JP2019037990A - レーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
電動機63は、レーザ加工装置61に備わるモータであり、例えば、レーザ加工装置61のスキャナや加工テーブルを移動させるために駆動されるモータである。
電動機電流制御部64は、AC/DC変換部164から電動機63への駆動電流の供給を制御することにより、電動機63を駆動する装置である。
レーザ励起部65は、レーザ光を発生する装置である。
レーザ励起電流制御部66は、AC/DC変換部166からレーザ励起部65への駆動電流の供給を制御することにより、レーザ励起部65を駆動する装置である。
数値制御部62、電動機電流制御部64、及びレーザ励起電流制御部66は互いに通信可能に接続されており、これにより、上記のように、数値制御部62は、軸の挙動とレーザ出力とを制御することが可能となる。
また、電動機電流制御部64Aは電動機63Aに対応し、電動機63Aに供給される駆動電流を制御することにより、電動機63Aを駆動する。同様に、電動機電流制御部64Bは電動機63Bに対応し、電動機63Bに供給される駆動電流を制御することにより、電動機63Bを駆動する。同様に、電動機電流制御部64Cは電動機63Cに対応し、電動機63Cに供給される駆動電流を制御することにより、電動機63Cを駆動する。
すなわち、レーザ加工装置61全体としては、同種の回路を分割して持つ冗長な構成となっている。このため、レーザ加工装置61が備える入力ユニットであって、電源回生等の省エネ機能、停電対策のための自動バックアップ機能、自動再起動機能が組み込まれた、電動機のAC/DC変換部164もしくは電動機電流制御部64A〜64C、及び、200Vから400Vまでの電圧に対応した多入力電圧対応機能を有するAC入力部163を含む入力ユニットを、レーザ発振器71にも別箇に構成する必要があり、部品や配線の増加、制御方法の複雑化を招いていた。
上記の繰り返しとなるが、従来技術において、レーザ加工装置は、加工点を移動するための軸とレーザ出力を制御する数値制御部、電動機とそれを駆動する電動機電流制御部、レーザ光を発生するレーザ励起部とそれを駆動するレーザ励起電流制御部、各制御部のAC入力部及びAC/DC変換部等から構成される。レーザ発振器は単独での稼働が可能なように独立した筐体に収められ、専用のAC入力部、AC/DC変換部を持っている。レーザ加工装置の電動機にもレーザ発振器と同様にAC入力部、AC/DC変換部が必要である。このため、レーザ発振器を搭載するレーザ加工装置としては、AC入力部、及びAC/DC変換部を2か所に分割して持つことになり、スペース的にもコスト的にも冗長な設計となっていた。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るレーザ加工装置1の機能ブロック図を示す。レーザ加工装置1は、基本ユニット11、数値制御部12、電動機13、電動機電流制御部14、レーザ励起部15、レーザ励起電流制御部16、及び接続部21A〜21C(以降では、場合により、これらを「接続部21」と総称する)を備える。更に、基本ユニット11は、AC入力部111、AC/DC変換部112、AC入力部113、及びAC/DC変換部114を備える。
AC入力部111は、AC電源から交流電力を受電し、AC/DC変換部112に交流電力を供給する。
AC/DC変換部112は、AC入力部111から供給された交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を、後述の接続部21Aを介して、数値制御部12に供給する。
AC入力部113は、AC電源から交流電力を受電し、AC/DC変換部114に交流電力を供給する。
AC/DC変換部114は、AC入力部113から供給された交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を、接続部21Bを介して電動機電流制御部14に、接続部21Cを介してレーザ励起電流制御部16に供給する。すなわち、AC入力部113は、電動機電流制御部14とレーザ励起電流制御部16とで共用するAC入力部であり、AC/DC変換部114は、電動機電流制御部14とレーザ励起電流制御部16とで共用するAC/DC変換部である。
電動機13は、レーザ加工装置1に備わるモータであり、例えば、レーザ加工装置1のスキャナや加工テーブルを移動させるために駆動されるモータである。
電動機電流制御部14は、AC/DC変換部114から電動機13への駆動電流の供給を制御することにより、電動機13を駆動する装置である。
レーザ励起部15は、レーザ光を発生する装置である。
レーザ励起電流制御部16は、AC/DC変換部114からレーザ励起部15への駆動電流の供給を制御することにより、レーザ励起部15を駆動する装置である。
数値制御部12、電動機電流制御部14、及びレーザ励起電流制御部16は互いに通信可能に接続されており、これにより、上記のように、数値制御部12は、軸の挙動とレーザ出力とを制御することが可能となる。
