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WO2019216040A1 - レーザ加工機及び光学部品の状態検出方法 - Google Patents

レーザ加工機及び光学部品の状態検出方法 Download PDF

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WO2019216040A1
WO2019216040A1 PCT/JP2019/012301 JP2019012301W WO2019216040A1 WO 2019216040 A1 WO2019216040 A1 WO 2019216040A1 JP 2019012301 W JP2019012301 W JP 2019012301W WO 2019216040 A1 WO2019216040 A1 WO 2019216040A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
optical component
sheet metal
laser beam
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/012301
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
洋 古清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amada Co Ltd
Original Assignee
Amada Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Amada Holdings Co Ltd filed Critical Amada Holdings Co Ltd
Priority to EP19800527.4A priority Critical patent/EP3791992B1/en
Priority to US17/052,824 priority patent/US11906388B2/en
Publication of WO2019216040A1 publication Critical patent/WO2019216040A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0285—Testing optical properties by measuring material or chromatic transmission properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser processing machine and an optical component state detection method.
  • the laser processing machine includes various optical components such as a lens that focuses the laser beam and a mirror that reflects the laser beam. For example, if the optical component is contaminated and the optical component is deteriorated, the laser processing machine may not be able to cut under a preferable condition in which the sheet metal is set.
  • the lens becomes dirty or worn, the antireflection coating on the surface of the lens deteriorates, so that the transmittance of the laser beam decreases, the reflectance increases, and the temperature of the lens increases. . Then, the focal point of the laser beam focused near the surface of the sheet metal is shifted, and cutting failure may occur.
  • a unit for storing optical components has a semi-sealing structure, and a user of a laser processing machine cannot inspect the optical components in the unit. Therefore, it is desirable that the configuration can detect the state of the optical component and notify the user if the optical component is deteriorated.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes that the contamination of an optical component is detected by directly detecting the output value of a laser beam focused by a focusing lens by an output detection device.
  • the configuration described in Patent Document 1 is not preferable because a detection process different from the sheet metal processing process must be provided.
  • Embodiments are intended to provide a laser processing machine and an optical component state detection method capable of detecting the state or the extent of deterioration of an optical component by detecting the state of the optical component in a sheet metal processing step. .
  • a beam irradiation unit having a plurality of optical components that irradiate a sheet metal after being focused on collimated light after converting a diverging laser beam into collimated light, and among the plurality of optical components Following the piercing process to open the piercing to cut the sheet metal to produce the product by detecting the intensity of the reflected light reflected by the optical component to be inspected, the inspection light to the piercing Control whether to irradiate the laser beam, and by comparing the intensity of the reflected light detected by the light detection element when the inspection light is irradiated with a threshold value, the presence or absence of deterioration of the optical component to be inspected or
  • a laser processing machine including a control device for detecting the degree is provided.
  • the laser beam as the inspection light is irradiated on the piercing, and the inspection light is irradiated
  • Optical component state detection method for detecting the presence or absence or degree of deterioration of the optical component to be inspected by detecting the intensity of reflected light reflected by the optical component to be inspected and comparing the intensity of the reflected light with a threshold value Is provided.
  • the state of the optical component can be detected in the sheet metal processing step, and the presence or absence or degree of deterioration of the optical component can be detected.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration example of a laser beam machine according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a partial detailed configuration example of the laser beam machine according to the embodiment.
  • FIG. 3A is a conceptual diagram for explaining the operation of the zoom lens shown in FIG. 2 and showing a state in which the beam diameter of collimated light is maximized.
  • FIG. 3B is a conceptual diagram illustrating the operation of the zoom lens illustrated in FIG. 2 and illustrating a state where the beam diameter of collimated light is minimized.
  • FIG. 3C is a conceptual diagram showing a state in which the focal position is changed by moving the focusing lens while minimizing the beam diameter of the collimated light.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the focused diameter and divergence angle of the laser beam.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the laser output of the new lens and the fouling lens and the reflected light detection current value.
  • FIG. 6 is a diagram showing how a sheet metal is processed when the laser beam machine cuts the sheet metal to produce a rectangular product.
  • FIG. 7 is a diagram for comparing nozzle positions and beam diameters during piercing processing and state detection.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the laser beam machine according to the embodiment and the state detection method according to the embodiment.
  • a laser processing machine 100 includes a laser oscillator 10 that generates and emits a laser beam, a laser processing unit 20, and a process fiber 12 that transmits the laser beam to the laser processing unit 20.
  • the laser processing machine 100 includes a reflected light detection unit 40, an A / D converter 42, an NC device 50 that controls the entire laser processing machine 100, and a display unit 60.
  • the NC device 50 is an example of a control device.
  • the laser beam machine 100 cuts the sheet metal W with the laser beam emitted from the laser oscillator 10. As will be described in detail later, the laser processing machine 100 detects the state of the optical component included in the laser processing unit 20 in the processing step of cutting the sheet metal W, and notifies the user if the state of the optical component has deteriorated. Configured to notify.
  • the laser oscillator 10 is preferably a laser oscillator that amplifies excitation light emitted from a laser diode and emits a laser beam having a predetermined wavelength, or a laser oscillator that directly uses a laser beam emitted from a laser diode.
  • the laser oscillator 10 is, for example, a solid laser oscillator, a fiber laser oscillator, a disk laser oscillator, or a direct diode laser oscillator (DDL oscillator).
  • the process fiber 12 is attached along X-axis and Y-axis cable ducts (not shown) arranged in the laser processing unit 20.
  • the laser processing unit 20 includes a processing table 21 on which a sheet metal W is placed, a portal X-axis carriage 22 that is movable in the X-axis direction on the processing table 21, and a Y-axis that is perpendicular to the X-axis on the X-axis carriage 22. And a Y-axis carriage 23 that is movable in the direction. Further, the laser processing unit 20 has a collimator unit 30 fixed to the Y-axis carriage 23.
  • the collimator unit 30 includes a convex lens 31 into which the laser beam emitted from the exit end of the process fiber 12 is incident, and a concave lens 32 into which the laser beam emitted from the convex lens 31 is incident.
  • the collimator unit 30 includes a bend mirror 33 that reflects the laser beam emitted from the concave lens 32 downward in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis.
  • the processing head 35 is connected to the collimator unit 30, and the processing head 35 has a focusing lens 34 that focuses the laser beam reflected by the bend mirror 33.
  • a nozzle 36 that emits a laser beam is detachably attached to the tip of the processing head 35.
