JP4111309B2 - レーザ加工機のレンズ自動交換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光をワーク上の加工点に集光させる集光レンズを備えたレーザ加工機のレンズ自動交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザ加工機は、集光レンズを内蔵した加工ヘッドを有し、該加工ヘッドにより、レーザ光をワーク上の加工点に集光する。
【０００３】
この場合、よく知られているように、ワークの板厚などの加工条件が変わると、焦点距離が異なる集光レンズを使用する。
【０００４】
例えば、厚板のワークを加工する場合には、焦点距離が大きい集光レンズを、薄板のワークを加工する場合には、焦点距離が小さい集光レンズを、それぞれ使用する。
【０００５】
このため，従来から、ワークの加工条件が変わると、加工ヘッドに内蔵された集光レンズを焦点距離が異なるものと交換している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来技術においては、レンズ交換動作が手動で行われており、加工ヘッドの先端のノズルホルダを外してから集光レンズを交換する場合と、加工ヘッドそのものを外してから集光レンズを交換する場合とがある。
【０００８】
（１）ノズルホルダを外してから集光レンズを交換する場合の課題。
この場合には、レンズ交換作業に時間がかかり、また、加工ヘッドの下方で交換作業を行うために、加工ヘッドと加工テーブルの間にスペースを確保する必要がある。
【０００９】
このため、加工前の段取り時間が長くなる。
【００１０】
また、それまで、例えば焦点距離が７．５インチの集光レンズを使用していたが、新たに焦点距離が５インチの集光レンズと交換したい場合には、アタッチメントが必要となる。
【００１１】
このため、それまで使用していた冷却水通路が、交換後の５インチの集光レンズから離れていまい、冷却効率が低下する。
【００１２】
更に、上述したレンズ交換作業は、機械を停止させて行う必要があり、このため、加工効率が低い。
【００１３】
加えて、スケジュール運転において、例えば、初めに、厚板のワークを１０枚加工し、次に薄板のワークを１０枚加工する場合に、本来は、連続運転が望ましい。
【００１４】
しかし、厚板から薄板へ加工が移行する場合に、集光レンズを焦点距離が大きなものから小さなものに交換しなければならないが、従来は、既述したように、機械を停止させてレンズ交換をしなければならない。
【００１５】
このため、従来は、スケジュール運転においても、例えば当初加工ヘッドに装着した集光レンズの焦点距離が大きければ、厚板のワークしか加工できないというように、ワークに制限がある。
【００１６】
従って、スケジュール運転にワークの制限があり、例えば、同じ板厚のワークしか加工できない。
【００１７】
（２）加工ヘッドそのものを外してから集光レンズを交換する場合の課題。
この場合には、レンズ交換作業を、加工ヘッドごと行うために、焦点距離が異なる集光レンズ専用の加工ヘッドが必要となる。
【００１８】
従って、加工前に専用の加工ヘッドを準備し、その加工ヘッドごとレンズ交換を行うため、前記（１）の場合と同様に、加工前の段取り時間が長くなる。
【００１９】
また、前記（１）の場合と同様に、レンズ交換作業は、機械を停止させて行う必要があり、このため、加工効率が低い。
【００２０】
従って、同様に、スケジュール運転にワークの制限がある。
【００２１】
本発明の目的は、レーザ加工機において、機械を停止させることなく、加工条件に合ったレンズを自動的に交換することにより、加工効率の向上を図り、段取り時間を短縮し、加工条件が異なるワークのスケジュール加工を可能とし、更にレンズを自動的に交換する際に冷却水通路も自動的に交換することにより、冷却効率を向上させる。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、図１〜図１０に示すように、
加工ヘッド本体２内に配置されて上下方向又は左右方向に移動するスライダ３と、
該スライダ３内に配置され、該スライダ３が上下方向に移動する場合には左右方向に移動し又は該スライダ３が左右方向に移動する場合には上下方向に移動し、焦点距離ｆ１、ｆ２が異なる複数の集光レンズ５、６を保持するレンズホルダ４と、
ワークＷの加工条件に基づいて、複数の集光レンズ５、６のうちから所定の集光レンズ５又は６を選択し、レンズホルダ４とスライダ３を移動制御することにより、該選択した所定の集光レンズ５又は６の光軸合わせと焦点合わせを行う集光レンズ自動交換制御部５０Ｄを有することを特徴とするレーザ加工機のレンズ自動交換装置という技術的手段を講じている。
【００２３】
上記本発明の構成によれば、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄにより（図１）、機械を停止させることなく、加工条件に合ったレンズ、例えば厚板のワークＷ１の場合には（図５（Ｂ））、焦点距離ｆ１が大きい集光レンズ５を、薄板のワークＷ２の場合には（図５（Ｃ））、焦点距離ｆ２が小さい集光レンズ６を自動的に交換することができるので、加工効率の向上を図り、段取り時間を短縮し、加工条件が異なるワークのスケジュール加工が可能となる。
【００２４】
更に、冷却水通路４１、４２を（図３（Ｂ））、例えば上記レンズホルダ４に保持された各集光レンズ５、６の近傍に設けたことにより、レンズを自動的に交換する際に（例えば図５（Ｂ）、図５（Ｃ））冷却水通路も自動的に交換することができるので、従来のようにレンズと冷却水通路が離れることが無くなり、冷却効率を向上させることができる。
【００２５】
従って、本発明によれば、レーザ加工機において、機械を停止させることなく、加工条件に合ったレンズを自動的に交換することにより、加工効率の向上を図り、段取り時間を短縮し、加工条件が異なるワークのスケジュール加工を可能とし、更にレンズを自動的に交換する際に冷却水通路も自動的に交換することにより、冷却効率を向上させることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、実施の形態により添付図面を参照して、説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す全体図であり、図示するレーザ加工機は、ワーク１軸−光２軸移動タイプのレーザ加工機である。
【００２７】
レーザ加工機は、上部フレーム３２と下部フレーム３３を有している。
【００２８】
下部フレーム３３には、加工テーブル３４が設置され、加工テーブル３４は、ワークＷを戴置し、該ワークＷは、クランプ３５により把持されている。
【００２９】
上記クランプ３５は、キャリッジ３６に取り付けられ、該キャリッジ３６は、Ｘ軸ガイド３７に滑り結合していると共に、Ｘ軸モータＭｘで回転駆動するボールねじ３８に螺合している。
【００３０】
この構成により、ワークＷを搬入後（図１０のステップ１０１）、該ワークＷをクランプ３５で掴み替え、Ｘ軸モータＭｘを駆動すれば、キャリッジ３６がＸ軸方向に移動し、クランプ３５に把持されたワークＷを所定位置に位置決めすることができる（図１０のステップ１０２）。
【００３１】
一方、上部フレーム３２には、Ｙ軸ガイド３０が敷設され、該Ｙ軸ガイド３０には、移動体２６が滑り結合していて、該移動体２６には、Ｙ軸モータＭｙで回転駆動するボールねじ２９が螺合している。
【００３２】
上記移動体２６には、加工ヘッド１が取り付けられ、該加工ヘッド１は、ダクト７の先端に取り付けられ、後述するように（図２〜図５、又は図６〜図９）、加工ヘッド本体２とスライダ３とレンズホルダ４を有している。
【００３３】
加工ヘッド１は（図１）、ダクト７と水平方向にフレキシブルな導管３９を介してレーザ発振器３１に結合しており、該レーザ発振器３１から発振されたレーザ光Ｌを、内蔵するベンドミラー２８で下方に反射させた後加工ヘッド本体２に導光し、後述する集光レンズ５（又は６）（図２）を通過させた後、先端部のノズル１２からワークＷ上の加工点Ｋに集光するようになっている。
【００３４】
