JP2020151752A - Laser processing machine and method of monitoring dirt on protection glass - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワーク材に対してレーザ切断又はレーザ溶接等のレーザ加工を行うレーザ加工機、及び保護ガラスの汚れ監視方法に関する。 The present invention relates to a laser processing machine that performs laser processing such as laser cutting or laser welding on a work material, and a method for monitoring stains on protective glass.
レーザ加工機のレーザ加工ヘッドの内部には、レーザ光を集束させる集束レンズが設けられており、集束レンズは高価である。レーザ加工中に発生するスパッタやヒュームが集束レンズに付着することを防止するため、通常、レーザ加工ヘッドにおける集束レンズの光射出側には、集束レンズを保護する保護ガラスが交換可能に設けられている。ここで、レーザ加工中に、ワーク材に向かうレーザ光、ワーク材からの反射レーザ光、又はワーク材で発生する光は、保護ガラスの汚れによって保護ガラスの内部で乱反射する。 A focusing lens for focusing the laser beam is provided inside the laser processing head of the laser processing machine, and the focusing lens is expensive. In order to prevent spatter and fume generated during laser processing from adhering to the focusing lens, a protective glass that protects the focusing lens is usually provided interchangeably on the light emitting side of the focusing lens in the laser processing head. There is. Here, during laser processing, the laser beam directed toward the work material, the reflected laser beam from the work material, or the light generated by the work material is diffusely reflected inside the protective glass due to dirt on the protective glass.
一方、保護ガラスの汚れの度合いが大きくなると、その汚れの影響によって加工不良が発生する。そのため、保護ガラスの内部で乱反射する散乱光強度（散乱光の強度）を検出し、その検出値に基づいて、保護ガラスの交換が必要であるか否か判定している（特許文献１参照）。そして、保護ガラスの交換が必要であると判定された場合には、その判定結果を報知している。 On the other hand, when the degree of dirt on the protective glass becomes large, processing defects occur due to the influence of the dirt. Therefore, the intensity of scattered light (intensity of scattered light) diffusely reflected inside the protective glass is detected, and based on the detected value, it is determined whether or not the protective glass needs to be replaced (see Patent Document 1). .. Then, when it is determined that the protective glass needs to be replaced, the determination result is notified.
ところで、ワーク材の材質によってレーザ光の反射率が異なり、保護ガラスの汚れの度合いが同じであっても、ワーク材の材質が異なると、保護ガラスの内部で乱反射する散乱光強度も異なる。そのため、ワーク材がレーザ光の反射率の高い材質からなる場合には、保護ガラスの汚れの度合いが小さく、良好加工を継続できる状態にも拘わらず、散乱光強度が大きくなって、保護ガラスの交換が必要であると判定されることがある。反対に、ワーク材がレーザ光の反射率の低い材質からなる場合には、保護ガラスの汚れの度合いが大きく、加工不良が発生しているにも拘わらず、散乱光強度が小さく、保護ガラスの交換が必要でないと判定されることがある。つまり、保護ガラスの汚れによる加工不良を十分に防止しつつ、保護ガラスの不必要な交換をなくすことが困難であるという問題があった。 By the way, the reflectance of the laser beam differs depending on the material of the work material, and even if the degree of contamination of the protective glass is the same, if the material of the work material is different, the intensity of scattered light diffusely reflected inside the protective glass also differs. Therefore, when the work material is made of a material having a high reflectance of laser light, the degree of contamination of the protective glass is small, and the scattered light intensity is high even though good processing can be continued, so that the protective glass has a high degree of contamination. It may be determined that a replacement is necessary. On the contrary, when the work material is made of a material having a low reflectance of laser light, the degree of contamination of the protective glass is large, and the scattered light intensity is low despite the occurrence of processing defects. It may be determined that replacement is not necessary. That is, there is a problem that it is difficult to eliminate unnecessary replacement of the protective glass while sufficiently preventing processing defects due to dirt on the protective glass.
そこで、本発明は、前述の問題を解決するため、ワーク材の材質に応じて適切なタイミングで保護ガラスを交換できる、新規な構成のレーザ加工機、及び保護ガラスの汚れ監視方法を提供することを目的する。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a laser processing machine having a new configuration and a method for monitoring stains on the protective glass, which can replace the protective glass at an appropriate timing according to the material of the work material. Aim.
