(57)【要約】【課題】  長期間に亘る使用についても信頼性を保証することができ、しかも加工用レーザ光を伝播する光ファイバの断線のみならず、レーザ光発生源に組み込まれた光学素子の損耗等をも有効に判定することが可能な加工用レーザ光監視手段を備えたレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】  加工用レーザ光監視手段が、前記加工用ヘッド部へと伝播された前記加工用のレーザ光の一部を前記装置本体部へと戻すための光戻し用の光ファイバと、前記装置本体部にあって、前記光戻し用の光ファイバから出射される戻り光を光電変換して検出する戻り光センサとを含む。【選択図】  図１
2010207901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体部と、レーザ加工用ヘッド部と、前記装置本体部と前記レーザ加工用ヘッド部とを繋ぐケーブルとを有し、
前記装置本体部には、加工用のレーザ光を生成するレーザ光源と、レーザ光源から出射される加工用のレーザ光をオンオフ可能なシャッタとが少なくとも含まれており、
前記ケーブルには、前記装置本体部のシャッタを介してオンオフされる加工用のレーザ光を前記レーザ加工用ヘッド部へと伝播させるための光ファイバが含まれており、かつ
前記レーザ加工用ヘッド部には、前記ケーブル内の前記光ファイバを介して導入された加工用のレーザ光を加工対象物に集光して照射するための光学系が含まれており、さらに
前記ケーブル内の光ファイバを介してレーザ加工用ヘッド部へと伝播された前記加工用のレーザ光の状態を前記装置本体部内の前記シャッタのオンオフ状態と連動して監視するための加工用レーザ光監視手段を有するレーザ加工装置であって、
前記加工用レーザ光監視手段が、
前記加工用ヘッド部へと伝播された前記加工用のレーザ光の一部を前記装置本体部へと戻すための光戻し用の光ファイバと、
前記装置本体部にあって、前記光戻し用の光ファイバから出射される戻り光を光電変換して検出する戻り光センサとを含む、ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記光戻し用の光ファイバが、前記ケーブル内に含まれている、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記ケーブルの終端と前記レーザ加工用ヘッド部とを結合するための終端結合部には、前記加工用の光ファイバの出射端と前記戻し用の光ファイバの入射端との間を光結合するための光学素子が含まれている、ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接、レーザ切断、レーザ孔明け等々と言ったレーザ加工に好適なレーザ加工装置に係り、特に、装置本体部とレーザ加工用ヘッド部とを分離しそれらの間を光ファイバを含むケーブルで結ぶようにしたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接、レーザ切断、レーザ孔明け等々と言ったレーザ加工に好適なレーザ加工装置は、従来より知られている。
【０００３】
この種の装置は、装置本体部と、レーザ加工用ヘッド部と、装置本体部とレーザ加工用ヘッド部とを繋ぐケーブルとを有する。
【０００４】
装置本体部には、加工用のレーザ光を生成するレーザ光源と、レーザ光源から出射される加工用のレーザ光をオンオフ可能なシャッタとが少なくとも含まれている。ケーブルには、装置本体部のシャッタを介してオンオフされる加工用のレーザ光をレーザ加工用ヘッド部へと伝播させるための光ファイバが含まれている。レーザ加工用ヘッド部には、ケーブル内の前記光ファイバを介して導入された加工用のレーザ光を加工対象物に集光して照射するための光学系が含まれている。
【０００５】
さらに、この装置には、ケーブル内の光ファイバを介してレーザ加工用ヘッド部へと伝播された前記加工用のレーザ光の状態を前記装置本体部内のシャッタのオンオフ状態と連動して監視するための加工用レーザ光監視手段が設けられ、これにより、加工用レーザ光を伝播するための光ファイバの断線、装置本体内光学素子の損耗等の異常を判定して適切な処置を採り得るように構成されている。
