KR970006325B1

KR970006325B1 - 레이저 가공기에 있어서의 광로길이 고정장치

Info

Publication number: KR970006325B1
Application number: KR1019930701144A
Authority: KR
Inventors: 에쓰오 야마자끼; 요시노리 나까따
Original assignee: 화낙가부시끼가이샤; 이나바 세이우에몽
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1997-04-25
Also published as: WO1993005921A1; EP0559916A1; US5406048A; JP2789281B2; DE69217476T2; DE69217476D1; JPH05154681A; KR930702113A; EP0559916A4; EP0559916B1

Abstract

내용없음.

Description

[발명의 명칭]

레이저 가공기에 있어서의 광로길이 고정장치

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명이 광로길이 고정장치를 적용한 한 실시예의 레이저 가공기의 요부를 표시하는 블록도.

제2도는 광로길이 고정장치의 또 다른 구비예를 표시하는 블록도.

제3도는 레이저 가공기의 제어장치에 의한「광로길이 설정처리」의 개략을 나타내는 순서도.

제4도는 레이저 가공기의 제어장치에 의한「광로길이 고정처리」의 개략을 나타내는 순서도.

제5도는 레이저가공기의 제어장치에 의한「광로길이 재성정 처리」의 개략을 나타내는 순서도.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 레이저 가공기에 있어서의 레이저 발진기에서 가공헤드의 집광수단까지의 전파경로의 길이, 즉 광로길이를 임의로 설정하고, 또한 가공중에는 그 설정치를 계속 고정할 수 있도록 한 광로길이 고정장치에 관한 것이다.

[배경기술]

레이저 가공기에 있어서, 레이저 발진기의 출구에서 집광렌즈까지의 전파 거리는 가공성능에 큰 영향을 주는 요인이 된다. 그래서, 레이저 가공기를 공작물 이동형으로 하면 전파 경로는 고정할 수 있지만, 이동하는 공작물의 관성이 크기 때문에 고속 가공에는 부적당하다.

한편, 가공헤드 이동형의 레이저 가공기에 있어서는, 레이저 발진기의 집광수단간을 연락하는 광학적인 전파경로의 길이는 가공헤드의 이동위치에 따라서 여러가지로 변화한다. 이 때문에, 레이저의 발산 특성에 적합한 광로길이를 유지하기 위해서는 전파경로상의 어느 한 부위에서 레이저 광선의 광로길이를 신축하고, 레이저 발진기에서 집광수단에 이르는 전파경로를 항상 최적의 길이로 유지할 필요가 있다.

이를 위한 한 수단으로서 레이저 광선의 광로를 90도씩 굴절시켜서 입사광에 대해서 평행으로 출력하는 2매 1조의 반사경을 가공헤드에 있어서의 특정한 구동축 또는 각 구동축의 각각에 대해서 별개로 구비하고, 동활차(動滑車)의 원리 및 볼(ball) 나사의 피치(pitch)비 또는 톱니바퀴의 감속비 등을 응용하여 각조의 반사경을 각 축의 이동에 대응시켜서 광축 방향으로 1/2의 이동량으로 연동시킴으로서 레이저 발진기에서 집광수단에 이르는 전파길이를 항상 일정하게 유지하도록 한 레이저 가공장치가 일본국 특허공고 공보 제89-55076호로서 이미 제안되어 있다.

그러나, 이 일본국 특허공고 공보 89년 제55076호에 개시된 레이저 가공장치는, 가공헤드를 구동하는 각축의 구동수단과 각 축의 반사경이 동활차나 볼나사 또는 반가경의 구동수단을 각 축의 구동수단과 별개로 구비한 경우라도 반사경의 구동수단의 회전속도는 이 반사경을 구비한 특정의 구동축의 이동속도에 대해서 1/2의 속도에서 적응 제어될 뿐이였다.

따라서, 가공헤드를 여러가지 축 방향으로 이동하는 다축 제어형 레이저 가공기에 상기의 일본국 특허공고 공보 제89-55076호의 발명의 적용하면, 전파경로의 길이를 일정하게 유지하기 위하여 레이저 광선의 전파경로의 길이를 각 축마다 조정해야 하고, 각 축마다 2매 1조의 반사경을 여분으로 구비할 필요가 생기고, 레이저 광선의 감쇠 및 발산이 문제가 될 뿐만 아니라, 구성이 복잡화하고, 또, 이동하는 반사경을 가이드하는 부재의 고정도화도 요구되고 제조비용이 높아지는 문제가 생긴다.

또 일본국 특허공고 공보 제89-55076호에 개시된 레이저 가공장치에서는, 광로길이 조정수단이 되는 2매 1조의 반사경이 동활차나 볼나사 또는 톱니바퀴 등의 기계적인 연동기구를 통해서 직접적으로 가공헤드의 움직임에 연동하고 있기 때문에, 레이저 발진기에서 집광수단에 이르는 전파경로의 길이는 고정된 일정한 것이고, 공작물의 재질 및 두께 등의 가공조건에 대응하여 전파경로 자체의 길이를 조정할 수 없고, 경우에 따라서는 최적의 전파경로의 길이로 가공하는 자체가 불가능해진다.

[발명의 개시]

본 발명의 목적은, 구성이 간단하고 전파효율을 손상하지 않고, 더우기 공작물의 재질 및 두께 등의 가공조건에 대응하여 전파경로 자체의 길이를 조정할 수 있고, 또한 일단 설정된 전파경로의 길이를 그대로 유지하여 최적의 가공조건으로 가공을 할 수 있는, 특히, 다축 제어형의 레이저 가공기에 적합한 광로길이 고정장치를 제공하는데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가공헤드가 헤드 구동제어수단에 의하여 레이저 가공기 본체에 대해서 복수의 축방향으로 각각 구동 제어되고 또한 이 가공기의 본체에 구비된 레이저 발진기로부터의 레이저광은 상기 축방향과 평행인 전파경로를 지나서 집광수단에 도달하도록 한 다축 제어형의 레이저 가공기에 있어서, 레이저 발진기에서 집광수단까지의 광로길이를 상기 가공헤드의 움직임과는 독립하여 조정하는 광로길이 신축기구를 상기 전파 경로 도중에 삽입하고, 이 광로길이 신축기구에 대해서, 상기 가공헤드의 이동에 응답하여 상기 신축기구를 구동하여 가공헤드 이동에 의거하는 광로길이 변화분을 상쇄하는 광로길이 제어수단과, 외부 입력에 의하여 상기 신축기구를 구동하여 상기 광로길이를 목표치에 설정하기 위한 광로길이 설정수단과를 짜맞춤한다.

