JPH0255685A

JPH0255685A - Ｎｃレーザ装置

Info

Publication number: JPH0255685A
Application number: JP63205191A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Shiomi; 年康塩見; Nobuaki Iehisa; 信明家久
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1988-08-18
Publication date: 1990-02-26
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JP2820939B2

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〕本発明は数値制御装置（ＣＮＣ）とガスレーザ発振器が
結合したＮＣレーザ装置に関し、特にワークの異常反射
による加工不良を検知することのできるＮＣレーザ装置
に関する。

〔従来の技術〕

ｃｏ２ガスレーザ等のガスレーザ発振器は高効率で高出
力が得られ、ビーム特性も良いので、数値制御装置（Ｃ
ＮＣ）と結合されたＮＣレーザ装置として金属加工に広
く使用されている。レーザによる金属加工は、レーザ光
をワークの一点に照射し、その部分の温度を上昇させる
ことによって行う。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等を行うことができる。

ところで、金属は光の反射率が高いので、照射を受けた
最初の時点ではレーザ光のかなりの量をその表面で反射
してしまう。しかし、−度溶融すると反射率は急に低下
して能率よく加工が進む。

従って、加工に必要なレーザ出力にはワークの材質に応
じた最低値が存在し、ＮＣレーザ装置ではこの条件を満
たすようにレーザ出力を制御して加工を行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、一般にレーザ光はワークの表面に垂直に照射さ
れるので、ワークの表面の反射率が異常に高い状態が生
じた場合には、反射光のかなりの部分がレーザ発振器内
に戻ってきてしまうことがある。

この場合、オープンループでレーザ出力を制御している
場合、この戻り光により異常にレーザ発振器内部のレー
ザ光強度が高くなり、回部に設けられている光学部品が
損傷してしまうという障害が発生する。また、クローズ
ドループでレーザ出力を自動制御している場合にはさら
に不具合な結果となる。

すなわち、反射光が放電管内に入射することによって、
実質的なレーザ出力が低下したにもかかわらず放電管内
では見かけ上のレーザ出力が上昇することになる。ＮＣ
レーザ装置ではこの出力をモニタしてフィードバック信
号としているので、このモニタ値の上界によって、レー
ザ出力を決定している放電管の電流が減少し、このため
さらに放電管から出力されるレーザ出力が減少すること
になり、最終的には正常な加工ができなくなる状態に陥
る。このように、ワークからの異常反射はレーザ発振器
の性能を劣化させると同時に、実際の加工性能を左右す
る重要な問題である。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ワ
ークからのレーザ出力の異常反射を検知してレーザ光の
被加工物への照射を自動的に停止させることのできるＮ
Ｃレーザ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、数値制御装置（
ＣＮＣ）とガスレーザ発振器が結合したＮＣレーザ装置
において、レーザ出力をモニタする出力モニタ手段と、該出力モニ
タ手段の出力値が基準値を越えている時は加工異常とみ
なし、表示装置にアラームを表示し、レーザ光の照射を
停止させる異常検出手段と、を有することを特徴とするＮＣレーザ装置が、提供され
る。

（作用〕レーザ出力の制御がオープンループのときは、出力モニ
タ手段によってレーザの出力をモニタし、このモニタ出
力値を出力指令値と比較する。ワークからの異常反射が
生じた場合にはモニタ値が出力指令値よりも所定値以上
増大するので、これを検出することによって表示画面に
アラームを表示し、レーザ光の照射を停止させる。

