JP3066659B2 - レーザ加工機の加工ポイント補正方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工機の加工ポイ
ント補正方法及びその装置に係り、特に、ＣＯ₂レーザ
加工機における光学系のずれを補正して正確な加工ポイ
ントにレーザ加工を施すに好適なレーザ加工機の加工ポ
イント補正方法及びその装置に関する

【０００２】。

【従来の技術】従来、ＣＯ₂レーザ加工機として図６に
示されるものが知られている。このレーザ加工機のベッ
ド１００上にはガイド１０２を介してＸテーブル１０４
がガイド１０２に沿って移動可能に配置されており、Ｘ
テーブル１０４上にはガイド１０６を介してＹテーブル
１０８がガイド１０６に沿って移動可能に配置されてい
る。Ｘテーブル１０４はボールスクリュ１１０と連結さ
れ、Ｙテーブル１０８はボールスクリュ１１２と連結さ
れている。各ボールスクリュ１１０，１１２はそれぞれ
ＤＣモータ１１４，１１６に連結されており、各ＤＣモ
ータ１１４，１１６がＮＣ装置１１８からの指令によっ
て回転するとＸテーブル１０４がガイド１０２に沿って
移動し、Ｙテーブル１０８がガイド１０６に沿って移動
するようになっている。そして各Ｘ，Ｙテーブル１０
４，１０８が移動すると、Ｙテーブル１０８上に固定さ
れたワーク１２０がＸ軸及びＹ軸に沿って移動するよう
になっている。またワーク１２０の上方にはコラム１２
２が配置されており、このコラム１２２にはレーザ主軸
１２４が固定されている。レーザ主軸１２４内には焦点
レンズ１２６、ベンドミラー１２８が収納されており、
レーザ主軸１２４には、ＮＣ装置１１８からの指令によ
ってレーザ発信器１３０からのレーザ光１３２が導かれ
ている。このレーザ光１３２はベンドミラー１２８で９
０度進行方向が変えられたあと焦点レンズ１２６を介し
てワーク１２０上に照射されるようになっている。すな
わちレーザ主軸１２４からレーザ光１３２をワーク１２
０上に照射することによってワーク１２０の指定の位置
にレーザ加工穴を形成することができる。

【０００３】しかし、従来のレーザ加工機においては、
図７及び図８に示されるように、外部振動や加工機自身
の振動によりベンドミラー１２８及び焦点レンズ１２６
など光学系のアライメントに狂いが生じるとレーザ光１
３２の光軸と加工ポイント１３４との間にずれが生じた
り、あるいはレーザ発信器１３０内部の共振器１３６の
アライメントの狂いによってレーザ光１３２の光軸と加
工ポイント１３４との間にずれが生じたりすることがあ
る。このようなずれは光路長に比例して大きくなること
が知られている。

【０００４】また光学系を清掃したあと光学系を再びセ
ットすると、レーザ光１３２の光軸が加工ポイント１３
４と同じ位置にならない場合がある。

【０００５】レーザ光１３２の光軸と加工ポイント１３
４との位置ずれは、薄板板金などの切断加工ではあまり
問題とならないが、プリント基板に穴あけ加工する際に
は問題となる。すなわち、薄板板金などの切断加工で
は、切断された板金の形状及び寸法が重要であり、素材
との位置関係は要求されないので光学系の位置ずれによ
る影響は問題とならない。これに対して、プリント基板
に穴あけ加工するに際しては、ワーク１２０と光学系と
の相対的な位置は精度が要求されるので、レーザ光１３
２の光軸と、加工ポイント１３４との間に位置ずれが生
じると、ワーク１２０の指定の位置にレーザ加工穴を正
確に形成できずワーク１２０の加工品質が低下すること
になる。そこで、レーザ光１３２の光軸と加工ポイント
１３４との位置ずれを目視によって確認し、この位置ず
れがあったときには加工ポイントを修正する方法が採用
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加工ポ
イントの位置ずれを目視によって修正する方法では、ワ
ーク１２０へレーザ光１３２を一担照射してワーク１２
０にレーザ加工穴を形成し、レーザ加工穴を拡大鏡を用
いて目視し、目分量からレーザ加工穴の位置及び加工ポ
イント１３４との位置ずれを確認し、このずれ量をＮＣ
装置１１８へ補正値として入力し、再びワーク１２０に
レーザ光１３２を照射し、この結果を再び拡大鏡を用い
て目視する操作を何度も繰り返えさなければならず、修
正作業が面倒であると共に正確な位置ずれ量を求めるこ
とができない場合がある。

