JPH1133764A

JPH1133764A - 加工点照明装置

Info

Publication number: JPH1133764A
Application number: JP9194282A
Authority: JP
Inventors: Junichi Saito; 準一齋藤; Yasumasa Doi; 泰正土井
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】加工点の画像を正確に認識すると共に、自由
度を向上させ、且つスパッタ等により消耗しない加工点
照明装置を提供することにある。【解決手段】光源３から発射された照明光Ｓを、加工
ヘッド２内で出射させると共に、反射ミラー８で反射さ
せた後集光レンズ７に入射させることにより、加工点Ｋ
に集光させ、照明光Ｓが、ＣＣＤカメラ６に入射しない
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加工点照明装置、特
にレーザ加工機の加工点照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザ加工機においては、よ
く知られているように、加工ヘッドの内部、又は外部に
照明装置が取り付けられている。

【０００３】レーザ加工機では、一般に、加工ヘッドか
らレーザ光をワークに照射することにより、該ワークを
切断したり、溶接したりして、所定のレーザ加工を施す
ようになっている。

【０００４】この場合、上述したように、照明装置を取
り付けることにより、加工点を照明し、加工ヘッド内に
設置したＣＣＤカメラにより、この加工点の画像を撮像
し、加工前の教示条件、視覚よる確認、及び加工後のワ
ークの切断状況や、溶接状況を認識することにより、Ｎ
Ｃを介して加工ヘッドを制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術には、次のような課題がある。

【０００６】（１）内部照明の場合に、加工点の画像を
明確に認識できない。内部照明装置としては、例えば、
図５（Ａ）に示すように、集光レンズ１０４が設けられ
ている加工ヘッド１００の内部に、照光源１０１を設け
たものがある。

【０００７】しかし、この装置では、照度を上げると、
照光源１０１からの照明光１０３が集光レンズ１０４の
表面で反射し、反射光がＣＣＤカメラ１０２に入射する
場合がある。

【０００８】この結果、ＣＣＤカメラ１０２で捉えた加
工点の画像にハレーション現象が生じ、画像がぼやけ、
明確に認識できない。

【０００９】（２）外部照明の場合、加工ヘッドの自由
度が低下し、スパッタ等により装置が消耗する。外部照
明装置としては、同様に、集光レンズ１０４が設けられ
ている加工ヘッド１００の外部に、例えば取付部材１０
５を介して照光源１０１を設けたものがある（図５
（Ｂ））。

【００１０】この装置では、内部照明装置（図５
（Ａ））と異なり、照光源１０１からの照明光１０３が
集光レンズ１０４の表面で反射することがないので、照
度を上げることはできる。

【００１１】しかし、外部に取り付けた照明装置が邪魔
になって、加工ヘッド１００が狭い空間に入り込めず、
その分自由度が低下する。更に、レーザ加工によりスパ
ッタが飛散し、このスパッタが、上記外部に取り付けた
照明装置を消耗させる。

【００１２】一方、このような問題は、レーザ加工プロ
グラムを作成したときの教示作業の場合にも行われる。

【００１３】即ち、レーザ加工プログラム時の教示作業
においては、一般に、針状の教示用シールを加工ヘッド
の先端に貼付し、このシールを目印にして教示作業を行
う方法と、補助用の可視光レーザを加工点に照射する方
法と、ＣＣＤカメラにより加工点の画像を撮像する方法
の３つがあった。

【００１４】しかし、教示用シールを使用する方法は、
視覚により教示誤差が大きく、また教示用シールの近傍
から観察する必要がある。

【００１５】また、補助用の可視光レーザを使用する方
法は、周囲の照明により見にくいことがあり、教示誤差
が大きく、可視光レーザはワークの材質によっては使用
できない場合がある。

【００１６】更に、ＣＣＤカメラを使用する方法は、周
囲の照明により見にくいことがあり、倍率を上げると明
度が低下し、画像が極めて暗い。

【００１７】このような課題を解決するために、既述し
たように、加工ヘッドの内部、又は外部に照明装置を取
り付けることにより、加工点を照明し、加工ヘッド内に
設置したＣＣＤカメラにより、この加工点の画像を撮像
し、レーザ加工プログラム時の教示作業を行うこととし
た。

