特許 7414979 レーザ加工のための教示システムおよび教示方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】レーザ加工のための教示システムおよび教示方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20240109BHJP

   G05B 19/42 20060101ALI20240109BHJP

   B23K 26/044 20140101ALI20240109BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

B25J9/22 A

G05B19/42 H

B23K26/044

B23K26/00 M

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022521890

(86)(22)【出願日】2021-05-10

(86)【国際出願番号】 JP2021017629

(87)【国際公開番号】W WO2021230178

(87)【国際公開日】2021-11-18

【審査請求日】2022-12-19

(31)【優先権主張番号】P 2020085796

(32)【優先日】2020-05-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(74)【代理人】

【識別番号】100142789

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100201466

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 洋平

【審査官】樋口 幸太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－３２４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－３５４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１９０２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ ９／２２

Ｇ０５Ｂ １９／４２

Ｂ２３Ｋ ２６／０４４

Ｂ２３Ｋ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を射出する加工ヘッドを装着したロボットの動作および前記加工ヘッドの動作を教示するレーザ加工のための教示システムであって、
加工対象物表面から前記加工ヘッドに戻る前記レーザ光の反射光の強度を検出するセンサと、
少なくとも１つのプロセッサとを備え、
該プロセッサが、
各加工点における前記加工対象物表面の法線と前記加工ヘッドから射出される前記レーザ光とのなす角度からなる照射角度の最小値および最大値と、前記加工点の座標とを与えて、前記最小値以上前記最大値未満の前記照射角度の前記レーザ光により、全ての前記加工点をレーザ加工可能な教示データを生成し、
前記照射角度を前記最小値としたときの前記反射光の強度が許容値以下となる強度に設定された前記レーザ光を用いて、前記ロボットの制御装置に前記教示データを含む動作プログラムを実行させたときに、全ての前記加工点において前記センサにより検出された前記反射光の強度に所定の閾値を超えるものが存在するか否かを判定し、
前記閾値を超える強度の前記反射光があると判定された場合に、該当する前記加工点における前記最小値を所定の増分だけ増大させるよう調整し、
前記閾値を超える強度の前記反射光がないと判定されるまで、直近の調整後の前記最小値を用いた前記教示データの生成、判定および前記最小値の調整を繰り返す教示システム。

【請求項2】

最初の前記教示データが、前記最小値をゼロに設定して生成されたものである請求項１に記載の教示システム。

【請求項3】

最初の前記教示データが、前記最小値をゼロ以外の値に設定して生成されたものである請求項１に記載の教示システム。

【請求項4】

レーザ光を射出する加工ヘッドを装着したロボットの動作および前記加工ヘッドの動作を教示するレーザ加工のための教示方法であって、
各加工点における加工対象物表面の法線と前記加工ヘッドから射出される前記レーザ光とのなす角度からなる照射角度の最小値および最大値と、前記加工点の座標とを与えて、前記最小値以上前記最大値未満の前記照射角度の前記レーザ光により、全ての前記加工点をレーザ加工可能な教示データを生成し、
前記照射角度を前記最小値としたときの前記加工対象物表面から前記加工ヘッドに戻る前記レーザ光の反射光の強度が許容値以下となる強度に設定された前記レーザ光を用いて、前記ロボットの制御装置に前記教示データを含む動作プログラムを実行させたときに、全ての前記加工点において、前記加工対象物表面から前記加工ヘッドに戻る前記レーザ光の反射光の強度に所定の閾値を超えるものが存在するか否かを判定し、
前記閾値を超える強度の前記反射光があると判定された場合に、該当する加工点における前記最小値を所定の増分だけ増大させるよう調整し、
前記閾値を超える強度の前記反射光がないと判定されるまで、直近の調整後の前記最小値を用いた前記教示データの生成、判定および前記最小値の調整を繰り返す教示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ加工のための教示システムおよび教示方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ロボットのアーム先端にガルバノスキャナを備える加工ヘッドを搭載してワークに対する溶接等の加工を行うレーザ加工システムにおいて、教示データを自動生成する教示装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－０３５４０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

