(57)【要約】【課題】レーザ加工ヘッドのノズル穴中心とレーザ光の光軸とを容易に一致させることのできる芯出し方法及びレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッド５に備えたノズル２７の先端面形状を、カメラ３５によって撮像する工程、撮像したノズル２７の先端面形状に基づいて、ノズル穴２７Ｈの中心位置を演算する工程、微小出力のレーザ光ＬＢを、前記ノズル穴２７Ｈから出射する工程、微小出力のレーザ光ＬＢを出射した状態においてノズル２７の先端形状を撮像し、レーザ光ＬＢの位置を演算する工程、演算したノズル穴２７Ｈの中心位置とレーザ光ＬＢの位置誤差を演算する工程、前記レーザ加工ヘッド５に備えた集光レンズ１３に対するレーザ光ＬＢの入射角度を調節する光路調節手段１７を、前記位置誤差に基づいて制御して、前記ノズル穴２７Ｈの中心位置に、レーザ光ＬＢの位置を合わせる工程、の各工程を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸に角度を付与する光路調節手段をレーザ加工ヘッドに内装したレーザ加工装置におけるノズル穴に対するレーザ光の芯出し方法であって、
（ａ）レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を、撮像手段によって撮像する工程、
（ｂ）撮像したノズルの先端面形状に基づいて、ノズル穴の中心位置を演算する工程、
（ｃ）微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を、前記ノズル穴から出射する工程、
（ｄ）出射した検査光をノズルの先端面近傍で結像し、撮像手段によって撮像する工程、
（ｅ）撮像した検査光の位置を演算する工程、
（ｆ）演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置誤差を演算する工程、
（ｇ）前記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに対する検査光の入射角度を調節する前記光路調節手段をレーザ加工ヘッド内に備え、前記位置誤差に基づいて前記光路調節手段を制御して、前記ノズルの先端面近傍で、前記ノズル穴の中心位置に、検査光の位置を合わせる工程、
の各工程を備えていることを特徴とするレーザ光の芯出し方法。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ光の芯出し方法において、前記光路調節手段は、ＸＹ２次元平面に検査光を走査可能なガルバノスキャナであることを特徴とするレーザ光の芯出し方法。
【請求項３】
光軸に角度を付与する光路調節手段を内装したレーザ加工ヘッドとレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面を撮像する撮像ユニットとを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッドはＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在であって集光レンズを内装した構成であり、前記撮像ユニットは、前記レーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を撮像する撮像手段を備えた構成であり、
前記撮像手段によって撮像したノズルの先端形状に基づいてノズル穴の中心位置を演算する演算手段と、微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を出射した状態においてノズルの先端形状を撮像した際に、前記検査光をノズルの先端面近傍で結像する光学素子と、撮像した検査光の位置を演算する検査光位置演算手段と、演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差を演算する誤差演算手段と、前記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに対する検査光の入射角度を調節可能な光路調節手段をレーザ加工ヘッド内に備え、前記ノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差に基づいて、前記ノズル穴の中心位置と検査光の位置とを一致すべく、前記光路調節手段の動作を制御する光路制御手段を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ加工装置において、前記光路調節手段は、ＸＹ２次平面に検査光を走査可能なガルバノスキャナであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工装置において、ガルバノスキャナは、レーザ加工ヘッドに備えたコリメートレンズと集光レンズとの間であって、前記コリメートレンズを透過したガイド光を、前記集光レンズ側へ屈曲する位置に備えられていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
