JP3021831B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JP3021831B2
JP3021831B2 JP3232575A JP23257591A JP3021831B2 JP 3021831 B2 JP3021831 B2 JP 3021831B2 JP 3232575 A JP3232575 A JP 3232575A JP 23257591 A JP23257591 A JP 23257591A JP 3021831 B2 JP3021831 B2 JP 3021831B2
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勇一 森田
節夫 津田
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株式会社日平トヤマ
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光にてワークを
加工するレーザ加工装置に関し、特にワークのピアッシ
ング終了を検知する手段を備えたものに関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ光によりワークを切断加工する場
合、まずワークに穴明けすなわちピアッシングが行われ
る。従来では、ピアッシング時間は、実際にピアッシン
グを行ってその時間を計って決め、それをピアッシング
条件として予めNCプログラム等で設定しておき、この
設定されたピアッシング時間の経過後、切断の工程に自
動的に移行するようにしている。
【0003】ピアッシングに要する時間は、ワークの板
厚、材質、照射されるレーザ出力等によってばらつきが
ある。また、同じワークにおいても品質のばらつき等に
より加工位置によってはその時間内でピアッシングが完
了しない場合がある。
【0004】ピアッシングが不完全な状態、すなわち穴
が裏面まで貫通していない状態でピアッシング時間が終
了し、切断工程に入った場合には、過剰なレーザ出力に
よりワークの切込みスタート部が瞬時に爆発して大きな
穴が形成され所望の形状に切断できなかったり、また爆
発によってスパッタがノズル内部のレンズにまで届きレ
ンズを破損してしまうなどの事故の恐れもある。このた
め、設定するピアッシング時間は安全をみてピアッシン
グに要すると見込まれる最長の時間を採用していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ピアッシング
がかなり短かい時間で終了する場合においても、実際に
ピアッシングが終了しているにもかかわらず、設定時間
が終了するまで無駄なピアッシングが行われ、エネルギ
ーや時間の無駄が発生するという問題点があった。
【0006】このような問題点を解決するために、ピア
ッシング時に実際にピアッシングが終了したことを検出
する手段を設けることにより、この検出手段からの信号
に基づいてピアッシングから切断工程へ移行する指令信
号を出力させることで、それぞれの実際のピアッシング
終了時間に合わせて、切断を開始することができ、よっ
てロスタイムがなくなる。
【0007】このための具体的手段が、例えば特開昭6
3−108980号公報に提示されている。この公報に
示すものは、ワークの下部に光センサまたは温度センサ
を設けて、ワークのピアッシング終了によってワークを
貫通するレーザ光の透過光を検知することにより、ピア
ッシングの終了を検知するようにしたものである。
【0008】しかしながら、ワークの加工位置下部に上
記センサを設けることは、ピアッシングに伴うスバッタ
やガスがセンサに直接ふりかかり、センサの誤動作或は
破壊を生じかねない。そこで、それを防ぐための防護膜
等を必要とするとともに、ピアッシングの位置がワーク
のどの加工においても一定位置ならばその位置にセンサ
を固定しておけばよいが、テーブル移動やヘッド移動に
よりピアッシングの位置が変化する場合、ピアッシング
の位置移動に追従してセンサを移動する駆動手段が必要
となり、構造が複雑化し、高価となる。さらに立体ワー
クの3次元加工を行う場合には検出不可能である。
【0009】このため、上記のようなレーザ光の透過光
を利用するのではなく、例えば特開平2−165886
号公報に示すように、ワーク表面側からレーザ光の光軸
と同軸上を帰還するレーザ光の反射光を検出して、穴が
貫通したことによる反射光の帰還がないことを検出した
時点でピアッシング終了を検知する方法も提案されてい
る。これによれば、3次元加工においてもピアッシング
終了検知を可能とする。
【0010】しかし、波長の長いCOレーザなどの赤
外線領域にあるレーザ光の反射光を検出する場合、その
光センサに、レーザ光の熱を感知して電気信号に変換す
る高速光電素子が必要となり非常に高価なものを用いな
ければならず、現実的にはこの方法を用いることは困難
であった。
【0011】そこで、本発明は、ワーク表面からの光検
出において安価でしかも正確にピアッシング終了検知が
行え、ピアッシング時間のロスタイムをなくすことを目
的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ光の反
射光を検出するのではなく、ワークの材料がレーザ光で
暖められて発生する二次的光すなわちピアッシング時の
