JP2018126778A - レーザ加工ヘッドおよび撮影装置を備えるレーザ加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】加工物におけるレーザ光の照射位置を容易に確認できる加工システムを提供する。【解決手段】加工システム１は、レーザ照射装置４と、ワーク７１ａ，７１ｂを撮影するカメラ６と、カメラ６にて撮影した画像を表示する表示器３９とを備える。加工システム１は、カメラ６および表示器３９を制御するロボット制御装置１１を備える。カメラ６は、加工前のワーク７１ａ，７１ｂを撮影する。ロボット制御装置１１は、ワーク７１ａ，７１ｂにおけるレーザ光の照射位置を算出し、カメラ６にて撮影したワーク７１ａ，７１ｂの画像に重ねてレーザ光の照射位置を仮想的に表示器３９に表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工ヘッドおよび撮影装置を備える加工システムに関する。

従来の技術においては、レーザ加工ヘッドからレーザ光を出射して、加工物の加工を行うリモートレーザ加工が知られている。リモートレーザ加工では、レーザ加工ヘッドと加工物とが予め定められた距離をあけて配置されている。レーザ加工ヘッドは、例えばロボットに支持されて移動する。そして、レーザ加工ヘッドがレーザ光を出射する方向を変更することにより、所望の形状で加工物の加工を行うことができる。

作業者は、加工を行う前にワークにおいてレーザ光を照射する位置を設定する教示作業を実施する。教示作業では、作業者は、レーザ光が出射される方向を定める。作業者は、たとえば、レーザ加工ヘッドを支持するロボットの位置および姿勢と、レーザ加工ヘッドの内部に配置された出射方向を変更する機構とを調整する。作業者は、調整したロボットの位置および姿勢等を記憶装置に記憶させる。加工システムは、記憶装置に記憶した位置に基づいて、自動的にレーザ光を加工物に照射することができる。

教示作業ではレーザ加工ヘッドが加工物から離れているために、作業者は加工物におけるレーザ光の照射位置が分かりにくい。このために、作業者は、ガイドレーザ光を加工物に照射し、加工物における照射位置を目視にて確認しながら、教示作業を行うことが一般的である（例えば、特開２０１２−１５７８６７号公報、および特開２０００−４２７７５号公報参照）。

また、従来の技術においては、レーザ加工を行った後に加工物を撮影して、撮影した画像に基づいて加工の品質を評価する装置が知られている（例えば、特許第５５７７９２７号公報および特開平５−１７７３７４号公報参照）。

特開２０１２−１５７８６７号公報 特開２０００−４２７７５号公報 特許第５５７７９２７号公報 特開平５−１７７３７４号公報

作業者は、教示作業において、加工物にガイドレーザ光を照射しながら手動にてレーザ光の向きを調整する。作業者は、ガイドレーザ光を照射しないと、レーザ光の照射位置を確認することが困難である。そして、作業者は、ガイドレーザ光の照射位置を確認しながら、ロボットの位置および姿勢と、レーザ加工ヘッドにおける出射方向を変更する機構を調整する必要がある。例えば、作業者は、加工物およびロボットの操作盤を見ながら教示作業を行う必要がある。

このために、従来の技術では教示作業は手間がかかるという問題がある。更には、ガイドレーザ光の光源には限られた寿命があり、長時間にわたってガイドレーザ光の照射を継続することができないという問題がある。

本開示の一態様の加工システムは、加工物から離れた位置から加工物に向けてレーザ光を出射するレーザ加工ヘッドを備える。加工システムは、加工物を撮影する撮影装置と、撮影装置にて撮影した画像を表示する表示器と、撮影装置および表示器を制御する制御装置とを備える。撮影装置は、加工前の加工物または加工期間中の加工物を撮影する。制御装置は、撮影装置にて撮影した加工物の画像に重ねて加工物に照射されるレーザ光の照射位置を仮想的に表示器に表示する。

本開示の一態様の加工システムによれば、加工物におけるレーザ光の照射位置を容易に確認することができる。

実施の形態における第１の加工システムの概略図である。 実施の形態における第１の加工システムのブロック図である。 ガルバノスキャナの内部の機構を説明する概略図である。 実施の形態における第１の加工システムのレーザ照射装置およびワークの拡大概略斜視図である。 実施の形態におけるワークの概略平面図である。 第１の加工システムにおいて、第１の画像が表示された表示器である。 実施の形態における第２の加工システムのレーザ照射装置およびワークの拡大概略斜視図である。 第２の加工システムにおいて、第２の画像が表示された表示器である。 第２の加工システムにおいて、第３の画像が表示された表示器である。 トレパニングヘッドの内部の機構の説明図である。

図１から図１０を参照して、実施の形態における加工システムについて説明する。本実施の形態の加工システムは、レーザ光を加工物（ワーク）に照射することにより加工物を加工する。本実施の形態では、レーザ光による加工として溶接を例示して説明する。

図１に、本実施の形態における第１の加工システムの概略図を示す。図２に、本実施の形態における第１の加工システムのブロック図を示す。本実施の形態の加工システムでは、加工物から離れた位置から加工物に向けてレーザ光が出射されるリモートレーザ加工を行う。加工物とレーザ加工ヘッドとの距離は、予め定められた長さ以上であり、たとえば、数十センチ以上である。

