(57)【要約】【課題】長方形やだ円等の円形でない照射形状を有するレーザ加工装置であっても、加工不良を生じないようにすることができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】テーブル３に取付けられたワーク２の加工線の始点５と終点６を検出する（ステップＳ１）。そして、始点５と終点６とから加工線ベクトルａを算出する（ステップＳ２）。続いて、照射形状の長軸の長軸ベクトルｂを算出しておく（ステップＳ３）。続いて、加工線ベクトルａと長軸ベクトルｂが一致するか否かを比較して（ステップＳ４）、一致していればそのまま加工を開始する（ステップＳ７）。一致してなければ両者のベクトルを一致させる処理を行う。両者のベクトル一致させる処理は、まず加工線ベクトルａと長軸ベクトルｂとのなす角θを算出する（ステップＳ５）。そして、このなす角θだけ、トーチ１を回動させた後、加工を開始する（ステップＳ７）。【選択図】図３
2004025192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短軸及び長軸を有する照射形状のレーザビームを被加工物へ照射するトーチと、
該トーチと該被加工物との相対位置を移動させる相対位置移動手段と、
該レーザビームを該被加工物の加工線に沿って照射されるように該相対位置移動手段を制御する相対位置制御手段とを有するレーザ加工装置において、
さらに、前記トーチと前記被加工物とを相対回転移動させる相対回動手段と、
前記加工線上の加工点における接線と前記照射形状の前記長軸とを略一致させるように該相対回動手段を制御する相対回動制御手段と、
を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記照射形状は、長方形又はだ円形であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記相対回動手段は、トーチ軸線まわりに前記トーチを回動させるトーチ回動手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ加工装置は、さらに、前記被加工物が載置されたテーブルを有し、
前記相対回動手段は、該テーブルに垂直なテーブル軸線まわりに該テーブルを回動させるテーブル回動手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザ加工装置は、さらに、前記被加工物が載置されたテーブルを有し、
前記相対回動手段は、
該テーブルに垂直なテーブル軸線まわりに該テーブルを回動させるテーブル回動手段と、
トーチ軸線まわりに前記トーチを回動させるトーチ回動手段と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記加工線は直線であって、
前記相対回動制御手段は、
前記加工線上の少なくとも２点の加工位置を検出する加工位置検出手段と、
検出された該加工位置を結ぶ直線のベクトルである加工線ベクトルを算出する加工線ベクトル算出手段と、
加工開始前における前記照射形状の前記長軸の長軸ベクトルを算出する長軸ベクトル算出手段と、
加工開始前に該加工線ベクトルの方向と該長軸ベクトルの方向とを略一致させる方向一致手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記相対回動制御手段は、
被加工物が基準位置に配置された際の前記加工線の基準データである基準加工線データを予め記憶する基準加工線データ記憶手段と、
前記加工線上の始点及び終点の位置を検出する加工位置検出手段と、
検出された該始点及び終点の位置と該基準加工線データとに基づき前記加工線上の所定の加工点における接線の接線ベクトルを算出する接線ベクトル算出手段と、
前記加工線上の所定の加工点における前記照射形状の前記長軸の長軸ベクトルを算出する長軸ベクトル算出手段と、
前記加工線上の加工点における該長軸ベクトルの方向と該加工点における前記接線ベクトルの方向とを略一致させる方向一致手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記相対回動制御手段は、
現在加工している現加工点の位置を検出する現加工点位置検出手段と、
現加工点位置から加工進行方向へ所定の距離離れた前記加工線上の次の加工点位置を検出する次加工点位置検出手段と、
現加工点における前記照射形状の前記長軸の長軸ベクトルを算出する長軸ベクトル算出手段と、
次加工点における接線の接線ベクトルを算出する接線ベクトル算出手段と、
加工位置が現加工点から次加工点へ移動する際に該長軸ベクトルと該接線ベクトルとのなす角だけ前記トーチ又は前記テーブルを旋回させて該長軸ベクトルの方向と該接線ベクトルの方向とを略一致させる方向一致手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
短軸及び長軸を有する照射形状のレーザビームを被加工物へ照射するトーチと、
該トーチと該被加工物との相対位置を移動させる相対位置移動手段と、
