特許 6297174 レーザ加工機およびレーザ加工方法

(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】6297174

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】レーザ加工機およびレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/04 20140101AFI20180312BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20180312BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20180312BHJP

   B23K 26/70 20140101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/04

   B23K26/03

   B23K26/08 Z

   B23K26/70

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-571651(P2016-571651)

(86)(22)【出願日】2015年1月30日

(86)【国際出願番号】JP2015052765

(87)【国際公開番号】WO2016121122

(87)【国際公開日】20160804

【審査請求日】2017年3月23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】外山 博

(72)【発明者】

【氏名】別府 宗明

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１３２６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６４７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１１０３４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／０４

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

Ｂ２３Ｋ ２６／０８

Ｂ２３Ｋ ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

テーブルに載置されたワークとレーザ光を照射する光学ヘッドとを相対移動させ、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、
前記光学ヘッドに固定された光学センサと、
前記光学ヘッドに固定されたプローブと、
前記プローブで位置を測定する第１の測定基準と、前記光学センサで位置を測定する第２の測定基準と、前記レーザ光で加工痕を形成する加工部とを有し、前記第１と第２の測定基準は、同心に形成されている、または、両者のずれ量が予め求められているキャリブレーションユニットと、
を備えることを特徴としたレーザ加工機。

【請求項2】

前記キャリブレーションユニットが、
前記光学ヘッドが接触可能に設けられたタッチスイッチと、
前記第１の測定基準を提供する円筒状の本体部、および前記円筒状の本体部の内側に半径方向に広がり、前記第２の測定基準を提供するフランジ部を有したキャリブレーションリング集成体とを具備し、
前記加工部が前記本体部に着脱可能に挿入されるプレートを具備する請求項１に記載のレーザ加工機。

【請求項3】

前記フランジ部は、前記キャリブレーションリング集成体の円筒状の本体部に対して同心の円形の内周を有した環状に形成される請求項２に記載のレーザ加工機。

【請求項4】

前記第１の測定基準として、前記本体部の外周面に３つの測定点が選択され、
前記第２の測定基準として、前記フランジ部の内周に３つの測定点が選択される請求項３に記載のレーザ加工機。

【請求項5】

テーブルに載置されたワークとレーザ光を照射する光学ヘッドとを相対移動させ、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方法において、
前記テーブル側に固定され、同心に形成されている、または、ずれ量が予め求められている第１と第２の測定基準および加工部を有したキャリブレーションユニットを準備し、
前記レーザ光で前記キャリブレーションユニットの加工部に加工痕を加工し、
前記光学ヘッドに固定された光学センサで前記加工部の加工痕の位置および前記キャリブレーションユニットの第２の測定基準の位置を測定し、
前記光学ヘッドに固定されたプローブで前記キャリブレーションユニットの第１の測定基準の位置を測定し、
前記光学センサで測定した加工痕の位置および第２の測定基準の位置と、前記プローブで測定した第１の測定基準の位置とから、前記レーザ光の加工位置と前記プローブの測定位置とのずれ量を演算し、
前記演算したレーザ光の加工位置と前記プローブの測定位置とのずれ量、および前記プローブで測定した前記ワークの位置から前記ワークと前記レーザ光の加工位置との相対位置を求め、
前記求めた前記ワークと前記レーザ光の加工位置との相対位置に基づいて、前記テーブルと前記光学ヘッドとを相対移動させワークを加工することを特徴としたレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はレーザ加工機およびレーザ加工方法に関し、特にワークの寸法や位置を測定するタッチプローブを備えたレーザ加工機において、タッチプローブの位置をキャリブレーションするようにしたレーザ加工機およびレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近時、レーザ加工機にタッチプローブや静電容量センサを取り付け、ワークをレーザ加工機に取り付けた状態でワークの寸法や形状を測定するようにしたレーザ加工機が開発されている。例えば、特許文献１には、レーザ加工ヘッドの先端に静電容量センサを設け、この静電容量センサによりレーザ加工ヘッドの先端とワークとの間隙を制御するようにしたレーザ加工機が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−２２０６８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このように、タッチプローブや静電容量センサを備えたレーザ加工機では、タッチプローブや静電容量センサと、レーザ光を照射するレーザ加工ヘッドまたは光学ヘッドとの位置関係は、設計値として予め既知であると言えるが、タッチプローブや静電容量センサのレーザ加工ヘッドまたは光学ヘッドへの取り付けには、取り付け誤差を不可避的に含んでいる。特許文献１のレーザ加工機においても、レーザ加工ヘッドから照射されるレーザ光の光軸やレーザ加工ヘッドの先端のＺ軸上の位置に対する静電容量センサの位置を測定していないので、静電容量センサによって測定したワークの寸法、形状には静電容量センサのレーザ加工ヘッドへの取り付け誤差に基づく誤差が含まれている。そうした誤差を含んだ測定結果は、加工精度を低下させる原因となっている。

