专利名称：激光焊接装置、激光焊接方法以及照射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光焊接装置、激光焊接方法以及照射装置。
背景技术：
近年来，激光焊接也逐渐应用在利用了机器人的焊接上。以往，作为这种激光焊接技术，通过在机器人手臂前端上安装射出激光的激光加工头并改变机器人的位置姿势，从而使激光加工头移动到使激光到达焊接点的位置，然后从离开工件的位置射出激光来用激光焊接目标焊接点(例如参照日本特开2005-177862号公报)。采用该技术，由于可以从离开工件一定距离的位置朝焊接点照射激光，因此可以通过改变机器人的位置姿势使激光加工头移动来一个接一个地焊接多个焊接点。
发明内容
但是，机器人存在实际移动着的当前位置相对于被指令的动作位置不同的情况。在该情况下，由于机器人或安装于其前端的激光加工头的质量所产生的惯性和机器人自身的活动难易程度等，会引起其相对被指令的动作位置稍微迟缓、或不能准确地跟随指令位置。
因此，在以往的激光焊接中，存在由于该机器人的位置偏离，激光照射位置与设计的位置不一致这样的问题。
因此，本发明的一个目的是提供一种可降激光准确地照射在预定的激光照射位置上的激光焊接装置。
另外，本发明的另一个目的是提供一种可将激光准确地照射到预定的激光照射位置的激光焊接方法。
为了解决上述问题，本发明的激光焊接装置的特征在于，具有机器人；激光射出部件，其安装在上述机器人上，用于射出激光；测定部件，其测定上述机器人的当前位置；控制部件，其根据上述测定部件测出的上述机器人的上述当前位置，控制从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与预先确定的照射位置一致。
另外，为了解决上述问题，本发明的激光焊接方法是使机器人动作而使安装于该机器人上的激光射出部件移动，将激光从该激光射出部件照射到工件的规定位置上而进行焊接的激光焊接方法；其特征在于，具有获取上述机器人的当前位置的步骤；根据上述当前位置控制从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与预先确定的照射位置一致的步骤。
另外，本发明的照射装置的特征在于，具有照射部件，其对照射物进行照射；移动部件，其使上述照射部件移动；测定部件，其测定上述移动部件的当前位置；控制部件，其根据由上述测定部件获得的上述当前位置，控制从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与预先确定的照射位置一致。
采用本发明，根据实际移动着的机器人的当前位置，改变从激光射出部件射出的激光的方向，使激光照射到被预先确定的激光照射位置，因此可以准确地向预定的激光照射位置(例如焊接点)照射激光。
另外，本发明并不限定于激光，在对各种各样照射物进行照射的照射装置中，都可以根据其照射部件的当前位置，通过控制照射物的照射位置来正确地向预定的照射位置照射。
图1是用于说明应用了本发明的激光焊接装置的概略立体图。
图2是用于说明激光加工头的概略透视图。
图3是用于说明激光焊接装置的控制系统的整体结构的框图。
图4是用于说明第1实施方式的焊接动作的控制的框图。
图5是表示激光照射位置的控制步骤的流程图。
图6是用于说明位置相对于机器人的动作产生偏离时的修正的说明图。
图7是用于说明激光焊接中的激光加工头3的动作的说明图。
图8是表示激光焊接中的整个控制步骤的流程图。
图9是用于说明本第2实施方式的焊接动作的控制的框图。
图10是用于说明本第3实施方式的焊接动作的控制的框图。
图11是表示激光输出和焦距的关系的曲线图。
图12是用于说明第4实施方式中的焊接动作的控制的框图。
具体实施例方式
下面，参照
用于实施本发明的最佳实施方式。
第1实施方式图1是用于说明应用了本发明的激光焊接装置的概略立体图，图2是用于说明激光加工头的概略透视图，图3是用于说明激光焊接装置的控制系统的整体结构的框图。
与以往的点焊等相比，使用了图示的激光焊接装置的焊接是焊接夹具不直接接触工件，而使用激光从离开工件的地方进行焊接。因此，将这种焊接称为远距离焊接。
图示的激光焊接装置具有机器人1、设在该机器人1的手臂2前端用于射出激光100的激光加工头3(激光射出部件)、激光光源即激光振荡器5、将激光从激光振荡器5引导到激光加工头3的光纤光缆6。为了由光纤光缆引导激光，激光振荡器5使用YAG激光振荡器。
机器人1是普通的多轴机器人(也被称为多关节机器人等)，在此具有6个轴(附图标记21～26)。
该机器人1根据由示教作业给予的动作路径的数据，使各轴仅移动被指令的动作量，从而可以改变其位置、姿势而使手臂2的前端即激光头3向各种各样方向移动。
