JPS59223186A - レ−ザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ加工装置、特にその焦点位置の自動制御
装置に関する。

従来のレーザ加工装置に於ては、集束レンズによって集
束されたレーザ光の集束点を被加工体の加工面と一致さ
せるため、被加工体の加工面をしく２） −ザ光の集束レンズを共用する顕微鏡等で拡大して直接
観察するか、或いは、この顕微鏡等の像をテレビモニタ
を通して観察する照準装置を設け、その像の焦点を合わ
せるようオペレータが集束レンズ系の移動操作をしてい
た。

このため、従来のレーザ加工装置では、種々の加工を行
う際に、加工開始時、或いは加工中にオペレータが照準
装置を観察し、集束レンズ系の移動装置を操作しなけれ
ばならないため、非能率である上に、加工精度が低かっ
た。

レーザ光の光軸直角方向の移動制御は、被加工体を移動
せしめるクロステーブル等或いは集束レンズ系を移動せ
しめる装置を数値制御装置等の制御装置によって制御す
ることにより、正確な自動制御が可能となり、これに伴
って加工精度が格段に向上したのにも拘わらず、被加工
体との対向方向の移動制御は人間の観察及び操作に依存
していたのであって、このことがレーザ加工装置の自動
化、省力化の促進を妨げており、また加工精度を向上さ
せる上での障害となっていた。

（３） 本発明は叙上の観点に立ってなされたものであり、本発
明の目的とするところは、集束レンズ系のレーザ光の光
軸方向の移動制御を自動的に行うことによって、レーザ
光の集束位置を自動制御し、省力化を図ると共に、加工
精度を高めることにある。

而して、その要旨とするところは、 集束レンズが取り付けられたケーシングをレーザ光の光
軸方向に移動せしめる集束レンズ系移動装置と、照準用
の光源と、上記照準用光源から発せられた光を集束して
平行光とする第一の照準用レンズと、上記第一の照準用
レンズによって平行にされた照準用の光を反射してその
先軸をレーザ光の光軸と一致せしめると共に、被加工体
の加工面で反射して戻って来た光を透過し得る半透過鏡
と、レーザ光を反射して光路変更せしめると共に、照準
用の光を透過し得る選択透過鏡と、上記照準用の光が被
加工体の加工面で反射し、上記選択透過鏡を透過した後
、これを集束する第二の照準用レンズと、上記第二の照
準用レンズの焦点面上に（４） 設けられ、第二の照準用レンズによって集束された照準
用の光を検知し得る複数の受光素子を有する光電変換器
と、上記光電変換器からの信号を解読演算して上記集束
レンズ系移動装置を制御する制御装置を設け、レーザ光
の集束位置の光軸方向の移動制御を自動的に行うことに
ある。

以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係るレーザ加工装置の一実施例を示す
説明図、第２図は光電変換器の詳細を示す説明図である
。

′　第１図及び第２図中、１は加工用のレーザ発振器、
２は選択透過鏡、３は選択透過鏡固定部材、４．７はケ
ーシング、５は集束レンズ、６は集束レンズ固定部材、
８はケーシング７を移動せしめるモータ、８ａはその駆
動軸、９．９′は固定板、１０はガイド棒、１１はガイ
ド棒１０をケーシング４に固定する取付部材、１２は隔
壁ノズル、１３は加工用ガスタンク、１４は加工用ガス
供給管、１５は照準用の光源、１６は第一の照準レンズ
、１７は半透過鏡、１８は第二の照準レンズ、１９は光
電変換器、２０−１、（５） ２０−２．２０−３．２０−４．２０−４．２０−５は
受光素子、２１は制御装置、２２は被加工体、２３は被
加工体２２が取り付けられたクロステーブルの載物台で
ある。

レーザ発振器１には、ＣＯ２レーザや１ｌｅ−Ｎｅレー
ザ等の気体レーザ、ルビーレーザやＹＡＧレーザ等の固
体レーザ、その他を用いる。

選択透過ｆｉ２はケーシング４に固定された選択透過鏡
固定部材３によって、レーザ発振器１から発振されたレ
ーザ光の光軸に対して４５度の角をなして取り付けられ
ており、レーザ光を直角に光路変更せしめると共に、照
準用の光源１５から発せられた光を透過する 尚、選択透過鏡２として上記のようなものの他に、全反
射鏡に微小な孔を設け、この孔から照準用の光源１５か
ら発せられた光を通過させるよう構成してもよい。