図１および図２を参照して、加工システム１は、加工物としてのワーク７１ａ，７１ｂにレーザ光を照射する。加工システム１は、加工物から離れた位置から加工物に向けてレーザ光を出射するレーザ加工ヘッドとしてのレーザ照射装置４を備える。加工システム１は、レーザ光を発振するレーザ発振器５を備える。レーザ発振器５にて発振されたレーザ光は、光ファイバ５２を通ってレーザ照射装置４に供給される。

レーザ発振器５は、加工物の加工を行うレーザ光を発振する光源である。レーザ発振器５としては、ワーク７１ａ，７１ｂの加工を行う任意の光源を採用することができる。例えば、ファイバーレーザ、炭酸ガスレーザ、またはＹＡＧレーザなどの任意の種類の光源を採用することができる。

加工システム１は、レーザ照射装置４を支持する支持装置としてのロボット２を備える。本実施の形態のロボット２は、複数の関節部を有する多関節ロボットである。ロボット２は、床面に設置される基台２０と、鉛直方向に延びる軸線の周りに回転可能に形成された旋回台２２とを含む。ロボット２は、旋回台２２に支持されて回動可能な下部アーム２４と、下部アーム２４に支持されて回動可能な上部アーム２６とを含む。ロボット２は、上部アーム２６に回転可能に支持された手首部２８を含む。

ロボット２は、旋回台２２、下部アーム２４、上部アーム２６および手首部２８を駆動するロボット駆動モータ２９を含む。ロボット駆動モータ２９が駆動することにより、ロボット２の位置および姿勢が変化する。ロボットは、上記の形態に限られず、レーザ照射装置の位置および姿勢が変更できる任意のロボットを採用することができる。

本実施の形態の加工システム１は、ワーク７１ａ，７１ｂに対するレーザ照射装置４の相対的な位置および姿勢が変更可能に形成されている。ワーク７１ａ，７１ｂは、架台７２に固定されている。ロボット２がレーザ照射装置４を移動することにより、ワーク７１ａ，７１ｂに対するレーザ照射装置４の位置が変更される。本実施の形態のロボット２は、レーザ照射装置４から出射するレーザ光の方向を調整する調整機構として機能する。すなわち、ロボット２が位置および姿勢を変更することにより、レーザ照射装置４から出射されるレーザ光の方向を調整することができる。

なお、レーザ照射装置４を支持する支持装置としては、ロボットに限られず、レーザ照射装置を支持できる任意の装置を採用することができる。例えば、支持装置は、関節部を有さずに、１つの方向にレーザ照射装置を移動させるように形成することができる。ロボットシステムは、レーザ光の方向を調整する調整機構を有していなくても構わない。例えば、レーザ照射装置を支持する支持装置は、レーザ照射装置を移動する機能を有していなくても構わない。

加工システム１は、加工物を撮影する撮影装置を含む。本実施の形態の撮影装置は、レーザ照射装置４に固定されたカメラ６を含む。カメラ６は、架台７２に固定されたワーク７１ａ，７１ｂの表面を撮影できるように配置されている。本実施の形態のカメラ６は、レーザ照射装置４と共に移動する。本実施の形態におけるカメラ６は、２次元の画像を取得する２次元カメラである。

図３に、本実施の形態におけるレーザ照射装置の内部の機構の概略図を示す。図１および図３を参照して、レーザ照射装置４は、出射口からレーザ光を出射する。本実施の形態におけるレーザ照射装置４は、焦点距離を調整するためのレンズを駆動する駆動機構を有する。更に、レーザ照射装置４は、レーザ照射装置４から出射するレーザ光の方向を調整する出射方向調整機構４４を含む。出射方向調整機構４４は、出射するレーザ光の方向をレーザ照射装置４の内部で変更する。出射方向調整機構４４は、レーザ加工ヘッドから出射するレーザ光の方向を調整する調整機構として機能する。

レーザ照射装置４は、レーザ光を発振するレーザ光源４６と、複数の反射板と、ミラー駆動モータとを含む。レーザ照射装置４は、ガルバノ機構を備える。図３に示す例では、反射板として、出射する方向をＸ軸方向に調整するＸ軸ミラー４５ａと、出射する方向をＹ軸方向に調整するＹ軸ミラー４５ｂとを有する。レーザ光源４６から出射されるレーザ光は、Ｘ軸ミラー４５ａおよびＹ軸ミラー４５ｂにて反射される。この結果、矢印１０３に示すように、ワークに向かってレーザ光が出射される。

Ｘ軸モータ４７ａが矢印１０１に示すようにＸ軸ミラー４５ａの向きを変更すると、Ｘ軸方向においてレーザ光が出射される向きが変更される。Ｙ軸モータ４７ｂが矢印１０２に示すように、Ｙ軸ミラー４５ｂの向きを変更すると、Ｙ軸方向においてレーザ光が出射される向きが変更される。Ｘ軸ミラー４５ａの向きおよびＹ軸ミラー４５ｂの向きが調整されることにより、矢印１０３に示すように出射されるレーザ光の向きが調整される。

このように、レーザ照射装置４は、Ｘ軸ミラー４５ａおよびＹ軸ミラー４５ｂにおけるレーザ光の反射角度を制御することにより、ワーク７１ａ，７１ｂにおけるレーザ光の照射位置を２次元で制御することができる。このようなレーザ照射装置４は、ガルバノスキャナと称される。

