(57)【要約】【課題】  加工位置精度および形状精度に優れるレーザ加工機を提供すること。【解決手段】  レーザ発振器１から出力されるレーザ光の基本光軸Ｏ上に光軸位置決め装置６を配置し、この光軸位置決め装置６によりレーザ発振器１から出力されるレーザ光を被加工物９上の平面方向に位置決めするようにしたレーザ加工機５０であって、レーザ発振器１と光軸位置決め装置６との間に配置され、レーザ光の光軸を偏向自在なミラー１０，２０と、光軸位置決め装置６とミラー１０，２０との間に配置され、レーザ光の光軸の位置を検出するための光軸位置検出手段（第１及び第２のビームスプリッタ１４，１５、光検出装置１６，１７）とを備える。光軸位置検出手段の検出結果に基づき、ミラー１０，２０によって光軸位置決め装置６に入射するレーザ光の光軸を基本光軸Ｏに一致させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から出力されるレーザ光の予め定める光軸上に光軸位置決め装置を配置し、この光軸位置決め装置により前記レーザ発振器から出力されるレーザ光を被加工物上に位置決めするようにしたレーザ加工機において、
前記レーザ発振器と前記光軸位置決め装置との間に配置され、前記レーザ光の光軸を偏向自在な光軸偏向手段と、
前記光軸位置決め装置と前記光軸偏向手段との間に配置され、前記レーザ光の光軸の位置を検出するための光軸位置検出手段と、を備え、
前記光軸位置検出手段の検出結果に基づき、前記光軸偏向手段によって前記光軸位置決め装置に入射する前記レーザ光の光軸を前記予め定める光軸に一致させる、
ことを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記光軸位置決め装置が、回転軸が直交する第１のミラーと第２のミラーとからなり、レーザ光を前記被加工物上の平面方向に位置決めするものであって、
前記光軸偏向手段は、回転軸の軸線が前記予め定める光軸に対して垂直な軸線と平行、かつ、前記予め定める光軸に対して接離する方向に移動自在のミラーから構成される、
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】
前記光軸位置検出手段は、異なる２点の前記レーザ光の光軸を検出可能に配置される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２個のミラーから構成される光軸位置決め装置により、レーザ発振器から出力されたレーザ光を被加工物上のＸＹ方向に位置決めするようにしたレーザ加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来のレーザ加工機の一例を示す概略構成図であり、図５は従来の光学系を模式的に示す説明図である。
【０００３】
従来のレーザ加工機６０は、レーザ発信器１、全反射ミラー３、外部光学系４、全反射ミラー５、光軸位置決め装置６、集光レンズ（ｆθレンズ）８、及びテーブル１０を有して構成されており、レーザ発振器１から出力されたレーザ光２は、全反射ミラー３を介してレンズ等で構成された外部光学系４に導かれ、全反射ミラー５、光軸位置決め装置６および集光レンズ（ｆθレンズ）８を介してテーブル１０上に固定された被加工物９に入射される。
【０００４】
また、上記光軸位置決め装置６は、回転の軸がねじれの位置に配置されたガルバノミラー６ａ、６ｂと、ガルバノミラー６ａ、６ｂをを回転させるスキャナモータ６ｃ、６ｄとから構成されており、上記テーブル１０は、ＸＹ方向（紙面の左右及び紙面の垂直方向）に移動自在に構成されている。そして、ガルバノミラー６ａ、６ｂを回転させることにより、レーザ光２を被加工物９上の所望の位置に位置決めする。なお、光学的には、外部光学系４の後部に結像された像を集光レンズ８を用いて加工点で縮小結像するように構成されている。
【０００５】
