JPH06190578A - レーザー加工装置 - Google Patents

レーザー加工装置

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JPH06190578A
JPH06190578A JP4345737A JP34573792A JPH06190578A JP H06190578 A JPH06190578 A JP H06190578A JP 4345737 A JP4345737 A JP 4345737A JP 34573792 A JP34573792 A JP 34573792A JP H06190578 A JPH06190578 A JP H06190578A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザー加工装置において、加工ヘッドとワ
ークの距離を常時測定してレーザービームの焦点位置を
自動的に調節する。 【構成】 レーザー加工装置1の加工ヘッド20は、加
工部40と測距部80を有する。レーザー発振器10か
ら送られるレーザー光は、ハーフミラー56で加工用の
レーザー光R1と測距用レーザー光R2に分光される。加
工用のレーザー光R1は集光レンズ48で集光され、テ
ーブル30上のワーク300上面に焦点が合わされ、ワ
ークを加工する。測距用レーザー光R2はレンズ86で
集光され、ワーク上面310で反射する。反射光はフォ
トセル90で受光され、電気信号に変換される。測定装
置はフォトセル90の信号によりワーク上面位置までの
距離を算出する。制御装置はワーク上面位置の変化に応
じてステップモータ50を介して集光レンズ54の位置
を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザー加工装置におい
て、ワークの形状にあわせてレーザービームの焦点位置
を自動的に調節する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザー加工装置は、テーブル上にとり
つけたワーク表面にレーザービームを集光させて加工を
行なう。レーザー加工ヘッドは、集光レンズを有し、レ
ーザー発振装置から光路を介して供給されるレーザービ
ームを集光し、ワーク表面近傍に焦点を合わせる。ワー
ク表面は必ずしも平坦ではなく、レーザービームの焦点
とワーク表面位置との関係は常に変化する。レーザビー
ムの焦点とワーク表面位置との関係を一定に保つこと
は、レーザー加工においては極めて重要な要因である。
そこで、実開昭63−2590号公報は、レーザービー
ムを照射するノズルの先端部にリング状のガイドを備
え、ガイドをワーク表面に機械的に接触させてワーク表
面位置を検知する装置が提案されている。また、実開昭
60−20381号公報は、ガイド面の位置を距離セン
サで電気的に検知する装置が提案されている。また、実
開昭60−20381号公報は、ガイド面の位置を距離
センサで電気的に検知する装置が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の装置は、いずれもガイドをワークの表面に接触
させて、ワーク表面を検出する。レーザー加工の対象と
なるワークの材質は金属、プラスチック等多種類のもの
があり、ワークの材質によっては、ガイドの接触マーク
がワーク表面に残り、望ましくない。また、ワーク表面
を非接触に検出するものにあっては、加工位置のワーク
表面を直接に検出することはできず、検出位置と加工位
置の間でのワーク表面変化を補償するのが困難である。
本発明は従来の不具合を解消するレーザー加工装置を提
供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザー加工装
置の加工ヘッドはワークにレーザービームを照射する加
工部と、加工部に平行に配設される測距部とを備え、加
工部はレーザー発振器から供給されるレーザー光を加工
用と測距用に分光するハーフミラーと、加工用レーザー
光を集光してワーク上に焦点を合わせる集光レンズと、
集光レンズの位置調整手段とを有し、測距部は測距用レ
ーザー光を集光してワーク上面に焦点を合わせる集光レ
ンズと、ワーク上面からの反射光を受光するフォトセル
と、フォトセルの信号に基づいてワーク上面位置までの
距離を測定する測定装置と、測定装置からの信号により
加工部の集光レンズの位置調整手段を制御する制御装置
を基本的手段として備える。
【0005】
【作用】加工ヘッドからワーク上面位置までの距離をレ
ーザー光を利用して非接触で測定し、加工用のレーザー
ビームの焦点位置を調整することができる。
【0006】
【実施例】図1は本発明の実施例装置の概要を示す説明
図である。全体を符号1で示すレーザー加工装置は、レ
