(57)【要約】  レーザ加工ビーム（４）を用いてワークピース（２）を遠隔処理する装置には、プログラマブル数値制御部（１２）をもつオペレーティング装置（１１）を備えたスキャナ光学系（６）が設けられている。数値制御部（１２）は、ワークピース（２）上の少なくとも１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークするためのポインタマーク（１４）を備えたポインタ（１３）を利用してプログラミングされる。その際、加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）を検出する手段（１５）と、スキャナ光学系（６）のためのオペレーティング装置（１１）の数値制御部（１２）と接続された評価手段（１８）が用いられる。スキャナ光学系（６）のためのオペレーティング装置（１１）の数値制御部（１２）に対する設定値を、加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）の検出に基づき評価手段（１８）によって規定することができる。この設定値は、以降のワークピース処理についてスキャナ光学系を調節するために用いられる。
2007504004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャナ光学系（６）が設けられており、該スキャナ光学系（６）は数値制御型オペレーティング装置（１１）を介して調節可能であり、調節されたスキャナ光学系（６）を用いて少なくとも１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）のところでワークピース（２）に対しレーザ加工ビーム（４）を配向可能であり、前記スキャナ光学系（６）のためのオペレーティング装置（１１）の数値制御部（１２）はティーチング手段によってプログラミング可能である、
レーザ加工ビーム（４）を用いてワークピース（２）を遠隔処理する装置において、
前記ティーチング手段には、
前記ワークピース（２）上の少なくとも１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークするためのポインタマーク（１４）を有するポインタ（１３）の形態のマーキング装置と、
１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしている前記ポインタマーク（１４）を検出する手段（１５）と、
前記スキャナ光学系（６）のためのオペレーティング装置（１１）の数値制御部（１２）と接続された評価手段（１８）が設けられており、
１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）の検出によって、前記スキャナ光学系（６）のためのオペレーティング装置（１１）の数値制御部（１２）に対する設定値が、前記評価手段（１８）によって規定され、
該設定値は前記数値制御部（１２）に格納されており、
該設定値に基づき前記スキャナ光学系（６）がワークピース処理のために調節され、該スキャナ光学系（６）により、マークされた加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）にレーザ加工ビーム（４）が配向されることを特徴とする、
レーザ加工ビーム（４）を用いてワークピース（２）を遠隔処理する装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記ポインタマーク（１４）は、１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしている前記ポインタマーク（１４）を検出する前記手段（１５）により連続的に検出され、
前記ポインタマーク（１４）が１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークするとただちに前記評価手段（１８）が起動されて、前記スキャナ光学系（６）のためのオペレーティング装置（１１）の数値制御部（１２）に対する設定値が規定されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の装置において、
前記評価手段（１８）は、設定値を規定するため前記ポインタ（１３）において形成されるスイッチング信号により起動されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の装置において、
前記評価手段（１８）は、設定値を規定するため前記ポインタ（１３）において形成される光スイッチング信号により起動されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の装置において、
前記ワークピース（２）上に配置可能なタクティルポインタ（１３）がマーキングディバイスとして設けられていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載の装置において、
光マークの形態のポインタマークを有する光ポインタ（１３）がマーキングディバイスとして設けられていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の装置において、
１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）を検出する手段（１５）として光学手段が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の装置において、
ポインタマーク（１４）に対する検出器として１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）を検出する前記光学手段（１５）は、カメラ（１６）を有することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の装置において、
前記スキャナ光学系（６）は、１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）を検出する前記光学手段（１５）の一部分を成していることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載の装置において、
１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）は該加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）と一致しており、
