(57)【要約】【課題】レーザ加工機のレーザ伝送用光路に設置されるミラーの光軸の調整の作業能率を向上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から出力されるレーザビームＬＢは光路に設置される複数のミラーＭ１，Ｍ２等を介してトーチまで伝送される。ミラーＭ２からのレーザビームＬＢを受光するミラーを外し、かわりにレーザビーム検出装置１００をとりつける。レーザビームＬＢは十字ターゲット１２２を通過し、その一部は分岐してレーザビーム検出画像素子１８０により撮影される。そのデータは調整対象のミラーＭ２の近傍に配置されたパソコン２００へ送られ、画像データＣ１として表示される。オペレータは、この画像データＣ１をみて、調整ネジ７１，７２を操作してミラーＭ２の傾きを変え、レーザビームＬＢの光軸の調整を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器からのレーザビームを加工トーチに伝送するための複数のミラーを有する光路を備えたレーザ加工機であって、
レーザビームが入射されるミラー位置にとりつけられるレーザビーム検出装置と、レーザビーム検出装置で検出されたレーザビームデータを受信して画像処理し、画面上に表示するパソコンと、パソコン上の表示データに基いて傾きが調整されるレーザビームが出射されるミラーを備えるレーザ加工機における光路軸の調整装置。
【請求項２】
レーザビーム検出装置は、レーザ加工機の機械中心位置に取り付ける為のアダプターと、アダプターを通過したレーザビームを分割分岐するビームスプリッターと、ビームスプリッターで分割された高出力ビームを吸収するビームアブソーバと、ビームスプリッターで分割された他方の低出力ビームを検出に適したビーム幅とエネルギーに変換する光学系を通過したレーザビームを受光する検出素子を備える請求項１に記載のレーザ加工機における光路軸の調整装置。
【請求項３】
十字ターゲットが機械中心位置に設けられ、レーザビームが機械中心位置を通過したとき、レーザビーム検出装置においてレーザビームの干渉パターンを検出することでレーザビームがレーザ加工機の機械中心位置を通過したことを確認できる請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工機における光路軸の調整装置。
【請求項４】
十字ターゲットが機械中心位置に設けることなく、レーザビーム検出装置のビーム位置の表示画面上に予め設定された機械中心位置が判断できるマークが設けられ、レーザビームがレーザ加工機の機械中心位置を通過したことを表示画面上で確認できる請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工機における光路軸の調整装置。
【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光路系の調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機内では、レーザ発振器から加工トーチまでレーザビームを伝送させるが、その伝送方向を変換させるために折返しミラーと呼ばれるミラーが使われる。このレーザビームの伝送路（光路）において、レーザビームはレーザ加工機の移動軸に対して平行で、かつ折返しミラーの中心を通過するように、調整する必要がある。この調整作業はビームアライメント作業と称される。
【０００３】
このビームアライメント作業では、レーザビームが可視光でないため、レーザビームの位置を知るために、レーザビームでミラーホルダー中心に置かれた十字型ターゲットを通過させたときの影をターゲット後においたカートボードやプラスティック板に焼け跡を付けてその中心を確認します。この確認作業はバーニング作業と呼ばれる。
【０００４】
ビームアライメント作業では、レーザ加工機の軸を移動させながら、その都度このバーニング作業をおこないレーザビーム中心を確認しながら、レーザビームと機械軸が平行になり、かつレーザビームがミラー中にくるように調整をしていく。軸を移動させ都度、バーニングし、ミラーを調整する都度、バーニングをする現状の調整方法なため、現状のビームアライメント作業では非常に多くの調整工数が必要となる。
【０００５】
