(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ加工ロボットのツール位置を正確に加工点に位置決めする方法を提供する。【解決手段】レーザ加工ロボットは、ロボットアーム２ｂと、アーム２ｂの先端に取り付けられたレーザ加工ヘッド３と、反射面１０ａからヘッド３へ射出光軸Ａに沿って正反射されたレーザ光Ｌを検出する検出部４と、制御部と、を備え、反射面１０ａは、所定の基準点Ｐを中心とし基準点Ｐへ向かうレーザ光Ｌを射出光軸Ａに沿って正反射する球面または多面体面であり、制御部は、アーム２ｂを動作させることによって、射出光軸Ａに沿って正反射されたレーザ光Ｌが検出部４によって検出される位置にヘッド３を位置合わせし、ヘッド３が位置合わせされた状態でのアーム２ｂの先端の位置および姿勢と基準点Ｐの位置とに基づいて射出光軸Ａの方向を算出し、射出光軸Ａの方向に基づいてヘッド３の座標系の軸を設定する。【選択図】図２
2020124728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームと、
該ロボットアームの先端に取り付けられレーザ光を射出するレーザ加工ヘッドと、
該レーザ加工ヘッドに設けられ、該レーザ加工ヘッドの外部に配置された反射面から前記レーザ加工ヘッドへ、前記レーザ光の射出光軸に沿って正反射されたレーザ光を検出する検出部と、
前記ロボットアームを制御するとともに前記レーザ加工ヘッドの座標系を設定する制御部と、を備え、
前記反射面は、所定の基準点を中心とする球面または多面体面であり、前記所定の基準点へ向かう前記レーザ光を該レーザ光の射出光軸に沿って正反射し、
前記制御部は、
前記ロボットアームを動作させることによって、前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光が前記検出部によって検出される位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせし、
該レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、に基づいて前記射出光軸の方向を算出し、
算出された前記射出光軸の方向に基づいて前記レーザ加工ヘッドの座標系の軸を設定する、レーザ加工ロボット。
【請求項２】
前記検出部は、前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光が入射する２次元の検出面を有し、該検出面は、前記射出光軸に沿って正反射された前記レーザ光の光軸が前記検出面の中心に位置するように配置されている、請求項１に記載のレーザ加工ロボット。
【請求項３】
前記レーザ加工ヘッドが、該レーザ加工ヘッドの外部の焦点に収束する前記レーザ光を射出し、
前記検出部が、前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光の光束径または明るさを検出し、
前記制御部が、
前記ロボットアームを動作させることによって、前記検出部によって検出される前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光の光束径が最小または明るさが最大となる位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせし、
該レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、前記所定の基準点から前記反射面までの距離と、に基づいて前記ロボットアームの先端に対する前記焦点の位置を算出し、
算出された前記焦点の位置に基づいて前記レーザ加工ヘッドのツールセンタポイントを設定する、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工ロボット。
【請求項４】
前記レーザ加工ヘッドが、前記レーザ光を前記射出光軸に交差する揺動軸回りに揺動させる走査部を備える、請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーザ加工ロボット。
【請求項５】
前記制御部が、
前記ロボットアームの動作による前記レーザ加工ヘッドの位置合わせの後に、前記走査部を動作させることによって、前記レーザ光の前記揺動軸回りの揺動角度を前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光が前記検出部によって検出される角度に調整し、
