JPH0751875A - レーザ加工機におけるレーザビームの焦点距離補正方法およびその装置 - Google Patents
レーザ加工機におけるレーザビームの焦点距離補正方法およびその装置Info
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- JPH0751875A JPH0751875A JP5204097A JP20409793A JPH0751875A JP H0751875 A JPH0751875 A JP H0751875A JP 5204097 A JP5204097 A JP 5204097A JP 20409793 A JP20409793 A JP 20409793A JP H0751875 A JPH0751875 A JP H0751875A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 熱レンズ効果により焦点処理が変動しても、
レーザビーム径の変動を検出し、その検出効果を基にし
て集光レンズの位置を調整し、材料上面のレーザビーム
の径を最小に保ち切断条件を安定化すると共に、切断精
度の向上を図ることにある。 【構成】 レーザ加工機１の加工ヘッド７に集光レンズ
１３を装着し、この集光レンズ１３の下方にレーザビー
ム径を測定するレーザビーム径検出器１５を設け、この
レーザビーム径検出器１５にて測定されたレーザビーム
径により集光レンズ１３と被加工物Ｗ間の距離を常に最
適に制御する焦点自動調整装置２９を設けてなることを
特徴とする。
レーザビーム径の変動を検出し、その検出効果を基にし
て集光レンズの位置を調整し、材料上面のレーザビーム
の径を最小に保ち切断条件を安定化すると共に、切断精
度の向上を図ることにある。 【構成】 レーザ加工機１の加工ヘッド７に集光レンズ
１３を装着し、この集光レンズ１３の下方にレーザビー
ム径を測定するレーザビーム径検出器１５を設け、この
レーザビーム径検出器１５にて測定されたレーザビーム
径により集光レンズ１３と被加工物Ｗ間の距離を常に最
適に制御する焦点自動調整装置２９を設けてなることを
特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、レーザ加工機の加工
ヘッド内に設けられたレーザビームの焦点距離を常に最
適に制御するレーザ加工機におけるレーザビームの焦点
距離補正方法およびその装置に関する。
ヘッド内に設けられたレーザビームの焦点距離を常に最
適に制御するレーザ加工機におけるレーザビームの焦点
距離補正方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザ加工機で材料を切断加工す
る場合、レーザ発振器より発振されたレーザビームはミ
ラーにより直角に曲折され、集光レンズを介して材料の
面に照射されて加工がなされるが、集光レンズより出た
レーザビームの径を材料との面で最小となるように設定
される。なお、レーザビームの径が最小となる位置は、
集光レンズのＦナンバーで決まる。
る場合、レーザ発振器より発振されたレーザビームはミ
ラーにより直角に曲折され、集光レンズを介して材料の
面に照射されて加工がなされるが、集光レンズより出た
レーザビームの径を材料との面で最小となるように設定
される。なお、レーザビームの径が最小となる位置は、
集光レンズのＦナンバーで決まる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のレーザ加工機におけるレーザビームの焦点距離補正
方法では、加工が進むにつれて熱レンズ効果により徐々
に焦点距離が変動してくる。焦点距離が変動すると、材
料上面のレーザビームの径が変動し、切断溝幅が変動し
て加工精度が低下するという問題があった。なお、上述
した熱レンズ効果は、レーザビームが集光レンズ内を透
過するときに、レンズの吸収率により吸収する熱エネル
ギーによりレンズ内に生じる不均一な温度分布により発
生する。
来のレーザ加工機におけるレーザビームの焦点距離補正
方法では、加工が進むにつれて熱レンズ効果により徐々
に焦点距離が変動してくる。焦点距離が変動すると、材
料上面のレーザビームの径が変動し、切断溝幅が変動し
て加工精度が低下するという問題があった。なお、上述
した熱レンズ効果は、レーザビームが集光レンズ内を透
過するときに、レンズの吸収率により吸収する熱エネル
ギーによりレンズ内に生じる不均一な温度分布により発
生する。
【０００４】この発明の目的は、上記問題点を改善する
ために、熱レンズ効果により焦点距離が変動しても、レ
ーザビーム径の変動を検出し、その検出結果を基にして
集光レンズの位置を調整し、材料上面のレーザビームの
径を常に最小に保ち切断条件を安定化すると共に、切断
精度の向上を図ったレーザ加工機におけるレーザビーム
の焦点距離補正方法およびその装置を提供することにあ
る。
ために、熱レンズ効果により焦点距離が変動しても、レ
