JPH0452096A - レーザ加工機の加工ヘツド及びレーザビームの焦点位置調整方法 - 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、レーザ加工機の加工ヘッド及びレーザビーム
の焦点位置調整方法に関する。

〔従来の技術〕

第３図はレーザ加工機の概要を示すもので、ベツド１上
にはテーブル２がＸ軸（テーブル２の長手方向）に移動
自在に配設されている。ベツドｌ上にはコラム３が立設
され、コラム３にはサドル４がＹ軸（テーブル２の長手
方向に直交する方向）に移動自在にとりつけられる。サ
ドル４には加工ヘッド１０がＺ軸（テーブル２に垂直な
方向）に移動自在に支持されている。ベツド１の後部に
は強電ユニット６、チラーユニット７、レーザ電源ユニ
ット８等が配設される。コラム３の裏側にはレーザ発振
器９が配設されて、加工ヘッド１０へレーザビームを供
給する。

コラム３の前面に配設するＮＣ装置を含む制御装置５に
よりレーザ加工機全体が制御される。

テーブル２上に載置するワーク表面とレーザビームの焦
点位置の関係は、ワークの材質や加工条件により調整す
る必要があるが、従来装置にあっては、手動によりこの
調整を行っていた。

第４図は従来の加工ヘッドの断面図、第５図は第４図の
要部の拡大断面図である。

全体を符号１０で示す加工ヘッドは、レーザ加工機のサ
ドル４にとりつけられる。加工ヘッド１０は、筒状をし
たヘッド本体１２を有し、ヘッド本体１２の上部にはレ
ンズ支持部材１４によって集光レンズ２０が配設される
。

円筒状のヘッド本体の下端部には、ねじ手段等の適宜の
固着手段を介してブラケット２ｏがとりつけられる。ブ
ラケット２０の先端のリング部には内ねじ部２２と外ね
じ部２４が形成され、内ねじ部２２にテーパ状のノズル
３０が螺合される。

ノズル３０の外側にノズル固定ホルダ３４を嵌合し、ブ
ラケット２０の外ねじ部２４にノズル固定ホルダ３４を
螺合することによって、ノズル３０の段付部３３を押圧
して、ノズル３０を固定する。

レーザ発振器９から供給される平行光線であるレーザビ
ームＢ。は、集光レンズ１６によって集光され、レーザ
ビームＢ１となり、焦点Ｐを結ぶ。

焦点Ｐはノズル３ｏの先端部３１から寸法りだけ突出し
た位置に形成される。レーザビームＢ１とヘッド本体１
８に供給口１９を介して供給されるアシストガスによっ
てレーザ加工が施される。

焦点Ｐはワーク３５の表面に合致させることが多いが、
ワークの表面より上方の空間やワーク内部に合致させる
こともある。

ワーク上で乱反射したレーザ光がヘッド本体１２内に逆
流すると、ヘッド本体１２の内面や集光レンズ１６を損
傷する。テーパ状のノズル３０は、この反射光がヘッド
本体内に侵入するのを防止する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ワークの材質や加工条件に応じて、焦点Ｐをワ一りの表
面や、ワークの表面から外れた位置に設定する必要があ
る。

上述した従来の装置にあっては、ノズル３０の先端３１
とワーク表面との間の距離りを調整するには、ノズル固
定ホルダ３４を外した後に、ノズル３０を回動し、ねじ
部２２を利用してブラケッ）−２０に対するノズル３０
の突き出し量を調整することによって寸法りを調整して
いた。

したがって、この調整は手動による作業を必要とし、異
なるワークを連続加工することはできなかった。

そこで本発明は、このレーザビームの焦点位置の調整を
自動的に達成することのできる装置及び調整方法を提供
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のテーブルに対して垂直な軸線に沿って昇降自在
に配設される加工ヘッドは、レーザビームの集光レンズ
を保持する筒状のレンズ装着部材と、レンズ装着部材に
固着される筒状のアシストガス導入部材と、アシストガ
ス導入部材に対して軸線方向に摺動自在に配設されるノ
ズル保持部材と、ノズル保持部材の先端に固着されて先
端部がレーザビームの焦点近傍に配設されるテーパ状の
ノズルと、ノズル保持手段をアシストガス導入部材から
離隔する方向へ付勢する付勢手段と、ノズル保持手段を
前記付勢手段の付勢力に抗して位置決めする把持手段と
を備えたことを基本的な構成とする。

そして、加工ヘッドを用いたレーザビームの焦点位置調
整方法は、加工ヘッドの軸線方向位置を読込む工程と、
レーザビームの焦点位置をプリセットする工程と、前記
把持手段を解放してノズル保持部材をストローク端まで
突出させる工程と、加工ヘッドを降下してノズルの先端
部がワーク表面に当接する位置を基準位置として設定す
る工程と、加工ヘッドを所定の距離だけ降下、位置決め
する工程と１把持手段を付勢してノズル保持部材を把持
する工程とを有する。