図６は、レーザ加工機の基本的な構成を示す説明図である。
レーザ加工機１は、ワークテーブル１０を有し、ワークＷ１が搭載される。ワークテーブル１０の両側には、ガイド１２が設けられ、キャリッジ２０がＸ軸方向に移動自在に装置される。キャリッジ２０には、Ｙ軸方向に移動する加工ヘッド３０が装備され、加工ヘッド３０はトーチ４０がＺ軸方向に昇降自在に支持する。
レーザ発振器５０は、地上に固定され、発振されたレーザビームＬＢは各ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５で光軸を変更してトーチ４０に供給される。
【０００６】
図７は、ミラー配置の展開図である。
各ミラーは、ミラーを支持するホルダ６０と、ミラーの取付角度を調整する１つのピボット７０と２本の調整ネジ７１，７２を備える。この調整ネジ７１，７２を回動させてミラーの傾きを調整することにより、レーザビームＬＢの光軸を調整することができる。
【０００７】
図８，図９はバーニング法と称される調整方法を示す。
例えば、ミラーＭ２からミラーＭ３に向かうレーザビームＬＢの光軸を調整する方法を示す。
まず、ミラーＭ３をホルダ６０から取り外し、十字ターゲット８０と呼ばれる丸穴の中に十字形の支柱を有する部材を取りつける。そして十字ターゲット８０の後方にターゲット板９０を配置する。ターゲット板９０は、プラスチィック板やカートボード等のレーザビームを照射したときに焼け跡がつく部材が使用される。
この状態でレーザ発振器から低いエネルギーのレーザビームＬＢを照射すると、十字ターゲット８０を通過したレーザビームＬＢは、ターゲット板９０上に焼け跡（バーニング）Ｂ１を形成する。
【０００８】
図１０の（ａ），（ｂ），（ｃ）は各称のバーニングＢ１の形状を示す。
図１０の（ｂ）は、ミラーＭ２からミラーＭ３に向かうレーザビームＬＢの光軸が正しい位置にあり、（ａ），（ｃ）は光軸がずれていることを示す。
【０００９】
図１１は、上述したターゲット板のバーニングを用いたレーザビームＬＢの光路軸の調整方法を示す。
オペレータは、十字ターゲット８０とターゲット板９０をセットして、レーザ発振器から低エネルギーのレーザビームＬＢを発振させ、ターゲット板９０上のバーニングＢ１を視認し、調整ネジ７１，７２を操作し、再度バーニングＢ１を焼き付ける。この焼け跡が十字ターゲット８０の中心に一致するまで上述した作業をくり返す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
レーザ加工機１にあっては、キャリッジ２０と、加工ヘッドはＸ軸，Ｙ軸に沿って移動し、加工物Ｋ１，加工物Ｋ２をレーザ加工する。したがって、ミラーＭ２とミラーＭ３の間の光路長やミラーＭ３とミラーＭ４の間の光路長は常に変化する。
Ｘ軸上の全ての位置でミラーＭ３に入力するレーザビームの光路軸の中心位置がミラーの中心に一致するように調整する作業は、上述した手法を用いると多大な工数を必要とする。
本発明の目的は、上述したミラーの調整を簡素化する装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、レーザ発振器からのレーザビームを加工トーチに伝送するための複数のミラーを有する光路を備えたレーザ加工機であって、レーザビームが入射されるミラー位置にとりつけられるレーザビーム検出装置と、レーザビーム検出装置で検出されたレーザビームデータを受信して画像処理し、画面上に表示するパソコンと、パソコン上の表示データに基いて傾きが調整されるレーザビームが出射されるミラーを備えるものである。
そして、レーザビーム検出装置は、レーザ加工機の機械中心位置に取り付ける為のアダプターと、アダプターを通過したレーザビームを分割分岐するビームスプリッターと、ビームスプリッターで分割された高出力ビームを吸収するビームアブソーバと、ビームスプリッターで分割された他方の低出力ビームを検出に適したビーム幅とエネルギーに変換する光学系を通過したレーザビームを受光する検出素子を備える。
また、十字ターゲットが機械中心位置に設けられ、レーザビームが機械中心位置を通過したとき、レーザビーム検出装置においてレーザビームの干渉パターンを検出することでレーザビームがレーザ加工機の機械中心位置を通過したことを確認できる。
