JP2021065897A - 制御装置、制御システム、及びプログラム - Google Patents

制御装置、制御システム、及びプログラム Download PDF

Info

Publication number
JP2021065897A
JP2021065897A JP2019191130A JP2019191130A JP2021065897A JP 2021065897 A JP2021065897 A JP 2021065897A JP 2019191130 A JP2019191130 A JP 2019191130A JP 2019191130 A JP2019191130 A JP 2019191130A JP 2021065897 A JP2021065897 A JP 2021065897A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
command value
laser beam
laser
processing
correction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019191130A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7396851B2 (ja
Inventor
竜太朗 西村
Ryutaro Nishimura
竜太朗 西村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP2019191130A priority Critical patent/JP7396851B2/ja
Priority to US17/025,134 priority patent/US20210114139A1/en
Priority to DE102020211914.7A priority patent/DE102020211914A1/de
Priority to CN202011078948.0A priority patent/CN112676696A/zh
Publication of JP2021065897A publication Critical patent/JP2021065897A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7396851B2 publication Critical patent/JP7396851B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/705—Beam measuring device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

【課題】実際の加工状況を用いてレーザ光の照射条件を補正可能な制御装置、制御システム、及びプログラムを提供すること。【解決手段】ワークへのレーザ光の照射角度を変更可能なレーザ加工装置の動作を制御する制御装置であって、ワークへのレーザ光の照射によるワークの加工結果を加工情報として取得する加工情報取得部と、加工結果の目標値を取得する目標値取得部と、取得された目標値に基づいてレーザ加工装置の動作指令の指令値を基準指令値として算出する基準指令値算出部と、取得された加工情報と、取得された目標値とに基づいて、レーザ光の補正量を決定する補正量決定部と、算出された基準指令値と、決定された補正量とに基づいて、基準指令値を補正した補正指令値を決定する補正指令値決定部と、決定された補正指令値に基づいて、レーザ加工装置のレーザ光の照射を実行させる実行制御部と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、制御装置、制御システム、及びプログラムに関する。
従来より、ワークに対してレーザ光を照射することで、ワークを加工するレーザ加工装置が知られている。レーザ加工装置は、ワークに対して照射したレーザ光により照射位置のワークを溶融させることで、切断、溶接等の加工を実行することができる。
レーザ加工装置には、レーザ光の光軸の照射角度を変更可能な装置がある。例えば、三次元ガルバノスキャナは、ミラーの角度を変更することで、光源から出射後、反射するレーザ光のワークへの照射位置（照射角度）を変更することができる。
