WO2020039612A1 - レーザ光出射ヘッド及びそれを用いたレーザ加工装置 - Google Patents

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WO2020039612A1
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laser light
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智之 景山
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • B23K2103/54—Glass

Definitions

  • the present invention relates to a laser beam emitting head and a laser processing apparatus using the same, and more particularly, to a laser beam emitting head provided with a mechanism for cleaning a protective glass provided on the laser beam emitting head.
  • a protective glass is provided near the laser light emitting port in order to protect the optical components disposed therein from fumes, spatters, and the like generated during laser processing.
  • a plurality of protective glasses are arranged at predetermined intervals in the optical axis direction of the laser beam. Further, at the time of laser processing, in order to prevent oxidation or the like of the processing portion, the processing is performed while blowing a shielding gas onto the work, and the adhesion of fumes and the like to the protective glass is suppressed by the shielding gas.
  • the surface of the protective glass disposed closest to the work becomes more contaminated with the number of work pieces to be processed and as the processing time elapses, causing a decrease in the transmittance of laser light.
  • This decrease in the transmittance may cause a decrease in the output of the laser light applied to the work, or in extreme cases, the laser light may be reflected inside the laser light emitting head by the protective glass and may damage the above-described optical components.
  • Patent Literature 1 discloses a configuration in which a slit is provided in a lens barrel of a laser beam emitting head, and a protective glass is inserted through the slit to improve exchangeability.
  • Patent Document 2 discloses that a probe light generator is attached to a lens barrel of a laser light emitting head, and the probe light is emitted from a direction different from the processing laser light. Is incident on a protective glass, and the transmitted light is received by a photodetector to evaluate the transmittance of the protective glass, and thus the degree of dirt.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a laser light emitting head which can omit a work of replacing a protective glass, and a laser processing apparatus using the same.
  • a laser light emitting head includes a first housing in which laser light is incident on an upper part and in which an optical component for shaping the laser light into a desired shape is disposed.
  • a laser beam shaping unit a glass holder on which a plurality of protective glasses are mounted at predetermined intervals, and a cleaning mechanism for cleaning the protective glass mounted on the glass holder.
  • a cleaning unit having a housing, wherein the glass holder is configured to be movable between the first housing and the second housing.
  • the surface can be cleaned without removing the protective glass from the laser light emitting head.
  • the work of replacing the protective glass can be omitted, maintenance of the laser light emitting head is facilitated.
  • the laser processing apparatus is characterized by including at least a laser oscillator that emits laser light, and the above-described laser light emitting head that receives the laser light and emits the laser light toward a work.
  • the downtime of the device and the operating cost can be reduced.
  • the operation can be performed with the output fluctuation of the laser beam suppressed, good processing quality can be maintained.
  • the laser light emitting device of the present invention since the work of replacing the protective glass can be omitted, maintenance of the laser light emitting head is facilitated. Further, according to the laser processing apparatus of the present invention, the operation can be performed while suppressing the output fluctuation of the laser beam, so that good processing quality can be maintained.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the laser light emitting head taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the laser light emitting head taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of the cleaning unit.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a state of rotational movement of the glass holder in the laser light emitting head.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of the cleaning unit according to the first modification.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a laser light emitting head according to a second modification.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the laser light emitting head taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of a cleaning unit according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic sectional view of a laser light emitting head according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an internal configuration of the evaluation unit.
  • FIG. 1 illustrates a configuration of a laser processing apparatus 1000 according to the present embodiment.
  • the laser processing apparatus 1000 includes a laser light emitting head 100, a manipulator 200, a control device 300, a laser oscillator 400, an optical fiber 500, And a display device 600.
  • the laser processing device 1000 is used for performing cutting, welding, drilling, and the like of the work W.
  • the laser light emitting head 100 shown in FIG. 1 is shown in a simplified form.
  • the laser light emitting head 100 receives the laser light LB emitted from the optical fiber 500 and irradiates the laser light LB onto the work W.
  • the manipulator 200 has the laser light emitting head 100 attached to the tip, and moves the laser light emitting head 100.
  • the control device 300 controls the operation of the laser light emitting head 100, the operation of the manipulator 200, and the laser oscillation of the laser oscillator 400. Further, the control device 300 controls the operation of the glass holder 130 to be described later and the driving of the LED light source 180 (see FIG. 8), receives a light receiving signal from the light receiving element 183 (see FIG. 8), and receives the protection glass 131 to 133. (See FIGS. 2 and 9).
  • the laser oscillator 400 generates the laser light LB and outputs the laser light LB to the optical fiber 500.
  • the optical fiber 500 transmits the laser light LB emitted from the laser oscillator 400 to the laser light emitting head 100.
  • the display device 600 is connected to the control device 300 and displays various processing conditions during laser processing. Further, the transmittance of the protective glasses 131 to 133 described later is displayed. With such a configuration, the laser processing apparatus 1000 operates the laser light emitting head 100 and the manipulator 200 to irradiate the work W with the laser light LB emitted from the laser oscillator 400 along a desired trajectory.
  • the display device 600 may be incorporated in the control device 300. Further, an operation device (not shown) for inputting processing conditions, for example, a keyboard or the like may be connected to the control device 300. When the operation device is a touch panel, it may be incorporated in the control device 300.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of the laser light emitting head taken along line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the laser light emitting head taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the internal configuration of the cleaning unit.
  • the emission direction of the laser light LB is called a Z direction
  • the arrangement direction of the laser light shaping unit 110 and the cleaning unit 150 is called an X direction
  • a direction orthogonal to the X direction and the Z direction is Y direction.
  • direction In the Z direction, the side where the laser beam LB is incident on the laser beam shaping unit 110 may be called the upper side, and the opposite side, that is, the side where the laser beam LB is emitted, may be called the lower side.
  • the laser light emitting head 100 has a laser light shaping unit 110 and a cleaning unit 150.
  • the laser beam shaping unit 110 has a first housing 111
  • the cleaning unit 150 has a second housing 151.
  • the first and second housings 111 and 151 share a first partition 113 and are in contact with each other. It is provided.
  • the first partition 113 is provided upright along the Z direction which is the optical axis direction of the laser beam LB.
  • the first partition 113 has a first slit 114 communicating the first and second housings 111 and 151.
  • the laser beam emitting head 100 has a glass holder 130 on which two protective glasses 131 and 132 are attached at a predetermined interval, and the glass holder 130 passes through the first partition 113 in the axial direction.
  • first and second doors 120 and 121 are attached to the first partition 113 so as to close the first slit 114 in contact with the glass holder 130.
  • the first opening / closing door 120 and the second opening / closing door 121 are respectively attached to opposing surfaces of the first partition 113.
  • a drive mechanism (not shown) for rotating the rotation shaft 116 is attached to the laser light emitting head 100.
  • the drive mechanism is configured to rotate the rotation shaft 116 and the glass holder 130 connected thereto counterclockwise in a top view according to a control signal from the control device 300.
  • one of two protective glasses 131 and 132 attached to the glass holder 130 is provided in the first housing 111 of the laser beam shaping unit 110, and the other is provided in the first housing 111 of the cleaning unit 150. It is fixed to a predetermined position in the laser light emitting head 100 so as to be disposed in each of the two housings 151. Further, the protective glass 131 arranged in the first housing 111 of the laser beam shaping unit 110 is arranged on the optical axis of the laser beam LB.
  • the laser light shaping unit 110 includes optical components such as a collimator lens 141, a condenser lens 142, and a protective glass 143 inside a first housing 111 having a laser light entrance 112 on an upper side and a laser light exit 115 on a lower side.
  • An optical unit 140 is arranged while maintaining a predetermined positional relationship.
  • the laser beam LB incident from the laser beam entrance 112 through the optical fiber 500 is converted into a parallel beam by the collimator lens 141, reduced to a predetermined magnification by the condenser lens 142, and transmitted through the protective glasses 143 and 131, respectively.
  • the laser light is emitted from the laser light emission port 115 toward the work W. That is, the optical component 140 shapes the laser beam LB into a desired shape.
  • each of the collimator lens 141 and the condenser lens 142 may include a plurality of lenses.