바람직하게는 상기 광로길이 설정수단은 상기 헤드 구동제어수단 및 광로길이 신축기구에 기존 위치 복귀명령을 출력하는 복귀 명령수단과, 레이저 발진기에서 기준위치에 있는 가공헤드의 집광수단까지의 기준광로 길이와 목표의 광로길이와의 차이인 보정치를 설정 및 기억하는 보정치 기억수단을 구비하고, 헤드 구동제어수단 및 광로길이 신축기구로부터의 기준위치 복귀 신호를 받아서 상기 보정치 기억수단에 기억한 보정치에 의거하여 광로길이 신축기구를 구동하여 상기 목표 광로길이를 설정한다.

바람직하게는, 상기 광로길이 설정수단은 가공헤드를 구동하는 각 축의 현재위치 및 광로길이 신축기구의 현재 위치에 의거하여 현재 광로길이를 구하고, 그 현재 광로길이와 차기 목표의 광로길이와의 차에 의거하여 상기 광로길이가 목표치가 되도록 상기 광로길이 신축기구를 구동한다.

바람직하게는, 가공 프로그램상에 설정된 보정치를 읽는 보정치 읽기수단과, 보정치 읽기수단으로 읽혀진 보정치와 상기 보정치 기억수단에 기억되어 있는 보정치와의 차를 구하고 보정 변화량을 산출하는 보정변화량 산출수단과, 보정치 읽기수단에서 읽혀진 보정치를 상기 보정치 기억수단에 갱신 기억하는 보정치 갱신수단을 설치하는 동시에, 상기 광로길이 설정수단은 보정 변화량 산출 수단에서 산출된 보정 변화량에 의거하여 광로길이 신축기구를 구동하여 광로길이를 변경한다.

바람직하게는, 상기 광로길이 제어수단은 가공헤드를 구동하는 각 축마다의 이동량의 총화를 산출하는 축이동량 산출수단을 구비하고 축 이동량 산출수단으로 산출된 각 축 이동량의 총 합계와 광로길이 신축기구에서 신축되는 광로길이 변화량의 합이 영이 되도록 광로길이 신축기구에 축차 이동명령을 출력하여 가공중 설정된 광로길이가 항상 일정하게 유지되도록 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 광로길이 신축기구는 레이저광의 광로를 90도씩 굴절시켜서 입사광에 대해서 평행으로 출력하는 2매 1조의 반사경과 이 반사경을 광축방향으로 이동시키는 구동수단으로 구성되는 동시에 가공헤드를 구동하는 각 축마다의 이동량의 총합계를 산출하는 축 이동량 산출수단을 구비하고, 이 축 이동량 산출수단으로 산출한 값의 2분지 1의 값을 상기 광로길이 제어수단에 입력함으로서 상기 광로길이 산축기구를 구동하고 가공헤드 이동에 의거하는 광로길이 변화분을 상쇄하여 가공중 설정된 광로길이가 항상 일정하게 유지되도록 한다.

상술과 같이, 본 발명에 의하면, 오퍼레이터는 가공헤드를 구동하는 각 축의 기준위치 및 광로길이 신축기구의 기준위치에 따라서 결정되는 전파경로의 기준길이와 설정 광로길이에 대한 보정치를 사전에 광로길이 고정장치의 보정치 기억수단에 설정 기억시킨 후에, 복귀 명령 수단을 조작하여 헤드 구동제어수단 및 광로 길이 신축기구에 기준위치 복귀명령을 출력한다. 그러면, 헤드 구동 제어수단 및 광로길이 신축 기구의 구동제어에 의하여, 광로길이 신축기구를 구성하는 2매 1조의 반사경 및 가공헤드가 기준위치로 이동하여 레이저 발진기와 집광수단과의 사이의 광로길이가 전파경로의 기준길이로 복귀하고, 기준 위치 복귀 신호가 출력된다. 기준 위치 복구신호를 검출한 광로길이 설정수단은 보정치 기억수단에 기억되어 있는 보정치의 값을 읽고 그 값이 양이면 광로길이를 증대하는 방향으로, 또, 그 값이 음이면 광로길이를 감소하는 방향으로 광로길이 신축기구의 구동수단을 구동하여 상기 2매 1조의 반사경을 광축방향으로 이동시키고, 레이저 발진기와 집광수단과의 사이의 광로길이가 설정광로 길이가 되도록 설정한다.

또, 광로길이의 설정에 있어서, 원하는 설정광로 길이의 값이 오퍼레이터에 의하여 직접 입력되면, 광로길이 설정수단이 가공헤드의 각 축 및 상기 2매 1조의 반사경의 현재위치를 검출하고 이들의 현재위치에 의하여 결정되는 전파경로의 현재길이와 입력된 설정 광로길이와의 차를 구해서 보정치를 산출한다. 광로길이 설정 수단은 보정치 산출수단에 의하여 산출된 보정치의 값을 읽고, 그 값이 양이면 광로길이를 증대하는 방향으로 또 그 값이 음이면 광로길이를 감소하는 방향으로 광로길이 신축기구의 구동수단을 구동하여 상기 2매 1조의 반사경을 광축방향으로 이동시키고, 레이저 발진기와 집광수단과의 사이에 입력된 설정 광로길이를 설정한다.

