(57)【要約】【課題】通信時間を短縮したレーザ加工装置を提供する。【解決手段】電源装置１２０は、レーザ光源１１０に電力を供給する。加工機１３０は、加工対象物ＯＢＪの目標位置ＴＰにレーザ光源１１０からの光エネルギを照射する。電源装置１２０は、変更可能な複数の制御パラメータＰＲＭを有するとともに、複数の制御パラメータＰＲＭの値のセットを識別番号ＩＤと対応付けて保持している。電源装置１２０は、加工機１３０から識別番号ＩＤを受信すると、識別番号ＩＤに応じた値のセットにもとづいて動作する。【選択図】図１
2019171459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源に電力を供給する電源装置と、
加工対象物の目標位置に前記レーザ光源からの光エネルギを照射する加工機と、
を備え、
前記電源装置は、変更可能な複数の制御パラメータを有するとともに、前記複数の制御パラメータの値のセットを識別番号と対応付けて保持しており、
前記電源装置は、前記加工機から前記識別番号を受信すると、前記識別番号に応じた値のセットにもとづいて動作することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記電源装置は、それぞれが少なくともひとつの前記制御パラメータを有する複数の制御部を含み、
前記加工機は、前記複数の制御部のうちのひとつに前記識別番号を送信し、
前記識別番号は、前記複数の制御部を順に伝送されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記複数の制御部のうち、最後のひとつが前記識別番号を受信すると、前記識別番号を前記加工機に送信することを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記加工機は、前記目標位置の移動中に、前記識別番号を送信することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記電源装置は、
平滑コンデンサの電圧を所定の範囲に保つ充電電源と、
前記平滑コンデンサに生ずる電圧を受け、高周波信号に変換して前記レーザ光源に供給する高周波電源と、
前記電源装置を統括的に制御する全体制御部と、
を含み、
前記複数の制御パラメータの少なくともひとつは前記充電電源により参照され、それらの別の少なくともひとつは前記高周波電源により参照され、それらのさらに別の少なくともひとつは前記充電電源により参照されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記複数の制御パラメータは、前記平滑コンデンサの電圧の目標値を含むことを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記複数の制御パラメータは、前記高周波電源の励振時間幅の補正量を含むことを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記複数の制御パラメータは、前記充電電源のフィードバック制御器のパラメータを含むことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記複数の制御パラメータの値のセットは、前記レーザ加工装置の動作開始前に、前記加工機から前記電源装置に送信されることを特徴とする請求項１から８のいずれか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】
産業用の加工ツールとして、レーザ加工装置が広く普及している。レーザ加工装置は、レーザ光源と、レーザ光源に電力を供給する電源装置と、レーザ光源の出射光を加工対象に照射する加工機と、を備える。加工条件に応じて、光出力や高周波電源のパラメータを変更することが行われる（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４７４４７号公報
【特許文献２】特開２０１３−８９７８８号公報
【特許文献３】特開２０１７−１３１９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電源装置の制御パラメータは多岐にわたっており、より精密な加工のためには、変更する制御パラメータの個数を増やすことが有効である。一方で、加工機は、加工条件の変更毎に、複数の制御パラメータを電源装置に送信する必要があるところ、制御パラメータの個数が増えると、加工機と電源装置の間の通信量が増加する。通信中は加工を中断する必要があるため、制御パラメータの個数の増加は生産性の低下を引き起こす。
