JP7462211B2 - Laser Processing Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工装置に関するものである。 The present invention relates to a laser processing device.
従来より、レーザ加工ヘッドに設けられた保護ガラスの汚れや損傷等をモニタリングする機能を備えたレーザ加工ヘッドが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Laser processing heads that are equipped with a function for monitoring dirt and damage on the protective glass provided on the laser processing head have been known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1には、プローブ光を発生させるプローブ光発生器と、発生したプローブ光をファイバコリメータに導く光ファイバと、ファイバコリメータから照射されて保護ガラスを透過した透過光の光強度を検出する光検出素子とを備えた構成が開示されている。
ところで、特許文献1の発明では、保護ガラスの汚れを検出するために、プローブ光発生器、光ファイバ、ファイバコリメータ、光検出素子等が別途必要である。そのため、装置構成が複雑となり、部品点数が増えることでコストが増大するという問題がある。
However, in the invention of
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成で、保護ガラスの汚れを検出できるようにすることにある。 The present invention was made in consideration of these points, and its purpose is to make it possible to detect dirt on protective glass using a relatively simple configuration.
本発明は、保護ガラスを有するレーザ加工ヘッドと、レーザ光を発振するレーザ発振器と、該レーザ発振器で発振された該レーザ光を該レーザ加工ヘッドに伝送する伝送ファイバとを備えた、レーザ加工装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。 The present invention is directed to a laser processing device that includes a laser processing head having a protective glass, a laser oscillator that emits laser light, and a transmission fiber that transmits the laser light emitted by the laser oscillator to the laser processing head, and provides the following solutions.
すなわち、第1の発明は、前記伝送ファイバから出射された後で再び該伝送ファイバに向かう戻り光のうち、該伝送ファイバに入射されなかった戻り光を検出する検出部と、
前記検出部で検出された戻り光の光量が所定の閾値以上であるかを判定する判定部とを備えている。
That is, the first invention includes a detection unit that detects return light that is not incident on the transmission fiber among return light that is emitted from the transmission fiber and then returns to the transmission fiber;
The light source device further includes a determination unit that determines whether the amount of return light detected by the detection unit is equal to or greater than a predetermined threshold value.
第1の発明では、伝送ファイバに向かう戻り光のうち、伝送ファイバに入射されなかった戻り光を検出部で検出するようにしている。これにより、比較的簡単な構成で、保護ガラスの汚れを検出することができる。 In the first invention, the detection unit detects the return light that is not incident on the transmission fiber among the return light that is directed toward the transmission fiber. This makes it possible to detect dirt on the protective glass with a relatively simple configuration.
具体的に、伝送ファイバから出射されたレーザ光の一部は、加工対象物であるワークで反射され、伝送ファイバに向かう戻り光となる。ワークからの戻り光は、伝送ファイバのクラッドの内部に集中的に入射される。 Specifically, part of the laser light emitted from the transmission fiber is reflected by the workpiece, which is the object to be processed, and becomes return light that travels toward the transmission fiber. The return light from the workpiece is concentrated inside the cladding of the transmission fiber.
一方、保護ガラスにヒュームやスパッタが付着して汚れが生じている場合、汚れ部分にレーザ光が照射されて熱が生じることで、保護ガラスの反射率が増加する。そのため、レーザ光の一部が保護ガラスに付着した汚れで反射され、伝送ファイバに向かう戻り光となる。 On the other hand, if the protective glass is contaminated with fumes or spatter, the laser light is irradiated onto the contaminated area, generating heat, which increases the reflectivity of the protective glass. As a result, part of the laser light is reflected by the dirt on the protective glass and becomes return light that travels toward the transmission fiber.
ここで、保護ガラスは、ワークに対するレーザ光の焦点位置よりも出射方向の上流側に配置されているから、保護ガラスからの戻り光のビーム径は、ワークでの焦点位置のビーム径に対してデフォーカスされた状態となり、伝送ファイバのクラッドの外径よりも大きくなる。その結果、保護ガラスに付着した汚れで反射された、保護ガラスからの戻り光の一部は、伝送ファイバのクラッドの内部に集中的に入射されないこととなる。 Here, since the protective glass is positioned upstream in the emission direction from the focal position of the laser light on the workpiece, the beam diameter of the returning light from the protective glass is defocused with respect to the beam diameter at the focal position on the workpiece, and becomes larger than the outer diameter of the cladding of the transmission fiber. As a result, a portion of the returning light from the protective glass that is reflected by dirt adhering to the protective glass is not concentrated and incident inside the cladding of the transmission fiber.
