JP6382901B2

JP6382901B2 - レーザー加工システム

Info

Publication number: JP6382901B2
Application number: JP2016191504A
Authority: JP
Inventors: 悠人松浦
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: CN107876967A; US10226835B2; CN107876967B; DE102017122173B4; JP2018051605A; US20180085852A1; DE102017122173A1

Description

本発明は、加工装置本体に設けられたレーザー加工ノズルの照射位置にロボットによりワークを運んで加工を行うレーザー加工システムに関する。

従来のレーザー加工装置として、レーザー光源から出力されたレーザー光がワークの加工面に照射され、加工面で反射したレーザー光を反射光モニタ部で常にモニタし、反射光モニタ部の検出値が所定値よりも小さい場合に警報が発せられるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、レーザー光を下方に向かって照射するレーザー加工ノズル、レーザー加工ノズルの下方に配置された受光体、受光体を水平方向であるＸ軸方向に移動させるための第１のハンドル、受光体を水平方向であるＹ軸方向に移動させるための第２のハンドル、受光体に取付けられレーザー加工ノズルの出力を測定可能なレーザー受光部、およびレーザー受光部を覆うように受光体を覆うカバーを有するレーザー加工装置と、マニピュレータとを備えたレーザー加工システムが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

このレーザー加工システムでは、レーザー加工ノズルの出力を測定する際に、マニピュレータにより受光体のカバーを取り除くと共に、マニピュレータにより第１および第２のハンドルを操作してレーザー受光部をレーザー加工ノズルの出力測定位置に移動させ、これにより正確な出力測定を行うようにしている。

特開２００６−２３９６９７号公報特開２０１６−２８８２５号公報

しかし、前記レーザー加工装置は、加工面で反射したレーザー光を反射光モニタ部で常にモニタする構造であり、加工ノズル内や加工ノズルの近傍に反射光モニタ部を設置する必要があるので、加工ノズル内や加工ノズルの近傍のスペースが出力測定のために占有され、ワークや他の治具との干渉が生ずる可能性が高くなっている。

また、前記レーザー加工システムでも、レーザー加工装置内に、レーザー受光部が取付けられた受光体と、受光体をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる第１および第２のハンドルとを設ける必要があるので、出力測定のための装置が加工位置において大きなスペースを占有し、ワークや他の治具との干渉が生ずる可能性が高くなっている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、加工ノズルの近傍や加工位置において出力測定のための占有スペースを小さく又は無くすことができるレーザー加工システム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、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の一態様のレーザー加工システムは、レーザー発振器と、加工装置本体と、該加工装置本体に設けられ、前記レーザー発振器からレーザー光が供給される加工ノズルとを有するレーザー加工装置と、前記加工ノズルによる加工位置にワークを移動して該ワークに所定の加工を行うロボットと、前記加工装置本体に設けられた待機位置に配置され、前記加工ノズルからの前記レーザー光の出力を測定可能な出力測定器と、前記ロボットの動作を制御するロボット制御装置とを備え、該ロボット制御装置が、前記ロボットを、前記待機位置に配置された前記出力測定器を支持すると共に前記加工ノズルによる前記レーザー光の照射位置に移動させて前記出力の測定を行うように制御するように構成されている。

当該態様では、出力測定器はロボットにより支持されて出力測定位置に配置され、出力測定を行わない際は加工装置本体に設けられた待機位置に配置されるので、ワークに加工を行う際に加工ノズルの近傍のスペースや加工位置に出力測定器を配置する必要が無い。

上記態様において、前記ロボット制御装置が、所定のタイミングで前記出力測定器を前記照射位置に移動させて前記出力の測定を行うように前記ロボットを制御すると共に、測定された前記出力が基準値未満である場合に所定の報知装置を作動させるように構成されていても良い。
このように構成すると、加工ノズルの出力が基準値未満であることを確実に知ることができるので、加工の品質を確保する上で有利である。

