JP2875855B2 - レーザ加工機の加工ヘツド及びレーザビームの焦点位置調整方法 - Google Patents

レーザ加工機の加工ヘツド及びレーザビームの焦点位置調整方法

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JP2875855B2 JP2158681A JP15868190A JP2875855B2 JP 2875855 B2 JP2875855 B2 JP 2875855B2 JP 2158681 A JP2158681 A JP 2158681A JP 15868190 A JP15868190 A JP 15868190A JP 2875855 B2 JP2875855 B2 JP 2875855B2
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敏昭 川瀬
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ加工機の加工ヘツド及びレーザビー
ムの焦点位置調整方法に関する。
〔従来の技術〕 第3図はレーザ加工機の概要を示すもので、ベツド1
上にはテーブル2がX軸(テーブル2の長手方向)に移
動自在に配設されている。ベツド1上にはコラム3が立
設され、コラム3にはサドル4がY軸(テーブル2の長
手方向に直交する方向)に移動自在にとりつけられる。
サドル4には加工ヘツド10がZ軸(テーブル2に垂直な
方向)に移動自在に支持されている。ベツド1の後部に
は強電ユニツト6、チラーユニツト7、レーザ電源ユニ
ツト8等が配設される。コラム3の裏側にはレーザ発振
器9が配設されて、加工ヘツド10へレーザビームを供給
する。
コラム3の前面に配設するNC装置を含む制御装置5に
よりレーザ加工機全体が制御される。
テーブル2上に載置するワーク表面とレーザビームの
焦点位置の関係は、ワークの材質や加工条件により調整
する必要があるが、従来装置にあつては、手動によりこ
の調整を行つていた。
第4図は従来の加工ヘツドの断面図、第5図は第4図
の要部の拡大断面図である。
全体を符号10で示す加工ヘツドは、レーザ加工機のサ
ドル4にとりつけられる。加工ヘツド10は、筒状をした
ヘツド本体12を有し、ヘツド本体12の上部にはレンズ支
持部材14によつて集光レンズ20が配設される。
円筒状のヘツド本体の下端部には、ねじ手段等の適宜
の固着手段を介してブラケツト20がとりつけられる。ブ
ラケツト20の先端のリング部には内ねじ部22と外ねじ部
24が形成され、内ねじ部22にテーパ状のノズル30が螺合
される。ノズル30の外側にノズル固定ホルダ34を嵌合
し、ブラケツト20の外ねじ部24にノズル固定ホルダ34を
螺合することによつて、ノズル30の段付部33を押圧し
て、ノズル30を固定する。
レーザ発振器9から供給される平行光線であるレーザ
ビームB0は、集光レンズ16によつて集光され、レーザビ
ームB1となり、焦点Pを結ぶ。
焦点Pはノズル30の先端部31から寸法Dだけ突出した
位置に形成される。レーザビームB1とヘツド本体18に供
給口19を介して供給されるアシストガスによつてレーザ
加工が施される。焦点Pはワーク35の表面に合致させる
ことが多いが、ワークの表面より上方の空間やワーク内
部に合致させることもある。
ワーク上で乱反射したレーザ光がヘツド本体12内に逆
流すると、ヘツド本体12の内面や集光レンズ16を損傷す
る。テーパ状のノズル30は、この反射光がヘツド本体内
に侵入するのを防止する。
〔発明が解決しようとする課題〕
ワークの材質や加工条件に応じて、焦点Pをワークの
表面や、ワークの表面から外れた位置に設定する必要が
ある。
上述した従来の装置にあつては、ノズル30の先端31と
ワーク表面との間の距離Dを調整するには、ノズル固定
ホルダ34を外した後に、ノズル30を回動し、ねじ部22を
利用してブラケツト20に対するノズル30の突き出し量を
調整することによつて寸法Dを調整していた。
したがつて、この調整は手動による作業を必要とし、
異なるワークを連続加工することはできなかつた。
そこで本発明は、このレーザビームの焦点位置の調整
を自動的に達成することのできる装置及び調整方法を提
供する。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のテーブルに対して垂直な軸線に沿つて昇降自
