JPH09192866A

JPH09192866A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH09192866A
Application number: JP8007767A
Authority: JP
Inventors: Minoru Mochito; 實望戸; Iwao Maruyama; 磐男丸山; Kazuhide Matsuo; 和秀松尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成でワークの複数面に対して効率的に
加工作業を行うことができ、しかも設備費および加工費
を容易に低減することを可能にする。【解決手段】レーザビーム１２ａをワークＷに集束させ
るためのレーザ加工ヘッド１６と、このレーザ加工ヘッ
ド１６と前記ワークＷとの間に配置され、前記レーザ加
工ヘッド１６から照射された前記レーザビーム１２ａを
反射させて該レーザビーム１２ａの光路を変更させる固
定型外部反射ミラー１８とを備える。これにより、ワー
クＷの第１および第２加工面５４ａ、５４ｂを容易かつ
効率的に加工することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振器から
出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに導入し、
加工部位に前記レーザビームを走査させて加工を行うレ
ーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被加工物にレーザビームを照射し、この
被加工物を蒸発あるいは溶融させることにより、切断や
溶接等の加工を行うレーザ加工装置が知られている。こ
の種のレーザ加工装置は、一般に、レーザ発振器から出
力されたレーザビームを加工ヘッドに導入し、この加工
ヘッドに内設されている集束光学系を介して被加工物に
前記レーザビームを集束させるように構成されている。

【０００３】ところで、前記レーザ加工装置により、ワ
ークの複数面に対して加工を行う場合、従来から種々の
方式が採用されている。例えば、加工面毎にワークを脱
着および位置決めしてそれぞれの加工面に加工を行うも
の（以下、従来例１という）、特公平４−３６７９２号
公報に開示されているように、各溶接位置に対応して複
数の溶接ヘッドを配置して加工を行うもの（以下、従来
例２という）、および特開平５−８０７９号公報に開示
されているように、マニュプレータ内蔵型の多軸ロボッ
トを用いて複数面に加工を行うもの（以下、従来例３と
いう）等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例１では、ワークの脱着および位置決め作業に相当
に時間がかかるため、加工作業全体の効率が低下すると
いう問題が指摘されている。また、上記の従来例２で
は、設備費が高騰するとともに、装置の設計および製作
の自由度がなく、汎用性に劣るという不具合がある。さ
らにまた、上記の従来例３では、ティーチングでの位置
決め作業や加工条件の設定作業が煩雑であるとともに、
装置自体に多数のミラーが配置されているためにレーザ
ビームのエネルギー損失が大きく、しかも位置決め精度
が厳しくて改造作業が困難なものになってしまう。

【０００５】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、簡単な構成でワークの複数面に対して効率的な加
工作業を行うことができ、しかも設備費および加工費を
容易に低減することが可能なレーザ加工装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、レーザ加工ヘッドが一旦位置決めされ
た状態で、レーザ発振器から出力されたレーザビームが
レーザ加工ヘッドに導入されると、走査手段を介して前
記レーザビームが一の加工部位に沿って移動し、前記一
の加工部位の加工処理が遂行される。レーザビームは、
さらに固定型外部反射ミラーに照射され、この固定型外
部反射ミラーで反射されて光路が変更された後、他の加
工部位に走査される。その際、前記他の加工部位までの
光路長に応じて集束光学系の焦点位置が調整されてい
る。

【０００７】このため、レーザ加工ヘッドを移動させる
必要がなく、しかも単一の前記レーザ加工ヘッドで、異
なる加工部位に対しレーザビームを確実に走査させるこ
とができる。従って、簡単な構成で、複数の加工面の加
工を効率的に行うことが可能になる。

【０００８】また、方向の異なる種々の加工部位に対応
して２以上の外部反射ミラーが配置されることにより、
多数の加工面の加工を一層効率よく遂行することがで
き、特に断面矩形状の加工部位に対し各加工面に確実か
つ効率的にレーザビームを走査させることが可能にな
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係るレーザ加工装置１０の概略構成図であり、図２
は、このレーザ加工装置１０の概略側面図である。

