JP2003053569A - 特に金属シートのレーザ切断または孔開けの品質を制御するためのシステム - Google Patents

特に金属シートのレーザ切断または孔開けの品質を制御するためのシステム

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JP2003053569A JP2002205125A JP2002205125A JP2003053569A JP 2003053569 A JP2003053569 A JP 2003053569A JP 2002205125 A JP2002205125 A JP 2002205125A JP 2002205125 A JP2002205125 A JP 2002205125A JP 2003053569 A JP2003053569 A JP 2003053569A
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ボロネーゼ ルカ
Giuseppe Dangelo
ダンジェロ ジュセッペ
Giorgio Pasquettaz
パスケッタス ジョルジオ
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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ切断におけるバリの発生を確認し、品
質を制御するためのシステムを提供する。 【解決手段】 レーザ切断または孔開けの品質を制御す
るためのシステムにおいて、切断または孔開け領域へレ
ーザビーム(1)を焦点合わせする手段(4)と、切断もしく
は孔開け領域から放出される放射(E)を検出するフォト
ダイオードセンサ手段(7)と、前記センサ手段(7)によっ
て出力された信号を処理する制御および処理用電子ユニ
ット(8)とを具え、約620nmの光学帯域を選択するために
前記フォトダイオードセンサ手段(7)と結合した光学フ
ィルタ(11)を設ける。前記センサ手段(7)から来た信号
は10〜60kHzの間の周波数で取得され、7〜16kHzの間で
バンドパスフィルタによってフィルタ通過される。それ
によって、良質の切断または孔開けに対応した、予め定
めた参照信号との比較を必要とすること無しに単一の信
号に基づいて処理することにより切断または孔開けの品
質の制御を行うことを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に金属シートの
レーザ切断または孔開けの品質を制御するためのシステ
ムに関するものである。ここで孔開けとは、本質的にシ
ート状金属の切断の準備作業における初期孔の形成を意
味するものである。
【0002】より詳細には、本発明はレーザ切断の際に
バリが発生しないこと、およびレーザ孔開けの際にシー
ト状金属に穴や割れが存在していないことを確認するた
めのシステムに関するものである。さらに詳細には、 − 切断または孔開け領域上にレーザビームを焦点合わ
せする手段 − 切断または孔開け領域から放出される放射を検出す
るフォトダイオードセンサ手段および、このセンサ手段
から出力される信号を処理するための電子制御および処
理ユニットを具える形式のシステムに関するものであ
る。
【0003】
【従来の技術】上述した形式のシステムは既に提案され
ており、シート状金属のレーザ切断加工において、切断
領域でのバリの存在または不存在を評価するためのオン
ラインモニタリングの実施に従来から用いられている。
【0004】これまで使用していたシステムの不都合な
点は、品質の制御を、切断工程中に検出した信号と、一
つまたはそれ以上の、予め定めた良質な切断、すなわち
バリの無い切断を示す参照信号との比較に基づくという
事実にある。こうした参照信号は、常にその数が2〜10
まで変化するものであるが、これは複数の良質な切断の
種類から始まることに起因するものである。明らかに、
この方法の実施には、参照信号の生成の瞬間における切
断の正常さを認定することのできる熟練した作業員の存
在を暗示するものであり、このことは時間の消費と、時
には材料の浪費(参照信号を得るのに必要な種類を形成
するために無駄なものとなる)を含む。幾つかの場合に
おいては、参照信号は欠陥を有する、すなわちバリの存
在する切断を示し、このことはまたさらなる問題点およ
び困難さをもたらす。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主な権利範囲
は、上述した全ての不利な点を克服することのできる、
レーザ切断の品質を制御するためのシステムを提供する
ことにある。
【0006】本発明のもう一つの権利範囲は、シート状
金属の孔開け工程における穴や割れの存在を確認するこ
とにも使用可能な品質制御のためのシステムを提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】こうした権利範囲を達成
するために、本発明は冒頭で示した特徴を有するシステ
ムを目的としており、このシステムはまた、約620nmの
光学帯域を選択するのに適した光学フィルタがフォトダ
イオードセンサ手段と結合し、制御および処理用手段が
センサ手段から送られてくる10〜60kHzの周波数の信号
を取得するのに適合したものであり、また制御および取
得手段は7〜16kHzの範囲のバンドパスフィルタの補助に
