JP7568522B2 - Laser Processing Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、加工用レーザ光と測長用レーザ光とを同一の光学系からワークに対して照射する加工ヘッドを備えたレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing device, and in particular to a laser processing device equipped with a processing head that irradiates a processing laser beam and a length measurement laser beam onto a workpiece from the same optical system.
レーザ切断機やレーザ溶接機あるいはレーザマーキング装置等のレーザ加工装置は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を伝送してワークに照射し、当該レーザ光とワークとを相対移動させることにより、所定の加工を行うことができる。このようなレーザ加工装置におけるレーザ光とワークとの相対移動の一例として、レーザ加工装置の出射部(例えば加工ヘッド等)にガルバノミラーとこのガルバノミラーを所定の軸まわりに回転させる駆動装置とを備えたガルバノスキャナを用いて、ワークに対してレーザ光を走査するものが知られている。 Laser processing devices such as laser cutting machines, laser welding machines, and laser marking devices transmit laser light output from a laser oscillator, irradiate the workpiece, and perform a specified processing by moving the laser light and the workpiece relatively. One example of the relative movement between the laser light and the workpiece in such a laser processing device is a known device that scans the workpiece with the laser light using a galvanometer scanner equipped with a galvanometer mirror and a drive device that rotates the galvanometer mirror around a specified axis at the emission section (e.g., processing head, etc.) of the laser processing device.
このようなガルバノスキャナを用いて加工を行う場合、ガルバノスキャナによるレーザ光の走査領域(すなわちレーザ光の照射範囲)には限界があるため、ガルバノスキャナを含む加工ヘッドを例えばロボットアーム等の搬送手段に取り付けてレーザ光の照射範囲をより広くする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によれば、ワークの形状が複雑になった場合でも加工ヘッドの取り回しを容易に行うことができるものの、搬送手段の移動精度によってはレーザ光の照射点が目標位置からずれてしまうという問題があった。 When processing is performed using such a galvanometer scanner, the scanning area of the laser light (i.e. the irradiation range of the laser light) by the galvanometer scanner is limited, so a laser processing device is known in which a processing head including a galvanometer scanner is attached to a transport means such as a robot arm to broaden the irradiation range of the laser light. With such a laser processing device, the processing head can be easily handled even when the shape of the workpiece is complex, but there is a problem in that the irradiation point of the laser light may deviate from the target position depending on the movement accuracy of the transport means.
このような問題を解決することを意図したレーザ加工装置の一例として、例えば特許文献1には、溶接対象物へレーザ光を照射するレーザ照射装置と、そのレーザ照射装置を溶接対象物に対して移動させ得る移動装置と、を有し、その移動装置によりレーザ照射装置を溶接対象物に対して移動させながら、レーザ照射装置より溶接対象物へ照射されたレーザ光にて溶接対象物を溶接するレーザ溶接装置であって、移動装置は、予め設定された溶接対象物の溶接線に沿って、レーザ照射装置を移動させるように制御する移動装置制御手段を備え、レーザ照射装置は、レーザ光を集光して溶接対象物に向けて照射する照射手段と、その照射手段より照射されるレーザ光の溶接対象物における照射点を移動させる移動手段と、その移動手段による照射点の移動を制御するレーザ照射装置制御手段と、を備え、そのレーザ照射装置制御手段は、溶接対象物に照射されたレーザ光の照射点と溶接線との間にずれがあるかを判断する判断手段と、その判断手段によりずれがあると判断される場合に、照射点が前記溶接線へ移動するように移動手段を制御する第1移動制御手段と、判断手段によりずれがあると判断されない場合に、照射点が溶接線から所定範囲の中で移動するように移動手段を制御する第2移動制御手段と、を備えたものが知られている。このようなレーザ溶接装置によれば、ガルバノスキャナを多軸ロボットの先端に取り付けて溶接を行う際に、レーザ光を常に溶接線から所定範囲内に照射しつつ、レーザ光の照射点と溶接線とにずれが生じた場合は、レーザ光の照射を停止させることなく、レーザ光の照射点を溶接線に戻すことができるとされている。 As an example of a laser processing device intended to solve such problems, for example, Patent Document 1 discloses a laser welding device having a laser irradiation device that irradiates a laser beam onto an object to be welded, and a moving device that can move the laser irradiation device relative to the object to be welded, and while the moving device moves the laser irradiation device relative to the object to be welded, the object to be welded is welded with the laser beam irradiated onto the object from the laser irradiation device. The moving device has a moving device control means that controls the laser irradiation device to move along a preset weld line of the object to be welded, and the laser irradiation device has an irradiation means that focuses the laser beam and irradiates it toward the object to be welded. A known laser welding device includes a moving means for moving the irradiation point of the laser light irradiated from the irradiation means on the welding object, and a laser irradiation device control means for controlling the movement of the irradiation point by the moving means, and the laser irradiation device control means includes a judgment means for judging whether there is a deviation between the irradiation point of the laser light irradiated on the welding object and the welding line, a first movement control means for controlling the movement means so that the irradiation point moves to the welding line when the judgment means judges that there is a deviation, and a second movement control means for controlling the movement means so that the irradiation point moves within a predetermined range from the welding line when the judgment means does not judge that there is a deviation. According to this laser welding device, when welding is performed by attaching a galvano scanner to the tip of a multi-axis robot, the laser light is always irradiated within a predetermined range from the welding line, and if a deviation occurs between the irradiation point of the laser light and the welding line, the irradiation point of the laser light can be returned to the welding line without stopping the irradiation of the laser light.
上記のようなレーザ光の照射点を加工経路(溶接線)に追従させつつ加工を行う技術では、レーザ光の照射点が想定されている加工経路(例えば加工プログラムで設定されている加工経路)からずれているかどうかの判別をカメラ等の撮像手段で取得した照射点近傍の画像を解析することにより行うものが多く知られている。例えば上記した特許文献1に示したレーザ加工装置においても、「溶接対象物に照射されたレーザ光の照射点と溶接線との間にずれがあるかを判断する判断手段」として、加工用のレーザ光と同軸に撮像素子を含むカメラ(例えばCCDカメラ)の視野を配置し、レーザ光の照射点からの反射光を撮像素子で2次元画像として取得して、当該2次元画像に基づいてワークあるいはレーザ光の照射点のずれを判別するシームトラッキングヘッドが適用されている。 In the technology for processing while tracking the irradiation point of the laser light along the processing path (weld line), as described above, many techniques are known that determine whether the irradiation point of the laser light is deviated from the expected processing path (for example, the processing path set in the processing program) by analyzing an image of the vicinity of the irradiation point acquired by an imaging means such as a camera. For example, in the laser processing device shown in the above-mentioned Patent Document 1, as a "determination means for determining whether there is a deviation between the irradiation point of the laser light irradiated to the welding object and the weld line", a seam tracking head is applied that arranges the field of view of a camera (for example, a CCD camera) including an imaging element coaxially with the laser light for processing, acquires the reflected light from the irradiation point of the laser light as a two-dimensional image with the imaging element, and determines the deviation of the workpiece or the irradiation point of the laser light based on the two-dimensional image.
このような判断手段を用いた場合、2次元画像のデータを画像処理することでワークの凹凸や端部等の「特徴点」を抽出し、当該特徴点に基づいてワークとレーザ光の照射点との位置関係を把握することになる。このとき、取得した2次元画像は画素データの集合であるため、2次元画像データの画像処理は複雑な演算等が必要となる。特に、より精細な判別を行うことを意図して2次元画像の画素数を増やした場合、画像処理の負荷が増大するとともに演算に係る処理時間も増加するため、加工中でのリアルタイムの判別を行う場合には大きな問題となっていた。 When using such a judgment means, the two-dimensional image data is processed to extract "feature points" such as unevenness and edges of the workpiece, and the positional relationship between the workpiece and the irradiation point of the laser light is understood based on these feature points. At this time, since the acquired two-dimensional image is a collection of pixel data, image processing of the two-dimensional image data requires complex calculations. In particular, if the number of pixels in the two-dimensional image is increased with the intention of making a more precise judgment, the load on the image processing increases and the processing time related to the calculations also increases, which is a major problem when making a real-time judgment during processing.
このような経緯から、データ処理の負荷を低減しつつ正確にワークの特徴点を抽出できるレーザ加工装置が求められている。 Given these circumstances, there is a demand for laser processing equipment that can accurately extract feature points of a workpiece while reducing the burden on data processing.
