JPH06324732A - 動作プログラム修正機構付教示点追従型装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 教示点に倣って動かすための動作プログラム
において、ずれが大きくなる動作プログラムステップの
修正作業を自動化する。 【構成】 教示点と教示点の中間に動かして、その点と
ケガキ線とのずれを検出し、ずれが大きいときには検出
されたケガキ線位置を新たな教示点としてプログラムス
テップを修正する。 【作用】 教示点が少なくてずれが大きいところが自動
修正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ティーチングされた教
示点を追従してゆく装置、例えばレーザトーチを教示点
に沿って移動させながら溶接・切断等を実行するレーザ
加工機、フライス等の加工工具を教示点に沿って移動さ
せながら加工してゆく加工機、あるいはハンドを教示点
に沿って移動させることによってワークを搬送したり処
理したりするロボット等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】前記したレーザトーチ、加工工具、ハン
ド等の作動部を意図した軌跡に沿って移動させるための
技術として、教示点を用いる技術が良く知られている。
そして、その教示点を簡便にティーチングするための手
法も多く開発されており、その一例が特開昭６４−７６
１０３号公報に開示されている。この技術は図２に一例
が示されているレーザ加工機において、レーザトーチＴ
を意図した軌跡に沿って動かすためのものであり、ティ
ーチング中はレーザトーチＴにかえてセンサＳが用いら
れる。センサＳは一対の発光・受光素子で構成されてい
る。ティーチングのためにティーチングボックスが用意
されており、ティーチングボックスのスイッチ操作によ
ってレーザトーチＴないしはセンサＳの位置を変えるこ
とができる。

【０００３】図１０においてラインＬは、マスタパネル
に描かれたケガキ線を示しており、これがレーザトーチ
Ｔを動かしたい軌跡である。最も単純なティーチング手
法によるときは、ティーチングボックスのスイッチ操作
によってレーザトーチＴないしはセンサＳをケガキ線Ｌ
に沿って細かな間隔で位置合せし、位置合せされた点
（ＰＡ，Ｐ１，Ｐ２…）等の座標（教示点座標）を次々
に記憶してゆく。これをケガキ線Ｌに沿って一周させる
ことによってティーチングが終了する。この方法による
と、多数の点について操作者が位置合わせ処理をしなけ
ればならない。

【０００４】特開昭６４−７６１０３号公報に記載の技
術はこれを簡単化するものであり、ケガキ線Ｌの主要点
（この場合ＰＡ，ＰＢ，ＰＣの３点）についてのみオペ
レータが位置合せすればよいようになっている。今ＰＡ
とＰＢについての位置合わせが終了し、オペレータが区
切り数（この場合は７）を入力すると、装置側でＰＡ，
ＰＢ間を７等分した位置Ｐ１０に移動し、ついで直交方
向にセンサＳでケガキ線Ｌを検出するまで移動する（こ
の場合点Ｐ１でセンサＳがケガキ線Ｌを検出する）。そ
してこの点を新たな教示点として記憶する。以下同様の
処理が繰返され、教示点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…の座標が次
々に検出されてゆく。なおここで区切り数を大きくする
ほど細かな間隔で教示点座標が読み出され、レーザトー
チＴが実際に移動する軌跡かケガキ線Ｌによく一致する
ことになる。しかし、区切り数を大きくすると教示点の
数が多くなって教示点座標の検出処理に長時間を要する
ようになる。このため教示点を必要最小限な数とするの
が好ましいが、上述の技術では動作命令は直線補間のみ
で与えるようにしており、ケガキ線Ｌによく一致させる
ためには、曲線箇所では、区切り点を多くとらざるをえ
ない。これを解決するために曲線補間命令と直線補間命
令を用いて次にオペレータが教示点間の補間方式を決定
してゆく。図１０の場合、ＰＡ→Ｐ１→Ｐ２間は滑らか
な曲線であるために、その間は円弧補間とする。Ｐ２→
Ｐ３間はほぼ直線であるために直線補間とする。それぞ
れの補間方式にはそれぞれの動作命令が対応付けられて
おり、例えばＭＯＶＥＣは円弧補間、ＭＯＶＥＳは直線
補間に相当する。

