(57)【要約】【課題】レーザ光の反射光から光路部品を保護するレーザ加工機を得ること。【解決手段】レーザ発振器２１から出射されたレーザ光Ｌａを光路に沿って伝播させてワークＷに照射するレーザ加工機において、レーザ光の光軸に沿って光路の周辺を囲むことにより光路の環境を保護する蛇腹２と、蛇腹２よりも光路の下段側に配置され、且つレーザ光Ｌａを通過させるとともにワークＷで反射されたレーザ光Ｌａの反射光を遮断するアパーチャ１と、アパーチャ１に照射された反射光を検出する温度スイッチ３と、温度スイッチ３が検出した反射光の検出結果に基づいて、レーザ発振器２１の動作を制御する制御部５０と、を備え、アパーチャ１は、板状部材で形成され、且つ板状部材の主面がレーザ光Ｌａの光軸に対して垂直な方向を向くよう配置されている。【選択図】図３
2013212510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から出射されたレーザ光を光路に沿って伝播させて被加工物に照射するレーザ加工機において、
前記レーザ光の光軸に沿って前記光路の周辺を囲むことにより前記光路の環境を保護する光路保護部と、
前記光路保護部内または前記光路保護部よりも前記光路の下段側に配置され、且つ前記レーザ光を通過させるとともに前記被加工物で反射された前記レーザ光の反射光を遮断するアパーチャと、
前記アパーチャに照射された反射光を検出する反射光検出部と、
前記反射光検出部が検出した反射光の検出結果に基づいて、前記レーザ発振器の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記アパーチャは、板状部材で形成され、且つ前記板状部材の主面が前記レーザ光の光軸に対して垂直な方向を向くよう配置されていることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記アパーチャは、アルミニウム、銀、銅および金の少なくとも１つを用いて形成さ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機。
【請求項３】
前記アパーチャは、アルミニウムを用いて形成され、且つ前記レーザ光の反射光が照射される側の主面は、ショットブラスト加工およびアルマイト処理が行わ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機。
【請求項４】
前記反射光検出部は、複数からなり、
それぞれの前記反射光検出部が前記反射光を検出する反射光検出位置は、前記アパーチャ上の位置であって且つ前記レーザ光の光軸から同じ距離だけ離れた位置であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記反射光検出部は、前記アパーチャの主面のうち前記レーザ光の反射光が照射される側の主面とは反対側の主面上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項６】
前記反射光検出部は、前記アパーチャの表面温度を検出することによって、前記アパーチャに照射された反射光を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項７】
レーザ発振器から出射されて光路に沿って伝播させるレーザ光から、前記光路上に配置される光路部品を保護するレーザ光保護装置において、
前記レーザ光の光軸に沿って前記光路の周辺を囲むことにより前記光路の環境を保護する光路保護部と、
前記光路保護部内または前記光路保護部よりも光路の下段側に配置され、且つ前記レーザ光を通過させるとともに前記被加工物で反射された前記レーザ光の反射光を遮断するアパーチャと、
前記アパーチャに照射された反射光を検出する反射光検出部と、
