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技術 レーザ加工機の加工不良検出方法およびその装置

出願人 株式会社アマダエンジニアリングセンター株式会社アマダホールディングス
発明者 高木信一郎中岡健吉
出願日 2000年4月20日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 2000-119962
公開日 2001年10月30日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2001-300750
状態 未査定
技術分野 レーザ加工 レーザ(2) レーザ(2)
主要キーワード 増分出力 立ち下がり遅れ シミュレータ出力 直流パワー 静的特性 パワーセンサ 偏倚量 立ち上がり遅れ
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課題

光学系を複雑で高価なものとすることなく、ワークの加工不良を確実に検出し、加工ヘッド内に設置されたミラー等の光学部品を保護する。

解決手段

出力指令信号に基づいてレーザ発振器から出力されるレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段30の出力を用いて、レーザ発振器の発振出力を制御するレーザ加工機において、レーザ光モニタ手段30の出力を出力指令信号にフィードバックする経路開閉可能である。また、フィードバックする経路より手前の出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段50に、レーザ光モニタ手段30の応答特性予測した同様の応答特性を持たせる。そして、レーザ光モニタ手段30の出力が、出力指令信号モニタ手段50の出力を所定値増分した増分出力を超えるとき、アラームを発生する。

概要

背景

一般に、レーザ加工機板材ワークの加工を行うには、レーザ発振器からレーザ光を出力し、このレーザ光Laを加工ヘッドまで導いて加工ヘッドからワークを照射するものである。

このようなレーザ加工機によるワークの加工中に加工不良が発生すると、加工ヘッドからワークを照射したレーザ光Laがワークで反射して戻り光となるから、この戻り光Lbを適宜の手段で検出することによって、加工不良の発生を検出することが可能である。

ところが、ワークで反射した戻り光Lbは、レーザ発振器からワークへのレーザ光の経路を逆に辿ってレーザ発振器まで戻り発振器内増幅されて増幅光Lcとなって再び出力されることになるから、レーザ加工機の加工ヘッド内に設置された焦点レンズおよびミラーには、レーザ光Laおよび戻り光Lbに加えて、増幅光Lcが当たることになる。しかし、加工ヘッド内に設置されたミラーの強度は、一般にLa+Lbの光には耐えるが、Lcが加わったLa+Lb+Lcの光には耐えられず、破損する可能性が高いものである。

そのため従来は、ワークで反射した戻り光Lbを、レーザ発振器まで戻る前に屈折させて検出することで、加工不良の発生を検出するとともに、その屈折によって戻り光Lbが発振器に導入されることを回避し、それにより増幅光Lcの発生を未然に防止するようにしたものがある。

概要

光学系を複雑で高価なものとすることなく、ワークの加工不良を確実に検出し、加工ヘッド内に設置されたミラー等の光学部品を保護する。

出力指令信号に基づいてレーザ発振器から出力されるレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段30の出力を用いて、レーザ発振器の発振出力を制御するレーザ加工機において、レーザ光モニタ手段30の出力を出力指令信号にフィードバックする経路が開閉可能である。また、フィードバックする経路より手前の出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段50に、レーザ光モニタ手段30の応答特性予測した同様の応答特性を持たせる。そして、レーザ光モニタ手段30の出力が、出力指令信号モニタ手段50の出力を所定値増分した増分出力を超えるとき、アラームを発生する。

目的

この発明の課題は、上記従来のもののもつ問題点を排除して、レーザ加工機の光学系を複雑で高価なものとすることなく、ワークの加工不良を確実に検出するとともに、加工ヘッド内に設置されたミラー等の光学部品を適切に保護することのできるレーザ加工機の加工不良検出方法およびその装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路開閉可能であり、前記フィードバックする経路より手前の前記出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段に、前記レーザ光モニタ手段の応答特性予測した同様の応答特性を持たせ、前記レーザ光モニタ手段の出力が、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分した増分出力を超えるとき、アラームを発生する、ことを特徴とするレーザ加工機の加工不良検出方法

