特許 7118160 発火検知方法及び発火検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-04

(45)【発行日】2022-08-15

(54)【発明の名称】発火検知方法及び発火検知装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20220805BHJP

   G08B 17/00 20060101ALI20220805BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 Q

G08B17/00 C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020541961

(86)(22)【出願日】2020-05-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-16

(86)【国際出願番号】 CN2020090006

(87)【国際公開番号】W WO2021226872

(87)【国際公開日】2021-11-18

【審査請求日】2020-09-25

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】512251345

【氏名又は名称】オーレーザー株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】517413742

【氏名又は名称】馬鞍山市明珠電子科技有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100135356

【弁理士】

【氏名又は名称】若林 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】繆 逸峰

(72)【発明者】

【氏名】小川 俊之

【審査官】黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１４２９６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１０６８８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－０１１６６９１（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１０４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｇ０８Ｂ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー加工中にレーザー発振器のレーザー出力信号を取得するレーザー出力信号取得工程と、
被加工物Ｗに対するレーザー照射により生ずる炎を検知することにより得られる炎検出信号Ｑを取得する炎検知工程と、
前記レーザー出力信号と前記炎検出信号Ｑを比較し、前記レーザー出力信号によりレーザーを出力しているときに、単一レーザー出力信号の持続期間、および当該レーザー出力信号の持続期間に検知した炎検出信号Ｑの合計検出数により、装置が発火して燃焼している異常の状態であるかどうかを判断し、前記レーザー出力信号によりレーザーを出力していないときに、累積検知期間に検知した炎検出信号Ｑの合計検出数により、装置が発火して燃焼している異常の状態であるかどうかを判断する発火燃焼判断工程と、を備える発火検知方法。

【請求項2】

前記発火燃焼判断工程においては、
レーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１に前記炎検知信号Ｑによる炎の検知があった場合には、装置が発火して燃焼している異常の可能性があると判断し、カウンタを利用してその状況での炎検出信号Ｑを累積し、
前記レーザー無出力期間Ｔ１の累積時間が累積検知期間ＴＭに達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達していない場合、装置が発火しておらず正常な状態であると判断し、タイマーとカウンタをリセットして累積検知期間ＴＭを単位として炎検出信号Ｑを検知し続け、
レーザー無出力期間Ｔ１の累積時間が累積検知期間ＴＭに達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達した場合、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断する請求項１に記載の発火検知方法。

【請求項3】

前記発火燃焼判断工程においては、
レーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１になってから検知除外期間ＴＥ経過後の有効検知期間ＴＡに、前記炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合に、装置が発火して燃焼している異常の可能性があると判断し、カウンタを利用してその状況での炎検出信号Ｑを累積し、
前記有効検知期間ＴＡの累積時間が累積検知期間ＴＭに達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達していない場合、装置が発火しておらず正常な状態であると判断し、タイマーとカウンタをリセットして累積検知期間ＴＭを単位として炎検出信号Ｑを検知し続け、
前記有効検知期間ＴＡの累積時間が累積検知期間ＴＭに達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達した場合、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断する請求項２に記載の発火検知方法。

【請求項4】

前記発火燃焼判断工程においては、レーザー出力信号によりレーザーを出力しているときに、単一レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２より短く、かつ炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、装置が発火しておらず正常な状態であると判断し、レーザー出力信号全期間におけるすべての炎検出信号Ｑを累積しない請求項１～請求項３のいずれかに記載の発火検知方法。

【請求項5】

単一レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、素材判定期間Ｔ２に炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、被加工物Ｗは火花を発生しやすい可能性があると判断し、カウンタを利用して炎検出信号Ｑを累積し、
当該レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達した場合、当該被加工物Ｗは火花の発生しやすい素材と判断し、当該レーザー出力信号全期間における炎検知工程を行わず、
当該レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達していない場合は、当該被加工物Ｗは火花の発生しにくい素材と判断し、素材判定期間Ｔ２の終了時点を開始時点として当該単一レーザー出力信号に対する発火検知工程を開始する請求項４に記載の発火検知方法。

