(57)【要約】【課題】構成要素を修理する際の作業効率を向上できるレーザ加工システムを提供する。【解決手段】レーザ加工システム１０のレーザ発振器２０は、レーザ光を発生させる発光部２１，２２，２３と、レーザ光を発生させるように発光部２１，２２，２３に電力を供給する電源部２６と、電源部２６を制御するレーザ制御部２４と、を備えている。発光部２１，２２，２３及びレーザ制御部２４は、レーザ加工装置３０から離れて移動可能である同一の支持構造体５０にそれぞれ設けられていて、支持構造体５０とともに一体的に移動可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、該レーザ発振器から発生されるレーザ光を利用してワークを加工するレーザ加工装置と、を備えたレーザ加工システムであって、
前記レーザ加工装置は、
前記ワークを前記レーザ加工装置に対して相対的に移動させる動作機構部と、
前記動作機構部を制御する機構制御部と、を備えており、
前記レーザ発振器は、
レーザ光を発生させる発光部と、
レーザ光を発生させるように前記発光部に電力を供給する電源部と、
前記電源部を制御するレーザ制御部と、を備えており、
前記発光部及び前記レーザ制御部が、前記レーザ加工装置から離れて移動可能である同一の支持構造体にそれぞれ設けられていて、前記支持構造体とともに一体的に移動可能である、レーザ加工システム。
【請求項２】
前記電源部が、前記支持構造体にさらに設けられていて前記支持構造体とともに一体的に移動可能である、請求項１に記載のレーザ加工システム。
【請求項３】
前記支持構造体が、前記支持構造体から独立して移動可能である可動部をさらに備えており、
前記発光部、前記電源部及び前記レーザ制御部のうちの少なくとも１つが、前記可動部に設けられていて、前記可動部とともに前記支持構造体から独立して移動可能である、請求項１又は２に記載のレーザ加工システム。
【請求項４】
前記レーザ加工装置が、前記動作機構部に電力を供給するアンプをさらに備えており、
前記アンプが、前記支持構造体に設けられていて前記支持構造体とともに一体的に移動可能である、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
【請求項５】
前記レーザ加工装置が、前記動作機構部に電力を供給するアンプをさらに備えており、
前記アンプが、前記可動部に設けられていて、前記可動部とともに前記支持構造体から独立して移動可能である、請求項３に記載のレーザ加工システム。
【請求項６】
前記レーザ加工装置が、交換可能な複数の加工ツールを備えた工作機械であり、
前記複数の加工ツールの１つが、前記発光部から発生されるレーザ光を出射する加工ヘッドである、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
【請求項７】
前記レーザ加工装置が多関節ロボットを備えており、
前記発光部から発生されるレーザ光を出射する加工ヘッドが、前記多関節ロボットの手首に取付けられており、
前記支持構造体が、前記多関節ロボットを制御する制御部を収容する筐体内に設けられる、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
【請求項８】
前記支持構造体が前記レーザ加工装置の筐体内に設けられる、請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
【請求項９】
前記レーザ発振器がファイバレーザ発振器である、請求項１から８のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
【請求項１０】
前記機構制御部及び前記レーザ制御部が同一の制御装置によって構成される、請求項１から９のいずれか１項に記載のレーザ加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器から発生されるレーザ光を利用するレーザ加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を利用したレーザ加工システムは、板金の切断若しくは溶接、又はレーザ積層造形などに使用される。
【０００３】