【0005】

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、レーザ光の光軸に対するタッチプローブの位置を測定し、高精度に加工できるようにしたレーザ加工機およびレーザ加工方法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】

【0006】

上述の目的を達成するために、本発明によれば、テーブルに載置されたワークとレーザ光を照射する光学ヘッドとを相対移動させ、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、前記光学ヘッドに固定された光学センサと、前記光学ヘッドに固定されたプローブと、前記プローブで位置を測定する第１の測定基準と、前記光学センサで位置を測定する第２の測定基準と、前記レーザ光で加工痕を形成する加工部とを有し、前記第１と第２の測定基準は、同心に形成されている、または、両者のずれ量が予め求められているキャリブレーションユニットとを備えるレーザ加工機が提供される。

【0007】

更に、本発明によれば、テーブルに載置されたワークとレーザ光を照射する光学ヘッドとを相対移動させ、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方法において、前記テーブル側に固定され、同心に形成されている、または、ずれ量が予め求められている第１と第２の測定基準および加工部を有したキャリブレーションユニットを準備し、前記レーザ光で前記キャリブレーションユニットの加工部に加工痕を加工し、前記光学ヘッドに固定された光学センサで前記加工部の加工痕の位置および前記キャリブレーションユニットの第２の測定基準の位置を測定し、前記光学ヘッドに固定されたプローブで前記キャリブレーションユニットの第１の測定基準の位置を測定し、前記光学センサで測定した加工痕の位置および第２の測定基準の位置と、前記プローブで測定した第１の測定基準の位置とから、前記レーザ光の加工位置と前記プローブの測定位置とのずれ量を演算し、前記演算したレーザ光の加工位置と前記プローブの測定位置とのずれ量、および前記プローブで測定した前記ワークの位置から前記ワークと前記レーザ光の加工位置との相対位置を求め、前記求めた前記ワークと前記レーザ光の加工位置との相対位置に基づいて、前記テーブルと前記光学ヘッドとを相対移動させワークを加工するようにしたレーザ加工方法が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、測定基準の位置を光学センサとプローブとで測定すると共に、加工部にレーザ光で加工痕を形成して光学センサで加工痕の位置を測定することによって、レーザ光の加工位置とプローブの測定位置とのずれ量を演算し、演算したレーザ光の加工位置とプローブの測定位置とのずれ量、およびプローブで測定したワークの位置からワークとレーザ光の加工位置との相対位置を求め、求めたワークとレーザ光の加工位置との相対位置に基づいて、テーブルと光学ヘッドとを相対移動させ加工を行うことによって、精密にレーザ加工を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】光学ヘッドに取り付けたタッチプローブを備えたレーザ加工機の一例を示す略示断面図である。

【図2】本発明の好ましい実施形態によるキャリブレーションリング集成体の斜視図である。

【図3】図２のキャリブレーションリング集成体をキャリブレーションカメラで撮像した画像であり、キャリブレーションカメラによる測定を説明する図である。

【図4】図２のキャリブレーションリング集成体の平面図であり、タッチプローブによる測定を説明する図である。

【図5】本発明を適用するレーザ加工機の一例を示す斜視図である。

【図6】本発明をウオータージェットレーザ加工機に適用した図１と同様の光学ヘッドの略示断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
本発明を適用するレーザ加工機の一例を示す図５を参照すると、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、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向の送り装置（図示せず）によって該テーブル１０８に対して相対的に直線移動可能に設けられた光学ヘッド１０を具備しており、該光学ヘッド１０およびテーブル１０８は直方体状のカバー１０２によって包囲されている。カバー１０２は、左右方向（Ｘ軸方向）にスライド可能な安全扉１０６を有しており、該安全扉１０６を開くことによって、オペレーターは開口部１０４を通じて光学ヘッド１０およびテーブル１０８へアクセス可能となる。テーブル１０８には、また、キャリブレーションユニット５０が配設されている。

