JPS6121192Y2 - - Google Patents

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JPS6121192Y2
JPS6121192Y2 JP1980124058U JP12405880U JPS6121192Y2 JP S6121192 Y2 JPS6121192 Y2 JP S6121192Y2 JP 1980124058 U JP1980124058 U JP 1980124058U JP 12405880 U JP12405880 U JP 12405880U JP S6121192 Y2 JPS6121192 Y2 JP S6121192Y2
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 この考案は、レーザ加工装置に係わり、更に詳
しくはレーザビームの光軸偏心量を容易、かつ正
確に検出することができ、例え光軸ずれが生じて
いたとしても加工精度に影響を与えることがない
レーザ加工装置に関するものである。
〔考案の背景技術とその問題点〕
一般に、数値制御（NC）装置付きレーザ加工
装置においては、NC装置において被加工物案内
装置の原点が設定され、レーザビームの光軸と直
交する位置が加工点とされ、NC装置は、被加工
物の加工されるべき点がこの加工点に来るように
数値制御を行つている。
従つて、集光レンズの交換、その他の光路系の
狂いにより、レーザビームの光軸が前記の加工点
からずれた場合には、このずれに伴つて加工形状
に狂いを生ずることになる。
従来、上記の如き光軸のずれを防止するため
に、例えば、ワーク面に現われるレーザビームの
スポツトを観察し、このスポツトが加工点に来る
ようレンズ系の調整を行つていた。
しかしながら、このような光軸のずれの観察及
びレンズ系の調整作業は労を多く要し大変であつ
た。
また、実用的なレーザ発振器として、固体レー
ザではルビーレーザ、あるいはYAGレーザが使
用され、また気体レーザでは大出力が得られる炭
酸ガスレーザ等が一般に使用されているが、例え
ば炭酸ガスレーザでは、レーザ光線が可視光線で
ないため、レーザビームのスポツトを観察するこ
とはできなかつた。
〔考案の目的〕
この考案はかかる従来の問題点を改善し、容
易、かつ、確実に、レーザビームの光軸ずれに対
処して、仮に光軸が加工点からずれていたとして
も高精度のレーザ加工を行うことができるレーザ
加工装置を提供することを目的とする。
〔考案の概要〕
上記目的を達成するために、この考案では、所
定の原点を有して数値制御装置で数値制御され被
加工物の加工形状をテーブル面上の加工点に案内
する被加工物案内装置と、前記加工点に向けてレ
ーザビームを照射するレーザ発振器及び集光レン
ズを含めた光学系と、を有するレーザ加工装置に
おいて、前記被加工物案内装置に基準点を有する
センサ保持体を取付け、該保持体に、前記基準点
を中心として前記レーザビームの焦点スポツト面
積より十分大きい面積を有する平面イメージセン
サを取付け、該イメージセンサを前記センサ保持
体に取付けると共に該保持体を前記被加工物案内
装置に取付けた状態で前記基準点を前記加工点に
位置させたとき前記イメージセンサ上に照射され
るレーザビームの前記基準点に対するずれ量を算
出するずれ量算出手段を設け、該手段を設け、該
手段で算出されたずれ量に基いて前記被加工物案
内装置の原点を補正する原点補正手段を設け、レ
ーザビームのずれに応じて、数値制御上、実際の
焦点位置を加工点と見做すように数値制御の原点
を補正した。
〔考案の実施例〕
以下、添付図面に基づいて、この考案の好適一
実施例を説明する。
第１図及び第２図は、この考案を実施したNC
装置で数値制御されるレーザ加工装置１の正面図
及び平面図を示している。このレーザ加工装置１
は、主としてレーザ加工機３と、炭酸ガスレーザ
を使用したレーザ発振器５と、このレーザ発振器
５の電源装置７と、レーザ発振器５における発振
用混合ガスを冷却するための図示しない冷却シス
