JP6401764B2

JP6401764B2 - 火災発生検出カメラ

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Publication number: JP6401764B2
Application number: JP2016205677A
Authority: JP
Inventors: 田中　裕介; 裕介田中; 秀二朗平井
Original assignee: Amada Holdings Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: JP2018066874A

Description

本発明は、レーザ加工装置に設置して、レーザ加工ヘッド周辺の火災発生を検出するのに適した火災発生検出カメラに関する。さらに詳細には、レーザ加工位置から反射したレーザ光、飛散したスパッタ等からカメラ本体を保護する機能を備えた火災発生検出カメラに関する。

レーザ加工装置によって、例えば金属板等のレーザ加工を行うと、レーザ加工位置から反射された反射光や、レーザ加工位置から飛散したスパッタ等によって、例えばレーザ加工ヘッドの周辺等に火災が発生することがある。したがって、レーザ加工装置には、火災の発生を検知する手段が講じられている（例えば、特許文献１，２）。

特開平１１−１２３５８１号公報特開２００４−２０２００５号公報

前記特許文献１に記載の構成は、レーザ加工ヘッドを囲繞した加工ヘッドカバーをレーザ加工ヘッドに対して上下動自在に備えた構成である。そして、前記加工ヘッドカバー内の温度上昇を検出する火災検知センサを、加工ヘッドカバー内に備えた構成である。前記特許文献２の構成は、レーザ加工装置における集塵機内で火災が発生したときに、ファンダクトから排出される熱風を温度センサによって検出する構成である。

すなわち、特許文献１，２に記載の構成は、温度センサによって火災発生を検知する構成であるから、レーザ加工装置における特定の狭い領域における火災発生の検出には有効であると思われる。しかし、レーザ加工装置においては、レーザ加工位置から飛散したスパッタ等によって、レーザ加工ヘッドの周辺に火災が発生することがある。そこで、比較的広範囲の火災発生を検出すべく、赤外線カメラを使用することも可能である。この場合、飛散するスパッタや、レーザ加工位置から反射するレーザ光から赤外線カメラを保護する必要がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、火災検出部を備えた火災発生検出カメラであって、前記火災検出部を前面に備えたカメラ本体の前面、下面又は側面及び後面の三面に亘って流体通路を形成するために、前記前面、下面又は側面及び後面に亘って配置された流体路形成部材と、
前記カメラ本体の前面に備えた前記火災検出部に対応した位置に検出窓を備え、前記カメラ本体の前面との間に前記流体路形成部材の前面対応部分を挟み込み自在なフロントカバーと、
前記カメラ本体の後面との間に前記流体路形成部材の後面対応部分を挟み込み自在、かつ前記カメラ本体の下面又は側面との間に前記流体路形成部材の対応部分を挟み込み自在、さらに前記カメラ本体を内装して前記フロントカバーに取付自在なケーシング本体と、
前記ケーシング本体内へ冷却流体を供給するためにケーシング本体に備えられた流体供給口と、
を備えている。

また、前記火災発生検出カメラにおいて、前記フロントカバーの検出窓に、赤外線を透過自在な保護プレートを備えている。

本発明によれば、ケーシング本体内に赤外線カメラのカメラ本体を備えた構成である。したがって、カメラ本体の光学系を、レーザ加工位置からの反射光や、飛散するスパッタから保護することができる。また、冷却流体をケーシング本体内に流入することにより、カメラ本体を容易に冷却することができる。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の全体的構成を概念的、概略的に示した側面説明図である。レーザ加工装置の全体的構成を概略的に示した斜視説明図である。レーザ加工装置において、第１，第２の赤外線カメラが交差する方向を指向して配置してあることを示す全体説明図である。第１の赤外線カメラとスパッタガードとレーザ加工ヘッドとの位置的関係を示す作用説明図である。赤外線カメラの全体的構成を示す説明図である。赤外線カメラをケーシング本体内に内装した状態を示す斜視説明図である。ケーシング本体を分解した状態の斜視説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態に係るレーザ加工装置について説明するに、レーザ加工装置の全体的構成は公知である。しかし、理解を容易にするために、レーザ加工装置の全体的構成について概略的に説明する。

図１を参照するに、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、機台３を備えている。この機台３の全体的構成は、図２に概略的に示すように、Ｘ軸方向に長い直方体の形状をしている。そして、機台３の上面にはワークテーブル５が備えられている。このワークテーブル５には、Ｘ軸方向に複数に区画した集塵室７が備えられている。上記集塵室７の上側には、板状のワークＷを支持したパレット又は剣山テーブル（図示省略）がＸ軸方向に搬出入されるものである。

