JPS6316889A

JPS6316889A - レ−ザ光異常監視装置

Info

Publication number: JPS6316889A
Application number: JP61158932A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kitsukawa; 橘川　彪
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-07-07
Filing date: 1986-07-07
Publication date: 1988-01-23

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〕この発明は、レーザ加工におけるレーザ光の異常を検出
する技術に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は従来のレーザ加工用レンズの動作態様を説明す
るための概略図である。図１こおいて、１はレーザ光、
２は加工用の集光レンズである。第３図に示すように、
レーザ光１は図示されないレーザ発振器より伝送されて
来て集光レンズ２によって集光され、第３図１こ実線で
示す光路を通って焦点位置Ａで焦点を結ぶ。ここで、図
示されない被加工物が焦点位置Ａの近辺である焦点距離
ｆの位置に設置されることにより、被加工物のレーザ加
工が行われる。

ところが、集光レンズ２へのレーザ光１の／ξクワ一度
が所定値よりも大きいとか、被加工物からの熱的影響と
か、又は集光レンズ２と被加工物との間に設けられた図
示されないノズルの孔を介して、被加工物側から侵入す
る加工時におけるスノクッタ（特に、溶接加工時に多い
）が集光レンズ２に付着するとかなどのために、集光レ
ンズ２の表面が汚れることによって、集光レンズ２の表
面のコーテイング膜が劣化し、熱吸収率が高くなるとい
う弊害がある。このように集光レンズ２の熱吸収率が高
くなると、例えば肖初、通常的０．３％程度の熱吸収率
のものが約０．５％前後になると、集光レンズ２は加熱
され、いわゆる熱レンズ効果を生じて第３図に点線で示
すように集光レンズ２が膨らみ、等制約に短焦点化する
。このような集光レンズ２の短焦点化により、レーザ光
１は第３図に点線で示す光路を通って焦点位置Ｂで焦点
を結ぶことになる。したがって、焦点位置Ａに被加工物
を設置した場合に、被加工物と集光レンズ２との距離、
すなわち焦点距離が当初ｆであったものがｆＴとなり、
Δｆ　＝　ｆ　−ｆＴだけ焦点距離がずれて短ヲくなる
。これにより、被加工物上でのレーザ光１の集光径、焦
点深度が変化し、照射されるレーザエネルギー密度が小
さくなる。このため、被加工物の加工用追番こよっては
レーザエネルギー密度の許容限界が狭くなり、加工結果
に欠陥を生じる。なお、上記熱レンズ効果は、被加工物
に対する加工時間と共に経時的に進行する。また、集光
レンズ２の上流側で何んらかの原因でレーザ光１に変化
を生じ、集光レンズ２への入射光の径、レーザエネルギ
ー分布が変化しても、集光レンズ２による集光後のレー
ザエネルギー分布に変化を来すＯ〔発明が解決しようとする問題点〕上記のような従来のレーザ加工用レンズでは、以上述べ
たような動作態様を呈することから、被加工物の加工結
果から判断して、適宜に集光レンズ２を交換すなどして
レーザ加工を行わなければならない。このために、被加
工物に対する加工歩留りが悪化し、また、高価な集光レ
ンズ２の寿命延長の手段が講じられないので、早期に定
期的な洗浄を行う必要があって、その操作が煩雑になる
などの問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、集光レンズの劣化を早期に発見して集光レンズの
寿命延長の手段に結び付けることができると共に、被加
工物に対する加工歩留りの向上を計ることができ、かつ
レーザ加工機を自動監視できるレーザ光異常監視装置を
得ることを目的とする。

〔問題点８解決するための手段〕この発明に係るレーザ光異常監視装置は、集光レンズの
焦点結像位置よりも遠い距離の位置で、かつレーザ光の
レーザビームモードの外周部に、レーザ光の温度を測定
するための複数個の熱電対から成る温度検出装置を備え
たものである。

〔作用〕

この発明のレーザ光異常監視装置においては、温度検出
装置を構成する複数個の熱電対からの温度に対応した起
電力（電圧）は、基準電圧発生装置からのそれぞれの所
定の基準値の電圧と比較し、所定の許容電圧差以上あっ
た場合には、異常警報を発生するか、又はレーザ発振器
を停止する。

〔実施例〕

第１図ｔａ）及び山）は、それぞれこの発明の一実施例
であるレーザ光異常監視装置の動作態様を説明するため
の概略図である。図において、１はレーザ光、２は加工
用の集光レンズ、４ａ＠４ｂ＃４Ｃｅ　４　ｄは熱電対
、３は各熱電対４ａ〜４ｄから成る温度検出装置、１４
はパワーダンパ、１５゜１６はパワーダンパ１４の冷却
水入口及び冷却水出口である。

第２図はこの発明の一実施例であるレーザ光異常監視装
置の構成を示す概略図である。図において、５は増幅器
、６は基準電圧発生装置、７は電圧比較部、８，９．１
０．１２は制御用のケーブル線、１１は比較信号により
レーザ光１の異常発生の警報等を指令する制御装置、１
３は警報表示器でらる。

次に、上記この発明の一実施例であるレーザ光異常監視
装置の動作について説明する。第１図ｆａ）に示すよう
に、レーザ光Ｉによるレーザビームモードの外周部に複
数個の熱電対４ａ、４ｂ、４ｃ。

