JP4014498B2 - 多軸のレーザ加工機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、1つのレーザ発振器から出力されたレーザを複数の加工ヘッドに供給し、加工ヘッド毎にレーザを位置決めして加工対象物を加工するようにした、いわゆる多軸のレーザ加工機に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、加工ヘッドの数が2個である従来の2軸レーザ加工機には、レーザ発振器を2つ設け、レーザ発振器から最終的な加工対象物に至るレーザの経路を2系統にしたものがある。このように構成された2軸レーザ加工機は各軸をほぼ独立して制御できるので、加工効率は1軸レーザ加工機の約2倍になる。しかし、2つのレーザ発振器を使用するため、装置の価格および保守費用が高価になる。
【0003】
また、1つのレーザ発振器から出力されたレーザをハーフミラーを用いて2系統に分岐させて2軸レーザ加工機を構成したものもある。このように構成された2軸レーザ加工機は、前者に比べて装置を安価に構成できる。
【0004】
しかし、2系統のレーザが同時に出力されるので、レーザが出力される前に各系統のレーザ位置決め装置の動作を完了させておく必要がある。すなわち、先に位置決めが終了した系統は他の系統の位置決めが終了するまで待機しなければならない。このため、加工能率が向上するとは限らない。
【0005】
そこで、特開2000−263271号公報記載の発明では、1つのレーザ発振器から出力されたレーザを偏向素子(音響光学素子)により2方向に偏向させるようにして、2軸レーザ加工機を構成している。このように構成された2軸レーザ加工機は、装置単価を安価にすることができるだけでなく、レーザ発振器の稼働率を向上させることができた。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−263271号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開2000−263271号公報記載の発明では、総ての系統におけるレーザ位置決め時間とレーザ出力時間が同じであることが前提になっている。
【0008】
一般に、それぞれの系統における加工位置は互いに異なる場合がほとんどである。このため、位置決め時間として位置決めに要する時間の最大値を設定しなければならず、作業能率が向上するとは限らなかった。
【0009】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、それぞれの系統における加工位置が互いに異なる場合であっても、作業能率を向上させることができる多軸のレーザ加工機を提供するにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、レーザを出力する1つのレーザ発振器と、前記レーザの光路を複数の方向に切り替える偏向装置と、前記複数の光路のそれぞれに配置された前記光路と同数のレーザ位置決め装置と、を有し、前記レーザを前記レーザ位置決め装置のいずれかに供給して加工をする多軸のレーザ加工機において、前記レーザ位置決め装置に対して加工位置を指令する指令装置と、前記偏向装置を制御してレーザの光路を切り替えさせ、前記レーザ位置決め装置の1つにレーザを供給する調停手段と、を備え、前記複数のレーザ位置決め装置は互いに独立して動作し、前記指令装置から指令された加工位置に位置決めが終了した時点で位置決め終了信号を出力し、前記調停手段は、前記レーザ位置決め装置から出力される前記位置決め終了信号に基づいて前記レーザの入力先のレーザ位置決め装置を選択し、該選択したレーザ位置決め装置にレーザを供給するように前記偏向装置を制御してレーザの光路を切り替えさせるとともに、前記複数のレーザ位置決め装置が同時に位置決めを終了した場合は、前記レーザを予め定める順序に従って前記レーザ位置決め装置に供給するように前記偏向装置を制御してレーザの光路を切り替えさせることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【0012】
図1は本発明の実施形態に係る2軸レーザ加工機の構成図である。
【0013】
レーザコントローラ2は、調停装置5からの信号により、レーザ発振器1の出力を制御する。レーザ発振器1から出力されるレーザ3の光路(図中に点線で示す)上には、音響光学偏向器(Acousto−Optic Modulator。以下、AOMという。)4が配置されている。AOM4は調停装置5から制御信号が入力されると入射したレーザ3を角度θ偏向させ、その他の場合はそのまま透過させる(以下、透過したレーザ3を「レーザ3a」、偏向側のレーザ3すなわち角度θ偏向されたレーザ3を「レーザ3b」という。)。
【0014】
レーザ3aの光路上には、第1の軸J1に保持されたレーザ位置決め装置6aが配置されている。また、レーザ3bの光路上には、第2の軸J2に保持されたレーザ位置決め装置6bが配置されている。レーザ位置決め装置6a、6bは、調停装置5およびNC装置7に接続されている。加工対象8は加工物位置決め装置9上に固定されている。
