JPH03124389A

JPH03124389A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH03124389A
Application number: JP1258736A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Sato; 譲佐藤; Yukihiro Mikuni; 三国　幸宏
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1991-05-27

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）従来のレーザ加工装置の一例を示す第５図において、レ
ーザ発振器１から出射されたレーザ光は、伝送ユニット
２の前端の反射ミラー２ａで下方の加工ヘッド１３に導
かれ、この加工ヘッド１３の内部に設けられた集光レン
ズ１６で集光されて下方の加工テーブル５の上面に載置
されたワーク４に照射される。

このように構成されたレーザ加工装置においては、集光
レンズ１６とワーク４との距離をワーク４の形状変化に
対応させるために、従来から、伝送ユニット２を任意に
位置決めするＮＧ制御装置１９によるプログラム制御と
加工ヘッド１３の先端付近に取付けられたハイドセンサ
などで集光レンズ１６とワーク４との間が所定の間隔と
なるように加工ヘッド１３を含むＺ軸を上下動させたり
、加工テーブル５を水平移動させている。

（発明が解決しようとする課題）ところがこのような構成のレーザ加工装置においては、
長い伝送ユニット２で広い範囲の加工をするときには、
レーザビーム特性の変化による焦点の位置ずれで、ハイ
ドセンサなどによる加工ヘッド１３の上下方向の位置制
御では、全加工範囲に亘って加工性能を均一にするのは
むつかしい。

とくに、厚板切断のときのように、板厚が増すほど適正
な加工条件が狭く限定される加工では、ワーク４の形状
によっては、レーザ加工装置を一度停めてその加工に適
する焦点距離の集光レンズ１６に取り換えなければなら
ないので、作業がめんどうとなるだけでなく、設備の稼
動率も悪くなる。

そこで、本発明の目的は、レーザ加工装置を停めること
なく、簡単な構造で多様な加工条件のワークに対応する
ことのできるレーザ加工装置を得ることである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器から伝送され
たレーザ光を加工ヘッドからワークに照射してワークを
加工するレーザ加工装置において、加工ヘッド内の上部
に第１の駆動機構でレーザ光軸方向に駆動される第１の
集光レンズを設け。

加工ヘッド内の下部に第２の集光レンズを設け、加工ヘ
ッドの下側に第２の駆動機構で伸縮するノズルを設け、
第１．第２の駆動機構に取付られた位置検出器の情報か
ら第１の集光レンズとノズルの位置を制御する制御装置
を設けたことを特徴とするレーザ加工装置である。

（作　用）このように二枚の集光レンズで焦点距離が変化すること
を、以下に説明する。

レンズの基本式、１　　＋１　　＝１　　　　、、、、、、■ｆａ：レンズと光源との距離ｂ＝レンズと像との距離ｆ：レンズの焦点距離で、レーザ光が入射する順序に従って第１の集光レンズ
による第１の像を求めると、第１の光源ａ１、第１の像
ｂ１、第１の集光レンズの焦点距離ｆ１とすれば、＝３− ４− となる。次に、この第１の像ｂ１を第２の集光レンズの
光源と考えて第２の像を求めると、第２の像ｂ２、第２
の集光レンズの焦点距離ｆ２、第１と第２の集光レンズ
間の距離をＩｌｏとすれば、＋づ−＝　　１　　、、、
、、、。

℃。−ｂ１ｂ２ｆ。

となり、第１．第２の集光レンズ間の距離Ｑ。を変化さ
せることにより、最終焦点距離ｂ２が変化することにな
る。

（実施例）以下、本発明のレーザ加工装置の一実施例を図面を参照
して説明する。

第１図は本発明のレーザ加工装置の一実施例を示す要部
詳細縦断面図、第２図は第１図の集光系を示す説明図、
第３図は本発明のレーザ加工装置の全体説明図、第４図
は本発明のレーザ加工装置の制御ブロック図である。

第１図、第３図において、レーザ加工装置は、レーザ発
振器１と、レーザ発振器１から出射されレーザ光を伝送
する伝送ユニット２と、図示しない枠体に取付けられた
加工ヘッド３と、被加工物４が載せられた加工テーブル
５と、加ニブログラムを出力するＮＣ制御装置１９と、
加工ヘッド３の中間上部に上下に移動自在に設けられた
集光レンズ１５と、集光レンズ１６の下部に取付られた
加工ノズル８の位置決めを制御するレーザ制御装置２０
とから構成されている。

加工ヘッド３は、図示しない枠体に取付られ、伝送ダク
トと連結される保護カバー６と、この保護カバー６の下
端に取付けられレーザ光を集光させる一対の集光レンズ
１５．１６を装着した中空形状の箱体７と、この箱体７
の下部に取付けられてアシストガスを噴出する加工ノズ
ル８から構成されている。

箱体７内の集光レンズ１５は、ホルダー１５ａに取付け
られ、ホルダー１５ａは、昇降用ガイド１７．１８で案
内され、昇降ねじ１１と直結する電動機９Ａで昇降自在
となっている。さらに、電動機９Ａの上側には、ホルダ
ー１５ａの移動量（位置）を検出する検出器１０Ａが直
結されている。箱体７の下端にレーザ光軸と同軸に挿着
されたホルダー１６ａには、上述の集光レンズ１６が取
付けられている。

