８及びＳ３９）。

【００６６】図７（Ｂ）に示されているようにテスト用
ビード痕ＢＭの位置がＸ＝−３．０（mm）（Ｘ−Ｘ点）
に位置すべくレーザ加工ヘッド１３をＸ方向へ移動する
ようロボット９に指令が与えられる。そして、ロボット
コントローラ３のロボットステータスが取得され、「運
転中」という信号が落ちるまで繰り返して終了が確認さ
れ、通信ポートが開放される（ステップＳ４０〜Ｓ４
２）。

【００６７】上記のＸ＝−３．０（mm）のテスト用ビー
ド痕ＢＭの中心座標が図７（Ｂ）に示されているように
ＣＣＤカメラ２３で撮像され、この撮像されたビード痕
ＢＭがモニタ３３上に表示される。次いで、Ｘ−Ｘ点の
ピクセル座標系のデータが取得される（ステップＳ４
３）。

【００６８】次いで、再び、通信ポートが接続され、１
サイクル／プレイモード／コマンドリモートサーボオン
がＯＮし、これ以外がＯＦＦしていることを確認され
て、ロボットコントローラ３のロボットステータスが取
得されるる（ステップＳ４４及びＳ４５）。

【００６９】レーザ加工ヘッド１３をＸ及びＹ方向へ移
動してテスト用ビード痕ＢＭの位置がＸ＝＋３．０、Ｙ
＝−３．０（mm）（Ｘ−Ｙ点）に位置するようにロボッ
ト９に指令が与えられる。そして、ロボットコントロー
ラ３のロボットステータスが取得され、「運転中」とい
う信号が落ちるまで繰り返して終了が確認され、通信ポ
ートが開放される（ステップＳ４６〜Ｓ４８）。

【００７０】上記のＸ＝＋３．０、Ｙ＝−３．０（mm）
（Ｘ−Ｙ点）のテスト用ビード痕ＢＭの中心座標が図７
（Ｃ）に示されているようにＣＣＤカメラ２３で撮像さ
れ、この撮像されたビード痕ＢＭがモニタ３３上に表示
される。次いで、Ｘ−Ｙ点のピクセル座標系のデータが
取得される。なお、図１３のロータリアクチュエータ２
７が作動して回転ベンドミラー２５がＹＡＧレーザ光Ｌ
Ｂの同軸上から後退するよう回動される（ステップＳ４
９）。

【００７１】以上のように画像処理より得られた各３点
のデータが合成されて、図７（Ｄ）に示されているよう
にＸ−Ｙ方向キャリブレーションデータが作成される
（ステップＳ５０）。

【００７２】なお、このＸ−Ｙ方向キャリブレーション
データは、図７（Ｅ）に示されているようにモニタ３３
上にビジョン座標系（ピクセル単位）で決定されている
ので、このピクセル座標はレーザ加工ヘッド１３の実際
のツール座標とは単位系が異なることと、座標系の原点
及び角度が一致していないという理由で、ピクセル座標
（ビジョン座標）から図７（Ｆ）に示されているように
実際のツール座標へ変換される必要がある。

【００７３】以下、ピクセル座標（ビジョン座標）から
ツール座標への変換方法について詳しく説明する。

【００７４】キャリブレーションデータによるピクセル
座標は、図８に示されているようにツール座標とは原点
位置・角度が異なるのである。図８における各記号は以
下に示す通りである。

