JP2012024775A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工部位の撮像から加工作業への移行をスムーズなものとして、作業効率を向上させる。
【解決手段】伝送用光ファイバ９から出射したレーザビーム１１を平行化するコリメートレンズ１３と、コリメートレンズ１１により平行化したレーザ光１１の進行方向前方に設けた集光レンズ１７と、集光レンズ１７から出たレーザ光１１をワークＷの加工部位へ向けて反射させ、かつ、可視光を透過させる第２の反射ミラー１９と、第２の反射ミラー１９を間に挟んでワークＷと反対側に位置してワークＷの加工部位を撮像するＣＣＤカメラ５７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファイバレーザ発振器をレーザ光源としたレーザ加工装置に関する。

ワークの加工部位をＣＣＤカメラにより撮像して、例えば加工プログラムのティーチング作業などを行うレーザ加工装置が知られている（下記特許文献１，２参照）。これらのレーザ加工装置は、ＣＣＤカメラが、レーザ加工ヘッド内に設けてある集光レンズからワークに向かうレーザ光の進行路の側方に配置されている。ＣＣＤカメラを使用した後のワーク加工時には、ＣＣＤカメラを取り外したり（特許文献１）、あるいはレーザ光の進行路上から反射鏡を後退させる（特許文献２）などの作業を実施する。

特開２００２−３０７１８２号公報 特開２００３−２２５７８７号公報

このように、従来のレーザ加工装置では、ワークの加工時にＣＣＤカメラを取り外したり、あるいはレーザ光の進行路上から反射鏡を後退させるなどの作業が必要となっているので、撮像から加工作業への移行がスムーズになされず、作業効率の悪化を招いている。

そこで、本発明は、加工部位の撮像から加工作業への移行をスムーズなものとして、作業効率を向上させることを目的としている。

本発明は、光ファイバから出射したレーザ光を平行化するコリメートレンズと、このコリメートレンズにより平行化したレーザ光の進行方向前方に設けた集光レンズと、この集光レンズから出たレーザ光をワークの加工部位へ向けて反射させかつ可視光を透過させるミラーと、このミラーを間に挟んで前記ワークと反対側に位置してワークの加工部位を撮像する撮像手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、撮像手段は、可視光を透過させるミラーを間に挟んでワークと反対側からワークの加工部位を撮像するので、撮像後の加工時に撮像手段を取り外すなどの作業が不要であり、撮像から加工作業への移行がスムーズなものとなって作業効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係わるレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドを示す断面図である。 図１のレーザ加工ヘッドの集光レンズ周辺を示す斜視図である。 図２の紙面裏面側から見た斜視図である。 図２の集光レンズを保持する構造を示す要部の分解斜視図である。 図４に対して集光レンズを保持具本体に装着した状態を示す斜視図である。 （ａ）は図２のＡ矢視断面図、（ｂ）は図２のＢ矢視断面図である。 レーザビームの集光点とワークの加工部位との位置関係を示す説明図で、（ａ）は集光点と加工部位とが一致する場合、（ｂ）は集光点よりも入射側を加工部位とする場合、（ｃ）は集光点よりも出射側を加工部位とする場合をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

本発明の一実施形態に係わるレーザ加工装置は、ファイバレーザ発振器をレーザ光源としたレーザ加工装置である。このレーザ加工装置における図１に示すレーザ加工ヘッド１は、図示しないロボットのアームの先端に、台座７を介して取り付けられる。

上記したレーザ加工ヘッド１において、図示しないファイバレーザ発振器から発振されて伝送用光ファイバ９から出射したレーザビーム１１は、コリメートレンズ１３でコリメートされて平行光化している。

コリメートレンズ１３から出射したレーザビーム１１は、第１の反射ミラー１５で反射して９０度方向転換し、集光レンズ１７を通過して集光された後、ミラーとしての第２の反射ミラー１９で反射して９０度方向転換し、前記したコリメートレンズ１３からの平行光と同方向に向けて進行してワークＷに達する。

前記した伝送用光ファイバ９は、レーザビーム１１の出射側の端部がファイバ保持具２１で保持され、ファイバ保持具２１は、その先端側が端部固定具２３を介してコリメートレンズ収容部２５に連結されている。コリメートレンズ収容部２５は、円筒形状を呈して内部に前記したコリメートレンズ１３を収容している。

コリメートレンズ１３は、コリメートレンズ収容部２５内でレーザビーム１１の進行方向（光軸方向）に沿って移動可能である。その移動機構については、後述する集光レンズ１７の移動機構と同様であるので、ここでは省略する。

