JPS6229151B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はレーザー加工機の集光レンズまたは
凹面鏡の焦点を被加工物の表面に自動的に追従さ
せる焦点追従装置の改良に関するものである。

従来この装置として第１図に示すものがあつ
た。図において、１はレーザー発振器（図示せ
ず）から送られて来るレーザービーム、１ａはレ
ンズ等により集光されたレーザービーム１の焦
点、２は固定部に保持された支持フレーム、３は
支持フレーム２に取付けられたサーボモーター、
４は支持フレーム２に対してスムースに上下に摺
動すべく嵌合されたレンズ筒、５はサーボモータ
ー３に連結された送りネジ、６はレンズ筒４を保
持するホルダー、６ａは送りネジ５に嵌合するホ
ルダー６のナツト部、６ｂはホルダー６のスライ
ド部、７はレンズ筒４の先端に取付けられたノズ
ル、８はレンズ筒４とノズル７の内部において取
付けられたレンズホルダー、９はレンズホルダー
８に取付けられたレンズであり、レーザービーム
１を集光するものである。１０はホルダー６に取
付けられた差動トランス、１０ａは差動トランス
１０のプランジヤー、１１はホルダー６のスライ
ド部６ｂに上下に摺動すべく嵌合させたスライド
棒であり、プランジヤー１０ａを介して差動トラ
ンス１０に上下の変位量を伝えるものである。１
２はスライド棒１１に取付けられたプローブ、１
３はレーザービーム１によつて加工される被加工
物、１４は被加工物１３を乗せるXYテーブルで
ある。このXYテーブル１４は数値制御装置（図
示せず）によつて制御される２個のモーターによ
つて２次元平面内を運動する。このXYテーブル
１４の面に対しレーザービーム１の光軸は垂直で
ある。また、レーザービーム１は被加工物１３の
表面にレンズ９によつて焦点を結ばされている。
さらに、差動トランス１０はプランジヤー１０ａ
の変位に比例する信号を制御装置、例えばサーボ
アンプ（図示せず）に送り、このサーボアンプ
（図示せず）は受け取つた信号によりサーボモー
ター３を制御している。

次に、この従来装置の動作について説明する。
先ず、レーザービーム１はレンズ９によつて被加
工物１３の上に集光され、焦点１ａを結ぶ。次
に、XYテーブル１４を所定の形状に移動させる
と被加工物１３はその形状に切断加工される。こ
の切断を行なうためには、レーザービーム１の焦
点１ａが被加工物１３の表面に結ばれていなけれ
ばならない。例えば被加工物１３が曲面の場合、
XYテーブル１４の移動につれプローブ１２は被
加工物１３に接して上下する。このプローブ１２
の変位はスライド棒１１およびプランジヤー１０
ａを介して差動トランス１０に伝えられ、差動ト
ランス１０はこの変位量に比例した信号をサーボ
アンプ（図示せず）に出力する。このサーボアン
プ（図示せず）はその信号に基づいてサーボモー
ター３を駆動する。このサーボモーター３の駆動
で送りネジ５が回転され、ホルダー６と共にレン
ズ筒４がプローブ１２の変位に追従して上下し、
焦点１ａが常に被加工物１３の表面で結ぶように
制御される。

従来の焦点追従装置は以上のように構成されて
いるので、第２図に示すように、被加工物１３の
曲面の勾配が大きい場合、プローブ１２が被加工
物１３に接触していても、焦点１ａが被加工物１
３の表面からずれる場合が生ずる。第２図のＡが
そのずれ量を示している。このように焦点１ａが
被加工物１３の表面に結ばれない場合、被加工物
１３面上でのレーザービーム１のエネルギー密度
が低くなり加工能率が著るしく低下するという欠
点が生じた。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、従来の棒状のプロ
ーブ１２の代りに、焦点を取囲むように接触子を
設け、この接触子が被加工物の曲面の勾配に接し
て傾くようにし、その傾きによる回転運動の中心
近傍に焦点を位置させることにより、曲面または
斜面を有する被加工物に対しても焦点の追従精度
がよいレーザー加工機用焦点追従装置を提供する
ことを目的としている。

以下、この発明の一実施例を図によつて説明す
る。第３図はこの発明の一実施例装置を示し、図
において、１５はスライド棒１１に固定された
軸、１６は軸１５にはめ合う軸受としてのジンバ
ルであり、軸１５に対して回転することが出来、
その回転軸はレーザービーム１の焦点１ａの近傍
を通るようになつている。また、ジンバル１６は
軸１５から抜けないようになつている。１７は接
触子であり、第４図に示すように、ジンバル１６
によつて外径をはさむように保持されており、例
えばリング状に形成されている。