図１および図２を参照して、加工システム１は、通信装置を介してロボット制御装置１１に接続された操作盤３７を備える。操作盤３７は、制御装置３に対して操作を行ったり情報を表示したりするユーザインターフェースとして機能する。操作盤３７は、ロボット２、カメラ６、レーザ照射装置４、およびレーザ発振器５に関する情報を入力する入力部３８を含む。入力部３８は、キーボードおよびダイヤルなどを含む。作業者が入力部３８を操作することにより、動作プログラムおよび判定値などをロボット制御装置１１に入力することができる。

操作盤３７は、ロボット２、カメラ６、レーザ照射装置４、およびレーザ発振器５に関する情報を表示する表示器３９を含む。表示器３９は、カメラ６にて撮影した画像を表示する。本実施の形態の表示器３９は、タッチパネル方式が採用されている。作業者は、表示器３９の画面を指で押したりなぞったりすることにより、情報を入力することができる。このために、本実施の形態の表示器３９は、入力部３８の機能を有する。

本実施の形態の加工システム１は、ロボット２およびレーザ照射装置４を制御する制御装置３を備える。本実施の形態の制御装置３は、カメラ６およびレーザ発振器５も制御する。制御装置３は、ロボット２およびカメラ６を制御するロボット制御装置１１を含む。ロボット制御装置１１は、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を有する演算処理装置により構成されている。

本実施の形態の操作盤３７は、通信線を介してロボット制御装置１１に接続されている。操作盤は、この形態に限られず、無線にてロボット制御装置と通信できるように形成されていても構わない。

ロボット制御装置１１は、レーザ加工に関する情報を記憶する記憶部１６を含む。例えば、記憶部１６は、ロボット２の制御、カメラ６の制御、レーザ照射装置４の制御、およびレーザ発振器５に関する情報を記憶する。例えば、記憶部１６は、レーザ加工の動作プログラムを記憶する。また、記憶部１６は、操作盤３７に入力された情報を記憶する。

ロボット制御装置１１は、ロボット２を制御するロボット制御部１２を含む。ロボット制御部１２は、ロボット駆動モータ２９を制御する動作制御部１８を含む。動作制御部１８は、動作プログラムに基づく動作指令をロボット駆動回路１９に送出する。作業者が操作盤３７を操作することにより、動作制御部１８は、操作盤３７を操作に基づく動作指令をロボット駆動回路１９に送出する。ロボット駆動回路１９は、動作指令に基づく電気をロボット駆動モータ２９に供給する。

ロボット２は、ロボット２の位置および姿勢を検出するためのロボット位置検出器３０を含む。本実施の形態のロボット位置検出器３０は、それぞれのロボット駆動モータ２９に取り付けられたエンコーダを含む。ロボット制御部１２は、ロボット位置検出器３０から出力される回転位置に関する信号を受信する。ロボット制御装置１１は、ロボット２の位置および姿勢に基づいて、レーザ照射装置４の位置および姿勢を検出することができる。

ロボット制御装置１１は、カメラ６を制御するカメラ制御部１３を含む。カメラ制御部１３は、記憶部１６に記憶された動作プログラムに基づいて、カメラ６に撮影指令を送出する。または、作業者が操作盤３７を操作することにより、カメラ制御部１３は、カメラ６に撮影指令を送出する。撮影指令を受信したカメラ６は、ワークを撮影する。

ロボット制御装置１１は、操作盤３７の表示器３９の制御を行う表示制御部１４を含む。表示制御部１４は、記憶部１６に記憶された動作プログラムに基づいて、所定の画像を表示する指令を表示器３９に送出する。また、表示制御部１４は、カメラ６にて撮影した画像を表示器３９に表示する。ロボット制御装置１１は、カメラ６により撮影した画像を処理する画像処理部１７を含む。画像処理部１７によって処理された情報は、表示制御部１４に送出される。表示制御部１４は、画像処理部１７によって処理された情報に関する画像を表示する指令を表示器３９に送出する。表示器３９は、表示制御部１４の指令に基づいて画像を表示することができる。

ロボット制御装置１１は、レーザ光を制御するレーザ制御部１５を含む。レーザ制御部１５は、記憶部１６に記録された動作プログラムに基づいて、照射制御装置４１にレーザ光を出射する指令を送出する。または、レーザ制御部１５は、作業者が操作盤３７を操作することにより、照射制御装置４１にレーザ光を照射する指令を送出する。

制御装置３は、レーザ照射装置４を制御する照射制御装置４１を含む。照射制御装置４１は、ロボット制御装置１１と同様に、ＣＰＵを含む演算処理装置にて構成されている。照射制御装置４１は、通信装置を介してロボット制御装置１１と通信できるように形成されている。

照射制御装置４１は、レーザ照射装置４の内部の出射方向調整機構４４の動作指令を送出する動作制御部４２を含む。動作制御部４２は、動作プログラムに基づいてレーザ照射装置４のミラーを駆動する動作指令をミラー駆動回路４３に送出する。または、動作制御部４２は、作業者の操作盤３７の操作に応じて、ミラーを駆動する動作指令を送出する。ミラー駆動回路４３は、動作指令に基づく電気をミラー駆動モータ４７に送出する。

レーザ照射装置４は、ミラーの向きを検出するためのミラー位置検出器５０を含む。本実施の形態のミラー位置検出器５０は、それぞれのミラー駆動モータ４７に取り付けられたエンコーダを含む。ミラー位置検出器５０にて検出された回転角は、動作制御部４２に送信される。

制御装置３は、レーザ発振器５を制御する発振器制御装置５１を含む。発振器制御装置５１は、ロボット制御装置１１と同様に、ＣＰＵを含む演算処理装置にて構成されている。発振器制御装置５１は、通信装置を介して照射制御装置４１と通信できるように形成されている。

