(57)【要約】【課題】ウォータジェットレーザ加工機において、レーザ光線の焦点位置の光軸方向での調整も含めたレーザアライメント調整作業を正確かつ容易に行う。【解決手段】レーザアライメント調整方法が、ノズル孔と、レーザスポットとを撮影したカメラの画像を表示装置に表示するとともに、ターゲット画像を表示装置に表示する段階、表示装置の画像を見てカメラのピントを合わせる段階、ターゲット画像の中心をレーザスポットの中心に一致させる段階、ターゲット画像の中心を通り直交２方向に延びる直線上の輝度分布をグラフ化して表示装置に表示する段階、輝度分布の各グラフに生じるピークがより先鋭化するようにレーザ光線の焦点の位置を光軸方向で調整する段階、及びレーザスポットがノズル孔に同心に位置決めされるようにレーザ光線の焦点の位置を直交２方向で調整する段階、を含むレーザアライメント調整方法。【選択図】図２
2018015808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータジェットを噴出させるノズル孔にレーザ光線の焦点を合わせるウォータジェットレーザ加工機のレーザアライメント調整方法において、
前記ノズル孔と、前記レーザ光線により生み出されたレーザスポットとを撮影したカメラの画像を表示装置に表示し、
前記カメラの画像の輝度分布をグラフ化して前記カメラの画像とともに前記表示装置に表示し、
輝度分布グラフに基づいて前記レーザ光線のレーザスポットが前記ノズル内に位置決めされるように前記レーザ光線の焦点の位置を調整することを特徴としたレーザアライメント調整方法。
【請求項２】
ウォータジェットを噴出させるノズル孔の中心にレーザ光線の焦点を合わせるウォータジェットレーザ加工機のレーザアライメント調整方法において、
前記ノズル孔と、前記レーザ光線により生み出されたレーザスポットとを撮影したカメラの画像を表示装置に表示するとともに、アライメント調整作業の補助をするターゲット画像を前記表示装置に表示する段階、
前記表示装置の画像を見て前記カメラのピントを調整する段階、
前記ターゲット画像の中心を前記レーザスポットの中心に一致させる段階、
前記ターゲット画像の中心を通り直交２方向に延びる直線上の輝度分布をグラフ化して前記表示装置に表示する段階、
前記直交２方向に延びる直線上の前記輝度分布の各グラフに生じるピークがより先鋭化するように前記レーザ光線の焦点の位置を光軸方向で調整する段階、及び
前記レーザ光線のレーザスポットが前記ノズル孔に同心に位置決めされるように前記レーザ光線の焦点の位置を前記直交２方向で調整する段階、
を含むことを特徴としたレーザアライメント調整方法。
【請求項３】
輝度分布をグラフ化して表示装置に表示する前記段階において、前記カメラにより撮影された前記ノズル孔及び前記レーザスポットの画像が、前記直交２方向における輝度分布のグラフと同時に表示装置に表示される、請求項２に記載のレーザアライメント調整方法。
【請求項４】
レーザ光線の焦点の位置を直交２方向で調整する前記段階において、前記ノズル孔に同心に位置決めされた前記レーザスポットは、前記ノズル孔の中に収まっている、請求項２又は３に記載のレーザアライメント調整方法。
【請求項５】
ウォータジェットを噴出させるノズル孔にレーザ光線の焦点を合わせるレーザアライメント調整を行うことができるウォータジェットレーザ加工機において、
前記レーザ光線の焦点を前記ノズル孔に対して移動させるレーザ光学系と、
前記ノズル孔と前記レーザ光線のレーザスポットを撮影するカメラと、
前記カメラから取り込まれた画像の輝度データをグラフ化する輝度分布グラフ作成部を有する制御装置と、
前記カメラの画像とともに前記作成した輝度分布グラフを表示する表示装置と、
を具備し、前記輝度分布グラフに基づいてレーザアライメント調整を行うことを特徴としたウォータジェットレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体をノズルから噴射して形成される柱状の液体流にレーザ光線を通してワークを加工するウォータジェットレーザ加工機において、レーザ光線の光軸と液体流の中心軸とを一致させるアライメント調整方法及びそのようなアライメント調整機能を有したウォータジェットレーザ加工機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体をノズルから噴射して形成される柱状の液体流にレーザ光線を通してワークを加工するレーザ加工機（以下、「ウォータジェットレーザ加工機」という）では、レーザ光線の光軸を液体流の中心軸に一致させなければならない。アライメント調整が不十分であると、レーザ光線の到達距離が短くなり加工が不能になったり、あるいは高価なノズルをレーザ光線によって破損してしまったりすることもある。