  • the optical component 140 a component other than the above components, for example, a transparent plate or a partial reflection mirror disposed so as to be inclined in a predetermined direction with respect to the optical axis of the laser beam LB. Although they may be included, their illustration and description are omitted. Similarly, a drive mechanism for driving a part of the optical component 140 may be attached to the first housing 111, but these are not shown or described. Further, the laser beam shaping unit 110 has a shield gas supply port and a shield gas pipe for spraying an inert gas such as argon as a shield gas toward the work W from the vicinity of the laser beam emission port 115. However, illustration and description of these are also omitted.
  • the cleaning unit 150 has a second housing 151, a cleaning liquid supply nozzle 152 therein, a cleaning liquid supply pipe (not shown) connected thereto, and a brushing mechanism 154 having a brush 154a attached to a tip thereof. I have.
  • the second housing 151 is provided with a drain port 153 for discharging the cleaning liquid to the outside.
  • a drain pipe (not shown) is connected to the drain port 153.
  • the cleaning liquid supplied through the cleaning liquid supply pipe is discharged from the cleaning liquid supply nozzle 152 and sprayed on the lower surface of the protective glass 132 disposed in the cleaning unit 150.
  • the brushing mechanism 154 is driven by a driving mechanism (not shown), and the brush 154a comes into contact with the protective glass 132 to which the cleaning liquid has been attached. Further, by moving the brush 154a while pressing the protective glass 132 with a predetermined pressure, dirt attached to the surface of the protective glass 132, such as spatter and fume, is removed together with the cleaning liquid. Further, the cleaning liquid after the cleaning is discharged to the outside of the second housing 151 through the drain port 153.
  • the cleaning liquid supply nozzle 152 and the cleaning liquid supply pipe may be collectively referred to as a cleaning liquid supply mechanism. Further, the cleaning liquid supply mechanism and the brushing mechanism 154 may be collectively referred to as a cleaning mechanism 155.
  • a volatile cleaning liquid for example, an alcohol-based solution
  • a water-soluble cleaning liquid is used, the surface of the protective glass 132 may be used. It is preferable to provide a mechanism for drying the inside, for example, a mechanism for blowing dry air inside the second housing 151.
  • FIG. 5 schematically shows the state of rotational movement of the glass holder in the laser light emitting head.
  • the illustration of the second opening / closing door 121 is omitted for convenience of explanation.
  • the first and second opening / closing doors 120 and 121 are attached to the first partition wall 113 via hinges such as hinges (not shown) on the upper side, and are configured to be rotatable in the XZ plane with the hinges as fulcrums.
  • the first opening / closing door 120 is arranged in the cleaning unit 150, and the second opening / closing door 121 is arranged in the laser beam shaping unit 110.
  • the longitudinal direction of the glass holder 130 is positioned so as to intersect with the longitudinal direction of the first slit 114, and is protected in the first housing 111.
  • the glass 131 and the protective glass 132 are arranged in the second housing 151, respectively.
  • the first and second doors 120 and 121 are in contact with the first partition 113 so as to cover the first slit 114, respectively.
  • the rotating shaft 116 and the glass holder 130 connected to the rotating shaft 116 are rotated counterclockwise by 90 ° in a top view, the glass holder that has passed through the first slit 114 as shown in FIG.
  • the 130 pushes the first opening / closing door 120 the first opening / closing door 120 rotates about the hinge and is lifted upward.
  • the second door 121 is also pushed upward by the glass holder 130.
  • the glass holder 130 can be rotationally moved so as to pass through the first slit 114 with the rotation shaft 116 as a support shaft.
  • the rotating shaft 116 and the glass holder 130 are further rotated by 90 degrees in the same direction, the glass holder is at the same position as shown in FIG. However, the positions of the protective glasses 131 and 132 are switched, and the protective glass 132 is disposed in the first housing 111 and the protective glass 131 is disposed in the second housing 151. Further, when the first and second doors 120 and 121 are not pushed from the glass holder 130, the first and second doors 120 and 121 return to their original positions so as to cover the first slit 114, respectively.
  • the rotating shaft 116 and the glass holder 130 are configured to rotate only in the counterclockwise direction. However, when the mounting directions of the first and second doors 120 and 121 are reversed. , And is configured to rotate only in the opposite clockwise direction.
  • the optical components 140 are provided inside the first housing 111, and the laser light LB is transmitted or reflected by these optical components 140. At this time, a part of the laser beam LB may be irregularly reflected, and the traveling direction may change. When such irregularly reflected light enters the cleaning unit 150 through the first slit 114, various components in the cleaning unit 150 may be damaged.
  • the laser light LB is prevented from leaking from the laser light shaping unit 110 to the cleaning unit 150.
  • a predetermined gap may be provided between the first and second doors 120 and 121 and the first partition 113 to the extent that the laser light LB does not leak.
  • the surface of the protective glass 131 closest to the laser beam exit 115 becomes dirty with the number of workpieces W to be machined and the elapse of the machining time, and the transmittance decreases. Tend to. For this reason, conventionally, the protection glass 131 had to be periodically replaced.
  • the protective glass 131 or 132 having a dirty surface can be cleaned without removing the laser light emitting head 100, and the laser processing and the cleaning are performed in parallel. be able to. The procedure will be described below.
  • the rotation shaft 116 and the glass holder 130 connected thereto are rotated by 180 °, and the protection glass 131 disposed in the first housing 111 and the second 2
  • the positions of the protective glass 132 and the position of the protective glass 132 disposed in the housing 151 are switched.
  • the surface of the protective glass 131 is cleaned by the cleaning mechanism 155 in the cleaning unit 150 while the work W is being processed using the laser beam LB transmitted through the protective glass 132.
  • the protection glass 131 may be cleaned during the standby time when the work W is not processed.
  • the protective glasses 131 and 132 can be cleaned without removing the protective glasses 131 and 132 from the laser light emitting head 100. It is to be noted that the timing at which the protective glasses 131 and 132 are exchanged is determined in advance by conducting experiments and the like. Further, it is preferable that the output of the laser beam LB after the exchange of the protective glasses 131 and 132 is checked before the next laser processing is performed. However, before and after the replacement of the protective glasses 131 and 132 after the cleaning, the output fluctuation data of the laser beam LB has been collected for a certain amount or more, and when the result is within the allowable range of the output fluctuation, the protective glasses 131 and 132 are replaced. It is also possible to omit the output check of the laser beam LB after the above.
  • the laser light LB is incident on the upper part, and the collimating lens 141, which is the optical component 140 for shaping the laser light LB into a desired shape, condenses inside.
  • a laser beam shaping unit 110 having a first housing 111 in which a lens 142 and a protective glass 143 are provided, and a glass holder 130 on which a plurality of protective glasses 131 and 132 are attached at predetermined intervals. ing.
  • the laser beam emitting head 100 includes a cleaning unit 150 having a second housing 151 in which a cleaning mechanism 155 for cleaning the protective glasses 131 and 132 attached to the glass holder 130 is provided.
  • the glass holder 130 is configured to be movable between the first housing 111 and the second housing 151.
  • the glass holder 130 is moved to dispose the protective glass 131 in the cleaning unit 150. Can be cleaned.
  • the laser light emitting head 100 can be used without removing the protective glass 131 from the laser light emitting head 100.
  • the transmittance of the protective glasses 131 and 132 decreases with the continuous operation, the transmittance is brought close to the original value by cleaning the surface, so that a decrease in the output of the laser beam LB can be suppressed.
  • the work of replacing the protective glasses 131 and 132 can be omitted, maintenance of the laser light emitting head 100 is facilitated.
  • the second housing 150 shares the first partition 113 with the first housing 111, and the first partition 113 is provided with a first slit 114 for communicating the laser beam shaping unit 110 and the cleaning unit 150,
  • the glass holder 130 is configured to be movable between the first housing 111 and the second housing 151 through the first slit 114.
  • the open area between the first housing 111 and the second housing 151 can be reduced.
  • the laser light LB generated in the first housing 111 Irregular reflection light and the like into the second housing 151 can be suppressed, and each component constituting the cleaning mechanism 155 can be prevented from being damaged.
  • the glass holder 130 is rotatably connected to a rotation shaft 116 provided on the first partition 113, and the glass holder 130 is rotated by a predetermined angle, specifically, 180 °.