【0015】
次に、各部の動作を説明する。
【0016】
図2は、レーザ位置決め装置6a(すなわち軸J1)の動作を示すフローチャートである。
【0017】
図示を省略する起動ボタンがオンされると、レーザ位置決め装置6aはNC装置7から指示された加工箇所の座標を確認し(手順S100)、次の加工箇所がある場合は手順S110の処理を行い、その他の場合は加工完了信号をNC装置7に出力して(手順S140)、処理を終了する。手順S110では、レーザ位置決め装置6aの図示を省略する機構部を動作させてレーザ3aの光路を位置決めし、位置決めが終了すると位置決め終了信号を調停装置5に出力する(手順S120)。そして、調停装置5から出力されるレーザ出力完了信号を受け取るまで待機し(手順S130)、レーザ出力完了信号を受け取ると、手順S100の処理を行う。
【0018】
レーザ位置決め装置6b(すなわち軸J2)は、レーザ位置決め装置6aと同様に、上記手順S100〜手順S140の処理を行う。なお、レーザ位置決め装置6aとレーザ位置決め装置6bは、互いに独立して、上記手順S100〜手順S140の処理を行う。
【0019】
図3は、調停装置5の動作を示すフローチャートである。
【0020】
図示を省略する起動ボタンがオンされると、調停装置5は、レーザ位置決め装置6aが位置決めを終了したかどうかを確認し(手順S300)、レーザ位置決め装置6aが位置決めを終了している場合は、手順S310の処理を行い、その他の場合は手順S330の処理を行う。手順S310ではレーザコントロール2にレーザ3を出力するように指示し、レーザ3を予め定められた回数照射させる。そして、レーザ3の照射が完了すると、レーザ出力完了信号をレーザ位置決め装置6aに出力して(手順S320)、手順S300の処理を行う。
【0021】
また、手順S330では、レーザ位置決め装置6bが位置決めを終了したかどうかを確認し、レーザ位置決め装置6bが位置決めを終了している場合は、手順S340の処理を行い、その他の場合は手順S300の処理を行う。手順S340では、AOM4をオンした後、レーザコントロール2にレーザ3を出力するように指示し、レーザ3を予め定められた回数照射させる(手順S350)。そして、レーザ3の照射が完了すると、レーザ出力完了信号をレーザ位置決め装置6bに出力すると共に(手順S360)、AOM4をオフした後(手順S370)、手順S300の処理を行う。
【0022】
次に、装置全体の動作を説明する。
【0023】
図示を省略する起動ボタンがオンされると、NC装置7はレーザ位置決め装置6a、6bに対して加工位置を指令する。指令を受けたレーザ位置決め装置6a、6bは、NC装置7から指令されたデータに基づきレーザ3a、3bの光路を加工対象8上の加工位置に位置決めし、位置決めが終了すると、それぞれ位置決め終了信号を調停装置5に出力する。
【0024】
例えば、レーザ位置決め装置6aの位置決めがレーザ位置決め装置6bよりも先に終了したとする。レーザ位置決め装置6aから位置決め終了信号を受けた調停装置5は、レーザコントローラ2を動作させ、レーザ発振器1にレーザ3を出力させる。AOM4がオフであるので、レーザ3aがレーザ位置決め装置6aに入力され、加工対象8上の加工位置に照射される。レーザ3aの照射が完了し、調停装置5からレーザ出力完了信号を受け取ると、レーザ位置決め装置6aはレーザ3aの光路を次の加工位置に位置決めする動作を開始する。
【0025】
次に、レーザ位置決め装置6bの位置決めが終了したとすると(このとき、レーザ位置決め装置6aは位置決め中である。)、位置決め終了を受けた調停装置5は、AOM4をオンしてから、レーザ発振器2を動作させ、レーザ3を出力させる。AOM4がオンであるので、レーザ3bがレーザ位置決め装置6bに入力され、加工対象8上の加工位置に照射される。レーザ3bの照射が完了し、調停装置5からレーザ出力完了信号を受け取ると、レーザ位置決め装置6bはレーザ3bの光路を次の加工位置に位置決めする動作を開始する。以下、加工が完了するまで、上記の動作を繰り返す。
【0026】
なお、上記フローチャートから明らかなように、レーザ位置決め装置6a、6bの一方が加工中に他方の位置決めが終了した場合、他方は一方の作業が終了するまで待機させられる。また、レーザ位置決め装置6aとレーザ位置決め装置6bの位置決めが同時に終了した場合、レーザ位置決め装置6a(すなわち軸J1)が優先される。
【0027】
このように、レーザ3を光路の位置決めが終了した軸に供給するので、レーザ発信器2の稼働率を向上させることができる。
【0028】
ところで、この実施形態の場合、加工対象物上に照射されるレーザ3a、3bの強度波形はレーザ発振器2から出力されたレーザ3の強度波形とほぼ同一になる。後述するように、レーザ3の強度は一定ではないので、例えば、AOM4とレーザ位置決め装置6a、6bとの間にそれぞれ波形整形器を配置してレーザ3の強度を制御可能に構成すると、加工品質あるいは加工形状を向上させることができる。
