WO2020246170A1 - レーザ加工ヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工ヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置 Download PDF

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WO2020246170A1
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WO
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laser processing
laser
opening
protective glass
optical sensor
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静波 王
西尾　正敏
憲三 柴田
学 西原
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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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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/706—Protective screens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/94—Investigating contamination, e.g. dust
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/958—Inspecting transparent materials or objects, e.g. windscreens

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing head that emits laser light emitted by a laser oscillator toward a work, and a laser processing apparatus including the laser processing head.
  • Patent Document 1 discloses a laser processing head that transmits laser light emitted by a laser oscillator through a protective glass and emits it toward a work.
  • the laser processing head includes a shield holder, an optical sensor attached to the shield holder, and a protective glass provided on the shield holder.
  • the shield holder has an opening formed through the shield holder, and a light passing hole is formed on the end face of the opening.
  • the optical sensor is attached to the shield holder in a state where the light receiving surface is directed from the light passing hole into the opening.
  • the protective glass is provided in the opening of the shield holder with its outer peripheral end surface facing the light receiving surface of the optical sensor.
  • this laser processing head a part of the laser light emitted by the laser oscillator is scattered by dirt adhering to the surface of the protective glass and reflected on the front and back surfaces of the protective glass, the outer peripheral end surface, and the end surface of the opening of the shield holder.
  • the reflected laser light is emitted from a region of the outer peripheral end surface of the protective glass facing the light receiving surface of the optical sensor. Then, the amount of scattered light emitted from the opposite region is detected by the optical sensor as a numerical value indicating the degree of contamination of the protective glass surface.
  • Patent Document 1 since the reflectance of the outer peripheral end face of the protective glass and the end face of the opening of the shield holder is generally low, the fine dirt adhering to the protective glass surface cannot be reflected in the detection value of the optical sensor. There is.
  • the present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to be able to reflect finer dirt in the detection value of the optical sensor and to detect dirt on the protective glass at an early stage. It is in.
  • the present invention comprises a shield holder having an opening formed through the opening and at least one light passing hole formed on the end face of the opening, and the at least one light passing hole. It has a light receiving surface facing the inside of the opening, has at least one optical sensor attached to the shield holder, and has an outer peripheral end surface facing the light receiving surface of the at least one optical sensor, and is inside the opening of the shield holder.
  • a laser processing head that includes a protective glass provided and emits laser light emitted by a laser oscillator through the protective glass toward a work, and is a laser processing head that emits light toward the work through the protective glass.
  • a reflective coating film is formed in a region excluding the region facing the light receiving surface or a region excluding the light passing hole in the end surface of the opening of the shield holder.
  • the reflectance at the outer peripheral end face of the protective glass or the end face of the opening of the shield holder is higher than that when the reflective coating film is not formed on the outer peripheral end face of the protective glass or the end face of the opening of the shield holder, and the light is emitted.
  • the amount of scattered light incident on the light receiving surface of the sensor increases. Therefore, finer dirt can be reflected in the detection value of the optical sensor compared to the case where the reflective coating film is not formed on the outer peripheral end face of the protective glass or the end face of the opening of the shield holder, and the dirt on the protective glass is detected at an early stage. it can.
  • finer dirt can be reflected in the detection value of the optical sensor, and dirt on the protective glass can be detected at an early stage.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line IIIb-IIIb of FIG. 3A.
  • A) is a plan view of the second protective glass
  • (b) is a side view of the second protective glass.
  • A) is a diagram corresponding to FIG. 3A of the second embodiment
  • (b) is a diagram corresponding to FIG. 3B of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IXb-IXb of FIG. 9A.
  • matching includes not only those that exactly match, but also those that include manufacturing tolerances and processing tolerances.
  • FIG. 1 shows the configuration of the laser processing apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the laser processing apparatus 100 includes a laser processing head 50, a manipulator 60, a controller 70, a laser oscillator 80, and an optical fiber 90. ing.
  • the laser processing head 50 irradiates the work W with the laser light LB from the optical fiber 90.
  • the laser processing head 50 is attached to the tip of the manipulator 60.
  • the manipulator 60 moves the laser machining head 50.
  • the controller 70 controls the operation of the laser processing head 50, the operation of the manipulator 60, and the laser oscillation of the laser oscillator 80.
  • the laser oscillator 80 generates laser light LB by oscillation, and emits the laser light LB to the optical fiber 90.
  • the optical fiber 90 guides the laser light LB emitted by the laser oscillator 80 to the laser processing head 50.
  • the laser processing apparatus 100 causes the laser processing head 50 and the manipulator 60 to operate the laser processing head 50 and the manipulator 60 to irradiate the work W with the laser light LB emitted from the laser oscillator 80 in a desired trajectory.
  • the laser processing device 100 is used for welding the work W.
  • the laser processing head 50 includes a substantially tubular connector 1 connected to the optical fiber 90.
  • One end of a substantially tubular lens case 2 is connected to the end of the connector 1 on the anti-optical fiber 90 side.
  • One end of a substantially tubular body case 3 is connected to the other end of the lens case 2.
  • An introduction port 4a side end of the inner nozzle 4 is connected to the other end of the body case 3.
  • the end of the outlet 4b side of the inner nozzle 4 has a tapered shape.
  • a substantially tubular lens holder 5 is arranged so as to substantially follow the lens case 2.
  • the collimation lens 6 and the focus lens 7 are viewed from the anti-body case 3 side with the front and back surfaces facing the axial direction of the lens holder 5. It is arranged.
  • the exit end A of the optical fiber 90 is located inside the lens holder 5.
  • the collimation lens 6 parallelizes the laser beam LB emitted from the emitting end A of the optical fiber 90 and spread.
  • the focus lens 7 focuses the laser beam LB parallelized by the collimation lens 6 so as to focus on the vicinity of the processing point in the work W.
  • first and second holders 8 and 9 are arranged in order from the lens case 2 side so as to substantially follow the body case 3.
  • a first parallel plate 10 is fixed inside the first holder 8.
  • a first belt pulley 11 is arranged on the outer peripheral side of the first holder 8 with its axial direction directed toward the axial direction of the first holder 8.
