JPH0435275B2 - - Google Patents

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JPH0435275B2
JPH0435275B2 JP61240084A JP24008486A JPH0435275B2 JP H0435275 B2 JPH0435275 B2 JP H0435275B2 JP 61240084 A JP61240084 A JP 61240084A JP 24008486 A JP24008486 A JP 24008486A JP H0435275 B2 JPH0435275 B2 JP H0435275B2
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JP
Japan
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axis
laser beam
deviation
laser
workpiece
Prior art date
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JP61240084A
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English (en)
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JPS6393493A (ja
Inventor
Eikichi Hayashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP61240084A priority Critical patent/JPS6393493A/ja
Publication of JPS6393493A publication Critical patent/JPS6393493A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は、レーザビームを集束して立体形状
の被加工物を加工対象とするレーザ加工装置に関
するもので、特に、回転する反射鏡を用いて偏向
させた集束するレーザビームの位置補正に関する
ものである。
[従来技術] 従来の、この種の公知技術を特許公報で挙げる
と、特開昭60−24295号公報、特開昭60−121411
号公報、特開昭61−1494号公報、特開昭61−
46390号公報等がある。
この種のレーザ加工装置は、直交するX軸、Y
軸、Z軸の3軸の平行移動軸を有するもので、Z
軸はレーザビームを集光する加工レンズが上下動
作を行い、X軸及びY軸については、被加工物を
移動させるもの、レーザビームを移動させるも
の、或いは、X軸またはY軸のいずれか一方の軸
が被加工物を移動し、他方の軸がレーザビームを
移動させるもの等がある。
このように、3軸駆動制御を行うレーザ加工装
置において、1軸レーザビームを移動させるもの
について、第5図の1軸レーザビームによる加工
の展開説明図を用いて説明する。
図において、1はレーザ発振器、2はレーザビ
ームを偏向させる反射鏡、3はレーザビームを集
束させる加工レンズ、4は被加工物である。前記
反射鏡2及び加工レンズ3は被加工物4の表面に
対して、即ち、X軸に対して平行に移動される。
レーザ発振器1から出力されたレーザビーム
は、反射鏡2及び加工レンズ3からなる光学系手
段が集束したレーザビームのスポツトを被加工物
4に照射する。このとき、入射ビームの光学的軸
と機械的軸とのずれによる角度αが生じた場合に
は、図示した破線で示す経路で反射鏡2及び加工
レンズ3に入射し、移動ストロークL[m]の量
に対して機械的基準位置A1または機械的基準位
置A2より、角度α及びレーザ発振器1から加工
レンズ3までの光路長に略比例したΔL=fα[m]
だけ、ずれて被加工物4の表面に照射されること
になる。但し、加工レンズ3の焦点距離はf[m]
とする。
したがつて、実際の加工にあたつては、予め、
一定量のずれ量ΔL[m]を見込んでレーザビーム