在机器人各轴21～26上分别安装有电动机和编码器(在图1中未图示)。
电动机例如是伺服电动机，电动机仅旋转由机器人控制装置(详细后述)指令的动作量。另一方面，编码器是测定部件，例如使用脉冲编码器。脉冲编码器仅输出与轴的旋转量相应的脉冲。输出的脉冲信号被输入到机器人控制装置。当然，也可以使用这些伺服电动机或脉冲编码器以外的部件。
例如为了抑制来自机器人手臂的振动的传递，最好是在往机器人手臂2安装激光加工头3时放入吸收振动的振动抑制部件而进行安装。作为振动抑制部件，例如可以使用减震钢板、缓冲器、减震橡胶等，特别是，最好是使用对施加于激光加工头3的振动的固有频率吸收振动效果好的部件。当然，也可以不使用这种振动抑制构件，而直接使用联接机构将激光加工头3安装在机器人手臂前端。
如图2所示，该加工头3具有反射镜11(照射方向改变部件)，最终将由光纤光缆6引导的激光100向目标物方向射出；电动机16、17(驱动部件)，使反射镜11转动；透镜组12，用于调整激光的焦距。
反射镜11以穿过镜面且与镜面垂直的线为Z轴，并分别以与该Z轴正交的X轴和Y轴为中心可独立地自由转动，通过转动可自由地分配激光100的射出方向。为此，设置电动机16、17。另外，也可以根据需要在电动机上设置齿轮机构(未图示)。
为了按照来自加工头控制装置(后述)的信号改变激光的照射方向，该电动机16、17根据来自机器人控制装置的指令来使反射镜11转动。这种电动机16、17例如可以使用伺服电动机、步进电动机等，最好是使用根据被指示的旋转角度来进行旋转动作的电动机。
在透镜组12内具有准直透镜121，使从光纤光缆6端部射出的激光成为平行光；聚光透镜122，为使已成为平行光的激光的焦距可变、而在任意的位置使激光聚光，而可以移动。
聚光透镜122根据来自机器人控制装置的指令，按照来自加工头控制装置的信号调节焦距。另外，虽然焦距可以在任意的位置使激光聚光，但可变的焦距的范围是受使用的聚光透镜、该聚光透镜的可动范围限制的，可聚光的距离范围是有界限的。
激光振荡器5是YAG激光振荡器。在此，为了由光纤光缆6引导激光而使用YAG激光振荡器。另外，也可以使用其他激光来进行激光焊接，只要可以用光纤光缆引导即可。
下面，说明激光焊接装置的控制系统。
如图3所示，激光焊接装置的控制系统由以下装置组成激光控制器51，其实际控制激光振荡器5的激光输出的开闭及输出值等；机器人控制装置52，其与机器人1的动作一起进行整体控制；加工头控制装置53，其控制激光加工头3的反射镜11及透镜122的动作。
激光控制器51对来自激光振荡器的激光输出的开闭和激光的输出强度进行调整。该激光控制器51根据来自机器人控制装置52的控制信号产生的指令，对激光输出进行开闭和对输出进行调整。
机器人控制装置52基于预先示教的数据(称为示教数据)，对机器人动作、激光的开闭、输出的调整以及激光加工头进行各种控制，从而控制机器人1的动作，同时对激光输出和激光的射出方向进行控制。
如上所述，机器人1在各轴具有电动机和编码器(在图4中作为rM&E1～rM&E6示出)。机器人控制装置52通过对电动机指令动作量而仅驱动电动机该动作量，另一方面，通过从编码器获取因电动机动作而实际转动了的轴的旋转量。
加工头控制装置53使反射镜11及电动机16、17动作而任意改变激光的射出方向。由该加工头控制装置53控制的反射镜11的动作也是通过来自机器人控制装置52的控制信号进行控制。
在激光加工头3内的用于使反射镜11旋转的电动机16、17的旋转轴上具有编码器(在图4中作为sM&E1和sM&E2示出)。另外，各轴上还具有用于驱动调节焦距用的透镜122的电动机和测量该电动机移动量的编码器(在图4中作为sM&E3示出)。
加工头控制装置53根据来自机器人控制装置52的控制信号而对电动机指令动作量，从而以该动作量驱动电动机；另一方面，从编码器获取由电动机动作而实际转动的电动机轴的旋转量。来自这些编码器的信号在加工头控制装置53内被处理后，来确认反射镜11和透镜122是否实际根据指令值移动。
这样，激光输出直接由激光控制器51控制，加工头3直接由加工头控制装置53控制，但实际上对机器人1的移动、激光的开闭动作、输出调节以及激光射出方向的控制都是通过来自机器人控制装置52的控制信号52进行控制的。从而，该机器人控制装置52成为本发明的激光焊接装置中的控制部件。
下面，说明该激光焊接装置的作用。
图4是用于说明焊接动作的控制的框图，图5是表示焊接动作中的激光照射位置的控制步骤的流程图。另外，在此，将基于该控制步骤的动作称为照射位置控制。
