JP2020019056A - レーザ加工装置の制御装置及びレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置の制御装置及びレーザ加工装置 Download PDF

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Abstract

【課題】複数のスキャナを容易に同期制御することができるレーザ加工装置の制御装置をを提供する。【解決手段】レーザ加工装置の制御装置３０は、複数のレーザ１１，１２と、複数のレーザ１１，１２から出射されるレーザ光をそれぞれ走査する複数のスキャナ２１，２２とを備えるレーザ加工装置の制御装置であって、複数のスキャナ２１，２２を制御するスキャナ制御部１００を備え、スキャナ制御部１００は、加工プログラムに基づいてレーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報を作成し、前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報に基づいて複数のスキャナを制御することにより、前記複数のスキャナ２１，２２を同期制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、複数のレーザと、前記複数のレーザから出射されるレーザ光をそれぞれ走査する複数のスキャナとを備えるレーザ加工装置の制御装置及びレーザ加工装置に関する。
レーザ加工装置において、スキャナを用いてレーザ光を走査してレーザ加工を行う装置がある。このようなレーザ加工装置は、例えば粉末床溶融結合（Part Bed Fusion：PBF）方式の積層造形（Additive Manufacturing：AM）に用いられる。粉末床溶融結合方式の造形とは、粉末材料を積層して粉末庄を形成し、レーザ光を用いて粉末庄の粉末材料を溶融して固化させ結合させる造形である。積層造形とは、このような造形を複数回繰り返して積層状の造形を行うことである。特許文献１及び２には、このような粉末床溶融結合方式の積層造形を行うレーザ加工装置が開示されている。
特許文献１に記載のレーザ加工装置では、複数のガルバノスキャナを用い、各ガルバノスキャナにより別領域を加工する。これにより、加工時間を短縮できる。
特許文献２に記載のレーザ加工装置では、複数のガルバノスキャナを用い、複数台のガルバノスキャナを同期させて１つの加工を行う。例えば、一方のレーザ光の照射領域を大きくすることにより予熱し、他方のレーザ光の照射領域を小さくすることで加工する。これにより、造形効率を向上できる。
特許第６２３４５９６号公報 特許第５８２６４３０号公報
特許文献１及び２に記載のレーザ加工装置のように、複数系統のスキャナを制御するためには、複数の加工プログラムを準備し、複数の加工プログラムを個別に解析し、実行することが考えられる。この場合、複数系統のレーザ光が粉末庄における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、複数系統のスキャナを同期制御するためには、複雑な制御が必要となることが予想される。
本発明は、複数のスキャナを容易に同期制御することができるレーザ加工装置の制御装置及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
（１） 本発明に係るレーザ加工装置の制御装置（例えば、後述のレーザ加工装置の制御装置３０）は、複数のレーザ（例えば、後述の第１レーザ１１及び第２レーザ１２）と、前記複数のレーザから出射されるレーザ光をそれぞれ走査する複数のスキャナ（例えば、後述の第１スキャナ２１及び第２スキャナ２２）とを備えるレーザ加工装置（例えば、後述のレーザ加工装置１）の制御装置であって、前記複数のスキャナを制御するスキャナ制御部（例えば、後述のスキャナ制御部１００）を備え、前記スキャナ制御部は、加工プログラムに基づいてレーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報を作成し、前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報に基づいて前記複数のスキャナを制御することにより、前記複数のスキャナを同期制御する。
（２） （１）に記載のレーザ加工装置の制御装置において、前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報は、レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量であってもよい。
（３） （１）に記載のレーザ加工装置の制御装置において、前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報は、レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの座標であってもよい。
