JPH0243599B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、レーザ加工装置にかかるものであ
り、特にレーザビームの走査を行うことによつて
対象物例えば生地、皮などを加工するレーザ加工
装置に関するものである。

〔従来技術〕

第１図には、従来のレーザ加工装置の一例が示
されている。この図において、裁断コンベヤ１０
の左方には、生地を巻回した原反ロール１２のセ
ツトされた延反装置１４が配置されている。ま
た、裁断コンベヤ１０の右方には、裁断後のスク
ラツプを収容処理するスクラツプ処理装置１６が
配置されている。加工の対象となる生地１８は、
図の矢印Ｆ１の如く延反装置１４から裁断コンベ
ア１０上に送り出され、スクラツプは矢印Ｆ２の
如くスクラツプ処理装置１６に収容される。裁断
コンベア１０の略中央付近には、レーザヘツド２
０を走査するための駆動機構２２が配置されてい
る。この駆動機構２２は、第１の駆動体２４と、
第２の駆動体２６とによつて構成されている。第
１の駆動体２４は、裁断コンベア１０の両側部に
一組設けられており、これに対して第２の駆動体
２６が矢印Ｆ３方向に移動可能に架設されてい
る。すなわち、第２の駆動体２６は、第１の駆動
体２４によつて矢印Ｆ３の方向に駆動される。こ
の矢印Ｆ３の方向は、生地１８の表面に想定され
る第１の座標軸である座標軸Ｘに一致する。

第２の駆動体２６には、キヤリツジ２８が装着
されており、このキヤリツジ２８は、第２の駆動
体２６によつて図の矢印Ｆ４の方向に駆動され
る。この矢印Ｆ４の方向は、生地１８の表面に想
定される第１の座標軸に直交する第２の座標軸で
ある座標軸Ｙに一致する。キヤリツジ２８には、
レーザヘツド２０が固着されている。すなわち、
レーザヘツド２０は、第１の駆動体２４によつて
座標軸Ｘの方向に走査され、第２の駆動体２６に
よつて座標軸Ｙの方向に走査される。

更に、裁断コンベア１０の近辺には、レーザ発
振器３０が配置されており、前述した第２の駆動
体２６には、プリズムないしはミラーからなる光
学手段３２が配置されている。また、レーザ発振
器３０には、導光手段３４が設けられている。こ
の導光手段３４から出たレーザ光は、光路Ｌ１を
通過して光学手段３２に入射し、ここで光路が変
更された後光路Ｌ２を通過してレーザヘツド２０
に達する。光路Ｌ１の方向は、光学手段３２の移
動する方向すなわち第２の駆動体２６の矢印Ｆ３
の移動方向に一致する。また、光路Ｌ２の方向
は、レーザヘツド２０の移動方向すなわちキヤリ
ツジ２８の矢印Ｆ４の移動方向に一致する。従つ
て、レーザヘツド２０がどのように移動しても、
レーザ発振器３０から出力されるレーザ光は良好
にレーザヘツド２０に達することができる。

次に、上記従来例の動作について説明すると、
生地１８は、裁断コンベヤ１０の動作とともに移
送され、レーザヘツド２０の部分を通過する。レ
ーザヘツド２０は、駆動機構２２によつて走査移
動され、これに伴つてレーザ光が生地１８上で一
定パターンを描きながら走査が行なわれることと
なる。

しかしながら、以上のような従来のレーザ加工
装置においては、駆動機構２２の大きさは、裁断
するパターンの大きさに比例して大きくなり、配
置スペースも十分とる必要が生ずる。このため、
レーザ加工装置特に裁断コンベヤ１０の長さが大
となる。また、駆動機構２２の動作に伴う騒音あ
るいは振動も相当大とならざるを得ない。

