JP2002316292A - 工作機械の加工空間領域内の集塵能力低下検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 特にガルバノミラー駆動装置を搭載したレー
ザー加工機に適合する、埃による被加工物の不良品の発
生を防止する集塵能力低下検出装置を提供する。 【解決手段】 埃物質８を吸収することができるように
集塵機１３を構成する吸引案内部材の吸入口を、被加工
物と加工駆動装置のレンズとの加工空間領域に臨むよう
に配設し、また集塵機本体或いは吸引案内部材に加工空
間領域内の集塵能力の低下を検出する検出手段１５を取
付け、比較・判定回路２９が、該検知手段からの異常信
号を判別した時に、コンピュータ２０は、前記加工駆動
装置に向かってレーザービームを発射するレーザー発振
器５Ａを自動的に停止させること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械の加工空間
領域内の集塵能力低下検出装置に関し、特にガルバノミ
ラー駆動装置を搭載したレーザー加工機に適合する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術に関しては、ガルバノミラー駆
動装置を搭載したレーザー加工機の問題点について、図
５の概略説明図を参照に説明する。図５の（ａ）は、レ
ーザー加工機で被加工物の一例としてのプリント基板５
０を加工する場合に於いて、加工により発生する煙及び
スパッタ５１を集塵機本体５２の吸引案内部材５３にて
ワークエリア外に排出している状態を示している。同図
（ｂ）は、集塵機本体５２のフィルターの目詰まり等が
原因で、基板上面の加工空間領域内の集塵能力が低下し
た状態を示す。この場合加工空間領域内より煙及びスパ
ッタ５１が十分に除去されないため、ｆ−θレンズ５４
からのレーザー光５５が煙及びスパッタ５１により遮ら
れ、被加工物５０の加工部が径異常となる。同図（ｃ）
は、被加工物５０の加工孔の状態を示す。５０ａは通常
の加工孔の径、５０ｂは加工孔の径が短径状態となった
時、５０ｃは加工孔が未貫通状態になった時である。加
工孔の径が短径状態となった時、或いは未貫通状態にな
った時は、加工空間領域内の集塵能力が低下した場合で
あるが、要は集塵機の集塵能力が低下すると、加工品の
品質が低下する。

【０００３】ところで、レーザー加工機にも色々な型式
（例えば光軸固定方式、複数軸光移動方式など）が存在
するが、特にガルバノミラー駆動装置を搭載したレーザ
ー加工機の場合に於いては、加工空間領域内の集塵能力
が低下すると、前述したように煙及びスパッタ５１が十
分に除去されないため、煙及びスパッタ５１がｆ−θレ
ンズ５４に達してしまい、レンズの表面を汚す。また、
場合によっては煙及びスパッタ５１がレーザー光５５を
吸収してしまい、同図（ｅ）のようにｆ−θレンズ５４
がスパッタ付着による熱破壊を招く。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
従来の問題点に鑑み、第１の目的は、加工空間領域内の
集塵能力が低下した場合に、少なくともレーザー加工機
のレーザー発振器を自動的に一時停止させ、よって、被
加工物の不良品を生じさせないことである。第２の目的
は、レーザー加工機の有効スペースに制約を与えず、か
つ、安価な費用で第１の目的を達成することができるこ
とである。第３の目的は、集塵機のメンテナンスを短時
間で行うことができると共に、前述した従来技術が抱え
ている問題点を解消することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の工作機械の加工
空間領域内の集塵能力低下検出装置は、埃物質を吸収す
ることができるように集塵機を構成する吸引案内部材の
吸入口を、被加工物と加工駆動装置のレンズとの加工空
間領域に臨むように配設し、また集塵機本体或いは吸引
案内部材に加工空間領域内の集塵能力の低下を検出する
検出手段を取付け、比較・判定回路が、該検知手段から
の異常信号を判別した時に、コンピュータは、前記加工
駆動装置に向かってレーザービームを発射するレーザー
発振器を自動的に停止させることを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態の一例
を概略的に示す。ここで、実施形態の環境を説明する
と、Ｘは工作機械の加工空間領域内の集塵能力低下検出
装置である。1はこの集塵能力低下検出装置Ｘの一部を
構成する工作機械の一例としてのレーザー加工機であ
る。このレーザー加工機１には、ワークテーブル２の上
面にセットされた被加工物３に孔を形成するために、ワ
ークテーブル２或いは被加工物３の上方に比較的大きな
機枠４を介してガルバノミラー（駆動）装置５が搭載さ
れている。この機枠４内の空間部には、ガルバノミラー
（駆動）装置５の反射ミラーに向かってレーザービーム
６を発射するレーザー発振器５Ａが適宜に設けられてい
る（なお、図１ではレーザー発振器５Ａ等を概念的に図
示している）。被加工物の一例としては電子応用機械器
具のプリント基板を掲げることができる。