テムとから構成されている。
前記レーザ加工機３には、レーザ発振器５から
発振されたレーザビーム９を、固定テーブル１１
上に載置された被加工物Ｗに照射させる複数の反
射ミラー１３ａ，１３ｂ，１３ｃが調整自在に取
付けられている。
また上記レーザビーム９は、集光レンズ１５に
より被加工物Ｗ上に集点照射される。
前記固定テーブル１１の長手方向の一側部に
は、板状の被加工物Ｗを把持するクランプ装置１
７が設けられており、このクランプ装置１７に
は、被加工物ＷのＹ方向の基準ストツパ（図示せ
ず）が具備されるとともに、Ｘ軸ガイドレール１
９に沿つて第２図において上下（前後）前後方向
に移動するＸ軸キヤリツジ２１が取付けられてい
る。Ｘ軸ガイドレール１９は、固定テーブル１１
の長手方向（第２図において左右方向）に敷設さ
れた図示しないＹ軸ガイドレールに沿つて移動す
るＹ軸キヤリツジ２３上に敷設されている。
なお、Ｘ軸ガイドレール１９と、図示しないＹ
軸ガイドレールとは直交して敷設されるととも
に、上記Ｘ軸ガイドレール１９にガイドされるＸ
軸キヤリツジ２１は、サーボモータ２５により駆
動され、またＹ軸ガイドレールにガイドされるＹ
軸キヤリツジ２３は、図示しないサーボモータに
より駆動されるものである。
またテーブル２７は、Ｙ軸キヤリツジ２３と一
体的に設けられた移動テーブルであつて、この移
動テーブル２７上には、被加工物Ｗを支承する複
数のフリーストロークベアリング２９が埋設され
ている。
以上示したクランプ装置１７、Ｘ，Ｙ軸キヤリ
ツジ２１，２３等は全体で被加工物案内装置を構
成する。
また前記移動テーブル２７の一側部には、Ｘ軸
方向の基準ストツパ３１が設けてあつて、この基
準ストツパ３１は、被加工物Ｗの通過する面（パ
スライン）に対して出没自在に設けられている。
前記固定テーブル１１の下方には、レーザ加工
によつて発生するスラツプ、ガス等を吸引する集
塵装置３３が設置してあり、この集塵装置３３
は、図示しないバキユームポンプ等に接続されて
いる。
次に、前記クランプ装置１７に着脱自在に取付
けられるセンサ保持体３５は、第２図，第３図に
示すように、その上表面３９の所定位置にレーザ
ビーム９の加工点に対する光軸ずれ量ρを検出す
るための平面イメージセンサ３７を取付けてい
る。この取付けは、イメージセンサの中心O1を
前記センサ保持体３５の基準点と一致させて行わ
れる。基準点はNC装置で数値認識できる位置で
あれば良い。
上記センサ保持体３５は、その横端面をＸ軸の
基準ストツパ３１に当接し、原点位置に位置決め
されたクランプ装置１７でクランプされている。
またセンサ保持体３５の上表面３９の角部には、
前記イメージセンサ３７と電気的に接続される表
示装置４１が設けてある。この表示装置４１は、
レーザビーム９の光軸ずれρを表示するものであ
る。
前記したように、前記センサ保持体３５上に配
設されたイメージセンサ３７の中心O1は、セン
サ保持体３５の基準位置と一致するが、この位置
は数値制御の原点Ｏ，ＯからＸ軸方向に距離ａ、
Ｙ軸方向に距離ｂの位置に設けられているとす
る。
また、第３図においてO3は、レーザビーム９
の光軸位置を示しているが、ここでは、この光軸
位置O3は加工点に一致しているものとして表わ
されており、この状態で光軸O3及び加工点は、
共に、前記原点Ｏ，ＯからＸ軸方向に距離（ａ＋
ｘ）、Ｙ軸方向に距離（ｂ＋ｙ）に位置してい
る。
次に、第４図は平面イメージセンサ３７の構成
説明図を示している。イメージセンサ３７はＸ軸
およびＹ軸上の対称位置に設けられた４個の一次
元イメージセンサ４３から成つている。ρはイメ
ージセンサ３７の中心Ｃ（O1）と、レーザビーム
９の光軸O3とのずれ量である。詳細には、各イ
メージセンサ４３は、第５図に示すように、例え
ば、MOS型イメージセンサ４５で構成されてい
る。イメージセンサ４５は、複数個のMOS型ス
イツチング素子４７と、フオトダイオード４９お
よび走査回路５１とを１チツプに、直接的に集積
したものである。そして、走査回路５１により順
次、MOS型スイツチング素子のゲートが開か
