JPH08215874A

JPH08215874A - レーザ加工機

Info

Publication number: JPH08215874A
Application number: JP7029781A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Sakagami; 貢坂上; Katsumi Yamamoto; 克己山本; Takashi Kume; 孝久米; Masahiko Inoue; 井上　　昌彦; Kazuhiro Totsuka; 和弘戸塚
Original assignee: Toyoda Koki KK; Toyotomi Kiko Co Ltd
Current assignee: Toyoda Koki KK; Toyotomi Kiko Co Ltd
Priority date: 1995-02-17
Filing date: 1995-02-17
Publication date: 1996-08-27
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: JP3519481B2

Abstract

(57)【要約】【目的】１台のレーザ加工機で切断と溶接を可能と
し、しかも交換作業を簡単化する。【構成】複合ヘッド６６に切断用トーチと溶接用トー
チ１４０を交換可能とする。複合ヘッド６６に光学系を
全部収容し、トーチには光学系を設けない。【作用】トーチが光学系と無関係なため、交換に際し
て、取付位置の精度がさほど高くなくてよく、簡単に交
換できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ光を利用して、ワ
ークを切断したり溶接したりするレーザ加工機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工機に用いられるレーザ光は通
常直線偏光されており、このレーザ光で切断加工する
と、切断方向と偏光方向の組合せによって加工品質がば
らつくという問題がある。そこで切断用レーザ加工機の
場合は、直線偏光を円偏光に変換する光学系が必要とさ
れる。また溶接用レーザ加工機の場合は、レーザ光を溶
接線に沿って細かく振動させることが求められ、光学系
中にスキャナミラーが必要とされる。このように、切断
用レーザ加工機と溶接用レーザ加工機とでは、必要とさ
れる光学系が通常相違することから、切断用レーザ加工
機で溶接加工したり、溶接用レーザ加工機で切断加工す
ることはできない。

【０００３】特開昭６１−１６５２８９号公報には、１
台のレーザ加工機で切断加工と溶接加工を可能とする提
案が開示されている。この提案は、一台のレーザ加工機
に、切断用レーザ加工機に求められる光学系（例えば円
偏光への偏光部）を備えた切断用ヘッドと、溶接用レー
ザ加工機に求められる光学系（例えばスキャナミラー）
を備えた溶接用ヘッドを設け、この２つのヘッドのうち
の一方を選択して使用する。

【０００４】切断加工や溶接加工では、ヘッドとワーク
の相対的位置関係を変化させる必要があり、多軸制御機
構が必要とされる。最も典型的な多軸制御機構は、固定
部に対してＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動体が組付けら
れ、そのＸ軸移動体に対してＹ軸方向に移動可能なＹ軸
移動体が組付けられ、そのＹ軸移動体に対してＺ軸方向
に移動可能なＺ軸移動体が組付けられている。この構成
によってＺ軸移動体はＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動される。
この他にヘッドの姿勢を制御するために第４，第５…軸
が設けられることもある。ヘッドは最終制御部、すなわ
ち全ての移動体の移動によって影響を受ける部分に固定
的に取付けられる。これによってヘッドの空間中におけ
る位置および／または姿勢が制御される。

