JPS62207594A

JPS62207594A - レ−ザ加工装置におけるレ−ザ光監視装置

Info

Publication number: JPS62207594A
Application number: JP61051222A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Sudo; 数藤　和義
Original assignee: Miyachi Electronic Co
Current assignee: Miyachi Electronic Co
Priority date: 1986-03-08
Filing date: 1986-03-08
Publication date: 1987-09-11
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPH0677862B2

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、出射ユニットを備えるレーザ加−Ｌ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ｊテ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カニニットに入力され、出
カニ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
力にさほと強くないのに、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
レーザ光の光軸がす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、またに述のような光伝送系の損傷を防止ないし最小
限に食い止める欲味でも、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像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）上記目的を達成する本発明の構成は、レーザ光発生手段
より発生されたレーザ光を出射ユニットに送り、該出射
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、出射ユニットの本
体内に配置された光検出器と；該光検出器の出力信号の
レベルに基づいてレーザ光に関連した所定の事象を判定
する手段とを備えることを特徴とする。

（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、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、その変化に基いて判定手段は
レーザ光が確かに被加圧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
置が取られよう。

（実施例）以下、第１図ないし第３図を参照して本発明の詳細な説
明する。

第１図は、本発明の一実施例による出射ユニ・ソト１０
の構成を示す。この出射ユニーｙ　）　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・ソシュから保護する。

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（１４，１８）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２８ａで本
体内側面１２ａの方へ反射されてその一部がフオトダイ
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（２８）に
は強すぎるので、一旦還状の斜面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ＬＢｏはレンズ１８，１６，１４を通ってユニ・ソト
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、ざらにレーザ光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」二連のようなフォト
ダイオード２８の出力電圧ＰＥに基づいて、レーザ光Ｌ
Ｂ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
がなされたかとうか）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３
００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１０４．１０６のそれぞれの他方の入力
端子には、比較基準電圧ＳＥＩ、ＳＥ２　　（ＳＥＩ　
＜５Ｅ２）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ＳＥＩは、出射ユニット
ｌＯからレーザ光ＬＢが出ていないときには第１比較器
１０４の出力信号Ｑｌが“０″になり、出射ユニット１
０からレーザ光Ｌ　Ｂが出ているときには第１比較器１
０４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１０４，１０８の出力端子は比較結果信号Ｑｌ
、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３
００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、」二連のようにそのレーザ光ＬＢが光ファイバ２
２を通って出射ユニット１０に送られ、そこで集光レン
ズ（１４，１６）により集光されたレーザ光ＬＢが被加
二ｌ二物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
．１０Ｅ３のそれぞれの出力信号Ｑｌ、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Ｑｌ、Ｑ２が判定出力回路１１０，１１２に送られ
ず、判定部１００は実質的に非作動杖態にある。

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ヘスタート信号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が光フアイバ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（１４，１Ｂ）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２
８ａ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ＳＥＩを超え出射確
認用の第１比較器１０４の出力信号Ｑｌが“ｌ”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“ｌ
”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１０４．１
０８より出力された比較結果信号Ｑｌ、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”　　ｕｌ”）の
比較結果信号Ｑｌ、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Ｑｌ。

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、（“Ｏ”、′０”
）の比較結果信号Ｑｌ、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
示を出す度にその吠況、結果を知ることができ、レーザ
光ＬＢか被加工物Ｗに照射されたとの判定を得れば所期
の加［が行われたものと判断して次の加ニステップに進
んでよく、また単に出射されたたけで被加工物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
得れば光フアイバ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、検査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　（イツトリウム・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Ｌ
ＢＣは加工用レーザＬＢＡ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
ｌに焦点を結ぶように出射ユニツ）１０または液加］二
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ＬＢＣ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ＬＢＣ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、Ｑ
４を所定のタイミングで読み出すためのゲート回路１２
４、比較結果信号Ｑ　３．Ｑ　４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ＳＥＩ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ＳＥ
３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］二制御部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ＬＢＣ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、ＩＦ５）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）本発明によれば、出射ユニット内に設けられた光検出器
とその出力信号を処理する比較的簡単な回路でもってレ
ーザ加工に伴う種々の異常事象を確実に検出したり、加
工状況をモニタすることができるので、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れる。

【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）、　２
２・・・・光ファイバ、　２６・・・・山状突起、　２
６ａ・・・・傾斜面、２８・・・・フォトダイオード、
　　３０・・・・回路ボックス、１０〇−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、１１
４・・・・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、　　１２８．１２
８・・・・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】

（１）レーザ光発生手段より発生されたレーザ光を出射
ユニットに送り、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、前記出射ユニットの本体内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に基づいて前記レーザ
光に関連した所定の事象を判定する手段と、を備えることを特徴とするレーザ光監視装置。
（２）前記出射ユニット本体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
光をユニット本体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入力するような位置
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。
（３）前記所定の事象は加工用レーザ光の出射の有無で
ある特許請求の範囲第１項に記載のレーザ光監視装置。
（４）前記所定の事象は前記被加工物に対する加工用レ
ーザ光の照射の有無である特許請求の範囲第１項に記載
のレーザ光監視装置。
（５）前記判定手段は、前記光検出器の出力信号のレベ
ルを所定の基準電圧と比較する比較器と、前記レーザ光
発生手段より前記レーザ光が発生されたことに同期して
前記比較器からの比較結果信号を取り込む判定出力手段
とからなる特許請求の範囲第１項または第２項のいずれ
かに記載のレーザ光監視装置。
（６）前記所定の事象は位置決め用レーザ光の出射の有
無である特許請求の範囲第１項に記載のレーザ光監視装
置。
（７）前記所定の事象は前記被加工物に対する位置決め
用レーザ光の照射の有無である特許請求の範囲第１項に
記載のレーザ光監視装置。