(57)【要約】【課題】構成上の自由度の高さを保証しながら、小型化及び省スペース化を可能とするレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】数値制御部１２、電動機１３を制御する電動機電流制御部１４、及びレーザ励起部１５を制御するレーザ励起電流制御部１６に直流電力を供給する基本ユニット１１を備え、基本ユニット１１は、交流電力を受電するＡＣ入力部１１３と、ＡＣ入力部１１３から供給される交流電力を直流電力に変換して、直流電力を電動機電流制御部１４及びレーザ励起電流制御部１６に供給するＡＣ／ＤＣ変換部１１４と、複数の接続部２１であって、基本ユニット１１と、数値制御部１２、電動機電流制御部１４、及びレーザ励起電流制御部１６とを機械的及び電気的に接続する、複数の接続部２１と備える。【選択図】図１
2019037990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工点を移動するための軸の運動とレーザ光の出力とを制御する数値制御部と、
前記軸を運動させる電動機と、
前記電動機の駆動電流を制御する電動機電流制御部と、
前記レーザ光を発生するレーザ励起部と、
前記レーザ励起部の駆動電流を制御するレーザ励起電流制御部と、
前記数値制御部、前記電動機電流制御部、及び前記レーザ励起電流制御部に直流電力を供給する基本ユニットとを備え、
前記基本ユニットは、
交流電力を受電するＡＣ入力部と、
前記ＡＣ入力部から供給される交流電力を直流電力に変換して、前記直流電力を前記電動機電流制御部及び前記レーザ励起電流制御部に供給するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記基本ユニットと、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、及び前記レーザ励起電流制御部とを接続する複数の接続部とを備える、レーザ加工装置。
【請求項２】
加工点を移動するための軸の運動とレーザ光の出力を制御する数値制御部と、
前記軸を運動させる電動機と、
前記電動機の駆動電流を制御する電動機電流制御部と、
前記レーザ光を発生するレーザ励起部と、
前記レーザ励起部の駆動電流を制御するレーザ励起電流制御部と、
受電した交流電力を直流電力に変換して、前記直流電力を前記電動機電流制御部及び前記レーザ励起電流制御部に供給するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記数値制御部に直流電力を供給し、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に交流電力を供給する基本ユニットとを備え、
前記基本ユニットは、
交流電力を受電し、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に前記交流電力を供給するＡＣ入力部と、
前記基本ユニットと、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、前記レーザ励起電流制御部、及び前記ＡＣ／ＤＣ変換部とを接続する複数の接続部とを備える、レーザ加工装置。
【請求項３】
前記複数の接続部のうちいずれの接続部も、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、前記レーザ励起電流制御部、及び前記ＡＣ／ＤＣ変換部のうち、少なくとも１種類以上と接続可能である、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記基本ユニットは、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、及び前記レーザ励起電流制御部間の通信手段、及び／又は、前記ＡＣ／ＤＣ変換部からの電力を前記電動機電流制御部と前記レーザ励起電流制御部とに伝送するための電力伝送手段を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記接続部は、前記通信手段、及び／又は、前記電力伝送手段と接続される、請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記電動機の逆起電力を前記第２のＡＣ入力部に回生する電源回生部、及びレーザ加工で発生する熱エネルギーを回収し電気エネルギーに変換する発電部のいずれか又は双方と、
前記電源回生部及び／又は前記発電部から供給される電力を蓄電する蓄電部とを備え、
前記電源回生部、前記発電部、及び前記蓄電部が、前記電力伝送手段に接続される、請求項４又は５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記電源回生部、前記発電部、前記蓄電部のうち少なくとも１つが前記通信手段に接続される、請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記通信手段と前記電力伝送手段とが、別のレーザ加工装置との接続部を備える、請求項６又は７に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年産業用に使用される数百ワット以上の固体レーザ発振器では、発光素子、光学部品の改良による発振効率の向上により、装置のますます小型化が進んでいる。しかし、加工用途に応じて、レーザ発振器を変更したいというニーズがあることもあり、レーザ加工装置への搭載、組込みに際しては、依然としてレーザ発振器はレーザ発振器単体として別の筐体に格納され、レーザ加工装置の本体とは分離して設置されている。
【０００３】
例えば、図１２は、従来技術におけるレーザ加工装置６１の機能ブロック図を、図１３は、従来技術におけるレーザ加工装置６１の具体例を示す。
【０００４】
図１２を参照すると、レーザ加工装置６１は、数値制御部６２、電動機６３、電動機電流制御部６４、ＡＣ入力部１６１及び１６３、ＡＣ／ＤＣ変換部１６２及び１６４、及びレーザ発振器７１を備える。更に、レーザ発振器７１は、レーザ励起部６５、レーザ励起電流制御部６６、ＡＣ入力部１６５、及びＡＣ／ＤＣ変換部１６６を備える。
【０００５】
ＡＣ入力部１６１は、ＡＣ電源から交流電力を受電し、ＡＣ／ＤＣ変換部１６２に交流電力を供給する。また、ＡＣ入力部１６３は、ＡＣ電源から交流電力を受電し、ＡＣ／ＤＣ変換部１６４に交流電力を供給する。更に、ＡＣ入力部１６５は、ＡＣ電源から交流電力を受電し、ＡＣ／ＤＣ変換部１６６に交流電力を供給する。
【０００６】
ＡＣ／ＤＣ変換部１６２は、ＡＣ入力部１６１から供給された交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を数値制御部６２に供給する。また、ＡＣ／ＤＣ変換部１６４は、ＡＣ入力部１６３から供給された交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を電動機電流制御部６４に供給する。更に、ＡＣ／ＤＣ変換部１６６は、ＡＣ入力部１６５から供給された交流電力を直流電力に変換し、この直流電力をレーザ励起電流制御部６６に供給する。
【０００７】
数値制御部６２は、加工点を移動するための軸とレーザ出力とを制御する装置である。
電動機６３は、レーザ加工装置６１に備わるモータであり、例えば、レーザ加工装置６１のスキャナや加工テーブルを移動させるために駆動されるモータである。
電動機電流制御部６４は、ＡＣ／ＤＣ変換部１６４から電動機６３への駆動電流の供給を制御することにより、電動機６３を駆動する装置である。
