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JP2011115806A - Laser processing apparatus - Google Patents

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JP2011115806A
JP2011115806A JP2009273476A JP2009273476A JP2011115806A JP 2011115806 A JP2011115806 A JP 2011115806A JP 2009273476 A JP2009273476 A JP 2009273476A JP 2009273476 A JP2009273476 A JP 2009273476A JP 2011115806 A JP2011115806 A JP 2011115806A
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Japan
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laser
nozzle
laser beam
processing
light
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Application number
JP2009273476A
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Japanese (ja)
Inventor
Teruaki Fukuoka
輝章 福岡
Masaki Seguchi
正記 瀬口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser processing apparatus capable of executing centering work of laser beam in a short period of time without depending on skill degree of an operator. <P>SOLUTION: The laser processing apparatus is configured of a laser oscillator 1 for generating the laser beam 2, a processing lens 4 for condensing the laser beam 2 on a workpiece W, a processing nozzle 11 for passing the condensed laser beam 2 and supplying assist gas toward the workpiece W, a processing head 5 for supporting the processing lens 4 and the processing nozzle 11, a light sensor 6 for detecting spatial distribution of light emitted from the irradiation part of the workpiece W during the irradiation of the laser beam 2, and a signal processing device 9 for measuring the position of the laser beam 2 to the center of the nozzle based on a signal from the light sensors 6. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、レーザ光の芯出し機能を有するレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus having a laser beam centering function.

従来のレーザ加工装置(例えば、特許文献1)は、レーザ光線を発振するレーザ発振器と、このレーザ発振器から発振されたレーザ光線を被加工物に向けて照射しアシストガスを供給するための加工ヘッドと、上記レーザ光線の照射による被加工物の加工部分から生じた光を検出する光センサとを備え、上記レーザ発振器を制御するとともに、上記光センサによって検出した光センサ信号強度によって被加工物の加工状況をモニタリングできるように構成している。   A conventional laser processing apparatus (for example, Patent Document 1) includes a laser oscillator that oscillates a laser beam, and a processing head that supplies an assist gas by irradiating the workpiece with the laser beam oscillated from the laser oscillator. And an optical sensor for detecting light generated from a processed portion of the workpiece by irradiation with the laser beam, and controls the laser oscillator, and controls the laser oscillator signal intensity of the workpiece by the optical sensor signal intensity detected by the optical sensor. It is configured so that the processing status can be monitored.

また、他のレーザ加工装置(例えば、特許文献2)では、切断加工時の信号の切断方向による異方性をフォトダイオードにより測定し、切断方向が変わっても異方性が出ないようにノズルを移動している。   In another laser processing apparatus (for example, Patent Document 2), the anisotropy due to the cutting direction of the signal at the time of cutting processing is measured by a photodiode, and the nozzle does not appear even if the cutting direction changes. Have moved.

特開2005−254314号公報(8頁、図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-254314 (page 8, FIG. 1) 特開平10−249566号公報(8頁、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 10-24966 (page 8, FIG. 1)

レーザ加工装置で加工を行う場合、一般に、芯出しと呼ばれる準備工程が行われる。これは、レーザ光が加工ノズルの中心を通るように、加工レンズの位置や加工ノズルの位置を調整する工程である。その際、薄いアクリル板やテープにレーザ光で穴をあけて、加工穴の形状やガスの流れを作業者の目視により判断しながら、レンズやノズルの位置を調整している。   When processing is performed with a laser processing apparatus, a preparation step called centering is generally performed. This is a step of adjusting the position of the processing lens and the position of the processing nozzle so that the laser beam passes through the center of the processing nozzle. At that time, a hole is made in a thin acrylic plate or tape with a laser beam, and the positions of the lens and the nozzle are adjusted while judging the shape of the processed hole and the flow of gas by visual observation of the operator.

しかし、目視による判断は熟練者でなければ難しく、またどの程度ノズルの中心に調整に持っていけば良いかなど、作業者の経験に大きく依存しており、一般には多くの時間を要する作業になる。   However, visual judgment is difficult unless it is an expert, and it depends greatly on the operator's experience, such as how much adjustment should be performed at the center of the nozzle, and generally requires work that requires a lot of time. Become.