更に、レーザヘツド２０の移動範囲は、裁断パ
ターンと一致するため、高速で裁断加工を行うこ
とが困難であるという不都合もある。

〔発明の概要〕

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、
高速で加工を行うことができるとともに、騒音あ
るいは振動を低減し得るレーザ加工装置を提供す
ることをその目的とし、揺動軸の端部に２次元の
平面に対して傾斜して取付けられた反射鏡と、こ
の反射鏡からの反射光を集光する凹面鏡とを有
し、レーザ光源から伝送路をを介して伝送されて
反射鏡に入射したレーザ光を揺動軸の回動により
第１の座標軸方向に揺動させて被加工物を照射す
る集光装置を、第１の座標軸と直交する第２の座
標軸方向に走行させて、レーザ光を走査する動作
を所定の加工パターンに基づいて制御しつつ行な
うようにし、さらに、前記伝送路は被加工物の加
工面におけるスポツト径が所定の値となるよう
に、前記集光装置に入射するレーザ光のビーム径
を、前記凹面鏡の焦点距離に応じたビーム径に拡
大するビーム拡大手段を含むレーザ加工装置によ
つて前記目的を達成しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明にかかるレーザ加工装置を第２図
ないし第５図に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第２図には、本発明にかかるレーザ加工装置の
一実施例が示されており、この装置の正面から見
た概略の構成が第３図に示されている。これら第
２図及び第３図において、加工対象の生地１００
が支持される支持台であるスラツトコンベヤ１０
２の左方には、生地１００の延反装置１０４が配
置されている。この延反装置１０４には、生地１
００が巻回された原反ロール１０６がセツトされ
ており、この原反ロール１０６に巻回された生地
１００は、延反装置１０４によつてスラツトコン
ベヤ１０２上に送り出されるようになつている。
スラツトコンベヤ１０２の右方には、スクラツプ
装置１０８が配置されており、加工終了後の残余
のスクラツプが収容されるようになつている。

スラツトコンベヤ１０２の中央付近適宜位置に
略コ字状のフレーム１１０が配置されており、フ
レーム１１０の水平部１１０Ａには、レーザ光を
集光して生地１００に照射する集光装置１１２を
取付けたカーソル１１４が配置されている。この
カーソル１１４は駆動装置によつてフレーム１１
０の水平部１１０Ａ上を何れの方向にも走行でき
るようになつている。つまり、集光装置１１２は
水平部１１０Ａにそつて座標軸Ｙ方向の何れの向
きにも走行することができる。なお、水平部１１
０Ａは生地１００に対して平行に配置され、かつ
生地１００の送り出し方向と直角に配置されてい
る。また、上記駆動装置はカーソル１１４に設け
てもよいし、フレーム１１０側に設けることもで
きる。

スラツトコンベヤ１０２あるいは延反装置１０
４の近辺には、レーザ発振器１２８が配置されて
おり、更にフレーム１１０の一方の肩１１０Ｂに
は、プリズムミラーなどから成る光学手段１３０
が配置固定されている。レーザ発振器１２８と光
学手段１３０の間にはオプチカルフアイバなどか
らなる伝送体１３２が設けられており、光学手段
１３０によつて向きを変えられたレーザ光はビー
ム拡大手段１３４によつてビーム径が拡大された
後空中を伝送して集光装置１１２へ入射するよう
になつている。すなわち、伝送体１３２、光学手
段１３０およびフレーム１１０の水平部１１０Ａ
にそつた空間によつてレーザ光の伝送路が構成さ
れている。

第４図は集光装置とビーム拡大手段との構成を
示す説明図で、レーザ光は図の矢印の如く、凸面
鏡１２０、凹面鏡Ａ１２２からなるビーム拡大装
置１３４を介して、ビーム径がφ₁からφ₂に拡大
された後集光装置１１２に入射する。集光装置１
１２はビーム径が拡大されたレーザビームを反射
するミラー１２４とビームを集光して生地１００
上に焦点をむすばせる凹面鏡Ｂ１２６とからなつ
ている。なお、ミラー１２４は、揺動軸RXの端
部に２次元の平面に対して傾斜して取付けられて
いる。この実施例ではスラツトコンベア１０２に
載置された生地１００の被加工面に対して傾斜す
るよう取付けられている。集光装置１１２はカー
ソル１１４の走行方向、つまり自身の走行方向に
平行に配置された軸PXの中心θの回りに、つま
りθを中心にして矢印FXの方向に揺動するよう
になつている。そして、揺動軸PXの中心θとビ
ーム径φ₂のレーザ光の光軸θ₂とは一致するよう
に、ビーム拡大手段１３４と集光装置１１２とを
配置する。なお、揺動軸PXを、θを中心として
矢印FXで示すように回動させる駆動装置はカー
ソル１１４に設けてある。また、θ₁はビーム径φ₁
のレーザ光の光軸、Ｙな集光装置１１２の走行方
向を示す矢印である。