ところで、レーザ光の照射位置におけるビーム径は、レーザ加工装置の出射口に対向する位置からずれる程、真円形から歪む。例えば、ビーム径は、対向する位置からずれる程、楕円径に歪む。また、ビーム径は、直線形の断面を有するワークの加工時に比べ、曲線状の断面を有するワークの加工時程歪む。そのため、ワークを均一に加工することが難しい。そこで、レーザ光を照射する目標位置に基づいて、ガルバノスキャナの回転角を補正するレーザ光スキャニング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−２１６８７３号公報
特許文献１に記載のレーザ光スキャニング装置では、レーザ光を照射する目標位置を予め入力することで、補正位置の補正量が算出される。特許文献１に記載のレーザ光スキャニング装置では、レーザ光スポット径が指定される。そして、特許文献１に記載のレーザ光スキャニング装置では、補正位置の補正位置と、レーザ光スポット径とに基づいて、Ｘ軸ガルバノメータスキャナ、Ｙ軸ガルバノメータスキャナ、及びＺ軸の回転角が求められる。これにより、特許文献１に記載のレーザ光スキャニング装置では、加工の最適化を容易にすることができる。
一方、特許文献１では、実際の加工状況に応じて、レーザ光の照射条件を補正することはできない。より最適化するには、実際の加工状況を用いてレーザ光の照射条件を補正することができるのが好適である。
（１）本開示は、ワークへのレーザ光の照射角度を変更可能なレーザ加工装置の動作を制御する制御装置であって、前記ワークへの前記レーザ光の照射による前記ワークの加工結果を加工情報として取得する加工情報取得部と、前記加工結果の目標値を取得する目標値取得部と、取得された前記目標値に基づいて前記レーザ加工装置の動作指令の指令値を基準指令値として算出する基準指令値算出部と、取得された加工情報と、取得された目標値とに基づいて、前記レーザ光の補正量を決定する補正量決定部と、算出された基準指令値と、決定された補正量とに基づいて、基準指令値を補正した補正指令値を決定する補正指令値決定部と、決定された補正指令値に基づいて、前記レーザ加工装置の前記レーザ光の照射を実行させる実行制御部と、を備える制御装置に関する。
（２）また、本開示は、上記（１）の制御装置と、前記レーザ加工装置による前記ワークの加工結果を加工情報として出力するセンサと、を備える制御システムに関する。
（３）また、本開示は、ワークへのレーザ光の照射角度を変更可能なレーザ加工装置の動作を制御する制御装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記コンピュータを、前記ワークへの前記レーザ光の照射による前記ワークの加工結果を加工情報として取得する加工情報取得部、前記加工結果の目標値を取得する目標値取得部、取得された前記目標値に基づいて前記レーザ加工装置の動作指令の指令値を基準指令値として算出する基準指令値算出部、取得された加工情報と、取得された目標値とに基づいて、前記レーザ光の補正量を決定する補正量決定部、算出された基準指令値と、決定された補正量とに基づいて、基準指令値を補正した補正指令値を決定する補正指令値決定部、決定された補正指令値に基づいて、前記レーザ加工装置の前記レーザ光の照射を実行させる実行制御部、として機能させるプログラムに関する。
本開示によれば、実際の加工状況を用いてレーザ光の照射条件を補正可能な制御装置、制御システム、及びプログラムを提供することができる。
本開示の一実施形態に係る制御システムによって制御される三次元ガルバノスキャナを示す概略構成図である。 一実施形態の制御システムによって加工されるワークの加工結果を示す概略平面図である。 一実施形態の制御システムを示す概略構成図である。 一実施形態の制御装置を示すブロック図である。 変形例におけるセンサの構成を示す概略構成図である。 変形例におけるワークを加工した加工結果を示す概略断面図である。 変形例における加工結果の測定値及び目標値の差を示すグラフである。 変形例における加工結果のビード幅の関係を示す概略図である。
以下、本開示の一実施形態に係る制御装置１、制御システム１００、及びプログラムについて、図１から図４を参照して説明する。
各実施形態の制御装置１、制御システム１００、及びプログラムを説明するのに先立って、制御装置１、制御システム１００、及びプログラムで制御されるレーザ加工装置２について説明する。