請求項2

出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路が開閉可能であり、前記フィードバックする経路より手前の前記出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段に、前記レーザ光モニタ手段の応答特性を予測した同様の応答特性を持たせ、前記レーザ光モニタ手段の出力が、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分した増分出力を超えるとき、アラームを発生し、前記アラームの発生に応じて、前記レーザ発振器の動作を自動停止させる、ことを特徴とするレーザ加工機の加工不良検出方法。

請求項3

出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路が開閉可能であり、前記フィードバックする経路より手前の前記出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段に、前記レーザ光モニタ手段の応答特性を予測した同様の応答特性を持たせ、前記レーザ光モニタ手段の出力が、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分した増分出力を超えるとき、アラームを発生し、前記アラームの発生に応じて、加工軌跡所要量戻って加工を再開させる、ことを特徴とするレーザ加工機の加工不良検出方法。

請求項4

出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路を開閉可能に構成し、前記レーザ光モニタ手段の出力がフィードバックされるより手前の前記出力指令信号をモニタし、かつ、前記レーザ光モニタ手段の応答特性を予測した同様の応答特性を有する出力指令信号モニタ手段と、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分させる手段と、前記レーザ光モニタ手段の出力と、前記増分された前記出力指令信号モニタ手段の増分出力とを比較して、当該レーザ光モニタ手段の出力が当該出力指令信号モニタ手段の増分出力を超えるとき、アラームを発生する手段と、を設けたことを特徴とするレーザ加工機の加工不良検出装置

請求項5

出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力を定常特性および過渡特性を含めてモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路を開閉可能に構成し、前記レーザ光モニタ手段の出力がフィードバックされるより手前の前記出力指令信号をモニタし、かつ、前記レーザ光モニタ手段の応答特性を定常特性および過渡特性を含めて予測した同様の応答特性を有する出力指令信号モニタ手段と、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分させる手段と、前記レーザ光モニタ手段の出力と、前記増分された前記出力指令信号モニタ手段の増分出力とを比較して、当該レーザ光モニタ手段の出力が当該出力指令信号モニタ手段の増分出力を超えるとき、アラームを発生する手段と、を設けたことを特徴とするレーザ加工機の加工不良検出装置。

請求項6

出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路を開閉する手段と、前記レーザ光モニタ手段の出力がフィードバックされるより手前の前記出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段と、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分させる手段と、前記レーザ光モニタ手段の出力と、前記増分された前記出力指令信号モニタ手段の増分出力とを比較して、当該レーザ光モニタ手段の出力が当該出力指令信号モニタ手段の増分出力を超えるとき、アラームを発生する手段とを備え、前記出力指令信号モニタ手段に、前記出力指令信号が前記レーザ発振器の発振しきい値以下であるとき、前記レーザ光モニタ手段の応答特性と同様にオフセット領域を調整するオフセット調整手段と、前記出力指令信号が前記レーザ発振器を安定して発振させているとき、前記レーザ光モニタ手段の応答特性と同様にその発振レベルの傾きを調整する傾き調整手段と、前記出力指令信号が前記レーザ発振器の発振を開始させる立ち上がり時、および、発振を終了させる立ち下がり時に、前記レーザ光モニタ手段の応答特性と同様に立ち上がり遅れおよび立ち下がり遅れを調整する立ち上がり/立ち下がり遅延手段と、を設けたことを特徴とするレーザ加工機の加工不良検出装置。

請求項7

前記アラーム発生手段によるアラームの発生に応じて、前記レーザ発振器の動作を自動停止させる手段を備えていることを特徴とする請求項4、5または6記載のレーザ加工機の加工不良検出装置。

請求項8

前記アラーム発生手段によるアラームの発生に応じて、加工軌跡を所要量戻って加工を再開させる手段を備えていることを特徴とする請求項4、5または6記載のレーザ加工機の加工不良検出装置。

技術分野

0001

この発明は、例えば板材加工に適用されるレーザ加工機の加工不良検出方法と、レーザ加工機の加工不良検出装置に関するものである。

背景技術

0002

一般に、レーザ加工機で板材ワークの加工を行うには、レーザ発振器からレーザ光を出力し、このレーザ光Laを加工ヘッドまで導いて加工ヘッドからワークを照射するものである。