前記レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、前記レーザ光の揺動角度と、に基づいて前記射出光軸の方向を算出する、請求項４に記載のレーザ加工ロボット。
【請求項６】
ロボットアームの先端に取り付けられたレーザ加工ヘッドのツール座標系を反射面を使用して設定する方法であって、前記反射面は、前記レーザ加工ヘッドの外部に配置され、所定の基準点を中心とする球面または多面体面であり、前記所定の基準点へ向かうレーザ光を該レーザ光の射出光軸に沿って正反射し、
前記ロボットアームを動作させることによって、前記反射面によって前記レーザ光が前記射出光軸に沿って正反射される位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせする工程と、
前記レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、に基づいて前記射出光軸の方向を算出する工程と、
算出された前記射出光軸の方向に基づいて前記レーザ加工ヘッドの座標系の軸を設定する工程と、を含む、ツール座標系設定方法。
【請求項７】
前記レーザ加工ヘッドが、該レーザ加工ヘッドの外部の焦点に収束する前記レーザ光を射出し、
前記ロボットアームを動作させることによって、前記射出光軸に沿って正反射されるレーザ光の光束径が最小または明るさが最大となる位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせする工程と、
前記レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、前記所定の基準点から前記反射面までの距離と、に基づいて前記ロボットアームの先端に対する前記焦点の位置を算出する工程と、
算出された前記焦点の位置に基づいてツールセンタポイントを設定する工程と、を含む、請求項６に記載のツール座標系設定方法。
【請求項８】
前記反射面が、一定の曲率を有し前記所定の基準点を曲率中心とする凸球面である、請求項６または請求項７に記載のツール座標系設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工ロボットおよびツール座標系設定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光によってワークに溶接または切断等の加工を行うロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、ロボットの動作によってレーザ照射装置を所定の指令位置に移動させ、レーザ照射位置の実際の位置を測定し、レーザ照射位置の指令位置と実際の位置との偏差に基づいてレーザ照射位置を補正することが記載されている。
また、光反射性球体およびレーザ光を用いてターゲット位置に対してプローブを位置合わせする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０２４０１１号公報
【特許文献２】特許第４６６４４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ロボットのツール上の一点をＴＣＰ（ツールセンタポイント）に設定する方法として、治具を使用した６点教示が一般に用いられている。加工用ツールの場合、６点教示において、治具の基準点がロボットに対して所定の位置に配置され、ロボットアームの動作によって基準点にツールの加工点（例えば、ツールの先端）が一致させられる。
【０００５】
ワークから離れた位置から当該ワークにレーザ光を照射するリモート溶接の場合、加工点にはツールの先端等の物体が存在しないため、６点教示を利用することが難しい。
ロボットのレーザ加工ヘッドに棒等の部材を取り付け、部材の先端を加工点に配置することによって、６点教示によるＴＣＰの設定が可能となる。しかし、この場合には、レーザ加工ヘッドへの部材の取付誤差等の影響によって、加工点に正確に一致するようにＴＣＰを設定することは難しい。
加工点の位置の設計値がＴＣＰに設定されることもある。