JPS6316888A - レ−ザ光異常監視装置 - Google Patents

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〕 この発明は、レーザ加工におけるレーザ光の異常を検出
する技術に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は従来のレーザ加工用レンズの動作態様を説明す
るための概略図である。図において、１はレーザ光、２
は加工用の集光レンズである。第４図に示すように、レ
ーザ光１は図示されないレーザ発振器より伝送されて来
て集光レンズ２によって集光され、第４図に実線で示す
光路を通って焦点位置Ａで焦点を結ぶ。ここで、図示さ
れない被加工物が焦点位置Ａの近辺である焦点距離ｆの
位置に設置されるこ・と番こより、被加工物のレーザ加
工が行われる。

ところが、集光レンズ２へのレーザ光１のパワー密度が
所定値よりも大きいとか、被加工物からの熱的影響とか
、又は集光レンズ２と被加工物との間に設けられた図示
されないノズルの孔を介して、被加工物側から侵入する
加工時におけるスパッタ（特に、溶接加工時に多い）が
集光レンズ２に付着するとかなどのため（こ、集光レン
ズ２の表面が汚れることによって、集光レンズ２の表面
のコーテイング膜が劣化し、熱吸収率が高くなるという
弊害がある。このように集光レンズ２の熱吸収率が高く
なると、例えば当初、通常的０．３Ｘ程度の熱吸収率の
ものが約０．５　Ｘ前後になると、集光レンズ２は加熱
され、いわゆる熱レンズ効果を生じて第４図に点線で示
すようｌこ集光レンズ２が膨らみ、等制約に短焦点化す
る。このような集光レンズ２の短焦点化により、レーザ
光１は第４図に点線で示す光路を通って焦点位置Ｂで焦
点を結ぶことになる。したがって、焦点位置Ａに被加工
物を設置した場合に、被加工物と集光レンズ２との距離
、すなわち焦点距離が当初ｆ″″ＣあったものがｆＴと
なり、△ｆ　＝　ｆ　−ｆＴだけ焦点距離がずれて短か
くなる。これにより、被加工物上でのレーザ光１の集光
径、焦点深度が変化し、照射されるレーザエネルギー密
度が小さくなる。このため、被加工物の加工用途によっ
てはレーザエネルギー密度の許容限界が狭くなり、加工
結果に欠陥を生じる。なお、上記熱レンズ効果は、被加
工物に対する加工時間と共に経時的に進行する。また、
集光レンズ２の上流側で何んらかの原因でレーザ光１に
変化を生じ、集光レンズ２への入射光の径、レーザエネ
ルギー分布が変化しても、集光レンズ２による集光後の
レーザエネルギー分布に変化を来す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のレーザ加工用レンズでは、以上述べ
たような動作態様を呈することから、被加工物の加工結
果から判断して、適宜に集光レンズ２を交換すなどして
レーザ加工を行わなければならない。このために、被加
工物ｌこ対する加工歩留りが悪化し、また、高価な集光
レンズ２の寿命延長の手段が講じられないので、早期に
定期的な洗浄を行う必要があって、その操作が煩雑にな
るなどの問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、集光レンズの劣化を早期に発見して集光レンズの
寿命延長の手段に結び付けることができると共に、被加
工物に対する加工歩留りの向上を計ることができ、かつ
レーザ加工機を自動監視できるレーザ光異常監視装置を
得ることを目的とする。

〔問題点＋Ｓ決するための手段〕

この発明に係るレーザ光異常監視装置は、集光レンズの
焦点結像位置よりも遠い距離の位置に熱電対を備えたレ
ーザパワー集光装置を設置し、このレーザパワー集光装
置での集光による温度上昇を熱電対で検出するようにし
たものである。

〔作用〕

この発明のレーザ光異常監視装置においては、レーザパ
ワー集光装置での集光による温度上昇を熱電対で検出し
、その検出された出力と所定の基準値とを比較してレー
ザ光のレーザエネルギー分布の異常を検出する。これに
より、レーザ光の異常状態、例えば集光レンズの劣化状
態を判断する。

