JPH01205891A - レーザ加工装置の制御方法 - Google Patents
レーザ加工装置の制御方法Info
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- JPH01205891A JPH01205891A JP63028786A JP2878688A JPH01205891A JP H01205891 A JPH01205891 A JP H01205891A JP 63028786 A JP63028786 A JP 63028786A JP 2878688 A JP2878688 A JP 2878688A JP H01205891 A JPH01205891 A JP H01205891A
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- laser
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 56
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、被加工物の単位体積当り受けるレーザエネル
ギが常に一定となるように制御するレーザ加工装置の制
御方法に関するものである。
ギが常に一定となるように制御するレーザ加工装置の制
御方法に関するものである。
（従来の技術）
近年、レーザ発振器から放射されたレーザ光を三次元の
ワークの所望の場所まで導くために産業用ロボットを利
用したレーザ加工装置が供されている。
ワークの所望の場所まで導くために産業用ロボットを利
用したレーザ加工装置が供されている。
この様なレーザ加工装置では、ロボットのアームのハン
ド部にレーザ加工ヘッドを設置し、この加工ヘッドを被
加工物に沿って移動させることにより、所定の加工例え
ば切断等を行うようにしている。
ド部にレーザ加工ヘッドを設置し、この加工ヘッドを被
加工物に沿って移動させることにより、所定の加工例え
ば切断等を行うようにしている。
ここで、レーザ加工ヘッドにより、切断加工を行う場合
を考える。今、第４図に示すように、被加工物１が半径
ｒの角部Ｓをもった厚さｔの板材であるとする。そして
、レーザ加工ヘッド２が常に被加工物１からレーザビー
ムの焦点距離（だけ離れて一定速度Ｖで移動するように
プログラムされているとする。
を考える。今、第４図に示すように、被加工物１が半径
ｒの角部Ｓをもった厚さｔの板材であるとする。そして
、レーザ加工ヘッド２が常に被加工物１からレーザビー
ムの焦点距離（だけ離れて一定速度Ｖで移動するように
プログラムされているとする。
このようなものでは、被加工物１の平面部Ｆと角部Ｓと
で、被加工物が単位体積当り受けるレーザエネルギが異
なってくる。即ち、平面部Ｆでは、レーザエネルギを受
ける単位時間当りの体積はＶｔである（加工ヘッド２の
移動方向と直交方向の幅を１とする）。ここで、単位時
間当りに発生するレーザエネルギをＥとすると、単位体
積当り受けるレーザエネルギは、次式で求められる。
で、被加工物が単位体積当り受けるレーザエネルギが異
なってくる。即ち、平面部Ｆでは、レーザエネルギを受
ける単位時間当りの体積はＶｔである（加工ヘッド２の
移動方向と直交方向の幅を１とする）。ここで、単位時
間当りに発生するレーザエネルギをＥとすると、単位体
積当り受けるレーザエネルギは、次式で求められる。
Ｅ ／ ｖ ｔ ・・・・・・・・・（
１）一方、レーザ加工ヘッド２が角部Ｓを通過するに要
する移動距離は、半径が（１＋ｒ）の円周の１／４であ
るから、（π／ ２） Ｘ （Ｚ ＋ ｒ）となる。レ
ーザ加工ヘッド２の移動速度がＶであるから、その距離
だけ移動するに要する時間は、（π／２ｖ）Ｘ（ｆ＋ｒ
）である。従って、角部Ｓに照射される全レーザエネル
ギは、（πＥ ／ ２ ｖ ）ｘ（ｔ＋ｒ）である。こ
れに対し、レーザ加工ヘッド２の移動によりレーザエネ
ルギを受ける体積は、（ｙｒ／４）Ｘ ｌｒ’ −（ｒ
−ｔ）’ ｌ −（πｔ／４）Ｘ （２ｒ−ｔ）である
から、単位体積当り受けるレーザエネルギは、次式で求
められる。
１）一方、レーザ加工ヘッド２が角部Ｓを通過するに要
する移動距離は、半径が（１＋ｒ）の円周の１／４であ
るから、（π／ ２） Ｘ （Ｚ ＋ ｒ）となる。レ
ーザ加工ヘッド２の移動速度がＶであるから、その距離
だけ移動するに要する時間は、（π／２ｖ）Ｘ（ｆ＋ｒ
）である。従って、角部Ｓに照射される全レーザエネル