【００７５】なお、左肩の添字は座標系を表すもので、
^P○はピクセル座標を表し、^T○はツール座標を表す。

【００７６】 （0,0） ：ピクセル座標原点 ^PP_TORG ：ピクセル座標からツール座標への原点並進移動ベクトル θ ：ピクセル座標に対するツール座標の原点回転移動角度 （^Px_ORG,^Py_ORG）：ピクセル座標系で表したツール座標原点 （^Px_X-X,^Py_X-X）：ピクセル座標系で表したツール座標系Ｘ軸定義点 （^Px_X-Y,^Py_X-Y）：ピクセル座標系で表したツール座標系Ｙ軸定義点 ^PP ：ピクセル座標系移動ベクトル ^TP ：座標系移動ベクトル （^Px₁,^Py₁） ：ピクセル座標系で表した移動終了点 （^TＸ₁,^TＹ₁） ：ツール座標系で表した移動終了点 図９を参照するに、上記の定義をふまえて、ピクセル座
標系からツール座標系への単位の変換（倍率）について
説明する。

【００７７】単位の変換（倍率）を求めるには、ツール
座標原点（^Px_ORG,^Py_ORG）からツール座標系Ｘ軸定義点
（^Px_X-X,^Py_X-X）迄のピクセル単位の距離とmm単位（ツ
ール座標の単位）の距離とを比較すれば良い。

【００７８】今回、mm単位の距離Ｌは図９に示されてい
るようにＬ＝3 mmであるので、ピクセル単位に対するmm
単位の倍率αは、 α＝3／｛（^Px_X-X− ^Px_ORG）²＋（^Py_X-X− ^Py_ORG）²｝
^1/2 となる。

【００７９】例えば、図９に示されているような場合
は、 α＝3／｛（^Px_X-X− ^Px_ORG）²＋（^Py_X-X− ^Py_ORG）²｝^1/2 ＝3／｛（252− 246）²＋（130−250）²｝^1/2 ＝3／｛6²＋（−120）²｝^1/2 ＝3／（14436）^1/2 ＝0.0249688mm／pixel となる。

【００８０】図１０を参照するに、図８に示されている
定義をふまえて、ピクセル座標に対するツール座標の原
点回転移動角度（θ）について説明する。

【００８１】ツール座標はピクセル座標のＸ−Ｙ軸に対
してＺ軸まわりに回転している。回転角度は左廻り（Ｃ
ＣＷ）の時＋となり、右廻り（ＣＷ）の時−となるの
で、回転角度はツール座標原点（^Px_ORG,^Py_ORG）とツー
ル座標系Ｙ軸定義点（^Px_X-Y,^Py_{X -Y}）より算出できる。

【００８２】但し、ここでツール座標の原点回転移動角
度（θ）は−90°付近であるので、解が特定できない。
そこで、ピクセル座標のＸ軸とツール座標のＹ軸のなす
角度（θ0）より算出する。したがって、θ＝θ0−90°
となる。

【００８３】図８に示されている定義をふまえると、ta
nθ0＝（^Py_X-Y− ^Py_ORG）／（^Px_X-Y− ^Px_ORG）が成立す
る。したがって、 θ0＝tan^-1｛（^Py_X-Y− ^Py_ORG）／（^Px_X-Y− ^Px_ORG）｝ θ＝tan^-1｛（^Py_X-Y− ^Py_ORG）／（^Px_X-Y− ^Px_ORG）｝−90° となる。

【００８４】例えば、図１０に示されているような場合
は、 θ0＝tan^-1｛（^Py_X-Y− ^Py_ORG）／（^Px_X-Y− ^Px_ORG）｝−90° ＝tan^-1｛（256−250）／（366−246）｝−90° ＝tan^-1（0.05）−90° ＝2.8624°−90° ＝−87.13759° となる。