  • the protective glass 131 disposed in the laser beam shaping unit 110 moves into the cleaning unit 150, and the protective glass 132 disposed in the cleaning unit 150 moves into the laser beam shaping unit 110. .
  • the cleaning mechanism 155 includes a cleaning liquid supply mechanism including a cleaning liquid supply nozzle 152 for attaching the cleaning liquid to the surface of the protective glass 131 or 132, and a brushing mechanism for removing dirt on the surface of the protective glass 131 or 132 to which the cleaning liquid has adhered. 154.
  • the cleaning mechanism 155 By configuring the cleaning mechanism 155 in this manner, it is possible to remove dirt strongly adhered to the surfaces of the protective glasses 131 and 132.
  • the laser processing apparatus 1000 includes at least the laser oscillator 400 that emits the laser light LB and the laser light emitting head 100 that receives the laser light LB and emits the laser light LB toward the work W.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of the internal configuration of the cleaning unit according to the present modification.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • the configuration of the present modification shown in FIG. 6 is different from the configuration of the first embodiment in the configuration of the cleaning mechanism 155.
  • the cleaning mechanism 155 is configured as a gas supply mechanism that blows a gas on the lower surface of the protective glass 132 disposed in the second housing 151.
  • the gas supply mechanism includes an air nozzle 156 and an air pipe (not shown), and is configured to blow dry air on the surface of the protective glass 132 at a predetermined flow rate.
  • the drain port 153 functions as an exhaust port that discharges dry air to the outside of the second housing 151.
  • cleaning the protective glass 131, 132 may damage the surface of the protective glass 131, 132. If such a scratch is present, the output of the laser beam LB passing through the protective glasses 131 and 132 may be reduced, or the laser beam LB may be irregularly reflected and damage the inside of the laser beam emitting head 100. is there.
  • the flow rate and flow rate of the dry air are set in advance after confirming the degree of dirt removal through experiments and the like. Further, in order to prevent charging on the protective glasses 131 and 132, a predetermined amount of water vapor may be included in the dry air.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a laser light emitting head according to the present modification, and corresponds to the schematic cross-sectional view shown in FIG.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • a second cleaning unit 160 is disposed on the opposite side of the cleaning unit 150 with respect to the laser beam shaping unit 110.
  • the second cleaning unit 160 has a third housing 161 that is in contact with the laser beam shaping unit 110 and shares the second partition 162.
  • the second partition 162 is provided with a second slit 163 for communicating the laser beam shaping unit 110 and the second cleaning unit 160, and the third opening / closing door 122 is attached so as to close the second slit 163. I have.
  • the third opening / closing door 122 is disposed inside the second cleaning unit 160.
  • FIG. 7 the arrangement of the first and third doors 120 and 122 when they are closed is indicated by broken lines.
  • the rotation of the first and third doors 120 and 122 so as to be lifted by the movement of the glass holder 130 described later is the same as that described in the first embodiment.
  • the glass holder 130 is configured to move linearly through the first slit 114 and the second slit 163.
  • the protection glass 131 arranged in the laser beam shaping unit 110 is moved into the cleaning unit 150 by moving the glass holder 130 toward the cleaning unit 150 by a predetermined distance.
  • the protective glass 131 disposed in the laser beam shaping unit 110 is configured to move into the second cleaning unit 160 by moving the glass holder 130 toward the second cleaning unit 160 by a predetermined distance. I have.
  • a drive mechanism for linearly moving the glass holder 130 is not shown.
  • the second cleaning unit 160 may be a spare unit having no cleaning mechanism 155 therein.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the internal configuration of the cleaning unit according to the present embodiment.
  • the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the illustration of the glass holder 130 is omitted.
  • the cleaning unit 150 includes an LED light source 180 and a light receiving element 183 (hereinafter, referred to as a light receiving element) that is disposed at a predetermined distance from the LED light source 180. (Sometimes called a part 183).
  • the second housing 151 is divided into a first compartment 170 and a second compartment 173 by a partition 171.
  • a cleaning mechanism 155 and a drain port (FIG. 2) similar to those shown in FIG. (Not shown).
  • the first compartment 170 is provided with an LED light source 180 and a collimator lens 181 for converting light emitted from the LED light source 180 (hereinafter, referred to as LED light) into a predetermined parallel light beam.
  • the positional relationship between the LED light source 180 and the collimating lens 181 is determined so that the LED light transmitted through the collimating lens 181 is incident on the protective glass 132.
  • the second compartment 173 is provided with a condenser lens 182, a light receiving element 183, and a holder 184 for holding the same.
  • the partition 171 is provided with an opening 172 for passing LED light transmitted through the protective glass 132.
  • the opening 172 is normally open, but is covered by a shutter (not shown) while the protective glass 132 is being cleaned. By doing so, the cleaning liquid and spatter removed from the protective glass 132 after cleaning do not adhere to each component in the second compartment 173.
  • the LED light source 180 After cleaning the protective glass 132, the LED light source 180 emits LED light.
  • the LED light is applied to the protective glass 132 through the collimating lens 181.
  • the LED light can be made to enter the protective glass 132 with a large irradiation area.
  • the LED light transmitted through the protective glass 132 is condensed by the condenser lens 182 through the opening 172, and is incident on the light receiving element 183.
  • a light receiving signal based on the amount of received light is sent from the light receiving element 183 to the control device 300 and stored as measurement data.
  • the control device 300 stores data obtained by performing the same measurement on the protective glass 132 before use, and calculates the transmittance of the protective glass 132 based on the ratio of the measurement data after cleaning to the data before use. Is done.
  • This transmittance is a value obtained by quantitatively evaluating the degree of contamination of the protective glass 132.
  • the transmittance of the protective glass 132 affects the output of the laser beam LB emitted from the laser beam emitting head 100. I do.
  • the present embodiment by evaluating the transmittance of the protective glass 132 after cleaning, it is possible to determine whether the protective glass 132 can be used for subsequent laser processing.
  • the protective glass 132 is replaced, and the laser light emitting head 100 is made usable. If the transmittance does not satisfy the reference value after one cleaning, the protection glass 132 may be used as it is if the transmittance satisfies the reference value after cleaning a plurality of times.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the laser light emitting head according to the present embodiment
  • FIG. 10 is a schematic diagram of the internal configuration of the evaluation unit.
  • the same parts as those in the first and second embodiments including the first and second modifications are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • an evaluation unit 190 having a third housing 161 is provided in contact with the laser beam shaping unit 110 and the cleaning unit 150 instead of the second cleaning unit 160 shown in the second embodiment.
  • the third housing 161 an LED light source 180 and a light receiving element 183 arranged at a predetermined interval in the up-down direction and the LED light source 180 are provided inside. That is, as shown in FIG. 10, the evaluation unit 190 corresponds to a configuration in which the partition 171 and the cleaning mechanism 155 are removed from the cleaning unit 150 shown in FIG.
  • the second casing 151 shares the second partition 162 with the third casing 161, and the second partition 162 is provided with a second slit 163 for communicating the cleaning unit 150 and the evaluation unit 190.
  • the glass holder 130 is connected to the rotating shaft 116 so as to rotate integrally therewith, and moves between the laser beam shaping unit 110, the cleaning unit 150, and the evaluation unit 190 through the first and second slits 114 and 163, respectively. It is configured to be possible. Further, three protective glasses 131 to 133 are attached to the glass holder 130.
  • the LED light emitted from the LED light source 180 passes through the protective glass 133 disposed in the evaluation unit 190, and based on the light receiving signal received by the light receiving element 183, the protective glass 133 disposed in the evaluation unit 190. , That is, the degree of dirt can be evaluated.
  • the laser light emitting head 100 may be configured as described above. According to the present embodiment, since the cleaning mechanism 155, the LED light source 180, and the light receiving unit 183 can be arranged in another unit in the configuration shown in the second embodiment, for example, the cleaning liquid is applied to the condenser lens 182 and the like. This eliminates the possibility that metal dust and the like after cleaning and the like will adhere, and the degree of contamination of the protective glasses 131 to 133 can be accurately evaluated over a long period of time.
  • three protective glasses 131 to 133 are attached to the glass holder 130, and these are used in turn for laser processing. Therefore, even if one protective glass needs to be replaced due to burning or the like, the remaining two pieces are replaced.
