JP6753835B2

JP6753835B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP6753835B2
Application number: JP2017222826A
Authority: JP
Inventors: 貴視村上
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2020-09-09
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Description

本発明は、ガルバノスキャナを備えたレーザ加工装置に関する。

従来、多軸ロボットのアームの先端に、ガルバノスキャナを有するレーザヘッドを設けたレーザ加工装置が知られている。ガルバノスキャナとは、互いに直交する２つの回転軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の周りにそれぞれ回転可能な２つのミラーを備え、これらのミラーをサーボモータで回転駆動することにより、レーザ光源から出射されるレーザ光を走査する装置である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−４３４０４号公報

多軸ロボットを備えたレーザ加工装置によるリモート溶接では、多軸ロボットにレーザ光の焦点位置を教示するために、焦点確認用のレーザ光（以下、「ガイド光」ともいう）を、加工用のレーザ光（以下、「加工光」ともいう）と同軸でワークに照射することが行われている。なお、ガイド光は、オペレータが目視できない加工光とは異なり、オペレータが目視できる可視光域のレーザ光である。ガイド光を加工光と同軸でワーク（対象物）の加工面に照射することにより、オペレータは、目視できない加工光の焦点位置を把握しつつ、加工光の焦点位置が合っている場所（光軸の座標位置）を多軸ロボットに教示できる。

ガイド光と加工光とは、それぞれの波長の違いにより色収差が異なるため、特に長焦点の光学系を有するガルバノスキャナでは、ガイド光の焦点位置と加工光の焦点位置とに大きなずれが生じる。そのため、ワークの加工面において、目視できない加工光が焦点位置にあったとしても、目視できるガイド光では焦点の輪郭がぼやけてしまい、オペレータにはガイド光の焦点が合っていないように見えてしまう。このように、従来のレーザ加工装置では、オペレータがガイド光の焦点が焦点位置にあることを判断しにくいという課題があった。

本発明の目的は、対象物の加工面において、焦点確認用のレーザ光の焦点位置が合っていることをオペレータが容易に判断できるレーザ加工装置を提供することにある。

（１）本発明は、加工用のレーザ光を出射する第１光源（例えば、後述するレーザ光源３）と、前記加工用のレーザ光とは波長の異なる焦点確認用のレーザ光を出射する第２光源（例えば、後述するレーザ光源３）と、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光をそれぞれ同軸で対象物に向けて集光させる焦点レンズ（例えば、後述するレンズ４５）と、前記焦点レンズを透過したレーザ光を対象物側に反射するミラー機構（例えば、後述する第１ミラー４１、第２ミラー４２、回転モータ４３及び４４）と、前記焦点レンズをレーザ光の光軸方向に移動させるレンズ駆動機構（例えば、後述するレンズ駆動機構４６）と、を備え、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光を、前記焦点レンズ及び前記ミラー機構を介して対象物に照射するレーザ加工装置であって、前記焦点レンズの光軸方向の位置と加工用のレーザ光を前記焦点レンズで集光させたときの加工用の焦点位置とを対応付ける加工用相関データを管理する加工用相関データ管理部（例えば、後述する加工用相関データ管理部５７１）と、前記焦点レンズの光軸方向の位置と焦点確認用のレーザ光を前記焦点レンズで集光させたときの焦点確認用の焦点位置とを対応付ける焦点確認用相関データを管理又は作成する焦点確認用相関データ管理部（例えば、後述する焦点確認用相関データ管理部５７２）と、第１モードでは、前記加工用相関データにおいて、目標とする加工用の前記焦点位置に対応する前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させ、第２モードでは、前記焦点確認用相関データにおいて、目標とする焦点確認用の前記焦点位置に対応する前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動機構制御部（例えば、後述するレンズ駆動機構制御部６０２）と、を備えるレーザ加工装置（例えば、後述するレーザ加工装置１）に関する。
（２）本発明は、加工用のレーザ光を出射する第１光源（例えば、後述するレーザ光源３）と、前記加工用のレーザ光とは波長の異なる焦点確認用のレーザ光を出射する第２光源（例えば、後述するレーザ光源３）と、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光をそれぞれ同軸で対象物に向けて集光させる焦点レンズ（例えば、後述するレンズ４５）と、前記焦点レンズを透過したレーザ光を対象物側に反射するミラー機構（例えば、後述する第１ミラー４１、第２ミラー４２、回転モータ４３及び４４）と、前記焦点レンズをレーザ光の光軸方向に移動させるレンズ駆動機構（例えば、後述するレンズ駆動機構４６）と、を備え、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光を、前記焦点レンズ及び前記ミラー機構を介して対象物に照射するレーザ加工装置であって、前記焦点レンズの光軸方向の位置と加工用のレーザ光を前記焦点レンズで集光させたときの加工用の焦点位置とを対応付ける加工用相関データを管理する加工用相関データ管理部（例えば、後述する加工用相関データ管理部５７１）と、前記加工用相関データにおける加工用の前記焦点位置と予め設定される補正係数とに基づいて、焦点確認用のレーザ光を前記焦点レンズで集光させたときの焦点確認用の焦点位置を算出して、前記焦点レンズの光軸方向の位置と焦点確認用の前記焦点位置とを対応付ける焦点確認用相関データを作成する焦点確認用相関データ管理部（例えば、後述する焦点確認用相関データ作成部６０４）と、第１モードでは、前記加工用相関データにおいて、目標とする加工用の前記焦点位置に対応する前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させ、第２モードでは、前記焦点確認用相関データ管理部で作成される前記焦点確認用相関データにおいて、目標とする焦点確認用の前記焦点位置に対応する前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動機構制御部（例えば、後述するレンズ駆動機構制御部６０２）と、を備えるレーザ加工装置（例えば、後述するレーザ加工装置１）に関する。
（３）本発明は、加工用のレーザ光を出射する第１光源（例えば、後述するレーザ光源３）と、前記加工用のレーザ光とは波長の異なる焦点確認用のレーザ光を出射する第２光源（例えば、後述するレーザ光源３）と、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光をそれぞれ同軸で対象物に向けて集光させる焦点レンズ（例えば、後述するレンズ４５）と、前記焦点レンズを透過したレーザ光を対象物側に反射するミラー機構（例えば、後述する第１ミラー４１、第２ミラー４２、回転モータ４３及び４４）と、前記焦点レンズをレーザ光の光軸方向に移動させるレンズ駆動機構（例えば、後述するレンズ駆動機構４６）と、を備え、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光を前記焦点レンズ及び前記ミラー機構を介して対象物に照射するレーザ加工装置であって、第１モードでは、加工用のレーザ光を前記焦点レンズで集光させたときの焦点位置の目標値と、加工用のレーザ光に設定される第１の係数とをパラメータとする第１の変換式により前記焦点レンズの光軸方向の位置を算出し、第２モードでは、前記焦点位置の目標値と、焦点確認用のレーザ光に設定される第２の係数とをパラメータとする第２の変換式により前記焦点レンズの光軸方向の位置を算出する位置データ算出部（例えば、位置データ算出部６０５）と、前記第１モードでは、前記位置データ算出部において前記第１の変換式により算出される前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させ、前記第２モードでは、前記位置データ算出部において前記第２の変換式により算出される前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動機構制御部（例えば、後述するレンズ駆動機構制御部６０２）と、を備えるレーザ加工装置（例えば、後述するレーザ加工装置１）に関する。

