JPH03189089A - レーザー加工装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明はレーザー光の結像位置を、被加工材の厚さに応
じて制御すると共に被加工材に対する加工位置とレーザ
ー発振器との距離の変化に応じて制御することが出来る
レーザー加工装置に関するものである。

〈従来の技術〉 従来より、レーザー発振器から出射されたレーザー光を
被加工材に照射して切断或いは溶接する技術が用いられ
ている。

前記技術にあっては、レーザー発振器から出射されたレ
ーザー光をレンズによって集光することで、被加工材に
対し切断或いは溶接等の作業に応じて適切なレーザース
ポットを形成している。前記レンズは被加工材の材質に
応じて、或いは被加工材の厚さに応じて焦点距離の異な
るものが用いられている。例えば、被加工材が非金属で
ある場合には、焦点距離２．５ｉｎのレンズを用いてい
る。

また被加工材が金属であって、板厚が３．２ｍｓ以下で
ある場合には焦点距離２．５ｉｎのレンズ、板厚が３．
２閣〜９■の場合には焦点距離５ｉｎのレンズ、板厚が
９１１Ｉｍ以上の場合には焦点距離７．５ｉｎのレンズ
が夫々用いられている。

また定盤上に載置された被加工材に対し所定の加工線に
沿ってレーザースポットを走査させて二次元形状を切断
するレーザー切断装置、或いは溶接を実施するレーザー
溶接装置等のレーザー加工装置が開発されている。これ
等のレーザー加工装置にあってはレーザー発振器の出力
が小さく、鋼板を切断する場合には厚さ数鵬程度を切断
し得るのみである。前記レーザー加工装置に於いて、レ
ーザー発振器は装置本体に固定して配置されるか、或い
は装置本体とは別個に配置されるのが一般である。

最近に至り、出力数キロワットのレーザー発振器が開発
されている。このレーザー発振器を有するレーザー加工
装置にあっては、厚さ敢闘から数十間にわたる鋼板を切
断し或いは溶接することが可能である。

一方、レーザー発振器から出射されたレーザー光は鋭い
指向性を有しているが、このレーザー光は平行光線では
無く、数ミリラジアンの拡がり角度を有している。

〈発明が解決しようとする課題〉 従来のレーザー加工装置にあっては、被加工材に切断作
業或いは溶接作業を実施する場合、レーザー光を被加工
材の表面或いは表面から数ｍ−１％［隔した位置に結像
させて加工している。また加工能力が小さいため被加工
材のサイズは９００ｓ　Ｘ　１２００−１１２００ＩＩ
Ｉ１１×２４００１！ｌｌ１１等の所謂規格サイズであ
ることが多い。

被加工材に対し所定の加工を行う場合、レーザー光の有
するエネルギを有効に利用することが加工効率の向上及
び加工部位の品質の向上につながる。このため、被加工
材の板厚に応じてレーザー光を集光するレンズとして焦
点距離の異なるレンズを用い、レーザー光の結像位置を
変化させている。然し、焦点距離の長いレンズは高価で
あり、且つ作業の都度レンズを交換することは煩雑であ
る。

また切断板厚或いは溶接板厚等の加工能力を増加させた
場合、板厚の増加に伴って被加工材の寸法も大きくなり
、幅数ｍ、長さ数十ｍに及ぶ場合もある。このため、軽
量且つ剛性の高い装置本体を構成することが必要となる
。従って、レーザー発振器と装置本体とを別個に構成し
、レーザー発振器をフロア上に固定して配置することが
好ましい。

被加工材の寸法が大きくなった場合、被加工材に対する
加工の進行に応じたレーザー発振器とレーザー光の照射
位置との距離変化が大きくなり、この距離の変化に応じ
てレーザー光の結像位置が変化する。このため、被加工
材に対する作業が定常的に実施されず、例えば切断作業
にあっては切断面の平面度或いは面粗度等が変動し、ま
た溶接作業にあっては溶は込み深さが変動する等の問題
がある。

本発明の目的は、レンズを交換すること無く、被加工材
の厚さに応じてレーザー光の結像位置を変化させると共
に、レーザー発振器とレーザー光の照射位置との距離の
変化に係わらずレーザー光の結像位置を一定位置に維持
することが出来るレーザー加工装置を提供するものであ
る。