  • the replacement cycle of the protective glass can be extended as compared with the configuration shown in the first embodiment. Thus, downtime of the laser beam emitting head 100 and the laser processing apparatus 1000 can be reduced, and an increase in operating cost can be suppressed.
  • a lock mechanism (not shown) for locking the glass holder 130 is provided with a laser so that the glass holder 130 is fixed at a predetermined position after moving. It is preferable to be provided inside the light emitting head 100.
  • first to third opening / closing doors 120 to 122 another mechanism may be used instead of the first to third opening / closing doors 120 to 122.
  • any mechanism that closes the first and second slits 114 and 163 and opens when the glass holder 130 is moved may be used.
  • the mechanism moves in parallel with the side surfaces of the first and second partition walls 113 and 162.
  • a shutter mechanism may be provided instead.
  • LED light source 180 another light source, for example, a lamp light source may be used, and a photodiode or a photodiode array may be used as the light receiving element 183.
  • the laser light emitting head of the present invention can be used in a laser processing apparatus because it can reduce the downtime of the apparatus by omitting frequent work of replacing the protective glass.
  • REFERENCE SIGNS LIST 100 laser light emitting head 110 laser light shaping unit 111 first housing 113 first partition 114 first slit 116 rotating shaft 120 to 122 first to third opening / closing door 130 glass holder 131 to 133 protective glass 140 optical component 150 cleaning unit 151 second housing 152 cleaning liquid supply nozzle 154 brushing mechanism 155 cleaning mechanism 160 second cleaning unit 161 third housing 162 second partition 163 second slit 180 LED light source 183 light receiving element (light receiving section) 190 Evaluation unit 1000 Laser processing device

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Abstract

レーザ光出射ユニット１００は、上部にレーザ光が入射され、内部にレーザ光を所望の形状に整形する光学部品１４０が配設された第１筐体１１１を有するレーザ光整形ユニット１１０と、複数の保護ガラス１３１，１３２が所定の間隔をあけて取付けられたガラスホルダ１３０と、を備えている。また、内部にガラスホルダ１３０に取付けられた保護ガラス１３１，１３２を清掃するための清掃機構１５０が配設された第２筐体１５１を有する清掃ユニット１４０と、を備えている。ガラスホルダ１３０は第１筐体１１１と第２筐体１５１との間を移動可能に構成されている。

Description

レーザ光出射ヘッド及びそれを用いたレーザ加工装置
　本発明は、レーザ光出射ヘッド及びそれを用いたレーザ加工装置に関し、特に、レーザ光出射ヘッドに設けられた保護ガラスを清掃するための機構を備えたレーザ光出射ヘッドに関する。
　従来、レーザ発振器で発生したレーザ光を種々の光学部品を内部に有するレーザ光出射ヘッドを介してワークに向けて出射し、ワークの加工を行うレーザ加工装置が知られている。
　レーザ光出射ヘッドでは、レーザ加工時に発生するヒュームやスパッタ等から内部に配設された光学部品を保護するため、レーザ光出射口の近傍に保護ガラスが設けられている。保護ガラスは、通常、レーザ光の光軸方向に所定の間隔をあけて複数配置されている。また、レーザ加工時には、加工箇所の酸化等を防止するため、ワークにシールドガスを吹き付けながら加工を行い、このシールドガスによって、保護ガラスへのヒューム等の付着は抑制される。
　しかし、ワークに最も近い位置に配置された保護ガラスは、加工されるワークの数や加工時間の経過とともに表面の汚れが強くなり、レーザ光の透過率の低下を引き起こす。この透過率の低下は、ワークに照射されるレーザ光の出力低下や、極端な場合には、保護ガラスでレーザ光がレーザ光出射ヘッドの内部に反射され、上記の光学部品にダメージを与えるおそれがある。
　そこで、保護ガラスは定期的に交換される。特許文献１には、レーザ光出射ヘッドの鏡筒にスリットを設け、このスリットを通じて保護ガラスを挿入することで、交換性の向上を図る構成が開示されている。
　また、表面汚れに伴う保護ガラスの透過率低下を評価するために、特許文献２には、レーザ光出射ヘッドの鏡筒にプローブ光発生器を取付け、加工用のレーザ光と異なる方向からプローブ光を保護ガラスに入射させて、透過光を光検出素子で受光することで、保護ガラスの透過率、ひいては汚れ具合を評価する構成が開示されている。
特開平１１－２４５０７２号公報 特開２０１６－１９６０２９号公報
　しかし、保護ガラスの交換時には、作業の安全を図るためレーザ加工装置の運転を停止させる必要があり、装置のダウンタイムが長くなり、生産性を低下させていた。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、保護ガラスの交換作業を省略可能なレーザ光出射ヘッド及びそれを用いたレーザ加工装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ光出射ヘッドは、上部にレーザ光が入射され、内部に前記レーザ光を所望の形状に整形する光学部品が配設された第１筐体を有するレーザ光整形ユニットと、複数の保護ガラスが所定の間隔をあけて取付けられたガラスホルダと、前記ガラスホルダに取付けられた保護ガラスを清掃するための清掃機構が内部に配設された第２筐体を有する清掃ユニットと、を備え、前記ガラスホルダは前記第１筐体と前記第２筐体との間を移動可能に構成されていることを特徴とする。
　この構成によれば、保護ガラスをレーザ光出射ヘッドから取り外すことなく、その表面を清掃できる。また、保護ガラスの交換作業を省略できるため、レーザ光出射ヘッドのメンテナンスが容易となる。
　また、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ発振器と、前記レーザ光を受け取ってワークに向けて出射する上記のレーザ光出射ヘッドと、を少なくとも備えたことを特徴とする。
