(57)【要約】【課題】精度の高い芯出し処理を自動で行うレーザ加工機を得る。【解決手段】この発明に係るレーザ加工機においては、加工ノズル９よりもレーザ光の下流側に設置された撮影手段５と、レーザ光の焦点位置を移動させるための移動手段８と、移動手段により移動自在な集光レンズ７と、移動手段８、撮影手段５、発振器を制御する制御装置６とを備える。あるいは、この発明にかかるレーザ加工機の調整方法においては、加工ノズル９のノズル口をレーザ光の下流側から撮影手段５で撮影する工程と、レーザ光を撮影手段５で撮影する工程と、ノズル口の撮影画像からノズル口の中心を算出する工程と、レーザ光の撮影画像からレーザ光の中心を算出する工程と、ノズル口の中心とレーザ光の中心のずれ量を算出する工程と、集光レンズ７を移動させる移動手段８へずれ量に応じた補正指令を出力する工程からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ヘッドと、
前記加工ヘッドの先端に接続され開口部よりレーザ光が出射される加工ノズルと、
レーザ光を出力する発振器と、
前記加工ヘッド内に設けられレーザ光を集光する集光レンズと、
前記加工ノズルよりもレーザ光の下流側に設置された撮影手段と、
前記集光レンズを移動させる移動手段と、
前記撮影手段、前記移動手段、および前記発振器を制御する制御装置とを備えたレーザ加工機。
【請求項２】
前記レーザ光はファイバケーブルで伝送されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記制御手段に接続された入力手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記入力手段からの信号を受信することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記撮影手段と前記加工ノズルの間にレーザ光を減衰させる保護手段を備えた請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記加工ヘッドに接続されていない加工ノズルと、前記加工ヘッドに接続された加工ノズルを付け替えるノズル交換装置とをさらに備え、
前記ノズル交換装置は、制御装置に接続されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項６】
加工ノズルのノズル口をレーザ光の下流側から撮影手段で撮影する工程と、
レーザ光を前記撮影手段で撮影する工程と、
前記工程にて撮影した画像に基づき、前記ノズル口の中心と前記レーザ光の中心のずれを補正するように移動手段により集光レンズを移動する工程と、
からなるレーザ加工機の調整方法。
【請求項７】
加工ノズルのノズル口をレーザ光の下流側から撮影手段で撮影する工程と、
レーザ光を前記撮影手段で撮影する工程と、
前記ノズル口の撮影画像からノズル口の中心を算出する工程と、
前記レーザ光の撮影画像からレーザ光の中心を算出する工程と、
前記ノズル口の中心と前記レーザ光の中心のずれ量を算出する工程と、
集光レンズを移動させる移動手段へ前記ずれ量に応じた補正指令を出力する工程と、
前記移動手段により集光レンズを移動する工程と、
からなるレーザ加工機の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はレーザ加工機、及びレーザ加工機の調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の芯出し方法は、例えばテープにレーザ光を実際に照射させ、スパッタが飛散される状態をＣＣＤカメラにて撮影し、スパッタ飛散の重心を調整するよう加工ヘッド内の集光レンズ位置を移動させることで実施していた。（例えば、特許文献１参照）
あるいは、加工ヘッド内にレーザ光に対する角度を変えられるように取り付けられたオプチカルフラットを設けるとともに、レーザ光を反射鏡で経路を変えることにより、ＣＣＤカメラでレーザ光の中心とノズル軸中心を撮影し、レーザ光の中心とノズル軸中心が一致するようオプチカルフラットの角度を変化させていた。（例えば、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７６１６８４号（第３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００３―２２５７８７（第１頁、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらの方法では、例えばテープを張り替える人手の作業が必要であった。あるいは、レーザ光の中心をカメラ等で撮影するためにレーザ光の経路を実加工とは異なる経路に一時的に変更することが必要であったため、芯出しの精度が悪くなるという問題があった。