【請求項6】

素材判定期間Ｔ２の終了時点を開始時点として、当該単一レーザー出力信号に対し、発火検知を行い、
当該レーザー出力信号によりレーザー出力が継続する時に、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、装置が発火して燃焼している異常の状態である可能性があると判断し、カウンタを利用してその状況での炎検出信号Ｑを累積し、
前記単一レーザー出力信号によりレーザー出力の出力期間が所定期間Ｔ３に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達していない場合、装置は発火しておらず正常な状態であると判断し、タイマーとカウンタをリセットして所定期間Ｔ３を単位としてレーザー出力信号に対する発火検知を続け、
前記レーザー出力信号によりレーザー出力が継続し、持続期間が所定期間Ｔ３に達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達した場合、装置が発火燃焼している異常の状態であると判断する炎検知工程を備える請求項５に記載の発火検知方法。

【請求項7】

所定期間Ｔ３内にレーザー出力パワーの変更がった場合、カウンタおよびタイマーをリセットしてレーザー出力パワーが変化した時を開始時点として発火燃焼判断工程をし直す請求項６に記載の発火検知方法。

【請求項8】

レーザー加工機がレーザー加工状態から待機状態または停止状態に変わる時、運転状態が変化した時点を開始時点としてレーザー加工後の発火検知を行い、
検知開始してから、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、装置は発火して燃焼している可能性があると判断し、カウンタを利用してその状況での炎検出信号Ｑを累積し、
検知時間が加工後検知期間Ｔ４に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ４に達していない場合、被加工物Ｗは発火していないと判断して発火検知を終了し、
検知時間が加工後検知期間Ｔ４に達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ４に達した場合、装置は発火して燃焼している異常の状態であると判断する請求項１～請求項３のいずれかに記載の発火検知方法。

【請求項9】

レーザー加工時に前記レーザー発振器のレーザー出力信号を取得するレーザー出力信号取得部と、
被加工物へのレーザー照射により発生する炎を検知する炎検知部と、
前記炎検知部により炎を検出し、炎検出信号Ｑを取得する炎検出信号取得部と、
前記レーザー出力信号と前記炎検出信号Ｑを比較し、前記レーザー出力信号によりレーザーを出力しているときに、単一レーザー出力信号の持続期間、および当該レーザー出力信号の出力期間中に検知した炎検出信号Ｑの合計検出数により、装置が発火して燃焼している異常の状態であるかどうかを判断し、前記レーザー出力信号によりレーザーを出力していないとき、累積検知期間に検知した炎検出信号Ｑの合計検出数により、装置が発火して燃焼している異常の状態であるかどうかを判断する燃焼判断部と、を備える請求項１～請求項８のいずれかに記載の発火検知方法を使用する発火検知装置。

【請求項10】

前記炎検知部を収納する筐体前部に吸気口、筐体背面に排気口が形成され、前記吸気口と前記排気口に紫外線を遮光する遮光壁が設けられ、
遮光壁により、外部の紫外光があらゆる角度から照射してもレーザー加工機内の加工空間に到達できず、且つ
前記吸気口と前記排気口の位置が被加工物Ｗの表面より高く、被加工物Ｗから発生する煙や粉塵が気流により素早く排気され、且つ
装置本体に入る気流が装置本体の内側に沿って流れるように吸気口に入る気流の向く方向を設定し、レーザー加工機内に環状の気流を形成し、被加工物Ｗから発生する煙や粉塵を炎検知部から遠ざかる方向へ導く請求項９に記載の発火検知装置。

【請求項11】

前記炎検知部は紫外線光電管センサーとセンサー駆動基板とを備え、
前記炎検知部は密閉性のある密閉性の密閉金属箱とガラス製のフロント窓とにより密閉構造とされた筐体に収納されており、
前記フロント窓は１８０ｎｍ～２６０ｎｍ波長の紫外線を透過する石英ガラスで構成される請求項１０に記載の発火検知装置。