0003

このようなレーザ加工機によるワークの加工中に加工不良が発生すると、加工ヘッドからワークを照射したレーザ光Laがワークで反射して戻り光となるから、この戻り光Lbを適宜の手段で検出することによって、加工不良の発生を検出することが可能である。

0004

ところが、ワークで反射した戻り光Lbは、レーザ発振器からワークへのレーザ光の経路を逆に辿ってレーザ発振器まで戻り発振器内増幅されて増幅光Lcとなって再び出力されることになるから、レーザ加工機の加工ヘッド内に設置された焦点レンズおよびミラーには、レーザ光Laおよび戻り光Lbに加えて、増幅光Lcが当たることになる。しかし、加工ヘッド内に設置されたミラーの強度は、一般にLa+Lbの光には耐えるが、Lcが加わったLa+Lb+Lcの光には耐えられず、破損する可能性が高いものである。

0005

そのため従来は、ワークで反射した戻り光Lbを、レーザ発振器まで戻る前に屈折させて検出することで、加工不良の発生を検出するとともに、その屈折によって戻り光Lbが発振器に導入されることを回避し、それにより増幅光Lcの発生を未然に防止するようにしたものがある。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、このような従来のものは、レーザ加工機の光学系が複雑で高価なものとなるという問題があった。

0007

この発明の課題は、上記従来のもののもつ問題点を排除して、レーザ加工機の光学系を複雑で高価なものとすることなく、ワークの加工不良を確実に検出するとともに、加工ヘッド内に設置されたミラー等の光学部品を適切に保護することのできるレーザ加工機の加工不良検出方法およびその装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

この発明は上記課題を解決するものであって、請求項1に係る発明は、出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路が開閉可能であり、前記フィードバックする経路より手前の前記出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段に、前記レーザ光モニタ手段の応答特性予測した同様の応答特性を持たせ、前記レーザ光モニタ手段の出力が、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分した増分出力を超えるとき、アラームを発生するレーザ加工機の加工不良検出方法である。

0009

請求項2に係る発明は、出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路が開閉可能であり、前記フィードバックする経路より手前の前記出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段に、前記レーザ光モニタ手段の応答特性を予測した同様の応答特性を持たせ、前記レーザ光モニタ手段の出力が、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分した増分出力を超えるとき、アラームを発生し、前記アラームの発生に応じて、前記レーザ発振器の動作を自動停止させるレーザ加工機の加工不良検出方法である。

0010

請求項3に係る発明は、出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路が開閉可能であり、前記フィードバックする経路より手前の前記出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段に、前記レーザ光モニタ手段の応答特性を予測した同様の応答特性を持たせ、前記レーザ光モニタ手段の出力が、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分した増分出力を超えるとき、アラームを発生し、前記アラームの発生に応じて、加工軌跡所要量戻って加工を再開させるレーザ加工機の加工不良検出方法である。

0011

請求項4に係る発明は、出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路を開閉可能に構成し、前記レーザ光モニタ手段の出力がフィードバックされるより手前の前記出力指令信号をモニタし、かつ、前記レーザ光モニタ手段の応答特性を予測した同様の応答特性を有する出力指令信号モニタ手段と、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分させる手段と、前記レーザ光モニタ手段の出力と、前記増分された前記出力指令信号モニタ手段の増分出力とを比較して、当該レーザ光モニタ手段の出力が当該出力指令信号モニタ手段の増分出力を超えるとき、アラームを発生する手段とを設けたレーザ加工機の加工不良検出装置である。

0012

請求項5に係る発明は、出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力を定常特性および過渡特性を含めてモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路を開閉可能に構成し、前記レーザ光モニタ手段の出力がフィードバックされるより手前の前記出力指令信号をモニタし、かつ、前記レーザ光モニタ手段の応答特性を定常特性および過渡特性を含めて予測した同様の応答特性を有する出力指令信号モニタ手段と、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分させる手段と、前記レーザ光モニタ手段の出力と、前記増分された前記出力指令信号モニタ手段の増分出力とを比較して、当該レーザ光モニタ手段の出力が当該出力指令信号モニタ手段の増分出力を超えるとき、アラームを発生する手段とを設けたレーザ加工機の加工不良検出装置である。