光軸に角度を付与する光路調節手段を内装したレーザ加工ヘッドとレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面を撮像する撮像ユニットを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッドはＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在であって集光レンズを内装した構成であり、前記撮像ユニットは、前記レーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を撮像する撮像手段を備えた構成であり、
前記撮像手段によって撮像したノズルの先端形状に基づいてノズル穴の中心位置を演算する演算手段と、微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を出射した状態においてノズル先端形状を撮像した際に、前記検査光をノズルの先端面近傍で結像する光学素子と、撮像した検査光の位置を演算する検査光位置演算手段と、演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差を演算する誤差演算手段と、集光レンズへのレーザ光の入射角度を調節する調節駆動手段とを備え、被加工材を加工するとき、前記ノズルの先端面近傍の結像面で、ノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差をキャンセルすべく、前記調節駆動手段の駆動を制御する制御装置を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
レーザ加工装置におけるノズル穴に対するレーザ光の芯出し方法であって、
（ａ）レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を、撮像手段によって撮像し、この先端面形状に基づいて、ノズル穴の中心位置を演算する工程と、
（ｂ）微弱出力のレーザ光又はガイド光の検査光を、前記ノズル穴から出射し、検査光の位置を演算する工程と、
（ｃ）演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置との差を演算する工程と、
（ｄ）前記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに対する検査光の入射角度を調節自在な光路調節手段をレーザ加工ヘッド内に備え、被加工材を加工するとき、前記ノズルの先端面近傍の結像面で、ノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差をキャンセルすべく、前記光路調節手段を制御して、前記ノズル穴の中心位置にレーザ光軸を合わせる工程と、
を有するレーザ光の芯出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたノズルのノズル穴の中心位置とレーザ光の光軸位置とを合わせる芯出し方法及びレーザ加工装置に関する。さらに詳細には、芯出し方法を自動化した方法及び芯出し機能を備えたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたノズルのノズル穴中心に対してレーザ光の光軸が一致していない場合には、例えばレーザ切断加工等のレーザ加工において、加工不良を生じることがある。したがって、ノズル穴の中心位置とレーザ光の光軸位置とを合わせることが行われている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２８２８１号公報
【特許文献２】特開平７−１４４２８９号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の芯出し方法は、作業者の目視による芯出し方法である。したがって、作業者の熟練度が必要である、という問題がある。また、レーザ光を出射してノズル穴中心とレーザ光の光軸とが一致しているか否かの検査を数回行う必要があり、芯出し作業が厄介である、という問題がある。
【０００５】
ところで、レーザ光を予め定められた照射位置へ照射するために、レーザ光の照射位置を検出する受光センサを使用し、この受光センサの出力に基づいて、ガルバノミラー駆動装置を制御して、レーザ光の照射位置を制御する特許文献として特開２０００−９８２７１号公報がある。上記特許文献に記載の構成によれば、予め定められた照射位置へ、レーザ光を自動的に照射することが可能である。
【０００６】
レーザ光の照射位置は、受光センサ上の基準位置である。したがって、受光センサの基準位置と被加工物の加工位置とを合わせて、被加工物のレーザ加工を行うことにより、被加工物を正確にレーザ加工できることになる。
【０００７】