前記集塵室７の上側は、ワークＷのレーザ加工を行うレーザ加工領域である。このレーザ加工領域に搬入されたワークＷのレーザ加工を行うために、レーザ加工ヘッド９がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対的に移動位置決め自在に備えられている。すなわち、前記機台３のＹ軸方向の両側には、Ｘ軸方向のガイドレール１１が備えられている。そして、上記ガイドレール１１には、Ｙ軸方向に長いガイドビーム１３のＹ軸方向の両端部が移動自在に支持されている。このガイドビーム１３には、スライダ１５がＹ軸方向へ移動位置決め自在に備えられている。そして、このスライダ１５に、前記レーザ加工ヘッド９が上下動自在に備えられている。すなわち、レーザ加工ヘッド９は、ワークＷに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対的に移動自在に備えられている。

したがって、制御装置（図示省略）の制御の下に、前記ガイドビーム１３をＸ軸方向に移動位置決めする。また、スライダ１５をＹ軸方向に移動位置決めし、かつレーザ加工ヘッド９を上下に位置決めすることにより、レーザ加工領域内のパスライン高さ位置に位置するワークＷに対してレーザ加工を行うことができる。ワークＷにレーザ加工を行うと、ワークＷのレーザ加工位置から周囲にスパッタが飛散するので、スパッタの飛散を防止するために、前記機台３におけるＹ軸方向の両側上部には、Ｘ軸方向に長い板状のスパッタガード１７（図１参照）が垂直状に備えられている。

ところで、ワークＷのレーザ加工を行うと、レーザ加工位置から飛散するスパッタや、レーザ加工位置からのレーザ光の反射光によって、例えばレーザ加工ヘッド９に接続したホースやその継手等（図示省略）に火災が発生することがある。したがって、本実施形態においては、前記レーザ加工領域において、ワークＷの上面よりも上方の空間（ワークＷの上面を含まない）における火災発生を検知する火災検知手段が講じられている。

すなわち、図３に概略的に示すように、前記ガイドビーム１３がＸ軸方向の基準位置（図３に示す状態の位置）に位置するときに、前記ガイドビーム１３の全体を撮像するように、火災発生検出カメラとしての第１の赤外線カメラ１９が水平方向に指向して（水平角度でカメラに入射する光線の強度が最も大きくなる方向）備えられている。より詳細には、前記第１の赤外線カメラ１９は、前記ガイドビーム１３のＸ軸方向の基準位置から離れたＸ軸方向の一端側の位置であって、かつＹ軸方向の基準位置から離れたＹ軸方向の一端側の位置（図３に示す位置）に備えられている。

前記第１の赤外線カメラ１９は、ワークＷのレーザ加工時に、レーザ加工位置から飛散するスパッタを回避してレーザ加工ヘッド９の周辺を撮像する高さ位置に備えられている。より詳細には、図４に示すように、レーザ加工時にレーザノズル２２が下降したときの高さ位置（図４に示す実線の位置）よりも高位置であって、前記スパッタガード１７のＸ軸方向の端部から離れた位置に配置してある。そして、前記スパッタガード１７が、第１の赤外線カメラ１９による撮影時に悪影響を与えないように、スパッタガード１７を配置した平面（垂直平面）と同一平面内であって、スパッタガード１７のＹ軸方向の両側を同時に撮影可能な位置に配置してある。したがって、前記赤外線カメラ１９は、前記スパッタガード１７のＹ軸方向の両側における火災発生を検知できるものである。

すなわち、第１の赤外線カメラ１９は、前記レーザ加工ヘッド９に備えたレーザノズル２２の最上昇位置と最下降位置との間の高さ位置において、Ｘ軸方向に水平に指向して備えられているものである。

ところで、前記第１の赤外線カメラ１９における視野１９Ａの視野角は、赤外線カメラ１９の特性として、図３に示すように小さいので、この赤外線カメラ１９から前記ガイドビーム１３が遠く離れている場合には、ガイドビーム１３全体を撮像することはできる。しかし、ガイドビーム１３が基準位置から離れるようにＸ軸方向の一端側に移動し、前記赤外線カメラ１９にガイドビーム１３が近接すると、図３から理解されるように、ガイドビーム１３の一部、すなわちＹ軸方向の基準位置側が視野角１９Ａから外れるので、全体の撮像が難しくなる。すなわち、赤外線カメラ１９にガイドビーム１３が近接すると、赤外線カメラ１９の設置位置の関係で、ガイドビーム１３におけるＹ軸方向の基準位置側が視野角から外れて、死角になることがある。