照射制御装置４１は、レーザ制御部１５からの指令に基づいて、発振器制御装置５１に、レーザ光を発振する指令を送出する。レーザ制御部１５からの指令には、レーザ光の照射条件が含まれている。レーザ光の照射条件には、レーザ光の強度、周波数、およびデューティ比などが含まれる。照射条件は、レーザ制御部１５から照射制御装置４１に送信されることができる。または、照射制御装置４１に記憶部が配置されている場合には、照射条件は、この記憶部に予め記憶しておくことができる。

または、レーザ光の強度、周波数、およびデューティ比等の組を１つの照射条件として、複数の照射条件を照射制御装置４１が記憶しておくことができる。そして、レーザ制御部１５は、複数個の照射条件のうち、特定の照射条件を使用する指令を照射制御装置４１に送出しても構わない。照射制御装置４１は、指定された照射条件に基づいて、レーザ照射装置４および発振器制御装置５１を制御することができる。

また、レーザ光の照射条件には、レーザ光の照射を開始する時期およびレーザ光の照射を終了する時期が含まれても構わない。ワークに対して線状にレーザ光を照射する場合がある。すなわち、レーザ照射装置４のミラー駆動モータ４７を駆動している期間中に、レーザ光の照射を開始したり照射を停止したりする場合がある。この場合に、照射制御装置４１は、レーザ光を照射する時期を制御する。例えば、照射制御装置４１は、ミラー駆動モータ４７を始動した後に、ミラー駆動モータ４７の回転速度が一定になった時に、レーザ光の照射を開始する。照射制御装置４１は、所望の形状にレーザ光を照射した後に、レーザ光の照射を停止する。この後に、照射制御装置４１は、ミラー駆動モータ４７を停止する制御を実施する。発振器制御装置５１は、照射制御装置４１からの指令に含まれる照射条件に対応するレーザ光を発振するようにレーザ発振器５を制御する。

図４に、本実施の形態における第１の加工システムのレーザ照射装置およびワークの拡大概略図を示す。図５に、本実施の形態におけるワークの概略平面図を示す。図４および図５を参照して、本実施の形態では２枚の板状のワーク７１ａ，７１ｂを溶接する作業を例に取り上げて説明する。ワーク７１ａの上側にワーク７１ｂが配置されている。ここでは、ワーク７１ａとワーク７１ｂとが重なり合う領域において、矢印１０５に示すようにレーザ光を照射することにより溶接する。

領域９１は、予め定められたロボット２の位置および姿勢において、カメラ６が撮影する範囲である。また、領域９２は、レーザ照射装置４の内部の出射方向調整機構４４を駆動した時に、レーザ光を照射できる範囲を示している。はじめに、ワーク７１ａ，７１ｂにおいて、レーザ光を照射する位置を設定する教示作業について説明する。

図６に、第１の加工システムにおいて表示器に表示される第１の画像を示す。図１、図２および図６を参照して、作業者は、操作盤３７の入力部３８を操作して、カメラ６の撮影を開始する。作業者は、入力部３８を操作することにより、表示器３９に加工を行う部分が表示されるように、ロボット２の位置および姿勢を変更する。表示制御部１４は、表示器３９の画像領域３９ａに、カメラ６にて撮影される画像を表示する。図６に示す例では、カメラ６は、加工前のワーク７１ａ，７１ｂを撮影している。表示器３９には、２枚のワーク７１ａ，７１ｂが重なり合う部分が表示されている。また、表示制御部１４は、カメラ６にて撮影した画像に加えて、ボタン６１，６２を表示している。

本実施の形態においては、ワーク７１ａ，７１ｂは、架台７２における予め定められた位置に固定されている。教示作業の前に、ロボット２の位置および姿勢に対して表示器３９に表示されるワーク７１ａ，７１ｂの位置が較正されている。また、レーザ照射装置４の内部の出射方向調整機構４４のミラーの向きに対して、表示器３９に表示されるワーク７１ａ，７１ｂの位置が較正されている。表示器３９に表示される画像おけるワークの所定の位置と、実際のワークの所定の位置とが対応するように較正されている。

このために、ロボット２の位置および姿勢が定まり、さらに、出射方向調整機構４４によるレーザ光の出射方向が定められた場合には、表示器３９の画像領域３９ａにおける位置を指定すると、実施のワーク７１ａ，７１ｂにおける位置が指定される。作業者は、ワーク７１ａ，７１ｂにおけるレーザ光の照射位置を画像領域３９ａにて指定することができる。

なお、カメラ６は、ワーク７１ａ，７１ｂを架台７２に固定した後に、ワーク７１ａ，７１ｂを撮影することができる。そして、ロボット制御装置１１の画像処理部１７は、撮影した画像の処理を行うことにより、ワーク７１ａ，７１ｂの位置を検出しても構わない。例えば、画像処理部１７は、ワーク７１ａ，７１ｂの輪郭線を検出する。画像処理部１７は、輪郭線およびロボット２の位置および姿勢に基づいて、架台７２におけるワーク７１ａ，７１ｂの位置を検出することができる。

作業者は、表示器３９に表示される画像を見ながら、溶接を行う箇所を指定することができる。本実施の形態における表示器３９は、タッチパネル方式が採用されている。作業者は、画像領域３９ａにおいて、指６０にて溶接を行う箇所を押す。表示制御部１４は、作業者が触れた位置にマーク８５を表示する。このように、作業者は、表示器３９に表示される画像を見ながらワーク７１ａ，７１ｂにおけるレーザ光の照射位置を設定することができる。すなわち、作業者は、表示器３９の画面において、溶接する位置を設定することができる。