ーザビーム径の変動を検出し、その検出結果を基にして
集光レンズの位置を調整し、材料上面のレーザビームの
径を常に最小に保ち切断条件を安定化すると共に、切断
精度の向上を図ったレーザ加工機におけるレーザビーム
の焦点距離補正方法およびその装置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、レーザ加工機の加工ヘッドに装着され
た集光レンズの下方に設けられたレーザビーム径検出器
にてレーザビームの径を測定し、焦点距離を算出して集
光レンズと被加工物との距離を最適に制御するレーザ加
工機におけるレーザビームの焦点距離補正方法である。
に、この発明は、レーザ加工機の加工ヘッドに装着され
た集光レンズの下方に設けられたレーザビーム径検出器
にてレーザビームの径を測定し、焦点距離を算出して集
光レンズと被加工物との距離を最適に制御するレーザ加
工機におけるレーザビームの焦点距離補正方法である。
【０００６】また、この発明は、レーザ加工機の上下動
可能な加工ヘッドに集光レンズを装着し、この集光レン
ズの下方にレーザビーム径を測定するレーザビーム径検
出器を設け、このレーザビーム径検出器にて測定された
レーザビーム径により集光レンズと被加工物間の距離を
常に最適に維持すべく前記加工ヘッドを上下方向へ移動
せしめる焦点自動調整装置を設けてレーザ加工機におけ
るレーザビーム焦点距離補正装置を構成した。
可能な加工ヘッドに集光レンズを装着し、この集光レン
ズの下方にレーザビーム径を測定するレーザビーム径検
出器を設け、このレーザビーム径検出器にて測定された
レーザビーム径により集光レンズと被加工物間の距離を
常に最適に維持すべく前記加工ヘッドを上下方向へ移動
せしめる焦点自動調整装置を設けてレーザ加工機におけ
るレーザビーム焦点距離補正装置を構成した。
【０００７】
【作用】この発明のレーザ加工機におけるレーザビーム
焦点距離補正方法およびその装置を採用することによ
り、上下動可能な加工ヘッドに集光レンズと集光レンズ
の下方にレーザビーム径検出器が設けられていて、レー
ザビームは集光レンズを透過して被加工物に照射され
る。この時のレーザビーム径をレーザビーム径検出器に
て測定して焦点距離を算出し、加工が進むにつれて集光
レンズは加熱し熱レンズ効果により焦点距離が変動する
が、レーザビーム検出器に検出されたレーザビーム径を
基にして、焦点自動調整装置により、加工ヘッドを上下
動せしめて集光レンズと被加工物間の距離を調整して加
工物上のレーザビーム径を最適に保つ。このため、切断
条件を安定して保てると共に切断精度の向上が図られ
る。
焦点距離補正方法およびその装置を採用することによ
り、上下動可能な加工ヘッドに集光レンズと集光レンズ
の下方にレーザビーム径検出器が設けられていて、レー
ザビームは集光レンズを透過して被加工物に照射され
る。この時のレーザビーム径をレーザビーム径検出器に
て測定して焦点距離を算出し、加工が進むにつれて集光
レンズは加熱し熱レンズ効果により焦点距離が変動する
が、レーザビーム検出器に検出されたレーザビーム径を
基にして、焦点自動調整装置により、加工ヘッドを上下
動せしめて集光レンズと被加工物間の距離を調整して加
工物上のレーザビーム径を最適に保つ。このため、切断
条件を安定して保てると共に切断精度の向上が図られ
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。なお、レーザ加工機については、既に公
知の構成のものであるため主要部のみを図示し詳細な説
明と図示を省略する。
細に説明する。なお、レーザ加工機については、既に公
知の構成のものであるため主要部のみを図示し詳細な説
明と図示を省略する。
【０００９】図１を参照するに、レーザ加工機１はレー
ザ発振器３の前部の上部にオーバヘッドビーム５が水平
に片持式に支持されている。このオーバヘッドビーム５
の前部には上下方向へ移動自在な加工ヘッド７が設けら
れている。そして、前記オーバヘッドビーム５内にはシ
ャッタ９が装着され、加工ヘッド７の上方には反射ミラ
ー１１が設けられている。また、加工ヘッド７内には集
光レンズ１３やレーザビーム径検出器１５が設けられて
いる。なお、符号１７は被加工物Ｗが載置される加工テ
ーブルである。
ザ発振器３の前部の上部にオーバヘッドビーム５が水平
に片持式に支持されている。このオーバヘッドビーム５
の前部には上下方向へ移動自在な加工ヘッド７が設けら
れている。そして、前記オーバヘッドビーム５内にはシ
ャッタ９が装着され、加工ヘッド７の上方には反射ミラ
ー１１が設けられている。また、加工ヘッド７内には集
光レンズ１３やレーザビーム径検出器１５が設けられて
いる。なお、符号１７は被加工物Ｗが載置される加工テ
ーブルである。
【００１０】上記構成により、レーザ発振器３から出力
されたレーザビームＬＢはオーバヘッドビーム５内を通
りシャッタ９を経て反射ミラー１１で折り曲げられて集
光レンズ１３で集光されて、加工ヘッド７に設けたレー
ザビーム径検出器１５を経て、加工ヘッド７の先端に設