【０００５】
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、通信時間を短縮したレーザ加工装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、レーザ加工装置に関する。レーザ加工装置は、レーザ光源と、レーザ光源に電力を供給する電源装置と、加工対象物の目標位置にレーザ光源からの光エネルギを照射する加工機と、を備える。電源装置は、変更可能な複数の制御パラメータを有するとともに、複数の制御パラメータの値のセットを識別番号と対応付けて保持しており、電源装置は、加工機から識別番号を受信すると、識別番号に応じた値のセットにもとづいて動作する。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のある態様によれば、通信時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るレーザ加工装置のブロック図である。
【図２】複数の制御パラメータと識別番号ＰＲＭ＿ＩＤの関係を示す図である。
【図３】レーザ加工装置のデータフローを示す図である。
【図４】電源装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図５】図４のレーザ加工装置の動作波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、レーザ加工装置に関する。レーザ加工装置は、レーザ光源と、レーザ光源に電力を供給する電源装置と、加工対象物の目標位置にレーザ光源からの光エネルギを照射する加工機と、を備える。電源装置は、変更可能な複数の制御パラメータを有するとともに、複数の制御パラメータの値のセットを識別番号と対応付けて保持する。電源装置は、加工機から識別番号を受信すると、識別番号に応じた値のセットにもとづいて動作する。
【００１１】
この態様によると、加工機から電源装置に対して、識別番号を送信することにより、複数の制御パラメータを変更することが可能となる。したがって、複数の制御パラメータそれぞれの変更後の値を、加工機から電源装置に対して送信する場合に比べて、通信量を大幅に減らすことができる。これは、加工の中断時間の短縮、ひいては生産性の向上に資することとなる。
【００１２】
電源装置は、それぞれが少なくともひとつの制御パラメータを参照する複数の制御部を含んでもよい。加工機は、複数の制御部のうちのひとつに識別番号を送信し、識別番号は、複数の制御部を順に伝送されてもよい。
【００１３】
複数の制御部のうち、最後のひとつが識別番号を受信すると、識別番号を加工機に送信してもよい。すなわち加工機からのデータを加工機にループバックすることにより、識別番号が正常に送信されたか否かを、加工機が検証できる。
【００１４】
加工機は、目標位置の移動中に、識別番号を送信してもよい。目標位置の移動期間中は、もともとレーザ照射が停止されるため、この期間を利用して識別番号を送信し、電源装置の制御パラメータを変更することにより、パラメータ変更による遅延を低減し、あるいは無くすことができる。
【００１５】
電源装置は、平滑コンデンサの電圧を所定の範囲に保つ充電電源と、平滑コンデンサに生ずる電圧を受け、高周波信号に変換してレーザ光源に供給する高周波電源と、電源装置を統括的に制御する全体制御部と、を含んでもよい。複数の制御パラメータの少なくともひとつは充電電源により参照され、それらの別の少なくともひとつは高周波電源により参照され、それらのさらに別の少なくともひとつは充電電源により参照されてもよい。
【００１６】
複数の制御パラメータは、平滑コンデンサの電圧の目標値を含んでもよい。複数の制御パラメータは、高周波電源の励振時間幅の補正量を含んでもよい。複数の制御パラメータは、充電電源のフィードバック制御器のパラメータを含んでもよい。
【００１７】
複数の制御パラメータの値のセットは、レーザ加工装置の動作開始前に、加工機から電源装置に送信されてもよい。
【００１８】
（実施の形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１９】
