レーザ加工装置の液柱観察装置および液柱観察方法
【解決手段】加圧液体を液柱Ｃにして噴射するとともに該液柱でレーザ光Ｌを導光させて照射する噴射ノズル１０ａを有した加工ヘッド６を備えた液体レーザ加工装置２の液柱観察装置１１に関する。液柱観察装置１１は、上記加工ヘッドから液体が噴射されてレーザ光が照射されるレーザ光の反射板１３と、上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段１４とを備えている。そして上記反射板に向けて加工ヘッドから液体を噴射してレーザ光を照射すると、判定手段１７は該レーザ光が乱れのない液柱で導光されて上記反射板で反射したか、または、乱れた液柱の内部で散乱したかを、上記受光手段に受光された反射光から判定するようになっている。
【効果】噴射ノズルより噴射される液柱の乱れを検出することができる。
【効果】噴射ノズルより噴射される液柱の乱れを検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置の液柱観察装置および液柱観察方法に関し、噴射ノズルより加圧液体を液柱にして噴射するとともに該液柱でレーザ光を導光させるレーザ加工装置の液柱観察装置および液柱観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光する集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置が知られている（特許文献１〜３）。
このうち特許文献１、２には上記液柱にレーザ光を導光するための光軸調整方法が記載され、また特許文献３には液柱で導光されたレーザ光の出力を測定する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６２１６３号公報
【特許文献２】特開２００７−６１９１４号公報
【特許文献３】特開２００９−２４８１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記加工ヘッドと被加工物とが最適な距離から離れると、上記液柱の加工ヘッドから遠い箇所の表面が空気の乱れなどから乱れ、その場合液柱の内部でレーザ光が散乱してしまい、被加工物の加工ができなくなる。
このため、従来は作業者が目視で加工ヘッドと被加工物との距離を調整して、液柱の乱れが発生しないようにしていたが、この調整作業は煩雑であり、またその間隔は作業者によってばらつきがあるなどの問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は液柱の乱れを検出することが可能なレーザ加工装置の液柱観察装置および液柱観察方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち請求項１におけるレーザ加工装置の液柱観察装置は、加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察装置であって、
上記加工ヘッドから液体が噴射されてレーザ光が照射されるレーザ光の反射板と、上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段とを設け、
さらに、上記反射板に向けて加工ヘッドから液体を噴射してレーザ光を照射し、該レーザ光が乱れのない液柱で導光されて上記反射板で反射したか、または、乱れた液柱の内部で散乱したかを、上記受光手段に受光された反射光から判定する判定手段を備えたことを特徴としている。
【０００６】
また請求項３におけるレーザ加工装置の液柱観察装置は、加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察装置であって、
上記液体の噴射方向に対して斜めに設けられ、上記加工ヘッドから液体が噴射されてレーザ光が照射されるレーザ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材を透過した透過光を検出する検出手段と、上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段とを設け、
さらに、上記光透過部材に向けて加工ヘッドから液体を噴射してレーザ光を照射し、該レーザ光が乱れのない液柱で導光されて上記光透過部材を透過したか、または、乱れた液柱の内部で散乱したかを、上記検出手段による透過光の検出および上記受光手段による反射光の受光から判定する判定手段を備えたことを特徴としている。
【０００７】
さらに請求項５におけるレーザ加工装置の液柱観察方法は、加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察方法であって、
上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段を設け、
上記受光手段で所定強度範囲内のレーザ光が受光されることで液柱に乱れがないと判定するとともに、上記所定強度範囲に満たないレーザ光が受光されることで乱れが生じていると判定し、さらに、上記所定強度範囲を超えるレーザ光が受光されることで上記噴射ノズルに対する集光レンズの光軸位置が一致していないと判定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
上記請求項１の発明によれば、液柱が乱れなく反射板まで到達した場合、該液柱で導光されるレーザ光は上記反射板で反射し、その反射光は上記噴射ノズルから集光レンズ側に出射されて受光手段に受光されることとなる。
一方、液柱が反射板に到達する前に乱れた場合には、レーザ光は乱れた液柱の内部で反射して散乱し、それらの一部が噴射ノズルから集光レンズ側に出射されて、受光手段に受光されることとなる。
そして判定手段は、このような受光手段に受光されたレーザ光の反射光に基づき、上記液柱の乱れの有無を判定するようになっている。
【０００９】
上記請求項３の発明によれば、液柱が乱れなく光透過部材まで到達した場合、該液柱内を導光されるレーザ光のほとんどは光透過部材を透過した透過光となって上記検出手段に受光され、レーザ光の反射光は受光手段に入射しないこととなる。
一方、液柱が光透過部材に到達する前に乱れた場合には、レーザ光は乱れた液柱の内部で反射して散乱し、それらの一部が噴射ノズルから集光レンズ側に出射されて、受光手段に受光されることとなる。
そして、判定手段は、このような検出手段への透過光や、受光手段に受光されたレーザ光の反射光に基づき、上記液柱の乱れの有無を判定するようになっている。
【００１０】
上記請求項５の発明によれば、液柱に乱れがなくほとんどの反射光が受光手段に受光される場合に比較して、液柱に乱れがある場合は液柱の内部で散乱した一部の反射光しか受光手段に受光されないため、反射光の強度は弱いものとなる。
一方、レーザ光の光軸位置が噴射ノズルに一致していない場合は、噴射ノズルの縁でレーザ光が反射してその反射光が受光手段に受光されることとなり、このとき受光手段に受光される反射光の強度は液柱に乱れがなく受光手段に受光される場合に比較して強いものとなる。
