(57)【要約】【課題】レーザ加工の開始前に、レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化を検出する方法及び装置を提供する。【解決手段】レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法であって、レーザ加工ヘッド１に対して着脱自在なアタッチメント本体２３に備えた投光手段２５から前記保護ガラス１３へ投光された測定光の反射光量を前記アタッチメント本体２３に備えた受光センサ２７によって検出し、この受光センサ２７の検出値と予め設定された基準値とを比較して、前記保護ガラス１３の劣化を検出する。検出装置は、前記保護ガラス１３へ測定光を投光する投光手段２５及び前記保護ガラス１３からの測定光の反射光量を検出する受光センサ２７を備え、かつ前記レーザ加工ヘッド１に着脱自在なアタッチメント本体２３と、予め設定された基準値を格納したメモリ３７と、上記メモリ３７に格納された前記基準値と前記受光センサ２７の検出値とを比較する比較手段４１と、を備えている。【選択図】図１
2011104643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法であって、レーザ加工ヘッドに対して着脱自在なアタッチメント本体に備えた投光手段から前記保護ガラスへ投光された測定光の反射光量を前記アタッチメント本体に備えた受光センサによって検出し、この受光センサの検出値と予め設定された基準値とを比較して、前記保護ガラスの劣化を検出することを特徴とするレーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法。
【請求項２】
レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法であって、レーザ加工ヘッドに対して着脱自在なアタッチメント本体に備えた投光手段から前記保護ガラスへ測定光を投光すると共に前記保護ガラスにレーザ光を透過し、前記保護ガラスからの測定光の反射光量を前記アタッチメント本体に備えた受光センサによって検出した検出値と予め設定された基準値とを比較して、前記保護ガラスの劣化を検出することを特徴とするレーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法。
【請求項３】
レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法であって、レーザ加工ヘッドに対して着脱自在なアタッチメント本体に備えた投光手段から前記保護ガラスへ投光された測定光の反射光量を前記アタッチメント本体に備えた受光センサによって検出し、この受光センサの検出値と予め設定された第１の基準値とを比較して、前記保護ガラスの劣化を検出し、前記保護ガラスにレーザ光を透過した後の前記受光センサの検出値と予め設定された第２の基準値とを比較して前記保護ガラスの劣化を検出することを特徴とするレーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法。
【請求項４】
レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出装置であって、前記保護ガラスへ測定光を投光する投光手段及び前記保護ガラスからの測定光の反射光量を検出する受光センサを備え、かつ前記レーザ加工ヘッドに着脱自在なアタッチメント本体と、予め設定された基準値を格納したメモリと、上記メモリに格納された前記基準値と前記受光センサの検出値とを比較する比較手段と、を備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出装置において、前記保護ガラスにレーザ光を透過した後の前記受光センサの検出値と比較する第２の基準値を格納したメモリを備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のレーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出装置において、前記アタッチメント本体に、ビームダンパを備えていることを特徴とするレーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出装置。
【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レーザ加工ヘッドに備えられた保護ガラスの劣化検出方法及び装置に係り、さらに詳細には、レーザ加工を開始するに先立って保護ガラスの劣化を検出することのできる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置におけるレーザ加工ヘッドには集光レンズが備えられており、この集光レンズにレーザ加工時に生じたスパッタや塵埃等が付着することを防止するために、前記レーザ加工ヘッドには透明な保護ガラスが備えられている。前記保護ガラスにスパッタや塵埃等が付着し劣化（汚損）すると、レーザ光を吸収して発熱し、熱歪みを生じてレーザ加工の不良や破損を生じることがある。
【０００３】
