JPH0538593A - レーザ加工ヘツド - Google Patents
レーザ加工ヘツドInfo
- Publication number
- JPH0538593A JPH0538593A JP3192926A JP19292691A JPH0538593A JP H0538593 A JPH0538593 A JP H0538593A JP 3192926 A JP3192926 A JP 3192926A JP 19292691 A JP19292691 A JP 19292691A JP H0538593 A JPH0538593 A JP H0538593A
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- JP
- Japan
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- laser
- condenser lens
- nozzle
- beam expander
- laser beam
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ワークの板厚を変化してレーザ加工を行なな
う際、集光レンズの交換を行なうことなく、かつ熟練者
の手をかりることなく、段取り時間を短縮化し、集光レ
ンズの焦点距離、焦点位置とレーザノズルの位置調整を
容易に可能ならしめるようにした。 【構成】 ワークＷにレーザ加工を行なうためのレーザ
加工ヘッド１１にして、レーザ発振器５から発振された
レーザビームＬＢの径を拡大するビームエクスパンダー
ＢＥと、このビームエクスパンダーＢＥを透過したレー
ザビームＬＢを集光する集光レンズＦとを備えると共
に、この集光レンズＦを透過後のレーザビームＬＢを透
過自在のレーザノズル１３を備えてなり、前記ビームエ
クスパンダーＢＥあるいは集光レンズＦの少なくとも一
方をレーザ光路に沿う方向へ位置調節自在に、かつレー
ザノズル１３を同方向へ位置調節自在に設けたことを特
徴とする。
う際、集光レンズの交換を行なうことなく、かつ熟練者
の手をかりることなく、段取り時間を短縮化し、集光レ
ンズの焦点距離、焦点位置とレーザノズルの位置調整を
容易に可能ならしめるようにした。 【構成】 ワークＷにレーザ加工を行なうためのレーザ
加工ヘッド１１にして、レーザ発振器５から発振された
レーザビームＬＢの径を拡大するビームエクスパンダー
ＢＥと、このビームエクスパンダーＢＥを透過したレー
ザビームＬＢを集光する集光レンズＦとを備えると共
に、この集光レンズＦを透過後のレーザビームＬＢを透
過自在のレーザノズル１３を備えてなり、前記ビームエ
クスパンダーＢＥあるいは集光レンズＦの少なくとも一
方をレーザ光路に沿う方向へ位置調節自在に、かつレー
ザノズル１３を同方向へ位置調節自在に設けたことを特
徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ発振器から発
振されたレーザビームを集光レンズで集光させた際にレ
ーザビームの焦点距離を調整可能にしたレーザ加工ヘッ
ドに関する。
振されたレーザビームを集光レンズで集光させた際にレ
ーザビームの焦点距離を調整可能にしたレーザ加工ヘッ
ドに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ加工技術の発展とレーザ発振器の
高性能化に伴い、加工対象となるワーク（材料）の種類
と板厚が大きく変化してきた。特に、ワークが薄板から
厚板までを広範囲にカバーできるようになってきた。し
かし、レーザ加工の際にワークの板厚に応じて焦点距離
の異なる適正な集光レンズに変換する必要があった。こ
の作業は、集光レンズをマウントから外し、焦点距離の
異なる集光レンズをマウントし直したものを再度取付け
る。その上で、光軸を取り直し、レーザビーム中心を確
認して再度レーザビームを取り出す作業である。この作
業の際には、通常安全のために、レーザのレーザ発振器
を一旦停止させるのが普通であって、再度の立ち上げに
要する時間は平均０．５〜１．０時間を必要としてい
る。
高性能化に伴い、加工対象となるワーク（材料）の種類
と板厚が大きく変化してきた。特に、ワークが薄板から
厚板までを広範囲にカバーできるようになってきた。し
かし、レーザ加工の際にワークの板厚に応じて焦点距離
の異なる適正な集光レンズに変換する必要があった。こ
の作業は、集光レンズをマウントから外し、焦点距離の
異なる集光レンズをマウントし直したものを再度取付け
る。その上で、光軸を取り直し、レーザビーム中心を確
認して再度レーザビームを取り出す作業である。この作
業の際には、通常安全のために、レーザのレーザ発振器
を一旦停止させるのが普通であって、再度の立ち上げに
要する時間は平均０．５〜１．０時間を必要としてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術においては、作業工数を必要とし、アイドリング
タイムが増大する。また、集光レンズの交換後、その都
度光軸の再調整を要し、この作業自体、不可視光を取り
扱う作業であることのために、かなりの熟練と細心の注
意を払うことを余儀なくされる作業内容の複雑な段取り
時間の増加を招くという問題があった。
来技術においては、作業工数を必要とし、アイドリング
タイムが増大する。また、集光レンズの交換後、その都
度光軸の再調整を要し、この作業自体、不可視光を取り
扱う作業であることのために、かなりの熟練と細心の注
意を払うことを余儀なくされる作業内容の複雑な段取り
時間の増加を招くという問題があった。
【０００４】この発明の目的は、上記問題点を改善する
ため、集光レンズの交換時における取外し、取付けをな
くすと共に、熟練者の手をかりることなく段取り時間を
短縮化し、集光レンズの交換を行なわずに焦点距離の調
整並びにレーザノズルの位置調整を可能にしたレーザ加