首先，为了根据示教数据使机器人1动作而使加工头向规定位置移动，机器人控制装置52按照示教数据对各轴指令动作量Rr1(t)～Rr6(t)。与此同时，对用于确定激光加工头3内的反射镜11方向的焊接点位置Wr(t)进行调整(S11)，使得激光根据示教数据被向焊接点方向照射。
通过该处理，机器人1按照动作指令量Rr1(t)～Rr6(t)使各轴的电动机旋转，同时各轴的实际旋转量被作为Rc1(t)～Rc6(t)而从编码器反馈。
机器人控制装置52根据从编码器获得的编码器的输出值(各轴旋转量的测定值)来求出激光加工头3的当前位置(S12)。
而且，为了从已求出的激光加工头3的当前位置向预定的激光照射位置(即焊接点)方向照射激光，机器人控制装置52求出使反射镜11移动的指令值(S13)。然后，机器人控制装置52输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)的加工头控制装置53为了按照指令值Sr(t)照射激光，根据激光加工头坐标系内的坐标值计算转动反射镜11的电动机旋转量Sr1(t)、Sr2(t)以及用于对焦的透镜的移动指令值SL(t)后，使电动机16、17动作，同时根据修正后的焦距SL(t)使透镜121动作。
在这样的焊接动作中，求出用于使反射镜11和透镜122相对于机器人1的位置偏离而移动的激光照射指令值Sr(t)、即相对于由示教数据指示的位置而修正了的指令值，为此如下那样地由坐标变换进行计算。
在此，将以机器人1的基准位置为中心的机器人坐标系作为∑R，将与发给机器人1的指令值相对应的激光加工头3的坐标系作为∑S(t)，该∑S(t)的、在机器人坐标系∑R内的位置因使机器人1动作而随时间t产生变化。将与激光加工头3的当前位置对应的激光加工头3的坐标系作为∑S’(t)，将激光加工头3的当前位置(实际是反射镜11的中心位置的位置)作为Rcp(t)，将激光加工头3的当前姿势作为Rcθ(t)，将由激光加工头3的当前角度(实际是反射镜11的当前角度)确定的旋转矩阵作为sTR(Rcθ(t))。另外，在机器人坐标系∑R内，焊接点位置Wr(t)是随时间t而变化的焊接点位置的坐标值。
激光加工头3的当前位置Rcp(t)是从由编码器获得的机器人各轴的动作量求出的、在机器人坐标系∑R内的激光加工头3的当前位置坐标值。
然后，用于使反射镜11和透镜122移动的激光照射指令值Sr(t)是由下述矩阵(1)通过用实际的激光加工头3的位置姿势Rc(t)将焊接点位置Wr(t)变换为激光加工头3的坐标系∑S’(t)而求出的。另外，如下述矩阵(2)所示，激光加工头3的位置姿势Rc(t)是由激光加工头3的当前位置Rcp(t)和激光加工头3的当前姿势Rcθ(t)构成的矩阵。
公式1Sr(t)1=TRS(Rcθ(t))Rcp(t)01Wr(t)1---(1)]]>Rc(t)=Rcp(t)Rcθ(t)---(2)]]>通过这样修正整个坐标系，即使在实际的当前位置相对于机器人1的被指令的动作位置偏离了时，用从机器人的当前位置得到激光加工头的当前位置立刻转位从反射镜11射出的激光，从而激光被照射到预定的位置。
另外，这种由坐标系变换得到的修正是根据机器人1的当前位置计算激光射出方向的一个例子，当然也可以采用其他的计算方法。
图6是用于说明机器人1的实际的当前位置从设计位置偏离的情况的说明图。
这种机器人的位置偏离例如是由于实际的机器人1的动作无法追随给予机器人1的动作指示而产生的。
图6(a)表示机器人的动作完全且理想地按照设计进行的情况。如果是这种理想的机器人位置，由于激光加工头3的位置到达按照设计的位置，因此可以从设计位置直接确定激光100的射出方向。
但实际上，如图(6)所示，激光加工头3的位置因机器人的惯性、移动的难易程度等而成为稍微偏离了的位置。假设在此位置由从机器人示教数据得到的动作位置来确定激光射出方向而射出激光时，激光的照射位置不是本来预定的P0，而是偏离至P2。
因此，在本第1实施方式中，从机器人的各轴的编码器的值求出激光加工头3的当前位置后，使反射镜11移动，以使得实时地从实际的激光加工头3的当前位置向P0方向照射激光。因此，如图6(c)所示，激光的射出方向与正确地照射到激光照射位置P0上的方向一致。
在本第1实施方式中，与这种位置偏离相应地，通过如上述那样地使激光加工头3的坐标系本身变换为从机器人各轴的编码器得到的当前位置(此时的位置包括角度)，从而与所期望的激光照射位置一致。