加工点に対してレーザ光の照射角度が小さ過ぎる、すなわち、加工面に対して垂直に近い角度でレーザ光が照射されると、加工点におけるレーザ光の正反射により、レーザ光の高強度の反射光が加工ヘッドに入射する場合がある。この場合には、加工動作が停止したり加工ヘッドが損傷したりすることがあるので、照射角度の最小値を制限して、可能な限り回避することが好ましい。

【0005】

その一方で、反射光の強度は、加工面の状態あるいは材質により変動するので、一律に照射角度の最小値を制限することは、レーザ光の照射範囲を過度に制限してしまい、所望のサイクルタイムを達成するための教示データの作成が困難になる。したがって、レーザ光の照射範囲を過度に制限することなく、教示データを作成することが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、レーザ光を射出する加工ヘッドを装着したロボットの動作および前記加工ヘッドの動作を教示するレーザ加工のための教示システムであって、加工対象物表面から前記加工ヘッドに戻る前記レーザ光の反射光の強度を検出するセンサと、少なくとも１つのプロセッサとを備え、該プロセッサが、各加工点における前記加工対象物表面の法線と前記加工ヘッドから射出される前記レーザ光とのなす角度からなる照射角度の最小値および最大値と、前記加工点の座標とを与えて、前記最小値以上前記最大値未満の前記照射角度の前記レーザ光により、全ての前記加工点をレーザ加工可能な教示データを生成し、前記照射角度を前記最小値としたときの前記反射光の強度が許容値以下となる強度に設定された前記レーザ光を用いて、前記ロボットの制御装置に前記教示データを含む動作プログラムを実行させたときに、全ての前記加工点において前記センサにより検出された前記反射光の強度に所定の閾値を超えるものが存在するか否かを判定し、前記閾値を超える強度の前記反射光があると判定された場合に、該当する前記加工点における前記最小値を所定の増分だけ増大させるよう調整し、前記閾値を超える強度の前記反射光がないと判定されるまで、直近の調整後の前記最小値を用いた前記教示データの生成、判定および前記最小値の調整を繰り返す教示システムである。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の一実施形態に係る教示システムを示す全体構成図である。

【図2】光センサを含めた加工ヘッドの構成図である。

【図3】図１の教示システムを用いた教示方法を説明するフローチャートである。

【図4】図３のフローチャートの動作プログラム作成処理を説明するフローチャートである。

【図5】図４のフローチャートの打点グループ決定処理を説明するフローチャートである。

【図6】図４のフローチャートの動作速度決定処理を説明するフローチャートである。

【図7】打点群のグループ分けを説明するための図である。

【図8】打点グループを定義する平面の例を表す図である。

【図9】フループ分けの最適化について説明するための図である。

【図10】溶接時間の疎密の度合いの例を示す図である。

【図11】溶接時間の疎密の度合いについて説明するための図である。

【図12】グループ間の移動順序の最適化について説明するための図である。

【図13】溶接可能期間の決定について説明するための図である。

【図14】溶接可能期間と照射角度の最小値を説明するための図である。

【図15】打点順序の決定について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示の一実施形態に係るレーザ加工のための教示システム１００および教示方法について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る教示システム１００は、図１に示されるように、ロボット１０の先端に取り付けられた加工ヘッド５０からレーザ光をワーク（加工対象物）Ｗに照射して、レーザ溶接（レーザ加工）を実施するための、ロボット１０の動作および加工ヘッド５０の動作の教示データを生成するシステムである。

【0009】

ロボット１０は、例えば、垂直多関節型ロボットである。加工ヘッド５０はガルバノスキャナ（以下、単にスキャナという。）５１を備え、レーザ光を所定の角度範囲内の所望の角度で射出することができる。

【0010】

スキャナ５１は、レーザ発振器３０から光ファイバを経由して送られてくるレーザ光を、ハーフミラー５２の駆動によって光軸に直交する２次元方向に走査させる機能および集光レンズ５３を光軸方向に駆動して焦点位置を光軸方向に移動させる機能を有している。

