JPH0156877B2 - - Google Patents
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- JPH0156877B2 JPH0156877B2 JP59166550A JP16655084A JPH0156877B2 JP H0156877 B2 JPH0156877 B2 JP H0156877B2 JP 59166550 A JP59166550 A JP 59166550A JP 16655084 A JP16655084 A JP 16655084A JP H0156877 B2 JPH0156877 B2 JP H0156877B2
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- JP
- Japan
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- laser
- laser beam
- processing
- workpiece
- offset amount
- Prior art date
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/10—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明はレーザ加工機の改良に関し、さらに
詳しくはレーザ発振器から加工ヘツドの集光装置
に至る光路長の変化に伴つて変化する被加工物上
のレーザ光のスポツト半径つまりスポツト径に応
じて加工ヘツドのオフセツト量を変化させるよう
にしたレーザ加工機に関するものである。
詳しくはレーザ発振器から加工ヘツドの集光装置
に至る光路長の変化に伴つて変化する被加工物上
のレーザ光のスポツト半径つまりスポツト径に応
じて加工ヘツドのオフセツト量を変化させるよう
にしたレーザ加工機に関するものである。
第２図はレーザ加工機の原理を示す構成図であ
る。図において、１はレーザ発振器、２は平面
鏡、３は加工ヘツド、４は集光装置であるレン
ズ、５はレーザ光、６は被加工物で、平面鏡２お
よび加工ヘツド３は筐体に固定され、レーザ発振
器１からの出力であるレーザ光５を平面鏡２によ
つて反射させ、加工ヘツド３内に設けたレンズ４
へ入射させて、このレンズ４により集光されたレ
ーザ光５の焦点位置近傍に被加工物６が定置され
ている。
る。図において、１はレーザ発振器、２は平面
鏡、３は加工ヘツド、４は集光装置であるレン
ズ、５はレーザ光、６は被加工物で、平面鏡２お
よび加工ヘツド３は筐体に固定され、レーザ発振
器１からの出力であるレーザ光５を平面鏡２によ
つて反射させ、加工ヘツド３内に設けたレンズ４
へ入射させて、このレンズ４により集光されたレ
ーザ光５の焦点位置近傍に被加工物６が定置され
ている。
次に動作について説明する。第２図の構成にお
いて、レンズ４で集光されたレーザ光５が焦点位
置近傍にある被加工物６に照射されると、レーザ
光５は被加工物６の表面層で吸収されて熱エネル
ギに変換され、被加工物６を溶融して穴あけ、溶
断等の加工を行なう。例えば被加工物６にレーザ
光５を照射しながら、加工ヘツド３の位置を図示
のＡから破線で示したＢへ移動すると、レーザ光
５の被加工物６へ照射した軌跡長さ、すなわち図
のＬに相当する長さの溶断加工を行なうことがで
きる。
いて、レンズ４で集光されたレーザ光５が焦点位
置近傍にある被加工物６に照射されると、レーザ
光５は被加工物６の表面層で吸収されて熱エネル
ギに変換され、被加工物６を溶融して穴あけ、溶
断等の加工を行なう。例えば被加工物６にレーザ
光５を照射しながら、加工ヘツド３の位置を図示
のＡから破線で示したＢへ移動すると、レーザ光
５の被加工物６へ照射した軌跡長さ、すなわち図
