(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークをＸ軸方向へ移動位置決め自在のワーク位置決め装置と、レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザービームを前記ワークに照射するレーザ加工ヘッドを備えた光軸移動装置を設けてなる光軸移動形レーザ加工装置において、前記ワーク位置決め装置の上方位置にレーザ加工ヘッドを備えた旋回鏡筒を設け、該旋回鏡筒の旋回中心に該旋回鏡筒の旋回に合わせて旋回して前記レーザ発振器からのレーザービームを反射させる第１ベンドミラーを設け、該第１ベンドミラーからのレーザービームを前記レーザ加工ヘッドに反射させる第２ベンドミラーを前記旋回鏡筒の先端部に設け、該旋回鏡筒を前記旋回中心を軸にして前記Ｘ軸と該Ｘ軸に直交するＹ軸とを含むＸＹ平面に平行な旋回面を旋回させることにより、前記レーザ加工ヘッドを前記旋回鏡筒の前記旋回中心から半径Ｒの円弧上を光路長を一定に保持して旋回移動させることを特徴とする光軸移動形レーザ加工装置。
【請求項２】
前記旋回鏡筒に平行に設けたガイド軸に移動自在に係合する軸受け部材と、前記旋回鏡筒を旋回駆動する駆動軸に係合するナット部材とを前記旋回鏡筒の前記旋回面に対して相対的に回転可能に連結軸によって連結して設けると共に、前記駆動軸を前記旋回鏡筒の旋回軌跡の円弧が張る弦と平行方向に設け 、該駆動軸を駆動することにより前記レーザ加工ヘッドを前記旋回鏡筒の旋回中心から半径Ｒの円弧上を光路長を一定に保持して旋回移動させることを特徴とする請求項１に記載の光軸移動形レーザ加工装置。
【請求項３】
前記旋回鏡筒の先端部を旋回自在に軸支する円弧形ガイドレールを設け、該円弧形ガイドレールの側面に円弧形ラックを設け、該ラックに係合するピニオンギヤを出力軸に備えたサーボモータを前記旋回鏡筒に設け、前記ピニオンギヤを駆動することにより前記レーザ加工ヘッドを前記旋回鏡筒の旋回中心から半径Ｒの円弧上を光路長を一定に保持して旋回移動させることを特徴とする請求項１に記載の光軸移動形レーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光軸移動形レーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は光軸移動形レーザ加工装置の基本的構成図を示したものである。この光軸移動形レーザ加工装置１は門形フレーム３を備えており、この門形フレーム３の下方には、ワーク５を載置固定したＸ軸テーブル７が設けられている。このＸ軸テーブル７は周知のＸ軸テーブル駆動機構（図示省略）により、Ｘ軸方向（紙面に直交する方向）に移動位置決め自在に構成されているものである。
【０００３】
前記門形フレーム３の上部の梁の部分には、レーザ加工ヘッド２１がＹ軸方向（Ｘ軸方向に直交する方向）に周知の駆動機構（図示省略）により移動位置決め自在に設けられている。このレーザ加工ヘッド２１には凸レンズまたは凹面鏡などの集光用光学系１９が設けてあり、前記門形フレーム３の側方に設置されたレーザ発振器９からのレーザービームＬＢが複数のベンドミラー（１１，１３，１５）を経由してこの集光用光学系１９に入射されるようになっている。
【０００４】
上述の様な光軸移動形レーザ加工装置においては、材料の加工位置によって光路長が変化し、この光路長の変化に伴い集光レンズに入射されるレーザービームの種々の特性にも変化が生ずる。そして、このレーザービームの特性の変化により材料の加工位置によって加工品質に相違が生ずる。加工品質への影響を及ぼす原因のなかでも、特に集光レンズの焦点位置の変化による影響が大きい。焦点のスポット径も変化するが加工品質への影響はさほどの大きさではない。
【０００５】