このように、保護ガラスの汚れが生じている場合に、所定の閾値以上の戻り光が検出部で検出されることとなるので、検出部の検出結果に基づいて、保護ガラスの汚れや異常の発生を判断することができる。これにより、保護ガラスの交換やメンテナンスを行うタイミングを適切に判断することができる。 In this way, when the protective glass is dirty, the detection unit detects return light above a predetermined threshold, so it is possible to determine whether the protective glass is dirty or has an abnormality based on the detection result of the detection unit. This makes it possible to appropriately determine the timing for replacing or maintaining the protective glass.
第2の発明は、第1の発明において、
前記伝送ファイバの出射端に設けられたエンドキャップを備えている。
The second invention is the first invention,
An end cap is provided at the output end of the transmission fiber.
第2の発明では、伝送ファイバの出射端にエンドキャップが設けられているので、伝送ファイバの出射端におけるレーザ光のエネルギー密度を下げ、伝送ファイバの出射端の損傷を抑えることができる。 In the second invention, an end cap is provided at the output end of the transmission fiber, which reduces the energy density of the laser light at the output end of the transmission fiber and suppresses damage to the output end of the transmission fiber.
また、保護ガラスに汚れが生じている場合の戻り光は、エンドキャップにおける伝送ファイバのクラッドよりも径方向外側から漏れ出すこととなる。 In addition, if the protective glass is dirty, the returning light will leak out radially outside the cladding of the transmission fiber in the end cap.
第3の発明は、第1又は第2の発明において、
前記伝送ファイバの出射側の端部を覆う筒状のコネクタ部を備え、
前記検出部は、前記コネクタ部の内部に配置されている。
A third aspect of the present invention is the method according to the first or second aspect of the present invention,
a cylindrical connector portion for covering an end portion of the transmission fiber on the emission side;
The detection portion is disposed inside the connector portion.
第3の発明では、コネクタ部の内部に検出部を配置している。これにより、伝送ファイバに入射されなかった戻り光が、コネクタ部の内部で反射されながら検出部に向かい、検出部で検出されやすくなる。 In the third invention, the detector is located inside the connector. This makes it easier for the return light that is not incident on the transmission fiber to be reflected inside the connector toward the detector, making it easier for the return light to be detected by the detector.
第4の発明は、第1乃至第3の発明のうち何れか1つにおいて、
前記伝送ファイバの外周部における出射側の端部には、モードストリッパ部が設けられ、
前記検出部は、前記モードストリッパ部よりも出射方向の上流側に配置されている。
A fourth invention is any one of the first to third inventions,
a mode stripper section is provided at an end section on an output side in an outer circumferential portion of the transmission fiber,
The detection section is disposed upstream of the mode stripper section in the emission direction.
第4の発明では、モードストリッパ部よりも出射方向の上流側に検出部を配置している。これにより、伝送ファイバのクラッドに入射した戻り光を、モードストリッパ部で減衰させて除去して、検出部で誤検出されるのを抑えることができる。 In the fourth invention, the detection unit is located upstream of the mode stripper unit in the emission direction. This allows the mode stripper unit to attenuate and remove the return light that enters the cladding of the transmission fiber, thereby preventing erroneous detection by the detection unit.
第5の発明は、第1乃至第4の発明のうち何れか1つにおいて、
前記レーザ加工ヘッドは、コリメータレンズ及び集光レンズをさらに有し、
前記検出部は、前記保護ガラス、前記コリメータレンズ、及び前記集光レンズのうち少なくとも1つで反射された戻り光を検出する。
A fifth invention is any one of the first to fourth inventions,
The laser processing head further includes a collimator lens and a condenser lens,
The detector detects return light reflected by at least one of the protective glass, the collimator lens, and the condenser lens.
第5の発明では、保護ガラスだけでなく、レーザ加工ヘッド内の光学部品であるコリメータレンズや集光レンズについても、汚れや破損等の異常の発生を判定することができる。 In the fifth invention, it is possible to determine whether there are any abnormalities, such as dirt or damage, not only in the protective glass but also in the collimator lens and condenser lens, which are optical components inside the laser processing head.
