JP6027814B2

JP6027814B2 - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP6027814B2
Application number: JP2012174734A
Authority: JP
Inventors: 厚司舟木
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-08-07
Also published as: JP2014034034A

Description

本発明は、レーザ発振器とレーザ加工ヘッドとを光ファイバを介して光学的に接続したレーザ加工装置に係り、さらに詳細には、レーザ加工位置からの前記光ファイバへの反射光（戻り光）を検出し、戻り光の強弱に対応して、例えばレーザ発振の停止、レーザ加工の停止などのアラーム処理及び警報表示などのワーニング処理を行うレーザ加工装置に関する。

レーザ発振器としてのファイバレーザ発振器とレーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドは、光ファイバを介して光学的に接続してあり、レーザ加工位置での反射光（戻り光）が前記光ファイバに入射されると、前記レーザ発振器や光ファイバが損傷されることがある。そこで、前記戻り光を検出することが行われている（例えば特許文献１参照）。

また、ファイバレーザ発振器とレーザ加工ヘッドに接続した光ファイバとしての伝送用ファイバ（プロセルファイバ）とを光学的に接続するに当り、ファイバレーザ発振器によって発振されたレーザ光を集光レンズによって集光し、前記伝送用ファイバの入射端に入射することが行われている（例えば特許文献２参照）。

特開２００４−１５１６６７号公報特開２００７−１９０５６６号公報

前記特許文献１に記載の構成は、レーザ加工位置からの戻り光が光ファイバのアウタコアに入射され、このアウタコアの一部から外部へ漏出した戻り光を検出するものである。そして、特許文献１の［００１０］に記載されているように、レーザ発振器からのレーザ光を集光レンズによって集光して伝送用光ファイバの入射端に入射するとき、レーザ光においてエネルギー密度の低い外周部分が、伝送用光ファイバにおけるコア外周のクラッドに入射されることがあるものである。

そして、従来は、戻り光の検出値が予め高く設定してある閾値を一瞬でも越えた場合に、例えばアラームとしていた。しかし、戻り光の検出値が予め設定した前記閾値を一瞬のみ越えたような場合には、光ファイバに損傷を与えることはなく、前記戻り光の検出値が前記閾値を越えることはないが、閾値に近い検出値が継続される場合には光ファイバに損傷を与えることを見い出した。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ発振器とレーザ加工ヘッドとを光ファイバによって接続したレーザ加工装置であって、ワークへ照射したレーザ光の前記光ファイバへの戻り光を検出する戻り光検出手段と、前記戻り光の検出値をデジタル処理するデジタル処理手段と、デジタル処理したデジタル信号を移動平均する移動平均処理手段と、上記移動平均処理手段によって処理した処理値と予め設定してあるアラーム閾値、ワーニング閾値とを比較する比較手段と、上記比較手段による比較の結果、前記処理値≧アラーム閾値の場合には、レーザ加工停止のアラーム処理を行うアラーム処理手段と、処理値＜アラーム閾値の場合には、処理値とワーニング閾値との比較を行い、処理値≧ワーニング閾値の場合に、表示手段にワーニングメッセージの表示を行うワーニング処理手段と、を備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ加工装置において、前記移動平均処理手段による処理値が前記ワーニング閾値よりも大きく、前記アラーム閾値よりも小さい場合に、予め設定してあるリセット設定時間内において、前記処理値が前記ワーニング閾値よりも大きい時間の積算値が予め設定してあるアラーム設定時間を越えたか否かを判別し、越えた場合にアラーム処理を行う判別手段を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、戻り光の検出値を平均化処理した処理値をワーニング閾値と比較して一瞬越えただけの場合にはワーニング処理を行い、ワーニング閾値を越えた状態が持続した場合にはアラーム処理を行うので、戻り光による光ファイバの損傷を効果的に防止できるものである。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の全体的構成を概念的、概略的に示した説明図である。フローチャートである。従来の場合と本実施形態の場合とを比較して示した説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１について説明するに、レーザ加工装置１は、レーザ発振器の１例としてのファイバレーザ発振器３を備えていると共に、ファイバレーザ発振器３から発振されたレーザ光ＬＢを集光してワークＷのレーザ加工を行うレーザ加工ヘッド５を備えている。前記レーザ加工ヘッド５に光学的に接続した伝送用光ファイバ７（レーザ加工ヘッド５内においては誇張して太く表示してある）と前記ファイバレーザ発振器３に備えたアクティブファイバ（発振用の光ファイバ：図示省略）は光学的に接続してある。そして、前記伝送用光ファイバ７の適宜位置には、前記ワークＷの加工位置からの戻り光（反射光）ＲＬを検出する戻り光検出手段としての光センサ９が備えられている。

