JP7274319B2 - Laser processing machine and contamination monitoring method for protective glass - Google Patents

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Description

本発明は、ワーク材に対してレーザ切断又はレーザ溶接等のレーザ加工を行うレーザ加工機、及び保護ガラスの汚れ監視方法に関する。 The present invention relates to a laser processing machine that performs laser processing such as laser cutting or laser welding on a workpiece, and a method for monitoring contamination of protective glass.

レーザ加工機のレーザ加工ヘッドの内部には、レーザ光を集束させる集束レンズが設けられており、集束レンズは高価である。レーザ加工中に発生するスパッタやヒュームが集束レンズに付着することを防止するため、通常、レーザ加工ヘッドにおける集束レンズの光射出側には、集束レンズを保護する保護ガラスが交換可能に設けられている。ここで、レーザ加工中に、ワーク材に向かうレーザ光、ワーク材からの反射レーザ光、又はワーク材で発生する光は、保護ガラスの汚れによって保護ガラスの内部で乱反射する。 A laser processing head of a laser processing machine is provided with a focusing lens for focusing laser light, and the focusing lens is expensive. In order to prevent spatters and fumes generated during laser processing from adhering to the focusing lens, replaceable protective glass is usually provided on the light exit side of the focusing lens in the laser processing head to protect the focusing lens. there is Here, during laser processing, the laser light directed toward the work material, the laser light reflected from the work material, or the light generated by the work material is irregularly reflected inside the protective glass due to dirt on the protective glass.

一方、保護ガラスの汚れの度合いが大きくなると、その汚れの影響によって加工不良が発生する。そのため、保護ガラスの内部で乱反射する散乱光強度(散乱光の強度)を検出し、その検出値に基づいて、保護ガラスの交換が必要であるか否か判定している(特許文献1参照)。そして、保護ガラスの交換が必要であると判定された場合には、その判定結果を報知している。 On the other hand, when the degree of dirt on the protective glass increases, processing defects occur due to the influence of the dirt. Therefore, the scattered light intensity (scattered light intensity) that is diffusely reflected inside the protective glass is detected, and based on the detected value, it is determined whether or not the protective glass needs to be replaced (see Patent Document 1). . When it is determined that the protective glass needs to be replaced, the result of the determination is notified.

特表2001-509889号公報Japanese Patent Publication No. 2001-509889

ところで、ワーク材の材質によってレーザ光の反射率が異なり、保護ガラスの汚れの度合いが同じであっても、ワーク材の材質が異なると、保護ガラスの内部で乱反射する散乱光強度も異なる。そのため、ワーク材がレーザ光の反射率の高い材質からなる場合には、保護ガラスの汚れの度合いが小さく、良好加工を継続できる状態にも拘わらず、散乱光強度が大きくなって、保護ガラスの交換が必要であると判定されることがある。反対に、ワーク材がレーザ光の反射率の低い材質からなる場合には、保護ガラスの汚れの度合いが大きく、加工不良が発生しているにも拘わらず、散乱光強度が小さく、保護ガラスの交換が必要でないと判定されることがある。つまり、保護ガラスの汚れによる加工不良を十分に防止しつつ、保護ガラスの不必要な交換をなくすことが困難であるという問題があった。 By the way, the reflectance of the laser beam differs depending on the material of the work material, and even if the degree of contamination of the protective glass is the same, if the material of the work material differs, the intensity of scattered light diffusely reflected inside the protective glass also differs. Therefore, when the workpiece is made of a material having a high reflectance of the laser beam, the intensity of the scattered light increases even though the degree of contamination of the protective glass is small and good processing can be continued, and the protective glass becomes weak. It may be determined that replacement is required. Conversely, when the work material is made of a material with a low laser beam reflectance, the degree of contamination of the protective glass is large, and despite the occurrence of processing defects, the intensity of the scattered light is small, and the protective glass is highly contaminated. It may be determined that replacement is not required. In other words, there is a problem that it is difficult to eliminate unnecessary replacement of the protective glass while sufficiently preventing defective processing due to contamination of the protective glass.

そこで、本発明は、前述の問題を解決するため、ワーク材の材質に応じて適切なタイミングで保護ガラスを交換できる、新規な構成のレーザ加工機、及び保護ガラスの汚れ監視方法を提供することを目的する。 Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a laser processing machine with a novel configuration and a method for monitoring contamination of the protective glass, in which the protective glass can be replaced at an appropriate timing according to the material of the work material. Aim for

本発明の第1実施態様に係るレーザ加工機では、レーザ加工ヘッドは、集束レンズの光射出側に保護ガラスと、レーザ加工中に前記保護ガラスの内部で乱反射する散乱光強度(散乱光の強度)を検出する光検出器と、を備えている。また、監視コントローラは、ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の1つ以上の交換閾値を登録する閾値登録部と、登録された前記交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択する閾値選択部と、前記光検出器の検出値(検出された散乱光強度)と選択された前記交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する交換判定部と、を備えている。 In the laser processing machine according to the first embodiment of the present invention, the laser processing head has a protective glass on the light exit side of the focusing lens, and the scattered light intensity (scattered light intensity) diffusely reflected inside the protective glass during laser processing. ), and a photodetector for detecting the In addition, the monitoring controller includes a threshold registration unit for registering one or more replacement thresholds for determining whether or not replacement of the protective glass is necessary due to the work material, A threshold selection unit that selects a replacement threshold, and compares the detection value (detected scattered light intensity) of the photodetector with the selected replacement threshold to determine whether the replacement of the protective glass is necessary. and a determination unit.

