JPH01233083A - レーザ加工位置補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、レーザ加工装置の加工位置補正装置に係り
、特に加工プログラムされた図形と被加工物の加工位置
との位置合せの高精度化に関するものである。

［従来の技術］ 従来、レーザ加工において被加工物の加工線のずれを補
正する装置としては、例えば実開昭６Ｏ−１Ｇ３５８７
号公報に開示された溶接倣い制御装置がある。

第７図は実開昭６０−１０３５８７号公報に示された溶
接倣い制御装置の構成を示し、図において、（１）は加
工ヘッド、（２）はレーザ光、（３）はレーザ光（２）
を集光する加工レンズ、（４）は加工レンズ（３）で集
光されたレーザ光（２）の焦点位置である。

（５０）は第８図の説明図に示すように、加工ヘッド（
１）の溶接進行方向（５１）先端部に取付けられたファ
イバースコープであり、ファイバースコープ（５０）は
加工ヘッド（１）と共に図示しないＸ−Ｙテーブルによ
り溶接線（５２）に沿って移動される。

（５３）は溶接線倣い補正用の例えばテレビカメラから
なるイメージセンサであり、イメージセンサ（５３）へ
はファイバースコープ（５０）を通して溶接線のずれの
状態が光学的に伝えられる。（５４）はイメージセンサ
（５３）で検出した溶接線のずれを補正する制御装置で
ある。

」１記のように構成された溶接倣い制御装置においては
、溶接中に加工ヘット（１）か溶接線（５２）からずれ
ると、イメージセンサ（５３）がファイバースコープク
５０）を通してそのすれ量を光学情報として検出する。

イメージセンサ（５３）は検出したすれ量を電気信号に
変換して制御装置（５４）に送る。制御装置（５４）は
送られたずれ量を表わす信号により溶接線（５２）と直
交する方向に加工ヘッド（１）を移動して、溶接線（５
２）に対する加工ヘッド（１）の位置を補正することに
より溶接線倣いを行なっている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の溶接倣い制御装置は、加工ヘッド（１）の溶
接進行方向先端部に取付けたファイバースコープ（５０
）により溶接線からのずれを検出しているため、直線か
らなる溶接線を追従することはできるが、複雑な形状の
加工線、例えばＮＣプロダラムされた加工線等に対して
は追従することがてきないという問題点があった。

すなわち、例えばテレビカメラからなるイメージセンサ
は画素数か（２５６Ｘ　２５Ｂ）から（１，０２４Ｘ　
１．０２４）であり、それ自体が有する分解能か有限で
ある。

このため測定位置精度を高めるには写し出す領域を小さ
く限定し、その領域を拡大しなければならない。例えば
画素数か（２５８Ｘ　２５Ｂ）の場合、１０ｇｍ程度の
位置精度を得るためには２５［ｉ　Ｘ　１０ｐｍ　＝　
２５［ｉｏｌ、１ｍ　。

すなわち約２．６ｍｍＸ　　２．６ｍｍの領域を拡大し
て撮影しなければならない。このため、レーザ光の集光
点より外れた位置でずれを検出すると、加工線が曲って
いる場合はテレビカメラの視野がら外れてしまう場合が
ある。特に９０度または鋭角に曲った複雑な形状の加工
線では完全に視野から外れてしまうため、加工線に追従
することかできなくなる。

また、レーザ光の集光点の位置と検出点の位置カスれて
いるため、高精度な位置補正がてきないという問題点も
あった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、複雑な形状の加工線に高精度で位置合わせするこ
とができるレーザ加工位置補正装置を得ることを目的と
するものである。

［課題を解決するだめの手段］ この発明に係るレーザ加工位置補正装置は、被加工物に
照射されるレーザ光の光軸と同軸方向から被加工物の加
工線をイメージセンサで読み取り、このイメージセンサ
で得た画像信号を加工位置演算手段で解析して加工位置
のずれ量を算出し、このずれ量と加工プログラム及び被
加工物の現在位置とから補正量算出手段により加工位置
の補正量を算出することを特徴とする。

