JP7240885B2

JP7240885B2 - レーザ加工機

Info

Publication number: JP7240885B2
Application number: JP2019016930A
Authority: JP
Inventors: 宏明石黒; 功一和家; 正人高津; 隼瀬戸口
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: JP2020124718A

Description

本発明は、ワーク材に対してレーザ切断又はレーザ溶接等のレーザ加工を行うレーザ加工機に関する。

レーザ加工機の加工ヘッドの内部には、レーザ光を集束させる集束レンズが設けられており、集束レンズは高価である。レーザ加工中に発生するスパッタやヒュームが集束レンズに付着することを防止するため、通常、加工ヘッドの内部における集束レンズの光射出側には、集束レンズを保護する保護ガラスが設けられている。ここで、レーザ加工中に、ワーク材に向かうレーザ光、ワーク材からの反射レーザ光、又はワーク材で発生し集束レンズに向かう光は、保護ガラスの表面に付着した汚れによって保護ガラスの内部で乱反射する。

一方、保護ガラスの汚れの程度が大きくなると、その汚れの影響によって加工不良が発生する。そのため、保護ガラスの内部で乱反射する散乱光の強度を検出し、その結果に基づいて、保護ガラスの交換が必要であるか否か判定している（特許文献１参照）。そして、保護ガラスの交換が必要であると判定された場合には、その旨を報知するアラームを発生する。

特表２００１－５０９８８９号公報

ところで、レーザ加工中にアラームが発生した場合には、レーザ加工を一旦中断して、作業者が手動により保護ガラスの交換又は清掃を行う必要がある。また、作業者の手動による保護ガラスの交換作業等は手間がかかり、多くの時間を要する。そのため、保護ガラスの交換に伴うレーザ加工の中断時間が長くなり、レーザ加工機の生産性を高めることが容易でないという問題があった。

そこで、本発明は、保護ガラスの自動交換を行うことができる、新規な構成からなるレーザ加工機を提供することを目的とする。

本発明の実施態様に係るレーザ加工機は、ワーク材に向かってレーザ光を照射する加工ヘッドと、前記加工ヘッドに設けられ、レーザ光を集束させる集束レンズと、前記集束レンズとワーク材との間において前記集束レンズを保護する保護ガラスと、前記加工ヘッドにその軸心に対して直交する方向へ移動可能に設けられ、前記保護ガラスを保持する可動クランプと、レーザ加工中に前記保護ガラスの内部で乱反射する散乱光の強度を検出する光検出器と、使用後の前記保護ガラスを回収する回収ボックスと、使用前の前記保護ガラスを収納する収納ラックと、を備えている。前記可動クランプは、その前記直交する方向の移動によって、前記保護ガラスを前記集束レンズの光軸上に位置させる保護位置と、前記保護ガラスを前記回収ボックスへ受け渡す回収位置（受渡位置）と、前記保護ガラスを前記収納ラックから受け取る受取位置との間で位置決め可能に構成されている。前記保護ガラスは、レーザ加工中に前記可動クランプによって前記保護位置で保持され、前記光検出器は、前記保護位置に位置した前記保護ガラスの外周面に近接している。

本発明の実施態様によると、前記保護ガラスの交換を行う場合には、前記アクチュエータの駆動により前記可動クランプを前記保護位置から前記直交する方向の一方側へ移動させて、前記回収位置に位置決めする。そして、前記可動クランプによる前記保護ガラスの保持状態を解除する。これにより、前記可動クランプから前記保護ガラスを前記回収ボックスに受け渡して回収することができる。

その後、前記アクチュエータの駆動により前記可動クランプを前記回収位置から前記直交する方向の一方側へ移動させて、前記受取位置に位置決めする。そして、前記収納ラックから送出された前記保護ガラスを前記可動クランプによって保持する。これにより、前記可動クランプが前記収納ラックから前記保護ガラスを受け取ることができる。

最後に、前記アクチュエータの駆動により前記可動クランプを前記受取位置から前記直交する方向の他方側へ移動させて、前記保護位置に位置決めする。これにより、前記保護ガラスを前記保護位置に位置させることができ、前記保護ガラスの交換が終了する。

