JP5997965B2 - Laser processing head - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光してワークへ照射する集光レンズを備えると共に、当該集光レンズを保護するための保護ガラスを備え、さらに前記保護ガラスの汚れを検出するための汚れ検出手段を備えたレーザ加工ヘッドに係り、さらに詳細には、前記保護ガラスの全面に亘って汚れを検出することのできるレーザ加工ヘッドに関する。 The present invention includes a condensing lens that condenses laser light emitted from a laser oscillator and irradiates the workpiece, and includes a protective glass for protecting the condensing lens, and further detects dirt on the protective glass. More particularly, the present invention relates to a laser processing head capable of detecting contamination over the entire surface of the protective glass.
レーザ加工機に備えたレーザ加工ヘッドからワークへレーザ光を照射してレーザ切断やレーザ溶接などのレーザ加工を行うと、レーザ加工時に発生した例えばスパッタなどの汚れ物質(部材)等が付着することがある。そこで、前記汚れ部材(物質)等から集光レンズを保護するために保護ガラスを備えること、及び保護レンズに付着した汚れ部材等の付着量を検出することが行われている(例えば特許文献1参照)。 When laser processing such as laser cutting or laser welding is performed by irradiating a workpiece with a laser beam from a laser processing head provided in the laser processing machine, dirt substances (members) such as spatter generated during laser processing may adhere. There is. Therefore, a protective glass is provided to protect the condenser lens from the dirt member (substance) and the like, and the amount of dirt member and the like attached to the protective lens is detected (for example, Patent Document 1). reference).
前記特許文献1に記載の構成は、保護ガラスに汚れ部材(物質)として塵埃等の粒子が付着すると、保護ガラスを透過する加工用のレーザ光又は測定用レーザ光の一部が乱反射されるので、この乱反射された散乱光を、保護ガラスの周縁に備えた光検出器でもって検出する構成である。しかし、加工用のレーザ光は勿論のこと測定用レーザ光は、レーザ加工を行うレーザ光と同軸であって、保護ガラスの直径の80%の領域内に前記粒子が存在する場合に、汚れ部材としての前記粒子を検出することができるものである(第6頁下1行目参照)。換言すれば、保護ガラスの周縁付近に汚れ部材が付着している場合には、当該汚れ部材を検出することができない、という問題がある。 In the configuration described in Patent Document 1, when particles such as dust adhere to the protective glass as a dirt member (substance), part of the processing laser light or measurement laser light that passes through the protective glass is irregularly reflected. In this configuration, the scattered light that has been irregularly reflected is detected by a photodetector provided on the periphery of the protective glass. However, the laser beam for measurement as well as the laser beam for processing is coaxial with the laser beam for laser processing, and when the particles are present in the region of 80% of the diameter of the protective glass, the dirt member Can be detected (see the first line at the bottom of page 6). In other words, there is a problem that when a dirt member is attached near the periphery of the protective glass, the dirt member cannot be detected.
本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光してワークへ照射する集光レンズと、当該集光レンズを保護するために、当該集光レンズのワーク側に備えられた保護ガラスと、当該保護ガラスの汚れを検出するための汚れ検出手段とを備えたレーザ加工ヘッドであって、前記レーザ光の光軸の周囲に備えた複数の光源から前記光軸に対して傾斜した方向であって内方向へかつ前記保護ガラスに全面的に検出光を照射するための検出光照射手段を備えていることを特徴とするものである。 The present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and condenses a laser beam oscillated from a laser oscillator and irradiates the work, and in order to protect the condensing lens, A laser processing head provided with a protective glass provided on the work side of the condenser lens and a dirt detecting means for detecting dirt on the protective glass, provided around the optical axis of the laser light It is characterized by comprising detection light irradiating means for irradiating detection light entirely over the protective glass in a direction inclined with respect to the optical axis from a plurality of light sources and inward. .
