JPS6225077B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、レーザビームにより板状のワーク
ピースに、切断、穴あけ等の加工を行なうレーザ
加工装置に係わり、さらに詳細には、上記のごと
きレーザ加工装置におけるレーザビーム軸とアシ
ストガスをワークピースに向けて噴出するノズル
の軸心とを一致せしめる方法および装置に関する
ものである。

周知の如く、工業分野においては、レーザビー
ムは、鉄、ニツケル、プラスチツク、ゴム、ガラ
ス等のさまざまの金属あるいは非金属材料の加工
に使用されている。レーザ加工においては、レー
ザビームは、レーザ発振器で製造され、集光レン
ズで集光され、酸素ガスの如きアシストガスと共
に材料へ照射される。

このように、レーザビームをワークピースに照
射すると共にノズルからアシストガスを噴射して
レーザ加工を行なうレーザ加工装置において、安
定したレーザ加工（切断等）を行なうには、レー
ザビームの光軸（レーザビーム軸）とノズルの中
心軸（ノズル軸心）とは一致していなければなら
ないものである。ところが、レーザ加工機のレー
ザビームの光学系の機構とアシストガスのノズル
系の機構は、それぞれ別個に独立した機構を採ら
ざるを得ないので、レーザ加工機におけるレーザ
ビーム軸とノズル軸心とが必ず一致しているとは
限らないものであつた。したがつて、従来におい
ては、試験的なレーザ加工の結果を観察しなが
ら、ノズル軸心をレーザビーム軸に一致せしめて
いるものである。このように、ノズル軸心をレー
ザビーム軸に一致させる作業は、人間の感を頼り
に行なわれているので、作業能率向上に問題があ
つた。

本発明の第１の目的は、レーザ加工機におい
て、レーザビーム軸とワークピースに向けてアシ
ストガスを噴出するノズルの軸心とを容易に一致
せしめることのできる方法および装置を提供する
ものである。

本発明の第２の目的は、レーザビーム軸とノズ
ル軸心とを自動的に一致せしめることが可能な方
法および装置を提供するものである。

本発明の第３の目的は、レーザビーム軸とノズ
ルの軸心とを一致せしめるために、Ｘ軸、Ｙ軸方
向へノズルを正確に位置調節することのできる装
置を提供するものである。

本発明の第４の目的は、レーザビーム軸とノズ
ル軸心が一致したか否かを検出することができる
装置を提供するものである。

この発明は、プロセツシングヘツドアツセンブ
リ１５と対向して配置したテストピース１１５に
レーザビームを照射して穿穴加工を行なつた後に
ノズル１０３からアシストガスを噴射しながらノ
ズル１０３をレーザビームと直交する平面上の直
交する２方向に位置調節し、前記テストピース１
１５を境としてプロセツシングヘツドアツセンブ
リ１５の反対側に配置した圧力計が最大値を示す
位置を検出してレーザビーム軸とアシストガス用
のノズルの軸心とを一致させること；および、 レーザビームを通過自在のノズルを、レーザビ
ームと直交する平面上の直交する２方向に位置調
節自在に設け、このノズルと対向して配置したテ
ストピースホールデイング部材１１３にテストピ
ース１１５を着脱交換自在に装着して設け、前記
テストピースホールデイング部材１１３に、レー
ザビームによつてテストピース１１５に加工され
た小孔１１５Ｈを経て前記ノズル１０３から照射
されるアシストガスの圧力を前記直交する２方向
に関して検出する検出装置を装着してなることを
要旨とするものである。

以下、この発明の第１の実施例について説明す
る。

第１図に示す様に、１はレーザ加工装置を示
し、該レーザ加工装置１には、二酸化炭素レーザ
発振器の如きレーザ発振器３が接続されている。
前記レーザ発振器３は、一般に使用されているも
のであり、レーザビームLBを発生させ、そのレ
ーザビームLBは第１図、第２図の矢印で示す様
に移送される。