ギは、（πＥ ／ ２ ｖ ）ｘ（ｔ＋ｒ）である。こ
れに対し、レーザ加工ヘッド２の移動によりレーザエネ
ルギを受ける体積は、（ｙｒ／４）Ｘ ｌｒ’ −（ｒ
−ｔ）’ ｌ −（πｔ／４）Ｘ （２ｒ−ｔ）である
から、単位体積当り受けるレーザエネルギは、次式で求
められる。
（πＥ／２ｖ）Ｘ （１＋ｒ）÷（（πｔ／４）Ｘ （
２ｒ −ｔ） １−（Ｅ／ｖ ｔ） Ｘ ［２Ｃ１＋ｒ
） ／ （２ｒ−ｔ） ］ ・・・・・・・・・（
２）ここで、一般には、（２（ｆ ＋ｒ） ／ （２ｒ
−ｔ）ｌ＞１であるから、角部Ｓでは、単位体積当り、
平面部Ｆよりも多くのレーザエネルギを受けることとな
り、その傾向は距ｆｉＺが大きい程、また板厚ｔが厚い
程著しい。
２ｒ −ｔ） １−（Ｅ／ｖ ｔ） Ｘ ［２Ｃ１＋ｒ
） ／ （２ｒ−ｔ） ］ ・・・・・・・・・（
２）ここで、一般には、（２（ｆ ＋ｒ） ／ （２ｒ
−ｔ）ｌ＞１であるから、角部Ｓでは、単位体積当り、
平面部Ｆよりも多くのレーザエネルギを受けることとな
り、その傾向は距ｆｉＺが大きい程、また板厚ｔが厚い
程著しい。
（発明が解決しようとする課８）
上述のように、レーザ加工ヘッド２を角部Ｓでも平面部
Ｆと同一速度で移動させると、角部Ｓでは単位体積当り
受けるレーザエネルギが大きくなるため、レーザビーム
による板材の溶融度が大き過ぎる結果となり、切断幅が
大きくなって寸法精度を悪化させたり、切断面が粗雑に
なって仕上りが悪くなるという問題を生ずる。これを防
止するために、従来では、レーザ加工ヘッド２の移動速
度を、角部Ｓについては、平面部Ｆに比べて速くすると
いう方法が採用されてきたが、これでは被加工物が複雑
な形状である場合、加ニブログラムが複雑となり、その
作成に多大な労力を要するという問題があった。
Ｆと同一速度で移動させると、角部Ｓでは単位体積当り
受けるレーザエネルギが大きくなるため、レーザビーム
による板材の溶融度が大き過ぎる結果となり、切断幅が
大きくなって寸法精度を悪化させたり、切断面が粗雑に
なって仕上りが悪くなるという問題を生ずる。これを防
止するために、従来では、レーザ加工ヘッド２の移動速
度を、角部Ｓについては、平面部Ｆに比べて速くすると
いう方法が採用されてきたが、これでは被加工物が複雑
な形状である場合、加ニブログラムが複雑となり、その
作成に多大な労力を要するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、レーザ加工ヘッドを常に一定
の速度で移動させながらも、被加工物の単位体積当りに
与えるレーザエネルギが常に一定となるように制御でき
、加ニブログラムの作成が容易なレーザ加工装置の制御
方法を提供するにある。
の速度で移動させながらも、被加工物の単位体積当りに
与えるレーザエネルギが常に一定となるように制御でき
、加ニブログラムの作成が容易なレーザ加工装置の制御
方法を提供するにある。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明のレーザ加工装置の制御方法は、レーザ加工ヘッ
ドを被加工物から離して一定速度で移動させると共に、
その被加工物の曲率、加工厚さ、及び前記レーザ加工ヘ
ッドと被加工物との間の距離に応じて、レーザ出力を変
化させるように制御することを特徴とするものである。
ドを被加工物から離して一定速度で移動させると共に、
その被加工物の曲率、加工厚さ、及び前記レーザ加工ヘ
ッドと被加工物との間の距離に応じて、レーザ出力を変
化させるように制御することを特徴とするものである。
（作用）
例えば厚さ一定の板材からなる被加工物を切断加工する
場合、レーザ加工ヘッドは一定速度で移動しながら、被
加工物にレーザビームを照射し、当該被加工物を切断し
てゆく。このとき、レーザ加工ヘッドが常に被加工物の
表面から一定の距離を保って移動するようにプログラム
されていると仮定すると、レーザ加工ヘッドがレーザビ
ームを被加工物の曲面部を照射するようになると、その
レーザ出力が平面部を照射する場合に比べて、小さくな
るように制御される。従って、レーザ加工ヘッドが常に
一定の速度で移動しても、被加工物に対しては、その形
状とは関係なく、常に単位体積当り一定のレーザエネル
ギが与えられる。
場合、レーザ加工ヘッドは一定速度で移動しながら、被
加工物にレーザビームを照射し、当該被加工物を切断し
てゆく。このとき、レーザ加工ヘッドが常に被加工物の
表面から一定の距離を保って移動するようにプログラム
されていると仮定すると、レーザ加工ヘッドがレーザビ
