(57)【要約】【課題】スキャナヘッドの移動方向に対する回転角度がずれても、レーザ光を所定方向に走査可能なレーザ加工装置を提供する。【解決手段】少なくとも２つのガルバノミラー及びガルバノモータを有するスキャナヘッドと、スキャナヘッドの移動手段と、移動手段を制御する移動制御装置５と、ガルバノモータの回転駆動角度を制御するガルバノモータ制御部６ｅを有するスキャナ制御装置６とを備えるレーザ加工装置１であって、移動制御装置５は、スキャナヘッドの移動方向に対する回転角度を検出する回転角度検出部５ｅを有し、スキャナ制御装置６は、その回転角度のデータから、移動方向に対してレーザ光の交差方向が所定の方向となるミラーの回転駆動角度を算出するミラー角度算出部６ｇを有し、ガルバノモータ制御部６ｅは、ミラー角度算出部６ｇによる回転駆動角度となるようにガルバノモータを制御する。【選択図】図３
2019000851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を反射する少なくとも２つのガルバノミラー及び前記ガルバノミラーをそれぞれ回転駆動させるガルバノモータを有し、ワークに対してレーザ光を走査可能なスキャナヘッドと、
前記スキャナヘッドを前記ワークに対して移動させる移動手段と、
前記移動手段を制御する移動制御装置と、
前記スキャナヘッドから前記ワークに対して、前記スキャナヘッドの移動方向に対して交差する方向にレーザ光が走査されるように、前記ガルバノモータの回転駆動角度を制御するガルバノモータ制御部を有するスキャナ制御装置と、を備えるレーザ加工装置であって、
前記移動制御装置は、前記スキャナヘッドの移動方向に対する前記スキャナヘッドの回転角度を検出する回転角度検出部を有し、
前記スキャナ制御装置は、前記回転角度検出部によって検出された前記スキャナヘッドの回転角度のデータを受け取り、前記回転角度のデータから、前記スキャナヘッドの移動方向に対してレーザ光が交差する方向が所定の方向となる前記ガルバノミラーの回転駆動角度を算出するミラー角度算出部を有し、
前記スキャナ制御装置の前記ガルバノモータ制御部は、前記ガルバノミラーの回転駆動角度が前記ミラー角度算出部よって算出された回転駆動角度となるように前記ガルバノモータを制御する、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記移動制御装置は、前記移動手段によって移動される前記スキャナヘッドの移動速度を検出する移動速度検出部を有し、
ワークに対して走査されるレーザ光の軌跡は、所定の振り幅及び所定のピッチを有しており、
前記スキャナ制御装置は、前記移動速度検出部によって検出された前記スキャナヘッドの移動速度のデータを受け取り、前記移動速度のデータから、ワークに対して走査されるレーザ光の軌跡が前記所定のピッチとなる新たな走査速度を算出する走査速度算出部を有し、
前記スキャナ制御装置の前記ガルバノモータ制御部は、前記走査速度算出部によって算出された新たな走査速度でレーザ光が走査されるように前記ガルバノモータを制御する、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記スキャナヘッドにレーザ光を出力するレーザ発振器を更に備え、
前記スキャナ制御装置は、予め設定された基準速度値に対する前記走査速度算出部による新たな走査速度の変化量を算出する変化量算出部と、前記変化量算出部によって算出された変化量の増減に応じて増減した新たなレーザ出力を算出するレーザ出力算出部と、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光が前記レーザ出力算出部によって算出された新たなレーザ出力となるように、前記レーザ発振器にレーザ指令を出力するレーザ指令出力部とを有する、請求項２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】
従来、レーザ光をワークに対して所定の方向に走査させて溶接等の加工を行うレーザ加工装置が知られている。このようなレーザ加工装置として、レーザ光を出射するスキャナヘッドを移動させながら、ワークに対してスキャナヘッドの移動方向に対して交差する方向にレーザ光を走査させるものがある。
【０００３】
図１１は、スキャナヘッド２００をロボット３００によって移動させるように構成された従来のレーザ加工装置１００を示している。スキャナヘッド２００はロボット３００のアーム３０１の先端部３０１ａに取り付けられ、アーム３０１の移動によってＸ方向に移動する。
【０００４】
