(57)【要約】【課題】ロボットが教示経路に沿って移動するとともに、工具の駆動軸を制御して操作者が所望する加工経路上にレーザビームを移動させるロボットシステムを提供する。【解決手段】複数の駆動軸を有するロボット１と、ロボット１の先端部に取り付けられ複数の駆動軸を有する工具３と、ロボット１および工具３の各駆動軸を制御するロボット制御装置と、工具３に接続されたレーザ発振器５とを備えるロボットシステムにおいて、ロボット１はロボットの駆動軸の駆動によって工具３を移動せしめ、工具３は工具の駆動軸の駆動によってレーザ発振器５から入射されるレーザビームを対象物へと照射し、ロボット制御装置２は、ロボット１の駆動軸と工具３の駆動軸とを同期して制御するようにした。【選択図】図１
2006187803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動軸を有するロボットと、前記ロボットの先端部に取り付けられ複数の駆動軸を有する工具と、前記ロボットおよび前記工具の前記各駆動軸を制御するロボット制御装置と、前記工具に接続されたレーザ発振器とを備えるロボットシステムにおいて、
前記ロボットは、前記ロボットの駆動軸の駆動によって前記工具を移動せしめ、  前記工具は、前記工具の駆動軸の駆動によって前記レーザ発振器から入射されるレーザビームを対象物へと照射し、
前記ロボット制御装置は、前記ロボットの駆動軸と前記工具の駆動軸とを同期して制御することを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記工具は、前記レーザビームの経路上に配置され前記工具の駆動軸により前記レーザビームの進行方向に前後移動するレンズを備え、前記ロボット制御装置は、前記工具の駆動軸を駆動して前記レンズを動作させることにより前記レーザビームの焦点位置を制御することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記工具は、前記レーザビームの経路上に配置され前記工具の駆動軸により回転するミラーを備え、前記ロボット制御装置は、前記工具の駆動軸を駆動して前記ミラーを回転させることにより前記レーザビームの焦点位置を制御することを特徴とする請求項１または２記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記ロボットの制御点は、前記ミラーの駆動軸中心であり、前記ロボット制御装置は、前記ロボットの制御点位置を演算するロボット軸演算部と、前記ロボットの制御点位置および予め設定された前記レーザビームの焦点位置とから前記工具の駆動軸への動作指令を演算する工具軸演算部とを備えることを特徴とする請求項３記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記ロボット制御装置は、前記ロボットの制御点位置および前記レーザビームの焦点位置を記録するユーザファイル格納部を備えることを特徴とする請求項４記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記ロボット制御装置は、前記レーザビームの照射を開始する開始命令と、照射を終了する終了命令とを備え、前記開始命令は、照射区間内の前記レーザビームの焦点位置の補間方法および移動速度を設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記開始命令および前記終了命令の少なくとも一方は、前記レーザ発振器への出力指令値を指定された時間で第１の値から第２の値へと変化させることを特徴とする請求項６記載のロボットシステム。
【請求項８】
前記工具軸演算部は、前記レーザビームの照射を開始する点を教示する際の、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記工具に固定されている座標系から見た前記レーザビームの焦点位置とから、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記レーザビームの照射開始位置を演算し、前記レーザビームの照射を終了する点を教示する際の、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記工具に固定されている座標系から見た前記レーザビームの焦点位置とから、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記レーザビームの照射終了位置を演算する位置演算部と、
前記照射開始位置と、前記照射終了位置と、前記レーザビームの照射区間内の前記レーザビームの焦点位置の移動速度とから、前記照射区間のベクトルと制御周期回数を演算する制御周期回数演算部と、
前記ロボット軸演算部で演算する前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た制御周期毎の前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記照射区間のベクトルと、前記制御周期回数と、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記照射開始位置とから、前記工具に固定されている座標系から見た制御周期毎の前記レーザビームの焦点位置を演算するレーザ位置指令生成部とを備え、
前記ロボット軸演算部は、前記レーザビームの照射を開始する点を教示する際の、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記レーザビームの照射を終了する点を教示する際の、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記制御周期回数とから、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た制御周期毎の前記ロボットの制御点の位置・姿勢を演算することを特徴とする請求項４記載のロボットシステム。
【請求項９】
前記工具軸演算部は、教示された２つの前記レーザビームの焦点位置と、指定された前記レーザビームの焦点位置を端点とする円弧の半径および前記円弧の角度から、２つの円弧と１つの直線との組み合わせからなる前記レーザビームの焦点位置の軌跡を生成することを特徴とする請求項４記載または５記載のロボットシステム。
【請求項１０】
前記工具軸演算部は、指定された前記軌跡を含む面の傾きに従って前記軌跡を生成することを特徴とする請求項９記載のロボットシステム。
【請求項１１】
前記工具軸演算部は、前記教示された２つのレーザビームの焦点位置のうち、一方を端点とする第１の円弧の半径および前記第１の円弧の角度と、他方を端点とする第２の円弧の半径および前記第２の円弧の角度とから、２つの円弧と１つの直線の組み合わせからなる前記軌跡を生成することを特徴とする請求項９または１０記載のロボットシステム。
【請求項１２】
前記工具軸演算部は、前記円弧を指定された方向へ向けることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項記載のロボットシステム。
