JP2003126977A - レーザ加工ヘッド - Google Patents

レーザ加工ヘッド

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 過熱した集光レンズから発生する煙を自動的
に検出して警報を発すると共にレーザ加工を非常停止さ
せることができる煙検出手段を備えたレーザ加工ヘッド
の提供。 【解決手段】 レーザ光ＬＢを集光する集光レンズ３を
筒体５に備えたレーザ加工ヘッド１において、前記集光
レンズのレーザ光入射側筒体にレーザ光が通過可能な開
口７を有する隔壁９を設け、該隔壁と前記集光レンズと
の間に前記入射レーザ光の光路を横断する方向に投光す
る投光器１１と該投光器からの光を受光する受光器１５
からなる煙検出手段１７とを設けたことを特徴とするレ
ーザ加工ヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工ヘッドに
関する。さらに詳細には集光レンズの焼損を検出する煙
検出手段を備えたレーザ加工ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】遠赤外線領域の波長(10.6μｍ)を有する
炭酸ガスレーザを使用するレーザ加工機のレーザ加工ヘ
ッドでは、集光レンズなどの透過光学素子の母材とし
て、可視光領域（0.82μｍ〜0.38μｍ）で使用されてい
る一般的な光学ガラス（BK7,SK16,LF1など）が波長透過
特性の問題で使用できないため、ZnSe（Zinc Selenid
e）やKCl（Potassium Chloride）など特殊な物質の結晶
が用いられている。
【０００３】上述のZnSeはKClのように大気中の水分を
吸収して損壊する潮解性がなく、機械的強度も優れてい
るので炭酸ガスレーザ加工機などの集光レンズとして広
く使用されている。
【０００４】しかし、ZnSe（Zinc Selenide）は、過熱
燃焼したときに発生するガスが有毒であるため、焼損時
にはレーザビームの照射を即座に停止しなければならな
い。また、レーザ加工機における光学素子のなかで集光
レンズは最も加工点に接近して設けられるので、レンズ
の周囲がアシストガスでシールドされていても、加工時
に発生するスパッターや粉塵が付着する可能性が大き
く、損傷を受けやすい消耗部品となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ加工機に
おけるレーザ加工ヘッドでは、集光レンズの焼損に対し
て特に焼損検出装置を設けていないので、加工中に飛散
するスパッターや粉塵が集光レンズに付着することによ
って、集光レンズの表面にホットスポットが発生し、そ
のスポットの温度が上昇してレンズ全体の温度が上昇す
る。すると、レンズ母材のレーザビームに対する吸収率
が上昇するという正帰還がかかってレンズが急激に過熱
してついには焼損にいたる熱的暴走が発生することがあ
る。
【０００６】熱的暴走で集光レンズが焼損する前の段階
の温度上昇時に発生する熱レンズ効果により、レンズの
集光特性が悪化して加工不良が発生する場合が多い。オ
ペレータが機械を監視している場合には、この加工不良
が発生した段階で点検或いは集光レンズの交換などの対
応がとれるが、夜間などの無人連続運転時でも自動的に
対応できる集光レンズ焼損検出装置が望まれている。
【０００７】また、集光レンズそのものの温度を測定す
るセンサーを設けることも論理的には可能であるが、表
面温度のみの測定に終わってしまう。
【０００８】本発明は上述の如き問題を解決するために
なされたものであり、本発明の課題は、過熱した集光レ
ンズから発生する煙を自動的に検出して警報を発すると
共にレーザ加工を非常停止させることができる煙検出手
段を備えたレーザ加工ヘッドを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決する手
段として請求項１に記載のレーザ加工ヘッドは、レーザ
光を集光する集光レンズを筒体に備えたレーザ加工ヘッ
ドにおいて、前記集光レンズのレーザ光入射側筒体にレ
ーザ光が通過可能な開口を有する隔壁を設け、該隔壁と
前記集光レンズとの間に前記入射レーザ光の光路を横断
する方向に投光する投光器と該投光器からの光を受光す
る受光器からなる煙検出手段とを設けたことを要旨とす
るものである。
【００１０】請求項２に記載のレーザ加工ヘッドは、請
求項１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記隔壁の
開口の大きさを前記入射レーザ光の有効径にほぼ等しく
設けると共に、前記隔壁の入射光側筒体にパージエアー
流入口を設けたことを要旨とするものである。
【００１１】請求項３に記載のレーザ加工ヘッドは、請
求項２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、前記投光器
と受光器との間の光軸を前記隔壁下方近傍のパージエア
ー停留領域を通過するように設けると共に、前記投光器
と受光器のそれぞれに光量を調節可能な絞りを設けたこ
とを要旨とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
よって説明する。
【００１３】図１は本発明に係るレーザ加工ヘッドの説
明図である。図１に示す如く、レーザ加工ヘッド１には
炭酸ガスレーザ発振器（図示省略）からのレーザ光ＬＢ
をワークＷに集光するZnSe（Zinc Selenide）の結晶か
らなる集光レンズ３が筒体５に設けてある。
