JP5238451B2 - レーザ加工装置及びその位置検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工用レーザ光をレーザ加工ヘッドから加工対象物に照射してレーザ加工を行う加工用レーザ照射機構と、前記加工対象物に対する前記レーザ加工ヘッドの位置を検出する位置検出機構とを備えるレーザ加工装置及びその位置検出方法に関する。

レーザ加工装置は、加工対象物に高エネルギ密度のレーザ光を照射して、前記加工対象物を熱加工する装置である。具体的には、レーザ発振器からのレーザ光をレンズ系（光学系）を通過させて加工対象物に照射するとともに、前記レンズ系を収容するレーザ加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向に（３次元）移動させる構成が採用されている。

そこで、３次元に対する位置決め精度を向上させ、加工対象物の高精度な加工を行うために、例えば、特許文献１に開示されているレーザ加工装置及びレーザ加工方法が知られている。

このレーザ加工装置は、図３に示すように、レーザ加工ヘッド１と、照射ノズル２と、ＣＣＤカメラ３と、距離センサ４とを有している。レーザ光は、加工レーザ用ミラー（ハーフミラー）５を介して加工レンズ６で結像され、照射ノズル２から加工対象物Ｗの加工点に照射されて加工が行われている。

距離センサ４は、位置計測用の光を距離センサ用ミラー７に照射し、その光が前記距離センサ用ミラー７で反射した後、加工レーザ用ミラー５及び加工レンズ６を通過して加工対象物Ｗに照射されている。その後、加工対象物Ｗから反射された光は、距離センサ用ミラー７で反射されて距離センサ４に検知されることにより、レーザ加工ヘッド１と前記加工対象物Ｗとの距離が求められている。

特開２００４−２４３３８３号公報

上記の特許文献１では、距離センサ４からの位置計測用の光が、レーザ光と同様に加工レンズ６を通過した後、加工対象物Ｗに照射されている。しかしながら、レーザ光の波長は、例えば、１０３０ｎｍ（ＹＡＧ波長）であるのに対し、位置計測用の光は、可視光（例えば、７８０ｎｍ以下）であることが好ましい。このため、レーザ光の波長と位置計測用の光の波長とは、相当に大きな波長差を有してしまう。これにより、特に距離センサ４からの位置計測用の光の焦点がぼけてしまい、正確な位置検出が困難になるという問題がある。

一方、距離センサ４からの位置計測用の光の波長を、レーザ光の波長に近似させると、この距離センサ４にレーザ光のノイズが多く入ったり、距離センサ用ミラー７の反射の調節が困難になってしまう。従って、レーザ光による加工時と同時に、距離測定を行うことができないという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、距離センサからのレーザ光の波長が制限されることがなく、可視光等の種々のレーザ光を使用することができるとともに、レーザ加工と同時に位置検出作業を行うことが可能なレーザ加工装置及びその位置検出方法を提供することを目的とする。

本発明は、加工用レーザ光をレーザ加工ヘッドから加工対象物に照射してレーザ加工を行う加工用レーザ照射機構と、前記加工対象物に対する前記レーザ加工ヘッドの位置を検出する位置検出機構とを備えるレーザ加工装置に関するものである。

加工用レーザ照射機構は、加工用レーザ光の集光距離を調整するレンズと、前記レンズの下流に配置され、前記加工用レーザ光を走査して加工対象物に照射するレーザ走査用ミラーとを備えている。

一方、位置検出機構は、レンズを通過することなくレーザ走査用ミラーに走査され、且つ加工用レーザ光と同軸に加工対象物に照射される測定用レーザ光を導出する距離センサを備えている。

また、本発明は、加工用レーザ光が集光距離調整用レンズを通過することにより前記加工用レーザ光の集光距離を調整した後、前記加工用レーザ光をレーザ走査用ミラーにより走査して加工対象物に照射し、前記加工対象物にレーザ加工を行うレーザ加工装置の位置検出方法に関するものである。