【請求項１３】
前記工具軸演算部は、前記軌跡の開始点より前側に、前記開始点から指定された距離だけ離れた補助点を生成し、前記補助点と前記開始点とを結ぶ補助軌跡を前記軌跡に付加することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項記載のロボットシステム。
【請求項１４】
前記工具軸演算部は、前記軌跡の終了点より後側に、前記終了点から指定された距離だけ離れた補助点を生成し、前記補助点と前記終了点とを結ぶ補助軌跡を前記軌跡に付加することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項記載のロボットシステム。
【請求項１５】
前記工具軸演算部は、指定された前記円弧の半径および前記円弧の角度によって、生成する前記軌跡の形状を変化させることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項記載のロボットシステム。
【請求項１６】
前記工具軸演算部は、指定された前記円弧の半径が０の時、生成する前記軌跡を１つの直線とすることを特徴とする請求項１５記載のロボットシステム。
【請求項１７】
前記工具軸演算部は、指定された前記円弧の角度が０°の時、生成する前記軌跡をコの字状とすることを特徴とする請求項１５記載のロボットシステム。
【請求項１８】
前記工具軸演算部は、指定された前記円弧の角度が３６０°以上の時、生成する前記軌跡を１つの円とすることを特徴とする請求項１５記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動軸を備えた工具が取り付けられたロボットシステムに関し、特にレーザによる加工を行うロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、ロボットアーム先端にミラー関節アームおよびレーザスキャナーを取り付けたレーザ加工装置があった（特許文献１参照）。これはロボットアームによりレーザスキャナーを移動させ、レーザスキャナーによりレーザビームを加工品表面上に案内するものである。その際に行われる３つの加工作業方式として、ロボットアームは移動させない「ストップ・アンド・ゴー」稼動と、ロボットアームとレーザスキャナー両方を移動させる「フライング・モーション」稼動と、ロボットアームだけを移動させる「モーションレス」稼動等の各機能が列挙されている。
一方、図２０および図２１に示すロボットシステムも公知である（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２３０９７５号公報（第４頁左第７行〜右第１２行）
【特許文献２】特開２００４−１７４７０９号公報（第８頁第５行〜第９頁第２行）
【０００３】
図２０はロボットアームの末端に置かれたレーザ加工ツールを有する６軸（Ｆ１〜Ｆ６）の産業用ロボットアームを示し、図２１はマニピュレータ経路移動が重ね合わされた連続的加工経路を示す図である。
図２０において、工具１１３はレーザ加工ツールであり、工作物１１４はレーザビーム１１５により加工される。従来装置１１１は、制御ユニット１１２．３を有し、その制御信号はフィールドバスなどの伝送媒体１１２．８により工具１１３および／またはロボット１１２に伝送される。制御ユニット１１２．３には、メモリユニット１１２．４と決定ユニット１１２．５と決定手段１１２．６と、プロセッサ手段１１２．７とが組込まれている。
【０００４】
図２１はこの装置で工作物１１４の表面のレーザ彫刻のための、十字型の輪郭の形をした工具先端（ＴＣＰ）の移動経路Ｂを概略的に示す。図２１において、加工経路Ｂ上には、工具１１３が固定されるロボット１１２（図２０）またはロボットアーム１１２．１の末端１１２．２の移動経路Ｂ’が重ねられている。特に、加工経路Ｂの進路に大きな変化のある領域である加工経路Ｂの角１１６において、ロボットの移動経路Ｂ’は、加工ジオメトリＢと明らかに異なる進路Ｂ’を有する。加工の間中、ロボットの移動経路Ｂ’は、空間領域Ｂ”（図２１において斜線が付けられている「移動度チューブ」）内にあり、これはすべての辺において移動経路Ｂ’を囲んでおり、加工経路Ｂからのその逸脱ΔＢは３自由度工具１１３の最大移動振幅に対応する。
これ以前の公知の加工装置においては、マニピュレータ１１２の移動経路Ｂ’は予め定められた加工経路Ｂに対応しているため、加工経路Ｂの急激な方向転換がある領域１１６においては減速せざるを得ず、工作物１１４に対する加工時間が大きく増加してしまったが、この装置により、マニピュレータ１１２および工具１１３の組合されたリアルタイムの運動制御の結果として、ロボット軸の不活発な悪影響は予め定められた加工経路Ｂに対して所与の領域１１６においてそれらの移動Ｂ’が進むかまたは遅れ、おそらくそこから逸脱することで、補償される。その一方で、これらの領域１１６における加工経路Ｂは、より速い速度で規則的に行われ得る工具１１３の特有の動きにより、確実に追従される。
したがって、加工輪郭の困難な領域において、マニピュレータ１１２が、その経路移動Ｂ’の長さを低減し、これらの領域における加工経路Ｂの追従を工具１１３に任せることにより、加工プロセスは全体として、マニピュレータ１１２の不活発性により悪影響を受けることがない、というものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の装置は、ロボットアームの構成やロボットアームおよびレーザスキャナーの制御に関しては具体的な説明や図示が何らなされておらず、単なる機能のみを列挙したものであり到底実現できない。
また、特許文献２の装置では、移動度チューブＢ”を決定するための最適化演算が必要である。そしてロボットアームは６自由度を持つために、何を最適化するのかが不明確であり（例えば、ロボットアームの移動距離を最小にするのか、姿勢変化量を最小にするのか、またはロボットアームの移動速度の変動を最小にするのか、など）到底実現ができない。
