JPH02211991A

JPH02211991A - レーザ加工機の光学ヘッド

Info

Publication number: JPH02211991A
Application number: JP1031197A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tsubota; 坪田　俊夫; Saku Yamamoto; 山本　朔
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1990-08-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明はレーザ加工機の光学ヘッドに関するＯ〈従来の技術〉第８図は従来例に係るレーザ加工機の光学ヘッドの正面
図、第９図はその断面図である。

第８図に示すように、従来の光学ヘッドにおいては、本
体サポート１０１に垂直な軸回り（Ｃ軸方向）に回転自
在に支持軸１０２が支持され、モータ、減速機からなる
その駆動装置１０３が設けられている。この支持軸１０
２には水平な軸回’ｌ　（Ａ軸方向）に回動軸１０４が
支持され、同じくモータ、減速機からなるその駆動装置
１０５が設けられており、更にとの回動軸１０４にはそ
の軸線と直交する方向にノズルチップ１０６が取付けら
れている。

而して、発振機より出たレーザ光は第１及び第２のミラ
ー１０７，１０８でそれぞれ反射され、レンズ１０９で
集光されてノズルチップ１０６から外へ照射される。

この、光学ヘッドにおいて、レーザ加工を行う場合には
集光したレーザ光の焦点をノズルチップ１０６の先端部
に合わせる必要がある。

即ち、第９図に示すように、回動軸１０４の下部の固定
されたノズルチップサポート１１０にはホルダ１１１に
よってノズルボディサポート１１２がＸ方向（第９図左
右方向）及びそのＸ方向と直交するＹ方向に移動自在に
取付けられている。そして、このホルダ１１１にはＸ方
向及びＹ方向に軸中心を有する調整ねじ１１３が外部よ
り貫通しその先端がノズルボディサポート１１２の外周
に当接している。ノズルボディサポート１１２の内周部
にはノズル本体１１４がレーザ光の照射方向と平行なＷ
方向（第９図上下方向）移動自在に嵌合すると共に、外
周部には調整リング１１５が螺合している。この調整リ
ング１１５はその下端部がノズル本体１１４外周の鍔部
に係合することによりその上下位置を拘束している。そ
して、このノズル本体１１４の先端部にはノズルチップ
１０６が螺合している。

而して、集光したレーザ光の焦点をノズルチップ１０６
の先端部に合わせるには、Ｉｌｍねじ１１３を回転させ
ることによりノズルチップ１０６をＸ方向及びＹ方向に
、ノズルチップ１０６自体を回転させることによ６ｗ方
向に位置調整される。

〈発明が解決しようとする課題〉このような従来の光学ヘッド（ζあって、集光したレー
ザ光の焦点調整作業はノズルチップ１０６を３次元方向
（ｘ、ｙ、ｗ方向）に移動してＵＩＩＭシなければなら
ない。そのため、そのＩｉｍ作業は面倒なものとなり、
また、この調整作業を作業者が手動によって行っていた
ため、多くの作業時間を要し、且つ作業には熟練を要し
ていた。

本発明はこのようなｒｒｉｉｍ点を解決するものであ゛
って、藺単且つ正確にレーザ光の焦点調整作業を行うこ
とのできるレーザ加工機の光学ヘッドを提供することを
目的とする。

く課題を解決するための手段〉上述の目的を達成するための本発明のレーザ加工機の光
学ヘッドは、レーザ加工機の光学ヘッドにおいて、レー
ザ光を照射するノズルチップにレーザ光の焦点位置検出
センサを設ける一方、光学ヘッド本体に前記ノズルチッ
プをレーザ光照射方向と平行なＷ方向と該Ｗ方向と直交
するＸ方向及びＹ方向に移動自在に支持すると共に前記
レーザ光の焦点位置検出センサに基づいて前記ノズルチ
ップを移動させる駆動制御装置を設けた乙とを特徴とす
るものである。