また、ノズル１２の先端には（図１）、ノズルギャップセンサ２７が取り付けられ、該ノズルギャップセンサ２７により、後述するＺ軸モータＭｚとモータＭ（図２）を駆動して所定の集光レンズ５（又は６）を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させた場合の高さ位置を検出し、焦点合わせを行う（図１０のステップ１０５）。
【００３５】
上記加工ヘッド１は、前記移動体２６上でＺ軸ガイド４３に滑り結合していると共に、Ｚ軸モータＭｚで回転駆動するボールねじ４０に螺合している。
【００３６】
この構成により、Ｙ軸モータＭｙを駆動すれば、加工ヘッド１がＹ軸方向に移動し、該加工ヘッド１を前記位置決めされたワークＷの加工領域の直上方まで移動させ、既述したように、レーザ光Ｌをノズル１２を介してワークＷ上に照射し、所定のレーザ加工を施すことができる（図１０のステップ１０７）。
【００３７】
また、前記したように、Ｚ軸モータＭｚを駆動すると共に、モータＭを（図２）駆動することにより、選択された所定の集光レンズ５（又は６）の（図１０のステップ１０４）焦点合わせを行う（図１０のステップ１０５）。
【００３８】
上記加工ヘッド１の詳細は、例えば図２〜図５に示され、前記したように、該加工ヘッド１は、加工ヘッド本体２とスライダ３とレンズホルダ４により構成されている。
【００３９】
加工ヘッド本体２は（図３（Ｂ））、上部と下部の中央に、レーザ光Ｌ通過用の開口部４４と４５を有し、下部の開口部４５は、前記ノズル１２に連通し、図示するように、該下部開口部４５の近傍までアシストガス配管２５が進入している。
【００４０】
また、加工ヘッド本体２の上部開口部４４の下縁には、ガイド穴１６が、下部開口部４５の上縁には、ガイド穴１７がそれぞれ形成されている。
【００４１】
上記ガイド穴１６、１７には、後述するスライダ３の突出部３Ａ、３Ｂが挿入され、これにより、該突出部３Ａ、３Ｂは、上下方向（Ｚ軸方向）に案内されるようになっている。
【００４２】
更に、加工ヘッド本体２の（図３（Ａ）、図４）前部には、蓋１８が取り付けられ、後述する集光レンズ５、６が経時変化で劣化、又は損傷したために交換する時には、この蓋１８を開けるようになっている。そして、レンズホルダ４ごと集光レンズ５又は６を交換する。
【００４３】
上記加工ヘッド本体２内には（図２）、前後方向（Ｘ軸方向）の前方寄りに、スライダ３が配置されている。
【００４４】
上記スライダ３の上部、下部の中央には、前記したように、加工ヘッド本体２のガイド穴１６、１７に対応する突出部３Ａ、３Ｂが設けられ、該突出部３Ａ、３Ｂの内側には、レーザ光Ｌ通過用の開口部２３、２４が形成されている。
【００４５】
また、スライダ３の後部には（図２、図４）、ナット９が設けられ、該ナット９はボールねじ８に螺合し、該ボールねじ８は、上下方向（Ｚ軸方向）に配置されていて、加工ヘッド本体２に上下方向に垂直に取り付けられたモータＭにより回転駆動するようになっている。
【００４６】
この構成により、既述したＺ軸モータＭｚで（図１）加工ヘッド本体２を上下動させた後、このモータＭで加工ヘッド本体２内のスライダ３を上下動させて高さ位置を微調整し、選択された集光レンズ５又は６の（図１０のステップ１０４）の焦点合わせを行う（図５（Ｂ）又は図５（Ｃ）、図１０のステップ１０５）。
【００４７】
上記スライダ３内には、レンズホルダ４が配置されて、該レンズホルダ４には、後述するように、焦点距離ｆ１、ｆ２が（図５（Ｂ）、図５（Ｃ））異なる複数の（図示する例では２つの）集光レンズ５、６が保持されている。
【００４８】
このレンズホルダ４は（図３）、図示する例では、Ｙ軸方向の大きさが、前記スライダ３のほぼ２／３である。また、スライダ３は、Ｙ軸方向の大きさが、加工ヘッド本体２とほぼ同じである。
【００４９】
そして、レンズホルダ４内は（図３（Ｂ））、第１室４Ａと第２室４Ｂに区分されている。
【００５０】
上記第１室４Ａは、図示するように、内部が貫通しており、その上部と下部には、レーザ光Ｌ通過用の開口部１９と２１が形成され、上部開口部１９内には、焦点距離ｆ１（図５（Ｂ）、例えば７．５インチ）の集光レンズ５が保持されている。
【００５１】
上記第２室４Ｂは、図示するように、同様に内部が貫通しており、その上部と下部には、レーザ光Ｌ通過用の開口部２０と２２が形成され、下部開口部２２内には、焦点距離ｆ２（図５（Ｃ）、例えば５インチ）の集光レンズ６が保持されている。
【００５２】
上記集光レンズ５の（図３（Ｂ））近傍下方には、冷却水通路４１が、集光レンズ６の近傍上方には、冷却水通路４２がそれぞれ設けられ、加工中（図１０のステップ１０７）におけるレーザ光Ｌによる集光レンズ５又は６の熱歪みと損傷が防止される。
【００５３】
この場合、冷却水通路は、上記のように集光レンズ５、６ごとに設けるのではなく、各レンズに共用の冷却水通路を、レンズホルダ４を覆うように設けてもよい。
【００５４】
これにより、後述する集光レンズ自動交換制御部５０Ｄにより（図１）、集光レンズ５、６の光軸合わせと焦点合わせを行い（例えば図５（Ｂ）、図５（Ｃ））、レンズを自動的に交換する際に、それに伴って冷却水通路も自動的に交換することとなり、冷却効率を向上させることができる。
【００５５】
また、レンズホルダ４の（図２、図４）後面４Ｄの下部は、図示するように、スライダ３の後部に形成されたＹ軸方向に伸びる切欠部４６を介して後方に突出しており、この突出した部分１０は、前記スライダ３の（図３（Ａ））後面に取り付けられたシリンダ１５のピストンロッド１１と結合している。
【００５６】
更に、レンズホルダ４の前面４Ｃと後面４Ｄは（図４）、その上部と下部において、前記スライダ３の前面内壁と後面内壁に敷設されたＹ軸ガイド１３、１４に滑り結合している。
【００５７】
この構成により、前記シリンダ１５を（図３（Ａ））作動すれば、レンズホルダ４は、スライダ３内において、Ｙ軸ガイド１３、１４に沿って左右方向（Ｙ軸方向）に移動し、選択された集光レンズ５又は６の（図１０のステップ１０４）光軸合わせを行うことができる（図５（Ｂ）又は図５（Ｃ）、図１０のステップ１０６）。
【００５８】
図６は、本発明の第２実施形態を示す斜視図である。
【００５９】
前記図２〜図５に示す第１実施形態とこの第２実施形態とは、第１実施形態は、既述したように、スライダ３が上下方向（Ｚ軸方向）に、レンズホルダ４が左右方向（Ｙ軸方向）にそれぞれ移動するのに対して、第２実施形態は、スライダ３が左右方向に、レンズホルダ４が上下方向にそれぞれ移動する点で、両者は相違する。
【００６０】
そして、第２実施形態の場合には、加工ヘッド本体２とスライダ３とレンズホルダ４のＹ軸方向の大きさを比較すると、例えば図７（Ｂ）から明らかなように、スライダ３が加工ヘッド本体２のほぼ２／３であり、レンズホルダ４がスライダ３とほぼ同じである。
【００６１】
これにより、第１実施形態と異なり、光軸合わせの場合には（図９（Ｂ）又は図９（Ｂ））、スライダ３がレンズホルダ４を伴って左右方向に移動し、焦点合わせの場合には，スライダ３内でレンズホルダ４が上下方向に移動するようになっている。
【００６２】
即ち、第２実施形態の加工ヘッド本体２には（図７（Ｂ））、第１実施形態のようなガイド穴１６（図３（Ｂ））、１７は形成されていず、その代わりに、後述するように（図７（Ｂ））、同様の機能を有するガイド穴６１、６２、６３、６４が、スライダ３に形成されている。
【００６３】
より詳細には、上記スライダ３の上部、下部の左右には、レーザ光Ｌ通過用の開口部２３Ａ、２３Ｂと２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ形成されている。
【００６４】
このうち、上部開口部２３Ａ、２３Ｂの下縁には、前記ガイド穴６１、６３が、下部開口部２４Ａ、２４Ｂの上縁には、前記ガイド穴６２、６４がそれぞれ形成されている。
【００６５】
上記ガイド穴６１、６３と、６２、６４には、レンズホルダ４の対応する突出部４Ｅ、４Ｇと４Ｆ、４Ｈが挿入され、これにより、該突出部４Ｅ、４Ｇと４Ｆ、４Ｈは、上下方向（Ｚ軸方向）に案内されるようになっている。
【００６６】
スライダ３の（図８）前面３Ｃと後面３Ｄは、その上部と下部において、加工ヘッド本体２の対応位置に敷設されたＹ軸ガイド６５、６６に滑り結合している。
