CN108115268A - 激光加工系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光加工系统。该激光加工系统包括：激光振荡器(200)；激光射出工具(30)，其连接于激光振荡器(200)且被第一机器人(10)支承，射出从激光振荡器(200)供给的激光；激光加工工具(40)，其被第二机器人(20)支承，接收从激光射出工具(30)射出的激光并朝向规定的加工位置射出所述激光。

Description

激光加工系统
技术领域
本发明涉及一种将来自激光振荡器的激光向加工位置射出的激光加工系统。
背景技术
以往，已知有如下激光加工系统：该激光加工系统包括以沿着钢板的宽度方向延伸的方式设置于工厂内的门型框架，以及在钢板的宽度方向空出间隔地配置于门型框架的一对激光加工工具，通过一对激光加工工具在两个位置同时进行激光加工(例如参照专利文献1)。
在该激光加工系统中还具有：被支承于门型框架的单一激光振荡器；光导管，其以在钢板的宽度方向延伸的方式固定于门型框架的上表面；以及引导单元，其连接激光振荡器的光发射部与光导管的长边方向的中央部，将来自激光振荡器的激光引导至光导管内，同时使来自激光振荡器的激光朝向光导管的长边方向的一端和另一端折射，并且将来自单一激光振荡器的激光向一对激光加工工具供给。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-96384号公报
发明内容
发明所需解决的问题
在所述激光加工系统中，所述一对激光加工工具分别具有光接收单元，所述光接收单元用于接收光导管内的激光。另外，各激光加工工具还具有用于移动光接收单元的移动机构，当通过移动机构将光接收单元配置于光导管内时，进入供给激光的激光射出状态，当通过移动机构将光接收单元配置于光导管外时，进入未供给激光的激光非射出状态。由此，能够从单一激光振荡器向一对激光加工工具任意地供给激光。
然而，在所述激光加工系统中，来自激光振荡器的激光被供给到光导管的中央部，同时激光朝着光导管的长边方向的一端和另一端折射。因此，即使一对激光加工工具中的一个激光加工工具的光接收单元未配置在光导管内，也会处于激光始终朝向光导管的长边方向的一端和另一端照射的状态，这是低效的。
另一方面，为了使用多个激光加工工具同时在多个位置进行激光加工，可以考虑分别通过机器人支承多个激光加工工具，并通过光纤分别连接激光振荡器与多个激光加工工具的情况。但是，如果光纤被弯曲成比规定的曲率半径小的曲率，则光传播的效率将会被显著降低。
并且，光纤是脆的，如果光纤无意中被机器人挂住，则光纤可能发生破损。因此，支承激光加工工具的机器人的可动范围，例如机器人的关节的可动角度受到光纤的制约，同时为了防止光纤的破损，机器人的移动速度也会变慢。
本发明正是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种激光加工系统，能够提高利用机器人进行移动的激光加工工具的移动的自由度。
解决问题的手段
为了解决上述课题，本发明采用以下手段。
根据本发明的一方面的激光加工系统包括：激光振荡器；激光射出工具，其连接于所述激光振荡器且被第一机器人支承，射出从所述激光振荡器供给的激光；以及激光加工工具，其被第二机器人支承，接收从所述激光射出工具射出的所述激光并朝向加工位置射出所述激光。
在该方面中，被第一机器人支承的激光射出工具射出来自激光振荡器的激光，被第二机器人支承的激光加工工具接收从激光射出工具射出的激光。因此，例如，即使没有通过光纤将第二机器人支承的激光加工工具与激光振荡器连接，激光加工工具也能够朝向加工位置射出激光，支承激光加工工具的第二机器人的动作不会受到光纤的制约。
在所述方面中，优选地，所述激光加工系统具有分别支承所述激光加工工具的多个所述第二机器人。通过这样地构成，例如，在从激光射出工具向多个第二机器人中的一个第二机器人的激光加工工具供给激光的状态下，可以进行其它的第二机器人的移动，或者将其它的第二机器人所支承的激光加工工具向下一个加工位置移动等。在该情况下，仅仅通过将激光射出工具的激光的供给目的地切换为其它的第二机器人的激光加工工具，就能够在短时间内进行激光加工的位置的更换。
在所述方面中，优选地，所述激光加工系统具有机器人支承机构，用于分别支承所述多个第二机器人中的每一个第二机器人，以使每个第二机器人可移动。通过这样地构成，例如在从激光射出工具向多个第二机器人中的一个第二机器人的激光加工工具供给激光的状态下，能够较大地改变被其它的第二机器人支承的激光加工工具的位置。