溶融物が発する光をワーク表面側から検出し、この光の
強さの変化からピアッシング終了を検知することによ
り、例えばフォトダイオード等比較的安価な光センサで
検出できるようにしたものである。
【0013】しかも検知精度を高めるために、ピアッシ
ング時のレーザ光の発振信号と同期をとって検出するこ
とによりノイズを除去したり、光が弱くて検知できない
ときを考えて指定回数だけカウンタでカウントしてから
ピアッシング終了信号を出力するようにしている。
【0014】すなわち、本発明は、レーザ光によってワ
ークを加工するレーザ加工装置において、ワークの加工
点表面で発生する可視光を検出する光センサと、この光
センサによって検出された光の強さの変化量を検出する
微分器と、この微分器によって検出された光の強さの変
化量が予め設定された基準値以上のときのみ検出信号を
出力する比較器と、ピアッシング時のレーザ光の発振信
号と同期した上記比較器からの検出信号をカウントして
このカウント値が予め設定された基準カウント値以上の
ときピアッシング終了信号を出力するカウンタと、この
カウンタから出力されたピアッシング終了信号に基づき
ワークの切断工程への移行指令を行なうNC制御装置と
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置である。ま
た、本発明は、レーザ光によってワークを加工するレー
ザ加工方法において、ピアッシング時にレーザ光でワー
クを溶融し、この溶融物から発生する光をワーク表面側
から検出し、ついでこの光の強さの変化量を微分器で検
出し、得られた検出信号とレーザ光の発振信号とが同期
した検出信号をカウントしてそのカウント値が基準カウ
ント値以上のときピアッシング終了信号を出力すること
を特徴とするレーザ加工方法である。
【0015】
【作用】ピアッシングの不完全状態ではレーザ発振と同
期してレーザ光はワーク表面に残留する溶融物を瞬間的
に暖めそこより強い二次的光が発せられる。これが光セ
ンサで感知され、さらに比較器で検出信号となって現れ
る。ピアッシングにより穴が明き、レーザ光が穴を通過
するとワーク表面での溶融物は光らず或は光が非常に弱
くレーザ発振してない時点とその光の強さが変わらない
ため、光の変化量が極めて小さくなり、よって比較器か
ら検出信号が現れない。このことにより、ピアッシング
の終了を検知しようとするものである。
【0016】すなわち、光センサによって、ピアッシン
グ時のレーザ発振と同時にワーク表面で溶融物から発生
する光すなわち可視光を検出し、微分器でその光の強さ
の変化量を検出し、その変化量が比較器により所定値以
上と判断されたときピアッシングパルスの検出信号が出
力され、ついでカウンタによってピアッシングパルスを
カウントし、予め設定されたカウント値以上のときピア
ッシング終了の検知信号を出力する。このピアッシング
終了信号によりNC制御装置はピアッシングを終了し、
切断工程への指令を出す。
【0017】
【実施例】以下、本発明装置の具体的一実施例を図1及
び図2により説明する。レーザ加工装置1は、レーザ加
工をNCプログラム等に基づいて制御するNC制御装置
2と、このNC制御装置2からの指令により制御されて
レーザ光を発振するレーザ発振器3と、このレーザ発振
器3より発振されたレーザ光を所定の方向に屈折して導
く反射ミラー4と、この反射ミラー4により導かれたレ
ーザ光をワークW上へ集光する光学レンズ5を保持した
加工ヘッド6と、この加工ヘッド6に取りつけられワー
クWの加工点表面の溶融物から発生する可視光を検出す
る、例えばフォトダイオード等の光センサ7と、この光
センサ7によって検出された可視光の強さの変化量を検
出し変化量に応じた信号Bを出力する微分器8と、この
微分器8によって検出された信号Bが予め設定された基
準値b以上のときのみパルス状の検出信号Cを出力する
比較器9と、検出信号Cのうちピアッシング時にレーザ
光の発振信号Aと同期した検出信号Dを出力するAND
回路と、その検出信号Dをカウントしてこのカウント値
が予め設定された基準カウント値以上のときピアッシン
グ終了信号Fを出力するカウンタ10等を備えている。
【0018】このカウンタ10から出力されたピアッシ
ング終了信号Fは、上記NC制御装置2へ伝送され、N
C制御装置2は上記レーザ発振器3や図示しないロボッ
トコントローラやガス供給装置等へ切断工程への移行指
令を出す。
【0019】また、例えばNCプログラムでピアッシン
グ条件としてピアッシング時間の最長限の時間Tを設定
し、例えば前記ピアッシング終了信号Fがカウンタから
出力されない場合であってもピアッシング時間が上記設
定時間Tに至ると自動的に切断工程への移行指令を行な
うようにしている。
【0020】次に、上記構成に基づくピアッシング終了
検知までの各機器からの信号の変化を図2の波形図によ
り説明する。
【0021】ピアッシング時、レーザ光は所定周期でパ
ルス発振され、レーザ光の熱エネルギーによりワークW
の1点を溶融する。このとき、ワークWに穴が明かない
うちはワークWの加工点表面に溶融物11が溜り、これ
がレーザ照射によって暖められ光って可視光を発する。
しかしレーザ発振時以外のレーザ照射のないときは溶融
物11は光らない。しかも、ピアッシングによってワー
クWに穴が明き、レーザ光が穴を透過してしまったらワ
ークW表面に残された溶融物11に当たるレーザ光の光
