特許 7435145 レーザ加工システム及びレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】レーザ加工システム及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/38 20140101AFI20240214BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

B23K26/38 A

B23K26/00 B

B23K26/00 P

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020057424

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021154343

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000006297

【氏名又は名称】村田機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107836

【弁理士】

【氏名又は名称】西 和哉

(74)【代理人】

【識別番号】100105946

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 富彦

(72)【発明者】

【氏名】小室 英夫

【審査官】山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３２７１９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１６７２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８４５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２００７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０１９５８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光により板状のワークから複数のパーツを切断する切断加工及びレーザ光により前記ワークにマークを形成するマーク加工を行うレーザ加工部と、
前記レーザ加工部により形成された前記マークを読み取る読み取り部と、
前記読み取り部により読み取られた前記マークに対応する情報を表示する表示部と、を備え、
前記マークに対応する情報は、
前記パーツを切断したときの加工実績に関する情報として、カーフ幅、アシストガスの圧力又は可視光の情報を含み、
前記パーツを切断したときの加工条件に関する情報として、板厚、材質、サイズ、レーザ光の出力又はレーザヘッドの移動速度の情報を含む、レーザ加工システム。

【請求項2】

前記レーザ加工部は、前記パーツの表面に前記マークを形成する、請求項１に記載のレーザ加工システム。

【請求項3】

前記レーザ光が照射されている箇所を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された画像に基づいて前記パーツの切断が不良であるかを判定する判定部と、を備え、
前記レーザ加工部は、前記判定部により切断が不良であると判定された前記パーツに対応する位置に前記マークを形成する、請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工システム。

【請求項4】

前記ワークから複数の前記パーツを切断するためのレイアウトを生成するネスティング部、を備え、
前記ネスティング部は、前記判定部により切断が不良であると判定された前記パーツを再度切断加工するための新たなレイアウトを生成する、請求項３に記載のレーザ加工システム。

【請求項5】

前記マークは、一次元マーク又は二次元マークである、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ加工システム。

【請求項6】

レーザ光により板状のワークから複数のパーツを切断する切断加工を行うことと、
レーザ光により前記ワークにマークを形成するマーク加工を行うことと、
レーザ光により形成された前記マークを読み取ることと、
前記読み取られた前記マークに対応する情報を表示することと、を含み、
前記マークに対応する情報は、
前記パーツを切断したときの加工実績に関する情報として、カーフ幅、アシストガスの圧力又は可視光の情報を含み、
前記パーツを切断したときの加工条件に関する情報として、板厚、材質、サイズ、レーザ光の出力又はレーザヘッドの移動速度の情報を含む、レーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工システム及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

板金加工の現場では、前工程における加工不良に起因して、後工程において作業不良が発生することがある。したがって、作業者は、加工不良が発生した場合、加工不良が発生したことを適切に認識できることが好ましい。例えば、特許文献１には、板状のワークから複数のパーツをレーザにより切断する切断加工を行うレーザ加工機によってワークの加工状態を把握する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１９２９８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

作業者は、レーザ光によりパーツを切断したときの加工実績に関する情報を得ることができれば、切断不良が発生しても、その状況を把握することが容易となる。

【0005】

そこで、本発明は、レーザ光によりパーツを切断したときの加工実績に関する情報を作業者が簡易に取得でき、ひいては、切断不良が発生しても、その状況を把握することが容易となる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１態様は、レーザ加工システムである。レーザ加工システムは、レーザ光により板状のワークから複数のパーツを切断する切断加工及びレーザ光によりワークにマークを形成するマーク加工を行うレーザ加工部を備える。レーザ加工システムは、レーザ加工部により形成されたマークを読み取る読み取り部を備える。レーザ加工システムは、読み取り部により読み取られたマークに対応する情報を表示する表示部を備える。マークに対応する情報は、パーツを切断したときの加工実績に関する情報として、カーフ幅、アシストガスの圧力又は可視光の情報を含む。マークに対応する情報は、パーツを切断したときの加工条件に関する情報として、板厚、材質、サイズ、レーザ光の出力又はレーザヘッドの移動速度の情報を含む。

【0007】

レーザ加工部は、パーツの表面にマークを形成してよい。レーザ加工システムは、レーザ光が照射されている箇所を撮像する撮像部を備えてよい。レーザ加工システムは、撮像部により撮像された画像に基づいてパーツの切断が不良であるかを判定する判定部を備えてよい。レーザ加工部は、判定部により切断が不良であると判定されたパーツに対応する位置にマークを形成してよい。レーザ加工システムは、ワークから複数のパーツを切断するためのレイアウトを生成するネスティング部を備えてよい。ネスティング部は、判定部により切断が不良であると判定されたパーツを再度切断加工するための新たなレイアウトを生成してよい。マークは、一次元マーク又は二次元マークであってよい。

【0008】

本発明の第２態様は、レーザ加工方法である。レーザ加工方法は、レーザ光により板状のワークから複数のパーツを切断する切断加工を行うことを含む。レーザ加工方法は、レーザ光によりワークにマークを形成するマーク加工を行うことを含む。レーザ加工方法は、形成されたマークを読み取ることを含む。レーザ加工方法は、読み取られたマークに対応する情報を表示することを含む。マークに対応する情報は、パーツを切断したときの加工実績に関する情報として、カーフ幅、アシストガスの圧力又は可視光の情報を含む。マークに対応する情報は、パーツを切断したときの加工条件に関する情報として、板厚、材質、サイズ、レーザ光の出力又はレーザヘッドの移動速度の情報を含む。

【0009】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙しない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

【発明の効果】

【0010】

本発明の態様によれば、レーザ光によりパーツを切断したときの加工実績に関する情報を作業者が簡易に取得でき、ひいては、切断不良が発生しても、その状況を把握することが容易となる。

