JP4818717B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光源からのレーザ光が外部に不用意に出射されることを防止するためのシャッタを備えたレーザ加工装置に関するものである。

従来、この種のレーザ加工装置としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このレーザ加工装置の遮蔽装置（１２）は、ロータリソレノイド（１５）を駆動することで、レーザ光源からのレーザ光を通過させる通過位置と同レーザ光を遮断させる遮断位置との間で、シャッタ（１３）が移動されるように構成されている。また、このレーザ加工装置は、シャッタが上述した通過位置又は遮断位置にあることを検出するための一対の光センサ（２２ａ，２２ｂ）を備えており、これら光センサの検出結果及びレーザ光の出射の指令状態に基づいて、シャッタ機能の異常判断を行っている。
特公平７−３４０６２号公報（第３−４図）

ところで、このレーザ加工装置では、例えばロータリソレノイドのベアリング摩耗やその他の機能部品の経年劣化などで、通過位置又は遮断位置へのシャッタの移動が不十分となり、レーザ光路の開放又は閉鎖が完了される完全開状態又は完全閉状態に至らない可能性がある。一方、一対の光センサによる直接的な通過位置又は遮断位置の検出のみでは、実際にシャッタ機能の異常が発生しない限り異常判断されないことから、その対応が後手に回ってしまう。

そして、例えばシャッタを閉じた状態でレーザパワー測定を行う内部パワー測定機能を備えるものにおいて、完全閉状態が不完全な状態でレーザパワー測定のためにレーザ光が出射されると、このレーザ光が外部に漏れる可能性がある。あるいは、完全開状態が不完全な状態で加工対象物へとレーザ光が出射されると、シャッタにより該レーザ光が遮られるのみならず、該シャッタにより該レーザ光が反射又は回折されて意図しない部分に照射されてしまう可能性がある。

本発明の目的は、レーザ光源からのレーザ光が外部に不用意に出射されることを先行的に防止することができるレーザ加工装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を制御する制御手段と、前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物上に集光する集束レンズとを備えるレーザ加工装置において、前記レーザ光源からのレーザ光の光路上において該レーザ光源から前記加工対象物への前記レーザ光を通過させる通過位置と該レーザ光を遮断させる遮断位置との間で移動可能なシャッタと、前記シャッタを前記通過位置と前記遮断位置との間で移動駆動するシャッタ駆動手段と、前記シャッタ駆動手段により移動駆動される前記シャッタが、前記通過位置及び前記遮断位置のいずれか一方からいずれか他方へと移動するときの変移時間を検出する変移時間検出手段と、前記変移時間及び予め設定された基準時間に基づいて異常を判断し、シャッタ異常を報知するシャッタ異常検出手段とを備えたことを要旨とする。

同構成によれば、前記変移時間検出手段により、前記シャッタが、前記通過位置及び前記遮断位置のいずれか一方からいずれか他方へと移動するときの変移時間が検出される。この変移時間は、例えば前記シャッタ駆動手段の経年劣化などで変動するもので、前記通過位置又は遮断位置へのシャッタの移動が不十分となり得る状態の発生の予測に供し得る時間である。そして、前記シャッタ異常検出手段により、検出された変移時間及び予め設定された基準時間に基づいて異常が判断され、シャッタ異常が報知される。このように、前記変移時間を利用して、前記通過位置又は遮断位置へのシャッタの移動が不十分となり得る状態の発生を予測する態様で、異常が判断されるとともにシャッタ異常が報知されることで、例えば整備・点検など速やかな対応が可能となる。従って、前記レーザ光源からのレーザ光が外部に不用意に出射されることを先行的に防止することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記変移時間検出手段は、前記シャッタが前記通過位置にあることを検出する通過検出手段と、前記シャッタが前記遮断位置にあることを検出する遮断検出手段とを備え、前記通過検出手段の通過検出信号及び前記遮断検出手段の遮断検出信号に基づき前記変移時間を検出することを要旨とする。

同構成によれば、前記通過検出手段及び前記遮断検出手段により、前記シャッタが前記通過位置及び前記遮断位置にあることがそれぞれ検出され、前記通過検出手段の通過検出信号及び前記遮断検出手段の遮断検出信号に基づき前記変移時間が検出されるため、前記変移時間の検出精度を向上することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、前記シャッタ駆動手段は、電気的付勢力を発生させる電気的付勢手段と、前記電気的付勢力とは逆方向となる機械的付勢力を発生させる機械的付勢手段とを備え、前記電気的付勢手段が非通電状態では、前記機械的付勢力で前記シャッタを前記通過位置から前記遮断位置へと移動させるとともに、前記機械的付勢力で前記シャッタを前記遮断位置に保持させ、前記電気的付勢手段が通電状態では、前記電気的付勢力で前記機械的付勢力に抗って前記シャッタを前記遮断位置から前記通過位置へと移動させるとともに、前記電気的付勢手段に対する所定の通電量で前記シャッタを前記通過位置に保持させてなることを要旨とする。

