JP5320682B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

近年、レーザ加工として、溶接、切断および孔あけ等が一般的に知られているが、例えば、レーザ溶接においては、溶接の際に発生するスパッタから、レーザ照射装置のレーザ光学系を保護する保護ガラスを保護する技術が用いられている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１では、レーザ光が通過する貫通穴が設けられた保護筒に空気を流通させて、スパッタの保護ガラスへの飛散を防止する技術が提案されている。

また、近年、ロボットを利用した溶接にもレーザ溶接が用いられるようになってきている。このような溶接技術として、ロボットアーム（マニュピレータ）の先端にレーザ光を照射するためのレーザ照射装置を取り付け、ロボットアームで移動させつつ、さらにレーザ照射装置からのレーザ光照射方向をも変えることで、レーザ光を移動させながらあらかじめ決められた溶接点を溶接する技術がある。このような溶接は、ワークとレーザ照射装置の間がこれまでよりも離れていることからリモート溶接と称されている。
特開２００５−２１９１０８号公報

しかしながら、このようなリモート溶接に、特許文献１に記載されるスパッタを防止する技術を適用すると、リモート溶接ではレーザ光が移動されながら照射されるため、保護筒に設けられるレーザ光を通過させるための開口が大きくなり、保護ガラスへのスパッタの飛散を防止することが困難となる。

そこで本発明は、加工用パターンを描くようにレーザ光を照射するレーザ加工において、レーザ照射装置へのスパッタの飛散を極力少なくすることができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、あらかじめ決められた加工用パターンを描くように被加工部材にレーザ光を照射するレーザ加工装置であって、前記レーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記被加工部材との間に配置され、前記加工用パターンと相似形状のスリットが形成された遮蔽板と、を有し、前記レーザ照射手段は、前記レーザ光を、前記遮蔽板に照射することなく、前記加工用パターンと相似形状の前記スリット内において前記スリットに沿って走査させつつ、前記被加工部材に照射することを特徴とするレーザ加工装置である。

上記課題を解決するための本発明は、レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に従って移動させるように前記移動手段を制御するとともに、前記レーザ光があらかじめ決められた加工用パターンを描くように前記反射鏡の動きを制御する加工用制御手段と、前記レーザ照射手段から射出されたレーザ光による加工点における入熱量を前記加工用パターンを描く前記レーザ光の移動位置に応じて変更するレーザ光制御手段と、前記レーザ光が照射される被加工部材を保持する保持手段と、前記保持手段に固定されるとともに前記レーザ照射手段と被加工部材との間に配置され、前記加工用パターンと相似形状のスリットが形成された遮蔽板と、を有し、前記レーザ照射手段は、前記レーザ光を、前記遮蔽板に照射することなく、前記加工用パターンと相似形状の前記スリット内において前記スリットに沿って走査させつつ、前記被加工部材に照射すること特徴とするレーザ加工装置である。

また上記課題を解決するための本発明は、あらかじめ決められた加工用パターンを描くようにレーザ光を被加工部材に照射するレーザ加工方法であって、前記レーザ光を照射するレーザ照射手段と、被加工部材との間に、前記加工用パターンと相似形状のスリットが形成された遮蔽板と、を配置し、前記レーザ照射手段を用い、前記レーザ光を、前記遮蔽板に照射することなく、前記加工用パターンと相似形状の前記スリット内において前記スリットに沿って走査させつつ、前記被加工部材に照射することを特徴とするレーザ加工方法である。

以上のように構成された本発明によれば、加工用パターンを描くレーザ光の経路に対応する形状のスリットが形成された遮蔽板を有するため、レーザ光を、このスリットを通過させて被加工部材に照射することができ、レーザ照射装置へのスパッタの飛散を極力少なくすることができる。

以下、添付した図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されるレーザ加工システムの概略構成図であり、図２はこのレーザ加工システム内のレーザ照射装置の内部構造図であり、図３はこのレーザ加工システム内のレーザ発振器の内部構造図である。

図１に示すレーザ加工システムは、加工対象物としての被加工部材であるワークＷに、ワークＷ上に位置されるレーザ照射装置３からレーザ光１００を照射することによって、直接ワークＷに触れることなくワークＷの加工を行うものである。

