JP2003225787A - レーザ加工機のノズルの芯出し方法および装置 - Google Patents
レーザ加工機のノズルの芯出し方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 人手によらないレーザ加工ヘッドの芯出し方
法および装置の提供。 【解決手段】 レーザビームを集光する集光レンズ１３
と、集光された収斂ビームが通過自在のアシストガス噴
射口を備えたノズル１５とを備えたレーザ加工ヘッドに
おいて、集光レンズの上方にオプチカルフラット２９を
設け、該オプチカルフラットの光軸に対する傾斜角度を
変更自在に設けると共に前記光軸を軸心として回転位置
決め自在に設け、前記噴射口およびワークの加工穴を観
察可能な反射鏡５７を集光レンズ下方の光軸上へ進退自
在に設け、該反射鏡を介して前記噴射口および加工穴を
撮像するＣＣＤカメラ６４と、該ＣＣＤカメラが撮像し
た画像を画像処理して前記噴射口と前記光軸との偏差を
求める画像処置装置６５と、前記偏差に基づいて前記オ
プチカルフラットの傾斜角度と回転角度を制御して前記
ノズル軸心に前記収斂ビームの光軸を一致させる制御装
置３を設けてなるレーザ加工機のノズルの芯出し装置。
法および装置の提供。 【解決手段】 レーザビームを集光する集光レンズ１３
と、集光された収斂ビームが通過自在のアシストガス噴
射口を備えたノズル１５とを備えたレーザ加工ヘッドに
おいて、集光レンズの上方にオプチカルフラット２９を
設け、該オプチカルフラットの光軸に対する傾斜角度を
変更自在に設けると共に前記光軸を軸心として回転位置
決め自在に設け、前記噴射口およびワークの加工穴を観
察可能な反射鏡５７を集光レンズ下方の光軸上へ進退自
在に設け、該反射鏡を介して前記噴射口および加工穴を
撮像するＣＣＤカメラ６４と、該ＣＣＤカメラが撮像し
た画像を画像処理して前記噴射口と前記光軸との偏差を
求める画像処置装置６５と、前記偏差に基づいて前記オ
プチカルフラットの傾斜角度と回転角度を制御して前記
ノズル軸心に前記収斂ビームの光軸を一致させる制御装
置３を設けてなるレーザ加工機のノズルの芯出し装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工機のノズ
ルの芯出し方法および装置に関する。
ルの芯出し方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ加工機では、良好なレーザ加工を
行うためにノズルを通過するレーザビームの光軸とノズ
ルの中心とが一致するように調整してある。もし、ノズ
ルの中心とレーザビームの光軸とが不一致である場合に
は加工品質が不均質となる。したがって、ノズルを交換
した場合には、再度、レーザビームの光軸とノズルの中
心とが一致するように調整する必要がある。
行うためにノズルを通過するレーザビームの光軸とノズ
ルの中心とが一致するように調整してある。もし、ノズ
ルの中心とレーザビームの光軸とが不一致である場合に
は加工品質が不均質となる。したがって、ノズルを交換
した場合には、再度、レーザビームの光軸とノズルの中
心とが一致するように調整する必要がある。
【０００３】ノズルを通過するレーザビームの光軸とノ
ズルの中心とがずれる、いわゆる芯ずれの発生は、特に
ノズルを交換したとき、または集光レンズの焦点距離を
変更するために集光レンズを交換した場合に発生するこ
とが多い。また、加工条件の変更をした場合に発生する
こともある。例えば、レーザの出力を変更した場合、レ
ーザ光の特性が変化して光軸がずれることもある。
ズルの中心とがずれる、いわゆる芯ずれの発生は、特に
ノズルを交換したとき、または集光レンズの焦点距離を
変更するために集光レンズを交換した場合に発生するこ
とが多い。また、加工条件の変更をした場合に発生する
こともある。例えば、レーザの出力を変更した場合、レ
ーザ光の特性が変化して光軸がずれることもある。
【０００４】従来、上述のような調整、いわゆる「ノズ
ルの芯出し」を行うために、図５に示す如きレーザ加工
ヘッド１００が使用されている。このレーザ加工ヘッド
１００は、筒体１０１の下部に集光レンズ１０２が着脱
交換可能に設けてあり、この筒体１０１の下端部で前記
集光レンズ１０２の下方位置には、ノズル１０３が４本
の調整ねじ１０５（a,b,c,d）によって水平方向に移動
調節自在に設けてある。
ルの芯出し」を行うために、図５に示す如きレーザ加工
ヘッド１００が使用されている。このレーザ加工ヘッド
１００は、筒体１０１の下部に集光レンズ１０２が着脱