前記反射光検出部が検出した反射光の検出結果に基づいて、前記レーザ発振器の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記アパーチャは、板状部材で形成され、且つ前記板状部材の主面が前記レーザ光の光軸に対して垂直な方向を向くよう配置されていることを特徴とするレーザ光保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の反射光から光路部品を保護するレーザ加工機およびレーザ光保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物にレーザ光を照射して被加工物へのレーザ加工を行うレーザ加工機では、レーザ発振器から出射されたレーザ光を所定の光路に沿って被加工物上へ導いている。このようなレーザ加工機では、被加工物からの反射光が光路側に反射されると、光路近傍の部材（光路部品）などが損傷する。このため、被加工物からの反射光の光路側への進入を防止することが望まれている。
【０００３】
例えば、特許文献１，２に記載のレーザ加工機は、被加工物からの反射光（レーザ光）を遮断するアパーチャを光路内に設けている。これにより、被加工物からの反射光のうち、光路から大きく外れた反射光が光路内に進入することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１６２９１号公報
【特許文献２】特開２００３−７１５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術では、アパーチャを通りぬけた反射光が光路内に進入し、反射光が光路部品（光路周辺を覆うジャバラなど）を損傷させる場合があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザ光の反射光から光路部品を保護するレーザ加工機およびレーザ光保護装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ発振器から出射されたレーザ光を光路に沿って伝播させて被加工物に照射するレーザ加工機において、前記レーザ光の光軸に沿って前記光路の周辺を囲むことにより前記光路の環境を保護する光路保護部と、前記光路保護部内または前記光路保護部よりも前記光路の下段側に配置され、且つ前記レーザ光を通過させるとともに前記被加工物で反射された前記レーザ光の反射光を遮断するアパーチャと、前記アパーチャに照射された反射光を検出する反射光検出部と、前記反射光検出部が検出した反射光の検出結果に基づいて、前記レーザ発振器の動作を制御する制御部と、を備え、前記アパーチャは、板状部材で形成され、且つ前記板状部材の主面が前記レーザ光の光軸に対して垂直な方向を向くよう配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザ光の反射光から光路部品を保護することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工機の構成を示す図である。
【図２】図２は、加工ヘッドの構成を示す図である。
【図３】図３は、レーザ加工機の光路上に設けられたアパーチャの配置位置を示す図である。
【図４】図４は、アパーチャの機能を説明するための図である。
【図５】図５は、アパーチャの構成を示す図である。
【図６】図６は、温度スイッチの配置位置を説明するための図である。
【図７】図７は、温度スイッチによって検出される反射光を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係るレーザ加工機およびレーザ光保護装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工機の構成を示す図である。また、図２は、加工ヘッドの構成を示す図である。図１では、レーザ加工機１００の構成例を斜視図として示し、図２では、加工ヘッド４０の構成例を斜視図として示している。レーザ加工機１００は、レーザ光の光路上に、ワーク（被加工物）Ｗからの反射光（後述の反射光Ｌｂ）による光路部品の焼損を防止するためのレーザ光保護装置（図１には図示せず）を備えている。レーザ光保護装置は、光路上で反射光Ｌｂを遮断するアパーチャを有しており、アパーチャ上に設けられた温度検出手段（後述の温度スイッチ３）がアパーチャの表面温度を検出することによって、アパーチャに照射された反射光Ｌｂを検出している。そして、レーザ光保護装置は、反射光Ｌｂの検出結果に基づいてレーザ光の出射を停止させている。
