JPH05192782A

JPH05192782A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH05192782A
Application number: JP4008032A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Mori; 敦森; Yoshinori Nakada; 嘉教中田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1992-01-21
Filing date: 1992-01-21
Publication date: 1993-08-03

Abstract

(57)【要約】【目的】光学部品の塵埃等による汚染防止、結露防
止、及び熱レンズ効果の発生防止を図る。【構成】ミラーユニット１２Ａの清浄空気導入部１０
０にはマニホールド１０３が設けられ、清浄空気はレギ
ュレータ４５Ａ、コネクタ１０２を経由してマニホール
ド１０３に一旦供給され、マニホールド１０３を通過し
て均一な流れとなった清浄空気は、空気噴出口１０６か
ら噴出され、ミラー１１１表面に平行に吹きつけられて
清浄空気排出部１２０のダクト１２２に至る。その後、
ファン２０４によって吸引されて排出される。また、清
浄空気導入部１００には副噴出口１０４が設けられ、コ
ネクタ１０１を経由して導入された清浄空気は、この副
噴出口１０４からミラー部１１０内部のスペース１０７
に流入し、周囲一帯を覆う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学部品によってレーザ
ビームを導き被加工物に照射してレーザ加工を行うレー
ザ加工装置に関し、特に光学部品の汚染を防止するよう
にしたレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ加工装置の出力は増加の傾
向にあり、以前にはレーザ加工では不可能とされていた
板厚の材料をも加工することが可能になってきている。
加工板厚の増大は、レーザ出力が増加することの他に、
加工速度が低下すること、加工時間が増えることを意味
している。また加工板厚の大きいものを切断、溶接する
と、従来の薄板とは比較にならぬほど多量の塵埃を発生
させる。したがって、レーザビームを導く反射鏡（ミラ
ー）やレンズなどの光学部品はより厳しい条件、環境の
もとで使用されるようになってきた。

【０００３】このように、大出力レーザを搭載したレー
ザ加工装置は苛酷な環境で使用されるようになり、それ
に伴い、レーザ加工装置に使用される光学部品は次のよ
うな問題点を抱えている。

【０００４】塵埃、油分、水分がミラー表面に付着し、
そのミラー表面にレーザビームが照射されると、高出力
レーザ故に瞬時に発熱してミラー表面を熱するため、ミ
ラーコーティング、ミラー基板が局所的に熱膨張を起こ
し、反射されたレーザビームが変形、干渉する。その結
果、著しくレーザビームの品質を損なうこととなり、ミ
ラーの損傷によるレーザ出力の低下ともあいまって、加
工性能の低下は免れ得ない。

【０００５】また、大出力レーザでは、ミラー表面が清
浄な場合においても、ミラー本来のもともとのビーム吸
収により発生する熱は無視できないほど大きい。これ
は、レンズなど透過性の光学部品の場合も同様である。
このため、周囲から冷却水によって冷却し、ミラーの急
激な温度上昇を防いでいるが、レーザビームが照射され
ないときは、逆にミラー表面上の温度が低くなり結露す
る危険がある。結露すれば、レーザビームの吸収、発熱
により、あるいは、結露したまま長期間放置することに
より、ミラーが腐食することも起きる。

【０００６】さらに、レーザビームが照射されていると
き、ミラー表面から冷却水への熱伝達に時間がかかるな
どの原因で、光学部品の表面の温度は上昇する。特に、
出力密度の高いビーム中央において温度上昇が激しく、
熱膨張を起こすので、光学部品がビーム中央を中心とし
て膨らみ、あたかもレンズになったかのように振る舞う
いわゆる熱レンズ効果が発生する。こうなると、レーザ
ビームの変形は免れ得ず、この場合も加工性能が低下し
てしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この様な問題
に対しては従来個別に対応が採られていた。すなわち、
塵埃、水分、油分の光学部品表面への付着に対しては、
レーザ加工装置の導光路（レーザビームを導く空間）を
清浄な空気で満たして導光路自体への塵埃等の侵入を防
止することにより、また、しばしば光学部品を取り外し
て洗浄することにより、加工性能の保持を図っていた。
しかし、導光路を清浄な空気で満たすだけでは不十分で
あり、レーザ加工装置が稼働状態になると、その動きに
つれて内部の空気も動き、その際に浮遊している塵埃等
が光学部品の表面に付着することがある。大出力レーザ
においては、一度、塵埃等の付着した光学部品の表面を
レーザビームが照射すれば、光学部品に致命的な損傷を
与えてしまう。また、光学部品を取り外して洗浄すると
確実に塵埃等を除去できるが、そのために多くの工数を
要する。