のスポツトの制御指令値を変更するか、或いは、
ずれ量ΔL[m]の方向に被加工物4を移動すれば
よい。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、レーザビームの機械的軸と実際の入射
ビームの光学的軸がずれている場合には、レーザ
ビームを反射鏡で偏向し、加工レンズで集束して
被加工物にレーザビームのスポツトを照射する光
学系手段が、レーザビームの機械的軸を中心に回
転する三次元の立体形状物を加工する場合に、精
度上の問題が生ずる。
即ち、第6図の1軸レーザビームが回転して旋
回加工する場合の説明図に示すように、レーザ発
振器1より出力された垂直方向のレーザビーム
は、反射鏡2で水平方向に変更され、加工レンズ
3を通り円筒状の被加工物5に照射される。反射
鏡2と加工レンズ3はレーザビーム入射光軸(Z
軸方向)を中心に回転動作するように構成され、
円筒状の被加工物5を加工する。このとき、レー
ザ発振器1より出力されたレーザビームが上記機
械的回転軸より略α角度だけずれを生じ、図示し
た破線の経路で反射鏡2及び加工レンズ3に入射
したとすると、照射スポツト位置はレーザビーム
のずれ方向に加工レンズ3がきたときと、その
180度反対方向にきたときは、機械的基準位置B
からそれぞれ−ΔL[m]、+ΔL[m]のずれが生ず
る。
例えば、第7図は円筒状被加工物5に実際に加
工を行つた場合、前記ずれ量ΔL[m]の軌跡を示
すものである。図のように、機械的基準位置Bに
対して、最大ずれ量+ΔL[m]、最小ずれ量−ΔL
[m]となり、加工精度が乱れるという問題点が
あつた。
上記問題点を解決する方法として、前記光学的
軸と機械的回転軸のずれを同一にする方法があ
る。それには、レーザ発振器1または光路の反射
鏡2の調節により、ずれを補正することも考えら
れるが、複雑な光路または複雑な駆動系を有する
ものにおいては、これらの調節が必ずしも容易で
なかつた。また、遠赤外線であるCO2レーザ等の
場合は、適当な検出、計測手段がなく、高精度の
レーザビームのスポツトの位置検出が不可能であ
る等の問題があり、この種のレーザ加工装置の高
精度化を阻んでいる。
そこで、この発明はかかる上記の問題点を解決
するためになされたもので、機械的に光路の補正
をすることなく高精度の加工を容易としたレーザ
加工装置の提供を目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] この発明にかかるレーザ加工装置は、入射ビー
ム方向を旋回軸として回転駆動する旋回駆動手段
と、前記入射ビーム方向に平行する平行移動軸を
駆動する平行移動駆動手段と、前記旋回駆動手段
の駆動により、集束したレーザビームを被加工物
に照射する照射位置の入射ビームの光学的軸と機
械的回転軸のずれによる偏差量を、前記入射ビー
ム方向に平行する平行移動軸を駆動する平行移動
駆動手段の移動変量として制御する制御手段とを
具備するものである。
[作用] この発明においては、レーザビームを偏向させ
る反射鏡を旋回駆動手段で回転させる場合、集束
したレーザビームを被加工物に照射する照射位置
の入射ビームの光学的軸と機械的回転軸のずれに
よる偏差量が、旋回駆動手段の軸方向、即ち、入
射ビーム方向に平行する平行移動軸方向に生じ
る。そこで、入射ビーム方向に平行する平行移動
軸を駆動する平行移動駆動手段の移動変量とし
て、前記光学的軸と機械的回転軸のずれによる偏
差量を設定して平行移動駆動手段を制御すれば、
前記光学的軸と機械的回転軸のずれによる偏差量
を補償することができる。
[実施例] 第1図はこの発明の実施例のレーザ加工装置の
基本的要部構成図である。
図において、1はレーザを発振及び出力するレ
ーザ発振器、2は反射鏡6で垂直方向の下に向う
レーザビームを水平方向に変更する反射鏡、3は
反射鏡2で水平方向に変更されたレーザビームを
集光し、円筒状の被加工物5にスポツトを照射す
る加工レンズで、レーザビームは加工レンズ3の
先端のノズル7より、円筒状の被加工物5の内面
に照射され切断加工される。6は前記したレーザ
発振器1より水平に出力されたレーザビームを垂
直方向に変更する反射鏡、8は被加工物5を載置
