JPH01273682A - 切断ロボットの切断出力条件設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、異なる板厚部分を有するワークについて、
その各部の板厚に応じた切断出力条件を設定するための
切断ロボットの出力条件設定方法に関する。

（従来の技術） プレス成形された板金などのような複雑な立体形状を有
するワークを切断して所望の形状とすることのできる切
断ロボットとしては、レーザ切断ロボットやプラズマ切
断ロボットなど、種々のものが既に提案されて実用化さ
れている。

そして、このような切断ロボットにおいては、切断トー
チの動作と、その動作に応じた切断出力をロボットに教
示するために、予めワークやティーチングモデル上の所
定の位置（ティーチング点）における切断トーチの位置
情報及び切断出力の情報などをティーチングデータとし
てロボットに教示する必要がある。ところが、ワークを
きれいに切断するための適切な切断出力は、ワークの板
厚や切断速度等に依存するので、切断トーチの動きに応
じて切断出力を適宜調整しなければならない。

そこで、従来は切断の対象となるワークの板厚に応じて
、切断速度と切断出力との対応関係を示す切断条件テー
ブルを準備し、その切断条件テーブルをロボットの制御
装置に記憶させていた。。そして、ティーチングデータ
で指定された切断トーチの移動速度、すなわち切断速度
に応じて、前記切断条件テーブルから適切な切断出力を
副部装置が自動的に求めるようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来の切断出力条件の設定方法では、一定の
板厚の切断条件テーブルを設定できるだけであったので
、同一ワークに異なる板厚を有する部分が存在する場合
に、これらの各部分をきれいに切断するための切断出力
を設定するのが困難であった。例えば、板厚の厚い部分
に合わせて切断条件テーブルを設定すれば、板厚の薄い
部分で切口形状が変形してしまうという問題が生じ、逆
に板厚の薄い部分に合わせて切断条件テーブルを設定す
れば、板厚の厚い部分で切断できないという不都合が生
じていた。このような場合、従来は切断工程を複数に分
け、板厚の異なる部分ごとに別々の切断作業を行なわな
ければならなかった。特にプレス成形された板金などの
ワークを切断する場合にはこの問題が発生することが多
く、このような場合にもワークを容易に、かつきれいに
切断しつる方法が必要とされていた。さらに、切断トー
チとワーク面とは面直に保つのが原則であるが、ワーク
によってはそのコーナ一部などで面直がとれない部分が
存在する場合があり、このような部分に対しても、その
実効的な板厚に対応した適切な切断出力条件を容易に設
定できる方法が要望されていた。

〔発明の目的〕

この発明は、従来の技術における上述の問題点を解決す
るためになされたものであり、同一ワーク中に板厚が異
なる切断部分が存在する場合にも、各切断部分に対応し
た適切な切断出力条件を容易に設定することのできる切
断出力条件の設定方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明は、ワークの表面
上における切断トーチの動作とその切断出力条件とを各
ティーチング点ごとにティーチングデータとして予めロ
ボットの制御装置に、記憶させ、前記ティーチングデー
タに従って前記切断トーチを動作させつつ前記ワークを
切断するための切断ロボットの切断出力条件設定方法で
あって、前記切断トーチの移動速度と切断出力との関係
を示す切断条件テーブルを、前記ワークの実効板厚ごと
にそれぞれ予め準備して前記制御装置に記憶させ、前記
ティーチング点ごとに、前記実効板厚を指定するための
板厚指定データを前記制御装置に記憶させるとともに、
前記ワークの切断に際しては、前記切断条件テーブルを
用いて、前記板厚指定データと前記切断トーチの移動速
度とに対応した切断出力を、前記制御装置によって前記
ティーチング点ごとに求めつつ切断を実行する。

〔作用〕

制ｔ１１装置には、各ティーチング点ごとに切断１・−
チの動作と板厚指定データが記憶され、またこれらのテ
ィーチング点ごとのデータとは別に、実効板厚ごとに明
所条件テーブルが記憶されるので、これらのデータを基
に各ティーチング点ごとに適切な切断出力が制御装置に
よって自動的に求められる。

