CN114401809A - 水力喷射激光加工机 - Google Patents

Abstract

一种水力喷射激光加工机(100)，其具备喷嘴(26)、泵(40)、压力传感器(42)、存储部(52)和判定部(51)，喷嘴(26)构成为喷射水柱(34)且可将激光束导入水柱(34)之中；泵(40)向喷嘴(26)供给加压了的水；压力传感器(42)检测从泵(40)向喷嘴(26)供给的水的压力；存储部(52)存储用于判断从泵(40)向喷嘴(26)供给的水的压力的降低的阈值；判定部(51)基于由压力传感器(42)检测的压力和存储在存储部(52)的阈值，判定由压力传感器(42)检测的压力是否降低了，由此，判定喷嘴(26)是否包括了破损。

Description

水力喷射激光加工机

技术领域

本发明涉及一种水力喷射激光加工机。

背景技术

以往，通过相对于工件照射由水柱引导的激光束来加工工件的水力喷射激光加工机已被公知。在这样的水力喷射激光加工机中，在用于喷射水柱的喷嘴的破损了的情况下，存在不适当地形成水柱的可能性。在此情况下不能如期望的那样引导激光，因此，存在不能适当地加工工件的可能性。

关于上述的那样的问题，例如，专利文献1公开了一种具备用于检测液柱的异常的检测组件的激光加工装置。此激光加工装置具备用于使引导激光束的液柱通过的管。进而，管以使为了在液柱的周围流动地对液柱进行整流的气体通过的方式构成。检测组件具有用于检测上述气体的异常的各种各样的传感器(例如，流量传感器、音响传感器及压力传感器)。这些传感器在喷嘴的周边设置在用于将气体向管内引导的流路上。在此激光加工装置中，将由这些传感器检测出的气体的异常作为液柱的异常来识别。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2013-215769号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1的激光加工装置中，如上述那样，在喷嘴的周边设置了各种各样的传感器，因此，包括它们的配线在内需要附加的结构要素，存在喷嘴的周边的设计变得复杂的可能性。本公开以提供一种能由更简单的结构检测喷嘴的破损的水力喷射激光加工机为目的。

为了解决课题的手段

本公开一方式是一种水力喷射激光加工机，该水力喷射激光加工机通过由水柱引导激光束并将上述激光束相对于工件照射来加工上述工件，其特征在于，具备喷嘴、泵、压力传感器、存储部和判定部，该喷嘴构成为喷射上述水柱且可将上述激光束导入上述水柱之中；该泵向上述喷嘴供给加压了的水；该压力传感器检测从上述泵向上述喷嘴供给的水的压力；该存储部存储用于判断从上述泵向上述喷嘴供给的水的压力的降低的阈值；该判定部基于由上述压力传感器检测的压力和存储在上述存储部的阈值，判定由上述压力传感器检测的压力是否降低了，由此，判定上述喷嘴是否包括了破损。

本发明者精心研究结果的发现，在喷嘴产生了破损(例如裂缝)的情况下，从泵向喷嘴供给的水的压力降低。因此，通过以检测水的压力的方式将压力传感器配置在泵和喷嘴之间，能检测从泵向喷嘴供给的水的压力的降低，即，喷嘴的破损。因此，能由在泵和喷嘴之间包括压力传感器这样的简单的结构容易地判断喷嘴是否包括了破损。

也可以是，上述存储部还存储从上述泵向上述喷嘴供给的水的压力和上述水柱的层流层的长度的关系，上述判定部，在判定为上述喷嘴包括破损的情况下，基于由上述压力传感器检测的压力和存储在上述存储部的上述关系算出层流层的长度，进而通过判定上述层流层的长度是否比期望的加工深度长，判定是否能加工工件。本发明者还发现，在从泵向喷嘴供给的水的压力和水柱的层流层的长度之间存在相关性。因此，根据此方式，即使在喷嘴包括破损的情况下，也能通过算出层流层的长度，判定能否使用包括破损的喷嘴来加工工件。因此，能延长喷嘴的使用期间。

