特開 2023-33914 ワーキングディスタンス制御システム及びレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023033914

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】ワーキングディスタンス制御システム及びレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/046 20140101AFI20230306BHJP

【ＦＩ】

B23K26/046

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021139870

(22)【出願日】2021-08-30

(71)【出願人】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡本 知也

(72)【発明者】

【氏名】仲井 俊介

(72)【発明者】

【氏名】村山 直寛

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168CA06

4E168CA07

4E168CA15

4E168CB03

4E168CB04

4E168CB07

4E168CB08

4E168CB15

4E168EA17

(57)【要約】

【課題】ワーキングディスタンス制御システムの設備コストを削減する。
【解決手段】ワーキングディスタンス制御システム６０に、レーザ加工ヘッド１０に設けられた第１及び第２の出射部１１，１３と、ワークＷを撮影するカメラ１４と、カメラ１４の撮影画像から、第１の出射部１１により出射された第１のガイド光Ｌ１が照射される第１の照射領域及び第２の出射部１３により出射された第２のガイド光Ｌ２が照射される第２の照射領域を特定する特定処理と、第１及び第２の照射領域が所定の位置関係にあるか否かの判定情報、及び第１の照射領域に対する第２の照射領域の方向を示す方向情報を含む位置情報の取得処理とを実行する制御部５０とを設ける。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドと、
前記レーザ加工ヘッドと前記加工対象物との前記レーザ光の出射方向の制御対象距離を変化させる距離変化部とを備えたワーキングディスタンス制御システムであって、
前記レーザ加工ヘッドに設けられ、第１のガイド光を出射する第１の出射部と、
前記レーザ加工ヘッドに設けられ、第２のガイド光を出射する第２の出射部と、
前記加工対象物を撮影するカメラと、
前記カメラによって撮影された撮影画像から、前記第１のガイド光が照射される第１の照射領域及び前記第２のガイド光が照射される第２の照射領域を特定する特定処理と、前記特定処理により特定した第１及び第２の照射領域の間隔を示す間隔情報、前記第１及び第２の照射領域が所定の位置関係にあるか否かの判定情報、及び前記第１及び第２の照射領域のうちの一方の照射領域に対する他方の照射領域の方向を示す方向情報のうちの少なくとも１つの情報を含む位置情報の取得処理とを実行する制御部とを備えたことを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項2】

請求項１に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記制御部は、前記取得処理によって取得した位置情報に基づいて、前記距離変化部を制御する距離制御をさらに実行することを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項3】

請求項２に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記制御部は、前記特定処理を完了できない場合に前記距離変化部に前記制御対象距離を最大値まで長くさせ、その後、前記カメラによる前記撮影が繰り返される状態で、前記距離変化部に前記制御対象距離を徐々に短くさせながら、最近の撮影画像に対する特定処理を前記特定処理を完了できるまで試みることを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記第１の照射領域は、円形状であり、
前記第２の照射領域は、線状であることを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項5】

請求項４に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記位置情報は、前記判定情報を含み、
前記所定の位置関係は、前記第１の照射領域の中心点と、前記第２の照射領域とが重なる関係であることを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項6】

請求項４に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記位置情報は、前記判定情報を含み、
前記所定の位置関係は、前記第１の照射領域と、前記第２の照射領域とが重なる関係であることを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項7】

請求項４～６のいずれか１項に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記位置情報は、前記判定情報を含み、
前記制御部は、前記カメラによる前記撮影が繰り返される状態で、前記距離変化部に所定の第１速度で前記制御対象距離を短くさせながら、最近の撮影画像に対する前記特定処理及び前記取得処理を繰り返し実行し、前記判定情報が、前記第１及び第２の照射領域が前記所定の位置関係にあることを示すものとなるのに応じて、前記第１速度での前記制御対象距離の変化を停止させることを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項8】

請求項７に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記第１速度での前記制御対象距離の変化を停止させた後、前記第１及び第２の照射領域が前記所定の位置関係でなくなった状態から、前記距離変化部に前記第１速度とは正負が逆で、かつ前記第１速度よりも絶対値の小さい第２速度で前記制御対象距離を短くさせることを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項9】

請求項６に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記制御部は、前記カメラによる前記撮影が繰り返される状態で、前記距離変化部に所定の第１速度で前記制御対象距離を短くさせながら、最近の撮影画像に対する前記特定処理及び前記取得処理を繰り返し実行し、前記判定情報が、前記第１及び第２の照射領域が前記所定の位置関係にないことを示す第１状態から、前記第１及び第２の照射領域が前記所定の位置関係にあることを示す第２状態に変化したときの前記制御対象距離を第１距離として記憶し、その後、前記第２状態から第１状態に変化すると、前記距離変化部に前記第１速度とは正負が逆で、かつ第１速度よりも絶対値の小さい第２速度で前記制御対象距離を短くさせながら、最近の撮影画像に対する前記特定処理及び前記取得処理を繰り返し実行し、前記判定情報が、前記第１状態から前記第２状態に変化したときの前記制御対象距離を第２距離として記憶し、前記距離変化部に前記第１距離と第２距離の平均値まで前記制御対象距離を変化させることを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項10】