【０００５】そこでＭＯＶＥＣ（ＰＡ，Ｐ１，Ｐ２），
ＭＯＭＥＳ（Ｐ２，Ｐ３），…と指定することによっ
て、ＰＡからＰ２の間はＰＡ，Ｐ１，Ｐ２の３点を通る
円弧に沿って動き、Ｐ２からＰ３の間は直線上に動くと
いう動作プログラムが完成することになる。すなわち動
作プログラムは教示点座標とその間の補間方式を指定す
る動作命令を含んで構成されるのである。このようにし
て動作プログラムが決定されると、軌跡が決定されるこ
とになる。そこでその軌跡上に位置する目標点の座標が
次々に演算され、アクチュエータがこの目標点座標とな
るように制御される。この結果レーザトーチＴ等の作動
部がほぼケガキ線Ｌに沿って動くことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、教示
点の数をむやみに多くとることは現実的でなく、必要最
小限な数とすることが好ましい。そこでほぼ必要最小限
であろうと思われる数の教示点を用い、円弧補間と直線
補間を行なうようにした。しかしこの教示点の間を円弧
補間とするか直線補間とするかはオペレータの判断にま
かせられることになり、この判断を誤るとレーザトーチ
等の作動部の移動軌跡とケガキ線Ｌとのずれが大きくな
り良好に作動しないことになる。そこで現在のところ、
一旦作成した動作プログラムに従って作動部を動かしつ
つ、移動軌跡とケガキ線のずれを観察し、ずれが大きく
なりすぎると、新たに教示点を追加してずれを小さくし
ている。この動作プログラムの修正作業もまた、オペレ
ータの手作業によって行なわれるために非常に多くの時
間と労力を要している。このためオペレータの目視に頼
るところが多く目に多くの負担がかかる。この他修正作
業には高い熟練度が必要とされる。本発明はこのような
事情を好転させるためのものであり、動作プログラムの
修正作業の自動化を図るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明で
は、その概念が図１に模式的に示されている動作プログ
ラム修正機構付教示点追従型装置を開発した。この装置
は、教示点と動作命令で構成される動作プログラムを記
憶しておく手段Ａと、その動作プログラム記憶手段Ａに
記憶されている動作プログラムに基づいて目標位置を演
算する手段Ｂと、演算された目標位置に基づいて制御さ
れるアクチュエータＨと、そのアクチュエータＨによっ
て移動される作動部Ｉとを備えた教示点追従型装置にお
いて、教示点ＰＳと教示点ＰＥの中間点ＰＭ０の位置を
演算する手段Ｃと、前記アクチュエータＨによって移動
されるセンサＪからの情報を処理して前記センサが移動
すべき理想の移動軌跡上に書かれた理想軌跡線Ｌを検出
する手段Ｅと、演算された中間点ＰＭＯの位置と検出さ
れた理想軌跡線位置ＰＭとの偏差を演算する手段Ｄと、
演算された偏差を許容値と比較する手段Ｆと、前記比較
手段Ｆで偏差が許容値を越えたと判断されたときに、検
出された理想軌跡線位置ＰＭを新たな教示点として追加
して動作プログラムを修正し、この修正された動作プロ
グラムを前記動作プログラム記憶手段Ａに再記憶させる
手段Ｇとを付加したことを特徴としている。

