JP2008043989A - Laser beam machining device and laser beam machining method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ加工装置及びこれを使用したレーザ加工方法に関し、特に手持ち型出射光学部を備えたレーザ加工装置及びこれを使用したレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method using the same, and more particularly to a laser processing apparatus including a hand-held emission optical unit and a laser processing method using the same.
自動化設備によるレーザ溶接が必ずしも適さない仮止め溶接等で、手持ち型出射光学部を作業者が把持して溶接作業を行うことがある。この場合、出射される高いレーザエネルギーから作業者等を保護し、品質が安定したレーザ加工を行うために、出射光学部と被加工物との位置関係を検出し、この位置関係が所定の範囲内にある場合にのみレーザ照射可能とし、不必要な箇所にレーザ照射をしたり、作業者が不用意なレーザ被爆を受けたりしないように、レーザ加工装置には安全機能が一般的に装備される。 An operator may hold a hand-held emission optical part and perform welding work by temporary fixing welding or the like, which is not always suitable for laser welding by an automated facility. In this case, in order to protect workers and the like from the emitted high laser energy and perform laser processing with stable quality, the positional relationship between the emission optical unit and the workpiece is detected, and this positional relationship is within a predetermined range. Laser processing equipment is generally equipped with a safety function so that laser irradiation can be performed only when it is within, so that unnecessary parts are not irradiated with laser light, and workers are not exposed to inadvertent laser exposure. The
出射光学部と被加工物との位置関係を検出する方法として、例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3に、接触型及び/又は非接触型のセンサを出射光学部(特許文献1乃至3においては「レーザトーチ」と表記されている。以下、トーチという。)に取り付けて、被加工物の検出を行う技術が開示されている。
As a method for detecting the positional relationship between the emission optical unit and the workpiece, for example, Patent Document 1,
特許文献1に開示されたトーチは、前端に先細ノズルが備えられた把持筒内に、レーザ発振器で発生したレーザ光を導くファイバの出射端を位置させ、この出射端の前方に、出射端より出射されるレーザ光がノズルの前端面付近で焦点を結ぶように集光レンズを設け、且つ、ノズルの前端が被加工物に接触したとき、レーザ発振器を発振させるように回路構成されている。これにより、被加工物に対してレーザ光の焦点が正しく結ばれるというものである。 In the torch disclosed in Patent Document 1, the exit end of the fiber that guides the laser beam generated by the laser oscillator is positioned in a gripping cylinder having a tapered nozzle at the front end, and forward of the exit end from the exit end. A condensing lens is provided so that the emitted laser light is focused near the front end surface of the nozzle, and the laser oscillator is oscillated when the front end of the nozzle comes into contact with the workpiece. As a result, the laser beam is correctly focused on the workpiece.
また、特許文献2には、トーチ前端に備えられたノズルの耐久性を向上させることを目的とし、トーチ前端が被加工物に対して一定距離まで接近したことを検出する手段として、ノズルの前端よりも所要量前方に突出した接触型センサを設けたもの、ノズル内に圧縮気体を導入し、この圧縮気体をノズルの前端より噴出させ、ノズルの前端が被加工物に一定距離まで接近したときに圧縮気体の噴出圧力が予め設定した設定圧よりも大となることを検知して作動する圧力型センサを設けたもの、トーチにコイルを取り付け、このコイルのインダクタンスの変化を検知して作動する誘導型の近接センサ(誘導型センサ)を設けたもの、及び、ノズルの前端と被加工物との間の静電容量の変化を検知して作動する静電型の近接センサ(静電型センサ)を設けたものが開示されている。これらのトーチは、手元スイッチをオンにした状態で、トーチ前端が被加工物に対して一定距離まで接近したことを検出するとレーザ光が発生するというものである。
Further,
また、特許文献3に開示されたYAGレーザトーチは、加工開始前における被加工物の有無を検出する非接触又は接触検出可能な第1検出手段と、加工中における被加工物の有無を検出する非接触検出可能な第2検出手段の2つの検出手段と、第1検出手段によって加工開始前に被加工物が有ることが検出されたときにのみ有効になりYAGレーザ光の光路のシャッターの開閉を行うレーザ出射スイッチと、YAGレーザ発信器のオン/オフを行う確認スイッチとを備えている。これらのトーチは、第1の検出手段が被加工物の存在を検出したときにレーザ出射スイッチを押すことでレーザ光が発生するというものである。また、第2検出手段によって加工中に被加工物が無いと検出されたときには、YAGレーザ光の出射が遮断されるように設定されている。 In addition, the YAG laser torch disclosed in Patent Document 3 is a first detection means that detects the presence or absence of a workpiece before the start of machining and a non-contact or contact-detectable first detection means, and a non-detection that detects the presence or absence of a workpiece during machining. It becomes effective only when the presence of the workpiece is detected by the first detection means and the two detection means of the second detection means capable of detecting contact, and opens and closes the shutter of the optical path of the YAG laser light. And a confirmation switch for turning on / off the YAG laser transmitter. These torches are such that laser light is generated by pressing a laser emission switch when the first detection means detects the presence of a workpiece. In addition, when the second detection means detects that there is no workpiece during processing, the YAG laser light emission is set to be blocked.