  • the collimator unit 30, the processing head 35, and the nozzle 36 constitute a beam irradiation unit that irradiates the sheet metal W after being focused after being converted into a collimated light beam.
  • the beam irradiation unit has a plurality of optical components.
  • the convex lens 31 and the concave lens 32 function as a zoom lens that changes the beam diameter D (see FIG. 2) of the laser beam emitted from the concave lens 32.
  • the convex lens 31 and the concave lens 32 are examples of optical components.
  • the convex lens 31 is an optical component to be inspected whose state deterioration is detected, but the optical component to be inspected is not limited to a convex lens constituting a zoom lens.
  • the convex lens 31 is a lens having a positive focal length
  • the concave lens 32 is a lens having a negative focal length
  • the focusing lens 34 is a lens having a positive focal length.
  • the focusing lens 34 is a convex lens.
  • the convex lens 31 and the concave lens 32 have a function of a collimating lens that converts individual beams of incident laser beams into parallel light.
  • the convex lens 31, the concave lens 32, and the focusing lens 34 are configured to be movable in the optical axis direction.
  • the convex lens 31, the concave lens 32, and the bend mirror 33 are disposed in the collimator unit 30 with the optical axis adjusted in advance, and the focusing lens 34 is disposed in the processing head 35 with the optical axis adjusted in advance. ing.
  • the collimator unit 30 is fixed to a Y-axis carriage 23 movable in the Y-axis direction, and the Y-axis carriage 23 is provided on an X-axis carriage 22 movable in the X-axis direction. Therefore, the laser processing unit 20 can move the position at which the laser beam emitted from the nozzle 36 is applied to the sheet metal W in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the laser processing machine 100 transmits the laser beam emitted from the laser oscillator 10 to the laser processing unit 20 through the process fiber 12 and irradiates the sheet metal W with the laser beam focused by the focusing lens 34.
  • the sheet metal W can be cut.
  • an assist gas for removing the melt is injected into the sheet metal W.
  • FIG. 1 the illustration of the configuration for injecting the assist gas is omitted.
  • FIG. 2 A schematic configuration example in which the convex lens 31, the concave lens 32, and the focusing lens 34 are movable will be described with reference to FIG.
  • the convex lens 31 and the concave lens 32 are attached to moving mechanisms 311 and 321 for allowing the convex lens 31 and the concave lens 32 to move in the optical axis direction (X-axis direction in FIG. 1), respectively.
  • the focusing lens 34 is attached to a moving mechanism 341 for making the focusing lens 34 movable in the optical axis direction (Z-axis direction in FIG. 1).
  • the moving mechanisms 311, 321, and 341 use, for example, a gear, a belt, a rack and pinion, a worm gear, a ball screw, or the like (or any combination thereof) to connect the convex lens 31, the concave lens 32, and the focusing lens 34. What is necessary is just the mechanism which makes each movable.
  • the convex lens 31, the concave lens 32, and the converging lens 34 move in the optical axis direction as indicated by arrows when the driving units 312, 322, and 342 drive the moving mechanisms 311, 321 and 341, respectively.
  • the drive units 312, 322, and 342 are, for example, motors.
  • the NC device 50 controls the drive units 312, 322, and 342. Other control devices connected to the NC device 50 may control the drive units 312, 322, and 342.
  • the NC device 50 controls the driving of the moving mechanisms 311 and 321 by the driving units 312 and 322 so as to adjust the positions of the convex lens 31 and the concave lens 32 according to preset processing conditions of the sheet metal W.
  • the processing conditions of the sheet metal W are, for example, the material type of the sheet metal W, the sheet thickness of the sheet metal W, and the focused diameter of the laser beam.
  • the NC device 50 controls the driving of the moving mechanism 341 by the driving unit 342 so as to adjust the position of the focusing lens 34 according to the set focal position. To do.
  • a laser beam is emitted as divergent light from the exit end 12e of the process fiber 12 as indicated by a one-dot chain line.
  • the convex lens 31 is disposed so that the distance from the exit end 12 e to the convex lens 31 is equal to or greater than the focal length of the convex lens 31. Therefore, the convex lens 31 converts the divergent light of the laser beam into convergent light.
  • the NC device 50 can move the convex lens 31 in the optical axis direction under the condition that the distance from the exit end 12e to the convex lens 31 is equal to or greater than the focal length of the convex lens 31.
  • the concave lens 32 converts the convergent light into parallel light (collimated light).
  • the parallel light means that the light beam of the laser beam is parallel light.
  • the parallel light emitted from the concave lens 32 is reflected by the bend mirror 33, the optical path is bent, and enters the focusing lens 34.
  • the focusing lens 34 focuses the parallel light so that the focal position is at or near the surface of the sheet metal W, and irradiates the sheet metal W with a laser beam.
  • 3A to 3C conceptually show a state in which the bend mirror 33 in FIG. 2 is omitted and the convex lens 31, the concave lens 32, and the focusing lens 34 are arranged so that the optical axes are in a straight line.
  • the position where the concave lens 32 does not exist and the convergent light from the convex lens 31 converges is defined as a point Pf31.
  • the concave lens 32 converts the convergent light into parallel light.
  • the beam diameter D of the parallel light emitted from the concave lens 32 changes according to the convergence angle of the convergent light emitted from the convex lens 31.
  • 3A shows a state where the beam diameter D is the maximum
  • FIG. 3B shows a state where the beam diameter D is the minimum.
  • FIG. 4 conceptually shows an enlarged view of the periphery of the beam waist of the laser beam focused on the surface of the sheet metal W or in the vicinity thereof.
  • the left side of FIG. 4 is the upper side of the sheet metal W, and the right side is the lower side of the sheet metal W.
  • the condensing diameter d shown in FIG. 4 is represented by the formula (1).
  • the Rayleigh length Zr is expressed by equation (2).
  • BPP is a beam parameter product (Beam Parameter Products) represented by the product of the beam waist radius d / 2 and the half-width ⁇ of the beam divergence angle, and f is the focus. This is the focal length of the lens 34.
  • the condensing diameter d and the Rayleigh length Zr are determined according to the beam diameter D, and when the beam diameter D changes, the condensing diameter d and the Rayleigh length Zr change.
  • the beam diameter D When the beam diameter D is increased, the condensing diameter d and the Rayleigh length Zr are decreased, the power density is increased, and a beam profile suitable for a thin plate is obtained.
  • the beam diameter D When the beam diameter D is reduced, the light condensing diameter d and the Rayleigh length Zr are increased, and the power density is reduced to provide a beam profile suitable for a thick plate.