コリメートレンズ収容部２５の下部には、第１の反射ミラー１５を収容固定している第１の反射ミラー収容部２７を設けてある。第１の反射ミラー収容部２７は、第２の反射ミラー１９と反対側の部分が上方に突出しており、この突出した部分の上端に前記したロボットアーム取付用の台座７を備えている。

第１の反射ミラー１５と第２の反射ミラー１９との間には、集光レンズ１７を収納する集光レンズ収納部２９を備えている。集光レンズ１７は、集光レンズ収納部２９内で、レーザビーム１１の進行方向（光軸方向）に沿って移動可能であり、その移動機構について、以下に説明する。

集光レンズ１７は、図２に示すように、集光レンズ保持具３１に対しその第１の反射ミラー１５側にて着脱可能に保持させてあり、この集光レンズ保持具３１が、集光レンズ収納部２９のレンズ支持部３３にレーザビーム１１の進行方向に沿って設けた開口部３３ａに沿って移動する。

図２の裏側から見た図３に示すように、集光レンズ保持具３１は、開口部３３ａを通してレンズ支持部３３の反対側に、ボールねじ機構のナット３４（図６（ａ））を内部に備える可動部３５を設けてあり、この可動部３５が、レーザビーム１１の進行方向に沿って延びる送り用のねじ棒３７に沿って移動する。ねじ棒３７は、レンズ支持部３３に固定してある保持具３８に回転可能に保持されている。

ねじ棒３７の基端部には従動側のベベルギア３９を装着し、従動ギア３９に噛み合う駆動側のベベルギアギア４１を、上部に位置するサーボモータ４３に連結する。サーボモータ４３は、レンズ支持部３３の上部に取り付けてある支持板４５に、上方に突出するよう取り付けてある。

すなわち、サーボモータ４３の駆動により、各ギア３９，４１を介してねじ棒３７が回転し、ねじ棒３７に螺合しているナット３４を備える可動部３５が、集光レンズ保持具３１とともに開口部３３ａに沿って移動する。なお、サーボモータ４３は、図１では省略している。

次に、上記した集光レンズ保持具３１について説明する。図４に示すように、集光レンズ１７は、レンズ本体４５の外周部分を環状の枠体４７で固定保持したもので、この枠体４７を集光レンズ保持具３１に着脱可能に取り付けている。

集光レンズ保持具３１は、保持具本体４９と、保持具本体４９のレンズ支持部３３と反対側の端部の上下両側に設けてある一対の回動レバー５１とを備えている。保持具本体４９は、外形がほぼ正方形状で中心部に、レンズ本体４５にほぼ整合する円形の貫通孔４９ａを備えている。

上記一対の回動レバー５１は、保持具本体４９に設けてある回動支持ピン５３を支点として互いに接近離反する方向に回動する。また、回動レバー５１は、保持具本体４９の両側面に位置して上記回動支持ピン５３に支持される左右一対の側板５１ａと、この一対の側板５１ａに一体化する操作板部５１ｂとを備えている。

保持具本体４９は、レンズ支持部３３側近傍の第２の反射ミラー１９と反対側（図４中で左側）の面に、上下方向に延設された枠体受け部５５を設けている。枠体受け部５５は、回動レバー５１側が凹状の円弧形状をなして凸部となる嵌合部５５ａを備えており、この嵌合部５５ａは、図６に示すように、集光レンズ１７の枠体４７の外周に形成した溝４７ａに嵌合する。

そして、溝４７ａに嵌合部５５ａを嵌合させることで、図５のように枠体４７を保持具本体４９に装着し、この状態で一対の回動レバー５１を互いに接近する方向に回動させる。これにより、図２のように枠体４７（集光レンズ１７）が集光レンズ保持具３１に固定保持されることになる。この際、回動レバー５１における左右一対の側板５１ａのうちの一方が、図６（ａ）のようにして上記した溝４７ａに嵌合する。

なお、図６（ａ）に示すように、溝４７ａはその全周において保持具本体４９側に傾斜面４７ａ１を備え、これに対応して溝４７ａに嵌合した側板５１ａにも傾斜面５１ａ１を備え、これら各傾斜面４７ａ１，５１ａ１同士が互いに押し付け合う状態となる。また、上記傾斜面４７ａ１の基部（溝４７ａの底部）に嵌合部５５ａの先端が位置している。これにより、枠体４７（集光レンズ１７）は、回動レバー５１と保持具本体４９との間で挟持されるようにして押し付けられて確実に位置決め固定できる。

また、図４に示すように、一対の回動レバー５１の一方の図４中で下部側の操作板部５１ｂの先端には、締結ボルト５１ｃを設ける一方、上方にある他方の操作板部５１ｂの先端には、締結ボルト５１ｃが挿入される切欠凹部５１ｄを設けている。さらに、一対の回動レバー５１相互間における保持具本体４９の端面には締結ボルト５１ｃが締結されるねじ穴４９ａを設けている。

