特許 6266155 レーザ加工機の段取り方法およびレーザ加工機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6266155

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】レーザ加工機の段取り方法およびレーザ加工機

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/146 20140101AFI20180115BHJP

   B23K 26/02 20140101ALI20180115BHJP

   B23K 26/035 20140101ALI20180115BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/146

   B23K26/02 A

   B23K26/035

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-72946(P2017-72946)

(22)【出願日】2017年3月31日

【審査請求日】2017年3月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100153084

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 康史

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(72)【発明者】

【氏名】矢田 賢一

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１２１１１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２３５３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６２１６３（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】

光学ヘッドのノズルから吐出した柱状の液体流で案内したレーザ光をテーブルに載置されたワークに照射してワークを加工するレーザ加工機の段取り方法において、
加工プログラムの少なくとも一部を実行するドライランを実施し、
ドライランを実施中に低レベルのレーザ光を前記ノズルから前記テーブル上のワークへ向けて照射し、
ワーク表面上に照射されるレーザスポットの位置または軌跡を目視にて確認することを特徴としたレーザ加工機の段取り方法。

【請求項2】

前記ドライランを実施する前に、前記光学ヘッドのハウジングの外部に前記光学ヘッドと既知の位置関係に設けられたワークビューカメラによって前記テーブル上のワークを撮像してレーザ加工機の表示部に表示し、該表示部上でレーザ加工機のターゲットサークルとワークの基準点とが合致するよう前記光学ヘッドを送り軸に沿って相対移動させ、前記光学ヘッドとワークとを心出しするようにした請求項１に記載のレーザ加工機の段取り方法。

【請求項3】

前記ドライラン中に加工プログラムを一時停止、再起動することを含む請求項１に記載のレーザ加工機の段取り方法。

【請求項4】

テーブルに載置されたワークにレーザ光を照射してワークを加工するレーザ加工機において、
液体を噴射して柱状の液体流を形成するノズルを有し、該ノズルにレーザ光を導入して照射する光学ヘッドと、
低レベルのレーザ光を前記ノズルから前記テーブル上のワークへ向けて照射するイネーブルスイッチと、
前記低レベルのレーザ光が照射可能な間に、加工プログラムの少なくとも一部を実行しワーク表面上に照射されるレーザスポットの位置または軌跡を目視にて確認できるようにするドライランボタンと、
を具備することを特徴としたレーザ加工機。

【請求項5】

前記光学ヘッドは、レーザ発振器からレーザ光を前記ノズルへ向けて導く光学システムと、前記ノズルの画像を撮像するカメラと、前記光学システムおよびカメラを収納するハウジングと、該ハウジングの外部に前記光学ヘッドと既知の位置関係に設けられ前記テーブル上のワークを撮像するワークビューカメラとを具備し、
前記ワークビューカメラによって撮像した前記テーブル上のワークをレーザ加工機の表示部に表示し、該表示部上でレーザ加工機のターゲットサークルとワークの基準点とが合致するよう前記光学ヘッドを送り軸に沿って相対移動させ、前記光学ヘッドとワークとを心出しするようにした請求項４に記載のレーザ加工機。

【請求項6】

レーザ加工機の加工領域を包囲するカバーと、該カバーに設けられ前記加工領域へのアクセスを可能にするオペレータドアと、前記オペレータドアの開閉状態を検出してレーザ加工中に該オペレータドアが開かれることを防止するインターロック機構とを更に具備する請求項４に記載のレーザ加工機。

【請求項7】

前記ドライランボタンを操作して加工プログラムの少なくとも一部を実行する間、前記インターロック機構の作用が無効になる請求項６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、レーザ加工機の段取り時間を短縮できる段取り方法および該段取り方法を実行するレーザ加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、レーザ光を集光レンズを通じてワーク表面に照射して加工を行うレーザ加工機が公知となっている。レーザ加工機のテーブル上にワークを固定する際の設置誤差等によって加工精度が低下する。特許文献１に記載のレーザ加工機では、検査対象となる被検査穴を撮像し、その映像信号に基づいて被検査穴の中心位置を演算し、被検査穴の中心位置と予め設定された正規の加工基準穴の位置とを比較し、その比較結果に基づいてワークの位置を補正するようになっている。

