(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ軸を軸心とするＡ軸回りの回転と、前記Ｚ軸に直交するＢ軸回りの回動とを可能に設けた３次元レーザ加工機のレーザ加工ヘッドにおいて、前記Ｂ軸を軸に回動可能なノズルを設け、該ノズル上部にレーザ発振器からのレーザ光を集光する集光レンズを設けると共に該ノズル下部にギャップセンサを備えたノズルコーンを設け、該ノズルコーンと前記集光レンズとの間に中間筒体を設け、該中間筒体にワークを撮像するＣＣＤカメラとワークを照明するリング状照明装置とを装着したカメラホルダを着脱可能に設け、集光レンズを介さずにワークを撮像可能にしたことを特徴とする３次元炭酸ガスレーザ加工機のレーザ加工ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３次元炭酸ガスレーザ加工機のレーザ加工ヘッドに関する。さらに詳細には、加工プログラムのティーチングに適した３次元炭酸ガスレーザ加工機のレーザ加工ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、５軸制御の３次元炭酸ガスレーザ加工機を使用して立体的形状を有する被加工材を多数個加工する場合、加工プログラムはティーチング（教示）によって作成する。
【０００３】
ティーチングによる加工プログラムの作成の一般的な方法は、オペレータがレーザ加工機を実際に操作して機械に対して加工に必要なデータをティーチングする方法である。例えば、立体的形状を有するワークのティーチングは、次のような手順で行われる。
【０００４】
ティーチングを開始する前に、オペレータはまずレーザ加工機の加工ヘッドのノズルを先端が針状のティーチングノズルに交換し、次いで、ティーチング用のコントロールボックスを操作してこのティーチングノズルをティーチングポイントに位置決めし、そのティーチングポイントにおける３次元の座標（Ｘ、Ｙ，Ｚ）、および加工ヘッドの姿勢を示すＡ軸およびＢ軸の座標（θＡ，θＢ）その他を機械にティーチングする。
【０００５】
１点を教示したら、次のティーチングポイントに加工ヘッドを移動させて同様にティーチングする。全てのティーチングポイントについて、このようなティーチング作業を繰り返して加工プログラムが完成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のティーチング作業においては、オペレータがコントロールボックスを操作して、目視によってティーチングノズルの先端をティーチングポイントに移動位置決めさせるためティーチングの精度があまりよくない。またオペレータによりティーチング精度のバラツキもある。
【０００７】
切断加工プログラムのティーチングの場合には、加工ヘッドに設けた近接センサなどの倣いセンサによって、ノズルギャップ（ノズルとワークとの間隙）は自動的に一定に保持されるのでティーチング時には特にノズルギャップを考慮する必要がない。
【０００８】
しかし、溶接加工プログラムのティーチングの場合、突き合わせ部またはコーナー等ではワークとのギャップ信号が正確に得られないため、上述の倣いセンサが使用できないので、ノズルギャップもシビアにティーチングしなければならない。特に薄板どうしの溶接では0.5ｍｍ程度の誤差でも溶接不良となる。
【０００９】
また、目視によるティーチングは加工ヘッドの近くにオペレータが接近してティーチングを行うので危険な作業である。
【００１０】
本発明は上述の如き問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、安全にティーチング操作ができ、かつティーチング精度が高い３次元レーザ加工機、特に３次元炭酸ガスレーザ加工機のレーザ加工ヘッドを提供することでる。
【００１１】
さらに、炭酸レーザ加工機においては、従来のＣＣＤカメラを用いた撮像装置を用いて、一般的であるＺｎＳｅ製の集光レンズを通して撮像するには問題が多かった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する手段として請求項１に記載の３次元レーザ加工機のレーザ加工ヘッドは、Ｚ軸を軸心とするＡ軸回りの回転と、前記Ｚ軸に直交するＢ軸回りの回動とを可能に設けた３次元レーザ加工機のレーザ加工ヘッドにおいて、前記Ｂ軸を軸に回動可能なノズルを設け、該ノズル上部にレーザ発振器からのレーザ光を集光する集光レンズを設けると共に該ノズル下部にギャップセンサを備えたノズルコーンを設け、該ノズルコーンと前記集光レンズとの間に中間筒体を設け、該中間筒体にワークを撮像するＣＣＤカメラとワークを照明するリング状照明装置とを装着したカメラホルダを着脱可能に設け、集光レンズを介さずにワークを撮像可能にしたことを要旨とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面によって説明する。
