JPH06677A - レ−ザ加工ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で高精度な小円加工が行えるレ−
ザ加工ヘッドを提供する。 【構成】 レ−ザ光が導入される導入筒８に対し回転筒
１４を同心的に回転自在に取り付け、この回転筒１４内
において上記導入筒８からのレ−ザ光を透過し光軸を平
行に偏心させ得るウインド−１５を傾斜可能に設ける。
上記回転筒１４に対しレンズ１７を保持したレンズホル
ダ１６を、上記光軸の偏心方向に移動自在に取り付け
る。このレンズホルダ１６の移動によって、レンズ中心
を、加工すべき円の半径Ｒ分偏心させるとともに、この
レンズ中心と上記ウインド−１５からの偏心光軸とが略
一致するように、上記ウインド−１５を所定角度θ傾斜
させる。 【効果】 上記回転筒１４を回転させることにより、比
較的小さな円加工を精確に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レ−ザ加工装置におい
て、特に小円加工を可能とするレ−ザ加工ヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来技術】従来、レ−ザ加工においては、例えばＸ、
Ｙ、Ｚの３軸のほかヘッドに設けた複数軸による多関節
形の加工機が用いられ、加工プログラムに基づいて平板
あるいは立体ワ−クの三次元加工を行っている。

【０００３】そして、円加工においては、複数軸の合成
ベクトルを用いて円軌跡を描く所定のパタ−ンプログラ
ムを作成し、このパタ−ンプログラムに基づいて行われ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法では、制御が複雑であるとともに複数の制御軸による
複雑な動きが生じ、特に立体ワ−クではワ−クとの干渉
の問題もある。しかも演算による制御であるため、連続
的な精緻な円軌跡が得られないなどの問題があった。

【０００５】このような問題を解決するため、例えば特
開昭６３−７６７８４号公報に示すように、ヘッドにも
う一つの回転軸を追加し、さらにその中心より半径方向
に反射ミラーを移動させて光軸を伸縮するスライド機構
を設け、そのミラーと一体に集光部も移動するようにし
たヘッドを用いることにより、スライド量によって上記
回転軸の回転のみで所望半径の円加工を行う方法も採ら
れている。しかし、上記のようなスライド筒を用いたヘ
ッドでは、ヘッド自体が大型化し、製造上高価なものと
なる。また、反射用ミラ−にアライメント調整が構造上
困難である。

【０００６】このため、さらにその解決方法として、特
開平２−１６９１９５号に示すものがある。そこでは上
記同様にヘッドにもう一つの回転軸を追加し、その中心
より半径方向に集光レンズを移動させて集光点を偏心さ
せる方法が採られている。この場合レ−ザ光軸のレンズ
への入射点と集光点とを結ぶ直線は回転軸とある角度を
有することとなり、ワ−ク切断面がワ−ク上面と直角と
はならず切断精度が悪いという問題点がある。

【０００７】そこで、本発明は、半径方向の光軸を伸縮
させるのではなく、レンズ移動とともにヘッド内部にレ
−ザ光軸を入射光と平行に偏心させるレ−ザ光透過媒体
を設けることにより、簡単な構造で高精度な小円加工が
行えるレ−ザ加工ヘッドを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、レ
−ザ発振器からレ−ザ光路を介しレ−ザ光が導入される
導入筒に対し回転筒を同心的に回転自在に取り付け、こ
の回転筒内において上記導入筒からのレ−ザ光を透過し
その光軸を入射光と平行に偏心させ得るウインドーを傾
斜可能に設け、上記回転筒に対しレンズホルダを上記光
軸の偏心方向に移動自在に取り付け、このレンズホルダ
の移動によってこのレンズホルダに支持されたレンズ中
心を加工すべき円の半径分偏心させるとともに、このレ
ンズ中心と上記ウインドーからの偏心光軸とが略一致す
るように上記ウインドーを傾斜させ、上記回転筒を回転
させることにより、比較的小さな円加工が簡単に行える
ように構成したものである。

【０００９】

【作用】レンズ駆動部によってレンズホルダを移動さ
せ、このレンズホルダに支持されたレンズの中心を加工
すべき円の半径分偏心させると同時に、連動手段を介し
てレンズ中心とウインドーからの偏心光軸とが略一致す
るようにウインドーの傾斜角度を調整する。