交換可能に設けてあり、この筒体１０１の下端部で前記
集光レンズ１０２の下方位置には、ノズル１０３が４本
の調整ねじ１０５（a,b,c,d）によって水平方向に移動
調節自在に設けてある。
【０００５】上述の如き構成のノズルの芯出しは次のよ
うな手順で行われている。始めに、セロテープ（商品
名）の如き透明な部材をノズルのアシストガス噴射口に
貼りつけて低出力でピアシング加工を実施する。
うな手順で行われている。始めに、セロテープ（商品
名）の如き透明な部材をノズルのアシストガス噴射口に
貼りつけて低出力でピアシング加工を実施する。
【０００６】すると、セロテープにはノズルのアシスト
ガス噴出口の痕跡が残ると共に、この噴出口の痕跡内部
にピアシング加工の穴が明く（図６a）。このピアシン
グ加工の穴の位置を目視で確認し、セロテープのピアス
穴がノズルの中心に移動するようにノズルの中心を移動
させる。
ガス噴出口の痕跡が残ると共に、この噴出口の痕跡内部
にピアシング加工の穴が明く（図６a）。このピアシン
グ加工の穴の位置を目視で確認し、セロテープのピアス
穴がノズルの中心に移動するようにノズルの中心を移動
させる。
【０００７】例えば、（図６a）の場合には、調整ねじ
１０５a、１０５bをゆるめ、１０５c、と１０５dを締め
つける。セロテープのピアス穴とノズルの中心が一致す
るまでこの作業を繰り返す（図６b）。
１０５a、１０５bをゆるめ、１０５c、と１０５dを締め
つける。セロテープのピアス穴とノズルの中心が一致す
るまでこの作業を繰り返す（図６b）。
【０００８】また、軟鋼の薄板を加工位置に配置し、低
出力のレーザでピアシング加工を行い、スパッターの飛
散する方向を目で確認しながら、スパッターが全方向均
等になるようにノズルの位置を調整する方法もある。
出力のレーザでピアシング加工を行い、スパッターの飛
散する方向を目で確認しながら、スパッターが全方向均
等になるようにノズルの位置を調整する方法もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述の如きノズルの芯
出し作業は、芯ずれ量の確認を作業者が行うため、芯合
わせ精度に作業者による個人差があり、かつ芯出し作業
に多くの手間と時間がかかるという問題がある。また、
芯出し作業が人手に依存するためレーザ加工の自動化の
妨げとなっている。
出し作業は、芯ずれ量の確認を作業者が行うため、芯合
わせ精度に作業者による個人差があり、かつ芯出し作業
に多くの手間と時間がかかるという問題がある。また、
芯出し作業が人手に依存するためレーザ加工の自動化の
妨げとなっている。
【００１０】本発明は上述の如き問題を解決するために
なされたものであり、本発明の課題は、人手によらない
レーザ加工ヘッドの芯出し方法および装置を提供するこ
とである。
なされたものであり、本発明の課題は、人手によらない
レーザ加工ヘッドの芯出し方法および装置を提供するこ
とである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決する手
段として請求項１に記載のレーザ加工機のノズルの芯出
し方法は、レーザ発振器からのレーザビームを集光する
集光レンズと、該集光レンズで集光された収斂ビームが
通過自在のアシストガス噴射口を備えたノズルとを備え
たレーザ加工ヘッドにおいて、前記集光レンズの上方に
前記レーザ発振器からのレーザビームが透過自在のオプ
チカルフラットを設け、該オプチカルフラットの前記レ
ーザビームの光軸に対する傾斜角度を変更自在に設ける
と共に前記光軸を軸心として回転位置決め自在に設け、
前記アシストガス噴射口およびワークの加工穴を観察可
能な反射鏡を前記集光レンズの下方の光軸上へ進退自在
に設けると共に、該反射鏡を介して前記噴射口および加
工穴中心を撮像するＣＣＤカメラを設け、該ＣＣＤカメ
ラが撮像した前記噴射口および加工穴中心の画像を画像
処理して前記噴射口と前記光軸との偏差を求め、該偏差
に基づいて前記オプチカルフラットの傾斜角度および回
転角度を制御して前記ノズル軸心に前記収斂ビームの光
軸を一致させることを要旨とするものである。
段として請求項１に記載のレーザ加工機のノズルの芯出
し方法は、レーザ発振器からのレーザビームを集光する
集光レンズと、該集光レンズで集光された収斂ビームが
通過自在のアシストガス噴射口を備えたノズルとを備え
たレーザ加工ヘッドにおいて、前記集光レンズの上方に
前記レーザ発振器からのレーザビームが透過自在のオプ
チカルフラットを設け、該オプチカルフラットの前記レ