在所述方面中，也可以具有控制装置，所述控制装置控制所述第一机器人，以根据所述激光加工工具的位置改变所述激光射出工具的位置和/或姿势，并且控制来自所述激光射出工具的所述激光的射出时间。
在该结构中，根据被第二机器人支承的激光加工工具的位置，改变被第一机器人支承的激光射出工具的位置和/或姿势变化，控制来自激光射出工具的激光的射出时间，从而来自被第二机器人支承的激光加工工具的激光的射出时间也被控制，因此能够容易地进行激光加工的加工条件的设定。
在所述方面中，优选地，所述激光加工工具包括：透镜或反射部件，用于接收从所述激光射出工具射出的所述激光；以及防尘窗，所述激光在到达该透镜或者反射部件之前，通过所述防尘窗。
该结构在防止激光加工工具中因接收激光的透镜或反射部件的污染、损伤、破损等引起的激光加工的质量变化这方面是有利的。
在所述方面中，所述激光加工系统也可以具有用于清洗所述防尘窗的清洗装置。
根据该结构，作业者无需进入激光照射的空间内或者其附近，就能够进行激光加工工具的防尘窗的清洗。因此，能够提高作业的安全性，并且能够提升防尘窗的清洗的频率，从而实现激光加工的质量的提高。
发明的效果
根据本发明，能够提高利用机器人进行移动的激光加工工具的移动的自由度，并且能够缩短周期。
附图说明
图1是根据本发明的一实施方式的激光加工系统的立体图。
图2是根据本发明的实施方式的激光加工系统的框图。
图3是根据本发明的实施方式的激光加工系统的动作说明图。
图4是根据本发明的实施方式的激光加工系统的动作说明图。
图5是根据本发明的实施方式的激光加工系统的主要部位的主视图。
图6是表示根据本发明的实施方式的激光加工系统的机器人控制装置的主控制部的动作的流程图。
图7是表示根据本发明的实施方式的激光加工系统的变形例的主要部位的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一个实施方式的激光加工系统进行说明。
如图1所示，该激光加工系统包括：加工系统主体100；被支承于加工系统主体100的第一机器人10以及多个(在本实施方式中是两个)第二机器人20；被支承于第一机器人10的前端的激光射出工具30；被支承于各第二机器人20的前端的激光加工工具40；机器人控制装置50；通过光纤33向激光射出工具30供给激光的公知的激光振荡器200。
如图1所示，加工系统主体100包括：门型的框架101，其具有一对支柱部101a以及连接一对支柱部101a的上端的梁部101b；支承部件102，其被固定于框架101的梁部101b；以及工件支承部103，用于支承工件W。也可以代替门型的框架101而形成由多个梁部件和壁部件构成的加工室，将支承部件102固定于加工室内。
激光振荡器200具有由计算机构成的激光控制部201，所述计算机具有CPU、RAM、ROM等(参照图2)，并且通过激光控制部201对供给到激光射出工具30的激光的强度、供给时间、时机等进行控制。在本实施方式中，根据来自后述的机器人控制装置50的主控制部51的控制指令，激光控制部201对供给到激光射出工具30的激光的强度、供给时间、时机等进行控制。
第一机器人10具有多个可动部，同时还具有分别驱动多个可动部的多个伺服马达11。作为各伺服马达11，可以使用旋转马达、直动马达等的各种伺服马达。各伺服马达11中内置有用于检测其动作位置的编码器等的动作位置检测装置，并且动作位置检测装置的检测值被发送到机器人控制装置50。
各第二机器人20具有多个可动部，同时还具有分别驱动多个可动部的多个伺服马达21。作为各伺服马达21，可以使用旋转马达、直动马达等的各种伺服马达。各伺服马达21中内置有用于检测其动作位置的编码器等的动作位置检测装置，动作位置检测装置的检测值被发送到机器人控制装置50。
机器人控制装置50例如包括：具有CPU、RAM等的主控制部51；显示装置52；具有非易失性存储器、ROM等的存储装置53；在创建第一机器人10和两个第二机器人20的动作程序等时进行操作的示教器54；以分别对应第一机器人10的各伺服马达11的方式设置的多个伺服控制器55；以分别对应两个第二机器人20的各伺服马达21的方式设置的多个伺服控制器56(参照图2)。
