JPH0677862B2

JPH0677862B2 - レ−ザ加工装置におけるレ−ザ光監視装置

Info

Publication number: JPH0677862B2
Application number: JP61051222A
Authority: JP
Inventors: 和義数藤
Original assignee: Miyachi Electronic Co
Current assignee: Miyachi Electronic Co
Priority date: 1986-03-08
Filing date: 1986-03-08
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS62207594A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、出射ユニットを備えるレーザ加工装置に関
し、特に簡易な構成でもって光伝送系の切断事故の検出
や加工状況のモニタ等を行えるレーザ光監視装置に関す
る。

（従来の技術）レーザ加工装置では、複数箇所での同時加工（マルチ加
工）や屋外での遠隔加工を行うために、レーザ発生器と
出射ユニットとを光ファイバで接続する場合がある。

その場合、レーザ発生器より出力されたレーザ光は光フ
ァイバを通って加工場所の出力ユニットに入力され、出
力ユニットでは入力したレーザ光を集光レンズで集光し
て被加工物に照射する。

また、従来のレーザ加工装置では、テレビカメラとディ
スプレイを用いて加工状況を撮影，監視することがよく
あり、上述のようにレーザ発生器と出射ユニットとが分
離している場合には、レーザ加工用とは別の光ファイバ
が撮影用に使われるが、出射ユニット内ではレーザ光と
照明光が同じ集光レンズを通る。

（発明が解決しようとする問題点）ところで、上述のように、光ファイバを介してレーザ発
生器から出射ユニットが分離されると、加工作業のフレ
キシビリティが増大する反面、光伝送系の事故が発生し
やすくなる。すなわち、光ファイバはそれ自体応力や張
力にさほど強くないのに、工場や屋外等の種々の作業環
境の中に置かれ、屈曲したりねじれたりして折損するこ
とが多々ある。また、一般に、光ファイバの両端は光コ
ネクタを介してレーザ発生器本体および出射ユニットに
それぞれ結合されるが、その取付（位置決め）が悪いと
レーザ光の光軸がずれて所定の伝送路から外れたり、あ
るいは焦点がずれて極めて大きなパワー密度のレーザ光
がファイバ端面に入射し、その部分を焼損することがあ
る。

このように種々の原因で光ファイバ等の光伝送系に異常
が発生すると、レーザ発生器からレーザ光が出力されて
も、実際には出射ユニットからレーザ光が出射されず、
所期の加工は行われない。

したがって、無駄なレーザ光の発生を停止させるために
も、また上述のような光伝送系の損傷を防止ないし最小
限に食い止める意味でも、そのような異常事態を直ちに
検出して異常箇所を発見し修理する必要がある。

なお、テレビカメラ等の撮影装置により加工状況から現
象的に異常事態を検出することも一応可能ではあるが、
ディスプレイを通しての目視検査であり、確実に検出す
るのは難しく、特に被加工物の有無とは無関係に出射の
有無だけを検出するようなことは実質的に不可能であ
る。

本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みてなされたもの
で、撮像装置よりも格段に簡易な構成でもって光伝送系
の切断事故の検出や加工状況のモニタ等を行えるレーザ
光監視装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明のレーザ光監視装
置は、レーザ光発生手段より発生された位置決め用また
は加工用のレーザ光を光ファイバを介して出射ユニット
へ送り、前記出射ユニットより集光されたレーザ光を被
加工物に照射するようにしたレーザ加工装置において、
前記出射ユニット内で集光レンズよりも内奥の位置で前
記集光レンズからの反射光または透過光を受けるように
配置された光検出器と、前記光検出器の出力信号のレベ
ルを前記出射ユニットからの前記レーザ光の出射の有無
を検出するために予め設定された第１の基準レベルと比
較する第１の比較手段と、前記光検出器の出力信号のレ
ベルを前記被加工物に対する前記レーザ光の照射の有無
を検出するために予め設定された前記第１の基準レベル
よりも高い第２の基準レベルと比較する第２の比較手段
と、前記レーザ発生手段に対して前記レーザ光を発生さ
せるための制御信号を出力し、前記制御信号の出力後に
所定のタイミングで前記第１および第２の比較手段より
それぞれの比較結果信号を取り込んで、前記出射ユニッ
トからの前記レーザ光の出射の有無および前記被加工物
に対する前記レーザ光の照射の有無を判定する判定手段
とを具備する構成とした。

