特許 7538761 加工装置、制御装置、及び加工方法

(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】2024-08-14

(45)【発行日】2024-08-22

(54)【発明の名称】加工装置、制御装置、及び加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/082 20140101AFI20240815BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20240815BHJP

   B25J 13/00 20060101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

B23K26/08 F

B25J13/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021051768

(22)【出願日】2021-03-25

(65)【公開番号】P2022149556

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2023-07-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】福岡 大

(72)【発明者】

【氏名】嶋崎 重昭

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－２５４７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０２４００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８８４１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

Ｂ２３Ｋ ９／００－９／３２

Ｂ２５Ｊ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多関節ロボットと、
少なくとも１方向の並進自由度を持ち、前記多関節ロボットのアームの先端に取り付けられた直動機構と、
前記直動機構を介して前記多関節ロボットに支持され、加工用のレーザビームを出力する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドによる加工が可能な範囲に加工対象物を支持し、支持した加工対象物を回転させる支持機構と、
前記多関節ロボットの動作を制御するロボットコントローラと、
前記支持機構に支持された加工対象物の表面領域が、前記加工ヘッドから出力されたレーザビームの進行方向に対して直交する状態となるように、前記直動機構の並進動作と前記支持機構の回転動作とを協調制御して加工を行う加工コントローラと
を備えた加工装置。

【請求項2】

前記ロボットコントローラは、前記多関節ロボットを動作させて前記加工ヘッドを加工対象物の加工すべき位置に移動させ、前記加工コントローラが前記直動機構の並進動作と前記支持機構の回転動作とを協調制御して加工を行っている期間は、前記多関節ロボットを静止させておく請求項１に記載の加工装置。

【請求項3】

加工対象物に行う加工情報から、加工すべき箇所の基準点の位置を定義する加工位置データ、及び前記基準点の位置に対して行う加工の形状を定義する加工動作データを生成するデータ変換部を、さらに備え、
前記ロボットコントローラは、前記加工位置データに基づいて前記多関節ロボットを制御し、
前記加工コントローラは、前記加工動作データに基づいて前記直動機構及び前記支持機構を制御する請求項１または２に記載の加工装置。

【請求項4】

前記ロボットコントローラは、前記支持機構の回転動作を制御する機能を持ち、
前記ロボットコントローラによる前記支持機構の回転動作の制御と、前記加工コントローラによる前記支持機構の回転動作の制御との一方を選択して、前記支持機構の回転動作を行わせる切替機構を、さらに備えた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加工装置。

【請求項5】

多関節ロボットのアームの先端に取り付けられ、少なくとも１方向の並進自由度を持ち、前記多関節ロボットに対して、加工用のレーザビームを出力する加工ヘッドを移動させる直動機構を制御する直動制御部と、
前記加工ヘッドによる加工が可能な範囲に加工対象物を支持し、支持した加工対象物を回転させる支持機構を制御する回転制御部と
を備え、
前記直動制御部と前記回転制御部とは、前記支持機構に支持された加工対象物の表面領域が、前記加工ヘッドから出力されたレーザビームの進行方向に対して直交する状態となるように、前記加工ヘッドの移動と加工対象物の回転とを協調制御する制御装置。

【請求項6】

多関節ロボットのアームの先端に少なくとも１方向の並進自由度を持つ直動機構を介して支持された加工ヘッドから加工用のレーザビームを出力させながら、前記加工ヘッドを前記直動機構で並進移動させるとともに、
前記加工ヘッドによる加工が可能な範囲に加工対象物を支持し、支持した前記加工対象物を回転させる支持機構に支持された前記加工対象物の表面領域が、前記加工ヘッドから出力されたレーザビームの進行方向に対して直交する状態となるように、前記加工ヘッドの並進移動に協調して前記加工対象物を回転させながら加工を行う加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工装置、制御装置、及び加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自由度の高い多関節ロボットとレーザとを組み合わせたレーザ加工装置が広く用いられている。金属製の加工対象物の表面にレーザビームを集光し、局所的に金属を溶融させることにより、穴あけや切断を行う。閉断面を持つ長尺部材（パイプ状の部材）の切断や穴あけを行う際には、加工箇所の表面にレーザ照射部を対向させてレーザを照射するために、加工対象物に対してレーザ照射部（加工ヘッド）を位置合わせする機構が必要である。