【０００３】
特許文献１には、そうしたアライメント調整装置を備えたウォータジェットレーザ加工機が開示されている。特許文献１のアライメント調整装置は、液体を噴射して液柱を形成するジェットノズルの入口開口部の画像と、レーザスポットの画像とに基づいて、レーザスポットの中心がノズルの入口開口部の中心に一致するように、ジェットノズルと光ファイバとを相対移動させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３５３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アライメント調整は、レーザ光線の焦点の光軸方向の位置を規定の位置、通常はノズルの入口開口を含む平面内の位置、に定めてから行われる。しかしながら、特許文献１に記載されているアライメント調整装置は、レーザ光線の焦点の光軸方向の位置を調整する機能を有しない。このため、ノズル交換が行われ、それに起因してレーザ光線の焦点の光軸方向の位置がずれる可能性のあるウォータジェットレーザ加工機には特許文献１のアライメント調整装置を適用することはできない。
【０００６】
通常、ウォータジェットレーザ加工機で用いられるノズルは１種類に限られることはなく、異なるノズル孔径を有するものから最適なものが加工の要求条件に応じて選択される。ノズルを交換した場合には、レーザ光線の焦点の光軸方向の位置の調整も含めてアライメント調整を行う必要がある。また、ノズルはゴム製の防水用のシール部材を介して周囲の支持構造体により保持されていることが多く、このような場合には、例えば水の供給の停止と再開に応じてノズルに作用する外力の微小な変動に起因してノズルの位置変動を生じることもある。したがって、ノズルを交換しない場合でも比較的頻繁にアライメント調整を行う必要がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、レーザ光線の焦点位置の光軸方向での調整も含めたレーザアライメント調整作業を正確かつ容易に行えるウォータジェットレーザ加工機用のレーザアライメント調整方法及びウォータジェットレーザ加工機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、ウォータジェットを噴出させるノズル孔にレーザ光線の焦点を合わせるウォータジェットレーザ加工機のレーザアライメント調整方法において、ノズル孔と、レーザ光線により生み出されたレーザスポットとを撮影したカメラの画像を表示装置に表示し、カメラの画像の輝度分布をグラフ化してカメラの画像とともに表示装置に表示し、輝度分布グラフに基づいてレーザ光線のレーザスポットがノズル内に位置決めされるようにレーザ光線の焦点の位置を調整するレーザアライメント調整方法が提供される。
【０００９】
さらに、本発明によれば、ウォータジェットを噴出させるノズル孔の中心にレーザ光線の焦点を合わせるウォータジェットレーザ加工機のレーザアライメント調整方法において、ノズル孔と、レーザ光線により生み出されたレーザスポットとを撮影したカメラの画像を表示装置に表示するとともに、アライメント調整作業の補助をするターゲット画像を表示装置に表示する段階、表示装置の画像を見てカメラのピントを調整する段階、ターゲット画像の中心をレーザスポットの中心に一致させる段階、ターゲット画像の中心を通り直交２方向に延びる直線上の輝度分布をグラフ化して表示装置に表示する段階、直交２方向に延びる直線上の輝度分布の各グラフに生じるピークがより先鋭化するようにレーザ光線の焦点の位置を光軸方向で調整する段階、及びレーザ光線のレーザスポットがノズル孔に同心に位置決めされるようにレーザ光線の焦点の位置を直交２方向で調整する段階、を含むレーザアライメント調整方法が提供される。
【００１０】