本発明の第１実施態様に係るレーザ加工機では、レーザ加工ヘッドは、集束レンズの光射出側に保護ガラスと、レーザ加工中に前記保護ガラスの内部で乱反射する散乱光強度（散乱光の強度）を検出する光検出器と、を備えている。また、監視コントローラは、ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の１つ以上の交換閾値を登録する閾値登録部と、登録された前記交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択する閾値選択部と、前記光検出器の検出値（検出された散乱光強度）と選択された前記交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する交換判定部と、を備えている。 In the laser processing machine according to the first embodiment of the present invention, the laser processing head has a protective glass on the light emitting side of the focusing lens and scattered light intensity (intensity of scattered light) diffusely reflected inside the protective glass during laser processing. ) Is provided with an optical detector. Further, the monitoring controller responds to the material of the work material from the threshold value registration unit for registering one or more replacement thresholds for determining the necessity of replacement of the protective glass due to the work material and the registered replacement threshold value. An exchange that determines whether or not the protective glass needs to be exchanged by comparing the threshold selection unit that selects the exchange threshold value with the detected value (detected scattered light intensity) of the optical detector and the selected exchange threshold value. It is equipped with a determination unit.
本発明の第１実施態様に係るレーザ加工機は、前記保護ガラスの交換が必要であると判定された場合に、その判定結果を報知する報知部を備えてもよい。また、本発明の第１実施態様に係るレーザ加工機は、前記保護ガラスの交換が必要であると判定された場合に、レーザ発振器のビーム（レーザ光）を停止する発振器制御部を備えてもよい。 The laser processing machine according to the first embodiment of the present invention may include a notification unit that notifies the determination result when it is determined that the protective glass needs to be replaced. Further, the laser processing machine according to the first embodiment of the present invention may include an oscillator control unit that stops the beam (laser beam) of the laser oscillator when it is determined that the protective glass needs to be replaced. Good.
本発明の第１実施態様によると、前記閾値選択部は、ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の１つ以上の前記交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択する。そして、前記交換判定部は、前記光検出器の検出値と選択された前記交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する。これにより、ワーク材の材質に応じて適切なタイミングで前記保護ガラスを交換することができる。 According to the first embodiment of the present invention, the threshold value selection unit has a replacement threshold value according to the material of the work material from among one or more of the replacement threshold values for determining whether or not the protective glass needs to be replaced due to the work material. Select. Then, the exchange determination unit compares the detection value of the photodetector with the selected exchange threshold value, and determines whether or not the protective glass needs to be exchanged. As a result, the protective glass can be replaced at an appropriate timing according to the material of the work material.
本発明の第２実施態様に係る保護ガラスの汚れ監視方法は、レーザ加工中に、レーザ加工ヘッドの集束レンズの光射出側の保護ガラスにおける内部での散乱光強度（散乱光の強度）を検出し、ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の１つ以上の交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択し、検出された散乱光強度と選択された交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する。 The method for monitoring the stain on the protective glass according to the second embodiment of the present invention detects the intensity of scattered light (intensity of scattered light) inside the protective glass on the light emitting side of the focusing lens of the laser processing head during laser processing. Then, from one or more replacement thresholds for determining whether or not the protective glass needs to be replaced due to the work material, a replacement threshold corresponding to the material of the work material is selected, and the detected scattered light intensity and the selected replacement are selected. The necessity of replacement of the protective glass is determined by comparing with the threshold value.
本発明の第２実施態様によると、前述のように、ワーク材の起因する前記保護ガラスの交換要否判定の１つ以上の前記交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択する。そして、検出された散乱光強度と選択された前記交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する。これにより、ワーク材の材質に応じて適切なタイミングで前記保護ガラスを交換することができる。 According to the second embodiment of the present invention, as described above, the replacement threshold value according to the material of the work material is set from one or more of the replacement threshold values for determining whether or not the protective glass needs to be replaced due to the work material. select. Then, the detected scattered light intensity is compared with the selected exchange threshold value to determine whether or not the protective glass needs to be exchanged. As a result, the protective glass can be replaced at an appropriate timing according to the material of the work material.
本発明によれば、前記保護ガラスの汚れによる加工不良を十分に防止しつつ、前記保護ガラスの不必要な交換をなくすことができる。 According to the present invention, it is possible to sufficiently prevent processing defects due to stains on the protective glass and eliminate unnecessary replacement of the protective glass.
本発明の実施形態ついて図１から図５を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
なお、本願の明細書又は特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。「Ｘ軸方向」とは、水平方向の１つである左右方向のことをいい、「Ｙ軸方向」とは、Ｘ軸方向に直交する水平方向の１つである前後方向のことをいい、「Ｚ軸方向」とは、上下方向（鉛直方向）のことをいう。「及び／又は」とは、２つのうちのいずれか一方と両方を含む意である。図面中、「ＦＦ」は前方向、「ＦＲ」は後方向、「Ｌ」は左方向、「Ｒ」は右方向、「Ｕ」は上方向、「Ｄ」は下方向をそれぞれ指している。 In the specification of the present application or the scope of claims, "provided" means that it is provided indirectly through another member in addition to being provided directly. The "X-axis direction" refers to the left-right direction, which is one of the horizontal directions, and the "Y-axis direction" refers to the front-back direction, which is one of the horizontal directions orthogonal to the X-axis direction. The "Z-axis direction" means the vertical direction (vertical direction). “And / or” means to include either one or both of the two. In the drawing, "FF" indicates the forward direction, "FR" indicates the backward direction, "L" indicates the left direction, "R" indicates the right direction, "U" indicates the upward direction, and "D" indicates the downward direction.
