JPS63242481A - レ−ザ加工機用自動テイ−チング装置 - 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、教示用レーザ光を使用して自動ティーチン
グを行う装置、特に被加工物の変位を距離として測定す
るのみならず被加工物の表面状態例えば被加工物の表面
に貼付されたテープ等も検出できるレーザ加工機用自動
ティーチング装置に関するものである。

〔従来の技術〕

特願昭５９−２２７．２２６号には、レーザ加工機の加
工ヘッドに教示用レーザを取り付けた距離測定装置や、
教示用レーザ光を加工用レーザ光で兼用した距離測定装
置が開示されている。また、加工ヘッドと教示ヘッドを
必要に応じて取り換えることも従来から行われている。

第２図は、例えば特公昭５８−４２４１１号公報に開示
された従来の非接触型の距離測定装置を示す一般的な構
成図である。図において、（１）は測定ヘッドであり、
この測定ヘッド（１）は光源（２）と、この光源（２）
から放射された光ビームを集光して被測定物（３）上に
光スポット（４）として結像させる投光レンズ（５）と
、光スポット（４）を集光する受光レンズ（６）と、こ
の受光レンズ（６）の結像面に配置され、光スポット（
４）の結像位置に対応した電気信号例えば電流信号Ｉａ
　、　Ｉｂを送出する光検出器例えば半導体装置検出素
子（以下ＰＳＤと略す）（７）とを含む。

（８ａ）、（８ｂ）は電流信号Ｉａ、Ｉｂをそれぞれ電
圧信号ＶＡ、ＶＢに変換する電、流／Ｉ！圧変換回路、
（９）は電圧信号Ｖ人と■ｂを加算して和信号ＶＡ　＋
　ＶＢを送出する加算回路、（１０）は和信号ＶＡ　＋
　ＶＢと所定の基準値との誤差を検知してその差信号を
送出する誤差検知回路、（１１）は差信号に基づいて光
源（２）を出力可変点灯させる光源駆動回路、そして（
１２）はｗＬ流／を正変換回路（８ａ）、（８ｂ）から
それぞれ送出されて来た電圧信号Ｖ人、ＶＢＫ基づき、
後述するように被測定物（３）の変位を距離として演算
し、もって距離出力を送出する距離演算回路である。

従来の距離測定装置は上述したように構成され　。

ており、光源駆動回路（１１）によって駆動された光源
（２）から放射された光ビームは、投光レンズ（５）Ｋ
よって集光され、被測定物（３）上に光スポット（４）
として投射される。この光スポット（４）は、さらに受
光レンズ（６）によって集光され、Ｐｓｉ］？）上に投
射、結像される。このＰ　Ｓ　Ｄ（７）の各端から送出
される電流信号Ｉａ　、　Ｉｂは、Ｐ　Ｓ　Ｄ　（７）
上における光スポット（４）の受光像の位置に応じて変
化する。すなわち、受光像がＰＳＤ（７１の中央忙ある
ときにはＩａ＝Ｉｂであるが、受光像がＩａ側にふれる
とＩａは大きくなるとともＫ　Ｉｂは小さくなり、反対
に受光像がＩｂＯ方に移るとＩｂは大きくなるとともに
Ｉａは小さくなる。従って、被測定物（３）の変位すな
わち光スポット（４）の位置の変化は、Ｐ　Ｓ　Ｄ（７
１の中心位置からＰＳＤ（７）上の受光像の位置までの
距離として、下記の（１）式で計算されるＰに成る変換
係数を乗算したものとして演算することができる。

Ｉａ　　＋　　Ｉｂ また、下記の（２）式もしくは（３）弐によれば、ＰＳ
Ｄ（７）の各端から受光像までの距離が求まるから、同
様な三角測量の原理で、これらを被測定物（３）までの
距離に換算できる。

Ｉａ ＰＡ　＝　　　　　　　　　　　　　（２）Ｉａ　＋　
Ｉｂ Ｉｂ コツトき、（１）弐〜（３）式の分母（Ｉａ　＋　ｌｌ
））を一定に保てば、Ｐ　、　ＰＡ　、　ＰＢは近似的
に、Ｐ’　　＝　Ｉａ　−Ｉｂ　　　　　　　　（１’
）Ｐ人′＝　Ｉａ　　　　　　　　　　　（２’）ＰＢ
’　＝　Ｉｂ　　　　　　　　　　　（３′）となるの
で、これらをもとに距離に換算しても良〜１゜ 一方、十分な精度を必要とするときには、（１）弐〜（
３）式のどれかを用いて距離の演算を行なうが、この場
合にも被測定物（３）の状態に応じて変化する分母（Ｉ
ａ　＋　Ｉｂ）が距離の測定精度に影響しないように、
光源（２）の光量を制御して分母（Ｉａ＋Ｉｂ）がほぼ
一定となるようにする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の距離測定装置では、被測定物（３）上の光スポッ
ト（４）からの光の戻り量として得られる被測定物表面
状態の変化を光源駆動回路（１１）で打ち消すのみで、
積極的な信号処理を何等せず、距離情報以外の情報を容
易に得ることができなかった。