本発明の目的は、作業者の習熟度に依存することなくレーザ光の芯出し作業を短時間で実施できるレーザ加工装置を提供することである。   The objective of this invention is providing the laser processing apparatus which can implement the centering operation | work of a laser beam in a short time, without depending on the skill level of an operator.

上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を発生するレーザ発振器と、
該レーザ光を被加工物に集光するための集光光学系と、
集光されたレーザ光が通過するとともに、被加工物に向けてガスを供給するためのノズルと、
集光光学系およびノズルを支持するための加工ヘッドと、
レーザ光の照射時に被加工物の照射部分から放射される光の空間分布を検出するための光検出部と、
光検出部からの信号に基づいて、ノズル中心に対するレーザ光の位置を測定するための信号処理部とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laser processing apparatus according to the present invention includes a laser oscillator that generates laser light,
A condensing optical system for condensing the laser beam on the workpiece;
A focused laser beam passes, and a nozzle for supplying gas toward the workpiece;
A processing head for supporting the condensing optical system and the nozzle;
A light detection unit for detecting a spatial distribution of light emitted from the irradiated portion of the workpiece when irradiated with laser light; and
And a signal processing unit for measuring the position of the laser beam with respect to the center of the nozzle based on a signal from the light detection unit.

本発明によれば、作業者の習熟度に依存することなくレーザ光の芯出し作業を短時間で実施できる。   According to the present invention, the laser beam centering operation can be performed in a short time without depending on the proficiency level of the operator.

本発明の実施の形態1を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 1 of this invention. 光センサの配置例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of arrangement | positioning of an optical sensor. 図3(a)は、XY面における光センサの配置を示す平面図であり、図3(b)〜(d)は、レーザ光2がノズル中心を通過している状態の信号例を示すグラフである。FIG. 3A is a plan view showing the arrangement of the optical sensors on the XY plane, and FIGS. 3B to 3D are graphs showing signal examples in a state where the laser light 2 passes through the center of the nozzle. It is. 図4(a)は、XY面における光センサの配置を示す平面図であり、図4(b)〜(d)は、レーザ光2がノズル中心から外れている状態の信号例を示すグラフである。FIG. 4A is a plan view showing the arrangement of the photosensors on the XY plane, and FIGS. 4B to 4D are graphs showing signal examples in a state where the laser beam 2 deviates from the nozzle center. is there. 本発明の実施の形態2を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 5 of this invention.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1を示す構成図である。レーザ加工装置は、レーザ発振器1と、反射ミラー3と、加工レンズ4と、加工ヘッド5と、加工ノズル11などで構成される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing Embodiment 1 of the present invention. The laser processing apparatus includes a laser oscillator 1, a reflection mirror 3, a processing lens 4, a processing head 5, a processing nozzle 11, and the like.

レーザ発振器1は、炭酸ガスレーザやエキシマレーザ等で構成され、被加工物であるワークWの切断、穿孔、溶接等に適した波長、パワーを有するレーザ光2を発生する。   The laser oscillator 1 is constituted by a carbon dioxide laser, an excimer laser, or the like, and generates a laser beam 2 having a wavelength and power suitable for cutting, drilling, welding and the like of the workpiece W that is a workpiece.

反射ミラー3は、レーザ発振器1からのレーザ光2を反射して、加工ヘッド5に導入する機能を有し、必要に応じて2個以上のミラーを使用してもよく、あるいは省略することも可能である。   The reflection mirror 3 has a function of reflecting the laser beam 2 from the laser oscillator 1 and introducing it into the machining head 5. Two or more mirrors may be used or omitted as necessary. Is possible.

加工レンズ4は、加工ヘッド5に導入されたレーザ光2を集光する集光光学系であって、ワークWの加工部分において所望の光スポットを形成する。   The processing lens 4 is a condensing optical system that condenses the laser light 2 introduced into the processing head 5, and forms a desired light spot at a processing portion of the workpiece W.

