JP6895353B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工テーブルに支持されたワークに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工装置に関する。さらに詳細には、レーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端部（下端部）を下側から撮像するカメラを備えた撮像ユニットを前記加工テーブルよりも高位置に備え、かつ前記カメラを備えた移動ケーシングを、レーザ加工ヘッドの移動領域に対して出入自在に備えたレーザ加工装置に関する。

従来、レーザ加工装置において、例えば切断加工などのレーザ加工を行うと、レーザ加工時に発生したスパッタやヒュームなどの粉塵等が、レーザ加工ヘッドに備えたノズルに付着することがある。ノズルの先端部に粉塵等が付着すると、ノズル先端の開口部の真円度が変化する。したがって、ノズルから噴出されるアシストガスの噴流に乱れが生じ、加工不良を生じることがある。よって、ノズルの先端部をＣＣＤカメラによって撮像して形状の異常を検査することが行われている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００５−３３４９２２号公報 特許第５２７２１８６号公報

前記特許文献１に記載の構成においては、ノズル先端の開口部の検査を行うカメラを備えたノズル検査装置はレーザ加工具の段取りステーションに備えられている。そして、検査を行うカメラユニットは、段取りステーションに上下動自在に備えられている。したがって、レーザ加工ヘッドは、ワークのレーザ加工を行う加工領域以外の段取りステーションへ移動する必要がある。すなわち、レーザ加工ヘッドは、加工領域以外にも大きく移動する必要がある。よって、全体的構成が大きくなる傾向にあり、小型化を図る上において問題がある。

さらに、カメラユニットは上下動する構成であって上方向を指向した構成である。したがって、上下方向のスペースが必要であると共に、カメラユニット上に塵埃が集積し易いという問題がある。

前記特許文献２に記載の構成は、レーザ加工ヘッドと一体的にＸ軸方向へ移動自在なＸ軸移動体にＹ軸方向へ突出した支持バーを備え、この支持バーにＣＣＤカメラを備えた構成である。したがって、レーザ加工ヘッドは、Ｙ軸方向のレーザ加工領域外のＣＣＤカメラの位置へ移動する必要がある。

また、ＣＣＤカメラは上方向を指向して備えられているので、飛散した塵埃が集積し易いという問題がある。

本発明のレーザ加工装置は、加工テーブルに支持されたワークに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドの移動領域外に配置され、前記レーザ加工ヘッドに備えられているノズルを下側から撮像するカメラを有する撮像ユニットと、を備え、前記撮像ユニットは、前記加工テーブル側に開口を有し、前記開口が出入口とされているケーシングと、前記カメラを有し、前記出入口を介して前記ケーシングに対して出入自在であり、前記ケーシング外へと突出したときに、前記加工テーブルがワークを支持するワーク支持面よりも高位置であって前記レーザ加工ヘッドの移動領域内へ移動位置決め自在とされている移動ケーシングと、前記移動ケーシングが前記ケーシング内へと移動したときに、前記出入口を閉鎖する閉鎖部材と、を含む。

上記のレーザ加工装置において、前記移動ケーシングは水平方向に移動可能である。

上記のレーザ加工装置において、前記カメラは、前記移動ケーシング内に水平方向を指向するように配置され、前記撮像ユニットは、前記移動ケーシング内に配置され、前記ノズルの下端部を照明するリングライトと、前記リングライトの下側に配置され、入射する光を前記カメラの方向へと屈曲させるベンドミラーと、をさらに含む。

上記のレーザ加工装置において、前記撮像ユニットは、前記リングライトの上方に、前記レーザ加工ヘッドから照射されるレーザ光を可視光に変換する光学素子をさらに含む。

上記のレーザ加工装置において、前記移動ケーシングの上面には、前記カメラが前記ノズルを下側から撮像するための透孔が形成されており、前記透孔には、防塵用のフィルターが装着されている。

本発明によれば、レーザ加工ヘッドに備えたノズルを下側から撮像するカメラを備えた撮像ユニットは、レーザ加工ヘッドの移動領域外において、加工テーブルのワーク支持面より高位置に備えられている。そして、カメラを内装した移動ケーシングは、前記移動領域内へ移動位置決め自在に備えられている。したがって、レーザ加工ヘッドの移動領域の省スペース化を図ることができる。よって、レーザ加工装置の全体的構成の小型化を図ることができる。また、カメラに対する防塵を効果的に行うことができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置における加工テーブルと撮像ユニットとの関係を示した斜視説明図である。 本発明の実施形態に係るレーザ加工装置における加工テーブルと撮像ユニットとの関係を示した斜視説明図である。 撮像ユニットと加工テーブル及びレーザ加工ヘッドの関係を示す拡大斜視説明図である。 撮像ユニットの主要な構成を示す斜視説明図である。 レーザ加工ヘッドに備えたノズルと、ノズルを撮像するカメラとの位置的関係を示す説明図である。 撮像ユニットを撮像位置に位置決めするための位置決め手段の構成を示す斜視説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、レーザ加工装置の全体的構成は、既によく知られた構成である。したがって、理解を容易にするために、全体的構成を概略的に説明する。図１，２を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、ベースフレーム３を備えている。このベースフレーム３における左右方向（Ｘ軸方向）の両側には、前後方向(Ｚ軸方向)に長いガイドレール５が備えられている。