そこで、本実施形態においては、前記ガイドビーム１３におけるＹ軸方向の基準側（図１において右側）には、火災発生検出カメラとしての第２の赤外線カメラ２１が水平方向に指向して備えられている。この第２の赤外線カメラ２１は、図１に示すように、前記レーザ加工ヘッド９周辺をＹ軸方向の一端側から撮像するもので、レーザ加工ヘッド９に備えたレーザノズル２２の最上昇位置と最下降位置との間の高位置に備えられている。

既に理解されるように、レーザ加工装置１におけるレーザ加工ヘッド９の周辺は、第１赤外線カメラ１９によってＸ軸方向から撮像され（第１赤外線カメラ１９の光軸はＸ軸方向に平行）、第２赤外線カメラ２１によってＹ軸方向の一端側から撮像されるものである（第２赤外線カメラの光軸はＹ軸方向に平行）。この場合、第１赤外線カメラ１９によって、レーザ加工ヘッド９におけるＹ軸方向の両側方を撮像することができる。

しかし、ガイドビーム１３が第１赤外線カメラ１９に近接すると、ガイドビーム１３のＹ軸方向の基準位置側が死角となり、撮像が難しくなる。ところが、第２の赤外線カメラ２１がガイドビーム１３のＹ軸方向の基準位置側（一端側）に備えられている。したがって、第１の赤外線カメラ１９の死角は、第２赤外線カメラ２１によってカバーされることになる。前記第２の赤外線カメラ２１においては、レーザ加工ヘッド９を備えた反対側であって、第２赤外線カメラ２１の影となるＹ軸方向の他端側（第２赤外線カメラ２１を備えた側のＹ軸方向の反対側）は死角になる。しかし、この死角の範囲は第１赤外線カメラ１９によってカバーされることになる。

既に理解されるように、第１，第２の赤外線カメラ１９，２１によって、レーザ加工ヘッド９の周辺を、死角のない状態でもって監視できるものである。換言すれば、レーザ加工ヘッド９の周辺に火災が発生すると、第１，第２の赤外線カメラ１９，２１によって直ちに火災発生を検知できるものである。なお、前記構成において、前記第１，第２の赤外線カメラ１９，２１を、水平に回動可能に備えることも可能である。

ところで、前記第１，第２の赤外線カメラ１９，２１は、図５に示すように、直方体形状の框体２３に赤外線カメラ２５と可視光デジタルカメラ２７を備えた構成である。この赤外線カメラ１９，２１の構成は、既に公知であるが、次の機能を有するものである。すなわち、赤外線カメラ１９，２１は、例えばパソコン（図示省略）のモニタに、赤外線カメラ２５による赤外線画像、可視光デジタルカメラ２７による可視光画像及び両方の画像を組合せた画像を切り替え表示する機能を有する。また、検知温度が予め設定した温度閾値を超えると、アラームを自動的に作動させる機能を有するものである。さらに、火災発生箇所を検知し易いように、前記モニタの表示画面を複数の検出エリアに区画して表示する機能を有するものである。

したがって、赤外線カメラ１９，２１によってレーザ加工ヘッド９の周辺を常に監視し、ある領域が予め設定した温度閾値以上の温度であることを検知したときに、火災発生として検知できるものである。そして、複数に区画した検出エリアを見ることによって、火災発生箇所を直ちに知ることができるものである。

ところで、レーザ加工ヘッド９によるワークＷのレーザ加工位置は勿論のこと、レーザ加工ヘッド９におけるレーザノズル２２は、ワークＷのレーザ加工時には極めて高温になっている。したがって、ワークＷのレーザ加工時に、レーザ加工位置及びレーザノズル２２を、前記赤外線カメラ１９，２１によって撮像すると、火災検知の誤作動を起こすことになる。そこで、前記モニタの表示画面を上下に区画して、上側画面を検出エリアに設定してある。換言すれば、下側画面は非検出エリアに設定してある。

前記モニタの表示画面を上下に区画する画面区画手段としては、例えばマウス等を使用して設定するものである。すなわち、予め水平方向を指向して備えた第１，第２の赤外線カメラ１９，２１によって撮像した可視光画面のそれぞれを、例えばモニタの表示画面に表示する。そして、各赤外線カメラ１９，２１に対してレーザ加工ヘッド９を接近離反するように移動して、表示画面上において、レーザノズル２２が表示された位置を、マウス等によってマーキングする。このマーキング位置に水平線を記入することによって表示画面を上下に区画するものである。換言すれば、前記第１，第２の赤外線カメラ１９，２１は、表示画面を上下に区画した水平線の位置を常に定位置に保持すべく、水平角度でカメラに入射する光線の強度が最も大きくなる方向である水平方向を指向して備えられているものである。そして、第１，第２の赤外線カメラ１９，２１における視野角の上下中心位置は、前記レーザ加工ヘッド９によるレーザ加工位置よりも高い位置に設定してある。