（４） （２）に記載のレーザ加工装置の制御装置において、前記スキャナ制御部は、前記複数のスキャナをそれぞれ制御する複数系統を備えてもよく、前記スキャナ制御部の複数系統のうちの１つの系統は、加工プログラムを解析し、前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す移動指令データを作成する加工プログラム解析部（例えば、後述の加工プログラム解析部１１０）と、前記移動指令データに基づいて、所定周期ごとに補間したレーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量を示す補間データを作成する補間部（例えば、後述の補間部１２０）とを備え、前記レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量と制御対象のスキャナの位置情報とに基づいて、制御対象のスキャナを制御してもよく、前記スキャナ制御部の複数系統のうちの他の系統は、前記レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量と制御対象のスキャナの位置情報とに基づいて、制御対象のスキャナを制御してもよい。
（５） （３）に記載のレーザ加工装置の制御装置において、前記スキャナ制御部は、前記複数のスキャナをそれぞれ制御する複数系統を備えてもよく、前記スキャナ制御部の複数系統のうちの１つの系統は、加工プログラムを解析し、前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す移動指令データを作成する加工プログラム解析部（例えば、後述の加工プログラム解析部１１０）と、前記移動指令データに基づいて、所定周期ごとに補間したレーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量を示す補間データを作成する補間部（例えば、後述の補間部１２０）と、前記補間データに基づいて、レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの座標を更新する焦点座標更新部（例えば、後述の焦点座標更新部１３０）とを備え、前記レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの座標と制御対象のスキャナの位置情報とに基づいて、制御対象のスキャナを制御してもよく、前記スキャナ制御部の複数系統のうちの他の系統は、前記レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの座標と制御対象のスキャナの位置情報とに基づいて、制御対象のスキャナを制御してもよい。
（６） （１）から（５）のいずれかに記載のレーザ加工装置の制御装置において、前記スキャナ制御部は、前記複数のスキャナから出射されるレーザ光が加工対象における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、前記複数のスキャナを同期制御してもよい。
（７）（４）又は（５）に記載のレーザ加工装置の制御装置において、前記スキャナ制御部の複数系統のうちの少なくとも１つは、前記複数のスキャナから出射されるレーザ光が加工対象における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、制御対象のスキャナの制御タイミングを調整するタイミング調整部を更に備えてもよい。
（８） 本発明に係るレーザ加工装置（例えば、後述のレーザ加工装置１）は、複数のレーザ（例えば、後述の第１レーザ１１及び第２レーザ１２）と、前記複数のレーザから出射されるレーザ光をそれぞれ走査する複数のスキャナ（例えば、後述の第１スキャナ２１及び第２スキャナ２２）と、前記複数のスキャナを制御する（１）から（７）のいずれかに記載のレーザ加工装置の制御装置（例えば、後述のレーザ加工装置の制御装置３０）とを備える。
本発明によれば、複数のスキャナを容易に同期制御することができるレーザ加工装置の制御装置及びレーザ加工装置を提供することができる。
本実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略図である。 本実施形態に係るレーザ加工装置におけるスキャナを示す概略図である。 本実施形態に係るレーザ加工装置の制御装置を示す概略図である。 本実施形態の変形例に係るレーザ加工装置の制御装置を示す概略図である。 第１実施形態の変形例に係るレーザ加工装置による複数のレーザ光の関係の一例を示す図である。 第２実施形態に係るレーザ加工装置による複数のレーザ光の関係の一例を示す図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
（第１実施形態）
＜レーザ加工装置＞
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略図である。図１に示すレーザ加工装置１は、例えば粉末床溶融結合方式の積層造形に用いられる。レーザ加工装置１は、粉末庄にレーザ光を照射し、粉末庄の粉末材料を溶融して固化させ結合させる造形を行う。レーザ加工装置１は、このような造形を複数回繰り返して積層状の造形を行う。なお、図１では、粉末庄を形成するために粉末材料を積層する構成を省略する。
レーザ加工装置１は、第１系統の第１レーザ１１及び第１スキャナ２１と、第２系統の第２レーザ１２及び第２スキャナ２２と、制御装置３０とを備える。
第１レーザ１１は、レーザ光を生成し、生成したレーザ光を第１スキャナ２１に出射する。第１スキャナ２１は、第１レーザ１１から出射されるレーザ光を受けて、粉末庄に対してレーザ光を走査する。
同様に、第２レーザ１２は、レーザ光を生成し、生成したレーザ光を第２スキャナ２２に出射する。第２スキャナ２２は、第２レーザ１２から出射されたレーザ光を受けて、粉末庄に対してレーザ光を走査する。
