JP6178908B1 - Water jet laser processing equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ被曝のリスクを著しく低下させる安全なレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】ノズルから吐出した水柱で案内したレーザ光によって被加工物を加工するウォータジェットレーザ加工機と、レーザ光の被曝からオペレータを保護するためにオペレータに装着される保護装具と、保護装具がオペレータに装着されているか否かを検出する装具検出部と、を具備するレーザ加工装置であって、ウォータジェットレーザ加工機が、レーザ光源からノズルへ至るレーザ光の光路に配設されて光路を開放する開放位置及び光路を遮断する遮断位置のいずれかをとることができるシャッタと、装具検出部がオペレータによる保護装具の装着を検出しなかったとき、シャッタを遮断位置に配置する制御部とを具備するレーザ加工装置。【選択図】図3A safe laser processing apparatus that significantly reduces the risk of laser exposure. A water jet laser processing machine that processes a workpiece by laser light guided by a water column discharged from a nozzle, a protective equipment mounted on an operator to protect the operator from exposure to laser light, and a protective equipment A device for detecting whether or not the laser beam is attached to an operator, and a water jet laser processing machine is disposed in the optical path of the laser beam from the laser light source to the nozzle. A shutter that can take either an open position that opens the light path or a blocking position that blocks the optical path, and a control unit that places the shutter in the blocking position when the equipment detection unit does not detect the wearing of the protective equipment by the operator, A laser processing apparatus comprising: [Selection] Figure 3
Description
本発明は、ノズルから吐出した水柱で案内したレーザ光により被加工物を加工するウォータジェットレーザ加工装置に関するものである。 The present invention relates to a water jet laser processing apparatus for processing a workpiece by laser light guided by a water column discharged from a nozzle.
特に金属加工用のレーザ加工機は、強力なレーザ光を利用するので、通常は、日本工業規格JIS C 6802で規定されたクラス4の装置として分類されている。そのため、レーザ加工機は、レーザ被曝が起こらないように、加工領域をカバーで覆う等の方策が取られている。さらに、レーザ加工機の稼働中は、レーザ被曝を防ぐ保護メガネのような保護装具がオペレータによって着用される。 In particular, a laser processing machine for metal processing uses a powerful laser beam, and is usually classified as a class 4 apparatus defined in Japanese Industrial Standard JIS C 6802. Therefore, measures such as covering the processing area with a cover are taken in the laser processing machine so that laser exposure does not occur. Further, during the operation of the laser processing machine, protective equipment such as protective glasses for preventing laser exposure is worn by the operator.
ところで、レーザ加工機の稼働に際しては、通常、レーザ光の照射位置あるいは焦点位置の調整が行われる。そのときオペレータは、カバーに設けられた開口部の扉を開け、保護メガネによってレーザ被曝を防ぎつつ作業を行う。特に、精密加工用のウォータジェットレーザ加工機の場合、水柱内を通過するレーザ光を視認可能な状態で、レーザ光の焦点位置を微小な(例えば25μmから120μm)ノズルの中心に合わせる非常にシビアなアライメント調整を比較的高い頻度で行う必要があり、そのため保護メガネだけでレーザ被曝に対処する機会が多くなる。 By the way, when the laser processing machine is operated, the irradiation position or the focal position of the laser beam is usually adjusted. At that time, the operator opens the door of the opening provided in the cover, and performs the work while preventing the laser exposure with the protective glasses. In particular, in the case of a water jet laser processing machine for precision processing, the laser beam passing through the water column is visible and the focal position of the laser beam is adjusted to the center of a minute nozzle (for example, 25 μm to 120 μm). Alignment must be performed at a relatively high frequency, which increases the chances of dealing with laser exposure with protective glasses alone.
