JPH02179374A

JPH02179374A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH02179374A
Application number: JP63332535A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Iehisa; 信明家久; Etsuo Yamazaki; 悦雄山崎
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1990-07-12
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: US5059760A; DE68912321T2; EP0407598B1; JP2771569B2; CA2004677A1; EP0407598A4; DE68912321D1; EP0407598A1; WO1990007397A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はレーザ光を照射してワークを加工するレーザ加
工装置に関し、特に反射レーザ光による光学部品の損傷
及びワークの加工不良を防止可能なレーザ加工装置に関
する。

〔従来の技術〕

レーザ加工装置はレーザ光を集光レンズ等によってワー
クの一点に照射し、照射した部分の温度を上昇させて加
工を行う。非常に小さいスポットに絞って照射した部分
を蒸発させることによって穴あけ、切断等の加工を行い
、また焦点を僅かにずらすことによってワークを溶融状
態に停めて溶接を行うことができる。したがって、ワー
クの材質の硬度によらず種々の加工が可能である。

一方、銅やアルミニウム等の金属は常温ではレーザ光の
吸収率が低いために、レーザ光の照射を受けた直後にお
いてはその８０％以上を反射してしまう。しかし、−旦
加熱されると吸収率が高まり、加工が可能になる。具体
的データの一例を第４図（ａ）及び（ｂ）に示す。

第４図（ａ）はレーザ光のワークへの吸収度の変化を示
したグラフである。レーザ光はＣｏｔガスレーザ光、ワ
ークはアルミニウムを使用している。４０はワークへ照
射された入射レーザ光の特性であり、時刻１０から時刻
ｔ２の幅で、レベルＰｉをピーク値とするパルス波形で
ある。４１は反射レーザ光の特性である。反射レーザ光
のレベルは時刻１０より入射レーザ光と同レベルでレベ
ルＰｒまで上昇するが、その後ワークの吸収率が上がる
ため、反射レーザ光のレベルは時刻ｔ１付近で急激に減
少する。

この場合の反射率の変化を第４図（ｂ）に示す。

図において、時刻ＬＯ〜ｔ２はそれぞれ第４図（ａ）の
同じ記号の時刻に相当している。図に示すように、照射
当初の反射率は１に近く、時刻Ｌ１で略Ｏに低下し、レ
ーザ光の照射が終了すると再びｌに近づく。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した反射レーザ光は集光レンズ、ペンダ
ミラー等を通って、出力鏡から再び発振器内に帰還され
る。このため、第４図（ａ）に示した反射レーザ光のピ
ーク値のレベルＰｒが高い場合には、発振器内のレーザ
パワーの異常上昇によって光学部品を破損させることが
ある。

また、反射レーザ光のしさルが高い状態、すなわち反射
率が高い状態では良好な加工は行えない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、反
射レーザ光による光学部品の損傷、及びワークの加工不
良を防止するレーザ加工装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では上記課題を解決するために、レーザ光を出力
してワーク表面に照射し、前記ワークを加工するレーザ
加工装置において、前記ワーク表面での反射によってレ
ーザ発振器内に帰還される反射レーザ光のレベルを検出
する反射光検出手段と、前記反射レーザ光のレベルが所
定値以上に上昇した場合に、前記レーザ発振器の動作と
、ワークあるいはノズル部の移動を停止させ、表示装置
にアラームを表示させる異常検出手段と、を有すること
を特徴とするレーザ加工装置が提供される。

〔作用〕

反射光検出手段によって、レーザ発振器内に帰還される
反射レーザ光のレベルをモニタする。異常反射が生じた
場合にはモニタ値が所定値以上に上昇するので、これを
異常検出手段によって検出してレーザ発振器の動作とワ
ーク及びノズルの移動を停止し、同時に表示装置にアラ
ームを表示する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面の簡単な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例のＣＯ２ガスレーザ発振
器を使用したレーザ加工装置のブロック図である。図に
おいて、プロセッサ１は図示されていない加ニブログラ
ムに基づいて各種の指令を行ってレーザ加工装置全体を
制御する。出力制御回路２はプロセッサｌから出力され
た出力指令値を電流指令値に変換して出力し、その内部
にディジタル値をアナログ出力に変換するＤＡコンバー
タを内蔵している。レーザ用電源３は商用電源を整流し
た後、出力制御回路２からの指令に応じた高周波の電圧
を出力する。