つまり、上記受光手段に受光される反射光の強度に基づいて、液柱の乱れの有無と、レーザ光の光軸位置が一致しているか否かを判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例にかかるレーザ加工装置の液柱観察装置を示す正面図。
【図２】液柱内の光の散乱を説明する図。
【図３】反射板への噴射状態を説明する図。
【図４】光透過部材への噴射状態を説明する図。
【図５】受光手段に受光されたレーザ光の強度分布を示した図。
【図６】受光手段に受光されたレーザ光の強度分布を示した図。
【図７】受光手段に受光されたレーザ光の強度分布を示した図。
【図８】受光手段に受光されたレーザ光の強度分布を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図示実施例について説明すると、図１はレーザ加工装置１を示し、被加工物２を載置する作業テーブル３と、加圧液体を供給する液体供給手段４と、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器５と、上記加圧液体を液柱Ｃにして噴射するとともに、該液柱Ｃ内にレーザ光Ｌを導光する加工ヘッド６と、該加工ヘッド６を昇降させる移動手段としての昇降手段７とを備えている。
上記作業テーブル３はいわゆるＸ−Ｙテーブルとなっており、載置された被加工物２を水平なＸ−Ｙ方向に移動させるようになっている。
上記液体供給手段４は水等の液体を加圧して上記加工ヘッド６に送液するようになっており、またレーザ発振器５は水に吸収されにくい波長を有するレーザ光Ｌを発振するようになっている。
上記加工ヘッド６は、上記昇降手段７によって垂直なＺ方向に昇降されるようになっており、その内部には上記レーザ光Ｌを導光する反射ミラー８および集光レンズ９が設けられ、また加工ヘッド６の下端には上記加圧液体を噴射する噴射ノズル１０ａが形成されたノズル１０が設けられている。
上記ノズル１０は中空筒状に形成されるとともに、この中空部分に上記液体供給手段４より液体が供給され、該ノズル１０の中空部分の上部はレーザ光Ｌを透過させるガラス板１０ｂによって密封されていることから、上記液体は中空部分を満たして上記噴射ノズル１０ａより下方に噴射されるようになっている。
上記噴射ノズル１０ａの上方および下方はそれぞれ円錐状に拡径するように形成されており、これにより該噴射ノズル１０ａより噴射される液体は円柱状の液柱Ｃとなる。
そして、上記レーザ発振器５で発振されたレーザ光Ｌは、反射ミラー８で反射された後上記集光レンズ９によって集光されることにより、上記ガラス板１０ｂを透過して噴射ノズル１０ａの内側に焦点を結ぶようになっており、その結果上記噴射ノズル１０ａにより形成される液柱Ｃの内部で導光されて上記被加工物２に照射されるようになっている。
なお、このようなレーザ加工装置１自体は従来公知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００１３】
上記構成を有するレーザ加工装置１において、上記ノズル１０により形成される液柱Ｃは、その先端が噴射ノズル１０ａから離れ過ぎると、図２に示すように液柱Ｃの表面が空気との摩擦等によって乱れて拡散することが知られている。
レーザ光Ｌは液柱Ｃと周囲の大気との境界で反射しながら導光されるため、このように液柱Ｃの表面が乱れると、レーザ光Ｌは乱れた部分で反射して散乱し、一部は再び噴射ノズル１０ａ側に向けて導光されてしまうことが判明した。
このため、本実施例にかかるレーザ加工装置１には、上記液柱Ｃの乱れを観察する液柱観察装置１１を設けて、上記液柱Ｃの乱れが発生しないように加工ヘッド６と被加工物２との間隔を設定するようになっている。
【００１４】
液柱観察装置１１は、上記噴射ノズル１０ａの中心にレーザ光Ｌの焦点が位置するように光軸位置を調整する光軸調整手段１２と、作業テーブル３に固定された反射板１３と、上記加工ヘッド６に設けられた受光手段１４と、作業テーブル３に固定された光透過部材１５および検出手段１６と、上記検出手段１６や受光手段１４に受光されたレーザ光Ｌに応じて上記液柱Ｃの乱れの有無を判定する判定手段１７とから構成されている。
上記作業テーブル３には、上記被加工物２とは異なる位置に、上記反射板１３と、光透過部材１５および検出手段１６とがそれぞれ固定されており、液柱Ｃの乱れを観察する際には、上記作業テーブル３がこれらを加工ヘッド６の下方に移動させるようになっている。
上記光軸調整手段１２は上記ノズル１０を水平方向に移動させる図示しない駆動手段によって構成され、ノズル１０の噴射ノズル１０ａの中心にレーザ光Ｌの焦点を位置させるようになっている。
【００１５】
上記反射板１３は、上記作業テーブル３における上記被加工物２とは異なる位置に設けられており、ステンレスなどの金属板の表面を鏡面加工したものとなっている。
また、反射板１３の上面の高さは上記被加工物２の上面の高さと同じ高さとなっている。
このような構成によれば、上記加工ヘッド６の噴射ノズル１０ａより噴射された液体からなる液柱Ｃが反射板１３に到達するまで乱れなかった場合、図３に示すように上記液柱Ｃで導光されたレーザ光Ｌの大部分は、反射板１３で反射することとなる。
その場合、反射したレーザ光Ｌの反射光は液柱Ｃを今度は噴射ノズル１０ａの方向に向けて上方に導光されることとなり、その反射光は噴射ノズル１０ａから集光レンズ９側に出射されて、ダイクロイックミラーからなる上記反射ミラー８を透過して受光手段１４に受光される。
逆に、液柱Ｃが反射板１３に到達するまでに乱れた場合、レーザ光Ｌは図２に示すように乱れた液柱Ｃで反射して散乱してしまうため、一部のレーザ光Ｌの反射光が液柱Ｃで噴射ノズル１０ａの方向に導光され、その反射光は噴射ノズル１０ａから集光レンズ９側に出射されて受光手段１４に受光される。
この時受光手段１４に受光されるレーザ光Ｌの反射光の強度は、反射板１３まで乱れずに到達した液柱Ｃで導光されて上記反射板１３で反射したレーザ光Ｌの反射光に比較すると、これに満たない非常に弱いものであって、微弱なレーザ光Ｌの反射光として受光される。
【００１６】
上記受光手段１４は、ＣＣＤカメラを備えるとともに受光したレーザ光Ｌの反射光の強度分布を計測するよう構成されており、上記加工ヘッド６に設けられている。詳しくは上記ノズル１０に形成した噴射ノズル１０ａの中心軸上に設けられ、かつ上記集光レンズ９の上方に設けられている。
また受光手段１４は上記反射ミラー８の上方に設けられており、上記反射ミラー８の下方より透過したレーザ光Ｌの反射光を受光すると、その強度信号を上記判定手段１７に送信するようになっている。
つまり、受光手段１４は、上記レーザ発振器５で発振されて集光レンズ９で集光されたレーザ光Ｌが、液柱Ｃで導光された後に上記反射板１３などで反射して、再び液柱Ｃで導光されて噴射ノズル１０ａから出射される上記集光レンズ９側への反射光を受光するようになっている。
なお、反射ミラー８を集光レンズ９とノズル１０との間に配置して、集光レンズ９から噴射ノズル１０ａへ照射されるレーザ光Ｌを透過させ、また、噴射ノズル１０ａから出射される反射光を加工ヘッド６の側方に設けた受光手段１４に向けて反射するように構成することもできる。