也可以是，上述存储部将在某一时刻由上述压力传感器检测的压力作为上述阈值存储，上述判定部在上述某一时刻后在由上述压力传感器检测的压力在规定的时间以上低于上述阈值的情况下判定为由上述压力传感器检测的压力降低了。根据此方式，即使在由压力传感器检测的压力稍微变动的情况下，也能正确地检测压力的降低，因此，能更正确地判定喷嘴是否包括破损。

发明的效果

根据本公开的一方式，可提供一种能由简单的结构检测喷嘴的破损的水力喷射激光加工机。

附图说明

图1是表示关于实施方式的水力喷射激光加工机的概略图。

图2是表示图1的水力喷射激光加工机的动作的流程图。

具体实施方式

为了实施发明的方式

以下，参照附图，说明关于实施方式的流体供给装置及水力喷射激光加工机。对同样的或对应的要素附加相同的符号，重复的说明省略。为了容易理解，图的比例尺存在变更的情况。

图1是表示关于实施方式的水力喷射激光加工机100的概略图。水力喷射激光加工机(以下，也可简单地称为“激光加工机”)100由水柱34引导激光束，通过相对于工件W照射激光束来加工工件W。激光加工机100，例如，具备激光头10、纯水制造装置30、高压泵40、脉动阻尼器41、压力传感器42、工件工作台36和控制装置50。激光加工机100也可以还具备其它的结构要素。

激光头10相对于工件W照射激光束。例如，激光头10可相对于工件工作台36在正交的3轴方向(X、Y及Z方向)的各个呈直线性地相对移动。激光头10的移动，例如也可以由组装到控制装置50中的NC装置控制。在激光头10中，从配置在外壳12的外部(或内部)的激光振荡器14射出激光束。例如，激光振荡器14射出可见光激光(例如，Nd:YAG(钇铝石榴石晶体)激光)。激光束例如经光纤等导光构件14a由激光照射头16接收。激光照射头16朝向准直透镜18照射激光束。来自激光照射头16的激光束由准直透镜18变换为平行光线，由第一反射镜20朝向第二反射镜22反射，由第二反射镜22朝向激光聚焦透镜24反射。由激光聚焦透镜24收拢了的激光束通过喷嘴26的喷嘴孔26b向外壳12的外部照射。

第一及第二反射镜20、22具有平面状的反射面，且作为反射镜配置方向变更组件分别具有第一马达20a及第二马达22a。通过由第一马达20a及第二马达22a调整反射面的配置方向，能将激光束的焦点位置调整到水平的2个方向(X方向及Y方向)。例如，第一及第二反射镜20、22，特别是朝向激光聚焦透镜24反射激光束的第二反射镜22也可以包括感应体多层膜。感应体多层膜适合于从激光振荡器14照射的激光束的波长，反射激光束，且透过激光束的波长以外的波长的光。这样的感应体多层膜，例如，由蒸镀形成在玻璃板上。在第二反射镜22包括感应体多层膜的情况下，可由照相机32监视从喷嘴孔26b照射的激光束和喷嘴孔26b的位置关系。例如，照相机32的焦点对准与喷嘴孔26b的开口面相同高度的喷嘴头26a的面。激光头10的结构要素(例如，激光振荡器14、第一马达20a、第二马达22a及照相机32等)的动作，例如能由组装到控制装置50中的机械控制装置控制。

喷嘴26喷射水柱34且向水柱34中照射激光束。具体地说，喷嘴26具有喷嘴头26a。喷嘴头26a是从高压泵40经管路28接受水的供给的空心状的构件。在与激光聚焦透镜24面对的喷嘴头26a的上面上，设置了由玻璃等透明的构件形成的窗26c。在喷嘴头26a上设置了喷嘴孔26b。在喷嘴头26a上，也可以可装拆地安装与喷嘴头26a分体的喷嘴主体(未图示)，喷嘴孔26b也可以设置在此喷嘴主体上。在此情况下，能从具有不同的内径的喷嘴孔26b的多个喷嘴主体之中与加工的条件相应地选择1个喷嘴主体。由这样的结构，喷嘴26的内径可以变更。水柱34的压力与水的流量及喷嘴孔26b的内径相应地变化。例如，在水的流量为20ml/min～150ml/min、喷嘴孔26b的内径为30μm～135μm的情况下，水柱34的压力大致是50MPa(500bar)～5MPa(50bar)。从喷嘴孔26b向外壳12的外部照射的激光束由水柱34包围，一边在水柱34和周围的空气之间的分界面中进行全反射一边前进。因此，激光束沿着水柱34前进。