請求項６に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記制御部は、前記カメラによる前記撮影が繰り返される状態で、前記距離変化部に正又は負の所定速度で前記制御対象距離を短くさせながら、最近の撮影画像に対する前記特定処理及び前記取得処理を繰り返し実行し、前記判定情報が、前記第１及び第２の照射領域が前記所定の位置関係にないことを示す第１状態から、前記第１及び第２の照射領域が前記所定の位置関係にあることを示す第２状態に変化すると、前記距離変化部に前記制御対象距離を、所定の設定距離分だけ長くさせるワーキングディスタンス制御システム。

【請求項11】

請求項２に記載のワーキングディスタンス制御システムにおいて、
前記位置情報は、前記間隔情報を含み、
前記距離制御は、前記間隔情報に基づいて、前記距離変化部を制御するものであることを特徴とするワーキングディスタンス制御システム。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか１項に記載のワーキングディスタンス制御システムと、
前記レーザ光を出射するレーザ発振器とを備えたレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ光を加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドと前記加工対象物との前記レーザ光の出射方向の距離を変化させる距離変化部とを備えたワーキングディスタンス制御システム及びレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、レーザ光を加工ノズルから加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドと前記加工対象物との距離を変化させる距離変化部とを備えたワーキングディスタンス制御システムが開示されている。このワーキングディスタンス制御システムは、レーザ加工ヘッドに設けられ、レーザ加工ヘッドと加工対象物との距離を測定するハイトセンサと、前記ハイトセンサの測定値に基づいて、前記レーザ加工ヘッドと前記加工対象物とのＺ軸方向の距離を所望の値にするように距離変化部を制御する倣い制御部とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－７９０１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１では、レーザ加工ヘッドと加工対象物との距離を取得するために、非接触式の静電容量方式や渦電流方式などを利用したハイトセンサを用いるので、設備コストが嵩む。

【0005】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザ加工ヘッドと加工対象物との距離に応じた情報を取得するワーキングディスタンス制御システムの設備コストを削減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するため、本発明は、レーザ光を加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドと前記加工対象物との前記レーザ光の出射方向の制御対象距離を変化させる距離変化部とを備えたワーキングディスタンス制御システムであって、前記レーザ加工ヘッドに設けられ、第１のガイド光を出射する第１の出射部と、前記レーザ加工ヘッドに設けられ、第２のガイド光を出射する第２の出射部と、前記加工対象物を撮影するカメラと、前記カメラによって撮影された撮影画像から、前記第１のガイド光が照射される第１の照射領域及び前記第２のガイド光が照射される第２の照射領域を特定する特定処理と、前記特定処理により特定した第１及び第２の照射領域の間隔を示す間隔情報、前記第１及び第２の照射領域が所定の位置関係にあるか否かの判定情報、及び前記第１及び第２の照射領域のうちの一方の照射領域に対する他方の照射領域の方向を示す方向情報のうちの少なくとも１つの情報を含む位置情報の取得処理とを実行する制御部とを備えたことを特徴とする。

【0007】

これにより、ワーキングディスタンス制御システムに、第１及び第２のガイド光の光源と第１及び第２の出射部とカメラと制御部とを設ければ、ハイトセンサを設けなくても、レーザ加工ヘッドと加工対象物とのレーザ光の出射方向の距離に応じた位置情報を、ワーキングディスタンス制御システムに取得させることができる。また、カメラに要求される性能は、第１及び第２の照射領域を識別できる程度の解像度の画像を撮影する性能となる。したがって、ワーキングディスタンス制御システムの設備コストを削減できる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、レーザ加工ヘッドと加工対象物とのレーザ光の出射方向の距離に応じた情報を取得するワーキングディスタンス制御システムの設備コストを削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態１に係るレーザ加工システムの構成を示す模式図である。

【図2】制御部の動作を示すフローチャートである。

【図3】撮影画像を例示する説明図である。

【図4】第１の照射領域に第２の照射領域が重なった状態で撮影画像に写る第１及び第２の照射領域を例示する説明図である。

【図5】実施形態２の図２相当図である。

【図6】実施形態３の図２相当図である。

【図7】（ａ）は、ヘッドをワークから限界まで離した状態で撮影画像に写る第１及び第２の照射領域を例示する説明図であり、（ｂ）は、第１及び第２の照射領域が互いに重なり始めた状態における図７（ａ）相当図であり、（ｃ）は、第１の照射領域が第２の照射領域を通り過ぎた状態における図７（ａ）相当図である。（ｄ）は、図７（ｃ）の状態から第１の照射領域が再び第２の照射領域に重なった状態における図７（ａ）相当図である。（ｅ）は、レーザ加工ヘッドとワークとの距離を、第１距離及び第２距離の平均値とした状態における図７（ａ）相当図である。

【図8】実施形態４の図６相当図である。

【図9】実施形態５の図２相当図である。

【図10】実施形態５の制御部のブロック線図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

【0011】

以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

【0012】

（実施形態１）
図１は、レーザ加工装置１００を示す。このレーザ加工装置１００は、図１に示すように、レーザ加工ヘッド１０と、距離変化部としてのマニピュレータ２０と、レーザ発振器３０と、光ファイバ４０と、カメラ用制御部５１と、ヘッド用制御部５２と、マニピュレータ用制御部５３とを備えている。