スキャナヘッド２００は、図１２に示すように、レーザ光Ｌを反射する１つのガルバノミラー２０１と、このガルバノミラー２０１を回転駆動するガルバノモータ２０２を有している。スキャナヘッド２００は、ガルバノミラー２０１がガルバノモータ２０２によって所定の回転角度及び周波数で回転駆動することにより、ワーク４００上に所定の振り幅でレーザ光Ｌを走査するようになっている。従って、このようなレーザ加工装置１００によって例えばウィービング溶接を行う場合、スキャナヘッド２００は、ワーク４００の加工経路（ロボットに教示される経路）を移動しながら所定の振り幅Ｗでレーザ光Ｌを走査させ、その振り幅Ｗに応じたジグザグ状の溶接軌跡５００をワーク４００上に形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７０２８４号公報
【特許文献２】特開２００７−２１５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ワーク４００の溶接品質を確保するためには、スキャナヘッド２００から所定の振り幅Ｗで出射されるレーザ光Ｌは、図１３Ａに示すように、加工経路に対して交差する所定の方向（例えば直交する方向）に走査されることが望ましい。このためには、スキャナヘッド２００は移動方向に対して一定の角度（以下、この角度をスキャナヘッドの回転角度という。）を保ったまま移動することが必要である。
【０００７】
しかし、加工経路が曲線である場合、スキャナヘッド２００の移動方向に対してスキャナヘッド２００の回転角度を一定に保つことが困難になることがある。例えば、曲線の加工経路に応じて、ロボット３００がＺ軸回りに回転したり、アーム３０１がＹ方向に移動したりすることにより、アーム３０１の先端部３０１ａのスキャナヘッド２００をＹ方向に円弧状に移動させる場合や、スキャナヘッド２００を加工経路に沿って斜め方向に移動させる場合等があるからである。
【０００８】
スキャナヘッド２００の移動方向に対するスキャナヘッド２００の回転角度が初期の角度からずれると、図１３Ｂに示すように、加工経路に対してレーザ光Ｌが交差する方向も所定の方向からずれることになる。その結果、加工経路に沿って形成される溶接軌跡の幅Ｗ１が所定の振り幅Ｗに対して変化してしまう（Ｗ＞Ｗ１）。従って、従来のレーザ加工装置は、溶接品質を維持する観点から改善が望まれていた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スキャナヘッドの移動方向に対するスキャナヘッドの回転角度にずれが生じても、スキャナヘッドから出射されるレーザ光を、ワークに対して所定の方向に走査させることができ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】
【００１０】
（１）  本発明に係るレーザ加工装置（例えば、後述のレーザ加工装置１）は、レーザ光を反射する少なくとも２つのガルバノミラー（例えば、後述のガルバノミラー４１、４２）及び前記ガルバノミラーをそれぞれ回転駆動させるガルバノモータ（例えば、後述のガルバノモータ４１ａ、４２ａ）を有し、ワーク（例えば、後述のワーク１０）に対してレーザ光を走査可能なスキャナヘッド（例えば、後述のスキャナヘッド４）と、前記スキャナヘッドをワークに対して移動させる移動手段（例えば、後述のロボット２）と、前記移動手段を制御する移動制御装置（例えば、後述のロボット制御装置５）と、前記スキャナヘッドから前記ワークに対して、前記スキャナヘッドの移動方向に対して交差する方向にレーザ光が走査されるように、前記ガルバノモータの回転駆動角度を制御するガルバノモータ制御部（例えば、後述のガルバノモータ制御部６ｅ）を有するスキャナ制御装置（例えば、後述のスキャナ制御装置６）と、を備えるレーザ加工装置であって、前記移動制御装置は、前記スキャナヘッドの移動方向に対する前記スキャナヘッドの回転角度を検出する回転角度検出部（例えば、後述の回転角度検出部５ｅ）を有し、前記スキャナ制御装置は、前記回転角度検出部によって検出された前記スキャナヘッドの回転角度のデータを受け取り、前記回転角度のデータから、前記スキャナヘッドの移動方向に対してレーザ光が交差する方向が所定の方向となる前記ガルバノミラーの回転駆動角度を算出するミラー角度算出部（例えば、後述のミラー角度算出部６ｇ）を有し、前記スキャナ制御装置の前記ガルバノモータ制御部は、前記ガルバノミラーの回転駆動角度が前記ミラー角度算出部よって算出された回転駆動角度となるように前記ガルバノモータを制御する。
【００１１】
（２）  （１）に記載のレーザ加工装置において、前記移動制御装置は、前記移動手段によって移動される前記スキャナヘッドの移動速度を検出する移動速度検出部（例えば、後述の移動速度検出部５ｆ）を有し、ワークに対して走査されるレーザ光の軌跡は、所定の振り幅及び所定のピッチを有しており、前記スキャナ制御装置は、前記移動速度検出部によって検出された前記スキャナヘッドの移動速度のデータを受け取り、前記移動速度のデータから、ワークに対して走査されるレーザ光の軌跡が前記所定のピッチとなる新たな走査速度を算出する走査速度算出部（例えば、後述の走査速度算出部６ｃ）を有し、前記スキャナ制御装置の前記ガルバノモータ制御部は、前記走査速度算出部によって算出された新たな走査速度でレーザ光が走査されるように前記ガルバノモータを制御するものであってよい。