次に、作業者がボタン６１を押すことにより、記憶部１６は、作業者が設定したワーク７１ａ，７１ｂにおけるマーク８５の位置を記憶する。すなわち、記憶部１６は、教示されたワーク７１ａ，７１ｂの溶接を行う位置を記憶する。ロボット制御部１２は、表示器３９におけるレーザ光の照射位置に基づいて、ロボット２の位置および姿勢と出射方向調整機構４４におけるレーザ光の出射方向を算出することができる。ロボット制御部１２は、作業者に指定された位置にレーザ光を照射するように動作プログラムを作成することができる。

図６に示す例では、複数の位置においてレーザ光を照射するように、動作プログラムが作成される。動作プログラムには、作業者に指定された位置にレーザ光を照射するように、ロボット２の位置および姿勢と出射方向調整機構４４のミラーの向きとが指定されている。記憶部１６は、作成された動作プログラムを記憶する。この後に、作業者が操作盤３７を操作することにより、制御装置３は、動作プログラムに基づいてレーザ光の照射を行うことができる。

一方で、ワーク７１ａ，７１ｂにおけるレーザ光の照射位置を含む動作プログラムが予め定められている場合がある。この場合に、表示制御部１４は、記憶部１６から動作プログラムを取得した後に、レーザ光の照射位置を表示器３９に表示することができる。表示制御部１４は、現在のロボット２の位置および姿勢と出射方向調整機構４４におけるレーザ光の出射方向とに基づいて、表示器３９に表示されるレーザ光の照射位置を算出することができる。

本実施の形態の制御装置３では、作業者が表示器３９に表示された画像を見ながら操作盤３７を操作することにより、ワーク７１ａ，７１ｂにおけるレーザ光の照射位置を変更できるように形成されている。

図６に示す例では、マーク８５を消去するボタン６２を押した後に、所望のマーク８５を押すことにより溶接する位置を消去することができる。この後に、新たな溶接を行う位置を指６０にて押すことにより、新たなマーク８５を表示することができる。そして、作業者はボタン６１を押すことにより、変更後のレーザ光の照射位置を記憶させることができる。

レーザ光を照射する位置を設定または変更する操作としては、この形態に限られず、任意の方法を採用することができる。例えば、表示器において、変更するマークを長く押した後に、マークを押しながら所望の位置まで指を動かすことにより、マークの位置を変更しても構わない。または、作業者が入力部に配置されているキーボード等を操作することにより、レーザ光の照射位置を設定または変更することができる。

本実施の形態の表示制御部１４は、カメラ６にて撮影した画像に重ねてワーク７１ａ，７１ｂにおけるレーザ光の照射位置を仮想的に表示器３９に表示する。このために、作業者は、レーザ光の照射位置を容易に確認することができる。特に、カイドレーザ光を照射しなくても、加工を行うレーザ光を照射する位置が確認することができる。このために、加工システム１は、ガイドレーザ装置を備えなくても構わない。このように、本実施の形態の制御装置３は、拡張現実に関する画像を表示器３９に表示する機能を有する。

また、制御装置３は、操作盤３７の入力部３８の操作に基づいて、ワーク７１ａ，７１ｂにおけるレーザ光の照射位置を設定または変更するように形成されている。この構成により、作業者は、表示器３９に表示される画面を見ながら教示作業を実施することができる。作業者は、ガイドレーザ光を見ながら操作盤３７を操作する必要はなく、容易にレーザ光を照射する位置を設定または変更する教示作業を行うことができる。

また、表示器３９には、加工を行う部分の周辺の状態が表示されている。作業者は、レーザ光を照射する部分の周りの状態を確認することができる。例えば、図６に示す例では、表示器３９は、加工を行う点の周りの状態が表示されている。作業者は、溶接を行う位置がワーク７１ａ，７１ｂの縁に近すぎないことを確認できる。または、作業者は、レーザ光の照射を妨げる治具などが配置されていないことを確認できる。

また、制御装置３は、作業者の入力部３８の操作に基づいて、表示器３９に表示されたレーザ光の照射位置を記憶部１６に記憶することができる。このために、作業者は、表示器３９の画面を見ながら、設定したり変更したりしたレーザ光の照射位置を容易に記憶部１６に記憶することができる。

本実施の形態においては、カメラ６は加工前のワーク７１ａ，７１ｂを撮影しているが、この形態に限られない。カメラ６は、ワーク７１ａ，７１ｂの加工期間中にワーク７１ａ，７１ｂを撮影することができる。表示制御部１４は、加工期間中のワーク７１ａ，７１ｂの画像に重ねてレーザ光の照射位置を表示することができる。この制御により、作業者は、ワークの加工期間中に指定された位置に加工が行われていることを確認することができる。

図７に、本実施の形態における第２の加工システムのレーザ照射装置およびワークの拡大概略図を示す。第２の加工システムでは、レーザ照射装置４は、ワーク７１ａ，７１ｂにおいて加工する位置を照射するガイドレーザ装置４８を備える。本実施の形態のガイドレーザ装置４８は、レーザ照射装置４の内部に配置されている。ガイドレーザ装置４８は、ガイドレーザ光として可視光を出射する光源４８ａと、ガイドレーザ光を反射するミラー４８ｂとを含む。ガイドレーザ装置４８は、現在のロボットの位置および姿勢と出射方向調整機構４４のミラーの向きに応じて、加工を行うレーザ光が照射される位置を照らすことができる。