特許文献3には、加工開始前に、確認スイッチをオンにしたときにYAGレーザ発信器をオンにすると同時に被加工物に対して可視光を出射し、第1検出手段として可視光検出器を使用し、これにより加工開始前の被加工物の有無を可視光の反射光を検知することで検知し、また、第2検出手段としてYAGレーザの反射光を検知する検出器又はレーザ加工時に被加工部に発生する可視光領域の光及び赤外線を検知する検出器を使用し、これによりレーザ加工中における被加工物の有無を検知するトーチが開示されている。 In Patent Document 3, before starting processing, when the confirmation switch is turned on, the YAG laser transmitter is turned on, and at the same time, visible light is emitted to the workpiece, and a visible light detector is used as the first detection means. This is used to detect the presence or absence of the workpiece before the start of processing by detecting the reflected light of visible light, and as a second detection means, a detector that detects the reflected light of the YAG laser or a target during laser processing. A torch for detecting the presence or absence of a workpiece during laser processing by using a detector that detects light and infrared rays in a visible light region generated in a processing portion is disclosed.
また、上述の第1検出手段として、可視光検出器の代わりにトーチの先端を被加工物に接触押圧することに作動するリミットスイッチを設けたトーチも開示されている。このトーチは、リミットスイッチと被加工物との接触がなくなっても、第2検出手段がレーザ加工時の被加工部の発光を検出している間はYAGレーザの出射が連続して行われるようになっている。 In addition, a torch provided with a limit switch that operates to contact and press the tip of the torch against the workpiece instead of the visible light detector is also disclosed as the first detection means described above. In this torch, even when the contact between the limit switch and the workpiece is lost, the YAG laser is continuously emitted while the second detection means detects the light emission of the workpiece during laser machining. It has become.
また更に、第1検出手段として静電型センサを設けたトーチも開示されている。このトーチは、加工開始前の被加工物の有無の検知を被加工物が金属か非金属かによって行い、且つ、被加工物が静電型センサの検出範囲内に位置する場合にのみYAGレーザ光を出射可能とするものである。 Furthermore, a torch provided with an electrostatic sensor as the first detection means is also disclosed. This torch detects whether or not there is a workpiece before the start of machining, depending on whether the workpiece is metal or non-metal, and only when the workpiece is located within the detection range of the electrostatic sensor The light can be emitted.
また、トーチにリミットスイッチ及び静電型センサ等の近接センサを設けたものも開示されている。このトーチは、加工開始前に近接センサによって被加工物の材質が金属か非金属かの判別を行い、次にYAGレーザ光の出射の可否の判断をリミットスイッチの作動により行い、更に加工時は被加工物が近接センサの検出範囲内に位置する場合にのみYAGレーザの出射が行われるというものである。 Moreover, what provided proximity sensors, such as a limit switch and an electrostatic type sensor, in the torch is also disclosed. This torch uses a proximity sensor to determine whether the workpiece is made of metal or non-metal before starting machining, and then determines whether or not YAG laser light can be emitted by operating a limit switch. The YAG laser is emitted only when the workpiece is located within the detection range of the proximity sensor.
しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。特許文献1に開示されたトーチは、ノズルと被加工物との接触がなくなるとレーザ発振が停止するため、被加工物に曲面及び段差等がある場合に連続した加工ができないことがある。 However, the above-described prior art has the following problems. In the torch disclosed in Patent Document 1, laser oscillation stops when the contact between the nozzle and the workpiece is lost, and therefore continuous machining may not be possible when the workpiece has a curved surface, a step, or the like.