【０００７】本発明の目的は、レーザ光の光軸のずれに
伴う加工ポイントのずれを自動的に修正することができ
るレーザ加工機の加工ポイント補正方法及びその装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、第１の方法として、加工対象の予め定め
る位置を中心として底付の機械加工穴を形成し、次に、
レーザ光の光軸を前記機械加工穴の中心位置に位置決め
して底付のレーザ加工穴を形成し、その後前記機械加工
穴と前記レーザ加工穴を被写体として撮像して機械加工
穴実中心とレーザ加工穴実中心の座標をそれぞれ求め、
前記各座標から得られた前記レーザ加工穴実中心の前記
機械加工穴実中心に対する偏差値によりレーザ光の光軸
の座標情報を補正することを特徴とするレーザ加工機の
加工ポイント補正方法を採用したものである。

【０００９】第２の方法として、座標情報に従って加工
対象の指定の位置にレーザ加工穴を形成し、その後座標
情報に従って加工対象のレーザ加工穴と同じ指定の位置
に機械加工穴を形成し、次に加工対象の機械加工穴とレ
ーザ加工穴を被写体として撮像し、この撮像結果を画像
処理して機械加工穴とレーザ加工穴の座標情報を生成
し、この座標情報を基に機械加工穴の位置を基準座標と
して機械加工穴の中心座標とレーザ加工穴の中心座標と
の偏差を求め、この偏差値をレーザ光の光軸のずれに伴
う補正値として加工ポイントの座標情報を補正するレー
ザ加工機の加工ポイント補正方法を採用したものであ
る。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【作用】前記した手段によれば、加工対象の指定の位置
に機械加工穴とレーザ加工穴を形成し、加工対象の機械
加工穴とレーザ加工穴を被写体として撮像し、この撮像
結果を画像処理して機械加工穴とレーザ加工穴の座標情
報を求め、この座標情報を基に機械加工穴の位置を基準
座標として、機械加工穴の中心座標とレーザ加工穴の中
心座標との偏差を求め、この偏差値をレーザ光の光軸の
ずれに伴う補正値として加工ポイントの座標を補正する
ようにしたため、レーザ光の光軸のずれによって加工ポ
イントにずれが生じても、加工ポイントのずれを自動的
に修正することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１４】図１において、ＣＯ₂レーザ加工機１０は
ベッド１０、Ｘテーブル１２，Ｙテーブル１４、コラム
１６、スピンドル主軸１８、ＣＣＤカメラ２０、モニタ
装置２２、画像処理装置２４、レーザ主軸２６、レーザ
発信器２８、ＮＣ装置３０などを備えて構成されてお
り、ＮＣ装置３０からの指令に従ってＹテーブル１４上
のワーク３２に対してレーザ加工穴及び機械加工穴を形
成できるようになっている。

【００１５】ベッド１０はほぼ平板上に形成されてお
り、ベッド１０の上面には一対のガイド３０が平行にな
って固定されている。各ガイド３４上にはＸテーブル１
２が移動可能に配置されている。Ｘテーブル１２の底部
側にはネジ部が形成されており、このネジ部はガイド３
４と平行に配置されたボールスクリュ３６と噛み合った
状態になっている。そしてボールスクリュ３６の端部は
ＤＣモータ３８に連結されており、ＤＣモータ３８がＮ
Ｃ装置３０からの指令に従って回転すると、ＤＣモータ
３８の回転に伴ってボールスクリュ３６が回転しＸテー
ブル１２が各ガイド３４に沿って平行移動するようにな
っている。またＸテーブル１２上には一対のガイド４０
が平行になって固定されており、各ガイド４０上にはＹ
テーブル１４が移動可能に配置されている。このＹテー
ブル１４の底部側にはネジ部が形成されており、このネ
ジ部は、各ガイド４０と平行に配置されたボールスクリ
ュ４２と噛み合った状態になっている。このボールスク
リュ４２の端部はＤＣモータ４４に連結されている。そ
してＤＣモータ４４がＮＣ装置３０からの指令に従って
回転すると、ＤＣモータ４４の回転に伴ってボールスク
リュ４２が回転し、Ｙテーブル１４がガイド４０に沿っ
て平行移動するようになっている。Ｙテーブル１４上に
は加工対象としてのワーク３２が固定されており、Ｘテ
ーブル１２，Ｙテーブル１４が平行移動することによ
り、ワーク３２がＸ軸及びＹ軸方向に沿って移動するこ
とになる。すなわち、Ｘ、Ｙテーブル１２，１４、ガイ
ド３４，４０、ＤＣモータ３８，４２、ボールスクリュ
３６，４２、ＮＣ装置３０は位置決め手段として構成さ
れている。

