JP5401374B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー光をワークに照射し、ワークに対して加工を施すレーザー加工装置に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus that irradiates a workpiece with laser light and performs processing on the workpiece.
前述のレーザー加工装置としては、例えば特許文献1、2に開示されているように、レーザー光を発振するレーザー発振器と、レーザー発振器から発振されたレーザー光を反射させてレーザー光の進路を変更するミラー部材と、レーザー光のビーム径を調整するレンズ部材と、ワークに対してレーザー光を照射する加工ヘッドと、を備えたものが提供されている。
As the above-described laser processing apparatus, for example, as disclosed in
このようなレーザー加工装置においては、レーザー発振器から加工ヘッドまでレーザー光を伝送させる必要がある。そこで、レーザー加工を安定して行うためには、レーザー光が通過するレーザー経路において、レーザー光の光軸が適正な位置となるように、ミラー部材、レンズ部材等の位置を調整する必要がある。
従来、レーザー光の光軸位置を確認する場合には、レーザー光が通過するレーザー経路に石膏ボードや耐火煉瓦等を配設し、この石膏ボードや耐火煉瓦等にレーザー光を照射し、焼き付き、燃焼及び赤熱位置等を確認していた。このようにしてレーザー光の光軸位置を確認し、光軸位置にズレが認められた場合には、ミラー部材やレンズ部材の位置を調整し、再度、石膏ボードや耐火煉瓦等によって光軸位置の確認を行っていた。
In such a laser processing apparatus, it is necessary to transmit laser light from a laser oscillator to a processing head. Therefore, in order to perform laser processing stably, it is necessary to adjust the positions of the mirror member, the lens member, and the like so that the optical axis of the laser light is in an appropriate position in the laser path through which the laser light passes. .
Conventionally, when checking the optical axis position of laser light, gypsum board or refractory brick is arranged in the laser path through which the laser light passes, and this gypsum board or refractory brick is irradiated with laser light and seized. The combustion and red hot positions were confirmed. In this way, the optical axis position of the laser beam is confirmed, and if there is a deviation in the optical axis position, the position of the mirror member or lens member is adjusted, and the optical axis position is again measured using a plaster board or fire brick. Was confirmed.
しかしながら、前述のように石膏ボードや耐火煉瓦等を用いて光軸位置を確認する作業においては、レーザー加工を停止した状態でしか行うことができない。このため、レーザー加工を実施している間に発生する光軸位置の変動については全く対応できず、ワークに不良等が発生した後でなければ光軸位置の変動を検知することができなかった。よって、長時間にわたってワークを安定して加工することは困難であった。 However, as described above, the operation of confirming the optical axis position using a gypsum board, a refractory brick, or the like can be performed only in a state where laser processing is stopped. For this reason, it was impossible to cope with fluctuations in the optical axis position that occurred during laser processing, and the fluctuations in the optical axis position could not be detected until after a defect occurred on the workpiece. . Therefore, it has been difficult to stably process the workpiece for a long time.
また、ミラー部材やレンズ部材の位置の調整を行った後に、再度、石膏ボードや耐火煉瓦等によって光軸位置の確認を行うことになるため、光軸位置の調整作業及び確認作業に多くの労力が必要となる。また、光軸位置の調整作業及び確認作業が煩雑であるため、専門知識を得た技術者のみしか実施することができないといった問題があった。
さらに、石膏ボードや耐火煉瓦等にレーザー光を照射し、焼き付き、燃焼及び赤熱位置を確認することから、レーザー加工装置内において、ミスト、ゴミ、煙等が発生することになり、これらミスト、ゴミ、煙等がレンズ部材やミラー部材等に付着してしまい、レンズ部材やミラー部材の部材が劣化してしまうおそれがあった。
In addition, after adjusting the position of the mirror member and lens member, the optical axis position is checked again with a gypsum board, fire brick, etc., so much labor is required for the adjustment and confirmation work of the optical axis position. Is required. Further, since the adjustment work and confirmation work of the optical axis position are complicated, there is a problem that only an engineer who has acquired specialized knowledge can perform it.
Furthermore, irradiating laser light to gypsum board, firebrick, etc., and confirming the seizure, combustion and red heat position, mist, dust, smoke, etc. will be generated in the laser processing equipment. The smoke or the like may adhere to the lens member, the mirror member, etc., and the lens member or the mirror member may be deteriorated.
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、加工中においてもレーザー光の光軸位置を測定でき、レーザー光による加工を安定して行うことが可能なレーザー加工装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a laser processing apparatus capable of measuring the optical axis position of laser light even during processing and capable of stably performing processing with laser light. For the purpose.
前述の課題を解決するために、本発明に係るレーザー加工装置は、レーザー光を照射してワークに加工を施すレーザー加工装置であって、前記レーザー光を発振するレーザー発振器と、前記レーザー光を反射してレーザ光の進行方向を変更するミラー部材と、前記レーザー光のビーム径を調整するレンズ部材と、通過するレーザー光の進行方向を変更するレーザー光制御部と、前記レーザー光が通過するレーザー経路の周囲に配設された複数の温度センサからなる測温ユニットと、前記測温ユニットに備えられた複数の温度センサの測定値から、前記レーザー経路における前記レーザー光の光軸位置を検出する光軸位置検出手段と、を備え、前記測温ユニットが、前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに、それぞれ配設されており、前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに設けられた前記測温ユニットによって前記レーザー光の光軸位置を検出し、前記レーザー光の入口と出口の光軸位置からレーザー光の進行方向を算出し、前記ミラー部材及び前記レーザー光制御部を移動させて、前記レーザー光の進行方向を調整するレーザー光進行方向調整手段を備えていることを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, a laser processing apparatus according to the present invention is a laser processing apparatus that processes a workpiece by irradiating a laser beam, and includes a laser oscillator that oscillates the laser beam, and the laser beam. A mirror member that reflects and changes the traveling direction of the laser light, a lens member that adjusts the beam diameter of the laser light, a laser light control unit that changes the traveling direction of the passing laser light, and the laser light passes therethrough. The optical axis position of the laser beam in the laser path is detected from the temperature measurement unit composed of a plurality of temperature sensors arranged around the laser path and the measured values of the plurality of temperature sensors provided in the temperature measurement unit. and a optical axis position detecting means for the temperature measuring unit, the inlet and outlet of the laser light of the laser beam controller, is disposed, respectively And detecting the optical axis position of the laser beam by the temperature measuring units provided at the laser beam entrance and exit of the laser beam control unit, and detecting the laser beam from the laser beam entrance and exit optical axis positions. And a laser beam traveling direction adjusting means for adjusting the traveling direction of the laser beam by moving the mirror member and the laser beam control unit .
