JP2004085310A - Laser guide, laser guide disconnection detection system equipped therewith, and laser beam machining device equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を導光するためのレーザガイド用光ファイバと、そのレーザガイド用光ファイバの長手方向に沿って設けられた断線検知用光ファイバと、を備えたレーザガイド、及び、それを備えたレーザガイド断線検知システム、並びに、それを備えたレーザ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
YAGレーザなどの高出力レーザ光を用いることにより鉄やアルミニウム等の金属の切削や溶接を行う加工方法があり、自動車のボディの製造などに適用され始めている。かかる加工では、レーザ発振器から出射されたレーザ光を被加工物まで導光するためにレーザガイド用光ファイバという光ファイバが用いられる。
【0003】
ところで、レーザガイド用光ファイバが何らかの理由によって断線した場合、その断線部分からレーザ光が漏れることとなる。かかる漏れたレーザ光は、金属をも加工できる程のエネルギーを有しているため、保護管などの被加工物以外のものを加熱し、それによって火災などの事故を起こす可能性もある。従って、レーザガイド用光ファイバが断線したときにその断線を検知するレーザガイド断線検知システムが必要となる。
【0004】
特開昭56−17303号公報、特開昭58−130301号公報、特開昭60−101503号公報及び特開昭60−139241号公報には、レーザ光等の高出力光を伝送するための光ファイバに沿って金属線や導電性塗料等を設け、その金属線や導電性塗料等の断線によって光ファイバの断線を検知することが開示されている。
【0005】
つまり、上記公報に開示されている断線検知システムは、例えば、図9に示すように、レーザ発振器10’からのレーザ光L’を被加工物30’まで導光するレーザガイド用光ファイバ21’に、その長手方向に沿うと共に電源50’及び電流計等によって通電状態をモニタするモニタ装置60’が介設された閉回路を形成するように電線70’が設けられたものであり、これによれば、図10に示すように、レーザガイド用光ファイバ21’が断線してレーザ光L’が漏れるとそのエネルギーで電線70’が断線され、それによって通電状態が変化するのでモニタ装置60’で電線の断線、すなわち、レーザガイド用光ファイバ21’の断線が検知されることとなり、かかる場合にレーザ発振器10’からのレーザ光L’の出射を即座に停止させるようになっている。
【0006】
しかしながら、上記のように電線70’の断線によってレーザガイド用光ファイバ21’の断線を検知する場合、電線70’を構成する金属の融点がレーザガイド用光ファイバ21’の断線によって上昇する温度以下である必要がある。具体的には、例えば、レーザガイド用光ファイバがGIファイバの場合、その断線によって上昇する温度が200〜300℃程度であるため、電線を構成する金属の融点がそれ以下であることが必要となる。一方、かかる低融点の金属の電線は機械的強度が低いために外力の作用や屈曲等の変形によっても切断する場合があり、かかる場合、レーザガイド用光ファイバ断線検知システムが誤動作することとなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
また、光ファイバを用いてレーザガイド断線検知システムを構成することも可能である。
【0008】
例えば、図11に示すように、レーザ発振器10’からのレーザ光L’を被加工物30’まで導光するレーザガイド用光ファイバ21’の長手方向に沿って断線検知用光ファイバ23’を設けると共に、その断線検知用光ファイバ23’の一方のファイバ端に光源24’及び他方のファイバ端に光検知器25’をそれぞれ配設したレーザガイド断線検知システムを構成することができ、これによれば、図12に示すように、レーザガイド用光ファイバ21’が断線してレーザ光L’が漏れるとそのエネルギーで断線検知用光ファイバ23’が断線され、それによって光検知器25’で光源24’からの光が検知されなくなることでレーザガイド用光ファイバ21’の断線を検知することができる。
【0009】
また、図13に示すように、レーザ発振器10’からのレーザ光L’を被加工物30’まで導光するレーザガイド用光ファイバ21’の長手方向に沿って断線検知用光ファイバ23’を設けると共に、その断線検知用光ファイバ23’の一方のファイバ端をレーザ光出射部22’内に配置してレーザガイド用光ファイバ21’からのレーザ光L’のうち図示しないレンズ系で反射したものの一部がそこに入射されるようにし且つ他方のファイバ端に光検知器25’に設けたレーザガイド断線検知システムを構成することもでき、これによっても、図14に示すように、レーザガイド用光ファイバ21’が断線してレーザ光L’が漏れるとそのエネルギーで断線検知用光ファイバ23’が断線され、それによって光検知器25’で光が検知されなくなることでレーザガイド用光ファイバ21’の断線を検知することができる。
【0010】
しかしながら、断線検知用光ファイバを石英製のものとした場合、レーザガイド用光ファイバの断線によって上昇する温度では断線検知用光ファイバのファイバ素線が溶融せず、樹脂製の被覆部分が溶融して強度が低下し且つ外力が作用してはじめてファイバ素線が断線することとなるので、確実にレーザガイド用光ファイバの断線を検知しうるとは言い難い、という問題がある。
【0011】
また、断線検知用光ファイバをプラスチック製のものとした場合、レーザガイド用光ファイバの断線によって上昇する温度で断線するものの、光の透過率が石英製のものに比べて劣るため、断線検知用光ファイバのファイバ長が長いと光検知器で光を検知することが困難となるため、長尺のレーザガイドを要するレーザ加工装置に用いることができない、という問題がある。