本発明の一態様によるレーザ加工装置は、加工用レーザ光と測長用レーザ光とを同一の光学系からワークに対して照射する加工ヘッドと、当該加工ヘッドをワークに対して相対移動させる加工ヘッド搬送機構と、加工用レーザ光及び測長用レーザ光をワークに照射する動作を制御する制御機構と、を備え、上記加工ヘッドは、測長用レーザ光の光軸を走査する副レーザ走査機構と、当該副レーザ走査機構の出射側に設けられて加工用レーザ光及び測長用レーザ光を重畳する重畳光学ユニットと、当該重畳光学ユニットの出射側に設けられて加工用レーザ光の光軸及び測長用レーザ光の光軸を所定の走査領域内で走査する主レーザ走査機構と、を含み、上記制御機構は、加工プログラムに基づいて加工経路上の加工点に加工用レーザ光を照射する動作を制御する主制御部と、走査領域内で測長用レーザ光を所定の走査線上で走査することによってワーク上の特徴点を検出する特徴点検出部と、前記加工プログラムに基づく仮想特徴点と検出された特徴点との差分に基づいてワークにおける加工経路の位置補正を行う経路補正部と、を含むものとして構成される。 A laser processing apparatus according to one aspect of the present invention includes a processing head that irradiates a processing laser beam and a length measurement laser beam onto a workpiece from the same optical system, a processing head transport mechanism that moves the processing head relative to the workpiece, and a control mechanism that controls the operation of irradiating the processing laser beam and the length measurement laser beam onto the workpiece. The processing head includes a sub-laser scanning mechanism that scans the optical axis of the length measurement laser beam, a superposition optical unit that is provided on the exit side of the sub-laser scanning mechanism and superimposes the processing laser beam and the length measurement laser beam, and a main laser scanning mechanism that is provided on the exit side of the superposition optical unit and scans the optical axis of the processing laser beam and the optical axis of the length measurement laser beam within a predetermined scanning area. The control mechanism is configured to include a main control unit that controls the operation of irradiating the processing laser beam to a processing point on a processing path based on a processing program, a feature point detection unit that detects feature points on the workpiece by scanning the length measurement laser beam on a predetermined scanning line within the scanning area, and a path correction unit that performs position correction of the processing path on the workpiece based on a difference between a virtual feature point based on the processing program and the detected feature point.
本発明の一態様によれば、制御機構が、主レーザ走査機構の走査領域内で測長用レーザ光を所定の走査線上で走査することによってワーク上の特徴点を検出するとともに、検出された特徴点に基づいてワークにおける加工経路の位置補正を行うことにより、データ処理の負荷を低減しつつ正確にワークの特徴点を抽出できる。 According to one aspect of the present invention, the control mechanism detects feature points on the workpiece by scanning the length measurement laser light on a predetermined scanning line within the scanning area of the main laser scanning mechanism, and performs position correction of the machining path on the workpiece based on the detected feature points, thereby reducing the data processing load and accurately extracting the feature points of the workpiece.
以下、本発明の代表的な一例によるレーザ加工装置の実施形態を図面と共に説明する。 Below, an embodiment of a laser processing device according to a representative example of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1の実施形態>
図1は、本発明の代表的な一例である第1の実施形態によるレーザ加工装置の構成を示す概略図である。また、図2は、第1の実施形態による加工ヘッドの構成及び加工経路の設定動作の一例を示す概略図である。また、図3は、第1の実施形態による特徴点の検出動作の一例を示す概略図である。さらに、図4は、第1の実施形態によるレーザ加工装置の制御機構と他の構成要素との関係を示すブロック図である。
First Embodiment
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a laser processing apparatus according to a first embodiment, which is a typical example of the present invention. Fig. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a processing head and a processing path setting operation according to the first embodiment. Fig. 3 is a schematic diagram showing an example of a feature point detection operation according to the first embodiment. Fig. 4 is a block diagram showing the relationship between a control mechanism and other components of the laser processing apparatus according to the first embodiment.
図1に示すように、第1の実施形態によるレーザ加工装置1は、その一例として、加工用レーザ光LPを発振する加工用レーザ光源(発振器)10と、測長用レーザ光LMを発振するとともに戻り光を用いてワークとの距離を演算するレーザ測長器20と、加工用レーザ光LP及び測長用レーザ光LMを走査しつつワークWに向けて照射する加工ヘッド30と、当該加工ヘッド30をワークWに対して相対移動させる加工ヘッド搬送機構40と、ワークWを保持するワーク保持機構50と、これらの構成要素と接続されて各々の動作を制御する制御機構100と、を備えている。そして、レーザ加工装置1は、ワーク保持機構50上に保持されたワークWの加工点FPに加工用レーザ光LPを集光させて走査することにより、例えば溶接や切断あるいは穴あけやマーキング等の所定の加工(リモート加工)を実施する。
As shown in FIG. 1, the laser processing device 1 according to the first embodiment includes, as an example, a processing laser light source (oscillator) 10 that oscillates a processing laser light LP, a laser
加工用レーザ光源10は、ワークWを加工する加工用レーザ光LPを発振するものであって、例えば光ファイバ等の伝送路12及び光コネクタ14を介して加工用レーザ光LPを加工ヘッド30に出力する。また、加工用レーザ光源10はワークWへの吸収率等を考慮して波長や出力が決定される。このような発振器としては、YAGレーザ、YVO4レーザ、ファイバレーザ、ディスクレーザ等のファイバ伝送が可能なものが例示できる。
The processing
レーザ測長器20は、ワークWの表面に照射される測長用レーザ光LMを発振するとともにワークWで反射した戻り光を用いてワークWとの距離を演算するものであって、例えば光ファイバ等の伝送路22及び光コネクタ24を介して測長用レーザ光LMを加工ヘッド30に出力する。このようなレーザ測長器20は、その一例として、発振器から発振された参照光とワークWから反射した戻り光とを重畳した際の干渉に基づいてワークWとの距離を演算するものや、測長用レーザ光LMの出射時刻から戻り時刻までの時間に基づいてワークWとの距離を演算するもの等が例示できる。また、測長用レーザ光LMとしては、半導体レーザ(LD)等のファイバ伝送が可能な可視光のものが例示できる。
The laser
加工ヘッド30は、図2(a)に示すように、測長用レーザ光LMの光軸を走査する副レーザ走査機構32と、この副レーザ走査機構32の出射側に設けられて加工用レーザ光LP及び測長用レーザ光LMを重畳する重畳光学ユニット34と、この重畳光学ユニット34の出射側に設けられて加工用レーザ光LPの光軸及び測長用レーザ光LMの光軸を所定の主走査領域SR内で走査する主レーザ走査機構36と、主レーザ走査機構36の出射側に配置されて加工用レーザ光LP及び測長用レーザ光LMをワークW上に照射する照射ユニット38と、含む。このような構成により、レーザ加工装置1は、図2(b)に示すように、所定の主走査領域SR内で加工用レーザ光LPの照射点(集光点)FPを任意の位置に動かすとともに、当該加工用レーザ光LPと独立して測長用レーザ光LMを加工用レーザ光LPの照射点FPの近傍に設定された測長走査領域MR内で任意に動かすことが可能となる。また、加工ヘッド30は、内蔵される種々の光学系を冷却する冷却機構等の公知の構成を備えてもよい。