レーザ加工装置２は、例えば、ガルバノスキャナである。レーザ加工装置２は、図１に示すように、レーザ光源Ｐからのレーザ光Ｌの焦点を調整可能な焦点レンズ２０と、焦点レンズ２０を通過したレーザ光Ｌを順次反射させる２つのミラー２１、２２と、ミラー２１、２２のそれぞれを各回転軸Ｘ１、Ｘ２まわりに回転駆動させる２つのモータ２３、２４と、レーザ光Ｌを集光して出射する集光レンズ２５とを有する。これら焦点レンズ２０、ミラー２１、２２、モータ２３、２４、及び集光レンズ２５は、出射部２００を構成する。
焦点レンズ２０は、レーザ光源Ｐ及びミラー２１の間を移動可能に構成される。焦点レンズ２０は、レーザ光源Ｐ及びミラー２１の間を移動することで、焦点距離を変更することができる。焦点レンズ２０は、焦点距離を変更することで、ワークＷに照射されるレーザ光Ｌのビーム径を変更することができる。
ミラー２１、２２は、互いに直交する２つの回転軸Ｘ１、Ｘ２まわりにそれぞれ回転可能に構成される。モータ２３、２４は、例えば、サーボモータで構成され、ミラー２１、２２を回転駆動することにより、レーザ光源Ｐから出射されるレーザ光Ｌを走査する。
図１に示すように、レーザ光源Ｐからのレーザ光Ｌは、焦点レンズ２０を通り、２つのミラー２１、２２で順次反射される。レーザ光Ｌは、集光レンズ２５で集光され、ワークＷに向けて照射される。このとき、モータ２３、２４により２つのミラー２１、２２をそれぞれ回転駆動させると、これらミラー２１、２２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、ミラー２１、２２で順次反射してワークＷに到達するレーザ光Ｌが、ワークＷ上の所定の走査経路に沿って走査される。これにより、図２に示すように、ワークには、加工経路として、所定の切断幅及び深さを有する溝が形成される。
ところで、レーザ光源Ｐからのレーザ光Ｌは、照射位置に応じて、集光レンズ２５の光軸Ｓから照射角度θでワークに向けて照射される。照射角度θがより大きい場合、ワークに照射されるレーザ光Ｌのビーム径は、真円形から楕円形により近くなる。また、レーザ加工装置２では、出射口からワークＷの照射面までの距離が比較的長い。また、レーザ加工装置２では、レーザ光Ｌの照射可能範囲にレーザ光Ｌを自由に照射可能である。そのため、レーザ加工装置２では、従来のギャップ制御のような比較的高精度な加工が難しい。そこで、本実施形態に係る制御装置１、制御システム１００、及びプログラムは、実際の加工結果に応じて加工条件を補正することで、加工結果のばらつきを抑制することを図ったものである。
次に、本実施形態に係る制御装置１、制御システム１００、及びプログラムについて説明する。
制御システム１００は、図３に示すように、レーザ加工装置２と、センサ３と、制御装置１と、を備える。
レーザ加工装置２は、ワークＷに対して、レーザ光Ｌを照射可能な装置である。レーザ加工装置２は、集光レンズ２５の光軸Ｓから照射角度θでワークに対してレーザ光Ｌを照射する。三次元ガルバノスキャナは、例えば、ワークＷの切断及び溶接をすることができる。本実施形態では、ワークＷを切断するレーザ加工装置２が一例として説明される。
センサ３は、例えば、測距センサである。センサ３は、レーザ光Ｌの照射位置を含む加工領域Ｒにおける加工結果を数値化して出力する。センサ３は、例えば、レーザ光の照射により溶融している領域（照射位置近傍）の測距結果を加工結果として数値化して出力する。センサ３は、例えば、図２に示す溝の切断幅の物理量を出力することができる。また、センサ３は、例えば、図２に示す溝の深さの物理量を出力することができる。なお、ここで、「照射位置近傍」とは、照射位置を含む、レーザ光Ｌの照射によって現に加工を実行しているワークＷの位置をいう。
制御装置１は、ワークＷへのレーザ光Ｌの照射角度θを変更可能なレーザ加工装置２の動作を制御する。制御装置１は、図４に示すように、加工情報取得部１１と、目標値格納部１２と、目標値取得部１３と、基準指令値算出部１４と、補正量決定部１５と、補正指令値決定部１６と、実行制御部１７と、を備える。
加工情報取得部１１は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。加工情報取得部１１は、ワークＷへのレーザ光Ｌの照射によるワークＷの加工結果を加工情報として取得する。加工情報取得部１１は、例えば、溝の切断幅及び溝の深さを加工情報として取得する。
目標値格納部１２は、例えば、ハードディスク等の二次記録媒体である。目標値格納部１２は、加工結果の目標値を格納する。目標値格納部１２は、例えば、目標値として、ワークＷにおける切断位置、切断幅、切断量等の値を格納する。