しかし、加工点の位置の設計値と加工点の実際の位置との間に誤差があるため、この場合にも、加工点に正確に一致するようにＴＣＰを設定することは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、ロボットアームと、該ロボットアームの先端に取り付けられレーザ光を射出するレーザ加工ヘッドと、該レーザ加工ヘッドに設けられ、該レーザ加工ヘッドの外部に配置された反射面から前記レーザ加工ヘッドへ、前記レーザ光の射出光軸に沿って正反射されたレーザ光を検出する検出部と、前記ロボットアームを制御するとともに前記レーザ加工ヘッドの座標系を設定する制御部と、を備え、前記反射面は、所定の基準点を中心とする球面または多面体面であり、前記所定の基準点へ向かう前記レーザ光を該レーザ光の射出光軸に沿って正反射し、前記制御部は、前記ロボットアームを動作させることによって、前記射出光軸に沿って正反射されたレーザ光が前記検出部によって検出される位置に前記レーザ加工ヘッドを位置合わせし、該レーザ加工ヘッドが位置合わせされた状態での前記ロボットアームの先端の位置および姿勢と、前記所定の基準点の位置と、に基づいて前記射出光軸の方向を算出し、算出された前記射出光軸の方向に基づいて前記レーザ加工ヘッドの座標系の軸を設定する、レーザ加工ロボットである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態に係るレーザ加工ロボットの全体構成図である。
【図２】レーザ光の射出光軸と、半球面状の反射面からレーザ加工ヘッドへ正反射されたレーザ光の反射光軸との関係を説明する図である。
【図３】検出部の検出面の正面図であり、検出面上の反射レーザ光のスポットの位置を説明する図である。
【図４】一実施形態に係るツール座標系設定方法を示すフローチャートである。
【図５】一実施形態に係るツール座標系設定方法を示すフローチャートである。
【図６】ＴＣＰ設定工程におけるロボットアームの動作を説明する図である。
【図７】レーザ加工ヘッドに設けられる走査部の一構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、一実施形態に係るレーザ加工ロボット１について図面を参照して説明する。
レーザ加工ロボット１は、図１に示されるように、レーザ光Ｌの焦点ＦをワークＷ上に配置し、レーザ光ＬによってワークＷに溶接または切断等のリモート加工を行う。レーザ加工ロボット１は、ベース２ａおよび多関節のロボットアーム２ｂを有するロボット本体２と、ロボットアーム２ｂの先端に取り付けられレーザ光Ｌを射出するレーザ加工ヘッド３と、レーザ加工ヘッド３に設けられレーザ加工ヘッド３へ反射されたレーザ光Ｌを検出する検出部４と、ロボット本体２、レーザ加工ヘッド３および検出部４に接続された制御装置５と、を備える。
【０００９】
ロボット本体２は、例えば、６軸の垂直多関節ロボットである。ロボット本体２は、レーザ加工に一般に用いられる他の種類のロボットであってもよい。ベース２ａは、床面上に固定され、ロボットアーム２ｂを支持している。ロボット本体２は、ロボットアーム２ｂの各関節を駆動するためのサーボモータ（図示略）と、各関節の回転角度を検出するエンコーダ（図示略）と、を備える。
【００１０】
レーザ加工ヘッド３は、ケーブル６によってレーザ光源（図示略）と接続され、レーザ光源からケーブル６を経由して供給されたレーザ光Ｌを射出する。レーザ光Ｌは、レーザ加工ヘッド３内のレンズ（図示略）によって、レーザ加工ヘッド３の外部の焦点Ｆに収束させられる。焦点Ｆが、レーザ光ＬによってワークＷが加工される加工点である。ロボットアーム２ｂの関節の動作によってレーザ加工ヘッド３の位置および姿勢が変更され、それにより、焦点Ｆの位置が３次元的に変更される。
【００１１】
検出部４は、例えばカメラまたは光検出器であり、２次元の検出面４ａを有する。図２に示されるように、レーザ加工ヘッド３の外部において反射面１０ａからレーザ加工ヘッド３へ正反射されたレーザ光Ｌ（以下、反射レーザ光Ｌ’という。）は、検出面４ａに入射する。例えば、レーザ加工ヘッド３内のレーザ光Ｌの光路上に、ハーフミラーのような部分反射ミラー３ａが配置されている。光路を戻る反射レーザ光Ｌ’の一部が、部分反射ミラー３ａによって光路から分離され、検出面４ａに入射する。
【００１２】
検出面４ａは、反射面１０ａによって射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’の光軸（反射光軸）Ａ’が検出面４ａの中心に位置するように、配置されている。射出光軸Ａは、レーザ加工ヘッド３から反射面１０ａへ射出されたレーザ光Ｌの光軸である。射出光軸Ａからずれた反射光軸Ａ’を有する反射レーザ光Ｌ’は、検出面４ａに入射しないか、または、検出面４ａの中心からずれた位置に入射する。図３において、実線の円は、射出光軸Ａ’に沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’または射出光軸Ａ’近傍の強い光のスポットを示し、二点鎖線の円は、射出光軸Ａ’からずれた反射光軸Ａ’に沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’または射出光軸Ａ’近傍の強い光のスポットを示している。検出部４は、スポットの中心が検出面４ａの中心と一致するときに、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’を検出するとともに検出面４ａ上のスポットの直径を検出する。