放電管４の内部にはレーザガスが循環しており、レーザ
用電源３から高周波電圧が印加されると、放電を生じて
レーザガスが励起される。リア鏡５は反射率９９．５％
のゲルマニウム（Ｇｅ）製の鏡、出力鏡６は反射率６５
％のジンクセレン（Ｚｎｓｅ）製の鏡であり、これらは
ファブリベロー型共振器を構成し、励起されたレーザガ
ス分子から放出される１０．６μｍの光を増幅させて一
部を出力Ｉａ６からレーザ光７として外部に出力する。

レーザ光７はペンダミラー８で方向を変え、集光レンズ
９によって０．２ｍｍ以下のスポットに集光されてワー
ク１０の表面に照射される。１１はワーク１０の表面で
反射される反射レーザ光であり、集光レンズ９、ペンダ
ミラー８、出力鏡６を通って再び放電管４内に戻る。

メモリ１２は加ニブログラム及びパラメータ等を格納す
るメモリであり、バッテリバックアップされたＣＭＯＳ
等が使用される。位置制御回路１３はプロセッサ１から
出力された位置指令値を解読し、サーボアンプ１４を介
してサーボモータ１５を回転制御し、ボールスクリュー
１６及びナツト１７によってテーブル１８の移動を制御
し、ワーク１０の位置を制御する。表示装置１９にはＣ
ＲＴ或いは液晶表示装置等が使用される。

２０はリア鏡５から０．５％の透過率で出力されるモニ
タ用レーザ光である。モニタ用レーザ光２０の出力レベ
ル、すなわちモニタ値はレーザ光７と反射レーザ光１１
とを重畳した値に相当し、これを測定することによって
反射レーザ光１１の変動を検出できる。

このモニタ値はパワーセンサ２１によって測定される。

パワーセンサ２１には熱電あるいは光電変換素子等が用
いられる。パワー尋ンサ２１の出力は増幅器２２で増幅
及びディジタル変換された後、プロセッサ１に出力され
、後述するしきい値と比較される。

第２図はレーザ出力としきい値に関するグラフである。

図において、横軸はパルスデューティ、縦軸はレーザ光
のレベルである。Ｐｃは加ニブログラムによって指令さ
れた連続発振時の基本指令値である。パルス発振時には
基本指令値Ｐｃの他にパルスデューティが指定され、パ
ルスデューティの値に比例した特性のパルス発振指令３
０が指令される。この場合、パルスデューティが小さい
領域ではパルスエンハンス率が高いので、レーザ光の出
力特性は３１のようになる。３２は発振器の光学部品の
使用限界特性であり、パルスデューティの値によらず一
定の損傷しきい値Ｐｉで表される。

これに対して、実際に加工を行うと、正常な加工時でも
反射レーザ光のためにモニタ値が上昇し、モニタ特性は
３３に示すような特性となる。例えばパルスデューティ
Ｄ１でレーザ光を発振させるとモニタ値はＰｍ３３とな
る。

一方、ワークの異常反射が生じた場合のモニタ特性は３
４で表され、パルスデューティＤ１でのモニタ値はＰｒ
ｎ３４となって損傷しきい値Ｐ２よりも高くなる。本実
施例ではこの状態をプロセッサ１が検知して、レーザ発
振及びワークの移動を停止させる。これにより、リア鏡
５、出力鏡６等の光学部品の損傷を防止することができ
る。また、同時に表示袋ｆ１９にアラームを表示し、オ
ペレータに異常状態を知らせる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第１の実施例と異なる点はしきい値の設定方法である。

したがって、ハードウェアの構成については第１図と同
様であり、説明を省略する。

第３図は本実施例におけるレーザ出力としきい値に関す
るグラフである。図において、横軸はパルスデューティ
、縦軸はレーザ光のレベルである。

本図において、第２図の記号と同じ記号を記したものは
同じ意味であるので説明を省略する。

ここで、比較的小さいパルスデューティ付近のモニタ特
性は３５に示す特性になり、例えばパルスデューティＤ
２でレーザ光を発振させるとモニタ値はＰｍ３５となる
。

一方、ワークの異常反射が生じた場合のモニタ′特性は
３６に示す特性になり、モニタ値はＰｍ３６となる。こ
のように、パルスデューティＤ２の値が小さいので、異
常反射時でもモニタ値Ｐｍ３６は損傷しきい値Ｐｆ以下
である。しかし、実際には異常反射のためにワークにレ
ーザ光が充分に吸収されず、良好な加工はできない。し
たがって、本実施例では３７に示す最大出力特性をしき
い値として異常反射を検出している。最大出力時性３７
は、正常加工時の範囲で予測される最大の出力レベルを
指令値に基づいて算出した特性であり、次式％式％Ｏ：出力オーバライド値Ｄ：パルスデューティ値 α：パラメータで求められる。なお、パラメータαの値は出力オーバラ
イド値０及びパルスデューティ値りの値に応じて異なっ
た値が設定される。