〔作用〕

以上の手段により、ワークの種類等に応じて、ＮＣ装置
からの指令によってワーク表面に対する加工ヘッドのノ
ズルの先端に対するレーザビームの焦点位置は自動的に
調整される。

〔実施例〕

以下、図面に基いて本発明の詳細な説明する。

第１図は加工ヘッドの断面図であって、全体を符号５０
で示す加工ヘッドは、円筒状のレンズ装着部材６０とア
シストガス導入部材７０を有し。

レンズ装着部材６０はカップリング６２を介して図示し
ないサドル４０に連結される。

レンズ装着部材６ｏの内部には、外筒６３及び内筒６５
を含むレンズ支持手段によって集光レンズ６４がとりつ
けられる。レンズ装着部材６０の外周部にはシリンダ部
材６６を嵌装して、レンズ装着部材６０の外周との間に
室６７を形成する。

この室６７に入口６８から冷却水を導入してレンズ装着
部材６０の冷却を行なう。

レンズ装着部材６０の下端部にはカンプリング７２が螺
合し、カップリング７２により円筒状のアシストガス導
入部材７０を支持する。カンプリング７２には、放射方
向に４個の調整ボルト７４が植設してあり、調整ボルト
７４の先端部でアシストガス導入部材７０を押動するこ
とにより、軸線の調整を達成することができる。

アシストガス導入部材７０には、パイプ７６が嵌着され
、矢印Ｇに示す方向にアシストガスが導入される。

アシストガス導入部材７０の下端外周部には第１のシリ
ンダ部材８０が螺合され、さらにこの第１のシリンダ部
材８０の外周部に第２のシリンダ部材８２が螺合される
。第１のシリンダ部材８０と第２のシリンダ部材８２の
間に形成される空間にピストン部材９ｏが摺動自在に挿
入され、ピストン部材９０の下端部は、第１のシリンダ
部材８０に螺合するリング部材８４により支持される。

ピストン部材９０にはバネ８６を設けて、ピストン部材
９０を常時上向きに付勢する。

第１のシリンダ部材８０、第２のシリンダ部材８２、ピ
ストン部材９０はサーボ室８８を画成し、このサーボ室
８８はパイプ８９を介してエア（圧縮空気）の供給源に
連通ずる。

アシストガス導入部材７０の下方には、アシストガス導
入部材７０の内周部と第１のシリンダ部材８０の内周部
に対して摺動自在にノズル保持部材１００を挿入する。

アシストガス導入部材７０とノズル保持部材１００の間
にはバネ１０６を配設してノズル保持部材１００を常時
下向きに付勢する。ノズル保持部材１００の内側にはア
シストガスが導入されているので、ノズル保持部材１０
０に半径方向の孔１０２を設けて、ノズル保持部材１０
０の外周部と第１のシリンダ部材８０の内周部との間に
画成される室１０４内にアシストガスを導入し、ガス圧
による影響を相殺する。

一方、ピストン部材９０の下端部にはカム部材９２がと
りつけである。カム部材９２は内周側にテーパ状のカム
面９４を有し、カム面９４に当接するピン９６を配設す
る。ピン９６の内側はノズル保持部材１００の外周部に
当接し、ピン９６がカム面９４により内側に向けて押圧
されたときには、ピン９６の内側がノズル保持部材１０
０の外周部を摩擦力で支持する構成となっている。

ノズル保持部材１００の下端部には、ねじ部１１０を介
してテーパ状の先端部１２５を有するノズル１２０が固
着される。

したがって、エアをサーボ室に導入することにより、ノ
ズル保持部材１００はＺ軸方向に摺動自在となるので、
任意の位置にノズル保持部材を位置決めしてエアを抜け
ば、ワーク表面に対するノズル先端部１２５の位置とレ
ーザビームの焦点位置を容易に調整することができる。

次に、第２図に示すフローチャートにより、本発明の加
工ヘッドを用いたレーザビームの焦点位置及びノズル先
端部とワーク表面との間の距離を自動的に調整する方法
を説明する。

ステップ１０００で開始された制御フローは、ステップ
１０１０で加工ヘッド５０の現在のＺ軸移動量の信号を
読込む。ステップ１０２０ではレーザビームＢ１の焦点
ＰのＺ軸上の位置をプリセットする。

ステップ１０３０では、サーボ室８８にエアＡを送るオ
ン信号を発する。ステップ１０４０でエアＡのオンを確
認する。エアＡがサーボ室８８に送られるとピン９６に
よる摩擦係合が解放され、バネ１０６に押し出されてノ
ズル保持部材１００はストロークエンドまで突呂する。

