專利名稱：激光焊接裝置、激光焊接方法以及照射裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光焊接裝置、激光焊接方法以及照射裝置。
背景技術：
近年來，激光焊接也逐漸應用在利用了機器人的焊接上。以往，作為這種激光焊接技術，通過在機器人手臂前端上安裝射出激光的激光加工頭并改變機器人的位置姿勢，從而使激光加工頭移動到使激光到達焊接點的位置，然后從離開工件的位置射出激光來用激光焊接目標焊接點(例如參照日本特開2005-177862號公報)。采用該技術，由于可以從離開工件一定距離的位置朝焊接點照射激光，因此可以通過改變機器人的位置姿勢使激光加工頭移動來一個接一個地焊接多個焊接點。
發明內容
但是，機器人存在實際移動著的當前位置相對于被指令的動作位置不同的情況。在該情況下，由于機器人或安裝于其前端的激光加工頭的質量所產生的慣性和機器人自身的活動難易程度等，會引起其相對被指令的動作位置稍微遲緩、或不能準確地跟隨指令位置。
因此，在以往的激光焊接中，存在由于該機器人的位置偏離，激光照射位置與設計的位置不一致這樣的問題。
因此，本發明的一個目的是提供一種可降激光準確地照射在預定的激光照射位置上的激光焊接裝置。
另外，本發明的另一個目的是提供一種可將激光準確地照射到預定的激光照射位置的激光焊接方法。
為了解決上述問題，本發明的激光焊接裝置的特征在于，具有機器人；激光射出部件，其安裝在上述機器人上，用于射出激光；測定部件，其測定上述機器人的當前位置；控制部件，其根據上述測定部件測出的上述機器人的上述當前位置，控制從上述激光射出部件射出的上述激光的方向，使得上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致。
另外，為了解決上述問題，本發明的激光焊接方法是使機器人動作而使安裝于該機器人上的激光射出部件移動，將激光從該激光射出部件照射到工件的規定位置上而進行焊接的激光焊接方法；其特征在于，具有獲取上述機器人的當前位置的步驟；根據上述當前位置控制從上述激光射出部件射出的激光的方向，使得上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致的步驟。
另外，本發明的照射裝置的特征在于，具有照射部件，其對照射物進行照射；移動部件，其使上述照射部件移動；測定部件，其測定上述移動部件的當前位置；控制部件，其根據由上述測定部件獲得的上述當前位置，控制從上述激光射出部件射出的上述照射物的照射方向，使得上述被上述照射部件照射的照射物的照射位置與預先確定的照射位置一致。
采用本發明，根據實際移動著的機器人的當前位置，改變從激光射出部件射出的激光的方向，使激光照射到被預先確定的激光照射位置，因此可以準確地向預定的激光照射位置(例如焊接點)照射激光。
另外，本發明并不限定于激光，在對各種各樣照射物進行照射的照射裝置中，都可以根據其照射部件的當前位置，通過控制照射物的照射位置來正確地向預定的照射位置照射。
圖1是用于說明應用了本發明的激光焊接裝置的概略立體圖。
圖2是用于說明激光加工頭的概略透視圖。
圖3是用于說明激光焊接裝置的控制系統的整體結構的框圖。
圖4是用于說明第1實施方式的焊接動作的控制的框圖。
圖5是表示激光照射位置的控制步驟的流程圖。
圖6是用于說明位置相對于機器人的動作產生偏離時的修正的說明圖。
圖7是用于說明激光焊接中的激光加工頭3的動作的說明圖。
圖8是表示激光焊接中的整個控制步驟的流程圖。
圖9是用于說明本第2實施方式的焊接動作的控制的框圖。
圖10是用于說明本第3實施方式的焊接動作的控制的框圖。
圖11是表示激光輸出和焦距的關系的曲線圖。
圖12是用于說明第4實施方式中的焊接動作的控制的框圖。
具體實施例方式
下面，參照
用于實施本發明的最佳實施方式。
第1實施方式圖1是用于說明應用了本發明的激光焊接裝置的概略立體圖，圖2是用于說明激光加工頭的概略透視圖，圖3是用于說明激光焊接裝置的控制系統的整體結構的框圖。
與以往的點焊等相比，使用了圖示的激光焊接裝置的焊接是焊接夾具不直接接觸工件，而使用激光從離開工件的地方進行焊接。因此，將這種焊接稱為遠距離焊接。
圖示的激光焊接裝置具有機器人1、設在該機器人1的手臂2前端用于射出激光100的激光加工頭3(激光射出部件)、激光光源即激光振蕩器5、將激光從激光振蕩器5引導到激光加工頭3的光纖光纜6。為了由光纖光纜引導激光，激光振蕩器5使用YAG激光振蕩器。
機器人1是普通的多軸機器人(也被稱為多關節機器人等)，在此具有6個軸(附圖標記21～26)。
該機器人1根據由示教作業給予的動作路徑的數據，使各軸僅移動被指令的動作量，從而可以改變其位置、姿勢而使手臂2的前端即激光頭3向各種各樣方向移動。