【００６７】
また、スライダ３の後面３Ｄの下部は（図６、図８）、後方に突出しており、この突出した部分６０は、加工ヘッド本体２の（図７（Ａ））の後面内壁に左右方向（Ｙ軸方向）に水平に取り付けられたシリンダ１５のピストンロッド１１と結合している。
【００６８】
この構成により、前記シリンダ１５を（図７（Ａ））作動すれば、既述したように、スライダ３が、レンズホルダ４を伴いながら、Ｙ軸ガイド６５、６６に沿って左右方向（Ｙ軸方向）に移動する。
【００６９】
これにより、第１実施形態と同様に（図５（Ｂ）又は図５（Ｃ））、集光レンズ５（図９（Ｂ））又は６（図９（Ｃ））の光軸合わせを行うことができる（図１０のステップ１０６）。
【００７０】
上記スライダ３内に（図７（Ｂ））配置されたレンズホルダ４の上部、下部の左右には、既述したように、前記スライダ３のガイド穴６１、６３と６２、６４に対応する突出部４Ｅ、４Ｇと４Ｆ、４Ｈが設けられ、該突出部４Ｅ、４Ｇと４Ｆ、４Ｈの内側には、図示するように、レーザ光Ｌ通過用の開口部６８、７０と６９、７１が形成されている。
【００７１】
また、レンズホルダ４の後部には（図８）、ナット９が設けられ、該ナット９は、前記スライダ３の後部に形成された上下方向に伸びる切欠部６７を介して後方に突出してボールねじ８に螺合している。
【００７２】
上記ボールねじ８は、上下方向（Ｚ軸方向）に配置されていて、スライダ３の後部に上下方向に垂直に取り付けられたモータＭにより回転駆動するようになっている。
【００７３】
この構成により、第１実施形態と同様に、既述したＺ軸モータＭｚで（図１）加工ヘッド本体２を上下動させた後、このモータＭでスライダ３内のレンズホルダ４を上下動させて高さ位置を微調整し、選択された集光レンズ５又は６の（図１０のステップ１０４）の焦点合わせを行う（図９（Ｂ）又は図９（Ｃ）、図１０のステップ１０５）。
【００７４】
その他、レンズホルダ４が第１室４Ａと第２室４Ｂに区分されていて、焦点距離ｆ１、ｆ２が（図９（Ｂ）、図９（Ｃ））異なる複数の（図示する例では２つの）集光レンズ５、６が保持され、該集光レンズ５、６の近傍には、冷却水通路４１、４２が設けられ、また、加工ヘッド本体２に蓋１８が取り付けられていることなどは、第１実施形態と全く同様であり、その説明は省略する。
【００７５】
このような構成を有する本発明の制御装置は、例えばＮＣ装置５０（図１）により構成され、該ＮＣ装置５０は、ＣＰＵ５０Ａと、レーザ出力制御部５０Ｂと、加工ヘッド移動制御部５０Ｃと、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄと、入出力部５０Ｅと、記憶部５０Ｆと、ワーク移動制御部５０Ｇにより構成されている。
【００７６】
ＣＰＵ２０Ａは、本発明の動作手順に従い、例えば加工ヘッド移動制御部５０Ｃ、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄなど図１に示す装置全体を制御する。
【００７７】
レーザ出力制御部５０Ｂは、前記レーザ発振器３１に接続され、該レーザ発振器３１から発振されるレーザ光Ｌの出力を制御し、例えば厚板のワークＷ１を（図５（Ｂ）又は図９（Ｂ））加工する場合には、出力を大きくし、薄板のワークＷ２を（図５（Ｃ）又は図９（Ｃ）））加工する場合には、出力を小さくする。
【００７８】
加工ヘッド移動制御部５０Ｃは、前記Ｙ軸モータＭｙとＺ軸モータＭｚに接続され、加工ヘッド１の移動制御を行う。
【００７９】
例えば、集光レンズ５、６の（例えば図２）焦点合わせの場合には、この加工ヘッド移動制御部５０Ｃにより、先ず、Ｚ軸モータＭｚを駆動制御して加工ヘッド１を上下動することにより、内蔵した集光レンズ５又は６を上下方向に移動させ、次に、後述する集光レンズ自動交換制御部５０Ｄを介して、既述したモータＭを駆動制御することにより、集光レンズ５又は６の高さ位置を微調整する（例えば図５（Ｂ）又は図５（Ｃ））。
【００８０】
集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、前記シリンダ１５とモータＭに接続され、ワークの加工条件に基づいて、複数の集光レンズ５、６のうちから所定の集光レンズ５又は６を選択し、レンズホルダ４とスライダ３を移動制御することにより、該選択した所定の集光レンズ５又は６の光軸合わせと焦点合わせを行う。
【００８１】
この場合、前記したように、選択された集光レンズ５又は６の焦点合わせ時には、前記加工ヘッド移動制御部５０Ｃを介したＺ軸モータＭｚによる集光レンズ５又は６の上下方向の移動の後、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄが、モータＭを駆動制御して、集光レンズ５又は６の高さ位置を微調整する。
【００８２】
入出力部５０Ｅは、例えばキーボード、マウス、タッチパネルなどであり、加工すべきワークが厚板のワークＷ１か、薄板のワークＷ２かの別、その場合の加工速度などから成る所定の加工条件を入力すると共に、入力データを画面にて確認する。
【００８３】
記憶部５０Ｆは、上記入出力部５０Ｅを介して入力したワークの加工条件を予め記憶しておく。
【００８４】
ワーク移動制御部５０Ｇは、Ｘ軸モータＭｘに接続され、クランプ３５で把持されたワークＷを所定位置まで移動させる。
【００８５】
以下、上記構成を有する本発明の動作を図１０に基づいて説明する。
【００８６】
（１）厚板のワークＷ１についての動作。
【００８７】
（１）−Ａ ワークＷ１の搬入と位置決め動作。
図１０のステップ１０１において、ワークＷ１を搬入し、ステップ１０２において、ワークを位置決めする。
【００８８】
即ち、ＮＣ装置５０を（図１）構成するＣＰＵ５０Ａは、ワーク搬入装置など（図示省略）を制御することにより、厚板のワークＷ１を、レーザ加工機に（図１）搬入させる。
【００８９】
次いで、ＣＰＵ５０Ａは、ワーク移動制御部５０Ｇを介して、上記搬入された厚板のワークＷ１をクランプ３５に把持させると共に、Ｘ軸モータＭｘを駆動制御させ、該厚板のワークＷ１を所定位置に位置決めする。
【００９０】
（１）−Ｂ レンズの自動交換動作。
【００９１】
図１０のステップ１０３において、ワークの加工条件を検索し、ステップ１０４において、加工条件に対応した集光レンズ５又は６を選択し、ステップ１０５において、焦点合わせを行い、ステップ１０６において、光軸合わせを行う。
【００９２】
即ち、ＣＰＵ５０Ａは、厚板のワークＷ１が所定位置に位置決めされたことを検知すると、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄを制御し、記憶部５０Ｆに予め記憶されている加工条件を検索させる。
【００９３】
集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、加工条件を検索した結果、最初に厚板のワークＷ１を１０枚だけ加工し、次に連続して薄板のワークＷ２を１０枚だけ加工することを判断する。
【００９４】
そして、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、先ず、厚板のワークＷ１を加工する場合に適した焦点距離が大きい（例えば７．５インチ）集光レンズ５を選択する。
【００９５】
次に、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、ＣＰＵ５０Ａを介して前記加工ヘッド移動制御部５０Ｃを制御し、Ｚ軸モータＭｚを駆動させることにより、加工ヘッド本体２を（図５（Ｂ））上下動させ、前記選択された集光レンズ５を、所定の高さ位置まで移動させる。
【００９６】
上記加工ヘッド移動制御部５０Ｃによる集光レンズ５の移動制御が終了すると、今度は、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄが、加工ヘッド本体２に（図４）取り付けられたモータＭを駆動してボールねじ８を回転させると、該ボールねじ８に螺合したスライダ３が上下動し高さ位置の微調整が行われる。
【００９７】
この場合、集光レンズ５の（図５（Ｂ））焦点距離ｆ１（７．５インチ）の値は、予め分かっている。
【００９８】