工ヘッドを提供することにある。
ため、集光レンズの交換時における取外し、取付けをな
くすと共に、熟練者の手をかりることなく段取り時間を
短縮化し、集光レンズの交換を行なわずに焦点距離の調
整並びにレーザノズルの位置調整を可能にしたレーザ加
工ヘッドを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、ワークにレーザ加工を行なうためのレ
ーザ加工ヘッドにして、レーザ発振器から発振されたレ
ーザビームの径を拡大するビームエクスパンダーと、こ
のビームエクスパンダーを透過したレーザビームを集光
する集光レンズとを備えると共に、この集光レンズを透
過後のレーザビームを透過自在のレーザノズルを備えて
なり、前記ビームエクスパンダーあるいは集光レンズの
少なくとも一方をレーザ光路に沿う方向へ位置調節自在
に設けてレーザ加工ヘッドを構成した。
に、この発明は、ワークにレーザ加工を行なうためのレ
ーザ加工ヘッドにして、レーザ発振器から発振されたレ
ーザビームの径を拡大するビームエクスパンダーと、こ
のビームエクスパンダーを透過したレーザビームを集光
する集光レンズとを備えると共に、この集光レンズを透
過後のレーザビームを透過自在のレーザノズルを備えて
なり、前記ビームエクスパンダーあるいは集光レンズの
少なくとも一方をレーザ光路に沿う方向へ位置調節自在
に設けてレーザ加工ヘッドを構成した。
【０００６】前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記レー
ザノズルを前記レーザ光路に沿う方向と同方向へ位置調
節自在に設けてなることが望ましいものである。
ザノズルを前記レーザ光路に沿う方向と同方向へ位置調
節自在に設けてなることが望ましいものである。
【０００７】
【作用】この発明のレーザ加工ヘッドを採用することに
より、ビームエクスパンダーあるいは集光レンズの少な
くとも一方をレーザ光路に沿う方向へ位置調節自在に設
けることによって、集光レンズによるレーザビームの焦
点距離が調節される。また、レーザノズルを前記レーザ
光路に沿う方向と同方向へ位置調節自在に設けることに
よって、加工すべきワークと前記レーザノズルとの距離
が調節される。
より、ビームエクスパンダーあるいは集光レンズの少な
くとも一方をレーザ光路に沿う方向へ位置調節自在に設
けることによって、集光レンズによるレーザビームの焦
点距離が調節される。また、レーザノズルを前記レーザ
光路に沿う方向と同方向へ位置調節自在に設けることに
よって、加工すべきワークと前記レーザノズルとの距離
が調節される。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
【０００９】まず、この実施例の具体的な構成を説明す
る前にビームエクスパンダーと集光レンズとの基本原理
について説明すると、図８を参照するに、レーザ発振器
から発振された直径ｄ0 からなるレーザビームＬＢは非
球面レンズ又は組合せレンズからなるビームエクスパン
ダーＢＥを通って拡大される。この拡大されたレーザビ
ームＬＢは集光レンズＦを通過することで任意の結像が
得られる。そして、このビームエクスパンダーＢＥある
いは集光レンズＥの少なくとも一方例えばビームエクス
パンダーＢＥを固定し、集光レンズＦをレーザ光路に沿
う方向へ位置調節自在例えばｌ1 ，ｌ2 に可動せしめる
ことによって、ビーム径の異なる位置例えばｄ1 , ｄ2
でレーザビームＬＢを受けることにより集光する角度お
よび集光スポット径の異なるレーザビームＬＢが得ら
れ、みかけ上焦点距離ｆ1 ，ｆ2 の異なる集光レンズで
集光した場合と等価的なスポットを得ることができる。
る前にビームエクスパンダーと集光レンズとの基本原理
について説明すると、図８を参照するに、レーザ発振器
から発振された直径ｄ0 からなるレーザビームＬＢは非
球面レンズ又は組合せレンズからなるビームエクスパン
ダーＢＥを通って拡大される。この拡大されたレーザビ
ームＬＢは集光レンズＦを通過することで任意の結像が
得られる。そして、このビームエクスパンダーＢＥある
いは集光レンズＥの少なくとも一方例えばビームエクス
パンダーＢＥを固定し、集光レンズＦをレーザ光路に沿
う方向へ位置調節自在例えばｌ1 ，ｌ2 に可動せしめる
ことによって、ビーム径の異なる位置例えばｄ1 , ｄ2
でレーザビームＬＢを受けることにより集光する角度お
よび集光スポット径の異なるレーザビームＬＢが得ら
れ、みかけ上焦点距離ｆ1 ，ｆ2 の異なる集光レンズで
集光した場合と等価的なスポットを得ることができる。
【００１０】図９には図８に代る別の例が示されてい
る。すなわち、ビームエクスパンダーＢＥを両凹レンズ
とし、集光レンズＦを非球レンズ２個とし、集光レンズ
Ｆを可動せしめた例を示したものである。図１０には図
８に代る他の例が示されている。すなわちビームエクス
パンダーＢＥを３個の組合せレンズとし、集光レンズＦ
を１個とし、集光レンズＦを可動せしめた例を示したも
のである。この図９および図１０に示した例でも、図８
と同様な作用並びに効果を得るものである。さらに、ビ
ームエクスパンダーＢＥを２枚あるいは４枚といった複
数枚の組合せに、集光レンズＦを２枚など複数のレンズ
に組合せてもよいものである。
る。すなわち、ビームエクスパンダーＢＥを両凹レンズ
とし、集光レンズＦを非球レンズ２個とし、集光レンズ
Ｆを可動せしめた例を示したものである。図１０には図
８に代る他の例が示されている。すなわちビームエクス
パンダーＢＥを３個の組合せレンズとし、集光レンズＦ
を１個とし、集光レンズＦを可動せしめた例を示したも
のである。この図９および図１０に示した例でも、図８
と同様な作用並びに効果を得るものである。さらに、ビ
ームエクスパンダーＢＥを２枚あるいは４枚といった複
数枚の組合せに、集光レンズＦを２枚など複数のレンズ
に組合せてもよいものである。
【００１１】図７を参照するに、本図には熱切断加工装