在存储装置53中存储有系统程序53a，系统程序53a承担机器人控制装置50的基本功能。另外，在存储装置53中至少分别存储有一个使用示教器54创建的第一机器人动作程序60、第一加工工具动作程序71以及第二加工工具动作程序72。
例如，主控制部51通过系统程序53a进行动作，读取被存储于存储装置53中的第一机器人动作程序60并将其暂时储存在RAM中，根据读取的第一机器人动作程序60向各伺服控制器55发送控制信号，由此，控制第一机器人10的各伺服马达11的伺服放大器。作为示例，创建第一机器人动作程序60以控制由第一机器人10支承的激光射出工具30的位置和姿势。
另外，主控制部51读取被存储于存储装置53的第一加工工具动作程序71并将其暂时储存在RAM中，根据读取的第一加工工具动作程序71向各伺服控制器56发送控制信号，由此，控制一个第二机器人20的各伺服马达21的伺服放大器。
另外，主控制部51读取被存储于存储装置53的第二加工工具动作程序72并将其暂时储存在RAM中，根据读出的第二加工工具动作程序72向各伺服控制器56发送控制信号，由此，控制另一个第二机器人20的各伺服马达21的伺服放大器。作为示例，创建第一加工工具动作程序71以及第二加工工具动作程序72以控制被第二机器人20支承的激光加工工具40的位置和姿势。
如图3所示，激光射出工具30具有支承于第一机器人10的前端部的筒状部件31、设置于筒状部件31内的聚光透镜32。在筒状部件31的轴向的一端设置有端部壁31a，光纤33的前端经由被设置于端部壁31a的孔而配置于筒状部件31内。从光纤33扩散地射出的激光通过聚光透镜32而成为大致平行的激光，并且从筒状部件31的轴向的另一端的开口部31b射出。
如图3所示，各激光加工工具40包括：加工工具主体41，内部具有中空部41a；开口部42，用于使来自激光射出工具30的大致平行的激光进入中空部41a内；射出口43，用于使进入中空部41a内的激光输出到加工工具主体41外；反射部件44，用于使经由开口部42进入到中空部41a内的激光朝向射出口43侧反射；聚光透镜45，进行聚光，使得来自反射部件44的激光经由射出口43而朝向加工位置射出。
如图5所示，第一机器人10的基座部12和两个第二机器人20的基座部22分别由导轨102a或导轨102b支承，导轨102a和导轨102b被设置于支承部件102的下表面。基座部12被导轨102a支承为能够沿其长边方向移动，通过被内置于基座部12的作为驱动装置的伺服马达12a而沿着导轨102a移动。
两个基座部22中的一个基座部22被导轨102a支承为能够沿其长边方向移动，通过被内置于基座部22的作为驱动装置的伺服马达22a而沿着导轨102a移动。并且，两个基座部22中的另一个基座部22被导轨102b支承为能够沿其长边方向移动，通过被内置于基座部22的作为驱动装置的伺服马达22a而沿着导轨102b移动。各伺服马达12a、22a还具有动作位置检测装置。
如图2所示，机器人控制装置50具有分别与伺服马达12a以及两个伺服马达22a对应的附加轴用的伺服控制器55a、56a，主控制部51根据第一机器人动作程序60向伺服控制器55a发送控制信号，根据第一加工工具动作程序71以及第二加工工具动作程序72向各伺服控制器56a发送控制信号。
下面，参照图6来说明如上述那样构成的激光加工系统的机器人控制装置50的主控制部51的动作的一个实施例。在下述的实施例中，同时进行基于第一机器人动作程序60的第一机器人10的控制(第一机器人控制)和基于第二加工工具动作程序72的两个第二机器人20的控制(第二机器人控制)，并且从主控制部51向激光振荡器200的激光控制部201发送控制指令。
首先，例如当主控制部51接收到指示加工开始的加工开始信号时，开始第二机器人控制，向各伺服控制器56、56a发送控制信号，使得被一个第二机器人20支承的激光加工工具40配置于加工开始位置(步骤S2-1)。接着，当主控制部51基于一个第二机器人20的各伺服马达21的动作位置检测装置的检测值，判断激光加工工具40被配置于加工开始位置时(步骤S2-2)，输出用于通知一个第二机器人20的激光加工工具40已经进入可接收光的状态的可接收光信号，进行第一机器人控制(步骤S2-3)。
需要说明的是，在加工开始位置，虽然激光加工工具40的开口部42朝向被第一机器人10支承的激光射出工具30侧，但在移动到加工开始位置之前的期间，激光加工工具40的开口部42也可以不朝向激光射出工具30侧。