つまり、本発明の実施形態に係るレーザ加工機が前述の構成からなる前記可動クランプと前記回収ボックスと前記収納ラックと備えることにより、前記保護ガラスの自動交換を行うことができる。その結果、必要に応じて前記保護ガラスの交換作業の人手による手間を省くことができ、前記保護ガラスの交換を短時間で行うことができる。

本発明の実施態様では、前記回収ボックス及び前記収納ラックは、それぞれ、前記加工ヘッドに設けられてもよい。また、前記回収ボックス及び前記収納ラックは、それぞれ、前記加工ヘッドに離隔した位置に設けられてもよい。

本発明の実施態様では、前記可動クランプは、互いに接近離反可能な一対のクランプアームと、各クランプアームに設けられかつ前記保護ガラスの周縁に係止する係止具とを有してもよい。また、前記収納ラックは、その下側に、使用前の前記保護ガラスを保持する保持クランプを有してもよい。

本発明の実施態様に係るレーザ加工機は、前記可動クランプを前記直交する方向へ移動させるアクチュエータを備えてもよい。この場合に、前記アクチュエータは、前記可動クランプに連結されかつ前記直交する方向へ移動可能な可動子を有したロッドレスシリンダであってもよい。そして、本発明の実施態様に係るレーザ加工機は、レーザ加工中に前記保護位置に位置した前記保護ガラスの内部で乱反射する散乱光の強度を検出する光検出器と、前記光検出器からの検出結果に基づいて、前記保護ガラスの交換が必要であるか否か判定する交換判定部と、を備えてもよい。更に、本発明の実施態様に係るレーザ加工機は、前記保護ガラスの交換が必要であると判定された場合に、前記可動クランプを前記保護位置から前記直交する方向の一方側へ移動させて前記回収位置（受渡位置）に位置決めするように前記アクチュエータを制御し、前記保護ガラスの保持状態を解除するように前記可動クランプを制御し、その後、前記可動クランプを前記回収位置から前記直交する方向の一方側へ移動させて前記受取位置に位置決めするように前記アクチュエータを制御し、前記収納ラックから前記保護ガラスを受け取れるように前記可動クランプを制御し、最後に、前記可動クランプを前記受取位置から前記直交する方向の他方側へ移動させて前記保護位置に位置決めするように前記アクチュエータを制御する交換制御部とを備えてもよい。

本発明によれば、前記保護ガラスの交換を無人化（自動化）して、前記保護ガラスの交換に伴うレーザ加工の中断時間を短縮して、前記レーザ加工機の生産性を高めることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の模式的な斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る加工ヘッド及びその周辺の模式的な断面図であり、図３（ｂ）の拡大図である。図３（ａ）は、図３（ｂ）におけるIII-III線に沿った模式的な断面図である。図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る加工ヘッド及びその周辺の模式的な断面図であり、可動クランプが保護位置に位置した状態を示している。図４（ａ）は、図４（ｂ）におけるIV-IV線に沿った模式的な断面図である。図４（ｂ）は、本発明の実施形態に係る加工ヘッド及びその周辺の模式的な断面図であり、可動クランプが回収位置に位置した状態を示している。図５（ａ）は、図５（ｂ）におけるV-V線に沿った模式的な断面図である。図５（ｂ）は、本発明の実施形態に係る加工ヘッド及びその周辺の模式的な断面図であり、可動クランプが受取位置に位置した状態を示している。図６は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機の制御ブロック図である。図７は、本発明の実施形態の作用を説明するフローチャート図である。図８Ａは、図８ＢにおけるVIII-VIII線に沿った断面図である。図８Ｂは、本発明の実施形態の変形例に係る加工ヘッド及びその周辺の模式的な断面図であり、第１分割交換ケースを第２分割交換ケースに接続する前の様子を示している。図９（ａ）、図９（ａ）におけるIX-IX線に沿った断面図である。図９（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例に係る加工ヘッド及びその周辺の模式的な断面図であり、第１分割交換ケースを第２分割交換ケースに接続した後の様子を示している。