【0012】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザガイド用光ファイバの断線を確実に検知でき、しかも、断線検知用光ファイバのファイバ長が長くても伝播する光を検知することが可能であるレーザガイド及びそれを備えたレーザガイド断線検知システム、並びに、それを備えたレーザ加工装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、断線検知用光ファイバとしてコアが石英製であり且つクラッドがプラスチック製である、いわゆる、ポリマークラッドファイバを用いるようにしたものである。
【0014】
具体的には、本発明の第1のレーザーガイドは、レーザ光を導光するためのレーザガイド用光ファイバと、該レーザガイド用光ファイバの長手方向に沿って設けられた断線検知用光ファイバと、を備えたものであって、
上記断線検知用光ファイバは、ファイバ中心をなす石英製のコアと、該コアを被覆するように設けられたプラスチック製のクラッドと、を有することを特徴とする。
【0015】
上記の構成によれば、断線検知用光ファイバのコアが石英製で且つクラッドがプラスチック製であり、レーザガイド用光ファイバが断線したときには、その断線部分からレーザ光が漏れ、そのエネルギーによって断線部分の温度が上昇して樹脂製のクラッドが溶融し、それによって例えばコアに光を閉じ込めることができなくなって光が断線検知用光ファイバを伝播できなくなるなどの理由により光の伝播状態が変化するので、確実にレーザガイド用光ファイバの断線を検知することができる。なお、通常、コアは小径であるのでクラッドが溶融してコアだけが残るということはなく、クラッドの溶融によって断線検知用光ファイバが断線することとなるので、それによってもレーザガイド用光ファイバの断線検知の確実性がサポートされる。
【0016】
また、光が伝播するコアが石英製であり、断線検知用光ファイバのファイバ長が長くても伝播する光を検知することが可能であるので、長尺のレーザガイドを要するレーザ加工装置であっても適用することができる。
【0017】
以上のようなレーザガイドを備えた本発明の第1のレーザガイド断線検知システムは、
レーザ光を導光するためのレーザガイド用光ファイバと、
上記レーザガイド用光ファイバの長手方向に沿って設けられた断線検知用光ファイバと、
上記断線検知用光ファイバの一方のファイバ端に設けられ該断線検知用光ファイバに光を入射させる光入射手段と、
上記断線検知用光ファイバの他方のファイバ端に設けられ該断線検知用光ファイバを伝播した上記光入射手段からの光を検知する光検知手段と、
を備えたレーザガイド断線検知システムであって、
上記断線検知用光ファイバは、ファイバ中心をなす石英製のコアと、該コアを被覆するように設けられたプラスチック製のクラッドと、を有することを特徴とする。
【0018】
本発明の第1のレーザガイド断線検知システムは、上記光入射手段が、上記レーザガイド用光ファイバから発せられるレーザ光が上記断線検知用光ファイバの一方のファイバ端に入射するように設けられた該断線検知用光ファイバの設置構造によって構成されているものであってもよい。
【0019】
断線検知用光ファイバの一方のファイバ端に設けた光源で光入射手段を構成するようにしてもよいが、上記の構成によれば、かかる光源が不要であって構成を簡単なものとすることができる。
【0020】
本発明の第2のレーザガイドは、レーザ光を導光するためのレーザガイド用光ファイバと、該レーザガイド用光ファイバの長手方向に沿って設けられた2本の断線検知用光ファイバと、該2本の断線検知用光ファイバのファイバ端のうち該レーザガイド用光ファイバの出射端側の方に設けられ該2本の断線検知用光ファイバの一方のファイバ端から他方のファイバ端に光を導光する導光手段と、を備えたものであって、
上記2本の断線検知用光ファイバはいずれも、ファイバ中心をなす石英製のコアを有し、該2本の断線検知用光ファイバのうち少なくとも一方は、該コアを被覆するように設けられたプラスチック製のクラッドを有することを特徴とする。
【0021】
上記の構成によれば、2本の断線検知用光ファイバの少なくとも一方のクラッドがプラスチック製であり、レーザガイド用光ファイバが断線したときには、その断線部分からレーザ光が漏れ、そのエネルギーによって断線部分の温度が上昇して樹脂製のクラッドが溶融し、それによって例えばコアに光を閉じ込めることができなくなって光が断線検知用光ファイバを伝播できなくなるなどの理由により光の伝播状態が変化するので、確実にレーザガイド用光ファイバの断線を検知することができる。なお、通常、コアは小径であるのでクラッドが溶融してコアだけが残るということはなく、クラッドの溶融によって断線検知用光ファイバが断線することとなるので、それによってもレーザガイド用光ファイバの断線検知の確実性がサポートされる。
【0022】
また、2本の断線検知用光ファイバのいずれもコアが石英製であり、断線検知用光ファイバのファイバ長が長くても伝播する光を検知することが可能であるので、長尺のレーザガイドを要するレーザ加工装置であっても適用することができる。
【0023】
断線検知用光ファイバがレーザガイド用光ファイバの入射端から出射端までそれに沿って延びた後に折り返して出射端から入射端に戻るように設けられ、一方のファイバ端に光源が及び他方のファイバ端に光検知器が設けられたレーザガイドの構成であると、折り返し部において、断線検知用光ファイバが折れてしまう可能性があり、また、曲げ変形による損失が生じ、さらに、断線検知用光ファイバを略円弧状に形成させる必要があることからそのためのスペースの確保が必要となる。しかしながら、上記の構成によれば、折り返し部で断線検知用光ファイバが曲げ変形されないので、断線検知用光ファイバが折れてしまうことがなく、また、曲げ変形による損失が生じることもなく、さらに、断線検知用光ファイバを略円弧状に形成させる必要がないことから折り返し部分を小型にすることができる。
【0024】
以上のようなレーザガイドを備えた本発明の第2のレーザガイド断線検知システムは、
レーザ光を導光するためのレーザガイド用光ファイバと、