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記検出光照射手段は、リング状部材を備え、このリング状部材の内周面に形成したテーパ面に複数の点光源を備えていることを特徴とするものである。 Further, in the laser processing head, the detection light irradiation means includes a ring-shaped member, and includes a plurality of point light sources on a tapered surface formed on an inner peripheral surface of the ring-shaped member. is there.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記検出光照射手段は、リング状の支持部材に、放射内方向に検出光を照射する複数の光源を周方向にほぼ等間隔に備えていることを特徴とするものである。 In the laser processing head, the detection light irradiation means includes a plurality of light sources that irradiate the detection light in the radial direction on the ring-shaped support member at substantially equal intervals in the circumferential direction. Is.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記リング状の前記支持部材の内側に、前記各光源から照射された検出光を前記保護ガラス方向へ反射する反射面を外周面に備えた筒状の反射部材を備えていることを特徴とするものである。 Further, in the laser processing head, a cylindrical reflection member provided on the outer peripheral surface with a reflection surface that reflects detection light emitted from each light source toward the protective glass is provided inside the ring-shaped support member. It is characterized by having.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記保護ガラスのワーク側に、汚れ物質を一方向へ吹き飛ばすエアーカーテンを形成するためのエアー噴出手段を備えていることを特徴とするものである。 Further, the laser processing head is characterized in that air jetting means for forming an air curtain that blows away dirt substances in one direction is provided on the work side of the protective glass.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記集光レンズと前記保護ガラスとの間に、前記集光レンズによって集光されたレーザ光を前記保護ガラス方向へ反射するレーザ光反射手段を備え、当該レーザ光反射手段によって反射されたレーザ光の進行方向の反対側に、ワークのレーザ加工位置を撮像する撮像手段を備えていることを特徴とするものである。 In the laser processing head, a laser beam reflecting means for reflecting the laser beam condensed by the condenser lens toward the protective glass is provided between the condenser lens and the protective glass. An imaging means for imaging the laser processing position of the workpiece is provided on the opposite side of the traveling direction of the laser light reflected by the reflecting means.
本発明によれば、検出光照射手段からの検出光はレーザ光の光軸に対して傾斜してあって、保護ガラスに照射することができる。したがって、保護ガラスの周縁付近に汚れが生じている場合であっても容易に検出することができる。よって、保護ガラスの全体的な汚れ状態を検出することができ、保護ガラスの交換を適正に行うことができるものである。 According to the present invention, the detection light from the detection light irradiation means is inclined with respect to the optical axis of the laser light, and can be applied to the protective glass. Therefore, even when the dirt is generated near the periphery of the protective glass, it can be easily detected. Therefore, the whole dirt state of protection glass can be detected, and protection glass can be exchanged appropriately.
