JP2017177181A

JP2017177181A - レーザ加工システムおよびそのレーザ加工システムにおいて用いられる装置、その装置において実行される方法およびプログラム

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Publication number: JP2017177181A
Application number: JP2016069688A
Authority: JP
Inventors: 潔岡; Kiyoshi Oka
Original assignee: OK Fiber Technology Co Ltd
Current assignee: OK Fiber Technology Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP6727001B2

Abstract

【課題】新しいレーザ加工システムを提供すること。【解決手段】レーザ加工システム１０は、作業者１の視点から撮像された第１の画像を生成する第１の撮像装置６０と、レーザを出射するレーザ出射装置４０と、レーザ出射装置４０上の視点から撮像された第２の画像を生成する第２の撮像装置７０と、作業者１に装着可能なように構成れている表示装置３０であって、作業者１に画像を表示する表示装置３０と、表示装置３０を制御する制御装置５０とを備えている。制御装置５０は、第１の撮像装置６０によって生成された第１の画像および第２の撮像装置７０によって生成された第２の画像のうちの少なくとも一方を表示するように表示装置３０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工システムおよびそのレーザ加工システムにおいて用いられる装置、その装置において実行される方法およびプログラムに関する。

従来、レーザ出射装置から出射されるレーザを用いて作業者が被加工物を加工する場合には、作業者は、レーザ光から眼を保護するためのシールドを備えた保護ゴーグルやヘルメットを装着した状態で作業を行っていた（特許文献１を参照）。しかしながら、このようなシールドはレーザ光をカットするために着色が施されているため、シールドを介して被加工物を観察したのでは被加工物を認識しづらく、被加工物とレーザ出射装置との位置合わせも容易ではないため、レーザを用いた加工の作業効率が悪いという問題点があった。

特開２００１−１１３３８６号公報

本発明は、レーザを用いた加工の作業効率を格段に向上させることが可能なレーザ加工システムおよびそのレーザ加工システムにおいて用いられる装置、その装置において実行される方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明のレーザ加工システムは、レーザを用いて作業者が被加工物を加工することを可能にするレーザ加工システムであって、前記レーザ加工システムは、前記作業者の視点から撮像された第１の画像を生成する第１の撮像装置と、前記レーザを出射するレーザ出射装置と、前記レーザ出射装置上の視点から撮像された第２の画像を生成する第２の撮像装置と、前記作業者に装着可能なように構成れている表示装置であって、前記作業者に画像を表示する表示装置と、前記表示装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１の撮像装置によって生成された第１の画像および前記第２の撮像装置によって生成された第２の画像のうちの少なくとも一方を表示するように前記表示装置を制御する。

本発明の１つの実施形態では、前記制御装置は、前記第１の画像および前記第２の画像の両方を同時に表示するように前記表示装置を制御してもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記レーザ加工システムは、前記被加工物と前記レーザ出射装置との相対的な位置関係を検出する位置検出装置をさらに備え、前記制御装置は、前記被加工物と前記レーザ出射装置との相対的な位置関係に応じて前記作業者に表示される画像の表示態様を変更するように前記表示装置を制御してもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記制御装置は、前記被加工物と前記レーザ出射装置との距離が所定の距離より大きい場合には、前記第１の画像を表示するが前記第２の画像を表示しないように前記表示装置を制御し、前記被加工物と前記レーザ出射装置との距離が前記所定の距離以下である場合には、前記第１の画像および前記第２の画像の両方を表示するように前記表示装置を制御してもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記制御装置は、前記被加工物と前記レーザ出射装置との距離に応じて前記表示装置に表示される前記第２の画像のサイズを変更するように前記表示装置を制御してもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記制御装置は、前記レーザ出射装置が前記被加工物に近づく方向を案内する方向ガイドを表示するように前記表示装置を制御してもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記制御装置は、前記被加工物のうち前記レーザによって加工されるべき部分を示す加工ガイドを表示するように前記表示装置を制御してもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記制御装置は、レーザ加工の作業マニュアルを示す画像を表示するように前記表示装置を制御してもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記被加工物を加工することは、前記被加工物を溶接加工すること、前記被加工物を切断加工すること、前記被加工物を切削加工すること、前記被加工物を穴あけ加工することのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記レーザ出射装置は、複合型光ファイバを含んでいてもよい。

本発明の１つの実施形態では、前記複合型光ファイバは、前記レーザを伝送するための第１の部分と、画像を伝送するための第２の部分とを含み、前記第２の画像は、前記第２の部分を通って伝送されてもよい。

本発明の装置は、レーザを用いて作業者が被加工物を加工することを可能にするレーザ加工システムにおいて用いられる装置であって、前記装置は、作業者に装着可能なように構成れている表示装置であって、前記作業者に画像を表示する表示装置と、前記表示装置を制御する制御装置とを備え、前記表示装置は、第１の撮像装置と第２の撮像装置とに接続されることが可能なように構成されており、前記第１の撮像装置は、前記作業者の視点から撮像された第１の画像を生成し、前記第２の撮像装置は、レーザを出射するレーザ出射装置上の視点から撮像された第２の画像を生成し、前記制御装置は、前記第１の撮像装置によって生成された第１の画像と前記第２の撮像装置によって生成された第２の画像とを表示するように前記表示装置を制御する。