仮にロボットアームの移動距離を最小化する最適解を演算した場合、ロボットアームは操作者の意図した動作を保証することはできない。なぜならば、加工経路は保証されるとしても、ロボットアームの移動経路は最適値となるように指令生成されるからである。このようなシステムでは、ロボットの周辺装置との干渉などが発生するおそれがあるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の装置が有していた問題を解決するものであり、ロボットが教示経路に沿って移動するとともに、工具の駆動軸を制御して操作者が所望する加工経路上にレーザビームを移動させるロボットシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１記載のロボットシステムの発明は、ロボットシステムに係り、複数の駆動軸を有するロボットと、前記ロボットの先端部に取り付けられ複数の駆動軸を有する工具と、前記ロボットおよび前記工具の前記各駆動軸を制御するロボット制御装置と、前記工具に接続されたレーザ発振器とを備えるロボットシステムにおいて、前記ロボットは、前記ロボットの駆動軸の駆動によって前記工具を移動せしめ、前記工具は、前記工具の駆動軸の駆動によって前記レーザ発振器から入射されるレーザビームを対象物へと照射し、前記ロボット制御装置は、前記ロボットの駆動軸と前記工具の駆動軸とを同期して制御することを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のロボットシステムにおいて、前記工具が、前記レーザビームの経路上に配置され前記工具の駆動軸により前記レーザビームの進行方向に前後移動するレンズを備え、前記ロボット制御装置は、前記工具の駆動軸を駆動して前記レンズを動作させることにより前記レーザビームの焦点位置を制御することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載または２記載のロボットシステムにおいて、前記工具が、前記レーザビームの経路上に配置され前記工具の駆動軸により回転するミラーを備え、前記ロボット制御装置は、前記工具の駆動軸を駆動して前記ミラーを回転させることにより前記レーザビームの焦点位置を制御することを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のロボットシステムにおいて、前記ロボットの制御点が、前記ミラーの駆動軸中心であり、前記ロボット制御装置は、前記ロボットの制御点位置を演算するロボット軸演算部と、前記ロボットの制御点位置および予め設定された前記レーザビームの焦点位置とから前記工具の駆動軸への動作指令を演算する工具軸演算部とを備えることを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項４記載のロボットシステムにおいて、前記ロボット制御装置が、前記ロボットの制御点位置および前記レーザビームの焦点位置を記録するユーザファイル格納部を備えることを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のロボットシステムにおいて、前記ロボット制御装置が、前記レーザビームの照射を開始する開始命令と、照射を終了する終了命令とを備え、前記開始命令は、照射区間内の前記レーザビームの焦点位置の補間方法および移動速度を設定することを特徴とするものである。
請求項７記載の発明は、請求項６記載のロボットシステムにおいて、前記開始命令および前記終了命令の少なくとも一方が、前記レーザ発振器への出力指令値を指定された時間で第１の値から第２の値へと変化させることを特徴とするものである。
請求項８記載の発明は、請求項４記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、前記レーザビームの照射を開始する点を教示する際の、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記工具に固定されている座標系から見た前記レーザビームの焦点位置とから、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記レーザビームの照射開始位置を演算し、前記レーザビームの照射を終了する点を教示する際の、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記工具に固定されている座標系から見た前記レーザビームの焦点位置とから、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記レーザビームの照射終了位置を演算する位置演算部と、前記照射開始位置と、前記照射終了位置と、前記レーザビームの照射区間内の前記レーザビームの焦点位置の移動速度とから、前記照射区間のベクトルと制御周期回数を演算する制御周期回数演算部と、前記ロボット軸演算部で演算する前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た制御周期毎の前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記照射区間のベクトルと、前記制御周期回数と、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記照射開始位置とから、前記工具に固定されている座標系から見た制御周期毎の前記レーザビームの焦点位置を演算するレーザ位置指令生成部とを備え、前記ロボット軸演算部は、前記レーザビームの照射を開始する点を教示する際の、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記レーザビームの照射を終了する点を教示する際の、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た前記ロボットの制御点の位置・姿勢と、前記制御周期回数とから、前記ロボットのベースに固定されている座標系から見た制御周期毎の前記ロボットの制御点の位置・姿勢を演算することを特徴とするものである。
請求項９記載の発明は、請求項４記載または５記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、教示された２つの前記レーザビームの焦点位置と、指定された前記レーザビームの焦点位置を端点とする円弧の半径および前記円弧の角度から、２つの円弧と１つの直線との組み合わせからなる前記レーザビームの焦点位置の軌跡を生成することを特徴とするものである。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、指定された前記軌跡を含む面の傾きに従って前記軌跡を生成することを特徴とするものである。
請求項１１記載の発明は、請求項９または１０記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、前記教示された２つのレーザビームの焦点位置のうち、一方を端点とする第１の円弧の半径および前記第１の円弧の角度と、他方を端点とする第２の円弧の半径および前記第２の円弧の角度とから、２つの円弧と１つの直線の組み合わせからなる前記軌跡を生成することを特徴とするものである。
請求項１２記載の発明は、請求項９〜１１のいずれか１項記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、前記円弧を指定された方向へ向けることを特徴とするものである。
請求項１３記載の発明は、請求項９〜１２のいずれか１項記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、前記軌跡の開始点より前側に、前記開始点から指定された距離だけ離れた補助点を生成し、前記補助点と前記開始点とを結ぶ補助軌跡を前記軌跡に付加することを特徴とするものである。
請求項１４記載の発明は、請求項９〜１３のいずれか１項記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、前記軌跡の終了点より後側に、前記終了点から指定された距離だけ離れた補助点を生成し、前記補助点と前記終了点とを結ぶ補助軌跡を前記軌跡に付加することを特徴とするものである。