가공개시 후, 가공 프로그램상의 보정치가 보정치 읽기수단에 의하여 읽혀지면, 보정 변화량 산출수단이 가공 프로그램상의 보정치와 보정치 기억수단에 기억되어 있는 보정량과의 차를 구하여 보정 변화량을 산출하는 동시에 보정치 읽기수단에 의하여 가공프로그램으로부터 읽혀진 보정치가 보정치 갱신수단에 의하여 보정치 기억수단에 갱신 기억된다. 광로길이 설정수단은 보정 변화량 산출수단에서 산출된 보정 변화량의 값을 읽고, 그 값이 양이면 광로길이를 증대하는 방향으로, 또 그 값이 음이면 광로길이를 감소하는 방향으로 광로길이 신축기구의 구동수단을 구동하여 상기 2매의 1조의 반사경을 광축방향으로 이동시키고, 레이저 발진기와 집광수단과의 사이에 가공프로그램상의 보정치에 의거하는 새로운 설정 광로길이를 설정한다.

또, 가공개시 후에는 가공헤드를 구동하는 각 축 이동량의 총합계가 축 이동량 산출수단에 의하여 축차 산출된다. 광로길이 신축기구는, 각 축 이동량의 총 합계와 광로길이 신축기구에서 신축되는 광로길이 변화량과의 합이 영이 되도록 각 축 이동량의 총 합계가 양이면 광로길이를 감소하는 방향으로, 또, 각 축 이동량의 총 합계가 음이면 광로길이를 증대하는 방향으로 광로길이 신축기구를 축차 구동하고, 레이저 발진기와 집광수단과의 사이의 전파경로의 길이가 광로길이 설정수단에서 설정된 설정광로 길이가 되도록 상기 2매 1조의 반사경을 광축방향으로 구동제어한다.

본 발명의 레이저 가공기에 있어서의 광로길이 고정장치는, 가공 헤드를 각 축의 방향으로 구동하는 헤드구동 제어수단과 전파경로의 광로길이를 신축하는 광로길이 신축기구와를 독립하여 구동제어될 수 있도록 했기 때문에, 각 부의 기계구성에 의하여 전파경로의 길이가 한정되는 일이 없고, 공작물의 재질 및 두께 등의 가공조건에 대응하여 가공의 개시시 또는 가공 프로그램의 실행중에 기준이 되는 전파경로의 길이를 자유롭게 설정 및 설정 변경할 수 있다. 또, 가공헤드를 구동하는 각 축마다의 이동량의 총 합계를 산출함으로서 가공헤드의 이동에 수반하는 레이저 광선의 전파경로의 길이변화를 일괄하여 구하는 동시에, 전파 경로상에 각각 설치된 오직 하나의 광로길이 신축기구를 구동하여 전파경로의 전 길이를 일정한 값으로 유지하도록 하였으므로, 종래의 레이저 가공기와 같이 각 축마다에 다수의 반사경 및 그 구동수단을 구비하여 전파 경로의 길이를 조정할 필요가 없어지고, 다수의 축으로 구동되는 가공헤드를 구비한 레이저 가공기에 대해서도 구성을 복잡화 하는 일이 없이 레이저 광선의 감쇠 및 발산 등의 에너지 손실을 방지할 수 있고, 더우기 일단 설정 또는 설정변경된 광로의 길이를 일정하게 유지한 상태로 항상 안정된 가공을 계속할 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 레이저 가공기 및 광로길이 고정장치의 요부를 표시하는 제1도의 블록도에서, 부호 1은 레이저 가공기의 기계적인 구성부를 표시하고, 또, 부호 2는 광로길이 고정장치에 있어서의 제어장치의 개략을 나타낸다.

이 레이저 가공기는 레이저 가공기 본체에 고정 설치된 공작물을 올려놓기용의 테이블(3)과, 이 테이블(3)의 축방향(이하, X축이라 함)을 따라서 슬라이딩 운동이 자유롭게 구비된 이동팔(arm)(4) 및 이동팔(4)의 축방향(이하, Y축이라 함)을 따라서 슬라이딩이 자유롭게 장착되고, 또, 테이블(3)의 면에 대해서 원근하는 방향(이하, Z축이라 함)으로 이동이 자유로운 가공헤드(5)로 이룬다. 가공헤드(5)에는 집광부가 설치되고, 이동팔(4)과 가공헤드(5)의 각각은 각 축의 서보 모터 SVX와 SVY 및 SVZ의 각각에 의하여 각 축방향으로 이동된다. 또한, 이 실시예에서는 제1도에 있어서의 테이블(3)의 우상단부에 가공헤드(5)가 있고 집광부가 가공헤드(5)에 축퇴(縮退)한 상태를 각 축 및 가공헤드(5)의 기준위치로 규정하고, 가공헤드(5)가 기준위치에서 테이블(3)의 축방향을 따라서 도면중 아래로 향하는 이동을 X축의 정방향, 또 기준위치에서 이동팔(4)을 따라서 도면중 좌로 향하는 이동을 Y축의 정방향, 다시 가공헤드(5)의 집광부가 테이블(3)의 면에 접근하는 이동을 Z축의 정방향으로 규정하고 있다.

레이저 발진기(6)는 가공기 본체에 일체적으로 장착되어 있고, 레이저 발진기(6)에서 출력된 레이저 광선(7)은 가공기 본체측에 구비된 반사경(a1) 내지 (a4)를 통해서 전파된 후, 반사경(a4)에서 X축과 평행으로 출력된다. 반사경(a2) 및 (a3)의 각각은 입사한 레이저 광선(7)의 광로를 90도씩 굴절시킴으로써 입사광과 평행으로 출력하여 반사경(a1 및 a4) 사이의 전파경로의 길이를 변화시키는 광로길이 신축기구이고, 서보모터 SVu에 의하여 각 축의 서보모터 SVX, SVY, SVZ와 독립하여 Y축 방향으로 구동된다. 또한 광로길이 신축기구 및 광로길이 설정수단의 일부를 구성하는 반사경(a2,a3)의 이동방향에 관해서는, 도면중 좌에서 우로 향하는 방향, 즉 전파경로의 길이를 단축하는 방향으로의 이동을 정방향에의 이동으로서 규정하고 있고, 그 중립위치, 즉 반사경(a2 및 a3)이 좌우로 움직일 수 있는 위치에 광로길이 신축기구의 기준 위치가 결정되어 있다. 서보모터의 회전 출력을 직선운동으로 변환하기 위한 수단에 대해서는, 운동용 나사에 의한 것과 랙(raok) 및 피니언(pinion)에 의한 것 등, 각종의 것이 공지이므로 특별히 설명하지 않는다.