同構成によれば、例えば前記電気的付勢手段への通電が不能になった場合、前記シャッタは、前記機械的付勢力で前記通過位置から前記遮断位置へと移動するとともに、該遮断位置に保持されるため、少なくともレーザ光源からのレーザ光が外部に不用意に出射されることを防止することができる。また、前記シャッタが前記通過位置に保持されるときの前記電気的付勢手段に対する所定の通電量を、当該保持に必要な最低限の通電量に設定しておくことで、省電力化を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のレーザ加工装置において、前記変移時間検出手段は、前記電気的付勢手段の前記通電状態において、前記シャッタが前記遮断位置から前記通過位置へと移動するときのシャッタ開時間を前記変移時間として検出し、前記シャッタ異常検出手段は、前記シャッタ開時間が前記基準時間より大きいときに、前記電気的付勢手段の駆動異常を判断し、シャッタ異常を報知することを要旨とする。

同構成によれば、前記変移時間検出手段により、前記電気的付勢手段の前記通電状態において、前記シャッタが前記遮断位置から前記通過位置へと移動するときのシャッタ開時間が前記変移時間として検出される。このシャッタ開時間は、前記電気的付勢手段の経年劣化に伴う駆動力低下により、大きくなる傾向を示す。前記シャッタ異常検出手段により、前記シャッタ開時間が前記基準時間より大きいときに、前記電気的付勢手段の駆動異常が判断され、シャッタ異常が報知されることで、該シャッタ異常が報知されたときの異常箇所の特定（原因究明）を迅速化することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載のレーザ加工装置において、前記変移時間検出手段は、前記電気的付勢手段の前記非通電状態において、前記シャッタが前記通過位置から前記遮断位置へと移動するときのシャッタ閉時間を前記変移時間として検出し、前記シャッタ異常検出手段は、前記シャッタ閉時間が前記基準時間より大きいときに、前記機械的付勢手段の駆動異常を判断し、シャッタ異常を報知することを要旨とする。

同構成によれば、前記変移時間検出手段により、前記電気的付勢手段の前記非通電状態において、前記機械的付勢手段による機械的付勢力で、前記シャッタが前記通過位置から前記遮断位置へと移動するときのシャッタ閉時間が前記変移時間として検出される。このシャッタ閉時間は、前記機械的付勢手段の経年劣化に伴う付勢力低下により、大きくなる傾向を示す。前記シャッタ異常検出手段により、前記シャッタ閉時間が前記基準時間より大きいときに、前記機械的付勢手段の駆動異常が判断され、シャッタ異常が報知されることで、該シャッタ異常が報知されたときの異常箇所の特定（原因究明）を迅速化することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記変移時間検出手段は、前記シャッタが前記遮断位置から前記通過位置へと移動するときのシャッタ開時間を前記変移時間として検出し、前記シャッタ異常検出手段は、前記シャッタ開時間及び前記基準時間に基づき異常を判断し、シャッタ異常を報知してなり、且つ、前記変移時間検出手段は、前記シャッタが前記通過位置から前記遮断位置へと移動するときのシャッタ閉時間を前記変移時間として検出し、前記シャッタ異常検出手段は、前記シャッタ閉時間及び前記基準時間に基づき異常を判断し、シャッタ異常を報知してなり、前記シャッタ開時間に基づく異常判断に係る前記基準時間と、前記シャッタ閉時間に基づく異常判断に係る前記基準時間とは、互いに異なる時間に設定されていることを要旨とする。

同構成によれば、前記シャッタ開時間に基づく異常判断に係る前記基準時間と、前記シャッタ閉時間に基づく異常判断に係る前記基準時間とは、互いに異なる時間に個別に設定されていることで、前記遮断位置及び前記通過位置間の各移動特性を反映した異常を判断することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記基準時間は、レーザ加工装置ごとに固有の値に設定されていることを要旨とする。

同構成によれば、前記基準時間は、レーザ加工装置ごとに固有の値に設定されていることで、レーザ加工装置の個体差を反映した異常を判断することができる。
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記シャッタ異常検出手段により異常が判断されたときに、前記レーザ光源を強制的に停止させることを要旨とする。

同構成によれば、前記シャッタ異常検出手段により異常が判断されたときに、前記レーザ光源を強制的に停止させることで、レーザ光源からのレーザ光が外部に不用意に出射されることを速やかに防止することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、前記基準時間には、シャッタ寿命に対応する時間から所定時間が減じられ、又は、所定割合に減じられて、予備時間が設定されていることを要旨とする。

同構成によれば、前記基準時間に前記予備時間が設定されていることで、厳密なシャッタ寿命に余裕をもって異常を判断することができ、レーザ光源からのレーザ光が外部に不用意に出射されることをより確実に防止することができる。