【0003】

ところが、レーザ光はＺ軸に沿って照射されるが、レーザ光を照射する光学ヘッドの軸送り精度やレーザ加工機を制御する加工プログラムもまた加工精度に影響を与える。そこで、通常、以下のようにしてワークをレーザ加工機のテーブルに設置する段取り作業が行われている。先ず、ワークをレーザ加工機のテーブルに設置した後、光学ヘッドに配設されたワークビューカメラでワークを撮像し、ワークの画像を表示部に表示する。次いで、表示部のターゲットサークルとワークの基準位置とが一致するようにレーザ加工機の送り軸を操作して心出しを行う。加工プログラムを実行して試し加工を行い、加工結果を見てワークの段取りおよび加工プログラムの良否を確認している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第２６６５２２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

然しながら、こうした段取り方法は、実際に加工するので時間を要するばかりではなく、本加工を行うときに新たなワークの再セットアップが必要となり、更に時間がかかることになる。また、試し加工のためにワークを１つ無駄にしなければならない問題もある。

【0006】

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、実際に加工を行うことなく、安全かつ容易にレーザ加工機へのワークの段取りが可能となるレーザ加工機の段取り方法および該段取り方法を実行するレーザ加工機を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の目的を達成するために、本発明によれば、光学ヘッドのノズルから吐出した柱状の液体流で案内したレーザ光をテーブルに載置されたワークに照射してワークを加工するレーザ加工機の段取り方法において、加工プログラムの少なくとも一部を実行するドライランを実施し、ドライランを実施中に低レベルのレーザ光を前記ノズルから前記テーブル上のワークへ向けて照射し、ワーク表面上に照射されるレーザスポットの位置または軌跡を目視にて確認するレーザ加工機の段取り方法が提供される。

【0008】

更に、本発明によれば、テーブルに載置されたワークにレーザ光を照射してワークを加工するレーザ加工機において、液体を噴射して柱状の液体流を形成するノズルを有し、該ノズルにレーザ光を導入して照射する光学ヘッドと、低レベルのレーザ光を前記ノズルから前記テーブル上のワークへ向けて照射するイネーブルスイッチと、前記低レベルのレーザ光が照射可能な間に、加工プログラムの少なくとも一部を実行しワーク表面上に照射されるレーザスポットの位置または軌跡を目視にて確認できるようにするドライランボタンとを具備するレーザ加工機が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、実際にワークを加工することなく、裸眼での観察が可能な安全な低レベルのレーザ光を照射して加工位置を確認するだけなので、段取り作業は短時間で行うことができる。また、テーブルに固定したワークを取り外すことなく、そのままで（段取り替えをすることなく）本加工に移行できるので、非加工時間が短縮される。更に、本発明によれば、試し加工のため無駄になるワークが発生することがない。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態によるレーザ加工機の略示斜視図である。

【図2】図１のレーザ加工機の光学ヘッドの模式的断面図である。

【図3】図１のレーザ加工機の表示部に表示される画面の一例を示す略図である。

【図4】ワークの一例を示す略示平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるレーザ加工機について説明する。
図１に一例として示す本発明の実施形態によるレーザ加工機１００は、レンズで絞ったレーザ光をノズルから噴出させた水柱によって導くウォータジェットタイプのものであって、金属の精密な穴あけ加工や切断加工に適したものである。レーザ加工機１００は、ワークを取り付けるためのテーブル１０８と、テーブル１０８に対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向に相対的に直線移動可能に設けられた光学ヘッド１０と、レーザ発振器４０（図２参照）とを具備している。レーザ加工機１００は、光学ヘッド１０およびテーブル１０８を包囲して加工室を形成する直方体状のカバー１０２を具備している。カバー１０２の正面には、オペレータがテーブル１０８や光学ヘッド１０へアクセス可能となるように開口部１０４が形成されている。カバー１０２は、開口部１０４を開閉するための、左右方向（Ｘ軸方向）にスライド可能なオペレータドア１０６を有している。オペレータドア１０６は、その開閉状態を検出するためのドアスイッチ１０６ａを備えている。ドアスイッチ１０６ａは、レーザ加工中に該オペレータドアが開かれることを防止するインターロック機構（図示せず）に接続されている。