さらに、本発明によれば、ウォータジェットを噴出させるノズル孔にレーザ光線の焦点を合わせるレーザアライメント調整を行うことができるウォータジェットレーザ加工機において、レーザ光線の焦点を前記ノズル孔に対して移動させるレーザ光学系と、ノズル孔とレーザ光線のレーザスポットを撮影するカメラと、カメラから取り込まれた画像の輝度データをグラフ化する輝度分布グラフ作成部を有する制御装置と、カメラの画像とともに作成した輝度分布グラフを表示する表示装置と、を具備し、輝度分布グラフに基づいてレーザアライメント調整を行うウォータジェットレーザ加工機が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、輝度分布グラフを用いて定量的、可視的にレーザアライメント調整を行うことができる。更に詳細には、オペレータは、表示装置に表示された輝度分布グラフに生じるピークの先鋭化の程度、換言するとピークの幅や高さを判断材料にしてレーザ光線の光軸方向の焦点位置を調整することが可能になる。そのため、表示装置に表示されるレーザスポットの画像だけに基づいて前記焦点位置を調整する場合に比べて正確かつ容易に調整を行うことが可能になる。また、このため複数のオペレータがいる場合の調整結果のばらつきが小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態によるウォータジェットレーザ加工機の斜視図である。
【図２】上記ウォータジェットレーザ加工機の光学ヘッドの模式的縦断面図である。
【図３】アライメントユニットの斜視図である。
【図４】上記ウォータジェットレーザ加工機を使って実施できるレーザアライメント調整のフローチャートである。
【図５】上記ウォータジェットレーザ加工機の表示装置に表示される画面の一例を示す略図である。
【図６】上記ウォータジェットレーザ加工機の表示装置に表示される画面の一例を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
本発明を適用するウォータジェットレーザ加工機の一例を示す図１を参照すると、ウォータジェットレーザ加工機（以下、「レーザ加工機」と呼ぶ）１００は、ワークを取り付けるためのテーブル１０８と、該テーブル１０８に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向に相対的に直線移動可能に設けられた光学ヘッド１０を具備しており、該光学ヘッド１０及びテーブル１０８は直方体状のカバー１０２によって包囲されている。カバー１０２は、左右方向（Ｘ軸方向）にスライド可能な安全扉１０６を有しており、該安全扉１０６を開くことによって、オペレータは開口部１０４を通じて光学ヘッド１０及びテーブル１０８へアクセス可能となる。安全扉１０６は、安全扉１０６が閉じていることを検出する開閉検出部１０６ａを備えている。テーブル１０８の右端部近くには、アライメント調整の際に利用されるアライメントユニット４０が配設されている。
【００１４】
カバー１０２の正面側壁には、レーザ加工機１００のための操作盤１１０が取り付けられている。操作盤１１０は、レーザ加工機１００の状態や動作を示すパラメータや、オペレータに対する操作方法を教示するアイコン等を表示する表示装置１１２及び各種操作ボタン１１４を有している。表示装置１１２は、オペレータが指でアイコンにタッチすることによってレーザ加工機１００に対して様々な操作を行うことを可能とするタッチパネルから構成されている。操作盤１１０は制御装置（図示せず）を内蔵し、オペレータの入力や制御装置内に記憶されたプログラムに従ってレーザ加工機１００を制御する。
【００１５】
制御装置は、光学ヘッド１０内に配置されたデジタルカメラであるカメラ３２から画像データを取り込んで処理する画像処理部（図示せず）と輝度データをグラフ化するグラフ作成部（図示せず）も備えている。
【００１６】
図２は、後述するアライメント調整位置に配置された光学ヘッド１０を模式的に示している。光学ヘッド１０は、ハウジング１２内に配設された、レーザ発振器１４からのレーザ光を光ファイバのような導光部材１４ａを介して受け取り、コリメーションレンズ１８へ向けて照射するレーザ照射ヘッド１６を具備している。レーザ照射ヘッド１６からのレーザ光は、コリメーションレンズ１８で平行光線となって、第１のミラー２０によって第２のミラー２２に向けて反射され、該第２のミラー２２によってレーザフォーカスレンズ２４へ向けて反射される。レーザフォーカスレンズ２４で絞られたレーザ光線は、ノズルヘッド２６とその底壁に取り付けられたノズル本体２７のノズル孔２７ａとを通してハウジング１２の外部に照射される。このとき、光学ヘッド１０が照射するレーザ光線の光軸はＺ軸に略平行となっている。本実施形態では、レーザ発振器１４は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザであって、可視光レーザを出射する。