【００１２】
（３）  （２）に記載のレーザ加工装置において、前記スキャナヘッドにレーザ光を出力するレーザ発振器（例えば、後述のレーザ発振器３）を更に備え、前記スキャナ制御装置は、予め設定された基準速度値に対する前記走査速度算出部による新たな走査速度の変化量を算出する変化量算出部（例えば、後述の変化量算出部６ｈ）と、前記変化量算出部によって算出された変化量の増減に応じて増減した新たなレーザ出力を算出するレーザ出力算出部（例えば、後述のレーザ出力算出部６ｉ）と、前記レーザ発振器から出力されるレーザ光が前記レーザ出力算出部によって算出された新たなレーザ出力となるように、前記レーザ発振器にレーザ指令を出力するレーザ指令出力部（例えば、後述のレーザ指令出力部６ｆ）とを有するものであってよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スキャナヘッドの移動方向に対するスキャナヘッドの回転角度にずれが生じても、スキャナヘッドから出射されるレーザ光を、ワークに対して所定の方向に走査させることができるレーザ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るレーザ加工装置におけるスキャナヘッドの光学系を説明する図である。
【図３】第１の実施形態に係るレーザ加工装置のロボット制御装置及びスキャナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係るレーザ加工装置の作用を説明する図であり、スキャナヘッドの移動方向に対してスキャナヘッドの回転角度がずれた状態を模式的に示す図である。
【図５】図４に示す状態のスキャナヘッドによってワーク上に形成される溶接軌跡を示す図である。
【図６Ａ】本発明に係るレーザ加工装置の効果を説明する図である。
【図６Ｂ】本発明に係るレーザ加工装置の効果を説明する図である。
【図７】第２の実施形態に係るレーザ加工装置のロボット制御装置及びスキャナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】レーザ光の走査速度Ｋと、ピッチＰと、ロボット速度Ｖと、振り幅Ｗとの関係を説明する図である。
【図９】第３の実施形態に係るレーザ加工装置のロボット制御装置及びスキャナ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明に係るレーザ加工装置に適用可能なウォブリング溶接を説明する図である。
【図１１】従来のレーザ加工装置を説明する図である。
【図１２】従来のレーザ加工装置のスキャナヘッドの光学系を説明する図である。
【図１３Ａ】従来のレーザ加工装置におけるスキャナヘッドの移動方向に対するスキャナヘッドの回転角度を説明する図である。
【図１３Ｂ】従来のレーザ加工装置におけるスキャナヘッドの移動方向に対するスキャナヘッドの回転角度を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［レーザ加工装置の全体構成］
図１は、本発明に係るレーザ加工装置の全体構成を示すブロック図であり、リモートレーザ溶接ロボットシステムとして構成されたレーザ加工装置の一実施形態を示している。図２は、本発明に係るレーザ加工装置におけるスキャナヘッドの光学系を説明する図である。図１、図２に示すレーザ加工装置の全体構成は、後述する各実施形態に共通の構成である。
レーザ加工装置１は、ロボット２と、レーザ発振器３と、スキャナヘッド４と、ロボット制御装置５と、スキャナ制御装置６とを備える。
【００１６】
ロボット２は、複数の関節を有する多関節ロボットであり、基部２１と、アーム２２と、複数のＹ方向に延びる回転軸を有する関節軸２３ａ〜２３ｄを備える。また、ロボット２は、Ｚ方向を回転軸としてアーム２２を回転移動させるロボットモータ（図示せず）、各関節軸２３ａ〜２３ｄを回転させてアーム２２をＸ方向に移動させるロボットモータ（図示せず）等の複数のロボットモータを有する。各ロボットモータは、後述するロボット制御装置５からの駆動データに基づいてそれぞれ回転駆動する。
【００１７】
ロボット２のアーム２２の先端部２２ａにスキャナヘッド４が固定されている。従って、ロボット２は、各ロボットモータの回転駆動によって、スキャナヘッド４を所定のロボット速度で、所定のＸ、Ｙ方向に移動させることができる。
このロボット２は、本発明の移動手段の一例である。
【００１８】