在に配設される加工ヘツドは、レーザビームの集光レン
ズを保持する筒状のレンズ装着部材と、レンズ装着部材
に固着される筒状のアシストガス導入部材と、アシスト
ガス導入部材に対して軸線方向に摺動自在に配設される
ノズル保持部材と、ノズル保持部材の先端に固着されて
先端部がレーザビームの焦点近傍に配設されるテーパ状
のノズルと、ノズル保持手段をアシストガス導入部材か
ら離隔する方向へ付勢する付勢手段と、ノズル保持手段
を前記付勢手段の付勢力に抗して位置決めする把持手段
とを備えたことを基本的な構成とする。
そして、加工ヘツドを用いたレーザビームの焦点位置
調整方法は、加工ヘツドの軸線方向位置を読込む工程
と、レーザビームの焦点位置をプリセツトする工程と、
前記把持手段を解放してノズル保持部材をストローク端
まで突出させる工程と、加工ヘツドを降下してノズルの
先端部がワーク表面に当接する位置を基準位置として設
定する工程と、加工ヘツドを所定の距離だけ降下、位置
決めする工程と、把持手段を付勢してノズル保持部材を
把持する工程とを有する。
〔作用〕
以上の手段により、ワークの種類等に応じて、NC装置
からの指令によつてワーク表面に対する加工ヘツドのノ
ズルの先端に対するレーザビームの焦点位置は自動的に
調整される。
〔実施例〕
以下、図面に基いて本発明の実施例を説明する。
第1図は加工ヘツドの断面図であつて、全体を符号50
で示す加工ヘツドは、円筒状のレンズ装着部材60とアシ
ストガス導入部材70を有し、レンズ装着部材60はカツプ
リング62を介して図示しないサドル40に連結される。
レンズ装着部材60の内部には、外筒63及び内筒65を含
むレンズ支持手段によつて集光レンズ64がとりつけられ
る。レンズ装着部材60の外周部にはシリンダ部材66を嵌
装して、レンズ装着部材60の外周との間に室67を形成す
る。この室67に入口68から冷却水を導入してレンズ装着
部材60の冷却を行なう。
レンズ装着部材60の下端部にはカツプリング72が螺合
し、カツプリング72により円筒状のアシストガス導入部
材70を支持する。カツプリング72には、放射方向に4個
の調整ボルト74が植設してあり、調整ボルト74の先端部
でアシストガス導入部材70を押動することにより、軸線
の調整を達成することができる。
アシストガス導入部材70には、パイプ76が嵌着され、
矢印Gに示す方向にアシストガスが導入される。
アシストガス導入部材70の下端外周部には第1のシリ
ンダ部材80が螺合され、さらにこの第1のシリンダ部材
80の外周部に第2のシリンダ部材82が螺合される。第1
のシリンダ部材80と第2のシリンダ部材82の間に形成さ
れる空間にピストン部材90が摺動自在に挿入され、ピス
トン部材90の下端部は、第1のシリンダ部材80に螺合す
るリング部材84により支持される。ピストン部材90には
バネ86を設けて、ピストン部材90を常時上向きに付勢す
る。
第1のシリンダ部材80、第2のシリンダ部材82、ピス
トン部材90はサーボ室88を画成し、このサーボ室88はパ
イプ89を介してエア(圧縮空気)の供給源に連通する。
アシストガス導入部材70の下方には、アシストガス導
入部材70の内周部と第1のシリンダ部材80の内周部に対
して摺動自在にノズル保持部材100を挿入する。アシス
トガス導入部材70とノズル保持部材100の間にはバネ106
を配設してノズル保持部材100を常時下向きに付勢す
る。ノズル保持部材100の内側にはアシストガスが導入
されているので、ノズル保持部材100に半径方向の孔102
を設けて、ノズル保持部材100の外周部と第1のシリン
ダ部材80の内周部との間に画成される室104内にアシス
トガスを導入し、ガス圧による影響を相殺する。
一方、ピストン部材90の下端部にはカム部材92がとり
つけてある。カム部材92は内周側にテーパ状のカム面94
を有し、カム面94に当接するピン96を配設する。ピン96
の内側はノズル保持部材100の外周部に当接し、ピン96
がカム面94により内側に向けて押圧されたときには、ピ
ン96の内側がノズル保持部材100の外周部を摩擦力で支
持する構成となつている。
ノズル保持部材100の下端部には、ねじ部110を介して
テーパ状の先端部125を有するノズル120が固着される。
したがつて、エアをサーボ室に導入することにより、