さらに、十字ターゲットが機械中心位置に設けることなく、レーザビーム検出装置のビーム位置の表示画面上に予め設定された機械中心位置が判断できるマークが設けられ、レーザビームがレーザ加工機の機械中心位置を通過したことを表示画面上で確認できる構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は以上の構成を備えることによって、調整対象のミラー位置で受光位置のレンズのかわりに取りつけたレーザビーム検出装置で撮影したビーム形状を視認しながらレンズ傾きの調整を行うことができる。
そこで、多数のミラーを備えたレーザビームの光路の光軸を短時間で調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明のレーザビーム光路軸の調整装置の概要を示す説明図、図２はレーザビーム検出装置の説明図である。
本発明のレーザビームの光軸調整装置は、光学系のミラー部に装着されるレーザビーム検出装置１００と、レーザビーム検出装置とデータ伝送ケーブルＤＬで結ばれるパソコン２００を備える。
【００１４】
図２にも示すように、レーザビーム検出装置１００は、筐体１１０を有し、レーザビームＬＢの入力側に設けられるターゲットホルダー１２０を備える。
ターゲットホルダー１２０は、先に説明した十字ターゲット８０と同様の十字ターゲット１２２を支持する。
十字ターゲット１２２を通過したレーザビームは、ビームスプリッター１５０に入射される。ビームスプリッター１５０は、強力なエネルギーを有するレーザビームＬＢを分割・分岐する機能を有する。
【００１５】
ビームスプリッター１５０を通過したレーザビームＬＢ１は、後方に設けたビームアブソーバ１３０で吸収される。
ビームスプリッター１５０で分岐されたレーザビームＬＢ２は、ビームコンデンサー光学系１６０を通過し、ビーム幅Ｄ１を検出に適したビーム幅Ｄ２に縮小される。
検出用のビームはビーム減衰光学系１７０で減衰され、レーザビーム検出画像素子１８０に入力し、画像として撮影される。
撮影された十字画像データは、データ伝送ケーブルＤＬを介して調整すべきミラーＭ２の近傍に配置したパソコン２００へ送られる。
【００１６】
パソコン２００は、画像解析ソフトウェアを搭載しており、画面２１０上に十字ターゲット画像Ｃ１を表示する。オペレータが工具Ｔ１を用いて調整ネジ７１，７２をまわすと、ミラーＭ２の傾き角度が変化し、レーザビームＬＢの光軸の角度αが変化する。この光軸の角度変化により、十字ターゲット１２２を通過して撮影される十字ターゲット画像Ｃ１も変化する。そこでオペレータは、パソコン画面上の十字ターゲット画像Ｃ１を見ながら、調整ネジ７１，７２を操作して、十字の中心が撮影されたレーザビームの中心に一致するようにミラーＭ２の傾きを調整する。
【００１７】
オペレータは、調整対象となるミラーの下流側のミラー位置にレーザビーム検出装置１００をとりつけた後は、調整対象となるミラーの場所で調整作業を行うことができる。
したがって、従来のようにバーニングを繰り返す毎に、調整対象のミラーと、その下流側のミラー位置との間で往復する必要はなくなり、調整に要する工数を大幅に削減することができる。
なお、レーザビーム検出装置１００とパソコン２００の間は、ケーブルにかえて無線でデータの送信を行うこともできる。
さらに、パソコン２００上で画像を解析することにより、光軸のずれ量を数値化することにより、調整量を数値でオペレータに示すことも可能となる。
【００１８】
なお、説明上、パソコン２００の画面２１０上に表示される撮影画像Ｃ１を従来のバーニング（焼け跡）Ｂ１と同様の図で表示したが、本発明にあっては、十字ターゲット１２２を通過したレーザビームは、ビームスプリッター１５０やビームコンデンサー光路系１６０、ビーム減衰光路系１７０等を通過した後にレーザビーム検出画像素子１８０で撮影される。
十字ターゲット１２２からレーザビーム検出画像素子１８０までの距離は、従来の十字ターゲット８０からターゲット板９０までの距離に比べて長くなる。この距離を進む間に、十字ターゲットにより分割されたビームは相互に干渉し合い、レーザビーム検出画像素子１８０上では干渉光として検出される。
【００１９】
図３の（ａ），（ｂ）は、画面２１０上に表示される干渉光をパターン化して示すものである。干渉パターン画像は、輝度スポットＢＳの集合体として表示される。