ーザビームの光軸に対する傾斜角度を変更自在に設ける
と共に前記光軸を軸心として回転位置決め自在に設け、
前記アシストガス噴射口およびワークの加工穴を観察可
能な反射鏡を前記集光レンズの下方の光軸上へ進退自在
に設けると共に、該反射鏡を介して前記噴射口および加
工穴中心を撮像するＣＣＤカメラを設け、該ＣＣＤカメ
ラが撮像した前記噴射口および加工穴中心の画像を画像
処理して前記噴射口と前記光軸との偏差を求め、該偏差
に基づいて前記オプチカルフラットの傾斜角度および回
転角度を制御して前記ノズル軸心に前記収斂ビームの光
軸を一致させることを要旨とするものである。
【００１２】請求項２に記載のレーザ加工機のノズルの
芯出し装置は、レーザ発振器からのレーザビームを集光
する集光レンズと、該集光レンズで集光された収斂ビー
ムが通過自在のアシストガス噴射口を備えたノズルとを
備えたレーザ加工ヘッドにおいて、前記集光レンズの上
方に前記レーザ発振器からのレーザビームが透過自在の
オプチカルフラットを設け、該オプチカルフラットの前
記レーザビームの光軸に対する傾斜角度を変更自在に設
けると共に前記光軸を軸心として回転位置決め自在に設
け、前記アシストガス噴射口およびワークの加工穴を観
察可能な反射鏡を前記集光レンズの下方の光軸上へ進退
自在に設けると共に、該反射鏡を介して前記噴射口およ
び加工穴中心を撮像するＣＣＤカメラを設け、該ＣＣＤ
カメラが撮像した前記噴射口および加工穴中心の画像を
画像処理して前記噴射口と前記光軸との偏差を求める画
像処置装置と、該画像処置装置で求めた偏差に基づいて
前記オプチカルフラットの傾斜角度と回転角度を制御し
て前記ノズル軸心に前記収斂ビームの光軸を一致させる
制御装置を設けたことを要旨とするものである。
芯出し装置は、レーザ発振器からのレーザビームを集光
する集光レンズと、該集光レンズで集光された収斂ビー
ムが通過自在のアシストガス噴射口を備えたノズルとを
備えたレーザ加工ヘッドにおいて、前記集光レンズの上
方に前記レーザ発振器からのレーザビームが透過自在の
オプチカルフラットを設け、該オプチカルフラットの前
記レーザビームの光軸に対する傾斜角度を変更自在に設
けると共に前記光軸を軸心として回転位置決め自在に設
け、前記アシストガス噴射口およびワークの加工穴を観
察可能な反射鏡を前記集光レンズの下方の光軸上へ進退
自在に設けると共に、該反射鏡を介して前記噴射口およ
び加工穴中心を撮像するＣＣＤカメラを設け、該ＣＣＤ
カメラが撮像した前記噴射口および加工穴中心の画像を
画像処理して前記噴射口と前記光軸との偏差を求める画
像処置装置と、該画像処置装置で求めた偏差に基づいて
前記オプチカルフラットの傾斜角度と回転角度を制御し
て前記ノズル軸心に前記収斂ビームの光軸を一致させる
制御装置を設けたことを要旨とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
よって説明する。
よって説明する。
【００１４】図１は本発明に係わるノズルの芯出し装置
を備えた光軸固定タイプのレーザ加工機の例を示したも
のである。
を備えた光軸固定タイプのレーザ加工機の例を示したも
のである。
【００１５】図１に示すように、レーザ加工機１０はレ
ーザ発振器１と制御装置３を基台４上に載置した本体５
と、この本体５の左方に水平に設けられたワークテーブ
ル７と、このワークテーブル７に載置されたワークＷを
任意の加工位置（X,Y）へ移動位置決めするワーク位置
決め手段９を有している。
ーザ発振器１と制御装置３を基台４上に載置した本体５
と、この本体５の左方に水平に設けられたワークテーブ
ル７と、このワークテーブル７に載置されたワークＷを
任意の加工位置（X,Y）へ移動位置決めするワーク位置
決め手段９を有している。
【００１６】なお、前記制御装置３はレーザ発振器１、
ワーク位置決め手段９、後述のオプチカルフラット２９
の傾斜角度および回転角度を制御するサーボモータ（４
３，５１）、画像処理装置６５などを制御可能なように
構成してある。
ワーク位置決め手段９、後述のオプチカルフラット２９
の傾斜角度および回転角度を制御するサーボモータ（４
３，５１）、画像処理装置６５などを制御可能なように
構成してある。
【００１７】また、前記本体５の上部からは左方へ延伸
する上部アーム１１が設けてあり、この上部アーム１１
の先端部には、レーザ発振器１からのレーザビーム１７
をワークＷへ集光照射するための集光レンズ１３と、こ
の集光レンズ１３で集光された収斂ビームが通過可能か
つアシストガスを噴射するための噴射口を備えたノズル