【００１０】レーザ加工装置１０は、レーザ発振器１２
と、直交座標系３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向）
に移動自在なロボット１４と、このロボット１４の先端
部に装着されるとともに、前記レーザ発振器１２から出
力されたレーザビーム１２ａを導入し前記レーザビーム
１２ａをワークＷに集束させるためのレーザ加工ヘッド
１６と、このレーザ加工ヘッド１６と前記ワークＷとの
間に配置され、前記レーザ加工ヘッド１６から照射され
た前記レーザビーム１２ａを反射させて該レーザビーム
１２ａの光路を変更させる固定型外部反射ミラー１８と
を備える。この固定型外部反射ミラー１８は、ワークＷ
の第２加工面５４ｂ（後述する）に対応して配置されて
いる。

【００１１】レーザ加工ヘッド１６内には、このレーザ
加工ヘッド１６内での集束光学系２０の光路長を変更す
ることにより、ワークＷまでの光路長に応じて前記集束
光学系２０の焦点位置を調整可能な焦点位置調整手段２
２と、前記レーザ加工ヘッド１６に導入されたレーザビ
ーム１２ａを所定の部位に走査する走査手段２４とが配
設される。

【００１２】レーザ発振器１２は、集光距離が長くなる
ように、レーザビーム１２ａの広がり角が相当に小さく
規制できるものが使用される。具体的には、レーザ発振
器１２として、特公平６−７１１０８号公報に開示され
ている「磁気的に高められた放電を利用するレーザ装
置」等を用いることが好ましい。このレーザ発振器１２
には、前記レーザ発振器１２から出力されたレーザビー
ム１２ａをレーザ加工ヘッド１６側に導入するためのシ
ャッター２６が配設される。

【００１３】ロボット１４は、Ｘ軸方向に延在するレー
ル２８に沿って進退自在に構成されており、このロボッ
ト１４の手首部（先端部）３０に装着されたレーザ加工
ヘッド１６は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動自在で
ある。

【００１４】ロボット１４には、レーザ発振器１２から
出力されるレーザビーム１２ａを水平方向から鉛直上方
向に光路変更を行う第１反射鏡３２と、この第１反射鏡
３２によって鉛直上方向に反射された前記レーザビーム
１２ａを水平方向に反射させてミラー群３４に導く第２
反射鏡３６とが配設される。

【００１５】図３に示すように、レーザ加工ヘッド１６
内には、ミラー群３４で反射されたレーザビーム１２ａ
の光路上に配置される放物面鏡３８と、焦点位置調整手
段２２を構成する第１および第２平面鏡４０、４２と、
集束光学系２０を構成する楕円面鏡４４と、走査手段２
４を構成する第１および第２走査ミラー４６、４８とが
配設される。

【００１６】第１および第２平面鏡４０、４２は、互い
に所定の角度を維持して枠体５０に保持されており、こ
の枠体５０に連結されるステッピングモータ５２を介し
て矢印Ａ方向に進退自在である。第１および第２走査ミ
ラー４６、４８は、それぞれ図示しないサーボモータに
よって互いに交差する軸線回りに所定の角度範囲で回動
自在である。

【００１７】このように構成される第１の実施形態に係
るレーザ加工装置１０の動作について、以下に説明す
る。

【００１８】先ず、ロボット１４の手首部３０に装着さ
れているレーザ加工ヘッド１６が、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ
軸方向に選択的に移動され、このレーザ加工ヘッド１６
がワークＷの所定の加工部位に対応して配置される。レ
ーザ加工ヘッド１６の移動中または移動後に、このレー
ザ加工ヘッド１６内に設置された焦点位置調整手段２２
による調整作業が行われる。

【００１９】すなわち、図４において、ステッピングモ
ータ５２が駆動され、枠体５０を介して第１および第２
平面鏡４０、４２が矢印Ａ方向に変位され、点Ｐから楕
円面鏡４４（焦点距離Ｆ）までの距離Ｓ１が変更され
る。このため、楕円面鏡４４から焦点位置Ｐ′までの距
離Ｓ２が、（１／Ｓ１）＋（１／Ｓ２）＝１／Ｆ …（１）の関係式に基づいて調整される。