この構成のレーザー加工装置によれば、レーザー光が通過するレーザー経路の周囲に複数の温度センサが配設されてなる測温ユニットと、この測温ユニットに備えられた複数の温度センサの測定値から、前記レーザー経路におけるレーザー光の光軸位置を検出する光軸位置検出手段と、を備えているので、レーザー加工を実施している状態でも、レーザー光の光軸位置を検出することができる。すなわち、測温ユニットが配設されたレーザー経路においてレーザー光の光軸位置に変動が生じた場合、レーザー光の光軸が近接する位置では温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する位置では温度が低下することになる。よって、複数の温度センサの温度変化を解析することによって、レーザー光の光軸位置の変動を検出することが可能となるのである。また、この測温ユニットにおいては、レーザー経路の周囲に複数の温度センサが配設されているので、レーザー光の進行を妨げることがなく、レーザー加工に影響を与えることがない。 According to the laser processing apparatus of this configuration, the temperature measurement unit in which a plurality of temperature sensors are arranged around the laser path through which the laser light passes, and the measurement values of the plurality of temperature sensors provided in the temperature measurement unit And an optical axis position detecting means for detecting the optical axis position of the laser beam in the laser path, so that the optical axis position of the laser beam can be detected even when laser processing is performed. . In other words, when the optical axis position of the laser beam changes in the laser path where the temperature measuring unit is arranged, the temperature rises at a position where the optical axis of the laser beam is close, and the optical axis of the laser beam is separated. Then the temperature will drop. Therefore, it is possible to detect a change in the optical axis position of the laser light by analyzing temperature changes of the plurality of temperature sensors. Further, in this temperature measuring unit, since a plurality of temperature sensors are arranged around the laser path, the progress of the laser beam is not hindered and the laser processing is not affected.
ここで、前記測温ユニットが、前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに、それぞれ配設されている。
レーザー光制御部は、レーザー光の進行方向を変化させ、レーザー光を加工ヘッド側に伝送するか否かを制御するものである。このレーザー光制御部に対してレーザー光が入射する際に光軸位置が変動していた場合には、上述の制御を精度良く行うことができなくなってしまう。また、レーザー光制御部から放出されるレーザー光の方向によって、レーザー光を加工ヘッド側に伝送するか否かが制御されることから、レーザー光が適正方向に偏向されていることを確認することが重要となる。よって、レーザー光制御部のレーザー光の入口と出口とに測温ユニットを配設することによって、レーザー光を精度良く制御することが可能となり、レーザー加工を安定して行うことができる。
また、前記レーザー光の入口と出口とでそれぞれ光軸位置を検出することにより、レーザー光制御部に対するレーザー光の進行方向を確認することができる。
さらに、前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに設けられた前記測温ユニットによって前記レーザー光の光軸位置を検出し、前記レーザー光の入口と出口の光軸位置からレーザー光の進行方向を算出し、前記ミラー部材及び前記レーザー光制御部を移動させて、前記レーザー光の進行方向を調整するレーザー光進行方向調整手段を備えている。この場合、レーザー光進行方向調整手段によって、レーザー光制御部に対するレーザー光の進行方向が調整されるので、レーザー光制御部においてレーザー光の制御を精度良く行うことができ、加工品質を大幅に向上させることができる。
Here, the temperature measuring units are respectively disposed at the laser light entrance and the exit of the laser light control unit .
The laser beam control unit controls whether or not the laser beam is transmitted to the processing head side by changing the traveling direction of the laser beam. If the optical axis position fluctuates when the laser light is incident on the laser light control unit, the above control cannot be performed with high accuracy. In addition, since whether or not to transmit the laser beam to the processing head side is controlled by the direction of the laser beam emitted from the laser beam control unit, confirm that the laser beam is deflected in the proper direction. Is important. Therefore, by providing temperature measuring units at the laser light inlet and outlet of the laser light control unit, it becomes possible to control the laser light with high accuracy and to perform laser processing stably.
Further, by detecting the optical axis positions at the entrance and exit of the laser beam, the traveling direction of the laser beam with respect to the laser beam control unit can be confirmed.
Furthermore, the optical axis positions of the laser light are detected by the temperature measuring units provided at the laser light entrance and exit of the laser light control unit, and laser light is detected from the optical axis positions of the laser light entrance and exit. And a laser beam traveling direction adjusting means for adjusting the traveling direction of the laser beam by moving the mirror member and the laser beam control unit. In this case, the laser beam traveling direction adjustment means adjusts the laser beam traveling direction with respect to the laser beam control unit, so the laser beam control unit can accurately control the laser beam and greatly improve the processing quality. Can be made.
