JPH02160191A - レーザ加工装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はレーザ加工装置に関する。

（従来の技術） 周知の通り、レーザ加工装置は、レーデ発振器より出力
されたレーザビームを加工ヘッド装置に導き、焦光レン
ズによって焦光されたレーザビームを被加工物に照射す
ることにより、被加工物を切断するなどレーザ加工する
ものである。

ここに、レーザ加工は焦光されたレーザビームの熱作用
により所定の加工を行うものであるので、レンズの焦点
合わせは重要である。

従来は、例えば、加工用のレーザビームをブルーフレー
ムなど可視光レーザに切り換え、該可視光レーザを被加
工物に当て、被加工物上のスポットが最小となるようレ
ンズ高さをねじ調整することにより焦点合わせを行なっ
ていた。

或いは、アクリル樹脂に加工用の炭酸ガスレーザを照射
し、樹脂に明けられた孔の形状（バーンパターン）を見
て、レーザビームのモード良否共に、焦点良否をも判断
することも行われていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の如き従来よりのブルーフレーム或
いはバーンパターンによる焦点合わせの方法は、いずれ
も技術者の経験と勘によりに灯錯誤で最良の焦点位置を
設定するというものであったため、焦点合わせに多くの
手間と時間を要するという問題点があった。特にアクリ
ル樹脂のバーンパターンによる方法では、作業に際し有
情ガスが発生するので環境衛生上問題である。

そこで、本発明は、焦点が最適であれば切断幅が最小と
なるという経験則に基いて、容易、迅速、正確に自動で
焦点合わせをすることができるレーザ加工装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の構成］ （ｉａ題を解決するための手段） 上記課題を解決する本発明のレーザ加工装置は、加工ヘ
ッド装置本体に対し焦光用レンズを任意の高さに調整可
能のレンズ駆動手段を設け、被加工物の切断された溝幅
を検出可能の溝幅検出手段を設け、前記加工ヘッド装置
本体を前記被加工物に対し適宜高さに位置決めした状態
で前記レンズ高さを変更しつつ焦光されたレザビームで
前記被加工物を切断し、前記溝幅検出手段により検出し
た溝幅が最小となるレンズ高さで焦点合わせをする焦点
自動調整装置を設けたことを特徴とする。

（作用） 本発明のレーザ加工装置では、加工ヘッドに対しレンズ
を高さ調整可能のレンズ駆動手段を設け、試験的又は実
際加工で切断された溝幅を溝幅検出手段で検出し、溝幅
最小となる位置へレンズを移動させる。

（実施例） 第１図を参照するに、総括的に符号１で示されるレーザ
加工機は、例えば炭酸ガスレーザ発振器のごとぎ適宜の
レーザ発振器３と適宜に連結されている。レーザ発振器
３は一般的なものであって、レーザビームＬＢをレーザ
加工機１の方向へ照射するように構成されている。

レーザ加工機１は、ベース５と、ベース５の一端部に垂
直に設けられたボスト１７と、ベース５の上方位置に水
平にかつボスト７に片持式に支持されたオーバーへラド
ビーム９により構成されでいる。ベース５の上部には、
加工すべく水平におかれた板状の被加工物Ｗを支持する
ワークテーブル１１が設けられている。前記オーバーへ
ラドビーム９の先端部には、加工ヘッド装置１３が設け
られている。この加工ヘッド装置１３は、ミラー組立体
１５、集光レンズ１７およびノズルユニット１９を備え
ている。上記ミラー組立体１５は、レーザ発振器３から
照射されたレーザビームＬＢを集光レンズ１７およびノ
ズルユニット１９を経て被加工物Ｗの方向へ反射するよ
うに構成されており、ノズルユニット１９は被加工物Ｗ
に対するレーザビームＬＢの照射と同時に適宜にアシス
トガスを被加工物Ｗへ噴射するように構成されている。

加■ずべき被加工物Ｗの移動位置決めを行なうために、
レーザ加工機１は水平面上で一方向くＹ方向）に移動自
在な第１キヤリツジ２１およびこれに対し直角方向（Ｘ
方向）に移動自在な第２キヤリツジ２３を備えている。