【0011】

また、パーツを切断したときの加工条件に関する情報をマークが含む態様によれば、加工条件に関する情報をも作業者が簡易に取得でき、ひいては、切断不良が発生しても、その状況を把握することが更に容易となる。また、パーツの表面にマークを形成する態様によれば、取得した加工条件に関する情報がいずれのパーツに対応するか、作業者による把握が容易となる。また、切断が不良であると判定されたパーツに対応する位置にマークを形成する態様によれば、作業者は、マークが形成された位置に対応するパーツの切断が不良であると直ちに認識することができる。また、切断が不良であると判定されたパーツを再度切断加工するための新たなレイアウトを生成する態様によれば、人手を介さずに、切断加工を行う工程における歩留まりを向上させることができる。また、マークが一次元マークである態様によれば、マークの読み取り速度が高く、マークを読み取るために工程のラインを停止させる時間を短縮することができる。また、マークが二次元マークである態様によれば、加工実績に関する大容量の情報を作業者が簡易に取得でき、切断不良が発生しても、その状況を把握することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】レーザ加工システム１００の一例を概略的に示す。

【図2】レーザヘッド２００の一例を概略的に示す。

【図3】制御部１４０によるパーツ切断時処理の流れの一例を概略的に示す。

【図4】レーザ加工機１１０による切断加工とマーク加工の流れの一例を概略的に示す。

【図5】レーザ加工機１１０による切断加工とマーク加工の流れの一例を概略的に示す。

【図6】レーザ加工機１１０による切断加工とマーク加工の流れの一例を概略的に示す。

【図7】マークＭの一例を概略的に示す。

【図8】制御部１４０によるマーク読み取り時処理の流れの一例を概略的に示す。

【図9】マークＭが読み取られたときに表示される情報の一例を概略的に示す。

【図10】ネスティング部１７０によるネスティング処理の流れの一例を概略的に示す。

【図11】マークＭを形成する位置の一例を概略的に示す。

【図12】ネスティング部１７０による再ネスティング処理の流れの一例を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定しない。また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0014】

以下、図中の方向は、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。このＸＹＺ座標系は、鉛直方向をＺ方向とし、水平方向をＸ方向、Ｙ方向とする。また、以下の説明は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれについて、適宜、矢印の先の側を＋側と称し、その反対側を－側と称する。

【0015】

図１は、レーザ加工システム１００の一例を概略的に示す。本実施の形態に係るレーザ加工システム１００は、レーザ加工機１１０、パレット搬送装置１２０、オートローダ１３０、制御部１４０、読み取り部１５０、表示部１６０及びネスティング部１７０を備える。なお、レーザ加工機１１０は、「レーザ加工部」の一例である。

【0016】

レーザ加工機１１０は、レーザのエネルギーを利用して切断、穴あけ又は焼入れする工作機械である。レーザ加工機１１０は、レーザ光により板状のワークＷから複数のパーツＰ１～パーツＰ３（以下、パーツＰと総称する）を切断する切断加工を行う。また、レーザ加工機１１０は、レーザ光によりワークＷにマークＭを形成するマーク加工を行う。レーザ加工機１１０は、例えば、パーツＰの表面にマークＭを形成する。ここで、マークＭとは、作業者に情報を与えるためにワークＷに形成されるバーコードシンボル、記号の羅列、文字の羅列等の総称である。

【0017】

バーコードシンボルとは、光学的反射率の高い部分と低い部分との組み合わせで情報を表示し、機械的に読み取り可能にした情報媒体の総称である。したがって、バーコードシンボルは、一次元シンボルと二次元シンボルを含んだ総称であり、バーコードシンボル体系と同じ意味である。一次元シンボル、二次元シンボル等の情報媒体は、データキャリアという。データキャリアは、情報を物等に付加し、この物等を特定するために利用する情報媒体の総称である。一次元シンボルは、「一次元マーク」の一例である。二次元シンボルは、「二次元マーク」の一例である。

【0018】

一次元シンボルとは、光学的反射率の高い部分と低い部分、及び変化する平行且つ長方形のバー又はスペースの配列によって構成され、機械的に読み取りできるようにコード化されたバーコードシンボルである。一次元シンボルは、一般的に単に「バーコード」と呼ばれており、「リニアシンボル」、「一次元バーコード」とも呼ばれている。一次元シンボルは、バーコードシンボルキャラクタを直線的に並べて情報化している。

【0019】

これに対し、二次元シンボルとは、シンボルキャラクタ、又はシンボルキャラクタに相当する情報単位を縦横に配置したバーコードシンボルである。二次元シンボルは、「二次元コード」、「二次元バーコード」とも呼ばれている。二次元シンボルは、構造的に一次元シンボルを積み重ねたようなマルチロー型シンボル体系と、主に格子状にデータを配置したようなマトリックス型シンボル体系とがある。

【0020】

マークＭは、少なくとも、パーツＰを切断したときの加工実績に関する情報を含んでいればよい。また、マークＭは、パーツＰを切断したときの加工条件に関する情報を含んでいてもよい。

【0021】

レーザ加工機１１０は、フレーム１１１に囲まれた加工領域ＲにおいてワークＷの加工を行う。フレーム１１１は、キャリッジ１１２を支持する。また、フレーム１１１は、加工領域Ｒの下部においてパレットＰＡを支持する。

