JPH0494883A - ロボットの加工制御方法 - 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） 本発明は、ワーク表面に対してロボット側の加工用ト−
チを加工に適した所定距離に保ちながら、ワークの加工
作業を行うロボットの加工制御方法に関する。

（従来の技術） プレス成型された板金等に対する作業ロボットとじて、
例えばレーザビームを利用した自動切断ロボットが広く
採用されている。このような自動切断ロボットを用いて
切断作業を行うには、自動切断ロボットに対して、被作
業体であるワークの仮想切断線に関するティーチングデ
ータを予め教示しておき、自動切断作業を行う場合は、
加工用トーチがこのティーチングデータに従って移動し
、３次元的な滑らかな切断線を描くように動作する。

ところが、多数の同一種類のワークの表面は、必ずしも
互いに全く同し凹凸を有しているわけてはなく、プレス
によるひずみ等の原因によってワクごとに凹凸が多少異
なるのが普通である。しかし、その結果としてトーチと
ワーク表面との距離が一定でなくなると、レーザビーム
の焦点とワ−り表面との関係がずれて、良好に切断でき
なくなることがある。

そこで、ティーチングデータに従って！・−チを移動さ
せる際に、さらに、１・−チとワーク表面との距離を一
定に保つような制御が行われており、例えば、トーチに
ワーク表面との距離を相互間の静電容量の変化によって
４測する距離センサを設け、この距離センサによって１
・−チとワーク表面との相互間距離を検出し、この距離
が略一定となるようにトーチを移動させて相互間距離を
所定距離に制御し、レーザビームの焦点とワーク表面と
の関係を所望に保つ方式が採用されていた。

また、ロボットによるワークの切断作業中において、不
用意にトーチがワーク表面に接触もしくは異常接近した
場合には、接触状態を示す距離センサ側からのセンサ出
力信号、即ち、接触検知信号が送信され、この接触検知
信号によりロボットの制御部が接触エラーを判断してロ
ボットの動作を停止させ、切断作業を中断する構成とさ
れていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしなから、上記接触検知信号が、トーチとワークと
の真の接触による場合たけてなく、トチ先端部周辺の雰
囲気によって偶然に発生する場合、例えばワークの切断
粉が吹き上げられた際の静電容量の値によっても接触検
知信号が発生する場合があり、この誤検出による接触検
知信号によっても、上記同様ロボットの動作が停止され
、切断作業を中断していた。特に厚板の切断作業にあっ
ては切断粉の吹き返し量も多く、上記の如く誤検出によ
る接触検知信号の発生のおそれも多く、従って、切断作
業の中断も多く生し、作業能率低下を招くと共に、ロボ
ットの動作の停止によって、円滑な自動化が図れない欠
点があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、作業能率の向上及
び良好な自動化が図れるロボットの加工制御方法を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記［１的を達成するための技術的手段は、ロボットの
加工用トーチとこれに対向するワーク表面との間の相互
間距離を検出する距離センサのセンサ出力信号に応じて
、相互間距離を所定の加工基準距離に保つトーチ距離制
御装置を備え、トーチ距離制御装置で１・−舌位置を制
御しながらワーク表面上を動作させてワークの加工作業
を行うロボットの加工制御方法において、前記ワークの
加工作業中に、距離センサによって１・−チとワークと
の接触状態が検出されると、一旦、トーチをワク表面側
から離れる方向に一定距離退避操作し、退避後、再度１
・−チ距離制御装置によりトーチとワークとの相互間距
離を所定の加工基準距離に復帰させて加工作業を続行す
る点にある。

（作用） 本発明によれば、ロボットによるワークの加１−作業中
に、トーチとワークとの相互間の真の接触によるものか
、誤検出によるものかに拘らず、距離センサによって接
触状態が検出されると、無条件に一μ、トーチがワーク
表面側から離れる方向に一定距離だけ退避操作され、退
避後、再度トーチ距離制御装置によるトーチ位置の制御
動作により、トーチとワークとの相互間距離を所定の加
工基準距離に復帰させて引き続きトーチを制御しながら
ワークの加工作業を続行するため、距離センサによる接
触状態の検出の都度、ロボットが停止されず、加工作業
が連続的に行われる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、この発明を適用する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全体概略斜視図であ
る。同図において、このロボットＲＢは、基台１の上に
、図示省略のモータＭ１によってＸ方向（水平方向）に
移動操作自在な移動台２が備えられており、この移動台
２の上にワークが載置される。