しかし、上記特許文献においては、板材をアシストガスを併用してレーザ光で切断するレーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたノズル中心とレーザ光の光軸が一致しているか否かを検出することはできないものである。したがって、ノズル中心にレーザ光の軸心を一致した状態においてレーザ光の照射を行うことは難しいものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、芯出し作業を自動的に行おうとするものである。
【０００９】
したがって、本発明は、レーザ加工ヘッドに光軸に角度を付与するデバイスを内装したレーザ加工装置におけるノズル穴に対するレーザ光の芯出し方法であって、
（ａ）レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を、撮像手段によって撮像する工程、
（ｂ）撮像したノズルの先端面形状に基づいて、ノズル穴の中心位置を演算する工程、
（ｃ）微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を、前記ノズル穴から出射する工程、
（ｄ）出射した検査光をノズルの先端面近傍で結像し、撮像手段によって撮像する工程、
（ｅ）撮像した検査光の位置を演算する工程、
（ｆ）演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置誤差を演算する工程、
（ｇ）前記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに対する検査光の入射角度を調節する検査光路調節手段をレーザ加工ヘッド内に備え、前記位置誤差に基づいて前記検査光路調節手段を制御して、前記ノズルの先端面近傍で、前記ノズル穴の中心位置に、検査光の位置を合わせる工程、の各工程を備えている。
【００１０】
また、光軸に角度を付与するデバイスを内装したレーザ加工ヘッドとレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面を撮像する撮像ユニットとを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッドはＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在であって集光レンズを内装した構成であり、前記撮像ユニットは、前記レーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を撮像する撮像手段を備えた構成であり、
前記撮像手段によって撮像したノズルの先端形状に基づいてノズル穴の中心位置を演算する演算手段と、微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を出射した状態においてノズルの先端形状を撮像した際に、前記検査光をノズルの先端面近傍で結像する光学素子と、撮像した検査光の位置を演算する検査光位置演算手段と、演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差を演算する誤差演算手段と、前記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに対する検査光の入射角度を変更可能な光路変更手段をレーザ加工ヘッド内に備え、前記ノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差に基づいて、前記ノズル穴の中心位置と検査光の位置とを一致すべく、前記経路変更手段の動作を制御する光路制御手段を備えている。
【００１１】
また、光軸に角度を付与するデバイスを内装したレーザ加工ヘッドとレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面を撮像する撮像ユニットを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッドはＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在であって集光レンズを内装した構成であり、前記撮像ユニットは、前記レーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を撮像する撮像手段を備えた構成であり、