本発明の第1実施態様に係るレーザ加工機は、前記保護ガラスの交換が必要であると判定された場合に、その判定結果を報知する報知部を備えてもよい。また、本発明の第1実施態様に係るレーザ加工機は、前記保護ガラスの交換が必要であると判定された場合に、レーザ発振器のビーム(レーザ光)を停止する発振器制御部を備えてもよい。 The laser processing machine according to the first aspect of the present invention may include a notification unit that notifies the determination result when it is determined that replacement of the protective glass is necessary. Further, the laser processing machine according to the first embodiment of the present invention may include an oscillator control unit that stops the beam (laser light) of the laser oscillator when it is determined that the protective glass needs to be replaced. good.

本発明の第1実施態様によると、前記閾値選択部は、ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の1つ以上の前記交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択する。そして、前記交換判定部は、前記光検出器の検出値と選択された前記交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する。これにより、ワーク材の材質に応じて適切なタイミングで前記保護ガラスを交換することができる。 According to the first aspect of the present invention, the threshold selection unit selects one or more replacement thresholds for determining the necessity of replacement of the protective glass due to the work material, and selects a replacement threshold corresponding to the material of the work material. to select. The replacement determination unit compares the detection value of the photodetector with the selected replacement threshold value to determine whether or not the protective glass needs to be replaced. Thereby, the protective glass can be replaced at an appropriate timing according to the material of the work material.

本発明の第2実施態様に係る保護ガラスの汚れ監視方法は、レーザ加工中に、レーザ加工ヘッドの集束レンズの光射出側の保護ガラスにおける内部での散乱光強度(散乱光の強度)を検出し、ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の1つ以上の交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択し、検出された散乱光強度と選択された交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する。 A protective glass contamination monitoring method according to a second embodiment of the present invention detects the scattered light intensity (scattered light intensity) inside the protective glass on the light exit side of the focusing lens of the laser processing head during laser processing. Then, from among one or more replacement thresholds for determining the necessity of replacement of the protective glass due to the work material, a replacement threshold corresponding to the material of the work material is selected, and the detected scattered light intensity and the selected replacement By comparing with a threshold value, it is determined whether or not the protective glass needs to be replaced.

本発明の第2実施態様によると、前述のように、ワーク材の起因する前記保護ガラスの交換要否判定の1つ以上の前記交換閾値の中から、ワーク材の材質に応じた交換閾値を選択する。そして、検出された散乱光強度と選択された前記交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する。これにより、ワーク材の材質に応じて適切なタイミングで前記保護ガラスを交換することができる。 According to the second embodiment of the present invention, as described above, the replacement threshold corresponding to the material of the work material is selected from among the one or more replacement thresholds for determining the necessity of replacement of the protective glass caused by the work material. select. Then, the detected scattered light intensity is compared with the selected replacement threshold to determine whether or not the protective glass needs to be replaced. Thereby, the protective glass can be replaced at an appropriate timing according to the material of the work material.

本発明によれば、前記保護ガラスの汚れによる加工不良を十分に防止しつつ、前記保護ガラスの不必要な交換をなくすことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the unnecessary replacement|exchange of the said protective glass can be eliminated, fully preventing the processing defect by the dirt of the said protective glass.

図1は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a laser processing machine according to an embodiment of the invention. 図2(a)は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドの模式的な断面図であり、図2(b)は、図2(a)におけるIIB-IIB線に沿った断面図である。FIG. 2(a) is a schematic cross-sectional view of a laser processing head in a laser processing machine according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a sectional view. 図3は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の制御ブロック図である。FIG. 3 is a control block diagram of the laser processing machine according to the embodiment of the present invention. 図4は、複数の交換閾値とワーク材Wの材質を対応付けた閾値テーブルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a threshold table in which a plurality of replacement thresholds and the material of the workpiece W are associated with each other. 図5は、本発明の実施形態の作用を説明するフローチャート図である。FIG. 5 is a flow chart diagram explaining the operation of the embodiment of the present invention. 図6は、ワーク材の材質毎に、加工不良に至るまでの加工回数と保護ガラスの内部での散乱光強度との関係を示すグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the number of times of processing until processing failure and the intensity of scattered light inside the protective glass for each work material. 図7(a)は、ステンレス鋼のワーク材の場合において、加工不良の発生時における保護ガラスの汚れの度合い示す図面代用写真である。図7(b)は、アルミニウムのワーク材の場合において、加工不良の発生時における保護ガラスの汚れの度合い示す図面代用写真である。FIG. 7(a) is a photograph substituting for a drawing showing the degree of contamination of the protective glass when a processing defect occurs in the case of a stainless steel workpiece. FIG. 7(b) is a drawing-substitute photograph showing the degree of contamination of the protective glass when a processing defect occurs in the case of an aluminum work material.

本発明の実施形態ついて図1から図5を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.