ーザ加工ヘッド20とテーブル30を有し、テーブル3
0上に支持装置32を介してワーク300がとりつけら
れる。レーザ加工ヘッド20とテーブル30は、テーブ
ル30の平面上に直交する2つの軸X、Yとテーブルに
対して垂直な軸Z方向に相対的に移動制御される。レー
ザー加工装置はレーザー発振器10を有し、レーザー光
を発振する。発振されたレーザ光は、光路12、プリズ
ム14、光路16等を介して加工ヘッド20内へ導かれ
る。
【0007】加工ヘッド20内には、加工部40と測距
部80が装備される。加工部40は、第1のシリンダ4
2を有し、シリンダ42内にスライドベース44がとり
つけられる。集光レンズ54はスライダ48にとりつけ
られ、スライダ48はスライドベース44上を軸Z方向
に摺動自在に支持される。加工ヘッド20の支持部材2
2にとりつけられたパルスモータ50はリードスクリュ
ー52を回転させ、リードスクリュー52は螺合したス
ライダ48をZ軸上で所定の位置に移動させる。
【0008】測距部80は、第1のシリンダ42を平行
に配設される第2のシリンダ82を有し、第2のシリン
ダ82内に測距用のレンズ86がとりつけられる。測距
用レンズ86の近傍には反射光を電気信号に変換するフ
ォトセル90が設けられる。加工部40の第1のシリン
ダ42の入口部にはハーフミラー56が設けられ、測距
部80の第2のシリンダ82の入口部には全反射ミラー
84が設けられる。光路16を介して加工ヘッド20に
送り込まれるレーザー光の大部分は、ハーフミラー56
を通過し、レーザー光R1として加工用の集光レンズ5
4に入力する。集光レンズ54を通過したレーザービー
ムB1は、テーブル30上にとりつけられたワーク30
0の表面310近傍に焦点P1を結ぶ。
【0009】焦点P1は、通常は、ワーク表面310に
合わせられるが、ワークの材質、寸法、加工条件等に応
じて、ワーク300の表面310に対する加工用レーザ
ービームB1の焦点P1のZ軸方向の位置が設定される。
ワーク表面310に対する焦点位置P1のZ軸方向の位
置は常に一定に保つ必要がある。焦点位置P1のZ軸方
向の位置は、集光レンズ54をZ軸方向に移動すること
により制御することができる。ワーク表面310の近傍
に焦点P1が結ばれたレーザービームB1は、そのエネル
ギーでワーク300に切断等の加工を施す。テーブル3
0と加工ヘッドは、例えば矢印F方向に相対移動し、ワ
ーク300に対して連続的な加工が施される。レーザー
ビームB1は高いエネルギーを有するので、ワーク表面
310で反射したレーザービームや、ワークのシリンダ
42に逆流してレンズ54等を損傷するおそれがある。
そこで、レーザービームB1の出口にノズル46を設け
て反射光を遮断する。
【0010】入力するレーザー光の少量は、ハーフミラ
ー56により分光され微弱なレーザー光R2として測距
部80へ送られる。測距部80の全反射ミラー84は入
力レーザー光R2を全反射してシリンダ82内へ送り込
む。シリンダ82内の集光レンズ86は、入力光を集光
して集束レーザービームB2を形成し、ワーク300の
表面310上に焦点P2を結ぶ。第1のシリンダ42の
光軸と第2のシリンダ82の光軸の距離は寸法Lで表わ
される。ワーク表面310で反射した、レーザビームB
3は、フォトセンサ90により受光され、電気信号に変
換される。電気信号はライン94を介して測定装置10
0へ送られる。ワーク300のたわみ等により、ワーク
表面310とレーザビームB2の焦点P2の位置関係が変
化すると、反射光B3の量も変化し、この変化はフォト
セル90で変換される電気量の変化量として検出され
る。
【0011】測定装置100は、この電気信号をワーク
300の表面310のZ軸方向の位置の変化量に変換
し、ライン110を介して制御装置200へ送る。制御
装置200は、ライン110から入力する信号に基づい
て、加工用のレーザービームB1の焦点位置P1のZ軸上
での補正量を演算する。そしてこの補正量に対応する集
光レンズ54のZ軸上での移動量と、この移動量に要す
るパルスモータ50のパルス数を演算する。同時に制御
装置200は、現在の送り速度Fと距離Lから、加工用
レーザービームB1の焦点位置P1が測距用レーザービー
ムB2の焦点位置P2に移動する時間Tを演算する。
【0012】制御装置200は、遅延回路を有し、時間
Tが経過後にライン210に位置を出力し、パルスモー
タ50を駆動して集光レンズ54へZ軸上へ位置を修正
する。以上の制御により、ワーク表面310が変化して
も、加工用レーザービームB1の焦点位置P1との位置関
係は変化せず、良好な加工が達成できる。なお、加工ヘ
ッドをXY平面上で旋回するように構成し、送りFの方
向が変化する場合には、測距部80が送り方向に先行す
る位置に加工ヘッドを旋回させる。