第6の発明は、第1乃至第5の発明のうち何れか1つにおいて、
前記判定部は、前記レーザ光が照射される対象物の溶け込み量が所定量以上である場合に、前記検出部で検出された戻り光の光量の判定を行う。
A sixth aspect of the present invention is any one of the first to fifth aspects of the present invention,
The determination unit determines the amount of return light detected by the detection unit when the amount of penetration of the object irradiated with the laser light is equal to or greater than a predetermined amount.
第6の発明では、対象物の溶け込み量が所定量以上である場合、すなわち、対象物からの戻り光が少ない状態で、戻り光の光量の判定を行うようにしている。 In the sixth invention, when the penetration amount of the object is equal to or greater than a predetermined amount, i.e., when the amount of return light from the object is small, the amount of return light is determined.
これにより、保護ガラスの汚れの有無や破損等の不具合を、安定した高品質で検出することができる。 This allows for stable, high-quality detection of defects such as dirt or damage to the protective glass.
第7の発明は、第6の発明において、
前記判定部は、前記対象物に形成されたキーホールの深さが所定値よりも大きい場合に、該対象物の溶け込み量が所定量以上であると判定する。
A seventh aspect of the present invention is the sixth aspect of the present invention,
The determination unit determines that the penetration amount of the object is equal to or greater than a predetermined amount when a depth of a keyhole formed in the object is greater than a predetermined value.
第7の発明では、対象物に形成されたキーホールの深さに基づいて、対象物の溶け込み量を判定するようにしている。これにより、対象物が十分に溶けており、対象物からの戻り光が少ない状態で、戻り光の光量の判定を行うことで、誤検出を抑えることができる。 In the seventh invention, the amount of penetration of the object is determined based on the depth of the keyhole formed in the object. This makes it possible to reduce false detections by determining the amount of return light when the object is sufficiently melted and there is little return light from the object.
第8の発明は、第6の発明において、
前記判定部は、前記レーザ光の出力と該レーザ光の照射時間とを積算したエネルギー量が所定量よりも大きい場合に、該対象物の溶け込み量が所定量以上であると判定する。
An eighth aspect of the present invention is the sixth aspect of the present invention,
The determination unit determines that the amount of penetration of the object is equal to or greater than a predetermined amount when the amount of energy obtained by multiplying the output of the laser light and the irradiation time of the laser light is greater than a predetermined amount.
第8の発明では、レーザ光の出力とレーザ光の照射時間とを積算したエネルギー量に基づいて、対象物の溶け込み量を判定するようにしている。これにより、対象物が十分に溶けており、対象物からの戻り光が少ない状態で、戻り光の光量の判定を行うことで、誤検出を抑えることができる。 In the eighth invention, the amount of melting of the target object is determined based on the amount of energy obtained by integrating the output of the laser light and the irradiation time of the laser light. This makes it possible to reduce false detections by determining the amount of return light when the target object is sufficiently melted and there is little return light from the target object.
第9の発明は、第1乃至第8の発明のうち何れか1つにおいて、
前記レーザ光が照射される対象物は、該レーザ光の波長吸収率が所定値よりも高い材料で構成されている。
A ninth aspect of the present invention is any one of the first to eighth aspects of the present invention,
The object onto which the laser light is irradiated is made of a material having a wavelength absorptance of the laser light higher than a predetermined value.
第9の発明では、対象物として、鉄系やステンレスなどのレーザ光の波長吸収率が高い材料を用いている。これにより、レーザ加工中において、対象物からの戻り光の発生を低下させることで、誤検出を抑えることができる。 In the ninth invention, a material with a high wavelength absorption rate of laser light, such as iron or stainless steel, is used as the target object. This reduces the generation of return light from the target object during laser processing, thereby suppressing false detection.
第10の発明は、第1乃至第5の発明のうち何れか1つにおいて、
前記レーザ光が照射される対象物は、該対象物の焦点位置での戻り光の光量が所定量よりも少ない部材で構成されている。
A tenth aspect of the present invention is any one of the first to fifth aspects of the present invention,
The object onto which the laser light is irradiated is made of a material in which the amount of return light at the focal position of the object is less than a predetermined amount.
第10の発明では、対象物として、ビームダンパ等のような、焦点位置での戻り光としての反射光が少ない測定治具を用いている。これにより、対象物からの戻り光の発生を低下させることで、誤検出を抑えることができる。 In the tenth invention, a measuring tool that generates little reflected light as return light at the focal position, such as a beam damper, is used as the object. This reduces the generation of return light from the object, thereby suppressing false detections.