レーザ出力の制御卸がクローズドループのときには、出
力モニタ手段によってレーザの出力をモニタし、このモ
ニタ値と、放電管電流を反射のない場合のレーザ出力に
換算した値と比較する。ワークからの異常反射が生じた
場合にはモニタ値が放電管電流の換算値よりも所定値以
上増大するので、これを検出することによって表示画面
にアラームを表示し、レーザ光の照射を停止・させる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明のＮＣレーザ装置の第一の実施例の、オ
ープンループによるレーザ出力制御系のブロック図であ
る。図において、ＰＣＩはレーザの出力指令値、Ｙｌは
ワークに吸収されるレーザ出力である。１は出力制御回
路であり、出力指令値ＰＣＩを電流指令値に変換して出
力する。２はレーザ用電源であり、商用電源を整流して
、出力制御回路１からの指令に応じた高周波の電圧を出
力する。３は放電管であり、内部にレーザガスを循環さ
せ、これにレーザ用電源２からの高周波電圧を印加して
放電させることによって内部のレーザガスを励起状態に
し、誘導放出によりレーザを出力する。放電管３の内部
で出力されたレーザは、放電管３の両端に設けられてい
る反射鏡３ａ及び出力鏡３ｂ間を往復することにより増
幅され、出力鏡３ｂから一部がレーザ出力ＹＡＩとして
出力される。

４はワークであり、ＹＢＩはワークによって反射された
レーザ出力である。ワークに吸収されるレーザ出力Ｙ１
は、出力鏡３ｂから出力されるレーザ出力ＹＡＩと反射
レーザ出力ＹＢＩの差となる。反射レーザ出力ＹＢＩは
出力鏡３ｂに入射し、放電管３、反射鏡３ａを通過して
、放電管内で発生したレーザ出力と共にパワーセンサに
入力される。６はレーザ出力をモニタするパワーセンサ
であり、反射鏡３ａの一部を透過させて出力されたモニ
タ用レーザ出力を、熱電あるいは光電変換素子等を用い
て測定し、モニタ値ＰＡＬを出力する。

７ａは増分値ＰＯＩであり、その値については後述する
。８ａは演算器であり、出力指令値ＰＣＩと増分値ＰＯ
Ｉの和を出力する。９ａは比較手段Ａであり、モニタ値
ＦＡＩと演算器８ａの出力値を入力し、モニタ値ＦＡＩ
が演算器８ａの出力値を越えている時は異常検出信号Ａ
ＰＩを出力する。異常検出信号ＡＰＩが出力されると、
図示されていない表示装置にアラームを表示し、同時に
レーザ光の照射を停止させる。

第２図は指令値ＰＣＩとモニタ値ＦＡＩとの関係を表し
たグラフである。図において、横軸は出力指令値ＰＣＩ
であり、縦軸はモニタ値ＰＡＬである。２０は理想的な
制御状態の場合の特性であり、出力指令値ＰＣＩとモニ
タ値ＦＡＩが完全に一対一で比例している。

ところで、正常に加工が行われている場合でも、ある程
度の量の反射があるので理想特性２ｏからは僅かにずれ
る。すなわち、出力指令値Ｐｃｔに対しモニタ値ＰＡＬ
が増えることがある。この増分量は、正常な加工の場合
には２０％を越えることはないが、異常反射が生じた場
合には２０％を越え、場合によっては１００％近く反射
することもある。２２はこの異常反射時の特性の一例で
ある。

従って、２０％の増分量をしきい値として、出力指令値
Ｐｃｔとモニタ値ＦＡＩを比較すればワークによる異常
反射現象を検知することができる。

２１は指令値Ｐｃｔに対して増分量を２０％とした特性
であり、この特性は第１図の増分値ＰＯＩを出力指令値
ＰＣＩの２０％に設定することによって演算器８ａの出
力として実現できる。このようにして、本発明のＮＣレ
ーザ装置によってワークの異常反射現象が検知できる。

