CN110198804B - 激光加工头以及使用其的激光加工装置 - Google Patents

Abstract

激光加工头具有：平行板(17)，使具有从壳体(6)的上方向下方出射的第1光轴的激光的光轴向第2光轴偏移；平行板(19)，使第2光轴的激光的光轴向第3光轴偏移；和壳体(6)，对分别保持平行板(17、19)的保持架(7、18)进行收纳。进一步地，具有使保持架(7、18)围绕第1旋转轴旋转的旋转机构。使被第2平行板(19)的入射面反射的激光通过的开口部(7a)被设置于保持架(7)，对通过开口部(7a)的激光进行受光的受光部(6a)被设置于壳体(6)。

Description

激光加工头以及使用其的激光加工装置

技术领域

本公开涉及激光加工头以及使用其的激光加工装置。

背景技术

近年来，使用焦距长的激光、从远离加工点的位置向加工点照射激光并进行激光焊接的被称为远程激光加工的加工法被关注。

特别地，对小型并且轻型的激光加工头的关心变高，例如，在专利文献1中，公开了一种激光加工头，通过简便的结构来使激光偏移，控制针对工件的激光的照射位置，能够进行点焊、缝焊等的激光加工。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/129249号

发明内容

专利文献1中公开的激光加工头相比于使用电流镜来进行激光的位置控制的现有的构造，实现小型并且轻型的头。

另一方面，该激光加工头通过分别独立的旋转机构来使设置于头内部并且被平行配置的2个平行板旋转，使通过平行板的激光的光轴偏移，从而进行激光的位置控制。

因此，需要被配置于头内部的光学部件、旋转机构的状态较大地左右其性能并能够诊断这些的状态的技术。

本公开鉴于该方面而作出，其目的在于，提供一种能够以简便的结构诊断头的结构部件的状态等的激光加工头。

为了实现上述的目的，在该公开的一方式中，2个平行板之中，将对在被配置于下方的平行板的上表面反射的激光进行受光的受光部设置于头内部，使受光部的位置与激光的光轴的偏移量相匹配地来进行调整。进一步地，基于被该受光部输出的信号，进行头的结构部件的状态诊断。

具体而言，本公开的一方式所涉及的激光加工头具备：第1平行板，使具有第1光轴的激光的光轴向第2光轴偏移；第1保持架，对第1平行板进行保持；第1旋转机构，使第1保持架以第1旋转轴为中心进行旋转；第2平行板，使通过第1平行板而向第2光轴偏移的激光的光轴向第3光轴偏移；第2保持架，保持第2平行板；第2旋转机构，使第2保持架以第2旋转轴为中心进行旋转；和第1外壳，对第1平行板、第1保持架、第2平行板和第2保持架进行收纳，第1旋转轴、第2旋转轴和第1光轴相互一致，激光在第1外壳内从上方向下方通过，第1透光部被设置于第2保持架，所述第1透光部使被第1平行板偏移并且被第2平行板的入射面反射的激光通过，第1受光部被设置于第1外壳，所述第1受光部对通过第1透光部的激光进行受光。

通过该结构，能够由第1受光部对被第2平行板中的激光的入射面反射的激光进行受光，能够掌握激光的输出状态。

优选第1外壳具有穿过第2平行板中的激光的入射面与第1旋转轴的交点P并且在与第1旋转轴正交的方向延伸的平面x1与第1外壳的侧面交又的交叉部P2，在从第1外壳中的交叉部P2向上方或者下方偏移伴随着第1平行板的旋转的第1光轴与第2光轴的偏移量A的位置，设置第1受光部。

通过该结构，能够通过第1受光部来可靠地对被第2平行板中的激光的入射面反射的激光进行受光。

优选在从交叉部P2向上方或者下方偏移了偏移量A的位置，配置第1受光部的中心。

通过该结构，能够使第1受光部中的受光量最大，能够高精度地掌握激光的输出状态。

优选还具备：第2外壳，被设置于第1外壳的激光出射侧端部；第3保持架，可装卸地设置于第2外壳；和第1保护部件，被保持于第3保持架，能够透射向第3光轴被偏移的激光，在第3保持架，在与第1保护部件的侧面对置的规定的位置设置第2透光部，在第2外壳，在与第2透光部对置的位置，设置对在第1保护部件内传播的激光进行受光的第2受光部。

通过该结构，能够通过第2受光部来检测被第1保护部件反射并返回到头内的激光的输出，因此能够掌握第1保护部件的状态、特别是表面污染的程度等。

优选第1透光部以及第2透光部的任意一个或者两个被透射激光的透光部件密封。

通过该结构，使通过第1透光部以及第2透光部的任意一个或者两个的激光朝向第1受光部以及第2受光部的任意一个或者两个，并且能够防止灰尘、粉末进入到头内部。

优选第1受光部以及第2受光部在第1以及第2外壳，被设置于配置有第1以及第2旋转机构的一侧。

通过该结构，能够将连接于第1受光部以及第2受光部的布线与连接于第1以及第2旋转机构的布线集中配置，因此布线的处理被简单化，能够实现小型的激光加工头。

本公开的一方式所涉及的激光加工装置具备：激光振荡器，出射具有第1光轴的激光；用于将激光向工件出射的上述激光加工头；和控制装置，对激光振荡器的激光振荡以及激光加工头的动作进行控制。

通过该结构，能够掌握从激光加工头出射的激光的输出状态，能够防止加工不良的产生等。

优选控制装置至少具有：控制部，向激光振荡器发送输出指令信号，使激光振荡器激光振荡；存储部，对输出指令信号和从第1受光部输出的受光信号进行存储；判定部，基于输出指令信号以及受光信号，判定激光的光输出是否正常；和显示部，对由判定部判定的结果进行显示。