なお、本願の明細書又は特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。「X軸方向」とは、水平方向の1つである左右方向のことをいい、「Y軸方向」とは、X軸方向に直交する水平方向の1つである前後方向のことをいい、「Z軸方向」とは、上下方向(鉛直方向)のことをいう。「及び/又は」とは、2つのうちのいずれか一方と両方を含む意である。図面中、「FF」は前方向、「FR」は後方向、「L」は左方向、「R」は右方向、「U」は上方向、「D」は下方向をそれぞれ指している。 In the specification or claims of the present application, the term "provided" includes not only direct provision but also indirect provision via another member. "X-axis direction" refers to the left-right direction, which is one of the horizontal directions, and "Y-axis direction" refers to the front-rear direction, which is one of the horizontal directions perpendicular to the X-axis direction. "Z-axis direction" refers to the up-down direction (vertical direction). The term "and/or" is intended to include either one or both of the two. In the drawings, "FF" indicates forward, "FR" indicates rearward, "L" indicates left, "R" indicates right, "U" indicates upward, and "D" indicates downward.

図1に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工機10は、板状のワーク材(金属ワーク材)Wに対してレーザ光を用いて切断やマーキング等を行う加工機である。そして、本発明の実施形態に係るレーザ加工機10の具体的な構成は、以下の通りである。 As shown in FIG. 1, a laser processing machine 10 according to an embodiment of the present invention is a processing machine that performs cutting, marking, and the like on a plate-like work material (metal work material) W using a laser beam. A specific configuration of the laser processing machine 10 according to the embodiment of the present invention is as follows.

レーザ加工機10は、X軸方向に延びたベッド12を備えている。ベッド12には、ワーク材Wを支持するX軸方向に延びた加工テーブル14が設けられている。加工テーブル14は、X軸方向に間隔を置いて配置された複数の支持板(スキッド板)16を有している。各支持板16は、Y軸方向に延びており、各支持板16の上部には、ワーク材Wを点接触で支持するための複数の山型の突起16aがY軸方向に間隔を置いて形成されている。 A laser processing machine 10 includes a bed 12 extending in the X-axis direction. The bed 12 is provided with a machining table 14 that supports the workpiece W and extends in the X-axis direction. The processing table 14 has a plurality of support plates (skid plates) 16 spaced apart in the X-axis direction. Each support plate 16 extends in the Y-axis direction, and on the top of each support plate 16, a plurality of mountain-shaped projections 16a for supporting the workpiece W in point contact are spaced apart in the Y-axis direction. formed.

ベッド12には、加工テーブル14を跨ぐようにY軸方向に延びた門型の可動フレーム18がX軸方向へ移動可能に設けられている。可動フレーム18は、ベッド12の適宜位置に設けられたX軸モータ20の駆動によりX軸方向へ移動する。また、可動フレーム18の水平部18aには、キャリッジ22がY軸方向へ移動可能に設けられている。キャリッジ22は、可動フレーム18の適宜位置に設けられたY軸モータ24の駆動によりY軸方向へ移動する。 The bed 12 is provided with a gate-shaped movable frame 18 extending in the Y-axis direction so as to straddle the processing table 14 so as to be movable in the X-axis direction. The movable frame 18 is driven by an X-axis motor 20 provided at an appropriate position on the bed 12 to move in the X-axis direction. A carriage 22 is provided on the horizontal portion 18a of the movable frame 18 so as to be movable in the Y-axis direction. The carriage 22 is driven by a Y-axis motor 24 provided at an appropriate position on the movable frame 18 to move in the Y-axis direction.

ワーク材Wに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射する筒状のレーザ加工ヘッド28は、キャリッジ22にZ軸方向へ移動可能に設けられている。レーザ加工ヘッド28は、その先端側に、ノズル30を有している。レーザ加工ヘッド28は、キャリッジ22の適宜位置に設けられたZ軸モータ32の駆動によりZ軸方向へ移動する。 A cylindrical laser processing head 28 that irradiates a laser beam while injecting an assist gas toward the workpiece W is provided on the carriage 22 so as to be movable in the Z-axis direction. The laser processing head 28 has a nozzle 30 on its tip side. The laser processing head 28 is moved in the Z-axis direction by being driven by a Z-axis motor 32 provided at an appropriate position on the carriage 22 .

レーザ光を出力(発振)するレーザ発振器は例えばファイバレーザ発振器26であり、ファイバレーザ発振器26はプロセスファイバ34を介してレーザ加工ヘッド28と接続されている。なお、レーザ発振器としてファイバレーザ発振器26の代わりに、CO2レーザ発振器、YAGレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、又はダイレクトダイオードレーザ発振器(DDL発振器)等を用いてもよい。 A laser oscillator that outputs (oscillates) laser light is, for example, a fiber laser oscillator 26 , and the fiber laser oscillator 26 is connected to a laser processing head 28 via a process fiber 34 . As the laser oscillator, instead of the fiber laser oscillator 26, a CO2 laser oscillator, a YAG laser oscillator, a disk laser oscillator, a direct diode laser oscillator (DDL oscillator), or the like may be used.

