JPH11285886A

JPH11285886A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH11285886A
Application number: JP10085889A
Authority: JP
Inventors: Eizo Tsuda; 栄三津田; Hiroshi Watanabe; 寛渡辺; Kazumasa Yoshima; 一雅吉間
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】２次元または３次元加工を行うレーザ加工装
置において、装置の大型化を招くことなく光路長を一定
にし、加工品質を安定化させる。【解決手段】レーザ発振器３と加工機本体７０との間
に光路長一定化装置２０を設ける。加工機本体７０に
は、所定のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動自在
な加工ヘッド４が設けられている。光路長一定化装置２
０は、第１移動台に載置された第１反射鏡２１及び第２
反射鏡２２と、第２移動台に載置された第３反射鏡２３
及び第４反射鏡２４とを備える。第１移動台及び第２移
動台は、Ｘ軸方向に延びるガイドレール上に移動自在に
取り付けられている。加工ヘッド４の移動による加工機
本体７０側の光路長の変化を吸収するように、各移動台
を移動させ、反射鏡２１〜２４間の距離を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置の
レーザ光の伝送に関し、特に、光路長の一定化対策に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、加工テーブルに被加工物を載
置し、集光光学系が設けられた加工ヘッドにレーザ発振
器からのレーザ光を入射すると共に、当該加工ヘッド自
体を移動させて被加工物を加工するレーザ加工装置が知
られている。

【０００３】この種の装置のうち２次元または３次元形
状の加工を行うものは、複数の移動軸を有し、この移動
軸に沿って加工ヘッドを移動させている。一般に、複数
の移動軸を有するレーザ加工装置では、加工ヘッドを各
移動軸に沿って移動させる複数の移動手段を備えると共
に、レーザ発振器から発射されたレーザ光を各移動軸に
沿って反射する反射鏡を各移動手段に設けている。そし
て、レーザ発振器から発射されたレーザ光を、これら反
射鏡で適宜反射させることにより、加工点まで伝搬して
いる。

【０００４】この際、移動手段の移動に従って、反射鏡
も移動する。そのため、反射鏡間の距離が変動し、レー
ザ発振器と加工点との間の光路長が変化する。このよう
な場合、何らの手段も講じなければ、レーザ光のビーム
径が変化することとなり、加工点での集光位置が変動す
る。そのため、加工品質が不安定となる。

【０００５】そこで、このような問題を解決するため
に、特公平１−５５０７６号公報に開示された装置で
は、反射鏡を加工ヘッドの移動距離の半分だけ、加工ヘ
ッドと同方向へ移動させるようにしている。図１０に示
すように、この装置では、レーザ発振器ａからのレーザ
光ｂを、平面鏡ｄ及びｅを備えるレーザ光反転器ｃで反
転させ、加工ヘッドｆへ導いている。レーザ光反転器ｃ
は、図中の左右方向に自在に移動できるようになってい
る。滑車ｇは、レーザ光反転器ｃと一体になった支持片
ｈの一端に軸支されている。支持片ｈはまた、引っ張り
バネｉを介して固定点ｊに固定されている。これによ
り、レーザ光反転器ｃは、常に右方向への引っ張り力を
受けている。

【０００６】この装置では、加工ヘッドｆが図示のＤ位
置から破線で示したＥ位置まで移動すると、Ｆ位置にあ
ったレーザ反転器ｃが引っ張りバネｉの張力に抗しなが
ら、滑車ｇに張架されたワイヤｋに引っ張られて、破線
で示したＧ位置まで移動する。この加工ヘッドｆとレー
ザ反転器ｃとの移動距離、すなわちＤ−ＥとＦ−Ｇとは
ワイヤｋと滑車ｇとを介した作動による加工ヘッドｆと
レーザ反転器ｃの変位となるので、レーザ反転器ｃの変
位は加工ヘッドｆの変位Ｌの１／２になる。従って、加
工ヘッドｆが移動することによる光路長の増加分と、レ
ーザ反転器ｃが移動することによる光路長の減少分とが
相殺し合うので、加工ヘッドｆの移動に関わらず、光路
長は常に一定に保たれる。そのため、レーザ光の集光位
置が安定し、加工品質が安定する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記装置で
は、各移動軸ごとにレーザ光反転器ｃ、滑車ｇを軸支す
る支持片ｈ、及び引っ張りバネｉ等が必要となる。その
ため、移動軸を２つまたは３つ以上有するレーザ加工装
置（２次元または３次元加工を行うレーザ加工装置）に
適用すると、装置が複雑化及び大型化するという課題が
あった。また、これらレーザ光反転器ｃ等を支持するた
めの比較的剛性の高い支持部材が必要となり、その結
果、装置の大型化に拍車がかかることとなった。その結
果、加工装置の動特性が低下するという問題も発生し
た。

【０００８】また、上記装置では、各移動軸ごとに平面
鏡が２枚づつ必要となる。そのため、３次元加工を行う
レーザ加工装置に適用すると、６枚の平面鏡が必要とな
った。一般に、平面鏡でレーザ光を反射すると、反射に
際してレーザ光のパワーが減少する。そのため、平面鏡
の枚数を増やすと、加工に用いるレーザ光のパワー効率
が低下する。

