JP2014237150A - Method for detecting stain on cover glass, and laser processing head - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工ヘッドに備えられた保護ガラスの汚れを検出する方法およびレーザ加工ヘッドに関する。さらに詳細には、保護ガラスの外周面から検出光を照射し、周面で反射して外周面から漏出した検出光の光量を検出することによって保護ガラスの汚れを検出する方法及びレーザ加工ヘッドに関する。 The present invention relates to a method for detecting dirt on a protective glass provided in a laser processing head and a laser processing head. More specifically, the present invention relates to a method for detecting dirt on a protective glass by irradiating detection light from the outer peripheral surface of the protective glass, detecting the amount of detection light reflected from the outer peripheral surface and leaked from the outer peripheral surface, and a laser processing head. .
レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドには、レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光してワークへ照射する集光レンズが備えられている。レーザ光をワークへ照射してワークのレーザ加工を行うと、レーザ加工時に発生したスパッタやヒュームが周囲に飛散し、前記集光レンズを汚染することがある。集光レンズにスパッタ等が付着して汚染されると、集光レンズの劣化が激しいものである。したがって、スパッタやヒュームなどの汚染物質から集光レンズを保護するために、レーザ加工ヘッド内に保護ガラスを備えている。 A laser processing head in a laser processing machine is provided with a condensing lens that condenses laser light emitted from a laser oscillator and irradiates the workpiece. When laser processing is performed on a workpiece by irradiating the workpiece with laser light, spatter and fumes generated during the laser processing may scatter around and contaminate the condenser lens. When spatter or the like adheres to the condensing lens and is contaminated, the condensing lens is severely deteriorated. Therefore, a protective glass is provided in the laser processing head in order to protect the condenser lens from contaminants such as spatter and fumes.
上述のように、保護ガラスを備えた構成においては、スパッタ等から集光レンズを保護することができるものの、前記保護ガラスが汚染されることになる。したがって、レーザ加工時に生じたスパッタやヒュームなどの汚染物質から保護ガラスを保護する手段が講じられると共に、保護ガラスの汚れを検出する手段が講じられている(例えば特許文献1参照)。 As described above, in the configuration including the protective glass, the condensing lens can be protected from sputtering or the like, but the protective glass is contaminated. Therefore, means for protecting the protective glass from contaminants such as spatter and fumes generated during laser processing are taken, and means for detecting contamination of the protective glass are taken (see, for example, Patent Document 1).
前記特許文献1に記載のレーザ加工ヘッドの構成は、図4に示すごとき構成である。すなわち、従来のレーザ加工ヘッド1は、例えばロボットアーム等のごとくX,Y,Z軸方向へ移動自在なヘッド支持部材3に、取付アタッチメント5を介して適宜に装着してある。すなわち、レーザ加工ヘッド1は、加工ヘッド本体7を備えており、この加工ヘッド本体7に備えた支持ブラケット9が前記取付アタッチメント5に連結してある。
The configuration of the laser processing head described in
前記加工ヘッド本体7の上端側には光ファイバーレシーバ11が備えられており、この光ファイバーレシーバ11には、レーザ発振器(図示省略)に一端側を接続した光ファイバFの他端部が接続してある。そして、前記光ファイバFの他端部と対向する位置には、光ファイバFから出射されたレーザ光LBを平行光線化するためのコリメートレンズ13が内装してある。
An
上記コリメートレンズ13によって平行光線化されたレーザ光LBは、加工ヘッド本体7内に備えられた第1反射鏡15によって内装した集光レンズ17方向へ屈曲されている。そして、集光レンズ17によって集光されたレーザ光LBは、加工ヘッド本体7に備えた第2反射鏡19によって、加工ヘッド本体7に備えたレーザノズル21方向へ屈曲されてワーク(図示省略)へ照射され、ワークのレーザ加工が行われる。
The laser beam LB converted into parallel rays by the
