JP2677856B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工方法

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JP2677856B2 JP1041540A JP4154089A JP2677856B2 JP 2677856 B2 JP2677856 B2 JP 2677856B2 JP 1041540 A JP1041540 A JP 1041540A JP 4154089 A JP4154089 A JP 4154089A JP 2677856 B2 JP2677856 B2 JP 2677856B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、レーザ加工方法に係り、更に詳細には、
予めワークに集光レンズを上下に移動させながら丸穴加
工を数回行なって集光レンズの最適焦点位置を決めてか
ら、正規なワークに切断加工を行なうレーザ加工方法に
関する。
(従来の技術) 従来、レーザ加工機はレーザ発振器より出力されたレ
ーザビームを加工ヘッドに導き、加工ヘッドに備えられ
た集光レンズでレーザビームを集光する。集光されたレ
ーザビームをワークに照射して切断加工が行なわれてい
る。
しかも、レーザ加工機でワークに切断加工を行なう際
には、集光レンズを最適位置に合わせる焦点合せを行な
っている。そして、この集光レンズの焦点合せの方法と
しては、例えば木材にスリットの切断加工を行ない、切
断されたスリットの一番細いところを最適焦点位置とし
てその検出を行なっていた。
また、他の集光レンズの焦点合せの方法としては、ア
クリル材にレーザビームを照射し、同出力、同照射時間
においてアクリル材に最も深く切り込んだところを合最
適焦点位置としてその検出を行なっていた。
(発明が解決しようとする課題) ところで、前述した従来技術における前者の焦点合せ
方法では、焦点検出用として木材が必要であると共に、
目視による焦点位置の検出であるため不正確なものであ
った。また、後者の焦点合せ方法では、焦点検出用とし
て高化なフクリル材が必要であると共に、アクリル材か
ら発生される蒸気は集光レンズ,ミラーなどの光学部品
に悪影響を及ぼすという問題があった。
さらに、前者および後者のいずれの焦点合せ方法では
技術者の経験と勘に頼るものであるため、焦点合せに多
くの手間と時間を要し、正規な切断加工を開始するまで
大変面倒であると共に厄介であった。
この発明の目的は、上記問題点を改善するため、集光
レンズの焦点合せを容易,迅速かつ正確で自動的に行な
って、正規なワークに切断加工を行なう切断開始までを
短時間で容易に行ない得るようにしたレーザ加工方法を
提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、この発明は、レーザ加工
機に設けられた集光レンズ集光されたレーザビームをワ
ークに照射して切断加工を行なう際、予め前記集光レン
ズを上下方向へ移動させながらワークに丸穴加工を数回
行ない、その集レーザ加工機に備えられた焦点自動調整
装置で前記丸穴の面積又は径を測定し、測定された丸穴
の面積又は径のうち一番小さい面積又は径における集光
レンズの位置から下方向へ0.Xmm動かした位置を集光レ
ンズの最適焦点位置とし、正規なワークに切断加工を開
始するレーザ加工方法である。
(作用) この発明のレーザ加工方法を採用することにより、レ
ーザ加工機でワークに切断加工を行なう際、まず集光レ
ンズを上下方向へ移動させながらワークに丸穴加工を数
回行なう。そして、数回丸穴加工を行なったときに、そ
の都度自動焦点調整装置で丸穴の面積又は径を測定す
る。測定された丸穴の面積又は径のうち一番小さい面積
又は径における集光レンズの位置から下方向へ0.Xmm
かした位置を集光レンズの最適焦点位置として集光レン
ズを位置決めしてから正規なワークに切断加工を開始す
るようにたものである。したがって、集光レンズの集光
レンズの焦点合せが容易,迅速かつ正確で、自動的に行
なわれるから、正規なワークに切断加工を開始するまで
の操作が容易かつ短時間で行なわれる。
(実施例) 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。
第4図を参照するに、レーザ加工機1におけるレーザ
加工機本体3の後側には例えば炭酸ガスレーザ発振器の
ごときレーザ発振器が設けられている。このレーザ発振
器は一般的なものであって、レーザビームをレーザ加工
機本体3の方向へ照射するように構成されている。
レーザ加工機本体3の前側には固定テーブル5が設け
られており、この固定テーブル5の両側には図示省略の
Y軸駆動モータMYによってY軸方向へ移動自在なサイド
テーブル7が設けられている。
このサイドテーブル7のレーザ加工機本体3側にはキ
ャレッジベース9が一体的に設けられており、このキャ
レッジベース9には図示省略のX軸駆動モータMXによっ
てX軸方向へ移動軸なキャレッジ11が設けられている。
しかも、このキャレージ11にはワークWをクランプする
