JP2005334924A

JP2005334924A - レーザ加工機における光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置

Info

Publication number: JP2005334924A
Application number: JP2004155939A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Yamazaki; 恒彦山崎; Naotomi Miyagawa; 直臣宮川
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】レーザ加工機において、レーザ出力の低下を自動的に検出する光路系のミラー・レンズの汚れを検出する装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工機のレーザ発振器５５０で発振したレーザは、出力鏡５６０を経てミラー５７０に反射され、レーザ加工工具６０に導入される。加工レンズ６２で集光されたレーザビームは、出力検知装置５００で出力を検知される。出力が所定の値以下となったら加工を中止して所定の処置を行う。
【選択図】図８

Description

本発明は、レーザ加工機における操作の非熟練化を可能とし、加工能力を各々の材質及び板厚に対して、品質及び生産性をそれぞれ最大限に発揮させ、長時間無人化運転を達成するために、レーザ出力を自動測定し、光路系ミラー・レンズの汚れによるレーザ出力低下からくる加工不良を未然に防ぐことができる光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置に関する。
また、加工レンズとワークとの間に保護レンズを設け、保護レンズに付着した粒子により、レンズの汚れ程度を測定することができるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−２５８３７６号公報

従来、レーザ加工機のレーザ光線をレーザ発振器（以下、「発振器」ともいう）から加工点まで導くための光路系において、光路系内に装着された各種ミラー及び加工レンズ（以下、「レンズ」ともいう）の表面に、異物の付着等種々の原因で汚れが蓄積され、そのまま加工を続行すると、加工点に照射されるレーザ出力の低下を招き、品質の劣化等の加工不良、あるいは、生産性の低下を招き、さらには、加工不能を引き起こすため、オペレータはその現象に対して、自分の経験に基づき、その都度、個々に対応する必要があった。
また、レーザ光線を発振器から加工点まで導くための光路系において、光路系内に装着された各種ミラー及び加工レンズの表面が、異物の付着等種々の原因で汚れが発生した場合、ミラーの反射率の低下及びレンズの透過率の低下を引き起こし、加工物へ照射されるレーザ出力が低下し、加工品質の低下等加工不良を発生させ、更には加工不能を引き起こす。また、ミラーの反射率の低下及びレンズの透過率の低下は、ミラー及びレンズへの熱吸収となって内部に蓄積され、ミラー及びレンズの寿命を低下し、更に、レンズの破損を引き起こし、加工不能となり、大幅なメンテナンスコストが必要になる。

本発明は以上の問題を解決するレーザ加工機における光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置を提供するものである。

本発明のレーザ加工機は、基本的な手段として、ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、レーザ発振器と、出力鏡と、レーザをレーザ加工工具に導くミラーと、レーザを集光する加工レンズを有する光路系を備える。そして、レーザ加工工具から出力されるレーザの出力検知装置を備え、出力検知装置で検知されるレーザ出力の低下により光路系の汚れを検出するレーザ加工機における光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置を装備する。
また、レーザ出力が所定の閾値より低下したことを検知したときに、警報を発するとともに加工を中断し、新しいレーザ加工工具に交換する手段を備える。
さらに、所定の閾値は加工物の材質及び板厚に応じてマトリックス表にして予め用意されるものである。

本発明は、加工品質の低下あるいは加工不能を起こすことなく、非熟練者でも安定した加工が続行できるとともに、長時間無人化運転が安定して可能となる。
ドロスの発生や加工不能が起こる前に、それらの原因を回避できるため、高品質な加工が長時間持続でき、加工不良を出すことなく、生産性が大幅に向上する。
また、ドロスの発生や加工不能が起こる前に、それらの原因を回避できるために、ミラー、レンズ及び出力鏡の消耗を最小限にできるために、稼働率が向上し、メンテナンス費用を下げることができる。
ネットワーク等の通信手段を経由して出力される情報によって、遠隔地で稼働状態の監視が可能となり、適切な生産管理が可能である。

図１は、本発明のレーザ加工機の全体構成を示す斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は要部の斜視図、図５は側面図である。
全体を符号１で示すレーザ加工機は、ベッド１０上に配設されるパレット（テーブル）２０を有し、板状のワークＷ_１が載置される。ベッド１０の長手方向の延長線上にはパレット交換装置１２が配置され、次加工用のワークＷ_２を載置したパレット２０ａが用意されている。

