JPH07115220B2 - Laser processing head - Google Patents
Laser processing headInfo
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- JPH07115220B2 JPH07115220B2 JP1037616A JP3761689A JPH07115220B2 JP H07115220 B2 JPH07115220 B2 JP H07115220B2 JP 1037616 A JP1037616 A JP 1037616A JP 3761689 A JP3761689 A JP 3761689A JP H07115220 B2 JPH07115220 B2 JP H07115220B2
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- processing head
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レーザ加工機の加工ヘッド先端におけるレ
ーザビームの集光位置を、一定に制御するレーザ加工ヘ
ッドに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser processing head for controlling a focus position of a laser beam at a processing head tip of a laser processing machine to be constant.
第３図は従来のレーザ加工ヘッドの構成を示す断面図で
あり、図において、（１）は加工ヘッド本体（２）に入
射するレーザビーム、（３）は加工レンズ（４）を支持
するレンズホルダー、（５）は加工ガスボンベ、（６）
は加工ヘッド本体（２）に設けられた加工ガス入口、
（７）は集光レーザビームと同軸的に加工ガスを加工ヘ
ッド本体（２）の先端のノズル（10）よりワーク（８）
へ射出するための開口部、（９）はレーザビーム（１）
の集光されたワーク（８）上の焦点である。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a conventional laser processing head. In the figure, (1) is a laser beam incident on the processing head main body (2), and (3) is a lens that supports the processing lens (4). Holder, (5) is processing gas cylinder, (6)
Is a processing gas inlet provided in the processing head body (2),
Reference numeral (7) is a workpiece (8) from the nozzle (10) at the tip of the processing head main body (2), and the processing gas is coaxial with the focused laser beam
Opening for injection into the laser beam, (9) laser beam (1)
It is a focus on the work (8) on which the light is collected.
次に動作について説明する。レーザビーム（１）は加工
レンズ（４）により集光されてワーク（８）に照射され
ると共に、レーザ切断等では加工ガスボンベ（５）にO2
ガスを用い、ノズル部（10）の開口部（７）よりレーザ
ビーム（１）と同軸的にO2ガスをワーク（８）に出射し
て加工する。このときのノズル（10）の開口部（７）の
径φｄは、加工性能の向上と加工ガス量削減のため、一
般に、切断加工でCO2レーザの場合φ1.5〜3mm程度が適
用されている。Next, the operation will be described. The laser beam (1) is focused by the processing lens (4) and applied to the work (8), and O 2 is emitted to the processing gas cylinder (5) during laser cutting or the like.
O 2 gas is emitted from the opening (7) of the nozzle portion (10) coaxially with the laser beam (1) to the work (8) by using gas, and the work is processed. The diameter φd of the opening (7) of the nozzle (10) at this time is generally about φ1.5 to 3 mm in the case of CO 2 laser for cutting in order to improve the processing performance and reduce the amount of processing gas. There is.
この種のレーザ加工ヘッドでは、加工プログラムが、集
光レーザビームの開口部における出射位置が開口部の中
心にあることを前提に組まれているため、集光レーザビ
ームの開口部における出射位置が開口部の中心にあるこ
とが重要で、これが偏心した状態では加工位置が異なる
ことになり、加工精度が低下する。In this type of laser processing head, the processing program is set up on the assumption that the emission position of the focused laser beam at the opening is at the center of the opening. It is important to be at the center of the opening, and if this is eccentric, the processing position will be different, and the processing accuracy will decrease.
このため事前にレーザビーム（１）又はノズル部分を動
かしてレーザビーム（１）とノズル（10）の同軸度の調
整を行えるよう構成されているのが通常である。Therefore, the laser beam (1) or the nozzle portion is usually moved in advance to adjust the coaxiality of the laser beam (1) and the nozzle (10).
