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    公开号:WO1990007397A1
    申请号:PCT/JP1989/001163
    申请日:1989-11-15
    公开日:1990-07-12
    发明作者:Nobuaki Iehisa；Etsuo Yamazaki
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:B23K26-00
    专利说明:
    [0001] 明 細細 レーザ加工装置 技 術 分 野
    [0002] 本発明はレーザ光を照射してヮ一クを加工するレーザ加工 装置に関し、 特に反射レーザ光による光学部品の損傷及びヮ 一クの加工不良を防止可能なレーザ加工装置に関する。 背 景 技 術
    [0003] レーザ加工装置はレーザ光を集光レンズ等によってワーク の一点に照射し、 照射した部分の温度を上昇させて加工を行 う。 非常に小さいスポ ッ トに絞って照射した部分を蒸発させ ることによって穴あけ、 切断等の加工を行い、 ま.た焦点を僅 かにずらすことによってワークを溶融状態に停めて溶接を行 う ことができる。 したがって、 ワークの材質の硬度によらず 種々の加工が可能である。
    [0004] —方、 銅やアルミ 二ゥム等の金属は常温ではレーザ光の吸 収率が低いために、 レーザ光の照射を受けた直後においては その 8 0 %以上を反射してしまう。 しかし、 一旦加熱される と吸収率が高まり、 加工が可能になる。 具体的データの一例 を第 4図 （ a ) 及び （ b ) に示す。
    [0005] 第 4図 （ a ) はレーザ光のワークへの吸収度の変化を示し たグラフである。 レーザ光は C O 2 ガスレーザ光、 ワークは アルミ ニウムを使用している。 4 0 はワークへ照射された入 射レーザ光の特性であり、 時刻 t 0から時刻 t 2の幅で、 レ ベル P i をピーク値とするパルス波形である。 4 1は反射レ 一ザ光の特性である。 反射レーザ光のレベルは時刻 t 0より 入射レーザ光と同レベルでレベル P rまで上昇するが、 その 後ワークの吸収率が上がるため、 反射レーザ光のレベルは時 刻 t 1付近で急激に減少する。
    [0006] この場合の反射率の変化を第 4図 （b ) に示す。 図におい て、 時刻 t 0〜 t 2はそれぞれ第 4図 （ a ) の同じ記号の時 刻に相当している。 図に示すように、 照射当初の反射率は 1 に近く、 時刻 t 1で略 0に低下し、 レーザ光の照射が終了す ると再び 1 に近づく。
    [0007] ところで、 上述した反射レーザ光は集光レンズ、 ベンダミ ラー等を通って、 出力鏡から再び発振器内に帰還される。 こ のため、 第 4図 （ a ) に示した反射レーザ光のピーク値のレ ベル P rが高い場合には、 発振器内のレーザパワーの異常上 箅によって光学部品を破損させることがある。
    [0008] また、 反射レーザ光のレベルが高い状態、 すなわち反射率 が高い状態では良好な加工は行えない。 発 明 の 開 示
    [0009] 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 反射 レーザ光による光学部品の損傷、 及びヮークの加工不良を防 止するレーザ加工装置を提供することを目的とする。
    [0010] 本発明では上記課題を解決するために、
    [0011] レーザ光を出力してワーク表面に照射し、 前記ワークを加 ェするレーザ加工装置において、 前記ワーク表面での反射に よってレーザ発振器内に帰還される反射レーザ光のレベルを 検出する反射光検出手段と、 前記反射レーザ光のレベルが所 定値以上に上昇した場合に、 前記レーザ発振器の動作と、 ヮ ークあるいはノ ズル部の移動を停止させ、 表示装置にアラー ムを表示させる異常検出手段と、 を有することを特徵とする レーザ加工装置が提供される。
    [0012] 反射光検出手段によって、 レーザ発振器内に帰還される反 射レーザ光のレベルをモニタする。 異常反射が生じた場合に はモニタ値が所定値以上に上昇するので、 これを異常検出手 段によって検出してレーザ発振器の動作とワーク及びノ ズル の移動を停止し、 同時に表示装置にアラームを表示する。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図は本発明の第 1の実施例のレ一ザ加工装置のプロ ッ ク図、
    [0013] 第' 2図は本発明の第 1の実施例のレーザ加工装置における レーザ出力と しきい値に関するグラフ、
    [0014] 第 3図は本発明の第 2の実施例におけるレーザ出力としき い値に関するグラフ、
    [0015] 第 4図 （ a ) はレーザ光のワークへの吸収度の変化を示し たグラ フ、
    [0016] 第 4図 （ b ) は反射率の経時的変化を示したグラ フである。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0017] 第 1図は本発明の第 1の実施例の C 0 2 ガスレーザ発振器 を使用したレーザ加工装置のプロック図である。 図において， プロセッサ 1は図示されていない R O Mに格納された制御プ ログラ ムに従ってメ モ リ 1 2に格納された加工プログラムを 読み出し、 レーザ加工装置全体を制御する。 出力制御回路 2 はプロセッサ 1から出力された出力指令値を電流指令値に変 換して出力し、 その内部にディ ジタル値をアナログ出力に変 換する D Aコンバ一タを内蔵している。 レーザ用電源 3は商 用電源を整流した後、 出力制御回路 2からの指令に応じた高 周波の電圧を出力する。