  • the NC device 50 calculates the beam diameter D that is the target condensing diameter d based on the formula (1), and the positions of the convex lens 31 and the concave lens 32 become positions that realize the calculated beam diameter D.
  • the drive units 312 and 322 are controlled to move the convex lens 31 and the concave lens 32.
  • the NC device 50 moves the convex lens 31 so that the convergence angle of the laser beam emitted from the convex lens 31 becomes a convergence angle at which a target beam diameter D is obtained.
  • the NC device 50 shifts the concave lens 32 from the point Pf31 to the convex lens 31 side by a distance L so as to convert the convergent light into parallel light corresponding to the position of the convex lens 31 in the optical axis direction. Move.
  • the NC device 50 calculates the positions of the convex lens 31 and the concave lens 32 for setting the target beam diameter D and the focused diameter d, and moves the convex lens 31 and the concave lens 32. As can be seen from FIGS. 3A and 3B, since the focusing lens 34 focuses parallel light, the focal position of the laser beam does not change even if the position of the concave lens 32 changes.
  • the focal position can be changed as shown in FIG. 3C.
  • a position shifted by a predetermined distance from the surface or the back surface of the sheet metal W may be used as the focal position.
  • the reflected light detection unit 40 is attached to the upper surface of the collimator unit 30 at a position closer to the emission end 12e than the convex lens 31.
  • the reflected light detection unit 40 is disposed at a position where the reflected light reflected from the laser beam incident surface of the convex lens 31 can enter.
  • An opening 40 a is formed in the casing of the reflected light detection unit 40.
  • An opening is also formed in the casing of the collimator unit 30.
  • the reflected light detection unit 40 is disposed so that the opening 40 a faces the opening of the collimator unit 30. Therefore, the reflected light from the convex lens 31 passes through the opening of the collimator unit 30 and the opening 40 a and enters the reflected light detection unit 40.
  • a diffusion plate 401 In the casing of the reflected light detection unit 40, a diffusion plate 401, a cold filter 402, a cold mirror 403, and a photodiode 404 are arranged in this order from the opening 40a side.
  • the diffusion plate 401 is, for example, an opal glass diffusion plate, and the transmittance of reflected light is about 40%.
  • the cold filter 402 has a transmittance of reflected light of about 2% and attenuates infrared light.
  • the cold mirror 403 has a reflected light transmittance of about 95% and attenuates visible light.
  • the photodiode 404 is an example of a light detection element, and an imaging element may be used as the light detection element.
  • the reflected light detection unit 40 shown in FIG. 2 is a preferred configuration example of the reflected light detection unit 40, the specific examples of the reflected light detection unit 40 such as what members are arranged in addition to the light detection elements. Such a configuration is not limited to FIG.
  • the reflected light detection unit 40 only needs to be configured such that the light detection element detects the reflected light from the convex lens 31 and generates a detection value corresponding to the intensity of the reflected light.
  • the detected value is, for example, a current value.
  • the photodiode 404 generates a current value corresponding to the intensity of incident reflected light and supplies it to the A / D converter 42.
  • a current value generated by detecting light reflected by the photodiode 404 is referred to as a reflected light detection current value.
  • the A / D converter 42 converts the input reflected light detection current value into a digital value and supplies it to the NC device 50.
  • FIG. 5 shows the relationship between the laser output and the reflected light detection current value when the convex lens 31 is a new lens and when the convex lens 31 is a contaminated lens that has become dirty and deteriorated due to long-term use.
  • the solid line indicates the relationship between the former, and the broken line indicates the relationship between the latter laser output and the reflected light detection current value.
  • the intensity of the reflected light from the convex lens 31 increases as the laser output of the laser beam emitted from the laser oscillator 10 increases.
  • the convex lens 31 is a fouling lens
  • the intensity of the reflected light increases due to the deterioration of the antireflection coating. Therefore, the reflected light detection current value when the convex lens 31 is a fouling lens is larger than that when the convex lens 31 is a new lens.
  • the NC device 50 is set with a threshold value for detecting the presence / absence or degree of deterioration of the convex lens 31. If the threshold value is one value, the NC device 50 can detect the presence or absence of deterioration of the convex lens 31 by comparing the input reflected light detection current value with the threshold value. If the threshold value is set to two or more values, the NC device 50 can detect the degree of deterioration of the convex lens 31 by comparing the input reflected light detection current value with each threshold value in a plurality of threshold values.
  • the reflected light detection unit 40 detects the reflected light from the convex lens 31, and the NC device 50 detects the presence or absence of the deterioration of the convex lens 31 based on the intensity of the reflected light. Accordingly, the state of the convex lens 31 can be detected in the processing step without affecting the processing step in which the laser processing machine 100 cuts the sheet metal W.
  • FIG. 6 shows a method of cutting the sheet metal W when the laser processing machine 100 cuts the sheet metal W to produce a rectangular product 200.
  • the laser beam machine 100 performs piercing on the outside of the product 200 and in the vicinity of the outer periphery of the product 200 to open the piercing 201, and a linear approach 202 from the piercing 201 to a predetermined position on the outer periphery of the product 200. Disconnect.
  • the laser beam machine 100 cuts the sheet metal W along the outer periphery of the product 200 from the end of the approach 202 on the product 200 side.
  • the NC device 50 controls the laser processing machine 100 so as to manufacture the product 200 by cutting the sheet metal W based on a processing program created in advance.
  • the NC device 50 moves the machining head 35 upward so that the distance between the tip of the nozzle 36 and the upper surface of the sheet metal W is longer than the distance during normal cutting of the sheet metal W. Move to. At this time, for example, the NC device 50 performs control so that the focus position is in a just focus state where the focal position is located on the upper surface of the sheet metal W.
  • the NC device 50 brings the processing head 35 close to the sheet metal W, and sets the distance between the tip of the nozzle 36 and the upper surface of the sheet metal W as the distance during normal cutting of the sheet metal W.
  • the normal cutting of the sheet metal W is cutting of the outer periphery of the approach 202 and the product 200.
  • the NC device 50 lowers the machining head 35 to the normal cutting position while maintaining the position of the machining head 35 in the direction along the surface of the sheet metal W at the piercing position. Then, the laser beam machine 100 is controlled so as to irradiate a laser beam as inspection light for detecting the state of the convex lens 31. Therefore, the inspection light is irradiated into the piercing 201. At this time, the NC device 50 preferably adjusts the positions of the convex lens 31 and the concave lens 32 so that the beam diameter D becomes the smallest.