上記のように構成することによつて、レーザ光
RBは凸面鏡１２０、凹面鏡Ａ１２２、ミラー１
２４及び凹面鏡Ｂ１２６によつて焦点が生地１０
０上となるように合わせられるとともに軸PXの
回動により座標軸Ｘ方向に揺動し、生地１００上
に想定される座標軸Ｘ方向に走査され、カーソル
１１４の移動によつて生地１００上に想定される
座標軸Ｙ方向に走査されるようになつている。

なお、凸面鏡１２０及び凹面鏡Ａ１２２から成
るビーム拡大手段は、生地１００上におけるレー
ザ光RBのスポツト径ｄを絞るためのものであ
る。すなわち、スポツト径ｄは、凹面鏡Ｂ１２６
の焦点距雄Ｆ、凹面鏡Ｂ１２６に入射するレーザ
光のビーム径Ｄ、定数ｋに対して、 ｄ＝ｋＦ／Ｄ で表わされる。従つて、焦点距離Ｆを大きくとる
場合であつても、スポツト径ｄを一定にしようと
すると、ビーム径ＤもＦに比例して大きくする必
要ががある。本発明においては、凹面鏡１２６の
焦点距離Ｆを大きくし、集光装置１１２と生地１
００との距離を大とする方が、生地１００上でも
同じ加工範囲を加工するのに集光装置１１２の揺
動の範囲を小さくすることができる。つまりレー
ザ光の揺動の範囲を小さくすることができる。言
いかえると、焦点距離Ｆの短い凹面鏡に比べ、揺
動軸PXの回動範囲は大きくすることができる。
そこで、上記のようなビーム拡大手段を設ける。
また、長焦点凹面鏡の使用により焦点深度が深く
なるから、生地１００上における焦点ずれの影響
も小となる。

次に、スラツトコンベヤ１０２は、一部が円弧
状にわん曲しており、これによつて加工わん曲部
１０２Ａが形成されている。この加工わん曲部１
０２Ａは、集光装置１１２の揺動軸PXの回転軸
中心θを中心点として半径Ｒの円周の一部となる
ように構成されている。（第３図参照）このため、
集光装置１１２を揺動軸PXの中心θの回りに揺
動することによつてレーザ光RBを座標軸Ｘ方向
に走査する場合も凹面鏡Ｂ１２６と生地１００と
の光学的距離が変化しないため、焦点がずれるお
それがない。スラツトコンベヤ１０２は薄形の板
材例えばアルミニウムによつて六角形の開孔が深
く形成された蜂の巣状のコア又はパネル、いわゆ
るハニカムパネルによつて構成されている。

レーザ光により生地１００が裁断された際に出
る煙は排煙装置１５０によつて第３図に示す矢印
Ａ方向に吸引される。仕切１５１は排煙装置１５
０の一部を構成するものである。この排煙装置１
５０による煙の吸引は、生地１００をスラツトコ
ンベヤ１０２に密着させるので、精度よく裁断で
きる効果も有している。なお第２図では排煙装置
１５０の図示を省略してある。

次に、第２図に示すように、スラツトコンベヤ
１０２の側部であつてスクラツプ処理装置１０８
の近辺には、加工制御装置２００が配置されてお
り、その構成例は、第５図に示されている。

この第５図において、加工制御装置２００は、
生産管理、パターンメーキング、グレーデイング
あるいはマーキングの処理を行う前段の処理装置
３００と、その他の直接的な加工処理を行う後段
の処理装置４００とによつて構成されている。処
理装置３００には、紙テープなどのデータ入力手
段２０２が接続されている。