基台１の両側方には夫々コラム３が立設されており、両
コラム３の頂部間に亘ってビーム４が架設されている。

ビーム４には、図のＺ方向（鉛直方向）に延びるととも
に、モータＭ２によってビム４長手方向に沿って、即ち
Ｙ方向（Ｘ方向と直交する水平方向）に移動操作自在と
された移動コラム５が装着されている。

移動コラム５の下端には、モータＭ３によってＺ方向に
昇降操作自在とされた旋回台６が設けられ、旋回台６は
図示省略のモータＭ４によって上下方向の軸心回りに旋
回操作自在とされている。

また旋回台６の旋回中心から一側に偏位した旋回台６下
面側から下向き突出状にアーム７が設けられており、ア
ーム７は旋回台６の旋回操作によって旋回中心回り、即
ちθ方向に回動操作自在とされている。

アーム７の下端部−側には図示省略のモータＭ５によっ
て水平軸心回り、即ちψ方向に回動操作自在とされた加
工用レーザトーチＴが装着されている。そして、このト
ーチＴを利用して、トーチＴとワーク表面との距離を検
出する距離センサとしてのハイドセンサＨ３（後述する
。）が構成されている。

８はレーザ発振装置で、レーザガイドパイプ９を通じて
トーチＴ側にレーザビームを供給する。

１０は制御装置で、後述するトーチ距離制御回路やマイ
クロコンピュータ等が内臓されており、操作盤１１には
、キーボードやデイスプレィ等が設けられている。また
、外部コンピュータ１２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、ＣＲＴ１３やキーボ
ード１４等を備えている。

第２図はロボットＲＢの電気的構成の概略ブロック図を
示しており、制御装置１０に内臓されたマイクロコンピ
ュータ２１には、バスＢＬを介して、上記モータＭ１〜
Ｍ５や、これらのモータＭ　　−Ｍ　　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２３．レーザ発振装置８．操作盤１１
．外部コンピュータ１２等が接続されている。

レーザトーチＴには、レーザ発振装置８からレーザビー
ムが案内される他、レーザトーチＴの先端部に設けられ
たハイドセンサＨ８を用いて、レザトーチＴとワークＷ
との相互間距離がトーチ距離制御回路２２によって検出
される。なお、このシステムは、上位のホストシステム
（図示せず）の制御下で動作させることもてきる。

第３図は、レーザトーチＴの詳細を示す部分断面図であ
る。図において、レーザトーチＴの円筒状のハウジング
３０の下部は、その下端にあるトーチ孔３１に向かって
円錐状に内外径が減少するノズルチップ３２となってい
る。１・−チ孔３１部分におけるノズルチップ３２の外
周部は、ワークＷと対向する部分の平面積を大きくした
ハイドセンサＨ８とされている。また、ハウジング３０
内にはレンズ３３が設けられており、レーザ発振装置８
から案内されたレーザビームＬＢがレンズ３３で絞られ
てワークＷに照射される。

ハイドセンサＩ（Ｓは、レーザトーチＴがワークＷに向
けられると、ワークＷとノズルチップ３２のクリアラン
スｐ（相互間距離）を静電容量の変化で検出するセンサ
である。すなわち、予め設定したレーザトーチＴとワー
クＷの相互間距離に対して、両者が互いに近づくと静電
容量が増大し、逆に両者が互いに離れると静電容量が減
少する。

従って、レーザトーチＴとアーム７とを電気的に絶縁し
ておき、ハイドセンサＨ８て検出された静電容量を所定
の基準値と比較すれば、レーザトーチＴとワークＷとの
実際の相互間距離が予め設定された相互間距離に対して
小さいか大きいかを判断することができる。

