JP7719191B2 - レーザ加工状態を表示する機能を備えた表示装置及びこれを含む加工制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置及びこれを含む加工制御装置に関し、特に、単位加工長あたりのエネルギ密度に基づくレーザ加工状態を表示する機能を備えた表示装置に関する。

レーザ切断機やレーザ溶接機等のレーザ加工装置は、レーザ発振器から出力されたレーザ光を伝送してワークに照射し、当該レーザ光とワークとを相対移動させることにより、所定の加工を行うことができる。特に、レーザ切断加工において良好な切断断面を得るあるいはレーザ溶接加工において安定した溶接ビードを得るためには、加工経路上での単位加工長あたりのエネルギ密度が均一（所定範囲）であることが望ましい。

このようなレーザ加工において、ワークに対する加工経路が単なる直線で構成される場合に、一定の加工速度及び一定のレーザ出力の下で加工を行えば単位加工長あたりのエネルギ密度を均一とすることができる。しかしながら、任意形状のワークにレーザ光を照射して２次元あるいは３次元の加工経路に沿った加工を行う場合には、加工経路に曲線部やコーナー部が含まれることにより、これらの曲線部やコーナー部では加工速度が低下するため、一定のレーザ出力での加工を行うと単位加工長あたりのエネルギ密度が不均一となってしまうという問題がある。

このような問題を解決することを意図したレーザ加工装置の一例として、例えば特許文献１には、レーザ加工機における加工経路を表示する加工経路表示装置において、少なくとも一つの駆動軸の所定の制御周期毎の位置情報を取得する位置情報取得部と、当該位置情報とレーザ加工機の機械構成の情報とからレーザ加工ヘッドの座標値を算出するレーザ加工ヘッド座標算出部と、レーザのレーザ出力値を取得するレーザ出力取得部と、取得されたレーザ出力値に応じてレーザの表示形式を設定する表示形式設定部と、レーザ加工ヘッドの座標値と設定された表示形式とに基づいて、加工経路を表示する表示部と、を具備するものが開示されている。このような加工経路表示装置によれば、加工経路とレーザ出力との関係を容易に認識することができるとされている。

特開２０１８－１８０７８０号公報

上記のように、レーザ加工の加工経路上の位置情報とレーザ出力とを関連付けて表示する場合には、あくまでも加工経路上の各加工点に入力されるレーザの出力値が表示されるのみであって、加工速度の影響を考慮した単位加工長あたりのデータを示すものではない。このため、単に加工経路上の位置情報とレーザ出力との関係を得るだけでは、加工経路上でのエネルギ密度の状態を把握することができない。

このような経緯から、加工経路上の単位加工長あたりのエネルギ密度を得ることにより、レーザ加工状態を把握できる表示装置及びこれを用いた加工制御装置が求められている。

本発明の一態様による、単位加工長あたりのエネルギ密度に基づくレーザ加工状態を表示する機能を備えた表示装置は、レーザ加工を行う加工レーザ光のレーザ出力値及び照射座標値を取得する加工データ取得部と、取得された照射座標値から加工速度を算出し、当該加工速度及び前記レーザ出力値に基づいて加工レーザ光の加工経路上における単位加工長あたりのエネルギ密度を演算する演算部と、当該エネルギ密度を加工経路上の位置と対応づけて表示する表示部と、を備える。

また、本発明の一態様による、加工プログラムに基づいてレーザ加工装置を制御する加工制御装置は、加工プログラムを解析するプログラム解析部と、解析された加工プログラムに基づいてレーザ発振器に加工レーザ光の発振指令を出力する発振指令部と、解析された加工プログラムに基づいて加工レーザ光とワークとの相対移動指令を出力する照射位置指令部と、単位加工長あたりのエネルギ密度に基づくレーザ加工状態を表示する機能を有する表示装置と、を備え、当該表示装置は、レーザ加工を行う加工レーザ光のレーザ出力値及び照射座標値を取得する加工データ取得部と、取得された照射座標値から加工速度を算出し、当該加工速度及び前記レーザ出力値に基づいて加工レーザ光の加工経路上における単位加工長あたりのエネルギ密度を演算する演算部と、エネルギ密度を加工経路上の位置と対応づけて表示する表示部と、をさらに備える。