本発明によれば、対象物の加工面において、焦点確認用のレーザ光の焦点位置が合っていることをオペレータが容易に判断できるレーザ加工装置を提供できる。

第１実施形態に係るレーザ加工装置１の外観図である。第１実施形態に係るレーザ加工装置１の光学系を説明する図である。第１実施形態における制御ユニット５０の構成を示すブロック図である。加工用相関データの一例を示すデータテーブルである。焦点確認用相関データの一例を示すデータテーブルである。第１実施形態のレーザ加工装置１で実行されるレンズ位置駆動プログラムの処理手順を示すフローチャートである。第２実施形態における制御ユニット５０Ａの構成を示すブロック図である。第２実施形態における焦点確認用相関データの一例を示すデータテーブルである。第２実施形態のレーザ加工装置１で実行されるレンズ位置駆動プログラムの処理手順を示すフローチャートである。第３実施形態における制御ユニット５０Ｂの構成を示すブロック図である。第３実施形態のレーザ加工装置１で実行されるレンズ位置駆動プログラムの処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るレーザ加工装置の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも模式図であり、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置１の外観図である。図２は、第１実施形態に係るレーザ加工装置１の光学系を説明する図である。
第１実施形態に係るレーザ加工装置１は、図１及び図２に示すように、多軸ロボット２と、レーザ光源３と、多軸ロボット２のアーム２１の先端に設けられたレーザヘッド４と、を備える。

レーザ加工装置１は、多軸ロボット２の動作により、アーム２１の先端のレーザヘッド４を搬送し、加工の対象物となるワークＷ（例えば、自動車ボディ等）の突合せ加工点に向けて、レーザヘッド４からレーザ光Ｌを照射することにより、ウィービング溶接等の各種の溶接を実行する。

多軸ロボット２は、図１に示すように、基部２０と、アーム２１と、複数の軸２２ａ〜２２ｅと、各軸を駆動するサーボモータからなるロボットモータ（不図示）と、を備える。多軸ロボット２の動作は、後述するロボット制御部５９（図３参照）により制御される。

図２において、レーザ光源３は、レーザ媒質、光共振器、励起源等（いずれも不図示）を備えるレーザ発振器から構成される。レーザ光源３は、レーザ光Ｌを生成し、生成したレーザ光Ｌを後述のガルバノスキャナ４０に向けて出射する。本実施形態のレーザ光源３は、後述するように、加工用のレーザ光（加工光）を出射する第１光源としてのレーザ発振器と、焦点確認用のレーザ光（ガイド光）を出射する第２光源としてのレーザ発振器とを備える。レーザ光源３は、レーザ発振器を切り替えることにより、レーザ光Ｌとして、上述した加工光とガイド光のそれぞれを同軸で出射できる（なお、両光は、同時には出射されない）。レーザ光源３は、レーザ光Ｌの照射モードとして、後述する第１モードが設定された場合には加工光を出射し、第２モードが設定された場合にはガイド光を出射する。

レーザヘッド４は、ワークＷの突合せ加工点（突合せ溶接点）に対してレーザ光Ｌを走査するためのガルバノスキャナ４０を有する。ガルバノスキャナ４０は、図２に示すように、レーザ光源３から出射されるレーザ光Ｌを順次反射させるミラー機構としての第１ミラー４１及び第２ミラー４２と、第１ミラー４１及び第２ミラー４２のそれぞれを各回転軸Ｘ１、Ｘ２のまわりに回転駆動する２つの回転モータ４３、４４と、を備える。