（作用）レーザ光発生手段より発生されたレーザ光が出射ユニッ
トに入力されると、そのレーザ光の大部分は集光レンズ
を透過して出射されるが、一部は集光レンズで反射して
被加工物の方とは反対側の本体奥の方へ戻る。

光検出器がそのような反射光を受けるとその出力信号の
レベルが変化（一般に増大）する。そして、第１の比較
手段および判定手段は、その変化に基づき、レーザ光が
確かに出射されたと判定する。

また、出射されたレーザ光が被加工物に当たると、そこ
からの反射光が集光レンズを通ってユニット本体の奥へ
入り、光検出器に入射する。そうすると、光検出器の出
力信号のレベルが変化し、その変化に基いて第２の比較
手段および判定手段はレーザ光が確かに被加工物光に照
射されたこと、したがって被加工物が所定位置に在るこ
と、もしくは所期のレーザ加工が行われたこと等を判定
出力する。

なお、光検出器の出力信号のレベルに基づいてレーザ光
が出射されていないと判定されれば、光伝送系あるいは
レーザ光発生手段等で何らかの異常事態（例えば光ファ
イバの折損等）が生じていることであり、必要に応じて
加工停止の警報が出され、異常箇所の発見，修理等の処
理が取られよう。

（実施例）以下、第１図ないし第３図を参照して本発明の実施例を
説明する。

第１図は、本発明の一実施例による出射ユニット10の構
成を示す。この出射ユニット10の本体12はアルミニウム
製で全体的に略円筒状に形成され、その内側の前部（被
加工物側）には平凸レンズ14,16が図示のように互いに
対向して配設され、集光レンズを構成する。18は保護レ
ンズで、溶接加工時にレンズ16をスプラッシュから保護
する。

出射ユニット10の後端中心部には光コネクタ20を介して
光ファイバ22の一端部が接続される。このファイバ22の
他端部は後述するレーザ発生器200に接続されている。
しかして、レーザ発生器200より出力されたレーザ光LB
は光ファイバ22を伝わって来てファイバ端面22aより出
射ユニット10内で放射され、その放射されたレーザ光LB
が集光レンズ（14,16）を通って被加工物Ｗに集光・照
射されるようになっている。

本実施例によれば、ユニット本体12内においてレーザ光
入射口24の周りに、図示のように光軸に対して所定角度
の外側傾斜面26aを有する山状突部26が形成され、そし
て傾斜面26aの一部と対向して光検出器、例えばフォト
ダイオード28が本体12内に配設される。これにより、光
ファイバ22からレンズ14に入射してそこで反射したレー
ザ光LB′が突部傾斜面26aで本体内側面12aの方へ反射さ
れてその一部がフォトダイオード28に入射するようにな
っている。普通のレンズ（14）は無反射コーティングを
施されていても0.1％程の反射率を有する。そして、そ
の程度の割合の反射光でも普通のフォトダイオード（2
8）には強すぎるので、一旦環状の斜面26aで散乱させて
からフォトダイオード（28）に入射するようにしてい
る。また、ユニット10から出射されたレーザ光LBは被加
工物Ｗに照射するとそこで一部反射され、その反射光LB
_Oはレンズ18,16,14を通ってユニット本体12の内奥に入
り散乱面26aに当たってからフォトダイオード28に入射
する。特に、被加工物Ｗが金属の場合には、加工中に金
属蒸気が発生し白い光が出るが、この光に対するフォト
ダイオード28の感度は極めて高い。したがって、フォト
ダイオード28は、レーザ光LBが出射されたときは出射さ
れていないときよりも高いレベルの出力電圧を発生し、
さらにレーザ光LBが被加工物Ｗに照射したときにはより
高いレベルの出力電圧を発生することになる。