レーザ励起部６５は、レーザ光を発生する装置である。
レーザ励起電流制御部６６は、ＡＣ／ＤＣ変換部１６６からレーザ励起部６５への駆動電流の供給を制御することにより、レーザ励起部６５を駆動する装置である。
数値制御部６２、電動機電流制御部６４、及びレーザ励起電流制御部６６は互いに通信可能に接続されており、これにより、上記のように、数値制御部６２は、軸の挙動とレーザ出力とを制御することが可能となる。
【０００８】
図１３を参照すると、レーザ加工装置６１は、電動機６３Ａ〜６３Ｃ、レーザ加工装置制御盤６７、レーザ発振器７１、空調機１０１、光ファイバ１０２、加工ヘッド１０３、及び加工テーブル１０４を備える。また、レーザ加工装置制御盤６７は、数値制御部６２、電動機電流制御部６４Ａ〜６４Ｃ、ＡＣ入力部１６３、及びＡＣ／ＤＣ変換部１６４を備える。更に、レーザ発振器７１は、レーザ励起部６５、レーザ励起電流制御部６６、ＡＣ入力部１６５、ＡＣ／ＤＣ変換部１６６を備える。なお、図１３においては、簡略化のため、レーザ加工装置制御盤６７が備えるＡＣ入力部１６３、及びＡＣ変換部１６４のみを図示し、ＡＣ入力部１６１、及びＡＣ／ＤＣ変換部１６２は省略する。
【０００９】
電動機６３Ａは、加工ヘッド１０３に備わる。数値制御部６２からの指令に基づいて、電動機電流制御部６４Ａが電動機６３Ａを駆動することにより、加工ヘッド１０３は移動する。また、電動機６３Ｂ及び６３Ｃは、加工テーブル１０４に備わる。数値制御部６２からの指令に基づいて、電動機電流制御部６４Ｂ及び６４Ｃの各々が電動機６３Ｂ及び６３Ｃの各々を駆動することにより、加工テーブル１０４は移動する。
また、電動機電流制御部６４Ａは電動機６３Ａに対応し、電動機６３Ａに供給される駆動電流を制御することにより、電動機６３Ａを駆動する。同様に、電動機電流制御部６４Ｂは電動機６３Ｂに対応し、電動機６３Ｂに供給される駆動電流を制御することにより、電動機６３Ｂを駆動する。同様に、電動機電流制御部６４Ｃは電動機６３Ｃに対応し、電動機６３Ｃに供給される駆動電流を制御することにより、電動機６３Ｃを駆動する。
【００１０】
レーザ励起部６５は、レーザ励起電流制御部６６によって駆動されることによりレーザ光を発生し、発生したレーザ光は、光ファイバ１０２を経由して、加工ヘッド１０３に到達する。また、レーザ発振器７１が存在する領域は、空調機１０１によって空調管理される。
【００１１】
図１３に記載されるように、レーザ発振器７１にはレーザ光を励起するための電力を発生するＡＣ／ＤＣ変換部１６６と、このＡＣ／ＤＣ変換部１６６にＡＣ電源を受電するＡＣ入力部１６５が搭載され、これらとは別体として、レーザ加工装置６１のレーザ加工装置制御盤６７には、電動機６３Ａ〜６３Ｃを駆動する電力を発生するためのＡＣ／ＤＣ変換部１６４と、このＡＣ／ＤＣ変換部１６４にＡＣ電源を受電する各ＡＣ入力部１６３が搭載されている。
すなわち、レーザ加工装置６１全体としては、同種の回路を分割して持つ冗長な構成となっている。このため、レーザ加工装置６１が備える入力ユニットであって、電源回生等の省エネ機能、停電対策のための自動バックアップ機能、自動再起動機能が組み込まれた、電動機のＡＣ／ＤＣ変換部１６４もしくは電動機電流制御部６４Ａ〜６４Ｃ、及び、２００Ｖから４００Ｖまでの電圧に対応した多入力電圧対応機能を有するＡＣ入力部１６３を含む入力ユニットを、レーザ発振器７１にも別箇に構成する必要があり、部品や配線の増加、制御方法の複雑化を招いていた。
【００１２】
更に、レーザ発振器７１とレーザ加工装置制御盤６７とが別体であることにより、その筐体のそれぞれに無駄なスペース、配線の往来が生じ、レーザ加工装置６１全体の小型化、設置面積の低減、生産性の向上の妨げとなっていた。また、制御信号、駆動電流の無駄な取り回しにより、制御系の遅れや誤動作、電力ロスが発生する弊害があった。
【００１３】
一方、固体レーザ発振器では、発光素子である半導体レーザの長寿命化と信頼性を確保するため半導体レーザを空冷ファンや冷却水及びペルチェ素子等で積極的に冷却しているが、半導体レーザは結露に極めて弱いため、周囲の湿度を空調機１０１で結露しないように管理している。上記のように、レーザ発振器７１が、レーザ加工装置制御盤６７とは別体の独立した構成であると、レーザ発振器７１の筐体内部の全体もしくは半導体レーザが含まれる区画全体を、クーラ、除湿機等で空調管理する必要がある。場合によっては、本来空調を必要としないレーザ発振器７１のＡＣ／ＤＣ変換部１６６、ＡＣ入力部１６５、及びレーザ励起電流制御部６６の区画まで空調することとなるため、必要以上に能力の高い空調機を搭載する必要があり、装置の小型化、コスト低減、ランニングコスト低減の妨げとなっていた。
【００１４】
以上のように、レーザ加工装置においてレーザ発振器を別ユニットとして組み込むことにはデメリットが多く、レーザ加工装置とレーザ発振器の合理的な融合が望まれている。
【００１５】
とりわけ、レーザ加工用のレーザ発振器として、これまで主流であった炭酸ガスレーザでは、レーザ発振効率が低く、レーザ加工に必要なレーザ出力を得る場合には大きな電力、電源が必要であった所、半導体レーザは炭酸ガスレーザに比べて何倍もレーザ発振効率が高く、小型な電源を用いることが可能であるため、尚更、レーザ加工装置とレーザ発振器の合理的な融合が望まれている。
【００１６】
この点、特許文献１は、レーザ加工装置内のレーザ発振器と電動機の電力を同一の電源で賄うことを開示している。また、特許文献２は、電動機とレーザ発振器の制御系、電力系の電源系が共通化されていることが推察される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００６−０９５５３８号公報
【特許文献２】特開平０８−０２５０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、特許文献１においては、制御ユニットからレーザ光源ユニットとスキャニングユニットの双方に給電されるものの、制御ユニットとレーザ光源ユニットとの間の接続、及び、制御ユニットとスキャニングユニットとの間の接続の詳細は特定されておらず、レーザ加工装置を構成する上での自由度の高さが保証されるものではなかった。延いては、レーザ加工装置全体の小型化や電力の伝送ロスの低減の実現も、保証されるものではなかった。
【００１９】
また、特許文献２においても、単に電源が共通化されることが示唆されるのみであり、特許文献１と同様に、励起用電源、ＣＰＵ、及び軸制御回路の間の接続の詳細は特定されておらず、レーザ加工装置を構成する上での自由度の高さが保証されるものではなかった。延いては、レーザ加工装置全体の小型化や電力の伝送ロスの低減の実現も、保証されるものではなかった。
【００２０】
そこで、本発明は、構成上の自由度の高さを保証しながら、小型化及び省スペース化を可能とするレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