  • the first belt pulley 11 is attached to a first servomotor 12 that rotates the first belt pulley 11.
  • a first timing belt 13 is attached to the first belt pulley 11 and the first holder 8. Therefore, the first holder 8 can be rotated by rotating the first belt pulley 11 with the first servomotor 12.
  • a first encoder shown only in FIG. 5) 14 for detecting the rotation amount, rotation speed, and rotation direction of the first servomotor 12 is provided.
  • a second parallel plate 15 is fixed inside the second holder 9.
  • a second belt pulley 16 is arranged on the outer peripheral side of the second holder 9 with its axial direction directed toward the axial direction of the second holder 9.
  • the second belt pulley 16 is attached to a second servomotor 17 that rotates the second belt pulley 16.
  • a second timing belt 18 is attached to the second belt pulley 16 and the second holder 9. Therefore, the second holder 9 can be rotated by rotating the second belt pulley 16 with the second servomotor 17.
  • a second encoder shown only in FIG. 5) 19 for detecting the rotation amount, rotation speed, and rotation direction of the second servomotor 17 is provided.
  • the rotation axes of the first and second holders 8 and 9 coincide with the optical axes of the laser beam LB incident on the first parallel plate 10 from the optical fiber 90.
  • a first protective glass 20 is arranged in the vicinity of the end portion on the introduction port 4a side of the inner nozzle 4 with its front and back surfaces facing the axial direction of the inner nozzle 4. Further, a holder insertion port 4c is formed through a part of the inner nozzle 4 in the circumferential direction slightly closer to the lead-out port 4b than the first protective glass 20 so as to extend in the circumferential direction. Further, a holder is inserted into the inner peripheral surface of the inner nozzle 4 near the end portion on the introduction port 4a side so that the step portion 4d is located on the inner peripheral side of the outlet 4b side of the step portion 4d with respect to the introduction port 4a side. It is formed over the entire circumference except the mouth 4c.
  • a substantially tubular shape covering a region from a portion slightly lowered to the outlet 4b side from the end edge on the introduction port 4a side on the outer peripheral surface of the inner nozzle 4 to substantially the center in the axial direction.
  • Nozzle holder 21 is arranged on the outlet 4b side of the nozzle holder 21, an outer nozzle 22 that covers the outlet 4b side end of the inner nozzle 4 from the outer peripheral side is arranged.
  • a substantially rectangular plate-shaped shield holder 23 shown in FIGS. 3A and 3B is inserted into the holder insertion port 4c of the inner nozzle 4 with its plate surface facing the outlet side.
  • the longitudinal direction of the shield holder 23 is along the insertion direction thereof.
  • One end of the shield holder 23 in the longitudinal direction is fitted into the step portion 4d of the inner nozzle 4 from the inside.
  • the shield holder 23 is made of, for example, an aluminum alloy, a steel material, or a stainless steel.
  • overhanging portions 23a are formed so as to project on both the front and back sides and both sides in the lateral direction.
  • a circular opening 23b is formed closer to the counter-overhanging portion 23a than the center in the longitudinal direction of the shield holder 23 so as to penetrate in the thickness direction thereof.
  • An optical sensor mounting hole 23c as one light passing hole is formed at the end of the overhanging portion 23a on the end surface of the opening 23b.
  • the optical sensor mounting hole 23c is located at the center of the shield holder 23 in the thickness direction. Further, the optical sensor mounting hole 23c communicates with the central portion of the end surface on the overhanging portion 23a side of the shield holder 23.
  • one optical sensor 24 is mounted with its light receiving surface 24a facing into the opening 23b from the optical sensor mounting hole 23c.
  • a ridge portion 23d extending in the circumferential direction is provided so as to project over the entire circumference.
  • a female screw (not shown) is cut on the end surface of the opening 23b over the entire surface except for the optical sensor mounting hole 23c forming portion and the ridge portion 23d protruding portion. Needless to say, of the areas excluding the optical sensor mounting hole 23c forming portion and the ridge portion 23d projecting portion on the end surface of the opening 23b, the female screw is only in the minimum region necessary for mounting the pressing ring 26 described later (FIG. (Not shown) may be cut.
  • the circular plate-shaped second protective glass 25 also shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b) is formed on the end surface of the opening 23b and the light receiving surface 24a of the optical sensor 24. It is provided with its outer peripheral end faces facing each other. Antireflection coating films (not shown) are formed on the front and back surfaces 25b and 25c of the second protective glass 25 over the entire surface.
  • the antireflection coating film a dielectric film composed of an oxide, a fluoride or the like is used.
  • the outer peripheral end surface 25d of the second protective glass 25 includes a facing region 25e facing the light receiving surface 24a of the optical sensor 24 and a region 25f excluding the facing region 25e.
  • a reflective coating film 25a is formed over the entire region 25f of the outer peripheral end surface 25d of the second protective glass 25.
  • the non-formed region of the reflective coating film 25a on the outer peripheral end surface 25d of the second protective glass 25 constitutes the reflected light outlet portion 300.
  • the circumferential position of the reflected light outlet portion 300 coincides with the circumferential position of the light receiving surface 24a of the optical sensor 24.
  • the reflective coating film 25a may be formed by vapor deposition of a metal having a high reflectance to the laser beam LB, such as gold, silver, or aluminum.
  • the reflective coating film 25a is formed so that the reflectance when the laser beam LB is vertically incident on the surface on which the reflective coating film 25a is formed is 90% or more. It is desirable that the reflectance is close to 100%.
  • a ring plate-shaped pressing ring 26 is arranged so as to sandwich the outer peripheral portion of the second protective glass 25 with the ridge portion 23d from both sides in the opening 23b penetrating direction.
  • the presser ring 26 is made of, for example, an aluminum alloy, steel material or stainless steel.
  • a male screw (not shown) is cut on the outer peripheral surface of the presser ring 26, and the male screw is screwed with a female screw on the end surface of the opening 23b of the shield holder 23.
  • the protective glass unit 27 is composed of a shield holder 23, an optical sensor 24, a second protective glass 25, and a holding ring 26.