図１に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０は、板状のワーク材（金属ワーク材）Ｗに対してレーザ光を用いて切断やマーキング等を行う加工機である。そして、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０の具体的な構成は、以下の通りである。 As shown in FIG. 1, the laser processing machine 10 according to the embodiment of the present invention is a processing machine that cuts or marks a plate-shaped work material (metal work material) W by using a laser beam. The specific configuration of the laser processing machine 10 according to the embodiment of the present invention is as follows.
レーザ加工機１０は、Ｘ軸方向に延びたベッド１２を備えている。ベッド１２には、ワーク材Ｗを支持するＸ軸方向に延びた加工テーブル１４が設けられている。加工テーブル１４は、Ｘ軸方向に間隔を置いて配置された複数の支持板（スキッド板）１６を有している。各支持板１６は、Ｙ軸方向に延びており、各支持板１６の上部には、ワーク材Ｗを点接触で支持するための複数の山型の突起１６ａがＹ軸方向に間隔を置いて形成されている。 The laser processing machine 10 includes a bed 12 extending in the X-axis direction. The bed 12 is provided with a processing table 14 extending in the X-axis direction to support the work material W. The processing table 14 has a plurality of support plates (skid plates) 16 arranged at intervals in the X-axis direction. Each support plate 16 extends in the Y-axis direction, and a plurality of chevron-shaped protrusions 16a for supporting the work material W by point contact are spaced on the upper portion of each support plate 16 in the Y-axis direction. It is formed.
ベッド１２には、加工テーブル１４を跨ぐようにＹ軸方向に延びた門型の可動フレーム１８がＸ軸方向へ移動可能に設けられている。可動フレーム１８は、ベッド１２の適宜位置に設けられたＸ軸モータ２０の駆動によりＸ軸方向へ移動する。また、可動フレーム１８の水平部１８ａには、キャリッジ２２がＹ軸方向へ移動可能に設けられている。キャリッジ２２は、可動フレーム１８の適宜位置に設けられたＹ軸モータ２４の駆動によりＹ軸方向へ移動する。 The bed 12 is provided with a gate-shaped movable frame 18 extending in the Y-axis direction so as to straddle the processing table 14 so as to be movable in the X-axis direction. The movable frame 18 moves in the X-axis direction by driving an X-axis motor 20 provided at an appropriate position on the bed 12. Further, a carriage 22 is provided on the horizontal portion 18a of the movable frame 18 so as to be movable in the Y-axis direction. The carriage 22 moves in the Y-axis direction by driving a Y-axis motor 24 provided at an appropriate position on the movable frame 18.
ワーク材Ｗに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射する筒状のレーザ加工ヘッド２８は、キャリッジ２２にＺ軸方向へ移動可能に設けられている。レーザ加工ヘッド２８は、その先端側に、ノズル３０を有している。レーザ加工ヘッド２８は、キャリッジ２２の適宜位置に設けられたＺ軸モータ３２の駆動によりＺ軸方向へ移動する。 A tubular laser processing head 28 that irradiates a laser beam while injecting an assist gas toward the work material W is provided on the carriage 22 so as to be movable in the Z-axis direction. The laser processing head 28 has a nozzle 30 on the tip side thereof. The laser processing head 28 moves in the Z-axis direction by driving a Z-axis motor 32 provided at an appropriate position on the carriage 22.
レーザ光を出力（発振）するレーザ発振器は例えばファイバレーザ発振器２６であり、ファイバレーザ発振器２６はプロセスファイバ３４を介してレーザ加工ヘッド２８と接続されている。なお、レーザ発振器としてファイバレーザ発振器２６の代わりに、ＣＯ2レーザ発振器、ＹＡＧレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、又はダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）等を用いてもよい。 The laser oscillator that outputs (oscillates) the laser beam is, for example, a fiber laser oscillator 26, and the fiber laser oscillator 26 is connected to the laser processing head 28 via a process fiber 34. As the laser oscillator, a CO 2 laser oscillator, a YAG laser oscillator, a disk laser oscillator, a direct diode laser oscillator (DDL oscillator), or the like may be used instead of the fiber laser oscillator 26.