本発明によれば、比較的簡単な構成で、保護ガラスの汚れを検出することができる。 The present invention makes it possible to detect dirt on protective glass using a relatively simple configuration.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the following description of the preferred embodiment is essentially merely illustrative and is not intended to limit the present invention, its applications, or its uses.
〈レーザ加工装置の構成〉
図1に示すように、レーザ加工装置1は、レーザ発振器10と、伝送ファイバ20と、レーザ加工ヘッド30と、制御部5と、電源6とを備えている。
Configuration of the laser processing device
As shown in FIG. 1, the
レーザ発振器10は、複数のレーザモジュール11と、ビーム結合器12と、集光ユニット15とを有する。図1に示す例では、レーザモジュール11は4つ設けられている。
The
複数のレーザモジュール11は、異なる波長のレーザビームを発する複数のレーザダイオード又はレーザアレイで構成されている。レーザモジュール11内で波長合成されたレーザビームは、各々のレーザモジュール11からそれぞれ出射される。
The
ビーム結合器12は、複数のレーザモジュール11からそれぞれ出射されたレーザビームを一つのレーザビームに結合する。ビーム結合器12は、レーザビームを集光ユニット15に出射する。
The
集光ユニット15は、レーザ光Lを集光する。集光ユニット15で集光されたレーザ光Lは、所定の倍率でビーム径が縮小され、伝送ファイバ20に入射される。
The focusing
伝送ファイバ20の入射端は、集光ユニット15に接続されている。伝送ファイバ20の出射端には、コネクタ部25が設けられている。伝送ファイバ20の出射端は、コネクタ部25を介してレーザ加工ヘッド30に接続されている。伝送ファイバ20は、集光ユニット15を介してレーザ発振器10から受け取ったレーザ光Lを、レーザ加工ヘッド30に向かって導光する。
The input end of the
レーザ加工ヘッド30は、伝送ファイバ20で導光されたレーザ光Lを外部に向けて照射する。例えば、図1に示すレーザ加工装置1では、所定の位置に配置された加工対象物であるワークWに向けてレーザ光Lを出射する。
The
レーザ加工ヘッド30の内部には、レーザ光の出射方向の上流側から順に、コリメータレンズ31、集光レンズ32、保護ガラス33が配置されている(図2も参照)。
Inside the
コリメータレンズ31は、伝送ファイバ20の出射端から出射されたレーザ光Lを平行化する。
The
集光レンズ32は、コリメータレンズ31で平行化されたレーザ光Lを集光する。集光レンズ32で集光されたレーザ光Lは、保護ガラス33を透過して、ワークWに出射される。
The focusing
保護ガラス33は、ワークWと集光レンズ32との間に配置されている。保護ガラス33は、ワークWのレーザ加工時に発生するヒュームやスパッタが集光レンズ32に付着しないように、集光レンズ32を保護している。保護ガラス33には、反射防止膜としてのARコーティングが施されている。
The
制御部5は、レーザ発振器10のレーザ発振を制御する。具体的に、制御部5は、レーザ発振器10に接続された電源6に対して、出力電圧やオン時間等の制御信号を供給することで、各々のレーザモジュール11のレーザ発振制御を行う。
The
なお、制御部5は、各々のレーザモジュール11に対して個別にレーザ発振制御を行うことも可能である。例えば、レーザモジュール11にレーザ発振出力やオン時間等を異ならせるようにしてもよい。また、制御部5は、レーザ加工ヘッド30が取り付けられたマニピュレータ(図示せず)の動作を制御してもよい。
The
なお、詳しくは後述するが、制御部5は、保護ガラス33等の光学部品に汚れ35が付着しているかを判定する判定部5aを有する。
The
電源6は、レーザ発振を行うための電力を、レーザ発振器10の複数のレーザモジュール11に対してそれぞれ供給する。なお、制御部5からの指令により、各々のレーザモジュール11に供給される電力を異ならせるようにしてもよい。
The
また、電源6は、レーザ加工装置1の可動部に対してそれぞれ電力を供給するようにしてもよいし、レーザ加工装置1の可動部向けには別の電源(図示せず)から電力を供給するようにしてもよい。
The
〈伝送ファイバの構成〉
図2に示すように、伝送ファイバ20は、図示しないコアと、コアの外周部に設けられたクラッド21と、クラッド21の外周部に設けられた被覆部22とを有する。伝送ファイバ20は、石英ガラスで構成されている。
<Configuration of Transmission Fiber>
2, the
伝送ファイバ20の出射端には、エンドキャップ23が設けられている。エンドキャップ23は、円柱状の石英ガラスで構成されている。エンドキャップ23は、伝送ファイバ20の出射端に融着接続されている。
An
エンドキャップ23の外径は、伝送ファイバ20のクラッド21の外径よりも大きい。エンドキャップ23は、伝送ファイバ20の出射端におけるレーザ光Lのエネルギー密度を下げ、伝送ファイバ20の出射端の損傷を抑えることができる。
The outer diameter of the
伝送ファイバ20の出射側の端部には、筒状のコネクタ部25が設けられている。コネクタ部25の内部には、被覆部22が除去されてクラッド21が露出した伝送ファイバ20が収納されている。コネクタ部25には、図示しない水冷機構が設けられ、コネクタ部25の内部の伝送ファイバ20を冷却している。