【００１７】
第１と第２のミラー２０、２２は、平面状の反射面を有しており、またミラー配向変更手段として第１モータ２０ａ及び第２モータ２２ａを有している。前記反射面の方向（反射面に垂直な方向）を第１モータ２０ａ及び第２モータ２２ａによって調整することにより、レーザ光線の焦点位置をＸ及びＹ軸方向で調整することができる。また、第１と第２のミラー２０、２２、特にレーザフォーカスレンズ２４へ向けレーザ光を反射する第２のミラー２２は、レーザ発振器１４から照射されるレーザ光の波長に適合し、該レーザ光を反射し、かつ、該レーザ光の波長以外の波長の光を透過する誘電体多層膜を含んでいる。より詳細には、ガラス板にこうした誘電体多層膜を蒸着して形成されている。第２のミラー２２を誘電体多層膜から形成することによって、ノズル孔２７ａから照射されるレーザ光とノズル孔２７ａとの位置関係をカメラ３２によって監視することが可能となっている。カメラ３２の前面側の光路にはカメラフォーカスレンズ２５が配置されている。カメラ３２のピントを調整するために、カメラフォーカスレンズ２５のＺ軸方向の位置を移動させる第３モータ２５ａが設けられている。本実施形態では、カメラ３２のピントは、ノズル孔２７ａの開口面と同一レベルのノズル本体２７の上端面に合わせられる。また、本明細書では、カメラのピントが合わせられるノズル本体２７の上端面を「観察面」とも呼ぶ。
【００１８】
レーザフォーカスレンズ２４で絞られたレーザ光線の焦点は、Ｘ及びＹ軸方向ではノズル孔２７ａの中心に位置しなければならないことはもちろん、Ｚ軸、つまり光軸方向でも所定の位置、本実施形態ではノズル孔２７ａの開口面と同一レベルに位置しなければならない。このため、光学ヘッド１０は、レーザフォーカスレンズ２４のＺ軸方向の位置を調整するためのレーザ光線焦点調整手段として第４モータ２４ａを有している。焦点の光軸方向のずれは、レーザ光線の照射パワーの低下をもたらすだけではなく、絞られていない大径のレーザスポットを生成するので、ノズル孔２７ａからレーザスポットがはみ出して、ノズル本体２７をレーザ光線で損傷させることもある。
【００１９】
ノズルヘッド２６は、水供給源３０から管路２８を介して水の供給を受ける中空状の部材である。ノズルヘッド２６のテーブル１０８に対面する底壁にウォータジェットを噴出するノズル本体２７が取り付けられ、前記底壁の反対側のレーザフォーカスレンズ２４に対面する上面にガラス等の透明な部材より成る窓２６ａが設けられている。
【００２０】
ノズル本体２７は、本実施形態では、ノズルヘッド２６の底壁に交換可能に取付けられている。ノズル本体２７は、本実施形態では、そのノズル孔２７ａの内径が２５μｍから１２０μｍの範囲の異なるものが複数準備され、加工の要求条件に応じて選択される。また、ノズル本体２７と、それが取り付けられるノズルヘッド２６の底壁との間には水の漏出を防ぐためのゴム製のシール部材（図示せず）が配設されている。
【００２１】
アライメントユニット４０は、アライメント調整の際に、照射されたレーザ光を反射することによって、その調整を容易にするために設けられている。アライメントユニット４０は、テーブル１０８の図１の右端部近くに配置されており、光学ヘッド１０はアライメント調整の際にアライメントユニット４０の上方のアライメント調整位置へ移動する。アライメントユニット４０は、図３に示されるように、テーブル１０８に固定されるベース部材４８、ベース部材４８の上面に固定される環状の下保持部材４６、下保持部材４６に着脱可能に取り付けられる環状の上保持部材４４、上、下保持部材４４、４６の間で保持される水平な反射板４２及び上保持部材４４の上面に固定される環状の弾性材料からなる遮光部材３４を具備している。反射板４２は、アライメント調整の際に、ノズル孔２７ａを通過したレーザ光線を上方へ反射することができる。
【００２２】
