专利名称：可照射区域识别方法和装置以及移动路径设定方法
技术领域：
本发明涉及一种加工用光束照射装置的可照射区域识别方法及其装置以及加工用光束照射装置的移动路径设定方法，例如涉及能够应用于使用激光进行加工的激光加工装置的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法和可照射区域识别装置以及加工用光束照射装置的移动路径设定方法。
背景技术：
在焊接接合车体面板的设备中，有在一般的工业用机器人上安装了焊接用焊枪的设备、安装了激光振荡装置的设备。以往如下述专利文献1所示，在安装了激光振荡装置的设备中，其焦点距离(从振荡点到要焊接的面板的距离)和照射方向(振荡点)被固定。以往，在将激光振荡装置安装到工业用机器人上来焊接多个加工区域(焊接点)的情况下，由于焦点距离和照射方向被固定，因此必须使工业用机器人动作来对每个加工区域进行激光振荡装置的定位，其动作与例如现有的安装了机器人焊枪的工业用机器人大致相同。
专利文献1日本特开2000-84688号公报发明内容发明要解决的问题本发明是为了改善现有技术而完成的，其目的在于提供一种如下的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法和可照射区域识别装置以及加工用光束照射装置的移动路径设定方法在将能够改变加工用光束的照射方向的加工用光束照射装置安装到工业用机器人上的情况下，通过使用机器人仿真能够识别可对设定在工件上的加工区域实施加工的可照射区域，另一方面能够根据识别出的可照射区域来决定最佳移动路径。
用于解决问题的方案用于达成上述目的的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，是识别加工用光束照射方向可变更的加工用光束照射装置的可照射区域的方法，在与设定在工件上的加工区域的一点的距离为加工用光束的焦点距离的位置上，设定即使移动加工用光束照射装置也能够照射加工区域的一点的区域，识别对加工区域的一点的可照射区域。
发明1的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法是识别可改变加工用光束的照射方向的加工用光束照射装置的可照射区域的方法，其特征在于，在与设定在工件上的加工区域的一点的距离为上述加工用光束的焦点距离的位置上，设定即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述加工区域的一点的与上述焦点距离对应的可照射区域，识别对上述加工区域的一点的可照射区域。
发明2是发明1记载的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，进而，沿着上述加工区域的形状形成多个上述可照射区域，通过将所形成的多个可照射区域合成来识别对上述加工区域全体的可照射区域。
发明3是发明1或者2中记载的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，通过从上述可照射区域除去上述加工用光束由于存在障碍物而无法照射的不可照射区域，来识别上述可照射区域发明4是加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，在上述工件上设定有多个加工区域的情况下，使用发明2或者发明3记载的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，识别上述加工用光束照射装置对各个加工区域的可照射区域。
发明5的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法是识别可改变加工用光束的照射方向的加工用光束照射装置的可照射区域的方法，其特征在于，在与设定在上述工件上的加工区域的一点的距离为上述加工用光束的焦点距离的位置上，将在以上述加工区域的一点为顶点而在垂直方向上形成的以上述焦点距离为高度的锥体底面中包含的面设定为可照射区域，根据即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述顶点的角度范围和上述焦点距离来求出上述底面。
发明6的可照射区域识别装置是用于识别从加工用光束照射装置照射的加工用光束的可照射区域的可照射区域识别装置，其特征在于，具备输入单元，其输入上述加工用光束的焦点距离和可照射区域的尺寸；以及运算单元，其根据所输入的焦点距离和可照射区域的尺寸，在与设定在上述工件上的加工区域的一点的距离为焦点距离的位置上形成上述可照射区域。
发明7是加工用光束照射装置的移动路径设定方法，用于在规定的路径上移动可改变加工用光束的照射方向的加工用光束照射装置而进行工件的加工时，预先设定上述加工用光束照射装置的移动路径，其特征在于，在与利用从上述加工用光束照射装置照射的上述加工用光束进行上述工件加工的加工区域的一点的距离为上述加工用光束的焦点距离的位置上，设定即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述加工区域的一点的与上述焦点距离对应的可照射区域，在上述可照射区域内设定上述加工用光束照射装置的移动路径。
