(57)【要約】【課題】被加工物をレーザー加工する際の作業工程の削減と段取り時間の短縮を図る。【解決手段】加工機３と制御装置４とからなり、加工機３は、テーブル１３と、レーザー発振部９とレーザー集光部１０を有するレーザー照射機構８と、レーザー照射機構８を移動させて被加工物２の加工位置にレーザー集光部１０を対向させるレーザー移動機構１２と、を備え、制御装置４は、加工プログラムを作成するプログラム作成部２１と、接触プローブ１１が検出した被加工物２の３次元座標データからテーブル１３上における被加工物２の保持位置を測定する保持位置測定部２２と、テーブル１３上における被加工物２の保持位置に形状データで示される被加工物２が配置されるように加工プログラムを修正するプログラム修正部２３と、修正された加工プログラムに従ってレーザー移動機構１２の動作を制御する動作制御部２４と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光により被加工物を加工する加工機と、前記加工機の動作を制御する制御装置とからなるレーザー加工システムであって、
前記加工機は、前記被加工物を保持するテーブルと、前記被加工物を加工するためのレーザー光を発振するレーザー発振部と前記レーザー発振部が発振するレーザー光を集光して前記被加工物に照射するレーザー集光部を有するレーザー照射機構と、前記レーザー照射機構を移動させて前記テーブルに保持された被加工物の加工位置に前記レーザー集光部を対向させるレーザー移動機構と、を備え、
前記制御装置は、前記テーブルに保持された被加工物の加工形状にならい前記レーザー照射機構を移動させて前記被加工物の加工位置に前記レーザー集光部を対向させるように前記レーザー移動機構を動作させるための加工プログラムを前記被加工物の形状データに基づいて作成するプログラム作成部と、前記レーザー集光部に代えて検出器を装着した前記レーザー照射機構を前記レーザー移動機構により移動させて前記検出器が検出した前記被加工物の３次元座標データから前記テーブル上における被加工物の保持位置を測定する保持位置測定部と、前記保持位置測定部で測定された前記テーブル上における被加工物の保持位置に形状データで示される被加工物が配置されるように前記加工プログラムを修正するプログラム修正部と、前記プログラム修正部により修正された前記加工プログラムに従って前記レーザー照射機構を移動させて前記被加工物の加工位置に前記レーザー集光器を対向させるように前記レーザー移動機構の動作を制御する動作制御部と、を備えることを特徴とするレーザー加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザー光により被加工物を加工する際の作業工程の削減と作業時間の短縮を図ることができるレーザー加工システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー加工システムは、制御装置により作成した加工プログラムに従い加工機の動作を制御することで、レーザー移動機構によりレーザー照射機構を移動させて被加工物の加工位置にレーザー集光部を対向させ、レーザー発振部が発振するレーザー光をレーザー集光部で集光して被加工物の加工位置に照射し、被加工物の穴明けなどの切断加工や溶接加工などを行う。
従来のレーザー加工システムには、特許文献１に、カメラで撮影したワークの画像データを画像処理によって解析し、加工穴の形状を含んだワーク形状データを得て、得られたワーク形状データを基準データと比較して加工の良否を判定する技術が開示されている。
また、従来のレーザー加工システムには、特許文献２に、アームとアームを支える柱部材と柱部材の土台とを備える産業用ロボットであって、ティーチング及び操作機器として、少なくとも１つの十字キー又はレバーと複数のボタンを有するゲームコントローラを備え、ゲームコントローラによって、アームの上下（Ｚ軸）スライド動作、土台に対する柱部材の水平（Ｘ軸、Ｙ軸）スライド動作、作業始点・中間点・終点、及び作業動作の速度といった、ティーチング・操作を全て行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７５３９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３９７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近時のレーザー加工システムにおいては、加工機のレーザー照射機構を実際に動作させて行うティーチング作業に対して、被加工物の形状データに基づいて加工機のレーザー照射機構を移動させて照射するための加工プログラムを制御装置により作成するオフラインティーチングが行われている。
