JP2004195492A

JP2004195492A - Laser beam machine

Info

Publication number: JP2004195492A
Application number: JP2002365376A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Inoue; 利彦井上; Masaki Ito; 正樹伊藤; Isao Kuwayama; 勲桑山
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain a constant focal position with respect to a work by correcting deviation of the focal position attributable to the angle of radiance of laser beam. <P>SOLUTION: A focal position correction operating means operates the correction Δfd at the focal position FP of the laser beam RZ accompanied by the fluctuation in the transmission distance of the laser beam RZ between a laser beam oscillation means 7 and an irradiation means 35. A focal position control means controls a moving means based on the correction Δfd to adjust the focal position FP of the laser beam RZ with respect to a work 70. The deviation of the focal position attributable to the angle of radiance of the laser beam RZ can be corrected, the focal position FP with respect to the work 70 is maintained to be constant even when the transmission distance of the laser beam RZ is fluctuated, and a cut surface without machining irregularities at any point on the work 70 can be realized. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光をワークに対して２次元又は３次元的に移動させて加工を行なうことが出来るレーザ加工機に係り、詳しくは、ワークに対する焦点位置を一定に維持することの出来るレーザ加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のレーザ加工装置としては、加工プログラム中で、集光レンズをワークに対して垂直方向に移動制御できるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなレーザ加工機は、ワークの材質や板厚などに応じて送り速度や焦点距離などの加工条件が、予めデータベースに登録されており、オペレータが、加工すべきワークの材質や板厚を加工プログラム中で指定することにより、所定データが読み出されて対応する加工条件に従った加工が行なわれるようになっている。従って、レーザ光ＲＺを集光する集光レンズ３５は、上記加工条件に従って、その焦点距離が一定になるように配置制御される。例えば、焦点距離が、図９（ａ）に示すように、ワーク７０に対する焦点位置を該ワーク７０の表面上とする焦点距離ｆｄ０となるように制御され、レーザ光ＲＺが、ワーク７０上の位置Ｐ１、…、Ｐ２で集光される。これにより、ワーク７０上のいずれの場所においても加工むらのない切断面を実現することが出来る。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３０００８５号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したレーザ光ＲＺは、厳密には、図９（ａ）に示したような平行光線ではなく、同図（ｂ）に示すように、光路長ＯＬに応じてビーム径が広がる性質、即ち発散角を有する。例えば、集光レンズ３５を光路長ＯＬ１０からＯＬ２０の位置に移動・配置すると、位置Ｐ１で集光されていたレーザ光ＲＺが、集光すべき位置Ｐ２からずれて位置Ｐ３で焦光されてしまい、ワーク７０の表面上でビーム径が広がり過ぎ、そのため加工むらを生じさせてしまう場合がある。
【０００４】
特に、光路長ＯＬの変化が比較的大きい加工形状（例えば図中左右に長い切断経路を有する形状）の場合は、光路長ＯＬの最短・最長間の差が大きくなるため、上述したレーザ光ＲＺの発散角に起因する焦点位置のずれが大きくなる不都合がある。
【０００５】
そこで本発明は、レーザ光の発散角に起因する焦点位置のずれを補正し、ワークに対する焦点位置を一定に維持することが出来る、レーザ加工機を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、レーザ光（ＲＺ）を発振するレーザ発振手段（７）を有し、該レーザ発振手段（７）が発振したレーザ光（ＲＺ）をワーク（７０）に集光する照射手段（２７、３０、３５）を有し、前記レーザ発振器（７）と照射手段（２７、３０、３５）を連絡するレーザ光伝達手段（９、９ａ、９ｂ、２０、２１、２６）を有し、前記照射手段（２７、３０、３５）を前記ワーク（７０）に対して相対的に移動駆動させる移動駆動手段（５８、５８Ｘ、５８Ｙ、５８Ｚ、６４）を有するレーザ加工機（１）において、
前記レーザ光伝達手段（９、９ａ、９ｂ、２０、２１、２６）による前記レーザ発振手段（７）と前記照射手段（２７、３０、３５）との間のレーザ光（ＲＺ）の伝達距離（例えばＬ）を演算するレーザ光伝達距離演算手段（５９Ｘ、５９Ｙ、５９Ｚ、６２）を設け、
前記レーザ光（ＲＺ）の伝達距離（例えばＬ）の変動に伴う、前記レーザ光（ＲＺ）の焦点位置（ＦＰ）の補正量（例えばΔｆｄ）を演算する焦点位置補正量演算手段（６１、６２）を設け、
前記焦点位置補正量演算手段（６１、６２）により演算された補正量（例えばΔｆｄ）に基づいて前記移動駆動手段（５８、５８Ｘ、５８Ｙ、５８Ｚ、６４）を制御して、前記レーザ光（ＲＺ）のワーク（７０）に対する焦点位置（ＦＰ）を調整するように制御する焦点位置制御手段（６２、６３）を設けて構成される。
【０００７】
請求項２の発明は、前記レーザ光伝達距離演算手段は、前記ワーク（７０）に対する照射手段（２７、３０、３５）の水平方向の移動量（例えばＸ、Ｙ）を検出する水平方向移動量検出手段（例えば５９Ｘ、５９Ｙ）を有しており、
前記レーザ光伝達距離演算手段は、前記水平方向移動量検出手段（例えば５９Ｘ、５９Ｙ）により検出された前記ワーク（７０）に対する照射手段（２７、３０、３５）の水平方向の移動量（例えばＸ、Ｙ）に基づいて、前記レーザ光（ＲＺ）の伝達距離（例えばＬ）を演算することを特徴として構成される。
【０００８】
請求項３の発明は、前記水平方向移動量検出手段（５９Ｘ、５９Ｙ）は、水平面内で互いに直交する方向の前記移動量（Ｘ、Ｙ）を検出することを特徴として構成される。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、焦点位置制御手段（６２、６３）は、焦点位置補正量演算手段（６１、６２）により演算された補正量（例えばΔｆｄ）に基づいて、移動駆動手段（５８、５８Ｘ、５８Ｙ、５８Ｚ、６４）を制御して、レーザ光（ＲＺ）のワーク（７０）に対する焦点位置（ＦＰ）を調整するので、レーザ光（ＲＺ）の発散角に起因する焦点位置（ＦＰ）のずれを補正することが可能となり、レーザ光（ＲＺ）の伝達距離（例えばＬ）が変動する場合であっても、ワーク（７０）に対する焦点位置（ＦＰ）を一定に維持することが出来る。これにより、ワーク（７０）上のいずれの場所においても加工むらのない切断面を実現することが出来る。
【００１０】
請求項２の発明によれば、レーザ光伝達距離演算手段は、水平方向移動量検出手段（例えば５９Ｘ、５９Ｙ）により検出されたワーク（７０）に対する照射手段（２７、３０、３５）の水平方向の移動量（例えばＸ、Ｙ）に基づいて、レーザ光（ＲＺ）の伝達距離（例えばＬ）を演算するので、移動量の絶対量が少なく、焦点位置（ＦＰ）の変動に与える影響が小さな、照射手段（２７、３０、３５）の垂直方向の移動量を検出することなく、簡単な構成とすることが出来る。また、レーザ加工機（１）においてワークの大部分を占める板材などにおいては、照射手段（２７、３０、３５）の垂直方向の移動は少なく、その変化量はほとんど無視出来るから、加工精度の向上を達成しつつ、機械構成が複雑化することを防止することが出来る。
【００１１】
請求項３の発明によれば、レーザ光伝達距離演算手段（６２）は、水平方向移動量検出手段（５９Ｘ、５９Ｙ）により検出された水平面内で互いに直交する方向の移動量（Ｘ、Ｙ）に基づいて、レーザ光（ＲＺ）の伝達距離（例えばＬ）を演算するので、照射手段（２７、３０、３５）駆動用の既存のＸ、Ｙ方向の移動量検出手段（５９Ｘ、５９Ｙ）を使用することが出来、簡単な構成とすることが出来る。
【００１２】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用されるレーザ加工機の一例を示す概略斜視図、図２は、図１のレーザ加工機におけるサドルを示した詳細正面（一部断面）図、図３は、図２のサドルのうちトーチ付近を示した拡大断面図、図４は、図１のレーザ加工機における制御装置を示したブロック図、図５は、図１のレーザ加工機の上面図に示したＸ、Ｙ座標の説明図、図６は、移動量と光路長の関係を示す図で、（ａ）はＸ、Ｙ座標上の移動量を示す図、（ｂ）は移動量を一軸に展開した図、図７は、焦点距離補正量マップの一例を示す図、図８は、本発明による集光レンズの移動制御の説明図、図９は、従来のレーザ加工機における光路長に対する焦点距離の関係を示した説明図で、（ａ）はレーザ光を平行光線とした場合、（ｂ）はレーザ光の発散角を考慮した場合である。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例であるレーザ加工機１を示しており、該レーザ加工機１は、図１に示すように、レーザ照射装置１ａ、制御装置１ｂ、及びレーザ発振器７が内部に設けられたレーザ発振装置１ｃを備えている。レーザ照射装置１ａには、制御装置１ｂを介してレーザ発振装置１ｃが付設されており、ベース２とコラム５が設けられている。
【００１５】
ベース２にはワーク設置用のテーブル３が設けられている。テーブル３には、ワーク７０を載置する水平なワーク搭載面３ａが形成されている。またコラム５は、上記テーブル３を跨ぐ形で、後述するＸ軸駆動モータ５８Ｘを介して、図の矢印±Ｘ軸方向に移動駆動自在に設けられている。
【００１６】
またコラム５には、矢印±Ｘ軸方向とは直角な水平方向である矢印±Ｙ軸方向に伸延した形で、サドル用レール５ａ、５ａが設けられている。サドル用レール５ａ、５ａには、サドル６が、後述するＹ軸駆動モータ５８Ｙを介して、サドル用レール５ａ、５ａに沿って移動駆動自在に設けられている。またサドル６は、レーザ光路管９を介して、レーザ発振器７の側部に設けられた発振器出口７ａに接続されている。
【００１７】
レーザ光路管９は、コラム５の動きに伴ってＸ軸方向に伸縮自在なＸ軸伸縮管９ａと、サドル６の動きに伴ってＹ軸方向に伸縮自在なＹ軸伸縮管９ｂからなり、Ｘ軸伸縮管９ａとＹ軸伸縮管９ｂが接続されているレーザ光路管９内部には、反射鏡１２が設けられている。従って、レーザ発振器７により射出されたレーザ光ＲＺ（一点鎖線）は、発振器出口７ａから＋Ｘ軸方向に射出され、＋Ｘ軸方向に伸びる光路ＯＰ１（一点鎖線）に沿ってＸ軸伸縮管９ａの内部を通過すると、反射鏡１２により＋Ｙ軸方向に反射されて、＋Ｙ軸方向に伸びる光路ＯＰ２（一点鎖線）に沿ってＹ軸伸縮管９ｂの内部を通過し、サドル６に到達するようになっている。
【００１８】
また、レーザ光路管９の内部には、例えば公知のリニアスケールなどからなる、後述するＸ軸移動量検出部５９Ｘ及びＹ軸移動量検出部５９Ｙが設けられている。Ｘ軸移動量検出部５９Ｘは、Ｘ軸方向へのコラム５の移動量（以下、「Ｘ軸移動量Ｘ」という。）を検出するようになっている。また、Ｙ軸移動量検出部５９Ｙも同様に、Ｙ軸方向へのサドル６の移動量（以下、「Ｙ軸移動量Ｙ」という。）を検出するようになっている。
【００１９】