該レーザビームを該被加工物の加工線に沿って照射されるように該相対位置移動手段を制御する相対位置制御手段とを有するレーザ加工装置によるレーザ加工方法において、
前記加工線上の加工点における接線と前記照射形状の前記長軸とを略一致させて加工することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１０】
短軸及び長軸を有する照射形状のレーザビームを被加工物へ照射するトーチと、
該トーチと該被加工物との相対位置を移動させる相対位置移動手段と、
該レーザビームを該被加工物の加工線に沿って照射されるように該相対位置移動手段を制御する相対位置制御手段と、
前記トーチと前記被加工物とを相対回転移動させる相対回動手段と、
前記加工線上の加工点における接線と前記照射形状の前記長軸とを略一致させるように該相対回動手段を制御する相対回動制御手段と、
を有するレーザ加工装置を機能させることを特徴とするレーザ加工プログラム。
【請求項１１】
短軸及び長軸を有する照射形状のレーザビームを被加工物へ照射するトーチと、
該トーチと該被加工物との相対位置を移動させる相対位置移動手段と、
該レーザビームを該被加工物の加工線に沿って照射されるように該相対位置移動手段を制御する相対位置制御手段と、
さらに、前記トーチと前記被加工物とを相対回転移動させる相対回動手段と、
前記加工線上の加工点における接線と前記照射形状の前記長軸とを略一致させるように該相対回動手段を制御する相対回動制御手段と、
を有するレーザ加工装置を機能させることを特徴とするレーザ加工プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接やレーザ切断等のレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のレーザ加工装置のレーザには、例えば、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ等が使用されている。これらのレーザ発振器から発振されるレーザビームをテーブル上に載置された被加工物の加工線に沿って照射することによりレーザ加工を行っている。
【０００３】
しかし、被加工物をテーブル上へ取付ける際、基準となる位置に対して被加工物がずれて取付けられるおそれがある。このような場合に、レーザ加工を被加工物の加工線に沿って正確に行うために、例えば画像読取装置等により加工線を検出して、照射位置を補正することが特開平７−１５５９７６号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、高出力化や高効率化の可能な半導体レーザがＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ等の代替として使用されるようになってきた。そして、この半導体レーザのうち一般に市販されているものは、長方形やだ円形のような照射形状を有している。そのため、従来の円形の照射形状を有するＣＯ２レーザやＹＡＧレーザの場合には生じなかった加工不良を生じるおそれがあった。
【０００５】
ここで、どのように加工不良が生じるかについて、突合せ溶接を行う場合を例にとり、図９を参照して説明する。図９（ａ）に、照射形状が円形の場合であって、取付位置が二点鎖線に示す基準位置からずれている場合を示す。図９（ｂ）に、照射形状７が長方形であって、取付位置が二点鎖線に示す基準位置からずれている場合を示す。これらは、まず被加工物２，２を僅かな間隔を設けて突き合わせた状態でテーブル（図示せず）上に取付け、開始点から終了点まで溶接方向に従って溶接を行う図である。すなわち、図９（ａ）に示すように、照射形状７が円形の場合には、被加工物２，２がある角度ずれて取付けられたとしても、溶接幅ｄ１は変わらない。すなわち、照射形状７が円形の場合には、加工不良は生じない。しかし、図９（ｂ）から明らかなように、照射形状７が長方形の場合には、被加工物２，２のずれが大きくなる程、溶接幅ｄ２が広くなることが分かる。そして、溶接幅ｄ２が広くなるということは、本来溶接が必要な部分におけるレーザ照射量が不足すると共に、不要な部分までレーザを照射することになり、結果として溶接不良を生じることになる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、長方形やだ円等の円形でない照射形状を有するレーザ加工を行うことによる加工不良を生じないレーザ加工装置等を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、照射形状の長軸を加工線に略一致させつつレーザ加工を行うことを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００８】
（レーザ加工装置）