置としてのレーザ加工装置の全体的構成の側面図が概念
的に示されている。
置としてのレーザ加工装置の全体的構成の側面図が概念
的に示されている。
【００１２】図７において、レーザ加工装置１は、水平
に敷設された固定のＸ，Ｙテーブル３上にワークＷを案
内し、このワークＷをレーザビームＬＢで熱切断するも
のである。なお、図７において、左右方向をＸ軸方向、
紙面に対し直交する方向をＹ軸方向と呼ぶことにする。
に敷設された固定のＸ，Ｙテーブル３上にワークＷを案
内し、このワークＷをレーザビームＬＢで熱切断するも
のである。なお、図７において、左右方向をＸ軸方向、
紙面に対し直交する方向をＹ軸方向と呼ぶことにする。
【００１３】レーザビームＬＢはレーザ発振装置５で発
振され、強度調整装置７、ベンドミラー９を介してレー
ザ加工ヘッド１１に案内されている。レーザ加工ヘッド
１１の内部にはビームエクスパンダーＢＥと集光レンズ
Ｆが設けられ、レーザビームＬＢはビームエクスパンダ
ーＢＥで拡大され、集光レンズＦで集光され、レーザノ
ズル１３を通って集光位置でワークＷを熱切断する。ま
た、ワークＷはクランプ１５で把持されて、切断すべき
位置がレーザ加工ヘッド１１の直下に来るように、Ｘ，
Ｙテーブル３上で水平移動されるようになっている。
振され、強度調整装置７、ベンドミラー９を介してレー
ザ加工ヘッド１１に案内されている。レーザ加工ヘッド
１１の内部にはビームエクスパンダーＢＥと集光レンズ
Ｆが設けられ、レーザビームＬＢはビームエクスパンダ
ーＢＥで拡大され、集光レンズＦで集光され、レーザノ
ズル１３を通って集光位置でワークＷを熱切断する。ま
た、ワークＷはクランプ１５で把持されて、切断すべき
位置がレーザ加工ヘッド１１の直下に来るように、Ｘ，
Ｙテーブル３上で水平移動されるようになっている。
【００１４】クランプ１５は、ワークＷを把持して状態
で、Ｘ，Ｙ軸用サーボモータＭX ，ＭY で平面Ｘ，Ｙ軸
方向に駆動されるようになっている。レーザ加工ヘッド
１１はＺ軸用サーボモータＭZ で上下方向に駆動される
ようになっている。又、レーザ加工装置１にはＮＣ装置
１７が備えられ、このＮＣ装置１７の制御でワークＷに
レーザ加工が行なわれることとなる。
で、Ｘ，Ｙ軸用サーボモータＭX ，ＭY で平面Ｘ，Ｙ軸
方向に駆動されるようになっている。レーザ加工ヘッド
１１はＺ軸用サーボモータＭZ で上下方向に駆動される
ようになっている。又、レーザ加工装置１にはＮＣ装置
１７が備えられ、このＮＣ装置１７の制御でワークＷに
レーザ加工が行なわれることとなる。
【００１５】前記レーザ加工ヘッド１１は図５に示され
ているように、中空円筒形状のヘッドボディ１９と、こ
のヘッドボディ１９の下部に着脱可能に設けられた中空
円筒形状のノズルマウント２１とを備えており、前記ヘ
ッドボディ１９の内部における下部には前記ビームエク
スパンダーＢＥを備えたビームエクスパンダー装置２３
が固定されている。
ているように、中空円筒形状のヘッドボディ１９と、こ
のヘッドボディ１９の下部に着脱可能に設けられた中空
円筒形状のノズルマウント２１とを備えており、前記ヘ
ッドボディ１９の内部における下部には前記ビームエク
スパンダーＢＥを備えたビームエクスパンダー装置２３
が固定されている。
【００１６】また、前記ノズルマウント２１の内部に集
光レンズＦを備えた集光レンズ装置２５が実線の位置か
ら２点鎖線の位置までレーザ光路に沿う方向（Ｚ軸方
向）へ位置調節自在に設けられていると共に、ノズルマ
ウント２１の内部における下部には前記レーザノズル１
３がＺ軸方向へ位置調節自在に設けられている。
光レンズＦを備えた集光レンズ装置２５が実線の位置か
ら２点鎖線の位置までレーザ光路に沿う方向（Ｚ軸方
向）へ位置調節自在に設けられていると共に、ノズルマ
ウント２１の内部における下部には前記レーザノズル１
３がＺ軸方向へ位置調節自在に設けられている。
【００１７】前記集光レンズ装置２５並びにレーザノズ
ル１３がＺ軸方向に位置調節自在に設けられた具体的な
構成が図１および図２に示されている。図１および図２
において、ノズルマウント２１の内周には複数のベアリ
ング２７を介して回転自在な中空円筒部材２９が支承さ
れていると共に、この中空円筒部材２９の内周面には複
数の螺旋溝３１が形成されている。また、前記ノズルマ
ウント２１と中空円筒部材２９との間にはＺ軸方向へ複
数の溝３３が形成されている。
ル１３がＺ軸方向に位置調節自在に設けられた具体的な
構成が図１および図２に示されている。図１および図２
において、ノズルマウント２１の内周には複数のベアリ
ング２７を介して回転自在な中空円筒部材２９が支承さ
れていると共に、この中空円筒部材２９の内周面には複
数の螺旋溝３１が形成されている。また、前記ノズルマ
ウント２１と中空円筒部材２９との間にはＺ軸方向へ複
数の溝３３が形成されている。
【００１８】前記集光レンズ２５には複数のカムフオロ
ワ３５が設けられていると共にこのカムフオロワ３５の
先端にはガイド部材３７が設けられている、しかも、こ
のカムフオロワ３５は前記螺旋溝３１に転動自在に入り
込まれていると共に、ガイド部材３７が前記溝３３に摺
動自在に入り込まれている。
ワ３５が設けられていると共にこのカムフオロワ３５の
先端にはガイド部材３７が設けられている、しかも、こ
のカムフオロワ３５は前記螺旋溝３１に転動自在に入り
込まれていると共に、ガイド部材３７が前記溝３３に摺
動自在に入り込まれている。
【００１９】また、前記中空円筒部材２９の上端部にお
ける外周部にギヤ３９が一体化されている。このギヤ３
９に噛合されたギヤ４１と他のギヤ４３とが一体化され
て前記ノズルマウント２１の右上端部に回転自在に支承
されている。前記ギヤ４３には駆動ギヤ４５が噛合され
ており、この駆動ギヤ４５にはサーボモータのごとき駆
動モータＭF の出力軸４７が装着されている。駆動モー
タＭF は前記ノズルマウント２１の上端部における右側
