(57)【要約】  本発明は、加工ヘッド、特にレーザ加工ヘッド（１０）を、加工対象のトラック（２３）に沿ってガイドする方法であって、光の線（１６）が、加工対象のトラック（２３）上に、加工対象のトラック（２３）に対して横方向に、加工方向にある加工点（１４）の前に距離（ｄ）で投影され、加工中に連続して記録される光の線（１６）の画像から、加工点（１４）の前方のトラック（２３）の位置ｙ（Ｐｎ）が決定され、加工点（１４）は、前記加工点（１４）が、トラック（２３）の位置ｙ（Ｐｎ）が決定されたトラック（２３）上のそれぞれの点（Ｐｎ）に達するとすぐに、トラック（２３）と整列される、方法に関する。加工点（１４）、即ち特に加工レーザビームの焦点を、加工対象のトラック（２３）、即ち接合対象のシームまたは継手に沿ってガイドするために、加工点（１４）が加工対象のトラック（２３）に沿ってガイドされる現在の加工速度、さらに、加工点（１４）からの光の線（１６）の距離（ｄ）および現在の加工速度から、加工点がトラック（２３）のそれぞれの点（Ｐｎ）に達する時間が決定されるということを実現する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ヘッド、特にレーザ加工ヘッド（１０）を、加工対象のトラック（２３）に沿ってガイドする方法であって、
−  光の線（１６）が、前記加工対象のトラック（２３）上に、前記加工対象のトラック（２３）に対して横方向に、加工方向にある加工点（１４）の前に距離（ｄ）で投影され、
−  前記加工点（１４）の前方の前記トラック（２３）の位置ｙ（Ｐｎ）は、加工中に連続して記録される前記光の線（１６）の画像から決定され、
−  前記加工点（１４）は、前記加工点（１４）が、前記トラック（２３）の前記位置ｙ（Ｐｎ）が決定された前記トラック（２３）上のそれぞれの点（Ｐｎ）に達するとすぐに、前記トラック（２３）と整列され、
前記加工点（１４）が前記加工対象のトラック（２３）に沿ってガイドされる現在の加工速度が記録され、
前記加工点が前記トラック（２３）の前記それぞれの点（Ｐｎ）に達する時間が、前記加工点（１４）からの前記光の線（１６）の前記距離（ｄ）および前記現在の加工速度から決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記現在の加工速度が、前記加工ヘッド（１０）の動きを制御する制御ユニットから読み込まれ、前記加工点（１４）のトラッキングの時間の計算においてパラメータとして使用されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、ワークピース上の前記光の線（１６）と前記加工方向にある加工点（１４）との間の実際の距離（ｄ）が、記録され、前記加工点（１４）のトラッキングの時間の計算のためのパラメータとして使用されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、記録された前記実際の距離（ｄ）が、ワークピース表面（１３）からの加工レーザビーム（１５）の焦点の距離の閉ループ制御のパラメータとして使用されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、記録された前記実際の距離（ｄ）が、前記ワークピース表面（１３）からの加工ヘッド（１０）の距離の閉ループ制御のパラメータとして使用されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、記録された前記実際の距離（ｄ）が、前記ワークピース表面（１３）上に前記加工レーザビーム（１５）の焦点を合わせるためのビーム成形光学ユニット（１１）を変位させるためのパラメータとして使用されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工ヘッド、特にレーザ加工ヘッドを、加工対象のトラックに沿って、特に、互いに溶接されることになる接合対象の２つの部品の間の接合部または突合せ部に沿って、ガイドする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ照射で溶接する際、レーザビームは、加工点を形成するその焦点が、互いに溶接されることになる接合対象の２つの部品の間の接合部または突合せ部にちょうど一致するように向けられなければならない。この目的のために使用されるのが、三角測量センサの助けを借りて、継ぎ目または突合せ部、即ち加工対象のトラックの実際の位置を記録するシームトラッキングシステムである。こういったシステムの場合、レーザビームの照射点の前にワークピースに投影された光の線のレーザビームの照射点からの距離、およびレーザ照射点、即ち加工点の進行速度が、パラメータとして規定される。