发明的效果由于能够识别对设定在工件上的加工区域的一点的照射区域，因此能够容易地指示加工用光束照射装置的移动路径。
图1是激光焊接机器人的结构图。
图2是激光焊接机器人所具备的加工用光束照射装置的结构图。
图3是仿真装置的框图，该仿真装置实施与本发明有关的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，构成可照射区域识别装置，并实施加工用光束照射装置的移动路径设定方法。
图4是表示加工用光束的扫描区域的图。
图5是表示用于制作图4所示的圆锥的过程的流程图。
图6是表示将制作出的圆锥配置在工件上的状态的图。
图7是表示加工区域形状的一例的图。
图8是用于说明分辨度(分解能)的图。
图9是表示用于沿着加工区域的形状来制作可照射区域的过程的流程图。
图10是示出将表示可照射区域的圆锥沿着加工区域的形状配置后的状态的图。
图11是示出沿着加工区域制作表示可照射区域的圆锥的过程的流程图。
图12是表示将可照射区域合成来制作可照射区域的过程的图。
图13是表示将制作出的圆锥合成来制作可照射区域的过程的流程图。
图14是表示在工件上设定的全部加工区域中配置了可照射区域的状态的图。
图15是表示将加工用光束的焦点改变为最大和最小的情况下的扫描范围的图。
图16是表示用于制作图15所示的焦点不同的两种圆锥的过程的流程图。
图17是表示将制作出的两种圆锥配置在工件上的状态的图。
图18是示出将表示可照射区域的两种圆锥沿着加工区域配置后的状态的图。
图19是表示将可照射区域合成来制作可照射区域的过程的流程图。
图20是表示从可照射区域不同的两种圆锥提取可照射区域的过程的图。
图21是表示将提取出的可照射区域配置在工件上的状态的图。
图22是示出将表示可照射区域的圆锥沿着加工区域进行配置的过程的流程图。
图23是表示在工件上设定的全部加工区域中配置了三维可照射区域的状态的图。
图24是表示将考虑了障碍物的可照射区域合成来制作可照射区域的过程的流程图。
图25是用于说明考虑了障碍物的可照射区域的图。
图26是用于说明考虑了障碍物的可照射区域的图。
图27是表示提取考虑了障碍物的可照射区域来制作可照射区域的过程的图。
图28是用于说明考虑了障碍物的可照射区域的图。
图29是表示将提取出的可照射区域配置在工件上的状态的图。
图30是表示从提取出的可照射区域中只求出最佳可照射区域的结果的图。
图31是表示用于只求出图30所示的最佳可照射区域的过程的流程图。
图32A是用于说明用来只求出图30所示的最佳可照射区域的过程的图。
图32B是用于说明用来只求出图30所示的最佳可照射区域的过程的图。
图32C是用于说明用来只求出图30所示的最佳可照射区域的过程的图。
图32D是用于说明用来只求出图30所示的最佳可照射区域的过程的图。
图32E是用于说明用来只求出图30所示的最佳可照射区域的过程的图。
图33是用于说明用来求出图32E所示的可照射区域的优先顺序的过程的图。
图34是表示最终得到的可照射区域的一例的图。
图35是用于说明对图34所示的可照射区域设定移动路径的情况的图。
图36是表示与本发明有关的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法的过程的动作流程图。
附图标记说明101激光焊接机器人，102加工用光束输出装置，104加工用光束照射装置，150仿真装置，200、240、250、290、295圆锥，210圆锥底面，260、310三维区域，270障碍物，280影子，300工件。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明与本发明有关的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法和可照射区域识别装置以及加工用光束照射装置的移动路径设定方法。
图1是激光焊接机器人的结构图。
激光焊接机器人101具备通过振荡器102A输出加工用光束(激光)的加工用光束输出装置102。在激光焊接机器人101的机器人手的作业端上，设置有可改变加工用光束的照射方向的加工用光束照射装置104。如图所示，加工用光束照射装置104能够使加工用光束在X方向、Y方向上进行扫描。另一方面，如图所示，加工用光束照射装置104还能够在距离为L的范围内改变加工用光束的焦点距离。因而，如图所示，在固定了机器人作业端的状态下能够照射加工用光束的可照射区域就成为例如将锥体与其底面平行地剖切一部分的三维形状区域。加工用光束输出装置102和加工用光束照射装置104通过光纤线缆103相连接。利用支撑臂107支撑光纤线缆103，使得即使机器人臂105运动也不会缠绕。
图2是激光焊接机器人所具备的加工用光束照射装置的结构图。
加工用光束照射装置104能够使加工用光束在X方向以及Y方向上进行扫描，另外还能够在距离为L的范围内改变加工用光束的焦点距离。如图2所示，加工用光束照射装置104具有反射镜11以及透镜组12，该反射镜11以及透镜组12用于将通过光纤线缆103导入的加工用光束100导向设定在工件上的加工区域并聚焦照射。将通过反射镜11的镜面并与工件的加工区域垂直的轴线设为Z轴时，以Z轴为中心在与Z轴正交的X轴以及Y轴方向上旋转自如地支撑着反射镜11。透镜组12由准直透镜121以及聚光透镜122构成，其中，所述准直透镜121用于使从光纤线缆103的端部辐射的加工用光束成为平行光；聚光透镜122用于使成为平行光的加工用光束聚光到工件的加工区域上。为了在距离为L的范围内改变加工用光束的焦点距离，沿着加工用光束的光轴，相对于反射镜11在前后方向上进退自如地支撑着聚光透镜122。