１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）を検出する前記光学手段（１５）の光軸（１７）は、前記スキャナ光学系（６）と前記ポインタマーク（１４）または前記加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）との間で、レーザ加工ビーム（４）のビーム軸と一致しており、
前記数値制御部（１２）の設定値は、１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）が検出された時点で、１つの加工位置（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をマークしているポインタマーク（１４）の検出に基づき前記評価手段（１８）によって、前記スキャナ光学系（６）のためのオペレーティング装置（１１）の数値制御部（１２）に対する記憶可能な設定値として規定されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工ビームを用いてワークピースを遠隔処理する装置に関する。この装置には、数値制御型オペレーティング装置を用いて調節可能なスキャナ光学系が設けられており、調節されたこのスキャナ光学系を介してレーザ加工ビームをワークピースにおける少なくとも１つの加工位置へ配向可能であり、スキャナ光学系用オペレーティング装置の数値制御をティーチング手段を用いてプログラミング可能である。
【０００２】
この種の装置はたとえば、ワークピースのレーザ溶接またはレーザ書き込みのために使用される。公知の装置におけるスキャナ光学系は可動スキャナミラーを有しており、これはレーザ加工ビームをワークピースにおける個々の加工位置に向けて配向させるために、ＣＮＣ制御されるオペレーティング装置を介して調節可能である。レーザ加工ビームは長い焦点距離によってフォーカシングされる。スキャナ光学系と加工すべきワークピースとの間の距離も相応に長い。
【０００３】
慣用のスキャナ光学系のオペレーティング装置のためのＣＮＣ制御装置をプログラミングするために、ワークピースが実際に加工される前にジョイスティックまたはキーボードを使ってスキャナ光学系を調節することにより、関連するスキャナ光学系を介して案内される指向性レーザビームがさらに別のプロセッシングロケーションへ動かされる。指向性レーザビームの望ましいコースと対応づけられたスキャナ光学系のオペレーティング装置のためのＣＮＣ制御の設定値は、ＣＮＣ制御装置に格納されている。レーザプロセッシングビームを用いた後続のワークピース加工中、格納されている設定値が使用される。
【０００４】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の装置において、スキャナ光学系のためのオペレーティング装置の数値制御のプログラミングを容易にし、殊にその速度を高めることにある。
【０００５】
本発明によればこの課題は、請求項１記載の特徴を備えた装置により解決される。マーキングディバイスとして設けられたポインタによって、ワークピース上に記録すべき加工位置を迅速で快適かつ精密に規定するための簡単な構成が得られる。規定されたやり方で加工位置に対し相対的に配置されたポインタマークが必ず検出されることになり、したがってこのポインタマークのポジションによって実際の加工位置のポジションも表されることになる。スキャナ光学系のためのオペレーティング装置の数値制御部に対する設定値は、加工位置をマークしているポインタマークの検出に基づき規定される。この設定値は上述の数値制御装置に格納される。これ以降のワークピース処理中、スキャナ光学系は格納されたこの設定値を利用して位置決めされ、これによりスキャナ光学系はレーザ加工ビームを、マーキングディバイスによりまえもってマークされていた加工位置に向けて配向する。
【０００６】
請求項２から１０には、請求項１に記載された本発明の個々の実施形態が示されている。
【０００７】
請求項２に記載された構成によれば、ポインタマークが連続的に検出され、したがって加工位置がマークされていなくても検出される。ポインタマークがワークピース上の加工位置のポジションを表す位置をとったとき、スキャナ光学系のためのオペレーティング装置の数値制御部に対する設定値を規定する評価手段が起動される。このため評価手段はいつでもスタンバイ状態におかれていることになり、設定値を規定するためにただ１つのトリガステップしか必要ない。その結果、スキャナ光学系のためのオペレーティング装置の数値制御部をプログラミングするために、著しく僅かな時間しか必要とされない。
【０００８】
本発明は、制御プログラミングを迅速かつ容易に扱えることも対象にした請求項３記載の特徴を有している。その際にたとえば、評価手段を起動するために、インジケータに設けられた手動のスイッチを用いてスイッチング信号を発生させることができる。発生させるスイッチング信号を様々な種類のものとすることができる。この場合、電気信号または音響信号も適しているし、請求項４に記載された本発明の装置において形成されるタイプの光スイッチング信号も適している。
【０００９】
本発明による装置のマーキングディバイスを種々の構成のポインタとすることができる。ワークピースの上に配置可能な触覚ポインタないしはタクティルインジケータtactile indicatorの特徴は、加工位置をマーキングするために取り扱いが殊に簡単であり精度が著しく高いことである。たとえば対象加工位置に近づくことができないといった理由などによってワークピースとの接触が不可能である場合、あるいは他の理由によりワークピースとの接触が不可能である場合には殊に、本発明（請求項６）によれば光マークの形態をとるポインタマークを備えた光ポインタを用いることができる。
【００１０】
請求項７および請求項８には、加工位置をマーキングするポインタマークを検出するための光学的装置の形態をとる本発明による有利な構成が示されており、これはたとえばポインタマークに対する検出器としてカメラを有するタイプの光学的デバイスである。このタイプの装置は、実際に多くの事例で有利であることが判明している。ポインタマークを検出するための光学的手段と共働させて、評価手段を起動するための光スイッチング信号を発生させるのがとりわけ推奨される。
【００１１】
請求項９に記載された本発明による構造の特徴は、構造の視点できわめて有用なことである。この装置の場合、スキャナ光学系は２通りの機能をもっている。つまりスキャナ光学系はワークピース加工中、ワークピース上の加工位置へレーザ加工ビームを案内する一方、自身のオペレーティング装置の制御をプログラミングするための装置における１つのコンポーネントを成している。
【００１２】
さらに本発明によれば、請求項１０記載の装置が有利である。加工位置をマーキングするポインタマークが加工位置と一致していること、ポインタマークを検出するための手段の光軸がスキャナ光学系とワークピースとの間でレーザ加工ビームのビーム軸と一致していることによって、加工位置をマーキングするポインタマークを検出した時点で上述の制御装置の設定値を、スキャナ光学系の調節手段を制御するためのプログラミングにそのまま使用することができる。