また、上述の目的を達成するための本発明のレーザ加工
機の光学ヘッドは、前記ノズルチップがノズル本体を介
して光学ヘッド本体に支持されると共に該ノズルチップ
を前記ノズル本体に対して着脱自在としたことを特徴と
するもの７ある。

く作　　　用〉検出機はノズルチップ内を通過するレーザ光の焦点位置
を検出し、その検出信号を駆動制御装置に送信する。そ
して、駆動制御装置はこれに基づいてノズルチップをＸ
方向及びＹ方向、Ｗ方向に移動し、レーザ光の焦点位置
がノズルチップ先端部に合うように調整される。

また、このノズルチップはノズル本体を介して光学ヘッ
ド本体に着脱自在に支持されているので、ノズルチップ
の交換が容易となる。

〈実　施　例〉以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例に係るレーザ加工機の光学ヘ
ッドにおけるノズル部の断面図（第３図のＩ詳細図）、
第２図は第１図の■−Ｉ［断面図、第３図は光学ヘッド
の要部断面図、第４図はその一部破断側面図、第５図は
第４図の■−■断面図、第６図は第３図の■−Ｖｔ断面
図、第７図はレーザ加工機全体の斜視図である。

第７図に示すように、本レーザ加工機１１では、ペッド
１２上にテーブル１３が水平なＸ軸方向に摺動自在に搭
載される一方、ベツド１２の両側にこれを挾むようにコ
ラム１４が立設されると共に両コラム１４の上端がクロ
スビーム１５によって連結され、このクロスビーム１５
には加工ヘッド１６がＸ軸方向と直角をなす水平なＹ軸
方向に摺動自在に搭載されている。そして、この加工ヘ
ッド１６に光学ヘッド１７が垂直なｚ軸方向に摺動自在
に取付けられている。而して、テーブル１３上に載置し
たワーク１８に対して光学へラド１７をｘ、ｙ、ｚ軸方
向に移動させることで所要位置に位置決めし、光学ヘッ
ド１７からレーザ光をワーク１８に向けて照射すること
でワーク１８の加工が行われる。

次に、第１図〜第６図によってこ・の光学ヘッド１７に
ついて詳説する。光学ヘッド１７は先端にノズルチップ
１９を有し、このノズルチップ１９をＺ＠回りのＣ軸方
向、Ｃ軸と直角をなす水平な軸回りのＡ軸方向、及びレ
ーザ光の照射方向と平行なＷ軸方向に動作させることが
可能である。

第４図に示すように、本体サポー）２０（ζベアリング
２１を介して中空の支持軸２２が前記Ｃ軸方向に回転自
在に支持される。尚、本体サポー）２Ｇは前記加工ヘッ
ド１６にｚ軸方向に移動できるように支持されるもので
ある。この支持軸２２の外周部には従動歯車２３が固定
されており、本体サポート２０４ζ固定されたＣ軸モー
タ２４のｍｒｔｈ軸２５にハーモニックドライブ減速機
２６を介して連結された駆動歯車２７がこの従動歯車２
３と噛み合っている。従って、Ｃ軸モータ２４の作動に
より、支持軸２２が本体サポー）２０に対してＣ軸方向
に回転駆動される。

支持軸２２の下端部には、第３図に示すように、この軸
方向と直交するボス部２８が形成されていて、このボス
部２８にベアリング２９を介して中空の回動軸３０が前
記Ａ軸方向に回動自在に支持される。乙の回動軸３０の
外周部には従動歯車３１が固定されており、支持軸２２
のボス部２８に固定されたＡ軸モータ３２の駆動軸３３
に八−モニックドライブ減速機３４を介して連結された
駆動歯車３５がこの従動歯車３１と噛み合っている。従
って、Ａ軸モータ３２の作動によって、回動軸３０は支
持軸２２に対してＡ軸方向に回転駆動される。