より、取得した信号をフィルタ通過させるのに適合した
ものであり、それによって、良質の切断または孔開けに
対応した、予め定めた参照信号との比較を必要とするこ
と無しに単一の信号に基づいて処理することにより切断
または孔開けの品質の制御を行うことを可能としたこと
を特徴とするものである。
【0008】好適な実施形態において、前述の制御およ
び処理手段は取得してフィルタを通過させた信号を複数
のブロックに分割し、各ブロック毎の平均値を求め、こ
れらブロックをサンプリングして切断または孔開けにお
ける欠陥の発生を特定する。この場合、こうしたブロッ
クはセンサ手段のオフセット値よりも高い値を示す。
【0009】本願出願人によるこれまでの実験により、
以下の事が示されている。すなわち、上述した特徴によ
り、切断または孔開け工程中に検出した信号の単純な解
析がが、それゆえ発生しうる欠陥の特定を、良質の切断
または孔開けを示す参照信号を何ら必要とすることなし
に十分に行うことができ、また、それゆえ参照信号を使
用するための比較的労苦の多い操作を排除するという利
点もある。
【0010】本質的に、本発明はまた、上述したシステ
ムを用いたレーザ切断または孔開けの品質を制御する方
法をも目的とする。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の追加の特性および利点
は、純粋に非限定的な例示として提示した添付図面を参
照した以下の記載から明確になるであろう。
【0012】図1を参照すると、符号1はレーザ切断また
は孔開け工程の品質を、より詳細には切断工程における
バリ、もしくは孔開け工程における穴または割れの不存
在を制御するためのシステムを全体的に示すものであ
る。
【0013】本例では、シート状金属2をレーザビーム
手段によって切断または孔開けを行う場合に言及してい
る。符号4は焦点合わせ用ヘッド全体を示し、このヘッ
ドはレーザ発生装置(図示せず)で発生したレーザビー
ムを集光するレンズ5および、レーザビームを反射する
半反射鏡(a semi-reflecting mirror)6を含む。切断ま
たは孔開け領域から放出された放射Eは半反射鏡6を通過
してセンサ7で検出する。センサ7はフォトダイオード製
であり、出力信号を電子制御および処理ユニット8へ送
信することができる。ユニット8はパーソナルコンピュ
ータ9と接続している。
【0014】本実施形態においては、半反射鏡6には直
径5cm、厚さ5mmのZnSe鏡を用いた。センサ7はスペクト
ル応答が190〜1100nmで受光領域が1.1×1.1mm、クォー
ツ製の窓を有するフォトダイオードである。
【0015】図3を参照すると、焦点合わせ用レンズ10
はフォトダイオード7と結合しており、それによってセ
ンサへ入射するビームを光学フィルタ11を透過した後に
集光することが可能である。
【0016】本発明によれば、センサと結合した光学フ
ィルタ11は、切断または孔開け領域からの放射を選択す
るために、光帯域が約620nmとなっているものである。
【0017】実施例の場合常に、電子ユニット8はNI611
0E型PCカードのデータ収集カードを具え、最大データ収
集周波数は5Mb/secである。
【0018】図2はフォトダイオード7のスペクトル応答
を示すダイヤグラムである。
【0019】本発明のさらに重要な特徴によれば、電子
ユニット8はセンサ7から放出される周波数帯域が10kHz
〜60kHzの信号を取得する。加えて、信号のフィルタリ
ングを電子ユニット8に挿入した7kHz〜16kHzのバンドパ
スフィルタによって行うが、ここでは図示しない。
【0020】出願人による研究および実験は、信号を分
離することによってこれを取得かつブロックへと透過さ
せ、また各サンプルのブロックにおける信号の平均値を
計算することによって示され、フォトダイオードのオフ
セット値よりも高い値を有するブロックには欠陥が存在
することが示された。
【0021】換言すれば、上で示した特性のため、本発
明によるシステムは、切断または孔開けにおける欠陥の
不存在を確認することが可能であり、特に切断工程にお
けるバリの不存在や孔開け工程における穴や割れの不存
在を、良質の切断または孔開けの実行を示す参照信号と
比較して行うこと無く、しかし、実際の工程中に得られ
る信号の周波数解析に基づいて簡単に行うことができ
る。実際には、切断または孔開けの欠陥が存在すると
き、一つまたはそれ以上のサンプルブロックにおいてセ
ンサによって放出される信号は、センサが検出した平均
オフセット値よりも高い値となる。
【0022】参照信号を用いるような公知のシステムを
必要とする根気の要る操作は、それゆえ避けられる。
【0023】当然のことながら、本発明の根底にある原
理が利点を保持していることにより、構成の詳細および
実施形態は、純粋に例示として記載ならびに図示されて
いる限りにおいて、本発明の範囲を超えること無しに幅
広く変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるシステムを模式的に示す図であ
る。
【図2】 本発明によるシステムに用いるフォトダイオ
ードのスペクトル応答を示すダイヤグラムである。
【図3】 図1のシステムの一部であるセンサ手段を模
式的に示す図である。
【符号の説明】