另一方面，作为第一机器人控制，主控制部51接收步骤S2-3的可接收光信号，基于该信号，并基于第一机器人动作程序60，判断是否开始朝向一个第二机器人20的激光加工工具40射出激光的激光射出准备，在判断为可以开始时，开始该激光射出准备(步骤S1-1)。
在该实施例中，虽然说明的是一个第二机器人20及其激光加工工具40，但关于另一个第二机器人20及其激光加工工具40也进行相同的处理。并且，在该实施例中，首先创建第一机器人动作程序60，以使用于一个第二机器人20的激光加工工具40的激光射出准备开始。
主控制部51开始激光射出准备，向各伺服控制器55、55a发送控制信号，使得激光射出工具30朝向一个第二机器人20的激光加工工具40的开口部42(步骤S1-2)。接着，当主控制部51基于各伺服马达11的动作位置检测装置的检测值，判断激光射出工具30被配置于目标位置时(步骤S1-3)，向激光振荡器200的激光控制部201发送含有供给到激光射出工具30的激光的强度、供给时间、时机等指示的控制指令，并且输出用于表示已经向激光振荡器200发送了控制指令的激光射出开始信号，进行第二机器人控制(步骤S1-4)。
接着，作为第二机器人控制，当主控制部51接收到步骤S1-4的激光射出开始信号时(步骤S2-4)，向各伺服控制器56、56a发送控制信号，使得激光加工工具40以规定的速度沿着规定的轨迹从加工开始位置移动到加工结束位置(步骤S2-5)。
在步骤S2-5中的一个第二机器人20进行动作期间，作为第一机器人控制，主控制部51基于一个第二机器人20的各伺服马达21、22a的动作位置检测装置的检测值向各伺服控制器55、55a发送控制信号，以维持激光射出工具30朝向激光加工工具40的开口部42的状态(步骤S1-5)。由此，第一机器人10以追随第二机器人20的方式动作，例如成为如图4所示那样的状态。也存在将这样的机器人的控制称为协调控制的情况。
需要说明的是，在图4中，当激光加工工具40逐渐向上方移动时，虽然通过逐渐向上方倾斜激光射出工具30来维持激光射出工具30朝向激光加工工具40的开口部42的状态，但并不仅限于该实施例。例如，在激光加工工具40逐渐向上方移动时，也可以以激光射出工具30被配置于相同的高度位置的方式使其逐渐地向上方移动。另外，在激光加工工具40逐渐向水平方向移动时，也可以使激光射出工具30逐渐向水平方向倾斜，也能够逐渐向水平方向移动。
接着，作为第二机器人控制，如果主控制部51基于一个第二机器人20的各伺服马达21的动作位置检测装置的检测值，判断激光加工工具40被配置于加工结束位置(步骤S2-6)，则输出用于表示加工结束的加工结束信号，进行第一机器人控制(步骤S2-7)。
接着，作为第一机器人控制，主控制部51将含有停止向激光射出工具30供给激光的指示的控制指令，发送到激光振荡器200的激光控制部201(步骤S1-6)。并且，主控制部51判断使用了一个第二机器人20的激光加工工具40以及另一个第二机器人20的激光加工工具40的激光加工周期是否结束(步骤S1-7、步骤S2-8)，在没有结束时，再次进行从步骤S1-1、S2-1开始的处理。
例如，如果在步骤S1-1中接收到其它的第二机器人20的激光加工工具40的可接收光信号，则针对该激光加工工具40进行步骤S1-2至S1-6。
另外，在上述处理的期间或者其前后，在利用一个第二机器人20的激光加工工具40进行激光加工的期间，可以通过伺服马达22a的控制使另一个第二机器人20移动到下一个加工位置的附近。并且，还可以控制伺服马达12a，使第一机器人10向适合于激光加工工具40的激光射出的位置移动。
根据本实施方式，被第一机器人10支承的激光射出工具30射出来自激光振荡器200的激光，被第二机器人20支承的激光加工工具40接收从激光射出工具30射出的激光。因此，即使不通过光纤等使被第二机器人20支承的激光加工工具40与激光振荡器200连接，也能够使激光加工工具40朝向加工位置射出激光。因此，支承激光加工工具40的第二机器人20的动作不会受到光纤制约。
另外，由于通过具有支承部件102及其导轨102a、102b的机器人支承机构可移动地支承多个第二机器人20，因此，例如在利用第一机器人10的激光射出工具30向多个第二机器人20中的一个激光加工工具40供给激光的状态下，可以移动其它的第二机器人20，定位由其它的第二机器人20支承的激光加工工具40。在该情况下，仅通过将激光射出工具30的激光的供给目的地切换为其它的第二机器人20的激光加工工具40，就能够在短时间内改变进行激光加工的位置。