另外，采用由上述矩阵得到的坐标变换，不限于简单的位置的变化，还包括焦距的变化，都可准确地对准激光照射位置。另外，在未使用由上述矩阵得到的坐标变换时，根据机器人坐标系∑R内的与发给机器人1的指令值对应的激光加工头3的坐标系∑S(t)、和与激光加工头3的当前位置对应的激光加工头3的坐标系∑S’(t)的差，得知从当前位置到焊接点位置的距离相对于示教数据中的原来的焦距位置的变化，因此通过添加该变化量而将焦距SL(t)指示给激光加工头3，从而透镜122也可以根据该指示调节焦距。
下面，说明使用了该激光焊接装置的整个焊接流程。
图7是用于说明激光焊接中的激光加工头3的动作的说明图。另外，在此，为了便于理解，以很简单的基本型为例来进行说明。
在本第1实施方式中，如图7所示，在有多个焊接点201～206时，在向作为目标的一个焊接点(例如201)射出激光100的过程中，使激光加工头3以规定速度朝下一个焊接点(例如202)移动。然后，即使同时使激光加工头3移动，也在当前焊接中的焊接点(例如201的)的焊接结束之前，通过来自加工头控制装置53的控制信号(指令)使反射镜11转动，使得激光100不会从其焊接点(例如201)偏离。此时，如上所述那样地修正反射镜11的方向，使得激光射出方向实时地相应于激光加工头3的当前位置而与预先确定的照射位置一致，从而使激光100准确地向焊接点照射。
因而，在图示的情况，激光加工头3以恒定的速度(或者也可以是可变的速度)从其位置a移动到位置j，同时反射镜11转动使得激光射出方向也朝向各个焊接点。
此时，通过改变机器人姿势、即使机器人手臂2动作而移动激光加工头3的位置。机器人1的动作受机器人控制装置52控制，激光加工头3的位置以恒定速度从焊接中的焊接点朝下一个焊接点移动。从而，在图示的情况，激光加工头3以恒定的速度从其a位置移动到j位置。
另一方面，反射镜11受照射位置控制，控制成使得在焊接一个焊接点的过程中，该焊接点被焊接。因而，即使激光加工头3在移动中，仍可准确地形成焊缝。
另外，该激光加工头3的移动速度有必要大于焊接速度。这是因为在一个焊接点(例如201)的焊接结束的时刻，要使激光到达下一个焊接点(例如202)。
通常，激光焊接的焊接速度是1～5m/min。对此，激光加工头3的移动速度(即、使机器人手臂动作的速度)因机器人的不同而各种各样，例如最大是10～20m/min左右。另外，由反射镜11引起的焦点位置的移动速度在偏离反射镜11为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头3的移动速度大于焊接速度。
另外，在这种根据各个的速度选择实际的移动速度时，最好是抑制激光加工头3的振动。从而，最好是选择各速度，使得激光加工头3的移动速度是尽量低的速度。
然后，对一个焊接点(例如201)的焊接结束之后，激光焦点位置向下一个焊接点(例如202)的移动也因反射镜11的转动而进行。此时的反射镜11的转动最好是尽可能快地进行。此时，激光输出也可以不停止地保持原样继续输出，这是因为如上所述，激光焦点位置的移动速度与焊接速度相差很多，在焊接点之间移动的过程中，即使激光被照射在不焊接的部分，由于或者该部分偏离激光的焦点位置，或者即使该部分在焦点位置内，但因仅在一瞬间照到激光而基本没有影响，不会伤害激光100照到的部分。另外，也可以根据需要，向激光控制器51送出关闭的信号、或者使输出降低的信号，使激光输出暂时停止或使输出下降。
这样控制由机器人1引起的加工头3的移动和反射镜11的方向，从而在依次进行焊接的方向上，设在机器人手臂前端的激光加工头3的位置，在焊接点(例如202)的焊接开始时处于该焊接点(例如202)的前方(例如位置b)；在其焊接点(例如202)的焊接结束时处于其焊接点(例如202)的后方(例如位置d)。
图8是表示远距离激光焊接中的控制步骤的流程图。
首先，机器人控制装置52按照预先示教的示教数据使激光加工头3移动到最初的焊接开始位置而开始定速移动，并且对激光控制器51发出指令(S1)以开启激光输出，同时执行上述的照射位置控制(S10)。然后，将用于使反射镜11和透镜122移动的激光照射指令值向加工头控制装置53输出而使反射镜11和透镜122移动被指令的动作量。由此，反射镜11和透镜12移动到被指令的位置(S2)。
接着，机器人控制装置52根据示教数据，判断是否已经到达了下一个焊接点的焊接开始位置(S3)。在此，按照示教数据的下一个焊接点的焊接开始位置也是之前的焊接点的焊接结束了的位置。
在该步骤，如果到达下一个焊接点的焊接开始位置，就指令加工头控制装置53(S4)，使得反射镜11向下一个焊接点高速转动。由此，加工头控制装置53使反射镜11朝成为下一个目标的焊接点方向高速转动，而使激光朝下一个焊接点方向射出。继续进行之后的S2～S4的动作，直到最终焊接点的焊接结束为止。这期间，照射位置的控制仍然继续。