【0022】

パレットＰＡは、ワークＷを取り付けて供給する台である。パレットＰＡは、複数のナイフエッジＫを備える。ナイフエッジＫは、パレットＰＡ上でワークＷを支持する波状の板である。ナイフエッジＫは、剣山とも称される。ナイフエッジＫは、例えば、矩形状のパレットＰＡの上面に立った状態でＸ方向に並んで配置される。ナイフエッジＫは、例えば、上端部が鋸歯状に形成されることで、ワークＷに対する接触面積を小さくし、レーザ加工によってワークＷがパレットＰＡに溶着することを抑制する。各ナイフエッジＫの上端部は、パレットＰＡからのＺ方向の位置が同一となるように形成される。ワークＷは、複数のナイフエッジＫの上に載置される。ワークＷは、各ナイフエッジＫの上端部の高さが同一であるため、パレットＰＡに対して略水平に載置される。

【0023】

キャリッジ１１２は、レーザヘッド２００を支持し、レーザヘッド２００を移動させる装置である。キャリッジ１１２は、ワークＷの上方に配置される。キャリッジ１１２は、Ｙ方向に長い長尺状である。キャリッジ１１２は、例えば、Ｙ方向の長さがパレットＰＡのＹ方向の長さよりも長く設定される。キャリッジ１１２は、パレットＰＡに載置されたワークＷに対してＸ方向に移動し、且つ、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各方向において、レーザヘッド２００をワークＷに対して相対的に移動させる。

【0024】

キャリッジ１１２は、ガントリ１１２Ａ、スライダ１１２Ｂ及び昇降部１１２Ｃを備える。ガントリ１１２Ａは、各部を支持する部材である。ガントリ１１２Ａは、Ｙ方向に延びており、フレーム１１１の上面に形成される一対のガイド１１３上に配置される。ガントリ１１２Ａは、Ｙ方向の長さがパレットＰＡのＹ方向の長さよりも長く設定される。

【0025】

ガントリ１１２Ａの上面である＋Ｚ側の面には、ガイド１１２Ｄが設けられる。ガイド１１２Ｄは、Ｙ方向に沿って形成され、スライダ１１２Ｂを案内する。スライダ１１２Ｂは、ガントリ１１２Ａの上面から－Ｘ側の面にわたって配置される。

【0026】

スライダ１１２Ｂの－Ｘ側の面には、ガイド１１２Ｅが設けられる。ガイド１１２Ｅは、上下方向に沿って形成され、昇降部１１２Ｃを案内する。昇降部１１２Ｃは、スライダ１１２Ｂの－Ｘ側の面に配置される。

【0027】

キャリッジ１１２は、ガントリ１１２Ａ、スライダ１１２Ｂ及び昇降部１１２Ｃを移動させる駆動装置として、例えば、モータ等のアクチュエータを備える。ガントリ１１２Ａは、駆動装置に駆動されてガイド１１３に沿ってＸ方向に移動可能である。スライダ１１２Ｂは、駆動装置に駆動されてガイド１１２Ｄに沿ってＹ方向に移動可能である。昇降部１１２Ｃは、ガイド１１２Ｅに沿ってＺ方向に移動可能である。駆動装置は、制御部１４０の制御を受けて動作する。

【0028】

キャリッジ１１２には、レーザヘッド２００が搭載される。レーザヘッド２００は、集光レンズ、加工ノズル等を収めた加工用のヘッドである。レーザヘッド２００は、昇降部１１２Ｃの下部に保持される。レーザヘッド２００は、ガントリ１１２ＡがＸ方向に移動することでＸ方向に移動し、スライダ１１２ＢがＹ方向に移動することでＹ方向に移動し、昇降部１１２ＣがＺ方向に移動することでＺ方向に移動する。

【0029】

パレット搬送装置１２０は、加工領域ＲへのパレットＰＡの搬入及び搬出を行う装置である。パレット搬送装置１２０は、レール１２１を備える。レール１２１は、加工領域Ｒからアンロード位置ＵＰまでＸ方向に直線的に延びている。アンロード位置ＵＰは、レーザ加工によってパーツＰが形成されたワークＷからパーツＰを抜き出す際に、ワークＷが配置される位置である。パレットＰＡは、レール１２１上を走行可能な車輪を備える。パレット搬送装置１２０は、パレットＰＡを牽引することによって、レール１２１に沿ってパレットＰＡを搬送する。例えば、パレットＰＡには、ワイヤと接続されたフックが掛けられ、ワイヤが駆動部に巻き取られることでパレットＰＡが牽引される。

【0030】

オートローダ１３０は、パーツＰを自動的に所定の位置に搬送する装置である。オートローダ１３０は、例えば、レーザ加工後にアンロード位置ＵＰに配置されるパレットＰＡのワークＷから切断されたパーツＰを、パーツＰの表面を吸着することにより製品搬出エリアＡに搬出する。オートローダ１３０は、アンロード位置ＵＰから製品搬出エリアＡまでＸ方向に延びるＸガイド１３１に取り付けられている。Ｘガイド１３１は、走行台車に支持され、走行台車のＹ方向の移動に伴いＹ方向に移動する。オートローダ１３０は、例えば、Ｘガイド１３１に沿って移動可能なＸ移動体１３２と、Ｘ移動体１３２に設けられたＺ移動体１３３と、Ｚ移動体１３３の下端に設けられる吸着部１３４とを備える。Ｘ移動体１３２は、アンロード位置ＵＰに配置されたパレットＰＡの上方と製品搬出エリアＡとの間を移動可能である。Ｚ移動体１３３は、吸着部１３４を保持しながら、Ｘ移動体１３２に対してＺ方向に移動可能である。吸着部１３４は、走行台車の移動に伴い、Ｙ方向に移動し、Ｘ移動体１３２の移動に伴いＸ方向に移動し、Ｚ移動体１３３の移動に伴いＺ方向に移動する。