  • the male screw of the presser ring 26 is inserted into the shield holder 23.
  • the protective glass unit 27 can be integrally assembled by screwing it into the female screw of.
  • the presser ring 26 is not limited to a circular shape, and may have a polygonal outer shape such as a triangle, a square, or a hexagon.
  • the manipulator 60 has a servomotor 61 and an encoder 62 for each joint axis.
  • the controller 70 has a control unit 71, a display unit 72, and an input unit 73.
  • the control unit 71 is configured to control the laser light output of the laser oscillator 80 according to the control program input from the input unit 73.
  • control unit 71 follows the control program input from the input unit 73 and the feedback signals from the first and second encoders 14 and 19 provided on the laser processing head 50, and the first and second servomotors A rotation command is sent to 12 and 17, and the rotation speed and the rotation amount of the first and second servomotors 12 and 17 are controlled.
  • control unit 71 transmits a position command to the servomotor 61 provided in the manipulator 60 according to the control program input from the input unit 73 and the feedback signal from the encoder 62 provided in the manipulator 60, and the servomotor 61. Controls the rotation speed and the amount of rotation.
  • control unit 71 causes the display unit 72 to display and output a warning when the amount of light detected by the optical sensor 24 exceeds a predetermined first threshold value Vska1. Further, the control unit 71 controls the laser oscillator 80 to stop the laser oscillation when the amount of light detected by the optical sensor 24 exceeds the second threshold value Vska2, which is larger than the first threshold value Vska1. ..
  • the display unit 72 is configured to display the output state of the laser oscillator 80, the operating state of the manipulator 60, a warning, and the like under the control of the control unit 71.
  • the input unit 73 receives the output of the laser oscillator 80 and the input of a control program or the like for determining the moving speed and moving amount of the manipulator 60. Further, the input unit 73 receives an input of a control program or the like for determining the rotation speed and the rotation time of the first and second servomotors 12 and 17.
  • a teach pendant for creating (teaching) and executing a program may be provided in the controller 70 so that the functions of the display unit 72 and the input unit 73 can be realized by the teach pendant.
  • the control program may be created by the teach pendant.
  • the laser processing apparatus 100 configured as described above, when the laser oscillator 80 emits the laser light LB, the emitted laser light LB is guided to the laser processing head 50 by the optical fiber 90.
  • the laser beam LB guided to the laser processing head 50 is parallelized by the collimation lens 6 and then focused by the focus lens 7.
  • the optical axis of the laser beam LB that has passed through the focus lens 7 is adjusted by the first and second parallel plates 10 and 15, and then passes through the first protective glass 20 and the second protective glass 25 to irradiate the work W. Will be done. At this time, as shown in FIGS.
  • the reflectance of the scattered light SL incident on the reflection coating film 25a forming region of the outer peripheral end surface 25d of the second protective glass 25 is higher than the reflectance of the scattered light SL incident on the front and back surfaces 25b and 25c of the second protective glass 25. It gets higher.
  • a part of the optical paths of the scattered light SL are shown by virtual lines.
  • the amount of scattered light SL emitted from the reflected light outlet portion 300 is detected by the optical sensor 24 as a numerical value indicating the degree of contamination of the surface 25b of the second protective glass 25.
  • the display unit 72 outputs and displays a warning under the control of the control unit 71.
  • the user who visually recognizes the warning displayed as an output can recognize that the replacement time or the cleaning time of the second protective glass 25 is near.
  • the laser oscillator 80 is controlled by the control unit 71. Stop laser oscillation. As a result, the user can be encouraged to replace or clean the second protective glass 25, and deterioration of processing quality due to dirt on the surface 25b of the second protective glass 25 can be prevented.
  • the reflective coating film 25a is formed on the outer peripheral end surface 25d of the second protective glass 25, the reflectance of the outer peripheral end surface 25d of the second protective glass 25 is higher than that in the case where the reflective coating film 25a is not formed. , The amount of scattered light SL incident on the light receiving surface 24a of the optical sensor 24 increases. Therefore, even when the number of the optical sensors 24 provided is one as in the first embodiment, finer dirt can be reflected in the detection value of the light sensor 24, and the dirt on the second protective glass 25 is detected at an early stage. it can. As a result, the warning output and the timing of stopping the laser oscillation due to the dirt D adhering to the second protective glass 25 can be controlled more appropriately.
  • FIG. 7A is a diagram corresponding to FIG. 3A of the second embodiment of the present invention
  • FIG. 7B is a diagram corresponding to FIG. 3B of the second embodiment.
  • the end face of the opening 23b of the shield holder 23 has a substantially central portion in the thickness direction of the shield holder 23.
  • the substantially central portion includes the optical sensor mounting hole 23c and the region excluding the optical sensor mounting hole 23c.
  • the ridge portion 23d has a surface on the introduction port 4a side (incident side) and a surface on the outlet port 4b side (emission side).
  • the entire area is covered with the region excluding the optical sensor mounting hole 23c and the surface of the ridge portion 23d on the lead-out portion 4b side (emission side). Therefore, the reflective coating film 23e is continuously formed.
  • the reflective coating film 23e is not formed on the optical sensor mounting hole 23c forming portion, the introduction port 4a side (incident side) end portion, and the ridge portion 23d tip on the end surface of the opening portion 23b of the shield holder 23. Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, the reflective coating film 26a is continuously formed on the front and back surfaces of the presser ring 26 on the introduction port 4a side.
  • the pressing ring 26 has its reflective coating film 26a forming surface facing the reflective coating film 23e forming surface of the ridge portion 23d. Further, the reflective coating film 25a is not formed on the outer peripheral end surface 25d of the second protective glass 25. Further, a female thread is cut in the reflection coating film 23e forming region on the end surface of the opening 23b of the shield holder 23, that is, the region facing the outer peripheral end surface 25d of the second protective glass 25 for the purpose of reflecting light in a common direction. Not done. Female threads are cut only in the minimum area required for attaching the presser ring 26 on the end face of the opening 23b of the shield holder 23.
  • the reflective coating films 23e and 26a are formed on the shield holder 23 and the pressing ring 26, which are replaced less frequently than the second protective glass 25. Therefore, the reflective coating film is formed as in the first embodiment. Compared with the case where 25a is formed on the second protective glass 25, the cost can be reduced.