また、第２の加工システムは、レーザ照射装置４とワーク７１ａ，７１ｂとの距離を測定する測定器４９を備える。本実施の形態の測定器４９は、後述するように、ワーク７１ａ，７１ｂの表面に円状の補助線が表示されるようにガイド光をワーク７１ａ，７１ｂに照射する。照射制御装置４１は、ガイドレーザ装置４８を制御するガイドレーザ制御部と、測定器４９を制御する測定器制御部とを含む。

図８に、第２の加工システムにおいて、第２の画像が表示された表示器を示す。表示器３９には、カメラ６にて撮影された画像を表示する画像領域３９ａと、レーザ加工に関する情報を表示する情報領域３９ｂとが形成されている。情報領域３９ｂには、作業者が操作を行うためのボタン６１〜６５が表示されている。図８に示す例では、画像領域３９ａに、ワーク７１ａ，７１ｂが表示されている。また、画像領域３９ａには、レーザ光の照射位置に対応するマーク８５が表示されている。

また、情報領域３９ｂには、表示領域６８，６９が配置されている。表示領域６８には、レーザ照射装置４においてレーザ光が出射される位置が示されている。この例では、表示領域６８には、集光レンズの中心を原点としたレーザ光が出射されるＸ軸における位置およびＹ軸における位置が示されている。また、表示領域６８には、現在の焦点距離ＦＤが示されている。表示領域６９には、レーザ照射装置４の位置が示されている。この例では、レーザ照射装置４の位置として、ロボット２のロボット座標系におけるツール先端点の位置が表示されている。

このように、制御装置３は、レーザ光の照射位置の情報およびレーザ照射装置４の位置の情報の表示器３９に表示している。作業者は、レーザ光の照射位置およびレーザ照射装置の位置を数値にて確認することができる。本実施の形態では、レーザ光の照射位置の情報およびレーザ照射装置４の情報の両方が表示されているが、この形態に限られず、いずれか一方が表示されていても構わない。

なお、表示制御部は、任意の形態でレーザ光の照射位置の情報を表示することができる。例えば、表示制御部は、ワークの任意の位置を原点としたワーク座標系において、レーザ光の照射位置の座標値を表示しても構わない。表示制御部は、任意の形態でレーザ照射装置の位置を表示することができる。例えば、ワークに対するレーザ照射装置の位置を座標値で表示することができる。

なお、本実施の形態では、表示器３９の画面が画像領域３９ａと情報領域３９ｂとに分割されているが、この形態に限られず、新たな画面（窓）を開いて表示しても構わない。たとえば、画像領域３９ａの上に新たな画面を開いて情報領域３９ｂが形成されても構わない。

情報領域３９ｂには、設定または変更したワーク７１ａ，７１ｂにおける位置を記憶するボタン６１が配置されている。また、本実施の形態の照射制御装置４１は、作業者の入力部３８の操作に基づいて、ガイドレーザ装置４８を制御するように形成されている。作業者が表示器３９の画面を見ながら操作盤３７を操作することにより、ガイドレーザ装置４８が操作される。情報領域３９ｂには、ガイドレーザ装置４８を操作するボタン６２が配置されている。作業者がボタン６２を押すことにより、ガイドレーザ装置４８からガイドレーザ光を出射することができる。作業者がボタン６２をもう一度押すことにより、ガイドレーザ装置４８を停止することができる。ガイドレーザ光がワーク７１ａ，７１ｂを照らす位置は、実際にレーザ光が照射される位置に相当する。

作業者は、表示器３９において、ガイドレーザ光が照射される位置と、画面におけるマーク８５の位置とがずれているか否かを確認することができる。ガイドレーザ光が照射する位置と、画面におけるマーク８５の位置とがずれている場合がある。この場合に、作業者は、マーク８５の位置をガイドレーザ光が示す位置に合わせる較正を実施することができる。制御装置３は、作業者が操作盤３７を操作することにより、この較正を行えるように形成することができる。このように、ガイドレーザ光を用いて、加工を行うレーザ光の位置を確認することができる。

図３を参照して、本実施の形態のレーザ照射装置４は、レーザ照射装置４から出射するレーザ光の方向を調整する出射方向調整機構４４を含む。第２の加工システムにおいては、制御装置３は、出射方向調整機構４４にてワーク７１ａ，７１ｂにおけるレーザ光の照射が可能な範囲を、ワーク７１ａ，７１ｂの画像に重ねて表示器３９に仮想的に表示する。すなわち、表示器３９は、出射方向調整機構４４にてレーザ光が動ける範囲を表示する。

作業者は、ボタン６３を押すことにより、実際に撮影したワーク７１ａ，７１ｂの画像に重ねて補助線８６を表示することができる。補助線８６に囲まれる範囲は、ロボット２が停止した状態で、レーザ照射装置４がレーザ光を動かす範囲に相当する。作業者は、レーザ照射装置４にてレーザ光の照射が可能な範囲の内部に、溶接を行う位置を指定することができる。補助線８６の外部に溶接を行う点を設定する場合には、作業者は、ロボット２の位置および姿勢を変更することができる。