また、レーザ加工機１００においては、図２に示すように、テーブル１０８においてアライメント調整位置にある光学ヘッド１０が照射するレーザ光線の光軸上にセンサ部を有したパワーメータ８０が埋設されており、光学ヘッド１０から照射されるレーザ光線の出力を測定可能となっている。アライメントユニット４０は、その反射板４２に切欠き部（図示せず）が設けられているので、レーザ光線の出力測定を行うときにはレーザ光線がパワーメータ８０へ達するように、切欠き部がレーザ光線の光軸上に配置される。
【００２３】
次に、本実施形態によるレーザ加工機１００の基本的な作動の様態を説明する。
レーザ加工中は、水供給源３０から管路２８を介してノズルヘッド２６に供給された水はノズル孔２７ａから噴出され、Ｚ軸方向に延びる細い柱状の液体流（水柱）６０が形成される。一方、レーザ発振器１４からのレーザ光は、導光部材１４ａ、レーザ照射ヘッド１６、コリメーションレンズ１８、第１と第２のミラー２０、２２を経てレーザフォーカスレンズ２４で絞られ、ノズルヘッド２６の窓２６ａ及びノズルヘッド２６内の水を通過して、ノズル孔２７ａの開口面で焦点を結び、水柱６０内に導入され、水柱６０と周囲の空気との境界面で全反射を繰り返してテーブル１０８上のワーク（図示せず）へ照射される。
【００２４】
レーザ光線を所定のビーム径及び出力でテーブル１０８上のワークに照射するためには、レーザフォーカスレンズ２４によって集光されたレーザ光線の中心と柱状の液体流６０の中心を整列させるアライメント調整を行うことが必要である。アライメント調整は、ノズル本体２７が交換されたときはもちろん、本実施形態の場合のように、ノズル本体２７が防水用のゴム製のシール部材（図示せず）を介してノズルヘッド２６によって支持されている場合には、水の供給が一度止められてそれが再開されたときにも実施される。
【００２５】
次に、本発明の実施形態によるアライメント調整の一例について、図４のフローチャートを参照して以下に説明する。ところで、本実施形態では、アライメント調整においても、加工中と同様に水は供給されてノズル孔２７ａから噴出される。レーザ光も出射されるが、アライメント調整においては調整用の低出力のレーザ光が出射される。
【００２６】
先ず、ステップＳ１０において、オペレータは操作盤１１０でアライメント調整機能を選択し、操作盤ボタン１１４中のスタートボタンを押下する。そうすると、ステップＳ２０において、光学ヘッド１０がレーザ加工機１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置によってアライメント調整位置まで移動する。このとき、光学ヘッド１０は、アライメントユニット４０の上方に配置され、次いで、光学ヘッド１０のハウジング１２の底面１２ａがアライメントユニット４０の遮光部材３４に密着する所定の位置までＺ軸に沿って下降する。
【００２７】
次に、ステップＳ３０において、制御装置は、水の供給を開始させるとともに、レーザ発振器１４に備えられたシャッター（図示せず）を開く。これとほぼ同時に、制御装置は、レーザの光量をアライメント調整用の出力に低下させる（ステップＳ４０）。
【００２８】
このとき、操作盤１１０の表示装置１１２の主画面２００ａには図５に示されるように、Ｘ方向クロスライン２０８ｘ及びＹ方向クロスライン２０８ｙ付きのターゲットサークル２０８、レーザスポット２０４、ノズル孔２０２、ターゲットサークル２０８の中心を通るＸ及びＹ方向クロスライン２０８ｘ、２０８ｙに沿う直線上のＸ方向輝度分布グラフ２１０ｘとＹ方向輝度分布グラフ２１０ｙ、並びにレーザスポット２０４及びターゲットサークル２０８移動用の三角形の移動アイコン２１４ａ、ｂ、ｃ、ｄが表示される。なお、本明細書では主画面２００ａに表示されるノズル孔２７ａの画像の参照符号を２０２とする。
【００２９】
操作盤１１０の制御装置はカメラ３２の画像データを取り込んで処理することができる。Ｘ方向輝度分布グラフ２１０ｘとＹ方向輝度分布グラフ２１０ｙは、カメラ３２の撮像素子の、Ｘ及びＹ方向クロスライン２０８ｘ、２０８ｙとその延長線上に位置する画素の輝度データに基づいて制御装置のグラフ作成部がグラフ化したものである。また、レーザスポット２０４は、レーザフォーカスレンズ２４によって絞られたレーザ光線が、観察面であるノズル本体２７の上端面で反射した結果視認されたものである。