制御装置３０は、第１系統の第１レーザ１１及び第１スキャナ２１と、第２系統の第２レーザ１２及び第２スキャナ２２とを制御する。本実施形態では、制御装置３０は、第１系統のレーザ光と第２系統のレーザ光とが粉末庄（加工対象）における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、第１系統の第１スキャナ２１と第２系統の第２スキャナ２２とを同期制御する。
＜スキャナ装置＞
図２は、第１スキャナ２１及び第２スキャナ２２を示す概略図である。以下、第１スキャナ２１について説明するが、第２スキャナ２２も同様である。
第１スキャナ２１は、第１レーザ１１から出射されるレーザ光Ｌを反射させる２つのミラー２５，２６と、ミラー２５、２６をそれぞれ回転駆動するサーボモータ２５ａ、２６ａと、ミラー２５，２６で反射されたレーザ光Ｌを集光する集光レンズ２７とを備えるガルバノスキャナである。
ミラー２５、２６は、例えば互いに直交する２つの回転軸回りにそれぞれ回転可能に構成される。サーボモータ２５ａ、２６ａは、制御装置３０からの駆動データに基づいて回転駆動し、ミラー２５、２６を回転軸回りに独立して回転させる。
第１スキャナ２１は、制御装置３０からの駆動データに基づいて、サーボモータ２５ａ、２６ａの回転駆動を適宜制御してミラー２５、２６のそれぞれの回転角度を変化させることにより、出射するレーザ光ＬをＸ、Ｙ方向に走査させる。
また、第１スキャナ２１は、制御装置３０からの駆動データに基づいて、例えばレンズ２７の位置、すなわちレンズ用サーボモータ（図示省略）を制御することにより、出射するレーザ光Ｌの焦点をＺ方向に変化させる。
＜制御装置＞
図３は、本実施形態に係るレーザ加工装置の制御装置を示す概略図である。図３に示す制御装置３０は、２系統の第１スキャナ２１及び第２スキャナ２２を制御するスキャナ制御部１００と、２系統の第１レーザ１１及び第２レーザ１２を制御するレーザ制御部２００とを備える。
スキャナ制御部１００は、第１系統の第１スキャナ２１を制御する第１系統と、第２系統の第２スキャナ２２を制御する第２系統とで構成される。スキャナ制御部１００の第１系統は、加工プログラム解析部１１０と、補間部１２０と、焦点座標更新部１３０と、第１キネマティクス変換部１４１と、第１バッファ１５１と、第１座標更新部１６１と、第１サーボ制御部１７１とを備える。
一方、スキャナ制御部１００の第２系統は、第２キネマティクス変換部１４２と、第２バッファ１５２と、第２座標更新部１６２と、第２サーボ制御部１７２とを備える。すなわち、スキャナ制御部１００の第２系統は、加工プログラム解析部、補間部、及び焦点座標更新部を備えない。
加工プログラム解析部１１０は、加工プログラムを解析し、レーザ光の焦点（又は中心）の移動量を示す移動指令データを作成する。
補間部１２０は、移動指令データに基づいて、所定周期ごとに補間したレーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの移動量を示す補間データを作成する。
焦点座標更新部１３０は、補間データ、すなわち所定周期ごとの移動量に基づいて、レーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの座標（ＸＹＺ座標、機械座標）を更新する。
第１キネマティクス変換部１４１は、レーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの座標（ＸＹＺ座標、機械座標）と制御対象の第１スキャナ２１の位置情報とに基づいてキネマティクス変換を行い、第１スキャナ２１におけるミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）及び集光レンズ２７の位置（すなわち集光レンズ用サーボモータの回転位置を作成する。第１スキャナ２１の位置情報は、例えば第１スキャナ２１の設置位置を示す情報である。例えば粉末床溶融結合方式の積層造形に用いられるレーザ加工装置では、第１スキャナ２１は固定設置されるので、位置情報は固定の情報である。
同様に、第２キネマティクス変換部１４２は、第１系統のレーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの座標（ＸＹＺ座標、機械座標）と制御対象の第２スキャナ２２の位置情報とに基づいてキネマティクス変換を行い、第２スキャナ２２におけるミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）及び集光レンズ２７の位置（すなわち集光レンズ用サーボモータの回転位置）を作成する。第２スキャナ２２の位置情報は、例えば第２スキャナ２２の設置位置を示す情報である。例えば粉末床溶融結合方式の積層造形に用いられるレーザ加工装置では、第２スキャナ２２は固定設置されるので、位置情報は固定の情報である。
第１バッファ１５１は、第１キネマティクス変換部１４１によって変換された第１スキャナ２１におけるミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）及び集光レンズの位置（すなわち集光レンズ用サーボモータの回転位置）を一時保存する。
同様に、第２バッファ１５２は、第２キネマティクス変換部１４２によって変換された第２スキャナ２２におけるミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）、及び集光レンズの位置（すなわち集光レンズ用サーボモータの回転位置）を一時保存する。