したがって、ファイバレーザ発振器３から発振されたレーザ光ＬＢをワークＷへ照射してレーザ加工を行うとき、ワークＷの加工位置からの戻り光ＲＬが伝送用光ファイバ７のクラッドに入射されると、クラッドからの漏れ光が前記センサ９によって検出されるものである。そして、前記発振用の光ファイバと前記伝送用光ファイバ７との光学的な接続部からレーザ光ＬＢのエネルギー密度の低い外周部分が前記伝送用光ファイバ７におけるクラッドに入射されると、当該レーザ光ＬＢも前記光センサ９によって検出することができるものである。

前記光センサ９は戻り光モニタ手段１１に接続してある。前記戻り光モニタ手段１１は、前記光センサ９の検出信号を増幅するアンプ１３を備えると共に、前記光センサ９の検出値（アナログ信号）をデジタル処理するデジタル処理手段１５を備えている。このデジタル処理手段１５は、Ａ／Ｄ変換器１７を備えると共に各種の処理を行うＣＰＵ１９を備えている。さらに、前記デジタル処理手段１５は、予め設定したアラーム閾値、ワーニング閾値、アラーム設定時間等を格納した閾値メモリ２１が備えられていると共に、前記閾値メモリ２１の値をＮＣ装置２３へ出力する閾値出力手段２５が備えられている。

なお、前記デジタル処理手段１５は、予め設定されたサンプリング時間（例えば１ｍsec）毎に、前記光センサ９の検出値（アナログ信号）を前記Ａ／Ｄ変換器１７によってデジタル信号に変換するものである。そして、デジタル変換したデジタル信号及び前記閾値メモリ２１に格納されている各値を、前記ＮＣ装置２３へ出力するものである。

前記ＮＣ装置２３は、前記レーザ加工装置１の制御を行うものであって、前記デジタル処理手段１５から入力されたデジタル信号を所定のサンプリング時間（例えば４ｍsec）毎に移動平均する移動平均処理手段２７を備えている。さらに、ＮＣ装置２３は、前記移動平均処理手段２７によって処理した処理値Ａと前記閾値出力手段２５から入力された各種閾値とを比較する比較手段２９を備えている。

また、前記ＮＣ装置２３は、前記移動平均処理手段２７の処理値Ａと前記閾値メモリ２１に格納されていたアラーム閾値との比較の結果、処理値Ａ≧アラーム閾値の場合に、表示手段３１にアラーム表示を行うと共に、例えば前記ファイバレーザ発振器３の発振を停止することや、レーザ加工装置１のレーザ加工停止などのアラーム処理を行うアラーム処理手段３３を備えている。さらに、前記ＮＣ装置２３には、前記処理値Ａとワーニング閾値との比較の結果、処理値Ａ≧ワーニング閾値の場合に、例えば前記表示手段３１に警報表示などのワーニング処理を行うワーニング処理手段３５が備えられている。

また、前記ＮＣ装置２３には、判別手段３７が備えられている。この判別手段３７は、前記処理値Ａが前記ワーニング閾値よりも大きく、前記アラーム閾値よりも小さい場合に、予め設定してあるリセット設定時間内において、前記処理値Ａがワーニング閾値よりも大きい時間の積算値Ｂが、予め設定してあるアラーム設定時間を越えたか否か（大きくなったか否か）を判別し、越えた場合に前記アラーム処理を行う機能を奏するものである。