【０００３】
この手順の欠点は、実際の位置がレーザ照射点の設定点位置から外れることであり、これは、溶接作業中に進行速度が変化する運動学的システムの場合には特にそうであり、それは特にロボットガイドのレーザ加工ヘッドに当てはまる。この理由は、レーザ照射点、即ちレーザビームによって生成される加工点のトラッキングの、進行速度および距離から計算された時間が、進行速度が変化した場合に誤って計算されることである。レーザビーム焦点の直径が小さい場合は特に、レーザビームが加工対象のトラック、即ち接合部または突合せ部に照射される際の精度は、取付横断面および結果として溶接の質に関連する変数となる。レーザビームの直径が小さいほど、レーザビームはより正確に接合部に照射されなければならない。
【０００４】
さらに、ワークピース表面から焦点位置までの距離の変化の結果として誤差が生じる場合がある。その結果、ワークピース表面上のレーザの照射点からのワークピースに投影された光の線の距離もまた変化する。このような誤差があった場合にレーザビームの焦点をシフトしてワークピース表面に戻すために、ワークピース表面からのビーム成形光学ユニットの距離が補正される場合がある。この目的のため、例えば、レーザ加工ヘッド内のビーム成形光学ユニットが調整され得る。しかしながら、原則として、レーザ加工ヘッドをワークピース表面に対して垂直に調整することも可能である。
【０００５】
独国特許出願公告第１０  ２０１０  ０６０  １６２（Ｂ３）号は、光切断法または三角測量法により接合デバイスの加工レーザのガイダンスの精度を向上させるための方法を開示し、ここでは、光切断法の助けを借りて、画像データから、それにより得られるワークピースのトポロジを決定するために、加工レーザの照射点の前の光の測定線の照射点からの距離は、継ぎ目長手方向に変化される。ワークピースのトポロジの知識に基づいて、高さの変化によって生じる、光の測定線とレーザ加工点との距離の誤差を補償することが可能である。
【０００６】
独国特許出願公開第１０  ２００６  ００４  ９１９（Ａ１）号は、光切断法を用いてレーザ加工ヘッドを溶接対象の継ぎ目に沿ってガイドするさらなる方法を開示し、ここでは、前もって溶接方向に、レーザ線が、溶接対象の継ぎ目上に投影され、画像処理ユニットによって測定される。レーザ線の画像から、溶接対象の継ぎ目の形状、および結果としてその実際の位置が決定される。溶接対象の継ぎ目の現在の位置の設定点位置からの測定された偏差は、溶接位置からの、即ち加工点からの測定位置の距離を考慮することなく、溶接対象の継ぎ目に沿って溶接位置を決定するレーザ焦点をガイドするために直接使用される補正信号を決定するための基準と見なされる。
【０００７】
独国特許出願公告第１０  ２００６  ０３０  １３０（Ｂ３）号は、ワークピースからのレーザ加工ヘッドの距離を測定するため、およびその距離の方向に垂直の方向にある平面、即ちワークピースの表面に対応する平面内のレーザ加工点の速度ベクトルを測定するための１つ以上の光学センサを備える適合性の高いレーザ加工ヘッドを開示する。使用される光学センサ、および決定される測定データの処理のおかげで、レーザ加工点を加工対象のトラックに沿ってガイドすることが可能である。この場合、ワークピース表面からの作用点の距離および／またはレーザビームが放射される方向に応じてレーザ加工点の進行速度に基づいて閉ループ制御を実行することが可能である。
【０００８】
独国特許出願第１０  ２００９  ０５７  ２０９号は、さらなるレーザ加工ヘッドを開示しており、このレーザ加工ヘッドは、作用レーザビーム用のスキャナ光学ユニットを備え、シームガイドに加えて、このスキャナ光学ユニットの助けを借りて、加工速度、即ちレーザ加工点がワークピースに対して移動される速度が、ガイド速度、即ちレーザ加工ヘッドの速度に関連して低減または増大され得る。シームトラッキング自体、即ち加工対象の継ぎ目またはトラックに沿ったレーザ加工点のガイドが、三角測量を用いて光切断の原理に基づいてもう一度行われる。