上記レーザガイド用光ファイバの長手方向に沿って設けられた2本の断線検知用光ファイバと、
上記2本の断線検知用光ファイバのファイバ端のうち上記レーザガイド用光ファイバの出射端側の方に設けられ該2本の断線検知用光ファイバの一方のファイバ端から他方のファイバ端に光を導光させる導光手段と、
上記2本の断線検知用光ファイバの一方の断線検知用光ファイバのファイバ端のうち上記レーザガイド用光ファイバの入射端側の方に設けられ該一方の断線検知用光ファイバに光を入射させる光入射手段と、
上記2本の断線検知用光ファイバの他方の断線検知用光ファイバのファイバ端のうち上記レーザガイド用光ファイバの入射端側の方に設けられ該他方の断線検知用光ファイバを伝播した上記光入射手段からの光を検知する光検知手段と、
を備えたレーザガイド断線検知システムであって、
上記2本の断線検知用光ファイバはいずれも、ファイバ中心をなす石英製のコアを有し、該2本の断線検知用光ファイバのうち少なくとも一方は、該コアを被覆するように設けられたプラスチック製のクラッドを有することを特徴とする。
【0025】
本発明のレーザ加工装置は、以上のような本発明の第1又は第2のレーザガイド断線検知システムを備えたものである。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、断線検知用光ファイバのコアが石英製で且つクラッドがプラスチック製であり、レーザガイド用光ファイバが断線したときには樹脂製のクラッドが溶融して光の伝播状態が変化するので、確実にレーザガイド用光ファイバの断線を検知することができる。
【0027】
また、光が伝播するコアが石英製であり、断線検知用光ファイバのファイバ長が長くても伝播する光を検知することが可能であるので、長尺のレーザガイドを要するレーザ加工装置であっても適用することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0029】
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るレーザ加工装置Aを示す。
【0030】
このレーザ加工装置Aは、鉄やアルミニウム等の金属の切削や溶接を行うものであり、YAGレーザ等のレーザ発振器10と、レーザ発振器10に取り付けられそこからのレーザ光Lを被加工物30まで導光するケーブル状のレーザガイド20と、を備えている。
【0031】
レーザガイド20は、レーザガイド用光ファイバ21と、レーザガイド用光ファイバ21の被加工物30側端に取り付けられたレーザ光出射部22と、レーザガイド用光ファイバ21の入射端から出射端までレーザガイド用光ファイバ21に沿って延びた後に折り返して出射端から入射端に戻るように設けられた断線検知用光ファイバ23と、を備えている。なお、レーザガイド20のレーザガイド用光ファイバ21及び断線検知用光ファイバ23は図示しないステンレス製等の可撓管で被覆されている。
【0032】
断線検知用光ファイバ23は、ファイバ中心をなす石英製のコアと、コアを被覆するように設けられたアクリル系の紫外線硬化型樹脂等のプラスチック製のクラッドと、により光ファイバ素線が構成され、その光ファイバ素線がナイロン樹脂等の被覆層で被覆されたものである。断線検知用光ファイバ23の一方のファイバ端には光入射手段としての光源24が設けられていると共に他方のファイバ端には光検知手段としての光検知器25が設けられており、レーザガイド用光ファイバ21と、これらの断線検知用光ファイバ23、光源24及び光検知器25とによってレーザガイド断線検知システムSが構成されている。
【0033】
このレーザ加工装置Aは、通常、レーザ発振器10からのレーザ光Lをレーザガイド用光ファイバ21を介してレーザ光出射部22から被加工物30に向けて出射することにより加工を行うものである。このとき、光源24から断線検知用光ファイバ23の一方のファイバ端に光が入射され、その光が断線検知用光ファイバ23のコアを伝播して他方のファイバ端の光検知器25で検知される。
【0034】
上記の構成によれば、断線検知用光ファイバ23のコアが石英製で且つクラッドがプラスチック製であり、図2に示すように、レーザガイド用光ファイバ21が断線したときには、その断線部分からレーザ光Lが漏れ、そのエネルギーによって断線部分の温度が上昇して樹脂製の被覆層及びクラッドが溶融し、それによって例えばコアに光を閉じ込めることができなくなって光が断線検知用光ファイバ23を伝播できなくなるなどの理由により光の伝播状態が変化するので、確実にレーザガイド用光ファイバ21の断線を検知することができる。なお、通常、コアは小径であるのでクラッドが溶融してコアだけが残るということはなく、クラッドの溶融によって断線検知用光ファイバ23が断線することとなるので、それによってもレーザガイド用光ファイバ21の断線検知の確実性がサポートされる。
【0035】
また、光が伝播するコアが石英製であり、断線検知用光ファイバ23のファイバ長が長くても伝播する光を検知することが可能であるので、レーザ加工装置Aが長尺のレーザガイド20を要するものであってもよい。
【0036】
(実施形態2)
図3は、本発明の実施形態2に係るレーザ加工装置Aを示す。なお、実施形態1と同一部分については同一符号で示す。
【0037】
このレーザ加工装置Aでは、レーザガイド20は、レーザガイド用光ファイバ21と、レーザガイド用光ファイバ21の出射端側の端に取り付けられたレーザ光出射部22と、レーザガイド用光ファイバ21のレーザ発振器10側の端からレーザ光出射部22までレーザガイド用光ファイバ21に沿って設けられた2本の断線検知用光ファイバ23a,23bと、を備えている。
【0038】
2本の断線検知用光ファイバ23a,23bの一方の断線検知用光ファイバ23aのファイバ端のうちレーザガイド用光ファイバ21の入射端側の方には光入射手段としての光源24が設けられており、また、2本の断線検知用光ファイバ23a,23bの他方の断線検知用光ファイバ23bのファイバ端のうちレーザガイド用光ファイバの入射端側の方に光検知手段としての光検知器25が設けられている。
【0039】
