JPH03124387A - レーザービーム加工用加工孔貫通検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は被加工材料にレーザービームを照射して穿孔加
工を施すレーザービーム加工において、被加工材料の加
工孔が貫通したがどうかを的確に検知できるレーザービ
ーム加工用加工孔貫通検知装置に関する。

［従来の技術〕 一般に、レーザービームを照射して被加工材料を穿孔加
工するレーザービーム穿孔加工装置には、被加工材料の
加工孔が貫通したかどうかを検知する貫通孔検知装置（
ブレーク・スルー・ディテクタ）が付設されている。

この貫通孔検知装置として第４図に示すものが知られて
いる。図示するように、レーザービームａが照射される
被加工材料すの近傍に位置させて被加工材料すによる反
射または被加工材料すの溶融によって発生する光強度を
検出する光センサＣが設けられている。

上記光センサＣから得られる反射光強度の減少によって
被加工材料すの加工孔が貫通したかどうかを検知できる
ことになる。これは、レーザービームａにより被加工材
料すが貫通した際に、光強度が減少する性質に基づくも
のである。

例えば第５図（ａ）に示すように、上記レーザービーム
ａを被加工材料すにパルス状に照射した場合、光センサ
Ｃに検出される上記光は、第５図（ｂ）に示すように、
穿孔される被加工材料すが貫通していないときは充分強
い光強度となるが、被加工材料すが溶融し、貫通ずると
光強度が減少する。このように、光センサＣで検出され
る光強度が減少した時点において、レーザービームａか
被加工材料すを貫通しなと判断できる。

一方、別の加工孔貫通検知装置として第６図に示すもの
が知られている。

図示するように、穿孔加工すべくレーザービームｄが照
射される被加工材料ｅのレーザービームｄ照射方向と反
対側に位置させて、被加工材料ｅを貫通した貫通光を検
出する光センサｆが設けられている。

この光センサｆが貫通光を検出した時点において、レー
ザービームｄが被加工材料ｅを貫通したことになる。

例えば、第７図（ａ）に示すように、上記レーザービー
ムｄを被加工材料ｅにパルス状に照射しな場合、光セン
サｆに検出される貫通光は、第７図（ｂ）に示すように
、穿孔される被加工材料ｅが貫通してないときは全く検
出されないが、貫通した瞬間に検出されることになる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、第４図に示す加工孔貫通検知装置にあっては
、的確に被加工材料すの貫通を検知するためには、光セ
ンサＣの設置場所を決定することが離しく、実用上大き
な問題となっていた。

一方、第６図に示す加工孔貫通検知装置にあっては、被
加工材料ｅに多数の穿孔を施す場合、第８図に示すよう
に、穿孔加工中のレーザービームｇに近接する貫通加工
済の貫通孔りからレーザービームの光が回りこんで光セ
ンサｆに検知されてしまい、的確に穿孔加工中の被加工
材料ｅの貫通を検知することができないことになる。

また、第９図に示すように、タービンブレードｉの冷却
孔ｊを穿孔する場合等、光センサｆが被加工材料ｅであ
るタービンブレードｉの内部に設置できない場合、上記
冷却孔ｊの貫通の検知は不可能である。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、被加
工材料にレーザービームを照射して穿孔加工を施すレー
ザービーム加工において、レーサービームが被加工材料
を貫通したかどうか的確に判断することができるレーザ
ービーム加工用加工孔貫通検知装置を提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために本発明は、被加工材料を穿孔
加工すべくレーザービームを照射するレーザー発生装置
と、該レーザ発生装置より照射されるレーザービームを
被加工材料に向けて反射させるダイクロイックミラと、
該ダイクロイックミラを挾んで上記被加工材料と反対側
に位置され、被加工材料にレーザーを照射することによ
り発生し上記ダイクロイックミラを透過した反射光を検
出するための光検出器と、該光検出器から得られる光強
度から上記被加工材料の穿孔を検出するなめの穿設孔検
出手段とを備えたことから構成されている。

［作用］ レーザー発生装置からのレーザービームは、ダイクロイ
ックミラで反射することによって、被加工材料に照射さ
れ、被加工材料を穿孔加工する。

この際、上記レーサービームか被加工材料に照射される
ことによる反射及びプルーム光は、上記入射方向にある
上記ダイクロイックミラを透過してその上方に位置する
光検出器に検知される。この光検出器から得られる光強
度が減少することによって穿孔検出手段は、被加工材料
の穿孔加工が貫通したと判定する。

