JP2019081185A

JP2019081185A - レーザ加工システム

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Publication number: JP2019081185A
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Inventors: 隆良松本; Takayoshi Matsumoto
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Abstract

【課題】ロボット制御装置とスキャナ制御装置とが独立制御を行っても、レーザ加工を適切に行うことができるレーザ加工システムを提供する。【解決手段】レーザ加工システム１は、レーザ光Ｌを所定の照射経路及び所定の照射速度で走査するスキャナ４と、スキャナ４を所定の移動経路及び所定の移動速度で移動させるロボット２と、ロボット２の移動経路及び移動速度を制御するロボット制御装置５と、スキャナ４の照射経路及び照射速度を制御するスキャナ制御装置６とを備え、スキャナ制御装置６は、所定の照射経路の照射時間内に所定の照射経路がスキャナの照射可能範囲を超えるか否かを判定し、判定結果を照射範囲判定情報としてロボット制御装置５に送信し、ロボット制御装置５は、スキャナ制御装置６から受信した照射範囲判定情報に基づいて、所定の移動速度を減速するように変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を走査するスキャナとスキャナを移動させるロボットとを用いてレーザ加工を行うシステムに関する。

ワークから離れた位置からレーザ光を照射して、ワークの溶接（加工）を行うリモートレーザ溶接（加工）の技術がある。このような技術を適用するレーザ加工システムとして、レーザ光を走査するスキャナとスキャナを移動させるロボットとを用いるシステムがある。このようなレーザ加工システムは、ロボットでスキャナを移動させながら、スキャナでレーザ光を走査することにより、ワークを任意の形状で溶接（加工）することができる。

特許文献１には、このようなレーザ溶接装置が記載されている。このレーザ溶接装置は、ロボットを制御するロボット制御装置と、スキャナを制御するスキャナ制御装置と、中央制御装置とを備え、中央制御装置によりスキャナ制御装置とロボット制御装置の双方を制御する。

特開２０１０−２１４３９３号公報

しかし、特許文献１に係る発明においては、単に、中央制御装置からスキャナ制御装置への動作指令と、中央制御装置からレーザ溶接装置への動作指令とが、同一の制御速度及び同一の制御周期で処理されるのみであり、スキャナ制御装置と、ロボット制御装置とは、個別独立に動作している。

本願発明者も、ロボット制御装置とスキャナ制御装置とが個別の作業プログラムで独立に動作するレーザ加工システムを考案している。このレーザ加工システムでは、ロボット制御装置によるロボットの移動経路及び移動速度の制御と、スキャナ制御装置によるスキャナの走査経路（照射経路）及び走査速度（照射速度）の制御とが独立している。これを実現するために、動作中のロボットの位置又は移動速度をロボット制御装置からスキャナ制御装置に送信し、スキャナ制御装置内でロボットの動作を考慮して走査経路を作成している。

しかし、スキャナの走査速度（照射速度）に比べてロボットの移動速度が速い場合、スキャナの走査が終了する前に、スキャナの走査経路がスキャナの照射可能範囲（一般的に３００ｍｍ×３００ｍｍ程度）から外れてしまい、レーザ加工ができなくなる。
これは、ロボット制御装置によるロボットの移動経路及び移動速度の制御と、スキャナ制御装置によるスキャナの走査経路（照射経路）及び走査速度（照射速度）の制御とが独立しているため、ロボットからはスキャナの照射状況がわからず、ロボットが自身のプログラムされた移動速度で移動を続けるためである。
回避策として、ロボットのプログラムの移動速度をトライアンドエラーで修正して、スキャナの走査が終了するまで、スキャナの走査経路がスキャナの照射可能範囲を超えない移動速度までロボットの指令速度を遅くすることが考えられるが、この回避策は手間がかかる。