く課題を解決するための手段〉 上記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、レーザー光の光軸上に配置され被加工材の厚さ方
向にレーザー光を結像するための第１光学手段と、前記
第１光学手段と前記レーザー発振器との間にレーザー光
の光軸に沿って移動可能に配設された第２光学手段と、
被加工材の厚さに応じて前記第２光学手段を移動制御す
ると共に被加工材に対する加工の進行に応じてレーザー
発振器とレーザー光の照射位置との距離を演算し前記演
算結果に応じて前記第２光学手段を移動制御するための
制御手段とを有して構成されるものである。

〈作用〉 上記手段に於いて、レーザー発振器から出射されたレー
ザー光を、制御手段によって移動制御される第２光学手
段及び第１光学手段を経て被加工材に照射することで、
この被加工材の厚さ方向所定位置に結像させることが出
来る。

即ち、レーザー発振器と第１光学手段との間にレーザー
光の光軸に沿って移動可能な第２光学手段を設け、この
第２光学手段を被加工材の厚さに応じた位置まで光軸に
沿って移動させることで、第１光学手段に入射するレー
ザー光の入射面の径を変化させ、これにより被加工材の
厚さ方向に対し被加工材の厚さに応じてレーザー光を結
像させることが出来る。

実験の結果、被加工材に対するレーザー光の結像位置は
、被加工材の板厚が暑い場合にはこの被加工材の内部に
設定し、また板厚が薄い場合には被加工材の表面から離
隔させた位置に設定することが好ましい。

またレーザー発振器と第１光学手段との距離変化に応じ
て第２光学手段を光軸に沿って移動させることで、被加
工材の厚さに応じた位置に設定されたレーザーの結像位
置を維持することが出来る。

レーザー光の拡がり角度は、レーザー光の波長とレーザ
ー発振器に於いて出射されたレーザー光の径に依存する
。また被加工材の厚さに応じて既にこの被加工材に対す
るレーザー光の結像位置が設定されている場合、第１光
学手段によるレーザー光の結像位置は、第１光学手段と
被加工材との距離及びレーザー発振器と第１光学手段と
の距離に依存する。

従って、第１光学手段と被加工材との間隔を一定とした
場合、レーザー光の結像位置はレーザー光が第１光学手
段に入射する際の入射面の径に応して変化する。即ち、
第１光学手段に入射するレーザー光の入射面の径が一定
であれば、レーザー光の結像位置は同一位置となる。

このため、レーザー発振器と第１光学手段との間にレー
ザー光の光軸に沿って移動可能な第２光学手段を設け、
制御手段によって加工の進行に応じたレーザー発振器と
第１光学手段との距離を演算すると共に、この演算結果
に従って前記第２光学手段を光軸に沿って移動させるこ
とで、第１光学手段に入射するレーザー光の入射面の径
を一定に維持することが出来る。即ち、レーザー光の結
像位置を一定位置に維持することが出来る。

〈実施例〉 以下上記手段を適用したレーザー切断装置の一実施例に
ついて図を用いて説明する。

第１図はレーザー切断装置の全体説明図、第２図及び第
３図はトーチブロックの説明図、第４図は制御系のブロ
ック説明図、第５図（Ａ）〜（Ｅ）は被加工材に対する
結像点の説明図、第６図はフローチャートである。

先ず第１図によりレーザー切断装置（以下単に「切断装
置１という）Ａの全体構成について説明する。前記切断
装置ｆＡは、鋼板９ステンレス鋼板プラスチツクボード
、合板等の被加工材を所定の形状に切断するための切断
装置として構成されている。特に本実施例では、被切断
材Ｂとして鋼板を用い、この被切断材Ｂから予め設定さ
れた形状を切り抜くための所謂数値制御方式の切断装置
Ａとして構成されている。

図に於いて、Ｘ方向に沿って平行に敷設されたレール１
上に走行フレーム２が配置されている。

この走行フレーム２はＸモーター２ａによって駆動され
、Ｘ方向に走行可能に構成されている。

前記走行フレーム２上にはＸ方向に沿って横行フレーム
３が設けられている。この横行フレーム３にはＸ方向に
平行な横行レール３ａが固着されている。

前記横行レール３ａには、Ｘモーター４ａによって駆動
され、Ｘ方向に沿って移動可能な横行キャリッジ４が設
けられている。

横行キャリッジ４には、２モーター５ａによって駆動さ
れ、２方向即ち上下方向に移動可能な昇降ブラケット５
が設けられている。

前記昇降ブラケット５に被切断材Ｂにレーザー光を照射
するトーチブロック６が取り付けられている。

レーザー発振器７はフロア上の所定位置に固定して設け
られており、このレーザー発振器７とトーチブロック６
との間はレーザー光通路８によって接続されている。前
記レーザー光通路８は、Ｘ方向に平行に設けられた蛇腹
８ａ、Ｘ方向に平行に設けられた蛇腹８ｂ、ｚ方向に平
行に設けられた蛇１ｔ１８ｃ、走行フレーム２に固着さ
れたミラーユニット８ｄ、横行キャリッジ４に固着され
たミラーユニソト８ｅによって構成されている。

