JP2002160081A

JP2002160081A - レーザー加工装置

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Publication number: JP2002160081A
Application number: JP2000361215A
Authority: JP
Inventors: Akira Hisakuni; 晶久国; Kazuki Kuba; 一樹久場; Hitoshi Momoi; 仁百衣; Kiyoshi Takada; 清志高田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-06-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】インターフェースとして接点信号しかない汎
用ロボットや簡易な加工機等でも、連続して多様な発振
制御を行い得るレーザー加工装置を提供する。【解決手段】レーザー加工装置は、レーザー共振器１
と、前記共振器１から出力されるレーザー光を発振器出
力口まで伝送する伝送光学系と、前記発振器出力口から
加工機までレーザー光を伝送する伝送光学系２と、レー
ザー光を被加工物に照射して加工を行う加工機４と、前
記レーザー共振器によるレーザー発振を制御する発振器
コントローラ５と、を備える。前記発振器コントローラ
５は、予め複数個の発振波形を登録する機能５ａ及び発
振波形登録数に対応したバイナリーの接点入力を有し、
発振毎に前記加工機４からの発振波形選択信号を受け
て、該発振波形選択信号に基づいて選択された発信波形
のレーザー光を前記レーザー共振器１により発振する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光線で被
加工物を加工するレーザー加工装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は、例えば特開平７−２２６８２号
公報に示された従来のレーザー加工装置におけるレーザ
ー発振器の出力制御方式を示す構成図である。図５にお
いて、２０は加工機と連動して発振器に指令を出力する
数値制御装置（以下ＣＮＣと略称）、３０はＣＮＣ２０
からの出力信号に基づいて発振器の出力制御を行う出力
制御回路であり、これらＣＮＣ２０及び出力制御回路３
０は何れもＣＰＵ（プロセッサ）を中心に構成されてい
る。

【０００３】ＣＮＣ２０の前処理手段２２はプログラム
２１を読み取り、そのＧコード等から指令内容を判別す
る。波形データ転送手段２５は、メモリ２３に予め格納
されている波形データ群の波形データを、インタフェー
ス２９を経由して出力制御回路３０側に転送する。

【０００４】波形データ群は、複数組（例えば８組）の
波形データから成り、その１組の波形データは、さらに
複数ステップで構成される。この波形データは、「Ｇ２
６ＰＫＩ；」のプログラム指令でメモリ２３内に作成さ
れる。ここで、Ｇ２６は波形データの設定と転送を指令
するコードであり、アドレスＰ、Ｋ、Ｉの後のブランク
にはそれぞれ数字が設定される。アドレスＰの後の数字
は各組に付された波形番号（１〜８）を、アドレスＫの
後の数字は各ステップに付されたステップ番号（１〜２
０）を、アドレスＩの後の数字は各ステップの波高値を
それぞれ表す。波高値は最大１０００アンペア、設定単
位１アンペアの電流指令値として設定される。また、１
ステップの時間幅は０．１ｍｓｅｃである。

【０００５】操作盤４０より入力または登録された波形
データ群は、上述したように、図１の波形データ転送手
段２５によって出力制御回路３０側に転送される。この
転送は、「Ｇ２６Ｌ５０Ｐ；」のプログラム指令で波形
番号毎に行われる。ここで、Ｌ５０は転送指令であり、
アドレスＰの後に設定される数字は波形番号を表す。そ
の波形番号の２０ステップ分の波形データが出力制御回
路３０側に転送される。出力制御回路３０側の波形デー
タ格納制御手段３２は、その２０ステップ分の波形デー
タをインタフェース３１を通して受け取り、メモリ３４
にその波形番号毎に格納する。

【０００６】出力制御回路３０のレジスタ領域３５に
は、８個のレジスタ３５１、３５２、・・・、３５８が
設けられている。この８個のレジスタ３５１〜３５８の
各々は、さらに３つの区分領域に分割され、その各々に
登録データが格納される。この各レジスタ内の３つの区
分領域は、例えば１つの穴開け加工を行う場合のプリ加
工、メイン加工、クリーン加工の３工程の加工条件（出
力波形）を連続して設定しておくためのものであり、最
初の区分領域（区分領域１）にはプリ加工を実行するた
めの登録データが、次の区分領域（区分領域２）にはメ
イン加工を実行するための登録データが、最後の区分領
域（区分領域３）には、クリーン加工を実行するための
登録データがそれぞれ格納される。