面にブラケット４９を介して取付けられている。
ける外周部にギヤ３９が一体化されている。このギヤ３
９に噛合されたギヤ４１と他のギヤ４３とが一体化され
て前記ノズルマウント２１の右上端部に回転自在に支承
されている。前記ギヤ４３には駆動ギヤ４５が噛合され
ており、この駆動ギヤ４５にはサーボモータのごとき駆
動モータＭF の出力軸４７が装着されている。駆動モー
タＭF は前記ノズルマウント２１の上端部における右側
面にブラケット４９を介して取付けられている。
【００２０】上記構成により、駆動モータＭF を駆動せ
しめると、出力軸４７を介して駆動ギヤ４５が回転され
る。この駆動ギヤ４５の回転により、ギヤ４３，４１，
３９を介して中空円筒部材２９が回転される。この中空
円筒部材２９が回転されると、螺旋溝３１がカムフオロ
ラ３５に沿って回転すると共に、カムフオロラ３５と同
軸のガイド部材３７が溝３３に沿って移動するので、集
光レンズ装置２５が実線装置と２点鎖線との間で移動さ
れることになる。
しめると、出力軸４７を介して駆動ギヤ４５が回転され
る。この駆動ギヤ４５の回転により、ギヤ４３，４１，
３９を介して中空円筒部材２９が回転される。この中空
円筒部材２９が回転されると、螺旋溝３１がカムフオロ
ラ３５に沿って回転すると共に、カムフオロラ３５と同
軸のガイド部材３７が溝３３に沿って移動するので、集
光レンズ装置２５が実線装置と２点鎖線との間で移動さ
れることになる。
【００２１】したがって、レーザ発振器５から発振され
たレーザビームＬＢはビームエクスパンダー装置２３に
備えられたビームエクスパンダーＢＥで拡大され、集光
レンズ装置２５がＺ軸方向へ移動されることにより、集
光レンズＦを通ったレーザビームＬＢの見かけ上の焦点
距離を容易に調節させることができる。このレーザビー
ムＬＢの焦点距離が容易に調節されることにより、ワー
クの板厚が例えば０．５〜１９ｍｍ程度の変化に対して
対応でき、集光レンズＦの交換の必要がなくなると共
に、複雑な段取り時間がなくなる。またレーザビームＬ
Ｂの焦点距離の調整を自動的に行な得るようにすること
により、熟練者の必要がなくなり、素人でも対応でき
る。
たレーザビームＬＢはビームエクスパンダー装置２３に
備えられたビームエクスパンダーＢＥで拡大され、集光
レンズ装置２５がＺ軸方向へ移動されることにより、集
光レンズＦを通ったレーザビームＬＢの見かけ上の焦点
距離を容易に調節させることができる。このレーザビー
ムＬＢの焦点距離が容易に調節されることにより、ワー
クの板厚が例えば０．５〜１９ｍｍ程度の変化に対して
対応でき、集光レンズＦの交換の必要がなくなると共
に、複雑な段取り時間がなくなる。またレーザビームＬ
Ｂの焦点距離の調整を自動的に行な得るようにすること
により、熟練者の必要がなくなり、素人でも対応でき
る。
【００２２】前記ノズルマウント２１の下部における内
部には複数のベアリング５１を介して別の回転自在な中
空円筒部材５３が支承されている。この中空円筒部材５
３の内周面には雌ねじ５５が形成されていると共にこの
雌ねじ５５には前記レーザノズル１３の外周面に形成さ
れた雄ねじ５７が螺合されている。
部には複数のベアリング５１を介して別の回転自在な中
空円筒部材５３が支承されている。この中空円筒部材５
３の内周面には雌ねじ５５が形成されていると共にこの
雌ねじ５５には前記レーザノズル１３の外周面に形成さ
れた雄ねじ５７が螺合されている。
【００２３】また、前記中空円筒部材５３の下端部にお
ける外周部にはギヤ５９が一体化されている。前記ノズ
ルマウント２１の左側面にはＺ軸方向へ延伸したシャフ
ト６１が回転自在に支承されている。このシャフト６１
の下部には前記ギヤ５９に噛合した別のギヤ６３が一体
化されていると共に、シャフト６１の上部には別のギヤ
６５が一体化されている。
ける外周部にはギヤ５９が一体化されている。前記ノズ
ルマウント２１の左側面にはＺ軸方向へ延伸したシャフ
ト６１が回転自在に支承されている。このシャフト６１
の下部には前記ギヤ５９に噛合した別のギヤ６３が一体
化されていると共に、シャフト６１の上部には別のギヤ
６５が一体化されている。
【００２４】前記ノズルマウント２１の左側における上
端部にはブラケット６７を介してサーボモータのごとき
駆動モータＭN が取付けられており、この駆動モータＭ
N の出力軸６９には前記ギヤ６５に噛合した駆動ギヤ７
１が設けられている。
端部にはブラケット６７を介してサーボモータのごとき
駆動モータＭN が取付けられており、この駆動モータＭ
N の出力軸６９には前記ギヤ６５に噛合した駆動ギヤ７
１が設けられている。
【００２５】上記構成により、駆動モータＭN を駆動せ
しめると、出力軸６９を介して駆動ギヤ７１が回転され
る。この駆動ギヤ７１の回転により、ギヤ６１を介して
シャフト６１が回転され、さらにギヤ６３，５９を介し
て中空円筒部材５３が回転される。この中空円筒部材５
３が回転されることにより、雌ねじ５５，雄ねじ５７を
介してレーザノズル１３がＺ軸方向へ移動されることに
なる。このレーザノズル１３のＺ軸方向への移動により
ワークＷに照射されるレーザビームＬＢの焦点位置をワ
ークＷの上下位置で微調整にかつ容易に行なうことがで
きる。
しめると、出力軸６９を介して駆動ギヤ７１が回転され
る。この駆動ギヤ７１の回転により、ギヤ６１を介して
シャフト６１が回転され、さらにギヤ６３，５９を介し
て中空円筒部材５３が回転される。この中空円筒部材５
３が回転されることにより、雌ねじ５５，雄ねじ５７を
介してレーザノズル１３がＺ軸方向へ移動されることに
なる。このレーザノズル１３のＺ軸方向への移動により
ワークＷに照射されるレーザビームＬＢの焦点位置をワ
ークＷの上下位置で微調整にかつ容易に行なうことがで
きる。
【００２６】図３および図４には、図１および図２に代
る集光レンズ装置２５並びにレーザノズル１３がＺ軸方
向に位置調節自在に設けられた別の構成が示されてい