0013

請求項6に係る発明は、出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、前記レーザ光モニタ手段の出力を前記出力指令信号にフィードバックする経路を開閉する手段と、前記レーザ光モニタ手段の出力がフィードバックされるより手前の前記出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段と、前記出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分させる手段と、前記レーザ光モニタ手段の出力と、前記増分された前記出力指令信号モニタ手段の増分出力とを比較して、当該レーザ光モニタ手段の出力が当該出力指令信号モニタ手段の増分出力を超えるとき、アラームを発生する手段とを備え、前記出力指令信号モニタ手段に、前記出力指令信号が前記レーザ発振器の発振しきい値以下であるとき、前記レーザ光モニタ手段の応答特性と同様にオフセット領域を調整するオフセット調整手段と、前記出力指令信号が前記レーザ発振器を安定して発振させているとき、前記レーザ光モニタ手段の応答特性と同様にその発振レベルの傾きを調整する傾き調整手段と、前記出力指令信号が前記レーザ発振器の発振を開始させる立ち上がり時、および、発振を終了させる立ち下がり時に、前記レーザ光モニタ手段の応答特性と同様に立ち上がり遅れおよび立ち下がり遅れを調整する立ち上がり/立ち下がり遅延手段とを設けたレーザ加工機の加工不良検出装置である。

0014

請求項7に係る発明は、請求項4、5または6記載の発明において、前記アラーム発生手段によるアラームの発生に応じて、前記レーザ発振器の動作を自動停止させる手段を備えているレーザ加工機の加工不良検出装置である。

0015

請求項8に係る発明は、請求項4、5または6記載の発明において、前記アラーム発生手段によるアラームの発生に応じて、加工軌跡を所要量戻って加工を再開させる手段を備えているレーザ加工機の加工不良検出装置である。

発明を実施するための最良の形態

0016

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は、この発明によるレーザ加工機の加工不良検出装置の一実施の形態を示すブロック図であり、このレーザ加工機の加工不良検出装置1は、レーザ発振器のレーザ電源10および発振ヘッド20と、発振ヘッド20から出力されるレーザ光をモニタ(検出)するパワーセンサ光センサ)30とを備え、パワーセンサ30によるレーザ光のモニタ出力加算器40を経てフィードバックすることで、出力指令信号(電圧波形指令信号)Vに基づくレーザ発振器の発振出力を制御するようになったレーザ加工機に適用されるものである。

0017

そのため、このレーザ加工機の加工不良検出装置1は、入力される出力指令信号Vに基づいて、レーザ用電源10から発振ヘッド20およびパワーセンサ30に至るまでの応答特性(応答遅れ)をシミュレート(予測)するシミュレータ50と、シミュレータ50の出力を所定の増分値αだけ増分させる増分器60と、パワーセンサ30の出力を増分器60の出力と比較して、パワーセンサ30の出力が、増分器60の出力(増分値αだけ増分されたシミュレータ50の出力)を超えるとき、適宜のアラームを発生する比較器70とを備え、さらに、必要に応じてフィードバックループ開放することを可能にするスイッチ80を備えている。

0018

このような加工不良検出装置1が適用されるレーザ加工機(レーザ発振器)における応答特性、すなわち、レーザ用電源10から発振ヘッド20およびパワーセンサ30に至るまでの応答遅れについて、まず、定常特性(静的特性)を以下に説明する。

0019

図2に示すように、レーザ用電源10は、商用電源整流して出力指令信号Vに応じたDC電圧を得るDCPU(直流パワーユニット)11と、得られたDC電圧を高周波交流および高圧に変換して、出力指令信号Vに応じた高周波電圧を出力するRFPU(高周波パワーユニット)12とで構成され、発振ヘッド20に放電電力を供給するようになっている。