在機器人各軸21～26上分別安裝有電動機和編碼器(在圖1中未圖示)。
電動機例如是伺服電動機，電動機僅旋轉由機器人控制裝置(詳細后述)指令的動作量。另一方面，編碼器是測定部件，例如使用脈沖編碼器。脈沖編碼器僅輸出與軸的旋轉量相應的脈沖。輸出的脈沖信號被輸入到機器人控制裝置。當然，也可以使用這些伺服電動機或脈沖編碼器以外的部件。
例如為了抑制來自機器人手臂的振動的傳遞，最好是在往機器人手臂2安裝激光加工頭3時放入吸收振動的振動抑制部件而進行安裝。作為振動抑制部件，例如可以使用減震鋼板、緩沖器、減震橡膠等，特別是，最好是使用對施加于激光加工頭3的振動的固有頻率吸收振動效果好的部件。當然，也可以不使用這種振動抑制構件，而直接使用聯接機構將激光加工頭3安裝在機器人手臂前端。
如圖2所示，該加工頭3具有反射鏡11(照射方向改變部件)，最終將由光纖光纜6引導的激光100向目標物方向射出；電動機16、17(驅動部件)，使反射鏡11轉動；透鏡組12，用于調整激光的焦距。
反射鏡11以穿過鏡面且與鏡面垂直的線為Z軸，并分別以與該Z軸正交的X軸和Y軸為中心可獨立地自由轉動，通過轉動可自由地分配激光100的射出方向。為此，設置電動機16、17。另外，也可以根據需要在電動機上設置齒輪機構(未圖示)。
為了按照來自加工頭控制裝置(后述)的信號改變激光的照射方向，該電動機16、17根據來自機器人控制裝置的指令來使反射鏡11轉動。這種電動機16、17例如可以使用伺服電動機、步進電動機等，最好是使用根據被指示的旋轉角度來進行旋轉動作的電動機。
在透鏡組12內具有準直透鏡121，使從光纖光纜6端部射出的激光成為平行光；聚光透鏡122，為使已成為平行光的激光的焦距可變、而在任意的位置使激光聚光，而可以移動。
聚光透鏡122根據來自機器人控制裝置的指令，按照來自加工頭控制裝置的信號調節焦距。另外，雖然焦距可以在任意的位置使激光聚光，但可變的焦距的范圍是受使用的聚光透鏡、該聚光透鏡的可動范圍限制的，可聚光的距離范圍是有界限的。
激光振蕩器5是YAG激光振蕩器。在此，為了由光纖光纜6引導激光而使用YAG激光振蕩器。另外，也可以使用其他激光來進行激光焊接，只要可以用光纖光纜引導即可。
下面，說明激光焊接裝置的控制系統。
如圖3所示，激光焊接裝置的控制系統由以下裝置組成激光控制器51，其實際控制激光振蕩器5的激光輸出的開閉及輸出值等；機器人控制裝置52，其與機器人1的動作一起進行整體控制；加工頭控制裝置53，其控制激光加工頭3的反射鏡11及透鏡122的動作。
激光控制器51對來自激光振蕩器的激光輸出的開閉和激光的輸出強度進行調整。該激光控制器51根據來自機器人控制裝置52的控制信號產生的指令，對激光輸出進行開閉和對輸出進行調整。
機器人控制裝置52基于預先示教的數據(稱為示教數據)，對機器人動作、激光的開閉、輸出的調整以及激光加工頭進行各種控制，從而控制機器人1的動作，同時對激光輸出和激光的射出方向進行控制。
如上所述，機器人1在各軸具有電動機和編碼器(在圖4中作為rM&E1～rM&E6示出)。機器人控制裝置52通過對電動機指令動作量而僅驅動電動機該動作量，另一方面，通過從編碼器獲取因電動機動作而實際轉動了的軸的旋轉量。
加工頭控制裝置53使反射鏡11及電動機16、17動作而任意改變激光的射出方向。由該加工頭控制裝置53控制的反射鏡11的動作也是通過來自機器人控制裝置52的控制信號進行控制。
在激光加工頭3內的用于使反射鏡11旋轉的電動機16、17的旋轉軸上具有編碼器(在圖4中作為sM&E1和sM&E2示出)。另外，各軸上還具有用于驅動調節焦距用的透鏡122的電動機和測量該電動機移動量的編碼器(在圖4中作為sM&E3示出)。
加工頭控制裝置53根據來自機器人控制裝置52的控制信號而對電動機指令動作量，從而以該動作量驅動電動機；另一方面，從編碼器獲取由電動機動作而實際轉動的電動機軸的旋轉量。來自這些編碼器的信號在加工頭控制裝置53內被處理后，來確認反射鏡11和透鏡122是否實際根據指令值移動。
這樣，激光輸出直接由激光控制器51控制，加工頭3直接由加工頭控制裝置53控制，但實際上對機器人1的移動、激光的開閉動作、輸出調節以及激光射出方向的控制都是通過來自機器人控制裝置52的控制信號52進行控制的。從而，該機器人控制裝置52成為本發明的激光焊接裝置中的控制部件。
下面，說明該激光焊接裝置的作用。
圖4是用于說明焊接動作的控制的框圖，圖5是表示焊接動作中的激光照射位置的控制步驟的流程圖。另外，在此，將基于該控制步驟的動作稱為照射位置控制。
