(57)【要約】【課題】本発明の目的は三次元レーザ加工機の回転２軸であるＣ軸とα軸の交点と加工用レーザ光の焦点を１μｍ以上の精度で簡易に一致させる方法を与えるとともに、ＸＹＺの移動誤差を補正する加工用レーザ光のガイド用レーザ光を利用した機上計測方法を与えることにある。【解決手段】加工用レーザ光と１μｍ以上の精度で一致しているガイド用レーザ光の焦点位置を、Ｃ軸回り、およびα軸回りに回転レーザヘッドを回転させても、形状精度６０μｍ以上の精度を有するマスター球、あるいは凹球面反射体の曲率中心と一致するように調整することにより、Ｃ軸とα軸の交点と加工用レーザ光の焦点を１μｍ以上の精度で一致させることを実現している。また、ガイド用レーザ光の焦点位置からの散乱光を、ガイド用レーザ光の光軸から外れた点で集光することにより、機上計測を実現している。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象のワークに対し加工ヘッドを三次元方向に相対的に移動可能な状態で支持し、該加工ヘッドは、三次元方向の１つの軸をＣ軸として回転自在に支持された第１回転ブラケットと、該Ｃ軸に対して所定の交角で交差する回転第２軸であるα軸上で該第１回転ブラケットに回転自在に支持された第２回転ブラケットと、該第１回転ブラケットおよび第２回転ブラケット内に導かれた加工用レーザ光とガイド用レーザ光を該Ｃ軸と該α軸との交点Ｉ点に向けて照射する該加工用レーザ光とガイド用レーザ光の集光手段とからなる三次元レーザ加工機において、該Ｉ点と該加工用レーザ光の焦点を高精度に一致させることを特徴とする調整方法
【請求項２】
請求項１に示す該三次元レーザ加工機において、該ガイド用レーザ光を用いて工作物の形状を測定する機上計測方法
【請求項３】
α軸を有しない請求項１に示す三次元レーザ加工機において、該Ｃ軸と該加工用レーザ光の焦点を高精度に一致させることを特徴とする調整方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、各種工作部品の三次元レーザ加工に関するもので、高精度に三次元レーザ加工を行うことを意図している。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、各種レーザ加工機が開発され、二次元状の工作物の加工に広く用いられている。また、特開平１−２２４９５に代表されるように、三次元形状に対応するために回転軸を複数有する三次元レーザ加工機も開発されている。しかし、複雑な三次元形状を有する工作物の加工に三次元レーザ加工機を用いる場合、各回転軸と加工用レーザ光の焦点すなわち加工点を高精度に一致することが難しく、各軸回り９０度ごとに加工を行い、その加工点ズレ量を測定して軸からのズレを調整するといった繰り返しにより、各回転軸と加工点を高精度に一致させている。
一方、各回転軸と加工点のズレをＸＹＺの三軸位置で補正しながら加工する方法も提案されているが、複数の軸に対して有するズレを補正するためには膨大な計算量が必要となり、またＸＹＺ軸の移動誤差も加わることから、結果として加工能率を下げて加工せざるを得なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような状況に鑑みて、本発明の目的は三次元レーザ加工機の回転２軸であるＣ軸とα軸の交点と加工用レーザ光の焦点を１μｍ以上の精度で簡易に一致させる方法を与えるとともに、ＸＹＺの移動誤差を測定・補正するためのガイド用レーザ光を利用した機上計測方法を与えることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
加工用レーザ光と１μｍ以上の精度で一致しているガイド用レーザ光の焦点位置を、Ｃ軸回り、およびα軸回りに回転レーザヘッドを回転させても、形状精度６０μｍ以上の精度を有するマスター球、あるいは凹球面反射体の曲率中心と一致するように調整することにより、Ｃ軸とα軸の交点と加工用レーザ光の焦点を１μｍ以上の精度で一致させることを実現している。