【００１７】
上記光透過部材１５および検出手段１６は、上記作業テーブル３によってノズル１０における噴射ノズル１０ａの下方に位置させることができるようになっている。
光透過部材１５はガラス製となっており、検出手段１６よりも加工ヘッド６側に設置されるとともに、噴射ノズル１０ａから噴射される液柱Ｃに対して斜めに設けられている。
上記ノズル１０より噴射された液体からなる液柱Ｃは、図４に示すように光透過部材１５に到達するとその表面に沿って斜め下方に流れるようになっており、液体が上記検出手段１６にかからないようになっている。
上記検出手段１６は出力計からなり、上記光透過部材１５を透過したレーザ光Ｌの透過光が入射すると、受光したレーザ光Ｌの出力を測定して、これを上記判定手段１７に送信するようになっており、特に所定出力以上のレーザ光Ｌの入射を検出するようになっている。
このような構成によれば、上記加工ヘッド６の噴射ノズル１０ａより噴射された液体により形成された液柱Ｃが光透過部材１５に到達するまで乱れなかった場合、上記液柱Ｃで導光されたレーザ光Ｌの大部分は、上記光透過部材１５を透過した後上記検出手段１６に入射し、それ以外の一部のレーザ光Ｌは光透過部材１５の表面で光透過部材１５の傾斜角に応じた角度方向へ反射されて下方へと流れる液体の内部で導光される。したがって、レーザ光Ｌが噴射ノズル１０ａの方へ反射して受光手段１４に受光されることはない。
逆に、液柱Ｃが光透過部材１５に到達するまでに乱れた場合、レーザ光Ｌは図２に示すように乱れた液柱Ｃによって散乱してしまい、一部のレーザ光Ｌは噴射ノズル１０ａの方向へ反射され、一部のレーザ光Ｌが光透過部材１５を透過して上記検出手段１６に入射することとなる。すなわち、微弱なレーザ光Ｌの反射光が受光手段１４に受光されることになる。
【００１８】
上記構成を有するレーザ加工装置１における液柱観察装置１１の動作について説明する。
最初に、上記判定手段１７は上記昇降手段７によって加工ヘッド６を加工に適した作業テーブル３との間隔よりも離隔させておき、その状態で上記液体供給手段４が液体をノズル１０に供給し、ノズル１０の噴射ノズル１０ａからは液体が噴射され液柱Ｃが形成される。
このとき、加工ヘッド６を離隔して位置させることで、噴射ノズル１０ａより噴射される液柱Ｃには乱れが発生し、その状態で上記レーザ発振器５がレーザ光Ｌを発振する。なお、液柱Ｃを観察する際は、被加工物の加工時よりも低出力でレーザ光Ｌを発振させる。
ここで、上記噴射ノズル１０ａの中心に集光レンズ９で集光されたレーザ光Ｌの焦点が一致していない場合、レーザ光Ｌは液柱Ｃの内部で導光されずに上記噴射ノズル１０ａの縁で反射する。
すなわち、噴射ノズル１０ａから集光レンズ９側へ反射光が出射され、この反射光は集光レンズ９、反射ミラー８を透過して受光手段１４に受光される。
これにより、上記受光手段１４には図５に示すように非常に強度の高いレーザ光Ｌの反射光が受光されることとなる。このように非常に高い強度のレーザ光Ｌの反射光が受光手段１４に受光された場合、上記判定手段１７は噴射ノズル１０ａにレーザ光Ｌの光軸位置が一致していないと判定する。
そして判定手段１７は、上記光軸調整手段１２を制御して、図５のような非常に高い強度のレーザ光Ｌの反射光が受光手段１４に受光されないよう、集光レンズ９に対して上記ノズル１０を移動させ、噴射ノズル１０ａの中心軸と集光レンズ９の光軸位置とを一致させる。
【００１９】
このようにして噴射ノズル１０ａの中心軸とレーザ光Ｌの光軸位置とを一致させても、加工ヘッド６は離隔して位置しているため、図２に示すように噴射ノズル１０ａより噴射された液柱Ｃの先端には乱れが生じている。
この状態では、上述したように乱れた液柱Ｃによってレーザ光Ｌが反射されて散乱されるため、一部のレーザ光Ｌが上方に反射して再び液柱Ｃで導光され、この反射光は上記噴射ノズル１０ａを通過して集光レンズ９側へ出射されて上記受光手段１４に受光されることとなる。
このように、受光手段１４に受光された反射光は、液柱Ｃによって散乱されたものであるため、図６に示すように微弱でノズル１０内の液体やガラス板１０ｂを介して揺らいだものとなっている。
このような微弱な光からなるレーザ光Ｌの反射光が受光手段１４に受光された場合には、上記判定手段１７は液柱Ｃが乱れているものと判定する。
【００２０】
このような状態から、上記作業テーブル３は上記噴射ノズル１０ａの下方に上記光透過部材１５および検出手段１６を位置させ、さらに上記昇降手段７が加工ヘッド６を徐々に下降させて作業テーブル３に接近させる。
最初、液柱Ｃは光透過部材１５に到達するまでに乱れていることから、レーザ光Ｌは図２に示すように乱れた液柱Ｃによって散乱しており、受光手段１４には図６に示すような比較的低く、かつ揺らいだ状態の微弱なレーザ光Ｌが受光されている。
その後、加工ヘッド６が下降して液柱Ｃが乱れずに上記光透過部材１５まで到達するようになると、図４に示すように上記液柱Ｃで導光されたレーザ光Ｌの大部分は上記光透過部材１５を透過し、その透過光が上記検出手段１６に受光される。
その結果、検出手段１６には上記レーザ発振器５より照射された際の出力に比べて、若干出力が低下した状態でレーザ光Ｌの透過光が入射し、所定出力以上のレーザ光Ｌが検出されることとなる。
このように、レーザ光Ｌはこの光透過部材１５を透過して検出手段１６に受光されるか、また、わずかでも光透過部材１５の表面で反射されていても、光透過部材１５の表面は斜め上方を向いているため、レーザ光Ｌは上記噴射ノズル１０ａの方向には反射せず、光透過部材１５に沿って斜め下方に流れる液体の内部で導光されて、上記受光手段１４には図７に示すようにレーザ光Ｌの反射光は受光されないこととなる。
つまり、上記検出手段１６において所定出力以上のレーザ光Ｌの透過光が検出され、また受光手段１４にレーザ光Ｌの反射光が受光されなかった場合、液柱Ｃは乱れなく光透過部材１５まで到達しているものといえ、判定手段１７は液柱Ｃが乱れていないものと判定する。
【００２１】
このようにして上記光透過部材１５および検出手段１６によって、乱れのない液柱Ｃが認識されたら、上記作業テーブル３が作動して、液柱Ｃの下方に上記反射板１３を位置させる。
反射板１３を位置させた際に、液柱Ｃに乱れが発生した場合には、レーザ光Ｌは液柱Ｃ内で散乱されてしまうため、受光手段１４には図６に示すような比較的弱く、かつ揺らいだ状態の微弱なレーザ光Ｌの反射光が受光されることとなる。
この状態は、上記噴射ノズル１０ａと反射板１３とが乱れを生じない適切な距離から離れていることを示しているため、上記判定手段１７は昇降手段７を制御して加工ヘッド６を徐々に下降させて接近させてゆく。
そして液柱Ｃが乱れなく反射板１３に到達すると、図３に示すように液柱Ｃで導光されたレーザ光Ｌのほとんどは上記反射板１３で反射し、該反射光は再び液柱Ｃで導光されて噴射ノズル１０ａを通過して、集光レンズ９側に出射されて上記受光手段１４に受光される。