また、ガルバノスキャナ４０は、図２に示すように、レンズ４５（焦点レンズ）と、レンズ駆動機構４６と、を備える。レンズ４５は、レーザ光源３から出射されるレーザ光Ｌを集光させる光学部材である。レンズ駆動機構４６は、レンズ４５を光軸方向に移動可能な装置である。レンズ駆動機構４６の動作は、後述するレンズ駆動機構制御部６０２により制御される。レンズ４５を光軸方向に移動させることにより、レンズ４５で集光されるレーザ光Ｌの焦点位置を調整できる。

次に、レーザ加工装置１の制御系について説明する。
図３は、第１実施形態における制御ユニット５０の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、レーザ加工装置１の制御ユニット５０は、表示装置５１、表示制御部５２、データ取得部５３、操作入力部５４、入力制御部５５、記憶部５６、データベース装置５７、データ制御部５８、ロボット制御部５９及びガルバノスキャナ制御部６０を備える。

表示装置５１は、各種のデータ、メッセージ、図形等を表示可能なディスプレイ装置である。表示装置５１には、例えば、後述する加工用相関データ（図４Ａ参照）、焦点確認用相関データ（図４Ｂ参照）等を表示させることができる。
表示制御部５２は、表示装置５１における各種データの表示を制御する。表示制御部５２は、操作入力部５４から入力されたオペレータの操作指示に従って、例えば、後述する加工用相関データ（図４Ａ参照）、焦点確認用相関データ（図４Ｂ参照）等をデータテーブル形式で表示装置５１に表示させる。

データ取得部５３は、後述するロボット制御部５９、ガルバノスキャナ制御部６０において実行される各種のプログラム、データ等を取得可能な装置である。データ取得部５３は、例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ネットワーク通信端末装置、記録媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ）の読取装置等のいずれか１つ又は複数により構成される。

操作入力部５４は、オペレータが各種の文字情報、数値データ、操作指示、動作指示等を入力可能な装置である。操作入力部５４は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等（不図示）により構成される。
入力制御部５５は、データ取得部５３で取得された各種のデータ、操作入力部５４から入力されたデータ、指示等を取得して、記憶部５６に記憶させたり、データ制御部５８を介してデータベース装置５７に記憶させたりする。

記憶部５６は、ロボット制御部５９、ガルバノスキャナ制御部６０で実行される各種のプログラム、データ等が一時的に記憶される内部記憶装置である。記憶部５６は、例えば、半導体メモリ、ハードディスク装置等により構成される。

データベース装置５７は、後述する加工用相関データ、焦点確認用相関データ等が記憶される外部記憶装置である。データベース装置５７は、加工用相関データ管理部５７１及び焦点確認用相関データ管理部５７２を備える。

本実施形態の加工用相関データ管理部５７１は、データベース装置５７において、加工用相関データの記憶領域として構成される。加工用相関データは、レンズ４５の光軸方向の位置と加工光をレンズ４５で集光させたときの加工用の焦点位置（以下、「加工光の焦点位置」ともいう）とを対応付けたデータである。加工用相関データ管理部５７１で管理される加工用相関データは、オペレータの操作により書き替えることができる。

また、本実施形態の焦点確認用相関データ管理部５７２は、データベース装置５７において、焦点確認用相関データの記憶領域として構成される。焦点確認用相関データは、レンズ４５の光軸方向の位置とガイド光をレンズ４５で集光させたときの焦点確認用の焦点位置（以下、「ガイド光の焦点位置」ともいう）とを対応付けたデータである。焦点確認用相関データ管理部５７２で管理される焦点確認用相関データは、オペレータの操作により書き替えることができる。加工用相関データ及び焦点確認用相関データの具体例については、後述する。

データ制御部５８は、データベース装置５７にデータを記憶させたり、データベース装置５７から読み出したデータを記憶部５６に一時的に記憶させたり、表示制御部５２へ送出したりする。

ロボット制御部５９は、多軸ロボット２（図１参照）のコントローラであり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ等を含むマイクロプロセッサにより構成される。ロボット制御部５９は、記憶部５６からオペレーティングシステム、アプリケーションプログラム等を読み出して実行する。ロボット制御部５９は、ロボットモータ（不図示）を制御することにより、多軸ロボット２のアーム２１（図１参照）の先端に設けられたレーザヘッド４を所望の位置に搬送することができる。

ガルバノスキャナ制御部６０は、ＣＰＵ、メモリ等を含むマイクロプロセッサにより構成されるコントローラである。ガルバノスキャナ制御部６０は、記憶部５６からガルバノスキャナ４０（回転モータ４３、４４、レンズ駆動機構４６等）を制御するためのアプリケーションプログラム（例えば、後述するレンズ位置駆動プログラム）を読み出して実行することにより、各ハードウェアと協働して、後述する各種の機能を実現する。
ガルバノスキャナ制御部６０は、ミラー駆動機構制御部６０１、レンズ駆動機構制御部６０２及びレーザ光制御部６０３を備える。