目標値取得部１３は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。目標値取得部１３は、加工結果の目標値を取得する。目標値取得部１３は、例えば、目標値格納部１２に格納されている目標値を読み出すことで、目標値を取得する。
基準指令値算出部１４は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。基準指令値算出部１４は、取得された目標値に基づいてレーザ加工装置２の動作指令の指令値を基準指令値として算出する。基準指令値算出部１４は、例えば、目標値を加工プログラムとして解析する。基準指令値算出部１４は、加工プログラムに基づいて、レーザ光Ｌのエネルギー密度、モータ２３，２４の加減速、焦点距離等を基準指令値として算出する。
補正量決定部１５は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。補正量決定部１５は、取得された加工情報と、取得された目標値とに基づいて、レーザ光Ｌの補正量を決定する。補正量決定部１５は、例えば、加工情報と目標値との差分を算出する。補正量決定部１５は、差分に応じて、レーザ光Ｌのエネルギー密度、モータ２３，２４の加減速、焦点距離（焦点レンズ２０の移動量）等の補正量を決定する。また、補正量決定部１５は、現在の位置に基づく補正方向（移動方向）Ｓｚ、変換係数（機械位置移動量）Ｃｚ、データ間の重付けＷｉ、目標値ａｉ、加工情報ｍｉ（例えば、切断幅）として、以下の数１の演算結果を補正量ΔＺとして決定する。
Figure 2021065897
補正指令値決定部１６は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。補正指令値決定部１６は、算出された基準指令値と、決定された補正量とに基づいて、基準指令値を補正した補正指令値を決定する。補正指令値決定部１６は、例えば、基準指令値と、補正量との和を補正指令値として決定する。補正指令値決定部１６は、補正方向ＳＬ、変換係数αとして、以下の数２の演算結果を補正指令値Δ（レーザ指令）として決定する。
Figure 2021065897
実行制御部１７は、例えば、ＣＰＵが動作することにより実現される。実行制御部１７は、決定された補正値に基づいて、レーザ加工装置２のレーザ光の照射を実行させる。実行制御部１７は、例えば、決定された補正指令値でレーザ加工装置２を動作させる。
次に、制御システム１００及び制御装置１の動作を説明する。
まず、目標値取得部１３は、目標値格納部１２から目標値を取得する。基準指令値算出部１４は、目標値に基づいて基準指令値を算出する。この段階ではレーザ光Ｌがワークに照射されていないので、センサ３は、加工結果（加工情報）を出力しない。そのため、補正量決定部１５は、補正量を０に決定する。したがって、補正指令値決定部１６は、基準指令値のみを補正指令値に決定する。実行制御部１７は、決定された補正指令値でレーザ加工装置２によるレーザ光Ｌの照射を実行させる。
レーザ光Ｌの照射が実行されると、センサ３は、加工情報の出力を開始する。補正量決定部１５は、加工情報と、目標値との差を算出する。補正量決定部１５は、差分について、レーザ光Ｌのエネルギー密度、モータ２３，２４の加減速、焦点距離等に変換する。補正量決定部１５は、変換された値を補正量に決定する。
補正指令値決定部１６は、基準指令値及び補正量の輪を補正指令値として決定する。補正指令値決定部１６は、例えば、照射位置への入熱量を一定に近づけるように補正した、レーザ光Ｌのエネルギー密度、モータ２３，２４の加減速、焦点距離（焦点レンズ２０の移動距離）を補正指令値として決定する。実行制御部１７は、補正指令値に基づいてレーザ加工装置２によるレーザ照射の実行を制御する。
次に、本実施形態に係るプログラムについて説明する。
制御装置１に含まれる各構成は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせによりそれぞれ実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。また、表示プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