【0012】

カバー１０２の正面側壁には、レーザ加工機１００のための操作盤１１０が取り付けられている。操作盤１１０は、レーザ加工機１００の状態や動作を示すパラメータや、オペレータに対する操作方法を教示するアイコン等を表示する表示部を形成するディスプレイ１１２および各種操作ボタン１１４を有している。操作ボタン１１４は、サイクルスタートボタン１１４ａ、ジョグ送りボタン１１４ｂ、オーバーライドつまみ１１４ｃ、ドライランボタン１１４ｄを含む。ここで、ドライランは、レーザ光を出力することなく加工プログラムを実行させ、送り軸だけを作動させる操作である。通常、加工プログラムで指定された送り速度にオーバーライドつまみ１１４ｃで指示した割合を掛け増減した送り速度で光学ヘッド１０をテーブル１０８に対して移動させ、加工プログラムをチェックするために実行される。

【0013】

レーザ加工機１００は、更に、ケーブル１３２を介して操作盤１１０に接続されたポータブル操作盤１２０を具備している。ポータブル操作盤１２０は、その前面に設けられたロックボタン１２２、ドライランスタートボタン１２４およびジョグダイヤル１２６、側面に設けられたイネーブルスイッチ１２８および頂部に設けられたフック１３０を有している。イネーブルスイッチ１２８は、少なくともオン位置とオフ位置の２つの位置を有している。フック１３０は、操作盤１１０のフック１１６にポータブル操作盤１２０を引っ掛け吊り下げるためのものである。

【0014】

イネーブルスイッチ１２８がオン位置にあるとき、レーザ発振器４０は、低レベルのレーザ光を発振する。この低レベルのレーザ光は、例えばJIS（日本工業規格）C6802やIEC（国際電気標準会議）60825-1の安全基準で裸眼での観察が可能なクラス１に分類されるレーザ光とすることができる。つまり、レーザ発振器４０は、レーザ加工用の高レベルのレーザ光と、イネーブルスイッチ１２８がオン位置にあるときの低レベルのレーザ光を発振することができる。

【0015】

イネーブルスイッチ１２８は、また、押下されていないときの第１の位置と、軽く押し込んだときの第２の位置と、更に押し込んだときの第３の位置を有する３位置を有する構成としてもよい。この場合、第１の位置と第３の位置がオフ位置であり、第２の位置がオン位置となる。第１の位置から第２の位置へ軽く押し込むことにより、レーザ発振器４０は低レベルのレーザ光を発振する。この状態で、オペレータがイネーブルスイッチ１２８を離すことにより、第２の位置から第１の位置へ復帰する。また、オペレータがイネーブルスイッチ１２８を第２の位置に保持している状態から第３の位置へ押し込むことにより、レーザ発振器４０は低レベルのレーザ光の発振を停止する。第３の位置からオペレータがイネーブルスイッチ１２８を離すことにより、イネーブルスイッチ１２８は第１の位置へ復帰する。

【0016】

ディスプレイ１１２は、オペレータが指でアイコンにタッチすることによってレーザ加工機１００に対して様々な操作が可能なタッチパネルとすることができる。また、操作盤１１０は制御装置を内蔵し、オペレータの入力や制御装置内に記憶されたプログラムに従ってレーザ加工機１００を制御する。操作盤１１０から、加工に用いるレーザ光の出力を入力して設定することができる。なお、制御装置は操作盤１１０に内蔵されるのではなく、機械の別の場所に格納されていてもよい。

【0017】

図１を参照すると、光学ヘッド１０はレーザ照射ヘッド１６を具備している。レーザ照射ヘッド１６は、ハウジング１２内に配設され、レーザ発振器４０からのレーザ光を導光部材４０ａを介して受け取り、コリメーションレンズ１８へ向けて照射する。レーザ照射ヘッド１６からのレーザ光は、コリメーションレンズ１８で平行光線となって、第１のミラー２０によって第２のミラー２２に向けて反射され、第２のミラー２２によってフォーカスレンズ２４へ向けて反射される。フォーカスレンズ２４で絞られたレーザ光は、ノズルヘッド２６を通してハウジング１２の外部の、通常はテーブル１０８に載置されたワークＷに照射される。このとき、光学ヘッド１０が照射するレーザ光の光軸はＺ軸に略平行となっている。また、光学ヘッド１０は、ハウジング１２の下面にノズル２７ａの中心との位置関係が既知の状態で設けられ、ワークＷをＺ軸方向に上方から観察するワークビューカメラ３６を有している。