レーザ発振器３は、レーザ媒質、光共振器及び励起源等（いずれも図示せず）から構成される。レーザ発振器３は、後述するスキャナ制御装置６からのレーザ出力指令に基づくレーザ出力のレーザ光を生成し、生成したレーザ光をスキャナヘッド４に出射する。
【００１９】
スキャナヘッド４は、レーザ発振器３から出射されるレーザ光Ｌを受けて、ワーク１０に対してレーザ光Ｌを走査可能なガルバノスキャナである。図２に示すように、スキャナヘッド４は、レーザ発振器３から出射されるレーザ光Ｌを反射させる２つのガルバノミラー４１、４２と、ガルバノミラー４１、４２をそれぞれ回転駆動するガルバノモータ４１ａ、４２ａと、カバーガラス４３とを備える。
【００２０】
ガルバノミラー４１、４２は、互いに直交する２つの回転軸Ｊ１、Ｊ２回りにそれぞれ回転可能に構成される。ガルバノモータ４１ａ、４２ａは、後述するスキャナ制御装置６からの駆動データに基づいて回転駆動し、ガルバノミラー４１、４２を回転軸Ｊ１、Ｊ２回りに独立して回転させる。
【００２１】
レーザ発振器３から出射されたレーザ光Ｌは、２つのガルバノミラー４１、４２で順次反射された後にスキャナヘッド４から出射され、ワーク１０の加工点（溶接点）に到達する。このとき、ガルバノモータ４１ａ、４２ａにより２つのガルバノミラー４１、４２がそれぞれ回転すると、これらガルバノミラー４１、４２に入射するレーザ光Ｌの入射角が連続的に変化する。その結果、スキャナヘッド４からワーク１０に対して所定の経路でレーザ光Ｌが走査され、そのレーザ光Ｌの走査経路に沿ってワーク１０上に溶接軌跡を形成するようになっている。
【００２２】
スキャナヘッド４からワーク１０上に出射されるレーザ光Ｌの走査経路は、ガルバノモータ４１ａ、４２ａの回転駆動を適宜制御してガルバノミラー４１、４２のそれぞれの回転角度を変化させることにより、Ｘ、Ｙ方向に任意に変化させることができる。
【００２３】
カバーガラス４３は、円柱状であり、ガルバノミラー４１、４２によって順次反射されてワーク１０に向かうレーザ光Ｌを透過すると共に、スキャナヘッド４の内部を保護する機能を有する。
【００２４】
ロボット制御装置５は、ロボット２の各ロボットモータに駆動制御データを出力してロボット２の動作を制御する。すなわち、ロボット制御装置５は、各ロボットモータに駆動制御データを出力して各ロボットモータの回転駆動を制御することにより、アーム２２の先端部２２ａに取り付けられたスキャナヘッド４をワーク１０に対してＸ、Ｙ方向に移動させる。
このロボット制御装置５は、本発明の移動制御手段の一例である。
【００２５】
スキャナ制御装置６は、レーザ発振器３に対して所望の出力のレーザ光が出射されるようにレーザ出力指令を出力すると共に、スキャナヘッド４のガルバノモータ４１ａ、４２ａに駆動制御データを出力することによりガルバノミラー４１、４２を回転させ、スキャナヘッド４からワーク１０に対して出射されるレーザ光Ｌの走査を制御する。
【００２６】
なお、以下に説明する各実施形態におけるスキャナ制御装置６は、スキャナヘッド４の移動方向に対してレーザ光Ｌの交差する方向が直交する方向となるようにスキャナヘッド４を制御することにより、ワーク１０に対して所定の振り幅Ｗ及び所定のピッチＰでレーザ光Ｌが走査される場合について説明する。これにより、ワーク１０上にはジグザグ状の溶接軌跡が形成される。
【００２７】
［第１の実施形態］
次に、これらロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６の更に詳細な構成について、図３に示すブロック図を用いて説明する。図３は、第１の実施形態に係るレーザ加工装置１のロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６の構成を示すブロック図である。
ロボット制御装置５は、プログラム解析部５ａと、補間部５ｂと、加減速計算部５ｃと、ロボットモータ制御部５ｄと、回転角度検出部５ｅとを有する。
【００２８】
プログラム解析部５ａは、図示しない入力装置からロボット制御装置５に入力された教示点を含む溶接プログラムを解析し、スキャナヘッド４の移動方向と目標とするロボット速度に関する動作指令情報を生成する。生成された動作指令情報は補間部５ｂに出力される。
【００２９】
補間部５ｂは、プログラム解析部５ａから出力された動作指令情報に基づいて、教示点間のスキャナヘッド４の移動経路がワーク１０上の所望の加工経路に沿う滑らかな経路となるように補間を行う。この補間の種類は、加工経路に応じて直線及び曲線を含む。生成された補間情報は加減速計算部５ｃに出力される。
【００３０】
加減速計算部５ｃは、補間部５ｂから出力された補間情報と予め設定されている各パラメータとに基づいて、ロボット２の動作の加減速処理を行い、スキャナヘッド４を所望の加工経路に沿って移動させるための各ロボットモータの駆動情報を生成する。生成された各ロボットモータの駆動情報はロボットモータ制御部５ｄに出力される。生成された各ロボットモータの駆動情報は回転角度検出部５ｅにも出力される。
