(57)【要約】【課題】  レーザ加工機において、レーザの反射鏡の制御軸を補正することにより板厚に応じた最適の光線に調整する装置を提供する。【解決手段】  レーザ加工機のレーザ発振器５５０から出力したレーザ光線は、出力鏡５６０を経てミラー５７０に反射され、レーザ加工工具６０に導入される。加工ヘッドがＸ軸方向に移動する際に、光路長を一定に保つために反射鏡はＸ軸に平行なＵ軸に沿って制御される。このＵ軸制御にオフセットαを付与することにより、加工レンズの入射ビーム径Ｄを変化し、加工物の板厚に最適な加工光線を形成する。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、レーザ発振器と、出力鏡と、レーザをレーザ加工工具に導くミラーと、レーザを集光する加工レンズを有する光路系を備えるレーザ加工機において、
レーザの発振器と加工レンズとの間の光路長を一定に保つために駆動軸に沿って移動制御される反射鏡を備え、反射鏡の移動にオフセットを付与することによって加工レンズの入射ビームの径寸法を調整し一定に保持する手段を備えるレーザ加工機における反射鏡の駆動軸制御装置。
【請求項２】
レーザ加工工具は、集光レンズを含む光学系の手段を備えるトーチと、トーチの先端に交換自在に装着されるノズルを備える請求項１記載のレーザ加工機における反射鏡の駆動軸制御装置。
【請求項３】
反射鏡の移動に付与されるオフセットは、加工レンズが加工物のレーザ加工に最適な加工ビームを形成するオフセットである請求項１記載のレーザ加工機における反射鏡の駆動軸制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機における操作の非熟練化を可能とし、加工能力を各々の材質及び板厚に対して、品質及び生産性をそれぞれ最大限に発揮させ、最適な加工条件で、長時間無人化運転を達成することができる反射鏡の駆動軸制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工とは、レーザ発振器から射出されたレーザ光線の光路の終端に加工レンズを設置し、そのレンズの焦点位置の近傍に加工物をセッティングすることによって、瞬時に加工物を気化させ、加工するものである。
加工レンズの焦点距離は、加工に大きな影響を及ぼし、材質及び板厚によって最適値が存在するので、常に各々の焦点距離を有する加工レンズを用意し、材質及び板厚によって、その都度最適な焦点距離を選択し、手動にて確実にセッティングする必要があった。加工物の材質及び板厚に最適な焦点距離を有する加工レンズが選択される。
しかしながら、材質及び板厚が連続的に変化した場合、加工レンズの焦点距離を連続的、かつ無段階に準備することが実際上不可能であり、経験的に代表的な焦点距離をもつ数種類の加工レンズを段階的（例えば、２．５ｉｎｃｈ，３．５ｉｎｃｈ，５．０ｉｎｃｈ，７．５ｉｎｃｈなど）に準備する必要があった。
また、集光レンズの下方に設けられたレーザビーム径検出器で測定されたビーム径により、集光レンズとワークとの距離を常に最適に制御できるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−５１８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ある焦点距離を有する加工レンズを選択した場合、そのレンズは、ある板厚領域を加工するように設定されている（例えば、板厚：ａ〜ｂｍｍ）。
その場合、選択された焦点距離を有する加工レンズでの加工品質は、上記ａとｂとの間で、正規分布的に分布している。
加工品質は、ａとｂとの間でただ１箇所の板厚で最大値を有するため、それ以外の板厚では、最大値は得られないが、作業者の自主的な判断で実用上差し支えない程度であった。
言い換えると、ある１箇所以外の板厚では、品質の最大値が得られなかった。
加工速度も、上記と同様にａとｂとの間で最大値が存在し、各板厚に対して、最大の加工速度を得ることができず、従って、最大の生産性を得ることができなかった。
本発明は以上の問題を解決するレーザ加工機における反射鏡の駆動軸制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のレーザ加工機は、基本的な手段として、ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、レーザ発振器と、出力鏡と、レーザをレーザ加工工具に導くミラーと、レーザを集光する加工レンズを有する光路系を備える。
そして、レーザの発振器と加工レンズとの間の光路長を一定に保つために駆動軸に沿って移動制御される反射鏡を備え、反射鏡の移動にオフセットを付与することによって加工レンズの入射ビームの径寸法を調整する手段を備えるものである。
また、反射鏡の移動に付与されるオフセットは、加工レンズが加工物のレーザ加工に最適な加工ビームを形成するオフセットである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明は、ＮＣ駆動軸を有する反射鏡を移動自在に設けることによって、加工レンズへの入射光線を連続的に変化させることができるため、ａとｂとの間の全板厚領域において加工品質及び加工速度の最大値を得ることはできる。
従って、１つの焦点距離を有する加工レンズで、ａとｂとの間の全板厚領域において、最高の加工品質及び生産性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、本発明のレーザ加工機の全体構成を示す斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は要部の斜視図、図５は側面図である。
