JPH0825070A - Optical system for laser working - Google Patents

Optical system for laser working

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JPH0825070A
JPH0825070A JP6159710A JP15971094A JPH0825070A JP H0825070 A JPH0825070 A JP H0825070A JP 6159710 A JP6159710 A JP 6159710A JP 15971094 A JP15971094 A JP 15971094A JP H0825070 A JPH0825070 A JP H0825070A
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JP
Japan
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processing
optical system
working
laser
head
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6159710A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichiro Takada
龍一郎 高田
Toshio Kobari
利雄 小播
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Sanyo Machine Works Ltd
Original Assignee
Sanyo Machine Works Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0825070A publication Critical patent/JPH0825070A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To always perform a working with a desired spot diameter by memorizing, pairing previously the coordinate data of a working point with the focal position of a laser beam, and at the time of a working, correcting the position of a converging optical system so that a correct focal position comes on the surface of an object to be worked. CONSTITUTION:A working is performed by irradiating an object 21 to be worked with a laser beam from a laser oscillator 10 using a working head 40. Before the working, the working head 40 is moved within a working range while irradiating previously the surface of a working table 20 with a laser beam, the focal position of the laser beam at each working point is grasped. Paired coordinate data expressing the position of the working head 40 and focal position data are memorized by a control unit 50. At the time of an actual working, whenever the working head 40 is moved to each working point, the working head 40 is moved in the Z axis direction by a drive device 53 according to the signal of the control unit 50 so that a correct focal position is attained according to the focal position data, and the position of a converging optical system 30 is corrected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、溶接、切断、表面改質
等々のレーザ加工用の光学系に関するもので、さらに詳
しくは、光走査式ないしトーチ移動方式のレーザ加工機
における集光光学系の焦点位置の補正に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system for laser processing such as welding, cutting and surface modification. More specifically, the present invention relates to a converging optical system in a laser processing machine of optical scanning type or torch moving type. The present invention relates to correction of the focal position of the.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ加工機は、レーザ発振器から出射
されたレーザ光を集光光学系を用いて集光し、集光した
レーザ光を被加工物の所定の加工点に照射して加工を行
なうもので、通常、図6に示すように、レーザ発振器
(1)からのレーザ光を複数のベンドミラー(2a〜2
d)で折り曲げて加工ヘッド(3)まで伝送し、加工ヘ
ッド(3)内の集光光学系を介してノズルから出射する
ようになっている。
2. Description of the Related Art A laser processing machine collects a laser beam emitted from a laser oscillator by using a focusing optical system and irradiates the focused laser beam on a predetermined processing point of a workpiece for processing. Normally, as shown in FIG. 6, the laser light from the laser oscillator (1) is fed into a plurality of bend mirrors (2a-2).
It is bent at d), transmitted to the processing head (3), and emitted from the nozzle via the condensing optical system in the processing head (3).

【0003】被加工物が固定され加工ヘッド(トーチ)
が移動するトーチ移動方式ないし光走査式のレーザ加工
機では、たとえばベンドミラー(2a、2b)間および
ベンドミラー(2b、2c)間の伝送系が伸縮自在に構
成され、加工ヘッド(3)がXおよび/またはY方向に
移動可能である。このため、加工ヘッド(3)の移動量
に比例して、レーザ発振器(1)から集光光学系までの
伝送距離が大きく変化することとなる。
A processing head (torch) to which a workpiece is fixed
In a torch moving type or optical scanning type laser processing machine in which the moving head moves, for example, the transmission system between the bend mirrors (2a, 2b) and between the bend mirrors (2b, 2c) is configured to be expandable and contractible, and the processing head (3) is It can be moved in the X and / or Y directions. Therefore, the transmission distance from the laser oscillator (1) to the focusing optical system changes greatly in proportion to the movement amount of the processing head (3).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般に、図7に示すよ
うに光源(5)から発した拡散光を集光光学系(6)を
介して集光させる場合には、以下の関係式が成り立つ。 1/f=1/a1 + 1/a2 ------ ここに、f:集光光学系の焦点距離 a1:光源(5)から集光光学系(6)までの距離 a2:集光位置(7)から集光光学系(6)までの距離。
Generally, when the diffused light emitted from the light source (5) is condensed through the condensing optical system (6) as shown in FIG. 7, the following relational expression is established. . 1 / f = 1 / a 1 + 1 / a 2 ------ where f: focal length of condensing optical system a 1 : distance from light source (5) to condensing optical system (6) a 2 : Distance from the focusing position (7) to the focusing optical system (6).