【０００７】ＣＮＣ２０側の登録データ転送手段２６
は、上記のレジスタ３５１〜３５８の各区分領域に登録
データを登録すべく、登録データの転送を行う。その登
録データの転送は、「Ｇ２５ＬＪＰＫＲＳ；」のプログ
ラム指令で行われる。ここで、Ｇ２５は登録データの設
定と転送を指令するコードであり、アドレスＬ、Ｊ、
Ｐ、Ｋ、Ｒ、Ｓの後のブランクにはそれぞれ数字が設定
される。アドレスＬ、Ｊで登録データの行き先指定が、
アドレスＰ、Ｋ、Ｒ、Ｓで登録データの設定が行われ
る。アドレスＬの後の数字はレジスタ３５１〜３５８に
付されたレジスタ番号（１〜８）を、またアドレスＪの
後の数字は実行順序に相当する各区分領域に付された区
分領域番号（１〜３）をそれぞれ表し、登録データは、
そのアドレスＬで指定されたレジスタ番号であって、且
つアドレスＪで指定された区分領域番号の領域に格納さ
れる。アドレスＰの後に付された数字は波形番号（１〜
８）を、アドレスＫの後に付された数字は波形倍率を、
アドレスＲの後に付された数字は出力周波数を、また、
アドレスＳの後に付された数字は出力回数をそれぞれ表
す。

【０００８】波形倍率は波形番号で指定された波形デー
タの波高値に対する倍率であり、例えば３０〜１００％
の範囲で１％毎に設定することができる。出力周波数は
波形データの繰り返し周期を設定するためのものであ
り、例えば１〜２００ＭＨｚの範囲で１Ｈｚ毎に設定す
ることができる。また、出力回数は波形データの繰り返
し回数であり、例えば０〜９９９の範囲で１回を単位と
して設定することができる。出力回数を−１に設定する
と、繰り返し回数は特に制限されないことになる。

【０００９】上述したように、登録データ転送手段２６
は、上記の登録データをインタフェース２９を経由して
出力制御回路３０側に転送する。出力制御回路３０側の
登録データ格納制御手段３３は、その登録データをイン
タフェース３１を通して受け取り、指定されたレジスタ
３５１〜３５８であって、且つそのレジスタの中の指定
された区分領域に格納する。

【００１０】ＣＮＣ１０の出力指令手段２７は、「Ｇ２
４Ｌ；」のプログラム指令に応じて、ビームオンオフの
指令及び出力波形生成の指令をインタフェース２９及び
３１を通して出力制御回路３０側に送る。ここで、Ｇ２
４はビームオンを指令するコードである。また、Ｌの後
のブランクに設定される数字は実行すべきレジスタの番
号である。出力制御回路３０の出力制御手段３６は、こ
の「Ｇ２４Ｌ；」で表された出力指令を受け取ると、レ
ジスタ番号に該当するレジスタ３５１〜３５８の登録デ
ータ、及びその登録データの一つである波形番号で指定
されたメモリ３４内の波形データを読み取る。また、操
作盤４０を用いてＰＭＣ２８に入力されたオーバライド
値をインタフェース２９及び３１を通して読み取る。
尚、オーバライド値には、波形データの波高値（電流指
令値）に対するものと、周波数に対するものとの２種類
がある。出力制御手段３６は、その読み取った諸データ
を用いて出力波形の制御を行う。

【００１１】出力制御手段３６は、ＣＮＣ２０側からの
出力指令を受け取ると、上述したように、先ず登録デー
タ、波形データ及びオーバライド値を読み取る。次に、
指定された波形データの波高値に対して登録データの一
つである波形倍率値及びオーバライド値を掛けて、波形
データを所望の波高値を持つ波形とする。続いて、登録
データの周波数及び出力回数を用いて波形データの繰り
返し周期Ｔ、及び繰り返し回数Ｎを求める。出力制御手
段３６は、このようにして求めた出力波形をレーザー発
振器（例えばＹＡＧレーザー発振器）に出力する。な
お、上記の周波数の値は、オーバライド値が設定されて
いるときは、そのオーバライド値を掛けた値を取る。

【００１２】以上に述べたように、この従来のレーザー
加工装置では、出力制御手段３６は、ＣＮＣ２０から予
めＣＮＣのプログラムに連動した所望の波形に関するデ
ータを受け取り、出力制御回路３０側のレジスタ３５１
〜３５８及びメモリー３４に格納、記憶しておく。次の
加工段階では、ＣＮＣ２０から出力指令を受け取ると、
登録データ及び波形データを読み取り、指定された波形
データの波高値に対して登録データの一つである波形倍
率値を掛けて、波形データを所望の波高値を持つ波形に
する。続いて、登録データの周波数及び出力回数を用い
て波形データの繰り返し周期及び繰り返し回数を求め
る。出力制御手段３６は、このようにして求めた出力波
形をレーザー発振器用電源に出力する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザー加
工装置においては、ＣＮＣのプログラムにより加工機及
び発振器の制御を行っていたが、加工機に汎用ロボット
等を用いて、ロボットのプログラムで発振器を制御する
場合においては、インターフェースとして接点信号しか
ない場合が多く、上記のような高度な制御ができないと
いう問題点があった。