１５などを有するレーザ加工ヘッド２１が設けてある。
する上部アーム１１が設けてあり、この上部アーム１１
の先端部には、レーザ発振器１からのレーザビーム１７
をワークＷへ集光照射するための集光レンズ１３と、こ
の集光レンズ１３で集光された収斂ビームが通過可能か
つアシストガスを噴射するための噴射口を備えたノズル
１５などを有するレーザ加工ヘッド２１が設けてある。
【００１８】前記集光レンズ１３には、レーザ発振器１
から出射されたレーザビーム１７がベンドミラー１９を
介して垂直方向に偏向されてレーザビーム１７'として
入射されるようになっている。
から出射されたレーザビーム１７がベンドミラー１９を
介して垂直方向に偏向されてレーザビーム１７'として
入射されるようになっている。
【００１９】図２は、前記レーザ加工ヘッド２１の構成
例であり、本実施の形態では加工ヘッド２１の本体は、
分割可能な上部筒体２３Ｕ、中間筒体２３Ｍおよび下部
筒体２３Ｌとからなり、上部筒体２３Ｕの内部には複数
の軸受け２５（a,b,c）により上部筒体２３Ｕに回転可
能に軸支された内筒２７が設けてある。
例であり、本実施の形態では加工ヘッド２１の本体は、
分割可能な上部筒体２３Ｕ、中間筒体２３Ｍおよび下部
筒体２３Ｌとからなり、上部筒体２３Ｕの内部には複数
の軸受け２５（a,b,c）により上部筒体２３Ｕに回転可
能に軸支された内筒２７が設けてある。
【００２０】上記内筒２７を回転自在に軸支する構成と
して、例えば内筒２７の上部にフランジ２７aを設け、
前記上部筒体２３Ｕの内壁に設けた段部２３aとの間に
ラジアル軸受け２５aとスラスト軸受け２５bとを重ねて
配置すると共に、前記上部筒体２３Ｕ下部に段部２３b
を設け、この段部２３bにラジアル軸受け２５cを当接す
るように下方から挿入して設け、この下方のラジアル軸
受け２５ｃの外輪を固定リング２４で上部筒体２３Ｕに
固定すると共に、内輪をスナップリング２６で内筒２７
に固定して設ける構成とすることもできる。
して、例えば内筒２７の上部にフランジ２７aを設け、
前記上部筒体２３Ｕの内壁に設けた段部２３aとの間に
ラジアル軸受け２５aとスラスト軸受け２５bとを重ねて
配置すると共に、前記上部筒体２３Ｕ下部に段部２３b
を設け、この段部２３bにラジアル軸受け２５cを当接す
るように下方から挿入して設け、この下方のラジアル軸
受け２５ｃの外輪を固定リング２４で上部筒体２３Ｕに
固定すると共に、内輪をスナップリング２６で内筒２７
に固定して設ける構成とすることもできる。
【００２１】前記内筒２７の内部にはレーザビーム１７
が透過自在の平板状の光学素子であるオプチカルフラッ
ト２９が取り付けてある。オプチカルフラット２９の一
端部は、前記内筒２７の内壁に設けた軸受け部３１に設
けた回動軸３３に回動可能に軸支してあり、他端部には
円弧状の歯車３５を備えた支持体３７が取り付けてあ
る。また、内筒２７の内壁には支持体３７の両側面（図
２では紙面に直交する方向の側面）に係合する案内溝を
有する支持体案内３９が設けてある。
が透過自在の平板状の光学素子であるオプチカルフラッ
ト２９が取り付けてある。オプチカルフラット２９の一
端部は、前記内筒２７の内壁に設けた軸受け部３１に設
けた回動軸３３に回動可能に軸支してあり、他端部には
円弧状の歯車３５を備えた支持体３７が取り付けてあ
る。また、内筒２７の内壁には支持体３７の両側面（図
２では紙面に直交する方向の側面）に係合する案内溝を
有する支持体案内３９が設けてある。
【００２２】上述の内筒２７内部には前記支持体３７の
円弧状の歯車３５に係合する小歯車４１を備えた第１サ
ーボモータ４３が設けてある。また、内筒２７の外周部
には歯付きベルトに係合するプーリ４５が取り付てあ
り、このプーリ４５に係合させた歯付きベルト４７が前
記上部筒体２３Ｕの外壁に設けた第２サーボモータ５１
の駆動プーリ５３に開口部４９を通じて掛け回してあ
る。
円弧状の歯車３５に係合する小歯車４１を備えた第１サ
ーボモータ４３が設けてある。また、内筒２７の外周部
には歯付きベルトに係合するプーリ４５が取り付てあ
り、このプーリ４５に係合させた歯付きベルト４７が前
記上部筒体２３Ｕの外壁に設けた第２サーボモータ５１
の駆動プーリ５３に開口部４９を通じて掛け回してあ
る。
【００２３】上記構成において、第１サーボモータ４３
および第２サーボモータ５１を前記制御装置３の制御の
下に回転駆動することにより、オプチカルフラット２９
の傾斜角度およびレーザビーム１７'の光軸回りの回転
角度を所望の角度に設定することが可能である。