  • the NC device 50 may control the laser processing machine 100 so that the laser output is as low as 500 W, for example, as a continuous wave, and the inspection light is irradiated for a short time of about 0.1 seconds.
  • the NC device 50 controls, for example, the focal position to be a position slightly below the upper surface of the sheet metal W.
  • the inspection light is irradiated onto the unprocessed area of the sheet metal W, the unprocessed area is processed, which is not preferable. Even if the laser output is low, it is not preferable because the surface of the sheet metal W is discolored. Since irradiating the inspection light into the piercing 201 does not affect the unprocessed region, it is preferable to irradiate the piercing 201 with the inspection light. If the inspection light is irradiated with the beam diameter D being minimized, the inspection light can be almost surely passed through the pierce 201. Further, by irradiating the inspection light into the piercing 201, the step of moving the processing head 35 to the outside of the product 200 and irradiating the inspection light and then returning the position of the processing head 35 becomes unnecessary.
  • the NC device 50 detects the state of the convex lens 31 based on the reflected light detection current value when the inspection light is irradiated. If it is detected that the reflected light detection current value is smaller than the threshold value and the state of the convex lens 31 is good, the NC device 50 cuts the approach 202 and cuts the sheet metal W along the outer periphery of the product 200. The processing machine 100 is controlled.
  • the convex lens is used in a series of processing steps such as piercing processing, approach processing, and outer periphery cutting processing of the product 200 when the laser processing machine 100 cuts the sheet metal W to manufacture the product 200. 31 states can be detected. Moreover, the side effect that the unprocessed region of the sheet metal W is processed does not occur.
  • the NC apparatus 50 is set with two threshold values: a first threshold value and a second threshold value that is larger than the first threshold value.
  • the NC device 50 when an instruction to start production of a predetermined product such as the product 200 is given, the NC device 50 causes the laser beam machine 100 to perform piercing processing on the sheet metal W based on the machining program in step S1. To control. In step S2, the NC device 50 controls the laser processing machine 100 to irradiate the inspection light.
  • the NC device 50 determines whether or not the reflected light detection current value is greater than or equal to the first threshold value in step S3. If the reflected light detection current value is not equal to or greater than the first threshold value (NO), it means that the state of the convex lens 31 is good, and the NC device 50 performs the approach processing in step S8 so as to execute the approach processing. 100 is controlled. Subsequently, in step S9, the NC device 50 controls the laser processing machine 100 to cut the outer periphery of the product.
  • the NC device 50 determines whether or not the cutting of the outer periphery of the product is completed in Step S10, and if the cutting of the outer periphery is not completed (NO), the process returns to Step S9. If the cutting of the outer periphery is completed (YES), the NC device 50 ends the product manufacturing process.