【0011】

また、教示システム１００は、図１に示されるように、加工ヘッド５０に備えられた光センサ（センサ）５４と、少なくとも１つのプロセッサ４０とを備えている。
光センサ５４は、図２に示されるように加工ヘッド５０に接続するレーザ発振器３０とスキャナ５１との間の光路において、ワークＷ表面からスキャナ５１を経由して戻る途中でハーフミラー５２により分岐された反射光の強度を検出する。

【0012】

本実施形態に係る教示方法は、プロセッサ４０が、図３に示されるように、動作プログラム（教示データ）を生成し（ステップＳ１）、生成された動作プログラムを制御装置２０に実行させる（ステップＳ２）。動作プログラムが実行されると、打点ＰがＰ＝１にリセットされる（ステップＳ３）

【0013】

また、動作プログラムの実行中に、光センサ５４により反射光の強度Ｉ_Ｒを検出し（ステップＳ４）、検出された反射光の強度Ｉ_Ｒが所定の閾値Ｔｈを超えるか否かをプロセッサ４０によって判定する（ステップＳ５）。そして、判定結果に基づいて、プロセッサ４０が照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}を打点ごとに調整する（ステップＳ６）。

【0014】

プロセッサ４０による動作プログラムの生成（ステップＳ１）は、各打点におけるレーザ光の照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}および最大値θ_{ｍａｘ，Ｐ}と、打点（加工点）の位置（座標）とを入力する。そして、最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}以上最大値θ_{ｍａｘ，Ｐ}未満の照射角度のレーザ光により、全ての打点を溶接可能な教示データを生成する。ここで、照射角度は、各打点におけるワークＷ表面の法線と加工ヘッド５０から射出されるレーザ光とのなす角度である。

【0015】

レーザ光の照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}の初期値は、例えば、全ての打点Ｐにおいてθ_ｍｉｎ＝０に設定される。
レーザ光の照射角度の最大値θ_{ｍａｘ，Ｐ}は、全ての打点Ｐにおいて溶接を適正に実施することが可能な角度に設定される。

【0016】

具体的には、プロセッサ４０による動作プログラムの生成は、図４に示されるフローチャートに従って実施される。
まず、プロセッサ４０には、上記照射角度および打点位置の他、ロボット１０、ジグ、ワークＷのモデルデータ、各打点の溶接時間および溶接パターン等の動作プログラム作成処理に必要な各種データが読み込まれる（ステップＳ１１）。

【0017】

各種データは、メモリ等の記憶装置に予め格納されているものであってもよく、操作部によって入力されてもよい。あるいは、各種データは、外部装置からネットワークを経由して入力されてもよい。

【0018】

次に、打点グループを決定する処理が行われる（ステップＳ１２）。グループ分けは、以下の基準を満たすように行われる。
（１）打点グループ内を通過するロボット１０の経路と各打点との距離が加工ヘッド５０の動作範囲（走査範囲）であること。
（２）各打点からロボット１０の経路に下した垂線の足の位置に経路に沿って溶接時間に相当する長さの線分を定義した場合に、この溶接時間に相当する線分の経路上での密集の度合いが均一になること。

【0019】

図５は、図４のステップＳ１２において行われる打点グループの決定処理の詳細を表すフローチャートである。一例として、図７の左側に示したような打点群Ｇ０についてグループ分けを行う場合について説明する。

【0020】

はじめに、打点群Ｇ０を仮の打点グループにグループ分けする（ステップＳ２１）。ここで、１つのグループは、ロボット１０が１つの動作命令で動作する間に溶接を行う複数の打点を規定する。１つのグループ内では、ロボット１０が一つの動作命令で動作し、その間加工ヘッド５０がスキャン動作を行うことでグループに属する各打点を溶接する。

【0021】

１つの動作命令においては、ロボット１０は直線的に等速で動作する。ここでは、一例として、打点群Ｇ０を図７の右側に示す３つの打点グループＧ１～Ｇ３に仮に分けるものとする。

【0022】

次に、各打点グループＧ１～Ｇ３について、打点グループの中心を通るロボット１０の経路を決定する（ステップＳ２２）。打点グループの中心を通る直線は、例えば、最小二乗法により求める。