けられたノズルの開口部から被加工材Ｗに照射され、加
工テーブル１７上に載置された被加工物Ｗに所定の形状
の切断加工が行なわれることになる。
されたレーザビームＬＢはオーバヘッドビーム５内を通
りシャッタ９を経て反射ミラー１１で折り曲げられて集
光レンズ１３で集光されて、加工ヘッド７に設けたレー
ザビーム径検出器１５を経て、加工ヘッド７の先端に設
けられたノズルの開口部から被加工材Ｗに照射され、加
工テーブル１７上に載置された被加工物Ｗに所定の形状
の切断加工が行なわれることになる。
【００１１】前記加工ヘッド７は、固定側加工ヘッド本
体１９と、この固定側加工ヘッド本体１９に嵌装され上
下方向へ移動自在な移動側加工ヘッド本体２１とより構
成されている。そして、移動側加工ヘッド本体２１の内
部に前記集光レンズ１３が装着され、この集光レンズ１
３の下部に所定の距離をおいてレーザビーム径検出器１
５が固定して設けられている。なお、レーザビーム径検
出器１５はドーナツ状を成し、中心穴を通るレーザビー
ムＬＢの径を測定するものであり、このレーザビーム径
検出器１５を用いることによりモードを検出でき、モー
ドの変調のフィードバックが可能となる。
体１９と、この固定側加工ヘッド本体１９に嵌装され上
下方向へ移動自在な移動側加工ヘッド本体２１とより構
成されている。そして、移動側加工ヘッド本体２１の内
部に前記集光レンズ１３が装着され、この集光レンズ１
３の下部に所定の距離をおいてレーザビーム径検出器１
５が固定して設けられている。なお、レーザビーム径検
出器１５はドーナツ状を成し、中心穴を通るレーザビー
ムＬＢの径を測定するものであり、このレーザビーム径
検出器１５を用いることによりモードを検出でき、モー
ドの変調のフィードバックが可能となる。
【００１２】レーザビーム径検出器１５としては市販さ
れている例えば、株式会社マテリアルテクノロジー製の
レーザビームＬＢのＸ，Ｙ方向をスキャンしレーザビー
ム断面を検出する回転ニードル等が知られている。
れている例えば、株式会社マテリアルテクノロジー製の
レーザビームＬＢのＸ，Ｙ方向をスキャンしレーザビー
ム断面を検出する回転ニードル等が知られている。
【００１３】前記レーザビーム径検出器１５にて測定さ
れたレーザビーム径の測定値はＮＣ装置２３に入力さ
れ、その入力された測定値によりＮＣ装置２３より後述
する焦点自動調整用駆動モータを駆動して、移動側加工
ヘッド本体２１の上下方向の位置を位置決めするもので
ある。
れたレーザビーム径の測定値はＮＣ装置２３に入力さ
れ、その入力された測定値によりＮＣ装置２３より後述
する焦点自動調整用駆動モータを駆動して、移動側加工
ヘッド本体２１の上下方向の位置を位置決めするもので
ある。
【００１４】前記移動側加工ヘッド本体２１の先端には
ノズル２５が装着され、このノズル２５に設けた開口部
２７よりレーザビームＬＢは被加工物Ｗに照射される。
ノズル２５が装着され、このノズル２５に設けた開口部
２７よりレーザビームＬＢは被加工物Ｗに照射される。
【００１５】次に、焦点自動調整装置２９について詳細
に説明する。移動側加工ヘッド本体２１の上部フランジ
２１ａにナット部材３１が設けられている。一方、固定
側加工ヘッド本体１９に一体的に設けたベース板３３に
軸受３５が設けられ、この軸受３５に回転自在に支承さ
れたネジ軸３７が設けられ、このネジ軸３７が前記ナッ
ド部材３１に螺合されている。ネジ軸３７の片端にはプ
ーリ３９が装着され、前記ベース板３３に設けた自動調
整用駆動モータ４１の出力軸に固着されたプーリ４３と
前記プーリ３９との間にタイミングベルト４５等が掛回
されている。
に説明する。移動側加工ヘッド本体２１の上部フランジ
２１ａにナット部材３１が設けられている。一方、固定
側加工ヘッド本体１９に一体的に設けたベース板３３に
軸受３５が設けられ、この軸受３５に回転自在に支承さ
れたネジ軸３７が設けられ、このネジ軸３７が前記ナッ
ド部材３１に螺合されている。ネジ軸３７の片端にはプ
ーリ３９が装着され、前記ベース板３３に設けた自動調
整用駆動モータ４１の出力軸に固着されたプーリ４３と
前記プーリ３９との間にタイミングベルト４５等が掛回
されている。
【００１６】上記構成により、自動調整用駆動モータ４
１を駆動せしめるとプーリ４３，タイミングベルト４
５，プーリ３９を介してネジ軸３７が回転し、ネジ軸３
７に螺合したナット部材３１を介して移動側加工ヘッド
本体２１は上下方向へ移動される。すなわち、移動側加
工ヘッド本体２１に設けられた集光レンズ１３と被加工
物Ｗの上面との間の距離が変化することになる。
１を駆動せしめるとプーリ４３，タイミングベルト４
５，プーリ３９を介してネジ軸３７が回転し、ネジ軸３
７に螺合したナット部材３１を介して移動側加工ヘッド
本体２１は上下方向へ移動される。すなわち、移動側加
工ヘッド本体２１に設けられた集光レンズ１３と被加工
物Ｗの上面との間の距離が変化することになる。
【００１７】上述したごとき構成により、その作用とし
