JPH0577073A - レーザ加工状態監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ光を被加工物に照射する際に発生する
加工音を検出し、加工状態の良否を判断するレーザ加工
状態監視装置において、加工音以外の騒音の影響を抑制
することで加工状態監視の精度を高めることを目的とす
る。 【構成】 レーザ加工部８に発生した発光９を発光検出
手段である受光素子１６が検出し、制御部１８に信号を
送る。制御部１８はこの信号を利用して加工音検出手段
であるマイクロホン１５の中心軸線と加工部８のずれを
検出し、そのずれを解消するようにマイクロホン１５を
追従させる。これにより、マイクロホン１５は常時加工
部８の方向に向くこととなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工により加工
される被加工物の加工状態の良否を判断し、加工状態が
所定の値であるかどうかを監視するレーザ加工状態監視
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ加工状態監視方法の一例と
して、特開昭６２−１１４７８６号公報に示された方法
が提案されている。

【０００３】この方法においては、図５に示すように被
加工物５１にレーザ光５２を照射した時に発生する加工
音５３をマイクロホン５４で収集して増幅器５５によっ
て増幅する。また、加工状態監視装置５６の良否判断値
設定部５７には、被加工物５１が良好に加工された時に
発生した加工音の分析、定量値が基準値として保持され
る。

【０００４】この基準値と、前記マイクロホン５４によ
って収集、増幅した加工音とをコンパレータ５８で比較
し、その都度、加工状態の良否の判定結果を表示部５９
によって表示する。

【０００５】これにより、破壊試験等を伴うことなく、
被加工物全数の良否判定をリアルタイムで表示すること
ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザ加工状態監視方法においては下記のような問
題点があった。

【０００７】即ちレーザ加工に際しては、ＸＹテーブル
６０の移動や、加工ガス６１の噴射を伴う。こうしたＸ
Ｙテーブル６０の移動や、加工ガス６１の噴射に伴う騒
音６２がレーザ加工時の加工音５３と同時に発生する。
発生した騒音６２は、加工音５３と同様にマイクロホン
５４に検出される。

【０００８】マイクロホン５４によって検出された加工
音５３と騒音６２は、明確に区別されることがない。こ
のため、加工状態監視装置５６によって加工状態の良否
を判定する際に、騒音６２の大小が加工状態の良否判定
の精度に影響を与える可能性がある。

【０００９】従来、マイクロホン５４はその指向性を有
する方向と加工部が一致するように配置されていた。し
かしながら、図６に示されるように加工部の位置を意図
的に移動させたり、または加工部の位置が偶発的な要因
によって移動した場合、特に騒音の影響を受け易くなる
といった問題点があった。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、レーザ加工状態を精度よく監視
することが可能なレーザ加工状態監視装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のレーザ加工状態監視装置は、レーザ加工の際
に加工部から発生する加工音を検出する加工音検出手段
と、加工音検出手段にて検出された加工音とあらかじめ
記憶された正常な加工時の加工音とを比較して加工状態
を監視する加工状態監視手段と、加工部に発生する発光
を検出する発光検出手段と、発光検出手段からの信号に
基づき加工音検出手段を加工部の方向に追従させる制御
手段とを備えた構成となっている。

【００１２】なお加工音検出手段は、その検出感度が特
定の一方向に対して強い指向性である単一指向性または
超指向性を有する。

【００１３】

【作用】上記の構成を有する本発明のレーザ加工状態監
視装置によれば、レーザ加工部に発生した発光を発光検
出手段が検出し、制御手段に信号を送る。制御手段はこ
の信号を利用して加工音検出手段の軸線と加工部のずれ
を検出し、そのずれを解消するように加工音検出手段を
追従させる。

【００１４】これにより、加工音検出手段は常時加工部
の方向に向くこととなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１か
ら図４を参照して説明する。なお、レーザ加工の具体例
として、溶接加工を参照して説明する。