【０００７】ガルバノミラー駆動装置（以下、ここでは
「加工駆動装置」という。）５の一例は、例えば特開２
０００−９８２７１号公報に記載されている。加工駆動
装置５は、総じて、レーザー発振器５Ａからのレーザー
ビーム６を反射する複数の反射ミラーをそれぞれ回動す
るガルバノメータ、被加工物の表面にレーザービームを
集光するｆ−θレンズ７、増幅器、ガルバノ制御回路、
ガルバノメータ駆動回路などを有している。

【０００８】前記ワークテーブル２は、レーザー加工機
１の複数個の駆動源（駆動モータ）１ａの駆動力によ
り、直交する水平方向にそれぞれ移動する。したがっ
て、ワークテーブル２に固定的にセットされた被加工物
３は、左右（Ｘ軸方向）・前後（Ｙ軸方向）に移動しな
がら前記加工駆動装置５のレーザービーム６により加工
（孔あけ）される。この加工中に於いて、被加工物３か
ら煙（粉塵）やスパッタ８、つまり埃物質が発生する。
煙やスパッタ８は、前記ｆ−θレンズ７に対しては、い
わば一種のゴミみたいなものであり、被加工物３とｆ−
θレンズ７との上下空間（ここでは「加工空間領域」と
言う。）９から除去しなければ、レーザービーム６が遮
られ、その結果、穴径異常や未貫通の事態を招く。

【０００９】１０は吸入口が前記加工空間領域９に臨む
ように機枠４に固定的に配設され、かつ、煙やスパッタ
８を吸込む吸引案内部材である。吸引案内部材１０は、
本実施例では機枠４の下部に横方向に設けられた所要長
さのダクト１１と、このダクト１１の後端部に一端部が
取付けられた可撓性ホース１２とから成る。

【００１０】１３はレーザー加工機１の近傍に配設さ
れ、かつ、煙やスパッタ８を、吸引案内部材１０を介し
て吸込む集塵機本体である。もちろん、工場内にレーザ
ー加工機１が複数台配設されている場合には、集塵機本
体１３を合理的に工場内の作業ベイに配設することもあ
るから、レーザー加工機１の近傍に集塵機本体１３を設
置することは本発明の特定要件ではない。

【００１１】さて、集塵機本体１３には前記可撓性ホー
ス１２の後端部が適宜に連結されている。可撓性ホース
１２及び前記ダクト１１は、本実施例では集塵機の一部
を構成する。この集塵機本体１３は直接又は間接的に駆
動源１３ａを備えている。

【００１２】したがって、工作機械１の駆動源１ａ、レ
ーザー発振器５Ａ、加工駆動装置５の駆動源５ａ及び集
塵機本体１３の駆動源１３ａがそれぞれ駆動し、被加工
物３から埃物質８が発生すると、該埃物質８はダクト１
１及びホース１２を介して集塵機本体１３により前述し
た加工空間領域９外へと排出される。

【００１３】１５は吸引案内部材１０の適宜箇所、本実
施例ではダクト１１に取付けられ、かつ、ダクト１１内
の物理的な量（例えばエアー負圧、エアーの流量、エア
ーの風速）を検出する検出手段である。このように検出
手段の一例としては、空気流量センサを掲げることがで
きる。