ては、図２を併せて参照するに、レーザビーム径検出器
１５と集光レンズ１３との距離Ｌは一定となるよう移動
側加工ヘッド２１に取り付けてある。
ては、図２を併せて参照するに、レーザビーム径検出器
１５と集光レンズ１３との距離Ｌは一定となるよう移動
側加工ヘッド２１に取り付けてある。
【００１８】最初にレーザビームＬＢを発射したときの
レーザビーム径検出器１５の位置のレーザビーム径がｄ
0 だったとする。この時の焦点距離をＥＦＬ0 とする。
そして、レーザビームＬＢを発射し続けて加工を行なう
と、集光レンズ１３は加熱され熱レンズ効果により焦点
距離が変動し、レーザビーム径検出器１５にて測定した
ビーム径はｄ1 に変動し、この時の焦点距離はＥＦＬ1
となる。
レーザビーム径検出器１５の位置のレーザビーム径がｄ
0 だったとする。この時の焦点距離をＥＦＬ0 とする。
そして、レーザビームＬＢを発射し続けて加工を行なう
と、集光レンズ１３は加熱され熱レンズ効果により焦点
距離が変動し、レーザビーム径検出器１５にて測定した
ビーム径はｄ1 に変動し、この時の焦点距離はＥＦＬ1
となる。
【００１９】上述したごとく、レーザビーム径の変動を
レーザビーム径検出器１５にて検出して、これより焦点
距離の変動を検出する。すなわち、ＥＦＬ1 −ＥＦＬ0
の量だけ集光レンズ１３の位置を引き上げる。すると、
被加工物Ｗの上面に照射されたレーザビーム径は最適な
最小径に保たれる。この動作は、レーザビーム径検出器
１５によりレーザビーム径測定値をＮＣ装置２３へ出力
し、ＮＣ装置２３からの指令により自動調整用駆動モー
タ４１を動かして、焦点自動調整装置２９により移動側
加工ヘッド本体２１を上方へ動かして集光レンズ１３の
位置を変動させる。なお、この動作は自動で行なわれる
ものである。
レーザビーム径検出器１５にて検出して、これより焦点
距離の変動を検出する。すなわち、ＥＦＬ1 −ＥＦＬ0
の量だけ集光レンズ１３の位置を引き上げる。すると、
被加工物Ｗの上面に照射されたレーザビーム径は最適な
最小径に保たれる。この動作は、レーザビーム径検出器
１５によりレーザビーム径測定値をＮＣ装置２３へ出力
し、ＮＣ装置２３からの指令により自動調整用駆動モー
タ４１を動かして、焦点自動調整装置２９により移動側
加工ヘッド本体２１を上方へ動かして集光レンズ１３の
位置を変動させる。なお、この動作は自動で行なわれる
ものである。
【００２０】上述したごとく、被加工物Ｗの上面のレー
ザビーム径を常に最小となるように制御することがで
き、切断条件を安定に保せることができると共に、切断
溝幅を一定にすることができ切断精度の向上を図ること
ができる。
ザビーム径を常に最小となるように制御することがで
き、切断条件を安定に保せることができると共に、切断
溝幅を一定にすることができ切断精度の向上を図ること
ができる。
【００２１】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。例えば、本実施例で
は、ノズル２５が移動側加工ヘッド２１に装着されてい
るが、さらに加工性能向上のためにはノズル２５の移動
機構があり、この移動機構側にレンズ２５が設けられて
いるのが望ましい。ノズル２５の移動はワークＷとノズ
ル２５の距離を測定し、その距離を一定に保つシステム
により制御されるものである。また、本実施例にて採用
したシステムの応用例として、レーザ発振器と集光レン
ズの距離が変動すると焦点距離が変動するので、この変
動に対して誤差補正し調整する手段にも利用することが
できる。
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。例えば、本実施例で
は、ノズル２５が移動側加工ヘッド２１に装着されてい
るが、さらに加工性能向上のためにはノズル２５の移動
機構があり、この移動機構側にレンズ２５が設けられて
いるのが望ましい。ノズル２５の移動はワークＷとノズ
ル２５の距離を測定し、その距離を一定に保つシステム
により制御されるものである。また、本実施例にて採用
したシステムの応用例として、レーザ発振器と集光レン
ズの距離が変動すると焦点距離が変動するので、この変
動に対して誤差補正し調整する手段にも利用することが
できる。
【００２２】
【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、集光レンズと被加工物と
の間にレーザビーム径検出器を設け、このレーザビーム
径検出器によりレーザビーム径の変動を検出し、焦点自
動調整装置にて最適な焦点位置となるよう制御する。こ
のため、切断条件を安定化せしめると共に切断溝幅を一
定にでき切断精度の向上を図ることができる。
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、集光レンズと被加工物と
の間にレーザビーム径検出器を設け、このレーザビーム
径検出器によりレーザビーム径の変動を検出し、焦点自
動調整装置にて最適な焦点位置となるよう制御する。こ
