JP6105869B2 - レーザ装置 - Google Patents

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本発明は、レーザ発振器と、該レーザ発振器に接続されることで、被照射物に対してレーザ光を出射するレーザ出射機器(ロボットトーチ、ハンディトーチ、レーザマーカー等)と、を有するレーザ加工機等のレーザ装置に関するものである。
1台のレーザ発振器から出射されるレーザ光を複数のレーザ出射機器(出力先)に時間分割で導く場合、つまり、レーザ光の出力先を選択切替する場合、レーザ発振器の出力口に接続されるレーザ出射機器のうち高出力のレーザ出射機器に合わせてレーザ発振器の出力が決定されるので、低出力のレーザ出射機器を接続した場合に誤って高出力のレーザ光が供給されると、レーザ出射機器を破損したり、安全性を損なったりするおそれがある。
高出力のレーザ出射機器としては、ロボット溶接ヘッドを例に挙げることができ、低出力のレーザ出射機器としては、手持ち式のハンディ溶接ヘッドを例に挙げることができる。ロボット溶接ヘッドの場合は、例えば1kW以上の高出力に対応することができるが、ハンディ溶接ヘッドの場合は、例えば数百Wの出力にしか対応できない。従って、低出力のレーザ出射機器であるハンディ溶接ヘッドに誤って高出力が導かれると、機器を破損したり、安全性を損なうおそれがある。
そこで、従来は、1台の高出力のレーザ発振器に高出力対応のレーザ出射機器と低出力対応のレーザ出射機器とを時間分割式に接続する場合、低出力側の分岐チャンネル側に出力制限手段(出力リミッタ)を設けて、低出力の出射機器の破損の防止と安全を図るようにしている。
図10はその場合の構成例を示している。
高出力のレーザ発振器150には、レーザ光の出力口として2つの分岐チャンネルch1、ch2が設けられており、レーザ発振部155で生成したレーザ光を外部に出力する分岐チャンネルch1、ch2を、出力先切替手段151によって選択切替できるようになっている。各分岐チャンネルch1、ch2には、それぞれ光ファイバ10及びコネクタ121、122を介して、高出力出射機器1であるロボット溶接ヘッドと低出力出射機器2であるハンディ溶接ヘッドが接続されており、低出力出射機器2を接続する分岐チャンネルch2の前段に、分岐チャンネルch2から出射されるレーザ光の出力を制限する出力制限手段152が設けられている。また、2つの分岐チャンネルch1、ch2のコネクタ121、122のサイズを異ならせるなどして、誤接続を防止している。
ところで、このように分岐チャンネルch2側に出力制限手段152を設けた場合、一方の分岐チャンネルch1が高出力側、他方の分岐チャンネルch2が低出力側に固定されてしまう。従って、2つの分岐チャンネルch1、ch2に共に高出力出射機器を接続したいという要求があった場合、あるいは、2つの分岐チャンネルch1、ch2に共に低出力出射機器を接続したいという要求があった場合には、レーザ発振器150の出力制限仕様を修正する必要が生じる等、対応が困難であった。また、分岐チャンネル数を2チャンネル以上に増設したり、レーザマーカー等の更に低出力の出射機器を接続したりする場合にも対応が困難であり、拡張性に難があった。
また、例えば、特許文献1には、YAGレーザ発振器から出射されるレーザ光をハンディトーチ(低出力出射機器)側または自動加工機用トーチ(高出力出射機器)側の一方に選択して供給するものにおいて、出力先としてハンディトーチ側が選択されている場合に、ハンディトーチで使用する加工条件を入力するときに、この加工条件による光出力がハンディトーチで使用し得る制限内であるか否かを制御装置により判断し、制限を越えているとき、オペレータに通知、もしくは、光出力を制限内に収めるべく加工条件を自動的に修正してからレーザ発振器に指令するようにした技術が開示されている。
この技術によれば、オペレータがハンディトーチを使用するときには常にハンディトーチの制限内の光出力がレーザ発振器から与えられるので、安全性を確保することができる。しかしながら、この技術の場合でも、異なる低出力および高出力の出射機器を接続する際は、それぞれ接続先が固定されており拡張性に難があった。