【0003】

多関節ロボットのアームの先端に加工ヘッドを取り付け、多関節ロボットを駆動して加工ヘッドを加工対象物の加工箇所に位置合わせするレーザ加工装置が下記の特許文献１に記載されている。このレーザ加工装置においては、多関節ロボットのアームの先端に多軸ステージを介して加工ヘッドが支持されている。加工ヘッドの先端を加工対象物に対向させた状態で多軸ステージを動作させて加工ヘッドを移動させることにより、加工を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１８８４１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

多軸ステージは、相互に直交する３軸方向の並進自由度を持つ。高い加工精度を維持するために、加工対象物に面直方向からレーザビームを入射させることが好ましい。加工対象物の表面が平面であれば、多軸ステージを動作させて加工ヘッドを並進移動させることにより、レーザビームを面直方向から入射させる条件を維持して加工を行うことができる。ところが、加工対象物の表面が湾曲していたり、表面に凹凸が形成されていたりする場合、レーザビームの入射方向が面直方向からずれてしまう。このため、加工品質が低下してしまう。

【0006】

本発明の目的は、加工対象物の表面が平面ではない場合でも、加工品質の低下を抑制することが可能な加工装置、制御装置、及び加工方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によると、
多関節ロボットと、
少なくとも１方向の並進自由度を持ち、前記多関節ロボットのアームの先端に取り付けられた直動機構と、
前記直動機構を介して前記多関節ロボットに支持され、加工用のレーザビームを出力する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドによる加工が可能な範囲に加工対象物を支持し、支持した加工対象物を回転させる支持機構と、
前記多関節ロボットの動作を制御するロボットコントローラと、
前記支持機構に支持された加工対象物の表面領域が、前記加工ヘッドから出力されたレーザビームの進行方向に対して直交する状態となるように、前記直動機構の並進動作と前記支持機構の回転動作とを協調制御して加工を行う加工コントローラと
を備えた加工装置が提供される。

【0008】

本発明の他の観点によると、
多関節ロボットのアームの先端に取り付けられ、少なくとも１方向の並進自由度を持ち、前記多関節ロボットに対して、加工用のレーザビームを出力する加工ヘッドを移動させる直動機構を制御する直動制御部と、
前記加工ヘッドによる加工が可能な範囲に加工対象物を支持し、支持した加工対象物を回転させる支持機構を制御する回転制御部と
を備え、
前記直動制御部と前記回転制御部とは、前記支持機構に支持された加工対象物の表面領域が、前記加工ヘッドから出力されたレーザビームの進行方向に対して直交する状態となるように、前記加工ヘッドの移動と加工対象物の回転とを協調制御する制御装置が提供される。

【0009】

本発明のさらに他の観点によると、
多関節ロボットのアームの先端に少なくとも１方向の並進自由度を持つ直動機構を介して支持された加工ヘッドから加工用のレーザビームを出力させながら、前記加工ヘッドを前記直動機構で並進移動させるとともに、
前記加工ヘッドによる加工が可能な範囲に加工対象物を支持し、支持した前記加工対象物を回転させる支持機構によって支持された前記加工対象物の表面領域が、前記加工ヘッドから出力されたレーザビームの進行方向に対して直交する状態となるように、前記加工ヘッドの並進移動に協調して前記加工対象物を回転させながら加工を行う加工方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

直動機構の並進動作と、支持機構の回転動作とを協調制御することにより、加工対象物の表面が平面ではないでも、加工を行うべき表面領域に対する加工ヘッドの姿勢を一定に維持することが可能である。これにより、加工を行うべき表面領域に対する加工ヘッドの姿勢のばらつきに起因する加工品質の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、一実施例による加工装置の概略斜視図である。