しかしながら、調整後も加工ヘッド本体（２）に進入す
るレーザビーム（１）の光軸は、図示してないレーザ発
振器や、伝送光路の途中にある偏向ミラーの周囲環境温
度変化又はレーザ光吸収による熱歪のため僅かな変動が
あり、このため、前述したレーザビーム（１）とノズル
（10）の同軸度が狂い加工が不良となるケースが時々発
生する。However, the optical axis of the laser beam (1) that enters the processing head body (2) even after the adjustment is caused by a laser oscillator (not shown) or a change in ambient environment temperature of the deflection mirror in the middle of the transmission optical path or laser light absorption. There is a slight variation due to thermal strain, which sometimes causes a case where the laser beam (1) and the nozzle (10) are out of concentricity and processing becomes defective.
ここで、第４図は、加工レンズ（４）と偏向ミラー（1
1）が回転軸（12）の回りに回転動作する形式の回転式
加工ヘッドの概念図を示し、第５図は第４図で示す姿勢
より180°回転した姿勢を示している。この様な形式の
レーザ加工ヘッドは、回転軸を複数連結してレーザビー
ムを三次元的に走査して加工する三次元レーザ加工機に
最近用いられている。しかし、上記のようなレーザ加工
ヘッドにおいては、例えば、回転軸（12）に対して入射
レーザビーム（１）がθrad傾いていると、180°回転し
た場合加工レンズ（４）の焦点距離をｆとすれば、焦点
（９）は2h＝2fθ移動することになる。Here, FIG. 4 shows a processing lens (4) and a deflection mirror (1
1) shows a conceptual view of a rotary machining head of a type in which it rotates around a rotary shaft (12), and FIG. 5 shows a posture rotated by 180 ° from the posture shown in FIG. Such a type of laser processing head has recently been used in a three-dimensional laser processing machine that connects a plurality of rotary shafts and three-dimensionally scans a laser beam for processing. However, in the laser processing head as described above, for example, when the incident laser beam (1) is inclined by θrad with respect to the rotation axis (12), the focal length of the processing lens (4) is f when rotated by 180 °. Then, the focal point (9) moves by 2h = 2fθ.
これは即ち、前述したように集光レーザビームのノズル
開口部（７）での同軸度が変化することとなり、当然加
工性能や加工品質が不良となるケースがしばしば発生す
る要因となるのである。That is, as described above, the coaxiality of the focused laser beam at the nozzle opening (7) changes, which naturally causes a case that the processing performance and the processing quality are often poor.
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、簡単な構成でもって、集光レーザビームの開口部に
おける出射位置が開口部の中心にあるように補正できる
レーザ加工ヘッドを得ることを目的としている。The present invention has been made to solve the above problems, and provides a laser processing head that can correct the emission position of a focused laser beam at the opening at the center of the opening with a simple configuration. It is an object.
この発明に係わるレーザ加工ヘッドは、レーザビームを
集光する加工レンズと、先端部に上記集光レーザビーム
および加工ガスを射出する開口部を備えたノズルと、上
記加工レンズを保持する加工ヘッド本体とを有するレー
ザ加工ヘッドにおいて、上記加工レンズを上記加工ヘッ
ド本体に対して移動自在に支持する手段と、上記ノズル
の先端部に設けられ上記集光レーザビームのノズル開口
部における射出位置を検出するセンサーと、このセンサ
ーから出力された信号に応じて上記加工レンズの移動量
を決定する制御手段と、この制御手段の出力信号により
加工レンズを集光レーザビームの射出方向と交叉する方
向に駆動する駆動手段とを備えるようにしたものであ
る。A laser processing head according to the present invention includes a processing lens for condensing a laser beam, a nozzle having an opening for ejecting the condensed laser beam and processing gas at a tip, and a processing head main body for holding the processing lens. A laser processing head having a means for movably supporting the processing lens with respect to the processing head body, and detecting the injection position of the focused laser beam at the nozzle opening provided at the tip of the nozzle. A sensor, a control unit that determines the amount of movement of the processing lens according to the signal output from the sensor, and an output signal of this control unit that drives the processing lens in a direction that intersects with the emission direction of the focused laser beam. And a driving means.
この発明においては、加工レンズをビーム射出方向と交
叉する方向に移動させる駆動手段が、ノズル開口部に設
けた集光レーザビームのノズル開口部における出射位置
を検出するセンサーの信号により駆動制御される。In the present invention, the drive means for moving the processing lens in the direction intersecting with the beam emission direction is drive-controlled by the signal of the sensor which detects the emission position of the focused laser beam at the nozzle opening provided in the nozzle opening. .