本発明は、ロボット制御装置とスキャナ制御装置とが独立制御を行っても、レーザ加工を適切に行うことができるレーザ加工システムを提供することを目的とする。

（１）本発明に係るレーザ加工システム（例えば、後述のレーザ加工システム１）は、レーザ光を所定の照射経路及び所定の照射速度で走査するスキャナ（例えば、後述のスキャナ４）と、前記スキャナを所定の移動経路及び所定の移動速度で移動させるロボット（例えば、後述のロボット２）と、前記ロボットの移動経路及び移動速度を制御するロボット制御装置（例えば、後述のロボット制御装置５）と、前記スキャナの照射経路及び照射速度を制御するスキャナ制御装置（例えば、後述のスキャナ制御装置６）とを備え、前記スキャナ制御装置は、前記所定の照射経路の照射時間内に前記所定の照射経路が前記スキャナの照射可能範囲を超えるか否かを判定し、判定結果を照射範囲判定情報として前記ロボット制御装置に送信し、前記ロボット制御装置は、前記スキャナ制御装置から受信した前記照射範囲判定情報に基づいて、前記所定の移動速度を減速するように変更する。

（２）（１）に記載のレーザ加工システムにおいて、前記スキャナ制御装置は、前記所定の照射経路の開始位置と、前記スキャナの照射可能範囲と、前記所定の照射経路の開始から終了までの照射時間とに基づいて、前記照射時間経過後の照射経路が前記スキャナの照射可能範囲を超えない前記スキャナの移動速度を演算し、演算した前記スキャナの移動速度を前記照射範囲判定情報に含めて送信し、前記ロボット制御装置は、前記所定の移動速度を、前記照射範囲判定情報に含まれる前記スキャナの移動速度に変更してもよい。

（３）（１）に記載のレーザ加工システムにおいて、前記ロボット制御装置は、前記所定の移動速度を０に変更し、前記ロボットを停止させてもよい。

（４）（１）から（３）のいずれかに記載のレーザ加工システムにおいて、前記スキャナ制御装置による前記スキャナの照射速度の制御は、前記ロボット制御装置による前記ロボットの移動速度の制御に対して独立して行われてもよい。

本発明によれば、ロボット制御装置とスキャナ制御装置とが独立制御を行っても、レーザ加工を適切に行うことができるレーザ加工システムを提供することができる。

本実施形態に係るレーザ加工システムの構成を示す図である。図１に示すスキャナの光学系を説明する図である。図１に示すスキャナの他の光学系を説明する図である。図３に示すスキャナの他の光学系を説明する図である。図３に示すスキャナの他の光学系を説明する図である。図３に示すスキャナの他の光学系を説明する図である。図３に示すスキャナの他の光学系を説明する図である。図１に示すロボット制御装置及びスキャナ制御装置の構成を示す図である。本実施形態に係るレーザ加工システムにおけるスキャナ制御装置によるスキャナ照射範囲判定動作を示すフローチャートである。スキャナの照射経路範囲の求め方を説明する図である。スキャナの照射経路範囲の求め方を説明する図である。スキャナの照射経路範囲の求め方を説明する図である。照射時間経過時の、スキャナの照射可能範囲に対する照射経路範囲の判定方法を説明する図である。最適なスキャナ移動速度の求め方を説明する図である。本実施形態に係るレーザ加工システムにおけるロボット制御装置によるロボット速度変更動作を示すフローチャートである。本実施形態に係るレーザ加工システムの課題を説明する図である。本実施形態に係るレーザ加工システムの課題を説明する図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、本実施形態に係るレーザ加工システムの構成を示すブロック図である。図１に示すレーザ加工システム１は、レーザ光を走査するスキャナ４とスキャナ４を移動させるロボット２とを用いてレーザ溶接を行うシステムである。レーザ加工システム１は、ロボット２と、レーザ発振器３と、スキャナ４と、ロボット制御装置５と、スキャナ制御装置６とを備える。

ロボット２は、複数の関節を有する多関節ロボットであり、基部２１と、アーム２２と、複数の回転軸を有する関節軸２３ａ〜２３ｄを備える。また、ロボット２は、各関節軸２３ａ〜２３ｄを回転させてアーム２２をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させる複数のロボット用サーボモータ（図示せず）を有する。各ロボット用サーボモータは、後述するロボット制御装置５からの駆動データに基づいてそれぞれ回転駆動する。

ロボット２のアーム２２の先端部２２ａにスキャナ４が固定されている。従って、ロボット２は、各ロボット用サーボモータの回転駆動によって、スキャナ４を所定のロボット速度で、所定のＸ、Ｙ方向に移動させることができ、作業空間上の任意の位置に移動させることができる。

