JPH03258479A

JPH03258479A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH03258479A
Application number: JP2054386A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Matsuno; 松野　司; Kiyoshi Sato; 清佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-03-06
Filing date: 1990-03-06
Publication date: 1991-11-18
Also published as: DE4104344A1; US5061839A

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】［産業上の利用分野］この発明はレーザ加工装置に係わり、レーザ光の焦点位
置を制御する加工ヘッドに関するものである。

［従来の技術］第２図は一般的なレーザ加工装置の外観を示す図である
。

図において、［１１はレーザ加工を行う加工ヘッド、（
２）は加工ヘッド（１）を上下方向（Ｚ方向）に移動さ
せるＺ軸ユニット、（３）はＺ軸ユニット（２）を前後
方向（Ｙ方向）に移動させるＹ軸ユニット、（４）はＹ
軸ユニット（３）を支持するコラム、（５）はベツド、
（６）はテーブルであり、テーブル（６）はベツド（５
）上を左右方向（Ｘ方向）に移動する。又、（７）はテ
ーブル（６）の駆動機構を保護するための金属カバーで
ある。

第３図は例えば、特開昭５７−１５９２８５号公報や実
開昭６３−１８９４９２号公報で示された従来のレーザ
加工装置の加工ヘッドの詳細構成を示す図である。

図において（８）はレーザ光、（９）はレーザ光（８）
を集光する光学部品（この場合はレンズ）　、　　（１
０ａ）は光学部品（９）を保持する内側ホルダ、（１０
ｂ）は内側ホルダ（１（Ｉａ）を保持する外側ホルダ、
（Ｌｌ）は内側ホルダ（ｌｏａ）の駆動装置であり、内
側ホルダ（１０ａ）は駆動装置（１１）により外側ホル
ダ（ｉｏｂ）内を光軸方向（図の上下方向）に自由に移
動できる構造となっている。（１２）はノズル部分であ
り、外部に設けられたネジ（図示せず）によって外側ホ
ルダ（ｌｏｂ）　　と螺合されており、ノズル部分（１
２）を回して外側ホルダ（１（ｌｂｌ内に出し入れする
ことにより自由にノズル部分（１２）の長さを変えるこ
とができる様になっている。（１３）は被加工物であり
、（１４１，ｆｌ、５）はそれぞれ、加工ヘッドｆｌ）
を上下させるためのモータ及びネジ機構、（１６）はモ
ータ（１４）に駆動信号を送る制御装置、（１７）は外
側ホルダ（１０ｂ）と被加工物（１３）との距離を測定
する倣い装置、（１８）は倣い装置（１７）からの信号
を制御装置（１６）へ伝える信号線、（１９）は制御装
置（Ｉ６）からの信号をモータ（１４）に伝える信号線
である。

次に動作について説明する。

通常レーザ加工は、レーザ光（８）を光学部品（９）に
より被加工物（１３）上に集光させて行われる。加工中
は、レーザ光（８）の焦点位置を、被加工物（１３）に
対して常に一定の位置に設定しておく必要がありそのた
めに倣い装置（１７）が用いられる。倣い装Ｗ（１７）
からの信号は制御ｉ置（１６）に入力され、制御装置ｉ
！　ｆｌ６）によって外側ホルダ（１０ｂ）と被加工物
（１３）との距離が指令値となる様にモータ（１４）に
駆動信号が送られる。従って、外側ホルダ（１０ｂ）内
の光学部品（９）の位置が変化しない限り、レーザ光（
８）の焦点位置は被加工物（１３）の上面を基準として
常に一定の位置に保たれる様になる。

例えば第３図で示した様に、レーザ光（８）の焦点が被
加工物（１３）の上面に設定された場合、光学部品（９
）の位置等、他の部分の設定を変えない限り、被加工物
（１３）の厚さが変化してもレーザ光（８）の焦点は常
に被加工物（１３）の上面に保たれる。

又、レーザ加工においては、加工中、ノズル部分（Ｉ２
）と被加工物（１３）の距離（ギャップ〕も最適な状態
で一定に保つ必要がある。その理由はレザ加工では通常
ノズル部分（１２）内部より外へ向けて加工を促進させ
る加工ガス（一般に酸素ガス）を噴出させながら加工を
行うが、ギャップは加工ガスの流れ具合に影響をあたえ
、加工結果にも影響を及ぼすためである。通常、ギャッ
プは１ｍｍ前後に設定されるが、そのギャップの設定は
、ノズル部分（１２）を手動で回してノズル部分（１２
）の長さを調整することにより行われる。