すなわち、本発明のレーザ加工装置は、トーチと、相対位置移動手段と、相対位置制御手段とを有しており、さらに、相対回動手段と、相対回動制御手段とを有することを特徴とする。ここで、トーチは、短軸及び長軸を有する照射形状照射形状のレーザビームを被加工物へ照射するものである。相対位置移動手段は、トーチと被加工物との相対位置を移動させる手段である。相対位置制御手段は、レーザビームを被加工物の加工線に沿って照射されるように相対位置移動手段を制御する手段である。相対回動手段は、トーチと被加工物とを相対回転移動させる手段である。相対回動制御手段は、加工線上の加工点における接線と照射形状の長軸とを略一致させるように相対回動手段を制御する手段である。そして、例えば、照射形状は長方形やだ円形である。
【０００９】
つまり、加工点における接線と照射形状の長軸とを一致させることができるので、加工線に対して加工幅（例えば、溶接幅）が広がらない。具体的には、加工線が直線の場合には、照射形状の長軸に直交する方向の幅でレーザ加工を行うことができる。また、加工線が曲線の場合には、照射形状の長軸に直交する方向の幅とほぼ同等の幅でレーザ加工を行うことができる。すなわち、加工不良（例えば、溶接不良）を防止することができる。ここで、長方形の照射形状の長軸は、長方形の中心を通り長辺に平行な軸線である。また、長方形やだ円以外には、例えば、長方形の角部を面取りした八角形形状の場合等にも同様の効果を奏する。すなわち、照射形状が円形以外の形状であればよい。なお、現在、市販されている半導体レーザの照射形状は、長方形やだ円形である。すなわち、市販の安価な半導体レーザを使用した場合にも、上述の効果を奏する。
【００１０】
また、本発明のレーザ加工装置の相対回動手段は、トーチ軸線まわりにトーチを回動させるトーチ回動手段としてもよい。これにより、加工点における接線と照射形状の長軸とが一致していない場合に、トーチの回動により両者を一致させることができる。
【００１１】
また、本発明のレーザ加工装置は、さらにテーブルを有するようにし、レーザ加工装置の相対回動手段は、テーブルに垂直なテーブル軸線まわりにテーブルを回動させるテーブル回動手段としてもよい。これにより、加工点における接線と照射形状の長軸とが一致していない場合に、テーブルの回動により両者を一致させることができる。
【００１２】
また、本発明のレーザ加工装置は、さらにテーブルを有するようにし、レーザ加工装置の相対回動手段は、テーブル回動手段と、トーチ回動手段と、を有するようにしてもよい。加工位置によっては、トーチ若しくはテーブルの何れか一方のみの回動ができない場合がある。すなわち、このような場合等にもテーブル及びトーチを回動させることにより確実に、加工点における接線と照射形状の長軸とを一致させることができる。
【００１３】
また、加工線が直線の場合には、本発明のレーザ加工装置の相対回動制御手段は、加工位置検出手段と、加工線ベクトル算出手段と、長軸ベクトル算出手段と、方向一致手段と、を有するようにしてもよい。ここで、加工位置検出手段は、加工線上の少なくとも２点の加工位置を検出する手段である。加工線ベクトル算出手段は、検出された加工位置を結ぶ直線のベクトルである加工線ベクトルを算出する手段である。長軸ベクトル算出手段は、加工開始前における照射形状の長軸の長軸ベクトルを算出する手段である。方向一致手段は、加工開始前に加工線ベクトルの方向と長軸ベクトルの方向とを略一致させる手段である。
【００１４】
加工線が直線の場合には、上述の加工線上の加工点における接線は、加工線そのものとなる。つまり、加工線ベクトルを加工前に算出しておき、加工開始前に一度だけ加工線ベクトルの方向と長軸ベクトルの方向を一致させることで、その後は常に両ベクトルの方向が一致した状態で加工できる。
【００１５】
また、本発明のレーザ加工装置の相対回動制御手段は、基準加工線データ記憶手段と、加工位置検出手段と、接線ベクトル算出手段と、長軸ベクトル算出手段と、方向一致手段と、を有するようにしてもよい。ここで、基準加工線データ記憶手段は、被加工物が基準位置に配置された際の加工線の基準データである基準加工線データを予め記憶する手段である。加工位置検出手段は、加工線上の始点及び終点の位置を検出する手段である。接線ベクトル算出手段は、検出された始点及び終点の位置と基準加工線データとに基づき、加工線上の所定の加工点における接線の接線ベクトルを算出する手段である。長軸ベクトル算出手段は、加工線上の所定の加工点における照射形状の長軸の長軸ベクトルを算出する手段である。方向一致手段は、加工線上の加工点における長軸ベクトルの方向とこの加工点における接線ベクトルの方向とを略一致させる手段である。
【００１６】
まず、基準位置、すなわちずれのない位置に被加工物が取付けられた場合の加工線のデータ（基準加工線データ）が予め記憶されている。そして、実際に取付けられた位置がずれている場合に、取付け後の加工線の始点及び終点を検出して、基準位置の始点及び終点と比較することで、取付け後の加工線がどのような位置にあるかを算出することができる。その後、取付け後の加工線上の複数の加工点における接線ベクトルを算出する。そして、ある加工点を照射する場合に、その加工点での長軸ベクトルの方向とその加工点での接線ベクトルの方向とを一致させることができる。すなわち、加工線が曲線の場合であっても、逐次長軸ベクトルを変化させることにより、加工不良を防止できる。
【００１７】