  • the reflective coating film 23e is also formed on the surface of the shield holder 23 on the lead-out portion 4b side of the ridge portion 23d and the surface of the presser ring 26 on the introduction port 4a side, only the end surface of the opening 23b of the shield holder 23 is formed.
  • the reflectance of the surface of the ridge portion 23d on the lead-out portion 4b side and the surface of the presser ring 26 on the introduction port 4a side is higher than that in the case of forming the light sensor 24, and the scattered light SL incident on the light receiving surface 24a of the optical sensor 24 The amount of light increases. Therefore, finer dirt can be reflected in the detected value of the optical sensor 24, and as a result, the warning output and the timing of stopping the laser oscillation due to the dirt adhering to the second protective glass 25 can be controlled more appropriately.
  • the controller 70 when the amount of light detected by the optical sensor 24 exceeds the first threshold value Vska1, the controller 70 is made to output a warning display, but a warning sound is output.
  • the warning signal received by a device external to the controller 70 may be output.
  • the process of causing the controller 70 to perform when the amount of light detected by the optical sensor 24 exceeds the first threshold value Vska1 is set as a warning output, but is another predetermined process. May be good.
  • the process of causing the controller 70 to perform when the amount of light detected by the optical sensor 24 exceeds the second threshold value Vsca2 is controlled to stop the laser oscillation of the laser oscillator 80, but as another predetermined process. May be good.
  • one set of the optical sensor mounting holes 23c and the optical sensor 24 is provided, but when a plurality of sets are provided and the detection values of the plurality of optical sensors 24 satisfy a predetermined condition, the controller 70 is provided. May perform predetermined processing such as output of a warning and control to stop the laser oscillation of the laser oscillator 80.
  • the reflective coating film 23e is formed on the end surface of the opening 23b of the shield holder 23 excluding the optical sensor mounting hole 23c and the surface of the ridge portion 23d on the lead-out portion 4b side. It is not necessary to provide the reflective coating film 23e on the surface of the ridge portion 23d on the lead-out portion 4b side.
  • the reflective coating film 26a is formed on the surface of the pressing ring 26 on the introduction port 4a side over the entire surface, but it is not necessary to form the reflective coating film 26a.
  • the laser processing head of the present invention can reflect finer dirt on the detected value of the optical sensor, and is useful for application to a laser processing apparatus.

Abstract