【図2】図２は、一実施例による加工装置のブロック図である。

【図3】図３Ａは、加工形状データで定義される加工形状を示す模式図であり、図３Ｂは、加工位置データを表形式で示す図であり、図３Ｃは、加工動作データを表形式で示す図である。

【図4】図４Ａは、加工開始時点における加工対象物と加工ヘッドとのｘｚ面内の位置関係を示す図であり、図４Ｂ～図４Ｄは、加工途中段階における両者のｘｚ面内の位置関係を示す図であり、図４Ｅは、加工終了時点における両者のｘｚ面内の位置関係を示す図である。

【図5】図５は、加工対象物の加工の手順を示すフローチャートである。

【図6】図６は、他の実施例による加工装置のブロック図である。

【図7】図７は、切替機構の詳細な構成を示すブロック図である。

【図8】図８は、図６に示した実施例による加工装置を使用した加工の手順を示すフローチャートである。

【図9】図９は、さらに他の実施例による加工装置の切替機構及びその周辺の構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１～図５を参照して、本願発明の一実施例による加工装置について説明する。
図１は、一実施例による加工装置の概略斜視図である。多関節ロボット１０のアームの先端に、直動機構１１を介して加工ヘッド１２が支持されている。多関節ロボット１０には、例えば６軸ロボットが用いられる。多関節ロボット１０は、ロボットコントローラ５１から制御されることにより動作する。

【0013】

レーザ発振器６０から出力された加工用のレーザビームが、光ファイバ６１を経由して加工ヘッド１２まで伝送される。加工ヘッド１２まで伝送された加工用のレーザビームは、加工ヘッド１２の先端から出力される。

【0014】

直動機構１１は、相互に直交する３軸の並進自由度を持つ。３軸のうち１軸は、加工ヘッド１２から出力されるレーザビームの進行方向に平行である。レーザビームの進行方向に平行な方向をｚ方向とするｘｙｚ直交座標系を定義すると、直動機構１１は、加工コントローラ５２から制御されることにより、加工ヘッド１２をｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に並進移動させる。直動機構１１の各軸のストロークは、多関節ロボット１０のアームの先端の可動範囲に比べて小さい。

【0015】

支持機構３０が、長尺の加工対象物７０の両端を把持することにより、加工対象物７０を支持する。支持機構３０によって支持された加工対象物７０は、多関節ロボット１０による加工ヘッド１２の可動範囲内に配置される。支持機構３０は、支持した加工対象物７０の長手方向の軸を回転軸として回転させることができる。支持機構３０は、加工コントローラ５２から制御されることにより、加工対象物７０を回転させ、回転方向の姿勢を変化させる。

【0016】

上位コントローラ５０が、加工装置全体の動作を制御する。上位コントローラ５０は、ロボットコントローラ５１及びレーザ発振器６０と信号線によって接続されている。ロボットコントローラ５１と加工コントローラ５２とが、信号線によって接続されている。

【0017】

図２は、本実施例による加工装置のブロック図である。
データ変換部２０が、加工を行うために必要な加工情報を含む加工形状データ２１に基づいて、加工位置データ２２及び加工動作データ２３を生成する。加工形状データ２１は、加工対象物７０に対して行う加工箇所の位置や形状を定義するデータである。加工形状データ２１は、例えばＣＡＤデータで構成される。データ変換部２０は、上位コントローラ５０の一つの機能として実現してもよいし、加工装置から独立したハードウェアで実現してもよい。

【0018】

次に、図３Ａ～図３Ｃを参照して、加工形状データ２１、加工位置データ２２、及び加工動作データ２３について説明する。

【0019】

図３Ａは、加工形状データ２１で定義される加工形状を示す模式図である。例えば、２つの加工箇所Ｍ１、Ｍ２が定義されている。加工箇所Ｍ１、Ｍ２の各々は、１つの連続する図形で定義される。例えば、加工箇所Ｍ１は、加工対象物７０の表面を周方向に１周する線状の図形であり、加工箇所Ｍ１において、円筒状の加工対象物７０を切断する加工を行う。加工箇所Ｍ２は、加工対象物７０の表面に位置する円形の図形であり、加工箇所Ｍ２において円形の穴を形成する加工を行う。加工形状データ２１は、加工箇所Ｍ１、Ｍ２の位置及び形状を定義する。