オフラインティーチングによるレーザー加工システムの制御装置は、コンピュータからなり、ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）によって、ＣＡＤ（Computer Aided Design）で作成した被加工物の形状データを基に加工機を動作させるための加工プログラム（加工データ）を作成する。レーザー加工システムは、制御装置が作成した加工プログラムに従い加工機のレーザー照射機構をレーザー移動機構により被加工物の加工形状にならい移動させてレーザー光を照射し、被加工物を加工する。
【０００５】
オフラインティーチングによるレーザー加工システムは、図４に示すように加工作業を行う。
レーザー加工システムは、加工作業を開始すると、第１工程目において、制御装置のＣＡＭによって、ＣＡＤで作成した被加工物の３次元の形状データを基にオフラインティーチングして加工プログラム（加工データ）を作成し、加工機に出力する。（時間：３０分〜５０分）
レーザー加工システムは、第２工程目において、加工機によって、加工プログラムに従ってレーザー集光部からレーザー光を照射せずにレーザー照射機構を被加工物の加工形状にならい移動させ（空振り）、加工経路や、レーザー集光部の被加工物との接触有無などの確認を行う。（時間：５分〜７分）
レーザー加工システムは、第２工程目の確認に異常が無ければ、第３工程目において、加工機によって、加工プログラムに従ってレーザー照射機構を照射位置に移動させて、レーザー集光部からレーザー光を規定の出力（加工出力）に合わせて被加工物の加工位置に照射し、加工（テストカット）を行う。（時間：例えば、５分〜７分）
レーザー加工システムは、第４工程目において、３次元測定器によって、被加工物の加工寸法を測定し、被加工物の製品データ精度を基に位置ずれ寸法を測定する。（時間：８分〜１５分）
レーザー加工システムは、第５工程目において、位置ずれ寸法をＣＡＭにフィードバックし、ＣＡＭによって、位置ずれ寸法を基にレーザー照射機構の照射位置を詳細な位置にティーチングしなおす（加工プログラムを修正）。（時間：４分〜７分）
レーザー加工システムは、第６工程目において、加工機によって、第５工程目で詳細な位置にティーチングしなおした加工プログラムに従ってレーザー照射機構を移動させて、レーザー集光部からレーザー光を規定の出力（加工出力）に合わせて被加工物の加工位置に照射し、加工（テストカット）を行う。（時間：例えば、５分〜７分）
レーザー加工システムは、第４〜第６工程目を繰り返すことで、製品データ精度を満たすように被加工物の加工精度を上げて行き、製品データ精度を満たすと加工作業を終了する。この第４〜第６工程目を繰り返しは、製品データ精度にもよるが、平均８〜１０回の加工が行われる。（被加工物の１台の平均加工時間は、５分〜７分）
【０００６】
しかしながら、上述のレーザー加工システムは、加工経路、レーザー集光部の被加工物との接触有無などの確認を行う空振りの作業工程（第２工程目）や、被加工物の加工精度を上げるための加工寸法測定・加工プログラム修正・再加工の作業工程（第４〜第６工程目）の繰り返しを必要としている。
このため、上述のレーザー加工システムは、作業工程の数が多くなる問題があり、また、段取り時間が長くなる問題があった。
【０００７】
そこで、この発明は、レーザー光により被加工物を加工する際の作業工程の削減と段取り時間の短縮を図ることができるレーザー加工システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、レーザー光により被加工物を加工する加工機と、前記加工機の動作を制御する制御装置とからなるレーザー加工システムであって、前記加工機は、前記被加工物を保持するテーブルと、前記被加工物を加工するためのレーザー光を発振するレーザー発振部と前記レーザー発振部が発振するレーザー光を集光して前記被加工物に照射するレーザー集光部を有するレーザー照射機構と、前記レーザー照射機構を移動させて前記テーブルに保持された被加工物の加工位置に前記レーザー集光部を対向させるレーザー移動機構と、を備え、前記制御装置は、前記テーブルに保持された被加工物の加工形状にならい前記レーザー照射機構を移動させて前記被加工物の加工位置に前記レーザー集光部を対向させるように前記レーザー移動機構を動作させるための加工プログラムを前記被加工物の