前記レーザ加工装置１はベース５と、一端が前
記ベース５に固定された垂直ポスト７と、前記ベ
ース５の上方に伸びる様に前記ポスト７に片持ち
支持されたオーバーヘツドビーム９とを有するも
のである。前記ベース５の上面には、板材の如き
ワークピースＷを載置すべく、複数のスライドボ
ール１３を有する固定テーブル１１が設けられて
いる。前記オーバーヘツドビーム９の前端付近に
はミラーアツセンブリ１７が装着されており、前
記ミラーアツセンブリ１７の下方位置において前
記オーバーヘツドビーム９の下部にプロセツシン
グヘツドアツセンブリ１５が着脱できるように装
着してある。このプロセツシングアツセンブリ１
５の詳細については後述する。

上述の如きレーザ加工装置１は、前記レーザ発
振装置３からレーザビームLBを受け取り、第１
図の矢印に示す様に前記プロセツシングヘツドア
ツセンブリ１５を通してワークピースに照射され
る。前記ミラーアツセンブリ１７は、前記レーザ
発振器３からのレーザビームLBをワークピース
Ｗに向つて反射する様に構成され、前記レーザ発
振器３から前記ミラーアツセンブリ１７へレーザ
ビームLBを送るために、さらに２つのミラーア
ツセンブリ１９，２１が設けられている。

ワークピースＷを搬送位置決めするべく、前記
レーザ加工装置１には、水平方向に移動自在の第
１キヤリツジ２３と、その第１キヤリツジ２３の
上に移動自在に載置されたワークピースＷを把持
する複数の把持装置２７を有する第２キヤリツジ
２５とが設けられている。前記第１キヤリツジ２
３は、前記固定テーブル１１の上部に互いに平行
に設けられた一対のレール２９の上に移動自在に
載置され、駆動されると、前記プロセツシングヘ
ツドアツセンブリ１５の真下に位置する加工ゾー
ンへ接近離脱自在に移動するようになつている。
前記把持装置２７を有している第２キヤリツジ２
５は、前記第１キヤリツジ２３の上に載置され、
駆動されると、前記レール２９に対して直角方向
へ水平に移動するようになつている。前記把持装
置２７は、前記第２キヤリツジ２５に、着脱自在
かつ調節自在に取り付けられ、ワークピースＷの
幅に従つて調節するようになつている。また、ワ
ークピースＷの両端を保持すべく、複数のスライ
ドボール１３を有する一対の可動テーブル３１，
３３を前記第１キヤリツジ２３に設けることも可
能であり、その可動テーブル３１，３３は、前記
第１キヤリツジ２３によつてワークピースＷと共
に移動可能となつている。さらに、前記固定テー
ブル１１上においてワークピースＷを位置決めす
べく、ストツパー装置３５が、前記レーザ加工装
置１に水平に固定されているアーム部材３７に配
設されている。

従つて、ワークピースＷは、その一端が前記ス
トツパー装置と接触するように前記把持装置２７
によつて把持される時、前記固定テーブル１１上
に定められた位置に位置決めされる。

上述の如き構成によつて、前記把持装置２７に
よつて把持されたワークピースＷを、前記第１お
よび第２キヤリツジ２３，２５によつて前記プロ
セツシングヘツドアツセンブリ１５の真下へ移送
することができる。前記プロセツシングヘツドア
ツセンブリ１５の真下へ位置決めされたワークピ
ースＷは、前記レーザ発振器３によつて作られる
と共に前記ミラーアツセンブリ１７，１９，２１
によつて移送されるレーザビームLBによつて切
断および穿孔加工される。また、ワークピースＷ
を、数値制御のもとに前記第１および第２キヤリ
ツジ２３，２５を動かすことによつて自動的かつ
連続的に切断穿孔加工することも可能である。