A
伝送ファイバ20のクラッド21には、モードストリッパ24が設けられている。モードストリッパ24は、コネクタ部25の内部に配置されたクラッド21における所定区間に設けられている。
A
モードストリッパ24は、クラッド21に入射されたレーザ光Lをクラッド21外部に放出して除去するものである。モードストリッパ24は、例えば、クラッド21の外周面にエッチング処理を施すことで形成される。
The
コネクタ部25の内部には、検出センサ26(検出部)が設けられている。検出センサ26は、モードストリッパ24よりも出射方向の上流側に配置されている。検出センサ26は、コネクタ部25の内部に入射した戻り光を検出する。具体的に、検出センサ26は、伝送ファイバ20から出射された後で再び伝送ファイバ20に向かう戻り光のうち、伝送ファイバ20に入射されなかった戻り光を検出する。検出センサ26の検出結果は、制御部5に送信される。
A detection sensor 26 (detection unit) is provided inside the
〈保護ガラスの汚れの検出〉
図3に示すように、保護ガラス33に汚れ35が生じていない場合、ワークWに出射されたレーザ光Lの一部は、ワークWで反射(正反射)され、伝送ファイバ20に向かう戻り光となる。
Detecting dirt on protective glass
As shown in FIG. 3 , when there is no
このとき、ワークWからの戻り光は、伝送ファイバ20のコアに入射される。なお、戻り光が伝送ファイバ20のクラッド21に入射された場合であっても、モードストリッパ24によって、クラッド21に入射された戻り光が減衰されて除去される。
At this time, the return light from the workpiece W is incident on the core of the
このように、保護ガラス33に汚れ35が生じていない場合には、ワークWでの焦点位置で正反射した戻り光が伝送ファイバ20に向かい、この戻り光が集中的に伝送ファイバ20のクラッド21の内部に入射される。
In this way, when there is no
ワークWからの戻り光(正反射した反射光)がクラッド21へ入射し、モードストリッパ24の径方向に向かう漏れ光としての光成分は、モードストリッパ24で減衰されて除去される。
The return light (specularly reflected light) from the workpiece W enters the
ところで、モードストリッパ24の径方向に向かう漏れ光としての光成分(反射光)がモードストリッパ24で除去しきれなく、さらに、モードストリッパ24の外側とコネクタ部25の内部との間で反射する間(モードストリッパ24の領域)に減衰しきれないことがある。この場合、このわずかな漏れ光としての反射光がコネクタ部25の内部で反射しながら検出センサ26に向かい、検出センサ26で検出されることがある。そこで、汚れ検出の閾値設定を最適化することで、保護ガラス33の汚れ35の誤検出を防止している。
However, it may happen that the light component (reflected light) leaking in the radial direction of the
具体的に、ワークWからの反射光がクラッド21へ入射し、モードストリッパ24で除去しきれなかった場合には、検出センサ26に到達する反射光がわずかであるため、検出レベルが低い。
Specifically, when reflected light from the workpiece W enters the
そこで、検出センサ26で検出された反射光の光量が所定の閾値以下の場合、判定部5aは、保護ガラス33に汚れ35が発生していないと判定する。これにより、汚れ35の誤検出を防止することができる。
Therefore, when the amount of reflected light detected by the
一方、図4に示すように、保護ガラス33にヒュームやスパッタが付着して汚れ35が生じている場合、汚れ部分にレーザ光Lが照射されて熱が生じることで、保護ガラス33のARコーティングの状態が変化し、反射率が増加する。そのため、レーザ光Lの一部が保護ガラス33に付着した汚れ35で反射され、伝送ファイバ20に向かう戻り光となる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, if fume or spatter adheres to the
ここで、保護ガラス33は、ワークWに対するレーザ光Lの焦点位置よりも出射方向の上流側に配置されているから、保護ガラス33からの戻り光のビーム径は、ワークWでの焦点位置のビーム径に対してデフォーカスされた状態となり、伝送ファイバ20のクラッド21の外径よりも大きくなる。
Here, the
その結果、保護ガラス33に付着した汚れ35で反射された、保護ガラス33からの戻り光の一部は、伝送ファイバ20のクラッド21の内部に集中的に入射されないこととなる。
As a result, some of the return light from the
具体的には、保護ガラス33に生じた汚れ35で正反射及び乱反射した光成分の戻り光は、エンドキャップ23における伝送ファイバ20のクラッド21よりも径方向外側の、エンドキャップ23と伝送ファイバ20のクラッド21との接続面からコネクタ部25の内部に漏れ出すこととなる。コネクタ部25の内部に入射した戻り光は、コネクタ部25の内部で反射しながら検出センサ26に向かい、検出センサ26で検出される。