通过该结构，能够基于实际出射的激光的光输出与设定值，简单地判定有无激光加工装置内的异常。

优选控制部构成为向第1或者第2旋转机构发送旋转指令信号并使第1或者第2保持架以规定的旋转速度进行旋转，存储部构成为对旋转指令信号进行存储，判定部构成为基于旋转指令信号中包含的旋转周期以及从第1受光部输出的受光信号的变动周期，判定第1或者第2旋转机构是否正常。

通过该结构，基于从第1受光部输出的受光信号的变动周期和设定的旋转周期，能够简便地判定设置于激光加工头的第1或者第2旋转机构有无异常。

优选判定部构成为基于从第2受光部输出的受光信号，对第1保护部件的更换时期进行判定。

通过该结构，能够基于从第2受光部输出的受光信号，简便地判定设置于激光加工头的保护部件的更换时期。

通过本公开的一方式，能够简便地诊断激光加工头的结构部件的状态，能够防止加工不良等的产生。

附图说明

图1是表示本公开的实施方式1所涉及的激光加工装置的结构的图。

图2是表示激光加工头的结构的图。

图3是图2中的区域III的剖面示意图。

图4是表示将屏蔽保持架从激光加工头取下的状态的图。

图5是图2中的区域V的剖面示意图。

图6是设置有保护玻璃的屏蔽保持架的分解立体图。

图7是表示激光加工装置的功能模块结构的图。

图8A是表示伴随着平行板的旋转的激光加工头内的激光的光路变化的图，表示2个平行板相互平行的情况。

图8B是表示伴随着平行板的旋转的激光加工头内的激光的光路变化的图，表示2个平行板所成的角度为90°的情况。

图9是表示2个平行板所成的角度变化时的反射光的轨迹的图。

图10是本公开的实施方式2所涉及的激光输出状态的诊断流程图。

图11是表示将第1以及第2平行板调整为规定的位置的情况下的、根据第1受光部中的输出信号而求出的光强度的时间变化的图。

图12是设置于激光加工头的保护玻璃的状态诊断流程图。

图13是表示将第1以及第2平行板调整为规定的位置的情况下的、根据第1以及第2受光部中的输出信号而求出的光强度的时间变化的图。

图14是设置于激光加工头的保护玻璃的另一状态诊断流程图。

图15是本公开的实施方式3所涉及的旋转机构的诊断流程图。

图16是表示根据使第1旋转机构旋转的情况下的第1受光部的输出信号而求出的光强度的时间变化的图。

图17是表示根据使第2旋转机构旋转的情况下的第1受光部的输出信号而求出的光强度的时间变化的图。

具体实施方式

以下，基于附图来对本公开的实施方式详细进行说明。以下的优选的实施方式的说明本质上仅仅是示例，完全没有意图限制本公开、其应用物或者其用途。

此外，在以下的说明中，所谓“一致”，除了严格一致，也包含制造上的组装偏差、加工偏差地一致。此外，所谓“正交”，除了严格正交，也包含制造上的组装偏差、加工偏差地正交。

(实施方式1)

(激光加工装置以及激光加工头的结构)

图1表示本实施方式所涉及的激光加工装置100的结构。激光加工装置100具备：激光加工头50、机械手60、机器人控制装置70、激光振荡器80、光纤90。

激光加工头50将来自光纤90的激光向工件W照射。机械手60使安装于机械手60的前端的激光加工头50移动。机器人控制装置70对激光加工头50的动作、机械手60的动作和激光振荡器80的激光振荡进行控制。激光振荡器80振荡激光，向光纤90输出。光纤90将从激光振荡器80输出的激光传送到激光加工头50。通过这样的结构，激光加工装置100能够从激光加工头50输出从激光振荡器80输出的激光。激光加工装置100使激光加工头50以及机械手60进行动作并以所希望的轨迹向工件W照射激光。

激光加工装置100被用于工件W的切断、焊接、钻孔加工等。

图2表示本实施方式所涉及的激光加工头50的结构。激光加工头50具有：连接器12、透镜体1、壳体6(第1外壳)、屏蔽保持架8、喷嘴单元43(第2外壳)、伺服马达14、21。另外，屏蔽保持架8相对于喷嘴单元43能够装卸，但针对其他结构，也可以多个被一体化。

激光加工头50具有连接器12，经由连接器12来与光纤90连接。激光LB以一定的角度扩大，并从光纤90的出射端面向激光加工头50内出射。

透镜体1对固定有准直透镜4和聚焦透镜5的透镜保持架3进行保持。准直透镜4将从光纤90的出射端面出射的激光LB平行化。并且，被准直透镜4平行化的激光通过聚焦透镜5而被聚光为在工件W中的加工点聚焦。

此外，透镜体1、透镜保持架3对光纤90的出射端面、准直透镜4和聚焦透镜5的光学位置关系进行决定。

在壳体6，设置旋转机构31(第1旋转机构)、平行板17(第1平行板)和保持架18(第1保持架)。通过旋转机构31、平行板17以及保持架18来构成光学单元41(第1光学单元)。旋转机构31由伺服马达14(第1驱动部)、同步带(Timing belt)15(第1传递部件)和同步带滑轮16(第1旋转部件)构成。平行板17被固定于两端被轴承保持的圆筒状的保持架18内。在保持架18的外周面设置同步带15，保持架18经由同步带15通过伺服马达14而被旋转。具体而言，保持架18以第1旋转轴为中心而旋转，第1旋转轴的方向与从激光加工头50输出的激光的光轴的方向相同。

另外，在图2中，将第1旋转轴的方向设为Z轴方向，将与其正交的方向分别设为X轴方向、Y轴方向。在以下的说明中也能够使用相同的表现。此外，有时将Z轴的正向称为“上方”，将Z轴的负向称为“下方”。