図1及び図2(a)(b)に示すように、レーザ加工ヘッド28の内部には、プロセスファイバ34の射出端から出射されレーザ光をコリメートするコリメートレンズ36が設けられている。また、レーザ加工ヘッド28の内部におけるコリメートレンズ36の光射出側(下側)には、レーザ光をワーク材Wに向かって集束させる集束レンズ38が設けられている。更に、レーザ加工ヘッド28における集束レンズ38の光射出側には、集束レンズ38をスパッタやヒュームから保護する保護ガラス48と、保護ガラス48の内部で乱反射する散乱光強度(受光量)を検出する光検出器50がそれぞれ設けられている。保護ガラス48は、ガラスホルダ46に着脱可能に収納されている。ガラスホルダ46は、レーザ加工ヘッド28に着脱可能(引き出し可能)に設けられている。なお、レーザ加工ヘッド28の内部におけるノズル30側は、酸素、窒素等のアシストガスを供給するアシストガス供給源(図示省略)に配管(図示省略)を介して接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 2(a) and (b), inside the laser processing head 28, a collimating lens 36 for collimating the laser beam emitted from the exit end of the process fiber 34 is provided. A converging lens 38 for converging the laser light toward the work material W is provided on the light emitting side (lower side) of the collimating lens 36 inside the laser processing head 28 . Furthermore, on the light exit side of the condenser lens 38 in the laser processing head 28, there is a protective glass 48 that protects the condenser lens 38 from spatters and fumes, and the scattered light intensity (amount of received light) diffusely reflected inside the protective glass 48 is detected. A photodetector 50 is provided for each. A protective glass 48 is detachably housed in a glass holder 46 . The glass holder 46 is provided detachably (withdrawable) from the laser processing head 28 . The nozzle 30 side inside the laser processing head 28 is connected via a pipe (not shown) to an assist gas supply source (not shown) for supplying an assist gas such as oxygen or nitrogen.

図3に示すように、レーザ加工機10は、加工プログラム等に基づいて、X軸モータ20、Y軸モータ24、Z軸モータ32、及びファイバレーザ発振器26等を制御(駆動)するNC(numerical control)装置40を備えている。NC装置40は、1つ又は複数のコンピュータによって構成されており、加工プログラム等を記憶するメモリと、加工プログラム等を実行するCPU(Central Processing Unit)とを有している。NC装置40のメモリは、ワーク材Wの材質と板厚(厚み)、アシストガスの種類、加工速度等からなる加工条件を複数登録する加工条件登録部42としての機能を有している。NC装置40のCPUは、登録された複数の加工条件の中から、いずれかの加工条件を選択する加工条件選択部44としての機能を有している。 As shown in FIG. 3, the laser processing machine 10 has an NC (numerical controller) that controls (drives) an X-axis motor 20, a Y-axis motor 24, a Z-axis motor 32, a fiber laser oscillator 26, etc. based on a processing program or the like. control) device 40 . The NC device 40 is composed of one or more computers, and has a memory for storing machining programs and the like, and a CPU (Central Processing Unit) for executing the machining programs and the like. The memory of the NC unit 40 functions as a machining condition registration unit 42 for registering a plurality of machining conditions including the material and plate thickness (thickness) of the work material W, the type of assist gas, the machining speed, and the like. The CPU of the NC unit 40 has a function as a machining condition selection unit 44 that selects one of machining conditions from a plurality of registered machining conditions.

前述の構成により、ワーク材Wを加工テーブル14に支持させた状態で、NC装置40は、X軸モータ20及びY軸モータ24を駆動してレーザ加工ヘッド28をワーク材Wに対してX軸方向及び/又はY軸方向に位置決めする。そして、NC装置40は、レーザ加工ヘッド28の位置決めを行いつつ、ファイバレーザ発振器26等を駆動してレーザ加工ヘッド28からワーク材Wに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射する。これにより、ワーク材Wに対してレーザ加工としてのレーザ切断を行うことができる。 With the above-described configuration, the NC device 40 drives the X-axis motor 20 and the Y-axis motor 24 to move the laser processing head 28 toward the work material W in the X-axis direction while the work material W is supported on the processing table 14 . direction and/or Y-axis. Then, the NC unit 40 positions the laser processing head 28, drives the fiber laser oscillator 26, etc., and irradiates the laser beam while injecting the assist gas from the laser processing head 28 toward the workpiece W. As a result, the workpiece W can be subjected to laser cutting as laser processing.

続いて、本発明の実施形態に係るレーザ加工機10の特徴部分について説明する。 Next, the characterizing portion of the laser processing machine 10 according to the embodiment of the present invention will be described.

ガラスホルダ46に備えた光検出器50は、フォトダイオードからなり、散乱光強度に応じた電気信号(電圧信号又は電流信号)を出力する。また、光検出器50の先端部は、ガラスホルダ46に形成された挿入孔に挿入した状態で、保護ガラス48の外周面に近接する。なお、保護ガラス48内部での散乱光は、ワーク材Wに向かうレーザ光、ワーク材Wからの反射レーザ光、又はワーク材Wで発生して集束レンズ38に向かう光が、保護ガラス48表面に付着した汚れによって乱反射して生じる光である。 A photodetector 50 provided in the glass holder 46 is composed of a photodiode and outputs an electrical signal (voltage signal or current signal) corresponding to the scattered light intensity. Further, the tip of the photodetector 50 is inserted into the insertion hole formed in the glass holder 46 and comes close to the outer peripheral surface of the protective glass 48 . Scattered light inside the protective glass 48 includes laser light directed toward the work material W, reflected laser light from the work material W, or light generated in the work material W and directed toward the converging lens 38. This is light that is diffusely reflected by attached dirt.

