CN107107266A

CN107107266A - 激光加工机及对准调整方法

Info

Publication number: CN107107266A
Application number: CN201580068677.1A
Authority: CN
Inventors: 外山博; 别府宗明
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: US11007603B2; JP6395869B2; EP3251785A4; EP3251785B1; JPWO2016121116A1; EP3251785A1; CN107107266B; US20180029159A1; WO2016121116A1

Abstract

一种激光加工机及对准调整方法，激光加工机向被载置在工作台(108)上的工件照射激光光线对工件进行加工，具备光学头(10)和对准调整装置(40)，所述光学头(10)具有喷射液体而形成柱状的液体流的喷嘴(26b)，向该喷嘴(26a)导入照射激光光线，所述对准调整装置(40)具有被配置成与光学头(10)面对并反射激光光线的反射板(42)，并在该反射板(42)的反射激光光线的部分的周围具有遮光部(34)，调整激光光线的相对于柱状的液体流(60)的导入位置或姿势。

Description

激光加工机及对准调整方法

技术领域

本发明涉及一种激光加工机及对准调整方法，所述激光加工机及对准调整方法使激光光线通向从喷嘴喷射液体而形成的柱状的液体流对工件进行加工，具有使激光光线的光轴和液体流的中心轴一致的对准调整功能。

背景技术

在使激光通向从喷嘴喷射液体而形成的柱状的液体流对工件进行加工的激光加工机中，必须使激光光线的光轴与液体流的中心轴一致。在专利文献1中公开了具备这样的对准调整装置的激光加工装置。

专利文献1的对准调整装置基于喷射液体而形成液柱的射流喷嘴的入口开口部的图像和激光的影像的图像，使射流喷嘴和光纤相对移动，以便激光的影像的中心与入口开口部的中心一致。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-235347号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在激光加工机中使用的激光光线在JIS(日本工业标准)C6802、IEC(国际电工委员会)60825-1中被分类为安全基准的等级4。在专利文献1的对准调整装置中，因为这样的等级4的激光露出，所以若欲安全地进行对准调整，则必须将激光加工机设置在遵循了等级4规定的安全基准的环境中，存在设施成为大规模这样的问题。

本发明以解决这样的以往技术的问题为技术课题，以提供一种能够安全且容易地对柱状的液体流和激光光线的对准进行调整的激光加工机及对准调整方法为目的。

为了解决课题的手段

为了达到上述的目的，根据本发明，提供一种激光加工机，其是向被载置在工作台上的工件照射激光光线，对工件进行加工的激光加工机，其特征在于，具备光学头和对准调整装置，所述光学头具有喷嘴，并向该喷嘴导入照射激光光线，所述喷嘴喷射液体而形成柱状的液体流，所述对准调整装置具有被配置成与前述光学头面对并反射激光光线的反射板，并在该反射板的反射激光光线的部分的周围具有遮光部，调整激光光线的相对于前述柱状的液体流的导入位置或姿势。

另外，根据本发明，提供一种对准调整方法，其是激光加工机的激光光线的对准调整方法，所述激光加工机具有喷射液体而形成柱状的液体流的喷嘴，从向该喷嘴导入照射激光光线的光学头向被载置在工作台上的工件照射激光光线对工件进行加工，所述对准调整方法的特征在于，包括：使反射激光光线的反射板与前述光学头的喷嘴面对地配置的阶段；由防止激光光线的泄漏的遮光部件包围前述喷嘴和前述反射板之间的空间的阶段；朝向前述反射板照射激光光线的阶段；和使前述激光光线的焦点位置移动以便将由前述反射板反射的激光光线的光轴定位在前述喷嘴的中心的阶段。

发明的效果

根据本发明，在光学头进行对准调整时，由于设置了被配置成与光学头面对并反射激光光线的反射板，并在该反射板的反射激光光线的部分的周围设置了遮光部，所以在对准调整作业中防止激光光线向外部泄漏。因此，在以往技术中，必须遵循基于JIS C6802、IEC 60825-1的等级4进行对准调整作用，但在本实施方式的激光加工机中，可在按照危险度低的等级1的简单的设置环境下进行对准调整作用。