进一步地，在壳体6，设置旋转机构32(第2旋转机构)、平行板19(第2平行板)、保持架7(第2保持架)。通过旋转机构32、平行板19以及保持架7来构成光学单元42(第2光学单元)。旋转机构32由伺服马达21(第2驱动部)、同步带22(第2传递部件)、同步带滑轮20(第2旋转部件)构成。平行板19被固定于两端被轴承保持的圆筒状的保持架7内。在保持架7的外周面设置同步带22，保持架7经由同步带22通过伺服马达21而旋转。具体而言，保持架7以第2旋转轴为中心而旋转，第2旋转轴的方向与从激光加工头50输出的激光的光轴的方向相同，并且是与Z轴方向相同的方向。

并且，光学单元41和光学单元42的第1旋转轴的方向与第2旋转轴的方向相同，并且，在壳体6内，被对称配置。即，相对于垂直于第1旋转轴以及第2旋转轴的面而被对称配置。在图2中，光学单元41和光学单元42被上下对称地配置。若这样配置，则在伺服马达14和伺服马达21在相同的方向旋转的情况下，平行板17的旋转方向与平行板19的旋转方向相反。此外，通过使驱动平行板17的伺服马达14的旋转方向反转，也能够使平行板17的旋转方向与平行板19的旋转方向在相同的方向旋转。

另外，从激光加工头50的小型化和增大激光加工头50的激光照射范围这方面出发，期望光学单元41与光学单元42的第1旋转轴和第2旋转轴配置为一致。此外，第1旋转轴以及第2旋转轴的方向优选与从光纤90入射时的激光LB的光轴的方向相同。进一步地，第1旋转轴以及第2旋转轴进一步优选与从光纤90入射时的激光LB的光轴一致。

在以下的说明中，只要没有特别说明，则第1旋转轴、第2旋转轴、从光纤90入射时的激光LB的光轴一致，激光LB的光轴与入射到平行板17的激光的光轴(以下，称为第1光轴)一致。

此外，第1、第2旋转轴也是激光加工头50的Z轴方向的中心轴。

图3表示图2中的区域III的剖面示意图。在保持架7的侧面设置开口部7a(第1透光部)。开口部7a被透射激光的透光部件7b密封。在壳体6的侧面设置受光部6a。

透光部件7b也起到防止灰尘、粉末从周围的环境进入到保持架7的内部的作用。受光部6a是光电二极管等光电变换设备。

此外，虽未特别图示，但开口部7a是具有1mm～20mm的直径的圆形窗。

开口部7a被设置于保持架7的侧面，以使得被平行板19的上表面反射的激光通过并放射到保持架7的外部。此外，受光部6a被设置于壳体6的侧面，以使得对通过开口部7a的激光进行受光。

这里，若将从第1旋转轴与平行板19的上表面相交的点P在X轴方向延伸并与第1旋转轴正交的假想平面设为x1，则保持架7的侧面与假想平面x1在交叉部P1相交，壳体6的侧面与假想平面x1在交叉部P2相交。

另外，在图3中，将交叉部P1、P2表示为交点，但实际的交叉部P1、P2是假想平面x1与保持架7、壳体6的内侧面分别相交的圆。

如图3所示，开口部7a被配置于在保持架7的侧面，从交叉部P1向Z轴的负向偏移距离A的位置P3。此外，受光部6a被配置于在壳体6的侧面，从交叉部P2向Z轴的负向偏移距离A的位置P4。后面对这些进行详述。

作为透光部件7b，能够使用对表面实施了AR(Anti-Reflection)涂层的外罩玻璃。此外，若使用扩散板、聚光透镜等通过将激光分散或者聚光来将透射激光平均化的透光部件，则透射开口部7a的激光的大部分朝向受光部6a，因此在受光部6a，能够可靠地对激光进行受光。

接下来，对激光加工头50的前端的构造进行说明。

如图2所示，在壳体6的前端附近连接喷嘴单元43，在喷嘴单元43的上部固定保护玻璃25(第2保护部件)。另外，喷嘴单元43在喷嘴保持部10设置有内侧喷嘴11和外侧喷嘴28。所谓壳体6的前端，是指激光被出射的一侧的端部。此外，成为在喷嘴单元43中的比保护玻璃25更靠前端方向，能够收纳设置有保护玻璃26(第1保护部件)的屏蔽保持架8的构造。屏蔽保持架8相对于喷嘴单元43能够装卸，保护玻璃26相对于喷嘴单元43也能够装卸。

保护玻璃25通过未图示的螺旋环而被固定于激光加工头50(具体而言喷嘴单元43)。

图4是表示将屏蔽保持架8从激光加工头50取下的状态的图。考虑维护性，保护玻璃26在相对于激光的光轴方向正交的方向(本实施方式的情况下为X轴方向)滑动，被设置于相对于激光加工头50能够装卸的屏蔽保持架8。保护玻璃26通过将屏蔽保持架8从激光加工头50取下而被取出到激光加工头50外，通过将屏蔽保持架8安装于激光加工头50而被配置于激光加工头50内。

进一步地，使用图5以及图6，对屏蔽保持架8及其周边部的构造进行说明。

图5表示图2中的区域V的剖面示意图，在屏蔽保持架8的侧部设置开口部8a(第2透光部)，在喷嘴单元43中的与开口部8a对置的位置设置受光部43a(第2受光部)。

受光部43a与受光部6a同样地，是光电二极管等的光电变换设备。

此外，开口部8a与图3所示的开口部7a同样地，被透光部件8b密封。使光从开口部8a向屏蔽保持架8的外部通过，并且能够防止灰尘、粉末从周围的环境附着于保护玻璃26等。

此外，虽未特别图示，但开口部8a是几mm～10mm的长度的狭缝。

图6表示设置有保护玻璃26的屏蔽保持架8的分解立体图，屏蔽保持架8由被分割为两个以使得夹着保护玻璃26的第1部件23和第2部件24构成。第1部件23与第2部件24通过固定用的杆9的操作，能够容易地结合、分离。保护玻璃26通过O型环27的弹性变形力从而圆周方向被屏蔽保持架8保持，通过由第1部件23和第2部件24夹着从而在轴方向被保持。通过操作杆9，能够容易分离第1部件23和第2部件24，保护玻璃26的更换能够在不使用工具的情况下容易地进行。

