JP6393625B2

JP6393625B2 - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP6393625B2
Application number: JP2015006362A
Authority: JP
Inventors: 佳尚宮本
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2035-01-16
Also published as: JP2016131981A

Description

本発明は、レーザ加工点からの反射光量に応じてレーザによる加工状態を判定する機能を備えたレーザ加工装置に関するものである。

レーザ加工装置によって平板状の被加工材（ワーク）をレーザ切断する場合、一般的には、加工すべき被加工材を、受台であるスキッドテーブル（支持材）の上に載せた状態で、上方からレーザビームを照射して切断加工を行っている。

ここで、スキッドテーブルとは、先端が三角状または剣山状に尖ったスキッド（支持突起）を同一平面内に点在させ、それらスキッドの先端で平板状の被加工材の下面を支持するようにしたものである。このように、被加工材と接触する部分を尖った形状にして被加工材と点接触させるのは、レーザ切断時に被加工材とスキッドテーブルとが溶着しないようにするためである。被加工材をレーザビームで切断する際、被加工材と一緒にスキッドの先端も切断されることになる。

ところで、レーザ加工装置では、被加工材にレーザビームを照射したときの加工点からの反射光を、光ファイバを通して光検出器で検出することにより、レーザ加工の状態を判定することが行われている。

従来では、測定可能な全ての反射光を受光し、その受光量の大きさから加工状態を判定し監視していた。ところが、レーザビームがスキッドテーブルのスキッドの真上を通過する際に、誤検出をする場合があることが分かった。

即ち、レーザビームがスキッドの真上を通過する際には、被加工材からの反射光とは別にスキッドからの反射光も発生する。従って、その時点で、２種類の反射光を受光し、検出光量が、加工状態を判定する際の基準値（例えば、加工状態の良否を判定をする場合の閾値）を大きく超えてしまい、実際にはスキッドの真上をレーザビームが通過する際にスキッドの先端も一緒にレーザ切断しているだけであるのにも拘わらず、誤って加工不良が発生したと判断（誤判断）してしまうことがあった。

一方、特許文献１には、被加工材にレーザ光を照射したときの照射対象からの反射光を光検出器で検出すると同時に、レーザ光を照射するノズル先端と被加工材との間の距離を静電容量センサで検出し、両方の検出データに基づいて、加工動作に入るべき箇所であるかどうかを判断するレーザ加工装置についての記載がある。

この技術は、具体的には、レーザの反射光量が被加工材がある場所と同等以上であると判断した場合であっても、そこに被加工材があるかどうかを静電容量センサのデータで確認し、最終的に両方の検出データに基づいて判断を行うことで、誤動作を防止するようにしたものである。

特開２０００−１１７４６８号公報

前述した従来例のように、加工点からの反射光量の大きさだけで加工状態を判定すると、スキッドの真上を通過する際の誤判断を回避できないおそれがあった。また、特許文献１に記載の技術は、一つのワークから他のワークへの通過や所定大きさの穴を通過する際に剣山等がある場合の反射光の誤動作防止に関するものであって、穴のない一つのワークを通常切断加工する際には静電容量センサは切断しているワークを検出するため、剣山等の検出には使用できない。

本発明は、上記事情を考慮し、加工点からの反射光量の検出データだけでレーザによる加工状態を判定する際の、誤判定を解消できるようにしたレーザ加工装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、同一平面内に点在する複数の支持突起の先端で板状の被加工材の下面を支持するスキッドテーブルの前記支持突起の上に板状の被加工材を載せ、この被加工材に対し、該被加工材の上方において相対移動するノズルの先端からレーザビームを照射することで、前記被加工材をレーザ切断するレーザ加工装置において、前記レーザビームによる加工点からの反射光のうち、レーザ切断に伴う前記被加工材の材料特有の波長帯域の反射光のみを透過する第１の光学フィルタと、該第１の光学フィルタを透過した光を受光して光量に応じた電気信号を発生する第１の光検出手段と、前記レーザビームによる加工点からの反射光のうち、レーザ切断に伴う前記スキッドテーブルの材料特有の波長帯域の反射光のみを透過する第２の光学フィルタと、該第２の光学フィルタを透過した光を受光して光量に応じた電気信号を発生する第２の光検出手段と、前記第１の光検出手段の信号と前記第２の光検出手段の信号とに基づいて、前記レーザビームによる加工状態を判定する比較演算手段と、を具備することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、２種類の光学フィルタを介することにより、被加工材をレーザ切断する際の反射光とスキッドテーブルの支持突起をレーザ切断する際の反射光とを分けて受光することができ、これら各反射光量に基づいて、レーザによる加工状態を正確に判定することができる。即ち、実際には支持突起の真上をレーザビームが通過する際に支持突起も一緒にレーザ切断しているだけであるのにも拘わらず、誤って加工不良が発生したと判断してしまうケース（誤判断のケース）を解消することができる。従って、光検出手段の加工状態の誤判断の解消を図ることができる。

