レーザ加工装置
【課題】重い機構部分を廃してレーザ加工を安定的に行うことができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【解決手段】レーザ発振器１１、２つの反射鏡２４，２５、および集光レンズ３４を有し、加工ヘッド１３の位置に関わらず光路長がほぼ一定となるように構成され、加工ヘッド１３の直線運動位置に応じて演算した２つの反射鏡２４，２５の角度をサーボモータ２７，２８により制御することにより、重い機構部分を廃してレーザ加工を安定的に行う。
【解決手段】レーザ発振器１１、２つの反射鏡２４，２５、および集光レンズ３４を有し、加工ヘッド１３の位置に関わらず光路長がほぼ一定となるように構成され、加工ヘッド１３の直線運動位置に応じて演算した２つの反射鏡２４，２５の角度をサーボモータ２７，２８により制御することにより、重い機構部分を廃してレーザ加工を安定的に行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ加工装置は、金属、非金属材料において切断、溶接・溶着、スクライビングといった広範囲に渡る加工に応用されてきており、幅広い業界に導入されつつある。
【０００３】
そのような中で、レーザ加工装置において光路長（発振器から集光レンズまでの距離）は、レーザビームの径や質を変化させ、加工点によるレーザ加工特性の差を生じさせるという問題を持っている。
【０００４】
それを解決するために、各種の光路長一定化技術がレーザ加工機に適用されている。以下の技術は、その一例であり、完全に光路長を一定にするものではないが、低コストにて光路長の変化量を微小にする方法として知られている。
【０００５】
図３は従来のレーザ加工装置を示しており、レーザ発振器６１、反射ミラー８４，７４，７５、反射ミラー７４，７５を保持するミラーブロック６６，６７、加工ヘッド６３、および加工ヘッド６３内に装着された集光レンズ８６を有する。
【０００６】
レーザ発振器６１から出射されたレーザ光８３は反射ミラー８４，７４，７５を介して、加工ヘッド６３内の集光レンズ８６に導かれる。集光レンズ８６によりレーザ光８３がその焦点に絞られて高密度エネルギーとなることにより、金属の切断や溶接・熱処理に広く用いられている。
【０００７】
レーザ加工装置は、レーザ発振器６１から加工ヘッド６３までの光路の長さがほぼ一定となるように設計されることが多い。それは、光路の長さによりレーザ光の性質が異なるため、光路の長さが変わった場合、ある位置では良い加工ができても異なる位置では同じ条件でも良い加工ができない場合が多く、安定したレーザ加工を実現することができないからである。
【０００８】
図３のレーザ加工機において、加工ヘッド６３の上部に設置された反射ミラー７５を保持するミラーブロック６７、および反射ミラー７４を保持するミラーブロック６６は、ベアリング９０，８９により回転自在に設置されている。
【０００９】
またミラーブロック６７，６６の間は光路カバー８０，８１により覆われており、光路カバー８０，８１はその角度を等しく維持しながら相対的に直動スライドする構造となっている。
【００１０】
加工ヘッド６３がＹ軸６５の方向に移動すると、光路カバー８０，８１によりミラーブロック６７，６６は互いにその向きが相対する方向に向かい合いながら回転する。これによりレーザ光は光路の長さをほとんど変えることなく常に集光レンズ８６の中央に導かれる。これにより、同様のレーザ光の性質により加工できるため安定したレーザ加工を実現できる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２１６９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来のレーザ加工装置では、保護カバー８０，８１の存在により反射ミラー７５，７４の角度を機械的に相対させる構造であるため、光路カバー８０，８１の機械的振動が反射ミラー７５，７４に伝わることによりレーザ加工性能を悪化させたり、光路カバー８０，８１の剛性が弱い場合は反射ミラー７５，７４が加工ヘッド６３の加減速時に正しく相対しなかったり、またそれを防止するために光路カバー８０，８１の剛性を上げると重量が増加して加工ヘッドの運動性能を低下させたりして、レーザ加工に悪影響を与えることがあった。
【００１３】