レーザ発振器３は、レーザ媒質、光共振器及び励起源等（いずれも図示せず）から構成される。レーザ発振器３は、後述するスキャナ制御装置６からのレーザ出力指令に基づくレーザ出力のレーザ光を生成し、生成したレーザ光をスキャナ４に供給する。発振されるレーザの種類として、ファーバーレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ等があるが、本発明においては、レーザの種類について特に問わない。

スキャナ４は、レーザ発振器３から出射されるレーザ光Ｌを受けて、ワーク１０に対してレーザ光Ｌを走査可能なガルバノスキャナである。
図２は、図１に示すスキャナ４の光学系を説明する図である。図２に示すように、スキャナ４は、レーザ発振器３から出射されるレーザ光Ｌを反射させる２つのガルバノミラー４１、４２と、ガルバノミラー４１、４２をそれぞれ回転駆動するガルバノモータ４１ａ、４２ａと、カバーガラス４３とを備える。

ガルバノミラー４１、４２は、互いに直交する２つの回転軸Ｊ１、Ｊ２回りにそれぞれ回転可能に構成される。ガルバノモータ４１ａ、４２ａは、後述するスキャナ制御装置６からの駆動データに基づいて回転駆動し、ガルバノミラー４１、４２を回転軸Ｊ１、Ｊ２回りに独立して回転させる。

レーザ発振器３から出射されたレーザ光Ｌは、２つのガルバノミラー４１、４２で順次反射された後にスキャナ４から出射され、ワーク１０の加工点（溶接点）に到達する。このとき、ガルバノモータ４１ａ、４２ａにより２つのガルバノミラー４１、４２がそれぞれ回転すると、これらガルバノミラー４１、４２に入射するレーザ光Ｌの入射角が連続的に変化する。その結果、スキャナ４からワーク１０に対して所定の経路でレーザ光Ｌが走査され、そのレーザ光Ｌの走査経路に沿ってワーク１０上に溶接軌跡を形成するようになっている。

スキャナ４からワーク１０上に出射されるレーザ光Ｌの走査経路は、ガルバノモータ４１ａ、４２ａの回転駆動を適宜制御してガルバノミラー４１、４２のそれぞれの回転角度を変化させることにより、Ｘ、Ｙ方向に任意に変化させることができる。

カバーガラス４３は、円柱状であり、ガルバノミラー４１、４２によって順次反射されてワーク１０に向かうレーザ光Ｌを透過すると共に、スキャナ４の内部を保護する機能を有する。

あるいは、図３に示すように、スキャナ４は、トレパニングスキャナであってもよい。この場合、スキャナ４は、例えば、一方の面が傾斜した形式のレンズをモータで回転させることで、入射したレーザ光を屈折させて、任意の位置に照射する構成を有することが可能である。

具体的には、スキャナ４において、レーザ光Ｌが厚み方向に入射するように、２枚のプリズムレンズ４４ａ及び４４ｂ（以下、場合により、双方をまとめて「プリズムレンズ４４」と総称する）と、集光レンズ４５とが重なって配置され、２枚のプリズムレンズ４４ａ及び４４ｂが、回転軸Ｋを中心に回転することで、照射位置は二次元平面上に制御可能となる。

図４Ａ〜図４Ｄに示すように、プリズムレンズ４４は、例えば円状に形成され、その厚みＴ方向の断面Ｃにおける入射側の辺（以下、入射辺という。）４６と、出射側の辺（以下、出射辺という。）４７が互いに平行となっている。すなわち、プリズムレンズ４４は、その径方向において厚みＴは変化せず一定である。一方、プリズムレンズ４４は、その周方向において厚みＴが連続的に変化している。具体的には、図４Ａ〜図４Ｄに示すように、プリズムレンズ４４の厚みＴは、例えばＴ１〜Ｔ２〜Ｔ３で表される厚みを取ることができ、これらはＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係にある。これらプリズムレンズ４４は、回転モータによって回転駆動され、その回転方向に沿って厚みＴが連続的に変化するようになっている。