前記撮像手段によって撮像したノズルの先端形状に基づいてノズル穴の中心位置を演算する演算手段と、微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を出射した状態においてノズル先端形状を撮像した際に、前記検査光をノズルの先端面近傍で結像する光学素子と、撮像した検査光の位置を演算する検査光位置演算手段と、演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差を演算する誤差演算手段と、焦点レンズへのレーザ光の入射角度を調節する調節駆動手段とを備え、被加工材を加工するとき、前記ノズルの先端面近傍の結像面で、ノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差をキャンセルすべく、調節駆動手段の駆動を制御する制御装置を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、レーザ加工ヘッドに光軸に角度を付与するデバイスを内装したレーザ加工装置であって、ノズルの先端形状を撮像し、ノズル穴の中心位置を演算する。また、微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を出射したときに、ノズル穴に対するレーザ光の出射位置を演算する。そして、ノズル穴の中心位置と検査光の出射位置とが位置ずれしている場合には、位置誤差に基づいて、前記中心位置と出射位置とが一致するように、制御手段によって検査光の集光レンズへの入射角度を制御するものである。したがって、ノズル穴の中心位置とノズル穴からの検査光の出射位置とを自動的に一致させることができる。
【００１３】
よって、ノズル穴の中心位置とレーザ光の出射位置とを一致させることが容易であると共に、一致させる動作を自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を概念的、概略的に示した構成説明図である。
【図２】ガルバノスキャナによってレーザ光の光軸を調節すると、集光レンズによって集光された位置が被加工材の上面において位置調節されることの説明図である。
【図３】機能ブロック図である。
【図４】第２の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を概念的、概略的に示した構成説明図である。
【図５】集光レンズ、ノズルを放射方向に調節する構成を概念的、概略的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、レーザ発振器３を備えている。レーザ発振器３としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザ光を射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザ光を直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器３は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。レーザ発振器３は、波長９００ｎｍ〜１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザ光を射出する。ファイバレーザ発振器及びＤＤＬ発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍのレーザ光を射出し、ＤＤＬ発振器は、波長９１０ｎｍ〜９５０ｎｍのレーザ光を射出する。
【００１６】
また、前記レーザ加工装置１は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在なレーザ加工ヘッド５を備えている。尤も、Ｘ，Ｙ軸移動において被加工材とレーザ加工ヘッド５とは相対的に移動自在であれば良く、被加工材をＸ，Ｙ軸方向へ移動自在として、レーザ加工ヘッド５はＺ軸方向にのみ移動自在としても良い。このレーザ加工ヘッド５には、前記レーザ発振器３に接続したプロセスファイバ７の出射端側に接続したコネクタ９が備えられている。そして、前記コネクタ９に対向した位置には、コリメートレンズ１１が備えられている。このコリメートレンズ１１は、前記プロセスファイバ７の出射端から出射されたレーザ光ＬＢを平行光線化する機能をなすものである。
【００１７】
前記レーザ加工ヘッド５には、レーザ光ＬＢを集光して被加工材（図示省略）へ照射する集光レンズ１３が備えられている。この集光レンズ１３と前記コリメートレンズ１１との間には、コリメートレンズ１１を透過したレーザ光ＬＢを、前記集光レンズ１３側へ屈曲するベンドミラー１５が備えられている。そして、このベンドミラー１５とコリメートレンズ１１との間には、前記集光レンズ１３に対するレーザ光ＬＢの入射角度を調節自在（変更自在）なレーザ光路調節手段（光路変更手段）１７が備えられている。すなわち、前記レーザ光路調節手段１７はレーザ加工ヘッド５内に備えられている。
【００１８】
上記レーザ光路調節手段１７は、本実施形態においては、ガルバノスキャナによって構成してある。このガルバノスキャナ１７は、ＸＹ２次平面にレーザ光ＬＢを走査可能な構成である。したがって、ガルバノスキャナ１７は、前記コリメートレンズ１１を透過したレーザ光ＬＢをＸ軸方向に走査するＸ軸スキャンミラー１９を備えていると共に、Ｘ軸スキャンミラー１９を回転動作するＸ軸モータ（ガルバノモータ）２１を備えている。さらに、前記ガルバノスキャナ１７は、Ｘ軸スキャンミラー１９によって反射されたレーザ光ＬＢをＹ軸方向に走査するＹ軸スキャンミラー２３を備えていると共に、Ｙ軸スキャンミラー２３を回転動作するＹ軸モータ（ガルバノモータ）２５を備えている。