【０００９】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、２次元または３次元
加工を行うレーザ加工装置において、動特性を維持する
と共に装置の大型化を招くことなく光路長を常に一定に
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、加工ヘッドの移動に応じて、各移動軸ご
との光路長変化の積算量を所定の一軸（Ｋ軸）方向にお
いて一括して相殺する光路長一定化手段を設けることと
した。

【００１１】具体的には、第１の発明が講じた手段は、
レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザ光を受け
て被加工物を加工する加工ヘッドと、該被加工物の形状
に合わせて該加工ヘッドを２次元移動または３次元移動
させる移動手段とを備えたレーザ加工装置において、上
記レーザ発振器からのレーザ光を反射させて上記加工ヘ
ッドに導く２（ｎ＋１）（ただし、ｎは自然数）枚の反
射鏡と、上記加工ヘッドの移動距離を吸収して該レーザ
発振器と該加工ヘッドとの間の光路長を常に一定に保つ
ように、上記各反射鏡を所定の一軸方向に沿って移動さ
せて該各反射鏡間の距離を調節する反射鏡移動手段とが
設けられていることとしたものである。

【００１２】上記発明特定事項により、レーザ発振器か
ら発射されたレーザ光は、反射鏡によって反射されて加
工ヘッドに入射し、被加工物の加工に用いられる。加工
ヘッドは被加工物の形状に応じて２次元移動または３次
元移動を行い、その結果、反射鏡間を除いたレーザ発振
器と加工ヘッドとの間の光路長が変化する。この際、反
射鏡移動手段は、上記光路長の変化を吸収するように各
反射鏡を所定の一軸（Ｋ軸）方向に移動させて各反射鏡
間の距離を調節する。その結果、反射鏡間を含めたレー
ザ発振器と加工ヘッドとの間の光路長は、常に一定に保
たれる。従って、レーザ光の集光位置が安定し、加工品
質が向上する。各反射鏡は一軸方向に沿ってのみ移動す
るので、光路長を一定化する手段が小型かつ簡単な構成
によって得られることになる。

【００１３】第２の発明が講じた手段は、レーザ発振器
と、レーザ光を受けて被加工物を加工する加工ヘッド
と、該加工ヘッドを所定のＸ軸方向に沿ってスライド移
動させるＸ方向移動手段と、該加工ヘッドを該Ｘ軸方向
に直交するＹ軸方向に沿ってスライド移動させるＹ方向
移動手段と、該加工ヘッドの該Ｘ軸方向の移動に伴って
該Ｘ軸方向に移動すると共に、該レーザ発振器からのレ
ーザ光を該Ｘ軸方向から該Ｙ軸方向に反射するＸＹ反射
鏡と、該加工ヘッドの該Ｙ軸方向の移動に伴って該Ｙ軸
方向に移動すると共に、該ＸＹ反射鏡からのレーザ光
を、該Ｘ軸方向及び該Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に反
射して該加工ヘッドに入射させるＹＺ反射鏡とを備えた
レーザ加工装置において、上記レーザ発振器と上記加工
ヘッドとの間には、該加工ヘッドの移動距離を吸収して
該レーザ発振器と該加工ヘッドとの間の光路長を常に一
定に保つように、該レーザ発振器からのレーザ光の光路
長を所定のＫ軸方向において調節する光路長一定化手段
が設けられていることとしたものである。

【００１４】上記発明特定事項により、レーザ発振器か
ら発射されたレーザ光は、ＸＹ反射鏡で反射され、更に
ＹＺ反射鏡で反射された後、加工ヘッドに入射して被加
工物の加工に用いられる。加工に際し、Ｘ方向移動手段
及びＹ方向移動手段によって、加工ヘッドは、Ｘ軸方向
及びＹ軸方向にスライド移動し、少なくともＸＹ軸平面
上を２次元移動することになる。その結果、ＸＹ反射鏡
と加工ヘッドとの間におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の各
光路長が変化する。ここで、光路長一定化手段は、上記
Ｘ軸方向及びＹ軸方向の各光路長の変化の積算量、すな
わち、加工ヘッドの移動によるレーザ発振器と加工ヘッ
ドとの間の光路長の変化を吸収するように、レーザ光の
光路長を所定のＫ軸方向において調節する。その結果、
レーザ発振器と加工ヘッドとの間の光路長は、常に一定
に保たれる。従って、レーザ光の集光位置が安定し、加
工品質が向上する。光路長一定化手段は、光路長をＫ軸
方向のみにおいて調節するので、小型かつ簡単な構成に
よって得られることになる。

【００１５】第３の発明が講じた手段は、上記第２の発
明において、加工ヘッドをＺ軸方向に沿ってスライド移
動させるＺ方向移動手段を備えていることとしたもので
ある。