従って、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、モータＭを駆動してスライダ３が上下動している間に、ノズルギャップセンサ２７からの高さ位置検出信号を常に監視し、例えば集光レンズ５の下面とワークＷ１の表面との距離が、該集光レンズ５の焦点距離ｆ１に一致したと判断したときに、前記モータＭの駆動を停止させ、スライダ３をその位置に停止させる。
【００９９】
これにより、選択された集光レンズ５の焦点合わせは、終了する。
【０１００】
この状態で、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄが、スライダ３の（図３（Ａ））後部のシリンダ１５を作動してピストンロッド１１を右方に押し出すと、該ピストンロッド１１に結合されたレンズホルダ４も（図５（Ｂ））、スライダ３内で右方に移動する。
【０１０１】
この場合、レーザ光Ｌを厚板のワークＷ１上の加工点Ｋに照射したと仮定したときの該レーザ光Ｌの光軸について、Ｙ軸方向の位置は、予め分かっている。
【０１０２】
従って、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、上記レンズホルダ４が右方に移動し、該レンズホルダ４の第１室４Ａに保持された集光レンズ５の光軸が、上記レーザ光Ｌの光軸に一致したと判断したときに、シリンダ１５の作動を停止し、レンズホルダ４をその位置に停止させる。
【０１０３】
これにより、選択された集光レンズ５の光軸合わせは、終了する。
【０１０４】
（１）−Ｃ 厚板のワークＷ１の加工動作。
図１０のステップ１０７において、レーザ加工を行う。
【０１０５】
即ち、ＣＰＵ５０Ａは（図１）、前記所定の集光レンズ５を選択し（図１０のステップ１０４）、該集光レンズ５の焦点合わせと（図１０のステップ１０５）光軸合わせが（図１０のステップ１０６）行われ、レンズの自動交換が終了したことを検知すると、加工ヘッド移動制御部５０Ｃを介して、Ｙ軸モータＭｙとＺ軸モータＭｚを駆動制御させ、加工ヘッド１を、前記所定位置に位置決めされた厚板のワークＷ１の加工領域の直上方まで移動させた後、レーザ出力制御部５０Ｂを介して、レーザ発振器３１から所定の出力のレーザ光Ｌを出射させる。
【０１０６】
このレーザ光Ｌは、ベンドミラー２８で反射した後、前記自動交換された集光レンズ５により、厚板のワークＷ１の加工点Ｋに集光され、例えば切断や穴明けなど所定のレーザ加工が行われる。
【０１０７】
そして、図１０のステップ１０８において、当該ワーク、即ち上記厚板のワークＷ１の加工が終了したか否かを判断し、終了しない場合には（ＮＯ）、ステップ１０７に戻って同じ動作を繰り返し、終了した場合には（ＹＥＳ）、即ち、厚板のワークＷ１を１０枚加工した場合には、次のステップ１０９に進む。
【０１０８】
図１０のステップ１０９において、全ての加工は終了したか否かを判断し、終了した場合には（ＹＥＳ）全ての動作を停止し（ＥＮＤ）、終了しない場合には（ＮＯ）、例えば、未だ薄板のワークＷ２の加工が残っている場合には、ステップ１０１に戻って同じ動作を繰り返す。
【０１０９】
（２）薄板のワークＷ２についての動作。
【０１１０】
（２）−Ａ ワークＷ２の搬入と位置決め動作。
この場合、先ず、薄板のワークＷ２を搬入し（図１０のステップ１０１）、該薄板のワークＷ２を位置決めする（図１０のステップ１０２）。
【０１１１】
（２）−Ｂ レンズの自動交換動作。
次いで、加工条件を検索した結果（図１０のステップ１０３）、薄板のワークＷ２は、前記集光レンズ５、６のうちの焦点距離ｆ１、ｆ２が小さい方、即ち集光レンズ６（図５（Ｃ））が使用されるので、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは（図１）、当該集光レンズ６を選択し（図１０のステップ１０４）、その集光レンズ６についての焦点合わせと光軸合わせを行うことにより、レンズの自動交換が行われる（図１０のステップ１０５と１０６）。
【０１１２】
（２）−Ｃ 薄板のワークＷ２の加工動作。
その後、上記自動交換された集光レンズ６を用いて、該薄板のワークＷ２のレーザ加工を行い（図１０のステップ１０７）、その後の判断動作が行われる（図１０のステップ１０８、１０９）。
【０１１３】
尚、上記動作説明においては（図１０）、第１実施形態について（図２〜図５）詳述したが、第２実施形態についても（図６〜図９）同様の動作が行われ、同様の作用・効果を奏する。
【０１１４】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明の構成によれば、レーザ加工機において、機械を停止させることなく、加工条件に合ったレンズを自動的に交換することにより、加工効率の向上を図り、段取り時間を短縮し、加工条件が異なるワークのスケジュール加工を可能とし、更にレンズを自動的に交換する際に冷却水通路も自動的に交換することにより、冷却効率を向上させるという効果を奏する。
【０１１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す全体図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態を示す上面図と正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態を示す側面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の動作説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示す上面図と正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態を示す側面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の動作説明図である。
【図１０】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 加工ヘッド
２ 加工ヘッド本体
３ スライダ
３Ａ、３Ｂ スライダ３の突出部
４ レンズホルダ
４Ａ 第１室
４Ｂ 第２室
５、６ 集光レンズ
７ ダクト
８、２９、３８、４０ ボールねじ
９ ナット
１０ レンズホルダ４の後方突出部分
１１ ピストンロッド
１２ ノズル
１３、１４、３０ Ｙ軸ガイド
１５ シリンダ
１６、１７ 加工ヘッド本体２のガイド穴
１８ 蓋
１９〜２２ レンズホルダ４のレーザ光Ｌ通過用開口部
２３、２４ スライダ３の突出部３Ａ、３Ｂのレーザ光Ｌ通過用開口部
２５ アシストガス配管
２６ 移動体
２７ ノズルギャップセンサ
２８ ベンドミラー
３１ レーザ発振器
３２ 上部フレーム
３３ 下部フレーム
３４ 加工テーブル
３５ クランプ
３６ キャリッジ
３７ Ｘ軸ガイド
３９ 導管
４１、４２ 冷却水通路
４３ Ｚ軸ガイド
４４、４５ 加工ヘッド本体２のレーザ光Ｌ通過用開口部
４６ 切欠部
５０ ＮＣ装置
５０Ａ ＣＰＵ
５０Ｂ レーザ出力制御部
５０Ｃ 加工ヘッド移動制御部
５０Ｄ 集光レンズ自動交換制御部
５０Ｅ 入出力部
５０Ｆ 記憶部
５０Ｇ ワーク移動制御部
Ｋ 加工点
Ｌ レーザ光
Ｗ ワーク
Ｗ１ 厚板のワーク
Ｗ２ 薄板のワーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光をワーク上の加工点に集光させる集光レンズを備えたレーザ加工機のレンズ自動交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザ加工機は、集光レンズを内蔵した加工ヘッドを有し、該加工ヘッドにより、レーザ光をワーク上の加工点に集光する。
【０００３】
この場合、よく知られているように、ワークの板厚などの加工条件が変わると、焦点距離が異なる集光レンズを使用する。
【０００４】
例えば、厚板のワークを加工する場合には、焦点距離が大きい集光レンズを、薄板のワークを加工する場合には、焦点距離が小さい集光レンズを、それぞれ使用する。
【０００５】