本発明の方法は、レーザを用いて作業者が被加工物を加工することを可能にするレーザ加工システムにおいて用いられる装置において実行される方法であって、前記装置は、作業者に画像を表示する表示装置と、前記表示装置を制御する制御装置とを備え、前記表示装置は、前記作業者に装着可能なように構成れており、前記表示装置は、第１の撮像装置と第２の撮像装置とに接続されることが可能なように構成されており、前記第１の撮像装置は、前記作業者の視点から撮像された第１の画像を生成し、前記第２の撮像装置は、レーザを出射するレーザ出射装置上の視点から撮像された第２の画像を生成し、前記方法は、前記制御装置が、前記第１の撮像装置によって生成された第１の画像と前記第２の撮像装置によって生成された第２の画像とを表示するように前記表示装置を制御することを含む。

本発明のプログラムは、レーザを用いて作業者が被加工物を加工することを可能にするレーザ加工システムにおいて用いられる装置において実行されるプログラムであって、前記装置は、作業者に画像を表示する表示装置と、前記表示装置を制御する制御装置とを備え、前記表示装置は、前記作業者に装着可能なように構成れており、前記表示装置は、第１の撮像装置と第２の撮像装置とに接続されることが可能なように構成されており、前記第１の撮像装置は、前記作業者の視点から撮像された第１の画像を生成し、前記第２の撮像装置は、レーザを出射するレーザ出射装置上の視点から撮像された第２の画像を生成し、
前記プログラムは、前記制御装置によって実行されると、前記第１の撮像装置によって生成された第１の画像と前記第２の撮像装置によって生成された第２の画像とを表示するように前記表示装置を制御することを前記制御装置に行わせる。

本発明によれば、レーザを用いた加工の作業効率を格段に向上させることが可能なレーザ加工システムおよびそのレーザ加工システムにおいて用いられる装置、その装置において実行される方法およびプログラムを提供することが可能である。

レーザ加工システム１０を用いて作業者１が被加工物２０を加工する様子を示す図表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す図表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す図表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す図表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す図表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す図表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す図表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す図表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す図表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す図レーザ加工システム１０の構成の一例を示す図

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

１．レーザ加工システムの概要
出願人は、新しいレーザ加工システムを提案する。このレーザ加工システムは、レーザを用いて作業者が被加工物を加工することを可能にするものである。

図１は、レーザ加工システム１０を用いて作業者１が中空管２２内にある被加工物２０を加工する様子を示す。ここで、被加工物２０は、中空管２２内に隠れて見えないため、図１において破線で示されている。

作業者１には、表示装置３０が装着されている。図１に示される例では、表示装置３０は、作業者１の頭部に装着されているがこれに限定されない。表示装置３０は、作業者１の任意の部位に装着されることが可能である。表示装置３０は、例えば、ヘッドマウントディスプレイタイプの表示装置であってもよいし、メガネタイプの表示装置であってもよい。

表示装置３０は、作業者１に画像を表示するように構成されている。表示装置３０は、作業者１の両眼に画像を表示するように構成されていてもよいし、作業者１の片眼のみ（右眼または左眼）に画像を表示するように構成されていてもよい。図１に示される例では、表示装置３０は、作業者１の両眼を覆うように構成されている。これにより、表示装置３０は、常に、レーザを被加工物２０に照射することによって生じる光をシールドすることが可能である。このように、表示装置３０は、作業者１の眼を保護する機能を有していてもよい。あるいは、表示装置３０は、光を透過する状態と光をシールドする状態との間で切り替え可能であるように構成されていてもよい。この場合、少なくとも、レーザを被加工物２０に照射する際に、光をシールドする状態に表示装置３０を切り替えることによって、レーザを被加工物２０に照射することによって生じる光から作業者１の眼を保護することが可能である。

表示装置３０には、作業者１の視点から撮像された第１の画像、および／または、レーザ出射装置４０上の視点（例えば、レーザ出射装置４０の先端という視点）から撮像された第２の画像とが表示される。作業者１の視点から第１の画像を撮像することは、例えば、図９を参照して後述される第１の撮像装置６０によって達成されることが可能であるがこれに限定されない。レーザ出射装置４０上の視点から第２の画像を撮像することは、例えば、図９を参照して後述される第２の撮像装置７０によって達成されることが可能であるがこれに限定されない。第１の画像および第２の画像は選択的に表示されてもよいが、後述するように、被加工物２０とレーザ出射装置４０とを位置合わせする際には、第１の画像および第２の画像の両方が同時に表示されることが好ましい。

