特許 6131121 レーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6131121

(24)【登録日】2017年4月21日

(45)【発行日】2017年5月17日

(54)【発明の名称】レーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/042 20140101AFI20170508BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20170508BHJP

   G02B 5/10 20060101ALI20170508BHJP

   G02B 7/198 20060101ALI20170508BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/042

   B23K26/082

   G02B5/10 B

   G02B7/198 100

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-132192(P2013-132192)

(22)【出願日】2013年6月25日

(65)【公開番号】特開2015-6676(P2015-6676A)

(43)【公開日】2015年1月15日

【審査請求日】2016年4月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100100712

【弁理士】

【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】杉山 明彦

(72)【発明者】

【氏名】西山 治巳

(72)【発明者】

【氏名】石徹白 藤也

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２４７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−５８７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２４５１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７４７４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ発振器から発振されたレーザ光と平行な方向へレーザ加工ヘッドを移動自在に備え、当該レーザ加工ヘッドの上部に備えた反射鏡方向へレーザ光を水平に反射する水平反射鏡を前記レーザ加工ヘッドに備えたレーザ加工装置であって、前記水平反射鏡を、水平軸に対して傾斜した第１の調整軸及び垂直に対して傾斜した第２の調整軸の回りに回動可能に備えていることを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を前記水平反射鏡の方向へ反射する反射鏡を備え、当該反射鏡と、前記水平反射鏡と、前記レーザ加工ヘッドの上部に備えた反射鏡とを、同一水平面内に備えていることを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、前記水平反射鏡は、曲率を調節可能な凹面鏡であることを特徴とするレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ発振器から発振されてレーザ加工ヘッド方向へ指向されているレーザ光に沿ってレーザ加工ヘッドが移動自在なレーザ加工装置に関する。さらに詳細には、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、レーザ加工ヘッドの上部に備えた反射鏡の方向へレーザ光を水平に反射する水平反射鏡を備えた構成であって、前記レーザ発振器からレーザ加工ヘッドの上部に備えた反射鏡に至る光路を同一平面内に配置し、反射鏡の数を少なくすることができると共に光路調整を容易に行うことのできるレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば板状のワークのレーザ加工を行うレーザ加工機には、レーザ加工ヘッドをＸ，Ｙ軸方向に移動する構成や、レーザ加工ヘッドをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動位置決めし、ワークをＹ軸方向又はＸ軸方向へ移動する構成のレーザ加工装置がある。上記構成のごときレーザ加工装置においては、レーザ加工ヘッドをレーザ光に沿う方向へ移動するものであるから、レーザ発振器からレーザ加工ヘッドまでの距離が変化し、レーザ光の光路長が変化することになる。

【0003】

レーザ光路長が変化すると、レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズに達するレーザ光の径が変化するので、レーザ光の光路長が変化する構成においては、前記集光レンズに入射されるレーザ光の径を常に一定径に調整するために、曲率を調節可能な凹面鏡を光路に備えたレーザ加工装置がある（例えば特許文献１，２参照）。また、レーザ発振器から集光レンズに至るレーザ光の光軸を調整するために、レーザ光の光路に配置された反射鏡は、Ｘ，Ｙ軸回りに回動調節可能に備えられている（例えば特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８−３１８３８３号公報

【特許文献2】特開平１１−１４９４５号公報

【特許文献3】特開平６−１１２５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記特許文献３の図１に記載されているように、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、複数の反射鏡によって反射して、レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズ（特許文献３においては集光鏡が相当する）へ導くとき、複数の反射鏡によってレーザ光を直角に屈曲する構成の場合、レーザ光の光路の調整を比較的容易に行うことができるものの、反射鏡の数が多くなり、構成が複雑になるという問題がある。

【0006】

ところで、前記特許文献１，２に記載のごとく、曲率が調節可能な凹面鏡をレーザ光の光路内に備えた構成においては、凹面鏡の光学特性上、前記凹面鏡に対するレーザ光の入射角を４５°以下に小さく抑える必要がある。上記凹面鏡の反射光をレーザ加工ヘッドの上部に備えた反射鏡へ反射し、当該反射鏡によってレーザ光を垂直に反射する構成の場合、前記凹面鏡に対するレーザ光の入射角を小さく抑制していることと、レーザ加工ヘッドの上部に備えた前記反射鏡は予め所定の傾斜角でもって固定してあることが一般的であるから、レーザ加工ヘッド内においてレーザ光を垂直に調整することが難しい、という問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ発振器から発振されたレーザ光と平行な方向へレーザ加工ヘッドを移動自在に備え、当該レーザ加工ヘッドの上部に備えた反射鏡方向へレーザ光を水平に反射する水平反射鏡を前記レーザ加工ヘッドに備えたレーザ加工装置であって、前記水平反射鏡を、水平軸に対して傾斜した第１の調整軸及び垂直に対して傾斜した第２の調整軸の回りに回動可能に備えていることを特徴とするものである。