【００１８】従って、レーザ加工プログラム時の教示作
業においても、既述した（１）と（２）と同じ問題が生
じる。

【００１９】即ち、内部照明の場合には、上記（１）と
同様に、集光レンズ１０４等の光学部品からの反射によ
り、反射光がＣＣＤカメラ１０２に入射してハレーショ
ン現象が生じて画像がぼやけ、明確に認識できない。ま
た、外部照明に場合には、上記（２）と同様に、加工ヘ
ッド１００の自由度が低下し、レーザ加工プログラム時
の教示作業の妨げになり、スパッタ等により装置が消耗
する。

【００２０】本発明の目的は、加工点の画像を正確に認
識すると共に、自由度を向上させ、且つスパッタ等によ
り消耗しない加工点照明装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、図１〜図４に示すように、（Ａ）加工ヘ
ッド２内に、レーザ光Ｌを加工点Ｋに集光させる集光レ
ンズ７と、加工点Ｋの画像Ｇを撮像するＣＣＤカメラ６
と、照光源３から発射された照明光Ｓを反射する反射ミ
ラー８とが設けられ、（Ｂ）照光源３から発射された照
明光Ｓを、加工ヘッド２内で出射させると共に、反射ミ
ラー８で反射させた後集光レンズ７に入射させることに
より、加工点Ｋに集光させ、（Ｃ）該照明光Ｓが、ＣＣ
Ｄカメラ６に入射しないようにしたという技術的手段を
講じている。

【００２２】従って、本発明の構成によれば、照光源３
からの照明光Ｓを、加工ヘッド２の内部において、集光
レンズ７を介して加工点Ｋに集光するようにしたので、
たとえ照度を上げても反射光がＣＣＤカメラ６に入射せ
ずに、画像Ｇを明確に認識でき、且つ内部照明であるの
で、照明装置が邪魔にならず、加工ヘッド２は狭い空間
まで入り込め、自由度が向上すると共に、スパッタ等に
より装置が消耗しない。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、実施の形態によ
り添付図面を参照して、説明する。図１は本発明の実施
形態の全体図であり、参照符号１はレーザ加工機、２は
加工ヘッド、３は照光源、４は光ファイバである。

【００２４】レーザ加工機１は、よく知られているよう
に、下部フレーム１２と、下部フレーム１２に跨がって
設けた上部フレーム１１、及び加工テーブル１３を有し
ている。

【００２５】このレーザ加工機１の外部には、図示する
ように、白熱電球（例えば、ハロゲン電球）から成る照
光源３が設置されている。

【００２６】照光源３としては、明るく、且つ照明され
る領域である加工点Ｋが自然の色に見えるように、太陽
光に似た波長のスペクトル分布を有する光を発射するこ
とが好ましく、代表例としては、上記の白熱電球があ
る。

【００２７】この照光源３には、光ファイバ４が結合さ
れ、該光ファイバ４は、照光源３から延び、上部フレー
ム１１を介して、レーザ加工機１に入り、加工ヘッド２
まで延びている。

【００２８】上記上部フレーム１１内には、加工ヘッド
２、及びその光軸移動機構、レーザ発振器５４（図２）
等が収納されており、該上部フレーム１１には、操作部
５２が取り付けられ、この操作部５２を操作することに
よりレーザ加工機１を動作させる。

【００２９】加工テーブル１３の縦方向（Ｙ軸方向）に
平行して設けられたボールねじ１８には、ワークＷを把
持するクランプ１６のキャリッジ１７がそれに内蔵され
たナット（図示省略）を介して噛み合っている。

【００３０】この構造により、上記ボールねじ１８が回
転すると、ワークＷは、クランプ１６に把持されてＹ軸
方向に移動し、位置決めされる。

【００３１】ワークＷが位置決めされると、加工ヘッド
２からレーザ光Ｌ（図２）がワークＷに照射されてレー
ザ加工が施されると共に、加工点Ｋに照明光Ｓが照射さ
れ、加工点Ｋの画像ＧがＣＣＤカメラ６で撮像されるこ
とにより、加工ヘッド２が制御され、より正確な加工が
なされる。

