JPS6034472Y2 - レ−ザ加工装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、レーザ加工装置において、レーザスポット
の位置ずれを検出するための検出装置を備えたレーザ加
工装置に関するものである。

一般に、数値制御装置付きレーザ加工装置においては、
加工精度上の問題から加工位置と、位置決め装置の基準
位置、すなわち原点との関係が設定されなければならな
い。

この原点の設定は、加工中心位置、すなわちレーザビー
ムの光軸を設定する原点からみて、どの位置にあるかに
より表示する。

例えば、加工中心が原点からＸ軸方向への距離１８３０
ｍｍ、 Ｙ軸方向への距離１２７蝕あると設定すれば、
数値制御装置はこれを基準原点として、以後入力された
座標値に従って位置決めを行うことになる。

もし、加工された端面を位置決め装置の基準位置に当接
した後、レーザ加工した際にレーザビームの光軸中心が
ずれていたり、レーザスポット等交換の際にスポットの
位置がずれたりしていると、このずれ分だけ加工精度に
影響する。

従って、上記光軸中心の偏心は、レンズの交換光路系の
狂いなどにより、精度上無視することができないものと
なっている。

従来、実用的なレーザ発振器として、固体レーザではル
ビーレーザ、あるいはＹＡＧレーザが使用され、また気
体レーザでは大出力が得られる炭酸ガスレーザ等が一般
に使用されているが、例えば炭酸ガスレーザ加工機にお
いては、レーザ光線が可視光線でないためにレーザビー
ムの軸心のずれ量（偏心量）を検出することは容易でな
いという問題があった。

この考案は、かかる従来の問題点を有効に解決したもの
で、その目的とするところは、レーザヘッドの交換の除
土ずるレーザスポット位置ずれを計測するために、レー
ザビームの照射域に、光の透過率が直線的に変化するよ
うなフィルタを設け、このフィルタを透過した透過ビー
ムを光電変換素子を介して電気信号に変換し、レーザス
ポットの位置ずれを直接測定するようにしたレーザ加工
装置を提供するものである。

以下、添付図面を用いて、この考案の好適一実施例を説
明する。

第１図、第２図は、この考案を実施したＮＣ制御される
レーザ加工装置１の正面図と、平面図とを示し、このレ
ーザ加工装置１は、主としてレーザ加工機３と、炭酸ガ
スレーザを使用したレーザ発振器５と、このレーザ発振
器５の電源装置７と、レーザ発振器５における発振用混
合ガスを冷却するための図示しない冷却システムとから
構成され、このレーザ加工機３に載置された被加工物Ｗ
は、ＮＣ制御により位置決めされるものである。

前記レーザ加工機３には、レーザ発振器５から発振され
たレーザビーム９ａを、固定テーブル１１上に載置され
た被加工物Ｗに照射させる複数の反射ミラー１３ａｗ
１３ｂ、１３ｃが調整自在に取付けられている。

また、上記レーザビーム９ａは、加工ヘッド１５内に設
けられた集光レンズ１５ａにより被加工物Ｗ上に集光照
射されるものである。

前記固定テーブル１１の長手方向の一側部には、板状の
被加工物Ｗを把持する位置決め装置１７が設けられてお
り、この位置決め装置１７には、図示しない被加工物Ｗ
のＹ方向の基準ストッパが具備されるとともに、Ｘ軸ガ
イドレール１９に沿って第２図において上下方向に移動
するＸ軸キャリッジ２１が取付けられている。

Ｘ軸ガイドレール１９は、固定テーブル１１の長手方向
（第２図において左右方向）に敷設された図示しないＹ
軸ガイドレールに沿って移動するＹ軸キャリッジ２３上
に敷設されている。

なお、Ｘ軸ガイドレール１９と、図示しないＹ軸ガイド
レールとへ直交して敷設されるとともに、上記Ｘ軸ガイ
ドレール１９にガイドされるＸ軸キャリッジ２１は、サ
ーボモータ２５により駆動され、またＹ軸ガイドレール
にガイドされるＹ軸キャリッジ２３は、図示しないサー
ボモータにより駆動されるものである。