또, 레이저 가공기를 제어하는 제어장치(2)는, 제어수단으로서의 마이크로 프로세서(이하, MPU라 함)(9)와, 이 MPU(9)의 제어프로그램 등을 저장한 ROM(10) 및 가공프로그램이 되는 NC 데이터의 저장 및 연산결과의 일시기억 등에 사용되는 불휘발성의 RAM(11) 및 각 축의 서보 모터 SVX와 SVZ의 각각을 구동제어하는 축 제어기로서의 서보 및 앰프(서보 회로 및 서보 앰프) SAX, SAY, SAZ를 가지며, 다시, 반사경(a2 및 a3)의 구동수단이 되는 서보 모터 SVu를 구동제어하기 위하여 U축의 서보 및 앰프 SAU를 구비한다. 보정치 기억수단은 RAM(11)의 설정 메모리부에 의하여 구성되어 있다. 또 MPU(9)는, 헤드 구동 제어 수단, 광로길이 신축기구, 광로길이 설정수단, 광로길이 제어수단, 복귀명령수단, 보정치 산출수단, 보정치 읽기수단, 보정변화량 산출 수단, 보정치 갱신수단, 축 이동량 산출 수단의 일부를 구성하고 있다. 발진기(6)에서 X축 방향으로 나온 레이저 광선(7)은, 반사경(a1)에서 반사하여 Y축 방향으로 굴절하고, 다시 반사경(a2 및 a3)에서 반사하여 다시 Y축 방향을 반사경(a4)로 향하고, 이 반사경(a4)에서 X축 방향으로 굴절하여 반사경(a5)으로 향한다. 반사경(a5)에서 Y축 방향으로 굴절한 레이저 광선(7)은, 테이블(3)의 X, Y 평면에 대해서 2/4의 각도를 이루고 가공헤드(5)의 상단에 고정 설치된 반사경(A6)에 의하여 Z축과 평행으로 굴절하여 가동헤드(5)에 설치된 집광부의 광학렌즈(8)로 집광되어 테이블(3) 상의 가공대상을 가공한다.

상기 반사경(a5)은, 제1도에(다시 제2도에) 표시하는 바와 같이, 가공헤드(5)의 X축 방향의 이동에 수반하여 X축 방향으로 이동한다. 따라서, 가공헤드가 X, Y축 방향으로 이동하면, 반사경(a4) 및 (a5) 사이의 거리 및 반사경(a5) 및 (a6) 사이의 거리가 변화한다. 또한, 가공헤드(5)의 Z축 방향의 이동에 따라서 반사경(a6) 및 광학렌즈(8)사이의 전파경로의 길이가 변화하게 된다. 즉, 가공헤드의 이동은 반드시 전파경로의 길이의 변동에 수반된다.

예를 들면, 제1도에 실선으로 표시하는 기준 위치에서 가공헤드(5)가 X, Y 각 축의 정방향으로 Xs, Ys만큼 이동하고, 또, 가공헤드(5)가 Z축의 방향으로 Zs만큼 하강했다고 하면 반사경(a4-a5) 사이의 전파경로의 길이와 반사경(a5-a6) 사이의 전파경로의 길이는 각각 Xs 및 Ys만큼 증대하고, 또, 반사경(a6)-광학렌즈(8) 사이의 전파경로의 길이는 Zs만큼 증대한다. 따라서, 전파경로의 길이는 전체로 Xs+Ys+Zs만큼 증대하게 되고, 그래서 이 증대분을 상쇄하여 전파 경로의 길이를 일정한 값으로 유지하기 위해서는, 광로길이 신축기구를 구성하는 반사경(a2) 및 (a3)의 각각을 정방향으로(Xs+Ys+Zs)/2만큼 이동시켜야 한다. 이 경우에, 각 축의 이동량 Xs+Ys+Zs의 값과, 광로길이 신축기구를 구성하는 반사경(a2) 및 (a3)의 이동량 △L과의 사이에는

△L=(Xs+Ys+Zs)/2………………………………………(1)

의 관계가 성립한다. 또한 이곳에서 말하는 이동량 Xs+Ys+Zs는 그의 부호를 포함한 값이다.

단, 제2도에 표시하는 구성예의 경우에 있어서는 가공헤드(5)에 있어서의 X축 방향에의 이동 Xs에 의하여 반사경(a4)-(a5) 사이의 전파경로의 길이가 단축되므로, Xs의 부호를 반전하고 (1)식을

△L=(-Xs+Ys+Zs)/2………………………………………(1)'

로 고칠 필요가 있다. 즉, X, Y, Z 각 축의 정방향의 이동이 각 축방향의 전파경로의 길이를 증대시키는 방향과 일치하는 경우에는 이동량 Xs, Ys, Zs의 값과 (1)식을 사용하여 반사경(a2) 및 (a3)의 이동량 L을 산출하고, 또 각 축의 정방향의 이동이 전파경로의 길이를 단축시키는 방향과 일치하는 경우에는 이에 대응하는 이동량 Xs, Ys, Zs의 부호를 반전시킨 값과 (1)식을 사용하여 반사경(a2) 및 (a3)의 이동량 △L을 산출하게 되지만, 어느 경우에 있어서도 식의 형식은 장치의 구성에 따라 일의적으로 결정되므로 이하, 제1도의 구성예 즉, 상기 (1)식이 성립하는 경우를 예를 들어 설명한다.