【００３０】
主画面２００ａの右側の領域の補助画面２００ｂには、カメラフォーカス調整アイコン２１６ａ、ｂ、レーザフォーカス調整アイコン２１８ａ、ｂ、継続アイコン２２０、ターゲットボタン２２２、及びレーザスポットボタン２２４が表示される。カメラフォーカス調整アイコン２１６ａ、２１６ｂをタップすることによりカメラフォーカスレンズ２５移動用の第３モータ２５ａを正転及び逆転させることができる。レーザフォーカス調整アイコン２１８ａ、２１８ｂをタップすることによりレーザフォーカスレンズ２４移動用の第４モータ２４ａを正転及び逆転させることができる。継続アイコン２２０をタップすることによりアライメント調整操作を逐次進めることができる。ターゲットボタン２２２及びレーザスポットボタン２２４は、一方のボタンを選択することにより、移動アイコン２１４ａ、ｂ、ｃ、ｄをそれぞれターゲットサークル２０８移動用及びレーザスポット２０４の移動用に手動で切替えることができる。
【００３１】
次に、ステップＳ５０において、オペレータはカメラ３２のピント調整を行う。オペレータは、カメラ３２のピントを観察面であるノズル本体２７の上端面に合わせるために、ノズル孔２０２をピント合わせのための被写体としてカメラ３２のピントを調整する。オペレータは、主画面２００ａを見ながら補助画面２００ｂのカメラフォーカス調整アイコン２１６ａ及び２１６ｂをタップしてノズル孔２０２が最も鮮明に表示される位置を探索する。
【００３２】
カメラ３２のピント調整を行う場合には、レーザスポット２０４を、その一部がノズル孔２０２に重なるようにノズル孔２０２に近接させることが好ましい。そうすると、ノズル孔を通過したレーザ光線の一部がアライメントユニット４０の反射板４２で反射され、その結果、ノズル孔２０２が周囲より明るく明瞭に表示されるからである。
【００３３】
次に、ステップＳ６０において、オペレータはレーザ光線の焦点調整を行う。この場合の焦点調整とはレーザ光線の焦点の光軸方向の位置を調整することである。このステップにおいて、オペレータは、最初にターゲットサークル２０８をレーザスポット２０４の中心に合わせる。ターゲットサークル２０８は移動アイコン２１４ａ、ｂ、ｃ、ｄをタップすることによって移動させることができる。ターゲットサークル２０８とレーザスポット２０４の中心が合うと、Ｘ及びＹ方向輝度分布グラフ２１０ｘ、２１０ｙはレーザスポット２０４の中心を通るＸ方向クロスライン２０８ｘ及びＹ方向クロスライン２０８ｙを含んで延びる直線上の輝度の分布をそれぞれ表わす。オペレータは、観察面であるノズル本体２７の上端面にレーザ光線の焦点を結ばせるために、レーザフォーカスアイコン２１８ａ及び２１８ｂをタップする。そうすると、第４モータ２４ａによってレーザフォーカスレンズ２４が光軸方向に移動される。各輝度分布グラフ２１０ｘ、２１０ｙには、レーザスポット２０４の中心位置において最大輝度を示すピークが形成されるので、オペレータは、焦点調整のために、Ｘ及びＹ方向輝度分布グラフ２１０ｘ、２１０ｙを見ながら、前記ピークがより先鋭化するように、換言するとピークの幅が最小になるように、あるいはピークの高さが最大になるようにレーザフォーカスアイコン２１８ａ及び２１８ｂをタップする。
【００３４】
図６は、ターゲットサークル２０８のＸ方向クロスライン２０８ｘがノズル孔２０２とレーザスポット２０４の中心を通り、Ｙ方向クロスライン２０８ｙがレーザスポット２０４の中心を通るように、レーザスポット２０４及びターゲットサークル２０８をノズル孔２０２に対して配置した状態の主画面２００ａを示している。Ｘ方向輝度分布グラフ２１０ｘを見ると、レーザスポット２０４の中心で最大値を有するピークＰｘが示され、その左隣のノズル孔２０２に対応した位置になだらかな山が示される。一方、Ｙ方向輝度分布グラフ２１０ｙを見ると、レーザスポット２０４の中心で最大値を有するピークＰｙだけが示される。オペレータは、これらピークの幅あるいは高さを判断材料にしてレーザ光線の光軸方向の焦点位置を適正な位置に設定することができる。
【００３５】