【００１２】
レーザ加工機１００は、ベッド３１上に設けられたワークテーブル３２と、左右のコラム３４，３５間に水平に掛け渡されたクロスレール３６上にＹ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸ユニット３８と、を有している。また、レーザ加工機１００は、クロスレール３６にＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸ユニット３７と、Ｘ軸ユニット３７にＺ軸方向に移動可能に設けられたＺ軸ユニット３９と、を有している。さらに、レーザ加工機１００は、Ｚ軸ユニット３９に取り付けられた加工ヘッド４０と、加工ヘッド４０の先端部に取り付けられた加工ノズル（レーザ用ノズル）３３と、コンピュータ式の加工制御装置４１を有している。
【００１３】
加工制御装置４１は、マンマシンインタフェースとして、操作盤４２Ａ、ＣＲＴ等の画面表示部４２Ｂを具備している。ワークテーブル３２、Ｙ軸ユニット３８、Ｚ軸ユニット３９は、それぞれ、図示省略のＸ軸サーボモータ、Ｙ軸サーボモータ、Ｚ軸サーボモータによって駆動され、加工制御装置４１からの各軸指令によって位置制御される。
【００１４】
レーザ加工機１００は、後述するレーザ発振器（レーザ光出力部）２１を備えており、レーザ発振器２１からのレーザ光を、所定の光路に沿って伝播させてワークＷ上へ導いている。本実施の形態のレーザ加工機１００は、レーザ光が導かれる光路上に、反射光Ｌｂの進入を防止するアパーチャ（後述のアパーチャ１）を備えている。
【００１５】
図３は、レーザ加工機の光路上に設けられたアパーチャの配置位置を示す図である。レーザ加工機１００は、レーザ発振器２１、ＰＲ（Partial  Reflection）ミラー２２、ベンドミラー２３、ビーム最適化ユニット２４、ベンドミラー２５，２６、加工ヘッド３９内に設けられた加工レンズ２７、レーザ光保護装置を含んで構成されている。そして、レーザ光保護装置が、アパーチャ１、蛇腹（光路保護部）２、温度スイッチ（反射光検出部）３、制御部５０を備えている。
【００１６】
レーザ発振器２１は、ＣＯ２レーザなどのレーザ光（ビーム光）Ｌａを発振させる装置であり、レーザ加工の際にはレーザ出力を種々変化させながらレーザ光Ｌａを出射する。ＰＲミラー（部分反射鏡）２２は、レーザ発振器２１が出射するレーザ光Ｌａを部分反射させてベンドミラー２３へ導く。ベンドミラー（ビーム角度変化用ミラー）２３は、ＰＲミラー２２から送られてくるレーザ光Ｌａのビーム角度を変えてビーム最適化ユニット２４へ導く。
【００１７】
ビーム最適化ユニット（ビーム径変更装置）２４は、ベンドミラー２３から送られてくるレーザ光Ｌａのビーム径（直径）を調整してベンドミラー２５へ送る。ベンドミラー２５，２６は、ビーム角度変化用のミラーである。ベンドミラー２５は、ビーム最適化ユニット２４から送られてくるレーザ光Ｌａのビーム角度を水平方向に偏向してベンドミラー２６に送る。ベンドミラー２６は、ベンドミラー２５から送られてくるレーザ光Ｌａのビーム角度を垂直下方に偏向して加工レンズ２７に送る。ベンドミラー２５とベンドミラー２６の間には、偏光を変化させるミラー（図示せず）が装着される。
【００１８】
加工レンズ２７は、ベンドミラー２６からのレーザ光を小さなスポット径に集光してワークＷに照射する。ワークＷは、ワークテーブル３２上に載置されており、このワークテーブル３２上でレーザ加工される。
【００１９】