　この構成によれば、装置のダウンタイムの低減及び運転コストの低減が図れる。また、レーザ光の出力変動を抑制して運転できるため、良好な加工品質を維持できる。
　本発明に係るレーザ光出射装置によれば、保護ガラスの交換作業を省略できるため、レーザ光出射ヘッドのメンテナンスが容易となる。また、本発明に係るレーザ加工装置によれば、レーザ光の出力変動を抑制して運転できるため、良好な加工品質を維持できる。
図１は、本発明の実施形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線でのレーザ光出射ヘッドの断面模式図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線でのレーザ光出射ヘッドの断面模式図である。 図４は、清掃ユニットの内部構成を示す模式図である。 図５は、レーザ光出射ヘッド内でのガラスホルダの回転移動の様子を示す模式図である。 図６は、変形例１に係る清掃ユニットの内部構成を示す模式図である。 図７は、変形例２に係るレーザ光出射ヘッドの断面模式図である。 図８は、本発明の実施形態２に係る清掃ユニットの内部構成を示す模式図である。 図９は、本発明の実施形態３に係るレーザ光出射ヘッドの断面模式図である。 図１０は、評価ユニットの内部構成を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
　（実施形態１）
　［レーザ加工装置の構成］
　図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置１０００の構成を示し、レーザ加工装置１０００は、レーザ光出射ヘッド１００と、マニピュレータ２００と、制御装置３００と、レーザ発振器４００と、光ファイバ５００と、表示装置６００とを備えている。レーザ加工装置１０００は、ワークＷの切断や溶接、穴あけ加工等を行うのに使用される。なお、説明の便宜上、図１に示すレーザ光出射ヘッド１００は形状を簡略化して図示している。
　レーザ光出射ヘッド１００は、光ファイバ５００から出射されたレーザ光ＬＢを受け取ってワークＷに向けて照射する。マニピュレータ２００は、先端にレーザ光出射ヘッド１００が取り付けられ、レーザ光出射ヘッド１００を移動させる。
　制御装置３００は、レーザ光出射ヘッド１００の動作と、マニピュレータ２００の動作と、レーザ発振器４００のレーザ発振とを制御する。また、制御装置３００は、後述するガラスホルダ１３０の動作やＬＥＤ光源１８０（図８参照）の駆動を制御し、受光素子１８３（図８参照）からの受光信号を受け取って、保護ガラス１３１～１３３（図２，９参照）の透過率を評価するように構成されている。
　レーザ発振器４００は、レーザ光ＬＢを発生し、光ファイバ５００に出力する。光ファイバ５００は、レーザ発振器４００から出射されたレーザ光ＬＢをレーザ光出射ヘッド１００に伝送する。表示装置６００は、制御装置３００に接続され、レーザ加工中の各種加工条件等を表示する。また、後述する保護ガラス１３１～１３３の透過率を表示する。このような構成により、レーザ加工装置１０００は、レーザ光出射ヘッド１００およびマニピュレータ２００を動作させて、ワークＷにレーザ発振器４００から出射されたレーザ光ＬＢを所望の軌跡で照射させる。
　なお、表示装置６００は制御装置３００に組み込まれていてもよい。また、加工条件を入力するための操作デバイス（図示せず）、例えば、キーボード等が制御装置３００に接続されていてもよい。操作デバイスがタッチパネルの場合は、制御装置３００に組み込まれていてもよい。
　［レーザ光出射ヘッドの内部構成］
　図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線でのレーザ光出射ヘッドの断面模式図を、図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線でのレーザ光出射ヘッドの断面模式図をそれぞれ示す。また、図４は、清掃ユニットの内部構成の模式図を示す。なお、説明の便宜上、図４において、ガラスホルダ１３０の一部を省略して図示している。また、以降の説明において、レーザ光ＬＢの出射方向をＺ方向と呼び、レーザ光整形ユニット１１０と清掃ユニット１５０との配列方向をＸ方向と呼び、Ｘ方向及びＺ方向とそれぞれ直交する方向とＹ方向と呼ぶことがある。また、Ｚ方向において、レーザ光整形ユニット１１０にレーザ光ＬＢが入射される側を上側と呼び、その反対側、つまり、レーザ光ＬＢが出射される側を下側と呼ぶことがある。
　レーザ光出射ヘッド１００は、レーザ光整形ユニット１１０と清掃ユニット１５０とを有している。レーザ光整形ユニット１１０は第１筐体１１１を、清掃ユニット１５０は第２筐体１５１をそれぞれ有しており、第１及び第２筐体１１１，１５１は第１隔壁１１３を共有して互いに接して設けられている。第１隔壁１１３はレーザ光ＬＢの光軸方向であるＺ方向に沿って立設されている。また、第１隔壁１１３には第１及び第２筐体１１１，１５１を連通する第１スリット１１４が形成されている。また、レーザ光出射ヘッド１００は、２つの保護ガラス１３１，１３２が所定の間隔をあけて取付けられたガラスホルダ１３０を有しており、ガラスホルダ１３０は、第１隔壁１１３を軸方向に貫通する回転軸１１６に挿通されて、回転軸１１６に回転一体に連結されている。また、回転軸１１６は、第１スリット１１４を軸方向に横切るように第１隔壁１１３に設けられており、ガラスホルダ１３０は、第１スリット１１４を通過するように回転軸１１６の回りに回転可能に構成されている。また、ガラスホルダ１３０に接して、第１スリット１１４を塞ぐように第１及び第２開閉扉１２０，１２１が第１隔壁１１３に取付けられている。第１開閉扉１２０と第２開閉扉１２１とは第１隔壁１１３の対向する面にそれぞれ取付けられている。また、ガラスホルダ１３０の回転移動及びこれに伴う第１及び第２開閉扉１２０，１２１の動きについては後で詳述する。
　また、回転軸１１６を回転駆動させる駆動機構（図示せず）がレーザ光出射ヘッド１００に取付けられている。この駆動機構は、制御装置３００からの制御信号によって、回転軸１１６及びこれに連結されるガラスホルダ１３０を上面視で反時計回りに回転させるように構成されている。
　図２に示すように、通常、ガラスホルダ１３０は、自身に取付けられた２つの保護ガラス１３１，１３２の一方がレーザ光整形ユニット１１０の第１筐体１１１内に、他方が清掃ユニット１５０の第２筐体１５１内にそれぞれ配置されるようにレーザ光出射ヘッド１００内の所定の位置に固定される。また、レーザ光整形ユニット１１０の第１筐体１１１内に配置された保護ガラス１３１は、レーザ光ＬＢの光軸上に配置される。
　レーザ光整形ユニット１１０は、上側にレーザ光入射口１１２と下側にレーザ光出射口１１５とを有する第１筐体１１１の内部にコリメートレンズ１４１や集光レンズ１４２や保護ガラス１４３等の光学部品１４０が所定の位置関係を保って配置され光学ユニットである。光ファイバ５００を通じてレーザ光入射口１１２から入射されたレーザ光ＬＢが、コリメートレンズ１４１で平行光線に変換された後、集光レンズ１４２で所定の倍率に縮小され、保護ガラス１４３，１３１をそれぞれ透過して、レーザ光出射口１１５からワークＷに向けて出射される。つまり、光学部品１４０はレーザ光ＬＢを所望の形状に整形する。なお、コリメートレンズ１４１や集光レンズ１４２はそれぞれ複数個のレンズで構成されていてもよい。
　また、第１筐体１１１内には、光学部品１４０として、上記以外の部品、例えば、レーザ光ＬＢの光軸に対して所定の方向に傾斜して配置された透明板や部分反射ミラー等を含みうるが、これらについては図示及び説明を省略する。同様に、光学部品１４０の一部を駆動する駆動機構が第１筐体１１１に取付けられている場合があるが、これらについても図示及び説明を省略する。さらに、レーザ光整形ユニット１１０には、レーザ光出射口１１５の近傍からアルゴン等の不活性ガスをシールドガスとしてワークＷに向けて吹き付けるためのシールドガス供給口及びシールドガス配管を内部に有しているが、これらについても図示及び説明を省略する。
　清掃ユニット１５０は、第２筐体１５１と、その内部に洗浄液供給ノズル１５２とこれに接続される洗浄液供給配管（図示せず）と先端にブラシ１５４ａが取付けられたブラッシング機構１５４とを有している。また、第２筐体１５１には洗浄液を外部に排出するための排液口１５３が設けられている。排液口１５３には図示しない排液配管が接続されている。