処理装置３００は、生産管理部３０２、パター
ンメーキング・グレーデイング部（以下単に
「PG部」と略称する）３０４及びマーキング部３
０６によつて構成されている。これらのうち、生
産管理部３０２は、加工作業全体の生産数量、種
類など生産管理に必要なデータを基礎として加工
処理を指令する機能を有する。PG部３０４では、
生産管理部３０２から入力されるデータに基づい
てパターンメーキング及びグレーデイングの作業
を行い、具体的なパターンに関するデータを算定
する。パターンメーキングとは、具体的な加工の
パターンの作成であり、グレーデイングとは、標
準のパターンから各サイズに応じたバリエーシヨ
ンのパターンを作成することである。このPG部
３０４のデータは、マーキング部３０６に入力さ
れる。マーキング部３０６では、入力されたデー
タに基づいて、パターンを生地１００上に歩留り
よく配列する処理が行なわれる。このマーキング
部３０６のデータは、後段の処理装置４００に入
力される。処理装置４００では、マーキング部３
０６から入力されたデータに基づいてレーザ光の
走査が行なわれ、生地１００の裁断加工が行なわ
れる。

次に、後段の処理装置４００について説明す
る。この処理装置４００は、裁断制御部４０２を
中心に構成されており、裁断制御部４０２は、発
振器操作盤４０４、ヘツド駆動操作盤４０６及び
サーボコントローラ４０８に各々接続されてい
る。また、裁断制御部４０２は、延反装置１０
４、スクラツプ処理装置１０８及びコンベヤ駆動
装置４１０にも各々接続されている。これらのう
ち、発振器操作盤４０４は、レーザ発振器１２８
に接続されており、これによつてレーザ発振器１
２８のレーザ発振動作が制御される。発振器操作
盤４０４は、裁断制御部４０２による指令の他、
オペレータのマニユアルによる操作によつても動
作するようになつている。

ヘツド駆動操作盤４０６は、ヘツド駆動装置４
１２に接続されている。このヘツド駆動装置４１
２には、揺動手段駆動部１１３及びカーソル駆動
部１１５が含まれている。このヘツド駆動操作盤
４０６も、裁断制御部４０２による指令の他、オ
ペレータのマニユアルによる操作によつても動作
するようになつている。

サーボコントローラ４０８は、ヘツド駆動装置
４１２に接続されている。すなわち、ヘツド駆動
装置４１２は、ヘツド駆動操作盤４０６及びサー
ボコントローラ４０８から入力されるデータに基
づいて駆動され、レーザ光RBの走査が制御され
るようになつている。

コンベヤ駆動装置４１０は、スラツトコンベヤ
１０２を駆動するためのものである。このコンベ
ヤ駆動装置４１０、延反装置１０４及びスクラツ
プ処理装置１０８は、裁断制御部４０２の指令に
基づき、一定の対応をもつて動作し、生地１００
が加工の程度に応じてスラツトコンベヤ１０２上
に送り出されるようになつている。

次に、上記実施例の全体的動作について説明す
る。

まず、処理装置３００から入力されるデータに
基づき、裁断制御部４０２は、延反装置１０４及
びコンベヤ駆動装置４１０を動作させ、これによ
つてスラツトコンベヤ１０２上に原反ロール１０
６から生地１００が送り出される。

他方、裁断制御部４０２から発振器操作盤４０
４に動作指令が出力され、レーザ発振器１２８が
発振動作を開始し、レーザ光は、伝送体１３２、
ビーム拡大手段１３４を介して集光装置１１２に
達する。そして、生地１００上に焦点が合うよう
に照射される。

このとき、裁断制御部４０２からヘツド駆動操
作盤４０６及びサーボコントローラ４０８に各々
動作指令が出力され、ヘツド駆動装置４１２が駆
動される。すなわち、揺動手段駆動部１１３によ
つて集光装置１１２が軸PXをを中心として揺動
し、カーソル駆動部１１５によつてカーソル１１
４が往復走行し、前段の処理装置３００により求
められたパターン及びマーキングに従つてレーザ
光RBが生地１００上で走査される（第２図参
照）。

以上の動作により生地１００が裁断され、生地
１００はスラツトコンベヤ１０２によつてスクラ
ツプ処理装置１０８の方向に送られる。このと
き、裁断制御部４０２の動作指令に基づいてスク
ラツプ処理装置１０８が駆動される。裁断された
生地１００Ａ，１００Ｂは、オペレータ又は他の
自動機械によつてスラツトコンベヤ１０２上から
収集され、スクラツプは、スクラツプ処理装置１
０８内に収容される。