【請求項12】

センサー駆動基板にはＤＣ／ＤＣコンバーターが設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバーターの出力電圧は、昇圧トランスを介して前記紫外線光電管センサーのアノードとカソードに印加し、
センサー駆動基板には、ゲートタイマーとカウンタを含む信号処理回路が設けられ、前記紫外線光電管センサーの出力側はゲートタイマーとカウンタの入力側に接続され、ゲートタイマーの出力側はカウンタの入力側に接続され、カウンタの出力側には出力回路が設けられ、出力回路はカウンタからの出力されるパルス信号を必要な時間幅に増幅し炎検出信号Ｑとして出力する請求項１１に記載の発火検知装置。

【請求項13】

警告部と表示部とを備え、前記燃焼判断部が発火して燃焼している異常の状態であると判断した場合、警告部または表示部の少なくとも一つで警報する請求項１０～請求項１２のいずれかに記載の発火検知装置。

【請求項14】

前記炎検知部を収納する筐体には、装置本体と上蓋とを備え、
上蓋は可視光を透過し、１８０ｎｍ～２６０ｎｍ波長の紫外線を遮断する樹脂板により構成され、且つ
上蓋が開いている時、燃焼判断部は発火検知を行わない請求項１０～請求項１２のいずれかに記載の発火検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は発火検知方法および発火検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＣＯ_２レーザーは非金属に吸収されやすい。紙、木材、アクリル、ゴム、革などの素材にはほぼ１００％吸収されるため、エネルギー効率が良く、少ないレーザーエネルギーで厚い被加工物をカットすることができる。例えば、４０ＷのＣＯ_２レーザーは、一度のレーザー切断加工で最大１０ｍｍ厚のアクリル樹脂板を切断することができる。

【0003】

このため、ＣＯ_２レーザー加工機は、様々な分野で使用され、金属加工のみならず非金属加工の分野で使用される場合も多い。金属加工の用途では、被加工物が金属のため、火災が起きることがほとんどないが、非金属加工用途では、特に、被加工物を所定の形状に切断する切断モード（ベクターモード）では、レーザーのエネルギーが素材の一箇所に止まる時間が長いと同時に、非金属素材は通常可燃性の物性を持っているため、被加工物の発火による火災が起きる可能性がある。

【0004】

汎用レーザー加工機における被加工物の発火検知出及び火災防止について研究調査した。例えば、中国特許番号ＣＮ２０１８２２１７４２５１．８には、炎検知器を備えたレーザー切断装置が記載されている。この出願では非金属材料被加工物へのリアルタイム監視を実現するために、レーザー切断装置の作業台に炎検知器を設置している。炎が発生したら作業者に警告および通知する目的を実現する。しかしこの出願における設計の重点は、レーザー切断装置内部部品の簡単な取り付けや、取り外しに置いたため、発火検知の感度と正確性については研究していない。同様に、中国公開番号ＣＮ２５１３７１０Ｙには、レーザー切断彫刻機の火災警報装置の発明が記載されているが、この出願においてもレーザー切断彫刻機の内部に火花検出器、警告装置、および警報制御システムを設置し、加工中に発生する熱をブロワで排気して火炎の発生を防ぎ、炎の検知があった場合に作業者に警告し、火災防止および警報の効果を発揮する。また、この特許から、２００２年以前に、レーザー加工機に発火検知機能を実装する方法があったことがわかる。

【0005】

中国特許番号ＣＮ２０１５１０３１１６５７．４では、消防安全機構を備えたレーザー切断彫刻機を紹介している。この出願では加工機内部に消防安全機構を設置してあり、当該機構は火災源感知部、消火部、および制御部を備えている。その中で、制御部は、炎感知部および消火部に電気的に接続され、炎感知部によって送信された信号を受信および処理し、加工機内に発火があるかどうかを判断し、消火部の動作を制御する。被加工物が発火した時に消火部を作動させて消火することができる。炎感知部は、煙センサー、特定の波長の光センサー、炎センサーまたは特定のガスセンサーなどが使用できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】中国特許第２０１８２２１７４２５１．８号公報