保護メガネと連携して安全性を高めた手持型のレーザ装置が特許文献1に記載されている。そこでは、保護メガネを装着したオペレータの視線がレーザトーチに向けられているときにだけレーザ光の出射が可能にされる。ただし、特許文献1に記載された発明を、レーザ光の出射方向が常に一定の定置型のウォータジェットレーザ加工機に適用しても安全性は高まらない。 Patent Document 1 discloses a hand-held laser device that improves safety in cooperation with protective glasses. There, laser light can be emitted only when the line of sight of an operator wearing protective glasses is directed toward the laser torch. However, even if the invention described in Patent Document 1 is applied to a stationary water jet laser processing machine in which the laser beam emission direction is always constant, the safety is not improved.
レーザ加工に関して、保護メガネを着用してレーザ被曝を避けつつ実施しなければならない作業は残っている一方で、保護メガネの着用の有無は最終的には人為的に確認されなければならない。したがって、従来の状況は、レーザ被曝のリスクを解消できていないといえる。 With regard to laser processing, while there remains work that must be performed while wearing protective glasses and avoiding laser exposure, the presence or absence of wearing protective glasses must be finally confirmed artificially. Therefore, it can be said that the conventional situation has not eliminated the risk of laser exposure.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、レーザ被曝のリスクを著しく低下させる安全なレーザ加工装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a safe laser processing apparatus that significantly reduces the risk of laser exposure.
上述の目的を達成するために、本発明によれば、ノズルを有し、そのノズルから吐出した水柱で案内したレーザ光によって被加工物を加工するウォータジェットレーザ加工機と、レーザ光の被曝からオペレータを保護するためにオペレータに装着される保護装具と、保護装具がオペレータに装着されているか否かを検出する装具検出部とを具備するレーザ加工装置であって、ウォータジェットレーザ加工機が、レーザ光源からノズルへ至るレーザ光の光路に配設されて、光路を開放する開放位置及び光路を遮断する遮断位置をとることができるシャッタと、装具検出部がオペレータによる保護装具の装着を検出しなかったとき、シャッタを遮断位置に配置する制御部とを具備し、装具検出部と制御部とが無線で通信するように構成されており、制御部は、電波強度を検知し、検知した電波強度が予め定めた基準値よりも高い場合にはレーザ光の強度を低下させるか又はシャッタを遮断位置に配置するレーザ加工装置が提供される。 In order to achieve the above-described object, according to the present invention, a water jet laser processing machine that has a nozzle and processes a workpiece by laser light guided by a water column discharged from the nozzle, and exposure of laser light. A laser processing apparatus comprising a protective equipment attached to an operator for protecting the operator, and an equipment detection unit for detecting whether or not the protective equipment is attached to the operator, wherein the water jet laser processing machine comprises: A shutter that is disposed in the optical path of the laser light from the laser light source to the nozzle and can take an open position that opens the optical path and a blocking position that blocks the optical path, and an equipment detection unit detects the wearing of the protective equipment by the operator. when there was no, and a control unit to place the shutter in the shut-off position, which is a control unit orthosis detector is configured to communicate wirelessly Control unit detects the radio wave intensity, the detected field intensity laser processing apparatus to place or shutter to lower the intensity of the laser beam to the blocking position is provided is higher than the predetermined reference value.