開口部（２３ｂ）が貫通形成され、開口部（２３ｂ）の端面には、光センサ取付孔（２３ｃ）が形成されたシールドホルダ（２３）と、光センサ取付孔（２３ｃ）から開口部（２３ｂ）内に向いた受光面（２４ａ）を有し、シールドホルダ（２３）に取り付けられた光センサ（２４）と、光センサ（２４）の受光面（２４ａ）に対向する外周端面を有し、開口部（２３ｂ）内に設けられた第２保護ガラス（２５）とを備え、レーザ発振器により出射されたレーザ光を、第２保護ガラス（２５）を透過させてワークに向けて出射するレーザ加工ヘッドにおいて、第２保護ガラス（２５）の外周端面における光センサ（２４）の受光面（２４ａ）との対向領域を除く領域に、反射コーティング膜（２５ａ）を形成する。

Description

レーザ加工ヘッド及びそれを備えたレーザ加工装置
　本発明は、レーザ発振器により出射されたレーザ光をワークに向けて出射するレーザ加工ヘッド、及びそれを備えたレーザ加工装置に関する。
　特許文献１には、レーザ発振器により出射されたレーザ光を、保護ガラスを透過させてワークに向けて出射するレーザ加工ヘッドが開示されている。レーザ加工ヘッドは、シールドホルダと、シールドホルダに取り付けられた光センサと、シールドホルダに設けられた保護ガラスとを備える。シールドホルダは、開口部が貫通形成され、当該開口部の端面には、光通過孔が形成されている。光センサは、前記光通過孔から前記開口部内にその受光面を向けた状態で、前記シールドホルダに取り付けられている。保護ガラスは、前記光センサの受光面にその外周端面を対向させた状態で、前記シールドホルダの開口部内に設けられている。このレーザ加工ヘッドでは、レーザ発振器により出射されたレーザ光の一部が、保護ガラス表面に付着した汚れにより散乱して保護ガラスの表裏面、外周端面及びシールドホルダの開口部の端面で反射する。反射したレーザ光は、保護ガラスの外周端面における光センサの受光面との対向領域から出射する。そして、当該対向領域から出射された散乱光の光量が、保護ガラス表面の汚れ度合いを示す数値として光センサによって検出される。
特表２００２－５１５３４１号公報
　しかし、特許文献１では、保護ガラスの外周端面及びシールドホルダの開口部の端面の反射率が一般的に低いので、保護ガラス表面に付着した微細な汚れを、光センサの検出値に反映できない場合がある。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より微細な汚れを光センサの検出値に反映でき、保護ガラスの汚れを早い段階で検出できるようにすることにある。
　上記の目的を達成するため、本発明は、開口部が貫通形成され、当該開口部の端面には、少なくとも１つの光通過孔が形成されたシールドホルダと、前記少なくとも１つの光通過孔から前記開口部内に向いた受光面を有し、前記シールドホルダに取り付けられた少なくとも１つの光センサと、前記少なくとも１つの光センサの受光面に対向する外周端面を有し、前記シールドホルダの開口部内に設けられた保護ガラスとを備え、レーザ発振器により出射されたレーザ光を、前記保護ガラスを透過させてワークに向けて出射するレーザ加工ヘッドであって、前記保護ガラスの外周端面における前記光センサの受光面との対向領域を除く領域、又は前記シールドホルダの開口部の端面における前記光通過孔を除く領域には、反射コーティング膜が形成されていることを特徴とする。
　これにより、保護ガラスの外周端面、又はシールドホルダの開口部の端面に反射コーティング膜を形成しない場合に比べ、保護ガラスの外周端面、又はシールドホルダの開口部の端面における反射率が高くなり、光センサの受光面に入射する散乱光の光量が大きくなる。したがって、保護ガラスの外周端面、又はシールドホルダの開口部の端面に反射コーティング膜を形成しない場合に比べ、より微細な汚れを光センサの検出値に反映でき、保護ガラスの汚れを早い段階で検出できる。
　本発明によれば、より微細な汚れを光センサの検出値に反映でき、保護ガラスの汚れを早い段階で検出できる。
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概略図である。 レーザ加工ヘッドの構成を示す概略図である。 保護ガラスユニットの平面図である。 図３ＡのIIIb－IIIb線における断面図である。 （ａ）は、第２保護ガラスの平面図であり、（ｂ）は、第２保護ガラスの側面図である。 レーザ加工装置の機能ブロック図である。 保護ガラスユニットの光センサの検出値と時間との関係を示すグラフである。 （ａ）は、実施形態２の図３Ａ相当図であり、（ｂ）は、実施形態２の図３Ｂ相当図である。 シールドホルダの平面図である。 図８ＡのVIIIb－VIIIb線における断面図である。 押えリングの平面図である。 図９ＡのIXb－IXb線における断面図である。
　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。
　また、以降の説明において、「一致」するとは、厳密に一致するものの他、製造上の組立公差や加工公差を含んで一致するものも含まれる。
　（実施形態１）
　図１は、本実施形態１に係るレーザ加工装置１００の構成を示し、レーザ加工装置１００は、レーザ加工ヘッド５０と、マニピュレータ６０と、コントローラ７０と、レーザ発振器８０と、光ファイバ９０とを備えている。
　レーザ加工ヘッド５０は、光ファイバ９０からのレーザ光ＬＢをワークＷに照射する。レーザ加工ヘッド５０は、マニピュレータ６０の先端に取り付けられている。マニピュレータ６０は、レーザ加工ヘッド５０を移動させる。コントローラ７０は、レーザ加工ヘッド５０の動作とマニピュレータ６０の動作と、レーザ発振器８０のレーザ発振を制御する。レーザ発振器８０は、発振によりレーザ光ＬＢを生成し、レーザ光ＬＢを光ファイバ９０に出射する。光ファイバ９０は、レーザ発振器８０により出射されたレーザ光ＬＢをレーザ加工ヘッド５０に導く。このような構成により、レーザ加工装置１００は、レーザ発振器８０から出射されたレーザ光ＬＢを、レーザ加工ヘッド５０及びマニピュレータ６０を動作させてワークＷに所望の軌跡で照射させる。
　レーザ加工装置１００は、ワークＷの溶接を行うのに使用される。
　レーザ加工ヘッド５０は、図２に示すように、光ファイバ９０に接続される略筒状のコネクタ１を備えている。当該コネクタ１の反光ファイバ９０側の端部には、略筒状のレンズケース２の一端部が接続されている。当該レンズケース２の他端部には、略筒状のボディケース３の一端部が接続されている。当該ボディケース３の他端部には、内側ノズル４の導入口４ａ側端部が接続されている。内側ノズル４の導出口４ｂ側端部は先細り形状をなしている。