加工用光束照射装置104具有使反射镜11在X轴方向上转动的马达16、使反射镜11在Y轴方向上转动的马达17、以及用于使聚光透镜122相对于反射镜11进退移动的马达18。马达16以及马达17通过合成各自的马达转动位置，可以改变反射镜11的朝向。因而，通过使马达16以及马达17转动，使加工用光束在X方向以及Y方向上进行扫描。另外，通过使马达18转动，在距离为L的范围内改变加工用光束的焦点距离。
在设定在工件上的加工区域中，使加工用光束描绘I字形状、8字形状、C字形状或者S字形状之类的形状地进行扫描，来进行加工区域的焊接。使马达16以及马达17同时转动来摇动反射镜11，从而进行加工用光束的扫描。
加工用光束具有焦点距离，因此需要使加工用光束照射装置104位于与工件的加工区域的距离为焦点距离的位置上。
此外，举例示出了I字形状、8字形状、C字形状或者S字形状作为加工区域的形状，但是加工区域的形状并不限于这些形状，只要是由连续的直线或曲线构成的或者由连续的直线和曲线构成的、开放的或闭合的形状，可以是任意形状。
图3是仿真装置的框图，该仿真装置实施与本发明有关的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法、构成可照射区域识别装置、并实施加工用光束照射装置的移动路径设定方法。
仿真装置150具备输入装置155、存储装置160、运算装置165以及显示器170。
输入装置155是键盘、鼠标等通常所使用的终端装置。输入装置155输入加工用光束的焦点距离、可照射区域的尺寸(制作圆锥模型的情况下是半径，制作棱椎模型的情况下是各边的长度)、加工用光束的最长焦点距离和最短焦点距离、加工用光束被障碍物遮挡的区域、作为将表示可照射区域的圆锥配置在加工区域上的情况下的间隔的距离。
存储装置160存储从输入装置155输入的信息、用于进行后面叙述的仿真的全部程序。
运算装置165根据存储在存储装置160中的从输入装置155输入的信息、用于进行仿真的程序，来识别可照射区域，或设定加工用光束照射装置的移动路径。
显示器170显示通过运算装置165运算的运算过程经过、所运算的结果。
此外，本说明书中例示的图3的仿真装置150是通常使用的至少具备ROM、RAM、CPU的计算机，但由于其结构是公知的，因此省略其具体结构的说明。
然后，说明与本发明有关的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法。与本发明有关的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法的特征在于，以设定在工件上的加工区域的一点为顶点，将即使移动加工用光束照射装置104也能够照射上述顶点的区域设为底面，利用上述顶点和上述底面形成闭合的锥体，从而识别对上述加工区域的一点的可照射区域。
在图1的激光焊接机器人101中，能够对某一个加工区域照射加工用光束的区域是如下的区域。
如图4所示，当加工用光束的焦点距离F为固定、加工用光束的可照射角度为θ°、在X-Y方向上加工用光束的扫描可以为圆状时，加工用光束能够以图示的圆锥状进行扫描，其可照射区域成为圆锥的整个底面的区域。
也就是说，在要将加工用光束照射到设定在工件上的加工区域的一点上的情况下，如果使加工用光束照射装置104位于使顶点位于该一点上的圆锥的底面区域内，则能够将加工用光束照射在该一点上进行激光焊接。
为了制作该可照射区域，图3所示的仿真装置150进行如图5的流程图所示的处理。首先，通过输入装置155输入从加工用光束输出装置102照射的加工用光束的焦点距离F(S1)。然后，通过输入装置155输入相对工件加工区域的一点的可照射区域尺寸、半径r(S2)。此外，根据能够从加工用光束照射装置104照射的加工用光束的可照射角度θ°和加工用光束的焦点距离F，算出可照射区域的半径r，并输入该算出的结果。然后，运算装置165形成如图4所示的圆锥200，该圆锥200例如以如图7所示的具有S字形状的加工区域的一点A0为顶点，将包括与加工区域的一点A0的距离为加工用光束的焦点距离F的点的半径为r的可照射区域设为底面(S3)。
通过以上过程制作的圆锥200，例如图6所示配置在工件300的加工区域的一点(图7的A0)上。在本实施方式中，加工区域如图7所示为S字形状。最初，配置圆锥200使顶点在该加工区域的一点A0上。此外，在本实施方式中例示了S字形状的加工区域，但是加工区域的形状并不限于S字形状，例如如上所述可以考虑8字状、I字状、L字状、コ字状等各种形状。