図示するレーザ加工システムは、ロボット１（移動手段）と、ロボット１のアーム２の先端に取り付けられ、レーザ光１００を照射するレーザ照射装置３（レーザ照射手段）と、レーザ光を発生させるレーザ発振器５と、レーザ発振器５からレーザ照射装置３までレーザ光を導く光ファイバーケーブル６と、ロボット１およびレーザ照射装置３の動作を制御するロボット制御装置７（加工用制御手段およびレーザ光制御手段）と、ロボット制御装置７に各種の指示を送るティーチボックス８と、ワークＷを把持する少なくとも１つのクランプ３１（保持手段）と、加工の際のスパッタＳの飛散を遮蔽する少なくとも１つの遮蔽板３２とから構成される。また、このシステムは、後述する教示データ及び加工用パターンデータをＣＡＤシステム９から取得することができるようになっている。なお、このＣＡＤシステム９は、常時接続されている必要はない。

ロボット１は一般的な多軸ロボットであり、教示作業によって与えられた経路データに従ってアーム２が駆動され、レーザ照射装置３を３次元のさまざまな位置および方向に移動させることができる。レーザ発振器５にはＹＡＧレーザが用いられ、レーザ発振器５で発生されたレーザ光は光ファイバーケーブル６によってレーザ照射装置３に導かれる。

レーザ照射装置３は導かれたレーザ光を内蔵した反射ミラー１１（反射鏡）で反射し、ワークＷの加工打点（以下、加工点と称する）に対して強力なレーザ光１００を走査する。走査されたレーザ光１００は加工点上に照射され、レーザ照射装置３が走査した形状に従って加工点の加工（溶接ビードの形成）が行われる。

ロボット制御装置７はロボット１の姿勢を認識しながらロボット１の動作を制御するとともに、レーザ光の照射方向を変更し走査するためにレーザ照射装置３の制御（反射ミラー１１の制御）も行っている。この反射ミラー１１の制御は、後述する容易あらかじめ決められた加工用パターンを描くように行われる。また、ロボット制御装置７はレーザ発振器５からのレーザ出力のＯＮ、ＯＦＦも制御している。

レーザ照射装置３は、入力されたレーザ光および可視レーザ光（可視光）の照射方向を自在に変更できるように構成されている。すなわち、レーザ照射装置３は、図２に示すように、光ファイバーケーブル６によって導かれたレーザ光１００を、加工点に向けて照射するための反射ミラー１１（反射鏡）と、反射ミラー１１を回動させるモータ１６および１７およびレンズ群１２とを有している。

反射ミラー１１は、鏡面を通る垂直な軸線をＺ軸とし、Ｚ軸と直交するＸ軸およびＹ軸をそれぞれ中心として独立に回動自在に支持されている。モータ１６およびモータ１７は、それぞれのモータの回動位置の合成によって、反射ミラー１１の向きを３次元方向に変える。したがって、反射ミラー１１は、光ファイバーケーブル６から入射されるレーザ光を３次元方向に放射自在に取り付けられている。反射ミラー１１を３次元方向に回動させることによって、ワークＷ上に設定されている加工点に所定の形状となる走査パターン（加工用パターン）を描かせることができる。

また、この反射ミラー１１の移動速度（回動速度）によって入熱量の調節も行うことができる。すなわち、反射ミラー１１の移動によって加工用パターンを描くレーザ光の移動速度を遅くすれば、加工点では単位時間当たりのレーザ光の入射量が多くなり、加工点における入熱量が高くなる。一方、これを速くすれば、単位時間当たりのレーザ光の入射量が少なくなって、加工点における入熱量は低くなる。

反射ミラー１１の移動速度の変更によるレーザ光強度の変更は、ロボット制御装置７からの指示によって行われる。このレーザ光強度の変更指示は、あらかじめ加工用パターンの位置に応じて行われる（詳細後述）。

レンズ群１２は、光ファイバーケーブル６の端部から放射されたレーザ光を平行光にするためのコリメートレンズ１２１と平行光となったレーザ光１００をワークＷ上で集光させるための集光レンズ１２２から構成される。そして、集光レンズ１２２の位置を変えることでレーザ照射装置３は加工点から反射ミラー１１までの距離に応じてレーザ光が商店を結ぶ位置を変更する。なお、このような焦点位置の変更（集光レンズ位置の変更動作）は、ロボットによる移動経路の教示と共にあらかじめ教示される。