ため複数のワーククランプ13が備えられている。
前記レーザ発振器本体3における前部の上部にはオー
バヘッドビーム15が水平に方持式にて支持されている。
このオーバヘッドビーム15の前部には図示省略のZ軸駆
動モータMZによってZ軸方向へ移動自在な加工ヘッド17
が設けられている。この加工ヘッド17内には詳細を後述
する反射ミラーや集光レンズが備えられている。
上記構成により、レーザ発振器から出力されたレーザ
ビームはオーバヘッドビーム15内を通り加工ヘッド17内
の反射ミラーで下り曲げられて集光レンズで集光され
て、加工ヘッドの先端に設けられたノズルからワークW
に照射される。ワークWはワーククランプ13にクランプ
され、X軸,Y軸方向へ移動されることにより、所定の形
状の切断加工が行なわれることになる。
前記レーザ加工機本体3における右側壁にはレーザ加
工機1を自動的に数値制御するNC装置19が設けられてい
る。また、レーザ加工機1には焦点自動調節装置21が備
えられており、この焦点自動調整装置21の一部であっ
て、ワーク(試料)Wに加工された丸穴を撮像するため
のCCDカメラ23が前記レーザ加工機本体3の右側前部に
設けられていると共に、前記固定テーブル5内のCCDカ
メラ23の直下部には光源25が設けられている。さらに、
レーザ加工機1の近傍には焦点自動調整装置21の一部で
あって、前記CCDカメラ23で撮影したワーク(試料)W
に加工された丸穴の面積又は径を測定した集光レンズの
焦点を自動制御するための画像処理装置27が配置されて
いる。
第1図には集光レンズの焦点を自動的に制御する焦点
自動調整装置21の制御ブロック図が示されている。第1
図において、加工ヘッド17の上部には前記レーザ発振器
で出力されたレーザビームLBを反射させて折曲げる反射
ミラー29が内装されている。また、加工ヘッド17内には
回転不能でかつ上下に摺動自在な摺動円筒部材31が装着
されており、しかもこの摺動円筒部材31内には前記反射
ミラー29で折曲げら8れたレーザビームLBを集光させる
集光レンズ33が備えられている。さらに、この摺動円筒
部材31の先端部は集光レンズ33で集光されたレーザビー
ムLBをワークWへ照射するためのノズル35が一体化され
ている。
前記摺動円筒部材31の上部における外周部には雄ねじ
が形成されており、この雄ねじに雌ねじが噛合したギヤ
37が回転自在に摺動円筒部材31に支承されている。この
ギヤ37には他のギヤ39が噛合されており、このギヤ39に
は駆動モータMLが連動連結されている。
上記構成により、駆動モータMLを駆動させると、ギヤ
39,37を介して摺動円筒部材31が上下方向へ摺動される
から、摺動円筒部材31内に備えられた集光レンズ33も同
方向へ移動して焦点位置が調整されることになる。
さらに、第1図において、前記レーザ加工機1を数値
制御するNC装置19には、軸駆動部41を介して前記X軸駆
動モータMX,Y軸駆動モータMYおよびZ軸駆動モータMZ
接続されている。また、NC装置19には、画像処理装置27
の自動焦点制御部43が接続され、この自動焦点制御部43
に前記駆動モータMLを駆動するためのレンズ駆動部45
と、前記CCDカメラ23に撮像指令を出力する撮像処理部4
7か接続されている。この撮像処理部47には画像処理部4
9が接続されている。
上記構成により、NC装置19は、自動焦点調整用のプロ
グラムを設定することにより、軸駆動部へ軸駆動指令Si
X,Y,Z)に出力すると共に、自動焦点制御部43へ
作動指令Qを出力することができる。
すなわち、第2図に示すワーク(試料)Wを第4図に
示したワークランプ13にクランプさせ、次いてZ軸駆動
モータMZの駆動により加工ヘッド17を降下させた後、自
動焦点調整処理に移行することができる。本例の自動焦
点調整処理は、X軸駆動モータMXおよびY軸駆動モー
タMYを駆動することにより、ノズル5の先端をX軸,Y
軸方向へ移動させてワーク(試料)Wに集光レンズ33で
集光レンズされたレーザビームLBにより順次、丸穴W1,W
2,W3,…を実際に加工して実施するものである。
次に、ワークWに切断加工する際、集光レンズ33の焦
点合せから実際に正規な切断加工を開始するまでの動作
を、第3図に示すフローチャートに基づき説明する。
第3図において、ステップS1では、ワーク(試料)W
をワーククランプ13にクランプし、ステップS2で自動焦
点調整用プログラムをNC装置19に設定し、まずステップ
S3でワーク(試料)Wに丸穴加工を行なう指令を出力す
る。ここではNC装置19から自動焦点制御部43へ制御指令
Qが出力され、レンズ駆動部45へ集光レンズ33を予め設
定した初期の位置へ移動するようレンズ駆動指令Hi(i
=1,2,3,…)が出力される。
そこで、ステップS3では第2図に示す丸穴Wi(i=1,
2,3,…、現在はi=1)を実際加工する。ステップS4で
は、CCDカメラ23を前記丸穴W1上へ移動させた後、自動
焦点制御部43から撮像処理部47へ撮像指令Gを出力し、
さらに撮像処理部47から撮像指令PiをCCDカメラ23へ出
力し、CCDカメラ23で丸穴Wiを撮像し、この撮像信号Ai