図５は、従来のレーザ加工システムの構成例を示している。図示されるレーザ加工システム１００は、レーザ発振器２００と、レーザ発振器２００から発生されるレーザ光を利用してワークを加工するレーザ加工装置３００と、を備えている。レーザ発振器２００は、レーザ制御部４００によって制御され、レーザを発振するように構成されている。
【０００４】
レーザ加工装置３００は、ワークを水平方向及び鉛直方向に移動させる動作機構部３１０と、動作機構部３１０を制御する機構制御部３２０と、機構制御部３２０から出力される制御信号に応じて動作機構部３１０に電力を供給するアンプ３３０と、を備えている。レーザ加工装置３００は、光ファイバ又は導波管３５０を介してレーザ発振器２００から導かれるレーザ光を加工ヘッド３４０から出射するように構成されている。
【０００５】
レーザ加工システム１００は、動作機構部３１０によってワークを移動させながら、加工ヘッド３４０からワークにレーザ光を照射することによって、ワークを加工する。特許文献１には、レーザ発振器と加工ヘッドとが光ファイバ又は導波管を介して接続される構成を有するレーザ加工装置が開示されている。
【０００６】
このようなレーザ加工システム１００において、共振器などを備えるレーザ発振器２００と、レーザ制御部４００とは互いに別個の筐体に設けられることが一般的である。さらに、機構制御部３２０は、レーザ加工装置３００の筐体に収容されている。レーザ加工を実行するには、機構制御部３２０とレーザ制御部４００とを互いに同期させる必要があるので、機構制御部３２０とレーザ制御部４００との間は信号用ケーブル３６０で互いに接続されている。また、レーザ発振器２００から加工ヘッド３４０まで長い距離にわたって光ファイバ又は導波管を敷設する必要がある。
【０００７】
それに対し、特許文献２には、ファイバレーザ発振器を備えたレーザ加工装置において、ファイバレーザ発振器の複数の構成要素をレーザ加工機のフレームの複数箇所に分散して配置することが開示されている。また、特許文献３には、レーザ発振器、レーザ発振器を駆動する電源、及び数値制御装置を一体的に結合したＮＣレーザ装置と、ＮＣレーザ装置の数値制御装置によって制御される加工テーブルと、を備えたレーザ加工システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１９０５８１号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１３３４１号公報
【特許文献３】特開昭６３−２７３５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したような従来のレーザ加工システム１００において、レーザ発振器２００の光学ユニット（例えば共振器）に不具合が生じたとき、又は光学ユニットが劣化したときに、光学ユニットは、レーザ発振器２００から取外され、新しい光学ユニットに交換される。このとき、レーザ制御部４００は、レーザ発振器２００とは別の筐体内に設けられているので、レーザ制御部４００を交換する必要はない。
【００１０】
他方、光学ユニットを交換した後に、光学ユニットに固有の制御パラメータを再設定する必要があり、保守又は修理など（以下、単に「修理」と称することがある。）に多大な労力及び時間を要していた。そこで、レーザ発振器の修理を行う際の作業効率を向上できるレーザ加工システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の１番目の発明によれば、レーザ発振器と、該レーザ発振器から発生されるレーザ光を利用してワークを加工するレーザ加工装置と、を備えたレーザ加工システムであって、前記レーザ加工装置は、前記ワークを前記レーザ加工装置に対して相対的に移動させる動作機構部と、前記動作機構部を制御する機構制御部と、を備えており、前記レーザ発振器は、レーザ光を発生させる発光部と、レーザ光を発生させるように前記発光部に電力を供給する電源部と、前記電源部を制御するレーザ制御部と、を備えており、前記発光部及び前記レーザ制御部が、前記レーザ加工装置から離れて移動可能である同一の支持構造体にそれぞれ設けられていて、前記支持構造体とともに一体的に移動可能である、レーザ加工システムが提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係るレーザ加工システムにおいて、前記電源部が、前記支持構造体にさらに設けられていて前記支持構造体とともに一体的に移動可能である。