このため，従来から、ワークの加工条件が変わると、加工ヘッドに内蔵された集光レンズを焦点距離が異なるものと交換している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来技術においては、レンズ交換動作が手動で行われており、加工ヘッドの先端のノズルホルダを外してから集光レンズを交換する場合と、加工ヘッドそのものを外してから集光レンズを交換する場合とがある。
【０００８】
（１）ノズルホルダを外してから集光レンズを交換する場合の課題。
この場合には、レンズ交換作業に時間がかかり、また、加工ヘッドの下方で交換作業を行うために、加工ヘッドと加工テーブルの間にスペースを確保する必要がある。
【０００９】
このため、加工前の段取り時間が長くなる。
【００１０】
また、それまで、例えば焦点距離が７．５インチの集光レンズを使用していたが、新たに焦点距離が５インチの集光レンズと交換したい場合には、アタッチメントが必要となる。
【００１１】
このため、それまで使用していた冷却水通路が、交換後の５インチの集光レンズから離れていまい、冷却効率が低下する。
【００１２】
更に、上述したレンズ交換作業は、機械を停止させて行う必要があり、このため、加工効率が低い。
【００１３】
加えて、スケジュール運転において、例えば、初めに、厚板のワークを１０枚加工し、次に薄板のワークを１０枚加工する場合に、本来は、連続運転が望ましい。
【００１４】
しかし、厚板から薄板へ加工が移行する場合に、集光レンズを焦点距離が大きなものから小さなものに交換しなければならないが、従来は、既述したように、機械を停止させてレンズ交換をしなければならない。
【００１５】
このため、従来は、スケジュール運転においても、例えば当初加工ヘッドに装着した集光レンズの焦点距離が大きければ、厚板のワークしか加工できないというように、ワークに制限がある。
【００１６】
従って、スケジュール運転にワークの制限があり、例えば、同じ板厚のワークしか加工できない。
【００１７】
（２）加工ヘッドそのものを外してから集光レンズを交換する場合の課題。
この場合には、レンズ交換作業を、加工ヘッドごと行うために、焦点距離が異なる集光レンズ専用の加工ヘッドが必要となる。
【００１８】
従って、加工前に専用の加工ヘッドを準備し、その加工ヘッドごとレンズ交換を行うため、前記（１）の場合と同様に、加工前の段取り時間が長くなる。
【００１９】
また、前記（１）の場合と同様に、レンズ交換作業は、機械を停止させて行う必要があり、このため、加工効率が低い。
【００２０】
従って、同様に、スケジュール運転にワークの制限がある。
【００２１】
本発明の目的は、レーザ加工機において、機械を停止させることなく、加工条件に合ったレンズを自動的に交換することにより、加工効率の向上を図り、段取り時間を短縮し、加工条件が異なるワークのスケジュール加工を可能とし、更にレンズを自動的に交換する際に冷却水通路も自動的に交換することにより、冷却効率を向上させる。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、図１〜図１０に示すように、
加工ヘッド本体２内に配置されて上下方向又は左右方向に移動するスライダ３と、
該スライダ３内に配置され、該スライダ３が上下方向に移動する場合には左右方向に移動し又は該スライダ３が左右方向に移動する場合には上下方向に移動し、焦点距離ｆ１、ｆ２が異なる複数の集光レンズ５、６を保持するレンズホルダ４と、
ワークＷの加工条件に基づいて、複数の集光レンズ５、６のうちから所定の集光レンズ５又は６を選択し、レンズホルダ４とスライダ３を移動制御することにより、該選択した所定の集光レンズ５又は６の光軸合わせと焦点合わせを行う集光レンズ自動交換制御部５０Ｄを有することを特徴とするレーザ加工機のレンズ自動交換装置という技術的手段を講じている。
【００２３】
上記本発明の構成によれば、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄにより（図１）、機械を停止させることなく、加工条件に合ったレンズ、例えば厚板のワークＷ１の場合には（図５（Ｂ））、焦点距離ｆ１が大きい集光レンズ５を、薄板のワークＷ２の場合には（図５（Ｃ））、焦点距離ｆ２が小さい集光レンズ６を自動的に交換することができるので、加工効率の向上を図り、段取り時間を短縮し、加工条件が異なるワークのスケジュール加工が可能となる。
【００２４】
更に、冷却水通路４１、４２を（図３（Ｂ））、例えば上記レンズホルダ４に保持された各集光レンズ５、６の近傍に設けたことにより、レンズを自動的に交換する際に（例えば図５（Ｂ）、図５（Ｃ））冷却水通路も自動的に交換することができるので、従来のようにレンズと冷却水通路が離れることが無くなり、冷却効率を向上させることができる。
【００２５】
従って、本発明によれば、レーザ加工機において、機械を停止させることなく、加工条件に合ったレンズを自動的に交換することにより、加工効率の向上を図り、段取り時間を短縮し、加工条件が異なるワークのスケジュール加工を可能とし、更にレンズを自動的に交換する際に冷却水通路も自動的に交換することにより、冷却効率を向上させることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、実施の形態により添付図面を参照して、説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す全体図であり、図示するレーザ加工機は、ワーク１軸−光２軸移動タイプのレーザ加工機である。
【００２７】
レーザ加工機は、上部フレーム３２と下部フレーム３３を有している。
【００２８】
下部フレーム３３には、加工テーブル３４が設置され、加工テーブル３４は、ワークＷを戴置し、該ワークＷは、クランプ３５により把持されている。
【００２９】
上記クランプ３５は、キャリッジ３６に取り付けられ、該キャリッジ３６は、Ｘ軸ガイド３７に滑り結合していると共に、Ｘ軸モータＭｘで回転駆動するボールねじ３８に螺合している。
【００３０】
この構成により、ワークＷを搬入後（図１０のステップ１０１）、該ワークＷをクランプ３５で掴み替え、Ｘ軸モータＭｘを駆動すれば、キャリッジ３６がＸ軸方向に移動し、クランプ３５に把持されたワークＷを所定位置に位置決めすることができる（図１０のステップ１０２）。
【００３１】
一方、上部フレーム３２には、Ｙ軸ガイド３０が敷設され、該Ｙ軸ガイド３０には、移動体２６が滑り結合していて、該移動体２６には、Ｙ軸モータＭｙで回転駆動するボールねじ２９が螺合している。
【００３２】
上記移動体２６には、加工ヘッド１が取り付けられ、該加工ヘッド１は、ダクト７の先端に取り付けられ、後述するように（図２〜図５、又は図６〜図９）、加工ヘッド本体２とスライダ３とレンズホルダ４を有している。
【００３３】
加工ヘッド１は（図１）、ダクト７と水平方向にフレキシブルな導管３９を介してレーザ発振器３１に結合しており、該レーザ発振器３１から発振されたレーザ光Ｌを、内蔵するベンドミラー２８で下方に反射させた後加工ヘッド本体２に導光し、後述する集光レンズ５（又は６）（図２）を通過させた後、先端部のノズル１２からワークＷ上の加工点Ｋに集光するようになっている。
【００３４】
また、ノズル１２の先端には（図１）、ノズルギャップセンサ２７が取り付けられ、該ノズルギャップセンサ２７により、後述するＺ軸モータＭｚとモータＭ（図２）を駆動して所定の集光レンズ５（又は６）を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させた場合の高さ位置を検出し、焦点合わせを行う（図１０のステップ１０５）。
【００３５】
上記加工ヘッド１は、前記移動体２６上でＺ軸ガイド４３に滑り結合していると共に、Ｚ軸モータＭｚで回転駆動するボールねじ４０に螺合している。
【００３６】
この構成により、Ｙ軸モータＭｙを駆動すれば、加工ヘッド１がＹ軸方向に移動し、該加工ヘッド１を前記位置決めされたワークＷの加工領域の直上方まで移動させ、既述したように、レーザ光Ｌをノズル１２を介してワークＷ上に照射し、所定のレーザ加工を施すことができる（図１０のステップ１０７）。
【００３７】
