JP2015013297A - Laser beam machine, and method for adjusting laser beam machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はレーザ加工機、及びレーザ加工機の調整方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing machine and a method for adjusting a laser processing machine.
従来の芯出し方法は、例えばテープにレーザ光を実際に照射させ、スパッタが飛散される状態をCCDカメラにて撮影し、スパッタ飛散の重心を調整するよう加工ヘッド内の集光レンズ位置を移動させることで実施していた。(例えば、特許文献1参照)
あるいは、加工ヘッド内にレーザ光に対する角度を変えられるように取り付けられたオプチカルフラットを設けるとともに、レーザ光を反射鏡で経路を変えることにより、CCDカメラでレーザ光の中心とノズル軸中心を撮影し、レーザ光の中心とノズル軸中心が一致するようオプチカルフラットの角度を変化させていた。(例えば、特許文献2参照)
In the conventional centering method, for example, the laser beam is actually irradiated onto the tape, the state where the spatter is scattered is photographed with a CCD camera, and the position of the condenser lens in the processing head is moved so as to adjust the center of gravity of the spatter scattering. It was carried out by letting. (For example, see Patent Document 1)
Alternatively, an optical flat mounted so that the angle with respect to the laser beam can be changed in the machining head, and the path of the laser beam is changed by a reflecting mirror, so that the center of the laser beam and the center of the nozzle axis are photographed with a CCD camera. The angle of the optical flat was changed so that the center of the laser beam and the center of the nozzle axis coincided. (For example, see Patent Document 2)
しかし、これらの方法では、例えばテープを張り替える人手の作業が必要であった。あるいは、レーザ光の中心をカメラ等で撮影するためにレーザ光の経路を実加工とは異なる経路に一時的に変更することが必要であったため、芯出しの精度が悪くなるという問題があった。 However, in these methods, for example, manual work for replacing the tape is required. Or, since it was necessary to temporarily change the path of the laser beam to a path different from the actual processing in order to photograph the center of the laser beam with a camera or the like, there was a problem that the accuracy of the centering deteriorated. .
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、精度の高い芯出し処理を自動で行うレーザ加工機を得ることである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to obtain a laser processing machine that automatically performs a highly accurate centering process.
この発明に係るレーザ加工機においては、加工ノズルよりもレーザ光の下流側に設置された撮影手段と、レーザ光の焦点位置を移動させるための移動手段と、移動手段により移動自在な集光レンズと、移動手段、撮影手段、発振器を制御する制御装置とを備えるものである。 In the laser processing machine according to the present invention, the photographing means installed on the downstream side of the laser light from the processing nozzle, the moving means for moving the focal position of the laser light, and the condensing lens movable by the moving means And a controller for controlling the moving means, the photographing means, and the oscillator.
この発明は、加工ノズルよりもレーザ光の下流側に設置された撮影手段でノズルとレーザ光を撮像するので、簡単な構成で精度の高い芯出し処理が可能なレーザ加工機を得ることができる。 According to the present invention, since the nozzle and the laser beam are imaged by the imaging means installed on the downstream side of the laser beam with respect to the processing nozzle, it is possible to obtain a laser processing machine capable of highly accurate centering processing with a simple configuration. .
実施の形態1.