集束レンズ５は集束レンズ固定部材６によってケーシン
グ７内に取り付けられており、照準用の光源１５からの
光と、選択透過鏡２に反射したレー（６） ザ光とを同一点に集束して被加工体２２の加工点に集め
ると共に、被加工体２２の加工面で反射して戻って来た
照準用の光を集束する。

ケーシング４とケーシング７の接合部に於て、両者は共
に円筒状で、ケーシング７の外径はケーシング４の内径
と略等しく設定され、ケーシング７はケーシング４に摺
動自在に取り付けられている。

モータ８はケーシング４の外周面にその駆動軸８ａがケ
ーシング４の軸と平行となるよう取り付けられており、
駆動軸８ａにはねじが切られ、ケーシング７に固定され
た固定板９に切られためねじと噛み合っている。

又、ケーシング４とケーシング７を同軸に保つため、ケ
ーシング４の外周面に設けた取付部材１１にケーシング
４の軸と平行に案内棒１０を固定し、これをケーシング
７に固定された固定板９′に挿通する。

ケーシング４とケーシング７の接合部は上記の如く構成
されるから、ケーシング７はモータ８の（７） 駆動軸８ａの回転に応じて微小距離ずつ図中Ｚ軸方向に
移動する。

漏斗状の隔壁ノズル１２はケーシング７の先端膨出部内
に設けられ、レーザ光の照射口１２ａと、これと同軸環
状に設けられた加工用ガス噴出ロアａとを分離する。

加工用ガスタンク１３からは被加工体２２の種類に応じ
て酸素ガス、不活性ガス、炭酸ガス等の加工用ガスがガ
ス供給管１４を通ってケーシング７と隔壁ノズル１２と
で囲まれた空所に供給され、ガス噴出ロアａよりレーザ
光の照射点に集中して吹き付けられる。

照準用の光源１５は第一の照準レンズ１６の焦点位置に
設けられ、本実施例では、通常光を発する光源を用いた
ものを示したが、この代りに加工用のレーザ光とは異な
った波長のレーザ光を発するレーザ発振器を用いてもよ
い。

この場合、選択透過鏡２としては、レーザ光の波長の差
異を利用してレーザ発振器１から発振されたレーザ光を
反射し、照準用のレーザ光を透過（８） するものを用いると共に、集束レンズ５としては、レー
ザ発振器１から発振されたレーザ光と、照準用のレーザ
光とを同一点に集束し、両者の集束点が波長の差異によ
って変化しないものを用いる。

第一の照準レンズ１６は照準用光源１５から発せられた
光を集束して平行光とする。

半透過鏡１７はレーザ光の光軸延長上に設けられ、その
取付角は第一の照準レンズ１６によって平行にされた照
準用の光がこれに反射してその光軸がレーザ光の光軸と
一致するよう設定する。

また、半透過鏡１７は被加工体２２の加工面で反射して
戻って来た光を透過する。

尚、本実施例に於ては第二の照準レンズ１８をレーザ光
の光軸延長上に設け、照準用光源１５及び第一の照準レ
ンズ１６をそれと直角方向に設ける構成としたが、両者
の位置を入れ替えて設けてもよい。

上記のように構成することによって、半透過鏡１７に反
射した平行な照準用の光は、その光軸が選択透過鏡２に
反射したレーザ光の光軸と一致せしめられる。また、両
者の波長が異なってもそれら（９） の光の集束点を一致させることができる。

第二の照準レンズ１８は選択透過鏡２に反射したレーザ
光の光軸延長上に設けられており、集束レンズ５によっ
て集束され、被加工体２２の加工面で反射して再び集束
レンズ５に集束された後、選択透過鏡２を透過して戻っ
て来た照準用の光を集束する。

尚、図示していないが、第二の照準レンズ１８と光電変
換器１９との間に保護フィルタを設けてもよい。

光電変換器１９は第二の照準レンズ１８の焦点位置に設
けられ、その詳細は第２図に示す如く、これには第二の
レンズ１日によって集束された照準用の光を検知し得る
フォトトランジスタ等の受光素子２０−１、−−−−−
−３２０−５が第二の照準レンズ１８の焦点面上に配設
される。

受光素子２０−３は第二の照準レンズ１８の焦点位置に
設けられており、受光素子２０−１と２０−５．２０−
２と２０−４がそれぞれ受光素子２０−３を中心として
対称な位置に配設される。

（１０） この場合、本実施例では受光素子として、２０−１、−
ｍ−−−−１２０−５の５個を設けたものを示したが、
この数はレーザ光の種類或いは第二の照準レンズ１８の
口径や焦点距離等に応じて自由に設定することができ、
また、これらを受光素子２０−３を中心として同心状に
配設してもよい。