従って上記のように光軸移動形レーザ加工装置においては、同一の集光レンズを使用していても、光路長の変化により、特に加工品質に影響するレーザービームの集光位置に変化が生じる。そのため材料の加工位置によって加工条件が相違するので均一な加工ができないという問題があった。この問題を解決する技術として、特公平１−５５０７６号公報または特開平３−２９４０７９号公報などに示されるような、加工位置が変化しても光路長を一定に補正するための機構を用いた光軸移動形レーザ加工装置が提案されている。また特開平５−３３７６７４号公報には光路長の変化を可及的に小さくする装置が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特公平１−５５０７６号公報または特開平３−２９４０７９号公報に開示されているものにあっては、光路長を一定にするための複雑な光路長補正機構が必要であり、この複雑な光路長補正機構のためにレーザ加工装置のコストの増大や故障発生率が増加するという問題がある。また、特開平５−３３７６７４号公報に開示されているものは、光路長を完全に一定にすることができないという問題があると同時に、導光装置（５００）の導光管（５５０）を旋回させると光路長が変化するので、その光路長の変化に合わせて導光管（５５０）に伸縮装置を設けなくてはならないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は複雑な光路長補正機構を使用しない光路長が一定な光軸移動形レーザ加工装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、請求項１に記載の光軸移動形レーザ加工装置は、ワークをＸ軸方向へ移動位置決め自在のワーク位置決め装置と、レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレーザービームを前記ワークに照射するレーザ加工ヘッドを備えた光軸移動装置を設けてなる光軸移動形レーザ加工装置において、前記ワーク位置決め装置の上方位置にレーザ加工ヘッドを備えた旋回鏡筒を設け、該旋回鏡筒の旋回中心に該旋回鏡筒の旋回に合わせて旋回して前記レーザ発振器からのレーザービームを反射させる第１ベンドミラーを設け、該第１ベンドミラーからのレーザービームを前記レーザ加工ヘッドに反射させる第２ベンドミラーを前記旋回鏡筒の先端部に設け、該旋回鏡筒を前記旋回中心を軸にして前記Ｘ軸と該Ｘ軸に直交するＹ軸とを含むＸＹ平面に平行な旋回面を旋回させることにより、前記レーザ加工ヘッドを前記旋回鏡筒の前記旋回中心から半径Ｒの円弧上を光路長を一定に保持して旋回移動させることを特徴とするものである。従って、旋回鏡筒を旋回するときに光路長を一定に保持して旋回することができるので、複雑な光路長補正機構を使用する必要がない。
【０００９】
請求項２に記載の光軸移動形レーザ加工装置は、請求項２に記載の発明において、前記旋回鏡筒に平行に設けたガイド軸に移動自在に係合する軸受け部材と、前記旋回鏡筒を旋回駆動する駆動軸に係合するナット部材とを前記旋回鏡筒の前記旋回面に対して相対的に回転可能に連結軸によって連結して設けると共に、前記駆動軸を前記旋回鏡筒の旋回軌跡の円弧が張る弦と平行方向に設け 、該駆動軸を駆動することにより前記レーザ加工ヘッドを前記旋回鏡筒の旋回中心から半径Ｒの円弧上を光路長を一定に保持して旋回移動させることを特徴とするものである。従って、旋回鏡筒を旋回するときに光路長を一定に保持して旋回することができるので、複雑な光路長補正機構を使用する必要がない。
【００１０】
請求項３に記載の光軸移動形レーザ加工装置は、請求項１に記載の発明において、前記旋回鏡筒の先端部を旋回自在に軸支する円弧形ガイドレールを設け、該円弧形ガイドレールの側面に円弧形ラックを設け、該ラックに係合するピニオンギヤを出力軸に備えたサーボモータを前記旋回鏡筒に設け、前記ピニオンギヤを駆動することにより前記レーザ加工ヘッドを前記旋回鏡筒の旋回中心から半径Ｒの円弧上を光路長を一定に保持して旋回移動させることを特徴とするものである。従って、請求項２に記載の発明と同様に旋回鏡筒を旋回するときに光路長を一定に保持して旋回することができるので、複雑な光路長補正機構を使用する必要がない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１及び図２は本発明に係わる光軸移動形レーザ加工装置の一実施の形態を示したもので、図１は前記光軸移動形レーザ加工装置の平面図、図２は図１のＩＩ矢視図である。
【００１２】
さて、図１及び図２を参照するに、この光軸移動形レーザ加工装置１００は門形フレーム１０３を備えており、この門形フレーム１０３の下方には、ワークＷを載置したワーク位置決め装置１０５が基台１０７上に設けられている。このワーク位置決め装置１０５は周知の駆動機構（図示省略）により、Ｘ軸方向に移動位置決め自在に構成されているものである。前記門形フレーム１０３の上部の梁１０９の上には、レーザ発振器１１１と光軸移動装置１１３とが設けてある。なお、前記レーザ発振器１１１を載置したフレームは門形フレーム１０３に限定されるものではなく、またレーザ発振器１１１を床に設置することも可能である。
