JP2669695B2

JP2669695B2 - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP2669695B2
Application number: JP1166976A
Authority: JP
Inventors: 久志高橋
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1997-10-29
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JPH0335891A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はレーザ加工装置に関する。

（従来の技術）従来のレーザ加工装置では、レーザビームの調整を、
例えばアクリル板に加工用のレーザビームを直接照射
し、その焼け跡（バーンパターン）を観察した上で手動
操作で行っている。

ところが、この種のバーンパターンによるレーザビー
ムの調整は、バーンパターン形成時に有害ガスが生じる
こと、またバーンパターンを見ても微調整は困難である
こと、さらに発振器の調整に関しては試行錯誤とならざ
るを得ないなど多々の問題点がある。

そこで、従来、レーザビームの光軸上に熱センサを配
し、該熱センサの温度上昇具合によりビーム強度を判定
することも行われている。

しかし、この熱センサによる強度判定にあっては、セ
ンサ構造につき各種の提案が為されているが、いずれの
提案にあっても熱センサの消耗が激しく、かつ強度分布
までも正確に検出することはできない。

さらに、仮の現在のレーザビームの状態が判っても、
経験と勘により手動で発振器を調整する以外なく、結局
多くの試行錯誤を必要とした。

（発明が解決しようとする課題）上記の如く従来よりのレーザビームの調整は、バーン
パターンの観察により、あるいは熱センサの検出結果に
基いて手動操作で行われていた。

したがって、レーザビームの現状把握に多くの手間と
時間を要し、また検出時には加工作業を一時中断しなけ
ればならず、さらに調整作業には試行錯誤を必要とし、
加工機の稼動効率を低下させていた。

そこで、本発明は、レーザ加工をしながらレーザビー
ムを検出し、この検出に基いてレーザビームの断面形状
や断面強度分布を自動的に調整（アライメント）するこ
とにより、効率的で、かつ高精度のレーザ加工を行うこ
とができるレーザ加工装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記課題を解決する本発明のレーザ加工装置は、レー
ザビームを出力する発振器と、該発振器より出力される
レーザビームの断面形状及び断面強度分布を調整可能の
調整手段と、前記レーザビームの光軸から該ビームに悪
影響を与えない態様で一部透過ミラーや回転ワイヤの反
射光によりレーザビームの一部を採光する採光手段と、
該手段で採光されたレーザ光をその一面側に入力し他面
側に入力位置の光強度に応じて色彩ないし色調変化を生
ずるイメージプレートと、該プレートに現われた色彩な
いし色調変化の面を撮像するCCDセンサと、該センサの
撮像信号を入力し、前記レーザビームの断面形状または
及び断面強度分布を推定する推定手段と、該推定手段の
推定結果をレーザ加工の制御装置及び前記調整手段に出
力する推定結果出力手段を備えたことを特徴とする。

（作用）本発明のレーザ加工機では、加工中のレーザビームの
光軸から該ビームに悪影響を与えない態様で一部透過ミ
ラーや回転ワイヤの反射光などによりレーザビームの一
部を採光し、加工中にレーザビームの断面形状や断面強
度分布を定量的に測定して、レーザビームの自動調整を
実行する。

（実施例）以下、本発明の実施例を説明する。

第１図に示す実施例は、発振器１より出力されたレー
ザビームLBを一部透過ミラー２により反射させ、加工テ
ーブル３上に載置されたワークを適宜熱加工するレーザ
加工装置において、前記一部透過型反射ミラー２の背面
側に、光軸と直交するイメージプレート４を設け、この
イメージプレート４の背面側をCCDセンサ５で撮像しよ
うとするものである。

加工テーブル３上のワークに対するビーム照射位置
は、NC装置６によって数値制御されるようになってい
る。また、このNC装置は発振器１のレーザビーム調整器
と接続され、この調整器のアクチュエータを適宜駆動す
ることにより、前記レーザビームLBの断面形状や断面強
度分布を自動的に調整するようになっている。調整器の
構造は限定されないが、例えば発振器１のプライマリー
ミラーやホールディングミラーを支持する支持部材の長
さをサーボモータやセラミックアクチュエータにより調
整動作し、ミラー角度を微調整したり、放電電圧を調整
したりするものである。

前記CCDセンサ５は画像処理装置７と接続され、この
画像処理装置７は前記NC装置６のデータバスに接続され
ている。この画像処理装置７は、前記イメージプレート
４の背面側に現われるレーザビームLBのイメージ像の撮
像信号を入力し、レーザビームLBの断面形状やレーザ強
度分布を数値的に認識し、これをそのまま、あるいは適
宜加工して前記NC装置６に出力するものである。

ただし、画像処理装置７で得られるレーザビームLBの
断面形状やレーザビーム強度は、その採取法により精度
が異なるので、これをここでは推定値と呼ぶことにす
る。

前記画像処理装置７またはNC装置６で得られた推定値
は、前記の調整に利用され、かつ前記NC装置のCRT画面
（第５図参照）に定量的に表示されるようになってい
る。