第３図は本発明の第一の実施例の異常反射時の処理のフ
ローチャート図である０図において、Ｓに続く数値はス
テップ番号を示す。

〔Ｓ１〕レーザ光照射中かどうかを判断する。照射中の
場合はＳ２へいく。照射中でない場合は終了する。

〔Ｓ２〕モニタ値ＦＡＩが、指令値ＰＣＩと増分値Ｐｏ
ｔの和を越えているかどうかを判断する。

越えている場合はＳ３へいく。越えていない場合は終了
する。

〔Ｓ３〕表示装置にアラームを表示する。

〔Ｓ４〕ベース放電状態にして、レーザ光照射を停止さ
せる。

次に９本発明の第二の実施例について説明する。

第４図は本発明のＮＣレーザ装置のクローズドループに
よるレーザ出力制御系のブロック図である。

図において、第１図と同じ機能を有するものについては
同じ番号を付してあり、説明を省略する。

ＰＣ２は出力指令値であり、Ｙ２はワークに吸収される
レーザ出力である。ＹＡ２は出力鏡３ｂより出力される
レーザ出力、ＹＢ２はワークよりの反射レーザ出力であ
る。パワーセンサ６から出力されるレーザ出力のモニタ
値ＰＡ２は演算器１１に入力される。演算器１１は出力
指令値ＰＣ２とモニタ値ＰＡ２との差を出力制御回路１
に出力する。従って、この制御系ではモニタ値ＰＡ２が
指令値ＰＣ２に一致するように自動制御されるので、第
１の実施例の方法でモニタ値ＰＡ２と指令値ＰＣ２を比
較してワークからの異常反射現象を検知することはでき
ない。

Ｉ２はレーザ用電源２より出力される放電管電流である
。１２は変換回路であり、レーザ用電源２より供給され
る放電管電流■２を検出して、これを反射のない場合の
レーザ出力に換算した換算値ＰＩ２に変換して出力する
。７ｂは増分値Ｐ０２であり、その値については後述す
る。８ｂは演算器であり、換算値ＰＩ２と増分値ＰＯ２
の和を出力する。９ｂは比較手段Ｂであり、演算器８ｂ
の出力をモニタ値ＰＡ２と比較して、モニタ値ＰＡ２が
演算器８ｂの出力値を越えている時は異常検出信号ＡＲ
２を出力する。異常検出信号ＡＲ２が出力されると、図
示されていない表示装置にアラームを表示し、同時にレ
ーザ光の照射を停止させる。

第５図（ａ）は放電管電流Ｉ２とモニタ値ＰＡ２の関係
を表したグラフである。図において、横軸は放電管電流
Ｉ２、縦軸はモニタ値ＰＡ２である。ワークからの反射
が全くない理想状態では３０に示す特性となる。しかし
、反射があるとモニタ値ＰＡ２が増大するので、制御系
は放電管電流■２を減少させてモニタ値ＰＡ２を一定に
保つように制御する。従って、第５図（ａ）では３０の
特性が左方向にずれる結果となる。正常な加工状態でも
、この現象は僅かに生じるが、異常反射が生じた場合に
はこの現象が大きく現れ３１のような特性になるので、
これを検出することによってワークからの異常反射を検
知することができる。

しかし、放電管電流■２とモニタ値ＰＡ２の関係は単純
な比例関係ではないため、このまま比較することは難し
い。従って、本発明では、放電管電流■２を、第４図の
変換回路１２によってレーザ出力ＰＩ２に換算すること
によって、換算値ＰＩ２とモニタ値ＰＡ２を一次関数上
で比較している。

第５図（ｂ）は、換算値ＰＩ２と、モニタ値ＰＡ２との
関係を示したグラフである。図において、４０はワーク
からの反射レーザ光ＹＢ２が全くない場合の特性であり
、換算値ＰＩ２とモニタ値ＰＡ２は完全に一致する。４
２はワークからの異常反射が生じた場合の特性であり、
換算値ＰＩ２を基準にした場合、モニタ値ＰＡ２が増え
ることとなる。ここで、正常時においてはこの増分量は
２０％を越えることはないので、２０％の増分量の特性
４１をしきい値として両者の値を比較すればワークから
の異常反射を検知することができる。