【００１４】そこで、本発明は、上述したような従来の
レーザー加工装置の問題点を解消しようとするもので、
汎用ロボットや簡易な加工機でも、連続して多様な発振
制御を行うことができるレーザー加工装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるレーザ
ー加工装置は、レーザー共振器と、前記共振器から出力
されるレーザー光を発振器出力口まで伝送する伝送光学
系と、前記発振器出力口から加工機までレーザー光を伝
送する伝送光学系と、レーザー光を被加工物に照射して
加工を行う加工機と、前記レーザー共振器によるレーザ
ー発振を制御する発振器コントローラと、を備え、前記
発振器コントローラは、予め複数個の発振波形を登録す
る機能及び発振波形登録数に対応したバイナリーの接点
入力を有し、発振毎に前記加工機からの発振波形選択信
号を受けて、該発振波形選択信号に基づいて選択された
発信波形のレーザー光を前記レーザー共振器により発振
することを特徴とするものである。

【００１６】また、前記発振器コントローラは、発振開
始時に設定された時間後に、選択波形の波高値に到達す
る出力スロープアップ制御機能と、発振終了時に、設定
された時間前から出力が低下する出力スロープダウン制
御機能とを有し、各発振波形登録時に前記出力スロープ
アップ制御機能及び出力スロープダウン制御機能の有効
／無効並びに制御時間を登録することを特徴とするもの
である。

【００１７】さらに、前記発振器コントローラは、選択
された波形の波高値に倍率を乗算する機能及び倍率分解
能に対応したバイナリーの接点入力を有し、発振毎に前
記加工機からの乗算倍率に対応した接点信号を受けて、
選択された発振波形の波高値に倍率乗算して前記レーザ
ー共振器を発振させることを特徴とするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて添付図面を参照して説明する。尚、各図中、同一符
号は同一または相当部分を示す。

【００１９】実施の形態１．図１はこの発明の実施の形
態１に係るレーザー加工装置としてのＹＡＧレーザー加
工装置の構成図である。図２は本実施の形態１に係るＹ
ＡＧレーザー加工装置における一連の加工処理工程を表
すフローチャートである。

【００２０】図１において、１はレーザー共振器として
のＹＡＧレーザー共振器、２はＹＡＧレーザー共振器１
から出力されるレーザー光を加工ヘッド３まで伝送する
光ファイバー、４は汎用ロボット、５はＹＡＧレーザー
共振器１の発振制御を行う発振器コントローラ、６は外
部より発振器コントローラ５に対する制御動作の設定を
行うための外部設定器を示す。

【００２１】発振器コントローラ５は、波形データを記
憶するメモリー５ａと、選択された波形データの波高値
に倍率を乗算するための演算部５ｂと、ＹＡＧレーザー
共振器１の制御を行う出力制御部５ｃとを備える。

【００２２】次に、本実施の形態１に係るＹＡＧレーザ
ー加工装置の動作について説明する。図１に示すよう
に、ＹＡＧレーザー共振器１は、媒体結晶１ａと、励起
用ランプ１ｂと、共振ミラー１ｃと、集光レンズ１ｄと
から構成されており、ＹＡＧレーザー共振器１により発
生されるレーザー光の出力は、励起用ランプ１ｂへの投
入電力の大きさで制御される。ＹＡＧレーザ共振器１よ
り出力されたレーザー光は光ファイバー２により伝送さ
れて、最終的にロボット４に取り付けられた加工ヘッド
３から被加工ワーク（図示せず）に照射されて、被加工
ワークの加工を行う。

【００２３】前述の励起用ランプ１ｂへの投入電力は、
発振器コントローラ５内の出力制御部５ｃで制御されて
おり、波形データ記憶メモリー５ａから選択された波形
データに、演算部５ｂで倍率を乗算したデータが出力制
御部５ｃに送られ、出力制御部５ｃは、このデータを基
にして、ロボット４からのレーザー発振信号１０ｄに同
期してレーザー発振を行う。