図１及び図２（ａ）（ｂ）に示すように、レーザ加工ヘッド２８の内部には、プロセスファイバ３４の射出端から出射されレーザ光をコリメートするコリメートレンズ３６が設けられている。また、レーザ加工ヘッド２８の内部におけるコリメートレンズ３６の光射出側（下側）には、レーザ光をワーク材Ｗに向かって集束させる集束レンズ３８が設けられている。更に、レーザ加工ヘッド２８における集束レンズ３８の光射出側には、集束レンズ３８をスパッタやヒュームから保護する保護ガラス４８と、保護ガラス４８の内部で乱反射する散乱光強度（受光量）を検出する光検出器５０がそれぞれ設けられている。保護ガラス４８は、ガラスホルダ４６に着脱可能に収納されている。ガラスホルダ４６は、レーザ加工ヘッド２８に着脱可能（引き出し可能）に設けられている。なお、レーザ加工ヘッド２８の内部におけるノズル３０側は、酸素、窒素等のアシストガスを供給するアシストガス供給源（図示省略）に配管（図示省略）を介して接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b), a collimating lens 36 is provided inside the laser processing head 28 to collimate the laser beam emitted from the injection end of the process fiber 34. Further, on the light emitting side (lower side) of the collimating lens 36 inside the laser processing head 28, a focusing lens 38 for focusing the laser light toward the work material W is provided. Further, on the light emitting side of the focusing lens 38 in the laser processing head 28, a protective glass 48 that protects the focusing lens 38 from spatter and fume and a scattered light intensity (light receiving amount) diffusely reflected inside the protective glass 48 are detected. Each photodetector 50 is provided. The protective glass 48 is detachably housed in the glass holder 46. The glass holder 46 is detachably provided (pullable) on the laser processing head 28. The nozzle 30 side inside the laser processing head 28 is connected to an assist gas supply source (not shown) for supplying assist gas such as oxygen and nitrogen via a pipe (not shown).
図３に示すように、レーザ加工機１０は、加工プログラム等に基づいて、Ｘ軸モータ２０、Ｙ軸モータ２４、Ｚ軸モータ３２、及びファイバレーザ発振器２６等を制御（駆動）するＮＣ（numerical control）装置４０を備えている。ＮＣ装置４０は、１つ又は複数のコンピュータによって構成されており、加工プログラム等を記憶するメモリと、加工プログラム等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とを有している。ＮＣ装置４０のメモリは、ワーク材Ｗの材質と板厚（厚み）、アシストガスの種類、加工速度等からなる加工条件を複数登録する加工条件登録部４２としての機能を有している。ＮＣ装置４０のＣＰＵは、登録された複数の加工条件の中から、いずれかの加工条件を選択する加工条件選択部４４としての機能を有している。 As shown in FIG. 3, the laser processing machine 10 controls (drives) the X-axis motor 20, the Y-axis motor 24, the Z-axis motor 32, the fiber laser oscillator 26, and the like based on a processing program or the like, and NC (numerical). control) The device 40 is provided. The NC device 40 is composed of one or a plurality of computers, and has a memory for storing a machining program and the like and a CPU (Central Processing Unit) for executing the machining program and the like. The memory of the NC device 40 has a function as a machining condition registration unit 42 for registering a plurality of machining conditions including the material and plate thickness (thickness) of the work material W, the type of assist gas, the machining speed, and the like. The CPU of the NC device 40 has a function as a machining condition selection unit 44 that selects one of the plurality of registered machining conditions.
前述の構成により、ワーク材Ｗを加工テーブル１４に支持させた状態で、ＮＣ装置４０は、Ｘ軸モータ２０及びＹ軸モータ２４を駆動してレーザ加工ヘッド２８をワーク材Ｗに対してＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に位置決めする。そして、ＮＣ装置４０は、レーザ加工ヘッド２８の位置決めを行いつつ、ファイバレーザ発振器２６等を駆動してレーザ加工ヘッド２８からワーク材Ｗに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射する。これにより、ワーク材Ｗに対してレーザ加工としてのレーザ切断を行うことができる。 With the above-described configuration, the NC device 40 drives the X-axis motor 20 and the Y-axis motor 24 to move the laser processing head 28 with respect to the work material W in a state where the work material W is supported by the processing table 14. Position in the direction and / or in the Y-axis direction. Then, the NC device 40 irradiates the laser beam while positioning the laser processing head 28 and driving the fiber laser oscillator 26 or the like to inject an assist gas from the laser processing head 28 toward the work material W. As a result, laser cutting as laser processing can be performed on the work material W.
続いて、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０の特徴部分について説明する。 Subsequently, the characteristic portion of the laser processing machine 10 according to the embodiment of the present invention will be described.
ガラスホルダ４６に備えた光検出器５０は、フォトダイオードからなり、散乱光強度に応じた電気信号（電圧信号又は電流信号）を出力する。また、光検出器５０の先端部は、ガラスホルダ４６に形成された挿入孔に挿入した状態で、保護ガラス４８の外周面に近接する。なお、保護ガラス４８内部での散乱光は、ワーク材Ｗに向かうレーザ光、ワーク材Ｗからの反射レーザ光、又はワーク材Ｗで発生して集束レンズ３８に向かう光が、保護ガラス４８表面に付着した汚れによって乱反射して生じる光である。 The photodetector 50 provided in the glass holder 46 is composed of a photodiode and outputs an electric signal (voltage signal or current signal) according to the scattered light intensity. Further, the tip of the photodetector 50 is close to the outer peripheral surface of the protective glass 48 in a state of being inserted into the insertion hole formed in the glass holder 46. As for the scattered light inside the protective glass 48, the laser light directed to the work material W, the reflected laser light from the work material W, or the light generated by the work material W and directed to the focusing lens 38 is directed to the surface of the protective glass 48. Light that is diffusely reflected by the attached dirt.