【０００５】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、精度の高い芯出し処理を自動で行うレーザ加工機を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るレーザ加工機においては、加工ノズルよりもレーザ光の下流側に設置された撮影手段と、レーザ光の焦点位置を移動させるための移動手段と、移動手段により移動自在な集光レンズと、移動手段、撮影手段、発振器を制御する制御装置とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、加工ノズルよりもレーザ光の下流側に設置された撮影手段でノズルとレーザ光を撮像するので、簡単な構成で精度の高い芯出し処理が可能なレーザ加工機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工機の芯出し処理を示す概略図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工機のブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工機のＣＮＣ装置の制御フローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工機のＣＣＤカメラが撮影した画像の概略図である。
【図５】この発明の実施の形態２におけるレーザ加工機の芯出し処理を示す概略図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるレーザ加工機のＣＮＣ装置の制御フローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態３におけるレーザ加工機の芯出し処理を示す概略図である。
【図８】この発明の実施の形態３におけるレーザ加工機のＣＮＣ装置の制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明を実施するための実施の形態１におけるレーザ加工機の芯出し処理を示す概略図である。Ｘ−Ｚ軸は図示するとおりで、Ｙ軸は図１の紙面を貫通する方向である。レーザ加工機１は、発振器２、ファイバケーブル３、加工ヘッド４、ＣＣＤカメラ５（撮影手段）、ＣＮＣ装置６（制御装置）、加工テーブル１５を備えている。加工テーブル上にはワーク１１が備えられる。発振器２は、ＣＮＣ装置６からの指令に応じて、実加工とは異なるガイドレーザＬｇ、実加工レーザＬｒの２種類のレーザ光が出射可能であり、実加工レーザＬｒについては、出力エネルギーの調整が可能である。芯出し処理時にはレーザ光はガイドレーザ光Ｌｇが使用され、実加工時には実加工レーザ光Ｌｒが使用される。図１は芯出し処理を実施している図のため、ガイドレーザ光Ｌｇが出力されている。ガイドレーザ光Ｌｇは、発振器２内に搭載された、ＣＣＤカメラ５を損傷しない波長のレーザ光を出力するレーザ光源から出射される。レーザ光はガイドレーザ光Ｌｇ、実加工レーザ光Ｌｒいずれであっても、ファイバケーブル３内を通過し加工ヘッド４に入射し、集光レンズ７により集光されノズル口９ａを通過し出射する。なお、ファイバケーブル３を通過することで、ガイドレーザＬｇ、実加工レーザＬｒのいずれであっても、さらに実加工レーザＬｒにおいてはどの出力エネルギーレベルであっても、全て同一の光路での伝送が可能である。
【００１０】
加工ヘッド４の内部には集光レンズ７、第１のモータ８（集光レンズを移動させる移動手段）が備えられ、第１のモータ８は集光レンズ７の位置を後述のように制御する。第１のモータ８は集光レンズ７をＸ―Ｙ平面内で移動させるため、Ｘ軸、Ｙ軸に対しそれぞれ必要であるが両軸同様なため、ここでは例えばＸ軸を移動させる第１のモータ８のみを図示している。芯出し処理を実施する位置は、図１のように、加工テーブル１５の端である。ＣＣＤカメラ５は、照明を備えＣＮＣ装置６と接続され、Ｘ−Ｙ方向は加工テーブル１５の端、Ｚ軸方向は加工テーブル１５よりもガイドレーザ光Ｌｇの下流側に設置される。芯出し処理を実施する際、ＣＮＣ装置５は加工ヘッド４を移動させるために、図示しない第二のモータに指令を送り、加工ヘッド４をＣＣＤカメラ５に対向するよう移動させる。なお、加工テーブル１５は剣山状であり、Ｘ−Ｙ平面内に隙間があいているため、加工ノズル９ａからＣＣＤカメラ５に至るまでのレーザ光Ｌｇを妨げるものではない。なお、芯出し処理の位置は加工テーブル１５の端に限られない。要するに、ＣＣＤカメラ５は、ノズル口９ａ及びガイドレーザ光Ｌｇをガイドレーザ光Ｌｇの下流側から撮影するよう、ガイドレーザ光Ｌｇの経路の下流側に配置されればよい。