另外，也可以不设置保护玻璃25，仅设置相对于激光加工头50能够装卸的保护玻璃26。

(激光加工装置的功能模块结构)

图7表示本实施方式所涉及的激光加工装置100的功能模块结构，激光加工头50如上所述，具有受光部6a、43a以及旋转机构31、32。机械手60按照每个关节轴而具有伺服马达61和编码器62。机器人控制装置70具有控制部71、存储部72、判定部73、显示部74、输入部75。

控制部71具有光输出控制部71a。光输出控制部71a构成为按照从输入部75输入的控制程序，向电源部(未图示)发送输出指令，对激光振荡器80的激光输出进行控制。

此外，控制部71构成为按照从输入部75输入的控制程序以及来自分别设置于旋转机构31、32的编码器(未图示)的反馈信号，生成旋转指令，向分别设置于旋转机构31、32的伺服马达14、21(参照图2)发送旋转指令，对伺服马达14、21的旋转速度以及旋转量进行控制。

进一步地，控制部71构成为按照从输入部75输入的控制程序以及来自设置于机械手60的编码器62的反馈信号，生成位置指令，向设置于机械手60的伺服马达61发送位置指令，对伺服马达61的旋转速度以及旋转量进行控制。

存储部72构成为接受从受光部6a、43a输出的受光信号，对该值进行存储。

判定部73构成为基于上述的受光信号，对激光振荡器80是否正常地输出激光、或者旋转机构31、32是否正常地进行动作进行判定。此外，判定部73也是使用从输入部75直接输入的信息或者从输入部75等输入并保存于存储部72的信息，进行控制部71中的控制所必须的运算处理的运算部。此外，判定部73构成为对各种信息进行加工并将适当的形式的图表等显示于显示部74。

显示部74构成为对由判定部73判定的结果、激光振荡器80的输出状态、机械手60的动作状态等进行显示。

输入部75构成为能够输入用于对激光振荡器80的输出、机械手60的移动速度以及移动量进行决定的控制程序以及数值。此外，输入部75构成为能够输入用于对伺服马达14、21的旋转速度以及旋转时间进行决定的控制程序以及数值。

另外，在图7中，表示用于进行后述的激光加工头50的各种诊断的主要功能模块，省略其他的功能的说明。例如，安全停止功能模块等省略图示。

此外，对于各装置内的结构、各装置间的连接关系、还有机器人控制装置70内的信号的流动，是根据激光加工装置100、机器人控制装置70的规格来适当决定的，并不限定于本实施方式。

(关于第1开口部与第1受光部的配置)

图8A以及图8B表示伴随着平行板17、19的旋转的激光加工头50内的激光的光路变化。激光通过平行板17、19从而光轴被偏移，并且在包含壳体6的激光加工头50内从上方向下方通过，并向工件W出射。

具体而言，通过聚焦透镜5的激光在通过平行板17时折射2次(向平行板17的入射时和从平行板17的出射时)。由此，激光平行地偏移根据平行板17的板厚、平行板17相对于第1旋转轴的安装角度即平行板17的倾斜角度、根据平行板17的折射率而定的量。即，入射到平行板17的激光的光轴(第1光轴)与出射平行板17的激光的光轴(第2光轴)的方向相同，位置偏离。这在相同结构的平行板19中也相同。即，入射到平行板19的激光的光轴(第2光轴)与出射平行板19的激光的光轴(第3光轴)的方向相同，位置偏离。本实施方式的平行板17与平行板19是合成石英制，板厚t＝13mm，相对于第1旋转轴(第2旋转轴)的倾斜角为45°，折射率为1.44963。在该情况下，通过平行板17的激光的光轴(第2光轴)偏移A(＝4.1mm)。然后，在激光通过平行板19时也同样地，激光的光轴(第3光轴)偏移A(＝4.1mm)。因此，本实施方式中的激光的动作范围的半径为8.2mm的圆内。

另外，平行板17、19的板厚以及折射率能够根据激光振荡器80的振荡波长、所需的加工条件等来适当地变更，在该情况下，激光的动作范围也能够变更。

如图8A所示，在平行板17与平行板19平行的状态的情况下，若通过平行板17的激光被平行板19反射，则平行板19相对于第2光轴倾斜45°，因此反射光的光轴为与第2光轴正交的方向。在该情况下，上述的反射光在X轴的正向被反射。另外，平行板19的上表面处的激光的反射率被设定为0.1％以下。

这里，在通过平行板17的前后，激光的光轴从第1光轴向第2光轴偏移。因此，入射到平行板19的上表面的激光的光轴相对于第1光轴(第1旋转轴)与平行板19的上表面的交点P，在X轴的负向偏移第2光轴相对于第1光轴的偏移量A(＝4.1mm)。

由于该影响，在平行板19的上表面实际反射的反射光的光轴成为比通过交点P朝向X轴的正向的假想平面x1更向Z轴的正向偏移4.1mm的直线x2。

如图8B所示，平行板17与平行板19所成的角度为90°的情况下，若通过平行板17的激光被平行板19反射，则平行板19相对于第2光轴倾斜45°，因此反射光的光轴为与第2光轴正交的方向。在该情况下，上述的反射光在X轴的正向被反射。

这里，在通过平行板17的前后，激光的光轴从第1光轴向第2光轴偏移。因此，入射到平行板19的上表面的激光的光轴相对于第1光轴(第1旋转轴)与平行板19的上表面的交点P，在X轴的正向偏移第2光轴相对于第1光轴的偏移量A(＝4.1mm)。