そこで、保護ガラスが劣化したことを検出する種々の手段が講じられている（例えば特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２２９６２号公報
【特許文献２】特開２００６−５５８７９号公報
【特許文献３】特公平７−１６７９５号公報
【特許文献４】特開２００２−３６１４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載の発明は、レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズと保護レンズとの間の空間の圧力変化を圧力センサによって検出し、圧力低下時に保護レンズが損傷したものとして検出するものである。したがって、保護レンズにスパッタ等が付着して劣化が進行し損傷しないと検出することができないという問題がある。
【０００６】
特許文献２に記載の発明は、レーザ加工時に保護レンズの温度上昇を検出して、保護ガラスの劣化を検出するものであるから、レーザ加工を開始した後に劣化を検出できるものであり、事前に検出することができないという問題がある。
【０００７】
特許文献３に記載の発明は、保護ガラスに付着したスパッタ等によって反射されたレーザ光が保護ガラス内での反射を繰り返して側方に進み、保護ガラスの境界面から出た透過光を検出するものである。したがって、レーザ加工時に保護ガラスの劣化を検出することができるものの、レーザ加工前に保護ガラスの劣化を検出することができないという問題がある。
【０００８】
特許文献４に記載の発明は、保護ガラスに付着したスパッタ等によってレーザ光が乱反射されることを、レーザ加工ヘッドに備えたセンサによって検出すると共に、保護ガラスの温度を検出するものである。したがって、保護ガラスの劣化を事前に検出することができないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述のごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法であって、レーザ加工ヘッドに対して着脱自在なアタッチメント本体に備えた投光手段から前記保護ガラスへ投光された測定光の反射光量を前記アタッチメント本体に備えた受光センサによって検出し、この受光センサの検出値と予め設定された基準値とを比較して、前記保護ガラスの劣化を検出することを特徴とするものである。
【００１０】
また、レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法であって、レーザ加工ヘッドに対して着脱自在なアタッチメント本体に備えた投光手段から前記保護ガラスへ測定光を投光すると共に前記保護ガラスにレーザ光を透過し、前記保護ガラスからの測定光の反射光量を前記アタッチメント本体に備えた受光センサによって検出した検出値と予め設定された基準値とを比較して、前記保護ガラスの劣化を検出することを特徴とするものである。
【００１１】
また、レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出方法であって、レーザ加工ヘッドに対して着脱自在なアタッチメント本体に備えた投光手段から前記保護ガラスへ投光された測定光の反射光量を前記アタッチメント本体に備えた受光センサによって検出し、この受光センサの検出値と予め設定された第１の基準値とを比較して、前記保護ガラスの劣化を検出し、前記保護ガラスにレーザ光を透過した後の前記受光センサの検出値と予め設定された第２の基準値とを比較して前記保護ガラスの劣化を検出することを特徴とするものである。
【００１２】
また、レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化検出装置であって、前記保護ガラスへ測定光を投光する投光手段及び前記保護ガラスからの測定光の反射光量を検出する受光センサを備え、かつ前記レーザ加工ヘッドに着脱自在なアタッチメント本体と、予め設定された基準値を格納したメモリと、上記メモリに格納された前記基準値と前記受光センサの検出値とを比較する比較手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、前記保護ガラスの劣化検出装置において、前記保護ガラスにレーザ光を透過した後の前記受光センサの検出値と比較する第２の基準値を格納したメモリを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、前記保護ガラスの劣化検出装置において、前記アタッチメント本体に、ビームダンパを備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ加工を開始する前に保護ガラスの劣化を検出することができる。したがって、保護ガラスの劣化を知ることなくレーザ加工を行って不良を生じることを未然に防止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る劣化検出アタッチメントを装着した状態のレーザ加工ヘッドの断面説明図である。
【図２】機能ブロック図の説明図である。
