JP6367886B2

JP6367886B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP6367886B2
Application number: JP2016202834A
Authority: JP
Inventors: 龍介宮田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2036-10-14
Also published as: US10369716B2; DE102017009551A1; DE102017009551B4; JP2018061997A; CN107953026A; CN107953026B; US20180104838A1

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。

従来、レーザ加工装置としては、加工対象物に対してレーザ加工を開始する前に、加工用レーザ光の出射位置を確認するため、可視性のガイド光を加工対象物に照射する機能を有するガイドレーザを備えたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

このようなガイドレーザでは、その本来の機能を発揮させるべく、ガイド光を所定の出力で出射してガイド光の視認性を確保しようとしている。

なお、特許文献３には、光ファイバ用ガイド光発生装置において、その小型化を目的として、可視レーザ光を発振する可視光レーザダイオードと、この可視光レーザダイオードを駆動する駆動回路と、この駆動回路内に可視光レーザをパルス発振させるためのパルス発生回路とを設けたものが開示されている。

特開２００９−２８５７２１号公報特開２０１６−６８１１０号公報特開平５−１８３２１５号公報

しかしながら、こうしたガイドレーザにおいては、ガイド光の視認性が確保される出力を超える高出力でガイド光を出射していると、必然的にガイドレーザの寿命が短くなってしまう。一般に、ガイドレーザは容易に交換できず、交換周期の延長が望まれていることから、ガイドレーザの長寿命化が極めて重要になる。

なお、特許文献１には、ガイド光の視認性の向上を目的として、ガイド光の光強度を調整可能に構成されるパワー調整手段を備える技術が記載されているに過ぎず、そもそも発明の目的がガイドレーザの長寿命化ではない。

また、特許文献２には、可視光レーザ光源の寿命の短縮化を抑制するため、可視光レーザ光源の環境温度が高い程、可視光レーザの光量を小さく設定する技術が記載されているものの、ガイド光の視認性には何ら着目していない。

さらに、特許文献３に記載された発明は、上述したとおりであり、そもそも発明の目的がガイドレーザの長寿命化ではない。

本発明は、このような事情に鑑み、ガイドレーザを長寿命化することが可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ加工装置（例えば、後述のレーザ加工装置１、１１、２１）は、加工用レーザ光を加工対象物に照射する加工ヘッド（例えば、後述の加工ヘッド２）と、可視性のガイド光を前記加工対象物に照射するガイドレーザ（例えば、後述のガイドレーザ５）と、前記ガイドレーザに電力を供給する電源（例えば、後述の電源６）と、前記加工ヘッドから加工用レーザ光が前記加工対象物に照射されてレーザ加工が開始される前に、前記電源から前記ガイドレーザに電力を供給して、前記加工ヘッドから出射される加工用レーザ光の出射位置に合わせて前記ガイドレーザからガイド光を前記加工対象物に照射することにより、加工用レーザ光の出射位置を確認できるように制御する制御装置（例えば、後述の制御装置７）と、を備えているレーザ加工装置であって、前記制御装置は、前記ガイドレーザからガイド光が出射される際に、このガイド光の視認性が確保される範囲内で前記ガイドレーザのガイド光の出力を調整可能なレーザ出力設定部（例えば、後述のレーザ出力設定部４、１４、２４）を有する。

前記加工ヘッドと前記加工対象物との距離を計測するギャップセンサ（例えば、後述のギャップセンサ３）を有し、前記レーザ出力設定部は、前記ギャップセンサからの出力信号に基づき、前記ガイドレーザのガイド光の出力を前記距離に応じて調整してもよい。

前記レーザ出力設定部は、前記ガイドレーザのガイド光の出力を調整する際に、２次関数を用いて前記距離に前記ガイドレーザのガイド光の出力を対応させてもよい。

前記ガイドレーザから前記加工対象物に照射されたガイド光の散乱光の強度を検出する散乱光センサ（例えば、後述のフォトダイオード８）を有し、前記レーザ出力設定部は、前記散乱光センサからの出力信号に基づき、前記ガイドレーザのガイド光の出力を前記散乱光の強度に応じて調整してもよい。