【0005】レーザ光は指向性が良いため拡がりのない
平行光であると認識されているが、実際には、僅かでは
あるが図7に示す光と同様に拡散が生じる。このため、
レーザ加工機の集光光学系でも式が成立し、レーザ発
振器(光源)から集光光学系までの距離(a1)が変われ
ば、それに伴って集光位置から集光光学系までの距離
(a2)も変化する。しかも、ビームの拡がりは光源から
の距離と直線的な関係を保って拡がるとは限らず、拡が
りの程度が各位置によって異なることもある。このこと
は、加工位置が異なればレーザ光が焦点を結ぶ位置も異
なることを意味する。
It is recognized that the laser light is a parallel light without divergence because it has a good directivity. However, in reality, a slight amount of light diffuses like the light shown in FIG. For this reason,
If the equation holds for the focusing optical system of the laser processing machine and the distance (a 1 ) from the laser oscillator (light source) to the focusing optical system changes, the distance from the focusing position to the focusing optical system ( a 2 ) also changes. Moreover, the divergence of the beam does not always diverge while maintaining a linear relationship with the distance from the light source, and the degree of divergence may vary depending on each position. This means that if the processing position is different, the position where the laser light is focused is also different.

【0006】従って、加工範囲が大きくなるほどレーザ
光の集光位置が変動し、各加工点におけるレーザ光のス
ポット径が変化する。このため、加工点によってレーザ
光のエネルギー密度に差異が生じ、製品の加工品質が不
均一になるおそれがある。
Therefore, as the processing range increases, the focus position of the laser light fluctuates, and the spot diameter of the laser light at each processing point changes. For this reason, the energy density of the laser beam varies depending on the processing point, and the processing quality of the product may be non-uniform.

【0007】このような問題を解決するため、従来、レ
ーザ発振器と集光光学系の間の光路にコリメーションレ
ンズと呼ばれる集光レンズあるいはそれに類似した機能
を有する集光ミラー系を配置してビームの拡散(拡がり
角)を抑制することが行なわれている。しかし、コリメ
ーションレンズを用いても、ビームの拡がりを修正する
だけで、ある程度拡がりが小さくはなってもレーザ光を
完全な平行光にできるわけではなく、特に、加工範囲が
大きい場合にもその全域にわたって焦点位置が一定に保
たれるという保証はない。
In order to solve such a problem, conventionally, a condenser lens called a collimation lens or a condenser mirror system having a similar function is arranged in an optical path between a laser oscillator and a condenser optical system to form a beam. Diffusion (divergence angle) is suppressed. However, even if a collimation lens is used, it is not possible to make the laser light perfectly parallel even if the divergence is reduced to a certain extent simply by correcting the divergence of the beam. There is no guarantee that the focal position will remain constant over.

【0008】また、レーザ発振器から加工範囲の最遠位
置までの距離を固定の光路長さとし、加工範囲のいずれ
の位置においても焦点距離を一定に保つようにした装置
も提案されている。この光路長一定装置とでも呼ぶべき
装置は、例えば図8に示すように、レーザ発振器(1)
と集光光学系(6)との間に一対のベンドミラー(8、
9)を配置し、加工ヘッドの移動に連動して、かつ、そ
の移動方向と反対方向に一対のミラー(8、9)をスラ
イドさせることにより、加工ヘッドの位置に関係なく、
レーザ発振器(1)から集光光学系(6)までの伝送距
離すなわち光路長を常に一定に維持するというものであ
る。しかし、この装置は、構造上反射ミラー等の光学系
を必要とするためミラー表面でのエネルギー損失が不可
避であり、また、機構そのものが大掛りとなり、そのた
めレーザ加工機全体のコストが大きくなるという問題が
ある。
An apparatus has also been proposed in which the distance from the laser oscillator to the farthest position in the processing range is a fixed optical path length and the focal length is kept constant at any position in the processing range. A device that should be called this device for constant optical path length is, for example, as shown in FIG.
And a condenser optical system (6), a pair of bend mirrors (8,
By disposing 9) and sliding the pair of mirrors (8, 9) in conjunction with the movement of the machining head and in the opposite direction to the movement direction, regardless of the position of the machining head.
The transmission distance from the laser oscillator (1) to the condensing optical system (6), that is, the optical path length is always kept constant. However, since this device requires an optical system such as a reflecting mirror structurally, energy loss at the mirror surface is unavoidable, and the mechanism itself becomes large, which increases the cost of the entire laser processing machine. There's a problem.

