(57)【要約】【課題】  レーザ加工機の集光レンズの汚れを焦点距離の変化により検出する技術を提供する。【解決手段】  レーザ共振器１０から出力されたレーザビームＬＢは、加工ヘッド５０内の集光レンズ１００で集光され、ノズル６０からテストピースＴＰに向けて照射される。レーザ加工機の制御装置は加工ヘッド５０をＺ軸方向に移動制御し、座標を記憶する。テストピースＴＰ上に焦点が一致すると、ブルーフレームＢＦが発生する。受光装置３００はブルーフレームを受光し、制御装置に信号を送る。集光レンズ１００に汚れが付着すると、蓄積熱でレンズが膨張し、焦点距離が短くなる。この変化により集光レンズの汚れを検出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ共振器から供給されるレーザビームを集光する集光レンズを備えた加工ヘッドと、集光されたレーザビームの焦点位置が加工物表面に一致したときに発生する強力な光を検知する光センサを備えたレーザ加工機であって、集光レンズの焦点位置の変化を検出することにより集光レンズの汚れを検出するレーザ加工機における集光レンズの汚れ検出方法。
【請求項２】
加工物を保持するテーブルと、テーブルに対して垂直方向の座標軸であるＺ軸方向に移動する加工ヘッドと、加工ヘッドの移動を制御するとともにＺ軸の座標位置を記憶する制御装置と、加工ヘッド内に装備されてレーザ共振器から供給されるレーザビームを集光する集光レンズと、集光レンズで集光されたレーザビームの焦点位置が加工物の表面に一致したときに発生する強力な光を検出し、制御装置に信号を送る受光装置とを備えたレーザ加工機であって、
制御装置は、正常な集光レンズを備えた加工ヘッドの焦点位置のＺ軸座標と集光レンズの汚れによる焦点位置のＺ軸座標を比較することにより集光レンズの汚れを検出するレーザ加工機における集光レンズの検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工機におけるトーチ内に装備される集光レンズの汚れの自動検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機においては、レーザ発振器から発振されたレーザビームを折り返しミラー等の有する光学系を介して加工用のトーチへ供給し、トーチ内の集光レンズでレーザビームを集光し、その焦点を加工物の表面近傍に合わせて加工を行う。
この光学系や集光レンズ等に異物の付着等の汚れが発生すると加工効率の低下原因となる。
下記の特許文献１は、光学系の汚れ等を検査する技術を開示し、特許文献２は、トーチ内の集光レンズの汚れの状態を監視するものを開示する。
【特許文献１】特開平９−２７１９６８号公報
【特許文献２】特開平９−５７４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献２に記載されたものは、レーザ加工ヘッドに撮像手段を設けて、集光レンズの汚れを光学的に検出するものである。
この手段にあっては、加工ヘッドの構造も複雑となり、撮像データの処理も必要となる。
本発明は、レーザ加工機に設けられている加工ヘッドの上下方向軸（Ｚ軸）の制御手段を利用して集光レンズの汚れの検出を行う方法と装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のレーザ加工機における集光レンズの汚れ検出方法は、基本的手段として、レーザ共振器から供給されるレーザビームを集光する集光レンズを備えた加工ヘッドと、集光されたレーザビームの焦点位置が加工物表面に一致したときに発生する強力な光を検知する光センサを備えたレーザ加工機であって、集光レンズの焦点位置の変化を検出することにより集光レンズの汚れを検出するものである。
【０００５】