作業者１は、表示装置３０を装着した状態で、表示装置３０に表示される画像を確認しつつ（すなわち、被加工物２０を直視することなく）、レーザ出射装置４０から出射されるレーザを用いて被加工物２０を加工するという作業を行う。ここで、被加工物２０の加工は、任意の加工であり得る。例えば、被加工物２０を加工することは、被加工物２０を溶接加工すること、被加工物２０を切断加工すること、被加工物２０を切削加工すること、被加工物２０を穴あけ加工することのうちの少なくとも１つを含む。

レーザ出射装置４０には、レーザをオンオフするスイッチ（図示せず）が設けられている。作業者１がレーザ出射装置４０のスイッチをオンにすることによって、レーザ出射装置４０からレーザが出射される。レーザ出射装置４０から出射されるレーザの種類は問わない。図１に示される例では、レーザ出射装置４０はレーザトーチ型の装置であるがこれに限定されない。レーザ出射装置４０はレーザを出射する機能を有する任意のタイプの装置であり得る。

表示装置３０に表示される画像は、動画であっても静止画であってもよいが作業者１の作業効率を考慮するとリアルタイム動画であることが好ましい。また、表示装置３０に表示される画像はカラー画像であっても白黒画像であってもよいが作業者１の作業効率を考慮すると肉眼で見るのと同等のフルカラー画像であることが好ましい。

表示装置３０は、制御装置５０によって制御される。図１に示される例では、制御装置５０は、表示装置３０の外部に設けられているがこれに限定されない。制御装置５０は、表示装置３０の内部に設けられていてもよい。

２．レーザ加工システムの機能
レーザ加工システム１０は、以下の（１）〜（８）の機能のうちの少なくとも１つの機能を有することが可能である。
（１）作業者１の視点から撮像された画像を表示する機能
（２）レーザ出射装置４０上の視点から撮像された画像を表示する機能
（３）作業者１の視点から撮像された画像とレーザ出射装置４０上の視点から撮像された画像とを同時に表示する機能
（４）被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係に応じて、表示装置３０に表示される画像の表示態様を変更する機能
（５）被加工物２０の部分（レーザによって加工されるべき部分）を示す加工ガイドを表示する機能
（６）作業者１の作業を評価する機能
（７）作業者１の代わりにロボットに作業を行わせることを可能にする機能
（８）作業マニュアルを表示する機能

以下、レーザ加工システム１０の（１）〜（８）の機能を詳細に説明する。

（１）作業者１の視点から撮像された画像を表示する機能
レーザ加工システム１０は、作業者１の視点から撮像された画像を表示装置３０に表示する機能を有することが可能である。このような機能は、例えば、第１の撮像装置６０（図９）、表示装置３０によって達成されることが可能であるがこれに限定されない。

図２は、表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す。図２に示される例では、表示装置３０の画面３０ａには、作業者１の視点から撮像された画像２００が表示されている。画像２００は、中空管２２を示す。ここで、被加工物２０は、中空管２２内に隠れて見えないため、図２において破線で示されている。

このように、作業者１の視点から撮像された画像２００を表示装置３０に表示することによって、作業者１は、表示装置３０を装着した状態で、表示装置３０に表示された画像２００を確認しつつ、レーザを用いて被加工物２０を加工するという作業を行うことが可能である。その結果、作業者１は、作業中に表示装置３０を装着したり外したりする必要がない。

（２）レーザ出射装置４０上の視点から撮像された画像を表示する機能
レーザ加工システム１０は、レーザ出射装置４０上の視点（例えば、レーザ出射装置４０の先端）から撮像された画像を表示装置３０に表示する機能を有することが可能である。このような機能は、例えば、第２の撮像装置６０（図９）、表示装置３０によって達成されることが可能であるがこれに限定されない。

図３は、表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す。図３に示される例では、表示装置３０の画面３０ａには、レーザ出射装置４０の先端から撮像された画像３００が表示されている。画像３００は、レーザ出射装置４０の先端からの視野を示す。

このように、レーザ出射装置４０の先端から撮像された画像３００を表示装置３０に表示することによって、作業者１は、表示装置３０を装着した状態で、表示装置３０に表示された画像３００を確認しつつ、レーザを用いて被加工物２０を加工するという作業を行うことが可能である。その結果、作業者１は、作業中に表示装置３０を装着したり外したりする必要がない。

（３）作業者１の視点から撮像された画像とレーザ出射装置４０上の視点から撮像された画像とを同時に表示する機能
レーザ加工システム１０は、作業者１の視点から撮像された画像とレーザ出射装置４０上の視点（例えば、レーザ出射装置４０の先端）から撮像された画像とを表示装置３０に同時に表示する機能を有することが可能である。このような機能は、例えば、第１の撮像装置６０（図９）、第２の撮像装置７０（図９）、表示装置３０によって達成されることが可能であるがこれに限定されない。