ところで、ガルバノミラー６ａの回転角度によりレーザ光２が集光レンズ８の偏向点を通らなくなる場合がある。そのため、レーザ発振器１とガルバノミラー６ａとの間に全反射ミラーを配置し、この全反射ミラーを入射光に対する角度を維持させた状態で移動させることにより、レーザ光２のガルバノミラー６ａに入射する位置を調節し、レーザ光２が集光レンズ８の偏向点を通るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２２８６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記レーザ発振器１内部の発振源で形成されたレーザ光２は、レーザ発振器１内部のレンズやミラーからなる光学系により外形を整形および拡がり角を調整され、例えば図６に示すように、その光軸はレーザ発振器１の開口部（射出部）１ａの中心Ｑに一致し、かつ紙面に平行な開口部１ａに対して垂直になるように構成されている。しかし、レーザ発振器１の内部に配置されたレンズやミラーは、レーザ光が通過することにより温度上昇し、熱変形が発生する場合があるため、加工に伴って光軸の開口部１ａにおける位置が例えば中心Ｑからずれた点Ｑ１に移動したり、開口部１ａに対する角度が垂直ではなくなったりする場合がある。また、レーザ発振器１の発振周波数や出力を変えた場合も、光軸の開口部１ａにおける位置が中心Ｑからずれたり、垂直ではなくなったりする。そして、この光軸の中心Ｑからのずれ量、ずれ方向および開口部１ａにおける出射角度は、使用条件によって変化し、一様ではない。なお、図６はレーザ発振器１の開口部１ａを模式的に示す平面図である。
【０００８】
上記全反射ミラーにより集光レンズ８の偏向点を通るようにしたものは（例えば特許文献１参照）、全反射ミラーに入射するレーザ光の光軸が変化しない場合、形状精度に優れる加工をおこなうことができる。しかし、レーザ光の光軸がずれたり、垂直でなくなったりした場合には、レーザ光２の位置決め精度が低下し、加工位置精度が低下すると共に、外部光学系４の後ろ側に結像される像に歪みや欠陥が生じ、加工部の形状精度が低下してしまう。
【０００９】
そこで本発明は、レーザ光の光軸を予め定められた光軸上に一致させることを可能にし、もって上記課題を解決したレーザ加工機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る本発明は、レーザ発振器（１）から出力されるレーザ光の予め定める光軸（Ｏ）上に光軸位置決め装置（６）を配置し、この光軸位置決め装置（６）により前記レーザ発振器（１）から出力されるレーザ光を被加工物（９）上に位置決めするようにしたレーザ加工機（５０）において、
前記レーザ発振器（１）と前記光軸位置決め装置（６）との間に配置され、前記レーザ光の光軸を偏向自在な光軸偏向手段（１０，２０）と、
前記光軸位置決め装置（６）と前記光軸偏向手段（１０，２０）との間に配置され、前記レーザ光の光軸の位置を検出するための光軸位置検出手段（１４，１５，１６，１７）と、を備え、
前記光軸位置検出手段（１４，１５，１６，１７）の検出結果に基づき、前記光軸偏向手段（１０，２０）によって前記光軸位置決め装置（６）に入射する前記レーザ光の光軸を前記予め定める光軸（Ｏ）に一致させる、
ことを特徴とするレーザ加工機（５０）にある。
【００１１】
請求項２に係る本発明は、光軸位置決め装置（６）が、回転軸が直交する第１のミラー（例えば６ａ）と第２のミラー（例えば６ｂ）とからなり、レーザ光を前記被加工物（９）上の平面方向（ＸＹ方向）に位置決めするものであって、
前記光軸偏向手段は、回転軸（１１，２１）の軸線が前記予め定める光軸に対して垂直な軸線と平行、かつ、前記予め定める光軸に対して接離する方向（即ち、被加工物の表面上のＸＹ方向に対応する方向）に移動自在のミラー（１０，２０）から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機（５０）にある。
【００１２】
請求項３に係る本発明は、前記光軸位置検出手段（１４，１５，１６，１７）は、異なる２点の前記レーザ光の光軸を検出可能に配置される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工機（５０）にある。