然后，如图8的分辨度说明图以及图9的流程图所示，从输入装置155向仿真装置150输入距离作为分辨度。为了在构成加工区域形状的图7所示的线上决定图4所示的圆锥200的配置间隔，输入分辨度(S11)。当输入分辨度时，运算装置165首先在作为加工区域的一点的焊接点坐标A0处形成图4所示的圆锥200，然后将该圆锥200在焊接轨迹上向开始点A1方向错开一个分辨度。将一个圆锥200作为一个框架存储到存储装置160中(S12)。如果错开了一个分辨度后的坐标没有超过焊接开始点A1(S13为否)，则在移动后的坐标上制作姿态与形成在焊接点坐标A0上的圆锥200相同圆锥200(S14)。另一方面，如果错开了一个分辨度后坐标超过了焊接开始点A1(S13为是)，则在焊接开始点A1上制作姿态与形成在焊接点坐标A0上的圆锥200相同的圆锥200(S15)。在以上的处理中，从图7的加工区域的一点A0向焊接开始点方向每次错开一个分辨度直到焊接开始点A1为止制作圆锥200。而且同样地，从作为图7的加工区域的一点的焊接点坐标A0向焊接完成点A2方向每次错开一个分辨度直到焊接完成点A2为止制作圆锥200(S16～S19)。
到此为止的处理是将每次错开一个分辨度的同时所形成的多个圆锥作为多个框架而进行存储的处理。
在存储装置160中存储有如上所述作为框架每次错开一个分辨度而逐个制作的多个圆锥200。如图10所示，当从焊接开始点A1至焊接完成点A2配置被存储的圆锥200时，成为沿着加工区域形状配置多个圆锥200的图像。
然后，叙述将所存储的多个圆锥沿加工区域的形状排列合成、并求出加工区域的可照射区域的处理。
如图11的流程图所示，首先使圆锥移动到焊接开始点上的框架上，如图12(A)所示在各个框架上依次配置作为可照射区域模型的圆锥直至焊接轨迹上的最后框架为止。也就是说，如图12(A)所示，沿着加工区域的形状，配置根据图9的流程图制作的圆锥(S21～S24)。
到此为止的处理是沿着工件加工区域的形状将圆锥顶点的位置每次错开一个分辨度的同时将圆锥简单重叠排列的处理。
当该处理结束时，多个圆锥被沿着工件加工区域的形状配置。此外，如图6、图10所示，将可照射区域设为底面的圆锥配置在相对工件加工区域的一点的竖直方向上。
然后，如图12(B)所示，将如图12(A)所示配置的多个圆锥进行合成并叠加，并将其显示在仿真装置150的显示器170上(S25)。所合成的圆锥的底面210成为对一个加工区域的可照射区域。
这样，沿着加工区域的形状形成多个圆锥，可通过合成所形成的多个锥体来识别相对整个加工区域的可照射区域。
通过识别可照射区域，当加工用光束照射装置104的照射点位于该可照射区域内(表面上)时，仅通过加工用光束照射装置104使加工光束进行扫描(改变激光的照射角度)而不移动加工用光束照射装置104的位置，就能够对S字形状的加工区域进行焊接。
然后，在工件上设定有多个加工区域的情况下，如图13所示的流程图，仿真装置150的运算装置165对设定在工件上的全部焊接点上，进行以上对一个加工区域求出可照射区域的处理。也就是说，将如图12(B)那样合成了多个圆锥的模型逐一配置在作为工件焊接点的全部加工区域上(S31～S33)。
在对图6所示工件的全部加工区域都进行了S31～S33的处理的情况下，如图14所示，在工件上对各个加工区域分别排列了各自的可照射区域。在图6中例示了配置圆锥的情况，在图14中例示了配置棱椎的情况。这样，既可以利用圆锥求出可照射区域，也可以利用棱椎求出可照射区域。在是棱椎的情况下也与形成圆锥的情况同样地，输入焦点距离F和对工件加工区域的一点的可照射区域的尺寸例如一边的长度，从而形成棱椎。一边的长度也可以是在上述半径为r的圆锥底面中所包含的多边形的边长。例如，可以输入内接在半径为r的圆中的正方形的边长。另外，如果使加工用光束照射装置104内的反射镜11能够向X方向以及Y方向进行扫描的最大范围的四边形包含在上述圆锥底面中，则也可以求出将该四边形设为底面的圆锥。
在实施方式1中说明了在固定了加工用光束的焦点距离的情况下如何求出可照射区域，而在本实施方式中说明能够在规定范围内改变加工用光束的焦点距离的情况下如何求出可照射区域。
作为前提使用的激光焊接机器人101与图1相同，因此省略其说明。
在图1的激光焊接机器人101中，能够对某一个焊接点在F1和F2之间平滑地改变焦点距离来照射加工用光束的区域是如下的区域。
如图15所示，当加工用光束的可照射角度为θ°、在X-Y方向上能够以圆状进行加工用光束的扫描时，能够使加工用光束以图示的圆锥状进行扫描，其可照射区域成为由焦点距离为F2时的圆锥240和焦点距离为F1时的圆锥250这两个圆锥底面包围的三维区域260。
为了制作该可照射区域，如图16的流程图所示，从仿真装置150的输入装置155输入从加工用光束照射装置104照射的加工用光束的最短焦点距离F2和最长焦点距离F1(S41、S42)，另外，输入当最长焦点距离为F1时对工件加工区域的一点的可照射区域的尺寸、具体地说输入可照射区域的半径r(S43)。可以根据从加工用光束照射装置104能够照射的加工用光束的可照射角度θ°和加工用光束的最大焦点距离F1，求出可照射区域的半径r。
然后，仿真装置150的运算装置165形成如图15所示的圆锥250，该圆锥250以S字形状的加工区域的一点A0为顶点(参照图7)、将包括与加工区域的一点A0的距离为加工用光束的最大焦点距离F1的点的可照射区域设为底面(S44)。然后将其设为基准框架A(S45)。
然后，运算装置165形成如图15所示的圆锥240，该圆锥240以S字形状的加工区域的一点A0为顶点，将包括与加工区域的一点A0的距离为加工用光束的最小焦点距离F2的点的可照射区域设为底面(S46)。然后将其设为基准框架B(S47)。