全体を符号１で示すレーザ加工機は、ベッド１０上に配設されるパレット（テーブル）２０を有し、板状のワークＷ１が載置される。ベッド１０の長手方向の延長線上にはパレット交換装置１２が配置され、次加工用のワークＷ２を載置したパレット２０ａが用意されている。
【０００７】
ベッド１０上の両側には、長手方向に沿って一対のガイドレール３４が取付けられており、ガイドレール３４上には、コラム３０がＸ軸方向に移動自在に装備される。
【０００８】
コラム３０のＸ軸上の駆動手段は、例えば、リニアモータが使用されており、ガイドレール３４に設けた固定子と直動ガイド３２に設けた移動子との間でリニアモータが形成される。
【０００９】
コラム３０には、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿ってガイドレール４４が設けてあり、サドル４０がＹ軸上で移動自在に装備される。サドル４０は、ガイドレール４４に係合する直動ガイド４２を備え、ガイドレール４４と直動ガイド４２との間でリニアモータが形成される。
【００１０】
サドル４０は、Ｘ軸、Ｙ軸が形成する平面に垂直なＺ軸方向にガイドレールが設けあり、加工ヘッド５０がＺ軸に沿って移動自在に装備される。加工ヘッド５０は、レーザ発振装置７２から送られてくるレーザ光が導入される光学系を備える。
【００１１】
加工ヘッド５０には、レーザ加工工具６０が交換自在に装備される。加工エリアは、カバー９０で覆われ、安全が確保される。ベッド１０に隣接して強電盤７０やレーザ発振装置７２が配設される。オペレータが様々な駆動を指示する操作盤８０は、ベッド１０上の長手方向の端部に配設される。ベッド１０上の操作盤８０に近い方の端部には、レーザ加工工具の段取りステーション１００が装備される。
【００１２】
図６は、レーザ加工工具の段取りステーション１００をテーブル側からみた正面図、図７は平面図である。
レーザ加工工具の段取りステーション１００は、トーチとノズルを備えたレーザ加工工具のツールチェンジマガジンを備えた工具ステーション２００とレーザ加工工具のノズルのノズルチェンジマガジンを備えたノズルステーション３００を備える。
【００１３】
図８は、レーザ加工機におけるレーザ光線ＬＢの光路を示す説明図。図９は、入射ビーム径と焦点位置の関係を示す図である。
レーザ発振器５５０から出力されたレーザ光線ＬＢは、反射鏡５７０で折り返され、入射ビーム径Ｄのビームとして加工ヘッドのレーザ加工工具６０側へ送られる。
【００１４】
レーザ加工工具６０内の加工レンズ６２は、入射ビーム径Ｄの入射光線を集束し、加工レンズの焦点位置で直径ｄの加工光線ＬＣを形成する。
レーザ光線の径は、光路長が変化することに対応して広がる性質、即ち発散角を有する。加工ヘッドは、テーブル上の任意の位置に移動するが、レーザ発振器５５０の位置は固定されている。
そこで、コラム３０がＸ軸方向に移動するのに伴い、反射鏡５７０をＸ軸と平行なＵ軸に沿ってＸ軸の半分の速度で移動させることにより光路長を一定に保つ手段が採用されている。
【００１５】
図１０は、ある焦点位置を有する加工レンズを選択した場合の加工物の板厚に対する加工品質の分布を示す説明図である。
特定の加工レンズは、加工物の板厚ａとｂとの領域で加工を実行することは可能であるが、加工品質・加工速度は特定の板厚Ｃで最大値Ｍとなる正規分布カーブＫ１を示す。
【００１６】
本発明にあっては、反射鏡５７０の制御軸であるＵ軸に通常の光路長一定の制御に加えて、オフセットαを与える制御を行う。このオフセットαの制御により反射鏡は微小位置移動し、レーザ光線の入射ビーム径Ｄを変化させる。加工レンズはこの変化した入射ビーム径Ｄにより焦点位置での加工レーザＬＣが変化し、加工品質・加工速度の正規分布カーブは、加工物の板厚方向Ｓ１にシフトする。
【００１７】
この機能を利用して、特定の加工レンズのままで加工物の板厚に対応して加工品質・加工速度が最大値を示すカーブとなるように反射鏡のＵ軸上のオフセット量を決定し、制御する。
この構成によりＮＣ制御にオフセットを加えるだけでレーザ加工の生産性を向上することができる。
【００１８】
なお、上述した実施例にあっては、Ｘ軸とＹ軸上の駆動手段には、リニアモータの例を説明したが、ボールねじを用いても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のレーザ加工機の全体の斜視図。
【図２】本発明のレーザ加工機の平面図。
【図３】本発明のレーザ加工機の要部の正面図。
【図４】本発明のレーザ加工機の要部の斜視図。
【図５】本発明のレーザ加工機の要部の側面図。
【図６】レーザ加工工具の段取りステーションの正面図。
【図７】レーザ加工工具の段取りステーションの平面図。
【図８】反射鏡の駆動軸制御装置の説明図。
【図９】加工レンズの入射ビーム径と焦点位置の関係を示す説明図。
【図１０】加工物の板厚と加工品質・加工速度の関係を示す説明図。
【図１１】オフセットによる効果を示す説明図。
【符号の説明】
【００２０】
１  レーザ加工機
１０  ベッド
２０  パレット
３０  コラム
４０  サドル
５０  加工ヘッド
６０  レーザ加工工具
６２  加工レンズ
７０  強電盤
７２  レーザ発振装置
８０  制御盤
９０  カバー
１００  レーザ加工工具の段取りステーション
２００  レーザ加工機の工具ステーション
３００  レーザ加工機のノズルステーション
５５０  レーザ発振器
５７０  反射鏡
【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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【図１０】
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【図１１】
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