第３図〜第８図を参照するに、プロセツシング
ヘツドアツセンブリ１５は円筒状のハウジング３
９と複数のボルト４１によつてハウジング３９の
上部に固定された環状のキヤツプ部材４３などに
より構成されている。このキヤツプ部材４３には
アシストガスを内部に導入するアシストガスポー
ト４４が穿設されており、またキヤツプ部材４３
の上面には、上部にフランジ４５Ｆを備えた複数
のピン４５が突設されている。各ピン４５は、第
５図に示すように、オーバーヘツドビーム９の前
端下部に形成したほぼスプーン形状の複数の各フ
ツクホール４７に嵌合離脱自在である。したがつ
て、プロセツシングヘツドアツセンブリ１５はオ
ーバーヘツドビーム９に対して容易に着脱するこ
とができるものである。

前記ハウジング３９は、第５図に示すように、
底部の中央に貫通孔４９を穿設した形状をなして
いる。このハウジング３９内には、環状の調節ナ
ツト５１が回転自在に内装されており、この調節
ナツト５１には環状のスケール５３が取付けられ
ている。このスケール５３は、ハウジング３９に
形成した開口部５５（第３図参照）から読み取る
ことができるものである。前記調節ナツト５１の
上部には、Ｙ軸方向にのみ移動自在のＹ軸リング
部材５７が載置されている。第５，６，７図より
明らかなように、Ｙ軸リング部材５７の外周面と
ハウジング３９の内周面との間には間隙があり、
Ｙ軸リング部材５７をＹ軸方向（第６図において
左右方向、第４図に矢印５８出示す方向）に位置
調節できるものである。このＹ軸リング部材５７
をＹ軸方向にのみ案内するためのガイドピン５９
（第６，７図参照）がハウジング３９に固定され
ており、このガイドピン５９は、Ｙ軸リング部材
５７に穿設したガイドホール６１に嵌合されてい
る。さらに、Ｙ軸リング部材５７にはガイドピン
５９に対向した位置に螺子孔６３が穿設されてお
り、この螺子孔６３にはＹ軸調節ボルト６５が螺
合されている。このＹ軸調節ボルト６５は、Ｙ軸
方向に延伸しているものであつて、ハウジング３
９に穿設したホール６７を貫通しており、複数の
ボルト６９によつてハウジング３９に固定された
ワツシヤ部材７１に回転のみ自在に支承されてい
るものである。前記Ｙ軸調節ボルト６５の外端部
にはＹ軸調節ハンドル７３が一体的に固定されて
おり、このＹ軸調節ハンドル７３と前記ワツシヤ
部材７１との間にはカラー部材７５が介在されて
いる。そして、第３図に示すように、Ｙ軸調節ハ
ンドル７３と対応してハウジング３９にＹ軸スケ
ール７７が取付けられている。

上記構成により、Ｙ軸調節ハンドル７３を適宜
方向に回すことにより、Ｙ軸リング部材５７はＹ
軸方向に位置調節されるものである。この際、Ｙ
軸リング部材５７は、Ｙ軸方向に長いガイドピン
５９とガイドホール６１との関係によりＹ軸方向
にのみ案内されているので、Ｙ軸方向の位置調節
を正確に行なうことができるものである。そし
て、Ｙ軸方向へのＹ軸リング部材５７の移動量は
Ｙ軸スケール７７によつて読み取ることができる
ものである。

前記Ｙ軸リング部材５７の上面には、このＹ軸
リング部材５７の位置調節方向に対して交差する
方向、この実施例においてはＹ軸に直交するＸ軸
方向にのみ位置調節自在のＸ軸リング部材７９が
載置されている。より詳細に説明すると、Ｙ軸リ
ング部材５７の上面には、Ｘ軸リング部材７９を
Ｘ軸方向（第４図に矢印８０で示した方向）にの
み案内する案内突出部８１が形成されており、こ
の案内突出部８１とＸ軸リング部材７９の下面に
形成された案内凹部８３が係合されている。した
がつて、Ｘ軸リング部材７９は、Ｙ軸リング部材
５７に対してＸ軸方向にのみ位置調節可能であつ
て、Ｙ軸方向へは、Ｙ軸リング部材５７と一体的
に位置調節されるものである。