このため、距離測定装置を各種装置に装着して利用する
場合には、被測定物（３）の表面状態の特徴の抽出はも
っばら距離情報のみに依存するため表面状態の判別がで
きなかったり、また判別ができる場合でも距離測定値を
用いた煩雑な演算を行なう必要があったりするという問
題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、被加工物の距離を測定しながら被加工物の表
面状態も容易忙検出できるレーザ加工機用自動ティーチ
ング装置を得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自動ティーチング装置は
、加工用レーザ光を、加工機本体に設ゆた唯一のヘッド
から被加工物忙、照射してこの被加工物を加工する加工
用レーザ光を、加工機本体に設けた唯一のヘッドから前
記被加工物に照射する教示用レーザと、教示用レーザ光
と教示用レーザ光を切替える手段と、前記被加工物から
のレーザ光を受光してその受光量に対応する電流信号を
発生する受光系と、前記受光系からの前記電流信号を電
圧信号に変換する可変利得増幅器と、前記教示用レーザ
の出力を測定して電気信号に変換する出力測定器と、前
記可変利得増幅器からの前記電圧信号に基づいて前記ヘ
ッドから前記被加工物までの距離を表わす距離信号を発
生し、前記電圧信号が所定の値になるように前記可変利
得増幅器の利得を制御する制御信号を発生すると共にこ
の制御信号を前記出力測定器からの前記電気信号で除算
して前記被加工物の表面状態を表わす表面状態信号を発
生する信号処理回路とを設けたものである。

〔作　用〕

この発明においては、受光系が被加工物からのレーザ光
の受光量に対応する電流信号を発生し、可変利得増幅器
が上述した電流信号を電圧信号に変換し、出力測定器が
教示用レーザの出力を電気信号に変換し、そして信号処
理回路が上述した電圧信号に基づいて距離信号を発生し
、可変利得増幅器の利得を制御する制御信号を発生する
と共にこの制御信号を上述した電気信号で除算して表面
状態信号を発生する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、（２
１）は加工用レーザ光（２１Ａ）を照射する加工用レー
ザ例えばＣＯ２レーザ、（２２）は教示用レーザ光（２
２Ａ）を照射する教示用レーザ例えばＨｅ−Ｎｅレーザ
、（２３）は加工用レーザ光（２１Ａ）と教示用レーザ
光（２２Ａ）を切替える手段であって、教示用レーザ（
２２）の光路中に置かれかつ教示用レーザ光（２２Ａ）
の一部を透過するが残部を反射するハーフミラ−（２３
Ａ）、このハーフミラ−（２３Ａ）を透過した教示用レ
ーザ光（２２Ａ）をチョッピングするメカニカルチョッ
パ（２３Ｂ）およびレーザ光切替用シャッタ（２３Ｃ）
を含む。このシャッタ（２３Ｃ）によって切替えられた
レーザ光は、レーザ加工機の本体（２４）Ｋ設けた唯一
のヘッド（２４Ａ）中の投光レンズ（５）によって被加
工物（３Ａ）に照射される。（２５）はこの被加工物（
３Ａ）の表面に貼布されたテープである。（２６）は受
光系であって、第２図について上述した受光レンズ（６
）および光検出器例えばＰＳＤ（７）から成る。

