JPS63101704A - レ−ザ加工機用距離計測装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は加工ヘッドとワークとの間の距離を誤差を生
ずることなく、正確に計測できるレーザ加工機用距離計
測装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は従来のこの種のレーザ加工機用距離計測装置を
示す断面図であり、図において、１は加工用のレーザ光
、２は加工ヘッドであって、−側倒に投光取付部２ａ、
他側側に受光取付部２ｂが形成されている。３はこの加
工ヘッド２に固定された加工レンズであって、レーザ光
１を集束する。

４は被加工対象であるワーク、５は加工ヘッド２の投光
取付部２ａに取付けられた計測用の光源でって、上記ビ
ーム６を集束する。８は受光取付部２ｂに取付けられた
受光レンズであって、ワーク４表面上の放射ビーム像を
撮像する。９は放射ビーム像の結像位置に応じた変位検
出信号（￥ｌＬ気信号）　”Ａ　Ｉ　’ａを発生する位
置検出素子としての受光素子、１０はこの受光素子９か
ら出される電気信号ＩＡ、１Ｂを処理して加工レンズ１
とワーク４の表面との間の距離形を算出する処理回路で
ある。

次に動作について説明する。レーザ加工機は、加工用の
レーザ光１を加工レンズ３により集束し、ワーク４表面
に照射して、溶接や切断等の加工を行なうが、この時、
加工効率を高めるために、し−ザ光１のビームウェスト
位置をツー２４位置に合わせる必要がある。つまり、加
工レンズ３とワーク４の表面との間の距離Ｊを一定値に
制御する必要がある。

そこで、上述の従来装置では、以下に説明する光学式の
距離計を用い、上記距離形を測距し、加工ヘッド２の位
置を制御していた。即ち、計測用の光源５より放射され
たビーム６は、投光レンズ７により適当な大きさの光ス
ポットとなりワーク４の表面に照射される。受光レンズ
８は上記光スポットを撮像し、受光素子９の受光面上に
光スポツト像を結像する。受光素子９は、光位置検出器
とも称されるもので、光スポツト像の結像位置に応じた
電気信号’Ａ＋’Ｂを発生する。すなわち、受光素子９
の２つの電極に生じる電気信号ｉＡ＋ｉＢの値により光
スポツト像の結像位置Ｐは、として得られる。この式（
１）は、受光素子９の出力が、光スポツト像の位置と、
強度に比例して出力を発生するため、光スポツト像の強
度変化に相当する（ｉＡ＋ｉａ）の項を導入して、光ス
ポットの位置のみに比例する出力を得ている。

一方、投光レンズ７、受光レンズ８の光点よりワーク４
表面までの距離Ａは、 として得られる。この中でり、ψは装置の構成のみで決
まる固定値である。またθは、上述した光スポツト像の
位置Ｐと、受光レンズ８の焦点距離や設計位置によシ求
まるが、Ｐ以外の値はやはυ固定値となる。つまシ距離
Ａは、ワーク表面の変位に対応するＰのみを変数として
求まる。加工レンズ３とワーク４表面との間の距離形も
、距離Ａに一定の定数を加えるのみであり、 ４＝に−Ｐ　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（３）として算出できる。Ｋは、事
前に計算または実測により決定する。処理回路１０は、
以上の演算を実行し、距離出力沼を送出する。距離計を
含む加工ヘッド２は、上記形の値により、常にレーザ光
１のビームウェストがワーク４の位置になるよう制御さ
れ、最適加工状態が保持される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のレーザ加工機用距離計測装置は以上のように構成
されているので、距離計測用のビーム６の投光部と受光
部とが加工ヘッド２の両側に分離し、かつ一定の位置に
固定されているために、ワーク４の加工進行方向によっ
ては、加工用のレーザ光１のワーク４への照射に基づく
加工光等の影響を受け、加工レンズ３とワーク４との間
の距離形の計測に誤差が生じる等の問題点がめった。

即ち、受光素子１０への入射光として、計測用光源５か
ら発するビーム光６の他に、ワーク４の切断や溶接など
のレーザ加工時に、ワーク４への加工用のレーザ光１の
照射に基づいて発生する光とがめる。ここで、この加工
光は白色ノイズであり可視光を含む広範囲の波長成分を
有している。