【0013】図2は本発明の他の実施例を示す。このレ
ーザー加工装置1Aは、ヘッド20内に加工部40と測
距部180を備える。レーザー発振機から、光路12、
14、16を介してヘッド内に導入されるレーザー光
は、ハーフミラー56で加工用のレーザー光R1と測距
用のレーザー光R2に分光される。ハーフミラー56は
振動発生装置182を備え、ハーフミラー56を矢印V
方向に振動させる。測距用レーザー光R2は全反射ミラ
ー84で垂直方向に屈折され、ハーフミラー184を通
過する。通過光R3は、ワーク300の表面310で反
射し、反射光R5は全反射ミラー186で屈折されてフ
ォトセル192で受光される。ハーフミラー184で分
離されたレーザー光R4はフォトセル190で受光され
る。
【0014】2個のフォトセル190、192で受光さ
れたレーザー光は、電気信号に変換され、それぞれライ
ン102、104を介して測定装置100へ送られる。
ワーク表面310の反射点P3がZ軸方向に変化する
と、照射光R3と反射光R5の光路長が変化する。この変
化はフォトセル190、192により変換される電気信
号の変化として現れるので、この信号を受けて制御装置
200は、サーボモータ50を作動して加工用のレーザ
ー光R1の集光レンズ54の位置を調整する。測距用の
レーザー光の反射点P3と加工部P1との距離Lと送り速
度Fにより制御信号の出力を遅延させることは、前述の
実施例と同様である。
【0015】
【発明の効果】本発明は以上のように、レーザー加工装
置において、ワーク上面位置の変化をレーザー光により
自動的に測定し、加工用のレーザービームの焦点位置を
調整することができる。したがって、ワークの上面位置
が変化しても、レーザービームの焦点位置とワーク位置
との関係は常に一定に保たれる。加工条件を一定に維持
し、加工品質の高い製品を得ることができる。加工ヘッ
ドとワーク上面位置の距離を非接触で測定することがで
きるので、ワーク上面にマーク等を残すことがない。測
距用のレーザー光は、加工用のレーザー光の位置部を分
光して利用するので、新たなレーザー光発振回路を必要
とせず、コンパクトな装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す説明図。
【図2】本発明の他の実施例を示す説明図。
【符号の説明】
1 レーザー加工装置 10 レーザー発振器 20 加工ヘッド 30 テーブル 40 加工部 54 集光レンズ 56 ハーフミラー 80 測距部 90 フォトセル 100 測定装置 200 制御装置 300 ワーク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワークを載置して移動するテーブルと、
    テーブル上面に対して垂直方向に移動する加工ヘッドを
    備えたレーザー加工装置において、加工ヘッドはワーク
    にレーザービームを照射する加工部と、加工部に平行に
    配設される測距部とを備え、加工部はレーザー発振器か
    ら供給されるレーザー光を加工用と測距用に分光するハ
    ーフミラーと、加工用レーザー光を集光してワーク上に
    焦点を合わせる集光レンズと、集光レンズの位置調整手
    段とを有し、測距部は測距用レーザー光を集光してワー
    ク上面に焦点を合わせる集光レンズと、ワーク上面から
    の反射光を受光するフォトセルとを有し、フォトセルの
    信号に基づいてワーク上面位置までの距離を測定する測
    定装置と、測定装置からの信号により加工部の集光レン
    ズの位置調整手段を制御する制御装置を備えてなるレー
    ザー加工装置。
  2. 【請求項2】 ワークを載置して移動するテーブルと、
    テーブル上面に対して垂直方向に移動する加工ヘッドを
    備えたレーザー加工装置において、加工ヘッドはワーク
    にレーザービームを照射する加工部と、加工部に平行に
    配設される測距部とを備え、加工部はレーザー発振器か
    ら供給されるレーザー光を加工用と測距用に分光するハ
    ーフミラーと、加工用レーザー光を集光してワーク上に
    焦点を合わせる集光レンズと、集光レンズの位置調整手
    段とを有し、測距部は測距用レーザー光をハーフミラー
    を介して第一のフォトセルとワーク上面に照射する手段
    と、反射光を受光する第2のフォトセルとを有し、フォ
    トセルの信号に基づいてワーク上面位置までの距離を測
    定する測定装置と、測定装置からの信号により加工部の
    集光レンズの位置調整手段を制御する制御装置を備えて
    なるレーザー加工装置。
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