JP2018008298A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工ヘッドの上昇時に、光軸チャンバとレーザ加工ヘッドとを接続したジャバラ内の圧力上昇に起因するジャバラの損傷を防止することができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ光をレーザ加工ヘッド３側へ導く光学系を内装した光軸チャンバ５内と、集光レンズを内装した前記レーザ加工ヘッド内３とをジャバラ９を介して接続して備えると共に、前記光軸チャンバ５に対して前記レーザ加工ヘッド３を上下動自在に備え、かつ前記光軸チャンバ５、レーザ加工ヘッド３及びジャバラ９内の空間を、開閉弁１５，１９を介してパージガス供給源１１に接続したレーザ加工装置であって、前記ジャバラ９内の圧力を検出する圧力計２３を備えると共に、前記光軸チャンバ５又はレーザ加工ヘッド３に、外部へのエアの排出を行うフィルタ２１を備え、前記レーザ加工ヘッド３の上昇動作前に、前記開閉弁１５，１９の閉動作を行う構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ発振器で発振されたレーザ光をレーザ加工ヘッド側へ導く光学系を内装した光軸チャンバ内と、集光レンズを内装した前記レーザ加工ヘッド内とを、ジャバラを介して接続し、かつ前記光軸チャンバに対応して前記レーザ加工ヘッドを上下動自在に備えたレーザ加工装置に関する。さらに詳細には、前記光軸チャンバ内、レーザ加工ヘッド内へ供給されたパージガスを排出するフィルタの目詰まり状況を知ることができるレーザ加工装置に関する。

レーザ加工装置には、レーザ発振器の種類によって様々の形式がある。レーザ発振器が、例えばＣＯ２レーザ発振器の場合には、レーザ発振器から発振されたレーザ光は、反射鏡などの光学系によってレーザ加工ヘッドに導かれている。上記構成において、レーザ発振器からレーザ加工ヘッドに至るレーザ光の光路は、伸縮自在なジャバラによって周囲の環境から保護されている。また、例えばファイバーレーザ加工機においては、光ファイバーを光学チャンバに接続し、この光学チャンバとレーザ加工ヘッドとを、ジャバラを介して接続することも行われている。

そして、前記ジャバラ内には、例えばクリーンエアや窒素ガスなどをパージガスとして供給している。前記パージガスの圧力は、大気中の粉塵等がジャバラ内に侵入することを防止するために、大気圧よりも高圧に保持されている。上記構成において、前記ジャバラが収縮するときには、内部のパージガスを排出し、ジャバラが伸長する場合には、パージガスを内部に供給することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２０７２２２号公報

ジャバラ内からパージガスを排出するとき、フィルタを介して行われることがある。この場合、レーザ加工時に発生したヒューム等の粉塵によってフィルタに目詰まりを生じることがある。フィルタに目詰まりを生じると、ジャバラが収縮する際に、内部圧力が上昇することがある。

そして、ジャバラ内の圧力が上昇すると、強度が弱い軟体物であるジャバラが、必要以上に膨らみ、場合によってはジャバラが損傷することがある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ光をレーザ加工ヘッド側へ導く光学系を内装した光軸チャンバ内と、集光レンズを内装した前記レーザ加工ヘッド内とをジャバラを介して接続して備えると共に、前記光軸チャンバに対して前記レーザ加工ヘッドを上下動自在に備え、かつ前記光軸チャンバ、レーザ加工ヘッド及びジャバラ内の空間を、開閉弁を介してパージガス供給源に接続したレーザ加工装置であって、前記ジャバラ内の圧力を検出する圧力計を備えると共に、前記光軸チャンバ又はレーザ加工ヘッドに、外部へのエアの排出を行うフィルタを備え、前記レーザ加工ヘッドの上昇動作前に、前記開閉弁の閉動作を行う構成である。

また、前記レーザ加工装置において、前記レーザ加工ヘッドの上下動を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記レーザ加工ヘッドの動作指令部から上昇動作の指令が出力されたときに、前記開閉弁の閉動作を指令する閉動作指令手段を備え、この閉動作指令手段の指令出力と同時に又は前記指令出力後に、前記レーザ加工ヘッドの上昇動作を指令する上昇動作指令手段を備えている。