【０００５】特開昭６１−１６５２８９号公報に記載の
方式、すなわち１台のレーザ加工機に切断用ヘッドと溶
接用ヘッドの２つのヘッドを組付ける方式による場合、
各ヘッドのために多軸制御機構が必要とされ、結局高価
なものとなってしまう。２セットの多軸制御機構を設け
るかわりに、１セットの多軸制御機構に対して切断用ヘ
ッドと溶接用ヘッドを選択的に脱着可能とする方式が考
えられる。図１０と図１１は、ヘッド毎交換する場合の
ヘッド形状を示し、図１０は切断用ヘッドを示し、図１
１は溶接用ヘッドを示している。図中３００は多軸制御
機構の最終制御部を示し、３５４はヘッドの取付部を示
している。また図中３５２はヘッドの回転用モータであ
る。図１０中、３１０は切断用ヘッドを示し、３５６は
第５モータ、３６０はベルト、３６２はプーリー、３６
０が集光系を内蔵したブロック、３２０は切断用トー
チ、３２２はギャップコントロール用のモータを示す。
この場合、交換されるヘッド内に光学系が組込まれてい
るために、ヘッドを取り替える時に作業者に求められる
精度が高くなり、作業に時間を要する。図１１は溶接用
ヘッドを示し、４６６はスキャナミラー内蔵ブロック、
４７６はスキャナミラー用モータ、４５０は溶接用トー
チを示す。この場合にも交換するヘッド４４０内に光学
系が含まれているために、簡単な操作で交換することが
難しい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この方式によると、多
軸制御機構を２セット用いる必要がなくなる。しかしな
がら、この方式によると、各ヘッドにレーザ光のための
光学系が組付けられているために、各ヘッドの取付け位
置に関して高い精度が求められ、ヘッド交換作業が大変
面倒で難しいものとなる。また各ヘッドを多軸制御機構
に脱着可能に取付ける部分の構造が複雑化する。本発明
は、２セットの多軸制御機構を必要とせず、しかも切断
加工と溶接加工の切り換えに際しての作業が簡単化され
る技術を提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるレーザ加
工機は、多軸制御機構の最終制御部に固定的に取付けら
れているとともに、レーザ発振器からのレーザ光を入射
して被加工面に集光する光学系を内蔵するとともに、先
端にトーチ取付部を有する複合ヘッドと、前記トーチ取
付部に対し選択的に着脱可能な切断用トーチおよび溶接
用トーチと、前記複合ヘッドに設けられ、前記トーチ取
付部に取付けられたトーチが切断用トーチであるか溶接
用トーチであるかを検出する検出手段と、この検出手段
によって検出した前記トーチと一致する加工を実行する
加工実行手段とを備えている。

【０００８】なおここで多軸制御機構の最終制御部と
は、すべての制御軸に関する移動によって影響を受ける
部位をいい、例えばＸ軸移動体にＹ軸移動体が取付けら
れているケースではＹ軸移動体自身またはＹ軸移動体と
ともに移動する部分をいう。またさらにＹ軸移動体にＺ
軸移動体が取付けられているケースではＺ軸移動体また
はそれとともに移動する部分をいう。さらにＺ軸移動体
に対してアプローチ角の制御軸が取付けられているケー
スでは最終的にアプローチ角が制御される部分をいう。
またここで固定的に取付けられているということは、通
常の使用状態では離脱不要に取付けられていることをい
い、例えば修理等に際して取外し可能となっている態様
を含むものである。

【０００９】

【作用】上記構成によると、１セットの多軸制御機構し
か必要とされない。またレーザ光をレーザ発振器から複
合ヘッドを介して被加工面に導く光学系は、この多軸制
御機構に固定的に取付けられており、切断加工と溶接加
工の切り換えの際に、光学系の位置精度の調整に長時間
を要するといったことがない。切断と溶接の切り換えに
際してはトーチが付け代えられる。この場合、トーチに
は光学系が内蔵されていないために、付け代えの際の位
置精度は比較的低くてよく、付け代え作業が簡単化され
る。またトーチを脱着可能に取付ける機構についても簡
単化される。

【００１０】

【課題を解決するための好ましい手段とその作用】上記
したレーザ加工機において、実行する動作プログラムが
切断用プログラムか溶接用プログラムかを判別する判別
手段と、前記検出手段の検出結果と前記判別手段の判別
結果を比較する手段が付加されていることが好ましい。

【００１１】この場合、検出手段によって、切断用トー
チが取付けられているのか、あるいは溶接用トーチが取
付けられているかが検出される。また判別手段によっ
て、これから実行するプログラムが切断用のものかある
いは溶接用のものかが判別される。そして比較手段によ
って、切断用プログラムの実行時に切断用トーチが取付
けられているのか、溶接用プログラムの実行時に溶接用
トーチが取付けられているのか（以上なら正常）、ある
いは切断用プログラムの実行時に溶接用トーチが取付け
られているのか、溶接用プログラムの実行時に切断用ト
ーチが取付けられているのか（以上なら異常）が比較さ
れる。このために、プログラムとトーチ種類のミスマッ
チが事前に確認される。

【００１２】このレーザ加工機の複合ヘッドにスキャナ
ミラーとそのスキャナミラーを振動させる駆動機構が取
付けられており、前記複合ヘッドに溶接用トーチが取付
けられると、その駆動機構が作動し、前記複合ヘッドに
切断用トーチが取付けられると、その駆動機構が停止さ
れることが好ましい。この場合、光学系は複合ヘッドに
取付けられており、トーチが光学系と無関係であるとい
う利点が維持される。しかも、溶接用トーチが取付けら
れていると、レーザ光はスキャナミラーの振動によって
溶接線のまわりを細かく振動し、切断用トーチが取付け
られていると、スキャナミラーが静止してレーザ光が切
断線に沿って移動してゆく。このようにして良質な溶接
と良質な切断加工がともに実施される。