【００１３】
次に、図面に略示された１つの実施形態を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【００１４】
図面には、ワークピースの遠隔溶接（「スキャナ溶接 scanner welding」のための装置１が示されており、この実施例ではワークピースの一例として３次元のワークピース２が用いられている。この場合、加工位置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおいて４つの溶接ポイントがワークピースに形成されるものとする。
【００１５】
ワークピース２は、破線で示したビーム軸をもつレーザ加工ビーム４を用いて処理される。レーザ加工ビーム４はＣＯ２レーザ（図示せず）において生成され、半反射性ミラー５とスキャナ光学系６を介してワークピース処理のためにワークピース２へ案内される。レーザビーム生成のために、ＹＡＧレーザなど他のレーザ構造も使用することができる。半反射性ミラー５の代わりに穿孔ミラーを用いることもできる。スキャナ光学系６は慣用の構造のものであり、２つのスキャナミラー７，８を有している。これらは軸９，１０を中心に移動可能であり、これによって調整可能である。スキャナミラー７，８またはスキャナ光学系６は電動オペレーティング装置１１を用いて調節され、これには数値制御部１２が設けられている。
【００１６】
オペレーティング装置１１の数値制御部１２は、レーザ加工ビーム４によりワークピース２を処理する前に、ティーチング手段によってプログラミングする必要がある。このティーチング手段の部分は、手動で案内される触覚ポインタないしはタクティルポインタ１３の形態のマーキングディバイスであって、これにはポインタ先端１４により形成されるポインタマークが含まれている。
【００１７】
ポインタ先端ないしはインジケータティップ１４を検出する手段１５も、ティーチング手段の一部分である。この手段１５にはＣＣＤカメラ１６が設けられており、さらに別のコンポーネントとして半反射性ミラー５とスキャナ光学系６も含まれる。ＣＣＤカメラ１６の代案として、たとえば４象限ダイオードまたはＰＳＤ（ポジション感応型検出器 position sensitive detector）を使用してもよい。
【００１８】
ポインタ先端１４を検出する手段１５の光軸１７が点線で示されている。レーザ加工ビーム４のビーム軸と手段１５の光軸１５は、半反射性ミラー５とスキャナ光学系６との間およびスキャナ光学系６とワークピース２との間で一致している。このことは、半反射性ミラー５とポインタ先端１４との間の一点鎖線で表されている。この場合、ポインタ先端１４は加工位置３ａのすぐ近くにある。
【００１９】
ポインタ１３には評価手段１８が接続されており、さらにこの評価手段１８はオペレーティング装置１１の数値制御部１２とも接続されている。評価手段１８とポインタ１３との間の接続を、スイッチ１９を用いてスイッチングすることができる。評価手段１８は、数値制御部１２のためのティーチング手段の一部分でもある。
【００２０】
オペレーティング装置１１における数値制御部１２をプログラミングするために、オペレータはワークピース２の表面に沿ってポインタ１３を手動で案内する。オペレータは、溶接ポイントが生成されることになる加工位置３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのところでワークピース２に対しポインタ１３のポインタ先端１４を配置する。ポインタ先端１４は加工位置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの間をポインタ１３が動く間、スキャナ光学系６のスキャナミラー７，８を介してＣＣＤカメラ１６により観察される。そしてイメージ処理を利用してこの先端が検出される。スキャナミラー７，８は、ポインタ先端１４が常にイメージ中央に表示されるよう、オペレーティング装置１１の数値制御部１２を適切に駆動することによって自動的に調節される。
【００２１】
加工位置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに対しポインタ先端１４を当てるたびに、オペレータはスイッチ１９を作動させる。これにより発せられる電気的なスイッチング信号によって評価手段１８が起動し、ついで評価手段１８はオペレーティング装置１１のための数値制御部１２の設定値を検出し、これによって評価手段１８の起動時点でスキャナ光学系６の調節が行われる。このようにして評価手段１８はその後、加工位置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの１つにそれぞれ対応づけられている数値制御部１２の４つの設定値を規定する。これらの設定値は数値制御部１２のメモリ２０に格納され、スキャナ光学系６をセットするためにそれらの設定値をワークピース２の後続の加工中、コントロールコンピュータ２１によりメモリ２０から取り出すことができる。持続的にスイッチ１９を閉じたままワークピース全体にわたりポインタ１３を動かすことで、首尾一貫したコヒーレントな溶接パスをプログラミングすることができる。
【００２２】
図示されている状況の代案として、光スイッチング信号を利用して評価手段１８を起動することもできる。このスイッチング信号をたとえば、ポインタ先端１４上に設けられたスイッチング可能な発光ダイオードを利用して発生させることができる。ポインタ先端１４を検出する手段１５によって、これを検出することができる。図中、評価手段１８の光学的起動については、ＣＣＤカメラ１６と評価手段１８との間の破線によって示されている。
【００２３】
ワークピース２の後続の処理のために、オペレーティング装置１１の数値制御部１２は接続ラインを介してレーザコントロール装置と接続されている（図示せず）。レーザ加工ビーム４が関連する加工位置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのところでワークピース２に投射するようスキャナ光学系６が調節されるたびに、レーザ加工ビーム４はワークピース２に向けて配向される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ワークピースの遠隔溶接のための装置を示す図
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【国際調査報告】
2007504004.tif 000004
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