【００１４】
図１〜図３は本発明に係る３次元炭酸ガスレーザ加工機の全体的構成の一形態を示したものである。
【００１５】
図１〜図３を参照するに、３次元炭酸ガスレーザ加工機１は床面から立設した４本の支柱３を有し、この支柱３上部にＸ軸方向へ延伸する２本のＸ軸ガイド５（ａ，ｂ）が取り付けてある。
【００１６】
この２本のＸ軸ガイド５（ａ，ｂ）の両端部は、Ｙ軸方向に延伸する梁部材７（ａ，ｂ）で連結して四角形の枠組を形成している。そして、前記Ｘ軸ガイド５（ａ，ｂ）の上には、Ｘ軸キャリッジ９（ａ，ｂ）が図示しない駆動手段によりＸ軸方向へ移動位置決め可能に設けてある。
【００１７】
上述のＸ軸キャリッジ９ａと９ｂとの間にはＹ軸ガイド１１が懸架してあって、このＹ軸ガイド１１上にＹ軸キャリッジ１３が図示しない駆動手段によって、Ｙ軸方向に移動位置決め可能に設けてある。また、このＹ軸キャリッジ１３には図示しない駆動手段によりＺ軸方向へ移動位置決め可能なＺ軸キャリッジ１５が設けてある。
【００１８】
図１、図４に示す如く、前記Ｚ軸キャリッジ１５の下部にはレーザ加工ヘッド１７が設けてあり、このレーザ加工ヘッド１７には静電容量式または渦電流式などの非接触センサからなる環状のギャップセンサ１８を備えたノズル１９が設けてある。
【００１９】
前記レーザ加工ヘッド１７の下方の床面には、レーザ加工ヘッド１７の移動範囲をカバーできる大きさのワークテーブル２１が載置してある。また、前記レーザ加工ヘッド１７の下方のノズル１９には、例えば、ＺｎＳｅ製の集光レンズ２３が内蔵されており、レーザ発振器２５からのレーザビームＬＢが複数のベンドミラーＢＭを介してこの集光レンズ２３に導かれるようになっている。
【００２０】
なお、前記レーザ発振器２５に隣接してレーザ加工機を制御するＮＣ装置２７とレーザ発振器２５の電源装置２９が設置してある。
【００２１】
前記レーザ加工ヘッド１７のノズル１９は、公知の回転機構によりＺ軸を軸心とするＡ軸回りの回転と、Ｚ軸に直交する水平方向の軸であるＢ軸を軸心とするＢ軸回りの回動とが可能に設けてある。
【００２２】
上記構成の３次元炭酸ガスレーザ加工機１において、前記Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸とＡ軸およびＢ軸とを前記ＮＣ装置２７によって適宜に制御することにより、レーザ加工ヘッド１７を前記ワークテーブル２１上に載置された立体的ワークＷの任意の加工表面に対し、設定されたノズルギャップをもってかつ所望の姿勢に位置決めすることが可能である。
【００２３】
図５〜図７に示すように、前記ノズル１９はレンズ支持体３１、中間筒体３３およびノズルコーン３５などで構成してある。前記集光レンズ２３は、ノズル１９上部のレンズ支持体３１に適宜に固定してある。
【００２４】
このレンズ支持体３１の下には円筒状の中間筒体３３がボルトなどの締結手段により取付けてあり、さらに、この中間筒体３３の下部に先端に前記ギャップセンサ１８を設けた漏斗状のノズルコーン３５が上下位置を微調節動可能に螺合してある。
【００２５】
なお、上述の構成のノズル１９において、前記集光レンズ２３により集光されたレーザ光ＬＢは前記漏斗状のノズルコーン３５の下端部に設けた環状ギャップセンサ１８の中心を通過して、ワーク表面に集光されるように設けてある。
【００２６】
前記集光レンズ２３の下方の中間筒体３３の内部には、ＣＣＤカメラ３７とリング状照明装置３９とを上下に重ねて装着したカメラホルダ４１が着脱可能に設けてある。
【００２７】
上述のカメラホルダ４１は、中間筒体３３の側面に設けた挿入口（図示省略）から水平方向に挿入または取出し可能に設けてある。挿入されたカメラホルダ４１は、中間筒体３３外部に設けた固定ねじ３４により中間筒体３３に固定してある。
上述のリング状照明装置３９は、ＬＥＤからなる光源４３をリング状に配列したものであり、このリング状光源４３の中心を前記集光レンズ２３の光軸２４に一致するように設けてある。
【００２８】
また、前記ＣＣＤカメラ３７にはワークＷの表面からの光を直角に折り曲げてＣＣＤカメラ３７に取り込むため、ペンタプリズム等からなるプリズムアダプタ４５が光軸２４上に配置してある。
【００２９】
カメラホルダ４１を取り外す場合には、固定ねじ３４をゆるめれば容易にカメラホルダ４１を中間筒体３３から抜き取ることができる。
【００３０】