また、前記レーザ加工装置において、前記レーザ加工ヘッドの上下動を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、予め設定した第１の閾値及び第２の閾値と前記圧力計の検出値とを比較する比較手段を備え、上記比較手段の比較の結果、第２の閾値＞検出値≧第１の閾値の場合には、表示手段にフィルタ交換の表示を行う表示処理手段を備え、検出値≧第２の閾値の場合には、フィルタの目詰まりを示すアラームメッセージを前記表示手段に表示する及び／又はレーザ加工機の作動を停止するアラーム停止処理を行うアラーム処理手段を備えている。

また、前記レーザ加工装置において、前記開閉弁の閉動作後にレーザ加工ヘッドの上昇動作を行う遅延時間は、前記圧力計の検出値又は前記レーザ加工ヘッドの上昇速度或は前記レーザ加工ヘッドの上昇ストローク長によって予め定められた時間である。

本発明によれば、レーザ加工ヘッドの上昇動作前に、パージガス供給源に接続した開閉弁を閉動作するものである。したがって、レーザ加工ヘッドを上昇する際に、ジャバラ内の圧力が上昇することを抑制することができるものである。よって、前述したごとき従来の問題を解消し得るものである。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す機能ブロック図である。

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、レーザ加工装置における全体的構成は、既によく知られた構成であるから、主要な構成のみについて説明することとする。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、レーザ発振器（図示省略）で発振されたレーザ光を、レーザ加工ヘッド３側へ導く、例えばコリメータレンズなどの光学系を内装した光軸チャンバ５を備えている。この光軸チャンバ５の下側には、集光レンズ７を内装した前記レーザ加工ヘッド３が上下動自在に備えられている。前記光軸チャンバ５の内部と前記レーザ加工ヘッド３の内部は伸縮自在なジャバラ９を介して連通してある。

そして、前記光軸チャンバ５とレーザ加工ヘッド３は、クリーンエア或は窒素ガスなどのパージガスを供給するパージガス供給源１１に接続してある。そして、前記光軸チャンバ５と前記パージガス供給源１１とを接続した接続路１３には、ソレノイドバルブなどのごとき開閉弁１５が配置してある。また、前記レーザ加工ヘッド３と前記パージガス供給源１１とを接続した接続路１７は、ソレノイドバルブ等のごとき開閉弁１９が配置してある。

したがって、前記開閉弁１５，１９の開閉を制御することにより、前記光軸チャンバ５、レーザ加工ヘッド３に対してパージガスの供給、遮断を行うことができる。そして、前記光軸チャンバ５又は前記レーザ加工ヘッド３の適宜位置には、内部のパージガスの排出を行うフィルタ２１が備えられている。また、前記ジャバラ９の内部には、パージガスの圧力を検出するための圧力計（圧力センサ）２３が備えられている。

ところで、前記レーザ加工ヘッド３に備えた集光レンズ７の下側は、ワークＷへ噴出するアシストガスを受容する領域であって、前記パージガスを受容する領域とは区画してあり、光軸チャンバ５内とジャバラ９内およびレーザ加工ヘッド３の集光レンズ７より上側の空間は、フィルタ２１と開閉弁１５と開閉弁１９との連結部分を除いて密閉空間となっている。

前記構成において、前記光軸チャンバ５に対してレーザ加工ヘッド３を上昇させると、光軸チャンバ５及びレーザ加工ヘッド３内の全体の容積が減少する。したがって、内部の圧力が上昇すると共に、内部のパージガスの一部はフィルタ２１から外部へ排出されることになる。そして、上昇した位置からレーザ加工ヘッド３が下降すると、内部の容積が全体として増加するので、パージガス供給源１１からのパージガスが光軸チャンバ５内、レーザ加工ヘッド３内に供給されて、パージガスの圧力は常に大気圧よりも高圧に保持されるものである。

ところで、前述のごとく、レーザ加工ヘッド３を上昇するとき、前記フィルタ２１に目詰まりを生じていると、ジャバラ９の内部の圧力が上昇し、場合によってはジャバラ９が破損することがある。そこで、本実施形態においては、レーザ加工ヘッド３の上昇動作時に、ジャバラ９内の圧力が急上昇することを抑制する手段が講じられている。また、前記フィルタ２１の目詰まりを検出する手段が講じられている。

すなわち、レーザ加工装置１には、前記レーザ加工ヘッド３の上下動作を制御する制御装置２５が備えられている。この制御装置２５は、例えばマイコンなどによって構成してある。そして、この制御装置２５には、加工プログラムメモリ２６に予め格納された加工プログラムに従って前記レーザ加工ヘッド３の上下動作を指令する動作指令手段２７が備えられている。そして、前記動作指令手段２７からレーザ加工ヘッド３を上昇するための上昇動作の指令信号が出力されたときに、前記開閉弁１５，１９の閉動作指令信号を出力する弁閉動作指令手段２９が備えられている。