本発明によれば、装具検出部がオペレータによる保護装具の装着を検出しなかったときは、制御部がシャッタを遮断位置に配置してレーザ光の出射を止めるので、レーザ被曝を確実に防ぐことが可能になる。また、レーザ光の出射を止めるのはシャッタを遮断位置に配置することにより行われ、レーザ光源は作動し続けているので、レーザ光の出射が許容された状況になったときに、オペレータは直ちに所望の作業を開始することが可能になる。 According to the present invention, when the equipment detection unit does not detect the wearing of the protective equipment by the operator, the control unit stops the emission of the laser light by placing the shutter at the blocking position, thereby reliably preventing laser exposure. Is possible. Further, stopping the emission of the laser beam is performed by placing the shutter at the blocking position, and the laser light source continues to operate, so that when the laser beam emission is permitted, the operator immediately It becomes possible to start a desired operation.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるレーザ加工装置について説明する。
本発明の実施形態によるレーザ加工装置1000は、図1に示されるウォータジェットレーザ加工機(以下「レーザ加工機」という)100と、図4に示される保護メガネ50のような保護装具と、保護メガネ50に取り付けられた装具検出部60を具備する。図1のレーザ加工機100は、レンズで絞ったレーザ光をノズルから噴出させた水柱によって導くウォータジェットタイプのものであって、金属の精密な穴あけ及び切断加工に適したものである。
Hereinafter, a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
A
図1を参照すると、レーザ加工機100は、ワークを取り付けるためのテーブル108と、そのテーブル108に対してX軸、Y軸、Z軸の直交3軸方向に相対的に直線移動可能に設けられた光学ヘッド10と、図1には示されないがレーザ発振器40とを具備している。レーザ加工機100は、光学ヘッド10及びテーブル108を包囲して加工室を形成する直方体状のカバー102も具備している。カバー102の正面には、オペレータがテーブル108や光学ヘッド10へアクセス可能となるように開口部104が形成されている。カバー102は、開口部104を開閉するための、左右方向(X軸方向)にスライド可能なオペレータ・ドア106も有している。オペレータ・ドア106は、その開閉状態を検出するためのドアスイッチ106aを備えている。
Referring to FIG. 1, a
カバー102の正面側壁には、レーザ加工機100のための操作盤110が取り付けられている。操作盤110は、レーザ加工機100の状態や動作を示すパラメータや、オペレータに対する操作方法を教示するアイコン等を表示するディスプレイ112および各種操作ボタン114を有している。ディスプレイ112は、オペレータが指でアイコンにタッチすることによってレーザ加工機100に対して様々な操作が可能なタッチパネルとすることができる。また、操作盤110は制御装置を内蔵し、オペレータの入力や制御装置内に記憶されたプログラムに従ってレーザ加工機100を制御する。操作盤110から、加工に用いるレーザ光の出力を入力して設定することができる。なお、制御装置は制御盤110に内蔵されるのではなく、機械の別の場所に格納されていてもよい。
An
図2に一例として示す光学ヘッド10は、ハウジング12内に配設され、レーザ発振器40からのレーザ光を光ファイバコード40aを介して受け取り、コリメーションレンズ18へ向けて照射するレーザ照射ヘッド16を具備している。レーザ照射ヘッド16からのレーザ光は、コリメーションレンズ18で平行光線となって、第1のミラー20によって第2のミラー22に向けて反射され、その第2のミラー22によってフォーカスレンズ24へ向けて反射される。フォーカスレンズ24で絞られたレーザ光は、ノズルヘッド26を通してハウジング12の外部の、通常はテーブル108に載置されたワークWに照射される。このとき、光学ヘッド10が照射するレーザ光の光軸はZ軸に略平行となっている。また、光学ヘッド10は、光学ヘッド10から照射されるレーザ光の方向を調節するためミラー配向変更手段としてモータ20a、22aを有している。さらに、光学ヘッド10は、ノズルヘッド26の底面壁に固定されたノズル体27のノズル27aから照射されるレーザ光とノズル27aとの位置関係を監視するカメラ32も有している。第2のミラー22は誘電体多層膜から形成されているので、カメラ32は、第2のミラー22の下方に位置するノズル体27の上端面を観察することができる。
An
図2に例示される光学ヘッド10のノズル27aから照射されるレーザ光は、同じノズル27aから噴射される水柱34によって包囲され、その水柱34と周囲の空気との境界面で全反射しながら進行してワークを照射する。水柱を形成するために、超純水供給装置30が管路28を介してノズルヘッド26に接続されている。
