JP2004202537A

JP2004202537A - レーザ加工ヘッドの保護方法及び装置

Info

Publication number: JP2004202537A
Application number: JP2002374682A
Authority: JP
Inventors: Akira Sugawara; 彰菅原
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】低コスト化、装置の小型化及び省スペース化を実現しながら、同時に、保護部材の破損の確実な検知が可能で、加工品質の向上を図ることができるレーザ加工ヘッドの保護方法及び保護装置を提供する。
【解決手段】加工レンズ１０２から出射されたレーザ光ＬＢを、保護部材１１４を介して加工点Ｓ２に照射するようにしたレーザ加工ヘッド１００の保護方法において、前記加工レンズ１０２と保護部材１１４の間の空間２０６を加圧し、該空間２０６の圧力が低下した時に、前記保護部材１１４の破損を検知するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工レンズから出射されたレーザ光を、保護部材を介して加工点に照射するようにしたレーザ加工ヘッドの保護方法及び保護装置に係り、特に、低コスト化、装置の小型化及び省スペース化を実現しながら、同時に、保護部材の破損の確実な検知が可能で、加工品質の向上を図ることができるレーザ加工ヘッドの保護方法及び保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加工レンズから出射されたレーザ光を、ガラス等の保護部材を介して加工点に照射するようにしたレーザ加工ヘッドが広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図４は、従来公知のレーザ加工ヘッドの一例を示したものである。
【０００４】
このレーザ加工ヘッド１０では、レーザ光ＬＢが加工レンズ１２によって加工点Ｓ１に照射され、被加工面Ｗ１の切断、穿孔、溶接等のレーザ加工が行われるが、このレーザ加工の際に、被加工面Ｗ１からスパッタやヒューム等の粉塵が飛散するため、加工レンズ１２の被加工面Ｗ１側（図４中下側）には保護ガラス１４が配置されており、加工レンズ１２への汚れの付着が防止されている。
【０００５】
このような保護ガラス１４は洗浄によって再使用が可能であるが、保護ガラス１４の素材には安価な平板のガラスが用いられるのが一般的で、レーザ加工の際にスパッタ等によって破損してしまう場合があった。その結果、図５に示すように、レーザ光ＬＢが、破損した保護ガラス１４を通過する際に乱反射し、加工点Ｓ１位置にずれが生じ、加工品質が悪化してしまったり、保護ガラス１４がレーザ光ＬＢを吸収し、その一部が溶けてしまうといった問題があった。
【０００６】
このような問題を解決する一手段として、保護ガラス１４の周辺にマイクを設置し、保護ガラス１４の破損を音によって検知する方法や、保護ガラス１４のサイドにモニタを設置すると共に屈折率の変化等を監視し、保護ガラス１４の破損を光学的に検知する方法等が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２１６５８９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレーザ加工ヘッド１０の保護方法では、保護部材である保護ガラス１４の破損を検知するために、レーザ加工ヘッド１０本体とは別にマイクやモニタ等を用意し、設置する必要があり、コスト高になってしまうといった問題があった。
【０００９】
又、マイクやモニタ等の取付けスペースが必要で、装置全体が大型化しやすく、省スペース化が困難になってしまう上に、レーザ加工ヘッド１０周辺に取付けスペースがない場合には取り付けることができないといった問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであって、低コスト化、装置の小型化及び省スペース化を実現しながら、同時に、保護部材の破損の確実な検知が可能で、加工品質の向上を図ることができるレーザ加工ヘッドの保護方法及び保護装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加工レンズから出射されたレーザ光を、保護部材を介して加工点に照射するようにしたレーザ加工ヘッドの保護方法において、前記加工レンズと保護部材の間の空間を加圧し、該空間の圧力が低下した時に、前記保護部材の破損を検知することにより、上記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明によれば、従来のレーザ加工ヘッドの保護方法のように、マイクやモニタ等を用意し、設置する必要がないため、低コスト化、装置の小型化及び省スペース化が実現可能である。又、保護部材の破損を比較的単純な構造で、且つ確実に検知可能で、保護部材の破損による不良品の発生を未然に防止し、加工品質の向上を図ることができる。