〔実施例〕

第１図１ａｌ及びｆｂｌは、それぞれこの発明の一実施
例であるレーザ光異常監視装置の動作態様を説明するた
めの概略図である。図１こおいて、１はレーザ光、２は
加工用の集光レンズ、３はレーザパワー集光装置、４は
熱電対、５は熱電対４に接続する電気信号用のケーブル
線、６は冷却水通路である。

第２図は、第１図（ＩＬ）及び（ｂｌのレーザ光異常監
視装置におけるレーザパワー集光装置番こ対するレーザ
光の照射時間と熱電対温度との関係を示す特性図、第３
図はこの発明の一実施例であるレーザ光異常監視装置の
構成を示す概略図である。図憂こおいて、７は増幅器、
８は所定の規準値を設定する規準値設定装置である。

次ｌこ、上記この発明の一実施例であるレーザ光異常監
視装置の動作について説明する。第１図＋ａ＋に示すレ
ーザ、６ワー集光装置３は耐熱性のセラミックス等の集
光板から成り、その形状は通常のレーザ光１のビーム径
からして約５０〜１００Δ寵の円形状をしており、さら
に約１〜５Ｎ＠程度の大出力のレーザ光１の照射に耐え
る材料で形成されている。また、レーザパワー集光装置
３は、冷却水通路６を循環する冷却水番こよって温度の
異常上昇を防止している。そして、レーザパワー集光装
置３を集光レンズ２の焦点距離ｆ０よりも遠い距離ｌの
位置に設置する。ここで、ｉ＃ｆｏの場合には、レーザ
光１のレーザエネルギー密度が高くなってレーザパワー
集光装置３が異常に加熱し、検出装置としての機能を果
たし難い１．今、第１図ｆａ）に実線で示すようにレー
ザ光１が入射してレーザパワー集光装置３に照射される
と、レーザパワー集光装置３の温度上昇は冷却水通路６
を流れる冷却水によって抑えられて一定値において飽和
する。第１図ｔｂ】に示すように、レーザ光１の中央部
よりレーザパワー集光装置３の外周部に向っての距離を
Ｘとすると、レーザパワー集光装置３の温度はＸ＝０で
Ｔｏとなり、Ｘが増加すると温度が低下し、レーザ光１
の照射部分を通過後は温度がほぼ一定のＴｏ。となる（
　Ｔｏ　＞　Ｔ（１゜）。また、集光レンズ２の熱レン
ズ効果により、第１１ｉ／（ａｌに点線で示すようにレ
ーザ光１が変化してレーザパワー集光装置３上のレーザ
エネルギー分布が拡大されると、同一のレーザ出力１こ
対してレーザエネルギー密度が低下するために、第１図
（ｂ）に示すようにｘ＝０での温度は’ｒｔ（’ｒｏ＞
’ｒ＋）に低下し、一方、冷却水通路６を流れる冷却水
を適宜に設定制御すれば、レーザ光１の照射部分は除々
に温度の低下を来す。

この発明によるレーザ光異常監視装置は、以上述べたよ
うなレーザパワー集光装置３の特長を利用し、例えばレ
ーザパワー集光装置３の中央部付近、すなわち第１図（
ｂ）に示すＸ＝Ｏの近辺の位置に熱電対４を備えること
により、正常状態でのレーザ光１と異常状態でのレーザ
光１とによるそれぞれの場合のレーザパワー集光装置３
の温度差Ｔ０Ｔｔを検出し、レーザ加ニジステムを制御
するようにしたものである。この発明による実施例では
、第２図の特性図に示すように、正常時でのレーザパワ
ー集光装置３が飽和温度Ｔ０に達する時間ｔ０に対し、
異常時でのレーザパワー集光装置３が飽和温度Ｔｓ　（
Ｔｏ　＞　Ｔｓ　）に達する時間ｔｔ　（ｔｓ＞ｔｏ）
について、熱電対４に接続されたケーブル線５よりの起
電力が所定の基皐値よりも低い場合、レーザ光１のレー
ザエネルギー分布に異常が発生したと判断し、警報を発
生するか、又はレーザ発振器を停止する制御を行う制御
装置を備える。このような制御装置は、第３図に示すよ
うにレーザパワー集光装置３に備えた熱電対４に接続さ
れたケーブル線５の端部に増幅器７を設け、この増幅器
７の出力Ｅ。ｕｔと、一方、所定の規準値を設定する規
準値設定装置８の出力Ｅ０とを比較し、Ｅｏ　＞　Ｅｏ
ｕｔである時はレーザ光１のレーザエネルギー分布に異
常が発生したと判断し、図示されない異常警報器より警
報を発生するか、又はレーザ発振器を停止する。第１図
（ａ）に示すように、Ｓｏは実線で示す正常状態でのレ
ーザ光１による照射面積を示し、また、Ｓｌは点線で示
す異常状態でのレーザ光１１こよる照射面積を示してい
る。