レーザ発振器５内部は、図３に示すように、ＹＡＧレーザの発振源５０１の他に、半導体レーザなどによる可視レーザ光発振源５０２が備えられている。可視レーザ光発振源５０２は、たとえば、レーザ照射位置の確認などに使用される。可視光を出すか加工用のレーザ光を出すかは、レーザ発振器５内部の切り替えミラー５０３によって切り替えられている。すなわち、切り替えミラー５０３が実線の位置のときは、ＹＡＧレーザ光が光ファイバーケーブル６へ出力され、点線の位置のときには可視レーザ光が光ファイバーケーブル６へ出力される。

この切り替えミラー５０３の切り替えはロボット制御装置７からの指示または手動によって行われる。

また、レーザ発振器５から出力されるレーザ光の強度は、ロボット制御装置７からの指示によって変更される。このレーザ光強度の変更指示は、あらかじめ加工用パターンの位置に応じて行われる（詳細後述）。

図４は、本実施形態に係るレーザ加工システムの制御系のブロック図である。

ロボット制御装置７は、教示データ記憶部２１（教示データ記憶手段）、ロボット制御部２２、加工用パターン記憶部２３（加工用パターン記憶手段）、加工用パターン生成部２４、レーザ光走査制御部２５（加工用制御手段およびレーザ光制御手段）を備えている。

教示データ記憶部２１は、あらかじめＣＡＤシステムを利用したシミュレーションによる教示作業によって教示されたロボット１の動作経路、動作速度、およびワークＷの加工点を記憶している。加工点は、ワークＷの加工箇所を示し３次元座標によって表されている。なお、教示データはシミュレーションによって教示されたデータではなく、実機を使用した教示データであってもよい。

ロボット制御部２２は、教示データに基づいて、ロボット１の各軸モータの回転量を制御し、レーザ照射装置３があらかじめ定められた動作経路で移動して、所定の位置、たとえば、ワークＷに設定されている加工点上の決められた位置で順次停止するように制御する。

ロボット制御部２２は、ロボット１の各軸モータの回転量（エンコーダ値）に基づいてロボット１の姿勢を認識することもできるようになっている。したがって、ロボット制御部２２は、ロボット１の姿勢を認識する姿勢認識部としても機能することになる。また、ロボット制御部２２は、認識されているロボットの姿勢に基づいて、レーザ照射装置３がワークＷのある加工点に対してレーザ光を照射可能な位置にあるか否かを判断する機能をも備えている。

加工用パターン記憶部２３は、レーザ照射装置３により走査されるレーザ光１００の加工時の走査パターン（加工用パターン）、および加工用パターンの位置におけるレーザ光強度を記憶している。

加工用パターン記憶部２３に記憶しておく加工用パターンは任意の大きさの任意の形状でよい。本実施形態では、たとえば、図５に示すＣ字形状の加工用パターンを記憶してある。このようなＣ字形状の加工用パターンは、その縦（加工長さ）が何ｍｍ、横（加工幅）が何ｍｍというように、その大きさが加工用パターンの形状の縦と横の大きさとして規定されている。なお、本実施形態では加工用パターンをＣ字形状として説明するが、図６のような棒形状であっても、図７のようなＳ字形状であってもよい。なお、加工用パターンはＣＡＤで作成されるため、加工用パターン記憶部２３にはＣＡＤからのデータが記憶されることになる。

ここで、加工用パターンの表現方法を説明しておく。加工用パターンは、加工用パターンに定めた加工点中心座標とその加工点中心座標からのオフセット量で規定された複数の点列座標で構成し、加工点中心座標と点列座標は、ワークＷと同一の座標系の座標で表している。

たとえば、加工用パターンが図５に示すようなＣ字形状である場合、Ｃ字形状の加工長さと加工幅は図のように規定されている。Ｃ字形状の重心（加工用パターンの中心位置となる）を加工点中心座標（Ｗｘｃｎｔ、Ｗｙｃｎｔ，Ｗｚｃｎｔ）とし、この加工点中心座標を原点として、ワークＷと同一の座標系（Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）が規定されている。そして、Ｃ字形状を構成する８０の点列座標（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（０）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（０），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（０））から（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（７９）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（７９），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（７９））は、加工点中心座標からのオフセット量（図示点線で示すベクトル量）として定義されている。このベクトルで示されるオフセット量は、Ｃ字形状を構成する各点が加工点中心座標からどの程度離れているのかを示している。なお、オフセット量は、２次元のオフセット量として規定することもできるし、３次元のオフセット量として規定することもできる。

