JP3860948B2

JP3860948B2 - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP3860948B2
Application number: JP2000047163A
Authority: JP
Inventors: 和秀松尾; 啓示大塚
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: JP2001232489A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に関し、一層詳細には、レーザ光の収束点において収差が生じることのないレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工装置（第１の従来技術に係るレーザ加工装置）は、例えば、レーザ光の幅を拡大させるビームエキスパンダからなる拡大手段と、レーザ光の幅を縮小させる放物面鏡からなる縮小手段とを備えている。また、レーザ加工装置（第２の従来技術に係るレーザ加工装置）は、例えば、レーザ光の幅を拡大させる放物面鏡からなる拡大手段と、レーザ光の幅を縮小させる楕円面鏡からなる縮小手段とを備えている（例えば、米国特許第５５６１５４４号公報参照）。
【０００３】
これら第１および第２の従来技術に係るレーザ加工装置は、例えば拡大手段から縮小手段までのレーザ光の光路の長さを変えることによってレーザ光の収束点の位置を進退させるための、収束点位置調節用鏡を備えている。そして、ワークに対してレーザ加工を施す際には、収束点位置調節用鏡を変位させることにより、レーザ光の収束点をワーク上の所定の位置に合わせるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の第１および第２の従来技術に係るレーザ加工装置においては、レーザ光の収束点の位置を進退させる際に、縮小手段から収束点までの距離が変化することとなる。このため、収束点において収差が生じる場合があり、特に、レーザ光の収束点が拡大するような収差が生じた場合には、加工能力が低下するという不都合があった。
【０００５】
本発明は、前記の不都合を解決するためになされたものであり、レーザ光の収束点に収差が生じることのないレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から導入された前記レーザ光を収束させる導光部と、前記導光部から前記レーザ光が導出される方向に沿って前記導光部を変位させる導光部変位機構とを有している（請求項１記載の発明）。
【０００７】
このため、レーザ光の進路に沿った収束点の位置を調節する作業は、導光部を変位させることによって行われ、その結果、この作業時に、収束点に収差が生じることが回避される。
【０００８】
この場合、前記導光部は、前記レーザ発振器からの前記レーザ光を反射するとともに該レーザ光の幅を縮小させる楕円面鏡を有している（請求項１記載の発明）。
【０００９】
また、前記導光部は、前記レーザ発振器からの前記レーザ光を前記楕円面鏡に向けて反射するとともに該レーザ光の幅を拡大させる放物面鏡を有している（請求項１記載の発明）。
【００１０】
さらに、レーザ加工装置は、前記導光部から導出されたレーザ光の進行方向を変化させるスキャナ部を有している（請求項２記載の発明）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るレーザ加工装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施の形態に係るレーザ加工装置１０を示している。レーザ加工装置１０は、レーザ発振器１２と、該レーザ発振器１２から導入されたレーザ光Ｌを収束させてワークＷに照射する、例えば、２つの加工ヘッド１４ａ、１４ｂを備えている。
【００１３】
レーザ発振器１２は、レーザ制御盤２０の上部側に設置されている。そして、レーザ発振器１２は、レーザ制御盤２０からの指示に基づいて、所定の出力を有するレーザ光Ｌを加工ヘッド１４ａ、１４ｂに供給する。
【００１４】
また、例えばレーザ制御盤２０の近傍部分（例えば、レーザ制御盤２０が配置される筐体の内部）には、チラーユニット（冷却水供給装置）２１が設けられている。このチラーユニット２１は、レーザ制御盤２０からの指示に基づいて、冷却水を所定の温度に調節するとともに、温度調節された冷却水をレーザ発振器１２に供給して該レーザ発振器１２を冷却する機能を有する。
【００１５】