【００１３】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、加工時間の経過あるいは被加工物の材質や穴径などに応じて加工条件を変える等によりレーザ光の光軸にずれや傾きが発生しても、光軸位置決め装置に入射するレーザ光の光軸が不変になるため、加工品質（加工位置および加工部の形状精度）を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態を図１乃至図３に沿って説明する。図１は本発明に係るレーザ加工機における光学系を模式的に示す説明図、図２はミラー１０の動作を示す説明図で、（ａ）はミラー１０をＺ方向に移動した際を示す図、（ｂ）はミラー１０をｕ’方向に回動した際を示す図、図３は光検出装置の動作を示す説明図である。なお、図４と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１６】
ミラー（光軸偏向手段）１０は、レーザ光を入射する方向に垂直な（紙面に垂直方向の）軸１１を有しており、該軸１１の回りの、矢印ｕ−ｕ’方向に回動自在であり、図示を省略する移動装置により基本光軸Ｏと直角のＺ軸方向（矢印Ｚ−Ｚ’方向、被加工物９表面上におけるＹ軸方向であって、紙面の上下方向）（即ち、基本光軸Ｏに対して垂直な軸線と平行、かつ基本光軸Ｏに対して接離する方向）に移動自在である。なお、基本光軸Ｏは、レーザ発振器１の開口部１ａの中心Ｑから垂直に出力されるレーザ光の中心軸である。また、ミラー１０の基本光軸Ｏに対する基準角度は４５°である。
【００１７】
全反射ミラー１３はミラー１０で偏向された基本光軸Ｏを垂直な方向に偏向させる。
【００１８】
ミラー（光軸偏向手段）２０は、レーザ光を入射する方向に垂直な（紙面に平行方向の）軸２１を有しており、該軸２１の回りの、矢印ｖ−ｖ’方向に回動自在であり、図示を省略する移動装置により紙面に垂直な方向（即ち、基本光軸Ｏに対して垂直な軸線と平行、かつ基本光軸Ｏに対して接離する方向）に移動自在である。なお、図中Ａ方向から見たミラー２０と軸２１との関係は、同図におけるミラー１０と軸１１との関係と同じであり、ミラー２０の基本光軸Ｏに対する基準角度は４５°である。
【００１９】
光軸位置検出手段は、第１及び第２のビームスプリッタ１４，１５と光検出装置１６，１７により構成されており、第１及び第２のビームスプリッタ１４、１５は、基本光軸Ｏに対して４５度傾けて配置され、入射するレーザ光２の１％を検出ビーム１４Ｓ，１５Ｓとして反射させ、残りを透過させる。また、ビームスプリッタ１４、１５の反射側には、光検出装置１６、１７が配置されている。光検出装置１６、１７の表面には、多数の微小な受光素子が（レーザ光が基本光軸Ｏにある際の）検出ビーム１４Ｓ，１５Ｓに対して垂直な平面方向に配置されており、検出中心が基本光軸Ｏの延長線上に位置決めされている。
【００２０】
なお、外部光学系４は、軸線が基本光軸Ｏと同軸になるように配置されており、また、光軸位置決め装置６のガルバノミラー６ａは、回転の軸線が基本光軸Ｏに垂直になるように配置されている。
【００２１】
次に、本発明の動作を説明する。
【００２２】
レーザ光２の光軸が基本光軸Ｏに一致しない場合として、光軸が基本光軸Ｏに対して平行にずれる場合と、傾きがある場合と、平行なずれに傾きが加わる場合の３通りである。以下、順番に説明する。
（１）レーザ光２の光軸が基本光軸Ｏに対してＺ軸方向に平行にずれた場合
図２（ａ）に示すように、例えば図中２点鎖線で示す位置にレーザ光２が平行にずれた場合には、レーザ光２はミラー１０の点Ｍ１に入射するが、ミラー１０を同図に点線で示す位置まで矢印Ｚ方向に移動させることにより、レーザ光２の光軸を基本光軸Ｏに一致させることができる。
（２）レーザ光２の光軸が基本光軸Ｏに対して角度α傾いた場合
図２（ｂ）に示すように、例えば図中２点鎖線で示す位置にレーザ光２が角度α傾いた場合には、レーザ光２はミラー１０の点Ｍ２に入射するが、ミラー１０を図中２点鎖線で示す位置のように角度α傾けることにより、レーザ光２’のように光軸を基本光軸Ｏと平行にすることができる。この状態で、上記（１）で説明したように、ミラー１０を図の上方（矢印Ｚ方向）に移動させることにより、レーザ光２の光軸を基本光軸Ｏに一致させることができる。