As shown in FIG. 2(a), the
副レーザ走査機構32及び主レーザ走査機構36は、入射する加工用レーザ光LPあるいは測長用レーザ光LMを全反射するミラーを含み、当該ミラーを微小角度で揺動させることにより、これら加工用レーザ光LP及び/又は測長用レーザ光LMの光軸を動かす(走査する)機能を有する。このようなレーザ走査機構としては、図2(a)に示すような全反射ミラーを所定のガルバノモータ軸まわりに回動させて任意の角度に揺動するガルバノスキャナや、あるいは圧電膜を利用したアクチュエータに全反射ミラーを取り付けて通電により全反射ミラーの角度を微細に調整する圧電スキャナ等が例示できる。
The secondary
重畳光学ユニット34は、その一例として、図2(a)に示すように、加工用レーザ光LPを全反射しつつ測長用レーザ光LMを透過させる重畳光学系34aと、その下流側に配置されて重畳された加工用レーザ光LP及び測長用レーザ光LMを所定のビーム径に集光する集光光学系34bと、により構成される。ここで、重畳光学系34aとしては、入射する光の波長に応じてこれを反射あるいは透過させる機能を備えたハーフミラーや、あるいはビームスプリッタ等が例示できる。
2(a), the superimposing
照射ユニット38は、主レーザ走査機構36で偏向された加工用レーザ光LP及び測長用レーザ光LMを、ワークW上の所定位置で焦点を結ぶように集光する光学系であって、例えば集光レンズやfθレンズ等を組合せたものとして構成される。また、照射ユニット38は、加工ヘッド30の内部を密閉する蓋としての機能も有している。もしくは、照射ユニット38を平板状のウィンドウとし、集光光学系34bのみでワークW上に焦点を結ぶように構成してもよい。
The
このような加工ヘッド30において、加工用レーザ光LPは、伝送路12から光コネクタ14を介して入射し、重畳光学ユニット34の重畳光学系34aで全反射された後に集光光学系34bで集光され、その後、主レーザ走査機構36で任意の角度(位置)に光軸が偏向されて、照射ユニット38を介して出射される。これにより、加工用レーザ光LPは、図2(b)に示すように、主レーザ走査機構36の2次元の主走査領域SRにおける任意の加工点FPに焦点を結ぶように照射される。
In such a
一方、測長用レーザ光LMは、伝送路22から光コネクタ24を介して入射し、副レーザ走査機構32で任意の角度(位置)に光軸が偏向された後、重畳光学系34aを透過して集光光学系34bで集光され、その後、主レーザ走査機構36でさらに任意の角度(位置)に光軸が偏向されて、照射ユニット38を介して出射される。これにより、測長用レーザ光LMは、図2(b)に示すように、加工用レーザ光LPの照射点FPの近傍に設定された2次元の測長走査領域MRにおいて、任意の測定点(図2(a)のFM1あるいはFM2参照)に焦点を結ぶように照射される。
Meanwhile, the measurement laser light LM enters through the
そして、ワークWに照射された測長用レーザ光LMは、ワークWの表面で加工ヘッド30側に反射して、照射ユニット38から主レーザ走査機構36、重畳光学ユニット34、副レーザ走査機構32を経由して、加工ヘッド30からレーザ測長器20に戻る。その後、レーザ測長器20では、上記のとおり測長用レーザ光LMの戻り光を用いてワークWとの距離が演算される。これにより、レーザ加工装置1では、加工用レーザ光LPの照射点FPの近傍に位置する測長走査領域MR内における任意の位置でのワークWの表面(測長用レーザ光LMの照射点)までの距離を取得することができる。
The measurement laser light LM irradiated to the workpiece W is reflected by the surface of the workpiece W toward the
加工ヘッド搬送機構40は、その一例として、少なくとも先端にロボットアーム42を備えた6軸又は7軸タイプの産業用ロボットとして構成される。そして、ロボットアーム42の先端に上記加工ヘッド30が取り付けられ、当該加工ヘッド30を旋回範囲内の任意の位置及び角度に移動させる。
The machining
ワーク保持機構50は、その一例として、ワークWを取り付けるチャック機構(図示せず)を備え、ワークWを把持固定する。また、ワーク保持機構50は、例えばワークWをXYZの3軸方向に移動させる機構だけでなく、回転機構を備えてもよい。
As an example, the
第1の実施形態によるレーザ加工装置1の動作を制御する制御機構100は、図4に示すように、加工プログラムに基づいて加工経路上の加工点FPに加工用レーザ光LPを照射する動作を制御する主制御部110と、測長走査領域MR内で測長用レーザ光LMを走査することによってワークW上の特徴点SP(図5等参照)を検出する特徴点検出部120と、検出された特徴点SPに基づいてワークWにおける加工経路PR(図5等参照)の位置補正を行う経路補正部130と、を含む。そして、制御機構100は、図1に示した加工用レーザ光源10、レーザ測長器20、加工ヘッド30、加工ヘッド搬送機構40、ワーク保持機構50と有線あるいは無線で接続されており、これらの周辺機器と信号のやり取りを行ってレーザ加工装置1の動作を制御する。
The
主制御部110は、その一例として、加工プログラムから加工経路の情報を抽出して、加工用レーザ光LPの照射点FPの位置等を指令する走査指令信号を加工ヘッド30及び加工ヘッド搬送機構40に発信するとともに、加工プログラムから加工条件を抽出して、加工用レーザ光LPの出力等を指令する出力指令信号を加工用レーザ光源10に発信する。また、主制御部110は、特徴点検出部120に指令し、測長用レーザ光LMを加工用レーザ光LPの照射点FPの近傍に位置する測長走査領域MR内で走査する測定プログラム(加工プログラムに含まれるサブプログラムでもよい。)を実行する。さらに、主制御部110は、後述する経路補正部130からの経路補正情報に基づいて、上記走査指令信号を変更する機能も有する。
As an example, the
特徴点検出部120は、上記のレーザ測長器20で取得されたワークWまでの距離データに基づいて、所定の走査線L上でのワークWの形状的因子による特徴点SP(例えば、溶接における開先、ワークの稜線や谷線等の端部、ワークに形成された凸部等)を検出する。具体的には、図3に示すように、測長走査領域MR内において、測長用レーザ光LMの照射点FMを所定の走査線上で走査し、当該走査線に沿ったワークWまでの連続的な距離データに大きな変化が生じた位置を特徴点SP(すなわち加工線MLの位置)として検出する。このとき、加工用レーザ光LPの照射点FPが測長走査領域MRの走査方向の中央に位置するように設定しておけば、例えば図3(b)のようにMR内位置の略中央で特徴点SPが検出された場合、加工用レーザ光LPは加工線MLとほぼ同位置にあると判断することができ、例えば図3(a)や図3(c)のように走査線上で特徴点SPが中央からずれた位置で検出された場合、そのずれ量が加工線MLと加工用レーザ光LPの間隔に対応すると判断できる。
Based on the distance data to the workpiece W acquired by the laser
経路補正部130は、特徴点検出部120で検出された複数の特徴点(例えばSP1、SP2)に基づいて、ワークWに対して実行される予定のレーザ加工の加工経路PRの位置(例えば始点と終点の位置等)を補正する。具体的には、例えば主走査領域SR内で想定される加工経路PR’に対して、2本の走査線L1、L2上で検出されたワークWの加工線WLの位置を示す特徴点SP1及びSP2を通る線を実際の加工経路PRと決定する。そして、経路補正部130は、上記の特徴点に基づいて決定された加工経路PRの情報を主制御部110に送る。
The
特徴点検出部120による特徴点SPの検出動作は、図3に示すように、加工プログラムに基づいて、走査線L1上に測長走査領域MRを移動させる。このとき、測長走査領域MR内で走査線L1に沿って測長用レーザ光LMの照射点FMが走査されている。
The detection operation of the feature
ここで、測長用レーザ光LMによる測定の一例としては、例えば測長走査領域MRを100mm/sで移動させたときに、測長用レーザ光LMの照射点FMは5000mm/sと高速で往復走査される。そして、測長用レーザ光LMの走査線の長さを例えば5mmとすると、2msに一回データを取得することができる。よって、測長走査領域MRすなわち加工用レーザ光LPの照射点FPの走査速度からすれば、0.2mmに一回の割合で測長用レーザ光LMのデータを取得できることになる。 As an example of measurement using the length measurement laser light LM, when the length measurement scanning area MR is moved at 100 mm/s, the irradiation point FM of the length measurement laser light LM is scanned back and forth at a high speed of 5000 mm/s. If the length of the scanning line of the length measurement laser light LM is, for example, 5 mm, data can be obtained once every 2 ms. Therefore, in terms of the scanning speed of the length measurement scanning area MR, i.e., the irradiation point FP of the processing laser light LP, data of the length measurement laser light LM can be obtained once every 0.2 mm.
図3(a)は、加工線MLを測長走査領域MRの走査方向の前半部で検出した場合を示している。このとき、特徴点SPは測長走査領域MRの走査方向位置(図3(a)の横方向)の前半部分で、検出位置(高さ)の変化点として検出される。 Figure 3 (a) shows the case where the processing line ML is detected in the first half of the scanning direction of the measurement scanning region MR. In this case, the feature point SP is detected as a change point of the detection position (height) in the first half of the scanning direction position (horizontal direction in Figure 3 (a)) of the measurement scanning region MR.