のＬに相当する長さの溶断加工を行なうことがで
きる。
しかし、第３図に示すように、レーザ発振器１
から発振するレーザ光５はθで示した発散角を持
つ特性があるので、レーザ発振器１からの距離の
長さに応じて、レーザ光５のビーム径が大きくな
る。
から発振するレーザ光５はθで示した発散角を持
つ特性があるので、レーザ発振器１からの距離の
長さに応じて、レーザ光５のビーム径が大きくな
る。
一方、レンズに入射するレーザ光のビーム径が
変わると、レンズを通過したあとの集光の様子が
変わる。
変わると、レンズを通過したあとの集光の様子が
変わる。
第４図はレンズに入射したレーザ光の状態を説
明するための説明図で、一般にレンズ４に入射す
るガウスモードのレーザ光、つまり光の強度分布
がガウス分布をしているレーザ光のビームウエス
ト半径W0、レンズ４とビームウエスト位置の距
離d1、レンズ４の焦点距離ｆ、レンズを通過した
レーザ光のレンズからの距離d2の位置でのビーム
半径W1は(1)式の関係がある。
明するための説明図で、一般にレンズ４に入射す
るガウスモードのレーザ光、つまり光の強度分布
がガウス分布をしているレーザ光のビームウエス
ト半径W0、レンズ４とビームウエスト位置の距
離d1、レンズ４の焦点距離ｆ、レンズを通過した
レーザ光のレンズからの距離d2の位置でのビーム
半径W1は(1)式の関係がある。
W1＝W0d2／d1〔１＋Z2／0／d2／1〕-1/2・〔１＋d4／1
／Z2／0（１＋Z2／0／d2／1）2×｛１／d2−１／ｆ＋１
／d1〔１＋（Z2／0／d2／1）〕｝2〕1/2………(1) ただしZ0≡πW2／0／λ λはビームの波長で、ビームウエスト半径W0
とその位置は発振器１内の構造によつて決定され
る。
／Z2／0（１＋Z2／0／d2／1）2×｛１／d2−１／ｆ＋１
／d1〔１＋（Z2／0／d2／1）〕｝2〕1/2………(1) ただしZ0≡πW2／0／λ λはビームの波長で、ビームウエスト半径W0
とその位置は発振器１内の構造によつて決定され
る。
以下、d1をさして発振器１からの距離と呼ぶこ
とにする。また、被加工物上でのW1をスポツト
半径と呼ぶことにする。
とにする。また、被加工物上でのW1をスポツト
半径と呼ぶことにする。
なお、第４図において、１ａ，１ｂはミラーで
ある。
ある。
第５図は第３図におけるＡ位置のレーザ光を５
ａ、Ｂ位置のレーザ光を５ｂとした、レンズ４に
よる集光性の差を示す。すなわち、太い径のレー
ザ光５ａが細い径のレーザ光５ｂよりレンズに対
して近距離の位置で小さなビーム径にしぼられ
る。
ａ、Ｂ位置のレーザ光を５ｂとした、レンズ４に
よる集光性の差を示す。すなわち、太い径のレー
ザ光５ａが細い径のレーザ光５ｂよりレンズに対
して近距離の位置で小さなビーム径にしぼられ
る。
第６図は加工ヘツドが二次元的な走査を行なう
加工機の原理を示す斜視図である。第６図におい
て第２図と同一部分は同一符号を付して示してあ
る。２ａ，２ｂ，２ｃは平面鏡、７は加工テーブ
ル、８ＸはＸ軸移動台で、駆動装置により駆動さ
れて加工テーブル７の長手方向であるＸ軸方向に
移動する。８ＹはＹ軸移動台で、加工ヘツド３が
取り付けられており、駆動装置により駆動されて
Ｘ軸移動台８Ｘ上を移動する。したがつて、Ｘ軸
移動台８Ｘ及びＹ軸移動台８ＹをNC装置等で制
御して移動させることにより、加工ヘツド３を二
次元的に移動させることができ、二次元の任意形
状１０で加工を行なうことができるものである。
なお、９Ｘ，９Ｙは移動台用のガイドレールを示
す。
加工機の原理を示す斜視図である。第６図におい
て第２図と同一部分は同一符号を付して示してあ
る。２ａ，２ｂ，２ｃは平面鏡、７は加工テーブ
ル、８ＸはＸ軸移動台で、駆動装置により駆動さ
れて加工テーブル７の長手方向であるＸ軸方向に
移動する。８ＹはＹ軸移動台で、加工ヘツド３が