加工ノズル11は、中空筒状の部材であって、加工レンズ4によって集光されたレーザ光が通過するとともに、ワークWに向けてアシストガスを供給する機能を有する。アシストガスとして、一般に酸素、空気、窒素、アルゴン等が使用され、蒸発気体の排除、ドロス付着防止などの役割を果たす。   The processing nozzle 11 is a hollow cylindrical member, and has a function of supplying the assist gas toward the workpiece W while allowing the laser beam condensed by the processing lens 4 to pass therethrough. As the assist gas, oxygen, air, nitrogen, argon or the like is generally used, and plays a role of eliminating evaporated gas and preventing dross adhesion.

加工ヘッド5は、中空筒状の部材であって、加工レンズ4、加工ノズル11等を支持するためのものであり、アシストガスの供給回路(不図示)も接続されている。   The processing head 5 is a hollow cylindrical member that supports the processing lens 4, the processing nozzle 11, and the like, and is connected to an assist gas supply circuit (not shown).

本実施形態では、レーザ加工装置はさらに、光センサ6と、増幅器7と、数値制御装置8と、信号処理装置9と、アクチュエータ10とを備える。   In the present embodiment, the laser processing apparatus further includes an optical sensor 6, an amplifier 7, a numerical control device 8, a signal processing device 9, and an actuator 10.

光センサ6は、レーザ光2の照射時にワークWの照射部分から放射される光の空間分布を検出するためのものである。光センサ6の受光部は、加工ヘッド5の内部に位置しており、ワークWの照射部分から放射された光が加工ノズル11および加工レンズ4を通過して、光センサ6の受光部に直接または間接的に到達するように構成されている。例えば、図2に示すように、レーザ光2の光軸に対して垂直なXY面内で、所定半径を有する円周上でレーザ光2の光軸周りに120°の等間隔で3つの光センサ6が配置される。   The optical sensor 6 is for detecting the spatial distribution of light emitted from the irradiated portion of the work W when the laser beam 2 is irradiated. The light receiving part of the optical sensor 6 is located inside the machining head 5, and the light emitted from the irradiated part of the workpiece W passes through the machining nozzle 11 and the machining lens 4 and directly to the light receiving part of the optical sensor 6. Or it is configured to reach indirectly. For example, as shown in FIG. 2, three lights are arranged at equal intervals of 120 ° around the optical axis of the laser beam 2 on the circumference having a predetermined radius in the XY plane perpendicular to the optical axis of the laser beam 2. A sensor 6 is arranged.

増幅器7は、光センサ6からの信号を増幅する。信号処理装置9は、光センサ6からの信号に基づいて、加工ノズル11のノズル中心に対するレーザ光2の位置を測定する機能を有する。   The amplifier 7 amplifies the signal from the optical sensor 6. The signal processing device 9 has a function of measuring the position of the laser light 2 with respect to the nozzle center of the processing nozzle 11 based on a signal from the optical sensor 6.

数値制御装置8は、レーザ発振器1や信号処理装置9との信号伝達により、あるいは外部コンピュータ等からの指令により、照射パワー、照射タイミング等の加工条件等を設定する機能を有する。   The numerical control device 8 has a function of setting processing conditions such as irradiation power, irradiation timing and the like by signal transmission with the laser oscillator 1 and the signal processing device 9 or by a command from an external computer or the like.

アクチュエータ10は、加工ヘッド5に設けられ、加工ヘッド5を基準として加工レンズ4のXY位置を調整する機能を有する。信号処理装置9は、レーザ光2の測定結果に基づいて、レーザ光2がノズル中心を通過するようにアクチュエータ10を制御する。   The actuator 10 is provided in the processing head 5 and has a function of adjusting the XY position of the processing lens 4 with reference to the processing head 5. Based on the measurement result of the laser beam 2, the signal processing device 9 controls the actuator 10 so that the laser beam 2 passes through the center of the nozzle.

次に、動作について説明する。レーザ発振器1から出力されたレーザ光2は、反射ミラー3で反射し、加工ヘッド5内の加工レンズ4で集光され、ワークWの加工部分に照射される。このとき光センサ6は、加工部分から発生する光の強度を検出する。光センサ6からの信号は、増幅器で増幅され、信号処理装置9に入力される。   Next, the operation will be described. The laser beam 2 output from the laser oscillator 1 is reflected by the reflection mirror 3, condensed by the processing lens 4 in the processing head 5, and irradiated on the processing portion of the workpiece W. At this time, the optical sensor 6 detects the intensity of light generated from the processed portion. A signal from the optical sensor 6 is amplified by an amplifier and input to the signal processing device 9.