由于该影响，在平行板19的上表面实际反射的反射光的光轴成为比通过交点P朝向X轴的正向的假想平面x1更向Z轴的负向偏移上述的偏移量A(＝4.1mm)的直线x3。

图9表示2个平行板17、19所成的角度变化时的反射光的轨迹。

由虚线所示的假想圆R1表示被平行板19反射的反射光的光轴的轨迹。假想圆R1的中心轴为图3所示的假想平面x1上的线xa。假想圆R1的半径为上述的偏移量A。将激光光斑的半径设为r。2个平行板17、19所成的角度变化时的反射光的轨迹为具有在圆R1的圆周上移动的中心的半径r的圆所描绘的轨迹。

由此可知，若将设置于保持架7的侧面的开口部7a以及设置于壳体6的侧面的受光部6a分别配置于比从圆R1的中心轴偏离偏移量A与激光光斑的半径r的和(A+r)的位置更靠近假想线xa的位置，则能够通过受光部6a来对通过开口部7a的反射光进行受光。

但是，在使用光电二极管等来作为受光部6a的情况下，通常，由于其尺寸为几mm～十几mm角左右、以及反射光的光斑尺寸通常为1mm以下等，因此若受光部6a的配置从反射光的光轴偏移几mm，则受光部6a中的受光量可能大幅度地降低。

因此，受光部6a优选在壳体6的侧面，配置于实际的反射光的光轴通过的位置、换句话说、从圆R1的中心轴xa偏离偏移量A的位置(图9中的圆R1的圆周上)。

然而，若考虑受光部6a表面处的斜反射导致的受光量的降低，则优选受光部6a的受光面与反射光的光轴正交。例如，更加优选受光部6a配置于相对于图3所示的交叉部P2在上方或者下方(Z轴方向的正向或者负向)偏移了偏移量A的位置，例如，更加优选在图3所示的位置P4配置受光部6a。这对于开口部7a也相同，但开口部7a的尺寸能够比受光部6a更大地设定，因此关于其配置，也可以不比受光部6a严格。

此外，若在相对于图3所示的交叉部P2在上方或者下方偏移了偏移量A的位置配置受光部6a的中心，则能够使受光部6a中的受光量最大。

另外，在本实施方式中，优选受光部6a设置于壳体6的侧面处的、配置有旋转机构31、32的一侧。在该区域，配置伺服马达14、21、设置于这些的编码器所连接的布线。与受光部6a连接的布线也能够与这些布线一起配置，因此布线的处理能够简单化。例如，若参照图2，则壳体6由左侧的半部分(X负向)和右侧的半部分(X正向)构成。这些半部分被通过壳体6的中心轴并与X方向正交的假想平面分开。旋转机构31、32被设置于壳体6的右侧的半部分。受光部6a也同样地，被设置于壳体6的右侧的半部分。

对于受光部43a也同样地，优选设置于壳体6的侧面中的配置有旋转机构31、32的一侧。

此外，在本实施方式中，将开口部7a设为圆形窗，将开口部8a设为狭缝，但并不特别局限于此，其形状能够根据受光部6a、43a的尺寸、保持架7、屏蔽保持架8的尺寸、或者激光光斑的半径等来适当地变更其形状。

此外，在本实施方式中，表示了平行板17、19相对于第1旋转轴(第2旋转轴)倾斜45°的例子，该倾斜角度除了严格45°的情况，也包含制造上的组装偏差、加工偏差的情况。

(实施方式2)

在实施方式1所示的激光加工装置100中，能够基于设置于激光加工头50的受光部6a、43a中的受光信号，对激光的输出状态、旋转机构31、32的状态等进行诊断。

(激光输出状态诊断)

图10表示本实施方式所涉及的、激光输出状态的诊断流程图。

首先，对加工工件W所需的条件、例如激光振荡器80的激光输出值等进行设定(步骤S1)。该光输出值是从图7所示的输入部75输入用于决定激光振荡器80的输出的控制程序以及数值而设定的。此外，该光输出设定值被存储于图7所示的存储部72。

接下来，使旋转机构31、32进行动作，调整为平行板17、19来到规定的位置(步骤S2)。该配置是被配置为受光部6a中的受光信号为最大，在本实施方式中，从Y轴方向观察平行板17、19被调整为相互平行，但并不特别限定于此。

另外，在步骤S2中，通过根据来自图7所示的控制部71的旋转指令信号来使旋转机构31旋转，从而使保持架18旋转。平行板17被固定于保持架18内，因此与保持架18的旋转一致地，平行板17也以第1旋转轴为中心来进行旋转。对伺服马达14的旋转量进行调整，对平行板17的位置进行调整。通过使旋转机构32旋转，也同样进行平行板19的位置调整。

使激光振荡器80工作来使其激光振荡(步骤S3)，向激光加工头50内导入激光。通过受光部6a来对通过平行板17并在平行板19的上表面被反射的激光进行受光(步骤S4)。

另外，在步骤S3中，根据来自图7所示的光输出控制部71a的输出指令信号来进行激光振荡，该输出指令信号也被发送并存储于存储部72。

将从受光部6a输出的受光信号发送给机器人控制装置70，对根据该受光信号而求出的光输出的最大值PUmax与设定值的差是否为规定值以下进行判定。在本实施方式中，对该差是否为2％以下进行判定(步骤S5)。

若上述差为2％以下，则激光振荡器80的激光输出正常，结束诊断。

另外，在步骤S5中，将从受光部6a输出的受光信号存储于存储部72，与存储于存储部72的输出指令信号中包含的光输出设定值一起，读取至图7所示的判定部73并进行判定。