さらに、前記制御装置２５には、前記弁閉動作指令手段２９からの指令信号の出力と同時に、又は前記指令信号の出力に遅延して、前記レーザ加工ヘッド３の上昇動作指令信号を出力する上昇動作指令手段３１が備えられている。

すなわち、前記動作指令手段２７から、レーザ加工ヘッド３の上昇動作の指令信号が出力されると、レーザ加工ヘッド３の上昇が直ちに開始されるのではなく、レーザ加工ヘッド３の上昇開始前に、開閉弁１５，１９の閉動作が行われて、光軸チャンバ５、レーザ加工ヘッド３に対するパージガスの供給が遮断されるものである。

なお、レーザ加工ヘッド３に備えた、例えば集光レンズ７等を、パージガスによって冷却する必要がある場合には、開閉弁１５のみの閉動作を行う構成とすることも可能である。

したがって、レーザ加工ヘッド３の上昇動作を行う際には、開閉弁１５，１９の両方又は開閉弁１５は閉じられた状態にある。よって、両開閉弁１５，１９を開状態に保持して、パージガスを供給した状態にあるときにレーザ加工ヘッド３を上昇動作する場合に比較して、ジャバラ９内の圧力上昇を抑制することができるものである。

前記フィルタ２１の目詰まり状態を検出するために、前記制御装置２５には、予め設定した第１の閾値Ｐ１と第２の閾値Ｐ２とを格納した閾値メモリ３３が備えられている。そして、前記制御装置２５には、前記圧力センサ２３の検出値Ｐと前記閾値メモリ３３に格納された第１，第２の閾値Ｐ１，Ｐ２とを比較する比較手段３５が備えられている。

さらに、前記制御装置２５には、前記検出値Ｐと第１の閾値Ｐ１との比較の結果、第２の閾値Ｐ２＞検出値Ｐ≧第１の閾値Ｐ１の場合には、表示手段３７に対してフィルタ交換の表示を行う表示処理手段３９が備えられている。そして、前記検出値Ｐと第２の閾値Ｐ２との比較の結果、検出値Ｐ≧第２の閾値Ｐ２の場合には、前記表示手段３７にフィルタ２１の目詰まりを示すアラームメッセージを表示すると共に、レーザ加工装置の作動を停止するアラーム処理を行うアラーム処理手段４１が備えられている。

したがって、圧力センサ２３の検出値Ｐと、閾値メモリ３３に予め格納された第１，第２の閾値Ｐ１，Ｐ２とを比較することにより、フィルタ２１の目詰まり状態を検知することができる。換言すれば、フィルタ２１の目詰まり状態が酷くなる前にフィルタ２１の交換を行い得るものである。

ところで、前記上昇動作指令手段３１の上昇動作指令によってレーザ加工ヘッド３を上昇するとき、前述したように、開閉弁１５又は開閉弁１５，１９を閉動作した後に、レーザ加工ヘッド３の上昇を開始するものである。ここで、開閉弁１５又は開閉弁１５，１９（以後は単に開閉弁１５，１９と表現する）を閉動作する時刻をｔ１とし、レーザ加工ヘッド３の上昇を開始する時刻をｔ２とすると、レーザ加工ヘッド３は、Δｔ＝ｔ２−ｔ１の遅れをもって上昇される。

上記遅れ時間Δｔは、ジャバラ９内の検出圧力Ｐ、レーザ加工ヘッド３の上昇速度Ｆ及びレーザ加工ヘッド３の上昇ストロークＳによって決定される。すなわち、前記レーザ加工ヘッド３が上昇すると、ジャバラ９内の圧力が上昇する。したがって、前記検出圧力Ｐが予め設定された圧力Ｐ１よりも大きい場合には、前記遅れ時間Δｔは、実験的に予め設定された範囲内で大きくする。逆に、前記検出圧力Ｐが予め設定された前記圧力Ｐ１よりも小さい場合には、圧力の上昇に余裕があることとなり、実験的に予め設定された範囲内で遅れ時間を小さくする。