例如如图17所示，将通过以上过程制作的圆锥240、250配置在工件300的加工区域的一点(图7的A0)上。在本实施方式中，加工区域的形状也如图7所示为S字形状。配置成使两种圆锥250、240的顶点在加工区域的一点A0上。此外，在本实施方式中例示了S字形状的加工区域，但是加工区域的形状并不限于S字形状，只要是由连续的直线或曲线构成或者由连续的直线和曲线构成的、开放的或者闭合的形状，不论是哪种形状都能够应用本发明。例如，作为加工区域的形状考虑了8字状、I字状、L字状、コ字状等各种形状。
然后，如实施方式1的图9的流程图所示，从仿真装置150的输入装置155输入距离作为分辨度。当输入了分辨度时，对每隔一个分辨度制作如图15所示的两种圆锥240、250直到焊接开始点A1为止。也就是说，从图7的加工区域的一点A0起向焊接开始点方向错开一个分辨度并制作两种圆锥240、250直到焊接开始点A1为止。将对一点的两种圆锥作为一个框架存储到存储装置160中。而且，每隔一个分辨度制作两种圆锥240、250直到焊接完成点A2为止。也就是说，从图7的加工区域的一点A0起每次错开一个分辨度制作两种圆锥240、250直到焊接完成点A2为止。
从焊接开始点A1到焊接完成点A2为止将作为框架制作出的多个圆锥每次错开一个分辨度逐个配置。
当该处理结束时，将多个两种圆锥240、250从焊接开始点A1上沿着工件加工区域的形状如图18所示进行配置。此外，如图18所示，以可照射区域为底面的两种圆锥240、250，沿竖直方向配置在工件加工区域的一点上。
然后如图19的流程图所示，从配置成如图20(A)所示的两种圆锥的多个集合中如图20(B)所示只提取没有重合的部分，将其通过仿真装置150的显示器170如图21所示进行显示(S51、S52)。由所提取的两种圆锥的底面夹着的部分的三维区域260就成为对一个加工区域的可照射区域。
这样，在能够改变加工用光束的焦点距离的情况下，可通过从锥体只提取与加工用光束的焦点距离有关的可照射范围来识别可照射区域。
如果使加工用光束照射装置104的照射点位于所求出的可照射区域内，则不移动加工用光束照射装置104的位置，只要由加工用光束照射装置104调整加工用光束的焦点、使加工用光束进行扫描，就能够对S字形状的加工区域进行焊接。
而且，在工件上设定了多个加工区域的情况下，如图22所示的流程图那样，仿真装置150的运算装置165对设定在工件上的全部加工区域，进行以上对一个加工区域求出可照射区域的处理，进一步配置对各加工区域形成的可照射区域(S61～S63)。
在对图21所示的工件的全部加工区域进行S61～S63的处理的情况下，如图23所示将对各个加工区域的各个可照射区域排列在工件上。
在实施方式1以及实施方式2中不考虑障碍物而识别加工用光束的可照射区域，而在本实施方式中说明在加工用光束照射装置104和加工区域之间存在遮挡加工用光束的障碍物的情况下可照射区域的制作方法。
由于前提是所使用的激光焊接机器人101与图1相同，因此省略其说明。另外，以考虑障碍物之前的可焊接区域是实施方式2中说明的三维可焊接区域为前提，因此对制作该可焊接区域的过程进行简化说明。
如图24的流程图所示，由仿真装置150选择设定在工件上的加工区域(S71)，向仿真装置150输入从加工用光束照射装置104照射的最短焦点距离F2和最长焦点距离F1(S72)。然后，输入当最长焦点距离为F1时的对工件加工区域的一点的可照射区域的半径r(S73)。然后，仿真装置150形成如图15所示的圆锥250，该圆锥250以S字形状的加工区域的一点A0为顶点，将包含与加工区域的一点A0的距离为加工用光束的最大焦点距离F1的点的可照射区域设为底面；仿真装置150形成如图15所示的圆锥240，该圆锥240以S字形状的加工区域的一点A0设为顶点，将包括与加工区域的一点A0的距离为加工用光束的最小焦点距离F2的点的可照射区域设为底面(S74)。然后，制作基准框架(S75)。假设在加工区域的一点上配置具有与所制作的圆锥240、250相同宽度的光源(S76)。然后，通过该光源由假想配置的圆锥形成与圆锥240、250相同的底面(S77)。在这种情况下，在如图25所示存在遮挡来自光源的光的障碍物270的情况下，能够通过光源在假想配置的圆锥底面上形成如图26所示的影子280。将该影子280模型化为平面(S78)。然后，使模型化的影子280接近焊接点基准，具体地说沿着Z轴向图示的下方向错开延伸。由此如图27(B)所示，形成由于障碍物270而缺少一部分的圆锥290(S79)。
当进一步具体说明时，如图28(A)所示，当设定在工件上的加工区域的附近具有障碍物270时，从加工区域辐射的棱椎状扩散的光的一部分被该障碍物270遮挡。因此，棱椎的底面不是完整的四边形，而受到障碍物270的影响，如图28(B)所示棱椎底面成为梯形。
然后，如实施方式1的图9的流程图所示，向仿真装置150输入分辨度。当输入分辨度时，使圆锥错开一个分辨度，沿着加工区域的形状每隔一个分辨度进行配置。当该处理结束时，例如图27(A)所示，将受到障碍物270的影响的缺少了一部分的圆锥290和没有受到障碍物270的影响的圆锥295合成，如图27(B)所示形成三维区域310，并将其显示在仿真装置150的显示器170中。合成后的三维区域310成为能够避开障碍物270而照射一个加工区域的可照射区域。即，如果使加工用光束照射装置104的照射点位于该可照射区域内(三维形状中)，则仅通过加工用光束照射装置104调整加工用光束的焦点并扫描加工用光束，就可以不移动加工用光束照射装置104的位置而对S字形状的加工区域进行焊接。