若上述差超过2％，则对激光振荡器80进行检查并判断是否正常(步骤S6)，接下来，对激光加工头50进行检查并判断是否正常(步骤S7)。

若激光振荡器80、激光加工头50都正常，则修正激光的光输出设定(步骤S8)，返回到步骤S1，再次进行激光输出的诊断。

另外，在步骤S8中，即使在激光振荡器80、激光加工头50中，发现稍微的性能降低、内部的污染等，若满足另外规定的各装置的维护开始条件，则判断为正常。

在步骤S8中，通过对加工时的光输出值进行修正，能够不更换激光振荡器80、激光加工头50，而得到所希望的激光输出。修正所需的数据预先取得，例如，保存于存储部72，在修正时从存储部72读取，通过变更激光加工用的控制程序的参数，从而能够进行光输出修正。

若激光振荡器80中发现异常，则停止激光振荡，并停止激光加工装置100。进行激光振荡器80的修理或者更换(步骤S9)，并再次进行激光输出的诊断。

若激光振荡器80正常而激光加工头50中发现异常，则停止激光振荡，并停止激光加工装置100。进行激光加工头50的修理或者更换(步骤S10)，并再次进行激光输出的诊断。

在任何情况下，若最终测定的光输出与设定值的差为2％以下，则激光输出正常，结束诊断。

另外，步骤S6与步骤S7的顺序、或者步骤S9与步骤S10的顺序也可以分别交换。

图11表示将平行板17、19调整为规定的位置的情况下的、根据第1受光部6a中的输出信号而求出的光输出的时间变化。

如图11的图表中实线所示，若长时间使用激光加工装置100，则存在从某个时刻起光输出降低的趋势。这是由于激光振荡器80、激光加工头50的经年劣化而产生的。此外，若激光振荡器80内的光学系统损坏，则不再产生激光振荡，因此如图11的图表中虚线所示，光输出突然为检测界限以下。

另外，在本实施方式中，通过测定的光输出与设定值的差是否为2％以下，来诊断激光输出状态是否正常，但该值仅仅是一个例子，能够根据受光部6a中的受光元件的尺寸、灵敏度以及壳体6中的受光部6a的位置等来适当地变更。

(保护玻璃的状态诊断)

图12中表示设置于激光加工头50的保护玻璃26的状态诊断流程图。

首先，对加工工件W所需的条件、例如激光振荡器80的激光输出值等进行设定(步骤S1)。该光输出值的设定以及存储方法与图10所示的步骤S1相同。

接下来，使旋转机构31、32进行动作，调整为平行板17、19来到规定的位置(步骤S2)。平行板17、19的位置的调整条件与图10所示的步骤S2相同。

使激光振荡器80工作来使其激光振荡(步骤S3)，向激光加工头50内导入激光。通过平行板17、19以及保护玻璃25并入射到保护玻璃26的激光之中，通过受光部43a来对在保护玻璃26的内部传播并通过开口部8a的激光进行受光(步骤S4)。

将受光部43a中产生的受光信号发送给机器人控制装置70，对根据该受光信号而求出的光输出是否为规定值以上进行判定(步骤S5)。在本实施方式中，在保护玻璃26中没有异常的情况下，将根据受光部43a中产生的受光信号而求出的光输出存储于图7所示的存储部72，取该值(以下，称为正常值)与测定值之比来决定规定值。

在本实施方式中，若测定值相对于正常值小于3倍，则保护玻璃26中没有异常，结束诊断。

若相对于正常值，测定值为3倍以上，则停止激光振荡，并停止激光加工装置100。从激光加工头50取下屏蔽保持架8，检查保护玻璃26。对保护玻璃26的表面进行清洁，或者从屏蔽保持架8取下保护玻璃26并更换(步骤S6)，结束诊断。这样，判定部73能够判定保护玻璃的更换时期。

另外，在本实施方式中，通过正常值与测定值之比是否为3倍以上，来判定保护玻璃26有无异常，但该值仅仅是一个例子，能够根据工件W的材质、加工条件等来适当地变更。

此外，步骤S1～S5的动作、判断与激光输出状态的诊断同样地，通过图7所示的各功能模块来进行。另外，也可以省略步骤S2。

图13表示将平行板17、19调整为规定的位置的情况下的、根据受光部6a、43a中的输出信号而求出的光输出的时间变化。

如图13的下侧的图表所示，若长时间使用激光加工装置100，则由受光部43a检测的光输出具有随着时间增加的趋势。这是由于激光加工时从工件W飞来的烟尘、溅射的影响，与工件W对置的保护玻璃26的表面污染，在该部分，向激光加工头50的内部反射的光根据加工量而增加。在实际的装置中，在加工中进行吹气以使得烟尘等不附着于保护玻璃26，但不可避免根据加工量等而保护玻璃26的表面污染，因此需要保护玻璃26的状态诊断。

另外，优选本实施方式所涉及的、保护玻璃的状态诊断以较短的频率进行。保护玻璃26的表面每当进行激光加工则污染，因此例如也可以每当加工作业则进行状态诊断。此外，该频率可根据针对激光加工时的工件W的激光输出时间、激光输出值、工件W的材质等来适当地决定。

另外，也能够同时诊断激光输出状态和保护玻璃的状态，但由于各个状态诊断的频率不同，因此不需要同时诊断。

此外，图13所示的上侧的图表和下侧的图表并不是相同的时间轴。

尽管基于激光输出条件，但进行激光输出状态的诊断的频率是根据激光振荡器80或者激光加工头50的更换周期而决定的，相比于保护玻璃26的状态诊断频率相当低。例如，每百次～数百次的加工作业则进行激光输出状态的诊断。

另外，如图14所示，也可以将上述的规定值设定为2个阶段。例如，将第1规定值相对于正常值设定为3倍，将第2规定值相对于正常值设定为10倍。

在该情况下，在步骤S5中，若相对于正常值，测定值为3倍以上、10倍以下，则修正加工时的光输出值(步骤S6)并结束。

如上所述，保护玻璃26的表面状态根据加工时间、此时的激光输出来变化。因此，在图12所示的状态判断流程中，若直到判断为保护玻璃26的更换时期为止未采取对策，也可能向激光振荡器80的输出指令中包含的光输出设定值与实际上向工件W照射的激光输出的差变大，产生加工不良。

