JP2005014020A - レーザ加工機及びノズル異常検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ノズル異常を検知してレーザ加工による不良率を低減することができるレーザ加工機、ノズル異常検出方法を提供する。
【解決手段】レーザ加工機１０は、アシストガスが供給されるノズル３６の内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズル３６の吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークＷに照射する。制御装置２４は、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、流量計測手段により計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する異常監視手段と、を有する。そのため、保護ガラスの破損、あるいはノズル吐出口が塞がれた場合にノズル異常を検知して報知することにより、異常発生を検知した時点で速やかに保護ガラスあるいはノズルを交換でき、レーザ加工の不良率を下げてレーザ加工の信頼性を高められる。
【選択図】 図１
【解決手段】レーザ加工機１０は、アシストガスが供給されるノズル３６の内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズル３６の吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークＷに照射する。制御装置２４は、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、流量計測手段により計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する異常監視手段と、を有する。そのため、保護ガラスの破損、あるいはノズル吐出口が塞がれた場合にノズル異常を検知して報知することにより、異常発生を検知した時点で速やかに保護ガラスあるいはノズルを交換でき、レーザ加工の不良率を下げてレーザ加工の信頼性を高められる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機及びノズル異常検出方法。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、レーザ加工機を用いて金属材料に穴あけ加工する場合、穴あけ加工中に発生するスパッタ（溶融した金属の粒）が垂直方向に飛散してノズル内部に装着された保護ガラスに付着して破損させたり、あるいはノズル先端の開口を塞いでしまうという問題が生じる。特にワークとしての金属材料の厚さ寸法が厚い場合には、ワークに照射されるレーザ光のエネルギを高める必要があり、その分穴あけ加工位置を高温に加熱し、且つレーザ光の照射時間も長くする必要があるので、レーザ加工の初期段階にスパッタが垂直方向に飛散しやすい傾向にある。
【０００３】
このようなスパッタの発生原因としては、例えば、レーザ光のエネルギ密度が高すぎると金属表面の溶融部分から金属蒸気の反力による場合、あるいはワークの材料内部に介在する不純物や表面に付着している有機剤、亜鉛めっきなどの燃焼ガスが急激に膨張した場合などが考えられる。
【０００４】
これに対し、レーザ光の照射によるスパッタによる影響を受けないようにノズルの先端にレーザ光が透過する透明板を設け、この透明板によりスパッタがノズル内部に侵入することを防止して保護ガラスの破損を防止するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５５９７８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された構成のものは、ノズル先端に保護ガラスを保護する透明板を設けた構成であるので、透明板にスパッタが付着しやすく、頻繁に透明板の交換を行う必要があるが、スパッタによる影響を検出することができないので、透明板にスパッタが付着したままレーザ加工を行うことになり、加工不良となるおそれがあった。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載された構成では、透明板の中央にレーザ光が通過する孔が設けられており、この孔からアシストガスが噴出されるようになっているが、スパッタによって孔が塞がれやすいのに、何時透明板を交換すれば良いのかが分からないという問題がある。
【０００８】
また、ワークの加工箇所が多数ある場合には、連続して加工するため、透明板にスパッタが付着したままレーザ加工を継続してしまい、レーザ加工による不良率が高くなるおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を解決したレーザ加工機及びノズル異常検出方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
上記請求項１記載の発明は、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、流量計測手段により計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する異常監視手段と、を備えたものであり、保護ガラスの破損あるいはノズル吐出口が塞がれた場合にアシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知することが可能になり、ノズルの異常発生後速やかに交換作業を行える。
【００１１】
請求項２記載の発明は、異常監視手段が、アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、保護ガラスが破損したものと判断する第１の判断手段と、第１の判断手段により保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第１の報知手段と、を備えたものであり、保護ガラスの破損発生を検知して報知できるので、保護ガラスの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１２】
請求項３記載の発明は、異常監視手段が、アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第２の判断手段と、第２の判断手段により前記ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断した場合、これを報知する第２の報知手段と、を備えたものであり、ノズルの吐出口が閉塞されたことを検知して報知できるので、ノズルの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１３】
請求項４記載の発明は、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、アシストガスの流量の上限値を記憶する第１の記憶手段と、アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の記憶手段と、流量計測手段により計測された流量値と第１の記憶手段に記憶された上限値とを比較し、流量値が上限値以上か否かを判定する第１の判定手段と、流量計測手段により計測された流量値と第２の記憶手段に記憶された下限値とを比較し、流量値が前記下限値以下か否かを判定する第２の判定手段と、第１の判定手段により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合に保護ガラスの破損発生したことを報知する第１の報知手段と、第２の判定手段により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合にノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第２の報知手段と、を備えたものであり、アシストガスの流量の変化に基づいて保護ガラスの破損発生を検知して報知して保護ガラスの交換が必要であることを作業員に認知させることができ、あるいは、ノズルの吐出口が閉塞されたことを検知して報知できるので、ノズルの交換が必要であることを作業員に認知させて速やかに交換作業を行える。
【００１４】
請求項５記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する第２の段階と、第２の段階で異常発生を検出した場合、当該異常内容を報知する第３の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知して作業員に保護ガラスの破損あるいはノズル吐出口が塞がれたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１５】