そして、前記ガイドレール５には門型のキャリッジ６における左右両側のコラム６Ａ，６Ｂが移動自在に支持されている。このコラム６Ａ，６Ｂの上部には左右方向のガイドビーム６Ｃの両端側が一体的に支持されている。そして、このガイドビーム６Ｃにはヘッドキャリッジ６ＤがＸ軸方向へ移動自在に支持されている。このヘッドキャリッジ６Ｄには、レーザ加工ヘッド６Ｅが上下動自在に備えられている。

また、前記ベースフレーム３には、加工テーブル７が水平に備えられている。この加工テーブル７には、板状のワークＷを支持する複数のスキッド９が備えられている。なお、前記加工テーブル７の構成は公知である。したがって、加工テーブル７の詳細についての説明は省略する。

既に理解されるように、前記加工テーブル７上に板状のワークＷを水平に載置位置決めした後、制御装置（図示省略）の制御の下に、レーザ加工ヘッド６ＥをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動しつつワークＷのレーザ加工を行うことになる。上述のように、ワークＷのレーザ加工を行うと、レーザ加工時に発生したスパッタやヒュームなどの塵埃が、レーザ加工ヘッド６Ｅに備えたノズル３７（図３参照）に付着することになる。そして、ノズル３７に塵埃等が付着すると、加工不良を生じることがある。

そこで、ノズル３７の状態を検査するために、ベースフレーム３の一部には、レーザ加工ヘッド６Ｅに備えたノズル３７を下側から撮像するカメラ３１（図４参照）を備えた撮像ユニット１１が備えられている。図１，２から理解されるように、撮像ユニット１１は、加工テーブル７においてワークＷを支持する複数のスキッド９によって構成されるワーク支持面より高位置に備えられている。そして、撮像ユニット１１は、加工テーブル７上のワークＷのレーザ加工を行うために、レーザ加工ヘッド６Ｅが移動するＸ−Ｚ平面の移動領域外に備えられている。すなわち、撮像ユニット１１は、加工テーブル７上のワークＷのレーザ加工を行う際に、レーザ加工ヘッド６Ｅと干渉を生じない位置に備えられている。

そして、前記レーザ加工ヘッド６Ｅ（図３参照）に備えたノズル３７の先端部（下端部）を下側から撮像するために、前記撮像ユニット１１は、次のように構成してある。すなわち、撮像ユニット１１は、図３に示すように、前記加工テーブル７に近接した位置であって、前記ベースフレーム３の適宜位置に取付けたベース部材１３上に装着してある。

ベース部材１３上には、加工テーブル７側を出入口１５Ａとして開口したケーシング１５が備えられている。そして、ベース部材１３上であって、ケーシング１５内には、カメラ３１（図４参照）を内装した移動ケーシング（移動カバー）１７が出入自在に備えられている。すなわち、移動ケーシング１７は、Ｘ−Ｚ平面において水平に移動可能に備えられている。なお、移動ケーシング１７の移動は、直線移動に限ることなく、旋回移動を行うことによって、ケーシング１５に対して出入する構成としてもよい。

移動ケーシング１７は、ケーシング１５に対して出入口１５Ａから加工テーブル７側へ突出した場合には、図３に示すように、加工テーブル７におけるスキッド９より上側において加工テーブル７の領域内（レーザ加工装置１におけるレーザ加工ヘッドの移動領域内）へ突出する。そして、移動ケーシング１７がケーシング１５内へ移動したときには、レーザ加工ヘッド６Ｅの移動領域外に位置し、レーザ加工ヘッド６Ｅと干渉するようなことはない。

そして、前記移動ケーシング１７内に内装したカメラ３１（図４参照）によって、レーザ加工ヘッド６Ｅに備えたノズル３７を下側から撮像するために、前記移動ケーシング１７における先端側の上面には、透孔１９が備えられている。また、前記移動ケーシング１７の先端部には、前記ケーシング１５内へ移動ケーシング１７が格納されたときに、前記出入口１５Ａを閉鎖するための閉鎖部材２１が備えられている。なお、前記透孔１９には、防塵用のフィルターを備えていることが望ましいものである。