【００８５】図１１を参照するに、図８に示されている
定義をふまえて、ピクセル座標からツール座標への並進
移動と回転移動の変換について説明する。

【００８６】この変換式は、^P P＝^P _TＲ ^TP＋ ^PP_TORG ………(1) で表される。

【００８７】ただし、^PPはピクセル座標系移動ベクトル
で下記の行列で表される。

【００８８】

【数１】 ^P _TＲは回転行列で、下記の行列で表される。

【００８９】（ピクセル座標からツール座標への回転演
算子）。

【００９０】

【数２】 ^TPはツール座標系移動ベクトルで、下記の行列で表され
る。

【００９１】

【数３】 前述した(1)式は4×4行列の演算子を定義し、4×1行列
の位置ベクトルを用いて表せる。

【００９２】

【数４】 前述した(2)式に各行列を代入すると

【数５】 前述した(3)の行列式を解くと、下記のような連立方程
式となる。

【００９３】^P x₁＝^TX₁cosθ −^TY₁sinθ＋ ^Px_ORG………(4)^P y₁＝^TX₁sinθ＋ ^TY₁cosθ＋ ^Py_ORG………(5) 前述した(4)式を^TY₁について解くと、

【数６】 ^TY₁sinθ ＝^TX₁cosθ−^Px₁＋ ^Px_ORG ^TY₁＝^TX₁cosθ／sinθ− ^Px₁／sinθ＋ ^Px_ORG ／sinθ………(6) (6)式を(5)式に代入して^TX₁を解くと、

【数７】^Py₁＝^TX₁sinθ＋( ^TX₁cosθ／sinθ−^Px₁／sin
θ＋^Px_ORG／ sinθ) cosθ＋^Py_ORG ＝^TX₁sinθ＋^TX₁cos²θ／sinθ− ^Px₁cosθ／sinθ＋^Px
_ORG cosθ／sinθ+ ^Py_ORG ＝^TX₁( sinθ＋cos²θ／sinθ)− ^Px₁cosθ／sinθ＋ ^P
x_ORG cosθ／sinθ＋^Py_ORG ＝^TX₁｛(sin²θ＋cos²θ)／sinθ｝− ^Px₁cosθ／sinθ
＋^Px_ORG cosθ／sinθ＋^Py_ORG ここでsin²θ＋cos²θ＝1より ^Py₁＝^TX₁／sinθ− ^Px₁cosθ／sinθ＋^Px_ORG cosθ／sinθ＋^Py_ORG ^TX₁／sinθ＝^Px₁cosθ／sinθ＋ ^Px_ORG cosθ／sinθ＋^Py₁−^Py_ORG ^TX₁＝^Px₁cosθ− ^Px_ORG cosθ＋^Py₁sinθ−^Py_ORG sinθ………(7) (7)式を(5)式に代入して^TY₁を解くと

【数８】^Py₁＝(^Px₁cosθ−^Px_ORG cosθ＋^Py₁sinθ−^Py
_ORG sinθ)sinθ＋^TY₁cosθ＋^Py_ORG ＝^Px₁cosθ sinθ− ^Px_ORG cosθ sinθ＋^Py₁sin²θ−^P
y_ORG sin²θ＋^TY₁cosθ＋^Py_ORG ^T Y₁cosθ＝−^Px₁cosθ sinθ＋ ^Px_ORG cosθ sinθ−^Py
₁sin²θ＋^Py_ORG sin²θ+^Py₁−^Py_ORG ^T Y₁＝−^Px₁sinθ＋^Px_ORG sinθ−^Py₁sin²θ／cosθ＋^Py
_ORG sin²θ／cosθ＋^Py₁ ／cosθ−^Py_ORG／cosθ^T Y₁＝−^Px₁sinθ＋^Px_ORG sinθ−^Py₁(sin²θ−1／cos
θ)＋^Py_ORG (sin²θ−1／cosθ) ここでsin²θ−1＝−cos²θより ^TY₁＝−^Px₁sinθ＋^Px_ORG sinθ−^Py₁(−cos²θ／cosθ)＋^Py_ORG (−cos²θ／c osθ) ＝−^Px₁sinθ＋^Px_ORG sinθ＋^Py₁cosθ−^Py_ORG cosθ………(8) (7)式及び(8)式で求めた値は原点からの値の為、実際に
は原点までの値が必要な為、−1を乗算する。

