JP2014221486A

JP2014221486A - 光路分岐ミラーユニット

Info

Publication number: JP2014221486A
Application number: JP2013101973A
Authority: JP
Inventors: 正幸赤城; Masayuki Akagi; 昌利斎藤; Masatoshi Saito
Original assignee: Amada Miyachi Co Ltd
Current assignee: Amada Weld Tech Co Ltd
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: JP6169889B2; WO2014185407A1

Abstract

【課題】レーザ光を分岐するとともに、異常動作が発生した場合にはそれを確実に検出することができ光路分岐ミラーユニットを提供すること。
【解決手段】レーザ光Ｌを分岐する分岐ミラー１２と、分岐されたレーザ光ＬＳの光路上の遮断位置と前記光路上から退避した退避位置とを移動可能に配置された安全シャッタミラー１３と、前記安全シャッタミラー１３によって反射されたレーザ光ＬＳを受けて減衰させるダンパ１４と、前記ダンパ１４によるレーザ光ＬＳの散乱光を検出するフォトセンサ１５とを有することを特徴。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光の光路を分岐する光路分岐ミラーユニットに係り、特に光路を分岐させる場合における動作異常を検知するのに好適な光路分岐ミラーユニットに関する。

従来より、レーザ溶接やレーザマーキング等のレーザ加工分野においては、多点同時加工あるいはマルチポジション加工を行うために、１台のレーザ発振器で生成したレーザ光を同時または非同時（時分割的）に複数のレーザ光に分岐させ、それらの分岐レーザ光を遠隔の加工場所まで光ファイバで伝送して所望の加工点に照射する方式が採用されている（例えば、特許文献１、図１および図６）。

そして、レーザ光を分岐させるために主として分岐ミラーからなる光路分岐ミラーユニットを設けている。分岐ミラーはレーザ光の光路上に配置されていて、分岐レーザ光を所定方向に分岐させて出力するように形成されている。また、分岐状態を変更するために、分岐ミラーを光路上の分岐位置と光路上から退避した退避位置とを移動可能に設置している。この場合、分岐の最終段の分岐ミラーは固定状態にして設置されている。

特開２００７−１９０５６０号公報

分岐ミラーを設置する場合には、脱落して誤動作することのないように強固に設置されている。

しかしながら、分岐ミラーが万一脱落したり、分岐ミラーの駆動系に故障があって誤動作することを考慮して、光路分岐ミラーユニットの異常動作を検出することが望まれていた。

本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、レーザ光を分岐するとともに、異常動作が発生した場合にはそれを確実に検出することができる光路分岐ミラーユニットを提供することを目的とする。

本発明の第１態様の光路分岐ミラーユニットは、レーザ光を分岐する分岐ミラーと、分岐されたレーザ光の光路上の遮断位置と前記光路上から退避した退避位置とを移動可能に配置された安全シャッタミラーと、前記安全シャッタミラーによって反射されたレーザ光を受けて減衰させるダンパと、前記ダンパによるレーザ光の散乱光を検出するフォトセンサとを有することを特徴とする。

この第１の態様によれば、安全シャッタミラーが遮断位置にあると、何らかの異常動作に伴ってレーザ光が安全シャッタミラーまで到達すると、レーザ光がダンパに向けて反射されてダンパによって減衰吸収されるとともにダンパから散乱光となって外部に散乱され、その散乱光がフォトセンサによって検出されて、異常動作が確実に検出される。

また、本発明の光路分岐ミラーユニットの第２の態様は、レーザ光の光路上に第１の態様の光路分岐ミラーユニットを直列に複数段配置し、最終段より前の光路分岐ミラーユニットの各分岐ミラーをレーザ光の光路上の分岐位置と前記光路上から退避した退避位置とを移動可能に配置したことを特徴とする。

この第２の態様によれば、各段の光路分岐ミラーユニットによってそれぞれレーザ光を分岐することができ、移動可能な各分岐ミラーおよび各安全シャッタミラーの異常動作を各段に設置したフォトセンサによって確実に検出することができる。

また、本発明の光路分岐ミラーユニットの第３の態様は、第２の態様において、最終段より前段の各光路分岐ミラーユニットにおける前記フォトセンサを設置しないで形成したことを特徴とする。

