JPH11138285A - レーザ加工機の加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いたレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工ヘッドの姿勢が変化しても加工点高さが
変化しないようなレーザ加工機の加工ヘッドおよびこの
加工ヘッドを用いたレーザ加工方法を提供する。 【解決手段】 加工ヘッド１をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に
平行移動させ、基準側ブロック３をＣ軸方向へ回転させ
ると共に回転側ブロック５をＡ軸方向に回転させ姿勢を
定めてワークＷにレーザ加工を行う際に、レーザ発振器
から加工ヘッド１へＺ軸方向に送られてきたレーザ光Ｌ
Ｂは、第一ベンドミラー２１により９０度方向変換され
てＡ軸回転中心方向へ方向変換される。このＡ軸回転中
心方向に送られてきたレーザ光ＬＢは第二ベンドミラー
２３により９０度方向変換され、さらに第三ベンドミラ
ー２５により方向変換されてノズル１９からワークＷに
照射される。鉛直下方向きの姿勢におけるノズル１９の
高さ位置と、水平横向き姿勢におけるノズル１９の高さ
位置は同じ高さとするのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はレーザ加工機の加
工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いたレーザ加工方法
に係り、さらに詳しくは、オフセットタイプのレーザ加
工機の加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いたレーザ
加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２には、従来より一般的なオフセッ
トタイプのレーザ加工機の加工ヘッド１０１が示されて
いる。このような加工ヘッド１０１においては、図示省
略のレーザ発振器からＺ軸に沿って送られてきたレーザ
光ＬＢをベンドミラー１０３、１０５により方向変換し
て、加工ヘッド１０１の先端に設けられているノズル１
０７からワークＷにレーザ光ＬＢを照射するものであ
る。

【０００３】このような加工ヘッド１０１では、図示は
省略するが、ワークＷに対して相対的にX 軸方向および
Y 軸方向に移動・位置決めし、Ｚ軸方向に昇降してワー
クに対して接近・離反し、さらに、Ｃ軸回りおよびＡ軸
回りに回転して、加工ヘッド１０１の先端に設けられて
いるノズル１０７の位置および姿勢を決定する。このと
き、ノズル１０７は、Ａ軸オフセットＬａおよびＣ軸オ
フセットＬｃを有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１３お
よび図１４を参照するに、このような従来の技術にあっ
ては、Ａ軸回りの回転を伴う加工においてＺ軸ストロー
クは変化しないため、図１３（Ａ）に示されるような下
向き姿勢で加工する場合の下向き加工エリアと、図１３
（Ｂ）に示されている横向き姿勢で加工する横向き加工
エリアにずれが生じるという問題がある。

【０００５】すなわち、図１４に示されているように、
下向加工エリアＨ₀ に対してＡ軸オフセットＬａの分が
Ｚ軸ストロークを相殺しており、ワークＷを移動させず
に上面および側面を加工できる高さが低くなるので、実
際の加工においては必要ストローク以上にＺ軸ストロー
クが必要となり、装置の大型化を招くとともに軽量化、
高速化、コストダウンを妨げるという問題がある。

【０００６】この発明の目的は、以上のような従来の技
術に着目してなされたものであり、加工ヘッドの姿勢が
変化しても加工点高さが変化しないようなレーザ加工機
の加工ヘッドおよびこの加工ヘッドを用いたレーザ加工
方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１による発明のレーザ加工機の加工ヘッド
は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＡ軸回り、Ｃ軸回りに相対
的に移動・位置決めされて、レーザ発振器により発振さ
れたレーザ光を先端に設けられているノズルからワーク
に照射するレーザ加工機の加工ヘッドであって、Ｚ軸方
向へ昇降自在であると共にＣ軸回りに回転自在の基準側
ブロックと、この基準側ブロックに対してＡ軸方向に回
転自在に支持されると共に先端に前記ノズルが設けられ
た回転側ブロックと、を備え、前記基準側ブロックにお
いてＺ軸下方へ送られてきたレーザ光をＡ軸中心方向へ
９０度方向変換すべく基準側ブロックに設けられた第一
ベンドミラーと、この第一ベンドミラーによりＡ軸中心
方向へ送られてきたレーザ光を９０度方向変換すべく回
転側ブロックに設けられた第二ベンドミラーと、この第
二ベンドミラーにより方向変換された光を前記ノズルか
ら照射させるべく方向変換する第三ベンドミラーと、を
備えてなることを特徴とするものである。