首先，為了根據示教數據使機器人1動作而使加工頭向規定位置移動，機器人控制裝置52按照示教數據對各軸指令動作量Rr1(t)～Rr6(t)。與此同時，對用于確定激光加工頭3內的反射鏡11方向的焊接點位置Wr(t)進行調整(S11)，使得激光根據示教數據被向焊接點方向照射。
通過該處理，機器人1按照動作指令量Rr1(t)～Rr6(t)使各軸的電動機旋轉，同時各軸的實際旋轉量被作為Rc1(t)～Rc6(t)而從編碼器反饋。
機器人控制裝置52根據從編碼器獲得的編碼器的輸出值(各軸旋轉量的測定值)來求出激光加工頭3的當前位置(S12)。
而且，為了從已求出的激光加工頭3的當前位置向預定的激光照射位置(即焊接點)方向照射激光，機器人控制裝置52求出使反射鏡11移動的指令值(S13)。然后，機器人控制裝置52輸出已求出的激光照射指令值Sr(t)(S14)。
接受了激光照射指令值Sr(t)的加工頭控制裝置53為了按照指令值Sr(t)照射激光，根據激光加工頭坐標系內的坐標值計算轉動反射鏡11的電動機旋轉量Sr1(t)、Sr2(t)以及用于對焦的透鏡的移動指令值SL(t)后，使電動機16、17動作，同時根據修正后的焦距SL(t)使透鏡121動作。
在這樣的焊接動作中，求出用于使反射鏡11和透鏡122相對于機器人1的位置偏離而移動的激光照射指令值Sr(t)、即相對于由示教數據指示的位置而修正了的指令值，為此如下那樣地由坐標變換進行計算。
在此，將以機器人1的基準位置為中心的機器人坐標系作為∑R，將與發給機器人1的指令值相對應的激光加工頭3的坐標系作為∑S(t)，該∑S(t)的、在機器人坐標系∑R內的位置因使機器人1動作而隨時間t產生變化。將與激光加工頭3的當前位置對應的激光加工頭3的坐標系作為∑S’(t)，將激光加工頭3的當前位置(實際是反射鏡11的中心位置的位置)作為Rcp(t)，將激光加工頭3的當前姿勢作為Rcθ(t)，將由激光加工頭3的當前角度(實際是反射鏡11的當前角度)確定的旋轉矩陣作為sTR(Rcθ(t))。另外，在機器人坐標系∑R內，焊接點位置Wr(t)是隨時間t而變化的焊接點位置的坐標值。
激光加工頭3的當前位置Rcp(t)是從由編碼器獲得的機器人各軸的動作量求出的、在機器人坐標系∑R內的激光加工頭3的當前位置坐標值。
然后，用于使反射鏡11和透鏡122移動的激光照射指令值Sr(t)是由下述矩陣(1)通過用實際的激光加工頭3的位置姿勢Rc(t)將焊接點位置Wr(t)變換為激光加工頭3的坐標系∑S’(t)而求出的。另外，如下述矩陣(2)所示，激光加工頭3的位置姿勢Rc(t)是由激光加工頭3的當前位置Rcp(t)和激光加工頭3的當前姿勢Rcθ(t)構成的矩陣。
公式1Sr(t)1=TRS(Rcθ(t))Rcp(t)01Wr(t)1---(1)]]>Rc(t)=Rcp(t)Rcθ(t)---(2)]]>通過這樣修正整個坐標系，即使在實際的當前位置相對于機器人1的被指令的動作位置偏離了時，用從機器人的當前位置得到激光加工頭的當前位置立刻轉位從反射鏡11射出的激光，從而激光被照射到預定的位置。
另外，這種由坐標系變換得到的修正是根據機器人1的當前位置計算激光射出方向的一個例子，當然也可以采用其他的計算方法。
圖6是用于說明機器人1的實際的當前位置從設計位置偏離的情況的說明圖。
這種機器人的位置偏離例如是由于實際的機器人1的動作無法追隨給予機器人1的動作指示而產生的。
圖6(a)表示機器人的動作完全且理想地按照設計進行的情況。如果是這種理想的機器人位置，由于激光加工頭3的位置到達按照設計的位置，因此可以從設計位置直接確定激光100的射出方向。
但實際上，如圖(6)所示，激光加工頭3的位置因機器人的慣性、移動的難易程度等而成為稍微偏離了的位置。假設在此位置由從機器人示教數據得到的動作位置來確定激光射出方向而射出激光時，激光的照射位置不是本來預定的P0，而是偏離至P2。
因此，在本第1實施方式中，從機器人的各軸的編碼器的值求出激光加工頭3的當前位置后，使反射鏡11移動，以使得實時地從實際的激光加工頭3的當前位置向P0方向照射激光。因此，如圖6(c)所示，激光的射出方向與正確地照射到激光照射位置P0上的方向一致。
在本第1實施方式中，與這種位置偏離相應地，通過如上述那樣地使激光加工頭3的坐標系本身變換為從機器人各軸的編碼器得到的當前位置(此時的位置包括角度)，從而與所期望的激光照射位置一致。
另外，采用由上述矩陣得到的坐標變換，不限于簡單的位置的變化，還包括焦距的變化，都可準確地對準激光照射位置。另外，在未使用由上述矩陣得到的坐標變換時，根據機器人坐標系∑R內的與發給機器人1的指令值對應的激光加工頭3的坐標系∑S(t)、和與激光加工頭3的當前位置對應的激光加工頭3的坐標系∑S’(t)的差，得知從當前位置到焊接點位置的距離相對于示教數據中的原來的焦距位置的變化，因此通過添加該變化量而將焦距SL(t)指示給激光加工頭3，從而透鏡122也可以根據該指示調節焦距。