【0023】

一例として打点グループＧ１に関して述べると、経路Ｒ１は、各打点１０１～１０５から経路Ｒ１までの距離の二乗和が最小になる直線として求められる。なお、打点位置は３次元空間上の位置であるため各打点１０１～１０５は実際には３次元空間に分布しているが、各打点位置を平均した位置を通過する平面を定義して、各打点１０１～１０５をこの平面に投影した位置に各打点１０１～１０５が存在するものとして上記経路の決定を行う。

【0024】

各打点位置の平均した位置を通過する平面は、例えば、最小二乗法を用いて（或いはＮｅｗｅｌｌのアルゴリズムを用いて）求めることができる。ステップＳ２２での処理により、打点グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３の経路としてそれぞれ経路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が決定されたものとする。経路Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は、レーザ光の照射位置から打点グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３を定義する平面に下した垂線の足が平面上を移動する経路として決定されてもよい。

【0025】

また、打点グループＲ１，Ｒ２，Ｒ３の打点１０１～１０５が投影される平面は、打点１０１～１０５の分布状態（溶接面の形状）によっては水平方向に対して傾斜した平面として定義されてもよい。例えば、図８に示すように、打点グループＧ１を定義する平面Ｈ１は、打点グループＧ２を定義する平面Ｈ２に対して傾斜した平面として定義することが好ましい。

【0026】

このように平面を決定することで、打点グループの分布に整合した平面を設定することができる。なお、図８には、レーザ光の照射位置Ｄ１，Ｄ２に設定される加工ヘッド５０の動作範囲の例も図示されている。ロボット１０が打点グループＧ２に対応する経路にある間は、ロボット１０の姿勢を制御することにより、加工ヘッド５０が平面Ｈ２を向けられる。

【0027】

次に、それぞれの打点グループＲ１，Ｒ２，Ｒ３について、各打点１０１～１０５が加工ヘッド５０の動作範囲内にあるか否かの確認が行われる（ステップＳ２３）。例えば、打点グループＧ１に関して説明すると、各打点１０１～１０５から経路Ｒ１までの距離が加工ヘッド５０の動作範囲内であるか否かにより本ステップＳ２３での確認を行うことができる。加工ヘッド５０の動作範囲外である打点が見つかった場合には、ステップＳ２１の工程からグループ分けをやり直す。

【0028】

次に、打点グループ内での打点の分布と各打点の溶接時間とに基づいてグループ分けを最適化する（ステップＳ２４～Ｓ２６）。図９に示したような打点グループを想定してグループ分けの最適化について説明する。

【0029】

図９の例では、一つの打点グループＧ１０内に打点１３１～１３８が分布している。経路Ｐ１０は、この打点グループＧ１０に対してステップＳ２２の処理により設定された経路である。

【0030】

上述の通り、１つの動作命令に対応する動作ではロボット１０は等速で動作する。そのため、打点が密の部分１４０においてロボット１０が全打点１３１～１３５の溶接を完了できるようにロボット１０の動作速度を低く設定した場合、打点が疎の部分１４１ではロボット１０が不必要に低速で動作することになる。

【0031】

したがって、この場合には打点グループＧ１０を、部分１４０の打点グループと部分１４１の打点グループとに分けた方がロボット１０の平均的な速度を高めることができる。すなわち、一打点グループ内での打点の分布が均一となるようにグループ分けを行うことが好ましいと言える。

【0032】

ただし、打点毎に溶接時間が異なることも考量する必要がある。
そこで、図１０に示すように各打点１３１～１３８から経路上に下した垂線の足の位置を中心とする、打点１３１～１３８の溶接時間に対応する長さの線分を経路Ｐ１０上に設定する。この線分はロボット１０による経路Ｐ１０の移動時間における一打点の溶接時間に相当するため、以下、溶接時間と称することとする。

【0033】

一例として、図１０において、打点１３２から経路Ｐ１０におろした垂線の足の位置１３２ｃを中心とした溶接時間１３２ｓが設定されている。図１０においては、各溶接時間は、便宜上太い両矢印線により示されている。