形状データに基づいて作成するプログラム作成部と、前記レーザー集光部に代えて検出器を装着した前記レーザー照射機構を前記レーザー移動機構により移動させて前記検出器が検出した前記被加工物の３次元座標データから前記テーブル上における被加工物の保持位置を測定する保持位置測定部と、前記保持位置測定部で測定された前記テーブル上における被加工物の保持位置に形状データで示される被加工物が配置されるように前記加工プログラムを修正するプログラム修正部と、前記プログラム修正部により修正された前記加工プログラムに従って前記レーザー照射機構を移動させて前記被加工物の加工位置に前記レーザー集光器を対向させるように前記レーザー移動機構の動作を制御する動作制御部と、を備えることを特徴とするレーザー加工システム。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、テーブル上における被加工物の保持位置に加工プログラム上の形状データで示される被加工物の配設位置を一致させてレーザー加工を行うことができ、１回目の加工から高精度に被加工物を加工することができる。
これにより、この発明は、加工経路、レーザー集光器の被加工物との接触有無などの確認を行う空振りの作業工程や、被加工物の加工精度を上げるための加工寸法測定・加工プログラム修正・再加工の作業工程の繰り返し回数を少なくすることができるため、レーザー光により被加工物を加工する際の作業工程を削減することができ、段取り時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１はレーザー加工システムの斜視図である。（実施例）
【図２】図２は被加工物の保持位置測定の説明図である。（実施例）
【図３】図３はレーザー加工システムによる作業工程を示す図である。（実施例）
【図４】図４はレーザー加工システムによる作業工程を示す図である。（従来例）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１２】
図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。図１において、レーザー加工システム１は、レーザー光により被加工物２を加工する加工機３と、加工機３の動作を制御する制御装置４とからなる。
加工機３は、長四角箱形状の本体５の幅方向両側に一対のポスト６・６を立設している。ポスト６・６の上端には、本体５の幅方向に延びるフレーム７を連結している。
加工機３は、レーザー照射機構８を備える。レーザー照射機構８は、レーザー発振部９とレーザー集光部１０を有する。レーザー発振部９は、被加工物２を加工するためのレーザー光を発振する。レーザー発振部９が発振するレーザー光には、炭酸ガスレーザー、ファイバーレーザー、結晶レーザーがある。レーザー集光部１０は、レーザー発振部９が発振するレーザー光を集光して被加工物２に照射し、被加工物２を加工する。
レーザー集光部１０は、レーザー発振部９に着脱可能に設けられる。加工機３は、レーザー集光部１０に代えて、レーザー発振部９に装着可能な３次元座標データを検出する検出器として、接触プローブ１１を備える。接触プローブ１１は、通電性を有する素材で形成され、被加工物２との接触・非接触による電気の導通状態の変化から、接触した点を被加工物２の３次元座標として検出する。
【００１３】
加工機３は、レーザー移動機構１２を備える。レーザー移動機構１２は、テーブル１３と移動台１４と移動軸１５と回動部１６とを備える。
テーブル１３は、本体５の上側に、図示しないＸ軸用モータによりＸ軸方向（本体５の長手方向）に移動可能に設けられる。テーブル１３は、被加工物２を保持する。移動台１４は、テーブル１３を跨ぐように配置されたフレーム７の下側に、図示しないＹ軸用モータによりＹ軸方向（Ｘ軸と直交する本体５の幅方向）に移動可能に設けられる。
移動軸１５は、テーブル１３の上方に配置された移動台１４の下側に、図示しないＺ軸用モータによりＺ軸方向（Ｘ軸及びＹ軸と直交する本体５の上下方向）に移動可能に設けられる。回動部１６は、Ｚ軸方向に延びる移動軸１５の下部に、図示しない左右用モータにより左右方向（矢印Ａ方向）に回動可能、且つ、図示しない上下用モータにより上下方向（矢印Ｂ方向）に回動可能に設けられる。回動部１６には、レーザー照射機構８のレーザー発振部９がレーザー集光部１０を下側に位置させて取り付けられる。