請求項１乃至９に記載の発明では、レーザ光源からのレーザ光が外部に不用意に出射されることを先行的に防止することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に、本実施形態のレーザ加工装置１０の構成ブロック図を示す。このレーザ加工装置１０は、加工対象物Ｗの表面に文字・記号・図形等をマーキング加工するものである。

レーザ加工装置１０のレーザ光源１１は、レーザ発振器（例えばＹＡＧレーザ）からなり、加工用のレーザ光を出射するとともに、制御手段を構成する制御回路１２によってその発振が制御される。

レーザ光源１１の後段に配置されるビームエキスパンダ１３は、レーザ光源１１から出射されたレーザ光のビーム径を拡大する。
ビームエキスパンダ１３の後段に配置される光走査機構１４は、例えば対をなすＸ軸ミラーとＹ軸ミラーとからなるガルバノミラーにより構成されており、ビームエキスパンダ１３にてビーム径の拡大されたレーザ光を反射してその照射方向を変更する。この光走査機構１４は、制御回路１２による駆動装置１５の駆動制御により各ミラーの回動角度が制御される。各ミラーが回動されることにより、マーキングする文字や記号、図形などに基づいてレーザ光が２次元走査される。

光走査機構１４の後段に配置される集束レンズ（ｆθレンズ）１６は、ビームエキスパンダ１３にて一旦ビーム径の拡大されたレーザ光を加工対象物Ｗの表面において所定のスポット径となるまで集光させ、マーキング加工に適したエネルギ密度まで高める。そして、このレーザ光により、加工対象物Ｗの表面に、マーキング加工が施される。

光走査機構１４にて反射されたレーザ光の光路Ｌ上において、集束レンズ１６の前段側に配置される金属板からなるシャッタ１７は、レーザ光源１１（光走査機構１４）から加工対象物Ｗへのレーザ光を遮断させる遮断位置（実線で図示）と通過させる通過位置（破線で図示）との間で移動可能に設けられている。シャッタ１７が遮断位置に配置されると、光走査機構１４から集束レンズ１６に向かうレーザ光は、シャッタ１７により遮断されて集束レンズ１６（及び加工対象物Ｗ）には到達しない。一方、シャッタ１７が通過位置に配置されると、光走査機構１４からのレーザ光は集束レンズ１６（及び加工対象物Ｗ）に到達可能となる。このシャッタ１７は、制御回路１２によるシャッタ駆動手段としてのシャッタ駆動装置１８の駆動制御により上述した通過位置と遮断位置との間で移動される。これらシャッタ１７及びシャッタ駆動装置１８はシャッタ機構を構成する。

なお、シャッタ１７が通過位置にある状態は、フォトインタラプタからなる、変移時間検出手段を構成する通過検出手段としての通過検出装置１９により検出される。この通過検出装置１９は、シャッタ１７が通過位置にあるときにオン状態となり、通過位置から抜けたときにオフ状態となる通過検出信号を制御回路１２に出力する。一方、シャッタ１７が遮断位置にある状態は、フォトインタラプタからなる、変移時間検出手段を構成する遮断検出手段としての遮断検出装置２０により検出される。この遮断検出装置２０は、シャッタ１７が遮断位置にあるときにオン状態となり、遮断位置から抜けたときにオフ状態となる遮断検出信号を制御回路１２に出力する。

制御回路１２は、通過検出装置１９及び遮断検出装置２０からの検出信号に基づき、レーザ光源１１等を駆動制御する。これにより、例えばレーザ光源１１の停止中は、シャッタ１７は遮断位置に配置されてレーザ光の光路Ｌが閉鎖され、レーザ光が外部に不用意に出射されることが防止される。また、制御回路１２は、通過検出信号及び遮断検出信号に基づいて、異常を判断する。

制御回路１２により駆動制御される報知装置２１は、例えば表示灯からなり、異常が判断されたときに点灯駆動される。
なお、制御回路１２には、加工対象物Ｗに対する加工情報（例えばマーキングすべき文字、図形等の情報）等を制御回路１２に出力する操作部３０が電気的に接続されている。

このように構成されたレーザ加工装置１０において、制御回路１２は、加工対象物Ｗへのマーキング加工を実施する場合には、シャッタ駆動装置１８を駆動してシャッタ１７を遮断位置から通過位置に移動させる。そして、制御回路１２は、通過検出信号に基づきシャッタ１７が通過位置にあること、即ちレーザ光の光路Ｌが開放されていることを検出した後、レーザ光源１１を駆動してレーザ光を出射させる。また、制御回路１２は、駆動装置１５を駆動して光走査機構１４を構成する２つのミラーの角度制御を行う。すなわち、制御回路１２は、操作部３０が出力する加工情報に応じて、２次元でレーザ光を走査し、加工対象物Ｗの表面に所定形状のマーキングを実施する。このとき、レーザ光源１１から出射されるレーザ光は、シャッタ１７に遮断されることなく加工対象物Ｗに到達することはいうまでもない。