X, Y, Z 및 U의 각축이 기준위치에 위치할 때에 레이저 발진기(6)에서 광학렌즈(8)에 이르는 레이저 광선(7)의 전파경로의 길이는 기준길이 L이다. 그리고 보정치 기억수단을 구성하는 RAM(11)의 설정 메모리부에는 공작물의 재질 및 두께 등의 가공조건에 따라서 각양각색의 광로길이를 설정하기 위한 보정치 △S가 오퍼레이터의 입력조작에 따라 사전에 다수 기억되어 있는 것으로 한다. 이 보정치 △S는 전파경로의 기준길이 L과 소망하는 설정 광로길이 L'와의 차로서 설정된 값(△S=L'-L)이다.

레이저 발진기(6)에서 광학렌즈(8)에 이르는 레이저 광선(7)의 전파 경로의 길이를 가공조건에 대응하여 변경하는 경우에 오퍼레이터는, 우선 공작물의 재질 및 두께 등의 가공조건에 따라서, 제어장치(2)의 키보드(도시않음)를 통해서 MPU(9)에 의하여 RAM(11)의 설정 메모리부에서 소망하는 보정치 △S를 선택하고, 또는 소망하는 보정치 △S의 값을 키보드 입력하고, 버퍼에 기억시킨 후, 복귀명령수단으로서의 MPU(9)에 의하여 각 축의 서보 및 앰프 SAX, SAY, SAZ, SAUDP 기준위치 복귀명령을 출력하고, 광로길이 설정 수단으로서 MPU(9)에 제3도의 순서도에 표시와 같은「광로길이 설정 처리」를 개시시킨다. 그러면, 기준위치 복귀명령을 받은 각 축의 서보 및 앰프 SAX, SAY, SAZ, SAU는 각 축의 서보 모터 SVx, SVy, SVz, SVu를 구동 제어하여 가공헤드(5) 및 광로길이 신축기구로서의 반사경(a2,a3)을 기준위치로 복귀시키고, 레이저 발진기(6)에서 광학렌즈(8)에 이르는 레이저 광선(7)의 전파경로의 길이를 기준길이 L로 초기화하고, 한편「광로길이 설정처리」에 있어서의 스텝(T1)의 판별처리로 가공헤드(5) 및 반사경(a2,a3)의 기준위치 복귀를 검출한 MPU(9)는, 실질적인「광로길이 설정처리」를 개시하게 된다.

그래서, 광로길이 설정수단으로서의 MPU(9)는 우선, 선택된 보정치 △S 또는 키보드 입력된 보정치 △S를 RAM(11)의 설정 메모리부 또는 버퍼에서 읽고 보정치 기억수단으로서의 레지스터 R에 일시기억하고(스텝 T2), 광로길이 신축기구로서의 반사경(a2,a3)을 구동하는 서보 모터 SVu의 서보 및 앰프 SAu에 출력해야 할 이동명령의 치를

△L=-△S/2………………………………………………(2)

의 식에 의거하여 산출하는 동시에(스텝 T3), 이 값 △L을 서보 및 앰프 SAu에 이동명령으로서 출력하고 서보 모터 SVu를 구동하여 반사경(a2) 및 (a3)을 이동하므로서(스텝 T4) 기준길이 L에 보정치 △S를 가한 값, 즉 소망하는 설정 광로길이 L'(=L+△S)를 레이저 발진기(6)과 광학렌즈(8)와의 사이에 설정한다.

또한, 본 실시예에서는 보정량으로서 광로길이에 대한 보정치 △S를 설정하도록 했지만, 상술한 △L, 즉, 반사경(a2,a3)을 구동하는 서보 모터 SVa의 이동량을 보정량으로서 설정하도록 하며, 스텝 T3의 처리는 불필요하다.

이상의 설명과 같이, 본 실시예의 광로길이 고정장치에 의하면, 광로길이 신축기구로서의 MPU(9)에 이하여 가공헤드(5)를 구동하는 헤드 구동제어 수단으로서의 각 축의 서보 및 앰프 SAx, SAy, SAz에 독립하여 광로길이 설정수단으로서의 반사경(a2,a3)을 구동하는 서보 및 앰프 SAu만을 개별로 구동 제어할 수 있기 때문에 하드웨어상의 구성에 의하여 전파경로의 길이가 한정되는 일은 없고, 공작물의 재질 및 두께 등의 가공조건에 대응하여 전파경로의 길이 L'를 자유롭게 설정할 수 있다.

또한, 레지스터 R은 새로 선택 또는 설정된 보정치 △S를 기억하기 위한 보정치 기억수단이고, 이후의 처리로 이 레지스터 R의 값이 갱신설정된 경우라도 보정치 기억수단을 구성하는 RAM(11)의 설정 메모리부에 기억된 보정치 △S의 값은 그대로의 상태로 유지된다.

또, 상술과 같이 전파경로의 기준길이 L과 소망하는 설정 광로길이 L'와의 차인 보정치 △S를 부여하여 설정 광로길이 L'를 설정하는 대신에, 설정광로 L'의 값을 직접 키보드에서 입력하고 가공헤드(5)를 구동하는 X, Y, Z 각 축의 현재위치 및 반사경(a2,a3)을 구동하는 U축의 현재위치를 각 축마다의 현재위치 기억 레지스터 등에서 검출하여 레이저 발진기(6)에서 광학 렌즈(8)에 이른 전파경로의 현재길이 L의 값을 MPU(9)에서 구비하고, 보정치 산출수단으로서의 MPU(9)에서

△S=L'-L ………………………………………………(3)

의 식에 의거하여 보정치 △S를 산출한 후, 상과 동일하게 서보 모터 SVu의 서보 및 앰프 SAu에 출력할 이동 명령의 값을 상기 (2)식에 의거하여 산출하고, 산출한 값 △L(=-△S/2)를 서보 및 앰프 SAu로 이동명령으로서 출력하므로서, 레이저 발진기(6)와 광학렌즈(8)와의 사이에 설정 광로길이 L'를 설정하도록 하는 것도 가능하다.