信号処理装置9は、レーザ光2がノズル中心を通過した状態、即ち、芯出し状態における各光センサ6の信号強度の比を基準値として予め記憶している。従って、測定時の信号強度の比と基準値との比較により、ノズル中心を基準としたレーザ光2の変位量および変位方向を計算できる。そして、信号処理装置9は、その計算結果を用いてアクチュエータ10により加工レンズ4のXY位置を調整することによって、レーザ光2が加工ノズル11の中心を通過するように設定できる。   The signal processing device 9 stores in advance, as a reference value, the ratio of the signal intensity of each optical sensor 6 in the state in which the laser light 2 has passed through the center of the nozzle, that is, in the centering state. Therefore, the displacement amount and the displacement direction of the laser beam 2 with respect to the nozzle center can be calculated by comparing the signal intensity ratio at the time of measurement with the reference value. Then, the signal processing device 9 can set the laser light 2 to pass through the center of the processing nozzle 11 by adjusting the XY position of the processing lens 4 by the actuator 10 using the calculation result.

図3(a)は、XY面における光センサの配置を示す平面図であり、図3(b)〜(d)は、レーザ光2がノズル中心を通過している状態、即ち、芯出し状態の信号例を示すグラフである。ここでは、3つの光センサ6a〜6cがレーザ光2の光軸周りに120°の等間隔で配置されている例を説明する。   FIG. 3A is a plan view showing the arrangement of the optical sensors on the XY plane, and FIGS. 3B to 3D show the state in which the laser light 2 passes through the center of the nozzle, that is, the centering state. It is a graph which shows the example of a signal. Here, an example will be described in which three optical sensors 6 a to 6 c are arranged at equal intervals of 120 ° around the optical axis of the laser light 2.

芯出し状態において、レーザ光2の照射時にワークWの照射部分から放射される光の空間分布は、レーザ光2の光軸に関して対称になる。そのため、各光センサ6a〜6cで受光される光強度は互いにほぼ等しくなり、理想的な基準値として、信号強度比Ia:Ib:Ic=1:1:1となる。実際には、ノイズの影響やセンサの感度ばらつき等の誤差を考慮して基準値を決定する。こうした基準値は、加工ノズル11や加工レンズ4の交換、ワークWの変更などを行った場合、その都度設定することが好ましい。   In the centering state, the spatial distribution of the light emitted from the irradiated portion of the workpiece W when the laser beam 2 is irradiated is symmetric with respect to the optical axis of the laser beam 2. Therefore, the light intensities received by the optical sensors 6a to 6c are substantially equal to each other, and the signal intensity ratio Ia: Ib: Ic = 1: 1: 1 is an ideal reference value. In practice, the reference value is determined in consideration of errors such as noise and sensor sensitivity variations. Such a reference value is preferably set each time the processing nozzle 11 or the processing lens 4 is replaced or the workpiece W is changed.

図4(a)は、XY面における光センサの配置を示す平面図であり、図4(b)〜(d)は、レーザ光2がノズル中心から外れている状態の信号例を示すグラフである。芯出しが不完全である場合、レーザ光2の照射時にワークWの照射部分から放射される光の空間分布は、レーザ光2の光軸に関して非対称になる。そのため、各光センサ6a〜6cで受光される光強度も上記基準値から外れることになる。例えば、図4(a)に示すように、レーザ光2が光センサ6bに最も接近し、光センサ6cから最も遠くなった場合、信号強度はIa<Ic<Ibの関係を示すことが判る。   FIG. 4A is a plan view showing the arrangement of the photosensors on the XY plane, and FIGS. 4B to 4D are graphs showing signal examples in a state where the laser beam 2 deviates from the nozzle center. is there. When the centering is incomplete, the spatial distribution of the light emitted from the irradiated portion of the workpiece W when the laser beam 2 is irradiated becomes asymmetric with respect to the optical axis of the laser beam 2. Therefore, the light intensity received by each of the optical sensors 6a to 6c also deviates from the reference value. For example, as shown in FIG. 4A, when the laser beam 2 is closest to the optical sensor 6b and is farthest from the optical sensor 6c, the signal intensity shows a relationship of Ia <Ic <Ib.