その結果、上記受光手段１４には図８に示すように所定強度のレーザ光Ｌの反射光が受光されることとなり、このときの反射光の強度は、図５に示すような噴射ノズル１０ａの縁で反射したレーザ光Ｌの反射光の強度よりも低く、図６に示す乱れた液柱Ｃによって散乱したレーザ光Ｌの反射光の強度よりも高くなっている。
そして判定手段１７には、このようなレーザ光Ｌが乱れのない液柱Ｃで導光された場合の反射光を判定するための所定強度範囲が設定されており、受光手段１４に図８のような所定強度範囲の強度のレーザ光Ｌの反射光が受光されると、上記反射板１３に乱れのない状態で液柱Ｃが到達しているものと判定し、このときの加工ヘッド６の高さを記憶して、反射板１３と噴射ノズル１０ａとの距離を記憶する。
なお上記判定手段１７には、上記液柱Ｃに乱れがないと判定する所定強度範囲の他に、この所定強度範囲に満たない、上述した液柱Ｃに乱れが生じていると判定するための強度範囲と、この所定強度範囲を超える、上述した集光レンズ９の光軸位置が一致していないと判定するための強度範囲とが設定されている。
【００２２】
逆に、作業テーブル３が噴射ノズル１０ａより噴射される液柱Ｃの下方に反射板１３を位置させた際に、液柱Ｃに乱れがなかった場合、判定手段１７は昇降手段７により加工ヘッド６を徐々に上昇させ、反射板１３から離隔させる。
これにより、液柱Ｃに乱れが生じて受光手段１４に図６に示すような微妙なレーザ光Ｌの反射光が受光されると、判定手段１７は液柱Ｃに乱れが生じていると判定して、その直前の加工ヘッド６の高さを記憶して、反射板１３と噴射ノズル１０ａとの距離を記憶する。
つまり、上記反射板１３を用いて液柱Ｃの乱れの有無を検出しながら加工ヘッド６を昇降させることにより、液柱Ｃに乱れが発生しないような噴射ノズル１０ａと反射板１３との距離を認識することが可能となる。
そして上記反射板１３の上面の高さは被加工物２の上面の高さに一致しているため、このときの加工ヘッド６の高さを記憶することにより、被加工物２に対しても乱れのない液柱Ｃを噴射することが可能となる。
【００２３】
上記実施例によれば、噴射ノズル１０ａから出射される上記集光レンズ９側への反射光を受光手段１４に受光させることで、該レーザ光Ｌが、乱れのない液柱Ｃで導光されて反射板１３で反射したか、乱れた液柱Ｃの内部で散乱したかを判定することができる。
またレーザ光Ｌを反射板１３で反射させながら上記昇降手段７が加工ヘッド６を接近または離隔させることで、液柱Ｃの乱れが発生しないような噴射ノズル１０ａと反射板１３との距離を認識し、定量的に噴射ノズル１０ａと反射板１３との距離、すなわち被加工物２との間隔を設定することができる。
なお、このような液柱の観察は、被加工物の加工前および加工後のみならず、加工作業を中断して行うようにしても良い。
【００２４】
なお、上記実施例においては、必ずしも上記光透過部材１５および検出手段１６を設ける必要はなく、上記反射板１３および加工ヘッド６に設けた受光手段１４によって液柱Ｃの乱れの有無を観察するようにしてもよい。また、上記実施例における反射板１３を設けず、代わりに被加工物２を反射板として用いてもよい。
また、上記実施例においては、液体を下方に向けて噴射し、レーザ光Ｌを上方から下方へ照射するよう構成しているが、横方向へ液体を噴射し、横方向へレーザ光Ｌを照射するよう構成してもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１ 液体レーザ加工装置 ４ 液体供給手段
５ レーザ発振器 ６ 加工ヘッド
７ 昇降手段 ９ 集光レンズ
１０ ノズル １０ａ 噴射ノズル
１１ 液柱観察装置 １２ 光軸調整手段
１３ 反射板 １４ 受光手段
１５ 光透過部材 １６ 検出手段
１７ 判定手段 Ｃ 液柱
Ｌ レーザ光
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ加工装置の液柱観察装置および液柱観察方法に関し、噴射ノズルより加圧液体を液柱にして噴射するとともに該液柱でレーザ光を導光させるレーザ加工装置の液柱観察装置および液柱観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光する集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置が知られている（特許文献１〜３）。
このうち特許文献１、２には上記液柱にレーザ光を導光するための光軸調整方法が記載され、また特許文献３には液柱で導光されたレーザ光の出力を測定する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６２１６３号公報
【特許文献２】特開２００７−６１９１４号公報
【特許文献３】特開２００９−２４８１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記加工ヘッドと被加工物とが最適な距離から離れると、上記液柱の加工ヘッドから遠い箇所の表面が空気の乱れなどから乱れ、その場合液柱の内部でレーザ光が散乱してしまい、被加工物の加工ができなくなる。
このため、従来は作業者が目視で加工ヘッドと被加工物との距離を調整して、液柱の乱れが発生しないようにしていたが、この調整作業は煩雑であり、またその間隔は作業者によってばらつきがあるなどの問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は液柱の乱れを検出することが可能なレーザ加工装置の液柱観察装置および液柱観察方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち請求項１におけるレーザ加工装置の液柱観察装置は、加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察装置であって、
上記加工ヘッドから液体が噴射されてレーザ光が照射されるレーザ光の反射板と、上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段とを設け、
さらに、上記反射板に向けて加工ヘッドから液体を噴射してレーザ光を照射し、該レーザ光が乱れのない液柱で導光されて上記反射板で反射したか、または、乱れた液柱の内部で散乱したかを、上記受光手段に受光された反射光から判定する判定手段を備えたことを特徴としている。
【０００６】
また請求項３におけるレーザ加工装置の液柱観察装置は、加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察装置であって、
上記液体の噴射方向に対して斜めに設けられ、上記加工ヘッドから液体が噴射されてレーザ光が照射されるレーザ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材を透過した透過光を検出する検出手段と、上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段とを設け、