る。図３および図４において、上述した実施例における
部品と同一部品には同一符号を用いて説明する。
る集光レンズ装置２５並びにレーザノズル１３がＺ軸方
向に位置調節自在に設けられた別の構成が示されてい
る。図３および図４において、上述した実施例における
部品と同一部品には同一符号を用いて説明する。
【００２７】図３および図４において、ノズルマウント
２１の上端部が固定部材７３に固定されている。この固
定部材７３およびノズルマウント２１の左右側内にはＺ
軸方向へ延伸したボールねじ７５，７７が回転自在に支
承されている。
２１の上端部が固定部材７３に固定されている。この固
定部材７３およびノズルマウント２１の左右側内にはＺ
軸方向へ延伸したボールねじ７５，７７が回転自在に支
承されている。
【００２８】前記集光レンズ装置２５にはナット部材７
９が一体化されており、このナット部材７９は前記ボー
ルねじ７５に螺合されている。また、前記集光レンズ装
置２５にはクロスローラガイド部材８１における一方の
ガイド部材８１ＡがＺ軸方向へ延伸して複数のボルト８
３で固定されていると共に、ノズルマウント２１にはク
ロスローラガイド部材８１における他方のガイド部材８
１ＢがＺ軸方向へ延伸して複数のボルト８５で固定され
ている。
９が一体化されており、このナット部材７９は前記ボー
ルねじ７５に螺合されている。また、前記集光レンズ装
置２５にはクロスローラガイド部材８１における一方の
ガイド部材８１ＡがＺ軸方向へ延伸して複数のボルト８
３で固定されていると共に、ノズルマウント２１にはク
ロスローラガイド部材８１における他方のガイド部材８
１ＢがＺ軸方向へ延伸して複数のボルト８５で固定され
ている。
【００２９】前記ボールねじ７５の上端部にはプーリ８
７が取付けられていると共に、前記右側の固定部材７３
にはブラケット４９を介してサーボモータのごとき駆動
モータＭF が設けられている。この駆動モータＭF の出
力軸４７には駆動プーリ８９が取付けられていて、この
駆動プーリ８９と前記プーリ８７とにはベルト９１が巻
回されている。
７が取付けられていると共に、前記右側の固定部材７３
にはブラケット４９を介してサーボモータのごとき駆動
モータＭF が設けられている。この駆動モータＭF の出
力軸４７には駆動プーリ８９が取付けられていて、この
駆動プーリ８９と前記プーリ８７とにはベルト９１が巻
回されている。
【００３０】上記構成により、駆動モータＭF を駆動せ
しめると、出力軸４７を介して駆動プーリ８９が回転さ
れる。この駆動プーリ８９の回転により、ベルト９１，
プーリ８７を介してボールねじ７５が回転される。この
ボールねじ７５の回転によって、ナット部材７９を介し
て集光レンズ装置２５が実線の位置と２点鎖線の位置と
の間でＺ軸方向へ移動されることになる。その際、ガイ
ド部材８１Ａがガイド部材８１Ｂに対して案内されてＺ
軸方向へ摺動するので、その結果、上述した実施例と同
様の作用並びに効果を奏するものである。
しめると、出力軸４７を介して駆動プーリ８９が回転さ
れる。この駆動プーリ８９の回転により、ベルト９１，
プーリ８７を介してボールねじ７５が回転される。この
ボールねじ７５の回転によって、ナット部材７９を介し
て集光レンズ装置２５が実線の位置と２点鎖線の位置と
の間でＺ軸方向へ移動されることになる。その際、ガイ
ド部材８１Ａがガイド部材８１Ｂに対して案内されてＺ
軸方向へ摺動するので、その結果、上述した実施例と同
様の作用並びに効果を奏するものである。
【００３１】前記レーザノズル１３にはナット部材９３
が一体化されており、このナット部材９３は前記ボール
ねじ７７に螺合されている。また、前記レーザノズル１
３にはクロスローラガイド部材９５における一方のガイ
ド部材９５ＡがＺ軸方向へ延伸して複数のボルト９７で
固定されていると共に、ノズルマウント２１にはクロス
ローラガイド部材９５における他方のガイド部材９５Ｂ
がＺ軸方向へ延伸して複数のボルト９９で固定されてい
る。
が一体化されており、このナット部材９３は前記ボール
ねじ７７に螺合されている。また、前記レーザノズル１
３にはクロスローラガイド部材９５における一方のガイ
ド部材９５ＡがＺ軸方向へ延伸して複数のボルト９７で
固定されていると共に、ノズルマウント２１にはクロス
ローラガイド部材９５における他方のガイド部材９５Ｂ
がＺ軸方向へ延伸して複数のボルト９９で固定されてい
る。
【００３２】前記ボールねじ７７の上端部にはプーリ１
０１が取付けられていると共に、前記左側の固定部材７
３にはブラケット６７を介してサーボモータのごとき駆
動モータＭN が設けられている。この駆動モータＭN の
出力軸６９には駆動プーリ１０３が取付けられていて、
この駆動プーリ１０３と前記プーリ１０１とにはベルト
１０５が巻回されている。
０１が取付けられていると共に、前記左側の固定部材７
３にはブラケット６７を介してサーボモータのごとき駆
動モータＭN が設けられている。この駆動モータＭN の
出力軸６９には駆動プーリ１０３が取付けられていて、
この駆動プーリ１０３と前記プーリ１０１とにはベルト
１０５が巻回されている。
【００３３】上記構成により、駆動モータＭN を駆動せ
しめると、出力軸６９を介して駆動プーリ１０３が回転
される。この駆動プーリ１０３の回転により、ベルト１
０５，プーリ１０１を介してボールねじ７７が回転され
る。このボールねじ７７の回転によって、ナット部材９
３を介してレーザノズル１３がＺ軸方向へ移動されるこ
とになる。その際、ガイド部材９５Ａがガイド部材９５
Ｂに対して案内されてＺ軸方向へ摺動するので、レーザ
ノズル１３のＺ軸方向への移動がスムーズに行なわれ
る。その結果、上述した実施例と同様の作用並びに効果
を奏するものである。
しめると、出力軸６９を介して駆動プーリ１０３が回転
される。この駆動プーリ１０３の回転により、ベルト１
０５，プーリ１０１を介してボールねじ７７が回転され
る。このボールねじ７７の回転によって、ナット部材９