이와 같이 하여 가공 조건에 대응하여 레이저 발진기(6)와 광학렌즈(8)와의 사이에 설정된 설정광로길이 L'의 값은 광로길이 설정시의 가공조건을 유지하여 가공을 하는 동안, 광로길이 제어수단에 의하여 그대로의 상태로 유지할 필요가 있다.

제4도는 레이저 가공기에 의한 레이저 가공이 실시되는 동안에 MPU(9)가 실시하는「광로길이 고정처리」의 개략을 나타내는 순서도이다.

MPU(9)는 우선, RAM(11)의 가공 프로그램에서 1블록의 NC 데이터를 읽고(스텝 S1), 이 데이타가 가공프로그램의 종료를 표시하는 것인가 또는 가공 이동명령인가를 판별한다(스텝 S2).

가공이동 명령이면, 헤드 구동제어수단으로서의 MPU(9)는 이 이동명령의 값에 의거하여 보간 연산을 실시하고, 단위시간당의 각 축 이동량의 값, 즉, 이 처리주기에서 출력해야할 각 축 당의 분배 펄스수를 산출하여(스텝 S3), 각 축의 서보 및 앰프 SAx, SAy, SAz의 각각으로 출력하고, 각 축의 서보 모터 SVx, SVy, SVz를 구동하여 가공헤드(5) 및 집광부를 이동시키는 동시에(스텝 S4), 현재의 레지스터의 값에 스텝 S4에서 출력한 각 축의 분배펄스에 대응하는 이동량을 가산하여 기억한다(스텝 S5).

이어서, 축 이동량 산출수단으로서의 MPU(9)는 전회의 처리주기에서 금회의 처리주기에 걸쳐서의 거울이 동축, 즉 레이저 광선의 광로길이의 증감에 관여하는 각 축의 실질적인 이동량 △Xs, △Ys, △Zs의 값을 각 축의 현재치 레지스터의 값에 의거하여 각 축마다 산출하고(스텝 S6) 광로길이 제어수단으로서의 MPU(9)는 이 이동에 의하여 생긴 가공헤드(5) 및 집광부의 위치 변화에 수반하는 전파 경로의 길이변화를 보상하기 위한 반사경(a2) 및 (a3)의 이동량을 상기 (1)식에 의거하여 산출하는 동시에(스텝 S7), 이 값 △L을 서보 및 앰프 SAu에 이동명령으로서 출력하고, 서보 모터 SVu를 구동하여 반사경(a2) 및 (a3)을 이동하므로서(스텝 S8), 전파경로의 길이를 사전에 설정된 설정 광로길이의 값 L'에 유지한다.

이어서, MPU(9)는, 각 축에의 분배 처리가 종료되어 있는가의 여부를 판별하지만(스텝 S9), 분배가 종료되어 있지 않으면, 이하, 상기와 동일하게 하여 스텝 S3 내지 스텝 S9의 처리를 반복 실행하고, 각 축에의 펄스분배를 실행하여 가공헤드(5) 및 집광부를 이동시키는 동시에 전회의 처리주기에서 금회의 처리주기에 걸쳐서의 가공 헤드(5) 및 집광부의 위치변화에 수반하는 전파경로의 길이변화를 보상하기 위한 반사경(a2) 및 (a3)의 이동량 △L을 산출하여 서보 모터 SVu를 구동하고, 반사경(a2) 및 (a3)을 이동하면서 전파 경로의 길이를 사전에 설정된 설정광로 길이의 값 L'로 유지하여 레이저 가공을 실행한다.

그리고, 스텝 S9의 판별 결과가 참이 되어 분배처리의 종료가 확인되면, MPU(9)는 스텝 S1으로 복귀하여 RAM(11)의 가공 프로그램에서 다음의 1블록을 읽고, 이 블록이 가공 이동 명령이면, 상기와 동일한 처리를 반복하여 실행하는 한편, 가공 프로그램의 종료를 표시하는 블록이 읽혀지면(스텝 S2), 금회의 가공 프로그램에서 주어진 모든 가공동작을 종료하게 된다. 또한 스텝 S6 및 스텝 S7의 처리에서 이동량의 산출에 관여하는 것은 레이저 광선의 광로의 증감에 관여하는 각 축 뿐이고, 예를 들면 가공헤드(5)를 X축 및 Z축 방향으로 이동시키는 한편, 테이블(3)을 X축 방향으로 이동시켜서 가공을 실시하는 구성으로 한 경우에는, 레이저 광선의 광로의 증감에 관계가 없는 Y축의 이동은 계산에 포함시키지 않는다.

또, 적당한 가공을 실시하기 위한 레이저 광선의 전파경로의 길이는 설정 광로길이의 값 L'를 기준으로 하여 그 전후에 일정한 범위에서 보상되어 있으므로, 가공헤드(5) 및 집광부의 이동에 의하여 전파경로의 길이 L'에 미소한 변화가 생겼다해도 가공에 실질적인 지장을 초래하지 않는다. 따라서, 이 실시예와 같이 짧은 주기에서 반사경(a2) 및 (a3)의 위치를 작은 조각으로 수정하는 대신에 NC 프로그램에 있어서의 1블록의 가공 이동마다 반사경(a2) 및 (a3)의 위치를 조정하도록 해도 좋다.