【００１４】したがって、本実施例の検出手段１５は、
ダクト１１内を通過するエアーの流量を検出することが
できる。そして、検出手段１５が常時検出する正常信号
ａ又は異常信号ｂに対するコンピュータの記憶手段に格
納されたデータは、検出信号（正常信号ａ・異常信号
ｂ）に対して任意の「しきい値」をもっており、検出手
段１５の検出量が、記憶手段のしきい値を越えた場合に
異常信号ｂを後述の主制御部に送る。「しきい値」に関
しては、一般に「しきい値論理回路」と言われ、一定の
レベルを決めておき、これ以上の信号を「Ｈ」レベルと
して表し、このある一定のレベルを「しきい値」と称し
ている。

【００１５】次に図２を参照にして本発明の主要部を説
明する。図２は集塵機本体１３又は／及び吸引案内部材
１０に取付けられた検出手段１５の検出信号（正常信号
ａ・異常信号ｂ）に電気的に関連付けられたコンピュー
タ２０の構成を概略的に示す。このコンピュータ２０も
レーザー加工機１と共に集塵能力低下検出装置Ｘの一部
を構成する。

【００１６】２１は各種の信号を演算回路２２に基づい
て処理する中央処理装置（ここでは「主制御部」又は
「ＣＰＵ」という）である。２３は制御プログラム２４
並びにデータファイル２５を格納した記憶装置である。
前記制御プログラム２４は、少なくともレーザー発振器
５Ａを一時停止させる。本実施例では、レーザー発振器
５Ａのみならず、加工駆動装置５の駆動源５ａや集塵機
本体１３の駆動源１３ａを同期的に一時停止せさるため
の一時停止機能（手段）２４ａと、入力手段２７からの
入力信号に基づき該一時停止機能を同期的に解除する機
能（手段）２４ｂとを有している。

【００１７】２６は検出手段１５が検出した検出信号
（正常・異常の検出値ａ，ｂ）や入力手段２７の入力信
号を制御する入力制御部である。一方、２８は主制御部
２１から出力された異常判定信号ｃを制御する出力制御
部である。２９は制御装置の一部を構成する比較・判定
回路である。３０は出力制御部２８の信号を受け、前出
した加工空間領域９内の集塵能力の低下をユーザーに対
して表示する表示装置（例えばＣＲＴ）である。一方、
３１は出力制御部２８と電気的に接続する報知手段（例
えばブザー）である。

【００１８】前記データファイル２５は、比較・判定回
路２９の判定に供するため、しきい値論理回路用基準デ
ータ２５ａを有している。この基準データ２５ａは、検
知手段１５のセンサーの性能・機能、センサーの数如何
によって任意に設定することができる。例えば、検出手
段１５が、煙やスパッタ８を吸引するためのエアーの流
量を検出することができる第1検出手段と、風速を検出
することができる第２検出手段と、負圧を検出すること
ができる第２検出手段との組み合わせからなる場合に
は、当然、基準データ２５ａもこれらの検出手段の検知
信号に対応するように設定される。

【００１９】そこで、本実施例では検出手段１５で検出
した負圧、流量、風速のいずれか、又はこれらを組み合
わせたデータは、検出対象である前記負圧・流量・風速
の物理量に対応している。

【００２０】比較・判定回路２９は、データファイル２
５に格納された一定の基準データ２５ａと検出手段１５
から送られてくる検出信号（検出値ａ，ｂ）とを突き合
わせて判定する。なお、本発明の特定要件ではないが、
検出手段の検知信号を直接判定回路に流れるように構成
しても良い。

【００２１】次に図３は各駆動源の起動からそれらの再
起動までのフローチャートを示す。

【００２２】まず本実施例では、レーザー発振器５Ａは
もちろんのこと、レーザー加工機１、加工駆動装置５、
集塵機本体１３の各駆動源１ａ，５ａ，１３ａを起動さ
せる（Ｓ１）。各駆動源１ａ，５ａ，１３ａが起動する
と、ワークテーブル２が前後・左右方向に移動し、また
加工駆動装置５から被加工物３の加工部にレーザービー
ム６が照射され、集塵機本体１３は吸引案内部材１０を
介して被加工物３から発生した埃物質８を吸引する。こ
の時加工空間領域９に対する集塵機の吸引能力が正常で
あれば、当然、検知手段１５は正常な信号ａをコンピュ
ータ２０に送り続ける。したがって、埃物質８は加工駆
動装置５のｆ−θレンズ７に達する前に案内部材１３の
ダクト１１に吸い込まれる。