    [0018] 放電管 4の内部にはレーザガスが循環しており、 レーザ用 電源 3から高周波電圧が印加されると、 放電を生じてレーザ ガスが励起される。 リ ア鏡 5は反射率 9 9 . 5 %のゲルマ二 ゥ ム （G e ) 製の鏡、 出力鏡 6は反射率 6 5 %のジンクセレ ン （ Z n S e ) 製の鏡であり、 これらはフアブリペロー型共 振器を構成し、 励起されたレーザガス分子から放出される 1 0 . 6 i mの光を増幅させて一部を出力鏡 6からレーザ光 7 として外部に出力する。
    [0019] レーザ光 7はベンダミ ラー 8で方向を変え、 集光レンズ 9 によって 0 . 2 m m以下のスポッ トに集光されてワーク 1 0 の表面に照射される。 1 1はワーク 1 0の表面で反射される 反射レーザ光であり、 集光レンズ 9、 ベンダミ ラー 8、 出力 鏡 6を通って再び放電管 4内に戻る。
    [0020] メ モ リ 1 2は加工プログラム及びパラメ ータ等を格納する メモ リであり、 ノ ッテ リ ノ ッ クアップされた C M〇 S等が使 用される。 位置制御回路 1 3はプロセッサ 1から出力された 位置指令値を解読し、 サ一ポアンプ 1 4を介してサ一ボモー タ 1 5を回転制御し、 ボールス ク リ ュ ー 1 6及びナッ ト 1 7 によってテーブル 1 8の移動を制御し、 ワーク 1 0の位置を 制御する。 表示装置 1 9 には C R T或いは液晶表示装置等が 使用される。
    [0021] 2 0 はリア鏡 5から 0 . 5 %の透過率で出力されるモニタ 用レーザ光である。 モニタ用レーザ光 2 0の出力レベル、 す なわちモニタ値はレーザ光 7 と反射レーザ光 1 1 とを重畳し た値に相当し、 これを測定することによつて反射レーザ光 1 1の変動を検出できる。
    [0022] このモニタ値はパワーセンサ 2 1 によって測定される。 ノ、。 ヮ ーセ ンサ 2 1 には熱電あるいは光電変換素子等が用いられ る。 パワーセ ンサ 2 1の出力は増幅器 2 2で増幅及びディ ジ タル変換された後、 プロセッサ 1 に出力され、 後述するしき い値と比較される。
    [0023] 第 2図はレーザ出力としきい値に関するグラフである。 図 において、 横軸はパルスデューティ、 縦軸はレーザ光のレべ ルである。 P cは加工プログラムによって指令された連続発 振時の基本指令値である。 パルス発振時には基本指令値 P c の他にパルスデューティが指定され、 パルスデューティの値 に比例した特性のパルス発振指令 3 0が指令される。 この場 合、 ノ、 'ルスデューティが小さい領域ではパルスェンハンス率 が高いので、 レーザ光の出力特性は 3 1のようになる。 3 2 は発振器の光学部品の使用限界特性であり、 パルスデューテ ィの値によらず一定の損傷しきい値 P £で表される。
    [0024] これに射して、 実際に加工を行うと、 正常な加工時でも反 射レーザ光のためにモニタ値が上昇し、 モニタ特性は 3 3に 示すような特性となる。 例えばパルスデューティ D 1でレー ザ光を発振させるとモニタ値は P in 3 3となる。
    [0025] 一方、 ワークの異常反射が生じた場合のモニタ特性は 3 4 で表され、 パルスデューティ D 1でのモニタ値は P m 3 4と なって損傷しきい値 P ^よりも高くなる。 本実施例ではこの 状態をプロセッサ 1が検知して、 レーザ発振及びワークの移 動を停止させる。 これにより、 リア鏡 5、 出力鏡 6等の光学 部品の損傷を防止することができる。 また、 同時に表示装置 1 9 にアラームを表示し、 オペレータに異常状態を知らせる c 次に本発明の第 2の実施例について説明する。 第 1の実施 例と異なる点はしきい値の設定方法である。 したがって、 ハ 一ドウエアの構成については第 1図と同様であり、 説明を省 略する。
    [0026] 第 3図は本実施例におけるレーザ出力としきい値に関する グラフである。 図において、 撗軸はパルスデューティ、 縦軸 はレーザ光のレベルである。 本図において、 第 2図の記号と 同じ記号を記したものは同じ意味であるので説明を省略する < ここで、 比較的小さいパルスデューティ付近のモニタ特性 は 3 5に示す特性になり、 例えばパルスデュ一ティ D 2でレ 一ザ光を発振させるとモニタ値は P m 3 5となる。
    [0027] —方、 ワークの異常反射が生じた場合のモニタ特性は 3 6 に示す特性になり、 モニタ値は P m 3 6 となる。 このように、 パルスデュ一ティ D 2の値が小さいので、 異常反射時でもモ ニタ値 P m 3 6は損傷しきい値 P ^以下である。 しかし、 実 際には異常反射のためにワークにレーザ光が充分に吸収され ず、 良好な加工はできない。 したがって、 本実施例では 3 7 に示す許容レーザ出力特性をしきい値として異常反射を検出 している。 許容レーザ出力特性 3 7は、 正常加工時の範囲で 予測される最大の出力レベルを指令値に基づいて算出した特 性であり、 次式
    [0028] P u - P c x O x D+ a
    [0029] ( (P c X〇 x D + ") く P £のとき）
    [0030] P u = P
    [0031] ( (P c x O x D+ α) ≥ Ρ ^のとき）
    [0032] 但し、 P u ： 許容レーザ出力最大値
    [0033] 〇 ： 出力オーバライ ド値
    [0034] D ： ノ、。ルスデューティ値