加工用パターンが図６に示すような棒形状である場合、その棒形状の重心を加工点中心座標（Ｗｘｃｎｔ、Ｗｙｃｎｔ，Ｗｚｃｎｔ）とし、この加工点中心座標を原点として、ワークＷと同一の座標系（Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）が規定されている。そして、棒形状を構成する３０の点列座標（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（０）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（０），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（０））から（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（２９）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（２９），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（２９））は、加工点中心座標からのオフセット量（図示点線で示すベクトル量）として定義されている。

さらに、加工用パターンが図７に示すようなＳ字形状である場合、そのＳ字形状の重心を加工点中心座標（Ｗｘｃｎｔ、Ｗｙｃｎｔ，Ｗｚｃｎｔ）とし、この加工点中心座標を原点として、ワークＷと同一の座標系（Ｗｘ、Ｗｙ，Ｗｚ）が規定されている。そして、Ｓ字形状を構成する８０の点列座標（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（０）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（０），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（０））から（Ｗｘｃｎｔ＋Ｗｘ（７９）、Ｗｙｃｎｔ＋Ｗｙ（７９），Ｗｚｃｎｔ＋Ｗｚ（７９））は、加工点中心座標からのオフセット量（図示点線で示すベクトル量）として定義されている。

加工用パターン記憶部２３に記憶させる加工用パターンも加工点と同様にＣＡＤシステム９（図１参照）によって作成されるが、加工点と加工用パターンとは、ＣＡＤシステム９によって個別に独立して教示させる。つまり、加工点と加工用パターンとは全く別のデータとして扱えるようになっている。そのため、教示データ記憶部２１と加工用パターン記憶部２３とは別々に設けている。

加工用パターン生成部２４は、加工用パターン記憶部２３に記憶されている加工用パターンの形状から、記憶されているままの大きさの形状、または、ティーチボックス８が有している指示部２６によって指示された大きさの形状を生成するものである。

指示部２６は、任意にワークＷの加工点上に描かれる加工用パターンの大きさを指示するものであって、たとえば、加工用パターンであるＣ形状の縦方向を、教示データ記憶部２１に記憶されているＣ形状の３倍に、そして横方向を１．５倍にと言うように、加工点に要求されるたとえば加工強度に応じて指示する。なお、加工用パターンの大きさは、指示部２６からの指示に代えて、レーザ加工を行う場合に読み込むプログラム内にあらかじめ埋め込むようにしてもよい。また、この指示部２６による指示は動作教示の際に１度指示すればそれが記憶されて、レーザ加工中においては、記憶された大きさとして囲うようパターンが描かれることになる。

レーザ光走査制御部２５は、加工用パターン生成部２４によって生成された大きさの加工用パターンを入力するとともに、ロボット制御部２２が認識しているロボット１の姿勢をも考慮して、加工点上に描く加工用パターン形状の点列座標（８０ポイント程度）を算出し、その点列座標に基づいてレーザ照射装置３の反射ミラー１１を回動させる。

レーザ光走査制御部２５は、ワークＷと同一の座標系の座標で表されている、加工用パターンの加工点中心座標およびその加工点中心座標からのオフセット量で規定された複数の点列座標を、ロボット１の座標系の座標に変換する機能をも有している。

さらに、このレーザ光走査制御部２５は、加工点上に描かれる加工用パターンの位置に応じてレーザ光による加工点への入熱量を制御する。

図８は実施形態に係るレーザ加工システムのクランプおよび遮蔽板を示す部分斜視図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う部分断面図、図１０は図８のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図である。

ワークＷを保持するクランプ３１は、図８，９に示すように、加工の際にワークＷが動かないように、ワークＷを保持するためのものである。クランプ３１は、一般的な構造であり、固定的に設けられる第２把持部３４と、エアーシリンダ３５によって回転的に駆動される第１把持部３３とを有し、第１把持部３３と第２把持部３４の間に、ワークＷを把持することができる。なお、第１把持部３３ではなく第２把持部３４が駆動されてもよく、または、第１把持部３３および第２把持部３４の両方が駆動されてもよい。また、駆動源は、エアーシリンダ３５に限らず、例えば油圧シリンダやモータ等を用いてもよい。