また、図８に示す例では、カメラ６にて撮影している範囲は、補助線８６にて示されるレーザ光を照射できる範囲よりも広い。すなわち、補助線８６の全体が含まれるように画像を表示している。この構成により、作業者は、出射方向調整機構４４の駆動によりレーザ光の照射が可能な範囲の全体を確認することができる。このために、作業者は、出射方向調整機構４４の駆動にてレーザ光の照射が可能な範囲内に、容易に溶接を行う点を設定することができる。また、操作盤３７にてロボット２を操作することにより、補助線８６にて示される範囲を容易に移動させることができる。なお、作業者は、ボタン６３をもう１度押すことにより、画面から補助線８６を消すことができる。

ところで、図３に示す出射方向調整機構４４を備えるガルバノスキャナにおいて、ワーク上のレーザ光を照射できる範囲は、平面形状が四角形になる。ところが、四角形の隅の部分においてはレーザ光の収束誤差が生じるために、加工精度が悪化する虞がある。このために、本実施の形態においては、補助線８６のレーザ光の照射が可能な範囲は、四角形の隅の部分を削除して、四角形に含まれる円にて表示されている。すなわち、本実施の形態では、加工精度が高い領域を補助線８６にて表示している。なお、表示制御部は、ガルバノスキャナによりレーザ光の位置の調整が可能な四角形の補助線を表示しても構わない。または、ボタン６３を押すごとに、四角形の補助線および円の補助線を切り替えても構わない。

図９に、第２の加工システムにおいて、第３の画像が表示された表示器を示す。第２の加工システムでは、制御装置３は、撮影したワーク７１ａ，７１ｂの画像に重ねてワーク７１ａ，７１ｂの加工後の形状を仮想的に表示器３９に表示することができる。例えば、表示制御部１４は、動作プログラムに基づいて加工後の加工物の形状を算出することができる。表示制御部１４は、現在設定されているレーザ光の照射位置に基づいて、加工が行われた後の形状を表示器３９に表示することができる。

レーザ光が照射されるときには、レーザ照射装置４の出射方向調整機構４４が駆動することにより、任意の形状に溶接することができる。作業者は、ボタン６４を押すことにより、表示器３９に加工後のワーク７１ａ，７１ｂの形状を表示することができる。図９に示す例では、溶接を行う位置において、円の一部が欠けた形状にてレーザ光が照射される。このように、レーザ光を照射する形状は、予め動作プログラムに設定しておくことができる。表示制御部１４は、記憶部１６に記憶されている動作プログラムに基づいて、加工後の形状を表示することができる。

なお、溶接の形状としては、上記の円の一部を欠いた形状に限られず、任意の形状を採用することができる。例えば、溶接後の平面形状が円であり、円の内部の領域が全てレーザ光に照射された形状、または、Ｓの文字のような溶接の形状を採用することができる。

表示器３９が加工後のワーク７１ａ，７１ｂの形状を表示することにより、作業者は、ワークの加工前またはワークの加工期間中に、加工後のワークの形状を確認することができる。また、作業者は、加工後の形状が不適切な場合には、レーザ光の照射位置を変更することができる。

次に、第２の加工システムは、レーザ照射装置４とワーク７１ａ，７１ｂとの距離（高さ）を測定する測定器４９を備える。すなわち、測定器４９は、ワークディスタンスを測定することができる。制御装置３の照射制御装置４１は、操作盤３７の入力部３８の操作に基づいて、測定器４９を制御するように形成されている。

測定器４９としては、例えば、ワーク７１ａ，７１ｂに対して円形に可視光を照射する装置を採用することができる。ワーク７１ａ，７１ｂとレーザ照射装置４との距離が近い場合には、表示器３９に表示される円の大きさが小さくなる。制御装置３は、表示器３９に表示される円の大きさに基づいて、レーザ照射装置４からワーク７１ａ，７１ｂまでの距離を推定することができる。画像処理部１７は、撮影された画像における円の直径に基づいて、ワーク７１ａ，７１ｂとレーザ照射装置４との距離を測定することができる。

第２の加工システムでは、作業者が表示器３９の画面を見ながら操作盤３７を操作することにより、測定器４９が操作される。作業者は、ボタン６５を押すことにより、測定器４９を操作することができる。本実施の形態では、作業者がボタン６５を押すことにより、レーザ照射装置４とワーク７１ａ，７１ｂとの距離（高さ）が測定されて、測定結果が表示器３９の画面に表示される。

測定した距離は、情報領域３９ｂに表示することができる。例えば、情報領域３９ｂにおいて、新たな情報領域（窓）が開かれて測定結果が表示される。測定された距離と焦点距離とが一致する場合には、良質なレーザ光をワーク７１ａ，７１ｂに照射することができる。

測定器４９にて測定された距離がレーザ照射装置４の焦点距離から離れている場合には、レーザ照射装置４における焦点距離を補正することができる。本実施の形態のレーザ照射装置４は、測定器４９にて測定された距離に焦点距離が一致するように、集光レンズの位置を自動的に調整することができる。または、測定器４９にて測定された距離がレーザ照射装置４の焦点距離から離れている場合には、作業者が表示器３９に表示された距離が焦点距離に一致するように、ロボット２の位置および姿勢を変更することができる。

なお、測定器としては、上記の形態に限られず、レーザ照射装置からワークまでの距離の測定が可能な任意の装置を採用することができる。例えば、クロスレーザ光を照射して距離を測定する測定器、超音波を用いた測定器、３次元カメラにて撮影した画像を処理して距離を測定する測定器等を採用することができる。

