JP2001259872A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ加工機において、加工中にスパッタが
加工ノズルの出射口から加工ノズルの内部に進入して、
集光レンズを保護する保護ガラスが破損した場合でも直
接集光レンズに影響を与えないようにする。 【解決手段】 加工ヘッド１３内の集光レンズと加工ノ
ズルとの間に、加工ノズル側から順に第１の保護ガラス
と第２の保護ガラスとを間隔をあけて配置し、２枚の保
護ガラスで囲まれた空間に加工ノズルに供給するアシス
トガスの一部を分岐させて一方向弁１８を介して導入
し、上記空間へのガス供給状態を圧力センサ１９で監視
し、その信号をコントローラ１４へ出力して第１の保護
ガラスの破損を検知するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
被加工物に溶接等の加工を行うレーザ加工機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図４は例えばＹＡＧレーザの加工ヘッド
として特開平９−１２２９６２号公報に示された従来の
レーザ加工機の加工ヘッド部分である。図において、１
は加工ヘッド、２は加工ヘッド本体、３は加工ヘッド本
体２の内部に備えられてレーザ光ＬＢを集光する集光レ
ンズ、４は加工ヘッド本体２の先端部に着脱可能に設け
られた加工ノズルである。５は集光レンズ３の下方近傍
にレーザ光ＬＢの光軸に直交して設けられた透明な保護
ガラスである。保護ガラス５の下方に位置する加工ヘッ
ド本体２の一部２ａにはエア吹き出しノズル装置６が設
けられており、この先端に設けられたエア吹き出しノズ
ル７からエアが吹き出されるようになっている。８は集
光レンズ３と保護ガラス５で囲まれた空間部に外部から
エアを供給するためのジョイント、９は配管、１０は配
管９の途中に設けられて集光レンズ３と保護ガラス５で
囲まれた空間部の圧力を検出する圧力センサである。配
管９はエア源（図示省略）に接続されてエアが供給され
ている。

【０００３】次に動作について説明する。レーザ発振器
（図示省略）から発振されたレーザ光ＬＢは、加工ヘッ
ド本体２の内部に備えられた集光レンズ３で集光された
後、保護ガラス５を経て加工ノズル４からワークＷへ向
けて照射されてワークＷにレーザ溶接等の加工が行われ
る。ワークＷにレーザ溶接が行われるとスパッタが発生
し、このスパッタが加工ノズル４内に返ってきて集光レ
ンズ３を痛めるおそれがあるので、それを阻止するため
に保護ガラス５を設けている。加工ノズル４内に返って
きたスパッタは保護ガラス５に付着しようとするが、エ
ア吹き出しノズル７からエアが吹き出されているため、
スパッタの付着を防ぐことができる。

【０００４】しかし、エア吹き出しだけでは完全にスパ
ッタを阻止するのは難しく、長時間レーザ溶接加工を行
っていると、保護ガラス５にスパッタが付着してしま
い、保護ガラス５が損傷し、放置しておくと集光レンズ
３を傷めてしまう虞がある。そこで、保護ガラス５の損
傷を検出するために、圧力センサ１０を設けている。保
護ガラス５が破損すると、保護ガラス５の上面空間に供
給しているエアが漏れ内部圧力は低下するので、圧力セ
ンサ１０でエア圧を常時監視しておくことによって、保
護ガラス５の損傷を検出することができる。従って、集
光レンズ３の保護が図られ、加工不良を防ぐことができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術は以上のよ
うに構成されているので、保護ガラスの異常をセンサで
検知できるが、スパッタの飛散状態が激しい場合、保護
ガラスが破損して穴が空きスパッタが更に内部に進入
し、集光レンズに付着して損傷させる場合があった。特
に、保護ガラスの破損は加工中に起こる場合がほとんど
であり、その場合すぐさま加工を停止することができな
いので、その間に集光レンズへの付着が進行してダメー
ジを大きくしてしまい、加工性能に悪影響を与える場合
があった。

【０００６】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、スパッタによって保護ガラスが破
損した場合でも、直接集光レンズに影響を与えないレー
ザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機を得ることを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ加工
機は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ光を
被加工物の表面近傍に集光させるための光学部品を収納
しレーザ光の出射側に加工ノズルを備えた加工ヘッド
と、レーザ光をレーザ発振器から加工ヘッドまで伝送す
る光伝送経路と、レーザ光の発振を制御するコントロー
ラと、加工ノズルにアシストガスを供給するアシストガ
ス供給装置とを備えたレーザ加工機において、加工ヘッ
ド内の光学部品と加工ノズルとの間に、加工ノズル側か
ら順に第１の保護ガラスと第２の保護ガラスとを間隔を
あけて配置し、２枚の保護ガラスで囲まれた空間に外部
からガスを供給し、空間へのガス供給状態を監視しその
信号をコントローラへ出力するセンサを設け、ガス供給
状態の変化により第１の保護ガラスの破損を検知するよ
うにしたものである。