図３に示すように、レーザ加工機１０は、レーザ加工中に保護ガラス４８の汚れを監視するため監視コントローラ５２を備えており、監視コントローラ５２は、ＮＣ装置４０に接続されている。監視コントローラ５２は、コンピュータによって構成されており、監視プログラム等を記憶するメモリと、監視プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とを有している。また、監視コントローラ５２には、光検出器５０がＩＦ（Interface）回路５４及びＡＤ（Analog-to-Digital）コンバータ５６を介して接続されている。ＩＦ回路５４は、光検出器５０から出力された電気信号を増幅して、ノイズをカットする。監視コントローラ５２には、光検出器５０の検出値（検出カウント値）や報知情報等を表示するディスプレイ５８が接続されている。 As shown in FIG. 3, the laser processing machine 10 includes a monitoring controller 52 for monitoring the dirt on the protective glass 48 during laser processing, and the monitoring controller 52 is connected to the NC device 40. The monitoring controller 52 is composed of a computer, and has a memory for storing a monitoring program and the like, and a CPU (Central Processing Unit) for executing the monitoring program. Further, a photodetector 50 is connected to the monitoring controller 52 via an IF (Interface) circuit 54 and an AD (Analog-to-Digital) converter 56. The IF circuit 54 amplifies the electric signal output from the photodetector 50 to cut noise. A display 58 that displays the detection value (detection count value) of the photodetector 50, notification information, and the like is connected to the monitoring controller 52.
監視コントローラ５２のメモリは、閾値登録部６０として機能を有しており、監視コントローラ５２のＣＰＵは、閾値選択部６２としての機能及び交換判定部６４としての機能を有している。また、ディスプレイ５８は、報知部６６としての機能を有しており、ＮＣ装置４０のＣＰＵは、発振器制御部６８としての機能を有している。そして、閾値登録部６０、閾値選択部６２、交換判定部６４、報知部６６、及び発振器制御部６８の具体的な内容は、後述の通りである。 The memory of the monitoring controller 52 has a function as a threshold value registration unit 60, and the CPU of the monitoring controller 52 has a function as a threshold value selection unit 62 and a function as an exchange determination unit 64. Further, the display 58 has a function as a notification unit 66, and the CPU of the NC device 40 has a function as an oscillator control unit 68. The specific contents of the threshold value registration unit 60, the threshold value selection unit 62, the exchange determination unit 64, the notification unit 66, and the oscillator control unit 68 will be described later.
図３及び図４に示すように、閾値登録部６０は、保護ガラス４８の交換要否を判定するための複数の交換閾値（交換閾値カウント値）とワーク材Ｗの材質を対応付けた閾値テーブルを登録する。交換要否判定の複数の交換閾値は、ワーク材Ｗの材質に起因するワーク材Ｗのレーザ光の反射率に応じて設定されており、交換閾値は、ワーク材Ｗのレーザ光の反射率が低くなる程感度を鋭くするように小さく設定されている。なお、閾値登録部６０が交換閾値をワーク材Ｗの材質毎に複数登録するだけでなく、同じ材質であってもワーク材の厚みに応じて複数登録してもよい。この場合、厚板の方が薄板と比較してカッティングフロントが長く、レーザ光の反射光量が多い分だけ、散乱光強度が高くなるので、厚板の交換閾値を薄板の交換閾値よりも高く設定することになる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the threshold value registration unit 60 is a threshold value table in which a plurality of exchange threshold values (exchange threshold count values) for determining whether or not the protective glass 48 needs to be exchanged are associated with the material of the work material W. To register. A plurality of exchange threshold values for determining the necessity of exchange are set according to the reflectance of the laser beam of the work material W due to the material of the work material W, and the exchange threshold value is the reflectance of the laser light of the work material W. The lower the value, the sharper the sensitivity. The threshold value registration unit 60 may not only register a plurality of exchange threshold values for each material of the work material W, but may also register a plurality of exchange threshold values according to the thickness of the work material even if they are the same material. In this case, the thick plate has a longer cutting front than the thin plate, and the scattered light intensity increases as the amount of reflected light of the laser light increases. Therefore, the replacement threshold of the thick plate is set higher than the replacement threshold of the thin plate. Will be done.