図3に示すように、レーザ加工機10は、レーザ加工中に保護ガラス48の汚れを監視するため監視コントローラ52を備えており、監視コントローラ52は、NC装置40に接続されている。監視コントローラ52は、コンピュータによって構成されており、監視プログラム等を記憶するメモリと、監視プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)とを有している。また、監視コントローラ52には、光検出器50がIF(Interface)回路54及びAD(Analog-to-Digital)コンバータ56を介して接続されている。IF回路54は、光検出器50から出力された電気信号を増幅して、ノイズをカットする。監視コントローラ52には、光検出器50の検出値(検出カウント値)や報知情報等を表示するディスプレイ58が接続されている。 As shown in FIG. 3 , the laser processing machine 10 includes a monitoring controller 52 for monitoring dirt on the protective glass 48 during laser processing, and the monitoring controller 52 is connected to the NC device 40 . The monitoring controller 52 is configured by a computer, and has a memory for storing monitoring programs and the like, and a CPU (Central Processing Unit) for executing the monitoring programs. Also, the photodetector 50 is connected to the monitoring controller 52 via an IF (Interface) circuit 54 and an AD (Analog-to-Digital) converter 56 . The IF circuit 54 amplifies the electrical signal output from the photodetector 50 to cut noise. The monitoring controller 52 is connected to a display 58 for displaying the detection value (detection count value) of the photodetector 50, notification information, and the like.

監視コントローラ52のメモリは、閾値登録部60として機能を有しており、監視コントローラ52のCPUは、閾値選択部62としての機能及び交換判定部64としての機能を有している。また、ディスプレイ58は、報知部66としての機能を有しており、NC装置40のCPUは、発振器制御部68としての機能を有している。そして、閾値登録部60、閾値選択部62、交換判定部64、報知部66、及び発振器制御部68の具体的な内容は、後述の通りである。 The memory of the monitoring controller 52 functions as a threshold registration unit 60 , and the CPU of the monitoring controller 52 functions as a threshold selection unit 62 and a replacement determination unit 64 . The display 58 also functions as a notification section 66 , and the CPU of the NC unit 40 functions as an oscillator control section 68 . The specific contents of the threshold registration unit 60, the threshold selection unit 62, the replacement determination unit 64, the notification unit 66, and the oscillator control unit 68 will be described later.

図3及び図4に示すように、閾値登録部60は、保護ガラス48の交換要否を判定するための複数の交換閾値(交換閾値カウント値)とワーク材Wの材質を対応付けた閾値テーブルを登録する。交換要否判定の複数の交換閾値は、ワーク材Wの材質に起因するワーク材Wのレーザ光の反射率に応じて設定されており、交換閾値は、ワーク材Wのレーザ光の反射率が低くなる程感度を鋭くするように小さく設定されている。なお、閾値登録部60が交換閾値をワーク材Wの材質毎に複数登録するだけでなく、同じ材質であってもワーク材の厚みに応じて複数登録してもよい。この場合、厚板の方が薄板と比較してカッティングフロントが長く、レーザ光の反射光量が多い分だけ、散乱光強度が高くなるので、厚板の交換閾値を薄板の交換閾値よりも高く設定することになる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the threshold registration unit 60 includes a threshold table that associates a plurality of replacement thresholds (replacement threshold count values) for determining whether the protective glass 48 needs to be replaced with the material of the work material W. to register. A plurality of replacement thresholds for determining the necessity of replacement are set according to the reflectance of the laser beam of the work material W caused by the material of the work material W. It is set to be small so that the lower the value, the sharper the sensitivity. In addition to registering a plurality of replacement thresholds for each material of the work material W, the threshold registration unit 60 may register a plurality of replacement thresholds according to the thickness of the work material even if the material is the same. In this case, the thick plate has a longer cutting front than the thin plate, and the intensity of the scattered light is increased by the amount of reflected laser light. will do.

図4に示すように、鉄鋼の交換閾値が50であるのに対し、ステンレス鋼の交換閾値は90、アルミニウムの交換閾値は140と設定した。つまり、アルミニウムは鉄鋼と比較してレーザ光の反射率が高いので、アルミニウム切断用の交換閾値を用いれば、本来交換不要を交換要と誤判断したケースを無くすことができるということである。 As shown in FIG. 4, the replacement threshold for steel is set to 50, while the replacement threshold for stainless steel is set to 90, and the replacement threshold for aluminum is set to 140. In other words, since aluminum has a higher laser light reflectance than steel, using the replacement threshold value for aluminum cutting can eliminate the case of erroneously judging that replacement is necessary when it should be replaced.