纯水制造装置30生成为了形成水柱34而使用的水(例如，纯水或杂质比纯水更少的超纯水)。纯水制造装置30与供水源60(例如，自来水)流体性地相连，例如，能包括罐、泵及过滤器等结构要素。

高压泵40将从纯水制造装置30供给的水加压，将加压了的水经脉动阻尼器41及管路28向喷嘴26供给。高压泵40，例如，可以是空气驱动式的隔膜泵。在其它的实施方式中，高压泵40也可以其它的类型的容积泵(例如，旋转式或往复式)。

脉动阻尼器41，以将从高压泵40送出的加压的水的脉动除去的方式构成。加压了的水脉动，存在给加工品质带来影响的可能性。因此，在向喷嘴26供给加压了的水之前，从加压了的水除去脉动。在高压泵40为不产生脉动的类型的泵的情况下，也可以没有脉动阻尼器41。

压力传感器42以检测从高压泵40向喷嘴26供给的水的压力的方式构成。例如，压力传感器42能与高压泵40和喷嘴26之间(在本实施方式中是在脉动阻尼器41和喷嘴26之间)的流路连接。压力传感器42可由有线或无线与控制装置50通信，并以将检测到的压力向控制装置50传送的方式构成。

工件工作台36，例如，配置在床身(未图示)上，把持工件W。工件工作台36也可以具有未图示的旋转机构等进给装置。工件工作台36的动作，例如也可以由组装到控制装置50中的NC装置控制。

控制装置50由有线或无线与激光加工机100之中的各种各样的结构要素连接，并以控制这些结构要素的方式构成。控制装置50，例如，可以是个人计算机、服务器、平板电脑等。控制装置50，例如，具有判定部51、存储部52和显示部53。控制装置50可以具有其它的结构要素(例如，ROM(只读存储器)及/或输入置(例如，鼠标、键盘和/或触控面板)等)。控制装置50的结构要素可经总线(未图示)等相互地连接。

判定部51，例如，能由存储在存储部52的程序实现，判定部51处理，例如能由CPU(中央处理单元)等处理器执行。判定部51以基于由压力传感器42检测的压力的降低判定喷嘴26是否包括了破损的方式构成。

具体地说，作为喷嘴26，可能由各种各样的原因(例如，碎片的向喷嘴的碰撞，因激光束的对准调整不良引起的激光束的向喷嘴的照射及/或因从泵输送的高压的水产生的向喷嘴的长时间的压力)产生破损。典型地说，存在由上述的那样的原因在喷嘴孔26b的周围产生微小的裂缝的情况。本发明者发现，随着这样的裂缝的大小变大及/或随着裂缝数量的增加，从高压泵40向喷嘴26输送的水的压力降低。因此，能基于由压力传感器42检测的压力降低判定喷嘴26是否包括了破损。本发明者还发现，在从高压泵40向喷嘴26供给的水的压力和层流层的长度之间存在相关性。在本公开中，“层流层的长度”可以是指在水柱34之中流线是具有规则的形状的部分的长度。具体地说，如果水的压力降低，则层流层的长度也变短。因此，能基于由压力传感器42检测的压力预测层流层的长度。

存储部52，例如，能包括硬盘驱动器和/或RAM(随机存取存储器)等。存储部52，例如，能存储处理器执行的各种各样的程序。存储部52以存储由压力传感器42检测的压力的方式构成。另外，存储部52存储了从高压泵40向喷嘴26供给的水的压力和水柱34的层流层的长度的关系。具体的压力和层流层的长度关系，例如，能由实验对每个喷嘴孔26b的直径求出。存储部52也可以存储其它的各种各样的数据。