【００３２】加工ヘッド２は、全体として円筒形状を有
し、図２に示すように、先端にはノズル２１が、天井２
ＡにはＣＣＤカメラ６がそれぞれ固定され、ＣＣＤカメ
ラ６は、画像処理装置を介して該加工ヘッド２のＮＣ
（図示省略）に接続されている。

【００３３】ノズル２１の基端部には、集光レンズ７
が、レンズ止め具１４、１５を介して、固定されてい
る。

【００３４】この集光レンズ７は、加工用のレーザ光Ｌ
を加工点Ｋに集光させるためレンズであって、例えば、
図示するような平凸レンズである。

【００３５】即ち、レーザ発振器５４から発振されたレ
ーザ光Ｌは、直進し、加工ヘッド２内において、反射鏡
１０で反射後、集光レンズ７に向かって直進し、該集光
レンズ７を透過した後、加工点Ｋに集光される。

【００３６】加工ヘッド２に形成された貫通孔２０から
は、光ファイバ４が内部に入り込み、該光ファイバ４
は、ファイバ押さえ１９により、側壁２Ｂに固定され、
先端には、スペクトルカットフィルタ９が取り付けられ
ている。

【００３７】この光ファイバ４は、よく知られているよ
うに、一般に細いガラス繊維で形成され、光を伝送する
中心部分のコアと、その外周部分のクラッドから成り、
細径・軽量という特長がある。

【００３８】従って、本発明のように、照明光Ｓの導光
路として光ファイバ４を使用することにより、装置をよ
り小型化できるという効果がある。

【００３９】また、この光ファイバ４を伝播して来た白
熱電球からの照明光Ｓには、いろいろな波長の光が含ま
れ、波長のスペクトルが広範囲であり、且つ広がりが大
きく、四方八方に散乱する。

【００４０】このため、光ファイバ４の先端には、スペ
クトルカットフィルタ９を取り付けることにより、光フ
ァイバ４を伝播して来た照明光Ｓのうちから、特定の波
長ののみの単色性が強く、また一定の方向へ進む指向性
が高い光のみを取り出すようになっている。

【００４１】これにより、照明光Ｓを、集光レンズ７を
介して加工点Ｋに集光させたときに、ＣＣＤカメラ６に
より撮像される加工点Ｋの画像Ｇを明瞭にする。

【００４２】特に、スペクトルカットフィルタ９の特性
を、ＣＣＤカメラ６の特性に合わせることにより、より
効果的な加工点Ｋの照明が得られ、ＣＣＤカメラ６によ
り一層明瞭な画像Ｇが認識できる。

【００４３】更に、スペクトルカットフィルタ９により
単色性と指向性が高い照明光Ｓを得ることにより、該照
明光Ｓを、レーザ光Ｌ用の集光レンズ７の焦点である加
工点Ｋに集光させることができる。

【００４４】従って、ＣＣＤカメラ６の焦点を、レーザ
光Ｌの集光レンズ７の焦点とを一致させることができる
ので、ＣＣＤカメラ６のピント位置（焦点位置）も明確
になる。

【００４５】また、スペクトルカットフィルタ９の後段
に設けられている反射ミラー８は、照明光Ｓを加工点Ｋ
へ向けて反射させる機能を有し、集光レンズ７の外周で
あって、且つ近傍に設けられている。

【００４６】スペクトルカットフィルタ９から出射した
照明光Ｓは、この反射ミラー８で反射後、集光レンズ７
に入射すると、そのまま加工点Ｋに集光し、ＣＣＤカメ
ラ６に向かって進行しない。即ち、反射光は、ＣＣＤカ
メラ６に入射しないので、従来のようにハレーションを
生じて画像が不鮮明になることもない（図５（Ａ））。

【００４７】更に、照光源３としては、可視光レーザを
使用してもよい。

【００４８】即ち、可視光は、一般には波長が４００ｎ
ｍ〜７００ｎｍの範囲の光であり、この可視光を発振す
るレーザとしては、例えばルビーレーザがある。また一
般には、レーザの波長範囲は、極めて狭く、単色性が高
く、更に、指向性も大である。

【００４９】このように指向性と単色性に優れ、且つ可
視光を発振する可視光レーザ（例えばルビーレーザ）を
照光源３として使用することにより、照光源３がハロゲ
ン電球の場合に必要であったスペクトルカットフィルタ
９（図２）は、不要となる。