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はレーザ加工ヘッドの断面図、第２図は第１図のＡ−
Ａ線断面図であり、第１図および第２図において、符号
（１）〜（10）は第３図に示した従来のものと同一、又
は相当部分を示し説明を省略する。（13a），（13b）は
一方がレンズホルダー（３）の外側に当接し、他方が加
工ヘッド本体（２）に埋設された第１および第２の圧電
駆動素子であり、電圧により伸縮する特性を有してい
る。（14a），（14b）は圧電駆動素子（13a），（13b）
のそれぞれと対向する位置に設けられた第１および第２
の圧縮コイルバネ、（15a），（15b）は加工ヘッド本体
（２）のノズル（10）に設けられた開口部（７）内にそ
の先端部が突出して設けられた第１および第２の感熱セ
ンサーであり、ノズル（10）の開口部（７）における集
光レーザビームの射出位置を熱として検出し、それに応
じた電圧信号を出力する熱電対が用いられている。（1
6）はそれぞれの感熱センサー（15a），（15b）から出
力された電圧信号の差に相応する電圧駆動素子（13
a），（13b）の伸縮量を決定するプログラムが入力され
た演算制御器である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First
The figure is a cross-sectional view of the laser processing head, and FIG. 2 is A- in FIG.
It is a sectional view taken along the line A, and in FIGS. 1 and 2, reference numerals (1) to (10) indicate the same or corresponding portions as those of the conventional one shown in FIG. 3 and the description thereof will be omitted. One of (13a) and (13b) is the first and second piezoelectric drive elements that are in contact with the outside of the lens holder (3) and the other is embedded in the processing head body (2), and expand and contract according to voltage. have. (14a) and (14b) are piezoelectric drive elements (13a) and (13b)
A first and a second provided at positions facing each of the
Of the compression coil springs (15a) and (15b) are the first and second thermosensitive elements provided with their tips protruding into the opening (7) provided in the nozzle (10) of the processing head body (2). A thermocouple is used as a sensor, which detects the emission position of the focused laser beam in the opening (7) of the nozzle (10) as heat and outputs a voltage signal corresponding to it. (1
6) is a voltage driving element (13) corresponding to the difference between the voltage signals output from the thermal sensors (15a) and (15b).
This is an arithmetic controller to which a program for determining the amount of expansion / contraction of a) and (13b) has been input.
次に動作について説明する。集光レーザビームがノズル
（10）の開口部（７）中心から射出している場合は、対
向配置されている第１および第２の感熱センサー（15
a），（15b）から集光レーザビームまでの距離はいずれ
も等しいため、各感熱センサー（15a），（15b）はいず
れも同じ電圧信号を演算制御器（16）に出力する。演算
制御器（16）は、入力された電圧信号に差がなく同じ値
であるため、圧電駆動素子（13a），（13b）に伸縮量
“零”の信号を出力する。これにより、圧電駆動素子
（13a），（13b）は、感熱センサー（15a），（15b）の
出力電圧の差に応じて伸縮するように構成されているの
で、上記信号では当然伸縮作用をしない。したがって、
レンズホルダー（３）も移動せず、加工レンズ（４）は
当初の位置に保持されることになるのである。なお、演
算制御器（16）は、感熱センサー（15a），（15b）から
の電圧信号に差がない場合は、圧電駆動素子（13a），
（13b）に信号を出力しないように構成してもよい。Next, the operation will be described. When the focused laser beam is emitted from the center of the opening (7) of the nozzle (10), the first and second heat-sensitive sensors (15) arranged opposite to each other.