請求項１５記載の発明は、請求項９〜１４のいずれか１項記載のロボットシステムにおいて、  前記工具軸演算部は、指定された前記円弧の半径および前記円弧の角度によって、生成する前記軌跡の形状を変化させることを特徴とするものである。
請求項１６記載の発明は、請求項１５記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、指定された前記円弧の半径が０の時、生成する前記軌跡を１つの直線とすることを特徴とするものである。
請求項１７記載の発明は、請求項１５記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、指定された前記円弧の角度が０°の時、生成する前記軌跡をコの字状とすることを特徴とするものである。
請求項１８記載の発明は、請求項１５記載のロボットシステムにおいて、前記工具軸演算部は、指定された前記円弧の角度が３６０°以上の時、生成する前記軌跡を１つの円とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、操作者が所望するとおりにロボットおよび工具先端の制御点を移動させることにより、周囲との干渉を確実に回避し、安全にロボットを利用するシステムを構築できるという格段の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の実施例のロボットシステム構成図を図１に示す。
図１において、ロボット１は、６つの関節を有しかつそれぞれがサーボモータにより駆動される機構を備えており、その先端部にレーザヘッド３を備えている。
ロボット制御装置２はロボット１、レーザ溶接装置５、レーザヘッド３とそれぞれ接続され、さらに、操作者がロボット１およびレーザヘッド３の教示や操作を行うためのペンダント４を備えている。レーザヘッド３とレーザ溶接装置５とはファイバー６にて接続されている。レーザ溶接装置５はレーザ発振器を内蔵しており、レーザ発振器が出力するレーザビームはファイバー６を介してレーザヘッド３へと入射される。レーザヘッド３は内部にミラー７（図２）を備えており、入射されたレーザビームはミラー７に当たって向きを変え対象物へと照射されることで溶接を行う。
【００１０】
図２は図１に示すレーザヘッド３内部の簡略図である。
図２において、ファイバー６を通じてレーザヘッド３へ入射されたレーザビームは、レーザヘッド３内のレンズを通って集光された後、ミラー７により対象物の方向へ向きを変え、焦点位置Ｗにて焦点を結ぶ。ミラー７は、図２に示す座標系のＸ軸回りの回転を行うサーボモータ（図示せず）とＹ軸回りの回転を行うサーボモータ（図示せず）とによって回転駆動する機構を備えている。
【００１１】
図３は図１に示すロボット制御装置２の制御ブロック図である。
但し、図３ではロボット制御装置２内の構成のうち本発明に係る部分のみを示しており、その他の部分は省略している。
図３において、ロボット制御装置２は、前述のロボット１（図１）のサーボモータを制御するロボットサーボアンプ２１と、レーザヘッド３（図１）のサーボモータを制御するレーザヘッドサーボアンプ２２とを備え、その他、ユーザファイル格納部２３、命令解釈部２４、ロボット軌跡演算部２５、レーザ軌跡演算部２６を備えている。
ユーザファイル格納部２３は、操作者が作成するロボット１およびレーザヘッド３の動作プログラムやレーザ溶接に関するパラメータをファイルとして記録するところであり、動作プログラムの作成やパラメータの設定は操作者がペンダント４を操作して行うことができる。
命令解釈部２４は、ユーザファイル格納部２３に格納された動作プログラムやレーザ溶接のパラメータを読み出し、命令を解釈する。そして解釈した命令に従いロボット軌跡演算部２５およびレーザ軌跡演算部２６にそれぞれロボット動作命令、レーザヘッド動作命令を出力する。さらにレーザ溶接装置５へ指令を出力する。
ロボット軌跡演算部２５は命令に従い軌跡演算を行いロボットサーボアンプ２１に指令を出力してロボット１を動作させる。同様にレーザ軌跡演算部２６は命令に従い軌跡演算を行いレーザヘッドサーボアンプ２２に指令を出力してミラー７（図２）を動作させる。
【００１２】
続いて本発明によるレーザ溶接の具体例を各図を参照して説明する。
図４（ａ）は、ロボット１（図１）によりレーザヘッド３（図１）をＰ１からＰ２へと直線移動しながらミラー７（図２）を駆動することで溶接開始点Ｗ１から溶接終了点Ｗ２まで直線補間にて溶接を行う例を示している。
図４（ｂ）にこの動作に対応する動作プログラムを示す。
図４（ｂ）の動作プログラムにおいて、1行目の「ＭＯＶＬ」はロボット１の制御点をＰ１へ直線的に動作させながら、レーザヘッド３内のミラー７を動作させる命令である。
制御点はミラー７の回転中心になるよう予め設定されている。この結果Ｗ１がレーザビームの焦点位置となる。
次の行の「ＣＲＬＡＳＯＮ  ＣＳＦ＃１」は溶接開始命令であり、ＣＳＦ＃１にて指定されるレーザ溶接開始条件ファイルの設定に従ってレーザヘッド３およびレーザ溶接装置５（図１）を制御し、レーザ溶接をスタートさせる。レーザ溶接開始条件ファイルについては後述する（図５参照）。
３行目の「ＭＯＶＬ」はロボット１の制御点をＰ２へ直線的に動作させながら、レーザヘッド３内のミラー７を動作させる命令である。この結果、点Ｗ１と点Ｗ２を結ぶ直線がレーザビームの焦点位置の軌跡となる。
４行目の「ＣＲＬＡＳＯＦ  ＣＥＦ＃１」は溶接終了命令であり、ＣＥＦ＃１にて指定されるレーザ溶接終了条件ファイルの設定に従ってレーザヘッド３およびレーザ溶接装置５を制御し、レーザ溶接を終了させる。レーザ溶接終了条件ファイルについては後述する（図６参照）。
【００１３】
本発明のロボットシステムにより図４のようなレーザ溶接を行うためには、まず、操作者は予めペンダント４（図１）によりロボット１およびレーザヘッド３を操作して所望の位置へと移動させ、その時のロボット１の各駆動軸およびレーザヘッド３内のミラー７の各駆動軸の位置を教示して図４（ｂ）のような動作プログラムを作成し、ユーザファイル格納部２３に記録しておく。
溶接作業実行時には操作者は再度ペンダント４を操作して動作プログラムを選択し、動作の開始を指令する。命令解釈部２４では、動作プログラムに記述された命令を逐次１行ずつ読み込んで解釈を行い、レーザ溶接開始条件ファイルやレーザ溶接終了条件ファイルにて指定されている条件に基づいてロボット軌跡演算部２５やレーザ軌跡演算部２６に位置指令を出力し、レーザ溶接装置５を制御する。
図４の場合、ロボット軌跡演算部２５ではレーザヘッド３内のミラー７がＰ１からＰ２に移動する間の軌跡の補間演算が行われる。この演算は周知の技術により行われ、所定の制御周期毎の位置指令値が演算される。
レーザ軌跡演算部２６では制御周期毎のロボット１の制御点位置と溶接線の位置およびレーザ溶接開始条件ファイルによって指令される溶接速度から、ミラー７の回転角度を算出する。ロボット軌跡演算部２５とレーザ軌跡演算部２６は、演算により求めた位置指令をそれぞれサーボアンプ２１、２２に出力する。レーザ溶接が終了するとレーザ溶接終了条件ファイルの設定に従ってレーザ出力を停止する。