なお、カメラホルダ４１を抜き取った後は、図８に示すように、前記中間筒体３３と同径のリング状スペーサ４７を挿入口から挿入すると共に、中間筒体３３の外径部に嵌合するスリーブ４９を挿入して前記固定ねじ３４でスペーサ４７とスリーブ４９とを中間筒体３３に固定してある。
【００３１】
上記構成のレーザ加工ヘッド１７を備えた３次元炭酸ガスレーザ加工機においてレーザ加工を行う場合には、前記図８に示したレーザ加工ヘッド１７を用いてレーザ加工を行う。
【００３２】
加工プログラムのティーチングを行う場合には、中間筒体３３からスペーサ４７とスリーブ４９とを取り外して、図５に示すようにＣＣＤカメラ３７とリング状照明装置３９とを装着したカメラホルダ４１を取り付けて行う（図５）。
【００３３】
ＣＣＤカメラ３７によって撮像されティーチングポイントの画像は、例えば、溶接加工の接合部を撮像した画像は、図９に示す如くＣＣＤカメラモニタ５１に十字線５３と共に表示される。
【００３４】
ＣＣＤカメラモニタ５１に表示されるティーチングポイントＴＰは、レーザ光の光軸２４と一致し、またＣＣＤカメラ３７の焦点はレーザ光ＬＢの焦点と一致する様に設定してあるので、オペレータはティーチングポイントＴＰにカメラモニタ５１の十字線５３を一致する様にレーザ加工ヘッド１７を操作すればよい。
【００３５】
上述のように、ティーチング作業は、ＣＣＤカメラモニタ５１に表示されるティーチングポイントＴＰにカメラモニタ５１の十字線５３を一致させればよいので、人によるバラツキがなく、かつ高い精度のティーチングを行うことができる。
【００３６】
また、オペレータはカメラモニタ５１を見ながらの遠隔操作によりティーチングを行うことができるので、加工ヘッドに接近する必要がなく安全にティーチングを行うことができる。
【００３７】
また、ＣＣＤカメラ３７をＺｎＳｅ集光レンズ２３を介さずにティーチングポイントを直接撮像可能な位置に設けたので明瞭な画像を得ることができる。すなわち、炭酸ガスレーザに適したＺｎＳｅ集光レンズ２３の可視光に対する透明領域が500ｎｍ〜2200ｎｍと可視光線の緑〜から赤および遠赤外線領域に偏っているため、ＺｎＳｅ集光レンズを介して撮像した画像は不明瞭となる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、人によるバラツキがなく、かつ高い精度のティーチングを行うことができる。また、カメラモニタを見ながらの遠隔操作によりティーチングを行うことができるので、加工ヘッドに接近する必要がなく安全にティーチングを行うことができる。
【００３９】
かつ、ＣＣＤカメラをＺｎＳｅ集光レンズを介さずにティーチングポイントを直接撮像可能な位置に設けたので明瞭な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る３次元炭酸ガスレーザ加工機の全体的構成の一形態を示した図（正面図）。
【図２】本発明に係る３次元炭酸ガスレーザ加工機の全体的構成の一形態を示した図（右側面図）。
【図３】本発明に係る３次元炭酸ガスレーザ加工機の全体的構成の一形態を示した図（平面図）。
【図４】図１のレーザ加工ヘッド１７部分の拡大説明図。
【図５】図４におけるＶ矢視図。
【図６】図５におけるVI-VI断面図。
【図７】図６におけるVII-VII断面図。
【図８】ティーチング時に使用するレーザ加工ヘッド（図５）から、カメラホルダ４１を抜き去り、レーザ加工時に使用するときのレーザ加工ヘッドの状態にした図。
【図９】ＣＣＤカメラによって撮像されティーチングポイントのモニタ画像。
【符号の説明】
１  ３次元炭酸ガスレーザ加工機
３  支柱
５（ａ，ｂ）  Ｘ軸ガイド
７（ａ，ｂ）  梁部材
９（ａ，ｂ）  Ｘ軸キャリッジ
１１  Ｙ軸ガイド
１３  Ｙ軸キャリッジ
１５  Ｚ軸キャリッジ
１７  レーザ加工ヘッド
１８  ギャップセンサ
１９  ノズル
２１  ワークテーブル
２３  集光レンズ
２４  光軸
２５  レーザ発振器
２７  ＮＣ装置
２９  電源装置
３１  レンズ支持体
３３  中間筒体
３５  ノズルコーン
３７  ＣＣＤカメラ
３９  リング状照明装置
４１  カメラホルダ
４３  リング状光源
４５  プリズムアダプタ
４７  リング状スペーサ
４９  スリーブ
５１  ＣＣＤカメラモニタ
５３  十字線
ＬＢ  レーザビーム
ＴＰ  ティーチングポイント
Ｗ  ワーク
【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】
0004505154.tif 000009
【図９】
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