JPH0683909B2

JPH0683909B2 - レーザ加工機械

Info

Publication number: JPH0683909B2
Application number: JP60269154A
Authority: JP
Inventors: 貴行青木; 祐二小泉; 敬吾古閑丸
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS62130786A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は加工精度の良好なレーザ加工装置に関するも
のである。

［従来の技術］一般に、レーザ加工機械では、レーザ発振器で発振され
たレーザビームを集光レンズで集光し、集光したレーザ
ビームを被加工物に照射することにより、被加工物に熱
処理を施したり、被加工物を熱切断したりすることがで
きるようになっている。

又、レーザ加工機械にはNC（数値制御）装置が取り付け
られ、前記被加工物又は前記レーザ光軸を数値制御する
ことにより、前記被加工物と前記レーザ光軸とを相対的
に移動させ、前記被加工物に所定の平面形状の加工が行
えるようになっている。

集光レンズで集光されたレーザビームは光軸上に焦点を
有するが、この光軸は、NC装置で認識可能の加工軸と一
致するように予め調整されており、NC装置はこの加工軸
上に光軸があるものとして、前記数値制御を行ってい
る。

ところが、光軸は、環境温度により、或いは、レーザ加
工機械の自己発散熱により、又或いはその他の機械歪等
により、初期において加工軸と一致するよう調整されて
いたとしても、時間の経過と共に、或いは使用に伴なっ
て前記加工軸からずれることがある。

光軸が加工軸からずれた場合には、NC装置は加工軸を基
準として数値制御を行うので、ずれ量に応じて加工精度
が低下する。

［発明が解決しようとする課題］そこで、従来は、光軸ずれを検出するために、レーザが
ルビーレーザ、YAGレーザ等可視光のレーザである場合
には、被加工物上に現われるレーザビームのスポットを
観察し、該スポットの中心を加工軸に一致させるようレ
ンズ系の調整を行っていた。

しかしながら、スポット観察による光軸ずれの検出は、
気体レーザ等不可視光のレーザでは不可能であり、又検
出精度（調整精度）にも問題がある。因みに、NC装置は
0.01mm以下の誤差で被加工物と加工軸との相対的移動を
制御可能であるのに対し、前記のスポット観察では調整
誤差を0.1mm以下にするのも難かしい。

又、前記の如く、光軸ずれは、経時的に又、使用に伴な
って生ずるが、前記のスポット観察による光軸調整は手
間を要するものであり、例えば、午前と午後に毎日生ず
る光軸ずれに対して適時、適切に対処するのは難かし
い。

この発明は上記点に鑑みて、光軸の加工軸に対するずれ
量を容易、迅速、正確に検出し、検出した光軸ずれ量に
基いて加工軸と被加工物との相対的移動を数値制御する
NC装置に補正を与えることにより、加工精度を良好とす
ることができるレーザ加工機械を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］前述のごとき従来の問題に鑑みて、本発明は、レーザ発
振器と、このレーザ発振器からのレーザビームを所定の
加工軸上に集光する集光レンズと、上記加工軸と直交す
るX,Y平面に配置された固定テーブル上の被加工物をX,Y
方向に移動するクランプ装置を制御するNC装置と、前記
被加工物を支持する上記固定テーブルの原点に対して所
定の位置に配置した撮像装置と、前記レーザビームによ
って前記被加工物に加工された検出孔を前記撮像装置の
直下に位置決めして撮像した孔の中心を演算し、かつ撮
像装置の中心と前記孔の中心とのずれ量を演算し、この
ずれ量に基いてテーブル座標でのずれ量を演算する画像
処理装置と、この画像処理装置による前記テーブル座標
でのずれ量に基いて、このずれ量を補正すべく前記NC装
置に補正をかける補正手段とを備えてなり、前記テーブ
ルの撮像装置の直下に孔を設け、このテーブルの孔の直
下に前記検出孔を下側から照射する照明装置を設けてな
るものである。

［実施例］以下、この発明の好適一実施例を説明する。まず、添付
図面を簡単に説明すると、第１図はこの発明の一実施例
に係るレーザ加工機械の斜視図、第２図は撮像装置の取
付け位置の説明図、第３図及び第４図は光軸の説明図、
第５図は光軸ずれ量検出装置のブロック図、第６図はフ
レームメモリの説明図、第７図は光軸ずれ量算出方式の
説明図、第８図は原点補正処理のフローチャートであ
る。