レーザ光出射部22には、図4及び5に示すように、有底円筒状の折り返し部40が設けられている。この折り返し部40には、2本の断線検知用光ファイバ23a,23bの出射端側のファイバ端部が挿入されていると共に、底近傍にプリズム41が設けられ、さらに、両断線検知用光ファイバ23a,23bのそれぞれとプリズム41との間にレンズ42が設けられている。プリズム41は、断面略直角二等辺三角形の三角柱に形成されたものであり、斜辺に対応した面に反射コーティング41aが施され、底辺に対応した面が両断線検知用光ファイバ23a,23bに対向するように配置されている。そして、これによって、光源24からの光が一方の断線検知用光ファイバ23aを経てレンズ42を介してプリズム41で反射し、それが他方の断線検知用光ファイバ23bに入射されて光検知器25に至るように構成されている。なお、図4及び5において、レーザ光出射用のレンズ系及び可撓管は図示していない。
【0040】
その他の構成は、実施形態1と同一である。
【0041】
実施形態1のように、断線検知用光ファイバ23がレーザガイド用光ファイバ21の入射端から出射端までそれに沿って延びた後に折り返して出射端から入射端に戻るように設けられたレーザガイドの構成であると、折り返し部において、断線検知用光ファイバ23が折れてしまう可能性があり、また、曲げ変形による損失が生じ、さらに、断線検知用光ファイバ23を略円弧状に形成させる必要があることからそのためのスペースの確保が必要となる。しかしながら、上記の構成によれば、折り返し部40で断線検知用光ファイバ23a,23bが曲げ変形されないので、断線検知用光ファイバ23a,23bが折れてしまうことがなく、また、曲げ変形による損失が生じることもなく、さらに、断線検知用光ファイバ23a,23bを略円弧状に形成させる必要がないことから折り返し部分を小型にすることができる。
【0042】
その他の作用・効果は実施形態1と同一である。
【0043】
(実施形態3)
図6は、本発明の実施形態3に係るレーザ加工装置Aのレーザ光出射部を示す。なお、実施形態1及び2と同一部分については同一符号で示す。
【0044】
このレーザ加工装置Aでは、レーザ光出射部22に、図6に示すように、有底円筒状の折り返し部40が設けられている。この折り返し部40には、2本の断線検知用光ファイバ23a,23bの出射端側のファイバ端部が挿入されていると共に、底近傍にミラー43が設けられ、さらに、両断線検知用光ファイバ23a,23bのそれぞれとミラー43との間にレンズ42が設けられている。ミラー43は、立方体にV字溝を形成したような形状に形成されており、そのV字溝の各面が相互に45°の角度をなすミラー面43aを構成し、各ミラー面43aに対して45°の角度をなす方向に断線検知用光ファイバ23a,23bが位置付けられるように配置されている。そして、これによって、光源24からの光が一方の断線検知用光ファイバ23aを経てレンズ42を介してミラー43で反射し、それが他方の断線検知用光ファイバ23bに入射されて光検知器25に至るように構成されている。
【0045】
その他の構成、作用・効果は、実施形態2と同一である。
【0046】
(実施形態4)
図7は、本発明の実施形態4に係るレーザ加工装置Aを示す。なお、実施形態1と同一部分については同一符号で示す。
【0047】
このレーザ加工装置Aは、レーザガイド20において、断線検知用光ファイバ23がレーザガイド用光ファイバ21の入射端からレーザ光出射部22までレーザガイド用光ファイバ21に沿って設けられていると共に、断線検知用光ファイバ23の一方のファイバ端がレーザ光出射部22の内部に配置されてレーザガイド用光ファイバ21から発せられるレーザ光Lのうち図示しないレンズ系で反射したものの一部がそこに入射するようにされ且つ他方のファイバ端に光検知手段としての光検知器25が設けられたものである。つまり、レーザガイド用光ファイバ21から発せられるレーザ光Lが断線検知用光ファイバ23の一方のファイバ端に入射するように設けられた断線検知用光ファイバ23の設置構造によって光入射手段が構成されている。その他の構成は、実施形態1と同一である。
【0048】
上記の構成によれば、実施形態1の場合と同様に、図8に示すように、レーザガイド用光ファイバ21が断線したときには、その断線部分からレーザ光Lが漏れ、そのエネルギーによって断線部分の温度が上昇し、樹脂製の被覆層及びクラッドが溶融してコアに光を閉じ込めることができなくなり、それによって光が断線検知用光ファイバ23を伝播できなくなるので、確実にレーザガイド用光ファイバ21の断線を検知することができる。
【0049】
また、断線検知用光ファイバ23のための光源が不要であるので、装置構成を簡単なものとすることができる。
【0050】
その他の作用・効果は実施形態1と同一である。
【0051】
(その他の実施形態)
上記実施形態1〜4では、断線検知用光ファイバ23を樹脂層を有するものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、石英製のコアと樹脂製のクラッドとからのみなるものとしてもよい。
【0052】
また、上記実施形態2及び3では、2本の断線検知用光ファイバ23a,23bのいずれもを石英製のコアとプラスチック製のクラッドとを有するものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、いずれか一方が石英製のコア及びクラッドを有するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図2】本発明の実施形態1に係るレーザ加工装置のレーザガイド用光ファイバが切断したときの状態を示す説明図である。
【図3】本発明の実施形態2に係るレーザ加工装置のレーザ光出射部の断面図である。
【図4】本発明の実施形態2に係るレーザ加工装置のレーザ光出射部の断面図である。
【図5】本発明の実施形態2に係るレーザ加工装置のレーザ光出射部における折り返し部の断面図である。