【0020】

図３Ｂは、加工位置データ２２を表形式で示す図である。加工位置データ２２は、加工箇所Ｍ１、Ｍ２のそれぞれの基準点Ｐ１Ｒ、Ｐ２Ｒの座標を定義する。例えば、基準点Ｐ１Ｒとして、線状の加工箇所Ｍ１上の任意の１つの点を採用する。基準点Ｐ２Ｒとして、円形の加工箇所Ｍ２の中心点を採用する。

【0021】

図３Ｃは、加工動作データ２３を表形式で示す図である。データ変換部２０は、加工箇所Ｍ１、Ｍ２の図形を、それぞれ複数の点Ｐ１（ｉ）、Ｐ２（ｉ）で表す。加工動作データ２３は、この複数の点Ｐ１（ｉ）、Ｐ２（ｉ）の座標で構成される。なお、これら複数の点Ｐ１（ｉ）、Ｐ２（ｉ）の座標は、基準点Ｐ１Ｒ、Ｐ２Ｒに対する相対座標で表される。

【0022】

加工箇所Ｍ１の形状は、点Ｐ１（１）～Ｐ１（Ｎ１）のＮ１個の点で定義され、加工箇所Ｍ２の形状は、点Ｐ２（１）～Ｐ２（Ｎ２）のＮ２個の点で定義される。加工時には、加工ヘッド１２のレーザ照射点がこれら複数の点を順番に辿るように加工ヘッド１２を移動させる。本明細書において、Ｐ１（１）、Ｐ２（１）を始点、Ｐ１（Ｎ１）、Ｐ１（Ｎ２）を終点、Ｐ１（２）～Ｐ１（Ｎ１－１）、Ｐ２（２）～Ｐ２（Ｎ２－１）を通過点という場合がある。始点Ｐ１（１）、Ｐ２（１）を、それぞれ基準点Ｐ１Ｒ、Ｐ２Ｒとして採用してもよい。

【0023】

図２に示すように、本実施例による加工装置は、制御機能を有する装置として、上位コントローラ５０、ロボットコントローラ５１、及び加工コントローラ５２を含む。上位コントローラ５０、ロボットコントローラ５１、及び加工コントローラ５２は、それぞれ１つのコンピュータで実現される。上位コントローラ５０とロボットコントローラ５１との間の制御信号の送受信、ロボットコントローラ５１と加工コントローラ５２との間の制御信号の送受信は、コンピュータの通信機能により実現される。

【0024】

上位コントローラ５０は、ロボットコントローラ５１に加工の開始の指令を送信する。以下、加工箇所Ｍ１（図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ）の加工を行う例について説明する。

【0025】

ロボットコントローラ５１が加工の開始の指令を受信すると、ロボットコントローラ５１の６軸制御部５１Ａが、加工位置データ２２（図３Ｂ）に基づいて多関節ロボット１０を動作させ、加工すべき加工箇所Ｍ１の基準点Ｐ１Ｒ（図３Ｂ）に加工ヘッド１２を位置決めする。ここで、「特定の点に加工ヘッド１２を位置決めする。」とは、特定の点にレーザビームが入射するように、加工ヘッド１２の姿勢及び位置を調整することを意味する。加工ヘッド１２の移動が完了すると、ロボットコントローラ５１は、加工コントローラ５２に、加工すべき加工箇所Ｍ１を指定する情報を送信するとともに、加工の開始を指令する。

