JPH05104271A - 円形穴加工方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 リング状のレーザビームＬを発振するレーザ
加工装置２の先端に集光光学系６を設け、所定のレーザ
ビームＬの径の位置で被加工物ＷにレーザビームＬを照
射し、レーザビームＬと同じ断面形状の円形穴を加工す
るものである。 【効果】 リング状のレーザビームＬを被加工物Ｗに照
射することにより、レーザ加工装置２を加工すべき円形
穴の形状の軌跡に沿って移動させることなく、正確な円
形穴を加工でき、加工装置を簡単な構成にすることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボットに搭載したレー
ザ加工装置を用いた樹脂などに円形穴をあける加工方法
および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＯ₂ ガスレーザなどのレーザ加
工装置を用いて三次元の形状を備えた被加工物の所定の
場所に円形の穴を加工する場合、レーザ加工装置をロボ
ットの手首に固定し、レーザ加工装置によりシングルモ
ードのレーザ光をレンズ等で被加工物に集光し、あらか
じめロボットに教示した姿勢で円形の軌跡上をロボット
の手首に描かせて、レーザ光により円形穴を加工してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ加工
装置を多関節ロボットにより支持して移動させる場合、
とくに高速で移動させる時にはロボットの剛性が不足し
ていたり、ロボットの構成要素の共振等によって軌跡誤
差が生じることがある。特に小径の円形穴では軌跡誤差
が生じると変形割合が大きく、正確な円形穴を加工する
ために修正加工が必要になるなどの欠点があった。本発
明は、ロボットによって円形の軌跡を描くことなく、正
確な円形穴を加工することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、レ
ーザビームを発振するレーザ加工装置により加工する円
形穴加工方法において、前記レーザ加工装置によりリン
グ状のレーザビームを発振し、前記レーザビームを集光
して、所定の径のレーザビームの位置で被加工物に照射
する方法であり、前記集光されたリング状のレーザビー
ムを所定の径の位置で平行ビームに変換して被加工物に
照射する方法である。また、レーザビームを発振するレ
ーザ加工装置を備えた円形穴加工装置において、リング
状のレーザビームを発振する前記レーザ加工装置と、前
記レーザビームをオン・オフするシャッタと、前記レー
ザビームを集光する集光光学系と、前記集光光学系の集
光角と加工すべき穴径とから前記集光光学系と被加工物
との間の距離を演算するレーザ制御装置と、前記演算さ
れた集光光学系と被加工物との間の距離に応じて前記レ
ーザ加工装置を移動する移動装置とを備えた装置であ
り、前記集光光学系の先端に、集光されるレーザビーム
を平行ビームに変換し、かつ平行ビームの断面積を変更
し得るズームレンズ系を設けた装置である。

【０００５】

【作用】レーザ制御装置により所定の強さ、及び周波数
でレーザを発振するようにレーザ加工装置に指令し、ハ
イブリッド形導波路によりリング状のレーザビームを発
振し、集光光学系により所定の集光角で集光して、所定
の時間シャッタを開いて被加工物にレーザビームを照射
し、レーザビームの断面形状と同じ形状の円形穴を加工
する。このように、レーザ加工装置から照射されたレー
ザビームはリング状の形状をしているので、レーザ加工
装置を円形穴の軌跡上を移動することなく、被加工物に
円形穴を加工することができる。

【０００６】

【実施例】これを図に示す実施例について説明する。図
１において、３次元で任意の方向に移動できる移動ロボ
ット１の手首部１１の先端に、レーザ加工装置２が固定
されている。レーザ加工装置２は同心円状に配置された
円筒状の内電極３１とリング状の外電極３２とからなる
ハイブリッド形導波路３と、ハイブリッド形導波路３の
一方端に全反射ミラー４１を、他方端に出力ミラー４２
を設けた共振器４とを備えて、出力ミラー４２から平行
でリング状のレーザビームＬが出力されるようにしてあ
る。

【０００７】レーザ加工装置２の出力ミラー側には、レ
ーザビームＬをオン・オフするシャッタ５を介して、平
行なリング状のレーザビームＬから、リングの直径が小
さくなるように、集光角θで集光させる集光光学系６が
設けられている。集光光学系６の先端には集光光学系６
と被加工物Ｗとの間の距離を計測する距離センサ７が設
けられている。８はレーザ制御装置で、レーザ加工装置
２によってレーザを発振するための制御を行い、距離セ
ンサ７からの信号を受けてＣＷ発振、あるいはパルス発
振周波数を制御している。９はロボット制御装置で、距
離センサ７からの信号を受けて円形穴をあける位置や穴
径の大きさによって移動ロボット１の位置を演算し、そ
の演算した位置に移動ロボット１を移動させるととも
に、シャッタ５のオン・オフ制御を行う。