図3(b)は、加工線MLが測長走査領域MRの走査方向の中間部で検出した場合を示している。このとき、特徴点SPは測長走査領域MRの走査方向位置の中央部分で、検出位置(高さ)の変化点として検出される。 Figure 3 (b) shows a case where the processing line ML is detected in the middle of the scanning direction of the length measurement scanning region MR. In this case, the feature point SP is detected as a change point of the detection position (height) in the center part of the scanning direction position of the length measurement scanning region MR.
図3(c)は、加工線MLを測長走査領域MRの走査方向の後半部で検出した場合を示している。このとき、特徴点SPは測長走査領域MRの走査方向位置の後半部分で、検出位置(高さ)の変化点として検出される。 Figure 3 (c) shows the case where the processing line ML is detected in the latter half of the scanning direction of the measurement scanning region MR. In this case, the feature point SP is detected as a change point of the detection position (height) in the latter half of the scanning direction position of the measurement scanning region MR.
これらのことから、測長走査領域MRと、その内部で検出された測長用レーザ光LMの特徴点SPとの位置関係から、精度よく加工線MLの位置を特定することができる。なお、図3(a)~図3(c)に示すような複数の測定データを用いれば、加工線MLの位置をさらに精度良く検出することが可能となる。 For these reasons, the position of the processing line ML can be determined with high precision from the positional relationship between the measurement scanning region MR and the characteristic point SP of the measurement laser light LM detected within it. If multiple measurement data such as those shown in Figures 3(a) to 3(c) are used, the position of the processing line ML can be detected with even higher precision.
次に、図5及び図6を用いて、第1の実施形態によるレーザ加工装置1における制御機構100による経路補正動作の具体的な一例を説明する。図5は、第1の実施形態による特徴点の検出及び経路補正動作の一例を示す概略図である。また、図6は、第1の実施形態の変形例による特徴点の検出及び経路補正動作の一例を示す概略図である。
Next, a specific example of the path correction operation by the
第1の実施形態によるレーザ加工装置1では、2つの板状ワークW1及びW2を突合せ溶接する場合の開先(溶接線)の位置を検出して補正することができる。例えば図5(a)に示すように、加工プログラムで想定されているワークW1’、W2’に対して実際のワークW1、W2の位置がずれて配置された場合、主制御部110が当該開先を横切る2本の走査線L1及びL2に沿って測長用レーザ光LMを走査する指令を発して、それぞれの走査線における戻り光に基づくワークWとの距離を検出する。
The laser processing device 1 according to the first embodiment can detect and correct the position of the groove (weld line) when two plate-shaped workpieces W1 and W2 are butt-welded. For example, as shown in FIG. 5(a), when the actual positions of the workpieces W1 and W2 are shifted from the positions of the workpieces W1' and W2' assumed in the processing program, the
測定されたワークWとの距離データは、その一例として、図5(b)に示すような態様で測定される。ここで、横軸が走査線L1、L2上の位置を示し、縦軸が測定されたワークWまでの距離を示しており、例えば平らな板材の上を測長用レーザ光LMで走査した場合、同一の距離として測定される。 As an example, the measured distance data to the workpiece W is measured in the manner shown in FIG. 5(b). Here, the horizontal axis indicates the position on the scanning lines L1 and L2, and the vertical axis indicates the measured distance to the workpiece W. For example, when scanning a flat plate material with the length measurement laser light LM, the same distance is measured.
すなわち、特徴点検出部120では、ワークW1、W2による加工線(開先)WLの位置は、周囲の位置より検出値(図示上で上部からの距離)が変化して検出される。これにより、特徴点検出部120は、走査線L1あるいはL2上で連続的に取得した測定データに基づいて、ワークW1、W2の表面形状を検出する機能をも有する。
In other words, in the feature
続いて、特徴点検出部120は、走査線L1及びL2のそれぞれにおいて、想定されたワークW1’及びW2’の位置によって想定される仮想特徴点SP1’、SP2’(すなわち開先上の2点)に対して、実際に測定されたワークWとの距離の変化点を特徴点SP1、SP2として検出する。これにより、特徴点SP1、SP2は、走査線L1及びL2上で想定された仮想特徴点SP1’、SP2’からそれぞれD1、D2だけずれた位置として特定できる。
Then, the feature
そして、経路補正部130は、図5(c)に示すように、上記した走査線L1及びL2上のずれ量D1及びD2に基づいて、実際のワークW1、W2が図示上の実線の位置に配置されているものとして、上記2つの特徴点SP1、SP2を結ぶ線分を開先とする経路補正を行う。なお、図5では2本の走査線L1、L2上で測長用レーザ光LMを走査して2つの特徴点SP1、SP2を検出する場合を例示したが、ワークWの代表点のずれのみを抽出できれば良い場合には、1本の走査線で1つの特徴点を検出してそのずれ量に基づいて加工経路の補正を行うようにしてもよい。
Then, as shown in FIG. 5(c), the
また、第1の実施形態によるレーザ加工装置1の経路補正動作は、その変形例として、2枚の板状のワークW1、W2を重ね合わせた加工線(重ね合わせ部)WLに沿う重ね隅肉部のステッチ溶接(部分的な溶接)における制御動作にも適用できる。例えば図6(a)に示すように、まず主制御部110は、加工プログラムに基づいて仮想加工線WL’とこれに沿う仮想加工経路PR’のデータを取得し、当該仮想加工線WL’が略中央にくるように主走査領域SRを設定する。続いて、主制御部110は、仮想加工線WL’を横切る2本の走査線L1及びL2に沿って測長走査領域MRを走査する指令を発して、それぞれの走査線における戻り光に基づくワークWとの距離データを測定する。
In addition, the path correction operation of the laser processing device 1 according to the first embodiment can also be applied, as a modified example, to the control operation in stitch welding (partial welding) of the overlapped fillet along the processing line (overlapped portion) WL of two plate-shaped workpieces W1 and W2. For example, as shown in FIG. 6(a), the
測定されたワークWとの距離データは、その一例として、図6(b)に示すような態様で測定され、特徴点検出部120に送られる。そして、特徴点検出部120が、走査線L1及びL2のそれぞれにおいて、実際に測定されたワークWとの距離の変化点を特徴点SP1、SP2として検出し、その検出結果を経路補正部130に送る。
The measured distance data to the workpiece W is measured, for example, in the manner shown in FIG. 6(b) and sent to the feature
経路補正部130は、予め主制御部110から仮想加工線WL’のデータを受け取って、当該仮想加工線WL’と走査線L1、L2との交点として仮想特徴点SP1’、SP2’を設定する。そして、経路補正部130は、特徴点検出部120で検出された特徴点SP1、SP2と仮想特徴点SP1’、SP2’との走査線L1、L2上での差分D1、D2を算出する。これにより、特徴点SP1、SP2は、走査線L1及びL2上で仮想加工線WL’からそれぞれD1、D2だけずれた位置として特定できる。
The
続いて、経路補正部130は、図6(c)に示すように、上記した走査線L1及びL2上のずれ量D1及びD2に基づいて、実際の加工線WLが上記2つの特徴点SP1、SP2を結ぶ線分であると判断する。そして、経路補正部130は、予め想定していた重ね隅肉溶接の仮想加工経路(溶接線)PR’を、実際に検出された加工線WLに沿った加工経路PRとする経路補正を行う。
Next, as shown in FIG. 6(c), the
このとき、その一例として、仮想特徴点SP1’及びSP2’を結ぶ線分と検出された特徴点SP1及びSP2を結ぶ線分とからそれらのなす角度あるいは回転角度を演算し、その角度に基づいて仮想加工経路PR’から回転した加工経路PRを求めることができる。なお、図6に示した具体例では、平行する2本の走査線L1、L2に沿って2つの特徴点SP1、SP2を検出して経路補正する場合を例示したが、加工経路PRの始点や終点等の1点のみを抽出して大まかな補正を行うことで十分な場合には、加工経路PRの始点あるいは終点を通る走査線L1上の特徴点SP1を検出して始点あるいは終点の位置を補正する手法を用いてもよい。 In this case, as an example, the angle or rotation angle between the line segment connecting the virtual feature points SP1' and SP2' and the line segment connecting the detected feature points SP1 and SP2 is calculated, and the machining path PR rotated from the virtual machining path PR' can be obtained based on the angle. In the specific example shown in FIG. 6, the case where two feature points SP1 and SP2 are detected along two parallel scanning lines L1 and L2 and the path is corrected is illustrated, but if it is sufficient to extract only one point such as the start point or end point of the machining path PR and perform a rough correction, a method of detecting the feature point SP1 on the scanning line L1 passing through the start point or end point of the machining path PR and correcting the position of the start point or end point may be used.