（３）レーザ光２の光軸が基本光軸Ｏに対して平行にずれ、かつ傾きが加わる場合
この場合は、上記（１）、（２）の複合であるから、ミラー２の角度を変えると共に、ミラー２の位置を移動させることにより、レーザ光２の光軸を基本光軸Ｏに一致させることができる。
【００２３】
また、レーザ発振機１からの基本光軸Ｏに対する被加工物９表面上のＸ軸方向についても、ミラー２０を矢印ｖ−ｖ’方向に回動させること、及び（ミラー１０により反射されているため）紙面に垂直な方向に移動させることにより、上記ミラー１０と同様に、レーザ光２の光軸を基本光軸Ｏに一致させることができる。
【００２４】
なお、ミラー１０、２０を回動させる角度と移動させる距離は、検出ビーム１４Ｓ，１５Ｓの中心の光検出装置１６、１７の中心に対するずれ量から演算で求めることができる。
【００２５】
ここで、光検出装置を２組設ける必要性について説明する。
【００２６】
一般に、光検出装置１６，１７は、入射した光の入射角度を判別することはできない。このため、例えば図３に示す検出ビーム１４Ｓの光軸のように、基本光軸Ｏに対して傾いたレーザ光から分けられた検出ビーム１４Ｓが光検出装置１６の中心に入射することもあり得る。しかし、同図に示すように、検出ビーム１５Ｓの光軸が光検出装置１６の中心からずれる。
【００２７】
すなわち、検出ビーム１４Ｓ、１５Ｓの光軸がそれぞれ光検出装置１６、１７の中心に入射するようにミラー１０，２０の回動角度と位置を定めることができたとき、レーザ光２の光軸を基本光軸Ｏに一致する。
【００２８】
なお、レーザ光２の光軸が基本光軸Ｏに一致している場合、レーザ光２は基本光軸Ｏと同軸に移動するため、検出ビーム１４Ｓ，１５Ｓは光検出装置１６、１７の中心に入射する。したがって、ミラー１０、２０を移動させる必要がない。
【００２９】
また、本実施の形態においては、ビームスプリッタと光検出装置を２組設けたが、１組にして、基本光軸Ｏ方向に移動させる移動装置により、図１におけるビームスプリッタ１４とビームスプリッタ１５との２点の位置でレーザ光の光軸を検出するようにしてもよい。
【００３０】
また、本実施の形態においては、ミラー１０とミラー２０を回転軸の回りに回転自在としたが、レーザ光２の基本光軸Ｏに対する傾きが僅かである場合には、固定にすることができる。そして、このような場合には、ビームスプリッタと光検出装置を１組とし、かつ固定することができる。
【００３１】
また、本実施の形態においては、被加工物９を平面加工するレーザ加工機５０を一例に説明したが、これに限らず、例えば被加工物を立体加工するようなレーザ加工機に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るレーザ加工機における光学系を模式的に示す説明図である。
【図２】ミラー１０の動作を示す説明図で、（ａ）はミラー１０をＺ方向に移動した際を示す図、（ｂ）はミラー１０をｕ’方向に回動した際を示す図である。
【図３】光検出装置の動作を示す説明図である。
【図４】従来のレーザ加工機の一例を示す概略構成図である。
【図５】従来の光学系を模式的に示す説明図である。
【図６】レーザ発振器１の出射部１ａを模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    レーザ発振器
６    光軸位置決め装置
９    被加工物
１０    光軸偏向手段、ミラー
１１    回転軸
１４    光軸位置検出手段（第１のビームスプリッタ）
１５    光軸位置検出手段（第２のビームスプリッタ）
１６    光軸位置検出手段（光検出装置）
１７    光軸位置検出手段（光検出装置）
２０    光軸偏向手段、ミラー
２１    回転軸
５０    レーザ加工機
Ｏ    レーザ光の予め定める光軸（基本光軸）
【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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