３を介してレーザノズル１３がＺ軸方向へ移動されるこ
とになる。その際、ガイド部材９５Ａがガイド部材９５
Ｂに対して案内されてＺ軸方向へ摺動するので、レーザ
ノズル１３のＺ軸方向への移動がスムーズに行なわれ
る。その結果、上述した実施例と同様の作用並びに効果
を奏するものである。
【００３４】前記レーザ加工装置１に備えられたＮＣ装
置１７の構成ブロック図が図６に示されている。図６に
おいて、ＮＣ装置１７のＣＰＵ（中央処理装置）１０７
には、ワークＷの材質，板厚あるいは他の情報を入力せ
しめるために入力装置としてのキーボード１０９が接続
されていると共に、加工データや加工プログラムなどの
情報を出力せしめるための出力装置としてのＣＲＴ１１
１が接続されている。
置１７の構成ブロック図が図６に示されている。図６に
おいて、ＮＣ装置１７のＣＰＵ（中央処理装置）１０７
には、ワークＷの材質，板厚あるいは他の情報を入力せ
しめるために入力装置としてのキーボード１０９が接続
されていると共に、加工データや加工プログラムなどの
情報を出力せしめるための出力装置としてのＣＲＴ１１
１が接続されている。
【００３５】前記ＣＰＵ１０７にはキーボード１０９か
ら入力された種々の材質，板厚に応じた例えば集光レン
ズＦによる適正な焦点位置や、レーザノズル１３の適正
な位置などのデータが予めメモリ１１３に記憶されてい
る。また、前記ＣＰＵ１０７にはレーザ出力制御回路１
１５を介してレーザ発振器５が接続されている。
ら入力された種々の材質，板厚に応じた例えば集光レン
ズＦによる適正な焦点位置や、レーザノズル１３の適正
な位置などのデータが予めメモリ１１３に記憶されてい
る。また、前記ＣＰＵ１０７にはレーザ出力制御回路１
１５を介してレーザ発振器５が接続されている。
【００３６】前記ＣＰＵ１０７にはそれぞれサーボアン
プ１１７，１１９，１２１を経て駆動モータＭX ，
ＭY ，Ｍz が接続されていると共に、サーボアンプ１２
３，１２５を経て前記駆動モータＭF ，ＭN が接続され
ている。しかも、ＣＰＵ１０７には前記駆動モータ
ＭX ，ＭY ，Ｍz ，ＭF ，ＭN を制御せしめる位置制御
回路１２７が接続されている。
プ１１７，１１９，１２１を経て駆動モータＭX ，
ＭY ，Ｍz が接続されていると共に、サーボアンプ１２
３，１２５を経て前記駆動モータＭF ，ＭN が接続され
ている。しかも、ＣＰＵ１０７には前記駆動モータ
ＭX ，ＭY ，Ｍz ，ＭF ，ＭN を制御せしめる位置制御
回路１２７が接続されている。
【００３７】上記構成により、レーザ加工装置１でワー
クＷの板厚ｔ1 のレーザ加工を行なっていたところ、例
えばワークＷの板厚ｔ2 に代えてレーザ加工を行なう場
合には、ワークＷの板厚ｔ2 をキーボード１０９から入
力せしめると、この板厚ｔ2 がＣＰＵ１０７を介してメ
モリ１１３に取込まれる。メモリ１１３では板厚ｔ2 に
よる集光レンズＦの最適な焦点距離と、レーザノズル１
３の最適な位置がすでに記憶されているデータから選択
される。
クＷの板厚ｔ1 のレーザ加工を行なっていたところ、例
えばワークＷの板厚ｔ2 に代えてレーザ加工を行なう場
合には、ワークＷの板厚ｔ2 をキーボード１０９から入
力せしめると、この板厚ｔ2 がＣＰＵ１０７を介してメ
モリ１１３に取込まれる。メモリ１１３では板厚ｔ2 に
よる集光レンズＦの最適な焦点距離と、レーザノズル１
３の最適な位置がすでに記憶されているデータから選択
される。
【００３８】この選択された集光レンズＦの焦点距離、
レーザノズル１３の最適な位置に基づく位置指令信号が
位置制御回路１２７に取込まれる。そして、この位置制
御回路１２７からサーボアンプ１２３，１２５に指令が
与えられて、駆動モータＭF ，ＭN の回転が制御されて
集光レンズ装置２５，レーザノズル１３がそれぞれＺ軸
方向へ移動されることにより、集光レンズＦの焦点位
置，レーザノズル１３の位置がワークＷの板厚ｔ2 用に
自動的に設定されることになる。したがって、この状態
で板厚ｔ2 のワークＷにレーザ加工が行なわれる。
レーザノズル１３の最適な位置に基づく位置指令信号が
位置制御回路１２７に取込まれる。そして、この位置制
御回路１２７からサーボアンプ１２３，１２５に指令が
与えられて、駆動モータＭF ，ＭN の回転が制御されて
集光レンズ装置２５，レーザノズル１３がそれぞれＺ軸
方向へ移動されることにより、集光レンズＦの焦点位
置，レーザノズル１３の位置がワークＷの板厚ｔ2 用に
自動的に設定されることになる。したがって、この状態
で板厚ｔ2 のワークＷにレーザ加工が行なわれる。
【００３９】このように、ワークＷの材質，板厚を指定
するだけで、集光レンズＦの焦点位置並びにレーザノズ
ル１３の最適な位置を自動的に設定してレーザ加工を行
なうことができるから、熟練者でなく素人でも容易に行
なうことができると共に、段取り時間を大幅に短縮させ
ることができる。
するだけで、集光レンズＦの焦点位置並びにレーザノズ
ル１３の最適な位置を自動的に設定してレーザ加工を行
なうことができるから、熟練者でなく素人でも容易に行
なうことができると共に、段取り時間を大幅に短縮させ
ることができる。
【００４０】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜な変更を行なうことにより、その
他の態様で実施し得るものである。本実施例ではレーザ
加工ヘッド１１が３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）方向へ移動する
例で説明したが、Ａ，Ｂ軸を含めた５軸方向へ移動する
ものにも対応可能である。また、本実施例では集光レン
ズＦを備えた集光レンズ装置２５をＺ軸方向へ移動せし
める例で説明したが、ビームエクスバンダー２３を移動
せしめるようにしてもよく、両者を移動せしめるように
しても可能である。
されることなく、適宜な変更を行なうことにより、その