このような制御動作により、本発明の第1の実施形態によるレーザ加工装置1では、主レーザ走査機構36の主走査領域SR内で、測長用レーザ光LMが照射される測長走査領域MRを所定の走査線L1、L2上で走査して、その戻り光に基づくワークWとの距離データを取得することにより、容易かつ正確にワークWにおける特徴点SP1、SP2を検出することができる。これにより、従来の2次元画像によりワークの特徴点の検出動作に比べて取り扱うデータ量が少なくて済むことになる。
By using such control operations, the laser processing device 1 according to the first embodiment of the present invention can easily and accurately detect the characteristic points SP1, SP2 of the workpiece W by scanning the length measurement scanning region MR, where the length measurement laser light LM is irradiated, on predetermined scanning lines L1, L2 within the main scanning region SR of the main
上記のような構成を備えることにより、第1の実施形態によるレーザ加工装置は、制御機構が、主レーザ走査機構の走査領域内で測長用レーザ光を走査することによってワーク上の特徴点を検出するとともに、検出された特徴点に基づいてワークにおける加工経路の位置補正を行うことにより、データ処理の負荷を低減しつつ正確にワークの特徴点を抽出できる。 With the above-mentioned configuration, the laser processing device according to the first embodiment has a control mechanism that detects feature points on the workpiece by scanning the length measurement laser light within the scanning area of the main laser scanning mechanism, and corrects the position of the processing path on the workpiece based on the detected feature points, thereby reducing the data processing load and accurately extracting the feature points of the workpiece.
<第2の実施形態>
図7は、本発明の第2の実施形態による特徴点の検出及び経路補正動作の一例を示す概略図である。また、図8は、本発明の第2の実施形態による特徴点の検出及び経路補正動作の一例を示す概略図である。なお、第2の実施形態においては、図1~図6に示した概略図等において、第1の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。
Second Embodiment
Fig. 7 is a schematic diagram showing an example of the detection of feature points and the path correction operation according to the second embodiment of the present invention. Fig. 8 is a schematic diagram showing an example of the detection of feature points and the path correction operation according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, in the schematic diagrams shown in Figs. 1 to 6, the same reference numerals are used for those components that may be the same as or in common with the first embodiment, and repeated description of these components will be omitted.
第2の実施形態によるレーザ加工装置1の経路補正動作は、その一例として、互いに交差する複数の走査線で検出された複数の特徴点に基づいて、加工経路の位置補正を行う場合に適用される。例えば、図7は、矩形のワークW1の端部近傍のそれぞれの辺に加工経路PR1及びPR2が設定された場合を示している。 The path correction operation of the laser processing device 1 according to the second embodiment is, for example, applied to a case where the position of the processing path is corrected based on multiple feature points detected on multiple scanning lines that intersect with each other. For example, FIG. 7 shows a case where processing paths PR1 and PR2 are set on each side near the end of a rectangular workpiece W1.
このとき、図7(a)に示すように、例えば仮想加工経路PR’の始点を通る走査線L1上に測長走査領域MRを走査して測定を行うことにより、第1の実施形態と同様に、当該走査線L1上で仮想特徴点SP1’及び特徴点SP1の位置を特定することができる、そこで、これらの仮想特徴点SP1’及び特徴点SP1からそれらの差分D1を演算することにより、仮想加工経路PR’は走査線L1に沿って平行移動した加工経路PRに位置補正される。 At this time, as shown in FIG. 7(a), for example, by scanning the length measurement scanning region MR on the scanning line L1 that passes through the start point of the virtual machining path PR' and performing measurements, the positions of the virtual feature point SP1' and the feature point SP1 can be identified on the scanning line L1, as in the first embodiment. Then, by calculating the difference D1 between these virtual feature points SP1' and SP1, the position of the virtual machining path PR' is corrected to the machining path PR that has been moved parallel along the scanning line L1.
また、図7(b)に示すように、例えば仮想加工経路PR’の始点及び終点を通る2本の走査線L1、L2上に測長走査領域MRを走査して測定を行うことにより、走査線L1及びL2上で仮想特徴点SP1’及びSP2’の位置と特徴点SP1及びSP2の位置とをそれぞれ特定することができる、そこで、これらの仮想特徴点SP1’、SP2’と特徴点SP1、SP2とからそれぞれの差分D1、D2を演算することにより、仮想加工経路PR’はその始点と終点とがワークW1外縁に沿って移動した加工経路PRに位置補正され、より精度の高い加工を行うことができる。 As shown in FIG. 7(b), for example, by scanning the measurement scanning area MR on two scanning lines L1 and L2 that pass through the start point and end point of the virtual machining path PR', the positions of the virtual feature points SP1' and SP2' and the feature points SP1 and SP2 can be identified on the scanning lines L1 and L2, respectively. Then, by calculating the differences D1 and D2 between these virtual feature points SP1', SP2' and the feature points SP1 and SP2, respectively, the virtual machining path PR' is corrected to the machining path PR whose start point and end point have moved along the outer edge of the workpiece W1, and machining can be performed with higher accuracy.
一方、図7(c)に示すように、例えば上記した走査線L1、L2及びこれに直交する走査線L3上に測長走査領域MRを走査して測定を行うことにより、走査線L1~L3上で仮想特徴点SP1’~SP3’の位置と特徴点SP1~SP3の位置とがそれぞれ特定される、このとき、走査線L3がL1あるいはL2と直交していることから、これらの走査線上での差分D1~D3に基づいてワークW1の回転角度を演算することができる。そして、経路補正部130は、演算したワークW1の回転角度に基づいて加工経路PR1だけでなく走査線と接触しない加工経路PR2についても位置補正を行うことが可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 7(c), for example, by scanning the measurement scanning region MR on the above-mentioned scanning lines L1, L2 and the scanning line L3 perpendicular thereto, the positions of the virtual feature points SP1'-SP3' and the feature points SP1-SP3 are identified on the scanning lines L1-L3, respectively. At this time, since the scanning line L3 is perpendicular to L1 or L2, the rotation angle of the workpiece W1 can be calculated based on the differences D1-D3 on these scanning lines. Then, the
また、第2の実施形態によるレーザ加工装置1の変形例として、曲面を有するワークにおける複数の加工位置(加工経路)の制御動作にも適用できる。例えば図8(a)に示すように、上面視円形のワークW1の上面における2か所の加工位置でマーキング加工を行うような場合、主制御部110は、ワークW1の中心が略中央にくるように主走査領域SRを設定し、ワークW1の外周を横切る3本の走査線L1~L3に沿って測長走査領域MRを走査する指令を発して、それぞれの走査線上における戻り光に基づくワークWとの距離を連続的に測定する。
As a modified example of the laser processing device 1 according to the second embodiment, the present invention can also be applied to the control operation of multiple processing positions (processing paths) on a workpiece having a curved surface. For example, as shown in FIG. 8(a), when marking processing is performed at two processing positions on the top surface of a workpiece W1 that is circular when viewed from above, the
測定されたワークW1との距離データは、その一例として、図8(b)に示すような態様で測定され、これらの測定データに基づいて、特徴点検出部120が、走査線L1及びL2のそれぞれにおいて、実際に測定されたワークWとの距離の変化点を特徴点SP1~SP3として検出する。これにより、ワークW1の外周の位置は加工プログラムで設定されているため、特徴点SP1~SP3は、走査線L1~L3上で想定される仮想ワークW1’上の仮想特徴点SP1’~SP3’からそれぞれD1~D3だけずれた位置として特定できる。
The measured distance data from the workpiece W1 is measured, as an example, in the manner shown in FIG. 8(b), and based on this measurement data, the feature
このとき、異なる3点を通る円は1つに決定できるため、経路補正部130は、図8(c)に示すように、上記した走査線L1~L3上のずれ量D1~D3に基づいて、実際のワークW1の外周が上記3つの特徴点SP1~SP3を通る円であると特定する。そして、経路補正部130は、特定されたワークW1の上面の複数の加工位置PR1、PR2にそれぞれ加工用レーザ光LPによるマーキング加工の加工経路を設定する経路補正を行う。
In this case, since the circle passing through the three different points can be determined to be one, the
上記のような制御動作により、第2の実施形態によるレーザ加工装置は、第1の実施形態で説明した効果に加えて、互いに交差する複数の走査線上で検出された特徴点に基づいて加工経路の補正を行うことにより、仮想上のワーク位置に対して実際のワーク位置を正確に把握できるため、例えば曲面を有するような形状のワークに対しても加工経路に経路補正を行うことが可能となる。また、ワークにおける複数の加工位置に対する経路補正も実行し得る。 By performing the above-described control operation, the laser processing device according to the second embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, can accurately grasp the actual work position relative to the virtual work position by correcting the processing path based on feature points detected on multiple intersecting scanning lines, making it possible to perform path correction on the processing path even for a workpiece having a shape with a curved surface, for example. Path correction can also be performed for multiple processing positions on the workpiece.