【0011】

また、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、オペレーターに対する操作方法を教示するアイコン等を表示するディスプレイ１１２および各種操作ボタン１１４を有している。ディスプレイ１１２は、オペレーターが指でアイコンにタッチするとによってレーザ加工機１００に対して様々な操作を行うことを可能とする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、オペレーターの入力や、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。

【0012】

図１に一例として示す光学ヘッド１０はレーザ照射ヘッド１６を具備しており、該レーザ照射ヘッド１６は、ハウジング１２内に配設されレーザ発振器１４からのレーザ光を光ファイバのような導光部材１４ａを介して受け取り、コリメーションレンズ１８へ向けてレーザ光を照射する。光学ヘッド１０のハウジング１２の下端部には、下方へ向けて先細りに形成された円すい形の突出部１２ａが設けられており、該突出部１２ａの下端の頂点には、オリフィス１２ｂが形成されている。

【0013】

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、該第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、ハウジング１２のオリフィス１２ｂを通してハウジング１２の外部に照射される。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。

【0014】

光学ヘッド１０は、また、図６に示すような、液体をノズルから噴射して形成される柱状の液体噴流にレーザ光を通してワークを加工するウオータージェットレーザ加工機であってもよい。なお、以下では、図６の光学ヘッド１０において、図１の光学ヘッド１０と同様の構成要素には同じ参照番号を付して、その詳細な説明は冗長を避けるために省略し、相違する部分のみ説明する。

【0015】

図６に示すウオータージェットレーザ加工機の光学ヘッド１０は、図１の光学ヘッド１０に加えて、ハウジング１２の外部に液体、例えば水を噴射するためのノズルヘッド３４を具備している。ノズルヘッド３４は、水供給源３０から管路３２を介して水の供給を受ける中空状の部材である。ノズルヘッド３４のテーブル１０８に対面する底壁にウォータジェットを噴出するノズル３４ｂが設けられ、該底壁の反対側のフォーカスレンズ２４に対面する上面にガラス等の透明な部材より成る窓３４ａが設けられている。ノズル３４ｂは光学ヘッド１０のハウジング１２の底面に形成されているオリフィス１２ａを通じてハウジング１２の外部に連通している。

【0016】

第１と第２のミラー２０、２２は平面状の反射面を有しており、該反射面の方向（反射面に垂直な方向）を調節し、光学ヘッド１０から照射されるレーザ光の方向を調節可能となっている。また、第１と第２のミラー２０、２２、特にフォーカスレンズ２４へ向けレーザ光を反射する第２のミラー２２は、レーザ発振器１４から照射されるレーザ光の波長に適合し、該レーザ光を反射し、かつ、該レーザ光の波長以外の波長の光を透過する誘電体多層膜を含んでいる。より詳細には、ガラス板にこうした誘電体多層膜を蒸着して形成されている。第２のミラー２２を誘電体多層膜から形成することによって、オリフィス１２ｂから照射されるレーザ光とオリフィス１２ｂとの位置関係をアライメント調整カメラ２６によって監視することが可能となっている。

【0017】

光学ヘッド１０のハウジング１２の下端部には、テーブル１０８に取り付けられたワーク（図示せず）の寸法や形状を測定するための接触子４０ａを有したタッチプローブ４０と、光学センサとしてのキャリブレーションカメラ４２とが取り付けられている。タッチプローブ４０の接触子４０ａはＺ軸方向に垂下されている。キャリブレーションカメラ４２は、その光軸がＺ軸方向に一致するように配向されている。

【0018】

キャリブレーションユニット５０は、テーブル１０８上において、レーザ加工機１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸の送り装置によって、光学ヘッド１０とテーブル１０８とを相対移動させることによって、光学ヘッド１０に対面可能な位置に配置されている。キャリブレーションユニット５０は、テーブル１０８に固定されるベース５２、ベース５２の上面に固定されるタッチスイッチ５４およびキャリブレーションリング集成体６０を具備している。タッチスイッチ５４は、上端部に静電容量スイッチや無接点マイクロスイッチのような反応部５４ａを備えている。また、タッチスイッチ５４の反応部５４ａは、キャリブレーションリング集成体６０の加工部としてスロット６２ａに挿入されたプレート６８の上面と同じ高さに配置されている。