【００１４】前記集光レンズ３のレーザ光入射側筒体５
の内側には、前記レーザ光ＬＢが通過可能な開口７を有
する隔壁９が設けてある。そしてこの隔壁９の前記開口
７の大きさは、前記集光レンズ３に入射されるレーザ光
ＬＢの直径（有効径）にほぼ等しく設けてある。
【００１５】前記隔壁９と集光レンズ３との間に前記入
射レーザ光ＬＢの光路を横断する方向に投光する投光器
１１と、この投光器１１からの光１３を受光する受光器
１５からなる煙検出手段としての透過形光電スイッチ１
７が設けてある。
【００１６】前記透過形光電スイッチ１７の投光器１１
には射出光量を調節可能な絞り１９を設けると共に、受
光器１５には受光量を調節可能な絞り２１が設けてあ
る。これらの絞りを適当に調節することによって透過形
光電スイッチ１７の検出感度を調節することができる。
【００１７】前記透過形光電スイッチ１７の検出感度の
調節には受光器１５側に接点動作レベルを設定する半固
定抵抗のような電気回路的な調整機構をもたせてもよ
い。いずれにしろ、透過形光電スイッチ１７の検出感度
の調整機構は半固定のものであり、信号処理および記憶
装置などの複雑な電気回路は必要としない。
【００１８】なお、上述の透過形光電スイッチ１７で使
用する光は、誤動作を避けるためレーザ加工に使用され
ているレーザ光の波長とは異なる波長の光を使用する必
要がある。
【００１９】前記隔壁９の上方には、前記集光レンズ３
およびベンドミラー（bend mirror)などの光学素子（図
示省略）への塵埃の付着を阻止するための清浄なパージ
エアー(purge air)流入口２３が設けてある。
【００２０】前記パージエアー流入口２３から筒体５内
部に流入した清浄なパージエアー２４は、前記隔壁９の
開口７から下方の集光レンズ３の方へ流れると共に筒体
５の上方へも流れて、ベンドミラーなどの光学素子（図
示省略）への塵埃の付着を阻止する。前記開口７を介し
て集光レンズ３の方へ流れるパージエアー２４は、開口
７を通って真っ直ぐ下方へ流れるが、隔壁９の作用によ
って隔壁９の下面には空気の流れがほとんどないドーナ
ツ状の停留領域２５が作られる。前述の透過形光電スイ
ッチ１７における投光器１１と受光器１５の光軸は、こ
の停留領域２５を通過するように設定してある。
【００２１】上記構成のレーザ加工ヘッドにおいて、Zn
Se（Zinc Selenide）からなる集光レンズ３が過熱燃焼
して煙が発生した場合、発生した煙は隔壁９の方へ上昇
するが、レーザ光ＬＢの軸心部分の煙はパージエアーで
拡散されても、停留領域２５に達した煙は拡散されずに
そこに停留することになる。
【００２２】したがって、投光器１１からの光１３は、
停留領域２５に停留する煙の粒子により散乱され、強度
が減衰された光が受光器１５に到達することになる。そ
の結果、煙検出手段としての透過形光電スイッチ１７は
確実に煙の発生を検出することができる。
【００２３】
【発明の効果】請求項１の発明によれれば、レーザ加工
ヘッドにおいて過熱した集光レンズから発生する煙を自
動的に検出することができる。また、その結果を用いて
オペレーターに警報を発すると共にレーザ加工を非常停
止させることができる。したがって、夜間などの無人連
続運転時にも自動的に対応することができる。
【００２４】請求項２または請求項３の発明によれれ
ば、集光レンズが過熱燃焼して煙が発生した場合、発生
した煙は隔壁の方へ上昇して隔壁下方に環状の停留領域
に停留するので、レーザ光の軸心部分の煙がパージエア
ーで拡散されても、停留領域に停留する煙の粒子による
散乱により、強度が減衰された光が受光器に到達するの
で確実に煙の発生を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザ加工ヘッドの説明図。
【符号の説明】
１ レーザ加工ヘッド ３ 集光レンズ ５ 筒体 ７ 開口 ９ 隔壁 １１ 投光器 １３ 投光器からの光 １５ 受光器 １７ 透過形光電スイッチ １９，２１ 絞り ２３ パージエアー流入口 ２５ 停留領域 ＬＢ レーザ光 Ｗ ワーク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ光を集光する集光レンズを筒体に
    備えたレーザ加工ヘッドにおいて、前記集光レンズのレ
    ーザ光入射側筒体にレーザ光が通過可能な開口を有する
    隔壁を設け、該隔壁と前記集光レンズとの間に前記入射
    レーザ光の光路を横断する方向に投光する投光器と該投
    光器からの光を受光する受光器からなる煙検出手段とを
    設けたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにお
    いて、前記隔壁の開口の大きさを前記入射レーザ光の有
    効径にほぼ等しく設けると共に、前記隔壁の入射光側筒
    体にパージエアー流入口を設けたことを特徴とするレー
    ザ加工ヘッド。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のレーザ加工ヘッドにお
    いて、前記投光器と受光器との間の光軸を前記隔壁下方
    近傍のパージエアー停留領域を通過するように設けると
    共に、前記投光器と受光器のそれぞれに光量を調節可能
    な絞りを設けたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
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