また２７は、Ｙ軸キャリッジ２３と一体的に設けられた
移動テーブルであって、この移動テーブル２７上には、
被加工物Ｗを支承する複数のフリーストロークベアリン
グ２９が回転自在に埋設されている。

また、前記移動テーブル２７の一側部には、Ｘ軸方向の
基準ストッパ３１が設けてあって、この基準ストッパ３
１は、被加工物Ｗの通過する面（パスライン）に対して
出没自在に設けらている。

前記固定テーブル１１の下方には、レーザ加工によって
発生するスラッグ、ガス等を吸引する集塵装置３３が設
置してあり、この集塵装置３３は、図示しないバキュー
ムポンプ等に接続されている。

次にこの考案の要旨とするレーザスポットの位置ずれ検
出装置３５は、第３図、第４図に示すようにレーザビー
ムの透過率が０％〜１００％まで直線的に変化するよう
に、クロム（Ｃｒ）或は銀（Ａｇ）等の金属を蒸着して
製作したフィルタ３７と、このフィルタ３７を透過した
レーザビームを電気信号に変換させる光電変換素子の如
きセンサ３９とから構成されている。

前記センサ３９は、第３図に示すようにセンサ保持体４
１の表面の所定位置に配設され、このセンサ保持体４１
は、前記移動テーブル２７のＸ軸の基準ストッパ３１に
当接し、位置決め装置１７にてクランプされた後位置決
めされる。

またセンサ保持体４１の表面の角部には、センサ３９と
電気的に接続する表示装置４３が設けてあり、この表示
装置４３には、センサ３９によりレーザビームを電気信
号に変換された数値、即ちレーザスポットの偏倚量が表
示されるようになっている。

上記センサ保持体４１上に配設されたセンサ３９の中心
０１は、センサ保持体４１の位置決め基準位置０２、す
なわち原点０゜からＸ軸方向に距離ａ、 Ｙ軸方向に距
離すの位置に設けられている。

また第３図において０３は、レーザ加工の加工中心を示
し、この加工中心０３は、同時にレーザビーム９ａのス
ポットを示し、前記原点０２からＸ軸方向に距離（ａ十
ｘ）、Ｙ軸方向に距離（ｂ十ｙ）に位置している。

次に、こ考案に係るフィルタ３７の原理と、このフィル
タ３７を使用した検出方法を、第４図及び第５図を参照
しつつ更に詳細に説明すると、レーザビーム９ａの透過
率が０％から１００％まで直線的に変化するように形成
されたフィルタ３７を透過した透過ビーム９ｂは、光電
変換素子の如きセンサ３９に入り、電気信号に変換され
る。

この透過ビーム９ｂの強度変化は、電圧に比例するので
、例えばフィルタ３７のある点を通る透過ビームＢ１の
場合、この透過ビームＢ１により発生したセンサ３９の
電圧をＶｃとすれば、ｖ＝ａＸ・・・・・・（１） Ｖｃ （１）からＸｃ （ｍｍ） ＝ −””（２）として、
レーザビームの通過した位置が求められる。

なお、ここで ａ：比例定数〔■／咽〕ａ〉Ｏ Ｘ：フィルタの基準点からの距離〔団〕 Ｖ：センサ（光電変換素子）に発生する電圧〔ｖ〕 である。

次に、上記の原理に基づいて、この考案の第１実施例に
おける間接受光検出方法を第５図を参照しつつ説明する
。

先すレーザ発振器５から発振されたレーザビーム９ａは
、保護膜４５を通過して特殊偏光のフィルタ３７に入射
し、このフィルタ３７により変化した透過ビーム９ｂは
、一旦集光レンズ１５ａに集光されて集束ビーム９Ｃと
なり、この集束ビーム９ｃは光電変換素子の如きセンサ
３９に入射して電気信号に変換される。

そして、この電気信号はセンサ３９の出力端子４７と接
続する表示装置４３に表示されるのである。

この表示された値がレーザスポットと加工中心０３との
偏倚量を表わすものである。

次に第６図は、この考案の第２実施例を示し、この第２
実施例は、前記第１実施例が集光レンズ１５ａを用いた
間接受光検出方法に対して集光レンズ１５ａを使用しな
い直線受光検出方法である。