プリズムレンズ４４に入射したレーザ光Ｌは、プリズムレンズ４４の屈折率に応じて屈折し、屈折光として出射されるが、このとき、屈折によりシフトするレーザ光Ｌのビーム位置は、プリズムレンズ４４の厚みＴと相関を有する。すなわち、レーザ光Ｌの入射位置Ｐにおけるプリズムレンズ４４の厚みＴが大きいほど、屈折によるレーザ光Ｌのビーム位置のずれであるシフト量は大きくなる。回転方向に厚みＴが連続的かつ周期的に変化するプリズムレンズ４４にレーザ光Ｌを通過させることで、レーザ光Ｌのビーム位置、すなわちレーザ光Ｌの照射位置を連続的かつ周期的に変化させることが可能となる。

再び図１を参照し、ロボット制御装置５は、所定の作業プログラム（ロボット移動経路を含む）に応じて、ロボット２の各ロボット用サーボモータに駆動制御データを出力してロボット２の動作を制御する。すなわち、ロボット制御装置５は、各ロボット用サーボモータに駆動制御データを出力して各ロボット用サーボモータの回転駆動を制御することにより、アーム２２の先端部２２ａに取り付けられたスキャナ４をワーク１０に対してＸ、Ｙ方向に移動させる。
また、ロボット制御装置５は、ロボット２の位置及び移動速度（指令値又はフィードバック値）をスキャナ制御装置６に供給する。具体的には、ロボット２の位置及び移動速度は、ロボット２の先端部２２ａ、すなわちスキャナ４の位置及び移動速度である。

スキャナ制御装置６は、ロボット制御装置５から供給されるロボット２の位置、すなわちスキャナ４の位置に基づいてレーザ加工の開始を認識し、ロボット制御装置５によるロボット２の動作制御に対して独立にスキャナ４の動作制御を行う。
スキャナ制御装置６は、所定の作業プログラム（加工条件（パワー、周波数、デューティ等のレーザの照射条件）を含む）に応じて、レーザ発振器３に対して所望の出力のレーザ光が出射されるようにレーザ出力指令を出力する。また、スキャナ制御装置６は、所定の作業プログラム（加工経路（照射開始・終了のタイミング等）を含む）に応じて、スキャナ４のガルバノモータ４１ａ、４２ａに駆動制御データを出力することによりガルバノミラー４１、４２を回転させ、スキャナ４からワーク１０に対して出射されるレーザ光Ｌの走査を制御する。

ロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６は、例えば、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。ロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６の機能は、例えば記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。ロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６の機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。

次に、これらロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６の更に詳細な構成について説明する。図５は、本実施形態に係るレーザ加工システム１におけるロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６の構成を示す図である。
ロボット制御装置５は、プログラム解析部５１と、補間部５２と、加減速計算部５３と、ロボットモータ制御部５４とを備える。

プログラム解析部５１は、図示しない入力装置からロボット制御装置５に入力された教示点を含む加工プログラムを解析し、ロボット２の移動経路（すなわち、先端部２２ａに取り付けられたスキャナ４の移動経路）と目標とするロボット２の移動速度に関する動作指令情報を生成する。生成された動作指令情報は補間部５２に出力される。

補間部５２は、プログラム解析部５１から出力された動作指令情報に基づいてロボット２の移動経路の補間を行い、補間情報を生成する。例えば、補間部５２は、教示点間のロボット２の移動経路（すなわち、先端部２２ａに取り付けられたスキャナ４の移動経路）がワーク１０上の所望の加工経路に沿う滑らかな経路となるように補間を行う。生成された補間情報は加減速計算部５３に出力される。

加減速計算部５３は、補間部５２から出力された補間情報と予め設定されている各パラメータとに基づいて、ロボット２の動作の加減速処理を行い、ロボット２をロボット２の移動経路に沿って（すなわち、先端部２２ａに取り付けられたスキャナ４をスキャナ４の移動経路に沿って）移動させるための各ロボット用サーボモータの駆動情報を生成する。生成された各ロボットモータの駆動情報はロボットモータ制御部５４に出力される。
駆動情報はロボット２の位置及び移動速度の指令値を含み、これらのロボット２の位置及び移動速度の指令値に関する情報はスキャナ制御装置６にも供給される。