【００３１】
ロボットモータ制御部５ｄは、加減速計算部５ｃから出力された駆動情報に基づいて各ロボットモータの駆動データを生成し、生成された駆動データに基づいて各ロボットモータを駆動する。
【００３２】
回転角度検出部５ｅは、加減速計算部５ｃから出力された各ロボットモータの駆動情報から、アーム２２の先端部２２ａに取り付けられたスキャナヘッド４の移動方向に対するスキャナヘッド４の回転角度（本実施形態においては、Ｚ方向を回転軸とする回転角度）を検出する。スキャナヘッド４の移動方向及び回転角度はアーム２２の動作によって決定される。そして、このアーム２２の動作は、各ロボットモータの駆動情報によって検出できるからである。
【００３３】
回転角度は、ロボットモータの駆動情報から所定の演算式によって求めるようにしてもよいし、あるいは、ロボットモータの駆動情報とスキャナヘッド４の回転角度とを関連付けたデータテーブルを用意しておき、このデータテーブルに基づいて求めるようにしてもよい。
【００３４】
回転角度検出部５ｅによるスキャナヘッド４の回転角度の検出は、予め設定された所定の制御周期毎に行われる。そして、回転角度検出部５ｅは、スキャナヘッド４の回転角度のデータを所定の制御周期毎に生成すると、その都度、生成した回転角度のデータを、後述するスキャナ制御装置６のミラー角度算出部６ｇに出力する。
【００３５】
スキャナ制御装置６は、プログラム解析部６ａと、補間部６ｂと、走査速度算出部６ｃと、加減速計算部６ｄと、ガルバノモータ制御部６ｅと、レーザ指令出力部６ｆと、ミラー角度算出部６ｇとを有する。
【００３６】
プログラム解析部６ａは、図示しない入力装置からスキャナ制御装置６に入力された溶接プログラムを解析し、スキャナヘッド４の走査方向と目標とするロボット速度に関する動作指令情報を生成する。そして、プログラム解析部６ａは、生成された動作指令情報を補間部６ｂに出力すると共に、スキャナヘッド４から出射されるレーザ光Ｌのレーザ出力情報を生成し、生成されたレーザ出力情報をレーザ指令出力部６ｆに出力する。
【００３７】
補間部６ｂは、プログラム解析部６ａから出力された動作指令情報に基づいてスキャナヘッド４の移動経路の補間を行い、補間情報を生成する。生成された補間情報は走査速度算出部６ｃに出力される。
【００３８】
走査速度算出部６ｃは、レーザ光Ｌの走査速度を算出する。この走査速度は、ガルバノミラー４１、４２を回転させる速度（周波数）であり、プログラム解析部６ａによって得られた目標とするロボット速度を含む補間情報であって補間部６ｂから出力された補間情報、及び、後述するミラー角度算出部６ｇから出力された各ガルバノミラー４１、４２の回転駆動角度の情報に基づいて算出される。走査速度算出部６ｃによって算出された走査速度のデータは加減速計算部６ｄに出力される。
【００３９】
加減速計算部６ｄは、走査速度算出部６ｃから出力されたガルバノミラー４１、４２の回転速度の情報と各パラメータとに基づいて、ガルバノモータ４１ａ、４２ａの加減速処理を行い、レーザ光Ｌを所定の走査速度及び所定の走査方向で走査させるための各ガルバノモータ４１ａ、４２ａの駆動情報を生成する。生成された各ガルバノモータ４１ａ、４２ａの駆動情報はガルバノモータ制御部６ｅに出力される。
【００４０】
ガルバノモータ制御部６ｅは、加減速計算部６ｄから出力された駆動情報に基づいて各ガルバノモータ４１ａ、４２ａの駆動制御データを生成し、生成された駆動制御データに基づいて各ガルバノモータ４１ａ、４２ａを駆動する。
【００４１】
レーザ指令出力部６ｆは、スキャナヘッド４から出射されるレーザ光Ｌがプログラム解析部６ａから出力されたレーザ出力情報に基づく所望のレーザ出力となるように、レーザ発振器３にレーザ出力指令を出力する。
【００４２】
ミラー角度算出部６ｇは、ロボット制御装置５の回転角度検出部５ｅから所定の制御周期毎にスキャナヘッド４の回転角度のデータを受け取ると、その都度、受け取った回転角度のデータに基づいて、レーザ光Ｌが所定の振り幅Ｗであり、且つ、スキャナヘッド４の移動方向に対してレーザ光Ｌが交差する方向が直交する方向となる各ガルバノミラー４１、４２の最適な回転駆動角度を算出する。算出された回転駆動角度の情報は、前述の走査速度算出部６ｃに出力される。従って、走査速度算出部６ｃは、所定の制御周期毎に、レーザ光Ｌが所定の走査速度及び所定の走査方向になるような各ガルバノモータ４１ａ、４２ａの駆動情報を生成し、その都度、生成された各ガルバノモータ４１ａ、４２ａの駆動情報を加減速計算部６ｄに出力する。
【００４３】