第１図に示すように、レーザ加工機械１は、機体３の背
後に位置するレーザ発振器５と、機体３の前面で水平方
向に張り出された腕７と、該腕７の前方で、かつ、下方
に備えられる図示しない加工ヘッドと、該ヘッドに前記
レーザ発振器５で発振されたレーザを導く（第１図には
図示しない）光学系（第３図で詳述する）と、前記加工
ヘッドの下方に所定距離を置いて固定的に配設される固
定テーブル９と、を有している。

又、レーザ加工機械１は、前記固定テーブル９上に載置
され被加工物Ｗを把持し、被加工物Ｗの加工すべき位置
を前記加工ヘッド直下に運ぶクランプ装置CLPと、該ク
ランプ装置CLPをテーブル座標上で数値制御するNC装置1
1と、を有している。

更に、本例に示したレーザ加工機械１は、前記腕７の一
側面に撮像装置13が設けられ、この撮像装置13の直下に
はテーブル９より下方に照明装置15が設けられ、前記撮
像装置13と前記NC装置との間には、ビデオ信号線17、制
御信号線19を介して画像処理装置21が設けられている。
前記照明装置15は前記画像処理装置21と照明用電源線23
で接続されている。

第３図に示したように、レーザ発振器５はレーザビーム
25を発振する。そして、発振されたレーザビームは腕７
内に設けられたミラー27で加工ヘッド内に設けられた集
光レンズ29に向って反射され、反射されたレーザビーム
は集光レンズ29で集光され、被加工物の上面に焦点を結
ぶようになっている。

レーザビームの光軸31は、初期においては、加工軸33と
一致するよう調整されるものである。第３図に図示の状
態において、レーザビームの加工点（焦点）35で所定の
加工、例えば切断加工が行われることになる。

第４図は、光軸31が加工軸33からずれた場合を拡大して
示している。このように、光軸ずれが生じた場合には、
加工点35は被加工物Ｗと加工軸33との交点（加工すべき
点）33′からδだけずれることになる。このずれ量をそ
のまま放置すれば、この分だけ加工精度が劣ることにな
るのである。

NC装置11は、クランプ装置CLPに被加工物Ｗを把持させ
て被加工物Ｗを前記固定テーブル９上で位置決め制御す
る。この制御は、周知のものと変わるところがなく、第
１図には図示しないＸ軸及びＹ軸用のサーボモータMx、
My（第５図参照）に駆動信号を与えることにより、クラ
ンプ装置CLPの図示しない移動機構を駆動して被加工物
Ｗの加工点を前記加工軸に合わせる態様で行われるもの
である。

撮像装置13は、CCDカメラ、ITVカメラ等で構成され、撮
像をビデオ信号に変換し、これをビデオ信号線17に出力
する。

第２図により撮像装置13の取付け位置及び、撮像方式の
詳細を説明する。

撮像装置13の取付位置は、腕７の側面で、テーブル座標
上の所定の位置（Xo,Yo）である。被加工物の原点（基
準点）は、加工開始に際して、このテーブル座標XYの原
点Ｏ（0,0）に一致されるものである。そして、撮像装
置13は、取付位置（Xo,Yo）に置かれた被加工物の表面
状態、例えば孔を明けられた状態を所定倍率で撮像す
る。なお、このために、テーブル９の撮像装置13の直下
には所定大きさの孔が明けられており、又、その直下に
はコントラストの高い画像が取り込めるよう白熱灯、蛍
光灯等の照明装置15が上向き姿勢で取付けられている。

第５図に示すように、画像処理装置21は、２値化回路37
と、フレームメモリ39と、CPU41,ROM43,RAM45,入出力装
置47と、を有している。

２値化回路37は、アナログ信号たるビデオ信号を1,0コ
ードにデジタル化し、このデジタル信号を画像データと
してフレームメモリ39に格納する。フレームメモリ39は
第６図に示したように、各ピクセルに画像の白黒部分に
対応して1,0信号を記憶するようになる。フレームメモ
リ39の物理座標をxyとする。この座標xyは、前記テーブ
ル座標XYの撮像装置の取付位置（Xo,Yo）に座標（xo,y
o）を対応させ、変位量の関係では、Ｘ＝kx・ｘ，Ｙ＝ｙ・ky ……… の関係にある。kx,kyは、１画素当りの相当距離と撮像
装置13の倍率によって定まる定数である。ROM43には、
第８図で後述する演算処理のためのプログラムが格納さ
れている。入出力装置47は、画像処理装置21のバス49と
NC装置11のその内部の入出力装置と接続されており、NC
装置11からの起動信号やNC装置11へのデータ信号を伝達
する役目を為す。又、入出力装置47は、前記照明装置15
のリレーＲと接続されており、画像処理装置21はリレー
Ｒを撮像時に駆動して、照明装置15を点灯させることが
できるようになっている。