【0029】
図4は本発明の変形例を示すレーザ加工機の構成図であり、図1と同じもの、または同一機能のものは、同一の符号を付して説明を省略する。
【0030】
波形整形器(ここではAOM)10は、レーザ3の光路上のAOM4の後方に配置され、AOM10の後方にはレーザ・ストッパ11が配置されている。AOM10は調停装置5に接続されている。レーザ位置決め装置6aはAOM10の偏向側に、レーザ位置決め装置6bはAOM4の偏向側に、それぞれ配置されている。
【0031】
次に、この実施形態の動作を説明する。
【0032】
図5は、この実施形態の動作タイムチャート図である。なお、特に指令をしない限り、AOM4、10はオフである。
【0033】
例えば、レーザ位置決め装置6aの位置決めがレーザ位置決め装置6bよりも先に終了したとする(時刻T0)。レーザ位置決め装置6aから位置決め終了信号を受けた調停装置5は、レーザ発振器2を動作させ、レーザ3を出力させると共に、経過時間tの計測を開始する。AOM4、10がオフであるので、レーザ3はAOM4、10を透過してレーザ・ストッパ11に入射する。調停装置5は、経過時間tがレーザ3の強度が略一定になるのに要する時間t1になると(時刻T1)、AOM10をオンする。この結果、レーザ3はレーザ位置決め装置6aにより位置決めされて加工部に入射する。また、時刻T1から照射時間t2が経過すると(時刻T2)、AOM10をオフする。以下、同様にして、指定された回数、レーザ3を照射し、レーザ3の照射が完了すると、レーザ位置決め装置6aはレーザ3aの光路を次の加工位置に位置決めする動作を開始する。
【0034】
次に、レーザ位置決め装置6bの位置決めが終了したとすると(このとき、レーザ位置決め装置6aは位置決め動作中である。)(時刻T3)、位置決め終了を受けた調停装置5は、レーザ発振器2を動作させ、レーザ3を出力させる。レーザ3はAOM4、10を透過してレーザ・ストッパ11に入射する。調停装置5は、経過時間tが時間t1になると(時刻T4)、AOM4をオンする。この結果、レーザ3はレーザ位置決め装置6bにより位置決めされて加工部に入射する。また、時刻T4から照射時間t2が経過すると(時刻T5)、AOM4をオフする。以下、同様にして、指定された回数、レーザ3を照射する。レーザ3bの照射が完了すると、レーザ3bの光路を次の加工位置に位置決めする動作を開始する。
【0035】
以下、加工が完了するまで、上記の動作を繰り返す。
【0036】
このようにすると、加工部には、ほぼ一定の強度のレーザ3が供給されるので、加工品質が均質になる。
【0037】
なお、加工ヘッドが2個である2軸レーザ加工機について説明したが、上記に基づき。さらに加工ヘッドを増やすことができることは言うまでもない。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、それぞれの軸の加工位置が異なる場合であっても、待ち時間を最小限にすることが可能となり、加工効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザ加工機の構成図である。
【図2】本発明に係るレーザ位置決め装置の動作を示すフローチャートである。
【図3】本発明に係る調停装置の動作を示すフローチャートである。
【図4】本発明の変形例を示すレーザ加工機の構成図である。
【図5】本発明の変形例における動作タイムチャート図である。
【符号の説明】
3 レーザ
4 偏向手段(AOM)
5 調停手段
6a,6b レーザ位置決め装置
J1,J2 軸
Claims (1)
- レーザを出力する1つのレーザ発振器と、前記レーザの光路を複数の方向に切り替える偏向装置と、前記複数の光路のそれぞれに配置された前記光路と同数のレーザ位置決め装置と、を有し、前記レーザを前記レーザ位置決め装置のいずれかに供給して加工をする多軸のレーザ加工機において、
前記レーザ位置決め装置に対して加工位置を指令する指令装置と、
前記偏向装置を制御してレーザの光路を切り替えさせ、前記レーザ位置決め装置の1つにレーザを供給する調停手段と、を備え、
前記複数のレーザ位置決め装置は互いに独立して動作し、前記指令装置から指令された加工位置に位置決めが終了した時点で位置決め終了信号を出力し、
前記調停手段は、前記レーザ位置決め装置から出力される前記位置決め終了信号に基づいて前記レーザの入力先のレーザ位置決め装置を選択し、該選択したレーザ位置決め装置にレーザを供給するように前記偏向装置を制御してレーザの光路を切り替えさせるとともに、前記複数のレーザ位置決め装置が同時に位置決めを終了した場合は、前記レーザを予め定める順序に従って前記レーザ位置決め装置に供給するように前記偏向装置を制御してレーザの光路を切り替えさせることを特徴とするレーザ加工機。
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