する加工テーブル、9は加工テーブル8のスライ
ダー10に摺動し、Z軸モータ11により垂直方
向に摺動されるZ軸筒、12は反射鏡2、加工レ
ンズ3を保持し、Z軸筒9の内面ベアリング13
に摺動し、θ軸モータ14によりZ軸のまわりに
回転駆動される回転筒である。15はZ軸モータ
11により垂直方向に摺動されるZ軸筒9に取付
けられたコード盤で、前記コード盤15にはZ軸
筒9の回転始点となる始点検出用センサ16及び
1度毎の角度を検出する角度検出用センサ17を
有している。なお、前記始点検出用センサ16及
び角度検出用センサ17はフオトカプラからな
り、コード盤15に設けられたスリツトの位置及
びスリツトの数を検出している。18はZ軸モー
タ11、θ軸モータ14を同時制御するマイクロ
コンピユータCPUを制御回路として搭載したNC
制御装置であり、その回路図を第3図に示す。こ
のNC制御装置18には最大ずれ量ΔL[m]及び
そのときの角度を入力するテンキー19、θ軸モ
ータ14を駆動するθ軸モータ駆動スイツチ2
0、Z軸モータ11を駆動するZ軸モータ駆動ス
イツチ21及びこの発明の要旨としない他の制御
関係のスイツチ及び表示手段を有している。
このように構成されたこの実施例のレーザ加工
装置について、その原理動作を第2図のこの発明
の実施例の説明図を用いて説明する。
まず、駆動系のZ軸モータ11により垂直方向
に摺動される軸をZ軸、及び駆動系のθ軸モータ
14によりZ軸のまわりに回転駆動される回転筒
12の軸をθ軸とする。
レーザ発振器1より出力されたレーザビームが
反射鏡6で偏向され、Z軸に対して角度αだけず
れて反射鏡2及び加工レンズ3に入射した場合、
加工レンズ3の焦点距離をf[m]として軸の回
転方向に対するレーザビームの角度ずれがないと
すると、Z軸の動作を止めてθ軸の回転のみで加
工を行つたときには、レーザビームはθ軸の回転
動作により、第7図の従来例の説明で示した円筒
状の被加工物の展開図の破線に示す経路を進行す
る。
即ち、集束するレーザビームのスポツトは、θ
軸の回転により、最大で±ΔL[m]のずれが生
じ、正弦波形状のずれとなり、θ軸の回転角度の
関数で前記ずれが表現される。そこで、前記最大
ずれ±ΔL[m]が生ずるθ軸の回転角度、即ち、
回転筒12の回動角度位置θ°と、前記ずれFθとの
関係は、 Fθ=ΔL・cosθ =ΔL・cosωt 但し、ωはθ軸の回転角速度、 tは時間、 となる。
この最大ずれ+ΔL[m]または−ΔL[m]を測
定しておくことにより、θ軸モータ14の回動角
度位置と、前記ずれFθとの関係が Fθ=ΔL・cosωt で表現でき、このFθがZ軸方向のずれとなる。
そこで、駆動系のZ軸モータ11により垂直方
向に摺動されるZ軸方向のずれを、Z軸モータ1
1により垂直方向に摺動されるZ軸筒9の移動距
離Gを、 G=−Fθ =−ΔL・cosθ =−ΔL・cosωt とすれば、前記Z軸方向のずれとなる回転筒12
の回動角度位置θ°と、前記ずれ Fθ=ΔL・cosωt を相殺することができる。
したがつて、θ軸モータ14の回動角度位置、
または回転筒12の回動角度位置θ°に応じて、Z
軸モータ11により垂直方向に摺動されるZ軸9
の移動距離Gを、 G=−ΔL・cosθ とすれば、レーザ発振器1より出力されたレーザ
ビームが反射鏡6で偏向され、Z軸に対して角度
αだけずれて反射鏡2及び加工レンズ3に入射し
た場合のずれを補正することができる。
または、θ軸モータ14の回動角度位置と、Z
軸モータ11により垂直方向に摺動されるZ軸筒
9の移動距離Gを同期状態とし、θ軸モータ14
の加工回転角速度をωとすれば、Z軸モータ11
の移動回転角度速度をωとして、Z軸筒9の移動
距離Gを、 G=−ΔL・cosωt とすることにより、レーザ発振器1より出力され
たレーザビームが反射鏡6で偏向され、Z軸に対
して角度αだけずれて反射鏡2及び加工レンズ3
に入射した場合のずれを補正することができる。
次に、この発明の実施例のレーザ加工装置を加
工制御する場合の、Z軸に対する角度αのずれを
補正する『加工制御補正ルーチン』を第4図のフ
ローチヤートを用いて説明する。