下面，說明使用了該激光焊接裝置的整個焊接流程。
圖7是用于說明激光焊接中的激光加工頭3的動作的說明圖。另外，在此，為了便于理解，以很簡單的基本型為例來進行說明。
在本第1實施方式中，如圖7所示，在有多個焊接點201～206時，在向作為目標的一個焊接點(例如201)射出激光100的過程中，使激光加工頭3以規定速度朝下一個焊接點(例如202)移動。然后，即使同時使激光加工頭3移動，也在當前焊接中的焊接點(例如201的)的焊接結束之前，通過來自加工頭控制裝置53的控制信號(指令)使反射鏡11轉動，使得激光100不會從其焊接點(例如201)偏離。此時，如上所述那樣地修正反射鏡11的方向，使得激光射出方向實時地相應于激光加工頭3的當前位置而與預先確定的照射位置一致，從而使激光100準確地向焊接點照射。
因而，在圖示的情況，激光加工頭3以恒定的速度(或者也可以是可變的速度)從其位置a移動到位置j，同時反射鏡11轉動使得激光射出方向也朝向各個焊接點。
此時，通過改變機器人姿勢、即使機器人手臂2動作而移動激光加工頭3的位置。機器人1的動作受機器人控制裝置52控制，激光加工頭3的位置以恒定速度從焊接中的焊接點朝下一個焊接點移動。從而，在圖示的情況，激光加工頭3以恒定的速度從其a位置移動到j位置。
另一方面，反射鏡11受照射位置控制，控制成使得在焊接一個焊接點的過程中，該焊接點被焊接。因而，即使激光加工頭3在移動中，仍可準確地形成焊縫。
另外，該激光加工頭3的移動速度有必要大于焊接速度。這是因為在一個焊接點(例如201)的焊接結束的時刻，要使激光到達下一個焊接點(例如202)。
通常，激光焊接的焊接速度是1～5m/min。對此，激光加工頭3的移動速度(即、使機器人手臂動作的速度)因機器人的不同而各種各樣，例如最大是10～20m/min左右。另外，由反射鏡11引起的焦點位置的移動速度在偏離反射鏡11為1m左右的部分可能最大是100m/min左右。因而，很有可能使激光加工頭3的移動速度大于焊接速度。
另外，在這種根據各個的速度選擇實際的移動速度時，最好是抑制激光加工頭3的振動。從而，最好是選擇各速度，使得激光加工頭3的移動速度是盡量低的速度。
然后，對一個焊接點(例如201)的焊接結束之后，激光焦點位置向下一個焊接點(例如202)的移動也因反射鏡11的轉動而進行。此時的反射鏡11的轉動最好是盡可能快地進行。此時，激光輸出也可以不停止地保持原樣繼續輸出，這是因為如上所述，激光焦點位置的移動速度與焊接速度相差很多，在焊接點之間移動的過程中，即使激光被照射在不焊接的部分，由于或者該部分偏離激光的焦點位置，或者即使該部分在焦點位置內，但因僅在一瞬間照到激光而基本沒有影響，不會傷害激光100照到的部分。另外，也可以根據需要，向激光控制器51送出關閉的信號、或者使輸出降低的信號，使激光輸出暫時停止或使輸出下降。
這樣控制由機器人1引起的加工頭3的移動和反射鏡11的方向，從而在依次進行焊接的方向上，設在機器人手臂前端的激光加工頭3的位置，在焊接點(例如202)的焊接開始時處于該焊接點(例如202)的前方(例如位置b)；在其焊接點(例如202)的焊接結束時處于其焊接點(例如202)的后方(例如位置d)。
圖8是表示遠距離激光焊接中的控制步驟的流程圖。
首先，機器人控制裝置52按照預先示教的示教數據使激光加工頭3移動到最初的焊接開始位置而開始定速移動，并且對激光控制器51發出指令(S1)以開啟激光輸出，同時執行上述的照射位置控制(S10)。然后，將用于使反射鏡11和透鏡122移動的激光照射指令值向加工頭控制裝置53輸出而使反射鏡11和透鏡122移動被指令的動作量。由此，反射鏡11和透鏡12移動到被指令的位置(S2)。
接著，機器人控制裝置52根據示教數據，判斷是否已經到達了下一個焊接點的焊接開始位置(S3)。在此，按照示教數據的下一個焊接點的焊接開始位置也是之前的焊接點的焊接結束了的位置。
在該步驟，如果到達下一個焊接點的焊接開始位置，就指令加工頭控制裝置53(S4)，使得反射鏡11向下一個焊接點高速轉動。由此，加工頭控制裝置53使反射鏡11朝成為下一個目標的焊接點方向高速轉動，而使激光朝下一個焊接點方向射出。繼續進行之后的S2～S4的動作，直到最終焊接點的焊接結束為止。這期間，照射位置的控制仍然繼續。
另一方面，在步驟S3中，如果機器人控制裝置52未到達下一個焊接點的焊接開始位置，則判斷整個焊接點的焊接是否結束(S5)。該判斷是通過根據示教數據判斷最終焊接點的焊接是否已經結束來判斷的。在此，如果最終焊接點的焊接未結束，由于當前焊接中的焊接作業本身未結束，處理就此返回步驟S3。由此，當前焊接中的焊接就此繼續進行。
