JPH02220794A

JPH02220794A - レーザ加工方法

Info

Publication number: JPH02220794A
Application number: JP1041540A
Authority: JP
Inventors: Makoto Irie; 真入江; Masahiko Tajime; 田治米　全彦
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1990-09-03
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JP2677856B2

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】［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
高価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ＯｌＸ“動か
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
ようにしたものである。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軸方向へ移動自在なキャレッジ１１が設けられてい
る。しかも、このキャレッジ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が水平に片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Ｍ２によってＸ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内を通り加工へラド１フ
内の反射ミラーで折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１つが設けられて
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で撮像し
たワーク（試料）Ｗに加工された丸穴の面積又は径を測
定して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、加工へラド１
フ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２つで折曲げられたレーザビームＬ
Ｂ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
されるがら、摺動円筒部材３１内こ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Ｍ２が接続されている。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４７が接続されている。

この撮像処理部４７には画像処理部４９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
Ｓ、（１はＸ＋Ｙ＋Ｚ）を出力すると共に、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ＭＸ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３５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で集光されたレーザビームＬＢにより順次、丸
穴ｗ、、ｗ２　、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図に示した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Ｈ，（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Ｗ、（ｉ−
１，２，３，・・・、現在は１−１）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４
７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ＰｌをＣＣＤカメラ２３へ出力し、ＣＣＤカメラ
２３で丸穴Ｗ１を撮像し、この撮像信号Ａ、に基づいて
画像処理４９で丸穴Ｗ、の面積Ｄ＋　　（Ｄ−ｔ　）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を一定単位量分だけ下降させ、上記
と同様の手順によりステップＳ６で次の丸穴Ｗ、（ｉ−
２）を加工し、ステップＳ７で面積り、（Ｄ、）を測定
する。

ステップＳ８では、丸穴Ｄ１の面積がり、−、＞Ｄ、、
かどうかの判断を行ない、Ｄ、１＞−Ｄ、であれば、ス
テップＳ５の手前に戻り、Ｄ、−、＜Ｄ。

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Ｗ＋加工を行ない、ステップＳｌｌで面積ＤＩ
　（Ｄ−＋＋　）を測定する。

ステップＳ１２では、丸穴Ｄ１の面積がＤ　ａｌｌ＞　
Ｄ　ａ−１であるかどうかの判断を行ない、Ｄ、＋１＞
　Ｄ　ａ　−１であればステップＳ９の手前に戻り、Ｄ
ａ＋ｌ＜Ｄａ−１であればステップ８１３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３
３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Ｗ１の加工を行なう。ステッ
プＳ１５では上記と同じ方法で丸穴Ｗ、の面積り、＋２
を測定する。

ステップＳ１６で、丸穴Ｗ１の面積がＤｆｉ＋□〉Ｄ　
ｅｌｌであるかどうかの判断を行ない、Ｄ、。２〉Ｄｆ
ｌ＋１であればステップＳ１７に進み、Ｄ、＋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３３をｏ
、ｘ”’例えば０．５ｆｆｉ″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Ｎ
Ｃ装置１９に正規のワークＷに切断加工を行なう加ニブ
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Ｄ　ａ＋２　＜　Ｄ　ｆｉｌｌであれ
ば、ステップＳ２０に進んで、ここではり、＋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Ｓ１８．Ｓ１９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３
３を自動的に上下させながら丸穴Ｗｌ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に切断加工が開始され
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の
測定を面積で行なったが、直径であっても適用可能であ
る。

［発明の効果］以上のごとき実施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、
集光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を容易、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１
７・・・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ｗ、、ｗ２　、ｗ
３・・・丸穴

Claims

【特許請求の範囲】

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．Ｘ＾ｍ＾
ｍ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。