　レンズケース２の内側には、略筒状のレンズホルダ５が当該レンズケース２に略沿うように配設されている。このレンズホルダ５のボディケース３側の端部近傍の内側には、コリメーションレンズ６と、フォーカスレンズ７とがその表裏面をレンズホルダ５の軸方向に向けた状態で、反ボディケース３側から配設されている。レンズホルダ５の内側には、光ファイバ９０の出射端Ａが位置している。コリメーションレンズ６は、光ファイバ９０の出射端Ａから出射されて広がったレーザ光ＬＢを平行化する。フォーカスレンズ７は、コリメーションレンズ６によって平行化されたレーザ光ＬＢを、ワークＷにおける加工点付近で焦点を結ぶように集光させる。
　ボディケース３の内側には、略筒状の第１及び第２のホルダ８，９が、当該ボディケース３に略沿うようにレンズケース２側から順に配設されている。第１のホルダ８の内側には、第１の平行板１０が固定されている。第１のホルダ８の外周側には、第１のベルトプーリー１１がその軸方向を第１のホルダ８の軸方向に向けて配設されている。第１のベルトプーリー１１は、当該第１のベルトプーリー１１を回転させる第１のサーボモータ１２に取り付けられている。第１のベルトプーリー１１及び第１のホルダ８には、第１のタイミングベルト１３が取り付けられている。したがって、第１のサーボモータ１２で第１のベルトプーリー１１を回転させることにより、第１のホルダ８を回転させることができる。また、第１のサーボモータ１２周りには、第１のサーボモータ１２の回転量、回転速度、及び回転方向を検出する第１のエンコーダ（図５にのみ示す。）１４が設けられている。
　第２のホルダ９の内側には、第２の平行板１５が固定されている。第２のホルダ９の外周側には、第２のベルトプーリー１６がその軸方向を第２のホルダ９の軸方向に向けて配設されている。第２のベルトプーリー１６は、当該第２のベルトプーリー１６を回転させる第２のサーボモータ１７に取り付けられている。第２のベルトプーリー１６及び第２のホルダ９には、第２のタイミングベルト１８が取り付けられている。したがって、第２のサーボモータ１７で第２のベルトプーリー１６を回転させることにより、第２のホルダ９を回転させることができる。第２のサーボモータ１７周りには、第２のサーボモータ１７の回転量、回転速度、及び回転方向を検出する第２のエンコーダ（図５にのみ示す。）１９が設けられている。第１及び第２のホルダ８，９の回転軸は、光ファイバ９０から第１の平行板１０に入射するレーザ光ＬＢの光軸と一致する。
　内側ノズル４の導入口４ａ側端部近傍には、第１保護ガラス２０が、その表裏面を内側ノズル４の軸方向に向けた状態で配設されている。また、内側ノズル４の第１保護ガラス２０よりも若干導出口４ｂ側の周方向一部には、ホルダ挿入口４ｃが周方向に延びるように貫通形成されている。また、内側ノズル４の導入口４ａ側端部近傍の内周面には、段部４ｄが、当該段部４ｄの導出口４ｂ側が導入口４ａ側よりも内周側に位置するようにホルダ挿入口４ｃを除く全周に亘って形成されている。また、内側ノズル４の外周側には、当該内側ノズル４の外周面における導入口４ａ側端縁よりも若干導出口４ｂ側に下がった箇所から、軸方向略中央までの領域を覆う略筒状のノズルホルダ２１が配設されている。また、ノズルホルダ２１の導出口４ｂ側には、内側ノズル４の導出口４ｂ側端部を外周側から覆う外側ノズル２２が配設されている。
　前記内側ノズル４のホルダ挿入口４ｃには、図３Ａ及び図３Ｂにも示す略長方形板状のシールドホルダ２３がその板面を導出口側に向けた状態で挿入されている。シールドホルダ２３の長手方向は、その挿入方向に沿っている。当該シールドホルダ２３の長手方向一端部が内側ノズル４の段部４ｄに内側から嵌合している。シールドホルダ２３は、例えば、アルミニウム合金、鋼材又はステンレス鋼からなる。シールドホルダ２３の長手方向他端部には、表裏両側及び短手方向両側に張り出す張出部２３ａが形成されている。シールドホルダ２３の長手方向中央よりも反張出部２３ａ寄りには、その厚さ方向に貫通するように円形の開口部２３ｂが形成されている。当該開口部２３ｂの端面における張出部２３ａ側端部には、１つの光通過孔としての光センサ取付孔２３ｃが形成されている。光センサ取付孔２３ｃは、シールドホルダ２３の厚さ方向中央部に位置している。また、この光センサ取付孔２３ｃは、シールドホルダ２３の張出部２３ａ側端面の中央部に連通している。光センサ取付孔２３ｃの内部には、１つの光センサ２４が、光センサ取付孔２３ｃから開口部２３ｂ内にその受光面２４ａを向けた状態で取り付けられている。また、開口部２３ｂの端面における導出口４ｂ側（出射側）端部には、周方向に延びる突条部２３ｄが全周に亘って突設されている。また、開口部２３ｂの端面には、光センサ取付孔２３ｃ形成箇所及び突条部２３ｄ突設箇所を除く全体に亘って雌ねじ（図示せず）が切られている。言うまでもなく、開口部２３ｂの端面における光センサ取付孔２３ｃ形成箇所及び突条部２３ｄ突設箇所を除く領域のうち、後述する押えリング２６を取り付けるために必要な最低限の領域にのみ雌ねじ（図示せず）が切られるようにしてもよい。
　シールドホルダ２３の開口部２３ｂ内には、図４（ａ）及び図４（ｂ）にも示す円形板状の第２保護ガラス２５が、開口部２３ｂの端面及び光センサ２４の受光面２４ａにその外周端面を対向させた状態で設けられている。当該第２保護ガラス２５の表裏面２５ｂ，２５ｃには、反射防止コーティング膜（図示せず）が全面に亘って形成されている。反射防止コーティング膜としては、酸化物やフッ化物等で構成された誘電体膜が用いられる。また、第２保護ガラス２５の外周端面２５ｄは、光センサ２４の受光面２４ａと対向する対向領域２５ｅと、対向領域２５ｅを除く領域２５ｆとを含む。第２保護ガラス２５の外周端面２５ｄにおける領域２５ｆには、全体に亘って、反射コーティング膜２５ａが形成されている。第２保護ガラス２５の外周端面２５ｄにおける反射コーティング膜２５ａ非形成領域が、反射光出口部３００を構成している。反射光出口部３００の周方向の位置は、光センサ２４の受光面２４ａの周方向の位置と一致している。反射コーティング膜２５ａは、金、銀、アルミニウム等、レーザ光ＬＢに対する反射率の高い金属の蒸着によって形成されてよい。反射コーティング膜２５ａは、反射コーティング膜２５ａ形成面にレーザ光ＬＢが垂直に入射するときの反射率が９０％以上になるように形成されている。なお、その反射率は１００％に近いほうが望ましい。
　また、シールドホルダ２３の開口部２３ｂ内には、円環板状の押えリング２６が、第２保護ガラス２５の外周部を突条部２３ｄとで開口部２３ｂ貫通方向両側から挟むように配設されている。押えリング２６は、例えば、アルミニウム合金、鋼材又はステンレス鋼からなる。押えリング２６の外周面には、雄ねじ（図示せず）が切られており、当該雄ねじは、シールドホルダ２３の開口部２３ｂの端面の雌ねじと螺合している。シールドホルダ２３、光センサ２４、第２保護ガラス２５、及び押えリング２６により、保護ガラスユニット２７が構成されている。したがって、シールドホルダ２３の光センサ取付孔２３ｃに光センサ２４を挿入し、かつシールドホルダ２３の突条部２３ｄに第２保護ガラス２５を載置した状態で、押えリング２６の雄ねじをシールドホルダ２３の雌ねじに螺合させることにより、保護ガラスユニット２７を一体に組み付けることができる。押えリング２６は、円形に限らず、三角、四角、六角のような多角形の外形を有してもよい。