図1を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッド1は、例えばロボットアーム等のごとく、X、Y、Z軸方向へ移動自在なヘッド支持部材3に支持されている。なお、産業ロボットなどのロボットアームの先端部にレーザ加工ヘッド1を備えた構成は、例えば溶接ロボット等において周知であるから、前記ヘッド支持部材3に前記レーザ加工ヘッド1を支持する構成についての詳細な説明は省略する。
Referring to FIG. 1, a laser processing head 1 according to an embodiment of the present invention is supported by a
前記レーザ加工ヘッド1は、レーザ発振器(図示省略)から発振されたレーザ光を集光するための集光レンズ5を内装したレンズハウジング7を備えており、このレンズハウジング7に一体的に取付けた支持ブラケット9が、前記ヘッド支持部材3に適宜に取付けた取付アタッチメント11に適宜に連結してある。換言すれば、前記レンズハウジング7は支持ブラケット9を介して前記ヘッド支持部材3に取付けてあるものである。
The laser processing head 1 includes a
前記レンズハウジング7の一端側には、コリメートレンズ13を内装した第2のレンズハウジング15が一体的に立設固定してある。そして、この第2のレンズハウジング15の上部には、レーザ発振器に一端側を接続した光ファイバーFの他端側を支持する光ファイバーレシーバ17が備えられている。すなわち、前記光ファイバーの他端側から出射されて広がる傾向にあるレーザ光を、前記コリメートレンズ13によって平行光線化する構成である。
On the one end side of the
前記レンズハウジング7の一端側には、前記コリメートレンズ13によって平行光線化されたレーザ光を前記集光レンズ5方向へ反射するレーザ光反射手段としての反射ミラー18が備えられている。そして、前記レンズハウジング7の他端側には、前記集光レンズ5によって集光されたレーザ光をレーザノズル21方向へ反射する第2の反射ミラー19が備えられている。より詳細には、前記レンズハウジング7の他端側には、前記第2の反射ミラー19を傾斜して備えたミラーホルダ23が装着してあり、このミラーホルダ23には前記第2の反射ミラー19の裏面を冷却するための冷却水などの冷媒を流通する冷媒通路25が備えられている。
On one end side of the
前記レーザノズル21は、前記第2の反射ミラー19によって反射されるレーザ光の光路に対応して備えられている。より詳細には、前記レンズハウジング7の他端側の外側下面には、エアーカーテンユニット27が装着してある。このエアーカーテンユニット27は、空洞の箱状のケーシング29を備えた構成であって、このケーシング29の下面に前記レーザノズル21が装着してある。そして、このケーシング29の上面には前記第2の反射ミラー19及び集光レンズ5を保護する保護ガラス31が着脱交換可能に装着してあり、この保護ガラス31の周縁には、当該保護ガラス31に例えばスパッタなどの汚れ部材(図示省略)の付着を検出するための汚れ検出手段としての光ファイバ33の一端側が配置してある。この光ファイバ33の他端側は光センサ(図示省略)に接続してある。
The
前記ケーシング29の一端側には、前記保護ガラス31の下側にエアーカーテンを形成するためのエアー噴出手段35が備えられており、このエアー噴出手段35にはパイプなどのエアー供給路37が接続してある。そして、前記ケーシング29の他端側にはエアー排出口39が形成されている。
One end side of the
前記エアー噴出手段35は、図2に示すごとき構成である。すなわちエアー噴出手段35は、両端側にエアー噴出口41A、41Bを備えた筒状のノズル本体43から構成してあり、このノズル本体43の長手方向の中央部には、前記エアー供給路37を接続したエアー供給口45が備えられている。そして、前記ノズル本体43の上部壁43U及び下部壁43Lは閉じた状態にあり、前記上部壁43Uの前端縁には、前記下部壁43Lの前端縁上面に近接して垂設した前部壁43Fが備えられている。そして、前記前部壁43Fの下端縁と前記下部壁43Lの前端縁上面との間には、前方に開口したスリット47が形成してある。
The air ejection means 35 has a configuration as shown in FIG. That is, the air ejection means 35 is constituted by a
したがって、前記エアー供給口45からノズル本体43内へエアーを吐出供給すると、エアーは前部壁43Fに衝突し、両端側のエアー噴出口41A、41Bから左右方向へ分散して吹き出されると共に、エアーの一部はスリット47から前方向へカーテン状に吹き出されるものである。よって、前記保護ガラス31を上部に備えた前記エアーカーテンユニット27の箱状のケーシング29内には前記保護ガラス31に沿う方向のエアーカーテンが形成されることになる。そして、上記エアーカーテンを形成したエアーはケーシング29のエアー排出口39から外部へ排出されることになる。
Therefore, when air is discharged and supplied from the
