JP6194464B1 - Method for determining nozzle life of laser processing machine and laser processing machine - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ加工機において、交換が必要となるノズルの損耗、劣化を効果的に判定できるようにすること。【解決手段】液体を噴射して柱状の液体流を形成するノズル26bを有し、該ノズルにレーザ光を導入してワークにレーザ光を照射してワークを加工するレーザ加工機10のノズル寿命判定方法において、レーザアライメント調整を行う度にアライメントカメラ32で撮像したノズルの画像をレーザ加工機の入力・表示部120に表示し、アライメント調整を行ったノズルの画像を属性データと共に保存し、少なくとも正常なノズルのカメラ画像と、現在のノズルのカメラ画像とを、属性データと共に入力・表示部に並べて表示し、現在のノズルが使用可能であるか否かを目視により判定できるようにした。【選択図】図2In a laser processing machine, it is possible to effectively determine the wear and deterioration of a nozzle that needs to be replaced. Nozzle life of a laser processing machine having a nozzle (26b) for injecting a liquid to form a columnar liquid flow, introducing a laser beam into the nozzle and irradiating the workpiece with the laser beam. In the determination method, each time the laser alignment adjustment is performed, the nozzle image captured by the alignment camera 32 is displayed on the input / display unit 120 of the laser processing machine, and the nozzle image subjected to the alignment adjustment is stored together with the attribute data. The camera image of the normal nozzle and the camera image of the current nozzle are displayed side by side on the input / display unit together with the attribute data so that it can be visually determined whether or not the current nozzle can be used. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、液体を噴射して柱状の液体流を形成するノズルを有し、該ノズルにレーザ光を導入して照射する光学ヘッドからテーブルに載置されたワークにレーザ光を照射してワークを加工するウォータジェットレーザ加工機のノズル寿命判定方法、および、該ノズル寿命判定方法を実施可能なレーザ加工機に関する。 The present invention includes a nozzle that ejects liquid to form a columnar liquid flow, and irradiates the workpiece placed on the table with laser light from an optical head that irradiates the nozzle with laser light. The present invention relates to a nozzle life determination method for a water jet laser processing machine that processes the nozzle and a laser processing machine capable of performing the nozzle life determination method.
液体をノズルから噴射して形成される柱状の液体流にレーザ光を通してワークを加工するウォータジェットレーザ加工機では、レーザ光の光軸を液体流の中心軸に一致させなければならない。特許文献1には、レーザ光の光軸を液体流の中心軸に一致させるアライメント調整を行うため、ノズル近傍を観察するカメラを備えたレーザ加工装置が開示されている。 In a water jet laser processing machine that processes a workpiece through laser light in a columnar liquid flow formed by ejecting liquid from a nozzle, the optical axis of the laser light must be aligned with the central axis of the liquid flow. Patent Document 1 discloses a laser processing apparatus including a camera for observing the vicinity of a nozzle in order to perform alignment adjustment in which the optical axis of laser light coincides with the central axis of a liquid flow.
レーザ加工機では、加工中のレーザ光の熱によりノズル孔は徐々に損傷し、内径が基準寸法よりも大きくなったり、ノズル孔の内面に亀裂が生じたりする。また、ノズルは、加工中にワークから飛散するスパッタが衝突したり、付着してノズル孔の形状がいびつになる。このように、レーザ加工機では加工に供された時間が経過するうちにノズルの損傷、劣化のために、ノズルから放出される柱状の液体流が乱れて層流ではなく乱流となり、柱状の液体流の側面から放射されるレーザ光が増加し、適正なレーザ加工ができなくなる。 In the laser processing machine, the nozzle hole is gradually damaged by the heat of the laser beam being processed, and the inner diameter becomes larger than the reference dimension or the inner surface of the nozzle hole is cracked. In addition, the spatter scattered from the workpiece collides with or adheres to the nozzle, and the shape of the nozzle hole becomes distorted. In this way, in the laser processing machine, the columnar liquid flow discharged from the nozzle becomes turbulent and becomes turbulent flow instead of laminar flow due to damage and deterioration of the nozzle as time passes for processing. Laser light emitted from the side surface of the liquid flow increases, and proper laser processing cannot be performed.