取り付けられており、駆動装置により駆動されて
Ｘ軸移動台８Ｘ上を移動する。したがつて、Ｘ軸
移動台８Ｘ及びＹ軸移動台８ＹをNC装置等で制
御して移動させることにより、加工ヘツド３を二
次元的に移動させることができ、二次元の任意形
状１０で加工を行なうことができるものである。
なお、９Ｘ，９Ｙは移動台用のガイドレールを示
す。
第６図に示す加工機ではレーザ発振器１からの
距離d1はＸ座標、Ｙ座標の和によつて決定され
る。
距離d1はＸ座標、Ｙ座標の和によつて決定され
る。
以上のように、加工ヘツド３が移動して前述の
距離d1が変化するにしたがつて、スポツト半径
W1が変化する。
距離d1が変化するにしたがつて、スポツト半径
W1が変化する。
ところで、レーザ加工機において、上記スポツ
ト半径W1が或る大きさを持つているので、この
半径の値だけ加工ヘツド３をずらして、つまりオ
フセツトをかけて所望の寸法のものが得られるよ
うに加工を行なうが、NC装置に登録するオフセ
ツト量は一定であるから、加工中にレーザ光５の
スポツト半径W1が変化すると設定オフセツト量
からずれて、切断幅が製品にくい込んだり、大き
めに切つたりするという問題点が生ずる。
ト半径W1が或る大きさを持つているので、この
半径の値だけ加工ヘツド３をずらして、つまりオ
フセツトをかけて所望の寸法のものが得られるよ
うに加工を行なうが、NC装置に登録するオフセ
ツト量は一定であるから、加工中にレーザ光５の
スポツト半径W1が変化すると設定オフセツト量
からずれて、切断幅が製品にくい込んだり、大き
めに切つたりするという問題点が生ずる。
すなわち、被加工物６から、例えば正方形を切
抜く場合を、わかりよくするためスポツト半径
W1の変化の状況を極端に表現して図示すると第
７図に示すようになり、NC装装置のプログラム
上は正方形を切抜くようになつていても、実際に
切抜かれた製品１１は正確な正方形にならないと
いう欠点を有する。なお、１２はレーザ光５のス
ポツトの軌跡を、１３で示す一点鎖線は加工ヘツ
ド３の移動軌跡を示す。
抜く場合を、わかりよくするためスポツト半径
W1の変化の状況を極端に表現して図示すると第
７図に示すようになり、NC装装置のプログラム
上は正方形を切抜くようになつていても、実際に
切抜かれた製品１１は正確な正方形にならないと
いう欠点を有する。なお、１２はレーザ光５のス
ポツトの軌跡を、１３で示す一点鎖線は加工ヘツ
ド３の移動軌跡を示す。
この発明は上記のような欠点を解消するために
なされたもので、レーザ発振器から加工ヘツドの
集光装置に至る光路長の変化に伴つて変化する被
加工物上のレーザ光のスポツト半径、つまりスポ
ツト径に応じて加工ヘツドのオフセツト量を変化
させるオフセツト量制御装置を設けたレーザ加工
機を提供することも目的とするものである。
なされたもので、レーザ発振器から加工ヘツドの
集光装置に至る光路長の変化に伴つて変化する被
加工物上のレーザ光のスポツト半径、つまりスポ
ツト径に応じて加工ヘツドのオフセツト量を変化
させるオフセツト量制御装置を設けたレーザ加工
機を提供することも目的とするものである。
以下、この発明の一実施例を図に基づいて説明
する。
する。
第１図はこの発明におけるオフセツト量制御装
置の一実施例を示す構成図である。第１図におい
て、２１は光路長計算回路で、加工ヘツド３の
Ｘ、Ｙ移動量に基づいてレーザ発振器１からの距
離d1を計算する回路、２２はスポツト径計算回路
で、(1)式によりレーザ光５の被加工物６上のスポ
ツト半径W1を計算する回路である。
置の一実施例を示す構成図である。第１図におい
て、２１は光路長計算回路で、加工ヘツド３の
Ｘ、Ｙ移動量に基づいてレーザ発振器１からの距
離d1を計算する回路、２２はスポツト径計算回路
で、(1)式によりレーザ光５の被加工物６上のスポ