1 制御システム 2 シート状金属 4 焦点合わせ用ヘッド 5,10 レンズ 6 半反射鏡 7 センサ 8 電子制御および処理ユニット 9 パーソナルコンピュータ 11 光学フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルカ ボロネーゼ イタリア国 16155 ジェノヴァ ヴィア カスタネヴィッツァ 9/5 (72)発明者 ジュセッペ ダンジェロ イタリア国 トリノ 10095 グルリアス コ チ ソ エッフェ リ チェルヴィ 101 (72)発明者 ジョルジオ パスケッタス イタリア国 13100 ヴェルチェッリ ヴ ィア ジ フェッラリス 63 Fターム(参考) 4E068 AE01 AF01 CA11 CB01 CC01 DB01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザビーム(1)を切断または孔開け領
    域上へ焦点合わせを行う手段(4)と、前記切断または孔
    開け領域から放出される放射(E)を検出するフォトダイ
    オードセンサ手段(7)と、前記センサ手段(7)から送られ
    る信号を処理する制御および処理用電子ユニット(8)と
    を具え、 約620nmの光学帯域を選択するのに適した光学フィルタ
    (11)が前記フォトダイオードセンサ手段(7)と結合し、 前記制御および処理手段(8)が前記センサ手段(7)から送
    られてくる10〜60kHzの周波数の信号を取得するのに適
    合したものであり、 また前記制御および処理手段(8)は7〜16kHzの範囲のバ
    ンドパスフィルタの補助により、取得した信号をフィル
    タ通過させるのに適合したものであり、 それによって、良質の切断または孔開けに対応した、予
    め定めた参照信号との比較を必要とすること無しに単一
    の信号に基づいて処理することにより切断または孔開け
    の品質の制御を行うことを可能としたことを特徴とす
    る、レーザ切断または孔開けの品質を制御するためのシ
    ステム。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のシステムにおいて、 前記制御および処理手段(8)が信号を分離して取得かつ
    ブロック毎にフィルタを通過させ、各サンプルブロック
    について信号の平均値を求めるのに適合させたものであ
    り、これらブロックは切断もしくは孔開け時における欠
    陥の存在を示すセンサ手段(7)のオフセット値よりも高
    い値を有することを特徴とする、レーザ切断または孔開
    けの品質を制御するためのシステム。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のシステムにおい
    て、 前記焦点合わせ手段(4)が前記切断または孔開け領域へ
    向かうレーザビーム(L)を反射し、また前記切断または
    孔開け領域から放出された放射(E)を前記センサ手段(7)
    へ到達させるためにこれを透過するのに適合させた半反
    射鏡(6)を具えることを特徴とする、レーザ切断または
    孔開けの品質を制御するためのシステム。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のシステムにおいて、 前記フォトダイオードセンサ手段(7)が190〜1100nmのス
    ペクトル応答を有するフォトダイオードを具えることを
    特徴とする、レーザ切断または孔開けの品質を制御する
    ためのシステム。
  5. 【請求項5】 請求項1記載のシステムにおいて、 前記センサ手段(7)が焦点合わせ用レンズ(10)を具える
    ことを特徴とする、レーザ切断または孔開けの品質を制
    御するためのシステム。
  6. 【請求項6】 レーザビーム(L)を切断または孔開け領
    域へ焦点合わせする工程と、 フォトダイオードセンサ手段(7)の補助により前記切断
    または孔開け領域から放出される放射を検出する工程
    と、 前記センサ手段(7)から送られる信号を処理する工程と
    を具え、 約620nmの光学帯域を選択するのに適した光学フィルタ
    (11)が前記フォトダイオードセンサ手段(7)と結合し、 前記センサ手段(7)から送られてくる信号は10〜60kHzの
    範囲を具える周波数で取得され、 この取得された信号は7〜16kHzの範囲のバンドパスフィ
    ルタの補助によりフィルタを通過し、 それによって、良質の切断または孔開けに対応した、予
    め定めた参照信号との比較を必要とすること無しに単一
    の信号に基づいて処理することにより切断または孔開け
    の品質の制御を行うことを可能としたことを特徴とす
    る、レーザ切断または孔開けの品質を制御する方法。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の方法において、 前記取得かつフィルタ通過した信号を複数のブロックに
    分割し、各サンプルブロック毎に信号の平均値を求め、
    これらブロックは欠陥の存在を示すセンサ手段のオフセ
    ット値よりも低い値もしくは等しい値を有することを特
    徴とする、レーザ切断または孔開けの品質を制御する方
    法。
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