【００１０】ヘッドを所定の加工位置において所定の加
工姿勢に位置決めするだけで、そのままの状態で、回転
駆動部により回転筒を回転させながらレ−ザ光を照射す
ることにより、レ−ザ光の焦点が回転筒の回転中心を中
心とした所定の半径の円軌跡を描きながら移動され、レ
−ザ光による切断等の小円加工が簡単に行える。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を説明する。図
１は、本発明のレ−ザ加工ヘッドの一実施例を示す断面
図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２のＢ−Ｂ断
面図、図４は図２のＣ−Ｃ断面図、図５は図１のＤ矢視
要部側面図、図６は本発明のレ−ザ加工ヘッドを取り付
けたレ−ザ加工装置の一例を示す正面図、図７（ａ）
（ｂ）は円加工の概略図である。

【００１２】本発明のレ−ザ加工ヘッド１は例えば図６
に示すレ−ザ加工装置に取り付けられる。固定コラム２
に対し、可動テ−ブル３がＸ軸方向に移動自在に設けら
れ、かつ上記コラム２にはＹ軸サドル４がＹ軸方向に移
動自在に設けられている。さらに、上記Ｙ軸サドル４に
Ｚ軸サドル５がＺ軸方向に移動自在に設けられ、このＺ
軸サドル５に取り付けられたヘッド支持体６にレ−ザ加
工ヘッド１が装着されている。

【００１３】レ−ザ加工ヘッド１は、ヘッド支持体６か
らのレ−ザ光の光軸と一致するα軸を中心に回転される
第１回転ブラケット７と、この第１ブラケット７に対し
β軸を中心に回転される第２ブラケット８とを有する。
すなわち、上記Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸制御によってヘッド支
持体６の三次元的な位置が決定されるとともに、上記
α、βの２軸が加わってヘッド１の姿勢が決定されるよ
うになっている。。

【００１４】そして、コラム２側部に設けたレ−ザ発振
器９からレ−ザ光が発振されると、レ−ザ光は複数のミ
ラ−を介しレ−ザ光路を形成するＹ軸ダクト１１、Ｚ軸
ダクト１２、第１ブラケット７を経由して第２ブラケッ
ト８に導入される。上記第２ブラケット８が本発明でい
う導入筒に相当し、図１ないし図５はこれより先端のヘ
ッド構造を示す。

【００１５】図１において、導入筒８先端にはスライド
筒１３が入射レ−ザ光軸に沿って摺動自在に取り付けら
れ、このスライド筒１３に上記光軸を中心に回転筒１４
が回転自在に支持されている。この回転筒１４内部にお
いて上記導入筒８からの入射レ−ザ光を透過しその出射
光軸を上記入射光軸に対し半径方向へ平行に偏心させ得
るウインドー１５が光軸方向に対し傾斜可能に設けられ
ている。また、上記回転筒１４の下端面にはレンズホル
ダ１６が上記光軸の偏心方向と同一方向に摺動自在に取
り付けられている。このレンズホルダ１６は、上記回転
筒１４の下端開口１４ａと対向して上記ウインドー１５
からのレ−ザ光を透過し焦点Ｆに集光するレンズ１７を
支持している。さらに、レンズホルダ１６下端には上記
レンズ１７と同軸状に逆円錐状のノズル１８が装着され
ている。

【００１６】スライド筒１３は導入筒８にブッシュ１９
を介して軸方向に摺動自在に取り付けられ一側上方に支
持ロッド２０を突設している。この支持ロッド２０が導
入筒８側部に設けた案内筒２１に挿入され、その上端部
でギャップコントロ−ル用昇降駆動部２２に連結されて
いる。この昇降駆動部２２は、導入筒８上部に設けた減
速機付モ−タ２３とこのモ−タ２３の出力軸２３ａに一
端を固定した揺動ア−ム２４にてなり、この揺動ア−ム
２４の揺動端が上記支持ロッド２０に形成された係合溝
２０ａに係合し、この揺動ア−ム２４の動きにより支持
ロッド２０に昇降動を与えるようになっている。

【００１７】上記レンズホルダ１６に取り付けられたノ
ズル１８には図示しないがノズル先端とワ−クＷとの間
のギャップ量を検出する静電容量センサが設けられ、こ
の検出信号を基に上記モ−タ２３が制御され、スライド
筒１３から先端側のヘッド部分を光軸方向に微小移動
し、常に一定のギャップ量が保たれるようになってい
る。