  • the NC device 50 determines whether or not the reflected light detection current value is greater than or equal to the second threshold value in step S4. . If the reflected light detection current value is not equal to or greater than the second threshold value (NO), the convex lens 31 is not dirty enough to stop production, but the convex lens 31 is dirty or worn out. Therefore, the NC device 50 displays a caution message on the display unit 60 in step S5, and shifts the processing to step S8.
  • the caution message is, for example, a message notifying the user that the optical component such as the convex lens 31 needs to be cleaned or replaced, such as “Please request maintenance because the lens is dirty.” .
  • the attention message may be a predetermined message.
  • the product is manufactured in steps S8 to S10, as in the case where the state of the convex lens 31 is good.
  • step S6 If the reflected light detection current value is equal to or greater than the second threshold value (YES), it means that the state of the convex lens 31 is very bad, and the NC device 50 stops the product manufacturing process in step S6, In step S7, a warning message is displayed on the display unit 60, and the process is terminated.
  • the warning message indicates that there is a need for immediate cleaning or replacement of the optical components, such as “The lens is dirty and processing has been stopped. It is a message to notify.
  • the warning message may be a predetermined message.
  • the convex lens 31 is an optical component to be inspected, but the concave lens 32 may be an optical component to be inspected.
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  • any optical component in the beam irradiation unit can be an optical component to be inspected.

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Abstract

ビーム照射ユニット（コリメータユニット３０、加工ヘッド３５、及びノズル３６）は、発散光であるレーザビームをコリメート光に変換した後に集束させて板金（Ｗ）に照射する複数の光学部品を有する。光検出素子（フォトダイオード４０４）は、複数の光学部品のうちのいずれかである検査対象の光学部品で反射した反射光の強度を検出する。制御装置（ＮＣ装置５０）は、板金Ｗを切断して製品を製作するためにピアスを開けるピアシング加工に続けて、ピアスに検査光としてのレーザビームを照射するように制御し、検査光を照射したときに光検出素子が検出した反射光の強度を閾値と比較することによって、検査対象の光学部品の劣化の有無または程度を検出する。

Description

レーザ加工機及び光学部品の状態検出方法
　本開示は、レーザ加工機及び光学部品の状態検出方法に関する。
　レーザ発振器より射出されたレーザビームによって板金を切断加工するレーザ加工機が普及している。レーザ加工機は、レーザビームを集束するレンズ、レーザビームを反射するミラー等の各種の光学部品を備える。例えば光学部品が汚れて光学部品が劣化すれば、レーザ加工機は板金を設定した好ましい条件で切断することができないことがある。
　一例として、レンズが汚れたり消耗したりすると、レンズの表面に施されている反射防止コーティングが劣化することによって、レーザビームの透過率が低下し、反射率が上昇してレンズの温度が上昇する。すると、板金の表面近傍で集束させているレーザビームの焦点がずれてしまい、切断不良を発生させることがある。
特開２００５－３３４９２４号公報
　一般的に、光学部品を収納するユニットは半封じ切り構造となっており、レーザ加工機のユーザがユニット内の光学部品を点検することはできない。そこで、光学部品の状態を検出して、光学部品が劣化していればユーザに通知することができる構成であることが望まれる。
　特許文献１には、集束レンズで集束したレーザビームの出力値を出力検知装置によって直接検知することによって、光学部品の汚れを検出することが記載されている。特許文献１に記載のような構成は、板金の加工工程とは別の検出工程を設けなければならないため、好ましくない。
　実施形態は、板金の加工工程において光学部品の状態を検出して、光学部品の劣化の有無または程度を検出することができるレーザ加工機及び光学部品の状態検出方法を提供することを目的とする。
　実施形態の第１の態様によれば、発散光であるレーザビームをコリメート光に変換した後に集束させて板金に照射する複数の光学部品を有するビーム照射ユニットと、前記複数の光学部品のうちのいずれかである検査対象の光学部品で反射した反射光の強度を検出する光検出素子と、前記板金を切断して製品を製作するためにピアスを開けるピアシング加工に続けて、前記ピアスに検査光としてのレーザビームを照射するように制御し、前記検査光を照射したときに前記光検出素子が検出した反射光の強度を閾値と比較することによって、前記検査対象の光学部品の劣化の有無または程度を検出する制御装置とを備えるレーザ加工機が提供される。
　実施形態の第２の態様によれば、板金を切断して製品を製作するためのピアスを前記板金に開け、前記ピアスに検査光としてのレーザビームを照射し、前記検査光を照射したときに検査対象の光学部品で反射した反射光の強度を検出し、前記反射光の強度を閾値と比較することによって、前記検査対象の光学部品の劣化の有無または程度を検出する光学部品の状態検出方法が提供される。
　実施形態のレーザ加工機及び光学部品の状態検出方法によれば、板金の加工工程において光学部品の状態を検出して、光学部品の劣化の有無または程度を検出することができる。
図１は、一実施形態のレーザ加工機の全体的な構成例を示す図である。 図２は、一実施形態のレーザ加工機の部分的な詳細構成例を示す図である。 図３Ａは、図２に示すズームレンズの作用を説明し、コリメート光のビーム径を最大にした状態を示す概念図である。 図３Ｂは、図２に示すズームレンズの作用を説明し、コリメート光のビーム径を最小にした状態を示す概念図である。 図３Ｃは、コリメート光のビーム径を最小にし、集束レンズを移動させて焦点位置を変化させた状態を示す概念図である。 図４は、レーザビームの集光径及び発散角を説明するための図である。 図５は、新品レンズと汚損レンズとのレーザ出力と反射光検出電流値との関係を示す特性図である。 図６は、レーザ加工機が板金を切断して矩形状の製品を製作する場合の板金の加工の仕方を示す図である。 図７は、ピアシング加工時と状態検出時のノズルの位置及びビーム径を比較するための図である。 図８は、一実施形態のレーザ加工機の動作及び一実施形態の状態検出方法を示すフローチャートである。