図４に示すように、鉄鋼の交換閾値が５０であるのに対し、ステンレス鋼の交換閾値は９０、アルミニウムの交換閾値は１４０と設定した。つまり、アルミニウムは鉄鋼と比較してレーザ光の反射率が高いので、アルミニウム切断用の交換閾値を用いれば、本来交換不要を交換要と誤判断したケースを無くすことができるということである。 As shown in FIG. 4, the replacement threshold value of steel is 50, whereas the replacement threshold value of stainless steel is 90 and the replacement threshold value of aluminum is 140. That is, since aluminum has a higher reflectance of laser light than steel, it is possible to eliminate the case where it is erroneously determined that replacement is not necessary by using the replacement threshold value for cutting aluminum.
続いて、図５等を参照しつつ、本発明の実施形態に係る保護ガラスの汚れ監視方法を含めて、本発明の実施形態の作用について説明する。本発明の実施形態に係る保護ガラスの汚れ監視方法は、閾値選択ステップと、検出ステップと、交換判定ステップと、報知ステップと、ビーム停止ステップとを備えている。 Subsequently, the operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 and the like, including the method of monitoring the stain on the protective glass according to the embodiment of the present invention. The method for monitoring the contamination of the protective glass according to the embodiment of the present invention includes a threshold value selection step, a detection step, a replacement determination step, a notification step, and a beam stop step.
加工プログラムの指令に応じて、閾値選択部６２は、登録された複数の交換閾値の中から、ワーク材Ｗの材質に応じた交換閾値を選択し（ステップＳ１０３、閾値選択ステップ）、ファイバレーザ発振器２６等を駆動させてワーク材Ｗのレーザ加工を開始する（ステップＳ１０２）。光検出器５０は、レーザ加工中に、保護ガラス４８の表面の汚れによる保護ガラス４８の内部での散乱光強度（散乱光の強度）を検出する（ステップＳ１０３、検出ステップ）。 In response to the command of the machining program, the threshold selection unit 62 selects an exchange threshold according to the material of the work material W from the plurality of registered exchange thresholds (step S103, threshold selection step), and the fiber laser oscillator. Laser processing of the work material W is started by driving 26 and the like (step S102). The photodetector 50 detects the scattered light intensity (scattered light intensity) inside the protective glass 48 due to dirt on the surface of the protective glass 48 during laser processing (step S103, detection step).
その後、交換判定部６４は、光検出器５０の検出値（検出カウント値）が選択された交換閾値を越えているか否か判定する（ステップＳ１０４、交換判定ステップ）。換言すれば、交換判定部６４は、光検出器５０の検出値と選択された交換閾値とを比較して、保護ガラス４８の交換要否を判定する。そして、光検出器５０の検出値が選択された交換閾値以下の場合（ステップＳ１０４のＮｏの場合）には、交換判定部６４は、保護ガラス４８の交換が必要でないと判定する（ステップＳ１０５）。併せて、報知部６６は、「正常」のメッセージ表示してもよい。 After that, the exchange determination unit 64 determines whether or not the detection value (detection count value) of the photodetector 50 exceeds the selected exchange threshold value (step S104, exchange determination step). In other words, the replacement determination unit 64 compares the detection value of the photodetector 50 with the selected replacement threshold value to determine whether or not the protective glass 48 needs to be replaced. Then, when the detection value of the photodetector 50 is equal to or less than the selected exchange threshold value (No in step S104), the exchange determination unit 64 determines that the protective glass 48 does not need to be exchanged (step S105). .. At the same time, the notification unit 66 may display a "normal" message.
一方、光検出器５０の検出値が選択された交換閾値を越えている場合（ステップＳ１０４のＹｅｓの場合）には、交換判定部６４は、保護ガラス４８の交換が必要であると判定する（ステップＳ１０６）。併せて、報知部６６は、その判定結果として「交換必要」のメッセージ表示する（ステップＳ１０７、報知ステップ）。また、発振器制御部６８は、ファイバレーザ発振器２６のビームを停止する（ステップＳ１０８、ビーム停止ステップ）。なお、「交換必要」のメッセージ表示の代わりに、ランプ（図示省略）の点灯表示若しくは点滅表示、又は音声発生器（図示省略）の音声によって判定結果を報知してもよい。 On the other hand, when the detection value of the photodetector 50 exceeds the selected exchange threshold value (Yes in step S104), the exchange determination unit 64 determines that the protective glass 48 needs to be exchanged (in the case of Yes). Step S106). At the same time, the notification unit 66 displays a message "replacement required" as the determination result (step S107, notification step). Further, the oscillator control unit 68 stops the beam of the fiber laser oscillator 26 (step S108, beam stop step). Instead of displaying the message "replacement required", the determination result may be notified by the lighting display or blinking display of the lamp (not shown) or the voice of the voice generator (not shown).