ツト半径W1を計算する回路である。
２３ａ，２３ｂは加算回路、２４はＸ軸モータ
駆動回路で、Ｘ軸移動台８Ｘの駆動用モータへ駆
動信号を出力する回路、２５はＹ軸モータ駆動回
路で、Ｙ軸移動台８Ｙの駆動用モータへ駆動信号
を出力する回路である。
駆動回路で、Ｘ軸移動台８Ｘの駆動用モータへ駆
動信号を出力する回路、２５はＹ軸モータ駆動回
路で、Ｙ軸移動台８Ｙの駆動用モータへ駆動信号
を出力する回路である。
次に動作を説明する。
加工ヘツド３のＸ方向、Ｙ方向の移動量はNC
装置で位置決めを行なうために検出されているの
で、このＸ、Ｙ移動量に基づいて光路長計算回路
２１によりレーザ発振器１からの距離d1が計算さ
れる。この計算結果はスポツト径計算回路２２に
入力され、(1)式によりスポツト半径W1を計算す
る。なお、距離d2は一定とする。すなわち、加工
ヘツド３は被加工物６に対して上下方向には動か
ないものとする。
装置で位置決めを行なうために検出されているの
で、このＸ、Ｙ移動量に基づいて光路長計算回路
２１によりレーザ発振器１からの距離d1が計算さ
れる。この計算結果はスポツト径計算回路２２に
入力され、(1)式によりスポツト半径W1を計算す
る。なお、距離d2は一定とする。すなわち、加工
ヘツド３は被加工物６に対して上下方向には動か
ないものとする。
次に、スポツト径計算回路２２は計算されたス
ポツト半径W1の値をオフセツト量として出力す
る。以下はNC装置の通常のオフセツト機能によ
つて動作する。まず、このオフセツト量は加算回
路２３ａに入力される。又、NC装置のプログラ
ムの指令によるＸ軸移動量も加算回路２３ａに入
力される。そして、加工を行なう位置に応じてオ
フセツトをかける方向を、例えば右にするか左に
するかにより、加算回路２３ａによりオフセツト
量のＸ成分がＸ軸移動量にプラス又はマイナスさ
れる。加算回路２３ａの出力はＸ軸モータ駆動回
路２４に入力され、Ｘ軸モータ駆動回路から出力
されるＸ軸移動台８Ｘの駆動用モータの駆動信号
により、Ｘ軸移動台８Ｘはオフセツトをかけられ
た位置へ移動する。
ポツト半径W1の値をオフセツト量として出力す
る。以下はNC装置の通常のオフセツト機能によ
つて動作する。まず、このオフセツト量は加算回
路２３ａに入力される。又、NC装置のプログラ
ムの指令によるＸ軸移動量も加算回路２３ａに入
力される。そして、加工を行なう位置に応じてオ
フセツトをかける方向を、例えば右にするか左に
するかにより、加算回路２３ａによりオフセツト
量のＸ成分がＸ軸移動量にプラス又はマイナスさ
れる。加算回路２３ａの出力はＸ軸モータ駆動回
路２４に入力され、Ｘ軸モータ駆動回路から出力
されるＸ軸移動台８Ｘの駆動用モータの駆動信号
により、Ｘ軸移動台８Ｘはオフセツトをかけられ
た位置へ移動する。
一方、上記オフセツト量は加算回路２３ｂへも
入力され、又NC装置のプログラムの指令による
Ｙ軸移動量も加算回路２３ｂに入力される。そし
て、加工を行なう位置に応じてオフセツトをかけ
る方向を、例えば上にするか下にするにより、加
算回路２３ｂによりオフセツト量のＹ成分がＹ軸
移動量にプラス又はマイナスされる。加算回路２
３ｂの出力はＹ軸モータ駆動回路２５に入力さ
れ、Ｙ軸モータ駆動回路２５から出力されるＹ軸
移動台８Ｙの駆動用モータの駆動信号により、Ｙ
軸移動台８Ｙはオフセツトをかけられた位置へ移
動する。
入力され、又NC装置のプログラムの指令による
Ｙ軸移動量も加算回路２３ｂに入力される。そし
て、加工を行なう位置に応じてオフセツトをかけ
る方向を、例えば上にするか下にするにより、加
算回路２３ｂによりオフセツト量のＹ成分がＹ軸
移動量にプラス又はマイナスされる。加算回路２
３ｂの出力はＹ軸モータ駆動回路２５に入力さ
れ、Ｙ軸モータ駆動回路２５から出力されるＹ軸
移動台８Ｙの駆動用モータの駆動信号により、Ｙ