Specifically, the return light of the light components that are specularly and diffusely reflected by the
なお、汚れ35が生じていない保護ガラス33で反射する戻り光は極めて少ない。また、汚れ35が生じていない保護ガラス33を透過したワークWの焦点位置からの戻り光がクラッド21に入射した場合には、モードストリッパ24で減衰されて除去されるため、検出センサ26で誤検出されるのを抑えることができる。
The amount of return light reflected by the
これに対し、保護ガラス33の汚れ35で反射する戻り光が、クラッド21の外側に入射すると、検出センサ26の検出感度がかなり大きくなる。
In contrast, when the returning light reflected by the
このように、汚れ35が生じていない保護ガラス33と比較し、保護ガラス33の汚れ35が生じている場合には、検出センサ26において、保護ガラス33の汚れ35を判断するための所定の閾値以上の戻り光が検出されることとなる。
In this way, when the
判定部5aは、検出センサ26で検出された反射光の光量が所定の閾値以上の場合、保護ガラス33に汚れ35が発生していると判定する。
When the amount of reflected light detected by the
これにより、検出センサ26の検出結果に基づいて、保護ガラス33の汚れ35や保護ガラス33の破損等の異常の発生を判断することができる。保護ガラス33に破損等の異常が発生した場合についても、汚れ35が生じている保護ガラス33と同様なメカニズムにより、検出センサ26で所定の閾値以上の戻り光が検出されることとなるためである。
This makes it possible to determine the occurrence of an abnormality, such as
これにより、保護ガラス33の交換やメンテナンスを行うタイミングを適切に判断することができる。
This allows appropriate determination of the timing for replacement or maintenance of the
なお、保護ガラス33が汚れていない場合であっても、例えば、コネクタ部25の内部に収納されている伝送ファイバ20が断線していると、コネクタ部25の内部で戻り光が反射して検出センサ26で検出されることとなる。そのため、検出センサ26を用いて、伝送ファイバ20の断線検出を行うこともできる。
Even if the
なお、保護ガラス33だけでなく、レーザ加工ヘッド30内の光学部品であるコリメータレンズ31や集光レンズ32等に、汚れや破損等の異常が発生した場合についても、汚れ35が生じている保護ガラス33と同様なメカニズムにより、レーザ加工ヘッド30内の光学部品の汚れ35や不具合を判定することができる。ここで、汚れ35は、ワークWのレーザ加工時に発生するヒュームやスパッタによって、ワークWに近い側の保護ガラス33側から発生しやすい。
In addition, not only the
なお、保護ガラス33の汚れ35の有無や保護ガラス33の破損等の不具合を効果的に判定するためには、ワークWでの焦点位置において、レーザ光Lの一部が、伝送ファイバ20に向かって適正量で安定して正反射されることが好ましい。これにより、この適正な量の戻り光が、伝送ファイバ20のクラッド21の内部に集中的に入射され、モードストリッパ24で減衰されて効果的に除去される。
In order to effectively determine whether or not there is
なお、ワークWの焦点位置での正反射光や散乱光(乱反射光)が大きすぎる場合、保護ガラス33の汚れ35の有無や破損等の不具合を誤検出しないようにすることが好ましい。
In addition, if the specularly reflected light or scattered light (diffusely reflected light) at the focal position of the workpiece W is too strong, it is preferable to avoid erroneous detection of defects such as the presence or absence of
具体的に説明すると、保護ガラス33の汚れ35の有無や破損等の不具合を、安定した高品質で検出するためのタイミングや条件としては、ワークWからの戻り光が少ない場合、すなわち、ワークWが十分に溶けている状態が好ましい。
To be more specific, the timing and conditions for detecting the presence or absence of
言い換えると、加工初期の溶け込みが不十分な期間や、波長吸収率が低い高反射材料に対して低出力でレーザ照射をした場合は、ワークWからの戻り光としての反射光が増えてしまうため、好ましくない。 In other words, when the laser is irradiated at low power during the initial period of processing when penetration is insufficient, or when the laser is irradiated on a highly reflective material with low wavelength absorptivity, the amount of reflected light returning from the workpiece W increases, which is not desirable.