另外，机器人控制装置50控制第一机器人10，以根据激光加工工具40的位置改变激光射出工具30的位置和/或姿势，并且控制来自激光射出工具30的激光的射出时间。
根据该结构，被第一机器人10支承的激光射出工具30根据被第二机器人20支承的激光加工工具40的位置来改变位置和/或姿势。并且，通过控制来自激光射出工具30的激光的射出时间，来自被第二机器人20支承的激光加工工具40的激光的射出时间也被控制。因此，能够容易地进行激光加工的加工条件的设定。
需要说明的是，激光加工工具40也可以具有由透光性部件构成的防尘窗46，激光在到达反射部件44之前通过该透光性部件(参照图7)。该结构在防止因接受激光的反射部件44的污染、损伤、破损等引起的激光加工的质量变化等方面是有利的。
另外，也可以在加工系统主体100中设置对防尘窗46进行清洗的清洗装置110(参照图1)。清洗装置110例如具有：能够利用第二机器人20插入激光加工工具40的清洗容器111；被配置于清洗容器111内的清洗喷雾器、清洗刷等清洗机构；干燥用吹风装置等干燥装置等。
根据该结构，作业者无需进入激光照射的空间内或者其附近，就能够进行激光加工工具40的防尘窗46的清洗。因此，能够提高作业的安全性，并提升防尘窗46的清洗的频率，从而提高激光加工的质量。
需要说明的是，在本实施方式中，也可以在激光加工工具40中代替反射部件44，或者与反射部件44一起利用单一或者多个透镜接收来自激光射出工具30的激光，通过该透镜将从开口部42进入到中空部41a内的激光经由聚光透镜45而朝向射出口43射出。
另外，在本实施方式中，也可以构成为：将机器人控制装置50设为用于第一机器人10，并设置用于第二机器人20的其它的机器人控制装置，机器人控制装置50进行第一机器人控制，其它的机器人控制装置进行第二机器人控制。
另外，在本实施方式中，也可以构成为不设置激光控制部201，机器人控制装置50对激光振荡器200进行直接控制。
另外，如图7所示，也可以构成为通过马达等驱动装置80使反射部件44相对于加工工具主体41而摆动。若采用该结构，则能够根据从开口部42进入中空部41a内的激光的入射角度来调整反射部件44的摆动方向的位置，则能够对应各种入射角度。在该情况下，基于第一或者第二加工工具动作程序71、72，通过进行动作的主控制部51控制驱动装置80。
附图标记
10 第一机器人
20 第二机器人
30 激光射出工具
33 光纤
40 激光加工工具
42 开口部
43 射出口
44 反射部件
45 聚光透镜
46 防尘窗
50 机器人控制装置
51 主控制部
100 加工系统主体
101 框架
102 支承部件
103 工件支承部
200 激光振荡器
201 激光控制部
110 清洗装置
111 清洗容器
W 工件

Claims (6)

1.一种激光加工系统，其特征在于，包括：
激光振荡器；
激光射出工具，其连接于所述激光振荡器且被第一机器人支承，射出从所述激光振荡器供给的激光；以及
激光加工工具，其被第二机器人支承，接收从所述激光射出工具射出的所述激光并朝向加工位置射出所述激光。
2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，
所述激光加工系统具有分别支承所述激光加工工具的多个所述第二机器人。
3.根据权利要求2所述的激光加工系统，其特征在于，
所述激光加工系统具有机器人支承机构，用于分别可移动地支承所述多个第二机器人中的每一个第二机器人。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光加工系统，其特征在于，
所述激光加工系统具有控制装置，所述控制装置控制所述第一机器人，以根据所述激光加工工具的位置改变所述激光射出工具的位置和/或姿势，并且控制来自所述激光射出工具的所述激光的射出时间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光加工系统，其特征在于，
所述激光加工工具包括：
透镜或反射部件，用于接收从所述激光射出工具射出的所述激光；以及
防尘窗，所述激光在到达该透镜或者反射部件之前，通过所述防尘窗。
6.根据权利要求5所述的激光加工系统，其特征在于，
所述激光加工系统具有用于清洗所述防尘窗的清洗装置。
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