続いて、図5等を参照しつつ、本発明の実施形態に係る保護ガラスの汚れ監視方法を含めて、本発明の実施形態の作用について説明する。本発明の実施形態に係る保護ガラスの汚れ監視方法は、閾値選択ステップと、検出ステップと、交換判定ステップと、報知ステップと、ビーム停止ステップとを備えている。 Next, with reference to FIG. 5 and the like, the operation of the embodiment of the present invention including the method for monitoring contamination of protective glass according to the embodiment of the present invention will be described. A protective glass contamination monitoring method according to an embodiment of the present invention includes a threshold selection step, a detection step, a replacement determination step, a notification step, and a beam stop step.

加工プログラムの指令に応じて、閾値選択部62は、登録された複数の交換閾値の中から、ワーク材Wの材質に応じた交換閾値を選択し(ステップS103、閾値選択ステップ)、ファイバレーザ発振器26等を駆動させてワーク材Wのレーザ加工を開始する(ステップS102)。光検出器50は、レーザ加工中に、保護ガラス48の表面の汚れによる保護ガラス48の内部での散乱光強度(散乱光の強度)を検出する(ステップS103、検出ステップ)。 In response to a command from the machining program, the threshold selection unit 62 selects a replacement threshold corresponding to the material of the workpiece W from among a plurality of registered replacement thresholds (step S103, threshold selection step), and the fiber laser oscillator 26 and the like are driven to start laser processing of the workpiece W (step S102). The photodetector 50 detects the scattered light intensity (scattered light intensity) inside the protective glass 48 due to dirt on the surface of the protective glass 48 during laser processing (step S103, detection step).

その後、交換判定部64は、光検出器50の検出値(検出カウント値)が選択された交換閾値を越えているか否か判定する(ステップS104、交換判定ステップ)。換言すれば、交換判定部64は、光検出器50の検出値と選択された交換閾値とを比較して、保護ガラス48の交換要否を判定する。そして、光検出器50の検出値が選択された交換閾値以下の場合(ステップS104のNoの場合)には、交換判定部64は、保護ガラス48の交換が必要でないと判定する(ステップS105)。併せて、報知部66は、「正常」のメッセージ表示してもよい。 Thereafter, the replacement determination unit 64 determines whether or not the detection value (detection count value) of the photodetector 50 exceeds the selected replacement threshold value (step S104, replacement determination step). In other words, the replacement determination unit 64 compares the detection value of the photodetector 50 with the selected replacement threshold to determine whether the protective glass 48 needs to be replaced. Then, when the detection value of the photodetector 50 is equal to or less than the selected replacement threshold value (No in step S104), the replacement determination unit 64 determines that replacement of the protective glass 48 is not necessary (step S105). . In addition, the notification unit 66 may display a "normal" message.

一方、光検出器50の検出値が選択された交換閾値を越えている場合(ステップS104のYesの場合)には、交換判定部64は、保護ガラス48の交換が必要であると判定する(ステップS106)。併せて、報知部66は、その判定結果として「交換必要」のメッセージ表示する(ステップS107、報知ステップ)。また、発振器制御部68は、ファイバレーザ発振器26のビームを停止する(ステップS108、ビーム停止ステップ)。なお、「交換必要」のメッセージ表示の代わりに、ランプ(図示省略)の点灯表示若しくは点滅表示、又は音声発生器(図示省略)の音声によって判定結果を報知してもよい。 On the other hand, if the detection value of the photodetector 50 exceeds the selected replacement threshold value (Yes in step S104), the replacement determination unit 64 determines that replacement of the protective glass 48 is necessary ( step S106). At the same time, the notification unit 66 displays a message "replacement required" as the determination result (step S107, notification step). Further, the oscillator control unit 68 stops the beam of the fiber laser oscillator 26 (step S108, beam stopping step). Instead of displaying the message "replacement required", a lamp (not shown) may be turned on or blinking, or a sound from a voice generator (not shown) may be used to notify the determination result.

保護ガラス48の交換が必要でないと判定された場合に、監視コントローラ52又はNC装置40は、ワーク材Wのレーザ加工が終了したか否か判断する(ステップS109)。そして、ワーク材Wのレーザ加工が終了した場合(ステップS109のYesの場合)には、監視コントローラ52及びNC装置40による一連の処理を終了する。監視コントローラ52又はNC装置40は、ワーク材Wのレーザ加工が終了していない場合(ステップS109のNoの場合)には、監視コントローラ52又はNC装置40は、ステップS103に処理を戻す。 When it is determined that replacement of the protective glass 48 is unnecessary, the monitoring controller 52 or the NC device 40 determines whether or not the laser processing of the work material W is completed (step S109). Then, when the laser processing of the work material W is completed (Yes in step S109), a series of processes by the monitoring controller 52 and the NC device 40 are completed. If the monitoring controller 52 or the NC unit 40 has not completed the laser processing of the workpiece W (No in step S109), the monitoring controller 52 or the NC unit 40 returns the process to step S103.