この位置検出方法は、距離センサから導出される測定用レーザ光を、レンズを通過させることなくレーザ走査用ミラーにより走査し、且つ加工用レーザ光と同軸に加工対象物に照射している。

本発明では、距離センサから導出される測定用レーザ光は、レンズを通過することがなく、レーザ走査用ミラーにより走査されて加工用レーザ光と同軸に加工対象物に照射されている。このため、測定用レーザ光は、波長の制限がなく、レーザ加工と同時に位置検出作業を行うことができる。従って、例えば、線接合等の際には、検出された位置情報をフィードバックさせながら、前記線接合等が高精度に遂行可能になる。

しかも、測定用レーザ光として、例えば、赤色光レーザを使用することができる。これにより、設備費の削減が良好に図られるとともに、ティーチング時の目視確認が容易に遂行される。

図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１０の概略構成図である。

レーザ加工装置１０は、溶接ロボット１２を備え、前記溶接ロボット１２の手首部先端には、レーザ加工ヘッド１４が装着される。溶接ロボット１２は、コントローラ１６により制御されるとともに、前記コントローラ１６は、レーザ発振器２０を制御する。

レーザ発振器２０は、レーザ加工ヘッド１４に加工用レーザ光（ＹＡＧ光）Ｌを導入する。図２に示すように、レーザ加工ヘッド１４には、加工対象物Ｗに加工用レーザ光Ｌを照射してレーザ加工（溶接）を行う加工用レーザ照射機構２２と、前記加工対象物Ｗに対する前記レーザ加工ヘッド１４の位置を検出する位置検出機構２４とが設けられる。

加工用レーザ照射機構２２は、レーザ発振器２０から導出される加工用レーザ光Ｌを反射する反射ミラー２６と、前記反射ミラー２６で反射された前記加工用レーザ光Ｌをコリメート（平行光）するコリメータレンズ２８ａ、２８ｂと、前記レーザ光Ｌの集光距離（焦点位置）を調整するレンズ３０と、前記レンズ３０を通過したレーザ光Ｌを通過させるハーフミラー３２と、前記レーザ光ＬをＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に走査して前記加工対象物Ｗに照射するレーザ走査用ミラー３４とを備える。

位置検出機構２４は、測定用レーザ光（例えば、赤色光レーザ）Ｌ０を導出する距離センサ３６を備える。距離センサ３６は、レンズ光学系外に配置されており、測定用レーザ光Ｌ０は、レンズ３０を通過することなくハーフミラー３２で反射された後、レーザ走査用ミラー３４に走査され、且つ、加工用レーザ光Ｌと同軸に加工対象物Ｗに照射される。

距離センサ３６には、加工対象物Ｗで反射された測定用レーザ光Ｌ０が、レーザ走査用ミラー３４及びハーフミラー３２で反射されて導入されることにより、レーザ加工ヘッド１４と前記加工対象物Ｗとの距離が検出される。距離センサ３６は、検出された距離情報（位置情報）を制御部１８に入力する。

このように構成されるレーザ加工装置１０の動作について、本実施形態に係る位置検出方法との関連で、以下に説明する。

先ず、コントローラ１６は、溶接ロボット１２を制御して、レーザ加工ヘッド１４を加工対象物Ｗの加工位置に移動させる。次いで、コントローラ１６を介してレーザ発振器２０が駆動されると、このレーザ発振器２０から加工用レーザ光Ｌが導出される。この加工用レーザ光Ｌは、図２に示すように、レーザ加工ヘッド１４に導入され、反射ミラー２６で反射された後、コリメータレンズ２８ａ、２８ｂを介してコリメートされる。

さらに、加工用レーザ光Ｌは、レンズ３０を通過して集光距離（焦点位置）が調整された後、ハーフミラー３２を透過し、レーザ走査用ミラー３４で２軸方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）に走査され、加工対象物Ｗに照射される。このため、加工対象物Ｗでは、所定の加工位置に加工用レーザ光Ｌが照射されて溶接処理が行われる。