ミラー駆動機構制御部６０１は、回転モータ４３、４４（図２参照）を制御することにより、第１ミラー４１及び第２ミラー４２に入射するレーザ光Ｌの入射角を調整する。これにより、ガルバノスキャナ４０において、レーザ光Ｌの照射位置が調整される。
レンズ駆動機構制御部６０２は、レンズ駆動機構４６を制御することにより、レンズ４５を光軸方向の所望の位置に移動させる。これにより、ガルバノスキャナ４０において、レーザ光Ｌの焦点位置が調整される。

本実施形態のレンズ駆動機構制御部６０２は、後述する第１モードが設定された場合、目標とする加工光の焦点位置に対応するレンズ４５の光軸方向の位置（加工用相関データ管理部５７１で管理される加工用相関データに記録されている）を特定して、レンズ駆動機構４６を制御することにより、レンズ４５を光軸方向に移動させる。また、レンズ駆動機構制御部６０２は、後述する第２モードが設定された場合、目標とするガイド光の焦点位置に対応するレンズ４５の光軸方向の位置（焦点確認用相関データ管理部５７２で管理される焦点確認用相関データに記録されている）を特定して、レンズ駆動機構４６を制御することにより、レンズ４５を光軸方向に移動させる。

レーザ光制御部６０３は、レーザ光源３（図２参照）のレーザ発振器を切り替えることにより、レーザ光Ｌとして、焦点確認用のレーザ光（ガイド光）又は加工用のレーザ光（加工光）を出射する。レーザ発振器の切り替えは、レーザ光Ｌの照射モードと連動する。本実施形態のレーザ加工装置１において、レーザ光の照射モードは、第１モード又は第２モードのいずれかに設定される。レーザ光の照射モードとして第１モードが設定されると、レーザ光源３において、加工光を出射するレーザ発振器に切り替えられる。また、レーザ光の照射モードとして第２モードが設定されると、レーザ光源３において、ガイド光を出射するレーザ発振器に切り替えられる。

第１モードは、対象物となるワークＷを溶接するための加工光を照射するモードである。加工光は、オペレータが目視できない波長域のレーザ光である。第２モードは、ワークＷの加工面において、レーザ光Ｌの焦点位置を確認するための焦点確認用のガイド光を照射するモードである。ガイド光は、オペレータが目視できる可視光域のレーザ光である。

次に、データベース装置５７の加工用相関データ管理部５７１で管理される加工用相関データ及び焦点確認用相関データ管理部５７２で管理される焦点確認用相関データについて説明する。
図４Ａは、加工用相関データの一例を示すデータテーブルである。図４Ｂは、焦点確認用相関データの一例を示すデータテーブルである。

図４Ａにおいて、「レンズ位置」は、レンズ４５の光軸方向の位置を示している。また、「加工光の焦点位置」は、上述した各レンズ位置において、加工光をレンズ４５（図２参照）で集光させたときの焦点位置を示している。本実施形態では、加工光の焦点位置がワークＷの加工面であるとき、すなわち加工光がワークＷの加工面で合焦しているときのレンズ位置を「０ｍｍ」としている。また、レンズ位置が０ｍｍの場合において、加工光の焦点位置を「０ｍｍ」と表している。すなわち、加工光がワークＷの加工面で合焦しているときに、レンズ４５の中心からワークＷの加工面までの間を焦点距離（例えば、５００ｍｍ）で表す代わりに、基準位置となる０ｍｍで表している。

図４Ａにおいて、レンズ位置が−１ｍｍの場合、加工光の焦点位置は、「−２５ｍｍ」となる。これは、レンズ４５を基準位置（０ｍｍ）から光軸方向に−１ｍｍ移動させると、加工光の焦点位置がワークＷの加工面よりも手前側の−２５ｍｍの位置に移動することを示している。なお、−（マイナス）のレンズ位置は、レンズ４５が光軸方向において、基準位置よりもワークＷから離れる方向に移動していること示している。

同様に、レンズ位置が＋１ｍｍの場合、加工光の焦点位置は、「＋２５ｍｍ」となる。これは、レンズ４５を基準位置から光軸方向に＋１ｍｍ移動させると、加工光の焦点位置がワークＷの加工面よりも奥側の＋２５ｍｍの位置に移動することを示している。図４Ｂ、図７についても同じである。なお、＋（プラス）のレンズ位置は、レンズ４５が光軸方向において、基準位置よりもワークＷに近づく方向に移動していること示している。

一方、図４Ｂに示すように、ガイド光をワークＷに照射した場合、同じレンズ位置であっても、焦点位置は、加工光の場合とは異なる。例えば、レンズ位置が０ｍｍの場合、ガイド光の焦点位置は、＋２５ｍｍとなる。このような焦点位置のずれは、加工光とガイド光のそれぞれの波長の違いにより色収差が異なるために生じる。

なお、図４Ａに示す加工用相関データ及び図４Ｂに示す焦点確認用相関データの数値は、いずれも一例を示したものであり、これに限定されるものではない（後述する図７も同様）。また、加工用相関データにおいては、レンズ位置と加工光の焦点位置を４段階に区分した例を示しているが、これに限らず、３段階以下に区分してもよいし、５段階以上に区分してもよい。また、各段の間の数値、例えば、レンズ位置０ｍｍと＋１ｍｍとの中間値は、線形補間等の手法を用いることにより算出できる（焦点確認用相関データについての同様）。