【００１３】
制御装置５は、プロセッサを有する制御部５ａと、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび不揮発性ストレージ等を有する記憶部５ｂと、を備える。
記憶部５ｂには、レーザ光ＬによってワークＷを加工するための加工プログラムが格納されている。制御部５ａは、加工プログラムに従って制御指令をロボットアーム２ｂの各サーボモータおよびレーザ加工ヘッド３に送信することによって、ロボットアーム２ｂおよびレーザ加工ヘッド３に加工プログラムに基づく動作を実行させる。
【００１４】
加工プログラムの実行において、制御部５ａは、ロボット本体２のワールド座標系Σｗおよびレーザ加工ヘッド３のツール座標系Σｔに基づいてロボットアーム２ｂの動作を制御することによって、焦点Ｆの位置を制御する。
ワールド座標系Σｗは、ベース２ａに対して固定された座標系である。
ツール座標系Σｔは、レーザ加工ヘッド３に対して固定され、レーザ光Ｌの射出光軸Ａおよび焦点Ｆを基準に設定された座標系である。例えば、ツール座標系Σｔは、３次元直交座標系であり、ツール座標系ΣｔのＺ軸がレーザ光Ｌの射出光軸Ａに平行に設定され、ツール座標系Σｔの原点が焦点Ｆに設定される。
【００１５】
ツール座標系Σｔは、例えば、ロボットの工場等への設置時、または、レーザ加工ヘッド３の交換時等に設定される。記憶部５ｂには、ツール座標系Σｔを設定するためのツール座標系設定プログラムが格納されている。制御部５ａは、ツール座標系設定プログラムに従って、ツール座標系Σｔの設定に必要な情報を取得するための動作をロボットアーム２ｂ、レーザ加工ヘッド３および検出部４に実行させ、取得された情報に基づいてツール座標系Σｔを設定する。
【００１６】
次に、ツール座標系設定プログラムに基づくツール座標系設定作業（ツール座標系設定方法）について説明する。
ツール座標系設定作業には、図２に示されるように、半球状の反射部材１０が使用される。反射部材１０は、凸半球面状の反射面１０ａと、反射面１０ａの端を接続する円形の底面１０ｂと、を有する。反射面１０ａは、レーザ光Ｌを正反射するミラーである。反射面１０ａは、底面１０ｂの中心に配置された曲率中心Ｐと、一定の曲率とを有する。反射面１０ａ上の任意の点において、曲率中心Ｐへ向かうレーザ光Ｌは射出光軸Ａに沿って正反射される。曲率中心Ｐは、ツール座標系Σｔを設定するための基準点として用いられる。
【００１７】
反射部材１０は、ロボットアーム２ｂの動作範囲内に配置され、基準点Ｐは、ワールド座標系Σｗでの所定の位置座標に位置決めされる。
反射部材１０がロボットアーム２ｂの動作範囲内の任意の位置に配置され、ワールド座標系Σｗでの基準点Ｐの位置座標がユーザによって制御装置５に入力され、入力された位置座標がツール座標系設定プログラムで使用されるように構成されていてもよい。
【００１８】
ツール座標系設定作業は、図４に示される、ツール座標系ΣｔのＺ軸を設定するＺ軸設定工程と、図５に示される、ＴＣＰを設定するＴＣＰ設定工程と、を含む。
図４に示されるように、Ｚ軸設定工程において、制御部５ａは、ロボットアーム２ｂを動作させることによって、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出される位置にレーザ加工ヘッド３を位置合わせし（ステップＳＡ１〜ＳＡ４）、レーザ加工ヘッド３が位置合わせされた状態でのロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢を算出し（ステップＳＡ５）、算出されたロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢と基準点Ｐの位置とに基づいてロボットアーム２ｂの先端に対する射出光軸Ａの方向を算出し（ステップＳＡ６）、算出された射出光軸Ａの方向に基づいてＺ軸を設定する（ステップＳＡ７）。
【００１９】
具体的には、制御部５ａは、図２に示されるように、ロボットアーム２ｂを動作させることによって、レーザ光Ｌが基準点Ｐへ略向かうように基準点Ｐに対してレーザ加工ヘッド３を位置決めする（ステップＳＡ１）。このときのレーザ加工ヘッド３の位置および姿勢は、レーザ加工ヘッド３の設計値に基づいて設定される。
【００２０】
次に、制御部５ａは、レーザ加工ヘッド３からレーザ光Ｌを射出させ（ステップＳＡ２）、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出されるか否かを判断する（ステップＳＡ３）。