（１）  本発明に係る第１のレーザ加工装置（例えば、後述のレーザ加工装置１）は、加工点を移動するための軸の運動とレーザ光の出力とを制御する数値制御部（例えば、後述の数値制御部１２）と、前記軸を運動させる電動機（例えば、後述の電動機１３）と、前記電動機の駆動電流を制御する電動機電流制御部（例えば、後述の電動機電流制御部１４）と、前記レーザ光を発生するレーザ励起部（例えば、後述のレーザ励起部１５）と、前記レーザ励起部の駆動電流を制御するレーザ励起電流制御部（例えば、後述のレーザ励起電流制御部１６）と、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、及び前記レーザ励起電流制御部に直流電力を供給する基本ユニット（例えば、後述の基本ユニット１１）とを備え、前記基本ユニットは、交流電力を受電するＡＣ入力部（例えば、後述のＡＣ入力部１１３）と、前記ＡＣ入力部から供給される交流電力を直流電力に変換して、前記直流電力を前記電動機電流制御部及び前記レーザ励起電流制御部に供給するＡＣ／ＤＣ変換部（例えば、後述のＡＣ／ＤＣ変換部１１４）と、前記基本ユニットと、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、及び前記レーザ励起電流制御部とを接続する複数の接続部（例えば、後述の接続部２１）とを備える。
【００２２】
（２）  本発明に係る第２のレーザ加工装置（例えば、後述のレーザ加工装置１Ａ）は、加工点を移動するための軸の運動とレーザ光の出力を制御する数値制御部（例えば、後述の数値制御部１２）と、前記軸を運動させる電動機（例えば、後述の電動機１３）と、前記電動機の駆動電流を制御する電動機電流制御部（例えば、後述の電動機電流制御部１４）と、前記レーザ光を発生するレーザ励起部（例えば、後述のレーザ励起部１５）と、前記レーザ励起部の駆動電流を制御するレーザ励起電流制御部（例えば、後述のレーザ励起電流制御部１６）と、受電した交流電力を直流電力に変換して、前記直流電力を前記電動機電流制御部及び前記レーザ励起電流制御部に供給するＡＣ／ＤＣ変換部（例えば、後述のＡＣ／ＤＣ変換部１１４）と、前記数値制御部に直流電力を供給し、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に交流電力を供給する基本ユニット（例えば、後述の基本ユニット１１Ａ）とを備え、前記基本ユニットは、交流電力を受電し、前記ＡＣ／ＤＣ変換部に前記交流電力を供給するＡＣ入力部（例えば、後述のＡＣ入力部１１３）と、前記基本ユニットと、前記数値制御部、前記電動機電流制御部、前記レーザ励起電流制御部、及び前記ＡＣ／ＤＣ変換部とを接続する複数の接続部（例えば、後述の接続部２１）とを備える。
【００２３】
（３）  （１）又は（２）に記載のレーザ加工装置において、前記複数の接続部（例えば、後述の接続部２１）のうちいずれの接続部も、前記数値制御部（例えば、後述の数値制御部１２）、前記電動機電流制御部（例えば、後述の電動機電流制御部１４）、前記レーザ励起電流制御部（例えば、後述のレーザ励起電流制御部１６）、及び前記ＡＣ／ＤＣ変換部（例えば、後述のＡＣ／ＤＣ変換部１１４）のうち、少なくとも１種類以上と接続可能であってよい。
【００２４】
（４）  （１）〜（３）に記載のレーザ加工装置において、前記基本ユニットは、前記数値制御部（例えば、後述の数値制御部１２）、前記電動機電流制御部（例えば、後述の電動機電流制御部１４）、及び前記レーザ励起電流制御部（例えば、後述のレーザ励起電流制御部１６）間の通信手段（例えば、後述の通信手段３１）、及び／又は、前記ＡＣ／ＤＣ変換部からの電力を前記電動機電流制御部と前記レーザ励起電流制御部とに伝送するための電力伝送手段（例えば、後述の電力伝送手段３２）を備えてもよい。
【００２５】
（５）  （４）に記載のレーザ加工装置において、前記接続部（例えば、後述の接続部２１）は、前記通信手段（例えば、後述の通信手段３１）、及び／又は、前記電力伝送手段（例えば、後述の電力伝送手段３２）と接続されてもよい。
【００２６】
（６）  （４）又は（５）に記載のレーザ加工装置において、前記電動機の逆起電力を前記第２のＡＣ入力部に回生する電源回生部（例えば、後述の電源回生部４１）、及びレーザ加工で発生する熱エネルギーを回収し電気エネルギーに変換する発電部（例えば、後述の発電部４２）のいずれか又は双方と、前記電源回生部及び／又は前記発電部から供給される電力を蓄電する蓄電部（例えば、後述の蓄電部４３）とを備え、前記電源回生部、前記発電部、及び前記蓄電部が、前記電力伝送手段に接続されてもよい。
【００２７】
（７）  （６）に記載のレーザ加工装置において、前記電源回生部（例えば、後述の電源回生部４１）、前記発電部（例えば、後述の発電部４２）、前記蓄電部（例えば、後述の蓄電部４３）のうち少なくとも１つが前記通信手段に接続されてもよい。
【００２８】
（８）  （６）又は（７）に記載のレーザ加工装置において、前記通信手段（例えば、後述の通信手段３１）と前記電力伝送手段（例えば、後述の電力伝送手段３２）とが、別のレーザ加工装置との接続部（例えば、後述の接続部２１）を備えてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、構成上の自由度の高さを保証しながら、レーザ加工装置の小型化及び省スペース化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の機能ブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置の機能ブロック図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係るレーザ加工装置の機能ブロック図である。
【図６】本発明の第６実施形態に係るレーザ加工装置の機能ブロック図である。
【図７】本発明の第７実施形態に係るレーザ加工装置の機能ブロック図である。
【図８】本発明の実施例としてのレーザ加工装置の構成図である。
【図９】本発明の実施例としての基本ユニットの斜視図である。
【図１０】本発明の実施例としての基本ユニットの斜視図である。
【図１１】本発明の実施例としての制御部の斜視図である。
【図１２】従来技術によるレーザ加工装置の機能ブロック図である。
【図１３】従来技術によるレーザ加工装置の実施態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
〔発明の概要〕
上記の繰り返しとなるが、従来技術において、レーザ加工装置は、加工点を移動するための軸とレーザ出力を制御する数値制御部、電動機とそれを駆動する電動機電流制御部、レーザ光を発生するレーザ励起部とそれを駆動するレーザ励起電流制御部、各制御部のＡＣ入力部及びＡＣ／ＤＣ変換部等から構成される。レーザ発振器は単独での稼働が可能なように独立した筐体に収められ、専用のＡＣ入力部、ＡＣ／ＤＣ変換部を持っている。レーザ加工装置の電動機にもレーザ発振器と同様にＡＣ入力部、ＡＣ／ＤＣ変換部が必要である。このため、レーザ発振器を搭載するレーザ加工装置としては、ＡＣ入力部、及びＡＣ／ＤＣ変換部を２か所に分割して持つことになり、スペース的にもコスト的にも冗長な設計となっていた。
【００３２】
そこでレーザ発振器のＡＣ入力部及びＡＣ／ＤＣ変換部を、電動機用のＡＣ入力部及びＡＣ／ＤＣ変換部と統合し、共通化することで、無駄なスペースや部品数の削減が可能となる。この際、電動機に必要なＤＣ電圧と、レーザ励起部に必要なＤＣ電圧とが異なる場合には、ＡＣ入力部のみを共通化してもよい。
【００３３】
上記共通化したＡＣ入力部、及びＡＣ／ＤＣ変換部をひとつのユニットに纏める。このユニットを、ここでは「基本ユニット」と呼称する。この基本ユニットは、１つの筐体に単体もしくは複数のモジュールが収められた形態でもよく、ひとつの回路基板にまとめられた形態でもよく、その双方でもよい。ＡＣ／ＤＣ変換部は、保守性や拡張性を考慮して、基本ユニットには含めず、別体としてもよい。数値制御部にＡＣ入力部やＡＣ／ＤＣ変換部が必要になる場合には、上記共通化された基本ユニット内のＡＣ入力部及びＡＣ／ＤＣ変換部のいずれか、もしくは双方を共通に使用できるようにしてもよい。数値制御部に必要な電力は電動機、レーザ発振器に比べ僅かであるので、基本ユニット内に、数値制御部専用の回路を設けても良いし、基本ユニットを経由せずに外部から導入しても構わない。