【０００８】従って、加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方
向に平行移動させ、基準側ブロックをＣ軸方向へ回転さ
せると共に回転側ブロックをＡ軸方向に回転させ姿勢を
定めてワークにレーザ加工を行う際に、レーザ発振器か
ら加工ヘッドへＺ軸方向に送られてきたレーザ光は、第
一ベンドミラーにより９０度方向変換されてＡ軸回転中
心方向へ方向変換される。このＡ軸回転中心方向に送ら
れてきたレーザ光は第二ベンドミラーにより９０度方向
変換され、さらに第三ベンドミラーにより方向変換され
てノズルからワークに照射される。

【０００９】請求項２による発明のレーザ加工機の加工
ヘッドは、請求項１記載のレーザ加工機の加工ヘッドに
おいて前記ノズルから照射されるレーザ光から前記Ａ軸
中心までのオフセット量と、前記Ａ軸中心からノズル先
端までのオフセット量が等しいこと、を特徴とするもの
である。

【００１０】従って、鉛直下方向きの姿勢におけるノズ
ルの高さ位置と、水平横向き姿勢におけるノズルの高さ
位置は同じ高さとなる。

【００１１】請求項３による発明のレーザ加工機の加工
ヘッドは、請求項１記載のレーザ加工機の加工ヘッドに
おいて前記第三ベンドミラーにより方向変換される角度
が９０度よりも小さいこと、を特徴とするものである。

【００１２】従って、Ａ軸回転中心に対するノズルのオ
フセット量を小さく採ることができる。

【００１３】請求項４による発明のレーザ加工方法は、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＡ軸回り、Ｃ軸回りに移動・位
置決めされて、レーザ発振器により発振されたレーザ光
を先端に設けられているノズルからワークに照射する請
求項１から３記載の加工ヘッドを用いたレーザ加工方法
において、前記Ａ軸方向回転によりＡ軸中心よりも下側
において前記ノズルを水平方向に向けてレーザ加工を行
うこと、を特徴とするものである。

【００１４】従って、加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方
向に平行移動させ、Ａ軸回転およびＣ軸回転により姿勢
を定めてワークにレーザ加工を行う際に、ワーク側面の
低い位置については、回転側ブロックをＡ軸方向に回転
させることによりＡ軸中心よりも下側において水平に横
向き姿勢を採ってレーザ加工を行う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。

【００１６】図１〜図４には、この発明に係るレーザ加
工機の加工ヘッド１が示されている。このような加工ヘ
ッド１を使用するレーザ加工機は、ワークＷに対して相
対的に加工ヘッド１をＸ軸方向およびＹ軸方向へ水平移
動・位置決めし、Ｚ軸方向へ昇降するとともに、Ａ軸回
りおよびＣ軸回りに回転させて、加工に適した姿勢を採
ってから加工を行うものである。ここで、このようなレ
ーザ加工機はすでに良く知られているので、レーザ加工
機本体の説明は省略することとする。

【００１７】前記加工ヘッド１は、Ｘ軸方向およびＹ軸
方向へ移動・位置決めされる図示省略のキャレッジに昇
降自在かつ回転自在に支持されている基準側ブロック３
と、この基準側ブロック３の下端においてＡ軸回りに回
転自在に支持されている回転側ブロック５を有してい
る。

【００１８】この回転側ブロック５は、前記基準側ブロ
ック３からのレーザ光ＬＢを入射させるための取付部７
と、この取付部７に対して４５度の角度で設けられてい
る傾斜部９と、レーザ光ＬＢを照射するための照射部１
１とを有している。