さらに、上記光透過部材に向けて加工ヘッドから液体を噴射してレーザ光を照射し、該レーザ光が乱れのない液柱で導光されて上記光透過部材を透過したか、または、乱れた液柱の内部で散乱したかを、上記検出手段による透過光の検出および上記受光手段による反射光の受光から判定する判定手段を備えたことを特徴としている。
【０００７】
さらに請求項５におけるレーザ加工装置の液柱観察方法は、加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察方法であって、
上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段を設け、
上記受光手段で所定強度範囲内のレーザ光が受光されることで液柱に乱れがないと判定するとともに、上記所定強度範囲に満たないレーザ光が受光されることで乱れが生じていると判定し、さらに、上記所定強度範囲を超えるレーザ光が受光されることで上記噴射ノズルに対する集光レンズの光軸位置が一致していないと判定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
上記請求項１の発明によれば、液柱が乱れなく反射板まで到達した場合、該液柱で導光されるレーザ光は上記反射板で反射し、その反射光は上記噴射ノズルから集光レンズ側に出射されて受光手段に受光されることとなる。
一方、液柱が反射板に到達する前に乱れた場合には、レーザ光は乱れた液柱の内部で反射して散乱し、それらの一部が噴射ノズルから集光レンズ側に出射されて、受光手段に受光されることとなる。
そして判定手段は、このような受光手段に受光されたレーザ光の反射光に基づき、上記液柱の乱れの有無を判定するようになっている。
【０００９】
上記請求項３の発明によれば、液柱が乱れなく光透過部材まで到達した場合、該液柱内を導光されるレーザ光のほとんどは光透過部材を透過した透過光となって上記検出手段に受光され、レーザ光の反射光は受光手段に入射しないこととなる。
一方、液柱が光透過部材に到達する前に乱れた場合には、レーザ光は乱れた液柱の内部で反射して散乱し、それらの一部が噴射ノズルから集光レンズ側に出射されて、受光手段に受光されることとなる。
そして、判定手段は、このような検出手段への透過光や、受光手段に受光されたレーザ光の反射光に基づき、上記液柱の乱れの有無を判定するようになっている。
【００１０】
上記請求項５の発明によれば、液柱に乱れがなくほとんどの反射光が受光手段に受光される場合に比較して、液柱に乱れがある場合は液柱の内部で散乱した一部の反射光しか受光手段に受光されないため、反射光の強度は弱いものとなる。
一方、レーザ光の光軸位置が噴射ノズルに一致していない場合は、噴射ノズルの縁でレーザ光が反射してその反射光が受光手段に受光されることとなり、このとき受光手段に受光される反射光の強度は液柱に乱れがなく受光手段に受光される場合に比較して強いものとなる。
つまり、上記受光手段に受光される反射光の強度に基づいて、液柱の乱れの有無と、レーザ光の光軸位置が一致しているか否かを判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施例にかかるレーザ加工装置の液柱観察装置を示す正面図。
【図２】液柱内の光の散乱を説明する図。
【図３】反射板への噴射状態を説明する図。
【図４】光透過部材への噴射状態を説明する図。
【図５】受光手段に受光されたレーザ光の強度分布を示した図。
【図６】受光手段に受光されたレーザ光の強度分布を示した図。
【図７】受光手段に受光されたレーザ光の強度分布を示した図。
【図８】受光手段に受光されたレーザ光の強度分布を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図示実施例について説明すると、図１はレーザ加工装置１を示し、被加工物２を載置する作業テーブル３と、加圧液体を供給する液体供給手段４と、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器５と、上記加圧液体を液柱Ｃにして噴射するとともに、該液柱Ｃ内にレーザ光Ｌを導光する加工ヘッド６と、該加工ヘッド６を昇降させる移動手段としての昇降手段７とを備えている。
上記作業テーブル３はいわゆるＸ−Ｙテーブルとなっており、載置された被加工物２を水平なＸ−Ｙ方向に移動させるようになっている。
上記液体供給手段４は水等の液体を加圧して上記加工ヘッド６に送液するようになっており、またレーザ発振器５は水に吸収されにくい波長を有するレーザ光Ｌを発振するようになっている。
上記加工ヘッド６は、上記昇降手段７によって垂直なＺ方向に昇降されるようになっており、その内部には上記レーザ光Ｌを導光する反射ミラー８および集光レンズ９が設けられ、また加工ヘッド６の下端には上記加圧液体を噴射する噴射ノズル１０ａが形成されたノズル１０が設けられている。
上記ノズル１０は中空筒状に形成されるとともに、この中空部分に上記液体供給手段４より液体が供給され、該ノズル１０の中空部分の上部はレーザ光Ｌを透過させるガラス板１０ｂによって密封されていることから、上記液体は中空部分を満たして上記噴射ノズル１０ａより下方に噴射されるようになっている。
上記噴射ノズル１０ａの上方および下方はそれぞれ円錐状に拡径するように形成されており、これにより該噴射ノズル１０ａより噴射される液体は円柱状の液柱Ｃとなる。
そして、上記レーザ発振器５で発振されたレーザ光Ｌは、反射ミラー８で反射された後上記集光レンズ９によって集光されることにより、上記ガラス板１０ｂを透過して噴射ノズル１０ａの内側に焦点を結ぶようになっており、その結果上記噴射ノズル１０ａにより形成される液柱Ｃの内部で導光されて上記被加工物２に照射されるようになっている。
なお、このようなレーザ加工装置１自体は従来公知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００１３】
上記構成を有するレーザ加工装置１において、上記ノズル１０により形成される液柱Ｃは、その先端が噴射ノズル１０ａから離れ過ぎると、図２に示すように液柱Ｃの表面が空気との摩擦等によって乱れて拡散することが知られている。
レーザ光Ｌは液柱Ｃと周囲の大気との境界で反射しながら導光されるため、このように液柱Ｃの表面が乱れると、レーザ光Ｌは乱れた部分で反射して散乱し、一部は再び噴射ノズル１０ａ側に向けて導光されてしまうことが判明した。
このため、本実施例にかかるレーザ加工装置１には、上記液柱Ｃの乱れを観察する液柱観察装置１１を設けて、上記液柱Ｃの乱れが発生しないように加工ヘッド６と被加工物２との間隔を設定するようになっている。
【００１４】
液柱観察装置１１は、上記噴射ノズル１０ａの中心にレーザ光Ｌの焦点が位置するように光軸位置を調整する光軸調整手段１２と、作業テーブル３に固定された反射板１３と、上記加工ヘッド６に設けられた受光手段１４と、作業テーブル３に固定された光透過部材１５および検出手段１６と、上記検出手段１６や受光手段１４に受光されたレーザ光Ｌに応じて上記液柱Ｃの乱れの有無を判定する判定手段１７とから構成されている。