前述のように、閾値選択部62は、ワーク材Wの材質に起因するワーク材Wのレーザ光の反射率に応じて設定された複数の交換閾値の中から、ワーク材Wの材質に応じた交換閾値を選択する。そして、交換判定部64は、光検出器50の検出値と選択された交換閾値とを比較して、保護ガラス48の交換要否を判定する。これにより、ワーク材Wの材質に応じて適切なタイミングで保護ガラス48を交換することができる。 As described above, the threshold selection unit 62 selects one of a plurality of replacement thresholds according to the material of the workpiece W from among a plurality of replacement thresholds set according to the reflectance of the laser beam of the workpiece W caused by the material of the workpiece W. Select a replacement threshold. Then, the replacement determination unit 64 compares the detection value of the photodetector 50 with the selected replacement threshold to determine whether the protective glass 48 needs to be replaced. Thereby, the protective glass 48 can be replaced at an appropriate timing according to the material of the work material W.

従って、本発明の実施形態によれば、保護ガラス48の汚れの度合いが小さく、良好加工を継続できる状態にも拘わらず、保護ガラス48の交換が必要であると判定されることがない。また、保護ガラス48の汚れの度合いが大きく、加工不良が発生しているにも拘わらず、保護ガラス48の交換が必要でないと判定されることがない。つまり、本発明の実施形態によれば、保護ガラス48の汚れによる加工不良を十分に防止しつつ、保護ガラス48の不必要な交換をなくすことができる。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is never determined that replacement of the protective glass 48 is necessary even though the degree of contamination of the protective glass 48 is small and good processing can be continued. In addition, it is not determined that replacement of the protective glass 48 is unnecessary even though the degree of contamination of the protective glass 48 is large and processing defects have occurred. That is, according to the embodiment of the present invention, unnecessary replacement of the protective glass 48 can be eliminated while sufficiently preventing defective processing due to contamination of the protective glass 48 .

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば、レーザ切断を行うレーザ加工機10に適用した技術的思想を、レーザ溶接を行うレーザ加工機(図示省略)に適用する等、その他、種々の態様で実施可能である。そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。 The present invention is not limited to the description of the above-described embodiments, and for example, the technical idea applied to the laser processing machine 10 that performs laser cutting is applied to a laser processing machine (not shown) that performs laser welding. etc., and other various modes. And the scope of rights included in the present invention is not limited to the above-described embodiments.

本発明の実施例について図6及び図7(a)(b)を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7(a) and (b).

図6に示すように、板厚6mmの異なる材質(鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム)からなるワーク材について加工試験を行った。そして、加工試験の結果として、ワーク材の材質毎に、加工不良に至るまでの加工回数と保護ガラスの内部での散乱光強度(散乱光の強度)との関係をまとめた。なお、図6中における散乱光強度は、検出カウント値であり、図6中における「×」は、加工不良の発生を表している。 As shown in FIG. 6, a machining test was performed on work materials made of different materials (steel, stainless steel, and aluminum) having a thickness of 6 mm. As a result of the processing test, the relationship between the number of times of processing until processing failure and the scattered light intensity (scattered light intensity) inside the protective glass was summarized for each material of the work material. The scattered light intensity in FIG. 6 is the detected count value, and "x" in FIG. 6 indicates the occurrence of processing defects.

即ち、鉄鋼のワーク材の場合には、加工回数が120回に達すると、散乱光強度が58になり、加工不良が発生した。ステンレス鋼のワーク材の場合には、加工回数が110回に達すると、散乱光強度が97になり、加工不良が発生した。アルミニウムのワーク材の場合には、加工回数が300回に達すると、散乱光強度が145になり、加工不良が発生した。つまり、アルミニウムのワーク材の場合は、鉄鋼のワーク材及びステンレス鋼のワーク材の場合に比べて、加工不良の発生時における散乱光強度が高くなっている。これは、アルミニウム系の材質のワーク材は、鉄系の材質のワーク材に比べて、レーザ光の反射率が高いことによるものと考えられる。 That is, in the case of steel workpieces, when the number of times of machining reached 120, the scattered light intensity became 58, and machining failure occurred. In the case of the stainless steel work material, when the number of times of machining reached 110, the scattered light intensity became 97, and machining failure occurred. In the case of an aluminum work material, when the number of times of processing reached 300, the scattered light intensity became 145, resulting in defective processing. That is, in the case of the aluminum work material, the scattered light intensity at the time of occurrence of the machining defect is higher than in the case of the steel work material and the stainless steel work material. It is considered that this is because the work material made of an aluminum-based material has a higher reflectance of the laser beam than the work material made of an iron-based material.

加工試験の結果として、ステンレス鋼のワーク材の場合及びアルミニウムのワーク材の場合について、加工不良の発生時における保護ガラスの汚れの度合いを比較すると、図7(a)(b)に示すようになる。 As a result of the processing test, comparing the degree of contamination of the protective glass at the time of defective processing in the case of the stainless steel work material and in the case of the aluminum work material, as shown in FIGS. Become.

即ち、アルミニウムのワーク材の場合は、ステンレス鋼のワーク材の場合に比べて、加工不良の発生時における保護ガラスの汚れの度合いが小さいことが視覚的に確認できた。これも、アルミニウム系の材質のワーク材は、鉄系の材質のワーク材に比べて、レーザ光の反射率が高いことによるものと考えられる。 That is, in the case of the aluminum work material, it was visually confirmed that the degree of contamination of the protective glass at the time of occurrence of processing failure was smaller than in the case of the stainless steel work material. This is also considered to be due to the fact that the work material made of an aluminum-based material has a higher reflectance of the laser beam than the work material made of an iron-based material.