【０００８】

【作用】この装置によると、作動部Ｉが動作プログラム
記憶手段Ａに記憶されている動作プログラムに従って移
動される。そして中間点位置演算手段Ｃによって、教示
点（ＰＳ）と教示点（ＰＥ）の中間点（ＰＭＯ）の位置
が演算され、作動部Ｉがこの中間点（ＰＭＯ）に至った
ときに、中間点（ＰＭＯ）と理想軌跡線（Ｌ）との偏差
が演算される。この偏差が許容値内であれば、教示点
（ＰＳ）と（ＰＥ）間において移動軌跡が理想軌跡線に
よく一致しているので動作プログラムは修正を要しな
い。しかるに偏差が大きいと、その間に教示点がないた
めに移動軌跡と理想軌跡線のずれが大きくなっているこ
とがわかるので、新たに検出された理想軌跡線位置ＰＭ
を新たな教示点として動作プログラムが修正される。こ
のため修正後の動作プログラムは理想軌跡線によく近似
する移動軌跡を実現することになり、良好な作動が保障
される。

【０００９】

【実施例】次に本発明を具体化した一実施例について説
明する。図２はこの発明が適用された教示点追従型装置
の機械的構成を示している。この装置はレーザトーチＴ
を教示点に沿って移動させながら切断するレーザ加工装
置である。このレーザ加工装置は、可動台１２がレール
１０，１１に沿って第１軸（これをＸ軸とする）上を移
動可能である。またキャリア１３が可動台１２上に摺動
自在に配置され、送りねじ１４によって第２軸（これを
Ｙ軸とする）上を移動可能である。さらにキャリア１３
上にはヘッドストック１８が設けられ、図示しない駆動
機構により第３軸（これをＺ軸とする）上を移動可能と
なっている。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸はそれぞれ直交してい
る。さらにこのヘッドストック１８の先端にはレーザト
ーチＴが取付けられ前記Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸回りに回転可
能となっており、都合６軸にわたって移動可能となって
いる。なおＺ軸回りの回転軸を第４軸、Ｘ軸まわりの回
転を第５軸、Ｙ軸回りの回転を第６軸と呼ぶことにす
る。

【００１０】それぞれの軸方向に関する移動ないし回転
のために、それぞれ独立に制御されるサーボモータが６
個用意されている（図２ではＹ軸方向の移動を行なう第
２モータＭ２のみが図示されている）。さらに、第１モ
ータＭ１から第６モータＭ６に対して、それぞれのモー
タＭ１〜Ｍ６の回転角度位置を検出するエンコーダＥ１
〜Ｅ６が取付けられている（図２では図示されていな
い）。図中４，５，６は、レーザ発振器１から発振され
るレーザ光をレーザトーチＴに導くための導光路であ
り、レーザトーチＴの６軸移動に追従可能となってい
る。このレーザ加工機の場合、レーザトーチＴにかえて
センサＳが取付可能となっている。センサＳはレーザト
ーチＴからのレーザ光と同一経路上に測定用レーザ光を
射出する発光装置と受光装置とからなり、そのレーザ光
の反射面の明暗が検出可能となっている。

【００１１】図３は図２に機械系が示されているレーザ
加工機の制御システムを図示するものである。前記６軸
用各モータＭ１〜Ｍ６はそれぞれ第１軸ドライバＤ１か
ら第６軸ドライバＤ６を介して第１〜第６軸サーボＣＰ
Ｕ１〜６に接続されている。また第１軸〜第６軸モータ
用の第１エンコーダＥ１から第６エンコーダＥ６は第１
軸インタフェイス４０から第６軸インタフェイス４５を
介して、サーボＣＰＵ１〜６に接続されている。サーボ
ＣＰＵ１〜６は補間方式と教示点座標に従って補間計算
を実行し、第１軸ドライバＤ１〜第６軸ドライバＤ６に
目標位置を指示する。またエンコーダから現在位置を読
取り、目標位置と現在位置の偏差がゼロとなるようにフ
ィードバック制御する。第１〜６軸サーボＣＰＵ１〜６
はそれぞれホストＣＰＵ３６に接続されている。この他
レーザ発振器１がレーザドライバ３８を介してホストＣ
ＰＵ３６に接続されている。またセンサＳも接続されて
いる。