特開2000−42767号公報
本発明は、上記事情を考慮し、面倒なプログラムを使用せず、簡単な構成で、低出力側のレーザ出射機器を使用する場合の安全性を図れると共に、使用するレーザ出射機器の組み合わせを自由に選択することができるようにしたレーザ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1の発明のレーザ装置は、出力口からレーザ光を出射するレーザ発振器と、該レーザ発振器の出力口に接続されることで、被照射物に対してレーザ光を出射するレーザ出射機器と、を有し、前記レーザ発振器の出力口に接続されるレーザ出射機器の許容出力に応じて、前記レーザ発振器の出力口から出射されるレーザ光の出力を制限する出力制限手段と該出力制限手段へレーザ光を出力するレーザ発振部とが前記レーザ発振器の内部に設けられているレーザ装置であって、前記レーザ発振器に、レーザ光を出射可能な複数の出力口が設けられ、各出力口に出力が異なるレーザ出射機器がそれぞれ接続可能とされ、前記レーザ発振器の内部の前記各出力口と前記出力制限手段との間に、時間分割により前記複数の出力口のうちの任意の1つをレーザ光の出力口とするようにレーザ光の出力先を選択切替する出力先切替手段が設けられており、前記出力制限手段が、前記出力先切替手段によって選択切替された出力口に接続されるレーザ出射機器の許容出力に応じて、当該出力口から出射されるレーザ光の出力を制限することを特徴とする。
請求項の発明は、請求項1に記載のレーザ装置であって、前記レーザ発振器の出力口に、該出力口に接続された前記レーザ出射機器を識別するセンサがそれぞれ設けられており、該センサの識別信号に応じて、前記出力制限手段が、当該出力口から出射されるレーザ光の出力を制限することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、レーザ発振器の出力口に接続されるレーザ出射機器の許容出力に応じて、レーザ発振器の出力口から出射されるレーザ光の出力が制限(制限なし(無制限)の場合も含む)されるので、例えばハンディ溶接ヘッド(ハンディトーチ)等の低出力のレーザ出射機器を使用する場合でも、安全な出力範囲のレーザ光がレーザ発振器からレーザ出射機器に供給されることになり、レーザ出射機器の破損防止やオペレータの安全が図れる。また、レーザ発振器の出力口にどのような許容出力のレーザ出射機器を接続してもよくなるので、使用するレーザ出射機器の組み合わせの選択自由度を高めることができると共に、拡張性を持たせることができる。また、単純に出力制限手段を設けるだけでよいので、加工条件を修正する等の面倒な操作を行わなくてよく、複雑なプログラムを使用せずにすむため、構成を簡単にすることができる。
特に、請求項の発明によれば、複数の出力口にそれぞれレーザ出射機器を接続する場合でも、レーザ光を出力するように選択切替した出力先(レーザ出射機器)の許容出力に応じて、当該出力口から出射されるレーザ光の出力を制限(無制限の場合も含む)するので、レーザ出射機器の破損防止やオペレータの安全が図れる。また、出力先の出射機器の組み合わせを自由に選択できるようになり、拡張性を持たせることができる。
請求項の発明によれば、レーザ発振器の出力口にセンサをそれぞれ設けて、出力口に接続されたレーザ出射機器を自動的に識別できるようにし、センサの識別信号に応じて、当該出力口から出射されるレーザ光の出力を制限するようにしたので、安全性をより高めることができる。