図１は、実施の形態に係るレーザ加工装置１００のブロック図である。レーザ加工装置１００は、レーザ光源１１０、電源装置１２０、加工機１３０を備える。レーザ光源１１０は、たとえばＣＯ２レーザである。電源装置１２０は、レーザ光源１１０に電力を供給し、レーザ光源１１０に光パルス１１２を断続的に発生させる。加工機１３０は、レーザ光源１１０からの光パルス１１２を受け、加工対象物ＯＢＪの目標位置ＴＰに照射する。たとえば加工機１３０は、ステージ１３２、光学系１３４、コントローラ１３６を含むことができる。光学系１３４は、レーザ光源１１０からの光パルス１１２を受け、ビームのサイズ、ビームプロファイルを調節し、目標位置ＴＰに集光する。ステージ１３２は、加工対象物ＯＢＪを移動させることにより、目標位置ＴＰを制御する。なお加工対象物ＯＢＪを固定し、レーザ光の照射位置を変化させてもよく、要するに、加工対象物ＯＢＪとレーザ光の相対的な位置が制御可能であればよい。
【００２０】
加工条件（レシピ）が、ユーザによって用意される。コントローラ１３６は、レシピにもとづいて、ステージ１３２を制御し、目標位置ＴＰを移動しながら、各目標位置ＴＰにおいて、電源装置１２０に発光指示（励振信号）Ｓ１を与える。電源装置１２０は、発光指示Ｓ１に応答して、レーザ光源１１０に光パルス１１２を発生させる。
【００２１】
電源装置１２０は、変更可能な複数の制御パラメータＰＲＭ１〜ＰＲＭＮを有する。電源装置１２０には、複数の制御パラメータＰＲＭ１，ＰＲＭ２…，ＰＲＭＮの値のセットが、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤと対応付けて保持されている。図２は、複数の制御パラメータと識別番号ＰＲＭ＿ＩＤの関係を示す図である。この例では、制御パラメータの個数はＮ＝４であり、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤは、ＩＤ（１）〜ＩＤ（５）の５つから選択可能である。たとえばＩＤ（２）のとき、制御パラメータＰＲＭ１〜ＰＲＭ４の値として、ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２のセットが使用される。図２の関係は、電源装置１２０のメモリ（ルックアップテーブル）に格納される。
【００２２】
識別番号ＰＲＭ＿ＩＤごとの、複数の制御パラメータＰＲＭ１〜ＰＲＭＮの値のセットは、レーザ加工装置１００の動作開始前に、加工機１３０から電源装置１２０に送信してもよい。
【００２３】
図１に戻る。加工機１３０のコントローラ１３６は、加工条件に応じて、電源装置１２０に識別番号ＰＲＭ＿ＩＤを含むデータＳ２を送信する。電源装置１２０は、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤを受信すると、その内部の複数の制御パラメータＰＲＭを、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤに応じた値のセットに変更し、変更後の制御パラメータＰＲＭにもとづいて動作する。
【００２４】
コントローラ１３６は、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤを含むデータＳ２に加えて、パラメータ変更の許可・禁止を示す制御信号ＥＮを送信してもよい。コントローラ１３６は、制御信号ＥＮが許可を示すとき（たとえばハイ）、受信した識別番号ＰＲＭ＿ＩＤにもとづく設定変更を実施する。
【００２５】
図３は、レーザ加工装置１００のデータフローを示す図である。電源装置１２０は、複数の制御部１２８＿１〜１２８＿Ｍを含む。各制御部１２８＿ｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｍ）は、動作に際して、複数の制御パラメータＰＲＭのなかの少なくとも一つを参照し、対応する制御対象１２９＿ｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｍ）を制御する。
【００２６】
加工機１３０のコントローラ１３６は、複数の制御部１２８＿１〜１２８＿Ｍのうちのひとつ（１２８＿１）に識別番号ＰＲＭ＿ＩＤを送信する。識別番号ＰＲＭ＿ＩＤは、複数の制御部１２８＿１〜１２８＿Ｍを順に伝送される。複数の制御部１２８＿１〜１２８＿Ｍのうち、最後のひとつ（１２８＿Ｍ）が識別番号ＰＲＭ＿ＩＤを受信すると、その識別番号ＰＲＭ＿ＩＤを加工機１３０に送り返す。すなわち加工機１３０と電源装置１２０の間で、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤがループバックされる。加工機１３０は、ループバックされた識別番号ＰＲＭ＿ＩＤが、自身が送信した元の識別番号ＰＲＭ＿ＩＤと一致しているか否かによって、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤが電源装置１２０のすべての制御部１２８に正しく伝送されたかを確認できる。不一致である場合、加工機１３０は、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤを再送してもよい。