以上のごとき構成において、レーザ発振器３において発振されたレーザ光ＬＢをワークＷに照射すると、ワークＷのレーザ加工が行われる。そして、ワークＷの加工位置において反射された戻り光ＲＬが伝送用光ファイバ７のクラッドに入射されると、光センサ９によって検出される（ステップＳ１）。そして、戻り光ＲＬが検出されると、デジタル処理手段１５によってデジタル処理される（ステップＳ２）。

ここで、従来は、図３（Ａ）に示すように、デジタル処理したデジタル信号ＤＳ（最小サンプリング時間、例えば１ｍsec毎の信号）を、予め設定したワーニング閾値ＷＴ及びアラーム閾値ＡＴと比較して、前記デジタル信号ＤＳがワーニング閾値ＷＴ、アラーム閾値ＡＴを一瞬でも越えると、ワーニング処理、アラーム処理を行っていた。したがって、従来は、一瞬の大きな反射レベルに対応するために、前記ワーニング閾値ＷＴ、アラーム閾値ＡＴを高く設定していた。

しかし、戻り光ＲＬの反射レベルがアラーム閾値ＡＴ以下の場合であっても、この反射レベルが持続されると、光ファイバに損傷を付与することがある。すなわち、従来は、戻り光ＲＬの反射レベルがワーニング閾値ＷＴ以上でアラーム閾値ＡＴ以上の場合、単にワーニング処理を行うにすぎないものであった。

そこで、本実施形態においては、前述のごとく、戻り光ＲＬの検出信号（アナログ信号）のデジタル処理が行われると、前記デジタル処理手段１５からデジタル信号ＤＳがＮＣ装置２３に入力され、ＮＣ装置２３に備えた移動平均処理手段２７によって移動平均処理（処理値Ａ）が行われる（ステップＳ３）。本実施形態においては、図３（Ｂ）に示すように、前記デジタル信号ＤＳを、例えば４分割して移動平均化した場合を例示してある。なお、デジタル信号ＤＳがＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４と次第に高くなるのは、前記レーザ発振器３側から伝送用光ファイバ７にレーザ光ＬＢの入射が行われるときに、エネルギー密度の小さなレーザ光ＬＢの外周部分が前記伝送用光ファイバ７のクラッドに入射されているものである。

前述のごとく、移動平均処理手段２７によって移動平均処理が行われると、この際の処理値Ａと前記デジタル処理手段１５から入力された各種の閾値とが比較手段２９によって比較される。この際、前記処理値Ａとデジタル処理手段１５における閾値メモリ２１に予め格納されていたアラーム閾値ＡＴとが比較される（ステップＳ４）。ここで、処理値Ａ≧アラーム閾値ＡＴの場合には、例えばレーザ加工停止などのアラーム処理が行われる（ステップＳ５）。

前記ステップＳ４において、処理値Ａ＜アラーム閾値ＡＴの場合には、次に前記処理値Ａとワーニング閾値ＷＴが比較される（ステップＳ６）。ここで、処理値Ａ＜ワーニング閾値ＷＴの場合にはステップＳ１に戻り、戻り光ＲＬの検出が行われる。そして、ステップＳ６において、処理値Ａ≧ワーニング閾値ＷＴの場合には、ステップＳ７へ移行して、例えば表示手段３１にワーニングメッセージ等の表示が行われると共に、移動平均処理を行ったデジタル信号ＤＳがワーニング閾値ＷＴを越えている時間の積算が開始される。

前記ステップＳ７において、ワーニング閾値ＷＴをデジタル信号ＤＳが越えている時間の積算は、予め設定したリセット設定時間（例えば２００ｍsec）行って、リセット設定時間が経過すると、経過時間も、積算値も同様にリセットされてステップＳ１に戻り、戻り光ＲＬの検出が行われる。したがって、ステップＳ７においてワーニング時間の積算が開始されると、次に、ステップＳ８において積算開始時間の経過と予め設定してあるリセット設定時間とが判別手段３７において比較される。そして、経過時間≧リセット設定時間になると、ステップＳ９においてリセットされ、前記ステップＳ１へ戻って再度戻り光ＲＬの検出が行われる。