接続部21は、基本ユニットと各制御部とを機械的に接続し一体化するための構造と、電気的に接続するための構造の両方を備える。基本ユニットと各制御部間の機械的接続としては、ネジ止めを用いてもよく、それぞれの筐体の一部に嵌め合い構造を持たせ、篏合してもよい。電気的接続としては、各ネジ端子や挿抜容易なコネクタのいずれか、もしくは両方を併用してもよい。接続部21は、数値制御部12、電動機電流制御部14、レーザ励起電流制御部16向けにそれぞれ専用の接続構造をもってもよいが、接続部を上記3種のどの制御部とも共通に接続できるように設計することにより、基本ユニット11への各制御部への接続の自由度が高まり、既存のレーザ加工装置に付加軸を追加する際の作業や、レーザ発振器を追加する際の作業が容易になる。
電動機13とレーザ発振器のAC入力部、AC/DC変換部を共通化することにより、双方の装置内の無駄なスペースと接続ケーブルの本数を削減することができ、レーザ加工装置1全体の小型化、電力の伝送ロスの低減が可能となる。これら共通化されたAC入力部、AC/DC変換部を1つの基本ユニット11にまとめることにより、更なる小型化と接続ケーブルの削減が可能となる。
図2は、本発明の第2実施形態に係るレーザ加工装置1Aの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置1Aが備える構成要素のうち、レーザ加工装置1が備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置1Aが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置1と異なる点について詳述する。
一部上記の繰り返しとなるが、接続部21は、数値制御部12、電動機電流制御部14、レーザ励起電流制御部16、及びAC/DC変換部114向けにそれぞれ専用の接続構造をもってもよいが、接続部を上記3種のどの制御部とも、及び、AC/DC変換部とも共通に接続できるように設計することにより、基本ユニットへの各制御部やAC/DC変換部への接続の自由度が高まり、既存のレーザ加工装置に付加軸を追加する際の作業や、レーザ発振器を追加する際の作業が容易になる。
第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が奏される。更に、AC/DC変換部114が基本ユニット11Aの外部に存在することにより、AC/DC変換部114が故障した際、簡便にAC/DC変換部114を交換することが可能となる。
図3は、本発明の第3実施形態に係るレーザ加工装置1Bの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置1Bが備える構成要素のうち、レーザ加工装置1が備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置1Bが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置1と異なる点について詳述する。
基本ユニット11Bに、数値制御部12、電動機電流制御部14、及びレーザ励起電流制御部16への制御信号を中継する通信手段31、及び、AC/DC変換部114から電動機電流制御部14、及びレーザ励起電流制御部16に対して電力を伝送する電力伝送手段32を設けることにより、必要な配線の多くを基本ユニット11B内に収容することが可能となり、配線部品や組立の手間を大きく省くことができる。
更に、通信手段31により、各制御部が最短距離で接続するように構成することができ、レーザ加工装置1Bの制御系の速度、安定性、及びノイズ耐性が向上し、レーザ加工装置1Bの信頼性、稼働率向上に寄与することができる。
また、電力伝送手段32によりAC/DC変換部114と、電動機電流制御部14及びレーザ励起電流制御部16との間の伝送距離を最短で接続する事ができるので、レーザ加工装置1Bの電力ロスを低減し、省エネ、ランニングコスト低減に寄与することが可能となる。
更に、基本ユニット11Bの通信手段31及び電力伝送手段32と、各制御部との信号及び電力のやりとりを、接続部21を通して行うことにより、各制御部間の接続ケーブルの配線の手間が省け、低コストでレーザ加工装置を構成することができる。
図4は、本発明の第4実施形態に係るレーザ加工装置1Cの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置1Cが備える構成要素のうち、レーザ加工装置1Aが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置1Cが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置1Aと異なる点について詳述する。
第4実施形態においても、第3実施形態と同様の効果が奏される。とりわけ、AC/DC変換部114が基本ユニット11Cの外部に存在し、接続部21Dを介して基本ユニット11Cに接続することにより、配線部品や組立の手間を大きく省くことができる。
図5は、本発明の第5実施形態に係るレーザ加工装置1Dの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置1Dが備える構成要素のうち、レーザ加工装置1Bが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置1Dが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置1Bと異なる点について詳述する。