また、回動軸３０にはこの軸方向と直交する方向に筒部
３６が突設されていて、この筒部３６に先端にノズルチ
ップ１９を備えた中空のノズルチップサポート３７が前
記Ｗ軸方向に摺動自在に支持されている。第５図に示す
ように、このノズルチップサポート３７の外周部にはそ
の軸方向に沿ってラック３８が形成されると共に、回動
軸３０に固定されたＷ軸モータ３９の駆動軸４０にハー
モニックドライブ減速機４１を介して連結された駆動歯
車４２がこのラック３８と噛み合っている。

従って、Ｗ軸モータ３９を作動させるとノズルチップサ
ポート３７は回動軸３０の筒部３６に対してＷ軸方向に
移動する。

一方、加工ヘッド１６に内蔵された発振器からのレーザ
光はこの支持軸２２の中心部からこの光学ヘッド１７内
に入り、第３図に示すように、回動軸３０内に配設され
た第１及び第２のミラー４３．４４で反射され、ノズル
チップサポート３７内のレンズ４５で集光されてノズル
チップ１９から照射される。

支持軸２２内を通って入射したレーザ光を反射する第１
のミラー４３は、第１図に示すように、支持軸２２のボ
ス部２８に固定された保持台４６に保持されて、支持軸
２２と回動輪３０の軸線交差部に位置している。この保
持台４６はその基端フランジ部４７でボス部２８に固定
される一方、先端部が回動軸３０内にこれと相対回転可
能に挿入され、その先端に第１のミラー４３を位置調整
可能に保持する。従って、回動軸３０が回転しても第１
のミラー４３はそれとは無関係に常に支持軸２２の中心
軸線上に位置することとなり、−方で回動軸３０の外周
壁にはその回動によってレーザ光を遮ることのないよう
に長孔４８が開口されている。

ミラー４３は円柱形本体の先端が軸方向と４５°をなす
面で切取られた形状を有し、その本体外周に鍔部４９が
突設されている。ミラー４３が保持台４６に取付けられ
た状態において、この鍔部４９の先方にはリング状のサ
ポート台５０が位置すると共に、さらにその先方には保
持台４６に固定されたリング状の取付板５１が鍔部４９
とでサポート台５０を挾むように位置している。第６図
に示すように、サポート台５０は保持台４６に上下に並
んで固定された円錐ピン５２．５３によって上下方向の
軸回りに回動自在に支持され、さらにサポート台５０の
内側に位置するミラー４３はサポート台５０に左右に並
んで固定された円錐ピン５４．５５によって左右方向の
軸回りに回動自在に支持されており、これによってミラ
ー４３は保持台４６に対して上下。

左右の軸回りに回動可能となっている。

このサポート台５０及びミラー４３はそれぞればね５６
及びばね５７（第３図参照）によって保持台４６に弾性
的に位置決めされると共に、保持台４６に螺合する！Ｉ
Ｉ整ねじ５８及び５９がそれぞれミラー４３の鍔部４９
の１部側面及び右部側面に当接している。従って、第６
図に示すように、この調整ねじ５８を進退させることで
ミラー４３は左右方向の軸回り（α方向）に角度位置調
整される一方、もう一方の＊ｍ軸５９を進退させる乙と
でミラー４３は上下方向の軸回り（β方向）に角度位Ｗ
ｒ１４整され、これら両方向の調整は互いに独立して行
うことが可能である。

一方、第１のミラー４３が反射したレーザ光をさらにレ
ンズ４５に向けて反射する第２ミラー４４は、第１図に
示すように、回動軸３０に固定された保持台６０に位置
調整可能に保持されて回動軸３０とノズルチップ１９の
軸線交差部に位置し、回動軸３０と共に回転する。この
第２のミラー４４の位置調整機構は前述の第１のミラー
４３のものと同様であるので詳しい説明は省略するが、
調整ねじ６１．６２を操作することで上下、左右方向に
独立してミラー４４の角度の１１！１ができるようにな
っている。