【００３４】
このようなレーザ加工装置とレーザ発振器のＡＣ／ＤＣ変換部及びＡＣ入力部の共通化により、レーザ加工装置に装備される省エネ機能、停電対策機能、多入力電圧対応機能等をレーザ発振器に共通に適用して、レーザ加工装置の小型化、高機能化を実現することが可能になる。
【００３５】
また、レーザ発振器から空調の必要のない電源部等の構成部品をレーザ加工装置側に移すことにより、レーザ発振器の空調範囲を最小限にして、省エネ、小型化を実現することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明において、レーザ加工装置とは、レーザ切断機だけではなく、溶接機、表面改質機、積層造形装置等、レーザ光を材料に照射し、レーザ光とレーザ出力を制御して材料を加工するもの全般を指しレーザ切断機に限定しない。
【００３７】
以下、本発明の各実施形態について図１〜７を参照しながら、詳述する。
〔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１の機能ブロック図を示す。レーザ加工装置１は、基本ユニット１１、数値制御部１２、電動機１３、電動機電流制御部１４、レーザ励起部１５、レーザ励起電流制御部１６、及び接続部２１Ａ〜２１Ｃ（以降では、場合により、これらを「接続部２１」と総称する）を備える。更に、基本ユニット１１は、ＡＣ入力部１１１、ＡＣ／ＤＣ変換部１１２、ＡＣ入力部１１３、及びＡＣ／ＤＣ変換部１１４を備える。
【００３８】
基本ユニット１１は、数値制御部１２、電動機電流制御部１４、及びレーザ励起電流制御部１６に直流電力を供給するユニットである。なお、基本ユニット１１は、このように電力供給部としての機能を有するが、これには限定されず、更なる機能を有してもよい。
ＡＣ入力部１１１は、ＡＣ電源から交流電力を受電し、ＡＣ／ＤＣ変換部１１２に交流電力を供給する。
ＡＣ／ＤＣ変換部１１２は、ＡＣ入力部１１１から供給された交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を、後述の接続部２１Ａを介して、数値制御部１２に供給する。
ＡＣ入力部１１３は、ＡＣ電源から交流電力を受電し、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４に交流電力を供給する。
ＡＣ／ＤＣ変換部１１４は、ＡＣ入力部１１３から供給された交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を、接続部２１Ｂを介して電動機電流制御部１４に、接続部２１Ｃを介してレーザ励起電流制御部１６に供給する。すなわち、ＡＣ入力部１１３は、電動機電流制御部１４とレーザ励起電流制御部１６とで共用するＡＣ入力部であり、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４は、電動機電流制御部１４とレーザ励起電流制御部１６とで共用するＡＣ／ＤＣ変換部である。
【００３９】
数値制御部１２は、加工点を移動するための軸とレーザ出力とを制御する装置である。
電動機１３は、レーザ加工装置１に備わるモータであり、例えば、レーザ加工装置１のスキャナや加工テーブルを移動させるために駆動されるモータである。
電動機電流制御部１４は、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４から電動機１３への駆動電流の供給を制御することにより、電動機１３を駆動する装置である。
レーザ励起部１５は、レーザ光を発生する装置である。
レーザ励起電流制御部１６は、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４からレーザ励起部１５への駆動電流の供給を制御することにより、レーザ励起部１５を駆動する装置である。
数値制御部１２、電動機電流制御部１４、及びレーザ励起電流制御部１６は互いに通信可能に接続されており、これにより、上記のように、数値制御部１２は、軸の挙動とレーザ出力とを制御することが可能となる。
【００４０】
接続部２１Ａは、ＡＣ／ＤＣ変換部１１２と数値制御部１２とを機械的及び電気的に接続する。また、接続部２１Ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４と電動機電流制御部１４とを機械的及び電気的に接続する。接続部２１Ｃは、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４とレーザ励起電流制御部１６とを機械的及び電気的に接続する。
接続部２１は、基本ユニットと各制御部とを機械的に接続し一体化するための構造と、電気的に接続するための構造の両方を備える。基本ユニットと各制御部間の機械的接続としては、ネジ止めを用いてもよく、それぞれの筐体の一部に嵌め合い構造を持たせ、篏合してもよい。電気的接続としては、各ネジ端子や挿抜容易なコネクタのいずれか、もしくは両方を併用してもよい。接続部２１は、数値制御部１２、電動機電流制御部１４、レーザ励起電流制御部１６向けにそれぞれ専用の接続構造をもってもよいが、接続部を上記３種のどの制御部とも共通に接続できるように設計することにより、基本ユニット１１への各制御部への接続の自由度が高まり、既存のレーザ加工装置に付加軸を追加する際の作業や、レーザ発振器を追加する際の作業が容易になる。
【００４１】
〔第１実施形態が奏する効果〕
電動機１３とレーザ発振器のＡＣ入力部、ＡＣ／ＤＣ変換部を共通化することにより、双方の装置内の無駄なスペースと接続ケーブルの本数を削減することができ、レーザ加工装置１全体の小型化、電力の伝送ロスの低減が可能となる。これら共通化されたＡＣ入力部、ＡＣ／ＤＣ変換部を１つの基本ユニット１１にまとめることにより、更なる小型化と接続ケーブルの削減が可能となる。
【００４２】
また、レーザ発振器のＡＣ入力部、ＡＣ／ＤＣ変換部を基本ユニット１１に組込み、レーザ励起電流制御部１６を基本ユニット１１に接続することにより、レーザ発振器のレーザ励起部１５のみを分離することができる。これにより、レーザ励起部１５のみに対して、必要最小限の空調機器を使用することができるので、空調にかかる電力や空調機器のコストを大きく削減できる。
【００４３】
また、複数設けた接続部２１を共通化することにより、いずれの接続部２１も、数値制御部１２、電動機電流制御部１４、及びレーザ励起電流制御部１６との接続を可能とする。このような構成により、既存のレーザ加工装置に、電動機や必要に応じてレーザ励起部１５を追加し、制御軸数を増やして多系統のレーザ加工装置に機能アップすることが容易に可能となる。更には、レーザ加工装置のラインナップを拡充する際の製品企画、設計が簡単にできる。
【００４４】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置１Ａの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置１Ａが備える構成要素のうち、レーザ加工装置１が備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置１Ａが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置１と異なる点について詳述する。
【００４５】