一方、制御回路１２は、加工対象物Ｗへのマーキング加工を終了する場合には、レーザ光源１１の駆動を停止した後、シャッタ駆動装置１８を駆動してシャッタ１７を通過位置から遮断位置に移動させる。従って、レーザ光源１１の停止中にレーザ光が外部に不用意に出射されることが防止される。なお、制御回路１２は、遮断検出信号に基づきシャッタ１７が遮断位置にあること、即ちレーザ光の光路Ｌが閉鎖されていることを検出する。

次に、本実施形態のシャッタ１７及びシャッタ駆動装置１８の構造について図２に示した模式図に基づいて説明する。同図に示すように、金属板からなるシャッタ１７は、シャッタ駆動装置１８を構成する電気的付勢手段としてのロータリソレノイド２２の軸に取着されるとともに、制御回路１２によるロータリソレノイド２２への通電により回転軸Ｏを中心に回転駆動される。そして、ロータリソレノイド２２の非通電状態では、シャッタ１７は、シャッタ駆動装置１８を構成する機械的付勢手段としての復帰スプリング２３の機械的付勢力により所定の基準角度位置に保持される（図２（ａ）参照）。この基準角度位置は、前記シャッタ１７がレーザ光の光路Ｌを閉鎖する遮断位置に相当する。また、シャッタ１７は、その長手方向に対し所定角度をなして回転軸Ｏを中心とする径方向に延出する延出片１７ａを形成する。この延出片１７ａは、シャッタ１７が遮断位置（基準角度位置）にあるときに、フォトインタラプタからなる遮断検出装置２０の光軸を遮断するとともに、通過検出装置１９の光軸を開放する。従って、このとき、遮断検出装置２０から出力される遮断検出信号はオン状態となるとともに、通過検出装置１９から出力される通過検出信号はオフ状態となる。

一方、ロータリソレノイド２２の通電状態では、シャッタ１７は、復帰スプリング２３の機械的付勢力に抗って図示時計回転方向に所定の角度位置に回転されるとともに、所定の通電量で当該角度位置に保持される（図２（ｂ）参照）。つまり、ロータリソレノイド２２により発生される電気的付勢力としての駆動力は、復帰スプリング２３により発生される機械的付勢力とは逆方向となっている。この角度位置は、前記シャッタ１７がレーザ光の光路Ｌを開放する通過位置に相当する。このとき、延出片１７ａは、通過検出装置１９の光軸を遮断するとともに、遮断検出装置２０の光軸を開放する。従って、このとき、通過検出装置１９から出力される通過検出信号はオン状態となるとともに、遮断検出装置２０から出力される遮断検出信号はオフ状態となる。なお、ロータリソレノイド２２に対する上記所定の通電量は、復帰スプリング２３の機械的付勢力に抗ってシャッタ１７を所定の角度位置（通過位置）に保持するために必要な最低限の通電量であって、例えばパルス電流によって形成されている。

そして、ロータリソレノイド２２が再び非通電状態になると、復帰スプリング２３による機械的付勢力で前記シャッタ１７は、前記基準角度位置（遮断位置）に回転・復帰される（図２（ａ）参照）。

ここで、制御回路１２による異常の検出態様について説明する。図３は、シャッタ１７が遮断位置から通過位置へと移動するときの遮断検出信号Ｓ１及び通過検出信号Ｓ２を示すタイムチャートであり、図４は、シャッタ１７が通過位置から遮断位置へと移動するときの遮断検出信号Ｓ１及び通過検出信号Ｓ２を示すタイムチャートである。

図３に示すように、シャッタ１７が遮断位置から通過位置へと移動するとき、前記延出片１７ａは、回転軸Ｏを中心とする回転に伴い遮断検出装置２０の光軸を開放した後、通過検出装置１９の光軸を遮断する。これにより、遮断検出信号Ｓ１がオン状態からオフ状態に切り替わった後、通過検出信号Ｓ２がオフ状態からオン状態に切り替わる。変移時間検出手段を構成する制御回路１２は、遮断検出信号Ｓ１がオフ状態に切り替わった時点から通過検出信号Ｓ２がオン状態に切り替わる時点までの時間を、変移時間としてのシャッタ開時間ｔ１としてその内蔵するタイマにより計時する。このシャッタ開時間ｔ１は、ロータリソレノイド２２の経年劣化（例えばベアリング摩耗など）に伴う駆動力低下により大きくなる傾向を示すもので、シャッタ寿命と相関関係を有するものである。また、制御回路１２は、出荷段階で計時された上記シャッタ開時間ｔ１を出荷時シャッタ開時間Ｔｂ１としてその内部メモリに予め記憶するとともに、この出荷時シャッタ開時間Ｔｂ１に基づく所定の基準時間Ｔｓ１をその内部メモリに予め記憶する。この基準時間Ｔｓ１は、出荷時シャッタ開時間Ｔｂ１よりも大きな値であって、シャッタ開時間ｔ１に基づきシャッタ寿命（ロータリソレノイド２２の経年劣化）を判断する好適な値に設定されている。なお、上記基準時間Ｔｓ１は、厳密なシャッタ寿命に相当する時間から所定時間が減じられて（又は所定割合に減じられて）、安全上の予備時間が設定されている。