レーザ加工機１００には、ベンドミラー２５とベンドミラー２６との間の光路に、レーザ光Ｌａの光軸に沿って光路の周辺を囲うよう形成された筒状の蛇腹２が配設されている。蛇腹２は、光路環境を外気から遮断することによって光路を外気（加工くず等）から保護する機能を有している。蛇腹２は、光路（光軸）と同じ方向に伸縮可能なよう構成されており、光路の位置や方向に応じて、その形状が変更される。また、本実施の形態のレーザ加工機１００には、蛇腹２の近傍に、反射光Ｌｂの進入を防止するアパーチャ１が配設されている。
【００２０】
アパーチャ１は、レーザ光Ｌａを通過させるとともに、反射光Ｌｂのうち、光路から所定量（レーザ光Ｌａの光軸から所定角度）よりも大きく外れた反射光Ｌｂが蛇腹２内に進入することを防止する。アパーチャ１は、例えば、概略平板状（例えば厚さ１ｍｍ〜１０ｍｍの板状部材）をなしており、その主面の中心部にはレーザ光Ｌａを通過させる貫通穴（後述のレーザ光通過部４）が設けられている。アパーチャ１は、板状部材の主面がレーザ光Ｌａの光軸に対して垂直な方向を向くよう配置されている。また、アパーチャ１には、温度検出手段として温度スイッチ３が設けられ、かつアパーチャ１は、反射光Ｌｂの入射面側（レーザ光Ｌａの出斜面側）に反射光Ｌｂを吸収する吸収体が配置されている。
【００２１】
温度スイッチ３は、アパーチャ１の温度を検出するとともに、検出した温度（測定結果）を制御部５０に送る。制御部５０は、加工制御装置４１が有する装置であり、レーザ発振器２１の動作を制御する。本実施の形態の制御部５０は、温度スイッチ３から送られてくる測定結果（アパーチャ１の温度）に基づいて、レーザ発振器２１からのレーザ光Ｌａの出力を制御する。具体的には、制御部５０は、アパーチャ１の温度または温度上昇率などが、所定値よりも高くなった場合に、レーザ発振器２１からのレーザ光Ｌａの出力を停止させる。
【００２２】
ここで、アパーチャ１の機能について説明する。図４は、アパーチャの機能を説明するための図である。レーザ加工中には、ワークＷに照射するレーザ光Ｌａの焦点位置のずれ、レーザ光Ｌａの光路のずれなどが生じる場合がある。また、レーザ加工中には、ワークＷの表面状態などが原因でワークＷ表面からの反射光Ｌｂが、レーザ発振器２１からの光軸からずれて光路に戻る場合がある。
【００２３】
このため、本実施の形態では、光路中にアパーチャ１が設けられている。このアパーチャ１は、熱伝導率の高い部材で形成されている。アパーチャ１は、例えばアルミニウム、銀、銅、金や、これらを用いた合金を用いて形成されている。換言すると、アパーチャ１は、例えばアルミニウム、銀、銅および金の少なくとも１つを用いて形成されている。アパーチャ１がアルミニウムの場合、アルミニウム基材のアパーチャ１表面（レーザ光Ｌａの出射側）にショットブラスト加工を行い、さらに、その表面にアルマイト処理を施すことによって、アパーチャ１が形成される。なお、アパーチャ１は、複数種類の金属板を組み合わせて構成してもよい。
【００２４】
つぎに、アパーチャ１に設けられた温度スイッチ３について説明する。図５は、アパーチャの構成を示す図である。図５では、アパーチャ１の斜視図を示している。アパーチャ１は、その裏面（底面）側が蛇腹２に接合されている。これにより、アパーチャ１は、その裏面側が蛇腹２側を向き、表面側がレーザ光Ｌａの出射側を向くよう配設される。
【００２５】
概略平板状のアパーチャ１には、表面側から裏面側に向けて貫通穴としてのレーザ光通過部４（例えば直径５０ｍｍ）が設けられている。レーザ光通過部４は、アパーチャ１の中心部に設けられており、概略円筒状（円筒壁面）をなしている。
【００２６】
アパーチャ１の裏面側には、温度スイッチ３として３つの温度スイッチ３ａ〜３ｃが配置されている。ワークＷから反射した戻り光（反射光Ｌｂ）の一部または全部は、アパーチャ１の表面に照射される。この反射光Ｌｂは、アパーチャ１によって吸収されてアパーチャ１の温度を上昇させる。温度スイッチ３ａ〜３ｃは、アパーチャ１の温度を検出することによって、反射光Ｌｂのうち、アパーチャ１に照射された反射光Ｌｂを検出する。本実施の形態では、アパーチャ１上に温度スイッチ３を複数配置している。これは、反射光Ｌｂの吸収位置に依存した熱伝導の検知差異を補うためである。