【００２７】
制御部１２８＿ｉ（ｉ＝１，２，・・・Ｍ）は、前段から識別番号ＰＲＭ＿ＩＤを受信し、自身に割り当てられた少なくともひとつの制御パラメータＰＲＭの変更が完了した後に、後段の制御部１２８＿ｉ＋１に、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤを送信してもよい。この場合、コントローラ１３６に識別番号ＰＲＭ＿ＩＤがループバックされたタイミングで、すべての制御部１２８の制御パラメータの変更完了が保証される。
【００２８】
図４は、電源装置１２０の具体的な構成例を示すブロック図である。電源装置１２０は、整流器１２２、充電電源１２４、高周波電源１２６、全体制御部１２７を備える。整流器１２２は、交流電圧ＶＡＣを整流する。充電電源１２４は、整流後の電圧ＶＲＥＣＴを受け、ＤＣリンク１２５に発生するＤＣリンク電圧ＶＤＣを、所定の電圧範囲に維持する。ＤＣリンク１２５には、ＤＣリンクコンデンサ（平滑コンデンサ）Ｃ１が接続される。より詳しくは充電電源１２４は、コンバータ１２４ａと、そのコントローラ１２４ｂを含む。レーザ光源１１０の点灯期間において、高周波電源１２６がスイッチング動作すると、平滑コンデンサＣ１の電荷が放電され、ＤＣリンク電圧ＶＤＣが低下する。充電電源１２４は、レーザ光源１１０のワンショットごとに、平滑コンデンサＣ１から失われるであろう電荷量を、平滑コンデンサＣ１に補充する。たとえばコントローラ１２４ｂは、補充すべき電荷量を推定し、その電荷量が平滑コンデンサＣ１に供給されるように、コンバータ１２４ａを制御する。
【００２９】
高周波電源１２６は、ＤＣリンク電圧ＶＤＣを交流の駆動電圧ＶＤＲＶに変換し、レーザ光源１１０に供給する。高周波電源１２６は、インバータ１２６ａとコントローラ１２６ｂを含む。コントローラ１２６ｂは、加工機１３０からの励振信号Ｓ１をトリガーとして、励振幅τ（時間）の間、インバータ１２６ａをスイッチング動作させる。これにより駆動電圧ＶＤＲＶは、間欠的な交流電圧となり、したがってレーザ光源１１０はパルス光を発生する。
【００３０】
全体制御部１２７は、たとえばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）であり、シーケンサあるいはステートマシンとしての機能を備え、電源装置１２０を統括的に制御する。なお全体制御部１２７を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とソフトウェアプログラムの組み合わせで実装してもよい。
【００３１】
コントローラ１２６ｂ、コントローラ１２４ｂ、全体制御部１２７は、図３の制御部１２８＿１〜１２８＿３に対応する。すなわち、加工機１３０からの識別番号ＰＲＭ＿ＩＤは、コントローラ１２６ｂ、コントローラ１２４ｂ、全体制御部１２７を経由し、加工機１３０にループバックされる。
【００３２】
複数の制御パラメータＰＲＭ１〜ＰＲＭＮの少なくともひとつは、充電電源１２４により参照される。また複数の制御パラメータＰＲＭ１〜ＰＲＭＮの別の少なくともひとつは、高周波電源１２６により参照される。また複数の制御パラメータＰＲＭ１〜ＰＲＭＮのさらに別の少なくともひとつは、全体制御部１２７により参照される。
【００３３】
たとえば高周波電源１２６は、高周波電源１２６の励振幅τ、すなわちレーザ光のワンショットの長さを規定（あるいは補正）する制御パラメータＰＲＭ１を参照する。高周波電源１２６のコントローラ１２６ｂは、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤが変更されると、制御パラメータＰＲＭ１の値を、変更後の識別番号ＰＲＭ＿ＩＤに対応付けられる値ａに変更する。
【００３４】
たとえば充電電源１２４のコントローラ１２４ｂは、ＰＩＤ制御（あるいはＰＩ制御）によって、充電電荷量（言い換えればコントローラ１２４ｂのスイッチング素子のオン時間）をフィードバック制御するＰＩＤ制御器を含む。このＰＩＤ制御器のゲイン（Ｐゲイン、Ｉゲイン、Ｄゲインの少なくとも一つ）は、制御パラメータＰＲＭ２により規定される。充電電源１２４のコントローラ１２４ｂは、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤが変更されると、制御パラメータＰＲＭ２の値を、変更後の識別番号ＰＲＭ＿ＩＤに対応付けられる値ｂに変更する。
【００３５】