上記態様において、前記ロボットの先端にツールチェンジャーのマスタープレートが取付けられ、該マスタープレートに着脱可能なツール側部材が前記出力測定器に取付けられていても良い。
このように構成する場合、例えばワークにもマスタープレートに着脱可能な形状を設け、ワーク加工の合間でも出力測定を容易に行うことが可能になる。

上記態様において、前記待機位置が前記加工ノズルからの前記レーザー光による加工位置よりも上方に位置していることが好ましい。
この構成により、ワークの加工により生ずる加工クズ等が出力測定器側に飛散し難くなり、出力測定器による正確な測定を行う上で有利である。

本発明によれば、加工ノズルの近傍や加工位置において出力測定のための占有スペースを小さく又は無くすことができる。

本発明の一実施形態に係るレーザー加工システムの要部斜視図である。一実施形態のレーザー加工システムの要部側面図である。一実施形態のレーザー加工システムの要部斜視図である。一実施形態のレーザー加工システムの出力測定器の斜視図である。一実施形態のレーザー加工システムの要部ブロック図である。一実施形態の制御部の動作を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態に係るレーザー加工システムを図面を参照して以下に説明する。
このレーザー加工システムは、図１に示すように、レーザー加工装置１とロボット２とを備えている。
レーザー加工装置１は、加工装置本体１０と、周知のレーザー発振器２０と、加工装置本体１０内の所定位置に固定されると共にレーザー発振器２０に接続された周知の加工ノズル４０とを備えている。

加工装置本体１０は、複数の梁からなる矩形状のフレーム１１を有し、フレーム１１は所定の設置位置に固定されている。フレーム１１の左側および右側における前後方向中間位置にはそれぞれ上下方向に延びる梁１２が設けられ、フレーム１１の上側における前後方向中間位置には左右に延びる梁１３が設けられている。また、梁１３の下方には左右の梁１２の間に渡されている梁１４が設けられている。フレーム１１の左側、右側、上側、背面側等にプレートを取付けることも可能である。

また、梁１４の下方には左右の梁１２に渡されている梁１５が設けられ、フレーム１１の前側にも梁１５の高さ位置に梁１６が固定されている。そして、梁１５および梁１６に水平方向に延びる板状の載置台１７が固定され、載置台１７がフレーム１１の左側に配置されている。載置台１７にはそれを上下方向に貫通する切欠き部１７ａ（図３参照）が設けられている。
載置台１７にはレーザー光の出力を測定可能なパワーメータ、エネルギーメータ等の出力測定器５０が載置され、当該位置が出力測定器５０の待機位置となっている。

レーザー発振器２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するコンピュータから成る制御部２１を有し、制御部２１により加工ノズル４０に供給するレーザー光の強度、タイミング等が制御される。
加工ノズル４０はノズル支持部材４１を介して梁１３および梁１４に固定されており、本実施形態では下方に向かってレーザー光を照射するように構成されている。

ロボット２は、複数の可動部を備えると共に、複数の可動部をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ２ａを備えている。ロボット２は先端部にツールチェンジャーのマスタープレート２ｂが取付けられている。
各サーボモータ２ａ（図５参照）として、回転モータ、直動モータ等の各種のサーボモータを用いることが可能である。各サーボモータ２ａは作動位置を検出するエンコーダ等の作動位置検出装置を内蔵しており、作動位置検出装置の検出値がロボット制御装置３０に送信される。

ロボット制御装置３０は、図５に示すように、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するコンピュータから成る制御部３１と、不揮発性の記憶装置３２と、複数のサーボモータ２ａにそれぞれ対応するように設けられた複数のサーボ制御器３３と、ロボット２の動作プログラムを作成する際等に操作する入力部３４と、表示装置３５とを備えている。各サーボ制御器３３はプロセッサと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置とを有し、各サーボモータ２ａのサーボアンプに駆動信号を送ることにより各サーボモータ２ａの作動位置、作動速度等の制御を行う。

記憶装置３２にはシステムプログラム３２ａが格納されており、システムプログラム３２ａがロボット制御装置３０の基本機能を担っている。また、記憶装置３２には例えば入力部３４を用いて作成された動作プログラム３２ｂが少なくとも１つ格納されている。例えば、ロボット制御装置３０の制御部３１はシステムプログラム３２ａにより動作し、記憶装置３２に格納されている動作プログラム３２ｂを読み出してＲＡＭに一時的に格納する。