したがって、半導体レーザなどでできた計測用の光源５
からのビーム６の波長も当然ながら加工光の成分に含ま
れる。そこで、受光素子９と受光レンズ８で構成される
受光部がワーク４の加工進行方向の後方に位置する場合
（レーザ加工では加工補助ガスとして酸素ガスなどを用
いる場合が多い、この場合、ワーク４の加工進行方向後
方にガスが流れる結果、加工後方が一番加工光の影響を
受は易い）計測用の光源５と加工光とを十分に分離出来
なくなり、正確な距離２の計測が出来なくなるという問
題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ワークのレーザ加工進行方向に関係なく、ワ
ークと加工ヘッドとの距離を正確に計測できるレーザ加
工機用距離計測装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るレーザ加工機用距離計測装置は、計測用
のビームの投光部、受光部を加工ヘッドに対して移動可
能に構成したものである。

〔作　用〕

この発明におけるレーザ加工機用距離計測装置本体は、
被加工対象物の加工進行方向に対応して、加工ヘッドに
対して、投光部および受光部を配置した距離計測装置本
体を移動させるものである。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第２
図と同−又は相当部分は同一符号を以って示した第１図
において、１１は加工ヘッド２の周囲に回動可能に装着
された距離計測装置本体であって、この実施例では、加
工ヘッド２を囲む形の環状に形成されている。そして、
この距離計測装置本体１１には、計測用の光源５および
投光レンズ７とを有する投光部１２と、受光レンズ８お
よび受光素子９とを有する受光部１３とが取付けられて
いる。１４はこの距離計測装置本体１１と、加工ヘッド
２との間に配置された回動手段としてのボールベアリン
グでろって、距離計測装置本体１１を加工ヘッド２に対
してスムーズに回動させる。１５は距離計測装置本体１
１を回動させるためのステッピングモータなどの駆動部
、１６はこの、駆動部１５の回転軸１５ａに固定された
歯車であって、距離計測装置本体１１に一体形成または
別体形成固定された歯車１７と噛合い、駆動部１５の回
転力を伝達し、距離計測装置本体１１を回動させる。

次に動作について説明する。

この発明でも、上述のように、レーザ加工効率を向上さ
せるために、加工ヘッド２とワーク４の表面との距離形
を一定値に制御しなからレーザ加工を行う。そこで、従
来の問題点で述べたように、ワーク４の加工進行の具合
によって、例えば、受光部１３が加工光の最も影響を受
は易いワーク４の加工進行方向の後方に位置することと
なった場合には、駆動部１５を作動させ、加工ヘッド２
に対して距離計測装置本体１１を回動させて受光部１３
を加工光等の影響を受けない位置に移動させれば、レー
ザ加工中においても常に誤差の生じない正確な距離ノの
計測が行える。

なお、上記実施例では、駆動部１５にステッピングモー
タを用いた場合を示したが、代りにＡＣやＤＣのサーボ
モータを用いても良い。

また、距離計測装置１１を環状のものとしたが、何らこ
れに限定されることなく、投光部１２．受光部１３を加
工光等の影響を受けないように加工ヘッド２に対して移
動可能であれば、如何なる構造であってもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、投光部および受光部
を配置した距離計測装置本体を加工ヘッドに対して移動
可能に構成したので、被加工対象のレーザ加工方向に影
響されることなく、常に誤差の生じない正確な距離形の
計測が行え、常にレーザ光のビームウェイスト位置がワ
ークの位置に制御でき、最適加工状態が保持される等の
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の縦断面図、第２図は従来
のこの種の装置の縦断面図である。 １はレーザ光、２は加工ヘッド、４はワーク（被加工対
象）、６はビーム、１１は距離計測装置本体、１２は投
光部、１３は受光部、１５は駆動部。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 特許出願人　　三菱電機株式会社 （外２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ加工機の加工ヘッドに移動可能に装着された距離
   計測装置本体と、この距離計測装置本体に設置され、計
   測用のビームを被加工対象へ発射する投光部と、上記距
   離計測装置本体に設置され、上記被加工対象で反射され
   た上記計測用のビームを受光し、該被加工対象までの距
   離を計測する受光部と、上記距離計測装置を移動動作さ
   せる駆動部とを備えたレーザ加工機用距離計測装置。