以上のように、ロボット制御装置２は、ロボットの制御点Ｐ１ではレーザビームの焦点位置が溶接開始点Ｗ１となり、ロボットの制御点Ｐ２ではレーザビームの焦点位置が溶接終了点Ｗ２となるように、ロボットの移動速度を制御する。
【００１４】
ここで、図５および図６に示すレーザ溶接条件ファイルの詳細について説明する。
図５は図３に示すロボット制御装置のレーザ溶接開始条件ファイルの例を示す図であり、図６は図３に示すロボット制御装置のレーザ溶接終了条件ファイルの例を示す図である。これらのレーザ溶接条件ファイルは、操作者がペンダント４を操作することでその画面上に表示される。さらに、操作者はペンダント４を操作して自在にレーザ溶接条件ファイルの設定を変更し、ユーザファイル格納部２３に記録することができる。レーザ溶接条件ファイルは複数存在し、ファイル毎にユニークな番号にて識別される。操作者は各レーザ溶接条件ファイルについて各種の設定を行うことができる。図４の例では、ＣＳＦ＃１にてレーザ溶接条件ファイルの１番目を指定し、ＣＥＦ＃１にてレーザ溶接終了条件ファイルの１番目を指定している。
前述のようにＣＲＬＡＳＯＮ命令（図４（ｂ））は溶接開始命令であり、オペランド（被演算子）にて図５に示すようなレーザ溶接開始条件ファイルを指定する。一方、ＣＲＬＡＳＯＦ命令（図４（ｂ））は溶接終了命令であり、同じくオペランドにて図６に示すようなレーザ溶接終了条件ファイルを指定する。
レーザ軌跡演算部２６（図３）は、ＣＲＬＡＳＯＮ命令とＣＲＬＡＳＯＦ命令とで挟まれた区間では、図５に示すようなレーザ溶接開始条件ファイルの「補間種類」の項目にて指定された補間方法に従って溶接点を演算する。前述の図4は「補間種類」にて直線補間を指定した例である。
また、ＣＲＬＡＳＯＮ命令が実行されると、指定されたレーザ溶接開始条件ファイルに記載された溶接条件番号（図５の例だと１２）がレーザ溶接装置５に出力される。レーザ溶接装置５（図１）には、溶接条件番号に対応した溶接条件（出力ワット数等）が予め登録されており、レーザ溶接装置５はその内容に従ってレーザビームの出力を行う。
同時に、レーザ溶接開始条件ファイルの「アナログ指令値１」で指定された値の電圧がレーザ溶接装置５に出力される。この出力電圧は「スロープタイマ」で指定された時間で、「アナログ指令値１」で指定された値から「アナログ指令値２」で指定された値へと上昇する。図７にこの様子を示す。
【００１５】
図７は図５に示すレーザ溶接開始条件ファイルによるレーザ溶接開始時におけるレーザ溶接装置への指令値の例を示す図で、最初「アナログ指令値１」で指定された値の電圧３．０Ｖがレーザ溶接装置５に出力され、「スロープタイマ」で指定された時間０．０６秒の間に、アナログ指令値１で指定された電圧３．０Ｖから「アナログ指令値２」で指定された電圧７．０Ｖへと上昇する例が示されている。
【００１６】
逆に、ＣＲＬＡＳＯＦ命令が実行されると、レーザ溶接装置５に出力される電圧は、レーザ溶接終了条件ファイルの「スロープタイマ」で指定された時間で、「アナログ指令値１」で指定された値から「アナログ指令値２」で指定された値へと低下する。図８にこの様子を示す。
【００１７】
図８は図６に示すレーザ溶接終了条件ファイルによるレーザ溶接終了時におけるレーザ溶接装置への指令値の例を示す図で、最初「アナログ指令値１」で指定された電圧７．０Ｖが、レーザ溶接装置５に出力されていたのが、「スロープタイマ」で指定された時間０．０５秒の間に、「アナログ指令値２」で指定された電圧４．０Ｖへと低下する例が示されている。
【００１８】
前述の図４は直線補間の例であるが、レーザ溶接開始条件ファイルの「補間種類」の項目により溶接線の補間方法を指定することができる。図９は「補間種類」にて円弧補間を指定した例である。図９（ａ）はロボット１によりレーザヘッド３がＰ３、Ｐ４、Ｐ５へと直線移動しながら溶接開始点Ｗ３から溶接終了点Ｗ５までＷ４を介して円弧補間にて溶接を行う様子を示したものである。図９（ｂ）にこの動作に対応する動作プログラムを示す。
図９（ｂ）の動作プログラムにおいて、1行目の「ＭＯＶＬ」はロボット１の制御点をＰ３へ直線的に動作させ、レーザヘッド３内のミラー７を動作させる命令である。制御点はミラー７の回転中心になるよう予め設定されている。この結果Ｗ３がレーザビームの焦点位置となる。
次の行の「ＣＲＬＡＳＯＮ  ＣＳＦ＃２」は溶接開始命令であり、ＣＳＦ＃２にて指定されるレーザ溶接開始条件ファイルの設定に従ってレーザヘッド３およびレーザ溶接装置５（図１）を制御し、レーザ溶接をスタートさせる。
円弧補間が指定された場合においては、３行目の「ＭＯＶＬ」はロボット１の制御点をＰ４へ直線的に動作させながら、レーザヘッド３内のミラー７を動作させて、溶接軌跡（レーザビームの焦点位置の軌跡）が円弧補間となるようにする命令である。
同様に４行目の「ＭＯＶＬ」はロボット１の制御点をＰ５へ直線的に動作させながら、レーザヘッド３内のミラー７を動作させて、溶接軌跡（レーザビームの焦点位置の軌跡）が円弧補間となるようにする命令である。この結果、点Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５を結ぶ円弧がレーザビームの焦点位置の軌跡となる。
５行目の「ＣＲＬＡＳＯＦ  ＣＥＦ＃２」は溶接終了命令であり、ＣＥＦ＃２にて指定されるレーザ溶接終了条件ファイルの設定に従ってレーザヘッド３およびレーザ溶接装置５を制御し、レーザ溶接を終了させる。
【００１９】
また、レーザヘッド３を固定したまま、ミラー７のみを動作させて溶接を行うこともできる。図１０（ａ）はレーザヘッド３内のミラー７の回転軸中心がＰ６に停止した状態で、ミラー７の回転のみによって溶接開始点Ｗ６から溶接終了点Ｗ７まで直線補間にて溶接を行う様子を示したものである。図１０（ｂ）にこの動作に対応する動作プログラムを示す。
図１０（ｂ）の動作プログラムにおいて、1行目の「ＭＯＶＬ」はロボット１の制御点をＰ６へ直線的に動作させ、レーザヘッド３内のミラー７を動作させる命令である。制御点はミラー７の回転中心になるよう予め設定されている。この結果、点Ｗ６がレーザビームの焦点位置となる。
次の行の「ＣＲＬＡＳＯＮ  ＣＳＦ＃１」は溶接開始命令であり、ＣＳＦ＃１にて指定されるレーザ溶接開始条件ファイル（図５）の設定に従ってレーザヘッド３およびレーザ溶接装置５（図１）を制御し、レーザ溶接をスタートさせる。
３行目の「ＭＯＶＬ」はロボット１の制御点をＰ６へ動作させながら（すなわち、移動なし）、レーザヘッド３内のミラー７を動作させる命令である。この結果、点Ｗ６と点Ｗ７を結ぶ直線がレーザビームの焦点位置の軌跡となる。
４行目の「ＣＲＬＡＳＯＦ  ＣＥＦ＃１」は溶接終了命令であり、ＣＥＦ＃１にて指定されるレーザ溶接終了条件ファイル（図６）の設定に従ってレーザヘッド３およびレーザ溶接装置５を制御し、レーザ溶接を終了させる。
なお、溶接区間でない場合には、焦点位置Ｗの補間制御は行わない。つまり、レーザヘッド３内のサーボモータの教示位置から次の教示位置までは、均等に角度データを出力するように制御する。