Since the distances from a) and (15b) to the focused laser beam are the same, each of the thermal sensors (15a) and (15b) outputs the same voltage signal to the arithmetic controller (16). The arithmetic and control unit (16) outputs the signal of the expansion / contraction amount “zero” to the piezoelectric drive elements (13a) and (13b) because the input voltage signals have the same value without any difference. As a result, the piezoelectric drive elements (13a) and (13b) are configured to expand and contract according to the difference between the output voltages of the heat sensitive sensors (15a) and (15b), so that the signals do not naturally expand or contract. . Therefore,
The lens holder (3) also does not move, and the processed lens (4) is held in the initial position. If there is no difference in the voltage signals from the heat sensitive sensors (15a) and (15b), the arithmetic controller (16) will detect the piezoelectric drive element (13a),
It may be configured not to output a signal to (13b).
つぎに、集光レーザビームがノズル（10）の開口部
（７）中心からズレた場合の射出位置調整について説明
する。Next, the injection position adjustment when the focused laser beam deviates from the center of the opening (7) of the nozzle (10) will be described.
今、例えば集光レーザビームが第１の感熱センサー（15
a）の方向に何らかの外乱によって移動したとき、各感
熱センサー（15a），（15b）から集光レーザビームまで
の距離はそれぞれが相違するので、当然各感熱センサー
（15a），（15b）が出力する電圧信号にも差が生じてく
る。演算制御器（16）は、入力された電圧信号の差に応
じて、予め圧電駆動素子（13a），（13b）の伸縮量が設
定されているプログラムを実行し、その信号を第１の圧
電駆動素子（13a）に出力する。これにより第１の圧電
駆動素子（13a）が伸長して、加工レンズ（４）を支持
したレンズホルダー（３）を第１の圧縮コイルバネ（14
a）のバネ圧に抗して移動する。この結果、集光レーザ
ビームの開口部（７）における射出位置が所定の位置に
調整されることになる。Now, for example, the focused laser beam is the first thermal sensor (15
When moving in the direction of a) due to some disturbance, the distances from the heat-sensitive sensors (15a) and (15b) to the focused laser beam are different, so the heat-sensitive sensors (15a) and (15b) naturally output. There is also a difference in the voltage signals to be applied. The arithmetic controller (16) executes a program in which the expansion / contraction amounts of the piezoelectric drive elements (13a), (13b) are set in advance in accordance with the difference between the input voltage signals, and the signal is sent to the first piezoelectric element. Output to the drive element (13a). As a result, the first piezoelectric drive element (13a) expands, and the lens holder (3) supporting the processed lens (4) is attached to the first compression coil spring (14).
It moves against the spring pressure of a). As a result, the emission position of the focused laser beam at the opening (7) is adjusted to a predetermined position.
なお、上記は、開ループ制御の場合を示したが、閉ルー
プ制御（フィードバック制御）でもよく、この場合は感
熱センサー（15a），（15b）の信号電圧差が“零”とな
る様、演算制御器（16）で圧電駆動素子（13a）を制御
駆動すればよい。Although the above shows the case of open loop control, closed loop control (feedback control) may also be used. In this case, arithmetic control is performed so that the signal voltage difference between the thermal sensors (15a) and (15b) becomes "zero". The piezoelectric drive element (13a) may be controlled and driven by the device (16).
ところで、図示していないが、感熱センサーは第１図の
紙面と垂角な方向にも一対設けられており、この信号で
は前記と同様にして第２の圧電駆動素子（13b）が制御
駆動され、この結果、開口平面内における集光レーザビ
ーム出射位置が、ノズル（10）開口部（７）の中心とな
る様制御動作される。By the way, although not shown, a pair of heat-sensitive sensors are also provided in a direction perpendicular to the plane of the paper of FIG. 1, and this signal controls the second piezoelectric drive element (13b) in the same manner as described above. As a result, the converging laser beam emission position in the plane of the opening is controlled so as to be the center of the opening (7) of the nozzle (10).
また、上記実施例ではレーザビームはCO2レーザで示し
たがYAGレーザ等他のレーザでもよく、切断加工時だけ
でなく溶接，熱処理等のレーザ加工の場合でも良い。ま
た、集光レーザビームの出射位置を検出するセンサー
は、使用レーザの波長に応じたビームセンサー（例えば
CO2の場合赤外線検出センサー）でも良く、さらに、加
工レンズ（４）を駆動する駆動手段として、集光レーザ
ビームの射出位置の調整が微細に且つ容易に行える圧電
駆動素子を用いたが一般のモータ等のアクチュエータに
よっても同様の効果を奏する。Further, in the above embodiment, the laser beam is a CO 2 laser, but other lasers such as a YAG laser may be used, and not only cutting processing but also laser processing such as welding and heat treatment may be performed. In addition, the sensor that detects the emission position of the focused laser beam is a beam sensor (for example, according to the wavelength of the laser used).