【0026】

加工コントローラ５２が加工の開始の指令を受信すると、加工コントローラ５２のＸ軸制御部５２Ｘ、Ｙ軸制御部５２Ｙ、及びＺ軸制御部５２Ｚからなる直動制御部が加工動作データ２３（図３Ｃ）に基づいて直動機構１１を制御することにより、指令された加工箇所Ｍ１の始点Ｐ１（１）、通過点Ｐ１（２）～Ｐ１（Ｎ１－１）、及び終点Ｐ１（Ｎ１）に加工ヘッド１２を順番に移動させる。さらに、加工対象物７０に対してレーザビームが面直に入射するように、回転制御部５２Ｒが支持機構３０を制御して、加工対象物７０の回転方向の姿勢を変化させる。さらに、加工コントローラ５２は、レーザ発振器６０に対してレーザ出力の指令を送信する。

【0027】

１つの加工箇所Ｍ１の加工が完了すると、加工コントローラ５２は、ロボットコントローラ５１に加工完了信号を送信する。ロボットコントローラ５１は、加工完了信号を受信すると、次に加工すべき加工箇所Ｍ２に対して同様の処理を行う。

【0028】

次に、図４Ａ～図４Ｅを参照して、加工対象物７０の始点Ｐ（１）から終点Ｐ（Ｎ）までの加工を行う手順の一例について説明する。

【0029】

図４Ａは、加工開始時点における加工対象物７０と加工ヘッド１２とのｘｚ面内の位置関係を示す図であり、図４Ｂ～図４Ｄは、加工途中段階における両者のｘｚ面内の位置関係を示す図であり、図４Ｅは、加工終了時点における両者のｘｚ面内の位置関係を示す図である。

【0030】

加工コントローラ５２が支持機構３０（図１）を動作させると、加工対象物７０が回転軸Ｃを中心として回転し、回転方向の姿勢が変化する。加工対象物７０の表面に、始点Ｐ（１）、複数の通過点Ｐ（ｂ）～Ｐ（ｅ）、及び終点Ｐ（Ｎ）が定義されている。始点Ｐ（１）、複数の通過点Ｐ（ｂ）～Ｐ（ｅ）、及び終点Ｐ（Ｎ）は、ｙ軸に対して垂直な１つの平面内に配置されている。

【0031】

始点Ｐ（１）及び終点Ｐ（Ｎ）が定義されている表面領域はｚ方向に対して直交している。通過点Ｐ（ｂ）とＰ（ｅ）との間の表面領域が窪んでいる。通過点Ｐ（ｂ）からＰ（ｃ）までの間、及び通過点Ｐ（ｄ）からＰ（ｅ）までの間が窪みの側面に対応し、通過点Ｐ（ｃ）からＰ（ｄ）までの間が窪みの底面に対応する。

【0032】

まず、図４Ａに示すように、加工ヘッド１２が始点Ｐ（１）に位置決めされる。この状態から、加工ヘッド１２を通過点Ｐ（ｂ）までｘ方向に並進移動させる。

【0033】

加工ヘッド１２が通過点Ｐ（ｂ）に達すると、加工コントローラ５２が支持機構３０（図１）を動作させることにより、加工対象物７０の回転方向の姿勢を変化させる（図４Ｂ）。具体的には、通過点Ｐ（ｂ）からＰ（ｃ）までの表面をｚ方向に対して直交させる。加工対象物７０の回転によって通過点Ｐ（ｂ）の位置が変化するために、この変化に応じて加工コントローラ５２が直動機構１１を動作させることにより、回転後の加工対象物７０の通過点Ｐ（ｂ）の位置に加工ヘッド１２を位置決めする。その後、加工ヘッド１２を通過点Ｐ（ｂ）から通過点Ｐ（ｃ）まで移動させる（図４Ｂ）。

【0034】

加工ヘッド１２が通過点Ｐ（ｃ）、Ｐ（ｄ）、Ｐ（ｅ）に達するごとに、同様に、加工対象物７０の回転方向の姿勢を変化させ、加工ヘッド１２の位置決めを行う（図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ）。加工ヘッド１２が終点Ｐ（Ｎ）に達した時点で加工を終了する（図４Ｅ）。