前記レーザノズル21の上側であって、前記第2反射鏡19の下側には、レーザ加工時に発生したスパッタ、ヒュームから前記第2反射鏡19、集光レンズ17を保護するための保護ガラス23が備えられている。そして、前記保護ガラス23の汚染を検出するために、前記第2反射鏡19の上方には、当該第2反射鏡19を透過して前記保護ガラス23を上方から照射すると共に、前記保護ガラス23を透過してレーザ加工位置を照射する照射手段25が備えられている。さらに、レーザ加工位置を撮像する撮像手段27が備えられている。
A
レーザ加工時に生じたスパッタやヒューム等の汚染物質から前記保護ガラス23を保護するために、当該保護ガラス23と前記レーザノズル21との間には、前記汚染物質を外部へ吹き飛ばすためのエアーカーテン形成手段29が備えられている。すなわち、前記保護ガラス23とレーザノズル21との間には、空洞の箱状のケーシング31が備えられており、このケーシング31には、エアー供給路33を接続したエアー噴出手段35が備えられている。
In order to protect the
前記エアー噴出手段35は、レーザ光LBに対して直交する方向にエアーカーテンを形成して、レーザ加工位置から保護ガラス23の方向へ飛散するスパッタ、ヒュームをエアー排出口37から外部へ吹き飛ばす作用をなすものである。そして、前記保護ガラス23の外周面の一部には、スパッタやヒュームが付着したことを検出するために、前記スパッタ等から乱反射された反射光を検出するための光ファイバ39の端部が適宜に接続してある。
The air jetting means 35 forms an air curtain in a direction orthogonal to the laser beam LB, and blows the spatter and fumes scattered from the laser processing position toward the
前記構成において、レーザ光LBをワークへ照射してワークのレーザ加工を行うと、レーザ加工位置においてスパッタやヒュームの汚染物質が発生する。そして、レーザ加工位置から保護ガラス23の方向へ飛散した汚染物質の大部分はエアーカーテン形成手段29におけるエアー噴出手段25から噴出されたエアーカーテンによってエアー排出口37から外部へ排出される。しかし、汚染物質の一部は保護ガラス23の下面に付着する。
In the above configuration, when the workpiece is subjected to laser processing by irradiating the workpiece with the laser beam LB, contaminants such as spatter and fume are generated at the laser processing position. Then, most of the contaminants scattered from the laser processing position toward the
上述のように、保護ガラス23に汚染物質が付着すると、前記照射手段25によって上方向から照射された光の一部が汚染物質によって乱反射され、保護ガラス23の外周面から外部へ出射される。この外部へ出射された反射光の一部が光ファイバ39に入射され、この入射光の光量が予め設定した設定値より大きくなると、保護ガラス23の交換が行われる。
As described above, when a contaminant adheres to the
既に理解されるように、保護ガラス23にスパッタ等が付着したことを検出するための光(検出光)は、保護ガラス23の上方から照射されている。したがって、検出光の大部分は保護ガラス23を透過する。そして、前記保護ガラス23の下面において内部へ反射され、かつ汚染物質によって乱反射されて保護ガラス23の外周面へ出射される光を検出しているものである。よって、僅かな光量を検出しているものであり、検出レベルが低いと共に、外部から入射される外乱の影響を受け易いものであり、さらなる改善が望まれていた。
As already understood, light (detection light) for detecting that spatter or the like has adhered to the
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの汚れ検出方法であって、前記保護ガラスの外周面から当該保護ガラス内へ検出光を入射し、前記保護ガラスの周面によって反射されると共に前記保護ガラスに付着した汚染物質によって乱反射されて外周面から漏出した検出光の光量を、前記保護ガラスの周面に備えた光検出手段によって検出することによって保護ガラスの汚れを検出することを特徴とするものである。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and is a method for detecting dirt on a protective glass provided in a laser processing head, and the detection light is incident on the protective glass from the outer peripheral surface of the protective glass, Detecting the amount of detection light reflected from the peripheral surface of the protective glass and diffused by a contaminant attached to the protective glass and leaking from the outer peripheral surface by a light detection means provided on the peripheral surface of the protective glass By this, the dirt on the protective glass is detected.
また、前記保護ガラスの汚れ検出方法において、前記光検出手段の検出指向方向と前記検出光の入射方向とのなす角度が45°以下の範囲において前記保護ガラスに対する検出光の入射を行うことを特徴とするものである。 Further, in the method for detecting dirt on the protective glass, the detection light is incident on the protective glass within an angle of 45 ° or less between the detection directing direction of the light detection means and the incident direction of the detection light. It is what.