図３を参照して、本実施の形態におけるレーザ照射装置４に配置された出射方向調整機構４４は、複数のミラーを含む機構である。出射方向調整機構は、この形態に限られず、レーザ光を出射する方向が変更可能な任意の機構を採用することができる。

図１０に、出射方向調整機構の他の形態を示す概略図を示す。図１０に示す出射方向調整機構８０を備えるレーザ加工ヘッドは、トレパニングヘッドと称される。出射方向調整機構８０は、レーザ照射装置４の内部に配置されている。出射方向調整機構８０は、レンズ８１にてレーザ光を出射する方向を調整する。図１０に示す例では、出射方向調整機構８０は、複数のレンズ８１と、集光レンズ８２とを含む。レンズ８１は、入射したレーザ光を屈折させることができる。出射方向調整機構８０は、レンズ８１を矢印１０２に示すように回転させるモータを含む。

レンズ８１が回転することにより、集光レンズ８２に入射するレーザ光８３の位置が調整される。この結果、２次元の平面上の所望の位置にレーザ光を照射することができる。このように、出射方向調整機構としては、鏡を用いた機構の他にレンズを用いた機構を採用しても構わない。

本実施の形態では、制御装置３が、ロボット制御装置１１、照射制御装置４１および発振器制御装置５１の複数の制御装置により構成されているが、この形態に限られない。複数の制御装置が一体的に形成されていても構わない。たとえば、ロボット制御装置は、照射制御装置の機能を有していても構わない。または、照射制御装置は、発振器制御装置の機能を有していても構わない。

また、制御装置は、少なくともカメラを含む撮影装置と表示器とを制御できるように形成されていれば構わない。たとえば、レーザ加工ヘッドを支持する支持装置が配置されていない加工システムでは、ワークの位置および撮影装置の位置が固定されている場合がある。このような加工システムでは、制御装置は、カメラを含む撮影装置と表示器とを制御する。

本実施の形態では、レーザ加工のうち、溶接を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、任意のレーザ加工に本実施の形態の加工システムを適用することができる。たとえば、ワークの切断を行う加工システム、ワークの穴あけを行う加工システム、およびワークに刻印を付与する加工システムに、本実施の形態の加工システムを適用することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ 加工システム
２ ロボット
３ 制御装置
４ レーザ照射装置
６ カメラ
１１ ロボット制御装置
１４ 表示制御部
１６ 記憶部
３７ 操作盤
３８ 入力部
３９ 表示器
３９ａ 画像領域
３９ｂ 情報領域
４１ 照射制御装置
４４ 出射方向調整機構
４８ ガイドレーザ装置
４９ 測定器
７１ａ，７１ｂ ワーク
８０ 出射方向調整機構
８５ マーク
８６ 補助線

Claims (8)

1. 加工物から離れた位置から加工物に向けてレーザ光を出射するレーザ加工ヘッドと、
   加工物を撮影する撮影装置と、
   前記撮影装置にて撮影した画像を表示する表示器と、
   前記撮影装置および前記表示器を制御する制御装置とを備え、
   前記撮影装置は、加工前の加工物または加工期間中の加工物を撮影し、
   前記制御装置は、前記撮影装置にて撮影した加工物の画像に重ねて加工物に照射されるレーザ光の照射位置を仮想的に前記表示器に表示する、加工システム。
2. レーザ加工ヘッドから出射するレーザ光の方向を調整する調整機構を備え、
   前記調整機構は、前記レーザ加工ヘッドに配置され、レーザ光の出射方向を調整する出射方向調整機構を含み、
   前記撮影装置は、前記出射方向調整機構にて加工物におけるレーザ光の照射が可能な範囲よりも広い範囲を撮影し、
   前記制御装置は、前記出射方向調整機構にて加工物におけるレーザ光の照射が可能な範囲を加工物の画像に重ねて仮想的に前記表示器に表示する、請求項１に記載の加工システム。
3. 前記制御装置は、加工後の加工物の形状を算出し、加工前の加工物の画像に重ねて加工後の加工物の形状を仮想的に前記表示器に表示する、請求項１または２に記載の加工システム。
4. レーザ加工ヘッドから出射するレーザ光の方向を調整する調整機構と、
   前記表示器および作業者が操作を行う入力部を含む操作盤とを備え、
   前記制御装置は、前記入力部の操作に基づいて、レーザ光の前記照射位置を設定または変更するように形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の加工システム。
5. レーザ加工ヘッドから出射するレーザ光の方向を調整する調整機構を備え、
   前記制御装置は、レーザ光の前記照射位置の情報および前記レーザ加工ヘッドの位置の情報のうち少なくとも一方を前記表示器に表示する、請求項１から４のいずれか一項に記載の加工システム。
6. 前記表示器および作業者が操作を行う入力部を含む操作盤と、
   加工物において加工する位置を照射するガイドレーザ装置とを備え、
   前記制御装置は、前記入力部の操作に基づいて、前記ガイドレーザ装置を制御するように形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の加工システム。
7. 前記表示器および作業者が操作を行う入力部を含む操作盤を備え、
   前記制御装置は、レーザ加工に関する情報を記憶する記憶部を含み、前記入力部の操作に基づいて、前記表示器に表示されたレーザ光の前記照射位置を記憶部に記憶する、請求項１から６のいずれか一項に記載の加工システム。
8. 前記表示器および作業者が操作を行う入力部を含む操作盤と、
   前記レーザ加工ヘッドと加工物との距離を測定する測定器とを備え、
   前記制御装置は、前記入力部の操作に基づいて、前記測定器を制御するように形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の加工システム。

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