【００１３】また、このレーザ加工機の前記複合ヘッド
にアシストガス供給口が設けられており、前記複合ヘッ
ドに溶接用トーチが取付けられると、そのアシストガス
供給口から不活性ガスが供給され、その複合ヘッドに切
断用トーチが取付けられると、酸素ガスが供給されるこ
とが好ましい。この場合、トーチにアシストガス供給路
を接続する必要がなく、トーチの付け代え作業が簡単化
される。

【００１４】

【実施例】次に本発明を具現化した一実施例を図を参照
して説明する。図１はこの実施例のレーザ加工機の全体
斜視図である。まず複合ヘッド６６とワークの相対的位
置関係を制御する多軸制御機構について説明する。図中
２はベースであり、これは基礎に固定されている。ベー
ス２の上面には１対のレール４ａ，４ｂが平行に固定さ
れている。レール４ａ，４ｂの長手方向を以下Ｘ軸１２
方向という。レール４ａ，４ｂ上にＸテーブル１０がＸ
軸１２方向に移動可能に載置されている。ベース２にＸ
軸モータ６が固定されており、そのＸ軸モータ６によっ
てＸ軸送りねじ８が回転される。Ｘ軸送りねじ８はＸ軸
方向に伸びている。Ｘ軸送りねじ８はＸテーブル１０の
下面に固定されているブラケットと螺合している。この
構成によってＸテーブル１０はＸ軸モータ６によってＸ
軸１２方向に移動される。

【００１５】ベース２から１対のポスト１４ａ，１４ｂ
が垂設されている。ポスト１４ａ，１４ｂの上端間にビ
ーム１６が伸びている。ビーム１６はＸ軸と直交方向に
伸びている。以下ビーム１６の長手方向をＹ軸２４とい
う。ビーム１６には図示しない１対のＹ軸レールが平行
にＹ軸２４方向に固定されている。このＹ軸レールによ
って、Ｙ軸移動体２２がＹ軸２４方向に移動可能に支持
されている。ビーム１６にＹ軸モータ１８が固定されて
おり、そのＹ軸モータ１８によってＹ軸送りねじ２０が
回転される。Ｙ軸送りねじ２０はＹ軸方向に伸びてい
る。Ｙ軸送りねじ２０はＹ軸移動体２２に螺合してい
る。この構成によってＹ軸移動体２２はＹ軸モータ１８
によってＹ軸２４方向に移動される。

【００１６】Ｙ軸移動体２２には図示しない１対のＺ軸
レールが平行に伸びている。このＺ軸レールはＸ軸１
２、Ｙ軸２４の両軸に直交する方向に伸びている。以下
これをＺ軸３２方向という。このＺ軸レールによってＺ
軸移動体３０がＺ軸３２方向に移動可能に支持されてい
る。Ｙ軸移動体２２にＺ軸モータ２６が固定されてお
り、そのＺ軸モータ２６によってＺ軸送りねじ２８が回
転される。Ｚ軸送りねじ２８はＺ軸３２方向に伸びてい
る。Ｚ軸送りねじ２８はＺ軸移動体３０に螺合してい
る。この構成によって、Ｚ軸移動体３０はＺ軸モータ２
６によってＺ軸３２方向に移動される。

【００１７】以上から理解されるように、Ｚ軸移動体３
０はＹ軸モータ１８でＹ軸２４方向に移動され、またＺ
軸モータ２６でＺ軸３２方向に移動される。一方Ｘテー
ブル１０がＸ軸モータ６でＸ軸１２方向に移動されるこ
とから、Ｚ軸移動体３０とＸテーブル１０はＸ−Ｙ−Ｚ
方向に相対移動可能となっている。

【００１８】図２は、Ｚ軸移動体３０の下部近傍を拡大
して示している。Ｚ軸移動体３０には第４モータ５２が
固定されている。またＺ軸移動体３０に対して第４移動
体５４がＺ軸３２と平行な軸５５のまわりに回転可能と
なっている。第４移動体５４と第４モータ５２は図示さ
れていないギヤで連結され、第４モータ５２によって第
４移動体５４が第４軸５５のまわりに回転される。