図２は、サドル６の詳細を示しており、サドル６は、図２に示すように、矢印±Ｙ軸方向に移動駆動自在なサドル本体１３を有している。サドル本体１３には、ヘッド用レール１５、１５が、矢印±Ｘ軸方向、及び矢印±Ｙ軸方向に直角な、従って鉛直な矢印±Ｚ軸方向に伸延した形で設けられており、ヘッド用レール１５、１５に加工ヘッド１６が設けられている。また加工ヘッド１６には、ヘッド本体１７が、Ｚ軸駆動モータ５８Ｙを備えた移動駆動手段１９を介して、ヘッド用レール１５、１５に沿って矢印±Ｚ軸方向に移動駆動自在に設けられている。
【００２０】
なお、サドル６の内部には、上述したＸ軸、Ｙ軸移動量検出部５９Ｘ、５９Ｙと同様に、後述するＺ軸移動量検出部５９Ｚが設けられており、該Ｚ軸移動量検出部５９Ｚは、Ｚ軸方向へのヘッド本体１７の移動量（以下、「Ｚ軸移動量Ｚ」という。）を検出するようになっている。
【００２１】
ヘッド本体１７には、Ｚ軸方向に伸延された円筒形の外スリーブ部材２０が、Ｚ軸に平行な軸心ＣＴ１中心に矢印±Ａ軸方向に回転自在に支持されており、外スリーブ部材２０内には、該外スリーブ部材２０よりも小径で、かつＺ軸方向に伸延した円筒形の内スリーブ部材２１が、該外スリーブ部材２０と同芯状に互いに回転自在な形で配置されている。またヘッド本体１７には、Ａ軸駆動歯車２３が回転駆動自在に設けられたＡ軸駆動モータ５８Ａ、及びＢ軸駆動歯車２２が回動駆動自在に設けられたＢ軸駆動モータ５８Ｂが設けられている。その一方で、外スリーブ部材２０の外周側には外スリーブ歯車２０ａが、上記Ｂ軸駆動歯車２２に噛合した形で形成されており、内スリーブ部材２１の外周側には内スリーブ歯車２１ａが、上記Ａ軸駆動歯車２３に噛合した形で形成されている。
【００２２】
内スリーブ部材２１の内部にはレーザ光ＲＺが通過できるレーザ通過空間ＫＲ１が形成されており、内スリーブ部材２１は、外スリーブ部材２０の上端よりも更に上方に伸延しており、内スリーブ部材２１の上端はジョイント部２１ｂとなっている。一方、サドル本体１３には、上述したレーザ光路管９のＹ軸伸縮管９ｂの先端が接続されたレーザ受入部材２５が、ヘッド本体１７の矢印±Ｚ方向の動きに対して追従しない形で設けられており、レーザ受入部材２５内には反射鏡２４が設けられている。従って、レーザ光路管９のＹ軸伸縮管９ｂを介して受け入れたレーザ光ＲＺ（一点鎖線）が、該レーザ受入部材２５のレーザ供給部２５ａから−Ｚ軸方向に伸びる光路ＯＰ３（一点鎖線）に沿って送り出されるようになっている。このレーザ供給部２５ａは、上記内スリーブ部材２１のジョイント部２１ｂと図の矢印±Ｚ方向に向き合った形で配置されており、これらレーザ供給部２５ａとジョイント部２１ｂの間は矢印±Ｚ方向に伸縮自在なジョイント光路管２６（二点鎖線）により接続されている。
【００２３】
図３は、サドル６のうちトーチ３０付近を示しており、外スリーブ部材２０の下端付近には、図３に示すように、該外スリーブ部材２０の側部に配置された形で回転先端部材２７が設けられている。回転先端部材２７のうち図３左端側は、上記軸心ＣＴ１と直角な軸心ＣＴ２を中心とした基本的に円筒形に形成された回転部材２９となっており、回転先端部材２７は、外スリーブ部材２０に対して軸心ＣＴ２を中心に図の矢印±Ｂ軸方向に回転自在に軸支されている。また回転先端部材２７の図３下端部にはトーチ３０が設けられており、該トーチ３０は、前記軸心ＣＴ２に直角な方向である図の矢印Ｍ方向に突出した形になっている。回転先端部材２７のうち上記回転部材２９は外スリーブ部材２０内に嵌入しており、その端部には傘歯車２７ａが設けられている。上述した内スリーブ部材２１の下端にも傘歯車２１ｃが設けられており、回転部材２９の傘歯車２７ａと内スリーブ部材２１の傘歯車２１ｃは互いに噛合している。
【００２４】
回転先端部材２７の内部には、レーザ光ＲＺが通過し得るレーザ通過空間ＫＲ２が形成されており、レーザ通過空間ＫＲ２は、回転先端部材２７の図３左端部から軸心ＣＴ２に沿った方向に外スリーブ部材２０内に開口している。一方、内スリーブ部材２１のレーザ通過空間ＫＲ１はその下端において、下方、即ち外スリーブ部材２０内に開口しており、外スリーブ部材２０内には、これらレーザ通過空間ＫＲ１の下方及び、レーザ通過空間ＫＲ２の左方に対応した形で反射鏡３２が設けられている。従って、上述したレーザ受入部材２５のレーザ供給部２５ａから−Ｚ軸方向に送り出されたレーザ光ＲＺは、反射鏡３２により反射されて、軸心ＣＴ２方向に対して平行に伸びる光路ＯＰ４（一点鎖線）に沿ってレーザ通過空間ＫＲ２に進入するようになっている。
【００２５】
また回転部材２９内には、軸心ＣＴ２方向に入射して来たレーザ光ＲＺを屈折し、かつ軸心ＣＴ２方向と平行な方向に移動駆動自在な集光レンズ３５が設けられている。集光レンズ３５には、該集光レンズ３５を軸心ＣＴ２方向と平行な方向に移動駆動及び位置決め可能な、例えばリニアアクチュエータからなる後述するレンズ移動モータ６４が設けられている。また、回転先端部材２７の内部にも、反射鏡３３が集光レンズ３５により屈折されたレーザ光ＲＺをトーチ３０に向けて、従って矢印Ｍ方向に反射し得る形で設けられている。
【００２６】
トーチ３０の先端には、レーザ光射出用の射出口３０ａが図の矢印Ｍ方向に向けて形成されており、また該トーチ３０の先端と、該先端前方のワーク７０の位置との間における矢印Ｍ方向の距離を検知して所定の電気信号を出力するセンサ３６が設けられている。トーチ３０には、該センサ３６からの電気信号を出力するためのケーブル３７が接続されており、該ケーブル３７は、演算回路（図示せず）を内蔵する回路ケーシング３９に接続されている。
【００２７】
また、ガスボンベ等からなる公知のアシストガス供給手段（図示せず）が、ヘッド本体１７のガス流通孔４２に接続されており、該ガス流通孔４２は、ヘッド本体１７と外スリーブ部材２０の間に設けられたガス輸送穴４３を介して、ガス輸送管４５に接続されている。更にガス輸送管４５は、外スリーブ部材２０の外部及び回転先端部材２７の外部を通って回転先端部材２７に接続されている。そして、回転先端部材２７内のレーザ通過空間ＫＲ２に面した該回転先端部材２７の内壁面２７ｂには、前記ガス輸送管４５からのアシストガスＡＧを回転先端部材２７内のレーザ通過空間ＫＲ２に放出し得る形で放出穴４５ａが開口している。
【００２８】
図４は、制御装置１ｂを示したブロック図を示している。制御装置１ｂは、図４に示すように主制御部５１を有しており、主制御部５１にはバス線５２を介して、キーボード５３、ディスプレイ５４、システムプログラムメモリ５５、加工制御部５６、画像制御部５７、駆動制御部５８、加工プログラムメモリ６０、加工データベース６１、ＮＣ解析部６２、Ｘ軸移動量検出部５９Ｘ、Ｙ軸移動量検出部５９Ｙ、Ｚ軸移動量検出部５９Ｚ、サーボ制御部６３などが接続されている。また、駆動制御部５８には、Ｘ軸駆動モータ５８Ｘ、Ｙ軸駆動モータ５８Ｙ、Ｚ軸駆動モータ５８Ｚ、Ａ軸駆動モータ５８Ａ、及びＢ軸駆動モータ５８Ｂが接続されており、サーボ制御部６３には、レンズ移動モータ６４が接続されている。
【００２９】
レーザ加工機１は以上のような構成を有するので、レーザ加工機１を用いてワーク７０を加工する際には、まずオペレータ（作業者）は、加工すべきワーク７０を図１に示すワーク搭載面３ａ上に載置する。次いでオペレータは、制御装置１ｂが備える起動スイッチ（図示せず）を介して起動指令を入力し、この指令を受けた主制御部５１は、システムプログラムメモリ５５からシステムプログラムＳＹＳを読み込み、これ以降、読み込まれた該システムプログラムＳＹＳに従って処理を進める。
【００３０】
まず主制御部５１は、画像制御部５７に対して、加工プログラムＰＲＯの作成を促す画面（図示せず）の表示を指令し、画像表示部５７は該画面をディスプレイ５４に表示させる。オペレータは、該表示された画面に従い、加工形状に応じた加工プログラムＰＲＯを、キーボード５３を介して作成する。またこの際、所定専用コードに基づいてワーク７０の材質及び板厚を該加工プログラムＰＲＯ中に指定する。
【００３１】
加工プログラムＰＲＯの作成が完了すると、オペレータは、作成が完了した旨の信号をキーボード５３を介して入力し、これを受けて主制御部５１は、作成された加工プログラムＰＲＯを加工プログラムメモリ６０に格納する。なお、加工プログラムＰＲＯは予め作成されたものをオンライン又は記録媒体を介してレーザ加工機１に対して供給してもよい。
【００３２】
次いでオペレータが、上記加工プログラムＰＲＯを実行する旨をキーボード５３を介して入力すると、これを受けて主制御部５１は、加工制御部５６に対して加工プログラムＰＲＯの実行を指令する。加工制御部５６は、加工プログラムＰＲＯの実行にあたり、まず駆動制御部５８に対してトーチの射出口３０ａの原点復帰を指令する。これを受けて駆動制御部５８は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸駆動モータ５８Ｘ、５８Ｙ、５８Ｚに所定信号を出力し、コラム５、サドル６、及びヘッド本体１７をそれぞれ所定量移動させて、トーチの射出口３０ａを図５に示す機械原点ＺＰに配置する。
【００３３】
ところで、レーザ加工機１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ３次元座標系が予め設定されており、図５に示すように、機械原点ＺＰを基準とした、上記Ｘ、Ｙ座標がワーク搭載面３ａ上に設定されている。従ってこれらＸ、Ｙ、Ｚ座標は、コラム５、サドル６、及びヘッド本体１７の各軸の移動量Ｘ、Ｙ、Ｚ、つまり原点復帰されたトーチの射出口３０ａの各軸の移動量と一致する関係にある。なお、図５において、Ｚ座標は紙面鉛直方向に設定されているが、説明の都合上省略している。
【００３４】
トーチの射出口３０ａが機械原点ＺＰに配置されると、加工制御部５６は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸移動量検出部５９Ｘ、５９Ｙ、５９Ｚに所定信号を出力し、各Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸移動量Ｘ、Ｙ、Ｚを０にリセットする。
【００３５】
原点復帰が終了すると、次いで加工制御部５６は、加工プログラムＰＲＯ中に指定されたワーク７０の材質及び板厚に応じた加工条件データを、加工データベース６１から呼び出す。加工データベース６１には、材質（例えばＳＰＨＣ、ＳＵＳ）及び板厚（例えば２．３ｍｍ、６ｍｍ、２５ｍｍ）の組合せに対応して、複数の加工条件データが格納されている。加工条件データは、トーチ３０の送り速度、レーザ出力、ワーク７０に対して垂直方向（例えばワーク７０が板材の場合はＺ軸方向）の集光レンズ３５の焦点距離ｆｄなどのデータがからなる。つまり、上記焦点距離ｆｄは、材質及び板厚の組合せに対応して、レーザ光ＲＺを集光すべきワーク７０の板厚に対する垂直方向の位置（以下、「焦点位置ＦＰ」という。）を所定位置に設定する形で、加工データベース６１に格納されている。
【００３６】
所定の加工条件データを呼び出すと、加工制御部５６は、駆動制御部５８に対して、加工プログラムＰＲＯ中の加工ステップに従い、例えば直線補間指令などの所定指令を出力する。駆動制御部５８は、Ｘ軸、Ｙ軸駆動モータ５８Ｘ、５８Ｙに所定信号を出力し、コラム５及びサドル６をＸ、Ｙ軸方向にそれぞれ所定量移動駆動させて、トーチの射出口３０ａを上記機械原点ＺＰから加工開始位置であるピアシングポイントに移動配置させる。また、Ｚ軸駆動モータ５８Ｚに所定信号を出力し、ヘッド本体１７を所定量移動駆動させて、集光レンズ３５を、上記加工条件データに基づき例えば焦点距離ｆｄ０に移動配置させる。
【００３７】
そして加工制御部５６は、レーザ制御部（図示せず）に対して上記加工条件データのレーザ出力に基づく発振を指令し、これを受けてレーザ制御部はレーザ発振器７により所定出力のレーザ光ＲＺを発振させる。また、アシストガス供給手段から供給されるアシストガスＡＧが、ワーク７０に向けて放出される。
【００３８】
こうして駆動制御部５８は、加工制御部５６の指令に従って、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸軸駆動モータ５８Ｘ、５８Ｙ、５８Ｚにより、コラム５、サドル６、及びヘッド本体１７を、上記加工条件の送り速度で移動駆動させる。これにより、レーザ光ＲＺを射出するトーチの射出口３０ａが、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向にそれぞれ移動駆動されて、ワーク７０の加工制御が開始されることとなる。
【００３９】
また、ワーク７０の加工開始の際に、主制御部５１は、ＮＣ解析部６２に対して焦点距離制御の実行を指令し、これを受けてＮＣ解析部６２は、上述した加工制御と共に、レーザ光ＲＺの光路長に基づいて、集光レンズ３５が移動配置された焦点距離ｆｄ０を補正する。
【００４０】
即ち、本発明に係るレーザ加工機１は、レーザＲＺの光路長に基づいて焦点距離ｆｄを可変制御することにより、レーザ光ＲＺの発散角に起因する焦点位置ＦＰのずれを補正して、ワーク７０に対する焦点位置ＦＰを一定に維持するものである（詳細は後述）。従ってＮＣ解析部６２は、ワーク７０に対する焦点位置ＦＰを一定に維持するため、加工データベース６１に格納されている焦点距離補正量マップＭＡＰを呼び出す。
【００４１】