遮蔽板３２は、ワークＷに形成される加工用パターン形状を覆うように、第１把持部３３に固定される枠体３６の内側に連結されている。すなわち、遮蔽板３２は、レーザ照射装置３からのレーザ光１００の経路上に配置される。遮蔽板３２は、本実施形態では鉄製であるが、銅等の他の金属、ガラスまたはプラスチック等の他の材料から構成されてもよい。

遮蔽板３２は、図１０に示すように、縁部に複数の貫通穴３８が設けられている。また、枠体３６には、複数のネジ穴３９が形成されており、スペーサ４０を貫通したボルト４１が貫通穴３８を通ってネジ穴３９に螺合することにより、遮蔽板３２がスペーサ４０と枠体３６の間に挟持される。遮蔽板３２の貫通穴３８は、ボルト４１の径よりも大きく形成されており、遮蔽板３２を枠体３６の水平面方向の所定範囲内で移動させることができる。

遮蔽板３２には、レーザ光１００の経路に対応して、スリット４２が形成される。このスリット４２は、加工用パターンに対応する形状を有しており、加工用パターンと相似形状で形成される。なお、レーザ照射装置３が移動しつつレーザ光１００を照射する場合には、必ずしも相似形でなくてもよい。

スリット４２のスリット幅Ｌは、レーザ光１００が遮蔽板３２に照射されることがないように、レーザ光１００の径や照射位置精度、スリット４２の位置精度等を考慮して決定される。一例として、レーザ照射装置３とワークＷの間の距離Ｈ１が約３００ｍｍ、遮蔽板３２とワークＷの間の距離Ｈ２が５０ｍｍ、レーザ光１００のレーザ照射装置３から照射された際の径Ｄ１（焦点が絞られる前の径）が３０ｍｍである場合、相似的にスリット４２を通過するレーザ光１００の径Ｄ２が５ｍｍであることから、スリット幅Ｌは少なくとも５ｍｍが必要である。

スリット４２の加工精度誤差等によりレーザ光１００が誤って遮蔽板３２に照射される場合には、遮蔽板３２がレーザ光１００により焼き削られ、望ましいクリアランスを有するように加工されることとなる。

また、遮蔽板３２には、スリット４２の内壁面を含むスリット４２の近傍に、レーザ光１００が照射された際に遮蔽板３２が溶融しないように鏡面加工を施してレーザ光１００を反射させてもよく、または凸部を形成してレーザ光１００を散乱させてもよい。

また、遮蔽板３２を枠体３６の水平面方向の所定範囲内で移動させることができるため、レーザ光１００の照射位置の変更等に対応して、スリット４２の位置を変更させることができる。また、遮蔽板３２が枠体３６から取り外し加能であるため、加工用パターンに対応して遮蔽板３２を変更することが可能である。

次に、本実施形態におけるレーザ加工時のロボット制御装置の動作処理手順を説明する。図１１は、ロボット制御装置の動作処理手順を示すフローチャートである。

レーザ加工時の基本動作は、ロボットを教示された位置で停止させ、その場所でレーザ照射装置３が照射可能な１つの加工点に対してレーザ加工を行い、次の加工点をレーザ加工する場合にはさらにロボットを次の位置に移動させてレーザ加工を行うという動作を繰り返し、１点ずつ順次レーザ加工を行い、すべての加工点に対するレーザ加工を完了するというものである。

ロボット制御部２２は、まず、レーザ加工用の教示データを読み込む（Ｓ１）。教示データは、たとえば、ロボット停止位置、動作速度、加工点中心座標、加工用パターン、反射ミラー回動速度、加工幅、加工長さ、レーザ出力強度、その他制御に必要な動作指令などが記述されている。ロボットは、これに従って動作する。

次に、ロボット制御部２２は、加工用パターン記憶部２３に記憶されている加工用パターンのデータを読み込むように指令する（Ｓ２）。

ロボット制御部２２は、教示データに従ってロボット１を動作させ、レーザ照射装置３を教示データに記述されている動作速度で移動させ、ロボット停止位置で位置決めする。同時に、レーザ照射装置３の反射ミラー１１をワークＷの加工点に向けて位置決めする（Ｓ３：ロボット動作）。詳細には、加工点中心座標にレーザ光が照射されるような向きに反射ミラー１１の向きを調整する。レーザ照射装置３はこの位置から、特定の加工点に対してレーザ光を照射することができる。