【０００５】
また、ガイド用レーザ光の焦点位置からの反射光を、受光・処理することにより、機上計測を実現している。
【０００６】
【実施例】
図１に本発明を適応した三次元レーザ加工機の一実施例を示す。図２は，図１における多軸回転レーザユニット１の拡大図である．ここで座標軸を，Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交する３軸方向にとっている．
定盤８は，Ｘ軸方向に駆動され，この方向に直線運動可能な移動テーブル５と、門型構造物４が載っている．該門型構造物４には、Ｙ軸方向に駆動され、この方向に直線運動可能な移動テーブル３とが載っており、該移動テーブル３には、Ｚ軸方向に駆動され、この方恒に直線運動可能な該多軸回転レーザユニット１が取り付けられている。該多軸回転レーザユニット１は，Ｃ軸６およびα軸７回りに駆動され、それぞれの方向に回転することができる。該多軸回転レーザユニット１には，多軸レーザヘッド２が取り付けられており，該多軸レーザヘッド２の先端部９より、ガイド用レーザ光１０と、該ガイド用レーザ光１０と光軸を１μｍ以上の精度で一致している加工レーザ１１が出射され、焦点１２で１点に集光される。
図３に該多軸レーザヘッド２内の調整光学系を示す。該ガイド用レーザ光１０の工作物１７による反射光１８は、ビームスプリッタ１４で折り曲げられ、レンズ１５で屈折し、該レンズ１５の焦点位置におかれた４分割フォトダイオード１６に入射する。このとき、該ガイド用レーザ光１０の該焦点１２が、該工作物１７上にある場合、該反射光１８は該レンズ１５で屈折して、該４分割フォトダイオード１６に平行光として入射するように調整する。また、該平行光と直径を同じくする絞り１９を該４分割フォトダイオード直前に配置する。
図４に，該Ｃ軸と該焦点１２をアライメントする調整法を示している。該Ｃ軸６回りの該多軸回転レーザユニット１の回転角を０度、該α軸７回りの該多軸回転レーザユニット１の回転角を０度に固定し、該移動テーブル５の上におかれたマスター球２０に該ガイド用レーザ光１０を入射し、該４分割フォトダイオード１６の演算結果、Ｖｘ、Ｖｙが０Ｖになるように、該移動テーブル５と該移動テーブル３の位置を調整する。次に、該多軸レーザヘッド２をＺ軸方向に移動して、該マスター球２０からのより上方に該焦点１２を移動させた後、徐々に該マスター球２０に近づけ、Ｖｚが２度目に最大に位置に調整する。これにより該マスター球２０の曲率中心２１と、該焦点１２が一致する。続いて、該Ｃ軸６回りに該多軸回転レーザユニット１を１８０度回転させる。このとき、該Ｖｙの出力をＶａとすれば、Ｖａ／２となるように該多軸回転レーザユニット１そのものの位置をＹ軸方向に調整する。その後、該Ｃ軸６回りの該多軸回転レーザユニット１の回転角を０度に固定して、該マスター球２０の該曲率中心２１と該焦点１２を一致させる。この繰り返しにより、該Ｃ軸６と該焦点１２のＹ方向の位置を一致させることができる。同様に該Ｃ軸６回りの該多軸回転レーザユニット１の回転角９０度と２７０度について調整することにより、該Ｃ軸６と該焦点１２のＸ軸方向の位置を一致させることができる。以上により、該Ｃ軸６上に該焦点１２をアライメントすることができる。