また、本発明のレーザ加工装置の相対回動制御手段は、現加工点位置検出手段と、次加工点位置検出手段と、長軸ベクトル算出手段と、接線ベクトル算出手段と、方向一致手段と、を有するようにしてもよい。ここで、現加工点位置検出手段は、現在加工している現加工点の位置を検出する手段である。次加工点位置検出手段は、現加工点位置から加工進行方向へ所定の距離離れた加工線上の次加工点位置を検出する手段である。長軸ベクトル算出手段は、現加工点における照射形状の長軸の長軸ベクトルを算出する手段である。接線ベクトル算出手段は、次加工点における接線の接線ベクトルを算出する手段である。方向一致手段は、加工位置が現加工点から次加工点へ移動する際に、長軸ベクトルと接線ベクトルとのなす角だけトーチ又はテーブルを旋回させて長軸ベクトルの方向と接線ベクトルの方向とを略一致させる手段である。
【００１８】
（レーザ加工方法）
これまでは、本発明を装置と考えた場合について説明してきたが、本発明は装置に限られるものではない。つまり、同様の機能を実現させることができる限り、レーザ加工方法でも良いし、レーザ加工装置を機能させるプログラムでも良いし、さらには、そのプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体であっても良い。
【００１９】
すなわち、本発明のレーザ加工方法は、トーチと、相対位置移動手段と、相対位置制御手段と、を有するレーザ加工装置によるレーザ加工方法において、加工線上の加工点における接線と照射形状の長軸とを略一致させて加工することを特徴とする。なお、トーチ、相対位置移動手段及び相対位置制御手段は、上述と同様である。これにより、上述と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
（レーザ加工プログラム）
また、本発明のレーザプログラムは、トーチと、相対位置移動手段と、相対位置制御手段と、相対回動手段と、相対回動制御手段と、を有するレーザ加工装置を機能させることを特徴とする。なお、トーチ、相対位置移動手段、相対位置制御手段、相対回動手段及び相対回動制御手段は、上述と同様である。これにより、上述と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
（レーザ加工プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体）
また、本発明のレーザ加工プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体は、トーチと、相対位置移動手段と、相対位置制御手段と、相対回動手段と、相対回動制御手段と、を有するレーザ加工装置を機能させることを特徴とするレーザ加工プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。なお、トーチ、相対位置移動手段、相対位置制御手段、相対回動手段及び相対回動制御手段は、上述と同様である。これにより、上述と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、レーザ加工装置として、レーザ溶接装置を例にとり説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
本実施形態におけるレーザ溶接装置の概略構成を図１に示す。図１は、被加工物（以下、「ワーク」という）２，２の突合せ溶接を示している。レーザ溶接装置においては、ワーク２，２をテーブル３上に載置している。そして、半導体レーザ発振器（図示せず）により発振されたレーザビームを照射するトーチを備えている。また、トーチ１にはＣＣＤカメラ４が固定されている。このＣＣＤカメラ４は、ワーク２の加工線の位置を認識することができる。そして、トーチ１は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能な構成とされており（相対位置移動手段）、これらを制御する相対位置制御部（相対位置制御手段）を備えている。さらに、トーチ１は、トーチ軸線（Ｚ軸）まわりに回動可能であり（相対回動手段、トーチ回動手段）、この回動を制御する相対回動制御部（相対回動制御手段）を備えている。なお、テーブル３は固定されている。
【００２４】
なお、半導体レーザ発振器により発振される照射形状は、一般に、長方形やだ円形となっている。例えば、照射形状が長方形のものは、短軸が約１ｍｍ、長軸が約５ｍｍの照射形状である。照射形状がだ円のものは、短軸が約１ｍｍ、長軸が約５ｍｍの照射形状である。ただし、本実施形態では、照射形状を長方形として説明する。なお、照射形状が長方形の場合における照射形状の長軸とは、照射形状の長方形の中心を通り、長方形の長辺に平行な軸である。
【００２５】
次に、このような構成からなるレーザ溶接装置の動作について説明する。本実施形態では、ワーク２の突合せ部分、すなわちワーク２の加工線が直線である場合について説明する。
【００２６】