［作　用］ この発明においては、被加工物の溶接や切断等のレーザ
加工を行なうときに、被加工物に照射するレーザ光の光
軸と同軸方向から被加工物の加工線を検出することによ
り、レーザ光の照射位置で加工プログラムで定めた設定
位置と実際の加工位置とのずれを算出するから、レーザ
光の照射位置で高精度にずれを補正することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す構成図である。図に
おいて、（１）〜（５）は第７図に示した従来例と全く
同しものである。第２図は第１図に示した加工ヘッド（
２）の側面断面図である。第１図。

第２図において（６）はミラー、（７）はミラー（６）
を固定したスライダーである。スライダー（７）は加工
ヘッド（２）に固定された２本のガイド（８）に摺動可
能に取付けられている。（９）は加工ヘッド（２）の外
壁側面部に固定され、スライダー（７）を移動する駆動
装置である。駆動装置（９）は例えばモータ、エアシリ
ンダ、電磁ソレノイド等のいずれかからなり、制御スイ
ッチ（１０）の動作によりレーザ光（２）か被加工物（
５）上を照射していないときにレーザ光（２）の光路に
スライダー（７）を挿入する。なお、このスライダー（
７）をレーザ光（２）の光路に挿入しているときは、レ
ーザ光（１）が被加工物（５）を照射しないようにイン
タロックがされている。

（１１）は加工ヘッド（１）の側壁に固定された覗き窓
、（］２）は加工ヘッド（１）の外壁側面部に取付けら
れたテレビカメラであり、テレビカメラ（１２）はミラ
ー（６）と覗き窓（１」）を通して被加工物＜５）の加
工線（１３）を撮影する。（１４）はテレビカメラ（］
２）の映像信号から加工線（１３）のずれ量を算出する
加工位置演算手段、（１，５）はテレビカメラ（１３）
の映像信号から得た画像を表示する例えばテレビ受像器
からなる画像表示手段、（１６）は加工位置演算手段（
１４）で算出したずれ瓜から加工プログラムの補正量を
演算する例えば数値制御装置からなる補正量算出手段、
（１７）はＸ軸駆動モータとＸ軸駆動モータを有し、補
正量算出手段（１６）で演算した補正量により加工ヘッ
ド（２）の位置を移動する駆動手段である。なお（１８
）は被加工物（５）を照明して、テレビカメラ（１２）
で被加工物（５）を撮影できるようにする照明装置であ
る。

第３図は上記加工位置演算手段（１４）と補正量算出手
段（１６）との構成を示すブロック図である。図におい
て、（２１）はテレビカメラ（１２）の映像信号を入力
してサンプリングと量子化を行ないデジタル値に変換す
るＡ／Ｄ変換器、（２２）はデジタル値化された映像信
号に画像修正等の処理をして画像信号とするＣＰＵ、（
２３）はＣＰ　Ｕ　（２２）で処理された画像信号を記
憶するメモリ、（２４）はメモリ（２３）に記憶された
画像信号に同期信号等必要な情報を加えて画像表示手段
（１５）に出力する画像出力器、（２５）は加工位置演
算手段（１４）の信号を補正量算出手段（］６）に伝送
するインターフェースである。

（２６）は加工位置演算手段（１４）からの信号を入力
するインターフェース、（２７）はメモリ（２８）に記
憶された加工プログラム等から補正量を演算するＣＰＵ
、（２９）はＣＰ　Ｕ　（２６）で演算した補正量によ
りＸ軸とＸ軸駆動モータの駆動信号を送り出すサーホ制
御装置、（３０）は報知器である。

次に上記のように構成されたレーザ加工位置補正装置の
動作を第４図に示したフローチャートを参照して説明す
る。

レーザ光（２）は加工ヘッド（１）に取付けられている
加工レンズ（３）により集光されて、被加工物（５）上
に焦点を結ぶ。この焦点位置（４）が、補正＝　　７　
− 量算出手段（１６）のメモリ（２８）にあらがしめ記憶
された加工プログラムにしたがって移動するように加工
ヘッド（１）を移動して、被加工物（５）をレーザ加工
する。このレーザ加工を行なうときには、スライダー（
７）は駆動装置（９）によりレーザ光（２）の光路から
外れた位置に移動され、レーザ光（２）を遮断しないよ
うになっている。