【０００６】
従来、加工用レーザ光監視手段としては、レーザ加工用ヘッド部内にあって、加工用ヘッド部へと伝播された加工用のレーザ光の一部を光電変換して検出するセンサと、このセンサから得られる電気信号をレーザ加工用ヘッド部から装置本体部へと戻すための戻し用の電気信号線とを含み、この戻し用の電気信号線を介して戻された電気信号に基づいて、光ファイバの断線を判定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
その他、加工用レーザ光を伝播する光ファイバの断線検出を目的として、装置本体部とレーザ加工用ヘッド部とを往復一対の検出用光ファイバで結ぶと共に、この検出用光ファイバの強度を加工用レーザ光の光ファイバと同等に設定し、装置本体側から往路光ファイバに入射された検出専用光が、レーザ加工用ヘッド部内で反射されて復路光ファイバから出射されるか否かを判定するものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３８７５１号公報
【特許文献２】特開２０００−４２７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の従来技術のうちの前者にあっては、センサにおける光電変換作用が正常である限り、加工用レーザ光のパルス列に対応したパルス列を有する電気信号が得られることから、得られた電気信号に基づいて、加工用レーザ光を伝播する光ファイバの断線のみならず、レーザ光発生源に組み込まれた光学素子の損耗等をも判定可能である反面、センサ自体の故障や劣化に対しては為す術がないため、長期間に亘る使用における信頼性は比較的に低いと言わざるを得ない。
【００１０】
一方、上述の従来技術のうちの後者にあっては、往路光ファイバで送った検出専用光それ自体を復路光ファイバで戻すものであるから、途中に光電変換作用を伴うセンサが存在しないため、その分だけ長期の使用に亘る信頼性は高いが、その反面、レーザ加工用ヘッドに送り込まれる光は、加工用レーザ光とは別の検出専用光であるから、加工用レーザ光を伝播する光ファイバの断線判定には有効であるが、加工用レーザ光の光源に含まれる光学素子の損耗判定等には供し得ない。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、長期間に亘る使用についても信頼性を保証することができ、しかも加工用レーザ光を伝播する光ファイバの断線のみならず、レーザ光発生源に組み込まれた光学素子の損耗等をも有効に判定することが可能な加工用レーザ光監視手段を備えたレーザ加工装置を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の技術的課題は、以下の構成を有するレーザ加工装置により有効に解決されると考えられる。
【００１４】
すなわち、この装置は、装置本体部と、レーザ加工用ヘッド部と、前記装置本体部と前記レーザ加工用ヘッド部とを繋ぐケーブルとを有し、前記装置本体部には、加工用のレーザ光を生成するレーザ光源と、レーザ光源から出射される加工用のレーザ光をオンオフ可能なシャッタとが少なくとも含まれており、前記ケーブルには、前記装置本体部のシャッタを介してオンオフされる加工用のレーザ光を前記レーザ加工用ヘッド部へと伝播させるための光ファイバが含まれており、かつ前記レーザ加工用ヘッド部には、前記ケーブル内の前記光ファイバを介して導入された加工用のレーザ光を加工対象物に集光して照射するための光学系が含まれており、さらに前記ケーブル内の光ファイバを介してレーザ加工用ヘッド部へと伝播された前記加工用のレーザ光の状態を前記装置本体部内の前記シャッタのオンオフ状態と連動して監視するための加工用レーザ光監視手段を有するレーザ加工装置であって、前記加工用レーザ光監視手段が、前記加工用ヘッド部へと伝播された前記加工用のレーザ光の一部を前記装置本体部へと戻すための光戻し用の光ファイバと、前記装置本体部にあって、前記光戻し用の光ファイバから出射される戻り光を光電変換して検出する戻り光センサとを含む、ことを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、前記光戻し用の光ファイバから出射される戻り光は、前記加工用ヘッド部へと伝播された加工用レーザ光の一部そのものであるから、この戻り光には、加工用レーザ光のパルス列に対応したパルス列が含まれている。そのため、この戻り光を光電変換する戻り光センサから得られる電気信号によれば、加工用レーザ光を伝播する光ファイバの断線のみならず、レーザ光発生源に組み込まれた光学素子の損耗等をも判定することができる。