ここで、焦点距離補正量マップＭＡＰについて図６及び図７に沿って説明する。図６は、総移動量Ｌと光路長ＯＬ１の関係を示す図で、（ａ）はＸ、Ｙ座標上の総移動量Ｌを示す図、（ｂ）は総移動量Ｌを一軸に展開した図、図７は、焦点距離補正量マップＭＡＰの一例を示す図である。
【００４２】
図６（ａ）に示すテーブル３ａは、図５に示すレーザ加工機１中のテーブル３ａのみを抜粋した形で示している。従って、図６（ａ）中左下隅に示す機械原点ＺＰは、図５に示す機械原点ＺＰと対応する位置にある。Ｘ、Ｙ座標は、既に述べたように、図６（ａ）に示すテーブル３ａ上に機械原点ＺＰを基準として設定されており、加工プログラムＰＲＯの実行前は、トーチの射出口３０ａは該機械原点ＺＰに原点復帰されている。
【００４３】
この状態でトーチの射出口３０ａが、例えば、加工ポイントＰ１（Ｘ１、Ｙ１）へ移動駆動される場合、トーチの射出口３０ａの各軸の移動量はそれぞれＸ１、Ｙ１である。また、該移動駆動に伴って、Ｘ軸伸縮管９ａ及びＹ軸伸縮管９ｂは、それぞれ上述と同様にＸ１、Ｙ１の長さだけ伸延される。
【００４４】
ところで、レーザ光ＲＺが発振器出口７ａより射出されてから集光レンズ３５により屈折されるまでの、光路長ＯＬ１は、レーザ光ＲＺが通過した距離の総和である。即ち、該光路長ＯＬ１は、発振器出口７ａからＸ軸伸縮管９ａを介して反射鏡１２までの光路ＯＰ１（図１参照）、該反射鏡１２からＹ軸伸縮管９ｂを介してレーザ受入部材２５内部の反射鏡２４までの光路ＯＰ２（図１参照）、該反射鏡２４から外スリーブ部材２０内部の反射鏡３２までの光路ＯＰ３（図２、図３参照）、及び該反射鏡３２から集光レンズ３５までの光路ＯＰ４（図３参照）の距離の総和で表される。
【００４５】
従って、上述したトーチの射出口３０ａの加工ポイントＰ１への移動駆動により、上記光路長ＯＬ１は、Ｘ軸伸縮管９ａ及びＹ軸伸縮管９ｂが伸延された長さ、つまりＸ軸移動量Ｘ１とＹ軸移動量Ｙ１の和だけ長くなったこととなる。ここで、機械原点ＺＰから各軸の移動量Ｘ、Ｙ、Ｚの総和を、トーチの射出口３０ａの総移動量Ｌと定義すると、光路長ＯＬ１は総移動量Ｌ１＝Ｘ１＋Ｙ１だけ長くなったこととなる。
【００４６】
同様に、トーチの射出口３０ａが、加工ポイントＰ２（Ｘ２、Ｙ２）へ移動駆動されると、光路長ＯＬ１は総移動量Ｌ２＝Ｘ２＋Ｙ２だけ長くなり、また加工ポイントＰ３（Ｘ３、Ｙ３）へ移動駆動されると、光路長ＯＬ１は総移動量Ｌ３＝Ｘ３＋Ｙ３だけ長くなる。更に、図６（ａ）中右上隅に示す、トーチの射出口３０ａがテーブル３ａ上を移動し得る最大のＸ、Ｙ座標の加工ポイントＰ４（Ｘ４（Ｘｍａｘ）、Ｙ４（Ｙｍａｘ））に移動駆動されると、光路長ＯＬ１は総移動量Ｌ４（Ｌｍａｘ）＝Ｘ４（Ｘｍａｘ）＋Ｙ４（Ｙｍａｘ）だけ長くなる。
【００４７】
即ち、トーチの射出口３０ａの移動駆動による光路長ＯＬ１の変動量は、トーチの射出口３０ａが移動駆動されるＸ、Ｙ座標に関係なく、上述した総移動量Ｌのみで表すことが出来る。従って、該光路長ＯＬ１の変動量は、図６（ｂ）に示すように、各軸の移動量Ｘ、Ｙ、Ｚを総和として一軸に展開された、０からＬｍａｘの総移動量Ｌで表される。なお、簡便な説明とするため、光路長ＯＬ１の変動量についてＸ、Ｙ軸のみで説明したが、ヘッド本体１７をＺ軸方向に移動駆動した場合は、上記総移動量ＬにそのＺ軸移動量Ｚを加算すればよい。
【００４８】
ここで、レーザ光ＲＺの発散角とは、レーザ光ＲＺが発振器出口７ａから離れることで広がるビーム径の変化量を、該出口７ａ付近でのビーム径に対する角度で表したものである。即ち、レーザ光ＲＺは、発振器出口７ａから離れるほど、つまり光路長ＯＬ１が長くなるほど、ビーム径が広がる関係にあるので、同様に上述した総移動量Ｌが大きいほど、ビーム径が広がる関係にある。
【００４９】
即ち、総移動量Ｌが大きくなるに従って、レーザ光ＲＺの発散角に応じて焦点距離ｆｄが大きくなるように集光レンズ３５を移動制御すれば、ワーク７０に対する焦点位置ＦＰを一定に維持することが可能となる。本実施形態にあっては、図７に示すように、ワーク７０に対する焦点位置ＦＰを一定に維持するように、前述の加工条件データに基づいて集光レンズ３５が移動配置された上記焦点距離ｆｄ０に対する補正量として（つまり焦点位置ＦＰの補正量として）、総移動量Ｌに対する焦点距離補正量Δｆｄを示す焦点距離補正量マップＭＡＰが準備されている。
【００５０】
焦点距離補正量マップＭＡＰは、図７に示すように、総移動量Ｌが大きくなるに従い、レーザ光ＲＺの発散角に応じて焦点距離補正量Δｆｄが大きくなる例えば曲線ＣＶを呈している。なお該曲線ＣＶは一例であって、その関係は発散角によって異なり、例えば発散角を一定であれば、焦点距離補正量Δｆｄは総移動量Ｌに対して正比例の関係となる。但し、発散角が一定でなくても、焦点位置ＦＰを略一定に維持できる範囲で正比例の関係として近似することも可能である。
【００５１】
また、集光レンズ３５が移動配置された上記焦点距離ｆｄ０は、例えば機械原点ＺＰでその焦点位置ＦＰが設定されている場合は、機械原点ＺＰでは焦点距離ｆｄ０の補正が必要ないので、上記曲線ＣＶは、図７に示すように、機械原点ＺＰで焦点距離補正量Δｆｄが０となる。なお、機械原点ＺＰで焦点位置ＦＰが設定されていない場合であっても、上記曲線ＣＶをΔｆｄ軸方向に所定量平行移動すればよい。以下、上記焦点距離ｆｄ０は、焦点位置ＦＰが機械原点ＺＰで設定されているものとして説明を進める。
【００５２】
こうして、ＮＣ解析部６２は、加工データベース６１から上述した焦点距離補正量マップＭＡＰを呼び出し、上述した加工プログラムＰＲＯによる加工制御と共に、加工経路上において該焦点距離補正量マップＭＡＰに基づいて焦点距離制御を実行する。
【００５３】
例えば、ワーク７０は、図５に示すように例えば板状であり、該ワーク７０の加工経路を、加工ポイントＰ_Ａ→Ｐ_Ｂ→Ｐ_Ｃからなる切断経路ＣＬと仮定して、上記焦点距離制御について図５、図７、及び図８に沿って説明する。図８は、本発明による集光レンズ３５の移動制御の説明図である。なお、図８は、レーザ光ＲＺの光路を反射鏡１２（図１参照）及び反射鏡３２、３３（図３参照）を除いた形に簡略化して示している。
【００５４】
トーチの射出口３０ａが加工ポイントＰ_Ａに達すると、ＮＣ解析部６２は、直ちに、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸移動量検出部５９Ｘ、５９Ｙ、５９Ｚにより検出される加工ポイントＰ_Ａの各Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の移動量Ｘ_ＰＡ、Ｙ_ＰＡ、Ｚ_ＰＡ（図５参照）を参照する。上述したように、ワーク７０は板状と仮定したので、Ｚ軸移動量Ｚ_ＰＡは０であり、総移動量Ｌ_ＰＡを、Ｌ_ＰＡ＝Ｘ_ＰＡ＋Ｙ_ＰＡとして演算し、更に、既に呼び出している図７に示す焦点距離補正量マップＭＡＰに基づいて、該総移動量Ｌ_ＰＡに対応する焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＡを参照する。なお、Ｚ軸移動量Ｚ_ＰＡが有る（０でない）場合、総移動量Ｌ_ＰＡに加算する演算を行なえばよい。
【００５５】
そして、ＮＣ解析部６２は、サーボ制御部６３に対して上記焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＡに基づく集光レンズ３５の移動制御を指令する。サーボ制御部６３は、レンズ移動モータ６４により、集光レンズ３５を、図３に示す回転部材２９内において、軸心ＣＴ２方向に沿って図中左方に焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＡだけ移動駆動、位置決めする。これを図８で説明すると、集光レンズ３５は、加工ポイントＰ_Ａにおいて、焦点距離ｆｄ０から焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＡだけ上昇した位置に配置され、レーザ光ＲＺは、ワーク７０に対する焦点位置ＦＰで集光され、例えばワーク７０の表面上に集光されることとなる。
【００５６】
なお、集光レンズ３５を焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＡだけ上昇させた分、光路長ＯＬ１は短くなるので、総移動量Ｌ_ＰＡから焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＡを減算して正確な総移動量Ｌ_ＰＡを演算し、上記焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＡの精度を向上させることも可能ではあるが、焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＡが各軸の移動量Ｘ、Ｙ、Ｚに比べて微小な場合、上述したように焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＡによる減少量を無視することも可能である。
【００５７】
次いで、トーチの射出口３０ａが加工ポイントＰ_Ｂに達すると、ＮＣ解析部６２は、総移動量Ｌ_ＰＢを、Ｌ_ＰＢ＝Ｘ_ＰＢ＋Ｙ_ＰＢ（図５参照）として演算し、図７に示す焦点距離補正量マップＭＡＰに基づいて、該総移動量Ｌ_ＰＢに対応する焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＢを参照すると、サーボ制御部６３に対して該焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＢに基づく集光レンズ３５の移動制御を指令する。サーボ制御部６３は、レンズ移動モータ６４により、集光レンズ３５を、図８に示すように、加工ポイントＰ_Ｂにおいて、焦点距離ｆｄ０から更に焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＢだけ上昇した位置に配置され、レーザ光ＲＺは、加工ポイントＰ_Ａと同様にワーク７０の表面上である焦点位置ＦＰに集光されることとなる。
【００５８】
更に、加工ポイントＰ_Ｃにおいても、同様の焦点距離制御が実行され、集光レンズ３５は、図８に示すように、焦点距離ｆｄ０から、焦点距離補正量マップＭＡＰに基づく総移動量Ｌ_ＰＣ＝Ｘ_ＰＣ＋Ｙ_ＰＣ（図５参照）に対応する焦点距離補正量Δｆｄ_ＰＣだけ上昇した位置に配置され、レーザ光ＲＺは、加工ポイントＰ_Ａ、Ｐ_Ｂと同様に、ワーク７０の表面上である焦点位置ＦＰに集光されることとなる。
【００５９】
なお、焦点距離制御の一例として、切断経路ＣＬ上の加工ポイントＰ_Ａ、Ｐ_Ｂ、Ｐ_Ｃについて説明したが、切断経路ＣＬ上に存在する所定距離（例えば、単一の入力パルスに応じたＸ軸、Ｙ軸駆動モータ５８Ｘ、５８Ｙによるトーチの射出口３０ａの移動量）毎の全加工ポイントにおいて、上述した焦点距離制御が実行されている。
【００６０】
このように、集光レンズ３５は、図８中右方に移動されるにつれて、焦点距離補正量Δｆｄが次第に大きくなる位置に順次移動駆動・位置決めされ、レーザ光ＲＺが常にワーク７０の表面上の一定の焦点位置ＦＰに集光されながら、ワーク７０が切断経路ＣＬに沿って切断されていく。そして、これ以降に続く加工プログラムＰＲＯの各加工ステップが実行されると共に、上記焦点距離制御が実行されてゆく。
【００６１】
その結果、レーザ光ＲＺの発散角に起因する焦点位置のずれが防止されるので、ワーク７０に対する焦点位置ＦＰを一定に維持することが出来る。例えば加工形状がＸ、Ｙ座標上に比較的広い形状など、加工形状が発散角の影響を受ける場合であっても、加工プログラムＰＲＯ中にワーク７０の材質と板厚を指定するだけで、該材質と板厚に応じた焦点位置ＦＰが自動的に一定に維持され、加工むらのない良好な切断面を実現することが出来る。
【００６２】
なお、上述した実施の形態において、焦点位置制御の一例として、加工プログラムＰＲＯによる加工制御中に演算した総移動量Ｌに基づいて、集光レンズ３５の位置を順次制御するフィードバック制御として説明したがこれに限られない。例えば、上記加工制御を実行する前に、加工プログラムＰＲＯを先読みして、全加工ポイントに対応する焦点距離補正量Δｆｄを予め準備してもよい。これにより、加工プログラムＰＲＯの実行中に加工データベース６１へのアクセスやが総移動量Ｌの演算が不要となるので、集光レンズ３５の位置決めのタイミングに遅れが生じる場合などの不都合を解消することが出来る。
【００６３】
また、上述した実施の形態において、焦点距離補正量ＭＡＰを準備して焦点距離ｆｄを補正する一例を示したが、焦点位置ＦＰの補正量を演算するものであればいずれの演算方法であってもよい。例えば焦点距離補正量ＭＡＰの代わりに所定式を準備して焦点位置ＦＰの補正量を演算してもよい。また、該ＭＡＰや所定式を準備することなく、例えば、集光レンズ３５から光路方向に所定距離離れたビーム径を検出して、該ビーム径と所定距離の関係に基づいて、焦点位置ＦＰの補正量を演算することも可能である。
【００６４】
更に、上述した実施の形態において、２次元的な加工形状に基づく加工制御例について説明したが、これに限らず加工形状が３次元的であってもよく、例えば、Ｘ軸及びＹ軸駆動モータ５８Ｘ、５８Ｙ以外に、Ｚ軸、Ａ軸、及びＢ軸駆動モータ５８Ｚ、５８Ａ、５８Ｂを適宜駆動しながら、焦点距離ｆｄをワーク７０の表面に対して垂直方向に可変制御することにより、本発明を適用することが出来る。