而且，在工件上设定了多个加工区域的情况下，对设定在工件上的全部加工区域进行以上处理，进一步配置对各加工区域所形成的可照射区域。在图29中，没有配置圆锥而是配置了棱椎，但是当进行以上处理时，如图29所示多个三维加工区域排列在工件上。
在到此为止的处理中，识别了在各加工区域中从哪个位置照射加工用光束较好，但仅通过到此为止的处理，还无法知道高效率地焊接分散在整个工件上的所有加工区域的路径。
本实施方式示出了为了高效率地焊接全部加工区域而用于从分散在整个工件上的加工区域提取所需最低限的如图30所示的区域的过程。根据图31所示的流程图说明该过程。
首先，对如图32那样排列的全部可照射区域付加处理顺序编号。例如图32A所示，以对可照射区域A附加1、对可照射区域B附加2这样的方法附加1～6的编号直到可照射区域F为止(S81)。
然后，将计数器n的值设定为1(S82)。然后，判断计数器n的值是否为最终编号6(S83)，将计数器m的值设定为2(S84)。然后，判断计数器n的值为1的区域和2的区域是否重合。也就是判断图32B所示的可照射区域A和可照射区域B的区域是否重合(S85)。在两个区域重合的情况下，制作如图32C所示的AB区域(S86)。在制作的该模型上附加打点编号。如图32C所示，在AB区域上附加1的打点编号(S87)。然后，将计数器m的值设定为3(S88)，判断计数器m的值是否大于最终打点编号6(S89)。如果计数器m的值大于最终打点编号6，则将计数器n的值设定为2，重复以上的处理直到计数器n的值成为6为止(S90)。
也就是说，通过以上的处理在例如如图32A所示的可照射区域A～F的各个可照射区域上附加编号，从如图32B所示的可照射区域A～F的配置中取出两个区域分别重合的部分，制作如图32C所示的区域，进一步在这些区域中取出两个区域分别重合的部分，制作如图32D所示的区域，最终进一步在这些区域中取出两个区域分别重合的部分，制作如图32E所示的分别独立的区域。
参照图31说明以何种顺序对独立的区域提供优先次序。
首先，按照可焊接区域数量少、分配到的区域数量少、区域的面积大的顺序决定分配到区域的优先次序。观察图32E时，一个区域具有ABC三个区域数，另一个区域具有ACD三个区域数，另一个区域具有BCE三个区域数，另一个区域只有F区域。该状态表示为如图33(A)的表。当观察(A)的表时，可知区域D、E、F只能在一个区域中进行焊接。因而，如图(B)所示，向ACD区域、BCE区域、F区域提供一个分配数。然后，当观察(A)的表时，区域数其次少的是A区域，因此如图(C)所示，向还没有分配的ABC区域提供一个分配数。然后，当观察(A)的表时，区域数其次少的是B区域，能够在ABC区域或BCE区域中进行焊接，但是当比较ABC区域和BCE区域时，BCE区域的面积较大，因此如图(D)所示，向BEC区域提供一个分配数。最后是C区域，虽然能够在分配数少的ABC区域和ACD区域中进行焊接，但是当比较ABC区域和ACD区域时，ABC区域的面积较大，因此如图(E)所示，向ABC区域提供一个分配数。
当考虑焊接路径时，作业员参考仿真结果来考虑根据图33的(E)所示的结果通过哪个路径才能够有效地进行焊接。
在上述方法中，作业员必须参考仿真的结果来考虑焊接的路径，制作的路径也由于作业员的熟练程度不同而可能产生未必是最佳路径的情况。
在本实施方式中提供如下方法为了能够沿着高效率的路径在如图30所示分布的可照射区域中进行焊接，通过依次连接从激光焊接机器人101的原点到可照射区域的最短点、从该最短点到下一个可照射区域的最短点，能够自动地设定最佳的移动路径。
假设实施如实施方式1～实施方式3所示的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，对某工件最终得到的可照射区域是如34所示的区域A～区域F。在这种情况下，在与本发明有关的加工用光束照射装置的移动路径设定方法中，如下自动地设定加工用光束照射装置104(参照图1)的移动路径。
图35是用于说明对图34所示的可照射区域设定移动路径的情况的图。另外，图36是表示与本发明有关的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法的过程的动作流程图。
如图35所示，仿真装置150的运算装置165识别激光焊接机器人101的原点P0，求出从该原点P0到作为可照射区域的A区域的最短点(到原点距离最短的点)PA(S100)。然后，求出从设定在A区域上的最短点PA到B区域的最短点PB(S101)。然后，求出从设定在B区域上的最短点PB到C区域的最短点PC(S102)。然后，求出从设定在C区域上的最短点PC到D区域的最短点PD(S103)。然后，求出从设定在D区域上的最短点PD到E区域的最短点PE(S104)。然后，求出从设定在E区域上的最短点PE到F区域的最短点PF(S105)。最后，从激光焊接机器人101的原点P0连接PA、PB、PC、PD、PF、P0来制作最佳的路径(S106)。