保護ガラス４８の交換が必要でないと判定された場合に、監視コントローラ５２又はＮＣ装置４０は、ワーク材Ｗのレーザ加工が終了したか否か判断する（ステップＳ１０９）。そして、ワーク材Ｗのレーザ加工が終了した場合（ステップＳ１０９のＹｅｓの場合）には、監視コントローラ５２及びＮＣ装置４０による一連の処理を終了する。監視コントローラ５２又はＮＣ装置４０は、ワーク材Ｗのレーザ加工が終了していない場合（ステップＳ１０９のＮｏの場合）には、監視コントローラ５２又はＮＣ装置４０は、ステップＳ１０３に処理を戻す。 When it is determined that the protective glass 48 does not need to be replaced, the monitoring controller 52 or the NC device 40 determines whether or not the laser processing of the work material W is completed (step S109). Then, when the laser processing of the work material W is completed (in the case of Yes in step S109), a series of processes by the monitoring controller 52 and the NC device 40 are completed. When the monitoring controller 52 or the NC device 40 has not completed the laser processing of the work material W (No in step S109), the monitoring controller 52 or the NC device 40 returns the processing to step S103.
前述のように、閾値選択部６２は、ワーク材Ｗの材質に起因するワーク材Ｗのレーザ光の反射率に応じて設定された複数の交換閾値の中から、ワーク材Ｗの材質に応じた交換閾値を選択する。そして、交換判定部６４は、光検出器５０の検出値と選択された交換閾値とを比較して、保護ガラス４８の交換要否を判定する。これにより、ワーク材Ｗの材質に応じて適切なタイミングで保護ガラス４８を交換することができる。 As described above, the threshold value selection unit 62 corresponds to the material of the work material W from among a plurality of exchange threshold values set according to the reflectance of the laser beam of the work material W due to the material of the work material W. Select an exchange threshold. Then, the exchange determination unit 64 compares the detected value of the photodetector 50 with the selected exchange threshold value, and determines whether or not the protective glass 48 needs to be exchanged. As a result, the protective glass 48 can be replaced at an appropriate timing according to the material of the work material W.
従って、本発明の実施形態によれば、保護ガラス４８の汚れの度合いが小さく、良好加工を継続できる状態にも拘わらず、保護ガラス４８の交換が必要であると判定されることがない。また、保護ガラス４８の汚れの度合いが大きく、加工不良が発生しているにも拘わらず、保護ガラス４８の交換が必要でないと判定されることがない。つまり、本発明の実施形態によれば、保護ガラス４８の汚れによる加工不良を十分に防止しつつ、保護ガラス４８の不必要な交換をなくすことができる。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is not determined that the protective glass 48 needs to be replaced even though the degree of contamination of the protective glass 48 is small and good processing can be continued. Further, it is not determined that the protective glass 48 does not need to be replaced even though the degree of contamination of the protective glass 48 is large and processing defects have occurred. That is, according to the embodiment of the present invention, it is possible to sufficiently prevent processing defects due to dirt on the protective glass 48 and eliminate unnecessary replacement of the protective glass 48.
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば、レーザ切断を行うレーザ加工機１０に適用した技術的思想を、レーザ溶接を行うレーザ加工機（図示省略）に適用する等、その他、種々の態様で実施可能である。そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。 The present invention is not limited to the above description of the embodiment, and for example, the technical idea applied to the laser processing machine 10 for laser cutting is applied to a laser processing machine (not shown) for laser welding. Etc., and other various aspects can be implemented. The scope of rights included in the present invention is not limited to the above-described embodiment.
本発明の実施例について図６及び図７（ａ）（ｂ）を参照して説明する。 Examples of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7 (a) and 7 (b).
図６に示すように、板厚６ｍｍの異なる材質（鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム）からなるワーク材について加工試験を行った。そして、加工試験の結果として、ワーク材の材質毎に、加工不良に至るまでの加工回数と保護ガラスの内部での散乱光強度（散乱光の強度）との関係をまとめた。なお、図６中における散乱光強度は、検出カウント値であり、図６中における「×」は、加工不良の発生を表している。 As shown in FIG. 6, a processing test was performed on a work material made of different materials (steel, stainless steel, aluminum) having a plate thickness of 6 mm. Then, as a result of the processing test, the relationship between the number of processings leading to processing defects and the scattered light intensity (scattered light intensity) inside the protective glass was summarized for each material of the work material. The scattered light intensity in FIG. 6 is a detection count value, and “x” in FIG. 6 indicates the occurrence of processing defects.
即ち、鉄鋼のワーク材の場合には、加工回数が１２０回に達すると、散乱光強度が５８になり、加工不良が発生した。ステンレス鋼のワーク材の場合には、加工回数が１１０回に達すると、散乱光強度が９７になり、加工不良が発生した。アルミニウムのワーク材の場合には、加工回数が３００回に達すると、散乱光強度が１４５になり、加工不良が発生した。つまり、アルミニウムのワーク材の場合は、鉄鋼のワーク材及びステンレス鋼のワーク材の場合に比べて、加工不良の発生時における散乱光強度が高くなっている。これは、アルミニウム系の材質のワーク材は、鉄系の材質のワーク材に比べて、レーザ光の反射率が高いことによるものと考えられる。 That is, in the case of a steel work material, when the number of times of processing reaches 120 times, the scattered light intensity becomes 58, and processing defects occur. In the case of a stainless steel workpiece, when the number of times of processing reached 110, the scattered light intensity became 97, and processing defects occurred. In the case of an aluminum work material, when the number of times of processing reached 300, the scattered light intensity became 145, and processing defects occurred. That is, in the case of the aluminum work material, the scattered light intensity at the time of occurrence of processing defects is higher than in the case of the steel work material and the stainless steel work material. It is considered that this is because the work material made of aluminum-based material has a higher reflectance of laser light than the work material made of iron-based material.