【００６５】
また、上述したレーザ光ＲＺは、金属などからなるワーク７０の切断、穴あけなどの加工が可能な所定出力のレーザ光を安定して照射出来るものであればいずれのものであってもよく、例えば、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどのいずれも本発明に適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明が適用されるレーザ加工機の一例を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、図１のレーザ加工機におけるサドルを示した詳細正面（一部断面）図である。
【図３】図３は、図２のサドルのうちトーチ付近を示した拡大断面図である。
【図４】図４は、図１のレーザ加工機における制御装置を示したブロック図である。
【図５】図５は、図１のレーザ加工機の上面図に示したＸ、Ｙ座標の説明図である。
【図６】図６は、移動量と光路長の関係を示す図で、（ａ）はＸ、Ｙ座標上の移動量を示す図、（ｂ）は移動量を一軸に展開した図である。
【図７】図７は、焦点距離補正量マップの一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明による集光レンズの移動制御の説明図である。
【図９】図９は、従来のレーザ加工機における光路長に対する焦点距離の関係を示した説明図で、（ａ）はレーザ光を平行光線とした場合、（ｂ）はレーザ光の発散角を考慮した場合である。
【符号の説明】
１……レーザ加工機
７……レーザ発振手段（レーザ発振器）
９……レーザ光伝達手段（レーザ光路管）
９ａ……レーザ光伝達手段（Ｘ軸伸縮管）
９ｂ……レーザ光伝達手段（Ｙ軸伸縮管）
２０……レーザ光伝達手段（外スリーブ部材）
２１……レーザ光伝達手段（内スリーブ部材）
２６……レーザ光伝達手段（ジョイント光路管）
２７……照射手段（回転先端部材）
３０……照射手段（トーチ）
３５……照射手段（集光レンズ）
５８……移動駆動手段（駆動制御部）
５８Ｘ、５８Ｙ、５８Ｚ……移動駆動手段（Ｘ軸駆動モータ、Ｙ軸駆動モータ、Ｚ軸駆動モータ）
５９Ｘ、５９Ｙ……レーザ光伝達距離演算手段、水平方向移動量検出手段（Ｘ軸移動量検出部、Ｙ軸移動量検出部）
５９Ｚ……レーザ光伝達距離演算手段（Ｚ軸移動量検出部）
６１……焦点位置補正量演算手段（加工データベース）
６２……レーザ光伝達距離演算手段、焦点位置補正量演算手段、焦点位置制御手段（ＮＣ解析部）
６３……焦点位置制御手段（サーボ制御部）
６４……移動駆動手段（レンズ移動モータ）
７０……ワーク
ＦＰ……焦点位置
Ｌ……伝達距離（総移動量）
ＲＺ……レーザ光
Ｘ……水平方向の移動量（Ｙ軸移動量）
Ｙ……水平方向の移動量（Ｙ軸移動量）
Δｆｄ……焦点位置の補正量（焦点距離補正量）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser processing machine capable of performing processing by moving a laser beam two-dimensionally or three-dimensionally with respect to a workpiece, and more specifically, laser processing capable of maintaining a focal position with respect to a workpiece constant. Related to the machine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of laser processing apparatus, an apparatus capable of controlling the movement of a condensing lens in a direction perpendicular to a work has been proposed in a processing program (for example, see Patent Document 1). In such laser processing machines, processing conditions such as feed speed and focal length are registered in advance in a database according to the material and thickness of the workpiece, and the operator can select the material and thickness of the workpiece to be processed. By specifying in the machining program, predetermined data is read out and machining according to the corresponding machining conditions is performed. Therefore, the condensing lens 35 that condenses the laser beam RZ is controlled to have a constant focal length according to the processing conditions. For example, as shown in FIG. 9A, the focal length is controlled to be a focal length fd0 in which the focal position with respect to the workpiece 70 is on the surface of the workpiece 70, and the laser beam RZ is positioned on the workpiece 70. Condensed at P1,..., P2. Thereby, it is possible to realize a cut surface with no processing irregularity at any location on the workpiece 70.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-300085
[Problems to be solved by the invention]
However, strictly speaking, the laser beam RZ described above is not a parallel ray as shown in FIG. 9A, but has a property that the beam diameter expands according to the optical path length OL, as shown in FIG. That is, it has a divergence angle. For example, when the condensing lens 35 is moved and arranged from the optical path length OL10 to the position OL20, the laser light RZ collected at the position P1 is shifted from the position P2 to be condensed and is focused at the position P3. In some cases, the beam diameter is excessively widened on the surface of the workpiece 70, which may cause uneven machining.
[0004]
In particular, in the case of a machining shape in which the change in the optical path length OL is relatively large (for example, a shape having a long cutting path on the left and right in the figure), the difference between the shortest and longest optical path length OL becomes large. There is an inconvenience that the shift of the focal position due to the divergence angle becomes large.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser processing machine capable of correcting a focal position shift caused by a divergence angle of laser light and maintaining a constant focal position with respect to a workpiece.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 has laser oscillation means (7) for oscillating laser light (RZ), and irradiation for condensing the laser light (RZ) oscillated by the laser oscillation means (7) onto a work (70). Means (27, 30, 35) and laser light transmission means (9, 9a, 9b, 20, 21, 26) for communicating the laser oscillator (7) and the irradiation means (27, 30, 35). In the laser processing machine (1) having movement drive means (58, 58X, 58Y, 58Z, 64) for moving the irradiation means (27, 30, 35) relative to the work (70). ,
Transmission distance of laser light (RZ) between the laser oscillation means (7) and the irradiation means (27, 30, 35) by the laser light transmission means (9, 9a, 9b, 20, 21, 26) ( For example, laser light transmission distance calculating means (59X, 59Y, 59Z, 62) for calculating L) is provided,
Focal position correction amount calculation means (61, 62) for calculating a correction amount (for example, Δfd) of the focal position (FP) of the laser beam (RZ) in accordance with a change in the transmission distance (for example, L) of the laser beam (RZ). )
Based on the correction amount (for example, Δfd) calculated by the focal position correction amount calculation means (61, 62), the movement drive means (58, 58X, 58Y, 58Z, 64) are controlled, and the laser beam (RZ ) Is provided with focal position control means (62, 63) for controlling the focal position (FP) of the workpiece (70) to be adjusted.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, the laser light transmission distance calculating means detects a horizontal movement amount (for example, X, Y) of the irradiation means (27, 30, 35) with respect to the work (70). Having detection means (for example, 59X, 59Y),