【００１６】上記発明特定事項により、Ｘ方向移動手
段、Ｙ方向移動手段及びＺ方向移動手段によって、加工
ヘッドはＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向にスライド移
動し、その結果、加工に際して３次元移動を行うことに
なる。従って、３次元加工を行う装置において、小型か
つ簡単な構成によって光路長が一定化されることにな
る。

【００１７】第４の発明が講じた手段は、上記第２また
は第３の発明において、光路長一定化手段は、Ｋ軸方向
に沿って入射したレーザ光を該Ｋ軸方向と直交するＫ１
軸方向に反射する第１種反射鏡と、該第１種反射鏡から
入射したレーザ光を該Ｋ軸方向に反射する第２種反射鏡
とから成る反射鏡セットを（ｎ＋１）（ただし、ｎは自
然数）組備えると共に、該反射鏡セットが該Ｋ１軸方向
に平行に設置され、レーザ発振器からのレーザ光を該各
反射鏡で反射して加工ヘッドに伝搬するように構成され
ると共に、上記加工ヘッドの移動による光路長の変化量
に対応して該各反射鏡を移動させる反射鏡移動手段を備
えていることとしたものである。

【００１８】ここで、加工ヘッドの移動による光路長の
変化量とは、加工ヘッドの移動により光路長が長くなる
場合には光路長の増加分を意味する一方、加工ヘッドの
移動により実際には光路長が短くなる場合には、光路長
の減少分にマイナスを乗じた量を意味する。従って、加
工ヘッドの移動により光路長が増加した場合には、反射
鏡間の距離は短くなる一方、当該光路長が減少した場合
には、反射鏡間の距離は長くなる。

【００１９】上記発明特定事項により、レーザ発振器か
ら発射されたレーザ光は、反射鏡セットの第１種反射鏡
及び第２種反射鏡に随時反射され、加工ヘッドに導かれ
る。加工に際して、加工ヘッドが移動し、光路長一定化
手段と加工ヘッドとの間の光路長は変化する。しかし、
反射鏡移動手段により、当該光路長の変化量を吸収する
ように各反射鏡が移動するので、レーザ発振器と加工ヘ
ッドとの間の光路長は、常に一定に保たれることにな
る。

【００２０】第５の発明が講じた手段は、上記第４の発
明において、反射鏡移動手段は、各反射鏡セットに設け
られ、各第１種反射鏡及び第２種反射鏡の双方をＫ軸方
向に同時にスライド移動させるスライド移動手段を備え
ると共に、加工ヘッドの移動による光路長の変化量の１
／｛２（ｎ＋１）｝倍だけ、該各スライド移動手段をＫ
軸方向に移動させるように構成されていることとしたも
のである。

【００２１】上記発明特定事項により、加工ヘッドの移
動による光路長変化量の１／｛２（ｎ＋１）｝倍づつ、
各スライド移動手段がＫ軸方向に移動することにより、
Ｋ軸方向に延びる（ｎ＋１）本のレーザ光の各光路長
は、当該光路長変化量の１／（ｎ＋１）倍づつ変化す
る。その結果、光路長一定化手段の全体では、光路長は
上記光路長変化量に応じて変化する。従って、加工ヘッ
ドの移動による光路長の変化が相殺され、レーザ発振器
と加工ヘッドとの間の光路長は、常に一定に保たれるこ
とになる。各反射鏡はそれぞれ上記光路長変化量の１／
｛２（ｎ＋１）｝倍しか移動しないので、移動量が非常
に小さくなる。そのため、光路長一定化手段が更に小型
化されることになる。

【００２２】第６の発明が講じた手段は、上記第１、第
４または第５のいずれか一つの発明において、反射鏡は
４枚で構成されていることとしたものである。

【００２３】上記発明特定事項により、反射鏡の反射に
よるレーザ光のパワー効率の低下が抑制される。

【００２４】第７の発明が講じた手段は、上記第１、第
４または第５のいずれか一つの発明において、反射鏡は
６枚で構成されていることとしたものである。

【００２５】上記発明特定事項により、各反射鏡を加工
ヘッドの移動による光路長変化量の１／６倍だけ移動さ
せれば足りるので、レーザ光のパワー効率の低下を抑制
しつつ、装置の小型化を図ることができる。

【００２６】第８の発明が講じた手段は、上記第４〜第
７のいずれかの発明において、スライド移動手段は、Ｋ
軸方向に延びるガイドレールと、該ガイドレールに対し
てＫ軸方向にスライド移動自在に取り付けられた移動台
と、該移動台を駆動する駆動手段とを備える一方、第１
種反射鏡及び第２種反射鏡は、上記移動台に対して、Ｋ
軸方向において対向するスライド移動手段側に開いたハ
字状に載置されていることとしたものである。