【００２７】
温度スイッチ３ａ〜３ｃは、検出した温度（測定結果）を制御部５０に送る。制御部５０は、例えば、温度スイッチ３ａ〜３ｃが測定した温度が所定値を超えた場合に、レーザ光Ｌａの出力を下げるか、または止めるなどし、これにより、反射光Ｌｂによる光路損傷を防止する。なお、制御部５０は、レーザ光Ｌａのビーム出力を下げる場合、温度スイッチ３ａ〜３ｃによる測定結果に応じた量だけレーザ光Ｌａのビーム出力を下げるようレーザ発振器２１を制御してもよい。
【００２８】
つぎに、温度スイッチ３ａ〜３ｃの配置位置について説明する。図６は、温度スイッチの配置位置を説明するための図である。図６では、アパーチャ１の底面図を示している。アパーチャ１の底面には、レーザ光通過部４の周辺に温度スイッチ３ａ〜３ｃが配置されている。温度スイッチ３ａ〜３ｃは、それぞれ、レーザ光通過部４の中心（レーザ光Ｌａの光軸）から等距離となる位置で、かつ隣接する温度スイッチ間の距離が等間隔となるよう配置されている。ここでは、温度スイッチ３ａ〜３ｃが３つであるので、温度スイッチ３ａ〜３ｃがアパーチャ１の裏面上で正三角形をなすよう配置されている。
【００２９】
なお、温度スイッチ３ａ〜３ｃは、レーザ光通過部４の近傍に配置してもよいし、図６に示すように、レーザ光通過部４から所定の距離だけ離れた位置に配置してもよい。例えば、温度スイッチ３ａ〜３ｃを、レーザ光通過部４の近傍に配置することによって、反射光Ｌｂの一部がレーザ光通過部４から蛇腹２内に進入し、かつ反射光Ｌｂの一部がアパーチャ１の表面を照射するような場合の反射光Ｌｂを正確に検出することが可能となる。また、温度スイッチ３ａ〜３ｃを、レーザ光通過部４から所定の距離だけ離れた位置に配置した場合、反射光Ｌｂのうち、光路から所定量よりも大きく外れた反射光Ｌｂを正確に検出することが可能となる。
【００３０】
つぎに、温度スイッチ３ａ〜３ｃによって検出される反射光Ｌｂについて説明する。図７は、温度スイッチによって検出される反射光を説明するための図である。反射光Ｌｂのうち、光路から所定量以下しか外れていない反射光Ｌｂ１は、レーザ光通過部４から蛇腹２内に進入する。一方、反射光Ｌｂのうち、光路から所定量よりも大きく外れた反射光Ｌｂ２は、アパーチャ１の表面を照射し、これにより、アパーチャ１の温度が上昇する。温度スイッチ３ａ〜３ｃは、反射光Ｌｂのうち、アパーチャ１の表面を照射する反射光Ｌｂ２を検出する。
【００３１】
このように、本実施の形態では、アパーチャ１の表面をビーム吸収体とし、アパーチャ１を熱伝導率の高い部材としているので、反射光Ｌｂの検出感度を向上させることが可能となる。また、アパーチャ１を概略平板状としているので反射光Ｌｂの検出感度を向上させることが可能となる。また、アパーチャ１の表面にショットブラスト加工やアルマイト処理を行っているので、反射光Ｌｂがアパーチャ１の表面で反射しにくくなる。この結果、反射光Ｌｂの検出感度を向上させることが可能となる。
【００３２】
したがって、ワークＷで反射して拡散された反射光Ｌｂを精度良く検出できる。これにより、ワークＷでの反射が継続するような異常状態を正確に判断し、蛇腹２などの光路部品が焼損に至る前に、レーザ加工機１００を停止させることが可能となる。換言すると、光路部品の焼損につながる異常を未然に検知してレーザ加工機１００を停止させることが可能となる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、蛇腹２のレーザ光Ｌａの出射側にアパーチャ１を配置する場合について説明したが、アパーチャ１は、光路上の何れの位置に配置してもよい。例えば、アパーチャ１を蛇腹２内に配置してもよいし、蛇腹２とベンドミラー２５の間に配置してもよい。また、アパーチャ１をビーム最適化ユニット２４とベンドミラー２５との間に配置してもよいし、アパーチャ１をビーム最適化ユニット２４よりも光路上段側（レーザ発振器２１側）に配置してもよい。また、アパーチャ１をワークＷと蛇腹２との間の何れかの光路上に配置してもよい。
