JP4505154B2 - 3次元炭酸ガスレーザ加工機のレーザ加工ヘッド - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は3次元炭酸ガスレーザ加工機のレーザ加工ヘッドに関する。さらに詳細には、加工プログラムのティーチングに適した3次元炭酸ガスレーザ加工機のレーザ加工ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、5軸制御の3次元炭酸ガスレーザ加工機を使用して立体的形状を有する被加工材を多数個加工する場合、加工プログラムはティーチング(教示)によって作成する。
【0003】
ティーチングによる加工プログラムの作成の一般的な方法は、オペレータがレーザ加工機を実際に操作して機械に対して加工に必要なデータをティーチングする方法である。例えば、立体的形状を有するワークのティーチングは、次のような手順で行われる。
【0004】
ティーチングを開始する前に、オペレータはまずレーザ加工機の加工ヘッドのノズルを先端が針状のティーチングノズルに交換し、次いで、ティーチング用のコントロールボックスを操作してこのティーチングノズルをティーチングポイントに位置決めし、そのティーチングポイントにおける3次元の座標(X、Y,Z)、および加工ヘッドの姿勢を示すA軸およびB軸の座標(θA,θB)その他を機械にティーチングする。
【0005】
1点を教示したら、次のティーチングポイントに加工ヘッドを移動させて同様にティーチングする。全てのティーチングポイントについて、このようなティーチング作業を繰り返して加工プログラムが完成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述のティーチング作業においては、オペレータがコントロールボックスを操作して、目視によってティーチングノズルの先端をティーチングポイントに移動位置決めさせるためティーチングの精度があまりよくない。またオペレータによりティーチング精度のバラツキもある。
【0007】
切断加工プログラムのティーチングの場合には、加工ヘッドに設けた近接センサなどの倣いセンサによって、ノズルギャップ(ノズルとワークとの間隙)は自動的に一定に保持されるのでティーチング時には特にノズルギャップを考慮する必要がない。
【0008】
しかし、溶接加工プログラムのティーチングの場合、突き合わせ部またはコーナー等ではワークとのギャップ信号が正確に得られないため、上述の倣いセンサが使用できないので、ノズルギャップもシビアにティーチングしなければならない。特に薄板どうしの溶接では0.5mm程度の誤差でも溶接不良となる。
【0009】
また、目視によるティーチングは加工ヘッドの近くにオペレータが接近してティーチングを行うので危険な作業である。
【0010】
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、安全にティーチング操作ができ、かつティーチング精度が高い3次元レーザ加工機、特に3次元炭酸ガスレーザ加工機のレーザ加工ヘッドを提供することでる。
【0011】
さらに、炭酸レーザ加工機においては、従来のCCDカメラを用いた撮像装置を用いて、一般的であるZnSe製の集光レンズを通して撮像するには問題が多かった。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する手段として請求項1に記載の3次元レーザ加工機のレーザ加工ヘッドは、Z軸を軸心とするA軸回りの回転と、前記Z軸に直交するB軸回りの回動とを可能に設けた3次元レーザ加工機のレーザ加工ヘッドにおいて、前記B軸を軸に回動可能なノズルを設け、該ノズル上部にレーザ発振器からのレーザ光を集光する集光レンズを設けると共に該ノズル下部にギャップセンサを備えたノズルコーンを設け、該ノズルコーンと前記集光レンズとの間に中間筒体を設け、該中間筒体にワークを撮像するCCDカメラとワークを照明するリング状照明装置とを装着したカメラホルダを着脱可能に設け、集光レンズを介さずにワークを撮像可能にしたことを要旨とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【0014】
図1〜図3は本発明に係る3次元炭酸ガスレーザ加工機の全体的構成の一形態を示したものである。
【0015】
図1〜図3を参照するに、3次元炭酸ガスレーザ加工機1は床面から立設した4本の支柱3を有し、この支柱3上部にX軸方向へ延伸する2本のX軸ガイド5(a,b)が取り付けてある。