【０００８】また、２枚の保護ガラスで囲まれた空間を
気密構造にし、その空間に供給するガスとして、加工ノ
ズルに供給するアシストガスの一部を加工ノズルに供給
する手前で分岐させて一方向弁を介して導入して利用す
るようにしたものである。

【０００９】更にまた、２枚の保護ガラスで囲まれた空
間に供給するガスとして、加工ノズルに供給するアシス
トガスの一部を加工ノズルに供給する手前で分岐させて
導入して利用すると共に、アシストガスの供給停止を制
御する制御スイッチからの信号をコントローラへ出力し
て、空間へのガス供給状態を監視するセンサからコント
ローラへ出力する信号を、アシストガスの供給時のみ有
効にするようにしたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
レーザ加工機のシステムの概要図であり、図２は加工ヘ
ッドの要部断面図である。図１において、１１はレーザ
光ＬＢを発振する発振器、１２は発振器１１から発振さ
れたレーザ光ＬＢを伝送するための例えば光ファイバ等
で構成される光伝送経路、１３は光伝送経路１２の出射
光側に連結された加工ヘッド、１４はレーザ発振を制御
するコントローラ、１５は被加工物である。１６は加工
ヘッド１３に図示しないアシストガス供給装置からアシ
ストガスを供給する配管、１７は配管１６の途中から分
岐して後述の２枚の保護ガラスで囲まれた空間へアシス
トガスの一部を供給する分岐配管、１８は分岐配管の途
中に設けられた一方向弁、１９は一方向弁１８と上記空
間を繋ぐ分岐配管の途中に設けられた圧力センサであ
る。

【００１１】加工ヘッド１３の要部を図２によって説明
する。図において、２０はヘッドフレーム、２１はヘッ
ドフレーム２０の下部に着脱可能に固定された加工ノズ
ルである。２２はヘッドフレーム２内に配置された集光
レンズ、２３は集光レンズ２２と加工ノズル２１の間に
レーザ光ＬＢの光軸に直交して配置された第１の保護ガ
ラス、２４は第１の保護ガラス２３と集光レンズ２２の
間に第１の保護ガラス２３と間隔をあけて平行に配置さ
れた第２の保護ガラスである。２５は第１の保護ガラス
２３と第２の保護ガラス２４の間に形成された空間、２
６はその空間２５を気密に保つためのＯリングである。
２７は加工ノズル２１へアシストガスを供給するアシス
トガス給気口、２８は空間２５にアシストガスの一部を
供給する給気口である。

【００１２】次に動作について説明する。レーザ発振器
１１により出射されたレーザ光ＬＢは光伝送経路１２に
よって伝送され加工ヘッド１３に達する。レーザ光ＬＢ
は加工ヘッド１３内の集光レンズ２２により集光されて
加工ノズル２１の出射口から僅かに図示下方に配置され
る被加工物１５の面上の近傍に焦点を結ぶようになって
いる。加工ノズル２１に設けたアシストガス給気口２７
からアシストガスが供給される。アシストガスとして
は、溶接加工を行う場合は不活性ガス（窒素、アルゴ
ン、ヘリウム等）が用いられ、このアシストガスを被加
工物１５の溶接面に吹き付けることにより、溶接部が空
気中の酸素と反応し酸化するのを防ぎ、溶接品質を向上
させるものである。アシストガスの一部は、加工ノズル
２１に入る手前で分岐配管１７へ分岐して一方向弁１８
を通り加工ヘッド１３内の２枚の保護ガラスで囲まれた
空間２５に供給されている。

【００１３】レーザ加工機で加工する場合、特に溶接加
工の場合は、レーザ光ＬＢが被加工物１５の裏面まで突
き抜けることがないため、スパッタが発生しやすく、発
生したスパッタが加工ノズル２１の出射口から内部に進
入してくる。進入したスパッタは第１の保護ガラス２３
に付着しようとする。それを阻止するため、図示してい
ないが、第１の保護ガラス２３の出射光側で第１の保護
ガラス２３と平行にエアを噴射させる等の対策も講じら
れている。しかし、そのような対策を講じた場合でも、
完全にスパッタを阻止するのは難しく、長時間レーザ溶
接加工を行っていると、第１の保護ガラス２３にスパッ
タが付着してくる。そして、付着したスパッタがレーザ
光ＬＢで加熱されて高温になり、第１の保護ガラス２３
が破損し、穴があいてスパッタが空間２５内に進入す
る。進入したスパッタは直ちに集光レンズ側に向かって
飛散するが、第２の保護ガラス２４があるので、集光レ
ンズ２２にスパッタが付着するのを防止することができ
る。