【００２７】上記発明特定事項により、簡易な構成によ
り、上記第４〜第７の発明の光路長一定化手段が得られ
る。

【００２８】第９の発明が講じた手段は、上記第１〜第
８の発明において、レーザ発振器は、ＣＯ₂レーザ発振
器で構成されていることとしたものである。

【００２９】上記発明特定事項により、ＣＯ₂レーザの
進行方向を変化させる手段としては専ら反射鏡のみが用
いられていることから、上記第１〜第８の発明の効果が
より顕著に発揮されることになる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００３１】−レーザ加工機１の全体構成−図１〜図３
に示すように、本実施形態に係るレーザ加工機１は、加
工テーブル２にワーク（図示せず）を載置し、ＣＯ₂レ
ーザを発射するレーザ発振器３からのレーザ光を光路長
一定化装置２０を通じて加工ヘッド４に入射すると共
に、当該加工ヘッド４を３次元移動させてワークを切断
加工するＣＯ₂レーザ３次元加工機である。

【００３２】レーザ加工機１は、レーザ発振器３と加工
機本体７０と光路長一定化装置２０とから構成されてい
る。まず、加工機本体７０の構成を説明する。

【００３３】作業室のフロアには加工テーブル２が配置
されている。

【００３４】加工テーブル２の両側のフロアには、それ
ぞれ鉛直上向きに平行に延びる３本づつの支柱６ａ〜６
ｃ，９ａ〜９ｃが固定されている。支柱６ａ〜６ｃの上
部には、支柱６ａ〜６ｃが並ぶ方向（Ｘ軸方向）に水平
に延びる梁部材から成るＸ軸ガイド部材１０Ａが固定支
持されている。Ｘ軸ガイド部材１０Ａには、後述する梁
部８をＸ方向に導くＸ軸レール（図示せず）が設けられ
ている。また、支柱９ａ〜９ｃにも、Ｘ軸ガイド部材１
０Ａと同様のＸ軸ガイド部材１０Ｂが設けられている。
Ｘ軸ガイド部材１０Ｂの側方には、梁部８をＸ方向にス
ライド移動させる駆動力を付与するＸ方向移動手段たる
Ｘ方向移動用アクチュエータ１１が設けられている。

【００３５】梁部８は、Ｘ軸ガイド部材１０Ａ，１０Ｂ
が延びる方向と直交する水平方向（Ｙ軸方向）に延び、
その両端部が両Ｘ軸ガイド部材１０Ａ，１０Ｂの上部に
おいて、Ｘ軸方向にスライド移動自在に取付支持されて
いる。

【００３６】梁部８には、昇降体１２がＹ軸方向にスラ
イド移動自在に取付支持されている。昇降体１２は、梁
部８に取り付けられたＹ方向移動手段たるＹ方向移動用
アクチュエータ１３の作動によって、Ｙ軸方向にスライ
ド移動するように構成されている。

【００３７】昇降体１２は、非昇降部１４及び昇降部１
５を備えている。昇降部１５は、非昇降部１４に対して
上下方向にスライド移動自在に取り付けられ、図示しな
いＺ方向移動手段たるＺ方向移動用アクチュエータの作
動により、鉛直方向（Ｚ軸方向）にスライド移動するよ
うに構成されている。

【００３８】昇降体１２の昇降部１５の先端部、つまり
下端部には、回転板１６を介して加工ヘッド４が取付固
定されている。回転板１６は、昇降部１５に対し垂直軸
（Ｚ軸）回りに回転自在に設けられている。なお、ここ
では、Ｚ軸回りの回転移動をφ軸方向の移動と称する。

【００３９】加工ヘッド４の先端部には、加工テーブル
２上のワークに向けてレーザ光を発射して切断するトー
チ部１７が取り付けられている。トーチ部１７は、加工
ヘッド４に対し水平軸（Ｙ軸）回りに回転自在に設けら
れている。なお、ここでは、Ｙ軸回りの回転移動をθ軸
方向の移動と称する。

【００４０】従って、加工ヘッド４は、梁部８の移動に
従ってＸ軸方向にスライド移動し、昇降体１２の移動に
従ってＹ軸方向にスライド移動し、昇降体１２の昇降部
１５の移動に従ってＺ軸方向にスライド移動することに
より、３次元移動を行うようになっている。

【００４１】図４に示すように、レーザ発振器３から光
路長一定化装置２０を介して供給されたレーザ光は、複
数の反射鏡を介してトーチ部１７に導かれる。具体的に
は、梁部８の端部には、光路長一定化装置２０から出射
されてＸ軸方向に進行するレーザ光の進行方向を梁部８
に沿ったＹ軸方向に変化させるＸＹ反射鏡４１が設けら
れている。昇降体１２には、ＸＹ反射鏡４１からのレー
ザ光の向きを変化させてＺ軸方向下向きに進行させるＹ
Ｚ反射鏡４２が設けられている。加工ヘッド４には、Ｙ
Ｚ反射鏡４２からのレーザ光をトーチ部１７に導くＺφ
反射鏡４３が設けられている。トーチ部１７には、Ｚφ
反射鏡４３からのレーザ光を、トーチ部１７のＹ軸回り
の回転移動に従ってワークに対し所定方向に反射するφ
θ反射鏡４４が設けられている。