したがって、レーザ加工ヘッド９の移動位置に拘わりなく、区画した上側の表示画面にはレーザノズル２２が表示されることはないものである。換言すれば、表示画面において上下に区画した上側の画面は、火災を検出する検出エリアであり、レーザ加工ヘッド９の移動位置に拘わりなくレーザ加工位置を常に排除した画面に設定してある。よって、ワークＷのレーザ加工時に、ワークＷのレーザ加工位置やレーザ加工ヘッド９のレーザノズル２２等の温度を検出するようなことがなく、火災検知の誤作動を生じるようなことがないものである。

既に理解されるように、前記第１，第２の赤外線カメラ１９，２１は、ワークＷのレーザ加工時におけるレーザ加工ヘッド９の周辺を撮像するものであるから、レーザ加工時に飛散するスパッタから赤外線カメラ１９，２１を保護する必要がある。そこで、本実施形態においては、前記赤外線カメラ１９は、箱状のケーシング本体内に備えられている。なお、赤外線カメラ２１も同一構成であるから、赤外線カメラの場合について説明し、赤外線カメラ２１についての説明は省略する。

図６，図７に示すように、赤外線カメラ１９はカメラ本体２９（前記框体２３と同義）を備えており、このカメラ本体２９の前面には火災検出部３１が備えられている。この火災検出部３１に前記赤外線カメラ２５、可視光デジタルカメラ２７が備えられている。前記カメラ本体２９を内装する箱状のケーシング本外３３は、前記カメラ本体２９の下面に対応する下面壁部３３Ａ、側面に対応する一対の側面壁部３３Ｂ、後面に対応する後面壁部３３Ｃ及び上面に対応した上面壁部３３Ｄを備えた構成である。

前記カメラ本体２９をケーシング本体３３内に装着するために、複数のタッピングボルト３５を介してカメラ本体２９の後面に取付自在な補助プレート３７が備えられている。この補助プレート３７は、複数の取付けボルト３９によってケーシング本体３３における後面壁部３３Ｃの内面に取付けられるものである。この補助プレート３７の中央部には、エア等の冷却流体が通過自在な開口部３７Ａが備えられている。

既に理解されるように、前記カメラ本体２９は、前記補助プレート３７を介して、ケーシング本体３３における後面壁部３３Ｃの内面に取付けられるものである。

前述のように、ケーシング本体３３内にカメラ本体２９を装着した後に、ケーシング本体３３の前側に配置されるフロントカバー４１が備えられている。このフロントカバー４１は、前記カメラ本体２９の火災検出部３１に対応した位置に検出窓４３が備えられている。なお、フロントカバー４１は、複数のボルト等の取付具４５（図６参照）を介して前記ケーシング本体３３に取付けられる。

前記フロントカバー４１の前記検出窓４３は、保護プレート４７によって閉鎖されている。すなわち、前記保護プレート４７は、プレート押え部材４９によって前記フロントカバー４１の前面に着脱交換可能に押圧固定してある。前記保護プレート４７は、ＹＡＧレーザやファイバーレーザのレーザ光を遮光すべく、例えば９００〜１２００ｎｍの波長を遮光し、火災時の炎が放射する赤外線の波長帯（例えば、４．３〜４．８μｍ）を透過するフィルタから構成してある。

したがって、カメラ本体２９の火災検出部３１は、ワークＷのレーザ加工位置から飛散するスパッタや、レーザ加工位置からの反射光から保護することができる。なお、レーザ光としてＣＯ₂レーザを使用する場合には、ＣＯ₂レーザの波長帯を遮光し、炎が放射する赤外線の波長帯を透過するフィルタを、保護プレート４７として使用すればよいものである。

前記ケーシング本体３３内の前記カメラ本体２９を冷却するために、前記ケーシング本体３３の後面壁部３３には、エア等の冷却流体を内部へ供給する流体供給部５１（図６参照）が備えられている。前記流体供給部５１から内部へ供給された冷却流体を、カメラ本体２９の後面から下面又は側面を経て前面に導くために、流体路形成部材５３（図７参照）が備えられている。

上記流体路形成部材５３は、例えばエチレンゴムなどのごとき弾性部材から構成してある。この流体路形成部材５３は、前記補助プレート３７と前記カメラ本体２９の後面との間に挟持される後部立上り部５３Ａを備えており、この後部立上り部５３Ａには、前記補助プレート３７の開口部３７Ａに対応した開口部５３Ｂが備えられている。