    [0035] ： ノ、。ラメ ータ
    [0036] で求められる。 なお、 パラメ ータ《の値は被加工物の材質及 び表面状態等に応じて異なった値が設定される。
    [0037] 具体的には、 例えばパルスデューティ D 2 における許容レ 一ザ出力最大値は P u 3 7である。 本実施例では、 モニタ値 Pm 3 6が許容レーザ出力最大値 P u 3 7を越えていること をプロセ ッサが検知して、 レーザ発振及びヮークの移動を停 止させる。 これによりワークの不良加工を防止できる。 また、 同時に表示装置にアラームを表示し、 オペレータ に異常状態 を知らせる。
    [0038] 以上説明したように本発明では、 反射レーザ光のレベルが 予め設定されたしきい値を越えた場合には、 異常状態である と検知して自動的にレーザ発振及びワークの移動を停止させ る。 こ こで、 検知するときのしきい値を光学部品の損傷しき い値に設定することによって、 光学部品の損傷を防止するこ とができる。 同時に、 表示画面にアラームを表示するのでォ ペレータは異常事態を早期に発見することができる。
    [0039] また、 しきい値を正常加工時の範囲で予測される最大の出 力値に設定することによって、 ワークの加工不良を防止する ことができる。 この場合も同時に表示画面にアラームが表示 されてオペレータが異常事態をすぐに発見することができる, これにより、 ワークの損失を最小限に停めることができ、 加工能率及び経済性が向上する。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. レーザ光を出力してワーク表面に照射し、 前記ワーク を加工するレーザ加工装置において、
    前記ワーク表面での反射によってレーザ発振器内に帰還さ れる反射レーザ光のレベルを検出する反射光検出手段と、 前記反射レーザ光のレベルが所定値以上に上昇した場合に、 前記レーザ発振器の動作と、 ワークあるいはノ ズル部の移動 を停止させ、 表示装置にアラームを表示させる異常検出手段 と、
    を有するこ とを特徴とするレーザ加工装置。
    2. 前記所定値は前記レーザ発振器を構成する光学部品の 使用限界を決定する損傷しきい値であることを特徴とする特 許請求の範囲第 1項記載のレーザ加工装置。
    3. 前記所定値は正常加工時の範囲で予測される最大の出 力値であることを特徵とする特許請求の範囲第 1項記載のレ —ザ加工装置。
    4. 前記最大の出力値は、 次式
    P u = P c x O x D + «r
    ( ( P c x O x D + α) < P £のとき）
    P u = P £
    ( ( P c x O x D + α) ≥ P ^のとき）
    但し、 P u ： 前記最大の出力値
    P c ： 連続発振時の指令値
    . p a ： 前記損傷しきい値
    〇 ： 出カオ一バライ ド値 D ：ノ、。ルスデューティ値
    oc ： 被加工物の材質及び表面状態で決定される パラメ ータ
    で求められることを特徴とする特許請求の範囲第 1項記載の レーザ加工装置。
    5 . 前記反射光検出手段は、 前記レーザ発振器のリア鏡よ り透過させたモニタ用レーザ光を入力して前記反射レーザ光 のレベルを検出することを特徵とする特許請求の範囲第 1項 記載のレーザ加工装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE68912321D1|1994-02-24|
    CA2004677A1|1990-06-29|
    US5059760A|1991-10-22|
    EP0407598B1|1994-01-12|
    JP2771569B2|1998-07-02|
    JPH02179374A|1990-07-12|
    EP0407598A1|1991-01-16|
    EP0407598A4|1991-04-10|
    DE68912321T2|1994-05-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-07-12| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1990-07-12| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1990-08-01| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989912658 Country of ref document: EP |
    1991-01-16| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989912658 Country of ref document: EP |
    1994-01-12| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989912658 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP63332535A|JP2771569B2|1988-12-29|1988-12-29|レーザ加工装置|
    JP63/332535||1988-12-29||DE89912658T| DE68912321T2|1988-12-29|1989-11-15|Bearbeitungsvorrichtung mit laser.|
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