また、特許文献2に開示された技術は、被加工物にトーチが接近したことを、接触型、圧力型、誘電型又は静電型等のセンサを使用して検出し、検出後、レーザ発振を許可するものであり、特許文献1に開示されたトーチとは異なって、トーチ先端が被加工物に接触しなければレーザ照射できないものではないため、被加工物の曲面及び段差等に対してレーザ加工を行うことができる可能性がある。しかしながら、特許文献2に開示された技術は、手元スイッチをオンにした状態において、何らかの形でセンサが感知可能な被加工物又はその他の物質等に接近し、センサが被加工物にトーチが接近したことを検知した場合、意図しないレーザ光を出射する虞があり、必ずしも安全が確保されるとはいえない。
Further, the technique disclosed in
また、特許文献3に開示されたトーチは、2種類の検出器を装備しているため、トーチが複雑な構造を有するものになり、2種類のセンサの調整及び保守が煩雑であるという問題点がある。 Further, since the torch disclosed in Patent Document 3 is equipped with two types of detectors, the torch has a complicated structure, and the adjustment and maintenance of the two types of sensors are complicated. There is.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で被加工物との位置関係を検知でき、安全性が高い手持ち型のレーザ加工装置及びこれを使用したレーザ加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and it is possible to detect a positional relationship with a workpiece with a simple configuration, and to provide a highly safe hand-held laser processing apparatus and a laser processing method using the same. The purpose is to provide.
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を光伝送部によって出射光学部に伝送し、この出射光学部によって被加工物に前記レーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置において、前記出射光学部はトーチ本体と、このトーチ本体の先端に設けられた被加工物検出プローブと、前記トーチ本体の先端から所定の距離の位置に焦点を合わせてレーザ光を出射する集光レンズと、前記プローブに電源を与えて前記プローブと前記被加工物との間の距離に基づいて変化する信号を入力することにより前記距離を求める第1回路と、前記プローブからの信号に基づいて前記プローブと前記被加工物との間の接触を検出する第2回路と、前記プローブの前記被加工物への接触及び前記プローブと前記被加工物との間の距離により前記レーザ光の発振を制御する制御部と、を有することを特徴とする。 In the laser processing apparatus according to the present invention, the laser beam is transmitted to the emission optical unit by the light transmission unit, and the workpiece is irradiated with the laser beam by the emission optical unit to perform laser processing. The projecting optical unit includes a torch body, a workpiece detection probe provided at the tip of the torch body, a condensing lens that emits laser light with a focus at a predetermined distance from the tip of the torch body, and A first circuit that obtains the distance by applying a power to the probe and inputting a signal that changes based on a distance between the probe and the workpiece; and the probe based on a signal from the probe The second circuit for detecting contact with the workpiece, the contact of the probe with the workpiece and the distance between the probe and the workpiece, A control unit for controlling the vibration, characterized by having a.
これにより、単一の被加工物検出センサによってレーザ加工前の被加工物の有無及びレーザ加工中の被加工物検出プローブと被加工物との間の距離の検出を行うことができるため、レーザ加工装置のメンテナンス性が向上する。 As a result, the presence or absence of the workpiece before laser processing and the distance between the workpiece detection probe and the workpiece during laser processing can be detected by a single workpiece detection sensor. The maintainability of the processing apparatus is improved.
前記制御部は前記プローブと前記被加工物とが接触したことを検出するまでは前記レーザ光の発振を行わないことが好ましい。 It is preferable that the control unit does not oscillate the laser beam until it detects that the probe and the workpiece are in contact with each other.
これにより、意図しないレーザ光が出射される可能性が低くなり、安全性の高いレーザ加工装置を得ることができる。 Thereby, the possibility that unintended laser light is emitted is reduced, and a highly safe laser processing apparatus can be obtained.
なお、前記プローブは静電容量型センサのプローブであり、前記プローブと前記被加工物との間の距離に基づいて変化する信号は、前記プローブと前記被加工物との間の静電容量の検出信号であっても良い。 The probe is a probe of a capacitive sensor, and a signal that changes based on the distance between the probe and the workpiece is a capacitance of the capacitance between the probe and the workpiece. It may be a detection signal.
また、前記プローブは渦電流センサのプローブであり、このプローブはセンサコイルを有し、前記プローブと前記被加工物との間の距離に基づいて変化する信号は、前記センサコイルのインピーダンスの検出信号であっても良い。 The probe is a probe of an eddy current sensor, the probe has a sensor coil, and a signal that changes based on a distance between the probe and the workpiece is a detection signal of an impedance of the sensor coil. It may be.
前記トーチ本体にレーザ照射を指示する手元スイッチが備えられていることが好ましい。 It is preferable that a hand switch for instructing laser irradiation is provided on the torch body.
また、前記トーチ本体と接近した位置にレーザ照射を指示するフットスイッチが備えられていても良い。 Further, a foot switch for instructing laser irradiation may be provided at a position close to the torch body.