　以下、一実施形態のレーザ加工機及び光学部品の状態検出方法について、添付図面を参照して説明する。図１において、レーザ加工機１００は、レーザビームを生成して射出するレーザ発振器１０と、レーザ加工ユニット２０と、レーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。また、レーザ加工機１００は、反射光検出ユニット４０と、Ａ／Ｄ変換器４２と、レーザ加工機１００の全体を制御するＮＣ装置５０と、表示部６０とを備える。ＮＣ装置５０は制御装置の一例である。
　レーザ加工機１００は、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームによって、板金Ｗを切断加工する。後に詳述するように、レーザ加工機１００は、板金Ｗを切断加工する加工工程において、レーザ加工ユニット２０が備える光学部品の状態を検出して、光学部品の状態が劣化していればユーザに通知するように構成されている。
　レーザ発振器１０としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザビームを射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザビームを直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。
　プロセスファイバ１２は、レーザ加工ユニット２０に配置されたＸ軸及びＹ軸のケーブルダクト（図示せず）に沿って装着されている。
　レーザ加工ユニット２０は、板金Ｗを載せる加工テーブル２１と、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在である門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在であるＹ軸キャリッジ２３とを有する。また、レーザ加工ユニット２０は、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット３０を有する。
　コリメータユニット３０は、プロセスファイバ１２の射出端より射出したレーザビームが入射される凸レンズ３１と、凸レンズ３１より射出したレーザビームが入射される凹レンズ３２とを有する。また、コリメータユニット３０は、凹レンズ３２より射出したレーザビームをＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー３３を有する。加工ヘッド３５はコリメータユニット３０と連結されており、加工ヘッド３５はベンドミラー３３で反射したレーザビームを集束させる集束レンズ３４を有する。加工ヘッド３５の先端には、着脱自在であって、レーザビームを射出するノズル３６が取り付けられている。
　コリメータユニット３０、加工ヘッド３５、及びノズル３６は、発散光であるレーザビームをコリメート光に変換した後に集束させて板金Ｗに照射するビーム照射ユニットを構成している。ビーム照射ユニットは、複数の光学部品を有する。
　後述するように、凸レンズ３１及び凹レンズ３２は、凹レンズ３２から射出するレーザビームのビーム径Ｄ（図２参照）を変化させるズームレンズとして機能する。凸レンズ３１及び凹レンズ３２は光学部品の一例である。本実施形態においては、凸レンズ３１を状態の劣化が検出される検査対象の光学部品としているが、検査対象の光学部品はズームレンズを構成する凸レンズに限定されない。
　凸レンズ３１は正の焦点距離を有するレンズ、凹レンズ３２は負の焦点距離を有するレンズ、集束レンズ３４は正の焦点距離を有するレンズである。集束レンズ３４は凸レンズである。凸レンズ３１と凹レンズ３２とは、入射されたレーザビームの個々のビームを平行光化するコリメートレンズの機能を有する。後述するように、凸レンズ３１と凹レンズ３２と集束レンズ３４とは光軸方向に移動自在に構成されている。
　凸レンズ３１及び凹レンズ３２、及びベンドミラー３３は、予め光軸が調整された状態でコリメータユニット３０内に配置され、集束レンズ３４は、予め光軸が調整された状態で加工ヘッド３５内に配置されている。
　コリメータユニット３０は、Ｙ軸方向に移動自在のＹ軸キャリッジ２３に固定され、Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸方向に移動自在のＸ軸キャリッジ２２に設けられている。よって、レーザ加工ユニット２０は、ノズル３６から射出されるレーザビームを板金Ｗに照射する位置を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができる。
　以上の構成によって、レーザ加工機１００は、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームをプロセスファイバ１２によってレーザ加工ユニット２０へと伝送させ、集束レンズ３４によって集束されたレーザビームを板金Ｗに照射して板金Ｗを切断加工することができる。
　なお、板金Ｗを切断加工するとき、板金Ｗには溶融物を除去するためのアシストガスが噴射される。図１では、アシストガスを噴射する構成については図示を省略している。
　図２を用いて、凸レンズ３１と凹レンズ３２と集束レンズ３４を移動自在する概略的な構成例を説明する。図２において、凸レンズ３１及び凹レンズ３２は、それぞれ、凸レンズ３１及び凹レンズ３２を光軸方向（図１のＸ軸方向）に移動自在とするための移動機構３１１及び３２１に取り付けられている。集束レンズ３４は、集束レンズ３４を光軸方向（図１のＺ軸方向）に移動自在とするための移動機構３４１に取り付けられている。
　移動機構３１１、３２１及び３４１は、例えば、ギア、ベルト、ラック・ピニオン、ウォームギア、ボールねじ等のいずれか（またはこれらの任意の組み合わせ）を用いて、凸レンズ３１と凹レンズ３２と集束レンズ３４とのそれぞれを移動自在にする機構でればよい。
　凸レンズ３１と凹レンズ３２と集束レンズ３４は、それぞれ、駆動部３１２、３２２及び３４２が移動機構３１１、３２１及び３４１を駆動することによって、矢印で示すように光軸方向に移動する。駆動部３１２、３２２及び３４２は、例えばモータである。ＮＣ装置５０は、駆動部３１２、３２２及び３４２を制御する。ＮＣ装置５０に接続された他の制御装置が駆動部３１２、３２２及び３４２を制御してもよい。
　ＮＣ装置５０は、予め設定された板金Ｗの加工条件に応じて凸レンズ３１及び凹レンズ３２の位置を調整するよう、駆動部３１２及び３２２による移動機構３１１及び３２１の駆動を制御する。板金Ｗの加工条件とは、例えば、板金Ｗの材料の種別、板金Ｗの板厚、レーザビームの集光径である。板金Ｗの加工条件として、焦点位置が設定されている場合、ＮＣ装置５０は、設定された焦点位置に応じて集束レンズ３４の位置を調整するよう、駆動部３４２による移動機構３４１の駆動を制御する。
　図２において、プロセスファイバ１２の射出端１２ｅから、一点鎖線で示すようにレーザビームが発散光として射出する。凸レンズ３１は、射出端１２ｅから凸レンズ３１までの距離が凸レンズ３１の焦点距離以上となるように配置されている。よって、凸レンズ３１は、レーザビームの発散光を収束光に変換する。ＮＣ装置５０は、凸レンズ３１を、射出端１２ｅから凸レンズ３１までの距離が凸レンズ３１の焦点距離以上となる条件で光軸方向に移動させることができる。
　凹レンズ３２が後述する最適な位置に配置されていると、凹レンズ３２は収束光を平行光（コリメート光）に変換する。ここでの平行光とは、レーザビームの光束が平行光であるということである。凹レンズ３２から射出した平行光はベンドミラー３３で反射して光路が曲げられ、集束レンズ３４に入射する。集束レンズ３４は、焦点位置が板金Ｗの表面またはその近傍となるよう平行光を集束して、レーザビームを板金Ｗに照射させる。