次に、ロボット制御部２２は、加工用パターン生成部２４に対して、読み込んだ加工用パターンに従ってワークＷの加工点に加工用パターンを描くために必要な座標点を算出させる（Ｓ４）。加工用パターン生成部２４は、この指示によりワークＷの座標系で記述された、読み込んだ加工用パターンの基本形状である加工点中心座標、加工幅、加工長さを取得して、加工用パターンの８０点ある基本となる各点の座標を算出する（Ｓ５）。

続いて加工用パターン生成部２４は算出された８０点の基本点座標を、読み込んだ教示データに記述されている「加工幅」、「加工長さ」に基づいて縦方向（加工長さ方向）および横（加工幅）方向にシフトさせて、実際に描かせる大きさの加工用パターンの座標点を生成するバイアス処理を行う（Ｓ６）。

次に、ロボット制御部２２は、レーザ光走査制御部２５に対して、生成された加工用パターンの８０点の座標を、ワークの座標系からロボットの座標系に換算するように指示する（Ｓ７）。

次に、ロボット制御部２２は、現在認識しているロボット１の姿勢を入力し、現在のロボット１の姿勢でターゲットとしているワークＷの加工点上に、要求されている大きさの加工用パターンを描くための反射ミラー１１の回動の仕方（回動開始から終了までの加工パターンの各点（８０点）に到達する各時刻における反射ミラー１１の角度）を算出する（Ｓ８）。このとき、入熱量を反射ミラーの回動速度で制御する場合には、第１の入熱量の部分と第２の入熱量の部分とで、それぞれの位置に到達する各時刻における反射ミラー１１の角度を求めることになる。一方、レーザ発信器によるレーザ出力強度の制御はここで算出された反射ミラー回動位置の各時刻から入熱量を変える時刻を指定して、その時刻になればレーザ出力を変えるように指示を入力しておく。

以上の演算が終了したら、ロボット制御部２２は、教示データに従ってレーザ光（ＹＡＧレーザ光）を出力するようにレーザ発振器５に対して指令する（レーザ発振器ＯＮ：Ｓ９）。そしてレーザ発振器５がＯＮされると、反射ミラー１１に向けてレーザ光が照射され、反射ミラー１１は上記算出された回動の仕方で回動させるようにレーザ光走査制御部２５へ指示する（Ｓ９）。

以後、レーザ光走査制御部２５は、反射ミラー１１の回動が終了（加工用パターンの照射が終了）するまで反射ミラー１１の回動を続け、回動が終了位置に着たなら、ロボット制御部２２に対して終了信号を出力する。これを受けたロボット制御部２２は、レーザ発振器５からのＹＡＧレーザの出力指令を消してレーザ光の出力を停止させる（Ｓ１０）。これで一つの加工点位置におけるレーザ加工を終了する。

以上の処理によって、１箇所の加工点への加工用パターンの照射が終了する。そして複数の加工点を加工する際には、上記の処理を指定された加工点の数だけ順次実行する。

これによりワークＷ上の複数の加工点位置に、それぞれ決まった加工用パターンによる溶接ビードが形成される。

次に、上述のレーザ加工システムの作用を説明する。

上述のレーザ加工システムによれば、加工用パターンを有するレーザ光１００が、この加工用パターンに対応する形状のスリット４２を通って照射される。したがって、例えば図１４に示すように、加工用パターンの全体を覆う１つの開口５２が設けられた遮蔽板５１と比較すると、ワークＷの加工点から飛散するスパッタＳが遮蔽板３２によって効率よく遮蔽されて、スパッタＳの、レーザ照射装置３のレーザ光学系を保護する保護ガラスへの飛散を抑制でき、保護ガラスの延命が可能となる。

また、遮蔽板３２が、位置精度の高いクランプ３１に固定されるため、適切な形状のスリット４２を精度よく配置することが加能であり、スパッタＳの保護ガラスへの飛散をより一層抑制でき、保護ガラスの延命が可能となる。

また、遮蔽板３２がクランプ３１に対して移動可能に固定されており、また変更可能であるため、加工位置や加工パターンの変更に容易に対応することが可能である。

次に、本発明が適用されるレーザ加工システムの変形例を示す。

図１２は実施形態で使用する遮蔽板の変形例を示す断面図である。

図１２に示すように、２枚の第１遮蔽板５３および第２遮蔽板５４を設けることも加能である。第１遮蔽板５３および第２遮蔽板５４は、その間に例えば間隔保持用スペーサ５５を挟むことにより、所定間隔離れて位置することとなる。第１、第２遮蔽板５３，５４には、レーザ光１００の経路に対応して、第１スリット５１および第２スリット５２が設けられる。この第１，第２スリット５１，５２は、加工用パターンに対応する形状を有しており、加工用パターンと相似形状で形成される。したがって、第１，第２スリット５１，５２同士が相似形状を有することとなる。なお、レーザ照射装置３が移動しつつレーザ光１００を照射する場合には、必ずしも相似形状でなくてもよい。