ームを被加工物の曲面部を照射するようになると、その
レーザ出力が平面部を照射する場合に比べて、小さくな
るように制御される。従って、レーザ加工ヘッドが常に
一定の速度で移動しても、被加工物に対しては、その形
状とは関係なく、常に単位体積当り一定のレーザエネル
ギが与えられる。
（実施例）
以下本発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づいて説
明する。
明する。
まず第３図は垂直多関節形ロボットを利用した三次元レ
ーザ加工用ロボットを示すもので、このロボットにおい
て、ハンド部１１に取付けられたレーザ加工ヘッド１２
は旋回ベース１３、第１及び第２のアーム１４及び１５
により三次元移動されるようになっている。１６はレー
ザ発振器で、この発振器１６から発振されたレーザビー
ムは多関節のレーザビーム伝送管１７によりレーザ加工
ヘッド１２に案内され、この加工ヘッド１２がら被加工
物に照射される。そして、加工ヘッド１２には、第２図
に示すように、被加工物１８と加工ヘッド１２との間の
距離を測定するためのギャップセンサ１９及び被加工物
の厚さを測定するための厚さセンサ２０が設けられてい
る。ここで、ギャップセンサ１９としては例えば光学式
変位センサ、近接センサ、静電容量センサ等が知られて
おり、また、厚さセンサ２０としては渦電流式変位セン
サが知られている。２１はコンピュータを主体とする制
御装置で、これにはレーザ加工ヘッド１２の動作プログ
ラム及びレーザ発振器１６の出力制御プログラムからな
る加ニブログラムが予め記憶されている。
ーザ加工用ロボットを示すもので、このロボットにおい
て、ハンド部１１に取付けられたレーザ加工ヘッド１２
は旋回ベース１３、第１及び第２のアーム１４及び１５
により三次元移動されるようになっている。１６はレー
ザ発振器で、この発振器１６から発振されたレーザビー
ムは多関節のレーザビーム伝送管１７によりレーザ加工
ヘッド１２に案内され、この加工ヘッド１２がら被加工
物に照射される。そして、加工ヘッド１２には、第２図
に示すように、被加工物１８と加工ヘッド１２との間の
距離を測定するためのギャップセンサ１９及び被加工物
の厚さを測定するための厚さセンサ２０が設けられてい
る。ここで、ギャップセンサ１９としては例えば光学式
変位センサ、近接センサ、静電容量センサ等が知られて
おり、また、厚さセンサ２０としては渦電流式変位セン
サが知られている。２１はコンピュータを主体とする制
御装置で、これにはレーザ加工ヘッド１２の動作プログ
ラム及びレーザ発振器１６の出力制御プログラムからな
る加ニブログラムが予め記憶されている。
次に上記構成の作用を説明する。今、第２図に示すよう
に、板厚ｔが一定の被加工物１８を切断するものとし、
レーザ加工ヘッド１２が常に被加工物１８の表面と一定
の距離更 （レーザ加工ヘッド１２から出射されるレー
ザビームの焦点距離に等しい）を保って一定の速度Ｖで
移動するようにプログラムされているものとする。一方
、レーザビーム発振器１６の出力は、第１図に示すよう
に、上記距離に、被加工物１８の板厚ｔ１披加工物１８
の曲率、ここでは曲率半径をデータとして、これらに応
じてレーザ発振器１６の出力を大小変化させるようにプ
ログラムされている。
に、板厚ｔが一定の被加工物１８を切断するものとし、
レーザ加工ヘッド１２が常に被加工物１８の表面と一定
の距離更 （レーザ加工ヘッド１２から出射されるレー
ザビームの焦点距離に等しい）を保って一定の速度Ｖで
移動するようにプログラムされているものとする。一方
、レーザビーム発振器１６の出力は、第１図に示すよう
に、上記距離に、被加工物１８の板厚ｔ１披加工物１８
の曲率、ここでは曲率半径をデータとして、これらに応
じてレーザ発振器１６の出力を大小変化させるようにプ
ログラムされている。
即ち、レーザ加工ヘッド１２が被加工部１８の平面部Ｆ
の切断から円弧状の角部Ｓの切断に移行したとする。こ
のとき、レーザ加工ヘッド１２と被加工物１８との間の
距離Ｃはギャップセンサ１９により検出され、或は一定
値として予め記憶されている。また、被加工物１８の板
厚ｔは、厚さセンサ２０により検出され、或は一定値と
して予め記憶されている。更に、角部Ｓの曲率半径「は
、レーザ加工ヘッド１２の動作プログラムの座標データ
から、加工ヘッド１２の移動軌跡の曲率半径（Ｚ＋ｒ）
を求め、この（Ｚ＋ｒ）から！を差引くことによって計
算される。
の切断から円弧状の角部Ｓの切断に移行したとする。こ