図５に，該α軸と該焦点１２をアライメントする調整法を示している。該Ｃ軸６回りの該多軸回転レーザユニット１の回転角を０度、該α軸７回りの該多軸回転レーザユニット１の回転角を０度に固定し、該マスター球２０の該曲率中心２１と該焦点１２を一致させる。次に該α軸７回りに該多軸回転レーザユニット１を１８０度回転させる。このとき、該Ｖｙの出力をＶｂとすれば、Ｖｂ／２となるように該レーザヘッド２そのものの位置を該α軸７Ｙα軸２２方向に調整する。その後、該α軸７回りの該多軸回転レーザユニット１の回転角を０度に固定して、該マスター球２０の該曲率中心２１と該焦点１２を一致させる。この繰り返しにより、該α軸７と該焦点１２の該Ｙα軸２２方向の位置を一致させることができる。同様に該α軸７回りの該多軸回転レーザユニット１の回転角９０度と２７０度について調整することにより、該α軸７と該焦点１２のＸα軸方向の位置を一致させることができる。以上により、該焦点１２上に該α軸７上をアライメントすることができる。すなわち、該Ｃ軸６と該α軸７が交点１３をもち、該交点１３と該焦点１２が一致する。
該多軸回転レーザユニット１の内部に、図６に示すような、該ガイド用レーザ光１０の光軸から、５度〜２０度角度を持ち、レンズ２３とラインセンサ２４からなる光学系２５を組み込むことにより、該ガイド用レーザ光１０の該焦点１２からのズレ量を定量的に機上測定できる。
【０００７】
【変形例】
マスター球の変わりに，凹面鏡を用いて同様の調整をおこなうことができる．
【０００８】
図７は、該ガイド用レーザ光１０を使用する代わりに、変位センサ２５を該多軸レーザヘッド２に取り付けた機上測定例である。
【０００９】
図８は、該光学系２５の代わりに凹レンズ３１、絞り２７、回折格子２８、カメラ２９からなる光学系３２を該多軸レーザヘッド２に組み込むことにより、広範囲の形状を簡易に測定できる機上測定法の例である。
【００１０】
図９は、該光学系２５の代わりに凹レンズ３３、偏光ビームスプリッタ３４、１／４波長板３５、対物レンズ３６、レンズ３７、円筒レンズ３８、４分割フォトダイオード３９，偏光板４０からなる光学系４１を組み込むことにより、高精度に測定できる機上測定法の例である。該円筒レンズ３８、該４分割フォトダイオード３９の代わりに、焦点ズレ検出方式のいずれをも組み込むことができる。
【発明の効果】
上述したように，多軸レーザ加工機において，各回転軸と加工用レーザ光の焦点すなわち加工点を高精度に一致することができる．また，ガイド用レーザ光を使った機上測定ができ，高精度・高能率加工を実現できる．
【図面の簡単な説明】
【図１】多軸レーザ加工機の例
【図２】多軸回転レーザユニットの例
【図３】多軸レーザヘッド内の光学系
【図４】Ｃ軸調整方法
【図５】α軸調整法縫
【図６】ガイド用レーザ光による機上計測光学系
【図７】変位センサ取付による機上計測の例
【図８】投影法による機上計測の例
【図９】焦点ズレ検出方式による機上計測の例
【符号の説明】
１    多軸回転レーザユニット
２    多軸レーザユニット
３    Ｙ軸方向移動テーブル
４    門型構造物
５    Ｘ軸方向移動テーブル
６    Ｃ軸
７    α軸
８    定盤
９    先端部
１０  ガイド用レーザ光
１１  加工レーザ
１２  焦点
１３  Ｃ軸とα軸の交点
１４  ビームスプリッタ
１５  レンズ
１６  ４分割フォトダイオード
１７  工作物
１８  反射光
１９  絞り
２０  マスター球
２１  マスター球の曲率中心
２２  Ｙα軸
２３  レンズ
２４  ラインセンサ
２５  光学系
２６  変位センサ
２７  絞り
２８  回折格子
２９  カメラ
３０  投影像の例
３１  凹レンズ
３２  光学系
３３  凹レンズ
３４  偏光ビームスプリッタ
３５  １／４波長板
３６  対物レンズ
３７  レンズ
３８  円筒レンズ
３９  ４分割フォトダイオード
４０  偏光板
４１  光学系
【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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【図９】
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