【0013】

レーザ加工ヘッド１０は、レーザ光ＬＢを加工対象物としてのワークＷに照射する。レーザ加工ヘッド１０は、第１の出射部１１（ノズル）を備える。当該第１の出射部１１は、レーザ光ＬＢを下方に出射する。また、第１の出射部１１は、レーザ発振器３０内に設けられた第１の光源１２により生成された第１のガイド光Ｌ１を出射する。第１の出射部１１は、レーザ光ＬＢ及び第１のガイド光Ｌ１を、共通の光路を通過するように出射する。

【0014】

レーザ加工ヘッド１０には、第２のガイド光Ｌ２を生成する第２の光源１３’と、第２の光源１３’により生成された第２のガイド光Ｌ２を出射する第２の出射部１３とがさらに設けられている。

【0015】

レーザ加工ヘッド１０には、ワークＷを撮影するカメラ１４が固定されている。

【0016】

マニピュレータ２０の先端には、レーザ加工ヘッド１０が取り付けられている。マニピュレータ２０は、レーザ加工ヘッド１０を移動させることにより、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離(制御対象距離)を変化させることができる。

【0017】

レーザ発振器３０は、レーザ光ＬＢを出射する。レーザ発振器３０は、複数のレーザダイオード（図示せず）、及び当該レーザダイオードに電流を流す電源（図示せず）等を備えている。また、レーザ発振器３０は、第１のガイド光Ｌ１を生成する第１の光源１２を有する。

【0018】

光ファイバ４０は、レーザ発振器３０により出射されたレーザ光ＬＢをレーザ加工ヘッド１０に導く。

【0019】

カメラ用制御部５１は、カメラ１４を制御する。

【0020】

ヘッド用制御部５２は、レーザ加工ヘッド１０を制御する。

【0021】

マニピュレータ用制御部５３は、マニピュレータ２０を制御する。

【0022】

これらカメラ用制御部５１、ヘッド用制御部５２、及びマニピュレータ用制御部５３が、制御部５０を構成する。カメラ用制御部５１、ヘッド用制御部５２、及びマニピュレータ用制御部５３の機能は、コンピュータによって実現される。

【0023】

なお、レーザ加工装置１００には、レーザ発振器３０を制御する制御部（図示せず）も設けられるが、その詳細な説明は省略する。

【0024】

レーザ加工ヘッド１０、第１の光源１２、カメラ１４、マニピュレータ２０、及び制御部５０によって、本発明の実施形態１に係るワーキングディスタンス制御システム６０が構成されている。

【0025】

制御部５０は、図２に示すフローチャートの処理を実行する。

【0026】

まず、（Ｓ１０１）において、ヘッド用制御部５２が、カメラ用制御部５１に撮影指示を送信する。これに応じて、カメラ１４は、カメラ用制御部５１の制御により、ワークＷを撮影する。

【0027】

次いで、（Ｓ１０２）において、カメラ用制御部５１は、カメラ１４によって撮影された例えば図３に示すような撮影画像ＩＭから、前記第１のガイド光Ｌ１が照射される第１の照射領域ＲＥ１及び前記第２のガイド光Ｌ２が照射される第２の照射領域ＲＥ２を特定する特定処理を実行する。

【0028】

ここで、カメラ１４によって撮影された撮影画像ＩＭにおいて、ワークＷの表面上の第１の照射領域ＲＥ１は、円形状であり、ワークＷの表面上の第２の照射領域ＲＥ２は、線状である。図３の例では、ワークＷの表面の平坦な領域に第１及び第２のガイド光Ｌ１，Ｌ２が照射されている。

【0029】

次いで、（Ｓ１０３）において、カメラ用制御部５１は、（Ｓ１０２）で試みた特定処理を完了できたか否かを判定する。カメラ用制御部５１は、（Ｓ１０２）で試みた特定処理を完了できた場合には、（Ｓ１０９）に進む一方、完了できない場合には、（Ｓ１０４）に進む。

【0030】

レーザ加工ヘッド１０とワークＷとが互いに近づき過ぎたり離れ過ぎたりすることにより、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２にカメラ１４のピントが合わず、カメラ用制御部５１が、第１の照射領域ＲＥ１しか特定できなくなったり、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２のどちらも特定できなくなる場合がある。また、第２の照射領域ＲＥ２が画角に収まらず、カメラ用制御部５１が、第１の照射領域ＲＥ１しか特定できない場合もある。これらの場合には、カメラ用制御部５１は、特定処理を完了できない。

【0031】

（Ｓ１０４）では、カメラ用制御部５１は、（Ｓ１０３）における判定結果をヘッド用制御部５２を介してマニピュレータ用制御部５３に送信し、マニピュレータ用制御部５３は、レーザ加工ヘッド１０を可動範囲のうちで最もワークＷから前記出射方向に離れた位置に移動させるように、マニピュレータ２０を制御する。つまり、マニピュレータ用制御部５３は、マニピュレータ２０に、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離（制御対象距離）を最大値まで長くさせる。