【００４２】−光路長一定化装置２０の構成−次に、本
発明の特徴である光路長一定化装置２０の構成を説明す
る。

【００４３】図５及び図６に示すように、光路長一定化
装置２０は、第１反射鏡２１及び第２反射鏡２２が載置
された第１移動台２５と、第３反射鏡２３及び第４反射
鏡２４が載置された第２移動台２６とが、加工ヘッド４
の移動に伴う光路長の変化を吸収するようにＸ軸方向に
移動することにより、光路長を一定にするものである。
つまり、本実施形態では、本発明でいうところのＫ軸は
Ｘ軸と一致し、Ｋ１軸はＹ軸と一致している。なお、第
１反射鏡２１及び第３反射鏡２３は第１種反射鏡を構成
する一方、第２反射鏡２２及び第４反射鏡２４は第２種
反射鏡を構成している。

【００４４】Ｘ軸方向に延びる底板２８の上には、底板
２８のＸ軸方向のほぼ両端にまで延びる２本のガイドレ
ール２９，２９が設けられている。ガイドレール２９，
２９は、互いに平行なレールであって、互いにＹ軸方向
に所定間隔を存してＸ軸方向に延びている。第１移動台
２５及び第２移動台２６は共にガイドレール２９，２９
上をスライド移動するように、ガイドレール２９，２９
に走行自在に取り付けられている。

【００４５】底板２８上の左端部には、図示しない駆動
モータによって駆動する駆動プーリ３０が固定されてい
る。また、駆動プーリ３０からＸ軸方向に所定間隔離れ
た右端部の位置には、従動プーリ３３が固定されてい
る。そして、これら駆動プーリ３０と従動プーリ３３と
には、ベルト３１が張架されている。第１移動台２５は
固定部３２において、ベルト３１の上側のスパン３１Ａ
に固定されている。これに対し、第２移動台２６は固定
部３４において、ベルト３１の下側のスパン３１Ｂに固
定されている。その結果、駆動プーリ３０が回転駆動す
ることによってベルト３１が走行し、当該ベルト３１の
走行に従って、第１移動台２５及び第２移動台２６はＸ
軸方向に沿って互いに接近または離反するように移動す
ることになる。

【００４６】第１移動台２５には、鉛直方向に起立した
板状の第１支持部材２１Ａ及び第２支持部材２２Ａが、
第２移動台２６側に向かって開いたハ字状に載置されて
いる。一方、第２移動台２６には、同様に鉛直方向に起
立した板状の第３支持部材２３Ａ及び第４支持部材２４
Ａが、第１移動台２５側に向かって開いたハ字状に設置
されている。

【００４７】なお、上記移動台２５，２６は本発明でい
うところのスライド移動手段を構成し、更に、駆動プー
リ３０、従動プーリ３３及び駆動モータ（図示せず）
は、上記移動台２５，２６と共に、本発明でいうところ
の反射鏡移動手段を構成している。

【００４８】第１支持部材２１Ａの表面（第２移動台２
６側の面）には凹部が設けられ、当該凹部に第１反射鏡
２１が取り付けられている。第１反射鏡２１は、反射方
向が調節自在なように、第１支持部材２１Ａに対し微小
移動自在に取り付けられている。同様に、第２支持部材
２２Ａには第２反射鏡２２が、第３支持部材２３Ａには
第３反射鏡２３が、第４支持部材２４Ａには第４反射鏡
２４がそれぞれ微小移動自在に取り付けられている。各
反射鏡２１〜２４は、レーザ発振器３から発射されたＸ
軸方向に向かうレーザ光５０が第１反射鏡２１、第２反
射鏡２２、第３反射鏡２３及び第４反射鏡２４で反射さ
れ、再びＸ軸方向に向かって進行するようにそれぞれの
反射角が設定されている。

【００４９】底板２８には、上記プーリ３０，３３、移
動台２５，２６、反射鏡２１〜２４等を覆うケーシング
２７が取り付けられている。ケーシング２７は、中央に
段差面３８を有する略Ｌ字型に形成されている。ケーシ
ング２７の右側面には、レーザ発振器３からのレーザ光
５０を入射させる入射口３６が形成され、段差面３８に
はレーザ光５０を出射させる出射口３７が形成されてい
る。

【００５０】図１及び図２に示すように、Ｘ方向移動用
アクチュエータ１１、Ｙ方向移動用アクチュエータ１
３、Ｚ方向移動用アクチュエータ（図示せず）、φ軸方
向移動用アクチュエータ（図示せず）、θ軸方向移動用
アクチュエータ（図示せず）、及び光路長一定化装置２
０の駆動プーリ３０，３３の各駆動モータは、制御装置
６０に接続されている。つまり、加工ヘッド４を移動さ
せるアクチュエータ６１（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方
向、φ軸方向、及びθ軸方向の各アクチュエータ）と、
光路長一定化装置２０の各反射鏡２１〜２４を移動させ
るアクチュエータ６２（各駆動プーリの駆動モータ）と
は、制御装置６０に接続されている。

【００５１】図７に示すように、制御装置６０には、加
工ヘッド制御部６３、制御量記憶部６４、光路長変化演
算部６５、補正量演算部６６、及び反射鏡制御部６７が
設けられている。