そこで、ノズルが損傷、劣化したときに、新しいノズルと交換する必要があるが、例えば、加工不良が出たときにノズルを交換したのでは、加工不良となったワークが無駄になることに加えて、レーザ加工機をいったん停止しなければならないので加工効率が低下する。 Therefore, when the nozzle is damaged or deteriorated, it is necessary to replace it with a new nozzle. For example, if the nozzle is replaced when a processing defect occurs, the workpiece that has become defective is wasted. Thus, since the laser processing machine must be stopped once, the processing efficiency decreases.
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、交換が必要となるノズルの損耗、劣化を効果的に判定できるようにしたノズル寿命判定方法およびレーザ加工機を提供することを目的としている。 The present invention has a technical problem to solve such problems of the prior art, and provides a nozzle life determination method and a laser beam machine capable of effectively determining the wear and deterioration of a nozzle that requires replacement. It is an object.
上述の目的を達成するために、本発明によれば、ノズルから水を噴出して形成したウォータジェットにレーザ光線を導入してワークをレーザ加工するウォータジェットレーザ加工機のノズル寿命判定方法であって、レーザ光線を照射する光学ヘッド内に設けられ、レーザ光路の上流側からノズル孔を撮影するアライメントカメラで、正常な状態のノズル孔をウォータジェットを噴射した状態で撮像してその画像を記憶し、前記アライメントカメラで使用後のノズル孔をウォータジェットを噴射した状態で撮像し、記憶した正常な状態のノズル孔画像と使用後のノズル孔画像とを並べて表示し、画像データの差分に基づいてノズル寿命判定を行うようにしたレーザ加工機のノズル寿命判定方法が提供される。 In order to achieve the above-described object, according to the present invention, there is provided a nozzle life determination method for a water jet laser processing machine for laser processing a workpiece by introducing a laser beam into a water jet formed by jetting water from a nozzle. This is an alignment camera that is provided in the optical head that irradiates the laser beam and images the nozzle hole from the upstream side of the laser beam path. The normal nozzle hole is imaged in a state where a water jet is ejected and the image is stored. Then, the nozzle hole after use is imaged with the water jet jetted by the alignment camera, and the stored normal nozzle hole image and the nozzle hole image after use are displayed side by side, based on the difference of the image data Thus, there is provided a nozzle life determination method for a laser beam machine that performs nozzle life determination.
本発明の他の特徴によれば、テーブルに載置されたワークにレーザ光を照射してワークを加工するレーザ加工機において、水を噴射してウォータジェットを形成するノズルと、該ノズルにレーザ光を導入する光学システムと、ノズル孔の画像を撮像するアライメントカメラとを有した光学ヘッドと、前記アライメントカメラで撮像したノズル孔の画像を表示する表示部と、前記アライメントカメラで撮像したノズル孔の画像データに属性データを埋め込み、画像ファイルを生成する画像ファイル生成部と、前記表示部のノズル孔画像の画面に表示されたカメラ画像取得ボタンによって画像ファイルを格納する記憶部と、前記記憶部に格納されている画像ファイルのうち正常なノズルのカメラ画像から生成した画像ファイル、および、使用後のノズルのカメラ画像から生成した画像ファイルを含む複数の画像ファイルを時系列で並べて前記表示部に表示させる表示処理部とを具備するレーザ加工機が提供される。 According to another feature of the present invention, in a laser processing machine for processing a workpiece placed on a table by irradiating the workpiece with a laser beam, a nozzle for jetting water to form a water jet, and a laser on the nozzle An optical head having an optical system for introducing light, an alignment camera that captures an image of the nozzle hole, a display unit that displays an image of the nozzle hole captured by the alignment camera, and a nozzle hole captured by the alignment camera embedded attribute data to the image data of the image file generation unit that generates an image file, a storage unit for storing the image file by the camera image acquisition button displayed on the screen of the nozzle hole image of the display unit, said storage unit Image files generated from normal nozzle camera images, and after use Laser beam machine and a display processing unit for displaying on the display unit a plurality of image files including the image file generated from nozzle camera images are arranged in time series is provided.