レーザ加工装置１Ａにおいて、基本ユニット１１ＡはＡＣ／ＤＣ変換部１１４を備えず、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４は、基本ユニット１１Ａの外部に存在する。また、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４は、接続部２１Ｄを介して、基本ユニット１１Ａが備えるＡＣ入力部１１３と機械的及び電気的に接続する。
【００４６】
また、レーザ加工装置１Ａにおいて、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４から電動機電流制御部１４及びレーザ励起電流制御部１６への電力の供給は、基本ユニット１１Ａの外部において実行される。すなわち、接続部２１Ｂは、基本ユニット１１Ａと電動機電流制御部１４とを機械的にのみ接続し、接続部２１Ｃは、基本ユニット１１Ａとレーザ励起電流制御部１６とを機械的にのみ接続する。
一部上記の繰り返しとなるが、接続部２１は、数値制御部１２、電動機電流制御部１４、レーザ励起電流制御部１６、及びＡＣ／ＤＣ変換部１１４向けにそれぞれ専用の接続構造をもってもよいが、接続部を上記３種のどの制御部とも、及び、ＡＣ／ＤＣ変換部とも共通に接続できるように設計することにより、基本ユニットへの各制御部やＡＣ／ＤＣ変換部への接続の自由度が高まり、既存のレーザ加工装置に付加軸を追加する際の作業や、レーザ発振器を追加する際の作業が容易になる。
【００４７】
〔第２実施形態が奏する効果〕
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が奏される。更に、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４が基本ユニット１１Ａの外部に存在することにより、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４が故障した際、簡便にＡＣ／ＤＣ変換部１１４を交換することが可能となる。
【００４８】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置１Ｂの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置１Ｂが備える構成要素のうち、レーザ加工装置１が備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置１Ｂが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置１と異なる点について詳述する。
【００４９】
レーザ加工装置１Ｂの基本ユニット１１Ｂは、レーザ加工装置１の基本ユニット１１が備える構成要素に加えて、通信手段３１と、電力伝送手段３２とを有する。
【００５０】
通信手段３１は、数値制御部１２にて加工プログラムから生成された軸移動指令とレーザ出力指令とを、電動機電流制御部１４及びレーザ励起電流制御部１６へ伝達する。これにより、ワークに対してレーザ光を照射し、所望のレーザ加工を行うことが可能となる。なお、信号の伝達はパラレル方式でもシリアル方式でも構わない。
【００５１】
電力伝送手段３２は、基本ユニット１１Ｂが備えるＡＣ／ＤＣ変換部１１４から、基本ユニット１１Ｂに接続部２１を介して接続する電動機電流制御部１４及びレーザ励起電流制御部１６に対して、電力を伝送する。これにより直流電流の伝送距離を最短にすることが可能であり、ロスの少ない電力伝送を可能とする。
【００５２】
通信手段３１及び電力伝送手段３２は、回路基板上のパターン、銅バー等であってもよく、信号を処理するための通信制御素子、記憶素子、その他の制御素子、及びノイズ低減のためのフィルタやシールド等のＥＭＣ対策部品を含んでもよい。これらの通信手段３１及び電力伝送手段３２と、上記の接続部２１とを電気的に接続することにより、各制御部との接続を簡単に素早く行うことができる。具体的には、接続部２１に、信号用及び電力用のコネクタを配置し、各制御部へ挿抜できるようにする。機械的強度の確保の為、ネジ止めや篏合等を併用すれば信頼性の高い制御部が構成できる。
【００５３】
〔第３実施形態が奏する効果〕
基本ユニット１１Ｂに、数値制御部１２、電動機電流制御部１４、及びレーザ励起電流制御部１６への制御信号を中継する通信手段３１、及び、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４から電動機電流制御部１４、及びレーザ励起電流制御部１６に対して電力を伝送する電力伝送手段３２を設けることにより、必要な配線の多くを基本ユニット１１Ｂ内に収容することが可能となり、配線部品や組立の手間を大きく省くことができる。
更に、通信手段３１により、各制御部が最短距離で接続するように構成することができ、レーザ加工装置１Ｂの制御系の速度、安定性、及びノイズ耐性が向上し、レーザ加工装置１Ｂの信頼性、稼働率向上に寄与することができる。
また、電力伝送手段３２によりＡＣ／ＤＣ変換部１１４と、電動機電流制御部１４及びレーザ励起電流制御部１６との間の伝送距離を最短で接続する事ができるので、レーザ加工装置１Ｂの電力ロスを低減し、省エネ、ランニングコスト低減に寄与することが可能となる。
更に、基本ユニット１１Ｂの通信手段３１及び電力伝送手段３２と、各制御部との信号及び電力のやりとりを、接続部２１を通して行うことにより、各制御部間の接続ケーブルの配線の手間が省け、低コストでレーザ加工装置を構成することができる。
【００５４】
〔第４実施形態〕
図４は、本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置１Ｃの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置１Ｃが備える構成要素のうち、レーザ加工装置１Ａが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置１Ｃが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置１Ａと異なる点について詳述する。
【００５５】
レーザ加工装置１Ｃの基本ユニット１１Ｃは、レーザ加工装置１Ａの基本ユニット１１が備える構成要素に加えて、通信手段３１と、電力伝送手段３２とを有する。通信手段３１の機能は、第３実施形態に係るレーザ加工装置１Ｂが備える通信手段３１の機能と同一であるため、その説明を省略する。
【００５６】
電力伝送手段３２は、基本ユニット１１Ｃに接続部２１Ｄを介して接続するＡＣ／ＤＣ変換部１１４から、基本ユニット１１Ｃに接続部２１Ｂ及び２１Ｃを介して接続する電動機電流制御部１４及びレーザ励起電流制御部１６に対して、電力を伝送する。これにより直流電流の伝送距離を最短にすることが可能であり、ロスの少ない電力伝送を可能とする。
【００５７】
〔第４実施形態が奏する効果〕
第４実施形態においても、第３実施形態と同様の効果が奏される。とりわけ、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４が基本ユニット１１Ｃの外部に存在し、接続部２１Ｄを介して基本ユニット１１Ｃに接続することにより、配線部品や組立の手間を大きく省くことができる。
【００５８】
〔第５実施形態〕
図５は、本発明の第５実施形態に係るレーザ加工装置１Ｄの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置１Ｄが備える構成要素のうち、レーザ加工装置１Ｂが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置１Ｄが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置１Ｂと異なる点について詳述する。