本発明の実施形態ついて図１から図７を参照して説明する
なお、本願の明細書又は特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意である。「Ｘ軸方向」とは、水平方向の１つである左右方向のことをいい、「Ｙ軸方向」とは、水平方向の１つである前後方向のことをいい、「Ｚ軸方向」とは、上下方向（鉛直方向）のことをいう。「及び／又は」とは、２つのうちのいずれか一方と両方を含む意である。図面中、「ＦＦ」は前方向、「ＦＲ」は後方向、「Ｌ」は左方向、「Ｒ」は右方向、「Ｕ」は上方向、「Ｄ」は下方向をそれぞれ指している。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０は、板状のワーク材（金属ワーク材）Ｗに対してレーザ加工としてのレーザ切断を行う加工機である。そして、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０の具体的な構成は、以下の通りである。

レーザ加工機１０は、Ｘ軸方向に延びたベッド１２を備えている。ベッド１２には、ワーク材Ｗを支持する加工テーブル１４が設けられており、加工テーブル１４は、Ｘ軸方向に延びている。加工テーブル１４は、Ｘ軸方向に間隔を置いて配置された複数の支持板（スキッド板）１６を有している。各支持板１６は、Ｙ軸方向に延びており、各支持板１６の上部には、ワーク材Ｗを点接触で支持するための複数の山型の突起１６ａがＹ軸方向に間隔を置いて形成されている。

ベッド１２には、門型の可動フレーム１８がＸ軸方向へ移動可能に設けられており、可動フレーム１８は、加工テーブル１４を跨ぐようにＹ軸方向に延びている。可動フレーム１８は、ベッド１２の適宜位置に設けられたＸ軸モータ２０の駆動によりＸ軸方向へ移動する。また、可動フレーム１８の水平部１８ａには、キャリッジ２２がＹ軸方向へ移動可能に設けられている。キャリッジ２２は、可動フレーム１８の適宜位置に設けられたＹ軸モータ２４の駆動によりＹ軸方向へ移動する。

ベッド１２の近傍には、レーザ光を出力（発振）するレーザ発振器としてファイバレーザ発振器２６が配設されている。なお、レーザ発振器としてファイバレーザ発振器２６の代わりに、ＣＯ₂レーザ発振器、ＹＡＧレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、又はダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）等を用いてもよい。

キャリッジ２２には、ワーク材Ｗに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射する筒状の加工ヘッド２８がＺ軸方向へ移動可能に設けている。加工ヘッド２８は、その先端側に、ノズル３０を有している。加工ヘッド２８は、キャリッジ２２の適宜位置に設けられたＺ軸モータ３２の駆動によりＺ軸方向へ移動する。ここで、加工ヘッド２８は、Ｚ軸モータ３２の駆動によりＺ軸方向へ移動する他に、Ｘ軸モータ２０の駆動により可動フレーム１８と一体的にＸ軸方向へ移動しかつＹ軸モータ２４の駆動によりキャリッジ２２と一体的にＹ軸方向へ移動する。

加工ヘッド２８は、プロセスファイバ３４を介してファイバレーザ発振器２６に光学的に接続されている。加工ヘッド２８の内部におけるノズル３０側は、酸素、窒素等のアシストガスを供給するアシストガス供給源（図示省略）に配管（図示省略）を介して接続されている。また、加工ヘッド２８の内部には、プロセスファイバ３４の射出端から出射されレーザ光をコリメートするコリメートレンズ３６が設けられている。更に、加工ヘッド２８の内部におけるコリメートレンズ３６の光射出側（下側）には、レーザ光をワーク材Ｗに向かって集束させる集束レンズ３８が設けられている。

前述の構成により、ワーク材Ｗを加工テーブル１４に支持させた状態で、Ｘ軸モータ２０及びＹ軸モータ２４の駆動により加工ヘッド２８をワーク材Ｗに対してＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に位置決めすることができる。そして、加工ヘッド２８の位置決めを行いつつ、加工ヘッド２８からワーク材Ｗに向かってアシストガスを噴射しながらレーザ光を照射する。これにより、ワーク材Ｗに対してレーザ加工としてのレーザ切断を行うことができる。