【００１９】すなわち、前記基準側ブロック３の下端部
において水平方向へ設けられている軸部１３に軸受け１
５を介して前記回転側ブロック５の取付部７が回転自在
に支持されている。この回転側ブロック５の取付部７に
は、ギヤ１７が取付けられており、図示省略のモータに
より回転駆動されるようになっている。また、回転側ブ
ロック５の照射部１１先端には、ワークＷに対してレー
ザ光ＬＢを照射するノズル１９が設けられている。

【００２０】図１および図２には前記加工ヘッド１の下
向き姿勢が示されている。この姿勢では前記加工ヘッド
１は、図示省略のレーザ発振器から基準側ブロック３を
通ってＺ軸方向下方に向かって送られてくるレーザ光Ｌ
Ｂを水平方向へ９０度方向変換して回転側ブロック５に
送るために第一ベンドミラー２１が基準側ブロック３の
下端部に設けられている。

【００２１】また、この第一ベンドミラー２１から回転
側ブロック５に送られてきたレーザ光ＬＢを図２中４５
度右上方へ方向変換するための第二ベンドミラー２３が
回転側ブロック５に設けられている。さらに、回転側ブ
ロック５において前記第二ベンドミラー２３からのレー
ザ光ＬＢを前述のＺ軸と平行でオフセット量Ｌｈだけず
れたＺ２軸下方へ方向変換する第三ベンドミラー２５が
設けられている。なお、Ａ軸回転中心とノズル１９先端
のオフセット量はＬｚであり、Ｌｚ＝Ｌｈである。

【００２２】上記構成により、下向姿勢においては図示
省略のレーザ発振器から送られてきたレーザ光ＬＢは基
準側ブロック３の内部を通ってＺ軸下方へ進み、第一ベ
ンドミラー２１により図１中右方向へ９０度方向変換さ
れて水平に回転側ブロック５に入る。

【００２３】更に、レーザ光ＬＢは第二ベンドミラー２
３により図２中右上方へ方向変換されて第三ベンドミラ
ー２５に入射し、この第三ベンドミラー２５により鉛直
下方へ方向変換されてノズル１９からワークＷに照射さ
れる。

【００２４】一方、図３および図４には前記加工ヘッド
１の横向き姿勢が示されている。この姿勢は、前述の図
１および図２に示されている下向姿勢において、図示省
略のモータによりギヤ１７を回転させて回転側ブロック
５をＡ軸方向へ９０度回転させた状態である。このた
め、図５に示されているようにノズル１９の先端は円弧
状に移動する。

【００２５】この横向き姿勢では、図示省略のレーザ発
振器からのレーザ光ＬＢは基準側ブロック３の内部を通
ってＺ軸下方へ進み、第一ベンドミラー２１により図３
中右方向へ水平に方向変換されて回転側ブロック５に入
る。更に、レーザ光ＬＢは第二ベンドミラー２３により
図４中右下方へ方向変換されて第三ベンドミラー２５に
入射し、この第三ベンドミラー２５により水平左方向へ
方向変換されてノズル１９からワークＷに照射される。

【００２６】なお、前述の加工ヘッド１においては、回
転側ブロック５における第二ベンドミラー２３と第三ベ
ンドミラー２５との間の折り返し角度として４５度を採
用した場合について説明したが、この角度は特に限定さ
れない。図６を参照するに、４５度で折返した場合には
９０度で折返した場合に比して図６中ＬｈおよびＬｚの
寸法を小さくできるという利点があるためである。従っ
て、以後の説明図において、説明をわかり易くするため
に折返しを９０度にした図を用いるが、折返しを４５度
した場合には前述の利点があるほかは９０度の場合とま
ったく同様の作用・効果を有している。

【００２７】以上の結果から、図１および図２に示され
ている下向姿勢における加工点高さと、図３および図４
に示されている横向き姿勢における加工点高さは変化し
ないので、従来の加工ヘッド１０１のようにオフセット
による加工エリアのずれが生じる（図１３参照）ことを
防止することができる。このため、下向姿勢および横向
き姿勢においてＺ座標の補正を行う必要がなく、Ｘ軸座
標およびＹ軸座標の補正のみで正確な加工を行うことが
できる。