【0035】

上述のように、直動機構１１の並進動作と支持機構３０の回転動作とを協調制御して加工が行われる。加工対象物７０の始点Ｐ（１）からＰ（Ｎ）までの加工時に、被加工点を含む加工対象物７０の表面領域は、常にｚ方向に対して直交する状態が維持される。すなわち、加工対象物７０にレーザビームが面直方向から入射する。

【0036】

図５は、加工対象物７０の加工の手順を示すフローチャートである。
まず、加工対象物７０を支持機構３０（図１）に支持させる（ステップＳＡ１）。この手順は、作業者が行ってもよいし、他の搬送装置を用いて行ってもよい。

【0037】

次に、ロボットコントローラ５１（図２）が加工位置データ２２に基づいて、多関節ロボット１０を動作させることにより、例えば図４Ａに示すように、加工ヘッド１２を最初の加工箇所の始点Ｐ（１）に位置決めする（ステップＳＡ２）。その後、例えば図４Ａ～図４Ｅに示すように、加工コントローラ５２（図２）が直動機構１１及び支持機構３０を協調制御することにより、始点Ｐ（１）から終点Ｐ（Ｎ）までの加工を実行する（ステップＳＡ３）。

【0038】

ステップＳＡ２及びステップＳＡ３の手順を、すべての加工箇所の加工が終了するまで繰り返す（ステップＳＡ４）。すべての加工箇所の加工が終了したら、ロボットコントローラ５１が多関節ロボット１０を動作させて加工ヘッド１２を待機位置に移動させる（ステップＳＡ５）。その後、加工済の加工対象物７０を支持機構３０から取り外す（ステップＳＡ６）。加工対象物７０の取り外しは、作業者が行ってもよいし、他の搬送装置が行ってもよい。

【0039】

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例では、多関節ロボット１０を動作させて加工ヘッド１２の位置決めを行った後、多関節ロボット１０を静止させて、直動機構１１及び支持機構３０を動作させることにより加工を行う。一般に、直動機構１１による位置決め精度は、多関節ロボット１０による位置決め精度より高い。実際の加工は、多関節ロボット１０を静止させた状態で、直動機構１１及び支持機構３０を動作させて行うため、個々の加工箇所の形状の精度を高めることができる。また、一般的に直動機構１１の動作速度は、多関節ロボット１０の動作速度より速い。このため、個々の加工箇所の加工時間を短縮することができる。

【0040】

また、多関節ロボット１０で加工対象物を任意の箇所に位置決めすることにより、直動機構１１の並進移動のストロークの範囲を越えた広い領域の加工を行うことができる。

【0041】

さらに、上記実施例では、直動機構１１による並進動作と、支持機構３０による回転動作とを、加工コントローラ５２が協調制御することにより、図４Ａ～図４Ｅに示したように、加工対象物７０の表面形状によらず面直方向からレーザビームを入射させることができる。また、直動機構１１の制御と支持機構３０の制御とを、１つのコンピュータで構成された加工コントローラ５２が行うため、それぞれ別々のコンピュータが制御する構成と比べて容易に協調制御を行うことができる。

【0042】

また、上記実施例では、データ変換部２０（図２）が、加工形状データ２１に基づいて、ロボットコントローラ５１で使用する加工位置データ２２と、加工コントローラ５２で使用する加工動作データ２３とを生成する。このように、ロボットコントローラ５１で使用する加工位置データ２２と、加工コントローラ５２で使用する加工動作データ２３とが相互に分離されるため、多関節ロボット１０、直動機構１１、及び支持機構３０を制御するための制御パラメータの管理が容易になる。

【0043】

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、直動機構１１として相互に直交する３軸の並進自由度を持つものを用いているが、少なくとも１方向の並進自由度を持つものを用いてもよい。また、上記実施例では、多関節ロボット１０として、６自由度を持つものを用いているが、自由度の数は６に限定されない。多関節ロボット１０及び直動機構１１の自由度の数は、加工対象物７０の形状の複雑さ、加工箇所の形状等に応じて決定すればよい。