【００３４】
また、レーザ加工機１００に１つのアパーチャ１を配設する場合について説明したが、レーザ加工機１００に２つ以上のアパーチャ１を配設してもよい。例えば、アパーチャ１を、蛇腹２のレーザ光Ｌａの出射側と、蛇腹２内と、の２箇所に配置してもよい。一方のアパーチャ１と他方のアパーチャ１とを、所定の間隔をあけて配置することにより、レーザ光Ｌａの光軸から所定角度よりも大きく外れた反射光Ｌｂを効率良く２つのアパーチャ１で遮断できる。また、アパーチャ１を板状部材で構成しているので、アパーチャ１の温度を正確に検出できる。
【００３５】
また、アパーチャ１のうちの一部（レーザ光Ｌａの検出感度を高めたい領域）にのみ、銀や銅などの熱伝導率が極めて高い部材を配置し、その他の領域にはアルミニウムを配置してもよい。例えば、アパーチャ１をアルミニウムを用いて形成するとともに、レーザ光通過部４の周辺にのみ銀や銅などを配置してもよい。これにより、レーザ光通過部４周辺のレーザ高感度を向上させることが可能となる。
【００３６】
また、アパーチャ１の表面を、アルミニウムを用いて形成するとともに、アパーチャ１の裏面を銀や銅などを用いて形成してもよい。これにより、アパーチャ１の表面に対してショットブラスト加工およびアルマイト処理を行うことができる。したがって、アパーチャ１の表面を、熱吸収率の高い部材で構成するとともに、アパーチャ１の裏面を熱伝導率の極めて高い部材で構成することが可能となる。
【００３７】
また、温度スイッチ３の代わりに非接触型の温度センサを用いて反射光Ｌｂを検出してもよい。この場合、非接触型の温度センサをアパーチャ１の表面側に配置してもよい。また、反射光Ｌｂがアパーチャ１を照射した際の、アパーチャ１の温度に限らず、アパーチャ１の熱膨張量、輝度などを検出してもよい。また、本実施の形態では、温度スイッチ３が３つである場合について説明したが、温度スイッチ３は、２つ以下であってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００３８】
このように実施の形態によれば、アパーチャ１が板状であるのでアパーチャ１内の伝熱量を大きくすることができる。これにより、アパーチャ１の表面を照射する反射光Ｌｂを正確に検出することが可能となる。したがって、ワークＷからの反射光Ｌｂによる光路部品の損傷を防止でき、光路部品を保護することが可能となる。
【００３９】
また、温度スイッチ３ａ〜３ｃがアパーチャ１の裏面上で正三角形をなすよう配置されているので、アパーチャ１上で反射光Ｌｂを正確に検出できる。また、アパーチャ１の表面がショットブラスト加工およびアルマイト処理されているので、アパーチャ１が反射光Ｌｂを効率良く吸収できる。したがって、アパーチャ１上で反射光Ｌｂを正確に検出できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明に係るレーザ加工機およびレーザ光保護装置は、レーザ光の反射光からの光路部品の保護に適している。
【符号の説明】
【００４１】
１  アパーチャ
２  蛇腹
３，３ａ-３ｃ  温度スイッチ
４  レーザ光通過部
２１  レーザ発振器
４１  加工制御装置
５０  制御部
１００  レーザ加工機
Ｌａ  レーザ光
Ｌｂ，Ｌｂ１，Ｌｂ２  反射光
Ｗ  ワーク
【図２】
2013212510.tif 000003
【図３】
2013212510.tif 000004
【図４】
2013212510.tif 000005
【図５】
2013212510.tif 000006
【図６】
2013212510.tif 000007
【図７】
2013212510.tif 000008
【図１】
2013212510.tif 000009