図４は、表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す。図４に示される例では、表示装置３０の画面３０ａには、作業者１の視点から撮像された画像４１０とレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像４２０とが表示されている。画像４１０は、レーザ出射装置４０と中空管２２とを示す。ここで、被加工物２０は、中空管２２内に隠れて見えないため、図４において破線で示されている。画像４２０は、レーザ出射装置４０の先端からの視野を示す。

このように、作業者１の視点から撮像された画像４１０とレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像４２０とを表示装置３０に表示することによって、作業者１は、被加工物２０とレーザ出射装置４０との大まかな位置合わせを作業者１の視点から撮像された画像４１０を見ながら行うことが可能であるとともに、被加工物２０の加工すべき部分とレーザ出射装置４０から出射されるレーザの照射点との細かな位置合わせをレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像４２０を見ながら行うことが可能である。これにより、作業者１による作業の視認性、効率を向上させることが可能であるとともに、被加工物２０を加工する精度を向上させることが可能である。

ここで、レーザ出射装置４０の先端から撮像された画像４２０を表示装置３０に表示するタイミングは任意のタイミングであり得る。例えば、レーザ出射装置４０の電源がオンにされた時点から画像４２０を表示装置３０に表示するようにしてもよいし、被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係に応じて画像４２０を表示するタイミングを制御するようにしてもよい。例えば、レーザ出射装置４０が作業者１の視点から撮像された画像４１０内に出現した時点から画像４２０を表示装置３０に表示するようにしてもよい。

（４）被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係に応じて、表示装置３０に表示される画像の表示態様を変更する機能
レーザ加工システム１０は、被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係に応じて、表示装置３０に表示される画像の表示態様を変更する機能を有することが可能である。このような機能は、例えば、位置検出装置８０（図９）、制御装置５０、表示装置３０によって達成されることが可能であるがこれに限定されない。

以下、図５Ａ、図５Ｂを参照して、被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係に応じて、表示装置３０に表示される画像の表示態様を変更する一例を説明する。

図５Ａは、表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す。図５Ａに示される例では、表示装置３０の画面３０ａには、作業者１の視点から撮像された画像５１０が表示されているがレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像は表示されていない。これは、被加工物２０とレーザ出射装置４０との距離が所定の距離よりも大きいからである。画像５１０は、レーザ出射装置４０と中空管２２とを示す。ここで、被加工物２０は、中空管２２内に隠れて見えないため、図５Ａにおいて破線で示されている。

図５Ｂは、表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す。図５Ｂに示される例では、表示装置３０の画面３０ａには、作業者１の視点から撮像された画像５１０およびレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像５２０の両方が表示されている。これは、被加工物２０とレーザ出射装置４０との距離が所定の距離以下であるからである。画像５２０は、レーザ出射装置４０の先端からの視野を示す。

このように、被加工物２０とレーザ出射装置４０との距離が所定の距離よりも大きい場合にはレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像５２０を表示しないが、被加工物２０とレーザ出射装置４０との距離が所定の距離以下である場合にはレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像５２０を表示するように、レーザ出射装置４０の先端から撮像された画像５２０の非表示／表示を切り替えることによって、作業に必要とされる場合にのみレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像５２０を表示することが可能である。これにより、作業者１が被加工物２０とレーザ出射装置４０とを位置合わせする作業を容易にすることが可能である。また、表示装置３０の画面３０ａのスペースを有効に活用することも可能である。

次に、図６Ａ、図６Ｂを参照して、被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係に応じて、表示装置３０に表示される画像の表示態様を変更する他の一例を説明する。

図６Ａは、表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す。図６Ａに示される例では、表示装置３０の画面３０ａには、作業者１の視点から撮像された画像６１０およびレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像６２０の両方が表示されている。ただし、レーザ出射装置４０の先端から撮像された画像５２０は比較的小さいサイズで表示されている。これは、被加工物２０とレーザ出射装置４０との距離が比較的大きいからである。画像６１０は、レーザ出射装置４０と中空管２２とを示す。ここで、被加工物２０は、中空管２２内に隠れて見えないため、図６Ａにおいて破線で示されている。画像６２０は、レーザ出射装置４０の先端からの視野を示す。

図６Ｂは、表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す。図６Ｂに示される例では、表示装置３０の画面３０ａには、作業者１の視点から撮像された画像６１０およびレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像６２０の両方が表示されている。ただし、レーザ出射装置４０の先端から撮像された画像６２０は比較的大きいサイズで表示されている。これは、被加工物２０とレーザ出射装置４０との距離が比較的小さいからである。

このように、被加工物２０とレーザ出射装置４０との距離に応じてレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像６２０のサイズを変更するように、レーザ出射装置４０の先端から撮像された画像６２０の表示を制御することによって、作業に必要とされる場合にレーザ出射装置４０の先端から撮像された画像６２０のサイズを大きく表示することが可能である。これにより、作業者１が被加工物２０とレーザ出射装置４０とを位置合わせする作業を容易にすることが可能である。また、表示装置３０の画面３０ａのスペースを有効に活用することも可能である。