この第２キヤリツジ２３は第１キヤリツジ２１上に摺動
自在に支承されており、かつ被加工物Ｗを把持するため
のワーククランプ装置２５を複数備えている。

上記第１キヤリツジ２１は、ベース５の上部に互に平行
に固定された一対のレール２７にＩＩ！！勅自在に支承
されており、前記加工ヘッド装置１３の直下の加工領域
に対して接近離反自在である。

より詳細には、第１キヤリツジ２１は、本実施例におい
ては第２キヤリツジ２３およびワーククランプ装＠２５
を前記加工領域に対し接近離反する方向へ移動するため
に、サーボモータ２９（モータＭＹとも呼ぶ）、リード
スクリュー３１およびナツト部材３３よりなる駆動機構
によってワークテーブル１１の上面に沿って水平に移動
するよう構成されている。また、ワーククランプ装″ａ
２５を備えた第２キヤリツジ２３は第１キヤリツジ２１
に支承されており、図示を省略したサーボモータＭＹに
より前記レール２７に対し直交する方向へ水平に移動す
るように構成されている。

したがって、ワーククランプ装置２５に把持されたワー
クピースＷは、第１．第２キヤリツジ２１．２３を移動
することにより、ワークテーブル１１上で前記加工ヘッ
ド装置１３の下方位置へ移動することができる。

上記加工ヘッド装置１３の下方位置に位置決めされた被
加工物Ｗは、レーザ発振器３から発振され、かつ加工ヘ
ッド装置１３を経て照射されるレーザビームＬＢによっ
て適宜に加工される。

一方、前記加工ヘッド装＠１３のカバーには、被加工物
Ｗの切断幅をｌ１ｆｌするためのＣＣＤカメラＣが設置
されている。

第２図を参照するに、前記加工ヘッド装置１３は、図示
しないモータＭＺにより昇降動作される昇降筒部材３５
と、この内部に回転不能でかつ上下に摺動自在とされた
摺動筒部材３７を備えて成る。昇降筒部材３５の下端に
は、該昇降筒部材３５を降下させスプリング３５Ａに反
力を与えた状態で被加工物とノズル３５Ｃの先端との間
の距離を一定（例えば１．５１１１１１＞とづるための
ローラ３５Ｂが設けられている。

前記摺動筒部材３７の下端には前記焦光レンズ１７が固
定され、その途中にはノズルユニット１９を誤って他部
材に衝突させた場合、加工ヘッド装置１３全体を破損さ
せないためのくびれを備えた仲介部材３７Ａが介在され
ている。

前記摺動筒部材３７の上端にはねじが切られ、その外周
にはこのねじに螺合するナツト部材３９が回動自在に螺
合されている。又、ナツト部材３９の外周にはウオーム
４１と噛合されるウオームギヤ３９Ａが設けられている
。さらに、第３図に第２図の一部側面図として示される
ように、ウオーム４１はハスバ歯車４３．４５を介して
モータＭＬにより回転駆動されるようになっている。

したがって、第３図に示すモータＭＬを回転させること
により、ウオーム４１を介してナツト部材３９を回転さ
せることができ、これにより摺動筒部材３７を昇降筒部
材３５に対し上下動させることができるものである。

以上によりレーザ加工機１では、第１及び第２キャリッ
ジ２１．２３の移動により被加工物Ｗをワークテーブル
１１上で位置決めし、モータＭＺの駆動により加工ヘッ
ド装置１３のノズルユニット１９の先端を被加工物Ｗに
接近させ、後述する焦点自動調整装置により焦光レンズ
１７を所定高さに調整した上で被加工物Ｗをレーザ加工
することがぐきる。