以上、本実施形態に係る制御システム１００、制御装置１、及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（１） ワークＷへのレーザ光Ｌの照射角度を変更可能なレーザ加工装置２の動作を制御する制御装置１であって、ワークへのレーザ光の照射によるワークの加工結果を加工情報として取得する加工情報取得部１１と、加工結果の目標値を取得する目標値取得部１３と、取得された目標値に基づいてレーザ加工装置２の動作指令の指令値を基準指令値として算出する基準指令値算出部１４と、取得された加工情報と、取得された目標値とに基づいて、レーザ光の補正量を決定する補正量決定部１５と、算出された基準指令値と、決定された補正量とに基づいて、基準指令値を補正した補正指令値を決定する補正指令値決定部１６と、決定された補正指令値に基づいて、レーザ加工装置２のレーザ光の照射を実行させる実行制御部１７と、を備える。これにより、実際の加工状況を用いてレーザ光Ｌの照射条件を補正することができる。したがって、照射位置の入熱量を一定により近くすることができ、加工状況を安定化することができる。
（２） 加工情報取得部１１は、レーザ光の照射位置を含む加工領域における加工結果を数値化して出力するセンサ３から加工情報を取得する。これにより、実際の加工状況に基づいてレーザ光Ｌの照射条件をフィードバック制御できる。したがって、予期しない照射状況に対しても柔軟に対応することができる。例えば、ワークＷの表面に予期しないばらつき（凹凸）があったとしても、柔軟に対応することができる。
（３） 基準指令値算出部１４は、レーザ光Ｌの照射方向を変更するミラー２１，２２の角度、レーザ光Ｌの焦点距離を変更する焦点レンズ２０の位置、及びエネルギー密度の情報を含む基準指令値を算出し、補正量決定部１５は、レーザ光の照射方向を変更するミラー２１、２２の角度、レーザ光Ｌの焦点距離を変更する焦点レンズ２０の位置、及びエネルギー密度を決定し、補正指令値決定部１６は、レーザ光Ｌの照射方向を変更するミラー２１，２２の角度、レーザ光Ｌの焦点距離を変更する焦点レンズ２０の位置、及びエネルギー密度の補正指令値を決定する。これにより、照射位置への入熱量を柔軟に変更することができる。
以上、本開示の制御システム、制御装置、及びプログラムの好ましい一実施形態につき説明したが、本開示は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態において、センサ３は、レーザ加工装置２のレーザ光Ｌの同軸センサとして構成されてもよい。すなわち、センサ３は、ワークＷの加工表面に照射する測距光ＬＳについて、光源ＰＳからの出射光をセンサ側ミラー３１で反射させるとともに、レーザ加工装置２のミラー２１，２２で反射させて、ワークＷの加工領域に照射してもよい。また、センサ３は、レーザ加工装置２のミラー２１，２２で反射された測距光ＬＳをセンサ側ミラー３１で反射させて、受光部３２で受光してもよい。また、センサ側ミラー３１は、レーザ加工装置２のミラー２１，２２に測距光ＬＳを照射可能である限り、自由に角度を変更することが可能である。
また、上記実施形態において、加工は、切断に限らず、溶接であってもよい。加工が溶接である場合、図６及び図７に示すように、センサ３は、溶接方向に対して加工前の表面高さＲ１と、溶接中（溶解中）のワークＷの穴の高さＲ２とから、キーホール径（ピアシング穴径）の深さを測定する。補正量決定部１５は、測定値と目標値との差がゼロに近づくように、補正値を決定する。また、センサ３は、図８に示すように、溶接によって形成される溶接ビードＢの幅を用いて、溝の深さと同様に補正量を決定してもよい。
また、上記実施形態において、レーザ加工装置２は、三次元ガルバノスキャナに限定されない。
また、上記実施形態において、センサは、測距センサに限定されない。センサは、例えば、測域センサ等であってもよい。また、センサは、レーザ光Ｌの加工位置を含む撮像画像を加工結果として出力してもよい。制御装置１は、例えば、出力された撮像画像に基づいて、溝の幅及び溝の高さを算出する加工結果算出部（図示せず）をさらに備えてもよい。