另一方面，在步骤S3中，如果机器人控制装置52未到达下一个焊接点的焊接开始位置，则判断整个焊接点的焊接是否结束(S5)。该判断是通过根据示教数据判断最终焊接点的焊接是否已经结束来判断的。在此，如果最终焊接点的焊接未结束，由于当前焊接中的焊接作业本身未结束，处理就此返回步骤S3。由此，当前焊接中的焊接就此继续进行。
另一方面，在步骤S5中，如果最终焊接点的焊接结束，则按照示教数据，指令激光控制器51关闭激光输出，将激光加工头3返回到待机位置(或者作业结束位置等)(S6)，结束全部作业。
如果使用图7的例子说明该动作，则首先，机器人控制装置52将激光加工头3移动到焊接点201的焊接开始位置a后，一边使激光加工头3以规定速度移动一边开始激光输出；同时一边修正反射镜11使得激光被照射到焊接点201，一边使反射镜11转动使得激光朝向焊接点。
接着，经过位置b，在到达了焊接点202的焊接开始位置c的时刻(焊接点201的焊接在该时刻结束)，机器人控制装置52以被教示的最大速度转动反射镜11而将激光射出方向转动至焊接点202方向。然后继续执行焊接点202的焊接。反复进行这些操作直到之后的焊接点206的焊接结束为止，在焊接点206的焊接结束的时刻，停止激光输出，结束所有焊接作业。
如上所述，采用本第1实施方式，根据从机器人各轴的编码器得到的机器人1的当前位置，实时地计算激光加工头3的当前位置，将反射镜11的方向改为目标焊接点即激光照射位置的方向。因此，即使在实际的机器人1的位置因机器人1的惯性等而相对于动作指令位置产生偏离时，也可以通过速度比机器人1的动作速度大得多的反射镜11的动作来准确地向焊接点照射激光。因此，在激光焊接的焊接部位上，激光照射位置不会产生位置偏离，提高了焊接质量。
另外，在本第1实施方式中，由于修正了焦距的偏差，因此通过改变反射镜11的角度来修正激光加工头3的位置偏离，即使修正后的激光光路长度根据示教数据的值产生变化，仍可以准确地对焦而进行焊接。
第2实施方式图9是用于说明本第2实施方式的焊接动作的控制的框图。另外，由于激光焊接装置和控制系统的整体结构与第1实施方式(参照图1～图3)相同，所以省略其详细说明。
本第2实施方式，在机器人控制装置52内具有数值化模型模拟器55(预测部件)，该模拟器55由数字化模型模拟自身控制着的机器人1的动作，求出激光加工头3的位置。
该数值化模型模拟器55使用被给予的机器人1的示教数据中的指示机器人1的动作位置，根据其动作假想地求出每隔时间t产生变化的机器人1的实际位置(包括姿势)。此时，通过添加机器人1的惯性、动作难易程度等的特征，实际上可以在使机器人1动作时得到接近假想的当前位置。
数值化模型模拟器55还根据已求出的机器人假想位置，求出假想的激光照射指令值，该激光照射指令值用于从激光加工头3向目标焊接点照射激光。
由此，机器人假想位置上的假想激光加工头坐标系内的反射镜11和透镜122的假想移动量成为由模拟求出的移动量。
然后，机器人控制装置52还通过从编码器得到的实际的机器人1的当前位置来修正该假想的激光照射指令值，从而求出用于实际使动作的反射镜11和透镜11移动的激光照射指令值。
与第1实施方式相同地，通过矩阵求出激光照射指令值S”r(t)，该激光照射指令值S”r(t)用于利用了本第2实施方式中的模拟的修正动作、即实际使反射镜11和透镜122动作。
首先，通过(3)式求出机器人假想位置中的、假想的激光加工头坐标系∑’S(t)内的假想的激光照射指令值S’r(t)。其中，在(3)式中，将指令位置与模拟值的差用作ΔR’(t)；如式(4)所示，将由机器人指令产生的激光加工头3的位置与由模拟产生的激光加工头3的位置的差用作ΔR’p(t)，将由指令产生的激光加工头3的姿势(角度)与由模拟产生激光加工头3的角度的差用作ΔR’θ(t)。另外，在式(3)中，Sr(t)是与机器人指令位置相对应的激光照射指令值。S’TS(ΔR’θ(t))是由激光加工头3的指令角度和由模拟得到的角度的差来确定的旋转矩阵。
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)]]>接着，成为实际指令的反射镜11和透镜的移动量的激光照射指令值S”r(t)根据得到的假想的激光加工头3的位置和从编码器得到的机器人1的当前位置，同样从下述矩阵(5)求出。
在此，在式(5)中，将模拟值与由编码器产生的当前位置的差用作ΔR(t)，如(6)式所示，将由模拟得到的激光加工头3的位置与从编码器得到的当前位置的差用作ΔR’p(t)，由模拟得到的激光加工3的角度和由编码器得到的角度的差用作ΔR’θ(t)。另外，S”TS(ΔR’θ(t))是根据由模拟得到的激光加工头3的角度与由编码器得到角度的差来确定的旋转矩阵。