【００１６】レーザ加工機は、ＣＯ₂レーザ発振器１と
レーザ加工ヘッド２とを備え、ＣＯ₂レーザ発振器１か
ら発振されたレーザ光３を反射鏡４によってレーザ加工
ヘッド２の方に反射させ、これを前記レーザ加工ヘッド
２内の集光レンズ５で集光して被加工物６に照射するよ
うになっている。なお前記レーザ光３の波長は、具体的
には１０．６μｍ（マイクロ・メートル）である。

【００１７】被加工物６は移動可能なＸＹテーブル７上
に配置されており、レーザ光３を照射しつつ移動するこ
とで、加工部８を形成する。この際、該加工部８が発光
９し、さらに該加工部８から加工音１０が発生する。

【００１８】また、前記レーザ加工ヘッド２の先端には
加工ノズル１１が配置され、その先端にある射出孔１２
から、前記集光レンズ５によって集光されたレーザ光３
が射出される。さらに、前記加工ノズル１１には主とし
てアルゴンからなるシールドガス１３の供給口１４が設
けられており、該供給口１４からシールドガス１３を供
給する。これにより、前記加工ノズル１１の射出孔１２
から前記レーザ光３と同軸上に前記シールドガス１３が
噴射し、前記加工部８をシールドするようになってい
る。

【００１９】加工音検出手段たるマイクロホン１５と発
光検出手段たる受光素子１６は、ブロック１７に配置さ
れており、前記マイクロホン１５及び前記受光素子１６
の双方の中心軸が前記レーザ光３上において交差するよ
うになっている。なお前記マイクロホン１５は、その検
出感度が中心軸上かつ前面の一方向に対して強い指向性
を有する単一指向性のマイクロホンであり、また前記受
光素子１６は、その分光感度の波長範囲が紫外線領域か
ら可視光領域であるような受光素子である。

【００２０】前記マイクロホン１５の向きを制御する制
御手段たる制御部１８は、図１に示されるようなマイク
ロホン１３の移動機構１９と、該移動機構１９を動作さ
せるための図３に示されるようなコンピュータ２０とを
備えている。

【００２１】マイクロホン１５の移動機構１９は、レー
ザ加工ヘッド２の側面にアーム２１を介して縦型に連結
固定された駆動モータ２２と、該駆動モータ２２の出力
端の下端に連結された送りねじ２３と、該送りねじ２３
に係合する前記ブロック１７と、該ブロック１７を案内
する前記アーム２１に固定されたガイド板２４とを備え
ている。

【００２２】以上のような構成の移動機構１９によれ
ば、前記マイクロホン１５は前記受光素子１６に対して
常時一定な姿勢を維持し、さらに前記駆動モータ２２が
回転すると前記レーザ光３の中心軸に対して平行移動す
ることとなる。

【００２３】コンピュータ２０は、ＣＰＵ２５、ＲＯＭ
２６、ＲＡＭ２７及び入出力用のポート２８を備えてお
り、前記受光素子１６からの信号に基づいて図４のよう
な操作を行なって前記駆動モータ２２に出力し、前記マ
イクロホン１５を加工部８に常時向けようとするもので
ある。

【００２４】次に、図４のフローチャートを用いて本発
明のレーザ加工状態監視装置の動作について説明する。

【００２５】まず、レーザ加工が終了した否かを判断し
て（Ｓ１）、終了していないならば受光素子１６により
加工部８近傍の発光９の強度測定を行ない、これをＰ１
として取り込む（Ｓ２）。そして、駆動モータ２２を駆
動し、送りねじ２３を正方向に回転させる（Ｓ３）。こ
れにより、ブロック１７が図４の＋Ｚ方向に移動する。
ブロック１７の移動に伴い、これに配置されたマイクロ
ホン１５及び受光素子１６が同時に＋Ｚ方向に移動する
こととなる。

【００２６】ブロック１７が所定量移動すると、再び加
工部８近傍の発光９の強度測定を行ない、これをＰ２と
して取り込む（Ｓ４）。Ｐ１とＰ２を比較してＰ２の方
が強ければ更に正方向に送りねじ２３を回転させ、逆に
Ｐ１の方が強ければ次の判断を行なう（Ｓ５）。