【００１３】
本発明は、又、加工レンズから出射されたレーザ光を、保護部材を介して加工点に照射するようにしたレーザ加工ヘッドの保護装置において、前記加工レンズと保護部材の間に設けられた空間と、該空間を加圧する手段と、該空間の圧力を検知する手段と、該空間の圧力が低下した時に、前記保護部材の破損を検知する手段と、を備えることにより、同じく前記課題を解決したものである。
【００１４】
なお、前記空間を該空間外の圧力よりも高く加圧すれば、保護部材が破損した場合でも、保護部材の破片等が空間内側ではなく、空間外側へ飛散することになり、加工レンズが保護部材の破片等によって破損するのを防止することが可能となる。
【００１５】
又、このような保護装置を備えたレーザ加工ヘッドとしてもよく、又、該レーザ加工ヘッドを備えたレーザ加工機としても同様の効果を得ることができる。
【００１６】
【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説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの保護装置を適用したレーザ加工ヘッド１００の側断面図を示したものである。
【００１８】
このレーザ加工ヘッド１００は、主に、光ファイバ１０８が接続された出射ユニット１０４と、加工レンズ１０２や保護ガラス１１４等を収容したホルダ１０６とで構成されている。又、該レーザ加工ヘッド１００には、保護ガラス１１４の破損を検知する保護装置２００（後述）が設置されている。
【００１９】
前記ホルダ１０６内には、加工レンズ１０２と、保護ガラス１１４が保持されている。該加工レンズ１０２は、光ファイバ１０８から導入されるレーザ光ＬＢを集光し、被加工面Ｗ２上の加工点Ｓ２に照射可能である。又、該加工レンズ１０２の被加工面Ｗ２側（図１中下側）には、保護ガラスホルダ１１２に収容された保護ガラス１１４が配置されており、この保護ガラス１１４によって、スパッタやヒューム等の粉塵から加工レンズ１０２が保護されている。なお、該保護ガラス１１４は、保護ガラスホルダ１１２に収容された構造となっているため、保護ガラス１１４の清掃時や破損時には保護ガラスホルダ１１２ごと取り外し可能で、その交換が容易である。
【００２０】
このレーザ加工ヘッド１００では、光ファイバ１０８から導入されたレーザ光ＬＢが、加工レンズ１０２によって集光された後、保護ガラス１１４を介して加工点Ｓ２に照射され、被加工面Ｗ２の切断、穿孔、溶接等のレーザ加工が行われる。
【００２１】
次に、図２を用いて前記保護装置２００について詳細に説明する。なお、図２の（Ａ）は図１における保護装置２００付近の部分拡大図、（Ｂ）は該保護装置２００の構成を模式的に示した図である。
【００２２】
前記レーザ加工ヘッド１００の保護装置２００は、加工レンズ１０２と保護ガラス１１４の間に設けられた空間２０６と、圧力源ＣＰと、圧力センサ２０８と、制御装置ＰＣとで構成されている。
【００２３】
該空間２０６は、保護ガラス１１４、ホルダ１０６、複数のＯリング１１８ａ〜１１８ｄ等によって気密性が確保されており、該空間２０６内は、圧力源ＣＰによって一定圧力に加圧されている。
【００２４】
該圧力源（加圧手段）ＣＰは、前記ホルダ１０６に設けられた継ぎ手２０２を介して、空間２０６と連通されており、該空間２０６内へ加える圧力を調整可能である。なお、該圧力源ＣＰと空間２０６との間には、空間２０６内の圧力を測定可能な圧力計２０７が設置されている。
【００２５】
前記圧力センサ（圧力検知手段）２０８は、前記ホルダ１０６に設けられた継ぎ手２０４を介して、前記空間２０６と連通されており、該空間２０６内の圧力を検知可能である。又、該圧力センサ２０８は、空間２０６内の圧力が一定の閾値を下回った場合、即ち、保護ガラス１１４が破損して空間２０６内の圧力が一定圧力未満に低下した場合に、制御装置ＰＣに対して電気信号が出力可能となっている。
【００２６】
前記制御装置（破壊検知手段）ＰＣは、前記圧力センサ２０８と接続されており、圧力センサ２０８からの電気信号を入力可能で、該電気信号によって保護ガラス１１４の破損を検知可能である。
【００２７】
次に、図３を併せて参照しながら、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの保護装置２００の作用について説明する。なお、図３は保護ガラス１１４の破損時における保護装置２００の圧力（縦軸）と時間（横軸）の関係を模式的に示したグラフである。
【００２８】