従って、信号強度比Ia:Ib:Icとレーザ光2の中心ずれとの関係を予め算出しておくことによって、実際の信号強度比からレーザ光2の変位量および変位方向を決定することができる。   Therefore, by calculating in advance the relationship between the signal intensity ratio Ia: Ib: Ic and the center deviation of the laser beam 2, the displacement amount and the displacement direction of the laser beam 2 can be determined from the actual signal intensity ratio. .

ここで、上記特許文献2では、1個のフォトダイオードをヘッド内に設置した状態で、板状のワークを四角形状の経路に沿って切断しながら受光輝度を検出する。このときフォトダイオードの出力信号において切断方向による異方性があるかを分析して、異方性が無くなる方向へノズル若しくはベンドミラーを駆動している。しかしながら、芯出しを行わずに切断加工を行うために、加工不良の確率が高くなり、正確な調整ができない可能性がある。   Here, in Patent Document 2, the light receiving luminance is detected while cutting a plate-like workpiece along a rectangular path in a state where one photodiode is installed in the head. At this time, the output signal of the photodiode is analyzed for anisotropy depending on the cutting direction, and the nozzle or bend mirror is driven in a direction in which the anisotropy disappears. However, since the cutting process is performed without performing the centering, the probability of the processing failure increases, and there is a possibility that accurate adjustment cannot be performed.

一方、本発明によれば、芯出し作業を行う際の加工は、レーザ光の1パルス照射でも行うことができる。また、異方性ではなく強度比を用いて計算を行うことにより、仮に切断時に加工ヘッドの衝突などによりレーザ光の位置が加工ノズルの中心からズレが起こったときでも、その都度自動的に芯出し調整を行うことが可能である。   On the other hand, according to the present invention, the processing at the time of performing the centering operation can be performed by one-pulse irradiation of laser light. Also, by calculating using the intensity ratio instead of anisotropy, even if the position of the laser beam deviates from the center of the processing nozzle due to the collision of the processing head at the time of cutting, it is automatically centered each time. It is possible to make adjustments.

芯出し状態における信号強度比の基準値の初期設定は、出荷段階の調整で行って、光センサの感度バラツキや取り付けによる受光量のバラツキの影響が無いようにすることが好ましい。   The initial setting of the reference value of the signal intensity ratio in the centering state is preferably performed by adjustment at the shipping stage so as not to be affected by variations in the sensitivity of the optical sensor and variations in the amount of received light due to attachment.

また、アクチュエータ10を省略して、信号処理装置9で計算したレーザ光2の変位量および変位方向をディスプレイ等に表示し、作業者が加工レンズ4のXY位置を手動で調整するようにした場合であっても、従来のように作業者の目視による芯出し工程と比べて作業時間を大幅に短縮できる。このときレーザ光2の焦点位置を調整することにより、精度良く測定を行うことができる。   When the actuator 10 is omitted, the displacement amount and the displacement direction of the laser light 2 calculated by the signal processing device 9 are displayed on a display or the like, and the operator manually adjusts the XY position of the processing lens 4 Even so, the working time can be greatly shortened as compared with the centering process visually performed by the operator. At this time, measurement can be performed with high accuracy by adjusting the focal position of the laser beam 2.

実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2を示す構成図である。本実施形態に係るレーザ加工装置は、実施の形態1と同様な構成を有するが、加工レンズ4のXY位置を調整するアクチュエータの代わりに、加工ヘッド5に対する加工ノズル11のXY位置を調整するためのアクチュエータ10を設けている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing Embodiment 2 of the present invention. The laser processing apparatus according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, but adjusts the XY position of the processing nozzle 11 relative to the processing head 5 instead of the actuator that adjusts the XY position of the processing lens 4. The actuator 10 is provided.

