JP2005334922A - レーザ加工機におけるノズルチェック装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 レーザ加工機において、ノズルの先端を光学的に検査する装置を提供する。
【解決手段】 レーザ加工工具のノズル６５に対して対向する位置に昇降されるカメラユニット４５０は、ＣＣＤカメラ本体４６０とレンズ４６２を収容するカメラ室４５４を有し、保護ガラス４５６で密封される。リングライト４７０はノズル６５の表面を照射し、ＣＣＤカメラ本体４６０は光学的にノズル６５を検査する。
【選択図】 図９

Description

本発明は、レーザ加工機のノズルの先端形状に異常がないか（異物が付着していないか、変形していないか、または、先端にキズがついていないか）どうかを、カメラ等の形状及び性状認識装置により、検査する装置に関する。
従来のレーザ加工機は、材質及び板厚によって、予め定められた標準加工条件がＮＣ装置に登録されている。
標準加工条件によって、レーザ加工を行っていくと、加工トーチ先端に装着されたノズルの異常によりドロスの発生などの加工不良が発生する。最適な加工条件を維持するためには、作業者が異常を事前に察知し、機械を停止し、ノズルの異常を調べ、異常を認識した場合は、手動でノズルを交換したり、清掃したり、変形を修正したり、または、加工条件を変更したりする作業が必要であった。
また、ワークの切断加工部をＣＣＤカメラで撮像して、ワークの加工不良を検出できるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−２５８３７６号公報
レーザ加工機のノズルに異物が付着することによってノズル先端と加工物上面との間隙を一定、且つ安定的に維持することができず、加工品質の低下、等の加工不良を発生させ、更には加工不能を引き起こす。
また、ノズルの先端に付着した異物により、ノズルの先端の出口の真円が変化することによって、アシストガスの噴出流速分布が乱れ、加工品質の低下等の加工不良を発生させ、更には加工不能を引き起こす。
上記の問題を回避し、最適な加工を維持するためには、非熟練者では対応できず、長年の経験を有する熟練者が必要であり、さらに、長時間無人化運転の実現を阻害していた。
本発明は以上の問題を解決するレーザ加工機におけるノズルチェック装置を提供するものである。
本発明のレーザ加工機は、基本的な手段として、ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドを備えるものである。
そして、レーザ加工工具の先端に装着されるノズルを光学的に検査する手段を装備する。
レーザ加工工具は、集光レンズを含む光学系の手段を備えるトーチと、トーチの先端に交換自在に装着されるノズルを備える。
また、ノズルを光学的に検査する手段は、ＣＣＤカメラ本体と、レンズと、ノズルを照明する照明装置を備え、ノズルを光学的に検査する手段をノズルに対向して昇降させる装置を備える。
本発明は、ノズルの真円度が常に公差範囲内で維持されるので、アシストガスの噴出流速分布が乱れることなく、加工品質が高精度に維持できる。
さらに、ノズル先端に異物の付着あるいは打痕等がない状態で維持されるため、ノズル先端と加工物上面との間隙を一定、且つ安定的に維持することができ、加工品質を高精度に維持することができる。
従って、非熟練者でも高品位・高精度加工が可能になり、さらに、長時間無人化運転も可能になる。
図１は、本発明のレーザ加工機の全体構成を示す斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は要部の斜視図、図５は側面図である。
全体を符号１で示すレーザ加工機は、ベッド１０上に配設されるパレット（テーブル）２０を有し、板状のワークＷ１が載置される。ベッド１０の長手方向の延長線上にはパレット交換装置１２が配置され、次加工用のワークＷ２を載置したパレット２０ａが用意されている。
ベッド１０上の両側には、長手方向に沿って一対のガイドレール３４が取付けられており、ガイドレール３４上には、コラム３０がＸ軸方向に移動自在に装備される。
コラム３０のＸ軸上の駆動手段は、例えば、リニアモータが使用されており、ガイドレール３４に設けた固定子と直動ガイド３２に設けた移動子との間でリニアモータが形成される。