第２図について上述した電流／Ｗｌ圧変換回路（８ａ）
。

（８ｂ）は、受光系（２６）詳しくはＰＳＤ（７）の出
力側に接続されかつそれぞれＰＳＤ（７）の各端からの
電、流信号Ｉａ　＋　Ｉｂを増幅する前置増幅器（２７
Ａ）　、　（２７Ｂ）および増幅されたｗ！１流信号を
電圧信号すなわち被加工物（３Ａ）からのレーザ光（２
１Ａ）または（２２Ａ）の受光量に対応する電気信号ｖ
Ａ　、　ｖＢに変換する可変利得増幅器（２８Ａ）、（
２８Ｂ）から成る。（２９）はハーフミラ−（２３Ａ）
によって反射された教示用レーザ光（２２Ａ）から教示
用レーザ（２２）の出力を測定して電、気信号Ｑに変換
する出力測定器である。（３０）は切替手段（２３）、
受光系（２６）および出力測定器（２９）に電気的に接
続された信号処理手段であって、電圧信号ＶＡとｖＢを
切替えるマルチプレクサ（３０Ａ）、このマルチプレク
サ（３０Ａ）の出力をサンプルホールドするサンプルホ
ールド回路（３０Ｂ）、このサンプルホールドされた出
力をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器（３０
Ｃ）、このＡ／Ｄ変換器（３０Ｃ）の出力および出力測
定器（２９）からの電気信号Ｑに基づいてヘッド（２４
Ａ）から被加工物（３Ａ）までの距離を表わす距離信号
を発生し、電圧信号Ｖ　Ａ　ｒ　ＶＢが所定の値になる
ように可変利得増幅器（２８Ａ）　。

（２８Ｂ）の利得を制御する制御信号ＶＧを発生すると
共に被加工物（３Ａ）の表面状態を表わす表面状態信号
を発生する信号処理回路（３０Ｄ）、およびメカニカル
チョッパ（２３Ｂ）に同期して上述した諸回路（３０Ａ
）〜（３０Ｄ）にタイミングパルスを供給するタイミン
グ回路（３０Ｅ　）を含む。

上述したように構成されたレーザ加工機用自動ティーチ
ング装置において、まず被加工物（３Ａ）を加工中の場
合の動作を説明する。この場合、切替手段（２３）によ
って加工用レーザ（２１）からの加工用レーザ光（２１
Ａ）が選ばれる。シャッタ（２３Ｃ）、加工機本体（２
４）およびそのヘッド（２４Ａ）を通過した加工用レー
ザ光（２１Ａ）は、投光レンズ（５）によって絞られか
つ被加工物（３Ａ）の表面上の所定の加工点を照射して
被加工物（３Ａ）を加工する。このとき、加工点および
その近傍周辺にお゛いて加工用レーザ光（２１Ａ）の一
部が乱反射すると共に残りの加工用レーザ光（２１Ａ）
のエネルギーによって被加工物（３Ａ）が熱せられて光
を発する。これら光は受光系（２６）中の受光レンズ（
６）によってＰ　Ｓ　Ｄ（７１上に投射、結像される。

このＰ　Ｓ　Ｄ（７）の各端からの電流信号Ｉａ　、Ｉ
ｂは、それぞれ電流／電圧変換回路（８ａ　）＋　（８
ｂ　）中の前輩増幅器（２７Ａ）、（２７Ｂ）によって
増幅された後に、信号処理回路（３０Ｄ）からの制御信
号ＶＧで利得が制御されている可変利得増幅器（２８Ａ
）、（２８Ｂ）　Ｋよって電圧信号ＶＡ　＊　ＶＢに変
換される。この電圧信号ＶＡ　、　Ｖａは、信号処理手
段（３０）中のタイミング回路（ａｏｇ）の制御下でマ
ルチプレクサ（３０Ａ）に変互に取り入れられ、サンプ
ルホールド回路（３０Ｂ）でサンプルホールドされ、Ａ
／Ｄ変換器（３０Ｃ）でディジタル信号に変換された後
に、信号処理回路（３０Ｄ）で′＠算処理されて距離信
号となる。