また、前記したように、Ｚ軸モータＭｚを駆動すると共に、モータＭを（図２）駆動することにより、選択された所定の集光レンズ５（又は６）の（図１０のステップ１０４）焦点合わせを行う（図１０のステップ１０５）。
【００３８】
上記加工ヘッド１の詳細は、例えば図２〜図５に示され、前記したように、該加工ヘッド１は、加工ヘッド本体２とスライダ３とレンズホルダ４により構成されている。
【００３９】
加工ヘッド本体２は（図３（Ｂ））、上部と下部の中央に、レーザ光Ｌ通過用の開口部４４と４５を有し、下部の開口部４５は、前記ノズル１２に連通し、図示するように、該下部開口部４５の近傍までアシストガス配管２５が進入している。
【００４０】
また、加工ヘッド本体２の上部開口部４４の下縁には、ガイド穴１６が、下部開口部４５の上縁には、ガイド穴１７がそれぞれ形成されている。
【００４１】
上記ガイド穴１６、１７には、後述するスライダ３の突出部３Ａ、３Ｂが挿入され、これにより、該突出部３Ａ、３Ｂは、上下方向（Ｚ軸方向）に案内されるようになっている。
【００４２】
更に、加工ヘッド本体２の（図３（Ａ）、図４）前部には、蓋１８が取り付けられ、後述する集光レンズ５、６が経時変化で劣化、又は損傷したために交換する時には、この蓋１８を開けるようになっている。そして、レンズホルダ４ごと集光レンズ５又は６を交換する。
【００４３】
上記加工ヘッド本体２内には（図２）、前後方向（Ｘ軸方向）の前方寄りに、スライダ３が配置されている。
【００４４】
上記スライダ３の上部、下部の中央には、前記したように、加工ヘッド本体２のガイド穴１６、１７に対応する突出部３Ａ、３Ｂが設けられ、該突出部３Ａ、３Ｂの内側には、レーザ光Ｌ通過用の開口部２３、２４が形成されている。
【００４５】
また、スライダ３の後部には（図２、図４）、ナット９が設けられ、該ナット９はボールねじ８に螺合し、該ボールねじ８は、上下方向（Ｚ軸方向）に配置されていて、加工ヘッド本体２に上下方向に垂直に取り付けられたモータＭにより回転駆動するようになっている。
【００４６】
この構成により、既述したＺ軸モータＭｚで（図１）加工ヘッド本体２を上下動させた後、このモータＭで加工ヘッド本体２内のスライダ３を上下動させて高さ位置を微調整し、選択された集光レンズ５又は６の（図１０のステップ１０４）の焦点合わせを行う（図５（Ｂ）又は図５（Ｃ）、図１０のステップ１０５）。
【００４７】
上記スライダ３内には、レンズホルダ４が配置されて、該レンズホルダ４には、後述するように、焦点距離ｆ１、ｆ２が（図５（Ｂ）、図５（Ｃ））異なる複数の（図示する例では２つの）集光レンズ５、６が保持されている。
【００４８】
このレンズホルダ４は（図３）、図示する例では、Ｙ軸方向の大きさが、前記スライダ３のほぼ２／３である。また、スライダ３は、Ｙ軸方向の大きさが、加工ヘッド本体２とほぼ同じである。
【００４９】
そして、レンズホルダ４内は（図３（Ｂ））、第１室４Ａと第２室４Ｂに区分されている。
【００５０】
上記第１室４Ａは、図示するように、内部が貫通しており、その上部と下部には、レーザ光Ｌ通過用の開口部１９と２１が形成され、上部開口部１９内には、焦点距離ｆ１（図５（Ｂ）、例えば７．５インチ）の集光レンズ５が保持されている。
【００５１】
上記第２室４Ｂは、図示するように、同様に内部が貫通しており、その上部と下部には、レーザ光Ｌ通過用の開口部２０と２２が形成され、下部開口部２２内には、焦点距離ｆ２（図５（Ｃ）、例えば５インチ）の集光レンズ６が保持されている。
【００５２】
上記集光レンズ５の（図３（Ｂ））近傍下方には、冷却水通路４１が、集光レンズ６の近傍上方には、冷却水通路４２がそれぞれ設けられ、加工中（図１０のステップ１０７）におけるレーザ光Ｌによる集光レンズ５又は６の熱歪みと損傷が防止される。
【００５３】
この場合、冷却水通路は、上記のように集光レンズ５、６ごとに設けるのではなく、各レンズに共用の冷却水通路を、レンズホルダ４を覆うように設けてもよい。
【００５４】
これにより、後述する集光レンズ自動交換制御部５０Ｄにより（図１）、集光レンズ５、６の光軸合わせと焦点合わせを行い（例えば図５（Ｂ）、図５（Ｃ））、レンズを自動的に交換する際に、それに伴って冷却水通路も自動的に交換することとなり、冷却効率を向上させることができる。
【００５５】
また、レンズホルダ４の（図２、図４）後面４Ｄの下部は、図示するように、スライダ３の後部に形成されたＹ軸方向に伸びる切欠部４６を介して後方に突出しており、この突出した部分１０は、前記スライダ３の（図３（Ａ））後面に取り付けられたシリンダ１５のピストンロッド１１と結合している。
【００５６】
更に、レンズホルダ４の前面４Ｃと後面４Ｄは（図４）、その上部と下部において、前記スライダ３の前面内壁と後面内壁に敷設されたＹ軸ガイド１３、１４に滑り結合している。
【００５７】
この構成により、前記シリンダ１５を（図３（Ａ））作動すれば、レンズホルダ４は、スライダ３内において、Ｙ軸ガイド１３、１４に沿って左右方向（Ｙ軸方向）に移動し、選択された集光レンズ５又は６の（図１０のステップ１０４）光軸合わせを行うことができる（図５（Ｂ）又は図５（Ｃ）、図１０のステップ１０６）。
【００５８】
図６は、本発明の第２実施形態を示す斜視図である。
【００５９】
前記図２〜図５に示す第１実施形態とこの第２実施形態とは、第１実施形態は、既述したように、スライダ３が上下方向（Ｚ軸方向）に、レンズホルダ４が左右方向（Ｙ軸方向）にそれぞれ移動するのに対して、第２実施形態は、スライダ３が左右方向に、レンズホルダ４が上下方向にそれぞれ移動する点で、両者は相違する。
【００６０】
そして、第２実施形態の場合には、加工ヘッド本体２とスライダ３とレンズホルダ４のＹ軸方向の大きさを比較すると、例えば図７（Ｂ）から明らかなように、スライダ３が加工ヘッド本体２のほぼ２／３であり、レンズホルダ４がスライダ３とほぼ同じである。
【００６１】
これにより、第１実施形態と異なり、光軸合わせの場合には（図９（Ｂ）又は図９（Ｂ））、スライダ３がレンズホルダ４を伴って左右方向に移動し、焦点合わせの場合には，スライダ３内でレンズホルダ４が上下方向に移動するようになっている。
【００６２】
即ち、第２実施形態の加工ヘッド本体２には（図７（Ｂ））、第１実施形態のようなガイド穴１６（図３（Ｂ））、１７は形成されていず、その代わりに、後述するように（図７（Ｂ））、同様の機能を有するガイド穴６１、６２、６３、６４が、スライダ３に形成されている。
【００６３】
より詳細には、上記スライダ３の上部、下部の左右には、レーザ光Ｌ通過用の開口部２３Ａ、２３Ｂと２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ形成されている。
【００６４】
このうち、上部開口部２３Ａ、２３Ｂの下縁には、前記ガイド穴６１、６３が、下部開口部２４Ａ、２４Ｂの上縁には、前記ガイド穴６２、６４がそれぞれ形成されている。
【００６５】
上記ガイド穴６１、６３と、６２、６４には、レンズホルダ４の対応する突出部４Ｅ、４Ｇと４Ｆ、４Ｈが挿入され、これにより、該突出部４Ｅ、４Ｇと４Ｆ、４Ｈは、上下方向（Ｚ軸方向）に案内されるようになっている。
【００６６】
スライダ３の（図８）前面３Ｃと後面３Ｄは、その上部と下部において、加工ヘッド本体２の対応位置に敷設されたＹ軸ガイド６５、６６に滑り結合している。
【００６７】
また、スライダ３の後面３Ｄの下部は（図６、図８）、後方に突出しており、この突出した部分６０は、加工ヘッド本体２の（図７（Ａ））の後面内壁に左右方向（Ｙ軸方向）に水平に取り付けられたシリンダ１５のピストンロッド１１と結合している。
【００６８】
この構成により、前記シリンダ１５を（図７（Ａ））作動すれば、既述したように、スライダ３が、レンズホルダ４を伴いながら、Ｙ軸ガイド６５、６６に沿って左右方向（Ｙ軸方向）に移動する。
【００６９】
これにより、第１実施形態と同様に（図５（Ｂ）又は図５（Ｃ））、集光レンズ５（図９（Ｂ））又は６（図９（Ｃ））の光軸合わせを行うことができる（図１０のステップ１０６）。
【００７０】
上記スライダ３内に（図７（Ｂ））配置されたレンズホルダ４の上部、下部の左右には、既述したように、前記スライダ３のガイド穴６１、６３と６２、６４に対応する突出部４Ｅ、４Ｇと４Ｆ、４Ｈが設けられ、該突出部４Ｅ、４Ｇと４Ｆ、４Ｈの内側には、図示するように、レーザ光Ｌ通過用の開口部６８、７０と６９、７１が形成されている。