本発明の第1実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第3実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第4実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第5実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第6実施形態の構成を示すブロック図である。 前記第6実施形態に使用するセンサの例を示す断面図である。 前記第6実施形態に使用するセンサの別の例を示す断面図で、(a)は高出力出射機器を接続した場合、(b)は低出力出射機器を接続した場合、(c)は超低出力出射機器を接続した場合の各例を示す断面図である。 前記第6実施形態に使用するセンサの更に別の例を示す断面図で、(a)は高出力出射機器を接続した場合、(b)は低出力出射機器を接続した場合、(c)は超低出力出射機器を接続した場合の各例を示す断面図である。 従来のレーザ装置の構成を示すブロック図である。
以下、本発明の各実施形態のレーザ装置を図面を参照しながら説明する。
図1は第1実施形態のレーザ装置のブロック図である。このレーザ装置は、2つの分岐チャンネル(出力口)ch1、ch2から時間分割でレーザ光を外部に出射し得る高出力のレーザ発振器50と、該レーザ発振器50の分岐チャンネルch1、ch2にそれぞれ光ファイバ10及びコネクタ12を介して接続されることで、被照射物に対してレーザ光を出射するレーザ出射機器と、NC制御装置などの制御手段70と、からなる。レーザ出射機器としては、高出力出射機器1であるロボット溶接ヘッドと、低出力出射機器2であるハンディ溶接ヘッドとが使用されている。
レーザ発振器50の内部には、時間分割により複数の分岐チャンネルch1、ch2のうちの任意の1つを、レーザ発振部55で生成したレーザ光の出力口とするようにレーザ光の出力先を選択切替する出力先切替手段51が設けられている。また、レーザ発振器50の内部には、出力先切替手段51によってレーザ光を出射するように選択切替された分岐チャンネルch1またはch2に接続されているレーザ出射機器1、2の許容出力に応じて、レーザ発振器50の分岐チャンネルch1、ch2から出射されるレーザ光の出力を制限する出力制限手段52が設けられている。即ち、図1に示すように、レーザ発振器50の内部の分岐チャンネルch1、ch2と出力制限手段52との間に、出力先切替手段51が設けられている。
ここでは、分岐チャンネルch1に高出力出射機器1が接続され、分岐チャンネルch2に低出力出射機器2が接続されているので、出力先が分岐チャンネルch1に選択切替されているときには、出力制限手段52は出力制限無の側に切り替える。また、出力先が分岐チャンネルch2に選択切替されているときには、出力制限手段52は出力制限有の側に切り替える。
制御手段70は、レーザ発振部55にレーザON/OFF指令やレーザ出力指令を出力し、レーザ発振部55の状態を制御する。また、出力先切替手段51に出力先切替指令を出力し、レーザ発振部55からのレーザ光の出力先を分岐チャンネルch1またはch2のいずれかに切り替える。また、出力制限手段52に出力制限指令を出力し、出力制限の有無を切り替える。
出力制限(リミッター)は実出力(平均出力)が制限値を越えないようにするものであり、各実施形態では、指令から計算した実出力が制限を越えた場合は、制限内に出力を抑え、例えば操作画面等に出力を抑えたことを表示して作業者に知らせる。あるいは、アラームとして光が出力されないよう処理して同様に作業者に知らせることが行われている。
図2は第2実施形態のレーザ装置のブロック図である。このレーザ装置では、レーザ発振器50に、3つの分岐チャンネル(出力口)ch1〜ch3を設け、分岐チャンネル3に超低出力出射機器3としてレーザマーカーを接続している。また、出力制限手段52に、3種類の出力制限方式A〜Cを用意している。出力制限方式Aは出力制限無の状態とするもの、出力制限方式Bは低出力出射機器2の許容出力に対応したレベルの出力制限(出力制限有1)を加えるもの、出力制限方式Cは超低出力出射機器3の許容出力に対応したレベルの出力制限(出力制限有2)を加えるものである。
制御手段70は、出力制限手段52に出力制限指令を出力し、出力制限の有無を切り替えるのであるが、高出力出射機器1が接続された分岐チャンネルch1が出力先として選択されているときには、出力制限方式Aに切り替える。また、低出力出射機器2が接続された分岐チャンネルch2が出力先として選択されているときには、出力制限方式Bに切り替える。また、超低出力出射機器3が接続された分岐チャンネルch3が出力先として選択されているときには、出力制限方式Cに切り替える。