請求項６記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、保護ガラスが破損したものと判断する第３の段階と、第３の段階により保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員に保護ガラスの破損したことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１６】
請求項７記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第３の段階と、第３の段階によりノズルの吐出口が閉塞されたと判断した場合、これを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員にノズルの吐出口が閉塞されたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１７】
請求項８記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、アシストガスの流量の上限値を記憶する第２の段階と、第１の段階で計測された流量値と第２の段階で記憶手段に記憶された上限値とを比較し、流量値が上限値以上か否かを判定する第３の段階と、第３の段階により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合に保護ガラスの破損発生したことを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員に保護ガラスの破損したことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１８】
請求項９記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の段階と、第１の段階で計測された流量値と第２の段階で記憶手段に記憶された下限値とを比較し、流量値が下限値以下か否かを判定する第３の段階と、第３の段階により、流量値が下限値以下に変化したものと判定された場合にノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員にノズルの吐出口が閉塞されたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明になるレーザ加工機の一実施例を示す正面図である。図２はレーザ加工機の平面図である。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、レーザ加工機１０は、レーザ光を発生させるレーザ光ユニット１２と、レーザ電源１４と、ワーク保持テーブル１６と、ＸＹステージ１８とを有する。また、レーザ加工機１０は、移動可能なフレーム２０に各機器が搭載されており、ワーク保持テーブル１６に金属板からなるワークＷが載置されると、ワークＷをＸＹステージ１８によりＸ方向及びＹ方向に移動させてレーザ光が照射される位置とワークＷの被加工位置との位置合わせを行う。
【００２１】
レーザ光ユニット１２は、レーザ発振器５０及びレンズ、ミラーなどからなる光学系から構成されており、レーザ発振器５０はレーザ電源１４から印加された電圧に応じたエネルギを有するレーザ光をノズルユニット２２に出射する。レーザ光ユニット１２の側面に取り付けられたノズルユニット２２は、レーザ光を下方に位置するワークＷに向けて照射するように構成されている。また、ノズルユニット２２は、ワークＷに対して高さ方向（Ｚ方向）の位置を調整するように昇降可能に設けられている。
【００２２】
さらに、ノズルユニット２２には、ガス出射装置５４からアシストガスが供給されている。このアシストガスは、レーザ加工により発生する融解物等を吹き飛ばすための酸素ガス、圧縮空気、又は、窒素ガス等からなり、レーザ光が照射される際に、ワークＷに吹き付けられる。
【００２３】
また、レーザ加工機１０は、任意のエネルギ密度のレーザ光をワークＷの加工点に照射するようにレーザ電源１４の電圧制御、及びＸＹステージ１８の移動制御、ガス出射装置５４の制御を行う制御装置２４を有する。
【００２４】
制御装置２４は、例えば、マイクロコンピュータなどからなり、後述するように予め記憶部２５に格納された制御プログラムに基づいてワークＷの種類に応じた加工条件（エネルギ密度、加工時間、レーザ周波数）でレーザ加工処理を行う。そして、制御装置２４の記憶部２５には、ガス出射装置５４からノズルユニット２２に供給されるアシストガスの流量を監視する制御プログラム（異常監視手段）と、アシストガスの流量変化に応じてノズル詰まり、あるいはノズル内の保護ガラスの破損を検知して報知する制御プログラム（第１、第２の報知手段）とが格納されている。
【００２５】
さらに、記憶部２５には、アシストガスの流量変化を監視するためのしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）が予め登録される記憶エリア（第１、第２の記憶手段）が設けられている。
【００２６】
ここで、ノズルユニット２２の構成について図３及び図４を参照して説明する。
図３はノズルユニット２２を拡大して示す正面図である。図４はノズルユニット２２の内部構造を示す縦断面図である。
【００２７】
図３及び図４に示されるように、ノズルユニット２２は、円筒状に形成された筐体２６と、筐体２６の内部に保持された結像光学系のレンズ２８と、筐体２６の下方に同軸的に取り付けられた中空形状のノズルスリーブ３０と、ノズルスリーブ３０の内部に保持された保護ガラス３２と、ノズルスリーブ３０の下部に螺入されたノズル保持部材３４と、ノズル保持部材３４に固着されたノズル３６とを有する。
【００２８】
筐体２６の外周には、アシストガスの圧力を測定する圧力計４２が設けられている。また、ノズルスリーブ３０は、上端に嵌合固定された固定部４４が筐体２６の外周に螺入された締め付けねじ４６により固定される。
【００２９】
ノズル３６は、内部が中空３６ａとされた円錐形状（テーパ状）に形成されており、先端（下端）に小径な吐出口３６ｂが設けられている。このノズル３６は、レンズ２８と同軸に取り付けられており、レンズ２８によって集光されたレーザ光をワークＷに向けて出射させると共に、アシストガスを吐出口３６ｂから噴出するように構成されている。このアシストガスの噴射によりレーザ加工時にワークから飛散するスパッタが周囲に吹き飛ばされる。
【００３０】
さらに、ノズルスリーブ３０の外周には、アシストガスをノズル３６へ供給するガス供給管路３８が接続される継手４０とが取り付けられている。継手４０は、ノズルスリーブ３０の内部通路３０ａに連通されるように取り付けられており、内部通路３０ａの上部開口３０ｂには、保護ガラス３２がリング状のガラス押さえ３によって保持されている。そのため、保護ガラス３２は、レンズ２８の下面に対向するようにノズルスリーブ３０の上部開口３０ｂを密閉しており、ガス供給管路３８及び継手４０を介してノズルスリーブ３０の内部通路３０ａに供給されたアシストガスは、保護ガラス３２によって上方への流出が阻止されている。
【００３１】
従って、ノズルスリーブ３０に供給されたアシストガスは、内部通路３０ａの下方に流れ、テーパ状に形成されたノズル３６を通過して吐出口３６ｂよりワークＷに向けて吹き付けられる。
【００３２】
図５はレーザ加工機１０の概略構成を示すブロック図である。
図５に示されるように、レーザ加工機１０は、上記各部の他にレーザ発振器５０、反射ミラー５２、ガス出射装置５４、駆動装置５６、サーボモータ５８とを有する。
【００３３】
レーザ発振器５０は、ＹＡＧレーザを出力するように構成されている。レーザ発振器５０から出射されたレーザ光は、反射ミラー５２を介して、ワーク保持テーブル１６に向けてレーザ光を反射してワークＷに入射される。そして、ノズルユニット２２のレンズ２８により、所望の穴径にて加工が行われるようレーザ光が集光され、ワークＷに対するレーザ加工が行われる。
【００３４】
駆動装置５６は、ノズルユニット２２をＺ方向に移動し、ワークＷに対して結像位置の調整を行う。また、ＸＹステージ１８は、サーボモータ５８によりＸ方向及び、Ｙ方向へ移動する。また、ＸＹステージ１８は、例えばワークＷの大きさに応じたストロークの範囲で移動可能に設けられている。
【００３５】
また、制御装置２４は、レーザ発振器５０からのレーザ光の強度及び出射タイミングと、駆動装置５６によるノズルユニット２２の昇降移動と、ガス出射装置５６からのアシストガスの出射タイミングと、サーボモータ５８におけるＸＹステージ１８の移動タイミングとを制御している。
【００３６】
図６はガス出射装置５６の概略構成を示す系統図である。
図６に示されるように、ガス出射装置５６は、管路６０を介してガス供給管路３８に連通されたガス供給源６２と、管路６０に配設された減圧弁６４、圧力計６６、流量計（流量計測手段）６８、開閉弁７０、可変絞り７２とを有する。
【００３７】
ガス供給源６２からノズル３６へ供給されるアシストガスの流量は、可変絞り７２によって任意の流量に設定されている。また、アシストガスの供給圧力は、減圧弁６４により設定された所定圧力に減圧される。
【００３８】