上記作業テーブル３には、上記被加工物２とは異なる位置に、上記反射板１３と、光透過部材１５および検出手段１６とがそれぞれ固定されており、液柱Ｃの乱れを観察する際には、上記作業テーブル３がこれらを加工ヘッド６の下方に移動させるようになっている。
上記光軸調整手段１２は上記ノズル１０を水平方向に移動させる図示しない駆動手段によって構成され、ノズル１０の噴射ノズル１０ａの中心にレーザ光Ｌの焦点を位置させるようになっている。
【００１５】
上記反射板１３は、上記作業テーブル３における上記被加工物２とは異なる位置に設けられており、ステンレスなどの金属板の表面を鏡面加工したものとなっている。
また、反射板１３の上面の高さは上記被加工物２の上面の高さと同じ高さとなっている。
このような構成によれば、上記加工ヘッド６の噴射ノズル１０ａより噴射された液体からなる液柱Ｃが反射板１３に到達するまで乱れなかった場合、図３に示すように上記液柱Ｃで導光されたレーザ光Ｌの大部分は、反射板１３で反射することとなる。
その場合、反射したレーザ光Ｌの反射光は液柱Ｃを今度は噴射ノズル１０ａの方向に向けて上方に導光されることとなり、その反射光は噴射ノズル１０ａから集光レンズ９側に出射されて、ダイクロイックミラーからなる上記反射ミラー８を透過して受光手段１４に受光される。
逆に、液柱Ｃが反射板１３に到達するまでに乱れた場合、レーザ光Ｌは図２に示すように乱れた液柱Ｃで反射して散乱してしまうため、一部のレーザ光Ｌの反射光が液柱Ｃで噴射ノズル１０ａの方向に導光され、その反射光は噴射ノズル１０ａから集光レンズ９側に出射されて受光手段１４に受光される。
この時受光手段１４に受光されるレーザ光Ｌの反射光の強度は、反射板１３まで乱れずに到達した液柱Ｃで導光されて上記反射板１３で反射したレーザ光Ｌの反射光に比較すると、これに満たない非常に弱いものであって、微弱なレーザ光Ｌの反射光として受光される。
【００１６】
上記受光手段１４は、ＣＣＤカメラを備えるとともに受光したレーザ光Ｌの反射光の強度分布を計測するよう構成されており、上記加工ヘッド６に設けられている。詳しくは上記ノズル１０に形成した噴射ノズル１０ａの中心軸上に設けられ、かつ上記集光レンズ９の上方に設けられている。
また受光手段１４は上記反射ミラー８の上方に設けられており、上記反射ミラー８の下方より透過したレーザ光Ｌの反射光を受光すると、その強度信号を上記判定手段１７に送信するようになっている。
つまり、受光手段１４は、上記レーザ発振器５で発振されて集光レンズ９で集光されたレーザ光Ｌが、液柱Ｃで導光された後に上記反射板１３などで反射して、再び液柱Ｃで導光されて噴射ノズル１０ａから出射される上記集光レンズ９側への反射光を受光するようになっている。
なお、反射ミラー８を集光レンズ９とノズル１０との間に配置して、集光レンズ９から噴射ノズル１０ａへ照射されるレーザ光Ｌを透過させ、また、噴射ノズル１０ａから出射される反射光を加工ヘッド６の側方に設けた受光手段１４に向けて反射するように構成することもできる。
【００１７】
上記光透過部材１５および検出手段１６は、上記作業テーブル３によってノズル１０における噴射ノズル１０ａの下方に位置させることができるようになっている。
光透過部材１５はガラス製となっており、検出手段１６よりも加工ヘッド６側に設置されるとともに、噴射ノズル１０ａから噴射される液柱Ｃに対して斜めに設けられている。
上記ノズル１０より噴射された液体からなる液柱Ｃは、図４に示すように光透過部材１５に到達するとその表面に沿って斜め下方に流れるようになっており、液体が上記検出手段１６にかからないようになっている。
上記検出手段１６は出力計からなり、上記光透過部材１５を透過したレーザ光Ｌの透過光が入射すると、受光したレーザ光Ｌの出力を測定して、これを上記判定手段１７に送信するようになっており、特に所定出力以上のレーザ光Ｌの入射を検出するようになっている。
このような構成によれば、上記加工ヘッド６の噴射ノズル１０ａより噴射された液体により形成された液柱Ｃが光透過部材１５に到達するまで乱れなかった場合、上記液柱Ｃで導光されたレーザ光Ｌの大部分は、上記光透過部材１５を透過した後上記検出手段１６に入射し、それ以外の一部のレーザ光Ｌは光透過部材１５の表面で光透過部材１５の傾斜角に応じた角度方向へ反射されて下方へと流れる液体の内部で導光される。したがって、レーザ光Ｌが噴射ノズル１０ａの方へ反射して受光手段１４に受光されることはない。
逆に、液柱Ｃが光透過部材１５に到達するまでに乱れた場合、レーザ光Ｌは図２に示すように乱れた液柱Ｃによって散乱してしまい、一部のレーザ光Ｌは噴射ノズル１０ａの方向へ反射され、一部のレーザ光Ｌが光透過部材１５を透過して上記検出手段１６に入射することとなる。すなわち、微弱なレーザ光Ｌの反射光が受光手段１４に受光されることになる。
【００１８】
上記構成を有するレーザ加工装置１における液柱観察装置１１の動作について説明する。
最初に、上記判定手段１７は上記昇降手段７によって加工ヘッド６を加工に適した作業テーブル３との間隔よりも離隔させておき、その状態で上記液体供給手段４が液体をノズル１０に供給し、ノズル１０の噴射ノズル１０ａからは液体が噴射され液柱Ｃが形成される。
このとき、加工ヘッド６を離隔して位置させることで、噴射ノズル１０ａより噴射される液柱Ｃには乱れが発生し、その状態で上記レーザ発振器５がレーザ光Ｌを発振する。なお、液柱Ｃを観察する際は、被加工物の加工時よりも低出力でレーザ光Ｌを発振させる。
ここで、上記噴射ノズル１０ａの中心に集光レンズ９で集光されたレーザ光Ｌの焦点が一致していない場合、レーザ光Ｌは液柱Ｃの内部で導光されずに上記噴射ノズル１０ａの縁で反射する。
すなわち、噴射ノズル１０ａから集光レンズ９側へ反射光が出射され、この反射光は集光レンズ９、反射ミラー８を透過して受光手段１４に受光される。
これにより、上記受光手段１４には図５に示すように非常に強度の高いレーザ光Ｌの反射光が受光されることとなる。このように非常に高い強度のレーザ光Ｌの反射光が受光手段１４に受光された場合、上記判定手段１７は噴射ノズル１０ａにレーザ光Ｌの光軸位置が一致していないと判定する。
そして判定手段１７は、上記光軸調整手段１２を制御して、図５のような非常に高い強度のレーザ光Ｌの反射光が受光手段１４に受光されないよう、集光レンズ９に対して上記ノズル１０を移動させ、噴射ノズル１０ａの中心軸と集光レンズ９の光軸位置とを一致させる。
【００１９】
このようにして噴射ノズル１０ａの中心軸とレーザ光Ｌの光軸位置とを一致させても、加工ヘッド６は離隔して位置しているため、図２に示すように噴射ノズル１０ａより噴射された液柱Ｃの先端には乱れが生じている。
この状態では、上述したように乱れた液柱Ｃによってレーザ光Ｌが反射されて散乱されるため、一部のレーザ光Ｌが上方に反射して再び液柱Ｃで導光され、この反射光は上記噴射ノズル１０ａを通過して集光レンズ９側へ出射されて上記受光手段１４に受光されることとなる。
このように、受光手段１４に受光された反射光は、液柱Ｃによって散乱されたものであるため、図６に示すように微弱でノズル１０内の液体やガラス板１０ｂを介して揺らいだものとなっている。