軸移動台８Ｙはオフセツトをかけられた位置へ移
動する。
以上のようにして、スポツト半径W1が変化す
るに従つてオフセツト量も変化させることができ
るので、光路長が変化しても、所望の寸法で精密
に加工が行なわれる。
るに従つてオフセツト量も変化させることができ
るので、光路長が変化しても、所望の寸法で精密
に加工が行なわれる。
また、加工ヘツド３が被加工物６に対して上下
する場合も、加工ヘツド３と被加工物６間の距離
を測定する装置をつけて、その値を(1)式のd2に代
入すれば、スポツト半径W1を求めることができ
るので、同様にオフセツト量を制御できる。
する場合も、加工ヘツド３と被加工物６間の距離
を測定する装置をつけて、その値を(1)式のd2に代
入すれば、スポツト半径W1を求めることができ
るので、同様にオフセツト量を制御できる。
光路の途中にコリメーシヨンがある場合など
は、その場合々々のビーム伝搬の式を(1)式の代わ
りに用いればよい。
は、その場合々々のビーム伝搬の式を(1)式の代わ
りに用いればよい。
以上の説明からわかるように、この発明によれ
ばレーザ発振器から伝送されたレーザ光を加工ヘ
ツドに設けた集光装置により集光して、加工テー
ブルに載置された被加工物に照射すると共に、上
記加工ヘツドを移動させて加工を行なうレーザ加
工機に、上記レーザ発振器から上記集光装置に至
る光路長の変化に伴つて変化する上記被加工物上
のレーザ光のスポツト半径、つまりスポツト径に
応じて上記加工ヘツドのオフセツト量を変化させ
るオフセツト量制御装置を設けたから、加工中に
レーザ光のスポツト径が変化しても、これに伴つ
てオフセツト量も変化するので、オフセツト量が
スポツト半径の量からずれることがなく、切断幅
が製品にくい込んだり、大きめに切つたりすると
いうことがない。
ばレーザ発振器から伝送されたレーザ光を加工ヘ
ツドに設けた集光装置により集光して、加工テー
ブルに載置された被加工物に照射すると共に、上
記加工ヘツドを移動させて加工を行なうレーザ加
工機に、上記レーザ発振器から上記集光装置に至
る光路長の変化に伴つて変化する上記被加工物上
のレーザ光のスポツト半径、つまりスポツト径に
応じて上記加工ヘツドのオフセツト量を変化させ
るオフセツト量制御装置を設けたから、加工中に
レーザ光のスポツト径が変化しても、これに伴つ
てオフセツト量も変化するので、オフセツト量が
スポツト半径の量からずれることがなく、切断幅
が製品にくい込んだり、大きめに切つたりすると
いうことがない。
第１図はこの発明におけるオフセツト量制御装
置の一実施例を示す構成図、第２図はレーザ加工
機の原理を説明するための説明図、第３図はレー
ザ光の伝播特性を説明するための説明図、第４図
はレンズに入射したレーザ光の状態説明図、第５
図はレーザ光の集光性を説明するための説明図、
第６図は加工ヘツドが二次元的に走査されるレー
ザ加工機の原理を示す斜視図、第７図は従来のレ
ーザ加工機で加工した状態を説明するための説明
図である。 図中、１はレーザ発振器、２，２ａ，２ｂ，２
ｃは平面鏡、３は加工ヘツド、４はレンズ（集光
装置）、５，５ａ，５ｂはレーザ光、６は被加工
物、７は加工テーブル、８ＸはＸ軸移動台、８Ｙ
はＹ軸移動台、９Ｘ，９Ｙはガイドレール、１０
は被加工図形、１１は切抜かれた製品、１２はレ
ーザ光のスポツト軌跡、２１は光路長計算回路、
２２はスポツト径計算回路、２３ａ，２３ｂは加
算回路、２４はＸ軸モータ駆動回路、２５はＹ軸
モータ駆動回路である。なお、図中同一符号は同
一又は相当部分を示す。
置の一実施例を示す構成図、第２図はレーザ加工
機の原理を説明するための説明図、第３図はレー
ザ光の伝播特性を説明するための説明図、第４図
はレンズに入射したレーザ光の状態説明図、第５
図はレーザ光の集光性を説明するための説明図、