The laser light emitted from the
図4に例示される保護メガネ50はレーザ加工に使用される特定の波長のレーザ光を吸収するレンズ52を備えている。また保護メガネ50には、その左右のテンプル54の各々に、オペレータが保護メガネ50を正しく装着した時に作動する接触スイッチ(図示せず)と、そのスイッチの作動信号をレーザ発振器40の後述する制御部45にWi‐FiあるいはBluetooth(登録商標)により無線送信するための送信部(図示せず)と、バッテリーとを含む装具検出部60が取り付けられている。本実施形態では、装具検出部60の接触スイッチは、そのアクチュエータがオペレータのこめかみによって押されて作動するように構成されたリミットスイッチである。ただし、公知の様々なタイプのスイッチを接触スイッチとして利用可能であり、例えば感圧式スイッチ又は静電容量スイッチを接触スイッチとして利用してもよい。また、接触スイッチが、めがねのテンプル54ではなく鼻あてに組み込まれた保護メガネの実施形態も可能である。
The
図3は、本発明の実施形態によるレーザ加工装置1000の構成を示すブロック図である。図3を参照して、最初にレーザ加工機100のレーザ発振器40について説明する。レーザ発振器40は、レーザ出力部41のようなレーザ光源と、チラー42と、レーザ出力部41から光学ヘッド10に至るレーザ光の光路を遮断及び開放するシャッタ43と、出力計44と、制御部45と、電源部46と、光学ヘッド10へレーザ光を導光する光ファイバコード40a(図3には図示せず)を具備する。また、電源部46は、制御部45を介してレーザ出力部41に対して、及びチラー42に対して電力を供給する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
図3のレーザ出力部41は、Nd:YAG固体レーザ共振器として構成されており、したがって、その内部に、図示されないが、Nd:YAGロッド、励起光源、集光器、全反射ミラー、出力ミラー等を具備する。また、レーザ出力部41が出力するレーザ光は、本実施形態では、緑色の可視光である。
The
レーザ出力部41と出力計44からの発熱量は相当に大きいので、それらを冷却するために、チラー42からの冷媒の配管がレーザ出力部41及び出力計44に接続されている。チラー42は、レーザ発振器40が通電状態にある間は、加工時及び非加工時の如何にかかわらず一定量の冷媒をレーザ出力部41及び出力計44に供給するように作動する。
Since the calorific values from the
レーザ出力部41から出射されたレーザ光は、光ファイバコード40aの入射端(図示せず)の前に配設されたファイバ入射結合レンズ(図示せず)によって絞られて光ファイバコード40aに導入される。シャッタ43は、レーザ出力部41の出射端とファイバ入射結合レンズとの間のレーザ光の光路に配設されている。シャッタ43は、光路を遮断する遮断位置と、光路を開放する開放位置をとることができる。図3では、遮断位置が実線で示され、開放位置が想像線で示されている。シャッタ43は、枢軸を有する板状のものであって、前記枢軸を中心にモータ47によって回動するタイプである。また、シャッタ43は、それが遮断位置にあるときに、レーザ出力部41から受けたレーザ光を出力計44へ向けて反射する反射面を備えている。
Laser light emitted from the
制御部45は、シャッタ制御部48と出力制御部49とを具備する。シャッタ制御部48は、カバー102のオペレータ・ドア106に設けられたドアスイッチ106aからの信号及び装具検出部60からの信号に基づいてシャッタ駆動用のモータ47を制御する。ドアスイッチ106aがオペレータ・ドア106の開状態を検知している間は、シャッタ制御部48は、シャッタ43が遮断位置をとるようにモータ47を制御し、ドアスイッチ106aがオペレータ・ドア106の閉状態を検知している間は、シャッタ43が開放位置をとるようにモータ47を制御する。ただし、レーザアライメント調整を行う場合等を考慮して、オペレータ・ドア106が開状態であってもシャッタ43が開放位置をとることができるように、操作盤110から所定の指令を発することが可能である。また、シャッタ43が遮断位置にあるときも、本実施形態では、レーザ出力部41は作動して所定の出力のレーザ光を出力している。これは、レーザ出力部41の電源を一旦切ると、再稼働して安定なレーザ出力が得られるまでに比較的長い時間を要するからである。
The
出力制御部49は、レーザ出力部41の励起光源に供給する電流を制御することにより、レーザ出力部41から出射されるレーザ光の出力を0から規定の最大出力までの間で制御するように構成されている。また、出力制御部49は、レーザ発振器40の始動立ち上げ時において、遮断位置に配置されたシャッタ43によって出力計44へ反射されたレーザ光の出力を監視するようにも構成されている。そして、レーザ光の出力が規定の出力に達したとき、シャッタ制御部48が、モータ47によってシャッタ43を開放位置に移動させてその位置で保持させる。
The