第４図はトーチ距離制御装置の構成を示すブロック図で
ある。図において、機構駆動系２３のエンコーダＥ、’
（１−１〜５）は、例えばタコジェネレータ等によって
実現される速度検出器ＴＧと、例えばパルスゼネレータ
等によって実現される位相検出器ＰＧとを有して構成さ
れている。また、機構駆動系２３は、速度検出器ＴＧか
らの速度信号α　をフィードバックする速度制御器に１
と、位相検出器ＰＧからの位置信号α、をフィードバラ
■ りする位置制御器に２とを備えている。なお、機構駆動
系２３には、トーチ距離制御部２２からの位置補正信号
ΔαＩ　（後述する。）が与えられる他に、マイクロコ
ンピュータ２１からは位置設定信号αＩｏが与えられて
いる。

一方、トーチ距離制御回路２２は、レーザトチＴ先端の
ハイドセンサＨ８と接続されてハイドセンサＨ８とワー
クＷとの間の静電容量を測定するためのセンサアンプ２
２１と、主コントローラ２２２と、主コントローラ２２
２から与えられる距離補正信号へ９（後述する。）を位
置補正信号Δα、に変換する座標変換回路２２３とを備
えている。

センサアンプ２２１は、ハイドセンサＨ８とワークＷと
の間の静電容量に依存したセンサ出力信号Ｖ　を、例え
ばアナログ電圧として出力し、このセンサ出力信号Ｖ　
は主コントローラ２２２内の信号処理回路２２２ａに入
力される。

また、ハイドセンサ）（Ｓによって検出される静電容量
が予め設定された所定のしきい値を越えた場合には、セ
ンサ出力信号としてレーザー・−チＴとワークＷとが接
触もしくは異常接近した、所謂接触状態を知らせる接触
検知信号Ｓ、を出力し、前述同様、主コントローラ２２
２内の信号処理回路２２２ａに入力される。なお、ハイ
ドセンサＨ８とワークＷとの相方に接続される接触検知
回路を設け、ハイドセンサＨ８とワークＷ間の抵抗値が
略ゼロになった際に、レーザトーチＴとワークＷとが接
触したことを知らせる接触検知信号ＳＬを出力する構成
としてもよい。そして、ハイドセンサーｓとワークＷと
の実際の距離ｐに応じたセンサ出力信号Ｖ　が信号処理
回路２２２ａに入力されると、信号処理回路２２２ａは
そのセンサ出力信号Ｖ　を距離信号Ｓρに変換する。一
方、オペレータが指定した加工基準距離１１ｏ　（例え
ば２ｍｍ）に対応した基準距離信号Ｓｐｏがマイクロコ
ンピュータ２１から信号処理回路２２２ａに人力されて
おり、信号処理回路２２２ａからは下式に示すように、
距離信号Ｓ、ｃｌと基準距離信号Ｓ、。

との差を距離補正信号Δρとして出力する。

Δ、ｅ−ｓＩｌ　−ｓρ０ そして、距離補正信号Δｇは座標変換回路２２４でロボ
ット座標系の各座標値α＋（＋−１〜５゜具体的にはｘ
、ｙ、ｚ、　　θ、ψの各座標値を示す。）の補正量を
示す位置補正信号Δα、に変換され、例えば、レーザト
ーチＴの姿勢が鉛直状態にあっては、位置補正信号Δα
１は第１図のＺ方向にレーザトーチＴを移動させる駆動
量指示信号でありて、機構駆動系２３の各モータＭ、（
１−１〜５）のうちのモータＭ３のサーボ系に勾えられ
る信号となる。以上のように、機構駆動系２３によって
レーザト−チＴが移動制御され、実際の距離Ｉが加工基
準距離ｆＩｏと等しくなると距離補正信号Δｇがゼロに
なる。ここにレーザー・−チＴがワークＷから常に一定
の距離１１ｏに保たれるように制御されるトーチ距離制
御装置を構成する。

また、前記接触検知信号Ｓ１が信号処理回路２２２ａに
人力されると、信号処理回路２２２ａは無条件に所定の
距離補正信号Δｇ　を出力し、座標変換回路２２３、機
構駆動系２３を通じてレザトーチＴをワークＷ表面側か
ら離れる方向、即ち垂線方向に一定距離ｆＩ（例えば１
〜２ＩＩｌ１１）だけ退避操作される。この退避される
一定距離１゜はワークＷの切断処理可能なレーザトーチ
ＴとワークＷとの相互間距離の範囲内に対応する距離と
なるよう所定の距離補正信号Δｐ　が設定されている。