【００１９】
上記構成により、Ｘ軸モータ２１及びＹ軸モータ２５を回転制御することにより、コリメートレンズ１１を透過したレーザ光ＬＢをＸ，Ｙ軸方向へ走査して、前記ベンドミラー１５に入射することができる。したがって、集光レンズ１３に入射されるレーザ光ＬＢの入射経路をＸ，Ｙ軸方向に調節することができる。換言すれば、レーザ加工ヘッド５の先端に備えたノズル２７におけるノズル穴２７Ｈの中心位置に対するレーザ光ＬＢの出射位置、すなわち光軸の位置を調節することができる。
【００２０】
前記集光レンズ１３を透過したレーザ光ＬＢは、前記ノズル２７の先端面２７Ｆとほぼ同一平面上に結像される。したがって、集光レンズ１３は、レーザ光ＬＢをノズル２７の先端面近傍で結像する光学素子を構成するものである。
【００２１】
図２は、Ｘ軸スキャンミラー１９とＹ軸スキャンミラー２３とのいずれか一方または双方が傾けられて、被加工材Ｗに照射されるレーザビームＬＢの位置が変位した状態を示している。図２において、ベンドミラー１５で折り曲げられて集光レンズ１３を通過する細実線Ｌ１は、レーザ加工装置１が基準の状態であるときのレーザビームＬＢの光軸を示している。
【００２２】
なお、詳細には、ベンドミラー１５の手前に位置しているガルバノスキャナ１７の作動により、ベンドミラー１５に入射するレーザ光ＬＢの光軸の角度が変化し、光軸がベンドミラー１５の中心から外れる。しかし、図２では、簡略化のため、ガルバノスキャナ１７の作動前後でベンドミラー１５へのレーザ光の入射位置を同じ位置として例示している。
【００２３】
ガルバノスキャナ１７による作用によって、レーザビームＬＢの光軸が細実線Ｌ１で示す位置から太実線Ｌ２で示す位置へと変位したとする。ベンドミラー１５で反射するレーザビームＬＢが角度θで傾斜したとすると、被加工材Ｗへのレーザビームの照射位置は距離Δｓだけ変位する。集光レンズ１３の焦点距離をＥＦＬ（Effective Focal Length）とすると、距離Δｓは、ＥＦＬ×ｓｉｎθで計算される。
【００２４】
ガルバノスキャナ１７がレーザビームＬＢを図２に示す方向とは逆方向に角度θだけ傾ければ、被加工材Ｗへのレーザビームの照射位置を図２に示す方向とは逆方向に距離Δｓだけ変位させることができる。距離Δｓはノズル穴２７Ｈの半径未満の距離であり、好ましくは、ノズル穴２７Ｈの半径から所定の余裕量だけ引いた距離を最大距離とした最大距離以下の距離である。
【００２５】
図１の如き、板材をアシストガスを併用してレーザ光で切断する、光軸に角度を付与するガルバノスキャナ１７を内装したレーザ加工ヘッド５を備えたレーザ加工装置１は、例えば、加工進行方向にビームを振動させると、切断溝の溶融金属の粘度が保たれて、アシストガスによるドロスの排出性が向上したり、例えば、加工進行方向に直角の方向にビームを振動させると、切断溝を拡幅できるので、アシストガスによるドロスの排出性向上と共に切断面の面粗度向上したりすることを、発明者が発見した。したがって、Ｘ，Ｙ、Ｚ軸方向のレーザ加工ヘッド５移動に加えて、レーザ加工ヘッド５内にガルバノスキャナ１７を備えると、相乗効果がある。
【００２６】
前記ノズル２７におけるノズル穴２７Ｈの中心位置に対するレーザ光ＬＢの光軸の位置とが一致しているか否かを検査するために、前記レーザ加工装置１には、前記ノズル２７の先端面２７Ｆを撮像する箱状の撮像ユニット２９を備えている。この撮像ユニット２９は、レーザ加工装置１の所定位置に備えられている。そして、この撮像ユニット２９の撮像基準位置に対応した位置には保護ガラス３１及びレーザ光ＬＢが照射された位置に可視光の輝点を生じる光学素子３３が備えられている。この光学素子３３としては、例えば株式会社住田光学ガラスのナノ結晶含有ガラス（ＹＡＧＬＡＳＳ−Ｔ）が知られている。
【００２７】
前記光学素子３３の輝点を撮像するために、前記撮像ユニット２９には、撮像手段としてのＣＣＤカメラなどのごときカメラ３５が水平に備えられている。そして、前記光学素子３３の下方位置には、前記輝点からの光を、前記カメラ３５の方向に屈曲するベンドミラー３６が備えられている。
【００２８】
上記構成により、撮像ユニット２９における光学素子３３の上方位置の基準位置にレーザ加工ヘッド５を位置決めすると、カメラ３５によってノズル２７の先端面２７Ｆを撮像することができる。また、レーザ加工ヘッド５から微小出力のレーザ光ＬＢ又はガイド光の検査光を出射すると、光学素子３３に輝点を生じる。そして、この輝点を撮像することができる。つまり、カメラが撮像するノズル２７の先端面２７Ｆと、検査光を可視光に変換する光学素子３３とは、カメラ３５が結像できる被写界深度内に存在する必要がある。光学素子３３は、ノズル２７の先端面２７Ｆ近傍に存在するということである。
【００２９】
前記カメラ３５は、例えばノズルチェンジャの如き、被加工材が載置されないエリアに有って、必要に応じてレーザ加工ヘッド５が移動して撮像基準位置に対応して位置決めされる。