【0031】

吸着部１３４の下面には、複数の吸着パッドが設けられ、真空、減圧によりパーツＰを吸着する。吸着部１３４は、アンロード位置ＵＰにおいて、Ｘ方向及びＹ方向の移動によりワークＷから切断されたパーツＰと位置合わせされる。そして、吸着部１３４は、－Ｚ側へ移動することによりパーツＰに接近してパーツＰを吸着する。そして、吸着部１３４は、パーツＰを吸着した状態で＋Ｚ側へ移動してパーツＰを持ち上げ、Ｘ方向及びＹ方向の移動によりパーツＰを製品搬出エリアＡにおける所定の位置へ移動する。

【0032】

制御部１４０は、与えられた手順に従って複雑な計算を自動的に行う機械である。制御部１４０は、外部とのデータのやり取りを行う入出力装置、データを記録する記憶装置、プログラムの実行状況や各装置の状態を制御する制御装置、及びデータの計算や加工を行う演算装置等から構成される。制御部１４０は、主として、レーザ加工機１１０、パレット搬送装置１２０及びオートローダ１３０を制御する。

【0033】

制御部１４０は、パーツＰの切断が不良であるかを判定する判定部１４１を備える。レーザ加工機１１０は、例えば、判定部１４１により切断が不良であると判定されたパーツＰに対応する位置にマークＭを形成する。

【0034】

読み取り部１５０は、レーザ加工機１１０により形成されたマークＭを読み取る装置である。読み取り部１５０は、例えば、マークＭを光学的に検知し、光学的反射率の高い部分と低い部分とのパターンを解析することによって、特定のキャラクタに変換する。読み取り部１５０は、何らかの光源と光センサーを持ち、また、マークＭをスキャンする仕組みを持っている。光センサーの出力は、微弱なアナログ信号である。したがって、読み取り部１５０は、光センサーの出力を増幅し、ある基準のしきい値によりデジタル化する。そして、読み取り部１５０は、光学的反射率の高い部分は「０」、光学的反射率の低い部分は「１」とするデジタル信号に変換し、メモリに記憶する。そして、読み取り部１５０は、「０」、「１」のパターンを解読し、解読結果を示すデータを制御部１４０に出力する。読み取り部１５０は、上記動作を実現するために、光源部、スキャニング部、受光部、信号増幅部、デジタル変換部、デコード部及びインターフェース部により構成されている。

【0035】

表示部１６０は、読み取り部１５０により読み取られたマークＭに対応する情報を表示する装置である。表示部１６０は、例えば、表示画面を持ち、通常、キーボード等の入力機器を接続した利用者端末である。

【0036】

ネスティング部１７０は、ワークＷから複数のパーツＰを切断するためのレイアウトを生成する装置である。ネスティング部１７０は、例えば、二次元の閉図形によって表現されるパーツＰを長方形等のワークＷの中に最適に配置する。ネスティング部１７０は、判定部１４１により切断が不良であると判定されたパーツＰを再度切断加工するための新たなレイアウトを生成可能である。

【0037】

図２は、レーザヘッド２００の一例を概略的に示す。レーザヘッド２００は、ノズル２１０を有する。加工用レーザＬ１及び照明用レーザＬ２は、ノズル２１０に形成される出射口からワークＷに向けて照射される。レーザヘッド２００は、前述のとおり、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の各方向において、ワークＷに対して相対的に移動可能に設けられる。レーザ加工機１１０は、レーザヘッド２００をワークＷに対して相対的に移動させながら、レーザヘッド２００のノズル２１０から加工用レーザＬ１をワークＷに照射することで切断加工を行う。

【0038】

レーザヘッド２００は、光ファイバ２２１、コリメータ２３１、ビームスプリッタ２４１及び集光レンズ２３２を備える。光ファイバ２２１は、一端がレーザ発振器２２０と接続され、他端がレーザヘッド２００に接続される。レーザ発振器２２０から出力される加工用レーザＬ１は、光ファイバ２２１を介してレーザヘッド２００に導入される。

【0039】

コリメータ２３１は、レーザ発振器２２０から出力される加工用レーザＬ１を平行光に変換、又は平行光に近づける。コリメータ２３１は、例えば、加工用レーザＬ１の入射側の焦点が光ファイバ２２１の端部の位置と一致するように配置される。

【0040】

ビームスプリッタ２４１は、コリメータ２３１を通った加工用レーザＬ１が入射する位置に配置される。ビームスプリッタ２４１は、加工用レーザＬ１が反射し、且つ、照明用レーザＬ２が投下する特性を有する波長選択ミラーである。ビームスプリッタ２４１は、コリメータ２３１の光軸２３１Ａに対して約４５度の角度で傾斜している。

【0041】

集光レンズ２３２は、ビームスプリッタ２４１で反射した加工用レーザＬ１が入射する位置に配置される。加工用レーザＬ１は、コリメータ２３１を通り、ビームスプリッタ２４１で反射して光路がＸ方向からＺ方向へ約９０度折れ曲がり、集光レンズ２３２に入射する。集光レンズ２３２は、入射した加工用レーザＬ１を集光する。レーザヘッド２００の光学系駆動部は、例えば、集光レンズ２３２の光軸２３２Ａに沿って集光レンズ２３２を移動させることで、ワークＷ側の焦点を調整する。ワークＷの表面における加工用レーザＬ１のスポットサイズは、ワークＷの表面から焦点が離れるほど大きくなる。カーフ幅は、スポットサイズと切断加工されるワークＷの材料により決まる。ここで、カーフとは、レーザによる切断で形成される溝である。また、カーフ幅とは、カーフの幅である。