第１，第２スリット５１，５２のスリット幅Ｌ１，Ｌ２は、レーザ光１００が第１，第２遮蔽板５３，５４に照射されることのないように、レーザ光１００の径や照射位置精度、スリット５１，５２の位置精度等を考慮して決定される。なお、スリット幅Ｌ２は、ワークＷに近いため、レーザ光１００の焦点がより絞られていることから、スリット幅Ｌ１も狭く設定される。

一例として、レーザ照射装置３とワークＷの間の距離Ｈ１が約３００ｍｍ、第１遮蔽板５３と第２遮蔽板５４の間の距離Ｈ３が５０ｍｍ、第２遮蔽板５４とワークＷの間の距離Ｈ４が５０ｍｍ、レーザ光１００のレーザ照射装置３から照射された際の径Ｄ３（焦点が絞られる前の径）が３０ｍｍである場合、相似的に、第１スリット５１を通過するレーザ光１００の径Ｄ４は１０ｍｍ、第２スリット５２を通過するレーザ光１００の径Ｄ５は５ｍｍであることから、第１スリット５１および第２スリット５２のスリット幅Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ少なくとも１０ｍｍおよび５ｍｍが必要である。

このような変形例では、第１スリット５１と第２スリット５２が、第１，第２遮蔽板５３，５４の水平面方向へずれて（オフセットされて）配置される。したがって、遮蔽板が１枚の場合と比較すると、ワークＷの加工点から飛散するスパッタＳが２枚の第１，第２遮蔽板５３，５４によって効率よく遮蔽されるため、スパッタＳの保護ガラスへの飛散をより確実に抑制でき、保護ガラスの一層の延命が可能となる。

図１３は実施形態で使用する遮蔽板の他の変形例を示す断面図である。

図１３に示すように、厚い遮蔽板６４を設け、スリット６１をレーザ光１００の傾斜に対応して設けることも加能である。このような変形例では、スリット６１の、レーザ光１００の入射側と出射側に対応する入口部６２と出口部６３が、遮蔽板６４の水平面方向へずれて配置され、また入口部６２と出口部６３におけるスリット幅も異なる。したがって、ワークＷの加工点から飛散するスパッタＳが遮蔽板６４によって効率よく遮蔽されるため、スパッタＳのレーザ照射装置３の保護ガラスへの飛散をより確実に抑制でき、保護ガラスの一層の延命が可能となる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、遮蔽板は、クランプに固定されて設けられずに、クランプから独立して配置されてもよい。また、遮蔽板をワークＷの近傍に配置するのではなく、ワークＷよりもレーザ照射装置に近い側へ配置することもできる。この場合には、スパッタがスリットを通り抜ける確率が低くなり、より確実にスパッタの保護ガラスへの飛散を抑制できる。また、遮蔽板をクランプに対して移動可能に固定しているが、例えばモータ等を用いて移動機構を構成し、遮蔽板の移動を移動機構により可能とすることもできる。

本発明は、レーザ加工に好適であり、また、レーザ切断やレーザマーキングなど加工以外のレーザ加工においても利用可能である。

本発明が適用されるレーザ加工システムの概略構成図である。 図１に記載されているレーザ照射装置の内部構造図である。 図１に記載されているレーザ発振器の内部構造図である。 実施形態に係るレーザ加工システムの制御系を示すブロック図である。 実施形態で使用する加工用パターンの形状の一例を示す図である。 実施形態で使用する加工用パターンの他の形状の一例を示す図である。 実施形態で使用する加工用パターンの他の形状の一例を示す図である。 実施形態に係るレーザ加工システムのクランプおよび遮蔽板を示す部分斜視図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う部分断面図である。 図８のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図である。 ロボット制御装置の動作処理手順を示すフローチャートである。 実施形態で使用する遮蔽板の変形例を示す断面図である。 実施形態で使用する遮蔽板の他の変形例を示す断面図である。 レーザ加工システムに使用される遮蔽板の他の例を示す斜視図である。