【００１４】第１の保護ガラス２３が破損すれば、空間
２５内の圧力が低下する。空間２５内の圧力は圧力セン
サ１９で監視しているので、圧力が規定値以下になると
エラー信号をコントローラ１４に出力する。空間２５内
へ導入するガスとしてアシストガスを利用しているの
で、加工停止時のようにアシストガスの供給が停止され
ている時にエラー信号を出力しないように、一方向弁１
８により、加工停止時でも空間２５内の圧力を保持する
ようにしている。

【００１５】以上のように、本実施の形態の発明によれ
ば、スパッタにより第１の保護ガラス２３が破損して、
スパッタが集光レンズ２２側に進入してきても、第２の
保護ガラス２４によりスパッタが集光レンズ２２に付着
するのを防止することができるので、保護ガラスと比較
してコストの高い集光レンズの損傷を防止できる。ま
た、第１の保護ガラス２３の破損を圧力センサ１９で監
視しているので、破損を検知したときにレーザ発信を停
止させる等の措置をとることができる。また、第１の保
護ガラスと第２の保護ガラスに囲まれた空間に導入する
ガスとしてアシストガスの一部を利用しているので、独
立したガス供給装置を必要とせずシステムが簡素化され
る。

【００１６】なお、空間２５に供給するガスとして、ア
シストガスを利用しないで別に設けたガス供給装置から
ガスを導入する場合は、そのためのガス供給装置が必要
になるが、それ以外は本実施の形態で説明したものと同
様の効果を得ることができる。なお、この場合はガス供
給装置のかわりにガス排気装置を用いて空間を負圧にし
てもよい。

【００１７】また、本実施の形態では空間２５のガスの
供給状態を圧力センサを用いて圧力を監視するものにつ
いて説明したが、流量センサを用いて分岐配管に流れる
ガス流を監視してもよい。保護ガラスが正常な場合はガ
ス流はほとんどないが、破損すればガス流が発生するの
で、その変化で保護ガラスの破損を検知できる。

【００１８】実施の形態２．図３は実施の形態２による
発明のレーザ加工機のシステムの概要図である。図にお
いて、１１〜１７及び１９は実施の形態１で示した図１
と同様なので、図面の説明と動作の説明は省略する。ま
た、加工ヘッド１３の詳細構造は実施の形態１で説明し
た図２と同じであるので、その図面の説明と動作の説明
は省略する。実施に形態１と同様に、アシストガスは配
管１６によって加工ヘッド１３の加工ノズル２１に供給
されており、一部は加工ノズル２１に入る手前で分岐し
て２枚の保護ガラス２３，２４で囲まれた空間２５に供
給されるようになっている。２９は配管１６に設けた電
磁弁、３０はアシストガスのＯＮ、ＯＦＦを制御する制
御スイッチである。制御スイッチ３０は電磁弁２９の開
閉を制御すると共にその開閉信号をコントローラ１４に
出力するようになっている。

【００１９】次に図２及び図３に基づいて動作の説明を
する。加工時に被加工物１５の加工部からスパッタが飛
散して加工ヘッド１３の加工ノズル２１の出射口から内
部に進入してくる。そのスパッタが第１の保護ガラス２
３に付着し、付着したスパッタが加熱されて第１の保護
ガラス２３が破損して穴が明き、スパッタが更に空間２
５内へ進入した場合でも、第２の保護ガラス２４によっ
て集光レンズ２２にスパッタが付着するのを防止するこ
とができる。

【００２０】第１の保護ガラス２３が破損して空間２５
の圧力が低下すると、圧力センサ１９がそれを検知し、
コントローラ１４へアラーム信号を出力する。また、コ
ントローラ１４は圧力センサー１９のエラー信号以外に
アシストガスの動作信号を制御スイッチ３０から取り込
んであり、この２種類の信号を監視することによって、
アシストガスが供給されているとき、つまり加工作業中
に圧力センサ１９のアラーム信号が入力された場合の
み、保護ガラス異常として発振を停止させる等の措置を
とる。

【００２１】なお、上記は空間２５のガス供給状態の異
常を圧力センサ１９によって検知する場合について説明
したが、圧力センサに代えて流量センサを用いて、第１
の保護ガラス２３が破損したときの流量の変化を監視し
ても良い。

【００２２】以上のように、本実施の形態の発明によれ
ば、スパッタにより第１の保護ガラスが破損して、スパ
ッタが集光レンズ側に進入してきても、第２の保護ガラ
スによりスパッタが集光レンズに付着するのを防止する
ことができる。