　図３Ａ～図３Ｃは、図２におけるベンドミラー３３を省略して、光軸が一直線となるように凸レンズ３１と凹レンズ３２と集束レンズ３４とを配置した状態を概念的に示している。図３Ａ～図３Ｃにおいて、仮に凹レンズ３２が存在せず、凸レンズ３１からの収束光が集束する位置を点Ｐｆ３１とする。凹レンズ３２を、点Ｐｆ３１より凸レンズ３１側に、凹レンズ３２の焦点距離と同じ距離Ｌだけずらした位置に配置すると、凹レンズ３２は収束光を平行光に変換する。
　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、凹レンズ３２から射出する平行光のビーム径Ｄは、凸レンズ３１から射出する収束光の収束角に応じて変化する。図３Ａはビーム径Ｄが最大の状態、図３Ｂはビーム径Ｄが最小の状態を示している。
　図４は、板金Ｗの表面またはその近傍に集束するレーザビームのビームウエスト周辺を拡大して概念的に示している。図４の左側が板金Ｗの上方側、右側が板金Ｗの下方側である。図４に示す集光径ｄは式（１）で表される。レイリー長Ｚｒは式（２）で表される。式（１）及び（２）において、ＢＰＰは、ビームウエストの半径ｄ／２とビームの発散角の半値半幅θとの積で表されるビームパラメータ積（Beam Parameter Products）であり、ｆは集束レンズ３４の焦点距離である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ＢＰＰは、凸レンズ３１及び凹レンズ３２、または、集束レンズ３４を移動させても変化しない。よって、式（１）及び（２）より、集光径ｄ及びレイリー長Ｚｒはビーム径Ｄに応じて決まり、ビーム径Ｄが変化すると集光径ｄ及びレイリー長Ｚｒは変化する。
　ビーム径Ｄが大きくなると集光径ｄ及びレイリー長Ｚｒが小さくなり、パワー密度が高くなって薄板に適したビームプロファイルとなる。ビーム径Ｄが小さくなると集光径ｄ及びレイリー長Ｚｒが大きくなり、パワー密度が低くなって厚板に適したビームプロファイルとなる。
　ＮＣ装置５０は、式（１）に基づいて、目標とする集光径ｄとなるビーム径Ｄを算出し、凸レンズ３１及び凹レンズ３２の位置が算出したビーム径Ｄを実現する位置となるよう、駆動部３１２及び３２２を制御して、凸レンズ３１及び凹レンズ３２を移動させる。
　詳細には、ＮＣ装置５０は、凸レンズ３１から射出されるレーザビームの収束角が目標とするビーム径Ｄが得られる収束角となるように凸レンズ３１を移動させる。これに加えて、ＮＣ装置５０は、凸レンズ３１の光軸方向の位置に対応して、収束光を平行光に変換するよう、凹レンズ３２を点Ｐｆ３１より凸レンズ３１側に距離Ｌだけずらした位置に移動させる。
　ＮＣ装置５０は、目標とするビーム径Ｄ及び集光径ｄとするための凸レンズ３１及び凹レンズ３２の位置を算出して、凸レンズ３１及び凹レンズ３２を移動させる。図３Ａ及び図３Ｂより分かるように、集束レンズ３４は平行光を集束するため、凹レンズ３２の位置が変化してもレーザビームの焦点位置は変化しない。
　ＮＣ装置５０が集束レンズ３４を移動させると、図３Ｃに示すように、焦点位置を変化させることができる。板金Ｗの表面を焦点位置とするのではなく、板金Ｗの表面または裏面から所定の距離だけずらした位置を焦点位置とすることもできる。
　図２に戻り、コリメータユニット３０の上面であって、凸レンズ３１よりも射出端１２ｅ側の位置には、反射光検出ユニット４０が取り付けられている。反射光検出ユニット４０は、凸レンズ３１のレーザビームの入射面から反射した反射光が入射可能な位置に配置されている。反射光検出ユニット４０の筐体には、開口４０ａが形成されている。コリメータユニット３０の筐体にも開口が形成されている。反射光検出ユニット４０は、開口４０ａがコリメータユニット３０の開口と対向するように配置されている。よって、凸レンズ３１からの反射光は、コリメータユニット３０の開口及び開口４０ａを通過して、反射光検出ユニット４０の内部へと入射する。
　反射光検出ユニット４０の筐体内には、開口４０ａ側から順に、拡散板４０１、コールドフィルタ４０２、コールドミラー４０３、フォトダイオード４０４が配置されている。拡散板４０１は例えばオパルグラス拡散版であって、反射光の透過率は４０％程度である。コールドフィルタ４０２は反射光の透過率が２％程度であって、赤外光を減衰させる。コールドミラー４０３は反射光の透過率が９５％程度であって、可視光を減衰させる。フォトダイオード４０４は光検出素子の一例であり、光検出素子として撮像素子を用いてもよい。
　図２に示す反射光検出ユニット４０は、反射光検出ユニット４０の好ましい構成例であるものの、光検出素子以外にどのような部材をどのように配置するか等の反射光検出ユニット４０の具体的な構成は図２に限定されるものではない。反射光検出ユニット４０は、光検出素子が凸レンズ３１からの反射光を検出して反射光の強度に応じた検出値を生成するように構成されていればよい。検出値は例えば電流値である。
　フォトダイオード４０４は入射される反射光の強度に応じた電流値を生成して、Ａ／Ｄ変換器４２に供給する。フォトダイオード４０４が反射光を検出して生成する電流値を反射光検出電流値と称することとする。Ａ／Ｄ変換器４２は入力された反射光検出電流値をデジタル値に変換して、ＮＣ装置５０に供給する。
　図５は、凸レンズ３１が、新品レンズである場合と、長時間の使用によって汚れて状態が劣化した汚損レンズである場合との、レーザ出力と反射光検出電流値との関係を示している。実線は前者、破線は後者のレーザ出力と反射光検出電流値との関係を示している。レーザ発振器１０が射出するレーザビームのレーザ出力が大きくなるほど、凸レンズ３１からの反射光の強度は強くなる。凸レンズ３１が汚損レンズであると、反射防止コーティングの劣化によって反射光の強度は強くなる。従って、凸レンズ３１が汚損レンズである場合の反射光検出電流値は、凸レンズ３１が新品レンズである場合のそれよりも増大する。
　即ち、反射光検出電流値に基づいて、汚れまたは消耗による凸レンズ３１の劣化の有無または劣化の程度が検出できる。ＮＣ装置５０には、凸レンズ３１の劣化の有無または劣化の程度を検出するための閾値が設定されている。閾値を１つの値とすれば、ＮＣ装置５０は入力された反射光検出電流値を閾値と比較することによって凸レンズ３１の劣化の有無を検出することができる。閾値を２つ以上の値とすれば、ＮＣ装置５０は入力された反射光検出電流値を複数の閾値における各閾値と比較することによって凸レンズ３１の劣化の程度を検出することができる。
　本実施形態においては、反射光検出ユニット４０が凸レンズ３１からの反射光を検出して、ＮＣ装置５０が反射光の強度に基づき凸レンズ３１の劣化の有無または劣化の程度を検出する構成である。従って、レーザ加工機１００が板金Ｗを切断する加工工程に影響を与えず、加工工程において凸レンズ３１の状態を検出することができる。
　図６及び図７を用いて、レーザ加工機１００が板金Ｗの加工工程において凸レンズ３１の状態を検出する好適な具体例を説明する。
　図６は、レーザ加工機１００が板金Ｗを切断して矩形状の製品２００を製作する場合の板金Ｗの切断方法を示している。レーザ加工機１００は、製品２００の外部であって製品２００の外周の近傍に、ピアシング加工を施してピアス２０１を開け、ピアス２０１から製品２００の外周の所定の位置までの直線状のアプローチ２０２を切断する。レーザ加工機１００は、アプローチ２０２の製品２００側の端部から製品２００の外周に沿って板金Ｗを切断する。ＮＣ装置５０は、予め作成された加工プログラムに基づいて板金Ｗを切断して製品２００を製作するよう、レーザ加工機１００を制御する。
　図７に示すように、ＮＣ装置５０は、ピアシング加工時には、ノズル３６の先端と板金Ｗの上面との距離を板金Ｗの通常の切断時における距離よりも長くするように、加工ヘッド３５を上方に移動させる。このとき、ＮＣ装置５０は、例えば、焦点位置を板金Ｗの上面に位置させるジャストフォーカスの状態とするよう制御する。ピアシング加工が完了すると、ＮＣ装置５０は、加工ヘッド３５を板金Ｗに近付けて、ノズル３６の先端と板金Ｗの上面との距離を板金Ｗの通常の切断時における距離とする。板金Ｗの通常の切断とは、アプローチ２０２及び製品２００の外周の切断である。