次に、ステップＳ７０において、オペレータは、ノズル孔２０２とレーザスポット２０４が同時に鮮明であるか否かを判定する。もし、そうでなければステップＳ５０に戻り、そうであればステップＳ８０に進む。Ｓ５０に戻るステップは、ノズル孔２０２のピントを合わすとレーザスポット２０４のピントが微妙にずれ、逆にレーザスポット２０４のピントを合わすとノズル孔２０２のピントが微妙にずれるので、試行錯誤を繰り返すということである。そして、ステップＳ８０において、オペレータは、ターゲットサークル２０８をレーザスポット２０４から外してノズル孔２０２に合わせる。
【００３６】
次に、ステップＳ９０に進むために継続アイコン２２０をタップする。すると、自動的に移動アイコン２１４ａ、ｂ、ｃ、ｄの機能がターゲットサークル２１８の移動用からレーザスポット２０４の移動用に切り替わる。ステップＳ９０において、オペレータは、レーザスポット２０４とノズル孔２０２とが同心に位置決めされるように、レーザスポット２０４のＸ及びＹ方向の位置を移動させる。オペレータが移動アイコン２１４ａ、ｂ、ｃ、ｄをタップすることによって、それらアイコンが示す方向にレーザスポット２０４が移動する。レーザスポット２０４の移動は、第１と第２のミラー２０、２２のモータ２０ａ、２２ａを駆動して第１と第２のミラー２０、２２の向きを変更することによって行われる。
【００３７】
レーザスポット２０４とノズル孔２０２とが同心に位置決めされたなら、オペレータは操作盤１１０のボタン１１４を操作して、レーザアライメント調整を終わらせる（ステップＳ１００）。これにともなって、レーザ光の出射は停止される。ただし、本実施形態の場合、水の供給は停止されず、光学ヘッド１０は水をノズル孔２７ａより噴射しながら、通常の加工位置へ復帰する。
【００３８】
その他の実施形態
カメラ３２のピント調整を行うステップＳ５０において、ノズル孔２０２の中心にターゲットサークル２０８の中心を合わせ、Ｘ及びＹ方向輝度分布グラフ２１０ｘ、２１０ｙにおいてノズル孔２０２に対応して示される輝度分布の山の幅を最小化するようにカメラフォーカスレンズ２５の位置を調整することによりカメラ３２のピント調整を行ってもよい。
【００３９】
カメラ３２のピント調整を行うステップＳ５０において、レーザスポット２０４をカメラのピント合わせのための被写体としてもよい。その場合、ターゲットサークル２０８の中心をレーザスポット２０４の中心に合わせ、Ｘ及びＹ方向輝度分布グラフ２１０ｘ、２１０ｙにおいてレーザスポット２０４に対応して示される輝度分布のピークがより先鋭化するようにカメラフォーカスレンズ２５の位置を調整することによりカメラ３２のピント調整を行うことができる。
【００４０】
光学ヘッドが、観察面を照らす照明を具備する実施形態も可能である。この場合、照明は観察面の真上に配置され、その結果、カメラを横に移動するために第３のミラーが光学ヘッドに追加される。
【符号の説明】
【００４１】
１０    光学ヘッド
１４    レーザ発振器
１８    コリメーションレンズ
２０    第１のミラー
２２    第２のミラー
２４    レーザフォーカスレンズ
２５    カメラフォーカスレンズ
２６    ノズルヘッド
２７    ノズル本体
２７ａ    ノズル孔
４０    アライメントユニット
６０    水柱
１１２    表示装置
２０２    ノズル孔
２０４    レーザスポット
２０８    ターゲットサークル
２０８ｘ    Ｘ方向クロスライン
２０８ｙ    Ｙ方向クロスライン
２１０ｘ    Ｘ方向輝度分布グラフ
２１０ｙ    Ｙ方向輝度分布グラフ
【図１】
2018015808.tif 000003
【図２】
2018015808.tif 000004
【図３】
2018015808.tif 000005
【図４】
2018015808.tif 000006
【図５】
2018015808.tif 000007
【図６】
2018015808.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月21日(2017.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、ウォータジェットを噴出させるノズル孔にレーザ光線の焦点を合わせるウォータジェットレーザ加工機のレーザアライメント調整方法において、ノズル孔と、レーザ光線により生み出されたレーザスポットとを撮影したカメラの画像を表示装置に表示し、カメラの画像の輝度分布をグラフ化してカメラの画像とともに表示装置に表示し、ノズル孔のカメラ画像のピントを合わせるとともに輝度分布グラフに基づいてレーザ光線のレーザスポットのピントを合わせ、レーザ光線のレーザスポットとノズル孔のカメラ画像とが同心に位置決めされるようにレーザ光線の焦点の位置を調整するレーザアライメント調整方法が提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