本発明の一態様によれば、加工データ取得部で取得されたレーザ出力値及び照射座標値に基づいて、演算部が加工レーザ光の加工経路上における単位加工長あたりのエネルギ密度を演算し、表示部が演算されたエネルギ密度を加工経路と対応づけて表示する構成を用いて、加工経路上の単位加工長あたりのエネルギ密度を得ることにより、表示装置においてレーザ加工状態を把握することができる。

本発明の代表的な一例である第１の実施形態による表示装置及び加工制御装置を含むレーザ加工装置の構成を示す概略図である。 図１で示した表示装置及び加工制御装置との関係を示すブロック図である。 第１の実施形態によるレーザ加工の加工経路の一例を示す模式図である。 表示装置の表示部における表示態様の一例である。 表示装置の表示部における表示態様の一例である。 本発明の第２の実施形態による表示装置及び加工制御装置との関係を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態による表示装置及び加工制御装置との関係を示すブロック図である。 図４Ａで示したエネルギ密度を加工パターンとして表示した表示態様の一例である。 図４Ｂで示したエネルギ密度を加工パターンとして表示した表示態様の一例である。 第４の実施形態による表示装置及び加工制御装置を含むレーザ加工装置の構成を示す概略図である。 図８で示した表示装置及び加工制御装置との関係を示すブロック図である。

以下、本発明の代表的な一例によるレーザ加工状態を表示する機能を備えた表示装置及びこれを含む加工制御装置の実施形態を図面と共に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の代表的な一例である第１の実施形態による表示装置及び加工制御装置を含むレーザ加工装置の構成を示す概略図である。また、図２は、図１で示した表示装置及び加工制御装置との関係を示すブロック図である。

図１に示すように、レーザ加工装置１は、その一例として、加工レーザ光ＬＢ発振するレーザ発振器１０と、ワークＷを保持する加工テーブル２０と、ワークＷに加工レーザ光ＬＢを照射する加工ヘッド３０と、当該加工ヘッド３０を加工テーブル２０に対して相対移動させる搬送機構４０と、ワークＷに対する所定のレーザ加工動作を制御する加工制御装置５０と、を含む。また、加工制御装置５０は、表示装置１００と接続されている。

本明細書におけるレーザ加工装置は、例えばレーザ溶接、レーザ切断、レーザ穴あけ（トレパニング）、レーザマーキング、レーザダイシングあるいはレーザアニール等のワークＷに対して加工レーザ光を照射することにより、所定の加工を実行する任意の加工装置として適用し得る。なお、以下の実施形態においては、上記のレーザ加工のうちレーザ切断の場合をその一例として説明する。

レーザ発振器１０は、加工されるワークＷの材質に応じて吸収効率が高い波長のレーザ源が適用される。このようなレーザ発振器１０としては、その一例として、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ_４レーザ、ファイバレーザ、ディスクレーザ等のファイバ伝送が可能なものが例示できる。また、レーザ発振器１０から出力された加工レーザ光ＬＢは、例えば光ファイバ等の伝送路１２を介して加工ヘッド３０に伝送される。

加工テーブル２０は、その一例として、ワークＷを取り付けるチャック機構（図示せず）を備え、ワークＷを把持固定するように構成されている。また、加工テーブル２０は、例えばワークＷをＸＹＺの３軸方向に移動させる機構だけでなく、回転機構を備えてもよい。

加工ヘッド３０は、その一例として、一端（上端）側から加工レーザ光ＬＢが導入され、他端（下端）側のノズル３２からワークＷに向けて出射される。このとき、加工ヘッド３０の内部に配置された集光レンズ（図示せず）により、加工レーザ光ＬＢはワークＷ上の集光点ＦＰで所定のビーム径に集光される。

また、加工ヘッド３０には、高圧の酸素ガスや圧縮空気等が導入され、レーザ切断加工のアシストガスとしてノズル３２から加工レーザ光ＬＢとともに同軸に噴射される。さらに、加工ヘッド３０には、その内部に加工レーザ光ＬＢのレーザ出力値Ｐを測定する出力センサ（図示せず）を内蔵しており、その検出信号を加工制御装置５０に送信する機能も備えている。