本発明の実施形態のレーザ加工装置の要部の構成を示すブロック図である。同レーザ加工装置の要部の構成の説明図である。同レーザ加工装置の判断処理の内容を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は実施形態のレーザ加工装置の要部の構成を示すブロック図、図２は同要部の構成の説明図である。

図１に示すように、このレーザ加工装置は、レーザ加工ヘッドのノズル１の先端から被加工材Ｗに向けてレーザビーム（図示せず）を照射してレーザ加工（レーザ切断）を行うものである。加工されるべき平板状の被加工材（ワーク）Ｗは、スキッドテーブル（支持材）５のスキッド（支持突起）５Ａの先端に下面を載せて支持されており、ノズル１は被加工材Ｗに対して相対移動する。スキッドテーブル５のスキッド５Ａは、平板状の被加工材Ｗを載せられるように、その先端を上方に向けて同一平面内に点在するように設けられている。

ノズル１あるいはノズル１を備えるレーザ加工ヘッドには、加工点からのレーザの反射光Ｈを受光する光ファイバなどで構成された第１と第２の受光部８Ａ，８Ｂが設けられている。これら第１と第２の受光部８Ａ，８Ｂには、異なる透過波長特性を持つ第１と第２の光学フィルタ７Ａ，７Ｂがそれぞれ備えられている。

図２に示すように、第１の光学フィルタ７Ａは、レーザビームによる加工点からの反射光Ｈのうち、レーザ切断に伴う被加工材Ｗの材料特有の波長帯域Ａの反射光ＨＡのみを透過する特性を有する光学フィルタである。また、第２の光学フィルタ７Ｂは、レーザビームによる加工点からの反射光Ｈのうち、レーザ切断に伴うスキッドテーブル５の材料特有の波長帯域Ｂの反射光ＨＢのみを透過する特性を有する光学フィルタである。

これら光学フィルタ７Ａ，７Ｂを透過した光は、コントローラ１０に伝送されて、図１に示すように、コントローラ１０の内部の第１の光検出手段１０Ａと第２の光検出手段１０Ｂにより別々に光量検出が行われる。即ち、第１の光検出手段１０Ａは、第１の光学フィルタ７Ａを透過した光を受光して光量に応じた電気信号を発生する。また、第２の光検出手段１０Ｂは、第２の光学フィルタ７Ｂを透過した光を受光して光量に応じた電気信号を発生する。

第１，第２の光検出手段１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ、ノズル１やレーザ加工ヘッドの受光部８Ａ，８Ｂから伝送されてきた光を受ける光素子１１，２１と、光素子１１，２１で受けた光信号を電圧に変換する光／電圧変換回路１２，２２と、光／電圧変換回路１２，２２の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１３，２３と、デジタル信号に変換された２つの光量信号を互いに比較できる処理値に調整する演算部１４，２４とから構成されている。

なお、加工点からの反射光を受光する受光部８Ａ，８Ｂを１つにまとめ、１つの受光部から第１，第２の光検出手段１０Ａ，１０Ｂの光素子１１，２１の手前の光伝送路途中に２つの光学フィルタ７Ａ，７Ｂを配置して、それぞれの光学フィルタ７Ａ，７Ｂを透過した光を、各光素子１１，２１に入射させるように構成することも可能である。

第１、第２の光検出手段１０Ａ，１０Ｂの演算部１４，２４からの信号は、レーザビームによる加工状態を判定する比較演算手段１５に入力され、ここで、予め設定された閾値と比較して、レーザビームによる加工状態が判定される。判定された結果は、入出力接続部１６を介して表示器１８に表示される。また更に、判定された結果は、ロジック信号出力手段１７にも入力され、ここで必要に応じて加工不良の場合はアラーム信号などが生成される。ロジック信号出力手段１７は、ＮＣ装置５０との間でデータの授受を行い、ＮＣ装置５０がアラームを出したりする。また、ＮＣ装置５０からは、被加工材Ｗの材料に関する情報などがロジック信号出力手段１７を介して比較演算手段１５に入力される。

次に処理の流れを説明する。

いま、被加工材Ｗの材料が例えばステンレス（ＳＵＳ）、スキッドテーブル５の材料が軟鋼であるとした場合、第１の光学フィルタ７Ａには、波長３００〜５００ｎｍの範囲の光のみを透過する透過波長特性を有するものを使用する。また、第２の光学フィルタ７Ｂには、波長７００〜９００ｎｍの範囲の光のみを透過する透過波長特性を有するものを使用する。

こうすることで、各光学フィルタ７Ａ，７Ｂによって、被加工材Ｗとスキッドテーブル５の反射光を区別することができる。従って、スキッドテーブル５のスキッド５Ａの反射光の影響を排除しながら、被加工材Ｗの反射光のレベル（光量）によって加工状態の判定を行うことができる。