制御装置９はＸモーター２ａ、Ｘモーター４ａ２モータ
ー５ａ等の駆動モーターを制御してトーチブロック６の
位置を制御すると共に、レーザー発振器７によるレーザ
ー光の出射時期、及び後述する移動レンズ１１の移動方
向及び移動量等を制御するものである。

上記の如く構成した切断装置Ａによって被切断材Ｂを切
断する際の動作を簡単に説明する。

制御装置９に予め被切断材Ｂに対する切断情報を入力し
、切断作業を開始すると、前記情報に従ってＸモーター
２ａ、Ｘモーター４ａに制御パルスが与えられ、トーチ
ブロック６が所定の速度で所定の方向に移動する。そし
てトーチブロック６の移動と同期してレーザー発振器７
を駆動してレーザー光を出射させると、レーザー発振器
７から出射されたレーザー光は蛇腹８ａを通ってＸ方向
に沿って進行し、ミラーユニット８ｄによってＸ方向に
屈折され、蛇１１８ｂを通って横行キャリッジ４に固着
したミラーユニット８ｅに至り、ミラーユニッ１−８ｅ
に於いて２方向に屈折され、蛇腹８ｃを通ってトーチブ
ロック６に至る。そしてトーチブロック６から被切断材
Ｂに照射され、この被切断材Ｂを所定の形状で切断する
。

次にトーチブロック６の構成について第２図及び第３図
により説明する。

トーチブロック６は横行キャリッジ４に設けた昇降ブラ
ケット５にトーチブラケット５ｂを介して取り付けられ
ており、２モーター５ａによって駆動され、昇降ブラケ
ット５と共に上下方向に昇降可能に構成されている。

またトーチブロック６は、ノズル６ａ、ノズル６ａを固
着するための第１筒体６ｂ、第１光学手段となる固定レ
ンズ１０．固定レンズ１０を固着するための第２筒体６
ｃ、第２光学手段となる移動レンズ１１．移動レンズ１
１を固着するための第３筒体６ｄ、第３筒体６ｄの移動
機構１２．移動機構１２を駆動するためのモーター６ｅ
によって構成されている。

ノズル６ａは第１筒体６ｂに着脱可能に装着されている
。このノズル６ａは内部にレーザー光を通過させると共
に、炭酸ガス、窒素ガス、ヘリウムガスからなるアシス
トガスを通過させるためのテーパ状の孔６ａ＋が形成さ
れている。

第１筒体６ｂの上端（第３図に於ける上側、以下同じ）
には、第２筒体６Ｃの下端（第３図に於ける下側、以下
同じ）に形成したフランジ６Ｃ＋と当接するフランジ６
ｂ、が形成されている。また第１筒体６ｂの側面所定位
置には、この第１筒体６ｂの内部に形成された室６ｂｚ
にアシストガスを供給するためのホース１３を取り付け
るための二・ノズル１３ａが固着されている。

第１筒体６ｂは、第２筒体６Ｃに形成したフランジ６ｃ
＋に設けた位置決め機構１４を介して、第２筒体６ｃに
取り付けられている。

前記位置決め機構１４は、断面がＬ字状に形成され、且
つ第１筒体６ｂの外径よりも大きな内径を有する孔１４
ａ　、とフランジ６ｃ＋の外径と略等しい外径とを有し
てリング状に形成された保持部材１４ａと、保持部材１
４ａと螺合し、且つ先端がフランジ６ｂ、の側面と当接
するネジ部材１４ｂとによって構成されている。そして
、孔１４ａ１に第１筒体６ｂを嵌挿した保持部材１４ａ
をフランジ６ｃ、に図示しないネジによって締結するこ
とで、第１筒体６ｂが第２筒体６Ｃに取り付けられてい
る。従って、第１筒体６ｂはレーザー光の光軸１５と直
角方向に移動可能に構成されている。

上記の如く、第１筒体６ｂを位置決め機構１４を介して
第２筒体６Ｃに取り付けることで、ノズル６ａに形成し
た孔６ａ＋の中心をレーザー光の光軸１５と一致させる
ことが可能である。

