JPS6336990A - レ−ザ−加工機の加工ヘツド - 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】 イ、産梁上の利用分野 この発明はレーザー加工機の加工ヘッドの構造に関する
ものである。

口、従来技術 炭酸ガス（ＣＯ２）レーザーやＣＯレーザー加工機は高
エネルギーのレーザー光線を被加工物に照射して加工す
るが、その場合にエネルギー密度を高めるためにレンズ
によって集光する必要がある。

従来のレーザー加工機の加工ヘッドは第２図に示す構造
である。即ち加工機本体と一体になった円筒状で先端が
孔を有する円錐状になった加工ヘッド（１）の内部にレ
ンズ（６）をインジューム線（５）をバッキングとして
押え”！（”＋Ｌバネ（３）、ＩＪング状の留めネジ（
２）により固定しである。加工ヘッド（１）の下方には
アシストガス（不活性ガス等）の導入パイプ（７）がも
うけられている。レーザー光は図面の矢印の方向に加工
ヘッドの軸線に平行に照射され、レンズ（６）によって
加工ヘッド（１）の先端の孔より少し下方の位置のレン
ズ（６）の焦点に集光されて被加工物（８）の表面に照
射されるようになっている。

ハ０発明が解決しようとする問題点 従来のレーザー加工ヘッドでは加工機本体と加工ヘッド
部は一体に構成されており、且つレンズの焦点距離はそ
のレンズの固有値として考えられて加工ヘッドの構造が
決定されている。従ってレーザー加工機を用いて加工作
業を開始する時には先ず被加工物を所定の位置において
加工ヘッドからパルス状のレーザービームを照射して被
加工物の表面に発生するブルーフレームの強さを観察し
てレンズと被加工物との距離、すなわちレーザービーム
のレンズによる焦点位置が加工位置と一致するように加
工ヘッドの位置を決定して加工を開始している。

ところがレンズはレーザー光に対してその固有の吸収率
があってレーザー光を吸収する。この吸収されたレーザ
ー光のエネルギーは熱となり、その熱によって結局レン
ズの温度が上昇するが、温度上昇はレンズの屈折率の変
化をもたらし、ひいてはレンズの焦点距離を変化せしめ
る。従って長時間の加工を行うと集光レンズへのレーザ
ー光の照射によってレンズの温度が上昇して焦点位置の
移動が生じ、加工作業中に加工を停止してたびたび焦点
位置の調節を行わなければならず、加工機の稼働率の低
下をきたしたり、加工精度の低下を生ずる欠点があった
。

二０問題点を解決するための手段 この発明はレーザー加工機の加工ヘッドを本体と別にし
て本体に対してスライドするようにし、集光レンズの側
面に熱電対を接触させて加工ヘッドの側面の孔から熱電
対の導線を引き出して起電力計に連結してレンズの温度
上昇を測定し、該起電力計からのレンズの温度上昇を示
す信号によシ温度上昇値に対応する焦点距離の変化分だ
け加工ヘッドを上下位置調節駆動機構によって微動調節
して常に焦点位置が被加工物に対し一定の位置を維持す
るようにしたもので、従来の装置の欠点を解消したもの
である。

以下図面によシ本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明のレーザー加工機の加工ヘッドの構造を
示す断面図である。本発明においても加工ヘッドの内部
のレンズ保持構造等は従来のものと同じであシ、図面に
はその部品を同じ記号で図示しである。本発明において
は図面に示すように加工機本体（９）に対して加工ヘッ
ド（１）ハスライドするようにもうけられている。集光
レンズ（６）の側面には熱電対（１４）が取りつけられ
、加工ヘッド（１）の側面にもうけられた孔ａ５から導
線が引き出されて起電力計α］に連結されている。起電
力計０３からの信号は上下位置制御量検出部（６）に伝
えられ、該上下位置制御量検出部０２からの信号は上下
位置調節駆動機構に伝えられるようになっている。上下
位置調節機構は、加工ヘッド部（１）の上部に切られた
ラックα０にビニオンαυが噛み合い、該ピニオン０υ
を駆動モーターによって駆動して加工ヘッド部（１）を
上下に動かす構造になっている。この場合に温度の検出
は熱電対でなく、例えば抵抗温度計等の温度計を用いて
もよく、父上下位置調節機構の構造は図示のラックとビ
ニオン以外、例えばネジ機構等、の構造分適宜選択する
ことができる。この場合に上下位置調節機構は上下動の
分解能（ｌｉ７度）が１０μｍ以下の精度を有すること
が望ましい。