制御部45には、保護メガネ50に取り付けられた装具検出部60の接触スイッチの作動信号を無線で受信するための図示しない受信部が備えられている。制御部45のシャッタ制御部48は、受信部で受信した装具検出部60からの信号に基づいてシャッタ駆動用のモータ47を制御する。シャッタ制御部48は、例えばオペレータが保護メガネ50を正しく装着していることによって保護メガネ50の2つの装具検出部60の接触スイッチが共に閉成されている間は、シャッタ43が開放位置をとるようにモータ47を制御する。一方、例えばオペレータが保護メガネ50を装着していないことによって、2つの前記接触スイッチの少なくともいずれか一方が開成されている間は、シャッタ制御部48は、シャッタ43が遮断位置をとるようにモータ47を制御する。但し、この場合でもレーザ出力部41は所定の出力のレーザ光を出力している。これは、保護メガネ50が正しく着用されて光学ヘッド10からのレーザ光の出射が許容される状況になったときに、シャッタ43を開放位置に配置すれば、ただちに所定の出力のレーザ光が出射されるようにするためである。
The
装具検出部60の2つの接触スイッチの少なくともいずれか一方が開成されている場合、本実施形態では、保護メガネ50の着用を促す警報メッセージが操作盤110のディスプレイ112に表示されると共に、警告音及び警告ランプが点灯し、さらに、制御部45は、加工プログラムの実行を停止する信号を操作盤110内の制御装置(図示せず)に対して発する。
When at least one of the two contact switches of the
また本実施形態では、シャッタ制御部48は、ドアスイッチ106aがオペレータ・ドア106の閉状態を検知している間であっても、装具検出部60の接触スイッチが開成されているなら、シャッタ43が遮断位置をとるようにモータ47を制御する。
In the present embodiment, the
制御部45は、その受信部(図示せず)が、装具検出部60から受信した電波の強度に応じてシャッタ43の位置を制御するようにも構成されている。保護メガネ50がレーザ発振器40に接近し過ぎた結果、制御部45の受信部が受信した電波の強度が予め設定した上限値を超えた場合、シャッタ制御部48は、シャッタ43を遮断位置に配置し、したがって光学ヘッド10からのレーザ光の出射が止まる。これは、オペレータが保護メガネ50を着用していたとしても、レーザ光を間近で観察することは危険であるため、それを回避させるためである。
The
前述の実施形態によると、保護メガネ50の装着の有無が、オペレータが意識することなく、確実に検知され、検知された情報に基づいて、光路に配置されたシャッタの位置が制御されて、光学ヘッド10からのレーザ光の出射が許容されるか又は禁止される。したがって、保護メガネ50の非着用の際にはレーザ光の出射が止められるのでレーザ被曝を確実に防ぐことが可能になる。また、レーザ光の光学ヘッド10からの出射を止めるのはシャッタ43を遮断位置に配置することにより行われ、レーザ出力部41は作動し続けているので、レーザ光の出射が許容された状況になったときに、オペレータは直ちに所望の作業を開始することが可能になる。
According to the above-described embodiment, whether or not the
その他の実施形態
保護装具は、保護メガネ50に限られることはなく、様々なもの、例えばオペレータの足及び脛部分を飛散するスパッタから保護するオーバーブーツ、あるいは前掛けであってもよい。
Other Embodiments The protective equipment is not limited to the
前述の実施形態のように、装具検出部60が保護メガネ50に取り付けられていることが好ましいが、装具検出部60が、保護メガネ50等の保護装具から分離されて、オペレータによって保持され、接触スイッチが手動で操作される実施形態も可能である。
As in the above-described embodiment, it is preferable that the
装具検出部60の接触スイッチが開成している間は、レーザ出力部41からのレーザ光出力を例えばクラス1相当の安全なレベルに低下させる実施形態も可能である。この場合、制御部45の出力制御部49は、レーザ出力部に供給される電流を、レーザ光出力がクラス1相当になるように低下させる。このとき、シャッタ43は開放位置に配置されて低出力のレーザ光が光学ヘッド10から出射される。但し、シャッタ43が遮断位置に配置され、且つレーザ光出力が低下される実施形態も可能である。
While the contact switch of the
同様に、制御部45の受信部が装具検出部60から受信した電波の強度が予め設定した上限値を超えた場合、レーザ出力部41からのレーザ光出力を例えばクラス1相当の安全なレベルに低下させる実施形態も可能である。
Similarly, when the intensity of the radio wave received from the
装具検出部60とレーザ発振器40の制御部45とが無線ではなく有線で通信接続された実施形態も可能である。
An embodiment in which the
10 光学ヘッド
27a ノズル
40 レーザ発振器
41 レーザ出力部
43 シャッタ
45 制御部
48 シャッタ制御部
49 出力制御部
50 保護メガネ
60 装具検出部
100 ウォータジェットレーザ加工機
102 カバー
106 オペレータ・ドア
106a ドアスイッチ
108 テーブル
110 操作盤
1000 レーザ加工装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
レーザ光の被曝からオペレータを保護するためにオペレータに装着される保護装具と、
前記保護装具がオペレータに装着されているか否かを検出する装具検出部と、
を具備するレーザ加工装置であって、
前記ウォータジェットレーザ加工機が、