ロボットモータ制御部５４は、加減速計算部５３から出力された駆動情報に基づいて各ロボット用サーボモータの駆動データを生成する。具体的には、ロボットモータ制御部５４は、駆動情報における速度指令（又は位置指令）と、各ロボット用サーボモータに設けられたエンコーダで検出された速度フィードバック（又は位置フィードバック）との速度偏差（又は位置偏差）に基づいて、各ロボット用サーボモータの駆動データを生成する。ロボットモータ制御部５４は、生成された駆動データに基づいて各ロボット用サーボモータを駆動する。

スキャナ制御装置６は、プログラム解析部６１と、レーザ指令計算部６２と、レーザ指令出力部６３と、補間部６４と、走査速度算出部６５と、加減速計算部６６と、ガルバノモータ制御部６７とを有する。

プログラム解析部６１は、図示しない入力装置からスキャナ制御装置６に入力された加工プログラムを解析し、スキャナ４の走査経路（照射経路）及び走査速度（照射速度）、並びに加工条件に関する動作指令情報を生成する。そして、プログラム解析部６１は、生成された動作指令情報を補間部６４及びレーザ指令計算部６２に出力する。

レーザ指令計算部６２は、プログラム解析部６１から出力された動作指令情報（加工条件）に基づいて、スキャナ４から出射されるレーザ光Ｌが所望のレーザ出力となるようなレーザ出力情報を生成し、生成されたレーザ出力情報に基づいてレーザ発振器３の発振情報を生成する。生成されたレーザ発振器３の発振情報は、レーザ指令出力部６３に出力される。

レーザ指令出力部６３は、レーザ指令計算部６２から出力された発振情報に基づいて、レーザ発振器３の発振制御データを生成し、生成された発振制御データに基づいてレーザ発振器３を制御する。

補間部６４は、プログラム解析部６１から出力された動作指令情報（走査経路）に基づいてスキャナ４の走査経路（照射経路）の補間を行い、補間情報を生成する。生成された補間情報は走査速度算出部６５に出力される。

走査速度算出部６５は、補間部６４から出力された補間情報（走査経路）及びロボット制御装置５の加減速計算部５３から得られたロボット速度（例えば、ロボット２の移動速度の指令値、又は、各ロボット用サーボモータのエンコーダからの速度フィードバック値）情報を基にロボットの動作を考慮して、補間部６４から出力された補間情報（走査経路）を補正する。補正された補間情報（走査経路）を予め設定されているパラメータに基づいて各ガルバノミラー４１、４２の回転速度が算出される。走査速度算出部６５によって算出された回転速度のデータは加減速計算部６６に出力される。

加減速計算部６６は、走査速度算出部６５から出力されたガルバノミラー４１、４２の回転速度の情報と各パラメータとに基づいて、ガルバノモータ４１ａ、４２ａの加減速処理を行い、レーザ光Ｌを走査経路（照射経路）及び走査速度（照射速度）で走査させるための各ガルバノモータ４１ａ、４２ａの駆動情報を生成する。生成された各ガルバノモータ４１ａ、４２ａの駆動情報はガルバノモータ制御部６７に出力される。

ガルバノモータ制御部６７は、加減速計算部６６から出力された駆動情報に基づいて各ガルバノモータ４１ａ、４２ａの駆動制御データを生成し、生成された駆動制御データに基づいて各ガルバノモータ４１ａ、４２ａを駆動する。

ここで、スキャナ制御装置６は、ロボット制御装置５から供給されるロボット２の位置、すなわちスキャナ４の位置に基づいてレーザ加工の開始を認識し、ロボット制御装置５によるロボット２の動作制御に対して独立にスキャナ４の動作制御を行う。
具体的には、図１１Ａに示すように、ロボット２の位置、すなわちスキャナ４の位置がワーク１０に対して所定の位置に到達すると、スキャナ制御装置６は、所定の照射経路Ｒ１に基づいてレーザ光の走査を開始する。

しかし、スキャナ制御装置６による照射経路Ｒ１の走査速度と、ロボット制御装置５によるロボット２の移動速度とが独立制御される場合、スキャナ４の走査速度に対してロボット２の移動速度が相対的に大きくなってしまうことがある。この場合、図１１Ｂに示すように、スキャナ制御装置６による照射経路Ｒ１のレーザ光の走査が終了する前に、ロボット２、すなわちスキャナ４が大きく移動してしまい、照射経路Ｒ１がスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３から外れてしまう。