因此，在这样的情况下，通过对加工时的光输出值进行修正，能够在不缩短保护玻璃26的更换周期的情况下防止加工不良。修正所需的数据是预先取得的，例如，保存于存储部72，在修正时从存储部72读取，对激光加工用的控制程序的参数进行变更从而能够进行光输出修正。

如以上说明那样，通过本实施方式，通过由设置于头内部的受光部6a对平行板19处的反射光进行受光，能够诊断激光的输出状态，基于诊断结果来确认激光振荡器80、激光加工头50的异常并进行修理等的对应。由此，能够将激光加工时的加工不良防患于未然。

此外，通过利用设置于头内部的受光部8a来对设置于激光加工头50的前端的保护玻璃26内传播的激光进行受光，能够诊断保护玻璃26的状态，基于诊断结果，能够确认保护玻璃26的异常并进行更换等的对应。由此，能够将激光加工时的加工不良防患于未然。

(实施方式3)

(旋转机构诊断)

图15表示本实施方式所涉及的、旋转机构的诊断流程图。

使旋转机构31、32进行动作，调整为平行板17、19来到规定的位置(步骤S1)。平行板17、19的位置的调整条件与图10所示的步骤S2相同。

使激光振荡器80工作来使其激光振荡(步骤S2)，向激光加工头50内导入激光。在固定旋转机构32的状态下使旋转机构31以旋转速度θ1进行旋转(步骤S3)，通过受光部6a来对在平行板19的上表面反射的激光进行受光(步骤S4)。

将受光部6a中产生的受光信号发送给机器人控制装置70，根据由该受光信号求出的光输出的最大值的时间变化来求出旋转机构31的实际的旋转周期TU。观察该旋转周期TU与基于预先设定的旋转速度的旋转周期的差，判定是否为规定值以下。在本实施方式中，判定该差是否为3％以下(步骤SS)。

若上述差为3％以下，则旋转机构31中没有异常，结束诊断。

若上述差超过3％，则停止激光振荡，停止激光加工装置100。对旋转机构31进行检查，根据需要来进行修理或者更换(步骤S6)，再次进行光输出的测定来求出旋转周期。

最终，若测定的旋转周期TU与预先设定的旋转周期的差为3％以下，则旋转机构31正常，结束诊断。

另外，步骤S1～S5的动作、判断与激光输出状态的诊断同样地，通过图7所示的各功能模块来进行。此外，在步骤S3中，根据来自控制部71的旋转指令信号来使旋转机构31进行旋转，但该旋转指令信号中也包含上述的旋转速度θ1。旋转指令信号也被发送并存储于存储部72。

另外，在本实施方式中，通过测定的旋转周期TU与预先设定的旋转周期的差是否为3％以下，判定有无旋转机构31的异常，但该值仅仅是一个例子，能够根据保持架7、18的尺寸、旋转机构31的旋转速度等来适当地变更。

另外，在步骤S3中，在固定旋转机构31的状态下，使旋转机构32以旋转速度θ2进行旋转，从而也能够进行旋转机构32的状态诊断。

此外，在进行了旋转机构31的状态诊断之后，也能够连续进行旋转机构32的状态诊断。

这里，旋转机构31、32之中，关于伺服马达14、21，根据来自分别连接的编码器(未图示)的反馈信号，能够大概获知是否正常，能够大概获知在该情况下伺服马达14、21是否按照来自控制部71的指令那样进行动作。

因此，在本实施方式的诊断流程中，可以说主要对同步带15、22的状态进行诊断。在旋转机构31、32的动作时，同步带15、22分别与同步带滑轮16、20接触，接受摩擦，构成旋转机构31、32的部件之中，最容易摩耗或者破损。若同步带15、22断开，则伺服马达14、21的旋转力不向保持架18、7传递，不能进行激光的位置控制。例如，不能进行规定的形状的打孔加工等。因此，同步带15、22的状态监视以及这些的更换周期的确定在进行激光加工上较为重要。

因此，优选本实施方式所涉及的、旋转机构的状态诊断以较短的频率进行。例如，也可以每几十回～百回的加工作业进行状态诊断。另外，该频率能够根据一次激光加工时的旋转机构31、32的旋转总量、同步带15、22的直径、材质、激光加工头50的周围温度环境等来适当地变更。

通过本实施方式，能够简便地诊断旋转机构31、32的状态，能够将激光加工时的加工不良等防患于未然。特别地，能够诊断同步带15、22有无异常，因此能够确切地确定其更换周期。

另外，本实施方式所涉及的、旋转机构的状态诊断也能够与实施方式2中的其他状态诊断组合进行。

图16表示根据使旋转机构31旋转的情况下的受光部6a中的输出信号而求出的光输出的时间变化，图17表示根据使旋转机构32旋转的情况下的受光部6a中的输出信号而求出的光输出的时间变化。

在图15所示的状态诊断流程中，在步骤S1中，将平行板19固定于受光部6a中的受光量为最大的位置，因此在步骤S3中，即使平行板17在第1旋转轴的周围旋转，平行板17与平行板19所成的角度在时间上变化，也能够通过受光部6a来确保一定以上的受光量，能够较高取得信号强度。此外，如图16所示，由于光输出的半值宽度较宽，因此该最大值容易求出，例如，能够组合进行实施方式2中的激光输出的状态诊断与本实施方式中的旋转机构31的状态诊断。

另一方面，若使旋转机构32旋转，则伴随于此，保持架7也旋转，因此开口部7a的位置变化。在本实施方式中，仅在平行板19的上表面中的激光的入射点、开口部7a、受光部6a在X轴方向按照该顺序位于几乎一条直线上的时刻，受光部6a中产生受光信号。