第２筒体６ｃの内部下端には、固定レンズ１０が保持部
材１０ａを介して取り付けられている。この固定レンズ
１０の中心はレーザー光の光軸１５と一致して配置され
ている。

固定レンズ１０は予め設定された被切断材Ｂとの距離に
応じた焦点距離を持った凸レンズによって構成され、入
射したレーザー光を集光して被切断材Ｂの厚さ方向所定
位置に結像するものである。

本実施例では固定レンズ１０として焦点距離２．５ｉｎ
の凸レンズを用いている。

第２筒体６ｃの上端にはフランジ６ＣＸが形成されてお
り、このフランジ６ｃ！を介して後述する移動機構１２
が構成されている。また第２筒体６ｃの側面所定位置に
は上下方向に長大６Ｃ３が形成されている。

本実施例に於いて、図に示すように第２筒体６Ｃは２本
の筒体を固着して構成しているが、これはトーチブロッ
ク６を組み立てる際の作業を容易にするための処置であ
り、この第２筒体６ｃを１本の筒体で構成しても、或い
は複数の筒体で構成しても良い。

第２筒体６Ｃの内部には複数の直進軸受１６が設けられ
ており、この直進軸受１６を介して第３筒体６ｄが光軸
１５に沿って移動可能に配設されている。

第３筒体６ｄの下端には移動レンズ１１が保持部材１１
ａを介して取り付けられている。この移動レンズ１１の
中心はレーザー光の光軸１５と一致して配置されている
。

第３筒体６ｄの上端には移動機構１２を構成するネジ部
材１２ａが固着されている。また第３筒体６ｄの側面で
あって、第２筒体６ｃに形成した長穴６ｃ３と対応する
位置には、この長穴６＋４と係合して第３筒体６ｄの回
転を防止するための回転防止部材ｅｄｌが固着されてい
る。

移動レンズ１１は所定の焦点距離を持った凸レンズによ
って構成されており、入射したレーザー光を集光して固
定レンズ１０に入射させるものである。

また移動レンズ１１は、被切断材Ｂの板厚に応じて固定
レンズ１０に入射するレーザー光の入射面の径を変化さ
せ、これにより被切断材Ｂの板厚方向所定位置にレーザ
ー光を結像させるものである。更に、移動レンズ１１は
、前述の如くして被切断材Ｂの板厚に応じてレーザー光
の結像位置を設定した後、レーザー発振器７とトーチブ
ロック６との距離の変化に応じて変化する移動レンズ１
１に入射するレーザー光の入射面の径に係わらず固定レ
ンズ１０に入射するレーザー光の入射面の径を一定に維
持するものである。このため、移動レンズ１１はレーザ
ー光の光軸１５に沿って軸方向に移動し得るように構成
されている。即ち、移動レンズ１１を取り付けた第３筒
体６ｄが光軸１５に沿って移動し得るように構成されて
いる。本実施例では移動レンズ１１として焦点距離５ｉ
ｎの凸レンズを用いている。

次に移動機構１２の構成について説明する。

第２筒体６ｃの上端に形成したフランジ６ｃｚの外周に
軸受１２ｂが固着されている。この軸受１２ｂにはギヤ
１２ｃが回転可能に支承されている。

前記ギヤ１２ｃは円筒部１２ｃ１と、この円筒部１２ｃ
１の上端に形成されたギヤ部１２ｃ２とによって構成さ
れている。そして円筒部１２ｃ１の下端内部に形成され
た嵌合部を介して軸受１２ｂと嵌合している。またギヤ
部１２ｃ２の中心にはネジ部材１２ｄを固着するための
孔１２ｃ、が形成されている。

ネジ部材１２ａ、１２ｄは互いに螺合してギヤ１２ｃの
回転を直進運動に変換するものである。このため、ネジ
部材１２ａは第３筒体６ｄの上端に固着されており、ま
たネジ部材１２ｄはギヤ１２．ｃに固着されている。

ネジ部材１２ａの上部にはボス１２ａ、が形成されてい
る。そしてボス１２ａ１に蛇腹８Ｃの端部が固着されて
おり、これにより、レーザー発振器７からトーチブロッ
ク６に至るレーザー光通路８とトーチブロック６とが接
続される。

前記ギヤ１２ｃにはモーター６ｅに取り付けたギヤ６ｅ
＋が噛合しており、モーター６ｅを駆動することで、ギ
ヤ１２ｃ、ネジ部材１２ｄを回転し得るように構成して
いる。

前記モーター６ｅはトーチブラケット５ｂに固着されて
いる。またトーチブラケット５ｂにはホルダー５０が一
体的に構成されており、このホルダー５０に第２筒体６
ｃが取り付けられている。