加工ヘッド１４ａ、１４ｂは、遮光ブース２２内の例えば左側の領域に倒立した状態で配置された縦架台２４と、この縦架台２４の上端部に結合され、遮光ブース２２内の上側の領域に横たわった状態で配置された横架台２６とにそれぞれ取り付けられている。
【００１６】
レーザ発振器１２からのレーザ光Ｌは、導光管２８を介して切換ユニット３０に供給され、その後、導光管３２ａ、３２ｂおよび進路変換部３３ａ、３３ｂを介して、加工ヘッド１４ａ、１４ｂにそれぞれ導入される。この場合、切換ユニット３０は、例えば、後述するヘッドコントローラ４０ａ、４０ｂからの指示に基づいて、レーザ光Ｌを導入させる加工ヘッド１４ａ、１４ｂを選択的に切り換える。
【００１７】
遮光ブース２２内の下側の領域には、ジグベース３４が配置されている。そして、このジグベース３４上に設置されたジグ３６には、ワークＷとして、例えば、自動車のドアパネルが固定されている。そして、加工ヘッド１４ａ、１４ｂからワークＷの所望の位置にレーザ光Ｌが照射されて、該ワークＷに対する加工（溶接加工、切断加工等）が施される。
【００１８】
レーザ加工装置１０は、ヘッドコントローラ４０ａ、４０ｂを備えており、これらヘッドコントローラ４０ａ、４０ｂは、加工ヘッド１４ａ、１４ｂとそれぞれ電気的に接続されている。そして、加工ヘッド１４ａ、１４ｂからレーザ光Ｌが照射される方向や後述するレーザ光Ｌの収束点（焦点）Ｐの位置等は、ヘッドコントローラ４０ａ、４０ｂからの制御信号に基づいて制御される。
【００１９】
また、レーザ加工装置１０は、マスタ制御盤４２を備えており、このマスタ制御盤４２は、レーザ制御盤２０およびヘッドコントローラ４０ａ、４０ｂとそれぞれ電気的に接続されている。そして、このマスタ制御盤４２からの制御信号に基づいて、レーザ制御盤２０およびヘッドコントローラ４０ａ、４０ｂが制御される。すなわち、マスタ制御盤４２によって、レーザ加工装置１０全体の動作が制御されることとなる。
【００２０】
次に、加工ヘッド１４ａ、１４ｂの構造について説明する。
【００２１】
図２は、加工ヘッド１４ａ、１４ｂ（これらを区別して説明する必要がない場合は、単に、加工ヘッド１４とも記す）の構成を示している。
【００２２】
加工ヘッド１４は、レーザ発振器１２から切換ユニット３０、進路変換部３３ａ、３３ｂ等を介して導入されたレーザ光Ｌを収束させる導光部５０と、該導光部５０を変位させる導光部変位機構５２と、導光部５０から導出されたレーザ光Ｌの進行方向を変化させるスキャナ部５４とを備えている。
【００２３】
図３は、導光部５０の構成を示している。導光部５０は、レーザ発振器１２（実際は、進路変換部３３ａ、３３ｂ）からのレーザ光Ｌを反射するとともに、この反射の際に、レーザ光Ｌの幅を拡大させる（すなわち、レーザ光Ｌを発散させる）放物面鏡６０と、該放物面鏡６０からのレーザ光Ｌを反射するとともに、この反射の際に、レーザ光Ｌの幅を縮小させる（すなわち、レーザ光Ｌを収束させる）楕円面鏡６２とを備えている。楕円面鏡６２で反射されたレーザ光Ｌは、徐々に収束しながらスキャナ部５４に供給される。
【００２４】
導光部５０には、導光部変位機構５２が連結されている。この導光部変位機構５２は、例えば、電動アクチュエータ６４によって構成されている。
【００２５】
電動アクチュエータ６４は、モータ６６と、該モータ６６の図示しない駆動軸に連結されたボールねじ６８と、該ボールねじ６８に装着されたナット部材７０とを備えている。この場合、ナット部材７０は、ボールねじ６８の回転に伴って、該ボールねじ６８の軸線方向に沿って進退する。
【００２６】
また、電動アクチュエータ６４は、ナット部材７０に連結されたテーブル７２を備えている。そして、このテーブル７２には、導光部５０（実際には、導光部５０を構成する図示しない筐体等）が装着されている。
【００２７】
導光部５０は、ボールねじ６８の回転に伴って、ナット部材７０およびテーブル７２とともに、ボールねじ６８の軸線方向に沿って進退する。この場合、ボールねじ６８の軸線方向は、導光部５０からレーザ光Ｌが導出される方向と平行している。すなわち、導光部５０は、該導光部５０からレーザ光Ｌが導出される方向（すなわち、レーザ光Ｌの進路）に沿って進退する。
【００２８】
なお、電動アクチュエータ６４に代えて、エアシリンダ、油圧シリンダ等の流体圧シリンダを用いて導光部変位機構５２を構成するようにしてもよい。
【００２９】
図４は、スキャナ部５４の構成を示している。図２および図４に示すように、スキャナ部５４は、導光部５０からのレーザ光ＬをワークＷ上で２次元的に走査させるＹ軸走査鏡８０およびＸ軸走査鏡８２を備えている。これらＹ軸走査鏡８０およびＸ軸走査鏡８２は、それぞれ、平面鏡で構成されている。
【００３０】