前記加工対象物が設置された環境の照度を検出する照度センサ（例えば、後述のフォトダイオード９）を有し、前記レーザ出力設定部は、前記照度センサからの出力信号に基づき、前記ガイドレーザのガイド光の出力を前記環境の照度に応じて調整してもよい。

前記レーザ出力設定部は、前記ガイドレーザのガイド光の出力を調整する際に、１次関数を用いて前記環境の照度に前記ガイドレーザのガイド光の出力を対応させてもよい。

本発明によれば、レーザ加工装置において、ガイドレーザからガイド光が出射される際に、このガイド光の視認性が確保される範囲内でガイドレーザのガイド光の出力を調整することができる。その結果、ガイドレーザのガイド光の余計な出力を防ぎ、ひいてはガイドレーザを長寿命化することが可能となる。

第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。第１実施形態に係る加工対象物と加工ヘッドとの距離と、ガイドレーザ出力との関係を示すグラフである。第２実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。第３実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。第３実施形態に係る周囲の環境の照度と、ガイドレーザ出力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。なお、第２実施形態以後の説明において、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る加工対象物と加工ヘッドとの距離と、ガイドレーザ出力との関係を示すグラフである。

第１実施形態に係るレーザ加工装置１は、図１に示すように、加工ヘッド２と、ガイドレーザ５と、電源６と、制御装置７と、光ファイバ１０と、を備えている。さらに、加工ヘッド２にはギャップセンサ３が取り付けられており、制御装置７はレーザ出力設定部４を有している。

加工ヘッド２は、制御装置７からの指令に基づいて、加工用レーザ光を加工対象物Ｗに照射する。

ガイドレーザ５は、電源６からの電力供給を受けて、光ファイバ１０を介して可視性のガイド光を加工対象物Ｗに照射する。

電源６は、制御装置７からの出力指令に基づいて、ガイドレーザ５に所定の電力（電圧または電流）を供給する。

制御装置７は、加工ヘッド２から加工用レーザ光が加工対象物Ｗに照射されてレーザ加工が開始される前に、電源６からガイドレーザ５に電力を供給して、加工ヘッド２から出射される加工用レーザ光の出射位置に合わせてガイドレーザ５からガイド光を加工対象物Ｗに照射することにより、加工用レーザ光の出射位置を作業者が確認できるように制御する。

ギャップセンサ３は、制御装置７からの指令に基づいて、加工ヘッド２と加工対象物Ｗとの距離を計測する。

レーザ出力設定部４は、ガイドレーザ５からガイド光が出射される際に、このガイド光の視認性が確保される範囲内で、このガイド光の出力を調整する。例えば、このガイド光の出力を最小に設定する。

具体的には、レーザ出力設定部４は、ギャップセンサ３からの出力信号、つまり、加工ヘッド２と加工対象物Ｗとの距離に基づき、この距離に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を適宜調整する。この出力調整方法の一例としては、ガイドレーザ５のガイド光がその到達距離の２乗に反比例して減衰するとの考えに立脚して、図２に示すように、２次関数を用いて、加工ヘッド２と加工対象物Ｗとの距離にガイドレーザ５のガイド光の出力を対応させることが考えられる。

このように、本実施形態に係るレーザ加工装置１においては、ガイドレーザ５からガイド光が出射される際に、ギャップセンサ３が計測した加工ヘッド２と加工対象物Ｗとの距離に基づき、この距離に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整することにより、このガイド光の視認性が確保される範囲内で、このガイド光の出力を調整することができる。その結果、ガイドレーザ５のガイド光の余計な出力を防ぎ、ひいてはガイドレーザ５を長寿命化することが可能となる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。

第２実施形態に係るレーザ加工装置１１は、ガイドレーザ５からガイド光が出射される際に、加工ヘッド２と加工対象物Ｗとの距離に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整することに代えて、加工対象物Ｗに照射されたガイド光の散乱光の強度に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整するように構成されている。その他の構成については、上述した第１実施形態と基本的に同様であるので、同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