【0009】そこで、本発明の目的は、コストのアップ
やエネルギー損失の増大を招くことなく、加工領域の全
範囲で被加工物を一定のスポット径で加工することがで
きるようにすることにある。
Therefore, an object of the present invention is to enable a workpiece to be machined with a constant spot diameter in the entire range of the processing region without increasing cost and increasing energy loss. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、予めレーザ加工範囲の一部また
は全部にわたって加工点の座標データとその加工点にお
けるレーザ光の焦点位置とを対にして記憶し、各加工点
の加工に際して正確な焦点位置が被加工物面上にくるよ
うに集光光学系の位置を補正するようにしたものであ
る。
In order to achieve the above object, in the present invention, the coordinate data of the processing point and the focal position of the laser beam at the processing point are paired in advance over a part or the whole of the laser processing range. The position of the condensing optical system is corrected so that an accurate focus position is located on the surface of the workpiece during processing of each processing point.

【0011】各加工点の加工に際して、記憶した座標デ
ータから演算により焦点位置を求めて自動的に補正を行
うようにしてもよいし、加工点の座標データとその加工
点におけるレーザ光の焦点位置とを対にして記録してお
き、手動により補正をかけるようにすることもできる。
At the time of machining each machining point, the focal position may be calculated from the stored coordinate data and automatically corrected, or the coordinate data of the machining point and the focal position of the laser beam at the machining point may be obtained. It is also possible to record and as a pair and to manually apply the correction.

【0012】また、加工の条件により意図的な焦点はず
し(ディフォーカス)を行なう場合にあっては、各加工
点につき正確な焦点を求めた後、焦点はずしを行なう。
Further, in the case of intentionally defocusing (defocusing) depending on the processing conditions, the defocusing is performed after obtaining the accurate focus for each processing point.

【0013】集光光学系の位置を補正するには、集光光
学系自体を移動させるようにしてもよいが、集光光学系
を収容した加工ヘッドを移動させるようにすれば比較的
簡単な構成で実現できる。
In order to correct the position of the condensing optical system, the condensing optical system itself may be moved, but it is relatively easy if the processing head containing the condensing optical system is moved. It can be realized by configuration.

【0014】この場合、加工ヘッドの移動に伴いその下
端に取り付けてあるノズルも移動することになるので、
ノズルの先端と被加工物との間の距離を調整するのが望
ましい。
In this case, since the nozzle attached to the lower end of the machining head also moves as the machining head moves,
It is desirable to adjust the distance between the tip of the nozzle and the work piece.

【0015】[0015]

【作用】本発明は、レーザのビームの拡がりを考慮し
て、レーザ加工の予測される範囲にわたって予め最小ス
ポット径を得ることのできる集光系からの距離を計測し
て位置データと共に記憶しておき、各加工点での加工を
行なう際にそれらのデータに基づき適正な焦点位置を得
ようとするものである。
According to the present invention, in consideration of the divergence of the laser beam, the distance from the focusing system capable of obtaining the minimum spot diameter in advance over the range expected for laser processing is measured and stored together with the position data. Every time, when processing at each processing point, an appropriate focus position is obtained based on the data.

【0016】最少スポット径を得ることのできる集光系
からの距離を計測するとは、光学的な計算によって求め
ることも含まれるものとする。また、ここに記憶とは、
電子的、磁気的等の記憶手段による記憶のほか、ペーパ
ー等への記録をも含むものとする。
Measuring the distance from the condensing system that can obtain the minimum spot diameter also includes obtaining it by optical calculation. Also, here is the memory
In addition to storage by electronic or magnetic storage means, recording on paper or the like is also included.

【0017】なお、必ずしも加工領域の全範囲でなくと
も、たとえば加工条件の厳しい一部を対象としてもよ
い。
It should be noted that it is not always necessary to cover the entire range of the processing region, but for example, a part of the processing conditions may be targeted.

【0018】このようにして、加工が予想される位置す
なわち加工点において最小スポット径を得ることのでき
る集光系からの距離(焦点)が分かっておれば、その位
置で加工を行なう際に、焦点位置に正確に集光系をもっ
てくることが可能となる。また、予め全加工範囲にわた
って集光系と焦点との距離が計測され位置データと共に
記憶(記録)されておれば、加工範囲全域にわたり焦点
位置を得ることが可能で、よって均一な加工条件を得る
ことができる。
In this way, if the distance (focus) from the converging system that can obtain the minimum spot diameter at the position where processing is expected, that is, the processing point, is known, when processing is performed at that position, It is possible to accurately bring the light collecting system to the focal position. Further, if the distance between the converging system and the focus is measured in advance over the entire processing range and stored (recorded) together with the position data, the focus position can be obtained over the entire processing range, thus obtaining uniform processing conditions. be able to.