【００１２】ホストＣＰＵ３６にはＲＡＭ３４が接続さ
れている他、各種プログラムが記憶されているＲＯＭ３
２も接続されている。さらにまたオペレーティングボッ
クス３０も接続されている。オペレーティングボックス
３０にはディスプレイ３０ａと操作スイッチ３０ｂが設
けられており、操作者がスイッチ操作によってレーザト
ーチＴの位置、姿勢を変えることが可能となっている。
ＲＯＭ３２には、図１０に関連して説明したように、操
作者のスイッチ操作によってセンサＳが教示代表点Ｐ
Ａ，ＰＢ，ＰＣに対応する位置に位置決めされたとき
に、エンコーダＥ１〜Ｅ６の値からセンサＳの先端位置
にある各教示代表点座標を演算するプログラム３２ａが
記憶されている。このプログラム３２ａに従って演算さ
れた教示代表点ＰＡ，ＰＢ，ＰＣの座標はＲＡＭ３４の
領域３４ａに記憶される。またＲＯＭ３２には、図１０
に関連して説明した手順で教示点Ｐ１，Ｐ２…を検出し
その座標を演算するプログラム３２ｂが記憶されてい
る。このプログラムで演算された教示点座標はＲＡＭ３
４の３４ｂに記憶される。ＲＯＭ３４の領域３４ａと３
４ｂが教示点座標記憶装置となっている。

【００１３】ＲＡＭ３４にはこの他、オペレータが設定
した動作プログラム、すなわち教示点間の補間方式を教
示点と対応付けて定めるステップが多数連なったプログ
ラムを記憶する領域３４ｃがある。図１０の場合、図１
０の下半分に記載されている動作プログラムがここに記
憶される。

【００１４】この他ＲＯＭ３２には領域３４ｃに記憶さ
れている動作プログラムを修正するプログラム３２ｃも
記憶されている。この修正プログラムによる処理を図４
〜９を参照して説明する。図４は、動作プログラムの修
正プログラム３２ｃによって実行される処理手順を示し
ている。このプログラムが起動されると、ステップＳ２
で、動作プログラムの１プログラムステップが読み出さ
れる。ステップＳ４は読み出されたプログラムステップ
の動作命令がＭＯＶＥＳか否かを判別する。ここでＭＯ
ＶＥＳとは直線補間して移動することに対応している。
ここでイエスだとステップＳ６に進み、“ＭＯＶＥＳ”
を含むプログラムステップの修正処理が実行される。

【００１５】図５はその詳細処理手順を示すものであ
る。ＭＯＶＥＳ命令は始点と終点を内在しており、今始
点をＰＳ、終点をＰＥとする。図６は図１０のＰ５→Ｐ
６間を拡大して例示するものであり、この場合始点ＰＳ
がＰ５であり、終点ＰＥがＰ６である。ＭＯＶＥＳは始
点ＰＳと終点ＰＥ間を直線補間して直線的に動かすもの
であり、その軌跡上の中間点ＰＭＯの位置が決定でき
る。そこで図５のステップＳ１６では中間点ＰＭＯの座
標を演算し、センサＳをＰＳからＰＭＯに移動させ、そ
こで停止させる。次にステップＳ１８ではＰＭＯからセ
ンサＳがＰ５→Ｐ６に移動するときの軌跡に対して直交
する方向にセンサＳを動かす。そしてステップＳ２０に
よってセンサＳがケガキ線Ｌを検出するまで直交方向に
移動し続ける。ケガキ線Ｌは白いマスタパネル上に黒色
ラインで描かれており、センサＳが暗い反射光を受光す
ることでケガキ線Ｌが検出される。ケガキ線が検出され
たらその点の座標を検出してＰＭとして記憶する（ステ
ップＳ２２）。