さて、−船釣な加工においては、レーザ光（８）の焦点
は常に被加工物（１３）の上面に設定されるが、被加工
物（１３）の種類によっては、レーザ光（８）の焦点を
被加工物（１３）の下面に設定した方が良い結果が得ら
れる場合がある。

この様な場合は、駆動装Ｍ　１ｌｌ）により、内側ホル
ダ（１０ａ）　　（すなわち光学部品（９））を被加工
物（Ｉ３）の厚さ分だけ下方へ移動させることになる。

［発明が解決しようとする課題１従来のレーザ加工装置は以上の様に構成されているので
、移動機構のガタ等により光学部品（レンズ）の上下移
動の前後で、光学部品ｉｐ！ｉ過後のレーザ光軸が変化
する場合（すなわち、入射レーザ光軸に対して光学部品
の中心軸が平行移動したり、又は傾いた状態になる場合
）があり、これを極力防ぐために光学部品の保持機構、
及び移動機構の精度を高精度のものとする必要があり、
装置が高価になってしまうという課題があった。又、光
学部品とそれを保持するホルダの両方を移動させる必要
があるため、移動部分の質量は大きくなり、その駆動装
置も大型のものが必要となって、加工ヘッド全体が大型
化してしまい、さらに慣性が大きくなって、制御に対す
る応答性が悪くなってしまうという課題があった。

また、レーザ光の焦点位置を被加工物の下面に設定した
い場合、ギャップを最適な状態に保つためには被加工物
の厚さが変わる毎にノズル部分の長さを調整する必要が
あり、多大な時間と労力を要するという課題があった。

又、加工（切断）時に下面に焦点を設定する被加工物で
あっても、加工（切断）開始穴を明ける時点では被加工
物の上面に焦点を設定した方が良い場合があり、この様
な場合は、加工時と加工開始穴の穴明は時の両者同時に
は、最適ギャップを得ることが不可能であるという課題
もあった。

この発明は以上の様な課題を解決するためになされたも
のであり、一連のレーザ加工の過程で、レーザ光の焦点
位置を被加工物の上面から下面へ等変化させても、光学
部品通過後のレーザ光軸を変化させることなく、常に最
適なギャップが得られ、かつ装置が安価、小型であるレ
ーザ加工装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この第１の発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を集
光する光学部品と、上記光学部品を保持する保持手段と
、上記保持手段を上記レーザ光の光軸方向に移動させる
第１の駆動手段と、上記保持手段に摺動自在に係合し、
加工ガス等を噴出させるノズルと、上記ノズルを移動さ
せる第２の駆動手段とを備えたものである。

また、第２の発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を
集光する光学部品と、上記光学部品を保持する保持手段
と、上記保持手段を上記レーザ光の光軸方向に移動させ
る第１の駆動手段と、上記第１の駆動手段による上記保
持手段の移動により変化する上記保持手段と被加工物の
距離を検出する第１の検出手段と、上記保持手段に摺動
自在に係合し、加工ガス等を噴出させるノズルと、上記
ノズルを移動させる第２の駆動手段と、上記第２の駆動
手段による上記ノズルの移動により変化する上記ノズル
と被加工物の距離を検出する第２の検出手段とを備えた
ものである。

［作用］この第１の発明によれば、加工ヘッド内の光学部品の位
置は変化せず、加工ヘッドのノズル部分の長さが動力に
より変化できる構造とした事により、レーザ光の焦点位
置を被加工物の上面、下面、その他種々な位置に設定し
ても、光学部品通過後のレーザ光軸が変化することなく
、また、ノズル部分の長さが容易に調整できるため常に
最適なギャップが得られる。

また第２の発明によれば、加工ヘッド内の光学部品の位
置は変化せず、加工ヘッドのノズル部分の長さが動力に
より変化できる構造とし、ノズル部分と被加工物との距
離を測定する手段を有して、その測定結果に基づいてノ
ズル部分の長さを変化させ、ノズル部分と被加工物との
距離を一定に保つ機構を設けた事により、常に最適なギ
ャップを得ることが可能となる。