本願の３番目の発明によれば、１番目又は２番目の発明に係るレーザ加工システムにおいて、前記支持構造体が、前記支持構造体から独立して移動可能である可動部をさらに備えており、前記発光部、前記電源部及び前記レーザ制御部のうちの少なくとも１つが、前記可動部に設けられていて、前記可動部とともに前記支持構造体から独立して移動可能である。
本願の４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明に係るレーザ加工システムにおいて、前記レーザ加工装置が、前記動作機構部に電力を供給するアンプをさらに備えており、前記アンプが、前記支持構造体に設けられていて前記支持構造体とともに一体的に移動可能である。
本願の５番目の発明によれば、３番目の発明に係るレーザ加工システムにおいて、前記レーザ加工装置が、前記動作機構部に電力を供給するアンプをさらに備えており、前記アンプが、前記可動部に設けられていて、前記可動部とともに前記支持構造体から独立して移動可能である。
本願の６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明に係るレーザ加工システムにおいて、前記レーザ加工装置が、交換可能な複数の加工ツールを備えた工作機械であり、前記複数の加工ツールの１つが、前記発光部から発生されるレーザ光を出射する加工ヘッドである。
本願の７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明に係るレーザ加工システムにおいて、前記レーザ加工装置が多関節ロボットを備えており、前記発光部から発生されるレーザ光を出射する加工ヘッドが、前記多関節ロボットの手首に取付けられており、前記支持構造体が、前記多関節ロボットを制御する制御部を収容する筐体内に設けられる。
本願の８番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明に係るレーザ加工システムにおいて、前記支持構造体が前記レーザ加工装置の筐体内に設けられる。
本願の９番目の発明によれば、１番目から８番目のいずれかの発明に係るレーザ加工システムにおいて、前記レーザ発振器がファイバレーザ発振器である。
本願の１０番目の発明によれば、１番目から９番目のいずれかの発明に係るレーザ加工システムにおいて、前記機構制御部及び前記レーザ制御部が同一の制御装置によって構成される。
【００１２】
これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザ加工システムによれば、レーザ発振器の発光部及びレーザ制御部が、レーザ加工装置から離れて移動可能な支持構造体に設けられている。したがって、修理の際に、発光部及びレーザ制御部を一体的に交換することが容易になる。レーザ発振器を正確に制御するためには、発光部固有の制御パラメータをレーザ制御部に設定する必要があるものの、本発明によれば、発光部及びレーザ制御部を一体的に取外して交換できるので、制御パラメータを現場で設定する必要がなくなる。したがって、修理を行う際の作業効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係るレーザ加工システムを示す図である。
【図２】一実施形態に係るレーザ加工システムにおける支持構造体の構成を示す図である。
【図３】別の実施形態に係るレーザ加工システムにおける支持構造体の構成を示す図である。
【図４】また別の実施形態に係るレーザ加工システムを示す図である。
【図５】従来のレーザ加工システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために寸法が変更されていることがある。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。
【００１６】
図１は、一実施形態に係るレーザ加工システム１０の構成例を示している。レーザ加工システム１０は、レーザ光を発生させるレーザ発振器２０と、レーザ光を利用して所望の加工を実行するレーザ加工装置３０と、を備えている。レーザ加工システム１０は、板金の切断又は溶接のほか、レーザ積層造形などを実行するのに使用される。