【0032】

次いで、（Ｓ１０５）において、カメラ用制御部５１は、カメラ１４に、ワークＷを撮影させる。

【0033】

次いで、（Ｓ１０６）において、カメラ用制御部５１は、（Ｓ１０５）で撮影された撮影画像ＩＭから、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２を特定する特定処理を実行する。

【0034】

そして、（Ｓ１０７）において、カメラ用制御部５１は、（Ｓ１０６）で試みた特定処理を完了できたか否かを判定する。カメラ用制御部５１は、（Ｓ１０６）で試みた特定処理を完了できた場合には、（Ｓ１０９）に進む一方、完了できない場合には、（Ｓ１０８）に進む。

【0035】

（Ｓ１０８）では、カメラ用制御部５１は、特定処理を完了できない旨をヘッド用制御部５２を介してマニピュレータ用制御部５３に送信する。マニピュレータ用制御部５３は、マニピュレータ２０にレーザ加工ヘッド１０をワークＷに所定距離だけ近づけさせて（Ｓ１０５）に戻る。

【0036】

（Ｓ１０９）では、カメラ用制御部５１は、（Ｓ１０２）又は（Ｓ１０６）により特定した第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が所定の位置関係にあるか否かの判定情報、及び第１の照射領域ＲＥ１に対する第２の照射領域ＲＥ２の方向を示す方向情報を含む位置情報の取得処理を実行し、判定情報及び方向情報をヘッド用制御部５２に送信する。

【0037】

ここで、所定の位置関係は、図４に例示するように、第１の照射領域ＲＥ１と、第２の照射領域ＲＥ２とが重なる関係である。図４中、３パターンの第２の照射領域ＲＥ２を、実線、一点鎖線及び二点鎖線で示す。

【0038】

なお、レーザ加工ヘッド１０の第１の出射部１１とワークＷとの間のレーザ光ＬＢの出射方向の距離が理想の距離であるときに、第１の照射領域ＲＥ１に、第２の照射領域ＲＥ２が重なるように、つまり、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が所定の位置関係となるように、第１及び第２の出射部１１，１３が配設されている。ここで、レーザ加工ヘッド１０の第１の出射部１１とワークＷとの間のレーザ光ＬＢの出射方向の理想の距離は、例えば、レーザ加工ヘッド１０から出射されたレーザ光ＬＢをワークＷで集光させる距離に設定されるが、あえてレーザ光ＬＢをワークＷで集光させる距離からずれた位置に設定してもよい。なお、レーザ光ＬＢと第１のガイド光Ｌ１とは、共通の光路を通過するように出射されるので、第１の照射領域ＲＥ１は、レーザ加工ヘッド１０を共通の位置に配置した場合のレーザ光ＬＢの照射領域と一致する。

【0039】

（Ｓ１１０）では、ヘッド用制御部５２は、（Ｓ１０９）で取得した判定情報が、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示すか否かを判定する。ヘッド用制御部５２は、当該判定情報が、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示すものであるときには、（Ｓ１１１）に進む一方、当該判定情報が第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にないことを示すときには、（Ｓ１１２）に進む。

【0040】

（Ｓ１１１）では、ヘッド用制御部５２は、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にある旨をマニピュレータ用制御部５３に通知する。マニピュレータ用制御部５３は、この通知を受けると、マニピュレータ２０にレーザ加工ヘッド１０を移動させない。したがって、マニピュレータ２０がそれまでレーザ加工ヘッド１０を移動させていた場合には、マニピュレータ２０はレーザ加工ヘッド１０の移動を停止させる。つまり、マニピュレータ用制御部５３は、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの距離の変化を停止させる。これにより、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が所定の位置関係にある状態、すなわちレーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離を理想の距離とした状態でレーザ加工ヘッド１０の移動が停止する。

【0041】

（Ｓ１１２）では、ヘッド用制御部５２は、（Ｓ１０９）で取得した方向情報に基づいて、第２の照射領域ＲＥ２が第１の照射領域ＲＥ１の左側にある場合には、（Ｓ１１３）に進む一方、第２の照射領域ＲＥ２が第１の照射領域ＲＥ１の右側にある場合には、（Ｓ１１４）に進む。

【0042】

（Ｓ１１３）では、ヘッド用制御部５２は、第１速度を＋Ｖ（Ｖは予め設定された自然数）とし、マニピュレータ用制御部５３に送信する。

【0043】

（Ｓ１１４）では、ヘッド用制御部５２は、第１速度を－Ｖ（Ｖは予め設定された自然数）とし、マニピュレータ用制御部５３に送信する。

【0044】

（Ｓ１１５）では、マニピュレータ用制御部５３は、第１速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させるようにマニピュレータ２０を制御し、（Ｓ１０１）に戻る。ここで、第１速度が＋Ｖ（正の速度）である場合には、レーザ加工ヘッド１０はワークＷに接近し、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの距離が短くなる。一方、第１速度が－Ｖ（負の速度）である場合には、レーザ加工ヘッド１０はワークＷから遠ざかり、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの距離が長くなる。