なお、加工レーザ光ＬＢをワークＷの集光点ＦＰに照射する加工ヘッド３０の構成として、上記したものに代えて、内部に例えばガルバノミラー等の走査光学ユニット（図示せず）を内蔵し、当該走査光学ユニットで加工レーザ光ＬＢの光軸をワークＷに対して走査するものとしてもよい。これにより、加工レーザ光ＬＢをいわゆる長焦点レーザとすることで、より高速でのレーザ加工（リモート加工）が可能となる。

搬送機構４０は、その一例として、互いに直交するＸＹＺの３軸方向に相対移動するリニア駆動体として構成され、その一端に加工ヘッド３０が取り付けられる。なお、搬送機構４０は、一端に加工ヘッド３０を取り付けたロボットアームを備えた６軸又は７軸タイプの産業用ロボットとして構成されてもよい。

第１の実施形態による加工制御装置５０は、その一例として図２に示すように、加工制御装置５０の全体の動作を制御する主制御部５２と、データベース等に格納された加工プログラムを読み込んで当該加工プログラムを解析するプログラム解析部５４と、加工プログラムの解析結果に基づいて加工テーブル２０及び搬送機構４０との間で信号の送受信を行う照射位置指令部５６と、加工プログラムの解析結果に基づいてレーザ発振器１０との間で信号の送受信を行う発振指令部５８と、を含む。また、第１の実施形態による加工制御装置５０は、後述する入力インターフェース（図示せず）をさらに含み、加工プログラムの修正を手入力で行うように構成してもよい。

一方、第１の実施形態による表示装置１００は、その一例として図２に示すように、表示装置１００の全体の動作を制御する表示制御部１１０と、レーザ加工を行う加工レーザ光ＬＢのレーザ出力値（Ｐ）及び照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する加工データ取得部１２０と、レーザ出力値Ｐ及び照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて加工レーザ光ＬＢの加工経路（後述する図３の符号Ｓ１～Ｓ６参照）上における単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊを演算する演算部１３０と、演算されたエネルギ密度Ｊを加工経路と対応づけて表示する表示部１４０と、を備える。このような表示装置１００は、図１に示すように、加工制御装置５０と並ぶ据付型の装置として構成する以外にも、例えばタブレット端末等の携帯型の装置として構成してもよい。

加工制御装置５０の主制御部５２は、後述するプログラム解析部５４で解析された制御指令をその内容毎に照射位置指令部５６及び発振指令部５８に送るとともに、レーザ加工装置１の図示を省略した各種センサ等を接続され、これらの検出信号を受信する。その一例として、主制御部５２は、上記したレーザ加工装置１の加工ヘッド３０に設けられた出力センサからの検出信号を受信し、これを加工レーザ光ＬＢのレーザ出力値Ｐとして表示装置１００の加工データ取得部１２０に送信する。

プログラム解析部５４は、その一例として、データベース等の外部記憶装置（図示せず）から加工プログラムのブロックを読み込んで解析することにより、加工プログラムにどのような制御指令が含まれているかを判別し、読み込んだ加工プログラムのブロックを一時的に記憶・保存する。そして、プログラム解析部５４は、判別した加工プログラムの制御指令を主制御部５２に送る。

照射位置指令部５６は、その一例として、主制御部５２から加工プログラムに基づく加工レーザ光ＬＢの光軸や焦点位置及びワークＷの移動位置を含む制御指令を受信し、加工テーブル２０及び搬送機構４０に対して個別に駆動指令信号を出力する。また、照射位置指令部５６は、加工テーブル２０に対する指令位置と搬送機構４０に対する移動位置とに基づいて、加工レーザ光ＬＢがワークＷ上に照射された際の集光点ＦＰの照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を算出して表示装置１００の加工データ取得部１２０に送る機能も有する。

ここで、照射位置指令部５６は、上記照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を算出するにあたり、例えば、加工テーブル２０に指令されるワークＷの移動後の代表位置（移動位置）と搬送機構４０に指令される加工ヘッド３０のノズル先端位置とに基づいて、加工レーザ光ＬＢの光軸の延長線とワークＷの上面との交点を照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）として演算する手法などを用いることができる。また、加工プログラムに上記照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を含ませておき、当該照射座標値から加工テーブル２０及び搬送機構４０への移動指令値を逆算するように構成してもよい。