従って、第２筒体６ｃのフランジ６ｃｚ及び第３筒体６
ｄの上部に構成した移動機構１２とモーター６ｅとは、
トーチブラケット５ｂによって互いの関係寸法を保持し
得るよう構成されている。

尚、第２図に於いて１７は、ノズル６ａと被切断材Ｂと
の間隔を検出するハイドセンサーであり、センサーと被
切断材との間の静電容量を検出する静電容量型センサー
、圧力エアを噴射した時の背圧を検出するエアハイドセ
ンサー、被切断材の表面と接触する接触センサー等のセ
ンサーを用いることが可能である。本実施例では静電容
量型センサーを用いている。

上記構成に於いてモーター６ｅを駆動すると、この回転
がギヤ６ｅ、、１２ｃ、ネジ部材１２ｄ、　１２ａを介
して第３筒体６ｄに伝達される。そして第３筒体６ｄに
設けた回転防止部材６ｄ、が第２筒体６Ｃに形成した長
穴６ｃｓと係合することで第３筒体６ｄの回転が防止さ
れるため、この第３筒体６ｄは光軸１５に沿って上下方
向に移動する。

次に切断装置Ａの制御系を第４図により説明する。

図に於いて９ａは制御装置９を構成する制御部であり、
入力された被切断材Ｂの板厚情報に応してモーター６ｅ
に対する駆動信号を発生させると共に、トーチブロック
６のＸ、ｙ方向への移動量を演算し、この演算結果に応
じてモーター６ｅに対する駆動信号を発生させ、及び各
モーター２ａ４ａ、５ａ、　　レーザー発振器７１図示
しないアシストガス供給装置２２等に対する駆動信号を
発生させるＣＰＵ９ａ＋、入力装置２１によって入力さ
れた被切断材Ｂに関する板厚、切断速度、切断形状等の
情報を一時記憶するＲ　Ａ　Ｍ　９　ａｔ、切断装置Ａ
の動作プログラム、被切断材Ｂの板厚に応じた移動レン
ズ１１と固定レンズ１０との距離を設定したチャート、
トーチブロック６とレーザー発振器７との距離に応じた
演算プログラム等を格納するＲＯＭ９ａ２．　　ｘモー
ター２ａ、ｙモーター４ａに対する駆動パルスを駆動方
向に応じて加減算するカウンター９８ａとによって構成
されている。

入力装置２１は被切断材Ｂの材質、板厚、切断形状等の
情報を入力するための装置であり、この入力装置２１か
ら入力された情報はインターフェース２３を介して制御
部９ａに伝達される。デイスプレィ２４は入力装置２１
によって人力される情報や切断装置Ａの稼働状況等を表
示するものである。

ドライバ２５は各モーターを駆動するためのものであり
、ドライバ２６はレーザー発振器７．アシストガス供給
装置２２を駆動するものである。

次に上記の如く構成した切断装置Ａに於けるレーザー光
の結像及びこの結像位置の維持について第５図（Ａ）〜
（Ｅ）により説明する。

先ず、被切断材Ｂの厚さに応じた被切断材Ｂとレーザー
光の結像位置との関係について説明する。

第５図（Ａ）は被切断材Ｂの板厚が極く薄い場合に於け
る被切断材Ｂとレーザー光の結像点１８との関係を示す
ものである。

図に於ける結像点１８は被切断材Ｂの表面から距離２１
離隔した位置に設定されている。この距離１１は実験的
に求めた値である。また固定レンズ１０と被切断材Ｂと
の間隔りはハイドセンサー１７によって検出され、この
間隔りが予め設定された値から変動したときは、変動量
に応じて２モーター５ａを駆動してトーチブロック６を
昇降させることで、前記間隔りを一定の値に維持してい
る。

前記結像点１日は、レーザー光の光軸１５に沿って所望
の位置に設定することが可能である。即ち、固定レンズ
１０と被切断材Ｂの表面との間隔、固定レンズ１０と移
動レンズ１１との距離、移動レンズ１１とレーザー発振
器７との距離等の値を後述する公式に従って設定するこ
とで、結像点１８を所定位置に設定することが可能であ
る。従って、被切断材Ｂの板厚に応じて、レーザー光の
エネルギを最も効率良く利用し得る結像点１８の位置を
設定することが可能である。