　洗浄液供給配管を通って供給された洗浄液が洗浄液供給ノズル１５２から吐出されて、清掃ユニット１５０内に配置された保護ガラス１３２の下側表面に吹き付けられる。ブラッシング機構１５４が図示しない駆動機構によって駆動されて、洗浄液が付着された保護ガラス１３２にブラシ１５４ａが当接する。さらに保護ガラス１３２に対して所定の圧力で押圧しつつ、ブラシ１５４ａが移動することで、保護ガラス１３２の表面に付着した汚れ、例えば、スパッタやヒューム等を洗浄液とともに除去する。また、洗浄後の洗浄液が排液口１５３を通じて第２筐体１５１の外部に排出される。なお、以降の説明において、洗浄液供給ノズル１５２と洗浄液供給配管とを総称して洗浄液供給機構と呼ぶことがある。また、洗浄液供給機構とブラッシング機構１５４とを総称して清掃機構１５５と呼ぶことがある。
　なお、本実施形態において、揮発性の洗浄液、例えば、アルコール系溶液を用いているため、特に洗浄後の乾燥処理を行う必要はないが、水溶性の洗浄液を用いる場合は、保護ガラス１３２の表面を乾燥させる機構、例えば、ドライエアーの吹き付け機構を第２筐体１５１の内部に配設するのが好ましい。
　［保護ガラスの清掃について］
　図５は、レーザ光出射ヘッド内でのガラスホルダの回転移動の様子を模式的に示している。なお、説明の便宜上、第２開閉扉１２１については図示を省略している。
　第１及び第２開閉扉１２０，１２１は、上側が図示しない蝶番等のヒンジを介して第１隔壁１１３に取付けられており、ヒンジを支点としてＸＺ平面内に回転可能に構成されている。また、第１開閉扉１２０は清掃ユニット１５０内に、第２開閉扉１２１はレーザ光整形ユニット１１０内にそれぞれ配置されている。
　図５の（ａ）図に示すように、初期状態では、第１スリット１１４の長手方向に対して交差するようにガラスホルダ１３０の長手方向が位置しており、第１筐体１１１内に保護ガラス１３１が、第２筐体１５１内に保護ガラス１３２がそれぞれ配置されている。また、第１及び第２開閉扉１２０，１２１は、それぞれ第１スリット１１４を塞ぐように第１隔壁１１３に接している。
　一方、回転軸１１６及びこれに連結されたガラスホルダ１３０を上面視で反時計回り方向に９０°回転させると、図５の（ｂ）図に示すように、第１スリット１１４を通過したガラスホルダ１３０が第１開閉扉１２０を押すことで、ヒンジを支点として第１開閉扉１２０が回転して上側に持ち上がる。同様に、第２開閉扉１２１もガラスホルダ１３０に押されて上側に持ち上がる。このことにより、ガラスホルダ１３０は回転軸１１６を支軸として第１スリット１１４を通過するように回転移動することが可能となる。
　また、回転軸１１６及びガラスホルダ１３０を同じ方向にさらに９０°回転させると、ガラスホルダは、図５の（ａ）図に示すのと同じ位置となる。ただし、保護ガラス１３１，１３２の位置が入れ替わり、第１筐体１１１内に保護ガラス１３２が、第２筐体１５１内に保護ガラス１３１がそれぞれ配置される。また、ガラスホルダ１３０から押されなくなることで、第１及び第２開閉扉１２０，１２１はそれぞれ、第１スリット１１４を塞ぐように元の位置に戻る。なお、本実施形態において、回転軸１１６及びガラスホルダ１３０は反時計回り方向にのみ回転するように構成されているが、第１及び第２開閉扉１２０，１２１の取付け方向を反対にした場合は、これとは逆の時計回り方向にのみ回転するように構成される。
　前述したように、第１筐体１１１の内部には光学部品１４０が配設され、レーザ光ＬＢはこれらの光学部品１４０を透過するか、または反射される。このとき、レーザ光ＬＢの一部が乱反射されて、進行方向が変化することがある。このような乱反射光が第１スリット１１４を通って清掃ユニット１５０に入射すると清掃ユニット１５０内の各種部品が損傷することがある。
　第１スリット１１４を塞ぐように第１及び第２開閉扉１２０，１２１を設けることで、レーザ光整形ユニット１１０から清掃ユニット１５０にレーザ光ＬＢが漏れ出るのを防止している。ただし、レーザ光ＬＢが漏れ出ない程度で、第１及び第２開閉扉１２０，１２１と第１隔壁１１３との間に所定の隙間が設けられていてもよい。
　図２に示すレーザ光整形ユニット１１０において、前述したように、レーザ光出射口１１５に最も近い保護ガラス１３１は、加工されるワークＷの個数や加工時間の経過とともに表面が汚れて透過率が低下する傾向にある。このため、従来、当該保護ガラス１３１を定期的に交換する必要があった。
　一方、上記の構成を備えるレーザ光出射ヘッド１００を用いると、レーザ光出射ヘッド１００から取り外すことなく表面が汚れた保護ガラス１３１または１３２を清掃できるとともに、レーザ加工と当該清掃とを並行して行うことができる。以下にその手順を説明する。
　レーザ加工装置１０００により所定個数のワークＷを加工した時点で、回転軸１１６及びこれに連結されたガラスホルダ１３０を１８０°回転させて、第１筐体１１１内に配置された保護ガラス１３１と第２筐体１５１内に配置された保護ガラス１３２との位置を入れ替える。
　この後、保護ガラス１３２を透過したレーザ光ＬＢを用いてワークＷを加工している間に、清掃ユニット１５０内で、清掃機構１５５により保護ガラス１３１の表面を清掃する。ただし、ワークＷの加工を行っていない待機時間中に保護ガラス１３１の清掃を行ってもよい。
　この手順を繰り返すことにより、レーザ光出射ヘッド１００から保護ガラス１３１，１３２を取り外すことなく、保護ガラス１３１，１３２の清掃を行うことができる。なお、予め実験等を行って、保護ガラス１３１，１３２を入れ替える時期は定められる。また、保護ガラス１３１，１３２を入れ替えた後のレーザ光ＬＢの出力チェックを行ってから次のレーザ加工を行うようにするのが好ましい。ただし、清掃後の保護ガラス１３１，１３２を入れ替える前後で、レーザ光ＬＢの出力変動データが一定以上集計されており、その結果が出力変動の許容範囲にあるときは、保護ガラス１３１，１３２を入れ替えた後のレーザ光ＬＢの出力チェックを省略することも可能である。
　［効果等］
　以上説明したように、本実施形態に係るレーザ光出射ヘッド１００は、上部にレーザ光ＬＢが入射され、内部にレーザ光ＬＢを所望の形状に整形する光学部品１４０であるコリメートレンズ１４１と集光レンズ１４２と保護ガラス１４３とが配設された第１筐体１１１を有するレーザ光整形ユニット１１０と、複数の保護ガラス１３１，１３２が所定の間隔をあけて取付けられたガラスホルダ１３０と、を備えている。
　また、レーザ光出射ヘッド１００は、内部にガラスホルダ１３０に取付けられた保護ガラス１３１，１３２を清掃するための清掃機構１５５が配設された第２筐体１５１を有する清掃ユニット１５０を備えており、ガラスホルダ１３０は第１筐体１１１と第２筐体１５１との間を移動可能に構成されている。
　レーザ光出射ヘッド１００をこのように構成することで、例えば、保護ガラス１３１の表面がヒューム等により汚れた場合に、ガラスホルダ１３０を移動させて保護ガラス１３１を清掃ユニット１５０内に配置し、これを清掃することができる。このことにより、保護ガラス１３１をレーザ光出射ヘッド１００から取り外すことなく、レーザ光出射ヘッド１００を使用できる。また、連続運転に伴って保護ガラス１３１，１３２の透過率が低下した場合に、表面を清掃することで透過率をもとの値に近づけてレーザ光ＬＢの出力低下を抑制することができる。また、保護ガラス１３１，１３２の交換作業を省略できるため、レーザ光出射ヘッド１００のメンテナンスが容易となる。
　また、第２筐体１５０は、第１筐体１１１と第１隔壁１１３を共有し、第１隔壁１１３にはレーザ光整形ユニット１１０と清掃ユニット１５０とを連通する第１スリット１１４が設けられ、ガラスホルダ１３０は第１スリット１１４を通って第１筐体１１１と第２筐体１５１との間を移動可能に構成されている。
　レーザ光出射ヘッド１００をこのように構成することで、第１筐体１１１と第２筐体１５１との間の開放領域を小さくできるため、例えば、第１筐体１１１内で発生したレーザ光ＬＢの乱反射光等が第２筐体１５１内に入射するのを抑制し、清掃機構１５５を構成する各部品が損傷するのを防止できる。
　また、本実施形態において、ガラスホルダ１３０は、第１隔壁１１３に設けられた回転軸１１６に回転一体に連結されており、ガラスホルダ１３０が所定の角度、具体的には１８０°回転することで、レーザ光整形ユニット１１０内に配置された保護ガラス１３１が清掃ユニット１５０内に移動し、清掃ユニット１５０内に配置された保護ガラス１３２がレーザ光整形ユニット１１０内に移動するように構成されている。
　このようにすることで、保護ガラス１３１，１３２の入れ替え作業が簡素化されるとともに、レーザ光整形ユニット１１０内での保護ガラス１３１，１３２の位置決めが容易となる。
　清掃機構１５５は、保護ガラス１３１または１３２の表面に洗浄液を付着させるための洗浄液供給ノズル１５２を含む洗浄液供給機構と、洗浄液が付着した保護ガラス１３１または１３２の表面の汚れを除去するためのブラッシング機構１５４とで構成されている。