および第２サーボモータ５１を前記制御装置３の制御の
下に回転駆動することにより、オプチカルフラット２９
の傾斜角度およびレーザビーム１７'の光軸回りの回転
角度を所望の角度に設定することが可能である。
【００２４】前記中間筒体２３Ｍの上部は前記上部筒体
２３Ｕの下面に設けた前記固定リング２４を貫通するボ
ルト２８により上部筒体２３Ｕに着脱可能に結合してあ
り、また、中間筒体２３Ｍの下部には前記下部筒体２３
Ｌがボルト（図示省略）などで固定してあり、下部筒体
２３Ｌの下端部には前記ノズル１５が着脱交換可能に螺
着してある。
２３Ｕの下面に設けた前記固定リング２４を貫通するボ
ルト２８により上部筒体２３Ｕに着脱可能に結合してあ
り、また、中間筒体２３Ｍの下部には前記下部筒体２３
Ｌがボルト（図示省略）などで固定してあり、下部筒体
２３Ｌの下端部には前記ノズル１５が着脱交換可能に螺
着してある。
【００２５】前記中間筒体２３Ｍの内部上方には、前記
レーザビーム１７'の光軸に一致するように集光レンズ
１３が交換可能に取り付けてある。なお、集光レンズ１
３の下方には、中間筒体２３Ｍの内部空間と前記上部筒
体２３Ｕの内部空間との間の気体の流通を遮断する遮蔽
窓５５aが設けてある。また、前記下部筒体２３Ｌ内部
には、前記ノズル１５内部と中間筒体２３Ｍの内部空間
との気体の流通を遮断する遮蔽窓５５bが設けてある。
レーザビーム１７'の光軸に一致するように集光レンズ
１３が交換可能に取り付けてある。なお、集光レンズ１
３の下方には、中間筒体２３Ｍの内部空間と前記上部筒
体２３Ｕの内部空間との間の気体の流通を遮断する遮蔽
窓５５aが設けてある。また、前記下部筒体２３Ｌ内部
には、前記ノズル１５内部と中間筒体２３Ｍの内部空間
との気体の流通を遮断する遮蔽窓５５bが設けてある。
【００２６】前記集光レンズ１３の下方には、前記ノズ
ル１５下端部のアシストガス噴射口１５hおよびワーク
Ｗの加工穴中心部を観察可能な反射鏡５７が前記レーザ
ビーム１７'の光軸上へ進退自在に設けてある。例え
ば、中間筒体２３Ｍ外部に空圧シリンダ５９を水平に設
け、この空圧シリンダ５９のピストンロッド６１を中間
筒体２３Ｍ内部へ進退自在に設けると共に、このピスト
ンロッド６１に反射鏡５７を保持する反射鏡ホルダ６３
を設けた構成とすることも可能である。
ル１５下端部のアシストガス噴射口１５hおよびワーク
Ｗの加工穴中心部を観察可能な反射鏡５７が前記レーザ
ビーム１７'の光軸上へ進退自在に設けてある。例え
ば、中間筒体２３Ｍ外部に空圧シリンダ５９を水平に設
け、この空圧シリンダ５９のピストンロッド６１を中間
筒体２３Ｍ内部へ進退自在に設けると共に、このピスト
ンロッド６１に反射鏡５７を保持する反射鏡ホルダ６３
を設けた構成とすることも可能である。
【００２７】また、上述の反射鏡５７を介して、ノズル
１５下端の噴射口１５hおよびワークＷの加工穴を撮像
するＣＣＤカメラ６４が中間筒体２３Ｍ外部に取り付け
てある。
１５下端の噴射口１５hおよびワークＷの加工穴を撮像
するＣＣＤカメラ６４が中間筒体２３Ｍ外部に取り付け
てある。
【００２８】上記構成において、前記空圧シリンダ５９
を作動させて、反射鏡５７をレーザビーム１７'の光軸
上に移動させれば、噴射口１５hおよびワークＷの加工
穴をＣＣＤカメラ６４で撮像することができる。また、
反射鏡５７をレーザビーム１７'の光軸上から退避させ
れば通常のレーザ加工を行うことが可能となる。
を作動させて、反射鏡５７をレーザビーム１７'の光軸
上に移動させれば、噴射口１５hおよびワークＷの加工
穴をＣＣＤカメラ６４で撮像することができる。また、
反射鏡５７をレーザビーム１７'の光軸上から退避させ
れば通常のレーザ加工を行うことが可能となる。
【００２９】上記構成のレーザ加工ヘッド２１におい
て、レーザビーム１７'は前記オプチカルフラット２９
を介して前記集光レンズ１３へ入射される。この場合、
オプチカルフラット２９の傾斜角度が水平（i＝０）、
すなわち、レーザビーム１７'の光軸に直角（またはオ
プチカルフラットへの入射角iが０度）の場合、レーザ
ビーム１７'の光軸中心と集光レンズ１３の光軸は一致
しているので、集光レンズ１３で集光された収斂ビーム
の光軸はノズル１５の軸心に一致する。
て、レーザビーム１７'は前記オプチカルフラット２９
を介して前記集光レンズ１３へ入射される。この場合、
オプチカルフラット２９の傾斜角度が水平（i＝０）、
すなわち、レーザビーム１７'の光軸に直角（またはオ
プチカルフラットへの入射角iが０度）の場合、レーザ
ビーム１７'の光軸中心と集光レンズ１３の光軸は一致