显示部53，例如，可以是液晶显示器或触控面板等。显示部53，例如，在喷嘴26包括破损的情况下及不能加工工件W的情况下，能显示通知(详细情况后述)。

控制装置50例如也可以经互联网等网络N与激光加工机100的用户的智能手机401和/或平板电脑402连接。控制装置50，例如，也可以以将喷嘴26包括破损的情况及/或停止了加工的情况的报知(详细情况后述)经网络N向它们送信的方式构成。由这样的结构，操作者能迅速地知道问题。

接着，对水力喷射激光加工机100的动作进行说明。

图2是表示图1的水力喷射激光加工机的动作的流程图。图2所示的动作，例如，能在按照存储在存储部52的程序开始加工时开始。图2所示的动作也可以按照来自操作者的输入开始，另外，也可以在其它的时机开始。如果开始动作，则判定部51将计数清除为n＝0(n＝1、2、3……)(步骤S100)。接着，判定部51将从压力传感器42送来的当前的压力作为用于判断压力的降低的阈值存储在存储部52(步骤S102)。接着，判定部51判定加工是否结束了(步骤S104)。在步骤S104中，在判定为加工结束了的情况下，一系列的动作结束。

在步骤S104中，在判定为加工未结束的情况下，判定部51判定在高压泵40中是否存在不良状况(步骤S106)。例如，存储部52也可以预先存储由实验或分析等求出的规定的下限压力，在步骤S106中，判定部51也可以判定从压力传感器42送来的当前的压力是否比存储在存储部52的下限压力低。在当前的压力比下限压力低的情况下，判定部51也可以判定为在高压泵40中存在不良状况，在当前的压力在下限压力以上的情况下，判定部51也可以判定在高压泵40中不存在不良状况。步骤S106的判定也可以按照其它的方法执行。

在步骤S106中，在判定为在高压泵40中存在不良状况的情况下，判定部51报知此不良状况(步骤S124)，停止加工(步骤S122)，结束一系列的动作。报知，例如，既可以将信息显示在显示部53，也可以从扬声器发出声音、警告音进行报知。

在步骤S104中，在判定为在高压泵40中不存在不良状况的情况下，判定部51仅待机规定的时间(例如，最低1秒钟)(步骤S108)。接着，判定部51判定压力从传感器42送来的当前的压力是否比在步骤S102中存储在存储部52的阈值(在步骤S102的时刻的压力)低(步骤S110)。

在步骤S110中，在判定为当前的压力不比存储的阈值低的情况下，判定部51判断为喷嘴26未包括破损或破损没有进展，反复进行步骤S100～S110，直到在步骤S104中判定为加工结束为止。

在步骤S110中，在判定为当前的压力比存储的阈值低的情况下，判定部51判定计数是否在规定的范围内(例如，n≦10)(步骤S112)。在步骤S112中，在判定为计数在规定的范围内的情况下，判定部51在计数n上加上1(步骤S114)，反复进行步骤S104～步骤S112。

在步骤S112中，在判定为计数不在规定的范围内的情况下(即，由压力传感器42检测的压力在规定时间以上低于存储在存储部52的阈值的情况下)，判定部51判定为喷嘴26包括了破损，并相对于操作者报知喷嘴26包括破损(步骤S116)。报知，例如，既可以将信息显示在显示部53，也可以从扬声器发出声音、警告音进行报知。

接着，判定部51基于从压力传感器42送来的当前的压力和存储在存储部52的压力及层流层的长度的关系算出层流层的长度(步骤S118)。接着，判定部51判定算出的层流层的长度是否比期望的加工深度长(步骤S120)。

在步骤S120中，在判定为层流层的长度比加工深度长的情况下，判定部51判断为能继续进行加工，反复进行步骤S100～S118，直到在步骤S104中判定为加工结束了为止。

在步骤S120中，在判定为层流层的长度不比加工深度长的情况下，判定部51判断为难以继续进行加工，停止加工(步骤S122)，结束一系列的动作。判定部51，例如，将高压泵40及激光振荡器14断开。另外，判定部51，例如，也可以将停止了加工的情况相对于操作者报知。报知，例如，既可以将信息显示在显示部53，也可以从扬声器发出声音、警告音进行报知。