【0045】

このように、本実施形態１では、制御部５０は、（Ｓ１０９）の取得処理によって取得した位置情報に基づいて、マニピュレータ２０を制御する距離制御を実行する。

【0046】

また、制御部５０は、（Ｓ１０２）又は（Ｓ１０６）で特定処理を完了できない場合に、（Ｓ１０４）においてマニピュレータ２０にレーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の制御対象距離を最大値まで長くさせ、その後、カメラ１４による撮影が繰り返される状態で、（Ｓ１０８）の処理によりマニピュレータ２０に前記制御対象距離を徐々に短くさせながら、最近の撮影画像に対する特定処理を前記特定処理を完了できるまで試みる。

【0047】

また、制御部５０は、カメラ１４による撮影が繰り返される状態で、マニピュレータ２０に第１速度で前記制御対象距離を短くさせながら、最近の撮影画像に対する特定処理及び取得処理を繰り返し実行し、前記判定情報が、前記第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示すものとなるのに応じて、（Ｓ１１１）において前記第１速度での前記制御対象距離の変化を停止させる。

【0048】

したがって、本実施形態１によれば、ワーキングディスタンス制御システム６０に、第１及び第２の光源１２，１３’と第１及び第２の出射部１１，１３とカメラ１４と制御部５０とを設ければ、ハイトセンサを設けなくても、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離に応じた位置情報（判定情報及び方向情報）を、ワーキングディスタンス制御システム６０に取得させることができる。また、カメラ１４に要求される性能は、第１及び第２の照射領域ＲＥ２を識別できる程度の画像を撮影する性能となる。したがって、ワーキングディスタンス制御システム６０の設備コストを削減できる。また、当該ワーキングディスタンス制御システム６０を備えたレーザ加工装置１００の設備コストも削減できる。

【0049】

また、カメラ１４の撮影画像ＩＭに基づいて制御部５０がマニピュレータ２０を自動的に制御するので、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離を理想の距離とするためにユーザがレーザ加工ヘッド１０を手で動かさなくてもよい。したがって、ユーザの手間を削減できる。

【0050】

また、上記特許文献１では、加工対象物の表面が曲面状である場合、ハイトセンサにより測定される距離は、ハイトセンサと加工対象物との間のレーザ光の出射方向の距離となるので、ハイトセンサの測定結果が、加工ノズルと加工対象物との間のレーザ光の出射方向の距離と異なるものとなる可能性がある。したがって、倣い制御部は、ノズルと加工対象物との間のレーザ光の出射方向の距離が理想の距離であるか否かをハイトセンサの測定結果に基づいて正しく認識できない。これに対し、本実施形態１によれば、ワークＷの表面が曲面状である場合、第２の照射領域ＲＥ２が曲線状にはなるが、制御部５０が、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が重なっているか否かに基づいて、レーザ加工ヘッド１０の第１の出射部１１とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離が理想の距離であるか否かを正しく認識できる。

【0051】

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２の図２相当図である。本実施形態２では、マニピュレータ用制御部５３が、（Ｓ１１１）の処理の実行後、（Ｓ２０１）の処理を実行する。

【0052】

（Ｓ２０１）では、マニピュレータ用制御部５３は、第１速度とは正負が逆で、かつ第１速度よりも絶対値の小さい第２速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させるようにマニピュレータ２０を制御し、（Ｓ２０２）に進む。

【0053】

（Ｓ２０２）では、ヘッド用制御部５２が、カメラ用制御部５１に撮影指示を送信する。これに応じて、カメラ１４は、カメラ用制御部５１の制御により、ワークＷを撮影する。

【0054】

次いで、（Ｓ２０３）において、カメラ用制御部５１は、（Ｓ２０２）で撮影された撮影画像ＩＭから、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２を特定する特定処理を実行する。

【0055】

次いで、（Ｓ２０４）において、カメラ用制御部５１は、（Ｓ２０３）で特定した第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあるか否かの判定情報の取得処理を実行し、判定情報をヘッド用制御部５２に送信する。

【0056】

次いで、（Ｓ２０５）では、ヘッド用制御部５２は、（Ｓ２０４）で取得した判定情報が、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示すか否かを判定する。ヘッド用制御部５２は、当該判定情報が、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示すものであるときには、（Ｓ２０６）に進む一方、当該判定情報が第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にないことを示すときには、（Ｓ２０１）に戻る。

【0057】

（Ｓ２０６）では、ヘッド用制御部５２は、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にある旨をマニピュレータ用制御部５３に通知する。マニピュレータ用制御部５３は、この通知に応じて、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離（制御対象距離）の変化を停止させる。

【0058】

このように、本実施形態２では、制御部５０は、第１速度での前記制御対象距離の変化を停止させた後、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係でなくなった状態から、マニピュレータ２０に、前記第１速度とは正負が逆で、かつ前記第１速度よりも絶対値の小さい第２速度で前記制御対象距離を短くさせる。

【0059】

本実施形態２によれば、レーザ加工ヘッド１０が第１速度で移動している最中に、制御部５０が（Ｓ１１１）の処理を実行したときに、レーザ加工ヘッド１０が急に停止できず、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２を所定の位置関係とする目標位置を通り過ぎてしまう場合でも、レーザ加工ヘッド１０を、第１速度よりも遅い第２速度で目標位置に戻すことができる。