【0042】

レーザヘッド２００には、照明ユニット２５０が着脱自在に接続される。照明ユニット２５０は、レーザアレイ２５１及びコリメータ２５２を備える。レーザアレイ２５１は、照明用レーザＬ２として、加工用レーザＬ１と異なる波長の光を発する。

【0043】

コリメータ２５２は、レーザアレイ２５１から照明用レーザＬ２が入射する位置に配置される。コリメータ２５２は、レーザアレイ２５１からの照明用レーザＬ２を平行光に変換、又は平行光に近づける。

【0044】

レーザヘッド２００は、ハーフミラー２６１を備える。ハーフミラー２６１は、コリメータ２５２を通った照明用レーザＬ２が入射する位置に配置される。ハーフミラー２６１は、照明用レーザＬ２の一部が反射し、一部が透過する特性を有する反射透過部材である。ハーフミラー２６１は、例えば、照明用レーザＬ２のうち透過光の比率が約５０％となるように設定される。ハーフミラー２６１は、コリメータ２５２の光軸２５２Ａに対して約４５度の角度で傾斜している。

【0045】

照明用レーザＬ２は、コリメータ２５２を通り、ハーフミラー２６１で一部が反射して光路がＸ方向からＺ方向へ約９０度折れ曲がり、ビームスプリッタ２４１に入射する。集光レンズ２３２は、ビームスプリッタ２４１からの照明用レーザＬ２を集光する。ワークＷ上における照明用レーザＬ２の照明領域は、ワークＷ上における加工用レーザＬ１の照射領域を含むように設定される。

【0046】

レーザヘッド２００は、撮像部２７０を備える。撮像部２７０は、レーザ光が照射されている箇所を撮像する装置である。撮像部２７０は、撮像素子２７１を備え、照明用レーザＬ２の照明によりワークＷからの戻り光を撮像素子２７１によって検出する。

【0047】

ワークＷからの戻り光は、集光レンズ２３２を通ってビームスプリッタ２４１に入射する。戻り光は、例えば、照明用レーザＬ２のうちワークＷで反射散乱した光、及び加工用レーザＬ１のうちワークＷで反射した光を含む。戻り光のうち照明用レーザＬ２に由来する光は、ビームスプリッタ２４１を通ってハーフミラー２６１に入射する。一方、戻り光のうち加工用レーザＬ１に由来する光は、ビームスプリッタ２４１で反射し、ビームスプリッタ２４１からハーフミラー２６１に向かう光路から除かれる。

【0048】

なお、戻り光は、加工用レーザＬ１によりワークＷが溶融した溶融金属がワークＷの表面等に存在する場合、溶融金属から放射される赤色から近赤外の波長帯の光を含む。また、戻り光は、加工用レーザＬ１によるワークＷの溶融・蒸発に伴いプラズマが発生している場合、青色から紫外の波長帯の光を含む。溶融金属又はプラズマに起因する光のうち加工用レーザＬ１と異なる波長の光は、ビームスプリッタ２４１を通ってハーフミラー２６１に入射する。

【0049】

レーザヘッド２００は、波長選択フィルタ２８１及び結像レンズ２８２を備える。波長選択フィルタ２８１は、例えば、ダイクロイックミラー又はノッチフィルターである。ハーフミラー２６１に入射した戻り光は、一部がハーフミラー２６１を通って波長選択フィルタ２８１に入射し、一部がハーフミラー２６１で反射する。波長選択フィルタ２８１は、照明用レーザＬ２の照明によりワークＷで反射される波長帯の戻り光を反射する特性を有する。また、波長選択フィルタ２８１は、加工用レーザＬ１の照射によりワークＷから放射される波長帯の戻り光を透過する特性を有する。照明用レーザＬ２に由来する戻り光は、波長選択フィルタ２８１で反射し、結像レンズ２８２に入射する。結像レンズ２８２は、波長選択フィルタ２８１で反射した光を撮像素子２７１に集光する。

【0050】

撮像素子２７１は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）のイメージセンサが用いられる。撮像素子２７１には、二次元的に配列された複数の画素が設けられる。各画素には、フォトダイオード等の受光素子が設けられる。撮像素子２７１は、受光素子に戻り光が入射することにより各画素に発生する信号を順に読み出して増幅し、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－Ｄｉｇｉｔａｌ）変換して配列することで撮像画像のデジタルデータを生成する。

【0051】

レーザ加工システム１００は、画像処理部１８０を備える。画像処理部１８０は、制御部１４０及び撮像部２７０と有線又は無線によって通信可能に接続される。撮像部２７０は、撮像素子２７１により生成された撮像画像データを画像処理部１８０に送信する。画像処理部１８０は、撮像部２７０から送信された撮像画像データを受信すると、撮像画像を画像処理し、加工状態に関するデータを生成する。画像処理部１８０は、例えば、撮像画像データを画像処理し、レーザ加工によるカーフの両端のエッジの位置を検出した後、画像上のエッジ間の距離を実スケールの距離に変換することでカーフ幅を測定する。そして、画像処理部１８０は、測定したカーフ幅を示すデータを、加工状態に関するデータとして制御部１４０に送信する。

【0052】

また、レーザヘッド２００は、アシストガス供給部２９０及び圧力センサー２９１を備える。アシストガス供給部２９０は、ノズル２１０内にアシストガスを供給する装置である。ここで、アシストガスとは、レーザ切断において、主に溶融又は昇華した材料を除去するために用いるガスである。アシストガス供給部２９０は、制御部１４０による制御を受けて動作する。圧力センサー２９１は、アシストガス供給部２９０から供給されるアシストガスの圧力を、ダイヤフラムを介して感圧素子で計測し、電気信号に変換し出力する機器である。圧力センサー２９１は、例えば、アシストガスの圧力の計測結果を示すデータを制御部１４０に出力する。