なお、加工対象物としては、生地、皮等の他、
金属、プラスチツクなどでもよいが、上記実施例
では、可撓性のあるものが好ましいことはいうま
でもない。このような性質を有しない場合には、
スラツトコンベヤ１０２を第１図に示すように平
坦に構成することとなる。更に、加工対象物が比
較的小面積のものであるときは、直接スラツトコ
ンベヤ１０２上に載せるようにする。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれるレーザ加
工装置によれば、揺動軸の端部に２次元の平面に
対して傾斜して取付けられた反射鏡と、この反射
鏡からの反射光を集光する凹面鏡とを有し、レー
ザ光源から伝送路を介して伝送されて反射鏡に入
射したレーザ光を揺動軸の回動により第１の座標
軸方向に揺動させて被加工物を照射する集光装置
を、第１の座標軸と直交する第２の座標軸方向に
走行させて、レーザ光を走査する動作を所定の加
工パターンに基づいて制御しつつ行なうように
し、さらに前記伝送路には被加工物の加工面にお
けるスポツト径が所望の値となるように、前記集
光装置に入射するレーザ光のビーム径を、前記凹
面鏡の焦点距離に応じたビーム径に拡大するビー
ム拡大手段を設けたから、集光装置は長焦点凹面
鏡を使うことができ、第１の座標軸方向にレーザ
光を揺動させたとき、焦点距離の短い凹面鏡を使
つたものに比べ、揺動軸の回動範囲が同じでも被
加工物の加工の範囲を大きくすることができる。
従つて、高速で加工を行なうことができると共に
騒音あるいは振動が低減されるという効果があ
る。

また、長焦点凹面鏡を使うと焦点深度が深くな
り、被加工物上における焦点ずれの影響を小さく
できる。従つてレーザ光を揺動させても加工精度
に与える影響を小とすることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ加工装置の一例を示す斜
視図、第２図は本発明にかかるレーザ加工装置の
一実施例を示す斜視図、第３図は第２図に示す装
置の簡略化した正面図、第４図は集光装置とビー
ム拡大手段との構成を示す説明図、第５図は本発
明の一実施例における加工制御装置のブロツク図
である。 図中、１００は生地、１０２はスラツトコンベ
ヤ、１１２は集光装置、１１４はカーソル、１２
０は凸面鏡、１２２は凹面鏡Ａ、１２４はミラ
ー、１２６は凹面鏡Ｂ、１２８はレーザ発振器、
１３０は光学手段、１３２は伝送体、１３４はビ
ーム拡大手段、１０２Ａはわん曲部、２００は加
工制御装置、PXは揺動軸、Ｙはカーソル１１４
の走行方向、RBはレーザ光である。なお図中同
一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持台上に支持された被加工物に対し、レー
   ザ光を２次元的に走査しつつ照射することによつ
   て被加工物を加工するレーザ加工装置において、 揺動軸の端部に前記２次元の平面に対して傾斜
   して取付けられた反射鏡と、この反射鏡からの反
   射光を集光する凹面鏡とを有し、レーザ光源から
   伝送路を介して伝送されて反射鏡に入射したレー
   ザ光を揺動軸の回動により第１の座標軸方向に揺
   動させて被加工物を照射する集光装置と、 この集光装置を第１の座標軸と直交する第２の
   座標軸方向に走行させる駆動装置と、 レーザ光が被加工物上において、所定のパター
   ンを描くように前記集光装置と前記駆動装置とを
   制御する制御手段とを備え、 さらに、前記伝送路は被加工物の加工面におけ
   るスポツト径が所望の値となるように、前記集光
   装置に入射するレーザ光のビーム径を、前記凹面
   鏡の焦点距離に応じたビーム径に拡大するビーム
   拡大手段を含むことを特徴とするレーザ加工装
   置。 ２ 前記支持台は、前記揺動軸の中心に対する円
   弧を形成するわん曲部を含む支持台である特許請
   求の範囲第１項に記載のレーザ加工装置。