れ、レーザビーム９の照射により生ずるフオトダ
イオード４９の電流を、電気パルス信号として出
力する。
また、第６図に示すように、イメージセンサ３
７の他の例としては例えば電荷結合素子CCD型
イメージセンサ５３で構成することができる。こ
れは簡単なMOS構造を有し、自己走査機能と、
記憶機能とを兼ね備えた機能素子である。そし
て、その感光部は複数個のMOS型キヤパシタ５
５で構成され、イメージセンサ５５は、レーザビ
ーム９の照射により蓄積された電荷がトランスフ
アゲート５７を開き、ゲート５７の開かれた状態
を読出しレジスタ５７で読出し、第４図に示した
点P1又はP2〜P4を検出することが可能である。
このように、公知のMOS型イメージセンサ４
５を組み合せて、またはCCD型イメージセンサ
５３等により構成された平面イメージセンサ３７
の中心Ｃは、第３図に示す如く、センサ保持体３
９の基準位置ａ，ｂに設定されている。
いま、Ｘ軸キヤリツジ２１、Ｙ軸キヤリツジ２
３を、Ｘ＝ａ＋ｘ，Ｙ＝ｂ＋ｙの座標値に移動さ
せたとき、第４図に示したように、レーザビーム
９と、４個のイメージセンサ４３の交叉点P1，
P2，P3，P4を取出し、その重心を検出して、レー
ザビーム９の光軸O3の加工点Ｃに対するずれ量
ρを算出し、表示装置４１に表示する。
この表示結果をNC装置に手動でインプツトし
てNC装置の原点にオフセツトをかけるのであ
る。
例えば、ずれ量ρが負であるならば、その負の
ずれ量ρだけ原点を角の方向にずらせばよい。
なお、イメージセンサ３７に照射されるレーザ
ビーム９は、集光レンズ１５に入る手前で図示し
ないハーフミラー等により、エネルギを減少さ
せ、かつ焦点をイメージセンサ３７より上方に結
ぶようにする。このように、レーザビーム９の焦
点位置をずらすことにより、イメージセンサ３７
の焼損を防止することができる。
以上により、NC装置は、レーザビームの光軸
ずれを補正できるので仮に光軸がずれていたとし
ても製品精度を低下することはない。
〔考案の効果〕
以上のように、この考案によれば、容易、かつ
確実にレーザビームの光軸ずれに対処して、仮に
光軸がずれていたとしても高精度のレーザ加工を
行うことができるようにする。
【図面の簡単な説明】
第１図，第２図はこの考案を実施したレーザ加
工装置の正面図、平面図、第３図はイメージセン
サの位置決め説明図、第４図はイメージセンサの
例を示す構成説明図、第５図はMOS型イメージ
センサの例を示す回路構成図、第６図は電荷結合
素子型イメージセンサの例を示す回路構成図であ
る。 図中に表わされた主要な符号の説明、Ｗ……被
加工物、１７……クランプ装置、９……レーザビ
ーム、３７……平面イメージセンサ、３９……セ
ンサ保持体。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 所定の原点を有して数値制御装置で数値制御さ
    れ被加工物の加工形状のテーブル面上の加工点に
    案内する被加工物案内装置と、前記加工点に向け
    てレーザビームを照射するレーザ発振器及び集光
    レンズを含めた光学系と、を有するレーザ加工装
    置において、前記被加工物案内装置に基準点を有
    するセンサ保持体を取付け、該保持体に、前記基
    準点を中心として前記レーザビームの焦点スポツ
    ト面積より十分大きい面積を有する平面イメージ
    センサを取付け、該イメージセンサを前記センサ
    保持体に取付けると共に該保持体を前記被加工物
    案内装置に取付けた状態で前記基準点を前記加工
    点に位置させたとき前記イメージセンサ上に照射
    されるレーザビームの前記基準点に対するずれ量
    を算出するずれ量算出手段を設け、該手段で算出
    されたずれ量に基いて前記被加工物案内装置の原
    点を補正する原点補正手段を設けたことを特徴と
    するレーザ加工装置。
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