ベッド１０上の両側には、長手方向に沿って一対のガイドレール３４が取付けられており、ガイドレール３４上には、コラム３０がＸ軸方向に移動自在に装備される。

コラム３０のＸ軸上の駆動手段は、例えば、リニアモータが使用されており、ガイドレール３４に設けた固定子と直動ガイド３２に設けた移動子との間でリニアモータが形成される。

コラム３０には、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿ってガイドレール４４が設けてあり、サドル４０がＹ軸上で移動自在に装備される。サドル４０は、ガイドレール４４に係合する直動ガイド４２を備え、ガイドレール４４と直動ガイド４２との間でリニアモータが形成される。

サドル４０は、Ｘ軸、Ｙ軸が形成する平面に垂直なＺ軸方向にガイドレールが設けあり、加工ヘッド５０がＺ軸に沿って移動自在に装備される。加工ヘッド５０は、レーザ発振装置７２から送られてくるレーザ光が導入される光学系を備える。

加工ヘッド５０には、レーザ加工工具６０が交換自在に装備される。加工エリアは、カバー９０で覆われ、安全が確保される。ベッド１０に隣接して強電盤７０やレーザ発振装置７２が配設される。オペレータが様々な駆動を指示する操作盤８０は、ベッド１０上の長手方向の端部に配設される。ベッド１０上の操作盤８０に近い方の端部には、レーザ加工工具の段取りステーション１００が装備される。

図６は、レーザ加工工具の段取りステーション１００をテーブル側からみた正面図、図７は平面図である。
レーザ加工工具の段取りステーション１００は、トーチとノズルを備えたレーザ加工工具のツールチェンジマガジンを備えた工具ステーション２００とレーザ加工工具のノズルのノズルチェンジマガジンを備えたノズルステーション３００を備える。

図８は、本発明の光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置を示す説明図である。
レーザ加工機の光路系は、レーザ発振器５５０を備え、出力鏡５６０から出力されたレーザ光Ｌ_１はミラー５７０で反射されて、レーザ加工工具６０に導入される。レーザ加工工具６０のトーチ内に配置された加工レンズ６２は、平行光線として供給されるレーザ光Ｌ_１を集光し、ノズル６５から照射する。焦点Ｃ_１の位置は、板厚等に対応して板材の表面近傍に設定される。
レーザ加工工具６０内には供給口６１を介して必要なアシストガスが供給される。
レーザ光線によって、加工物を加工する際、材質及び板厚によって、最適レーザ出力の最小値が存在する。

実加工において、ミラー及びレンズ汚れによってレーザ出力が低下し、レーザ出力が最小値を下回る場合、ドロスの発生や加工不良を引き起こし、安定した加工を維持しようとするためには、常に最小値を上回る必要があった。
最小値を上回る出力を維持しようとすると、実際に加工レンズから出力されるレーザ出力を知る必要があり、そのための計測手段が必要となる。
上記で述べたレーザパワーの最小値は、安定加工ができるか否かの判断基準（すなわち、閾値）になる。

図９は、横軸に稼働時間Ｔを、縦軸にレーザ出力Ｐとの関係を示すグラフである。

図１０に示すように、レーザ出力（例えば、Ｐ）の閾値は、材質及び板厚によって、各々設定される。（例えば、Ｐｎ（ｎ＝０、１、２、…）。
加工の開始、途中あるいは終了時のいずれかのタイミングで、レーザ加工工具のノズル先端の計測装置を予め決められたレーザ出力の計測位置に移動させ、該ノズルから照射されるレーザ出力Ｐを計測する。