りは急減し、よってレーザ発振されても溶融物11はほ
とんど光らず光の強さの変化量は小さくなる。このこと
を利用し、溶融物11の発する光の強さの変化の度合か
ら穴が明いたかすなわちピアッシングが終了したか否か
を検知する。
【0022】図2において波形(A)はレーザ光の発振
信号Aを表す。このときのワークW表面の溶融物11か
ら発生する可視光を光センサ7で検出し、それを微分器
8に通すと波形(B)で示す光の強さの変化量に応じた
信号Bが表われる。この波形(B)から判るように、ピ
アッシング終了後は、レーザ光はワークWにあけられた
穴を通過するためワーク表面での反射光は低く波形
(B)はほとんど直線的となる。
【0023】また、波形(B)のうちB1で示す部分は
ワークWにレーザ光が当たっているにもかかわらず溶融
物11から発生する光が弱かった場合を示す。またB2
で示す部分はレーザ光が当たっていないにもかかわらず
溶融物11から発生する二次的な光を光センサ7が検出
した場合を示す。比較器9には光の強さの変化量に応じ
て信号を出力するための一定の基準値bが設けられ、前
記波形(B)からこの基準値b以上の検出信号Cが出力
され、波形(C)で表わされる。
【0024】さらに、比較器9によりB2のようなノイ
ズの対象となる波形を除去するため、レーザ光の発振信
号AとのANDによってレーザ光の発振信号Aと同期し
ている信号のみを拾うと、波形(C)は波形(D)のよ
うになる。そして、ここで得られた信号Dをカウンタ1
0でカウントすると、カウント値が(E)のように表わ
される。ここで、基準カウント値を例えば「10」と設
定しておき、カウンタ10によるカウント値が「10」
になったときに、波形(F)で示すようにピアッシング
終了信号Fが出力される。
【0025】なお、上記光センサ9は、加工ヘッド6の
外側面に取り付けることもできるが、他に、加工ヘッド
6内部に取り付けてワークW表面から加工ヘッド6内に
入ってくる可視光を検知するようにしてもよい。さら
に、比較器9に設定される基準値bおよびカウンタ10
に設定される基準カウント値eは加工条件等に応じて適
宜変更することが可能である。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、ピアッシング終了を検
知する手段として、ワーク表面側から光を検知している
ので3次元加工においても容易に検出が可能であり、し
かもレーザ光の反射光を検出するのではなく、ワークの
材料がレーザ光で暖められて発生する二次的光すなわち
ピアッシング時に溶融物が発する光をワーク表面側から
検出し、この光の強さの変化からピアッシング終了を検
知するようにしたので、例えばフォトダイオード等可視
光を検出できる比較的安価な光センサを用いることがで
きる。
【0027】さらに、ピアッシング時のレーザ光の発振
信号と同期して溶融物から発生する光の強さを検出する
とともに、光が弱くてピアッシングによる穴あけができ
ないときを考えて指定回数だけカウンタでカウントして
からピアッシング終了信号を出力するようにしているの
で、確実にワークに穴あけが実行されたことによるピア
ッシング終了の検出ができ検知精度が向上される。
【0028】これにより、完全なピアッシングがロスタ
イムなく行え、効率良いレーザ加工が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のレーザ加工装置の一実施例を示す側面
図。
【図2】各機器から出力される信号の変化を説明するた
めの波形図。
【符号の説明】
1 レーザ加工装置 2 NC制御装置 3 レーザ発振器 7 光センサ 8 微分器 9 比較器 10 カウンタ 11 溶融物 A レーザ光の発振信号 B 光変化量に応じた信号 C 検出信号 E カウント値 F ピアッシング終了信号 W ワーク

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザ光によってワークを加工するレーザ
    加工装置において、ワークの加工点表面で発生する可視
    光を検出する光センサと、この光センサによって検出さ
    れた光の強さの変化量を検出する微分器と、この微分器
    によって検出された光の強さの変化量が予め設定された
    基準値以上のときのみ検出信号を発生する比較器と、ピ
    アッシング時のレーザ光の発振信号と同期した上記比較
    器からの検出信号をカウントしてこのカウント値が予め
    設定された基準カウント値以上のときピアッシング終了
    信号を出力するカウンタと、このカウンタから出力され
    ピアッシング終了信号に基づき切断工程への移行指
    を行なうNC制御装置とを備えたことを特徴とするレー
    ザ加工装置。
  2. 【請求項2】レーザ光によってワークを加工するレーザ
    加工方法において、ピアッシング時にレーザ光でワーク
    を溶融し、この溶融物から発生する光をワーク表面側か
    ら検出し、ついでこの光の強さの変化量を微分器で検出
    し、得られた検出信号とレーザ光の発振信号とが同期し
    た検出信号をカウントしてそのカウント値が基準カウン
    ト値以上のときピアッシング終了信号を出力することを
    特徴とするレーザ加工方法。
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