【００９４】

【数９】 ^TX₁＝−（^Px₁cosθ− ^Px_ORG cosθ＋^Py₁sinθ−^Py_ORG sinθ） ＝−^Px₁cosθ＋^Px_ORG cosθ−^Py₁sinθ＋^Py_ORG sinθ………(9) ^TY₁＝−（−^Px₁sinθ＋^Px_ORG sinθ＋^Py₁cosθ−^Py_ORG cosθ） ＝^Px₁sinθ−^Px_ORG sinθ−^Py₁cosθ＋^Py_ORG cosθ………(10) 例えば、図１１に示されているような場合は、^TX₁はツ
ール座標系移動ベクトル^TPのＸ成分で、^TY₁はツール座
標系移動ベクトル^TPのＹ成分で、^Px₁はピクセル座標系
検出点のＸ成分で^Px₁＝372、^Py₁はピクセル座標系検出
点のＹ成分で^Py₁＝136、^Px_ORGはピクセル座標系でのツ
ール座標系原点Ｘ成分で^Px_ORG＝246、^Py_ORGはピクセル
座標系でのツール座標系原点Ｙ成分で^Py_ORG＝250、θは
原点の回転移動角度でθ＝−87.13759°、であるので、
前述した(9)式に代入すると^T X₁＝−120.1499164 前述した(10)式に代入すると^T Y₁＝−120.1498964 ここで求めた^TX₁，^TY₁はピクセル単位である。

【００９５】前述したように求めた単位の変換倍率αを
乗算すると α＝0.0249688mm/pixel^T X₁＝0.0249688×（−120.1499164） ＝−2.999999233mm^T Y₁＝0.0249688×（−120.1498964） ＝−2.999998733mm 以上のことから、キャブレーションデータを取得した時
点で、ツール座標系原点（^Px_ORG，^Py_ORG）と、ツール座
標系Ｙ軸定義点（^Px_X-Y，^Py_X-Y）と、ツール座標系Ｘ軸
定義点（^Px_X-X，^Py_X-X）との３つのデータより倍率αが
算出されるので、キャブレーション時に算出して固定で
きる。

【００９６】また、キャブレーションデータを取得した
時点で、ツール座標系原点（^Px_ORG，^Py_ORG）と、ツール
座標系Ｙ軸定義点（^Px_X-Y，^Py_X-Y）と、ツール座標系Ｘ
軸定義点（^Px_X-X，^Py_X-X）との３つのデータより原点回
転移動角度θが算出されるので、キャブレーション時に
算出して固定できる。

【００９７】また、各検出点を検出した時点で、ツール
座標系原点（^Px_ORG，^Py_ORG）をキャブレーション後固定
し、ピクセル座標系検出点（^Px₁，^Py₁）を検出前に変動
し、原点回転移動角度θをキャブレーション後固定し、
倍率αをキャブレーション後固定して、上記４つのデー
タよりツール座標系移動ベクトル^TP（^TX₁，^TY₁）が算出
される。

【００９８】以上のことから、実際にはレーザ加工ヘッ
ド１３をティーチングポイントに移動した後、以下のよ
うに処理される。

【００９９】スリット光ＳＢの位置により座標中心への
Ｚ方向補正量が±で自動的に算出され、Ｚ方向補正量の
分のみレーザ加工ヘッド１３が上下動されて移動される
ので、レーザ加工ヘッド１３はＹＡＧレーザ光ＬＢの最
適焦点高さの位置となる。

【０１００】さらに、溶接線を見つけ出して、座標中心
へのＸ−Ｙ方向補正量を上述した計算式で自動的に算出
され、Ｘ−Ｙ方向補正量の分のみレーザ加工ヘッド１３
が前後左右方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動されるので、溶接
線とＹＡＧレーザ光ＬＢの中心が一致する。

【０１０１】上記の工程は全自動で実施され、ＹＡＧレ
ーザ光ＬＢの焦点位置がワークＷの溶接線に位置決めす
るためのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元方向のティーチング
工程が簡単に行われる。