The laser light transmission distance calculating means is a horizontal movement amount (for example, X) of the irradiation means (27, 30, 35) to the work (70) detected by the horizontal movement amount detection means (for example, 59X, 59Y). , Y), a transmission distance (for example, L) of the laser beam (RZ) is calculated.
[0008]
The invention according to claim 3 is characterized in that the horizontal movement amount detection means (59X, 59Y) detects the movement amounts (X, Y) in directions orthogonal to each other in a horizontal plane.
[0009]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the focal position control means (62, 63) is based on the correction amount (for example, Δfd) calculated by the focal position correction amount calculation means (61, 62). , 58X, 58Y, 58Z, 64) are controlled to adjust the focal position (FP) of the laser beam (RZ) with respect to the work (70), so that the focal position (FP) resulting from the divergence angle of the laser beam (RZ) is adjusted. ) Can be corrected, and the focal position (FP) with respect to the workpiece (70) can be kept constant even when the transmission distance (for example, L) of the laser beam (RZ) varies. . Thereby, it is possible to realize a cut surface with no machining unevenness at any location on the work (70).
[0010]
According to the second aspect of the present invention, the laser light transmission distance calculating means is the horizontal direction of the irradiation means (27, 30, 35) for the work (70) detected by the horizontal movement amount detecting means (for example, 59X, 59Y). Since the transmission distance (for example, L) of the laser beam (RZ) is calculated based on the amount of movement (for example, X, Y), the absolute amount of the movement amount is small and the influence on the fluctuation of the focal position (FP) is small. A simple configuration can be achieved without detecting the amount of vertical movement of the irradiation means (27, 30, 35). Further, in the plate material that occupies most of the workpiece in the laser processing machine (1), the irradiation means (27, 30, 35) move little in the vertical direction, and the amount of change is almost negligible. It is possible to prevent the machine configuration from becoming complicated while achieving the above.
[0011]
According to the invention of claim 3, the laser light transmission distance calculating means (62) includes the movement amounts (X, Y) in the directions orthogonal to each other in the horizontal plane detected by the horizontal movement amount detection means (59X, 59Y). Since the transmission distance (for example, L) of the laser beam (RZ) is calculated based on the above, the existing movement amount detection means (59X, 59Y) in the X and Y directions for driving the irradiation means (27, 30, 35) are used. It can be used and can have a simple configuration.
[0012]
Note that the numbers in parentheses are for the sake of convenience indicating the corresponding elements in the drawings, and therefore the present description is not limited to the descriptions on the drawings.
[0013]
1 is a schematic perspective view showing an example of a laser beam machine to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a detailed front view (partly in section) showing a saddle in the laser beam machine of FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the torch in the saddle of FIG. 2, FIG. 4 is a block diagram showing a control device in the laser processing machine of FIG. 1, and FIG. 5 is the laser processing machine of FIG. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the movement amount and the optical path length, (a) is a diagram showing the movement amount on the X and Y coordinates, and (b) is a diagram showing the movement amount on the X and Y coordinates. FIG. 7 is a diagram showing an example of a focal length correction amount map, FIG. 8 is an explanatory diagram of the movement control of the condenser lens according to the present invention, and FIG. 9 is a conventional laser processing machine. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship of the focal length with respect to the optical path length in FIG. It is a case in consideration of the divergence angle of the laser light.
[0014]
FIG. 1 shows a laser beam machine 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the laser beam machine 1 includes a laser irradiation device 1a, a control device 1b, and a laser oscillator 7. Is provided with a laser oscillation device 1c. A laser oscillation device 1c is attached to the laser irradiation device 1a via a control device 1b, and a base 2 and a column 5 are provided.
[0015]
The base 2 is provided with a table 3 for workpiece installation. A horizontal work mounting surface 3 a on which the work 70 is placed is formed on the table 3. Further, the column 5 is provided so as to be movable and movable in the arrow ± X-axis directions in the figure via an X-axis drive motor 58X, which will be described later, across the table 3.
[0016]
The column 5 is provided with saddle rails 5a and 5a extending in the arrow ± Y-axis direction, which is a horizontal direction perpendicular to the arrow ± X-axis direction. The saddle 6 is provided on the saddle rails 5a and 5a so as to be movable along the saddle rails 5a and 5a via a Y-axis drive motor 58Y described later. Further, the saddle 6 is connected to an oscillator outlet 7 a provided on a side portion of the laser oscillator 7 through a laser optical path tube 9.