【0008】

また、前記レーザ加工装置において、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を前記水平反射鏡の方向へ反射する反射鏡を備え、当該反射鏡と、前記水平反射鏡と、前記レーザ加工ヘッドの上部に備えた反射鏡とを、同一水平面内に備えていることを特徴とするものである。

【0009】

また、前記レーザ加工装置において、前記水平反射鏡は、曲率を調節可能な凹面鏡であることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、レーザ光の光路調整を行う水平反射鏡の第１、第２の調整軸が水平軸、垂直軸に対して予め僅かに傾斜してあるので、レーザ光の光軸の移動方向は、ワークのＸ，Ｙ軸方向にほぼ一致することとなり、前記水平反射鏡の調整方向を容易に知ることができる。すなわち、レーザ加工ヘッド内レーザ光の光軸を垂直に容易に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の主要な部分の構成を概念的、概略的に示した斜視説明図である。

【図2】前記レーザ加工装置に備えられたレーザ加工ヘッドの構成を概念的、概略的に示した斜視説明図である。

【図3】図２における矢印Ａ方向から見たレーザ加工ヘッドにおける水平反射鏡の構成を示すＡ矢視説明図である。

【図4】従来構成のレーザ加工ヘッドにおける問題点を示す作用説明図である。

【図5】図４に示す問題点を解消したレーザ加工ヘッドの作用を示す作用説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成について説明するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の全体的構成は既によく知られている構成である。しかし、理解を容易にするために、レーザ加工装置の全体的構成について概略的に説明する。

【0013】

図１に概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、ベースフレーム３を備えており、このベースフレーム３には、板状のワーク（図示省略）を水平に支持した加工パレット（図示省略）を出入自在なレーザ加工領域５が備えられている。また、前記ベースフレーム３のＹ軸方向の両側にはＸ軸方向に長いガイドレール７が備えられている。そして、前記ガイドレール７にはＹ軸方向に長いキャリッジ９の両側がＸ軸方向へ移動自在に案内支持されている。このキャリッジ９のＹ軸方向の一端側には、レーザ発振器（図示省略）からＸ軸方向に水平に発振されたレーザ光ＬＢをＹ軸方向に水平に反射するための第１の反射鏡１１が反射方向を調節可能に備えられている。

【0014】

前記キャリッジ９にはレーザ加工ヘッド１３がＹ軸方向（反射鏡１１によって反射された後のレーザ光ＬＢに沿う方向）へ移動自在に備えられており、このレーザ加工ヘッド１３内には、レーザ光ＬＢを集光してワークへ照射する集光レンズ１５が備えられている。前記レーザ加工ヘッド１３には、前記反射鏡１１からＹ軸方向へ水平に反射されたレーザ光ＬＢを、前記レーザ加工ヘッド１３の上部に備えた反射鏡１７方向へ水平に反射する水平反射鏡１９が角度調整可能に備えられている。前記水平反射鏡１９は、レーザ発振器からレーザ加工ヘッド１３までの光路長の変化に対応して曲率を調節可能な凹面鏡によって構成してある。

【0015】

前記構成から理解されるように、レーザ発振器からＸ軸方向に発振されたレーザ光ＬＢは、第１の反射鏡１１によってＹ軸方向へ水平に直角に反射される。そして、Ｙ軸方向に反射されたレーザ光ＬＢは、水平反射鏡１９によって反射鏡１７方向へ水平に反射され、この反射鏡１７によって垂直下方向へ反射される。そして、レーザ加工ヘッド１３内に備えた集光レンズ１５によって集光されワークに対して照射されることになる。