0020

また、発振ヘッド20は、レーザ用電源10から出力指令信号Vに応じた高周波電圧が印加される電極21、21と、電極21、21間で放電が発生してレーザ媒質励起されることでレーザ光を生起させるリアミラー22および出力ミラー23とを備え、さらに、レーザ光をモニタするためモニタ光をパワーセンサ30へ案内するモニタ用ミラー24を備えている。

0021

図2に示すレーザ発振器において、DCPU11の入出力特性図3a、図3bに示す。すなわち、図3aに示すように、DCPU11の入力電圧(出力指令信号Vに相当)に対し、出力電圧(位置の電圧)は相関(比例)する。一方、図3bに示すように、DCPU11の入力電圧(出力指令信号Vに相当)に対し、出力電流(位置の電流)は定電流性を示す。

0022

また、RFPU12の入出力特性を図4a、図4bに示す。すなわち、図4aに示すように、RFPU12の入力電圧(位置の電圧)に対し、出力電流(位置の電流、したがって放電電流)は相関(比例)する。一方、図4bに示すように、RFPU12の入力電圧(位置の電圧)に対し、出力電圧(位置の電圧)は定電圧性を示す。

0023

さらに、発振ヘッド20およびパワーセンサ30の入出力特性を図5に示す。すなわち、図5に示すように、発振ヘッド20の入力電流(位置の電流、つまり放電電流)に対し、レーザ光の出力光パワー(位置の光パワー、つまり検出電圧)およびパワーセンサ30のモニタ光パワー(位置の光パワー、つまり検出電圧)は、オフセット領域Aを超える領域Bで相関(比例)する。なお、出力光パワーとモニタ光パワーとは互いに比例関係にある。

0024

図3a、図4a、図5を合成することで、図6に示すような、出力指令信号Vと、パワーセンサ30の出力(位置の検出電圧)との関係が得られる。すなわち、図6に示すように、出力指令信号Vと、パワーセンサ30の出力(位置の検出電圧)とは、オフセット領域Aを超える領域Bで相関(比例)する。

0025

出力指令信号Vが与えられて、レーザ発振器の発振ヘッド20に放電電流が供給されても、出力光やモニタ光として取り出すのに必要なエネルギや、内部損失が原因で、発振ヘッド20が発振しない領域があり、これが、図6に示すオフセット領域Aである。しかも、このオフセット領域A(発振しない領域)は、レーザ発振器を構成している部品のばらつき等に起因して、個体差(例えば、個体A〜Dの差)のあるのが普通であり、これが、図6に示す発振しきい値のばらつきとなって現れる。

0026

一方、発振しきい値以上の出力指令信号Vが与えられると、レーザ発振器の発振ヘッド20が発振し始め、出力光パワーおよびモニタ光パワーは、個体差(個体A〜Dの差)はあるものの、ほぼ放電電流に比例して増大する。これが、図6に示す相関(比例)領域Bである。

0027

つぎに、加工不良検出装置1が適用されるレーザ加工機(レーザ発振器)における応答特性、すなわち、レーザ用電源10から発振ヘッド20およびパワーセンサ30に至るまでの応答遅れについて、過渡特性(動的特性)を以下に説明する。

0028

図2に示すレーザ発振器において、図7aに示す出力指令信号Vの波形に対し、DCPU11、RFPU12、パワーセンサ30の応答波形は、それぞれ図7b、図7c、図7dに示すようになる。すなわち、図7bに示すように、DCPU11の立ち上がりの遅れτ11、および、立ち下がりの遅れτ12が発生する。また、図7cに示すように、RFPU12の立ち上がりの遅れτ21(τ21>τ11)、および、立ち下がりの遅れτ22(τ22>τ12)が発生する。さらに、図7dに示すように、パワーセンサ30の立ち上がりの遅れτ31(τ31>τ21)、および、立ち下がりの遅れτ32(τ32>τ22)が発生する。