附图说明

图1是基于本发明的优选的实施方式的光学头及对准单元的示意剖视图，是表示光学头处于对准调整位置并照射激光光线光线的状态的图。

图2是与图1同样的光学头及对准单元的示意剖视图，是表示光学头从对准单元向上方背离并没有照射激光光线的状态的图。

图3是对准单元的立体图。

图4是对准单元的俯视图，是表示处于用于对准调整的旋转位置的反射板的图。

图5是与图4同样的对准单元的俯视图，是表示处于用于测定激光光线的输出的旋转位置的反射板的图。

图6是反射板的俯视图。

图7是表示适用本发明的激光加工机的一例的立体图。

图8是表示显示在激光加工机的显示器上的画面的一例的略图。

图9是表示对操作员提示对相机聚焦进行调整的阶段的画面的一例的与图8同样的略图。

图10是表示对操作员提示使目标圆和喷嘴对位的阶段的画面的一例的与图8同样的略图。

图11是表示目标圆相对于喷嘴对位了的状态的画面的一例的与图8同样的略图。

图12是对操作员提示对激光光斑的聚焦进行调整的阶段的画面的一例的与图8同样的略图。

图13是表示对操作员提示对激光光斑的X位置进行调整的阶段的画面的一例的与图8同样的略图。

图14是表示对操作员提示对激光光斑的Y位置进行调整的阶段的画面的一例的与图8同样的略图。

图15是表示对准调整结束了的状态的画面的一例的与图8同样的略图。

具体实施方式

为了实施发明的优选方式

下面，参照附图，说明本发明的优选的实施方式。

参照表示适用本发明的激光加工机的一例的图7，激光加工机100具备用于安装工件的工作台108和相对于该工作台108可在X轴、Y轴、Z轴的正交3轴方向相对地直线移动地设置的光学头10，该光学头10及工作台108由长方体状的罩102包围。罩102具有可在左右方向(X轴方向)滑动的安全门106，通过打开该安全门106，操作员可通过开口部104接触光学头10及工作台108。安全门106具备检测安全门106关闭的开闭检测部106a。另外，在工作台108上配设了对准单元40和紧贴检测装置50(参照图1)。

另外，在罩102的正面侧壁上安装了用于激光加工机100的操作盘110。操作盘110具有显示表示激光加工机100的状态、动作的参数、对操作员提示操作方法的图标等的显示器112及各种操作按钮114。显示器112能够做成可通过操作员用手指触摸图标来对激光加工机100进行各种各样的操作的触摸面板。另外，操作盘110内置控制装置按照操作员的输入、被存储在控制装置内的程序控制激光加工机100。

在图1、2中作为一例表示的光学头10具备激光照射头16，所述激光照射头16被配设在壳体12内，经光纤那样的导光部件14a接收来自激光振荡器14的激光光线，朝向准直透镜18照射。来自激光照射头16的激光光线由准直透镜18成为平行光线，由第一反射镜20朝向第二反射镜22反射，由该第二反射镜22朝向聚焦透镜24反射。由聚焦透镜24缩小了光圈的激光光线通过喷嘴头26向壳体12的外部照射。此时，光学头10照射的激光光线的光轴与Z轴大致平行。

第一和第二反射镜20、22具有平面状的反射面，为了调节该反射面的方向(与反射面垂直的方向)并调节从光学头10照射的激光光线的方向，作为镜定向变更组件具有马达20a、22a。另外，第一和第二反射镜20、22特别是朝向聚焦透镜24反射激光光线的第二反射镜22包括电介质多层膜，所述电介质多层膜适合于从激光振荡器14照射的激光光线的波长并反射该激光光线，且使该激光光线的波长以外的波长的光线透过。更详细地说，在玻璃板上蒸镀形成了这样的电介质多层膜。通过由电介质多层膜形成第二反射镜22，可由相机32监视从喷嘴26b照射的激光光线和喷嘴26b的位置关系。

喷嘴头26是从水供给源30经管路28接受水的供给的空心状的部件。在喷嘴头26的与工作台108面对的底壁上设置了喷出水注的喷嘴26b，在该底壁的相反侧的与聚焦透镜24面对的上面上设置了由玻璃等透明的部件构成的窗26a。喷嘴26b通过形成在光学头10的壳体12的底面上的小孔12b与壳体12的外部连通。

对准单元40在工作台108上被配置在通过由激光加工机100的X轴、Y轴、Z轴的正交3轴的进给装置使光学头10和工作台108相对移动而可与光学头10面对的位置。对准单元40具备被固定在工作台108上的基座部件48；被固定在基座部件48的上面上的环状的下保持部件46；可装拆地被安装在下保持部件46上的环状的上保持部件44；被保持在上、下保持部件44、46之间的反射板42；以及被固定在上保持部件44的上面上的环状的遮光部件34。

遮光部件34由相对于从光学头10照射的激光光线不透过性的材料构成，优选由紧贴于光学头10的壳体12的底面12a而在该遮光部件34和光学头10之间不形成光线泄漏的间隙的材料，例如合成树脂制的海绵、发泡橡胶形成。