したがって、図２にように枠体４７（集光レンズ１７）を集光レンズ保持具３１に固定保持させた状態では、上部側の回動レバー５１を先に閉じその後下部側の回動レバー５１を閉じる操作を行う。その後、締結ボルト５１ｃを切欠凹部５１ｄに挿通してねじ穴４９ａに締結する。

この場合、保持具本体４９をレンズ支持部３３に対して片持ち状態で支持させているので、該支持部と反対側の回動レバー５１側から作業することで、集光レンズ１７を容易かつ簡便に交換することができる。また、この場合、工具を使用せずに、締結ボルト５１ｃを指で回して締結することも可能であることから、熟練を要することなく、簡便な作業で集光レンズ１７の交換を行うことができる。

第２の反射ミラー１９は、上記した集光レンズ１７から出射したレーザビーム１１を、ワークＷの加工部位へ向けて反射させ、かつ、可視光を透過させる機能を備える。具体的には、可視光を透過させるガラス板のワークＷ側の面に、レーザビーム１１を反射させる物質をコーティングする。

第２の反射ミラー１９の上部、すなわち第２の反射ミラー１９を間に挟んでワークＷと反対側には、撮像手段としてのＣＣＤカメラ５７を取り付けている。この場合ＣＣＤカメラ５７と、第２の反射ミラー１９と、ワークＷの加工部位とがほぼ同一直線上に位置している。ＣＣＤカメラ５７は、その先端（下端）のレンズ部５７ａを第２の反射ミラー１９に近接して配置し、第２の反射ミラー１９を通してその下方のワークＷの加工部位を撮像する。

このようなレーザ加工装置においては、加工プログラムのティーチング作業を行う際に、ＣＣＤカメラ５７により第２の反射ミラー１９を通してワークＷの加工部位を撮像する。その後、加工作業に移行する際には、ＣＣＤカメラ５７は取り付けたままでよく、このため、撮像から加工作業への移行がスムーズなものとなって作業効率を向上させることができる。また、加工作業中にもＣＣＤカメラ５７の撮像した画像を作業者が監視することもできる。

また、本実施形態では、集光レンズ１７やコリメートレンズ１３を光軸方向に移動させることで、レンズ交換せずに、集光レンズ１７の加工点での集光直径を変換できる。

その際、ワークＷに対する加工点（加工位置）Ｑが、図７（ａ）のようにレーザビーム１１の集光点Ｐに一致する場合に対し、レーザ加工ヘッド１をワークＷに対して接近離反移動させることなく、図７（ｂ）のように集光点Ｐよりも入射側（図７中で上部側）とする場合や、図７（ｃ）のように集光点Ｐよりも出射側（図７中で下部側）とする場合に対応できる。

レーザ加工を行う場合には、加工開始前に、ワークＷの加工点ＱをＴＣＰ（ｔool center point）としてあらかじめティーチングするが（Ｑ＝ＴＣＰ）、本実施形態の場合、上記図７（ａ）に対して図７（ｂ）、（ｃ）の加工に移行する場合（逆の移行も同様）に、レンズの移動を行うが、ＣＣＤカメラ５７を固定してあるレーザ加工ヘッド１を、ワークＷに対して接近離反移動させる必要がない。このため、ＣＣＤカメラ５７による撮像画像が、ピンボケすることなく鮮明となる。

つまり、上記図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各加工状態相互間で移行があっても、ＣＣＤカメラ５７と加工点Ｑ（ＴＣＰ）との距離が常に一定に保たれるので、ＣＣＤカメラ５７のピントも常に加工点Ｑ（ＴＣＰ）に一致させることができる。このため、ＣＣＤカメラ５７による撮像画像を常が鮮明となる。

９ 伝送用光ファイバ（光ファイバ）
１１ レーザビーム（レーザ光）
１３ コリメートレンズ
１７ 集光レンズ
１９ 第２の反射ミラー（ミラー）
５７ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. 光ファイバから出射したレーザ光を平行化するコリメートレンズと、このコリメートレンズにより平行化したレーザ光の進行方向前方に設けた集光レンズと、この集光レンズから出たレーザ光をワークの加工部位に向けて反射させかつ可視光を透過させるミラーと、このミラーを間に挟んで前記ワークと反対側に位置してワークの加工部位を撮像する撮像手段と、を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記コリメートレンズと前記集光レンズとの少なくともいずれか一方をレーザ光の進行方向に対して移動可能に設けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。

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