まず最初に、圧力源ＣＰによって、空間２０６内へ加える圧力Ｐ１を一定圧力Ｐａに設定する（Ｐ１＝Ｐａ）。この時、圧力センサ２０８で測定される空間２０６内の圧力Ｐ２は、圧力源ＣＰによって加える圧力Ｐ１から配管圧力損失分ΔＰを差し引いた圧力Ｐｂ（Ｐ２＝Ｐｂ＝Ｐ１−ΔＰ）となる。なお、この空間２０６内の圧力Ｐ２は、該空間２０６外の圧力（この例では、大気圧）よりも高く設定されているため、保護ガラス１１４が破損した場合でも、保護ガラス１１４の破片等が加工レンズ１０２側（空間２０６内側）ではなく、被加工面Ｗ２側（空間２０６外側）へ飛散することになり、加工レンズ１０２が保護ガラス１１４の破片等によって破損するのを防止することが可能となっている。又、この例では圧力計２０７を設置し、該圧力計２０７によって、空間２０６内へ加える圧力Ｐ１を測定しているが、該圧力Ｐ１は一定圧力Ｐａに設定すればよいため、Ｐ１を一定（Ｐａ）に保持できれば圧力計２０７は不要である。
【００２９】
その後、圧力センサ２０８によって空間２０６内の圧力Ｐ２を定期的に監視する。その結果、空間２０６内の圧力Ｐ２が一定の閾値Ｐｃ以上の場合（Ｐ２＞＝Ｐｃ）には、保護ガラス１１４に破損が発生しておらず正常であると判断する（図３中のＴａ）。
【００３０】
一方、保護ガラス１１４が破損した場合（図３中のＴｂ）には、空間２０６内の圧力Ｐ２が徐々に低下し、最終的に一定の閾値Ｐｃを下回ることになる（図３中のＴｃ）。この圧力変化（Ｐ２＜Ｐｃ）を圧力センサ２０８が検知すると、該圧力センサ２０８は制御装置ＰＣに対して電気信号を出力する。又、該電気信号によって保護ガラス１１４の破損を検知した制御装置ＰＣは、レーザ発振器（図示略）や他のシステムの停止あるいは警告の出力等を行う。
【００３１】
本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの保護装置２００によれば、従来のレーザ加工ヘッドのように、マイクやモニタ等を用意し、設置する必要がないため、低コスト化、装置の小型化及び省スペース化が実現可能である。又、保護ガラス１１４等の保護部材の破損を比較的単純な構造で、且つ確実に検知可能で、保護部材の破損による不良品の発生を未然に防止し、加工品質の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、本発明に係るレーザ加工ヘッド１００を備えたレーザ加工機としても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
上記実施形態においては、空間２０６を加圧する手段として圧力源ＣＰを、空間２０６の圧力を検知する手段として圧力センサ２０８を、空間２０６の圧力が低下した時に、保護ガラス１１４の破損を検知する手段として制御装置ＰＣをそれぞれ適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３４】
又、加工レンズ１１２の保護部材として保護ガラス１１４を用いたが、本発明はこれに限定されず、ガラス以外の他の素材を用いてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、低コスト化、装置の小型化及び省スペース化を実現しながら、同時に、保護部材の破損の確実な検知が可能で、加工品質の向上を図ることができるレーザ加工ヘッドの保護方法及び保護装置が提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの保護装置を適用したレーザ加工ヘッドの側断面図
【図２】図１における保護装置付近の部分拡大図（Ａ）、及び該保護装置の構成を模式的に示した図（Ｂ）
【図３】保護ガラスの破損時における保護装置の圧力（縦軸）と時間（横軸）の関係を模式的に示したグラフ
【図４】従来のレーザ加工ヘッドの側断面図
【図５】図４における保護ガラスの破損時の状態を模式的に示した図
【符号の説明】
１０、１００…レーザ加工ヘッド
１２、１０２…加工レンズ
１０４…出射ユニット
１０６…ホルダ
１０８…光ファイバ
１１２…保護ガラスホルダ
１４、１１４…保護ガラス
１１８ａ〜１１８ｄ…Ｏリング
２００…保護装置
２０２、２０４…継ぎ手
２０６…空間
２０７…圧力計
２０８…圧力センサ
Ｓ１、Ｓ２…加工点
Ｗ１、Ｗ２…被加工面
ＬＢ…レーザ光
ＰＣ…制御装置
ＣＰ…圧力源

Claims

加工レンズから出射されたレーザ光を、保護部材を介して加工点に照射するようにしたレーザ加工ヘッドの保護方法において、
前記加工レンズと保護部材の間の空間を加圧し、
該空間の圧力が低下した時に、前記保護部材の破損を検知することを特徴とするレーザ加工ヘッドの保護方法。
加工レンズから出射されたレーザ光を、保護部材を介して加工点に照射するようにしたレーザ加工ヘッドの保護装置において、
前記加工レンズと保護部材の間に設けられた空間と、
該空間を加圧する手段と、
該空間の圧力を検知する手段と、
該空間の圧力が低下した時に、前記保護部材の破損を検知する手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッドの保護装置。
請求項２に記載の保護装置を備えたことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
請求項３に記載のレーザ加工ヘッドを備えたことを特徴とするレーザ加工機。