【0016】

ところで、レーザ発振器からＸ軸方向へ水平に発振されたレーザ光ＬＢを、第１の反射鏡１１によってＹ軸方向へ水平に直角に反射するための調節（調整）は、第１の反射鏡１１を垂直軸の回りに回動調節すると共に水平軸の回りに回動調節することによって行われる。したがって、レーザ光ＬＢが水平反射鏡１９の中心に入射するように、すなわちレーザ光ＬＢの軸心と水平反射鏡１９の中心とが一致するように調整することは容易である。

【0017】

前記レーザ加工ヘッド１３の上側に備えた反射鏡１７は、水平反射鏡１９から水平に入射されたレーザ光ＬＢを垂直下方向に反射する構成であるから、当該反射鏡１７は、当該反射鏡１７の中心と前記水平反射鏡１９の中心とを結ぶ仮想の水平直線（図２の直線ＬＢＢが相当する）に対して水平に直交する回動軸まわりに予め４５°傾斜してある。したがって、図２に示すように、前記第１の反射鏡１１によって水平反射鏡１９の方向へ反射されたレーザ光ＬＢＡは、水平反射鏡１９によって反射鏡１７方向へ水平に反射されてレーザ光ＬＢＢとなる。そして、上記レーザ光ＬＢＢは、前記反射鏡１７によって垂直下方向へ反射されてレーザ光ＬＢＣとなる。

【0018】

ところで、前記水平反射鏡１９から反射されるレーザ光ＬＢを、レーザ加工ヘッド１３の上部に備えた前記反射鏡１７へ入射する場合には、水平反射鏡１９と反射鏡１７とを対向して備える必要がある。また、図２に示すように、前記水平反射鏡１９を垂直軸の回りに僅かに回動して、Ｙ軸方向に対して僅かに傾斜する必要がある。そして、前記反射鏡１７は、前記水平反射鏡１９と対向するように、垂直軸（Ｘ、Ｙ軸に直交するＺ軸）の回りに回動してＹ軸方向に対して僅かに傾斜すると共に、垂直下方向へレーザ光ＬＢを反射するように、垂直面に対して４５°傾斜する必要がある。

【0019】

したがって、理解を容易にするために、図４に示すように、前記水平反射鏡１９の位置にＸ軸，Ｙ軸方向を示す直交する線Ｘ１，Ｙ１を備えた仮のクロスターゲットを備えているものと仮定し、かつ前記線Ｘ１，Ｙ１の方向がレーザ加工装置１におけるＸ，Ｙ軸方向と一致するように、前記水平反射鏡１９の位置に備えられているものと仮定する。そして、光軸調整用の例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光を前記クロスターゲットに照射する。この照射されたＨｅ−Ｎｅレーザ光を前記反射鏡１７へ入射し、この反射鏡１７によって垂直下方向へ反射して、例えばワーク等の水平面に前記仮のクロスターゲットを投影するものと仮定すると、上記照射された仮のクロスターゲットは、図４に示すように、前記直線Ｘ１，Ｙ１がレーザ加工装置１におけるＸ，Ｙ軸方向に対して僅かに傾斜した状態に移動されることとなる。

【0020】

なお、前記水平反射鏡１９の位置に対する仮のクロスターゲットの取付け角度を予め調節して、ワーク等の水平面に投影される仮のクロスターゲットの直線Ｘ１，Ｙ１が、レーザ加工装置１におけるＸ，Ｙ軸方向と一致する構成とすることも可能である。しかし、前記反射鏡１７の中心と水平反射鏡１９の中心とが光軸上に一致するように、例えば前記仮のクロスターゲットにおける線Ｘ１，Ｙ１と平行な軸心回りに回動して光路を調整（調節）しようとすると、ワーク等の水平面に投影されることとなる仮のクロスターゲットの中心はＸ，Ｙ軸方向に対して交差する方向に変位（移動）することになる。よって、レーザ加工装置１における光路調整（光軸調整）を行うとき、前記水平反射鏡１９の調節が厄介なものであった。

【0021】

そこで、本実施形態においては、光路調整時に前記水平反射鏡１９の調節を容易に行い得るように構成してある。すなわち光路調整を行うために、前記水平反射鏡１９に備えた凹面鏡のＸ，Ｙ軸に対する傾斜角を調節する構成としては、例えば前記特許文献３に記載されている構成を採用することが可能である。すなわち、光路調節のための構成はよく知られた構成であってもよいものである。