既に理解されるように、ワークのレーザ加工位置から飛散したスパッタ等の汚れ物質がレーザノズル21内を通過して、前記保護ガラス31の方向へ向かうとき、前記汚れ物質の大部分は、エアー噴出手段35から噴出されるエアーによって吹き飛ばされ、エアー排出口39から外部へ排出されることになる。したがって、保護ガラス31に汚れ物質が付着することが抑制される。しかし、汚れ物質の一部は保護ガラス31に到着して付着することがある。この場合、汚れ物質は、エアーカーテンによって下流側へ吹き飛ばされるので、保護ガラス31の下流側の周縁に付着することになる。
As already understood, when a dirt substance such as spatter scattered from the laser processing position of the workpiece passes through the
ところで、保護ガラス31の中央部付近などに汚れ物質が付着した場合、ワークのレーザ加工を行うときに、レーザ光が前記汚れ物質に照射されると、汚れ物質の部分においてレーザ光が乱反射される。そして、乱反射されたレーザ光が保護ガラス31内を伝搬されて、光ファイバ33の一端部に入射されると、光センサによって、保護ガラス31に汚れ物質が付着したこととして検出される。前記保護ガラス31に対する汚れ物質の付着量が多くなり、前記光センサの検出値が予め設定してある基準値より大きくなったときには、前記保護ガラス31の交換が行われるものである。
By the way, when a dirt substance adheres to the vicinity of the central portion of the
前述した特許文献1に記載の構成においては、保護ガラスの直径の80%の領域内に汚れ物質が付着した場合には、汚れ物質及びその付着量が検出可能である。しかし、前記80%の領域外において保護ガラスの周縁部に汚れ物質が付着した場合には検出不可能であった。ところが、保護ガラスの周縁部に汚れ物質が付着すると、保護ガラスの劣化が進行するので、保護ガラスの周縁部に汚れ物質が付着した場合においても、汚れ物質の付着を検出することが望まれている。 In the configuration described in Patent Document 1 described above, when a dirt substance adheres within an area of 80% of the diameter of the protective glass, the dirt substance and the amount of the dirt substance can be detected. However, it was impossible to detect when a dirt substance adhered to the peripheral edge of the protective glass outside the 80% region. However, when a dirt substance adheres to the peripheral edge of the protective glass, the deterioration of the protective glass proceeds. Therefore, even when a dirt substance adheres to the peripheral edge of the protective glass, it is desired to detect the adhesion of the dirt substance. Yes.
そこで、本実施形態においては、前記保護ガラス31の全面に、汚れ物質検出用の検出光を照射するための検出光照射手段49が備えられている。より詳細には、前記ミラーホルダ23の上面には、前記検出光照射手段49を備えた照明ハウジング51が備えられている。そして、前記照明ハウジング51内にはリング状の照明手段53が備えられている。この照明手段53は、図3に示すように、中央部に貫通穴55を形成したリング状部材57を備えており、このリング状部材57の内周面にはテーパ面57Tが形成してある。そして、このテーパ面57Tには、例えばLEDなどのごとき複数の点光源59が備えられている。
Therefore, in the present embodiment, the entire surface of the
前記各点光源59はテーパ面57Tに備えられているものであるから、それぞれの指向方向が異なっており、かつ前記貫通穴55の軸心に対して傾斜してある。なお、前記貫通穴55の軸心は、前記第2の反射ミラー19によって反射されてワーク方向へ指向したレーザ加工用のレーザ光の軸心と一致してある。したがって、前記各点光源59は、レーザ光の光軸に対して傾斜した方向から、前記第2の反射ミラー19を透過して前記保護ガラス31を照明(照射)することになる。よって、保護ガラス31は複数の点光源59によって全面的に照射されることになる。保護ガラス31に付着した汚れ物質に検出光が照射されると、汚れ物質の部分において検出光が乱反射され検出光が保護ガラス内を伝搬されて、光ファイバ33の一端部に入射される。そして、乱反射した検出光が光センサによって検出されることにより、保護ガラス31に汚れ物質が付着したこととして検出される。
Since each of the point
保護ガラス31に対する汚れ物質の付着量が多くなり、光センサの検出値が予め設定してある基準値より大きくなったときには、保護ガラス31の交換が行われる。上記構成により、保護ガラス31の全面に亘って汚れ物質の付着を検出することができるものである。
When the amount of dirt attached to the