回動部１６に取り付けられたレーザー照射機構８は、テーブル１３と移動台１４と移動軸１５とによってＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動される。また、レーザー照射機構８は、回動部１６によってレーザー集光部１０の先端側を左右方向（矢印Ａ方向）、上下方向（矢印Ｂ方向）に回動される。
これにより、レーザー移動機構１２は、テーブル１３と移動台１４と移動軸１５とによってレーザー照射機構８を照射位置に移動させ、回動部１６によってテーブル１３に保持された被加工物２の加工位置にレーザー集光部１０を対向させる。
【００１４】
加工機３のレーザー照射機構８、レーザー移動機構１２を制御する制御装置４は、コンピュータからなり、データの入力部１７、データの出力部１８、データの記憶部１９、データの演算処理部２０を有している。
制御装置４は、ＣＡＤで作成した被加工物２の形状データを入力部１７で入力して記憶部１９に記憶し、演算処理部２０で被加工物２の形状データを基に被加工物２の加工プログラム（加工データ）を作成し、出力部１８から加工機３に出力して被加工物２の加工を制御する。
【００１５】
制御装置４は、演算処理部２０に、プログラム作成部２１、保持位置測定部２２、プログラム修正部２３、動作制御部２４を備える。プログラム作成部２１、保持位置測定部２２、プログラム修正部２３は、ＣＡＭによって構成される。
プログラム作成部２１は、ＣＡＤで作成した被加工物２の形状データを基に加工機３を動作させるための加工プログラム（加工データ）を作成する。加工プログラムは、テーブル１３に保持された被加工物２の加工形状にならいレーザー照射機構８を照射位置に移動させて、被加工物２の加工位置にレーザー集光部１０を対向させるように、レーザー移動機構１２を動作させるためのものである。
保持位置測定部２２は、レーザー集光部１０に代えてレーザー発振部９に接触プローブ１１を装着したレーザー照射機構８をレーザー移動機構１２によりＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させて、接触プローブ１１がテーブル１３に保持された被加工物２に複数箇所において接触した点を３次元座標データとして検出する。保持位置測定部２２は、検出した接触点の３次元座標データから、テーブル１３上における被加工物２の保持位置を測定する。
【００１６】
保持位置測定部２２による被加工物２の保持位置の測定は、図２に示すように行われる。保持位置測定部２２は、まず被加工物２のＺ軸方向における平面で、例えば４つの接触点Ｐｚを検出し、被加工物２のＺ軸方向における上面の座標位置を決定する。次に、保持位置測定部２２は、Ｙ軸方向における側面で、例えば２つの接触点Ｐｙを検出し、被加工物２のＹ軸方向における側面の座標位置を決定する。最後に、保持位置測定部２２は、Ｘ軸方向における側面で、例えば１つの接触点Ｐｘを検出し、被加工物２のＹ軸方向における側面の座標位置を決定する。
保持位置測定部２２は、テーブル１３に保持された被加工物２について、接触プローブ１１により検出したＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における接触点Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚの３次元座標データから、テーブル１３上における被加工物２の保持位置を測定する。
なお、接触点Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚの検出数は、被加工物２のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における各面の座標位置を決定できる数であればよく、上記の数に限定されるものではない。また、保持位置測定部２２は、後述する動作制御部２４による隙間管理機能を用いて、被加工物２の保持位置を測定する。
【００１７】
プログラム修正部２３は、図２に示すように、テーブル１３に保持された被加工物２の接触点Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚの座標に、ＣＡＤで作成した被加工物２の図２おいてＤで示す形状データ上の接触点Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚに対応するデータ点Ｐｘｄ、Ｐｙｄ、Ｐｚｄの座標を合わせることで、テーブル１３上における被加工物２の保持位置に形状データで示される被加工物２が配置されるように、プログラム作成部２１が作成した加工プログラムを修正する。