〔実施例〕

第１図は、この発明を適用してティーチングを行なわせ
るべきロボットの一例としての、直角座標型レーザ切断
ロボットの機構的構成を示す概略斜視図である。同図に
おいて、このレーザ切断ロボットＲＢは、基台１の上に
、図示しないモータＭ１によってＸ方向（水平方向）に
移動自在な移動台２を有しており、この移動台２の上に
ワーク（図示せず）を載置する。基台１の両側方に垂直
に立設されたコラム３の頂部にはビーム４が架設され、
このビーム４には、図の７方向（垂直方向）に延びると
ともに、モータＭ２によってＹ方向に移動自在な移動コ
ラム５が設けられている。

また、この移動コラム５の下端には、モータＭ３によっ
て２方向に上下するモータＭ４が設けられている。これ
によって、移動コラム５の中心軸から偏心した位置に設
けられているアーム６が図のθ方向に回転する。また、
このアーム６の下端側方にはモータＭ５が設けられてお
り１．これによってエンドエフェクタとしてのレーザト
ーチＴが図のψ方向に回動する。

レーザトーチＴには、レーザ発振装置７からのレーザビ
ームがレーザガイドバイブ８を通して与えられる。また
、制御装置９には、後述するマイクロコンピュータなど
が内臓されており、操作盤１０には、キーボードやデイ
スプレィ等が設けられている。さらに、外部コンピュー
タ１１は種々のデータの入出力やデータ処理を行なうた
めのものであり、ＣＲＴＩ　２やキーボード１３などを
備えている。

第２図は、第１図に示したロボットＲＢの電気的構成の
概略図である。第２図において、制御装置９に内臓され
たマイクロコンピュータ２１はＣＰＵ２２やメモリ２３
を有し、またマイクロコンピュータ２１にはバス８ｍを
介して、以下の各機器などが接続されている。

■上記モータＭ１〜Ｍ５や、これらのモータＭ１〜Ｍ５
の回転角を検知するエンコーダＥ１〜Ｅ５　（第１図中
には図示せず）を含んだ機構駆動系２４ ■レーザ発振装置７ ■操作盤１０ ■外部コンピュータ１１ オペレータは操作盤１０を現場で操作しながら後述する
レーザ出力条件の設定、レーザトーチＴの位置・速度情
報の入力などを行えるようになっている。また、マイク
ロコンピュータ２１のメモリ２２は、通常の自動動作に
必要とされるプログラムやティーチングデータの記憶を
行なうだけでなく、ワークＷの板厚及びレーザトーチＴ
とワークＷとの角度で規定される実効板厚ごとに予め準
備されたレーザ出力条件テーブルを記憶できるようにな
っている。なお、実効板厚については後述する。このレ
ーザ出力条件テーブルはレーザトーチＴの移動速度、す
なわち切断速度とレーザ出力との関係を数値的に表現し
たテーブルであり、各実効板厚ごとに作成され、それぞ
れに条件テーブル番号が与えられている。ＣＰＵ２３は
、ワークＷを切断する際に上記レーザ出力条件テーブル
と、ティーチング点ごとに教示されたレーザトーチＴの
移動速度とに基づいて、その移動速度に適したレーザ出
力を算出する機能を有する。この機能を実現するための
プログラムもまた、メモリ２２に予め記憶されている。

また、第２図にはプレス成形されたワークＷの一例が模
式的に示されており、ワークＷの垂直面Ｐ１には切断線
Ｃ１、水平面Ｐ２には切断線Ｃ２が示されている。これ
らの切断線Ｃ，Ｃ２は、それぞれ複数のティーチングＴ
Ｐ、ＴＰ２によつてロボットに教示される。

以下では、第３図のフローチャートを参照しつつこれら
の切断線Ｃ、Ｃ２に対するレーザ出力条件の設定方法の
手順を説明する。

まず、ステップ８１　（８１１，Ｓｌ　２）において、
レーザ出力条件テーブルを作成・記憶する。

これに際しては、まず必要に応じて板厚の異なる数種類
のテストピースを選び、実際に切断する（ステップ５１
１）。そして、この結果から切断速度と適切なレーザ出
力との関係を求め、各板厚ごとにレーザ出力条件テーブ
ルを作成し、マイクロコンピュータ２１のメモリ２３に
記憶させる（ステップ５１２）。第４図はこのようにし
て得られたレーザ出力条件テーブルの値をグラフとして
示したものである。図において、横軸は切断速度Ｖ、縦
軸はレーザ出力Ｐであり、折線Ｆ　（ｔｔ　）、Ｆ（ｔ
　　）、Ｆ（ｔ３）は板厚がそれぞれｔｌ。