まず、レーザ溶接を開始する前に、照射形状７の長軸と加工線を一致させる処理（相対回動制御手段）を行う。この処理を図２及び図３を参照して説明する。図２は、ワーク２，２をトーチ１の方向から見た図、すなわちＺ軸正方向から見た図を示す。まず、テーブル３上に固定されたワーク２，２の加工線の始点５及び終点６の位置をＣＣＤカメラ４により検出する（加工位置検出手段）（ステップＳ１）。具体的には、トーチ１をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、トーチ１を始点５付近へ移動させる。そして、ＣＣＤカメラ４によりワーク２の始点５を含む範囲を撮影する。撮影された画像と撮影した際のトーチ１の位置とに基づき、始点５の位置を算出する。同様に終点６の位置を算出する。
【００２７】
続いて、検出された始点５と終点６の位置を結ぶ直線のベクトル（加工線ベクトル）ａを算出する（加工線ベクトル算出手段）（ステップＳ２）。この加工線ベクトルａは、始点５から終点６の方向の単位ベクトルである。一方、現在位置における照射形状７の長軸の長軸ベクトルｂを算出しておく（長軸ベクトル算出手段）（ステップＳ３）。長軸ベクトルｂとは、照射形状７の長軸のうち、予め決定された一方の方向の単位ベクトルである。続いて、加工線ベクトルａの方向と長軸ベクトルｂの方向が一致するか否かについて比較する（ステップＳ４）。両者のベクトルの方向が一致する場合（ステップＳ４：Ｙ）には、この処理を終了して、始点５から終点６までレーザ溶接を行う（ステップＳ７）。両者が一致しない場合（ステップＳ４：Ｎ）には、両者を一致させるようにする。まず、加工線ベクトルａと長軸ベクトルｂのなす角θを算出する（ステップＳ５）。そして、トーチ１をトーチ軸（Ｚ軸）まわりになす角θだけ旋回する（方向一致手段）（ステップＳ６）。このようにして、両者のベクトルの方向が一致させた後、始点５から終点６までレーザ溶接を行う（ステップＳ７）。
【００２８】
このように加工線ベクトルａの方向と長軸ベクトルｂの方向とを一致させることで、ワーク２の取付け位置が基準位置に対してずれている場合であっても、溶接幅を照射形状７の長方形の短辺の幅（短軸）とほぼ等しくすることができる。すなわち、不要な部分をレーザ照射する等の溶接不良を防止することができる。
【００２９】
また、加工線ベクトルａを算出するために、加工線の始点５及び終点６の位置を検出して行っているが、これに限られるものではない。すなわち、加工線が直線の場合には、加工線上の任意の２点の位置を検出することにより加工線ベクトルａを算出することができる。さらに、加工線上の任意の３点以上の位置を検出して加工線ベクトルａを算出することにより、検出誤差を最小にすることができる。
【００３０】
（第２実施形態）
本実施形態におけるレーザ溶接装置の構成は、第１実施形態における構成と同様である。本実施形態は、例えば、加工線が曲線の場合等に、予め加工線のデータを記憶している場合に適用する。以下、本実施形態における処理について、図４〜６を参照して説明する。図４は、後述する接線ベクトルの算出処理を示すフローチャートである。図５及び図６は、レーザ溶接の際に、照射形状の長軸の長軸ベクトルの方向と加工線の接線の接線ベクトルの方向とを一致させる処理を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、接線ベクトルの算出処理を行う。接線ベクトルａｉとは、ワーク２の加工線上の所定の加工点Ｐｉにおける接線のうち、加工進行方向の単位ベクトルである。ここで、加工線は、曲線であってもよいし、直線であってもよい。加工線が直線の場合における接線ベクトルは、常に加工線と一致することになる。まず、基準位置にワーク２が配置された場合の加工線の基準データである基準加工線データを予め入力し、基準加工線データ記憶部（図示せず）に記憶される（基準加工線データ記憶手段）（ステップＳ１１）。ここで、基準位置とは、ワーク２の取付られる位置がずれていない位置である。すなわち、基準位置にワーク２が取付けられたならば、基準加工線データに従ってレーザ溶接することになる。
【００３２】
続いて、テーブル３に取付けられたワーク２の加工線の始点Ｐ１及び終点ＰＮの位置を検出する（加工位置検出手段）（ステップＳ１２）。この検出方法は、第１実施形態における始点５及び終点６の位置の検出方法と同様である。そして、加工線上の所定の加工点Ｐｉにおける接線ベクトルａｉを算出する（接線ベクトル算出手段）（ステップＳ１３）。所定の加工点Ｐｉは、例えば、一定距離毎に位置する加工線上の加工点とする。ここで、接線ベクトルａｉの算出は次のように行う。まず、予め基準加工線データにおける加工点Ｐ’ｉの接線ベクトルを算出しておく。加工点Ｐ’ｉは、例えば、一定距離毎に位置する基準加工線データ上の点である。そして、基準加工線データにおける始点Ｐ’１及び終点Ｐ’Ｎと、検出した始点Ｐ１及び終点ＰＮとを比較する。この比較により、基準加工線データと取付けられたワーク２の加工線の位置とのずれを算出する。このずれは、ずれ中心位置Ｏとずれ角度φとからなる。ずれ中心位置Ｏは、基準加工線データにおける始点Ｐ’１及び終点Ｐ’Ｎとを結ぶ直線Ｌ１と、始点Ｐ１と終点ＰＮとを結ぶ直線Ｌ２とが交差する位置である。ずれ角度φは、前述の２直線Ｌ１、Ｌ２のなす角度である。そして、加工点Ｐ’ｉにおける接線ベクトルをずれ分だけ移動、すなわちずれ中心位置Ｏを中心としてずれ角度φだけ回転移動することにより、加工点Ｐｉにおける接線ベクトルａｉを算出する。このようにして算出した接線ベクトルａｉを記憶しておく。