【0019】

図２を参照すると、キャリブレーションリング集成体６０は円筒状の本体部６２と、該本体部６２の内面から半径方向内側に広がる環状のフランジ部６４と、本体部６２の直径方向に延びる加工部としてのプレート６８とを具備している。本体部６２は精密に加工された円筒外周面を有している。フランジ部６４の内周６４ａは、精密に円形に加工されている。また、キャリブレーションリング集成体６０の円筒状の本体部６２と、フランジ部６４の内周６４ａは精密に同心となるように形成されている。

【0020】

本体部６２の直径を挟んで両側部に一対のスロット６２ａが形成されており、該スロット６２ａに直方体状のプレート６８が加工部として着脱可能に挿入されるようになっている。スロット６２ａは、該スロット６２ａに挿入されるプレート６８の上面がフランジ部６４の下面に密着できるように配置されている。プレート６８は、上面が光学ヘッド１０から照射されるレーザ光を反射する反射面となるように表面が仕上げられた例えばステンレス鋼のような金属部材より成る。

【0021】

以下、本実施形態の作用を説明する。
先ず、オペレーターが操作盤１１０のキャリブレーションスタートボタンを押下すると、光学ヘッド１０がレーザ加工機１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置によってキャリブレーション位置へ向けて移動を開始する。キャリブレーション位置では、光学ヘッド１０は、キャリブレーションユニット５０のタッチスイッチ５４の上方に配置される。次いで、光学ヘッド１０のハウジング１２の突出部１２ａの先端（下端）がタッチスイッチ５４の反応部５４ａに接触するまでＺ軸沿いに下動する。突出部１２ａの先端がタッチスイッチ５４の反応部５４ａに接触すると、光学ヘッド１０の下動動作が停止され、そのときのＺ軸座標がレーザ加工機１００の制御装置（図示せず）に記憶される。

【0022】

次いで、タッチプローブ４０の接触子４０ａがキャリブレーションユニット５０のタッチスイッチ５４の上方に配置される。次いで、接触子４０ａをタッチスイッチ５４に接触するまでＺ軸方向に下動する。接触子４０ａの先端がタッチスイッチ５４の反応部５４ａに接触すると、光学ヘッド１０の下動動作が停止され、そのときのＺ座標がレーザ加工機１００の制御装置に記憶される。また、レーザ光の焦点位置は、予め光学ヘッド１０のハウジング１２の突出部１２ａの先端を基準に調整されており、突出部１２ａの先端からのレーザ光の焦点位置までのＺ軸方向の距離は既知である。こうして求められた突出部１２ａの先端がタッチスイッチ５４に接触したときのＺ座標と、接触子４０ａの先端がタッチスイッチ５４に接触したときのＺ座標、および突出部１２ａの先端からレーザ光の焦点位置までのＺ軸方向の距離に基づいて、レーザ光の焦点位置と接触子４０ａとのＺ軸方向のずれ量が演算により求められる。

【0023】

次いで、光学ヘッド１０をキャリブレーションリング集成体６０のプレート６８の上方へ移動させる。次いで、光学ヘッド１０からレーザ光が照射される。照射されたレーザ光はアライメント調整カメラ２６で撮像され、オリフィス１２ｂと共にレーザスポットとして操作盤１１０のディスプレイ１１２に表示される。オペレーターは、ディスプレイ１１２に表示されたレーザスポットをオリフィス１２ｂの画像に一致させるように、第１と第２のミラー２０、２２の配向を調節することによって、光学ヘッド１０のオリフィス１２ｂに対するレーザ光のアライメントが調整される。

【0024】

次いで、レーザ光を照射しながらテーブル１０８に対して光学ヘッド１０をＸ軸方向およびＹ軸方向に送ることによって、加工部としてのプレート６８の上面（反射面）に図３、４に示すような直交する２本の直線L1、L2が形成される。このときのレーザ光の出力は、プレート６８の上面に直線L1、L2を加工できる程度に上述したレーザ光のアライメント調整のときの出力よりも高くなっている。直線L1、L2の交点Ｐとレーザ光とが一致する座標として、直線L2を加工するために送り装置でＹ軸方向に光学ヘッド１０を直線送りしたときのＸ座標と、直線L1を加工するために送り装置でＸ軸方向に光学ヘッド１０を直線送りしたときのＹ座標が制御装置に記憶される。