フォトダイオード28の出力端子は、回路ボックス30内に
取り付けられた集積回路（IC）の判定部100に接続され
る。この判定部100は上述のようなフォトダイオード28
の出力電圧PEに基づいて、レーザ光LBが出射されたかど
うか、およびレーザ光LBが被加工物Ｗに照射したかどう
か（すなわち、所期のレーザ加工がなされたかどうか）
を判定するもので、電気コネクタ32,電気ケーブル34を
介して後述する加工制御部300に接続される。

第２図は本実施例のシステム構成を示す。フォトダイオ
ード28の出力電圧PEは判定部100の増幅器102を介して出
射確認用の第１比較器104,照射確認用の第２比較器106
のそれぞれの一方の入力端子に供給される。両比較器10
4,106のそれぞれの他方の入力端子には、比較基準電圧S
E1,SE2（SE1＜SE2）が与えられる。フォトダイオード28
の出力電圧PEと比較される基準電圧SE1は、出射ユニッ
ト10からレーザ光LBが出ていないときには第１比較器10
4の出力信号Q1が“0"になり、出射ユニット10からレー
ザ光LBが出ているときには第１比較器104の出力信号Q1
が“1"になるように設定される。また、基準電圧SE2
は、レーザ光LBが被加工物Ｗに照射していないときには
第２比較器106の出力信号Q2が“0"になり、レーザ光LB
が被加工物Ｗに照射しているときには第２比較器106の
出力信号Q2が“1"になるように設定される。

両比較器104,106の出力端子は比較結果信号Q1,Q2を所定
のタイミングで読み取るためのゲート回路108を介して
バッファからなる判定出力回路110,112のそれぞれの入
力端子に接続され、それら判定出力回路110,112のそれ
ぞれの出力端子はインターフェイス114に接続される。
インターフェイス114は上述のように電気コネクタ32,ケ
ーブル34を介して加工制御部300に接続される。なお、
加工制御部300はレーザ発生器200にレーザ発生を指示す
るスタート信号STを与えるようになっており、その信号
STに応答してレーザ発生器200がレーザ光LBを発生する
と、上述のようにそのレーザ光LBが光ファイバ22を通っ
て出射ユニット10に送られ、そこで集光レンズ（14,1
6）により集光されたレーザ光LBが被加工物Ｗに照射さ
れるようになっている。

次に、第１図および第２図につき本実施例の動作を説明
する。

まず、レーザ加工の開始以前では、レーザ発生器200か
らレーザ光LBが発生されず、したがって出射ユニット10
からレーザ光LBは当然に出射されないので、フォトダイ
オード28の出力電圧は低く、両比較器104,106のそれぞ
れの出力信号Q1,Q2は共に“0"である。そして、この状
態では加工制御部300からインターフェイス114を介して
の比較結果読取タイミング信号RTがゲート回路108に与
えられず、ゲート回路108は禁止化されている。したが
って、比較結果信号Q1,Q2が判定出力回路110,112に送ら
れず、判定部100は実質的に非作動状態にある。

レーザ加工が行われる場合、まず加工制御部300がレー
ザ発生器200へスタート信号STを送る。そうすると、レ
ーザ発生器200はその信号STに応答してレーザ光LBを発
生する。

さて、そのレーザ光LBが光ファイバ22等の光伝送系を通
って出射ユニット10内に入れば、そこから集光レンズ
（14,16）を通って出射される。そして、その際にレン
ズ14で反射されたレーザ光LB′が散乱面26aに当たって
フォトダイオード28に入射することによってその出力電
圧PEが基準電圧SE1を超え出射確認用の第１比較器104の
出力信号Q1が“1"になり、また加工物Ｗにレーザ光LBが
照射すれば、上述のようにそこからの反射光もフォトダ
イオード28に入射することによってその出力電圧PEが基
準電圧SE2を超え照射確認用の第２比較器106の出力信号
Q2が“1"になる。