図1はこの発明を実施するための実施の形態1におけるレーザ加工機の芯出し処理を示す概略図である。X−Z軸は図示するとおりで、Y軸は図1の紙面を貫通する方向である。レーザ加工機1は、発振器2、ファイバケーブル3、加工ヘッド4、CCDカメラ5(撮影手段)、CNC装置6(制御装置)、加工テーブル15を備えている。加工テーブル上にはワーク11が備えられる。発振器2は、CNC装置6からの指令に応じて、実加工とは異なるガイドレーザLg、実加工レーザLrの2種類のレーザ光が出射可能であり、実加工レーザLrについては、出力エネルギーの調整が可能である。芯出し処理時にはレーザ光はガイドレーザ光Lgが使用され、実加工時には実加工レーザ光Lrが使用される。図1は芯出し処理を実施している図のため、ガイドレーザ光Lgが出力されている。ガイドレーザ光Lgは、発振器2内に搭載された、CCDカメラ5を損傷しない波長のレーザ光を出力するレーザ光源から出射される。レーザ光はガイドレーザ光Lg、実加工レーザ光Lrいずれであっても、ファイバケーブル3内を通過し加工ヘッド4に入射し、集光レンズ7により集光されノズル口9aを通過し出射する。なお、ファイバケーブル3を通過することで、ガイドレーザLg、実加工レーザLrのいずれであっても、さらに実加工レーザLrにおいてはどの出力エネルギーレベルであっても、全て同一の光路での伝送が可能である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a centering process of a laser beam machine according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. The X-Z axis is as shown, and the Y-axis is a direction penetrating the paper surface of FIG. The laser processing machine 1 includes an
加工ヘッド4の内部には集光レンズ7、第1のモータ8(集光レンズを移動させる移動手段)が備えられ、第1のモータ8は集光レンズ7の位置を後述のように制御する。第1のモータ8は集光レンズ7をX―Y平面内で移動させるため、X軸、Y軸に対しそれぞれ必要であるが両軸同様なため、ここでは例えばX軸を移動させる第1のモータ8のみを図示している。芯出し処理を実施する位置は、図1のように、加工テーブル15の端である。CCDカメラ5は、照明を備えCNC装置6と接続され、X−Y方向は加工テーブル15の端、Z軸方向は加工テーブル15よりもガイドレーザ光Lgの下流側に設置される。芯出し処理を実施する際、CNC装置5は加工ヘッド4を移動させるために、図示しない第二のモータに指令を送り、加工ヘッド4をCCDカメラ5に対向するよう移動させる。なお、加工テーブル15は剣山状であり、X−Y平面内に隙間があいているため、加工ノズル9aからCCDカメラ5に至るまでのレーザ光Lgを妨げるものではない。なお、芯出し処理の位置は加工テーブル15の端に限られない。要するに、CCDカメラ5は、ノズル口9a及びガイドレーザ光Lgをガイドレーザ光Lgの下流側から撮影するよう、ガイドレーザ光Lgの経路の下流側に配置されればよい。
The
次に、動作について説明する。図2は、本実施の形態におけるレーザ加工機のブロック図である。CNC装置6はCCDカメラ5に、照明の点灯及び消灯、画像の撮影の指令を出力する。CCDカメラ5はCNC装置6からの指令に基づき、照明の点灯及び消灯を実施し、ガイドレーザ光Lg、またはノズル口9aの画像を撮影し、撮影画像をCNC装置6に送る。CNC装置6では、画像からノズル口9aとガイドレーザ光Lgのそれぞれの中心位置を比較し、ずれ量を算出し、算出されたずれ量を補正するための集光レンズ7の移動方向および移動量を算出し、算出された移動方向および移動量だけ集光レンズ7を移動させるため、第1のモータ8に補正指令を送信する。補正指令を受けた第1のモータ8は、補正指令に応じて集光レンズ7を移動させる。集光レンズ7が移動することによりガイドレーザ光Lgの中心位置が移動し、ノズル口9aの中心位置とのずれが補正される。
Next, the operation will be described. FIG. 2 is a block diagram of the laser beam machine in the present embodiment. The
図3は、CNC装置の制御フローチャートである。まず、S100では、CNC装置6が第二のモータに指令を送り、加工ヘッド4をCCDカメラ5の上方に移動させる。S101では、CNC装置6がCCDカメラ5に照明点灯の指令を出力し、CCDカメラ5が照明を点灯させる。S102では、CNC装置6がCCDカメラ5に画像を撮影するよう指令を出力し、CCDカメラ5がノズル口9aを撮影する(以下、ノズル口9aの撮影画像を画像1という)。S103では、CNC装置6がCCDカメラ5に照明消灯の指令を出力し、CCDカメラ5が照明を消灯させる。S104では、CNC装置6が発振器2にガイドレーザLgを発振するよう指令を出力し、発振器2がガイドレーザ光Lgを出力する。S105では、CNC装置6がCCDカメラ5で画像を撮影するよう指令を出力し、CCDカメラ5がガイドレーザ光Lgを撮影する(以下、レーザ光の撮影画像を画像2という)。S106では、画像1からノズル口9aの中心位置(以下、中心C1という)を算出する。S107では、画像2からガイドレーザ光Lgの中心位置(以下、中心C2という)を算出する。