しているので、集光レンズ１３で集光された収斂ビーム
の光軸はノズル１５の軸心に一致する。
【００３０】オプチカルフラット２９の傾斜角度がi、
回転角度θが０度の場合、オプチカルフラット２９に入
射されたレーザビーム１７'の光軸は、-Ｙ方向へ偏心し
て集光レンズ１３へ入射され、その結果集光レンズで集
光される収斂ビームの焦点位置も-Ｙ方向へ換言すれば
半径方向へ変位する。
回転角度θが０度の場合、オプチカルフラット２９に入
射されたレーザビーム１７'の光軸は、-Ｙ方向へ偏心し
て集光レンズ１３へ入射され、その結果集光レンズで集
光される収斂ビームの焦点位置も-Ｙ方向へ換言すれば
半径方向へ変位する。
【００３１】上述のオプチカルフラット２９での変位量
は、オプチカルフラット２９の板厚ｔ、入射角i、屈折
角r、屈折率ｎ（=sin(i)/sin(r)）とで決まるものであ
る。したがって、オプチカルフラット２９の傾斜角度i
を決定すれば、収斂ビームの半径方向の位置（R）が確
定する。
は、オプチカルフラット２９の板厚ｔ、入射角i、屈折
角r、屈折率ｎ（=sin(i)/sin(r)）とで決まるものであ
る。したがって、オプチカルフラット２９の傾斜角度i
を決定すれば、収斂ビームの半径方向の位置（R）が確
定する。
【００３２】また、オプチカルフラット２９を角度θだ
け回転させれば、上述の収斂ビームがレーザビーム１
７'の光軸を軸心として半径Rで角度θだけ回動すること
になり、収斂ビームの焦点位置を極座標形式で表せば、
焦点位置はＰ（R,θ）に移動することになる。
け回転させれば、上述の収斂ビームがレーザビーム１
７'の光軸を軸心として半径Rで角度θだけ回動すること
になり、収斂ビームの焦点位置を極座標形式で表せば、
焦点位置はＰ（R,θ）に移動することになる。
【００３３】なお、オプチカルフラットの回転角度θの
基準を前記回動軸３３とＸ軸とが平行のときを０度とす
る（図２、図３参照）。
基準を前記回動軸３３とＸ軸とが平行のときを０度とす
る（図２、図３参照）。
【００３４】図４に示すように、前記ＣＣＤカメラ６４
が撮像した噴射口１５hおよびワークＷの加工穴の映像
は、前記制御装置３に制御の下にある画像処理装置６５
において処理され、噴射口１５hの中心位置と、加工穴
の（例えば円形の貫通穴）の中心位置の座標情報を、例
えば極座標形式Ｐ（R,θ）で演算して求めるように構成
してある。さらに、画像処理装置６５では演算した座標
情報を基に噴射口１５hの中心位置と加工穴との偏差
（芯ずれ量）を算出して、前記制御装置３に入力するよ
うに構成してある。
が撮像した噴射口１５hおよびワークＷの加工穴の映像
は、前記制御装置３に制御の下にある画像処理装置６５
において処理され、噴射口１５hの中心位置と、加工穴
の（例えば円形の貫通穴）の中心位置の座標情報を、例
えば極座標形式Ｐ（R,θ）で演算して求めるように構成
してある。さらに、画像処理装置６５では演算した座標
情報を基に噴射口１５hの中心位置と加工穴との偏差
（芯ずれ量）を算出して、前記制御装置３に入力するよ
うに構成してある。
【００３５】画像処理装置６５からの偏差データを受け
取った制御装置３においては、この偏差データを基に収
斂ビームの光軸が噴射口１５hの中心に一致するための
傾斜角度iと回転角度θとを演算して求め、前記第１サ
ーボモータ４３と第２サーボモータ５１の回転角度を制
御するように構成してある。
取った制御装置３においては、この偏差データを基に収
斂ビームの光軸が噴射口１５hの中心に一致するための
傾斜角度iと回転角度θとを演算して求め、前記第１サ
ーボモータ４３と第２サーボモータ５１の回転角度を制
御するように構成してある。
【００３６】上記構成のレーザ加工機において、例えば
ノズル１５または集光レンズ１３の焦点距離を変更する
ために集光レンズ１３を交換した場合、前述の反射鏡５
７をレーザビーム１７'の光軸上に移動させて、ノズル
１５を通過するレーザビームの光軸とノズル１５の中心
との芯ずれの有無を前記画像処理装置６５により検出
し、芯ずれが在る場合には、前記制御装置３に制御の下
に前記オプチカルフラット２９の回転角度θと傾斜角度
iを制御して芯ずれを補正することができる。なお、実
際の加工時には反射鏡５７を光軸上から退避させるので
レーザ加工に支障は生じない。
ノズル１５または集光レンズ１３の焦点距離を変更する
ために集光レンズ１３を交換した場合、前述の反射鏡５
７をレーザビーム１７'の光軸上に移動させて、ノズル
１５を通過するレーザビームの光軸とノズル１５の中心