【0034】

まず、経路Ｐ１０上に占める溶接時間の密度（疎密の度合い）を算出する（ステップＳ２４）。この場合、溶接時間の密度は、溶接時間の集中の度合いと表現することもできる。
例えば、図１１の上段に示すように、経路Ｐ１０上に設定される溶接時間ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３の間の間隔ｄ１，ｄ２が広い状態は、溶接時間の密度が低い状態（疎の状態）に相当する。

【0035】

それとは対照的に図１１の下段で示すように、溶接時間ＳＧ１０，ＳＧ１１，ＳＧ１２の間の間隔ｄ１１，ｄ１２が狭い状態は、溶接時間に密度が高い状態（密の状態）に相当する。隣接する溶接時間の間の間隔が広い状態は、それらの溶接時間に対応する経路Ｐ１０上の部分ではロボット１０の速度を上げることができることを表している。それに対し、隣接する溶接時間の間の間隔が狭い状態は、それらの溶接時間に対応する経路Ｐ１０上の部分ではロボット１０の速度を上げることができないことを表している。

【0036】

したがって、ある打点グループの経路に設定される溶接時間の密度のむら（疎密状態のむら）を評価し、密度のむらが高い場合には再グループ分けをする。これにより、各打点グループの溶接時間の密度のむらを小さくすることにより、全体的な溶接動作の速度を向上させることができる。

【0037】

すなわち、ある打点グループの経路上に設定された溶接時間の間の間隔について密度のむらを表す値を算出する（ステップＳ２４）。一例として、溶接時間の密度のむらは、経路上の一定の長さの小区間毎の溶接時間の密度を求めて当該密度のばらつきに基づいて算出してもよい。そして、密度のむらが小さいほど高得点になるように評価値を計算する（ステップＳ２５）。

【0038】

次に、各打点グループの評価値が所定の閾値以上になっているか否かを判定する（ステップＳ２６）。評価値が所定の閾値未満のグループがある場合には、グループについて評価値が高くなるように再度のグループ分けを行い、ステップＳ２１からの処理を繰り返す。

【0039】

また、全打点グループについて評価値が閾値以上になっている場合には、ステップＳ２７に進む。このようなループ処理により打点グループ分けの最適化を行うことができる。このような最適化のループ処理では、例えば、遺伝的アルゴリズムが用いられてもよい。

【0040】

ステップＳ２７においては、打点グループ間の移動順序および打点グループ内での打点順序の最適化を行う。ここでは、ステップＳ２６まででの処理により図１２の左側に示すようにグループ分けおよび経路の決定がなされたものとする。

【0041】

図１２の左側の例では、溶接対象の打点群は３つの打点グループＧ２０１～Ｇ２０３にグループ分けされ、各打点グループＧ２０１～Ｇ２０３に経路Ｐ２０１～Ｐ２０３が設定されている。打点グループＧ２０１～Ｇ２０３に設定された経路Ｐ２０１～Ｐ２０３の移動方向、打点グループＧ２０１～Ｇ２０３間の移動順序が最適化される（ステップＳ２７）。図１２において左側に最適化前の状態を示し、右側に最適化後の状態を示す。最適化前の状態では、打点グループＧ２０１～Ｇ２０３間の順序は、打点グループＧ２０１→打点グループＧ２０３→打点グループＧ２０２の順となっている。

【0042】

また、打点グループＧ２０１については図中下から上に向かう打点順序、打点グループＧ２０３については図中下から上に向かう打点順序、打点グループＧ２０２については図中左から右に向かう打点順序と決定されている。最適化前の状態は、打点グループＧ２０１～Ｇ２０３間の総移動距離が長く改善の余地があることが理解できる。

【0043】

図１２の右側の最適化後の状態では、打点グループＧ２０１～Ｇ２０３間の移動順序は、打点グループＧ２０１→打点グループＧ２０２→打点グループＧ２０３の順となっている。また、打点グループＧ２０１については下から上に向かう打点順序、打点グループＧ２０２については左から右に向かう打点順序、打点グループＧ２０３については上から下に向かう打点順序に決定されている。

【0044】

最適化後の状態では打点グループ間の移動の総距離が最小となっていることが理解できる。打点グループ間の総移動距離を最小にする移動順序を決定する手法としては、いわゆる巡回セールスマン問題を解くための当分野で知られた各種手法を用いることができる。以上の処理により、図４のフローチャートにおける打点グループの決定処理（ステップＳ１２）が完了する。