FIG. 3 is a control flowchart of the CNC apparatus. First, in S100, the
ここで、S106及びS107での中心位置算出は、例えば2値化、Hough変換、または、エッジ検出などの画像処理方法で行う。なお、算出方法については、これらの例に限られるものではない。次に、CNC装置6は、ノズル口9aの中心C1とガイドレーザ光Lgの中心C2とのずれ量を算出する(S108)。ここで、ガイドレーザ光Lgの中心C2は、略円形のガイドレーザ光Lgに対し中心を算出するので、ガイドレーザ光Lgは必ずしも集光されている必要はない。つまり、画像の撮影位置は、加工ノズルよりもガイドレーザ光Lgの下流側でありさえすればよい。S109では、CNC装置6は、ずれ量と予め設定しておいた値Dとを比較し、ずれ量が予め設定しておいた値D以下の場合、ガイドレーザ光Lgの芯出しが完了する。ずれ量が予め設定しておいた値Dより大きい場合、CNC装置6はずれ量に対応する補正量(集光レンズ7の移動方向、移動量)を求め、第1のモータ8に補正指令を出力する。これにより第1のモータ8が集光レンズ7位置を修正し、ずれ量がD以下となるまで再度S101からS109の処理を繰り返す。
この一連の動作を繰り返すことで、ガイドレーザ光Lgの芯出し処理が行われる。なお、この処理は一例であり、例えば照明の有無、ノズル口とガイドレーザ光の画像撮影の順序等はこれらに限られるものではない。
Here, the center position calculation in S106 and S107 is performed by an image processing method such as binarization, Hough transform, or edge detection, for example. Note that the calculation method is not limited to these examples. Next, the
By repeating this series of operations, the centering process of the guide laser beam Lg is performed. Note that this processing is an example, and for example, the presence or absence of illumination, the order of image capturing of the nozzle opening and guide laser light, and the like are not limited thereto.
図4は、CCDカメラ5が撮影した画像の概略図である。(a)は画像1であり図3のS102で撮影された画像に対応し、(b)は画像2であり図3のS105で撮影された画像に対応する。
FIG. 4 is a schematic diagram of an image taken by the CCD camera 5. (A) is an image 1 corresponding to the image taken in S102 of FIG. 3, and (b) is an
このように、ガイドレーザ光Lgを下流側から直接観測し自動で芯出し処理を行うので、作業者の熟練レベルによらず、芯出し初心者でも高い精度での芯出し処理が可能となる。また、加工ノズル9よりもガイドレーザ光Lgの下流側にCCDカメラ5を設置したことにより、加工ノズル9よりもガイドレーザ光Lgの上流側の経路が単純な構成での芯出し処理が可能となり、オプチカルフラットや反射ミラー等の部品の削減ができ、高精度な芯出しが可能である。そしてコストの削減、または、装置の小型化も可能となる。また、ガイドレーザ光Lgの経路は実加工レーザ光Lrの経路と同一のため、本実施の形態はガイドレーザ光Lgを芯出し処理に用いたが、実加工レーザ光を用いてもよい。この場合、発振器2にガイドレーザ光用の光源が不要となり、装置の簡略化が可能となる。
In this way, since the guide laser beam Lg is directly observed from the downstream side and the centering process is automatically performed, even the beginner of the centering process can perform the centering process with high accuracy regardless of the skill level of the operator. In addition, by installing the CCD camera 5 on the downstream side of the guide laser beam Lg with respect to the
実施の形態2.