【0060】

（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３の図２相当図である。

【0061】

本実施形態３では、まず、ヘッド用制御部５２が、（Ｓ３０１）において、Ｓ＝１とする。その後、制御部５０は、（Ｓ１０４）～（Ｓ１０９）の処理を実行する。なお、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離（制御対象距離）を最大値にした状態で、第１及び第２の照射位置ＲＥ１，ＲＥ２は重ならないものとする。また、（Ｓ１０６）の特定処理を初めて完了した時点においても、第１及び第２の照射位置ＲＥ１，ＲＥ２は重ならないものとする。

【0062】

次いで、（Ｓ３０２）において、ヘッド用制御部５２は、（Ｓ１０９）で取得した判定情報が、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示すものであるときには、（Ｓ３０３）に進み、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にないことを示すときには、（Ｓ３０６）に進む。

【0063】

（Ｓ３０３）では、ヘッド用制御部５２は、Ｓ＝１であるか否かを判定し、Ｓ＝１である場合には、（Ｓ３０４）に進み、Ｓ＝１でない場合には、（Ｓ３０５）に進む。

【0064】

（Ｓ３０４）では、ヘッド用制御部５２は、このときのレーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離（制御対象距離）を第１距離として記憶し、Ｓ＝２とする。ヘッド用制御部５２は、第１速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させる旨をマニピュレータ用制御部５３に通知する。なお、本実施形態では、第１速度は、正の値であるとする。

【0065】

（Ｓ３０５）では、マニピュレータ用制御部５３は、ヘッド用制御部５２の通知に応じて、第１速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させるようにマニピュレータ２０を制御し、（Ｓ１０５）に戻る。第１速度は正の値であるので、レーザ加工ヘッド１０はワークＷに接近し、制御対象距離は短くなる。

【0066】

（Ｓ３０６）では、ヘッド用制御部５２は、Ｓ＝２であるか否かを判定し、Ｓ＝２である場合には、第１速度とは正負が逆でかつ、第１速度よりも絶対値の小さい第２速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させる旨をマニピュレータ用制御部５３に通知し、（Ｓ３０７）に進む一方、Ｓ＝２でない場合には、（Ｓ３０５）に進む。ここで、本実施形態３では、第１速度は正の値であるので、第２速度は負の値となる。

【0067】

（Ｓ３０７）では、マニピュレータ用制御部５３は、ヘッド用制御部５２の通知に応じて、第２速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させるようにマニピュレータ２０を制御し、（Ｓ３０８）に進む。第２速度は負の値であるので、レーザ加工ヘッド１０はワークＷから遠ざかり、制御対象距離は長くなる。

【0068】

（Ｓ３０８）では、カメラ用制御部５１は、カメラ１４に、ワークＷを撮影させる。

【0069】

次いで、（Ｓ３０９）において、カメラ用制御部５１は、（Ｓ３０８）で撮影された撮影画像ＩＭから、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２を特定する特定処理を実行する。

【0070】

次いで、（Ｓ３１０）において、カメラ用制御部５１は、（Ｓ３０９）で特定した第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が所定の位置関係にあるか否かの判定情報の取得処理を実行し、判定情報をヘッド用制御部５２に送信する。

【0071】

次いで、（Ｓ３１１）において、ヘッド用制御部５２は、（Ｓ３１０）で取得された判定情報が、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示すものであるときには、（Ｓ３１２）に進む一方、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にないことを示すときには、（Ｓ３０７）に戻る。

【0072】

（Ｓ３１２）では、ヘッド用制御部５２は、このときのレーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離（制御対象距離）を第２距離として記憶する。ヘッド用制御部５２は、第２距離を記憶した旨をマニピュレータ用制御部５３に通知する。

【0073】

次いで、（Ｓ３１３）において、マニピュレータ用制御部５３は、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとのレーザ光ＬＢの出射方向の距離（制御対象距離）を、第１距離及び第２距離の平均値まで変化させるように、マニピュレータ２０を制御する。

【0074】

本実施形態３では、制御部５０は、カメラ１４による前記撮影が繰り返される状態で、マニピュレータ２０に第１速度で前記制御対象距離を短くさせながら、最近の撮影画像に対する前記特定処理及び前記取得処理を繰り返し実行し、前記判定情報が、前記第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にないことを示す第１状態から、前記第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示す第２状態に変化したときの前記制御対象距離を第１距離として記憶する。その後、前記第２状態から第１状態に変化すると、制御部５０は、マニピュレータ２０に前記第１速度とは正負が逆で、かつ第１速度よりも絶対値の小さい第２速度で前記制御対象距離を短くさせながら、最近の撮影画像に対する前記特定処理及び前記取得処理を繰り返し実行し、前記判定情報が、前記第１状態から前記第２状態に変化したときの前記制御対象距離を第２距離として記憶し、マニピュレータ２０に前記第１距離と第２距離の平均値まで前記制御対象距離を変化させることができる。