【００５２】−レーザ加工機１の動作− 図７に示すように、加工ヘッド制御部６３は、予め設定
された所定の動作手順に基づいて、加工ヘッド４のアク
チュエータ６１を作動させる。つまり、加工ヘッド制御
部６３からの制御信号に基づいて、梁部８がＸ軸方向に
移動し、昇降体１２がＹ軸方向に移動し、昇降体１２の
昇降部１５がＺ軸方向に移動する。また、回転板１６が
φ軸方向に移動し、トーチ部１７がθ軸方向に移動す
る。これにより、加工ヘッド４が３次元移動を行うと共
に、トーチ部１７がワークの表面形状に応じて滑らかに
移動し、切断動作を行う。

【００５３】この際、制御量記憶部６４は、加工ヘッド
制御部６３からの信号を受け、加工ヘッド４のＸ軸方向
の移動距離ΔＸ、Ｙ軸方向の移動距離ΔＹ、及びＺ軸方
向の移動距離ΔＺを記憶する。

【００５４】次に、光路長変化演算部６５は、制御量記
憶部６４からの信号を受け、加工ヘッド４の移動による
光路長の変化量ΔＬ＝ΔＸ＋ΔＹ＋ΔＺを演算する。

【００５５】補正量演算部６６は、光路長変化演算部６
５からの信号を受け、光路長の変化量ΔＬに基づいて、
上記変化量ΔＬを相殺してレーザ発振器３と加工ヘッド
４との間の光路長が常に一定となるように、第１移動台
２５及び第２移動台２６の移動量Ｍ＝ΔＬ／４を演算す
る。

【００５６】反射鏡制御部６７は、補正量演算部６６か
らの信号を受け、第１移動台２５及び第２移動台２６が
所定の移動量Ｍだけ移動するように、アクチュエータ６
２に制御信号を伝達する。

【００５７】その結果、光路長一定化装置２０の第１移
動台２５及び第２移動台２６が各々所定量Ｍだけ移動
し、加工ヘッド４の移動による光路長の変化を相殺する
ように第１反射鏡２１〜第４反射鏡２４間の光路長が変
化する。従って、レーザ発振器３から加工ヘッド４まで
の光路長は常に一定に保たれる。

【００５８】なお、制御装置６０の動作は加工ヘッド４
の移動動作に比べて極めて瞬時に行われる。従って、反
射鏡２１〜２４の移動は加工ヘッド４の移動に追従して
行われ、実質的に加工ヘッド４の移動と反射鏡２１〜２
４の移動とは同時に行われることになる。そのため、光
路長は、連続的に安定して一定化されることになる。

【００５９】−レーザ加工機１の効果− 本レーザ加工機１によれば、単一の軸方向において光路
長を調節するだけで、レーザ発振器３と加工ヘッド４と
の間の光路長を常に一定にすることができる。従って、
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各方向にそれぞれ光
路長を一定化する手段を設ける必要がなく、３次元の加
工機であるにもかかわらず、構成を簡単かつコンパクト
にすることができる。

【００６０】また、光路長一定化装置２０は加工機本体
７０とは別体の装置であるので、加工機本体７０の動特
性を良好に維持することができる。つまり、光路長一定
化装置２０の動作は加工ヘッド４の動作に影響を与える
ことがなく、加工ヘッド４本来の動作を円滑に行わせる
ことができる。また、光路長一定化装置２０または加工
機本体７０のメンテナンスも別々に行うことができるの
で、メンテナンスが容易である。

【００６１】本光路長一定化装置２０では、光路長を一
定化するために、各移動台２５，２６を加工ヘッド４の
移動による光路長変化量ΔＬの１／４づつ移動させれば
足りるので、各移動台２５，２６の移動量は小さい。従
って、移動台２５，２６に必要な最大移動距離を小さく
設定することができる。そのため、移動台２５，２６を
移動させるガイドレール２９，２９の長さは短く、光路
長一定化装置２０は非常にコンパクトな構成をしてい
る。従って、本レーザ加工機１によれば、光路長一定化
手段を含めた全体の構成を大幅に小型化することが可能
となる。逆に言うと、本レーザ加工機１は、設置スペー
スの小さな箇所であっても設置が可能である。

【００６２】また、各軸に反射鏡が２枚づつ必要な従来
の光路長一定化装置に比べて、反射鏡２１〜２４が４枚
で足りるので、３次元加工機におけるレーザ光のパワー
効率の低下を抑制することができる。

【００６３】従って、本レーザ加工機１によれば、加工
機本体７０の構造及び性能を変化させることなく、ま
た、パワー効率を低下させることなく、光路長を常に一
定にすることができるので、加工品質を安定化させるこ
とができる。

【００６４】なお、レーザ光の進行方向を変える手段は
種々考案されているが、ＣＯ₂レーザの進行方向を変え
る手段は現状では反射鏡のみと考えられている。そのた
め、本光路長一定化装置２０は、ＣＯ₂レーザを用いる
加工機に対して、特に顕著な効果を発揮する。