【0016】
この2本のX軸ガイド5(a,b)の両端部は、Y軸方向に延伸する梁部材7(a,b)で連結して四角形の枠組を形成している。そして、前記X軸ガイド5(a,b)の上には、X軸キャリッジ9(a,b)が図示しない駆動手段によりX軸方向へ移動位置決め可能に設けてある。
【0017】
上述のX軸キャリッジ9aと9bとの間にはY軸ガイド11が懸架してあって、このY軸ガイド11上にY軸キャリッジ13が図示しない駆動手段によって、Y軸方向に移動位置決め可能に設けてある。また、このY軸キャリッジ13には図示しない駆動手段によりZ軸方向へ移動位置決め可能なZ軸キャリッジ15が設けてある。
【0018】
図1、図4に示す如く、前記Z軸キャリッジ15の下部にはレーザ加工ヘッド17が設けてあり、このレーザ加工ヘッド17には静電容量式または渦電流式などの非接触センサからなる環状のギャップセンサ18を備えたノズル19が設けてある。
【0019】
前記レーザ加工ヘッド17の下方の床面には、レーザ加工ヘッド17の移動範囲をカバーできる大きさのワークテーブル21が載置してある。また、前記レーザ加工ヘッド17の下方のノズル19には、例えば、ZnSe製の集光レンズ23が内蔵されており、レーザ発振器25からのレーザビームLBが複数のベンドミラーBMを介してこの集光レンズ23に導かれるようになっている。
【0020】
なお、前記レーザ発振器25に隣接してレーザ加工機を制御するNC装置27とレーザ発振器25の電源装置29が設置してある。
【0021】
前記レーザ加工ヘッド17のノズル19は、公知の回転機構によりZ軸を軸心とするA軸回りの回転と、Z軸に直交する水平方向の軸であるB軸を軸心とするB軸回りの回動とが可能に設けてある。
【0022】
上記構成の3次元炭酸ガスレーザ加工機1において、前記X、Y、Zの3軸とA軸およびB軸とを前記NC装置27によって適宜に制御することにより、レーザ加工ヘッド17を前記ワークテーブル21上に載置された立体的ワークWの任意の加工表面に対し、設定されたノズルギャップをもってかつ所望の姿勢に位置決めすることが可能である。
【0023】
図5〜図7に示すように、前記ノズル19はレンズ支持体31、中間筒体33およびノズルコーン35などで構成してある。前記集光レンズ23は、ノズル19上部のレンズ支持体31に適宜に固定してある。
【0024】
このレンズ支持体31の下には円筒状の中間筒体33がボルトなどの締結手段により取付けてあり、さらに、この中間筒体33の下部に先端に前記ギャップセンサ18を設けた漏斗状のノズルコーン35が上下位置を微調節動可能に螺合してある。
【0025】
なお、上述の構成のノズル19において、前記集光レンズ23により集光されたレーザ光LBは前記漏斗状のノズルコーン35の下端部に設けた環状ギャップセンサ18の中心を通過して、ワーク表面に集光されるように設けてある。
【0026】
前記集光レンズ23の下方の中間筒体33の内部には、CCDカメラ37とリング状照明装置39とを上下に重ねて装着したカメラホルダ41が着脱可能に設けてある。
【0027】
上述のカメラホルダ41は、中間筒体33の側面に設けた挿入口(図示省略)から水平方向に挿入または取出し可能に設けてある。挿入されたカメラホルダ41は、中間筒体33外部に設けた固定ねじ34により中間筒体33に固定してある。
上述のリング状照明装置39は、LEDからなる光源43をリング状に配列したものであり、このリング状光源43の中心を前記集光レンズ23の光軸24に一致するように設けてある。
【0028】
また、前記CCDカメラ37にはワークWの表面からの光を直角に折り曲げてCCDカメラ37に取り込むため、ペンタプリズム等からなるプリズムアダプタ45が光軸24上に配置してある。
【0029】
カメラホルダ41を取り外す場合には、固定ねじ34をゆるめれば容易にカメラホルダ41を中間筒体33から抜き取ることができる。
【0030】
なお、カメラホルダ41を抜き取った後は、図8に示すように、前記中間筒体33と同径のリング状スペーサ47を挿入口から挿入すると共に、中間筒体33の外径部に嵌合するスリーブ49を挿入して前記固定ねじ34でスペーサ47とスリーブ49とを中間筒体33に固定してある。
【0031】
上記構成のレーザ加工ヘッド17を備えた3次元炭酸ガスレーザ加工機においてレーザ加工を行う場合には、前記図8に示したレーザ加工ヘッド17を用いてレーザ加工を行う。
【0032】