또한, 실제의 가공 프로그램에 있어서는 레이저 가공전원의 ON/OFF 및 가공헤드(5)의 스피드 피드(speed feed)(早送) 조작 등이 포함되는 것이 보통이지만 제4도에 표시하는 순서도에 있어서는 설명의 간략화를 위하여, 가공 프로그램에 있어서의 모든 블록이 가공 이동 명령으로 구성되어 있는 것으로서 취급했다. 가공전원의 ON/OFF 및 가공헤드(5)의스피드 피드 등에 관한 처리는 종래의 것과 동등하다. 가공헤드(5)의 스피드 피드 조작의 경우에도 가공헤드(%) 및 집광부의 위치변화에 따라서 전파경로의 길이가 변화함에는 변함이 없으므로, 가공중이거나 아니거나에 관계없이 상술과 동일한 처리를 적용하여 다음의 가공을 위하여 반사경(a2) 및 (a3)의 위치를 상시보정하도록 하거나, 또는 가공헤드(5)의 스피드 피드 조작을 하는 때에 상술과 같은 처리를 실시하게 하지 않는 경우에는 가공헤드(5)의 기준위치에서 현재위치까지의 이동량 Xs, Ys, Zs의 총합계에 의거하여 반사경(a2) 및 (a3)의 이동량 △L을 산출하고, 이 값을 절대 지정으로 출력하므로서(스텝 S6 내지 스텝 S8의 처리에 대응), 반사경(a2) 및 (a3)의 위치를 조정하도록 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 광로길이 고정장치에 의하면, 가공헤드(5)를 구동하는 각 축의 이동량의 총합계와 광로길이 신축기구를 구성하는 반사경(a2) 및 (a3)으로 신축되는 광로길이 변화량과의 합이 항상 영이 되도록 구동제어되기 때문에 레이저 발진기(6)에서 광학렌즈(8)에 이르는 전파 경로의 길이는, 상술한「광로길이 설정처리」로 사전에 설정된 설정광로길이의 값 L'에 정상적으로 유지된다.

그러나, 실제의 레이저 가공에서는 가공개시전에 설정한 가공조건에 의거하여 최후까지 동일한 조건으로 가공을 반복한다고 하는 보증은 없고, 예를들면 공작물 형상에 따라서는 가공도중에 공작물의 두께가 변화한다거나 또 경우에 따라서는 재질이 상이한 다른 공작물을 도중에서 가공하고자 하는 경우도 있고, 이와 같은 경우에 가공에 최적한 설정 광로길이의 값 L' 자체가 변화하므로, 상술한「광로길이 설정처리」및「광로길이 고정처리」만으로는 적절한 가공이 계속할 수 없는 가능성도 있다. 그래서, 본 실시예의 광로길이 고정장치에서는 다시 가공프로그램에 의하여 새로운 보정치 △S'의 값을 부여하고, 이 값에 의거하여「광로길이 재설정 처리」를 실행하므로서 설정광로길이의 값 L'를 재설정하도록 하고 있다.

제5도는 상술한「광로길이 고정처리」와 병행하고, 소위 백그라운드 처리로서 MPU(9)가 소정 주기마다 반복실행하는「광로길이 고정처리」의 개략을 표시하는 순서도이다.

「광로길이 재설정처리」를 개시한 MPU(9)는 우선, 광로길이 재설정을 위한 코맨드가 되는 광로길이 변경명령이 읽혀졌는가의 여부를 판별하지만(스텝 U1), 광로길이 변경명령이 읽혀지지 않으면, 이하, 소정 주기마다의「광로길이 고정처리」로 스텝 U1의 판별처리만을 반복 실행하고, 광로길이 변경 명령이 읽혀질 때까지 대기하게 된다.

그리고, 상술한「광로길이 고정처리」를 처음으로 하는 각종의 임무처리에 의하여 가공 프로그램을 실행하는 사이에 광로길이 변경 명령이 읽혀지면, 보정치 읽기수단 및 보정변화량 산출수단으로서의 MPU(9)는 스텝 U1의 판별처리로 이것을 검출하고, 광로길이 변경명령의 오퍼랜드로서 설정된 보정치 △S'의 값을 가공 프로그램에서 읽고(스텝 U2), 현시점에서 설정되어 있는 보정치 △S, 즉, 보정치 기억수단으로서의 레지스터 R에 기억되어 있는 보정치 △S와 새로 읽혀진 보정치 △S'와의 차인 보정 변화량 △S를

△S=△S'-R………………………………………………(4)

의 식에 의거하여 산출한다(스텝 U3).

이어서 광로길이 설정수단으로서의 MPU(9)는, 광로길이 신축기구로서의 반사경(a2,a3)을 구동하는 서보모터 SVu의 서보 및 앰프 SAu에 출력할 이동명령의 값 △L'를

L'=-△S/2…………………………………………………(5)

의 식에 의거하여 산출하는 동시에(스텝 U4), 이 값 △L'를 서보 및 앰프 SAu로 이동 명령으로서 출력하고, 서보 모터 SVu를 구동하여 반사경(a2) 및 (a3)를 이동하므로서, 지금까지 설정되어 있던 광로길이 L'에 보정 변화량 △S를 가한 값, 즉, 가공 프로그램에서 주어진 최적의 보정치 △S'를 기준 길이 L에 더한 값인 설정 광로길이 L'를 레이저 발진기(6)와 광학렌즈(8)와의 사이에 재설정하고(스텝 U5), 다시 보정치 갱신수단으로서의MPU(9)는 보정치 기억수단으로서의 레지스터 R에 금회 읽혀진 보정치 △S'의 값을 갱신 기억시키고(스텝 U6), 이 처리주기의 「광로길이 재설정처리」를 종료한다.

그리고 상술한 「광로길이 고정처리」에 있어서의 임무에서는 이하, 금회의 「광로길이 재설정처리」에서 설정된 설정광로길이 L'를 기준으로 하여 상술과 동일한 처리가 반복 실행되고, 광로길이 제어수단으로서의 MPU(9)가 반사경(a2) 및 (a3)의 위치를 축차 이동하여 전파경로의 길이를 설정광로길이의 값 L'로 유지하여 레이저 가공이 실행되게 한다.

