CN104918744B - 三维激光加工机 - Google Patents

Abstract

一种三维激光加工机，将通过聚光透镜而会聚的激光的焦点位置设定在距被加工物(W)中的被加工部为预定距离的位置，由此对上述被加工部实施高精度的激光加工，上述的三维激光加工机具备测定上述被加工物(W)的三维形状的三维形状测定器(50)，基于由上述三维形状测定器(50)测定的上述被加工物(W)的三维形状数据，将上述激光的焦点位置设定在距上述被加工部为预定距离的位置。

Description

三维激光加工机

技术领域

本发明涉及三维激光加工机。

背景技术

近年来，不断扩大采用高张力钢板(高强度材料)，并用在各种领域中。例如，在汽车产业中，为了提高汽车的燃油经济性，要求实现车身部件的轻量化，并保持或提高轻量化的车身部件的安全性，作为用于同时实现车身部件的轻量化和高刚性化的材料而采用高强度材料。

使用了高强度材料的车身部件等与使用了软钢材的以往的零件相比具有非常高的刚性，利用以往的冲压方式而进行的切断、开孔的加工变得困难。由此，在使用了高强度材料的部件中，实施利用激光而进行的切断、开孔的加工，而不是利用冲压方式进行的加工。

利用激光所进行的加工由三维激光加工机进行(例如，专利文献1及专利文献2)。激光加工向作为被加工物的工件的被加工部照射激光而使部件熔融，并利用气体等吹走熔融的部件，由此进行工件的切断、开孔。

三维激光加工机为了提高激光加工的加工精度等而具备聚光透镜，经由聚光透镜而照射激光。通过聚光透镜使激光会聚于工件的被加工部或被加工部附近，从而在被加工部能够减小照射激光的照射面积。由此，被激光熔融的部分减小，能够实施细微的形状、小范围的切断、开孔的加工，因此能够进行高精度的加工。

即，被加工物的激光的照射面积会影响激光加工的加工精度。作为决定激光的照射面积的要素，有激光会聚的焦点位置与工件的被加工部之间的距离。因此，掌握上述距离而在激光加工时将上述距离设定为预定距离十分重要。

因此，在以往的三维激光加工机中，在激光照射部附近具备静电电容传感器、激光位移计等距离检测器(间隙传感器)。通过间隙传感器来测定距工件的被加工部的距离(间隙)，根据间隙测定值来算出照射的激光的焦点位置与工件的被加工部之间的距离，并确认计算结果是否处于激光加工的加工设定值的公差内。

在间隙传感器的计算结果在加工设定值的公差内的情况下，从激光照射部照射激光，实施切断、开孔的加工。在间隙传感器的计算结果在加工设定值的公差外的情况下，使具有激光照射部的激光头移动，再次测定间隙传感器的间隙、算出激光的焦点位置与工件的被加工部之间的距离、确认计算结果，在间隙传感器的计算结果成为加工设定值的公差内之后，对工件的被加工部实施激光加工。

对于一个被加工部进行以上那样的从间隙测定到激光加工的一系列动作，在具有多个被加工部的工件的激光加工中，对于工件中的每个被加工部进行上述一系列动作。

专利文献1：日本特开2010-17745号公报

专利文献2：日本特开昭61-27192号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，由于在间隙传感器测定间隙、算出激光的焦点位置与工件的被加工部之间的距离、确认计算结果的期间，并不是利用激光进行切断、开孔的加工，因此会妨碍提高三维激光加工机的加工效率。

当然，若为了提高三维激光加工机的加工效率，不计测激光的焦点位置与工件的被加工部之间的距离地进行激光加工，则无法使该距离与预定加工设定值一致，导致激光加工的加工精度下降。

本发明是鉴于上述问题而作出的，目的在于提高三维激光加工机中的激光加工的加工效率。

用于解决课题的方案

解决上述课题的第一技术方案的三维激光加工机将通过聚光透镜而会聚的激光的焦点位置设定在距被加工物中的被加工部为预定距离的位置，由此对上述被加工部实施高精度的激光加工，上述三维激光加工机的特征在于，上述三维激光加工机具备测定上述被加工物的三维形状的三维形状测定器，基于由上述三维形状测定器测定的上述被加工物的三维形状数据，将上述激光的焦点位置设定在距上述被加工部为预定距离的位置。