このように、ダイクロイックミラによって被加工材料に
照射されるレーザービームの上方に上記光検出器を設け
たので、すなわち、ダイクロイックミラを挾んでその両
側の光軸上に被加工材料と光検出器を設けたので、被加
工材料から得られる光はダイクロイックミラを透過して
確実に上記光検出器によって検知され、被加工材料の貫
通を的確に判定できる。

［実施例コ 本発明の一実施例を添付図面に従って説明する。

第１図に示すように、円筒状の本体１内に、本体１外部
に設けられたレーザー発生装置２より照射されるレーザ
ービームを被加工材料３に向けて反射させるためのタイ
クロイックミラ４が設けられている。本実施例にあって
は、上記レーザービームに波長か短く精密加工に適する
ＹＡＧパルスレーザが用いられている。

上記本体１下部には、ダイクロイックミラ４によって反
射されたレーザービームを絞って被加工材料３に焦点を
合せるためのレンズ５が設けられている。また、このダ
イクロイックミラ４を挾んで上記レーザー発生装置２の
反対側にはダイクロイックミラ４を透過したレーザービ
ームの出力を検出するための出力光検出器６が設けられ
ている。

一方、上記本体１上部には、上記レーザービームが被加
工材料３により反射され、上記ダイクロイックミラ４を
透過した後の光を検出するための光検出器７が設けられ
ている。

上記出力光検出器６および光検出器７は、レーザービー
ムが照射されて穿孔加工される被加工材料３の貫通を検
出する穿孔検出手段であるＣＰＵ８［中央演算処理装置
］と、オンラインで接続されている。

また、上記ＣＰＵ８は第１図に示すように、レーザー発
生装置２からタイクロイックミラ４に向けて照射される
レーザービームをその途中で遮断する開閉シャッタ９と
もオンラインで接続されており、上記出力光検出器６と
光検出器７とから得られる情報により被加工材料３の加
工孔が貫通したこを検出すると、上記開閉シャッタ９を
閉じてレーザービームを遮断するようになっている。

また、第１図に示すように、本体１内のダイクロイック
ミラ４と光検出器７との間に位置させて、ハーフミラ１
０が設けられている。このハーフミラ１０は、被加工材
料３に照射されるレーザービームの焦点を合せるべく、
被加工材料３に穿孔加工される加工孔をモニタする目的
で設けられている。すなわち、このハーフミラ１０によ
って反射した光は、レンズ１１を通過して受光素子１２
に到達し、ＣＲＴ１３に加工孔がモニタされることにな
る。

なお、１４は受光素子１２とレンズ１１の間に設けられ
たシャッターである。

以上の構成からなる本実施例の作用について述べろ。

第１図に示すように、レーザー発生装置２からのレーザ
ービームは、シャッタ９を開くことにより本体１内のダ
イクロイックミラ４で反射し、被加工材料３に照射され
、被加工材料３を穿孔加工する。

上記レーザービームは、ダイクロイックミラ４に反射す
る際、その一部がダイクロイックミラ４を透過し、その
出力光強度か出力光検出器６に検出される。

一方、被加工材料３に照射されたレーザービームは、被
加工材料３によってその入射方向である上方へ反射され
る。

すると、この光は、上記入射方向にある上記ダイクロイ
ックミラ４を透過し、さらに上方のハーフミラ１０を透
過し、本体１上部の光検出器７にその光強度が検出され
る。

上記出力光検出器６と光検出器７とによって得られる２
種の光強度とは、穿孔検出手段であるＣＰＵ８に送られ
、ここで穿孔加工中の被加工材料３の加工孔が貫通した
かどうかが判断される。

この際、ダイクロイックミラ４によって被加工材料３に
照射されるレーザービームの上方に位置させて上記光検
出器７を設けたので、すなわち、ダイクロイックミラ４
を挾んでその両側の光軸上に被加工材料３と光検出器７
を設けたので、被加工材料３からの光はダイクロイック
ミラ４を透過して確実に上記光検出器７によって検知さ
れ、被加工材料３の貫通を的確に判断できる。

この判断は、被加工材料３が貫通したときに被加工材料
３からの光が減少する性質に基づき、出力光検出器６で
検知される光強度に比べて光検出器７で検知される光強
度が著しく低下したときを加工孔の貫通時とするもので
ある。

０ さらに詳しくは第２図に示すように、先ず、レーザー発
生装置２とダイクロイックミラ４との間のシャッタ９を
開き、レーザー発生装置２からのレーザービームを本体
１内のダイクロイックミラ４によって被加工材料３に向
けて反射させる。