そして、例えば計時されたシャッタ開時間ｔ１が上記基準時間Ｔｓ１の範囲内にあるときには、シャッタ異常検出手段を構成する制御回路１２は、経年劣化が正常な範囲内にあるものとしてシャッタ正常を判断する。一方、計時されたシャッタ開時間ｔ１が上記基準時間Ｔｓ１の範囲を超えたときには、制御回路１２は、シャッタ寿命の段階にあるものとして異常（ロータリソレノイド２２の駆動異常）を判断する。このとき、制御回路１２は、前記報知装置２１を点灯駆動することで、シャッタ異常を報知する。同時に、制御回路１２は、レーザ光源１１の発振を強制的に禁止・停止させる。

また、図４に示すように、シャッタ１７が通過位置から遮断位置へと移動するとき、前記延出片１７ａは、回転軸Ｏを中心とする回転に伴い通過検出装置１９の光軸を開放した後、遮断検出装置２０の光軸を遮断する。これにより、通過検出信号Ｓ２がオン状態からオフ状態に切り替わった後、遮断検出信号Ｓ１がオフ状態からオン状態に切り替わる。変移時間検出手段を構成する制御回路１２は、通過検出信号Ｓ２がオフ状態に切り替わった時点から遮断検出信号Ｓ１がオン状態に切り替わる時点までの時間を、変移時間としてのシャッタ閉時間ｔ２としてその内蔵するタイマにより計時する。このシャッタ閉時間ｔ２は、復帰スプリング２３の経年劣化（例えば材料疲労など）に伴う付勢力低下により大きくなる傾向を示すもので、シャッタ寿命と相関関係を有するものである。また、制御回路１２は、出荷段階で計時された上記シャッタ閉時間ｔ２を出荷時シャッタ閉時間Ｔｂ２としてその内部メモリに予め記憶するとともに、この出荷時シャッタ閉時間Ｔｂ２に基づく所定の基準時間Ｔｓ２をその内部メモリに予め記憶する。この基準時間Ｔｓ２は、出荷時シャッタ閉時間Ｔｂ２よりも大きな値であって、シャッタ閉時間ｔ２に基づきシャッタ寿命（復帰スプリング２３の経年劣化）を判断する好適な値に設定されている。なお、上記基準時間Ｔｓ２は、厳密なシャッタ寿命に対応する時間から所定時間が減じられて（又は所定割合に減じられて）、安全上の予備時間が設定されている。

そして、例えば計時されたシャッタ閉時間ｔ２が上記基準時間Ｔｓ２の範囲内にあるときには、シャッタ異常検出手段を構成する制御回路１２は、経年劣化が正常な範囲内にあるものとしてシャッタ正常を判断する。一方、計時されたシャッタ閉時間ｔ２が上記基準時間Ｔｓ２の範囲を超えたときには、制御回路１２は、シャッタ寿命の段階にあるものとして異常（復帰スプリング２３の駆動異常）を判断する。このとき、制御回路１２は、前記報知装置２１を点灯駆動することで、シャッタ異常を報知する。同時に、制御回路１２は、レーザ光源１１の発振を強制的に禁止・停止させる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、制御回路１２により、シャッタ１７が、遮断位置から通過位置へと移動するときの変移時間（シャッタ開時間ｔ１）が検出される。また、制御回路１２により、シャッタ１７が、通過位置から遮断位置へと移動するときの変移時間（シャッタ閉時間ｔ２）が検出される。各変移時間は、シャッタ駆動装置１８（ロータリソレノイド２２、復帰スプリング２３）の経年劣化などで変動するもので、通過位置又は遮断位置へのシャッタ１７の移動が不十分となり得る状態（シャッタ寿命）の発生の予測に供し得る時間である。そして、制御回路１２により、検出された変移時間（シャッタ開時間ｔ１、シャッタ閉時間ｔ２）及び予め設定された基準時間Ｔｓ１，Ｔｓ２に基づいて異常が判断され、シャッタ異常が報知される。このように、変移時間を利用して、通過位置又は遮断位置へのシャッタ１７の移動が不十分となり得る状態の発生を予測する態様で、異常が判断されるとともにシャッタ異常が報知されることで、例えば整備・点検など速やかな対応が可能となる。従って、レーザ光源１１からのレーザ光が外部に不用意に出射されることを先行的に防止することができる。あるいは、レーザ光源１１から加工対象物Ｗへのレーザ光がシャッタ１７に徒に出射されて、シャッタ１７によりレーザ光が反射又は回折され意図しない部分に照射されてしまうことを先行的に防止することができる。

（２）本実施形態では、通過検出装置１９及び遮断検出装置２０により、シャッタ１７が通過位置及び遮断位置にあることがそれぞれ検出されるため、変移時間（シャッタ開時間ｔ１、シャッタ閉時間ｔ２）の検出精度を向上することができる。