【0045】

次に、図４のフローチャートのステップＳ１３において、打点グループ毎のロボット１０の動作速度が決定される。図６は、この動作速度決定処理の詳細を表すフローチャートである。はじめに、各打点グループについての仮の動作速度を設定する（ステップＳ３１）。

【0046】

仮の動作速度は、各打点グループの打点を問題なく溶接できると考えられる低い速度を全打点グループについて一律に設定してもよい。あるいは、経験値に基づく代表的な速度を各打点グループに一律に設定してもよい。

【0047】

次に、図４のフローチャートのステップＳ１２において決定されたロボット１０の経路、およびステップＳ３１で決定された各打点グループの動作速度を用いてロボット１０の動作プログラムを生成し、ロボット１０の動作シミュレーションを実行する（ステップＳ３２）。動作シミュレーションの実行により、ロボット１０の補間周期毎の位置データ（以下、動作経路とも記す）を取得する。

【0048】

そして、ロボット１０の動作シミュレーションにより得られたロボット１０の動作経路を用いて、ロボット１０の動作経路上で各打点を溶接できる範囲に対応する期間（以下、溶接可能期間と記す）を算出する（ステップＳ３３）。図１３のようにロボット１０の動作経路Ｌ１に関して、打点１５１の溶接できる溶接可能期間を求める場合を例として取り上げてここでの処理を説明する。

【0049】

まず、ロボット１０の動作経路Ｌ１上の位置に基づいてロボット１０のアーム先端に取り付けられている加工ヘッド５０の位置（具体的には、例えば、加工ヘッド５０内の集光レンズ５３の位置）を求め、加工ヘッド５０の位置と打点１５１の位置とを結ぶレーザ光の経路を求める。
このとき、
（１）レーザ光の経路がワークＷ、ジグと干渉しない、
（２）レーザ光の経路が加工ヘッド５０の動作範囲である、
（３）各打点位置でのワークＷの法線方向とレーザ光とがなす角度である照射角度が所定の許容範囲であること、
の条件を満たすとき、このレーザ光の経路については溶接可能であると判定する。

【0050】

なお、上記条件（３）を適用するのは、ワークＷに対するレーザ光の照射強度にむらが発生することを回避し溶接品質を維持するとともに、反射光による悪影響を防ぐためである。動作経路Ｌ１上で連続してレーザ光の経路が溶接可能であると判定される範囲に対応する期間が、ステップＳ３３において求める各打点についての溶接可能期間である。

【0051】

図１３の例では、符号Ｌ１０１が、溶接可能期間を表している。動作経路Ｌ１上の複数個所に溶接可能期間が決定される場合もあり得る。なお、溶接可能期間Ｌ１０１は対象打点の溶接時間以上である必要があるので、これを満たさない範囲は破棄する。

【0052】

この場合において、打点ごとに照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}と最大値θ_{ｍａｘ，Ｐ}とが入力されているので、照射角度が最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}以上最大値θ_{ｍａｘ，Ｐ}未満の条件を満たさない場合は溶接可能期間Ｌ１０１から除かれる。すなわち、図１４に示されるように、照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}以下となる斜線で示される領域（中抜け領域）には、レーザ光は照射されない。

【0053】

したがって、ロボット１０が動作経路Ｌ１に沿って移動する間に、図１４に破線で示されるよう、中抜け領域を通過する経路ＬＬ１でレーザ光が照射される場合には、溶接可能期間が途切れる。しかし、図１４に実線で示されるように、中抜け領域を回避する経路ＬＬ２に沿ってレーザ光が照射されるように、加工ヘッド５０が制御されることにより、溶接可能期間を連続させることができ、溶接時間を満足する溶接可能期間を確保できる。

【0054】

次に、ステップＳ３３で決定された各打点についての溶接可能期間を用いて、各打点を溶接する位置、時間を決定する（ステップＳ３４）。ここでは、第１の条件として、各打点の溶接時間を考慮し、各打点の溶接可能期間の開始時間の先後に依存することなく、各打点の溶接時間が確実に満たされるように溶接の時間を決定する。