　図７に示すように、ＮＣ装置５０は、加工ヘッド３５の板金Ｗの面に沿った方向の位置をピアシング加工時の位置に維持したまま、加工ヘッド３５を通常の切断時の位置に下降させ、凸レンズ３１の状態を検出するための検査光としてのレーザビームを照射するようレーザ加工機１００を制御する。よって、検査光はピアス２０１内に照射される。このとき、ＮＣ装置５０は、ビーム径Ｄが最も小さくなるように、凸レンズ３１及び凹レンズ３２の位置を調整することが好ましい。
　ＮＣ装置５０は、レーザ出力を例えば連続波で５００Ｗという低出力とし、０．１秒程度の短時間だけ検査光を照射するようレーザ加工機１００を制御すればよい。状態検出時には、ＮＣ装置５０は、例えば、焦点位置を板金Ｗの上面よりもわずかに下方の位置とするよう制御する。
　仮に、検査光を板金Ｗの未加工の領域に照射すると、未加工の領域が加工されてしまうので好ましくない。レーザ出力を低出力としたとしても、板金Ｗの表面が変色するので好ましくない。検査光をピアス２０１内に照射すれば未加工の領域に影響を与えることがないので、検査光をピアス２０１内に照射することが好ましい。ビーム径Ｄを最小にした状態で検査光を照射すれば、検査光をピアス２０１の内部にほぼ確実に通過させることができる。また、検査光をピアス２０１内に照射することにより、加工ヘッド３５を製品２００の外部に移動させて検査光を照射した後に、加工ヘッド３５の位置を戻すという工程が不要となる。
　ＮＣ装置５０は、検査光を照射したときの反射光検出電流値に基づいて凸レンズ３１の状態を検出する。反射光検出電流値が閾値より小さく凸レンズ３１の状態が良好であることが検出されれば、ＮＣ装置５０は、アプローチ２０２を切断し、製品２００の外周に沿って板金Ｗを切断するよう、レーザ加工機１００を制御する。
　このように、本実施形態によれば、レーザ加工機１００が板金Ｗを切断して製品２００を製作するときの、ピアシング加工、アプローチ加工、及び製品２００の外周切断加工という一連の加工工程において凸レンズ３１の状態を検出することができる。しかも、板金Ｗの未加工の領域が加工されてしまうという副作用が発生することもない。
　図８に示すフローチャートを用いて、レーザ加工機１００の動作及び状態検出方法を改めて説明する。ＮＣ装置５０に、第１の閾値と、第１の閾値よりも大きい値である第２の閾値との２つの閾値が設定されている場合を例とする。
　図８において、製品２００のような所定の製品の製作を開始する指示がなされると、ＮＣ装置５０は、ステップＳ１にて、加工プログラムに基づいて板金Ｗにピアシング加工を施すようレーザ加工機１００を制御する。ＮＣ装置５０は、ステップＳ２にて、検査光を照射するようレーザ加工機１００を制御する。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ３にて、反射光検出電流値が第１の閾値以上であるか否かを判定する。反射光検出電流値が第１の閾値以上でなければ（NO）、凸レンズ３１の状態が良好であるということであり、ＮＣ装置５０は、ステップＳ８にて、アプローチ加工を実行するようレーザ加工機１００を制御する。続けて、ＮＣ装置５０は、ステップＳ９にて、製品の外周を切断するようレーザ加工機１００を制御する。
　ＮＣ装置５０は、ステップＳ１０にて、製品の外周の切断が完了したか否かを判定し、外周の切断が完了していなければ（NO）、処理をステップＳ９に戻す。外周の切断が完了していれば（YES）、ＮＣ装置５０は製品の製作の処理を終了させる。
　一方、ステップＳ３にて反射光検出電流値が第１の閾値以上であれば、ＮＣ装置５０は、ステップＳ４にて、反射光検出電流値が第２の閾値以上であるか否かを判定する。反射光検出電流値が第２の閾値以上でなければ（NO）、凸レンズ３１の状態は製品の製作を中止するほどではないものの、凸レンズ３１が汚れているか消耗しているということである。そこで、ＮＣ装置５０は、ステップＳ５にて、表示部６０に注意メッセージを表示させて、処理をステップＳ８に移行させる。
　注意メッセージは、一例として、「レンズが汚れていますのでメンテナンスを依頼してください。」のような、凸レンズ３１等の光学部品の清掃または交換の必要性があることをユーザに通知するメッセージである。注意メッセージは所定のメッセージであればよい。
　反射光検出電流値が第１の閾値以上であっても第２の閾値以上でなければ、凸レンズ３１の状態が良好である場合と同様に、ステップＳ８～Ｓ１０によって製品が製作される。
　反射光検出電流値が第２の閾値以上であれば（YES）、凸レンズ３１の状態が非常に悪いということであり、ＮＣ装置５０は、ステップＳ６にて、製品の製作の処理を中止し、ステップＳ７にて、表示部６０に警告メッセージを表示させて、処理を終了させる。
　警告メッセージは、一例として、「レンズが汚れていますので加工を中止しました。至急、メンテナンスを依頼してください。」のような、光学部品の即座の清掃または交換の必要性があることをユーザに通知するメッセージである。警告メッセージは所定のメッセージであればよい。
　本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。本実施形態においては凸レンズ３１を検査対象の光学部品としているが、凹レンズ３２を検査対象の光学部品としてもよい、また、検査対象の光学部品はレンズに限定されず、ベンドミラー等のミラーであってもよいし、ビーム照射ユニット内の任意の光学部品を検査対象の光学部品とすることが可能である。
　本願の開示は、２０１８年５月１０日に出願された特願２０１８－０９１１０１号に記載の主題と関連しており、それらの全ての開示内容は引用によりここに援用される。

Claims (6)

  1. 　発散光であるレーザビームをコリメート光に変換した後に集束させて板金に照射する複数の光学部品を有するビーム照射ユニットと、
    　前記複数の光学部品のうちのいずれかである検査対象の光学部品で反射した反射光の強度を検出する光検出素子と、
    　前記板金を切断して製品を製作するためにピアスを開けるピアシング加工に続けて、前記ピアスに検査光としてのレーザビームを照射するように制御し、前記検査光を照射したときに前記光検出素子が検出した反射光の強度を閾値と比較することによって、前記検査対象の光学部品の劣化の有無または程度を検出する制御装置と、
    　を備えるレーザ加工機。
  2. 　前記ビーム照射ユニットは、前記コリメート光のビーム径を変化させるズームレンズを有し、
    　前記検査対象の光学部品は前記ズームレンズである
    　請求項１に記載のレーザ加工機。
  3. 　前記制御装置は、前記ピアスに前記検査光を照射するときに、前記コリメート光のビーム径を最小とするよう前記ズームレンズを制御する請求項２に記載のレーザ加工機。
  4. 　板金を切断して製品を製作するためのピアスを前記板金に開け、
    　前記ピアスに検査光としてのレーザビームを照射し、
    　前記検査光を照射したときに検査対象の光学部品で反射した反射光の強度を検出し、
    　前記反射光の強度を閾値と比較することによって、前記検査対象の光学部品の劣化の有無または程度を検出する
    　光学部品の状態検出方法。
  5. 　前記検査対象の光学部品は、発散光であるレーザビームをコリメート光に変換し、前記コリメート光のビーム径を変化させるズームレンズであり、
    　前記ピアスに前記検査光を照射するときに、前記コリメート光のビーム径を最小とするよう前記ズームレンズを制御する
    　請求項４に記載の光学部品の状態検出方法。
  6. 　前記検査対象の光学部品の劣化があったとき、または劣化の程度に応じて、表示部に所定のメッセージを表示する請求項４または５に記載の光学部品の状態検出方法。
PCT/JP2019/012301 2018-05-10 2019-03-25 レーザ加工機及び光学部品の状態検出方法 Ceased WO2019216040A1 (ja)

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