【０００９】
独国特許出願公開第１０  ２０１０  ０１１  ２５３（Ａ１）号は、レーザ加工ヘッドを加工対象のトラックに沿ってガイドするためのさらなる方法を開示し、ここでは、接合対象の継ぎ目またはトラックの位置は、加工点の前の加工線上に投影された光の線の助けを借りて、光切断の原理に基づいて記録される。最適の接合プロセスでは、加工点、即ち作用レーザビームの焦点は、接合対象の継ぎ目に沿って予め規定された高さで常に走行することが意図されるため、レーザビームの照射点からの光の線の距離も評価される。記録された距離に応じて、レーザ加工ヘッドは、加工点からの光の線の距離を一定に保つために加工対象のワークピースの表面に対して垂直に上下に動かされ、それによりレーザ加工ヘッドとワークピースとの距離、および結果としてワークピースに対する作用レーザビームの焦点の位置も一定に保たれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公告第１０  ２０１０  ０６０  １６２号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０  ２００６  ００４  ９１９号明細書
【特許文献３】独国特許出願公告第１０  ２００６  ０３０  １３０号明細書
【特許文献４】独国特許出願第１０  ２００９  ０５７  ２０９号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０  ２０１０  ０１１  ２５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような背景に反して、本発明は、加工ヘッド、特にレーザ加工ヘッドを、加工対象のトラックに沿ってガイドするさらなる方法を提供するという目的に基づき、本方法を用いると、加工点、即ち特に加工レーザビームの焦点が、加工対象のトラックに沿って、即ち接合対象の継ぎ目または接合部に沿って精密にガイドされる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１に従う方法によって達成される。本方法の有利な改善点および開発点は、従属請求項において説明される。
【００１３】
本発明によると、加工点は、この位置までのトラックの位置の記録の後、規定の遅延時間後に標準的なやり方で設定されるのではなく、遅延時間が、各ケースにおいて、加工中に、各加工点に対して、または加工点の連続する群に対して、それぞれの実際の加工速度および加工中心点（ＴＣＰ、Ｔｏｏｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｉｎｔ）からの光切断線のそれぞれの実際の距離から個々に決定される。これは、加工点が設定されるべき位置まで、トラックの所在地に加工点がある時間ちょうどに加工点の調整が常に行われるという効果を達成する。これが、加工の質を著しく損なう可能性のある設定の不正確さをほぼ完全に除外することを可能にする。
【００１４】
原則として、好適な方法を用いて、現在の加工速度、即ち実際の加工速度を測定することが可能であるが、本発明によると、現在の加工速度は、加工ヘッドの動きを制御する制御ユニットから読み込まれ、加工点のトラッキングの時間の計算のために現在のパラメータとして使用されるものとする。
【００１５】
本発明の有利な改善点の場合、さらに、ワークピース上の光の線と加工方向にある加工点との間の実際の距離が、記録され、加工点のトラッキングの時間の計算のために現在のパラメータとして使用されるものとする。その結果、加工点のトラッキングの精度がさらに改善される。
【００１６】
レーザ照射を用いてワークピースを加工するとき、特に溶接するとき、加工レーザビームの焦点をワークピース表面から同じ距離に常に保つことが必要であるため、本発明の有利な改良点の場合、光の線と加工点との間の記録された実際の距離は、ワークピース表面からの加工レーザビームの焦点の距離の閉ループ制御のパラメータとして使用されるものとする。
【００１７】
加工レーザビームの焦点の距離の閉ループ制御は、この場合、レーザ加工ヘッド全体の変位、またはレーザ加工ヘッド内のビーム成形光学ユニットの変位のいずれかによって行われ得る。
【００１８】