に基づいて画像処理49で丸穴Wiの面積Di(Dn-1)を測定
する。
次いで、ステップS5では、駆動モータMLの駆動によ
り、集光レンズ33を一定単位分量分だけ下降させ、上記
と同様の手順によりステッウンプS6で次の丸穴Wi(i=
2)を加工し、ステップS7で面積Di(Dn)を測定する。
ステップS8では、丸穴Diの面積がDn-1>Dnかどうかの
判断を行ない、Dn-1>Dnであれば、ステップS5の手前に
戻り、Dn-1<DnであればステップS9に進む。ステップS9
では、駆動モータMLを駆動して集光レンズ33を2単位だ
け上昇させる。ステップS10でワークWをY軸方向へ移
動させて丸穴Wi加工を行ない、ステップS11で面積D1(D
n+1)を測定する。
ステップS12では、丸穴Diの面積がDn+1>Dn-1である
かどうかの判断を行ない、Dn+1>Dn-1であればステッウ
ンプS9の手前に戻り、Dn+1<Dn-1であればステップ13に
進む。ステップS13では駆動モータMLを駆動して集光レ
ンズS33を1単位だけ下降させ、ステップS14でワークW
をY軸方向へ移動させて丸穴Wiの加工を行なう。ステッ
プS15では上記と同じ方法で丸穴Wiの面積Dn+2測定す
る。
ステップS16で、丸穴Wiの面積がDn+2>Dn+1であるか
どうかの判断を行ない、Dn+2>Dn+1であればステップS1
7に進み、Dn+1の面積における位置に集光レンズ33を位
置決めし、ステップS18で駆動モータMLを駆動し、集光
レンズ30を0.Xmm例えば0.5mm下降し、この位置を集光レ
ンズ33の最適焦点位置として、ステップS19でNC装置19
に正規のワークWに切断加工を行なう加工プログラムを
設定して、正規のワークWに切断加工を開始して終了す
る。
ステップS16でDn+2<Dn+1であれば、ステップS20に進
んで、ここではDn+2の面積における位置に集光レンズ33
を位置決めして、ステップS1,8,19,の処理19の処理を行
なって終了する。
このように、本例ではワーク(試料)Wに集光レンズ
33を自動的に上下させながら丸穴Wiの加工を行なって、
容易,迅速,正確に自動で焦点レンズ33の焦点合せを行
なってから、正規のワークWに切断が開始されるので、
切断開始までの操作が容易でかつ短時間で行なうことが
できる。
なお、この発明は、前述した実施例に限定されること
なく、適宜の変更を行なうことにより、その他の態様で
実施し得るものである。例えば、本実施例では丸穴W1
測定を面積で行なったが、直径であっても運用可能であ
る。
[発明の効果] 以上のごとく実事例の説明より理解されるように、こ
の発明によれば、正規のワークに切断加工を行なう前に
フイルムレンズを自動的に上下させながらワークに丸穴
の加工を行なって集光レンズの焦点合せ容易,迅速,正
確で自動で行なうことにより、正規のワークに切断加工
を行なうまでの操作が容易でかつ短時間で行なうことが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係る主要部を示し、焦点自動調整装
置の制御ブロック図、第2図は集光レンズの焦点を自動
的に行なう際にワークの丸穴加工を行なうワーク加工の
平面説明図、第3図はこの発明のレーザ加工方法の動作
を説明するフローチャート、第4図はこの発明を実施す
る一実施例のレーザ加工機の斜視図である。 1……レーザ加工機、13……ワーククランプ、 17……加工ヘッド、19……NC装置 21……焦点自動調整装置 23……CCDカメラ、27……画像処理装置 33……集光レンズ、W……ワーク W1,W2,W3……丸穴

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ加工機に設けられた集光レンズで集
    光されたレーザビームをワークに照射して切断加工を行
    なう際、予め前記集光レンズを上下方向へ移動させなが
    らワークに丸穴加工を数回行ない、その都度レーザ加工
    機に備えられた焦点自動調整装置で前記丸穴の面積又は
    径を測定し、測定された丸穴の面積又は径のうち一番小
    さい面積又は径における集光レンズの位置から下方向へ
    0.Xmm動かした位置を集光レンズの最適焦点位置とし、
    正規なワークに切断加工を開始することを特徴とするレ
    ーザ加工方法。
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JPH06254691A (ja) * 1993-03-08 1994-09-13 Mitsubishi Electric Corp レーザ加工機およびレーザ加工機の焦点設定方法
EP1750891B1 (de) * 2005-06-23 2007-10-24 Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG Verfahren zur bestimmung der fokuslage eines laserstrahls

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