ところで、移動ケーシング１７がケーシング１５内へ格納された際に、ケーシング１５の出入口１５Ａを閉鎖する構成は、上記構成に代えて、次のごとき構成とすることも可能である。すなわち、ケーシング１５の出入口１５Ａに、閉鎖部材２１を回動自在に備える。そして、トーションスプリング等によって、閉鎖部材２１を常に閉じる方向に付勢した構成とする。すなわち、移動ケーシング１７によって押されることにより閉鎖部材２１が付勢力に抗して開かれる構成とすることも可能である。

したがって、前記移動ケーシング１７がケーシング１５内に格納されたときには、前記閉鎖部材２１によって出入口１５Ａが閉鎖される。よって、例えばケーシング１５に近接した位置においてレーザ加工が行われた場合であっても、スパッタやヒューム等の塵埃が内部に入り込むようなことがないものである。すなわち、移動ケーシング１７に内装されたカメラ等の光学機器を塵埃等から保護することができるものである。

図４に示すように、撮像ユニット１１は、ベース部材１３（図４には図示省略）上に、ボルト等の取付具によって一体的に取付ける支持ベース２３を備えている。そして、支持ベース２３上には、支持ベース２３に備えたＺ軸方向のガイド部材２５に沿ってＺ軸方向へ移動自在な箱状のキャリッジベース２７が備えられている。また、支持ベース２３には、キャリッジベース２７を往復動するための、往復作動用アクチュエータの一例としての流体圧シリンダ２９が備えられている。したがって、キャリッジベース２７は、流体圧シリンダ２９の作動によってＺ軸方向に往復動される。

前記キャリッジベース２７には、レーザ加工ヘッド６Ｅに備えたノズル３７を下側から撮像するためのカメラ３１を備えたカメラアセンブリ３３が装着されている。そして、上記カメラアセンブリ３３を覆うように、前記移動ケーシング１７（図４においては図示省略）が前記キャリッジベース２７に取付けてある。そして、前記キャリッジベース２７及び移動ケーシング１７を出入自在に格納するための前記ケーシング１５（図４には図示省略）が前記支持ベース２３に取付けてある。

ところで、前記流体圧シリンダ２９によって往復動される前記キャリッジベース２７は、前記ケーシング１５の外部へ突出移動されたときには、位置決めストッパーなどの位置決め手段３０によって、予め設定した所定位置に正確に位置決めされるものである。

前記位置決め手段３０は、図６に詳細に示すように、前記支持ベース２３の上面に取付けた支持ブロック３０Ａを備えている。この支持ブロック３０Ａには、前記キャリッジベース２７（図６には図示省略）の下面に取付けた支持ブロック３０Ｂが当接したときの衝撃を吸収するためのショックアブソーバーなどのごとき衝撃吸収部材３０Ｃが備えられている。そして、前記支持ブロック３０Ｂには、前記支持ブロック３０Ａに形成した当接面３０Ｄに当接自在な調節ネジ３０Ｅが備えられている。

したがって、前記ケーシング１５からキャリッジベース２７を、加工テーブル７上へ突出作動すると、キャリッジベース２７は、前記位置決め手段３０によって、予め設定した撮像位置に正確に位置決めされるものである。この際、調節ネジ３０Ｅが支持ブロック３０Ａの当接面３０Ｄに当接するときには、前記衝撃吸収部材３０Ｃの作用によって、衝撃が抑制されている。したがって、キャリッジベース２７の位置決めを正確にかつ迅速に行い得るものである。

前記カメラアセンブリ３３は、図４，５に概略的に示すように、前記キャリッジベース２７に水平に備えられたベースプレート３５を備えている。そして、このベースプレート３５には、前記カメラ３１がＺ軸方向を指向して水平に取付けられている。また、前記ベースプレート３５には、レーザ加工ヘッド６Ｅに備えたノズル３７をカメラ３１によって下方から撮像するときに、ノズル３７を下方向から照明するリングライト３９が備えられている。

前記リングライト３９は、上下方向の透孔４１の内周面に複数のＬＥＤ４０を備えた構成である。そして、前記透孔４１の上部には、レーザ加工ヘッド６Ｅから照射されたレーザ光ＬＢを可視光に変換する光学素子４３が備えられている。この光学素子４３は、例えば株式会社住田光学ガラスのナノ結晶含有ガラス（ＹＡＧＬＡＳＳ−Ｔ）として知られている。そして、前記リングライト３９の下側には、前記透孔４１を透過した光を前記カメラ３１方向に屈曲するためのベンドミラー４５が備えられている。

移動ケーシング１７を加工テーブル７の上方に移動し（図３参照）、キャリッジベース２７を、位置決め手段３０によって基準位置に位置決めする。そして、この基準位置に位置決めされたリングライト３９の上方位置にノズル３７を位置決めする。すなわち、リングライト３９の軸心とノズル３７の軸心とが一致するように、レーザ加工ヘッド６Ｅを位置決めする。そして、ノズル３７をカメラ３１によって撮像することにより、ノズル３７の先端部の状態を観察することができる。