　マニピュレータ６０は、図５に示すように、サーボモータ６１及びエンコーダ６２を関節軸毎に有している。
　コントローラ７０は、制御部７１と、表示部７２と、入力部７３とを有している。
　制御部７１は、入力部７３から入力された制御プログラムに従って、レーザ発振器８０のレーザ光出力を制御するように構成されている。
　また、制御部７１は、入力部７３から入力された制御プログラム、及びレーザ加工ヘッド５０に設けられた第１及び第２のエンコーダ１４，１９からのフィードバック信号に従って、第１及び第２のサーボモータ１２，１７に回転指令を送り、第１及び第２のサーボモータ１２，１７の回転速度及び回転量を制御する。
　さらに、制御部７１は、入力部７３から入力された制御プログラム及びマニピュレータ６０に設けられたエンコーダ６２からのフィードバック信号に従って、マニピュレータ６０に設けられたサーボモータ６１に位置指令を送信し、サーボモータ６１の回転速度及び回転量を制御する。
　また、制御部７１は、図６に示すように、光センサ２４によって検出された光量が、所定の第１の閾値Ｖｓｃａ１を超えたときに、表示部７２に警告を表示出力させる。さらに、制御部７１は、光センサ２４によって検出された光量が、第１の閾値Ｖｓｃａ１よりも大きい第２の閾値Ｖｓｃａ２を超えたときに、レーザ発振器８０に対し、レーザ発振を停止させる制御を行う。
　表示部７２は、制御部７１による制御により、レーザ発振器８０の出力状態、マニピュレータ６０の動作状態、及び警告等を表示するように構成されている。
　入力部７３は、レーザ発振器８０の出力やマニピュレータ６０の移動速度及び移動量を決定するための制御プログラム等の入力を受け付ける。また、入力部７３は、第１及び第２のサーボモータ１２，１７の回転速度及び回転時間を決定するための制御プログラム等の入力を受け付ける。
　プログラムの作成（教示）及び実行を行うティーチペンダントをコントローラ７０に設け、当該ティーチペンダントによって表示部７２と入力部７３の機能が実現されるようにしてもよい。また、制御プログラムがティーチペンダントによって作成されるようにしてもよい。
　そして、上述のように構成されたレーザ加工装置１００では、レーザ発振器８０がレーザ光ＬＢを出射すると、出射されたレーザ光ＬＢは、光ファイバ９０によってレーザ加工ヘッド５０に導かれる。レーザ加工ヘッド５０に導かれたレーザ光ＬＢは、コリメーションレンズ６によって平行化され、その後、フォーカスレンズ７によって集光される。フォーカスレンズ７を通過したレーザ光ＬＢは、第１及び第２の平行板１０，１５によって光軸を調整され、その後、第１保護ガラス２０及び第２保護ガラス２５を通過してワークＷに照射される。このとき、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第２保護ガラス２５の表面２５ｂに汚れＤが付着していると、第２保護ガラス２５に入射したレーザ光ＬＢの一部は、当該汚れＤにより散乱する。その散乱光ＳＬが第２保護ガラス２５の表裏面２５ｂ，２５ｃ及び外周端面２５ｄの反射コーティング膜２５ａで多重に反射する。反射した散乱光ＳＬの一部は、第２保護ガラス２５の外周端面２５ｄにおける光センサ２４の受光面２４ａとの対向領域２５ｅである反射光出口部３００から出射される。第２保護ガラス２５の外周端面２５ｄの反射コーティング膜２５ａ形成領域に入射する散乱光ＳＬの反射率は、第２保護ガラス２５の表裏面２５ｂ，２５ｃに入射する散乱光ＳＬの反射率に比べて高くなる。図４中、散乱光ＳＬの一部の光路を仮想線で示す。そして、当該反射光出口部３００から出射された散乱光ＳＬの光量が、第２保護ガラス２５の表面２５ｂの汚れ度合いを示す数値として光センサ２４によって検出される。光センサ２４によって検出された光量が、第１の閾値Ｖｓｃａ１を超えると、表示部７２が、制御部７１の制御により警告を出力表示する。これにより、出力表示された警告を視認したユーザは、第２保護ガラス２５の交換時期又は清掃時期が近いことを認識できる。また、光センサ２４によって検出された光量が、レーザ加工中における第２保護ガラス２５の，何らかの理由による突然の汚れによって第２の閾値Ｖｓｃａ２を超えると、レーザ発振器８０が、制御部７１の制御によりレーザ発振を停止する。これにより、ユーザに第２保護ガラス２５の交換又は清掃を促せるとともに、第２保護ガラス２５の表面２５ｂの汚れに起因する加工品質の劣化を防止できる。このとき、第２保護ガラス２５の外周端面２５ｄに反射コーティング膜２５ａが形成されているので、反射コーティング膜２５ａを形成しない場合に比べ、第２保護ガラス２５の外周端面２５ｄの反射率が高くなり、光センサ２４の受光面２４ａに入射する散乱光ＳＬの光量が大きくなる。したがって、本実施形態１のように、設ける光センサ２４の数を１つとした場合でも、より微細な汚れを光センサ２４の検出値に反映でき、第２保護ガラス２５の汚れを早い段階で検出できる。その結果、第２保護ガラス２５に付着した汚れＤに起因する警告出力及びレーザ発振停止のタイミングをより適切に制御できる。
　（実施形態２）
　図７（ａ）は、本発明の実施形態２の図３Ａ相当図であり、図７（ｂ）は、本実施形態２の図３Ｂ相当図である。シールドホルダ２３の開口部２３ｂの端面は、シールドホルダ２３の厚さ方向略中央部を有する。略中央部は、光センサ取付孔２３ｃと、光センサ取付孔２３ｃを除く領域とを含む。突条部２３ｄは、導入口４ａ側（入射側）の面と、導出口４ｂ側（出射側）の面とを有する。本実施形態２では、図８Ａ及び図８Ｂにも示すように、上記の光センサ取付孔２３ｃを除く領域と、突条部２３ｄの導出部４ｂ側（出射側）の面とに、全体に亘って、反射コーティング膜２３ｅが連続して形成されている。シールドホルダ２３の開口部２３ｂの端面における光センサ取付孔２３ｃ形成箇所、導入口４ａ側（入射側）端部、及び突条部２３ｄ先端には、反射コーティング膜２３ｅが形成されていない。また、図９Ａ及び図９Ｂにも示すように、押えリング２６の表裏面のうち導入口４ａ側の面に、全体に亘って、反射コーティング膜２６ａが連続して形成されている。つまり、押えリング２６は、その反射コーティング膜２６ａ形成面を、突条部２３ｄの反射コーティング膜２３ｅ形成面に対向させている。また、第２保護ガラス２５の外周端面２５ｄに反射コーティング膜２５ａが形成されていない。また、シールドホルダ２３の開口部２３ｂの端面における反射コーティング膜２３ｅ形成領域、すなわち第２保護ガラス２５の外周端面２５ｄとの対向領域には、光を共通の方向に反射させる目的で、雌ねじが切られていない。シールドホルダ２３の開口部２３ｂの端面における押えリング２６を取り付けるために必要な最低限の領域にのみ雌ねじが切られている。