すなわち、レーザ加工装置１１は、図３に示すように、加工ヘッド２の近傍に散乱光センサとしてフォトダイオード８が設置されている。このフォトダイオード８は、ガイドレーザ５から加工対象物Ｗに照射されたガイド光の散乱光の強度を検出する。そして、制御装置７のレーザ出力設定部１４は、このフォトダイオード８からの出力信号、つまり、ガイドレーザ５から加工対象物Ｗに照射されたガイド光の散乱光の強度に基づき、この散乱光の強度に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整する。

具体的には、レーザ出力設定部１４は、ガイド光の散乱光の強度が所定の値になるように、電源６からガイドレーザ５に供給する電力の出力指令をフィードバック制御する。例えば、所定の値から散乱光の強度を減じたものに一定の係数を乗じ、これを前回の出力指令に加えた値を今回の出力指令とする方法が考えられる。

このように、本実施形態に係るレーザ加工装置１１においては、ガイドレーザ５からガイド光が出射される際に、ガイドレーザ５から加工対象物Ｗに照射されたガイド光の散乱光の強度に基づき、この散乱光の強度に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整することにより、このガイド光の視認性が確保される範囲内で、このガイド光の出力を調整することができる。その結果、上述した第１実施形態と同様、ガイドレーザ５のガイド光の余計な出力を防ぎ、ひいてはガイドレーザ５を長寿命化することが可能となる。

［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。図５は、本発明の第３実施形態に係る周囲の環境の照度と、ガイドレーザ出力との関係を示すグラフである。

第３実施形態に係るレーザ加工装置２１は、ガイドレーザ５からガイド光が出射される際に、加工ヘッド２と加工対象物Ｗとの距離に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整することに代えて、加工対象物Ｗが設置された環境の照度に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整するように構成されている。その他の構成については、上述した第１実施形態と基本的に同様であるので、同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

すなわち、レーザ加工装置２１は、図４に示すように、加工ヘッド２の近傍に照度センサとしてフォトダイオード９が設置されている。このフォトダイオード９は、加工対象物Ｗが設置された環境の照度を検出する。そして、制御装置７のレーザ出力設定部２４は、このフォトダイオード９からの出力信号、つまり、加工対象物Ｗが設置された環境の照度に基づき、この照度に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整する。この出力調整方法の一例としては、図５に示すように、１次関数（例えば、比例関係）を用いて、加工対象物Ｗが設置された環境の照度にガイドレーザ５のガイド光の出力を対応させることが考えられる。

このように、本実施形態に係るレーザ加工装置２１においては、ガイドレーザ５からガイド光が出射される際に、加工対象物Ｗが設置された環境の照度に基づき、この照度に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整することにより、このガイド光の視認性が確保される範囲内で、このガイド光の出力を調整することができる。その結果、上述した第１実施形態、第２実施形態と同様、ガイドレーザ５のガイド光の余計な出力を防ぎ、ひいてはガイドレーザ５を長寿命化することが可能となる。

なお、本発明は上記第１実施形態〜第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。

第１実施形態では、加工ヘッド２にギャップセンサ３が取り付けられたレーザ加工装置１について説明した。しかし、このギャップセンサ３は、加工ヘッド２と加工対象物Ｗとの距離を計測できる限り、必ずしも加工ヘッド２に取り付ける必要はない。

また、第１実施形態では、加工ヘッド２と加工対象物Ｗとの距離に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整する際に、２次関数を用いる場合について説明したが、必ずしも２次関数を用いる必要はない。

さらに、第３実施形態では、加工対象物Ｗが設置された環境の照度に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整する際に、１次関数を用いる場合について説明したが、必ずしも１次関数を用いる必要はない。

また、第１実施形態〜第３実施形態では、ガイドレーザ５のガイド光の出力を設定する際に、それぞれ別個のセンシング出力（加工ヘッド２と加工対象物Ｗとの距離、ガイドレーザ５のガイド光の散乱光の強度、加工対象物Ｗが設置された環境の照度）に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整する場合について説明した。しかし、ガイドレーザ５からガイド光が出射される際に、このガイド光の視認性が確保される範囲内で、このガイド光の出力を調整できるのであれば、これら以外のセンシング出力に応じてガイドレーザ５のガイド光の出力を調整するようにしても構わない。