［発明の実施例］第１図はこの発明の一実施例を示すレーザ加工装置の加
工ヘッドの詳細を示す図である。

図中（１）、　　（８）〜（９）、　ｆ１３）〜（１９
）は上記従来の技術で説明した第３図と同一である。（
１ｏ）は光学部品（９）を保持するホルダであるが、従
来例のように内側、外側に分離されておらず一体物とな
っている。（１２ａｌはノズル部分であるが、外部にネ
ジはなく、ホルダ（ｌｏ）に対して自由に上下へ滑り移
動できる。尚、第１図では説明のため、ノズル部分（１
２ａ）は大きく描かれているが、実際には、小型・軽量
化のために充分小さく設計されていることを付は加えて
おく。（２０）はホルダｆｌＯ）に取り付けられたノズ
ル部分（１２ａｌ　を上下させるモータ、（２１）はモ
ータの回転運動を直線運動に変換するギアボックス、（
２２）はノズル部分子Ｌ２ａ）を上下に移動させるリン
ク、（２３）はノズル部分（１２ａｌ　と被加工物（１
３）との距＃Ｉ（ギャップ）を測定し、常にギャップが
一定（設定値〉となる様にモータ（２ｏ）へ制御信号を
送るギャップセンサ、（２４）はキャップセ、ンサ（２
３）の接触子、（２６）はギャップセンサ（２３）の信
号をモータ（２０）へ伝える信号線である。（２５）は
モータ（２０）が制御装置（１６）によっても制御でき
るようにするための信号線である。

次に動作について説明する。

第１図に示した状態は、レーザ光（８）の焦点位置が被
加工物（１３）の上面に設定されている場合である。こ
の時ギャップは最適値に設定されており、制御装置（１
６）はこの状態を“基準”として記憶しているものとす
る。被加工物（１３）の上面にレーザ光（８）の焦点を
設定する通常の加工の場合には、このままの状態でノズ
ル部分（１２ａ）を動かさず、ホルダ（１０）と被加工
物（１３）の距離を検出する倣い装置（１７）による制
御のみを行って加工を行う。

又、加工開始穴を明ける時点では被加工物（１３）の上
面にレーザ光（８）の焦点を設定し、加工時には被加工
物（１３）の下面に焦点を設定する加工の場合は、加工
開始穴を明ける時は上記“基準”の位置で加工を行い、
加工開始穴の穴明は完了後、制御袋Ｗ　（１６）は被加
工物（１３）の厚さ分だけ加工ヘッド＋１１全体を下方
へ下げる様にモータ（１４）へ信号を出し、それと同時
にノズル部分（１２ａｌを被加工物（１３）の厚さ分だ
け上方へ上げる信号をモータ（２０）に送る。

これによって、ギャップは最適状態のままレーザ光（８
）の焦点位置を被加工物（１３）の下面へ設定すること
ができる。そしてその後の加工は通常の加工と同様にノ
ズル部分（１２ａｌ　を動かさず、倣い装置ｔ　（１７
）による制御のみを行って加工を行えばよい。加工ヘッ
ド（１）を被加工物（１３）の厚さ分だけ下方に下げる
のに対し、同じ量だけノズル部分（１２ａ）を上方に上
げるとしたが、この上下各々の値は同じでなくてちよい
。

次に第１図に示したギャップセンサ（２３）、接触子（
２４）の機能について説明する。図において、レーザ光
（８）の焦点は被加工物（１３）の上面に設定されてお
り、ギャップはギャップセンサ（２３）により最適値に
保たれているものとする。被加工物（１３）の上面にレ
ーザ光（８）の焦点を設定する通常の加工の場合には、
このままの状態で、倣い装置（１７）による制御を行っ
て加工を行う。この時、被加工物（Ｉ３）の表面の起伏
を倣い装置ｔ　ｆ１７）が検出し、加工ヘッド（１）全
体が上下移動する場合があるが、同時に、ギャップセン
サ（２３）でも接触子（２４）により被加工物（１３）
表面の起伏が検出され、ノズル部分（ｌＺａｌの長さが
調節されるため、ギャップは一定に保たれる。又、加工
開始穴を明ける時点では被加工物（１３）の上面にレー
ザ光（８）の焦点を設定し、加工時には被加工物（１３
）の下面に焦点を設定する加工の場合は、加工開始穴を
明ける時は、前記の加工と同様の状態（第１図に示した
状態）で加工を行い、加工開始穴の穴明は完了後、制御
装置（１６）から、モータ（１４）へ信号を出し、被加
工物（１３）の厚さ分だけ加工ヘッド（１）全体を下方
へ下げる。この時も、ギャップの変化（狭くなる）は、
ギャップセンサ（２３）によって検出され、モータ（２
ｏ）へノズル部分子１２ａ）の長さを短くする信号が送
られて、最適なギャップが保たれる。