【００２３】しかして、今仮に加工空間領域９に対する
集塵機の吸引能力が異常になったと想定する。このよう
な場合には、検出手段１５は集塵機の異常信号ｂを検出
する。この異常信号ｂは比較判定回路２９で判定される
Ｓ２が、判定結果が「黒：Ｙｅｓ」であれば、主制御部
２１は異常判定信号ｃを出力制御部２８に送る。この時
主制御部２１は、記憶手段２３の一時停止機能（手段）
２４ａに基づき、本実施例ではレーザー発振器５Ａ及び
各駆動源１ａ，５ａ，１３ａを一時停止させる信号も出
す。これによりレーザー発振器５Ａ及び各駆動源が同期
的に一時停止するＳ３。なお、発明の特定要件との関係
では、この場合、前述したように主制御部２１は、少な
くともレーザー発振器５Ａを一時停止させる信号を出力
すれば良い。ここで「一時停止」とは、制御プログラム
２４の進行中に、比較判定回路２９の判定結果に基づき
各駆動源に対して自動的にそれらの駆動（実際にはプロ
グラムの流れ）を止めるものであり、当該一時停止を解
除すれば（つまりプログラムの流れを再開すれば）、停
止した時点から元の流れに復旧することを言う。そう意
味で、本実施例では入力手段２７を介して強制的にプロ
グラムの流れを止めてしまう場合は除かれる。この時同
時に表示手段３０はエラーメッセーシを表示しＳ４、ま
た報知手段のブザー３１が鳴り響くＳ５。

【００２４】そこで、ユーザは、案内部材１０や集塵機
本体１３の点検・掃除などを行うＳ６。この時ユーザは
入力手段２６等を介して表示手段３０のエラーメッセー
シを解除し、またブザー３１を停止させることができ
る。集塵機が正常になると、機械並びに装置の一時停止
が自動的に解消される状態（復帰可能な状態）になる。
そこで、ユーザは、集塵機の点検・清掃を行った後に入
力手段２７を利用して運転再開のキーをＯＮにするＳ
７。このＯＮ信号が主制御部２１に入ると、主制御部２
１は記憶手段２３の一時停止解除機能（手段）２４ｂに
基つき、レーザー発振器５Ａ、各駆動源の一時停止を解
除する。この解除信号が表示手段３０に流れると、レー
ザー発振器５Ａ及び各駆動源の再起動と同時に表示手段
３０のエラーメッセーシの表示が自動的に消滅する。

【００２５】

【実施例】検出手段としては、空気圧センサ、空気流量
センサなどを掲げることができる。こせらの検出手段
は、案内部材１０の空気圧力、空気流量などを検出する
ことができる。検出手段１５は集塵機本体１３に取付け
ても良い。要は加工空間領域９内の集塵能力の低下を検
出することができれば良い。図４は検出手段の取付け箇
所の異なる実施例を示す。この実施例は、吸引案内部材
１０Ａに大気を吸入する枝状の大気吸引管４０を一体的
に設け、この大気吸引管４０に検出手段１５Ａを設けて
いる。つまり、この実施例はスパッタ吸引口ではなく、
通常の大気吸引口にセンサを取付けている。このように
構成すると、クリーンなエアーでセンシングする為に、
センサにスパッタが付着せず、長期的にセンシングをす
ることができると言う利点かある。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にあっては、次に列挙するような効果がある。 （１）加工空間領域内の集塵能力が低下した場合に、少
なくともレーザー加工機のレーザー発振器を自動的に一
時停止させ、よって、被加工物の不良品を生じさせない
ことができる。 （２）検出手段と、予めコンピュータの記憶手段に格納
した基準データとを比較・判定回路を有するコンピュー
タさえあれば良い。しかも、前記検出手段は集塵機に取
付けるので、被加工物の不良品を生じさせないという発
明の目的を、レーザー加工機の有効スペースに制約を与
えず、かつ、安価な費用で達成することができる。 （３）特に、レーザー加工機がガルバノミラー駆動装置
を搭載したレーザー加工機の場合には、ｆ−θレンズの
破壊を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