続いて、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０の特徴部分について説明する。

図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、加工ヘッド２８は、集束レンズ３８とノズル３０との間に、交換ケース４０を有しており、交換ケース４０は、加工ヘッド２８の軸心（レーザ光の光軸）に対して直交する方向であるＹ軸方向に延びている。交換ケース４０の内部には、保護ガラス４２を保持する可動クランプ４４がＹ軸方向へ移動可能に設けられている。交換ケース４０の一端側の上面には、レーザ光を通過させる円形の第１上側開口部４０ａが形成されており、交換ケース４０の一端側の下面には、レーザ光を通過させる円形の第１下側開口部４０ｂが形成されており、第１下側開口部４０ｂは、第１上側開口部４０ａの鉛直下方に位置している。交換ケース４０の中間側の下面には、保護ガラス４２を通過させる円形の第２下側開口部４０ｃが形成されており、第２下側開口部４０ｃの内径は、第１下側開口部４０ｂの内径よりも大きくなっている。交換ケース４０の他端側の上面には、円形の第２上側開口部４０ｄが形成されており、第２上側開口部４０ｄの内径は、第１上側開口部４０ａの内径よりも大きくなっている。交換ケース４０の左側面には、Ｙ軸方向に延びたスリット４０ｅが形成されており、スリット４０ｅは、可動クランプ４４に連結された連結部材７４が摺動できるような間隙である。

なお、図示は省略するが、加工ヘッド２８の一部である交換ケース４０には、その内部に粉塵や塵埃の侵入を防止するための防塵手段が施されている。

保護ガラス４２は、集束レンズ３８をスパッタやヒュームから保護するためのガラスであり、周縁（保護ガラス４２の周縁）にアルミ等の金属からなる保護ガラスホルダ４２ａを有している。可動クランプ４４は、互いに接近離反可能な一対のクランプアーム４６と、各クランプアーム４６の先端部に設けられかつ保護ガラス４２（保護ガラスホルダ４２ａ）に係止する係止具（係止爪）４８とを有している。一対の係止具４８は、一対のクランプアーム４６の接近離反によって保護ガラス４２に係止可能な状態と係止不能な状態とに切り替わるように構成されている。なお、保護ガラスホルダ４２ａは樹脂からなるようにしても構わない。

交換ケース４０の第２下側開口部４０ｃの下側には、使用後の保護ガラス４２を回収する回収ボックス５０が設けられている。回収ボックス５０は、交換ケース４０の第２下側開口部４０ｃの周縁に接合された円筒状のボックス本体５２と、ボックス本体５２の下端部に着脱可能に設けられた下蓋５４とを有している。下蓋５４は、ボックス本体５２から使用後の保護ガラス４２を取出すために、ボックス本体５２に着脱可能又は開閉可能に構成されている。

交換ケース４０の第２上側開口部４０ｄの上側には、使用前の保護ガラス４２を収納する収納ラック５６が設けられている。収納ラック５６は、交換ケース４０の第２上側開口部４０ｄの周縁に接合された円筒状のラック本体５８と、ラック本体５８の上端部に設けられた上蓋６０とを有している。上蓋６０は、ラック本体５８に使用前の保護ガラス４２を取入れるために、ラック本体５８に対して着脱可能又は開閉可能に構成されている。

収納ラック５６は、その下側に、使用前の保護ガラス４２を保持する保持クランプ（固定クランプ）６２を有している。保持クランプ６２は、互いに接近離反可能な一対のクランプアーム６４と、各クランプアーム６４の先端部に設けられかつ保護ガラス４２（保護ガラスホルダ４２ａ）に係止する係止具６６とを有している。一対の係止具６６は、一対のクランプアーム６４の接近離反によって保護ガラス４２に係止可能な状態と係止不能な状態とに切り替わるように構成されている。

収納ラック５６は、保持クランプ６２に使用前の保護ガラス４２を受け渡す前に、その保護ガラス４２（保護ガラスホルダ４２ａ）を支持する複数の支持具（支持爪）６８を有している。各支持具６８は、ラック本体５８の径方向へ移動可能であり、ラック本体５８の径方向の移動によって保護ガラス４２を支持可能な状態と支持不能な状態とに切り替わるように構成されている。