以上の構成のレーザ加工機械において、前記光軸ずれに
対処するための、NC装置の原点補正処理を説明する。

第８図において、ステップ801は原点補正の実行開始判
断を示している。

原点補正処理の実行は、オペレーターの指令によって開
始されるものであり、例えば加工開始に先だって、或い
は毎日午前と午後に、或いは光軸ずれが生じたと考えら
れる時期に適宜、キーボード等に指令されて開始される
ものである。

ステップ803は、第５図に示したサーボモータMx,MyをNC
装置11で駆動し、クランプ装置CLPを移動し、次いで、
被加工物（ワーク）Ｗに、中心を（Xo,Yo）とし撮像装
置（カメラ）13の視野内に入る大きさの孔を明ける処理
を示している。この孔は、第２図に示したように被加工
物ＷをＷ′で示す位置に移動させ、被加工物Ｗの（Xo,Y
o）点を加工軸33の直下に持ってくる態様で行われる。

被加工物Ｗの（Xo,Yo）点に孔を明けた後、クランプ装
置CLPは加工孔の中心（Xo,Yo）を撮像装置（カメラ）13
の直下に持ってくる（ステップ805）。

ステップ807はNC装置11から画像処理装置13に駆動信号
を出力し、撮像装置（カメラ）13で前記孔を撮像させる
処理を示している。ステップ809は第５図で説明した２
値化回路37の作用により撮像装置13の撮像をビデオ信号
とし、画像データをフレームメモリ39に格納する処理を
示している。

かくして、第５図に示したフレームメモリ39の物理座標
xyには第７図に示したような図が描かれることになる。
参照符号51は被加工物Ｗの（Xo,Yo）点に明けられた孔
の図形を示している。

そこで、画像処理装置21は、第１に、孔51の中心（重
心）xG,yGを演算する（ステップ811）。そして、第２
に、孔中心（xG,yG）と撮像装置（カメラ）13の中心（x
o,yo）とのずれ量Δx,Δｙを演算する（ステップ81
3）。

Δｘ＝xG−xo,Δｙ＝yG−yo …… そして、第３に、このずれ量Δx,Δｙに式で示した座
標変換用の定数kx,kyを乗じ、テーブル座標XYでのずれ
量ΔX,ΔＹを算出する（ステップ815）。

ΔＸ＝kx・Δx,ΔＹ＝ky・Δｙ …… ステップ817は、第５図に示した入出力装置47を介して
式で求めたデータをNC装置11に出力する処理を示して
いる。NC装置11は、このデータを入力し、原点にオフセ
ットをΔX,ΔＹだけかけ（ステップ819）、第４図に示
した光軸31と被加工物Ｗとの交点（加工点）に加工軸33
を数値制御上移動させ、光軸ずれが生じていないかの如
く、以後の制御を行うのである。NC装置11へのデータ入
力は制御信号線19を介して自動的に行っているので、画
像処理装置21で処理結果を表示し、この表示をオペレー
タが見て取って、表示されたデータをキーインするのと
比べてその処理が迅速、容易である。

以上の通り、この実施例に係るレーザ加工機械では、光
軸ずれを全て自動的に検出して、光軸ずれを光学系で調
整することなく、自動的に補正できるようになり、レー
ザ加工機械の加工精度を常時良好に保つことができるよ
うになる。

なお、以上の実施例では、光軸ずれ量の検出用孔を真円
の例で示したが、この孔は、必ずしも真円である必要は
なく、フレームメモリの基準の位置（xo,yo）に対し
て、光軸ずれを検出できる態様のものなら何でも良く、
例えば、３角、４角、溝状等何でも良い。