一方、位置検出機構２４では、距離センサ３６から測定用レーザ光Ｌ０が導出される。この測定用レーザ光Ｌ０は、ハーフミラー３２で反射された後、レーザ走査用ミラー３４で走査され、加工対象物Ｗに照射される。加工対象物Ｗから反射された測定用レーザ光Ｌ０は、レーザ走査用ミラー３４及びハーフミラー３２で反射されて距離センサ３６に照射される。

従って、加工対象物Ｗから距離センサ３６までの距離、すなわち、レーザ加工ヘッド１４から前記加工対象物Ｗまでの距離（Ｚ軸）が検出され、この検出結果は、コントローラ１６に送られる。

コントローラ１６は、距離センサ３６からの位置情報に基づいて、溶接ロボット１２の高さ方向の調節を行うことができる。これにより、レーザ加工ヘッド１４は、加工対象物Ｗに対して３次元における位置決め精度を容易に向上させることが可能になる。

この場合、本実施形態では、距離センサ３６から導出される測定用レーザ光Ｌ０は、レンズ３０を通過することがなく、ハーフミラー３２で反射された後、レーザ走査用ミラー３４により走査されて、加工用レーザ光Ｌと同軸に加工対象物Ｗに照射されている。

このため、測定用レーザ光Ｌ０は、波長の制限がなく、例えば、加工用レーザ光Ｌの波長（ＹＡＧ光の波長）１０３０ｎｍに対して、可視光領域の波長６３０ｎｍに設定することができる。従って、ノイズの進入を確実に阻止することが可能になり、加工用レーザ光Ｌと同時に、すなわち、溶接作業と同時に、測定用レーザ光Ｌ０を加工対象物Ｗに照射し、この加工対象物Ｗとレーザ加工ヘッド１４との高さ方向の位置検出を行うことができる。

これにより、例えば、加工用レーザ光Ｌによる線接合等の際には、測定用レーザ光Ｌ０を介して検出された位置情報をコントローラ１６にフィードバックさせながら、前記線接合等が高精度に遂行可能になるという利点がある。

しかも、測定用レーザ光Ｌ０として、赤色光レーザを使用することができる。このため、設備費の削減が良好に図られるとともに、測定用レーザ光Ｌ０を用いたティーチング時に目視確認が容易に遂行され、作業性の向上が容易に図られるという効果がある。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。 前記レーザ加工装置を構成するレーザ加工ヘッドの内部説明図である。 特許文献１に開示されているレーザ加工装置の説明図である。

符号の説明

１０…レーザ加工装置 １２…溶接ロボット
１４…レーザ加工ヘッド １６…コントローラ
２０…レーザ発振器 ２２…加工用レーザ照射機構
２４…位置検出機構 ３０…レンズ
３２…ハーフミラー ３４…レーザ走査用ミラー
３６…距離センサ

Claims (2)

1. 加工用レーザ光をレーザ加工ヘッドから加工対象物に照射してレーザ加工を行う加工用レーザ照射機構と、前記加工対象物に対する前記レーザ加工ヘッドの位置を検出する位置検出機構とを備えるレーザ加工装置であって、
   前記加工用レーザ照射機構は、前記加工用レーザ光の集光距離を調整するレンズと、
   前記レンズの下流に配置され、前記加工用レーザ光を走査して前記加工対象物に照射するレーザ走査用ミラーと、
   を備え、
   前記位置検出機構は、前記レンズを通過することなく前記レーザ走査用ミラーに走査され、且つ前記加工用レーザ光と同軸に前記加工対象物に照射される測定用レーザ光を導出する距離センサを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 加工用レーザ光が集光距離調整用レンズを通過することにより前記加工用レーザ光の集光距離を調整した後、前記加工用レーザ光をレーザ走査用ミラーにより走査して加工対象物に照射し、前記加工対象物にレーザ加工を行うレーザ加工装置の位置検出方法であって、
   距離センサから導出される測定用レーザ光を、前記レンズを通過させることなく前記レーザ走査用ミラーにより走査し、且つ前記加工用レーザ光と同軸に前記加工対象物に照射することを特徴とするレーザ加工装置の位置検出方法。

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