【0018】

また、光学ヘッド１０は、光学ヘッド１０から照射されるレーザ光の方向を調節するためミラー配向変更手段としてモータ２０ａ、２２ａを有している。更に、光学ヘッド１０は、ノズルヘッド２６の底面壁に固定されたノズル体２７のノズル２７ａから照射されるレーザ光とノズル２７ａとの位置関係を監視するカメラ３２も有している。第２のミラー２２は誘電体多層膜から形成されているので、ノズル２７ａから照射されるレーザ光とノズル２７ａとの位置関係をカメラ３２によって監視することが可能となっている。

【0019】

超純水供給源３０から管路２８を介してノズルヘッド２６に水が供給されると、この水はノズル２７ａから噴出され、Ｚ軸方向に延びる水柱３４が形成される。レーザ発振器４０からのレーザ光は、光ファイバコードのような導光部材４０ａ、レーザ照射ヘッド１６、コリメーションレンズ１８、第１と第２のミラー２０、２２を経てフォーカスレンズ２４で絞られ、ノズルヘッド２６のノズル２７ａからハウジング１２の外部へ照射される。このとき、レーザ光は、ノズル２７ａから噴射される水柱３４によって包囲され、その水柱３４と周囲の空気との境界面で全反射しながら進行してテーブル１０８上のワークＷへ向けて照射される。

【0020】

以下、図３、４を参照して、本実施形態の作用を説明する。
オペレータがテーブル１０８上にワークＷのＸ軸アライメント調整辺がＸ軸と平行となるように、ダイヤルゲージ等を用いて通り出ししてワークＷを固定する。そして、ワークＷの基準位置の略真上にワークビューカメラ３６が位置するように、手動でレーザ加工機１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置によってドライラン開始位置へ向けて移動を開始する。このとき、操作盤１１０のディスプレイ１１２には図３に示すような画面２００が表示される。画面２００には、カメラ３２によって撮像されたノズル２０２、レーザ加工機が画面２００内に生成したクロスライン２０６ａ、２０６ｂを含むターゲットサークル２０４が含まれる。また、ワークビューカメラ３６が撮像したワーク２３０の映像が、カメラ３２によって撮像されたノズル２０２と共に画面２００に表示される。ノズル２０２の中心とワークビューカメラ３６とは既知の位置関係に設けられているので、画面２００に表示されるワーク２３０の映像は、カメラ３２によって撮像されたノズル２０２に対して相対的に正しい位置に合成される。

【0021】

図４に示す例では、ワーク２３０は矩形の板部材より成り、基準点２３２、Ｘ軸アライメント調整辺２３４、角穴（五角形穴）２３６、丸穴２３８および複数の細穴２４０を含んでいる。ワーク２３０は、Ｘ軸アライメント調整辺２３４が正確にレーザ加工機１００のＸ軸に沿って延びるようにテーブル１０８上に位置決めされ固定される。

【0022】

オペレータが、操作盤１１０のジョグ送りボタン１１４ｂまたはポータブル操作盤１２０のジョグダイヤル１２６を操作することによって、クロスライン２０６ａ、２０６ｂの交点とワーク２３０の基準点２３２とが一致するように、光学ヘッド１０をＸ軸、Ｙ軸方向に相対移動させる。これによって、光学ヘッド１０とワーク２３０の心出しが完了する。

【0023】

次いで、オペレータが、ポータブル操作盤１２０のイネーブルスイッチ１２８を押下すると、光学ヘッド１０のノズル２７ａから低レベルのレーザ光が照射される。これにより、オペレータは、ノズル２７ａからのレーザ光によりワーク２３０上に形成されるレーザスポットが、ワーク２３０の基準点２３２に位置決めされていることを目視することにより、光学ヘッド１０がワーク２３０に対して心出されていることを確認することができる。