また、とのレーザ加工機の光学ヘッド１７には集光され
たレーザ光の焦点をノズルヘッド１９の先端部に自動的
に合わせる自動焦点装厭が設けられている。即ち、第１
図に示すように、ノズルチップサポート３７の下端部に
は円筒状のサポート６３が取付けられている。このサポ
ート６３の下部には円筒状をなし、内方に突出する係止
部６４が形成されたホルダ６５が固定ねじ６６【こよっ
て固定され、このホルダ６５の内側には同じく円筒状を
なすノズルボディサポート６７がＸ方向及びＹ方向移動
自在に支持されている。そして、ノズルボディサポート
６７の内周にはノズル本体６８がＷ方向移動自在に支持
され、そのノズル本体６８の下部にはノズルチップ１９
が着脱自在に取付けられている。

ホルダ６５の側部には支持筒６９が固定され、この支持
筒６９には減速機７０及び制御部７１を備えた駆動モー
タ７２が取付けられている。この駆動モータ７２の出力
軸７３には内周にねじ７４が切られた連結部材７５が固
定ねじ７６によって固定されており、このねじ７４には
駆動軸７７の基端部が螺合している。この駆動軸７７は
Ｘ方向に沿ってホルダ６７を外方より貫通し、その先端
部が前述のノズルボディサポート６７に連結されている
。なお、駆動軸７７はキー７８によってホルダ６５に対
して回転しないようになっている。従って、駆動モータ
７２を作動させると、出力軸７３を介して連結部材７５
が回転することで駆動軸７７が軸方向に移動し、ノズル
ボディサポート６７をＸ方向に移動してノズルチップ１
９のＸ方向における位ｉ！調整をする。

なお、ノズルチップ１９のＹ方向におけろ位置調整も前
述した駆動モータ７２や駆動軸７７等と同様の図示しな
い調整機構によって行われろものである。

第１図及び第２図に示すように、ノズルボディサポート
６７の一側部には箱型のケース７９が固定されており、
このケース７９には減速機８０及び制御部８１を備えた
駆動モータ８２が取付けられている。この駆動モータ８
２の出力軸８３には駆動ギ１８４が固定されており、こ
の駆動ギア８４はノズル本体６８の外周部に形成された
ラック８５に噛み合っている。従って、駆動モータＢ２
を作動させると、出力軸８３を介して駆動ギア８４が回
転し、更に、ノズル本体６８を上下に移動することでノ
ズルチップ１９の位！！調整を行う。

また、ノズル本体６９の内部には照射されたレーザ光の
焦点位置を検出する焦点位置検出センサ８６が取付けら
れている。この焦点位置検出センサ８６は検出したレー
ザ光の焦点位置を前述した各駆動モータ７２，８２の制
御部に送信する。従って、この駆動モータ７２．８２は
これに基づいて作動し、ノズルチップ１９をＸ方向及び
Ｙ方向、Ｗ方向に移動させることにより、レーザ光の焦
点位置がノズルチップ１９の先端部に合うように調整す
る。

さらに、第３図に示すように、支持軸２２、回動軸３０
の外周部にはこれらを覆う複数のカバー９０が取付けら
れている。そして、このカバー９０と支持軸２２、回動
軸３０との間に形成されろ空間にホースや電線類の線路
９１が形成される。この線路９１は、第３図で二点鎖線
で示すように、加工ヘッド１６から支持軸２２に沿って
の部に到り、■部、θ部を通って回動軸３０側へ移り、
さらに０部。

■部、■部に到る。

レーザ加工に必要なアシストガスをノズルチップ１９に
供給するアシストガスホースは、加工ヘッド１６から線
路９１の■部〜の部を通ってコネクタ９２に配管される
。また、同様にレンズ４５を冷却するためにレンズ周辺
部９３に冷却水を供給する冷却水ホースは、線路９１の
■部〜の部を通ってコネクタ９４に配管されろと共に、
ミラー４３．４４に冷却水を供給する冷却水ホースは線
路６４のＯ部〜Ｑ部を通ってそれぞれのコネクタ９５゜
９６に配管される。