言い換えると、プログラム修正部２３は、保持位置測定部２２で測定されたテーブル１３上における被加工物２の保持位置にＣＡＤで作成した形状データで示される被加工物２を合わせることで、テーブル１３上における被加工物２の保持位置に形状データで示される被加工物２が配置されるように、プログラム作成部２１が作成した加工プログラムを修正する。
【００１８】
動作制御部２４は、プログラム修正部２３により修正された加工プログラムに従って、レーザー照射機構８を照射位置に移動させて、テーブル１３に保持された被加工物２の加工位置にレーザー集光器１０を対向させるように、レーザー移動機構１２の動作を制御する。
動作制御部２４は、レーザー照射機構８の移動において、レーザー集光器１０の先端から被加工物２に電気を発して電圧値、あるいは電流値を検出し、その検出値によりレーザー集光器１０が被加工物２に接触しないようにレーザー移動機構１２を動作させて、レーザー集光器１０と被加工物２との隙間を管理する機能を有している。
保持位置測定部２２は、動作制御部２４による隙間管理機能を用いて、レーザー発振部９に装着された通電性を有する接触プローブ１１の先端から被加工物２に電気を発して電圧値、あるいは電流値を検出し、その検出値により被加工物２に接触した点を接触点Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚと見なして３次元座標データを検出し、テーブル１３上における被加工物２の位置を測定する。
【００１９】
次に作用を説明する。
レーザー加工システム１は、図２に示すように加工作業を行う。
レーザー加工システム１は、加工作業を開始すると、第１工程目において、制御装置４のプログラム作成部２１によって、ＣＡＤで作成した被加工物２の３次元の形状データを基にオフラインティーチングして加工プログラム（加工データ）を作成し、加工機２に出力する。（時間：３０分〜５０分）
レーザー加工システム１は、第２工程目において、加工機３によって、制御装置４の保持位置測定部２２によりレーザー集光部１０に代えて接触プローブ１１を装着したレーザー照射機構８を移動させて、接触プローブ１１がテーブル１３に保持された被加工物２と接触する点Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚを３次元座標データとして検出し、検出した接触点Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚの３次元座標データからテーブル１３上における被加工物２の保持位置を測定する。
レーザー加工システム１は、第３工程目において、制御装置４のプログラム修正部２３によって、保持位置測定部２２で測定されたテーブル１３上における被加工物２の保持位置に形状データで示される被加工物２が配置されるように、プログラム作成部２１が作成した加工プログラムを修正する。
これにより、レーザー加工システム１は、テーブル１３上における被加工物２の保持位置に、加工プログラム上の形状データで示される被加工物２の配設位置を、一致させることができる。
【００２０】
レーザー加工システム１は、第４工程目において、制御装置４の動作制御部２４によって、プログラム修正部２３により修正された加工プログラムに従って、レーザー移動機構１２により接触プローブ１１に代えてレーザー集光部１０を装着したレーザー照射機構８を照射位置に移動させて、テーブル１３に保持された被加工物２の加工位置にレーザー集光器１０を対向させ、レーザー光を規定の出力（加工出力）に合わせて被加工物２の加工位置に照射し、加工（テストカット）を行う。
これにより、レーザー加工システム１は、テーブル１３上における被加工物２の保持位置に加工プログラム上の形状データで示される被加工物２の配設位置を一致させてレーザー加工を行うことができ、１回目の加工から高精度に被加工物２を加工することができる。
レーザー加工システム１は、第５工程目において、図示しない３次元測定器によって、被加工物２の加工寸法を測定し、被加工物２の製品データ精度を基に位置ずれ寸法を測定する。
このとき、レーザー加工システム１は、第４工程目の１回目の加工において高精度に被加工物２を加工することができるので、位置ずれ寸法を製品データ精度公差内とすることができ、１回目の加工で最終製品を得ることができる。レーザー加工システム１は、加工寸法が製品データ精度を満たしているので、被加工物２の加工作業を終了する。
【００２１】
なお、レーザー加工システム１は、たとえ１回目の加工で位置ずれ寸法が製品データ精度公差内とならない場合でも、位置ずれ寸法が製品データ精度公差に近い値となるように加工を行うことができる。