このため、ワークWからの戻り光が少なくなるような十分に溶け込み出した以降のタイミングで、検出センサ26による保護ガラス33、コリメータレンズ31、集光レンズ32等のレーザ加工ヘッド30内の光学部品等の汚れの有無や破損等の不具合検出を行うことが好ましい。
For this reason, it is preferable to use the
これにより、ワークWの波長吸収率が低い高反射材料であっても、レーザ加工中にレーザ加工ヘッド30内の光学部品等の汚れの有無や破損等の不具合検出を行うことができる。この溶け込み出した以降のタイミングの判定は、ワークWに対してのレーザ照射によるキーホール深さの検出やレーザの出力とレーザ照射時間の積によるエネルギー量に応じて、行っても良い。
As a result, even if the workpiece W is a highly reflective material with a low wavelength absorptivity, it is possible to detect the presence or absence of dirt on the optical components in the
また、アルミや銅系材料等の高反射材料になるほど、溶け込みが発生した場合と発生していない場合では、戻り光の量の差が大きい特性がある。これは、特に高反射材料において、固相から液相に変化したときの反射率の減少率、すなわち、波長吸収率の増加率が大きいことによるものである。 In addition, the more highly reflective the material, such as aluminum or copper-based materials, the greater the difference in the amount of returned light between when penetration occurs and when it does not. This is because, particularly in highly reflective materials, the rate of decrease in reflectance when changing from the solid phase to the liquid phase, i.e., the rate of increase in wavelength absorptance, is large.
これにより、上述したように、特に高反射材料において十分な溶け込みが発生していないときでは、戻り光としての反射光の量が大きくなるので、誤検出しないように留意する必要がある。 As a result, as mentioned above, the amount of reflected light as return light will be large, especially when sufficient penetration has not occurred in highly reflective materials, so care must be taken to avoid false detection.
また、戻り光の検出時のレーザ光Lの照射対象としては、ワークWとしているが、ワークWの波長吸収率の影響を受けないビームダンパ等のような、焦点位置での戻り光としての反射光が少ない測定治具を用いても良い。 In addition, the workpiece W is the target to be irradiated with the laser light L when detecting the return light, but a measurement tool that produces less reflected light as return light at the focal position, such as a beam damper that is not affected by the wavelength absorptivity of the workpiece W, may also be used.
また、鉄系やステンレスなどのレーザ光Lの波長吸収率が高い材料の場合は、レーザ加工中において、過剰な戻り光の発生が相対的に低くなる。そのため、レーザ加工中の戻り光を用いた検出センサ26による、レーザ加工ヘッド30内の光学部品等の汚れの有無や破損等の不具合検出には、レーザ加工中における、測定タイミングやレーザ出力等の条件の自由度が高くなり好ましい。
In addition, in the case of materials with high wavelength absorption of the laser light L, such as iron-based materials and stainless steel, the generation of excessive return light during laser processing is relatively low. Therefore, when using the
以上説明したように、本発明は、比較的簡単な構成で、保護ガラスの汚れを検出することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。 As described above, the present invention has a relatively simple configuration and provides the highly practical effect of being able to detect dirt on protective glass, making it extremely useful and highly applicable in industry.