本発明によれば、少なくとも正常なノズルのカメラ画像と、使用後のノズルのカメラ画像とを、表示装置に並べて表示することによって、オペレータは、その経験に基づき現在のノズルが使用可能であるか否か或いはノズルの交換の要否を目視により判定することが可能となる。 According to the present invention, by displaying at least the camera image of the normal nozzle and the camera image of the nozzle after use on the display device, the operator can use the current nozzle based on his / her experience. It is possible to visually determine whether or not the nozzle needs to be replaced.
図1を参照すると、本発明を適用するレーザ加工機の光学ヘッドの一例が図示されている。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14からのレーザ光を光ファイバーのような導光部材14a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、該第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、ワークを固定する該レーザ加工機のテーブル(図示せず)向けて、ノズルヘッド26を通してハウジング12の外部に照射される。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。なお、ワークを固体するテーブルが光学ヘッド10に対面するように設けられており、光学ヘッド10はテーブルに対してX、Y、Zの直線3方向に相対移動可能となっている。
Referring to FIG. 1, an example of an optical head of a laser processing machine to which the present invention is applied is shown. The
第1と第2のミラー20、22は平面状の反射面を有しており、該反射面の方向(反射面に垂直な方向)を調節し、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。また、第1と第2のミラー20、22、特にフォーカスレンズ24へ向けレーザ光を反射する第2のミラー22は、レーザ発振器14から照射されるレーザ光の波長に適合し、該レーザ光を反射し、かつ、該レーザ光の波長以外の波長の光を透過する誘電体多層膜を含んでいる。より詳細には、ガラス板にこうした誘電体多層膜を蒸着して形成されている。第2のミラー22を誘電体多層膜から形成することによって、ノズル26bから照射されるレーザ光とノズル26bとの位置関係をアライメントカメラ32によって観察することが可能となっている。以降、アライメントカメラを単にカメラと称する。
The first and
ノズルヘッド26は、水供給源30から管路28を介して水の供給を受ける中空状の部材である。ノズルヘッド26の底壁にウォータジェットを噴出するノズル26bが設けられ、該底壁の反対側のフォーカスレンズ24に対面する上面にガラス等の透明な部材より成る窓26aが設けられている。ノズル26bは光学ヘッド10のハウジング12の底面に形成されているオリフィス12bを通じてハウジング12の外部に連通している。
The
図2を参照すると、本発明の好ましい実施形態によるノズル観察装置100は、カメラ102、カメラ画像取得部104、表示画面取得部106、画像ファイル生成部108、内蔵記憶部112、表示処理部118および入力・表示部120を主要な構成として具備している。カメラ画像取得部104、表示画面取得部106および画像ファイル生成部108は、ハードウエア的にレーザ加工機のNC装置のCPUおよびメモリを利用して、そして、ソフトウエア的に同NC装置の制御プログラムの一部として形成することができる。また、内蔵記憶部112は、レーザ加工機のNC装置のRAM、フラッシュメモリ、ハードディスク等に割り当てられた記憶領域によって形成することができる。
Referring to FIG. 2, a
カメラ102は、上述したレーザ光のアライメント調整用に光学ヘッド10に内蔵されているカメラ32によって形成することができる。入力・表示部120は、例えば該レーザ加工機の操作盤に取り付けられた表示装置としてのタッチパネルから形成することができる。
The
カメラ画像取得部104は、入力・表示部120を構成するタッチパネルに表示されたカメラ画像取得ボタンをタップまたはクリックすることによって、カメラ102が現在撮像している画像のデータをカメラ102から取得する。カメラ画像取得部104が取得した画像データは、カメラ画像取得部104から画像ファイル生成部108へ出力される。
The camera