制御手段70は、出力制限手段52に出力制限指令を出力し、出力制限の有無を切り替えるのであるが、高出力出射機器1が接続された分岐チャンネルch1が出力先として選択されているときには、出力制限方式Aに切り替える。また、低出力出射機器2が接続された分岐チャンネルch2が出力先として選択されているときには、出力制限方式Bに切り替える。また、超低出力出射機器3が接続された分岐チャンネルch3が出力先として選択されているときには、出力制限方式Cに切り替える。即ち、図2に示すように、レーザ発振器50の内部の分岐チャンネルch1、ch2、ch3と出力制限手段52との間に、時間分割により複数の分岐チャンネルch1、ch2、ch3のうちの任意の1つを、レーザ発振部55で生成したレーザ光の出力口とするようにレーザ光の出力先を選択切替する出力先切替手段51が設けられている。
また、レーザ発振器50の出力口にどのような許容出力のレーザ出射機器を接続してもよくなるので、使用するレーザ出射機器1、2の組み合わせの選択自由度を高めることができると共に、拡張性を持たせることができる。また、単純に出力制限手段52を設けるだけでよいので、加工条件を修正する等の面倒な操作を行わなくてよく、複雑なプログラムを使用せずにすむため、構成を簡単にすることができる。
なお、上記第2実施形態では、レーザ発振器50の内部に出力制限のための方式やデータ等を予め取り込んでおく場合を示したが、図3の第3実施形態のように、出力制限手段52にパラメータ格納部53を付設しておき、制御手段70から出力制限パラメータ71をパラメータ格納部53に入力し、このパラメータ格納部53に格納したパラメータに従って出力制限を行うようにしてもよい。このようにした場合は、制御手段70によって、パラメータを必要に応じて書き換えることができるので、より多くの出射機器に対応することができ、拡張性を高めることができる。
また、上記第1〜第3実施形態では、レーザ発振器50の各分岐チャンネルch1〜ch3に固定的に高出力出射機器1、低出力出射機器2、超低出力出射機器3を接続する場合を説明したが、各チャンネルch1〜ch3に接続する出射機器は、コネクタ12のサイズを統一したり、サイズ違いを適合させるアタッチメントを使用したりすることにより、任意に付け替えることができる。
図4に示す第4実施形態では、レーザ発振器50の1つの分岐チャンネルch1に高出力出射機器1、低出力出射機器2、超低出力出射機器3を付け替え接続する場合の例を示している。この場合は、出力制限手段52は、分岐チャンネルch1に接続される高出力出射機器1、低出力出射機器2、超低出力出射機器3の各許容出力に応じて、出力制限方式A〜Cを切り替える。
図5に示す第5実施形態では、レーザ発振器50の1つの分岐チャンネルch1に高出力出射機器1、低出力出射機器2、超低出力出射機器3を付け替え接続するようにし、出力制限手段52にパラメータ格納部53を付設し、制御手段70から出力制限パラメータ71をパラメータ格納部53に入力して、このパラメータ格納部53に格納したパラメータに従って出力制限を行うようにしている。
図6は第6実施形態のレーザ装置の構成を示すブロック図である。このレーザ装置では、レーザ発振器50の各分岐チャンネル(出力口)ch1〜ch3に、該分岐チャンネルch1〜ch3に接続されたレーザ出射機器1〜3を識別するセンサ15が設けられており、該センサ15の識別信号に応じて識別制御部20が出力制限手段52を切替制御することにより、切替選択された分岐チャンネルch1〜ch3から出射されるレーザ光の出力を、当該分岐チャンネルch1〜ch3に接続されたレーザ出射機器1〜3に見合ったレベルに制限するようになっている。
このようにした場合、安全性をより高めることができる。