そして、光検出器７によって光強度Ｐ１□を検出し、出
力光検出器６によって出力光強度Ｐ２゜を検出する。上
記光強度Ｐ１イ及び光強度Ｐ２ｎに用いられる添字ｎは
、この計算ループのｎ回目の計算における夫々の光強度
を表わすものである。

そして、上記光強度Ｐｌｎを光強度Ｐ２ｎで割った値を
Ｉｎとする。すなわち、このＩｎは、光強度Ｐ’＋ａを
光強度Ｐ２．で割ることにより、光強度２２イに応じて
光強度Ｐ　Ｉｎの率を表すことになる。

もし、穿孔加工される被加工材料３の加工孔が貫通して
いないときは、レーザービームは被加工材料３によって
光強度Ｐ１ｆｉは強く、上記率を表すＩｎの値は大きく
なる。そして、加工孔が貫通すると、被加工材料が溶融
することにより反射光が減少し、上記率を表わすＩｎの
値が小さくなるこ１ とになる。

そして、このｎ回目の計算におけるＩｎを、それ以前の
計算によって得られた１１〜Ｉｎ−１の最大値であるＩ
で割って、この値がａ以下なら穿孔加工中の被加工材料
３の加工孔が貫通したと判断し、上記シャッタ９を閉じ
、レーザービームの照射を遮断する。

この制御は、被加工材料３の加工孔か貫通していないと
きは、上記率を表すＩｎが略一定の値（その最大値を■
とする）となり、被加工材料３の加工孔が貫通ずると、
貫通以前に比べて上記率が極端に低下し、このときの反
射率を表わすＩｎが上記工よりも著しく小さな値となる
ことに基づいている。

本実施例にあっては、この加工孔の貫通を判断する上記
ａの値は０．５を採用している。これは、貫通時の反射
率Ｉｎが貫通以前の最大反射率■に比べて５０″Ｘまで
低下したときに穿孔加工中の加工孔が貫通しなと判断す
ることを示す。

上記ａの値は、レーザービームの種類、被加工２ 材料３の種類及び形状等によって異なることはいうまで
もない。

本実施例の実験結果を第３図に示す。

図示するように、時間ｔｃでＩ　ｎ　／　Ｉ値が略５０
％まで低下している。よって、そのｔｃにおいて被加工
材料３の加工孔が貫通したと判断される。

また、本実施例における出力光検出器６は、出力光強度
Ｐ２１１に応じて変化する光強度ｐ　Ｉｎを補正するな
めに設けられたもので、レーザービームの出力光強度が
常に一定であれば必要ない。

なお、本実施例では被加工材料３をレーザ照射光が垂直
に当る場合で説明したが、被加工材料３には必ずしもレ
ーザー照射光を垂直に当てる必要はない。すなわち、レ
ーザ照射光が被加工材料３に斜めに当っても、大部分は
光の入射・反射の法則に従い、斜め方向に出るが該材料
３での乱反射光および溶融によって発生するプルーム光
により受光素子１２で検知可能である。さらに、材料３
がレーザ照射により穴があき始めると穴のある方向は材
料３の傾斜にかかわらず照射光の進む方向３ になる。よって、レーザ照射光の同軸上方への反射光が
大きくなり、材料を水平に置いた時と同様の挙動を示す
ようになる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次のごとき優れた
効果が発揮される。

レーザービームが被加工材料を貫通したか否かを的確に
判断することができ、加工不良を未然に防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図は第１
図に示す穿孔検出手段であるＣＰＵで行われる計算のフ
ローチャート、第３図は上記実施例の実験結果を示すグ
ラフ、第４図〜第９図は従来例を示す概略図である。 図中、２はレーザー発生装置、３は被加工材料、４はダ
イクロイックミラ、７は光検出器、８は穿孔検出手段で
あるＣＰＵである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被加工材料を穿孔加工すべくレーザービームを照射
   するレーザー発生装置と、該レーザ発生装置より照射さ
   れるレーザービームを被加工材料に向けて反射させるダ
   イクロイックミラと、該ダイクロイックミラを挾んで上
   記被加工材料と反対側に位置され、被加工材料にレーザ
   を照射することにより発生し上記ダイクロイックミラを
   透過した光を検出するための光検出器と、該光検出器か
   ら得られる光強度から上記被加工材料の穿孔を検出する
   ための穿孔検出手段とを備えたことを特徴とするレーザ
   ービーム加工用加工孔貫通検知装置。