[0017]
The laser optical path tube 9 is composed of an X-axis telescopic tube 9a that can expand and contract in the X-axis direction along with the movement of the column 5, and a Y-axis telescopic tube 9b that can expand and contract in the Y-axis direction along with the movement of the saddle 6. A reflecting mirror 12 is provided inside the laser optical path tube 9 to which the axial expansion tube 9a and the Y-axis expansion tube 9b are connected. Accordingly, the laser beam RZ (one-dot chain line) emitted by the laser oscillator 7 is emitted from the oscillator outlet 7a in the + X-axis direction and along the optical path OP1 (one-dot chain line) extending in the + X-axis direction. Is reflected by the reflecting mirror 12 in the + Y-axis direction, passes through the inside of the Y-axis telescopic tube 9b along the optical path OP2 (dashed line) extending in the + Y-axis direction, and reaches the saddle 6. Yes.
[0018]
In addition, an X-axis movement amount detection unit 59X and a Y-axis movement amount detection unit 59Y, which will be described later, are provided inside the laser optical path tube 9, for example, which are made of a known linear scale. The X-axis movement amount detector 59X detects the movement amount of the column 5 in the X-axis direction (hereinafter referred to as “X-axis movement amount X”). Similarly, the Y-axis movement amount detection unit 59Y detects the movement amount of the saddle 6 in the Y-axis direction (hereinafter referred to as “Y-axis movement amount Y”).
[0019]
FIG. 2 shows the details of the saddle 6, and the saddle 6 has a saddle body 13 that can be moved and driven in the directions of the arrows ± Y-axis as shown in FIG. The saddle body 13 is provided with head rails 15 and 15 extending in a direction perpendicular to the arrow ± X axis direction and the arrow ± Y axis direction, and thus in the vertical arrow ± Z axis direction. A processing head 16 is provided on the rails 15 and 15. Further, the machining head 16 is provided with a head main body 17 that is movable and driven in the direction of the arrow ± Z axis along the head rails 15 and 15 via a movement drive means 19 having a Z axis drive motor 58Y. Yes.
[0020]
In the saddle 6, a Z-axis movement amount detection unit 59Z, which will be described later, is provided in the same manner as the X-axis and Y-axis movement amount detection units 59X and 59Y described above, and the Z-axis movement amount detection unit 59Z. Detects the amount of movement of the head body 17 in the Z-axis direction (hereinafter referred to as “Z-axis movement amount Z”).
[0021]
A cylindrical outer sleeve member 20 extending in the Z-axis direction is supported on the head body 17 so as to be rotatable in the direction of the arrow ± A-axis around the center of the axis CT1 parallel to the Z-axis. A cylindrical inner sleeve member 21 having a smaller diameter than that of the outer sleeve member 20 and extending in the Z-axis direction is disposed inside the outer sleeve member 20 so as to be rotatable with respect to the outer sleeve member 20. . The head main body 17 is provided with an A-axis drive motor 58A provided with an A-axis drive gear 23 so as to be rotatable and a B-axis drive motor 58B provided with a B-axis drive gear 22 so as to be rotatable. Yes. On the other hand, an outer sleeve gear 20a is formed on the outer peripheral side of the outer sleeve member 20 so as to mesh with the B-axis drive gear 22, and an inner sleeve gear 21a is formed on the outer peripheral side of the inner sleeve member 21. It is formed so as to mesh with the A-axis drive gear 23.
[0022]
A laser passage space KR1 through which the laser beam RZ can pass is formed inside the inner sleeve member 21, and the inner sleeve member 21 extends further upward than the upper end of the outer sleeve member 20. The upper end is a joint portion 21b. On the other hand, the saddle body 13 is provided with a laser receiving member 25 to which the tip of the Y-axis telescopic tube 9b of the laser optical path tube 9 described above is connected so as not to follow the movement of the head body 17 in the arrow ± Z directions. A reflecting mirror 24 is provided in the laser receiving member 25. Therefore, the laser beam RZ (one-dot chain line) received through the Y-axis telescopic tube 9b of the laser beam path tube 9 enters an optical path OP3 (one-dot chain line) extending in the −Z-axis direction from the laser supply portion 25a of the laser receiving member 25. It is designed to be sent along. The laser supply portion 25a is arranged in a shape facing the joint portion 21b of the inner sleeve member 21 in the arrow ± Z direction in the figure, and the space between the laser supply portion 25a and the joint portion 21b is in the arrow ± Z direction. They are connected by a telescopic joint optical path tube 26 (two-dot chain line).
[0023]
FIG. 3 shows the vicinity of the torch 30 in the saddle 6, and the rotating tip member is arranged near the lower end of the outer sleeve member 20, as shown in FIG. 3, on the side of the outer sleeve member 20. 27 is provided. The left end side in FIG. 3 of the rotating tip member 27 is a rotating member 29 basically formed in a cylindrical shape centered on the axis CT2 perpendicular to the axis CT1. The sleeve member 20 is pivotally supported so as to be rotatable in the direction of the arrow ± B axis shown in the figure around the axis CT2. Further, a torch 30 is provided at the lower end of FIG. 3 of the rotating tip member 27, and the torch 30 has a shape protruding in the direction of the arrow M in the figure, which is a direction perpendicular to the axis CT2. Of the rotating tip member 27, the rotating member 29 is fitted into the outer sleeve member 20, and an end portion is provided with a bevel gear 27a. A bevel gear 21c is also provided at the lower end of the inner sleeve member 21 described above, and the bevel gear 27a of the rotating member 29 and the bevel gear 21c of the inner sleeve member 21 mesh with each other.
[0024]
A laser passing space KR2 through which the laser beam RZ can pass is formed inside the rotating tip member 27, and the laser passing space KR2 extends in the direction along the axis CT2 from the left end of FIG. An opening is formed in the outer sleeve member 20. On the other hand, the laser passage space KR1 of the inner sleeve member 21 opens at the lower end, that is, into the outer sleeve member 20, and the outer sleeve member 20 has a lower portion of the laser passage space KR1 and a laser passage space. A reflecting mirror 32 is provided in a shape corresponding to the left side of KR2. Therefore, the laser beam RZ sent in the −Z-axis direction from the laser supply section 25a of the laser receiving member 25 described above is reflected by the reflecting mirror 32 and extends in parallel with the axial center CT2 direction (dashed line). ) To enter the laser passage space KR2.
[0025]
Further, a condensing lens 35 that refracts the laser beam RZ incident in the direction of the axial center CT2 and can be driven to move in a direction parallel to the axial center CT2 direction is provided in the rotating member 29. The condensing lens 35 is provided with a lens moving motor 64, which will be described later, and is formed of, for example, a linear actuator that can move and position the condensing lens 35 in a direction parallel to the direction of the axis CT2. In addition, a reflecting mirror 33 is also provided inside the rotary tip member 27 in such a manner that the laser light RZ refracted by the condenser lens 35 can be reflected toward the torch 30 and thus in the direction of the arrow M.
[0026]
An exit 30a for emitting laser light is formed at the tip of the torch 30 in the direction of arrow M in the figure, and an arrow between the tip of the torch 30 and the position of the workpiece 70 in front of the tip. A sensor 36 that detects a distance in the M direction and outputs a predetermined electric signal is provided. A cable 37 for outputting an electrical signal from the sensor 36 is connected to the torch 30, and the cable 37 is connected to a circuit casing 39 containing an arithmetic circuit (not shown).
[0027]
Further, a known assist gas supply means (not shown) made of a gas cylinder or the like is connected to the gas flow hole 42 of the head main body 17, and the gas flow hole 42 is provided between the head main body 17 and the outer sleeve member 20. It is connected to a gas transport pipe 45 through a gas transport hole 43 provided in. Further, the gas transport pipe 45 is connected to the rotating tip member 27 through the outside of the outer sleeve member 20 and the outside of the rotating tip member 27. The assist gas AG from the gas transport pipe 45 is emitted to the laser passage space KR2 in the rotary tip member 27 on the inner wall surface 27b of the rotary tip member 27 facing the laser passage space KR2 in the rotary tip member 27. The discharge hole 45a is opened in such a way as to be possible.
[0028]
FIG. 4 is a block diagram showing the control device 1b. As shown in FIG. 4, the control device 1 b includes a main control unit 51. The main control unit 51 includes a keyboard 53, a display 54, a system program memory 55, a processing control unit 56, via a bus line 52. Image control unit 57, drive control unit 58, machining program memory 60, machining database 61, NC analysis unit 62, X-axis movement amount detection unit 59X, Y-axis movement amount detection unit 59Y, Z-axis movement amount detection unit 59Z, servo control The unit 63 and the like are connected. The drive control unit 58 is connected to an X-axis drive motor 58X, a Y-axis drive motor 58Y, a Z-axis drive motor 58Z, an A-axis drive motor 58A, and a B-axis drive motor 58B. The lens movement motor 64 is connected.
[0029]
Since the laser beam machine 1 has the above-described configuration, when machining the workpiece 70 using the laser beam machine 1, an operator (operator) first loads the workpiece 70 to be machined as shown in FIG. Place on the surface 3a. Next, the operator inputs a start command via a start switch (not shown) provided in the control device 1b, and the main control unit 51 that has received this command reads the system program SYS from the system program memory 55, and thereafter The process proceeds according to the read system program SYS.
[0030]
First, the main control unit 51 instructs the image control unit 57 to display a screen (not shown) that prompts the creation of the machining program PRO, and the image display unit 57 causes the display 54 to display the screen. The operator creates a machining program PRO corresponding to the machining shape via the keyboard 53 in accordance with the displayed screen. At this time, the material and thickness of the workpiece 70 are specified in the machining program PRO based on a predetermined dedicated code.
[0031]
When the creation of the machining program PRO is completed, the operator inputs a signal to the effect that the creation has been completed via the keyboard 53, and in response to this, the main control unit 51 stores the created machining program PRO in the machining program memory 60. Store. The processing program PRO may be supplied to the laser processing machine 1 online or via a recording medium.