図5は、この発明を実施するための実施の形態2におけるレーザ加工機の芯出し処理を示す概略図である。本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成に対し、入力手段10が追加される。芯出し処理に用いるレーザ光は実施の形態1ではガイドレーザ光Lgであったが、本実施の形態では低出力の実加工レーザ光Lrlとガイドレーザ光Lgとを選択可能である。その他は実施の形態1と同様である。入力手段10は、例えばキーボードやタッチパネルである。入力手段10はCNC装置6に接続される。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the centering process of the laser beam machine according to
本実施の形態における、CNC装置の制御フローチャートを図6に示す。実施の形態1からの差異はS201である。S201では、操作者がレーザ光Lをガイドレーザ光Lgか、低出力の実加工レーザ光Lrlかを選択し、入力手段10に入力する。ここで、実加工レーザ光Lrlの出力レベルは、CCDカメラ5に照射されてもCCDカメラ5が損傷しないレベルであり、予め設定される。S100〜S103は実施の形態1と同様である。S104では、CNC装置6がS201で入力された信号を入力手段10から取得し、入力信号に応じてレーザ光L(ガイドレーザ光Lgまたは低出力の実加工レーザ光Lrl)を出力するよう、発振器2に指令を送信し、指令されたレーザ光Lが照射される。
FIG. 6 shows a control flowchart of the CNC device in the present embodiment. The difference from the first embodiment is S201. In S <b> 201, the operator selects the laser beam L as the guide laser beam Lg or the low-power actual processing laser beam Lrl and inputs it to the input means 10. Here, the output level of the actual processing laser beam Lrl is a level at which the CCD camera 5 is not damaged even when the CCD camera 5 is irradiated, and is set in advance. S100 to S103 are the same as those in the first embodiment. In S104, the
ファイバケーブル3で伝送されるレーザにおいては、実加工レーザの低出力時と高出力時とで、光軸のずれが発生しない。このため、本実施の形態では、低出力の実加工レーザ光Lrlでの芯出しを選択可能にすることにより、実施の形態1での効果に加え、さらに高精度な芯出しが可能である。ただし、CCDカメラが損傷するような出力の場合、CCDカメラには保護ガラスを備える。保護ガラスは加工ノズル9とCCDカメラ5間のレーザ光の経路上に配置され、実加工レーザ光のエネルギーを減衰させる。
In the laser transmitted by the
実施の形態3.
図7は、この発明を実施するための実施の形態3におけるレーザ加工機の芯出し処理を示す概略図である。実施の形態1に対し、ノズルチェンジャ(ノズル交換装置)12、ノズルブラシ14が追加されており、その他同一符号のものについては実施の形態1と同一である。ノズルチェンジャ12は例えばノズル口の径の異なる加工ノズル13を複数個格納し、CNC装置6と接続され、例えば加工ヘッド4が移動可能な領域のうち、加工領域とは異なる領域に設置される。ノズルブラシ14は、ノズルチェンジャ12と同様、例えば加工領域とは異なる領域に設置され、CNC装置6が加工ノズル9をノズルブラシ14上にこすりつけるように加工ノズル9を移動させることで、加工ノズル9に付着されたスパッタ等の汚れを除去する。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the centering process of the laser beam machine according to
本実施の形態におけるCNC装置の制御フローチャートを図8に示す。実施の形態1におけるCNC装置6の芯出し処理に対し、S300〜S306が追加となっている。まず、S300で、CNC装置6が加工ヘッド4をノズルチェンジャ12上に移動させる。次に、S301では、CNC装置6が加工ヘッド4をノズルブラシ14上にこすりつけ加工ノズル9を清掃する。S302でノズルチェンジャ12が加工ノズル9を交換する。S100〜S102については実施の形態1と同様である。S303でノズル口9の汚れを検知した場合は、S304に進み、ノズルブラシで加工ノズル9を清掃し、S103に戻る。S103は実施の形態1と同様である。S305では画像1よりノズル口9aの径を算出する。S306では、算出されたノズル口9aが求められる加工条件と一致するか確認し、加工条件と不一致の場合エラーを返す。一方、加工条件と一致する場合、S104に進む。S104からS110については実施の形態1と同様の処理である。
FIG. 8 shows a control flowchart of the CNC apparatus in the present embodiment. S300 to S306 are added to the centering process of the
なお、S301及びS302の実施タイミングはこれに限られるものではなく、S303及びS304の実施タイミングについても、S102で画像1を撮影した後のS103〜S109間のいずれのタイミングであってもよい。
本実施の形態では、画像1を利用し加工ノズル径の確認を実施したことで、実施の形態1での効果に加え、交換用ノズルの設置間違いを防ぎ、さらに、画像1を利用してノズル口9aの汚れを検知し、ノズルブラシ14による清掃機能を追加したことにより、スパッタ等の汚れによるノズル穴詰まりを防ぐことができ、自動運転時の加工安定性が向上する。
Note that the execution timings of S301 and S302 are not limited to this, and the execution timings of S303 and S304 may be any timing between S103 and S109 after the image 1 is captured in S102.