次に、第１の実施形態に係るレーザ加工装置１の作用及び効果について、図４〜図６Ａ、図６Ｂを用いて説明する。図４は、スキャナヘッド４の回転角度がずれた状態を模式的に示す図であり、図５は、図４に示すスキャナヘッド４によってワーク１０上に形成される溶接軌跡を示す図であり、図６Ａ、図６Ｂは、スキャナヘッド４の回転角度と加工経路に対する溶接軌跡を示す図である。なお、図４〜図６Ａ、図６Ｂにおける紙面がワーク１０の表面である。
【００４４】
レーザ加工装置１のロボット制御装置５は、各ロボットモータを駆動制御することにより、教示された通りの加工経路に沿って所定のロボット速度でスキャナヘッド４を移動させる。これにより、スキャナヘッド４は、加工経路に沿う方向（図４、図５中に白抜き矢印で示す方向）に所定の速度で移動する。そして、レーザ加工装置１のスキャナ制御装置６は、スキャナヘッド４の加工経路に沿う移動の過程で、スキャナヘッド４の移動方向に対してレーザ光Ｌが交差する方向が直交する方向となるように各ガルバノモータ４１ａ、４２ａを回転駆動し、ガルバノミラー４１、４２を独立して回転させる。
【００４５】
ここで、図４に示すように、スキャナヘッド４の移動方向に対するスキャナヘッド４の回転角度が、角度θだけ傾斜した場合、この角度θは、ロボット２の各ロボットモータの駆動情報に基づいて、所定の制御周期毎に、ロボット制御装置５の回転角度検出部５ｅによって検出される。検出された回転角度のデータは、その都度、スキャナ制御装置６のミラー角度算出部６ｇに出力される。スキャナ制御装置６は、ロボット制御装置５からスキャナヘッド４の回転角度のデータを受け取る度に、レーザ光Ｌが所定の振り幅Ｗであり、且つ、スキャナヘッド４の移動方向に対してレーザ光Ｌが交差する方向が直交する方向となるような最適なガルバノミラー４１、４２の回転駆動角度を算出する。そして、スキャナ制御装置６は、その算出結果に基づいて各ガルバノモータ４１ａ、４２ａを回転駆動する。
【００４６】
これにより、スキャナヘッド４から出射されるレーザ光Ｌは、スキャナヘッド４の移動方向に対するスキャナヘッド４の回転角度が角度θだけずれても、加工経路に対して直交する所望の方向に走査される。その結果、図５に示すように、ワーク１０上の加工経路に対して所定の方向に交差する所定の振り幅Ｗのジグザグ状の溶接軌跡２０が形成される。
【００４７】
このように、第１の実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、スキャナヘッド４の移動方向に対してスキャナヘッド４の回転角度がずれることがあっても、ロボット２の先端点を加工経路に沿って教示するだけで、スキャナヘッド４から出射されるレーザ光Ｌを、ワーク１０に対して所定の方向に走査させることができる。
【００４８】
従って、例えば図６Ａに示すように、ワーク１０に対するスキャナヘッド４の回転角度に変化はなくても、スキャナヘッド４の移動方向が加工経路に沿ってＹ方向に変化する場合や、例えば図６Ｂに示すように、ワーク１０に対するスキャナヘッド４の回転角度が９０°変化し、更に、スキャナヘッド４の移動方向が加工経路に沿ってＹ方向に変化する場合であっても、このレーザ加工装置１は、加工経路に対して所定の方向に交差する所定の振り幅の溶接軌跡２０を形成することができ、溶接品質を維持することができる。
【００４９】
スキャナヘッド４の移動方向に対するスキャナヘッド４の回転角度は、図６Ａ、図６Ｂに示すようにずれるものに何ら制限されない。本発明に係るレーザ加工装置１は、スキャナヘッド４の移動方向に対するスキャナヘッド４の回転角度が僅かにずれる場合でも、上述したように、加工経路に対して所定の方向に交差する所定の振り幅の溶接軌跡を形成することができる。
【００５０】
［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態に係るレーザ加工装置１のロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６の構成を示すブロック図である。図３に示すブロック図と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、以下でする説明以外の説明は、図３に示すブロック図における説明を援用し、ここでの説明は省略する。
第２の実施形態におけるロボット制御装置５は、第１の実施形態におけるロボット制御装置５に、移動速度検出部５ｆが付加されている。
【００５１】
ロボット制御装置５の移動速度検出部５ｆは、回転角度検出部５ｅと同じく所定の制御周期毎に、ロボット２によって移動されるスキャナヘッド４の移動速度を検出する。このスキャナヘッド４の移動速度は、ロボット制御装置５の加減速計算部５ｃからロボットモータ制御部５ｄに出力される駆動情報から検出される。従って、第２の実施形態におけるロボット制御装置５の加減速計算部５ｃは、生成した各ロボットモータの駆動情報を移動速度検出部５ｆにも出力するようになっている。
【００５２】