【００１７】
図示される例において、レーザ加工装置３０は、ワークＷを加工するのに使用される。ワークＷは、動作機構部３１によって駆動され、例えば互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に移動可能なテーブルＴにおいて保持されている。テーブルＴには、ワークＷを解放可能に保持するチャック（図示せず）がさらに設けられていてもよい。チャックは、テーブルＴと同様に動作機構部３１によって駆動される。
【００１８】
動作機構部３１は、テーブルＴなどの駆動軸に動力を付与するモータ（図示せず）を備えている。動作機構部３１は、機構制御部３２からの制御信号に従って動作する。機構制御部３２は、所定の加工プログラムに従って動作機構部３１のモータに対する指令を作成する。アンプ３３は、機構制御部３２から出力される指令に応じて、動作機構部３１のモータに対して所定の電流を供給する。このようなレーザ加工装置３０の作用及び構成は公知であるので、本明細書ではより詳細な説明を省略する。
【００１９】
レーザ加工装置３０は、光ファイバ又は導波管３６を介してレーザ発振器２０に接続される加工ヘッド３５からレーザを出射するように構成されている。加工ヘッド３５は、コリメータレンズ及び集光レンズなどの光学要素を備えている。
【００２０】
一実施形態において、レーザ発振器２０は、光ファイバを共振器として利用するファイバレーザ発振器である。以下、ファイバレーザ発振器として構成されるレーザ発振器２０について説明するものの、他の形態を有するレーザ発振器を採用してもよい。例えば、レーザ発振器２０は、半導体レーザから発生されるレーザ光を集光光学系に通して光ファイバに導入し、光ファイバの他端に接続された加工ヘッドまでレーザ光を導くように構成されるダイレクトダイオードレーザであってもよい。レーザ発振器２０は、ＣＯ２ガスなどを媒質として励起放電を起こしてレーザ光を発生させるガスレーザであってもよい。レーザ発振器２０がダイレクトダイオードレーザ又はガスレーザとして構成される場合において、レーザ発振器２０は、光ファイバを使用せずに、他の光学系を利用してレーザ光を加工点まで導くように構成されてもよい。
【００２１】
レーザ発振器２０は、図１に示されるように、レーザ光源２１と、複数のレーザキャビティユニット（以下、「ＬＣユニット」と称することがある。）２２と、ビームコンバイナユニット（以下、「ＢＣユニット」と称することがある。）２３と、レーザ制御部２４と、インタフェース２５と、電源部２６と、冷却部２７と、を備えている。
【００２２】
レーザ光源２１は、レーザ制御部２４からの制御信号に応じてレーザ光を発生させるレーザである。レーザ光源２１は、一実施形態において半導体レーザであるものの、それに限定されない。レーザ光源２１から発生されたレーザ光は、光ファイバ２８ａを介してＬＣユニット２２に導かれる。
【００２３】
ＬＣユニット２２は、イッテルビウム（Ｙｂ）又はエルビウム（Ｅｒ）をドープした石英製の光ファイバを励起媒体として備えており、共振器として作用する。ＬＣユニット２２によって増幅されたレーザ光は、光ファイバ２８ｂを通ってＢＣユニット２３に導入される。図１には、３つのＬＣユニット２２が示されているものの、レーザ加工システム１０は、任意の個数のＬＣユニット２２を備えていてもよい。
【００２４】
ＢＣユニット２３は、複数のＬＣユニット２２からそれぞれ延びる光ファイバ２８ｂを通って導かれるレーザ光を統合する。ＢＣユニット２３によって統合されたレーザ光は、レーザ加工装置３０の加工ヘッド３５まで延びるフィーディングファイバ３６に導入される。ファイバレーザ発振器の作用及び構成は公知であるので、本明細書ではより詳細な説明を省略する。
【００２５】
レーザ制御部２４は、レーザ加工装置３０の機構制御部３２と協働して、レーザ発振器２０の励起光源であるレーザ光源２１の動作を制御する指令を作成する。
【００２６】
インタフェース２５は、プリント基板に実装された公知の構成を有する電気回路からなり、レーザ制御部２４から電源部２６に入力される信号を処理する。
【００２７】