In the present embodiment, since the processing nozzle diameter is confirmed using the image 1, in addition to the effects of the first embodiment, an erroneous installation of the replacement nozzle is prevented, and further, the nozzle using the image 1 is used. By detecting the dirt on the mouth 9a and adding a cleaning function by the
2 発振器
4 加工ヘッド
5 CCDカメラ
6 CNC装置
7 集光レンズ
8 モータ
9 加工ノズル
2
Claims (7)
前記加工ヘッドの先端に接続され開口部よりレーザ光が出射される加工ノズルと、
レーザ光を出力する発振器と、
前記加工ヘッド内に設けられレーザ光を集光する集光レンズと、
前記加工ノズルよりもレーザ光の下流側に設置された撮影手段と、
前記集光レンズを移動させる移動手段と、
前記撮影手段、前記移動手段、および前記発振器を制御する制御装置とを備えたレーザ加工機。 A machining head;
A processing nozzle connected to the tip of the processing head and emitting laser light from an opening;
An oscillator that outputs laser light;
A condenser lens provided in the processing head for condensing laser light;
Imaging means installed on the downstream side of the laser beam from the processing nozzle;
Moving means for moving the condenser lens;
A laser processing machine comprising: the photographing unit, the moving unit, and a control device that controls the oscillator.
前記制御装置は、前記入力手段からの信号を受信することを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工機。 Further comprising input means connected to the control means;
The laser processing machine according to claim 1, wherein the control device receives a signal from the input unit.
前記ノズル交換装置は、制御装置に接続されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工機。 A processing nozzle that is not connected to the processing head; and a nozzle exchange device that replaces the processing nozzle connected to the processing head;
The laser processing machine according to claim 1, wherein the nozzle exchange device is connected to a control device.
レーザ光を前記撮影手段で撮影する工程と、
前記工程にて撮影した画像に基づき、前記ノズル口の中心と前記レーザ光の中心のずれを補正するように移動手段により集光レンズを移動する工程と、
からなるレーザ加工機の調整方法。 A step of photographing the nozzle port of the processing nozzle from the downstream side of the laser light with photographing means;
Imaging a laser beam with the imaging means;
A step of moving the condenser lens by a moving means so as to correct a deviation between the center of the nozzle opening and the center of the laser beam based on the image photographed in the step;
The adjustment method of the laser processing machine which consists of.
レーザ光を前記撮影手段で撮影する工程と、
前記ノズル口の撮影画像からノズル口の中心を算出する工程と、
前記レーザ光の撮影画像からレーザ光の中心を算出する工程と、
前記ノズル口の中心と前記レーザ光の中心のずれ量を算出する工程と、
集光レンズを移動させる移動手段へ前記ずれ量に応じた補正指令を出力する工程と、
前記移動手段により集光レンズを移動する工程と、
からなるレーザ加工機の調整方法。 A step of photographing the nozzle port of the processing nozzle from the downstream side of the laser light with photographing means;
Imaging a laser beam with the imaging means;
Calculating the center of the nozzle port from the captured image of the nozzle port;
Calculating the center of the laser beam from the captured image of the laser beam;
Calculating the amount of deviation between the center of the nozzle opening and the center of the laser beam;
Outputting a correction command corresponding to the amount of deviation to a moving means for moving the condenser lens;
Moving the condenser lens by the moving means;
The adjustment method of the laser processing machine which consists of.
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