第５図はロボッｌ−ＲＢによるワークＷの自動切断作業
時におけるレーザビームＴとワークＷとの相互間距離を
制御するロボットＲＢの加工制御方法のフローチャート
である。ロボットＲＢを作動させて（ステップＳｌ）ワ
ークＷの自動切断作業を開始すれば、レーザトーチＴは
ワークＷと所定の加工基準距離Ｒｏ有した状態でティー
チングデータ１に基づいて移動され、ワークＷを切断し
て行く。この切断作業過程において、ステップＳ２では
ハイドセンサＨ３がレーザトーチＴとワークＷとの接触
状態を検出しているか否かを判断する。

接触状態を検出していなければ、ステップＳ３に移り、
トーチ距離制御回路２２１機構駆動系２３によってレー
ザトーチＴとワークＷとが所定の加工基準距離１１ｏに
保たれるように制御される。

一方、接触状態を検出していれば、ステップＳ４に移り
、トーチ距離制御回路２２１機構駆動系２３によってレ
ーザトーチＴが無条件にワークＷ表面側から一定距離ｐ
　退避される。

その後、ステップＳ５に移り、切断作業が終了したか否
かを判断し、切断作業が終了していなげれば、ステップ
Ｓ２に戻り、上記動作が繰返される。そして切断作業が
終了すれば、ステップＳ６に移り、ロボットＲＢの動作
が停止し、ここに自動切断作業が終了する。

本実施例の加工制御方法によれば、ワークＷの自動切断
作業中において、接触検知信号Ｓｔが出力されなければ
、ステップＳ３に基づきハイドセンサＨ８側からのセン
サ出力信号Ｖ　に応じて１・一チ距離制御回路２２１機
構駆動系２３によりレーザトーチＴとワークＷとの相互
間距離が所定の加」二基準距離Ω。に保たれながらティ
ーチングブタに基づいて切断作業が行われる。

また自動接続作業中において、接触検知信号Ｓｔが出力
された場合には、ステップＳ４に基づき、ハイドセンサ
Ｈ３側からの接触検知信号Ｓ。

によってトーチ距離制御回路２２１機構駆動系２３を通
じて、一旦、レーザー・−チＴが無条件に一定距離ρ　
退避され、退避後、接触検知信号Ｓ１が解除されていれ
ば、ステップＳ３に基づき、再度、レーザトーチＴとワ
ークＷとの相互間距離が所定の加工基準距離ｐ。となる
ようレーザー・−チＴの位置が制御されて復帰し、所定
の加工基準距離１ｏに保たれながら切断作業が続行され
る。なお、退避後、接触検知信号Ｓｔが解除されていな
い場合には、接触検知信号Ｓ、が解除されるまでステッ
プＳ４の動作が繰返される。

従って、ロボットＲＢによるワークＷの自動切断作業中
に、ワークＷの切断粉の吹き上げ等によりハイドセンサ
Ｈ８によって接触状態が誤って検出された場合であって
もロボットＲＢの動作が停止されず、切断作業が連続的
に行われ、作業能率が向上できると共に、ロボットＲＢ
による切断作業の自動化機能が良好に発揮できる。また
、実際にレーザー・−チＴとワークＷとが接触したこと
によって接触状態が検出された場合においては、レザト
ーチＴが無条件に一定距離ｇ　が退避されるため、レー
ザトーチＴの損傷が有効に防止できる。さらにレーザト
ーチＴの退避距離ｐ　がワりＷを切断処理可能とする相
互間距離の範囲内であるため、退避後の加工基準距離ρ
。への復帰も迅速に行われる。

第６図はロボットＲＢの加工制御方法の第２実施例を示
すフローチャートであり、前述同様、ロボットＲＢを作
動させて（ステップＳｌ）ワークＷの自動切断作業を開
始すれば、レーザトーチＴはワークＷと所定の加に基準
距離ρ。を有した状態でワークＷを切断して行く。この
切断作業過程において、ステップＳ２で後述するステ・
ツブＳ９のカウンターのカウント値Ｎがゼロに解除され
、その後、ステップＳ３で、ハイドセンサＨ８がレーザ
トーチＴとワークＷとの接触状態を検出しているか否か
を判断する。