【文献】中国公開公報第２５１３７１０Ｙ号公報

【文献】中国特許第２０１５１０３１１６５７．４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記特許文献３では迅速的に消火する目的が達成できると記載しているが、その主な構成を調べると、消火部が加工機の近くに設置されている特徴がわかる。しかし、発火の初期段階でどのように迅速かつ正確に発火を検知する方法については記述がなかった。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によれば、各種非金属の被加工物Ｗのレーザー加工に対し、レーザー加工機のレーザー加工過程において、被加工物Ｗの発火を可能な限り早期に検知して火災の発生を抑える発火検知方法および発火検知装置を提供することができる。その上、本発明は機械装置の大きさ、加工速度、レーザー出力パワー、レーザー発振器の種類などの違いによる発火検知設定方法の変更が必要ないため、良い汎用性を持っている。

【0009】

以上の目的を実現するために、本発明が提供する技術方法は下記のとおりである。
本発明はレーザー加工中にレーザー発振器のレーザー出力信号を取得するレーザー出力信号取得工程と、被加工物Ｗに対するレーザー照射により生ずる炎を検知することにより得られる炎検出信号Ｑを取得する炎検出工程と前記レーザー出力信号と前記炎検出信号Ｑを比較し、前記レーザー出力信号によりレーザーを出力しているときに、単一レーザー出力信号の持続期間と、単一レーザー出力信号持続期間の炎検出信号Ｑの合計検出数により、装置が発火して燃焼している異常の状態にあるかどうかを判断し、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないときに、累積検知期間ＴＭ中の炎検出信号Ｑの合計検出数により、装置が発火して燃焼している異常の状態であるかどうかを判断する発火燃焼判断工程と、を備える発火検知方法に関するものである。
また、本発明は、レーザー加工時に前記レーザー発振器のレーザー出力信号を取得するレーザー出力信号取得部と、前記被加工物Ｗに対するレーザー照射により生ずる炎を検知する炎検知部と、前記炎検知部による炎を検知することにより得られる炎検出信号Ｑを取得する炎検出信号取得部と、前記レーザー出力信号によりレーザーを出力しているときに、単一レーザー出力信号の持続期間と、単一レーザー出力信号の持続期間に検知した炎検出信号Ｑの合計検出数により、装置が発火して燃焼している異常の状態にあるかどうかを判断し、前記レーザー出力信号によりレーザーを出力していないときに、累積検知期間ＴＭ中に検知した炎検出信号Ｑの合計検出数により、装置が発火して燃焼している異常の状態であるかどうかを判断する燃焼判断部と、を備える発火検知装置に関するものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明によって提供される技術方法を使用すれば、既存の技術と比較し、下記のような効果が得られる。

【0011】

（１）本発明の発火検知方法は、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないときと、単一レーザー信号によりレーザーを出力しているときに検出した炎検出信号Ｑを利用し、この２種類の特徴を重要な根拠として累積し、発火燃焼の最終判断基準とする。装置の大きさ、加工速度、レーザー出力パワー、レーザーの種類などの違いにより検知方法が変わることはなく、汎用性に優れている。

【0012】

（２）本発明の発火検知方法は、ラスターモード（彫刻モード）において、少なくとも複数の改行時に炎検出信号Ｑを連続して取得しない限り警報しないと設定している。これで数秒以内に発火を正しく判断すると同時にノイズ信号を合理的にキャンセルすることができ、誤判定を根本的に回避することができる。ベクターモード（切断モード）においては、各種加工状態も監視する。即ち、単一レーザー信号の出力時とレーザー無出力時に炎を検知し、レーザー出力する時と出力しない時の両方に対して素材の発火を検知することができ、かつ数秒以内に正確な判断を行うことができる。上記の方法により、レーザー加工機のレーザー加工において、被加工物Ｗの発火を可能な限り早期に検知して火災の発生を抑えることができる。その上、検知除外期間を設定することで、さらに残留火花によるノイズ信号をキャンセルし、検知精度を高めることができる。