【００７１】
また、レンズホルダ４の後部には（図８）、ナット９が設けられ、該ナット９は、前記スライダ３の後部に形成された上下方向に伸びる切欠部６７を介して後方に突出してボールねじ８に螺合している。
【００７２】
上記ボールねじ８は、上下方向（Ｚ軸方向）に配置されていて、スライダ３の後部に上下方向に垂直に取り付けられたモータＭにより回転駆動するようになっている。
【００７３】
この構成により、第１実施形態と同様に、既述したＺ軸モータＭｚで（図１）加工ヘッド本体２を上下動させた後、このモータＭでスライダ３内のレンズホルダ４を上下動させて高さ位置を微調整し、選択された集光レンズ５又は６の（図１０のステップ１０４）の焦点合わせを行う（図９（Ｂ）又は図９（Ｃ）、図１０のステップ１０５）。
【００７４】
その他、レンズホルダ４が第１室４Ａと第２室４Ｂに区分されていて、焦点距離ｆ１、ｆ２が（図９（Ｂ）、図９（Ｃ））異なる複数の（図示する例では２つの）集光レンズ５、６が保持され、該集光レンズ５、６の近傍には、冷却水通路４１、４２が設けられ、また、加工ヘッド本体２に蓋１８が取り付けられていることなどは、第１実施形態と全く同様であり、その説明は省略する。
【００７５】
このような構成を有する本発明の制御装置は、例えばＮＣ装置５０（図１）により構成され、該ＮＣ装置５０は、ＣＰＵ５０Ａと、レーザ出力制御部５０Ｂと、加工ヘッド移動制御部５０Ｃと、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄと、入出力部５０Ｅと、記憶部５０Ｆと、ワーク移動制御部５０Ｇにより構成されている。
【００７６】
ＣＰＵ２０Ａは、本発明の動作手順に従い、例えば加工ヘッド移動制御部５０Ｃ、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄなど図１に示す装置全体を制御する。
【００７７】
レーザ出力制御部５０Ｂは、前記レーザ発振器３１に接続され、該レーザ発振器３１から発振されるレーザ光Ｌの出力を制御し、例えば厚板のワークＷ１を（図５（Ｂ）又は図９（Ｂ））加工する場合には、出力を大きくし、薄板のワークＷ２を（図５（Ｃ）又は図９（Ｃ）））加工する場合には、出力を小さくする。
【００７８】
加工ヘッド移動制御部５０Ｃは、前記Ｙ軸モータＭｙとＺ軸モータＭｚに接続され、加工ヘッド１の移動制御を行う。
【００７９】
例えば、集光レンズ５、６の（例えば図２）焦点合わせの場合には、この加工ヘッド移動制御部５０Ｃにより、先ず、Ｚ軸モータＭｚを駆動制御して加工ヘッド１を上下動することにより、内蔵した集光レンズ５又は６を上下方向に移動させ、次に、後述する集光レンズ自動交換制御部５０Ｄを介して、既述したモータＭを駆動制御することにより、集光レンズ５又は６の高さ位置を微調整する（例えば図５（Ｂ）又は図５（Ｃ））。
【００８０】
集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、前記シリンダ１５とモータＭに接続され、ワークの加工条件に基づいて、複数の集光レンズ５、６のうちから所定の集光レンズ５又は６を選択し、レンズホルダ４とスライダ３を移動制御することにより、該選択した所定の集光レンズ５又は６の光軸合わせと焦点合わせを行う。
【００８１】
この場合、前記したように、選択された集光レンズ５又は６の焦点合わせ時には、前記加工ヘッド移動制御部５０Ｃを介したＺ軸モータＭｚによる集光レンズ５又は６の上下方向の移動の後、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄが、モータＭを駆動制御して、集光レンズ５又は６の高さ位置を微調整する。
【００８２】
入出力部５０Ｅは、例えばキーボード、マウス、タッチパネルなどであり、加工すべきワークが厚板のワークＷ１か、薄板のワークＷ２かの別、その場合の加工速度などから成る所定の加工条件を入力すると共に、入力データを画面にて確認する。
【００８３】
記憶部５０Ｆは、上記入出力部５０Ｅを介して入力したワークの加工条件を予め記憶しておく。
【００８４】
ワーク移動制御部５０Ｇは、Ｘ軸モータＭｘに接続され、クランプ３５で把持されたワークＷを所定位置まで移動させる。
【００８５】
以下、上記構成を有する本発明の動作を図１０に基づいて説明する。
【００８６】
（１）厚板のワークＷ１についての動作。
【００８７】
（１）−Ａ ワークＷ１の搬入と位置決め動作。
図１０のステップ１０１において、ワークＷ１を搬入し、ステップ１０２において、ワークを位置決めする。
【００８８】
即ち、ＮＣ装置５０を（図１）構成するＣＰＵ５０Ａは、ワーク搬入装置など（図示省略）を制御することにより、厚板のワークＷ１を、レーザ加工機に（図１）搬入させる。
【００８９】
次いで、ＣＰＵ５０Ａは、ワーク移動制御部５０Ｇを介して、上記搬入された厚板のワークＷ１をクランプ３５に把持させると共に、Ｘ軸モータＭｘを駆動制御させ、該厚板のワークＷ１を所定位置に位置決めする。
【００９０】
（１）−Ｂ レンズの自動交換動作。
【００９１】
図１０のステップ１０３において、ワークの加工条件を検索し、ステップ１０４において、加工条件に対応した集光レンズ５又は６を選択し、ステップ１０５において、焦点合わせを行い、ステップ１０６において、光軸合わせを行う。
【００９２】
即ち、ＣＰＵ５０Ａは、厚板のワークＷ１が所定位置に位置決めされたことを検知すると、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄを制御し、記憶部５０Ｆに予め記憶されている加工条件を検索させる。
【００９３】
集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、加工条件を検索した結果、最初に厚板のワークＷ１を１０枚だけ加工し、次に連続して薄板のワークＷ２を１０枚だけ加工することを判断する。
【００９４】
そして、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、先ず、厚板のワークＷ１を加工する場合に適した焦点距離が大きい（例えば７．５インチ）集光レンズ５を選択する。
【００９５】
次に、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、ＣＰＵ５０Ａを介して前記加工ヘッド移動制御部５０Ｃを制御し、Ｚ軸モータＭｚを駆動させることにより、加工ヘッド本体２を（図５（Ｂ））上下動させ、前記選択された集光レンズ５を、所定の高さ位置まで移動させる。
【００９６】
上記加工ヘッド移動制御部５０Ｃによる集光レンズ５の移動制御が終了すると、今度は、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄが、加工ヘッド本体２に（図４）取り付けられたモータＭを駆動してボールねじ８を回転させると、該ボールねじ８に螺合したスライダ３が上下動し高さ位置の微調整が行われる。
【００９７】
この場合、集光レンズ５の（図５（Ｂ））焦点距離ｆ１（７．５インチ）の値は、予め分かっている。
【００９８】
従って、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、モータＭを駆動してスライダ３が上下動している間に、ノズルギャップセンサ２７からの高さ位置検出信号を常に監視し、例えば集光レンズ５の下面とワークＷ１の表面との距離が、該集光レンズ５の焦点距離ｆ１に一致したと判断したときに、前記モータＭの駆動を停止させ、スライダ３をその位置に停止させる。
【００９９】
これにより、選択された集光レンズ５の焦点合わせは、終了する。
【０１００】
この状態で、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄが、スライダ３の（図３（Ａ））後部のシリンダ１５を作動してピストンロッド１１を右方に押し出すと、該ピストンロッド１１に結合されたレンズホルダ４も（図５（Ｂ））、スライダ３内で右方に移動する。
【０１０１】