【０１０２】なお、この発明は前述した実施の形態に限
定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他
の態様で実施し得るものである。

【０１０３】

【発明の効果】以上のごとき発明の実施の形態の説明か
ら理解されるように、請求項１の発明によれば、通常二
次元データしか得られない撮像手段を用いてレーザ加工
ヘッドのノズル高さ方向のデータをビジョン座標として
取得できるので、ＹＡＧレーザ光の焦点位置を容易にワ
ークの例えば溶接線に位置決めしてティーチングでき
る。さらに、前後左右方向のワークの例えば溶接線の位
置決めデータは撮像手段を用いてビジョン座標として取
得してティーチングできる。したがって、上記の高さ方
向並びに前後左右方向のビジョン座標と実際の座標に一
致させるキャリブレーションを全自動で実施して変換デ
ータを作成できるので、三次元方向のティーチングを簡
単にまた正確に行うことができる。

【０１０４】請求項２の発明によれば、ティーチングポ
イントにＹＡＧレーザ光を照射してレーザ痕等の照射位
置を形成することにより、前後左右方向の二次元の位置
決めを容易にまた正確に行うことができる。

【０１０５】請求項３の発明によれば、請求項１記載の
効果と同様であり、通常二次元データしか得られない撮
像手段を用いてレーザ加工ヘッドのノズル高さ方向のデ
ータをビジョン座標として取得できるので、ＹＡＧレー
ザ光の焦点位置を容易にワークの例えば溶接線に位置決
めしてティーチングできる。さらに、前後左右方向のワ
ークの例えば溶接線の位置決めデータは撮像手段を用い
てビジョン座標として取得してティーチングできる。し
たがって、上記の高さ方向並びに前後左右方向のビジョ
ン座標と実際の座標に一致させるキャリブレーションを
全自動で実施して変換データを作成できるので、三次元
方向のティーチングを簡単にまた正確に行うことができ
る。

【０１０６】請求項４の発明によれば、請求項２記載の
効果と同様であり、ティーチングポイントにＹＡＧレー
ザ光を照射してレーザ痕等の照射位置を形成することに
より、前後左右方向の二次元の位置決めを容易にまた正
確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すもので、Ｚ軸キャリ
ブレーション通信のフローチャートである。