【００６５】＜実施形態２＞実施形態２は、上記実施形
態１において、４枚の反射鏡２１〜２４を有する光路長
一定化装置２０を、６枚の反射鏡２１〜２６を備える光
路長一定化装置２０Ａに置き換えたものである。

【００６６】図８に示すように、光路長一定化装置２０
Ａには、第１移動台２５及び第２移動台２６に加えて、
これら移動台２５，２６と同様の構成を有する第３移動
台５３が設けられている。実施形態１と同様、第１移動
台２５には第１反射鏡２１及び第２反射鏡２２が取り付
けられ、第２移動台２６には第３反射鏡２３及び第４反
射鏡２４が取り付けられている。第３移動台５３には、
第５反射鏡５５及び第６反射鏡５６が取り付けられてい
る。

【００６７】光路長一定化装置２０Ａでは、レーザ発振
器３から発射されたレーザ光５０を入射口３６から入射
し、第１反射鏡２１、第２反射鏡２２、第３反射鏡２
３、第４反射鏡２４、第５反射鏡５５、及び第６反射鏡
５６で各々反射し、出射口３７から加工機本体７０に向
かって出射する。

【００６８】従って、光路長一定化装置２０Ａでは、加
工ヘッド４の移動による光路長の変化量ΔＬに対して、
各移動台２５，２６，５３の移動量ＭはΔＬ／６でよ
い。そのため、ガイドレールは実施形態１よりも短く形
成されている。従って、本実施形態に係る光路長一定化
装置２０Ａは、実施形態１の光路長一定化装置２０に比
べて、Ｘ方向の長さが短く、更に小型になっている。

【００６９】＜その他の実施形態＞なお、上記実施形態
１または２において、移動台２５等の駆動はベルト駆動
に限定されるものではない。

【００７０】例えば、図９に示すように、各移動台２
５，２６にラック５７，５７を接続し、これらラック５
７，５７に歯合するピニオン５８を回転させることによ
り、移動台２５，２６を移動させるようにしてもよい。

【００７１】この場合、第１移動台２５と第２移動台２
６とは、機械的に連動して移動することになる。そのた
め、このような形態では、光路長を一定にするために
は、ピニオン５８を加工ヘッド４の移動による光路長の
変化ΔＬの１／４の距離だけ回転移動させればよい。

【００７２】なお、本発明の適用対象は切断加工機に限
定されるものではなく、接合加工機等、その他のレーザ
加工機であってもよい。

【００７３】また、レーザ発振器３はＣＯ₂レーザの発
振器に限定されず、ＹＡＧレーザ等の他の発振器であっ
てもよい。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、反
射鏡移動手段が加工ヘッドの移動による光路長の変化を
吸収するように各反射鏡を所定の一軸方向に移動させて
各反射鏡間の距離を調節することとしたので、一軸方向
における光路長の調節のみで、レーザ発振器と加工ヘッ
ドとの間の光路長を一定化することができる。従って、
簡易かつコンパクトな構成により、２次元または３次元
の加工機の加工品質を安定化させることが可能となる。

【００７５】第２の発明によれば、光路長一定化手段に
より、加工ヘッドの移動による光路長の変化を吸収する
ようにレーザ光の光路長をＫ軸方向において調節するこ
ととしたので、レーザ発振器と加工ヘッドとの間の光路
長を常に一定にすることができる。従って、光路長を一
定化する手段を複数の軸方向ごとに設ける必要がなくな
り、簡易かつコンパクトな構成により、２次元の加工機
の加工品質を安定化させることが可能となる。

【００７６】第３の発明によれば、簡易かつコンパクト
な構成により、３次元の加工機の加工品質を安定化させ
ることが可能となる。

【００７７】第４の発明によれば、２（ｎ＋１）枚の反
射鏡を用いることにより、簡易かつ安価に光路長一定化
手段を構成することができる。

【００７８】第５の発明によれば、反射鏡を加工ヘッド
の移動による光路長の変化量の１／｛２（ｎ＋１）｝倍
だけ移動させるだけで、光路長を一定にすることができ
る。従って、反射鏡の移動距離を少なくすることがで
き、装置をより小型化することが可能となる。

【００７９】第６の発明によれば、反射鏡を４枚で構成
することとしたので、レーザ光のパワー効率の低下を抑
制することができる。

【００８０】第７の発明によれば、反射鏡を６枚で構成
することとしたので、反射鏡の移動距離を加工ヘッドの
移動による光路長変化の１／６に抑えることができ、装
置を更に小型化することが可能となる。

【００８１】第８の発明によれば、簡易かつ安価な構成
により、光路長一定化手段を得ることができる。

【００８２】第９の発明によれば、ＣＯ₂レーザの進行
方向を変化させる手段としては専ら反射鏡のみが用いら
れていることから、上記第１〜第８の発明の効果をより
顕著に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ加工機の正面図である。