まず、Z軸モータ11を駆動するZ軸モータ駆
動スイツチ21をオフとし、NC制御装置18の
θ軸モータ14を駆動するθ軸モータ駆動スイツ
チ20をオンとすることにより、θ軸モータ14
を回転させ、加工レンズ3の先端のノズル7よ
り、円筒形状被検材の被加工物5の内面にレーザ
ビームのスポツトを照射し、その円筒形状被検材
の被加工物5の内面を切断加工し、最大ずれΔL
[m]が生ずる回転筒12の回動角度位置のβ度
を得る。
そして、ステツプS1で最大ずれΔL[m]をテ
ンキー19で入力し、ステツプS2で最大ずれΔL
[m]が生ずるθ軸の回動角度位置のβ度をテン
キー19で入力する。ステツプS3で Fθ=ΔL・cos(θ−β) を計算し、各角度毎にF1,F2,……,F36
0をメモリに収納する。ステツプS4でθ軸モー
タ14を回転させ、ステツプS5で角度検出用セ
ンサ17で角度θの読込みを行い、ステツプS6
でZ軸モータ11を回転させ、Z軸方向に、 G=−Fθ =−ΔL・cos(θ−β) 移動し、Z軸方向のレーザ加工を行う。なお、Z
軸方向のレーザ加工制御がqtであるとき、 G=qt−Fθ =qt−ΔL・cos(θ−β) で移動され、Z軸方向のレーザ加工を行う。
また、ステツプS7でレーザ加工の終了信号が
あるまで、ステツプS4からステツプS7の処理を
繰返し、レーザ加工の終了信号によつて、ステツ
プS8でθ軸モータ14を停止し、ステツプS9で
Z軸モータ11を停止する。
このように、この実施例のレーザ加工装置は、
レーザビームを偏向させる反射鏡2が、入射ビー
ム方向を回転筒12のθ軸として、回転駆動する
θ軸モータ14からなる旋回駆動手段と、前記レ
ーザビームの入射ビーム方向に平行する平行移動
軸のZ軸を駆動するZ軸モータ11からなる平行
移動駆動手段と、前記レーザビームを偏向させる
反射鏡2で偏向され、加工レンズ3で集束して被
加工物5にレーザビームを照射する光学系手段
と、前記旋回駆動手段の駆動により、光学系手段
が集束したレーザビームを被加工物5に照射する
照射位置の入射ビームの光学的軸と機械的回転軸
の角度αのずれによる偏差量を、前記入射ビーム
方向に平行する平行移動量を駆動する平行移動駆
動手段の移動変量として制御するマイクロコンピ
ユータCPUを制御回路として搭載したNC制御装
置18からなる制御手段とを具備するものであ
る。
特に、この実施例では、θ軸モータ14からな
る旋回駆動手段の駆動により、光学系手段が集束
したレーザビームを被加工物5に照射する照射位
置の入射ビームの光学的軸と機械的回転軸の角度
αのずれによる偏差量を、θ軸モータ14により
Z軸のまわりに回転駆動される回転筒12の回動
角度毎に補正しているが、θ軸モータ14により
Z軸のまわりに回転駆動される回転筒12の回転
と、Z軸モータ11の移動との関係を、Z軸のま
わりに回転駆動される回転筒12の回動角速度、
即ち、θ軸モータ14の回転角速度ωとすれば、
Z軸方向のずれとなる回転筒12の回動角度位置
θ°と、ずれFθは、 Fθ=ΔL・cosωt となるから、Z軸モータ11により垂直方向に摺
動されるZ軸筒9の移動距離Gを、その回転角速
度ω及び位相差のない同期状態の G=−ΔL・cosωt とすれば、前記実施例の場合と同様に、光学的軸
と機械的回転軸の角度αのずれによる偏差量を、
補正することができる。なお、前記状態は位相差
のない同期状態を前提としているが、位相差が一
定で変化しない場合も、回転角速度ωで補正する
ことができる。
なお、上記実施例では、円筒形状被検材の被加
工物5の内面を加工し、最大ずれΔL[m]が生ず
るθ軸の回転筒12の回動角度位置βを得ている
が、レーザ発振器1の出力を低下させ、2次元画
像素子で最大ずれΔL[m]及び最大ずれΔL[m]
が生ずるθ軸の回動角度位置βを検出することに
より、最大ずれΔL[m]及び最大ずれΔL[m]が
生ずるθ軸の回動角度位置βを得ることができ
る。
[発明の効果] 以上のように、本発明のレーザ加工装置は、レ
ーザビームを偏向させる反射鏡を旋回軸として回
転駆動する旋回駆動手段と、レーザビームの入射
ビーム方向に駆動する平行移動駆動手段と、加工