ノズル保持部材100はZ軸方向に摺動自在となるので、
任意の位置にノズル保持部材を位置決めしてエアを抜け
ば、ワーク表面に対するノズル先端部125の位置とレー
ザビームの焦点位置を容易に調整することができる。
次に、第2図に示すフローチヤートにより、本発明の
加工ヘツドを用いたレーザビームの焦点位置及びノズル
先端部とワーク表面との間の距離を自動的に調整する方
法を説明する。
ステツプ1000で開始された制御フローは、ステツプ10
10で加工ヘツド50の現在のZ軸移動量の信号を読込む。
ステツプ1020ではレーザビームB1の焦点PのZ軸上の位
置をプリセツトする。
ステツプ1030では、サーボ室88にエアAを送るオン信
号を発する。ステツプ1040でエアAのオンを確認する。
エアAがサーボ室88に送られるとピン96による摩擦係合
が解放され、バネ106に押し出されてノズル保持部材100
はストロークエンドまで突出する。
ステツプ1050では、加工ヘツド50全体をZ軸に沿つて
降下してノズル120の先端部125をワーク200の表面202に
当接する。ワークが柔軟な材料の場合には、ワーク上面
202と同じ高さをもつ剛性体からなる基準面を用意し、
この基準面上にノズル120の先端部125を当接する。
ステツプ1060でノズル先端部125とワーク上面202との
距離Dに相当するZ軸の移動量を加工ヘツド50に指令す
る。ステツプ1070でエアAのオフ指令を発し、ステツプ
1080でエアAのオフを確認する。エアAのオフによりピ
ン96がノズル保持部材に摩擦係合して位置決めする。
この一連の操作により、Z軸上のレーザビームB1の焦
点P1の位置およびワーク200とノズル120の先端部125と
の距離が予め設定された値に自動的に設定される。ステ
ツプ1090で加工を施し、ステツプ1100で制御フローを完
了する。
〔発明の効果〕
本発明のレーザ加工機の加工ヘツドは以上のように、
集光レンズを装備するレンズ装着部材を加工ヘツドの昇
降手段に固着するとともに、ノズルを保持する部材をレ
ンズ装着部材に対して軸線方向に摺動可能に構成してあ
る。常時は、把持手段が作動してレンズ装着部材とノズ
ル保持部材の相対位置を一定に保つが、把持手段を流体
アクチユエータによつて解放することにより、ノズル保
持手段の軸線位置を容易に調整することができる。
そして、この構成を利用して、アクチユエータの操作
と加工ヘツドの昇降位置を制御し、ノズルの先端位置と
ワーク表面の距離、及びレーザビームの焦点位置を自動
的に調整することができる。
したがつて、レーザ加工機を自動化システム等の無人
加工システムに導入することが可能となり、生産効率の
向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る加工ヘツドを示す断面
図、第2図は制御のフローチヤート、第3図はレーザ加
工機の概要を示す斜視図、第4図は従来の加工ヘツドの
断面図、第5図は第4図の要部を示す断面図である。 50……加工ヘツド 60……レンズ装着部材、64……集光レンズ 70……アシストガス導入部材 80……第1のシリンダ部材 82……第2のシリンダ部材 86……バネ、88……サーボ室 90……ピストン部材、92……カム部材 94……カム面、96……ピン 100……ノズル保持部材、106……バネ 120……ノズル、125……ノズル先端部
フロントページの続き (72)発明者 宮川 直臣 愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船1番 地 ヤマザキマザック株式会社本社工場 内 (56)参考文献 特開 昭63−235086(JP,A) 実開 平1−89883(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 - 26/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テーブル上に載置するワークと加工ヘツド
    との間の相対位置を制御するNC装置を備えたレーザ加工
    機の加工ヘツドにおいて、 テーブルに対して垂直な軸線に沿つて昇降自在に配設さ
    れる加工ヘツドは、レーザビームの集光レンズを保持す
    る筒状のレンズ装着部材と、レンズ装着部材に固着され
    る筒状のアシストガス導入部材と、アシストガス導入部