【００２４】波形データ記憶メモリー５ａには、予め外
部設定器６より、加工によく使用する波形データを設定
しておく。このような波形データの一例を次に示す（本
実施の形態１では、波形データ１〜１６までの１６種類
である）。

【００２５】波形データ１：連続波、出力１Ｋｗ波形データ２：パルス波、波高出力２Ｋｗ、５００Ｈｚ、パルス幅２msec 波形データ３：定時間発振、出力０．５Ｋｗ、発振時間３sec 波形データ４：一定パルス数発振、波高出力２Ｋｗ、パルス幅４msec、発振パルス数５パルス・・・・・・波形データ１６：連続波、出力４Ｋｗ

【００２６】波形データの選択は、ロボット４からの波
形選択信号１０ａ（図示例では、４接点信号）をバイナ
リー変換し（図示例では４接点のため１６種類のデータ
を選択できる）、該当番号波形データを波形データ記憶
メモリー５ａより選択する。

【００２７】また、選択された波形データは、演算部５
ｂにおいて、ロボット４からの波形倍率信号１０ｂ（図
１では８接点信号）をバイナリー変換した値を倍率とし
て乗算する。図示例では、８接点のためバイナリーとし
て０％〜１２７％までの倍率、１％の分解能で設定でき
る。

【００２８】次に、図２のフローチャートにより、本実
施の形態１のＹＡＧレーザー加工装置の一連の動作工程
を説明する。

【００２９】ロボット４には、予め加工プログラムにお
いて、各加工位置での波形データ番号及び波形倍率がプ
ログラムされている。ロボット４を起動し（ステップＳ
１）、最初の加工位置へ移動する際に（ステップＳ
２）、ロボット４は発振器コントローラ５に波形選択信
号１０ａ及び波形倍率信号１０ｂを出力する（ステップ
Ｓ３）。

【００３０】発振器コントローラ５は、ロボット４から
の波形選択信号１０ａを受けて、波形データ記憶メモリ
ー５ａより該当波形を引き出し、且つ波形倍率信号１０
ｂを受けて、該当する選択波形データを演算部５ｂで乗
算した上で、出力制御部５ｃへ波形データをインプット
する（ステップＳ４）。

【００３１】作業終了後、発振器コントローラ５はロボ
ット４に準備完了信号１０ｃを返送する（ステップＳ
５）。ロボット４が準備完了信号１０ｃを受けて（ステ
ップＳ６）、加工位置に到着し（ステップＳ７）、レー
ザー発振の準備ができると、発振器コントローラ５に対
してレーザー発振信号１０ｄを出力（ＯＮ）し（ステッ
プＳ８）、ＹＡＧレーザ共振器１よりレーザー発振が開
始される（ステップＳ９）。

【００３２】その後、加工が終了して、ロボット４より
レーザー発振信号１０ｄがＯＦＦされると（ステップＳ
１０）、レーザー発振が停止され（ステップＳ１１）、
出力制御部５ｃの波形データはクリアされる（ステップ
Ｓ１２）。

【００３３】そして、一連の加工が終了するまで、上記
工程（ステップＳ２乃至ステップＳ１２）が繰り返され
（ステップＳ１３）、一連の加工が終了したとき、制御
工程が終了される（ステップＳ１４）。

【００３４】以上から明らかなように、本実施の形態１
によれば、発振器内の発振器コントローラ５に、予め複
数個の発振波形を登録する機能を設けると共に、発振波
形登録数に対応したバイナリーの接点入力を持たせ、さ
らに、発振器コントローラ５に、選択された波形の波高
値に倍率を乗算する機能を設けて、且つ倍率分解能に対
応したバイナリーの接点入力を持たせたものである。

【００３５】このような構成により、発振器内の発振器
コントローラ５に、予め複数個の発振波形を登録する機
能及び波形の波高値に倍率を乗算する機能を設け、且
つ、加工機からの接点信号により波形選択及び乗算倍率
の設定ができるので、汎用ロボットや簡易な加工機で
も、連続して多様な発振制御を行うことができる。

【００３６】実施の形態２．また、他の実施の形態２と
して、前記実施の形態１の波形データ記憶メモリー５ａ
の設定項目に、発振波形のスロープアップ、ダウン機能
を有効或いは無効にする機能、並びにスロープアップ、
ダウン時間を設定する機能を追加したものである。

【００３７】これは、例えば図３（ａ）のような周回溶
接を行う場合に、始点と終点が重なり合い、この重なり
合った部分でのレーザー光の照射エネルギーが大きくな
りすぎて、溶接品質が悪くなる（図３（ｂ））ことがあ
る。