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)]]>这样，采用本第2实施方式，由模拟预测某种程度的机器人的位置，求出其预测位置的激光照射位置，根据其预测位置并利用由编码器得到的实际的当前位置修正用于实际照射激光的激光照射指令值并发出指令。因此，修正量小于比较机器人1的指令位置与当前位置而得的值，修正量本身成为稍微修正即可，控制时间缩短，从而可以更准确地将激光照射到预先确定的激光照射位置。
另外，由于将由数值化模型产生的模拟设在机器人1的控制装置内，因此可以在控制该机器人1控制装置中执行添加了各个机器人1的特征的模拟。因而，在存在多个机器人时，通过将本身的特性预先输入到各自的机器人中，可以容易地执行添加了各个机器人的特性的模拟。
另外，用于进行由该数值化模型产生的模拟的装置也可以在机器人控制装置的外部。该情况，可以仅将模拟的结果、即基于从示教数据得到的激光加工头的预测位置的激光照射指令值传递给机器人控制装置。
这种在外部的模拟的情况、或添加了各个机器人的特性的模拟困难的情况下，也可以从单纯地用机器人的动作设计步骤得到的示教数据，求出激光加工头的预测位置，模拟基于其预测位置的激光照射指令值。
第3实施方式图10是用于说明本第3实施方式的焊接动作的控制的框图。
在本第3实施方式中，在机器人控制装置52内具有激光输出调整部56，该激光输出调整部56根据计算出的修正后的激光照射指令值(在第1实施方式中为Sr(t)，在第2实施方式中为S”r(t)，另外在图10是与图1相同的图示)得到修正后的焦距；与最初由示教数据指示的焦距相比，在激光的光路长度变化的情况，响应于其变化量而调整激光输出。控制信号Lp根据该激光输出调整部56的指令被从机器人控制装置52向激光控制器51输出，激光控制器51响应于控制信号Lp而控制激光振荡器5的输出。
激光输出调整部56，原来的激光的光路长度即焦距是根据示教数据得到的。另一方面，修正后的焦距是根据用第1或第2实施方式说明的修正动作得到的激光照射指令值而得到的。因而，在本第3实施方式中，不会从加工头控制装置53输出透镜移动指令值SL(t)。
另外，在没有焦距调节功能本身时，由于焦距固定，成为符合该固定焦距(从反射镜到焊接点的距离)地设定激光加工头3的示教数据。另外，在图10中，示出没有焦距调节功能的情况。
由于其余的激光焊接装置即控制系统的整体结构，与第1实施方式(参照图1～图3)相同，所以省略其附图和详细说明。另外，由于激光输出调整以外的动作与第1或第2实施方式相同，所以省略其说明。
图11是表示激光输出和焦距的关系的曲线图。
激光照射位置上的激光强度以激光点直径被缩小至最小的位置为最大，焦距越偏离该位置，点直径的面积成比例地下降。
因此，在本实施方式中，如图11所示，响应于焦距，利用调整激光输出的曲线数据，响应于焦距的变化而调整激光输出。
在该曲线图中，以横轴为焦距的偏离量ΔSL(t)，以纵轴为激光输出。
如图所示，激光输出指令值使对应于焦距的点直径的面积成比例地上升。但是在偏离量过大时，有可能无法进行适当的激光焊接，因此在超过可修正偏离的范围的时刻进行出错处理(例如，表示停止输出、不能焊接等)。
另外，由于不能进行已超出了激光输出上限的输出控制，将激光输出上限值包含在该曲线上。在该曲线中，由于激光输出上限值存在于可修正的范围之外，所以不会超过激光输出上限值。但在激光输出上限值来到可修正的范围之内时，在到达激光输出上限值的时刻，进行出错处理(例如表示输出停止、不能焊接等)。
这样，采用本第3实施方式，通过修正激光照射位置，即使在从反射镜经11到焊接点的距离从示教数据的值变化时，不需调整焦距而调整激光输出而使其成为适于焊接的激光强度，因此不必由透镜修正焦距，就可以稳定地保持焊接质量。
第4实施方式图12是用于说明第4实施方式中的焊接动作的控制的框图。
本第4实施方式将激光加工头3的位置测定装置57设在机器人1的外部。
作为设于外部的位置测定装置57，是实时地得到安装于机器人1的激光加工头3的位置的3维参数即可，并不特别限定。例如可以利用如下装置将电波发射器58安装到激光加工头3上，在其周围的至少3点设置接收该电波的接收机59，根据用各接收机59获取的来自电波发射器58的电波的彼此的传送时间来求出激光加工头3的当前位置。当然，除此之外，只要是可以实时地3维地测定激光加工头3的当前位置的装置即可。
另外，来自安装于机器人各轴的编码器的值仅用于确认动作而不必用于本发明的修正动作(因而，在图11中省略了从编码器到机器人控制装置之间的信号线)。