一方、Ａ軸モータ３２用の電線も線路９１のの部〜＠部
を通って配線されると共に、Ｗ軸モータ３９用の電線も
線路９１の■部〜ｅ部を通って配線されている。

また、この光学ヘッド１７においては、Ｃ軸モータ２４
、Ａ軸モータ３２の作動によりノズルチップ１９が所要
の姿勢に制御されるト共に、Ｗ軸モータ３９によってノ
ズルチップ１９とワーク１８との距離が調節される。

この場合、各部の運動に伴ってホース、電線類も動くが
、これらは支持軸２２や回動軸３０の周囲に沿って配設
されしかもカバー９０の内側に位置しているので、外部
の物と干渉することがなく、全体としてコンパクトに構
成することが可能である。

更に、ノズルチップ１９をＷ軸方向に位置調節可能とし
たことにより、ノズルチップサポート３７に内蔵された
位置検出語（図示せず）によってノズルチップ１９とワ
ーク１８との距離を検出し、予めプログラムされた値と
実際の距離が一致するようにＷ軸モータ３９を作動させ
ることでレーザ加工精度を向上させることができる。

なお、上述の実施例は工作機械としてのレーザ加工機に
ついて説明したが、本発明はこの他工業用ロボット・等
にも適用することが可能である。

〈発明の効果〉以上、実施例を挙げて詳細に説明したように本発明のレ
ーザ加工機の光学ヘッドによれば、ノズルチップにレー
ザ光の焦点位置を検出する焦点位置検出センサを設ける
一方、光学ヘッド本体にそのノズルチップを３次元方向
に移動自在に支持すると共にこの焦点検出センサに基づ
いてノズルチップの位置を調整する駆動制御装置を設け
たので、レーザ光の焦点をノズルチップ先端部に自動的
に合わせることができ、この調整作業を短時間で簡単に
行うことができると共に正確に行うことができる。

また、ノズルチップがノズル本体を介して光学ヘッド本
体に着脱自在に支持されているので、ノズルチップの交
換が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るレーザ加工機の光学ヘ
ッドにおけるノズル部の断面図（第３図のＩ詳細図）、
第２図は第１図の■−■断面図、第３図は光学ヘッドの
要部断面図、第４図はその一部破断側面図、第５図は第
４図のＶ−Ｖ断面図、第６図は第３図の■−■断面図、
第７図はレーザ加工機全体の斜視図、第８図は従来例に
係るレーザ加工機の光学ヘッドの正面図、第９図はその
断面図である。図面中、１７は光学ヘッド、１９はノズルチップ、２０は本体サポート、６５はホルダ、６７はノズルボディサポート、６８はノズル本体、Ｔｏ、８Ｇは減速機、７１．８１は制御部、７２．８２は駆動モータ、７７は駆動軸、８４は駆動ギア、８６は焦点位置検出センサである。第２図第４図第５図第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ加工機の光学ヘッドにおいて、レーザ光を
照射するノズルチップにレーザ光の焦点位置検出センサ
を設ける一方、光学ヘッド本体に前記ノズルチップをレ
ーザ光照射方向と平行なＷ方向と該Ｗ方向と直交するＸ
方向及びＹ方向に移動自在に支持すると共に前記レーザ
光の焦点位置検出センサに基づいて前記ノズルチップを
移動させる駆動制御装置を設けたことを特徴とするレー
ザ加工機の光学ヘッド。
（２）前記請求項（１）記載のレーザ加工機の光学ヘッ
ドにおいて、ノズルチップがノズル本体を介して光学ヘ
ッド本体に支持されると共に該ノズルチップを前記ノズ
ル本体に対して着脱自在としたことを特徴とするレーザ
加工機の光学ヘッド。