In the case of CO 2, an infrared ray detection sensor) may be used, and as a driving means for driving the processing lens (4), a piezoelectric driving element that can finely and easily adjust the emission position of the focused laser beam is used. The same effect can be obtained by an actuator such as a motor.
以上のようにこの発明によれば、加工レンズで集光され
たレーザビームのノズル開口部における射出位置を検出
して加工レンズを移動制御する様に構成したので、簡単
な構成でもって、集レーザビームの開口部における出射
位置が開口部の中心にあるように補正できるレーザ加工
ヘッドを得ることができる。As described above, according to the present invention, the laser beam focused by the processing lens is configured to detect the emission position at the nozzle opening to control the movement of the processing lens. It is possible to obtain a laser processing head capable of correcting the emission position of the beam at the opening so that it is located at the center of the opening.
第１図はこの発明の一実施例によるレーザ加工ヘッドの
構成図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は従
来のレーザ加工ヘッドの断面図、第４図および第５図は
従来の回転式加工ヘッドにおける光軸偏心の説明図であ
る。 図において、（１）はレーザビーム、（２）は加工ヘッ
ド本体、（３）はレンズホルダー、（４）は加工レン
ズ、（６）は加工ガス入口、（７）は開口部、（10）は
ノズル、（13a）は第１の圧電駆動素子、（13b）は第２
の圧電駆動素子、（15a）は第１の感熱センサー、（15
b）は第２の感熱センサー、（16）は演算制御器であ
る。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。1 is a block diagram of a laser processing head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view of a conventional laser processing head, FIG. 4 and FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of optical axis eccentricity in a conventional rotary machining head. In the figure, (1) is a laser beam, (2) is a processing head main body, (3) is a lens holder, (4) is a processing lens, (6) is a processing gas inlet, (7) is an opening, and (10). Is the nozzle, (13a) is the first piezoelectric drive element, and (13b) is the second
Piezoelectric drive element, (15a) is the first thermal sensor, (15a)
b) is the second thermal sensor, and (16) is the arithmetic controller. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
端部に上記集光レーザビームおよび加工ガスを射出する
開口部を備えたノズルと、上記加工レンズを保持する加
工ヘッド本体とを有するレーザ加工ヘッドにおいて、上
記加工レンズを上記加工ヘッド本体に対して移動自在に
支持する手段と、上記ノズルの先端部に設けられ上記集
光レーザビームのノズル開口部における射出位置を検出
するセンサーと、このセンサーから出力された信号に応
じて上記加工レンズの移動量を決定する制御手段と、こ
の制御手段の出力信号により加工レンズを集光レーザビ
ームの射出方向と交叉する方向に駆動する駆動手段とを
備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。1. A laser having a processing lens for condensing a laser beam, a nozzle having an opening for ejecting the condensed laser beam and a processing gas at a tip, and a processing head main body for holding the processing lens. In the processing head, means for movably supporting the processing lens with respect to the processing head main body, a sensor provided at the tip of the nozzle for detecting the injection position of the focused laser beam at the nozzle opening, and Control means for determining the movement amount of the processing lens according to the signal output from the sensor, and driving means for driving the processing lens in the direction intersecting the emission direction of the focused laser beam by the output signal of the control means. A laser processing head characterized by being provided.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1037616A JPH07115220B2 (en) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | Laser processing head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1037616A JPH07115220B2 (en) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | Laser processing head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02217188A JPH02217188A (en) | 1990-08-29 |
| JPH07115220B2 true JPH07115220B2 (en) | 1995-12-13 |
Family
ID=12502557
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1037616A Expired - Lifetime JPH07115220B2 (en) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | Laser processing head |
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