在这样通过外部的测定装置57测量激光加工头3的当前位置的情况下，基本的修正动作大致与已说明的第1实施方式相同，但不需要根据机器人各轴的编码器的值计算激光加工头3的当前位置的步骤。
因而，由机器人控制装置52产生的修正动作对根据从示教数据得到的从机器人动作位置求出的激光加工头的位置、与从位置测定装置57得到的激光加工头3的当前位置进行比较后，输出已修正了该误差量的激光照射指令值。
这样，采用本第4实施方式，由于不用根据机器人各轴的编码器的值计算激光加工头3的当前位置的步骤，所以至少省略一个步骤地处理修正动作，从而可以加快处理动作。
以上说明了应用了本发明的实施方式，但本发明并不限定于这样的实施方式，例如，在各实施方式中，使用反射镜来改变激光的方向，但也可以使用棱镜等其他光学部件来改变激光的方向。
另外，本发明也可以在照射不限于激光焊接的各种照射物的装置中进行实施。例如，在机器人、促动装置等各种移动部件上安装照射光(可见光、红外线、紫外线等)、X射线等放射线、电子射线、电磁波等各种射线的照射部件，通过在这些一边由移动部件使照射部件移动一边照射射线的装置中应用本发明，可以可以准确地将射线照射在预定的位置上。对于这些射线中的光，可以通过使反射镜移动来该变光的照射方向。对于光以外的射线，可以使用反射板、或使用电子透镜、偏转线圈等改变射线的照射方向。
而且，照射部件作为照射物不限于射线，也可以应用照射钢粒(金属等固体物体)或水流等的照射部件。
产业可利用性本发明可以应用于使用了机器人等的激光焊接。另外，本发明不限于机器人，还可以应用在如下的装置上，即在各种促动部件等移动部件上安装照射部件，并由移动部件使照射部件移动，同时对照射物进行照射的装置。
权利要求
1.一种激光焊接装置，其特征在于，包括机器人；激光射出部件，其安装在上述机器人上，用于射出激光；测定部件，其测定上述机器人的当前的动作位置；控制部件，其根据上述测定部件测出的上述机器人的当前的动作位置，控制从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与预先确定的照射位置一致。
2.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，上述激光射出部件还包括照射方向改变部件，该照射方向改变部件对被引导到上述激光射出部件的上述激光进行反射和/或折射；上述控制部件根据上述测定部件测出的上述机器人的当前动作位置而改变上述照射方向改变部件的照射方向，使得上述激光照射位置与预先确定的照射位置一致。
3.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，上述机器人具有至少一个可动的轴；上述测定部件测定上述轴实际动作了的动作量；上述控制部件根据上述动作量求出机器人的当前动作位置，根据求出的当前动作位置控制从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与预先确定的照射位置一致。
4.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，上述控制部件根据上述机器人的当前动作位置求出上述激光射出部件的当前位置，根据求出的上述激光射出部件的当前位置控制从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与预先确定的照射位置一致。
5.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，还具有预测部件，该预测部件根据预先示教给上述机器人的动作位置数据，使用机器人动作的数值化模型求出假想的机器人动作位置，预测上述激光射出部件相对于该假想动作位置的照射位置；上述控制部件将从上述预测部件得到的上述激光射出部件的预测位置、和从上述测定部件测定出的上述机器人的上述当前动作位置得到的上述激光射出部件的上述当前位置进行比较，对由二者之差产生的上述激光的照射位置的偏离进行修正，使得上述激光的照射位置与预先确定的照射位置一致。
6.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，上述测定部件设在上述机器人的外部，测定上述激光射出部件的当前位置；上述控制部件根据设在上述外部的上述测定部件测定出的上述激光射出部件的当前位置，使上述激光的照射位置与预先确定的照射位置一致。
7.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，上述控制部件还对上述激光的焦距偏差进行修正。