【００３８】このため、図４（ｂ）の波形に示すよう
に、加工始点、終点に設定した時間で波形にスロープア
ップ、ダウン機能（徐々に増加、減少する機能）を付加
することにより、重なり合った部分におけるレーザー光
の照射エネルギーを適度に制御することができ、この部
分での溶接品質を改善することができる（図３
（ｃ））。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、この発明に係るレーザー
加工装置よれば、レーザー共振器と、前記共振器から出
力されるレーザー光を発振器出力口まで伝送する伝送光
学系と、前記発振器出力口から加工機までレーザー光を
伝送する伝送光学系と、レーザー光を被加工物に照射し
て加工を行う加工機と、前記レーザー共振器によるレー
ザー発振を制御する発振器コントローラと、を備え、前
記発振器コントローラは、予め複数個の発振波形を登録
する機能及び発振波形登録数に対応したバイナリーの接
点入力を有し、発振毎に外部加工機からの発振波形選択
信号を受けて、該発振波形選択信号に基づいて選択され
た発信波形のレーザー光を前記レーザー共振器により発
振するようにしたので、汎用ロボットや簡易な加工機で
も、連続して多様な発振制御を行うことができる効果が
ある。

【００４０】また、前記発振器コントローラは、発振開
始時に設定された時間後に、選択波形の波高値に到達す
る出力スロープアップ制御機能と、発振終了時に、設定
された時間前から出力が低下する出力スロープダウン制
御機能とを有し、各発振波形登録時に前記出力スロープ
アップ制御機能及び出力スロープダウン制御機能の有効
／無効並びに制御時間を登録できるようにしたので、周
回溶接を行うような場合に、始点と終点が重なり合って
も、この重なり合った部分におけるレーザー光の照射エ
ネルギーを適度に制御することにより、溶接品質を改善
することができる効果がある。

【００４１】さらに、前記発振器コントローラは、選択
された波形の波高値に倍率を乗算する機能及び倍率分解
能に対応したバイナリーの接点入力を有し、発振毎に外
部加工機からの乗算倍率に対応した接点信号を受けて、
選択された発振波形の波高値に倍率乗算して前記レーザ
ー共振器を発振させるようにしたので、外部加工機の要
求に応じて、一層多様できめ細かな発振制御を行うこと
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザー加工
装置の構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係るレーザー加工
装置の加工プログラムの処理工程を示すフローチャート
である。

【図３】この発明の実施の形態２に係るレーザー加工
装置の動作を説明する斜視図である。

【図４】この発明の実施の形態２に係るレーザー加工
装置の動作を説明するためのグラフである。

【図５】従来のレーザー加工装置の構成図である。

【符号の説明】

１ＹＡＧレーザー共振器、２光ファイバー、３加
工ヘッド、４汎用ロボット、５発振器コントロー
ラ、５ａ波形データ記憶メモリー、５ｂ演算部、５
ｃ出力制御部、６外部設定器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者百衣仁東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者高田清志東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 CA02 CB01 5F072 AB01 JJ20 YY06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー共振器と、前記共振器から出力されるレーザー光を発振器出力口ま
で伝送する伝送光学系と、前記発振器出力口から加工機までレーザー光を伝送する
伝送光学系と、レーザー光を被加工物に照射して加工を行う加工機と、前記レーザー共振器によるレーザー発振を制御する発振
器コントローラと、を備え、前記発振器コントローラは、予め複数個の発振波形を登
録する機能及び発振波形登録数に対応したバイナリーの
接点入力を有し、発振毎に外部加工機からの発振波形選
択信号を受けて、該発振波形選択信号に基づいて選択さ
れた発信波形のレーザー光を前記レーザー共振器により
発振することを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】前記発振器コントローラは、発振開始時
に設定された時間後に、選択波形の波高値に到達する出
力スロープアップ制御機能と、発振終了時に、設定され
た時間前から出力が低下する出力スロープダウン制御機
能とを有し、各発振波形登録時に前記出力スロープアッ
プ制御機能及び出力スロープダウン制御機能の有効／無
効並びに制御時間を登録することを特徴とする請求項１
に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】前記発振器コントローラは、選択された
波形の波高値に倍率を乗算する機能及び倍率分解能に対
応したバイナリーの接点入力を有し、発振毎に外部加工
機からの乗算倍率に対応した接点信号を受けて、選択さ
れた発振波形の波高値に倍率乗算して前記レーザー共振
器を発振させることを特徴とする請求項１に記載のレー
ザー加工装置。