【0013】

（３）本発明の発火検知方法は素材判定期間Ｔ２を設定し、単一レーザー出力信号が出力状態になってから、最初の素材判定期間Ｔ２に炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、被加工物Ｗは火花が発生しやすい可能性があると判断する。この方法により、シリコンやアルミナなど火花の発生しやすい素材が含まれる被加工物Ｗに対してレーザー加工を行うとき、素材判定期間Ｔ２を利用して火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定を回避することができる。

【0014】

（４）本発明の発火検知方法は所定期間Ｔ３を設定し、単一レーザー出力信号によりレーザー出力の出力期間が所定期間Ｔ３に達したまたは達していないとき、炎検出信号Ｑの合計検出数は累計所定量Ｃ３に達したかどうかによって、発火して燃焼している異常の状態であるかどうかを判断する。この方法により、１本のレーザー切断信号（切断線分）が長くても、例えばレーザー照射開始から照射終了まで１０分以上かかる場合でも、レーザー照射が終了するまで待つ必要がなく、レーザー加工中にレーザー出力信号によりレーザー出力している期間に火災の原因となる炎の検出ができ、発火検知のタイミングを逃さず検知期間を確保することができる。

【0015】

（５）本発明の発火検知方法は、レーザー加工機が待機状態または停止状態に入るときに発火するような、作業者に見落とされやすい問題に対し、加工後の検知期間Ｔ４を設定し、検知時間が加工後の検知期間Ｔ４に達したまたは達していないとき、炎検出信号Ｑの合計検出数は累計所定量Ｃ４達したかどうかによって、発火して燃焼している異常の状態であるかどうかを判断する。この方法により、レーザー加工が終了した瞬間に被加工物Ｗが発火した場合、炎が検出されないリスクを効果的に回避することができる。

【0016】

（６）本発明の発火検知方法は、作業者が所定期間Ｔ３にレーザー出力パワーの設定を変更した場合、カウンタとタイマーをリセットし、レーザー出力パワーが変化した時点を開始時点として発火燃焼判断工程をはじめからやり直す。この方法により、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力しているとき、作業者がレーザー出力パワーを変更することにより火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定を回避することができる。

【0017】

（７）本発明の発火検知方法は、レーザー加工機使用中の様々な発火状況を十分に考慮している。ラスターモード（彫刻モード）とベクターモード（切断モード）での加工方式およびレーザー出力信号が異なっても、発火燃焼（火災）を引き起こす炎を正確に検出できる。この方法により、火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定を回避することができ、さらに消火システムが発火燃焼でないときに誤作動することを回避できる。最終的には、レーザー加工機の無人状態での運転が実現できる。

【0018】

（８）本発明の発火検知装置は、吸気口および前記の排気口には、外部の紫外線が装置本体の外部のあらゆる角度から装置に照射しても直接レーザー加工機の炎検知部に到達できないための、紫外線を遮光する紫外線遮光壁が設けられている。また、吸気口と排気口の位置が加工対象物の表面より高く、被加工物Ｗから発生した煙粉や粉塵が気流により素早く排気される。同時に、装置本体に入る気流が装置本体の内側に沿って流れるように吸気口に入る気流の向く方向を設定し、レーザー加工機の内部に環状の気流を形成し、被加工物Ｗから発生する煙や粉塵を炎検知部から遠ざかる方向へ導くことにより、煙が炎センサーの検出感度に影響せず、炎検知部が炎による紫外線を正しく検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明の実施形態による発火検知装置が設けられたレーザー加工機を示す斜視図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態による発火検知装置を有するレーザー加工機を備えたレーザー加工装置を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態による発火検知装置が設けられたレーザー加工機を示す側方概略図である。