前記、背景技術にあるようにレーザ加工装置は、より幅広い産業分野への導入、多岐に渡る業種、材料への適用が渇望されており、長期間に渡る安定したレーザ出力の維持を市場から要望されていた。
【００１４】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、安定したレーザ加工が可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のレーザ加工装置は、上記課題を解決するために、反射ミラーが相対する手段として機械的手段でなく、サーボモータによる制御的手段により実現するものである。
【発明の効果】
【００１６】
これにより、反射ミラーの振動がなく、加工ヘッドの加減速時にも反射ミラーが正しく相対し、また光路カバー重量を軽量にして加工ヘッドの運動性能を確保可能なレーザ加工装置を実現することができる。そしてこの構成により、より安定したレーザ加工が可能なレーザ加工装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置の構成図
【図３】従来のレーザ加工装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置について、図１を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置を示しており、このレーザ加工装置は、レーザ発振器１１、反射ミラー３４，２４，２５、反射ミラー２４，２５を保持するミラーブロック１６，１７、加工ヘッド１３、および加工ヘッド１３内の装着された集光レンズ３６を有する。
【００２０】
レーザ発振器１１から出射されたレーザ光は反射ミラー３４，２４，２５を介して、加工ヘッド１３内の集光レンズ３６に導かれる。集光レンズ３６によりレーザ光がその焦点に絞られて高密度エネルギーとすることにより、金属の切断や溶接・熱処理を行うことができる。
【００２１】
図１のレーザ加工装置において、加工ヘッド１３の上部に設置された反射ミラー２５を保持するミラーブロック１７、および反射ミラー２４を保持するミラーブロック１６は、ベアリング４０，３９により回転自在に設置されている。またミラーブロック１７，１６の間は光路カバー５０，５１により覆われており、光路カバー５０，５１は相対的にスライドする構造となっている。
【００２２】
加工ヘッド１３がＹ軸１５の方向に移動すると、その位置信号が数値制御装置１２に伝達される。数値制御装置１２は加工ヘッド１３の位置に応じて最適なミラーブロック１７，１６の相対する角度を演算し、その位置信号をサーボモータ２８，２７に伝達して回転させ、ギヤ３０，３２および２９，３１によりミラーブロック１７，１６を、互いにその向きが相対する方向に向かい合いながら回転させる。これによりレーザ光は光路の長さをほとんど変えることなく常に集光レンズ３６の中央に導かれる。
【００２３】
これにより、同様のレーザ光の性質により加工できるため安定したレーザ加工を実現できる。かつ、制御的手段によりミラーブロック１７，１６の角度を演算して位置決めするため、光路カバーの構造を大幅に軽量化できるため、機械的振動が反射ミラー２５，２４に伝わることによりレーザ加工を悪化させることもなく、加工ヘッド１３の加減速時にも正しく相対させることができ、また光路カバー５０，５１の重量を低減可能なため加工ヘッドの運動性能を低下させたりすることもなく、より高品質なレーザ加工を可能にすることができる。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図２を用いて説明する。
【００２４】
実施の形態１におけるレーザ加工装置に対して、実施の形態２におけるレーザ加工装置では加工ヘッド１３内の集光レンズ３６の上部にレーザ光位置検出センサ４９が追加されている。なお、実施の形態１におけるレーザ加工装置と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００２５】
加工ヘッド１３のＹ軸方向位置に関係なくレーザ光が集光レンズ３６の中心に常に導かれるように予め反射ミラー２５，２４の位置および角度調整が熟練作業者の手により実施される。しかしながら、より正確にレーザ光を集光レンズ３６の中心に導こうとするほどその調整作業は時間を要し、レーザ加工装置の稼動時間を短くしてしまう。
【００２６】