【００３０】
前記カメラ３５は、前記ガルバノスキャナ１７の前記Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２５の回転動作を制御するための制御装置３７（図３参照）に接続してある。この制御装置３７はコンピュータから構成してあって、前記カメラ３５から入力された画像信号を画像処理する画像処理手段３９を備えている。この画像処理手段３９は、画像を表示する表示手段４０に接続してあると共に演算手段４１に接続してある。
【００３１】
この演算手段４１は、前記カメラ３５によって撮像され、画像処理手段３９によって画像処理されたノズル２７における先端面２７Ｆの画像データに基づいて先端面２７Ｆの形状を演算し、かつノズル穴２７Ｈの中心位置を演算する機能を有する。そして、演算された中心位置のＸ，Ｙの位置データは、中心位置データメモリ４３に記憶（格納）される。
【００３２】
また、制御装置３７は、前記撮像ユニット２９の撮像基準位置に対応した位置にレーザ加工ヘッド５を位置決めする。そして、検査光を出射して光学素子３３へ照射したときに撮像した画像データに基づいて、演算手段４１は、光学素子３３に生じた輝点のＸ位置、Ｙ位置を演算する機能を備えている。そして、演算した輝点位置の位置データ（Ｘ軸データ、Ｙ軸データ）は、輝点位置データメモリ４５に記憶されるものである。
【００３３】
前記制御装置３７には、前記ノズル２７におけるノズル穴２７Ｈの中心位置と前記輝点位置が一致しているか否かを演算する誤差演算手段（比較手段）４７が備えられている。そして、この誤差演算手段４７の演算結果に基づいて、前記Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２５の動作を制御する光路制御手段４９を備えている。
【００３４】
この光路制御手段４９は、前記ノズル穴２７Ｈの中心位置と前記輝点の位置とが一致するように、前記Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２５の動作を制御して、前記集光レンズ１３に入射されるレーザ光ＬＢの入射角度を制御するものである。
【００３５】
したがって、例えば、レーザ加工ヘッド５に対してノズル２７を着脱交換した場合、この着脱交換したノズル２７におけるノズル穴２７Ｈの中心位置と検査光の照射による輝点位置とを容易に、かつ正確に一致させることができるものである。
【００３６】
また、誤差演算手段４７の誤差データは、被加工材の加工時の軸指令時に加算されることで、位置誤差の無い加工ができるものである。
【００３７】
ところで、ノズル中心と検査光位置のズレ量とを視覚的に確認したい場合、撮像したノズル２７の先端面２７Ｆの形状を表示手段４０に表示すると共に、演算したノズル穴２７Ｈの中心位置を表示手段４０に、例えば「×」印等によって表示する。そして、検査光の照射による輝点位置を、中心の前記「×」印に一致せしめるべく、例えばジョイステック等のごとき適宜の入力手段（操作手段）によって前記Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２５を制御して、輝点位置を前記中心位置へ移動し、中心位置と輝点位置とを一致させることも可能である。この際、表示手段４０の表示は、適宜に拡大することが望ましい。
【００３８】
ところで、本発明は、前述したごとき実施形態に限ることなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能である。すなわち、前記実施形態においては、コリメートレンズ１１とベンドミラー１５との間にレーザ光路調節手段１７としてガルバノスキャナを備えた構成でもって例示した。しかし、図４に示すように、前記ベンドミラー１５の位置にレーザ光路調節手段１７を配置して、集光レンズ１３に対してレーザ光ＬＢの光路を調節することも可能である。
【００３９】
上記構成によれば、ベンドミラー１５を省略することができ、構成の簡素化を図ることができるものである。
【００４０】
以上のごとき説明から理解されるように、レーザ光路調節手段１７としてのガルバノスキャナは、レーザ加工ヘッド５内であってコリメートレンズ１１と集光レンズ１３との間に備えられている。ここで、コリメートレンズ１１と集光レンズ１３の位置は所定の定位置であり、ガルバノスキャナはコリメートレンズ１１によって平行光線化されたレーザ光をＸ軸、Ｙ軸方向に走査すべく制御される。すなわち、コリメートレンズ１１と集光レンズ１３との間の光路長の短い領域において光路の調節を行うことになる。したがって、光路長が長い場合に比較して、集光レンズ１３に対するレーザ光ＬＢの入射角（入射位置）をより正確に行うことができるものである。
【００４１】
なお、前記実施形態においては、レーザ光路調節手段としてガルバノスキャナを採用する場合について例示した。しかし、ノズル２７のノズル穴２７Ｈの中心とレーザ光ＬＢの光軸を一致させる構成としては、集光レンズ１３又はノズル２７の少なくとも一方を、放射方向（径方向）に位置調節する構成とすることも可能である。