【００１１】
次に、動作について説明する。図２は、本実施の形態におけるレーザ加工機のブロック図である。ＣＮＣ装置６はＣＣＤカメラ５に、照明の点灯及び消灯、画像の撮影の指令を出力する。ＣＣＤカメラ５はＣＮＣ装置６からの指令に基づき、照明の点灯及び消灯を実施し、ガイドレーザ光Ｌｇ、またはノズル口９ａの画像を撮影し、撮影画像をＣＮＣ装置６に送る。ＣＮＣ装置６では、画像からノズル口９ａとガイドレーザ光Ｌｇのそれぞれの中心位置を比較し、ずれ量を算出し、算出されたずれ量を補正するための集光レンズ７の移動方向および移動量を算出し、算出された移動方向および移動量だけ集光レンズ７を移動させるため、第１のモータ８に補正指令を送信する。補正指令を受けた第１のモータ８は、補正指令に応じて集光レンズ７を移動させる。集光レンズ７が移動することによりガイドレーザ光Ｌｇの中心位置が移動し、ノズル口９ａの中心位置とのずれが補正される。
【００１２】
図３は、ＣＮＣ装置の制御フローチャートである。まず、Ｓ１００では、ＣＮＣ装置６が第二のモータに指令を送り、加工ヘッド４をＣＣＤカメラ５の上方に移動させる。Ｓ１０１では、ＣＮＣ装置６がＣＣＤカメラ５に照明点灯の指令を出力し、ＣＣＤカメラ５が照明を点灯させる。Ｓ１０２では、ＣＮＣ装置６がＣＣＤカメラ５に画像を撮影するよう指令を出力し、ＣＣＤカメラ５がノズル口９ａを撮影する（以下、ノズル口９ａの撮影画像を画像１という）。Ｓ１０３では、ＣＮＣ装置６がＣＣＤカメラ５に照明消灯の指令を出力し、ＣＣＤカメラ５が照明を消灯させる。Ｓ１０４では、ＣＮＣ装置６が発振器２にガイドレーザＬｇを発振するよう指令を出力し、発振器２がガイドレーザ光Ｌｇを出力する。Ｓ１０５では、ＣＮＣ装置６がＣＣＤカメラ５で画像を撮影するよう指令を出力し、ＣＣＤカメラ５がガイドレーザ光Ｌｇを撮影する（以下、レーザ光の撮影画像を画像２という）。Ｓ１０６では、画像１からノズル口９ａの中心位置（以下、中心Ｃ１という）を算出する。Ｓ１０７では、画像２からガイドレーザ光Ｌｇの中心位置（以下、中心Ｃ２という）を算出する。
【００１３】
ここで、Ｓ１０６及びＳ１０７での中心位置算出は、例えば２値化、Ｈｏｕｇｈ変換、または、エッジ検出などの画像処理方法で行う。なお、算出方法については、これらの例に限られるものではない。次に、ＣＮＣ装置６は、ノズル口９ａの中心Ｃ１とガイドレーザ光Ｌｇの中心Ｃ２とのずれ量を算出する（Ｓ１０８）。ここで、ガイドレーザ光Ｌｇの中心Ｃ２は、略円形のガイドレーザ光Ｌｇに対し中心を算出するので、ガイドレーザ光Ｌｇは必ずしも集光されている必要はない。つまり、画像の撮影位置は、加工ノズルよりもガイドレーザ光Ｌｇの下流側でありさえすればよい。Ｓ１０９では、ＣＮＣ装置６は、ずれ量と予め設定しておいた値Ｄとを比較し、ずれ量が予め設定しておいた値Ｄ以下の場合、ガイドレーザ光Ｌｇの芯出しが完了する。ずれ量が予め設定しておいた値Ｄより大きい場合、ＣＮＣ装置６はずれ量に対応する補正量（集光レンズ７の移動方向、移動量）を求め、第１のモータ８に補正指令を出力する。これにより第１のモータ８が集光レンズ７位置を修正し、ずれ量がＤ以下となるまで再度Ｓ１０１からＳ１０９の処理を繰り返す。
この一連の動作を繰り返すことで、ガイドレーザ光Ｌｇの芯出し処理が行われる。なお、この処理は一例であり、例えば照明の有無、ノズル口とガイドレーザ光の画像撮影の順序等はこれらに限られるものではない。
【００１４】
図４は、ＣＣＤカメラ５が撮影した画像の概略図である。（ａ）は画像１であり図３のＳ１０２で撮影された画像に対応し、（ｂ）は画像２であり図３のＳ１０５で撮影された画像に対応する。
【００１５】
このように、ガイドレーザ光Ｌｇを下流側から直接観測し自動で芯出し処理を行うので、作業者の熟練レベルによらず、芯出し初心者でも高い精度での芯出し処理が可能となる。また、加工ノズル９よりもガイドレーザ光Ｌｇの下流側にＣＣＤカメラ５を設置したことにより、加工ノズル９よりもガイドレーザ光Ｌｇの上流側の経路が単純な構成での芯出し処理が可能となり、オプチカルフラットや反射ミラー等の部品の削減ができ、高精度な芯出しが可能である。そしてコストの削減、または、装置の小型化も可能となる。また、ガイドレーザ光Ｌｇの経路は実加工レーザ光Ｌｒの経路と同一のため、本実施の形態はガイドレーザ光Ｌｇを芯出し処理に用いたが、実加工レーザ光を用いてもよい。この場合、発振器２にガイドレーザ光用の光源が不要となり、装置の簡略化が可能となる。
【００１６】
実施の形態２．