流量計６８は、例えば、質量流量計からなり、管路６０を流れる流量に比例した周期の流量信号を制御装置２４へ出力する。そして、制御装置２４では、流量計６８から入力された流量信号から単位時間当たりの瞬時流量を算出し、前述した記憶部２５に予め登録されたしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）を読み込んで瞬時流量と比較する。制御装置２４は、計測されたアシストガスの瞬時流量がしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）を超えていない場合、アシストガスの流量が正常であるので、ノズル３６からアシストガスが正常に吐出されているもの判断する。
【００３９】
また、開閉弁７０は、例えば、電磁弁からなり、制御装置２４からの制御信号により開弁状態または閉弁状態に切り替わる。例えば、制御装置２４において、アシストガスの流量が予め設定された上限値以上の場合、あるいはアシストガスの流量が予め設定された下限値以下の場合、開閉弁７０を閉弁してアシストガスの供給を停止させると共に、報知手段７４により異常発生内容（ノズル詰まり、あるいは保護ガラス破損）を作業員に報知する。尚、報知手段としては、モニタに文字でノズル異常内容を表示しても良いし、あるいはスピーカから音声によりノズル異常内容を伝えるようにしても良い。
【００４０】
図７はノズル異常と流量変化との関係を示すグラフである。
図７に示されるように、通常、ノズル３６に供給されるアシストガスは、可変絞り７２の絞り開度により設定された定常状態（グラフＩ参照）の流量、及び減圧弁６４により設定された圧力を保つ。ところが、保護ガラス３２がスパッタにより破損した場合、ガラスの割れ目からアシストガスが上方に流出して外部に洩れるため、流量Ｑは上限値（上限しきい値）Ｓａ以上に上昇する（グラフＩＩ参照）ことになる。一方、ノズル３６の先端に形成された吐出口３６ｂにスパッタが付着した場合には、アシストガスの吐出量が減少するため、流量Ｑは下限値（下限しきい値）Ｓｂ以下に低下する（グラフＩＩＩ参照）ことになる。
【００４１】
従って、アシストガスの流量変化を監視することにより保護ガラス３２の破損、及びノズル３６の吐出口３６ｂの詰まりを検知することが可能になる。
【００４２】
ここで、制御装置２４が実行する制御処理について説明する。
図８制御装置２４が実行するレーザ加工処理を説明するためのフローチャートである。
図８に示されるように、制御装置２４は、Ｓ１１において、レーザ加工機１０のスタートスイッチ（図示せず）がオンに操作されると、Ｓ１２に進み、ワークＷに対応して予め設定された第１の加工点のＸＹ座標データをデータベースから読み出す。そして、Ｓ１３に進み、第１の加工点のＸＹ座標データに基づいてＸＹステージ１８を駆動して第１の加工点をノズルユニット２２の中心線（レーザ光の光軸）の座標位置と一致させる。
【００４３】
Ｓ１４では、レーザ光の照射位置（ノズルユニット２２の中心線の座標位置）と第１の加工点の座標位置とが一致したことを確認する。Ｓ１４において、レーザ光の照射位置と第１の加工点の座標位置とが不一致のときは、上記Ｓ１３に戻り、ＸＹステージ１８を駆動する。そして、上記Ｓ１４において、レーザ光の照射位置と第１の加工点の座標位置とが一致したときは、Ｓ１５に進み、ガス出射装置５６の開閉弁７０を開弁してアシストガスをノズル３６に供給する。
【００４４】
続いて、Ｓ１６に進み、レーザ発振器５０からレーザ光を出射し、ワークＷの第１の加工点に照射する。次のＳ１７では、流量計６８から入力された流量信号から単位時間当たりのガス流量Ｑを算出する。
【００４５】
そして、Ｓ１８に進み、記憶部２５に登録されたガス流量のしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）を読み込む。次のＳ１９では、計測されたガス流量Ｑとしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）と比較する（異常監視手段）。
【００４６】
Ｓ１９において、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａと下限値Ｓｂとの範囲内に入っている場合には、アシストガスの流量が定常状態（グラフＩ参照）であるので、Ｓ２０に進む。
【００４７】
次のＳ２０では、次に加工する第２の加工点のデータ（座標位置）が設定されている場合には、前述したＳ１２に戻り、第２の加工点の座標データを取得してＳ１２〜Ｓ２０の処理を繰り返す。そして、上記Ｓ２０において、最後の加工点の穴あけ加工が終了すると、Ｓ２１に進み、開閉弁７０を閉弁してアシストガスの供給を停止させる。これで、当該ワークＷに対するレーザ加工が終了する。
【００４８】
しかしながら、上記Ｓ１９において、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａと下限値Ｓｂとの範囲から外れている場合には、Ｓ２２に移行する。そして、Ｓ２２では、開閉弁７０を閉弁してアシストガスの供給を停止させる。続いて、Ｓ２３に進み、レーザ発振器５０への通電を停止してレーザ加工を停止する。
【００４９】
次のＳ２４では、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａ以上かどうかをチェックする（第１の判断手段）。このＳ２４において、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａ以上の場合には、Ｓ２５に進み、保護ガラス３２が破損したことを報知する（第１の報知手段）。これで、保護ガラス３２が破損した場合の制御処理が終了する。
【００５０】
また、上記Ｓ２４において、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａ以上でない場合には、Ｓ２６に進み、計測されたガス流量Ｑが下限値Ｓｂ以下かどうかをチェックする（第２の判断手段）。このＳ２６において、計測されたガス流量Ｑが下限値Ｓｂ以下の場合には、Ｓ２７に進み、ノズル詰まりであることを報知する（第２の報知手段）。これで、ノズル詰まりの場合の制御処理が終了する。
【００５１】
また、上記Ｓ２６において、計測されたガス流量Ｑが下限値Ｓｂ以下でない場合には、Ｓ２８に進み、警報（アラーム）を発する。これで、ノズル異常の場合の制御処理が終了する。
【００５２】
このように、アシストガスの流量を監視することにより、保護ガラス３２が破損したこと、あるいはノズル３６の詰まりを報知することが可能になるため、作業者は、直ちに保護ガラス３２の交換作業、あるいはノズル３６の交換作業を行うことができる。そのため、例えば、メンテナンス以外のときでもノズル異常を速やかに検知できるため、ノズル異常による加工不良を無くすことができ、多数の孔加工を連続して行う場合でもレーザ加工の信頼性が高められる。
【００５３】
さらに、本実施例では、ノズル異常と判定された場合、アシストガスを供給停止し、且つレーザ加工を停止させるため、保護ガラスが破損した状態、あるいはノズル詰まりのままレーザ加工を継続させることがなく、加工不良の発生を防止することができる。
【００５４】
尚、上記実施例では、レーザ発振器５０から出射するレーザ光をＹＡＧレーザとしたが、これに限らないのは勿論である。
【００５５】
また、上記実施例では、ワークに孔あけ加工する場合を一例として挙げたが、これに限らず、これ以外の加工を行うのにも適用できるのは言うまでもない。
【００５６】
また、上記実施例では、制御装置２４でアシストガスの単位時間当たりの瞬時流量Ｑを算出し、記憶部２５からしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）を読み込んでガス流量と比較する場合を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、流量信号が入力されると流量演算を行う流量計測部を設け、流量計測部からノズル異常内容に応じた信号を制御装置２４に出力するようにしても良い。