10 レーザ加工機
12 ベッド
14 加工テーブル
16 支持板
16a 突起
18 可動フレーム
18a 水平部
20 X軸モータ
22 キャリッジ
24 Y軸モータ
26 ファイバレーザ発振器(レーザ発振器)
28 レーザ加工ヘッド
30 ノズル
32 Z軸モータ
34 プロセスファイバ
36 コリメートレンズ
38 集束レンズ
40 NC装置
42 加工条件登録部
44 加工条件選択部
46 ガラスホルダ
48 保護ガラス
50 光検出器
52 監視コントローラ
54 IF回路
56 ADコンバータ
58 ディスプレイ
60 閾値登録部
62 閾値選択部
64 交換判定部
66 報知部
68 発振器制御部
REFERENCE SIGNS LIST 10 laser processing machine 12 bed 14 processing table 16 support plate 16a protrusion 18 movable frame 18a horizontal portion 20 X-axis motor 22 carriage 24 Y-axis motor 26 fiber laser oscillator (laser oscillator)
28 laser processing head 30 nozzle 32 Z-axis motor 34 process fiber 36 collimating lens 38 focusing lens 40 NC device 42 processing condition registration unit 44 processing condition selection unit 46 glass holder 48 protective glass 50 photodetector 52 monitoring controller 54 IF circuit 56 AD converter 58 display 60 threshold registration unit 62 threshold selection unit 64 replacement determination unit 66 notification unit 68 oscillator control unit

Claims (7)

レーザ加工ヘッドは、集束レンズの光射出側に保護ガラスと、
レーザ加工中に前記保護ガラスの内部で乱反射する散乱光強度を検出する光検出器と、
を備え、
監視コントローラは、ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の複数の交換閾値をワーク材の材質と厚みに応じて登録する閾値登録部と、
登録された前記交換閾値の中から、ワーク材の材質と厚みに応じた交換閾値を選択する閾値選択部と、
前記光検出器の検出値と選択された前記交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定する交換判定部と、を備えたことを特徴とするレーザ加工機。
The laser processing head has protective glass on the light exit side of the focusing lens,
a photodetector that detects the intensity of scattered light diffusely reflected inside the protective glass during laser processing;
with
The monitoring controller includes a threshold registration unit that registers a plurality of replacement thresholds for determining whether or not replacement of the protective glass is required based on the work material , according to the material and thickness of the work material ;
a threshold selection unit that selects a replacement threshold according to the material and thickness of the workpiece from among the registered replacement thresholds;
a replacement determination unit that compares the detection value of the photodetector with the selected replacement threshold value to determine whether or not replacement of the protective glass is necessary.
前記保護ガラスの交換が必要であると判定された場合に、その判定結果を報知する報知部を備えたことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工機。 2. The laser processing machine according to claim 1, further comprising a notification unit for notifying a result of the determination when it is determined that replacement of the protective glass is necessary. 前記保護ガラスの交換が必要であると判定された場合に、レーザ発振器のビームを停止する発振器制御部を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ加工機。 3. The laser processing machine according to claim 1, further comprising an oscillator control section for stopping a beam of a laser oscillator when it is determined that replacement of said protective glass is necessary. 前記保護ガラスの内部で乱反射する散乱光は、ワーク材に向かうレーザ光、ワーク材からの反射レーザ光、又はワーク材で発生して前記集束レンズに向かう光が、前記保護ガラス表面に付着した汚れによって乱反射して生じる光であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ加工機。Scattered light that is diffusely reflected inside the protective glass is a laser beam directed toward a work material, a reflected laser beam from the work material, or light generated in the work material and directed toward the focusing lens. 3. The laser processing machine according to claim 1, wherein the light is diffusely reflected by a . 前記交換閾値は、ワーク材の材質に起因するワーク材のレーザ光の反射率に応じて設定されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ加工機。3. The laser processing machine according to claim 1, wherein the replacement threshold value is set according to the reflectance of the laser beam of the work material due to the material of the work material. 前記レーザ加工は、ワーク材に対してレーザ切断を行うことであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ加工機。3. The laser processing machine according to claim 1, wherein the laser processing is to perform laser cutting on a work material. レーザ加工中に、レーザ加工ヘッドの集束レンズの光射出側の保護ガラスにおける内部での散乱光強度を検出し、
ワーク材に起因する前記保護ガラスの交換要否判定の複数の交換閾値をワーク材の材質と厚みに応じて登録し、
登録された前記交換閾値の中から、ワーク材の材質と厚みに応じた交換閾値を選択し、
検出された散乱光強度と選択された交換閾値とを比較して、前記保護ガラスの交換要否を判定することを特徴とする保護ガラスの汚れ監視方法。
During laser processing, the scattered light intensity inside the protective glass on the light exit side of the focusing lens of the laser processing head is detected,
Registering a plurality of replacement thresholds for determining whether or not replacement of the protective glass is necessary due to the work material according to the material and thickness of the work material,
Selecting a replacement threshold according to the material and thickness of the workpiece from among the registered replacement thresholds,
A method for monitoring contamination of a protective glass, comprising comparing the detected intensity of scattered light with a selected replacement threshold to determine whether the protective glass needs to be replaced.
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