他の態様で実施し得るものである。本実施例ではレーザ
加工ヘッド１１が３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）方向へ移動する
例で説明したが、Ａ，Ｂ軸を含めた５軸方向へ移動する
ものにも対応可能である。また、本実施例では集光レン
ズＦを備えた集光レンズ装置２５をＺ軸方向へ移動せし
める例で説明したが、ビームエクスバンダー２３を移動
せしめるようにしてもよく、両者を移動せしめるように
しても可能である。
【００４１】
【発明の効果】以上のごとき実施例の説明より理解され
るように、この発明によれば、特許請求の範囲に記載さ
れたとおりの構成であるから、加工すべきワークの板厚
が変化した場合に、集光レンズの交換を行なうことな
く、素人でも集光レンズにおける焦点位置の調整をに行
なうことができると共に、段取り時間を従来に比べて短
縮させることができる。
るように、この発明によれば、特許請求の範囲に記載さ
れたとおりの構成であるから、加工すべきワークの板厚
が変化した場合に、集光レンズの交換を行なうことな
く、素人でも集光レンズにおける焦点位置の調整をに行
なうことができると共に、段取り時間を従来に比べて短
縮させることができる。
【００４２】また、ワークの板厚が変化した場合に、レ
ーザノズルとワークとの距離すなわち、レーザノズルの
先端位置の調整を容易に行なうことができる。
ーザノズルとワークとの距離すなわち、レーザノズルの
先端位置の調整を容易に行なうことができる。
【００４３】しかも、集光レンズにおける焦点距離の調
整並びにレーザノズルの位置調整をＮＣ装置で行なわし
めれば、自動的に短時間で行なうことができ、レーザ加
工装置の自動化並びに省力化が実現される。
整並びにレーザノズルの位置調整をＮＣ装置で行なわし
めれば、自動的に短時間で行なうことができ、レーザ加
工装置の自動化並びに省力化が実現される。
【図１】図５における集光レンズ装置，レーザノズルを
Ｚ軸方向へ移動せしめる具体的な一実施例の正面断面図
である。
Ｚ軸方向へ移動せしめる具体的な一実施例の正面断面図
である。
【図２】図１におけるII-II 線に沿った断面図である。
【図３】図１に代る他の実施例の正面断面図である。
【図４】図３におけるIV-IV 線に沿った断面図である。
【図５】レーザ加工ヘッド内に設けられた集光レンズ装
置とレーザノズルをＺ軸方向へ移動せしめる概念的な正
面図である。
置とレーザノズルをＺ軸方向へ移動せしめる概念的な正
面図である。
【図６】この発明を自動的に行なうためのＮＣ装置の構
成ブロック図である。
成ブロック図である。
【図７】この発明を実施する一実施例のレーザ加工装置
の概略側面図である。
の概略側面図である。
【図８】この発明の基本原理を説明する説明図である。
【図９】図８に代る他の説明図である。
【図１０】図８に代る別の説明図である。
１ レーザ加工装置 ３ Ｘ，Ｙテーブル ５ レーザ発振器 １１ レーザ加工ヘッド １３ レーザノズル １７ ＮＣ装置 １９ ヘッドボディ ２１ ノズルマウント ２３ ビームエクスパンダー装置 ２５ 集光レンズ装置 ＢＥ ビームエクスパンダー Ｆ 集光レンズ ＬＢ レーザビーム Ｗ ワーク ＭF ，ＭN 駆動モータ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１０月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ発振器から発
振されたレーザビームを集光レンズで集光させた際に、
単レンズで集光したものと同じ集光角度をもち且つ等価
的な集光スポット径を有する理論上のレーザビームの焦
点距離を調整可能にしたレーザ加工ヘッドに関する。
振されたレーザビームを集光レンズで集光させた際に、
単レンズで集光したものと同じ集光角度をもち且つ等価
的な集光スポット径を有する理論上のレーザビームの焦
点距離を調整可能にしたレーザ加工ヘッドに関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【作用】この発明のレーザ加工ヘッドを採用することに
より、ビームエクスパンダーあるいは集光レンズの少な
くとも一方をレーザ光路に沿う方向へ位置調節自在に設
けることによって、集光レンズによるレーザビームの焦
点距離が調節される。また、レーザノズルを前記レーザ
光路に沿う方向と同方向へ位置調節自在に設けることに
よって、加工すべきワークと前記レーザノズルとの距離
を一定に保ちながら焦点位置とノズルの相対位置関係が
調節される。
より、ビームエクスパンダーあるいは集光レンズの少な
くとも一方をレーザ光路に沿う方向へ位置調節自在に設
けることによって、集光レンズによるレーザビームの焦
点距離が調節される。また、レーザノズルを前記レーザ
光路に沿う方向と同方向へ位置調節自在に設けることに
よって、加工すべきワークと前記レーザノズルとの距離
を一定に保ちながら焦点位置とノズルの相対位置関係が
調節される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】まず、この実施例の具体的な構成を説明す
る前にビームエクスパンダーと集光レンズとの基本原理
について説明すると、図８を参照するに、レーザ発振器
から発振された直径ｄ0 からなるレーザビームＬＢは非
球面レンズ又は組合せレンズからなるビームエクスパン
ダーＢＥを通って拡大される。この拡大されたレーザビ
ームＬＢは集光レンズＦを通過することで任意の結像が
得られる。そして、このビームエクスパンダーＢＥある
いは集光レンズＥの少なくとも一方例えばビームエクス
パンダーＢＥを固定し、集光レンズＦをレーザ光路に沿
う方向へ位置調節自在例えばｌ1 ，ｌ2 に可動せしめる
ことによって、ビーム径の異なる位置例えばｄ1 , ｄ2
でレーザビームＬＢを受けることにより集光する角度お
よび集光スポット径の異なるレーザビームＬＢが得ら