前記Ｘ軸リング部材７９の上面は前記キヤツプ
部４３の下面と摺接しており、上方向への移動が
規制されている。このＸ軸リング部材７９には、
第５，８図に示すように、Ｘ軸方向の螺子孔８５
が穿設されており、この螺子孔８５には、Ｘ軸調
節ボルト８７が螺合してある。Ｘ軸調節ボルト８
７はＸ軸方向に延伸しているものであつて、前記
Ｙ軸リング部材５７の上部に形成された突出部５
７Ｐに回転のみ自在に支承されている。このＸ軸
調節ボルト８７の外端部は、前記ハウジング３９
に形成された比較的大きなスロツト８９を貫通し
てハウジング３９の外部に突出してあり、このＸ
軸調節ボルト８７の外端部にはＸ軸調節ハンドル
９１が一体的に取付けられている。このＸ軸調節
ハンドル９１と前記突出部５７Ｐとの間にはブツ
シング９３が介在されている。そして、第３図に
示すように、Ｘ軸調節ハンドル９１と対応して前
記ハウジング３９にはＸ軸スケール９５が取付け
られている。したがつて、Ｘ軸調節ハンドル９１
を適宜方向に回すことにより、Ｘ軸リング部材７
９はＹ軸リング部材５７に対してＸ軸方向に位置
調節され、Ｘ軸方向へのＸ軸リング部材７９の移
動量はＸ軸スケール９５によつて読み取ることが
できるものである。

前記調節ナツト５１の内周面には、下部を小径
に形成された筒状のノズル保持部材９７が螺合さ
れている。このノズル保持部材９７の上部は前記
Ｘ軸リング部材７９に上下方向に摺動のみ自在に
嵌合されている。ノズル保持部材９７の外周面に
はキー溝９９が形成されており、このキー溝９９
にはＸ軸リング部材７９に固定されたピン１０１
が係合してある。前記ノズル保持部材９７の下部
は、前記ハウジング３９の底部に穿設された貫通
孔４９内に臨んでおり、このノズル保持部材９７
の下部にはノズル１０３が螺着してある。したが
つて、調節ナツト５１を適宜に回すことによりノ
ズル保持部材９７およびノズル１０３の上下位置
をワークピースＷの板厚等に応じて調節できるも
のである。そして、ノズル１０３の上下の移動量
はスケール５３によつて読取ることができるもの
である。

なお、前記ハウジング３９の貫通孔４９には、
ノズル１０３を囲繞した円筒状の保護筒１０５が
螺着されている。また、ハウジング３９の下面に
は、ワークピースＷの上面を転動自在の複数のキ
ヤスターローラー１０７が軸承１０９を介して取
付けられている。

上記構成により、ミラーアツセンブリ１７によ
つて垂直に屈折されたレーザビームLBは、第５
図に示すように、オーバーヘツドビーム９に備え
られた集光レンズ１１１によつて集束され、ノズ
ル１０３を経てワークピースＷに照射される。他
方、キヤツプ部材４３に設けられたアシストガス
ポートからキヤツプ部材４３内に導入されたアシ
ストガスは、ノズル保持部材９７およびノズル１
０３を経てワークピースＷへ噴射され、レーザビ
ームLBによるワークピースＷの溶断等の加工が
行なわれる。上記のようにレーザ加工を行なうと
き、レーザビームLBの軸心（以下、レーザビー
ム軸と称す）とノズル１０３の軸心とが一致して
いることが望ましいものである。