符号の説明

１ ロボット（移動手段）、
２ アーム、
３ レーザ照射装置（レーザ照射手段）、
５ レーザ発振器、
６ 光ファイバーケーブル、
７ ロボット制御装置（加工用制御手段およびレーザ光制御手段）、
８ ティーチボックス、
９ ＣＡＤシステム、
１１ 反射ミラー（反射鏡）、
１２ レンズ群、
２１ 教示データ記憶部（教示データ記憶手段）、
２２ ロボット制御部、
２３ 加工用パターン記憶部（加工用パターン記憶手段）、
２４ 加工用パターン生成部、
２５ レーザ光走査制御部（加工用制御手段およびレーザ光制御手段）、
２６ 指示部、
３１ クランプ（保持手段）、
３２，６４ 遮蔽板、
３３ 第１把持部、
３４ 第２把持部、
４２，６１ スリット、
５１ 第１スリット、
５２ 第２スリット、
５３ 第１遮蔽板、
５４ 第２遮蔽板、
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ スリット幅、
１００ レーザ光、
１２１ コリメートレンズ、
１２２ 集光レンズ、
Ｓ スパッタ、
Ｗ ワーク（被加工部材）。

Claims (11)

1. あらかじめ決められた加工用パターンを描くように被加工部材にレーザ光を照射するレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を照射するレーザ照射手段と、
   前記被加工部材との間に配置され、前記加工用パターンと相似形状のスリットが形成された遮蔽板と、を有し、
   前記レーザ照射手段は、前記レーザ光を、前記遮蔽板に照射することなく、前記加工用パターンと相似形状の前記スリット内において前記スリットに沿って走査させつつ、前記被加工部材に照射することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記遮蔽板は、着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記スリットは、位置調整が可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記遮蔽板は、前記被加工部材を保持する保持手段に固定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記遮蔽板は、互いに離隔されて配置される第１遮蔽板および第２遮蔽板を有し、前記第１遮蔽板に、加工用パターンと相似形状の第１スリットが形成され、前記第２遮蔽板に、加工用パターンと相似形状の第２スリットが形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記第１遮蔽板および第２遮蔽板が平行に配置され、前記第１スリットおよび第２スリットは、前記第１遮蔽板および第２遮蔽板の水平面方向にずれて形成されることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
7. 前記第１スリットおよび第２スリットは、相似形であることを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ加工装置。
8. 前記スリットは、レーザ光の入射側と出射側に対応する入口部と出口部が、前記レーザ光の経路に対応するように遮蔽板の水平面方向にずれて形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
9. レーザ光の照射方向を変更する反射鏡を備えたレーザ照射手段と、
   前記レーザ照射手段を移動させる移動手段と、
   前記レーザ照射手段をあらかじめ教示された移動経路に従って移動させるように前記移動手段を制御するとともに、前記レーザ光があらかじめ決められた加工用パターンを描くように前記反射鏡の動きを制御する加工用制御手段と、
   前記レーザ照射手段から射出されたレーザ光による加工点における入熱量を前記加工用パターンを描く前記レーザ光の移動位置に応じて変更するレーザ光制御手段と、
   前記レーザ光が照射される被加工部材を保持する保持手段と、
   前記保持手段に固定されるとともに前記レーザ照射手段と被加工部材との間に配置され、前記加工用パターンと相似形状のスリットが形成された遮蔽板と、を有し、
   前記レーザ照射手段は、前記レーザ光を、前記遮蔽板に照射することなく、前記加工用パターンと相似形状の前記スリット内において前記スリットに沿って走査させつつ、前記被加工部材に照射すること特徴とするレーザ加工装置。
10. あらかじめ決められた加工用パターンを描くようにレーザ光を被加工部材に照射するレーザ加工方法であって、
    前記レーザ光を照射するレーザ照射手段と、
    被加工部材との間に、前記加工用パターンと相似形状のスリットが形成された遮蔽板と、を配置し、
    前記レーザ照射手段を用い、前記レーザ光を、前記遮蔽板に照射することなく、前記加工用パターンと相似形状の前記スリット内において前記スリットに沿って走査させつつ、前記被加工部材に照射することを特徴とするレーザ加工方法。
11. 前記遮蔽板を、前記被加工部材を保持する保持手段に固定することを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工方法。

Images