この動作について説明する。レーザ発振器1から出力されたレーザ光2は、反射ミラー3で反射し、加工ヘッド5内の加工レンズ4で集光され、ワークWの加工部分に照射される。このとき光センサ6は、加工部分から発生する光の強度を検出する。光センサ6からの信号は、増幅器で増幅され、信号処理装置9に入力される。   This operation will be described. The laser beam 2 output from the laser oscillator 1 is reflected by the reflection mirror 3, condensed by the processing lens 4 in the processing head 5, and irradiated on the processing portion of the workpiece W. At this time, the optical sensor 6 detects the intensity of light generated from the processed portion. A signal from the optical sensor 6 is amplified by an amplifier and input to the signal processing device 9.

信号処理装置9は、レーザ光2がノズル中心を通過した状態、即ち、芯出し状態における各光センサ6の信号強度の比を基準値として予め記憶している。従って、測定時の信号強度の比と基準値との比較により、ノズル中心を基準としたレーザ光2の変位量および変位方向を計算できる。そして、信号処理装置9は、その計算結果を用いてアクチュエータ10により加工ノズル11のXY位置を調整することによって、レーザ光2が加工ノズル11の中心を通過するように設定できる。   The signal processing device 9 stores in advance, as a reference value, the ratio of the signal intensity of each optical sensor 6 in the state in which the laser light 2 has passed through the center of the nozzle, that is, in the centering state. Therefore, the displacement amount and the displacement direction of the laser beam 2 with respect to the nozzle center can be calculated by comparing the signal intensity ratio at the time of measurement with the reference value. The signal processing device 9 can set the laser light 2 to pass through the center of the processing nozzle 11 by adjusting the XY position of the processing nozzle 11 by the actuator 10 using the calculation result.

実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3を示す構成図である。本実施形態に係るレーザ加工装置は、実施の形態1と同様な構成を有するが、加工レンズ4のXY位置を調整するアクチュエータの代わりに、反射ミラー3の向きを調整するためのアクチュエータ10を設けて、加工ノズル11を通過する際のレーザ光2の光路がXY方向に調整可能なように構成している。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing Embodiment 3 of the present invention. The laser processing apparatus according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, but an actuator 10 for adjusting the orientation of the reflection mirror 3 is provided instead of the actuator for adjusting the XY position of the processing lens 4. Thus, the optical path of the laser light 2 when passing through the processing nozzle 11 is configured to be adjustable in the XY directions.

この動作について説明する。レーザ発振器1から出力されたレーザ光2は、反射ミラー3で反射し、加工ヘッド5内の加工レンズ4で集光され、ワークWの加工部分に照射される。このとき光センサ6は、加工部分から発生する光の強度を検出する。光センサ6からの信号は、増幅器で増幅され、信号処理装置9に入力される。   This operation will be described. The laser beam 2 output from the laser oscillator 1 is reflected by the reflection mirror 3, condensed by the processing lens 4 in the processing head 5, and irradiated on the processing portion of the workpiece W. At this time, the optical sensor 6 detects the intensity of light generated from the processed portion. A signal from the optical sensor 6 is amplified by an amplifier and input to the signal processing device 9.

信号処理装置9は、レーザ光2がノズル中心を通過した状態、即ち、芯出し状態における各光センサ6の信号強度の比を基準値として予め記憶している。従って、測定時の信号強度の比と基準値との比較により、ノズル中心を基準としたレーザ光2の変位量および変位方向を計算できる。そして、信号処理装置9は、その計算結果を用いてアクチュエータ10により反射ミラー3の向きを調整することによって、レーザ光2が加工ノズル11の中心を通過するように設定できる。   The signal processing device 9 stores in advance, as a reference value, the ratio of the signal intensity of each optical sensor 6 in the state in which the laser light 2 has passed through the center of the nozzle, that is, in the centering state. Therefore, the displacement amount and the displacement direction of the laser beam 2 with respect to the nozzle center can be calculated by comparing the signal intensity ratio at the time of measurement with the reference value. The signal processing device 9 can be set so that the laser light 2 passes through the center of the processing nozzle 11 by adjusting the direction of the reflection mirror 3 by the actuator 10 using the calculation result.