画像ファイル生成部108は、カメラ画像取得部104からの画像データに属性データを埋め込み、例えばTIFF (Tagged Image File Format)のような画像ファイルを生成する。属性データは、ノズルヘッド26(ノズル26b)の識別記号、画像撮像日時、オペレータの名前、ワーク材料、加工方法、オペレータによる摩耗の評価結果等を含むことができる。ノズルヘッド26(ノズル26b)の識別記号、画像撮像日時、オペレータの名前、ワーク材料、加工方法は、例えば、機械情報格納部110から取得することができる。機械情報格納部110は、例えばレーザ加工機のNC装置に内蔵のメモリ領域から形成することができる。属性データは、レーザ加工機のNC装置が読み取った加工プログラムを解釈することによって加工プログラムから収集したり、オペレータが加工に先立って手操作によって入力したり、或いは、LANのようなコンピュータネットワークを介してサーバーやCAMシステムから収集することができる。
The image
生成された画像ファイルは、ノズル観察装置100の内蔵記憶部112に格納される。内蔵記憶部112内のデータは、例えばUSB(ユニバーサル・シリアル・バス)のような適当な出力ポート114を介してUSBメモリのような外部記憶部116に出力するようにできる。或いは、出力ポート114と外部記憶部116は、LANのようなコンピュータネットワークと、該コンピュータネットワークに接続されたサーバーとによって置換してもよい。外部記憶部116に画像データに属性データを埋め込んだ画像ファイルを格納することによって、レーザ加工機のサービス担当者にレーザ加工機の正確な情報を簡単に提供することができ、保守や修理を効率的にかつ適切に行うことが可能なる
The generated image file is stored in the built-in
また、カメラ画像取得部104が取得した画像データは、表示処理部118へ出力され、カメラ102が撮像したノズル26bの画像が入力・表示部120に表示される。図3〜図6に、入力・表示部120に表示されるノズル26bの画像を例示する。図3〜図6は、一例としてノズル26bの状態を観察するためのノズル観察ウィンドウを示している。特に、図3は、アライメント調整用のカメラ32で撮像した交換直後のノズル26bを、アライメント調整作業で用いるターゲットサークル50と重ね合わせて入力・表示部120のノズル観察ウインドウに表示している。このとき、ターゲットサークル50の直径は、ノズル26bの許容摩耗内径と一致する大きさに設定してある。従って、交換直後のノズル26bは、まだ摩耗していないので、ターゲットサークル50より小さい。
The image data acquired by the camera
図4は、交換後一定時間加工に供した後のノズル26bの画像を示している。図4のノズル26bの状態は、図3のノズル26bと比較して、若干、内径が拡大して、ターゲットサークル50とほぼ重なっている。この状態では、まだノズル26bは使用可能である。図5は、更に加工時間が経過して、内径がターゲットサークル50をかなり上回り、しかも内周面が損傷、劣化したノズル26bを示している。
FIG. 4 shows an image of the
更に、図6は、図3〜図5に示したノズル26bの画像を時系列順に並べて表示した画面を示している。このように、ノズル26bの画像を個別に或いは複数の画像を時系列で表示することによって、オペレータは、経験に基づきノズル(ノズルヘッド26)の交換の要否を目視により判定することができる。現在装着されているノズル26b(ノズルヘッド26)が損耗によって交換すべきであると判定すべき基準画像や、判定基準の説明をテキストとして、ノズル26bの画像と共にノズル観察ウインドウ内に表示するようにしてもよい。もちろん、熟練オペレータは、時系列に並べたノズル画像だけで寿命判定することができる。
Further, FIG. 6 shows a screen on which images of the
こうしたノズル26bのカメラ画像の取得および画像ファイルの保存は、例えば、レーザ加工に伴い行うアライメント調整作業に際して行うことができる。図7に示すノズルの交換要否判定フローチャートを参照すると、ノズル(ノズルヘッド26)を新しいノズル(ノズルヘッド26)と交換した(ステップS10)とき、この加工に使用していない新しいノズル26bのノズル孔をカメラ102(32)で撮像し画像を保存する(ステップS12)。次いで、交換した新ノズル26bを用いてレーザ加工が行われる(ステップS14)。なお、ステップS12の前段では、後述するステップS18、S20のレーザアライメント調整位置への移動およびレーザアライメント調整の開始がなされるが、その説明は省略する。
The acquisition of the camera image of the
ステップS14では、レーザ加工後、所定時間が経過したかが判断される(ステップS16)。このステップによって、例えば10時間経過後の区切りのよいタイミングでノズル寿命の判定が行われる。所定時間が経過していない(ステップS16でNoの)場合、ステップS14に戻りレーザ加工が続けられる。所定時間が経過している(ステップSでYesの)場合、レーザ光のアライメント調整を行うために、光学ヘッド10がレーザアライメント調整位置へ移動する(ステップS18)。アライメント調整は、前回のアライメント調整から積算された加工時間が一定の値になったとき、或いは、所定回数の加工プロセスを実行したときなどに行うようにできる。