【００２８】また、図７（Ａ）に示されているように、
前述の加工ヘッド１においてはＡ軸の回転のためのギヤ
１７の位置が先端部分ではないため、図７（Ｂ）に示さ
れている従来の加工ヘッド１０１の場合と比較して、ノ
ズル１９をテーブルＴの上面に近づけることができる
（すなわち、Ｈ＜ｈとすることができる）。

【００２９】また、前述のように下向姿勢と横向き姿勢
においてオフセットによるずれが生じないことおよびテ
ーブルＴの上面近くまで加工範囲となることから、図８
に示されているように、高さ方向のほぼ全面が加工可能
エリアとなる。

【００３０】また、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示されている
ように、姿勢を使い分けることによりＺ軸方向の加工エ
リアを拡大することができる。すなわち、Ｚストローク
量をＳｚとすると、加工エリアの高さは、Ｓｚ＋２・Ｌ
ｈとなる。但し、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示されている
ように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対してはストローク
が減少する。

【００３１】従って、図１０（Ａ）に示されているワー
クＷにおける加工範囲は、矢視Ｈから見たＡ面の加工エ
リアに関して図１０（Ｂ）に示されているように、前述
の図９（Ａ）に示される姿勢により加工できる範囲と、
図９（Ｂ）に示される姿勢により加工できる範囲によっ
て全面を網羅することができず、非加工エリアが左右の
隅に生じることとなる。また、図１０（Ｃ）を参照す
る、矢視Ｊから見たＢ面の加工エリアについても同様に
非加工エリアが左右の隅に生じることとなる。

【００３２】例えば、Ｘストロークを３０５０ｍｍ、Ｙ
ストロークを１５３０ｍｍ、Ｚストロークを６００ｍｍ
とし、前述の加工ヘッド１におけるＬｈ＝Ｌｚ＝２００
ｍｍとすると、図１１に示されているような箱の加工が
可能となる。

【００３３】なお、この発明は前述の実施の形態に限定
されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他
の態様で実施し得るものである。すなわち、前述の実施
の形態においては、上下方向のオフセット量Ｌｚと、水
平方向のオフセット量Ｌｈを同一のものとしたが、異な
る量を採る場合でも従来の加工ヘッド１０１に比して加
工エリアの改善の効果は得られる。例えば、上下方向の
オフセット量Ｌｚがゼロとなるようにノズル１９の位置
を決定すると、姿勢が変わってもＺ軸ストロークを有効
に使える。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よるレーザ加工機の加工ヘッドでは、加工ヘッドをＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に平行移動させ、基準側ブロックを
Ｃ軸方向へ回転させると共に回転側ブロックをＡ軸方向
に回転させ姿勢を定めてワークにレーザ加工を行う際
に、レーザ発振器から加工ヘッドへＺ軸方向に送られて
きたレーザ光は、第一ベンドミラーにより９０度方向変
換されてＡ軸回転中心方向へ方向変換される。このＡ軸
回転中心方向に送られてきたレーザ光は第二ベンドミラ
ーにより９０度方向変換され、さらに第三ベンドミラー
により方向変換されてノズルからワークに照射される。
このため、横向き姿勢でのＺ軸ストロークが実ストロー
クよりも広いエリアで加工することができる。また、Ａ
軸回転中心に対してノズルがオフセットされているの
で、横向き姿勢におけるテーブル上面への接近性が改善
される。

【００３５】請求項２の発明によるレーザ加工機の加工
ヘッドでは、鉛直下方向きの姿勢におけるノズルの高さ
位置と、水平横向き姿勢におけるノズルの高さ位置は同
じ高さとなるので、姿勢が変化してもＺ軸ストロークの
補正を行うことなく加工を行うことができる。