【図6】本発明の実施形態3に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図7】本発明の実施形態4に係るレーザ加工装置の構成図である。
【図8】本発明の実施形態4に係るレーザ加工装置のレーザガイド用光ファイバが切断したときの状態を示す説明図である。
【図9】電線でレーザガイド用光ファイバの断線を検知するようにしたレーザ加工装置の構成図である。
【図10】電線でレーザガイド用光ファイバの断線を検知するようにしたレーザ加工装置のレーザガイド用光ファイバが切断したときの状態を示す説明図である。
【図11】光ファイバでレーザガイド用光ファイバの断線を検知するようにした第1のレーザ加工装置の構成図である。
【図12】光ファイバでレーザガイド用光ファイバの断線を検知するようにした第1のレーザ加工装置のレーザガイド用光ファイバが切断したときの状態を示す説明図である。
【図13】光ファイバでレーザガイド用光ファイバの断線を検知するようにした第2のレーザ加工装置の構成図である。
【図14】光ファイバでレーザガイド用光ファイバの断線を検知するようにした第2のレーザ加工装置のレーザガイド用光ファイバが切断したときの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
10,10’ レーザ発振器
20 レーザガイド
21,21’ レーザガイド用光ファイバ
22,22’ レーザ光出射部
23,23a,23b,23’ 断線検知用光ファイバ
24,24’ 光源(光入射手段)
25,25’ 光検知器(光検知手段)
30,30’ 被加工物
40 折り返し部
41 プリズム
41a 反射コーティング
42 レンズ
43 ミラー
43a ミラー面
50’ 電源
60’ モニタ装置
70’ 電線
A レーザ加工装置
L,L’ レーザ光
S レーザガイド断線検知システム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser guide comprising a laser guide optical fiber for guiding laser light, and a disconnection detection optical fiber provided along the longitudinal direction of the laser guide optical fiber, and And a laser processing apparatus including the same.
[0002]
[Prior art]
There is a processing method for cutting or welding a metal such as iron or aluminum by using a high-power laser beam such as a YAG laser, which has begun to be applied to the manufacture of automobile bodies. In such processing, an optical fiber called a laser guide optical fiber is used to guide laser light emitted from a laser oscillator to a workpiece.
[0003]
By the way, when the laser guide optical fiber is disconnected for some reason, the laser light leaks from the disconnected portion. Since the leaked laser light has an energy enough to process the metal, it may heat an object other than the workpiece such as a protective tube, thereby causing an accident such as a fire. Therefore, there is a need for a laser guide disconnection detection system that detects the disconnection of the laser guide optical fiber.
[0004]
JP-A-56-17303, JP-A-58-130301, JP-A-60-101503, and JP-A-60-139241 disclose a technique for transmitting high-power light such as laser light. It is disclosed that a metal wire, a conductive paint, or the like is provided along the optical fiber, and the disconnection of the optical fiber is detected by the disconnection of the metal wire, the conductive paint, or the like.
[0005]
That is, in the disconnection detection system disclosed in the above publication, for example, as shown in FIG. 9, the laser guide
[0006]
However, when the disconnection of the laser guide
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
It is also possible to configure a laser guide disconnection detection system using an optical fiber.