第４図は焦点自動調整装置の構成を示ずブロック図であ
る。

図示のように、前記レーザ加工機１を数値制御するＮＣ
装＠４７には、軸駆動部４９を介して前記第１及び第２
キヤリツジを駆＃ＪづるモータＭｘ。

Ｍｖ、及び前記昇降筒部材３５を昇降駆動するモータＭ
１が接続されている。

又、ＮＣ装置４７には、自動焦点制御部５１が接続され
、これに前記ウオーム４１を回転させるモータＭＬを駆
動するためのレンズ駆動部５３と、ｎｎ記カメラＣに撮
像指令を出力覆るＩＩｎ処理部５５が接続されている。

この撮像処理部５５には画像処理部５７が接続されてい
る。

上記構成において、ＮＧ装＠４７は、自動焦点調整用の
プログラムを設定することにより、軸駆動部４９へ軸駆
動指令３ｉ　　（ｉはｘ　、Ｙ、　ｚ　）を出力すると
共に自動焦点制御部へ作動指令Ｑを出力することができ
る。

すなわち、第５図に示す被加工物Ｗを第１図に示すワー
クテーブル１１上でワーククランプＭｆｆｉ２５に把持
させ、次いでモータＭＺの駆動により第２図に示ず昇降
筒部材３５を降下させてローラ３５Ｂを被加工物Ｗの上
面に押し当ててスプリング３５Ａをバランスさせ、次い
での自動焦点調整処理に移行することができる。

本例の自動焦点調整処理は、モータＭＸ及びＭＹを駆動
することにより、ノズル３５Ｃの先端を第５図に示す５
０ｎ＋ｍ幅の切断線ΩＩ　、　０２　、　Ｑ３に沿って
順次移動させ、ノズル先端付近で焦光されるレーザビー
ムにより実際に切断加工を行って実／Ｉ！するものとづ
る。

第６図において、ステップ６０１では、被加工物Ｗとし
て、例えば１．６１１１Ｉ厚の５ｐｃｃ材をセットし、
ステップ６０２で自動焦点調整用プログラムをＮＣ装置
４７に設定し、まずステップ６０３でＸ軸方向に５０１
１１１１切断する指令を出力する。

ここで番よ、ＮＣ装置４７から自動焦点制御部５１へ制
御指令Ｑが出力され、レンズ駆動部５３へはレンズ１７
を予め設定した初期の位置へ移動するようレンズ駆動指
令１−１ｉ　　（ｉ　＝１．２．３・・・）が出力され
る。

そこで、ステップ６０３では、ノズル３５Ｇの先端をＸ
軸方向に５０ｍｍ移動させ、第５図に示す切断線ｊｌｉ
　　（＋　＝１．２．３・・・、現在は１−１）を実際
加工する。

ステップ６０４では、前記カメラＣを前記切断線ｆＩｔ
上へ移動させたのち、自動焦点制御部５１から―像処理
部５５へ撮像指９Ｇを出力し、カメラＣで前記切１１；
を撮像し、この撮像信号Ａｉに基いて画像処理部５７で
切１Ｆｉｆａｆｘの幅Ｄｉを測定する。

次いで、ステップ６０５では、モータＭＬの駆動により
、レンズ１７を０．２１−だけ下降させ、上記と同様の
手順によりステップ６０６で次の切断線１ｒ　　（ｉ　
＝２）を５〇−切断し、ステップ６０７で切断幅Ｑｉを
測定する。

ステップ６０８では、切断幅Ｑｉが前回のものより減少
したか否かを判定し、減少していればステップ６０９へ
、逆に拡大していればステップ６１０へ移行する。

ステップ６０９では、切断幅が前回のものより減少して
いることに鑑みて、フラグを「１」とし、ステップ６０
５へ移行して、次の切断＄１ｊＮ　　（＋−３）につい
ての処理に移行する。

ステップ６０９を介してのステップ６０５〜６０７の処
理はステップ６０８で切断幅が前回のものより減少する
まで繰り返される。

ステップ６１０では、前記のフラグが「１」であるか否
かが判断され、「１」であれば、切断幅Ｄｉが徐々に小
さくなり最後に再度大きくなってきたことに鑑みて、０
．２膳毎のレンズ移動に対しその半分の０．１ａｌｌ上
位置を最適の焦点位置と考えて、ステップ６１１へ移行
する。