電源部２６は、レーザ制御部２４からの指令に応じてレーザ光源２１に電力を供給し、レーザ光を発生させる。
【００２８】
冷却部２７は、レーザ光源２１又は電源部２６などの発熱源から発生する熱を放散する。冷却部２７は公知の構成を有していてよく、例えば空冷ファン、又は冷却水を循環させる配管を有する冷却システムである。
【００２９】
図１のブロック図では、レーザ制御部２４及び機構制御部３２は、説明の便宜上、別個示されているものの、それらは同一の制御装置によって構成されていてもよい。例えば、レーザ制御部２４及び機構制御部３２の機能は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなど共通のハードウェア構成を有する同一のデジタルコンピュータによって実現されてもよい。
【００３０】
本実施形態によれば、レーザ光を発生させるレーザ発振器２０の発光部（レーザ光源２１、ＬＣユニット２２及びＢＣユニット２３など）と、発光部に励起電力を供給する電源部２６と、レーザ発振器２０を制御するレーザ制御部２４とが、レーザ加工装置３０から離れて移動可能な支持構造体に設けられている。すなわち、発光部、電源部２６及びレーザ制御部２４が支持構造体とともに一体的にレーザ加工装置３０から離れて移動できるようになっている。
【００３１】
図２は、一実施形態に係るレーザ加工システム１０において、支持構造体５０に設けられるレーザ発振器２０の構成要素を示している。支持構造体５０は、レーザ加工システム１０の筐体１１内にレーザ加工装置３０とともに収容されている。支持構造体５０は、複数の可動部５２ａ〜５２ｆをさらに有している。可動部５２ａ〜５２ｆは、支持構造体５０と一体的に移動可能でありながら、かつ、必要に応じて支持構造体５０から独立して個別に移動可能になっている。
【００３２】
一実施形態において、可動部５２ａ〜５２ｆは、支持構造体５０に対して解放可能に係止されるようになっている。それにより、可動部５２ａ〜５２ｆは、係止状態において支持構造体５０と一体的に移動可能でありながら、係止状態を解放した状態では、支持構造体５０から独立して移動可能になる。図示された実施形態では、ＬＣユニット２２、ＢＣユニット２３及びレーザ制御部２４などのレーザ発振器２０の構成要素は、それぞれ可動部５２ａ〜５２ｆに個別に設けられており、それぞれ支持構造体５０から選択的に取出せるように構成されている。
【００３３】
一実施形態において、支持構造体５０は、キャスタ付きのキャビネットの形態を有していてもよい。可動部５２ａ〜５２ｆは、例えば引出し（ｄｒａｗｅｒ）のように格納位置と引出位置との間をスライドできるように構成されてもよい。
【００３４】
このように、本実施形態に係るレーザ加工システム１０によれば、レーザ発振器２０の共振器を含む発光部が、レーザ発振器２０を制御するレーザ制御部２４とともに支持構造体５０に設けられていて、互いに一体的に移動可能になっている。それにより、発光部の構成要素、例えばＬＣユニット２２に不具合が生じたときに、支持構造体５０をレーザ加工装置３０から離れて移動させれば、発光部を電源部２６及びレーザ制御部２４などと一緒に取出して、それらを一体的に交換できる。
【００３５】
このことは、レーザ発振器２０の発光部のみを交換する場合に比べて有利である。レーザ制御部２４によってレーザ発振器２０を正確に制御するためには、発光部に固有の制御パラメータを設定することが必要である。制御パラメータは、電源部２６から入力される電流値と、それに対するレーザ出力との関係に基づいて、電源部２６に対する指令を調整するのに使用される係数を含む。また、制御パラメータには、出力センサ又は温度センサなどの各種センサの測定値を調整する係数などが含まれていてもよい。
【００３６】
レーザ発振器２０の発光部及びレーザ制御部２４を一体的に取外し、交換できる場合、制御パラメータが予め設定された発光部及びレーザ制御部２４と交換すればよいので、修理の現場で制御パラメータを設定する工程を省略でき、作業効率が向上する。
【００３７】
また、本発明によれば、レーザ発振器２０の各種構成要素は、支持構造体５０の可動部５２ａ〜５２ｆにそれぞれ設けられているので、必要な構成要素を選択的に取出して修理できる。そのため、作業効率が向上する。