【００１６】
しかも、加工用レーザ光の一部そのものが戻り光として戻されるのであるから、レーザ加工用ヘッド部の側には光電センサ等の経年劣化する部品は不要であるから、長期間に亘る使用についても、信頼性を保証することができるのである。
【００１７】
上述の装置の好ましい実施の形態としては、前記光戻し用の光ファイバが、前記ケーブル内に含まれていてもよい。
【００１８】
このような構成によれば、何らかの強大な負荷がケーブルに加わって、加工用レーザ光をレーザ加工用ヘッド部へと送り出すための光ファイバが断線するようなときには、これと一緒に光戻し用の光ファイバも断線するであろうから、そのような断線事故をより一層確実に判定することができる。
【００１９】
このとき、前記ケーブルの終端と前記レーザ加工用ヘッド部とを結合するための終端結合部に、前記加工用の光ファイバの出射端と前記戻し用の光ファイバの入射端との間を光結合するための光学素子が含まれていれば、終端結合部にケーブルを挿入固定するだけで、加工用の光ファイバと光戻し用の光ファイバとを簡単に光結合させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、前記光戻し用の光ファイバから出射される戻り光は、前記加工用ヘッド部へと伝播された加工用レーザ光の一部そのものであるから、この戻り光には、加工用レーザ光のパルス列に対応したパルス列が含まれている。そのため、この戻り光を光電変換する戻り光センサから得られる電気信号によれば、加工用レーザ光を伝播する光ファイバの断線のみならず、レーザ光発生源に組み込まれた光学素子の損耗等をも判定することができ、しかも、加工用レーザ光の一部そのものが戻り光として戻されるのであるから、レーザ加工用ヘッド部の側には光電センサ等の経年劣化する部品は不要であるから、長期間に亘る使用についても、信頼性を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の全体を示す構成図である。
【図２】レーザ加工ヘッド部の拡大断面図である。
【図３】終端結合部の拡大断面図である。
【図４】戻り光に基づく監視態様の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係るレーザ加工装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
本発明に係るレーザ加工装置の全体を示す構成図が図１に示されている。同図に示されるように、このレーザ加工装置は、装置本体部１と、レーザ加工用ヘッド部２と、装置本体部１とレーザ加工用ヘッド部２とを繋ぐケーブル３とを含んで構成される。ここで、ケーブル３の長さとしては、数ｍ〜５０ｍ程度とすることができる。
【００２４】
装置本体部１には、加工用のレーザ光を生成するレーザ光源（詳細は後述する）と、レーザ光源から出射される加工用のレーザ光をオンオフ可能なシャッタ（図では、外部シャッタ１１３が相当）とが含まれている。
【００２５】
レーザ光源について詳述すると、符号１０１で示されるものはガイド光発振器であって、ガイド光としてＨｅＮｅレーザを出射する。こうして出射されたレーザ光は、折り返しミラー１０２、１０３を経由して、加工用レーザ光であるＹＡＧレーザ光の発振器へと導入される。すなわち、ＹＡＧレーザ発振器は、共振器（ＨＲ）１０４と共振器（ＯＣ）１０８との間に、第１共振器シャッタ１０５、第１集光器１０６、第２共振器シャッタ１０７を配置することで構成される。
【００２６】
こうして得られた加工用レーザ光であるＹＡＧレーザ光は、さらに、第２集光器１０９、折り返しミラー１１０、折り返しミラー１１１、エネルギモニタ１１２、外部シャッタ１１３、入射光学部１１４を経由した後、ケーブル３内へと導入される。
【００２７】