またレーザー発振器７から出射されるレーザー光の拡が
り角度はレーザー光の波長とレーザー発振器７に於ける
レーザー光の径によって定まる。

即ち、拡がり角度θ（ラジアン）は波長λとし、レーザ
ー光の径をＤとすると、 θ＝λ／Ｄ　　（ラジアン）となる。

レーザー発振器７に炭酸ガスレーザーを用いた場合波長
λはｌ０１６μｍである。またレーザー発振器７に於け
るレーザー光の径をφ２とすれば、θ−５．０３ｘｌＯ
−’　（ラジアン）となる。

従って、レーザー発振器７から１０ｍの位置に於けるレ
ーザー光による照射面の径は５．０３ＣＩとなり、５０
ｍの位置に於けるレーザー光による照射面の径は２５．
１５ＣＯ１となる。このように照射面に於けるし−グー
光の径はレーザー発振器７からの距離に応じて変化する
。

このため、前述の如く移動レンズ１１を光軸１５に沿っ
て移動させることで、被切断材Ｂの板厚に応じてレーザ
ー光の結像点１８を設定しても、レーザ発振器７と固定
レンズ１０との距ＭＬが変化すると、距離りの変化に伴
って固定レンズ１０から結像点１８までの距離Ｖが変化
する。即ち、距離りの変化に応して結像点１８は光軸１
５上を移動することとなる。

従って、本発明に係るレーザー加工装置では、被切断材
Ｂの板厚に応じて夫々所定の結像点１Ｂの位置を設定す
ると共に、結像点１８の位置を設定した後、被切断材Ｂ
に対する切断の進行に伴い発生するレーザー発振器７と
固定レンズ１０との距離変化による結像点１８の位置変
化を、移動レンズ１１を光軸１５に沿って移動すること
で吸収し、被切断材Ｂに対する結像点１８の位置を一定
に維持し得るよう構成している。

ここで、固定レンズ１０の焦点距＃ｆ９．移動レンズ１
１の焦点距離ｆ２とし、トーチブロック６を装置原点に
一敗させたときに於けるレーザー発振器７と固定レンズ
ＩＯとの距離をＬ（一定）、被切断材Ｂの板厚に応じた
固定レンズ１０から結像点１８までの距離をｖ　（ｖｌ
〜Ｖ、）、固定レンズ１０から距離Ｖ離隔した位置にレ
ーザー光を結像させるときのレーザー発振器７と移動レ
ンズ１１と距離をｕ　（ｕ１〜ｕ３）及びこのときの移
動レンズ１１と固定レンズ１０との距離ｄ（ｄｌ−ｄｉ
）とすると、 Ｌ＝ｕ＋ｄ　　　であり、 また組合せレンズの公式から、 但し、 ｆ＋　＋ｆｔ＋　ｄ １　　　　１　　　　１　　　　　　　ｄなる関係が成
立する。

上式は各レンズ１０．１１の焦点距離ｆ、、　ｒｚを設
定すると共に、レーザー発振器７と固定レンズＩＯとの
距離Ｌ５　固定レンズ１０と結像点１８との距離Ｖを設
定すると、レーザー発振器７と移動レンズ１１との距離
ｕ及び移動レンズ１１と固定レンズｌＯとの距離ｄが定
まることを意味している。

同図（Ｂ）は被切断材Ｂの表面にレーザー光の結像点１
８を設定した場合を示しており、被切断材Ｂの板厚が９
ｍ＋以下の場合に有効である。

同図（Ｃ）は被切断材Ｂの板厚が６ａｍ以上の厚板に対
して切断を行う場合の被切断材Ｂとレーザー光の結像点
１８との関係を示したものである。

第５図（八）〜（Ｃ）に於ける固定レンズ１０と移動レ
ンズ１１との距離ｄ、〜ｄ３は、式■〜■に基づいて求
めることが出来る。このため、制御部９ａのＲＯＭ９ａ
ｓに上式の演算プログラム、及び板厚に応じた固定レン
ズ１０と結像点１８との距ａＶＩ〜ν、のチャートを格
納し、制御部９ａに於いて入力された被切断材Ｂの板厚
に応じて前記チャートから距離Ｖ＋〜Ｖ、を設定すると
共に、距ＭｖＩ〜ν、を得るための距離ｄ１〜ｄ、を演
算し、この演算結果に基づいてモーター６ｅに制御パル
スを与えることで、第３筒体６ｄを所定の方向に移動さ
せ、これにより移動レンズ１１を光軸１５に沿って移動
させることによって、移動レンズ１１を固定レンズ１０
からの距離ｄ離隔した位置に設定することが可能である
。