本発明は、例えば図面に基づいて、以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】シームトラッキングシステムとともに、加工ヘッド、特にレーザ加工ヘッドの簡単な概略ブロック図を示す。
【図２】（ａ）は、レーザ照射点および光切断線の領域内のワークピース表面のカメラ画像の概略図を示し、（ｂ）は、加工レーザビームおよび光切断線を生成するための扇状の光とともに、加工トラックに対して横方向のワークピースの簡単な概略横断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面の様々な図において、互いに対応する要素は同じ符号が付与される。
【００２１】
図１は、ビーム成形光学ユニット１１、および以後は簡単にレーザビーム１５とも称される加工レーザビーム１５の照射点１４の領域内のワークピース表面１３を観察するためのカメラ１２を有する加工ヘッド、特にレーザ加工ヘッド１０、ならびに扇状の光１８を用いて光切断投光器１７からワークピース２０の表面１９上に投影された光の線（投影線）１６をかなり簡略化した形態で示す。
【００２２】
レーザ加工ヘッド１０は、それ以上具体的には表されない機械制御によって、加工プロセスに対応する速度で進行の方向２１にガイドされる。両矢印２２によって示されるように、レーザ加工ヘッド１０は、加工対象のトラック２３のちょうど上に、即ちワークピースの２つの部品の間の突合せ部のちょうど上に、レーザビーム１５の照射点１４を保つために、回動され得るか、さもなければ横方向に変位され得る。さらには、機械制御は、両矢印２４によって示されるように、ビーム成形光学ユニット１１、特にレーザ加工ヘッド１０内の焦点合わせ光学ユニットを調整することに使用する。さらには、ワークピース２０に対するレーザ焦点の位置高さを設定するために、レーザ加工ヘッド１０全体をワークピース表面１９に対して垂直に両矢印２５に従って調整することもできる。
【００２３】
カメラ１２によって記録された画像データから、画像処理ユニット２６は、投影線１６とレーザビーム１５の照射点１４との間の距離ｄ、およびさらに、ｙ方向、即ちレーザ加工点１０の進行の方向を横断する方向、即ちｘ方向を横断する方向にある、投影線１６と突合せ部またはトラック２３との交差点の位置Ｐｎを決定する。
【００２４】
加工対象のトラック２３の上、即ち記録された突合せ部の上で、加工レーザビーム１５の照射点１４を正確にガイドするためには、レーザビーム１５の照射点１４がトラックの記録された位置に設定されるまでの時間を決定する必要がある。
【００２５】
この時間は、距離ｄを現在の進行速度または加工速度で割った商として計算される。
【００２６】
原則として現在の進行速度を測定することが可能であるが、カメラ画像から決定される位置ｙ（Ｐｎ）だけでなくレーザビーム１５の照射点１４と投影線１６との間の距離ｄを供給される計算ユニット２７が、機械制御の制御ユニットから現在の加工速度を読み込めば得策である。
【００２７】
画像処理ユニット２６によって決定される光線１６とレーザビーム１５の照射点１４との間の距離ｄは、トラックの位置ｙ（Ｐｎ）の記録とレーザビーム１５の照射点１４のトラッキングとの時間差を計算するためのパラメータとしてだけでなく、ワークピース２０の表面１３に対するレーザビーム焦点の高さを設定するためのパラメータとしても使用される。三角測量を用いると、実際の距離を設定点距離と比較することにより、ｚ方向に、即ちワークピース表面１３に垂直に、ワークピース表面１３に対するレーザビーム焦点の位置を決定することが可能である。実際の距離ｄが、設定点距離よりも小さい場合、レーザ加工点に対応する作用レーザ焦点、即ちＴＣＰは、ワークピース表面１３より上のある距離に位置する。逆に、実際の距離が設定点距離より大きい場合、レーザビーム焦点はワークピース表面１３より下にある。
【００２８】
レーザビーム焦点をワークピース表面に対して垂直に所望の位置へと移動するためには、一方では、対応する作動信号を機械制御に出力することが可能であり、機械制御が、破線２５’によって示されるように、両矢印２５に対応するやり方でレーザ加工ヘッド１０全体を調整する。しかしながら、レーザビーム焦点は、破線２４’によって示されるように、対応する作動信号に応じてビーム成形光学ユニット１１を変位または変化させることによって調整することもできる。
【００２９】