レーザ光Ｌが基準点Ｐの方向を正確に向いているとき（すなわち、射出光軸Ａの延長線上に基準点Ｐが位置しているとき）、レーザ光Ｌは、反射面１０ａによって射出光軸Ａに沿って正反射される。制御部５ａは、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出された場合に（ステップＳＡ３のＹＥＳ）、次のステップＳＡ５に進む。
【００２１】
一方、レーザ光Ｌが基準点Ｐの方向を正確に向いていないとき、レーザ光Ｌは、反射面１０ａによって射出光軸Ａからずれた反射光軸Ａ’に沿って正反射される。制御部５ａは、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出されない場合に（ステップＳＡ３のＮＯ）、ロボットアーム２ｂを動作させることによってレーザ加工ヘッド３の位置および姿勢を調整し（ステップＳＡ４）、ステップＳＡ２，ＳＡ３を再度実行する。制御部５ａは、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出されるまで、ステップＳＡ４，ＳＡ２，ＳＡ３を繰り返す。
【００２２】
次に、制御部５ａは、ロボットアーム２ｂの各関節の回転角度をエンコーダから取得し、各関節の回転角度からワールド座標系Σｗでのロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢を算出する（ステップＳＡ５）。ロボットアーム２ｂの先端の位置は、例えば、ロボットアーム２ｂの先端面の中心位置である。
【００２３】
次に、制御部５ａは、算出されたロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢からレーザ加工ヘッド３の基準位置を算出し、レーザ加工ヘッド３の基準位置と基準点Ｐの位置とから基準位置に対する射出光軸Ａの方向を算出する（ステップＳＡ６）。レーザ加工ヘッド３の基準位置は、ロボットアーム２ｂの先端に対して固定されたレーザ加工ヘッド３上の代表点の位置である。
次に、制御部５ａは、射出光軸Ａの方向と平行な方向にツール座標系ΣｔのＺ軸を設定する（ステップＳＡ７）。例えば、制御部５ａは、射出光軸Ａ上にＺ軸を設定する。
【００２４】
制御部５ａは、Ｚ軸設定工程に続き、ＴＣＰ設定工程を実行する。
図５に示されるように、ＴＣＰ設定工程において、制御部５ａは、ロボットアーム２ｂを動作させることによって、検出部４によって検出される射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’の光束径が最小となる位置にレーザ加工ヘッド３を位置合わせし（ステップＳＢ１〜ＳＢ４）、レーザ加工ヘッド３が位置合わせされた状態でのロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢を算出し（ステップＳＢ５）、ロボットアーム２ｂの異なる姿勢でステップＳＢ１〜ＳＢ５を繰り返し（ステップＳＢ６）、算出されたロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢、基準点Ｐの位置、および基準点Ｐから反射面１０ａまでの距離に基づいてロボットアーム２ｂの先端に対する焦点Ｆの位置を算出し（ステップＳＢ８）、算出された焦点Ｆの位置に基づいてＴＣＰを設定する（ステップＳＢ９）。
【００２５】
具体的には、制御部５ａは、ロボットアーム２ｂを動作させることによって、レーザ光Ｌが基準点Ｐへ略向かい、かつ、焦点Ｆが反射面１０ａに略一致するようにレーザ加工ヘッド３を位置決めする（ステップＳＢ１）。このときのレーザ加工ヘッド３の位置および姿勢は、レーザ加工ヘッド３の設計値に基づいて設定される。
次に、制御部５ａは、レーザ加工ヘッド３からレーザ光Ｌを射出させる（ステップＳＢ２）。そして、制御部５ａは、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出され、かつ、検出部４によって検出された反射レーザ光Ｌ’の光束径が最小であるか否かを判断する（ステップＳＢ３）。
【００２６】
図６に示されるように、レーザ光Ｌが基準点Ｐの方向を正確に向き、かつ、焦点Ｆが反射面１０ａに一致しているとき、反射レーザ光Ｌ’の光束径は最小となり、検出面４ａの中心に形成されるスポットの直径は最小となる。制御部５ａは、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出され、かつ、検出面４ａ上のスポットの直径が最小である場合に（ステップＳＢ３のＹＥＳ）、次のステップＳＢ５に進む。スポットの直径が最小であるか否かの判断は、例えば、予め測定されたスポットの直径の最小値に基づいて設定された所定の閾値との比較によって行われる。