【0055】

例えば、溶接時間が同じ１秒の２つの打点Ａ，Ｂがあり、打点Ａの溶接可能期間が動作開始から１秒目から４秒目、打点Ｂの溶接可能期間が動作開始から１．１秒目から２．１秒目である場合を想定する。この場合、先に溶接可能になるのは打点Ａであるが、打点Ａを１秒目から２秒目に溶接すると打点Ｂの溶接ができなくなる。このような場合、ステップＳ３４においては、打点Ｂを１．１秒目から２．１秒目に溶接し、打点Ｂを２．１秒目から３．１秒目に溶接する。

【0056】

また、ステップＳ３４においては、第２の条件として、打点の並び順に依存することなく動作経路とワークＷやジグとの位置関係により先に溶接可能となる打点があればその打点を優先して溶接する。例えば、図１５に示すように、動作経路Ｌ２に沿った打点の並びは打点１６１，１６２の順である。しかし、動作経路Ｌ２上から打点方向をみた場合に打点１６１がワークＷの突起部１８０の背後に隠れ打点１６２の方が先に溶接可能となるような場合がある。この場合には、先に動作経路Ｌ２上の位置２０２において打点１６１の溶接を行い、打点１６２の溶接はその後ろの位置２０３において行う。

【0057】

そして、全打点が溶接できて且つサイクルタイムが短くなるように動作速度を調整し最適化する（ステップＳ３５）。例えば、全打点グループについてロボット１０の動作速度を同じ値として全打点について溶接可能となるまで動作速度を下げ、次に、打点グループ毎に動作速度を上げるというやり方が考えられる。以上の処理により、最適化された場合は、図４のフローチャートの動作速度決定処理（ステップＳ１３）が終了する。また、最適化されていない場合には、ステップＳ３１からの工程を繰り返す。

【0058】

次に、以上のステップＳ１１～Ｓ１３の処理によって得られた結果を用いてロボット１０および加工ヘッド５０の動作プログラムが生成される（ステップＳ１４）。ロボット１０の動作プログラムは、ステップＳ２の処理によって全打点グループに設定された経路に沿って、ステップＳ１３において決定された動作速度でロボット１０が動作するように作成される。

【0059】

加工ヘッド５０の動作プログラムは、ロボット１０がその動作プログラムにしたがって動作経路上を移動するときに各打点に対して設定された溶接時間にわたってレーザ光が打点に照射されるように加工ヘッド５０の位置および姿勢を規定する動作指令群として作成される。
このようにして、ロボット１０の最適な動作経路および各打点を溶接する最適なタイミングを自動的に決定することができる。

【0060】

次に、プロセッサ４０は、このようにして生成された動作プログラムを制御装置２０に送るとともに、加工ヘッド５０から射出させるレーザ光の強度Ｉ_Ｔを許容値Ｉ_Ｒ０以下に設定して、動作プログラムを実行させる（ステップＳ２）。ここで、許容値Ｉ_Ｒ０は、例えば、レーザ光のワークＷ表面に照射されてもワークＷが溶接されず、かつ、ワークＷ表面における正反射光が加工ヘッド５０に入射されても、加工ヘッド５０に悪影響を与えない強度に設定される。

【0061】

動作プログラムの実行中には、加工ヘッド５０に備えられた光センサにより反射光の強度Ｉ_Ｒが監視され（ステップＳ４）、プロセッサにおいて、反射光の強度Ｉ_Ｒが所定の閾値Ｔｈを超えたか否かが判定される（ステップＳ５）。
閾値Ｔｈは、例えば、下式（１）により算出される。

【0062】

Ｔｈ≦Ｉ_Ｒ０×Ｉ_Ｔ／Ｉ_Ｓ （１）
ここで、Ｉ_Ｓは実際のレーザ加工に使用されるレーザ光の強度であり、Ｉ_Ｔは教示時に加工ヘッド５０から射出されるレーザ光の強度である。