【００１９】第４移動体５４には、複合ヘッド６６が水
平軸６５のまわりに回転可能となっている。また第４移
動体５４に第５モータ５６が固定されており、第５モー
タ５６と複合ヘッド６６の間にベルトが掛け渡されてい
る。図中６４はベルトカバーを示す。

【００２０】図３は複合ヘッド６６の近傍の拡大断面図
を示し、第４移動体５４に対してベアリング６８を介し
て複合ヘッド６６が第５軸６５のまわりに回転可能とな
っている。また第５モータ５６のプーリ５８と複合ヘッ
ド６６に固定されたプーリ６２の間にベルト６０が掛け
られている。このために、複合ヘッド６６は第５モータ
５６によって第５軸６５のまわりに回転される。第４モ
ータ５２と第５モータ５６によって複合ヘッド６６のア
プローチベクトル６７の方向が調整される。

【００２１】以上から明らかに、複合ヘッド６６はＸ軸
モータ６、Ｙ軸モータ１８、Ｚ軸モータ２６、第４モー
タ５２、第５モータ５６の全部の影響を受けて、Ｘテー
ブル１０に固定されているワークに対する相対的位置と
姿勢がコントロールされる。すなわち複合ヘッド６６は
多軸制御機構の最終制御部に固定されている。

【００２２】次にレーザ光の光学系について説明する。
図１において、３４はレーザ発振器を示し、直線偏光さ
れたレーザ光３６ａを発振する。なおこのレーザ発振器
３４はマルチモードでレーザ発振する。発振されたレー
ザ光３６ａはミラー３８，４０，４２，４４，４６，４
８によってＺ軸移動体３０中に入射される。またミラー
４８はＺ軸移動体３０と連動してＺ軸３２方向に動くた
めに、Ｚ軸移動体３０がＹ軸２４及びＺ軸３２方向のど
この位置に調整されても、レーザ光３６ｂはＺ軸移動体
３０内のミラー５０に入射される。

【００２３】前記したミラー中４４は、円偏光ミラーを
示しており、この円偏光ミラー４４は直線偏光されたレ
ーザ光３６ａを円偏光されたレーザ光３６ｂに変換す
る。このためにＺ軸移動体３０に入射されるレーザ光３
６ｂは円偏光されたものとなっている。Ｚ軸移動体３０
に入射されたレーザ光は、ミラー５０で反射されてＺ軸
３２に沿って下方に進み、第４移動体５４に入射され
る。

【００２４】図３に良く示されているように、第４移動
体５４の下端に放物面鏡７０が固定されている。放物面
鏡７０は２つの機能を持ち、そのうちの一つの機能はレ
ーザ光を反射してレーザ光を複合ヘッド６６に入射す
る。もう一つの機能は放物面によってレーザ光を集光す
る。あとで詳しく説明するように、レーザ光のビーム径
は放物面鏡７０で反射されたあと徐々に縮小してゆき、
後述のトーチ出口近傍で集光される。なおレーザ光はト
ーチ内を通り抜けるだけであり、トーチはレーザ光進路
に影響を与えない。

【００２５】図３に良く示されているように、複合ヘッ
ド６６の内部にはスキャナミラー７２が組付けられてい
る。このスキャナミラーは紙面垂直に伸びる軸７２ａの
まわりに微少範囲内で振動可能となっており、レーザ光
を図３の紙面内で微少振動させる（図７も参照）。この
スキャナミラー７２の振動軸７２ａは、図２に示されて
いるスキャナ用モータ７６に連結されており、スキャナ
用モータ７６は、複合ヘッド６６に取付けられている。
スキャナ用モータ７６を使用しない場合にはスキャナミ
ラー７２は図３に示す中立角度に維持される。この中立
角度は４５゜の傾きであり、水平方向から入射された光
を垂直下方に反射する。前記したように、レーザ光は放
物面鏡７０によって集光されているために、スキャナミ
ラーで反射されたレーザ光のビーム径は徐々に絞られて
いく。

【００２６】後述のように、複合ヘッド６６には、切断
用トーチ１１０又は溶接用トーチ１４０のいずれかが取
付けられる。いずれのトーチも筒状であり、スキャナミ
ラー７２で反射されたレーザ光はトーチ内を通り抜けて
ゆく。すなわちトーチはレーザ光の進路に全く無関係で
ある。複合ヘッド６６にトーチが取付けられたとき、レ
ーザ光はそのトーチの先端部で集光される位置関係に設
定されている。