【0075】

本実施形態３では、例えば、図７（ａ）に示す状態から、マニピュレータ用制御部５３が、第１速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させると、図７（ｂ）で示すように、第１の照射領域ＲＥ１と第２の照射領域ＲＥ２とが重なる。ヘッド用制御部５２は、このときの制御対象距離を第１距離として記憶する。その後、引き続きマニピュレータ用制御部５３が、第１速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させると、図７（ｃ）に示すように、第２の照射領域ＲＥ２が第１の照射領域ＲＥ１を通り過ぎる。その後、図７（ｄ）に示すように、第２速度で比較的ゆっくり第２の照射領域ＲＥ２が第１の照射領域ＲＥ１側に移動し、第１の照射領域ＲＥ１に重なる。ヘッド用制御部５２は、このときの制御対象距離を第２距離として記憶する。そして、図７（ｅ）に示すように、マニピュレータ用制御部５３は、制御対象距離を、第１距離及び第２距離の平均値まで変化させる。これにより、第１の照射領域ＲＥ１の中心点と、第２の照射領域ＲＥ２とを重ねることができる。

【0076】

したがって、本実施形態３によると、第１の照射領域ＲＥ１の中心点と、第２の照射領域ＲＥ２とを近づけることができるので、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの距離を精度良く制御できる。

【0077】

（実施形態４）
図８は、実施形態４の図６相当図である。本実施形態４では、制御部５０が、実施形態３の（Ｓ３０３）、（Ｓ３０４）、及び（Ｓ３０６）～（Ｓ３１３）の処理を実行しない。そして、（Ｓ３０２）において、ヘッド用制御部５２は、（Ｓ１０９）で取得した判定情報が、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示すものであるときには、（Ｓ４０１）に進む一方、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にないことを示すときには、（Ｓ３０５）に進む。

【0078】

（Ｓ４０１）では、ヘッド用制御部５２は、初めて第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係になった旨をマニピュレータ用制御部５３に通知し、マニピュレータ用制御部５３は、予め設定された所定の設定距離分だけ、レーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させる。つまり、制御対象距離を、所定の設定距離分だけ長くさせる。

【0079】

所定の設定距離としては、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が初めて重なる状態から、第１の照射領域ＲＥ１の中心点と第２の照射領域ＲＥ２とが重なる状態にするためのレーザ加工ヘッド１０の移動量が予め設定される。

【0080】

また、本実施形態４では、第１速度は、実施形態３よりも絶対値の小さい正の速度に設定される。

【0081】

したがって、本実施形態４では、制御部５０は、カメラ１４による前記撮影が繰り返される状態で、マニピュレータ２０に第１速度で前記制御対象距離を短くさせながら、最近の撮影画像に対する前記特定処理及び前記取得処理を繰り返し実行し、前記判定情報が、前記第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にないことを示す第１状態から、前記第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２が前記所定の位置関係にあることを示す第２状態に変化すると、マニピュレータ２０に前記制御対象距離を、所定の設定距離分だけ長くさせる。本実施形態４では、設定距離は正の値となる。

【0082】

したがって、本実施形態４によると、第１の照射領域ＲＥ１の中心点と、第２の照射領域ＲＥ２とを近づけることができるので、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの距離を精度良く制御できる。

【0083】

また、実施形態３に比べ、制御を単純にできる。

【0084】

（実施形態５）
図９は、実施形態５の図２相当図である。本実施形態５では、（Ｓ１０９）の取得処理において、カメラ用制御部５１は、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２の間隔を示す間隔情報と、第１の照射領域ＲＥ１に対する第２の照射領域ＲＥ２の方向を示す方向情報とを含む位置情報を取得する。

【0085】

そして、（Ｓ１０９）の実行後に、（Ｓ５０１）において、（Ｓ１０９）で取得された間隔情報に基づいて、ヘッド用制御部５２は、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの理想の出射方向の距離と、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの実際の出射方向の距離との差分を算出する。ここで、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの理想の出射方向の距離（ワーキングディスタンス）をＷＤ、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの実際の出射方向の距離をＣ、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの理想の出射方向の距離と、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの実際の出射方向の距離との差分をｘとすると、以下の式１が成立する。

【0086】

Ｃ＝ＷＤ－ｘ ・・・式１
また、第１及び第２の照射領域ＲＥ１，ＲＥ２の間隔をＮ、第１のガイド光Ｌ１に対する第２のガイド光Ｌ２の角度をθとすると、ｘは、以下の式２で求められる。

【0087】

ｘ＝Ｎ／ｔａｎθ ・・・式２
次いで、（Ｓ５０２）において、ヘッド用制御部５２は、マニピュレータ用制御部５３に、（Ｓ５０１）で算出した差分ｘを送信する。マニピュレータ用制御部５３は、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御（比例微分制御）により、マニピュレータ２０の操作量を算出する。マニピュレータ２０の操作量とは、例えば、レーザ加工ヘッド１０のレーザ光ＬＢの出射方向の移動量である。

【0088】

したがって、本実施形態５に係る制御部５０のブロック線図は、図１０に示すように表される。制御部５０は、（Ｓ５０１）で算出した差分ｘを第１のゲインＫｐ倍した比例値と、差分ｘを第２のゲインＫｉ倍して積分した積分値と、差分ｘを第３のゲインＫｄ倍して微分した微分値とを加算した値を、マニピュレータ２０の操作量として算出する。