가공 프로그램을 실행하는 동안에 광로길이 변경명령이나, 보정치 △S'값이 재차 읽혀지면, 광로길이 설정수단으로서의 MPU(9)는 상기와 동일하게 하여 스텝 U1 스텝 U6까지의「광로길이 재설정처리」를 반복하여 실행하게 되지만, 그 시점에서 설정되어 이는 보정치 △S, 즉, 보정치 기억수단으로서의 레지스터 R에 기억되어 있는 보정치 △S와 새로 읽혀진 보정치 △S'와의 차인 보정변화량 △S의 값을 구하여 반사경(a2,a3)을 현재위치에서 증가량으로 이동시키도록 하고 있으므로, 광로길이를 최초에 설정하는 경우와 같이 각축을 기준위치로 복귀시킨 뒤에 U축을 구동할 필요는 없고, 가공도중이라고 광로길이의 재설정을 원활하게 실행할 수 있다.

이상에 설명과 같이 본 실시예의 광로길이 고정장치에 의하면, 가공 프로그램중에서 새로운 보정치 △S'를 부여하여 광로길이 설정수단을 재구동하므로서 가공조건에 적합한 광로길이 L'를 간단하게 재설정할 수 있기 때문에 일단 광로길이를 설정한 후에 공작물 형상에 의한 공작물의 두께변화가 생기는 경우가 있어도 항상 최적의 광로길이를 유지하여 레이저 가공을 실시할 수 있다. 이 실시예에서는「광로길이 재설정처리」와 「광로길이 재설정처리」를 별다른 임무의 처리로서 설명했지만, 「광로길이 재설정처리」에 있어서의 스텝 S2의 판별처리에서 광로길이 변경 명령의 읽힘의 유무를 검출하여「광로길이 재설정처리」에 있어서의 스텝 U2이하의 처리를 실시하게 해도 좋다.

Claims

가공헤드가 헤드구동제어수단에 의하여 레이저 가공기 본체에 대해서 복수의 축방향으로 각각 구동제어되고 또한 이 가공기의 본체에 구비된 레이저 발진기로부터의 레이저 광이 상기 축방향과 평행인 전파경로를 통과하여 집광수단에 도달하도록 한 다축 제어형의 레이저 가공기용의 광로길이 고정장치에 있어서, 상기 전파경로 중간에 삽입되어, 상기 가공헤드의 운동과는 독립적으로, 레이저 발진기에서 집광수단까지의 광로길이를 조절하는 광로길이 신축기구, 및 외부입력에 의해 상기 광로길이 신축기구를 구동하여 상기 광로길이를 목표치에 설정하는 광로길이 설정수단이 결합되며, 상기 가공헤드의 이동에 응답하여, 상기 광로길이 신축기구에 대하여 상기 광로길이 신축기구를 구동하여, 그 가공헤드의 이동에 기인하는 광로길이 변화분을 상쇄시키는 광로길이 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기용의 광로길이 고정장치.
제1항에 있어서, 상기 광로길이 설정수단은 상기 헤드 구동제어수단 및 광로길이 신축기구에 기준위치 복귀명령을 출력하는 복귀명령수단과, 레이저 발진기에서 기준위치에 있는 가공헤드의 집광수단까지의 기준광로 길이와 목표의 광로길이의 차이와 동일한 보정치를 설정 및 기억하는 보정치 기억수단을 구비하고, 상기 헤드 구동 제어수단 및 광로길이 신축기구로부터의 기준위치 복귀 신호를 수신하면, 상기 보정치 기억수단에 기억된 보정치에 의거하여 광로길이 신축기구를 구동하여 상기 목표 광로길이에 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기용의 광로길이 고정장치.
제1항에 있어서, 상기 광로길이 설정수단은 가공헤드를 구동하는 각 축들의 현재위치 및 광로길이 신축기구의 현재위치에 의거하여 현재 광로길이를 구하고, 그 현재 광로길이와 차기목표의 광로길이와의 차이에 의거하여 상기 광로길이가 목표치가 되도록 상기 광로길이 신축기구를 구동하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기요의 광로길이 고정장치.
제2항에 있어서, 가공 프로그램상에 설정된 보정치를 읽는 보정치 읽기수단과, 그 보정치 읽기수단으로부터 읽혀진 보정치와 상기 보정치 기억수단에 기억되어 있는 보정치와의 차이를 구하는 보정 변화량 산출수단, 및 상기 보정치 읽기 수단에 의해 읽혀진 보정치를 갱신하여 상기 보정치 기억수단에 그 갱신된 값을 저장하는 보정치 갱신 수단을 구비하고, 상기 광로길이 설정수단은 상기 보정 변화량 산출수단에 의해 산출된 보정 변화량에 따라 상기 광로길이 신축기구를 구동하여, 광로길이를 변경하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기용의 광로길이 고정장치.
제1항 내지 제4항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광로길이 제어수단은 가공헤드를 구동하는 각 축들마다의 이동량의 총화를 산출하는 축 이동량 산출수단을 구비하고, 상기 축 이동량 산출 수단에 의해 산출된 각 축 이동량의 총 합계와 광로길이 신축기구에서 신축되는 광로길이 변화량의 합이 영이 되도록 광로길이 신축기구에 축차 이동명령을 출력하여, 가공중 설정된 광로길이가 항상 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기에 있어서의 광로길이 고정장치.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광로길이 신축기구는 레이저 광의 광로를 90도씩 굴절시켜서 입사광에 대해서 평행으로 출력하는 2매 1조의 반사경과 이 반사경을 광축 방향으로 이동시키는 구동수단으로 구성되는 동시에 가공헤드를 구동하는 각 축마다의 이동량의 총 합계를 산출하는 축 이동량 산출수단을 구비하고, 이 축 이동량 산출수단으로 산출한 값의 2분의 1값을 상기 광로길이 제어수단에 입력함으로서 상기 광로길이 신축기구를 구동하고, 가공헤드 이동에 의거하는 광로길이 변화분을 상쇄하여 가공중 설정된 광로길이가 항상 일정하게 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기용의 광로길이 고정장치.