8.根据权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，上述控制部件还根据从上述激光射出部件到上述激光的照射位置的距离，控制上述激光的输出。
9.一种激光焊接方法，其使机器人动作而使安装在该机器人上的激光射出部件移动，从而将激光从该激光射出部件照射到工件的规定位置而进行焊接，其特征在于，具有获取上述机器人的当前动作位置的步骤；根据上述当前动作位置来控制从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与预先确定的照射位置一致的步骤。
10.根据权利要求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变被引导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变部件；上述进行控制的步骤使上述照射方向移动，使得上述激光照射位置与预先确定的照射位置一致。
11.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，上述机器人具有至少一个可动的轴；获取上述当前动作位置的步骤从测定部件获取上述轴的动作量的测定值，该测定部件用于测定安装在上述机器人的上述轴的动作量；进行上述控制的步骤根据上述取得了的上述轴的上述测定值，使上述激光的照射位置与预先确定的照射位置一致。
12.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，进行上述控制的步骤根据从上述获取的机器人的当前动作位置求出的当前激光射出部件的当前位置，使上述激光的照射位置与预先确定的照射位置一致。
13.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，进行上述控制的步骤根据上述预先示教给上述机器人的动作位置数据，使用机器人动作的数值化模型求出假想的机器人动作位置，对上述激光射出部件相对于该假想动作位置的位置、和从上述测定部件测定出的上述机器人的上述当前动作位置得到的上述激光射出部件的上述当前位置进行比较，对由二者之差产生的上述激光的照射位置的偏离进行修正，使上述激光的照射位置与预先确定的照射位置一致。
14.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，获取上述当前动作位置的步骤获取由上述测定部件测定的上述激光射出部件的当前位置，上述测定部件测定设在上述机器人外部的上述激光射出部件的上述当前动作位置；进行上述控制的步骤根据已获取的上述激光射出部件的当前位置，使得上述激光照射位置与预先确定的照射位置一致。
15.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，进行上述控制的步骤还对上述激光的焦距偏差进行修正。
16.根据权利要求9所述的激光焊接方法，其特征在于，上述控制步骤还根据从上述激光射出部件到上述激光照射位置的距离来控制上述激光的输出。
17.一种照射装置，其特征在于，具有照射部件，其用于照射照射物；移动部件，其使上述照射部件移动；测定部件，其测定上述移动部件的当前位置；控制部件，其根据由上述测定部件得到的上述当前位置，控制从上述照射部件射出的上述照射物的照射方向，使得从上述照射部件照射的照射物的照射位置与预先确定的照射位置一致。
18.根据权利要求17所述的照射装置，其特征在于，上述照射部件具有改变上述照射物的照射方向的照射方向改变部件；上述控制部件根据当前位置来改变上述照射方向改变部件，使得从上述照射部件照射的上述照射物的照射位置与预先确定的照射位置一致。
19.根据权利要求18所述的照射装置，其特征在于，上述照射方向改变部件通过反射和/或折射来改变上述照射物的照射方向。
全文摘要
一种激光焊接装置、激光焊接方法以及照射装置。该激光焊接装置即使在机器人的实际位置、姿势延迟于上述动作指令，仍可准确地向被预先确定了的激光照射位置照射激光。机器人控制装置(52)从机器人各轴的编码器获取动作量测定值Rc1(t)～Rc6(t)后，再根据算出的激光加工头3的当前位置向加工头控制装置53指示激光射出方向Sr(t)，使得向被预先确定了的激光照射位置照射激光。加工头控制装置53改变激光加工头3内的反射镜的方向，使得激光向被指示的方向照射。
文档编号B23K26/04GK1939640SQ20061014105
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月28日 优先权日2005年9月30日
发明者小松岳嗣 申请人:日产自动车株式会社