前記ミラー部材及び前記レンズ部材の少なくとも一方に、前記測温ユニットが配設されていることが好ましい。
この場合、レーザー光が反射されるミラー部材やレーザー光が透過されるレンズ部材においても、光軸位置の変化を検出することが可能となり、例えば、レーザー発振器から加工ヘッドまでの距離が長くてもレーザー光を安定してワークに照射することが可能となり、加工品質をさらに向上させることができる。
また、前記光軸位置検出手段によって検出された前記レーザー光の光軸位置に基づいて、前記ミラー部材を移動させ、光軸位置の調整を行う光軸位置調整手段を備えていることが好ましい。
光軸位置検出手段によって前記レーザー光の光軸位置の変動が確認された場合には、そのレーザー経路の前段側(レーザー発振器側)のミラー部材の位置、角度を調整することによって、レーザー光の光軸位置を所定の位置に修正させることが可能となる。そこで、光軸位置調整手段を備えることによって、レーザー加工中において、光軸位置の検出のみでなく、光軸位置の調整も行うことができ、レーザー加工をさらに安定して行うことが可能となる。
It is preferable that the temperature measuring unit is disposed on at least one of the mirror member and the lens member.
In this case, a change in the optical axis position can be detected even in a mirror member that reflects laser light or a lens member that transmits laser light. For example, even if the distance from the laser oscillator to the processing head is long, It becomes possible to stably irradiate the workpiece with laser light, and the processing quality can be further improved.
Moreover, it is preferable to provide an optical axis position adjusting means for adjusting the optical axis position by moving the mirror member based on the optical axis position of the laser beam detected by the optical axis position detecting means.
When the variation of the optical axis position of the laser beam is confirmed by the optical axis position detecting means, the position and angle of the mirror member on the front stage side (laser oscillator side) of the laser path are adjusted to adjust the laser beam position. It becomes possible to correct the optical axis position to a predetermined position. Therefore, by providing the optical axis position adjusting means, not only the detection of the optical axis position but also the adjustment of the optical axis position can be performed during laser processing, and laser processing can be performed more stably. .
また、前記測温ユニットにおいては、前記温度センサが、前記レーザー経路の上下左右にそれぞれ配設されていることが好ましい。
この場合、レーザー光の光軸位置の変動を、上下方向と左右方向とで検出することが可能となる。よって、光軸位置の変動を、簡単にかつ精度良く検出することができる。
Further, in the temperature measuring unit, it is preferable that the temperature sensors are respectively disposed on the upper, lower, left and right sides of the laser path.
In this case, the fluctuation of the optical axis position of the laser light can be detected in the vertical direction and the horizontal direction. Therefore, it is possible to easily and accurately detect the fluctuation of the optical axis position.
さらに、前記ミラー部材、前記レンズ部材および前記レーザー光制御部のうち前記測温ユニットが取り付けられた部材は、温度調整装置によって一定温度に温度調整されていることが好ましい。
これは、レーザー光のエネルギー密度が高く、局所的であるという特徴によるものである。温度センサに近い位置にビームがある場合、ビームのエネルギーが強大であるため、ビームのエネルギーにより温度が極端に上昇する。一方、温度センサから遠い位置にビームがある場合は、測温データにはほとんど影響を及ぼさず、調節された温度で安定する。
温調する場合の温度範囲はT=10〜50℃の範囲内であることが望ましい。Tが低すぎると、多大なエネルギーを要して経済的でなく、また温調部への結露等による悪影響が懸念される。Tが高すぎると、やはり経済的に不利であり、またレーザー入射位置が温度センサに近づいた場合と遠ざかった場合との温度差が小さくなり、レーザー位置の同定精度が落ちることになる。
温度調節の手法については、特に限定はなく、例えば水、油等の液体や気体等の流体を利用したものや、電気的手法を利用したものであってもよい。
Furthermore, it is preferable that the member to which the temperature measuring unit is attached among the mirror member, the lens member, and the laser light control unit is temperature adjusted to a constant temperature by a temperature adjusting device.
This is due to the feature that the energy density of the laser beam is high and local. When the beam is close to the temperature sensor, the energy of the beam is strong, and the temperature extremely increases due to the energy of the beam. On the other hand, when the beam is at a position far from the temperature sensor, the temperature measurement data is hardly affected and the temperature is stabilized at the adjusted temperature.
It is desirable that the temperature range for temperature adjustment is in the range of T = 10 to 50 ° C. If T is too low, a large amount of energy is required, which is not economical, and there is a concern about adverse effects such as condensation on the temperature control section. If T is too high, it is also economically disadvantageous, and the temperature difference between the case where the laser incident position approaches and the distance from the temperature sensor becomes small, and the accuracy of laser position identification decreases.
The temperature adjustment method is not particularly limited, and for example, a method using a liquid such as water or oil or a fluid such as a gas, or a method using an electric method may be used.
また、前記測温ユニットに備えられた複数の温度センサの測定値から、前記レーザー光のビーム径を検出するビーム径検出手段を備えていることが好ましい。
レーザー光のビーム径が大きくなった場合には、レーザー経路の周囲に配設された温度センサの全てにレーザー光が近接していくことになり、全ての温度センサで温度上昇が観測されることになる。一方、レーザー光のビーム径が小さくなった場合には、レーザー経路の周囲に配設された温度センサの全てからレーザー光が離間していくことになり、全ての温度センサで温度降下が観測されることになる。このようにして、測温ユニットによってレーザー光のビーム径を検出することが可能となる。
Moreover, it is preferable that a beam diameter detecting unit that detects a beam diameter of the laser light from measured values of a plurality of temperature sensors provided in the temperature measuring unit is provided.
When the beam diameter of the laser beam becomes large, the laser beam will be close to all the temperature sensors arranged around the laser path, and temperature rise will be observed at all temperature sensors. become. On the other hand, when the beam diameter of the laser beam is reduced, the laser beam is separated from all the temperature sensors arranged around the laser path, and a temperature drop is observed in all the temperature sensors. Will be. In this manner, the beam diameter of the laser light can be detected by the temperature measuring unit.