制御装置２１は光電変換器２０−１、−−−−−−１２
０−５からの信号を解読演算してケーシング７を図中Ｚ
軸方向に移動せしめるモータ８を制御すると共に、クロ
ステーブルの載物台２３を図中ｘ−’ｉ’方向に移動せ
しめるモータ（図示−Ｕず）を制御する。

而し”ζ、照準用の光源１５から発せられた光は第一の
照準レンズ１６によって集束され平行光となり、半透過
鏡１７に反射してその光軸がレーザ光の光軸と一致せし
められる。

半透過＆Ｑ１７に反射した照準用の光は選択透過鏡１７
を透過し、集束レンズ５によって集束されてその焦点位
置に向かって集束される。

集束レンズ５の焦点位置に向かって集束された光は被加
工体２２の加工面で反射して再び集束レンズ５に集束さ
れ、選択透過鏡１７を透過し、第二の照準レンズ１８に
よって集束され、光電変換器１９で検知される。

光電変換器１９からの信号は制御装置２１によって解読
演算され、これによってケーシング７を図中Ｚ方向に移
動せしめるモータ８が制御される。

このとき、レーザ光の集束点が被加工体２２の加工面と
一致していれば、照準用の光の集束点はこれと同一点で
あるから、被加工体２２の加工面と一致し、加工面上で
一点に集まる。

然るときは、被加工体２２の加工面で反射した照準用の
光は半透過鏡１７から被加工体２２までの往路をなぞっ
て反射され、反射された光が第二の照準レンズ１８によ
って集束されたときも、第２図中、■に示す光路の如く
、第二の照準レンズ１８の焦点位置で一点に集束される
ことになる。

第二の照準レンズ１８の焦点位置には光電変換器１９の
受光素子２０−３が設けられているから、焦点位置に集
められた通常光は受光素子２０−３のみによって検知さ
れ、光電変換器１９の受光素子２０−３のみから強い信
号が発信される。

この場合には、制御装置２１はモータ８を停止させ、ケ
ーシング７を固定する。

次に、照準用の光の集束点が被加工体の加工面と一致し
ていない場合には、（ａ）照準用の光の集束点が被加工
体２２の内側にある場合と、山）被加工体２２の外側に
ある場合とがある。

何れの場合にも、照準用の光の集束点は加工面上にない
から、加工面にはある範囲に広がった部分に光が当るこ
ととなり、光はこの部分全体から反射するので、その反
射光は第二の照準レンズ１８によっては一点に集束され
なくなり、第二の照準レンズ１８の焦点面には、ある範
囲の広がりをもった光点が生じ、例えば、図中■に示す
光路の如く、受光素子２０−２．２０−３．２０−４に
よって検知される。このとき、受光素子２０−３からの
信号レベルは焦点が正しく調節された場合より大幅に低
下する。

或いは、この場合、レーザ光の集束点が被加工体の加工
面から大きくずれ込んでいるときは、受（１３） 光素子２０−１、−一一一−−１２０−５の総てによっ
て検知されることもある。

ここで、（ａｌと（ｂｌの場合を判別し、レーザ光の集
束点を被加工体の加工面と一致せしめるには、下記に述
べる方法で行う。

まず、モータ８を回転させ、ケーシング７を一旦、被加
工体方向に僅かに近づける。

このとき、（ａ）の場合であったとすると、加工面に生
じた光点は更に広がるから、第二の照準レンズ１８の焦
点面での光点も更に拡がり、受光素子２０−２．２０−
３．２０−４によって検知される光の強度は僅かに低下
する。

この場合は、モータ８を回転させ、ケーシング７を被加
工体方向から微小距離宛遠ざけて受光素子２０−３のみ
によって検知されるようにする。

また、山）の場合であったとすると、加工面に生じた光
点は逆に挟まり、反射した光の光路は光路ｌに近づいて
、第二の照準レンズ１日の焦点位置の近傍に集束するか
ら、受光素子２０−３に捕えられる光の強度は増大し、
これから発信される信号の（１４） 強度も増大する。

この場合は、モータ８を回転させ、ケーシング７を被加
工体方向に微小距離宛近づけて、受光素子２０−３のみ
によって検知されるようにする。

（ａｌ、ｆｂ）の場合共に、受光素子２０−３のみによ
って検知されるまでゲージング７を微小距離宛移動させ
て受光素子２０−３のみによって検知されたときモータ
８を停止させる。