移動速度検出部５ｆは、所定の制御周期毎に、加減速計算部５ｃから出力された各ロボットモータの駆動情報から、加工経路に沿ってスキャナヘッド４を移動させる際に刻々と変化するロボット速度を検出し、ワーク１０に対するスキャナヘッド４の移動速度を算出する。算出された移動速度のデータは、その都度、スキャナ制御装置６の走査速度算出部６ｃに出力される。
【００５３】
第２の実施形態におけるスキャナ制御装置６の走査速度算出部６ｃは、所定の制御周期毎に、移動速度検出部５ｆによって検出されたスキャナヘッド４の移動速度のデータを受け取る。そして、走査速度算出部６ｃは、受け取った移動速度のデータと、補間部６ｂから出力された補間情報と、ミラー角度算出部６ｇから出力されたガルバノミラー４１、４２の回転駆動角度のデータに基づいて、図８に示すように、レーザ光Ｌの走査速度Ｋ：ロボット速度Ｖ＝振り幅Ｗ：ピッチＰ／２の関係を満たすようなレーザ光Ｌの新たな走査速度Ｋ（Ｋ＝２ＶＷ／Ｐ）を算出する。このレーザ光Ｌの走査速度Ｋは、ワーク１０に対するレーザ光Ｌの溶接軌跡２０が常に所定のピッチＰとなる走査速度となる。
【００５４】
走査速度算出部６ｃによって算出された走査速度のデータは加減速計算部６ｄに出力される。その結果、スキャナ制御装置６は、走査速度算出部６ｃによって算出された新たな走査速度でレーザ光Ｌが走査されるようにガルバノモータ４１ａ、４２ａの駆動を制御する。
【００５５】
次に、第２の実施形態に係るレーザ加工装置１の作用及び効果について説明する。
まず、スキャナヘッド４の移動速度は、ワーク１０上の加工経路が曲線を含む場合、一定にならないことがある。これは、目標とするロボット速度でスキャナヘッド４を移動させても、例えば曲線が始まる位置や曲線が終わる位置等でロボット速度に必然的に加減速が生じるためである。その結果、スキャナヘッド４からワーク１０に対して所定の振り幅Ｗでレーザ光Ｌを走査しても、ロボット速度の変動に応じて溶接軌跡２０のピッチＰが変動する場合がある。
【００５６】
しかし、この第２の実施形態におけるスキャナ制御装置６は、走査速度算出部６ｃにおいて、走査速度Ｋ：ロボット速度Ｖ＝振り幅Ｗ：ピッチＰ／２の関係から、所定の制御周期毎にロボット速度Ｖに同期した新たな走査速度Ｋ（Ｋ＝２ＶＷ／Ｐ）を算出する。このため、第２の実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、前述した第１の実施形態に係るレーザ加工装置１の効果に加えて、レーザ加工中にロボット２のロボット速度に加減速が生じてスキャナヘッド４の移動速度が変動しても、そのスキャナヘッド４の移動速度に同期した最適なレーザ光Ｌの走査速度でワーク１０上にレーザ光Ｌを走査することができる効果が得られる。従って、この第２の実施形態に係るレーザ加工装置１は、ワーク１０上の加工経路に対して所定のピッチＰの溶接軌跡２０を形成することができ、溶接品質を向上させることができる。
【００５７】
［第３の実施形態］
図９は、第３の実施形態に係るレーザ加工装置１のロボット制御装置５及びスキャナ制御装置６の構成を示すブロック図である。図３及び図７に示すブロック図と同一符号の部位は同一構成の部位であるため、以下でする説明以外の説明は、図３及び図７に示すブロック図における説明を援用し、ここでの説明は省略する。
第３の実施形態におけるスキャナ制御装置６は、第２の実施形態におけるスキャナ制御装置６に、変化量算出部６ｈとレーザ出力算出部６ｉが付加されている。
【００５８】
変化量算出部６ｈは、予め設定された基準速度値に対する走査速度算出部６ｃによって算出された新たな走査速度の変化量を算出する。基準速度値は、補間部６ｂから出力された補間情報に基づいて走査速度算出部６ｃによって算出される初期速度値である。基準速度値は、スキャナヘッド４が目標とする一定のロボット速度で直線移動する際の速度によって規定される。変化量算出部６ｈは、所定の制御周期毎に、この基準速度値と走査速度算出部６ｃによって算出された新たな走査速度との差分である変化量を算出する。算出された変化量のデータは、レーザ出力算出部６ｉに出力される。
【００５９】
レーザ出力算出部６ｉは、変化量算出部６ｈから出力された変化量のデータに基づいて、その変化量の増減に応じて増減した新たなレーザ出力を算出する。すなわち、基準速度値に対して新たな走査速度が増加した場合、より増加した新たなレーザ出力のデータがレーザ出力算出部６ｉによって得られる。一方、基準速度値に対して新たな走査速度が減少した場合、より減少した新たなレーザ出力のデータがレーザ出力算出部６ｉによって得られる。
【００６０】
ここで、溶接速度Ｆ（溶接軌跡２０に沿う速度）は、ロボット速度Ｖ、振り幅Ｗ及びピッチＰとの関係で、Ｆ＝Ｖ√（４Ｗ２／Ｐ２＋１）となる。レーザ出力算出部６ｉは、基準レーザ出力をＳ０、基準溶接速度をＦ０としたとき、新たなレーザ出力Ｓとして、溶接速度Ｆに同期したレーザ出力Ｓ＝Ｓ０×Ｆ／Ｆ０を求める。算出された新たなレーザ出力のデータはレーザ指令出力部６ｆに出力される。