レンズで集束して被加工物にレーザビームを照射
する光学系手段と、旋回駆動手段の駆動によつて
変化する光学系手段が集束したレーザビームを被
加工物に照射する照射位置の入射ビームの光学的
軸と機械的回転軸のずれによる偏差量を、入射ビ
ーム方向に駆動する平行移動駆動手段の移動変量
として制御する制御手段を具備するものであるか
ら、光学系手段が集束したレーザビームを被加工
物に照射する照射位置の入射ビームの光学的軸と
機械的回転軸のずれによる偏差量を平行移動駆動
手段の移動制御で補正できるものであるから、機
械的に光路の補正をすることなく高精度の加工が
容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例のレーザ加工装置の
基本的要部構成図、第2図はこの発明の実施例の
レーザ加工装置の原理説明図、第3図はこの発明
の実施例のレーザ加工装置の制御手段の回路図、
第4図はこの発明の実施例のレーザ加工装置の補
正を行う『加工制御補正ルーチン』のフローチヤ
ート、第5図は1軸レーザビームによる加工の説
明図、第6図は1軸レーザビームが回転して旋回
加工する場合の原理説明図、第7図は円筒状被加
工物に加工を行つた場合のずれ量の軌跡を示す展
開説明図である。 図において、2……反射鏡、3……加工レン
ズ、4,5……被加工物、11……Z軸モータ、
12……回転筒、14……θ軸モータ、18……
NC制御装置、である。なお、図中、同一符号及
び同一記号は、同一または相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 レーザビームを偏向させる反射鏡が、入射ビ
    ーム方向を旋回軸として回動駆動する旋回駆動手
    段と、 前記レーザビームの入射ビーム方向に平行する
    平行移動軸を駆動する平行移動駆動手段と、 前記レーザビームを偏向させる反射鏡で偏向さ
    れ、加工レンズで集束して被加工物にレーザビー
    ムを照射する光学系手段と、 前記旋回駆動手段の駆動により、光学系手段が
    集束したレーザビームを被加工物に照射する照射
    位置の入射ビームの光学的軸と機械的回転軸のず
    れによる偏差量を、前記入射ビーム方向に平行す
    る平行移動軸を駆動する平行移動駆動手段の移動
    変量として制御する制御手段と、 を具備することを特徴とするレーザ加工装置。
JP61240084A 1986-10-08 1986-10-08 レ−ザ加工装置 Granted JPS6393493A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61240084A JPS6393493A (ja) 1986-10-08 1986-10-08 レ−ザ加工装置

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JP61240084A JPS6393493A (ja) 1986-10-08 1986-10-08 レ−ザ加工装置

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JPS6393493A JPS6393493A (ja) 1988-04-23
JPH0435275B2 true JPH0435275B2 (ja) 1992-06-10

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JP61240084A Granted JPS6393493A (ja) 1986-10-08 1986-10-08 レ−ザ加工装置

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JP4865321B2 (ja) * 2005-12-19 2012-02-01 エドワーズ株式会社 真空ポンプ
CN101972894B (zh) * 2010-09-26 2013-02-27 武汉华工激光工程有限责任公司 用于水松纸曲线打孔的激光打孔机

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