另一方面，在步驟S5中，如果最終焊接點的焊接結束，則按照示教數據，指令激光控制器51關閉激光輸出，將激光加工頭3返回到待機位置(或者作業結束位置等)(S6)，結束全部作業。
如果使用圖7的例子說明該動作，則首先，機器人控制裝置52將激光加工頭3移動到焊接點201的焊接開始位置a后，一邊使激光加工頭3以規定速度移動一邊開始激光輸出；同時一邊修正反射鏡11使得激光被照射到焊接點201，一邊使反射鏡11轉動使得激光朝向焊接點。
接著，經過位置b，在到達了焊接點202的焊接開始位置c的時刻(焊接點201的焊接在該時刻結束)，機器人控制裝置52以被教示的最大速度轉動反射鏡11而將激光射出方向轉動至焊接點202方向。然后繼續執行焊接點202的焊接。反復進行這些操作直到之后的焊接點206的焊接結束為止，在焊接點206的焊接結束的時刻，停止激光輸出，結束所有焊接作業。
如上所述，采用本第1實施方式，根據從機器人各軸的編碼器得到的機器人1的當前位置，實時地計算激光加工頭3的當前位置，將反射鏡11的方向改為目標焊接點即激光照射位置的方向。因此，即使在實際的機器人1的位置因機器人1的慣性等而相對于動作指令位置產生偏離時，也可以通過速度比機器人1的動作速度大得多的反射鏡11的動作來準確地向焊接點照射激光。因此，在激光焊接的焊接部位上，激光照射位置不會產生位置偏離，提高了焊接質量。
另外，在本第1實施方式中，由于修正了焦距的偏差，因此通過改變反射鏡11的角度來修正激光加工頭3的位置偏離，即使修正后的激光光路長度根據示教數據的值產生變化，仍可以準確地對焦而進行焊接。
第2實施方式圖9是用于說明本第2實施方式的焊接動作的控制的框圖。另外，由于激光焊接裝置和控制系統的整體結構與第1實施方式(參照圖1～圖3)相同，所以省略其詳細說明。
本第2實施方式，在機器人控制裝置52內具有數值化模型模擬器55(預測部件)，該模擬器55由數字化模型模擬自身控制著的機器人1的動作，求出激光加工頭3的位置。
該數值化模型模擬器55使用被給予的機器人1的示教數據中的指示機器人1的動作位置，根據其動作假想地求出每隔時間t產生變化的機器人1的實際位置(包括姿勢)。此時，通過添加機器人1的慣性、動作難易程度等的特征，實際上可以在使機器人1動作時得到接近假想的當前位置。
數值化模型模擬器55還根據已求出的機器人假想位置，求出假想的激光照射指令值，該激光照射指令值用于從激光加工頭3向目標焊接點照射激光。
由此，機器人假想位置上的假想激光加工頭坐標系內的反射鏡11和透鏡122的假想移動量成為由模擬求出的移動量。
然后，機器人控制裝置52還通過從編碼器得到的實際的機器人1的當前位置來修正該假想的激光照射指令值，從而求出用于實際使動作的反射鏡11和透鏡11移動的激光照射指令值。
與第1實施方式相同地，通過矩陣求出激光照射指令值S”r(t)，該激光照射指令值S”r(t)用于利用了本第2實施方式中的模擬的修正動作、即實際使反射鏡11和透鏡122動作。
首先，通過(3)式求出機器人假想位置中的、假想的激光加工頭坐標系∑’S(t)內的假想的激光照射指令值S’r(t)。其中，在(3)式中，將指令位置與模擬值的差用作ΔR’(t)；如式(4)所示，將由機器人指令產生的激光加工頭3的位置與由模擬產生的激光加工頭3的位置的差用作ΔR’p(t)，將由指令產生的激光加工頭3的姿勢(角度)與由模擬產生激光加工頭3的角度的差用作ΔR’θ(t)。另外，在式(3)中，Sr(t)是與機器人指令位置相對應的激光照射指令值。S’TS(ΔR’θ(t))是由激光加工頭3的指令角度和由模擬得到的角度的差來確定的旋轉矩陣。
公式2
S′r(t)1=TSS′(ΔR′θ(t))ΔR′p(t)01Sr(t)1---(3)]]>ΔR′(t)=ΔR′p(t)ΔR′θ(t)---(4)]]>接著，成為實際指令的反射鏡11和透鏡的移動量的激光照射指令值S”r(t)根據得到的假想的激光加工頭3的位置和從編碼器得到的機器人1的當前位置，同樣從下述矩陣(5)求出。
在此，在式(5)中，將模擬值與由編碼器產生的當前位置的差用作ΔR(t)，如(6)式所示，將由模擬得到的激光加工頭3的位置與從編碼器得到的當前位置的差用作ΔR’p(t)，由模擬得到的激光加工3的角度和由編碼器得到的角度的差用作ΔR’θ(t)。另外，S”TS(ΔR’θ(t))是根據由模擬得到的激光加工頭3的角度與由編碼器得到角度的差來確定的旋轉矩陣。
公式3S′′r(t)1=TS′S′′(ΔR′θ(t))ΔRp(t)01S′r(t)1---(5)]]>ΔR(t)=ΔRp(t)ΔRθ(t)---(6)]]>這樣，采用本第2實施方式，由模擬預測某種程度的機器人的位置，求出其預測位置的激光照射位置，根據其預測位置并利用由編碼器得到的實際的當前位置修正用于實際照射激光的激光照射指令值并發出指令。因此，修正量小于比較機器人1的指令位置與當前位置而得的值，修正量本身成為稍微修正即可，控制時間縮短，從而可以更準確地將激光照射到預先確定的激光照射位置。