    材に対して軸線方向に摺動自在に配設されるノズル保持
    部材と、ノズル保持部材の先端に固着されて先端部がレ
    ーザビームの焦点近傍に配設されるテーパ状のノズル
    と、ノズル保持手段をアシストガス導入部材から離隔す
    る方向へ付勢する付勢手段と、ノズル保持手段を前記付
    勢手段の付勢力に抗して位置決めする把持手段とを備
    え、前記把持手段は、ノズル保持部材の外周部に摩擦係
    合するピンと、ピンに当接するカム部材と、カム部材と
    一体のピストン部材と、ピンを常時押圧する方向にピス
    トンを付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗し
    てピストン部材を作動する流体圧手段とを備えたことを
    特徴とするレーザ加工機の加工ヘツド。
  2. 【請求項2】レーザビームの集光レンズを保持する筒状
    のレンズ装着部材と、レンズ装着部材に固着される筒状
    のアシストガス導入部材と、アシストガス導入部材に対
    して軸線方向に摺動自在に配設されるノズル保持部材
    と、ノズル保持部材の先端に固着されて先端部がレーザ
    ビームの焦点近傍に配設されるテーパ状のノズルと、ノ
    ズル保持手段をアシストガス導入部材から離隔する方向
    へ付勢する付勢手段と、ノズル保持手段を前記付勢手段
    の付勢力に抗して位置決めする把持手段とを備え、 テーブルに対して垂直な軸線に沿つて昇降自在に配設さ
    れ、テーブル上に載置するワークと加工ヘツドとの間の
    相対位置を制御するNC装置を備えたレーザ加工機の加工
    ヘツドにおけるレーザビームの焦点位置調整方法におい
    て、 加工ヘツドの軸線方向位置を読込む工程と、 レーザビームの焦点位置をプリセツトする工程と、 前記把持手段を解放してノズル保持部材をストローク端
    まで突出させる工程と、 加工ヘツドを降下してノズルの先端部がワーク表面に当
    接する位置を基準位置として設定する工程と、 加工ヘツドを所定の距離だけ降下、位置決めする工程
    と、 把持手段を付勢してノズル保持部材を把持する工程とか
    らなることを特徴とするレーザ加工機の加工ヘツドにお
    けるレーザビームの焦点位置調整方法。
  3. 【請求項3】レーザビームの集光レンズを保持する筒状
    のレンズ装着部材と、レンズ装着部材に固着される筒状
    のアシストガス導入部材と、アシストガス導入部材に対
    して軸線方向に摺動自在に配設されるノズル保持部材
    と、ノズル保持部材の先端に固着されて先端部がレーザ
    ビームの焦点近傍に配設されるテーパ状のノズルと、ノ
    ズル保持手段をアシストガス導入部材から離隔する方向
    へ付勢する付勢手段と、ノズル保持手段を前記付勢手段
    の付勢力に抗して位置決めする把持手段とを備え、前記
    把持手段は、ノズル保持部材の外周部に摩擦係合するピ
    ンと、ピンに当接するカム部材と、カム部材と一体のピ
    ストン部材と、ピンを常時押圧する方向にピストンを付
    勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗してピスト
    ン部材を作動する流体圧手段とを備え、 テーブルに対して垂直な軸線に沿つて昇降自在に配設さ
    れ、テーブル上に載置するワークと加工ヘツドとの間の
    相対位置を制御するNC装置を備えたレーザ加工機の加工
    ヘツドにおけるレーザビームの焦点位置調整方法におい
    て、 加工ヘツドの軸線方向位置を読込む工程と、 レーザビームの焦点位置をプリセツトする工程と、 前記把持手段を解放してノズル保持部材をストローク端
    まで突出させる工程と、 加工ヘツドを降下してノズルの先端部がワーク表面に当
    接する位置を基準位置として設定する工程と、 加工ヘツドを所定の距離だけ降下、位置決めする工程
    と、 把持手段を付勢してノズル保持部材を把持する工程とか
    らなることを特徴とするレーザ加工機の加工ヘツドにお
    けるレーザビームの焦点位置調整方法。
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