のとき、レーザ加工ヘッド１２と被加工物１８との間の
距離Ｃはギャップセンサ１９により検出され、或は一定
値として予め記憶されている。また、被加工物１８の板
厚ｔは、厚さセンサ２０により検出され、或は一定値と
して予め記憶されている。更に、角部Ｓの曲率半径「は
、レーザ加工ヘッド１２の動作プログラムの座標データ
から、加工ヘッド１２の移動軌跡の曲率半径（Ｚ＋ｒ）
を求め、この（Ｚ＋ｒ）から！を差引くことによって計
算される。
このように、加工厚さ即ち板厚を距離（及び角部Ｓの曲
率半径ｒが求められると、次にエネルギ集中比を演算す
る。このエネルギ集中比εは、角部Ｓを切断するときも
平面部Ｆと同一のレーザ出力とした場合、ε−（角部Ｓ
が単位体積当り受けるレーザエネルギ）＋（平面部Ｓが
単位体積当り受けるレーザエネルギ）平面部Ｆ、として
定義する。すると、このエネルギ集中比εは、前記（１
）式及び（２）式から明らかなように、＋２（、（十ｒ
）／（２ｒ−ｔ））である。
率半径ｒが求められると、次にエネルギ集中比を演算す
る。このエネルギ集中比εは、角部Ｓを切断するときも
平面部Ｆと同一のレーザ出力とした場合、ε−（角部Ｓ
が単位体積当り受けるレーザエネルギ）＋（平面部Ｓが
単位体積当り受けるレーザエネルギ）平面部Ｆ、として
定義する。すると、このエネルギ集中比εは、前記（１
）式及び（２）式から明らかなように、＋２（、（十ｒ
）／（２ｒ−ｔ））である。
このエネルギ集中比εを演算した後、このε値に基づい
てレーザ出力が調節される。即ち、平面部Ｆの切断時の
レーザ出力をＥとし、角部Ｓの切断時のレーザ出力をＥ
ｓとすると、Ｅｓ−Ｅ／εとなるようにレーザ出力を減
する。このため、レーザ加工ヘッド１２の移動速度が一
定であっても、平面部Ｆと円弧状の角部Ｓとで単位体積
当り照射されるレーザエネルギは同一となる。従って、
被加工物１２の形状が複雑であっても、レーザ加工ヘッ
ド１２は一定速度で移動させればよいので、その動作プ
ログラムが比較的簡単となり、その作成時間も短縮され
る。
てレーザ出力が調節される。即ち、平面部Ｆの切断時の
レーザ出力をＥとし、角部Ｓの切断時のレーザ出力をＥ
ｓとすると、Ｅｓ−Ｅ／εとなるようにレーザ出力を減
する。このため、レーザ加工ヘッド１２の移動速度が一
定であっても、平面部Ｆと円弧状の角部Ｓとで単位体積
当り照射されるレーザエネルギは同一となる。従って、
被加工物１２の形状が複雑であっても、レーザ加工ヘッ
ド１２は一定速度で移動させればよいので、その動作プ
ログラムが比較的簡単となり、その作成時間も短縮され
る。
また、レーザ出力制御プログラムについても、必要なデ
ータをレーザ加工ヘッド１２の動作プログラムから逐次
得ることができるので、簡素にでき、作成容易となる。
ータをレーザ加工ヘッド１２の動作プログラムから逐次
得ることができるので、簡素にでき、作成容易となる。
尚、上記実施例では、！、ｔを予めデータとして記憶す
るようにしたが、ギャップセンサ１９、厚さセンサ２０
の出力を逐次入力するようにしても良い。また、レーザ
加工ヘッド１２により実行する加工を切断を例にとって
説明したが、実行する加工は溶接等、他に種々考えられ
る。さらに垂直多関節形ロボットによりレーザ光をワー
クの所望位置まで導いているが、三次元形状のワークに
対応できる自由度を有するものであれば良い。
るようにしたが、ギャップセンサ１９、厚さセンサ２０
の出力を逐次入力するようにしても良い。また、レーザ
加工ヘッド１２により実行する加工を切断を例にとって
説明したが、実行する加工は溶接等、他に種々考えられ
る。さらに垂直多関節形ロボットによりレーザ光をワー
クの所望位置まで導いているが、三次元形状のワークに
対応できる自由度を有するものであれば良い。
［発明の効果］
以上の説明から明らかなように本発明によれば、レーザ
加工ヘッドを被加工物から離して一定速度で移動させる
と共に、その被加工物の曲率、加工厚さ、及び前記レー
ザ加工ヘッドと被加工物との間の距離に応じて、レーザ
出力を変化させるようにしたので、被加工物の単位体積
当り受けるレーザエネルギを常に一定に制御することが
でき、しかも加ニブログラムが簡単化でき、その作成を
容易に行うことができるという優れた効果を奏するもの
である。
加工ヘッドを被加工物から離して一定速度で移動させる
と共に、その被加工物の曲率、加工厚さ、及び前記レー
ザ加工ヘッドと被加工物との間の距離に応じて、レーザ
出力を変化させるようにしたので、被加工物の単位体積