実施の形態２におけるレーザ加工装置では、集光レンズ３６の近傍に設置したレーザ光位置検出センサ４９によりレーザ光と集光レンズ中心の位置ズレを検出して、そのズレ量およびズレ方向を数値制御装置１２に伝達する。数値制御装置１２はそのズレ量，ズレ方向によりミラーブロック１６の角度補正量を演算してサーボモータ２７にそれを伝達し、ミラーブロック１６を回転させ、レーザ光を集光レンズ１３の中心に近づける。
【００２７】
これにより、短い調整時間で、また熟練度の低い作業者でも反射ミラー２５，２４の角度調整が可能となり、レーザ加工装置の稼動時間を長くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のレーザ加工装置は、制御的手段によりミラーブロックの回転方向位置を決めることで、より安定したレーザ加工を実現するとともに、それらの保守時の調整時間を短縮してレーザ加工装置の稼働時間を長くすることを可能とするものである。
【符号の説明】
【００２９】
１１ レーザ発振器
１２ 数値制御装置
１３ 加工ヘッド
１５ Ｙ軸
１６，１７ ミラーブロック
２１，２２ ミラーブロック
２４，２５ 反射鏡
２７，２８ サーボモータ
２９〜３２ ギヤ
３３ 反射鏡
３４ 集光レンズ
３９，４０ ベアリング
４９ レーザ光位置検出センサ
５０，５１ 光路カバー
６１ レーザ発振器
６２ 数値制御装置
６３ 加工ヘッド
６５ Ｙ軸
６６，６７，７１，７２ ミラーブロック
７４，７５ 反射鏡
７７，７８ サーボモータ
７９〜８２ ギヤ
８３ 反射鏡
８４ 集光レンズ
８９，９０ ベアリング
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ加工装置は、金属、非金属材料において切断、溶接・溶着、スクライビングといった広範囲に渡る加工に応用されてきており、幅広い業界に導入されつつある。
【０００３】
そのような中で、レーザ加工装置において光路長（発振器から集光レンズまでの距離）は、レーザビームの径や質を変化させ、加工点によるレーザ加工特性の差を生じさせるという問題を持っている。
【０００４】
それを解決するために、各種の光路長一定化技術がレーザ加工機に適用されている。以下の技術は、その一例であり、完全に光路長を一定にするものではないが、低コストにて光路長の変化量を微小にする方法として知られている。
【０００５】
図３は従来のレーザ加工装置を示しており、レーザ発振器６１、反射ミラー８４，７４，７５、反射ミラー７４，７５を保持するミラーブロック６６，６７、加工ヘッド６３、および加工ヘッド６３内に装着された集光レンズ８６を有する。
【０００６】
レーザ発振器６１から出射されたレーザ光８３は反射ミラー８４，７４，７５を介して、加工ヘッド６３内の集光レンズ８６に導かれる。集光レンズ８６によりレーザ光８３がその焦点に絞られて高密度エネルギーとなることにより、金属の切断や溶接・熱処理に広く用いられている。
【０００７】
レーザ加工装置は、レーザ発振器６１から加工ヘッド６３までの光路の長さがほぼ一定となるように設計されることが多い。それは、光路の長さによりレーザ光の性質が異なるため、光路の長さが変わった場合、ある位置では良い加工ができても異なる位置では同じ条件でも良い加工ができない場合が多く、安定したレーザ加工を実現することができないからである。
【０００８】
図３のレーザ加工機において、加工ヘッド６３の上部に設置された反射ミラー７５を保持するミラーブロック６７、および反射ミラー７４を保持するミラーブロック６６は、ベアリング９０，８９により回転自在に設置されている。
【０００９】
またミラーブロック６７，６６の間は光路カバー８０，８１により覆われており、光路カバー８０，８１はその角度を等しく維持しながら相対的に直動スライドする構造となっている。
【００１０】