第１及び第２バッファ１５１，１５２としては、例えばＦＩＦＯバッファが挙げられる。第１及び第２バッファ１５１，１５２は、２系統のスキャナ２１，２２から出射されるレーザ光が粉末庄（加工対象）における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、制御対象の第１及び第２スキャナ２１，２２の各々の制御タイミングを調整するタイミング調整部として機能する。
第１座標更新部１６１は、第１キネマティクス変換部１４１により変換され、第１バッファ１５１に一時保存された第１スキャナ２１のミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）及び集光レンズ２７の位置（すなわちレンズ用サーボモータの回転位置）を更新する。
同様に、第２座標更新部１６２は、第２キネマティクス変換部１４２により変換され、第２バッファ１５２に一時保存された第２スキャナ２２のミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）及び集光レンズ２７の位置（すなわちレンズ用サーボモータの回転位置）を更新する。
第１サーボ制御部１７１は、更新された第１スキャナ２１のミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）及び集光レンズ２７の位置（すなわちレンズ用サーボモータの回転位置）に基づいてサーボ制御を行い、第１スキャナ２１のサーボモータ２５ａ，２６ａ及びレンズ用サーボモータを回転駆動する。これにより、第１サーボ制御部１７１は、制御対象の第１スキャナ２１のミラー２５，２６の角度及び集光レンズ２７の位置を制御する。
同様に、第２サーボ制御部１７２は、更新された第２スキャナ２２のミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）及び集光レンズ２７の位置（すなわちレンズ用サーボモータの回転位置）に基づいてサーボ制御を行い、第２スキャナ２２のサーボモータ２５ａ，２６ａ及びレンズ用サーボモータを回転駆動する。これにより、第２サーボ制御部１７２は、制御対象の第２スキャナ２２のミラー２５，２６の角度及び集光レンズ２７の位置を制御する。
このような構成により、スキャナ制御部１００は、第１系統の第１スキャナ２１から出射されるレーザ光の焦点と第２系統の第２スキャナ２２から出射されるレーザ光の焦点が粉末庄における同一箇所に位置し、これらのレーザ光の焦点が同一経路を走査するように、第１スキャナ２１及び第２スキャナ２２の各々におけるミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）及び集光レンズ２７の位置（すなわちレンズ用サーボモータの回転位置）を制御する。これにより、スキャナ制御部１００は、２系統のレーザ光が粉末庄における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、２系統のスキャナ２１，２２の同期制御を行う。
このとき、スキャナ制御部１００は、第１系統の第１スキャナ２１から出射されるレーザ光の焦点ｆ１が粉末庄からずれるように、第１スキャナ２１における集光レンズ２７の位置を制御してもよい。これにより、図５Ａに示すように、スキャナ制御部１００は、第１系統の第１スキャナ２１から出射されるレーザ光（焦点ｆ１）の粉末庄における照射領域Ｒ１を、第２系統の第２スキャナ２２から出射されるレーザ光（焦点ｆ２）の粉末庄における照射領域Ｒ２よりも大きくすることができる。この場合でも、スキャナ制御部１００は、２系統のレーザ光が粉末庄における略同一箇所を照射し、同一経路（矢印上）を走査するように、２系統のスキャナ２１，２２の同期制御を行うことができる。
レーザ制御部２００は、第１系統の第１レーザ１１を制御する第１系統と、第２系統の第２レーザ１２を制御する第２系統とで構成される。レーザ制御部２００の第１系統は、加工プログラム解析部２１０と、第１加工条件読取部２２１と、第１バッファ２３１と、第１レーザ制御部２４１とを備える。
一方、レーザ制御部２００の第２系統は、第２加工条件読取部２２２と、第２バッファ２３２と、第２レーザ制御部２４２とを備える。すなわち、レーザ制御部２００の第２系統は、加工プログラム解析部を備えない。
また、レーザ制御部２００は、記憶部２５０を備える。
加工プログラム解析部２１０は、加工プログラムを解析し、第１レーザ１１の加工条件を設定するための加工条件指令Ｅｘｘを作成する。
記憶部２５０は、第１レーザ１１の複数の加工条件と複数の加工条件指令とがそれぞれ関連付けされた加工条件テーブルを記憶する。各加工条件は、例えば加工速度、レーザ出力、レーザ周波数、レーザデューティ、アシストガス等を含む。
記憶部２５０は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。
第１加工条件読取部２２１は、記憶部２５０に記憶された加工条件テーブルを参照して、加工プログラム解析部２１０によって解析された第１レーザ１１の加工条件指令Ｅｘｘに対応する第１加工条件２５１を読み取り、読み取った第１加工条件２５１を第１バッファ２３１を介して制御対象の第１レーザ１１に設定する。
同様に、第２加工条件読取部２２２は、記憶部２５０に記憶された加工条件テーブルを参照して、加工プログラム解析部２１０によって解析された第１レーザ１１の加工条件指令Ｅｘｘに基づいて、第２レーザ１２の加工条件を読み取り、読み取った加工条件を第２バッファ２３２を介して制御対象の第２レーザ１２に設定する。第２加工条件読取部２２２は、加工条件指令Ｅｘｘに対応する第１加工条件２５１を読み取ってもよいし、加工条件指令Ｅｘｘに対応する第１加工条件２５１とは異なる第２加工条件２５２を読み取ってもよい。