この際、ノズル３７からレーザ光ＬＢを光学素子４３に照射すると、光学素子４３においてレーザ光ＬＢが照射された位置に輝点を生じることになる。よって、ノズル３７の中心とレーザ光ＬＢの光軸が一致しているか否かの観察を行うこともできる。すなわち、本実施形態によれば、ノズル３７におけるノズル孔の形状、すなわちノズル孔の直径や粉塵の付着状態及びノズル孔の中心とレーザ光の軸心とが一致しているか否かを観察することができるものである。

よって、レーザ加工ヘッド６Ｅに装着してあるノズル３７におけるノズル径が適正径であるか否か、及びノズル３７の中心とレーザ光ＬＢの軸心が一致しているか否かを観察できるものである。換言すればレーザ加工開始前にノズル３７を観察して、ノズル３７に起因する加工不良を事前に防止することができるものである。

以上のごとき説明から理解されるように、本実施形態によれば、レーザ加工ヘッド６Ｅに備えたノズル３７を下側から撮像するカメラ３１を備えた撮像ユニット１１は、常態においては、図１に示すように、加工テーブル７の外側に位置する。そして、ノズル３７を撮像する際には、図２，３に示すように、カメラ３１を備えた移動ケーシング１７は加工テーブル７の上方の基準位置に位置決め自在に備えられている。したがって、レーザ加工ヘッド６Ｅの移動領域は加工テーブル７に対応した領域であってよいこととなり、レーザ加工ヘッド６Ｅの移動領域（移動範囲）を抑制することができる。よって、レーザ加工装置の全体的構成の小型化を図ることができる。

また、撮像ユニット１１に備えた移動ケーシング１７は、加工テーブル７の上方の基準位置に移動位置決め自在であることにより、従来の一般的なレーザ加工装置に対して撮像ユニット１１を後付け的に容易に装着することも可能である。

また、前記構成においては、カメラ３１は水平方向を指向して備えられているので、撮像ユニット１１の高さ寸法を抑制することができる。そして、前記カメラ３１は、移動ケーシング１７によって覆われており、しかもケーシング１５内に格納される構成である。したがって、カメラ３１に対しての防塵効果は大きなものである。

なお、本発明は、前述したごとき実施形態に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能である。例えば、レーザ加工装置としては、パイプ材や型鋼を、長手方向の軸心回りに回転しつつレーザ加工を行うレーザ加工装置にも実施可能である。すなわち、レーザ加工装置は、板状のワークのレーザ切断加工を行うレーザ加工装置に限るものではないものである。

１ レーザ加工装置
７ 加工テーブル
９ スキッド
１１ 撮像ユニット
１５ ケーシング
１５Ａ 出入口
１７ 移動ケーシング（移動カバー）
１９ 透孔
２１ 閉鎖部材
２３ 支持ベース
２７ キャリッジベース
３１ カメラ
３３ カメラアセンブリ
３５ ベースプレート
３７ ノズル
３９ リングライト
４３ 光学素子

Claims (5)

1. 加工テーブルに支持されたワークに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッドと、
   前記レーザ加工ヘッドの移動領域外に配置され、前記レーザ加工ヘッドに備えられているノズルを下側から撮像するカメラを有する撮像ユニットと、
   を備え、
   前記撮像ユニットは、
   前記加工テーブル側に開口を有し、前記開口が出入口とされているケーシングと、
   前記カメラを有し、前記出入口を介して前記ケーシングに対して出入自在であり、前記ケーシング外へと突出したときに、前記加工テーブルがワークを支持するワーク支持面よりも高位置であって前記レーザ加工ヘッドの移動領域内へ移動位置決め自在とされている移動ケーシングと、
   前記移動ケーシングが前記ケーシング内へと移動したときに、前記出入口を閉鎖する閉鎖部材と、
   を含むレーザ加工装置。
2. 前記移動ケーシングは水平方向に移動可能である請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記カメラは、前記移動ケーシング内に水平方向を指向するように配置され、
   前記撮像ユニットは、
   前記移動ケーシング内に配置され、前記ノズルの下端部を照明するリングライトと、
   前記リングライトの下側に配置され、入射する光を前記カメラの方向へと屈曲させるベンドミラーと、
   をさらに含む請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記撮像ユニットは、前記リングライトの上方に、前記レーザ加工ヘッドから照射されるレーザ光を可視光に変換する光学素子をさらに含む請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記移動ケーシングの上面には、前記カメラが前記ノズルを下側から撮像するための透孔が形成されており、
   前記透孔には、防塵用のフィルターが装着されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

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