另外，由于將由數值化模型產生的模擬設在機器人1的控制裝置內，因此可以在控制該機器人1控制裝置中執行添加了各個機器人1的特征的模擬。因而，在存在多個機器人時，通過將本身的特性預先輸入到各自的機器人中，可以容易地執行添加了各個機器人的特性的模擬。
另外，用于進行由該數值化模型產生的模擬的裝置也可以在機器人控制裝置的外部。該情況，可以僅將模擬的結果、即基于從示教數據得到的激光加工頭的預測位置的激光照射指令值傳遞給機器人控制裝置。
這種在外部的模擬的情況、或添加了各個機器人的特性的模擬困難的情況下，也可以從單純地用機器人的動作設計步驟得到的示教數據，求出激光加工頭的預測位置，模擬基于其預測位置的激光照射指令值。
第3實施方式圖10是用于說明本第3實施方式的焊接動作的控制的框圖。
在本第3實施方式中，在機器人控制裝置52內具有激光輸出調整部56，該激光輸出調整部56根據計算出的修正后的激光照射指令值(在第1實施方式中為Sr(t)，在第2實施方式中為S”r(t)，另外在圖10是與圖1相同的圖示)得到修正后的焦距；與最初由示教數據指示的焦距相比，在激光的光路長度變化的情況，響應于其變化量而調整激光輸出。控制信號Lp根據該激光輸出調整部56的指令被從機器人控制裝置52向激光控制器51輸出，激光控制器51響應于控制信號Lp而控制激光振蕩器5的輸出。
激光輸出調整部56，原來的激光的光路長度即焦距是根據示教數據得到的。另一方面，修正后的焦距是根據用第1或第2實施方式說明的修正動作得到的激光照射指令值而得到的。因而，在本第3實施方式中，不會從加工頭控制裝置53輸出透鏡移動指令值SL(t)。
另外，在沒有焦距調節功能本身時，由于焦距固定，成為符合該固定焦距(從反射鏡到焊接點的距離)地設定激光加工頭3的示教數據。另外，在圖10中，示出沒有焦距調節功能的情況。
由于其余的激光焊接裝置即控制系統的整體結構，與第1實施方式(參照圖1～圖3)相同，所以省略其附圖和詳細說明。另外，由于激光輸出調整以外的動作與第1或第2實施方式相同，所以省略其說明。
圖11是表示激光輸出和焦距的關系的曲線圖。
激光照射位置上的激光強度以激光點直徑被縮小至最小的位置為最大，焦距越偏離該位置，點直徑的面積成比例地下降。
因此，在本實施方式中，如圖11所示，響應于焦距，利用調整激光輸出的曲線數據，響應于焦距的變化而調整激光輸出。
在該曲線圖中，以橫軸為焦距的偏離量ΔSL(t)，以縱軸為激光輸出。
如圖所示，激光輸出指令值使對應于焦距的點直徑的面積成比例地上升。但是在偏離量過大時，有可能無法進行適當的激光焊接，因此在超過可修正偏離的范圍的時刻進行出錯處理(例如，表示停止輸出、不能焊接等)。
另外，由于不能進行已超出了激光輸出上限的輸出控制，將激光輸出上限值包含在該曲線上。在該曲線中，由于激光輸出上限值存在于可修正的范圍之外，所以不會超過激光輸出上限值。但在激光輸出上限值來到可修正的范圍之內時，在到達激光輸出上限值的時刻，進行出錯處理(例如表示輸出停止、不能焊接等)。
這樣，采用本第3實施方式，通過修正激光照射位置，即使在從反射鏡經11到焊接點的距離從示教數據的值變化時，不需調整焦距而調整激光輸出而使其成為適于焊接的激光強度，因此不必由透鏡修正焦距，就可以穩定地保持焊接質量。
第4實施方式圖12是用于說明第4實施方式中的焊接動作的控制的框圖。
本第4實施方式將激光加工頭3的位置測定裝置57設在機器人1的外部。
作為設于外部的位置測定裝置57，是實時地得到安裝于機器人1的激光加工頭3的位置的3維參數即可，并不特別限定。例如可以利用如下裝置將電波發射器58安裝到激光加工頭3上，在其周圍的至少3點設置接收該電波的接收機59，根據用各接收機59獲取的來自電波發射器58的電波的彼此的傳送時間來求出激光加工頭3的當前位置。當然，除此之外，只要是可以實時地3維地測定激光加工頭3的當前位置的裝置即可。
另外，來自安裝于機器人各軸的編碼器的值僅用于確認動作而不必用于本發明的修正動作(因而，在圖11中省略了從編碼器到機器人控制裝置之間的信號線)。
在這樣通過外部的測定裝置57測量激光加工頭3的當前位置的情況下，基本的修正動作大致與已說明的第1實施方式相同，但不需要根據機器人各軸的編碼器的值計算激光加工頭3的當前位置的步驟。
因而，由機器人控制裝置52產生的修正動作對根據從示教數據得到的從機器人動作位置求出的激光加工頭的位置、與從位置測定裝置57得到的激光加工頭3的當前位置進行比較后，輸出已修正了該誤差量的激光照射指令值。