1 レーザ加工装置
5 制御部
5a 判定部
10 レーザ発振器
20 伝送ファイバ
23 エンドキャップ
24 モードストリッパ部
25 コネクタ部
26 検出センサ(検出部)
30 レーザ加工ヘッド
33 保護ガラス
L レーザ光
W ワーク(対象物)
REFERENCE SIGNS
30
Claims (7)
前記伝送ファイバの出射端に設けられたエンドキャップと、
前記伝送ファイバの出射側の端部を覆う筒状のコネクタ部と、
前記伝送ファイバから出射された後で再び該伝送ファイバに向かう戻り光のうち、該伝送ファイバに入射されなかった戻り光を検出する検出部と、
前記検出部で検出された戻り光の光量が所定の閾値以上であるかを判定する判定部とを備え、
前記伝送ファイバは、クラッドの外周部に設けられた被覆部を有し、
前記伝送ファイバの外周部における出射側の端部には、前記被覆部が除去されて露出した前記クラッドにおける所定区間にモードストリッパ部が設けられ、
前記検出部は、前記コネクタ部の内部に配置されており、前記モードストリッパ部よりも出射方向の上流側で且つ前記被覆部よりも出射方向の下流側において、前記クラッドの外側に配置されている、
レーザ加工装置。 A laser processing apparatus comprising: a laser processing head having a protective glass; a laser oscillator that oscillates a laser beam; and a transmission fiber that transmits the laser beam oscillated by the laser oscillator to the laser processing head,
an end cap provided at an output end of the transmission fiber;
a cylindrical connector portion that covers an end portion of the output side of the transmission fiber;
a detection unit that detects return light that is not incident on the transmission fiber among return light that is emitted from the transmission fiber and then travels back toward the transmission fiber;
a determination unit that determines whether the amount of return light detected by the detection unit is equal to or greater than a predetermined threshold ,
the transmission fiber has a coating portion provided on an outer periphery of a clad;
a mode stripper section is provided at an end of the outer circumferential portion of the transmission fiber on the emission side in a predetermined section of the cladding exposed by removing the coating section;
the detection unit is disposed inside the connector unit, and is disposed outside the cladding, upstream of the mode stripper unit in the emission direction and downstream of the coating unit in the emission direction.
Laser processing equipment.
前記レーザ加工ヘッドは、コリメータレンズ及び集光レンズをさらに有し、
前記検出部は、前記保護ガラス、前記コリメータレンズ、及び前記集光レンズのうち少なくとも1つで反射された戻り光を検出する、レーザ加工装置。 In claim 1 ,
The laser processing head further includes a collimator lens and a condenser lens,
The detection unit detects return light reflected by at least one of the protective glass, the collimator lens, and the condenser lens.
前記判定部は、前記レーザ光が照射される対象物の溶け込み量が所定量以上である場合に、前記検出部で検出された戻り光の光量の判定を行う、レーザ加工装置。 In claim 1 or 2 ,
The determination unit determines the amount of return light detected by the detection unit when the amount of penetration of the object irradiated with the laser light is equal to or greater than a predetermined amount.
前記判定部は、前記対象物に形成されたキーホールの深さが所定値よりも大きい場合に、該対象物の溶け込み量が所定量以上であると判定する、レーザ加工装置。 In claim 3 ,
The determination unit determines that a penetration amount of the object is a predetermined amount or more when a depth of a keyhole formed in the object is greater than a predetermined value.
前記判定部は、前記レーザ光の出力と該レーザ光の照射時間とを積算したエネルギー量が所定量よりも大きい場合に、該対象物の溶け込み量が所定量以上であると判定する、レーザ加工装置。 In claim 3 ,
The determination unit determines that the amount of melting of the object is a predetermined amount or more when the amount of energy obtained by integrating the output of the laser light and the irradiation time of the laser light is greater than a predetermined amount.
前記レーザ光が照射される対象物は、該レーザ光の波長吸収率が所定値よりも高い材料で構成されている、レーザ加工装置。 In any one of claims 1 to 5 ,
A laser processing apparatus, wherein the object onto which the laser light is irradiated is made of a material having a wavelength absorptance of the laser light higher than a predetermined value.
前記レーザ光が照射される対象物は、該対象物の焦点位置での戻り光の光量が所定量よりも少ない部材で構成されている、レーザ加工装置。 In claim 1 or 2 ,
A laser processing device, wherein the object onto which the laser light is irradiated is composed of a material for which the amount of return light at a focal position of the object is less than a predetermined amount.
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