第１バッファ２３１は、第１加工条件読取部２２１によって読み取られた第１加工条件２５１を一時保存する。
同様に、第２バッファ２３２は、第１加工条件読取部２２１によって読み取られた第１加工条件２５１又は第２加工条件２５２を一時保存する。
第１及び第２バッファ２３１，２３２としては、例えばＦＩＦＯバッファが挙げられる。第１及び第２バッファ２３１，２３２は、２系統のレーザ１１，１２のレーザ出力の各々の制御タイミングを調整するタイミング調整部として機能する。
第１レーザ制御部２４１は、第１加工条件２５１に基づいて、第１レーザ１１のレーザ出力制御を行う。
同様に、第２レーザ制御部２４２は、第１加工条件２５１又は第２加工条件２５２に基づいて、第２レーザ１２のレーザ出力制御を行う。
制御装置３０（記憶部２５０を除く）は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。制御装置３０（記憶部２５０を除く）の各種機能は、例えば記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。制御装置３０（記憶部２５０を除く）の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
ところで、上述した特許文献１及び２に記載のように、２系統のスキャナを制御するためには、２つの加工プログラムを準備し、２つの加工プログラムを個別に解析し、実行することが考えられる。この場合、２系統のレーザ光が粉末庄における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、２系統のスキャナを同期制御するためには、複雑な制御が必要となることが予想される。
この点に関し、本実施形態のレーザ加工装置の制御装置３０によれば、２系統のスキャナ２１，２２を制御するために１つの加工プログラムを準備し、解析し、実行するだけで、２系統のレーザ光が粉末庄における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、２系統のスキャナ２１，２２を容易に同期制御することができる。
また、上述した特許文献１及び２に記載のように、２系統のレーザを制御するためには、２つの加工プログラムを準備し、２つの加工プログラムを個別に解析し、実行することが考えられる。この場合、２系統のレーザ光が粉末庄における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、２系統のレーザを同期制御するためには、複雑な制御が必要となることが予想される。
この点に関し、本実施形態のレーザ加工装置の制御装置３０によれば、２系統のレーザ１１，１２を制御するために１つの加工プログラムを準備し、解析し、実行するだけで、２系統のレーザ光が粉末庄における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、２系統のレーザ１１，１２を容易に同期制御することができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置の制御装置３０によれば、１つの加工プログラムにより２系統のスキャナ２１，２２及び２系統のレーザ１１，１２の同期制御を行っても、２系統のレーザ１１，１２に異なるレーザ加工条件を設定することができる。
（変形例）
図３の例では、スキャナ制御部１００は、第１系統の焦点座標更新部１３０でレーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの座標（ＸＹＺ座標、機械座標）（レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報）を作成し、この第１系統の焦点座標更新部１３０で作成されたレーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの座標（ＸＹＺ座標、機械座標）に基づいて２系統のスキャナ２１，２２を制御することにより、２系統のスキャナ２１，２２の同期制御を行った。しかし、本発明はこれに限定されない。
例えば、図４に示すように、スキャナ制御部１００は、第１系統の補間部１２０で作成されたレーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの移動量（補間データ）（レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報）に基づいて２系統のスキャナ２１，２２を制御することにより、２系統のスキャナ２１，２２の同期制御を行ってもよい。
この場合、スキャナ制御部１００の第１系統及び第２系統は、補間データ、すなわち所定周期ごとの移動量に基づいて、レーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの座標（ＸＹＺ座標、機械座標）を更新する第１焦点座標更新部１３１及び第１焦点座標更新部１３１をそれぞれ備えればよい。
この場合、スキャナ制御部１００の第１系統は、レーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの移動量（補間データ）と制御対象の第１スキャナ２１の位置情報とに基づいてキネマティクス変換を行い、制御対象の第１スキャナ２１を制御することとなる。また、スキャナ制御部１００の第２系統は、レーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの移動量（補間データ）と制御対象の第２スキャナ２２の位置情報とに基づいてキネマティクス変換を行い、制御対象の第２スキャナ２２を制御することとなる。