【００１３】
図３及び図４は本発明に係わる前記光軸移動形レーザ加工装置１００の前記光軸移動装置１１３の機構を原理的に示したものでり、図３は光軸移動装置の平面図を示し、図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面図を示したものである。
【００１４】
光軸移動装置１１３はレーザ発振器１１１からのレーザービームＬＢをレーザ加工部へ導く装置であり、前記レーザ発振器１１１からＹ軸方向に出射されたレーザービームＬＢを反射させる第１ベンドミラー１１５が旋回鏡筒１１７の旋回中心に設けた回転軸１１６に回動可能に設けてある。さらに詳細には、第１ベンドミラー１１５の反射面が旋回鏡筒１１７の回転軸１１６の中心に一致するように設けてある。
【００１５】
そして、第１ベンドミラー１１５からの反射光を前記Ｘ、Ｙ軸に直交するＺ軸方向（図４参照）に反射させてレーザ加工ヘッド１１８に導く第２ベンドミラー１１９が旋回鏡筒１１７の先端部に設けてある。なお、前記レーザ加工ヘッド１１８は、旋回鏡筒１１７の先端部に連結されＺ軸方向に延伸垂下した導光管１１４に設けてあり、レーザ光を集光する凹面鏡または凸レンズなどから構成された公知のものを使用することができる。
【００１６】
前記旋回鏡筒１１７の先端部近傍には、該旋回鏡筒１１７をガイドする円弧形ガイドレール１２１が設けてある。そして、このガイドレール１２１は旋回鏡筒１１７に設けた円弧形軸受け（商品名：Ｒ型ＬＭガイド）１２３と係合している。また、上記旋回鏡筒１１７は前記Ｙ軸方向と、このＹ軸方向と直交するＸ軸方向とを含むＸＹ平面に平行な旋回面において前記回転軸１１６を中心に旋回可能に設けてある。なお、前記レーザ発振器１１１と旋回鏡筒１１７との間は蛇腹１１２で連結してある。
【００１７】
さらに、旋回鏡筒１１７の下面（図４において下側）には、一対の軸受け装置１２５（Ａ，Ｂ）が設けてあり、この一対の軸受け１２５（Ａ，Ｂ）に、例えばガイド軸としてボールスプライン軸１２７を旋回鏡筒１１７から若干離隔した位置に回転不能に軸支してある。このボールスプライン軸１２７には、軸受部材としてボールスプラインナット１２９が移動自在に係合してある。なお、前記ボールスプライン軸１２７及びボールスプラインナット１２９に代えて、例えば円形断面のガイド軸と、このガイド軸に移動自在に係合する直線運動軸受け部材を用いることもできる。
【００１８】
そして、前記門形フレーム１０３上に設けた軸受け１３５（Ａ，Ｂ）に前記旋回鏡筒１１７を旋回駆動する駆動軸として、ボールスクリュウ１３３を回転自在に軸支してあり、その軸端部にはボールスクリュウ１３３を回転駆動するサーボモータ１３７が設けてある。なお、ボールスクリュウ１３３は前記旋回鏡筒１１７の旋回軌跡の円弧が張る弦と平行方向に設けてあり、少なくとも前記円弧が張る弦の長さに相当する長さに設けてある。
【００１９】
上記ボールスクリュウ１３３には、ナット部材としてボールナット１３１が係合されており、このボールナット１３１の上面と前記ボールスプラインナット１２９の下面とが、前記ＸＹ平面に直交する方向の連結軸１３４によって回転可能に連結してある。すなわち、前記旋回鏡筒１１７の旋回面に対して相対的に回転可能に連結軸１３４によって連結してある。なお、前記ボールスクリュウ１３３及びてボールナット１３１に代えて、通常のスクリュウとナットを使用することも可能である。
【００２０】
上記構成において、前記光軸移動装置１１３のサーボモータ１３７を図示しないＣＮＣ制御装置により回転駆動すれば、ボールスクリュウ１３３が回転して、このボールスクリュウ１３３に係合しているボールナット１３１はＹ軸方向に移動させられることになる。ボールナット１３１がＹ軸方向に移動させられると、このボールナット１３１と連結軸１３４によって回転自在に連結している軸受部材１２９が適宜に相対回転すると同時に、この軸受部材１２９を軸支している前記旋回鏡筒１１７が旋回運動することになる。
【００２１】
例えば、ボールナット１３１が位置Ｐａから位置Ｐｂまで移動させられた場合、旋回鏡筒１１７に設けられている前記レーザ加工ヘッド１１８の光軸中心の位置は、Ｐ1 からＰ2 の位置に半径Ｒの円弧を描いて移動させらることになる。なお、このときの回転角度をθ度とするとき前記旋回鏡筒１１７に設けた第１ベンドミラー１１５は（θ／２）度回転するように設けてある。