【0053】

図３は、制御部１４０によるパーツ切断時処理の流れの一例を概略的に示す。図４から図６は、レーザ加工機１１０による切断加工とマーク加工の流れの一例を概略的に示す。図７は、マークＭの一例を概略的に示す。図３に示す処理は、レーザ加工機１１０によりワークＷからパーツＰを切断する切断加工が開始される状態を開始状態として説明する。また、図３の処理は、図４から図７を参照して説明する。

【0054】

図４から図６において、ワークＷからパーツＰを切断するときの加工ラインＰＬは、一点鎖線で示す。また、図４から図６において、レーザによる切断で形成されるカーフＫＬは、実線で示す。また、図４から図６において、カーフ幅が許容値を超えている切断不良のカーフＫＬは、太い実線で示す。

【0055】

前述のとおり、撮像部２７０は、レーザ光により板状のワークＷからパーツＰを切断する切断加工が行われているとき、レーザ光が照射されている箇所を撮像し、撮像画像データを画像処理部１８０に送信する。撮像部２７０は、例えば、撮像が行われた日時を示すタイムスタンプを付した撮像画像データを画像処理部１８０に送信する。

【0056】

画像処理部１８０は、撮像画像データを受信すると、撮像画像データを画像処理し、例えば、カーフ幅を示すデータといった加工状態に関する加工状態データを生成する。そして、画像処理部１８０は、例えば、撮像画像データに付されていたタイムスタンプを付した加工状態データを制御部１４０に送信する。

【0057】

前述のとおり、圧力センサー２９１は、レーザ光により板状のワークＷからパーツＰを切断する切断加工が行われているとき、アシストガスの圧力を計測し、計測結果を示す計測結果データを制御部１４０に出力する。

【0058】

制御部１４０は、加工状態データ、計測結果データを受信すると（ステップＳ１０１）、受信した加工状態データ、計測結果データを記憶する（ステップＳ１０２）。前述のとおり、制御部１４０は、レーザ加工機１１０の動作を制御している。したがって、制御部１４０は、加工状態データに付されているタイムスタンプを参照することにより、その加工状態データがいずれのパーツＰの切断加工に対応するかを特定可能である。また、制御部１４０は、計測結果データを受信した日時を参照することにより、その計測結果データがいずれのパーツＰの切断加工に対応するかを特定可能である。ステップＳ１０２において、制御部１４０は、加工状態データと、計測結果データと、加工状態データに対応するパーツＰを特定可能なデータとを対応付けて記憶する。

【0059】

ステップＳ１０２の処理の後、制御部１４０は、パーツＰの切断加工が終了したかを判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において、制御部１４０は、ワークＷから切断されるパーツＰのうちのいずれかのパーツＰの切断加工が終了したことを以て、パーツＰの切断加工が終了したと判定する。なお、制御部１４０は、ワークＷから切断される全てのパーツＰの切断加工が終了したことを以て、パーツＰの切断加工が終了したと判定してもよい。

【0060】

ステップＳ１０３においてパーツＰの切断加工が終了していない場合（ステップＳ１０３；ＮＯ）、制御部１４０は、再びステップＳ１０１の処理を実行する。制御部１４０は、パーツＰの切断加工が終了するまでステップＳ１０１～ステップＳ１０２の処理を繰り返し実行する（ステップＳ１０３；ＮＯ→ステップＳ１０１→ステップＳ１０２→ステップＳ１０３；ＮＯ・・・）。

【0061】

例えば、図４に示す例では、パーツＰ１の切断加工を開始してから（図４（Ａ））、パーツＰ１の切断加工が終了するまで（図４（ＩＢ））、ステップＳ１０１～ステップＳ１０２の処理が繰り返し実行される。

【0062】

ステップＳ１０３においてパーツＰの切断加工が終了している場合（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、制御部１４０の判定部１４１は、パーツＰの切断不良があるかを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、制御部１４０の判定部１４１は、例えば、加工状態データによって示されるカーフ幅が許容値を超えている場合、その加工状態データに対応するパーツＰの切断不良があると判定する。

【0063】

ステップＳ１０４においてパーツＰの切断不良がない場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、制御部１４０は、パーツ切断時処理を終了する。そして、制御部１４０は、次のパーツＰの切断加工が開始されるとき、再び、図３に示すパーツ切断時処理を実行する。

【0064】

例えば、図４に示す例では、パーツＰ１の切断不良はないため、マーク加工が行われることなく、パーツＰ１の切断加工が行われるときのパーツ切断時処理が終了する。そして、図４に示す例では、パーツＰ１の切断加工が終了し図４（Ｂ）、パーツＰ２の切断加工が開始されるときに（図４（Ｂ））、再びパーツ切断時処理が実行される。

【0065】

ステップＳ１０４においてパーツＰの切断不良がある場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、制御部１４０は、そのパーツＰに対応する加工実績の情報と加工条件の情報の記憶場所を特定する（ステップＳ１０５）。ここで、加工実績とは、例えば、画像処理部１８０により測定されたカーフ幅、圧力センサー２９１により計測されたアシストガスの圧力等である。また、加工条件とは、例えば、ワークＷの板厚、材質、サイズ、加工用レーザＬ１の出力、レーザヘッド２００の移動速度等である。加工条件は、例えば、パーツＰの切断加工が行われたときに実行された加工プログラムを参照することにより特定可能である。ステップＳ１０５において、制御部１４０は、例えば、ステップＳ１０２において記憶した加工状態データの記憶場所を、加工実績の情報の記憶場所として特定する。また、制御部１４０は、例えば、ステップＳ１０２において記憶した計測結果データの記憶場所を、加工実績の情報の記憶場所として特定する。また、制御部１４０は、例えば、切断不良があったパーツＰの切断加工が行われたときに実行された加工プログラムの記憶場所を、加工条件の情報の記憶場所として特定する。