なお、上記実施例によるレーザ光異常監視装置のレーザ
、（ワー集光装置３は、図示しない加工ヘッド（集光レ
ンズ２を付加する。を搭載する那エテーブル上に備えて
も良く、図示しない被加工物の加工に邪魔にならない位
置に設置しておき、レーザ加工工程における加工作業の
前後などで、定期的にレーザ光１のレーザエネルギー分
布の点検時に、加工ヘッドをレーザパワー集光装置３の
上に移動するとか、又は逆にレーザパワー集光装置３を
移動するようにしても良い。いずれにしても、オンライ
ンで点検が可能であり、また、レーザ加工機の無人運転
時とか、自動化運転時とかにおいては著しく高い性能を
発揮する。

また、上記実施例では、熱電対４をレーザパワー集光装
置３の中央部付近に設けた場合について説明したが、レ
ーザパワー集光装置３の周辺部でも良く、第１図１ｂ）
に示すような各温度Ｔ。、Ｔ、又はＴｏｏ、　Ｔ、、に
ついて互いに相異がある場所であれば良い。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、レーザ光異常監視装置
において、集光レンズの焦点結像位置よりも遠い距離の
位置に熱電対を備えたレーザパワー集光装置を設置し、
このレーザパワー集光装置での集光ｌこよる温度上昇を
熱電対で検出するようにしたので、集光レンズの劣化を
早期に発見して集光レンズの寿命延長の手段に結び付け
ることができると共に、被加工物に対する加工歩留りの
向上ができ、レーザ加工機の無人運転時及び自動化運転
時でのレーザ光のレーザエネルギー分布の異常を容易に
、かつ簡単に検出することができるなどの優れた効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれこの発明の一実施
例であるレーザ光異常監視装置の動作態様を説明するた
めの概略図、第２図は、第１図（ＩＬ）及び（ｂ）のレ
ーザ光異常監視装置におけるレーザパワー集光装置に対
するレーザ光の照射時間と熱電対温度との関係を示す特
性図、第３図はこの発明の一実施例であるレーザ光異常
監視装置の構成を示す概略図、第４図は従来のレーザ加
工用レンズの動作態様を説明するための概略図である。 図において、１・・・レーザ光、２・・・集光レンズ、
３・・・レーザパワー集光装置、４・・・熱電対、５・
・・ケーブル線、６・・・冷却水通路、７・・・増幅器
、８・・・規準値設定装置である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）加工用の集光レンズでレーザ光を集光して被加工
   物に照射し、この被加工物に溶接等の加工を施すレーザ
   加工機において、前記集光レンズの焦点結像位置よりも
   遠い距離の位置にレーザパワー集光装置を設置し、この
   レーザパワー集光装置に熱電対を備えたことを特徴とす
   るレーザ光異常監視装置。
2. （２）前記熱電対は、前記レーザパワー集光装置上のレ
   ーザエネルギー分布の変化によるレーザパワー集光装置
   の温度を検出し、前記集光レンズを通過後のレーザ光の
   レーザエネルギー分布の異常を検出することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のレーザ光異常監視装置。
3. （３）前記熱電対によるレーザ光のレーザエネルギー分
   布の異常を検出する時、異常警報を発生するか、又はレ
   ーザ発振器を停止することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載又は第２項記載のレーザ光異常監視装置。
4. （４）前記レーザ光異常監視装置は、加工ヘッドを搭載
   する加工テーブルに備えたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のレーザ光異常監視装置。