この場合、レーザ光Ｌを厚板のワークＷ１上の加工点Ｋに照射したと仮定したときの該レーザ光Ｌの光軸について、Ｙ軸方向の位置は、予め分かっている。
【０１０２】
従って、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは、上記レンズホルダ４が右方に移動し、該レンズホルダ４の第１室４Ａに保持された集光レンズ５の光軸が、上記レーザ光Ｌの光軸に一致したと判断したときに、シリンダ１５の作動を停止し、レンズホルダ４をその位置に停止させる。
【０１０３】
これにより、選択された集光レンズ５の光軸合わせは、終了する。
【０１０４】
（１）−Ｃ 厚板のワークＷ１の加工動作。
図１０のステップ１０７において、レーザ加工を行う。
【０１０５】
即ち、ＣＰＵ５０Ａは（図１）、前記所定の集光レンズ５を選択し（図１０のステップ１０４）、該集光レンズ５の焦点合わせと（図１０のステップ１０５）光軸合わせが（図１０のステップ１０６）行われ、レンズの自動交換が終了したことを検知すると、加工ヘッド移動制御部５０Ｃを介して、Ｙ軸モータＭｙとＺ軸モータＭｚを駆動制御させ、加工ヘッド１を、前記所定位置に位置決めされた厚板のワークＷ１の加工領域の直上方まで移動させた後、レーザ出力制御部５０Ｂを介して、レーザ発振器３１から所定の出力のレーザ光Ｌを出射させる。
【０１０６】
このレーザ光Ｌは、ベンドミラー２８で反射した後、前記自動交換された集光レンズ５により、厚板のワークＷ１の加工点Ｋに集光され、例えば切断や穴明けなど所定のレーザ加工が行われる。
【０１０７】
そして、図１０のステップ１０８において、当該ワーク、即ち上記厚板のワークＷ１の加工が終了したか否かを判断し、終了しない場合には（ＮＯ）、ステップ１０７に戻って同じ動作を繰り返し、終了した場合には（ＹＥＳ）、即ち、厚板のワークＷ１を１０枚加工した場合には、次のステップ１０９に進む。
【０１０８】
図１０のステップ１０９において、全ての加工は終了したか否かを判断し、終了した場合には（ＹＥＳ）全ての動作を停止し（ＥＮＤ）、終了しない場合には（ＮＯ）、例えば、未だ薄板のワークＷ２の加工が残っている場合には、ステップ１０１に戻って同じ動作を繰り返す。
【０１０９】
（２）薄板のワークＷ２についての動作。
【０１１０】
（２）−Ａ ワークＷ２の搬入と位置決め動作。
この場合、先ず、薄板のワークＷ２を搬入し（図１０のステップ１０１）、該薄板のワークＷ２を位置決めする（図１０のステップ１０２）。
【０１１１】
（２）−Ｂ レンズの自動交換動作。
次いで、加工条件を検索した結果（図１０のステップ１０３）、薄板のワークＷ２は、前記集光レンズ５、６のうちの焦点距離ｆ１、ｆ２が小さい方、即ち集光レンズ６（図５（Ｃ））が使用されるので、集光レンズ自動交換制御部５０Ｄは（図１）、当該集光レンズ６を選択し（図１０のステップ１０４）、その集光レンズ６についての焦点合わせと光軸合わせを行うことにより、レンズの自動交換が行われる（図１０のステップ１０５と１０６）。
【０１１２】
（２）−Ｃ 薄板のワークＷ２の加工動作。
その後、上記自動交換された集光レンズ６を用いて、該薄板のワークＷ２のレーザ加工を行い（図１０のステップ１０７）、その後の判断動作が行われる（図１０のステップ１０８、１０９）。
【０１１３】
尚、上記動作説明においては（図１０）、第１実施形態について（図２〜図５）詳述したが、第２実施形態についても（図６〜図９）同様の動作が行われ、同様の作用・効果を奏する。
【０１１４】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明の構成によれば、レーザ加工機において、機械を停止させることなく、加工条件に合ったレンズを自動的に交換することにより、加工効率の向上を図り、段取り時間を短縮し、加工条件が異なるワークのスケジュール加工を可能とし、更にレンズを自動的に交換する際に冷却水通路も自動的に交換することにより、冷却効率を向上させるという効果を奏する。
【０１１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す全体図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態を示す上面図と正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態を示す側面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の動作説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示す上面図と正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態を示す側面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の動作説明図である。
【図１０】本発明の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 加工ヘッド
２ 加工ヘッド本体
３ スライダ
３Ａ、３Ｂ スライダ３の突出部
４ レンズホルダ
４Ａ 第１室
４Ｂ 第２室
５、６ 集光レンズ
７ ダクト
８、２９、３８、４０ ボールねじ
９ ナット
１０ レンズホルダ４の後方突出部分
１１ ピストンロッド
１２ ノズル
１３、１４、３０ Ｙ軸ガイド
１５ シリンダ
１６、１７ 加工ヘッド本体２のガイド穴
１８ 蓋
１９〜２２ レンズホルダ４のレーザ光Ｌ通過用開口部
２３、２４ スライダ３の突出部３Ａ、３Ｂのレーザ光Ｌ通過用開口部
２５ アシストガス配管
２６ 移動体
２７ ノズルギャップセンサ
２８ ベンドミラー
３１ レーザ発振器
３２ 上部フレーム
３３ 下部フレーム
３４ 加工テーブル
３５ クランプ
３６ キャリッジ
３７ Ｘ軸ガイド
３９ 導管
４１、４２ 冷却水通路
４３ Ｚ軸ガイド
４４、４５ 加工ヘッド本体２のレーザ光Ｌ通過用開口部
４６ 切欠部
５０ ＮＣ装置
５０Ａ ＣＰＵ
５０Ｂ レーザ出力制御部
５０Ｃ 加工ヘッド移動制御部
５０Ｄ 集光レンズ自動交換制御部
５０Ｅ 入出力部
５０Ｆ 記憶部
５０Ｇ ワーク移動制御部
Ｋ 加工点
Ｌ レーザ光
Ｗ ワーク
Ｗ１ 厚板のワーク
Ｗ２ 薄板のワーク
Claims (6)
- 加工ヘッド本体内に配置されて上下方向又は左右方向に移動するスライダと、
該スライダ内に配置され、該スライダが上下方向に移動する場合には左右方向に移動し又は該スライダが左右方向に移動する場合には上下方向に移動し、焦点距離が異なる複数の集光レンズを保持するレンズホルダと、
ワークの加工条件に基づいて、複数の集光レンズのうちから所定の集光レンズを選択し、レンズホルダとスライダを移動制御することにより、該選択した所定の集光レンズの光軸合わせと焦点合わせを行う集光レンズ自動交換制御部を有することを特徴とするレーザ加工機のレンズ自動交換装置。 - 上記レンズホルダに保持された複数の各集光レンズの近傍には、冷却水通路が設けられている請求項１記載のレーザ加工機のレンズ自動交換装置。
- 上記スライダが、加工ヘッド本体に上下方向に取り付けられたモータ・ボールねじ機構に結合し、レンズホルダが、スライダに左右方向に取り付けられたシリンダ機構に結合している請求項１記載のレーザ加工機のレンズ自動交換装置。
- 上記スライダが、その上部と下部のそれぞれの中央に形成された突出部を有し、該突出部は、加工ヘッド本体に形成された対応ガイド穴に挿入されて上下方向に案内されている請求項３記載のレーザ加工機のレンズ自動交換装置。
- 上記スライダが、加工ヘッド本体に左右方向に取り付けられたシリンダ機構に結合し、レンズホルダが、スライダに上下方向に取り付けられたモータ・ボールねじ機構に結合している請求項１記載のレーザ加工機のレンズ自動交換装置。
- 上記レンズホルダが、その上部と下部のそれぞれの左右に形成された突出部を有し、該突出部は、スライダに形成された対応ガイド穴に挿入されて上下方向に案内されている請求項５記載のレーザ加工機のレンズ自動交換装置。
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