レーザ加工、特に溶接プロセスの質を確実にするため、正確なシームトラッキングが必要とされる。この目的のため、本発明によると、加工プロセス中、即ち溶接プロセス中の実際の進行速度が、機械制御から読み込まれ、計算ユニット２７のソフトウェアによって、レーザ照射点１４のトラッキングの時間の計算のために現在のパラメータとして使用される。三角測量に基づいて、照射方向（ｚ方向）におけるレーザビーム焦点の変位は、レーザ照射点１４からの投影線１６の距離の変化、即ち、同様に画像処理ユニット２６によって決定されるＴＣＰまでの光切断の距離の変化から計算される。次いでこの値は、レーザビーム焦点が再びワークピース表面１３上に存在するようなやり方で焦点合わせレンズまたはコリメートレンズを変位させるために使用される。
【００３０】
したがって、本発明によると、正確なシームトラッキングを得るため、ワークピースに対するレーザ加工ヘッドの経時的に変化する進行速度と、加工中心点からの、即ちレーザ照射点からの光切断線の距離の変化との両方が考慮される。両方の値は、加工ラインの横方向のシームトラッキングの焦点トラッキングにおいて計算的に考慮される。
【図１】
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【図２（ａ）】
2018528079.tif 000004
【図２（ｂ）】
2018528079.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月13日(2017.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ヘッド、特にレーザ加工ヘッド（１０）を、加工対象のトラック（２３）に沿ってガイドする方法であって、
−  光の線（１６）が、前記加工対象のトラック（２３）上に、前記加工対象のトラック（２３）に対して横方向に、加工方向にある加工点（１４）の前に距離（ｄ）で投影され、
−  前記加工点（１４）の前方の前記トラック（２３）の位置ｙ（Ｐｎ）は、加工中に連続して記録される前記光の線（１６）の画像から決定され、
−  前記加工点（１４）は、前記加工点（１４）が、前記トラック（２３）の前記位置ｙ（Ｐｎ）が決定された前記トラック（２３）上のそれぞれの点（Ｐｎ）に達するとすぐに、前記トラック（２３）と整列され、
前記加工点（１４）が前記加工対象のトラック（２３）に沿ってガイドされる現在の加工速度が、前記加工ヘッド（１０）の動きを制御する制御ユニットから読み込まれ、
前記加工点が前記トラック（２３）の前記それぞれの点（Ｐｎ）に達する前記加工点（１４）のトラッキングの時間が、前記加工点（１４）からの前記光の線（１６）の前記距離（ｄ）および前記現在の加工速度から決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、ワークピース上の前記光の線（１６）と前記加工方向にある加工点（１４）との間の実際の距離（ｄ）が、記録され、前記加工点（１４）のトラッキングの時間の計算のためのパラメータとして使用されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、記録された前記実際の距離（ｄ）が、ワークピース表面（１３）からの加工レーザビーム（１５）の焦点の距離の閉ループ制御のパラメータとして使用されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、記録された前記実際の距離（ｄ）が、前記ワークピース表面（１３）からの加工ヘッド（１０）の距離の閉ループ制御のパラメータとして使用されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、記録された前記実際の距離（ｄ）が、前記ワークピース表面（１３）上に前記加工レーザビーム（１５）の焦点を合わせるためのビーム成形光学ユニット（１１）を変位させるためのパラメータとして使用されることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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2018528079.tif 000008
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