【００２７】本発明の場合、レーザ光の進路に影響する
光学系の全部が複合ヘッド６６までに組込まれており、
トーチには全く光学系が組込まれていない。切断箇所や
溶接箇所はレーザ光の焦点位置で決まるところ、この焦
点位置にトーチは全く影響しないようになっている。こ
のために、トーチの取付け位置に関する要求精度は比較
的低く抑えられる。

【００２８】図３において、参照番号９０はレーザ光を
通すウインドウを示し、このウインドウ９０はこれより
も上部に加工に伴なって発生する粉塵等が侵入しないよ
うにしている。また９２は不活性ガスの一種であるアル
ゴンガス供給口を示し、９４は酸素ガスの供給口を示し
ている。アルゴンガス供給口９２及び酸素ガス供給口９
４はガス切換弁９６を介してそれぞれがアルゴンガス供
給源１００及び酸素ガス供給源９８に接続されている。

【００２９】図３は複合ヘッド６６に切断用トーチ１１
０を取付けた状態を示している。次にこの取付け構造の
様子を図４、図５を参照して説明する。図４は複合ヘッ
ド６６の底板７４を平面視した状態を示し、図５は切断
用トーチ１１０を一部破断した側面図を示す。底板７４
には円形の孔７８が設けられている。また円形の孔の側
部に底面側からボルト孔８０が形成されている。そして
２個のピン挿入孔８２，８６が位相を変えて設けられて
いる。各ピン挿入孔８２，８６に隣接して近接スイッチ
８４，８８が取付けられている。

【００３０】切断用トーチ１１０と図６に示す溶接用ト
ーチ１４０の、複合ヘッド６６に対する取付部は共通形
状に形成されており、円形の孔７８にインローで嵌まり
あう筒状のせき１１６（１４６，以下溶接用トーチ１４
０に対するものを括弧内に示す）と、ボルト孔８０に対
応して位置する貫通孔１１４（１４４）を備えている。
これによって複合ヘッド６６の底板７４に、切断用トー
チ１１０と溶接用トーチ１４０が付け代え可能となって
いる。すなわち図６に示すボルト１３０を取外すことで
それまで取付けられていたトーチを外すことができ、そ
してトーチを取り代えたあと、ボルト１３０を締付ける
ことで、トーチ交換が終了する。なお前述したように、
トーチ１１０，１４０はレーザ光の進路に影響せず、単
に素通しするものにすぎないために、インローを利用し
た取付けで必要な取付精度が得られる。

【００３１】各トーチ１１０と１４０の上方には、種類
判別ピン１１２，１４２が取付けられている。切断用ト
ーチ１１０の判別ピン１１２はピン挿入孔８２に対応位
置し、切断用トーチ１４０の判別ピン１４２はピン挿入
孔８６に対応位置する位置に設けられている。図６によ
く示されているように、ピン挿入孔８２，８６に隣接し
て近接スイッチ８４，８８がブラケット８５によって固
定されており、近接スイッチ８４，８８の出力はピン挿
入孔８２，８６に判別ピン１１２，１４２が挿入されて
いるか否かによって切り換えられる。近接スイッチ８４
が判別ピン１１２を検出していれば、複合ヘッド６６に
切断用トーチ１１０が取付けられていることがわかり、
近接スイッチ８８が判別ピン１４２を検出していれば、
複合ヘッド６６に溶接用トーチ１４０が取付けられてい
ることがわかる。

【００３２】切断用トーチ１１０には、図５に示すギャ
ップセンサが取付けられている。このギャップセンサは
導電性の内筒１２０とこの内筒１２０と導通し、先端に
取付けられる導電性のチップ１２６と導電性の外筒１２
２等で構成され、外筒１２２に対して内筒１２０は絶縁
体１２４で絶縁され、また外筒１２２とチップ１２６の
間は絶縁体１２５で絶縁されている。

【００３３】チップ１２６はギャップを隔ててワークと
対応する位置関係で用いられる。この外筒１２２とチッ
プ１２６とワークが導電性であり、ギャップが絶縁性で
あることから、チップ１２６とワーク間にコンデンサが
構成され、そしてこのコンデンサ容量はギャップの長さ
によって変化することになる。従って、チップ１２６と
ワークとの間のコンデンサ容量の変化によって、実施例
の切断用トーチ１１０はギャップの検出が可能となって
いる。また、外筒１２２はチップ１２６とワークとの間
のコンデンサ容量を安定化するガード電極の働きを行
う。なお図中１１８は容量変化を検出するための信号線
用のコネクタである。