【００１８】また、上記スライド筒１３には、回転駆動
用のモ−タ２５が搭載され、このモ−タ２５の出力軸２
５ａにはギヤ２６が取り付けられている。回転筒１４
は、上記スライド筒１３に軸受２７を介して回転自在に
支持されている。この回転筒１４の外周には従動ギヤ２
８が固定され、上記モ−タ２５のギヤ２６に噛合されて
いる。したがって、上記モ−タ２５、ギヤ２６および従
動ギヤ２８により回転筒１４の回転駆動部が構成されて
いる。

【００１９】図２および図３で示すように、回転筒１４
の内部には、入射光軸に対し直交する方向にウインドー
支持軸２９が回転自在に取り付けられ、この軸２９に上
記ウインドー１５がホルダ３０を介して保持されてい
る。ウインドー１５は、導入筒８からのレ−ザ光を入射
する位置に対向され、上記軸２９を支点にある程度の角
度内で揺動しても全入射光を透過できるように略長円形
状となっている。

【００２０】このウインドー１５はレ−ザ光の透過率の
極めて高い材料、例えばＺｎＳｅ等の平行平板を用いて
いる。そして、入射される平行光に対し図１にて例えば
２点鎖線で示すようにウインドー１５の角度θを変化さ
せることにより、ウインドー１５を透過した出射光軸を
入射光軸に対し平行にかつ一直線方向にＲ量偏心させる
ことができる。

【００２１】レンズホルダ１６は、回転筒１４の下端面
に形成したガイド３１に沿って図１において左右方向に
摺動自在に支持されている。レンズホルダ１６内部には
レンズマウント３２を介しレンズ１７が保持され、レン
ズホルダ１６の移動と一体にレンズ中心が移動される。

【００２２】次に、このレンズホルダ１６と、ウインド
ー１５の駆動機構について説明する。

【００２３】図３ないし図５で示すように回転筒１４の
外部一側に、モ−タ３３が取り付けられ、このモ−タ３
３の出力軸３３ａにプ−リ３４が取り付けられている。
また、回転筒１４下端に固定され上記レンズホルダ１６
に対設されたブラケット３５に、レンズホルダ１６の送
り方向のねじ軸３６が回転自在に支持されている。この
ねじ軸３６の先端はボ−ルねじ３７が形成され、レンズ
ホルダ１６に固定されたナット３８に螺合されている。
ねじ軸３６の外端にはプ−リ３９が取り付けられ、上記
プ−リ３４との間に巻回されたタイミングベルト４０を
介し、上記モ−タ３３から回転が伝達されねじ送りによ
ってレンズホルダ１６に直線運動が与えられるようにな
っている。

【００２４】さらに、図２および図３で示すように、レ
ンズホルダ１６には一側上方に向かってラックプレ−ト
４１が突設されその上端にレンズホルダ１６の移動方向
と同一方向のラック４２が形成されている。このラック
４２に対し、上記ウインドー支持軸２９の一端に一体に
取り付けられたピニオン４３が噛合されている。すなわ
ち、レンズホルダ１６の動きに連動してラック４２、ピ
ニオン４３を介し軸２９が回転され、ウインドー１５に
揺動運動が与えられる。

【００２５】このようにして、ウインドー１５とレンズ
ホルダ１６とを機械的に連結して１つの駆動源で同期動
作させている。すなわち、上記モ−タ３３、プ−リ３
４、タイミングベルト４０、プ−リ３９、ボ−ルねじ３
７およびナット３８によりホルダ駆動部が構成され、上
記ラック４２、ピニオン４３にてウインドー１５の連動
手段が構成されている。これらの機構部は全て外側をカ
バ−４４で覆われ、レ−ザ光やスパッタから保護されて
いる。

【００２６】また、この場合、ウインドー１５を透過す
るレ−ザ光の入射角と屈折率との関係からウインドー１
５の傾斜角度θと出射光軸の偏心量の関係を計算してお
き、この偏心量がレンズ中心の回転筒回転中心Ｌからの
移動量Ｒと略一致するようにピニオン４３径等の構成条
件を決定する。

【００２７】そして、レンズホルダ１６の移動によって
このレンズホルダ１６に支持されたレンズ中心を加工す
べき円の半径Ｒ分偏心させることにより、このレンズ中
心と上記ウインドー１５からの偏心光軸とが略一致する
ように上記ウインドー１５の角度θが調整される。