これによって、ギャップは最適状態のままレーザ光（８
）の焦点位置を被加工物（１３）の下面へ設定すること
ができる。そしてその後の加工は通常の加工と同様に行
えばよい。

本実施例ではノズル部分（１２ａ）を移動させる動力源
はモータ（２０）であったが、これは油圧シリンダやエ
アシリンダ等でも良い。すなわち、ノズル部分子１２ａ
ｌの上下移動を制御できる機能を有するものであれば特
にその形態は問わない。

又、ギャップセンサ（２３）は接触式のものであったが
、静電容量式でもよく、ギャップを検出できるものであ
れば、特にその方式・方法を問わない。

Ｃ発明の効果〕以上の様にこの発明によれば、加工ヘッド内の光学部品
の位置は変化せずに、加工ヘッドのノズル部分の長さが
動力により変化できる構造とし。

制御装置から加工ヘッド全体を上下させる信号に対応し
て、ノズル部分を加工ヘッドの移動方向とは反対向きに
移動させる信号が出される様にしたため、装置を安価、
小型、高応答性とすることができ、一連のレーザ加圧の
過程で、レーザ光の焦点位置を被加工物の上面から下面
へ等変化させても、光学部品連通後のレーザ光軸を変化
させることなく、常に最適なギャップが得られ、安定し
て、高品質な加工が可能なレーザ加工装置を得られると
いう効果がある。

また、加工ヘッド内の光学部品の位置は変化せずに、加
工ヘッドのノズル部分の長さが動力により変化できる構
造とし、ノズル部分と被加工物との距離を測定する手段
を有して、その測定結果に基づいてノズル部分の長さを
変化させ、ノズル部分と被加工物との距離を一定に保つ
ようにしたため、レーザ光の焦点位置を被加工物の下面
に設定する場合に、被加工物の厚さが変わっても、容易
にギャップを最適な状態に設定できると共に、運のレー
ザ加工の過程で、レーザ光の焦点位置を被加工物の上面
から下面へ等変化させても、常に最適なギャップが得ら
れ、安定して、高品質な加工が可能なレーザ加工装置を
得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すレーザ加工装置の加
工ヘッドの詳細を示す図、第２図は一般的なレーザ加工
装置を示す図５第３図は従来のレーザ加工装置の加工ヘ
ッドの詳細を示す図である。図において、（１）は加工ヘッド、（８）はレーザ光、
（９）は光学部品、ｆ１２ａ）はノズル部分、（１３）
は被加工物、（１４）は第１の駆動手段、（１５）はネ
ジ機構、（１６）は制御装置、（１７）は第１の検出手
段である倣い装置、（１８）　（１９）は信号線、（２
０）は第２の駆動手段、　　（２１）はギアボックス、
（２２）はリンク、（２３）はギャップセンサ、　　［
２４１は接触子、（２５）　（２６）は信号線である。なお、図中、同一符号は同一。示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光を集光する光学部品と、上記光学部品を
保持する保持手段と、上記保持手段を上記レーザ光の光
軸方向に移動させる第１の駆動手段と、上記保持手段に
摺動自在に係合し、加工ガス等を噴出させるノズルと、
上記ノズルを移動させる第２の駆動手段とを備えたレー
ザ加工装置。
（２）レーザ光を集光する光学部品と、上記光学部品を
保持する保持手段と、上記保持手段を上記レーザ光の光
軸方向に移動させる第１の駆動手段と、上記第１の駆動
手段による上記保持手段の移動により変化する上記保持
手段と被加工物の距離を検出する第１の検出手段と、上
記保持手段に摺動自在に係合し、加工ガス等を噴出させ
るノズルと、上記ノズルを移動させる第２の駆動手段と
、上記第２の駆動手段による上記ノズルの移動により変
化する上記ノズルと被加工物の距離を検出する第２の検
出手段とを備えたレーザ加工装置。