コラム３０には、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿ってガイドレール４４が設けてあり、サドル４０がＹ軸上で移動自在に装備される。サドル４０は、ガイドレール４４に係合する直動ガイド４２を備え、ガイドレール４４と直動ガイド４２との間でリニアモータが形成される。
サドル４０は、Ｘ軸、Ｙ軸が形成する平面に垂直なＺ軸方向にガイドレールが設けあり、加工ヘッド５０がＺ軸に沿って移動自在に装備される。加工ヘッド５０は、レーザ発振装置７２から送られてくるレーザ光が導入される光学系を備える。
加工ヘッド５０には、レーザ加工工具６０が交換自在に装備される。加工エリアは、カバー９０で覆われ、安全が確保される。ベッド１０に隣接して強電盤７０やレーザ発振装置７２が配設される。オペレータが様々な駆動を指示する操作盤８０は、ベッド１０上の長手方向の端部に配設される。ベッド１０上の操作盤８０に近い方の端部には、レーザ加工工具の段取りステーション１００が装備される。
図６は、レーザ加工工具の段取りステーション１００をテーブル側からみた正面図、図７は平面図である。
レーザ加工工具の段取りステーション１００は、トーチとノズルを備えたレーザ加工工具のツールチェンジマガジン２２０を備えた工具ステーション２００とレーザ加工工具のノズルのノズルチェンジマガジンを備えたノズルステーション３００を備える。
図８は、本発明のノズル検査装置の説明図。図９はカメラユニットの説明図である。
全体を符号４００で示すノズル検査装置は、カバー４０１内に配設されるベース４０２にとりつけられる。
ベース４０２に固定されるシリンダ４０４はピストンロッド４０６を昇降させる。ピストンロッド４０６の上端には、カメラユニット４５０がとりつけられている。カメラユニット４５０は、常時、ゴミ等の埃の除去と浸入を防止するカバー４０１に格納されており、上面には、レーザ加工工具の段取りステーション１００の全体を覆うカバー４１０で保護されている。
ノズルの検査時には、シリンダ４０４が作動してピストンロッド４０６とともに、カメラユニット４５０をノズル直下に対向する位置に上昇させる。
カメラユニット４５０は、ピストンロッド４０６の先端に取付けられるハウジング４５２を有し、ハウジング４５２の内部に設けられるカメラ室４５４内にＣＣＤカメラ本体４６０が固定される。ＣＣＤカメラ本体４６０は、レンズ４６２を有し、レンズ４６２は調整ねじ４６４によりカメラの受光面との距離が調整できるように取付けられる。
カメラ室４５４の上部には、保護ガラス４５６で覆われ、内部のＣＣＤカメラ本体４６０とレンズ４６２等に異物が付着することが防止される。
カメラ室４５４の上部には、ブラケット４５８が設けられ、ブラケット４５８の上部にリングライト４７０がとりつけられる。
リングライト４７０は、例えば、高輝度ＬＥＤ４７２を備え中央部に開口部４７４を有する。
リングライト４７０で照明されるノズル６５の撮像をＣＣＤカメラ本体４６０で撮影して、ノズル６５を光学的に検査する。
図１０は、本発明のインテリジェントノズルチェック装置によるノズルの検査の手法を示す。
ノズル６５は、ノズル本体６５０を有し、先端面６５４の中心にノズル穴６５２が形成されている。
図の（ｂ）は、ノズル６５の先端面６５４のＣＣＤカメラの撮像Ｅ１を示す。先端６５４の表面は正常な輝度を有し、ノズル穴６５２の影Ｈ１も正確に撮影されている。このノズル穴６５２の穴径寸法Ｄ１を検知することで、ノズル６５の種別を特定することができる。
図１１は、何らかの原因でノズル６５の先端部に傷Ｋ１が生じた例を示す。
撮像Ｅ２に傷Ｋ１の形状が撮影され、またノズル穴６５２の影Ｈ２も変形する。
この撮像により、ノズルの不良が判別される。
図１２は、ノズル６５の先端面６５４に傷Ｋ２が生じた例を示す。
撮像Ｅ３に現われるノズル穴６５２の影Ｈ３は正常であるが、先端面６５４の反射輝度が低下する。この反射輝度の低下を検知して、ノズルの不良を検出する。
図１３は、ノズル先端面６５４に、レーザ加工により加熱されたワーク材料が飛散して形成されるスパッタＳ１が付着した状態を示す。
撮像Ｅ４中にはノズル穴６５２の穴径は正常に現われるが、表面の反射輝度が大幅に低下する。この現象をとらえて、ノズルの不良を検出する。
図１４は、本発明のノズルチェック装置による処理のフローチャートである。
ステップＳ１０でスタートした処理は、ステップＳ１１で段取りステーションのカバーを開く。ステップＳ１２でカメラユニットをＺ軸方向へ上昇させ、ステップＳ１３で加工工具をカメラユニット上で移動させる。ステップＳ１４で加工工具をカメラの焦点位置まで下降させる。