可動クランプ４４は、そのＹ軸方向の移動によって、保護位置と回収位置（受渡位置）と受取位置との間で位置決め可能に構成されている。保護位置とは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、保護ガラス４２を集束レンズ３８の光軸上に位置させる通常位置のことである。回収位置（受渡位置）とは、図４（ａ）（ｂ）に示すように、保護位置からＹ方向の一方側（後方向）にずれた位置であって使用後の保護ガラス４２を回収ボックス５０に受け渡す位置のことである。受取位置とは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、受取位置からＹ方向の一方側にずれた位置であってかつ使用前の保護ガラス４２を収納ラック５６から受け取る位置のことである。そして、交換ケース４０の左側面には、可動クランプ４４を保護位置と回収位置と受取位置との間にてＹ軸方向へ移動させるアクチュエータとしての空圧式のロッドレスシリンダ７０が設けられている。また、ロッドレスシリンダ７０は、Ｙ軸方向へ移動可能な可動子７２を有しており、可動子７２は、可動クランプ４４に連結部材７４を介して連結されている。換言すれば、可動クランプ４４は、ロッドレスシリンダ７０の可動子７２及び連結部材７４を介して交換ケース４０に設けられている。

図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、交換ケース４０内の適宜位置には、保護ガラス４２の内部で乱反射する散乱光の強度（受光量）を検出する光検出器７６が設けられている。なお、保護ガラス４２内部での散乱光は、ワーク材Ｗに向かうレーザ光、ワーク材Ｗからの反射レーザ光、又はワーク材Ｗで発生して集束レンズ３８に向かう光が、保護ガラス４２表面に付着した汚れによって乱反射して生じる光である。光検出器７６は、フォトダイオードからなり、散乱光の強度に応じた電圧値又は電流値を出力する。また、光検出器７６の先端部は、保護ガラスホルダ４２ａ及びクランプアーム４６にそれぞれ形成された挿入孔に挿入した状態で、保護位置に位置した保護ガラス４２の外周面に近接する。

図６に示すように、レーザ加工機１０は、加工プログラム等に基づいて、Ｘ軸モータ２０、Ｙ軸モータ２４、ファイバレーザ発振器２６、Ｚ軸モータ３２、可動クランプ４４、保持クランプ６２、支持具６８、及びロッドレスシリンダ７０等を制御する制御装置７８を備えている。制御装置７８は、１つ又は複数のコンピュータによって構成されており、制御装置７８には、光検出器７６が接続されている。制御装置７８は、加工プログラム等を記憶するメモリと、加工プログラム等を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とを有している。

制御装置７８のＣＰＵは、交換判定部８０としての機能及び交換制御部８２として機能を有している。そして、交換判定部８０及び交換制御部８２の内容は、次の通りである。

図６に示すように、交換判定部８０は、光検出器７６からの検出結果に基づいて、保護ガラス４２の交換が必要であるか否か判定する。具体的には、交換判定部８０は、検出された散乱光の強度（電圧信号又は電流信号）が所定の閾値（閾値電圧又は閾値電流）を越えた場合には、保護ガラス４２の交換が必要であると判定する。交換判定部８０は、検出された散乱光の強度が所定の閾値を越えていない場合には、保護ガラス４２の交換が必要でないと判定する。ここで、所定の閾値とは、保護ガラスの４２交換が必要であるか否か判定するために設定された閾値のことをいう。

交換制御部８２は、保護ガラス４２の交換が必要であると判定された場合に、ファイバレーザ発振器２６のビーム（レーザ光）を停止して、保護ガラス４２の交換動作を実行する。尤も交換動作は、即座にはファイバレーザ発振器２６のビームを停止せず、切断加工を伴わないビームＯＦＦ時に実行しても構わないし、レーザ加工終了時に実行しても構わない。

具体的には、交換制御部８２は、可動クランプ４４を保護位置からＹ軸方向の一方側（後方向）の第２下側開口部４０ｃ側の回収位置（受渡位置）に位置決めするようにロッドレスシリンダ７０を制御し、一対の係止具４８を保護ガラス４２に係止不能な状態に切り替えて保護ガラス４２の保持状態を解除する。その後、交換制御部８２は、可動クランプ４４を回収位置からＹ軸方向の一方側の第２上側開口部４０ｄ側の受取位置に位置決めするようにロッドレスシリンダ７０を制御する。また、交換制御部８２は、可動クランプ４４が保持クランプ６２（収納ラック５６）から保護ガラス４２を受け取れるように、可動クランプ４４を制御して一対の係止具４８を保護ガラス４２に係止可能な状態に切り替えて、保持クランプ６２を制御して一対の係止具６６を保護ガラス４２に係止不能な状態に切り替える。最後に、交換制御部８２は、可動クランプ４４を受取位置からＹ軸方向の他方側（前方向）の第１下側開口部４０ｂ側の保護位置に位置決めするようにロッドレスシリンダ７０を制御する。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について図７等を参照して説明する。