【0022】

したがって、前記水平反射鏡１９において光路調整を行う構成について簡単に説明すると、水平反射鏡１９は次のように構成してある。すなわち、前記水平反射鏡１９は、図３に示すように、レーザ加工ヘッド１３における加工ヘッドハウジング２１にボルト等の取付け具によって一体的に取付けたハウジングブロック２３を備えている。このハウジングブロック２３が前記反射鏡１１，１７と対向する対向面の反対側の取付面（対向面の裏面）には、凹面鏡を内装したミラーユニット２５のユニットベース２７が傾斜角を調節可能（揺動可能）に備えられている。

【0023】

より詳細には、前記ユニットベース２７は、当該ベースユニット２７を前記ハウジングブロック２３に取付ける支持具２９を支点として、図３において紙面に垂直な方向に揺動可能に備えられている。そして、当該支持具２９とミラーユニット２５の中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ１上であって前記支持具２９に近接した位置及び前記直線Ｌ１に直交し、かつ前記中心Ｏを通る直線Ｌ２上であって、中心Ｏからそれぞれ等しい距離の位置には、前記ユニットベース２７を前記ハウジングブロック２３から離反する方向へ押圧付勢するコイルスプリング等のごとき押圧付勢手段３１が備えられている。

【0024】

Ｘ軸，Ｙ軸方向に対する前記ユニットベース２７の傾斜角を調節するために、前記直線Ｌ２上であってユニットベース２７のコーナ付近には、前記ユニットベース２７を貫通して先端部を前記ハウジングブロック２３に螺合した調節ねじ（引きねじ）３３Ａ，３３Ｂがそれぞれ備えられている。そして、前記調節ねじ３３Ａ，３３Ｂに近接した位置には、前記調整ねじ３３Ａ，３３Ｂのゆるみ止めを行う固定ねじ（突張りねじ）３５Ａ，３５Ｂが備えられている。

【0025】

前記支持具２９と前記固定ねじ３５Ａとを結ぶ直線ＹＬは、前記ユニットベース２７をＹ軸方向に回動調節する際のＹ調節軸ＹＬを構成するものであって、垂直軸に対して所定の角度θだけ傾斜してある。前記支持具２９と前記固定ねじ３５Ｂとを結ぶ直線ＸＬは、前記ユニットベース２７をＸ軸方向に回動調節する際のＸ調節軸ＸＬを構成するものであって、前記Ｙ調節軸ＹＬと直交する構成である。すなわち、Ｘ，Ｙ調節軸ＸＬ，ＹＬは、水平、垂直に対して所定の角度θに傾斜してある。

【0026】

より詳細には、前記Ｘ、Ｙ調節軸ＹＬ、ＸＬは、前記水平反射鏡１９に対する水平な前記レーザ光ＬＢＡの入射位置において、当該レーザ光ＬＢＡに対して直交する垂直軸、水平軸ＹＶ、ＸＨに対して僅かに傾斜してあるものである。

【0027】

上記構成により、固定ねじ（ロックねじ）３５Ａ，３５Ｂを緩めた状態において、調節ねじ３３Ａを調節すると、ユニットベース２７は、水平に対して予め角度θだけ傾斜したＸ調節軸ＸＬを回動中心として、入射されるレーザ光ＬＢＡに対するＹ軸方向の角度が調節される。また、調節ねじ３３Ｂを調節することにより、ユニットベース２７はＹ調節軸ＹＬを中心として、入射されるレーザ光ＬＢＡに対するＸ軸方向の角度が調節される。

【0028】

したがって、前記調節ねじ３３Ａ，３３Ｂを回動調節することにより、水平反射鏡１９に入射されたレーザ光ＬＢＡの反射方向を微調節できることになる。すなわち、水平反射鏡１９の中心と反射鏡１７の中心とが光軸上に一致するように調節できるものである。

【0029】

ところで、前記水平反射鏡１９の反射方向を調節する際の回動中心となるＸ，Ｙの調節軸ＸＬ、ＹＬは、水平、垂直に対して予め所定角度θだけ、すなわち反射鏡１１から水平反射鏡１９に入射されるレーザ光ＬＢＡと反射されるレーザ光ＬＢＢとのなす角度に対応して予め設定された角度θだけ傾斜してある。したがって、水平反射鏡１９の位置に仮のクロスターゲットを備えたものと仮定し、かつ上記仮定のクロスターゲットを水平面に投影するものと仮定すると、仮のクロスターゲットの直線Ｘ１，Ｙ１は、図５に示すように、レーザ加工装置１におけるＸ，Ｙ軸方向と平行に、ワーク等の水平面に投影されることとなるものである。