[0008]
For example, as shown in FIG. 11, a disconnection detection
[0009]
Further, as shown in FIG. 13, the disconnection detection
[0010]
However, if the disconnection detection optical fiber is made of quartz, the fiber strand of the disconnection detection optical fiber does not melt at the temperature that rises due to the disconnection of the laser guide optical fiber, and the resin coating part melts. Since the fiber strand is disconnected only when the strength is reduced and an external force is applied, there is a problem that it is difficult to reliably detect the disconnection of the optical fiber for laser guide.
[0011]
Also, if the optical fiber for disconnection detection is made of plastic, it will break at a temperature that rises due to the disconnection of the optical fiber for laser guide, but the light transmittance is inferior to that of quartz. If the fiber length of the optical fiber is long, it is difficult to detect light with a light detector, and thus there is a problem that it cannot be used for a laser processing apparatus that requires a long laser guide.
[0012]
The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to reliably detect the disconnection of the laser guide optical fiber, and to propagate even if the fiber length of the disconnection detection optical fiber is long. It is an object of the present invention to provide a laser guide capable of detecting light to be detected, a laser guide disconnection detection system including the laser guide, and a laser processing apparatus including the laser guide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a so-called polymer clad fiber having a core made of quartz and a clad made of plastic is used as an optical fiber for disconnection detection.
[0014]
Specifically, the first laser guide of the present invention includes a laser guide optical fiber for guiding laser light and a disconnection detection optical fiber provided along the longitudinal direction of the laser guide optical fiber. And comprising:
The disconnection detecting optical fiber has a quartz core that forms the center of the fiber, and a plastic clad provided to cover the core.
[0015]
According to the above configuration, when the core of the disconnection detecting optical fiber is made of quartz and the clad is made of plastic, and the laser guide optical fiber is disconnected, the laser beam leaks from the disconnected portion, and the disconnected portion is caused by the energy. As the temperature of the resin rises, the resin clad melts, and the light propagation state changes due to, for example, that light cannot be confined in the core and light cannot propagate through the disconnection detection optical fiber. The disconnection of the laser guide optical fiber can be reliably detected. Normally, since the core has a small diameter, the clad does not melt and only the core remains, and the melting of the clad breaks the disconnection detection optical fiber. The certainty of disconnection detection is supported.
[0016]
In addition, since the core through which the light propagates is made of quartz and can detect the propagating light even if the fiber length of the disconnection detecting optical fiber is long, the laser processing apparatus requires a long laser guide. Even can be applied.
[0017]
The first laser guide disconnection detection system of the present invention provided with the laser guide as described above,
An optical fiber for laser guide for guiding laser light;
An optical fiber for disconnection detection provided along the longitudinal direction of the optical fiber for laser guide;
A light incident means provided at one end of the optical fiber for disconnection detection, and makes light incident on the optical fiber for disconnection detection;
A light detection means for detecting light from the light incident means provided at the other fiber end of the disconnection detection optical fiber and propagating through the disconnection detection optical fiber;
A laser guide disconnection detection system comprising:
The disconnection detecting optical fiber has a quartz core that forms the center of the fiber, and a plastic clad provided to cover the core.
[0018]
In the first laser guide disconnection detection system of the present invention, the light incident means is provided so that a laser beam emitted from the laser guide optical fiber is incident on one fiber end of the disconnection detection optical fiber. It may be configured by an installation structure of the disconnection detecting optical fiber.
[0019]
The light incident means may be configured by a light source provided at one end of the disconnection detecting optical fiber. However, according to the above configuration, such a light source is unnecessary and the configuration is simplified. Can do.
[0020]
The second laser guide of the present invention includes a laser guide optical fiber for guiding laser light, and two disconnection detection optical fibers provided along the longitudinal direction of the laser guide optical fiber, Light is provided from one fiber end to the other fiber end of the two disconnection detecting optical fibers provided on the output end side of the laser guide optical fiber among the fiber ends of the two disconnection detecting optical fibers. A light guide means for guiding light,
Each of the two disconnection detection optical fibers has a quartz core that forms the center of the fiber, and at least one of the two disconnection detection optical fibers is provided so as to cover the core. It has a plastic clad.
[0021]
According to the above configuration, when at least one of the two disconnection detecting optical fibers is made of plastic, and the laser guide optical fiber is disconnected, the laser beam leaks from the disconnected portion, and the disconnected portion is caused by the energy. As the temperature of the resin rises, the resin clad melts, and the light propagation state changes due to, for example, that light cannot be confined in the core and light cannot propagate through the disconnection detection optical fiber. The disconnection of the laser guide optical fiber can be reliably detected. Normally, since the core has a small diameter, the clad does not melt and only the core remains, and the melting of the clad breaks the disconnection detection optical fiber. The certainty of disconnection detection is supported.
[0022]
Since both of the two disconnection detection optical fibers have a core made of quartz and can detect the propagating light even if the fiber length of the disconnection detection optical fiber is long, a long laser guide is used. Even a laser processing apparatus that requires the above can be applied.