そして、レーザ加工機における集光レンズの検出装置は、加工物を保持するテーブルと、テーブルに対して垂直方向の座標軸であるＺ軸方向に移動する加工ヘッドと、加工ヘッドの移動を制御するとともにＺ軸の座標位置を記憶する制御装置と、加工ヘッド内に装備されてレーザ共振器から供給されるレーザビームを集光する集光レンズと、集光レンズで集光されたレーザビームの焦点位置が加工物の表面に一致したときに発生する強力な光を検出し、制御装置に信号を送る受光装置とを備え、制御装置は正常な集光レンズを備えた加工ヘッドの焦点位置のＺ軸座標と集光レンズの汚れによる焦点位置のＺ軸座標を比較することにより集光レンズの汚れを検出するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、レーザ加工機の集光レンズに汚れが発生したときに集光レンズが熱膨張し、焦点距離が短縮する現象に着目し、簡単な手段で集光レンズの汚れを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明のレーザ加工機における集光レンズの汚れ検出装置の全体構成を示す説明図である。
全体を符号１で示す集光レンズの汚れ検出装置は、レーザ加工機の一部のベース２００上に設けた受光装置３００を備える。この受光装置３００は、受光センサ３１０を有し、集光されたレーザビームの焦点位置がテストピースＴＰ上で合致したときに発生させるブルーフレームＢＦと称される強い光を検知する。
【０００８】
レーザ加工機のレーザ共振器１０は、出力レンズ１２を介して光路２０へレーザビームＬＢを出力する。光路２０内には折り返しミラー３０等が配設され、レーザビームＬＢを加工ヘッド５０内へ導入する。
加工ヘッド５０は固定側の光路２０に対して、加工テーブルに垂直なＺ軸方向に移動制御される。
【０００９】
加工ヘッド５０内には、集光レンズ１００がとりつけられており、平行光状態で入力するレーザビームＬＢを集光し、ノズル６０からテストピースＴＰに向けて照射する。加工ヘッド５０をＺ軸方向に移動させてレーザビームの焦点がテストピースＴＰ上に合致すると、ブルーフレームＢＦを発生させる。
受光装置３００の受光センサ３１０は、ブルーフレームＢＦの発生を検知し、レーザ加工機の制御装置（図示せず）に通知する。制御装置は、ブルーフレームＢＦが発生したときのＺ軸の座標位置を記憶する。
【００１０】
図２は、本発明による集光レンズの汚れ検出方法を示す説明図である。図２の（ａ）は、新しい集光レンズ１００ａを装備した状態のレーザビームＬＢの焦点位置を示す。この状態にあっては、レンズ２００ａの上面は曲率半径Ｒ１を有する。そして、テストピースＴＰ上でブルーフレームが発生するＺ軸座標はＺ１となり、制御装置はこの座標を記憶する。
【００１１】
加工ヘッドを長時間使用すると、集光レンズ上面に異物が付着する。図２の（ｂ）はこの状態を示す。
集光レンズ上に異物Ｄ１が付着し、レンズ汚れが発生すると、レンズ２００ｂの光透過率が低下する。レンズ２００ｂの光透過率が低下すると、切断エネルギーが低下し、加工効率が低下する。
【００１２】
汚れが発生した集光レンズ２００ｂにあっては、透過しなかった光エネルギーが熱に変換され、レンズ内に蓄積される。
この蓄積熱により集光レンズ２００ｂは、熱膨張し、上面は凸に変形し、曲率半径Ｒ２は、新しい集光レンズ２００ａの曲率半径Ｒ１より小さくなる。
この状態にあっては、集光レンズ２００ｂの焦点位置は短縮される。その結果、加工ヘッドのＺ軸上の座標位置Ｚ２において焦点がテストピースＴＰ上に合致し、ブルーフレームが発生する。
【００１３】
制御装置は、このＺ軸上の座標位置の差Ｌ１が所定の距離となったときに、レンズ汚れが所定の値に達したものとして、アラーム表示等の処理を行う。
レーザ加工機は、新たなトーチに自動交換を行うか、又はレンズのクリーニング等の処置を求める。
【００１４】
このレンズ汚れの検出処理は、レーザ加工機の始動後の加工前、又は所定回数の加工を行う毎に行う等のタイミングを制御装置のＣＮＣ内部にパラメータとして設定しておけばよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】レーザ加工機の集光レンズの汚れ検出装置の説明図。
【図２】集光レンズの汚れ検出方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００１６】
１  集光レンズの汚れ検出装置
１０  レーザ共振器
２０  光路
３０  折り返しミラー
５０  加工ヘッド
６０  ノズル
１００  集光レンズ
３００  受光装置
【図１】
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【図２】
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