レーザ加工位置の補正を行なうときは、まずレーザ光（
２）の照射を停止して駆動装置（９）によりスライダー
（７）をレーザ光（２）の光路に挿入し、第１図に示す
ようにスライダー（７）に固定したミラー（６）の中心
位置を照射するレーザ光（２）の光軸上に移動する（ス
テップ３１）。次に照明装置（１８）により被加工物（
５）を照明し、被加工物（５）の加工線（１３）からレ
ーザ光（２）の光軸と同軸方向に送られ、ミラー（６）
で反射した光を覗き窓（１１）を通してテレビカメラ（
１２）で観測して、被加工物（５）の加工線（１３）を
撮影する（ステップＳ２）。

テレビカメラ（１２）で撮影して得た被加工物（５）の
加工線（１３）の映像信号は、加工位置演算手段（１４
）のＡ／Ｄ変換器（２１）に送られる。Ａ／Ｄ変換器（
２１）は送られた映像信号をデジタル値に変換してＣＰ
　Ｕ　（２２）に送る（ステップ８３）。ＣＰ　Ｕ　（
２２）はデジタル値化した映像信号を処理して画像信号
としてメモリ（２３）に記憶させる（ステップＳ４）。

メモリ（２３）に記憶された画像信号は必要な画像処理
をされ、画像出力器（２４）から画像表示手段（］５）
に出力して画像表示される（ステップ８５）。この表示
された画面には、第１図に示すようにＸ軸方向とＹ軸方
向にカーソル線（１９）を設けて位置指定を行なうこと
により、加工線（１３）の位置と、そのずれを容易に目
視て判断することができる。なお、この画像表示はカラ
ーであるほうが、被加工物（５）の加工線（１３）をよ
り容易に判断することができる。

一方、ＣＰ　Ｕ　（２２）はメモリ（２３）に記憶され
た画像信号の画像情報処理を行なって画像の濃淡から加
工線（１３）のずれを解析し、インターフェース（２５
）により加工線（１３）のずれ量とその方向を補正量算
出手段（１６）に送る（ステップ３Ｂ）。補正量算山手
段（１６）のインターフェース（２６）は加工位置演算
手段（１４）からの信号を受信し、ＣＰ　Ｕ　（２７）
に送る。ＣＰ　Ｕ　（２７）は送られた信号をメモリ（
２８）に記憶すると共に、あらかじめメモリ（２８）に
記憶されたＮＣプログラム（３１）と、駆動手段（１７
）の位置検出器（不図示）で検出した現在位置データ（
３３）及びずれ量（３２）を読出し、加工ヘッド（２）
のＸ軸方向とＹ軸方向の補正量を演算する（ステップＳ
７）。

第５図は上記テレビカメラ（１２）と、加工位置演算手
段（１４）及び補正量算出手段（１６）により、加工ヘ
ッド（２）の補正量を演算するときの具体例を示す説明
図である。第５図において、（３４）は加工プログラム
（３］）にプログラムされた加工図形を示す。

この図形（３４）にＸ軸が接する接点（３５Ａ）　、　
（３５Ｂ）と、Ｙ軸が接する接点（３８Ａ）　、　（３
６Ｂ）との４点に加工ヘッド（２）を移動し、それぞれ
の位置でテレビカメラ（１２）によりミラー（６）を介
して加工線の映像信号を得る。この映像信号により加工
位置演算手段（１４〉のＣＰ　Ｕ　（２２）で４点（３
５Ａ）　、　（３５Ｂ）　、　（３６Ａ）　。

（３６Ｂ）におけるずれ量を算出する。得られたＸ軸方
向の２点（３５Ａ）、（３５Ｂ）のずれ量の平均値と、
Ｙ軸方向の２点（３８Ａ）　、　（３６Ｂ）のずれ量の
平均値とをそれぞれ求め、Ｘ軸方向とＹ軸方向のずれ量
を算出して補正量算出手段（１６）に送る。補正量算出
手段（１６）のＣＰ　Ｕ　（２７）は、加工プログラム
（３１）のデータと加工図形（３４）の各点における現
在位置データ（３３）及びＸ軸方向とＹ軸方向のずれ量
（３２）により、各加工位置の補正量を演算する。