[0023]
The disconnection detection optical fiber extends from the incident end to the exit end of the laser guide optical fiber and then folds back to return from the exit end to the entrance end. If the configuration of the laser guide is provided with a light detector, the optical fiber for disconnection detection may be broken at the folded portion, loss due to bending deformation occurs, and further, the optical fiber for disconnection detection Therefore, it is necessary to secure a space for this. However, according to the above configuration, since the disconnection detecting optical fiber is not bent and deformed at the folded portion, the disconnection detecting optical fiber is not bent, and loss due to bending deformation does not occur. Since it is not necessary to form the optical fiber for disconnection detection in a substantially arc shape, the folded portion can be reduced in size.
[0024]
The second laser guide disconnection detection system of the present invention provided with the laser guide as described above,
An optical fiber for laser guide for guiding laser light;
Two disconnection detection optical fibers provided along the longitudinal direction of the laser guide optical fiber;
Of the two disconnection detecting optical fibers, light is provided from one end of the two disconnection detecting optical fibers to the other end of the two optical fibers for detecting the disconnection. A light guiding means for guiding light;
Of the two disconnection detection optical fibers, one of the disconnection detection optical fibers is provided near the incident end of the laser guide optical fiber, and light is incident on the one disconnection detection optical fiber. Light incident means;
Of the two disconnection detection optical fibers, the light transmitted through the other disconnection detection optical fiber provided on the incident end side of the laser guide optical fiber among the fiber ends of the other disconnection detection optical fiber. A light detecting means for detecting light from the incident means;
A laser guide disconnection detection system comprising:
Each of the two disconnection detection optical fibers has a quartz core that forms the center of the fiber, and at least one of the two disconnection detection optical fibers is provided so as to cover the core. It has a plastic clad.
[0025]
The laser processing apparatus of the present invention includes the first or second laser guide disconnection detection system of the present invention as described above.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the core of the disconnection detection optical fiber is made of quartz and the cladding is made of plastic, and when the laser guide optical fiber is disconnected, the resin cladding melts and the light Since the propagation state changes, it is possible to reliably detect the disconnection of the laser guide optical fiber.
[0027]
In addition, since the core through which the light propagates is made of quartz and can detect the propagating light even if the fiber length of the disconnection detecting optical fiber is long, the laser processing apparatus requires a long laser guide. Even can be applied.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0029]
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a laser processing apparatus A according to
[0030]
This laser processing apparatus A performs cutting and welding of metals such as iron and aluminum, and a
[0031]
The
[0032]
The disconnection detecting
[0033]
This laser processing apparatus A normally performs processing by emitting laser light L from a
[0034]
According to the above configuration, when the core of the disconnection detecting
[0035]
In addition, since the core through which the light propagates is made of quartz and the propagation light can be detected even if the fiber length of the disconnection detecting
[0036]
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a laser processing apparatus A according to Embodiment 2 of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0037]
In this laser processing apparatus A, the
[0038]
A
[0039]
As shown in FIGS. 4 and 5, the laser
[0040]
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0041]
As in the first embodiment, the disconnection detection
[0042]
Other operations and effects are the same as those of the first embodiment.
[0043]
(Embodiment 3)
FIG. 6 shows a laser beam emitting part of a laser processing apparatus A according to
[0044]
In the laser processing apparatus A, a bottomed cylindrical folded
[0045]
Other configurations, operations, and effects are the same as those of the second embodiment.
[0046]
(Embodiment 4)
FIG. 7 shows a laser processing apparatus A according to Embodiment 4 of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0047]
In the laser processing apparatus A, in the
[0048]
According to the above configuration, as in the first embodiment, as shown in FIG. 8, when the laser guide
[0049]
Further, since a light source for the disconnection detecting
[0050]
Other operations and effects are the same as those of the first embodiment.
[0051]
(Other embodiments)
In the first to fourth embodiments, the disconnection detecting
[0052]
In the second and third embodiments, each of the two disconnection detecting
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state when a laser guide optical fiber of the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention is cut.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a laser beam emitting portion of a laser processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a laser beam emitting portion of a laser processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a folded portion in a laser beam emitting portion of a laser processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a laser processing apparatus according to
FIG. 7 is a configuration diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state when a laser guide optical fiber of a laser processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention is cut.
FIG. 9 is a configuration diagram of a laser processing apparatus configured to detect disconnection of an optical fiber for laser guide with an electric wire.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state when the laser guide optical fiber of the laser processing apparatus configured to detect disconnection of the laser guide optical fiber with an electric wire is cut.
FIG. 11 is a configuration diagram of a first laser processing apparatus configured to detect a disconnection of a laser guide optical fiber using an optical fiber.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a state when the laser guide optical fiber of the first laser processing apparatus in which the disconnection of the laser guide optical fiber is detected by the optical fiber is cut.
FIG. 13 is a configuration diagram of a second laser processing apparatus configured to detect a disconnection of a laser guide optical fiber using an optical fiber.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a state when the laser guide optical fiber of the second laser processing apparatus in which the disconnection of the laser guide optical fiber is detected by the optical fiber is cut.