接触状態を検出していなければ、ステップＳ４に移り、
前述同様、レーザト−チＴとワークＷとが所定の加工基
準距離、Ｑｏに保たれるように制御されりる。その後、
ステップＳ５に移り、切断作業が終了したか否かを判断
し、切断作業が終了していなければ、ステップＳ２に戻
る。また切断作業が終了すれば、ステップＳ６に移り、
ロボットＲＢの動作が停止する。

一方、ステップＳ３で接触状態を検出していれば、ステ
ップＳ７に移り、前述同様、一定距離ｐ　退避される。

退避後、ステップＳ８でハイドセンサＨ３がレーザトー
チＴとワークＷとが接触状態を検出しているか否かを判
断する。

接触状態を検出していなければ、ステップＳ４に移り、
また接触状態を検出していればステップＳ９に移り、カ
ウンターのカウント＠Ｎに１を加算し、その後ステップ
ＳＩＯで、カウンターのカウント値Ｎが連続して接触状
態を検出する所定の設定回数ａ（例えばａ＝４）かとう
かを判断する。

カウント値Ｎが設定回数ａに達していなければ、ステッ
プＳ７に戻り、上記動作が繰返される。またカウント値
Ｎが設定回数ａに達すれば、ステップＳ６に移り、ロボ
ットＲＢが停止する。

この加工制御方法によれば、所定回数ａの連続した接触
検知信号ＳＬを検出した場合にのみ、ロボットＲＢの動
作が停止され、必要以上のロボッＦＲＢの停止が有効に
防止できる利点がある。

なお、加工基準距離１１ｏはレーザビームＬＢのパワー
や焦点距離、ワークＷの材質や板厚、加工速度等の切断
条件に応じて適宜決定すればよい。

また退避距離ｐ　も良好な切断等の加工作業可能な所定
の相互間隔距離の範囲内、即ち加工作業に適した所定の
静電容量範囲内の対応する相互間距離に設定すればよい
。さらに加工作業は切断作業に限らず、溶接作業等であ
ってもよい。また距離センサは静電容量検知式のものに
限らず、磁気的や光学的な測距手段等を用いてもよい。

（発明の効果） 以上のように本発明のロボットの加工制御方法によれば
、ワークの加工作業中に、距離センサによってトーチと
ワークとの接触状態が検出されると、一旦トーチをワー
ク表面側から離れる方向に一定距離退避操作し、退避後
、再度トーチ距離制御装置によりトーチとワークとの相
互距離を所定の加工基準距離に復帰させて加に作業を続
行する方法であり、距離センサによる接触状態の検出の
都度、ロボットが停止されず、加］−作業が連続的に行
えるため、作業能率が向上できると共に良好な自動化が
発揮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するロボットの全体概略斜視図、
第２図は第１図のロボットの電気的構成を示すブロック
図、第３図はレーザトーチの詳細構成を示す部分断面図
、第４図はトーチ距離制御装置の電気的構成を示すブロ
ック図、第５図は本発明の第１実施例を示すフローチャ
ート、第６図は第２実施例を示すフローチャートである
。 １０・・・制御装置、　　　　　１１・・・操作盤、１
２・・・外部コンピュータ、 ２１・・・マイクロコンピュータ、 ２２・・・トーチ距離制御回路、２３・・・機構駆動系
、２２１・・・センサアンプ、 ２２２・・・主コントローラ、 ２２２ａ・・・信号処理回路、 ２２３・・・座標変換回路、　　ＲＢ・・・ロボット、
Ｔ・・・レーザトーチ、　　−Ｗ・・・ワーク、］　９ Ｈ８・・・ハイドセンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットの加工用トーチとこれに対向するワーク
   表面との間の相互間距離を検出する距離センサのセンサ
   出力信号に応じて、相互間距離を所定の加工基準距離に
   保つトーチ距離制御装置を備え、トーチ距離制御装置で
   トーチ位置を制御しながらワーク表面上を動作させてワ
   ークの加工作業を行うロボットの加工制御方法において
   、前記ワークの加工作業中に、距離センサによってトー
   チとワークとの接触状態が検出されると、一旦、トーチ
   をワーク表面側から離れる方向に一定距離退避操作し、
   退避後、再度トーチ距離制御装置によりトーチとワーク
   との相互間距離を所定の加工基準距離に復帰させて加工
   作業を続行することを特徴とするロボットの加工制御方
   法。