Ｙ軸走査鏡８０は、図示しないＹ軸モータによって、Ｙ軸８４を中心に回転される。一方、Ｘ軸走査鏡８２は、図示しないＸ軸モータによって、Ｘ軸８６を中心に回転される。
【００３１】
導光部５０からのレーザ光Ｌは、まず、Ｙ軸走査鏡８０によって反射され、その後、Ｘ軸走査鏡８２によって反射されて、スキャナ部５４から出射される。
【００３２】
この場合、図４に示すように、Ｙ軸走査鏡８０が回転したとき、レーザ光Ｌの収束点Ｐは、図中、略上下方向に移動し、一方、Ｘ軸走査鏡８２が回転したとき、レーザ光Ｌの収束点Ｐは、図中、略左右方向に移動する。
【００３３】
レーザ光Ｌの進路に沿った収束点Ｐの位置は、図３に示すように、導光部変位機構５２を介して導光部５０を進退させることによって調節される。
【００３４】
図５Ａおよび図５Ｂは、収束点Ｐの位置を調節する際の導光部５０の動作を示している。図５Ａに示すように、導光部５０から収束点Ｐまでの距離Ｌ０は、常に一定となる。これは、放物面鏡６０と楕円面鏡６２との間の距離が、一定に保たれているためである。
【００３５】
図５Ａに示すように、収束点Ｐが、例えば、ワークＷから距離Ｌ１だけ導光部５０側に離れている場合には、図５Ｂに示すように、導光部５０をワークＷ側に距離Ｌ１だけ移動させるようにする。このような進退動作によって、レーザ光Ｌの収束点ＰがワークＷ上に合わされる。
【００３６】
すなわち、加工ヘッド１４においては、ワークＷ上におけるレーザ光Ｌを照射しようとする位置（被照射位置）を移動させる走査動作は、スキャナ部５４によって行われ、一方、レーザ光Ｌの収束点ＰをワークＷ上に合わせる焦点調節動作は、導光部変位機構５２によって行われる。
【００３７】
このように、本実施の形態に係るレーザ加工装置１０においては、レーザ光Ｌの進路に沿った収束点Ｐの位置を変位させる作業、すなわち、収束点ＰをワークＷ上に合わせる作業は、導光部５０からレーザ光Ｌが導出される方向に沿って該導光部５０を移動させることによって行われる。すなわち、収束点Ｐの位置を調節する作業時に、導光部５０を構成する放物面鏡６０から収束点Ｐまでの距離Ｌ０は一定となる。この場合、収束点Ｐでは、距離Ｌ０の変化に伴う収差が生じないため、加工能力の低下が生じることもない。従って、本実施の形態に係るレーザ加工装置１０によれば、ワークＷに対する加工作業を確実に実行することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係るレーザ加工装置によれば、レーザ光の進路に沿った該レーザ光の収束点の位置を調節する際に、レーザ光を収束させるための導光部をレーザ光の進路に沿って進退させるようにしている。このため、収束点においてレーザ光に収差が生じることがなく、従って、確実な加工作業を行うことが可能なレーザ加工装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るレーザ加工装置の構成を概略的に示す正面図である。
【図２】図１のレーザ加工装置の加工ヘッドの構成を示すブロック図である。
【図３】図２の加工ヘッドの導光部の構成を示す正面図である。
【図４】図２の加工ヘッドのスキャナ部の構成を示す正面図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、レーザ光の収束点の位置を調節する際の導光部の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…レーザ加工装置１２…レーザ発振器
１４、１４ａ、１４ｂ…加工ヘッド
３０…切換ユニット
４０ａ、４０ｂ…ヘッドコントローラ
５０…導光部５２…導光部変位機構
５４…スキャナ部６０…放物面鏡
６２…楕円面鏡６４…電動アクチュエータ
８０…Ｙ軸走査鏡８２…Ｘ軸走査鏡
Ｌ…レーザ光Ｐ…収束点

Claims

レーザ光を出力するレーザ発振器と、
放物面鏡及び楕円面鏡を備え、前記レーザ発振器から導入された前記レーザ光を前記放物面鏡により前記楕円面鏡に向けて反射するとともに該レーザ光の幅を拡大させ、さらに、前記放物面鏡で反射された前記レーザ光を前記楕円面鏡により反射するとともに該レーザ光の幅を縮小させて収束させる導光部と、
前記放物面鏡及び前記楕円面鏡の間の距離を保持した状態で、前記導光部を該導光部から前記レーザ光が導出される方向に沿って変位させる導光部変位機構と、
を有することを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１記載のレーザ加工装置において、
さらに、前記導光部から導出されたレーザ光の進行方向を変化させるスキャナ部を有する
ことを特徴とするレーザ加工装置。