また、集光レンズと当該集光レンズを保護する保護ガラスを備えたレーザ加工ヘッドであって、前記保護ガラスの汚れを検出するための検出光を前記保護ガラスの外周面から保護ガラス内へ入射するための検出光入射手段と、前記保護ガラスの周面によって反射されると共に前記保護ガラスに付着した汚染物質によって乱反射されて外周面から漏出した検出光の光量を検出する光検出手段とを備えていることを特徴とするものである。 The laser processing head includes a condensing lens and a protective glass for protecting the condensing lens, and detection light for detecting dirt on the protective glass is incident on the protective glass from the outer peripheral surface of the protective glass. Detection light incident means, and light detection means for detecting the amount of detection light reflected from the peripheral surface of the protective glass and diffused by a contaminant attached to the protective glass and leaked from the outer peripheral surface. It is characterized by that.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記検出光入射手段による入射方向と前記光検出手段の検出指向方向とのなす角度は45°以下であることを特徴とするものである。 In the laser processing head, an angle formed by an incident direction of the detection light incident unit and a detection directing direction of the light detection unit is 45 ° or less.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、レーザ加工時に発生したスパッタ、ヒュームを吹き飛ばすためのエアーカーテン形成手段を前記保護ガラスの下側に備え、前記エアーカーテン形成手段によるエアーの流れの下流側に対応した前記保護ガラスの下流端側を照射する上流側の位置に前記検出光入射手段が配置してあることを特徴とするものである。 In the laser processing head, air curtain forming means for blowing off spatter and fumes generated during laser processing is provided on the lower side of the protective glass, and corresponds to the downstream side of the air flow by the air curtain forming means. The detection light incident means is arranged at an upstream position where the downstream end side of the protective glass is irradiated.
また、前記レーザ加工ヘッドにおいて、前記保護ガラスは、レーザ加工位置を照射する照射手段の上側に備えられていることを特徴とするものである。 In the laser processing head, the protective glass is provided on the upper side of the irradiation means for irradiating the laser processing position.
本発明によれば、保護ガラスの外周面から保護ガラス内へ検出光を入射するものであるから、入射された検出光は、保護ガラスの上下両内面及び内周面によって反射される。したがって、検出光の入射位置が1ヶ所であっても、保護ガラス内部の全体に亘って検出光が透過することになる。そして、スパッタ等が付着すると、スパッタ等によって検出光が乱反射され、保護ガラスの外周面から外部へ出射されると、光検出手段によって検出される。 According to the present invention, since the detection light enters the protective glass from the outer peripheral surface of the protective glass, the incident detection light is reflected by the upper and lower inner surfaces and the inner peripheral surface of the protective glass. Therefore, even if the incident position of the detection light is one, the detection light is transmitted over the entire inside of the protective glass. And when sputter | spatter etc. adhere, detection light will be irregularly reflected by spatter | spatter etc., and when it radiate | emits outside from the outer peripheral surface of a protective glass, it will be detected by a photon detection means.
したがって、光検出手段によって検出される光量は大きなものであり、スパッタ等の付着を確実に検出することができる。また、検出光の光量が大きいので、検出レベルを高くすることができると共に、外乱の影響を抑制することができるものである。 Therefore, the amount of light detected by the light detection means is large, and adhesion such as sputtering can be reliably detected. Further, since the amount of detection light is large, the detection level can be increased and the influence of disturbance can be suppressed.