【0066】

例えば、図５（Ａ）に示す例では、パーツＰ２の切断加工の途中でカーフＫＬのカーフ幅が許容値を超える切断不良が発生している。したがって、制御部１４０は、パーツＰ２の切断加工が終了したとき（図５（Ｂ））、パーツＰ２に対応する加工実績の情報と加工条件の情報の記憶場所を特定する。同様に、図６（Ａ）に示す例では、パーツＰ３の切断加工の開始時からカーフＫＬのカーフ幅が許容値を超える切断不良が発生している。したがって、制御部１４０は、パーツＰ３の切断加工が終了したとき（図６（Ｂ））、パーツＰ３に対応する加工実績の情報と加工条件の情報の記憶場所を特定する。

【0067】

ステップＳ１０５の処理の後、制御部１４０は、ステップＳ１０５において特定した加工実績の情報の記憶場所と加工条件の情報の記憶場所とを示すマークＭを生成する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６において、制御部１４０は、例えば、バーコードシンボル（図７（Ａ）、（Ｂ））、記号の羅列（図７（Ｃ））、文字の羅列（図７（Ｄ））等のマークＭを生成する。制御部１４０は、バーコードシンボルとして、一次元シンボル（図７（Ｂ））を生成してもよいし、二次元シンボル（図７（Ａ））を生成してもよい。

【0068】

ステップＳ１０６の処理の後、制御部１４０は、レーザ光によりワークＷにマークＭを形成するマーク加工が行われるようにレーザ加工機１１０を制御する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７の処理が実行されることにより、レーザ加工機１１０は、制御部１４０の判定部１４１により切断不良があると判定されたパーツＰに対応する位置にマークＭを形成する。例えば、レーザ加工機１１０は、切断不良があると判定されたパーツＰの表面にマークＭを形成する。

【0069】

例えば、図５（Ｃ）に示す例では、切断不良があると判定されたパーツＰ２の表面に二次元シンボルのマークＭが形成されている。同様に、図６（Ｃ）に示す例では、切断不良があると判定されたパーツＰ３の表面に二次元シンボルのマークＭが形成されている。

【0070】

また、制御部１４０は、切断不良があったパーツＰを示すデータをネスティング部１７０に送信し（ステップＳ１０８）、パーツ切断時処理を終了する。ステップＳ１０８において、制御部１４０は、例えば、切断不良があったパーツＰを示すデータとして、そのパーツＰの部品番号を示すデータをネスティング部１７０に送信する。

【0071】

図８は、制御部１４０によるマーク読み取り時処理の流れの一例を概略的に示す。図９は、マークＭが読み取られたときに表示される情報の一例を概略的に示す。図８に示す処理は、レーザ加工機１１０により形成されたマークＭが読み取り部１５０により読み取られて解読された状態を開始状態として説明する。また、図８の処理は、図９を参照して説明する。

【0072】

作業者は、レーザ加工機１１０によりマークＭが形成されている場合、読み取り部１５０によるマークＭの読み取りを行う。前述のとおり、読み取り部１５０は、マークＭを光学的に検知すると、光学的反射率の高い部分と低い部分とのパターンを解読し、解読結果を示すデータを制御部１４０に出力する。ここで、マークＭが示す情報は、加工実績の情報の記憶場所と加工条件の記憶場所である。したがって、読み取り部１５０は、加工実績の情報の記憶場所と加工条件の記憶場所とを示すデータを、解読結果を示すデータとして制御部１４０に出力する。

【0073】

制御部１４０は、マークＭの解読結果を示すデータを取得すると（ステップＳ２０１）、解読された記憶場所から加工実績の情報と加工条件の情報とを取得する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２において、制御部１４０は、例えば、加工実績の情報として、図３のステップＳ１０２において記憶した加工状態データからカーフ幅の情報を取得する。また、制御部１４０は、例えば、加工実績の情報として、図３のステップＳ１０２において記憶した計測結果データからアシストガスの圧力の情報を取得する。また、制御部１４０は、例えば、加工プログラムからワークＷの板厚、材質、サイズ、加工用レーザＬ１の出力、レーザヘッド２００の移動速度の情報を取得する。

【0074】

ステップＳ２０２の処理の後、制御部１４０は、ステップＳ２０２において取得した加工実績の情報と加工条件の情報とを表示部１６０に表示し（ステップＳ２０３）、マーク読み取り時処理を終了する。

【0075】

例えば、図９に示す例では、加工実績の情報として、加工不良があったパーツＰの切断加工を行ったときのカーフ幅の情報ＰＩ１、アシストガスの圧力の情報ＰＩ２、及び可視光の情報ＰＩ２、が表示されている。ここで、可視光の情報ＰＩ３は、例えば、撮像画像データの明るさを示す情報である。前述のとおり、撮像素子２７１には、照明用レーザＬ２に由来する戻り光が入射する。しかしながら、切断不良が発生している場合、撮像素子２７１には、溶融金属等に起因する光も入射する。その場合、撮像画像データの明るさは、切断不良が発生していないときよりも明るくなる。

【0076】

また、図９に示す例では、加工条件の情報として、切断不良があったパーツＰの切断加工が行われたワークＷについて、板厚の情報ＣＩ１、材質の情報ＣＩ２、及びサイズの情報ＣＩ３が表示されている。

【0077】

また、図９に示す例では、加工条件の情報として、加工不良があったパーツＰの切断加工を行ったときのレーザ光の出力の情報ＣＩ４、及びレーザヘッド２００の移動速度の情報ＣＩ５が表示されている。