【００２７】
一方、制御部５ａは、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出されない、あるいは、検出面４ａ上のスポットの直径が最小ではない場合に（ステップＳＢ３のＮＯ）、ロボットアーム２ｂを動作させることによってレーザ加工ヘッド３の位置および姿勢を調整し（ステップＳＢ４）、ステップＳＢ２，ＳＢ３を再度実行する。制御部５ａは、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出され、かつ、反射レーザ光Ｌ’のスポットの直径が最小となるまで、ステップＳＢ４，ＳＢ２，ＳＢ３を繰り返す。
【００２８】
次に、制御部５ａは、ロボットアーム２ｂの各関節の回転角度をエンコーダから取得し、各関節の回転角度からワールド座標系Σｗでのロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢を算出する（ステップＳＢ５）。
次に、制御部５ａは、図６に示されるように、ロボットアーム２ｂを動作させることによって、レーザ光Ｌが基準点Ｐへ略向かい、かつ、焦点Ｆが反射面１０ａに略一致する他の位置にレーザ加工ヘッド３を位置決めする（ステップＳＢ７）。これにより、ロボットアーム２ｂの姿勢が変更される。そして、制御部５ａは、ステップＳＢ２〜ＳＢ５を繰り返す。
制御部５ａは、ロボットアーム２ｂの少なくとも２つの姿勢でステップＳＢ２〜ＳＢ５を実行し（ステップＳＢ６，ＳＢ７）、少なくとも２つの姿勢でのロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢を算出する。
【００２９】
次に、制御部５ａは、ロボットアーム２ｂの各姿勢での焦点Ｆの位置を算出する。具体的には、制御部５ａは、ロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢と、基準点Ｐの位置と、基準点Ｐから反射面１０ａ上の焦点Ｆまでの距離（すなわち、反射面１０ａの半径）とから、ワールド座標系Σｗでのレーザ加工ヘッド３の基準位置に対する焦点Ｆの相対位置を算出する。次に、制御部５ａは、２つの姿勢での焦点Ｆの相対位置から、ツール座標系Σｔにおける焦点Ｆの位置を算出する（ステップＳＢ８）。
次に、制御部５ａは、算出された焦点Ｆの位置にツール座標系Σｔの原点およびＴＣＰを設定する（ステップＳＢ９）。例えば、制御部５ａは、焦点Ｆにツール座標系Σｔの原点およびＴＣＰを設定する。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、ツール座標系Σｔの設定に、レーザ加工ヘッド３から射出されるレーザ光Ｌと、曲率中心に基準点Ｐを有する凸球面状の反射面１０ａと、反射面１０ａから正反射された反射レーザ光Ｌ’を検出する検出部４とが使用される。そして、検出面４ａ上の反射レーザ光Ｌ’のスポットの位置に基づいて、レーザ光Ｌが基準点Ｐを向くように基準点Ｐに対してレーザ光Ｌの方向を正確に合わせることができる。これにより、射出光軸Ａの方向を正確に算出し、Ｚ軸が射出光軸Ａに平行になるようにツール座標系ΣｔのＺ軸を正確に設定することができる。
【００３１】
また、検出面４ａ上の反射レーザ光Ｌ’のスポットの位置および直径に基づいて、レーザ光Ｌが基準点Ｐを向いた状態で焦点Ｆが反射面１０ａに一致するように基準点Ｐに対して焦点Ｆの位置を正確に合わせることができる。これにより、焦点Ｆの位置を正確に算出し、加工点である焦点ＦにＴＣＰが一致するようにＴＣＰを正確に設定することができる。
【００３２】
上記実施形態において、射出光軸Ａに沿う方向において焦点Ｆが反射面１０ａに一致しているか否かを検出面４ａ上のスポットの直径に基づいて判断することとしたが、これに代えて、スポットの明るさに基づいて判断してもよい。この場合、検出面４ａの中心のスポットの明るさは最大になるときに、焦点Ｆが反射面１０ａに一致していると判断することができる。
【００３３】
上記実施形態において、Ｚ軸設定工程がＴＣＰ設定工程とは別に実行されることとしたが、ＴＣＰ設定工程内でＺ軸設定工程が行われてもよい。すなわち、ステップＳＢ１〜ＳＢ４によって、射出光軸Ａに沿って正反射された反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出される位置にレーザ加工ヘッド３が位置合わせされる。したがって、ステップＳＢ５の後に、ステップＳＢ５において算出されたロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢を用いてＺ軸の方向を算出してもよい。