【0044】

上記実施例では、長尺の加工対象物７０を加工しているが、加工対象物７０の形状は、必ずしも長尺形状である必要はない。例えば、底面の直径と高さとがほぼ等しい円筒状、円柱状等の加工対象物の加工にも、上記実施例による加工装置を適用することができる。

【0045】

上記実施例では、上位コントローラ５０、ロボットコントローラ５１、及び加工コントローラ５２を、それぞれ別々のコンピュータで構成しているが、上位コントローラ５０、ロボットコントローラ５１、及び加工コントローラ５２の各機能を実現するハードウェア構成は、上記実施例による構成に限定されない。例えば、上位コントローラ５０、ロボットコントローラ５１、及び加工コントローラ５２を１つのコンピュータで実現してもよいし、ロボットコントローラ５１と加工コントローラ５２とを１つのコンピュータで実現してもよい。

【0046】

上記実施例による加工装置は、レーザビームを用いた加工を行う加工ヘッド１２を備えているが、レーザ加工以外の加工を行う加工ヘッドを備えてもよい。例えば、アーク溶接を行う加工ヘッドを備えてもよい。

【0047】

次に、図６～図８を参照して他の実施例による加工装置について説明する。以下、図１～図５を参照して説明した実施例による加工装置と共通の構成については説明を省略する。

【0048】

図６は、本実施例による加工装置のブロック図である。図１～図５を参照して説明した実施例では、回転制御部５２Ｒ（図２）が加工コントローラ５２のみに実装されている。これに対して図６に示した実施例では、ロボットコントローラ５１にも回転制御部５１Ｒが実装されている。ロボットコントローラ５１の回転制御部５１Ｒが支持機構３０を制御する制御モードと、加工コントローラ５２の回転制御部５２Ｒが支持機構３０を制御する制御モードとを、切替機構４０が切り替える。切替機構４０は、上位コントローラ５０によって制御される。

【0049】

図７は、切替機構４０の詳細な構成を示すブロック図である。切替機構４０は、アンプ４１Ａ、４１Ｂ、及び切替スイッチ４３を含む。

【0050】

支持機構３０のモータ３２が加工対象物７０を回転させる。エンコーダ３１がモータ３２の回転角を計測する。エンコーダ３１からの信号が、アンプ４１Ａ及び４１Ｂのそれぞれで増幅されて、ロボットコントローラ５１の回転制御部５１Ｒ及び加工コントローラ５２の回転制御部５２Ｒに入力される。回転制御部５１Ｒ及び回転制御部５２Ｒからの駆動電力が切替スイッチ４３を介してモータ３２に供給される。切替スイッチ４３は、上位コントローラ５０からの制御により回転制御部５１Ｒ及び回転制御部５２Ｒの一方を選択し、選択した回転制御部からの駆動電力をモータ３２に供給する。このように、切替機構４０は、ロボットコントローラ５１の回転制御部５１Ｒを動作させる状態と、加工コントローラ５２の回転制御部５２Ｒを動作させる状態との切替を電気的に行う。

【0051】

図８は、本実施例による加工装置を使用した加工の手順を示すフローチャートである。ステップＳＡ１及びＳＡ２の手順は、図５に示した実施例のステップＳＡ１及びステップＳＡ２の手順と同一である。加工すべき加工箇所の加工範囲が直動機構１１のストロークの範囲に収まる場合には、上位コントローラ５０が切替機構４０を制御して、支持機構３０を加工コントローラ５２の回転制御部５２Ｒに接続する（ステップＳＢ１）。その後。図５に示した実施例のステップＳＡ３と同様に、直動機構１１及び支持機構３０を協調制御して加工を行う。

【0052】

加工すべき加工箇所の加工範囲が直動機構１１のストロークの範囲に収まらない場合には、上位コントローラ５０が切替機構４０を制御して、支持機構３０をロボットコントローラ５１の回転制御部５１Ｒに接続する（ステップＳＢ２）。この状態で、ロボットコントローラ５１が多関節ロボット１０と支持機構３０とを協調制御することにより、加工を行う（ステップＳＢ３）。