第６図は加工ヘツドが二次元的に走査されるレー
ザ加工機の原理を示す斜視図、第７図は従来のレ
ーザ加工機で加工した状態を説明するための説明
図である。 図中、１はレーザ発振器、２，２ａ，２ｂ，２
ｃは平面鏡、３は加工ヘツド、４はレンズ（集光
装置）、５，５ａ，５ｂはレーザ光、６は被加工
物、７は加工テーブル、８ＸはＸ軸移動台、８Ｙ
はＹ軸移動台、９Ｘ，９Ｙはガイドレール、１０
は被加工図形、１１は切抜かれた製品、１２はレ
ーザ光のスポツト軌跡、２１は光路長計算回路、
２２はスポツト径計算回路、２３ａ，２３ｂは加
算回路、２４はＸ軸モータ駆動回路、２５はＹ軸
モータ駆動回路である。なお、図中同一符号は同
一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- １ レーザ発振器から伝送されたレーザ光を加工
ヘツドに設けた集光装置により集光して、加工テ
ーブルに載置された被加工物に照射すると共に、
上記加工ヘツドを移動させて加工を行なうレーザ
加工機において、上記レーザ発振器から上記集光
装置に至る光路長の変化に伴つて変化する上記被
加工物上のレーザ光のスポツト径に応じて上記加
工ヘツドのオフセツト量を変化させるオフセツト
量制御装置を設けたことを特徴とするレーザ加工
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59166550A JPS6146388A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | レ−ザ加工機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59166550A JPS6146388A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | レ−ザ加工機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6146388A JPS6146388A (ja) | 1986-03-06 |
| JPH0156877B2 true JPH0156877B2 (ja) | 1989-12-01 |
Family
ID=15833343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59166550A Granted JPS6146388A (ja) | 1984-08-10 | 1984-08-10 | レ−ザ加工機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6146388A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0490184U (ja) * | 1990-06-05 | 1992-08-06 | ||
| JP2020011268A (ja) * | 2018-07-19 | 2020-01-23 | Ｄｇｓｈａｐｅ株式会社 | 照射経路データの作成方法、加工方法、ｃａｍシステム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5828787U (ja) * | 1981-08-20 | 1983-02-24 | 株式会社東芝 | レ−ザ加工装置 |
-
1984
- 1984-08-10 JP JP59166550A patent/JPS6146388A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6146388A (ja) | 1986-03-06 |
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