制御装置２１はレーザ光の集束点が被加工体２２の加工
面と一致したとき、レーザ光を被加工体２２に照射する
指令を発する。

この場合、レーザ発振器１がガスレーザの場合は、電源
装置の放電電力を増大させるとか、固体レーザの場合に
は、ボンピング用の発光装置の出力を増大させるとか、
或いは、図示していないが、レーザ発振器１の出力側に
シャッタを設け、これを開閉させることによってレーザ
光の照射を制御する。

レーザ発ｍ器１からレーザ光が発振されると、レーザ光
は選択透過鏡２に反射して光路変更され、集束レンズ５
によって集束された後、被加工体２２の加工点に照射さ
れて穴あけ、切断、溶接等の加工が行われる。

本発明は畝上の如く構成されるから、本発明によるとき
は、集束レンズ系のレーザ光の光軸方向の移動制御が自
動的に行われ、レーザ光の集束位置が自動制御されて、
省力化が図られると共に、加工精度を格段に高めること
ができる。

尚、本発明の構成は畝上の実施例に限定されるものでは
なく、照準用の光源として加工用のレーザ発振器の発す
るレーザ光の一部を利用する場合には、レーザ発振器か
らのレーザ光を反射する選択透過鏡をレーザ光の大部分
を反射して他の一部を透過するような半透過鏡を用いて
、被加工体の加工面で反射したレーザ光の一部をこの半
透過鏡を透過させ、これを光電変換器によって検知する
よう構成する共に、レーザ発振器の出力側に絞りを設け
、これを絞って焦点位置の自動制御装置を働かせ、絞り
を開放して加工を行うよう構成してもよい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るレーザ加工装置の一実施例を示す
説明図、第２図は光電変換器の詳細を示す説明図である
。 １−−−−−−−−・−−−−一−−−−−−−−−−
加工用のレーザ発振器２−−−−−−−一・−−−−−
−−−−・・−−−一選択透過鏡４．７−・・−一−−
＝−−−−−・−・ケーシング５・−−一一−−−−−
−−・−−−一−−・−・・−集束レンズ８−−−−−
−−・・・−一−−−−−−−・−−−−モータ１５−
−−−−−・−一一−−−−−−−−・−−−−一照準
用の光源１６−・・−一−−−−−−−−−・・−−一
−−−−−第一の照準レンズ１７−・−−−−・・−・
−−−−−−−一・−−−一半透過鏡１８−・−一−−
−・−−−−一−−・−−一−−−−第二の照準レンズ
１９−・−−一−−−−−−−−−−−−−−−−−光
電変換器２０−２、〜．２０−５−−−−−−一−・受
光素子２１−−−−−・・・−一−−−−−−−−−・
−−−一制御装置２２−・−−−−−−−−・・・−−
−−−−−一一一被加工体特許出願人　株式会社　井上
ジャパックス研究所代理人（７５２４）最上正太部 （１７）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ発振器から発振されたレーザ光を集束レン
   ズによって集束し、これを被加工体に照射して加工する
   レーザ加工装置に於て、 上記集束レンズが取り付けられたケーシングをレーザ光
   の光軸方向に移動せしめる集束レンズ系移動装置と、照
   準用の光源と、上記照準用光源から発せられた光を集束
   して平行光とする第一の照準用レンズと、上記第一の照
   準用レンズによって平行にされた照準用の光を反射して
   その光軸をレーザ光の光軸と一致せしめると共に、被加
   工体の加工面で反射して戻って来た光を透過し得る半透
   過鋺と、レーザ光を反射して光路変更せしめると共に、
   照準用の光を透過し得る選択透過鏡と、上記照準用の光
   が被加工体の加工面で反射し、上記選択透過鏡を透過し
   た後、これを集束する第二の照準用レンズと、上記第二
   の照準用レンズの焦点（１） 面上に設けられ、第二の照準用レンズによって集束され
   た照準用の光を検知し得る複数の受光素子を有する光電
   変換器と、上記光電変換器からの信号を解読演算して上
   記集束レンズ系移動装置を制御する制御装置を具備する
   ことを特徴とする上記のレーザ加工装置。
2. （２）上記照準用光源が通常光を発する光源である特許
   請求の範囲第１項記載のレーザ加工装置。
3. （３）上記照準用光源が加工用のレーザ光とは異なった
   波長のレーザ光を発するレーザ発振器である特許請求の
   範囲第１項記載のレーザ加工装置。
4. （４）上記照準用光源として加工用のレーザ発振器の発
   するレーザ光の一部を利用する特許請求の範囲第１項記
   載のレーザ加工装置。