この特性４１は第４図の増分値ＰＯ２を換算値Ｐ■２の
２０％に設定することによって実現できる。

第６図は上述した本発明の第二の実施例の異常反射時の
処理のフローチャート図である。図において、Ｓに続く
数値はステップ番号を示す。

（Ｓｌｌ）レーザ光照射中かどうかを判断する。

照射中の場合は３１２へいく、照射中でない場合は終了
する。

（Ｓ１２）モニタ値ＰＡ２が、換算値Ｐ１２と増分値Ｐ
Ｏ２の和を越えているかどうかを判断する。

越えている場合は３１３へいく。越えていない場合は終
了する。

（３１３）表示装置にアラームを表示する。

（５１４）ベース放電状態にして、レーザ光の照射を停
止させる。

なお、本発明の第−及び第二の実施例においては各増分
値を２０％としたが、この値は一例であり、ＮＣレーザ
装置の特性あるいはワークの条件等に応じて変更して適
用することができる。

また、本実施例ではレーザ光の照射を停止する場合、レ
ーザ発振を停止させるような放電状態へ移行させること
で記述したが、レーザ発振は続行させたまま、レーザ発
振装置とワークの間に設けられたメカニカルなビームシ
ャッターを閉じることによっても実現できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では、ワークから異常反射が
あった場合はオペレータがすぐに検知することができる
。また、その場合には自動的にレーザ光の照射が停止す
るので、レーザ発振器の戻り光防止と、ワークの損失を
最小限に停めることができ、加工能率並びに経済性が向
上する。。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例のレーザ出力制御系のブ
ロック図、第２図は本発明の第一の実施例の指令値とモニタ値との
関係を表したグラフ、第３図は本発明の第一の実施例の異常反射時の処理のフ
ローチャート図、第４図は本発明の第二の実施例のレーザ出力制御系のブ
ロック図、第５図（ａ）は本発明の第二の実施例の放電管電流とモ
ニタ値との関係を表したグラフ、第５図（ｂ）は本発明
の第二の実施例の放電管電流をレーザ出力に換算した値
とモニタ値との関係を表したグラフ、第６図は本発明の第二の実施例の異常反射時の処理のフ
ローチャート図である。ａ１８１０ａ、１０Ｐｃｔ、ＰＣＹＡＩ、　ＹＡＹＢＩ、ＹＢ１・・・・・−・・−・−出力制御回路２−・・・−・
・・・−レーザ用電源３−・−・−−−−−・・・・−放電管４−・−・−・
・・−−一−−・・ワーク６−・−・−−−−−−−−
−・パワーセンサａ・−・−−−−−一−−−−−・増
分値ＰＯＩｂ−−−−−−−−−−一・・・・増分値Ｐ
Ｏ２ｂ−−−−−−−・・・−・−演算器ａ・−・−・・・・・・−・−・比較手段Ａｂ−・・・
・−・−・−・比較手段Ｂｂ−−−・・−・・−反射率１−・−−−−−・−・−・−演算器２・・−−−−−・−−−−−−一変換回路２−・・−
−−−−・−・−・−指令値２−・−＝・・・・−・出
力鏡からのレーザ出力２−・−・・・−・−ワークから
の反射レーザ出力 −・−・・・・−ワークに吸収されるレーＹ１、Ｙ２ザ出力ＦＡＩ、ＰＡ２−・−・−曲間−モニタ値■２・−・−
・−・−・−放電管電流Ｐ　Ｉ　２−−−−−−−−−−−−−・−放電管電流
の換算値ＡＲＩ、ＡＲ２・　　−異常検出信号特許出願人　ファナック株式会社代理人　　　弁理士　　服部毅巖第２図第３図ｒ２第５図（０）Ｉ２第５図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）数値制御装置（ＣＮＣ）とガスレーザ発振器が結
合したＮＣレーザ装置において、レーザ出力をモニタする出力モニタ手段と、該出力モニ
タ手段の出力値が基準値を越えている時は加工異常とみ
なし、表示装置にアラームを表示し、レーザの光照射を
停止させる異常検出手段と、を有することを特徴とするＮＣレーザ装置。
（２）前記レーザ出力の制御がオープンループのときは
、前記基準値は出力指令値を所定値増分した値とするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＮＣレーザ
装置。
（３）前記レーザ出力の制御がクローズドループのとき
は、前記基準値は放電管電流を反射のない場合のレーザ
出力に換算した値を所定値増分した値とすることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のＮＣレーザ装置。