この第３の態様によれば、最終段に設置されたフォトセンサによって移動可能な各分岐ミラーおよび最終段の安全シャッタミラーの異常動作を確実に検出することができる。

本発明の光路分岐ミラーユニットによれば、レーザ光を分岐して分岐レーザ光を出力することができるとともに、異常動作が発生した場合にはそれを確実に検出することができるなどの優れた効果を奏する。

本発明の光路分岐ミラーユニットの一実施形態を示すブロック図安全シャッタミラーの駆動系との接続状態を示す斜視図本発明の光路分岐ミラーユニットの他の実施形態を示すブロック図

以下、本発明の光路分岐ミラーユニットの実施形態を図１から図３により説明する。

図１および図２は本発明の光路分岐ミラーユニットの１実施形態を示している。

本実施形態は、図１に示すように、レーザ光を２段（２箇所）で分岐する場合を示している。

本実施形態においてレーザ光Ｌは図１中の左から右に進行し、その進行順に第１の光路分岐ミラーユニット１と第２の光路分岐ミラーユニット２１が設置されている。

本実施形態において、第１の光路分岐ミラーユニット１は従来のユニットと同様に形成されており、第２の光路分岐ミラーユニット２１が本発明によって形成されている。

第１の光路分岐ミラーユニット１においては、レーザ光Ｌの光路上には分岐ミラー２を、レーザ光Ｌを分岐して分岐レーザ光ＬＳ１を出力する分岐位置（図１の実線位置）と前記光路上から退避した退避位置（図１の破線位置）とを移動可能に配置されている。分岐ミラー２は分岐位置においてレーザ光Ｌの光路（光軸）に対して４５度の角度に配置される。

本発明による第２の光路分岐ミラーユニット２１においては、レーザ光Ｌの光路上に分岐ミラー２２を、レーザ光Ｌを分岐して分岐レーザ光ＬＳ２を出力する分岐位置に固定状態にして配置されている。分岐ミラー２２は分岐位置においてレーザ光Ｌの光路（光軸）に対して４５度の角度に配置される。分岐レーザ光ＬＳ２の光路上には、安全シャッタミラー２３を、分岐レーザ光ＬＳ２を反射してダンパ２４に向けて出力する遮断位置（図１の実線位置）と前記分岐レーザ光ＬＳ２の光路上から退避した退避位置（図１の破線位置）とを移動可能に配置されている。安全シャッタミラー２３は遮断位置において分岐レーザ光ＬＳ２の光路（光軸）に対して４５度の角度に配置される。ダンパ２４は安全シャッタミラー２３から受光した分岐レーザ光ＬＳ２を減衰吸収するとともに一部を散乱光として反射させる。本実施形態の第２の光路分岐ミラーユニット２１においては、ダンパ２４からの散乱光を検出するピンフォトダイオードからなるフォトセンサ２５が設置されている。

図１における移動可能な分岐ミラー２および安全シャッタミラー２３は、図２の安全シャッタミラー２３の場合として示すように、駆動源としてのソレノイド２６の出力軸２６ａにボルト等の緊締具をもって緊締固着されており、遮断位置（同図実線）と退避位置（同図破線）を移動自在に形成されている。ソレノイド２６への非通電（ＯＦＦ）時に安全シャッタミラー２３は遮断位置にあり、ソレノイド２６への通電（ＯＮ）時に安全シャッタミラー２３は退避位置に移動するように形成されている。なお、安全シャッタミラー２３の駆動源として、サーボモータ等の種々のモータを用いることもできる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

第１の光路分岐ミラーユニット１による分岐を行う場合には、図示しない制御系によって分岐ミラー２を分岐位置に移動させる。第２の光路分岐ミラーユニット２１においては安全シャッタミラー２３を遮断位置に移動させておく。これによりレーザ光Ｌは分岐ミラー２によって分岐レーザ光ＬＳ１として分岐されて、次段の加工手段（図示せず、以下同じ）へ出力される。