また、上記実施形態において、補正量決定部１５は、レーザ加工装置２によって実行される加工内容に応じて、重み付けされた加工情報と、目標値と、に基づいて、レーザ光Ｌの補正量を決定してもよい。例えば、レーザ加工装置２によって溶接が実行される場合、取得される加工情報に含まれる切断幅の数値は、補正量を決定する際に必要とされない。そこで、補正量決定部１５は、加工情報に含まれる切断幅の重み付けを０（無効化）とするとともに、重み付けされた加工情報と、目標値と、に基づいて、レーザ光Ｌの補正量を決定してもよい。なお、補正量決定部１５は、加工内容について、制御装置１に別途設けられる加工内容設定部（図示せず）から取得してもよい。また、目標値取得部１３は、加工内容設定部によって設定される加工内容に基づいて、目標値格納部１２から目標値を読み出してもよい。ここで、加工内容設定部は、例えば、キーボード等の入力装置であってもよい。また、加工内容設定部は、ワークＷを加工する加工プログラムによって設定される加工内容を取得してもよい。また、加工内容設定部は、加工内容に応じて、加工情報に対して適用される重み付けのパラメータを設定してもよい。
１ 制御装置
２ レーザ加工装置
３ センサ
１１ 加工情報取得部
１３ 目標値取得部
１４ 基準指令値算出部
１５ 補正量決定部
１６ 補正指令値決定部
１７ 実行制御部
２０ 焦点レンズ
１００ 制御システム
Ｌ レーザ光
Ｗ ワーク
特許文献１に記載のレーザ光スキャニング装置では、レーザ光を照射する目標位置を予め入力することで、補正位置の補正量が算出される。特許文献１に記載のレーザ光スキャニング装置では、レーザ光スポット径が指定される。そして、特許文献１に記載のレーザ光スキャニング装置では、補正位置の補正量と、レーザ光スポット径とに基づいて、Ｘ軸ガルバノメータスキャナ、Ｙ軸ガルバノメータスキャナ、及びＺ軸ガルバノメータスキャナの回転角が求められる。これにより、特許文献１に記載のレーザ光スキャニング装置では、加工の最適化を容易にすることができる。
本開示の一実施形態に係る制御システムによって制御される三次元ガルバノスキャナを示す概略構成図である。 一実施形態の制御システムによって加工されるワークの加工結果を示す概略平面図である。 一実施形態の制御システムを示す概略構成図である。 一実施形態の制御装置を示すブロック図である。 変形例におけるセンサの構成を示す概略構成図である。 変形例におけるワークを加工した加工結果を示す概略断面図である。 変形例における加工結果の測定値及び目標値の差を示すグラフである。 変形例における加工結果とビード幅との関係を示す概略図である。
補正指令値決定部１６は、基準指令値及び補正量の和を補正指令値として決定する。補正指令値決定部１６は、例えば、照射位置への入熱量を一定に近づけるように補正した、レーザ光Ｌのエネルギー密度、モータ２３，２４の加減速、焦点距離（焦点レンズ２０の移動距離）を補正指令値として決定する。実行制御部１７は、補正指令値に基づいてレーザ加工装置２によるレーザ照射の実行を制御する。
以上、本実施形態に係る制御システム１００、制御装置１、及びプログラムによれば、以下の効果を奏する。
（１） ワークＷへのレーザ光Ｌの照射角度を変更可能なレーザ加工装置２の動作を制御する制御装置１であって、ワークへのレーザ光の照射によるワークの加工結果を加工情報として取得する加工情報取得部１１と、加工結果の目標値を取得する目標値取得部１３と、取得された目標値に基づいてレーザ加工装置２の動作指令の指令値を基準指令値として算出する基準指令値算出部１４と、取得された加工情報と、取得された目標値とに基づいて、レーザ光の補正量を決定する補正量決定部１５と、算出された基準指令値と、決定された補正量とに基づいて、基準指令値を補正した補正指令値を決定する補正指令値決定部１６と、決定された補正指令値に基づいて、レーザ加工装置２のレーザ光の照射を実行させる実行制御部１７と、を備える。これにより、実際の加工状況を用いてレーザ光Ｌの照射条件を補正することができる。したがって、照射位置への入熱量を一定により近くすることができ、加工状況を安定化することができる。
（３） 基準指令値算出部１４は、レーザ光Ｌの照射方向を変更するミラー２１，２２の角度、レーザ光Ｌの焦点距離を変更する焦点レンズ２０の位置、及びレーザ光Ｌのエネルギー密度の情報を含む基準指令値を算出し、補正量決定部１５は、レーザ光の照射方向を変更するミラー２１、２２の角度、レーザ光Ｌの焦点距離を変更する焦点レンズ２０の位置、及びレーザ光Ｌのエネルギー密度を決定し、補正指令値決定部１６は、レーザ光Ｌの照射方向を変更するミラー２１，２２の角度、レーザ光Ｌの焦点距離を変更する焦点レンズ２０の位置、及びレーザ光Ｌのエネルギー密度の補正指令値を決定する。これにより、照射位置への入熱量を柔軟に変更することができる。