　清掃機構１５５をこのように構成することで、保護ガラス１３１，１３２の表面に強く付着した汚れも除去することが可能となる。
　また、本実施形態に係るレーザ加工装置１０００は、レーザ光ＬＢを出射するレーザ発振器４００と、レーザ光ＬＢを受け取ってワークＷに向けて出射するレーザ光出射ヘッド１００と、を少なくとも備えている。
　レーザ加工装置１０００をこのように構成することで、保護ガラス１３１，１３２の交換作業を省略して、装置のダウンタイムの低減及び運転コストの低減が図れる。また、レーザ光ＬＢの出力変動を抑制して運転できるため、良好な加工品質を維持できる。
　＜変形例１＞
　図６は、本変形例に係る清掃ユニットの内部構成の模式図を示す。なお、図６において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　図６に示す本変形例の構成は、実施形態１に示す構成と清掃機構１５５の構成が異なっている。本変形例において、清掃機構１５５は、第２筐体１５１内に配置された保護ガラス１３２の下側表面に気体を吹き付ける気体供給機構として構成されている。具体的には、気体供給機構は、エアーノズル１５６及び図示しないエアー配管を含み、保護ガラス１３２の表面に所定の流速でドライエアーを吹き付けるように構成されている。なお、排液口１５３はドライエアーを第２筐体１５１の外部に排出する排気口として機能する。
　このようにすることで、保護ガラス１３２の表面をこすることなく、表面に付着した汚れを除去することができる。
　ワークＷの材質や表面に付着したスパッタ等のサイズによっては、保護ガラス１３１，１３２をこすって清掃することで、保護ガラス１３１，１３２の表面に傷が付く場合がある。このような傷があると、保護ガラス１３１，１３２を透過するレーザ光ＬＢの出力が低下したり、あるいはレーザ光ＬＢが乱反射して、レーザ光出射ヘッド１００の内部にダメージを与えたりする場合がある。
　一方、本変形例によれば、保護ガラス１３１，１３２の表面をこすらずに、汚れを除去することができる。また、実施形態１に示すのと同様の効果を奏する。
　なお、ドライエアーを吹き付ける流速及び流量は、実験等によって汚れの除去の度合いを確認した上で予め設定される。また、保護ガラス１３１，１３２での帯電を防止するために、ドライエアーに所定量の水蒸気を含むようにしてもよい。
　＜変形例２＞
　図７は、本変形例に係るレーザ光出射ヘッドの断面模式図を示し、図３に示す断面模式図に対応している。なお、図７において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　図７に示す本変形例の構成は、実施形態１に示す構成と以下の点で異なる。まず、第１に、レーザ光整形ユニット１１０を挟んで清掃ユニット１５０と反対側に第２清掃ユニット１６０が配設されている。また、第２清掃ユニット１６０はレーザ光整形ユニット１１０に接して、第２隔壁１６２を共有する第３筐体１６１を有している。また、第２隔壁１６２にはレーザ光整形ユニット１１０と第２清掃ユニット１６０とを連通する第２スリット１６３が設けられており、第２スリット１６３を塞ぐように第３開閉扉１２２が取付けられている。第３開閉扉１２２は第２清掃ユニット１６０内に配置されている。
　なお、図７において、第１及び第３開閉扉１２０，１２２は、それぞれ閉じた場合の配置を破線で示している。後述するガラスホルダ１３０の移動により、第１及び第３開閉扉１２０，１２２がそれぞれ持ち上がるように回転移動することは実施形態１に示したのと同様である。
　第２に、ガラスホルダ１３０は、第１スリット１１４及び第２スリット１６３を通って直線的に移動可能に構成されている。ガラスホルダ１３０が清掃ユニット１５０に向けて所定の距離移動することで、レーザ光整形ユニット１１０内に配置された保護ガラス１３１が清掃ユニット１５０内に移動するように構成されている。また、ガラスホルダ１３０が第２清掃ユニット１６０に向けて所定の距離移動することで、レーザ光整形ユニット１１０内に配置された保護ガラス１３１が第２清掃ユニット１６０内に移動するように構成されている。なお、ガラスホルダ１３０を直線的に移動させる駆動機構については図示を省略している。
　本変形例によれば、ガラスホルダ１３０を直線的に移動させるため、移動機構が簡素化される。このことにより、レーザ光出射ヘッド１００の駆動制御が実施形態１に示す構成に比べて簡略化される。
　なお、第２清掃ユニット１６０を、内部に清掃機構１５５を持たない予備ユニットとしてもよい。
　（実施形態２）
　図８は、本実施形態に係る清掃ユニットの内部構成の模式図を示す。なお、図８において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、ガラスホルダ１３０の図示を省略している。
　図８に示す本実施形態の構成と、実施形態１に示す構成とでは、清掃ユニット１５０がＬＥＤ光源１８０と、これと上下方向に所定の間隔をあけて配置された受光素子１８３（以下、受光部１８３と呼ぶことがある）とを有している点で異なる。
　また、第２筐体１５１は、隔壁１７１によって第１分室１７０と第２分室１７３とに区画されており、第１分室１７０に図２に示すのと同様の清掃機構１５５と排液口（図示せず）とが設けられている。また、第１分室１７０にはＬＥＤ光源１８０と、ＬＥＤ光源１８０からの出射光（以下、ＬＥＤ光という）を所定の平行光線に変換するためのコリメートレンズ１８１とが設けられている。コリメートレンズ１８１を透過したＬＥＤ光が保護ガラス１３２に入射されるように、ＬＥＤ光源１８０及びコリメートレンズ１８１の配置関係が定められている。
　第２分室１７３には、集光レンズ１８２と受光素子１８３及びこれを保持するホルダ１８４とが配設されている。また、隔壁１７１には保護ガラス１３２を透過したＬＥＤ光を通過させるための開口１７２が設けられている。開口１７２は通常、開放されているが、保護ガラス１３２を清掃している間は、図示しないシャッタに覆われている。このようにすることで、洗浄液や清掃後に保護ガラス１３２から除去されたスパッタ等が第２分室１７３内の各部品に付着しないようにしている。
　清掃ユニット１５０をこのような構成とすることで、清掃後の保護ガラス１３２の汚れ具合を評価することができる。このことについてさらに説明する。
　保護ガラス１３２を清掃した後、ＬＥＤ光源１８０からＬＥＤ光を出射させる。ＬＥＤ光はコリメートレンズ１８１を通って保護ガラス１３２に照射される。コリメートレンズ１８１を用いることにより、保護ガラス１３２に対して広い照射面積でＬＥＤ光を入射させることができる。保護ガラス１３２を透過したＬＥＤ光は開口１７２を通じて集光レンズ１８２で集光され、受光素子１８３に入射される。受光光量に基づく受光信号が受光素子１８３から制御装置３００に送られ、測定データとして保存される。
　制御装置３００では、使用前の保護ガラス１３２に対して同様の測定を行ったデータが保存されており、使用前のデータに対する清掃後の測定データの比に基づいて保護ガラス１３２の透過率が算出される。この透過率は保護ガラス１３２の汚れ具合を定量的に評価した値であり、また、前述したように、保護ガラス１３２の透過率はレーザ光出射ヘッド１００から出射されるレーザ光ＬＢの出力に影響する。
　従って、本実施形態によれば、清掃後の保護ガラス１３２の透過率を評価することで、保護ガラス１３２が以降のレーザ加工に使用可能かどうかを判断することができる。
　レーザ加工によって保護ガラス１３２にヒュームやスパッタ等が単に付着した場合は、実施形態１や変形例１に示す構成を用いて除去することができる。一方、レーザ光ＬＢが照射されることでワークＷが発熱すると、保護ガラス１３２の表面が高温に曝されてダメージを受ける場合がある。特に、表面がある程度汚れた状態で高温に曝される状態が長く続いたり、高温状態のスパッタが付着したりする場合には、保護ガラス１３２の表面に清掃では除去できないダメージ（以下、「焼け」という）が生じることがある。このような焼けが発生すると、保護ガラス１３２を交換する必要がある。
　本実施形態によれば、清掃後の保護ガラス１３２の透過率から表面の汚れ具合を評価することで、表面に焼けが発生しているかどうか、また、その状態が許容可能かどうかを評価することができる。
　清掃後に透過率が所定値以下となる場合には、表面の焼けが大きいと判断して保護ガラス１３２を交換し、レーザ光出射ヘッド１００を使用可能な状態にする。なお、１回の清掃後に透過率が基準値を満たさない場合、複数回、清掃を行った後に、透過率が基準値を満たせば、そのまま保護ガラス１３２を使用するようにしてもよい。
　（実施形態３）