0029

そして、レーザ発振器全体の立ち上がりの遅れは、各構成要素の立ち上がりの遅れの和となり、一方、レーザ発振器全体の立ち下がりの遅れは、各構成要素の立ち下がりの遅れの和となる。すなわち、レーザ発振器全体の立ち上がりの遅れτ↑は、τ↑=τ11+τ21+τ31で求められ、一方、レーザ発振器全体の立ち下がりの遅れτ↓は、τ↓=τ12+τ22+τ32で求められ、このような立ち上がりの遅れτ↑、立ち下がりの遅れτ↓が、パワーセンサ30の出力波形となってあらわれる。

0030

このような立ち上がりの遅れτ↑および立ち下がりの遅れτ↓にも、レーザ発振器を構成している部品のばらつき等に起因して、個体差(例えば、個体A〜Dの差)のあるのが普通であり、これを図8bに示す。すなわち、図8aに示す出力指令信号Vの波形に対し、パワーセンサ30の出力波形には、図8bに示すように、個体差A〜Dに応じて、立ち上がりの遅れτA↑〜τD↑および立ち下がりの遅れτA↓〜τD↓があらわれる。

0031

以上のように、図2に示すレーザ発振器には、定常特性(静的特性)および過渡特性(動的特性)のいずれにも、レーザ用電源10から発振ヘッド20およびパワーセンサ30に至るまでの応答遅れが存在するから、このレーザ加工機の加工不良検出装置1におけるシミュレータ50は、図9に示すように、このような応答遅れをシミュレート(予測)するのに必要な、オフセット調整回路51、オフセット調整回路52、増幅回路53、および、立ち上がり/立ち下がり遅延回路54を備えている。

0032

このうち、オフセット調整回路51、オフセット調整回路52および増幅回路53は、応答遅れの定常特性(静的特性)をシミュレート(予測)するものである。すなわち、図10aに示すように原点を通るシミュレータ出力を、オフセット調整回路51が、図10bに示すように負方向に偏倚させるとともに、その偏倚量を調整し、また、オフセット調整回路52が、図10cに示すように負の成分をゼロレベルにすることで、図10dに示すようにシミュレータ出力にオフセット領域Aを生成・調整する一方、増幅回路53が、シミュレータ出力の傾きを調整するようになっている。

0033

そのため、図10dを図6と対比しながら参照することで明らかなように、オフセット調整回路51およびオフセット調整回路52を調整することで、レーザ発振器の個体(例えば、個体A〜Dのいずれか)に合った発振しきい値に相当するオフセット領域Aを、シミュレータ50に設定することができる。また、増幅回路53を調整することで、レーザ発振器の個体(個体A〜Dのいずれか)に合った光パワーの傾きに相当する傾きを、シミュレータ50に設定することができる。

0034

また、立ち上がり/立ち下がり遅延回路54は、応答遅れの過渡特性(動的特性)をシミュレート(予測)するものである。すなわち、図11aに示す出力指令信号Vの波形に対し、図11bに示すように、シミュレータ出力の立ち上がりの遅れτ1を調整するとともに、シミュレータ出力の立ち下がりの遅れτ2を調整するようになっている。

0035

そのため、図11bを図8bと対比しながら参照することで明らかなように、立ち上がり/立ち下がり遅延回路54を調整することで、レーザ発振器の個体(例えば、個体A〜Dのいずれか)に合った立ち上がりの遅れ(τA↑〜τD↑)に相当する立ち上がりの遅れτ1を、シミュレータ50に設定することができ、また、その個体(個体A〜Dのいずれか)に合った立ち下がりの遅れ(τA↓〜τD↓)に相当する立ち下がりの遅れτ2を、シミュレータ50に設定することができる。

0036

次に、上記の実施の形態の作用について説明する。出力指令信号Vが与えられると、レーザ用電源10から発振ヘッド20に放電電流が供給されるが、出力指令信号Vの電圧波形レベルが発振しきい値以下の間はオフセット領域Aにあるため発振ヘッド20は発振せず、そのため、パワーセンサ30の出力は現れない。

0037

一方、この間シミュレータ50は、オフセット調整回路51およびオフセット調整回路52のはたらきによりオフセット領域Aにあるため、シミュレータ50の出力も現れず、比較器70はアラームを発生しない。