図１１は、本発明のミラー・レンズ汚れ検出の処理を示すフローチャートを示す図である。
ステップＳ１０でスタートした処理は、ステップＳ１１でレーザ出力を計測する。ステップＳ１２でレーザ出力が所定の閾値を超えていることが確認できたら、ステップＳ１３へ進み、加工を再開する。ステップＳ１２で出力が所定の値に達していない場合には、ステップＳ１５へ進み、１回目の処理かをチェックする。１回目の処理なら加工を停止し、新しい加工レンズを有する工具と自動的に交換を促す警告あるいは警報を出す。ステップＳ１７で新しい加工レンズを有する工具に交換し、ステップＳ１１へ戻る。
新しい工具のレーザ出力が所定の値を超えていたら、ステップＳ１３で加工を再開する。
新しい工具でもレーザ出力が所定の値以下であれば、ステップＳ１５を経由してステップＳ１８へ進み、加工作業を再開せず、光路内のミラーあるいは発振器の出力鏡が汚れていると判断し、ミラー及び出力鏡の清掃を促す警告あるいは警報を出す。

上記で述べた自動的に交換する新しい加工レンズを有した工具が存在しない場合には、作業者が手動にて、工具から加工レンズを外し、清掃し再装着するかあるいは新しい加工レンズを工具に装着する。
光路系内のミラーあるいは発振器の出力鏡が汚れていると、警告あるいは警報が出された場合には、作業者が手動にて、ミラーあるいは発振器の出力鏡を清掃するかあるいは新品に交換する。

上記警告あるいは警報が出た場合、その情報をネットワーク等の通信手段を経由して、サービス部門へ出力することによって、品質不良あるいは加工不能が発生する前に、サービス部門からミラー及びレンズの清掃あるいは交換が作業者へ指示されるため、加工品質の低下あるいは加工不能を起こすことなく、非熟練者でも安定した加工が続行できるとともに、長時間無人化運転が安定して可能になる。

さらに、ネットワーク等の通信手段を経由して出力される情報は、サービス部門だけでなく経営者、管理者、生産管理部門等の必要な部署で、利用できることは当然である。
本発明のレーザ加工機にあっては、レーザ加工工具の段取りステーション１００にレーザ光の出力を検知するパワーセンサ５００が配設される。
パワーセンサ５００は、レーザ光の出力を電流値に変換して検出する機能を備える。

なお、上述した実施例にあっては、Ｘ軸とＹ軸上の駆動手段には、リニアモータの例を説明したが、ボールねじを用いても本発明を適用することができる。

本発明のレーザ加工機の全体の斜視図。本発明のレーザ加工機の平面図。本発明のレーザ加工機の要部の正面図。本発明のレーザ加工機の要部の斜視図。本発明のレーザ加工機の要部の側面図。レーザ加工工具の段取りステーションの正面図。レーザ加工工具の段取りステーションの平面図。光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置の説明図。レーザ出力と稼働時間の関係を示す図。レーザ出力の閾値を示すマトリックス図。本発明の処理を示すフローチャート。

符号の説明

１レーザ加工機
１０ベッド
２０パレット
３０コラム
４０サドル
５０加工ヘッド
６０レーザ加工工具
６２加工レンズ
７０強電盤
７２レーザ発振装置
８０制御盤
９０カバー
１００レーザ加工工具の段取りステーション
２００レーザ加工機の工具ステーション
３００レーザ加工機のノズルステーション
５００レーザ出力検知装置
５５０レーザ発振器（発振器）
５６０出力鏡
５７０ミラー

Claims

ベッドと、ベッド上に配設されてワークを支持するパレットと、ベッドの長手方向の軸線であるＸ軸に沿って移動制御されるコラムと、コラムに支持されてＸ軸に直交するＹ軸に沿って移動制御されるサドルと、サドルに支持されてＸ軸とＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸に沿って移動制御される加工ヘッドと、レーザ発振器と、出力鏡と、レーザをレーザ加工工具に導くミラーと、レーザを集光する加工レンズを有する光路系を備えるレーザ加工機において、レーザ加工工具から出力されるレーザの出力検知装置を備え、出力検知装置で検知されるレーザ出力の低下により光路系の汚れを検出するレーザ加工機における光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置。
レーザ加工工具は、集光レンズを含む光学系の手段を備えるトーチと、トーチの先端に交換自在に装着されるノズルを備える請求項１記載のレーザ加工機における光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置。
レーザ出力が所定の閾値より低下したことを検知したときに、警報を発するとともに加工を中断し、新しいレーザ加工工具に交換する手段を備える請求項１記載の光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置。
所定の閾値は加工物の材質及び板厚に応じてマトリックス表にして予め用意される請求項３記載の光路系ミラー・レンズ汚れ検出装置。