【0089】

次いで、（Ｓ５０３）において、マニピュレータ用制御部５３は、（Ｓ５０２）で算出した操作量が０であるか否かを判定し、操作量が０であるときには、（Ｓ５０４）に進む一方、操作量が０でない場合には（Ｓ５０５）に進む。

【0090】

（Ｓ５０４）では、マニピュレータ用制御部５３は、レーザ加工ヘッド１０の移動をマニピュレータ２０に停止させ、制御を終了する。

【0091】

（Ｓ５０５）では、マニピュレータ用制御部５３は、（Ｓ５０２）で算出した操作量でマニピュレータ２０を操作し、（Ｓ１０１）に戻る。

【0092】

このように、本実施形態５では、制御部５０は、間隔情報に基づいて、マニピュレータ２０を制御する距離制御を実行する。

【0093】

なお、上記実施形態１～５では、レーザ加工ヘッド１０がレーザ光を下方に出射する場合に本発明を適用したが、本発明は、レーザ加工ヘッド１０がレーザ光ＬＢを下方以外の方向、例えば上方や水平方向に出射する場合にも適用できる。

【0094】

また、上記実施形態１～５では、レーザ加工ヘッド１０とワークＷとの前記レーザ光ＬＢの出射方向の距離を変化させる距離変化部として、レーザ加工ヘッド１０を移動させるマニピュレータ２０を設けたが、レーザ加工ヘッド１０を移動させるＮＣ（Numerically Controlled）フライス盤を設けてもよい。また、ワークＷを載置する台、又はワークＷを取り付ける取付部材を移動させることによりレーザ加工ヘッド１０とワークＷとの前記レーザ光ＬＢの出射方向の距離を変化させる装置を距離変化部として設けてもよい。

【0095】

また、上記実施形態１では、第２の照射領域ＲＥ２が第１の照射領域ＲＥ１の左側にある場合には、レーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させ、第２の照射領域ＲＥ２が第１の照射領域ＲＥ１の右側にある場合には、レーザ加工ヘッド１０をワークＷから遠ざけた。しかし、第１及び第２の出射部１１，１３の位置関係によっては、反対に、第２の照射領域ＲＥ２が第１の照射領域ＲＥ１の左側にある場合に、レーザ加工ヘッド１０をワークＷから遠ざけ、第２の照射領域ＲＥ２が第１の照射領域ＲＥ１の右側にある場合に、レーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させてもよい。

【0096】

また、上記実施形態１，２では、所定の位置関係を、第１の照射領域ＲＥ１と、第２の照射領域ＲＥ２とが重なる関係としたが、第１の照射領域ＲＥ１の中心点と、第２の照射領域ＲＥ２とが重なる関係としてもよい。

【0097】

また、上記実施形態３，４では、（Ｓ１０４）において、レーザ加工ヘッド１０をワークＷから限界まで離した後、（Ｓ３０５）において正の第１速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させた。しかし、（Ｓ１０４）でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに限界、又は所定位置まで接近させた後、（Ｓ３０５）において負の第１速度でレーザ加工ヘッド１０をワークＷに接近させるようにしてもよい。つまり、（Ｓ３０５）において、レーザ加工ヘッド１０をワークＷから遠ざけるようにしてもよい。かかる場合、（Ｓ１０８）の処理も、レーザ加工ヘッド１０をワークＷから遠ざける処理となる。また，上記実施形態４において、設定距離を負の値とし、（Ｓ４０１）において、制御対象距離を短くするようにしてもよい。

【0098】

また、上記実施形態５では、マニピュレータ用制御部５３に、マニピュレータ２０の操作量をＰＩＤ制御により算出させたが、Ｐ（Proportion）制御（比例制御）又はＰＩ（Proportional Integral）制御（比例積分制御）により算出させてもよい。

【0099】

また、上記実施形態１～５では、方向情報を、第１の照射領域ＲＥ１に対する第２の照射領域ＲＥ２の方向を示す情報としたが、第２の照射領域ＲＥ２に対する第１の照射領域ＲＥ１の方向を示す情報としてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0100】

本発明のワーキングディスタンス制御システム及びレーザ加工装置は、レーザ加工ヘッドと加工対象物とのレーザ光の出射方向の距離に応じた情報を取得するワーキングディスタンス制御システムの設備コストを削減でき、レーザ光を加工対象物に照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドと前記加工対象物との前記レーザ光の出射方向の距離を変化させる距離変化部とを備えたワーキングディスタンス制御システム及びレーザ加工装置として有用である。

【符号の説明】

【0101】

１００ レーザ加工装置
１０ レーザ加工ヘッド
１１ 第１の出射部
１３ 第２の出射部
１４ カメラ
２０ マニピュレータ
３０ レーザ発振器
５０ 制御部
６０ ワーキングディスタンス制御システム
ＬＢ レーザ光
Ｗ ワーク（加工対象物）
ＲＥ１ 第１の照射領域
ＲＥ２ 第２の照射領域
Ｌ１ 第１のガイド光
Ｌ２ 第２のガイド光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】