【0019】[0019]

【実施例】まず、一般的なレーザ加工機は、図1に示す
ように、レーザ発振器(10)、加工テーブル(20)、ビ
ーム伝送系(30)、加工ヘッド(40)などから構成さ
れ、レーザ発振器(10)からのレーザ光を、ビーム伝送
系(30)を構成する複数のベンドミラー(30a〜30c)
で折り曲げて加工ヘッド(40)まで伝送し、加工ヘッド
(40)内の集光光学系(42)を介してノズル(43)から
出射するようになっている。このレーザ加工機は加工ヘ
ッド(40)が移動する光走査式である。このため、ベン
ドミラー(30b)と加工ヘッド(1)の間の伝送系は伸
縮可能に構成され、加工ヘッド(40)のY方向への移動
を可能にしている。なお、図1は加工テーブル(20)が
X方向に可動の場合を例示する。X、Y、Z軸方向の各
駆動装置(51、52、53)として、図1にはサーボモータ
とボールねじの組合わせが例示されており、それぞれ制
御ユニット(50)と電気的に接続されている。
EXAMPLES First, as shown in FIG. 1, a general laser processing machine comprises a laser oscillator (10), a processing table (20), a beam transmission system (30), a processing head (40), and the like. A plurality of bend mirrors (30a to 30c) that constitute the beam transmission system (30) using the laser light from the laser oscillator (10).
It is bent by and is transmitted to the processing head (40), and is emitted from the nozzle (43) via the condensing optical system (42) in the processing head (40). This laser processing machine is an optical scanning type in which the processing head (40) moves. Therefore, the transmission system between the bend mirror (30b) and the processing head (1) is configured to be expandable and contractable, and the processing head (40) can be moved in the Y direction. Note that FIG. 1 exemplifies a case where the processing table (20) is movable in the X direction. As each drive device (51, 52, 53) in the X, Y, and Z axis directions, a combination of a servo motor and a ball screw is illustrated in FIG. 1, and each is electrically connected to the control unit (50). ing.

【0020】加工ヘッド(40)は、駆動装置と連結した
ハウジング(41)と、このハウジング(41)に取り付け
られた集光光学系(42)およびノズル(43)などから構
成される。集光光学系(42)としてレンズ(透過光学
系)を例示してあるが、放物面鏡(図2、3参照)のよ
うな反射光学系あるいはその他の集光光学系を使用する
ことも勿論可能である。
The processing head (40) comprises a housing (41) connected to a driving device, a condensing optical system (42) and a nozzle (43) attached to the housing (41). Although a lens (transmission optical system) is illustrated as the condensing optical system (42), a reflective optical system such as a parabolic mirror (see FIGS. 2 and 3) or another condensing optical system may be used. Of course it is possible.

【0021】加工テーブル(20)上に固定された平面状
の被加工物(21)の表面にレーザ加工を施す場合を考え
ると、加工に先立って予め、被加工物(21)を載置しな
い状態で、レーザ光を照射しながら加工ヘッド(40)を
加工範囲内で移動させ、各加工点におけるレーザ光の焦
点位置を把握する。たとえば、適当な焦点位置検出手段
により実際に計測して焦点位置を求め、そのようにして
求めた焦点位置を、加工ヘッド(40)の位置を表す座標
データと対にして焦点位置データとして制御ユニット
(50)に記憶させる。
Considering the case where the surface of the flat work piece (21) fixed on the work table (20) is subjected to laser processing, the work piece (21) is not placed prior to the working. In this state, the processing head (40) is moved within the processing range while irradiating the laser light, and the focus position of the laser light at each processing point is grasped. For example, the focus position is obtained by actually measuring with a suitable focus position detecting means, and the focus position thus obtained is paired with the coordinate data representing the position of the machining head (40) as the focus position data as a control unit. Store in (50).

【0022】そして、実際の加工に際しては、加工ヘッ
ド(40)が各加工点に移動する度に、記憶した焦点位置
データに基づき、当該加工点における正確な焦点位置と
所望の加工位置とが合致するように、制御ユニット(5
0)からの信号に基づき、駆動装置(53)が加工ヘッド
(40)をZ軸方向に移動させる。これにより、集光光学
系(42)から溶接箇所までの距離(図7中のa2)が変化
して焦点位置の補正が行われる。
In actual machining, each time the machining head (40) moves to each machining point, the accurate focus position at the machining point matches the desired machining position based on the stored focal position data. Control unit (5
The drive device (53) moves the machining head (40) in the Z-axis direction based on the signal from (0). As a result, the distance (a 2 in FIG. 7) from the condensing optical system (42) to the welding location changes, and the focus position is corrected.