この点に関し、本実施形態のスキャナ制御装置６は照射範囲判定部６８を備え、本実施形態のロボット制御装置５はロボット速度変更部５５を備える。

照射範囲判定部６８は、プログラム解析部６１から出力された動作指令情報（走査経路）に基づいて、スキャナ４の照射経路Ｒ１の範囲を求める。照射範囲判定部６８は、照射経路Ｒ１の照射時間内に、求めた照射経路Ｒ１の範囲がスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３を超えるか否かの判定を行い、この判定結果を照射範囲判定情報としてロボット制御装置５のロボット速度変更部５５に送信する。
また、照射範囲判定部６８は、求めた照射経路Ｒ１の範囲がスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３を超える場合、求めた照射経路Ｒ１の範囲が照射可能範囲Ｒ３を超えない最適なスキャナ移動速度を計算し、この最適なスキャナ移動速度を照射範囲判定情報に含める。
照射範囲判定部６８は、ロボット制御装置５の加減速計算部５３から出力されたロボット２の位置に基づいて、ロボット２、すなわちスキャナ４が照射開始位置、すなわち照射経路Ｒ１の開始位置に到達したときに、上記照射範囲判定動作を行う。

ロボット速度変更部５５は、スキャナ制御装置６の照射範囲判定部６８から受信した照射範囲判定情報、最適なスキャナ移動速度に基づいて、ロボット２の移動速度を変更（減速）する。
これにより、補間部５２は、ロボット速度変更部５５で変更（減速）されたロボット２の移動速度に基づいて補間を行う。これにより、スキャナ４の移動速度が変更される。
なお、ロボット速度変更部５５は、ロボット２の移動速度を０とし、ロボット２を停止させてもよい。

次に、図６〜９を参照して、レーザ加工システム１におけるスキャナ制御装置６によるスキャナ照射範囲判定動作について説明する。図６は、本実施形態に係るレーザ加工システム１におけるスキャナ制御装置６によるスキャナ照射範囲判定動作を示すフローチャートである。図７Ａ〜図７Ｃは、スキャナの照射経路範囲の求め方を説明する図であり、図８は、照射時間経過時の、スキャナの照射可能範囲に対する照射経路範囲の判定方法を説明する図である。図９は、最適なスキャナ移動速度の求め方を説明する図である。

まず、スキャナ制御装置６は、スキャナ４の照射開始（走査開始）か否かを判定する。例えば、スキャナ制御装置６は、ロボット制御装置５から取得したロボット２の位置、すなわちロボット２の先端部２２ａに取り付けられたスキャナ４の位置が照射経路（走査経路）の始点か否かを判定する（Ｓ１）。

照射開始、すなわち照射経路の始点である場合、照射範囲判定部６８は、照射経路の範囲を計算する（Ｓ２）。
例えば、図７Ａに示すように照射経路Ｒ１（実線）がＣマーク形状である場合、照射範囲判定部６８は、照射経路Ｒ１を示す情報（Ｃマーク形状における直線部分の長さ、曲線部分の直径）から、照射経路Ｒ１を囲う最小四角形状の照射経路範囲Ｒ２（点線）のＸＹ座標最大値及びＸＹ座標最小値を求める。例えば、照射範囲判定部６８は、重心［Ｘ，Ｙ］＝［０，０］に対するＸＹ座標最大値［Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ］（正値）及びＸＹ座標最小値［Ｘｍｉｎ，Ｙｍｉｎ］（負値）を求める。
また、図７Ｂに示すように照射経路Ｒ１（実線）が円形状である場合、照射範囲判定部６８は、照射経路Ｒ１を示す情報（円形状における直径）から、照射経路Ｒ１を囲う最小四角形状の照射経路範囲Ｒ２（点線）のＸＹ座標最大値及びＸＹ座標最小値を求める。例えば、照射範囲判定部６８は、重心［Ｘ，Ｙ］＝［０，０］に対するＸＹ座標最大値［Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ］（正値）及びＸＹ座標最小値［Ｘｍｉｎ，Ｙｍｉｎ］（負値）を求める。
また、図７Ｃに示すように照射経路Ｒ１（実線）が直線形状である場合、照射範囲判定部６８は、照射経路Ｒ１を示す情報（直線形状における長さ）から、照射経路Ｒ１を囲う最小四角形状の照射経路範囲Ｒ２（点線）のＸＹ座標最大値及びＸＹ座標最小値を求める。例えば、照射範囲判定部６８は、重心［Ｘ，Ｙ］＝［０，０］に対するＸＹ座標最大値［Ｘｍａｘ，Ｙｍａｘ］（正値）及びＸＹ座標最小値［Ｘｍｉｎ，Ｙｍｉｎ］（負値）を求める。
なお、照射経路の形状は、Ｃマーク形状、円形状及び直線形状に限定されることなく、種々の任意の形状であってもよい。