（変形例）
図３及び図４の例では、制御装置３０の２系統が１つの数値制御装置及びサーボ制御装置で構成される例を示したが、制御装置３０の２系統は、異なる数値制御装置及びサーボ制御装置で構成されてもよい。この場合、第２系統が第１系統から取得するレーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの座標（ＸＹＺ座標、機械座標）、又はレーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの移動量（補間データ）は、第１系統のそれに比べて遅延する。この場合、第１バッファ１５１及び第２バッファ１５２による制御タイミングの調整が有効に機能する。
図３及び図４の例では、第１及び第２バッファ１５１，１５２は、第１及び第２キネマティクス変換部１４１，１４２と第１及び第２座標更新部１６１，１６２との間にそれぞれ配置されたが、第１及び第２バッファ１５１，１５２の配置位置はこれに限定されない。例えば、第１及び第２バッファ１５１，１５２は、第１及び第２焦点座標更新部１３１，１３２と第１及び第２キネマティクス変換部１４１，１４２との間にそれぞれ配置されてもよいし、第１及び第２焦点座標更新部１３１，１３２の前段にそれぞれ配置されてもよい。
このように、第１及び第２バッファ１５１，１５２が第１及び第２座標更新部１６１，１６２の前段に配置されると、第１及び第２座標更新部１６１，１６２は、タイミング調整後の第１スキャナ２１のミラー２５，２６の角度、すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置、及びレンズ２７の位置、すなわちレンズ用サーボモータの回転位置を作成する。この場合、第１及び第２座標更新部１６１，１６２によって作成された位置指令値と、実際に制御される第１スキャナ２１のミラー２５，２６の角度、すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置、及びレンズ２７の位置、すなわちレンズ用サーボモータの回転位置とは一致する。
また、第１及び第２バッファ１５１，１５２は、第１及び第２座標更新部１６１，１６２と第１及び第２サーボ制御部１７１，１７２との間にそれぞれ配置されてもよい。このように、第１及び第２バッファ１５１，１５２が第１及び第２座標更新部１６１，１６２の後段に配置されると、実際に制御される第１スキャナ２１のミラー２５，２６の角度、すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置、及びレンズ２７の位置、すなわちレンズ用サーボモータの回転位置は、第１及び第２座標更新部１６１，１６２によって作成された位置指令値に対して遅延することとなる。
また、第１バッファ１５１及び第２バッファ１５２は、先行する系統側に少なくとも１つ備えられればよい。この場合、レーザ制御部２００の第１バッファ２３１及び第２バッファ２３２も、先行する系統側に少なくとも１つ備えられればよい。
また、制御装置３０の２系統が１つの数値制御装置及びサーボ制御装置で構成され、第２系統が第１系統から取得するレーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの座標（ＸＹＺ座標、機械座標）、又はレーザ光の焦点（又は中心）の所定周期ごとの移動量（補間データ）が、第１系統のそれに比べてあまり遅延しない場合、第１バッファ１５１及び第２バッファ１５２は備えられなくてもよい。この場合、レーザ制御部２００の第１バッファ２３１及び第２バッファ２３２も備えられなくてもよい。
（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、制御装置３０は、２系統のレーザ光が粉末庄（加工対象）における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、２系統のスキャナ２１，２２の同期制御を行った。
第２実施形態では、制御装置３０は、２系統のスキャナ２１，２２から出射されるレーザ光の焦点（又は中心）を異ならせ、第１系統のスキャナ２１から出射されるレーザ光が第２系統のスキャナ２２から出射されるレーザ光に対して先行して粉末庄（加工対象）を照射し、第２系統のスキャナ２２から出射されるレーザ光の焦点（又は中心）が第１系統のスキャナ２１から出射されるレーザ光の焦点（又は中心）を同一経路で追従させるように、２系統のスキャナ２１，２２の追従制御を行う。
第２実施形態に係るレーザ加工装置の構成は、図１に示す第１実施形態のレーザ加工装置１の構成と同一である。また、第２実施形態に係るレーザ加工装置の制御装置の構成は、図３又は図４に示す第１実施形態のレーザ加工装置の制御装置３０の構成と同一である。なお、第２実施形態に係るレーザ加工装置の制御装置では、スキャナ制御部１００及びレーザ制御部２００の機能及び動作が第１実施形態のレーザ加工装置の制御装置３０のスキャナ制御部１００及びレーザ制御部２００の機能及び動作と異なる。
スキャナ制御部１００の第２バッファ１５２は、動作を遅延させる第２スキャナ２２の制御指令を一時保存し、遅延させる機能を有する。また、レーザ制御部２００の第２バッファ２３２は、レーザ出力を遅延させる第２レーザ１２の制御指令を一時保存し、遅延させる機能を有する。