具体的には、例えばパルスデューティＤ２における最大
出力値はＰｕ３７である。本実施例では、モニタ値Ｐｍ
３６が最大出力値Ｐｕ３７を越えていることをプロセッ
サが検知して、レーザ発振及びワークの移動を停止させ
る。これにより、ワークの不良加工を防止できる。また
、同時に表示装置にアラームを表示し、オペレータに異
常状態を知らせる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、反射レーザ光のレベル
が予め設定されたしきい値を越えた場合には、異常状態
であると検知して自動的にレーザ発振及びワークの移動
を停止させる。ここで、検知するときのしきい値を光学
部品の損傷しきい値に設定することによって、光学部品
の損傷を防止することができる。同時に、表示画面にア
ラームを表示するのでオペレータは異常事態を早期に発
見することができる。

また、しきい値を正常加工時の範囲で予測される最大の
出力値に設定することによって、ワークの加工不良を防
止することができる。この場合も同時に表示画面にアラ
ームが表示されてオペレータが異常事態をすぐに発見す
ることができる。

これにより、ワークの損失を最小限に停めることができ
、加工能率及び経済性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のレーザ加工装置のブロ
ック図、第２図は本発明の第１の実施例のレーザ加工装置におけ
るレーザ出力としきい値に関するグラフ、第３図は本発
明の第２の実施例、におけるレーザ出力としきい値に関
するグラフ、第４図（ａ）はレーザ光のワークへの吸収度の変化を示
したグラフ、第４図（ｂ）は反射率の経時的変化を示したグラフであ
る。１・−・−・−一−−−−−−プロセッサ５　　　−リ
ア鏡６　　　・−出力鏡７　　　−−−−−レーザ光ｏ−−−−−−−−・−−−−・−ワーク１　　　・・
−・・−反射レーザ光０・−一−−−・−・−・・モニタ用レーザ光１・・・
−・−・・・−・−・パワーセンサＯ・−・・・・・−
−一−−−−ハルス発振指令１・・−・・・・・−・−
−一一一一実出力特性３２−・−・・−・・・−−−−
一光学部品使用限界特性３３〜３６−・・・−・・−モ
ニタ特性Ｐｍ３３〜Ｐｍ３６ −・−−−−−・−・−モニタ値３７・−・・・・・・−・−−−ｍ−正常加工時の最大
出力特性Ｐ　ｃ　−−−−−−−−−−−−−一基本指
令値Ｐｌ−・・〜〜−−−−−−−−−−光学部品の損
傷しきい値Ｐ　ｕ　３７−−−−−・−・−・−最大出
力値α−・・・・−・−一一一一・ハラメータ特許出願
人　ファナック株式会社代理人　　　弁理士　　服部毅巖第２図第４図（ａ）第４図（ｂ）第３図手続補正書（自発）６、補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光を出力してワーク表面に照射し、前記ワ
ークを加工するレーザ加工装置において、前記ワーク表
面での反射によってレーザ発振器内に帰還される反射レ
ーザ光のレベルを検出する反射光検出手段と、前記反射レーザ光のレベルが所定値以上に上昇した場合
に、前記レーザ発振器の動作と、ワークあるいはノズル
部の移動を停止させ、表示装置にアラームを表示させる
異常検出手段と、を有することを特徴とするレーザ加工装置。
（２）前記所定値は前記レーザ発振器を構成する光学部
品の使用限界を決定する損傷しきい値であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ加工装置。
（３）前記所定値は正常加工時の範囲で予測される最大
の出力値であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のレーザ加工装置。
（４）前記最大の出力値は、次式Ｐｕ＝Ｐｃ×Ｏ×Ｄ＋α （（Ｐｃ×Ｏ×Ｄ＋α）＜Ｐｌのとき）Ｐｕ＝Ｐｌ（（Ｐｃ×Ｏ×Ｄ＋α）≧Ｐｌのとき）但し、Ｐｕ：前記最大の出力値Ｐｃ：連続発振時の指令値Ｐｌ：前記損傷しきい値Ｏ：出力オーバライド値Ｄ：パルスデューティ値 α：パラメータで求められることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のレーザ加工装置。
（５）前記反射光検出手段は、前記レーザ発振器のリア
鏡より透過させたモニタ用レーザ光を入力して前記反射
レーザ光のレベルを検出することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のレーザ加工装置。