【００３４】このコネクタ１１８を複合ヘッド６６とト
ーチ１１０の間に設けておき、ヘッド６６に切断用トー
チ１１０を取付けることに伴って、容量変化を伝えるた
めのケーブルが自動的に接続されるようにしてもよい。
このようにすると、切断用トーチの交換作業が一層簡単
化される。すなわちケーブルの接続が不要となり、ボル
ト１３０の操作だけで済むようになる。なおチップ１２
６は切断加工中に徐々に傷むために、ねじによって簡単
に交換可能となっている。

【００３５】図６は溶接用トーチ１４０を示している。
この溶接用トーチ１４０の先端はやはり先端チップ１５
６がねじによって交換可能となっている。図中１４８は
アシストガスの供給口であり、ヘッド６６自体に設けら
れている供給口９２からのアシストガスの供給と併用し
て用いられる。なおこのアシストガスの供給口１４８は
ヘッド６６自体に設けられている供給口で用が足りるこ
とが多く、必ずしも不可欠でない。

【００３６】切断用トーチ１１０のチップ１２６の先端
開孔１２６ａの径は、溶接用トーチ１４０のチップ１５
６の先端開孔１５６ａの径よりも小さく、切断加工に際
してはトーチ内のガス圧が溶接加工時のガス圧よりも高
くなる関係におかれている。

【００３７】図７は溶接加工時のスキャナミラー７２の
機能を示し、レーザ光は焦点位置において矢印１６６の
ように振動される。このとき多軸制御機構によってワー
クとトーチの相対的位置関係が溶接線１６４に沿って移
動されることから、ワーク１６０，１６２に対してレー
ザビームは図に示すように、ジグザグパターンとなる。
これによって良好な溶接が可能となる。なお切断加工時
はスキャナミラー７２が中立位置に固定され、図示実線
のように反射されて集光する。

【００３８】図８はこのレーザ加工機の制御系をシステ
ムブロック図で示している。図中２３６はＣＰＵであ
り、ここに近接スイッチ８４，８８の出力が入力され、
ＣＰＵ２３６によって、複合ヘッド６６に切断用トーチ
が取付けられているのかあるいは溶接用トーチが取付け
られているのかの判別が可能となっている。

【００３９】図中２１８は操作盤を示し、オペレータが
ボタン２２８，２３０，２３２，２３４を用いて、動作
プログラムを選択可能となっている。即ち、溶接用プロ
グラム、切断用プログラムは各種のワークによって複数
用意されているため、このボタンでプログラムを選択す
る。また切換スイッチ２２０を切り換えることで、切断
加工を実行するのか溶接加工を実行するのかが選択可能
となっている。２２６は起動ボタンを示している。操作
盤２１８の信号はＣＰＵ２３６に入力される。ＣＰＵ２
３６はレーザ発振器３４と多軸制御機構を制御する。す
なわちレーザ発振器３４に対してレーザ光の出力値を指
示する電圧Ｐを出力する。これによってレーザ発振器３
４の出力が制御される。

【００４０】図中２０２は、Ｘ軸モータ６を制御するた
めのサーボＣＰＵであり、ＣＰＵ２３６から出力される
回転角信号θ１とＸ軸モータ６に付設されているエンコ
ーダ２０４で検出される回転角信号ａ１が一致するよう
に、Ｘ軸モータ６を制御する。同様の制御回路が、Ｙ
軸、Ｚ軸、第４軸、第５軸にも設けられている。このよ
うにしてＣＰＵ２３６によってワークと複合ヘッド６６
の相対的位置関係が制御可能となっている。図中２１４
はスキャナミラー７２の振動角度を設定するためのファ
ンクションジェネレータであり、その出力がドライバ２
１６に入力され、スキャナモータ７６が駆動される。

【００４１】以下この制御装置の作動を説明する。まず
オペレータはワークの種類から、スイッチ２２８，２３
０，２３２，２３４を用いて、そのワークのための動作
プログラムを選択する。次にオペレータは、そのプログ
ラムが切断のためのものか溶接のためのものかをスイッ
チ２２０によって入力する。なお動作プログラムが加工
の種類を判別するプログラムを備えていれば、スイッチ
２２０はなくともよい。図８の場合、スイッチ２２０の
状態から、切断用プログラムが選択されたのかあるいは
溶接用プログラムが選択されたのかを判別する。