センサ15の第1例としては、図7に示すように、光ファイバ10側のコネクタ12Aの差し込み部13に2つの接点21、22を設け、それらの接点21、22間を繋ぐ抵抗23の抵抗値を、光ファイバ10に繋がるレーザ出射機器の種類(許容応力)に応じて変え、一方、レーザ発振器50側のコネクタ12Bの差し込み穴14に光ファイバ10側のコネクタ12Aの接点21、22に接することで前記抵抗値を測定する接点31、32を設け、これら接点31、32により測定した抵抗値の違いにより、レーザ出射機器の種類を識別するようにしたものを挙げることができる。
また、センサ15の第2例としては、図8(a)〜(c)に示すように、光ファイバ10側のコネクタ12Aの差し込み部13に位置共通のコモン接点43と、光ファイバ10に繋がるレーザ出射機器の種類(許容応力)に応じて位置を変えた識別接点44〜46を設け、一方、レーザ発振器50側のコネクタ12Bの差し込み穴14に、光ファイバ10側のコネクタ12Aのコモン接点43に接するコモン接点33と、各識別接点43〜46に接する識別接点34〜36を設け、コモン接点33と識別接点34〜36の導通の有無を検出することで、レーザ出射機器の種類を識別するようにしたものを挙げることができる。
また、センサ15の第3例としては、図9(a)〜(c)に示すように、レーザ発振器50側のコネクタ12Bに近接センサ48やマイクロスイッチを設け、光ファイバ10側のコネクタ12Aに、レーザ発振器50側の近接センサ48やマイクロスイッチを作動状態にさせたり非作動状態にさせたりする被検出部49を設けたり、あるいは設けなかったりすることで、レーザ出射機器の種類を識別するようにしたものを挙げることができる。
図示例では、図9(a)の場合は、光ファイバ10側のコネクタ12Aに被検出部を設けないことで、近接センサ48が非作動状態になり、そのことでレーザ出射機器の種類を識別することができる。また、図9(b)の場合は、被検出部49として光ファイバ10側のコネクタ12Aに設けられた磁石のN極が近接センサ48に接近して近接センサ48が第1の作動状態になることで、レーザ出射機器の種類を識別することができる。また、図9(c)の場合は、被検出部49として光ファイバ10側のコネクタ12Aに設けられた磁石のS極が近接センサ48に接近して近接センサ48が第2の作動状態になることで、レーザ出射機器の種類を識別することができる。
1 高出力出射機器(レーザ出射機器)
2 低高出力出射機器(レーザ出射機器)
3 超低出力出射機器(レーザ出射機器)
10 光ファイバ
12 コネクタ
15 センサ
50 レーザ発振器
51 出力先切替手段
52 出力制限手段
70 制御手段
ch1〜ch3 分岐チャンネル(出力口)

Claims (2)

  1. 出力口からレーザ光を出射するレーザ発振器と、該レーザ発振器の出力口に接続されることで、被照射物に対してレーザ光を出射するレーザ出射機器と、を有し、
    前記レーザ発振器の出力口に接続されるレーザ出射機器の許容出力に応じて、前記レーザ発振器の出力口から出射されるレーザ光の出力を制限する出力制限手段と該出力制限手段へレーザ光を出力するレーザ発振部とが前記レーザ発振器の内部に設けられているレーザ装置であって、
    前記レーザ発振器に、レーザ光を出射可能な複数の出力口が設けられ、各出力口に出力が異なるレーザ出射機器がそれぞれ接続可能とされ、前記レーザ発振器の内部の前記各出力口と前記出力制限手段との間に、時間分割により前記複数の出力口のうちの任意の1つをレーザ光の出力口とするようにレーザ光の出力先を選択切替する出力先切替手段が設けられており、前記出力制限手段が、前記出力先切替手段によって選択切替された出力口に接続されるレーザ出射機器の許容出力に応じて、当該出力口から出射されるレーザ光の出力を制限することを特徴とするレーザ装置。
  2. 請求項1に記載のレーザ装置であって、
    前記レーザ発振器の各出力口に、該各出力口に接続された前記レーザ出射機器を識別するセンサがそれぞれ設けられており、該各センサの識別信号に応じて、前記出力制限手段が、当該各出力口から出射されるレーザ光の出力を制限することを特徴とするレーザ装置。
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