さらに、前記ビーム径検出手段によって検出された前記レーザー光のビーム径に基づいて、前記レンズ部材を制御し、ビーム径の調整を行うビーム径調整手段を備えていることが好ましい。
この場合、レンズ部材を制御することによってビーム径を調整することができる。また、レーザー加工中において、ビーム径の検出のみでなく、ビーム径の調整も行うことができ、レーザー加工をさらに安定して行うことが可能となる。
Furthermore, it is preferable to include a beam diameter adjusting unit that controls the lens member and adjusts the beam diameter based on the beam diameter of the laser beam detected by the beam diameter detecting unit.
In this case, the beam diameter can be adjusted by controlling the lens member. Further, during laser processing, not only detection of the beam diameter but also adjustment of the beam diameter can be performed, and laser processing can be performed more stably.
また、前記測温ユニットの測定値に基づいて、前記測温ユニットが配設された部材の交換時期を判断する寿命判断手段を備えていることが好ましい。
レーザー光制御部、ミラー部材及びレンズ部材等が劣化した場合、その部材自体の温度が上昇することになる。そこで、測温ユニットによる温度データが一定の閾値を超えた場合には、その部材が劣化したと判断することが可能となる。このように、寿命判断手段によって部材の交換時期を判断することにより、突発的な故障を防止することができ、レーザー加工をさらに安定して行うことができる。
Moreover, it is preferable to provide a life determination means for determining the replacement time of the member on which the temperature measuring unit is arranged based on the measured value of the temperature measuring unit.
When the laser light control unit, the mirror member, the lens member, etc. deteriorate, the temperature of the member itself rises. Therefore, when the temperature data by the temperature measuring unit exceeds a certain threshold value, it can be determined that the member has deteriorated. Thus, by judging the replacement time of the member by the life judging means, sudden failure can be prevented and laser processing can be performed more stably.
本発明によれば、加工中においてもレーザー光の光軸位置を測定でき、レーザー光による加工を安定して行うことが可能なレーザー加工装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser beam processing apparatus which can measure the optical axis position of a laser beam even during a process, and can perform the process by a laser beam stably can be provided.
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態であるレーザー加工装置10は、例えば円筒状のなすスリーブ印刷版において、その外周面に凸版を形成する際に用いられるものである。
図1に示すレーザー加工装置10は、赤外線領域の波長のレーザー光を発振するレーザー発振器11と、このレーザー発振器11から発振されたレーザ光を遮断するシャッター部12と、レーザ光を反射してレーザー光の進路を変更する第1ミラー部材21と、レーザー光のビーム径を縮小させるコンパウンダー15と、ビーム径が縮小されたレーザー光を反射してレーザー光の進路を変更する第2ミラー部材22と、屈折率を変化させて通過するレーザー光の進行方向を変更するレーザー光制御部30と、レーザー光制御部30を通過したレーザー光を反射してレーザー光の進路を変更する第3ミラー部材23と、レーザー光のビーム径を拡大するエクスパウンダー17と、ビーム径が拡大されたレーザー光を反射してレーザー光の進路を変更する第4ミラー部材24と、レーザー光をワークWに対して照射する加工ヘッド18と、を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
The
A
レーザー発振器11は、炭酸ガスが充填された光共振器を備えており、この光共振器内の光を炭酸ガス中において誘導放出によって増幅し、レーザー光を発振する構成とされている。この炭酸ガスを用いたレーザー発振器11からは、波長が10.6μm程度の赤外線領域のレーザー光が発振されることになる。なお、このレーザー発振器11は、安定してレーザー光を発振するために、常時、レーザー光を発振した状態とされている。
The
シャッター部材12は、レーザー発振器11から発振されるレーザー光を遮断するように移動可能とされている。このシャッター部材12がレーザー光の経路上に移動されると、レーザー光が、シャッター部材12によって反射されてビーム吸収器13へと照射されるように構成されている。ビーム吸収器13は、照射されたレーザー光のエネルギーを熱に変換し、冷却することによって吸収するものである。
The
第1ミラー部材21は、レーザー発振器11から発振されたレーザー光を反射して、レーザー光をコンパウンダー15へと伝送する。なお、この第1ミラー部材21には、位置及び角度を調整する駆動部21aが設けられている。
コンパウンダー15は、レーザー光の進行方向に対して複数のレンズが積層するように配設されており、レーザー光のビーム径を縮小するものである。なお、本実施形態では、約20mmのビーム径を約5mmまで縮小する構成とされている。
第2ミラー部材22は、コンパウンダー15を通過したレーザー光を反射して、レーザー光をレーザー光制御部30へと伝送する。なお、この第2ミラー部材22には、位置及び角度を調整する駆動部22aが設けられている。
The
The
The
レーザー光制御部30は、音響波によって屈折率を変化させて通過するレーザー光の進行方向を変更することができ、かつ、レーザー光の強度を変調可能な音響光学素子(Acosto−Optic Modurator:AOM/Acosto−Optic Deflector:AOD)を備えている。
このレーザー光制御部30では、レーザー光の進行方向を偏向させることによって、レーザー光による加工のON/OFF制御を行う。また、レーザー光の強度を変調させて、レーザー光によるワークWの加工深さを調整することになる。
さらに、このレーザー光制御部30は、回転移動可能な回転駆動テーブル31を備えている。また、レーザー光制御部30の内部には水路(図示なし)が設けられており、この水路に通す水の温度を所定温度(例えば21℃)に保持するための温度調整装置32が設けられている。
The laser
The laser
Further, the laser