【００５０】即ち、可視光レーザから発振されたレーザ
光である照明光Ｓは、光ファイバ４内を伝送されて、加
工ヘッド２に入ると、該光ファイバ４の端部から直接反
射ミラー８に入射して反射し、集光レンズ７を透過して
加工点Ｋに集光する。

【００５１】図４は、本発明の第２実施形態を示す図で
あり、第１実施形態（図２）との相違点は、加工ヘッド
２内に、照光源３と、カメラミラー３１と、遮蔽プレー
ト３２が設けられている点である。

【００５２】照光源３は単色光源であって、例えばハロ
ゲン電球であり、後述する反射光Ｒの進行方向を予測す
ることができる。

【００５３】ＣＣＤカメラ６とカメラミラー３１は、レ
ーザ光軸５と同軸上に配置されている。即ち、加工点Ｋ
の画像Ｇは、カメラミラー３１により反射し、そのまま
ＣＣＤカメラ６に入射する。

【００５４】また、照光源３と反射ミラー８と遮蔽プレ
ート３２は、レーザ光軸５と平行、且つ別軸上に配置さ
れている。即ち、照光源３から発射された照明光Ｓは、
反射ミラー８により反射した後、遮蔽プレート３２によ
り、散乱が防止され、レーザ光軸５に沿って直進する。

【００５５】この場合、照光源３と反射ミラー８と遮蔽
プレート３２の配置関係は、照明光Ｓの拡散角θ（図
４）、及び照光源３と集光レンズ７間の距離を考慮する
ことにより、容易に決定することができる。

【００５６】そして、レーザ光軸５に沿って直進した照
明光Ｓは、集光レンズ７とウインドウ３３を透過後、加
工点Ｋに集光する。

【００５７】従来は、集光レンズ７とウインドウ３３に
より反射光Ｒが、レーザ光軸５上に存在したために、こ
の反射光ＲがＣＣＤカメラ６に入射し、ハレーションを
生じて画像が不鮮明になった。

【００５８】しかし、このように構成することにより、
反射光ＲがＣＣＤカメラ６に入射することが回避され、
集光レンズ７を利用することにより、照明光Ｓを加工点
Ｋに導くことが可能となる。

【００５９】以下、上記構成を有する本発明の動作を説
明する。尚、本発明に係る加工点照明装置を動作させる
には、レーザ加工機１の操作部５２（図１）を操作し、
また装置全体の制御は、制御部（図示省略）により行わ
れる。

【００６０】（１）ワークＷの位置決め先ず、図１に示すボールねじ１８を回転させ、キャリッ
ジ１７をＹ軸方向に移動させることにより、クランプ１
６により把持されているワークＷを加工ヘッド２の下ま
で移動させ、該ワークＷを位置決めする。

【００６１】（２）レーザ光Ｌと照明光Ｓの照射次に、レーザ発振器５４（図２）を動作させてレーザ光
Ｌを発振させ、反射鏡１０で反射させた後の集光レンズ
７を透過させ、加工点Ｋに集光させ、ワークＷに所定の
レーザ加工を施す。

【００６２】同時に、照光源３の点灯回路（図示省略）
を動作させることにより、照明光Ｓを発射させると共
に、光ファイバ４を介して加工ヘッド２内に導光する。

【００６３】加工ヘッド２内では、光ファイバ４の先端
に取り付けられたスペクトルカットフィルタ９から、単
色性且つ指向性の高い照明光Ｓが出射され、反射ミラー
８で反射後、集光レンズ７を透過し、加工点Ｋに集光す
る。これにより、加工点Ｋが照明される。

【００６４】（３）ＣＣＤカメラ６による撮像上述したように、スペクトルカットフィルタ９を通過し
た照明光Ｓは、単色製と指向性に優れているので、集光
レンズ７を透過した後、全て加工点Ｋに集光し、ＣＣＤ
カメラ６には入射しない。

【００６５】即ち、本発明の構成によれば、図３（Ａ）
に示すように、集光レンズ７の領域は、カメラ領域７Ａ
と照明領域７Ｂとに明確に区分され、反射ミラー８と集
光レンズ７との距離ｄをある一定の値に設定すると（図
３（Ｂ））、反射光Ｒは、反射ミラー８に遮られてＣＣ
Ｄカメラ６には入射しない。