一方、スタート信号STを出してから所定のタイミングで
加工制御部300は判定部100に比較結果読取タイミング信
号RTを送る。このタイミング信号RTはインターフェイス
114を介してゲート回路108に与えられ、それを可能化す
る。この結果、両比較器104,106より出力された比較結
果信号Q1,Q2がゲート回路108を通って判定出力回路110,
112に入力され、さらに所定のタイミングでインターフ
ェイス114を介して加工制御部300に取り込まれる。した
がって、出射ユニット10からレーザ光LBが出射され且つ
被加工物Ｗに照射した場合には、（“1",“1"）の比較
結果信号Q1,Q2が加工制御部300に与えられる。また、レ
ーザ光LBが出射されても被加工物Ｗに照射しなかった場
合には、（“1",“0"）の比較結果信号Q1,Q2が加工制御
部300に与えられる。そして、レーザ光LBが出射されな
かった場合には、（“0",“0"）の比較結果信号Q1,Q2が
加工制御部300に与えられる。

このようにして、加工制御部300は各レーザ発生の指示
を出す度にその状況，結果を知ることができ、レーザ光
LBが被加工物Ｗに照射されたとの判定を得れば所期の加
工が行われたものと判断して次の加工ステップに進んで
よく、また単に出射されただけで被加工物Ｗへの照射は
なかったとの判定を得れば加工位置決め機構等に異常が
あったものと判断して適当な警告ないし作業停止の指示
を出してよく、また出射もされなかったとの判定を得れ
ば光ファイバ22等の光伝送系に断線その他の異常があっ
たものと判断して直ちに作業中止と異常発生表示を行っ
てよい。なお、最後の場合、光伝送系ではなくレーザ発
生器200に異常がありそもそもレーザ光LBが発生されな
かったこともあり得よう。いずれにしても、異常事態が
検出されれば、検出によって異常箇所が発見されること
になり、安全および信頼性が図られる。

第３図は、別の実施例によるシステム構成である。

この実施例は溶接用のレーザ加工装置に係り、レーザ発
生器202には例えばYAG（イットリウム・アルミニウム・
ガーネット）レーザが使用される。そして、位置決め用
レーザ発生器204例えばHe−Ne（ヘリウム−ネオン）レ
ーザが設けられる。このガイドビームLB_Cは加工用レー
ザLB_Aと共通の光ファイバ22を通って出射ユニット10か
ら出射され、これが被加工物Ｗ上に焦点を結ぶように出
射ユニット10または被加工物Ｗの位置が調整される。し
たがって、フォトダイオード28（第１図）にはこのガイ
ドビームLB_Cによるレンズ14からの反射光および被加工
物Ｗからの反射光も入射することになり、それと関連し
て判定部100には、ガイドビームLB_Cの出射の有無を判定
するための第３比較器120,被加工物Ｗに対するガイドビ
ームLB_Cの照射の有無を判定するための第４比較器122、
それら比較器120,122からの比較結果信号Q3,Q4を所定の
タイミングで読み出すためのゲート回路124、比較結果
信号Q3,Q4を出力するための判定出力回路126,128が新た
に設けられる。そして、第４比較器122に与えられる基
準電圧SE4は加工レーザ光の出射確認用基準電圧SE1より
も低い所定値に設定され、第３比較器120に与えられる
基準電圧SE3は基準電圧SE4よりもさらに低い所定値に設
定される。なお、その他の構成部分は第２図中の同一の
参照符号を付けられた部分と同じものである。