【００１６】コラム１６はほぼコ字形に形成されてベッ
ド１０上に固定されている。このコラム１６にはスピン
ドル主軸１８、ＣＣＤカメラ２０、レーザ主軸２６が固
定されている。スピンドル主軸１８はその先端側にエン
ドミル（またはドリル）４６を備えており、ＮＣ装置３
０からの指令に従ってエンドミル４６を昇降及び回転駆
動してワーク３２の指定の位置に機械加工穴を形成する
機械加工手段として構成されている。ＣＣＤカメラ２０
はその先端側に照明装置４８を備えており、照明装置４
８によって照明されたワーク３２を被写体として撮像
し、撮像信号をモニタ装置２２へ出力する撮像手段とし
て構成されている。モニタ装置２２の画面上にはＣＣＤ
カメラ２０の撮像信号による画像が画像表示されるよう
になっており、この画像と同じ内容の撮像信号が画像処
理装置２４に入力されるようになっている。画像処理装
置２４はＣＣＤカメラ２０からの撮像信号を画像処理し
てレーザ加工穴と機械加工穴の座標情報を生成する座標
情報生成手段として構成されている。さらに、画像処理
装置２４は、生成した座標情報を基に機械加工穴の位置
を基準座標として機械加工穴の中心座標とレーザ加工穴
の中心座標との偏差を算出する偏差算出手段を構成する
ようになっている。そしてこの算出結果はＮＣ装置３０
に入力される。ＮＣ装置３０は画像処理装置２４で算出
された偏差値をレーザ光の光軸のずれに伴う補正値とし
て加工ポイントの座標情報を補正する補正手段を構成す
るようになっている。さらにＮＣ装置３２はワーク３２
を加工するための座標情報などが格納しており、座標情
報を基にＤＣモータ３８，４４の駆動を制御するように
なっている。またレーザ主軸２６には焦点レンズ４８と
ベンドミラー５０が収納されており、レーザ主軸２６に
はレーザ発信器２８からのレーザ光５２が導かれてい
る。このレーザ光５２はベンドミラー５０によって９０
度進行方向が曲げられ、その後レーザ主軸２６の軸方向
に沿って伝搬し、焦点レンズ４８を介してワーク３２上
に照射されるようになっている。そしてワーク３２上に
レーザ光５２が照射されると、ワーク３２にはレーザ加
工穴が形成されるようになっている。

【００１７】上記構成において、ワーク３２にレーザ加
工を施すに際して、ワーク３２として、図２に示される
ように、レーザ光５２に対して反射率の高い特性を示す
銅材５４，５６，５８とレーザ光５２に対して反射率の
低い特性を示す樹脂材６０，６２とが接合された複合材
を用いる。このワーク３２を加工ポイント補正用の治具
としてＹテーブル１４上に固定する。このあと座標情報
に従ってＤＣモータ３８，４４を駆動してワーク３２を
測定位置に位置決めする。このあとスピンドル主軸１８
を駆動してエンドミル４６をワーク３２側へ下降し、ワ
ーク３２の指定の位置に機械加工穴６４を形成する。こ
の機械加工穴６４は銅材５４及び樹脂材６０に形成す
る。このあとＸテーブル１２，Ｙテーブル１４を移動さ
せてワーク３２をレーザ主軸２６の真下へ移動させる。
この場合、スピンドル主軸１８の位置とレーザ主軸２６
との位置を考慮してレーザ主軸２６の光軸が機械加工穴
６４の中心と一致するように位置決めする。この状態で
レーザ発信器２８からワーク３２に微少スポット光６６
を照射して樹脂材６０にレーザ加工穴６８を形成する。
このレーザ加工穴６８は機械加工穴６４より径の小さい
穴として形成される。更にレーザ光５２を銅材５６で反
射させるために樹脂材６０にのみレーザ加工穴６８を形
成する。

【００１８】次に、機械加工穴６４及びレーザ加工穴６
８がＣＣＤカメラ２０の真下となるようにＸテーブル１
２，Ｙテーブル１４を駆動してワーク３２を指定の位置
に位置決めする。この状態で照明装置４８によってワー
ク３２上を照明し、機械加工穴６４とレーザ加工穴６８
を被写体として、これらの被写体をＣＣＤカメラ２０で
撮像する。ＣＣＤカメラ２０の撮像結果は、図５に示さ
れるようにモニタ装置２２の画面上に画像表示される。
この場合機械加工穴６４の画像は陽影の画像７０として
表示され、レーザ加工穴６８の画像７２は陰影の画像と
して表示される。そしてこれらの画像情報と同じ内容の
画像情報は画像処理装置２４に入力され、画像処理装置
２４において機械加工穴６４とレーザ加工穴６８の座標
情報が生成される。 画像処理装置２４において機械加
工穴６４とレーザ加工穴６８の座標情報を生成するに際
しては、まず画像７０の画像情報を二値化して内部のし
ろぬき部をフィルタリング処理によって埋めたあと、重
心法を用いて画像７０の中心座標（Ｘ１，Ｙ１）として
求める。