そこで、この発明においては、レーザビーム軸
とノズル１０３の軸心とが一致しているか否かを
検出する手段が講じられている。すなわち、第９
図に示すように、プロセツシングヘツドアツセン
ブリ１５の下方位置において、前記固定テーブル
１１にはテストピース保持部材１１３が着脱自在
に取付けられており、このテストピース保持部材
１１３の上面には板状のテストピース１１５が複
数のボルト１１７によつて着脱交換自在に取付け
られている。前記テストピース保持部材１１３の
中央部には孔１１９が穿設されており、この孔１
１９に連通して設けられた連通孔１２１には圧力
検出装置１２３が接続されている。この圧力検出
装置１２３は、圧力計や適宜の圧力センサーより
なるものであつて、前記孔１１９内の圧力変化を
検出するものである。

第１２図Ａは上記圧力検出装置１２３の例とし
て周知のダイヤフラム式の気圧検出装置を示すも
のである。

図に示したダイヤフラム１２５は気室１２７の
気圧によつて実線のように湾曲突出し、ダイヤフ
ラム１２５の中央表裏面にはりつけた歪ゲージ
R₁，R₂と、急角度に湾曲する部分の裏面にはり
つけた歪ゲージR₃，R₄とが、一方（R₁，R₂）が伸
び、他方（R₃，R₄）が収縮する。

この場合例えば保護ケース１２９の外で、導線
を電源Ｄ，Ｃとともに第１２図Ｂのように抵抗回
路を組むと、伸び側の抵抗は増加し、縮み側は減
少するから ΔＶ＝（Ｄ点の電圧）−（Ｃ点の電圧） となり、グラフで示すと第１２図Ｃのようにな
る。

すなわち気室１２７中の気圧が高ければそれに
比例してΔＶの値は大きくなるし、４個の歪ゲー
ジの抵抗値を同一にすれば第１２図Ｃにおける
Ｂ，Ｃ点は中電位点の上下に対象位置を占めるこ
とになる。

以上のごとき構成において、レーザビーム軸と
ノズル１０３の軸心とが一致しているか否かを検
出し、両軸を一致せしめる操作について説明す
る。

まず、レーザビームLBをテストピース１１５
に瞬間的に照射してテストピース１１５に小孔１
１５Ｈを穿設すると共に、ノズル１０３からアシ
ストガスを噴射する。次に、ノズル１０３からア
シストガスを噴射した状態に保持したまま、Ｘ軸
調節ハンドル９１を操作しＸ軸リング部材７９を
介してノズル１０３をＸ軸方向に位置調節する。
そして、テストピース１１５の小孔１１５Ｈから
テストピース保持部材１１３の孔１１９内へ流入
されたアシストガスによる孔１１９内の圧力変化
を圧力検出装置１２３により連続的に検出し、Ｘ
軸方向へのノズル１０３の位置調節時の最高圧力
Pmとなる位置を検出する。この最高圧力Pmを検
出した位置において、ノズル１０３のＸ軸方向へ
の位置調節を停止する。次に、Ｙ軸調節ハンドル
７３を操作してノズル１０３をＹ軸方向に位置調
節し、孔１１９内の圧力が最大となる位置を検出
する。この操作により、レーザビーム軸とノズル
１０３の軸心とが一致されるものである。

すなわち、レーザビーム軸とテストピース１１
５に設けられた小孔１１５Ｈとは同軸であるか
ら、ノズル１０３をＸ軸、Ｙ軸方向に位置調節し
て、小孔１１５Ｈの軸心とノズル１０３の軸心と
が一致すれば良いものである。ところが、両軸心
が一致した位置を中心として、ノズル１０３の軸
心と小孔１１５Ｈの軸心とのずれに対する圧力分
布を調べると、第１０図に示すように、両軸が一
致した点を頂点として回転放物体様の圧力分布を
呈する。したがつて、ノズル１０３をＸ軸および
Ｙ軸方向に位置調節して、孔１１９内の圧力が最
高となる位置を検出すればよいこととなる。