【０００８】さらに、結露に関しては、冷却水の温度を
上げたり、乾燥エアを導入したりして対応しているが、
一旦ついた結露はなかなか解消しないものである。ま
た、熱レンズ効果の発生に対しては、特に、有効な手立
てがなかったのが実情であった。

【０００９】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、光学部品の塵埃等による汚染防止、結露防
止、及び熱レンズ効果の発生防止を図ることができるレ
ーザ加工装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、光学部品を用いてレーザビームを導き被
加工物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置にお
いて、前記光学部品の表面近傍に清浄空気を吹きつける
光学部品防護手段を有することを特徴とするレーザ加工
装置が、提供される。

【００１１】

【作用】光学部品防護手段は、光学部品の表面近傍に清
浄空気を吹きつける。このため、光学部品表面に付着し
た塵埃等は除去され、光学部品の塵埃等による汚染を防
止することができる。また、レーザビームが照射されて
いないときに付着した結露を除去することができる。さ
らに、清浄空気によって光学部品の表面が効果的に冷却
されるので、熱レンズ効果の発生も防止することができ
る。また、従来、光学部品の温度低下により生じる結露
を防止するために強制冷却水の温度をある程度高めに設
定していたのに対し、上述したように清浄空気により結
露を除去できるので、その強制冷却水の温度を低めに設
定できるようになる。この点からも、光学部品の冷却効
果が改善され、熱レンズ効果の発生を防止することがで
きる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明のレーザ加工装置の一例を示す図
である。図において、レーザ加工装置は３次元レーザ加
工装置であり、レーザ発振器１、加工ヘッド２、加工テ
ーブル３、光学部品防護システム４及び数値制御装置５
から構成される。レーザ発振器１から出射されたレーザ
ビームは、導光路１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、及
びミラーユニット１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを経
由して加工ヘッド２に導かれる。なお、ミラーユニット
１２Ｄは加工ヘッド２内に設置されている。ここで、導
光路１１Ａ〜１１Ｄはテレスコープで伸縮自在に構成さ
れている。また、ミラーユニット１２Ａ〜１２Ｄの構成
には後述する光学部品防護ユニットも含まれている。

【００１３】レーザビームは加工ヘッド２から加工テー
ブル３上のワークに対して照射され、レーザ加工が行わ
れる。加工ヘッド２は、図に示すようにＸ、Ｙ、Ｚ方向
に移動可能に構成され、その移動は数値制御装置５によ
って制御される。この加工ヘッド２のＸ、Ｙ、Ｚ方向移
動に応じてワークに対する３次元形状加工が行われる。
なお、加工ヘッド２のＸ方向及びＹ方向への移動に応じ
て導光路（テレスコープ）１１Ｂ及び１１Ｄが伸縮す
る。

【００１４】光学部品防護システム４は、ミラーユニッ
ト１２Ａ〜１２Ｄに清浄空気を送出するシステムであ
り、エアコンプレッサ４１、エアクリーニングユニット
４２、及びミラーユニット１２Ａ〜１２Ｄから構成され
る。エアクリーニングユニット４２と各ミラーユニット
１２Ａ〜１２Ｄとの間は空気配管４３で接続されてい
る。この光学部品防護システム４は数値制御装置５によ
ってシーケンス制御される。次に、この光学部品防護シ
ステム４について図３を用いて説明する。

【００１５】図３は光学部品防護システムのブロック図
である。図において、光学部品防護システム４のエアコ
ンプレッサ４１とエアクリーニングユニット４２との間
には電磁バルブ４４が設けられている。また、エアクリ
ーニングユニット４２はさらにエアドライヤ４２Ａ、オ
イルミストセパレータ４２Ｂ、フィルタ４２Ｃ及びレギ
ュレータ４２Ｄから構成される。レーザ加工装置を立上
げると、数値制御装置５からの指令信号に応じて直ちに
エアコンプレッサ４１及びエアドライヤ４２Ａが動作を
始める。数値制御装置５は、エアドライヤ４２Ａが暖機
されて除湿装置が十分作動するまで電磁バルブ４４を閉
じておき、エアコンプレッサ４１Ａで加圧された空気
が、湿ったままで装置内部に侵入するのを防ぐ。一定時
間たちエアードライヤ４２Ａが十分に暖機されると電磁
バルブ４４を開く。このシーケンス制御によりエアクリ
ーニングユニット４２に導入された空気は、エアドライ
ヤ４２Ａで高度に乾燥され、また、オイルミストセパレ
ータ４２Ｂ及びフィルタ４２Ｃで塵埃、油分が完全に除
去されて清浄空気とされ、レギュレータ４２Ｄで圧力調
整が行われた後、各ミラーユニット１２Ａ〜１２Ｄに配
送される。各ミラーユニット１２Ａ〜１２Ｄの手前には
レギュレータ４５Ａ〜４５Ｄが設けられ、清浄空気はそ
のレギュレータ４５Ａ〜４５Ｄにより流量を調整され、
均等に配分されてミラーユニット１２Ａ〜１２Ｄに導入
される。したがって、各ミラーユニット１２Ａ〜１２Ｄ
に至るまでの空気配管４３の長さ等の違いによる清浄空
気の流量の差がなくなり、ミラーユニット１２Ａ〜１２
Ｄに導入される清浄空気は常時適正な流量に保たれる。
次に、ミラーユニット１２Ａ〜１２Ｄについて説明す
る。