ここで、レーザ出射装置４０の先端から撮像された画像６２０のサイズの変更は、連続的であってもよいし離散的であってもよい。例えば、レーザ出射装置４０が被加工物２０に近づくにつれて画像６２０をより大きなサイズで表示するようにしてもよい。例えば、レーザ出射装置４０が被加工物２０の近傍にある場合（すなわち、被加工物２０とレーザ出射装置４０との距離が所定の範囲内にある場合）には、レーザ出射装置４０の先端から撮像された画像６２０を表示装置３０の画面３０ａ全体に表示する（すなわち、作業者１の視点から撮像された画像６１０を表示しないようにする）ようにしてもよい。

なお、図５Ｂに示される画像５２０が表示される領域、および、図６Ａ、図６Ｂに示される画像６２０が表示される領域は画面３０ａ内の任意の領域であり得るが、被加工物２０が表示される領域と重ならない領域であることが好ましい。作業者１の視点から撮像された画像５１０または画像６１０に基づいて、作業者１が被加工物２０とレーザ出射装置４０との大まかな位置合わせを行う作業を妨げないようにするためである。

次に、図７を参照して、被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係に応じて、表示装置３０に表示される画像の表示態様を変更する他の一例を説明する。

図７は、表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す。図７に示される例では、表示装置３０の画面３０ａには、レーザ出射装置４０が被加工物２０に近づく方向を案内する方向ガイド７３０が表示されている。

このように、レーザ出射装置４０が被加工物２０に近づく方向を案内する方向ガイド７３０を表示することによって、作業者１が被加工物２０とレーザ出射装置４０とを位置合わせする作業を容易にすることが可能である。

なお、方向ガイド７３０の代わりに、または、方向ガイド７３０に加えて、被加工物２０とレーザ出射装置４０との距離を示す数値を表示するようにしてもよい。これにより、作業者１が、被加工物２０とレーザ出射装置４０とを位置合わせする作業を容易にすることが可能である。

（５）被加工物２０の部分（レーザによって加工されるべき部分）を示す加工ガイドを表示する機能
レーザ加工システム１０は、被加工物２０のうちレーザによって加工されるべき部分を示す加工ガイドを表示装置３０に表示する機能を有することが可能である。このような機能は、例えば、作業対象である被加工物２０に関連付けられた状態で制御装置５０のメモリ部５０ｂ（図９）に予め格納されている加工ガイドを読み出して表示装置３０に表示することによって達成されることが可能であるがこれに限定されない。

図８は、表示装置３０の画面３０ａに表示される画像の一例を示す。図８に示される例では、表示装置３０の画面３０ａには、被加工物２０のうちレーザによって加工されるべき部分を示す加工ガイド８３０が表示されている。図８に示される例では、加工ガイド８３０は破線で示されているがこれに限定されない。加工ガイド８３０は任意の態様で表示されることが可能である。

このように、作業者１の視点から撮像された画像８１０に含まれる被加工物２０の画像に加工ガイド８３０を重ねて表示することによって、作業者１が被加工物２０の部分（レーザによって加工されるべき部分）を容易に認識することが可能である。さらに、作業者１は、加工ガイド８３０に従ってレーザ出射装置４０から出射されるレーザの照射点を被加工物２０の部分（レーザによって加工されるべき部分）に容易にかつ確実に位置合わせすることが可能である。これにより、作業者１が初心者であっても熟練者であるかのように被加工物２０の加工を効率良く行うことが可能である。

（６）作業者１の作業を評価する機能
レーザ加工システム１０は、作業者１の作業を評価する機能を有することが可能である。このような機能は、例えば、上述した加工ガイド８３０に沿ってレーザ出射装置４０が実際に移動したか否かを評価することによって達成されることが可能であるがこれには限定されない。レーザ出射装置４０が実際に移動した軌跡は、例えば、位置検出装置８０（図９）によって検出されることが可能である。

レーザ出射装置４０の位置が加工ガイド８３０から外れた場合には、その旨を作業者１にリアルタイムに警告するようにしてもよい。あるいは、作業が完了した後に作業者１ごとに作業のスコアを出力するようにしてもよい。

このように、レーザ加工システム１０の上述した機能を用いることによって、作業者１の作業を客観的に評価することが可能である。

（７）作業者１の代わりにロボットに作業を行わせることを可能にする機能
レーザ加工システム１０は、作業者１の代わりにロボットに作業を行わせることを可能にする機能を有することが可能である。このような機能は、例えば、加工ガイド８３０に沿ってレーザ出射装置４０を移動させるようにレーザ出射装置４０の移動を制御装置５０によってフィードバック制御することによって達成されることが可能であるがこれに限定されない。