【図２】（Ａ）〜（Ｚ４）は、Ｚ軸キャリブレーション
の画像データを示す画像模式図である。

【図３】本発明の実施の形態を示すもので、Ｚ軸移動量
Ｚとピクセル座標値Ｙとの関係を表すグラフである。

【図４】本発明の実施の形態を示すもので、Ｚ軸移動量
Ｚとピクセル座標値Ｙとのデータ表である。

【図５】本発明の実施の形態を示すもので、Ｘ−Ｙ軸キ
ャリブレーション通信のフローチャートである。

【図６】図５の続きのフローチャートである。

【図７】本発明の実施の形態を示すもので、モニタ上に
表示されたＸ−Ｙ軸キャリブレーションデータをビジョ
ン座標からツール座標に変換するための説明図である。

【図８】本発明の実施の形態を示すもので、ピクセル座
標からツール座標への変換方法の説明図である。

【図９】本発明の実施の形態を示すもので、ピクセル座
標からツール座標への単位の変換方法の説明図である。

【図１０】本発明の実施の形態を示すもので、ピクセル
座標に対するツール座標の原点回転移動角度の説明図で
ある。

【図１１】本発明の実施の形態を示すもので、ピクセル
座標からツール座標への並進移動と回転移動の変換方法
の説明図である。

【図１２】本発明の実施の形態に係わるＹＡＧレーザ加
工機の全体図である。

【図１３】本発明の実施の形態を示すもので、レーザ加
工ヘッドの斜視図である。

【符号の説明】

１ ＹＡＧレーザ加工機 ３ ロボットコントローラ（制御装置） ５ レーザ発振器 ９ ロボット（レーザ自動加工機） １３ レーザ加工ヘッド ２３ ＣＣＤカメラ（撮像手段） ３１ 画像処理装置（画像処理システム） ３３ モニタ（表示器） ３７ 半導体レーザヘッド（測定光源用ヘッド） ＬＢ ＹＡＧレーザ光 ＳＢ スリット光 ＢＭ ビード痕 ＣＴ クロスターゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E068 CA06 CA09 CA10 CA11 CB02 CB04 CB09 CC02 CD15 CE02 CE06 CE08 5H269 AB11 AB12 AB33 BB03 BB09 CC09 DD05 FF02 FF05 GG08 JJ09 JJ20 KK03 NN18 SA08 SA12 SA29 9A001 BB02 BB03 BB04 BB06 EE02 GG04 HH05 HH19 HH24 HH29 HH34 JJ49 KK37 KK54 KZ16 KZ32

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ光
   を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レ
   ンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先
   だって行われるＹＡＧレーザ加工機のティーチング方法
   において、 レーザ加工ヘッドの外部の測定光源用ヘッドから測定光
   をワークに照射し、このワーク上の測定光の反射光を撮
   像手段にて撮像して表示器に表示すると共にこの表示さ
   れた反射光の高さ方向ビジョン座標と実際のＹＡＧレー
   ザ光の焦点位置との高さ方向キャリブレーションを行う
   べく自動的に検出・蓄積・データ処理を行い、 ワーク上のティーチングポイントを前記撮像手段にて撮
   像して表示器に表示すると共にこの表示されたティーチ
   ングポイントの前後左右方向ビジョン座標と実際のＹＡ
   Ｇレーザ光軸との前後左右方向キャリブレーションを行
   うべく自動的に検出・蓄積・データ処理を行い、 上記の高さ方向キャリブレーションデータと前後左右方
   向キャリブレーションデータにより、表示器画面上にお
   けるビジョン座標からレーザ加工ヘッドにおける実際の
   ツール座標へ自動的に変換することを特徴とするＹＡＧ
   レーザ加工機のティーチング方法。
2. 【請求項２】 前記ティーチングポイントが、ＹＡＧレ
   ーザ光を照射して得た照射位置であることを特徴とする
   請求項１記載のＹＡＧレーザ加工機のティーチング方
   法。
3. 【請求項３】 レーザ発振器で発振したＹＡＧレーザ光
   を光ファイバを経てレーザ加工ヘッド内に備えた集光レ
   ンズからワークに照射して三次元レーザ加工を行うに先
   だって行われるＹＡＧレーザ加工機のティーチング装置
   において、 ワークに測定光を照射する測定光源用ヘッドをレーザ加
   工ヘッドの外部に設け、 ワーク上の測定光の反射光を撮像する撮像手段を設ける
   と共にこの撮像手段にて撮像した画像を表示する表示器
   を設け、 この表示された反射光のビジョン座標と実際のＹＡＧレ
   ーザ光の焦点位置との高さ方向キャリブレーションを行
   うべく自動的に検出・蓄積・データ処理を行うと共にワ
   ーク上のティーチングポイントを前記撮像手段にて撮像
   して表示されたティーチングポイントのビジョン座標と
   実際のＹＡＧレーザ光軸との前後左右方向キャリブレー
   ションを自動的に行うべく検出・蓄積・データ処理を行
   い、上記の高さ方向キャリブレーションデータと前後左
   右方向キャリブレーションデータにより、表示器画面上
   におけるビジョン座標からレーザ加工ヘッドにおける実
   際のツール座標へ自動的に変換する制御装置を設けてな
   ることを特徴とするＹＡＧレーザ加工機のティーチング
   装置。
4. 【請求項４】 前記ティーチングポイントが、ＹＡＧレ
   ーザ光を照射して得た照射位置であることを特徴とする
   請求項３記載のＹＡＧレーザ加工機のティーチング装
   置。