在以上的那样的关于实施方式的激光加工机100中，通过以检测水的压力的方式将压力传感器42配置在高压泵40和喷嘴26之间，能检测从高压泵40向喷嘴26供给的水的压力的降低，即，喷嘴26的破损。因此，能由在高压泵40和喷嘴26之间包括压力传感器42这样的简单的结构容易地判断喷嘴26是否包括了破损。

另外，在激光加工机100中，存储部52存储从高压泵40向喷嘴26供给的水的压力和水柱34的层流层的长度关系，判定部51在判定为喷嘴26包括破损的情况下，基于由压力传感器42检测的压力和存储在存储部52的关系算出层流层的长度，进而通过判定层流层的长度是否比期望的加工深度长来判定能否加工工件W。因此，在喷嘴26包括破损的情况下，也能通过算出层流层的长度判定能否使用包括破损的喷嘴26来加工工件W。因此，能延长喷嘴26的使用期间。

另外，在激光加工机100中，存储部52将在某一时刻由压力传感器42检测的压力作为阈值存储，判定部51在此时刻之后在由压力传感器42检测的压力在规定时间以上低于上述阈值的情况下，判定为由压力传感器42检测的压力降低了。因此，即使在由压力传感器42检测的压力稍微变动的情况下，也能正确地检测压力的降低，因此，能正确地判定喷嘴26是否包括破损。在此，某一时刻是指，在确认为将喷嘴26更换成新品或者水柱34的层流层的长度比期望的加工深度长了时等，判定为喷嘴26为能加工的状态的时刻。

对水力喷射激光加工机的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。作为本领域技术人员可进行上述实施方式的各种各样的变形。另外，作为本领域技术人员能理解，上述控制装置50(或判定部51)执行的步骤不需要按照上述顺序实施，只要不产生矛盾，就可按照其它的顺序实施。

例如，在上述实施方式中，存储部52将由压力传感器42检测的某一时刻的压力作为阈值存储(步骤S102)，此后，在由压力传感器42检测的压力在规定时间以上低于在步骤102中存储的阈值的情况下，判定部51判断为压力降低了。在其它的实施方式中，例如，存储部52也可以预先存储例如由实验或分析求出的规定的阈值，判定部51在由压力传感器42检测的压力低于存储的阈值的情况下也可以判断为压力降低了。在此情况下，例如，规定的阈值可以是比在判定高压泵40的不良状况时使用的下限压力高的值。

符号的说明

26:喷嘴

34:水柱

40:泵

42:压力传感器

51:判定部

52:存储部

100:水力喷射激光加工机

W:工件。

Claims (3)

1.一种水力喷射激光加工机，该水力喷射激光加工机通过由水柱引导激光束并将上述激光束相对于工件照射来加工上述工件，其特征在于，具备喷嘴、泵、压力传感器、存储部和判定部，

该喷嘴构成为喷射上述水柱且可将上述激光束导入上述水柱之中；

该泵向上述喷嘴供给加压了的水；

该压力传感器检测从上述泵向上述喷嘴供给的水的压力；

该存储部存储用于判断从上述泵向上述喷嘴供给的水的压力的降低的阈值；

该判定部基于由上述压力传感器检测的压力和存储在上述存储部的阈值，判定由上述压力传感器检测的压力是否降低了，由此，判定上述喷嘴是否包括了破损。

2.根据权利要求1所述的水力喷射激光加工机，其特征在于，

上述存储部还存储从上述泵向上述喷嘴供给的水的压力和上述水柱的层流层的长度的关系，

上述判定部，在判定为上述喷嘴包括破损的情况下，基于由上述压力传感器检测的压力和存储在上述存储部的上述关系算出层流层的长度，进而通过判定上述层流层的长度是否比期望的加工深度长，判定是否能加工工件。

3.根据权利要求1所述的水力喷射激光加工机，其特征在于，

上述存储部将在某一时刻由上述压力传感器检测的压力作为上述阈值存储，

上述判定部在上述某一时刻后在由上述压力传感器检测的压力在规定的时间以上低于上述阈值的情况下判定为由上述压力传感器检测的压力降低了。

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