解决上述课题的第二技术方案的三维激光加工机以第一技术方案的三维激光加工机为基础，其特征在于，在上述被加工物的换产调整空间设置上述三维形状测定器，在对上述被加工物实施激光加工之前，测定在上述换产调整空间进行换产调整后的上述被加工物的三维形状。

解决上述课题的第三技术方案的三维激光加工机以第一或第二技术方案的三维激光加工机为基础，其特征在于，通过上述三维形状测定器测定激光加工后的上述被加工物的三维形状，并通过激光加工后的上述被加工物的三维形状数据来确认激光加工的加工精度。

发明效果

根据第一技术方案的三维激光加工机，具备测定被加工物的三维形状的三维形状测定器，由此能够准确地掌握被加工物的形状、被加工部的位置，因此不需要利用间隙传感器对每个加工部位的间隙进行检测等。因此，能够削减间隙传感器的间隙检测时间等，能够提高三维激光加工机的激光加工的加工效率。另外，基于由三维形状测定器测定的被加工物的三维形状数据，来设定激光的焦点位置与被加工部之间的距离，因此能够实施被加工部的激光照射面积符合设定要求的激光加工，激光加工的加工精度不会下降。

根据第二技术方案的三维激光加工机，在被加工物的换产调整空间设置三维形状测定器，无需确保用于测定三维形状的新的空间。另外，在对被加工物实施激光加工之前，测定在换产调整空间进行换产调整后的被加工物的三维形状，由此能够在对其他被加工物实施激光加工的期间，测定被加工物的三维形状。

根据第三技术方案的三维激光加工机，通过三维形状测定器测定激光加工后的被加工物的三维形状，由此能够检测出是否按照设定要求对被加工物实施了激光加工，即，三维激光加工机的激光加工的加工精度。因此，能够检测激光加工时产生的加工误差等，通过将该加工误差等的数据与下一个被加工物的加工数据结合，从而能够对每个被加工物实施修正了加工误差等的激光加工。

附图说明

图1是表示实施例1的三维激光加工机的概略立体图。

图2是表示实施例1的三维激光加工机中的扫描装置的概略立体图。

图3是表示实施例1的三维激光加工机中的工件更换装置的工件更换动作的说明图。

图4是表示实施例1的三维激光加工机中的工件更换装置的工件更换动作的说明图。

图5是表示实施例1的三维激光加工机中的工件更换装置的工件更换动作的说明图。

图6是表示实施例1的三维激光加工机中的工件更换装置的工件更换动作的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地对本发明的三维激光加工机的实施例进行说明。当然，本发明不限定于以下的实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更，这是不言而喻的。

实施例1

首先，参照图1至图6对本发明的实施例1的三维激光加工机的结构进行说明。

如图1所示，本实施例的三维激光加工机具有：底座1，水平地设置于地面；门形的立柱2，以横跨底座1的方式设置；横轨3，支撑于立柱2的前表面并能够相对于立柱2沿Z轴方向(垂直方向)移动；滑鞍4，支撑于横轨3并能够沿着横轨3在Y轴方向(水平方向)上移动；滑枕5，由滑鞍4进行把持，并能够相对于滑鞍4沿Z轴方向移动。

在滑枕5上设有能够相对于滑枕5沿Z轴方向移动并且能够绕着C轴方向(绕着与Z轴平行的轴)转动的激光头10，在激光头10具备能够相对于激光头10绕着B轴方向(绕着与Y轴平行的轴)转动的激光照射部11。

从激光照射部11照射的激光通过内置于激光头10的未图示的聚光透镜而在作为被加工物的工件W的未图示的被加工部或被加工部附近会聚。工件W的未图示的被加工部通过被照射会聚后的激光而发热、局部地熔融，并且被加工部的熔融的部件由从设于激光头10的未图示的气体喷射部喷射的气体吹走，由此进行工件W的切断、开孔的高精度的加工。