（３）本実施形態では、例えば電気的な故障などでシャッタ駆動装置１８のロータリソレノイド２２への通電が不能になった場合、シャッタ１７は、復帰スプリング２３による機械的付勢力で通過位置から遮断位置へと移動するとともに、同遮断位置に保持されるため、少なくともレーザ光源１１からのレーザ光が外部に不用意に出射されることを防止することができる。

（４）本実施形態では、シャッタ１７が通過位置に保持されるときのロータリソレノイド２２に対する通電量（所定の通電量）を、当該保持に必要な最低限の通電量に設定したことで、省電力化を図ることができる。

（５）本実施形態では、制御回路１２により、シャッタ駆動装置１８のロータリソレノイド２２の通電状態において、シャッタ１７が遮断位置から通過位置へと移動するときのシャッタ開時間ｔ１が変移時間として検出される。このシャッタ開時間ｔ１は、ロータリソレノイド２２の経年劣化に伴う駆動力低下により、大きくなる傾向を示す。制御回路１２により、シャッタ開時間ｔ１が前記基準時間Ｔｓ１より大きいときに、ロータリソレノイド２２の駆動異常が判断され、シャッタ異常が報知されることで、シャッタ異常が報知されたときの異常箇所の特定（原因究明）を迅速化することができる。

（６）本実施形態では、制御回路１２により、シャッタ駆動装置１８のロータリソレノイド２２の非通電状態において、復帰スプリング２３による機械的付勢力で、シャッタ１７が通過位置から遮断位置へと移動するときのシャッタ閉時間ｔ２が変移時間として検出される。このシャッタ閉時間ｔ２は、復帰スプリング２３の経年劣化に伴う付勢力低下により、大きくなる傾向を示す。制御回路１２により、シャッタ閉時間ｔ２が前記基準時間Ｔｓ２より大きいときに、復帰スプリング２３の駆動異常が判断され、シャッタ異常が報知されることで、シャッタ異常が報知されたときの異常箇所の特定（原因究明）を迅速化することができる。

（７）本実施形態では、通過検出装置１９及び遮断検出装置２０により、シャッタ１７が通過位置及び遮断位置にあることがそれぞれ検出されるため、例えば通過検出装置１９及び遮断検出装置２０のいずれか１つにより、通過位置及び遮断位置のいずれか一方にあることを検出し、その背反論理により通過位置及び遮断位置のいずれか他方にあることを検出（推測）する場合に比べてその検出精度を向上することができる。そして、シャッタ１７による光路Ｌの開放又は閉鎖が完了される完全開状態又は完全閉状態をより確実に検出することができる。これにより、シャッタ１７の通過位置又は遮断位置への移動が不十分のままで、レーザ光源１１からのレーザ光が外部に不用意に出射されたり、あるいは、レーザ光源１１から加工対象物Ｗへのレーザ光がシャッタ１７に徒に出射されてシャッタ１７によりレーザ光が反射又は回折され意図しない部分に照射されてしまうことをより確実に防止することができる。

（８）本実施形態では、シャッタ寿命を監視することができる、より安全なレーザ加工装置１０を実現することができる。
（９）本実施形態では、前記シャッタ開時間ｔ１に基づく異常判断に係る前記基準時間Ｔｓ１と、前記シャッタ閉時間ｔ２に基づく異常判断に係る前記基準時間Ｔｓ２とは、互いに異なる時間に個別に設定されていることで、遮断位置及び通過位置間の各移動特性、例えばロータリソレノイド２２又は復帰スプリング２３の駆動特性（電気的特性、機械的特性）を反映した異常を判断することができる。

（１０）本実施形態では、制御回路１２により異常が判断されたときに、前記レーザ光源１１を強制的に停止させることで、レーザ光源１１からのレーザ光が外部に不用意に出射されることを速やかに防止することができる。

（１１）本実施形態では、前記基準時間Ｔｓ１，Ｔｓ２に安全上の予備時間が設定されていることで、厳密なシャッタ寿命に余裕をもって異常を判断することができ、レーザ光源１１からのレーザ光が外部に不用意に出射されることをより確実に防止することができる。あるいは、レーザ光源１１から加工対象物Ｗへのレーザ光がシャッタ１７に徒に出射されてシャッタ１７によりレーザ光が反射又は回折され意図しない部分に照射されてしまうことをより確実に防止することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、シャッタ１７の駆動（回転駆動）は、ロータリソレノイド２２に代えて電動モータで行ってもよい。

・前記実施形態において、シャッタは、直線運動で光路Ｌを開閉するものであってもよい。この場合、シャッタの駆動は、ロータリソレノイド２２に代えてリニアソレノイドで行えばよい。そして、リニアソレノイドの非通電状態では、機械的付勢手段としての復帰スプリングによる機械的付勢力でシャッタを通過位置から遮断位置へと直線移動させるとともに、前記機械的付勢力でシャッタを遮断位置に保持させ、リニアソレノイドの通電状態では、前記機械的付勢力に抗ってシャッタを遮断位置から通過位置へと直線移動させるとともに、所定の通電量でシャッタを通過位置に保持させればよい。

