JP6050519B1 - 光加工ヘッド、光加工装置およびその制御方法ならびに制御プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工ヘッドであって、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部を前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置し、
前記受光部から取得した信号を用いて、前記筒状筐体の内面の汚れあるいは前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る他の光加工ヘッドは、
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工ヘッドであって、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号を用いて、前記筒状筐体の内面の汚れあるいは前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする。
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御方法であって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外において前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御方法である。
上記目的を達成するため、本発明に係る他の方法は、
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御方法であって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御方法である。
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御プログラムであって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外において前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御プログラムである。
上記目的を達成するため、本発明に係る他のプログラムは、
加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御プログラムであって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御プログラムである。
本発明の第1実施形態としての光加工ヘッド(optical processing head)100について、図1を用いて説明する。図1は、光加工ヘッド100の断面図である。この光加工ヘッド100は、図示しない加工用光源(light source for processing)からの光線(ray)110を加工面(process surface)140において集光させることにより加工する。
本発明の第2実施形態としての光加工ヘッド200について、図2を用いて説明する。図2は、レーザ光を適用した光加工ヘッド200の内部構成を示すための図であり、図2に示すとおり、光加工ヘッド200は、集光光学系装置201と観察装置202とノズル203とを含む。
集光光学系装置201は、コリメータレンズ216および集光レンズ217とそれを保持する円筒筐体211とで構成される。コリメータレンズ216は、入射端215より射出された加工用光線205を平行光に変換する。集光レンズ217は、その平行光を下流側の加工面260上において集光する。
加工の際、加工面260から飛散するヒューム(fume)やスパッタ(sputter)と呼ばれる飛散物(scattering object)242が円筒筐体211内部に侵入すると、集光レンズ217などの光学系が汚染され、筐体内面211aに汚れ241が付着し、光利用効率の低下を引き起こす。そこで、光加工ヘッド200は、飛散物242の影響を検査する検査ユニット230として、円筒筐体211の内部に、検査用光線射出部212、受光部213、遮蔽板214、および信号出力部218を備える。
つまり、数式(1)は楕円の2つの焦点に検査用光線射出部212と受光部213を配置するための条件である。
次に本発明の第3実施形態に係る光加工ヘッド600について、図6を用いて説明する。図6は、本実施形態に係る光加工ヘッド600の内部構成を説明するための透過斜視図であり、図7は、その部分拡大図である。本実施形態に係る光加工ヘッド600は、上記第2実施形態と比べると、検査ユニット230とは内面形状が異なる検査ユニット630を有する点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
本発明の第4実施形態としての光加工装置(Optical Processing apparatus)900について、図9を用いて説明する。光加工装置900は、上述の実施形態で説明した光加工ヘッド100、200、600のいずれかを含み、集光した光が生み出す熱で材料を溶融することにより三次元的な造形物(あるいは肉盛溶接)を生成する装置である。ここでは一例として、光加工ヘッド200を備えた光加工装置900について説明する。
光加工装置900は、光加工ヘッド200以外に、光源901、光伝送部210、冷媒供給装置903、冷媒供給部904、ステージ905、材料供給装置906、材料供給部907、ガス供給装置908、ガス供給部909および制御部930を備えている。
次に、光加工装置900の動作について説明する。造形物910は、ステージ905の上で作成される。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術思想内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
Claims (14)
- 加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工ヘッドであって、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部を前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置し、
前記受光部から取得した信号を用いて、前記筒状筐体の内面の汚れあるいは前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする光加工ヘッド。 - 加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工ヘッドであって、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号を用いて、前記筒状筐体の内面の汚れあるいは前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする光加工ヘッド。 - 前記検査用光線射出部および前記受光部の両方を通る前記湾曲面の断面のうち少なくとも1つは、楕円であることを特徴とする請求項2に記載の光加工ヘッド。
- 前記検査用光線射出部および前記受光部が前記楕円の2つの焦点位置にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項3に記載の光加工ヘッド。
- 前記湾曲面は回転楕円体の外周面に沿う形状であり、
前記検査用光線射出部および前記受光部が前記回転楕円体の2つの焦点位置にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項4に記載の光加工ヘッド。 - 前記湾曲面は、前記加工用光線の光軸を中心として直径をDとする円柱形状であり、
前記検査用光線射出部および前記受光部を結ぶ線分と前記光軸との成す角をθとし、
前記検査用光線射出部と前記受光部との距離をLとすると、下記の数式が成り立つことを特徴とする請求項2に記載の光加工ヘッド。
D/L = 2/tanθ - 前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズをさらに備え、
前記検査用光線射出部および前記受光部は前記集光レンズよりも下流に配置されることを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の光加工ヘッド。 - 前記受光部から取得した信号の時間的変化に基づいて、前記筒状筐体内に流入する飛散物の濃度を検査することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光加工ヘッド。
- 前記受光部から取得した信号の基準値からの変化に基づいて、前記筒状筐体の内面の汚れを検査することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光加工ヘッド。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光加工ヘッドと、
前記信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させる、パージ制御部と、
を有することを特徴とする光加工装置。 - 加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御方法であって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外において前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御方法。 - 加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御方法であって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御方法。 - 加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御プログラムであって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記加工用光線を前記加工面に向けて下流側に集光させる集光レンズと、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内において、前記集光レンズよりも下流であって、前記加工用光線の経路外において前記検査用光線射出部よりも前記加工面側に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
前記集光レンズよりも上流に設けられた観察用ミラーと、
前記観察用ミラーの反射を利用して前記加工面を撮像する撮像素子と、
を備え、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御プログラム。 - 加工用光源からの光線を加工面において集光させることにより加工する光加工装置の制御プログラムであって、
前記光加工装置は、
前記加工用光源から射出された加工用光線を取り囲む筒状筐体と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置された検査用光線射出部と、
前記筒状筐体内であって、前記加工用光線の経路外に配置され、前記検査用光線射出部から射出される検査用光線を受光する受光部と、
を備え、
前記検査用光線が前記筒状筐体の内面で反射して前記受光部に集光されるように、前記筒状筐体の内面の少なくとも一部を湾曲面とし、
前記受光部から取得した信号に基づいて、前記加工面に射出するパージガスの量を変化させることを特徴とする光加工装置の制御プログラム。
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