在以上的例子中，向右旋转而制作了移动路径，但是当然也可以向左旋转来制作。
这样，通过依次连接从激光焊接机器人101的原点到可照射区域的最短点、从该最短点到下一个可照射区域的最短点，能够自动设定最佳的移动路径。此外，在上述的例子中，叙述了可照射区域是二维平面的情况，但由于实际求出的可照射区域是三维立体形状，因此三维地求出从激光焊接机器人101的原点到可照射区域的最短点、从该最短点到下一个可照射区域的最短点。
如以上所说明，当在机器人上安装具有能够改变加工用光束的焦点距离和加工用光束的照射方向的结构的加工用光束照射装置时，某个任意位置的可焊接区域(照射范围)为接近立方体的区域。仅通过由加工用光束照射装置改变焦点距离以及照射方向就能够对进入到该区域的焊接打点进行焊接。通常，比起机器人进行动作而使加工用光束进行扫描的时间，使加工用光束照射装置的反射镜动作而使加工用光束进行扫描的时间要短得多，因此整体上缩短了焊接的周期。另外，通过使加工用光束照射装置的反射镜与机器人主体轴的动作同步地进行动作，能够不停止机器人主体轴而连续地进行焊接，因此进一步显著地缩短周期。
在利用真机示教激光光束焊接机器人的动作的情况下，加工用光束的照射范围以三维的形式存在，在实际的设备中有夹具等遮蔽物，无法正确地识别照射范围等，因此难以判断焊接打点是否处于照射范围。另外，即使进入到照射范围，为了进行焊接也必须考虑加工用光束的照射角度，因此尽管试行错误也必须进行示教，但是通过应用本发明，不用考虑加工用光束的照射角度，仅将照射点设定在可焊接区域中就可以容易发现最佳的焊接路径和照射点。
此外，在以上的实施方式中，作为光束加工示出了加工用光束焊接的例子，但是并不限于此，例如，本申请发明还能够应用于加工用光束穿孔加工、加工用光束切割加工。
工业上的可利用性与本发明有关的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法和可照射区域识别装置以及加工用光束照射装置的移动路径设定方法，例如能够用于激光光束焊接的领域。
权利要求
1.一种加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，是识别可改变加工用光束的照射方向的加工用光束照射装置的可照射区域的方法，其特征在于，在与设定在工件上的加工区域的一点的距离为上述加工用光束的焦点距离的位置上，设定即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述加工区域的一点的与上述焦点距离对应的可照射区域，识别对上述加工区域的一点的可照射区域。
2.根据权利要求1所述的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，进而，沿着上述加工区域的形状形成多个上述可照射区域，通过将所形成的多个可照射区域合成来识别对上述加工区域全体的可照射区域。
3.根据权利要求1或者2所述的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，通过从上述可照射区域除去上述加工用光束由于存在障碍物而无法照射的不可照射区域，来识别上述可照射区域。
4.一种加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，在上述工件上设定有多个加工区域的情况下，使用权利要求2或者权利要求3所述的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，识别上述加工用光束照射装置对各个加工区域的可照射区域。
5.根据权利要求1、2或者4所述的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，上述加工区域的形状是由连续的直线或曲线构成的或者由连续的直线和曲线构成的、开放的或者闭合的形状。
6.一种加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，是识别可改变加工用光束的照射方向的加工用光束照射装置的可照射区域的方法，其特征在于，在与设定在上述工件上的加工区域的一点的距离为上述加工用光束的焦点距离的位置上，将在以上述加工区域的一点为顶点而在垂直方向上形成的以上述焦点距离为高度的锥体底面中包含的面设定为可照射区域，根据即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述顶点的角度范围和上述焦点距离来求出上述底面。
7.根据权利要求6所述的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，上述可照射区域是根据即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述顶点的角度范围和上述焦点距离而求出的圆锥的底面。
8.根据权利要求6所述的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，上述可照射区域是与根据即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述顶点的角度范围和上述焦点距离而求出的圆锥底面内接的多边形。