ｔ　及びｔ３である３つの場合について切断速度Ｖとレ
ーザ出力Ｐの関係を示すものであるものである。また、
各折線Ｆ　（ｔｌ）、Ｆ　（ｔ２＞、Ｆ（ｔ３）中の座
標点Ｑｌｌ〜ＱｔＪ、Ｑ２１〜Ｑ２．。

Ｑ３１〜Ｑ３Ｉｌｌはそれぞれの板厚ごとのレーザ出力
条件テーブルの値を示している。なお、マイクロコンピ
ュータ２１のメモリ２３にレーザ出力条件テーブルを記
憶させるための入力は、例えば外部コンピュータ１１を
用いて行なわれる。また、この際、異なる板厚ごとにそ
れぞれ条件テーブル番号を付し、その条件テーブル番号
を指定することによって、一定の板厚に対するレーザ出
力条件テーブルが呼出せるようにしておく。以上の作・
業により、レーザ出力条件設定のための準備が終了する
。

次に、ステップ８２（８２１〜５２３）においてティー
チング作業を行なう。まずステップＳ２１において、オ
ペレータがレーザトーチＴを手動で動かすことよって、
所望のティーチング点におけるレーザトーチＴの位置及
び姿勢を調整する。

そして、その位置情報、姿勢情報をエンコーダＥ１〜Ｅ
５から読取らせるとともに、移動速度をオペレータが操
作盤１０から入力することにより、ティーチングデータ
としてメモリ２３に記憶させる。次に、ステップ８２２
では、そのティーチング点について、オペレータがレー
ザ出力条件テーブルを指定する。これはオペレータが操
作盤１０から条件テーブル番号を入力することによって
行なう。この際、第２図のワークＷの垂直面Ｐ１と水平
面Ｐ２とは板厚が異なるので、それぞれの面に描かれた
切断線Ｃ１切断ＪＩＣ２とでは、それぞれ異なる条件テ
ーブル番号が指定される。第５図は、第２図に示すワー
クＷのＡ−Ａ断面を示す要部模式断面図である。第５図
（ａ）において、ワークＷの垂直面Ｐ１の板厚ｔ１は水
平面Ｐ２の板厚ｔ２よりも薄くなっている。従って、ス
テップ３１１及び３１２においてこれらの板厚１　．１
２におけるレーザ出力条件Ｆ（ｔ　　＞、Ｆ（ｔ２）を
作成記憶しておき、オペレータはステップＳ２２でそれ
ぞれの板厚１，１２に対応する条件テ−プル番号を各テ
ィーチング点ごとに入力する。

垂直面Ｐ、の切断線Ｃ１と水平面Ｐ２の切断線Ｃ２とは
それぞれ復数のティーチング点ＴＰ１．ＴＰ２によって
ロボットに教示されるので、その各ティーチング点ごと
に条件テーブル番号が入力される。

また、第５図（ａ）に示すように、一般に、レーザトー
チＴはワークＷと而直になるように姿勢が保たれる。と
ころが、第５図（ｂ）の破線で示すように、レーザトー
チＴとワークＷ（垂直面Ｐ１）とが干渉するために、面
直な姿勢をとれない場合がある。このような場合には第
５図（ｂ）に実線で示すように、レーザトーチＴを面直
方向から角度θだけ傾けて切断せざるを得ない。このね
きの垂直面Ｐ　と水平面Ｐ２との境界部分を拡大して第
５図（Ｃ）に示す。このとき、レーザトーチＴが切断す
べきワークＷの厚みは、レーザトーチＴの軸方向Ｔ　に
沿って水平面Ｐ　を貫通する幅ｔ２′となる。ここでｔ
’＝ｔ２／ｃｃｙｓθである。従つて、このようにレー
ザトーチＴを傾けて切断する場合に必要とされるレーザ
出力は、板厚ｔ２′のワークを切断する場合のレーザ出
力に近いものとなる。そこで、ワークＷの実効板厚ｔ８
は、ワーク面の法線方向の板厚ｔと、その法線方向とし
一ザトーチＴのなす角度（トーチ角度）θとに依存した
値として、次式のように表わされる。