次に、第１実施形態のレーザ加工装置１（制御ユニット５０）で実行されるレンズ位置駆動プログラムの処理内容を、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
図５は、第１実施形態のレーザ加工装置１で実行されるレンズ位置駆動プログラムの処理手順を示すフローチャートである。

図５に示すステップＳ１０１において、レンズ駆動機構制御部６０２は、オペレータにより設定された照射モードが第１モードか第２モードかを判定する。ステップＳ１０１において、レンズ駆動機構制御部６０２により、設定された照射モードが第１モードであると判定された場合、すなわちオペレータにより加工光の照射が設定された場合、処理はステップＳ１０２へ移行する。一方、レンズ駆動機構制御部６０２により、設定された照射モードが第２モードであると判定された場合、すなわちオペレータによりガイド光の照射が設定された場合、処理はステップＳ１０４へ移行する。

ステップＳ１０２（ステップＳ１０１：第１モード）において、レンズ駆動機構制御部６０２は、加工用相関データ管理部５７１で管理される加工用相関データを参照して、目標とする加工光の焦点位置に対応するレンズ４５の光軸方向の位置を特定する。
ステップＳ１０３において、レンズ駆動機構制御部６０２は、ステップＳ１０２で特定した光軸方向の位置にレンズ４５を移動させる。レンズ４５を移動させた後、本フローチャートの処理は、終了する。

また、ステップＳ１０４（ステップＳ１０１：第２モード）において、レンズ駆動機構制御部６０２は、焦点確認用相関データ管理部５７２で管理される焦点確認用相関データを参照して、目標とするガイド光の焦点位置に対応するレンズ４５の光軸方向の位置を特定する。続いて、レンズ駆動機構制御部６０２において、上述したステップＳ１０３の処理を実行することにより、本フローチャートの処理は、終了する。

上述した第１実施形態のレーザ加工装置１によれば、ワークＷの加工面における加工光の焦点位置と、ワークＷの加工面におけるガイド光の焦点位置とが一致するように、それぞれの相関データに基づいてレンズ４５の光軸方向の位置が制御される。これによれば、焦点確認用のレーザ光であるガイド光の焦点がワークＷの加工面でぼやけることがないため、ワークＷの加工面において、ガイド光の焦点位置が合っていることを、オペレータが容易に判断できる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係るレーザ加工装置１の第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態における制御ユニット５０Ａの構成を示すブロック図である。図７は、第２実施形態における焦点確認用相関データの一例を示すデータテーブルである。

第２実施形態の制御ユニット５０Ａは、データベース装置５７に加工用相関データ管理部５７１のみを備える点と、ガルバノスキャナ制御部６０に焦点確認用相関データ作成部６０４を備える点とが第１実施形態と相違する。第２実施形態の制御ユニット５０Ａにおいて、その他の構成は、第１実施形態の制御ユニット５０と同じである。そのため、第２実施形態においては、制御ユニット５０Ａのみを図示し、レーザ加工装置１の全体の図示を省略する。また、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２実施形態において、ガルバノスキャナ制御部６０の焦点確認用相関データ作成部６０４は、加工用相関データ（加工用相関データ管理部５７１）に記録された加工光の焦点位置と、予め設定された補正係数とに基づいて、ガイド光をレンズ４５で集光させたときの焦点位置を算出する。そして、焦点確認用相関データ作成部６０４は、レンズ４５の光軸方向の位置とガイド光の焦点位置とを対応付ける焦点確認用相関データを作成する。なお、補正係数は、予めデータベース装置５７に記憶されており、焦点確認用相関データ作成部６０４が焦点確認用相関データを作成する際に読み出される。また、焦点確認用相関データ作成部６０４で作成された焦点確認用相関データは、記憶部５６に一時的に記憶される。

ここで、焦点確認用相関データ作成部６０４において作成される焦点確認用相関データについて説明する。
図７において、「レンズ位置」、「加工光の焦点位置」は、第１実施形態の加工用相関データ（図４Ａ参照）と同じである。
「補正係数ａ」は、加工光の焦点位置をガイド光の焦点位置に換算するための数値を示している。補正係数ａ（ａ１〜ａ４）は、レンズ位置ごとに予め設定されている。なお、本実施形態では、加工光の焦点位置の数値に補正係数ａを加算することにより、ガイド光の焦点位置を算出する例について説明するが、補正係数ａに応じて、加工光の焦点位置に乗算、除算又は減算することによりガイド光の焦点位置を算出する形態としてもよい。

「ガイド光の焦点位置」は、加工光の焦点位置に補正係数ａを加算することにより得られた、ガイド光の焦点位置の換算値を示している。
なお、図７に示すデータテーブルは、焦点確認用相関データ作成部６０４で作成される焦点確認用相関データの構成を模式的に示したものである。焦点確認用相関データとしては、実質的に「ガイド光の焦点位置」のデータが作成されればよい。その場合、レンズ位置に関するデータを、例えば記憶部５６に記憶しておき、算出したガイド光の焦点位置と関連付けられたデータとして参照すればよい。なお、作成した焦点確認用相関データは、第２モードによるレーザ光Ｌの照射が終了した後に記憶部５６から削除してもよいし、新たな焦点確認用相関データが作成されるまでの間、記憶部５６に記憶させてもよい。