加工試験の結果として、ステンレス鋼のワーク材の場合及びアルミニウムのワーク材の場合について、加工不良の発生時における保護ガラスの汚れの度合いを比較すると、図７（ａ）（ｂ）に示すようになる。 As a result of the processing test, the degree of contamination of the protective glass at the time of occurrence of processing defects is compared between the case of the stainless steel work material and the case of the aluminum work material, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). Become.
即ち、アルミニウムのワーク材の場合は、ステンレス鋼のワーク材の場合に比べて、加工不良の発生時における保護ガラスの汚れの度合いが小さいことが視覚的に確認できた。これも、アルミニウム系の材質のワーク材は、鉄系の材質のワーク材に比べて、レーザ光の反射率が高いことによるものと考えられる。 That is, it was visually confirmed that in the case of the aluminum work material, the degree of contamination of the protective glass at the time of occurrence of processing defects was smaller than in the case of the stainless steel work material. It is also considered that this is because the work material made of aluminum-based material has a higher reflectance of laser light than the work material made of iron-based material.
１０ レーザ加工機
１２ ベッド
１４ 加工テーブル
１６ 支持板
１６ａ 突起
１８ 可動フレーム
１８ａ 水平部
２０ Ｘ軸モータ
２２ キャリッジ
２４ Ｙ軸モータ
２６ ファイバレーザ発振器（レーザ発振器）
２８ レーザ加工ヘッド
３０ ノズル
３２ Ｚ軸モータ
３４ プロセスファイバ
３６ コリメートレンズ
３８ 集束レンズ
４０ ＮＣ装置
４２ 加工条件登録部
４４ 加工条件選択部
４６ ガラスホルダ
４８ 保護ガラス
５０ 光検出器
５２ 監視コントローラ
５４ ＩＦ回路
５６ ＡＤコンバータ
５８ ディスプレイ
６０ 閾値登録部
６２ 閾値選択部
６４ 交換判定部
６６ 報知部
６８ 発振器制御部
10 Laser processing machine 12 Bed 14 Processing table 16 Support plate 16a Protrusion 18 Movable frame 18a Horizontal part 20 X-axis motor 22 Carriage 24 Y-axis motor 26 Fiber laser oscillator (laser oscillator)
28 Laser processing head 30 Nozzle 32 Z-axis motor 34 Process fiber 36 Collimating lens 38 Condensing lens 40 NC device 42 Processing condition registration unit 44 Processing condition selection unit 46 Glass holder 48 Protective glass 50 Photodetector 52 Monitoring controller 54 IF circuit 56 AD Converter 58 Display 60 Threshold registration unit 62 Threshold selection unit 64 Exchange judgment unit 66 Notification unit 68 Oscillator control unit
Claims (4)
レーザ加工中に前記保護ガラスの内部で乱反射する散乱光強度を検出する光検出器と、を備え、
監視コントローラは、ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の１つ以上の交換閾値を登録する閾値登録部と、
登録された前記交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択する閾値選択部と、
前記光検出器の検出値と選択された前記交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する交換判定部と、を備えたことを特徴とするレーザ加工機。 The laser processing head has a protective glass on the light emitting side of the focusing lens,
A photodetector that detects the intensity of scattered light diffusely reflected inside the protective glass during laser processing is provided.
The monitoring controller includes a threshold value registration unit that registers one or more replacement threshold values for determining whether or not the protective glass needs to be replaced due to the work material.
A threshold selection unit that selects an exchange threshold according to the material of the work material from the registered exchange thresholds.
A laser processing machine including a replacement determination unit that compares the detection value of the photodetector with the selected replacement threshold value to determine whether or not the protective glass needs to be replaced.
ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の１つ以上の交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択し、
検出された散乱光強度と選択された交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定することを特徴とする保護ガラスの汚れ監視方法。 During laser processing, the intensity of scattered light inside the protective glass on the light emitting side of the focusing lens of the laser processing head is detected.
A replacement threshold value according to the material of the work material is selected from one or more replacement threshold values for determining whether or not the protective glass needs to be replaced due to the work material.
A method for monitoring stains on a protective glass, which comprises comparing the detected scattered light intensity with a selected replacement threshold value to determine whether or not the protective glass needs to be replaced.
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