【００２２】
上記旋回鏡筒１１７がθ度回転したとき第１ベンドミラー１１５がその回転角度の１／２回転させる機構は、例えば、第１ベンドミラー１１５を旋回鏡筒１１７の回転軸１１６と同芯に回転自在に軸支して設け、旋回鏡筒１１７の回転軸１１６の回転を１／２に減速する歯車列などの減速機構を介して第１ベンドミラー１１５を駆動するようにしてもよい。または、第１ベンドミラー１１５を軸支している軸をサーボモータで直接的に制御することも可能である。
【００２３】
従って、前記旋回鏡筒１１７をθ度回転させた場合、第１ベンドミラー１１５は（θ／２）度回転するので、第１ベンドミラー１１５と第２ベンドミラー１１９との間の光軸関係は常に一定に保持されることになる。
【００２４】
上記構成の光軸移動形レーザ加工装置１００でレーザ加工を実施するには、前記ワーク位置決め装置１０５をＸ軸方向に移動させると共に、光軸移動装置１１３の旋回鏡筒１１７を旋回させることによりワークに加工を実施することができる。なお、旋回鏡筒１１７の旋回軌跡によって生じるＸ、Ｙ軸方向の加工位置の座標値の誤差は図示しないＣＮＣ装置において補正をおこなうようになている。
上記の如き構成としたので、光軸移動形レーザ加工装置において、光軸を旋回移動させる光軸移動装置の旋回鏡筒に該旋回鏡筒を伸縮させる伸縮機構を設けるが必要がなく光路長を簡単な機構によって一定に保持することができる。
【００２５】
図５は別の実施の形態の光軸移動装置２００を示したものである。なお、図３における部品と同一の部品には同一の符号を付してある。
【００２６】
上記光軸移動装置２００と前記光軸移動装置１１３との相違点は旋回鏡筒１１７の旋回駆動部のみであるので、前記光軸移動装置１１３と同一の部分の説明は省略して相違する部分のみ説明することにする。
【００２７】
光軸移動装置２００は、前記円弧形のガイドレール１２１の側面に円弧形のラック１４１を設け、該ラック１４１に係合するピニオンギヤ１４３を出力軸に備えたサーボモータ１４５を前記旋回鏡筒に設けたものである。
【００２８】
上記構成において、サーボモータ１４５を前記ＣＮＣ制御装置により回転駆動すれば、図３に示した前記光軸移動装置１１３と同様に旋回鏡筒１１７を旋回移動させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、光軸移動形レーザ加工装置において複雑な光路長補正機構を使用せずに光路長を一定にすることができる。
【００３０】
請求項２または請求項３に記載の発明によれば、旋回鏡筒の長さを可変にすることなく一定の旋回半径で旋回鏡筒を旋回駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光軸移動形レーザ加工装置の一実施の形態を示した平面図。
【図２】図１のＩＩ矢視図。
【図３】本発明に係わる前記光軸移動形レーザ加工装置の光軸移動装置の機構を原理的に示した図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図。
【図５】別の実施の形態の光軸移動装置の機構を原理的に示した図。
【図６】従来の光軸移動形レーザ加工装置の基本的構成図。
【符号の説明】
１００  光軸移動レーザ加工装置
１０３  門形フレーム
１０５  ワーク位置決め装置
１１１  レーザ発振器
１１３  光軸移動装置
１１４  導光管
１１５  第１ベンドミラー
１１７  旋回鏡筒
１１８  レーザ加工ヘッド
１１９  第２ベンドミラー
１２１  円弧形ガイドレール
１２７  ボールスプライン軸
１２９  ボールスプラインナット
１３１  ボールナット
１３３  ボールスクリュウ
１３４  連結軸
１３７  サーボモータ
１４１  円弧形のラック
１４３  ピニオンギヤ
１４５  サーボモータ
ＬＢ  レーザ光
Ｗ  ワーク
【図１】
0003662319.tif 000002
【図２】
0003662319.tif 000003
【図３】
0003662319.tif 000004
【図４】
0003662319.tif 000005
【図５】
0003662319.tif 000006
【図６】
0003662319.tif 000007