第４図において、１８はジンバル１６に固定さ
れた軸であり、接触子１７がジンバル１６に対し
て回転できるように接触子１７に嵌合している。
なお、接触子１７のジンバル１６に対する回転軸
と、ジンバル１６の軸１５に対する回転軸とは
ほゞ直交しており、その交点はレーザービーム１
の焦点１ａの近傍にあり、かつ接触子１７が被加
工物１３に接する面内に焦点１ａが位置すること
になる。

なお、図中第１図と同一または相当部分には同
一符号を付してあり、その説明は省略する。

次に、この実施例装置の動作について説明す
る。先ず、レーザービーム１を被加工物１３上に
レンズ９で集光させ、被加工物１３を乗せたXY
テーブル１４を動かして切断加工を行なうことは
従来例と同じである。ところが、この実施例装置
では、被加工物１３が、第５図に示すように、勾
配の大きい曲面を有する場合、接触子１７が回転
し被加工物１３の曲面を倣つて表面に接触する。
このとき、接触子１７の回転はレーザービーム１
の焦点１ａ近傍で行なわれ、かつ焦点１ａは接触
子１７が被加工物１３に接する面内にあるので、
焦点１ａは被加工物１３の表面の極めて近くに結
ぶことができることになる。レーザービーム１の
焦点１ａと被加工物１３の表面とが離れる量、す
なわち焦点１ａの誤差は接触子１７が接する被加
工物１３の表面の範囲内での曲率と接触子１７の
外径とにより決定される。例えば曲率が０のとき
は被加工物１３が傾いていても焦点１ａの誤差は
ほゞ０であり、また曲率がある場合でも、接触子
１７の外径を小さくすれば焦点１ａの誤差は小さ
くなる。なお、スライド棒１１の上下の変位がフ
イードバツクされ、サーボモーター３によつてレ
ンズ筒４が追従動作することは従来例と同様であ
る。

なお、上記実施例では接触子の形状を円形にし
たが、特に円形とする必要はなく、多角形、だ円
などでもよい。また、被加工物をXYテーブルに
より動かして加工しているが、レンズ筒を動かし
て被加工物を加工する方式の場合でもよい。さら
に、レンズとして凹面鏡を用いてもよい。なお、
この実施例では切断加工を行なう場合について説
明したが、溶接を行なう場合でも上記実施例と同
様の効果が得られる。

以上のように、この発明装置によれば、被加工
物面にレーザービームの焦点を追従させるための
検出器の接触子として、レーザービームの焦点の
位置に穴をあけた接触子を用いており、この接触
子がほゞレーザービームの焦点と等しい点を中心
としてレーザー光軸を含むすべての平面内で回転
し傾くことができるようにしたので、被加工物が
曲面で傾いていても、レーザービームの焦点を被
加工物の表面上に追従させることが出来る効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来のレーザー加工機の
焦点追従装置を示す部分断面図、第３図はこの発
明の一実施例によるレーザー加工機用焦点追従装
置を示す部分断面図、第４図は第３図の実施例装
置の部分斜視図、第５図は第３図の実施例装置が
機能している状態を示す部分断面図である。 １……レーザー光、３……サーボモーター、９
……レンズ、１５……軸、１６……ジンバル、１
７……接触子、１８……軸。なお図中、同一符号
は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ホルダーに保持されレーザー光を集光するレ
   ンズの焦点位置を取り囲むように配設され、被加
   工物表面を倣う接触子１７と、上記接触子を上記
   レーザー光の光軸を含む全ての平面内で回転可能
   に保持するため互いに直交位置に配設された第
   １、第２の軸１５，１８と、上記接触子の変位信
   号により上記ホルダーの位置を制御する制御装置
   とを備え、上記接触子は、第１の軸１５に回転自
   在に設けた軸受１６に対して上記第２の軸１８で
   回転自在に支持されるとともに、第１の軸１５を
   介して上記ホルダーに支持されていることを特徴
   とするレーザー加工機用焦点追従装置。 ２ 接触子としてリング状のものを用いたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザー
   加工機用焦点追従装置。 ３ ホルダーの位置制御はサーボモータにより行
   なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載のレーザー加工機用焦点追従装
   置。