0038

つぎに、出力指令信号Vの電圧波形レベルが発振しきい値に達すると、相関(比例)領域Bに入って発振ヘッド20が発振し始めるが、この立ち上がり時には、過渡的に、パワーセンサ30の出力に立ち上がりの遅れτ1が発生する。

0039

一方、このときシミュレータ50も相関(比例)領域Bに入るが、立ち上がり/立ち下がり遅延回路54のはたらきにより立ち上がりの遅れτ1をシミュレート(予測)するため、シミュレータ50の出力にもパワーセンサ30の出力と同様の立ち上がりの遅れτ1が発生する。そのため、発振ヘッド20を含むレーザ発振器に何らかの異常がない限り、比較器70はアラームを発生しない。

0040

つぎに、発振ヘッド20が安定して発振している状態(定常状態)にあって、加工が正常に行われている間は、パワーセンサ30の出力レベルはほぼ一定に保たれる。

0041

一方、この間シミュレータ50は、増幅回路53のはたらきによりパワーセンサ30の出力レベルをシミュレート(予測)するため、シミュレータ50の出力レベルもパワーセンサ30の出力レベルと同様に保たれる。そのため、発振ヘッド20を含むレーザ発振器に何らかの異常がない限り、比較器70はアラームを発生しない。

0042

つぎに、出力指令信号Vが停止すると、発振ヘッド20の発振が停止するが、この立ち下がり時には、過渡的に、パワーセンサ30の出力に立ち下がりの遅れτ2が発生する。

0043

一方、このときシミュレータ50は、立ち上がり/立ち下がり遅延回路54のはたらきにより立ち下がりの遅れτ2をシミュレート(予測)するため、シミュレータ50の出力にもパワーセンサ30の出力と同様の立ち下がりの遅れτ2が発生する。そのため、発振ヘッド20を含むレーザ発振器に何らかの異常がない限り、比較器70はアラームを発生しない。

0044

以上が、加工をはじめすべて正常な状態にあるときの動作である。これに対し、加工不良をはじめ何らかの異常が発生した場合はつぎのようになる。

0045

第1に、発振ヘッド20が安定して発振している状態(定常状態)にあってワークを加工している最中に、加工不良が発生すると、それによって生じた反射光が発振ヘッド20まで戻るため、パワーセンサ30がモニタするモニタ光のパワーが増大する。そして、このモニタ光パワーの増大の程度が、増分器60の増分値αを超えると、すなわち、パワーセンサ30の出力が、シミュレータ50の出力を所定の増分値αだけ増分させる増分器60の出力(増分値αだけ増分されたシミュレータ50の出力)を超えると、比較器70がアラームを発生する。すると、このアラームに基づいて、図示しない適宜の自動停止手段が動作して、発振ヘッド20を含むレーザ発振器の発振動作を停止させるか、または、図示しない適宜の戻り加工再開手段が動作して、加工軌跡を所要量戻って加工を再開させることとなる。

0046

第2に、発振ヘッド20が発振し始める立ち上がり時に、加工不良に類する何らかの異常が発生して、パワーセンサ30の出力が、増分値αだけ増分されたシミュレータ50の出力を超えると、この場合も比較器70がアラームを発生する。そして、適宜の自動停止手段が、発振ヘッド20を含むレーザ発振器の発振動作を停止させるか、または、適宜の戻り加工再開手段が、加工軌跡を所要量戻って加工を再開させることとなる。

0047

第3に、発振ヘッド20の発振が停止する立ち下がり時に、加工不良に類する何らかの異常が発生して、パワーセンサ30の出力が、増分値αだけ増分されたシミュレータ50の出力を超えると、この場合も比較器70がアラームを発生する。そして、適宜の自動停止手段が、発振ヘッド20を含むレーザ発振器の発振動作を停止させるか、または、適宜の戻り加工再開手段が、加工軌跡を所要量戻って加工を再開させることとなる。