このように、レーザ加工システム１０の上述した機能を用いることによって、作業者１の代わりにロボットに作業を行わせることが可能である。

（８）作業マニュアルを表示する機能
レーザ加工システム１０は、作業マニュアルを表示装置３０に表示する機能を有することが可能である。このような機能は、例えば、作業対象である被加工物２０に関連付けられた状態で制御装置５０のメモリ部５０ｂ（図９）に予め格納されている作業マニュアルを読み出して表示装置３０に表示することによって達成されることが可能であるがこれに限定されない。

作業マニュアルを表示装置３０に表示することによって、作業者１は、表示装置３０に表示された作業マニュアルを確認しつつ、表示装置３０に表示された画像を見ながら、レーザを用いて被加工物２０を加工する作業を行うことが可能である。作業マニュアルは、例えば、被加工物２０の加工されるべき部分に関する情報、作業手順に関する情報などを含む。作業マニュアルを示す電子データは、例えば、制御装置５０のメモリ部５０ｂ（図９）に格納されている。

ここで、作業マニュアルを表示装置３０に表示するタイミングは任意のタイミングであり得る。また、作業マニュアルを表示装置３０に表示するための作業者１による操作も任意の操作であり得る。例えば、作業者１の音声や作業者１の視線を認識することによって作業マニュアルの関連する部分を表示装置３０に表示するようにしてもよい。

３．レーザ加工システムの構成
図９は、レーザ加工システム１０の構成の一例を示す。レーザ加工システム１０は、作業者１の視点から撮像された第１の画像を生成する第１の撮像装置６０と、レーザを出射するレーザ出射装置４０と、レーザ出射装置４０上の視点から撮像された第２の画像を生成する第２の撮像装置７０と、作業者１に画像を表示する表示装置３０と、表示装置３０を制御する制御装置５０とを備えている。表示装置３０は、作業者１の所定の部位（例えば、頭部）に装着可能なように構成されている。

第１の撮像装置６０および第２の撮像装置７０は、表示装置３０に接続されることが可能なように構成されている。これにより、第１の撮像装置６０は、第１の撮像装置６０によって生成された第１の画像を表示装置３０に出力することが可能であり、第２の撮像装置７０は、第２の撮像装置７０によって生成された第２の画像を表示装置３０に出力することが可能である。第１の撮像装置６０および第２の撮像装置７０が表示装置３０に接続されている態様は問わない。第１の撮像装置６０および第２の撮像装置７０は、無線で表示装置３０に接続されていてもよいし、有線で表示装置３０に接続されていてもよい。

制御装置５０は、第１の撮像装置６０によって生成された第１の画像および第２の撮像装置７０によって生成された第２の画像のうちの少なくとも一方を表示するように表示装置３０を制御する。

第１の撮像装置６０は、作業者１の視点から撮像された画像を生成することが可能な任意の撮像装置であり得る。例えば、第１の撮像装置６０は、１つのＣＣＤ等の固体撮像素子を有する二次元カメラであってもよいし、２つのＣＣＤ等の固体撮像素子を有する三次元カメラであってもよい。ＣＣＤは、カラーＣＣＤであってもよいし白黒ＣＣＤであってもよい。

第１の撮像装置６０は、例えば、作業者１の視点からの視野と第１の撮像装置６０上の視点からの視野とがほぼ一致するように作業者１の眼の近傍に配置されていてもよい。例えば、第１の撮像装置６０は、表示装置３０とは別個の装置として表示装置３０に取り付けられていてもよいし、表示装置３０と一体的に形成されていてもよい。

第２の撮像装置７０は、レーザ出射装置４０上の視点（例えば、レーザ出射装置４０の先端）から撮像された画像を生成することが可能な任意の撮像装置であり得る。例えば、第２の撮像装置７０は、１つのＣＣＤ等の固体撮像素子を有する二次元カメラであってもよいし、２つのＣＣＤ等の固体撮像素子を有する三次元カメラであってもよい。ＣＣＤは、カラーＣＣＤでもよいし、白黒ＣＣＤであってもよい。

第２の撮像装置７０は、例えば、レーザ出射装置４０上の視点から撮像された画像を生成することが可能である限り、任意の位置に配置され得る。例えば、第２の撮像装置７０は、レーザ出射装置４０とは別個の装置としてレーザ出射装置４０に取り付けられていてもよいし、レーザ出射装置４０と一体的に形成されていてもよい。

レーザ出射装置４０は、レーザを出射することが可能な任意の装置であり得る。レーザ出射装置４０から出射されるレーザの種類は、加工目的等に応じて適宜選択されることが可能である。例えば、レーザ出射装置４０から出射されるレーザは、炭酸ガスレーザであってもよいし、ＹＡＧレーザであってもよいし、エキシマレーザであってもよい。