【００３６】請求項３の発明によるレーザ加工機の加工
ヘッドでは、Ａ軸回転中心に対するノズルのオフセット
量を小さく採ることができる。

【００３７】請求項４の発明によるレーザ加工方法で
は、加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に平行移動さ
せ、Ａ軸回転およびＣ軸回転により姿勢を定めてワーク
にレーザ加工を行う際に、回転側ブロックをＡ軸方向に
回転させることによりＡ軸中心よりも下側において水平
に横向き姿勢を採ってレーザ加工を行うことができるの
で、横向き姿勢におけるＺ軸方向加工エリアを実ストロ
ーク以上のものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るレーザ加工機の加工ヘッドの下
向姿勢における正面図である。

【図２】図１中ＩＩ方向から見た側面図である。

【図３】この発明に係るレーザ加工機の加工ヘッドの横
向き姿勢における正面図である。

【図４】図３中ＩＶ方向から見た側面図である。

【図５】下向姿勢と横向き姿勢との変化の状態を示す説
明図である。

【図６】第三ベンドミラーによる方向変換を４５度とし
た場合のオフセット量を示す説明図である。

【図７】横向き姿勢におけるテーブルとの距離を比較す
る説明図である。

【図８】箱の加工エリアを示す説明図である。

【図９】横向き姿勢による二つの加工状態を示す説明図
である。

【図１０】図９に示されている横向き姿勢による加工エ
リアを示す説明図である。

【図１１】加工可能な箱の一例である。

【図１２】従来より一般的な加工ヘッドである。

【図１３】従来の加工ヘッドにおける姿勢とオフセット
量を示す説明図である。

【図１４】箱の加工エリアを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 加工ヘッド ３ 基準側ブロック ５ 回転側ブロック １９ ノズル ２１ 第一ベンドミラー ２３ 第二ベンドミラー ２５ 第三ベンドミラー ＬＢ レーザ光 Ｗ ワーク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＡ軸回り、Ｃ軸
   回りに相対的に移動・位置決めされて、レーザ発振器に
   より発振されたレーザ光を先端に設けられているノズル
   からワークに照射するレーザ加工機の加工ヘッドであっ
   て、Ｚ軸方向へ昇降自在であると共にＣ軸回りに回転自
   在の基準側ブロックと、この基準側ブロックに対してＡ
   軸方向に回転自在に支持されると共に先端に前記ノズル
   が設けられた回転側ブロックと、を備え、前記基準側ブ
   ロックにおいてＺ軸下方へ送られてきたレーザ光をＡ軸
   中心方向へ９０度方向変換すべく基準側ブロックに設け
   られた第一ベンドミラーと、この第一ベンドミラーによ
   りＡ軸中心方向へ送られてきたレーザ光を９０度方向変
   換すべく回転側ブロックに設けられた第二ベンドミラー
   と、この第二ベンドミラーにより方向変換された光を前
   記ノズルから照射させるべく方向変換する第三ベンドミ
   ラーと、を備えてなることを特徴とするレーザ加工機の
   加工ヘッド。
2. 【請求項２】 前記ノズルから照射されるレーザ光から
   前記Ａ軸中心までのオフセット量と、前記Ａ軸中心から
   ノズル先端までのオフセット量が等しいこと、を特徴と
   する請求項1 記載のレーザ加工機の加工ヘッド。
3. 【請求項３】 前記第三ベンドミラーにより方向変換さ
   れる角度が９０度よりも小さいこと、を特徴とする請求
   項１、２記載のレーザ加工機の加工ヘッド。
4. 【請求項４】 Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＡ軸回り、Ｃ軸
   回りに移動・位置決めされて、レーザ発振器により発振
   されたレーザ光を先端に設けられているノズルからワー
   クに照射する請求項１から３記載の加工ヘッドを用いた
   レーザ加工方法において、前記Ａ軸方向回転によりＡ軸
   中心よりも下側において前記ノズルを水平方向に向けて
   レーザ加工を行うこと、を特徴とするレーザ加工方法。