【００５７】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、前記ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、流量計測手段により計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する異常監視手段と、を備えたため、保護ガラスの破損あるいはノズル吐出口が塞がれた場合にアシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知することができる。従って、加工不良が発生してから保護ガラスあるいはノズルを交換するのではなく、異常発生を検知した時点で速やかに保護ガラスあるいはノズルを交換できるので、レーザ加工の不良率を下げてレーザ加工の信頼性を高めることができる。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、異常監視手段が、アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、保護ガラスが破損したものと判断する第１の判断手段と、第１の判断手段により保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第１の報知手段と、を備えたため、保護ガラスの破損発生を検知して報知できるので、保護ガラスの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、異常監視手段が、アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第２の判断手段と、第２の判断手段によりノズルの吐出口が閉塞されたものと判断した場合、これを報知する第２の報知手段と、を備えたため、ノズルの吐出口が閉塞されたことを検知して報知できるので、ノズルの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、アシストガスの流量の上限値を記憶する第１の記憶手段と、アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の記憶手段と、流量計測手段により計測された流量値と第１の記憶手段に記憶された上限値とを比較し、流量値が上限値以上か否かを判定する第１の判定手段と、流量計測手段により計測された流量値と第２の記憶手段に記憶された下限値とを比較し、流量値が下限値以下か否かを判定する第２の判定手段と、第１の判定手段により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合に保護ガラスの破損発生したことを報知する第１の報知手段と、第２の判定手段により、流量値が前記上限値以上に変化したものと判定された場合にノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第２の報知手段と、を備えたため、アシストガスの流量の変化に基づいて保護ガラスの破損発生を検知して報知して保護ガラスの交換が必要であることを作業員に認知させることができ、あるいは、ノズルの吐出口が閉塞されたことを検知して報知できるので、ノズルの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６１】
請求項５記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する第２の段階と、第２の段階で異常発生を検出した場合、当該異常内容を報知する第３の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知して作業員に保護ガラスの破損あるいはノズル吐出口が塞がれたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６２】
請求項６記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、保護ガラスが破損したものと判断する第３の段階と、第３の段階により保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員に保護ガラスの破損したことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６３】
請求項７記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第３の段階と、第３の段階によりノズルの吐出口が閉塞されたと判断した場合、これを報知する第４の段階と、を有するため、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員にノズルの吐出口が閉塞されたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６４】
請求項８記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、アシストガスの流量の上限値を記憶する第２の段階と、第１の段階で計測された流量値と第２の段階で記憶手段に記憶された上限値とを比較し、流量値が前記上限値以上か否かを判定する第３の段階と、第３の段階により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合に保護ガラスの破損発生したことを報知する第４の段階と、を有するため、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員に保護ガラスの破損したことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６５】
請求項９記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の段階と、第１の段階で計測された流量値と第２の段階で記憶手段に記憶された下限値とを比較し、流量値が下限値以下か否かを判定する第３の段階と、第３の段階により、流量値が下限値以下に変化したものと判定された場合にノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第４の段階と、を有するため、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員にノズルの吐出口が閉塞されたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるレーザ加工機の一実施例を示す正面図である。
【図２】レーザ加工機の平面図である。
【図３】ノズルユニット２２を拡大して示す正面図である。
【図４】ノズルユニット２２の内部構造を示す縦断面図である。
【図５】レーザ加工機１０の概略構成を示すブロック図である。
【図６】ガス出射装置５６の概略構成を示す系統図である。
【図７】ノズル異常と流量変化との関係を示すグラフである。
【図８】制御装置２４が実行するレーザ加工処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ レーザ加工機
１２ レーザ光ユニット
１４ レーザ電源
１６ ワーク保持テーブル
１８ ＸＹステージ
２２ ノズルユニット
２４ 制御装置
２５ 記憶部
２６ 筐体
２８ レンズ
３０ ノズルスリーブ
３４ ノズル保持部材
３６ ノズル
５０ レーザ発振器
５４ ガス出射装置
５６ 駆動装置
５８ サーボモータ
６２ ガス供給源
６４ 減圧弁
６８ 流量計
７０ 開閉弁
７２ 可変絞り
【発明の属する技術分野】
本発明は、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機及びノズル異常検出方法。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、レーザ加工機を用いて金属材料に穴あけ加工する場合、穴あけ加工中に発生するスパッタ（溶融した金属の粒）が垂直方向に飛散してノズル内部に装着された保護ガラスに付着して破損させたり、あるいはノズル先端の開口を塞いでしまうという問題が生じる。特にワークとしての金属材料の厚さ寸法が厚い場合には、ワークに照射されるレーザ光のエネルギを高める必要があり、その分穴あけ加工位置を高温に加熱し、且つレーザ光の照射時間も長くする必要があるので、レーザ加工の初期段階にスパッタが垂直方向に飛散しやすい傾向にある。
【０００３】
このようなスパッタの発生原因としては、例えば、レーザ光のエネルギ密度が高すぎると金属表面の溶融部分から金属蒸気の反力による場合、あるいはワークの材料内部に介在する不純物や表面に付着している有機剤、亜鉛めっきなどの燃焼ガスが急激に膨張した場合などが考えられる。
【０００４】
これに対し、レーザ光の照射によるスパッタによる影響を受けないようにノズルの先端にレーザ光が透過する透明板を設け、この透明板によりスパッタがノズル内部に侵入することを防止して保護ガラスの破損を防止するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１５５９７８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された構成のものは、ノズル先端に保護ガラスを保護する透明板を設けた構成であるので、透明板にスパッタが付着しやすく、頻繁に透明板の交換を行う必要があるが、スパッタによる影響を検出することができないので、透明板にスパッタが付着したままレーザ加工を行うことになり、加工不良となるおそれがあった。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載された構成では、透明板の中央にレーザ光が通過する孔が設けられており、この孔からアシストガスが噴出されるようになっているが、スパッタによって孔が塞がれやすいのに、何時透明板を交換すれば良いのかが分からないという問題がある。