このような微弱な光からなるレーザ光Ｌの反射光が受光手段１４に受光された場合には、上記判定手段１７は液柱Ｃが乱れているものと判定する。
【００２０】
このような状態から、上記作業テーブル３は上記噴射ノズル１０ａの下方に上記光透過部材１５および検出手段１６を位置させ、さらに上記昇降手段７が加工ヘッド６を徐々に下降させて作業テーブル３に接近させる。
最初、液柱Ｃは光透過部材１５に到達するまでに乱れていることから、レーザ光Ｌは図２に示すように乱れた液柱Ｃによって散乱しており、受光手段１４には図６に示すような比較的低く、かつ揺らいだ状態の微弱なレーザ光Ｌが受光されている。
その後、加工ヘッド６が下降して液柱Ｃが乱れずに上記光透過部材１５まで到達するようになると、図４に示すように上記液柱Ｃで導光されたレーザ光Ｌの大部分は上記光透過部材１５を透過し、その透過光が上記検出手段１６に受光される。
その結果、検出手段１６には上記レーザ発振器５より照射された際の出力に比べて、若干出力が低下した状態でレーザ光Ｌの透過光が入射し、所定出力以上のレーザ光Ｌが検出されることとなる。
このように、レーザ光Ｌはこの光透過部材１５を透過して検出手段１６に受光されるか、また、わずかでも光透過部材１５の表面で反射されていても、光透過部材１５の表面は斜め上方を向いているため、レーザ光Ｌは上記噴射ノズル１０ａの方向には反射せず、光透過部材１５に沿って斜め下方に流れる液体の内部で導光されて、上記受光手段１４には図７に示すようにレーザ光Ｌの反射光は受光されないこととなる。
つまり、上記検出手段１６において所定出力以上のレーザ光Ｌの透過光が検出され、また受光手段１４にレーザ光Ｌの反射光が受光されなかった場合、液柱Ｃは乱れなく光透過部材１５まで到達しているものといえ、判定手段１７は液柱Ｃが乱れていないものと判定する。
【００２１】
このようにして上記光透過部材１５および検出手段１６によって、乱れのない液柱Ｃが認識されたら、上記作業テーブル３が作動して、液柱Ｃの下方に上記反射板１３を位置させる。
反射板１３を位置させた際に、液柱Ｃに乱れが発生した場合には、レーザ光Ｌは液柱Ｃ内で散乱されてしまうため、受光手段１４には図６に示すような比較的弱く、かつ揺らいだ状態の微弱なレーザ光Ｌの反射光が受光されることとなる。
この状態は、上記噴射ノズル１０ａと反射板１３とが乱れを生じない適切な距離から離れていることを示しているため、上記判定手段１７は昇降手段７を制御して加工ヘッド６を徐々に下降させて接近させてゆく。
そして液柱Ｃが乱れなく反射板１３に到達すると、図３に示すように液柱Ｃで導光されたレーザ光Ｌのほとんどは上記反射板１３で反射し、該反射光は再び液柱Ｃで導光されて噴射ノズル１０ａを通過して、集光レンズ９側に出射されて上記受光手段１４に受光される。
その結果、上記受光手段１４には図８に示すように所定強度のレーザ光Ｌの反射光が受光されることとなり、このときの反射光の強度は、図５に示すような噴射ノズル１０ａの縁で反射したレーザ光Ｌの反射光の強度よりも低く、図６に示す乱れた液柱Ｃによって散乱したレーザ光Ｌの反射光の強度よりも高くなっている。
そして判定手段１７には、このようなレーザ光Ｌが乱れのない液柱Ｃで導光された場合の反射光を判定するための所定強度範囲が設定されており、受光手段１４に図８のような所定強度範囲の強度のレーザ光Ｌの反射光が受光されると、上記反射板１３に乱れのない状態で液柱Ｃが到達しているものと判定し、このときの加工ヘッド６の高さを記憶して、反射板１３と噴射ノズル１０ａとの距離を記憶する。
なお上記判定手段１７には、上記液柱Ｃに乱れがないと判定する所定強度範囲の他に、この所定強度範囲に満たない、上述した液柱Ｃに乱れが生じていると判定するための強度範囲と、この所定強度範囲を超える、上述した集光レンズ９の光軸位置が一致していないと判定するための強度範囲とが設定されている。
【００２２】
逆に、作業テーブル３が噴射ノズル１０ａより噴射される液柱Ｃの下方に反射板１３を位置させた際に、液柱Ｃに乱れがなかった場合、判定手段１７は昇降手段７により加工ヘッド６を徐々に上昇させ、反射板１３から離隔させる。
これにより、液柱Ｃに乱れが生じて受光手段１４に図６に示すような微妙なレーザ光Ｌの反射光が受光されると、判定手段１７は液柱Ｃに乱れが生じていると判定して、その直前の加工ヘッド６の高さを記憶して、反射板１３と噴射ノズル１０ａとの距離を記憶する。
つまり、上記反射板１３を用いて液柱Ｃの乱れの有無を検出しながら加工ヘッド６を昇降させることにより、液柱Ｃに乱れが発生しないような噴射ノズル１０ａと反射板１３との距離を認識することが可能となる。
そして上記反射板１３の上面の高さは被加工物２の上面の高さに一致しているため、このときの加工ヘッド６の高さを記憶することにより、被加工物２に対しても乱れのない液柱Ｃを噴射することが可能となる。
【００２３】
上記実施例によれば、噴射ノズル１０ａから出射される上記集光レンズ９側への反射光を受光手段１４に受光させることで、該レーザ光Ｌが、乱れのない液柱Ｃで導光されて反射板１３で反射したか、乱れた液柱Ｃの内部で散乱したかを判定することができる。
またレーザ光Ｌを反射板１３で反射させながら上記昇降手段７が加工ヘッド６を接近または離隔させることで、液柱Ｃの乱れが発生しないような噴射ノズル１０ａと反射板１３との距離を認識し、定量的に噴射ノズル１０ａと反射板１３との距離、すなわち被加工物２との間隔を設定することができる。
なお、このような液柱の観察は、被加工物の加工前および加工後のみならず、加工作業を中断して行うようにしても良い。
【００２４】
なお、上記実施例においては、必ずしも上記光透過部材１５および検出手段１６を設ける必要はなく、上記反射板１３および加工ヘッド６に設けた受光手段１４によって液柱Ｃの乱れの有無を観察するようにしてもよい。また、上記実施例における反射板１３を設けず、代わりに被加工物２を反射板として用いてもよい。
また、上記実施例においては、液体を下方に向けて噴射し、レーザ光Ｌを上方から下方へ照射するよう構成しているが、横方向へ液体を噴射し、横方向へレーザ光Ｌを照射するよう構成してもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１ 液体レーザ加工装置 ４ 液体供給手段
５ レーザ発振器 ６ 加工ヘッド
７ 昇降手段 ９ 集光レンズ
１０ ノズル １０ａ 噴射ノズル
１１ 液柱観察装置 １２ 光軸調整手段
１３ 反射板 １４ 受光手段
１５ 光透過部材 １６ 検出手段
１７ 判定手段 Ｃ 液柱
Ｌ レーザ光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察装置であって、
上記加工ヘッドから液体が噴射されてレーザ光が照射されるレーザ光の反射板と、上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段とを設け、
さらに、上記反射板に向けて加工ヘッドから液体を噴射してレーザ光を照射し、該レーザ光が乱れのない液柱で導光されて上記反射板で反射したか、または、乱れた液柱の内部で散乱したかを、上記受光手段に受光された反射光から判定する判定手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置の液柱観察装置。