・前記実施形態において、例えばロータリソレノイド２２の軸の回転角度を検出するための角度センサ（例えばロータリエンコーダなど）を備える場合には、当該センサによる検出角度に基づいてシャッタ１７の位置（通過位置、遮断位置）を検出してもよい。

・前記実施形態において、変移時間（シャッタ開時間ｔ１、シャッタ閉時間ｔ２）は、通過検出装置１９及び遮断検出装置２０のオン・オフ状態に基づくシャッタ１７の位置（通過位置、遮断位置）から必ずしも検出する必要はない。例えば、シャッタ開時間ｔ１として、制御回路１２によりロータリソレノイド２２への通電が開始される時点から、ロータリソレノイド２２への通電が復帰スプリング２３の機械的付勢力に抗ってシャッタ１７を通過位置に保持するために必要な最低限の通電量（所定の通電量）に移行する時点、即ち電流変化の時点までの時間を採用してもよい。

・前記実施形態において、基準時間Ｔｓ１，Ｔｓ２は、レーザ加工装置１０ごとに固有の値（時間）として設定してもよい。この場合、レーザ加工装置１０の個体差を反映した異常が判断される。

・前記実施形態において、シャッタ１７の通過位置から遮断位置への移動・保持を、ロータリソレノイド２２への通電によって行ってもよい。あるいは、シャッタ１７の通過位置から遮断位置への移動・保持を、重力の作用で行ってもよい。

・前記実施形態において、報知装置２１としてスピーカ又はブザーを採用し、異常の判断時に報知装置２１により警報音を発生させてもよい。
・シャッタ開時間ｔ１に基づく異常の判断時と、シャッタ閉時間ｔ２に基づく異常の判断時とで、報知装置２１によるシャッタ異常の報知態様を変えてもよい。例えば、単独の表示灯からなる報知装置２１の場合には、その点滅パターンを変えてもよい。あるいは、シャッタ開時間ｔ１に基づく異常の判断時及びシャッタ閉時間ｔ２に基づく異常の判断時に点灯させる表示灯を個別に設けてもよい。また、スピーカ又はブザーからなる報知装置２１の場合には、その音声パターンを変えてもよい。このようにすることで、異常の原因を作業者等に容易に認識させることができる。

・前記実施形態において、制御回路１２による出荷時シャッタ開時間Ｔｂ１及び出荷時シャッタ閉時間Ｔｂ２の記憶は、製造完了直後にシャッタ開時間ｔ１及びシャッタ閉時間ｔ２を計時して行ってもよい。あるいは、制御回路１２による出荷時シャッタ開時間Ｔｂ１及び出荷時シャッタ閉時間Ｔｂ２の記憶は、ユーザによる初期使用時に、シャッタ開時間ｔ１及びシャッタ閉時間ｔ２を計時する検出モードに移行させて行ってもよい。あるいは、制御回路１２による出荷時シャッタ開時間Ｔｂ１及び出荷時シャッタ閉時間Ｔｂ２の記憶は、ユーザによる操作部３０の適宜の操作時に、シャッタ開時間ｔ１及びシャッタ閉時間ｔ２を計時するモードに移行させて行ってもよい。そして、前記基準時間Ｔｓ１，Ｔｓ２は、いずれかの態様での出荷時シャッタ開時間Ｔｂ１及び出荷時シャッタ閉時間Ｔｂ２の計時・記憶に合わせて、それぞれに基づく適宜に算出式に従って設定・記憶すればよい。なお、基準時間Ｔｓ１，Ｔｓ２の設定・記憶時におけるシャッタ開時間ｔ１及びシャッタ閉時間ｔ２の計時に際しては、レーザ光源１１の発振を禁止・停止させておくことが好ましい。

・前記実施形態において、シャッタ１７は、レーザ光の光路上であれば、例えばビームエキスパンダ１３と光走査機構１４との間に配置してもよい。この場合、シャッタ１７は、光走査機構１４により照射方向が変更される前のレーザ光を遮断すればよいため、より小型化が可能である。また、シャッタ１７は、レーザ光源１１とビームエキスパンダ１３との間に配置してもよい。この場合、シャッタ１７は、ビームエキスパンダ１３によりビーム径の拡大される前のレーザ光を遮断すればよいため、更に小型化が可能である。

・前記実施形態において、通過検出装置１９又は遮断検出装置２０として、フォトインタラプタ以外の光電スイッチを採用してもよい。あるいは、通過検出装置１９又は遮断検出装置２０として、近接センサを採用してもよい。