なお、この装置本体１は、４系統のレーザ加工用ヘッド部２に対応しており、図ではそれらのうちの１系統（Ａ系）のみが示されている。図中破線に示されるように、その他Ｂ系，Ｃ系，Ｄ系に関しても、エネルギモニタ１１２、外部シャッタ１１３、入射光学部１１４が設けられている。
【００２８】
それら各系（Ａ系，Ｂ系，Ｃ系，Ｄ系）への切り替えは、折り返しミラー１１０から折り返しミラー１１３に至る光路に介在された３つの光路切替器１１６，１１７，１１８を選択的に作動することによって実施される。なお、１１９ａ，１１９ｂ，１１９ｃ，１１９ｄは、Ａ系，Ｂ系，Ｃ系，Ｄ系のそれぞれにおける入射観察光学部である。
【００２９】
装置本体部１内には、さらに本発明に関連して、新たに、戻り光センサユニット１１５が設けられている。この戻り光センサユニット１１５には、Ａ系，Ｂ系，Ｃ系，Ｄ系のそれぞれに対応して、４個の入射ポート１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄが設けられている。これらの入射ポート１１５ａ〜１１５ｄには、ケーブル３から分岐された各系の戻り光用ファイバ３２が接続可能とされている。
【００３０】
戻り光センサユニット１１５内には、各入射ポート１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄのそれぞれに対応して、４個の光電センサ（図示せず）が内蔵されている。そしてこれらの光電センサのそれぞれによって、各入射ポート１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ，１１５ｄから導入される戻り光は、対応する強度の電気信号に変換される。こうして変換により得られた電気信号が、後述する所定の監視動作に供されることとなる。
【００３１】
一方、図２に示されるように、ケーブル３内には、加工用レーザ光をレーザ加工用ヘッド部２へと伝播するための加工用ファイバ３１と、加工用ヘッド部２へと伝播された加工用のレーザ光の一部を装置本体部１へと戻すための光戻し用の戻り光用ファイバ３２とが収容されている。このようなケーブル３は、終端結合部２１を介してレーザ加工用ヘッド部２へと結合される。
【００３２】
レーザ加工用ヘッド部２には、加工用ファイバ３１の終端から出射された加工用レーザ光を平行光に変換するコリメータ機能を有する第１のレンズユニット２２と、第１のレンズユニット２２で平行光線化された加工用レーザ光を、集光して、図示しない加工対象物に照射するための第２のレンズユニット２３とが内蔵されている。こうして、第２のレンズユニット２３の作用によって、図示しない加工対象物に対してレーザ光Ｌが照射され、これによりレーザ溶接、レーザ切断、レーザ穴明けなどといったレーザ加工が適宜に実施されることとなる。
【００３３】
終端結合部２１の拡大断面図が図３に示されている。同図に示されるように、終端結合部２１は、円筒状結合部ケース２１ａ内に、ファイバ固定金具２１ｂを介して、加工光用ファイバ３１及び戻り光用ファイバ３２を固定するように構成されている。そして、加工用ファイバ３１の先端部（出射端部）と戻り光用ファイバ３２の先端部（入射端部）との間には、所定の光伝達率をもって、それらの間を光結合するための終端光学素子２１ｃが介在されている。これにより、ケーブル３を終端結合部２１内に挿入固定するだけで、加工光用ファイバ３１の出射端と、戻り光用ファイバ３２の入射端との間を所定の光伝達率をもって簡単に光結合させることができるようになっている。
【００３４】
そのため、入射光学部１１４（図１参照）からケーブル３内の加工用ファイバ３１へと導入された加工用レーザ光は、加工用ファイバ３１内を伝播して、レーザ加工用ヘッド部２へと到達し、第１のレンズユニット２２及び第２のレンズユニット２３を介して、加工対象物へとレーザ光Ｌとなって照射される。
【００３５】
同時に、レーザ加工用ヘッド部２へと到達した加工用レーザ光の一部は、戻り光用ファイバ３２の入射端へと導入され、戻り光用ファイバ３２を伝播されて、装置本体部１へと戻され、その後ケーブル３から分岐されて、戻り光センサユニット１１５の４個の入射ポート１１５ａ〜１１５ｄの対応する１つへと結合されるのである。