【0063】

すなわち、閾値Ｔｈは、教示時に加工ヘッド５０から射出されるレーザ光の強度Ｉ_Ｔに対する反射光の強度Ｉ_Ｒの比率が、実際のレーザ加工に使用されるレーザ光の強度Ｉ_Ｓに対する許容反射光強度Ｉ_ＲＯの比率以下となるように設定される。
反射光の強度Ｉ_Ｒが閾値Ｔｈを超えた場合には、該当する打点における照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}を所定の増分Δθだけ増大させ（ステップＳ６）、反射光の検出を停止し、該当する打点Ｐの溶接時間が終了するまで待機する（ステップＳ７）。打点Ｐの溶接時間が終了した後には、次の打点Ｐ＋１について（ステップＳ８）、動作プログラムが終了するまでステップＳ４からの工程を繰り返す（ステップＳ９）。

【0064】

反射光の強度が閾値Ｔｈ以内であれば、動作プログラムが終了するまで、ステップＳ４からの工程を繰り返す（ステップＳ９）。動作プログラムが終了した後に、全打点で反射光の強度Ｉ_Ｒが所定の閾値Ｔｈ以下か否かが判定され（ステップＳ１０）、いずれかの打点で反射光の強度Ｉ_Ｒが閾値Ｔｈを超えた場合には、ステップＳ１からの工程を繰り返す。ステップＳ１０において全打点で反射光の強度Ｉ_Ｒが閾値Ｔｈ以下であれば、最終的な動作プログラムを出力する（ステップＳ１０Ａ）。

【0065】

このように、本実施形態によれば、ワークＷ表面におけるレーザ光の反射光が加工ヘッド５０に悪影響を与えず、かつ、溶接対象の全打点が溶接可能でサイクルタイムが最短になるように動作速度を決定することができるという利点がある。

【0066】

すなわち、ワークＷの素材あるいはワークＷの表面状態によっては、照射するレーザ光の強度Ｉ_Ｓが一定であっても、加工ヘッド５０に戻る反射光の強度Ｉ_Ｒは変動する。本実施形態によれば、動作プログラムの全体にわたって打点毎に反射光の強度Ｉ_Ｒを強度Ｉ_Ｒ０以下に抑える照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}を自動的に求めるので、作業者が手動で動作プログラムを調整する必要がないという利点がある。

【0067】

また、各打点Ｐの照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}の初期値θ_ｍｉｎを予め大きく設定して動作プログラム全体にわたる反射光の強度Ｉ_Ｒを抑える方法とは異なり、反射光の強度Ｉ_Ｒを許容反射光強度Ｉ_Ｒ０に抑える最小の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}を得ることができ、照射角度範囲を過度に制限せずに済む。これにより、レーザ加工の所望のサイクルタイムを達成し易くすることができるという利点がある。

【0068】

なお、本実施形態においては、レーザ光の照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}の初期値θ_ｍｉｎをゼロに設定することとしたが、これに代えて、ゼロ以外の値に設定してもよい。例えば、表面が鏡面に近いワークＷを溶接する場合等、照射角度の最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}がゼロでは、明らかに許容反射光強度Ｉ_Ｒ０を超える反射光が加工ヘッド５０に入射されてしまう場合がある。このような場合に、最小値θ_{ｍｉｎ，Ｐ}のゼロ以外の初期値θ_ｍｉｎを用いることにより、最初の１回以上の無駄な処理をなくして、適正な最小値を探索するまでの時間を短縮することができる。

【0069】

また、本実施形態においては、ロボット１０として垂直多関節型のロボットを例示したが、これに限定されるものではなく、他のタイプのロボットが用いられてもよい。また、ガルバノスキャナ５１以外のレーザ走査装置が用いられてもよい。
また、本実施形態においては、レーザ加工としてレーザ溶接を例示したが、これに代えて、他の任意のレーザ加工に適用してもよい。

【符号の説明】

【0070】

１０ ロボット
２０ 制御装置
４０ プロセッサ
５０ 加工ヘッド
５４ 光センサ（センサ）
１００ 教示システム
Ｗ ワーク（加工対象物）
Ｔｈ 閾値
θ_ｍｉｎ 最小値
θ_ｍａｘ 最大値
ＩＲ 反射光の強度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】