加工ヘッド６３がＹ軸６５の方向に移動すると、光路カバー８０，８１によりミラーブロック６７，６６は互いにその向きが相対する方向に向かい合いながら回転する。これによりレーザ光は光路の長さをほとんど変えることなく常に集光レンズ８６の中央に導かれる。これにより、同様のレーザ光の性質により加工できるため安定したレーザ加工を実現できる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２１６９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来のレーザ加工装置では、保護カバー８０，８１の存在により反射ミラー７５，７４の角度を機械的に相対させる構造であるため、光路カバー８０，８１の機械的振動が反射ミラー７５，７４に伝わることによりレーザ加工性能を悪化させたり、光路カバー８０，８１の剛性が弱い場合は反射ミラー７５，７４が加工ヘッド６３の加減速時に正しく相対しなかったり、またそれを防止するために光路カバー８０，８１の剛性を上げると重量が増加して加工ヘッドの運動性能を低下させたりして、レーザ加工に悪影響を与えることがあった。
【００１３】
前記、背景技術にあるようにレーザ加工装置は、より幅広い産業分野への導入、多岐に渡る業種、材料への適用が渇望されており、長期間に渡る安定したレーザ出力の維持を市場から要望されていた。
【００１４】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、安定したレーザ加工が可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のレーザ加工装置は、上記課題を解決するために、反射ミラーが相対する手段として機械的手段でなく、サーボモータによる制御的手段により実現するものである。
【発明の効果】
【００１６】
これにより、反射ミラーの振動がなく、加工ヘッドの加減速時にも反射ミラーが正しく相対し、また光路カバー重量を軽量にして加工ヘッドの運動性能を確保可能なレーザ加工装置を実現することができる。そしてこの構成により、より安定したレーザ加工が可能なレーザ加工装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置の構成図
【図３】従来のレーザ加工装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置について、図１を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置を示しており、このレーザ加工装置は、レーザ発振器１１、反射ミラー３４，２４，２５、反射ミラー２４，２５を保持するミラーブロック１６，１７、加工ヘッド１３、および加工ヘッド１３内の装着された集光レンズ３６を有する。
【００２０】
レーザ発振器１１から出射されたレーザ光は反射ミラー３４，２４，２５を介して、加工ヘッド１３内の集光レンズ３６に導かれる。集光レンズ３６によりレーザ光がその焦点に絞られて高密度エネルギーとすることにより、金属の切断や溶接・熱処理を行うことができる。
【００２１】
図１のレーザ加工装置において、加工ヘッド１３の上部に設置された反射ミラー２５を保持するミラーブロック１７、および反射ミラー２４を保持するミラーブロック１６は、ベアリング４０，３９により回転自在に設置されている。またミラーブロック１７，１６の間は光路カバー５０，５１により覆われており、光路カバー５０，５１は相対的にスライドする構造となっている。
【００２２】
加工ヘッド１３がＹ軸１５の方向に移動すると、その位置信号が数値制御装置１２に伝達される。数値制御装置１２は加工ヘッド１３の位置に応じて最適なミラーブロック１７，１６の相対する角度を演算し、その位置信号をサーボモータ２８，２７に伝達して回転させ、ギヤ３０，３２および２９，３１によりミラーブロック１７，１６を、互いにその向きが相対する方向に向かい合いながら回転させる。これによりレーザ光は光路の長さをほとんど変えることなく常に集光レンズ３６の中央に導かれる。
【００２３】
これにより、同様のレーザ光の性質により加工できるため安定したレーザ加工を実現できる。かつ、制御的手段によりミラーブロック１７，１６の角度を演算して位置決めするため、光路カバーの構造を大幅に軽量化できるため、機械的振動が反射ミラー２５，２４に伝わることによりレーザ加工を悪化させることもなく、加工ヘッド１３の加減速時にも正しく相対させることができ、また光路カバー５０，５１の重量を低減可能なため加工ヘッドの運動性能を低下させたりすることもなく、より高品質なレーザ加工を可能にすることができる。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図２を用いて説明する。
【００２４】