【図３】フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明するに、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドの構成は周知であるから、レーザ加工ヘッドの主要な構成のみについて説明することとする。
【００１８】
図１を参照するに、レーザ加工機（図示省略）におけるレーザ加工ヘッド１は、レーザ加工ヘッドホルダ３に一体的に取付けた外筒５を備えており、この外筒５内には、当該外筒５の上部に回転自在に備えた筒状の回転ギア７の内周面に上下動自在に螺合した内筒９が上下動可能に備えられている。そして、この内筒９内には、レーザ光ＬＢの集光を行うための集光レンズ１１を備えた筒状のレンズホルダ１２が下方向へ着脱可能に螺着してある。上記レンズホルダ１２の下端部（先端部）には、レーザ加工時に生じたスパッタや塵埃等が前記集光レンズ１１に付着することを防止するための保護ガラス１３がボルト等のごとき適宜の取付具１５を介して着脱交換可能に取付けてある。
【００１９】
前記外筒５の下端部（先端部）には、当該外筒５に備えたアシストガス供給部１７から内部へ供給されたアシストガスをワーク（図示省略）のレーザ加工部へ噴出するためのノズル（図示省略）を着脱自在なノズル装着部１９が備えられている。図１に示す形態においては、前記ノズル装着部１９からノズルを取り外し、代わりに劣化検出アタッチメント２１が取付けてある。
【００２０】
上記劣化検出アタッチメント２１は、前記保護ガラス１３の劣化（汚損）を検出するための劣化検出装置の一部を構成するものであって、前記ノズル装着部１９に対して着脱自在な筒状のアタッチメント本体２３を備えている。
【００２１】
このアタッチメント本体２３の内部には、前記保護ガラス１３の下面に向けて測定光を投光（照射）する投光手段の１例として、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子２５が備えられている。また、前記アタッチメント本体２３の内部には、前記保護ガラス１３の下面へ照射された測定光の反射光量を検出するための受光センサの１例として、例えばフォトトランジスタ．フォトダイオードなどのごとき受光素子２７が備えられている。さらに、前記アタッチメント本体２３の底部には、レーザ光ＬＢを吸収するためのビームダンパ２９が備えられている。なお、ビームダンパ２９は、例えば冷却水などの供給を受けて冷却される構成である。
【００２２】
上記構成により、発光素子２５から保護ガラス１３へ照射された測定光の反射光量を受光センサ（受光素子）２７によって検出し、この受光センサ２７の検出値と予め設定された設定値（基準値）とを比較することにより、前記保護ガラス１３の劣化を検出することができるものである。
【００２３】
ところで、前記保護ガラス１３が新品の場合には、下面での反射率が大きく、受光センサ２７によって検出値は大きくなる。そして、前記保護ガラス１３の下面にスパッタや塵埃等が付着し、その付着量が次第に多くなると、前記下面の反射率が小さくなり、前記受光センサ２７の検出値は次第に小さくなることになる。また、前記保護ガラス１３にレーザ光を透過したとき、付着したスパッタや塵埃等がレーザ光を吸収して発熱すると、保護ガラス１３に熱歪みを生じることになる。そして、上記熱歪みが大きくなると、受光センサ２７方向へ反射される反射光量が少なくなるので、受光センサ２７の検出値は小さくなる。
【００２４】
そこで、前記受光センサ２７の検出値を予め設定した基準値（設定値）と比較する比較処理部３１（図２参照）が備えられている。この比較処理部３１は保護ガラス１３の劣化を検出するための劣化検出装置の一部を構成するものであって、マイクロコンピュータなどから構成してある。この比較処理部３１に備えたＣＰＵ３３には前記発光素子２５、受光センサ２７が接続してあると共に、表示手段３５が接続してある。また、前記ＣＰＵ３３にはメモリ３７が接続してある。このメモリ３７には、予め設定された第１の基準値（設定値）を格納した第１格納部３７Ａが備えられていると共に予め設定された第２の基準値（設定値）を格納した第２格納部３７Ｂが備えられている。
【００２５】
前記第１格納部３７Ａに格納された第１の基準値は、例えば新品の保護ガラス１３に発光素子２５から測定光を照射し、そのときの受光センサ２７の検出値（初期状態の検出値）Ｘを１００としたときに、保護ガラス１３が次第に劣化して寿命になったときの受光センサ２７の検出値が初期の検出値のＡ％であるとき、このＡ％よりも僅かに大きな値（Ａ％＋α％）に設定することができる。この第１の基準値は、予め実験的に求めた値や、前記受光センサ２７によって検出した前記検出値Ｘに演算手段３９によって、例えば実験等によって求められた適宜範囲の係数ｋを乗算した値（ｋＸ）とすることも可能である。
【００２６】
したがって、前記受光センサ２７による検出値と第１格納部３７Ａに格納された第１基準値とを比較手段４１によって比較することにより、前記保護ガラス１３を交換するべきか否かを知ることができる。また、前記受光センサ２７による検出値と前記第１基準値との差を前記演算手段３９によって求め、その差を前記表示手段３５に表示することにより、前記保護ガラス１３の劣化度合（劣化程度）を知ることができ、寿命予測が可能になる。
【００２７】