In step S14, it is determined whether a predetermined time has elapsed after laser processing (step S16). By this step, for example, the nozzle life is determined at a good timing after 10 hours. If the predetermined time has not elapsed (No in step S16), the process returns to step S14 and laser processing is continued. When the predetermined time has elapsed (Yes in Step S), the
アライメント調整では、ノズル26bの孔およびノズルヘッド26の上面に生じるレーザスポットを光学ヘッド10に内蔵されているカメラ32によって、ウォータジェットが噴出した状態で撮像し、その画像を入力・表示部120に表示し、オペレータがそれを目視しながら、手操作によって、レーザ光の光軸(レーザスポット)がノズル26bの中心に一致するように、モータ20a、22aを駆動し第1と第2のミラー20、22の角度が調整される(ステップS20)。
In the alignment adjustment, the laser spot generated in the hole of the
アライメント調整作業中に、オペレータが入力・表示部120に表示されたノズル観察ウインドウ中のカメラ画像取得ボタン40をタップまたはクリックすることによって、カメラ画像取得部104は、カメラ102(32)からの画像データを画像ファイル生成部108に出力する。このとき、カメラ画像取得ボタン40ではなく、表示画面取得ボタン42をウインドウ中に表示させ、該表示画面取得ボタン42をタップまたはクリックすることによって、入力・表示部120に現在表示されている画面を、プリントスクリーンと同様に表示画面取得部106によって取得し、画像ファイル生成部108に画像データとして出力するようにしてもよい。
When the operator taps or clicks the camera
画像ファイル生成部108が、新たな画像データに基づいて生成した画像ファイルは内蔵記憶部112に格納されると共に、図3〜図5のような現在のノズル26bのみの画像として、或いは、図6に示すように、少なくとも正常なノズルのカメラ画像としてノズルヘッド26交換直後のノズル26bの画像を含む複数の画像が入力・表示部120に表示される。これにより、オペレータは現在のノズル26bが加工に使用可能であるか否かを判定する(ステップS24)ことができる。ステップS24において、オペレータがノズル26bの寿命が尽きたと判定した場合(ステップS24でYesの場合)、ステップS26で、オペレータが判定結果につき不可を示す入力を行い、ノズル交換が行われる(ステップS28)。ノズルの寿命判定は、例えば画像データの差分に基づいて行うことができる。
The image file generated by the image
ステップS24において、オペレータがノズル26bの損傷、劣化は軽微で使用可能であると判定した場合(ステップS24でNoの場合)、ステップS30で、オペレータが判定結果につき使用可能を示す入力を行い、レーザアライメント調整が完了する(ステップS32)。ステップS30におけるノズルが使用可能であることを示す入力は、例えば、ノズル26bの形状が新品に近い非常に良好な場合には3つの星を入力し、それよりは幾分劣化したような状態である場合に2つの星を入力し、使用可能であるが交換時期が近付いているような状態の場合には1つの星を入力するようにできる。そして、ステップS14に戻り、レーザ加工を続行する。
In step S24, if the operator determines that the
図7のフローチャートでは、水供給源30からの水の供給開始、停止については省略しているが、ステップS10の直前で水の供給を停止し、直後に水の供給を開始し、次にノズルを交換するまで水の供給は続けている。ノズルヘッド26に水が充満している状態と水が供給されていない状態では、ノズル26bの位置が微妙に変化するし、水が供給されていないと透明な窓26aの裏面には水滴が付着して、ノズル孔の画像が不鮮明になる。これを防止するために、本発明ではウォータジェットを噴出した状態でノズル孔の撮像を行う。すると、ノズルの位置は常に一定となり、画像におけるノズル孔の内径の倍率は同じとなって、そのまま複数のノズル孔の大きさを比較、評価でき、しかも水滴の状態を受けない鮮明な画像を得ることができる。
In the flowchart of FIG. 7, the start and stop of the water supply from the
10 光学ヘッド
20 第1のミラー
22 第2のミラー
26 ノズルヘッド
26b ノズル
30 水供給源
32 アライメントカメラ
40 カメラ画像取得ボタン
42 表示画面取得ボタン
100 ノズル観察装置
102 カメラ
104 カメラ画像取得部
106 表示画面取得部
108 画像ファイル生成部
112 内蔵記憶部
116 外部記憶部
118 表示処理部
120 入力・表示部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
レーザ光線を照射する光学ヘッド内に設けられ、レーザ光路の上流側からノズル孔を撮影するアライメントカメラで、正常な状態のノズル孔をウォータジェットを噴射した状態で撮像してその画像を記憶し、