【００３８】
レーザ発振器２０、レーザ制御部２４及びレーザ加工装置３０が同一の筐体に収容される実施形態によれば、複数の筐体を設置する必要がないので、レーザ加工システム１０を設置するのに必要な空間を小さくできる。
【００３９】
レーザ発振器２０がレーザ加工装置３０の筐体内に収容される実施形態によれば、レーザ発振器２０のＢＣユニット２３と加工ヘッド３５とを接続するのに必要なフィーディングファイバ３６の長さを短縮できるようになる。
【００４０】
レーザ制御部２４及び機構制御部３２が同一の制御装置によって構成される実施形態によれば、レーザ加工システム１０の構成を簡素化できる。また、レーザ制御部２４及び機構制御部３２を同期させるために使用される信号用ケーブルを敷設する必要がなくなる。
【００４１】
図３は、別の実施形態に係るレーザ加工システムにおける支持構造体５０の構成を示している。本実施形態の構成は、レーザ加工装置３０のアンプ３３が支持構造体５０の可動部５２ｆに設けられている点以外は、図２に示される実施形態と同様である。
【００４２】
本実施形態によれば、レーザ加工装置３０のアンプ３３が、支持構造体５０又は可動部５２ｆとともにレーザ加工装置３０から離れて移動可能になっている。アンプ３３と動作機構部３１との間は、図示されない容易に変形可能な電力ケーブル又は信号用ケーブルによって接続されているので、アンプ３３を取出す際にアンプ３３と動作機構部３１との間の接続状態を解除する必要がない。そのため、アンプ３３の修理を容易に行える。
【００４３】
なお、機構制御部３２がレーザ制御部２４と共通のコンピュータによって構成される実施形態においては、機構制御部３２は、レーザ制御部２４とともに支持構造体５０の可動部５２ａに設けられることになる。
【００４４】
また別の実施形態において、レーザ加工システム１０は、用途に応じて種々の加工を実行可能であるように構成された一般的な工作機械を備えていてもよい。工作機械は、旋盤加工又はフライス加工などを実行できる加工ツールを備えている。それら加工ツールは、レーザ発振器２０から発生されるレーザ光を出射するように構成された加工ヘッド３５と容易に交換できるように、或いは工作機械の動作時に加工ヘッド３５とそれら加工ツールとを切替可能であるように構成されている。
【００４５】
図４は、また別の実施形態に係るレーザ加工システム１０を示している。本実施形態のレーザ加工システム１０は、多関節ロボット６０を示している。ロボット６０の手首６１には、レーザ発振器２０から発生されるレーザ光を出射する加工ヘッド３５が取付けられている。ロボット６０は、機構制御部３２によって制御されるモータを各関節に備えており、加工ヘッド３５が所望の位置及び姿勢を有するように動作可能である。
【００４６】
本実施形態によれば、レーザ発振器２０及びレーザ制御部２４が、ロボット６０を制御するのに使用される配電盤などが収容された制御装置の筐体７０に収容されている。このような実施形態においても、レーザ発振器２０の発光部及びレーザ制御部２４が筐体７０内を移動可能な支持構造体に設置されているので、前述した他の実施形態と同様の有利な効果を奏することができる。
【００４７】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    レーザ加工システム
１１    （レーザ加工システムの）筐体
２０    レーザ発振器
２１    レーザ光源
２２    ＬＣユニット
２３    ＢＣユニット
２４    レーザ制御部
２５    インタフェース
２６    電源部
２７    冷却部
２８ａ    光ファイバ
２８ｂ    光ファイバ
３０    レーザ加工装置
３１    動作機構部
３２    機構制御部
３３    アンプ
３５    加工ヘッド
３６    フィーディングファイバ
６０    多関節ロボット
６１    手首
７０    （ロボット制御装置の）筐体
Ｔ    テーブル
Ｗ    ワーク
【図１】
2016198793.tif 000003
【図２】
2016198793.tif 000004
【図３】
2016198793.tif 000005
【図４】
2016198793.tif 000006
【図５】
2016198793.tif 000007