ファイバレーザ発振器２６等を駆動させることにより、ワーク材Ｗのレーザ加工を開始する（ステップＳ１０１）。また、光検出器７６は、レーザ加工中に、保護ガラス４２表面の汚れによる保護ガラス４２内部での散乱光の強度を検出する（ステップＳ１０２）。そして、交換判定部８０は、光検出器７６からの検出結果に基づいて、保護ガラス４２の交換が必要であるか否か判定する（ステップＳ１０３）。

保護ガラス４２の交換が必要であると判定された場合（ステップＳ１０３でＹｅｓの場合）には、交換制御部８２がファイバレーザ発振器２６の駆動を停止することにより、レーザ加工を中断する（ステップＳ１０４）。次に、加工中断中の割り込み処理として、交換制御部８２は、ロッドレスシリンダ７０等を前述のように制御して、可動クランプ４４から使用後の保護ガラスを回収ボックス５０に受け渡して回収することができる（ステップＳ１０５、図４（ａ）（ｂ）参照）。

更に、交換制御部８２は、ロッドレスシリンダ７０等を前述のように制御して、
可動クランプ４４が保持クランプ６２から使用前の保護ガラス４２を受け取ることができる（ステップＳ１０６、図５（ａ）（ｂ）参照）。

そして、交換制御部８２は、ロッドレスシリンダ７０を制御して可動クランプ４４を受取位置から保護位置に位置決めする。これにより、使用前の保護ガラス４２を保護位置に位置させることができ（ステップＳ１０７）、保護ガラス４２の交換が終了して、ワーク材Ｗのレーザ加工を再開することができる（ステップＳ１０８）。

なお、可動クランプ４４が使用前の保護ガラス４２を受け取った後、交換制御部８２は、その次の使用前の保護ガラス４２の受渡準備として、保持クランプ６２を制御して一対の係止具６６を保護ガラス４２に係止可能な状態に切り替え、各支持具６８を制御して保護ガラス４２を支持不能な状態に一旦切り替えてから再び支持可能な状態に戻す。すると、複数の支持具６８から保持クランプ６２に使用前の保護ガラス４２を受け渡すことができる。

一方、保護ガラス４２の交換が必要でないと判定された場合（ステップＳ１０３でＮｏの場合）及びワーク材Ｗのレーザ加工を再開した場合には、制御装置７８のＣＰＵは、ワーク材Ｗのレーザ加工が終了したか否か判断する（ステップＳ１０９）。そして、ワーク材Ｗのレーザ加工が終了した場合（ステップＳ１０９のＹｅｓの場合）には、制御装置７８のＣＰＵ等は、一連の処理を終了する。ワーク材Ｗのレーザ加工が終了していない場合（ステップＳ１０９のＮｏの場合）には、制御装置７８のＣＰＵは、ステップＳ１０３に処理を戻す。

要するに、レーザ加工機１０が前述の構成からなる可動クランプ４４と回収ボックス５０と収納ラック５６（保持クランプ６２及び複数の支持具６８）とロッドレスシリンダ７０とを備えることにより、前述のように、必要に応じて保護ガラス４２の自動交換を行うことができる。その結果、保護ガラス４２の交換作業の人手による手間を省くことができ、保護ガラス４２の交換を短時間で行うことができる。

従って、本発明の実施形態によれば、保護ガラス４２の交換を無人化（自動化）して、保護ガラス４２の交換に伴うレーザ加工の中断時間を大幅に短縮して、レーザ加工機１０の生産性を高めることができる。

（他の実施形態）
本発明の実施形態の変形例について図８Ａ、図８Ｂ、及び図９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

図８Ａ、図８Ｂ、及び図９（ａ）（ｂ）に示すように、加工ヘッド２８は、集束レンズ３８とノズル３０との間に、交換ケース４０（図２参照）の代わりに第１分割交換ケース８４を有している。第１分割交換ケース８４の上面には、レーザ光を通過させる円形の第１上側開口部８４ａが形成されている。第１分割交換ケース８４の下面には、レーザ光を通過させる円形の第１下側開口部８４ｂが形成されており、第１下側開口部８４ｂは、第１上側開口部８４ａの鉛直下方に位置している。第１分割交換ケース８４の左側面には、Ｙ軸方向に延びた第１スリット８４ｃが形成されており、第１スリット８４ｃは、前述の連結部材７４が摺動できるような間隙である。また、第１分割交換ケース８４には、前述のロッドレスシリンダ７０が設けられている。

