JP2005334928A - レーザ加工機における焦点調整装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 レーザ加工機において、レーザ光線の反射光を検出することにより焦点を自動調整する装置を提供する。
【解決手段】 レーザ加工機のレーザ発振器５５０から出力したレーザ光線は、出力鏡５６０を経てミラー５７０に反射され、レーザ加工工具６０に導入される。
加工レンズ６２で集光されたレーザ光線は、反射板Ｍ１で反射され、反射光検出装置５８０で検知される。反射光の出力と加工レンズ６２の汚れによる、焦点位置の変化とを検知することにより焦点の自動調整が達成される。
【選択図】 図８

Description

本発明は、レーザ加工機における操作の非熟練化を可能とし、加工能力を各々の材質及び板厚に対して、品質及び生産性をそれぞれ最大限に発揮させ、長時間無人化運転を達成するため、レンズの汚れによる、加工レンズの焦点位置の変化に起因する、加工不良を未然に防ぐことができる焦点調整装置に関する。
従来、加工レンズによって絞られたレーザ光線の焦点位置は、加工物の厚さ方向（例えば、Ｚ軸方向）に予め設定されるが、加工レンズの焦点位置設定については、適当なパワーのレーザ光線を連続的に照射しながら加工レンズを加工物表面に近づけながら、その焦点距離が合うと、加工物表面からプラズマ光線（例えば、ブルー光線）が発生する。その光線を作業者が見た段階で加工レンズの厚さ方向への移動を停止し、その位置を標準焦点位置として、作業者によりＮＣ装置（数値制御装置）に入力していた。
また、加工ヘッドのノズルマウント内に光センサを設け、焦点位置出し作業時に発生するプラズマ光線を光センサで検出することにより、焦点位置を自動調整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６−７９８０号公報
この様に設定された加工レンズの焦点位置は、常に一定ではなく、加工レンズの汚れ等によって変化し、標準焦点位置と最適焦点位置に偏差が生じ、加工品質の低下等の加工不良を引き起こすので、作業者は経験的に加工レンズの厚さ方向の焦点位置を手動にて修正していた。
さらに、加工レンズの焦点位置を調整する場合は、トーチを手動で取り外すことになる。
そのため、工場の外気に加工レンズがさらされて、汚れていた。
本発明は以上の問題を解決するレーザ加工機における焦点調整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と、レーザの発振器と、出力鏡と、レーザをレーザ加工工具に導くミラーと、レーザを集光する加工レンズを有する光路系を備える。
そして、反射光検出装置で検出する反射光により加工レンズの汚れに対応させてレーザの焦点位置を調整する手段を備えるものである。
また、他の本発明のレーザ加工機は、レーザ加工面の近傍に設けられた反射光検出装置で検出する反射光によりレーザの焦点位置を調整する手段を備えるものである。
さらに、反射光検出装置はプラズマを検出する検出器であり、加工レンズとミラーの間に配設される。
本発明によれば、加工レンズの焦点位置は、常に一定になり、加工レンズの汚れ等によりレンズの厚さが変化しても、常に、最適焦点位置に自動的に維持され、加工品質の向上と加工不良を引き起こすことをなく、長時間無人化運転を可能にする。
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、本発明のレーザ加工機の焦点調整装置を示す説明図。図９は、作用の説明図である。
レーザ加工機の光路系は、レーザ発振器５５０を備え、出力鏡５６０から出力されたレーザ光Ｌ１は管５６２内のミラー５７０で反射されて、レーザ加工工具６０に導入される。レーザ加工工具６０のトーチ内に配置された加工レンズ６２は、平行光線として供給されるレーザ光Ｌ１を集光し、ノズル６５から照射する。焦点Ｃ１の位置は、板厚等に対応して焦点位置検出用反射板Ｍ１の表面近傍に設定される。
レーザ加工工具６０内には供給口６１を介して必要なアシストガスが供給される。
加工レンズ６２で集光されたレーザ光線Ｌ２は焦点位置検出用反射板Ｍ１で反射され、反射光Ｌ３は、加工レンズ６２の上方に設けられた反射光検出装置５８０で検出される。
レーザ発振器５５０の出力を適当な値に設定し、加工レンズ６２の汚れにより、レーザ加工工具６０をＺ軸方向に調整していくと、レーザ光線Ｌ２の焦点が焦点位置検出用反射板（例えば、ステンレス板または鉄板等）Ｍ１の表面に合致すると、ブルーフレームＢｆと称される輝度の高い青色のプラズマが発生する。
反射光検出装置５８０は、このブルーフレームＢｆの反射光を検知して、加工レンズ６２の焦点が焦点位置検出用反射板Ｍ１の表面に合致したことを検知する。
この時のノズル６５の先端から焦点位置検出用反射板Ｍ１の表面までの高さ位置Ｈ１をレーザ加工工具６０のＺ軸方向の値として設定することにより、加工物の表面に自動的に焦点を合わせることができる。
なお、焦点位置検出用反射板Ｍ１にかえて、実際の加工物を利用して、上述した実施例の焦点調整を行うこともできる。
図１０は、本発明の他の実施例のレーザ加工機の焦点調整装置を示す説明図である。
レーザ加工工具の段取りステーションには、工具ステーションとノズルステーション以外に、焦点調整装置５９０を備える。
加工レンズで集光されたレーザ光線は焦点位置検出用反射板で反射され、反射光は、焦点位置検出用反射板の近傍に設けられた反射光検出装置で検出される。
レーザ発振器の出力を適当な値に設定して、レーザ加工工具をＺ軸方向に調整していくと、レーザ光線の焦点が焦点位置検出用反射板の表面に合致すると、ブルーフレームと称される輝度の高い青色のプラズマが発生する。
反射光検出装置５９０は、このブルーフレームの反射光を検知して、加工レンズの焦点が焦点位置検出用反射板の表面に合致したことを検知する。
この時のノズルの先端から焦点位置検出用反射板の表面までの高さ位置をレーザ加工工具のＺ軸方向の値として設定することにより、加工物の表面に自動的に焦点を合わせることができる。
他の構成は、図８の実施例と同様であるので、同一の符号を付して、説明を省略する。
また、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。
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。 焦点調整装置の説明図。 焦点調整装置の説明図。 他の実施例の焦点調整装置の説明図。
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
６２ 加工レンズ
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
５５０ レーザ発振器
５６０ 出力鏡
５７０ ミラー
５８０ 反射光検出装置

Claims (5)

  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と、レーザの発振器と、出力鏡と、レーザをレーザ加工工具に導くミラーと、レーザを集光する加工レンズを有する光路系を備えるレーザ加工機において、レーザ加工面から反射される光を検知する反射光検知装置を備え、
    反射光検出装置で検出する反射光により加工レンズの汚れに対応させてレーザの焦点位置を調整する手段を備えるレーザ加工機における焦点調整装置。
  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焦点調整装置。
  3. 反射光検出装置は、プラズマを検出する検出器である請求項１記載のレーザ加工機における焦点調整装置。
  4. 反射光検出装置は、加工レンズとミラーとの間に配設される請求項１記載のレーザ加工機における焦点調整装置。
  5. 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と、レーザの発振器と、出力鏡と、レーザをレーザ加工工具に導くミラーと、レーザを集光する加工レンズを有する光路系を備えるレーザ加工機において、レーザ加工面から反射される光を検知する反射光検知装置を備え、
    レーザ加工面の近傍に設けられた反射光検出装置で検出する反射光によりレーザの焦点位置を調整する手段を備えるレーザ加工機における焦点調整装置。
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