【００３３】
次に、レーザ溶接の際の照射形状の長軸の長軸ベクトルの方向と加工線の接線の接線ベクトルの方向とを一致させる処理を行う。まず、初期値としてカウント値ｉ＝０とする（ステップＳ２１）。そして、長軸ベクトルｂｉ、すなわち加工開始前における長軸ベクトルｂ０を算出する（ステップＳ２２）。続いて、接線ベクトルａｉ＋１と長軸ベクトルｂｉ、すなわち始点Ｐ１における接線ベクトルａ１と現在位置における長軸ベクトルｂ０の方向が一致するか否かを比較する（ステップＳ２３）。両者が一致する場合には、始点Ｐ１から加工を開始する（ステップＳ２６）。両者が一致しない場合には、両者を一致させるようにする（ステップＳ２３：Ｎ）。まず、接線ベクトルａｉ＋１と長軸ベクトルｂｉのなす角θｉ、すなわち接線ベクトルａ１と長軸ベクトルｂ０のなす角θ０を算出する（ステップＳ２４）。そして、トーチ１をトーチ軸（Ｚ軸）まわりになす角θ０だけ回動させる（方向一致手段）（ステップＳ２５）。このようにして、始点Ｐ１における接線ベクトルａ１と長軸ベクトルｂ０の方向を一致させて、始点Ｐ１から加工を開始する（ステップＳ２６）。すなわち、照射形状の長軸を始点Ｐ１における接線と一致させた状態で、レーザ溶接を開始する。
【００３４】
次に、カウント値ｉ＝ｉ＋１とする（ステップＳ２７）。まずは、ｉ＝１となる。続いて、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１と現加工点Ｐｉにおける長軸ベクトルｂｉの方向が一致するか否かを比較する（ステップＳ２４）。すなわち、ｉ＝１の場合は、次加工点Ｐ２における接線ベクトルａ２と始点Ｐ１における長軸ベクトルｂ１の方向を比較することになる。そして、両者が一致する場合には、トーチ１を回動することなく現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１まで加工する（ステップＳ２９）。
【００３５】
一方、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１と現加工点Ｐｉにおける長軸ベクトルｂｉの方向が一致しない場合には、両者を一致させる動作をしながら加工する（ステップＳ２８：Ｎ）。まず、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１と現加工点Ｐｉにおける長軸ベクトルｂｉのなす角θｉを算出する（ステップＳ３０）。すなわち、ｉ＝１の場合は、次加工点Ｐ２における接線ベクトルａ２と始点Ｐ１における長軸ベクトルｂ１のなす角θ１を算出することになる。
【００３６】
そして、現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１まで加工線に沿ってトーチ１をＸＹ平面上で移動させながら、さらにトーチ１をトーチ軸（Ｚ軸）まわりになす角θｉだけ回動させながら、加工を行う（方向一致手段）（ステップＳ３１）。すなわち、現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１までの間に、徐々にトーチ１を回動させている。このことは、現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１までの間において、その加工点における接線ベクトルａと長軸ベクトルｂの方向をほぼ一致させることになる。従って、現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１までの間において、照射形状の長軸をその加工点における接線とほぼ一致させた状態でレーザ溶接を行うことになる。
【００３７】
そして、次加工点Ｐｉ＋１が終点ＰＮであるか否かを比較する（ステップＳ３２）。その結果、次加工点Ｐｉ＋１が終点ＰＮであれば、加工は終了する（ステップＳ３４）。
【００３８】
次加工点Ｐｉ＋１が終点ＰＮでない場合は、次加工点Ｐｉ＋１における長軸ベクトルｂｉ＋１を算出する（ステップＳ３３）。通常、次加工点Ｐｉ＋１における長軸ベクトルｂｉ＋１は、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１と一致する。そこで、長軸ベクトルｂｉ＋１を算出せずに、接線ベクトルａｉ＋１と置換えることもできる。続いて、ステップＳ２７へ戻り、次加工点Ｐｉ＋１が終点ＰＮとなるまで上述の処理を繰り返す。
【００３９】
本実施形態では、基準加工線データを予め入力する場合に適用することができる。すなわち、第１実施形態のように、加工線が直線の場合に限られることなく曲線であっても加工不良を防止できる。
【００４０】
（第３実施形態）