反射板42例如能够由不锈钢制的大致圆形板形成，可在周方向旋转地被保持在上下保持部件44、46之间。如图3～图6所示，反射板42在被保持在上、下保持部件44、46之间时，为了由操作员容易地进行反射板42的旋转操作，被配置成其一部分42a向上、下保持部件44、46的外部突出。此时，在径方向，该一部分42a的相反侧的部分42b被配置在光学头10的光轴上。另外，反射板42在外周缘部具有在半径方向切掉了一部分的切口部42c，在该切口部42c的径方向设置了将相反侧的外周缘部的一部分相对于径方向垂直且平坦地形成的平坦部42d。

另外，激光加工机100，如图1、2所示，在工作台108中埋设了功率表80，所述功率表80在处于对准调整位置的光学头10照射的激光光线的光轴上具有传感器部，可测定从光学头10照射的激光光线的输出。如图5所示，通过使反射板42旋转以便将反射板42的切口部42c配置在激光光线的光轴上，可进行激光光线的输出测定。另外，此时，操作员可从在径方向形成在切口部42c的相反侧的平坦部42d的位置容易地进行切口部42c的对位。

紧贴检测装置50是用于检测光学头10的壳体12的底面如图1所示的那样充分地紧贴的装置，具备被安装在壳体12的底面上的联锁开关54；包围该联锁开关54的开关罩52；以及被设置成可从形成在开关罩52的底面上的开口部52a进入开关罩52内的销56。销56被定向在Z轴方向，在本实施方式中是被定向在铅直方向，被收容在固定于工作台108上的销罩58内。另外，功率表80也可以不是埋设在工作台108中而是埋设在对准单元40的基座部件48中。

销罩58是一侧面58b开口的箱形的部件，以便在被安装在工作台108的上面上时操作员可从外侧接触销罩58内。在销罩58的上面上形成了开口部58a，销56通过该开口部58a朝向联锁开关54突出。销56，其作为与联锁开关54相反侧的端部的下端部成为在半径方向扩展的法兰部56a。在本实施方式中，法兰部56a包括磁铁(未图示)，销罩58由铁、其它的磁性材料形成，法兰部56a能够由磁力吸附在销罩58的上壁的内面上。

下面，说明本实施方式的作用。

若从水供给源30经管路28向喷嘴头26供给水，则此水从喷嘴26b喷出，形成在Z轴方向延伸的细的柱状的液体流(水柱)60。来自激光振荡器14的激光，经导光部件14a、激光照射头16、准直透镜18、第一和第二反射镜20、22由聚焦透镜24缩小光圈，通过喷嘴头26的窗26a及喷嘴头26内的水而被导入柱状的液体流60内，朝向工作台108照射。为了将由聚焦透镜24集光的激光光线导入柱状的液体流60内，如下面说明的那样，进行将激光光线和柱状的液体流60在轴方向定位的对准调整。

首先，若操作员通过操作盘110选择对准调整功能，按下操作盘按钮114中的开始按钮，则光学头10开始由激光加工机100的X轴、Y轴、Z轴的进给装置朝向对准调整位置移动。首先，光学头10被配置在对准单元40的上方，接着，光学头10的壳体12的底面12a沿Z轴向下移动直至与对准单元40的遮光部件34紧贴。此时，紧贴检测装置50的销56与联锁开关54抵接，该联锁开关54锁止，由此，激光加工机100的控制装置判断为光学头10到达了对准调整位置，停止Z轴进给。另外，光学头10向对准调整位置的移动，例如可以在向控制装置导入的程序中定义向对准调整位置的移动，也可以是操作员通过提示动作将对准调整位置向控制装置提示。

在为了进行对准调整而安全门106为打开的状态时，在销56不与联锁开关54抵接的情况下，激光加工机100的控制装置判断为光学头10不处于对准调整位置，禁止激光光线的照射，并且将警告显示在显示器110上或发出警告音。另外，由于销56由法兰部56a的磁铁装配在销罩58上，所以在光学头10向对准调整位置移动时，在光学头10在Z轴方向过度地向下移动了的情况下，销56自动地从销罩58脱离。另外，在处于在X轴、Y轴方向错开了的位置时，销56不进入开关罩52的加工部52a，从销罩58脱离。

另外，激光加工机100的控制装置将操作员预先提示的对准调整位置作为激光加工机的进给轴的坐标来存储。因此，在打开安全门106进行对准调整时激光加工机的各进给装置的坐标与存储的对准调整位置不同的情况下，激光加工机100的控制装置判断为光学头10不处于对准调整位置，禁止激光光线的照射，并且将警告显示在显示器110上或发出警告音。