【００５９】
レーザ加工装置１Ｂにおいては、レーザ励起部１５のみが空調領域内に存在していた。一方、レーザ加工装置１Ｄにおいては、レーザ励起電流制御部１６の全部又は一部がレーザ励起部１５に組み込まれることにより、レーザ励起部１５に加えて、レーザ励起電流制御部１６も、空調領域内に存在する。
【００６０】
第１〜第４実施形態においては、レーザ発振器のＡＣ入力部１１３及びＡＣ／ＤＣ変換部１１４を、レーザ発振器の筐体から基本ユニット１１〜１１Ｃ内に移し、レーザ励起電流制御部１６を基本ユニット１１〜１１Ｃに接続していた。これにより、レーザ発振器としてはレーザ励起部１５のみが筐体内に残り、大幅に筐体体積を小さくすることができる。このため、レーザ励起部１５に必要な空調機も、能力の小さいものに変更でき、装置の小型化、省エネ化が可能となる。
【００６１】
ここで、レーザ励起電流制御部１６は、直流電流を高速なスイッチング素子でパルス変調することにより、レーザ励起電流を制御している。使用する電流によっては、それらの素子は十分冷却する必要があるので、本実施形態のように、レーザ励起電流制御部１６の全部もしくは一部を、レーザ励起部１５へ組み込んでもよい。
【００６２】
〔第５実施形態が奏する効果〕
レーザ励起部１５は、キロワットクラスのレーザ発振器では、レーザ媒質を冷却するための水冷部やペルチェ素子を備えているので、レーザ励起電流制御部１６のスイッチング素子の冷却を効率的に行うには好適であり、レーザ加工装置１Ｄとしては、水冷部分を１か所に集約でき、信頼性向上やコストメリットの点で好適である。
また、レーザ励起電流制御部１６とレーザ励起部１５とを同一領域に設置することにより、配管が簡便となる。更にレーザ励起部１５とレーザ励起電流制御部１６を最短距離で接続することにより、パルス指令に対するレーザ光出力の応答性をより高速にすることが出来、レーザ加工品質の向上が可能となる。
【００６３】
〔第６実施形態〕
図６は、本発明の第６実施形態に係るレーザ加工装置１Ｅの機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工装置１Ｅが備える構成要素のうち、レーザ加工装置１Ｂが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。また、以降では、主として、レーザ加工装置１Ｅが有する技術的特徴のうち、レーザ加工装置１Ｂと異なる点について詳述する。
【００６４】
レーザ加工装置１Ｅは、レーザ加工装置１Ｂが備える構成要素に加えて、電源回生部４１、発電部４２、及び蓄電部４３を備える。これらは、通信手段３１及び電力伝送手段３２に接続される。
【００６５】
電源回生部４１は、電動機１３の逆起電力、より具体的には、電動機１３の減速時の回生電流を、ＡＣ入力部１１３に回生する。電源回生部４１は、この回生電流を、蓄電部４３に蓄電してもよい。
【００６６】
発電部４２は、レーザ加工で発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、蓄電部４３に蓄電する。より具体的には、発電部４２は、レーザ発振器の発振時に排出される余剰熱や、加工時にワークから発生する熱エネルギーを回収し、蓄電部４３に蓄電する。
【００６７】
蓄電部４３は、電源回生部４１及び／又は発電部４２から供給される電力を蓄電する。
【００６８】
工作機械の省エネ化の技術のひとつとして、電動機の減速時の回生電流をＡＣ電源に回生、もしくは蓄電部に蓄え再利用する技術が開発されている一方、レーザ加工装置においては高効率の固体レーザの開発が進んでいるものの、エネルギーを再利用する取り組みはあまり進んでいない。
【００６９】
上記のように、本実施形態においては、レーザ発振器におけるエネルギーの回収方法として、レーザ発振時に発生する熱量、及び加工時にワークから発生する熱量を利用して発電する。
【００７０】
具体的には、レーザ発振器は発振効率が数十パーセントなので、投入した電力の半分以上が排熱となって主に冷却水に回収される。また、レーザ光を照射されたワークは、加熱され、温度が上昇する。これらの熱エネルギーを回収し、発電部４２により、電気エネルギーに変換し、蓄電部４３へ蓄える。
【００７１】
また、電源回生部４１、発電部４２、蓄電部４３を基本ユニット１１Ｅの通信手段３１及び電力伝送手段３２に接続し、数値制御部１２がレーザ加工装置１Ｅのエネルギーの使用状況を判断して、使用電力が小さくなるように、電源回生部４１、発電部４２、蓄電部４３の動作を制御することにより、最もエネルギー消費の少ないレーザ加工装置１Ｅの運転を実現する。なお、蓄電部４３はコンデンサ等の容量性のもの、充電池、運動エネルギーへの変換装置でもよい。
【００７２】
また、レーザ加工装置１Ｅの稼働率向上のため、停電発生時の処置が必要になる場合がある。従来、レーザ加工中に停電が起こると、即座にレーザ発振が停止し、レーザ加工装置においては、惰性でしばらく軸が移動し、やがて停止する。これにより、停電直前の加工条件や位置情報が失われるため、復電した後の再起動、加工再開に時間を取られたり、正確な加工再開が困難であったりした。また加工軸の落下により、ワークや加工ヘッドが損傷する場合もある。
【００７３】
本実施形態のレーザ加工装置１Ｅでは、数値制御部１２が停電を感知すると、蓄電部４３に蓄えられた電力を利用し、電動機１３を安全に停止し、停電直前のレーザ加工装置１Ｅの情報を数値制御部１２内の不揮発性の記憶部へ格納することができ、復電したときの復旧動作を迅速かつ正確に行うことができる。
【００７４】
〔第６実施形態が奏する効果〕
電動機の回生電力やレーザ加工時に発生する排熱エネルギーをレーザ加工装置全体で共有することができ、エネルギー効率に優れたレーザ加工装置を提供することができる。
また、数値制御部１２が、電動機１３やレーザ励起部１５の運転状況と各部の電力を監視することにより、エネルギーの再利用をレーザ加工装置１Ｅ全体で制御し最適化することができ、最適な省エネ運転を実現することができる。
【００７５】
〔第７実施形態〕
図７は、本発明の第７実施形態に係るレーザ加工システム１０の機能ブロック図を示す。なお、以降では、レーザ加工システム１０内のレーザ加工装置１Ｆ及び１Ｇ（以降では、場合により、これらを「レーザ加工装置１」と総称する）が備える構成要素のうち、レーザ加工装置１〜１Ｅが備える構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その説明を省略する。
【００７６】
レーザ加工システム１０は、レーザ加工装置１Ｆ及び１Ｇと、中央制御装置２とを備え、場合により、レーザ加工装置１Ｆ及び１Ｇとは別体となった数値制御部１２Ｆ及び１２Ｇ（以降では、場合により、これらを「数値制御部１２」と総称する）を、更に備える。更に、レーザ加工システム１０は、これらに加え、装置間接続手段３５を備える。なお、図７の例では、レーザ加工装置１として、レーザ加工装置１Ｆ及び１Ｇの２台のみ記載されているが、これには限定されず、レーザ加工システム１０は、任意台数のレーザ加工装置１を備えることが可能である。
【００７７】
また、レーザ加工装置１Ｆは、第３〜第６実施形態に係るレーザ加工装置１Ｂ〜１Ｅと同様に、通信手段３１（３１Ｆ）と、電力伝送手段３２（３２Ｆ）とを有する。通信手段３１Ｆは、接続部２２Ａ及び２２Ｃを備え、電力伝送手段３２Ｆは、接続部２２Ｂ及び２２Ｄを備える。
【００７８】