【０００８】
また、ワークの加工箇所が多数ある場合には、連続して加工するため、透明板にスパッタが付着したままレーザ加工を継続してしまい、レーザ加工による不良率が高くなるおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を解決したレーザ加工機及びノズル異常検出方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
上記請求項１記載の発明は、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、流量計測手段により計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する異常監視手段と、を備えたものであり、保護ガラスの破損あるいはノズル吐出口が塞がれた場合にアシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知することが可能になり、ノズルの異常発生後速やかに交換作業を行える。
【００１１】
請求項２記載の発明は、異常監視手段が、アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、保護ガラスが破損したものと判断する第１の判断手段と、第１の判断手段により保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第１の報知手段と、を備えたものであり、保護ガラスの破損発生を検知して報知できるので、保護ガラスの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１２】
請求項３記載の発明は、異常監視手段が、アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第２の判断手段と、第２の判断手段により前記ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断した場合、これを報知する第２の報知手段と、を備えたものであり、ノズルの吐出口が閉塞されたことを検知して報知できるので、ノズルの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１３】
請求項４記載の発明は、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、アシストガスの流量の上限値を記憶する第１の記憶手段と、アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の記憶手段と、流量計測手段により計測された流量値と第１の記憶手段に記憶された上限値とを比較し、流量値が上限値以上か否かを判定する第１の判定手段と、流量計測手段により計測された流量値と第２の記憶手段に記憶された下限値とを比較し、流量値が前記下限値以下か否かを判定する第２の判定手段と、第１の判定手段により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合に保護ガラスの破損発生したことを報知する第１の報知手段と、第２の判定手段により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合にノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第２の報知手段と、を備えたものであり、アシストガスの流量の変化に基づいて保護ガラスの破損発生を検知して報知して保護ガラスの交換が必要であることを作業員に認知させることができ、あるいは、ノズルの吐出口が閉塞されたことを検知して報知できるので、ノズルの交換が必要であることを作業員に認知させて速やかに交換作業を行える。
【００１４】
請求項５記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する第２の段階と、第２の段階で異常発生を検出した場合、当該異常内容を報知する第３の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知して作業員に保護ガラスの破損あるいはノズル吐出口が塞がれたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１５】
請求項６記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、保護ガラスが破損したものと判断する第３の段階と、第３の段階により保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員に保護ガラスの破損したことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１６】
請求項７記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第３の段階と、第３の段階によりノズルの吐出口が閉塞されたと判断した場合、これを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員にノズルの吐出口が閉塞されたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１７】
請求項８記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、アシストガスの流量の上限値を記憶する第２の段階と、第１の段階で計測された流量値と第２の段階で記憶手段に記憶された上限値とを比較し、流量値が上限値以上か否かを判定する第３の段階と、第３の段階により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合に保護ガラスの破損発生したことを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員に保護ガラスの破損したことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１８】
請求項９記載の発明は、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の段階と、第１の段階で計測された流量値と第２の段階で記憶手段に記憶された下限値とを比較し、流量値が下限値以下か否かを判定する第３の段階と、第３の段階により、流量値が下限値以下に変化したものと判定された場合にノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員にノズルの吐出口が閉塞されたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明になるレーザ加工機の一実施例を示す正面図である。図２はレーザ加工機の平面図である。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、レーザ加工機１０は、レーザ光を発生させるレーザ光ユニット１２と、レーザ電源１４と、ワーク保持テーブル１６と、ＸＹステージ１８とを有する。また、レーザ加工機１０は、移動可能なフレーム２０に各機器が搭載されており、ワーク保持テーブル１６に金属板からなるワークＷが載置されると、ワークＷをＸＹステージ１８によりＸ方向及びＹ方向に移動させてレーザ光が照射される位置とワークＷの被加工位置との位置合わせを行う。
【００２１】
レーザ光ユニット１２は、レーザ発振器５０及びレンズ、ミラーなどからなる光学系から構成されており、レーザ発振器５０はレーザ電源１４から印加された電圧に応じたエネルギを有するレーザ光をノズルユニット２２に出射する。レーザ光ユニット１２の側面に取り付けられたノズルユニット２２は、レーザ光を下方に位置するワークＷに向けて照射するように構成されている。また、ノズルユニット２２は、ワークＷに対して高さ方向（Ｚ方向）の位置を調整するように昇降可能に設けられている。
【００２２】
さらに、ノズルユニット２２には、ガス出射装置５４からアシストガスが供給されている。このアシストガスは、レーザ加工により発生する融解物等を吹き飛ばすための酸素ガス、圧縮空気、又は、窒素ガス等からなり、レーザ光が照射される際に、ワークＷに吹き付けられる。
【００２３】
また、レーザ加工機１０は、任意のエネルギ密度のレーザ光をワークＷの加工点に照射するようにレーザ電源１４の電圧制御、及びＸＹステージ１８の移動制御、ガス出射装置５４の制御を行う制御装置２４を有する。
【００２４】
制御装置２４は、例えば、マイクロコンピュータなどからなり、後述するように予め記憶部２５に格納された制御プログラムに基づいてワークＷの種類に応じた加工条件（エネルギ密度、加工時間、レーザ周波数）でレーザ加工処理を行う。そして、制御装置２４の記憶部２５には、ガス出射装置５４からノズルユニット２２に供給されるアシストガスの流量を監視する制御プログラム（異常監視手段）と、アシストガスの流量変化に応じてノズル詰まり、あるいはノズル内の保護ガラスの破損を検知して報知する制御プログラム（第１、第２の報知手段）とが格納されている。