第２の光路分岐ミラーユニット２１による分岐を行う場合には、第１の光路分岐ミラーユニット１の分岐ミラー２を退避位置に移動させる。第２の光路分岐ミラーユニット２１においては安全シャッタミラー２３を退避位置に移動させる。これによりレーザ光Ｌは第１の光路分岐ミラーユニット１を通過して第２の光路分岐ミラーユニット２１の分岐ミラー２２に到達するとともに分岐レーザ光ＬＳ２として分岐される。この分岐レーザ光ＬＳ２は退避位置にある安全シャッタミラー２３の前を通過して次段の加工手段へ出力される。

このような適正なレーザ光Ｌの分岐が行われている際に何らかの異常があるとフォトセンサ２５が検出する。

更に説明すると、第１の光路分岐ミラーユニット１による分岐を行う場合に、分岐ミラー２が万一脱落したり、分岐ミラー２のソレノイドやサーボモータ等の駆動源への緊締固着が緩んだり、分岐ミラー２の駆動系に故障があって分岐ミラー２が退避位置に移動するという誤動作が発生することが想定される。この場合には、本実施形態においては、レーザ光Ｌは分岐ミラー２を通過して、第２の光路分岐ミラーユニット２１に到達し、分岐ミラー２２によって分岐されて分岐レーザ光ＬＳ２となり、その後、遮断位置にある安全シャッタミラー２３によって反射されてダンパ２４に進行して減衰吸収される。また、分岐レーザ光ＬＳ２がダンパ２４に減衰吸収されると同時に、ダンパ２４から分岐レーザ光ＬＳ２の一部が散乱反射されてフォトセンサ２５によって検出されて、異常動作が発生したことが図示しない警報系に出力される。

この場合、ダンパ２４としてはフォトセンサ２５によって検出可能な強さの散乱光を反射できるものが好ましく、更に分岐レーザ光ＬＳ２を吸収した場合の温度上昇速度が遅いものが好ましい。また、フォトセンサ２５としては、散乱光の検出速度即ち散乱光の受光から検出閾値を越えるまでの時間の短いものが、ダンパ２４の温度上昇を抑える意味からも好ましい。

図１においては、本発明による第２の光路分岐ミラーユニット２１の前に１段の第１の光路分岐ミラーユニット１を設けているが、複数の光路分岐ミラーユニット１を直列に配置しても、いずれかの光路分岐ミラーユニット１における異常動作の発生を第２の光路分岐ミラーユニット２１によって確実に検出することができる。

次に、図３により本発明の光路分岐ミラーユニットの他の実施形態を説明する。

本実施形態は、図３に示すように、レーザ光を３段（３箇所）で分岐する場合を示している。

本実施形態においてレーザ光Ｌは図３中の左から右に進行し、その進行順に第１の光路分岐ミラーユニット１１、第２の光路分岐ミラーユニット２１および第３の光路分岐ミラーユニット３１が設置されている。

本実施形態において、第１から第３の光路分岐ミラーユニット１１、２１、３１は本発明によって形成されている。

第１から第３の光路分岐ミラーユニット１１、２１、３１は、基本的に図１に示す実施形態の第２の光路分岐ミラーユニット２１と同様に形成されており、それぞれ分岐ミラー１２、２２、３２、安全シャッタミラー１３、２３、３３、ダンパ１４、２４、３４およびフォトセンサ１５、２５、３５を備えている。

そして、第１および第２の光路分岐ミラーユニット１１、２１の各分岐ミラー１２、２２はレーザ光Ｌを分岐して分岐レーザ光ＬＳ１、ＬＳ２を出力する分岐位置（図３の実線位置）と前記光路上から退避した退避位置（図３の破線位置）とを移動可能に配置されている。また、第３の光路分岐ミラーユニット３１の分岐ミラー３２は固定状態に配置されている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

各段におけるレーザ光Ｌの分岐を行う場合には、各段の分岐ミラー１２、２２、３２と各安全シャッタミラー１３、２３、３３を次の表１の通りに移動させる。これにより各段における分岐レーザ光ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３が正常に出力される。

１例として第２の光路分岐ミラーユニット２１において分岐する場合を説明すると、分岐ミラー１２を退避位置、分岐ミラー２２を分岐位置、分岐ミラー３２は固定状態のため分岐位置のまま、安全シャッタミラー１３を遮断位置、安全シャッタミラー２３を退避位置、安全シャッタミラー３３を遮断位置にそれぞれ設定する。