発振指令部５８は、その一例として、主制御部５２から加工プログラムに基づく加工経路上の照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対応する加工レーザ光ＬＢの出力値を含む制御指令を受信し、レーザ発振器１０に対して発振指令信号を出力する。ここで、本明細書において、加工レーザ光ＬＢは連続発振とパルス発振のいずれの場合をも適用し得るが、第１の実施形態においては、発振指令信号として、出力指令値Ｃｐでデューティ比Ｄのパルス発振を出力する場合を以下例示する。

表示装置１００の表示制御部１１０は、その一例として、内部に表示プログラムを保持し、当該表示プログラムに基づいて、加工データ取得部１２０、演算部１３０及び表示部１４０への駆動指令を出力する。なお、上記表示プログラムに基づく駆動指令をオペレータからの外部入力によるタイミングで選択的に行うように構成してもよい。

加工データ取得部１２０は、加工制御装置５０の主制御部５２あるいは照射位置指令部５６から、加工レーザ光ＬＢのレーザ出力値Ｐの実測値と照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）の指令値とを取得し、取得したこれらの値のデータを表示制御部１１０及び演算部１３０に送る。また、加工データ取得部１２０は、取得したデータを一時保存するメモリ（図示せず）を備え、リアルタイムに取得したデータを加工終了まで一時的に保存する機能を備えるように構成してもよい。なお、表示制御部１１０は、加工データ取得部１２０から送られたデータに基づいて現在の加工位置や加工状態を把握することができる。

演算部１３０は、加工データ取得部１２０から送られたレーザ出力値Ｐ及び照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）の各データに基づいて、加工レーザ光ＬＢの加工経路上における単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊを演算する。そして、演算したエネルギ密度Ｊのデータと加工データ取得部１２０からの各データとを表示部１４０に送る。

ここで、演算部１３０において実行される単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊの演算は、その一例として以下のように行われる。すなわち、まず加工データ取得部１２０から送られた照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）の時間に対して連続的な変位データを以下の数式１に代入することにより、加工レーザ光ＬＢの加工経路上での照射位置（集光点ＦＰ）の加工速度Ｆを算出する。

続いて、上記算出した加工速度Ｆと加工データ取得部１２０から送られた照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）毎のレーザ出力値Ｐとを以下の数式２に代入することにより、加工レーザ光ＬＢによる加工経路上の単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊを算出する。そして、上述のように、演算部１３０はこのように算出された加工速度Ｆ及びエネルギ密度Ｊを加工経路上で互いに関連付けたデータとして表示部１４０に送る。

表示部１４０は、表示制御部１１０からの駆動指令に基づいて、演算部１３０から送られた各データを加工経路と対応づけて文字あるいは図表として表示する。このような表示部１４０としては、液晶表示パネルや有機ＥＬディスプレイ等の公知の表示手段が例示できる。また、表示部１４０として、タッチパネル式のディスプレイを用いて、オペレータの入力が可能となるように構成してもよい。

次に、図３及び図４を用いて、第１の実施形態による表示装置の具体的な動作事例を説明する。

図３は、第１の実施形態によるレーザ加工の加工経路の一例を示す模式図である。また、図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ表示装置の表示部における表示態様の一例である。なお、図４Ａは図３に示す加工経路Ｓ１～Ｓ６上のすべての位置で同一のレーザ出力値Ｐで出力指令した場合を示し、図４Ｂは加工経路Ｓ１～Ｓ６毎にレーザ出力値Ｐを適切に指令して単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊが一定となるように指令した場合を示している。

図３に示すように、第１の実施形態による加工経路Ｓ１～Ｓ６は、加工開始点Ｐ１から途中の通過点Ｐ２～Ｐ６を経由して加工開始点Ｐ１に戻る経路となっている。当該加工経路を加工レーザ光ＬＢで走査することにより、ワークＷから内側部分Ｗ１が切り抜かれるレーザ切断加工が実施される。

また、第１の実施形態による加工経路Ｓ１～Ｓ６は、直線のみで形成される直線経路Ｓ１、Ｓ３及びＳ６と、曲線のみで形成される曲線経路Ｓ２と、通過点Ｐ５において２本の直線が交差する屈折経路Ｓ４＋Ｓ５と、により構成されている。このような加工経路で加工レーザ光ＬＢを走査する制御を行う場合、直線経路Ｓ１、Ｓ３、Ｓ６及び曲線経路Ｓ２では、それぞれの区間内において同一の加工速度で制御可能であるが、屈折経路Ｓ４＋Ｓ５では、加工レーザ光ＬＢの光軸の移動方向が切り替わるため、通過点Ｐ５の近傍において減速して再加速する必要がある。