【００４２】起動スイッチ２２６が操作されると（図９
のＳ１がＹＥＳとなると）、ＣＰＵ２３６はメモリ２３
０のプログラムに従って処理を開始する。まず最初にス
イッチ８４，８８の出力を入力し、いずれのトーチが取
付けられているかを判別する（Ｓ２）。次にスイッチ２
２０の出力を入力してプログラムの種別を判別する（Ｓ
３）。そしてその後、トーチ種別とプログラム種別とを
比較する（Ｓ４）。

【００４３】スイッチ８４，８８から切断用トーチが取
付けられていることがわかり、かつスイッチ２２０から
次に切断用プログラムが実行されることがわかると、ト
ーチと加工種別の対応が正しいことから（Ｓ５からＳ
６）、実際の加工が開始される。このときはＣＰＵ２３
６はスキャナ用モータ７６を停止させ続ける（Ｓ６）。
このためスキャナ用ミラー７２は中立位置に固定され
る。切断加工中は、図３に示すガス切換弁９６が切換え
られ、酸素ガス供給源９８からの酸素がヘッド６６内及
びトーチ１１０内に吹き込まれる（Ｓ７）。このあと、
ＣＰＵ２３６は選択された動作プログラムに従って、レ
ーザ発振器３４と多軸制御機構を制御する。これによっ
てプログラムされた切断加工が行なわれる。レーザ光は
円偏光ミラー４４で円偏光されているために、方向によ
らず良好な切断品質が得られる。なお切断加工中は、ギ
ャップセンサによるギャップのフィードバック制御が行
なわれ、ギャップコントロールが行なわれる。このギャ
ップコントロールは、この実施例の場合、５軸全てを制
御してギャップ補正量分だけ切断用トーチ１１０をアプ
ローチ方向に移動させることによって行なわれる。なお
ギャップ調整のために切断用トーチ１１０を上下動させ
る専用の第６軸を設けるようにしてもよい。本実施例の
ように５軸全てを用いてギャップ量を調節する場合には
光学系全体を移動させることになるため、トーチ先端と
ワークとのギャップを調節するだけでなく、レーザ光の
焦点を調節することができる。また６軸を別個に設ける
場合には、トーチ先端とワークとのギャップのみを調節
することになる。

【００４４】ステップＳ４において、スイッチ８４，８
８の出力から溶接用トーチが取付けられていることがわ
かり、かつスイッチ２２０で溶接用プログラムが選択さ
れていることがわかったときも、加工とトーチ種類が正
しいことから、動作プログラムが続けて実行される。こ
のときは、ＣＰＵ２３６がドライバ２１６を介してスキ
ャナ用モータ７６を駆動し、スキャナミラー７２が細か
く振動した状態で加工される（Ｓ９）。また溶接加工中
は切換弁９６によってアルゴンガス供給源１００からの
アルゴンガスがヘッド６６とトーチ１４０内に吹き込ま
れる（Ｓ１０）。この状態で溶接加工が行なわれるため
に、良質な溶接が行なわれる。なおレーザ光が円偏光さ
れているために、方向によらず均質な溶接加工が行なわ
れる。

【００４５】スイッチ８４，８８から判別されるトーチ
種別とスイッチ２２０から判別される加工種別が不一致
であると、ミスマッチが発生していることから、操作盤
２１８の図略の表示部からオペレータに注意喚起信号が
表示される（Ｓ１２）。これによってオペレータはトー
チ種類のミスマッチを事前に知ることができる。

【００４６】本実施例の場合、ＣＰＵ２３６がステップ
Ｓ３を実行するようにプログラムされていることで、動
作プログラムの種類を判別する手段が実現されており、
ステップＳ４を実行するようにプログラムされているこ
とで、トーチ種別とプログラム種別を比較する手段が実
現され、ステップＳ６とＳ９を実行するようにプログラ
ムされていることで、溶接加工時にはスキャナミラーを
動作させ、切断加工時にはスキャナミラーを停止させる
手段が実現され、ステップＳ７とＳ１０を実行するよう
にプログラムされていることで、溶接加工時にはヘッド
に不活性ガスが供給され、切断加工時には酸素ガスが供
給される手段が構成されている。