レーザ光源から前記ノズルへ至るレーザ光の光路に配設されて、前記光路を開放する開放位置及び前記光路を遮断する遮断位置をとることができるシャッタと、
前記装具検出部がオペレータによる前記保護装具の装着を検出しなかったとき、前記シャッタを前記遮断位置に配置する制御部と、を具備し、
前記装具検出部と前記制御部とが無線で通信するように構成されており、
前記制御部は、電波強度を検知し、検知した電波強度が予め定めた基準値よりも高い場合にはレーザ光の強度を低下させるか又は前記シャッタを遮断位置に配置することを特徴としたレーザ加工装置。 A water jet laser processing machine that has a nozzle and processes a workpiece by laser light guided by a water column discharged from the nozzle;
Protective equipment worn on the operator to protect the operator from exposure to laser light;
A brace detector that detects whether the protective brace is worn by an operator;
A laser processing apparatus comprising:
The water jet laser processing machine is
A shutter that is disposed in an optical path of laser light from a laser light source to the nozzle, and can take an open position that opens the optical path and a blocking position that blocks the optical path;
A control unit that arranges the shutter at the blocking position when the appliance detection unit does not detect the wearing of the protective device by an operator ; and
The appliance detection unit and the control unit are configured to communicate wirelessly,
The control unit detects a radio wave intensity, and when the detected radio wave intensity is higher than a predetermined reference value, reduces the intensity of the laser beam or arranges the shutter at a blocking position. Processing equipment.
前記制御部は、前記扉開閉検出部が扉の閉鎖を検出したとしても、前記装具検出部がオペレータによる前記保護装具の装着を検出しなかったときは前記シャッタを前記遮断位置に配置する、請求項1又は2に記載のレーザ加工装置。 The water jet laser processing machine further comprises a cover that separates the processing area from the outside, and a door open / close detection unit that detects an open / closed state of the door provided in the cover,
The control unit arranges the shutter at the blocking position when the appliance detection unit does not detect attachment of the protective device by an operator even if the door opening / closing detection unit detects closing of the door. Item 3. The laser processing apparatus according to Item 1 or 2.
前記装具検出部は、前記保護装具がオペレータに装着されたときに自動的に作動するスイッチを具備する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。 The appliance detection unit is attached to the protective appliance,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the appliance detection unit includes a switch that automatically operates when the protective appliance is attached to an operator.
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Cited By (1)
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