這樣，采用本第4實施方式，由于不用根據機器人各軸的編碼器的值計算激光加工頭3的當前位置的步驟，所以至少省略一個步驟地處理修正動作，從而可以加快處理動作。
以上說明了應用了本發明的實施方式，但本發明并不限定于這樣的實施方式，例如，在各實施方式中，使用反射鏡來改變激光的方向，但也可以使用棱鏡等其他光學部件來改變激光的方向。
另外，本發明也可以在照射不限于激光焊接的各種照射物的裝置中進行實施。例如，在機器人、促動裝置等各種移動部件上安裝照射光(可見光、紅外線、紫外線等)、X射線等放射線、電子射線、電磁波等各種射線的照射部件，通過在這些一邊由移動部件使照射部件移動一邊照射射線的裝置中應用本發明，可以可以準確地將射線照射在預定的位置上。對于這些射線中的光，可以通過使反射鏡移動來該變光的照射方向。對于光以外的射線，可以使用反射板、或使用電子透鏡、偏轉線圈等改變射線的照射方向。
而且，照射部件作為照射物不限于射線，也可以應用照射鋼粒(金屬等固體物體)或水流等的照射部件。
產業可利用性本發明可以應用于使用了機器人等的激光焊接。另外，本發明不限于機器人，還可以應用在如下的裝置上，即在各種促動部件等移動部件上安裝照射部件，并由移動部件使照射部件移動，同時對照射物進行照射的裝置。
權利要求
1.一種激光焊接裝置，其特征在于，包括機器人；激光射出部件，其安裝在上述機器人上，用于射出激光；測定部件，其測定上述機器人的當前的動作位置；控制部件，其根據上述測定部件測出的上述機器人的當前的動作位置，控制從上述激光射出部件射出的上述激光的方向，使得上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致。
2.根據權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，上述激光射出部件還包括照射方向改變部件，該照射方向改變部件對被引導到上述激光射出部件的上述激光進行反射和/或折射；上述控制部件根據上述測定部件測出的上述機器人的當前動作位置而改變上述照射方向改變部件的照射方向，使得上述激光照射位置與預先確定的照射位置一致。
3.根據權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，上述機器人具有至少一個可動的軸；上述測定部件測定上述軸實際動作了的動作量；上述控制部件根據上述動作量求出機器人的當前動作位置，根據求出的當前動作位置控制從上述激光射出部件射出的上述激光的方向，使得上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致。
4.根據權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，上述控制部件根據上述機器人的當前動作位置求出上述激光射出部件的當前位置，根據求出的上述激光射出部件的當前位置控制從上述激光射出部件射出的上述激光的方向，使得上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致。
5.根據權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，還具有預測部件，該預測部件根據預先示教給上述機器人的動作位置數據，使用機器人動作的數值化模型求出假想的機器人動作位置，預測上述激光射出部件相對于該假想動作位置的照射位置；上述控制部件將從上述預測部件得到的上述激光射出部件的預測位置、和從上述測定部件測定出的上述機器人的上述當前動作位置得到的上述激光射出部件的上述當前位置進行比較，對由二者之差產生的上述激光的照射位置的偏離進行修正，使得上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致。
6.根據權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，上述測定部件設在上述機器人的外部，測定上述激光射出部件的當前位置；上述控制部件根據設在上述外部的上述測定部件測定出的上述激光射出部件的當前位置，使上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致。
7.根據權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，上述控制部件還對上述激光的焦距偏差進行修正。
8.根據權利要求1所述的激光焊接裝置，其特征在于，上述控制部件還根據從上述激光射出部件到上述激光的照射位置的距離，控制上述激光的輸出。