よって、レーザ加工を開始する前に、レーザ加工ヘッド１からノズルを取り外し、ノズル装着部１９に劣化検出アタッチメント２１を装着して、前述したように、レーザ加工ヘッド１に装着されている保護ガラス１３の劣化を検出することにより、保護ガラス１３を交換すべきか否かを事前に知ることができる。したがって、保護ガラス１３の劣化に起因するレーザ加工の不良が生じることを未然に防止することができるものである。
【００２８】
前記第２格納部３７Ｂに格納された第２の基準値（設定値）は、前記保護ガラス１３にレーザ光ＬＢを透過したときに、上記保護ガラス１３に熱歪みが生じて受光センサ２７の受光量が減少し、受光センサ２７の検出値が低下したときの限界値としての値であって、例えば実験的、経験的に設定することができる。また、新品の保護ガラス１３にレーザ光を透過して所定時間経過後に保護ガラス１３の劣化を測定したときの受光センサ２７の検出値Ｙを１００としたときに、保護ガラス１３の熱歪みによる劣化が進行して寿命になったときの受光センサ２７の検出値が前記検出値ＹのＢ％のとき、このＢ％よりも僅かに大きな値（Ｂ％＋β％）に設定することもできる。この際、前記検出値Ｙに、例えば実験的に求められた適宜範囲の係数ｋを乗算した値（ｋＹ）とすることも可能である。
【００２９】
したがって、保護ガラス１３にレーザ光ＬＢを透過しない場合に検出した保護ガラス１３の劣化度合が良好であっても、レーザ光ＬＢを透過した際の熱歪みに起因する劣化を検出することができるものである。よって、レーザ加工を開始する前に、保護ガラス１３の熱歪みによる劣化を検出することができ、保護ガラス１３の熱歪みに起因するレーザ加工の不良を未然に防止することができるものである。
【００３０】
ところで、前記構成において、保護ガラス１３を交換する場合の動作について説明すると、レーザ加工を開始する前に、前述したように、レーザ加工ヘッド１からノズルを取り外し、ノズルを取り外した後のノズル装着部１９に、前述したように劣化検出アタッチメント２１を装着する。そして、発光素子２５から保護ガラス１３へ測定光を照射したときの反射光量を受光センサ２７で検出する（図３のステップＳ１）。
【００３１】
その後、前記受光センサ２７の検出値と前記メモリ３７の第１格納部３７Ａに格納された第１基準値とを比較手段４１によって比較したとき（ステップＳ２）、第１基準値≧検出値の場合には保護ガラス１３を交換する（ステップＳ３）。上記ステップＳ２において、検出値＞第１基準値の場合には、保護ガラス１３にレーザ光ＬＢを透過する（ステップＳ４）。上述のように保護ガラス１３にレーザ光ＬＢを透過して、予め設定された所定時間経過後に、発光素子２５から保護ガラス１３へ照射した測定光の反射光量を前記受光センサ２７によって検出する（ステップＳ５）。
【００３２】
保護ガラス１３にレーザ光ＬＢを透過した後の受光センサ２７の検出値とメモリ３７の第２格納部３７Ｂに格納された第２基準値とを比較手段４１において比較する（ステップＳ６）。この比較において検出値≦第２基準値の場合には、保護ガラス１３を交換する（ステップＳ３）。そして、検出値＞第２基準値の場合には、レーザ加工ヘッド１から劣化検出アタッチメント２１を取り外し、レーザ加工ヘッド１のノズル装着部１９にノズルを再び装着して実加工を開始する（ステップＳ７）。
【００３３】
以上のごとき説明より理解されるように、レーザ加工ヘッド１に装着したノズルに代えて劣化検出アタッチメント２１をレーザ加工ヘッド１に装着し、レーザ加工開始前に保護ガラス１３の劣化（汚損）度合を検出し、必要に応じて保護ガラス１３を交換することができるので、保護ガラス１３の劣化に起因するレーザ加工の不良を未然に防止することができるものである。
【００３４】
なお、本発明は、前記実施例に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でも実施可能である。例えば、前記発光素子２５及び受光素子２７を、それぞれ発光素子，受光素子に接続した光ファイバとすることも可能である。また、前述したように、保護ガラス１３の寿命予測が可能であるから、寿命が近くなったときに、表示手段３５に寿命が近くなったことの表示や、保護ガラス１３の交換を行うべき旨の表示を行うことも可能である。
【００３５】
なお、本件では、劣化状態検出の対象を保護ガラスに限定したが、他の光学素子、例えば、集光レンズの劣化状態検出にも同様の手法で、応用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１    レーザ加工ヘッド
５    外筒
９    内筒
１１    集光レンズ
１２    レンズホルダ
１３    保護ガラス
１９    ノズル装着部
２１    劣化検出アタッチメント
２３    アタッチメント本体
２５    発光素子（投光手段）
２７    受光素子（受光センサ）
３１    比較処理部
３５    表示手段
３７    メモリ
３７Ａ    第１格納部
３７Ｂ    第２格納部
３９    演算手段
４１    比較手段
【図１】
2011104643.tif 000003
【図２】
2011104643.tif 000004
【図３】
2011104643.tif 000005