<第3の実施形態>
図9は、第3の実施形態による特徴点の検出及び経路補正動作の一例を示す概略図である。なお、第3の実施形態においても、図1~図6に示した概略図等において、第1の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。
Third Embodiment
9 is a schematic diagram showing an example of the detection of feature points and the path correction operation according to the third embodiment. In the third embodiment, in the schematic diagrams shown in FIGS. 1 to 6, the same or common configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the repeated description thereof will be omitted.
第3の実施形態によるレーザ加工装置1では、特徴点検出部が、加工されるワークの表面に何らかの異常があって特徴点の検出ができない場合であっても、経路補正を行うことができる機能を追加することもできる。例えば図9(a)に示すように、主制御部110は、重ね合わされた2枚の板状のワークW1、W2の加工線(重ね合わせ部)WLが略中央にくるように主走査領域SRを設定し、加工線WLを横切る2本の走査線L1及びL2に沿って測長走査領域MRを走査する指令を発して、それぞれの走査線における戻り光に基づくワークWとの距離を連続的に測定する。
In the laser processing device 1 according to the third embodiment, a function can be added that allows the feature point detection unit to perform path correction even when the feature point cannot be detected due to some abnormality on the surface of the workpiece being processed. For example, as shown in FIG. 9(a), the
このとき、走査線L2上に位置するワークW1、W2の表面に何らかの異常(例えば表面の汚れや大きな変形等)による異常領域ARが存在する場合、測定されたワークWとの距離データは、図9(b)に示すような態様で測定される。すなわち、走査線L1では正常に特徴点SP1を検出できるものの、走査線L2上では、ワークW1、W2の表面に何らかの異常があることにより測長走査領域MRにおいて測長用レーザ光LMが正常に反射できないため、ワークW1、W2との距離データが上記異常領域ARに対応する範囲において不連続となる(あるいはゼロとなる)。 At this time, if there is an abnormal area AR due to some abnormality (such as surface dirt or large deformation) on the surface of the workpieces W1 and W2 located on the scanning line L2, the measured distance data to the workpiece W is measured in the manner shown in Figure 9 (b). That is, although the characteristic point SP1 can be detected normally on the scanning line L1, on the scanning line L2, the measurement laser light LM cannot be reflected normally in the measurement scanning area MR due to some abnormality on the surface of the workpieces W1 and W2, so the distance data to the workpieces W1 and W2 becomes discontinuous (or becomes zero) in the range corresponding to the abnormal area AR.
そこで、第3の実施形態によるレーザ加工装置1では、特徴点検出部120は、測長用レーザ光LMの戻り光に基づくワークW1、W2との測定データが異常領域ARを含む場合に、正常に検出できた走査線L1での特徴点SP1の情報のみを経路補正部130に送る。そして、経路補正部130は、図9(c)に示すように、検出できた走査線L1上のずれ量D1に基づいて、実際の加工線WLが少なくとも上記特徴点SP1を通るものと判断し、加工プログラムで想定された重ね隅肉溶接の想定加工経路(溶接線)PR’における走査線L1側のみ変更した加工経路PRとする経路補正を行う。この経路補正動作は、走査線L2側のみで特徴点が検出できた場合についても同様である。
In the laser processing device 1 according to the third embodiment, when the measurement data of the workpieces W1 and W2 based on the return light of the length measurement laser light LM includes an abnormal area AR, the characteristic
上記のような制御動作により、第3の実施形態によるレーザ加工装置は、第1の実施形態で説明した効果に加えて、測長用レーザ光による測定データが正常に取得できなかったと判別された場合に、正常に取得できた測定データのみ反映した経路補正を行うことが可能となる。 By performing the above-described control operation, the laser processing device according to the third embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, is able to perform path correction that reflects only the measurement data that was successfully acquired when it is determined that the measurement data obtained using the measurement laser light was not successfully acquired.
<第4の実施形態>
図10は、本発明の第4の実施形態による特徴点の検出及び経路補正動作の一例を示す概略図である。また、図11は、第4の実施形態の変形例による既加工領域における表面形状の検出及び経路補正動作の一例を示す概略図である。なお、第4の実施形態においても、図1~図6に示した概略図等において、第1の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。
Fourth Embodiment
Fig. 10 is a schematic diagram showing an example of the detection of feature points and the path correction operation according to the fourth embodiment of the present invention. Fig. 11 is a schematic diagram showing an example of the detection of the surface shape in the processed area and the path correction operation according to a modified example of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, in the schematic diagrams shown in Figs. 1 to 6, the same reference numerals are used for those components that can be the same as or in common with the first embodiment, and the repeated description of these components is omitted.
上記した第1の実施形態において、レーザ加工装置1が加工用レーザ光LPの照射前(すなわちレーザ加工前)に加工経路の補正動作を実施する場合を例示したが、第4の実施形態によるレーザ加工装置1の経路補正動作では、その一例として、加工用レーザ光LPの照射中(すなわちレーザ加工中)に測長走査領域MR内で測長用レーザ光LMを用いた特徴点の検出を行うことにより、照射中の加工用レーザ光LPの照射点の指令位置を補正する制御動作にも適用できる。すなわち、本発明のレーザ加工装置1による経路補正動作は、レーザ加工中にフィードバック制御として実施し得る。 In the first embodiment described above, the laser processing device 1 performs a processing path correction operation before irradiation of the processing laser light LP (i.e., before laser processing), but in the path correction operation of the laser processing device 1 according to the fourth embodiment, as an example, it can also be applied to a control operation that corrects the command position of the irradiation point of the processing laser light LP during irradiation by detecting a feature point using the length measurement laser light LM within the length measurement scanning region MR during irradiation of the processing laser light LP (i.e., during laser processing). In other words, the path correction operation by the laser processing device 1 of the present invention can be performed as feedback control during laser processing.
例えば図10(a)に示すように、主制御部110は、重ね合わされた2枚の板状のワークW1、W2の加工線(重ね合わせ部)WLが略中央にくるように主走査領域SRを設定するとともに、加工プログラムに基づいて加工経路PRに沿って加工用レーザ光LPの照射点FPを走査する指令を発する。これと同時に、主制御部110は、加工用レーザ光LPの照射点FPの近傍に設定された測長走査領域MR内で、上記加工経路PRと交差する方向に測長用レーザ光LMの照射点FMを走査する指令を発して、それぞれの走査線における戻り光に基づくワークW1、W2との距離を連続的に測定する。
For example, as shown in FIG. 10(a), the
このとき、加工経路PRの所定位置における測長用レーザ光LMによる距離の測定データは、例えば図10(b)~図10(d)の右側に示す態様で取得される。すなわち、グラフの横軸は、加工用レーザ光LP(測長走査領域MR)の進行方向に交差する左右方向の位置を示しており、縦軸は当該左右方向にわたるワーク表面高さを示している。 At this time, the distance measurement data by the measurement laser light LM at a predetermined position on the processing path PR is acquired, for example, in the manner shown on the right side of Figures 10(b) to 10(d). That is, the horizontal axis of the graph indicates the left-right position that intersects with the traveling direction of the processing laser light LP (measurement scanning region MR), and the vertical axis indicates the work surface height in the left-right direction.