0048

以上のように、発振ヘッド20が安定して発振している定常状態にあるときはもちろん、発振し始める立ち上がりの過渡状態にあるとき、および、発振が停止する立ち下がりの過渡状態にあるときを含め、すべての状態において、加工不良をはじめ何らかの異常が発生した場合は、パワーセンサ30の出力が、増分値αだけ増分されたシミュレータ50の出力を超えることによって、比較器70がアラームを発生することができ、その結果、発振ヘッド20を含むレーザ発振器の発振動作を停止させるか、または、加工軌跡を所要量戻って加工を再開させることが可能となる。

0049

なお、上記の実施の形態では、スイッチ80が閉じていて、それにより、パワーセンサ30によるレーザ光のモニタ出力を加算器40を経てフィードバックするフィードバックループが形成されている構成としたが、これに限定するものでなく、必要に応じて、スイッチ80を開いてフィードバックループを開放することが可能である。そして、フィードバックループを開放した開ループ制御の場合は、フィードバックループによる閉ループ制御の場合に比べて補正の影響を受けにくくなるため、より確実に反射光を検出することが可能となる。

0050

また、上記の実施の形態では、スイッチ80を切り換えることで、フィードバックループによる閉ループ制御と、フィードバックループを開放した開ループ制御とを選択可能に構成したが、これに限定するものでなく、例えば、開ループ制御に固定するような場合は、スイッチ80を省略して、スイッチ80が設けられたパワーセンサ30から加算器40に至る経路を削除するとともに、加算器40も省略することが可能である。

発明の効果

0051

この発明は以上のように、出力指令信号に基づいてレーザ発振器からレーザ光を出力させ、このレーザ光の出力をモニタするレーザ光モニタ手段の出力を用いてレーザ発振器の発振出力を制御するようにしたレーザ加工機において、レーザ光モニタ手段の出力を出力指令信号にフィードバックする経路が開閉可能であり、フィードバックする経路より手前の出力指令信号をモニタする出力指令信号モニタ手段に、レーザ光モニタ手段の応答特性を予測した同様の応答特性を持たせ、レーザ光モニタ手段の出力が、出力指令信号モニタ手段の出力を所定値増分した増分出力を超えるとき、アラームを発生するように構成したので、レーザ加工機の光学系を複雑で高価なものとすることなく、ワークの加工不良を確実に検出することができるとともに、加工ヘッド内に設置されたミラー等の光学部品を適切に保護することができる効果がある。

0052

また、レーザ光モニタ手段の出力を出力指令信号にフィードバックする経路が開閉可能であるため、必要に応じて、フィードバックループを開放することが可能であり、フィードバックループを開放した開ループ制御の場合は、フィードバックループによる閉ループ制御の場合に比べて補正の影響を受けにくくなるため、より確実に反射光を検出することが可能となる。

図面の簡単な説明

0053

図1レーザ加工機の加工不良検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。
図2図1のものの要部の拡大説明図である。
図3DCPUの入出力特性を示すグラフである。
図4RFPUの入出力特性を示すグラフである。
図5発振ヘッド、パワーセンサの入出力特性を示すグラフである。
図6出力指令信号とパワーセンサ出力との定常特性(静的特性)を示すグラフである。
図7出力指令信号の波形に対するDCPU、RFPU、パワーセンサの応答波形を示すグラフである。
図8出力指令信号とパワーセンサ出力との過渡特性(動的特性)を示すグラフである。
図9シミュレータの一例を示す回路図である。
図10図9のシミュレータによる定常特性(静的特性)の調整内容を示すグラフである。
図11図9のシミュレータによる過渡特性(動的特性)の調整内容を示すグラフである。

--

0054

1レーザ加工機の加工不良検出装置
10レーザ用電源
11 DCPU(直流パワーユニット)
12 RFPU(高周波パワーユニット)
20発振ヘッド
21電極
22リアミラー
23出力ミラー
24モニタ用ミラー
30パワーセンサ(光センサ)
40加算器
50シミュレータ
51オフセット調整回路
52 オフセット調整回路
53増幅回路
54立ち上がり/立ち下がり遅延回路
60増分器
70比較器
80 スイッチ

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