そこで、図４Ａに示すように、加工経路上のすべての位置で同一のレーザ出力値Ｐとなるように制御した場合、例えば、切断面の性状等の品質の基準となる直線経路Ｓ１、Ｓ３及びＳ６での加工速度Ｆにおけるレーザ出力値Ｐが適正出力であるとすれば、曲線経路Ｓ２あるいは屈折経路Ｓ４＋Ｓ５では加工速度Ｆが減速されるため、単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊは、曲線経路Ｓ２及び屈折経路Ｓ４＋Ｓ５において直線経路Ｓ１、Ｓ３、Ｓ６よりも大きくなる。このため、これら曲線経路Ｓ２及び屈折経路Ｓ４＋Ｓ５では、ワークＷに対する加工レーザ光ＬＢによる入熱が過剰となってしまい、切断面にドロスが発生する等の品質低下が生じる一因となってしまう。

これに対して、図４Ｂに示すように、加工経路Ｓ１～Ｓ６のすべての位置で単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊが一定となるように制御する場合、加工経路Ｓ１～Ｓ６の各経路における加工速度Ｆに対応してレーザ出力値Ｐを増減させる（例えば、加工速度Ｆが大きくなればレーザ出力値Ｐも大きくなるよう指令し、加工速度Ｆが小さくなればレーザ出力値Ｐも小さくなるよう指令する）ようにレーザ発振器１０に発振指令を行うことになる。このように、加工レーザ光ＬＢの照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）から算出された加工速度Ｆ及び当該座標値におけるレーザ出力値Ｐに基づいて単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊを演算し、これを加工経路Ｓ１～Ｓ６上の位置ごとに対応づけて表示することにより、加工経路毎の入熱状況が把握できるため、切断面の性状等の加工品質を予測することが可能となる。

なお、上記の具体例において、表示装置１００の加工データ取得部１２０が、外部（加工制御装置５０の主制御部５２や照射位置指令部５６）から加工レーザ光ＬＢのレーザ出力値Ｐや照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）をリアルタイムに取得する場合を例示したが、第１の実施形態の変形例として、加工制御装置５０のプログラム解析部５４で加工プログラムを解析した際に、当該加工プログラムに加工レーザ光ＬＢの加工経路上におけるレーザ出力値Ｐや照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）が含まれる場合、これらのデータを加工データ取得部１２０が主制御部５２から直接取得することにより、実際の加工を行うことなく図４Ａや図４Ｂに示したような表示を行うことができるため、加工プログラムからレーザ加工状態の予測を行うことも可能となる。

また、第１の実施形態の別の変形例として、演算部１３０が、演算したエネルギ密度Ｊが所定範囲外（例えば、適切な切断面の性状となるエネルギ密度Ｊの上限又は下限の範囲外）となった場合に、レーザ加工状態に異常がある旨を表示する報知指令を表示部１４０に発するように構成してもよい。これにより、レーザ加工の実施中あるいは実施後に、レーザ加工に異常（大きな加工不良等）が存在するかどうかを把握することができる。

上記のような構成を備えることにより、第１の実施形態による表示装置は、加工データ取得部で取得されたレーザ出力値及び照射座標値に基づいて、演算部が加工レーザ光の加工経路上における単位加工長あたりのエネルギ密度を演算し、表示部が演算されたエネルギ密度を加工経路と対応づけて表示する構成を用いて、加工経路上の単位加工長あたりのエネルギ密度を得ることにより、表示装置においてレーザ加工状態を容易に把握することができる。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態による表示装置及び加工制御装置との関係を示すブロック図である。なお、第２の実施形態においては、図１～図４に示した概略図等において、第１の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。

図５に示すように、第２の実施形態による表示装置１００において、加工データ取得部１２０が加工制御装置５０の照射位置指令部５６及び発振指令部５８から、加工レーザ光ＬＢのレーザ出力値Ｐの実測値と照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）の指令値とを取得する点で、図２に示した第１の実施形態による表示装置１００と構成が異なる。すなわち、第２の実施形態による表示装置１００は、取得するレーザ出力値Ｐとして、加工レーザ光ＬＢを発振するレーザ発振器１０への出力指令値Ｃｐを用いる。