レーザ出射装置４０は、例えば、複合型光ファイバを含む。複合型光ファイバは、例えば、複合型光ファイバの中心に配置されたレーザ伝送用の第１の部分（中心部分）と、第１の部分の周囲に配置された画像伝送用の第２の部分（周囲部分）とを含む。第１の部分は、例えば、比較的大きな口径を有する第１の光ファイバであり得る。第２の部分は、例えば、比較的小さな口径を有する複数の第２の光ファイバを束ねたものであり得る。例えば、レーザ出射装置４０から出射されるレーザは、複合型光ファイバの第１の部分を通って伝送されることが可能である。また、複合型光ファイバの第２の部分を通った光が第２の撮像装置７０に入射されることにより、第２の撮像装置７０によって第２の画像が生成されることが可能である。

複合型光ファイバが、複合型光ファイバの中心に配置されたレーザ伝送用の第１の部分と、第１の部分の周囲に配置された画像伝送用の第２の部分とを含む場合には、レーザ伝送用の第１の部分と画像伝送用の第２の部分とを同軸にすることが可能である。これにより、レーザ伝送用の第１の部分の光軸と画像伝送用の第２の部分の光軸とがずれないようにすることが可能であり、かつ、レーザ伝送用の第１の部分と画像伝送用の第２の部分とに対して単一の光学系を用いることが可能である。その結果、複合型光ファイバを小型化することが可能である（例えば、複合型ファイバの直径を約１ｍｍにすることが可能である）。

制御装置５０は、プロセッサ部５０ａとメモリ部５０ｂとを含む。プロセッサ部５０ａは、制御装置５０の全体の動作を制御する。メモリ部５０ｂには、処理を実行するために必要とされるプログラムやそのプログラムの実行に必要とされるデータ等が格納される。ここで、プログラムをどのようにしてメモリ部５０ｂに格納するかは問わない。例えば、プログラムは、メモリ部５０ｂにプリインストールされていてもよい。あるいは、プログラムは、インターネットなどのネットワークを介してダウンロードされることによってメモリ部５０ｂにインストールされるようにしてもよいし、光ディスクやＵＳＢなどの記憶媒体を介してメモリ部５０ｂにインストールされるようにしてもよい。メモリ部５０ｂに格納されているプログラムは、例えば、表示装置３０を制御するためのプログラムである。プロセッサ部５０ａは、メモリ部５０ｂに格納されているプログラムを読み出し、そのプログラムを実行する。これにより、制御装置５０は、表示装置３０を制御することが可能である。

レーザ加工システム１０は、被加工物２０の位置およびレーザ出射装置４０の位置を検出する位置検出装置８０をさらに備えていてもよい。位置検出装置８０は、例えば、作業者１の視点からの距離を測定する距離センサ（例えば、超音波センサや光学センサなど）であり得るがこれに限定されない。位置検出装置８０が距離センサである場合には、位置検出装置８０は、作業者１の視点と被加工物２０上の点との距離および作業者１の視点とレーザ出射装置４０上の点との距離を測定することによって、被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係（例えば、両者の距離）を検出することが可能である。例えば、レーザ出射装置４０の先端が被加工物２０にタッチした場合には、作業者１の視点とレーザ出射装置４０の先端との距離に等しいものとして作業者１の視点と被加工物２０上のタッチされた点との距離を測定することが可能である。

位置検出装置８０は、制御装置５０（または制御装置５０内のプロセッサ部５０ａ）に接続されている。これにより、位置検出装置８０は、被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係（例えば、両者の距離）を示す信号を制御装置５０（または制御装置５０内のプロセッサ部５０ａ）に出力することが可能である。制御装置５０（または制御装置５０内のプロセッサ部５０ａ）は、位置検出装置８０から出力された、被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係（例えば、両者の距離）を示す信号に応じて、表示装置３０を制御することが可能である。

なお、第１の撮像装置６０が三次元カメラである場合には、第１の撮像装置６０が位置検出装置８０を兼ねることが可能である。なぜなら、三次元カメラは、第１の撮像装置６０上の点と被加工物２０上の点との距離および第１の撮像装置６０上の点とレーザ出射装置４０上の点との距離を測定することが可能であることから、被加工物２０とレーザ出射装置４０との相対的な位置関係（例えば、両者の距離）を検出することが可能であるからである。

なお、制御装置５０は、表示装置３０の外部に設けられていてもよいし、表示装置３０の内部に設けられていてもよい。第１の撮像装置６０は、制御装置５０に代えて、または、制御装置５０に加えて、表示装置３０の外部に設けられていてもよいし、表示装置３０の内部に設けられていてもよい。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。

本発明は、レーザを用いた加工の作業効率を格段に向上させることが可能なレーザ加工システムおよびそのレーザ加工システムにおいて用いられる装置、その装置において実行される方法およびプログラム等を提供するものとして有用である。