実施の形態１におけるレーザ加工装置に対して、実施の形態２におけるレーザ加工装置では加工ヘッド１３内の集光レンズ３６の上部にレーザ光位置検出センサ４９が追加されている。なお、実施の形態１におけるレーザ加工装置と同じ構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００２５】
加工ヘッド１３のＹ軸方向位置に関係なくレーザ光が集光レンズ３６の中心に常に導かれるように予め反射ミラー２５，２４の位置および角度調整が熟練作業者の手により実施される。しかしながら、より正確にレーザ光を集光レンズ３６の中心に導こうとするほどその調整作業は時間を要し、レーザ加工装置の稼動時間を短くしてしまう。
【００２６】
実施の形態２におけるレーザ加工装置では、集光レンズ３６の近傍に設置したレーザ光位置検出センサ４９によりレーザ光と集光レンズ中心の位置ズレを検出して、そのズレ量およびズレ方向を数値制御装置１２に伝達する。数値制御装置１２はそのズレ量，ズレ方向によりミラーブロック１６の角度補正量を演算してサーボモータ２７にそれを伝達し、ミラーブロック１６を回転させ、レーザ光を集光レンズ１３の中心に近づける。
【００２７】
これにより、短い調整時間で、また熟練度の低い作業者でも反射ミラー２５，２４の角度調整が可能となり、レーザ加工装置の稼動時間を長くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のレーザ加工装置は、制御的手段によりミラーブロックの回転方向位置を決めることで、より安定したレーザ加工を実現するとともに、それらの保守時の調整時間を短縮してレーザ加工装置の稼働時間を長くすることを可能とするものである。
【符号の説明】
【００２９】
１１ レーザ発振器
１２ 数値制御装置
１３ 加工ヘッド
１５ Ｙ軸
１６，１７ ミラーブロック
２１，２２ ミラーブロック
２４，２５ 反射鏡
２７，２８ サーボモータ
２９〜３２ ギヤ
３３ 反射鏡
３４ 集光レンズ
３９，４０ ベアリング
４９ レーザ光位置検出センサ
５０，５１ 光路カバー
６１ レーザ発振器
６２ 数値制御装置
６３ 加工ヘッド
６５ Ｙ軸
６６，６７，７１，７２ ミラーブロック
７４，７５ 反射鏡
７７，７８ サーボモータ
７９〜８２ ギヤ
８３ 反射鏡
８４ 集光レンズ
８９，９０ ベアリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器、複数の反射鏡、および集光レンズを有し、加工ヘッドの位置に関わらず光路長がほぼ一定となるように構成されたレーザ加工装置において、加工ヘッドの移動にあわせて角度を変える相対向するミラーの角度位置決めをサーボ制御により行うレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ発振器、複数の反射鏡、および集光レンズを有し、加工ヘッドの位置に関わらず光路長がほぼ一定となるように構成されたレーザ加工装置において、集光レンズ近傍に設けたセンサによりレーザ光の位置を検出して、集光レンズ中心とレーザ光中心を一致させる方向にミラー角度を制御するレーザ加工装置。
【請求項１】
レーザ発振器、複数の反射鏡、および集光レンズを有し、加工ヘッドの位置に関わらず光路長がほぼ一定となるように構成されたレーザ加工装置において、加工ヘッドの移動にあわせて角度を変える相対向するミラーの角度位置決めをサーボ制御により行うレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ発振器、複数の反射鏡、および集光レンズを有し、加工ヘッドの位置に関わらず光路長がほぼ一定となるように構成されたレーザ加工装置において、集光レンズ近傍に設けたセンサによりレーザ光の位置を検出して、集光レンズ中心とレーザ光中心を一致させる方向にミラー角度を制御するレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１２５８９６（Ｐ２０１１−１２５８９６Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８６１２９（Ｐ２００９−２８６１２９）
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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