【００４２】
すなわち、図５に概念的、概略的に示すように、集光レンズ１３又はノズル２７の周囲の複数箇所に放射方向の調節ねじ５１を備える。そして、各調節ねじ５１をサーボモータなどのごとき適宜の調整用のモータＭによって回転駆動する構成とすることも可能である。上記構成においては、対向した調整ねじ５１の一方を、中心方向へ付勢したスプリングとすることも可能である。
【００４３】
上記構成によれば、各モータＭの回転を適宜に調節することにより、集光レンズ１３及びノズル２７を、径方向に個別に位置調節することができる。したがって、レーザ光ＬＢの光軸とノズル２７におけるノズル穴２７Ｈの中心位置とを自動的に一致させることができる。
【００４４】
以上のごとき説明から理解されるように、本実施形態においては、ノズル２７の先端面２７Ｆをカメラ３５によって撮像するものである。したがって、撮像した画像を表示手段４０に表示することにより、先端面２７Ｆの状態を目視することができる。よって、ノズル２７の損傷や、ノズル２７に対するスパッタ等の付着を知ることができる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、ノズル２７におけるノズル穴２７Ｈの中心とレーザ光ＬＢの照射位置とが一致するように自動的に調節することができる。したがって、ノズル穴２７Ｈの中心位置とレーザ光ＬＢの照射位置（光軸位置）とを一致させることが容易であり、かつ迅速に一致させることができる。すなわち、芯出し作業が容易である。
【符号の説明】
【００４６】
１  レーザ加工装置
３  レーザ発振器
５  レーザ加工ヘッド
７  プロセスファイバ
１１  コリメートレンズ
１３  集光レンズ
１５  ベンドミラー
１７  レーザ光の光路調節手段（ガルバノスキャナ）
１９  Ｘ軸スキャンミラー
２１  Ｘ軸モータ（ガルバノモータ）
２３  Ｙ軸スキャンミラー
２５  Ｙ軸モータ（ガルバノモータ）
２７  ノズル
２７Ｆ  先端面
２７Ｈ  ノズル穴
２９  撮像ユニット
３３  光学素子
３５  カメラ
３７  制御装置
３９  画像処理手段
４０  表示手段
４１  演算手段
４７  誤差演算手段（比較手段）
４９  光路制御手段
【図１】
2019155402.tif 000003
【図２】
2019155402.tif 000004
【図３】
2019155402.tif 000005
【図４】
2019155402.tif 000006
【図５】
2019155402.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月12日(2019.7.12)
【手続補正１】
【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】
光軸に角度を付与する光路調節手段をレーザ加工ヘッドに内装したレーザ加工装置におけるノズル穴に対するレーザ光の芯出し方法であって、（ａ）レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を、撮像手段によって撮像する工程、（ｂ）撮像したノズルの先端面形状に基づいて、ノズル穴の中心位置を演算する工程、（ｃ）微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を、前記ノズル穴から出射する工程、（ｄ）出射した検査光をノズルの先端面近傍で結像し、撮像手段によって撮像する工程、（ｅ）撮像した検査光の位置を演算する工程、（ｆ）演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置誤差を演算する工程、（ｇ）前記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに対する検査光の入射角度を調節する前記光路調節手段をレーザ加工ヘッド内に備え、前記位置誤差に基づいて前記光路調節手段を制御して、前記ノズルの先端面近傍で、前記ノズル穴の中心位置に、検査光の位置を合わせる工程、の各工程を備えており、
前記光路調節手段が、ＸＹ２次元平面に検査光を走査可能なガルバノスキャナである、ことを特徴とするレーザ光の芯出し方法。
【請求項２】
光軸に角度を付与する光路調節手段を内装したレーザ加工ヘッドとレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面を撮像する撮像ユニットとを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッドはＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在であって集光レンズを内装した構成であり、前記撮像ユニットは、前記レーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を撮像する撮像手段を備えた構成であり、