ステップ１０５０では、加工ヘッド５０全体を２軸に沿
って降下してノズル１２０の先端部１２５をワーク２０
０の表面２０２に当接する。ワークが柔軟な材料の場合
には、ワーク上面２０２と同じ高さをもつ剛性体からな
る基準面を用意し、この基準面上にノズル１２０の先端
部１２５を当接する。

ステップ１０６０でノズル先端部１２５とワーク上面２
０２との距離りに相当するＺ軸の移動量を加工ヘッド５
０に指令する。ステップ１０７０でエアＡのオフ指令を
発し、ステップ１０８０でエアＡのオフを確認する。エ
アＡのオフによりピン９６がノズル保持部材に摩擦係合
して位置決めする。

この一連の操作により、Ｚ軸上のレーザビームＢ□の焦
点Ｐ１の位置およびワーク２００とノズル１２０の先端
部１２５との距離が予め設定された値に自動的に設定さ
れる。ステップ１０９０で加工を施し、ステップ１１０
０で制御フローを完了する。

〔発明の効果〕

本発明のレーザ加工機の加工ヘッドは以上のように、集
光レンズを装備するレンズ装着部材を加工ヘッドの昇降
手段に固着するとともに、ノズルを保持する部材をレン
ズ装着部材に対して軸線方向に摺動可能に構成しである
。常時は、把持手段が作動してレンズ装着部材とノズル
保持部材の相対位置を一定に保つが、把持手段を流体ア
クチュエータによって解放することにより、ノズル保持
手段の軸線位置を容易に調整することができる。

そして、この構成を利用して、アクチュエータの操作と
加工ヘッドの昇降位置を制御し、ノズルの先端位置とワ
ーク表面の距離、及びレーザビームの焦点位置を自動的
に調整することができる。

したがって、レーザ加工機を自動化システム等の無人加
ニジステムに導入することが可能となり、生産効率の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る加工ヘッドを示す断面図
、第２図は制御のフローチャート、第３部を示す断面図
である。 ５０・・・・・・加工ヘッド ６０・・・・・・レンズ装着部材　６４・・・・・・集
光レンズ７０・・・・・・アシストガス導入部材８０・
・・・・・第１のシリンダ部材 ８２・・・・・・第２のシリンダ部材 ８６・・・・・・バネ　　　８８・・・・・・サーボ室
９０・・・・・・ピストン部材　　９２・・・・・・カ
ム部材９４・・・・・・カム面　　　９６・・・・・・
ピン１００・・・・・・ノズル保持部材　　１０６・・
・・・・バネ１２０・・・・・・ノズル　　１２５・・
・・・・ノズル先端部特許出願人　ヤマザキ　マザツク
株式会社代理人　弁理士　沼形義彰（外２名） 第 図 第 図 ρ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、テーブル上に載置するワークと加工ヘッドとの間の
   相対位置を制御するＮＣ装置を備えたレーザ加工機の加
   工ヘッドにおいて、 テーブルに対して垂直な軸線に沿つて昇降自在に配設さ
   れる加工ヘッドは、レーザビームの集光レンズを保持す
   る筒状のレンズ装着部材と、レンズ装着部材に固着され
   る筒状のアシストガス導入部材と、アシストガス導入部
   材に対して軸線方向に摺動自在に配設されるノズル保持
   部材と、ノズル保持部材の先端に固着されて先端部がレ
   ーザビームの焦点近傍に配設されるテーパ状のノズルと
   、ノズル保持手段をアシストガス導入部材から離隔する
   方向へ付勢する付勢手段と、ノズル保持手段を前記付勢
   手段の付勢力に抗して位置決めする把持手段とを備えた
   ことを特徴とするレーザ加工機の加工ヘッド。 ２、前記把持手段は、ノズル保持部材の外周部に摩擦係
   合するピンと、ピンに当接するカム部材と、カム部材と
   一体のピストン部材と、ピンを常時押圧する方向にピス
   トンを付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗し
   てピストン部材を作動する流体圧手段とを備えたことを
   特徴とする請求項１記載のレーザ加工機の加工ヘッド。 ３、請求項１又は２記載のレーザ加工機の加工ヘッドに
   おけるレーザビームの焦点位置調整方法において、 加工ヘッドの軸線方向位置を読込む工程と、レーザビー
   ムの焦点位置をプリセットする工程と、 前記把持手段を解放してノズル保持部材をストローク端
   まで突出させる工程と、 加工ヘッドを降下してノズルの先端部がワーク表面に当
   接する位置を基準位置として設定する工程と、 加工ヘッドを所定の距離だけ降下、位置決めする工程と
   、 把持手段を付勢してノズル保持部材を把持する工程とか
   らなることを特徴とするレーザ加工機の加工ヘッドにお
   けるレーザビームの焦点位置調整方法。