図５は、この発明を実施するための実施の形態２におけるレーザ加工機の芯出し処理を示す概略図である。本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成に対し、入力手段１０が追加される。芯出し処理に用いるレーザ光は実施の形態１ではガイドレーザ光Ｌｇであったが、本実施の形態では低出力の実加工レーザ光Ｌｒｌとガイドレーザ光Ｌｇとを選択可能である。その他は実施の形態１と同様である。入力手段１０は、例えばキーボードやタッチパネルである。入力手段１０はＣＮＣ装置６に接続される。
【００１７】
本実施の形態における、ＣＮＣ装置の制御フローチャートを図６に示す。実施の形態１からの差異はＳ２０１である。Ｓ２０１では、操作者がレーザ光Ｌをガイドレーザ光Ｌｇか、低出力の実加工レーザ光Ｌｒｌかを選択し、入力手段１０に入力する。ここで、実加工レーザ光Ｌｒｌの出力レベルは、ＣＣＤカメラ５に照射されてもＣＣＤカメラ５が損傷しないレベルであり、予め設定される。Ｓ１００〜Ｓ１０３は実施の形態１と同様である。Ｓ１０４では、ＣＮＣ装置６がＳ２０１で入力された信号を入力手段１０から取得し、入力信号に応じてレーザ光Ｌ（ガイドレーザ光Ｌｇまたは低出力の実加工レーザ光Ｌｒｌ）を出力するよう、発振器２に指令を送信し、指令されたレーザ光Ｌが照射される。
【００１８】
ファイバケーブル３で伝送されるレーザにおいては、実加工レーザの低出力時と高出力時とで、光軸のずれが発生しない。このため、本実施の形態では、低出力の実加工レーザ光Ｌｒｌでの芯出しを選択可能にすることにより、実施の形態１での効果に加え、さらに高精度な芯出しが可能である。ただし、ＣＣＤカメラが損傷するような出力の場合、ＣＣＤカメラには保護ガラスを備える。保護ガラスは加工ノズル９とＣＣＤカメラ５間のレーザ光の経路上に配置され、実加工レーザ光のエネルギーを減衰させる。
【００１９】
実施の形態３．
図７は、この発明を実施するための実施の形態３におけるレーザ加工機の芯出し処理を示す概略図である。実施の形態１に対し、ノズルチェンジャ（ノズル交換装置）１２、ノズルブラシ１４が追加されており、その他同一符号のものについては実施の形態１と同一である。ノズルチェンジャ１２は例えばノズル口の径の異なる加工ノズル１３を複数個格納し、ＣＮＣ装置６と接続され、例えば加工ヘッド４が移動可能な領域のうち、加工領域とは異なる領域に設置される。ノズルブラシ１４は、ノズルチェンジャ１２と同様、例えば加工領域とは異なる領域に設置され、ＣＮＣ装置６が加工ノズル９をノズルブラシ１４上にこすりつけるように加工ノズル９を移動させることで、加工ノズル９に付着されたスパッタ等の汚れを除去する。
【００２０】
本実施の形態におけるＣＮＣ装置の制御フローチャートを図８に示す。実施の形態１におけるＣＮＣ装置６の芯出し処理に対し、Ｓ３００〜Ｓ３０６が追加となっている。まず、Ｓ３００で、ＣＮＣ装置６が加工ヘッド４をノズルチェンジャ１２上に移動させる。次に、Ｓ３０１では、ＣＮＣ装置６が加工ヘッド４をノズルブラシ１４上にこすりつけ加工ノズル９を清掃する。Ｓ３０２でノズルチェンジャ１２が加工ノズル９を交換する。Ｓ１００〜Ｓ１０２については実施の形態１と同様である。Ｓ３０３でノズル口９の汚れを検知した場合は、Ｓ３０４に進み、ノズルブラシで加工ノズル９を清掃し、Ｓ１０３に戻る。Ｓ１０３は実施の形態１と同様である。Ｓ３０５では画像１よりノズル口９ａの径を算出する。Ｓ３０６では、算出されたノズル口９ａが求められる加工条件と一致するか確認し、加工条件と不一致の場合エラーを返す。一方、加工条件と一致する場合、Ｓ１０４に進む。Ｓ１０４からＳ１１０については実施の形態１と同様の処理である。
【００２１】
なお、Ｓ３０１及びＳ３０２の実施タイミングはこれに限られるものではなく、Ｓ３０３及びＳ３０４の実施タイミングについても、Ｓ１０２で画像１を撮影した後のＳ１０３〜Ｓ１０９間のいずれのタイミングであってもよい。
本実施の形態では、画像１を利用し加工ノズル径の確認を実施したことで、実施の形態１での効果に加え、交換用ノズルの設置間違いを防ぎ、さらに、画像１を利用してノズル口９ａの汚れを検知し、ノズルブラシ１４による清掃機能を追加したことにより、スパッタ等の汚れによるノズル穴詰まりを防ぐことができ、自動運転時の加工安定性が向上する。
【符号の説明】
【００２２】
２  発振器
４  加工ヘッド
５  ＣＣＤカメラ
６  ＣＮＣ装置
７  集光レンズ
８  モータ
９  加工ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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