との芯ずれの有無を前記画像処理装置６５により検出
し、芯ずれが在る場合には、前記制御装置３に制御の下
に前記オプチカルフラット２９の回転角度θと傾斜角度
iを制御して芯ずれを補正することができる。なお、実
際の加工時には反射鏡５７を光軸上から退避させるので
レーザ加工に支障は生じない。
【００３７】上述のオプチカルフラット２９の傾斜角度
iを変更するための駆動手段には、前記サーボモータ４
３手段に代えてシリンダや圧電素子をアクチュエータと
して使用することも可能である。
iを変更するための駆動手段には、前記サーボモータ４
３手段に代えてシリンダや圧電素子をアクチュエータと
して使用することも可能である。
【００３８】さらに本実施の形態では集光レンズ１３を
オプチカルフラット２９の下方に設けたが、オプチカル
フラット２９の上方に配置する構成としても同様な効果
を得ることが可能である。
オプチカルフラット２９の下方に設けたが、オプチカル
フラット２９の上方に配置する構成としても同様な効果
を得ることが可能である。
【００３９】
【発明の効果】請求項１または請求項２の発明によれ
ば、ノズルまたは集光レンズの交換によりノズルを通過
するレーザビームの光軸とノズル中心との芯ずれが発生
した場合、レーザ加工ヘッド内部からノズルのアシスト
ガス噴射口と加工穴とをＣＣＤカメラで撮像し、この画
像を画像処理装置で画像処理して噴射口と光軸との偏差
（芯ずれ量）を求め、この偏差に基づいて前記オプチカ
ルフラットの傾斜角度および回転角度を制御してノズル
軸心に収斂ビームの光軸を自動的に一致させることがで
きる。
ば、ノズルまたは集光レンズの交換によりノズルを通過
するレーザビームの光軸とノズル中心との芯ずれが発生
した場合、レーザ加工ヘッド内部からノズルのアシスト
ガス噴射口と加工穴とをＣＣＤカメラで撮像し、この画
像を画像処理装置で画像処理して噴射口と光軸との偏差
（芯ずれ量）を求め、この偏差に基づいて前記オプチカ
ルフラットの傾斜角度および回転角度を制御してノズル
軸心に収斂ビームの光軸を自動的に一致させることがで
きる。
【００４０】したがって、人手による芯ずれ調整の如く
個人差が生じることがない。また、自動的に芯ずれ調整
を行うことができるのでレーザ加工の自動化が容易にな
るメリットもある。
個人差が生じることがない。また、自動的に芯ずれ調整
を行うことができるのでレーザ加工の自動化が容易にな
るメリットもある。
【図１】本発明に係わるノズルの芯出し装置を備えた光
軸固定タイプのレーザ加工機の全体構成を説明した図。
軸固定タイプのレーザ加工機の全体構成を説明した図。
【図２】本発明に係わるノズルの芯出し装置を有する光
軸固定タイプレーザ加工機のレーザ加工ヘッドの説明
図。
軸固定タイプレーザ加工機のレーザ加工ヘッドの説明
図。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明に係わるノズルの芯出し装置の制御シス
テムを説明する図。
テムを説明する図。
【図５】レーザ加工機における従来のノズルの芯出し装
置の説明図。
置の説明図。
【図６】図５に示したレーザ加工機におけるノズルの芯
出し方法の説明図。
出し方法の説明図。
１ レーザ発振器
３ 制御装置
４ 基台
５ 本体
７ ワークテーブル
９ ワーク位置決め手段
１０ レーザ加工機
１１ 上部アーム
１３ 集光レンズ
１５ ノズル
１５h アシストガス噴射口
１７、１７' レーザビーム
１９ ベンドミラー
２１ レーザ加工ヘッド
２３Ｕ 上部筒体
２３Ｍ 中間筒体
２３Ｌ 下部筒体
２３a 、２３b 段部
２５ 軸受け
２７ 内筒
２７a フランジ
２９ オプチカルフラット
３１ 軸受け部
３３ 回動軸
３５ 歯車
３７ 支持体
３９ 支持体案内
４１ 小歯車
４３ 第１サーボモータ
４５ プーリ
４７ 歯付きベルト
４９ 開口部
５１ 第２サーボモータ
５３ 駆動プーリ
５５a、５５b 遮蔽窓
５７ 反射鏡
５９ 空圧シリンダ
６１ ピストンロッド
６３ 反射鏡ホルダ
６４ ＣＣＤカメラ
６５ 画像処理装置
Ｗ ワーク
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ発振器からのレーザビームを集光
する集光レンズと、該集光レンズで集光された収斂ビー
ムが通過自在のアシストガス噴射口を備えたノズルとを
備えたレーザ加工ヘッドにおいて、前記集光レンズの上
方に前記レーザ発振器からのレーザビームが透過自在の
オプチカルフラットを設け、該オプチカルフラットの前
記レーザビームの光軸に対する傾斜角度を変更自在に設