４ｄが設置されている。このように、４個程度の各熱電
対４ａ〜４ｄがあれば、レーザビームモードの形状が非
対称形状であっても、それぞれの設定位置を変更するこ
とにより温度検出が可能Ｉこなる。今、何らかの原因で
レーザ光１によるレーザビームモードの形状が、第１図
１ａｌ及び（ｂ）に示すように、実線で示す位置より点
線で示す位置に変化した場合に、集光レンズ２の焦点距
離ｆ０よりも遠い距離ｉｃｌ＞ｆ、）の位置では大きく
なり、各熱電対４ａ〜４ｄに接近するために、それぞれ
の熱電対４ａ〜４ｄの温度が高くなって起電力が増加す
る。ここで、各熱電対４ａ〜４ｄを距離ｌ〈几の位置に
設置することは、この位置には図示されないノズル等が
あって物理的に難しく、また、異常の有意性検出も難し
い。

第２図に示すように、各熱電対４ａ〜４ｄで検出された
温度に相当する起電力は増幅器５で増幅され、その出力
電圧は基準電圧発生装置６からのそれぞれの所定の基準
値の電圧と電圧比較部７において比較され、その電圧差
を制御装置１１において所定の許容電圧差以上と判断し
た場合は、異常警報信号を発令して警報表示器１３によ
りブザーを鳴らすか、又は表示ランプを点灯し、図示し
ないレーザ発振器の発振停止を指示する。

さて、レーザ光１によるレーザビームモー）’（７）形
状の異常は、集光レンズ２の熱レンズ効果の外に、集光
レンズ２への入射光のレーザビーム径が既に所定値より
も大きいとか、又は小さいとかなどの異常もあるが、す
べてこの発明による方式によって捕捉することが可能で
ある。また、複数個の熱電対４ａ〜４ｄを設けることに
よって、特定の熱１対のみで異常を検出すること（こよ
り、レーザビームモードの形状に対して非対称ｌこ異常
発生が判明し、その原因究明に大きな威力を発揮する。

この発明によるレーザ光異常監視装置は、通常加工作業
の前後で実施するために、カロエヘッドを搭載する加工
テーブル上で、かつ被７１０工物の搭載に邪魔にならな
い位置に事前に設置しておくと良い。しかして、加工ヘ
ッドを本装置の真上に移動して来ることは極めて容易に
行うことができる。

また、各熱電対４ａ〜４ｄから成る温度検出装置３の下
方にはパワーダンパ１４を設置しておき、各熱電対４ａ
〜４ｄで温度検出する間にレーザ光１のパワー熱を吸収
する必要がある。レーザ光１によるパワーダンパ１４へ
の照射時間は、集光レンズ２が熱的に飽和するまでの数
秒〜数１０秒の間である。また、パワーダンパ１４は入
射するパワ一部分が円錐状Ｅこなっており、その周囲を
冷却水人口１５から冷却水出口１６へ循環する冷却水に
よって冷却し、大出力パワー（約１〜５狐）を吸収でき
るように形成されている。

また、各熱電対４ａ〜４ｄから成る温度検出装置３とパ
ワーダンパ１４とを一体構造にしてコンパクトにまとめ
ることは、加工テーブルに搭載する上で便利である。

さらに、上記実施例によるレーザ光異常監視装置におい
て、レーザ光１によるレーザビームそ一ドの異常を加工
作業の前後で検出することが可能であり、例えば加工作
業の前に加工ヘッドを操作運転し、この加工ヘッドを各
熱電対４ａ〜４ｄを備えた本装置の真上に移動して来て
、一定時間の間レーザ光１を発振してパワーダンパ１４
に照射し、レーザビームの周囲の温度の異常を検出し、
その検出後にレーザ発振器を停止し、加工ヘッドを再び
加工作業に必要な位置に移動することも可能である。ま
た、このような一連の動作を無人化運転及び自動化運転
することも可能である。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、レーザ光異常監視装置
において、集光レンズの焦点結像位置よりも遠い距離の
位置で、かつレーザ光のレーザビームモードの外周部に
、レーザ光の温度を測定するための複数個の熱電対から
成る温度検出装置を備えた構成としたので、集光レンズ
の劣化を早期に発見して集光レンズの寿命延長の手段に
結び付けることができると共に、被加工物に対する加工
歩留りの向上ができ、レーザ加工機の無人化運転時及び
自動化運転時でのレーザ光のレーザエネルギー分布の異
常を容易に、かつ簡単に検出することができるなどの優
れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図１ａｌ及び（ｂ）は、それぞれこの発明の一実施
例であるレーザ光異常監視装置の動作態様を説明するた
めの概略図、第２図はこの発明の一実施例であるレーザ
光異常監視装置の構成を示す概略図、第３図は従来のレ
ーザ加工用レンズの動作態様を説明するための概略図で
ある。図において、１・・・レーザ光、２・・・集光レンズ、
３・・・温度検出装置、４ａ〜４ｄ・・・熱電対、５・
・・増幅器、６・・・基準電圧発生装置、７・・・直圧
比較部、８．９，１０．１２・・・ケーブル線、１１・
・・制御装置、１３・・・警報表示器、１４・・・パワ
ーダンパ、１５・・・冷却水入口、１６・・・冷却水出
口でおる。なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）加工用の集光レンズでレーザ光を集光して被加工
物に照射し、この被加工物に溶接等の加工を施すレーザ
加工機において、前記集光レンズの焦点結像位置よりも
遠い距離の位置に、複数個の熱電対から成る温度検出装
置を備えたことを特徴とするレーザ光異常監視装置。
（２）前記複数個の熱電対によりレーザ光の温度分布を
測定し、その測定された温度と所定値の温度とを比較し
、所定の温度差以上に変化したことを検出した時に、異
常警報を発生するか、又はレーザ発振器を停止する制御
装置を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のレーザ光異常監視装置。
（３）前記温度検出装置は、前記集光レンズを内装する
加工ヘッドを搭載する加工テーブルに備えたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のレーザ光異常監視装
置。
（４）前記複数個の熱電対から成る温度検出装置の下方
に、パワーダンパを備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のレーザ光異常監視装置。