[Explanation of symbols]
10, 10 ′
25, 25 'light detector (light detection means)
30, 30 '
Claims (6)
上記断線検知用光ファイバは、ファイバ中心をなす石英製のコアと、該コアを被覆するように設けられたプラスチック製のクラッドと、を有することを特徴とするレーザガイド。A laser guide comprising: a laser guide optical fiber for guiding laser light; and a disconnection detection optical fiber provided along the longitudinal direction of the laser guide optical fiber,
The disconnection detecting optical fiber has a quartz core forming the center of the fiber, and a plastic clad provided so as to cover the core.
上記2本の断線検知用光ファイバはいずれも、ファイバ中心をなす石英製のコアを有し、該2本の断線検知用光ファイバのうち少なくとも一方は、該コアを被覆するように設けられたプラスチック製のクラッドを有することを特徴とするレーザガイド。A laser guide optical fiber for guiding laser light, two disconnection detection optical fibers provided along the longitudinal direction of the laser guide optical fiber, and the two disconnection detection optical fibers. A light guide means for guiding light from one fiber end to the other fiber end of the two disconnection detecting optical fibers provided on the output end side of the laser guide optical fiber among the fiber ends; A laser guide provided,
Each of the two disconnection detection optical fibers has a quartz core that forms the center of the fiber, and at least one of the two disconnection detection optical fibers is provided so as to cover the core. A laser guide having a plastic clad.
上記レーザガイド用光ファイバの長手方向に沿って設けられた断線検知用光ファイバと、
上記断線検知用光ファイバの一方のファイバ端に設けられ該断線検知用光ファイバに光を入射させる光入射手段と、
上記断線検知用光ファイバの他方のファイバ端に設けられ該断線検知用光ファイバを伝播した上記光入射手段からの光を検知する光検知手段と、
を備えたレーザガイド断線検知システムであって、
上記断線検知用光ファイバは、ファイバ中心をなす石英製のコアと、該コアを被覆するように設けられたプラスチック製のクラッドと、を有することを特徴とするレーザガイド断線検知システム。An optical fiber for laser guide for guiding laser light;
An optical fiber for disconnection detection provided along the longitudinal direction of the optical fiber for laser guide;
A light incident means provided at one end of the optical fiber for disconnection detection, and makes light incident on the optical fiber for disconnection detection;
A light detection means for detecting light from the light incident means provided at the other fiber end of the disconnection detection optical fiber and propagating through the disconnection detection optical fiber;
A laser guide disconnection detection system comprising:
The disconnection detecting optical fiber has a quartz core that forms the center of the fiber, and a plastic clad provided so as to cover the core.
上記光入射手段は、上記レーザガイド用光ファイバから発せられるレーザ光が上記断線検知用光ファイバの一方のファイバ端に入射するように設けられた該断線検知用光ファイバの設置構造によって構成されていることを特徴とするレーザガイド断線検知システム。In the laser guide disconnection detection system according to claim 3,
The light incident means is configured by an installation structure of the disconnection detection optical fiber provided so that laser light emitted from the laser guide optical fiber is incident on one end of the disconnection detection optical fiber. Laser guide disconnection detection system characterized by that.
上記レーザガイド用光ファイバの長手方向に沿って設けられた2本の断線検知用光ファイバと、
上記2本の断線検知用光ファイバのファイバ端のうち上記レーザガイド用光ファイバの出射端側の方に設けられ該2本の断線検知用光ファイバの一方のファイバ端から他方のファイバ端に光を導光させる導光手段と、
上記2本の断線検知用光ファイバの一方の断線検知用光ファイバのファイバ端のうち上記レーザガイド用光ファイバの入射端側の方に設けられ該一方の断線検知用光ファイバに光を入射させる光入射手段と、
上記2本の断線検知用光ファイバの他方の断線検知用光ファイバのファイバ端のうち上記レーザガイド用光ファイバの入射端側の方に設けられ該他方の断線検知用光ファイバを伝播した上記光入射手段からの光を検知する光検知手段と、
を備えたレーザガイド断線検知システムであって、
上記2本の断線検知用光ファイバはいずれも、ファイバ中心をなす石英製のコアを有し、該2本の断線検知用光ファイバのうち少なくとも一方は、該コアを被覆するように設けられたプラスチック製のクラッドを有することを特徴とするレーザガイド断線検知システム。An optical fiber for laser guide for guiding laser light;
Two disconnection detection optical fibers provided along the longitudinal direction of the laser guide optical fiber;
Of the two disconnection detecting optical fibers, light is provided from one end of the two disconnection detecting optical fibers to the other end of the two optical fibers for detecting the disconnection. A light guiding means for guiding light;
Of the two disconnection detection optical fibers, one of the disconnection detection optical fibers is provided near the incident end of the laser guide optical fiber, and light is incident on the one disconnection detection optical fiber. Light incident means;
Of the two disconnection detection optical fibers, the light transmitted through the other disconnection detection optical fiber provided on the incident end side of the laser guide optical fiber among the fiber ends of the other disconnection detection optical fiber. A light detecting means for detecting light from the incident means;
A laser guide disconnection detection system comprising:
Each of the two disconnection detection optical fibers has a quartz core that forms the center of the fiber, and at least one of the two disconnection detection optical fibers is provided so as to cover the core. A laser guide disconnection detection system having a plastic clad.
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-
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