たとえば全体制御部１２７は、ＤＣリンク電圧ＶＤＣの目標電圧（あるいはその範囲）を規定する制御パラメータＰＲＭ３を参照する。全体制御部１２７は、制御パラメータＰＲＭ３の値を、アナログの基準電圧ＶＲＥＦに変換し、充電電源１２４に供給する。充電電源１２４は、ＤＣリンク電圧ＶＤＣを基準電圧ＶＲＥＦに応じた目標電圧範囲に安定化する。
【００３６】
図５は、図４のレーザ加工装置１００の動作波形図である。
たとえば加工期間ｔ０〜ｔ１の間、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤとして、第１の値ＩＤ（１）が与えられている。加工期間ｔ０〜ｔ１の間、加工機１３０は繰り返し励振信号Ｓ１をアサートする。電源装置１２０は、励振信号Ｓ１のアサートに応答して、パルス状のレーザ出力を生成する。レーザのパルス幅τの補正量（励振時間τの補正量）は、ＩＤ（１）に対応する制御パラメータＰＲＭ１の値ａ１＝０μｓとなる。この補正量ａ１が励振信号Ｓ１の幅に加算されレーザ出力幅となる。励振信号Ｓ１のパルス幅が１５μｓ、補正量ａ１が０μｓのとき、実際のレーザ出力幅は１５μｓとなる。
【００３７】
また、充電電源１２４の制御ゲインの値Ｐは、ＩＤ（１）に対応する制御パラメータＰＲＭ２の値ｂ１＝１０に設定されている。ＤＣリンク電圧の目標値（ＶＲＥＦ）は、ＩＤ（１）に対応する制御パラメータＰＲＭ３の値ｃ１＝４００Ｖに設定されている。
【００３８】
期間ｔ１〜ｔ２の間に、レーザ光の照射位置が移動する。この期間は、励振信号Ｓ１はローに固定されており、レーザ光源１１０は発光しない。期間ｔ１〜ｔ２の間に、加工機１３０はＥＮ信号をハイとし、変更後の識別番号ＰＲＭ＿ＩＤ（２）を送信する。新しい識別番号ＰＲＭ＿ＩＤ（２）は高周波電源１２６に入力され、制御パラメータＰＲＭ１の値（すなわち励振幅τの補正量）が、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤ（２）に対応する値ａ２（＝０．１μｓ）に変更される。これによりレーザ出力幅は１５．１μｓとなる。
【００３９】
識別番号ＰＲＭ＿ＩＤ（２）は、高周波電源１２６から充電電源１２４に送信され、制御パラメータＰＲＭ２の値（すなわち制御ゲインＰ）が、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤ（２）に対応する値ｂ２（＝５０）に変更される。さらに識別番号ＰＲＭ＿ＩＤ（２）は、充電電源１２４から全体制御部１２７に送信され、制御パラメータＰＲＭ３の値（すなわちＤＣリンク電圧ＶＤＣの目標値）が、識別番号ＰＲＭ＿ＩＤ（２）に対応する値ｃ２（＝４３０Ｖ）に変更される。
【００４０】
以上がレーザ加工装置１００の動作である。このレーザ加工装置１００によれば、加工機１３０から電源装置１２０に対して、識別番号ＩＤを送信することにより、電源装置１２０の複数の制御パラメータを一括してに変更することが可能となる。つまり複数の制御パラメータＰＲＭそれぞれの変更後の値を、加工機１３０から電源装置１２０に対して個別に送信する場合に比べて、通信量を大幅に減らすことができる。これは、加工の中断時間の短縮、ひいては生産性の向上に資することとなる。
【００４１】
またループバックの仕組みを導入することで、加工機１３０は、電源装置１２０のパラメータが正常に書き換えられたかを判定できる。ループバックの結果、書き換えが正常終了したことを条件として、発光指示（励振信号）Ｓ１を生成することにより、誤った加工条件（パラメータのセット）で電源装置１２０が動作するのを防止することができる。
【００４２】
また、ドリルの移動中を利用して制御パラメータを変更することにより、制御パラメータの変更にともなう遅延を低減し、あるいは遅延を無くすことができる。
【００４３】
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００４４】
１００  レーザ加工装置
１１０  レーザ光源
１１２  光パルス
１２０  電源装置
１２２  整流器
１２４  充電電源
１２４ａ  コンバータ
１２４ｂ  コントローラ
１２５  ＤＣリンク
１２６  高周波電源
１２６ａ  インバータ
１２６ｂ  コントローラ
１２７  全体制御部
１２８  制御部
１３０  加工機
１３２  ステージ
１３４  光学系
１３６  コントローラ
ＯＢＪ  加工対象物
ＴＰ  目標位置
【図１】
2019171459.tif 000003
【図２】
2019171459.tif 000004
【図３】
2019171459.tif 000005
【図４】
2019171459.tif 000006
【図５】
2019171459.tif 000007