同様に、レーザ加工装置１Ｇは、通信手段３１（３１Ｇ）と、電力伝送手段３２（３２Ｇ）とを有する。通信手段３１Ｇは、接続部２２Ｅ及び２２Ｇを備え、電力伝送手段３２Ｇは、接続部２２Ｆ及び２２Ｈを備える。
【００７９】
なお、レーザ加工装置１Ｆ及び１Ｇは、上記の第３〜第６実施形態に係るレーザ加工装置１Ｂ〜１Ｅと同一であってもよく、例えば公知のレーザ加工装置に通信手段３１及び電力伝送手段３２が付加されたレーザ加工装置であってもよい。また、レーザ加工装置１Ｆ及び１Ｇは、レーザ加工装置１Ｂ〜１Ｅと同様に、数値制御部１２を自身の構成要素として備えてもよいが、自身の構成要素としては備えず、数値制御部１２は、レーザ加工装置１Ｆ及び１Ｇとは別体として存在してもよい。すなわち、図７に記載されるように、通信手段３１Ｆが、レーザ加工装置１Ｆとは別体の数値制御部１２Ｆに接続し、通信手段３１Ｇが、レーザ加工装置１Ｇとは別体の数値制御部１２Ｇに接続してもよい。
【００８０】
中央制御装置２は、レーザ加工システム１０全体を制御する装置であり、図７に記載の例においては、レーザ加工装置１Ｆ及び１Ｇ、及び数値制御部１２Ｆ及び１２Ｇを制御する。
【００８１】
また、装置間接続手段３５Ａは中央制御装置２に、装置間接続手段３５Ｂは接続部２２Ａに接続しており、装置間接続手段３５Ａと装置間接続手段３５Ｂとは、１つの組として、互いに連結されている。同様に、装置間接続手段３５Ｃは接続部２２Ｃに、装置間接続手段３５Ｅは接続部２２Ｅに接続しており、装置間接続手段３５Ｃと装置間接続手段３５Ｅとは、１つの組として、互いに連結されている。同様に、装置間接続手段３５Ｄは接続部２２Ｄに、装置間接続手段３５Ｆは接続部２２Ｆに接続しており、装置間接続手段３５Ｄと装置間接続手段３５Ｆとは、１つの組として、互いに連結されている。
【００８２】
装置間接続手段３５Ａ及び３５Ｂ、接続部２２Ａ、通信手段３１Ｆ、接続部２２Ｃ、装置間接続手段３５Ｃ及び３５Ｅ、接続部２２Ｅ、通信手段３１Ｇ、接続部２２Ｇにより、稼働状況の情報は、中央制御装置２、レーザ加工装置１Ｆ、及びレーザ加工装置１Ｇの間で共有される。同様に、接続部２２Ｂ、電力伝送手段３２Ｆ、接続部２２Ｄ、装置間接続手段３５Ｄ及び３５Ｆ、接続部２２Ｆ、電力伝送手段３２Ｇ、接続部２２Ｈにより、再利用可能な電力は、レーザ加工装置１Ｆ、及びレーザ加工装置１Ｇの間で共有される。
【００８３】
レーザ加工装置を１つの工場で複数台使用する場合を考えると、１台１台のレーザ加工装置が各々に最適な電力再利用をしていても、工場全体としては最適な効率でない場合が想定される。この解決策として、上記のように、複数のレーザ加工装置間に通信手段、電力伝送手段を接続し、稼働状況の情報と再利用可能な電力を共有する。工場全体を制御する為、複数のレーザ加工装置を統合制御する中央制御装置２を設けて、通信手段３１Ｆ及び３１Ｇに接続してもよいし、レーザ加工装置の数値制御部１２の１台にホスト機能を持たせてもよい。
【００８４】
〔第７実施形態が奏する効果〕
複数のレーザ加工装置が互いに接続することにより、複数のレーザ加工装置間でエネルギーを共有し、分配することが可能となり、工場全体の省エネルギーが実現できる。
【００８５】
〔実施例〕
図８は、本発明の実施例としてのレーザ切断機１Ｈの構成を示す。なお、レーザ切断機１Ｈは、上記の第６実施形態に係るレーザ加工装置１Ｅを基礎としているため、同一の構成要素については、同一の符号を用いて示し、その詳細な説明を省略する。
【００８６】
レーザ切断機１Ｈは、電動機１３Ａ〜１３Ｃ（以降では、場合により、これらを「電動機１３」と総称する）、レーザ励起部１５、レーザ加工装置制御盤１７、他レーザ加工装置への接続部２２Ｉ及び２２Ｊ、通信手段３１、電力伝送手段３２、発電部４２、蓄電部４３、空調機５１、光ファイバ５２、加工ヘッド５３、及び加工テーブル５４を備える。また、レーザ加工装置制御盤１７は、基本ユニット１１Ｅ及び電源回生部４１を備え、基本ユニット１１Ｅは、数値制御部１２、電動機電流制御部１４Ａ〜１４Ｃ（以降では、場合により、これらを「電動機電流制御部１４」と総称する）、レーザ励起電流制御部１６を備える。なお、図８においては図示していないが、基本ユニット１１Ｅは、更に、ＡＣ入力部１１１及び１１３、及び、ＡＣ／ＤＣ変換部１１２及び１１４を備える。
【００８７】
電動機１３Ａは、加工ヘッド５３に備わる。数値制御部１２からの指令に基づいて、電動機電流制御部１４Ａが電動機１３Ａを駆動することにより、加工ヘッド５３は移動する。また、電動機１３Ｂ及び１３Ｃは、加工テーブル５４に備わる。数値制御部１２からの指令に基づいて、電動機電流制御部１４Ｂ及び１４Ｃの各々が電動機１３Ｂ及び１３Ｃを駆動することにより、加工テーブル５４は移動する。
また、電動機電流制御部１４Ａは電動機１３Ａに対応し、電動機１３Ａに供給される駆動電流を制御することにより、電動機１３Ａを駆動する。同様に、電動機電流制御部１４Ｂは電動機１３Ｂに対応し、電動機１３Ｂに供給される駆動電流を制御することにより、電動機１３Ｂを駆動する。同様に、電動機電流制御部１４Ｃは電動機１３Ｃに対応し、電動機１３Ｃに供給される駆動電流を制御することにより、電動機１３Ｃを駆動する。
【００８８】
通信手段３１及び電力伝送手段３２は、基本ユニット１１Ｅ、電源回生部４１、発電部４２、蓄電部４３、他レーザ加工装置への接続部２２Ｉ及び２２Ｊを連絡する。これにより、稼働状況の情報、及び再利用可能な電力は、他のレーザ加工装置との間で共有される。
【００８９】
レーザ励起部１５は、レーザ励起電流制御部１６によって駆動されることによりレーザ光を発生し、発生したレーザ光は、光ファイバ５２を経由して、加工ヘッド５３に到達する。また、レーザ励起部１５が存在する領域は、空調機５１によって空調管理される。
【００９０】
本実施例ではレーザ発振器、及び電動機制御装置の構成要素であるＡＣ入力部１１１及び１１３、ＡＣ／ＤＣ変換部１１２及び１１４、通信手段３１、電力伝送手段３２を一体化した基本ユニットを中心に、レーザ加工装置制御盤１７を構成する。このような構成にすることにより、レーザ加工装置制御盤１７内の配線が大幅に削減でき、無駄なスペースも省け、レーザ発振器の筐体を最小にすることが可能となっている。レーザ発振器はＡＣ入力部１１３、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４を電動機電流制御部１４と共有とし、レーザ励起電流制御部１６を基本ユニット１１Ｅに実装することにより、その筐体はレーザ励起部１５のみを内蔵するだけの小型なものにすることができる。
【００９１】
これにより、結露対策として空調管理するのはレーザ励起部１５だけでよいこととなり、空調機５１の小型化とランニングコストの低減が実現できる。更に副次的な効果として、レーザ発振器の筐体が最小になるので、レーザ切断機１Ｈの構成において、レーザ励起部の配置の自由度が向上し、レーザ励起部１５を加工ヘッド５３により近いところに配置することができ、伝送用の光ファイバ５２を短くできるメリットもあり好都合である。
【００９２】
上記のように、レーザ切断機１Ｈにおける省エネルギー機能としての電動機１３の電源回生部４１、発電部４２、停電時の対応に用いられる蓄電部４３が実装される。
【００９３】
電源回生部４１には、電動機１３の減速時に発生する起電力をＡＣ電源へ戻すことによる省エネ効果が期待できる。
【００９４】
また、停電時の軸退避や状態のバックアップ用の電力として、予めＡＣ入力部１１１及び１１３から蓄電部４３へ電力を蓄えておくこともできる。蓄電部４３は、充電可能な二次電池でも、コンデンサを多数個使用したコンデンサバンクのようなものでも、回転電動機と慣性体を組み合わせた運動量保存装置でもよい。
【００９５】