［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、要す
るに本発明は、レーザ発振器（５）と、このレーザ発振
器（５）からのレーザビーム（25）を所定の加工軸（3
3）上に集光する集光レンズ（29）と、上記加工軸（3
3）と直交するX,Y平面に配置された固定テーブル（９）
上の被加工物（Ｗ）をX,Y方向に移動するクランプ装置
（CLP）を制御するNC装置（11）と、前記被加工物
（Ｗ）を支持する上記固定テーブル（９）の原点（0,
0）に対して所定の位置（x_O,y_O）に配置した撮像装置
（13）と、前記レーザビーム（25）によって前記被加工
物（Ｗ）に加工された検出孔を前記撮像装置（13）の直
下に位置決めして撮像した孔（51）の中心（X_G,Y_G）を
演算し、かつ撮像装置（13）の中心（x_O,y_O）と前記孔
（51）の中心（X_G,Y_G）とのずれ量（ΔX,ΔＹ）を演算
し、このずれ量（ΔX,ΔＹ）に基いてテーブル座標での
ずれ量を演算する画像処理装置（21）と、この画像処理
装置（21）による前記テーブル座標でのずれ量に基い
て、このずれ量を補正すべく前記NC装置（11）に補正を
かける補正手段とを備えてなり、前記テーブル（９）の
撮像装置（13）の直下に孔を設け、このテーブル（９）
の孔の直下に前記検出孔を下側から照射する照明装置
（15）を設けてなるものである。

上記構成より明らかなように、本発明においては、レー
ザビーム25によって被加工物Ｗに加工された検出孔を撮
像装置13の直下に位置決めして撮像し、その検出孔の中
心（X_G、Y_G）を演算するものである。

そして、本発明においては、上記中心（X_G,Y_G）と撮像
装置13の中心（x_O,y_O）とのずれ量を演算し、このずれ
量に基いてテーブル座標でのずれ量を演算して補正する
構成であるから、人間が介在するようなことがなく、全
自動的に正確に補正を行うことができ、精度の良いレー
ザ加工を行うことができるものである。

前述のごとく撮像装置13によって被加工物Ｗの検出孔を
撮像するとき、テーブル９に設けた孔の下方から照明装
置15が上記検出孔を照射するので、撮像装置13はコント
ラストの高い画像を取り込むことができ、上記検出孔の
上側周縁部を、板厚の変化に影響されることなく精度良
く検出することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るレーザ加工機械の斜
視図、第２図は撮像装置の取付位置の説明図、第３図及
び第４図は光軸の説明図、第５図は光軸ずれ量検出装置
のブロック図、第６図はフレームメモリの説明図、第７
図は光軸ずれ量算出方式の説明図、第８図は原点補正処
理のフローチャートである。１……レーザ加工機械 11……NC装置 13……撮像装置 21……画像処理装置 51……孔の画像 Δx,Δｙ……フレームメモリ上でのずれ量 ΔX,ΔＹ……光軸ずれ量（オフセット量）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器（５）と、このレーザ発振器
（５）からのレーザビーム（25）を所定の加工軸（33）
上に集光する集光レンズ（29）と、上記加工軸（33）と
直交するX,Y平面に配置された固定テーブル（９）上の
被加工物（Ｗ）をX,Y方向に移動するクランプ装置（CL
P）を制御するNC装置（11）と、前記被加工物（Ｗ）を
支持する上記固定テーブル（９）の原点（0,0）に対し
て所定の位置（x_O,y_O）に配置した撮像装置（13）と、
前記レーザビーム（25）によって前記被加工物（Ｗ）に
加工された検出孔を前記撮像装置（13）の直下に位置決
めして撮像した孔（51）の中心（X_G,Y_G）を演算し、か
つ撮像装置（13）の中心（x_O,y_O）と前記孔（51）の中
心（X_G,Y_G）とのずれ量（ΔX,ΔＹ）を演算し、このず
れ量（ΔX,ΔＹ）に基いてテーブル座標でのずれ量を演
算する画像処理装置（21）と、この画像処理装置（21）
による前記テーブル座標でのずれ量に基いて、このずれ
量を補正すべく前記NC装置（11）に補正をかける補正手
段とを備えてなり、前記テーブル（９）の撮像装置（1
3）の直下に孔を設け、このテーブル（９）の孔の直下
に前記検出孔を下側から照射する照明装置（15）を設け
てなることを特徴とするレーザ加工機械。