更に、前記トーチ本体か又はこれに接近した位置に装置全体のシャットダウンを行う安全スイッチが備えられていても良い。 Further, a safety switch for shutting down the entire apparatus may be provided at the torch body or at a position close to the torch body.
本発明に係るレーザ加工方法は、被加工物検出プローブに電源を与えて前記プローブと被加工物との間の接触を検出する工程と、前記接触を検出したときに制御部によって必要に応じてガスを前記被加工物に供給する工程と、前記制御部によってレーザ発振器の励起電流を必要な出力が得られるレベルまで上昇させる工程と、からなるレーザ加工準備段階と、前記被加工物検出プローブと前記被加工物とが所定の距離範囲内に位置していることを検出し、且つ、前記制御部からレーザ出射指令を受けたときにレーザを発振させてレーザ加工を開始し、前記被加工物検出プローブと前記被加工物との距離が前記所定の距離範囲内に位置している間は継続的に前記レーザ加工を行う工程と、からなるレーザ加工プロセスの2段階のステップからなることを特徴とする。 The laser processing method according to the present invention includes a step of supplying power to a workpiece detection probe to detect contact between the probe and the workpiece, and a controller when necessary to detect the contact. A step of supplying a gas to the workpiece, a step of raising an excitation current of a laser oscillator to a level at which a necessary output is obtained by the control unit, a laser processing preparation stage, and the workpiece detection probe. When detecting that the workpiece is located within a predetermined distance range and receiving a laser emission command from the control unit, a laser is oscillated to start laser processing, and the workpiece The laser processing is a two-step process comprising the step of continuously performing the laser processing while the distance between the detection probe and the workpiece is within the predetermined distance range. It is characterized in.
本発明によれば、単一の被加工物検出センサによって、レーザ加工開始前の被加工物検出プローブと被加工物との接触検出及びレーザ加工中の被加工物検出プローブと被加工物との距離検知を行うことで出射光学部の構成が簡単になり、出射光学部の価格低減及び保守性の向上が実現できる。 According to the present invention, a single workpiece detection sensor detects contact between a workpiece detection probe and a workpiece before the start of laser machining, and between the workpiece detection probe and workpiece during laser machining. By performing the distance detection, the configuration of the output optical unit is simplified, and the price of the output optical unit can be reduced and the maintainability can be improved.
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す説明図、図2は、トーチ本体100の構成を示す説明図、図3は、静電容量検出回路7のC/V電圧出力例を示すグラフ、図4は本実施形態に係るレーザ加工装置のレーザ加工の準備段階の制御シーケンス例、図5(a)は本実施形態に係るレーザ加工装置のレーザ加工プロセスの制御シーケンス例、図5(b)はC/V電圧出力の検出信号レベル範囲の設定例を示すグラフである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the laser processing apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the
本実施形態に係るレーザ加工装置は、図1に示すように、レーザ発振器11から出力されたレーザ光が光ファイバ等の光伝送部15によって伝送され、トーチ本体100の先端よりレーザ光6が出射される。図2に示すように、トーチ本体100は、把持筒1の先端に先細の筒形状の把持筒絶縁部3が取り付けられ、この把持筒絶縁部3の先端部に導体で形成された被加工物検出プローブとして静電容量型センサのセンサプローブ4が設けられている。このセンサプローブ4はトーチを兼ねるものである。また、把持筒1内部には、把持筒1の中心軸及びレーザ光の光軸と同軸状になるように集光レンズ2が配置され、この集光レンズ2によって、レーザ発振器11から出力され光伝送部15によって伝送されたレーザ光6がトーチ本体100の先端から所定の距離の位置に焦点を合わせて出射される。この焦点の位置(集光位置)に、接地された金属製の被加工物20が配置されることにより、被加工物20に対し、レーザ加工が行われる。