次に教示中の場合の動作を説明する。この場合は、教示
用レーザ（２２）から発し、切替手段（２３）中のハー
フミラ−（２３Ａ）を透過しかつメカニカルチョッパ（
２３Ｂ）Ｋよってチョッピングされた教示用レーザ光（
２２Ａ）がシャッタ（２３Ｃ）で選ばれる。教示用レー
ザ光（２２Ａ）の一部は、ハーフミラ−（２３Ａ）で反
射された後に、出力測定器（２９）によって電気信号Ｑ
Ｋ変換されて信号処理回路（３０Ｄ）へ供給される。シ
ャッタ（２３Ｃ）で選ばれた教示用レーザ光（２２Ａ）
も加工機本体（２４）およびその唯一のヘッド（２４Ａ
）を通過し、投光レンズ（５）によって絞られた後に被
加工物（３Ａ）へ投射される。そしてヘッド（２４Ａ）
と被加工物（３Ａ）の相対的位置関係を保ちながら、矢
印で示した方向にヘッド（２４Ａ）を移動させると、被
加工物（３Ａ）の表面状態例えば被加工物（３Ａ）の表
面に貼布されたテープ（２５）を検出することができる
。詳しく云えば、テープ（２５）およびその近傍周辺に
おいて反射された教示用レーザ光（２２Ａ）は、加工中
の場合と同様に、受光系（２６）で受光されて電、流信
号Ｉａ　、　Ｉｂに変換され、電流／１！！圧変換回路
（８ａ　）＋　（８ｂ　）で電圧信号”Ａ　＋　ＶＢ　
Ｋ変換され、信号処理手段（３０）中のマルチプレクサ
（３０Ａ）、サンプルホールド回路（３０Ｂ）およびＡ
／Ｄ変換器（３０Ｃ）によって信号処理された後に、信
号処理回路（３０Ｄ）へ供給される。この信号処理回路
（３０Ｄ）は、受光系（２６）からの電流信号ＩＡ　、
ＩＢひいては可変利得増幅器（２８Ａ）、（２８Ｂ）か
らの電圧信号ＶＡ　＊　ＶＢに基づいて上述の距離信号
を発生し、上述した制御信号ＶＧを発生すると共にこの
制御信号ＶＧを電気信号Ｑで除算することによって表面
状態信号を発生する、つまりテープ（２５）を検出する
。なお、表面状態信号は、Ｑが一定ならばＶａに相当す
るが、Ｑが一定でないならばＶｏ／ＱＫ相当する。

〔発明の効果〕

上述したように、この発明は、加工用レーザ光を、加工
機本体に設けた唯一のヘッドから被加工物に照射してこ
の被加工物を加工する加工用レーザ光を、加工機本体に
設けた唯一のヘッドから前記被加工物に照射する教示用
レーザと、教示用レーザ光と教示用レーザ光を切替える
手段と、前記被加工物からのレーザ光を受光してその受
光量に対応する電流信号を発生する受光系と、前記受光
系からの前記電流信号を電圧信号に変換する可変利得増
幅器と、前記教示用レーザの出力を測定して電気信号に
変換する出力測定器と、前記可変利得増幅器からの前記
電圧信号に基づいて前記ヘッドから前記被加工物までの
距離を表わす距離信号を発生し、前記電圧信号が所定の
値になるように前記可変利得増幅器の利得を制御する制
御信号を発生すると共にこの制御信号を前記出力測定器
からの舵記電気信号で除算して前記被加工物の表面状態
を表わす表面状態信号を発生する信号処理回路とを設け
たので、被加工物の変位すなわち距離を測定できるのみ
ならず被加工物の表面状態も検出できるレーザ加工機用
自動ティーチング装置が容易に得られる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は従
来の距離測定装置の構成図である。 図において、（２１）は加工用レーザ、（２１Ａ）は加
工用レーザ光、（２２）は教示用レーザ、（２２Ａ）は
教示用レーザ光、（２３）は切替手段、（２３Ｃ）はシ
ャッタ、（２４）は加工機本体、　（２４Ａ）はヘッド
、（３Ａ）は被加工物、（２５）はテープ、（２６）は
受光系％（２８Ａ）と（２８Ｂ）は可変利得増幅器、（
２９）は出力測定器、（３０）は信号処理手段、（３０
Ｄ）は信号処理回路である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加工用レーザ光を、加工機本体に設けた唯一のヘッドか
   ら被加工物に照射してこの被加工物を加工する加工用レ
   ーザと、教示用レーザ光を前記ヘッドから前記被加工物
   に照射する教示用レーザと、これら加工用レーザ光と教
   示用レーザ光を切替える手段と、前記被加工物からのレ
   ーザ光を受光してその受光量に対応する電流信号を発生
   する受光系と、前記受光系からの前記電流信号を電圧信
   号に変換する可変利得増幅器と、前記教示用レーザの出
   力を測定して電気信号に変換する出力測定器と、前記可
   変利得増幅器からの前記電圧信号に基づいて前記ヘッド
   から前記被加工物までの距離を表わす距離信号を発生し
   、前記電圧信号が所定の値になるように前記可変利得増
   幅器の利得を制御する制御信号を発生すると共にこの制
   御信号を前記出力測定器からの前記電気信号で除算して
   前記被加工物の表面状態を表わす表面状態信号を発生す
   る信号処理回路とを備えたことを特徴とするレーザ加工
   機用自動ティーチング装置。