これにより、スキャナ制御部１００は、第２スキャナ２２の動作を第１スキャナ２１の動作に対して遅延させる、すなわち第１スキャナ２１の動作を第２スキャナ２２の動作に対して先行させる追従制御を行う。このとき、レーザ制御部２００は、第２スキャナ２２に対応する第２レーザ１２のレーザ出力を第１スキャナ２１に対応する第１レーザ１１のレーザ出力に対して遅延させる、すなわち第１レーザ１１のレーザ出力を第２レーザ１２のレーザ出力に対して先行させる追従制御を行う。
より具体的には、図５Ｂに示すように、スキャナ制御部１００は、第１系統の第１スキャナ２１から出射されるレーザ光が、第２系統の第２スキャナ２２から出射されるレーザ光に対して先行して粉末庄を照射し、第２系統の第２スキャナ２２から出射されるレーザ光の焦点（又は中心）ｆ２が、第１系統の第１スキャナ２１から出射されるレーザ光の焦点（又は中心）ｆ１を同一経路（矢印上）で追従するように、第１スキャナ２１及び第２スキャナ２２の各々におけるミラー２５，２６の角度（すなわちサーボモータ２５ａ，２６ａの回転位置）及び集光レンズ２７の位置（すなわちレンズ用サーボモータの回転位置）を制御する。これにより、スキャナ制御部１００は、２系統のスキャナ２１，２２の追従制御を行う。
また、スキャナ制御部１００は、第１系統の第１スキャナ２１から出射されるレーザ光の焦点ｆ１が粉末庄からずれるように、第１スキャナ２１における集光レンズ２７の位置を制御する。これにより、スキャナ制御部１００は、第１系統の第１スキャナ２１から出射されるレーザ光の粉末庄における照射領域（ビーム径）Ｒ１を、第２系統の第２スキャナ２２から出射されるレーザ光の粉末庄における照射領域（ビーム径）Ｒ２よりも大きくすることができる。
このとき、レーザ制御部２００は、第１系統の第１レーザ１１の加工条件と第２系統の第２レーザ１２の加工条件とを異ならせてもよい。
具体的には、スキャナ制御部１００は、照射領域（ビーム径）が大きい第１スキャナ２１に対応する第１レーザ１１のレーザ出力が第２レーザ１２のレーザ出力よりも小さくなるように、第１レーザ１１の加工条件を設定する。
以上説明したように、第２実施形態の制御装置３０によれば、レーザ加工装置１の同期制御において、２系統のスキャナ２１，２２から出射されるレーザ光の焦点（又は中心）を異ならせ、第１系統のスキャナ２１から出射されるレーザ光が第２系統のスキャナ２２から出射されるレーザ光に対して先行して粉末庄を照射し、第２系統のスキャナ２２から出射されるレーザ光の焦点（又は中心）が第１系統のスキャナ２１から出射されるレーザ光の焦点（又は中心）を同一経路で追従させる追従制御を行うことができる。
また、第２実施形態のレーザ加工装置の制御装置３０によれば、先行する第１系統の第１スキャナ２１から出射されるレーザ光の粉末庄における照射領域（ビーム径）を大きくすることにより、第１スキャナ２１からのレーザ光による予熱が長時間行われ、追従する第２スキャナ２２からのレーザ光による溶解が短時間になる（図５Ｂ参照）。更に、追従する第２スキャナ２２からのレーザ光による溶解後、第１スキャナ２１からのレーザ光の照射が早く終了し、溶解箇所が早く冷え（熱引き）、早く硬化する（図５Ｂ参照）。
なお、図５Ｂの例では、第２スキャナ２２からのレーザ光が第１スキャナ２１からのレーザ光と重なっているが、第２スキャナ２２からのレーザ光が第１スキャナ２１からのレーザ光と離間していてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、第１スキャナ２１及び第２スキャナ２２としてガルバノスキャナを例示したが、第１スキャナ及び第２スキャナはこれに限定されず、トレパニングスキャナ等の種々のスキャナであってもよい。
また、上述した実施形態では、２つのレーザ１１，１２と２つのスキャナ２１，２２とを備えるレーザ加工装置１を例示したが、本発明はこれに限定されない。上述した実施形態の特徴は、複数のレーザと、複数のレーザから出射されるレーザ光をそれぞれ走査する複数のスキャナとを備えるレーザ加工装置に適用可能である。この場合、上述した実施形態のレーザ加工装置の制御装置において、スキャナ制御部が第２キネマティクス変換部、第２バッファ、第２座標変換部、及び第２サーボ制御部（図３参照）（図４では更に第２焦点座標更新部）を含む第２系統と同様な複数の系統を更に備え、レーザ制御部が第２加工条件読取部２２２、第２バッファ、及び第２レーザ制御部を含む第２系統と同様な複数の系統を更に備えればよい。
また、上述した実施形態では、粉末庄溶解結合方式の積層造形を行うレーザ加工装置１を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上述した実施形態の特徴は、複数のレーザと、複数のレーザから出射されるレーザ光をそれぞれ走査する複数のスキャナとを備える種々のレーザ加工を行う装置に適用可能である。
１ レーザ加工装置
１１ 第１レーザ
１２ 第２レーザ
２１ 第１スキャナ
２２ 第２スキャナ
２５，２６ ミラー
２５ａ，２６ａ サーボモータ
２７ 集光レンズ
３０ 制御装置
１００ スキャナ制御部
１１０ 加工プログラム解析部
１２０ 補間部
１３０ 焦点座標更新部
１３１ 第１焦点座標更新部
１３２ 第２焦点座標更新部
１４１ 第１キネマティクス変換部
１４２ 第２キネマティクス変換部
１５１ 第１バッファ
１５２ 第２バッファ
１６１ 第１座標更新部
１６２ 第２座標更新部
１７１ 第１サーボ制御部