図３は、前記比較演算手段１５において実行される判定処理の内容を示すフローチャートである。

ステップＳ１においてこの加工監視の処理がスタートすると、ステップＳ２で被加工材Ｗの反射光レベルが予め設定された閾値よりも上（ＨＩＧＨ）か下（ＬＯＷ）かを判断する。ＨＩＧＨの場合はステップＳ３に進み、ここで、スキッドテーブル５の反射光レベルが予め設定された閾値よりも上（ＨＩＧＨ）か下（ＬＯＷ）かを判断する。ＬＯＷの場合はステップＳ４に進み、加工不良と判定する。

また、ステップＳ２の判断がＬＯＷの場合はステップＳ５に進み、スキッドテーブル５の反射光レベルを確認し、スキッドテーブル５の反射光レベルがＬＯＷの場合はステップＳ１に戻る。また、スキッドテーブル５の反射光レベルがＨＩＧＨの場合はステップＳ１に戻る。

また、ステップＳ３においてスキッドテーブル５の反射光レベルがＨＩＧＨと判断された場合は、ステップＳ１に戻る。

以上の判定の内容をまとめて表１に示す。

（１）この表１に示すように、被加工反射光（被加工材Ｗの反射光）のレベルと軟鋼反射光（スキッドテーブル５の反射光）のレベルが共にＬＯＷの場合は、正常切断が行われていると判断する。

（２）被加工反射光（被加工材Ｗの反射光）のレベルがＨＩＧＨであり、一方、軟鋼反射光（スキッドテーブル５の反射光）のレベルがＬＯＷである場合は、被加工材Ｗの加工が過剰に行われている可能性があるので、加工不良と判断する。

（３）被加工反射光（被加工材Ｗの反射光）のレベルと軟鋼反射光（スキッドテーブル５の反射光）のレベルが共にＨＩＧＨの場合は、スキッドテーブル５のスキッド５Ａ上を通過していると見なす。

なお、その他、被加工反射光（被加工材Ｗの反射光）のレベルがＬＯＷであり、一方、軟鋼反射光（スキッドテーブル５の反射光）のレベルがＨＩＧＨである場合は、判断をしない。

以上の説明のように、２種類の光学フィルタ７Ａ，７Ｂを介することにより、被加工材Ｗをレーザ切断する際の反射光とスキッドテーブル５のスキッド５Ａをレーザ切断する際の反射光とを分けて受光することができ、これら各反射光量に基づいて、レーザによる加工状態を正確に判定することができる。即ち、実際には、スキッドテーブル５のスキッド５Ａの真上をレーザビームが通過する際に、スキッド５Ａも一緒にレーザ切断しているだけであるのにも拘わらず、誤って加工不良が発生したと判断してしまうケース（誤判断のケース）を解消することができる。従って、第１，第２の光検出手段１０Ａ，１０Ｂのデータを用いるだけの簡単な処理で、加工状態の誤判断の解消を図ることができる。

なお、被加工材Ｗの材料がステンレス（ＳＵＳ）で、スキッドテーブル５の材料が軟鋼の場合を説明したが、これらと異なる被加工材Ｗやスキッドテーブル５の材料を使用する場合は、その材質に応じた反射光の波長のみを透過する特性の光学フィルタに替えて使用することで、種々の材質においても誤判断を解消できる。

１ノズル
５スキッドテーブル
５Ａスキッド（支持突起）
７Ａ第１の光学フィルタ
７Ｂ第２の光学フィルタ
１０Ａ第１の光検出手段
１０Ｂ第２の光検出手段
１５比較演算手段
Ｗ被加工材
Ａ被加工材の材料特有の波長帯域
Ｂスキッドテーブルの材料特有の波長帯域
Ｈ反射光

Claims

同一平面内に点在する複数の支持突起の先端で板状の被加工材の下面を支持するスキッドテーブルの前記支持突起の上に板状の被加工材を載せ、この被加工材に対し、該被加工材の上方において相対移動するノズルの先端からレーザビームを照射することで、前記被加工材をレーザ切断するレーザ加工装置において、
前記レーザビームによる加工点からの反射光のうち、レーザ切断に伴う前記被加工材の材料特有の波長帯域の反射光のみを透過する第１の光学フィルタと、
該第１の光学フィルタを透過した光を受光して光量に応じた電気信号を発生する第１の光検出手段と、
前記レーザビームによる加工点からの反射光のうち、レーザ切断に伴う前記スキッドテーブルの材料特有の波長帯域の反射光のみを透過する第２の光学フィルタと、
該第２の光学フィルタを透過した光を受光して光量に応じた電気信号を発生する第２の光検出手段と、
前記第１の光検出手段の信号と前記第２の光検出手段の信号とに基づいて、前記レーザビームによる加工状態を判定する比較演算手段と、
を具備することを特徴とするレーザ加工装置。