【００２０】
続いて、ロボット軌跡演算部２５とレーザ軌跡演算部２６の詳細について、図に基づいて説明する。
図１１は、溶接の教示位置とレーザヘッド３との位置関係の例を示す図である。溶接開始点Ｗ１教示の際は、ロボット１（図１）を操作してレーザヘッド３をＰ１に移動させた後、レーザヘッド３内のミラー７（図１）を操作してレーザビームＬＢ１を溶接開始点Ｗ１に向ける。同様に、溶接終了点Ｗ２教示の際は、ロボット１を操作してレーザヘッド３をＰ２に移動させた後、レーザヘッド３内のミラー７を操作してレーザビームＬＢ２を溶接終了点Ｗ２に向ける。レーザヘッド３には、ロボット１の制御点（図１１においてはＰ１、Ｐ２）を原点とする座標系が設定されていて、溶接開始時の座標系を｛Ｌ１｝、溶接終了時の座標系を｛Ｌ２｝とする。
図１１において、｛Ｒ｝はロボット座標系で、ロボット１のベース部を原点とする。以降では、この図１１に示すような溶接開始点Ｗ１と溶接終了点Ｗ２を教示する場合を例として、ロボット軌跡演算部２５とレーザ軌跡演算部２６について説明する。
【００２１】
図１２は、図３に示すロボット制御装置２のロボット軌跡演算部２５とレーザ軌跡演算部２６の詳細を示す図である。図に示すように、レーザ軌跡演算部２６は、位置演算部３１と制御周期回数演算部３２とレーザ位置指令生成部３３とから構成される。
位置演算部３１は、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接開始時のレーザヘッド座標系｛Ｌ１｝の位置・姿勢RL1Ｔと、溶接開始時のレーザヘッド座標系｛Ｌ１｝から見た溶接開始点Ｗ１の位置L1Ｗ１とから、次式を用いてロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接開始点Ｗ１の位置RＷ１を出力する。
【００２２】
RＷ１＝RL1Ｔ・L1Ｗ１        ・・・  （１）
【００２３】
また、位置演算部３１は、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接終了時のレーザヘッド座標系｛Ｌ２｝の位置・姿勢RL2Ｔと、溶接終了時のレーザヘッド座標系｛Ｌ２｝から見た溶接終了点Ｗ２の位置L2Ｗ２とから、次式を用いてロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接終了点Ｗ２の位置RＷ２を出力する。
【００２４】
RＷ２＝RL2Ｔ・L2Ｗ２        ・・・  （２）
【００２５】
制御周期回数演算部３２は、式（１）、式（２）で演算した、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接開始点Ｗ１の位置RＷ１と、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接終了点Ｗ２の位置RＷ２とから、溶接開始点Ｗ１から溶接終了点Ｗ２までのベクトルＤを演算する。
また、図５に示すようなレーザ溶接開始条件ファイルによって指令される溶接速度Ｖを命令解釈部２４から取得し、溶接開始点Ｗ１から溶接終了点Ｗ２に向かうまでの制御周期Δｔの回数Ｎを次式で演算する。ここで、Δｔは０より大きい実数であり、Ｎは０以上の整数とする。
【００２６】
Ｎ＝｜Ｄ｜／（Ｖ・Δｔ）     ・・・  （３）
【００２７】
レーザ位置指令生成部３３は、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接開始点Ｗ１の位置RＷ１と、溶接開始点Ｗ１から溶接終了点Ｗ２までのベクトルＤと、式（３）で演算した制御周期回数Ｎを入力とし、ｋ回目の制御周期（ｋは整数、ただし０≦ｋ≦Ｎ）におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接点Ｗｋの位置RＷｋを次式で演算する。
【００２８】
RＷｋ＝RＷ１＋Ｄ・（ｋ／Ｎ）  ・・・  （４）
【００２９】
また、レーザ位置指令生成部３３は、ロボット軌跡演算部２５が演算する、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザヘッド座標系｛Ｌｋ｝の位置・姿勢RLkＴ（後述）と、式（４）で演算した、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接点Ｗｋの位置RＷｋとから、次式を用いてｋ回目の制御周期におけるレーザヘッド座標系｛Ｌｋ｝から見た溶接点Ｗｋの位置LkＷｋを出力する。
【００３０】
LkＷｋ＝LkRＴ・RＷｋ        ・・・  （５）
【００３１】
一方、ロボット軌跡演算部２５は、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接開始時のレーザヘッド座標系｛Ｌ１｝の位置・姿勢RL1Ｔと、ロボット座標系｛Ｒ｝から見た溶接終了時のレーザヘッド座標系｛Ｌ２｝の位置・姿勢RL2Ｔと、制御周期回数演算部３２で式（３）により求めた制御周期回数Ｎとから、次式を用いてｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザヘッド座標系｛Ｌｋ｝の位置・姿勢RLkＴを出力する。
【００３２】
RLkＴ＝RL1Ｔ＋（RL2Ｔ−RL1Ｔ）・（ｋ／Ｎ）    ・・・（６）
【００３３】
ロボット軌跡演算部２５の出力RLkＴ、レーザ位置指令生成部３３の出力LkＷｋは、それぞれロボットサーボアンプ２１、レーザヘッドサーボアンプ２２に入力され、ロボットサーボアンプ２１、レーザヘッドサーボアンプ２２が、それぞれロボット１のサーボモータ、レーザヘッド３のサーボモータを動作させる。
このように、ロボット軌跡演算部２５において、レーザ軌跡演算部２６内の制御周期回数演算部３２にて求めた制御周期回数Ｎを用いて、ｋ回目の制御周期におけるロボット座標系｛Ｒ｝から見たレーザヘッド座標系｛Ｌｋ｝の位置・姿勢RLkＴを求める、すなわちロボット１のサーボモータとレーザヘッド３のサーボモータとで同じ制御周期回数Ｎを用いるので、ロボット１のサーボモータとレーザヘッド３のサーボモータとが同時に起動・停止するようになり、溶接区間の移動時間がロボット１とレーザヘッド３のサーボモータとで同じになる。つまり、プレイバック時における溶接開始点Ｗ１から溶接終了点Ｗ２までの軌跡が教示したとおりになり、かつ溶接開始点Ｗ１および溶接終了点Ｗ２におけるレーザヘッド３の位置が教示したとおりになる。
【００３４】
続いて、レーザ軌跡演算部２６の別の機能について、図に基づいて説明する。
図１３は、レーザ軌跡演算部２６で生成する、円弧と直線の組み合わせからなるレーザビームの焦点位置の軌跡を示す図である。図１３において、第１の焦点位置４１と第２の焦点位置４２は、操作者がロボット１およびレーザヘッド３を操作してレーザビーム５０を移動させ、実際に教示する点であり、第１の焦点位置４１から第２の焦点位置４２へ向う方向に溶接するものとする。
円弧半径４３と円弧角度４４は、それぞれ第１の焦点位置４１と第２の焦点位置４２とを結ぶ直線と連結して１つの軌跡をなす円弧の半径（図１３中のＲ）と角度（図１３中のα）である。