【００２５】
さらに、記憶部２５には、アシストガスの流量変化を監視するためのしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）が予め登録される記憶エリア（第１、第２の記憶手段）が設けられている。
【００２６】
ここで、ノズルユニット２２の構成について図３及び図４を参照して説明する。
図３はノズルユニット２２を拡大して示す正面図である。図４はノズルユニット２２の内部構造を示す縦断面図である。
【００２７】
図３及び図４に示されるように、ノズルユニット２２は、円筒状に形成された筐体２６と、筐体２６の内部に保持された結像光学系のレンズ２８と、筐体２６の下方に同軸的に取り付けられた中空形状のノズルスリーブ３０と、ノズルスリーブ３０の内部に保持された保護ガラス３２と、ノズルスリーブ３０の下部に螺入されたノズル保持部材３４と、ノズル保持部材３４に固着されたノズル３６とを有する。
【００２８】
筐体２６の外周には、アシストガスの圧力を測定する圧力計４２が設けられている。また、ノズルスリーブ３０は、上端に嵌合固定された固定部４４が筐体２６の外周に螺入された締め付けねじ４６により固定される。
【００２９】
ノズル３６は、内部が中空３６ａとされた円錐形状（テーパ状）に形成されており、先端（下端）に小径な吐出口３６ｂが設けられている。このノズル３６は、レンズ２８と同軸に取り付けられており、レンズ２８によって集光されたレーザ光をワークＷに向けて出射させると共に、アシストガスを吐出口３６ｂから噴出するように構成されている。このアシストガスの噴射によりレーザ加工時にワークから飛散するスパッタが周囲に吹き飛ばされる。
【００３０】
さらに、ノズルスリーブ３０の外周には、アシストガスをノズル３６へ供給するガス供給管路３８が接続される継手４０とが取り付けられている。継手４０は、ノズルスリーブ３０の内部通路３０ａに連通されるように取り付けられており、内部通路３０ａの上部開口３０ｂには、保護ガラス３２がリング状のガラス押さえ３によって保持されている。そのため、保護ガラス３２は、レンズ２８の下面に対向するようにノズルスリーブ３０の上部開口３０ｂを密閉しており、ガス供給管路３８及び継手４０を介してノズルスリーブ３０の内部通路３０ａに供給されたアシストガスは、保護ガラス３２によって上方への流出が阻止されている。
【００３１】
従って、ノズルスリーブ３０に供給されたアシストガスは、内部通路３０ａの下方に流れ、テーパ状に形成されたノズル３６を通過して吐出口３６ｂよりワークＷに向けて吹き付けられる。
【００３２】
図５はレーザ加工機１０の概略構成を示すブロック図である。
図５に示されるように、レーザ加工機１０は、上記各部の他にレーザ発振器５０、反射ミラー５２、ガス出射装置５４、駆動装置５６、サーボモータ５８とを有する。
【００３３】
レーザ発振器５０は、ＹＡＧレーザを出力するように構成されている。レーザ発振器５０から出射されたレーザ光は、反射ミラー５２を介して、ワーク保持テーブル１６に向けてレーザ光を反射してワークＷに入射される。そして、ノズルユニット２２のレンズ２８により、所望の穴径にて加工が行われるようレーザ光が集光され、ワークＷに対するレーザ加工が行われる。
【００３４】
駆動装置５６は、ノズルユニット２２をＺ方向に移動し、ワークＷに対して結像位置の調整を行う。また、ＸＹステージ１８は、サーボモータ５８によりＸ方向及び、Ｙ方向へ移動する。また、ＸＹステージ１８は、例えばワークＷの大きさに応じたストロークの範囲で移動可能に設けられている。
【００３５】
また、制御装置２４は、レーザ発振器５０からのレーザ光の強度及び出射タイミングと、駆動装置５６によるノズルユニット２２の昇降移動と、ガス出射装置５６からのアシストガスの出射タイミングと、サーボモータ５８におけるＸＹステージ１８の移動タイミングとを制御している。
【００３６】
図６はガス出射装置５６の概略構成を示す系統図である。
図６に示されるように、ガス出射装置５６は、管路６０を介してガス供給管路３８に連通されたガス供給源６２と、管路６０に配設された減圧弁６４、圧力計６６、流量計（流量計測手段）６８、開閉弁７０、可変絞り７２とを有する。
【００３７】
ガス供給源６２からノズル３６へ供給されるアシストガスの流量は、可変絞り７２によって任意の流量に設定されている。また、アシストガスの供給圧力は、減圧弁６４により設定された所定圧力に減圧される。
【００３８】
流量計６８は、例えば、質量流量計からなり、管路６０を流れる流量に比例した周期の流量信号を制御装置２４へ出力する。そして、制御装置２４では、流量計６８から入力された流量信号から単位時間当たりの瞬時流量を算出し、前述した記憶部２５に予め登録されたしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）を読み込んで瞬時流量と比較する。制御装置２４は、計測されたアシストガスの瞬時流量がしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）を超えていない場合、アシストガスの流量が正常であるので、ノズル３６からアシストガスが正常に吐出されているもの判断する。
【００３９】
また、開閉弁７０は、例えば、電磁弁からなり、制御装置２４からの制御信号により開弁状態または閉弁状態に切り替わる。例えば、制御装置２４において、アシストガスの流量が予め設定された上限値以上の場合、あるいはアシストガスの流量が予め設定された下限値以下の場合、開閉弁７０を閉弁してアシストガスの供給を停止させると共に、報知手段７４により異常発生内容（ノズル詰まり、あるいは保護ガラス破損）を作業員に報知する。尚、報知手段としては、モニタに文字でノズル異常内容を表示しても良いし、あるいはスピーカから音声によりノズル異常内容を伝えるようにしても良い。
【００４０】
図７はノズル異常と流量変化との関係を示すグラフである。
図７に示されるように、通常、ノズル３６に供給されるアシストガスは、可変絞り７２の絞り開度により設定された定常状態（グラフＩ参照）の流量、及び減圧弁６４により設定された圧力を保つ。ところが、保護ガラス３２がスパッタにより破損した場合、ガラスの割れ目からアシストガスが上方に流出して外部に洩れるため、流量Ｑは上限値（上限しきい値）Ｓａ以上に上昇する（グラフＩＩ参照）ことになる。一方、ノズル３６の先端に形成された吐出口３６ｂにスパッタが付着した場合には、アシストガスの吐出量が減少するため、流量Ｑは下限値（下限しきい値）Ｓｂ以下に低下する（グラフＩＩＩ参照）ことになる。
【００４１】
従って、アシストガスの流量変化を監視することにより保護ガラス３２の破損、及びノズル３６の吐出口３６ｂの詰まりを検知することが可能になる。
【００４２】
ここで、制御装置２４が実行する制御処理について説明する。
図８制御装置２４が実行するレーザ加工処理を説明するためのフローチャートである。
図８に示されるように、制御装置２４は、Ｓ１１において、レーザ加工機１０のスタートスイッチ（図示せず）がオンに操作されると、Ｓ１２に進み、ワークＷに対応して予め設定された第１の加工点のＸＹ座標データをデータベースから読み出す。そして、Ｓ１３に進み、第１の加工点のＸＹ座標データに基づいてＸＹステージ１８を駆動して第１の加工点をノズルユニット２２の中心線（レーザ光の光軸）の座標位置と一致させる。
【００４３】
Ｓ１４では、レーザ光の照射位置（ノズルユニット２２の中心線の座標位置）と第１の加工点の座標位置とが一致したことを確認する。Ｓ１４において、レーザ光の照射位置と第１の加工点の座標位置とが不一致のときは、上記Ｓ１３に戻り、ＸＹステージ１８を駆動する。そして、上記Ｓ１４において、レーザ光の照射位置と第１の加工点の座標位置とが一致したときは、Ｓ１５に進み、ガス出射装置５６の開閉弁７０を開弁してアシストガスをノズル３６に供給する。
【００４４】
続いて、Ｓ１６に進み、レーザ発振器５０からレーザ光を出射し、ワークＷの第１の加工点に照射する。次のＳ１７では、流量計６８から入力された流量信号から単位時間当たりのガス流量Ｑを算出する。
【００４５】
そして、Ｓ１８に進み、記憶部２５に登録されたガス流量のしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）を読み込む。次のＳ１９では、計測されたガス流量Ｑとしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）と比較する（異常監視手段）。
【００４６】
Ｓ１９において、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａと下限値Ｓｂとの範囲内に入っている場合には、アシストガスの流量が定常状態（グラフＩ参照）であるので、Ｓ２０に進む。
【００４７】