れ、みかけ上焦点距離ｆ1 ，ｆ2 の異なる集光レンズで
集光した場合と等価的なスポットを得ることができる。
この場合、集光点はほぼ同一箇所にもってくることが
できる。
る前にビームエクスパンダーと集光レンズとの基本原理
について説明すると、図８を参照するに、レーザ発振器
から発振された直径ｄ0 からなるレーザビームＬＢは非
球面レンズ又は組合せレンズからなるビームエクスパン
ダーＢＥを通って拡大される。この拡大されたレーザビ
ームＬＢは集光レンズＦを通過することで任意の結像が
得られる。そして、このビームエクスパンダーＢＥある
いは集光レンズＥの少なくとも一方例えばビームエクス
パンダーＢＥを固定し、集光レンズＦをレーザ光路に沿
う方向へ位置調節自在例えばｌ1 ，ｌ2 に可動せしめる
ことによって、ビーム径の異なる位置例えばｄ1 , ｄ2
でレーザビームＬＢを受けることにより集光する角度お
よび集光スポット径の異なるレーザビームＬＢが得ら
れ、みかけ上焦点距離ｆ1 ，ｆ2 の異なる集光レンズで
集光した場合と等価的なスポットを得ることができる。
この場合、集光点はほぼ同一箇所にもってくることが
できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】図９には図８に代る別の例が示されてい
る。すなわち、ビームエクスパンダーＢＥを両凹レンズ
とし、集光レンズＦを非球レンズ１個とし、集光レンズ
Ｆを可動せしめた例を示したものである。図１０には図
８に代る他の例が示されている。すなわちビームエクス
パンダーＢＥを３個の組合せレンズとし、集光レンズＦ
を１個とし、集光レンズＦを可動せしめた例を示したも
のである。この図９および図１０に示した例でも、図８
と同様な作用並びに効果を得るものである。さらに、全
体の長さを小さくする目的でビームエクスパンダーＢＥ
を２枚あるいは４枚といった複数枚の組合せに、集光レ
ンズＦを２枚など複数のレンズに組合せてもよいもので
ある。
る。すなわち、ビームエクスパンダーＢＥを両凹レンズ
とし、集光レンズＦを非球レンズ１個とし、集光レンズ
Ｆを可動せしめた例を示したものである。図１０には図
８に代る他の例が示されている。すなわちビームエクス
パンダーＢＥを３個の組合せレンズとし、集光レンズＦ
を１個とし、集光レンズＦを可動せしめた例を示したも
のである。この図９および図１０に示した例でも、図８
と同様な作用並びに効果を得るものである。さらに、全
体の長さを小さくする目的でビームエクスパンダーＢＥ
を２枚あるいは４枚といった複数枚の組合せに、集光レ
ンズＦを２枚など複数のレンズに組合せてもよいもので
ある。
Claims (2)
- 【請求項１】 ワークにレーザ加工を行なうためのレー
ザ加工ヘッドにして、レーザ発振器から発振されたレー
ザビームの径を拡大するビームエクスパンダーと、この
ビームエクスパンダーを透過したレーザビームを集光す
る集光レンズとを備えると共に、この集光レンズを透過
後のレーザビームを透過自在のレーザノズルを備えてな
り、前記ビームエクスパンダーあるいは集光レンズの少
なくとも一方をレーザ光路に沿う方向へ位置調節自在に
設けてなることを特徴とするレーザ加工ヘッド。 - 【請求項２】 前記レーザノズルを前記レーザ光路に沿
う方向と同方向へ位置調節自在に設けてなることを特徴
とする請求項１記載のレーザ加工ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3192926A JPH0538593A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | レーザ加工ヘツド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3192926A JPH0538593A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | レーザ加工ヘツド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0538593A true JPH0538593A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=16299287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3192926A Pending JPH0538593A (ja) | 1991-08-01 | 1991-08-01 | レーザ加工ヘツド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0538593A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017099038A1 (ja) * | 2015-12-08 | 2017-06-15 | 株式会社アマダホールディングス | レーザ加工機 |
-
1991
- 1991-08-01 JP JP3192926A patent/JPH0538593A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017099038A1 (ja) * | 2015-12-08 | 2017-06-15 | 株式会社アマダホールディングス | レーザ加工機 |
| JP2017104876A (ja) * | 2015-12-08 | 2017-06-15 | 株式会社アマダホールディングス | レーザ加工機 |
| US10413996B2 (en) | 2015-12-08 | 2019-09-17 | Amada Holdings Co., Ltd. | Laser processing machine |
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