ステップＳ１５でノズルからエアを噴射して、カメラユニットの保護ガラスの汚れを掃除する。ステップＳ１７でカメラユニットの照明を点灯してノズル端面を照らして、ステップＳ１８でカメラによりノズル端面を撮像する。
ステップＳ１９では、撮像されたノズル端面の画像データを処理して、ノズル穴の重心位置を算出する。ステップＳ２０で撮像された複数のノズル穴の直径寸法を測定し、ステップＳ２１でノズル穴の平均値を演算する。
ステップＳ２２で、演算されたノズルの真円度は公差範囲内かをチェックし、公差範囲内であれば、ステップＳ２３でノズル端面の映像のコントラストを判定する。判定内容は、ノズル端面の傷やバリの有無、スパッタ等の付着物の検出、ノズル端面の変形・異形の検出等が含まれる。
上述した判定結果が良好であれば、ステップＳ２４へ進み、加工工具を上昇させて段取りステーションから加工領域に戻す。ステップＳ２５で加工を実行し、ステップＳ２６で処理を終了する。
ステップＳ２２でノズルの真円度が公差範囲外であると判定されると、ステップＳ３０へ進み、アラームを出力して、その旨をオペレータに通知する。ステップＳ３１で段取りステーション内に同径の良品ノズルが有するかをチェックし、有れば加工工具を上昇させ、ステップＳ３３で良品ノズルと交換する。
ステップＳ３４で加工を実行し、ステップＳ３５で処理を終了する。
ステップＳ３１で段取りステーション内に同径の良品ノズルが無いことが判明した時には、ステップＳ４０へ進み、アラームを出力してオペレータに通知し、ステップＳ４１でＮＣ画面にノズルの追加請求を表示する。
ステップＳ４２で加工工具を上昇させ、ステップＳ４３で加工工具を原点位置に復帰させる。ステップＳ４４で、オペレータによる追加ノズルとの交換を受ける。ステップＳ４５で制御装置に追加ノズルの登録を行い、ステップＳ１０に戻る。
ステップＳ２３でノズル端面の判定結果が不良であると判断されると、ステップＳ５０でノズル端面の研磨加工がチェックされ、良好であれば、ステップＳ１８へ戻り、不良であれば、ステップＳ３０に進む。
なお、上述した実施例にあっては、Ｘ軸とＹ軸上の駆動手段には、リニアモータの例を説明したが、ボールねじを用いても本発明を適用することができる。
また、上述した実施例にあっては、ノズルを照らす照明装置としては、中央部に開口部を有するリングライトの例を説明したが、ハロゲンライトを用いても本発明を適用することができる。
本発明のレーザ加工機の全体の斜視図。 本発明のレーザ加工機の平面図。 本発明のレーザ加工機の要部の正面図。 本発明のレーザ加工機の要部の斜視図。 本発明のレーザ加工機の要部の側面図。 レーザ加工工具の段取りステーションの正面図。 レーザ加工工具の段取りステーションの平面図。 ノズルチェック装置の説明図。 ノズルチェック装置の説明図。 ノズルの検査手法を示す説明図。 ノズルに傷が生じた例を示す説明図。 ノズルに傷が生じた例を示す説明図。 ノズルにスパッタが付着した例を示す説明図。 ノズルチェックの処理のフローチャート。
符号の説明
１ レーザ加工機
１０ ベッド
２０ パレット
３０ コラム
４０ サドル
５０ 加工ヘッド
６０ レーザ加工工具
６５ ノズル
７０ 強電盤
７２ レーザ発振装置
８０ 制御盤
９０ カバー
１００ レーザ加工工具の段取りステーション
２００ レーザ加工機の工具ステーション
３００ レーザ加工機のノズルステーション
４００ ノズル検査装置
４０４ シリンダ
４５０ カメラユニット
４６０ ＣＣＤカメラ本体
４６２ レンズ
４５６ 保護ガラス
４７０ リングライト

Claims (4)

  1. ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドを備えるレーザ加工機において、
    レーザ加工工具の先端に装着されるノズルを光学的に検査する手段を装備するレーザ加工機におけるノズルチェック装置。
  2. レーザ加工工具は、集光レンズを含む光学系の手段を備えるトーチと、トーチの先端に交換自在に装着されるノズルを備える請求項１記載のレーザ加工機におけるノズルチェック装置。
  3. ノズルを光学的に検査する手段は、ＣＣＤカメラ本体と、レンズと、ノズルを照らす照明装置を備える請求項１記載のレーザ加工機におけるノズルチェック装置。
  4. ノズルを光学的に検査する手段をノズルに対向して昇降させる装置を備える請求項１記載のレーザ加工機におけるノズルチェック装置。
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