なお、図示は省略するが、加工ヘッド２８の一部である第１分割交換ケース８４には、その内部に粉塵や塵埃の侵入を防止するための防塵手段が施されている。

ベッド１２の後部の上面には、第２分割交換ケース８６が支柱８８を介して設けられている。第２分割交換ケース８６の一端側（前部）の下面には、保護ガラス４２を通過させる円形の第２下側開口部８６ａが形成されており、第２下側開口部８６ａの内径は、第１分割交換ケース８４の第１下側開口部８４ｂの内径よりも大きくなっている。第２分割交換ケース８６の他端側（後部）の上面には、保護ガラス４２を通過させる円形の第２上側開口部８６ｂが形成されており、第２上側開口部８６ｂの内径は、第１分割交換ケース８４の第１上側開口部８４ａの内径よりも大きくなっている。第２分割交換ケース８６の左側面には、Ｙ軸方向に延びた第２スリット８６ｃが形成されており、第２スリット８６ｃは、連結部材７４が摺動できるような間隙である。

第２分割交換ケース８６の第２下側開口部８６ａの下側には、前述の回収ボックス５０が設けられている。換言すれば、加工ヘッド２８にＹ軸方向の一方側（後方向）に離隔した位置に、回収ボックス５０が第２分割交換ケース８６及び支柱８８を介して設けられている。また、第２分割交換ケース８６の第２上側開口部８６ｂの上側には、前述の収納ラック５６が設けられている。換言すれば、加工ヘッド２８にＹ軸方向の一方側に離隔した位置に、収納ラック５６が第２分割交換ケース８６及び支柱８８を介して設けられている。

なお、図示は省略するが、第２分割交換ケース８６には、その内部に粉塵や塵埃の侵入を防止するための防塵手段が施されている。

第１分割交換ケース８４と第２分割交換ケース８６を対向させた状態で、第１分割交換ケース８４は、加工ヘッド２８のＹ軸方向の一方側（後方向）の移動によって第２分割交換ケース８６に接続するように構成されている。また、第１分割交換ケース８４を第２分割交換ケース８６に接続させた状態で、第１分割交換ケース８４の第１スリット８４ｃは、第２分割交換ケース８６の第２スリット８６ｃに連通する。そして、第１分割交換ケース８４を第２分割交換ケース８６に接続させた状態で、可動クランプ４４は、ロッドレスシリンダ７０の駆動により保護位置と回収位置（受渡位置）と受取位置との間にてＹ軸方向へ移動する。

なお、図示は省略するが、第１分割交換ケース８４を第２分割交換ケース８６に接続する際にも、第１分割交換ケース８４及び第２分割交換ケース８６には、それらの内部に粉塵や塵埃の侵入を防止するための防塵手段が施されている。

前述の交換制御部８２（図６参照）は、保護ガラス４２の交換が必要であると判定された場合に、第１分割交換ケース８４を第２分割交換ケース８６に対向させるようにＸ軸モータ２０及びＺ軸モータ３２を制御する。交換制御部８２は、第１分割交換ケース８４を第２分割交換ケース８６に対向させた状態で、第１分割交換ケース８４を第２分割交換ケース８６に接続させるようにＹ軸モータ２４を制御する。

本発明の実施形態の変形例では、保護ガラス４２の交換が必要であると判定された場合に、第１分割交換ケース８４を第２分割交換ケース８６に接続するための動作が含まれる点を除き、本発明の実施形態と同様の作用を奏する。そして、本発明の実施形態の変形例によれば、本発明の実施形態と同様に、保護ガラス４２の交換に伴うレーザ加工の中断時間を大幅に短縮して、レーザ加工機１０の生産性を高めることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば、次のように種々の態様で実施可能である。

例えば、レーザ加工機１０の構成から光検出器７６を省略してもよい。この場合には、保護ガラス４２の交換が必要であるか否か判定することなく、時間間隔を置いて、保護ガラス４２の自動交換を適宜に行う。また、レーザ切断を行うレーザ加工機１０に適用した技術的思想を、レーザ溶接を行うレーザ加工機（図示省略）に適用してもよい。

そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。

１０レーザ加工機
１２ベッド
１４加工テーブル
１６支持板
１６ａ突起
１８可動フレーム
１８ａ水平部
２０Ｘ軸モータ
２２キャリッジ
２４Ｙ軸モータ
２６ファイバレーザ発振器（レーザ発振器）
２８加工ヘッド
３０ノズル
３２Ｚ軸モータ
３４プロセスファイバ
３６コリメートレンズ
３８集束レンズ
４０交換ケース
４０ａ第１上側開口部
４０ｂ第１下側開口部
４０ｃ第２下側開口部
４０ｄ第２上側開口部
４０ｅスリット
４２保護ガラス
４２ａ保護ガラスホルダ
４４可動クランプ
４６クランプアーム
４８係止具
５０回収ボックス
５２ボックス本体
５４下蓋
５６収納ラック
５８ラック本体
６０上蓋
６２保持クランプ（固定クランプ）
６４クランプアーム
６６係止具（係止爪）
６８支持具（支持爪）
７０ロッドレスシリンダ（アクチュエータ）
７２可動子
７４連結部材
７６光検出器
７８制御装置
８０交換判定部
８２交換制御部
８４第１分割交換ケース
８４ａ第１上側開口部
８４ｂ第１下側開口部
８４ｃ第１スリット
８６第２分割交換ケース
８６ａ第２下側開口部
８６ｂ第２上側開口部
８６ｃ第２スリット
８８支柱

Claims

ワーク材に向かってレーザ光を照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドに設けられ、レーザ光を集束させる集束レンズと、
前記集束レンズとワーク材との間において前記集束レンズを保護する保護ガラスと、
前記加工ヘッドにその軸心に対して直交する方向へ移動可能に設けられ、前記保護ガラスを保持する可動クランプと、
レーザ加工中に前記保護ガラスの内部で乱反射する散乱光の強度を検出する光検出器と、
使用後の前記保護ガラスを回収する回収ボックスと、
使用前の前記保護ガラスを収納する収納ラックと、を備え、
前記可動クランプは、その前記直交する方向の移動によって、前記保護ガラスを前記集束レンズの光軸上に位置させる保護位置と、前記保護ガラスを前記回収ボックスへ受け渡す回収位置と、前記保護ガラスを前記収納ラックから受け取る受取位置との間で位置決め可能に構成され、
前記保護ガラスは、レーザ加工中に前記可動クランプによって前記保護位置で保持され、前記光検出器は、前記保護位置に位置した前記保護ガラスの外周面に近接していることを特徴とするレーザ加工機。
前記回収ボックス及び前記収納ラックは、それぞれ、前記加工ヘッドに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
前記回収ボックス及び前記収納ラックは、それぞれ、前記加工ヘッドに離隔した位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
前記可動クランプは、互いに接近離反可能な一対のクランプアームと、各クランプアームに設けられかつ前記保護ガラスの周縁に係止する係止具とを有したことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
前記収納ラックは、その下側に、使用前の前記保護ガラスを保持する保持クランプを有していることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
前記可動クランプを前記直交する方向へ移動させるアクチュエータを備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
前記アクチュエータは、前記可動クランプに連結されかつ前記直交する方向へ移動可能な可動子を有したロッドレスシリンダであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工機。
前記光検出器からの検出結果に基づいて、前記保護ガラスの交換が必要であるか否か判定する交換判定部と、
前記保護ガラスの交換が必要であると判定された場合に、前記可動クランプを前記保護位置から前記直交する方向の一方側へ移動させて前記回収位置に位置決めするように前記アクチュエータを制御し、前記保護ガラスの保持状態を解除するように前記可動クランプを制御し、その後、前記可動クランプを前記回収位置から前記直交する方向の一方側へ移動させて前記受取位置に位置決めするように前記アクチュエータを制御し、前記収納ラックから前記保護ガラスを受け取れるように前記可動クランプを制御し、最後に、前記可動クランプを前記受取位置から前記直交する方向の他方側へ移動させて前記保護位置に位置決めするように前記アクチュエータを制御する交換制御部と、を備えたことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のレーザ加工機。