【0023】焦点位置は、上述のように実際に計測して
求めるほか、加工ヘッド(40)の位置を表す座標データ
に基づいて光学的計算により算出することも可能であ
る。その場合、加工に先立って、各加工点について焦点
位置を実際に計測するのに比べて作業性の向上が図れ
る。
The focal position can be obtained by actual measurement as described above, or can be calculated by optical calculation based on coordinate data representing the position of the processing head (40). In that case, workability can be improved as compared with the case where the focal position is actually measured at each processing point prior to processing.

【0024】あるいはまた、上述のように焦点位置デー
タを制御ユニット(50)に記憶させておき、加工に際し
て焦点位置の補正を自動的に実行させるほか、たとえ
ば、加工範囲が小さいときや加工点が少ないときには、
予め求めた焦点位置データを単にペーパー等の記録媒体
に記録しておき、加工の際に手動で焦点位置の補正を行
うようにしてもよい。
Alternatively, as described above, the focus position data is stored in the control unit (50) and the correction of the focus position is automatically executed during machining. For example, when the machining range is small or the machining point is When there are few,
The focus position data obtained in advance may simply be recorded on a recording medium such as paper, and the focus position may be manually corrected during processing.

【0025】ところで、特に切断加工においては加工の
際に用いるアシストガス圧が品質に大きな影響を与える
が、これを一定に保つためには被加工物と加工ヘッドの
先端のノズルとの距離を一定にしなければならない。し
かし、上述のように焦点位置補正のために加工ヘッド
(40)をZ軸方向に移動させると、ノズル(43)の先端
と被加工物(21)との間の距離すなわちギャップも変化
する。したがって、ノズル(43)を加工ヘッド(40)厳
密には集光光学系(42)から分離してZ軸方向に移動さ
せることにより、加工ヘッド(40)および集光光学系
(42)が移動しても上記ギャップが変化しないようにす
る必要がある。
By the way, particularly in the cutting process, the assist gas pressure used during the process has a great influence on the quality, but in order to keep this constant, the distance between the workpiece and the nozzle at the tip of the processing head is kept constant. I have to However, when the machining head (40) is moved in the Z-axis direction to correct the focus position as described above, the distance between the tip of the nozzle (43) and the workpiece (21), that is, the gap, also changes. Therefore, the processing head (40) and the condensing optical system (42) are moved by separating the nozzle (43) from the condensing optical system (42), strictly speaking, and moving it in the Z-axis direction. However, it is necessary to prevent the gap from changing.

【0026】図2はこの点を考慮した実施例を示すもの
で、加工ヘッド(40)にノズル位置調整ユニット(60)
が設けてある。なお、図2の実施例では集光光学系(4
2)に反射集光系たる放物面鏡が使用されている。ハウ
ジング(41)は、二点鎖線で示されるように、集光光学
系(42)の直前のベンドミラー(30c)を収容する部材
と結合され、両者が一体となってZ軸方向に移動する。
FIG. 2 shows an embodiment in which this point is taken into consideration. The nozzle position adjusting unit (60) is attached to the machining head (40).
Is provided. In the embodiment of FIG. 2, the condensing optical system (4
A parabolic mirror, which is a reflection and focusing system, is used in 2). The housing (41) is connected to a member that houses the bend mirror (30c) immediately before the condensing optical system (42) as shown by the chain double-dashed line, and both move integrally in the Z-axis direction. .

【0027】ハウジング(41)の下端に、ハウジング
(41)に対して上下方向に摺動自在にスリーブ(44)を
取り付け、このスリーブ(44)の下部にノズル(43)が
結合される。ノズル(43)にシールドガスやアシストガ
スを供給するための構成は図面では省略されている。そ
して、ノズル位置調整ユニット(60)は、ノズル(43)
をハウジング(41)から独立して昇降させるためのもの
で、スリーブ(44)のフランジ(45)に固定したボール
ナット(61)と、ボールナット(61)に螺合したボール
ねじ(62)と、ハウジング(41)側に固定され出力軸が
ボールねじ(62)の一端に結合されたモータ(63)とで
構成される。
A sleeve (44) is attached to the lower end of the housing (41) so as to be vertically slidable with respect to the housing (41), and a nozzle (43) is joined to the lower portion of the sleeve (44). The structure for supplying the shield gas and the assist gas to the nozzle (43) is omitted in the drawing. Then, the nozzle position adjusting unit (60) is provided with the nozzle (43).
For moving up and down independently of the housing (41), including a ball nut (61) fixed to the flange (45) of the sleeve (44) and a ball screw (62) screwed to the ball nut (61). , A motor (63) fixed to the housing (41) side and having an output shaft coupled to one end of a ball screw (62).