加工ノズル８は、下方が小径となった円筒の段付状に形
成され、箱体７下部に取付けられた昇降ねじ１４と直結
された電動機９Ｂで、ホルダー１４ａを介して加工ノズ
ル８を昇降させる。

次に、比較制御回路２２．２５、デジタル変換器２３゜
２７、演算回路２４．２６、駆動回路２１で構成された
レーザ制御装置２０の制御内容を第２図〜第４図で説明
する。

レーザ発振器１から出射されたレーザ光を任意に決めた
加工位置へ導くために、ＮＧ制御装置１９から出力され
た加工範囲（レーザ発振器１から加工位置までのレーザ
光の伝送距離）Ｘを比較制御回路２２へ入力する。比較
制御回路２２では、あらかじめ記憶された加工範囲Ｘに
応じた集光レンズの焦点距離の値（短距離伝送（Ｘ：小
）では短焦点レンズ（ａｏ：小）、長距離伝送（Ｘ：大
）では長焦点レンズ（Ｑｏ：大）を読み出し、集光レン
ズ１５゜１６間の距離ρ。を設定することで焦点距離を
決める。

尚、上記比較制御回路２２の加工範囲又と二つのレンズ
間の距離ｉ０の関係は、レーザ発振器１の共振器構成（
共振器長、放電径、共振器内光学品の曲率など）が決ま
ると実験的、−位置に決まってくる６次に、加工ヘッド
３内の集光レンズ１５の昇降駆動用の電動機９Ａに直結
された検出器１０Ａで、現在の集光レンズ１５の移動量
を検出する。

検出器１０Ａの信号はアンログ出力のため、デジタル変
換器２３でデジタル信号に変換して演算回路２４に入力
する。又、演算回路２４には、比較制御回路２２の出力
信号２゜も入力され、Ｑ、＝Ｌａ　　　　　・・・・・・■ の関係式が成りたつように演算される。

次に、比較制御回路２２の出力信号Ｑ。によって先に記
憶した加工ノズル距離Ｑｄの設定を、比較制御回路２５
で行う。比較制御回路２５の出力ｆｆｄと加工ノズル昇
降駆動用の電動機９Ｂに直結される検出器１０Ｂで現在
の加工ノズル移動量Ｌｄを検出し、デジターフ− 一８＝ル信号に変換するデジタル変換器２７を介して演算回路
２６へ入力する。演算回路２６では、ｆｆ１ｄ　＝　Ｌ
ｄ　　　　　　・・・・・・■の関係式が成りたつよう
に演算する。

ここで、上記■、０式が成りたつタイミング、すなわち
、駆動回路２１への久方信号が、レーザ発振器１からの
レーザ光の出射タイミングで集光レンズ１５と加工ノズ
ル８の位置決め（停止指令）のタイミングとなる。

このように、ＮＣ制御装置からの加工範囲Ｘ、検出器１
０Ａからの集光レンズ１５の移動量Ｌａ、検出器１３か
らの加工ノズル８の移動量Ｌｄで、一対の集光レンズ１
５．１６の最適な焦点距離設定とレーザ照射タイミング
を制御する。

尚、以上の説明では、光学系として昇降の集光レンズ１
５に凹レンズ、固定用の集光レンズ１６に凸レンズを用
いたが、上下方向の１対のレンズ構成で集光レンズ１５
と集光レンズ１６間の距離を変えることができ、焦点距
離を変えることができる集光レンズであればどのような
形状のものでもよい。

又、単独の集光レンズでも、上下方向に移動可能で任意
に焦点距離を変える機構であってもよい。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、レーザ発振器から伝送されたレ
ーザ光を加工ヘッドからワークに照射してワークを加工
するレーザ加工装置において、加工ヘッドの内部の上部
の上部に駆動機構で上下に駆動される集光レンズを設け
、加工ヘッドの下部に固定された集光レンズと駆動機構
で上下に駆動されるノズルを設け、上記二つの駆動機構
に取付けられた位置検出器の出力から上記加工ヘッド内
部の集光レンズと下部のノズルの位置を制御する制御装
置を設けることで、ワークに応じてワークに照射される
レーザ光の焦点距離を変えたので、設備の稼動率を落と
すことなく多様な加工条件のワークを加工することので
きるレーザ加工装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ加工装置の一実施例を示す要部
詳細縦断面図、第２図、第３図は本発明のレーザ加工装
置の作用を示す説明図、第４図は本発明のレーザ加工装
置の制御ブロック図、第５図は従来のレーザ加工装置の
一例を示す図である。１・・・レーザ発振器　　　３・・・加工ヘッド８・・
・ノズル　　　　　　１５・・・第１の集光レンズ１６
・・・第２の集光レンズ　１９・・・ＮＧ制御装置２０
・・・レーザ制御装置（８７３３）　　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほ
か１名）１１−

Claims

【特許請求の範囲】

レーザ発振器から伝送されたレーザ光を加工ヘッドから
ワークに照射してワークを加工するレーザ加工装置にお
いて、前記加工ヘッド内の上部に第１の駆動機構でレー
ザ光軸方向に駆動される第１の集光レンズを設け、前記
加工ヘッド内の下部に第２の集光レンズを設け、前記加
工ヘッドの下側に第２の駆動機構で伸縮するノズルを設
け、前記第１及び第２の駆動機構に取付けられた位置検
出器の情報から前記第１の集光レンズとノズルの位置を
制御する制御装置を設けたことを特徴とするレーザ加工
装置。