また、前記流体路形成部材５３には、前記フロントカバー４１とカメラ本体２９の前面との間に挟持される前部立上り部５３Ｃが備えられている。そしえ、この前部立上り部５３Ｃには、前記開口部５３Ｂに連通した開口部５３Ｄが備えられている。さらに、前記流体路形成部材５３には、前記カメラ本体２９の下面と前記ケーシング本体３３の下面壁部３３Ａとの間に挟持される連結部５３Ｅが備えられている。この連結部５３Ｅは、前記後部立上り部５３Ａと前部立上り部５３Ｃとを連結するもので、この連結部５３Ｅには、前記開口部５３Ｂと開口部５３Ｄとを連通した開口部５３Ｆが備えられている。

上記構成により、前記流体供給部５１からケーシング本体３３内へ冷却流体を供給すると、前記流体路形成部材５３における開口部５３Ｂ，５３Ｆ，５３Ｄを経て、カメラ本体２９の後面，下面，前面に至り、カメラ本体２９を冷却するものである。したがって、カメラ本体２９を効果的に冷却することができるものである。

なお、カメラ本体２９の後面から前面へ冷却流体を導く構成としては、カメラ本体２９の下面に限ることなく側面を経て導く構成とすることも可能である。また、カメラ本体２９の下面及び側面を経て前面に導く構成とすることも可能である。さらに、ファンを備えて、カメラ本体２の全外表面に冷却流を導くことも可能である。

以上のごとき説明から理解されるように、レーザ加工装置１におけるレーザ加工位置付近における火災の発生を、赤外線カメラによって検知するものであるから、火災発生箇所から離隔した位置において、火災発生を検知できる。したがって、火災発生によって赤外線カメラに損傷を生じるようなことがなく、火災発生の検知に繰り返し使用することができる。

また、赤外線カメラによって火災発生を検知するものであるから、例えば互に離隔した位置において同時に火災が発生した場合であっても、複数箇所の火災発生を同時に検出することができる。

さらに、赤外線カメラによって火災発生を検知するものであるから、例えば、予め設定した所定温度以上を検出した画素のかたまり（集合）がある場合に、火災発生として検知できる。したがって、火災発生の初期において火災発生を検知でき、消火等の処置を迅速に行うことができるものである。

また、ワークのレーザ加工位置を除外した状態で火災発生を検知することができるので、レーザ加工位置を火災発生箇所として誤検出するようなことがないものである。

さらに、赤外線カメラを、スパッタやレーザ加工位置からの反射光から保護することができると共に、冷却することができるので、赤外線カメラの長寿命化を図ることができるものである。

ところで、本発明は、前述したごとき実施形態のみに限ることなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態でもって実施可能である。すなわち、前記説明においては、ワークとして板材のレーザ加工を行う場合について説明した。しかし、ワークとしては、例えばパイプ材等の長尺材のレーザ加工を行うレーザ加工装置に実施することも可能である。また、赤外線カメラの設置位置としては、レーザ加工ヘッドの上方位置とすることも可能である。

１レーザ加工装置
３機台
５ワークテーブル
７集塵室
９レーザ加工ヘッド
１７スパッタガード
１９第１の赤外線カメラ
２１第２の赤外線カメラ
２５赤外線カメラ
２７可視光デジタルカメラ
２９カメラ本体
３１火災検出部
３３ケーシング本体
３７補助プレート
４１フロントカバー
４３検出窓
４７保護プレート
４９プレート押え部材
５１流体供給部
５３流体路形成部材

Claims

火災検出部を備えた火災発生検出カメラであって、前記火災検出部を前面に備えたカメラ本体の前面、下面又は側面及び後面の三面に亘って流体通路を形成するために、前記前面、下面又は側面及び後面に亘って配置された流体路形成部材と、
前記カメラ本体の前面に備えた前記火災検出部に対応した位置に検出窓を備え、前記カメラ本体の前面との間に前記流体路形成部材の前面対応部分を挟み込み自在なフロントカバーと、
前記カメラ本体の後面との間に前記流体路形成部材の後面対応部分を挟み込み自在、かつ前記カメラ本体の下面又は側面との間に前記流体路形成部材の対応部分を挟み込み自在、さらに前記カメラ本体を内装して前記フロントカバーに取付自在なケーシング本体と、
前記ケーシング本体内へ冷却流体を供給するためにケーシング本体に備えられた流体供給口と、
を備えていることを特徴とする火災発生検出カメラ。
請求項１に記載の火災発生検出カメラにおいて、前記フロントカバーの検出窓に、赤外線を透過自在な保護プレートを備えていることを特徴とする火災発生検出カメラ。