Claims (6)

  1. ワークへのレーザ光の照射角度を変更可能なレーザ加工装置の動作を制御する制御装置であって、
    前記ワークへの前記レーザ光の照射による前記ワークの加工結果を加工情報として取得する加工情報取得部と、
    前記加工結果の目標値を取得する目標値取得部と、
    取得された前記目標値に基づいて前記レーザ加工装置の動作指令の指令値を基準指令値として算出する基準指令値算出部と、
    取得された加工情報と、取得された目標値とに基づいて、前記レーザ光の補正量を決定する補正量決定部と、
    算出された基準指令値と、決定された補正量とに基づいて、基準指令値を補正した補正指令値を決定する補正指令値決定部と、
    決定された補正指令値に基づいて、前記レーザ加工装置の前記レーザ光の照射を実行させる実行制御部と、
    を備える制御装置。
  2. 前記加工情報取得部は、前記レーザ光の照射位置を含む加工領域における加工結果を数値化して出力するセンサから加工情報を取得する請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記基準指令値算出部は、前記基準指令値として、前記レーザ光の照射方向を変更するミラーの角度、前記レーザ光の焦点距離を変更する焦点レンズの位置、及びエネルギー密度の情報を含む基準指令値を算出し、
    前記補正量決定部は、前記レーザ光の照射方向を変更するミラーの角度、前記レーザ光の焦点距離を変更する焦点レンズの位置、及びエネルギー密度を決定し、
    前記補正指令値決定部は、前記レーザ光の照射方向を変更するミラーの角度、前記レーザ光の焦点距離を変更する焦点レンズの位置、及びエネルギー密度の補正指令値を決定する請求項１又は２に記載の制御装置。
  4. 前記レーザ加工装置は、三次元ガルバノスキャナである請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
  5. 請求項１から４に記載の制御装置と、
    前記レーザ加工装置による前記ワークの加工結果を加工情報として出力するセンサと、
    を備える制御システム。
  6. ワークへのレーザ光の照射角度を変更可能なレーザ加工装置の動作を制御する制御装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記ワークへの前記レーザ光の照射による前記ワークの加工結果を加工情報として取得する加工情報取得部、
    前記加工結果の目標値を取得する目標値取得部、
    取得された前記目標値に基づいて前記レーザ加工装置の動作指令の指令値を基準指令値として算出する基準指令値算出部、
    取得された加工情報と、取得された目標値とに基づいて、前記レーザ光の補正量を決定する補正量決定部、
    算出された基準指令値と、決定された補正量とに基づいて、基準指令値を補正した補正指令値を決定する補正指令値決定部、
    決定された補正指令値に基づいて、前記レーザ加工装置の前記レーザ光の照射を実行させる実行制御部、
    として機能させるプログラム。
JP2019191130A 2019-10-18 2019-10-18 制御装置、制御システム、及びプログラム Active JP7396851B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019191130A JP7396851B2 (ja) 2019-10-18 2019-10-18 制御装置、制御システム、及びプログラム
US17/025,134 US20210114139A1 (en) 2019-10-18 2020-09-18 Controller, control system, and recording medium storing program
DE102020211914.7A DE102020211914A1 (de) 2019-10-18 2020-09-23 Steuerung, steuersystem und programm
CN202011078948.0A CN112676696A (zh) 2019-10-18 2020-10-10 控制装置、控制系统以及记录有程序的记录介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019191130A JP7396851B2 (ja) 2019-10-18 2019-10-18 制御装置、制御システム、及びプログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021065897A true JP2021065897A (ja) 2021-04-30
JP7396851B2 JP7396851B2 (ja) 2023-12-12