次に、照射範囲判定部６８は、照射経路及び照射速度に基づいて、次式により照射経路の始点から終点までの照射時間Ｔｓを計算する（Ｓ３）。
照射時間Ｔｓ＝照射経路全長／照射速度

次に、照射範囲判定部６８は、図８に示すように、ロボット制御装置５から取得した現在のロボット２の移動速度に基づいて、照射時間Ｔｓ経過後の照射経路範囲Ｒ２の位置を計算する（Ｓ４）。
次に、照射範囲判定部６８は、計算した照射時間Ｔｓ経過後の照射経路範囲Ｒ２の位置とスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３とを比較し、照射経路範囲Ｒ２が照射可能範囲Ｒ３を超えるか否かの判定を行う（Ｓ５）。

照射時間Ｔｓ経過後の照射経路範囲Ｒ２がスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３を超える場合、図９に示すように照射範囲判定部６８は、照射時間Ｔｓ経過後の照射経路範囲Ｒ２がスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３を超えないように、次式により最適なスキャナ移動速度を計算する（Ｓ６）。
最適なスキャナ移動速度＝（照射経路Ｒ１の始点Ｐ１から照射可能範囲Ｒ３の端点Ｐ２までの移動量）／（照射時間Ｔｓ）
なお、照射範囲判定部６８は、照射時間Ｔｓ経過後の照射経路範囲Ｒ２の全てがスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３を超えないように最適なスキャナ移動速度を求めてもよいし、図９に示すように、照射時間Ｔｓ経過後の照射経路範囲Ｒ２の終点Ｐ３近傍の一部がスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３を超えないように最適なスキャナ移動速度を求めてもよい。

次に、照射範囲判定部６８は、照射範囲判定情報として、判定結果「超える」と共に最適なスキャナ移動速度を、ロボット制御装置５のロボット速度変更部５５に送信する（Ｓ７）。

次に、スキャナ制御装置６は、スキャナ４の照射終了（走査終了）か否かを判定する。例えば、スキャナ制御装置６は、ロボット制御装置５から取得したロボット２の位置、すなわちロボット２の先端部２２ａに取り付けられたスキャナ４の位置が照射経路の終点か否かを判定する（Ｓ８）。
照射終了、すなわち照射経路の終点に達したら、スキャナ制御装置６は、照射範囲判定情報として、判定結果「超えない」を、ロボット制御装置５のロボット速度変更部５５に送信する（Ｓ９）。

次に、図１０を参照して、レーザ加工システム１におけるロボット制御装置５によるロボット速度変更動作について説明する。図１０は、本実施形態に係るレーザ加工システム１におけるロボット制御装置５によるロボット速度変更動作を示すフローチャートである。

まず、ロボット速度変更部５５は、スキャナ制御装置６の照射範囲判定部６８から照射範囲判定情報、最適なスキャナ移動速度を受信する（Ｓ１１）。ロボット速度変更部５５は、照射範囲判定情報に基づいて、照射範囲判定情報が「超えた」を示す情報であるか否かを判定する（Ｓ１２）。

照射範囲判定情報が「超えた」を示す情報である場合、ロボット速度変更部５５は、ロボット速度を、受信した最適なスキャナ移動速度に変更（減速）する（Ｓ１３）。なお、ロボット速度変更部５５は、ロボット速度を０に変更してロボット２を一時停止させてもよい。