図１乃至図３は本発明の一実施例を示す各説明図。

【図１】発明の実施形態の一例を示す概略説明図。

【図２】全体のハードウェアー構成図。

【図３】各駆動源の起動からそれらの再起動までのフロ
ーチャート。

【図４】検出手段の取付け箇所の異なる実施例を示す概
略説明図。

【図５】従来の問題点を解説するための概略説明図。

【符号の説明】

Ｘ…集塵能力低下検出装置、１…工作機械（レーザー加
工機）、１ａ…レーザー加工機の駆動源、２…ワークテ
ーブル、３…被加工物、４…機枠、５Ａ…レーザー発振
器、５…加工駆動装置（ガルバノミラー駆動装置）、５
ａ…加工駆動装置の駆動源、６…レーザービーム、７…
ｆ−θレンズ、８…埃物質（煙やスパッタ）、９…加工
空間領域、１０，１０Ａ…吸引案内部材、１１…ダク
ト、１２…可撓性ホース、１３…集塵機本体、１３ａ…
集塵機本体の駆動源、１４…、１５，１５Ａ…検出手
段、２０…コンピュータ、２１…主制御部、２２…演算
回路、２３…記憶装置、２４…制御プログラム、２４ａ
…一時停止機能、２５…データファイル、２５ａ…基準
データ、２６…入力制御部、２７…入力手段、２８…出
力制御部、２９…比較・判定回路、３０…表示装置（Ｃ
ＲＴ）、３１…報知手段、４０大気吸引管…。ａ…正常
信号、ｂ…異常信号、ｃ…異常判定信号。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 埃物質を吸収することができるように集
   塵機を構成する吸引案内部材の吸入口を、被加工物と加
   工駆動装置のレンズとの加工空間領域に臨むように配設
   し、また集塵機本体或いは吸引案内部材に加工空間領域
   内の集塵能力の低下を検出する検出手段を取付け、比較
   ・判定回路が、該検知手段からの異常信号を判別した時
   に、コンピュータは、前記加工駆動装置に向かってレー
   ザービームを発射するレーザー発振器を自動的に停止さ
   せることを特徴とする工作機械の加工空間領域内の集塵
   能力低下検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に於いて、記憶手段２３の基準
   データ２５ａは、検出手段１５で検出される負圧、流
   量、風速のいずれか、又はこれらを組み合わせた物理量
   に対応していることを特徴とする工作機械の加工空間領
   域内の集塵能力低下検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１に於いて、加工駆動装置５は、
   ｆ−θレンズを有するガルバノミラー駆動装置であるこ
   とを特徴とする工作機械の加工空間領域内の集塵能力低
   下検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１に於いて、吸引案内部材１０
   は、加工空間領域に向けるように配設されたダクト１１
   と、このダクト１１に先端部が取付けられ、一方、後端
   部が集塵機本体１３に連結された可撓性ホース１２とか
   ら成ることを特徴とする工作機械の加工空間領域内の集
   塵能力低下検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１に於いて、吸引案内部材１０に
   大気を吸入する枝状の大気吸引管が一体的に設けられ、
   この大気吸引管に検出手段が設けられていることを特徴
   とする工作機械の加工空間領域内の集塵能力低下検出装
   置。
6. 【請求項６】 加工中、ワークテーブル２上の被加工物
   ３から発生する埃物質８を吸収することができるように
   吸引案内部材１０の吸入口が、被加工物３と加工駆動装
   置５のレンズ７との加工空間領域９に臨むように配設さ
   れ、かつ、吸引用の駆動源１３ａを有する集塵機本体１
   ３と、この集塵機本体１３或いは吸引案内部材１０に取
   付けられ、前記加工空間領域９内の集塵能力の低下を検
   出する検出手段１５と、この検出手段に接続され、か
   つ、入力・出力制御部２６，２８を有するコンピュータ
   ２０とを備え、前記出力制御部２８は、前記検知手段１
   ５が検出した異常信号ｂを、比較・判定回路２９が記憶
   手段２３に予め格納された基準データ２５ａに基づき異
   常であるとの判定をした場合に、少なくともレーザー発
   振器を自動的に停止させることを特徴とする工作機械の
   加工空間領域内の集塵能力低下検出装置。