【0053】

すべての加工箇所の加工が終了するまで、ステップＳＡ２からステップＳＡ３までの手順またはステップＳＡ２からステップＳＢ３までの手順を繰り返す。すべての加工箇所の加工が終了した後は、図５に示した実施例と同様に、多関節ロボット１０を動作させて加工ヘッド１２を待機位置に移動させ（ステップＳＡ５）、加工対象物７０を支持機構３０から取り外す（ステップＳＡ６）。

【0054】

次に、図６～図８に示した実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、加工箇所の範囲が直動機構１１のストロークの範囲に収まらない場合でも、加工（ステップＳＢ３）を行うことが可能である。また、加工箇所の範囲が直動機構１１のストロークの範囲に収まっている場合は、直動機構１１を動作させて加工（ステップＳＡ３）を行うことにより、高精度に、かつ高速に加工を行うことができる。

【0055】

次に、図９を参照してさらに他の実施例による加工装置について説明する。以下、図６～図８を参照して説明した実施例による加工装置と共通の構成については説明を省略する。

【0056】

図９は、本実施例による加工装置の切替機構４０及びその周辺の構成を示す概略図である。図７に示した実施例では、切替機構４０が回転制御部５１Ｒ、５２Ｒからの駆動電力のうち一方を選択してモータ３２に供給してる。これに対して図９に示した実施例では、ロボットコントローラ５１の回転制御部５１Ｒがモータ３２Ａを駆動し、加工コントローラ５２の回転制御部５２Ｒが他のモータ３２Ｂを駆動する。

【0057】

切替機構４０が、クラッチ４５Ａ、４５Ｂ、及び動力伝達機構４６を含む。モータ３２Ａの回転動力が、クラッチ４５Ａを介して支持機構３０の回転軸に伝達される。もう一方のモータ３２Ｂの回転動力が、クラッチ４５Ｂ及び動力伝達機構４６を介して支持機構３０の回転軸に伝達される。このように、切替機構４０は、ロボットコントローラ５１の回転制御部５１Ｒで制御されるモータ３２Ａを有効にする状態と、加工コントローラ５２の回転制御部５２Ｒで制御されるモータ３２Ｂを有効にする状態との切替を機械的に行う。

【0058】

上位コントローラ５０が、２つのクラッチ４５Ａ、４５Ｂの一方を選択して接続し、他方のクラッチを切断する。これにより、モータ３２Ａ、３２Ｂのうち一方の回転動力が支持機構３０の回転軸に伝達される。ロボットコントローラ５１の回転制御部５１Ｒで回転制御を行う場合には、クラッチ４５Ａを接続し、他方のクラッチ４５Ｂを切断すればよい。逆に、加工コントローラ５２の回転制御部５２Ｒで回転制御を行う場合には、クラッチ４５Ｂを接続し、他方のクラッチ４５Ａを切断すればよい。

【0059】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0060】

１０ 多関節ロボット
１１ 直動機構
１２ 加工ヘッド
２０ データ変換部
２１ 加工形状データ
２２ 加工位置データ
２３ 加工動作データ
３０ 支持機構
３１ エンコーダ
３２、３２Ａ、３２Ｂ モータ
４０ 切替機構
４１Ａ、４１Ｂ アンプ
４３ 切替スイッチ
４５Ａ、４５Ｂ クラッチ
４６ 動力伝達機構
５０ 上位コントローラ
５１ ロボットコントローラ
５１Ａ ６軸制御部
５１Ｒ 回転制御部
５２ 加工コントローラ
５３Ｒ 回転制御部
５２Ｘ Ｘ軸制御部
５２Ｙ Ｙ軸制御部
５２Ｚ Ｚ軸制御部
６０ レーザ発振器
６１ 光ファイバ
７０ 加工対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】