【００６６】従って、ＣＣＤカメラ６に入射した加工点
Ｋの画像には、ハレーション現象は生じず、画像が明確
に認識できる。

【００６７】（４）加工ヘッド２の制御ＣＣＤカメラ６により加工点Ｋの画像Ｇが認識される
と、制御部（図示省略）で画像処理されてＮＣ（図示省
略）に指令値が送信され、加工ヘッド２が制御される。

【００６８】この場合、本発明に係る加工点照明装置
は、加工ヘッド２の内部に設けられているので、該加工
ヘッド２は狭い空間にも入り込め、自由度は向上した。
また、内部照明であるため、スパッタ等によっても、装
置は消耗しない。

【００６９】尚、上記の作用は、第１実施形態（図２）
について説明したが、第２実施形態（図４）について
も、全く同様であり、第１実施形態と同じ効果を奏する
ことは、勿論である。

【００７０】

【発明の効果】上記のとおり、本発明によれば、加工点
照明装置を、加工ヘッド内に、レーザ光を加工点に集光
させる集光レンズと、加工点の画像を撮像するＣＣＤカ
メラと、照光源から発射された照明光を反射する反射ミ
ラーとが設けられ、照光源から発射された照明光を、加
工ヘッド内で出射させると共に、反射ミラーで反射させ
た後集光レンズに入射させることにより、加工点に集光
させ、該照明光が、ＣＣＤカメラに入射しないように構
成したことにより、加工点の画像を正確に認識すると共
に、自由度を向上させる且つスパッタ等により消耗しな
いという技術的効果を奏することとなった。

【００７１】また、加工ヘッド内にＣＣＤカメラの特性
に合わせたスペクトルカットフィルタを設けることによ
り、一層効果的な照明を得ることができ、更に、レーザ
光用の集光レンズの焦点とＣＣＤカメラの焦点とを合わ
せることにより、ＣＣＤカメラのピント位置を明確にす
ることができるという効果もある。

【００７２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す全体図である。

【図２】本発明の第１実施形態を示す図である。

【図３】本発明の第１実施形態の作用説明図である。

【図４】本発明の第２実施形態を示す図である。

【図５】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１レーザ加工機２加工ヘッド３光源４光ファイバ５レーザ光軸６ＣＣＤカメラ７集光レンズ８照明光Ｓの反射ミラー９スペクトルカットフィルタ１０レーザ光の反射鏡１１上部フレーム１２下部フレーム１３加工テーブル１４、１５レンズ止め具１６クランプ１７キャリッジ１８ボールねじ１９ファイバ押さえ２０貫通孔２１ノズル３１カメラミラー３２遮蔽プレート３３ウインドウ５２操作部ＷワークＫ加工点Ｓ照明光Ｒ反射光Ｌレーザ光Ｇ加工点の画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｇ０２Ｂ 7/18 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工ヘッド内に、レーザ光を加工点に集
光させる集光レンズと、加工点の画像を撮像するＣＣＤ
カメラと、照光源から発射された照明光を反射する反射
ミラーとが設けられ、照光源から発射された照明光を、加工ヘッド内で出射さ
せると共に、反射ミラーで反射させた後集光レンズに入
射させることにより、加工点に集光させ、該照明光が、ＣＣＤカメラに入射しないようにしたこと
を特徴とする加工点照明装置。
【請求項２】加工ヘッド内には、照光源に結合された
光ファイバが設けられ、照光源から発射された照明光
を、上記光ファイバを介して、加工ヘッド内で出射させ
るようにした請求項１記載の加工点照明装置。
【請求項３】上記照光源が白熱電球であり、光ファイ
バと反射ミラーの間に、スペクトルカットフィルタが設
けられている請求項１記載の加工点照明装置。
【請求項４】上記照光源が可視光レーザである請求項
１記載の加工点照明装置。
【請求項５】加工ヘッド内には、単色光源から成る照
光源と、カメラミラーと、遮蔽プレートが設けられ、照
光源から発射された照明光を加工ヘッド内で直接出射さ
せようにした請求項１記載の加工点照明装置。