一実施形態のレーザ加工装置の構成ブロック図。 （ａ）（ｂ）はシャッタ等を示す模式図。 同実施形態の動作を示すタイムチャート。 同実施形態の動作を示すタイムチャート。

符号の説明

Ｌ…光路、Ｗ…加工対象物、１０…レーザ加工装置、１１…レーザ光源、１２…制御手段、変移時間検出手段及びシャッタ異常検出手段を構成する制御回路、１６…集束レンズ、１７…シャッタ、１８…シャッタ駆動手段としてのシャッタ駆動装置、１９…変移時間検出手段を構成する通過検出手段としての通過検出装置、２０…変移時間検出手段を構成する遮断検出手段としての遮断検出装置、２１…シャッタ異常検出手段を構成する報知装置、２２…電気的付勢手段としてのロータリソレノイド、２３…機械的付勢手段としての復帰スプリング。

Claims (9)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を制御する制御手段と、前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物上に集光する集束レンズとを備えるレーザ加工装置において、
   前記レーザ光源からのレーザ光の光路上において該レーザ光源から前記加工対象物への前記レーザ光を通過させる通過位置と該レーザ光を遮断させる遮断位置との間で移動可能なシャッタと、
   前記シャッタを前記通過位置と前記遮断位置との間で移動駆動するシャッタ駆動手段と、
   前記シャッタ駆動手段により移動駆動される前記シャッタが、前記通過位置及び前記遮断位置のいずれか一方からいずれか他方へと移動するときの変移時間を検出する変移時間検出手段と、
   前記変移時間及び予め設定された基準時間に基づいて異常を判断し、シャッタ異常を報知するシャッタ異常検出手段とを備えた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、
   前記変移時間検出手段は、
   前記シャッタが前記通過位置にあることを検出する通過検出手段と、
   前記シャッタが前記遮断位置にあることを検出する遮断検出手段とを備え、
   前記通過検出手段の通過検出信号及び前記遮断検出手段の遮断検出信号に基づき前記変移時間を検出す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、
   前記シャッタ駆動手段は、
   電気的付勢力を発生させる電気的付勢手段と、
   前記電気的付勢力とは逆方向となる機械的付勢力を発生させる機械的付勢手段とを備え、
   前記電気的付勢手段が非通電状態では、前記機械的付勢力で前記シャッタを前記通過位置から前記遮断位置へと移動させるとともに、前記機械的付勢力で前記シャッタを前記遮断位置に保持させ、
   前記電気的付勢手段が通電状態では、前記電気的付勢力で前記機械的付勢力に抗って前記シャッタを前記遮断位置から前記通過位置へと移動させるとともに、前記電気的付勢手段に対する所定の通電量で前記シャッタを前記通過位置に保持させてなることを特徴とするレーザ加工装置。
4. 請求項３に記載のレーザ加工装置において、
   前記変移時間検出手段は、前記電気的付勢手段の前記通電状態において、前記シャッタが前記遮断位置から前記通過位置へと移動するときのシャッタ開時間を前記変移時間として検出し、
   前記シャッタ異常検出手段は、前記シャッタ開時間が前記基準時間より大きいときに、前記電気的付勢手段の駆動異常を判断し、シャッタ異常を報知することを特徴とするレーザ加工装置。
5. 請求項３に記載のレーザ加工装置において、
   前記変移時間検出手段は、前記電気的付勢手段の前記非通電状態において、前記シャッタが前記通過位置から前記遮断位置へと移動するときのシャッタ閉時間を前記変移時間として検出し、
   前記シャッタ異常検出手段は、前記シャッタ閉時間が前記基準時間より大きいときに、前記機械的付勢手段の駆動異常を判断し、シャッタ異常を報知することを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、
   前記変移時間検出手段は、前記シャッタが前記遮断位置から前記通過位置へと移動するときのシャッタ開時間を前記変移時間として検出し、
   前記シャッタ異常検出手段は、前記シャッタ開時間及び前記基準時間に基づき異常を判断し、シャッタ異常を報知してなり、
   且つ、
   前記変移時間検出手段は、前記シャッタが前記通過位置から前記遮断位置へと移動するときのシャッタ閉時間を前記変移時間として検出し、
   前記シャッタ異常検出手段は、前記シャッタ閉時間及び前記基準時間に基づき異常を判断し、シャッタ異常を報知してなり、
   前記シャッタ開時間に基づく異常判断に係る前記基準時間と、前記シャッタ閉時間に基づく異常判断に係る前記基準時間とは、互いに異なる時間に設定されていることを特徴とするレーザ加工装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、
   前記基準時間は、レーザ加工装置ごとに固有の値に設定されていることを特徴とするレーザ加工装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、
   前記シャッタ異常検出手段により異常が判断されたときに、前記レーザ光源を強制的に停止させることを特徴とするレーザ加工装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のレーザ加工装置において、
   前記基準時間には、シャッタ寿命に対応する時間から所定時間が減じられ、又は、所定割合に減じられて、予備時間が設定されていることを特徴とするレーザ加工装置。

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