次のＳ２０では、次に加工する第２の加工点のデータ（座標位置）が設定されている場合には、前述したＳ１２に戻り、第２の加工点の座標データを取得してＳ１２〜Ｓ２０の処理を繰り返す。そして、上記Ｓ２０において、最後の加工点の穴あけ加工が終了すると、Ｓ２１に進み、開閉弁７０を閉弁してアシストガスの供給を停止させる。これで、当該ワークＷに対するレーザ加工が終了する。
【００４８】
しかしながら、上記Ｓ１９において、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａと下限値Ｓｂとの範囲から外れている場合には、Ｓ２２に移行する。そして、Ｓ２２では、開閉弁７０を閉弁してアシストガスの供給を停止させる。続いて、Ｓ２３に進み、レーザ発振器５０への通電を停止してレーザ加工を停止する。
【００４９】
次のＳ２４では、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａ以上かどうかをチェックする（第１の判断手段）。このＳ２４において、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａ以上の場合には、Ｓ２５に進み、保護ガラス３２が破損したことを報知する（第１の報知手段）。これで、保護ガラス３２が破損した場合の制御処理が終了する。
【００５０】
また、上記Ｓ２４において、計測されたガス流量Ｑが上限値Ｓａ以上でない場合には、Ｓ２６に進み、計測されたガス流量Ｑが下限値Ｓｂ以下かどうかをチェックする（第２の判断手段）。このＳ２６において、計測されたガス流量Ｑが下限値Ｓｂ以下の場合には、Ｓ２７に進み、ノズル詰まりであることを報知する（第２の報知手段）。これで、ノズル詰まりの場合の制御処理が終了する。
【００５１】
また、上記Ｓ２６において、計測されたガス流量Ｑが下限値Ｓｂ以下でない場合には、Ｓ２８に進み、警報（アラーム）を発する。これで、ノズル異常の場合の制御処理が終了する。
【００５２】
このように、アシストガスの流量を監視することにより、保護ガラス３２が破損したこと、あるいはノズル３６の詰まりを報知することが可能になるため、作業者は、直ちに保護ガラス３２の交換作業、あるいはノズル３６の交換作業を行うことができる。そのため、例えば、メンテナンス以外のときでもノズル異常を速やかに検知できるため、ノズル異常による加工不良を無くすことができ、多数の孔加工を連続して行う場合でもレーザ加工の信頼性が高められる。
【００５３】
さらに、本実施例では、ノズル異常と判定された場合、アシストガスを供給停止し、且つレーザ加工を停止させるため、保護ガラスが破損した状態、あるいはノズル詰まりのままレーザ加工を継続させることがなく、加工不良の発生を防止することができる。
【００５４】
尚、上記実施例では、レーザ発振器５０から出射するレーザ光をＹＡＧレーザとしたが、これに限らないのは勿論である。
【００５５】
また、上記実施例では、ワークに孔あけ加工する場合を一例として挙げたが、これに限らず、これ以外の加工を行うのにも適用できるのは言うまでもない。
【００５６】
また、上記実施例では、制御装置２４でアシストガスの単位時間当たりの瞬時流量Ｑを算出し、記憶部２５からしきい値（上限値Ｓａ、下限値Ｓｂ）を読み込んでガス流量と比較する場合を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、流量信号が入力されると流量演算を行う流量計測部を設け、流量計測部からノズル異常内容に応じた信号を制御装置２４に出力するようにしても良い。
【００５７】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、前記ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、流量計測手段により計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する異常監視手段と、を備えたため、保護ガラスの破損あるいはノズル吐出口が塞がれた場合にアシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知することができる。従って、加工不良が発生してから保護ガラスあるいはノズルを交換するのではなく、異常発生を検知した時点で速やかに保護ガラスあるいはノズルを交換できるので、レーザ加工の不良率を下げてレーザ加工の信頼性を高めることができる。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、異常監視手段が、アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、保護ガラスが破損したものと判断する第１の判断手段と、第１の判断手段により保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第１の報知手段と、を備えたため、保護ガラスの破損発生を検知して報知できるので、保護ガラスの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、異常監視手段が、アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第２の判断手段と、第２の判断手段によりノズルの吐出口が閉塞されたものと判断した場合、これを報知する第２の報知手段と、を備えたため、ノズルの吐出口が閉塞されたことを検知して報知できるので、ノズルの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、アシストガスの流量の上限値を記憶する第１の記憶手段と、アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の記憶手段と、流量計測手段により計測された流量値と第１の記憶手段に記憶された上限値とを比較し、流量値が上限値以上か否かを判定する第１の判定手段と、流量計測手段により計測された流量値と第２の記憶手段に記憶された下限値とを比較し、流量値が下限値以下か否かを判定する第２の判定手段と、第１の判定手段により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合に保護ガラスの破損発生したことを報知する第１の報知手段と、第２の判定手段により、流量値が前記上限値以上に変化したものと判定された場合にノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第２の報知手段と、を備えたため、アシストガスの流量の変化に基づいて保護ガラスの破損発生を検知して報知して保護ガラスの交換が必要であることを作業員に認知させることができ、あるいは、ノズルの吐出口が閉塞されたことを検知して報知できるので、ノズルの交換が必要であることを作業員に認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６１】
請求項５記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生の有無を監視する第２の段階と、第２の段階で異常発生を検出した場合、当該異常内容を報知する第３の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知して作業員に保護ガラスの破損あるいはノズル吐出口が塞がれたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６２】
請求項６記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、保護ガラスが破損したものと判断する第３の段階と、第３の段階により保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第４の段階と、を有するものであり、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員に保護ガラスの破損したことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６３】
請求項７記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、第１の段階で計測された流量値の変化に基づいてノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第３の段階と、第３の段階によりノズルの吐出口が閉塞されたと判断した場合、これを報知する第４の段階と、を有するため、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員にノズルの吐出口が閉塞されたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６４】