これより、レーザー加工システム１は、位置ずれ寸法が製品データ精度公差内とならない場合、その位置ずれ寸法を制御装置４のプログラム修正部２３にフィードバックし、レーザー照射機構８の照射位置を詳細な位置にティーチングしなおし（加工プログラムを修正）、修正された加工プログラムに従い制御装置４の動作制御部２４によってレーザー照射機構８により被加工物２の加工を行うことで、２度目の加工で位置ずれ寸法を製品データ精度公差内とした最終製品を得ることができる。
【００２２】
このように、レーザー加工システム１は、テーブル１３上における被加工物２の保持位置に形状データＤ１で示される被加工物２が配置されるように修正された加工プログラムに従って、レーザー照射機構８を移動させてレーザー集光部１０からレーザー光を被加工物２の加工位置に照射するようにレーザー移動機構１２の動作を制御するので、テーブル１３上における被加工物２の保持位置に加工プログラム上の形状データで示される被加工物２の配設位置を一致させてレーザー加工を行うことができ、１回目の加工から高精度に被加工物２を加工することができる。
これにより、レーザー加工システム１は、加工経路、レーザー集光部１０の被加工物２との接触有無などの確認を行う空振りの作業工程や、被加工物２の加工精度を上げるための加工寸法測定・加工プログラム修正・再加工の作業工程の繰り返し回数を少なくすることができるため、レーザー光により被加工物２を加工する際の作業工程を削減することができ、段取り時間の短縮を図ることができる。
【００２３】
なお、上述実施例においては、被加工物２の３次元座標データを検出する検出器として接触プローブ１１を例示したが、これに限定されるものではない。
検出器は、例えば、スキャナーから照射されたレーザーによって、対象物の空間位置情報を取得する３Ｄレーザースキャナーとすることができる。３Ｄレーザースキャナーは、検出方式により、三角法方式、飛行時間型（タイム・オブ・フライト方式）、位相差方式がある。３Ｄレーザースキャナーは、短時間で大量の３次元座標データ、点群データを取得することができる。
取得した大量の点群データには、点ごとに３次元座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が得られ、正確に３次元形状を把握することができ、対象物の空間位置情報を面として捉えることができる。また、取得した点群データは、他のＣＡＤソフトウェアなどのアプリケーションに取り込んでデータの表示、解析などの操作も可能である。
これより、レーザー加工システム１は、検出器として３Ｄレーザースキャナーをレーザー発振部９に装着し、被加工物２の３次元座標データを検出することで、検出したデータから保持位置測定部２２によりテーブル１３上における被加工物２の保持位置を測定することができる。
このため、レーザー加工システム１は、保持位置測定部２２で測定したテーブル１３上における被加工物２の保持位置に形状データＤ１で示される被加工物２が配置されるように加工プログラムを修正することで、テーブル１３上における被加工物２の保持位置に加工プログラム上の形状データで示される被加工物２の配設位置を一致させてレーザー加工を行うことができ、１回目の加工から高精度に被加工物２を加工することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
この発明は、レーザー加工システムにおいて、レーザー光により被加工物を加工する際の作業工程の削減と段取り時間の短縮を図ることができるものであり、レーザー照射機構を備える加工機に限らず、他の加工具を備える加工機の加工システムに応用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  レーザー加工システム
２  被加工物
３  加工機
４  制御装置
５  本体
６  ポスト
７  フレーム
８  レーザー照射機構
９  レーザー発振部
１０  レーザー集光部
１１  接触プローブ
１２  レーザー移動機構
１３  テーブル
１４  移動台
１５  移動軸
１６  回動部
１７  入力部
１８  出力部
１９  記憶部
２０  演算処理部
２１  プログラム作成部
２２  保持位置測定部
２３  プログラム修正部
２４  動作制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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