【００２０】次いで、シャッター２６が開放されると、
レーザ発振器１２から出力されたレーザビーム１２ａ
は、ロボット１４に設けられている第１反射鏡３２に導
入され、この第１反射鏡３２で鉛直上方向に導かれた
後、第２反射鏡３６およびミラー群３４を介してレーザ
加工ヘッド１６に導入される。

【００２１】レーザ加工ヘッド１６に導入されたレーザ
ビーム１２ａは、放物面鏡３８で反射された後、第１お
よび第２平面鏡４０、４２を介して楕円面鏡４４に導か
れ、さらに第１および第２走査ミラー４６、４８で反射
されてワークＷの所定の加工部位に走査される。その
際、第１および第２走査ミラー４６、４８は、図示しな
いサーボモータを介して回動されている。

【００２２】この場合、図３に示すように、走査手段２
４から導出されるレーザビーム１２ａは、基準線Ｏに対
して両方向にそれぞれ角度θ１の範囲内で走査される
間、ワークＷの第１加工面５４ａに所定の第１加工域５
６ａに渡って溶接等のレーザ加工処理を施す。そして、
レーザビーム１２ａが、角度θ２〜角度θ３の範囲内で
振られる間、このレーザビーム１２ａは、固定型外部反
射ミラー１８で反射されてワークＷの第２加工面５４ｂ
に所定の第２加工域５６ｂに渡ってレーザ加工処理を施
す。その際、レーザ加工ヘッド１６内では、焦点位置調
整手段２２による焦点位置調整作業が連続的または段階
的に行われている。

【００２３】このように、第１の実施形態では、レーザ
加工ヘッド１６が一旦位置決めされた状態で、ワークＷ
の第１加工面５４ａと第２加工面５４ｂにそれぞれ所望
の加工処理を施すことができる。すなわち、第２加工面
５４ｂに対応して固定型外部反射ミラー１８が配置され
るとともに、レーザ加工ヘッド１６内に焦点位置調整手
段２２が設けられることにより、このレーザ加工ヘッド
１６から、直接、レーザビーム１２ａを照射することが
できないワークＷの第２加工面５４ｂに対し、前記固定
型外部反射ミラー１８で反射されたレーザビーム１２ａ
を介して所望の加工処理が容易に遂行される。

【００２４】従って、加工作業が第１加工面５４ａから
第２加工面５４ｂに移行される際に、レーザ加工ヘッド
１６またはワークＷを移動させる必要がなく、しかも単
一の前記レーザ加工ヘッド１６で、前記ワークＷのそれ
ぞれ方向の異なる第１および第２加工面５４ａ、５４ｂ
に対してレーザビーム１２ａを確実に走査させることが
できる。これにより、簡単な構成で、第１および第２加
工面５４ａ、５４ｂの加工作業を効率的かつ経済的に行
うことが可能になるという効果が得られる。

【００２５】さらに、レーザ加工装置１０は、単一のレ
ーザ加工ヘッド１６と固定型外部反射ミラー１８とを備
えるだけでよい。このため、レーザ加工装置１０の構成
が一挙に簡素化し、設備全体が小型かつ安価になるとい
う利点がある。

【００２６】次に、第２の実施形態に係るレーザ加工装
置６０の要部が、図５に示されている。このレーザ加工
装置６０は、断面矩形状（角パイプ状）のワークＷ１の
第１〜第４加工面６１ａ〜６１ｄを加工処理するもので
あり、レーザ加工ヘッド６２と、このレーザ加工ヘッド
６２から照射されるレーザビーム１２ａを反射させて該
レーザビーム１２ａの光路を変更させる第１〜第３固定
型外部反射ミラー６４、６６、６８とを備える。レーザ
加工ヘッド６２は、前述したレーザ加工ヘッド１６と同
様に構成されており、その詳細な説明は省略する。

【００２７】第１固定型外部反射ミラー６４は、ワーク
Ｗ１の第２加工面６１ｂに対応して配置され、第２およ
び第３固定型外部反射ミラー６６、６８は、前記ワーク
Ｗ１の第３および第４加工面６１ｃ、６１ｄに対応して
設けられる。