【００１６】図４はミラーユニットの概略構成を示す図
である。ここでは、ミラーユニット１２Ａで説明する
が、他のミラーユニット１２Ｂ〜１２Ｄも同様に構成さ
れている。ミラーユニット１２Ａは、清浄空気導入部１
００、ミラー部１１０及び清浄空気排出部１２０から構
成される。なお、清浄空気導入部１００と清浄空気排出
部１２０は光学部品防護ユニットを形成する。清浄空気
は、図中矢印２０１から清浄空気導入部１００に導入さ
れ、ミラー部１１０を通過して清浄空気排出部１２０か
ら排出される。また、レーザ発振器からのレーザビーム
は図中矢印２０３方向からミラー部１１０に入射し、矢
印２０４方向に反射されて出射する。

【００１７】図１はミラーユニットの詳細図であり、図
４のＡ−Ａ断面である。ミラーユニット１２Ａの清浄空
気導入部１００にはマニホールド１０３が設けられ、清
浄空気はレギュレータ４５Ａ、コネクタ１０２を経由し
てマニホールド１０３に一旦供給される。マニホールド
１０３を通過して均一な流れとなった清浄空気は、空気
噴出口１０６から噴出され、ミラー１１１表面に平行に
吹きつけられて清浄空気排出部１２０のダクト１２２に
至る。その後、ファン１２３によって吸引されて排出さ
れる。なお、ダクト１２２にはフィルタ１２１が設けら
れ、外部からの塵埃の侵入を防止している。

【００１８】また、清浄空気導入部１００には副噴出口
１０４が設けられ、コネクタ１０１を経由して導入され
た清浄空気は、この副噴出口１０４からミラー部１１０
内部のスペース１０７に流入し、周囲一帯を覆う。

【００１９】ミラー１１１はミラーホルダ１１５に保持
されている。ミラー１１１の裏面側には冷却部１１２が
設けられ、ミラー１１１は冷却部１１２の冷却水路１１
３を流れる冷却水によって強制冷却される。冷却水は給
水口１１４から導入され、排出口１１５から排出され
る。

【００２０】このように、ミラーユニット１２Ａに清浄
空気導入部１００及び清浄空気排出部１２０を設け、清
浄空気をミラー１１１の表面に平行に吹きつけるように
構成したので、ミラー１１１表面に付着した塵埃等は除
去され、ミラー１１１の塵埃等による汚染を防止するこ
とができる。

【００２１】図２に示したように、レーザ加工装置稼働
中は加工ヘッド２の動きに伴い、テレスコープによって
構成された導光路１１Ａ〜１１Ｄも伸縮を繰り返すの
で、導光路１１Ａ〜１１Ｄ内の空気は常時、すきまから
出入りを繰り返す。また、導光路１１Ａ〜１１Ｄ内でも
移動する。今、このレーザ加工装置において、加工ヘッ
ド２がＸ、Ｙ、Ｚ方向に同時に４０ｍ／ｍｉｎの速度で
移動すれば、導光路１１Ａ〜１１Ｄの内径φを１００ｍ
ｍとして、ミラーユニット１２Ａ〜１２Ｄにおいては最
大９４２Ｌ／ｍｉｎの流量の空気が移動することにな
る。これは２ｍ／ｓｅｃの風に相当し、導光路１１Ａ〜
１１Ｄ内の塵埃を巻き上げるには十分であり、また、こ
のような急速な膨張は、導光路１１Ａ〜１１Ｄ内の圧力
の低下をもたらし、外気が導光路１１Ａ〜１１Ｄ内に漏
れるのは必至である。しかし、各ミラーユニット１２Ａ
〜１２Ｄ毎に清浄空気を吹きつけるようにしたので、導
光路１１Ａ〜１１Ｄの中を大量の空気が通過しても、ミ
ラー１１１等そのものが防護される。このため、ミラー
１１１そのものの汚染及び汚染による損傷を最小限に抑
えることが可能となる。このような効果は、副噴出口１
０４からも清浄空気を吹きつけてミラーユニット１２Ａ
〜１２Ｄのスペース１０７内をも清浄空気で覆うこと
で、より一層確実に得られる。