レーザビーム焦点軌跡４７は、第１の焦点位置４１をその端点とする第１の円弧と、第２の焦点位置４２をその端点とする第２の円弧と、焦点位置４１、４２を結んだ軌跡であり、図１３に示す第１の円弧のもう一方の端点（溶接開始点５１）から第１の焦点位置４１、第２の焦点位置４２を経由して第２の円弧のもう一方の端点（溶接終了点５２）までの区間を指す。
面角度４５は、レーザビーム焦点軌跡４７を含む平面を決定する角度であり、第１の焦点位置４１と第２の焦点位置４２とを結ぶ直線回りの角度で定義される（図１３のβ）。レーザビーム焦点軌跡４７を含む平面上に存在し、第１の焦点位置４１から第２の焦点位置４２に向かうベクトルに直交するベクトルが、レーザヘッド座標系４９のＺL軸と直交する場合には面角度４５は０°とする。
前側距離４６は、溶接開始点５１における円弧の接線を外側に伸ばした方向に設けた補助点５３と溶接開始点５１との距離（図１３中のＬ0）であり、接線のうち、補助点５３から溶接開始点５１までを補助軌跡４８とする。補助軌跡４８は、次に説明するように、レーザビーム焦点位置の軌跡が溶接開始点５１を通るようにするための区間であるため溶接区間ではなく、この区間ではレーザビーム５０の照射は行わない。
【００３５】
ここで、補助点５３の役割について説明する。
多くの場合、レーザビーム焦点軌跡４７以外の区間ではタクトタイムを上げるためにロボット１とレーザヘッド３のミラー７をレーザビーム焦点軌跡４７の区間に比べて高速で移動させる。そのため、溶接開始点５１への進入方向によっては、サーボ系の追従遅れ等の原因により、焦点軌跡が溶接開始点５１を通過しない場合がある。こうした事態を防止するため補助点５３を設け、補助点５３を通過させるようにして、レーザビーム焦点軌跡４７以外の区間のレーザビーム焦点位置の移動速度が高速であっても、レーザビーム焦点軌跡が溶接開始点５１を通過するようにさせる。
【００３６】
以上、図１３を用いて説明したように、レーザ軌跡演算部２６は（図１２）レーザビーム焦点軌跡４７を生成するが、レーザビーム焦点軌跡４７を生成するために必要な情報は、図１４に示す設定画面で入力することができる。図１４は、レーザ軌跡演算部２６に関する設定を行う画面の例を示す図である。ここに示した設定項目は、操作者がペンダント４を操作することでその画面上に表示され、操作者が設定や変更を行い、ユーザファイル格納部２３に記録することができる。
図１４において、「レーザ溶接開始条件ファイル」、「レーザ溶接終了条件ファイル」については既に図５、図６を用いて説明した。ここでは前述の例と同様に、番号によってレーザ溶接条件ファイルを指定している。図１４の例では、ともに１番目のファイルを指定している。
「円弧半径」、「円弧角度」、「見込み距離」、「面角度」は、それぞれ図１３の円弧半径Ｒ、円弧角度α、前側距離Ｌ0、面角度βに相当する。「見込み軌跡速度」では、補助軌跡４８の区間のレーザビーム焦点位置の移動速度を指定する。但し前述のように補助軌跡４８の区間ではレーザビーム５０の照射は行わない。
「ロボット位置（開始）」と「レーザヘッド焦点位置（開始）」には図１３の第１の焦点位置４１を、「ロボット位置（終了）」と「レーザヘッド焦点位置（終了）」には図１３の第２の焦点位置４２をそれぞれ登録する。
図１３、図１４を用いて説明したようにレーザ軌跡演算部２６は、２つの教示点と、いくつかの形状に関するパラメータを元に円弧と直線の組み合わせからなるレーザビーム焦点軌跡を生成できるため、多数の教示点を必要とする方法と比較して軌跡の生成が格段に簡便になる。また、形状に関するパラメータを変更することで、大きさや形状の異なる様々なレーザビーム焦点軌跡を生成することができる。
【００３７】
図１３の例では、レーザビーム焦点軌跡４７以外の区間のレーザビーム焦点位置の移動速度が大きい場合でもレーザビーム焦点軌跡が溶接開始点５１を通るようにするために補助点５３を設けたが、レーザビーム焦点軌跡４７以外の区間の移動速度が低速であったり、または高速であっても溶接開始点５１を通過することが可能であったりする場合には、補助点５３を設けずに、生成する軌跡を溶接開始点５１から溶接終了点５２までとしてもよい。
また、溶接終了点５２に関しても、溶接終了点５２通過後のレーザビーム焦点位置の移動速度や離脱方向によっては、レーザビーム焦点軌跡が溶接終了点５２を通らない場合がある。その場合は、溶接終了点５２側にも補助点を設ければよい。
また、図１３の例では、レーザビーム焦点軌跡４７を含む面の傾きを決定する面角度４５（図１３のβ）を設けたが、レーザビーム軌跡４７を含む平面上に存在し、第１の焦点位置４１から第２の焦点位置４２に向かうベクトルに直交するベクトルが、常にレーザヘッド座標系４９のＺL軸と直交することを前提とするなら、面角度βの設定を省略してもよい。
さらに、図１３、図１４の例では、第１の焦点位置４１側の円弧と第２の焦点位置４２側の円弧に同一の円弧半径Ｒと円弧角度αを用いて大きさと形状が同じ円弧としていたが、第１の焦点位置４１側と第２の焦点位置４２側とで異なる円弧半径と円弧角度を用いて、両側で異なる大きさと形状の円弧を作成してもよい。
【００３８】
図１５は、レーザ軌跡演算部２６（図１２）にて生成する円弧と直線の組み合わせからなるレーザビームの焦点位置の軌跡の別例を示す図で、図１４に示す設定画面内の「円弧半径」の項目に負の値を設定した場合を示している。図１５では、図１３と円弧の向きが逆になっている。
通常では円弧半径が負の値をとることはありえないが、本実施例では円弧半径４３の正負によって円弧の向きを指定するように決めることで、図１４に示す設定画面に設定項目を別途追加することなく円弧の向きを直感的に設定できるようにしている。
【００３９】
図１６は、レーザ軌跡演算部２６（図１２）にて、図１４に示す設定画面で指定された円弧半径Ｒと円弧角度αとからレーザビーム焦点軌跡４７の形状を決定する際のフローチャートである。
図１６において、ステップＳ０１は、円弧半径Ｒが０かどうかを判定し、円弧半径Ｒが０の場合は、ステップＳ０２の１つの直線軌跡演算（後述、図１７参照）に移行し、そうでない場合は、ステップＳ０３に移行し、円弧角度αが０かどうかを判定する。
円弧角度αが０の場合は、ステップＳ０４のコの字状の軌跡演算（後述、図１８参照）に移行し、そうでない場合は、ステップＳ０５に移行し、円弧角度αが３６０°以上かどうかを判定する。
円弧角度αが３６０°以上の場合は、ステップＳ０６の１つの円軌跡演算（後述、図１９参照）に移行する。そうでない場合は、ステップＳ０７の円弧と直線の組み合わせからなる軌跡演算（前述、図１３〜１５参照）に移行する。
【００４０】
次に、ステップＳ０２、Ｓ０４、Ｓ０６について説明する。
図１７は、レーザ軌跡演算部２６（図１２）にて生成する１つの直線軌跡（ステップＳ０２）を示す図である。図１３において、円弧半径Ｒが０の場合、第１の焦点位置４１や第２の焦点位置４２を端点とする円弧が作成できない。直感的には、円弧の中心がそれぞれ第１の焦点位置４１と第２の焦点位置４２に吸収されたイメージとなる。従って、円弧半径Ｒが０の場合は、図１７に示すように、１つの直線軌跡となる。この場合、円弧角度αや面角度βが設定されていても無視する。また、溶接開始点５１と溶接終了点５２は、それぞれ、第１の焦点位置４１と第２の焦点位置４２と同一点となる。