【００１６】次にステップＳ２４で直交方向に移動した
距離、すなわちＰＭＯとＰＭ間の距離を求め、これが所
定値以上か否か判別する。所定値に満たないと、すなわ
ちＭＯＶＥＳ（ＰＳ，ＰＥ）によるときの軌跡とケガキ
線Ｌとのずれが小さい場合には、動作プログラムは修正
を要しないので、ステップＳ２６の修正処理をスキップ
する。一方、点ＰＭとＰＭＯの偏差が大きいと、動作プ
ログラムによる軌跡とケガキ線Ｌとのズレが大きいの
で、この場合はステップＳ２６で動作プログラムを修正
する。すなわち現在のＭＯＶＥＳ（ＰＳ，ＰＥ）という
プログラムステップをＭＯＶＥＣ（ＰＳ，ＰＭ，ＰＥ）
とする。後者のプログラムステップはＰＳとＰＥ間を新
たに検出されたＰＭを通る円弧に従って動かすものであ
り、図６のようによくケガキ線Ｌに一致する。このよう
にしてケガキ線Ｌによく一致する軌跡をもたらす動作プ
ログラムに修正される。その後ステップＳ２８によって
終点に移動し、図４の処理に戻る。

【００１７】図４のプログラムにおいて、読み出された
プログラムステップがＭＯＶＥＣであるとステップＳ８
がイエスとなり、ステップＳ１０が実行される。このと
きは図７の処理によって図８、図９に示す処理が行なわ
れる。

【００１８】ＭＯＶＥＣは３点を通る円弧によって目標
位置を演算するものであり、始点、中点、終点を内在し
ている。図８は図１０のＰＡ→Ｐ１→Ｐ２間を拡大して
示すものであり、この場合は始点ＰＳがＰＡ、中点ＰＭ
ＭがＰ１、終点ＰＥがＰ２となる。この場合の軌跡が図
８中ＭＯＶＥＣ（ＰＳ，ＰＭＭ，ＰＥ）として示されて
いる。

【００１９】図７のステップＳ３０では、始点ＰＳと中
点ＰＭＭの中間点ＰＭＯ１を演算し、そしてセンサＳを
移動させる。次にステップＳ３４によってケガキ線Ｌを
検出するまでセンサＳを直交方向に移動させ、検出され
たケガキ線位置をＰＭ１とする（ステップＳ３６）。次
に中点ＰＭＭに移動する。ステップＳ４０では中点ＰＭ
Ｍと終点ＰＥの中間点ＰＭＯ２を演算し、そこにセンサ
Ｓを移動させる。次にステップＳ４４によってケガキ線
Ｌを検出するまでセンサＳを直交方向に移動させ、検出
されたケガキ線位置をＰＭ２とする（ステップＳ４
６）。

【００２０】次にステップＳ４８で軌跡上の中間点ＰＭ
Ｏ１と検出された中間点ＰＭ１の偏差（距離）が所定値
を越えるか否か判別し、所定値を越えればステップＳ５
２に進む。一方所定値を越えていないと、次にステップ
Ｓ５０で軌跡上の中間点ＰＭＯ２と検出された中間点Ｐ
Ｍ２の偏差（距離）が所定値を越えるか否か判別する。
所定値を越えるとステップＳ５２に進む。すなわち中間
点ＰＭＯ１とＰＭＯ２のいずれか一方で偏差が所定値を
越えると、ステップＳ５２を実行し、ともに偏差が所定
値以下だとステップＳ５２をスキップする。

【００２１】ステップＳ５２では、今までのプログラム
ステップＭＯＶＥＣ（ＰＣ，ＰＭＭ，ＰＥ）をＭＯＶＥ
Ｃ（ＰＳ，ＰＭ１，ＰＭＭ）とＭＯＶＥＣ（ＰＭＭ，Ｐ
Ｍ２，ＰＥ）と修正する。これにより、今までの１つの
円弧が２つの円弧に分割され、ケガキ線Ｌによりよく近
似することになる。