本実施形態におけるレーザ溶接装置の構成は、第１実施形態における構成と同様である。さらに、本実施形態におけるレーザ溶接装置では、図１に示すＣＣＤカメラ４が照射形状の長軸の延長線上とほぼ一致する位置するような構成としている。本実施形態は、例えば、加工線が曲線の場合等に、加工点を逐次検出しながら加工するようにしている。以下、本実施形態における処理について、図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は、レーザ溶接の際の照射形状の長軸の長軸ベクトルの方向と加工線の接線の接線ベクトルの方向とを一致させる処理を示すフローチャートである。
【００４１】
まず、初期値としてカウント値ｉ＝０とする（ステップＳ４１）。そして、長軸ベクトルｂｉ、すなわち加工開始前における長軸ベクトルｂ０を算出する（長軸ベクトル算出手段）（ステップＳ４２）。なお、本実施形態における長軸ベクトルｂｉの方向は、トーチ１からＣＣＤカメラ４の方向とする。続いて、次加工点Ｐｉ＋１の位置、ここではｉ＝０であるので、始点Ｐ１の位置を検出する（次加工位置検出手段）（ステップＳ４３）。始点Ｐ１の検出は、第１実施形態における始点５及び終点６の位置の検出と同様である。そして、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１、すなわち始点Ｐ１における接線ベクトルａ１を算出する（接線ベクトル算出手段）（ステップＳ４４）。そして、接線ベクトルａｉ＋１と長軸ベクトルｂｉ、ここではｉ＝０であるので、始点Ｐ１における接線ベクトルａ１と現在の長軸ベクトルｂ０の方向が一致するか否かを比較する（ステップＳ４５）。両者が一致する場合には、始点Ｐ１から加工を開始する（ステップＳ４８）。両者が一致しない場合には、両者を一致させるようにする（ステップＳ４５：Ｎ）。まず、接線ベクトルａｉ＋１と長軸ベクトルｂｉのなす角θｉ、ここではｉ＝０であるので、始点Ｐ１における接線ベクトルａ１と現在の長軸ベクトルｂ０とのなす角θ０を算出する（ステップＳ４６）。そして、トーチ１をトーチ軸（Ｚ軸）まわりになす角θ０だけ回動させる（方向一致手段）（ステップＳ４７）。このようにして、始点Ｐ１における接線ベクトルａ１と長軸ベクトルｂ０の方向を一致させて、始点Ｐ１から加工を開始する（ステップＳ４８）。
【００４２】
次に、カウント値ｉ＝ｉ＋１とする（ステップＳ４９）。まずは、ｉ＝１となる。そして、次加工点Ｐｉ＋１の位置を検出する（次加工位置検出手段）（ステップＳ５０）。ｉ＝１の場合の次加工点Ｐ２は、始点Ｐ１から一定の距離離れた加工線上の位置である。この検出は、次のように行われる。まず、現加工点Ｐｉにおける長軸ベクトルｂｉの方向と接線ベクトルａｉの方向とは、上述のとおり一致している。すなわち、ＣＣＤカメラ４は、現加工点Ｐｉから加工進行方向に位置している。そして、現加工点位置から加工進行方向へ一定の距離離れた加工線上の次加工点Ｐｉ＋１の位置を含む範囲を撮影する。撮影された画像と撮影したトーチ１の位置とにより、次加工点Ｐｉ＋１の位置を算出する。なお、現加工点Ｐｉの位置は、前の処理における次加工点Ｐｉ＋１の位置に相当する。
【００４３】
続いて、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１を算出する（接線ベクトル算出手段）（ステップＳ５１）。そして、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１と現加工点Ｐｉにおける長軸ベクトルｂｉの方向が一致するか否かを比較する（ステップＳ５２）。すなわち、ｉ＝１の場合は、次加工点Ｐ２における接線ベクトルａ２と始点Ｐ１における長軸ベクトルｂ１の方向を比較することになる。そして、両者が一致する場合には、トーチ１を回動させることなく現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１まで加工する（ステップＳ５３）。
【００４４】
一方、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１と現加工点Ｐｉにおける長軸ベクトルｂｉの方向が一致しない場合には、両者を一致させる動作をしながら加工する（ステップＳ５２：Ｎ）。まず、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１と現加工点Ｐｉにおける長軸ベクトルｂｉのなす角θｉを算出する（ステップＳ５４）。すなわち、ｉ＝１の場合は、次加工点Ｐ２における接線ベクトルａ２と始点Ｐ１における長軸ベクトルｂ１のなす角θ１を算出することになる。
【００４５】
そして、現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１まで加工線に沿ってトーチ１をＸＹ平面上で移動させながら、さらにトーチ１をトーチ軸（Ｚ軸）まわりになす角θｉだけ回動させながら、加工を行う（方向一致手段）（ステップＳ５５）。すなわち、現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１までの間に、徐々にトーチ１を回動させている。このことは、現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１までの間において、その加工点における接線ベクトルａと長軸ベクトルｂの方向をほぼ一致させることになる。従って、現加工点Ｐｉから次加工点Ｐｉ＋１までの間において、照射形状の長軸をその加工点における接線とほぼ一致させた状態でレーザ溶接を行うことになる。