【００１９】次に、レーザ加工穴６８の画像７２の中心
座標を同様の処理によって求め、この中心座標を（Ｘ
２，Ｙ２）として求める。このあと機械加工穴６４の位
置、すなわち画像７０の座標情報を基準として画像７０
と画像７２の中心座標の偏差ΔＸ，ΔＹを次式に従って
求める。

【００２０】 ΔＸ＝Ｘ２−Ｘ１ …………（１） ΔＹ＝Ｙ２−Ｙ１ …………（２） 上記（１），（２）式に従って機械加工穴６４とレーザ
加工穴６８の中心座標の偏差を求めることができる。そ
してこの偏差の座標（ΔＸ，ΔＹ）を加工ポイントの補
正値としてＮＣ装置３０へ入力する。ＮＣ装置３０が補
正値を基に加工ポイントの座標情報を補正することによ
り、レーザ主軸２６の光軸にずれがあっても、機械加工
穴６４の中心とレーザ加工穴６８の中心を一致させるこ
とができる。この補正を行ったあと、ワーク３２に実際
のレーザ加工を施せば、ワーク３２に加工ポイントにず
れのない正確なレーザ加工を施すことができる。

【００２１】また加工ポイントを補正するに際して、ワ
ーク３２にレーザ加工穴６８を形成したあと機械加工穴
６４を形成することも可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加工対象の指定の位置に機械加工穴とレーザ加工穴を形
成し、加工対象の機械加工穴とレーザ加工穴を被写体と
して撮像し、この撮像結果を画像処理して機械加工穴と
レーザ加工穴の座標情報を生成し、この座標情報からレ
ーザ加工穴の中心座標と機械加工穴の中心座標との偏差
を求め、この偏差値をレーザ光の光軸のずれに伴う補正
値として加工ポイントの座標情報を補正するようにした
ため、レーザ光の光軸にずれが生じてもレーザ光による
加工ポイントに位置ずれが生じるのを防止することがで
き、加工精度の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】機械加工穴の形成方法を説明するための図。

【図３】レーザ加工穴を形成する方法を説明するための
図。

【図４】機械加工穴とレーザ加工穴の撮像方法を説明す
るための図。

【図５】機械加工穴とレーザ加工穴の画像表示例を示す
図。

【図６】従来例の構成図。

【図７】レーザ加工機の光学系の構成図。

【図８】レーザ加工機の光学系の構成図。

【符号の説明】

１０ ベッド １２ Ｘテーブル １４ Ｙテーブル １６ コラム １８ スピンドル主軸 ２０ ＣＣＤカメラ ２２ モニタ装置 ２４ 画像処理装置 ２６ レーザ主軸 ２８ レーザ発信器 ３０ ＮＣ装置 ３２ ワーク ６４ 機械加工穴 ６８ レーザ加工穴

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/42

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工対象の予め定める位置を中心として
   底付の機械加工穴を形成し、次に、レーザ光の光軸を前
   記機械加工穴の中心位置に位置決めして底付のレーザ加
   工穴を形成し、その後前記機械加工穴と前記レーザ加工
   穴を被写体として撮像して機械加工穴実中心とレーザ加
   工穴実中心の座標をそれぞれ求め、前記各座標から得ら
   れた前記レーザ加工穴実中心の前記機械加工穴実中心に
   対する偏差値によりレーザ光の光軸の座標情報を補正す
   ることを特徴とするレーザ加工機の加工ポイント補正方
   法。
2. 【請求項２】 座標情報に従って加工対象の指定の位置
   にレーザ加工穴を形成し、その後座標情報に従って加工
   対象のレーザ加工穴と同じ指定の位置に機械加工穴を形
   成し、次に加工対象の機械加工穴とレーザ加工穴を被写
   体として撮像し、この撮像結果を画像処理して機械加工
   穴とレーザ加工穴の座標情報を生成し、この座標情報を
   基に機械加工穴の位置を基準座標として機械加工穴の中
   心座標とレーザ加工穴の中心座標との偏差を求め、この
   偏差値をレーザ光の光軸のずれに伴う補正値として加工
   ポイントの座標情報を補正するレーザ加工機の加工ポイ
   ント補正方法。