[0032]
Next, when the operator inputs through the keyboard 53 that the machining program PRO is to be executed, the main control unit 51 instructs the machining control unit 56 to execute the machining program PRO. In executing the machining program PRO, the machining control unit 56 first instructs the drive control unit 58 to return to the origin of the injection port 30a of the torch. In response to this, the drive control unit 58 outputs predetermined signals to the X-axis, Y-axis, and Z-axis drive motors 58X, 58Y, and 58Z, and moves the column 5, the saddle 6 and the head body 17 by a predetermined amount. The injection port 30a of the torch is disposed at the machine origin ZP shown in FIG.
[0033]
By the way, the X, Y, Z three-dimensional coordinate system orthogonal to each other is set in advance in the laser processing machine 1, and the X, Y coordinates based on the machine origin ZP are mounted on the workpiece as shown in FIG. It is set on the surface 3a. Accordingly, these X, Y, and Z coordinates coincide with the movement amounts X, Y, and Z of the respective axes of the column 5, the saddle 6, and the head body 17, that is, the movement amounts of the respective axes of the injection port 30a of the torch that has returned to the origin. Have a relationship. In FIG. 5, the Z coordinate is set in the vertical direction of the drawing, but is omitted for convenience of explanation.
[0034]
When the injection port 30a of the torch is disposed at the machine origin ZP, the machining control unit 56 outputs predetermined signals to the X axis, Y axis, and Z axis movement amount detection units 59X, 59Y, 59Z, and each X axis, The Y-axis and Z-axis movement amounts X, Y, and Z are reset to zero.
[0035]
When the return to origin is completed, the machining control unit 56 calls the machining condition data corresponding to the material and thickness of the workpiece 70 specified in the machining program PRO from the machining database 61. The processing database 61 stores a plurality of processing condition data corresponding to combinations of material (for example, SPHC, SUS) and plate thickness (for example, 2.3 mm, 6 mm, 25 mm). The processing condition data includes data such as the feed speed of the torch 30, the laser output, and the focal length fd of the condenser lens 35 in the direction perpendicular to the work 70 (for example, the Z-axis direction when the work 70 is a plate material). In other words, the focal length fd corresponds to a combination of the material and the plate thickness, and a position in the direction perpendicular to the plate thickness of the workpiece 70 on which the laser beam RZ is to be focused (hereinafter referred to as “focal point FP”) is predetermined. It is stored in the machining database 61 in a form that is set to the position.
[0036]
When the predetermined machining condition data is called, the machining control unit 56 outputs a predetermined command such as a linear interpolation command to the drive control unit 58 according to the machining step in the machining program PRO. The drive control unit 58 outputs predetermined signals to the X-axis and Y-axis drive motors 58X and 58Y, and drives the column 5 and the saddle 6 to move by a predetermined amount in the X- and Y-axis directions, so that the injection port 30a of the torch is moved as described above. The machine is moved and arranged from the machine origin ZP to the piercing point that is the machining start position. Further, a predetermined signal is output to the Z-axis drive motor 58Z, the head main body 17 is driven to move by a predetermined amount, and the condenser lens 35 is moved and arranged, for example, at a focal distance fd0 based on the processing condition data.
[0037]
Then, the processing control unit 56 instructs a laser control unit (not shown) to oscillate based on the laser output of the processing condition data, and in response to this, the laser control unit uses the laser oscillator 7 to output laser light RZ having a predetermined output. Oscillates. Further, the assist gas AG supplied from the assist gas supply means is released toward the work 70.
[0038]
In this way, the drive control unit 58 causes the column 5, the saddle 6 and the head main body 17 to satisfy the above processing conditions by the X-axis, Y-axis, and Z-axis drive motors 58X, 58Y, and 58Z according to the command of the processing control unit 56. Move and drive at feed speed. Thereby, the injection port 30a of the torch that emits the laser beam RZ is driven to move in the X, Y, and Z axis directions, and the machining control of the workpiece 70 is started.
[0039]
At the start of machining of the workpiece 70, the main control unit 51 instructs the NC analysis unit 62 to execute focal length control. Upon receipt of this command, the NC analysis unit 62 performs laser processing together with the above-described machining control. Based on the optical path length of the light RZ, the focal length fd0 at which the condenser lens 35 is moved is corrected.
[0040]
That is, the laser processing machine 1 according to the present invention variably controls the focal length fd based on the optical path length of the laser RZ, thereby correcting the shift of the focal position FP due to the divergence angle of the laser light RZ, and The focus position FP with respect to 70 is kept constant (details will be described later). Accordingly, the NC analysis unit 62 calls the focal length correction amount map MAP stored in the machining database 61 in order to keep the focal position FP with respect to the workpiece 70 constant.
[0041]
Here, the focal length correction amount map MAP will be described with reference to FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the relationship between the total movement amount L and the optical path length OL1, in which FIG. 6A shows the total movement amount L on the X and Y coordinates, and FIG. 6B shows the total movement amount L developed on one axis. 7 and 7 are diagrams illustrating an example of the focal length correction amount map MAP.
[0042]
The table 3a shown in FIG. 6 (a) shows only the table 3a in the laser beam machine 1 shown in FIG. Accordingly, the machine origin ZP shown in the lower left corner in FIG. 6A is at a position corresponding to the machine origin ZP shown in FIG. As described above, the X and Y coordinates are set on the table 3a shown in FIG. 6A on the basis of the machine origin ZP, and before the execution of the machining program PRO, the injection port 30a of the torch The origin is returned to the origin ZP.
[0043]
In this state, for example, when the torch injection port 30a is driven to move to the processing point P1 (X1, Y1), the movement amounts of the axes of the torch injection port 30a are X1 and Y1, respectively. Further, in accordance with the movement drive, the X-axis expandable tube 9a and the Y-axis expandable tube 9b are extended by the lengths X1 and Y1 as described above.
[0044]
Incidentally, the optical path length OL1 from when the laser beam RZ is emitted from the oscillator outlet 7a to when it is refracted by the condenser lens 35 is the sum of the distances through which the laser beam RZ has passed. That is, the optical path length OL1 is an optical path OP1 (see FIG. 1) from the oscillator outlet 7a to the reflecting mirror 12 through the X-axis telescopic tube 9a, and the laser receiving member 25 from the reflecting mirror 12 through the Y-axis telescopic tube 9b. An optical path OP2 (see FIG. 1) to the internal reflecting mirror 24, an optical path OP3 (see FIGS. 2 and 3) from the reflecting mirror 24 to the reflecting mirror 32 inside the outer sleeve member 20, and a light collecting from the reflecting mirror 32 This is represented by the sum of the distances of the optical path OP4 (see FIG. 3) to the lens 35.
[0045]
Therefore, the optical path length OL1 is the length by which the X-axis telescopic tube 9a and the Y-axis telescopic tube 9b are extended, that is, the X-axis movement amount X1 by the driving drive of the torch injection port 30a to the processing point P1. That is, it is increased by the sum of the Y-axis movement amount Y1. Here, if the total of the movement amounts X, Y, Z of each axis from the mechanical origin ZP is defined as the total movement amount L of the torch injection port 30a, the optical path length OL1 is increased by the total movement amount L1 = X1 + Y1. It becomes.
[0046]
Similarly, when the injection port 30a of the torch is driven to move to the processing point P2 (X2, Y2), the optical path length OL1 becomes longer by the total movement amount L2 = X2 + Y2, and moves to the processing point P3 (X3, Y3). When driven, the optical path length OL1 becomes longer by the total movement amount L3 = X3 + Y3. Further, the torch injection port 30a shown in the upper right corner in FIG. 6A is moved to the maximum processing point P4 (X4 (Xmax), Y4 (Ymax)) of the X and Y coordinates that can move on the table 3a. Then, the optical path length OL1 becomes longer by the total movement amount L4 (Lmax) = X4 (Xmax) + Y4 (Ymax).
[0047]
That is, the fluctuation amount of the optical path length OL1 due to the movement drive of the torch injection port 30a can be expressed only by the total movement amount L described above, regardless of the X and Y coordinates where the torch injection port 30a is driven to move. Therefore, as shown in FIG. 6B, the fluctuation amount of the optical path length OL1 is expressed as a total movement amount L from 0 to Lmax developed on one axis with the movement amounts X, Y, and Z of the respective axes as a sum. Is done. For the sake of simplicity, the variation amount of the optical path length OL1 has been described only with respect to the X and Y axes. However, when the head body 17 is driven to move in the Z axis direction, the total movement amount L is moved to the Z axis. The amount Z may be added.
[0048]
Here, the divergence angle of the laser beam RZ represents the amount of change in the beam diameter that spreads when the laser beam RZ is separated from the oscillator exit 7a as an angle with respect to the beam diameter in the vicinity of the exit 7a. That is, the laser beam RZ is in a relationship in which the beam diameter increases as the distance from the oscillator exit 7a increases, that is, as the optical path length OL1 increases, and similarly, the beam diameter increases as the total movement amount L increases. .
[0049]
That is, if the condensing lens 35 is controlled to move so that the focal length fd increases according to the divergence angle of the laser light RZ as the total moving amount L increases, the focal position FP with respect to the workpiece 70 can be maintained constant. Is possible. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the focal length fd0 in which the condenser lens 35 is moved and arranged based on the above-described processing condition data so as to keep the focal position FP with respect to the workpiece 70 constant. A focal length correction amount map MAP indicating a focal length correction amount Δfd with respect to the total movement amount L is prepared as a correction amount for (ie, as a correction amount for the focal position FP).
[0050]
As shown in FIG. 7, the focal length correction amount map MAP has, for example, a curve CV in which the focal length correction amount Δfd increases with the divergence angle of the laser light RZ as the total movement amount L increases. The curve CV is an example, and the relationship varies depending on the divergence angle. For example, if the divergence angle is constant, the focal length correction amount Δfd is directly proportional to the total movement amount L. However, even if the divergence angle is not constant, it can be approximated as a directly proportional relationship within a range where the focal position FP can be maintained substantially constant.
[0051]
Further, the focal length fd0 where the condenser lens 35 is moved and arranged is, for example, when the focal position FP is set at the mechanical origin ZP, it is not necessary to correct the focal length fd0 at the mechanical origin ZP. As shown in FIG. 7, the CV has a focal length correction amount Δfd of 0 at the mechanical origin ZP. Even when the focal position FP is not set at the mechanical origin ZP, the curve CV may be translated by a predetermined amount in the Δfd axis direction. Hereinafter, the description of the focal distance fd0 is made assuming that the focal position FP is set at the mechanical origin ZP.