另外，在三维激光加工机中，为了确保作业员的安全性等而具备安全罩6，对进行激光加工的范围进行划分。在图1中，为了使图示清晰，通过双点划线来表示安全罩6。

在底座1上具备：用于对工件W进行加工的加工用台20；用于对工件W进行换产调整的换产调整板30；及工件更换装置40(参照图3至图6)。在图1中，省略了工件更换装置40的图示。

加工用台20以能够在加工位置(图1中的实线部)与换产调整位置(图1中的双点划线部)之间移动的方式设于底座1上，换产调整板30以与换产调整位置处的加工用台20相邻的方式设置在底座1的一端侧(参照图1)，工件更换装置40设置在换产调整位置处的加工用台20与换产调整板30之间(参照图3至图6)。

如图3至图6所示，工件更换装置40具有本体部41和工件把持部42，而且具备：使本体部41及工件把持部42沿W轴方向(与Z轴平行的轴方向)升降的未图示的升降机构；使本体部41及工件把持部42绕着D轴方向(绕着与W轴平行的轴)旋转的未图示的旋转机构。

通过工件更换装置40能够对结束激光加工而移动至换产调整位置的加工用台20上的加工后的工件W₁与为了实施激光加工而新搬入三维激光加工机的换产调整板30上的加工前的工件W₂进行更换作业。关于工件更换装置40的对加工后的工件W₁与加工前的工件W₂的更换作业在后文叙述。

在本实施例中，如图1所示，在三维激光加工机的底座1上具备用于测定加工前及加工后的工件W的三维形状的三维形状测定器即扫描装置50。扫描装置50设置在底座1的一端侧的工件W的换产调整空间，如图2所示，具备：能够相对于底座1沿V轴方向(与Y轴平行的轴方向)滑动的基座部51；支撑于基座部51并且能够相对于基座部51沿U轴方向(与X轴平行的轴方向)滑动的主体部52；支撑于主体部52并且能够相对于主体部52沿W轴方向滑动的臂部53；及支撑于臂部53的一端侧，能够沿U轴方向滑动并且能够绕着E轴方向(绕着与V轴平行的轴)转动的颈部54。

在颈部54具有用于测定工件W的三维形状的两个相机55。另外，在换产调整板30上设有未图示的旋转机构，能够使设置在换产调整板30上的工件W绕着F轴方向(绕着与Z轴及W轴平行的轴)旋转，以便能够通过扫描装置50来测定加工前及加工后的工件W整体的形状。

即，通过扫描装置50中的基座部51向V轴方向滑动、主体部52向U轴方向滑动、臂部53向W轴方向滑动、颈部54向U轴方向滑动并且绕E轴方向转动及换产调整板30上的工件W绕F轴方向的旋转动作，能够测定各种大小及形状的工件W的三维形状。

另外，三维激光加工机中的工件W的搬入及搬出在换产调整板30处进行。另外，工件W经由工件设置夹具60而设置在换产调整板30上，与工件设置夹具60一起在换产调整板30上旋转，与工件设置夹具60一起利用工件更换装置40进行更换(参照图3至图6)。

接下来，参照图1至图6对本发明的实施例1的三维激光加工机的激光加工的流程进行说明。

首先，在加工位置的加工用台20上对工件W₁实施激光加工的期间，通过未图示的起重机或作业员的手动作业，将加工前的工件W₂经由工件设置夹具60设置在三维激光加工机的换产调整板30上，并通过扫描装置50对加工前的工件W₂进行三维形状测定(参照图1及图2)。

通过使设置于换产调整板30附近的扫描装置50的基座部51、主体部52、臂部53及颈部54滑动或转动，来调整相机55的拍摄位置及拍摄方向，使扫描装置50适合于设置在换产调整板30上的加工前的工件W₂的三维形状测定。

在换产调整板30上，通过未图示的旋转机构使工件设置夹具60和加工前的工件W₂绕着F轴方向旋转，并通过扫描装置50进行加工前的工件W₂的三维形状测定。通过扫描装置50测定的加工前的工件W₂的三维形状数据d₂传递到未图示的数据处理部，用于后述的加工前的工件W₂的激光加工。