【図4】図４は、本発明の実施形態による発火検知装置が設けられたレーザー加工機において紫外線が装置本体の内部に入ることを阻止する構成および環状排気気流の構成を示す図である。

【図5】図５は、本発明の実施形態による発火検知装置の紫外線光電管センサーの作動原理を示す説明図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態による発火検知装置のセンサー駆動基板回路の作動原理を示す説明図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態による発火検知装置における火災検知のための各波形を示す図である。

【図8】図８は、ラスターモードによる加工方法の一例を示す説明図である。

【図9】図９は、ベクターモードによる加工方法における加工経路を示す説明図である。

【図10】図１０は、ベクターモードによる加工方法における加工経路を示すもう一例の説明図である。

【図11】図１１は、本発明の実施形態による発火検知装置において、単一レーザー出力信号の持続期間が比較的短い場合の発火燃焼判断方法を示す図である。

【図12】図１２は本発明の実施形態による発火検知装置において、レーザー出力信号が長い場合の残留火花による炎検出信号Ｑを示す図である。

【図13】図１３は本発明の実施形態による発火検知装置において、レーザー出力信号が短い場合の残留火花による炎検出信号Ｑを示す図である。

【図14】図１４は本発明の実施形態による発火検知検出装置において、発火燃焼判断を行う有効検知期間ＴＡを示す説明図である。

【図15】図１５は、本発明の実施形態による発火検知装置において、切断モード（ベクターモード）における検知除外期間ＴＥを示す図である。

【図16】図１６は、本発明の実施形態による発火検知装置の彫刻モード（ラスターモード）における検知除外期間ＴＥを示す図である。

【図17】図１７は、本発明の実施形態による発火検知装置において、単一レーザー出力信号が比較的長い場合の素材判定期間Ｔ２を示す図である。

【図18】図１８は、本発明の実施形態による発火検知装置において、単一レーザー出力信号が比較的長い場合の発火燃焼判断方法を示す図である。

【図19】図１９は、本発明の実施形態による発火検知検出装置において、各状況における発火燃焼判断方法の場合分けを示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、レーザー加工機１は、紙やアクリル等の様々な素材により構成される被加工物Ｗに対してレーザー加工を施すことが可能な、赤外線領域レーザーを用いたレーザー加工機１であり、レーザー加工機１に設けられた炎検知部７０、燃焼判断部８０（図２参照）と共に、レーザー加工装置を構成する。

【0021】

レーザー加工機１は、装置本体１０と、図示しないレーザー発振器を収納する発振器ケースとを備えている。以下の説明においては、装置本体１０の奥壁１２から前壁１１へと向かう方向を前方向として定義し、その反対の方向を後方向と定義し、これらを前後方向と定義する。また、図１における第２側壁１６から第１側壁１５へと向かう方向を左方向と定義し、その反対の方向を右方向と定義し、これらを左右方向と定義する。また、図１における下壁１４から上壁１３へと向かう方向を上方向と定義し、その反対の方向を下方向と定義し、これらを上下方向と定義する。

【0022】

装置本体１０は、直方体形状に構成されており、図１に示すように、前壁１１と奥壁１２と上壁１３と下壁１４と第１側壁１５と第２側壁１６とを有する。奥壁１２、上壁１３、下壁１４、第１側壁１５、及び第２側壁１６は、金属製の板金に塗装が施されて構成されている。なお、図１においては、説明の便宜上、第２側壁１６を透明にして図示している。

【0023】

第１側壁１５と第２側壁１６とは対向しており、上壁１３と下壁１４とは対向している。前壁１１の下端、奥壁１２の下端、第１側壁１５の下端、及び第２側壁１６の下端は、全て下壁１４に接続されている。上壁１３の前側寄りの部分には、前壁１１の上部にわたって本体開口部１０１が形成されている。上壁１３の後部には、一対の蝶番１３１を介して上蓋１３２（アクセスパネル）が上壁１３に対して回動可能に支持されている。上蓋１３２は、本体開口部１０１と略同一形状を有しており、本体開口部１０１を閉塞可能である。