在操作员按下操作盘110的开始按钮而光学头10通过激光加工机100的X轴、Y轴、Z轴的进给装置朝向对准调整位置移动后，在操作盘110的显示器112上显示如图8所示的那样的画面200。在画面200中包括由相机32进行了摄像的喷嘴202；包括激光加工机在画面200内生成了的交叉线206a、206b在内的目标圆208；文本显示对操作员提示对准调整方法的各阶段的文本显示区域201；以及用于操作员依次进行对准调整操作的继续图标210。继续图标210可在向对准调整位置的移动完了后选择。另外，目标圆208具有比喷嘴202大的直径。

若光学头10到达对准调整位置，则如已述的那样，以比加工时弱的对准输出从光学头10照射激光光线。在此时刻，因为激光与喷嘴的位置没有一致，所以若照射激光光线，则激光光线在喷嘴头26的内部漫反射。漫反射的激光光线的一部分由反射板42反射，通过喷嘴26b，到达相机32。因此，在显示器112上，作为喷嘴202内侧亮、外侧暗地显示喷嘴26b的轮廓。在图9中，表示激光光线的光轴与喷嘴202的中心没有一致的状态，在喷嘴头26的内面中的激光光线的反射作为激光光斑204来表示。接着，若操作员轻敲继续图标210，则如图9所示，在画面200的文本显示区域201中显示对操作员指示调整相机的聚焦的文本“请调整相机聚焦”。由于是进行调整相机32的聚焦的作业，需要操作员接近光学头10，所以若没有遮光部件34，则存在受到激光光线的暴露的危险性。

若操作员轻敲继续图标210，则如图10所示，在文本显示区域201中显示对操作员指示使目标圆208和喷嘴202的位置一致的文本“请移动圆，与喷嘴一致”。通过操作员轻敲移动图标214、216、218、220，目标圆208与交叉线206a、206b一起向移动图标214～220所示的方向移动。

在目标圆208如图11所示移动到与喷嘴202成为大致同心的位置后，若操作员轻敲继续图标210，则如图12所示，在文本显示区域中显示对操作员指示调节激光光线的聚焦的文本“请调整激光光斑的聚焦”。激光光斑的聚焦调整通过使聚焦透镜24向光轴方向移动来进行。为了进行使此聚焦透镜24移动的作业，操作员需要接近光学头10，以往存在受到激光光线的暴露的危险性。

在操作员对激光光斑的聚焦进行了调整后，若操作员轻敲继续图标210，则如图13所示，激光聚焦图标消失，在文本显示区域201中显示对操作员指示应将激光光斑204在X轴方向进行定位的文本“请使激光光斑和圆的X位置一致”，并且在画面中隔着纵(Y轴)的交叉线206a，显示2条纵的辅助线224a、224b。通过操作员轻敲移动图标214、216、218、220，激光光斑在移动图标214～220所示的方向移动。激光光斑的移动通过对第一和第二反射镜20、22的马达20a、22a进行驱动来变更第一和第二反射镜20、22的定向来进行。即，调节激光光线的导入位置或角度。如图13所示，通过在由虚线所示的辅助线224a、224b之间配置激光光斑204，操作员能够容易地进行激光光斑204的X轴方向的定位。

在将激光光斑204如图13所示在X轴方向定位后，若操作员轻敲继续图标210，则如图14所示，纵的辅助线224a、224b消失，在文本显示区域201中显示对操作员指示应将激光光斑204在Y轴方向定位的文本“请使激光光斑和圆的Y位置一致”，并且在画面中隔着横(X轴)的交叉线206b显示2条横的辅助线226a、226b。通过操作员轻敲移动图标214、216、218、220，激光光斑在移动图标214～220所示的方向移动。如图14所示，通过在由虚线所示的辅助线226a、226b之间配置激光光斑204，操作员能够容易地进行激光光斑204的Y轴方向的定位。这样，激光光斑204相对于喷嘴202大致同心地配置。

接着，若操作员轻敲继续图标210，则如图15所示，横的辅助线226a、226b消失，并且光学头10返回到上述的对准调整作业开始以前的位置。

根据本实施方式，通过由控制装置进行控制，能够可靠地进行光学头10向对准调整位置的移动。另外，由于在每个阶段依次在操作盘110的显示器112上显示使柱状的液体流60的轴心和激光光线的光轴一致的对准调整的作业顺序，所以操作员能够安全且容易地进行作业，不会弄错作业顺序，不会在未遮光的状态下进行激光光线照射。