この第２実施例の場合も、上記第１実施例と同様に、入
射するレーザビーム９ａは保護膜４５を通過してフィル
タ３７に入射する。

そしてフィルタ３７を透過した透過ビーム９ｂはセンサ
３９に入射し、電気信号に変換されて出力端子４７と接
続する表示装置４３に表示されるものである。

この第２実施例の場合には、センサ３９をフィルタ３７
の大きさに一致させる必要があるが、構造が簡単で小形
にできるという効果がある。

次に、第７図はこの考案の第３実施例を示し、この第３
実施例は、第１、第２実施例がレーザビーム９ａの一次
元的検出方法に対して、二次元的検出方法を示すもので
ある。

この第３実施例は、入射するレーザビームＳ１をＸ軸と
Ｙ軸とに分割して、各軸ごとに検出するもので、例えば
、第７図に示すように入射するレーザビームＳ１を、ハ
ーフミラ−４９またはこれに準するものに入射する。

そしてハーフミラ−４９で反射して反射ビームＳ２は、
Ｙ軸用の特殊偏光フィルタ５１に入射し、このフィルタ
５１の位置によって、変化した透過ビームＳ３が得られ
る。

また一方、ハーフミラ−４９を透過したＸ動用の透過ビ
ームＳ、は、Ｘ動用の特殊偏光フィルタ５３に入射し、
このフィルタ５３の位置によって変化した透過ビームＳ
、が得られる。

なお、２次元的検出方法においては、ハーフミラ−等に
よってレーザビームが若干偏倚するため、あらかじめ偏
倚量を補正するようにしてもよい。

上記Ｙ軸、Ｘ軸の透過ビームＳ３．Ｓ、を夫々光電変換
素子の如きセンサ（図示せず）によって、電気信号に変
換腰これを表示装置（図示せず）に表示させてレーザス
ポットの位置を判定検出するものである。

なお、レーザビームがフィルタに直接透過した際、フィ
ルタの破損等を防止するため、レーザ発振器からの出力
を低下させたり、ハーフミラ−等により減衰した光を透
過させるようにしても良い。

この考案は、上記のようにレーザ加工装置に、レーザビ
ームの透過率が直線的に変化するようなフィルタと、こ
のフィルタを透過した透過ビームの強度変化を検出する
センサとを設けたため、以下のような優れた効果を奏す
るものである。

■ 加工中心に対するレーザスポットのずれ等を簡単に
検出することができ、加工作業の能率を著しく向上でき
る効果がある。

■ またレーザスポットのずれ等を防止できるため加工
精度を向上することができる。

■ 更に、この考案に係わるレーザスポットの位置ずれ
検出装置は、構成が極めて簡単であるとともに安価に製
作できるため、レーザ加工装置のみならず、他の光学機
器等にも応用でき幅広い用途に使用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、及び第２図は、この考案を実施したレーザ加工
装置の正面図と平面図、第３図はレーザスポットの位置
ずれ検出装置（センサ）の説明図、第４図は位置ずれ検
出装置におけるフィルタの原理説明図、第５図はこの考
案の第１実施例を示す説明図、第６図はこの考案の第２
実施例を示す説明図、第７図はこの考案の第３実施例を
示す説明図である。 図面中に表わされた主要な符号の説明、Ｗ・・・・・・
被加工物、１７・・・・・・位置決め装置、１１・・・
・・・固定テーブル、２７・・・・・・移動テーブル、
９ａ・・・・・・レーザビーム、５・・・・・・レーザ
発振器、１・・・・・ルーザ加工装置、３７・・・・・
・フィルタ、９ｂ・・・・・・透過ビーム、３９・・・
・・・センサ、９ｃ・・・・・・集束ビーム。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 被加工物Ｗを位置決め装置１７を介して移動自在に支持
   したテーブルと、前記位置決め装置１７にクランプされ
   た被加工物Ｗに対してレーザビーム９ａを照射可能にし
   たレーザ発振器５とを有するレーザ加工装置１において
   、前記レーザビーム９ａの透過率が直線的に変化するよ
   うなフィルタ３７と、このフィルタ３７を透過した透過
   ビーム９ｂの強度変化を検出するセンサ３９とを備えた
   ことを特徴とするレーザ加工装置。