１７２ 第２サーボ制御部
２００ レーザ制御部
２１０ 加工プログラム解析部
２２１ 第１加工条件読取部
２２２ 第２加工条件読取部
２３１ 第１バッファ
２３２ 第２バッファ
２４１ 第１レーザ制御部
２４２ 第２レーザ制御部
２５０ 記憶部
２５１ 第１加工条件
２５２ 第２加工条件

Claims (8)

  1. 複数のレーザと、前記複数のレーザから出射されるレーザ光をそれぞれ走査する複数のスキャナとを備えるレーザ加工装置の制御装置であって、
    前記複数のスキャナを制御するスキャナ制御部を備え、
    前記スキャナ制御部は、加工プログラムに基づいてレーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報を作成し、前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報に基づいて前記複数のスキャナを制御することにより、前記複数のスキャナを同期制御する、
    レーザ加工装置の制御装置。
  2. 前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報は、レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量である、請求項１に記載のレーザ加工装置の制御装置。
  3. 前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す情報は、レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの座標である、請求項１に記載のレーザ加工装置の制御装置。
  4. 前記スキャナ制御部は、前記複数のスキャナをそれぞれ制御する複数系統を備え、
    前記スキャナ制御部の複数系統のうちの１つの系統は、
    加工プログラムを解析し、前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す移動指令データを作成する加工プログラム解析部と、
    前記移動指令データに基づいて、所定周期ごとに補間したレーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量を示す補間データを作成する補間部と、を備え、
    前記レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量と制御対象のスキャナの位置情報とに基づいて、制御対象のスキャナを制御し、
    前記スキャナ制御部の複数系統のうちの他の系統は、前記レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量と制御対象のスキャナの位置情報とに基づいて、制御対象のスキャナを制御する、
    請求項２に記載のレーザ加工装置の制御装置。
  5. 前記スキャナ制御部は、前記複数のスキャナをそれぞれ制御する複数系統を備え、
    前記スキャナ制御部の複数系統のうちの１つの系統は、
    加工プログラムを解析し、前記レーザ光の焦点又は中心の移動量を示す移動指令データを作成する加工プログラム解析部と、
    前記移動指令データに基づいて、所定周期ごとに補間したレーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの移動量を示す補間データを作成する補間部と、
    前記補間データに基づいて、レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの座標を更新する焦点座標更新部と、を備え、
    前記レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの座標と制御対象のスキャナの位置情報とに基づいて、制御対象のスキャナを制御し、
    前記スキャナ制御部の複数系統のうちの他の系統は、前記レーザ光の焦点又は中心の所定周期ごとの座標と制御対象のスキャナの位置情報とに基づいて、制御対象のスキャナを制御する、
    請求項３に記載のレーザ加工装置の制御装置。
  6. 前記スキャナ制御部は、前記複数のスキャナから出射されるレーザ光が加工対象における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、前記複数のスキャナを同期制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置の制御装置。
  7. 前記スキャナ制御部の複数系統のうちの少なくとも１つは、前記複数のスキャナから出射されるレーザ光が加工対象における同一箇所を照射し、同一経路を走査するように、制御対象のスキャナの制御タイミングを調整するタイミング調整部を更に備える、請求項４又は５に記載のレーザ加工装置の制御装置。
  8. 複数のレーザと、
    前記複数のレーザから出射されるレーザ光をそれぞれ走査する複数のスキャナと、
    前記複数のスキャナを制御する請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置の制御装置と、
    を備える、レーザ加工装置。
JP2018146573A 2018-08-03 2018-08-03 レーザ加工装置の制御装置及びレーザ加工装置 Active JP6781209B2 (ja)

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