9.根据权利要求6所述的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法，其特征在于，对应于上述加工用光束的最长焦点距离以及最短焦点距离而设定两个上述底面，上述可照射区域是由这些底面包围的区域。
10.一种可照射区域识别装置，是用于识别从加工用光束照射装置照射的加工用光束的可照射区域的可照射区域识别装置，其特征在于，具备输入单元，其输入上述加工用光束的焦点距离和可照射区域的尺寸；以及运算单元，其根据所输入的焦点距离和可照射区域的尺寸，在与设定在上述工件上的加工区域的一点的距离为焦点距离的位置上形成上述可照射区域。
11.根据权利要求10所述的可照射区域识别装置，其特征在于，上述运算单元沿着上述加工区域的形状形成多个与上述加工区域的一点对应的上述可照射区域，通过将所形成的多个上述可照射区域合成来识别对上述加工区域全体的可照射区域。
12.根据权利要求11所述的可照射区域识别装置，其特征在于，上述输入单元还输入上述加工用光束的最长焦点距离和最短焦点距离，上述运算单元通过从在权利要求11中合成的多个可照射区域中提取上述最长焦点距离和最短焦点距离之间的部分，从而识别对上述加工区域全体的可照射区域。
13.根据权利要求12所述的可照射区域识别装置，其特征在于，上述输入单元还输入上述加工用光束被障碍物遮挡的区域，上述运算单元从在权利要求12中提取的对上述加工区域全体的可照射区域中除去上述加工用光束被障碍物遮挡的区域，来识别上述加工用光束能够实质上照射的可照射区域。
14.根据权利要求10所述的可照射区域识别装置，其特征在于，上述运算单元将在以上述加工区域的一点为顶点沿垂直方向形成的以上述焦点距离为高度的锥体底面中包含的面作为上述可照射区域进行运算，根据即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述顶点的角度范围和上述焦点距离来求出上述底面。
15.一种加工用光束照射装置的移动路径设定方法，用于在规定的路径上移动可改变加工用光束的照射方向的加工用光束照射装置而进行工件的加工时，预先设定上述加工用光束照射装置的移动路径，其特征在于，在与利用从上述加工用光束照射装置照射的上述加工用光束进行上述工件加工的加工区域的一点的距离为上述加工用光束的焦点距离的位置上，设定即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述加工区域的一点的与上述焦点距离对应的可照射区域，在上述可照射区域内设定上述加工用光束照射装置的移动路径。
16.根据权利要求14所述的加工用光束照射装置的移动路径设定方法，其特征在于，上述加工用光束照射装置能够在规定范围内改变从加工用光束输出装置所具备的振荡器输出的加工用光束的焦点，求出将与最长焦点距离以及最短焦点距离相对应的上述锥体和上述焦点的可变更范围合成而成的区域，在所求出的区域内设定上述加工用光束照射装置的移动路径。
17.根据权利要求14所述的加工用光束照射装置的移动路径设定方法，其特征在于，上述可照射区域是在以上述加工区域的一点为顶点在垂直方向上形成的以上述焦点距离为高度的锥体底面中包含的面，根据即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述顶点的角度范围和上述焦点距离而求出上述底面。
18.根据权利要求14所述的加工用光束照射装置的移动路径设定方法，其特征在于，上述加工用光束照射装置设置在移动上述加工用光束照射装置的机器人手上，通过移动上述加工用光束照射装置所具备的反射镜来改变从上述振荡器输出的加工用光束，从而调整上述加工用光束的照射方向。
19.根据权利要求14所述的加工用光束照射装置的移动路径设定方法，其特征在于，对应于上述工件的加工位置而设置多个上述可照射区域，根据上述锥体各自的面积来设定上述加工用光束照射装置的移动路径。
20.根据权利要求14所述的加工用光束照射装置的移动路径设定方法，其特征在于，对应于上述工件的加工位置而设置多个上述可照射区域，根据各锥体相互间的距离来设定上述加工用光束照射装置的移动路径。
21.根据权利要求17或者18所述的加工用光束照射装置的移动路径设定方法，其特征在于，关于上述加工用光束照射装置的移动路径，沿右旋转方向或者左旋转方向对散布的加工位置设定移动路径。
全文摘要
提供可照射区域识别方法和装置以及移动路径设定方法，识别对设定在工件上的加工区域的可照射区域。一种可改变加工用光束的照射方向的加工用光束照射装置的可照射区域识别方法和装置以及加工用光束照射装置的移动路径设定方法，在与设定在上述工件上的加工区域的一点的距离为上述加工用光束的焦点距离的位置上，设定即使移动上述加工用光束照射装置也能够照射上述加工区域的一点的与上述焦点距离对应的可照射区域，识别对上述加工区域的一点的可照射区域(210)。
文档编号B23K26/08GK101063986SQ20071009763
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月24日 优先权日2006年4月24日
发明者田中大辅 申请人:日产自动车株式会社