予めレンズの温度と焦点距離の関係を測定しその関係に
従って上下位置調節機構を駆動するようにしておけば、
ンーザー加工によってレンズの温度が変化すると、その
温度変化に対応する焦点距離の変化だけ加工ヘッド（１
）ト上下に微動させて常にレーザー光の焦点を所定の位
置に維持することができる。

例えば直径１．５ｉｎで焦点距離２．５　ｉｎ　（６３
，５Ｈ）のＺｎ５ｅ集光レンズの場合の温度と焦点距離
の変化は第３図に示す通りである。即ち温度２７３°Ｋ
（０°Ｃ）でのＺｎ５ｅの屈折率ｎ＝２．４０３００で
、温度変化による屈折率の変化はｄｎ／ｄＴ＝６４Ｘ１
０／　ＯＫであシ、従って焦点距離の変化ばｄＦＥＬ／
ｄＴ　”　　０．０８６ＭＭ７１００にで直線的に変化
する。予め温度に対して加工ヘッド部の位置をこの関係
を満足するよって移動すると常にレーザー光の焦点を一
定の位置に維持することができる。

へ０発明の効果 以上に詳しく説明したように本発明のレーザー加工機の
加工ヘッドは、レーザー光の集光レンズの温度を測定し
てレンズの温度による焦点距離の変化に対応して加工ヘ
ッドを上下微動させる構造となっているので、炭酸ガス
（００２）レーザー加工機、ＣＯンーザー加工機等に用
いると長時間にわたる加工作業によってレンズの温度が
変化しても常にレーザー光の焦点位置が被加工物に対し
て一定の位置に維持される。従って作業中に加工ヘッド
の位置を調節する必要がなく、加工機の稼働率を向上し
且つ加工精度を常に良好に保持できる効果を有する有効
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザー加工機の加工ヘッドを示す断
面図、第２図は従来の加工ヘッドの断面図、第３図はレ
ーザー光に対する集光レンズの温度による焦点距離の変
化を示すグラフである。 （１）・・・加工ヘッド、（２）・・・留めネジ、“（
３）・・・バネ、（４）・・・押え環、（５）・・・イ
ンジウム線、（６）・・・レンズ、（７）・・・導入パ
イプ、（８）・・・被加工物、（９）・・・加工機本体
、ａＩ・・・ラック、αυ・・・ビニオン、 （至）・・・上下位置制御量検出部、 α］・・・起電力計、　　　　α荀・・・熱電、灯、α
υ・・・孔、 代理人　弁理士　１）中　理　夫 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザー加工機の加工ヘッドにおいて、加工機本体
   にスライドする加工ヘッドをもうけレンズの温度上昇を
   検出する機構とその温度上昇を電気信号に変換する上下
   位置調節量検出部を有し、該上下位置検出部からの信号
   によつて上下位置調節駆動機構によつて加工ヘッドを上
   下に微動してレーザー光のレンズによる焦点位置を一定
   に保持することを特徴とするレーザー加工機の加工ヘッ
   ド ２、レンズに熱電対を接触して温度を起電力計によつて
   検出し、起電力計の信号によつて上下位置調節量検出部
   から信号を発せしめて上下位置調節駆動機構を駆動する
   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
   加工機の加工ヘッド