そして、制御部３１は、読み出した動作プログラム３２ｂに沿って各サーボ制御器３３と、マスタープレート２ｂの結合突起２ｃをクランプ状態とクランプ解除状態に切り替えるシリンダ等の結合突起駆動装置２ｄと、周知の表示装置や警報装置等の報知装置２ｅとに制御信号を送り、これにより各サーボモータ２ａのサーボアンプ、結合突起駆動装置２ｄ、および報知装置２ｅを制御する。
また、制御部３１は、加工ノズル４０に供給するレーザー光の強度、タイミング等を指示するレーザー照射指令信号をレーザー発振器２０の制御部２１に送信する。

図４に示されるように、出力測定器５０には、ロボット２の先端部のマスタープレート２ｂに対応するツール側部材であるツールプレート５１が固定されている。ツールプレート５１は、上面が出力測定器５０の受光軸線と直交する方向に延びる軸５０ａに固定された板状部材５１ａと、板状部材５１ａの下面から突出している突出部５１ｂと、突出部５１ｂに形成された結合穴５１ｃとを有する。

また、板状部材５１ａは突出部５１ｂが下に配置されるように載置台１７上に載置され、この時、突出部５１ｂが切欠き部１７ａを介して載置台１７の下方に露出する。
このように板状部材５１ａが載置台１７上に載置されると、出力測定器５０が加工ノズル４０からのレーザー光による加工位置よりも上方に配置される。

このレーザー加工システムは、ロボット２の先端部がワークの加工前保管場所に移動すると共に、ロボット２により結合突起２ｃをワークの所定位置に挿入してクランプ状態とし、ロボット２により当該ワークを加工ノズル４０の照射方向に配置して当該ワークにレーザー加工を行い、加工後のワークをロボット２により所定の加工後保管場所に運ぶ。

また、このレーザー加工システムは、所定のタイミングで加工ノズル４０の出力測定を行うように構成されている。所定のタイミングは入力部３４等を操作することにより任意に設定することができ、所定の時間おきであっても良く、各加工ロットの加工開始前および／又は加工終了後であっても良い。加工ノズル４０の出力測定を行う場合の制御部３１の動作の一例を図６を参照しながら以下説明する。

先ず、ロボット制御装置３０が所定のタイミングになると（ステップＳ１）、制御部３１は、図２に示すように、ロボット２の先端部のマスタープレート２ｂが載置台１７の下方に配置されると共に、マスタープレート２ｂの結合突起２ｃが出力測定器５０のツールプレート５１の結合穴５１ｃに挿入されるように、各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ２）。

続いて、制御部３１は、結合穴５１ｃに係合する突起が結合突起２ｃの外周面から突出することにより結合突起２ｃと結合穴５１ｃとが結合されるように、結合突起駆動装置２ｄに制御信号を送る（ステップＳ３）。
次に、制御部３１は、図３に示すように、加工ノズル４０の照射位置に出力測定器５０が配置されると共に、出力測定器５０の受光軸線と加工ノズル４０の照射軸線とが一致するように、各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ４）。

続いて、制御部３１は、所定強度のレーザー光を所定時間だけ照射させるためのレーザー照射指令信号をレーザー発振器２０の制御部２１に送信する（ステップＳ５）。これにより、出力測定器５０によってレーザー光の出力が測定される。
次に、制御部３１は、出力測定器５０により測定された出力が基準値未満である場合は（ステップＳ６）、所定の報知動作を行わせるための報知指令信号を報知装置２ｅに送る（ステップＳ７）。

次に、制御部３１は、突出部５１ｂが下に配置されるように板状部材５１ａが載置台１７上に載置されると共に、突出部５１ｂが切欠き部１７ａ内に配置されるように、各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ８）。
続いて、制御部３１は、結合穴５１ｃに係合する突起が結合突起２ｃ内に収容されることにより結合突起２ｃと結合穴５１ｃとの結合が解除されるように、結合突起駆動装置２ｄに制御信号を送る（ステップＳ９）。そして、制御部３１は、ロボット２が所定の待機位置に移動するように各サーボ制御器３３に制御信号を送る（ステップＳ１０）。