【００２２】また、レーザ加工装置の休止状態時、すな
わちレーザビームが照射されていないときにミラー１１
１表面に結露が生じても、その結露を除去することがで
きる。その場合、所定時間にわたってミラー１１１表面
に清浄空気を吹きつけた後、シーケンス制御により、レ
ーザ加工装置を稼働状態にすればよい。ミラー１１１表
面に付着した水分はその所定時間内に十分に除去され
る。

【００２３】さらに、清浄空気によってミラー１１１の
表面が効果的に冷却されるので、熱レンズ効果の発生も
防止することができる。従来、ミラー１１１の温度低下
により生じる結露を防止するために強制冷却水の温度を
ある程度高めに設定していたのに対し、上述したように
清浄空気により結露を除去できるので、その強制冷却水
の温度を低めに設定できるようになる。この点からも、
ミラー１１１の冷却効果が改善され、熱レンズ効果の発
生を防止することができる。

【００２４】また、清浄空気が流れる方向を、図４に示
したように、ミラー部１１０で反射するレーザビームの
光路（矢印２０３，２０４）が形成する面に対して垂直
方向となるようにしたので、清浄空気導入部１００及び
清浄空気排出部１２０をミラー部１１０の両サイドに、
しかもレーザビームと全く干渉しない位置に設けること
ができる。したがって、その清浄空気導入部１００及び
清浄空気排出部１２０をコンパクトに構成することがで
きる。

【００２５】上記の説明では、ミラーに清浄空気を吹き
つけるように構成したが、他の光学部品、例えば集光レ
ンズに吹きつけるように構成することもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、光学部
品の表面近傍に清浄空気を吹きつけるように構成したの
で、光学部品表面に付着した塵埃等は除去され、光学部
品の塵埃等による汚染を防止することができる。また、
レーザビームが照射されていないときに付着した結露を
除去することができる。さらに、清浄空気によって光学
部品の表面が効果的に冷却されるので、熱レンズ効果の
発生も防止することができる。また、従来、光学部品の
温度低下により生じる結露を防止するために強制冷却水
の温度をある程度高めに設定していたのに対し、上述し
たように清浄空気により結露を除去できるので、その強
制冷却水の温度を低めに設定できるようになる。この点
からも、光学部品の冷却効果が改善され、熱レンズ効果
の発生を防止することができる。

【００２７】その結果、光学部品の寿命を大幅に改善す
ることができ、定期的に行われる保守点検の間隔を長く
とることができる。したがって、信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ミラーユニットの詳細図であり、図４のＡ−Ａ
断面である。

【図２】本発明のレーザ加工装置の一例を示す図であ
る。

【図３】光学部品防護システムのブロック図である。

【図４】ミラーユニットの概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１レーザ発振器２加工ヘッド３加工テーブル４光学部品防護システム５数値制御装置（ＣＮＣ）１２Ａ〜１２Ｄミラーユニット４１エアコンプレッサ４２エアクリーニングユニット４２Ａエアドライヤ４２Ｂオイルミストセパレータ４２Ｃフィルタ４２Ｄ４５Ａ〜４５Ｄレギュレータ４３空気配管４４電磁バルブ４５Ａ〜４５Ｄレギュレータ１００清浄空気導入部１０３空気噴出口１０４副噴出口１１０ミラー部１２０清浄空気排出部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学部品を用いてレーザビームを導き被
加工物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置にお
いて、前記光学部品の表面近傍に清浄空気を吹きつける光学部
品防護手段を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】前記光学部品防護手段は前記光学部品毎
に設けられることを特徴とする請求項１記載のレーザ加
工装置
【請求項３】前記清浄空気は空気圧縮手段、バルブ及
び空気乾燥手段を経由して生成されることを特徴とする
請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項４】前記空気圧縮手段、前記バルブ及び前記
空気乾燥手段はシーケンス制御されることを特徴とする
請求項３記載のレーザ加工装置。
【請求項５】前記清浄空気は空気清浄手段を経由して
生成されることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工
装置。
【請求項６】前記清浄空気は、前記光学部品の表面近
傍において前記光学部品の片側から吹きつけられること
を特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項７】空気排出手段を有し、前記光学部品防護
手段から吹きつけられた前記清浄空気は前記空気排出手
段から排出されることを特徴とする請求項１記載のレー
ザ加工装置。
【請求項８】前記光学部品防護手段は、前記光学部品
の表面近傍に前記清浄空気を吹きつけるための噴射口を
有すると共に、前記光学部品の周辺を前記清浄空気で覆
うための副噴射口を有することを特徴とする請求項１記
載のレーザ加工装置。
【請求項９】前記光学部品によって反射されるレーザ
ビームの光路が形成する面に垂直方向に前記清浄空気を
流すことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。