輝度スポットＢＳが均一に分布されている（ａ）は、レーザビームＬＢが十字ターゲット１２２の中心に一致している場合を示す。
図の（ｂ）は輝度スポットＢＳが強弱となって表示され、レーザビームＬＢが十字ターゲット１２２の中心からずれている場合を示す。
【００２０】
図４は、本発明の他の実施例に係る光路軸の調整装置を示す説明図である。
この光路軸の調整装置にあっては、レーザビームの光路中に挿入される十字ターゲットを使用しない。
すなわち、ターゲットホルダー１２０には、十字ターゲットは装備されず、レーザビームＬＢの中心線ＬＢＣは、十字ターゲットに干渉されずに直接にビームスプリッター１５０に入光される。
【００２１】
ビームスプリッター１５０で分割・分岐されたレーザビームＬＢ２は、ビームコンデンサー光学系１６０を通過し、ビーム減衰光学系１７０で減衰されてレーザビーム検出画像素子１８０に入力し、画像として撮影される。
この撮影映像はパソコン２００へ送られ、画面２１０上に表示される。
撮影、表示される輝度スポットＢＳは、レーザビームＬＢが十字の柱をもつ十字ターゲットを通過していないために干渉パターンとはならず、エネルギー密度ＥＰは正規分布となり、同心円状態の輝度パターンとして表示される。
【００２２】
パソコンの画面２１０上には、予め機械中心に相当する位置に十字を結ぶようにカーソル線ＣＬが表示してある。そこで、このカーソル線ＣＬの交点に輝度スポットＢＳの中心が合致するように、画面を見ながらミラーＭ２の傾きを調整する。
【００２３】
図５は、レーザ加工機の光路系の例を示す説明図である。
このレーザ加工機はＸ軸上を走行するキャリッジ２０と、キャリッジ２０上でＹ軸上を移動する加工ヘッド３０と、加工ヘッド３０に対してＺ軸方向に昇降するトーチ４０を有する。そして、Ｘ軸に平行なＵ軸上を走行する光路長補正キャリッジ２５を備える。この光路長補正キャリッジ２５は、キャリッジ２０の走行と同一方向にキャリッジ２０の走行速度の半分の速度で移動する。
この光路長補正キャリッジ２５を備えることにより、レーザ発振器５０からトーチ４０までの光路長は常に一定に保たれる。
【００２４】
このレーザ加工機の光路系にあっては、レーザ発振器５０からのレーザビームＬＢは、ミラーＭ１からミラーＭ１１の１１個のミラーを介してトーチ４０まで送られる。
そこで、例えば、ミラーＭ４からミラーＭ５までの光軸を調整するときには、ミラーＭ５の位置に本発明のレーザビーム検出装置１００をとりつけ、ミラーＭ４の近傍に配置したパソコン２００の画像を見ながら、ミラーＭ４の調整ネジを操作して光軸を調整する。以下、順次同様の工程により、トーチ４０までの光軸の調整を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のレーザビーム光路軸の調整装置の概要を示す説明図。
【図２】レーザビーム検出装置の説明図。
【図３】干渉光のパターンを示す説明図。
【図４】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図５】レーザ加工機の光路系を示す説明図。
【図６】レーザ加工機の基本的な構成を示す説明図。
【図７】ミラー配置の展開図。
【図８】バーニング法の説明図。
【図９】バーニング法の説明図。
【図１０】バーニングの形状を示す説明図。
【図１１】バーニングを用いた光路軸の調整方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００２６】
１  レーザ加工機
１０  ワークテーブル
２０  キャリッジ
３０  加工ヘッド
４０  トーチ
５０  レーザ発振器
７０  ピボット
７１，７２  調整ネジ
１００  レーザビーム検出装置
１２２  十字ターゲット
１３０  ビームアブソーバ
１５０  ビームスプリッター
１６０  ビームコンデンサー光学系
１７０  ビーム減衰光学系
１８０  レーザビーム検出画像素子
２００  パソコン
２１０  画面
【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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