另外，如本实施例那样，在对已向三维激光加工机搬入完的工件W₁实施激光加工的期间，向三维激光加工机搬入加工前的工件W₂及通过扫描装置50进行三维形状测定，由此并行地进行对工件W₁的激光加工和对工件W₂的三维形状测定，因此能够提高三维激光加工机的激光加工的加工效率。

接下来，通过工件更换装置40进行加工后的工件W₁与加工前的工件W₂的更换作业(参照图1、图3至图6)。

设置在加工用台20上的加工后的工件W₁在加工位置处被激光加工之后，向换产调整位置移动(参照图1)。

并且，如图3所示，工件更换装置40中的一个(图3中的右侧)把持部42在移动至换产调整位置的加工用台20上把持固定有加工后的工件W₁的工件设置夹具60，另一个(图3中的左侧)把持部42在换产调整板30上把持固定有加工前的工件W₂的工件设置夹具60。

接下来，如图4所示，通过工件更换装置40中的未图示的升降机构，使本体部41沿W轴方向上升，并且使把持部42、由把持部42把持的工件设置夹具60及固定在工件设置夹具60上的加工后的工件W₁和加工前的工件W₂上升。

接着，如图5所示，通过工件更换装置40中的未图示的旋转机构，使本体部41绕着D轴方向旋转，并且使把持部42、由把持部42把持的工件设置夹具60及固定于工件设置夹具60的加工后的工件W₁和加工前的工件W₂旋转。由此，加工后的工件W₁位于换产调整板30的上方，加工前的工件W₂位于加工用台20的上方。

接着，如图6所示，通过工件更换装置40中的未图示的升降机构，使本体部41沿W轴方向下降，并且使把持部42、由把持部42把持的工件设置夹具60及固定在工件设置夹具60上的加工后的工件W₁和加工前的工件W₂下降。

通过未图示的升降机构使本体部41沿W轴方向下降，由此工件设置夹具60及固定在工件设置夹具60上的加工后的工件W₁设置在换产调整板30上，工件设置夹具60及固定在工件设置夹具60上的加工前的工件W₂设置在加工用台20上，加工后的工件W₁与加工前的工件W₂的更换作业完成。

接下来，利用扫描装置50进行加工后的工件W₁的三维形状测定，并对加工前的工件W₂实施激光加工(参照图1及图2)。

与上述加工前的工件W₂的三维形状测定相同，调整相机55的拍摄位置及拍摄方向，通过扫描装置50对设置在换产调整板30上的加工后的工件W₁进行三维形状测定(参照图2)。通过扫描装置50测定的加工后的工件W₁的三维形状数据d₁传递至未图示的数据处理部，与加工前的工件W₂的三维形状数据d₂一起用于后述的加工前的工件W₂的激光加工。

另外，在本实施例的三维激光加工机中，对工件W仅实施开孔的加工，因此加工后的工件W₁与加工前的工件W₂的形状相比没有大的变化。因此，省略相机55的拍摄位置及拍摄方向的调整。当然，在三维激光加工机中对工件W实施切断等激光加工，而加工前的工件W₂的形状与加工后的工件W₁的形状存在较大的形状变化情况下等，也可以再次调整相机55的拍摄位置及拍摄方向。

结束了扫描装置50的三维形状测定的加工后的工件W₁通过未图示的起重机或作业员的手动作业从换产调整板30上拆掉，将新的工件W₃(未图示)通过未图示的起重机或作业员的手动作业经由工件设置夹具60设置在换产调整板30上。

另一方面，设置在加工用台20上的工件设置夹具60及加工前的工件W₂通过加工用台20从换产调整位置向加工位置移动，从而位于加工位置(参照图1)。经由工件设置夹具60而设置在加工用台20上的加工前的工件W₂在加工位置被实施激光加工。