Family

ID=75268744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019191130A Active JP7396851B2 (ja) 2019-10-18 2019-10-18 制御装置、制御システム、及びプログラム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210114139A1 (ja)
JP (1) JP7396851B2 (ja)
CN (1) CN112676696A (ja)
DE (1) DE102020211914A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7340064B1 (ja) 2022-05-16 2023-09-06 株式会社牧野フライス製作所 レーザ加工機の焦点位置の調整方法及びレーザ加工機

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008216873A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Yaskawa Electric Corp レーザスキャニング装置
JP2010047789A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Toyota Motor Corp エネルギビームによる焼入方法および焼入システム
JP2012192731A (ja) * 2011-02-28 2012-10-11 Ricoh Co Ltd 画像処理方法及び画像処理装置
JP2016068133A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 株式会社片岡製作所 レーザ加工機、レーザ加工機のワーク歪補正方法
JP2019147166A (ja) * 2018-02-27 2019-09-05 株式会社リコー 光加工装置及び光加工物の生産方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5589090A (en) * 1994-01-31 1996-12-31 Song; Byung-Jun Laser cutting apparatus with means for measuring cutting groove width
JP4792901B2 (ja) * 2005-09-30 2011-10-12 日産自動車株式会社 レーザ溶接装置およびその方法、ならびに照射装置
AU2006299612A1 (en) * 2005-10-03 2007-04-12 Aradigm Corporation Method and system for laser machining
JP4958506B2 (ja) * 2006-09-15 2012-06-20 株式会社キーエンス レーザ加工装置、３次元レーザ加工における高さ方向のオフセット調整方法及びレーザ加工装置の制御プログラム
JP2009166075A (ja) * 2008-01-15 2009-07-30 Fanuc Ltd レーザ加工機を制御する数値制御装置
JP6167307B2 (ja) * 2014-06-05 2017-07-26 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ加工装置
BR112021000911A2 (pt) * 2018-07-19 2021-04-13 Ipg Photonics Corporation Sistemas e métodos para monitorar e/ou controlar processamento de oscilação utilizando formação de imagem coerente em linha (ici)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008216873A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Yaskawa Electric Corp レーザスキャニング装置
JP2010047789A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Toyota Motor Corp エネルギビームによる焼入方法および焼入システム
JP2012192731A (ja) * 2011-02-28 2012-10-11 Ricoh Co Ltd 画像処理方法及び画像処理装置
JP2016068133A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 株式会社片岡製作所 レーザ加工機、レーザ加工機のワーク歪補正方法
JP2019147166A (ja) * 2018-02-27 2019-09-05 株式会社リコー 光加工装置及び光加工物の生産方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7340064B1 (ja) 2022-05-16 2023-09-06 株式会社牧野フライス製作所 レーザ加工機の焦点位置の調整方法及びレーザ加工機

Also Published As

Publication number Publication date
JP7396851B2 (ja) 2023-12-12
US20210114139A1 (en) 2021-04-22
DE102020211914A1 (de) 2021-04-22
CN112676696A (zh) 2021-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6645960B2 (ja) 工作物へのレーザービームの進入深さを測定する方法、及び、レーザー加工装置
CN109791042B (zh) 用于光学测量焊接深度的方法
US20190111516A1 (en) Methods and devices for determining a reference focus position of a beam of beam-based machine tools by performing test cuts on a workpiece
EP3778100B1 (en) Laser welding method, and laser welding device
CN112839765B (zh) 用于求取加工过程的特征参量的方法和加工机
CN111069787B (zh) 用于加工工件的方法和加工机
JP2016132035A (ja) レーザ加工システム及び方法
AU2010361365B2 (en) Device and method for processing material by means of focused electromagnetic radiation
US20180264591A1 (en) Method for guiding a machining head along a track to be machined
JP2010142846A (ja) ３次元走査型レーザ加工機
JP7396851B2 (ja) 制御装置、制御システム、及びプログラム
JP2005254618A (ja) 樹脂溶着装置
KR20160127461A (ko) 레이저 가공 장치 및 그 가공방법
JPS60199585A (ja) レ−ザ溶接機
JP6780544B2 (ja) レーザ溶接装置
JP7308439B2 (ja) レーザ加工装置および光学調整方法
JP5238451B2 (ja) レーザ加工装置及びその位置検出方法
WO2023276745A1 (ja) レーザ加工装置及びレーザ光の焦点位置の自動補正方法
JP2020082149A (ja) レーザ照射システム
JP2017051961A (ja) レーザー加工装置
JPH026093A (ja) レーザ加工ヘッド装置
JP6389759B2 (ja) 非接触エッジ形状測定方法及びその装置
US20240149456A1 (en) Device and method for performing measurements on a workpiece as well as machining system and method for machining a workpiece
US20240149374A1 (en) Measuring device and method for performing measurements on a workpiece as well as machining system and welding method
KR20230078117A (ko) 레이저 빔 중심 검출 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200831

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220720

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230531

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230606

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230720

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231031

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231130

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7396851

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150