次に、本実施形態における異常発生時の検出作用を説明する。

各段におけるレーザ光Ｌの分岐を選択的に行っている際に、各フォトセンサ１５、２５、３５が異常を検知した場合には、次の表２の通りの９種類の異常動作の発生に分類して検出される。なお、表２において、第１段から第３段の分岐を、それぞれ分岐１から分岐３として表記している。

各分岐選択と検出位置を説明する。

まず、第１の光路分岐ミラーユニット１１において分岐する場合を説明すると、第１のフォトセンサ１５が散乱光を検知した時には第１の安全シャッタミラー１３のトラブルを検知したこととなり、第２のフォトセンサ２５が散乱光を検知した時には第１の分岐ミラー１２および第２の分岐ミラー２２のトラブルを検知したこととなり、第３のフォトセンサ３５が散乱光を検知した時には第１の分岐ミラー１２のトラブルを検知したこととなる。

第２の光路分岐ミラーユニット２１において分岐する場合を説明すると、第１のフォトセンサ１５が散乱光を検知した時には第１の分岐ミラー１２のトラブルを検知したこととなり、第２のフォトセンサ２５が散乱光を検知した時には第２の安全シャッタミラー２３のトラブルを検知したこととなり、第３のフォトセンサ３５が散乱光を検知した時には第２の分岐ミラー２２のトラブルを検知したこととなる。

第３の光路分岐ミラーユニット３１において分岐する場合を説明すると、第１のフォトセンサ１５が散乱光を検知した時には第１の分岐ミラー１２のトラブルを検知したこととなり、第２のフォトセンサ２５が散乱光を検知した時には第２の分岐ミラー２２のトラブルを検知したこととなり、第３のフォトセンサ３５が散乱光を検知した時には第３の安全シャッタミラー３３のトラブルを検知したこととなる。

このように本実施形態によれば、各段の光路分岐ミラーユニット１１、２１、３１によってそれぞれレーザ光を分岐することができ、移動可能な各分岐ミラー分岐ミラー１２、２２と各安全シャッタミラー１３、２３、３３の異常動作を各段に設置したフォトセンサ１５、２５、３５によって確実に検出することができる。

図３においては３段の光路分岐ミラーユニット１１、２１、３１を設置したが、２段もしくは４段以上に設置してもよい。

また、図３において各段の光路分岐ミラーユニット１１、２１、３１にそれぞれフォトセンサ１５、２５、３５を設置したが、最終段以外のフォトセンサ１５、２５は必要に応じて省略してもよい。

この場合には、最終段に設置されたフォトセンサ３５によって移動可能な各分岐ミラー１２、２２および最終段の安全シャッタミラー３３の異常動作を確実に検出することができる（表２の最右側縦列参照）。なお、最終段である第３段より前の第１段および第２段については、分岐レーザ光ＬＳ１、ＬＳ２の出力の有無を検出して、各段の異常動作の有無を併せて監視すると良い。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。

１１、２１、３１光路分岐ミラーユニット
１２、２２、３２分岐ミラー
１３、２３、３３安全シャッタミラー
１４、２４、３４ダンパ
１５、２５、３５フォトセンサ

Claims

レーザ光を分岐する分岐ミラーと、
分岐されたレーザ光の光路上の遮断位置と前記光路上から退避した退避位置とを移動可能に配置された安全シャッタミラーと、
前記安全シャッタミラーによって反射されたレーザ光を受けて減衰させるダンパと、
前記ダンパによるレーザ光の散乱光を検出するフォトセンサとを有する
ことを特徴とする光路分岐ミラーユニット。
レーザ光の光路上に請求項１に記載の光路分岐ミラーユニットを直列に複数段配置し、最終段より前の光路分岐ミラーユニットの各分岐ミラーをレーザ光の光路上の分岐位置と前記光路上から退避した退避位置とを移動可能に配置した
ことを特徴とする光路分岐ミラーユニット。
最終段より前段の各光路分岐ミラーユニットにおいて、前記フォトセンサを設置しないで形成した
ことを特徴とする請求項２に記載の光路分岐ミラーユニット。