前記アライメントカメラで使用後のノズル孔をウォータジェットを噴射した状態で撮像し、
記憶した正常な状態のノズル孔画像と使用後のノズル孔画像とを並べて表示し、
画像データの差分に基づいてノズル寿命判定を行うことを特徴としたレーザ加工機のノズル寿命判定方法。 A nozzle life determination method for a water jet laser processing machine for laser processing a workpiece by introducing a laser beam into a water jet formed by ejecting water from a nozzle,
An alignment camera that is provided in an optical head that irradiates a laser beam and images a nozzle hole from the upstream side of the laser optical path, images a normal nozzle hole in a state where a water jet is jetted, and stores the image,
Imaging the nozzle hole after use with the alignment camera in a state where water jet is jetted,
Display the stored normal nozzle hole image and the used nozzle hole image side by side,
A nozzle life determination method for a laser beam machine, wherein nozzle life determination is performed based on a difference in image data.
水を噴射してウォータジェットを形成するノズルと、該ノズルにレーザ光を導入する光学システムと、ノズル孔の画像を撮像するアライメントカメラとを有した光学ヘッドと、
前記アライメントカメラで撮像したノズル孔の画像を表示する表示部と、
前記アライメントカメラで撮像したノズル孔の画像データに属性データを埋め込み、画像ファイルを生成する画像ファイル生成部と、
前記表示部のノズル孔の画像の画面に表示されたカメラ画像取得ボタンによって画像ファイルを格納する記憶部と、
前記記憶部に格納されている画像ファイルのうち正常なノズルのカメラ画像から生成した画像ファイル、および、使用後のノズルのカメラ画像から生成した画像ファイルを含む複数の画像ファイルを時系列で並べて前記表示部に表示させる表示処理部と
を具備することを特徴としたレーザ加工機。 In a laser processing machine that processes a workpiece by irradiating the workpiece placed on the table with laser light,
An optical head having a nozzle for jetting water to form a water jet, an optical system for introducing laser light into the nozzle, and an alignment camera for capturing an image of the nozzle hole;
A display unit for displaying an image of a nozzle hole imaged by the alignment camera;
An image file generation unit that embeds attribute data in the image data of the nozzle holes imaged by the alignment camera and generates an image file;
A storage unit for storing an image file by a camera image acquisition button displayed on the screen of the nozzle hole image of the display unit;
Among the image files stored in the storage unit, a plurality of image files including an image file generated from a camera image of a normal nozzle and an image file generated from a camera image of a nozzle after use are arranged in chronological order. A laser processing machine comprising: a display processing unit for displaying on a display unit.
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