【0078】

また、図９に示す例では、加工条件の情報に関連して、切断不良があったパーツＰの切断加工を行ったときの加工プログラムへのハイパーリンクとして機能するボタン画像Ｌが表示されている。

【0079】

以上、図３から図９に示す例によれば、マークＭは、パーツＰを切断したときの加工実績に関する情報を含む。したがって、作業者は、加工実績に関する情報を簡易に取得できる。ひいては、作業者は、切断不良が発生しても、その状況を把握することが容易となる。

【0080】

また、図３から図９に示す例によれば、マークＭは、パーツＰを切断したときの加工条件に関する情報を含む。したがって、作業者は、加工条件に関する情報をも簡易に取得できる。ひいては、作業者は、切断不良が発生しても、その状況を把握することが更に容易となる。

【0081】

また、図３から図９に示す例によれば、レーザ加工機１１０は、パーツＰの表面にマークＭを形成する。したがって、作業者は、取得した加工条件に関する情報がいずれのパーツＰに対応するかの把握が容易となる。

【0082】

また、図３から図９に示す例によれば、レーザ加工機１１０は、判定部１４１により切断不良があると判定されたパーツＰに対応する位置にマークＭを形成する。したがって、作業者は、マークＭが形成された位置に対応するパーツＰの切断が不良であると直ちに認識することができる。

【0083】

また、図３から図９に示す例によれば、マークＭは、一次元シンボル、二次元シンボル、記号の羅列、又は文字の羅列である。一次元シンボルを採用する場合には、マークＭの読み取り速度が高くなり、マークＭを読み取るために工程のラインを停止させる時間を短縮することができる。また、二次元シンボルを採用する場合には、加工実績に関する大容量の情報を作業者が簡易に取得でき、切断不良が発生しても、その状況を把握することが容易となる。また、記号の羅列、又は文字の羅列を採用する場合には、汎用性が低いため、マークＭによって示される情報の秘匿性を向上させることができる。

【0084】

図１０は、ネスティング部１７０によるネスティング処理の流れの一例を概略的に示す。図１１は、マークＭを形成する位置の一例を概略的に示す。図１０の処理は、ワークＷの形状と、ワークＷから切断加工する複数のパーツＰの形状とが決まっている状態を開始状態として説明する。また、図１０の処理は、図１１を参照して説明する。

【0085】

ネスティング部１７０は、ワークＷの形状の情報と、複数のパーツＰの形状の情報とを取得すると（ステップＳ３０１）、ワークＷから複数のパーツＰを切断するためのレイアウトを生成する（ステップＳ３０２）。

【0086】

ステップＳ３０２の処理の後、ネスティング部１７０は、切断不良があったときにマークＭを形成する位置をレイアウトに追加する（ステップＳ３０３）。ステップＳ３０３において、ネスティング部１７０は、例えば、パーツＰの表面にマークＭを形成する場合、パーツＰの表面における端（図１１（Ａ））、パーツＰの表面における中央（図１１（Ｂ））等の位置とする。また、ネスティング部１７０は、例えば、パーツＰの表面にマークＭを形成しない場合、パーツＰの近く（図１１（Ｃ））等の位置とする。

【0087】

ステップＳ３０３の処理の後、ネスティング部１７０は、生成したレイアウトのデータを制御部１４０に出力し（ステップＳ３０４）、ネスティング処理を終了する。

【0088】

図１２は、ネスティング部１７０による再ネスティング処理の流れの一例を概略的に示す。図１２の処理は、制御部１４０がネスティング部１７０に対して切断不良があったパーツＰを示すデータを送信した状態を開始状態として説明する。

【0089】

前述のとおり、制御部１４０は、切断不良があると判定されたパーツＰに対応する位置にマークＭを形成すると、切断不良があったパーツＰを示すデータをネスティング部１７０に送信する。

【0090】

ネスティング部１７０は、切断不良があったパーツＰを示すデータを受信すると（ステップＳ４０１）、切断不良があったパーツＰを再度切断するための新たなレイアウトを生成する（ステップＳ４０２）。

【0091】

ステップＳ４０２の処理の後、ネスティング部１７０は、図１０に示すネスティング処理と同様に、切断不良があったときにマークＭを形成する位置をレイアウトに追加する（ステップＳ４０３）。そして、ネスティング部１７０は、生成したレイアウトのデータを制御部１４０に出力し（ステップＳ４０４）、再ネスティング処理を終了する。

【0092】

以上、図１０から図１２に示す例によれば、ネスティング部１７０は、判定部１４１により切断が不良であると判定されたパーツＰを再度切断加工するための新たなレイアウトを生成する。したがって、レーザ加工システム１００を採用する現場においては、人手を介さずに、切断加工を行う工程における歩留まりを向上させることができる。

【0093】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0094】

特許請求の範囲、明細書及び図面において示した装置、システム、プログラム及び方法における動作、手順、ステップ及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示していない。また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、各処理は、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明しても、この順で実施することが必須であることを意味しない。

【符号の説明】

【0095】

１１０ レーザ加工機
１４１ 判定部
１５０ 読み取り部
１６０ 表示部
１７０ ネスティング部
２７０ 撮像部
ＣＩ１ 板厚の情報
ＣＩ２ 材質の情報
ＣＩ３ サイズの情報
ＣＩ４ レーザ光の出力の情報
ＣＩ５ レーザヘッドの移動速度の情報
Ｌ ボタン画像
Ｌ１ 加工用レーザ
Ｍ マーク
Ｐ パーツ
ＰＩ１ カーフ幅の情報
ＰＩ２ アシストガスの圧力の情報
ＰＩ３ 可視光の情報
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】