【００２２】なお２つの中間点ＰＭＯ１とＰＭＯ２のい
ずれか一方で偏差が大きければ他方の偏差が小さくとも
２つの円弧に分割してしまう。図９はこれを例示してお
り、ＰＳ→ＰＭＭ→ＰＥの軌跡に従ってもＰＭＭ→ＰＭ
Ｏ２→ＰＥ間はよくケガキ線に近似するものの、ＰＳ→
ＰＭＭ間で修正を要するために後半部の動作プログラム
も修正される例を示している。

【００２３】本実施例の図５、図６の例ではＭＯＶＥＳ
をＭＯＶＥＣと修正する例を示したが、ＭＯＶＥＳを２
つのＭＯＶＥＳに分割するようにしてもよい。このよう
に動作プログラムの修正は動作命令ないしは教示点のい
ずれか一方を修正することでよりよく近似するものに修
正することができる。なお本実施例ではセンサＳがレー
ザトーチＴにかわって取付けられる例を示したが、セン
サＳとレーザトーチＴが共に取付けられていてもよい。
また偏差の演算はセンサＳを直交方向に平行移動させて
ケガキ線を検出してもよいし、センサＳの首振り運動で
偏差を求めてもよい。さらにケガキ線は教示したい軌跡
をセンサが明暗の違いで認識できれば何でもよく、例え
ば溝を付けたり、マスタパネルの縁を検出してもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明によると、一度作成された動作プ
ログラムの妥当性が検証され、修正を要するステップに
ついては自動的に修正が行なわれるために、オペレータ
の負担が著減する他良好な動作が確実に期待できること
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を模式的に示す図

【図２】実施例の教示点追従型装置の機械構成を示す図

【図３】実施例のシステム構成を示す図

【図４】修正プログラムのメイン処理手順を示す図

【図５】ＭＯＶＥＳの修正処理手順図

【図６】図５の処理内容を示す図

【図７】ＭＯＶＥＣの修正処理手順図

【図８】図７の処理内容を示す図

【図９】図７の処理内容を示す図

【図１０】従来の教示方法を示す図

【符号の説明】

Ａ 動作プログラム記憶手段 Ｂ 目標位置演算手段 Ｃ 中間点位置演算手段 Ｄ 偏差演算手段 Ｅ センサ情報処理ケガキ線検出手段 Ｆ 許容値比較手段 Ｇ 動作プログラム修正手段 Ｈ アクチュエータ Ｉ 作動部 Ｊ センサ ＰＳ 始点（教示点） ＰＥ 終点（教示点） Ｌ ケガキ線（理想軌跡線）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２３Ｋ 9/127 ５０９ Ｅ 7920−4Ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 教示点と動作命令で構成される動作プロ
   グラムを記憶しておく手段と、その動作プログラム記憶
   手段に記憶されている動作プログラムに基づいて目標位
   置を演算する手段と、演算された目標位置に基づいて制
   御されるアクチュエータと、そのアクチュエータによっ
   て移動される作動部とを備えた教示点追従型装置におい
   て、 教示点と教示点の中間点位置を演算する手段と、 前記アクチュエータによって移動されるセンサからの情
   報を処理して前記センサが移動すべき理想の移動軌跡上
   に書かれた理想軌跡線を検出する手段と、 演算された中間点位置と検出された理想軌跡線位置との
   偏差を演算する手段と、 演算された偏差を許容値と比較する手段と、 前記比較手段で偏差が許容値を越えたと判断されたとき
   に、検出された理想軌跡線位置を新たな教示点として追
   加して動作プログラムを修正し、この修正された動作プ
   ログラムを前記動作プログラム記憶手段に再記憶させる
   手段とを付加したことを特徴とする動作プログラム修正
   機構付教示点追従型装置。