【0025】

次いで、キャリブレーションカメラ４２によってプレート６８の上面が撮像され、その画像がディスプレイ１１２に表示される。このとき、ディスプレイ１１２には、キャリブレーションカメラ４２の視野の中心にキャリブレーションカメラ４２の光軸を示すクロスラインLc1、Lc2（図３参照）が表示される。次いで、光学ヘッド１０をテーブル１０８に対してＸ軸、Ｙ軸方向に相対的に送り、クロスラインLc1、Lc2の交点Pcが、加工部に形成した加工痕としての直線L1、L2の交点Ｐに一致するように、光学ヘッド１０が送り装置でＸ軸方向とＹ軸方向に位置決めされる。そのときのXY座標と、直線L1、L2の交点Ｐがレーザ光と一致する座標とから、XY平面内でのレーザ光の光軸とキャリブレーションカメラ４２の光軸とのずれ量が演算により測定される。

【0026】

次いで、図３に示すように、キャリブレーションカメラ４２のための測定基準点として、キャリブレーションリング集成体６０のフランジ部６４の内周６４ａに沿って３つの測定点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3が選択される。図３では、３つの測定点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3は、フランジ部６４の内周に沿って等間隔に配置されているように図示されているが、本発明はこれに限定されず、３つの測定点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3はフランジ部６４の内周に沿って任意の位置に選択することができる。キャリブレーションカメラ４２が撮像した画像を表示するディスプレイ１１２には、既述したように、キャリブレーションカメラ４２の光軸を示すクロスラインLc1、Lc2が表示される。該クロスラインLc1、Lc2の交点Pcを順次測定点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3の各々に合わせることによって、該３つの測定点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3の座標（xc1、yc1）、（xc2、yc2）、（xc3、yc3）が順次測定される。図３では、説明の都合上、測定点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3の上にクロスラインLc1、Lc2が、それぞれ重なった状態で図示されているが、実際には、クロスラインLc1、Lc2は１組だけ表示され、送り装置をＸ軸およびＹ軸方向に移動させて、測定点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3に順次一致させていく。測定点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3の座標は、光学ヘッド１０の機械座標系、例えばＸ軸およびＹ軸のデジタルスケールの読みを用いることができる。３つの測定点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3を通過する円の中心の座標（ｘc、ｙc）は以下の式にて与えられる。

【数1】

【数2】

【0027】

次いで、図４に示すように、タッチプローブ４０のための測定基準点として、キャリブレーションリング集成体６０の本体部６２の外周面においてＺ軸方向に同じ高さにある３つの測定点Ｐp1、Ｐp2、Ｐp3が選択される。図４では、３つの測定点Ｐp1、Ｐp2、Ｐp3は、本体部６２の外周面に沿って等間隔に配置されているように図示されているが、本発明はこれに限定されず、３つの測定点Ｐp1、Ｐp2、Ｐp3は、Ｚ軸方向に同じ高さにあれば、本体部６２の外周面に沿って任意の位置に選択することができる。

【0028】

タッチプローブ４０の接触子４０ａをＺ軸方向に一定に維持し、キャリブレーションリング集成体６０の本体部６２の外周面上の３つの測定点Ｐp1、Ｐp2、Ｐp3に接触子４０ａを順次接触させる。３つの測定点Ｐp1、Ｐp2、Ｐp3に接触子４０ａが接触したときのレーザ加工機１００のＸ軸、Ｙ軸のデジタルスケールの読みから、測定点Ｐp1、Ｐp2、Ｐp3の夫々の座標（xp1、yp1）、（xp2、yp2）、（xp3、yp3）が測定される。３つの測定点Ｐp1、Ｐp2、Ｐp3を通過する円の中心の座標（ｘp、ｙp）は以下の式にて与えられる。