のため、切断条件を安定化せしめると共に切断溝幅を一
定にでき切断精度の向上を図ることができる。
【図１】この発明の主要部を示し、レーザ加工機におけ
るレーザビーム焦点距離補正装置を示す一部断面を含む
説明図である。
るレーザビーム焦点距離補正装置を示す一部断面を含む
説明図である。
【図２】この発明の作用説明図である。
【符号の説明】 １ レーザ加工機 ７ 加工ヘッド １３ 集光レンズ １５ レーザビーム径検出器 ２９ 焦点自動調整装置
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザ加工機の加工ヘッドに装着された
集光レンズの下方に設けられたレーザビーム径検出器に
てレーザビームの径を測定し、焦点距離を算出して集光
レンズと被加工物との距離を最適に制御することを特徴
とするレーザ加工機におけるレーザビームの焦点距離補
正方法。 - 【請求項２】 レーザ加工機の上下動可能な加工ヘッド
に集光レンズを装着し、この集光レンズの下方にレーザ
ビーム径を測定するレーザビーム径検出器を設け、この
レーザビーム径検出器にて測定されたレーザビーム径に
より集光レンズと被加工物間の距離を常に最適に維持す
べく前記加工ヘッドを上下方向へ移動せしめる焦点自動
調整装置を設けてなることを特徴とするレーザ加工機に
おけるレーザビームの焦点距離補正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5204097A JPH0751875A (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | レーザ加工機におけるレーザビームの焦点距離補正方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5204097A JPH0751875A (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | レーザ加工機におけるレーザビームの焦点距離補正方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0751875A true JPH0751875A (ja) | 1995-02-28 |
Family
ID=16484749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5204097A Pending JPH0751875A (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | レーザ加工機におけるレーザビームの焦点距離補正方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0751875A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2007283403A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-11-01 | Nissan Motor Co Ltd | レーザ溶接装置およびその調整方法 |
| KR100834691B1 (ko) * | 2007-07-13 | 2008-06-02 | 베렉스주식회사 | Ｒｆｉｃ용 과전압 보호회로 |
| WO2012139873A1 (de) | 2011-04-12 | 2012-10-18 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg | Vorrichtung zur fokussierung eines laserstrahls und verfahren zum überwachen einer laserbearbeitung |
| CN103252574A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-08-21 | 济南铸造锻压机械研究所有限公司 | 切管机的自动调焦切割头装置 |
| JP2021041445A (ja) * | 2019-09-12 | 2021-03-18 | 株式会社ディスコ | レーザー加工装置 |
| US11673207B2 (en) | 2018-03-08 | 2023-06-13 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Device and methods for determining a focus position of a laser beam in a laser machining system |
-
1993
- 1993-08-18 JP JP5204097A patent/JPH0751875A/ja active Pending
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