以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッドの構成について説明するに、実施形態に係るレーザ加工ヘッドの大部分の構成は前述した従来のレーザ加工ヘッドと同様の構成である。したがって、レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの汚れを検出する構成について説明する。なお、前述したレーザ加工ヘッドにおける構成要素と同一機能を奏する構成要素には同一符号を付することとして重複した説明は省略する。 Hereinafter, the configuration of the laser processing head according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Most of the configuration of the laser processing head according to the embodiment is the same as that of the conventional laser processing head described above. Therefore, the structure which detects the stain | pollution | contamination of the protective glass with which the laser processing head was equipped is demonstrated. Note that components having the same functions as those of the laser processing head described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工ヘッド1Aは、前述した従来のレーザ加工ヘッドと同様に、集光レンズ(図示省略)を備えた加工ヘッド本体7を備えている。この加工ヘッド本体7の下側すなわちレーザノズル(図1には図示省略)側には、保護ガラス23を着脱可能に備えたガラスホルダユニット41が備えられている。このガラスホルダユニット41の下側には、前述した照射手段25に代わる照射手段43が備えられている。そして、この照射手段43の下側には、前述したケーシング31と同一構成のケーシング31Aが備えられている。
Referring to FIG. 1, a
前記ガラスホルダユニット41は、前記加工ヘッド本体7の下側に取付けた環状のユニット本体45を備えている。このユニット本体45内には、円板状の前記保護ガラス23を備えた円筒形状のガラスホルダ46が備えられている。このガラスホルダ46において、後述する検出光入射手段、光検出手段に対応した位置には、入射光及び反射光が透過自在な光透過孔が備えられている。
The
前記ユニット本体45には、前記保護ガラス23の外周面から当該保護ガラス23内へ検出光を入射するための検出光入射手段の1例としてのLED47が備えられている。また、前記ユニット本体45には、前記保護ガラス23内において反射して、保護ガラス23の外周面から出射(漏出)した検出光を検出するための光検出手段の1例としての光ファイバ49が備えられている。
The unit
上記構成により、レーザ光LBをワーク(図示省略)へ照射してのレーザ加工時に生じたスパッタ、ヒューム等の汚染物が保護ガラス23に付着すると、前記LED47から入射された検出光が前記汚染物によって乱反射される。そして、この乱反射光が前記光ファイバ49によって検出されるものである。なお、保護ガラス23に対するスパッタ等の付着量が多くなると、前記光ファイバ49に入射される光量が多くなる。
With the above configuration, when contaminants such as spatters and fumes generated during laser processing by irradiating a workpiece (not shown) with the laser beam LB adhere to the
したがって、光ファイバ49に入射された検出光を受光素子(図示省略)によって電圧に変換する。そして、予め設定した基準電圧と上記変換電圧とを電圧比較手段(図示省略)によって比較することにより、前記保護ガラス23に対するスパッタ等の付着量(汚染度合)を知ることができるものである。
Therefore, the detection light incident on the
前記照射手段43は、前記ユニット本体45の下面に取付けた筒状の照明ハウジング51を備えている。この照明ハウジング51内には、外周面にテーパ状の反射面53Fを備えた筒状の反射部材53が備えられている。そして、前記反射面53Fの周囲には、レーザ加工位置を照射する照明用の光源としての複数のLED55が備えられている。
The irradiation means 43 includes a
したがって、前記LED55から照射される光は、テーパ状の反射面53Fによって下方向へ反射されて、レーザ加工位置の照明を行うことになる。よって、撮像手段(図示省略)によってレーザ加工位置を容易に撮像することができるものである。既に理解されるように、前記照射手段43は、保護ガラス23を備えたガラスホルダユニット41の下側に備えられており、かつテーパ状の反射面53Fによって照明光を下方向へ反射する構成であるから、前記LED55からの光が保護ガラス23に照射されるようなことはないものである。
Therefore, the light emitted from the
前記照射手段43の下側に備えた前記ケーシング31Aは、前述した従来のケーシング31と同一構成であるから、レーザ加工位置から保護ガラス23方向へ飛散するスパッタやヒュームの大部分を、ケーシング31Aに備えたエアー排出口(図1には図示省略)から外部へ吹き飛ばすことができるものである。
Since the
ところで、既に理解されるように、保護ガラス23の汚れを検出するための検出光は、円板状の保護ガラスの外周面から保護ガラス23内に入射するものであるから、図2に概念的に示すように、入射された検出光DLは、保護ガラス23における内側の上下両面によって反射されると共に内周面によって反射されることになる。したがって、LED47から照射された多量の検出光DLが保護ガラス23の内部を走査することになる。よって、LED47は1個で充分である。そして、保護ガラス23の下面にスパッタ等が付着すると、多量の検出光DLがスパッタ等の汚染物質によって乱反射されることとなり、スパッタ等の汚染物質の付着の検出を容易に行うことができるものである。なお、光量が大きいので、外乱に対して左右されることはないものである。
By the way, as already understood, the detection light for detecting the contamination of the
なお、図2(B)に示すように、保護ガラス23の上方から保護ガラス23に対して検出光DLを照射すると、検出光DLの大部分は保護ガラス23を透過する。そして、保護ガラス23の内側下面において反射して保護ガラス23内へ入射される検出光DLの光量は極めて少ないものである。したがって、前記特許文献1に記載のように、保護ガラス23を全面的に照射する必要があり、多くのLEDを必要とするものである。
As shown in FIG. 2B, when the