ステップ６１１では、レンズ１７を０．１１上昇させ、
レンズ位置を固定し、自動焦点調整作業を終了し、次の
実際加工の処理へ移行する。

方、ステップ６１０にてフラグが「１」でない、すなわ
ち、２回目の切断幅Ｄ２の方が１回目の切断幅Ｄ１より
大きくなっていることに鑑みて、最適焦点位置はより上
方にあると想定し、ステップ６１１Ａへ移行する。

ステップ６１１Ａでは、レンズ１７を元のレンズ位置よ
り０．２１１１だけ上昇させる。

次いでのステップ６１２〜６１５では、前記のステップ
６０５〜６０８とは逆に、レンズ１７を０．２〇ｍづつ
上昇させつつ５０ｍ−の切断及び切断幅Ｑｉの測定を繰
り返し、ステップ６１５で前回の切断幅Ｄｉより今回の
切断幅Ｄ１が小さくなったと判断してのち、ステップ６
１６へ移行する。

ただし、ステップｌ６１５の切断幅の比較処理おいて、
初回の比較はステップ６０４で測定した切断幅であると
する。

ステップ６１６では、今回の切断幅Ｑｉが前回のものよ
り小さくなったことに鑑みて、現在位置とこれより０．
２１下方位鷹との間に最適の焦点の位置があると考えて
、レンズ１７を０．１−下方に下げ、これにて焦点合せ
作業を終了し、次の実際加工工程へ移行する。

以上により、本例では、レンズ１７の０．２ｍｓ単位の
上下移動により切断幅を最小とする最適レンズ位置を自
動設定することができ、最適に焦点合せを行ったレーザ
ビームにて被加工物を切断加工することができる。

上記実施例では、レンズ１７を０．２１の間隔で上下に
移動させ、切断幅Ｄｉが次第に小さくなり、最後に大き
くなった位置より０．１１手館にＲ適位置を設定したが
、よりｔ％精度の焦点１１！！を行うため、切断幅が大
きくなったのち、より小刻み、例えば０．０５ｍ−の間
隔でｉ！Ｉｌｌ動作させるようにしても良いものである
。又、前記実施例では切断幅ＤＩが大きくなる手前の中
間位置に最適位置を設定したが、切断幅Ｄｉの変化の度
合いを演算し、補間により最適位置を８１１算するよう
にしてもよい。

さらに、上記実施例では試験的な加工により自動焦点調
整を行ったが、実際加工において切断幅を測定し、切断
幅が最小となるよう自動焦点調整することも可能である
。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、適宜の
設計的変更を行うことにより、適宜のｇ様で実施し得る
ものである。

し発明の効果］ 以上の通り、本発明は、特許請求の範囲に記載の通りの
レーザ加工装置であるので、容易、迅速、正確に自動で
焦点合せをすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも実施例を示し、第１図はシー１！加工機
の側面図、第２図は加工ヘッドの詳細を示す断面図、第
３図はウオームギヤによるレンズ駆動方式を示す説明図
、第４図は焦点臼１１１１調整装置のブロック図、第５
図は試験加工の平面説明図、第６図は焦点自動調整処理
のフローチャートである。 １・・・レーザ加工機　１３・・・加工ヘッド装置１７
・・・焦点レンズ　１９・・・ノズルユニット３５・・
・昇降筒状体　３７・・・摺動筒状体４１・・・ウオー
ム　Ｃ・・・ＣＣＤカメラＬ４図 第５図 第２図 第３１９１！

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加工ヘッド装置本体に対し焦光用レンズを任意の高さに
   調整可能のレンズ駆動手段を設け、被加工物の切断され
   た溝幅を検出可能の溝幅検出手段を設け、前記加工ヘッ
   ド装置本体を前記被加工物に対し適宜高さに位置決めし
   た状態で前記レンズ高さを変更しつつ焦光されたレザビ
   ームで前記被加工物を切断し、前記溝幅検出手段により
   検出した溝幅が最小となるレンズ高さで焦点合わせをす
   る焦点自動調整装置を設けたことを特徴とするレーザ加
   工装置。