実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4を示す構成図である。本実施形態は、実施の形態1のように加工レンズ4のXY位置を調整するアクチュエータ10を設けた場合、実施の形態2のように加工ヘッド5に対する加工ノズル11のXY位置を調整するためのアクチュエータ10を設けた場合、実施の形態3のように反射ミラー3の向きを調整するためのアクチュエータ10を設けて、加工ノズル11を通過する際のレーザ光2の光路がXY方向に調整可能な場合のいずれにも適用できる。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing Embodiment 4 of the present invention. In this embodiment, when the actuator 10 for adjusting the XY position of the processing lens 4 is provided as in the first embodiment, the XY position of the processing nozzle 11 with respect to the processing head 5 is adjusted as in the second embodiment. When the actuator 10 is provided, the actuator 10 for adjusting the direction of the reflection mirror 3 is provided as in the third embodiment, and the optical path of the laser light 2 when passing through the processing nozzle 11 can be adjusted in the XY directions. Applicable to any of the cases.

本実施形態では、4つの光センサ6が、レーザ光2の光軸に対して垂直なXY面内で、所定半径を有する円周上でレーザ光2の光軸周りに90°の等間隔で配置される。即ち、レーザ光2の光軸をXY座標の原点(0,0)とし、円周の半径をrとして、座標(r,0),(−r,0),(0,r),(0,−r)の位置に光センサ6a〜6dをそれぞれ配置する。   In the present embodiment, the four optical sensors 6 are arranged at equal intervals of 90 ° around the optical axis of the laser light 2 on the circumference having a predetermined radius in the XY plane perpendicular to the optical axis of the laser light 2. Be placed. That is, the optical axis of the laser beam 2 is the origin (0, 0) of the XY coordinates, the radius of the circumference is r, and the coordinates (r, 0), (−r, 0), (0, r), (0 , -R), the optical sensors 6a to 6d are respectively arranged.

こうした配置により、アクチュエータ10の調整方向(X方向とY方向)と、光センサ6の配列方向(X方向とY方向)とが一致することになり、高精度の芯出し調整が可能になる。即ち、光センサ6a,6bの検出信号からレーザ光2のX方向変位量が算出でき、その結果、アクチュエータ10のX方向調整によってレーザ光2の芯出しが可能になる。また、光センサ6c,6dの検出信号からレーザ光2のY方向変位量が算出でき、その結果、アクチュエータ10のY方向調整によってレーザ光2の芯出しが可能になる。   With such an arrangement, the adjustment direction (X direction and Y direction) of the actuator 10 and the arrangement direction (X direction and Y direction) of the optical sensors 6 coincide with each other, and high-precision centering adjustment is possible. That is, the amount of displacement in the X direction of the laser beam 2 can be calculated from the detection signals of the optical sensors 6a and 6b. As a result, the laser beam 2 can be centered by adjusting the X direction of the actuator 10. Further, the amount of displacement in the Y direction of the laser beam 2 can be calculated from the detection signals of the optical sensors 6c and 6d. As a result, the laser beam 2 can be centered by adjusting the Y direction of the actuator 10.

実施の形態5.
図8は、本発明の実施の形態5を示す構成図である。本実施形態では、1つの光センサ6が、レーザ光2の光軸に対して垂直なXY面内で、所定半径を有する円周上でレーザ光2の光軸周りに移動可能なように配置される。即ち、レーザ光2の光軸をXY座標の原点(0,0)とし、円周の半径をrとして、極座標(r,θ)の位置に光センサ6が移動する。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing Embodiment 5 of the present invention. In the present embodiment, one optical sensor 6 is disposed so as to be movable around the optical axis of the laser beam 2 on a circumference having a predetermined radius in an XY plane perpendicular to the optical axis of the laser beam 2. Is done. That is, the optical sensor 6 moves to the position of polar coordinates (r, θ), where the optical axis of the laser beam 2 is the origin (0, 0) of the XY coordinates and the radius of the circumference is r.

こうした光センサ6の移動により、実施の形態1〜4と同様に、ワークWの照射部分から放射される光の空間分布を検出することが可能になり、光強度分布の偏差から、ノズル中心を基準としたレーザ光2の変位量および変位方向を計算できる。   By such movement of the optical sensor 6, it becomes possible to detect the spatial distribution of the light emitted from the irradiated portion of the workpiece W as in the first to fourth embodiments, and the nozzle center is determined from the deviation of the light intensity distribution. The amount of displacement and the direction of displacement of the laser beam 2 as a reference can be calculated.