In the laser processing apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the laser light output from the
また、トーチ本体100はプロセスガス供給部12に繋がっており、レーザ加工時等に必要に応じてガス制御用電磁弁13が開かれ、センサプローブ4(トーチ)の先端から被加工物20の加工箇所にアシストガス等が供給される。また、トーチ本体100及びレーザ発振器11は、必要に応じて空冷チラー14によって冷却される。また、トーチ本体100には、作業者がレーザ照射を指示するための手元スイッチ5が備えられ、これにより、トーチ本体100が構成されている。
Further, the
手元スイッチ5は、制御部としての加工装置制御部8に接続されている。加工装置制御部8にはセンサプローブ4に接続された静電容量検出回路7から出力されるC/V電圧出力75及び接触検出電圧出力76が入力される。また、トーチ本体100と近接した場所に、フットスイッチ16が設けられ、このフットスイッチ16は加工装置制御部8に接続されている。フットスイッチ16は手元スイッチ5と同様の機能を有するものであり、作業者は手元スイッチ5を操作する代わりにフットスイッチ16を操作することでレーザ照射の指示を行うこともできる。
The
静電容量検出回路7は、検出用発振器71から静電容量Cxの計測のための交流信号をセンサプローブ4と被加工物20との間に印加し、センサプローブ4と被加工物20との間の距離に基づいて変化する静電容量Cxを検出し、静電容量Cxからセンサプローブ4と被加工物20との間の距離を求める第1回路と、センサプローブ4からの信号に基づいてセンサプローブ4と被加工物20との間の接触を検出する第2回路とを備えている。検出用発振器71からセンサプローブ4と被加工物20との間に印加された交流信号によってセンサプローブ4と被加工物20との間の静電容量Cxに誘起される電圧がC/V用アンプ72によって増幅され、C/V変換器73によって直流電圧信号であるC/V電圧出力75に変換されて加工装置制御部8に出力される。静電容量Cxは、センサプローブ4と被加工物20との間の距離に従って変化し、図3に示すように、センサプローブ4と被加工物20との間の距離が小さくなるにつれ、C/V電圧出力75は増大する。
The
一方、センサプローブ4と何らかの物質が接触したとき、この出力電圧は、接触検出アンプ74によって増幅され、接触検出電圧出力76として加工装置制御部8に出力される。このとき、センサプローブ4が接触した物質が被加工物20である場合は、被加工物20が金属であるため、非接触時に検出される通常の出力値とは異なる大きな出力電圧が得られる。
On the other hand, when the
加工装置制御部8は、C/V電圧出力75及び接触検出電圧出力76の検出信号レベルを判断して、レーザ発振可否を判断する。C/V電圧出力75の所定の検出信号レベル範囲及び接触検出電圧出力76の所定の検出信号レベルは、被加工物20の材質及び/又は形状に従って設定されるものであり、上述のように、センサプローブ4と被加工物20とが接触したときの接触検出電圧出力76の検出信号レベルを基準に接触検出電圧出力76の所定の検出信号レベルを設定すれば、センサプローブ4が接触した物質が非金属の場合の接触検出電圧出力76の検出信号レベルはこの所定の検出信号レベルを超えないため、センサプローブ4が非金属に接触しても、レーザ照射が行われないよう設定することができ、これにより、レーザ光が作業者に照射されることがなく安全性が向上する。また、被加工物20がレーザ光6の集光位置に位置しているときのC/V電圧出力75の検出信号レベルを基準にC/V電圧出力75の所定の検出信号レベル範囲を設定すれば、レーザ加工中の合焦点位置の検出を行うことができる。
The processing
また、加工装置制御部8は、作業者の保護具着用を示す信号等の安全対策に係わる外部インターロック信号9を常時監視し、このインターロック信号9が有効になっているときは、レーザ照射指令信号10がレーザ発振器11に出力されない。このとき表示灯18を点灯させることもできる。
Further, the processing
本実施形態に係るレーザ加工装置は、インターロック信号9が有効になっていないとき、手元スイッチ5(又はフットスイッチ16)がオン状態であり、加工装置制御部8によって接触検出電圧出力76の検出信号レベルが所定値を超えたと判断され、次にC/V電圧出力75の検出信号レベルが所定の範囲内であると判断されたときに、レーザ発振可であると判断され、レーザ照射指令信号10がレーザ発振器11に出力され、レーザ光6が被加工物20に照射される。
In the laser processing apparatus according to the present embodiment, when the interlock signal 9 is not valid, the hand switch 5 (or the foot switch 16) is in an on state, and the processing
また、加工装置制御部8は、レーザ加工準備の一環として、レーザ安全装置の一つである発振器外部シャッター(図示せず)を開き、必要に応じてガス制御用電磁弁13を開き、アシストガス等をトーチ(センサプローブ4)から被加工物20の加工箇所に供給したり、レーザ発振器11の励起電流を必要な出力が得られるレベルまで上昇させたりする機能も有している。更に、加工装置制御部8には安全スイッチ17が接続されており、緊急時等にこの安全スイッチ17を押すことにより装置全体のシャットダウンを行うことができる。これにより、本実施形態に係るレーザ加工装置が構成されている。
Further, as part of laser processing preparation, the processing
次に、上述の如く構成された本実施形態に係るレーザ加工装置の動作について説明する。 Next, the operation of the laser processing apparatus according to this embodiment configured as described above will be described.