このような構成を用いて、第4の実施形態によるレーザ加工装置1は、例えば図10(b)のように、仮想加工経路PR’に対して実際の加工線MLが図示上で右斜め上がりに交差する場合、測長用レーザ光LMによる距離の測定データにおいて加工線MLの位置(検出高さの変化点)が図示上左側に検出される。そこで、その検出された加工線MLの位置(測長用レーザ光LMの走査方向における差分)に対応する方向(現在の移動方向より左方向)に実際の加工経路PRの進路を変更する。 With this configuration, in the laser processing device 1 according to the fourth embodiment, when the actual processing line ML crosses the virtual processing path PR' diagonally upwards to the right as shown in FIG. 10(b), for example, the position of the processing line ML (the point of change in detected height) is detected on the left side of the figure in the distance measurement data by the length measurement laser light LM. Therefore, the course of the actual processing path PR is changed to the direction (leftward from the current movement direction) corresponding to the detected position of the processing line ML (the difference in the scanning direction of the length measurement laser light LM).
また、例えば図10(c)のように、仮想加工経路PR’に対して実際の加工線MLが略同一方向である(一致する)場合、測長用レーザ光LMによる距離の測定データにおいて加工線MLの位置(検出高さの変化点)が図示上の略中央に検出される。そこで、現在の仮想加工経路PR’の加工方向は検出された加工線MLの方向と一致するとして、実際の加工経路PRの進路をそのまま維持して加工を継続する。 Also, for example, as in FIG. 10(c), when the actual processing line ML is in approximately the same direction (coincides) with the virtual processing path PR', the position of the processing line ML (point of change in detected height) is detected in approximately the center of the figure in the distance measurement data by the length measurement laser light LM. Therefore, the processing direction of the current virtual processing path PR' is deemed to coincide with the direction of the detected processing line ML, and the course of the actual processing path PR is maintained as it is to continue processing.
さらに、例えば図10(d)のように、仮想加工経路PR’に対して実際の加工線MLが図示上で右斜め下がりに交差する場合、測長用レーザ光LMによる距離の測定データにおいて加工線MLの位置(検出高さの変化点)が図示上右側に検出される。そこで、その検出された加工線MLの位置(測長用レーザ光LMの走査方向における差分)に対応する方向(現在の移動方向より右方向)に実際の加工経路PRの進路を変更する。 Furthermore, for example, as shown in FIG. 10(d), when the actual processing line ML crosses the virtual processing path PR' diagonally downward to the right on the illustration, the position of the processing line ML (the point of change in detected height) is detected on the right side of the illustration in the distance measurement data by the length measurement laser light LM. Therefore, the course of the actual processing path PR is changed to the direction (to the right of the current movement direction) corresponding to the detected position of the processing line ML (the difference in the scanning direction of the length measurement laser light LM).
上記した動作をレーザ加工中に繰り返し実施することにより、現在の加工用レーザ光LPの照射点FPを加工線WLに追従するように経路補正する動作をフィードバック制御として実施することができる。 By repeatedly performing the above-mentioned operations during laser processing, a path correction operation can be performed as feedback control so that the irradiation point FP of the current processing laser light LP follows the processing line WL.
また、第4の実施形態の変形例によるレーザ加工装置1では、特徴点検出部が、主走査領域内SRに位置する既に加工が終わった既加工領域の表面形状を検出しつつ加工条件を変更する機能をさらに追加することもできる。例えば図11(a)に示すように、主制御部110は、重ね合わされた2枚の板状のワークW1、W2の加工線(重ね合わせ部)WLが略中央にくるように設定された主走査領域SR内において、加工プログラムに基づいて照射点FPに加工用レーザ光LPを照射しつつ加工方向PDに移動させて所定の加工を行う指令を発する。
In addition, in the laser processing device 1 according to the modified example of the fourth embodiment, a function can be added in which the feature point detection unit detects the surface shape of the already processed area located within the main scanning region SR, where processing has already been completed, while changing the processing conditions. For example, as shown in FIG. 11(a), the
これと同時に、主制御部110は、加工用レーザ光LPの照射点FPの近傍に設定された測長走査領域MR内で、上記加工経路PRと交差する方向に測長用レーザ光LMの照射点FMを走査する指令を発して、それぞれの走査線における戻り光に基づくワークW1、W2との距離を連続的に測定する。そして、制御機構100は、上記図10で示した動作と同様の加工制御を実行する。
At the same time, the
このような構成で得られた加工経路PRの所定位置における測長用レーザ光LMによる距離の測定データは、例えば図11(b)に示す態様で取得される。すなわち、図示上横方向は、加工用レーザ光LP(測長走査領域MR)の進行方向に交差する左右方向の位置を示しており、縦方向は当該左右方向にわたるワーク表面高さを示している。これらの測定データによれば、測長用レーザ光LMの走査線に沿った既加工領域WBを含むワークW1、W2の表面形状(あるいは表面性状)を把握することができる。 The distance measurement data obtained by the measurement laser light LM at a predetermined position on the processing path PR in this configuration is acquired, for example, in the manner shown in FIG. 11(b). That is, the horizontal direction in the figure indicates the left-right position intersecting the traveling direction of the processing laser light LP (measurement scanning region MR), and the vertical direction indicates the work surface height across the left-right direction. According to this measurement data, it is possible to grasp the surface shape (or surface properties) of the workpieces W1, W2 including the processed region WB along the scanning line of the measurement laser light LM.
そして、図11(b)に示すように取得されたワークWとの距離データを用いて把握した既加工領域の表面形状に基づいて、主制御部110が加工用レーザ光LPの出力や加工速度等の加工条件を変更する。すなわち、予め図11(b)の上段に示すような正常時の測長用レーザ光LMの戻り光に基づくワークW1、W2との距離データ(表面形状)を取得しておき、これを実測したワークW1、W2との距離データと比較する。
Then, based on the surface shape of the already-processed area grasped using the distance data from the workpiece W acquired as shown in Fig. 11(b), the
例えば、図11(b)の2段目に示すような距離データが取得された場合、既加工領域WBが正常状態に比べて幅広となっているため、溶接時に過剰な入熱があったものと判別できる。このような場合、主制御部110は、加工経路の補正とともに、例えば加工用レーザ光LPの出力を低下させる、溶接速度を速くする、あるいは溶加材(溶接ワイヤ)の添加量を増やす等の加工条件の変更を行うことで、適切な溶接部がされるように対応できる。
For example, when distance data such as that shown in the second row of FIG. 11(b) is acquired, it can be determined that excessive heat was input during welding because the processed area WB is wider than in the normal state. In such a case, the
これに対して、図11(b)の3段目に示すような距離データが取得された場合、既加工領域WBが正常状態に比べて幅狭となっているため、溶接時の入熱が不足していたものと判別できる。このような場合、主制御部110は、加工経路の補正とともに、例えば加工用レーザ光LPの出力を増加させる、あるいは溶接速度を遅くする等の加工条件の変更を行うことができる。また、図9の場合と同様に、既加工領域WBの表面形状が著しく乱れていたり、正常に表面形状の測定ができない場合には、経路補正あるいは加工自体を停止するように構成してもよい。
In contrast, when distance data such as that shown in the third row of FIG. 11(b) is acquired, it can be determined that the heat input during welding was insufficient because the processed area WB is narrower than in the normal state. In such a case, the
さらに、例えばレーザ溶接のようにワークW1、W2を溶融させつつ加工を行うような場合、測長用レーザ光LMを加工用レーザ光LPの通過直後の領域(いわゆる溶融池)で走査することにより、図11(b)の4段目(最下段)に示すような距離データが取得される。このとき、例えばキーホール溶接による加工を行う場合は、既加工領域WBにおいてキーホール(図示上の凹部)KHが表面形状として取得できる。そこで、主制御部110は、加工経路の補正とともに、当該キーホールKHの形状や大きさに応じて加工用レーザ光LPの出力や溶接速度等の加工条件の変更を行うことが可能となる。
Furthermore, when processing the workpieces W1 and W2 while melting them, such as in laser welding, the measurement laser light LM is scanned in the area (the so-called molten pool) immediately after the passage of the processing laser light LP, to obtain distance data as shown in the fourth row (bottom row) of FIG. 11(b). At this time, when processing is performed by keyhole welding, for example, a keyhole (recess in the figure) KH can be obtained as the surface shape in the processed area WB. Therefore, the
上記のような制御動作により、第4の実施形態によるレーザ加工装置は、第1の実施形態で説明した効果に加えて、加工用レーザ光の照射中(すなわち加工中)に測長用レーザ光による検出動作を実行することにより、レーザ加工の進行中に加工経路の補正動作を実行することが可能となる。また、加工中のワーク表面の状態や既加工領域の表面形状も把握することができるため、ワーク表面に何らかの異常があっても経路補正が可能となり、さらには加工条件のフィードバック制御を行うこともできる。 By the above-mentioned control operation, the laser processing device according to the fourth embodiment can perform a correction operation of the processing path while the laser processing is in progress by performing a detection operation using the length measurement laser light during irradiation of the processing laser light (i.e., during processing), in addition to the effects described in the first embodiment. In addition, since it is possible to grasp the condition of the work surface during processing and the surface shape of the already processed area, it is possible to correct the path even if there is some abnormality on the work surface, and it is also possible to perform feedback control of the processing conditions.