以上の実施例の説明は、手動操作によつてレー
ザビーム軸とノズル１０３の軸心とを一致せしめ
る場合について説明したが、ＸおよびＹ軸調節ハ
ンドル９１，７３に代えてモータ等を使用するこ
とにより自動化することもできるものである。ま
た、第１１図に示されるフローチヤートのよう
に、最高圧力Pmの数分の１の圧力値Pmを示す２
点を検出し、その平均値の位置にノズル１０３を
設定する方法も採用し得るものである。

以上の実施例の説明より理解されるように、本
発明によれば、レーザビーム軸とノズルの軸心と
を極めて容易に一致させることができるものであ
る。

なお、この発明は、前述の実施例のみに限定さ
れるものではなく、適宜の設計的変更を行なうこ
とにより、その他の実施態様でもつて本発明を実
施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を実施したレーザ加工装置
の側面図であり、第２図は第１図に示したレーザ
加工装置の平面図である。第３図は本発明の実施
例を示すプロセツシングヘツドアツセンブリの部
分の正面図である。第４図は第３図の上方からみ
た平面図、第５図は第４図の−線に沿つた断
面図、第６図は第４図の−線に沿つた断面
図、第７図は第６図の−線に沿つた断面図、
第８図は第５図の−線に沿つた断面図、第９
図はアシストガスの圧力を検出する装置とプロセ
ツシングヘツドアツセンブリの一部の断面図であ
る。第１０図は圧力分布状態を示す説明図、第１
１図は本発明の第２の方法を示すフローチヤー
ト、第１２図は圧力検出装置の周知一例を示した
説明図である。 図面の主要部を表わす符号の説明、１……レー
ザ加工装置、３……レーザ発振器、１５……プロ
セツシングヘツドアツセンブリ、７３……Ｙ軸調
節ハンドル、９１……Ｘ軸調節ハンドル、９７…
…ノズル保持部材、１１５……テストピース、１
２３……圧力検出装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザビーム軸とアシストガスノズルの軸心
   とを一致させる方法にして、プロセツシングヘツ
   ドアツセンブリ１５と対向して配置したテストピ
   ース１１５にレーザビームを照射して穿孔加工を
   行なつた後にノズル１０３からアシストガスを噴
   射しながらノズル１０３をレーザビームと直交す
   る平面上の直交する２方向に位置調節し、前記テ
   ストピース１１５を境としてプロセツシングヘツ
   ドアツセンブリ１５の反対側に配置した圧力計が
   最大値を示す位置を前記直交する２方向それぞれ
   に関して検出してレーザ加工装置におけるレーザ
   ビーム軸心とアシストガスノズルの軸心とを一致
   させることを特徴とする方法。 ２ 特許請求の範囲１に記載の方法にして、ノズ
   ルを２方向に位置調節したときに、圧力計がある
   設定された圧力値を示す複数の位置を検出し、各
   位置を平均する位置へノズルを位置調節してレー
   ザ加工装置におけるレーザビーム軸心とアシスト
   ガス用のノズルの軸心とを一致させることを特徴
   とする方法。 ３ レーザビーム軸とアシストガスノズルの軸心
   を一致させる装置にして、レーザビームを通過自
   在のノズルを、レーザビームと直交する平面上の
   直交する２方向に位置調節自在に設け、このノズ
   ルと対向して配置したテストピースホールデイン
   グ部材１１３にテストピース１１５を着脱交換自
   在に装着して設け、前記テストピース保持部材１
   １３に、レーザビームによつてテストピース１１
   ５に加工された小孔１１５Ｈを経て前記ノズル１
   ０３から噴射されるアシストガスの圧力を前記直
   交する２方向に関して検出する検出装置を装着し
   てなることを特徴とするレーザ加工装置における
   レーザビーム軸心とアシストガスノズルの軸心と
   を一致させる装置。