进而，根据本实施方式，在光学头10被配置在对准调整位置时，光学头10的壳体12的底面紧贴于对准单元40的遮光部件34，防止在对准调整作业中激光光线向外部泄漏。因此，在以往技术中，例如必须遵循基于JIS C6802、IEC 60825-1的等级4进行对准调整作用，但在本实施方式的激光加工机100中，能够按照等级1进行对准调整作用，操作员在将安全门106打开的状态下也能够进行对准调整作业。

符号的说明

10：光学头；12：壳体；14：激光振荡器；16：激光照射头；18：准直透镜；20：第一反射镜；22：第二反射镜；24：聚焦透镜；26：喷嘴头；26b：喷嘴；30：水供给源；32：相机；34：遮光部件；40：对准单元；42：反射板；42c：切口部；42d：平坦部；44：上保持部件；46：下保持部件；48：基座部件；50：紧贴检测装置；60：柱状的液体流；100：激光加工机；108：工作台；110：操作盘；202：喷嘴；204：激光光斑；208：目标圆。

Claims

1.一种激光加工机，其是向被载置在工作台上的工件照射激光光线，对工件进行加工的激光加工机，其特征在于，

具备光学头和对准调整装置，

所述光学头具有喷嘴，并向该喷嘴导入照射激光光线，所述喷嘴喷射液体而形成柱状的液体流，

所述对准调整装置具有被配置成与前述光学头面对并反射激光光线的反射板，并在该反射板的反射激光光线的部分的周围具有遮光部，调整激光光线的相对于前述柱状的液体流的导入位置或角度。

2.如权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，

前述光学头具备从激光振荡器朝向前述喷嘴引导激光光线的光学系统；对前述喷嘴及前述反射板的图像进行摄像的相机；和收纳前述光学系统以及相机的壳体，前述喷嘴被配设在前述壳体的底面上，

前述对准调整装置在激光加工机中被配设在前述遮光部能够紧贴于前述光学头的壳体的底面地围绕前述喷嘴的位置。

3.如权利要求2所述的激光加工机，其特征在于，具备检测前述光学头的壳体紧贴于前述遮光部的紧贴检测装置。

4.如权利要求3所述的激光加工机，其特征在于，具备控制装置，所述控制装置在前述紧贴检测装置检测到前述光学头的壳体紧贴于前述遮光部时，能够照射激光光线。

5.如权利要求3所述的激光加工机，其特征在于，具备控制装置，所述控制装置存储对准调整坐标，在该各轴的进给装置的坐标处于该对准调整坐标时，能够进行激光光线的照射，所述对准调整坐标是激光加工机的各轴的进给装置的在前述光学头的壳体紧贴于前述遮光部件的对准调整位置的坐标。

6.如权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，前述对准调整装置具备被固定在前述工作台上的基座部；和被设置在该基座部上，由保持前述反射板的环状的部件构成的保持部，前述遮光部由被安装在该保持部的上面上的环状的部件构成。

7.如权利要求6所述的激光加工机，其特征在于，前述反射板可旋转地被保持在前述保持部。

8.如权利要求6所述的激光加工机，其特征在于，前述反射板由大致圆形的部件构成，具有从外周缘部向半径方向延伸的切口部。

9.如权利要求8所述的激光加工机，其特征在于，前述反射板具有在径方向被设置在前述切口部的相反侧的平坦部。

10.如权利要求1所述的激光加工机，其特征在于，还具备在每个阶段依次显示对准调整方法的显示器。

11.一种对准调整方法，其是激光加工机的激光光线的对准调整方法，所述激光加工机具有喷射液体而形成柱状的液体流的喷嘴，从向该喷嘴导入照射激光光线的光学头向被载置在工作台上的工件照射激光光线对工件进行加工，所述对准调整方法的特征在于，包括：

使反射激光光线的反射板与前述光学头的喷嘴面对地配置的阶段；

由防止激光光线的泄漏的遮光部件包围前述喷嘴和前述反射板之间的空间的阶段；

朝向前述反射板照射激光光线的阶段；和

使前述激光光线的焦点位置移动以便将由前述反射板反射的激光光线的光轴定位在前述喷嘴的中心的阶段。

12.如权利要求11所述的对准调整方法，其特征在于，包围前述喷嘴和反射板之间的空间的阶段使用前述激光加工机的进给装置来执行。

13.如权利要求11所述的对准调整方法，其特征在于，包围前述喷嘴和反射板之间的空间的阶段使前述激光加工机的光学头与前述遮光部件紧贴来进行。