レーザ励起部15は、キロワットクラスのレーザ発振器では、レーザ媒質を冷却するための水冷部やペルチェ素子を備えているので、レーザ励起電流制御部16のスイッチング素子の冷却を効率的に行うには好適であり、レーザ加工装置1Dとしては、水冷部分を1か所に集約でき、信頼性向上やコストメリットの点で好適である。
また、レーザ励起電流制御部16とレーザ励起部15とを同一領域に設置することにより、配管が簡便となる。更にレーザ励起部15とレーザ励起電流制御部16を最短距離で接続することにより、パルス指令に対するレーザ光出力の応答性をより高速にすることが出来、レーザ加工品質の向上が可能となる。
図6は、本発明の第6実施形態に係るレーザ加工装置1Eの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置1Eが備える構成要素のうち、レーザ加工装置1Bが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置1Eが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置1Bと異なる点について詳述する。
電動機の回生電力やレーザ加工時に発生する排熱エネルギーをレーザ加工装置全体で共有することができ、エネルギー効率に優れたレーザ加工装置を提供することができる。
また、数値制御部12が、電動機13やレーザ励起部15の運転状況と各部の電力を監視することにより、エネルギーの再利用をレーザ加工装置1E全体で制御し最適化することができ、最適な省エネ運転を実現することができる。
図7は、本発明の第7実施形態に係るレーザ加工システム10の機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工システム10内のレーザ加工装置1F及び1G(以降では、場合により、これらを「レーザ加工装置1」と総称する)が備える構成要素のうち、レーザ加工装置1〜1Eが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。
複数のレーザ加工装置が互いに接続することにより、複数のレーザ加工装置間でエネルギーを共有し、分配することが可能となり、工場全体の省エネルギーが実現できる。
図8は、本発明の実施例としてのレーザ切断機1Hの構成を示す。なお、レーザ切断機1Hは、上記の第6実施形態に係るレーザ加工装置1Eを基礎としているため、同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その詳細な説明を省略する。
また、電動機電流制御部14Aは電動機13Aに対応し、電動機13Aに供給される駆動電流を制御することにより、電動機13Aを駆動する。同様に、電動機電流制御部14Bは電動機13Bに対応し、電動機13Bに供給される駆動電流を制御することにより、電動機13Bを駆動する。同様に、電動機電流制御部14Cは電動機13Cに対応し、電動機13Cに供給される駆動電流を制御することにより、電動機13Cを駆動する。
機械接続部23による各制御部と基本ユニット11Eとの機械的な接合は、各制御部の質量に応じて、ネジ止めや凸部凹部の嵌めこみ機構を適宜用いるとよい。
また、各制御部はコネクタ等の電気接続部24を通して、基本ユニット11Eの通信手段31及び電力伝送手段32と電気的に接続される。この電気接続部24は、各制御部のいずれでも接続できるように構成すれば、各制御部の実装に自由度が増し、例えば装置稼働後に1軸追加したい場合等、拡張性が確保できる。このような場合には、各制御部が、それぞれの認識符号や個体別のパラメータを持ち、各制御部と数値制御部12との通信で数値制御部12がこれらを認識することで、数値制御部12が装置構成を確認し、信号分配を間違いなく自動的に行うことができる。これにより、設定ミス等のヒューマンエラーを防止できる。
機械接続部25Aと基本ユニット11Eの機械接続部23A〜23Fのいずれかが係合し、機械接続部25Bと基本ユニット11Eの機械接続部23G〜23Lのいずれかが係合することにより、各制御部と基本ユニット11Eとは機械的に接続される。
また、電気接続部26Aと基本ユニット11Eの電気接続部24A〜24Fのいずれかが係合し、電気接続部26Bと基本ユニット11Eの電気接続部24G〜24Lのいずれかが係合することにより、各制御部と基本ユニット11Eとは電気的に接続される。なお、電気接続部26Aは制御信号の送受信のために用いられ、電気接続部26Bは電力の供給のために用いられる。また、各機械接続部25及び各電気接続部26の配置を、各制御部間で共通化しておいてもよい。
上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態に本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を施した形態での実施が可能である。
より具体的には、第1〜4及び第6〜7実施形態において、第5実施形態と同様に、レーザ励起部15のみならず、レーザ励起電流制御部16も空調領域内に設置してもよい。