ところで、保護ガラス23の外周面から検出光DLを入射する場合、LED47は1個で充分であるか否か、及びLED47による検出光の入射方向と光ファイバ49による検出指向方向との望ましい位置的関係を調べた。すなわち、光ファイバ49に対向した位置AにLED47を配置して検出光の入射を行った場合の光量の検出レベル(受光レベル)を1000とする。そして、22.5°毎にLED47の位置を変更して検出光の入射を行った場合の検出レベルは、図3に示すとおりであった。
By the way, when the detection light DL is incident from the outer peripheral surface of the
すなわち、対向した位置Aを間にして両方向へ45°の範囲(全体としては90°の範囲P1)において検出光の入射を行った場合の検出レベルは1000であった。したがって、前記光ファイバ49に対向した位置A付近にLED47を配置して検出光を保護ガラス23に入射した場合には、検出光が光ファイバ49に直接入射されるものである。したがって、検出光が光ファイバ49へ直接入射される範囲P1にLED49を配置すると、検出レベルが高く、検出光がスパッタ等において乱反射された反射光を検出する構成においては、受光レベルの変化が小さく望ましいものではない。
That is, the detection level was 1000 when the detection light was incident in a range of 45 ° in both directions with the facing position A in between (a range P1 of 90 ° as a whole). Therefore, when the
検出レベル(受光レベル)が1000の範囲を間にしての両側の90°の範囲P2において検出光の入射を行った場合の検出レベルは、図3に示すように300以下であって低い数値であった。すなわち、上記両側の90°の範囲P2においては、LED47から保護ガラス23内に入射された検出光の弱い間接光、散乱光が光ファイバ49に入射されるものである。そして、スパッタ等によって乱反射された反射光を検出する構成においては、検出レベルの変化が小さく、また、例えば外部照明等の外乱の影響を受け易いものである。したがって、光ファイバ49の配置位置に対して前記範囲P2内にLED47を配置することは望ましいものではない。
The detection level when the detection light is incident in the 90 ° range P2 on both sides with the detection level (light reception level) in the range of 1000 is 300 or less and a low numerical value as shown in FIG. there were. That is, in the 90 ° range P2 on both sides, indirect light and scattered light, which are weak detection light incident from the
次に、光ファイバ49を間にして両側へ45°の範囲すなわち光ファイバ49を中心にして90°の範囲P3の範囲にLED47を配置した場合、光ファイバ49に入射される検出光の受光レベルは図3に示すとおりであった。すなわち受光レベルは400〜600の範囲であった。この範囲P3にLED47を配置して保護ガラス23内に入射すると、LED47に対向した内周面からの一時反射光が光ファイバ49に入射されるものである。そして、この範囲P3にLED47を配置した場合、保護ガラス23に付着したスパッタ等によって検出光が乱反射されて光ファイバ49に入射されるとき、入射光の変化が大きく望ましいものである。
Next, when the
前記構成において、レーザ加工ヘッド1Aに備えた集光レンズによってレーザ光LBを集光してワークに照射することにより、ワークのレーザ加工が行われる。そして、レーザ加工位置から保護ガラス23方向へ飛散するスパッタやヒュームの汚染物質の大部分は、ケーシング31Aに備えられているエアーカーテン形成手段において噴出されるエアーカーテンによって外部へ排出される。そして、前記汚染物質の一部は保護ガラス23の下面に付着することがある。
In the above-described configuration, the workpiece is laser processed by condensing the laser beam LB with the condensing lens provided in the
この場合、前記エアーカーテンによって下流側へ流されつつ保護ガラス23に付着することが多い。したがって、汚染物質は、前記エアーカーテンの流れ方向に見て、保護ガラス23の下流端側に付着する傾向にある。よって、前記LED47は、保護ガラス23の前記下流端側を照射する上流側の位置に備えることが望ましいものである。
In this case, the air curtain often adheres to the
以上のごとき説明より理解されるように、保護ガラス23に対して外周面からLED47によって検出光を入射する構成であるから、前記LED47から出射される検出光の大部分を保護ガラス23内に入射することができる。したがって、検出光用のLED47は1個でもよいこととなり、構成の簡素化を図ることができる。
As understood from the above description, since the detection light is incident on the
また、保護ガラス23の外周面から検出光を入射することにより、入射された検出光は、保護ガラス23における上下の内面及び内周面によって反射される。したがって、保護ガラス23内に入射された検出光は反射によって保護ガラス23の全体に亘って照射されることになる。換言すれば、保護ガラス23の全体に亘って検出光の光量が大きく保持されるものである。そして、スパッタ等によって乱反射される検出光の光量を大きく保持することができ、検出レベルを高くすることができると共に、外乱の影響を抑制することができるものである。
Further, when the detection light is incident from the outer peripheral surface of the
すなわち、保護ガラス23の外周面から検出光を入射し、スパッタ等によって乱反射された反射光が保護ガラス23の外周面から出射されることを検出して、スパッタ等の付着を検出するものである。したがって、保護ガラス23の上面側又は下面側から検出光を照射して、汚染物質によって乱反射された反射光を外周面から出射させて検出する場合に比較して、スパッタ等の検出をより確実に行うことができるものである。
That is, the detection light is incident from the outer peripheral surface of the
1A レーザ加工ヘッド
23 保護ガラス
41 ガラスホルダユニット
43 照射手段
45 ユニット本体
47 LED(検出光入射手段)
49 光ファイバ(光検出手段)
51 照明ハウジング
55 LED(光源)
1A
49 Optical fiber (light detection means)
51
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