第3ミラー部材23は、レーザー光制御部30を通過したレーザー光を反射するものである。ここで、レーザー光制御部30においてレーザー光が偏向された場合、図1の点線で示すように、第3ミラー部材23に反射されたレーザー光は、ビーム吸収器16へと照射されるように構成されている。一方、レーザー光制御部30においてレーザー光が偏向されない場合には、図1の実線で示すように、レーザー光はエクスパウンダー17へと伝送される。なお、この第3ミラー部材23には、位置及び角度を調整する駆動部23aが設けられている。
The
エクスパウンダー17は、レーザー光の進行方向に対して複数のレンズが積層するように配設されており、レーザー光のビーム径を拡大するものである。なお、本実施形態では、約5mmのビーム径を約20mmまで拡大する構成とされている。
第4ミラー部材24は、エクスパウンダー17を通過したレーザー光を反射して、レーザー光を加工ヘッド18へと伝送する。なお、この第4ミラー部材24には、位置及び角度を調整する駆動部24aが設けられている。
加工ヘッド18は、ワークWに対してレーザー光を照射して、ワークWの加工を行うものである。
The
The
The
そして、本実施形態においては、レーザー光制御部30のレーザー光の入口及び出口に、測温ユニット40(40A、40B)がそれぞれ配設されている。この測温ユニット40(40A、40B)は、図2に示すように、レーザー光制御部30のレーザー光の入口(出口)の上部に第1温度センサ41(41A、41B)が、下部に第2温度センサ42(42A、42B)が、右側に第3温度センサ43(43A、43B)が、左側に第4温度センサ44(44A、44B)が、それぞれ配設されて構成されている。ここで、レーザー光の光軸が位置すべき基準位置の上下に一対の温度センサ(第1温度センサ41、第2温度センサ42)が設けられ、前記基準位置の左右に一対の温度センサ(第3温度センサ43、第4温度センサ44)が配設されているのである。
In the present embodiment, the temperature measuring units 40 (40A, 40B) are disposed at the laser light inlet and outlet of the laser
測温ユニット40A、40Bは、光軸位置を検出するとともにレーザー光のビーム径を検出する検出部51と、この検出結果に基づいて第1ミラー部材21、第2ミラー部材22の位置、角度、及び、コンパウンダー15の調整を行う調整部52と、を備えた制御器50に接続されている。また、調整部52は、レーザー光制御部30に設けられた回転駆動テーブル31の制御を行う構成とされている。
The
ここで、本実施形態である測温ユニット40では、第1温度センサ41、第2温度センサ42、第3温度センサ43及び第4温度センサ44の4つの温度センサによって、レーザー光の光軸位置を検出することになる。
例えば、図3において、光軸が、基準位置(中心O)から(+X,+Y)の位置に変動した場合、レーザー光の光軸が近接する第1温度センサ41及び第3温度センサ43によって測定される温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する第2温度センサ42及び第4温度センサ44によって測定される温度が降下することになる。
光軸が、基準位置(中心O)から(+X,−Y)の位置に変動した場合、レーザー光の光軸が近接する第2温度センサ42及び第3温度センサ43によって測定される温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する第1温度センサ41及び第4温度センサ44によって測定される温度が降下することになる。
光軸が、基準位置(中心O)から(−X,−Y)の位置に変動した場合、レーザー光の光軸が近接する第2温度センサ42及び第4温度センサ44によって測定される温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する第1温度センサ41及び第3温度センサ43によって測定される温度が降下することになる。
光軸が、基準位置(中心O)から(−X,+Y)の位置に変動した場合、レーザー光の光軸が近接する第1温度センサ41及び第4温度センサ44によって測定される温度が上昇し、レーザー光の光軸が離間する第2温度センサ42及び第3温度センサ43によって測定される温度が降下することになる。
Here, in the
For example, in FIG. 3, when the optical axis fluctuates from the reference position (center O) to the position of (+ X, + Y), measurement is performed by the
When the optical axis fluctuates from the reference position (center O) to the position of (+ X, −Y), the temperature measured by the
When the optical axis fluctuates from the reference position (center O) to the position (−X, −Y), the temperature measured by the
When the optical axis changes from the reference position (center O) to the position (−X, + Y), the temperature measured by the
さらに、それぞれの温度センサ(第1温度センサ41、第2温度センサ42、第3温度センサ43及び第4温度センサ44)の温度上昇、温度降下の度合いから、光軸位置を把握することが可能となる。
ここで、本実施形態では、レーザー光制御部30に、温度を所定温度(例えば21℃)に保持するための温度調整装置32が設けられているので、レーザー光の光軸が離間する温度センサによって測定される温度は、温度調整装置32によって保持される所定温度(例えば21℃)に収束することになる。よって、この所定温度を基準として前記温度センサ(第1温度センサ41、第2温度センサ42、第3温度センサ43及び第4温度センサ44)の温度上昇度合いから、光軸位置を正確に把握することができるのである。
Furthermore, it is possible to grasp the optical axis position from the degree of temperature rise and temperature drop of each temperature sensor (
Here, in the present embodiment, the
このようにして、測温ユニット40A、40B及び検出部51によって光軸位置が基準位置からズレたことを検出した場合には、調整部52から第2ミラー部材22、第1ミラー部材21の駆動部22a、21aに対して制御信号を発信し、これら第2ミラー部材22、第1ミラー部材21の位置、角度を変更して、光軸位置を調整することになる。
In this way, when the
さらに、本実施形態では、レーザー光制御部30のレーザー光の入口及び出口にそれぞれ測温ユニット40A、40Bが配設されていることから、それぞれの測温ユニット40A、40Bで検出された光軸位置から、レーザー光制御部30に対するレーザー光の進行方向を算出することが可能となる。そして、レーザー光の進行方向にズレが生じていた場合には、調整部52から第2ミラー部材22、第1ミラー部材21の駆動部22a、21a及び回転駆動テーブル31に対して制御信号を発信し、これら第2ミラー部材22、第1ミラー部材21の位置、角度、レーザー光制御部30の角度を調整し、レーザー光制御部30に対するレーザー光の進行方向を調整することになる。
Furthermore, in this embodiment, since the
ここで、図4のフロー図を用いて、調整部52が行うレーザー光の光軸位置及びレーザー光の進行方向の調整作業について説明する。