前記ステップＳ８において、経過時間＜リセット設定時間の場合には、前記ワーニング時間の積算値Ｂと予め設定してあるアラーム設定時間（例えば８０ｍsec）とが比較される（ステップＳ１０）。ここで、積算値Ｂ≧アラーム設定時間の場合には、ワーニング閾値ＷＴをデジタル信号ＤＳが越えている時間が長く継続され、光ファイバに損傷を生じ易いものとして、前記アラーム処理（ステップＳ５）へ移行する。前記ステップＳ１０において、積算値Ｂ＜アラーム設定時間の場合には、前記ステップＳ１へ戻るものである。

以上のごとき説明より理解されるように、本実施形態においては、レーザ加工時におけるレーザ加工位置からの光ファイバへの戻り光ＲＬを検出した検出信号（アナログ信号）をデジタル処理し、このデジタル処理したデジタル信号を移動平均化して、この移動平均化したデジタル信号ＤＳの高さを、予め設定したワーニング閾値ＷＴ、アラーム閾値ＡＴと比較するものである。

したがって、一瞬の大きな反射レベルの戻り光ＲＬであっても光ファイバに損傷を与えることのないような場合には、平均化されることとなり、前記アラーム閾値ＡＴを越えるようなことが少なくなり、アラーム処理回数が少なくなるものである。よって、アラーム処理に起因する加工能率低下を抑制できることになるものである。

また、デジタル信号ＤＳのレベルがアラーム閾値ＡＴ以下であって、ワーニング閾値ＷＴを越えている時間が予め設定したリセット設定時間内において予め設定したアラーム設定時間を越えるとアラーム処理を行うものであるから、デジタル信号ＤＳのレベルがアラーム閾値ＡＴ以下であっても、光ファイバを損傷するおそれがある場合には、未然に損傷を防止することができるものである。

なお、本発明は前述したごとき実施形態のみに限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能なものである。すなわち、前記説明においては、閾値メモリ２１をデジタル処理手段１５に備えている場合について例示した。しかし、閾値メモリ２１は、ＮＣ装置２３に備えてもよいものである。

１レーザ加工装置
３ファイバレーザ発振器
５レーザ加工ヘッド
７伝送用光ファイバ
９光センサ
１１戻り光モニタ手段
１５デジタル処理手段
１７Ａ／Ｄ変換器
２１閾値メモリ
２３ＮＣ装置
２７移動平均処理手段
２９比較手段
３１表示手段
３３アラーム処理手段
３５ワーニング処理手段
３７判別手段

Claims

レーザ発振器とレーザ加工ヘッドとを光ファイバによって接続したレーザ加工装置であって、ワークへ照射したレーザ光の前記光ファイバへの戻り光を検出する戻り光検出手段と、前記戻り光の検出値をデジタル処理するデジタル処理手段と、デジタル処理したデジタル信号を移動平均する移動平均処理手段と、上記移動平均処理手段によって処理した処理値と予め設定してあるアラーム閾値、ワーニング閾値とを比較する比較手段と、上記比較手段による比較の結果、前記処理値≧アラーム閾値の場合には、レーザ加工停止のアラーム処理を行うアラーム処理手段と、処理値＜アラーム閾値の場合には、処理値とワーニング閾値との比較を行い、処理値≧ワーニング閾値の場合に、表示手段にワーニングメッセージの表示を行うワーニング処理手段と、を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記移動平均処理手段による処理値が前記ワーニング閾値よりも大きく、前記アラーム閾値よりも小さい場合に、予め設定してあるリセット設定時間内において、前記処理値が前記ワーニング閾値よりも大きい時間の積算値が予め設定してあるアラーム設定時間を越えたか否かを判別し、越えた場合にアラーム処理を行う判別手段を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。