けると共に前記光軸を軸心として回転位置決め自在に設
け、前記アシストガス噴射口およびワークの加工穴を観
察可能な反射鏡を前記集光レンズの下方の光軸上へ進退
自在に設けると共に、該反射鏡を介して前記噴射口およ
び加工穴中心を撮像するＣＣＤカメラを設け、該ＣＣＤ
カメラが撮像した前記噴射口および加工穴中心の画像を
画像処理して前記噴射口と前記光軸との偏差を求め、該
偏差に基づいて前記オプチカルフラットの傾斜角度およ
び回転角度を制御して前記ノズル軸心に前記収斂ビーム
の光軸を一致させることを特徴とするレーザ加工機のノ
ズルの芯出し方法。 - 【請求項２】 レーザ発振器からのレーザビームを集光
する集光レンズと、該集光レンズで集光された収斂ビー
ムが通過自在のアシストガス噴射口を備えたノズルとを
備えたレーザ加工ヘッドにおいて、前記集光レンズの上
方に前記レーザ発振器からのレーザビームが透過自在の
オプチカルフラットを設け、該オプチカルフラットの前
記レーザビームの光軸に対する傾斜角度を変更自在に設
けると共に前記光軸を軸心として回転位置決め自在に設
け、前記アシストガス噴射口およびワークの加工穴を観
察可能な反射鏡を前記集光レンズの下方の光軸上へ進退
自在に設けると共に、該反射鏡を介して前記噴射口およ
び加工穴中心を撮像するＣＣＤカメラを設け、該ＣＣＤ
カメラが撮像した前記噴射口および加工穴中心の画像を
画像処理して前記噴射口と前記光軸との偏差を求める画
像処置装置と、該画像処置装置で求めた偏差に基づいて
前記オプチカルフラットの傾斜角度と回転角度を制御し
て前記ノズル軸心に前記収斂ビームの光軸を一致させる
制御装置を設けたことを特徴とするレーザ加工機のノズ
ルの芯出し装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002021924A JP2003225787A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | レーザ加工機のノズルの芯出し方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002021924A JP2003225787A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | レーザ加工機のノズルの芯出し方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003225787A true JP2003225787A (ja) | 2003-08-12 |
Family
ID=27745031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002021924A Pending JP2003225787A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | レーザ加工機のノズルの芯出し方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003225787A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US20110017716A1 (en) * | 2008-02-19 | 2011-01-27 | M-Solv Limited | Laser processing a multi-device panel |
| KR101352895B1 (ko) * | 2005-12-01 | 2014-02-19 | 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드 | 레이저 마이크로기계가공 응용제품들에 있어서 광학컴포넌트 청결 및 파편 관리 |
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| FR3119339A1 (fr) * | 2021-02-01 | 2022-08-05 | Safran | Dispositif et procédé associé pour fabrication additive |
-
2002
- 2002-01-30 JP JP2002021924A patent/JP2003225787A/ja active Pending
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