【００６１】
レーザ指令出力部６ｆは、変化量算出部６ｈから出力された新たなレーザ出力のデータに基づいて、スキャナヘッド４から出射されるレーザ光Ｌが、新たなレーザ出力のデータに基づくレーザ出力となるように、レーザ発振器３にレーザ出力指令を出力する。
【００６２】
次に、第３の実施形態に係るレーザ加工装置１の作用及び効果について説明する。
一般に、スキャナヘッド４の移動速度が変化すると、それに応じて加工点（溶接点）に照射されるレーザ光Ｌの光量が増減し、ワーク１０の溶け込み具合が変化する懸念がある。第３の実施形態に係るレーザ加工装置１は、スキャナヘッド４の移動速度の変化に応じてレーザ光Ｌの走査速度を増減させるので、レーザ光Ｌの走査速度の増減はスキャナヘッド４の移動速度の変動を示している。
【００６３】
第３の実施形態におけるスキャナ制御装置６は、第２の実施形態におけるスキャナ制御装置６に変化量算出部６ｈ及びレーザ出力算出部６ｉが付加されているので、第２の実施形態におけるレーザ加工装置１の効果に加えて、スキャナヘッド４の移動速度に応じた新たな走査速度でレーザ光Ｌを走査できると同時に、レーザ光Ｌの走査速度の増減に応じて増減したレーザ出力のレーザ光Ｌをワーク１０上に対して出射することができる効果が得られる。従って、第３の実施形態におけるスキャナ制御装置６は、加工経路の曲線の入口や出口等でスキャナヘッド４の移動速度が増減し、それに応じてレーザ光Ｌの走査速度が変動しても、その走査速度の変動に応じてレーザ光Ｌの出力も増減されるので、ワーク１０の溶け込み具合が不均一になることがなく、溶接品質を更に向上させることができる効果が得られる。
【００６４】
以上の説明では、レーザ加工装置１は、スキャナヘッド４の移動方向に対してレーザ光Ｌを直交する方向に走査し、ワーク１０上にジグザグ状の溶接軌跡を形成してウィービング溶接を行うものについて説明したが、これに制限されない。本発明におけるレーザ加工装置は、スキャナヘッド４からワーク１０に対して、スキャナヘッド４の移動方向に対して交差する方向にレーザ光Ｌが走査されるものであればよい。従って、本発明に係るレーザ加工装置は、例えば図１０に示すように、スキャナヘッド４から所定の振り幅Ｗで楕円状にレーザ光Ｌを走査することにより、ワーク１０上に所定のピッチＰのコイル状の溶接軌跡２０を形成するウォブリング溶接を行う場合にも適用することができる。
【００６５】
また、以上の説明では、スキャナヘッド４の移動方向に対してレーザ光Ｌの交差する方向が直交する方向となる場合を例示したが、これに制限されない。本発明におけるレーザ加工装置は、スキャナヘッド４の移動方向に対してレーザ光Ｌが交差する方向となるようにスキャナヘッド４を制御するものであればよい。
【００６６】
また、本発明に係るレーザ加工装置は、ロボット２によってスキャナヘッド４を移動させるものに限らず、例えばスキャナヘッドをガイドレールに沿って移動させるように構成されるものであってもよい。
【００６７】
更に、本発明に係るレーザ加工装置におけるスキャナヘッドは、それぞれ独立したガルバノモータによって回転する３つ以上のガルバノミラーを有するものであってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１  レーザ加工装置
２  ロボット（移動手段）
３  レーザ発振器
４  スキャナヘッド
４１、４２  ガルバノミラー
４１ａ、４２ａ  ガルバノモータ
５  ロボット制御装置（移動制御装置）
５ｅ  回転角度検出部
５ｆ  移動速度検出部
６  スキャナ制御装置
６ｅ  ガルバノモータ制御部
６ｆ  レーザ指令出力部
６ｇ  ミラー角度算出部
６ｈ  変化量算出部
６ｉ  レーザ出力算出部
１０  ワーク
２０  溶接軌跡
Ｌ  レーザ光
Ｐ  ピッチ
Ｗ  振り幅
【図１】
2019000851.tif 000003
【図２】
2019000851.tif 000004
【図３】
2019000851.tif 000005
【図４】
2019000851.tif 000006
【図５】
2019000851.tif 000007
【図６Ａ】
2019000851.tif 000008
【図６Ｂ】
2019000851.tif 000009
【図７】
2019000851.tif 000010
【図８】
2019000851.tif 000011
【図９】
2019000851.tif 000012
【図１０】
2019000851.tif 000013
【図１１】
2019000851.tif 000014
【図１２】
2019000851.tif 000015
【図１３Ａ】
2019000851.tif 000016
【図１３Ｂ】
2019000851.tif 000017