【０００８】上記構成の装置により厚さが薄いシート状
の被加工物に円形穴を加工する方法を説明すると、移動
ロボット１によりレーザ加工装置２を被加工物Ｗに近付
け、距離センサ７によって集光光学系６と被加工物Ｗと
の距離を計測し、計測した距離信号をロボット制御装置
９にフィードバックしてレーザ加工装置を所定の距離に
位置決めする。

【０００９】設定された集光光学系６の先端のレーザビ
ームＬの半径Ｒと、レーザビームＬの集光角θと、加工
すべき円形穴の半径ｒと、集光光学系６の先端と被加工
物Ｗの表面までの距離ｄとの関係は、次に式で表され
る。 ｄ＝ｃｏｔθ（Ｒ−ｒ） 上式で、半径Ｒと集光角θは既知であるから、加工すべ
き穴径ｒを入力すれば所定の距離ｄを算出することがで
きる。

【００１０】この状態で、レーザ制御装置８により所定
の強さ、及び周波数でレーザビームを発振するようにレ
ーザ加工装置２に指令し、ハイブリッド形導波路３によ
りリング状のレーザビームＬを発振する。そして、集光
光学系６により集光角θで集光し、所定の時間シャッタ
５を開いて被加工物ＷにレーザビームＬを照射して、レ
ーザビームの断面形状と同じ形状の円形穴を加工する。
このように、レーザ加工装置２から照射されたレーザビ
ームＬはリング状の形状をしているので、シート状の被
加工物に半径ｒの円形穴が加工される。

【００１１】被加工物Ｗが厚みを持っている場合は、上
記構成では集光角θの傾斜角をもった円すい状の円形穴
があけられる。しかし、円柱状の円形穴をあける場合
は、図２に示すように、集光光学系６の先端に集光角θ
のレーザビームを平行ビームに変換し、かつ平行ビーム
の半径を自由に変え得るズームレンズ系１０を設け、円
形穴の半径ｒを設定するようにしてある。この状態でレ
ーザ加工装置２によりレーザビームＬを被加工物Ｗに照
射すると半径ｒの円柱状の円形穴があけられる。

【００１２】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、リング
状に形成されたレーザビームの半径を所望の半径に集光
して被加工物に照射することによって円形穴をあけるの
で、加工すべき円形穴の円周上の軌跡をレーザ加工装置
が移動して穴加工を行う必要がなく、レーザ加工装置を
保持するロボットの剛性が不足していたり、ロボットの
構成要素の共振等によって軌跡誤差が生じることがな
く、正確な円形穴を高速で加工することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す構成図である。

【図２】他の実施例を示す要部構成図である。

【符号の説明】

１ 移動ロボット ２ レーザ加工装置 ３ ハイブリット形導波路 ４ 共振器 ５ シャッタ ６ 集光光学系 ７ 距離センサ ８ レーザ制御装置 ９ ロボット制御装置 １０ ズームレンズ系

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを発振するレーザ加工装置
   により加工する円形穴加工方法において、前記レーザ加
   工装置によりリング状のレーザビームを発振し、前記レ
   ーザビームを集光して、所定の径のレーザビームの位置
   で被加工物に照射することを特徴とする円形加工方法。
2. 【請求項２】 前記集光されたリング状のレーザビーム
   を、所定の径の位置で平行ビームに変換する請求項１記
   載の円形加工方法。
3. 【請求項３】 レーザビームを発振するレーザ加工装置
   を備えた円形穴加工装置において、リング状のレーザビ
   ームを発振する前記レーザ加工装置と、前記レーザビー
   ムをオン・オフするシャッタと、前記レーザビームを集
   光する集光光学系と、前記集光光学系の集光角と加工す
   べき穴径とから前記集光光学系と被加工物との間の距離
   を演算するレーザ制御装置と、前記演算された集光光学
   系と被加工物との間の距離に応じて前記レーザ加工装置
   を移動する移動装置とを備えたことを特徴とする円形穴
   加工装置。
4. 【請求項４】 前記集光光学系の先端に、集光されるレ
   ーザビームを平行ビームに変換し、かつ平行ビームの断
   面積を変更し得るズームレンズ系を設けた請求項３記載
   の円形穴加工装置。