本実施形態のレンズ駆動機構制御部６０２は、第１モードが設定された場合、加工用相関データ管理部５７１で管理される加工用相関データ（図４Ａ参照）において、目標とする加工光の焦点位置に対応するレンズ４５の光軸方向の位置を特定して、レンズ４５を光軸方向に移動させる。例えば、目標とする加工光の焦点位置が０ｍｍの場合、レンズ位置は、０ｍｍとなる。

一方、レンズ駆動機構制御部６０２は、第２モードが設定された場合、焦点確認用相関データ作成部６０４で作成された焦点確認用相関データ（図７参照）において、目標とするガイド光の焦点位置に対応するレンズ４５の光軸方向の位置を特定して、レンズ４５を光軸方向に移動させる。例えば、目標とするガイド光の焦点位置が０ｍｍの場合、レンズ位置は、−１ｍｍとなる

次に、第２実施形態のレーザ加工装置１（制御ユニット５０Ａ）で実行されるレンズ位置駆動プログラムの処理内容を、図８に示すフローチャートに基づいて説明する。
図８は、第２実施形態のレーザ加工装置１で実行されるレンズ位置駆動プログラムの処理手順を示すフローチャートである。

図８に示すステップＳ２０１において、レンズ駆動機構制御部６０２は、オペレータにより設定された照射モードが第１モードか第２モードかを判定する。ステップＳ２０１において、レンズ駆動機構制御部６０２により、設定された照射モードが第１モードであると判定された場合、すなわちオペレータにより加工光の照射が設定された場合、処理はステップＳ２０２へ移行する。一方、レンズ駆動機構制御部６０２により、設定された照射モードが第２モードであると判定された場合、すなわちオペレータによりガイド光の照射が設定された場合、処理はステップＳ２０４へ移行する。

ステップＳ２０２（ステップＳ２０１：第１モード）において、レンズ駆動機構制御部６０２は、加工用相関データ管理部５７１（データベース装置５７）で管理される加工用相関データを参照して、目標とする加工光の焦点位置に対応するレンズ４５の光軸方向の位置を特定する。
ステップＳ２０３において、レンズ駆動機構制御部６０２は、ステップＳ２０２で特定した光軸方向の位置にレンズ４５を移動させる。レンズ４５を移動させた後、本フローチャートの処理は、終了する。

一方、ステップＳ２０４（ステップＳ２０１：第２モード）において、焦点確認用相関データ作成部６０４は、加工用相関データに記録された加工光の焦点位置と、予め設定された補正係数ａとに基づいて、ガイド光をレンズ４５で集光させたときの焦点位置を算出し、焦点確認用相関データ（図７参照）を作成する。

ステップＳ２０５において、レンズ駆動機構制御部６０２は、焦点確認用相関データ作成部６０４で作成された焦点確認用相関データを参照して、目標とするガイド光の焦点位置に対応するレンズ４５の光軸方向の位置を特定する。続いて、レンズ駆動機構制御部６０２において、上述したステップＳ２０３の処理が実行されることにより、本フローチャートの処理は、終了する。

上述した第２実施形態のレーザ加工装置１においても、第１実施形態と同様に、焦点確認用のレーザ光であるガイド光の焦点がワークＷの加工面でぼやけることがないため、ワークＷの加工面において、ガイド光の焦点位置が合っていることを、オペレータが容易に判断できる。とくに、第２実施形態のレーザ加工装置１においては、加工用相関データに記録された加工光の焦点位置と予め設定された補正係数ａとに基づいて焦点確認用相関データを作成するため、データベース装置５７に焦点確認用相関データを保存しておく形態に比べて、データベース装置５７の記憶容量を削減できる。

［第３実施形態］
次に、本発明に係るレーザ加工装置１の第３実施形態について説明する。
図９は、第３実施形態における制御ユニット５０Ｂの構成を示すブロック図である。
第３実施形態の制御ユニット５０Ｂは、データベース装置５７に加工用相関データ管理部５７１等のデータ管理部を備えていない点と、ガルバノスキャナ制御部６０に位置データ算出部６０５を備える点とが第１実施形態と相違する。第３実施形態の制御ユニット５０Ｂにおいて、その他の構成は、第１実施形態の制御ユニット５０と同じである。そのため、第３実施形態においては、制御ユニット５０Ｂのみを図示し、レーザ加工装置１の全体の図示を省略する。また、第３実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第３実施形態において、位置データ算出部６０５（ガルバノスキャナ制御部６０）は、第１モードが設定された場合、下記に示す第１の変換式（１）に基づいて、第１モードにおけるレンズ４５の光軸方向のレンズ位置ｚ１を算出する。
ｚ１＝ｆ（Ｚ，ｇ１）・・・（１）
ここで、「Ｚ」は、加工光をレンズ４５で集光させたときの焦点位置の目標値（以下、「加工光における焦点位置の目標値」ともいう）である。「ｇ１」は、加工光の波長に依存する第１の係数である。

また、位置データ算出部６０５は、第２モードが設定された場合、下記に示す第２の変換式（２）に基づいて、第２モードにおけるレンズ４５の光軸方向のレンズ位置ｚ２を算出する。
ｚ２＝ｆ（Ｚ，ｇ２）・・・（２）
ここで、「Ｚ」は、加工光における焦点位置の目標値である。「ｇ２」は、ガイド光の波長に依存する第２の係数である。