すなわち、上記したとおり、加工制御装置５０の発振指令部５８が、加工プログラムの解析結果に基づいて、レーザ発振器１０に対して出力指令値Ｃｐでデューティ比Ｄのパルス発振による発振指令信号を出力するため、これらの出力指令値Ｃｐ及びデューティ比Ｄを以下に示す数式３に代入することにより、加工レーザ光ＬＢの照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）毎におけるレーザ出力値Ｐとして換算する。

そして、上記数式３で算出されたレーザ出力値Ｐを別途数式１で算出された加工速度Ｆとともに数式２に代入することにより、加工レーザ光ＬＢによる加工経路上の単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊを算出する。このように、加工レーザ光ＬＢのレーザ出力値Ｐを出力センサ等で実測することなく、発振指令部５８によるレーザ発振器１０への発振指令信号を用いてレーザ加工状態の予測を行うことができる。

上記のような構成を備えることにより、第２の実施形態による表示装置は、第１の実施形態で説明した効果に加えて、加工レーザ光のレーザ出力値をレーザ発振器への発振指令信号に含まれる出力指令値を用いて換算することにより、加工中のレーザ出力値を実測するための出力センサ等の検出手段を省略することが可能となる。

＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の第３の実施形態による表示装置及び加工制御装置との関係を示すブロック図である。なお、第３の実施形態においては、図１～図５に示した概略図等において、第１及び第２の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。

図６に示すように、第３の実施形態による表示装置１００において、加工データ取得部１２０で取得した照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と演算部１３０で演算されたエネルギ密度Ｊとに基づいて、加工経路に沿った加工パターンを作成するパターン作成部１５０をさらに備える点で、図２に示した第１の実施形態による表示装置１００と構成が異なる。すなわち、第３の実施形態による表示装置１００は、第１の実施形態の図４Ａ又は図４Ｂで示したグラフではなく、加工経路を模した加工パターンに演算したエネルギ密度Ｊのデータを反映して表示する。

図７Ａ及び図７Ｂは、図４Ａ及び図４Ｂでそれぞれ示したエネルギ密度を加工パターンとして表示した表示態様の一例である。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、加工経路上のすべての位置で同一のレーザ出力値Ｐとなるように制御した場合に、パターン作成部１５０が、加工経路Ｓ１～Ｓ６上の照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）とエネルギ密度Ｊとを対応づけて、図３で示した加工経路を模した平面状の加工パターンを作成する。そして、表示部１４０は、作成された加工パターンを表示する。

このとき、加工パターンをエネルギ密度Ｊの値に応じて着色あるいは濃淡で表現することにより、加工経路Ｓ１～Ｓ６上のエネルギ密度Ｊの高低を表示する。例えば、図７Ａに示すように、直線経路Ｓ１、Ｓ３及びＳ６での単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊが適正な加工状態となる「所定範囲」内にあるとした場合、加工速度Ｆが小さくエネルギ密度Ｊが大きくなる曲線経路Ｓ２や屈折経路Ｓ４＋Ｓ５での表示をその密度の大小に応じて濃淡のグラデーションで行う。

特に、図７Ａに示す加工パターンでは、屈折経路Ｓ４＋Ｓ５において、通過点Ｐ５に向けて徐々に加工速度Ｆが低下するように変化するため、単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊは領域Ａ２から領域Ａ３に向けて徐々に大きくなるように徐々に濃い表示となる。このような加工パターンによる表示によれば、加工経路上のどの位置が適正なエネルギ密度の範囲にあるかを直感的に把握することができる（逆の意味では、加工経路上で加工精度が低下する位置あるいは領域を視認できる）。

一方、図７Ｂに示すように、加工経路上のすべての位置で単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊが一定となるようにレーザ出力値Ｐを制御した場合は、すべての加工経路において所定範囲を示す加工パターンの表示となる。これにより、レーザ加工状態も適正に終了したものと推定できる。

なお、上記した図７Ａ及び図７Ｂの具体例においては、加工パターンを２次元の平面状のものとして表現する場合を例示したが、ワークの形状や加工経路に応じて加工パターンを３次元の立体的に表現するように構成してもよい。また、単位加工長あたりのエネルギ密度を着色あるいは濃淡で表示する場合を例示したが、加工パターンの幅によってエネルギ密度の大小を表現するように構成してもよい。これらの表現により、オペレータに対してさらに直感的な視覚情報を与えることが可能となる。