発電部４２はレーザ発振器の発振時に排出される余剰熱、レーザ加工で発生する熱を用いて発電する。具体的にはゼーベック素子等の温度差を利用した発電方法が考えられる。発電部４２で発生した電力も、ＡＣ電源に回生されるか、蓄電部４３へ蓄えられるように構成するとよい。
【００９６】
電力伝送手段３２により、レーザ発振器と電動機１３のＡＣ／ＤＣ変換部１１４を一体化することにより、レーザ切断機１Ｈ全体のエネルギマネジメントを一本化することができ、エネルギー率の良いレーザ加工装置を実現することが出来る。これら省エネ機能に関する制御は通信手段３１を通じて数値制御部１２が司る。
【００９７】
このようなレーザ切断機１Ｈ等のレーザ加工装置を、同じ工場で複数台使用する場合には、１台毎のエネルギー収支だけでなく、工場全体での管理が重要である。解決策として、各レーザ加工装置間で、余剰エネルギーとその状態情報を共有することが考えられる。本実施例では、各レーザ加工装置が電力伝送手段と通信手段を持つことを前提とし、他のレーザ加工装置と接続する接続部２２Ｉ及び２２Ｊを設けて、複数のレーザ発振器を数珠つなぎにする。これにより、余剰エネルギーを有効に共有し、分配することが可能となり、工場全体での省エネ稼働が実現できる。このエネルギーの管理には、１台のレーザ加工装置の数値制御部がホストコントローラとなり全体を制御してもよく、通信手段に対して、全体を統合制御するような新たに独立した制御装置を接続して、制御してもよい。
【００９８】
図９は、本実施例における基本ユニット１１Ｅの斜視図を示す。基本ユニット１１Ｅは、１つの筺体内に、ＡＣ入力部１１３、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４、機械接続部２３Ａ〜２３Ｌ（これらを、以降では「機械接続部２３」と総称することもある）、電気接続部２４Ａ〜２４Ｌ（これらを、以降では「電気接続部２４」と総称することもある）、通信手段３１、及び電力伝送手段３２を備える（基本ユニット１１Ｅは、更に、ＡＣ入力部１１１及びＡＣ／ＤＣ変換部１１２を備えてもよい）。また、電気接続部２４Ａ〜２４Ｆは通信手段３１上に備わり、電気接続部２４Ｇ〜２４Ｌは電力伝送手段３２上に備わる。
【００９９】
これらの機械接続部２３Ａ〜２３Ｌ及び電気接続部２４Ａ〜２４Ｌにより、各制御部は、基本ユニット１１Ｅに直接実装できる。
機械接続部２３による各制御部と基本ユニット１１Ｅとの機械的な接合は、各制御部の質量に応じて、ネジ止めや凸部凹部の嵌めこみ機構を適宜用いるとよい。
また、各制御部はコネクタ等の電気接続部２４を通して、基本ユニット１１Ｅの通信手段３１及び電力伝送手段３２と電気的に接続される。この電気接続部２４は、各制御部のいずれでも接続できるように構成すれば、各制御部の実装に自由度が増し、例えば装置稼働後に１軸追加したい場合等、拡張性が確保できる。このような場合には、各制御部が、それぞれの認識符号や個体別のパラメータを持ち、各制御部と数値制御部１２との通信で数値制御部１２がこれらを認識することで、数値制御部１２が装置構成を確認し、信号分配を間違いなく自動的に行うことができる。これにより、設定ミス等のヒューマンエラーを防止できる。
【０１００】
扱う電流が制御部間で大きく異なる場合には、電気接続部２４を完全に共通化するよりも、接続先を限定した接続部をいくつか持つように構成した方がよい場合もある。
【０１０１】
あるいは、基本ユニット１１Ｅにおいて、ＡＣ入力部１１３、ＡＣ／ＤＣ変換部１１４は、基本ユニット１１Ｅに組み込まれてもよく、保守性を考慮して、簡単に基本ユニット１１Ｅから分離できるように構成してもよい。また、各制御部が搭載した状態でも取り外せるように、背面からアクセスできるようにしてもよいし、図１０に示すように、機械接続部２３及び電気接続部２４に対して、直角に配置して、交換を容易とすることも可能である。
【０１０２】
図１１は、各制御部の斜視図を示す。各制御部は、機械接続部２５Ａ及び２５Ｂ（以降では、場合により、これらを「機械接続部２５」と総称する）と、電気接続部２６Ａ及び２６Ｂ（以降では、場合により、これらを「電気接続部２６」と総称する）とを備える。
機械接続部２５Ａと基本ユニット１１Ｅの機械接続部２３Ａ〜２３Ｆのいずれかが係合し、機械接続部２５Ｂと基本ユニット１１Ｅの機械接続部２３Ｇ〜２３Ｌのいずれかが係合することにより、各制御部と基本ユニット１１Ｅとは機械的に接続される。
また、電気接続部２６Ａと基本ユニット１１Ｅの電気接続部２４Ａ〜２４Ｆのいずれかが係合し、電気接続部２６Ｂと基本ユニット１１Ｅの電気接続部２４Ｇ〜２４Ｌのいずれかが係合することにより、各制御部と基本ユニット１１Ｅとは電気的に接続される。なお、電気接続部２６Ａは制御信号の送受信のために用いられ、電気接続部２６Ｂは電力の供給のために用いられる。また、各機械接続部２５及び各電気接続部２６の配置を、各制御部間で共通化しておいてもよい。
【０１０３】
〔変形例〕
上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態に本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を施した形態での実施が可能である。
【０１０４】
例えば、上記の第１〜第７実施形態を組み合わせることにより、新たな実施形態を実現してもよい。
より具体的には、第１〜４及び第６〜７実施形態において、第５実施形態と同様に、レーザ励起部１５のみならず、レーザ励起電流制御部１６も空調領域内に設置してもよい。
また、第１〜第５及び第７実施形態において、第６実施形態と同様に、レーザ加工装置が、電源回生部４１、発電部４２、蓄電部４３のうち１つ以上を、更に備える構成とすることも可能である。
また、第１〜第６実施形態において、第７実施形態と同様に、数値制御部１２を、レーザ加工装置とは別体の装置としてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１  １Ａ〜１Ｇ：レーザ加工装置    １Ｈ：レーザ切断機
２：中央制御装置    １０：レーザ加工システム
１１  １１Ａ〜１１Ｅ：基本ユニット
１２  １２Ｆ  １２Ｇ：数値制御部
１３  １３Ａ〜１３Ｃ：電動機
１４  １４Ａ〜１４Ｃ：電動機電流制御部
１５：レーザ励起部    １６：レーザ励起電流制御部
１７：レーザ加工装置制御盤
２１  ２１Ａ〜２１Ｄ  ２２Ａ〜２２Ｊ：接続部
２３  ２３Ａ〜２３Ｌ：機械接続部
２４  ２４Ａ〜２４Ｌ：電気接続部
２５  ２５Ａ  ２５Ｂ：機械接続部
２６  ２６Ａ  ２６Ｂ：電気接続部
３１  ３１Ｆ  ３１Ｇ：通信手段
３２  ３２Ｆ  ３２Ｇ：電力伝送手段
３５  ３５Ａ〜３５Ｆ：装置間接続手段
４１：電源回生部    ４２：発電部    ４３：蓄電部    ５１：空調機
５２：光ファイバ    ５３：加工ヘッド    ５４：加工テーブル
６１：レーザ加工装置    ６２：数値制御部
６３  ６３Ａ〜６３Ｃ：電動機
６４  ６４Ａ〜６４Ｃ：電動機電流制御部
６５：レーザ励起部    ６６：レーザ励起電流制御部
６７：レーザ加工装置制御盤    ７１：レーザ発振器
１０１：空調機    １０２：光ファイバ    １０３：加工ヘッド
１０４：加工テーブル
１１１  １１３  １６１  １６３  １６５：ＡＣ入力部
１１２  １１４  １６２  １６４  １６６：ＡＣ／ＤＣ変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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