【図２】レーザ加工機の上面図である。

【図３】レーザ加工機の側面図である。

【図４】模式的なレーザ加工機の斜視図である。

【図５】光路長一定化装置の横断面図である。

【図６】光路長一定化装置の縦断面図である。

【図７】制御装置のブロック図である。

【図８】実施形態２に係る光路長一定化装置の構成図で
ある。

【図９】他の実施形態における光路長一定化装置の構成
図である。

【図１０】従来のレーザ加工機の構成図である。

【符号の説明】

１レーザ加工機２加工テーブル３レーザ発振器４加工ヘッド２０光路長一定化装置２１第１反射鏡２２第２反射鏡２３第３反射鏡２４第４反射鏡２５第１移動台２６第２移動台２９ガイドレール３０駆動プーリ３１第１ベルト３３従動プーリ６０制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ発振器と、該レーザ発振器からの
レーザ光を受けて被加工物を加工する加工ヘッドと、該
被加工物の形状に合わせて該加工ヘッドを２次元移動ま
たは３次元移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装
置において、上記レーザ発振器からのレーザ光を反射させて上記加工
ヘッドに導く２（ｎ＋１）（ただし、ｎは自然数）枚の
反射鏡と、上記加工ヘッドの移動距離を吸収して該レーザ発振器と
該加工ヘッドとの間の光路長を常に一定に保つように、
上記各反射鏡を所定の一軸方向に沿って移動させて該各
反射鏡間の距離を調節する反射鏡移動手段とが設けられ
ていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】レーザ発振器と、レーザ光を受けて被加工物を加工する加工ヘッドと、該加工ヘッドを所定のＸ軸方向に沿ってスライド移動さ
せるＸ方向移動手段と、該加工ヘッドを該Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に沿って
スライド移動させるＹ方向移動手段と、該加工ヘッドの該Ｘ軸方向の移動に伴って該Ｘ軸方向に
移動すると共に、該レーザ発振器からのレーザ光を該Ｘ
軸方向から該Ｙ軸方向に反射するＸＹ反射鏡と、該加工ヘッドの該Ｙ軸方向の移動に伴って該Ｙ軸方向に
移動すると共に、該ＸＹ反射鏡からのレーザ光を、該Ｘ
軸方向及び該Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に反射して該
加工ヘッドに入射させるＹＺ反射鏡と、を備えたレーザ
加工装置において、上記レーザ発振器と上記加工ヘッドとの間には、該加工
ヘッドの移動距離を吸収して該レーザ発振器と該加工ヘ
ッドとの間の光路長を常に一定に保つように、該レーザ
発振器からのレーザ光の光路長を所定のＫ軸方向におい
て調節する光路長一定化手段が設けられていることを特
徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】請求項２に記載のレーザ加工装置におい
て、加工ヘッドをＺ軸方向に沿ってスライド移動させるＺ方
向移動手段を備えていることを特徴とするレーザ加工装
置。
【請求項４】請求項２または３のいずれか一つに記載
のレーザ加工装置において、光路長一定化手段は、Ｋ軸方向に沿って入射したレーザ光を該Ｋ軸方向と直交
するＫ１軸方向に反射する第１種反射鏡と、該第１種反
射鏡から入射したレーザ光を該Ｋ軸方向に反射する第２
種反射鏡とから成る反射鏡セットを（ｎ＋１）（ただ
し、ｎは自然数）組備えると共に、該反射鏡セットが該
Ｋ１軸方向に平行に設置され、レーザ発振器からのレー
ザ光を該各反射鏡で反射して加工ヘッドに伝搬するよう
に構成されると共に、上記加工ヘッドの移動による光路長の変化量に対応して
該各反射鏡を移動させる反射鏡移動手段を備えているこ
とを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】請求項４に記載のレーザ加工装置におい
て、反射鏡移動手段は、各反射鏡セットに設けられ、各第１種反射鏡及び第２種
反射鏡の双方をＫ軸方向に同時にスライド移動させるス
ライド移動手段を備えると共に、加工ヘッドの移動による光路長の変化量の１／｛２（ｎ
＋１）｝倍だけ、該各スライド移動手段をＫ軸方向に移
動させるように構成されていることを特徴とするレーザ
加工装置。
【請求項６】請求項１、４または５のいずれか一つに
記載のレーザ加工装置において、反射鏡は４枚で構成されていることを特徴とするレーザ
加工装置。
【請求項７】請求項１、４または５のいずれか一つに
記載のレーザ加工装置において、反射鏡は６枚で構成されていることを特徴とするレーザ
加工装置。
【請求項８】請求項４〜７のいずれか一つに記載のレ
ーザ加工装置において、スライド移動手段は、Ｋ軸方向に延びるガイドレール
と、該ガイドレールに対してＫ軸方向にスライド移動自
在に取り付けられた移動台と、該移動台を駆動する駆動
手段とを備える一方、第１種反射鏡及び第２種反射鏡は、上記移動台に対し
て、Ｋ軸方向において対向するスライド移動手段側に開
いたハ字状に載置されていることを特徴とするレーザ加
工装置。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか一つに記載のレ
ーザ加工装置において、レーザ発振器は、ＣＯ₂レーザ発振器で構成されている
ことを特徴とするレーザ加工装置。