上記のような構成を備えることにより、第３の実施形態による表示装置は、第１の実施形態で説明した効果に加えて、加工経路に沿った加工パターンを作成するパターン作成部をさらに設けることにより、エネルギ密度の分布を加工パターンで直感的に視認できるようになる。特に、加工経路上のエネルギ密度を着色あるいは濃淡で表示することにより、どの位置又は領域で加工精度が低下するかを把握することが可能となる。

＜第４の実施形態＞
図８は、第４の実施形態による表示装置及び加工制御装置を含むレーザ加工装置の構成を示す概略図である。また、図９は、図８で示した表示装置及び加工制御装置との関係を示すブロック図である。なお、第４の実施形態においては、図１～図７に示した概略図等において、第１～第３の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。

図８に示すように、第４の実施形態によるレーザ加工装置１の加工制御装置５０は、表示装置１００を一体に組み込む構成を採用した点において、図１に示した第１の実施形態による加工制御装置５０及び表示装置１００と構成が異なる。なお、図８においては、表示装置１００が加工制御装置５０と同一の筐体内に組み込まれた場合を例示しているが、図１で示した表示装置１００に加工制御装置５０を組み込むように構成してもよい。

加工制御装置５０は、その一例として図９に示すように、加工制御装置５０の全体の動作を制御する主制御部５２と、データベース等に格納された加工プログラムを読み込んで当該加工プログラムを解析するプログラム解析部５４と、加工プログラムの解析結果に基づいて加工テーブル２０及び搬送機構４０との間で信号の送受信を行う照射位置指令部５６と、加工プログラムの解析結果に基づいてレーザ発振器１０との間で信号の送受信を行う発振指令部５８と、オペレータが各種情報を入力するための入力インターフェース６０と、一体に組み込まれた表示装置１００と、を含む。そして、表示装置１００は、第１の実施形態の場合と同様に、表示装置１００の全体の動作を制御する表示制御部１１０と、レーザ加工を行う加工レーザ光ＬＢのレーザ出力値（Ｐ）及び照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する加工データ取得部１２０と、レーザ出力値Ｐ及び照射座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて加工レーザ光ＬＢの加工経路上における単位加工長あたりのエネルギ密度Ｊを演算する演算部１３０と、演算されたエネルギ密度Ｊを加工経路と対応づけて表示する表示部１４０と、を備えている。

また、図９に示すように、第４の実施形態による加工制御装置５０においては、主制御部５２が表示装置１００の表示制御部１１０と信号のやり取りを行うように構成されており、表示部１４０にレーザ加工装置１の動作を制御する上での必要な各種情報等を表示するよう指令を発することができる。なお、図９においては、加工制御装置５０の主制御部５２と表示装置１００の表示制御部１１０とが別体で構成されている場合を例示しているが、主制御部５２が表示制御部１１０の機能を兼ねるように統合して構成してもよい。

入力インターフェース６０は、その一例として、入力ボタンやテンキー等を含む情報入力端末として構成される。これにより、表示装置１００の表示部１４０に表示されたエネルギ密度Ｊの結果を見たオペレータが、加工速度Ｆやレーザ出力値Ｐ（あるいは出力指令値Ｃｐ）等の加工プログラムにおける各種パラメータを手入力により修正することができる。なお、図８及び図９においては、入力インターフェース６０と表示装置１００の表示部１４０とが別体に構成されている場合を例示しているが、表示部１４０としてタッチ入力が可能なパネル表示手段を採用して、両者を統合するように構成してもよい。

上記のような構成を備えることにより、第４の実施形態による加工制御装置は、第１の実施形態で説明した効果に加えて、表示装置を加工制御装置に組み込んだことにより、内部の構成を統合し得るとともに、全体のサイズをコンパクトにまとめることが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

例えば、第１の実施形態から第４の実施形態で示した具体例は、それぞれの特徴を組合せて適用してもよい。例えば、第２の実施形態で示した表示装置と第４の実施形態で示した加工制御装置とを組合せた構成とすることも可能である。