上記第１の変換式（１）、第２の変換式（２）、加工光における焦点位置の目標値Ｚ、第１の係数ｇ１及び第２の係数ｇ２に関するデータは、例えば、データベース装置５７に記憶されている。また、位置データ算出部６０５により算出されたレンズ位置（ｚ１、ｚ２）に関するデータは、例えば、記憶部５６に記憶される。

第２の変換式（２）に示すように、位置データ算出部６０５は、第２モードにおけるレンズ４５の光軸方向のレンズ位置ｚ２を、加工光における焦点位置の目標値Ｚ及び第２の係数ｇ２をパラメータとする第２の変換式（２）に基づいて算出する。なお、位置データ算出部６０５においては、上述のように照射モードに応じて変換式を切り替えてもよいし、第１の変換式（１）の第１の係数ｇ１を第２の係数ｇ２に置き換えることによって、第２モードにおけるレンズ４５の光軸方向のレンズ位置ｚ２を算出してもよい。

次に、第３実施形態のレーザ加工装置１（制御ユニット５０Ｂ）で実行されるレンズ位置駆動プログラムの処理内容を、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。
図１０は、第３実施形態のレーザ加工装置１で実行されるレンズ位置駆動プログラムの処理手順を示すフローチャートである。

図１０に示すステップＳ３０１において、位置データ算出部６０５は、オペレータにより設定された照射モードが第１モードか第２モードかを判定する。ステップＳ３０１において、位置データ算出部６０５により、設定された照射モードが第１モードであると判定された場合、すなわちオペレータにより加工光の照射が設定された場合、処理はステップＳ３０２へ移行する。一方、位置データ算出部６０５により、設定された照射モードが第２モードであると判定された場合、すなわちオペレータによりガイド光の照射が設定された場合、処理はステップＳ３０５へ移行する。

ステップＳ３０２（ステップＳ３０１：第１モード）において、位置データ算出部６０５は、加工光における焦点位置の目標値Ｚ及び第１の係数ｇ１を取得する。
ステップＳ３０３において、位置データ算出部６０５は、第１の変換式によりレンズ４５の光軸方向の位置を算出する。
ステップＳ３０４において、レンズ駆動機構制御部６０２は、ステップＳ３０３で算出された光軸方向の位置にレンズ４５を移動させる。レンズ４５を移動させた後、本フローチャートの処理は、終了する。

一方、ステップＳ３０５（ステップＳ３０１：第２モード）において、位置データ算出部６０５は、加工光における焦点位置の目標値Ｚ及び第２の係数ｇ２を取得する。
ステップＳ３０６において、位置データ算出部６０５は、第２の変換式によりレンズ４５の光軸方向の位置を算出する。続いて、レンズ駆動機構制御部６０２において、上述したステップＳ３０４の処理が実行されることにより、本フローチャートの処理は、終了する。

上述した第３実施形態のレーザ加工装置１においても、第１実施形態と同様に、焦点確認用のレーザ光であるガイド光の焦点がワークＷの加工面でぼやけることがないため、ワークＷの加工面において、ガイド光の焦点位置が合っていることを、オペレータが容易に判断できる。とくに、第３実施形態のレーザ加工装置１においては、加工光における焦点位置の目標値と予め設定された係数とをパラメータとする変換式によりレンズ位置を算出するため、データベース装置５７に加工用相関データ及び焦点確認用相関データを保存しておく形態に比べて、データベース装置５７の記憶容量をより削減できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
第１実施形態では、焦点確認用相関データを焦点確認用相関データ管理部５７２に記憶しておく例について説明したが、これに限定されない。データベース装置５７の機能として、焦点確認用相関データ管理部５７２において、焦点確認用相関データを作成してもよい。その場合、例えば、第２実施形態のように補正係数を用いて焦点確認用相関データを作成してもよいし、第３実施形態のように変換式を用いて焦点確認用相関データを作成してもよい。

第２実施形態では、データベース装置５７に加工用相関データを記憶しておき、この加工用相関データと補正係数とに基づいて焦点確認用相関データを作成する例について説明したが、これに限定されない。データベース装置５７に焦点確認用相関データを記憶しておき、この焦点確認用相関データと補正係数とに基づいて加工用相関データを作成してもよい。また、データベース装置５７に共通の相関データを記憶しておき、この相関データと照射モードごとに設定された補正係数とに基づいて、加工用相関データと焦点確認用相関データをそれぞれ作成してもよい。

第３実施形態では、変換式に基づいて、第１モード及び第２モードにおけるレンズ位置をそれぞれ算出する例について説明したが、これに限定されない。例えば、第１モード（又は第２モード）において、変換式を用いることなく、第１実施形態のように加工用相関データ（又は焦点確認用相関データ）に基づいてレンズ位置を特定してもよい。また、第１モード（又は第２モード）において、変換式を用いることなく、第２実施形態のように補正係数を用いて加工用相関データ（又は焦点確認用相関データ）を作成してもよい。

実施形態では、レーザ加工装置において、２つのミラーを備えたガルバノスキャナを用いた構成について説明したが、これに限定されない。レーザ加工装置において、１又は３以上のミラーを備えたガルバノスキャナを用いた構成としてもよい。
実施形態では、１つのレーザ光源で２つのレーザ発振器（不図示）を切り替える例について説明したが、これに限定されない。例えば、加工光を出射するレーザ発振器とガイド光を出射するレーザ発振器とを個別に配置しておき、各モードにおいて、それぞれのレーザ発振器から出射されるレーザ光をハーフミラーにより同軸で出射するように構成してもよい。