此时，用于加工前的工件W₂的激光加工的加工用数据D₂是结合了上述加工前的工件W₂的三维形状数据d₂与加工后的工件W₁的三维形状数据d₁的数据。

具体而言，基于加工前的工件W₂的三维形状数据d₂，反映每个工件W不同的微小的形状差异或工件W₂相对于工件设置夹具60的位置，并修正用于对工件W₂的未图示的被加工部进行激光加工的激光照射部11的位置及激光的照射方向。由此，能够准确地掌握所照射的激光的焦点位置与工件W₂的被加工部之间的距离，并设定为预定距离。

另外，对上述加工后的工件W₁的三维形状数据d₁与对工件W₁实施的激光加工的加工用数据D₁进行比较，确认是否按照加工用数据D₁对工件W₁实施了激光加工，即，确认三维激光加工机的激光加工的加工精度。由此，能够检测激光加工时产生的加工误差等，将该加工误差等数据与工件W₂的加工数据D₂结合，由此能够对工件W₂实施修正了加工误差等的激光加工。

由此，无需像以往的三维激光加工机那样使用间隙传感器等对每个被加工部测定被加工部与激光照射部之间的距离，能够削减间隙传感器的间隙检测时间。因此，能够提高三维激光加工机的激光加工的加工效率。

当然，本发明中的工件W₁的三维形状测定、工件W₂的激光加工的时机及将加工后的工件W₁的三维形状数据d₁结合于加工用数据的时机不限定于本实施例。例如，可以在对工件W₂实施激光加工的期间测定加工后的工件W₁的三维形状，并将加工后的工件W₁的三维形状数据d₁接合于接下来的工件W₃(未图示)的加工用数据D₃中。

另外，在本实施例中，在与加工用台20不同的换产调整板30上进行工件W的换产调整及三维形状测定，并且将工件W经由工件设置夹具60设置在加工用台20及换产调整板30上，但本发明不限定于此。例如，可以在换产调整位置的加工用台20上直接换产调整工件W，在换产调整位置的加工用台20附近设置扫描装置50，以直接设置于加工用台20上的状态进行工件W的加工前及加工后的三维形状测定。

另外，在本实施例中，使用了扫描装置50作为三维形状测定器，但是本发明不限定于此。例如，作为三维形状测定器，可以使用非接触式(点激光、线激光、光学式)、接触式(探针)。

另外，本发明也可以应用于激光加工中的“切断”、“开孔”、“焊接”、“包覆”、“表面改质”、“提高表面粗糙度”。

附图标记说明

1 底座

2 立柱

3 横轨

4 滑鞍

5 滑枕

6 安全罩

10 激光头

11 激光照射部

20 加工用台

30 换产调整板

40 工件更换装置

41 工件更换装置的本体部

42 工件更换装置的把持部

50 扫描装置

51 扫描装置的基座部

52 扫描装置的主体部

53 扫描装置的臂部

54 扫描装置的颈部

55 扫描装置的相机

60 工件设置夹具

Claims (2)

1.一种三维激光加工机，将通过聚光透镜而会聚的激光的焦点位置设定在距被加工物中的被加工部为预定距离的位置，由此对所述被加工部实施高精度的激光加工，所述三维激光加工机的特征在于，

所述三维激光加工机具备：测定所述被加工物的三维形状的三维形状测定器；用于对所述被加工物进行加工的台；用于对与所述台进行加工的所述被加工物不同的所述被加工物进行换产调整的换产调整板；及对设置于所述台上的所述被加工物与设置于所述换产调整板上的所述被加工物进行更换的更换装置，

在对所述被加工物实施激光加工之前，通过所述三维形状测定器测定设置于所述换产调整板上的所述被加工物的三维形状，通过更换装置使设置于所述换产调整板上的所述被加工物位于所述台上，基于由所述三维形状测定器测定的所述被加工物的三维形状数据，将激光加工中的所述激光的焦点位置设定在距所述被加工部为预定距离的位置。

2.根据权利要求1所述的三维激光加工机，其特征在于，

在对所述被加工物实施了激光加工之后，通过所述三维形状测定器测定所述被加工物的三维形状，

根据激光加工后的所述被加工物的三维形状数据来确认激光加工的加工精度。