【0028】モータ(63)でボールねじ(62)を回転さ
せると、スリーブ(44)およびノズル(43)が一体的に
昇降し、ノズル(43)の先端と被加工物(21)の間のギ
ャップ(G)が変化する。したがって、加工ヘッド(4
0)の昇降量を相殺する向きおよび量だけノズル(43)
を昇降させることにより、加工領域の全範囲でギャップ
(G)を一定値に維持することが可能となる。ノズル位
置調整ユニット(60)の構成は任意であり、図示のよう
にボールねじ(62)を用いるほか、ラックとピニオンの
組合せ等を用いることも可能である。
When the ball screw (62) is rotated by the motor (63), the sleeve (44) and the nozzle (43) are integrally moved up and down, and the space between the tip of the nozzle (43) and the workpiece (21) is increased. The gap (G) changes. Therefore, the machining head (4
Nozzle (43) in the direction and amount that offset the vertical movement amount of (0)
By moving up and down, it is possible to maintain the gap (G) at a constant value over the entire range of the processing area. The configuration of the nozzle position adjusting unit (60) is arbitrary, and it is possible to use a ball screw (62) as shown in the figure, or a combination of a rack and a pinion.

【0029】図2の実施例におけるレーザ加工機の駆動
制御系を模式的に図示する図3には、加工ヘッド(40)
の各軸方向に移動させるための駆動装置のうちZ軸方向
用駆動装置(53)のみが示されている。この駆動装置
(53)を含む各軸方向の駆動装置(図1参照)は制御ユ
ニット(50)により制御され、制御ユニット(50)から
レーザ加工機コントローラに加工ヘッド(40)の各軸位
置データが送られる。レーザ加工機コントローラでは、
その各軸位置データに基づき、加工ヘッド(40)の現在
位置を表す座標データを演算してノズル位置制御コント
ローラに入力する。ノズル位置制御コントーラは、ノズ
ル位置調整ユニット(60)のモータ駆動ユニットにノズ
ル位置制御信号を送ってノズル(43)の位置調整を行な
う。
FIG. 3 schematically showing the drive control system of the laser processing machine in the embodiment of FIG. 2 shows a processing head (40).
Of the drive devices for moving in the respective axial directions, only the Z-axis direction drive device (53) is shown. The drive unit in each axial direction (see FIG. 1) including this drive unit (53) is controlled by the control unit (50), and the control unit (50) sends the laser beam machine controller each axis position data of the processing head (40). Will be sent. With the laser processing machine controller,
Based on the axis position data, coordinate data representing the current position of the machining head (40) is calculated and input to the nozzle position controller. The nozzle position control controller sends a nozzle position control signal to the motor drive unit of the nozzle position adjustment unit (60) to adjust the position of the nozzle (43).

【0030】図4に示す実施例は、フランジ(45)に固
定したハイトセンサ(64)により被加工物(21’)との
間の距離を検知し、この検出値に基づいてノズル(43)
の位置調整を行なうようにしたものである。すなわち、
加工ヘッド(40)の、したがってまた集光光学系(42)
の、位置補正に伴うノズル(43)の先端と被加工物(2
1’)との間の距離の変化をハイトセンサ(64)によっ
て検出し、この検出値に基づいてノズル位置調整ユニッ
ト(60)を駆動してギャップ(G)を一定値に維持する
ものである。ハイトセンサ(64)としては、影響を回避
するため、例えば静電容量型のものなどが実用されてい
る。
In the embodiment shown in FIG. 4, the height sensor (64) fixed to the flange (45) detects the distance between the workpiece (21 ') and the nozzle (43) based on the detected value.
The position is adjusted. That is,
Of the processing head (40) and thus also the focusing optics (42)
Of the nozzle (43) and the work piece (2
The height sensor (64) detects a change in the distance to the gap 1 ') and drives the nozzle position adjusting unit (60) based on the detected value to maintain the gap (G) at a constant value. . As the height sensor (64), for example, a capacitance type sensor is practically used in order to avoid the influence.

【0031】図4に示すような三次元形状の被加工物
(21’)を加工する場合には、まず、加工に先立ってテ
ィーチングを行い、被加工物(21’)の形状データを制
御装置に記憶させる。一方、既述のように実測または光
学的計算により各加工点における焦点位置データを求め
る。そして、これらの形状データと焦点位置データに基
づいて加工ヘッド(40)を昇降させ、レーザ光の焦点と
加工部位とを一致させる。これと同時に、加工ヘッド
(40)の昇降量と形状データとからギャップ(G)を演
算し、このギャップ(G)が所定値になるようノズル位
置調整ユニット(60)を駆動してノズル(43)の位置調
整を行なう。
When processing a three-dimensionally shaped work piece (21 ') as shown in FIG. 4, first, teaching is performed prior to the working, and the shape data of the work piece (21') is controlled by the control device. To memorize. On the other hand, as described above, the focus position data at each processing point is obtained by actual measurement or optical calculation. Then, the processing head (40) is moved up and down based on the shape data and the focus position data, so that the focus of the laser beam and the processed portion coincide with each other. At the same time, the gap (G) is calculated from the elevation amount of the processing head (40) and the shape data, and the nozzle position adjustment unit (60) is driven so that the gap (G) becomes a predetermined value, and the nozzle (43 ) Position adjustment.