１、１１、２１……レーザ加工装置
２……加工ヘッド
３……ギャップセンサ
４、１４、２４……レーザ出力設定部
５……ガイドレーザ
６……電源
７……制御装置
８……フォトダイオード（散乱光センサ）
９……フォトダイオード（照度センサ）
Ｗ……加工対象物

Claims

加工用レーザ光を加工対象物に照射する加工ヘッドと、
可視性のガイド光を前記加工対象物に照射するガイドレーザと、
前記ガイドレーザに電力を供給する電源と、
前記加工ヘッドから加工用レーザ光が前記加工対象物に照射されてレーザ加工が開始される前に、前記電源から前記ガイドレーザに電力を供給して、前記加工ヘッドから出射される加工用レーザ光の出射位置に合わせて前記ガイドレーザからガイド光を前記加工対象物に照射することにより、加工用レーザ光の出射位置を確認できるように制御する制御装置と、を備えているレーザ加工装置であって、
前記制御装置は、前記ガイドレーザからガイド光が出射される際に、このガイド光の視認性が確保される範囲内で前記ガイドレーザのガイド光の出力を調整可能なレーザ出力設定部と、
前記加工ヘッドと前記加工対象物との距離を計測するギャップセンサと、を有し、
前記レーザ出力設定部は、前記ギャップセンサからの出力信号に基づき、前記ガイドレーザのガイド光の出力を前記距離に応じて調整するレーザ加工装置。
前記レーザ出力設定部は、前記ガイドレーザのガイド光の出力を調整する際に、２次関数を用いて前記距離に前記ガイドレーザのガイド光の出力を対応させる請求項１に記載のレーザ加工装置。
加工用レーザ光を加工対象物に照射する加工ヘッドと、
可視性のガイド光を前記加工対象物に照射するガイドレーザと、
前記ガイドレーザに電力を供給する電源と、
前記加工ヘッドから加工用レーザ光が前記加工対象物に照射されてレーザ加工が開始される前に、前記電源から前記ガイドレーザに電力を供給して、前記加工ヘッドから出射される加工用レーザ光の出射位置に合わせて前記ガイドレーザからガイド光を前記加工対象物に照射することにより、加工用レーザ光の出射位置を確認できるように制御する制御装置と、を備えているレーザ加工装置であって、
前記制御装置は、前記ガイドレーザからガイド光が出射される際に、このガイド光の視認性が確保される範囲内で前記ガイドレーザのガイド光の出力を調整可能なレーザ出力設定部と、
前記ガイドレーザから前記加工対象物に照射されたガイド光の散乱光の強度を検出する散乱光センサと、を有し、
前記レーザ出力設定部は、前記散乱光センサからの出力信号に基づき、前記ガイドレーザのガイド光の出力を前記散乱光の強度に応じて調整するレーザ加工装置。
加工用レーザ光を加工対象物に照射する加工ヘッドと、
可視性のガイド光を前記加工対象物に照射するガイドレーザと、
前記ガイドレーザに電力を供給する電源と、
前記加工ヘッドから加工用レーザ光が前記加工対象物に照射されてレーザ加工が開始される前に、前記電源から前記ガイドレーザに電力を供給して、前記加工ヘッドから出射される加工用レーザ光の出射位置に合わせて前記ガイドレーザからガイド光を前記加工対象物に照射することにより、加工用レーザ光の出射位置を確認できるように制御する制御装置と、を備えているレーザ加工装置であって、
前記制御装置は、前記ガイドレーザからガイド光が出射される際に、このガイド光の視認性が確保される範囲内で前記ガイドレーザのガイド光の出力を調整可能なレーザ出力設定部と、
前記加工対象物が設置された環境の照度を検出する照度センサと、を有し、
前記レーザ出力設定部は、前記照度センサからの出力信号に基づき、前記ガイドレーザのガイド光の出力を前記環境の照度に応じて調整するレーザ加工装置。
前記レーザ出力設定部は、前記ガイドレーザのガイド光の出力を調整する際に、１次関数を用いて前記環境の照度に前記ガイドレーザのガイド光の出力を対応させる請求項４に記載のレーザ加工装置。