1 レーザ発振器、 2 レーザ光、3 反射ミラー、 4 加工レンズ、
5 加工ヘッド、 6,6a〜6d 光センサ、7 増幅器、8 数値制御装置、
9 信号処理装置、 10 アクチュエータ、 11 加工ノズル、W ワーク。
1 laser oscillator, 2 laser light, 3 reflecting mirror, 4 processing lens,
5 processing head, 6, 6a-6d optical sensor, 7 amplifier, 8 numerical control device,
9 signal processing device, 10 actuator, 11 processing nozzle, W workpiece.

Claims (7)

レーザ光を発生するレーザ発振器と、
該レーザ光を被加工物に集光するための集光光学系と、
集光されたレーザ光が通過するとともに、被加工物に向けてガスを供給するためのノズルと、
集光光学系およびノズルを支持するための加工ヘッドと、
レーザ光の照射時に被加工物の照射部分から放射される光の空間分布を検出するための光検出部と、
光検出部からの信号に基づいて、ノズル中心に対するレーザ光の位置を測定するための信号処理部とを備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
A laser oscillator for generating laser light;
A condensing optical system for condensing the laser beam on the workpiece;
A focused laser beam passes, and a nozzle for supplying gas toward the workpiece;
A processing head for supporting the condensing optical system and the nozzle;
A light detection unit for detecting a spatial distribution of light emitted from the irradiated portion of the workpiece when irradiated with laser light; and
A laser processing apparatus comprising: a signal processing unit for measuring a position of laser light with respect to a nozzle center based on a signal from a light detection unit.
光検出部は、レーザ光の光軸周りに等間隔で配置された複数の光センサを含むことを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the light detection unit includes a plurality of optical sensors arranged at equal intervals around the optical axis of the laser light. 加工ヘッドに対する集光光学系の位置を調整するためのアクチュエータをさらに備え、
信号処理部は、測定結果に基づいて、レーザ光がノズル中心を通過するようにアクチュエータを制御することを特徴とする請求項1または2記載のレーザ加工装置。
An actuator for adjusting the position of the condensing optical system with respect to the processing head;
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit controls the actuator so that the laser light passes through the center of the nozzle based on the measurement result.
加工ヘッドに対するノズルの位置を調整するためのアクチュエータをさらに備え、
信号処理部は、測定結果に基づいて、レーザ光がノズル中心を通過するようにアクチュエータを制御することを特徴とする請求項1または2記載のレーザ加工装置。
An actuator for adjusting the position of the nozzle with respect to the processing head;
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit controls the actuator so that the laser light passes through the center of the nozzle based on the measurement result.
レーザ発振器からのレーザ光を集光光学系に導入するための反射ミラーと、
反射ミラーの向きを調整するためのアクチュエータをさらに備え、
信号処理部は、測定結果に基づいて、レーザ光がノズル中心を通過するようにアクチュエータを制御することを特徴とする請求項1または2記載のレーザ加工装置。
A reflection mirror for introducing laser light from a laser oscillator into a condensing optical system;
An actuator for adjusting the direction of the reflecting mirror;
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit controls the actuator so that the laser light passes through the center of the nozzle based on the measurement result.
アクチュエータは、レーザ光の光軸に対して垂直な面内で互いに直交する第1方向および第2方向に調整可能な2つの駆動軸を有し、
光検出部は、レーザ光の光軸を中心として所定半径を有する円周が第1方向と交差する位置および第2方向と交差する位置にそれぞれ配置された4つの光センサを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のレーザ加工装置。
The actuator has two drive shafts that can be adjusted in a first direction and a second direction orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis of the laser beam,
The light detection unit includes four optical sensors arranged at positions where a circumference having a predetermined radius around the optical axis of the laser beam intersects the first direction and a position intersecting the second direction, respectively. The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
光検出部は、レーザ光の光軸周りに移動可能な光センサを含むことを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the light detection unit includes an optical sensor movable around the optical axis of the laser light.
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