【００２３】また、実施の形態１のように空間２５に常
時圧力をかける方式の場合は、長時間運転を停止した場
合には僅かなガス漏れでも空間２５内の圧力が低下して
しまい、運転再開時に異常信号が出るおそれがあるが、
本実施の形態では空間２５に供給するガスの供給状態を
センサで監視すると共に、アシストガスの供給に連動し
てセンサ信号を取り込むようにしているので保護ガラス
の異常をより正確に検知することができる。また、空間
２５の気密度合いをそれほど厳密に考慮しなくても良
い。

【００２４】なお、実施の形態１，２共に、加工ヘッド
内の光学部品として集光レンズを用いた場合について説
明したが、ミラーを用いて集光する場合でも同様に、ミ
ラーの出射光側に二枚の保護ガラスを設け、以下実施の
形態１，２と同様に構成すれば、同様の効果を得ること
ができる。また、光伝送経路は光ファイバーを用いた場
合について説明したが、複数のミラー等の光学部品で構
成してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、加工ヘ
ッド内の光学部品と加工ノズルとの間に間隔をあけて第
１の保護ガラスと第２の保護ガラスを設け、２枚の保護
ガラスで囲まれた空間にガスを供給し、ガス供給状態を
センサで監視するようにしたので、スパッタが加工ノズ
ル内に進入し第１の保護ガラスが破損して光学部品側に
進入してきた場合でも、第２の保護ガラスによりスパッ
タが光学部品に付着するのを阻止することができると共
に、第１の保護ガラスの破損を検知することができる。

【００２６】また、第１の保護ガラスと第２の保護ガラ
スに囲まれた空間に供給するガスとしてアシストガスの
一部を利用するようにしたので、ガスを供給するための
特別な装置を必要としない。

【００２７】更に、加工ノズルに供給するアシストガス
の供給動作状態に同期させて、上記空間内のガス供給状
況を監視するようにしたので、保護ガラスの異常を正確
に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるレーザ加工機のシステムの概要
図である。

【図２】 本発明によるレーザ加工機の加工ヘッドの要
部断面図である。

【図３】 本発明の他の実施の形態によるレーザ加工機
のシステムの概要図である。

【図４】 従来のレーザ加工機の加工ヘッドの断面図で
ある。

【符号の説明】

１１ レーザ発振器、１２ 光伝送経路、１３ 加工ヘ
ッド、１４ コントローラ、１８ 一方向弁、１９ 圧
力センサ、２１ 加工ノズル、２２ 集光レンズ、２３
第１の保護ガラス、２４ 第２の保護ガラス、２５
空間、３０ 制御スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 百衣 仁 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 高田 清志 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 CA18 CC00 CD15 CG01 CH08 CJ01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発振するレーザ発振器と、上
   記レーザ光を被加工物の表面近傍に集光させるための光
   学部品を収納し上記レーザ光の出射側に加工ノズルを備
   えた加工ヘッドと、上記レーザ光を上記レーザ発振器か
   ら上記加工ヘッドまで伝送する光伝送経路と、上記レー
   ザ光の発振を制御するコントローラと、上記加工ノズル
   にアシストガスを供給するアシストガス供給装置とを備
   えたレーザ加工機において、上記加工ヘッド内の上記光
   学部品と上記加工ノズルとの間に、上記加工ノズル側か
   ら順に第１の保護ガラスと第２の保護ガラスとを間隔を
   あけて配置し、上記２枚の保護ガラスで囲まれた空間に
   外部からガスを供給し、上記空間へのガス供給状態を監
   視しその信号をコントローラへ出力するセンサを設け、
   上記ガス供給状態の変化により上記第１の保護ガラスの
   破損を検知することを特徴とするレーザ加工機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のレーザ加工機において、
   ２枚の保護ガラスで囲まれた空間を気密構造にし、上記
   空間に供給するガスとして、加工ノズルに供給するアシ
   ストガスの一部を上記加工ノズルに供給する手前で分岐
   させ一方向弁を介して導入したことを特徴とするレーザ
   加工機。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のレーザ加工機におい
   て、２枚の保護ガラスで囲まれた空間に供給するガスと
   して、加工ノズルに供給するアシストガスの一部を上記
   加工ノズルに供給する手前で分岐させて導入し、上記ア
   シストガスの供給停止を制御する制御スイッチからの信
   号をコントローラへ出力して、上記空間へのガス供給状
   態を監視するセンサから上記コントローラへ出力する信
   号を上記アシストガスの供給時のみ有効にするようにし
   たことを特徴とするレーザ加工機。