【００４６】
そして、次加工点Ｐｉ＋１が終点ＰＮであるか否かを比較する（ステップＳ５６）。その結果、次加工点Ｐｉ＋１が終点ＰＮであれば、加工は終了する（ステップＳ５８）。
【００４７】
次加工点Ｐｉ＋１が終点ＰＮでない場合は、次加工点Ｐｉ＋１における長軸ベクトルｂｉ＋１を算出する（ステップＳ５７）。通常、次加工点Ｐｉ＋１における長軸ベクトルｂｉ＋１は、次加工点Ｐｉ＋１における接線ベクトルａｉ＋１と一致する。そこで、長軸ベクトルｂｉ＋１を算出せずに、接線ベクトルａｉ＋１と置換えることもできる。続いて、ステップＳ４９へ戻り、次加工点Ｐｉ＋１が終点ＰＮとなるまで上述の処理を繰り返す。
【００４８】
なお、本実施形態では、現加工点Ｐｉの位置は、前の処理における次加工点Ｐｉ＋１の位置に相当するため、既に算出されていることになる。しかし、例えば、加工途中から本実施形態の処理を行う場合には、まずは現加工点Ｐｉの位置を算出する必要がある（現加工点位置検出手段）。その後は、上述と同様の処理が行われる。
【００４９】
（他の実施形態）
なお、上述の実施形態では、トーチ１をトーチ軸線まわりに回動させることにより、加工線ベクトルと長軸ベクトルとを一致させているが、テーブル３の回動により行うこともできる。この場合のレーザ溶接装置は、テーブル３の垂直なテーブル軸線（Ｚ軸）まわりにテーブル３を回動させる構成とする（テーブル回動手段）。そして、テーブル３の回動により、加工線ベクトルａと長軸ベクトルｂとを一致させることができる。すなわち、上述のトーチ１の回動をテーブル３の回動に置換えることにより、加工不良を防止することができる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、レーザ溶接装置として説明したが、これに限られるものではない。例えば、レーザ切断装置や、レーザ焼入れ装置や、レーザグラッディング装置等、レーザ加工装置であれば適用することができる。さらに、上述の実施形態は、平面加工を行う装置の場合について説明したが、３次元加工を行う５軸加工機等にも適用することができる。
【００５１】
また、レーザ加工装置に限られず、上述の機能を実現させることができるレーザ加工方法であってもよい。さらに、上述のレーザ加工装置を機能させるプログラムであってもよい。さらに、そのプログラムを記憶したコンピュータ読取り可能な記録媒体であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のレーザ加工装置等によれば、長方形やだ円等の円形でない照射形状を有するレーザ加工装置であっても、加工不良を生じないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】加工線ベクトルと長軸ベクトルを説明する図である。
【図３】第１実施形態における照射形状の長軸と加工線を一致させる処理を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態における接線ベクトルの算出処理を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態における照射形状の長軸と加工線を一致させる処理を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態における照射形状の長軸と加工線を一致させる処理を示すフローチャートである。
【図７】第３実施形態における照射形状の長軸と加工線を一致させる処理を示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態における照射形状の長軸と加工線を一致させる処理を示すフローチャートである。
【図９】従来のレーザ加工装置における課題を説明する図である。
【符号の説明】
１　・・・　トーチ
２　・・・　ワーク
３　・・・　テーブル
４　・・・　ＣＣＤカメラ
５　・・・　始点
６　・・・　終点
７　・・・　照射形状
ａ　・・・　加工線ベクトル、接線ベクトル
ｂ　・・・　長軸ベクトル
θ　・・・　加工線ベクトルａと長軸ベクトルｂのなす角
【図１】
2004025192.tif 000003
【図２】
2004025192.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004025192.tif 000006
【図５】
2004025192.tif 000007
【図６】
2004025192.tif 000008
【図７】
2004025192.tif 000009
【図８】
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【図９】
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