【００２８】例えば、図７（ａ）（ｂ）のように、加工
すべき円Ｏ1 、Ｏ2 の半径Ｒ1 、Ｒ2 に応じてモ−タ３
３を制御し、レンズ中心Ｌ1 、Ｌ2 を回転筒１４の回転
中心Ｌから半径Ｒ1 、Ｒ2 分移動させることにより、こ
れに対応した角度θ1 、θ2にウインドー１５が傾斜さ
れ、その出射光軸をレンズ中心Ｌ1 、Ｌ2 に合わせるこ
とができる。

【００２９】そして、加工プログラムにより、Ｘ、Ｙ、
Ｚ軸およびα、β軸を同時制御してヘッド１を所定の加
工位置に所定の加工姿勢に位置決めする。そのままの状
態で、モ−タ２５を駆動し回転筒１４を回転させながら
レ−ザ光を照射することにより、上記他の制御軸を動か
すことなく、所望半径の円加工が簡単に行える。

【００３０】また、回転筒１４の回転軸をＵ軸、レンズ
１７およびウインドー１５の駆動軸をＶ軸として、ＮＣ
制御軸に加え、両軸とも加工プログラムによって自動制
御することもできる。この場合、ピアッシングから円加
工までの光軸送りをＸ、Ｙ、Ｚ軸を動かすことなく単に
Ｕ、Ｖ軸制御のみで行える。

【００３１】あるいは、加工プログラムの編成や別途ソ
フトを付加することにより、真円に限らず楕円、矩形等
の様々な形状加工を行うことも可能である。

【００３２】なお上記実施例においては、ウインドー１
５をレンズ１７の駆動部と同一駆動源で機械的に連動さ
せたが、これに限らず、それぞれに駆動源を設け、例え
ばレンズ駆動軸をＶL 軸、ウインドー駆動軸をＶW 軸と
してＮＣにより互いにモ−タ回転量を関連づけて個別に
駆動制御させることもできる。

【００３３】また、本発明のレ−ザ加工ヘッドは図６の
ようなレ−ザ加工機に限らず、他のレ−ザ加工用多関節
ロボットや、平板加工用のレ−ザ加工機にも取り付ける
ことができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、ヘッド内部のレンズを
加工すべき円の半径に応じて横移動させると同時にレ−
ザ光透過媒体のウインドーを傾斜させることでレンズへ
入射するレ−ザ光軸を回転軸に対し平行に偏心させレン
ズ中心に合わせることにより、簡単な構造で、複雑な制
御も要らず、高精度な小円加工が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレ−ザ加工ヘッドの一実施例を示す断
面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ断面図。

【図４】図２のＣ−Ｃ断面図。

【図５】図１のＤ矢視側面図。

【図６】本発明のレ−ザ加工ヘッドを取り付けたレ−ザ
加工装置の一例を示す正面図。

【図７】円加工時のレンズとウインドーの位置関係を説
明する概略図。

【符号の説明】

１ レ−ザ加工ヘッド ８ 導入筒 ９ レ−ザ発振器 １１、１２、７ レ−ザ光路を構成するダクトおよびブ
ラケット １４ 回転筒 １５ ウインドー １６ レンズホルダ １７ レンズ ２５ 回転駆動部を構成するモ−タ ２９ ウインドー支持軸 ３３ ホルダ駆動部を構成するモ−タ ４２、４３ 連動手段を構成するラック、ピニオン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 正則 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機八幡工場内 (72)発明者 大倉 正彦 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機八幡工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レ−ザ発振器からレ−ザ光路を介しレ−
   ザ光が導入される導入筒と、この導入筒先端にレ−ザ光
   の入射光軸を中心に回転自在に取り付けられた回転筒
   と、この回転筒に回転運動を与える回転駆動部と、上記
   回転筒内において上記入射光軸と直交する軸を中心に回
   動自在に支持され上記導入筒からのレ−ザ光を透過しそ
   の出射光軸を上記入射光軸に対し平行に偏心させ得るウ
   インドーと、上記回転筒に対し上記出射光軸の偏心方向
   に直線移動自在に取り付けられたレンズホルダと、この
   レンズホルダに支持され上記ウインドーからのレ−ザ光
   を透過し焦点に集光するレンズと、上記レンズホルダを
   直線駆動するホルダ駆動部と、上記ホルダ駆動部に連結
   され上記レンズ中心に対し上記ウインドーからの出射光
   軸が略一致するように上記ウインドーに回転動作を与え
   る連動手段とを具備したことを特徴とするレ−ザ加工ヘ
   ッド。