レーザー光制御部30のレーザー光の入口側の測温ユニット40Aによって光軸位置を検出する(S1)。ここで、光軸位置が所定位置からずれていた場合には、第2ミラー部材22の駆動部22aに対して制御信号を発信し、第2ミラー部材22の位置、角度を変更して光軸位置を調整する(S2)。そして、再度、測温ユニット40Aによって光軸位置を検出する(S1)。測温ユニット40Aによって検出される光軸位置が所定位置に調整されたことが確認されたら、レーザー光の出口側の測温ユニット40Bによって光軸位置を検出する(S3)。光軸位置にズレが生じていた場合には、回転駆動テーブル31に対して制御信号を発信し、レーザー光制御部30を回転移動させる(S4)。そして、再度、レーザー光の入口側の測温ユニット40Aによって光軸位置を検出する(S1)。これらの作業を繰り返すことによって、レーザー光制御部30に対するレーザー光の進行方向及び光軸位置が調整されることになる。
Here, the adjustment operation of the optical axis position of the laser beam and the traveling direction of the laser beam performed by the
The optical axis position is detected by the
また、光軸位置が基準位置に調整された状態で、ビーム径が拡大した場合には、第1温度センサ41、第2温度センサ42、第3温度センサ43及び第4温度センサ44の測温データが全て上昇することになる。一方、ビーム径が縮小した場合には、第1温度センサ41、第2温度センサ42、第3温度センサ43及び第4温度センサ44の測温データが全て降下することになる。このようにして、レーザー光のビーム径を検出することが可能となる。
そして、ビーム径を検出し、ビーム径が基準値から変動していた場合には、コンパウンダー15を調整し、ビーム径の調整を行うことになる。
Further, when the beam diameter is expanded in a state where the optical axis position is adjusted to the reference position, the temperature measurement of the
Then, when the beam diameter is detected and the beam diameter varies from the reference value, the
さらに、第1温度センサ41、第2温度センサ42、第3温度センサ43及び第4温度センサ44の測温データが、ある閾値を超えるように上昇した場合には、この測温ユニット40が配設されたレーザー光制御部30が劣化したと判断される。すなわち、前述の検出部51においては、このレーザー光制御部30の寿命を判断することが可能である。
Further, when the temperature measurement data of the
また、レーザー光制御部30の前段側(レーザー発振器11側)には、レーザー光の一部を反射するとともに残りのレーザー光を透過する部分反射板61と、この部分反射板61で反射された反射光の強度を測定する強度測定部62が設けられている。この強度測定部62は、制御器50の検出部51に接続され、調整部52からレーザー発振器11に対して、レーザー出力を調整する制御信号を発信する構成とされている。
In addition, the
以上のような構成とされた本実施形態であるレーザー加工装置10によれば、レーザー光が通過するレーザー経路の周囲に、複数の温度センサ(第1温度センサ41、第2温度センサ42、第3温度センサ43及び第4温度センサ44)が配設されてなる測温ユニット40と、この測温ユニット40の測定値からレーザー経路におけるレーザー光の光軸位置を検出する検出部51と、を備えているので、レーザー光の進行を妨げることなく、レーザー加工を実施している状態でも、レーザー光の光軸位置を検出することができる。
According to the
また、この測温ユニット40が、レーザー光制御部30のレーザー光の入口と出口とにそれぞれ配設されているので、レーザー光制御部30に対するレーザー光の光軸位置が安定することになり、また、レーザー光制御部30に対するレーザー光の進行方向についても検出及び調整を行うことが可能である。よって、レーザー光制御部30におけるレーザー光の制御(偏向/変調)を精度良く行うことができ、ワークWの加工を安定して行うことができる。
Further, since the
また、測温ユニット40においては、レーザー経路の上部に第1温度センサ41が、下部に第2温度センサ42が、右側に第3温度センサ43が、左側に第4温度センサ44が、それぞれ配設されて構成されているので、レーザー光の光軸位置を、直交座標上で表現することが可能となる。
また、検出部51によって検出されたレーザー光の光軸位置に基づいて、第2ミラー部材22、第1ミラー部材21の位置、角度を変更して光軸位置を調整する調整部52を備えているので、レーザー加工中において、光軸位置の検出のみでなく、光軸位置の調整を行うことができ、レーザー加工をさらに安定して行うことが可能となる。
Further, in the
In addition, an
また、検出部51においては、測温ユニット40の複数の温度センサ(第1温度センサ41、第2温度センサ42、第3温度センサ43及び第4温度センサ44)の測定値から、レーザー光のビーム径を検出することができる。
さらに、検出部51で検出されたレーザー光のビーム径に基づいて、コンパウンダー15の制御を行ってビーム径を調整する調整部52を備えているので、レーザー加工中にビーム径が変動した場合でも、ビーム径を制御でき、レーザー加工をさらに安定して行うことが可能となる。
Further, in the
In addition, since the
また、検出部51においては、測温ユニット40の複数の温度センサ(第1温度センサ41、第2温度センサ42、第3温度センサ43及び第4温度センサ44)の測定値から、測温ユニット40が配設された部材(本実施形態では、レーザー光制御部30)の劣化を判断することが可能な構成とされているので、加工中の突発的な故障を防止することができ、レーザー加工を安定して行うことができる。
Further, in the
さらに、本実施形態では、レーザー光制御部30の前段側(レーザー発振器11側)に、レーザー光の一部を反射するとともに残りのレーザー光を透過する部分反射板61と、この部分反射板61で反射された反射光の強度を測定する強度測定部62が設けられているので、ワークWの加工中においてもレーザー光の強度を測定することができる。また、測定されたレーザー光の強度に基づいてレーザー発振器11の出力を調整する構成とされていることから、レーザー光制御部30へと入射されるレーザー光の強度を安定させることができ、ワークWの加工を安定して行うことができる。
Further, in the present embodiment, a
また、本実施形態においては、レーザー光制御部の温度を所定値(例えば21℃)に保持するための温度調整装置32が設けられているので、測温ユニット40においてレーザー光が離間した位置の温度センサの測定値が、所定値(例えば21℃)に収束することになる。このため、温度センサの測温データから光軸位置を精度良く算出することができる。
Further, in the present embodiment, since the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、レーザー光制御部に測温ユニットを配設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、ミラー部材や、コンパウンダー及びエクスパウンダー等のレンズ部材に、測温ユニットを配設してもよい。この場合、レーザー光が反射されるミラー部材やレーザー光が透過されるレンズ部材においても、光軸位置の変化を検出することが可能となり、例えば、レーザー発振器から加工ヘッドまでの距離が長くてもレーザー光を安定してワークに照射することが可能となり、加工品質をさらに向上させることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, in the present embodiment, the temperature measurement unit is provided in the laser light control unit. However, the present invention is not limited to this, and a mirror member or a lens member such as a compounder or an expander is used for measurement. A temperature unit may be provided. In this case, a change in the optical axis position can be detected even in a mirror member that reflects laser light or a lens member that transmits laser light. For example, even if the distance from the laser oscillator to the processing head is long, It becomes possible to stably irradiate the workpiece with laser light, and the processing quality can be further improved.