9.一種激光焊接方法，其使機器人動作而使安裝在該機器人上的激光射出部件移動，從而將激光從該激光射出部件照射到工件的規定位置而進行焊接，其特征在于，具有獲取上述機器人的當前動作位置的步驟；根據上述當前動作位置來控制從上述激光射出部件射出的激光的方向，使得上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致的步驟。
10.根據權利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，上述激光射出部件具有改變被引導到上述激光射出部件的上述激光的照射方向的照射方向改變部件；上述進行控制的步驟使上述照射方向移動，使得上述激光照射位置與預先確定的照射位置一致。
11.根據權利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，上述機器人具有至少一個可動的軸；獲取上述當前動作位置的步驟從測定部件獲取上述軸的動作量的測定值，該測定部件用于測定安裝在上述機器人的上述軸的動作量；進行上述控制的步驟根據上述取得了的上述軸的上述測定值，使上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致。
12.根據權利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，進行上述控制的步驟根據從上述獲取的機器人的當前動作位置求出的當前激光射出部件的當前位置，使上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致。
13.根據權利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，進行上述控制的步驟根據上述預先示教給上述機器人的動作位置數據，使用機器人動作的數值化模型求出假想的機器人動作位置，對上述激光射出部件相對于該假想動作位置的位置、和從上述測定部件測定出的上述機器人的上述當前動作位置得到的上述激光射出部件的上述當前位置進行比較，對由二者之差產生的上述激光的照射位置的偏離進行修正，使上述激光的照射位置與預先確定的照射位置一致。
14.根據權利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，獲取上述當前動作位置的步驟獲取由上述測定部件測定的上述激光射出部件的當前位置，上述測定部件測定設在上述機器人外部的上述激光射出部件的上述當前動作位置；進行上述控制的步驟根據已獲取的上述激光射出部件的當前位置，使得上述激光照射位置與預先確定的照射位置一致。
15.根據權利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，進行上述控制的步驟還對上述激光的焦距偏差進行修正。
16.根據權利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，上述控制步驟還根據從上述激光射出部件到上述激光照射位置的距離來控制上述激光的輸出。
17.一種照射裝置，其特征在于，具有照射部件，其用于照射照射物；移動部件，其使上述照射部件移動；測定部件，其測定上述移動部件的當前位置；控制部件，其根據由上述測定部件得到的上述當前位置，控制從上述照射部件射出的上述照射物的照射方向，使得從上述照射部件照射的照射物的照射位置與預先確定的照射位置一致。
18.根據權利要求17所述的照射裝置，其特征在于，上述照射部件具有改變上述照射物的照射方向的照射方向改變部件；上述控制部件根據當前位置來改變上述照射方向改變部件，使得從上述照射部件照射的上述照射物的照射位置與預先確定的照射位置一致。
19.根據權利要求18所述的照射裝置，其特征在于，上述照射方向改變部件通過反射和/或折射來改變上述照射物的照射方向。
全文摘要
一種激光焊接裝置、激光焊接方法以及照射裝置。該激光焊接裝置即使在機器人的實際位置、姿勢延遲于上述動作指令，仍可準確地向被預先確定了的激光照射位置照射激光。機器人控制裝置(52)從機器人各軸的編碼器獲取動作量測定值Rc1(t)～Rc6(t)后，再根據算出的激光加工頭3的當前位置向加工頭控制裝置53指示激光射出方向Sr(t)，使得向被預先確定了的激光照射位置照射激光。加工頭控制裝置53改變激光加工頭3內的反射鏡的方向，使得激光向被指示的方向照射。
文檔編號B23K26/04GK1939640SQ20061014105
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月28日 優先權日2005年9月30日
發明者小松岳嗣 申請人:日產自動車株式會社