作業者が保護具着用等の安全対策を行った状態で手元スイッチ5(又はフットスイッチ16)をオンの状態にし、センサプローブ4を被加工物20に接触させると、非接触時に検出される通常の出力値とは異なる大きな出力電圧が検出される。接触検出アンプ74は、この出力電圧を増幅し、接触検出電圧出力76として加工装置制御部8に出力することで、加工装置制御部8は、レーザ加工前に被加工物20が存在していることを検知する。このとき、加工装置制御部8は、レーザ安全装置の一つである発振器外部シャッター(図示せず)を開き、必要に応じてアシストガス等をトーチ(センサプローブ4)から被加工物20の加工箇所に供給したり、レーザ発振器11の励起電流を必要な出力が得られるレベルまで上昇させたりする等、レーザ加工準備を行う。
When the operator turns on the hand switch 5 (or the foot switch 16) in a state where safety measures such as wearing protective equipment are taken and the
次に、作業者が、センサプローブ4が被加工物20に接触した状態からセンサプローブ4を離していくと、センサプローブ4と被加工物20との間の距離に従って静電容量Cxが変化し、この静電容量Cxに誘起される電圧がC/V用アンプ72によって増幅され、C/V変換器73によって直流電圧信号であるC/V電圧出力75に変換されて加工装置制御部8に出力される。加工装置制御部8がC/V電圧出力75の検出信号レベルが所定の範囲内にあることを検知し、即ちレーザ発振可であると判断し、インターロック信号9が有効になっていないときに、レーザ照射指令信号10がレーザ発振器11に出力され、レーザ発振器11から出力したレーザ光6は、光ファイバ等の光伝送部15を経由して、トーチ本体100に入射する。
Next, when the operator moves the
トーチ本体100に入射したレーザ光6は、集光レンズ2によってトーチ本体100の先端から所定の距離の位置に焦点を合わせて出射される。この集光位置に被加工物20があるときに、加工装置制御部8がC/V電圧出力75の検出信号レベルが所定の範囲内になるように設定されている。これにより、レーザ光6を被加工物20に照射し、レーザ加工を行う。レーザ加工中も加工装置制御部8は常にC/V電圧出力75の検出信号レベルを監視している。
The
作業者が手元スイッチ5(又はフットスイッチ16)をオフにするか、センサプローブ4と被加工物20との距離が離れ、C/V電圧出力75の検出信号レベルが所定範囲外になったとき、加工装置制御部8はレーザ発振不可であると判断し、レーザ発振器11に対するレーザ照射指令信号10の出力を停止する。これによりレーザ発振が停止され、レーザ加工が停止する。
When the operator turns off the hand switch 5 (or the foot switch 16) or the distance between the
次に、本実施形態に係るレーザ加工装置の制御シーケンス例について説明する。 Next, a control sequence example of the laser processing apparatus according to the present embodiment will be described.
先ず、レーザ加工準備段階について説明する。先ず、作業者は、保護具着用等の安全対策を行った状態で、図4に示すように、C/V電圧出力75が所定の検出信号レベル未満であり、且つ、接触検出電圧出力76が所定の検出信号レベル未満(センサプローブ4と被加工物20とが非接触の状態)である状態において、トーチ本体100のセンサプローブ4を被加工物20に一旦接触させ、レーザ加工準備が完了したことを加工装置制御部8に検知させる(ステップ1)。加工装置制御部8は、トーチ本体100のセンサプローブ4が被加工物20に接触する迄はレーザ加工準備を行わない。これにより、センサプローブ4が何らかの形で被加工物20又はその他の物質等に接近し、C/V電圧出力75が所定の検出信号レベルの範囲内になったとしても、レーザ発振器11に対するレーザ照射指令信号10が出力されず、これにより意図しないレーザ光が出射される虞がない。
First, the laser processing preparation stage will be described. First, in a state where safety measures such as wearing protective equipment are performed, the operator has a C /
接触検出電圧出力76が所定の検出信号レベル以上になったことにより、被加工物20の存在を検知した加工装置制御部8は、レーザ安全装置の一つである発振器外部シャッター(図示せず)を開き、必要に応じてアシストガス等をトーチ(センサプローブ4)から被加工物20の加工箇所に供給したり、レーザ発振器11の励起電流を必要な出力が得られるレベルまで上昇させたりする等、レーザ加工準備を行う(ステップ2)。これによりレーザ加工準備段階が完了する。
When the contact
次に、レーザ加工プロセスについて説明する。図5(a)に示すように、作業者は、保護具着用等の安全対策を行った状態(インターロック信号9がON状態ではなく(ステップ1)、且つ、ガス確認及び保護メガネ確認がYesである状態(ステップ2))で、手元スイッチ5(又はフットスイッチ16)をオンの状態にすると共に、被加工物20に接触しているトーチ本体100のセンサプローブ4を被加工物20から離していく。このとき、図5(b)に示すように、加工装置制御部8は、C/V電圧出力75の検出信号レベルにより、被加工物20に近接した状態(レベル1)と、被加工物20から5mm以上離れた状態(レベル2)とを判断し、C/V電圧出力75の検出信号レベルがレベル1以下になったことを確認したとき(ステップ3)、レーザ照射指令信号10をレーザ発振器11に出力し(ステップ4)、レーザ光6が被加工物20に照射される(ステップ5)。
Next, the laser processing process will be described. As shown in FIG. 5 (a), the worker has taken safety measures such as wearing protective gear (the interlock signal 9 is not in the ON state (step 1), and the gas check and the protective glasses check are Yes). In this state (step 2)), the hand switch 5 (or the foot switch 16) is turned on, and the
