JPS62130786A - レ−ザ加工機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 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。

［発明の背景技術とその問題点］ 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、ボ１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。

ここに、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。

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ｏ、ｏｉｍｍ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０．１ｍ＋ｕ以下にするのも難かしい。

又、前記の如（、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
。

［発明の目的］ 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、検出した光軸ずれ日に
暴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、加工粘度を良好と
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。

［発明の概要コ 上記目的を達成するために、この発明では、レーザ加工
機械を、レーザ発振器と、この発振器から発振されたレ
ーザを所定の加工軸上に集光するレンズ系と、前記加工
軸と該軸に直交する面上に配置された被加工物の加工す
べき平面位置とを合わせるＮＣ装置と、前記ＮＣ装置を
作動させ前記レーザビームで前記被加工物の所定の位置
に所定のずれ屡検出孔を開ける検出孔加工手段と、前記
ずれ鑓検出孔を所定位置で撮像するｔｉｉ像装置と、該
装置で撮像された前記ずれ両横出孔の像位置を前記光軸
が前記加工軸上にあることを条件としてｌ１１１ｗ１さ
れるであろうものと比較することにより前記光軸と前記
被加工物との交点の加工軸に対するずれ伝を算出する画
像処理装置と、該装置で算出されたずれ量に基いて前記
光軸と前記被加工物との交点が前記加工軸上に来るよう
に前記ＮＣ装置に補正をかけるずれ量補正手段と、を備
えて構成し、光軸ずれが生じていたとしても加工精度に
影響しないようにした。

［発明の実施例］ 以下、この発明の好適一実施例を説明する。まず、添付
図面の簡単な説明すると、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ｌ１ｌｌｆＩ
ｉ１装置の取付は位置の説明図、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
恐痺出方式の説明図、第８図は原点補正処理のフローチ
ャー１・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、様体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ｌ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をテープル座標上で数値制御するＮ
Ｃ装置１１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１ｌｉｌ像装置１３が設けられ、この撮像装置１
３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ＮＯ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２つで集光され、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３
３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との交点く加
工すべき点）３３′からδだけずれることになる。この
ずれρ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ｔａｍ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、ＣＯＤ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Ｒ＠装置１３の取付は位置及び、撮像方式
の詳細を説明する。

岡像装置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０（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＠（Ｘｏ、Ｙ
ｏ）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の握像装置Ｍ１３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、ＲＯＭ４
３．ＲＡＭ４５．入出力装ｆｆ１４７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。クレームメモ
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ｘ
ｙは、前記テーブル座標ＸＹの撮像装置の取付位置（Ｘ
ｏ　、　ＹＯ）に座標（ｘｏ、　ｙｏ）を対応させ、変
位量の関係では、 Ｘ＝ｋｘ−ｘ　　　　　　ｙ＝ｙ　＠　ｋＶ・＋・＋＋
＋■の関係にある。ｋｘ、　ｋｙは、１画素当りの相当
距離と撮像装＠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ａ３いて、前記光軸ずれ
に対処するだめの、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（Ｘ
ｏ　、　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　、　Ｙｏ　）点を加工
軸３３の直下に持つで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＠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３
９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×ｙ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）ｘａ、ｙｏを演算する（ステップ８１１）。そし
て、第２に、孔中心（ｘａ、ｙａ）と１扉像装置（カメ
ラ）１３の中心（ｘｏ、　ｙｏ）とのずれ吊△Ｘ、Δｙ
を演障する（ステップ８１３）。

△Ｘ　＝Ｘ　Ｇ−ＸＯ，△Ｖ　＝　Ｖ　Ｇ　−ＶＯ−・
−・■そして、第３に、このずれ量ΔＸ、Δｙに０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△Ｘ、△Ｙを締出する（ステップ８
１５）。

△Ｘ　＝　ｋｘ・△×、△Ｙ　＝　ｋＶ・△ｙ・・・・
・・■ステップ８１７は、第５図に示した入出力装置３
５を介して０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、恰も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、以上の実施例の説明では、撮像装置１３の取付装
置を腕７の側面としたが、撮像装置１３の取付装置は、
ＮＣ装置１１でその位置が認識できる位置ならどこでも
よく、例えば被加工物Ｗの下面位置であっても良いもの
である。

又、以上の実施例の説明では、レーザビームの光軸を固
定し、被加工物を移動させる例を示したが、被加工物を
固定とし、加工形状に沿ってレーザビームの光軸（加工
軸）を移動さけるレーザ加工機械にも適用できることは
勿論である。

又、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、渦状等何でも良い。

［発明の効果］ 以上の通り、この発明に係るレーザ加工機械によれば、
光軸の加工軸に対するずれを定量的に容易、迅速、正確
に検出し、検出した光軸ずれ譬に基づいて、被加工物と
加工軸との相対的移動を数値制御するＮＣ装置に補正を
与えることができるので、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。

【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
図は光軸ずれ最算出方式の説明図、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・・・１最像装置 ２１・・・画像処理装置 ５１・・・孔の画像

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ発振器と、この発振器から発振されたレーザを所
   定の加工軸上に集光するレンズ系と、前記加工軸と該軸
   に直交する面上に配置された被加工物の加工すべき平面
   位置とを合わせるＮＣ装置と、前記ＮＣ装置を作動させ
   前記レーザビームで前記被加工物の所定の位置に所定の
   ずれ量検出孔を明ける検出孔加工手段と、前記ずれ量検
   出孔を所定位置で撮像する撮像装置と、該装置で撮像さ
   れた前記ずれ量検出孔の像位置を前記光軸が前記加工軸
   上にあることを条件として撮像されるであろうものと比
   較することにより前記光軸と前記被加工物との交点の加
   工軸に対するずれ量を算出する画像処理装置と、該装置
   で算出されたずれ量に基いて前記光軸と前記被加工物と
   の交点が前記加工軸上に来るように前記ＮＣ装置に補正
   をかけるずれ量補正手段と、を備えて構成されるレーザ
   加工機械。