加工プログラムのティーチングを行う場合には、中間筒体33からスペーサ47とスリーブ49とを取り外して、図5に示すようにCCDカメラ37とリング状照明装置39とを装着したカメラホルダ41を取り付けて行う(図5)。
【0033】
CCDカメラ37によって撮像されティーチングポイントの画像は、例えば、溶接加工の接合部を撮像した画像は、図9に示す如くCCDカメラモニタ51に十字線53と共に表示される。
【0034】
CCDカメラモニタ51に表示されるティーチングポイントTPは、レーザ光の光軸24と一致し、またCCDカメラ37の焦点はレーザ光LBの焦点と一致する様に設定してあるので、オペレータはティーチングポイントTPにカメラモニタ51の十字線53を一致する様にレーザ加工ヘッド17を操作すればよい。
【0035】
上述のように、ティーチング作業は、CCDカメラモニタ51に表示されるティーチングポイントTPにカメラモニタ51の十字線53を一致させればよいので、人によるバラツキがなく、かつ高い精度のティーチングを行うことができる。
【0036】
また、オペレータはカメラモニタ51を見ながらの遠隔操作によりティーチングを行うことができるので、加工ヘッドに接近する必要がなく安全にティーチングを行うことができる。
【0037】
また、CCDカメラ37をZnSe集光レンズ23を介さずにティーチングポイントを直接撮像可能な位置に設けたので明瞭な画像を得ることができる。すなわち、炭酸ガスレーザに適したZnSe集光レンズ23の可視光に対する透明領域が500nm〜2200nmと可視光線の緑〜から赤および遠赤外線領域に偏っているため、ZnSe集光レンズを介して撮像した画像は不明瞭となる。
【0038】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、人によるバラツキがなく、かつ高い精度のティーチングを行うことができる。また、カメラモニタを見ながらの遠隔操作によりティーチングを行うことができるので、加工ヘッドに接近する必要がなく安全にティーチングを行うことができる。
【0039】
かつ、CCDカメラをZnSe集光レンズを介さずにティーチングポイントを直接撮像可能な位置に設けたので明瞭な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る3次元炭酸ガスレーザ加工機の全体的構成の一形態を示した図(正面図)。
【図2】本発明に係る3次元炭酸ガスレーザ加工機の全体的構成の一形態を示した図(右側面図)。
【図3】本発明に係る3次元炭酸ガスレーザ加工機の全体的構成の一形態を示した図(平面図)。
【図4】図1のレーザ加工ヘッド17部分の拡大説明図。
【図5】図4におけるV矢視図。
【図6】図5におけるVI-VI断面図。
【図7】図6におけるVII-VII断面図。
【図8】ティーチング時に使用するレーザ加工ヘッド(図5)から、カメラホルダ41を抜き去り、レーザ加工時に使用するときのレーザ加工ヘッドの状態にした図。
【図9】CCDカメラによって撮像されティーチングポイントのモニタ画像。
【符号の説明】
1 3次元炭酸ガスレーザ加工機
3 支柱
5(a,b) X軸ガイド
7(a,b) 梁部材
9(a,b) X軸キャリッジ
11 Y軸ガイド
13 Y軸キャリッジ
15 Z軸キャリッジ
17 レーザ加工ヘッド
18 ギャップセンサ
19 ノズル
21 ワークテーブル
23 集光レンズ
24 光軸
25 レーザ発振器
27 NC装置
29 電源装置
31 レンズ支持体
33 中間筒体
35 ノズルコーン
37 CCDカメラ
39 リング状照明装置
41 カメラホルダ
43 リング状光源
45 プリズムアダプタ
47 リング状スペーサ
49 スリーブ
51 CCDカメラモニタ
53 十字線
LB レーザビーム
TP ティーチングポイント
W ワーク
Claims (1)
- Z軸を軸心とするA軸回りの回転と、前記Z軸に直交するB軸回りの回動とを可能に設けた3次元レーザ加工機のレーザ加工ヘッドにおいて、前記B軸を軸に回動可能なノズルを設け、該ノズル上部にレーザ発振器からのレーザ光を集光する集光レンズを設けると共に該ノズル下部にギャップセンサを備えたノズルコーンを設け、該ノズルコーンと前記集光レンズとの間に中間筒体を設け、該中間筒体にワークを撮像するCCDカメラとワークを照明するリング状照明装置とを装着したカメラホルダを着脱可能に設け、集光レンズを介さずにワークを撮像可能にしたことを特徴とする3次元炭酸ガスレーザ加工機のレーザ加工ヘッド。
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