JP6105869B2

JP6105869B2 - レーザ装置

Info

Publication number: JP6105869B2
Application number: JP2012153267A
Authority: JP
Inventors: 義人鍵和田
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2032-07-09
Also published as: JP2014014832A

Description

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２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。

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１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２の発明によれば、レーザ発振器の各出力口にセンサをそれぞれ設けて、各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、各センサの識別信号に応じて、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

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。
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。