全ての工程において、作業者の保護具着用を示す信号等の安全対策に係わる外部インターロック信号9は、加工装置制御部8によって常時監視され、外部インターロック信号9が有効になっている場合にはレーザ照射指令信号10が出力されない。また、いかなるステップにおいても、安全スイッチ17がON状態になった場合は、装置全体のシャットダウンが行われる。
In all processes, the external interlock signal 9 related to safety measures such as a signal indicating that the operator wears protective equipment is constantly monitored by the processing
手元スイッチ5(又はフットスイッチ16)がオフの状態になったとき、センサプローブ4が被加工物20から離れ、C/V電圧出力75の検出信号レベルがレベル2未満になったとき、又はセンサプローブ4が被加工物20に接近し、C/V電圧出力75の検出信号レベルがレベル1を超えたとき(ステップ6)、レーザ発振は停止される(ステップ7)。そして、レーザ発振停止状態が所定時間以上持続すれば、アシストガスの供給は停止され、発振器外部シャッター(図示せず)も閉じられる(ステップ8)。その後、再びレーザ加工を開始するためには、改めて図4に示すレーザ加工準備段階から開始する。
When the hand switch 5 (or the foot switch 16) is turned off, the
本実施形態によれば、センサプローブ4によって、レーザ加工開始前のトーチ本体100と被加工物20との接触検出及びレーザ加工中のトーチ本体100と被加工物との距離の検知を行うことができるため、トーチ本体100の構成が簡単になり、トーチ本体100の価格低減と保守性向上とが実現できる。
According to the present embodiment, the
また、先ず、トーチ本体100と被加工物20の接触の確認を行い、次にレーザ加工中のトーチ本体100と被加工物との距離が一定の範囲内にあるときにのみレーザ加工を行うため、誤作業が少なく、また、このとき、被加工物20が金属であるかどうかを確認し、被加工物20が非金属であればレーザが出射されないため、レーザ光が作業者に照射されることがなく、安全性が高いレーザ加工を実現することができる。
First, the contact between the
次に、本発明の第2実施形態について説明する。上述の第1実施形態では、被加工物検出センサが静電容量型センサであったのに対し、本実施形態においては被加工物検出センサが渦電流センサである点が異なり、それ以外は第1実施形態と同様の構造を有している。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the workpiece detection sensor is a capacitance type sensor, whereas in the present embodiment, the workpiece detection sensor is an eddy current sensor. It has the same structure as one embodiment.
本実施形態に係るレーザ加工装置は、手持ち型出射光学部の前方に被加工物検出センサとしての渦電流センサのセンサプローブが設けられている。このセンサプローブはセンサコイルを内蔵しており、このセンサコイルに高周波電流を流すことにより高周波磁界を発生させる。この磁界内に被加工物があると、電磁誘導作用によって、被加工物表面に磁束の通過が起こり、垂直方向の渦電流が流れ、センサコイルのインピーダンスが変化する。渦電流センサは、この現象による発振状態の変化により距離を測定するものであり、センサコイルと被加工物との距離が近くなるにつれ、発振の振幅は小さく、基準波形との位相ズレが大きくなる。この振幅及び位相の変化を検出するか又は発振の振幅を整流して直流電圧の変化として検出することによりセンサプローブと被加工物との間の距離を測定するものである。 In the laser processing apparatus according to this embodiment, a sensor probe of an eddy current sensor as a workpiece detection sensor is provided in front of a hand-held emission optical unit. This sensor probe includes a sensor coil, and generates a high-frequency magnetic field by flowing a high-frequency current through the sensor coil. If there is a workpiece in this magnetic field, magnetic flux passes through the surface of the workpiece due to electromagnetic induction, vertical eddy current flows, and the impedance of the sensor coil changes. The eddy current sensor measures the distance by the change of the oscillation state due to this phenomenon. As the distance between the sensor coil and the workpiece becomes closer, the oscillation amplitude becomes smaller and the phase deviation from the reference waveform becomes larger. . This change in amplitude and phase is detected, or the distance between the sensor probe and the workpiece is measured by rectifying the amplitude of oscillation and detecting it as a change in DC voltage.