　その他の構成は、実施形態１と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
　したがって、本実施形態２によると、反射コーティング膜２３ｅ，２６ａを、第２保護ガラス２５よりも交換の頻度の低いシールドホルダ２３及び押えリング２６に形成したので、実施形態１のように反射コーティング膜２５ａを第２保護ガラス２５に形成する場合に比べ、コストを削減できる。
　また、反射コーティング膜２３ｅをシールドホルダ２３の突条部２３ｄの導出部４ｂ側の面と、押えリング２６の導入口４ａ側の面にも形成したので、シールドホルダ２３の開口部２３ｂの端面だけに形成した場合に比べ、突条部２３ｄの導出部４ｂ側の面、及び押えリング２６の導入口４ａ側の面の反射率が高くなり、光センサ２４の受光面２４ａに入射する散乱光ＳＬの光量が大きくなる。したがって、さらに微細な汚れを光センサ２４の検出値に反映でき、その結果、第２保護ガラス２５に付着した汚れに起因する警告出力及びレーザ発振停止のタイミングをさらに適切に制御できる。
　なお、上記実施形態１，２では、光センサ２４によって検出された光量が第１の閾値Ｖｓｃａ１を超えたときに、コントローラ７０に、警告表示を出力させたが、警告音を出力させるようにしてもよいし、コントローラ７０の外部の装置によって受信される警告信号を出力させるようにしてもよい。
　また、上記実施形態１，２では、光センサ２４によって検出された光量が第１の閾値Ｖｓｃａ１を超えたときにコントローラ７０に行わせる処理を、警告の出力としたが、その他の所定の処理としてもよい。同様に、光センサ２４によって検出された光量が第２の閾値Ｖｓｃａ２を超えたときにコントローラ７０に行わせる処理を、レーザ発振器８０のレーザ発振を停止させる制御としたが、その他の所定の処理としてもよい。
　また、上記実施形態１，２では、光センサ取付孔２３ｃ及び光センサ２４を１組設けたが、複数組設け、複数の光センサ２４の検出値が所定の条件を満たしたときに、コントローラ７０が警告の出力、レーザ発振器８０のレーザ発振を停止させる制御等の所定の処理を行うようにしてもよい。
　また、上記実施形態２では、シールドホルダ２３の開口部２３ｂの端面における光センサ取付孔２３ｃを除く領域と、突条部２３ｄの導出部４ｂ側の面とに、反射コーティング膜２３ｅを形成したが、突条部２３ｄの導出部４ｂ側の面に、反射コーティング膜２３ｅを設けなくてもよい。
　また、上記実施形態２では、押えリング２６の導入口４ａ側の面に、全体に亘って、反射コーティング膜２６ａを形成したが、形成しなくてもよい。
　本発明のレーザ加工ヘッドは、より微細な汚れを光センサの検出値に反映できるようにでき、レーザ加工装置に適用する上で有用である。
２３　　　シールドホルダ
２３ｂ　　開口部
２３ｃ　　光センサ取付孔（光通過孔）
２３ｄ　　突条部
２３ｅ　　反射コーティング膜
２４　　　光センサ
２４ａ　　受光面
２５　　　第２保護ガラス
２５ａ　　反射コーティング膜
２５ｂ　　第２保護ガラスの表面
２５ｃ　　第２保護ガラスの裏面
２５ｄ　　第２保護ガラスの外周端面
２５ｅ　　第２保護ガラスの外周端面における対向領域
２５ｆ　　第２保護ガラスの外周端面における対向領域を除く領域
２６　　　押えリング
２６ａ　　反射コーティング膜
５０　　　レーザ加工ヘッド
７０　　　コントローラ
８０　　　レーザ発振器
９０　　　光ファイバ
１００　　レーザ加工装置
ＬＢ　　　レーザ光
Ｗ　　　　ワーク
Ｖｓｃａ１　　　第１の閾値
Ｖｓｃａ２　　　第２の閾値

Claims (6)

  1. 　開口部が貫通形成され、当該開口部の端面には、少なくとも１つの光通過孔が形成されたシールドホルダと、
    　前記少なくとも１つの光通過孔から前記開口部内に向いた受光面を有し、前記シールドホルダに取り付けられた少なくとも１つの光センサと、
    　前記少なくとも１つの光センサの受光面に対向する外周端面を有し、前記シールドホルダの開口部内に設けられた保護ガラスとを備え、レーザ発振器により出射されたレーザ光を、前記保護ガラスを透過させてワークに向けて出射するレーザ加工ヘッドであって、
    　前記保護ガラスの外周端面における前記光センサの受光面との対向領域を除く領域、又は前記シールドホルダの開口部の端面における前記光通過孔を除く領域には、反射コーティング膜が形成されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  2. 　請求項１に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
    　表裏面のうちの一方に反射コーティング膜が形成された環板状の押えリングをさらに備え、
    　前記シールドホルダの開口部の端面には、周方向に延びる突条部が突設され、当該突条部の開口部貫通方向一方の面には、反射コーティング膜が形成され、
    　前記押えリングは、前記押えリングの反射コーティング膜形成面を前記シールドホルダの突条部の反射コーティング膜形成面に対向させた状態で、前記保護ガラスの外周部を前記突条部とで開口部貫通方向両側から挟むように前記開口部内に配設されていることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  3. 　請求項１又は２に記載のレーザ加工ヘッドにおいて、
    　前記光センサの数は、１つであることを特徴とするレーザ加工ヘッド。
  4. 　請求項３に記載のレーザ加工ヘッドと、
    　レーザ発振器と、
    　前記レーザ発振器により出射されたレーザ光を前記レーザ加工ヘッドに導く光ファイバと、
    　前記光センサによって検出された光量が、所定の閾値を超えたときに、所定の処理を行うコントローラとを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
  5. 　請求項４に記載のレーザ加工装置において、
    　前記所定の処理は、警告の出力であることを特徴とするレーザ加工装置。
  6. 　請求項４に記載のレーザ加工装置において、
    　前記所定の処理は、前記レーザ発振器のレーザ発振を停止させる制御であることを特徴とするレーザ加工装置。
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