さらに、本発明によれば、ウォータジェットを噴出させるノズル孔にレーザ光線の焦点を合わせるレーザアライメント調整を行うことができるウォータジェットレーザ加工機において、レーザ光線の焦点をノズル孔に対して移動させるレーザ光学系と、ノズル孔とレーザ光線のレーザスポットを撮影するカメラと、カメラから取り込まれた画像の輝度データを直交２方向でグラフ化する輝度分布グラフ作成部を有する制御装置と、カメラの画像とともに作成した輝度分布グラフを表示する表示装置と、表示装置にカメラ画像および輝度分布グラフとともに設けられ、カメラのピント調整を行うカメラフォーカスボタンおよびレーザ光線の焦点の光軸方向の位置調整を行うレーザフォーカスボタンと、を具備するウォータジェットレーザ加工機が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータジェットを噴出させるノズル孔にレーザ光線の焦点を合わせるウォータジェットレーザ加工機のレーザアライメント調整方法において、
前記ノズル孔と、前記レーザ光線により生み出されたレーザスポットとを撮影したカメラの画像を表示装置に表示し、
前記カメラの画像の輝度分布をグラフ化して前記カメラの画像とともに前記表示装置に表示し、
前記ノズル孔のカメラ画像のピントを合わせるとともに輝度分布グラフに基づいて前記レーザ光線のレーザスポットのピントを合わせ、
前記レーザ光線のレーザスポットと前記ノズル孔のカメラ画像とが同心に位置決めされるように前記レーザ光線の焦点の位置を調整することを特徴としたレーザアライメント調整方法。
【請求項２】
ウォータジェットを噴出させるノズル孔の中心にレーザ光線の焦点を合わせるウォータジェットレーザ加工機のレーザアライメント調整方法において、
前記ノズル孔と、前記レーザ光線により生み出されたレーザスポットとを撮影したカメラの画像を表示装置に表示するとともに、アライメント調整作業の補助をするターゲット画像を前記表示装置に表示する段階、
前記表示装置の画像を見て前記カメラのピントを調整する段階、
前記ターゲット画像の中心を前記レーザスポットの中心に一致させる段階、
前記ターゲット画像の中心を通り直交２方向に延びる直線上の輝度分布をグラフ化して前記表示装置に表示する段階、
前記直交２方向に延びる直線上の前記輝度分布の各グラフに生じるピークがより先鋭化するように前記レーザ光線の焦点の位置を光軸方向で調整する段階、及び
前記レーザ光線のレーザスポットが前記ノズル孔に同心に位置決めされるように前記レーザ光線の焦点の位置を前記直交２方向で調整する段階、
を含むことを特徴としたレーザアライメント調整方法。
【請求項３】
輝度分布をグラフ化して表示装置に表示する前記段階において、前記カメラにより撮影された前記ノズル孔及び前記レーザスポットの画像が、前記直交２方向における輝度分布のグラフと同時に表示装置に表示される、請求項２に記載のレーザアライメント調整方法。
【請求項４】
レーザ光線の焦点の位置を直交２方向で調整する前記段階において、前記ノズル孔に同心に位置決めされた前記レーザスポットは、前記ノズル孔の中に収まっている、請求項２又は３に記載のレーザアライメント調整方法。
【請求項５】
ウォータジェットを噴出させるノズル孔にレーザ光線の焦点を合わせるレーザアライメント調整を行うことができるウォータジェットレーザ加工機において、
前記レーザ光線の焦点を前記ノズル孔に対して移動させるレーザ光学系と、
前記ノズル孔と前記レーザ光線のレーザスポットを撮影するカメラと、
前記カメラから取り込まれた画像の輝度データを直交２方向でグラフ化する輝度分布グラフ作成部を有する制御装置と、
前記カメラの画像とともに前記作成した輝度分布グラフを表示する表示装置と、
前記表示装置に前記カメラ画像および前記輝度分布グラフとともに設けられ、カメラのピント調整を行うカメラフォーカスボタンおよび前記レーザ光線の焦点の光軸方向の位置調整を行うレーザフォーカスボタンと、
を具備する、ことを特徴としたウォータジェットレーザ加工機。