[0052]
In this way, the NC analysis unit 62 calls the above-described focal length correction amount map MAP from the processing database 61, and controls the focal length based on the focal length correction amount map MAP on the processing path along with the processing control by the above-described processing program PRO. Execute.
[0053]
For example, the workpiece 70 is, for example, plate-shaped as shown in FIG. 5, and the machining path of the workpiece 70 is defined as a machining point P. _A → P _B → P _C The focal length control will be described with reference to FIG. 5, FIG. 7, and FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram of the movement control of the condenser lens 35 according to the present invention. FIG. 8 shows the optical path of the laser beam RZ in a simplified form excluding the reflecting mirror 12 (see FIG. 1) and the reflecting mirrors 32 and 33 (see FIG. 3).
[0054]
The injection point 30a of the torch is the processing point P _A NC analysis unit 62 immediately reaches the machining point P detected by the X-axis, Y-axis, and Z-axis movement amount detection units 59X, 59Y, 59Z. _A X-axis, Y-axis, and Z-axis travel X _PA , Y _PA , Z _PA Reference is made to (see FIG. 5). As described above, since the workpiece 70 is assumed to be plate-shaped, the Z-axis movement amount Z _PA Is 0 and the total movement amount L _PA , L _PA = X _PA + Y _PA Further, based on the focal length correction amount map MAP shown in FIG. _PA Focal length correction amount Δfd corresponding to _PA Refer to Z-axis movement amount Z _PA If there is (not 0), the total movement amount L _PA What is necessary is just to perform the operation added to.
[0055]
Then, the NC analysis unit 62 gives the focal length correction amount Δfd to the servo control unit 63. _PA The movement control of the condenser lens 35 based on the above is commanded. The servo control unit 63 causes the lens moving motor 64 to move the condenser lens 35 to the left in the drawing along the axial center CT2 in the rotating member 29 shown in FIG. _PA Only move drive, positioning. This will be described with reference to FIG. _A , The focal length correction amount Δfd from the focal length fd0 _PA The laser beam RZ is collected at a focal position FP with respect to the workpiece 70, and is collected on the surface of the workpiece 70, for example.
[0056]
Note that the condenser lens 35 is connected to the focal length correction amount Δfd. _PA Since the optical path length OL1 is shortened by the amount of increase, the total movement amount L _PA To focal length correction amount Δfd _PA To subtract the exact total travel distance L _PA To calculate the focal length correction amount Δfd _PA Although it is possible to improve the accuracy of the focal length, the focal length correction amount Δfd _PA Is smaller than the movement amount X, Y, Z of each axis, as described above, the focal length correction amount Δfd _PA It is also possible to ignore the decrease due to.
[0057]
Next, the injection port 30a of the torch is the processing point P _B NC analysis unit 62 determines that total movement amount L is reached. _PB , L _PB = X _PB + Y _PB (See FIG. 5), and based on the focal length correction amount map MAP shown in FIG. _PB Focal length correction amount Δfd corresponding to _PB , The focal length correction amount Δfd with respect to the servo control unit 63. _PB The movement control of the condenser lens 35 based on the above is commanded. The servo control unit 63 causes the lens moving motor 64 to move the condenser lens 35 to the processing point P as shown in FIG. _B , The focal length correction amount Δfd is further increased from the focal length fd0. _PB The laser beam RZ is disposed at a position that is raised only by the machining point P. _A In the same manner as above, the light is condensed at the focal position FP on the surface of the work 70.
[0058]
Furthermore, processing point P _C In FIG. 8, similar focal length control is executed, and as shown in FIG. _PC = X _PC + Y _PC Focal length correction amount Δfd corresponding to (see FIG. 5) _PC The laser beam RZ is disposed at a position that is raised only by the machining point P. _A , P _B In the same manner, the light is condensed at the focal position FP on the surface of the work 70.
[0059]
As an example of the focal length control, the processing point P on the cutting path CL _A , P _B , P _C However, all machining points for each predetermined distance (for example, the amount of movement of the injection port 30a of the torch by the X-axis and Y-axis drive motors 58X and 58Y corresponding to a single input pulse) existing on the cutting path CL. The focal length control described above is executed.
[0060]
As described above, the condenser lens 35 is sequentially driven and positioned to a position where the focal length correction amount Δfd gradually increases as it moves to the right in FIG. 8, so that the laser beam RZ is always on the surface of the workpiece 70. The work 70 is cut along the cutting path CL while being condensed at a fixed focal position FP. Then, each processing step of the subsequent processing program PRO is executed, and the focal length control is executed.
[0061]
As a result, since the shift of the focal position due to the divergence angle of the laser beam RZ is prevented, the focal position FP with respect to the workpiece 70 can be kept constant. For example, even if the machining shape is affected by the divergence angle, such as a shape where the machining shape is relatively wide on the X and Y coordinates, simply specifying the material and thickness of the workpiece 70 in the machining program PRO The focal position FP corresponding to the material and the plate thickness is automatically maintained constant, and a good cut surface with no processing unevenness can be realized.
[0062]
In the above-described embodiment, as an example of the focal position control, the feedback control that sequentially controls the position of the condenser lens 35 based on the total movement amount L calculated during the machining control by the machining program PRO has been described. It is not limited to this. For example, before executing the machining control, the machining program PRO may be pre-read and the focal length correction amount Δfd corresponding to all machining points may be prepared in advance. This eliminates the need for access to the machining database 61 and calculation of the total movement amount L during execution of the machining program PRO, thereby eliminating problems such as a delay in the positioning timing of the condenser lens 35. I can do it.
[0063]
In the above-described embodiment, an example in which the focal length correction amount MAP is prepared and the focal length fd is corrected is shown. However, any calculation method may be used as long as the correction amount of the focal position FP is calculated. Also good. For example, a predetermined formula may be prepared instead of the focal length correction amount MAP and the correction amount of the focal position FP may be calculated. Further, without preparing the MAP or the predetermined formula, for example, a beam diameter that is a predetermined distance away from the condenser lens 35 in the optical path direction is detected, and the focal position FP is determined based on the relationship between the beam diameter and the predetermined distance. It is also possible to calculate the correction amount.
[0064]
Furthermore, in the above-described embodiment, the example of machining control based on the two-dimensional machining shape has been described. However, the invention is not limited to this, and the machining shape may be three-dimensional. For example, the X-axis and Y-axis drive motors In addition to 58X and 58Y, the Z-axis, A-axis, and B-axis drive motors 58Z, 58A, and 58B are appropriately driven, and the focal length fd is variably controlled in the vertical direction with respect to the surface of the workpiece 70. Can be applied.
[0065]
Further, the laser beam RZ described above may be any one as long as it can stably irradiate a laser beam with a predetermined output capable of processing such as cutting and drilling of the workpiece 70 made of metal or the like. , CO ₂ Any of a laser, a YAG laser, an excimer laser, and the like can be applied to the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a laser processing machine to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a detailed front (partial cross-sectional) view showing a saddle in the laser beam machine of FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the torch in the saddle of FIG. 2;
4 is a block diagram showing a control device in the laser beam machine in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of X and Y coordinates shown in the top view of the laser beam machine in FIG. 1;
6A and 6B are diagrams showing the relationship between the movement amount and the optical path length, where FIG. 6A is a diagram showing the movement amount on the X and Y coordinates, and FIG. 6B is a diagram in which the movement amount is developed on one axis. .
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a focal length correction amount map;
FIG. 8 is an explanatory diagram of movement control of a condenser lens according to the present invention.
FIGS. 9A and 9B are explanatory diagrams showing the relationship of the focal length with respect to the optical path length in a conventional laser processing machine, where FIG. 9A is a case where the laser beam is a parallel beam, and FIG. 9B is a divergence angle of the laser beam. Is considered.
[Explanation of symbols]
1 ... Laser processing machine
7 …… Laser oscillation means (laser oscillator)
9 …… Laser beam transmission means (laser beam path tube)
9a ... Laser beam transmission means (X-axis telescopic tube)
9b: Laser beam transmission means (Y-axis telescopic tube)
20 ... Laser beam transmission means (outer sleeve member)
21 …… Laser light transmission means (inner sleeve member)
26 …… Laser light transmission means (joint optical path tube)
27 …… Irradiation means (rotating tip member)
30 ... Irradiation means (torch)
35 …… Irradiation means (condensing lens)
58 …… Moving drive means (drive control unit)
58X, 58Y, 58Z ... Movement drive means (X-axis drive motor, Y-axis drive motor, Z-axis drive motor)
59X, 59Y: Laser light transmission distance calculation means, horizontal movement amount detection means (X-axis movement amount detection unit, Y-axis movement amount detection unit)
59Z: Laser beam transmission distance calculation means (Z-axis movement amount detection unit)
61 …… Focus position correction amount calculation means (processing database)
62... Laser beam transmission distance calculation means, focus position correction amount calculation means, focus position control means (NC analysis unit)
63 …… Focus position control means (servo control unit)
64 …… Moving drive means (lens moving motor)
70 …… Work
FP …… Focus position
L: Transmission distance (total travel)
RZ ... Laser light
X: Horizontal travel (Y-axis travel)
Y: Horizontal travel (Y-axis travel)
Δfd …… Focus position correction amount (focal length correction amount)

Claims

Having laser oscillating means for oscillating laser light, having irradiating means for condensing the laser light oscillated by the laser oscillating means on a work, and having laser light transmitting means for connecting the laser oscillator and irradiating means In a laser processing machine having movement drive means for moving the irradiation means relative to the workpiece,
A laser light transmission distance calculating means for calculating a laser light transmission distance between the laser oscillating means and the irradiation means by the laser light transmitting means;
A focal position correction amount calculating means for calculating a correction amount of the focal position of the laser beam in accordance with a change in the transmission distance of the laser beam;
The movable drive unit is controlled based on the correction amount calculated by the focal position correction amount calculating unit, and the focal position control unit is configured to control to adjust the focal position of the laser beam with respect to the workpiece. Laser processing machine.

The laser light transmission distance calculating means has a horizontal movement amount detecting means for detecting a horizontal movement amount of the irradiation means with respect to the workpiece,
The laser light transmission distance calculating means calculates the laser light transmission distance based on a horizontal movement amount of the irradiation means with respect to the workpiece detected by the horizontal movement amount detection means. The laser beam machine according to claim 1.

3. The laser processing machine according to claim 2, wherein the horizontal direction movement amount detecting means detects the movement amounts in directions orthogonal to each other in a horizontal plane.