第５図（Ｄ）はトーチブロック６が装置原点にあるとき
の移動レンズ１１と固定レンズ１０との関係を示したも
のである。

このとき、レーザー発振器７がフロア上に固定されてお
り、且つ切断装置Ａのレールスパン等は設計条件として
予め与えられることからレーザー発振器７と固定レンズ
１０との距ＭＬは予め設定された値となる。また距離ｄ
は、固定レンズ１０と被切断材Ｂとの距離りを一定の値
に保持した状態で所定の位置に結像点１８を形成したと
きの値として得ることが可能である。

前記状態に於ける距離り、　　ｄを基準値Ｌｏ、　ｄａ
として設定し、移動レンズ１１によるレーザー光の見掛
は上の結像点１９までの距離を−。とすると、レンズの
公式から、 １　　　　　　　１　　　　　　　１ −０　　　　Ｌｏ　　ｄｏ　　　　　ｆｚなる関係が成
立する。

従って、以後距離りの変化に応じて固定レンズ】０に入
射するレーザー光の入射面の径を一定の値に維持するよ
うに、即ち、移動レンズ１１による見掛は上の結像点１
９の位置と固定レンズ１０との距離が常−に一定となる
ように固定レンズ１１を移動させるものである。

即ち、トーチブロック６の移動に伴い同図（Ｅ）に示す
ように、距＃Ｌが変化してり、Ｉ（Ｌｌ＝ＬＯ＋θ）と
なった時、同図（Ｄ）に於ける結像点１９の位置を固定
し、移動レンズ１１によってこの結像点１９に結像し得
る距離町を逆算することで、−６−一。＝δを算出する
。即ち、 ■ ｆｚ　（Ｌｏ−ｄｏ十〇） δミ ■ ｆｚ＋Ｌ、ｏ　　ｄｏ十〇 但し、 ｆ　ｚ　（Ｌ６　　ｄｏ） ■ Ｌｏ　　ｄｏ＋ｆｚ となる。この計算値δに基づいて固定レンズ１０と移動
レンズ１１との距離ｄ（ｄ＝ｄＯ＋δ）を算出すると共
に、移動レンズ１１を光軸１５に沿ってδだけ移動させ
るものである。

次に上記の如く構成した切断装置Ａに於ける動作を第６
図のフローチャートを用いて説明する。

先ず走行フレーム２及び横行キャリッジ４を所定の方向
に移動して夫々装置原点を検出する（Ｓｌ）。

次に入力装置、２１によって制御部９ａに被切断材Ｂの
材質、板厚、切断速度等の切断情報及び被切断材に対す
る切断形状等の情報を入力する（Ｓ２）。

所定の切断情報の入力を終了すると、トーチブロック６
から被切断材Ｂ上にレーザー光を照射し、移動レンズ１
１を調整して被切断材Ｂの表面上にレーザーの結像点１
８を形成する。この調整は切断装置Ａの据え付は時に行
えば良く、−度調整した後は不要となるものである。ま
た制御部９ａでは入力された被切断材Ｂの板厚情報に基
づいてレーザー光の結像点１８の位置が設定されると共
に、設定された位置にレーザー光を結像させるための固
定レンズ１０と移動レンズ１１との距離ｄが演算される
。

そして前記演算結果に基づいてモーター６ｅに制御パル
スが与えられ、移動レンズ１１が所定位置に移動する（
Ｓ３）。

次いでＸモーター２ａ、Ｘモーター４ａを駆動してトー
チブロック６を移動させ、被切断材Ｂに対する切断開始
位置に一致させる（３４〜Ｓ８）。

このトーチブロック６の移動に際し、各モーター２ａ、
４ａに伝達される制御パルスはカウンター９ａｍに於い
て加減算され、トーチブロック６とレーザー発振器７と
の距離情報として利用される。

即ち、カウンター９ａａに於いて加減算した制御パルス
の数がトーチブロック６とレーザー発振器７との距離の
変化分θとして利用され、ＣＰＵ９ａ。

によりカウンター９ａ４に於いて加減算した制御パルス
により距離変化分θが演算され、同時に式■。

■に基づいて移動レンズ１１に対する移動量δが演算さ
れる。そしてこの演算結果に応じてモーター６ｅに対し
制御パルスを伝達することで、移動レンズ１１をトーチ
ブロック６とレーザー発振器７との距離の変化に応して
移動レンズ１１を移動させる（Ｓ９，５１０）。然し、
この時点ではレーザー光は照射されない。