ｔｏ＝ｆ　（ｔ、θ”）　　　　　　　　　−（１１）
なお、ｆ　（ｔ、θ）は経験的に決定される関数である
が、θ＝Ｏ°のときには１ｅ＝１である。

このような場合には、ステップＳ１１及びＳ１２におい
て板厚ｔ２およびトーチ角度θの条件下でテストピース
を切断し、レーザ出力条件テーブルを作成してメモリ２
３に予め記憶させておく。

そして、ステップ８２２において対応する条件テーブル
番号をオペレータが指定するようにすればよい。

ステップＳ２３では全ティーチング点についてティーチ
ングが終了したか否かを判定し、終了していなければス
テップ３２１に戻ってステップ＄２１と８２２のティー
チングを繰返す。全ティーチング点についてティーチン
グが終了した場合にはステップＳ２３から８３に移行し
、ワークのテスト切断を行なう。この切断に当っては、
メモリ２３に予め記憶されたレーザ出力条件テーブルを
用い、また各ティーチング点における条件テーブル番号
とレーザトーチＴの移動速度Ｖとに従って、レーザ出力
ＰがＣＰＵ２２により算出される。第４図には、板厚ｔ
２に対する条件テーブル番号が指定され、かつそのティ
ーチング点の切断速度がｖｌであった場合のレーザ出力
Ｐの算出方法の一例を示している。このとき、板厚ｔ２
に対応したレーザ条件テーブルＦ（ｔ２）の座標点０２
１〜０２ｍのうちで、切断速度が■１に最も近い２つの
座標点Ｑ２１．Ｑ２２に基づいて直線内挿を行ない、切
断速度■　に対応するレーザ出力Ｐ１が求められている
。なお、このように内挿できないときは外挿によって求
めてもよい。また、直線内挿、直線外挿に限らず、他の
多項式などによって座標点の内挿、外挿を行ない、切断
速度に対応するレーザ出力を求めるようにしてもよい。

そして、このように求められたレーザ出力に基づいてＣ
ＰＵ２２からレーザ発振装置７に指令が与えられ、レー
ザが発振される。

ステップＳ４ではテスト切断の結果から切断動作及び切
断形状の良否を判断し、問題がある場合には、オペレー
タは次の３つのうちのいずれかの措置を行なう。

まず、レーザトーチの位置、姿勢等に問題がある場合に
は、ルート１に従ってステップＳ４からステップ８２１
に戻り、ステップ８２１でその修正を行ない、再びテス
ト切断（ステップＳ３）を行なってその良否を確認する
。

次に、レーザトーチＴの位置、姿勢等が良好で、レーザ
出力が適切でないティーチング点がある場合にはルート
２又はルート３に従って、そのティーチング点のレーザ
出力条件を修正する。単に条件テーブル番号の指定が間
違っている場合などであって、他に適切なレーザ出力条
件テーブルが既にメモリ２３に記憶されている場合には
、ルート２に従ってステップ８２．２に戻り、適切なレ
ーザ出力条件テーブルの条件テーブル番号を指定し直せ
ばよい。一方、適切なレーザ出力条件テーブルが予め求
められていない場合には、ルート３に従ってステップ３
１１に戻り、テストピース切断を行なう。そしてステッ
プＳ１２でレーザ出力条件テーブルを作成し、新たな条
件テーブル番号の下にメモリ２３に記憶する。さらに、
ステップＳ２２でその条件テーブル番号に指定し直すこ
とにより、修正がなされる。

以上のように、レーザトーチＴの動作及びレーザ出力条
件を修正しつつ、ステップＳ３においてテスト切断して
ティーチングの良否の確認を行ない、そのすべてが良好
となれば、ティーチングの処理が終了する。そして、レ
ーザトーチ、王の動作とレーザ出力とがともに良好な場
合にはテストを終了し、以降は実処理を行なう。

なお、実処理での切断におけるレーザ出力の算出方法も
上述のテスト切断時（ステップＳ３）と同様である。す
なわち、メモリ２３に予め記憶されたレーザ出力条件テ
ーブルを用い、各ティーチング点ごとに条件テーブル番
号とレーザトーチＴの移動速度Ｖとに従ってレーザ出力
ＰがＣＰＵ２２により算出され、レーザ発振装置７から
その出力に応じたレーザが発振される。