また、第1〜第5及び第7実施形態において、第6実施形態と同様に、レーザ加工装置が、電源回生部41、発電部42、蓄電部43のうち1つ以上を、更に備える構成とすることも可能である。
また、第1〜第6実施形態において、第7実施形態と同様に、数値制御部12を、レーザ加工装置とは別体の装置としてもよい。
2:中央制御装置 10:レーザ加工システム
11 11A〜11E:基本ユニット
12 12F 12G:数値制御部
13 13A〜13C:電動機
14 14A〜14C:電動機電流制御部
15:レーザ励起部 16:レーザ励起電流制御部
17:レーザ加工装置制御盤
21 21A〜21D 22A〜22J:接続部
23 23A〜23L:機械接続部
24 24A〜24L:電気接続部
25 25A 25B:機械接続部
26 26A 26B:電気接続部
31 31F 31G:通信手段
32 32F 32G:電力伝送手段
35 35A〜35F:装置間接続手段
41:電源回生部 42:発電部 43:蓄電部 51:空調機
52:光ファイバ 53:加工ヘッド 54:加工テーブル
61:レーザ加工装置 62:数値制御部
63 63A〜63C:電動機
64 64A〜64C:電動機電流制御部
65:レーザ励起部 66:レーザ励起電流制御部
67:レーザ加工装置制御盤 71:レーザ発振器
101:空調機 102:光ファイバ 103:加工ヘッド
104:加工テーブル
111 113 161 163 165:AC入力部
112 114 162 164 166:AC/DC変換部
Claims (8)
- 加工点を移動するための軸の運動とレーザ光の出力とを制御する数値制御部と、
前記軸を運動させる電動機と、
前記電動機の駆動電流を制御する電動機電流制御部と、
前記レーザ光を発生するレーザ励起部と、
前記レーザ励起部の駆動電流を制御するレーザ励起電流制御部と、
前記数値制御部、前記電動機電流制御部、及び前記レーザ励起電流制御部に直流電力を供給する基本ユニットとを備え、
前記基本ユニットは、
交流電力を受電するAC入力部と、
前記AC入力部から供給される交流電力を直流電力に変換して、前記直流電力を前記電動機電流制御部及び前記レーザ励起電流制御部に供給するAC/DC変換部と、
前記基本ユニットと、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、及び前記レーザ励起電流制御部とを接続する複数の接続部とを備える、レーザ加工装置。 - 加工点を移動するための軸の運動とレーザ光の出力を制御する数値制御部と、
前記軸を運動させる電動機と、
前記電動機の駆動電流を制御する電動機電流制御部と、
前記レーザ光を発生するレーザ励起部と、
前記レーザ励起部の駆動電流を制御するレーザ励起電流制御部と、
受電した交流電力を直流電力に変換して、前記直流電力を前記電動機電流制御部及び前記レーザ励起電流制御部に供給するAC/DC変換部と、
前記数値制御部に直流電力を供給し、前記AC/DC変換部に交流電力を供給する基本ユニットとを備え、
前記基本ユニットは、
交流電力を受電し、前記AC/DC変換部に前記交流電力を供給するAC入力部と、
前記基本ユニットと、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、前記レーザ励起電流制御部、及び前記AC/DC変換部とを接続する複数の接続部とを備える、レーザ加工装置。 - 前記複数の接続部のうちいずれの接続部も、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、前記レーザ励起電流制御部、及び前記AC/DC変換部のうち、少なくとも1種類以上と接続可能である、請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。
- 前記基本ユニットは、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、及び前記レーザ励起電流制御部間の通信手段、及び/又は、前記AC/DC変換部からの電力を前記電動機電流制御部と前記レーザ励起電流制御部とに伝送するための電力伝送手段を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
- 前記接続部は、前記通信手段、及び/又は、前記電力伝送手段と接続される、請求項4に記載のレーザ加工装置。
- 前記電動機の逆起電力を前記第2のAC入力部に回生する電源回生部、及びレーザ加工で発生する熱エネルギーを回収し電気エネルギーに変換する発電部のいずれか又は双方と、
前記電源回生部及び/又は前記発電部から供給される電力を蓄電する蓄電部とを備え、
前記電源回生部、前記発電部、及び前記蓄電部が、前記電力伝送手段に接続される、請求項4又は5に記載のレーザ加工装置。 - 前記電源回生部、前記発電部、前記蓄電部のうち少なくとも1つが前記通信手段に接続される、請求項6に記載のレーザ加工装置。
- 前記通信手段と前記電力伝送手段とが、別のレーザ加工装置との接続部を備える、請求項6又は7に記載のレーザ加工装置。
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