【００２７】前回の測定値Ｐ１の方が大きければ、レー
ザ加工が終了したか否かを判断して（Ｓ６）、未だ終わ
っていない場合は更に受光素子１６により加工部８近傍
の発光９の強度測定を行ない、これをＰ３として取り込
む（Ｓ７）。そして、駆動モータ２２を逆方向に駆動
し、送りねじ２３を負方向に回転させる（Ｓ８）。これ
により、ブロック１７が図４の−Ｚ方向に移動する。ブ
ロック１７の移動に伴い、これに配置されたマイクロホ
ン１５及び受光素子１６が同時に−Ｚ方向に移動するこ
ととなる。

【００２８】ブロック１７が所定量移動すると、再び加
工部８近傍の発光９の強度測定を行ない、これをＰ４と
して取り込む（Ｓ９）。Ｐ３とＰ４を比較してＰ４の方
が強ければ更に負方向に送りねじ２３を回転させ、逆に
Ｐ３の方が強ければスタートに戻り、上記と同様な操作
を繰り返す。（Ｓ１０）。このようにして、マイクロホ
ン１５の中心軸は常時、発光９の強度が最大となる加工
部８の方向を向くこととなる。

【００２９】なお、マイクロホン１５によって検出され
た加工音１０は、従来と同様に増幅器２９によって増幅
する。また、加工状態監視手段たる加工状態監視装置３
０の良否判断値設定部３１には、被加工物６が良好に加
工された時に発生した加工音の分析、定量値が基準値と
して保持される。この基準値と、前記マイクロホン１５
によって収集、増幅した加工音１０とをコンパレータ３
２で比較し、その都度、加工状態の良否の判定結果を表
示部３３によって表示するものである。

【００３０】本発明は、以上詳述した実施例に限定され
ることなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の
変更を加えることができる。

【００３１】例えば、溶接加工の他、穴あけ加工や切断
加工等にも適用することが可能であり、加工部の発光を
検出する発光検出手段としての受光素子は、加工の種類
や被加工物の種類に応じて適宜選択すれば良い。

【００３２】また、加工音検出手段たるマイクロホンの
種類も、検出感度の指向性が一方向について強いものほ
ど本発明による効果が大きいものの、それ以外のマイク
ロホンにおいても、加工部に対するマイクロホンの相対
位置を制御することができるため、従来よりも精度よく
加工音を検出することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のレーザ加工状態監視装置によれば、レーザ加工に
おける加工音検出手段を常に加工部の方向に追従させる
ことができる。これにより、ＸＹテーブルの移動音や加
工ガスの噴出音などの加工音以外の騒音の影響を抑制す
ることで、レーザ加工音によるレーザ加工状態監視の精
度を高めることができるという、産業上著しい効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の概略図である。

【図２】本発明を具体化した一実施例の詳細図である。

【図３】本発明における制御手段の一例を示すコンピュ
ータ部分のブロック図である。

【図４】本発明における制御手段の操作の一例を示すフ
ローチャートである。

【図５】従来のレーザ加工状態監視方法の一例を示す図
である。

【図６】従来のレーザ加工状態監視方法における加工の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２ レーザ加工ヘッド ３ レーザ光 ５ 集光レンズ ６ 被加工物 ８ 加工部 ９ 発光 １０ 加工音 １５ マイクロホン １６ 受光素子 １８ 制御部 １９ 移動機構 ３０ 加工状態監視装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ加工の際に加工部から発生する加
   工音を検出する加工音検出手段と、 前記加工音検出手段にて検出された前記加工音とあらか
   じめ記憶された正常な加工時の加工音とを比較して加工
   状態を監視する加工状態監視手段と、 前記加工部に発生する発光を検出する発光検出手段と、 前記発光検出手段からの信号に基づき前記加工音検出手
   段を前記加工部の方向に追従させる制御手段とを備えた
   ことを特徴とするレーザ加工状態監視装置。