前記照明ハウジング51の上部には、ワークのレーザ加工位置を撮像するCCDカメラなどのごとき撮像手段61が備えられている。この場合、前記照明手段53がリング状であって中央部に貫通穴55を備えた構成であるから、前記撮像手段61は前記貫通穴55を透過してレーザ加工位置を撮像することができる。したがって、レーザ加工位置の状態を、レーザ光と同軸の関係において撮像することができ、レーザ加工状態をより正確に観察することができるものである。
An imaging means 61 such as a CCD camera for imaging the laser processing position of the workpiece is provided on the
以上のごとき説明より理解されるように、レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラス31に対する検出光の照射は、レーザ光の光軸に対して傾斜した方向から全面的に行われるので、保護ガラス31の例えば周縁部の片寄った位置に汚れ物質が付着したような場合であっても容易に検出することができるものである。
As can be understood from the above description, the
また、前記保護ガラス31に対して検出光を照射する照明手段53は中央部に貫通穴55を備えたリング状に構成してあるので、CCDカメラなどのごとき撮像手段61を、当該照明手段53と同軸上に配置することができ、全体的構成のコンパクト化を図ることができるものである。
Further, since the illumination means 53 for irradiating the
さらに、エアーカーテンを形成するためのエアー噴出手段35を備えていることにより、飛散して保護ガラス31に付着する汚れ物質を吹き飛ばすことができ、汚れ物質の付着による保護ガラス31の劣化を抑制して長寿命化を図ることができるものである。
Further, by providing the air blowing means 35 for forming the air curtain, it is possible to blow away the dirt substance that scatters and adheres to the
図4は、第2の実施形態に係る検出光照射手段の構成を示すものである。この第2の実施形態に係る検出光照射手段63は、リング状の支持部材65を備えており、この支持部材65には、例えばLEDなどのごとき複数の光源67が周方向にほぼ等間隔に備えられている。前記各光源67は、放射内方向へ検出光を照射するように、放射内方向を指向して備えられているものである。なお、前記各光源67の指向方向は、必ずしも水平方向でなく、斜め下方向を指向していてもよいものである。
FIG. 4 shows the configuration of the detection light irradiation means according to the second embodiment. The detection light irradiation means 63 according to the second embodiment includes a ring-shaped
そして、図5に示すように、前記検出光照射手段63の下側に、前記保護ガラス31が備えられるものである。より詳細には、前記レンズハウジング7の下部には、ボルト等のごとき取付具によって環状の照明ハウジング69が一体的に取付けてあり、この照明ハウジング69内に前記検出光照射手段63が備えられている。
As shown in FIG. 5, the
前記各光源67から放射内方向へ照射された検出光を前記保護ガラス31方向へ反射するために、前記支持部材65の内側には、前記照明ハウジング69に一体的に備えられた筒状の反射部材71が備えられている。そして、この反射部材71の外周面には、下側が小径になるテーパ状の反射面73が形成されている。筒状の前記反射部材71における前記反射面73よりも下側の部分は前記保護ガラス31に近接するように、下方向に長く形成してある。
In order to reflect the detection light emitted from each
前記構成により、前記各光源67から放射内方向へ照射される検出光は、反射部材71における反射面73によって保護ガラス31の方向、すなわち下方向に反射されることになる。したがって、前記保護ガラス31に汚れ物質が付着しているような場合、汚れ物質の付着を検出することができるものである。
With the above-described configuration, the detection light emitted from each
なお、前記保護ガラス31は、前記照明ハウジング69の下側に着脱可能に備えられたリング状のガラスホルダ75に着脱交換可能に備えられているものである。したがって、保護ガラス31の汚れが進行したときには、別個の新しい保護ガラスと交換することができるものである。
The
1 レーザ加工ヘッド
5 集光レンズ
7 レンズハウジング
13 コリメートレンズ
17 光ファイバーレシーバ
19 第2の反射ミラー
21 レーザノズル
23 ミラーホルダ
27 エアーカーテンユニット
31 保護ガラス
33 光ファイバ
35 エアー噴出手段
39 エアー排出口
41A、41B エアー噴出口
43 ノズル本体
45 エアー供給口
47 スリット
49 検出光照射手段
53 リング状の照明手段
55 貫通穴
57 リング状部材
57T テーパ面
59 点光源(LED)
61 撮像手段
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61 Imaging means
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