前記上昇速度Ｆが予め設定された上昇速度よりも大きい場合には、ジャバラ９内の圧力の上昇は急激に上昇することとなるので、遅れ時間Δｔは実験的に予め設定された範囲内で大きくする。逆に、上昇速度Ｆが予め設定された上昇速度よりも小さい場合には、ジャバラ９内の圧力はゆっくりと上昇することとなるので、遅れ時間Δｔは実験的に予め設定された範囲内で小さくする。

そして、前記上昇ストロークＳが予め設定されたストローク長よりも大きい場合には、ジャバラ９内の圧力は大きく上昇する傾向にあるので、前記遅れ時間Δｔは実験的に予め設定された範囲内で大きくする。逆に、前記ストロークＳが予め設定されたストローク長よりも小さい場合には、遅れ時間Δｔは、実験的に予め設定された範囲内で小さくする。

すなわち、遅れ時間Δｔは、ジャバラ９内の検出圧力Ｐ、レーザ加工ヘッド３の上昇速度Ｆ及びレーザ加工ヘッド３の上昇ストロークＳのパラメータによって決定されるものであり、Δｔ＝ｆ（Ｐ，Ｆ，Ｓ）と表すことができる。

以上のごとき説明より理解されるように、本実施形態によれば、レーザ加工ヘッド３の上昇を開始する前に、ジャバラ９内へのパージガスの供給を停止するものである。したがって、パージガスをジャバラ９内に供給している状態においてレーザ加工ヘッド３を上昇する場合に比較して、ジャバラ９内の急激な圧力上昇を抑制できる。よって、内部圧力が急激に上昇することに起因するジャバラ９の損傷を防止することができる。

なお、開閉弁１５および開閉弁１９の２つの構成を説明したが、開閉弁１５，１９のいずれか１つでも良い。集光レンズの冷却効果も考慮した場合は集光レンズの近くの開閉弁１９の一つとするのが望ましい。また機械を立ち上げの際などに新たに空間にパージガスを供給する場合には開閉弁が１つより、光軸チャンバとレーザ加工ヘッドにそれぞれ開閉弁を設けて供給する方が均一に速く空間内に充填することが可能となる。

１ レーザ加工装置
３ レーザ加工ヘッド
５ 光軸チャンバ
９ ジャバラ
１１ パージガス供給源
１５，１９ 開閉弁
２１ フィルタ
２３ 圧力計（圧力センサ）
２５ 制御装置
２７ 動作指令手段
２９ 弁閉動作指令手段
３１ 上昇動作指令手段
３５ 比較手段
３７ 表示手段
３９ 表示処理手段
４１ アラーム処理手段

Claims (4)

1. レーザ光をレーザ加工ヘッド側へ導く光学系を内装した光軸チャンバ内と、集光レンズを内装した前記レーザ加工ヘッド内とをジャバラを介して接続して備えると共に、前記光軸チャンバに対して前記レーザ加工ヘッドを上下動自在に備え、かつ前記光軸チャンバ、レーザ加工ヘッド及びジャバラ内の空間を、開閉弁を介してパージガス供給源に接続したレーザ加工装置であって、前記ジャバラ内の圧力を検出する圧力計を備えると共に、前記光軸チャンバ又はレーザ加工ヘッドに、外部へのエアの排出を行うフィルタを備え、前記レーザ加工ヘッドの上昇動作前に、前記開閉弁の閉動作を行う構成であることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ加工ヘッドの上下動を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記レーザ加工ヘッドの動作指令部から上昇動作の指令が出力されたときに、前記開閉弁の閉動作を指令する閉動作指令手段を備え、この閉動作指令手段の指令出力と同時に又は前記指令出力後に、前記レーザ加工ヘッドの上昇動作を指令する上昇動作指令手段を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ加工ヘッドの上下動を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、予め設定した第１の閾値及び第２の閾値と前記圧力計の検出値とを比較する比較手段を備え、上記比較手段の比較の結果、第２の閾値＞検出値≧第１の閾値の場合には、表示手段にフィルタ交換の表示を行う表示処理手段を備え、検出値≧第２の閾値の場合には、フィルタの目詰まりを示すアラームメッセージを前記表示手段に表示する及び／又はレーザ加工機の作動を停止するアラーム停止処理を行うアラーム処理手段を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
4. 請求項１，２又は３に記載のレーザ加工装置において、前記開閉弁の閉動作後にレーザ加工ヘッドの上昇動作を行う遅延時間は、前記圧力計の検出値又は前記レーザ加工ヘッドの上昇速度或は前記レーザ加工ヘッドの上昇ストローク長によって予め定められた時間であることを特徴とするレーザ加工装置。
   

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