前記イメージプレート４は、その表面にレーザビーム
LBを取り込んで、その裏面側で入力位置に応じて色彩な
いし色調変化するものであれば何でもよい。

第２図に示す実施例は、前記一部透過型反射ミラー２
を全反射鏡８とし、光軸上に、いわゆるLBA（Laser Bea
m Analysis）の回転ワイヤ９を配設し、この回転ワイヤ
９の反射光をイメージプレート４及びCCDセンサ５で捕
えるようにしたものである。

本例では、LBAの回転ワイヤ９により、周知の通り、
レーザビームLBへの悪影響を最小限とし、断面強度分布
をより正確に測定することができる。

第３図に示す実施例は、第１図に示す実施例に対し、
第２図に示す回転ワイヤ９を追加したものである。

すなわち、本例では、第１図に示す一部透過型反射ミ
ラー２で屈折されたレーザビームの光軸上に回転ワイヤ
９を配設し、このワイヤ９の回転により反射されるレー
ザ光を前記イメージプレート４の表面側に入力するよう
にしたものである。一部透過光によりレーザビームLBの
断面形状を推定する場合には、回転ワイヤ９をレーザビ
ームLBの光軸から外して回転を停止させておけばよい。
また、回転ワイヤ９よりの反射光でレーザビームの断面
強度分布を推定する場合には一部透過光がイメージプレ
ート４に入力されないよう、例えば反射ミラー２の背面
側を例えば黒色プレートでマスクしておけばよい。

本例では、レーザビームLBの断面形状及び断面強度を
それぞれに適した手法で測定できるので測定精度の向上
を図ることができる。また、イメージプレート４及びCC
Dセンサ５を個別に設ける必要がないので装置をコンパ
クトに形成でき、かつ測定精度の向上を図ることができ
る。

第４図に示す実施例は、第２図に示す回転ワイヤ９を
一部反射ミラー10と交換自在に配置したものである。

すなわち、本例では、第２図に示すと同様に作動され
る回転ワイヤ９に対し、この回転ワイヤ９の反射光を得
るイメージプレート４の入力位置に一部反射ミラー10の
反射光が来るよう、回転ワイヤ９と一部反射ミラー10を
同一位置に変換自在としたものである。位置変換は、シ
リンダ装置など適宜のアクチュエータの駆動により行わ
れる。

本例では、第３図の実施例と同様に、測定対象に応じ
て最適な採光方式を取ることができることに利点があ
る。また、ユニット化された回転ワイヤ９及び一部反射
ミラー10を交換することで精密装置としてのイメージプ
レート４及びCCDセンサ５を移動させなくてもよいの
で、採光方式の切換えにより大きな誤差が生ずることも
ない。

かくして、前記NC装置６のCRTには、第５図に示すよ
うな表示をすることができる。

図示のように、画面11には、レーザビームLBの断面
（推定）形状及び断面強度分布（推定）が定量的に表示
されている。

また、この画面11には、加工中のレーザビームLBが正
否に関しどのランク（１〜５）に位置づけされるかが示
されている。

さらに、画面11には、正否のランクが低下した場合に
はアラームが出力され、このアラームに基いて、適宜の
処理を施すことができる。ただし、このアラームは、前
記画像処理装置７からNC装置６への推定信号に基いてNC
装置６がレーザビームを自動調整した上でのものであ
り、この自動調整の内容も適宜表示されるものである。

なお、調整データは、これを蓄積しておいて、適宜統
計処理し、これを後の調整処理に活用することもでき
る。また、このとき、手動の調整内容をもデータ化して
おいて、自動調整の規範とすることもできる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、適宜
の設計的変更を行うことにより、適宜の態様で実施し得
るものである。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明は特許請求の範囲に記載の通りの
レーザ加工装置であるので、加工中のレーザビームを検
出し、その断面形状及び断面強度分布を自動的印に適正
化することができ、高効率、高精度のレーザ加工を可能
とする。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はそれぞれ本発明の実施例に係るレーザ
加工装置の説明図、第５図は画面表示例の説明図であ
る。２……一部透過型反射ミラー４……イメージプレート５……CCDセンサ７……画像処理装置９……回転ワイヤ 10……一部反射ミラー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームを出力する発振器と、該発振
器より出力されるレーザビームの断面形状及び断面強度
分布を調整可能の調整手段と、前記レーザビームの光軸
から該ビームに悪影響を与えない態様で一部透過ミラー
や回転ワイヤの反射光によりレーザビームの一部を採光
する採光手段と、該手段で採光されたレーザ光をその一
面側に入力し他面側に入力位置の光強度に応じて色彩な
いし色調変化を生ずるイメージプレートと、該プレート
に現われた色彩ないし色調変化の面を撮像するCCDセン
サと、該センサの撮像信号を入力し、前記レーザビーム
の断面形状または及び断面強度分布を推定する推定手段
と、該推定手段の推定結果をレーザ加工の制御装置及び
前記調整手段に出力する推定結果出力手段を備えたこと
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】請求項１に記載のレーザ加工機において、
前記採光手段は、前記レーザビームの断面形状を推定す
るための採光手段と断面強度を推定するための採光手段
とで構成され、両採光手段の採光は一つのイメージプレ
ートの同一面に投光され、このイメージプレートは一つ
のCCDセンサで撮像されることを特徴とするレーザ加工
装置。