さらに、レーザー光制御部の前段側(レーザー発振器側)に、レーザー光の一部を反射するとともに残りのレーザー光を透過する部分反射板と、この部分反射板で反射された反射光の強度を測定する強度測定部と、を備えたものとして説明したが、これら部分反射板及び強度測定部を備えていなくてもよい。
また、ミラー部材の数、レンズ部材の数、レーザー発振器の配置等は、本実施形態に限定されることはなく、適宜設計変更することが可能である。
Furthermore, on the front side (laser oscillator side) of the laser light control unit, the partial reflection plate that reflects a part of the laser light and transmits the remaining laser light, and the intensity of the reflected light reflected by this partial reflection plate Although it demonstrated as having the intensity | strength measurement part to measure, these partial reflectors and the intensity | strength measurement part do not need to be provided.
Further, the number of mirror members, the number of lens members, the arrangement of laser oscillators, and the like are not limited to this embodiment, and can be appropriately changed in design.
また、本実施形態では、レーザー光制御部30に測温ユニット40を配設し、制御器50の調整部52によって、第1ミラー部材21、第2ミラー部材22、回転駆動テーブル31、コンパウンダー15を制御するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の箇所に測温ユニット40を配設して、制御器50の調整部52によって、例えば第3ミラー部材23、第4ミラー部材24及びエクスパウンダー17等を制御するものとしてもよい。
In the present embodiment, the
以下に、本発明のレーザー加工装置によって、レーザー光の光軸位置を検出する方法について具体的に説明する。
この実施例においては、図5に示すレーザー光制御部130(AOM)の入側部分に、測温ユニット140を配設し、この測温ユニット140を用いてレーザー光の光軸位置を検出した。
Hereinafter, a method for detecting the optical axis position of the laser beam by the laser processing apparatus of the present invention will be specifically described.
In this embodiment, a
このレーザー光制御部130は、図5に示すように、幅Wが50mm、奥行Lが70mm、高さHが30mmの箱型をなしている。さらにレーザ光制御部130は、より高い精度でのレーザー光の位置検出を行う必要があることから、内部に水路133が設けられており、この水路133に対して冷却水を供給することにより、その温度を21±0.5℃の範囲に調整可能な構成とした。
As shown in FIG. 5, the laser
そして、このレーザー光制御部130のレーザー光入側に、幅W2が30mm、高さH2が10mmの矩形状をなす入射窓部145が備えられた測温ユニット140を配設した。ここで、この測定ユニット140に、図6に示すように、入射窓部145の中心位置Oの上方に位置する第1温度センサ141、中心位置Oの下方側に位置する第2温度センサ142、中心位置Oの幅方向一方側(図6において右側)に位置する第3温度センサ143、中心位置Oの幅方向他方側(図6において左側)に位置する第4温度センサ144、をそれぞれ配設した。なお、本実施例では、これらの第1、第2、第3、第4温度センサ141、142、143、144は、入射窓部145の周縁からそれぞれ5mm離間した位置に配設した。
A
実施例1として、図7に示すように、中心位置Oに沿って幅方向にレーザー光の光軸位置を変化させて、第1、第2、第3、第4温度センサ141、142、143、144の測温データを採取した。測温結果を表1及び図8に示す。なお、表1においては、中心位置Oを中心として、幅方向をX方向(幅方向一方側を+、他方側を−)、上下方向をY方向(上方向を+、下方向を−)として、測定点を直交座標で表した。
As Example 1, the first, second, third, and
表1に示すように、全ての測定点において第1温度センサ141、第2温度センサ142の温度データは同一であった。これは、レーザー光の光軸位置が中心位置Oに沿って幅方向に移動していることから、各測定点において、光軸位置と第1温度センサ141との距離、及び、光軸位置と第2温度センサ142と距離が同一であるためである。
一方、第3温度センサ143、第4温度センサ144については、レーザー光の光軸が近接すると、急激に温度が上昇するように、測定点毎に変化した。
As shown in Table 1, the temperature data of the
On the other hand, about the
次に、実施例2として、図9に示すように、中心位置Oよりも上方位置に沿って幅方向にレーザー光の光軸位置を変化させて、第1、第2、第3、第4温度センサ141、142、143、144の測温データを採取した。測温結果を表2及び図10に示す。なお、表2においては、中心位置Oを中心として、幅方向をX方向(幅方向一方側を+、他方側を−)、上下方向をY方向(上方向を+、下方向を−)として、測定点を直交座標で表した。
Next, as Example 2, as shown in FIG. 9, the optical axis position of the laser light is changed in the width direction along the position above the center position O, and the first, second, third, and fourth. Temperature measurement data of the
表2に示すように、全ての測定点において、光軸から離間していた第2温度センサ142では、21℃で一定であった。一方、光軸に近接していた第1温度センサ141では、幅方向に移動することで測温データが大きく変化した。
また、幅方向に配設された第3温度センサ143、第4温度センサ144については、レーザー光の光軸が近接すると、急激に温度が上昇するように、測定点毎に変化した。
As shown in Table 2, the
In addition, the
これら実施例1、2の測温結果から、第1、第2、第3、第4温度センサ141、142、143、144の測温データからレーザー光の光軸位置を推定可能であることが確認された。