このような構成において、加工制御部300はレーザ加工
に先立ち、加工位置決め用レーザ204にガイドビームLB_C
の発生を指示するとともに、適当の時間間隔でゲート回
路124にタイミング信号RT′を送って比較器120,122から
の比較結果信号Q3,Q4を取り込み、その判定結果を通し
て光伝送系の状態や被加工物Ｗの有無を知ることができ
る。したがって、この実施例では、レーザ加工を行う前
に、光伝送系の破損あるいは被加工物Ｗまたは出射ユニ
ットの位置決めミス等の異常事態を検出することがで
き、無駄なレーザ発生と破損の拡大を未然に防止するこ
とができる。

以上、好適な実施例を説明したが、本発明の技術的思想
の範囲内で種々の変形，変更が可能である。特に、光検
出器28は上述した実施例以外の種々の配置が可能であ
り、例えば散乱面26aを設けずに光検出器28の受光面を
集光レンズ（14,16）側に真っすぐに向け、その前に光
を減衰させるフィルタを設けてもよい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明のレーザ加工装置における
レーザ光監視装置によれば、出射ユニットの内奥に光検
出器を設けるとともに、この光検出器の出力信号のレベ
ルを所定の第１および第２の基準レベルとそれぞれ比較
する第１および第２の比較手段ならびに所定のタイミン
グでそれら第１および第２の比較手段からの比較結果信
号を取り込んで異常事態の有無を判定する判定手段を備
えることにより、簡易な構成でもって光ファイバの切断
事故を検出できるだけでなく、被加工物の有無や出射ユ
ニットまたは被加工物の位置決めミス等の加工状況の異
常を検出することが可能であり、出射ユニットを用いた
この種レーザ加工装置において極めて有利なコストで安
全性、信頼性の大幅な向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による出射ユニットの構成
を示す部分断面側面図、第２図は、上記実施例によるレーザ加工装置のシステム
構成を示すブロック図、および第３図は、別の実施例によるレーザ加工装置のシステム
構成を示すブロック図である。 10……出射ユニット、12……本体、14,16……平凸レン
ズ（集光レンズ）、22……光ファイバ、26……山状突
起、26a……傾斜面、28……フォトダイオード、30……
回路ボックス、100……判定部、104……出射確認用第１
比較器、106……照射確認用第２比較器、108……ゲート
回路、110,112……判定出力回路、114……インターフェ
イス、120……出射確認用第３比較器、122……照射確認
用第４比較器、124……ゲート回路、126,128……判定出
力回路、200……レーザ発生器、202……加工用レーザ発
生器、204……加工位置決め用レーザ発生器、300……加
工制御部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光発生手段より発生された位置決め
用または加工用のレーザ光を光ファイバを介して出射ユ
ニットへ送り、前記出射ユニットより集光されたレーザ
光を被加工物に照射するようにしたレーザ加工装置にお
いて、前記出射ユニット内で集光レンズよりも内奥の位置で前
記集光レンズからの反射光または透過光を受けるように
配置された光検出器と、前記光検出器の出力信号のレベルを前記出射ユニットか
らの前記レーザ光の出射の有無を検出するために予め設
定された第１の基準レベルと比較する第１の比較手段
と、前記光検出器の出力信号のレベルを前記被加工物に対す
る前記レーザ光の照射の有無を検出するために予め設定
された前記第１の基準レベルよりも高い第２の基準レベ
ルと比較する第２の比較手段と、前記レーザ発生手段に対して前記レーザ光を発生させる
ための制御信号を出力し、前記制御信号の出力後に所定
のタイミングで前記第１および第２の比較手段よりそれ
ぞれの比較結果信号を取り込んで、前記出射ユニットか
らの前記レーザ光の出射の有無および前記被加工物に対
する前記レーザ光の照射の有無を判定する判定手段と、を具備することを特徴とするレーザ光監視装置。
【請求項２】前記出射ユニット内の前記集光レンズと対
向するレーザ光入射口の周りに前記集光レンズ側からの
光をユニット内側面の方へ散乱させる面が形成され、前
記光検出器はその散乱した光を受光するような位置と向
きに配置される特許請求の範囲第１項に記載のレーザ光
監視装置。