１作業者
１０レーザ加工システム
２０被加工物
３０表示装置
４０レーザ出射装置
５０制御装置

Claims

レーザを用いて作業者が被加工物を加工することを可能にするレーザ加工システムであって、前記レーザ加工システムは、
前記作業者の視点から撮像された第１の画像を生成する第１の撮像装置と、
前記レーザを出射するレーザ出射装置と、
前記レーザ出射装置上の視点から撮像された第２の画像を生成する第２の撮像装置と、
前記作業者に装着可能なように構成れている表示装置であって、前記作業者に画像を表示する表示装置と、
前記表示装置を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記第１の撮像装置によって生成された第１の画像および前記第２の撮像装置によって生成された第２の画像のうちの少なくとも一方を表示するように前記表示装置を制御する、レーザ加工システム。
前記制御装置は、前記第１の画像および前記第２の画像の両方を同時に表示するように前記表示装置を制御する、請求項１に記載のレーザ加工システム。
前記レーザ加工システムは、前記被加工物と前記レーザ出射装置との相対的な位置関係を検出する位置検出装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記被加工物と前記レーザ出射装置との相対的な位置関係に応じて前記作業者に表示される画像の表示態様を変更するように前記表示装置を制御する、請求項１または請求項２に記載のレーザ加工システム。
前記制御装置は、前記被加工物と前記レーザ出射装置との距離が所定の距離より大きい場合には、前記第１の画像を表示するが前記第２の画像を表示しないように前記表示装置を制御し、前記被加工物と前記レーザ出射装置との距離が前記所定の距離以下である場合には、前記第１の画像および前記第２の画像の両方を表示するように前記表示装置を制御する、請求項３に記載のレーザ加工システム。
前記制御装置は、前記被加工物と前記レーザ出射装置との距離に応じて前記表示装置に表示される前記第２の画像のサイズを変更するように前記表示装置を制御する、請求項３に記載のレーザ加工システム。
前記制御装置は、前記レーザ出射装置が前記被加工物に近づく方向を案内する方向ガイドを表示するように前記表示装置を制御する、請求項３に記載のレーザ加工システム。
前記制御装置は、前記被加工物のうち前記レーザによって加工されるべき部分を示す加工ガイドを表示するように前記表示装置を制御する、請求項１から請求項６のうちのいずれか一項に記載のレーザ加工システム。
前記制御装置は、レーザ加工の作業マニュアルを示す画像を表示するように前記表示装置を制御する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ加工システム。
前記被加工物を加工することは、前記被加工物を溶接加工すること、前記被加工物を切断加工すること、前記被加工物を切削加工すること、前記被加工物を穴あけ加工することのうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ加工システム。
前記レーザ出射装置は、複合型光ファイバを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ加工システム。
前記複合型光ファイバは、レーザ伝送用の第１の部分と、画像伝送用の第２の部分とを含み、該第１の部分と該第２の部分とが同軸である、請求項１０に記載のレーザ加工システム。
レーザを用いて作業者が被加工物を加工することを可能にするレーザ加工システムにおいて用いられる装置であって、前記装置は、
作業者に装着可能なように構成れている表示装置であって、前記作業者に画像を表示する表示装置と、
前記表示装置を制御する制御装置と
を備え、
前記表示装置は、第１の撮像装置と第２の撮像装置とに接続されることが可能なように構成されており、
前記第１の撮像装置は、前記作業者の視点から撮像された第１の画像を生成し、
前記第２の撮像装置は、レーザを出射するレーザ出射装置上の視点から撮像された第２の画像を生成し、
前記制御装置は、前記第１の撮像装置によって生成された第１の画像と前記第２の撮像装置によって生成された第２の画像とを表示するように前記表示装置を制御する、装置。
レーザを用いて作業者が被加工物を加工することを可能にするレーザ加工システムにおいて用いられる装置において実行される方法であって、前記装置は、作業者に画像を表示する表示装置と、前記表示装置を制御する制御装置とを備え、前記表示装置は、前記作業者に装着可能なように構成れており、前記表示装置は、第１の撮像装置と第２の撮像装置とに接続されることが可能なように構成されており、前記第１の撮像装置は、前記作業者の視点から撮像された第１の画像を生成し、前記第２の撮像装置は、レーザを出射するレーザ出射装置上の視点から撮像された第２の画像を生成し、
前記方法は、
前記制御装置が、前記第１の撮像装置によって生成された第１の画像と前記第２の撮像装置によって生成された第２の画像とを表示するように前記表示装置を制御することを含む、方法。
レーザを用いて作業者が被加工物を加工することを可能にするレーザ加工システムにおいて用いられる装置において実行されるプログラムであって、前記装置は、作業者に画像を表示する表示装置と、前記表示装置を制御する制御装置とを備え、前記表示装置は、前記作業者に装着可能なように構成れており、前記表示装置は、第１の撮像装置と第２の撮像装置とに接続されることが可能なように構成されており、前記第１の撮像装置は、前記作業者の視点から撮像された第１の画像を生成し、前記第２の撮像装置は、レーザを出射するレーザ出射装置上の視点から撮像された第２の画像を生成し、
前記プログラムは、前記制御装置によって実行されると、前記第１の撮像装置によって生成された第１の画像と前記第２の撮像装置によって生成された第２の画像とを表示するように前記表示装置を制御することを前記制御装置に行わせる、プログラム。