【0032】また、この場合には、ハイトセンサ(64)
を用いてノズル(43)の位置調整を行なうことも可能で
ある。このハイトセンサ(64)を使用すれば、ギャップ
(G)が直接計測可能となるので、ティーチングによる
形状データと実際の被加工物(21’)の形状との間にず
れがある場合でも、ギャップ(G)をより正確に管理す
ることができるという利点がある。
In this case, the height sensor (64)
It is also possible to adjust the position of the nozzle (43) by using. By using this height sensor (64), the gap (G) can be directly measured, so that even if there is a deviation between the shape data due to teaching and the actual shape of the workpiece (21 '), the gap There is an advantage that (G) can be managed more accurately.

【0033】図5に示される実施例は、加工ヘッド(4
0)、ビーム伝送系(30)およびレーザ発振器(10)を
Y方向に移動可能のテーブル(22)上に配置することに
より、これらを一体的にスライド可能に構成したもので
ある。この構造であれば、加工位置がY方向に変化して
も、レーザ発振器(10)から集光光学系(42)までの距
離は不変であるため、レーザ光線の焦点位置が変化する
こともない。したがって、既述の実施例と同様に、加工
領域の全範囲で均一な加工を行なうことが可能となる。
In the embodiment shown in FIG. 5, the machining head (4
0), the beam transmission system (30) and the laser oscillator (10) are arranged on a table (22) movable in the Y direction so that they can be slid together. With this structure, even if the processing position changes in the Y direction, the distance from the laser oscillator (10) to the condensing optical system (42) does not change, so the focal position of the laser beam does not change. . Therefore, as in the above-described embodiment, it is possible to perform uniform processing over the entire range of the processing area.

【0034】[0034]

【発明の効果】述べたように、本発明は、加工ヘッドの
移動に伴う集光位置の変化に応じて加工ヘッドを昇降さ
せることにより集光光学系の焦点位置を補正するように
したので、レーザ光の焦点を常に加工箇所に一致させる
ことができる。このため、被加工物を常に所望のスポッ
ト径で加工することができ、加工領域の全範囲で製品品
質を均一にすることが可能となる。
As described above, according to the present invention, the focus position of the condensing optical system is corrected by raising and lowering the machining head according to the change of the condensing position accompanying the movement of the machining head. The focus of the laser light can always be made to coincide with the processing location. Therefore, the work piece can be always processed with a desired spot diameter, and the product quality can be made uniform over the entire range of the processing area.

【0035】したがって、本発明は、加工範囲が大きい
場合や、加工範囲のすべてにつき加工条件を等しくする
ことが厳しく求められる場合に特に有益であるが、この
ほかビームの拡散量(拡がり角)の大きいレーザを用い
なければならないような場合にも効果を発揮する。
Therefore, the present invention is particularly useful when the processing range is large or when it is strictly required to make the processing conditions equal for all the processing ranges, but in addition to this, the beam diffusion amount (divergence angle) is also increased. It is also effective when a large laser must be used.

【0036】しかも、本発明によれば、図8に関連して
説明した従来技術のように、追加のミラーを必要とせ
ず、それゆえコストのアップやエネルギー損失の増大が
問題となることはない。
Moreover, according to the present invention, an additional mirror is not required unlike the prior art described with reference to FIG. 8, and therefore, the increase in cost and the increase in energy loss do not pose a problem. .

【0037】また、各加工点における焦点自体の位置を
正確に知ることができるため、必ずしも焦点位置におけ
る加工に限らず、溶接や熱処理において従来から広く行
なわれているいわゆる焦点ずらし(ディフォーカス)を
行なう場合にも、所望のディフォーカス量が正確に得ら
れるという効果がある。
Further, since the position of the focal point itself at each processing point can be accurately known, so-called defocusing, which has been widely used in welding and heat treatment, is not limited to the processing at the focal position. Even when it is performed, there is an effect that a desired defocus amount can be accurately obtained.