【００３６】
次に、戻り光に基づく監視態様の一例を示す説明図が図４に示されている。いま仮に、加工用レーザ光に関して出射指令が内部生成されると（同図（ａ）参照）、検知期間を規定するオフディレータイマが内部起動され（同図（ｂ）参照）、それよりも僅かに遅れて、加工用レーザ光パルスの出力が開始される（同図（ｃ）参照）。
【００３７】
ケーブルの断線もなくかつ装置本体部内の光学要素のすべてが正常であれば、光路Ａ選択状態にあっては（同図（ｄ）参照）、オフディレータイマがオフする時刻ｔ１より以前に、これに対応するパルス列をもって、センサＡ（入力）が現れる（同図（ｅ）参照）。そのため、センサＡ検知用の内部リレーが作動して（同図（ｇ）参照）、時刻ｔ１において正常判定が行われる。
【００３８】
これに対して、ケーブル３の断線などを原因として、時刻ｔ１以前に戻りレーザ光中に対応するパルス列が現れないと（同図（ｆ）参照）、時刻ｔ１が経過した時点で、異常判定が行われ（同図（ｈ）参照）、非常停止出力が発せられて、装置本体部１からの加工用レーザ光の出射は禁止される。
【００３９】
同様にして、非選択状態である光路Ｂ系において（同図（ｉ）参照）、センサＢの入力中にケーブルの断線もなくかつ装置本体部内の光学要素のすべてが正常であれば観察されるはずのないパルスが現れると（同図（ｊ）参照）、時刻ｔ２においてミラー破損との判定が行われ、その旨の出力が発せられることとなる（同図（ｋ）参照）。
【００４０】
このように、このような監視態様によれば、戻り光センサユニット１１５に内蔵される４個の光電センサ（Ａ系，Ｂ系，Ｃ系，Ｄ系）から出力される電気パルスを、当初の出力パルス（光）（同図（ｃ）参照）と照合することによって、ケーブル３の断線のみならず、装置本体部１に内蔵される各種の光学要素における故障や劣化を個別に判断することが可能となるのである。
【００４１】
しかも、この実施形態によれば、図２に示されるように、レーザ加工用ヘッド部２内には、光電変換に必要な電気光学素子等は一切不要であるから、それらの光学素子の故障や経年劣化を配慮する必要がなくなり、長期にわたり信頼性の高い断線監視、光学素子の損耗監視が可能となるのである。
【００４２】
なお、以上の実施形態においては、ケーブル３内に加工用ファイバ３１と戻り光用ファイバ３２との双方を内蔵するようにしたが、これらは別々の２本のケーブルとして、両者を束ねるようにしてもよいであろう。
【００４３】
また、以上の実施形態においては、Ａ系統、Ｂ系統、Ｃ系統、Ｄ系統からなる４系統の加工用レーザ光を扱う装置として構成したが、もちろん単純な１系統のみの装置として構成してもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、装置本体部とレーザ加工用ヘッド部とを分離しそれらの間を光ファイバを含むケーブルで結ぶようにしたレーザ加工装置において、ケーブルの断線やレーザ光源に含まれる光学素子の損耗検知のために利用することできる。
【符号の説明】
【００４５】
１      装置本体部
２      レーザ加工用ヘッド部
３      ケーブル
２１    終端結合部
２１ａ  結合部ケース
２１ｂ  ファイバ固定金具
２１ｃ  終端光学素子
２２    第１のレンズユニット
２３    第２のレンズユニット
３１    加工光用ファイバ
３２    戻り光用ファイバ
１０１  ガイド光発振器
１０２  折り返しミラー
１０３  折り返しミラー
１０４  共振器（ＨＲ）
１０５  第１共振器シャッタ
１０６  第１集光器
１０７  第２共振器シャッタ
１０８  共振器（ＯＣ）
１０９  第２集光器
１１０  折り返しミラー
１１１  折り返しミラー
１１２  エネルギモニタ
１１３  外部シャッタ
１１４  入射光学部
１１５  戻り光センサユニット
１１５ａ〜１１５ｄ  Ａ系〜Ｄ系の入射ポート
１１６〜１１８      光路切替器
１１９ａ〜１１９ｄ  入射観察光学部
Ｌ      レーザ光
【図１】
2010207901.tif 000003
【図２】
2010207901.tif 000004
【図３】
2010207901.tif 000005
【図４】
2010207901.tif 000006