１：レーザ加工装置、２：多軸ロボット、３：レーザ光源、４：レーザヘッド、５０，５０Ａ，５０Ｂ：制御ユニット、５６：記憶部、５７：データベース装置、５９：ロボット制御部、６０：ガルバノスキャナ制御部、５７１：加工用相関データ管理部、５７２：焦点確認用相関データ管理部、６０１：ミラー駆動機構制御部、６０２：レンズ駆動機構制御部、６０３：レーザ光制御部、６０４：焦点確認用相関データ作成部、６０５：位置データ算出部

Claims

加工用のレーザ光を出射する第１光源と、前記加工用のレーザ光とは波長の異なる焦点確認用のレーザ光を出射する第２光源と、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光をそれぞれ同軸で対象物に向けて集光させる焦点レンズと、前記焦点レンズを透過したレーザ光を対象物側に反射するミラー機構と、前記焦点レンズをレーザ光の光軸方向に移動させるレンズ駆動機構と、を備え、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光を、前記焦点レンズ及び前記ミラー機構を介して対象物に照射するレーザ加工装置であって、
加工用のレーザ光が対象物上で合焦する前記焦点レンズの光軸方向の位置と、加工用のレーザ光が対象物上で合焦するように前記焦点レンズで集光させたときの光軸方向における加工用の焦点位置とを対応付ける加工用相関データを管理する加工用相関データ管理部と、
加工用のレーザ光が対象物上で合焦する前記焦点レンズの光軸方向の位置と、焦点確認用のレーザ光が対象物上で合焦するように前記焦点レンズで集光させたときの光軸方向における焦点確認用の焦点位置とを対応付ける焦点確認用相関データを管理又は作成する焦点確認用相関データ管理部と、
第１モードでは、前記加工用相関データにおいて、目標とする加工用の前記焦点位置に対応する前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させ、第２モードでは、前記焦点確認用相関データにおいて、目標とする焦点確認用の前記焦点位置に対応する前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動機構制御部と、
を備えるレーザ加工装置。
加工用のレーザ光を出射する第１光源と、前記加工用のレーザ光とは波長の異なる焦点確認用のレーザ光を出射する第２光源と、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光をそれぞれ同軸で対象物に向けて集光させる焦点レンズと、前記焦点レンズを透過したレーザ光を対象物側に反射するミラー機構と、前記焦点レンズをレーザ光の光軸方向に移動させるレンズ駆動機構と、を備え、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光を、前記焦点レンズ及び前記ミラー機構を介して対象物に照射するレーザ加工装置であって、
加工用のレーザ光が対象物上で合焦する前記焦点レンズの光軸方向の位置と、加工用のレーザ光が対象物上で合焦するように前記焦点レンズで集光させたときの光軸方向における加工用の焦点位置とを対応付ける加工用相関データを管理する加工用相関データ管理部と、
前記加工用相関データにおける加工用の前記焦点位置と予め設定される補正係数とに基づいて、焦点確認用のレーザ光が対象物上で合焦するように前記焦点レンズで集光させたときの光軸方向における焦点確認用の焦点位置を算出して、前記焦点レンズの光軸方向の位置と焦点確認用の前記焦点位置とを対応付ける焦点確認用相関データを作成する焦点確認用相関データ管理部と、
第１モードでは、前記加工用相関データにおいて、目標とする加工用の前記焦点位置に対応する前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させ、第２モードでは、前記焦点確認用相関データ管理部で作成される前記焦点確認用相関データにおいて、目標とする焦点確認用の前記焦点位置に対応する前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動機構制御部と、
を備えるレーザ加工装置。
加工用のレーザ光を出射する第１光源と、前記加工用のレーザ光とは波長の異なる焦点確認用のレーザ光を出射する第２光源と、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光をそれぞれ同軸で対象物に向けて集光させる焦点レンズと、前記焦点レンズを透過したレーザ光を対象物側に反射するミラー機構と、前記焦点レンズをレーザ光の光軸方向に移動させるレンズ駆動機構と、を備え、前記第１光源又は前記第２光源から出射されるレーザ光を前記焦点レンズ及び前記ミラー機構を介して対象物に照射するレーザ加工装置であって、
第１モードでは、加工用のレーザ光が対象物上で合焦するように前記焦点レンズで集光させたときの光軸方向における焦点位置の目標値と、加工用のレーザ光に設定される第１の係数とをパラメータとする第１の変換式により、加工用のレーザ光が対象物上で合焦する前記焦点レンズの光軸方向の位置を算出し、第２モードでは、加工用のレーザ光が対象物上で合焦するように前記焦点レンズで集光させたときの光軸方向における前記焦点位置の目標値と、焦点確認用のレーザ光に設定される第２の係数とをパラメータとする第２の変換式により前記焦点レンズの光軸方向の位置を算出する位置データ算出部と、
前記第１モードでは、前記位置データ算出部において前記第１の変換式により算出される前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させ、前記第２モードでは、前記位置データ算出部において前記第２の変換式により算出される前記焦点レンズの光軸方向の位置に基づいて前記焦点レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動機構制御部と、
を備えるレーザ加工装置。