上記のようにして演算された補正量は、サーボ制御装置
（２９）に送られる。サーボ制御装置（２９）は、この
補正量により加工ヘッド（２）を移動させて加工位置の
補正を行なう（ステップ５ｌｌ）。なお、補正量算出手
段（１６）の報知器（３０）は例えばブザー等からなり
、ずれ量か適正なとき、またはずれ量か補正できる範囲
を越えたときなどに作業者にその内容を知らせるための
ものである。

また、上記実施例においては、加工プログラム（３１）
にプログラムされた加工図形（３４）がＸ軸とＹ軸で接
する接点におけるずれ量を算出して、Ｘ軸方向とＹ軸方
向のずれ量を求めた場合について説明したが、加工図形
（３４）上の任意の点のずれ量を求めても、上記実施例
と同様に加工位置を補正することができる。

また、上記実施例においては、テレビカメラ（１２）に
入射する光を反射するミラー（６）をスライダー（７）
に固定し、加工線（１３）を検出するときにスライダー
（７）によりミラー（６）を照射するレーザ光（２）の
光軸上に移動する場合について説明したか、第６図に示
すようにレーザ光（２）は透過し可視光は反射する材料
、例えばＣＯ２レーザを用いたガリウムひ素やジンクセ
レンからできている平行板のミラー（３７）を加工レン
ズ（３）の前段に設け、このミラー（３７）で反射する
可視光を用いてテレビカメラ（１２）で被加工物（５）
の加工線（１３）を検出することもできる。このミラー
（３７）を用いると加工位置の補正のみならず、加工中
の被加工物（５）の状態を監視することができる。なお
、第６図においては、ミラー（３７）を加工レンズ（３
）の前段に設けた場合について説明したか、第１図に示
すように加工レンズ（３）の後段に設けても良い。

さらに、上記実施例においては、加工ヘッド（２）を移
動する場合について説明したが、被加工物（５）を載置
したＸ−Ｙテーブルを移動する場合も上記実施例と同様
に加工位置を補正することかできる。

［発明の効果コ この発明は以上説明したように、被加工物のレーザ加工
を行なうときに、被加工物に照射されるレーザ光の光軸
と同軸方向から被加工物の加工線を検出することにより
、レーザ光の照射位置で加工プログラムに定めた設定位
置と実際の加工位置とのすれ量を算出して加工位置の位
置決めを自動的に補正するようにしたので、複雑な形状
の加工線に対しても高精度で位置決めを行なうことがで
きる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図は第１
図に示した実施例の加工ヘッドの側面断面図、第３図は
第１図に示した実施例の加工位置演算手段と補正量算出
手段を示すブロック図、第４図は上記実施例の動作を示
すフローチャート、第５図は」１記実施例の動作を説明
する説明図、第６図は他の実施例を示す断面図、第７図
は従来例を示す構成図、第８図は第７図に示した従来例
の説明図である。 （１）・・加工ヘッド、（２）・・・レーザ光、（３）
・・・加工レンズ、（４）・・レーザ光の焦点位置、（
５）・・・被加工物、（６）　、　（３７）・・・ミラ
ー、（ア）・・・スライダー、（ｊｌ）・・・覗き窓、
（１２）・・・テレビカメラ、（［３）・・・加工線、
（１４）・・・加工位置演算手段、（１５）・・・表示
手段、（１６）・・・補正量算出手段、（１７）・・・
駆動手段。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ光を加工レンズにより集光し、被加工物の
   加工を行なうレーザ加工装置において、上記被加工物に
   照射されるレーザ光の光軸と同軸方向に入射される上記
   被加工物の加工線からの光の方向を変えて出力するミラ
   ーと、 該ミラーから出力された光により上記加工線の映像を読
   み取るイメージセンサと、 該イメージセンサで得た画像信号を解析して加工位置の
   ずれ量を算出する加工位置演算手段と、該加工位置演算
   手段で算出したずれ量と加工プログラム及び被加工物の
   現在位置とから加工位置の補正量を算出する補正量算出
   手段とを備えたことを特徴とするレーザ加工位置補正装
   置。