【0038】加工ヘッド全体を移動させることによって
その内部に固定されている集光光学系の焦点位置を補正
するようにすれば、集光光学系自体を移動させるのに比
べて追加の駆動機構を必要としないため簡単な構造で実
現できるだけでなく、アライメントが複雑になる心配も
ない。
If the focus position of the condensing optical system fixed inside the processing head is corrected by moving the entire machining head, an additional drive mechanism is required as compared with the case where the condensing optical system itself is moved. Since it is not necessary, it can be realized with a simple structure, and there is no concern that alignment will be complicated.

【0039】また、この場合、加工ヘッドの移動量を相
殺するように加工ヘッドに対してノズルを移動させるこ
とにより、ノズル先端から被加工物までの距離を一定値
に維持することができる。したがって、たとえばアシス
トガスを使用する場合にも、加工箇所におけるガス圧を
一定値に維持することが可能となり、ガス圧の変動によ
る加工品質のバラツキを抑制することができる。
Further, in this case, by moving the nozzle with respect to the machining head so as to offset the movement amount of the machining head, the distance from the tip of the nozzle to the workpiece can be maintained at a constant value. Therefore, for example, even when assist gas is used, it is possible to maintain the gas pressure at a processing location at a constant value and suppress variations in processing quality due to changes in gas pressure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】一般的なレーザ加工機の構成を示す略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a general laser processing machine.

【図2】本発明の実施例を示す縦断面図である。FIG. 2 is a vertical sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図3】図2の実施例の制御系を示すブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the embodiment of FIG.

【図4】別の実施例を示す縦断面図である。FIG. 4 is a vertical sectional view showing another embodiment.

【図5】さらに別の実施例を示す縦断面図である。FIG. 5 is a vertical sectional view showing still another embodiment.

【図6】従来の技術を示す略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a conventional technique.

【図7】集光光学系の模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a condensing optical system.

【図8】従来の技術を示す略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 レーザ発振器 20 加工テーブル 21 被加工物 30 ビーム伝送系 40 加工ヘッド 41 ハウジング 42 集光光学系 43 ノズル 50 制御ユニット 51、52、53 駆動装置 60 ノズル位置調整ユニット 64 ハイトセンサ 10 Laser oscillator 20 Processing table 21 Workpiece 30 Beam transmission system 40 Processing head 41 Housing 42 Condensing optical system 43 Nozzle 50 Control unit 51, 52, 53 Drive unit 60 Nozzle position adjustment unit 64 Height sensor

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 予めレーザ加工範囲の一部または全部に
わたって加工点の座標データとその加工点におけるレー
ザ光の焦点位置とを対にして記憶し、各加工点の加工に
際して正確な焦点位置が被加工物面上にくるように集光
光学系の位置を補正するようにしたことを特徴とするレ
ーザ加工用光学系。
1. Coordinate data of a processing point and a focal position of a laser beam at the processing point are previously stored as a pair over a part or the whole of the laser processing range, and an accurate focus position is recorded when processing each processing point. An optical system for laser processing, characterized in that the position of the condensing optical system is corrected so that it is on the surface of the workpiece.
【請求項2】 各加工点の加工に際して、記憶した座標
データから演算により焦点位置を求めて自動的に補正を
行う請求項1のレーザ加工用光学系。
2. The laser processing optical system according to claim 1, wherein, when processing each processing point, a focal position is obtained by calculation from stored coordinate data and correction is automatically performed.
【請求項3】 加工点の座標データとその加工点におけ
るレーザ光の焦点位置とを対にして記録しておき、手動
により補正をかける請求項1のレーザ加工用光学系。
3. The laser processing optical system according to claim 1, wherein the coordinate data of the processing point and the focus position of the laser beam at the processing point are recorded as a pair and manually corrected.
【請求項4】 加工の条件により意図的な焦点はずしを
行なう場合にあっては、各加工点につき正確な焦点を求
めた後、焦点はずしを行なう請求項1のレーザ加工用光
学系。
4. The optical system for laser processing according to claim 1, wherein in the case of intentionally defocusing depending on processing conditions, defocusing is performed after obtaining an accurate focus for each processing point.
【請求項5】 加工ヘッドを移動させることによって加
工ヘッド内に収容された集光光学系の位置を補正する請
求項1のレーザ加工用光学系。
5. The laser processing optical system according to claim 1, wherein the position of the condensing optical system housed in the processing head is corrected by moving the processing head.
【請求項6】 加工ヘッドの移動に伴い、ノズルの先端
と被加工物との間の距離を調整する請求項5のレーザ加
工用光学系。
6. The laser processing optical system according to claim 5, wherein the distance between the tip of the nozzle and the workpiece is adjusted as the processing head moves.
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