【数3】

【数4】

【0029】

既述したように、キャリブレーションリング集成体６０の円筒状の本体部６２と、フランジ部６４の内周６４ａは精密に同心となるように形成されているので、キャリブレーションカメラ４２のための測定基準点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3を通る円の中心と、タッチプローブ４０の接触子４０ａための測定基準点Ｐp1、Ｐp2、Ｐp3を通過する円の中心は、キャリブレーションリング集成体６０の加工精度内で一致しなければならない。従って、測定基準点Ｐc1、Ｐc2、Ｐc3を通る円の中心座標（ｘc、ｙc）と、測定基準点Ｐp1、Ｐp2、Ｐp3を通過する円の中心座標（ｘp、ｙp）の偏差から、キャリブレーションカメラ４２の光軸とタッチプローブ４０の接触子４０ａとのXY平面内でのずれ量が演算により求められる。

【0030】

既述のように演算により求めたXY平面内でのレーザ光の光軸とキャリブレーションカメラ４２の光軸とのずれ量と、XY平面内でのキャリブレーションカメラ４２の光軸とタッチプローブ４０とのずれ量から、タッチプローブ４０によって測定されたワークの位置と、レーザ光の加工位置との相対位置を求めることができる。こうして求められたタッチプローブ４０によって測定されたワークの位置と、レーザ光の加工位置との相対位置に基づいて、光学ヘッド１０をテーブル１０８に対して相対移動させて加工を行うことによって、精密にレーザ加工を行うことが可能となる。

【0031】

本発明の実施の形態として、円筒状のキャリブレーションリング集成体６０を一例として説明したが、キャリブレーションリング集成体６０に代えて、YZ平面に平行な測定基準面と、XZ平面に平行な測定基準面で構成されるＬ字形または四角形の部材を用いてもよい。この場合、YZ平面に平行な測定基準面にタッチプローブ４０の接触子４０ａを接触させてタッチプローブ４０のＸ位置を求め、キャリブレーションカメラ４２のクロスラインをYZ平面に平行な測定基準面に一致させてキャリブレーションカメラ４２の光軸のＸ位置を求め、Ｘ軸方向のずれ量を演算することができる。Ｙ軸方向もXZ平面に平行な測定基準面を用いれば同様に演算することができる。ただし、この場合、Ｌ字形または四角形をYZ平面に完全に平行な面を設置することは難しく、多少の傾き誤差が含まれる可能性がある。これに対して、円筒状のキャリブレーションリング集成体６０は、Ｚ軸周りの傾きの影響を受けないため、より高精度にずれ量を求めることができるという効果がある。

【0032】

また、本発明の実施形態として、キャリブレーションリング集成体６０の円筒状の本体部６２と、フランジ部６４の内周６４ａとは同心にした例を説明したが、本体部６２とフランジ部６４の内周６４ａとが同心位置になくてもよい。その場合は、本体部６２とフランジ部６４の内周６４ａのずれ量を予め求めておき、演算する段階で本体部６２とフランジ部６４の内周６４ａのずれ量を加算すればよい。ただし、本体部６２とフランジ部６４の内周６４ａが同心に形成した方が演算が容易であり、またキャリブレーションリング集成体６０を旋盤で製作する際に同心の方が精度よく加工できるとの利点がある。

【0033】

また、本発明の実施形態の光学センサとして、キャリブレーションカメラ４２で撮像する例を説明したが、光学センサは、レーザ測長センサであってもよい。レーザ測長センサで計測する場合は、送り装置でＸ軸方向またはＹ軸方向に移動しながら走査し、変位の変化を検出する。プレート６８上に形成された加工痕の直線L1、L2や、フランジ部６４の内周６４ａの位置は、変位が変化する箇所として検出される。

【符号の説明】

【0034】

１０ 光学ヘッド
１２ ハウジング
１４ レーザ発振器
１６ レーザ照射ヘッド
１８ コリメーションレンズ
２０ 第１のミラー
２２ 第２のミラー
２４ フォーカスレンズ
２６ アライメント調整カメラ
３０ 水供給源
３４ ノズルヘッド
３４ｂ ノズル
４０ タッチプローブ
４２ キャリブレーションカメラ
５０ キャリブレーションユニット
５４ タッチスイッチ
６０ キャリブレーションリング集成体
６２ 本体部
６４ フランジ部
６８ プレート
１００ レーザ加工機
１０８ テーブル
１１０ 操作盤
１１２ ディスプレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】