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention. Any of the components of the embodiment can be modified or omitted within the scope of the invention.
例えば、図1及び図2において、レーザ測長器を加工ヘッドと別体に構成し、測長用レーザ光が伝送路を介して加工ヘッドに伝送される場合を例示したが、例えば公知の小型レーザセンサ等を利用して、加工ヘッドに直接レーザ測長器を取り付ける構成を採用してもよい。 For example, in Figures 1 and 2, a case is illustrated in which the laser length measuring device is configured separately from the processing head and the measuring laser light is transmitted to the processing head via a transmission path, but a configuration in which the laser length measuring device is attached directly to the processing head using, for example, a known small laser sensor, etc. may also be adopted.
また、第1の実施形態から第4の実施形態で示した具体例は、それぞれの特徴を組合せて適用してもよい。例えば、第2の実施形態で示した曲面を有するワークに対する経路補正動作と、第4の実施形態で示した加工用レーザ光を照射中のフィードバック技術とを組合せて構成することも可能である。 The specific examples shown in the first to fourth embodiments may be applied by combining their respective features. For example, it is possible to combine the path correction operation for a workpiece having a curved surface shown in the second embodiment with the feedback technology during irradiation of the processing laser light shown in the fourth embodiment.
さらに、第1の実施形態から第4の実施形態で説明した測長用レーザ光LMの照射及び検出の動作は、主制御部110による測長走査領域MR内で測長用レーザ光LMを走査させる測定プログラムの設定次第では、同時進行的に実行することができる。その一例として、例えば測長用レーザ光LMを5000mm/s程度の走査速度で走査すれば、2本あるいは3本以上の走査線上の測定を約10ms内で完了させることができる。
Furthermore, the irradiation and detection operations of the measurement laser light LM described in the first to fourth embodiments can be executed simultaneously depending on the settings of the measurement program that causes the measurement laser light LM to scan within the measurement scanning region MR by the
1 レーザ加工装置
10 加工用レーザ光源
12 伝送路
14 光コネクタ
20 レーザ測長器
22 伝送路
24 光コネクタ
30 加工ヘッド
32 副レーザ走査機構
34 重畳光学ユニット
34a 重畳光学系
34b 集光光学系
36 主レーザ走査機構
38 照射ユニット
40 加工ヘッド搬送機構
42 ロボットアーム
50 ワーク保持機構
100 制御機構
110 主制御部
120 特徴点検出部
130 経路補正部
REFERENCE SIGNS LIST 1
Claims (8)
前記加工ヘッドは、前記測長用レーザ光の光軸を走査する副レーザ走査機構と、前記副レーザ走査機構の出射側に設けられて前記加工用レーザ光及び前記測長用レーザ光を重畳する重畳光学ユニットと、前記重畳光学ユニットの出射側に設けられて前記加工用レーザ光の光軸及び前記測長用レーザ光の光軸を所定の走査領域内で走査する主レーザ走査機構と、を含み、
前記制御機構は、加工プログラムに基づいて加工経路上の加工点に前記加工用レーザ光を照射する動作を制御する主制御部と、前記走査領域内で前記測長用レーザ光を所定の走査線上で走査することによって前記ワーク上の特徴点を検出する特徴点検出部と、前記加工プログラムに基づく仮想特徴点と検出された前記特徴点との差分に基づいて前記ワークにおける前記加工経路の位置補正を行う経路補正部と、を含む
レーザ加工装置。 A laser processing apparatus including a processing head that irradiates a processing laser beam and a length measurement laser beam from a same optical system onto a workpiece, a processing head transport mechanism that moves the processing head relative to the workpiece, and a control mechanism that controls an operation of irradiating the processing laser beam and the length measurement laser beam onto the workpiece,
the processing head includes: a sub-laser scanning mechanism that scans the optical axis of the length measurement laser light; a superimposing optical unit that is provided on the emission side of the sub-laser scanning mechanism and that superimposes the processing laser light and the length measurement laser light; and a main laser scanning mechanism that is provided on the emission side of the superimposing optical unit and that scans the optical axis of the processing laser light and the optical axis of the length measurement laser light within a predetermined scanning area;
The control mechanism of the laser processing apparatus includes a main control unit that controls the operation of irradiating the processing laser light to a processing point on a processing path based on a processing program, a feature point detection unit that detects feature points on the workpiece by scanning the length measurement laser light on a predetermined scanning line within the scanning area, and a path correction unit that corrects the position of the processing path on the workpiece based on a difference between a virtual feature point based on the processing program and the detected feature point.
請求項1に記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1 , wherein the feature point detection unit further has a function of detecting a surface shape of the workpiece based on measurement data continuously acquired on the scanning line.
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。 The laser processing device according to claim 1 or 2 , wherein the path correction unit corrects the position of the processing path based on the feature points detected on a plurality of scanning lines.
前記経路補正部は、前記正常に検出できた特徴点に基づいて前記加工経路の位置補正を行う機能をさらに有する
請求項3に記載のレーザ加工装置。 the feature point detection unit detects the feature points on a plurality of scanning lines and further has a function of sending only information on the feature points that have been normally detected to the path correction unit;
The laser processing device according to claim 3 , wherein the path correction unit further has a function of performing position correction of the processing path based on the normally detected feature points.
前記経路補正部は、前記加工用レーザ光の照射中に前記加工経路の位置補正を行う
請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。 the feature point detection unit detects the feature points during irradiation of the processing laser light,
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the path correction unit corrects the position of the processing path during irradiation of the processing laser light.
請求項5に記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 5, wherein the feature point detection unit further has a function of detecting a surface shape of an already-processed area by scanning the length measurement laser light in an already-processed area that has already been processed by the processing laser light.
請求項6に記載のレーザ加工装置。 7. The laser processing apparatus according to claim 6 , wherein the main control unit further has a function of changing processing conditions for the processing laser light based on the surface shape of the already-processed area detected by the feature point detection unit.
前記主制御部は、前記加工用レーザ光の照射を停止する機能をさらに有する
請求項5又は6に記載のレーザ加工装置。 the feature point detection unit further has a function of sending information to the main control unit, when the feature point cannot be detected normally, that the feature point cannot be detected normally;
7. The laser processing apparatus according to claim 5 , wherein the main control unit further has a function of stopping irradiation of the processing laser light.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000271772A (en) | 1999-03-23 | 2000-10-03 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Method and machine for laser beam machining |
JP2016000421A (en) | 2014-06-12 | 2016-01-07 | 株式会社レーザックス | Laser processing system and laser processing method |
JP2018176164A (en) | 2017-04-03 | 2018-11-15 | 株式会社タマリ工業 | Laser welding device |
US20190126388A1 (en) | 2017-10-27 | 2019-05-02 | Lessmueller Lasertechnik Gmbh | Laser beam welding of geometric figures using oct seam tracking |
US20190143458A1 (en) | 2017-11-15 | 2019-05-16 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Laser machining system and laser machining method |
JP2019093423A (en) | 2017-11-23 | 2019-06-20 | トヨタ車体株式会社 | Work-piece processing device |
-
2021
- 2021-01-19 JP JP2021006559A patent/JP7568522B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000271772A (en) | 1999-03-23 | 2000-10-03 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Method and machine for laser beam machining |
JP2016000421A (en) | 2014-06-12 | 2016-01-07 | 株式会社レーザックス | Laser processing system and laser processing method |
JP2018176164A (en) | 2017-04-03 | 2018-11-15 | 株式会社タマリ工業 | Laser welding device |
US20190126388A1 (en) | 2017-10-27 | 2019-05-02 | Lessmueller Lasertechnik Gmbh | Laser beam welding of geometric figures using oct seam tracking |
US20190143458A1 (en) | 2017-11-15 | 2019-05-16 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Laser machining system and laser machining method |
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