実機にて利用する場合には、レーザー光の通過孔を格子状に区画しておき、光軸位置の座標データと第1、第2、第3、第4温度センサ141、142、143、144の測温データとの関係を予めデータベース化しておくことで、連続稼働中であってもレーザー光の光軸位置を精度良く推定することが可能となる。
From the temperature measurement results of Examples 1 and 2, the optical axis position of the laser beam can be estimated from the temperature measurement data of the first, second, third, and
When used in an actual machine, the laser light passage holes are partitioned in a lattice pattern, and the coordinate data of the optical axis position and the first, second, third, and
なお、測温ユニット140の周辺温度が変化すると、光軸位置の座標データと第1、第2、第3、第4温度センサ141、142、143、144の測温データとの関係が変化することになるので、レーザー光制御部130等の温調を精度良く行う必要がある。あるいは、測温ユニット140の周辺温度に対応するように、複数のデータベースを予め準備しておいてもよい。
When the ambient temperature of the
10 レーザー加工装置
11 レーザー発振器
15 コンパウンダー(レンズ部材)
17 エクスパウンダー(レンズ部材)
21 第1ミラー部材(ミラー部材)
22 第2ミラー部材(ミラー部材)
23 第3ミラー部材(ミラー部材)
24 第4ミラー部材(ミラー部材)
30、130 レーザー光制御部
31 回転駆動テーブル
40、40A、40B、140 測温ユニット
41、41A、41B、141 第1温度センサ(温度センサ)
42、42A、42B、142 第2温度センサ(温度センサ)
43、43A、43B、143 第3温度センサ(温度センサ)
44、44A、44B、144 第4温度センサ(温度センサ)
51 検出部(光軸位置検出手段/ビーム径検出手段/寿命判断手段)
52 調整部(光軸位置調整手段/ビーム径調整手段/レーザー光進行方向調整手段)
10
17 Expounder (Lens)
21 First mirror member (mirror member)
22 Second mirror member (mirror member)
23 Third mirror member (mirror member)
24 Fourth mirror member (mirror member)
30, 130 Laser
42, 42A, 42B, 142 Second temperature sensor (temperature sensor)
43, 43A, 43B, 143 Third temperature sensor (temperature sensor)
44, 44A, 44B, 144 Fourth temperature sensor (temperature sensor)
51 Detection unit (optical axis position detection means / beam diameter detection means / lifetime determination means)
52 adjuster (optical axis position adjusting means / beam diameter adjusting means / laser beam traveling direction adjusting means)
Claims (8)
前記レーザー光を発振するレーザー発振器と、
前記レーザー光を反射してレーザ光の進行方向を変更するミラー部材と、
前記レーザー光のビーム径を調整するレンズ部材と、
通過するレーザー光の進行方向を変更するレーザー光制御部と、
前記レーザー光が通過するレーザー経路の周囲に配設された複数の温度センサからなる測温ユニットと、
前記測温ユニットに備えられた複数の温度センサの測定値から、前記レーザー経路における前記レーザー光の光軸位置を検出する光軸位置検出手段と、を備え、
前記測温ユニットが、前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに、それぞれ配設されており、
前記レーザー光制御部の前記レーザー光の入口と出口とに設けられた前記測温ユニットによって前記レーザー光の光軸位置を検出し、前記レーザー光の入口と出口の光軸位置からレーザー光の進行方向を算出し、前記ミラー部材及び前記レーザー光制御部を移動させて、前記レーザー光の進行方向を調整するレーザー光進行方向調整手段を備えていることを特徴とするレーザー加工装置。 A laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating a laser beam,
A laser oscillator for oscillating the laser beam;
A mirror member that reflects the laser beam and changes the traveling direction of the laser beam;
A lens member for adjusting the beam diameter of the laser beam;
A laser light control unit for changing the traveling direction of the laser light passing therethrough,
A temperature measuring unit comprising a plurality of temperature sensors disposed around a laser path through which the laser beam passes;
An optical axis position detecting means for detecting an optical axis position of the laser beam in the laser path from measured values of a plurality of temperature sensors provided in the temperature measuring unit ;
The temperature measuring units are respectively disposed at the laser light inlet and the outlet of the laser light control unit,
The temperature measuring units provided at the laser light entrance and exit of the laser light control unit detect the optical axis positions of the laser light, and the laser light travels from the optical axis positions of the laser light entrance and exit. A laser processing apparatus comprising: a laser beam traveling direction adjusting unit that calculates a direction and moves the mirror member and the laser beam control unit to adjust a traveling direction of the laser beam .
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