【請求項２】
上記反射板に対し上記加工ヘッドを液体の噴射方向前後に相対的に移動させる移動手段を設け、
上記判定手段の判定結果に応じて、上記移動手段により加工ヘッドを反射板に対して接近もしくは離隔させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置の液柱観察装置。
【請求項３】
加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察装置であって、
上記液体の噴射方向に対して斜めに設けられ、上記加工ヘッドから液体が噴射されてレーザ光が照射されるレーザ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材を透過した透過光を検出する検出手段と、上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段とを設け、
さらに、上記光透過部材に向けて加工ヘッドから液体を噴射してレーザ光を照射し、該レーザ光が乱れのない液柱で導光されて上記光透過部材を透過したか、または、乱れた液柱の内部で散乱したかを、上記検出手段による透過光の検出および上記受光手段による反射光の受光から判定する判定手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置の液柱観察装置。
【請求項４】
上記噴射ノズルに対する集光レンズの光軸位置を調整する光軸調整手段を設け、
上記判定出段は、乱れた液柱の内部で散乱して受光される反射光よりも強い、所定強度以上の反射光を上記受光手段が受光した場合に、噴射ノズルに対する集光レンズの光軸位置が一致していないと判定することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置の液柱観察装置。
【請求項５】
加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察方法であって、
上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段を設け、
上記受光手段で所定強度範囲内のレーザ光が受光されることで液柱に乱れがないと判定するとともに、上記所定強度範囲に満たないレーザ光が受光されることで乱れが生じていると判定し、さらに、上記所定強度範囲を超えるレーザ光が受光されることで上記噴射ノズルに対する集光レンズの光軸位置が一致していないと判定することを特徴とするレーザ加工装置の液柱観察方法。
【請求項１】
加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察装置であって、
上記加工ヘッドから液体が噴射されてレーザ光が照射されるレーザ光の反射板と、上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段とを設け、
さらに、上記反射板に向けて加工ヘッドから液体を噴射してレーザ光を照射し、該レーザ光が乱れのない液柱で導光されて上記反射板で反射したか、または、乱れた液柱の内部で散乱したかを、上記受光手段に受光された反射光から判定する判定手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置の液柱観察装置。
【請求項２】
上記反射板に対し上記加工ヘッドを液体の噴射方向前後に相対的に移動させる移動手段を設け、
上記判定手段の判定結果に応じて、上記移動手段により加工ヘッドを反射板に対して接近もしくは離隔させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置の液柱観察装置。
【請求項３】
加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察装置であって、
上記液体の噴射方向に対して斜めに設けられ、上記加工ヘッドから液体が噴射されてレーザ光が照射されるレーザ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材を透過した透過光を検出する検出手段と、上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段とを設け、
さらに、上記光透過部材に向けて加工ヘッドから液体を噴射してレーザ光を照射し、該レーザ光が乱れのない液柱で導光されて上記光透過部材を透過したか、または、乱れた液柱の内部で散乱したかを、上記検出手段による透過光の検出および上記受光手段による反射光の受光から判定する判定手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置の液柱観察装置。
【請求項４】
上記噴射ノズルに対する集光レンズの光軸位置を調整する光軸調整手段を設け、
上記判定出段は、乱れた液柱の内部で散乱して受光される反射光よりも強い、所定強度以上の反射光を上記受光手段が受光した場合に、噴射ノズルに対する集光レンズの光軸位置が一致していないと判定することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置の液柱観察装置。
【請求項５】
加圧液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振するレーザ発振器と、上記加圧液体を液柱にして噴射する噴射ノズルおよび上記液柱内に上記レーザ光を導光させる集光レンズを有する加工ヘッドとを備え、上記レーザ光を上記液柱で導光させて照射するレーザ加工装置の液柱観察方法であって、
上記噴射ノズルから出射される上記集光レンズ側への反射光を受光する受光手段を設け、
上記受光手段で所定強度範囲内のレーザ光が受光されることで液柱に乱れがないと判定するとともに、上記所定強度範囲に満たないレーザ光が受光されることで乱れが生じていると判定し、さらに、上記所定強度範囲を超えるレーザ光が受光されることで上記噴射ノズルに対する集光レンズの光軸位置が一致していないと判定することを特徴とするレーザ加工装置の液柱観察方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１２７１０（Ｐ２０１１−２１２７１０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８２７２８（Ｐ２０１０−８２７２８）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００２５３０１９）澁谷工業株式会社 (503)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００２５３０１９）澁谷工業株式会社 (503)
【Ｆターム（参考）】
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