１ レーザ加工装置
１０ レーザ発振器
１２ 伝送路
２０ 加工テーブル
３０ 加工ヘッド
３２ ノズル
４０ 搬送機構
５０ 加工制御装置
５２ 主制御部
５４ プログラム解析部
５６ 照射位置指令部
５８ 発振指令部
６０ 入力インターフェース
１００ 表示装置
１１０ 表示制御部
１２０ 加工データ取得部
１３０ 演算部
１４０ 表示部
１５０ パターン作成部

Claims (13)

1. 単位加工長あたりのエネルギ密度に基づくレーザ加工状態を表示する機能を備えた表示装置であって、
   レーザ加工を行う加工レーザ光のレーザ出力値及び前記加工レーザ光の照射座標値を取得する加工データ取得部と、
   前記照射座標値から加工速度を算出し、当該加工速度及び前記レーザ出力値に基づいて前記加工レーザ光の加工経路上における単位加工長あたりのエネルギ密度を演算する演算部と、
   前記エネルギ密度を前記加工経路上の位置と対応づけて表示する表示部と、
   を備えた表示装置。
2. 前記加工データ取得部は、前記加工レーザ光の前記レーザ出力値及び前記照射座標値を、前記レーザ加工の加工中にリアルタイムで取得する
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記加工データ取得部は、前記加工レーザ光の前記レーザ出力値及び前記照射座標値を、前記レーザ加工を制御する加工プログラムを解析して取得する
   請求項１に記載の表示装置。
4. 前記レーザ出力値として、前記加工レーザ光を発振するレーザ発振器への出力指令値を用いる
   請求項１～３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記照射座標値と前記エネルギ密度とに基づいて前記加工経路に沿った加工パターンを作成するパターン作成部をさらに備え、
   前記表示部は、前記加工パターンを着色あるいは濃淡で表現することにより、前記加工経路上の前記エネルギ密度を表示する
   請求項１～４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記演算部は、演算した前記エネルギ密度が所定範囲外となった場合に、異常がある旨を表示する報知指令を前記表示部に発する
   請求項１～５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 加工プログラムに基づいてレーザ加工装置を制御する加工制御装置であって、
   前記加工プログラムを解析するプログラム解析部と、
   解析された前記加工プログラムに基づいてレーザ発振器に加工レーザ光の発振指令を出力する発振指令部と、
   解析された前記加工プログラムに基づいて前記加工レーザ光とワークとの相対移動指令を出力する照射位置指令部と、
   単位加工長あたりのエネルギ密度に基づくレーザ加工状態を表示する機能を有する表示装置と、
   を備え、
   前記表示装置は、
   レーザ加工を行う加工レーザ光のレーザ出力値及び前記加工レーザ光の照射座標値を取得する加工データ取得部と、
   前記照射座標値から加工速度を算出し、当該加工速度及び前記レーザ出力値に基づいて前記加工レーザ光の加工経路上における単位加工長あたりのエネルギ密度を演算する演算部と、
   前記エネルギ密度を前記加工経路上の位置と対応づけて表示する表示部と、
   をさらに備えた加工制御装置。
8. 前記加工データ取得部は、前記加工レーザ光の前記レーザ出力値及び前記照射座標値を、前記レーザ加工の加工中にリアルタイムで取得する
   請求項７に記載の加工制御装置。
9. 前記加工データ取得部は、前記加工レーザ光の前記レーザ出力値及び前記照射座標値を、前記レーザ加工を制御する加工プログラムを解析して取得する
   請求項７に記載の加工制御装置。
10. 前記レーザ出力値として、前記加工レーザ光を発振するレーザ発振器への出力指令値を用いる
    請求項７～９のいずれか１項に記載の加工制御装置。
11. 前記照射座標値と前記エネルギ密度とに基づいて前記加工経路に沿った加工パターンを作成するパターン作成部をさらに備え、
    前記表示部は、前記加工パターンを着色あるいは濃淡で表現することにより、前記加工経路上の前記エネルギ密度を表示する
    請求項７～１０のいずれか１項に記載の加工制御装置。
12. 前記演算部は、演算した前記エネルギ密度が所定範囲外となった場合に、異常がある旨を表示する報知指令を前記表示部に発する
    請求項７～１１のいずれか１項に記載の加工制御装置。
13. 前記加工プログラムの修正を行う入力インターフェースをさらに含む
    請求項７～１２のいずれか１項に記載の加工制御装置。