このように、上記実施例では同一のワークＷに板厚の異
なる切断線Ｃ、Ｃ２があっても、予め準備されたレーザ
出力条件テーブルを選択して各ティーチング点ごとに指
定するだけでよく、容易に適切なレーザ出力条件を設定
することができる。

特に、切断線Ｃ２のように、切断線の一部で実効的な板
厚が変わる場合にも、各ティーチング点毎にレーザ出力
条件テーブルを指定すれば良いだけなので、各ティーチ
ング点毎に適切なレーザ出力条件を容易に設定できる。

この結果、切断品質が向上するとともに、−回の切断工
程で処理しうるワークの板厚変化についての制約が無く
なるので、切断可能範囲を拡大しうるという利点がある
。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、たとえば次のような変形も可能である。

■　各ティーチング点におけるレーザ出力条件の指定は
、予め準備されたレーザ出力条件テーブルの条件テーブ
ル番号を”指定することにより行なっていたが、各レー
ザ出力条件テーブルをワークの実効板厚に対応するもの
としてメモリ２３に記憶しておき、各ティーチング点で
はその部分のワークの実効板厚を入力するようにしても
よい。この場合には、入力された実効板厚そのものに対
応するレーザ出力条件テーブルがメモリ２３に記憶され
ていないときにも、データの補間又は外挿によってこれ
を求めることができる。例えば、第４図に示すレーザ出
力条件Ｆ（ｔ２）がメモリ２３に記憶されておらず、Ｆ
　（ｔｌ）とＦ　（ｔ３）のみが記憶されている場合に
実効板厚としてｔ２が入力されたときには、Ｆ（ｔｌ）
とＦ（ｔ３）とから実効板厚ｔ２に対するレーザ出力条
件Ｆ（ｔ２）を補間φ外挿で求めるようにすればよい。

なお、このときの補間・外挿は直線補間、直線外挿に限
らず、所定の多項式等によって補間・外挿してもよい。

■　切断方式はレーザ切断に限らず、プラズマ切断など
の他の切断方式にもこの発明は適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、ワ−りの実効
板厚ごとに切断トーチの移動速度と切断出力との関係を
示す切断出力条件テーブルを予め切断ロボットの制御装
置に記憶させ、ティーチング時の切断出力条件の設定に
際しては各ティーチング点ごとにワークの実効板厚を指
定するデータを入力すればよいので、同一ワーク中に板
厚が異なる切断部分が存在する場合にも、適切な切断出
力条件の設定が容易に行なえるという効果がある。

また、その結果として切断品質が向上するとともに、切
断可能なワークの対象節回が拡大するという効果もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を切断ロボットに適用した実施例の
機構的構成の概略を示す斜視図、第２図は、第１図のロ
ボットの電気的構成を示す概略ブロック図、 第３図は、実施例の手順を示すフローチャート、第４図
は、この発明の実施例における切断出力条件を示す図、 第５図は、この発明の実施例におけるワークと切断トー
チの関係を示す要部模式断面図である。 ＲＢ・・・レーザ切断ロボット、　９・・・制御装置、
１０・・・操作盤、 Ｃ、Ｃ２・・・切断線、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワークの表面上における切断トーチの動作とその
   切断出力条件とを各ティーチング点ごとにティーチング
   データとして予めロボットの制御装置に記憶させ、前記
   ティーチングデータに従って前記切断トーチを動作させ
   つつ前記ワークを切断するための切断ロボットの切断出
   力条件設定方法であつて、 前記切断トーチの移動速度と切断出力との関係を示す切
   断条件テーブルを、前記ワークの実効板厚ごとにそれぞ
   れ予め準備して前記制御装置に記憶させ、 前記ティーチング点ごとに、前記実効板厚を指定するた
   めの板厚指定データを前記制御装置に記憶させるととも
   に、 前記ワークの切断に際しては、前記切断条件テーブルを
   用いて、前記板厚指定データと前記切断トーチの移動速
   度とに対応した切断出力を、前記制御装置によって前記
   ティーチング点ごとに求めつつ切断を実行することを特
   徴とする切断ロボットの切断出力条件設定方法。