本実施形態に係るレーザ加工装置において、被加工物検出センサを渦電流センサとした以外の構成、動作及び作用は上述の第1実施形態に係るレーザ加工装置と同様である。 In the laser processing apparatus according to the present embodiment, the configuration, operation, and action other than using the eddy current sensor as the workpiece detection sensor are the same as those of the laser processing apparatus according to the first embodiment described above.
本発明によれば、単一の被加工物検出センサによって、レーザ加工開始前の出射光学部と被加工物との接触検出及びレーザ加工中の被加工物との合焦点検出を行うことができるため、出射光学部の構成が簡単になり、出射光学部の価格低減と保守性向上とが実現できる。 According to the present invention, a single workpiece detection sensor can detect contact between the output optical unit and the workpiece before the start of laser machining and detect a focal point of the workpiece during laser machining. Therefore, the configuration of the emission optical unit is simplified, and the price of the emission optical unit can be reduced and the maintainability can be improved.
また、作業者が被加工物に出射光学部を接触させるまでは加工装置制御部がレーザ照射指令信号を出力せず、先ず、出射光学部と被加工物の接触の確認を行い、次にレーザ加工中の合焦点位置を検出し、レーザ加工を行うという2つの段階を有する制御シーケンスを採用することによって、誤作業が少なく、また、このとき、被加工物が金属であるかどうかを確認し、被加工物が非金属であればレーザが出射されないため、レーザ光が作業者に照射されることがなく、安全性が高いレーザ加工を実現することができる。 In addition, the processing device control unit does not output a laser irradiation command signal until the worker brings the output optical unit into contact with the workpiece. First, the contact between the output optical unit and the workpiece is confirmed, and then the laser By adopting a control sequence with two stages of detecting the in-focus position during processing and performing laser processing, there are few mistakes, and at this time, it is confirmed whether the workpiece is metal. Since the laser beam is not emitted if the workpiece is non-metallic, the operator is not irradiated with laser light, and laser processing with high safety can be realized.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において、種々の変更が可能であり、そのような変更を伴うレーザ加工装置もまた本発明の技術的範囲に包含される。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment, In the technical range grasped | ascertained from description of the claim of this invention, a various change is possible. There are also laser processing apparatuses that involve such changes, and are also included in the technical scope of the present invention.
1 ;把持筒
2 ;集光レンズ
3 ;把持筒絶縁部
4 ;センサプローブ
5 ;手元スイッチ
6 ;レーザ光
7 ;静電容量検出回路部
71;検出用発振器
72;C/V用アンプ
73;C/V変換器
74;接触検出アンプ
75;C/V電圧出力
76;接触検出電圧出力
8 ;加工装置制御部
9 ;外部インターロック信号
10 ;レーザ照射指令信号
11 ;レーザ発振器
12 ;プロセスガス供給部
13 ;ガス制御用電磁弁
14 ;空冷チラー
15 ;光伝送部
16 ;フットスイッチ
17 ;安全スイッチ
18 ;表示灯
20 ;被加工物
100 ;トーチ本体
Cx ;センサプローブ4と被加工物20との間の静電容量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Gripping
Claims (8)
Supplying power to the workpiece detection probe to detect contact between the probe and the workpiece; and supplying gas to the workpiece as needed by the control unit when the contact is detected A step of increasing the excitation current of the laser oscillator to a level at which a necessary output can be obtained by the control unit, and a laser processing preparation stage, and the workpiece detection probe and the workpiece are at a predetermined distance Detecting the position within the range and receiving a laser emission command from the controller, the laser is oscillated to start laser processing, and the workpiece detection probe and the workpiece A laser processing method comprising: a step of performing the laser processing continuously while the distance is within the predetermined distance range; and a laser processing process comprising two steps: .
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