このように、本実施形態では、出力測定器５０はロボット２により支持されて出力測定位置に配置され、出力測定を行わない際は加工装置本体１０に設けられた待機位置に配置されるので、ワークに加工を行う際に加工ノズル４０の近傍のスペースや加工位置に出力測定器５０を配置する必要が無い。

また、測定された出力が基準値未満である場合に報知装置２ｅが作動するので、加工ノズルの出力が基準値未満であることを確実に知ることができ、加工の品質を確保する上で有利である。
また、ロボット２の先端にツールチェンジャーのマスタープレート２ｂが取付けられると共に、マスタープレート２ｂに着脱可能なツールプレート５１が出力測定器５０に取付けられており、ワークにもマスタープレート２ｂに着脱可能な形状が設けられているので、ワーク加工の合間でも出力測定を容易に行うことが可能になる。

また、出力測定器５０の待機位置が加工ノズル４０からのレーザー光による加工位置よりも上方に位置しているので、ワークの加工により生ずる加工クズ等が出力測定器５０側に飛散し難くなり、出力測定器５０による正確な測定を行う上で有利である。
なお、本実施形態では、ロボット２の先端にツールチェンジャーのマスタープレート２ｂを設けているが、ツールチェンジャーのマスタープレート２ｂの代わりにワークや出力測定器５０を把持して保持可能な他の機構を採用することも可能である。

また、出力測定器５０を載置台１７に載置する代わりに、加工装置本体１０に設けられ出力測定器５０を収容可能な収容ケース内に出力測定器５０を収容することも可能であり、加工装置本体１０に設けられ出力測定器５０を吊り下げ可能な吊り下げフックに出力測定器５０を吊り下げることも可能である。これらの場合、収容された出力測定器５０の位置や吊り下げられた出力測定器５０の位置が待機位置となる。

また、本実施形態では加工ノズル４０が加工装置本体１０に固定されたものを示した。これに対し、加工装置本体１０内に水平方向に延びるレールを設けると共に、加工ノズル４０を当該レールに沿って移動可能に設けることも可能である。

１レーザー加工装置
２ロボット
２ｂマスタープレート
２ｃ結合突起
１０加工装置本体
１７載置台
２０レーザー発振器
２１制御部
３０ロボット制御装置
３１制御部
４０加工ノズル
４１ノズル支持部材
５０出力測定器
５１ツールプレート

Claims

レーザー発振器と、加工装置本体と、該加工装置本体に設けられ、前記レーザー発振器からレーザー光が供給される加工ノズルとを有するレーザー加工装置と、
前記加工ノズルによる加工位置にワークを移動して該ワークに所定の加工を行うロボットと、
前記加工装置本体に設けられた待機位置に配置され、前記加工ノズルからの前記レーザー光の出力を測定可能な出力測定器と、
前記ロボットの動作を制御するロボット制御装置とを備え、
該ロボット制御装置が、前記ロボットを、前記待機位置に配置された前記出力測定器を支持すると共に前記加工ノズルによる前記レーザー光の照射位置に移動させて前記出力の測定を行うように制御するレーザー加工システム。
前記ロボット制御装置が、所定のタイミングで前記出力測定器を前記照射位置に移動させて前記出力の測定を行うように前記ロボットを制御すると共に、測定された前記出力が基準値未満である場合に所定の報知装置を作動させる請求項１に記載のレーザー加工システム。
前記ロボットの先端にツールチェンジャーのマスタープレートが取付けられ、
該マスタープレートに着脱可能なツール側部材が前記出力測定器に取付けられている請求項１又は２に記載のレーザー加工システム。
前記待機位置が前記加工ノズルからの前記レーザー光による加工位置よりも上方に位置している請求項１〜３の何れかに記載のレーザー加工システム。