【００４１】
図１８は、レーザ軌跡演算部２６（図１２）にて生成する、直交する３つの直線からなるコの字状の軌跡（ステップＳ０４）を示す図である。図１３において、円弧角度αが０の場合、第１の焦点位置４１や第２の焦点位置４２を端点とする円弧が作成できない。直感的には、円弧の中心は存在するが、円弧部分がなくなったイメージとなる。従って、円弧角度αが０の場合は、図１８に示すように、直交する３つの直線軌跡となる。前述のように、円弧半径Ｒの正負の指定で、第１の焦点位置４１や第２の焦点位置４２を端点とする直線部分の向きが変わる。図１８において、（ａ）は円弧半径Ｒが正の場合、（ｂ）は円弧半径Ｒが負の場合である。
【００４２】
図１９は、レーザ軌跡演算部２６（図１２）にて生成する、１つの円軌跡（ステップＳ０６）を示す図である。図１３において、円弧角度αが３６０°以上の場合、第１の焦点位置４１を端点とする円弧が閉じた円となる。従って、円弧角度αが３６０°以上の場合は、図１９に示すように、１つの円軌跡となる。円弧角度αが３６０°を越える分は円の軌跡を重ねればよい。第１の焦点位置４１から第２の焦点位置４２までの間にはレーザビーム焦点軌跡４７が描かれないが、第２の焦点位置４２は、レーザビーム焦点軌跡４７を含む面を決めるために必要な教示点である。前述のように、円弧半径Ｒの正負で、円の向きが変わる。図１９において、（ａ）は円弧半径Ｒが正の場合、（ｂ）は円弧半径Ｒが負の場合である。
【００４３】
以上、図１６〜図１９を用いて説明したように、本発明によれば、形状に関する数種類のパラメータの設定によって円弧と直線の組み合わせ以外のレーザビーム焦点軌跡を生成することができるため、設定項目を図１４の設定画面に別途追加することなく、直感的に設定することができる。
【００４４】
以上は、図２に示すようにレーザヘッド３がミラー７をＸ軸回りおよびＹ軸回りに回転させる２軸の駆動軸を備える場合について説明したが、この機構に図２に示すレンズをレーザビームの進行方向に沿って動かす軸を設け、その軸をレーザヘッドサーボアンプで駆動する機構を加えてもよい。このような機構にするとレンズを移動させることで状況に応じてレーザヘッド３から焦点位置Ｗまでの距離を様々に変更することが可能となり、本ロボットシステムを用いたレーザ溶接作業の自由度が向上する。
さらに、本発明はレーザ溶接に限らず、レーザによる切断などロボットを用いたレーザ加工用途に広く適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、駆動軸を備える工具が取り付けられたロボットシステムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例を示すロボットシステムの構成図である。
【図２】図１に示すレーザヘッドの構成図である。
【図３】図１に示すロボット制御装置のブロック図である。
【図４】図１に示すロボットシステムにおける直線補間の教示位置と溶接経路および動作プログラムの例を示す図である。
【図５】図３に示すロボット制御装置のレーザ溶接開始条件ファイルの例を示す図である。
【図６】図３に示すロボット制御装置のレーザ溶接終了条件ファイルの例を示す図である。
【図７】図５に示す開始条件ファイルによるレーザ溶接開始時におけるレーザ溶接装置への指令値の例を示す図である。
【図８】図６に示す終了条件ファイルによるレーザ溶接終了時におけるレーザ溶接装置への指令値の例を示す図である。
【図９】図１に示すロボットシステムにおける円弧補間の教示位置と溶接経路および動作プログラムの例を示す図である。
【図１０】図１に示すロボットシステムにおける他の直線補間の教示位置と溶接経路および動作プログラムの例を示す図である。
【図１１】溶接の教示位置とレーザヘッドの位置関係の例を示す図である。
【図１２】図３に示すロボット制御装置のロボット軌跡演算部とレーザ軌跡演算部の詳細を示す図である。
【図１３】レーザ軌跡演算部で生成する、円弧と直線の組み合わせからなるレーザビーム焦点軌跡を示す図である。
【図１４】レーザ軌跡演算部に関する設定を行う画面の例を示す図である。
【図１５】レーザ軌跡演算部で生成する円弧と直線の軌跡を示す図で、円弧半径が負の場合である。
【図１６】レーザ軌跡演算部で円弧半径と円弧角度とからレーザビーム焦点軌跡の形状を決定するフローチャートである。
【図１７】レーザ軌跡演算部で生成する１つの直線軌跡を示す図である。
【図１８】レーザ軌跡演算部で生成するコの字状の軌跡を示す図である。
【図１９】レーザ軌跡演算部で生成する１つの円軌跡を示す図である。
【図２０】従来の工作物を加工する装置の構成図である。
【図２１】図２０に示す装置による加工経路を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ロボット
２  ロボット制御装置
３  レーザヘッド
４  ペンダント
５  レーザ溶接装置
６  ファイバー
７  ミラー
２１  ロボットサーボアンプ
２２  レーザヘッドサーボアンプ
２３  ユーザファイル格納部
２４  命令解釈部
２５  ロボット軌跡演算部
２６  レーザ軌跡演算部
３１  位置演算部
３２  制御周期回数演算部
３３  レーザ位置指令生成部
４１  第１の焦点位置
４２  第２の焦点位置
４３  円弧半径
４４  円弧角度
４５  面角度
４６  前側距離
４７  レーザビーム焦点軌跡
４８  補助軌跡
４９  レーザヘッド座標系
５０  レーザビーム
５１  溶接開始点
５２  溶接終了点
５３  補助点
【図１】
2006187803.tif 000003
【図２】
2006187803.tif 000004
【図３】
2006187803.tif 000005
【図４】
2006187803.tif 000006
【図５】
2006187803.tif 000007
【図６】
2006187803.tif 000008
【図７】
2006187803.tif 000009
【図８】
2006187803.tif 000010
【図９】
2006187803.tif 000011
【図１０】
2006187803.tif 000012
【図１１】
2006187803.tif 000013
【図１２】
2006187803.tif 000014
【図１３】
2006187803.tif 000015
【図１４】
2006187803.tif 000016
【図１５】
2006187803.tif 000017
【図１６】
2006187803.tif 000018
【図１７】
2006187803.tif 000019
【図１８】
2006187803.tif 000020
【図１９】
2006187803.tif 000021
【図２０】
2006187803.tif 000022
【図２１】
2006187803.tif 000023