【００４７】

【発明の効果】本発明によると、切断時と溶接時で交換
する必要のあるトーチを光学系と無関係としているため
に、トーチの交換時に求められる取付位置の精度が低く
てもよくなり、交換作業が簡単化され、また交換可能に
取付ける部分の構造が簡単化される。さらに多軸制御系
も１セットで済むことになり、安価で使用し易い切断・
溶接兼用加工機が得られる。しかもトーチのみを交換す
るために、各加工を行っているときには、他の加工に必
要な要素が邪魔になることはない。このため各加工の専
用機と同様な加工ができる。また、トーチを交換する場
合でも、トーチの種類と一致したプログラムを実行する
ため、作業者による交換ミスを防止できる。請求項２で
は、各加工のプログラムが複数ある場合でも、トーチと
プログラムを比較して加工を行うため、確実な加工が行
える。請求項３では、スキャナミラーを必要な時だけ駆
動し、それ以外の場合は単に反射ミラーとして使用する
ため、交換する必要のあるトーチ部分をより単純化でき
る。請求項４では、アシストガスの供給口を複合ヘッド
内に設けたためにトーチ部分を単純化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の全体斜視図

【図２】複合ヘッド近傍の拡大斜視図

【図３】複合ヘッド近傍の拡大断面図

【図４】複合ヘッド底板の平面図

【図５】切断用トーチの一部破断図

【図６】複合ヘッドに溶接用トーチを取付けたときの断
面図

【図７】スキャナミラーの作動の様子を説明する図

【図８】一実施例の制御系を示すブロック図

【図９】一実施例の処理手順図

【図１０】従来技術における切断用ヘッドの斜視図

【図１１】従来技術における溶接用ヘッドの斜視図

【符号の説明】

６Ｘ軸モータ１０Ｘテーブル１８Ｙ軸モータ２２Ｙ軸移動体２６Ｚ軸モータ３０Ｚ軸移動体６６複合ヘッド７２スキャナミラー７６スキャナ用モータ８４切断用スイッチ８８溶接用スイッチ９２アルゴンガス供給口９４酸素ガス供給口１１０切断用トーチ１４０溶接用トーチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久米孝愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地豊田工機株式会社内 (72)発明者井上昌彦愛知県安城市今本町東向山７番地豊臣機工株式会社内 (72)発明者戸塚和弘愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多軸制御機構の最終制御部に固定的に取
付けられているとともに、レーザ発振器からのレーザ光
を入射して被加工面に集光する光学系を内蔵するととも
に、先端にトーチ取付部を有する複合ヘッドと、前記トーチ取付部に対し選択的に着脱可能な切断用トー
チおよび溶接用トーチと、前記複合ヘッドに設けられ、前記トーチ取付部に取付け
られたトーチが切断用トーチであるか溶接用トーチであ
るかを検出する検出手段と、この検出手段によって検出した前記トーチと一致する加
工を実行する加工実行手段とを備えたことを特徴とする
レーザ加工機。
【請求項２】多軸制御機構の最終制御部に固定的に取
付けられているとともに、レーザ発振器からのレーザ光
を入射して被加工面に集光する光学系を内蔵するととも
に、先端にトーチ取付部を有する複合ヘッドと、前記トーチ取付部に対し選択的に着脱可能な切断用トー
チおよび溶接用トーチと、前記複合ヘッドに設けられ、前記トーチ取付部に取付け
られたトーチが切断用トーチであるか溶接用トーチであ
るかを検出する検出手段と、実行する動作プログラムが切断用プログラムであるか溶
接用プログラムであるかを判別する判別手段と、前記検出手段によって検出されたトーチと前記判別手段
によって判別された加工の種類とを比較する比較手段
と、この比較手段によって比較した前記トーチと前記加工の
種類とが一致した時に前記加工の種類と対応する加工を
実行する加工実行手段とを備えたことを特徴とするレー
ザ加工機。
【請求項３】前記複合ヘッドにはスキャナミラーとそ
のスキャナミラーを駆動させる駆動機構が取付けられて
おり、前記加工実行手段は、前記複合ヘッドに前記切断用トー
チが取付けられ、切断加工を行う場合には、前記駆動機
構を停止し、前記複合ヘッドに前記溶接用トーチが取付
けられ、溶接加工を行う場合には、前記駆動機構を作動
させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
のレーザ加工機。
【請求項４】前記複合ヘッドにはアシストガス供給口
が設けられており、前記加工実行手段は、前記複合ヘッドに前記切断用トー
チが取付けられ、切断加工を行う場合には、前記アシス
トガス供給口より酸素ガスを供給し、前記複合ヘッドに
前記溶接用トーチが取付けられ、溶接加工を行う場合に
は、前記アシストガス供給口より不活性ガスを供給する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレー
ザ加工機。