　図９は、本実施形態に係るレーザ光出射ヘッドの断面模式図を、図１０は、評価ユニットの内部構成の模式図をそれぞれ示す。なお、図９，１０において、変形例１，２を含む実施形態１，２と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　本実施形態に示す構成と変形例１，２を含む実施形態１，２に示す構成とでは、以下の点で異なる。
　まず、実施形態２に示す第２清掃ユニット１６０の代わりに第３筐体１６１を有する評価ユニット１９０がレーザ光整形ユニット１１０及び清掃ユニット１５０に接して設けられている。第３筐体１６１には、ＬＥＤ光源１８０とこれと上下方向に所定の間隔をあけて配置された受光素子１８３とが内部に配設されている。つまり、図１０に示すように、評価ユニット１９０は、図８に示す清掃ユニット１５０から隔壁１７１及び清掃機構１５５を除いた構成に相当する。
　また、第２筐体１５１は、第３筐体１６１と第２隔壁１６２を共有し、第２隔壁１６２には清掃ユニット１５０と評価ユニット１９０とを連通する第２スリット１６３が設けられている。ガラスホルダ１３０は、回転軸１１６に回転一体に連結されているとともに、第１及び第２スリット１１４，１６３をそれぞれ通って、レーザ光整形ユニット１１０と清掃ユニット１５０と評価ユニット１９０との間を移動可能に構成されている。また、ガラスホルダ１３０には３枚の保護ガラス１３１～１３３が取付けられている。
　ＬＥＤ光源１８０から出射されたＬＥＤ光が、評価ユニット１９０内に配置された保護ガラス１３３を透過して受光素子１８３で受光された受光信号に基づいて、評価ユニット１９０内に配置された保護ガラス１３３の透過率、つまり、汚れ具合が評価可能に構成されている。
　レーザ光出射ヘッド１００をこのように構成してもよい。本実施形態によれば、実施形態２に示す構成に対して、清掃機構１５５とＬＥＤ光源１８０及び受光部１８３とを別のユニット内に配置できるため、例えば、集光レンズ１８２等に対して洗浄液や清掃後の金属屑等が付着するおそれがなくなり、保護ガラス１３１～１３３の汚れ具合を長期にわたって精度良く評価できる。
　また、ガラスホルダ１３０に３枚の保護ガラス１３１～１３３が取付けられ、これらを順番にレーザ加工に使用するため、１枚の保護ガラスが焼け等で交換必要な状態であったとしても、残り２枚を所定の周期で順次、清掃して使用することで、例えば、実施形態１に示す構成に比べて、保護ガラスの交換周期を延長できる。このことにより、レーザ光出射ヘッド１００及びレーザ加工装置１０００のダウンタイムを低減でき、運転コストの上昇を抑制できる。
　（その他の実施形態）
　変形例１，２を含む実施形態１～３に示す構成において、ガラスホルダ１３０が移動した後に、所定の位置に固定されるように、ガラスホルダ１３０をロックするロック機構（図示せず）をレーザ光出射ヘッド１００内に設けるのが好ましい。
　また、第１～第３開閉扉１２０～１２２の代わりに別の機構を用いてもよい。通常、第１及び第２スリット１１４，１６３を塞ぎ、ガラスホルダ１３０を移動させる場合に開状態となる機構であればよく、例えば、第１及び第２隔壁１１３，１６２の側面と平行に移動するシャッタ機構を代わりに設けるようにしてもよい。
　また、ＬＥＤ光源１８０の代わりに、別の光源、例えば、ランプ光源を用いてもよく、受光素子１８３としてフォトダイオードあるいはフォトダイオードアレイを用いてもよい。
　本発明のレーザ光出射ヘッドは、保護ガラスの交換頻作業を省略して、装置のダウンタイムを低減できるため、レーザ加工装置に適用する上で有用である。
１００　　レーザ光出射ヘッド
１１０　　レーザ光整形ユニット
１１１　　第１筐体
１１３　　第１隔壁
１１４　　第１スリット
１１６　　回転軸
１２０～１２２　第１～第３開閉扉
１３０　　ガラスホルダ
１３１～１３３　保護ガラス
１４０　　光学部品
１５０　　清掃ユニット
１５１　　第２筐体
１５２　　洗浄液供給ノズル
１５４　　ブラッシング機構
１５５　　清掃機構
１６０　　第２清掃ユニット
１６１　　第３筐体
１６２　　第２隔壁
１６３　　第２スリット
１８０　　ＬＥＤ光源
１８３　　受光素子（受光部）
１９０　　評価ユニット
１０００　レーザ加工装置

Claims (9)

  1. 　上部にレーザ光が入射され、内部に前記レーザ光を所望の形状に整形する光学部品が配設された第１筐体を有するレーザ光整形ユニットと、
    　複数の保護ガラスが所定の間隔をあけて取付けられたガラスホルダと、
    　前記ガラスホルダに取付けられた保護ガラスを清掃するための清掃機構が内部に配設された第２筐体を有する清掃ユニットと、を備え、
    　前記ガラスホルダは前記第１筐体と前記第２筐体との間を移動可能に構成されていることを特徴とするレーザ光出射ヘッド。
  2. 　請求項１に記載のレーザ光出射ヘッドにおいて、
    　前記第２筐体は前記第１筐体と第１隔壁を共有しており、
    　前記第１隔壁には、前記レーザ光整形ユニットと前記清掃ユニットとを連通する第１スリットが設けられ、
    　前記ガラスホルダは前記第１スリットを通って、前記第１筐体と前記第２筐体との間を移動可能に構成されていることを特徴とするレーザ光出射ヘッド。
  3. 　請求項２に記載のレーザ光出射ヘッドにおいて、
    　前記ガラスホルダは、前記第１隔壁に設けられた回転軸に回転一体に連結されており、
    　前記ガラスホルダが所定の角度回転することで、前記レーザ光整形ユニット内に配置された保護ガラスが前記清掃ユニット内に移動し、前記清掃ユニット内に配置された保護ガラスが前記レーザ光整形ユニット内に移動するように構成されていることを特徴とするレーザ光出射ヘッド。
  4. 　請求項２に記載のレーザ光出射ヘッドにおいて、
    　前記ガラスホルダは、前記第１スリットを通って直線的に移動可能に構成されており、
    　前記ガラスホルダが所定の距離移動することで、前記レーザ光整形ユニット内に配置された保護ガラスが前記清掃ユニット内に移動するように構成されていることを特徴とするレーザ光出射ヘッド。
  5. 　請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザ光出射ヘッドにおいて、
    　前記第２筐体の内部には、光源と該光源と上下方向に所定の間隔をあけて配置された受光部とが配設されており、
    　前記光源から出射された出射光が、前記清掃ユニット内に配置された保護ガラスを透過して前記受光部で受光された受光信号に基づいて、前記清掃ユニット内に配置された保護ガラスの汚れ具合が評価可能に構成されていることを特徴とするレーザ光出射ヘッド。
  6. 　請求項２に記載のレーザ光出射ヘッドにおいて、
    　光源と該光源と上下方向に所定の間隔をあけて配置された受光部とが内部に配設された第３筐体を有する評価ユニットが前記レーザ光整形ユニット及び前記清掃ユニットに接してさらに設けられており、
    　前記第２筐体は、前記第３筐体と第２隔壁を共有し、該第２隔壁には前記清掃ユニットと前記評価ユニットとを連通する第２スリットが設けられており、
    　前記ガラスホルダは、前記第１スリット及び前記第２スリットを通って、前記レーザ光整形ユニットと前記清掃ユニットと前記評価ユニットとの間を移動可能に構成されており、
    　前記光源から出射された出射光が、前記評価ユニット内に配置された保護ガラスを透過して前記受光部で受光された受光信号に基づいて、前記評価ユニット内に配置された保護ガラスの汚れ具合が評価可能に構成されていることを特徴とするレーザ光出射ヘッド。
  7. 　請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレーザ光出射ヘッドにおいて、
    　前記清掃機構は、保護ガラスの表面に洗浄液を付着させるための洗浄液供給機構と、前記洗浄液が付着した前記保護ガラスの表面の汚れを除去するためのブラッシング機構とで構成されていることを特徴とするレーザ光出射ヘッド。
  8. 　請求項１ないし６のいずれか１項に記載のレーザ光出射ヘッドにおいて、
    　前記清掃機構は、保護ガラスの表面に所定の気体を吹き付けるための気体供給機構であることを特徴とするレーザ光出射ヘッド。
  9. 　レーザ光を出射するレーザ発振器と、
    　前記レーザ光を受け取ってワークに向けて出射する請求項１ないし８のいずれか１項に記載のレーザ光出射ヘッドと、を少なくとも備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
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