トーチブロック６が所定の切断開始位置に至ると、２モ
ーター５ａが駆動されトーチブロック６は被切断材Ｂに
対し所定の高さに設定される。以後トーチブロック６と
被切断材Ｂとの間隔はハイドセンサー１７によって制御
される。

次いで、ＲＯＭ９ａｓに格納された所定の切断プログラ
ムに従ってレーザー発振器７が駆動されレーザー光が出
射される。同時にアシストガス供給装置２２から第１筒
体６ｂにアシストガスが供給される（Ｓｌｌ、　　５Ｉ
２）　、更に、ＲＡＭ９ａｚに記憶した切断形状の情報
が読み出され、この情報に応じてＸモーター２ａ、Ｘモ
ーター４ａが所定の方向に駆動される。この一連の動作
によって被切断材Ｂは所定の形状に連続的に切断される
（３１３〜５１６）。

上記動作に際し、Ｘモーター２ａ、Ｘモーター４ａに伝
達される制御パルスはカウンター９ａａに於いて加減算
され、トーチブロンクロとレーザー発振器７との距離情
報として利用される。即ち、Ｓ９．ＳＩＯに於けると同
様にして移動レンズ１１が移動される（Ｓ１７．　３１
８）　、このとき、被切断材Ｂに対するレーザー光の結
像点１８は常に一定の位置に形成される。

次いで予め入力された切断形状に対する切断が終了した
か否かを判断し、未だであればＳ１３．　　Ｓ１５に戻
り切断を続行し、終了した場合にはレーザー発振器７を
停止すると共にアシストガス供給装置２２を停止しくＳ
１９．　５２１）エンドとなり全ての動作を終了する。

本実施例に於いて、レーザー光通路８がＸ方向。

Ｘ方向に平行に設けられることから、カウンター９ａ＜
によって加減算した制御パルスの数が距離変化分αの情
報として用いることが可能である。

〈発明の効果〉 以上詳細に説明したように、本発明に係るレーザー加工
装置によれば、レーザー発振器から出射されたレーザー
光を、制御手段によって移動制御される第２光学手段及
び第１光学手段を経て被加工材に照射することで、この
被加工材の厚さ方向所定位置に結像させることが出来、
且つ加工の進行に伴いレーザー発振器と第１光学手段と
の距離が変化しても、前記レーザー光の結像位置を一定
に維持することが出来る。

このため、従来技術の如くレンズを交換すること無く、
且つ比較的安価な焦点距離の短いレンズを用いて、被加
工材に対しレーザー光のエネルギを効率良く付与するこ
とが出来、従って、レーザー加工に於ける加工効率を向
上させると共に加工部位の品質を向上させることが出来
る。

また被加工材に対するレーザー光の結像位置が常に一定
位置に維持されることから、被加工材に対し定常的な加
工を施すことが出来る。例えば被加工材を切断する場合
には切断面の粗度、平坦度等を向上させることが出来、
また被加工材を溶接する場合には溶は込み深さを一定値
に維持することが出来る等の特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザー切断装置の全体説明図、第２図及び第
３図はトーチブロックの説明図、第４図は制御系のブロ
ック説明図、第５図（Ａ）〜（ｌりは被加工材に対する
結像点の説明図、第６図はフローチャートである。 Ａは切断装置、Ｂは被切断材、１はレール、２は走行フ
レーム、２ａはＸモーター、３は横行フレーム、４は横
行キャリッジ、４ａはＸモーター５は昇降ブラケット、
５ａは２モーター、６はトーチブロック、６ａはノズル
、６ｂは第１筒体、６ｃは第２筒体、６ｄは第３筒体、
６ｅはモータ、７はレーザー発振器、８はレーザー光通
路、９は制御装置、９ａは制御部、１０は固定レンズ、
１１は移動レンズ、１２は移動機構、１５は光軸、１７
はハイドセンサー、１８はレーザースポット、２１は入
力装置、２２はアシストガス供給装置、２３はインター
フェース、２４はデイスプレィ、２５．２６はドライバ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザー光の光軸上に配置され被加工材の厚さ方向にレ
   ーザー光を結像するための第１光学手段と、前記第１光
   学手段と前記レーザー発振器との間にレーザー光の光軸
   に沿って移動可能に配設された第２光学手段と、被加工
   材の厚さに応じて前記第２光学手段を移動制御すると共
   に被加工材に対する加工の進行に応じてレーザー発振器
   とレーザー光の照射位置との距離を演算し前記演算結果
   に応じて前記第２光学手段を移動制御するための制御手
   段とを有することを特徴としたレーザー加工装置。