前記撮像手段によって撮像したノズルの先端形状に基づいてノズル穴の中心位置を演算する演算手段と、微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を出射した状態においてノズルの先端形状を撮像した際に、前記検査光をノズルの先端面近傍で結像する光学素子と、撮像した検査光の位置を演算する検査光位置演算手段と、演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差を演算する誤差演算手段と、前記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに対する検査光の入射角度を調節可能な光路調節手段をレーザ加工ヘッド内に備え、前記ノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差に基づいて、前記ノズル穴の中心位置と検査光の位置とを一致すべく、前記光路調節手段の動作を制御する光路制御手段を備えており、
前記光路調節手段が、ＸＹ２次元平面に検査光を走査可能なガルバノスキャナである、ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工装置において、ガルバノスキャナは、レーザ加工ヘッドに備えたコリメートレンズと集光レンズとの間であって、前記コリメートレンズを透過したガイド光を、前記集光レンズ側へ屈曲する位置に備えられていることを特徴とするレーザ加工装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
したがって、第１の発明は、レーザ加工ヘッドに光軸に角度を付与するデバイスを内装したレーザ加工装置におけるノズル穴に対するレーザ光の芯出し方法であって、（ａ）レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を、撮像手段によって撮像する工程、（ｂ）撮像したノズルの先端面形状に基づいて、ノズル穴の中心位置を演算する工程、（ｃ）微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を、前記ノズル穴から出射する工程、（ｄ）出射した検査光をノズルの先端面近傍で結像し、撮像手段によって撮像する工程、（ｅ）撮像した検査光の位置を演算する工程、（ｆ）演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置誤差を演算する工程、（ｇ）前記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに対する検査光の入射角度を調節する検査光路調節手段をレーザ加工ヘッド内に備え、前記位置誤差に基づいて前記検査光路調節手段を制御して、前記ノズルの先端面近傍で、前記ノズル穴の中心位置に、検査光の位置を合わせる工程、の各工程を備えており、前記光路調節手段が、ＸＹ２次元平面に検査光を走査可能なガルバノスキャナである、ことを特徴とするレーザ光の芯出し方法である。
【手続補正３】
【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】
また、第２の発明は、光軸に角度を付与するデバイスを内装したレーザ加工ヘッドとレーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面を撮像する撮像ユニットとを備えたレーザ加工装置であって、前記レーザ加工ヘッドはＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動自在であって集光レンズを内装した構成であり、前記撮像ユニットは、前記レーザ加工ヘッドに備えたノズルの先端面形状を撮像する撮像手段を備えた構成であり、前記撮像手段によって撮像したノズルの先端形状に基づいてノズル穴の中心位置を演算する演算手段と、微小出力のレーザ光又はガイド光の検査光を出射した状態においてノズルの先端形状を撮像した際に、前記検査光をノズルの先端面近傍で結像する光学素子と、撮像した検査光の位置を演算する検査光位置演算手段と、演算したノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差を演算する誤差演算手段と、前記レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに対する検査光の入射角度を変更可能な光路変更手段をレーザ加工ヘッド内に備え、前記ノズル穴の中心位置と検査光の位置との位置誤差に基づいて、前記ノズル穴の中心位置と検査光の位置とを一致すべく、前記経路変更手段の動作を制御する光路制御手段を備えており、前記光路調節手段が、ＸＹ２次元平面に検査光を走査可能なガルバノスキャナである、ことを特徴とするレーザ加工装置である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】