因此，如图17所示，光输出的半值宽度相比于图16所示的情况大幅度地变窄。因此，根据受光信号的时间变化能够求出旋转机构32的旋转周期TL，但难以求出光输出的正确的值。因此，更加优选组合进行图16所示的旋转机构31的旋转状态诊断与激光输出的状态诊断。

此外，也能够组合进行实施方式2中的保护玻璃的状态诊断和本实施方式中的旋转机构31以及旋转机构32的任意一个或者两个的状态诊断。

在该情况下，被受光部43a受光的受光量几乎不取决于平行板17、19的旋转。因此，在连续进行旋转机构31或者旋转机构32的状态诊断、或者旋转机构31、32两者的状态诊断的情况下，也能够组合进行保护玻璃26的状态诊断。

产业上的可利用性

本公开的一方式的激光加工头能够基于来自设置于头内部的受光部的信号，进行头的结构部件的诊断，在应用于激光加工装置上有用。

-符号说明-

4 准直透镜

5 聚焦透镜

6 壳体(第1外壳)

6a 受光部(第1受光部)

7 保持架(第2保持架)

7a 开口部(第1透光部)

7b 透光部件

8 屏蔽保持架(第3保持架)

8a 开口部(第2透光部)

8b 透光部件

17 平行板(第1平行板)

18 保持架(第1保持架)

19 平行板(第2平行板)

26 保护玻璃(第1保护部件)

31 旋转机构(第1旋转机构)

32 旋转机构(第2旋转机构)

43 喷嘴单元(第2外壳)

43a 受光部(第2受光部)

50 激光加工头

60 机械手

70 机器人控制装置

71 控制部

72 存储部

73 判定部(运算部)

74 显示部

75 输入部

80 激光振荡器

100 激光加工装置

Claims (10)

1.一种激光加工头，具备：

第1平行板，使具有第1光轴的激光的光轴向第2光轴偏移；

第1保持架，保持所述第1平行板；

第1旋转机构，使所述第1保持架以第1旋转轴为中心进行旋转；

第2平行板，使通过所述第1平行板而向第2光轴偏移的所述激光的光轴向第3光轴偏移；

第2保持架，保持所述第2平行板；

第2旋转机构，使所述第2保持架以第2旋转轴为中心进行旋转；和

第1外壳，收纳所述第1平行板、所述第1保持架、所述第2平行板和所述第2保持架，

所述第1旋转轴、所述第2旋转轴和所述第1光轴相互一致，

所述激光在所述第1外壳内从上方向下方通过，

在所述第2保持架设置第1透光部，所述第1透光部使被所述第1平行板偏移并且被所述第2平行板的入射面反射的所述激光通过，

在所述第1外壳设置第1受光部，所述第1受光部对通过所述第1透光部的所述激光进行受光。

2.根据权利要求1所述的激光加工头，其中，

所述第1外壳具有：穿过所述第2平行板中的所述激光的入射面与所述第1旋转轴的交点P并且在与所述第1旋转轴正交的方向延伸的平面x1与所述第1外壳的侧面交叉的交叉部P2，

在从所述第1外壳中的所述交叉部P2向上方或者下方偏移了伴随着所述第1平行板的旋转的所述第1光轴与所述第2光轴的偏移量A的位置，设置所述第1受光部。

3.根据权利要求2所述的激光加工头，其中，

在从所述交叉部P2向上方或者下方偏移了所述偏移量A的位置，配置所述第1受光部的中心。

4.根据权利要求1所述的激光加工头，其中，

所述激光加工头还具备：

第2外壳，被设置于所述第1外壳的激光出射侧端部；

第3保持架，可装卸地被设置于所述第2外壳；和

第1保护部件，被保持于所述第3保持架，能够透射向所述第3光轴被偏移的所述激光，

在所述第3保持架，在与所述第1保护部件的侧面对置的规定的位置设置第2透光部，

在所述第2外壳，在与所述第2透光部对置的位置，设置对在所述第1保护部件内传播的激光进行受光的第2受光部。

5.根据权利要求4所述的激光加工头，其中，

所述第1透光部以及所述第2透光部的任意一个或者两个被透射所述激光的透光部件密封。

6.根据权利要求4或者5所述的激光加工头，其中，

所述第1受光部以及所述第2受光部在所述第1外壳以及第2外壳，被设置于配置有所述第1以及第2旋转机构的一侧。

7.一种激光加工装置，具备：

激光振荡器，出射具有所述第1光轴的激光；

将所述激光向工件出射的权利要求1至6的任意一项所述的激光加工头；和

控制装置，对所述激光振荡器的激光振荡以及所述激光加工头的动作进行控制。

8.根据权利要求7所述的激光加工装置，其中，

所述控制装置至少具有：

控制部，向所述激光振荡器发送输出指令信号，使所述激光振荡器进行激光振荡；

存储部，对所述输出指令信号和从所述第1受光部输出的受光信号进行存储；

判定部，基于所述输出指令信号以及所述受光信号，判定所述激光的光输出是否正常；和

显示部，显示由所述判定部判定的结果。

9.根据权利要求8所述的激光加工装置，其中，

所述控制部构成为：向所述第1旋转机构或者第2旋转机构发送旋转指令信号，使所述第1保持架或者第2保持架以规定的旋转速度进行旋转，

所述存储部构成为对所述旋转指令信号进行存储，

所述判定部构成为：基于所述旋转指令信号中包含的旋转周期以及从所述第1受光部输出的受光信号的变动周期，判定所述第1旋转机构或者第2旋转机构是否正常。

10.根据权利要求8或者9所述的激光加工装置，其中，

所述激光加工头是权利要求4至6的任意一项所述的激光加工头，

所述判定部构成为基于从所述第2受光部输出的受光信号来对所述第1保护部件的更换时期进行判定。

Images