請求項８記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、アシストガスの流量の上限値を記憶する第２の段階と、第１の段階で計測された流量値と第２の段階で記憶手段に記憶された上限値とを比較し、流量値が前記上限値以上か否かを判定する第３の段階と、第３の段階により、流量値が上限値以上に変化したものと判定された場合に保護ガラスの破損発生したことを報知する第４の段階と、を有するため、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員に保護ガラスの破損したことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【００６５】
請求項９記載の発明によれば、内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、アシストガスの流量を計測する第１の段階と、アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の段階と、第１の段階で計測された流量値と第２の段階で記憶手段に記憶された下限値とを比較し、流量値が下限値以下か否かを判定する第３の段階と、第３の段階により、流量値が下限値以下に変化したものと判定された場合にノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第４の段階と、を有するため、アシストガスの流量が変化することを利用してノズルの異常発生を検知でき、作業員にノズルの吐出口が閉塞されたことを認知させ、速やかに交換作業を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるレーザ加工機の一実施例を示す正面図である。
【図２】レーザ加工機の平面図である。
【図３】ノズルユニット２２を拡大して示す正面図である。
【図４】ノズルユニット２２の内部構造を示す縦断面図である。
【図５】レーザ加工機１０の概略構成を示すブロック図である。
【図６】ガス出射装置５６の概略構成を示す系統図である。
【図７】ノズル異常と流量変化との関係を示すグラフである。
【図８】制御装置２４が実行するレーザ加工処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ レーザ加工機
１２ レーザ光ユニット
１４ レーザ電源
１６ ワーク保持テーブル
１８ ＸＹステージ
２２ ノズルユニット
２４ 制御装置
２５ 記憶部
２６ 筐体
２８ レンズ
３０ ノズルスリーブ
３４ ノズル保持部材
３６ ノズル
５０ レーザ発振器
５４ ガス出射装置
５６ 駆動装置
５８ サーボモータ
６２ ガス供給源
６４ 減圧弁
６８ 流量計
７０ 開閉弁
７２ 可変絞り
Claims (9)
- アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、前記ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、
前記アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、
前記流量計測手段により計測された流量値の変化に基づいて前記ノズル内部の異常発生の有無を監視する異常監視手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工機。 - 前記異常監視手段は、
前記アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、前記保護ガラスが破損したものと判断する第１の判断手段と、
該第１の判断手段により前記保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第１の報知手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機。 - 前記異常監視手段は、
前記アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、前記ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第２の判断手段と、
該第２の判断手段により前記ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断した場合、これを報知する第２の報知手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工機。 - アシストガスが供給されるノズルの内部にレンズを保護する保護ガラスが設けられ、前記ノズルの吐出口よりアシストガスを噴出させながらレーザ光をワークに照射するレーザ加工機において、
前記アシストガスの流量を計測する流量計測手段と、
前記アシストガスの流量の上限値を記憶する第１の記憶手段と、
前記アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の記憶手段と、
前記流量計測手段により計測された流量値と前記第１の記憶手段に記憶された上限値とを比較し、前記流量値が前記上限値以上か否かを判定する第１の判定手段と、
前記流量計測手段により計測された流量値と前記第２の記憶手段に記憶された下限値とを比較し、前記流量値が前記下限値以下か否かを判定する第２の判定手段と、
前記第１の判定手段により、前記流量値が前記上限値以上に変化したものと判定された場合に前記保護ガラスの破損発生したことを報知する第１の報知手段と、
前記第２の判定手段により、前記流量値が前記上限値以上に変化したものと判定された場合に前記ノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第２の報知手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工機。 - 内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、
前記アシストガスの流量を計測する第１の段階と、
前記第１の段階で計測された流量値の変化に基づいて前記ノズル内部の異常発生の有無を監視する第２の段階と、
前記第２の段階で異常発生を検出した場合、当該異常内容を報知する第３の段階と、
を有することを特徴とするノズル異常検出方法。 - 内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、
前記アシストガスの流量を計測する第１の段階と、
前記第１の段階で計測された流量値の変化に基づいて前記ノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、
前記アシストガスの流量が通常よりも所定値以上に増大した場合、前記保護ガラスが破損したものと判断する第３の段階と、
該第３の段階により前記保護ガラスの破損発生と判断した場合、これを報知する第４の段階と、
を有することを特徴とするノズル異常検出方法。 - 内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、
前記アシストガスの流量を計測する第１の段階と、
前記第１の段階で計測された流量値の変化に基づいて前記ノズル内部の異常発生を監視する第２の段階と、
前記アシストガスの流量が通常よりも所定値以下に減少した場合、前記ノズルの吐出口が閉塞されたものと判断する第３の段階と、
該第３の段階により前記ノズルの吐出口が閉塞されたと判断した場合、これを報知する第４の段階と、
を有することを特徴とするノズル異常検出方法。 - 内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、
前記アシストガスの流量を計測する第１の段階と、
前記アシストガスの流量の上限値を記憶する第２の段階と、
前記第１の段階で計測された流量値と前記第２の段階で記憶手段に記憶された上限値とを比較し、前記流量値が前記上限値以上か否かを判定する第３の段階と、
前記第３の段階により、前記流量値が前記上限値以上に変化したものと判定された場合に前記保護ガラスの破損発生したことを報知する第４の段階と、
を有することを特徴とするノズル異常検出方法。 - 内部にレンズを保護する保護ガラスを有し、アシストガスが供給されるノズルの異常検出方法であって、
前記アシストガスの流量を計測する第１の段階と、
前記アシストガスの流量の下限値を記憶する第２の段階と、
前記第１の段階で計測された流量値と前記第２の段階で記憶手段に記憶された下限値とを比較し、前記流量値が前記下限値以下か否かを判定する第３の段階と、
前記第３の段階により、前記流量値が前記下限値以下に変化したものと判定された場合に前記ノズルの吐出口が閉塞されたことを報知する第４の段階と、
を有することを特徴とするノズル異常検出方法。
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| JP2003179649A JP2005014020A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | レーザ加工機及びノズル異常検出方法 |
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