【００２８】このように構成されるレーザ加工装置６０
では、レーザ加工ヘッド６２から導出されるレーザビー
ム１２ａが、図５中、矢印方向に走査される際、先ず、
このレーザビーム１２ａが第１固定型外部反射ミラー６
４で反射されてワークＷ１の第２加工面６１ｂに溶接等
のレーザ加工処理を施す。そして、レーザビーム１２ａ
は、第１固定型外部反射ミラー６４から第２固定型外部
反射ミラー６６に照射され、この第２固定型外部反射ミ
ラー６６で反射されてワークＷ１の第３加工面６１ｃに
所定のレーザ加工処理を施す。

【００２９】レーザビーム１２ａは、さらに矢印方向に
振られてワークＷ１の第１加工面６１ａを直接走査し、
この第１加工面６１ａにレーザ加工処理が遂行される。
次いで、レーザビーム１２ａが第３固定型外部反射ミラ
ー６８に照射されると、このレーザビーム１２ａは、前
記第３固定型外部反射ミラー６８で反射されてワークＷ
１の第４加工面６１ｄに所定のレーザ加工処理を行う。

【００３０】このように、第２の実施形態では、レーザ
加工ヘッド６２が一旦位置決めされた状態で、角パイプ
状のワークＷ１の複数面、すなわち、第１〜第４加工面
６１ａ〜６１ｄに迅速かつ確実に加工処理を施すことが
できる。これにより、複数面（第１〜第４加工面６１ａ
〜６１ｄ）の加工作業が一層効率的に遂行されるという
効果が得られる。

【００３１】しかも、レーザ加工装置６０は、単一のレ
ーザ加工ヘッド６２と第１〜第３固定型外部反射ミラー
６４、６６、６８とを備えるだけでよく、前述したレー
ザ加工装置１０と同様な効果が得られる。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係るレーザ加工装置では、レー
ザ加工ヘッドを移動させる必要がなく、しかも単一の前
記レーザ加工ヘッドで、異なる加工部位に対しレーザビ
ームを確実に走査させることができる。従って、簡単な
構成で複数の加工面の加工作業を効率的に行うことが可
能になる。これにより、設備全体の簡素化および加工費
の低減が容易に遂行される。

【００３３】また、方向の異なる種々の加工部位に対応
して２以上の外部反射ミラーが配置されることにより、
多数の加工面の加工作業を一層効率よく遂行することが
できる。特に、断面矩形状の加工部位に対し、各加工面
に確実かつ効率的にレーザビームを走査させることが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置
の概略構成図である。

【図２】前記レーザ加工装置の側面説明図である。

【図３】前記レーザ加工装置を構成するレーザ加工ヘッ
ドの内部詳細説明図である。

【図４】前記レーザ加工ヘッドの焦点位置調整作業の説
明図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置
の概略構成図である。

【符号の説明】

１０、６０…レーザ加工装置１２…レーザ発
振器１２ａ…レーザビーム１４…ロボット１６、６２…レーザ加工ヘッド１８、６４、６６、６８…固定型外部反射ミラー２０…集束光学系２２…焦点位置
調整手段２４…走査手段３８…放物面鏡４０、４２…平面鏡４４…楕円面鏡４６、４８…走査ミラー５４ａ、５４ｂ、６１ａ〜６１ｄ…加工面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器から出力されたレーザビーム
を導入し、前記レーザビームを加工部位に集束させるた
めのレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドと前記加工部位との間に配置さ
れ、該レーザ加工ヘッドから照射された前記レーザビー
ムを反射させて該レーザビームの光路を変更させる固定
型外部反射ミラーと、を備え、前記レーザ加工ヘッド内には、該レーザ加工ヘッド内で
の集束光学系の光路長を変更することにより、前記加工
部位までの光路長に応じて前記集束光学系の焦点位置を
調整可能な焦点位置調整手段と、前記レーザ加工ヘッドに導入されたレーザビームを所定
の部位に走査する走査手段と、が配設されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】請求項１記載のレーザ加工装置において、
前記固定型外部反射ミラーは、方向の異なる種々の加工
部位に対応して２以上配置されることを特徴とするレー
ザ加工装置。