【0024】

次いで、オペレータが、イネーブルスイッチ１２８を押下しながら、ポータブル操作盤１２０のジョグダイヤル１２６を操作し光学ヘッド１０をワーク２３０に対してＸ軸方向に送ることによって、オペレータは、ワーク２３０上に形成されるレーザスポットによって、光学ヘッド１０のＸ軸方向への送り動作の軌跡を目視により確認することができる。レーザスポットが、ワーク２３０のＸ軸アライメント調整辺２３４に沿って正しく移動していれば、ワーク２３０がＸ軸に対して正しく位置決めされていることになる。

【0025】

次いで、オペレータが、ドライランボタン１１４ｄを押下してドライランモードを開始させる。ドライラン中にドライランスタートボタン１２４を押下すると、加工プログラムに従って送り軸が動作し、もう一度押下すると停止する。ドライラン中は、インターロック機構は作用せず、オペレータドア１０６が開状態でも送り軸とイネーブルスイッチ１２８は動作する。ドライランは、超純水装置３０からの水供給をすることなく、また、レーザ光を照射することなく、加工プログラムに従って送り軸が送られレーザ加工が模擬される。この間、オペレータが、要所要所、例えば、角穴２３６や丸穴２３８の加工開始点や細穴２４０の各々の加工位置でドライランを一時停止し、イネーブルスイッチ１２８を押下することによって、低レベルのレーザ光がワーク２３０上に照射さる。これにより、オペレータは、ワーク２３０に対する光学ヘッド１０の位置を目視により確認することができる。

【0026】

また、角穴２３６の各辺や、丸穴２３８の円周に沿って光学ヘッド１０が送られる間、イネーブルスイッチ１２８を押下し続けることによって、オペレータは目視により光学ヘッド１０が正しく送られているか否かをその軌跡で確認することができる。レーザ加工は一般的に低速で光学ヘッド１０を送るので、角穴２３６や丸穴２３８の加工には比較的長い時間を要する。そうした場合には、イネーブルスイッチ１２８を押下しつつロックボタン１２２を押下することによって、イネーブル状態が継続するようになっている。また、ドライラン中にオーバーライドつまみ１１４ｃを操作して、通常のレーザ加工中の送り速度よりも高速で光学ヘッド１０を移動させるようにしてもよい。ドライラン中も、ディスプレイ１１２に画面２００を表示して、オペレータがクロスライン２０６ａ、２０６ｂとワーク２３０との相対位置をディスプレイ１１２上で確認できるようにしてもよい。

【0027】

こうして、オペレータが目視により、ワーク２３０（Ｗ）がテーブル１０８上に正しく設置、固定され、また加工プログラムも正常であることを確認した後に、オペレータドア１０６を閉じて、サイクルスタートボタン１１４ａを押下することによって、本加工が実行される。このときは、レーザ発振器４０は、高レベルのレーザ光を発振する。この間、ドアスイッチ１０６ａによって、インターロック機構が作動し、オペレータドア１０６は開放不能となっている。

【符号の説明】

【0028】

１０ 光学ヘッド
１２ ハウジング
２７ａ ノズル
３４ 水柱
３６ ワークビューカメラ
１００ レーザ加工機
１０２ カバー
１０６ オペレータドア
１０８ テーブル
１１０ 操作盤
１１２ ディスプレイ
１１４ｄ ドライランボタン
１２０ ポータブル操作盤
１２８ イネーブルスイッチ

【要約】

【課題】実際に加工を行うことなく、安全かつ容易にレーザ加工機へのワークの段取りが可能とすること。
【解決手段】光学ヘッド１０のノズル２７ａから吐出した水柱３４で案内したレーザ光をテーブル１０８に載置されたワークＷに照射してワークを加工するレーザ加工機の段取り方法において、加工プログラムの少なくとも一部を実行するドライランを実施中に、低レベルのレーザ光をノズルからテーブル上のワークへ向けて照射し、オペレータがワーク表面上を移動するレーザスポットを安全に目視にて確認できるようにした。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】