【００３４】
上記実施形態において、ツール座標系Σｔの設定に使用されるレーザ光Ｌは、ワークＷの加工に使用されるレーザ光であってもよく、加工用のレーザ光とは異なるレーザ光であってもよい。例えば、加工用のレーザ光が赤外光のような非可視光である場合には、ツール座標系Σｔの設定に可視レーザ光を使用してもよい。設定用のレーザ光Ｌは、加工用のレーザ光と同軸となるように、加工用のレーザ光と同一の光路を導光される。
レーザ光の焦点の位置は、レーザ光の波長に応じて射出光軸に沿う方向に変化する。したがって、加工用のレーザ光の波長とは異なる波長のレーザ光Ｌをツール座標系Σｔの設定に使用する場合には、ステップＳＢ８において、波長の差異を考慮して加工用のレーザ光の焦点の位置が算出される。
【００３５】
上記実施形態において、レーザ加工ヘッド３が、レーザ光Ｌを射出光軸Ａに交差する揺動軸回りに揺動させる走査部７をさらに備えていてもよい。
図７は、レーザ加工ヘッド３内の走査部７の一構成例を示している。この走査部７は、２つのガルバノミラー７ａ，７ｂを有するガルバノスキャナである。２つのガルバノミラー７ａ，７ｂの揺動軸Ｓ１，Ｓ２は、相互にねじれの位置に配置され、２つのガルバノミラー７ａ，７ｂの揺動に応じてレーザ光Ｌが２方向に揺動する。つまり、ガルバノミラー７ａ，７ｂの揺動角度に応じた角度だけレーザ光Ｌの射出光軸Ａの角度が変化する。
符号７ｃ，７ｄは、ガルバノミラー７ａ，７ｂを揺動軸Ｓ１，Ｓ２回りにそれぞれ揺動させるモータである。符号７ｅは、レーザ光Ｌを集光させるレンズである。
【００３６】
走査部７は、ロボットアーム２ｂの動作と比較して、レーザ光Ｌの射出光軸Ａの方向を高い精度で制御することができる。したがって、ロボットアーム２ｂの動作に加えて走査部７の動作によって、基準点Ｐに対してレーザ光Ｌの方向を調整してもよい。
具体的には、ガルバノミラー７ａ，７ｂが基準角度（例えば、０°）に配置されている状態で、ロボットアーム２ｂの動作によってレーザ光Ｌが基準点Ｐへ略向かうようレーザ加工ヘッド３を位置決めされる。続いて、ガルバノミラー７ａ，７ｂの揺動によってレーザ光Ｌが揺動させられ、射出光軸Ａに沿う反射レーザ光Ｌ’が検出部４によって検出される角度にレーザ光Ｌの揺動角度が調整される。
【００３７】
この場合、制御部５ａは、ガルバノミラー７ａ，７ｂの揺動角度からレーザ光Ｌの揺動角度の調整量を算出し、走査部７によってレーザ光Ｌの揺動角度が調整されていない状態（ガルバノミラー７ａ，７ｂが基準角度に配置されている状態）で射出光軸Ａに沿って正反射されたレーザ光Ｌが検出部４によって検出される位置にレーザ加工ヘッド３が位置合わせされた状態でのロボットアーム２ｂの先端の位置および姿勢を計算から求める。
【００３８】
上記実施形態において、反射面１０ａとして、半球状のミラーを使用することとしたが、他の形状の反射面１０ａを使用してもよい。
例えば、反射面１０ａが、半球面よりも小さい立体角を有する部分球面であり、反射部材１０の外側に基準点となる曲率中心Ｐが存在してもよい。
あるいは、反射面１０ａは、基準点Ｐを中心とし複数の平坦面からなる多面体面であってもよい。この場合、各平坦面上の１つの特定点において、基準点Ｐへ向かうレーザ光Ｌが射出光軸Ａに沿って正反射される。反射面１０ａは、このような特定点を有する任意の曲面であってもよい。
【００３９】
上記実施形態において、ロボットアーム２ｂの各姿勢での焦点ＦのＺ軸方向の位置を、計算によって求めることとしたが、これに代えて、レーザ加工ヘッド３から焦点ＦまでのＺ軸方向の距離を他の手段によって測定してもよい。例えば、焦点Ｆが反射面１０ａに一致している状態で、レーザ加工ヘッド３に設けられたレーザ距離測定器によって反射面１０ａまでの距離を測定してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  レーザ加工ロボット
２ｂ  ロボットアーム
３  レーザ加工ヘッド
４  検出部
４ａ  検出面
５ａ  制御部
７  走査部、ガルバノスキャナ
１０ａ  反射面
Ａ  射出光軸
Ａ’  反射光軸
Ｆ  焦点、加工点
Ｌ  レーザ光
Ｌ’  反射レーザ光
Ｐ  基準点、曲率中心
Σｔ  ツール座標系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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