当り受けるレーザエネルギを常に一定に制御することが
でき、しかも加ニブログラムが簡単化でき、その作成を
容易に行うことができるという優れた効果を奏するもの
である。
第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図はフローチャート、第２図は切断加工時のレーザ加
工ヘッドの拡大側面図、第３図はレーザ加工用ロボット
の全体の概略構成を示す側面図である。また、第４図は
従来の問題を説明するための第２図相当図である。 図中、１２はレーザ加工ヘッド、１６はレーザ発振器、
１７はレーザビーム伝送管、１９はギャップセンサ、２
０は厚さセンサである。 代理人 弁理士 則 近 憲 右 同 第 子 丸 健第３図 璽゛°コ 第 ４ 図
１図はフローチャート、第２図は切断加工時のレーザ加
工ヘッドの拡大側面図、第３図はレーザ加工用ロボット
の全体の概略構成を示す側面図である。また、第４図は
従来の問題を説明するための第２図相当図である。 図中、１２はレーザ加工ヘッド、１６はレーザ発振器、
１７はレーザビーム伝送管、１９はギャップセンサ、２
０は厚さセンサである。 代理人 弁理士 則 近 憲 右 同 第 子 丸 健第３図 璽゛°コ 第 ４ 図
Claims (1)
- １、レーザ加工ヘッドを被加工物から離して一定速度で
移動させると共に、その被加工物の曲率、加工厚さ、及
び前記加工ヘッドと被加工物との間の距離に応じて、レ
ーザ出力を変化させるように制御することを特徴とする
レーザ加工装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63028786A JPH01205891A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | レーザ加工装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63028786A JPH01205891A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | レーザ加工装置の制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01205891A true JPH01205891A (ja) | 1989-08-18 |
Family
ID=12258108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63028786A Pending JPH01205891A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | レーザ加工装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01205891A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5585018A (en) * | 1994-02-24 | 1996-12-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Laser cutting method eliminating defects in regions where cutting conditions are changed |
| WO2006127891A2 (en) | 2005-05-26 | 2006-11-30 | Cymer, Inc | Systems and methods interacting between a laser and film deposited |
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| JP2011000612A (ja) * | 2009-06-18 | 2011-01-06 | Ricoh Co Ltd | レーザー照射装置、レーザー照射方法およびプログラム |
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-
1988
- 1988-02-12 JP JP63028786A patent/JPH01205891A/ja active Pending
Cited By (11)
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