【0030】

換言すれば、前記水平反射鏡１９の位置には、ワーク上面に仮に投影した場合の仮のクロスターゲットの直線Ｘ１、Ｙ１がレーザ加工装置１におけるＸ、Ｙ軸方向と平行になるように取付けられることとなる。そして、前記Ｘ、Ｙ調節軸ＸＬ、ＹＬの軸心回りに水平反射鏡１９の位置のクロスターゲットを回動（揺動）調節したときに、水平面に投影されることになる仮のクロスターゲットの中心（交点）がＸ、Ｙ軸方向に調節されるように、前記Ｘ、Ｙ調整軸ＸＬ、ＹＬは、水平、垂直に対して予め僅かに傾斜してあるものである。

【0031】

上記構成において、前記調節ねじ３３Ａ，３３Ｂを調節することにより、反射鏡１１において水平に反射されたレーザ光ＬＢＡが水平反射鏡１９の中心に入射され、この水平反射鏡１９によって水平に反射されたレーザ光ＬＢＢが反射鏡１７によって垂直下方に反射されたレーザ光ＬＢＣがレーザ加工ヘッド１３の中心に入射されるように光路調整を行うことができるものである。この際、仮のクロスターゲットの直線Ｘ１，Ｙ１は、レーザ加工装置１におけるＸ，Ｙ軸方向にそれぞれ平行に投影されることとなるものである。そして、調整ねじ３５Ａ，３５Ｂによって水平反射鏡１９の傾斜角度を微調節する際に回動中心となる第１，第２の調整軸としてのＸ，Ｙ調節軸は水平、垂直に対して予め所定角度θに傾斜してある。

【0032】

したがって、前記調整ねじ３５Ａ，３５Ｂを調節して、レーザ光ＬＢＣの光軸をワーク等の水平面上においてＸ，Ｙ方向へ移動して光路調整を行うことになる。この際、前記レーザ加工ヘッド１３における集光レンズ１５の下側（ノズル側）に光軸調整のために備えられたクロスターゲット１４（図１参照）の交点に対して、レーザ光ＬＢＣの光軸は、Ｘ，Ｙ軸方向へ僅かに移動することになる。よって、調節ねじ３３Ａ，３３Ｂを個別に調節して、前記光軸をＸ軸方向、Ｙ軸方向へ個別に移動調節できることとなり、前記クロスターゲット１４の交点に対してレーザ光ＬＢＣの光軸を合わせるためのレーザ光の光路調整を容易に行うことができるものである。

【0033】

ところで、前記説明においては、理解を容易にするために、水平反射鏡１９の位置に仮のターゲットを備えたものと仮定して説明した。しかし、反射鏡１７によって垂直下方向へ反射されるレーザ光ＬＢＣの光軸を、レーザ加工ヘッド１３における上下方向の光路の中心と一致させるための光軸の調整は、レーザ加工ヘッド１３に備えられる集光レンズ１５の代わりに、又は集光レンズ１５の下側にクロスターゲット１４を備える。そして、このクロスターゲットの交点とレーザ光ＬＢＣの中心（光軸）が一致するように、前記水平反射鏡１９を、Ｘ、Ｙ調整軸ＸＬ、ＹＬを中心として、それぞれ個別に回動（揺動）調節するものである。この際、レーザ光ＬＢＣはＸ、Ｙ軸に交差する方向ではなく、Ｘ、Ｙ軸方向へ個別に微動されるものであり、前記クロスターゲット１４の交点と垂直なレーザ光ＬＢＣの光軸とを一致させるために、前記レーザ光ＬＢＣのＸ、Ｙ軸方向への調整を容易に行い得るものである。

【符号の説明】

【0034】

１ レーザ加工装置
１１ 第１の反射鏡
１３ レーザ加工ヘッド
１４ クロスターゲット
１５ 集光レンズ
１７ 反射鏡
１９ 水平反射鏡
２３ ハウジングブロック
２５ ミラーユニット
２７ ユニットベース
２９ 支持具
３３Ａ，３３Ｂ 調節ねじ
３５Ａ，３５Ｂ 固定ねじ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】