一方、ステップＳ１２において、照射範囲判定情報が「超えない」を示す情報である場合、ロボット速度変更部５５は、ロボット速度を通常の速度に戻す（Ｓ１４）。

以上説明したように、本実施形態のレーザ加工システム１によれば、スキャナ制御装置６が、所定の照射経路Ｒ１の照射時間内に所定の照射経路Ｒ１の範囲Ｒ２がスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３を超えるか否かを判定して、判定結果を照射範囲判定情報としてロボット制御装置５に送信（通知）する。そして、ロボット制御装置５は、スキャナ制御装置６から受信した照射範囲判定情報に基づいて、スキャナ４の所定の照射経路Ｒ１の範囲Ｒ２がスキャナ４の照射可能範囲を超える前に、ロボット速度、すなわち所定の移動速度を減速するように変更する。
これにより、ロボット制御装置５とスキャナ制御装置６とが個別の作業プログラムで独立に動作しても、換言すれば、ロボット制御装置５によるロボット２の移動経路及び移動速度の制御と、スキャナ制御装置６によるスキャナ４の走査経路（照射経路）及び走査速度（照射速度）の制御とが独立していても、レーザ加工を適切に行うことができる。
また、ロボット２のプログラムの移動速度をトライアンドエラーで修正する手間が軽減できる。

また、本実施形態のレーザ加工システム１によれば、スキャナ制御装置６は、所定の照射経路Ｒ１の開始位置Ｐ１からスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３の端点Ｐ２までの移動量と、所定の照射経路Ｒ１の開始から終了までの照射時間Ｔｓとに基づいて、照射時間Ｔｓ経過後の照射経路Ｒ１がスキャナ４の照射可能範囲Ｒ３を超えない最適なスキャナ移動速度を演算し、演算した最適なスキャナ移動速度を照射範囲判定情報に含めて送信する。ロボット制御装置５は、所定の移動速度を、照射範囲判定情報に含まれる最適なスキャナ移動速度に変更する。これにより、レーザ加工をより適切に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、レーザ溶接を行うレーザ溶接システムを例示したが、これに限定されない。本実施形態の特徴は、レーザ光を走査するスキャナとスキャナを移動させるロボットとを用いてレーザ切断等の種々のレーザ加工を行うシステムに適用可能である。

１レーザ加工システム
２ロボット
３レーザ発振器
４スキャナ
４１、４２ガルバノミラー
４１ａ、４２ａガルバノモータ
５ロボット制御装置
５１プログラム解析部
５２補間部
５３加減速計算部
５４ロボットモータ制御部
５５ロボット速度変更部
６スキャナ制御装置
６１プログラム解析部
６２レーザ指令計算部
６３レーザ指令出力部
６４補間部
６５走査速度算出部
６６加減速計算部
６７ガルバノモータ制御部
６８照射範囲判定部
１０ワーク

Claims

レーザ光を所定の照射経路及び所定の照射速度で走査するスキャナと、
前記スキャナを所定の移動経路及び所定の移動速度で移動させるロボットと、
前記ロボットの移動経路及び移動速度を制御するロボット制御装置と、
前記スキャナの照射経路及び照射速度を制御するスキャナ制御装置と、
を備え、
前記スキャナ制御装置は、前記所定の照射経路の照射時間内に前記所定の照射経路が前記スキャナの照射可能範囲を超えるか否かを判定し、判定結果を照射範囲判定情報として前記ロボット制御装置に送信し、
前記ロボット制御装置は、前記スキャナ制御装置から受信した前記照射範囲判定情報に基づいて、前記所定の移動速度を減速するように変更する、
レーザ加工システム。
前記スキャナ制御装置は、前記所定の照射経路の開始位置と、前記スキャナの照射可能範囲と、前記所定の照射経路の開始から終了までの照射時間とに基づいて、前記照射時間経過後の照射経路が前記スキャナの照射可能範囲を超えない前記スキャナの移動速度を演算し、演算した前記スキャナの移動速度を前記照射範囲判定情報に含めて送信し、
前記ロボット制御装置は、前記所定の移動速度を、前記照射範囲判定情報に含まれる前記スキャナの移動速度に変更する、
請求項１に記載のレーザ加工システム。
前記ロボット制御装置は、前記所定の移動速度を０に変更し、前記ロボットを停止させる、請求項１に記載のレーザ加工システム。
前記スキャナ制御装置による前記スキャナの照射速度の制御は、前記ロボット制御装置による前記ロボットの移動速度の制御に対して独立して行われる、請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ加工システム。