【0024】

前壁１１の内面、奥壁１２の内面、上壁１３及び上蓋１３２の内面、下壁１４の内面、第１側壁１５の内面、及び第２側壁１６の内面は、これらによって取り囲まれた装置本体１０の内部の加工空間１０２を形成している。加工空間１０２には、レーザー加工される被加工物Ｗ（図３参照）が配置されてレーザー加工される。奥壁１２には排気口が形成されている。奥壁１２における外側には、図示しないエアーホースの一端部が接続されている。エアーホースの他端部には、図示しない排気ブロワが接続されており、レーザー加工をしている最中に排気ブロワが駆動され、排気ブロワによって加工空間１０２の内部に空気を吸引し、加工中に発生した煙、粉塵や臭気を加工空間１０２の外部へ排気する。

【0025】

図４に示すように、炎検知部が収納される、レーザー加工機の筐体としての装置本体１０の前部には、吸気口が形成されており、装置本体１０の後部には排気口が形成されている。矢印Ａで示すように、空気は、吸気口から装置本体１０内の加工空間１０２に流入し、加工空間１０２を通過して、排気口から装置本体１０の外部へ排気される。図４に示すように、吸気口及び排気口は上下方向及び左右方向に平行な２枚の紫外線遮光壁としての壁部により構成されている。紫外線遮光壁としての壁部は、吸気口及び前記排気口から装置本体１０内の加工空間１０２への、装置本体１０の外部からの紫外線を遮光する。上蓋１３２（アクセスパネル）は、可視光を透過しながら１８０ｎｍ～２６０ｎｍの波長の紫外線を遮光する樹脂板で構成されている。前記の特徴により、装置本体１０は、空気が吸気口から装置本体１０内の加工空間１０２に流入し、加工空間１０２を通過して排気口から装置本体１０の外部へ排気されることを実現しながら装置本体１０外部のあらゆる角度からの紫外線を遮光することができ、装置本体１０外部の紫外線の検出による炎検知部７０の誤動作を回避できる。

【0026】

加工時に発生する煙や粉塵の粒子はとても小さいが、紫外線を吸収する。レーザー加工機１の加工時に装置本体内部の煙や粉塵が充満すると、炎検知部７０が炎検出信号Ｑを正常に検知することができない。図４に示すように、本実施形態においては、レーザー加工機１の正面と裏面に吸気口および排気口が設けられている。同時に吸気口及び排気口の高さが、被加工物Ｗの表面よりも高くする必要がある。これはレーザー加工機１の加工中において、吸気口から排気口までの気流の流れを被加工物Ｗの上で機能させ、被加工物Ｗから発生する煙やほこりが吸気口から排気口への気流に巻き込まれてすぐに排気されるためである。

【0027】

図４に示すように、本実施形態においては、装置本体１０の吸気口の紫外線遮光壁の角度をカスタマイズすることにより吸気口に入る気流の向かう方向を設定し、装置本体に入る気流が装置本体の内側に沿って流れるように導く。これで加工空間１０２に入る空気がレーザー加工機１の内部で環状の排気気流Ａを形成し、レーザー加工機の前壁１１の吸気口から装置本体１０に入った気流Ａが、直接的に炎検知部７０および排気口へ流れることがなく、吸気口を経過し後に上に向き、上蓋１３２に沿って奥壁１２の排気口に流れる。図４に示すように、気流Ａは前壁１１から奥壁１２に流れ、排気口で排気されなかった一部の気流Ｂは被加工物Ｗに向かって流れ、被加工物Ｗの表面に沿って前壁１１に流れて再び気流Ａと合流する。気流Ｂは、レーザー加工時に被加工物Ｗの表面に発生した煙やほこりを巻き込んで前壁１１に流れ、吸気口付近で気流Ａと合流して最終的に排気口から排気される。

【0028】

装置本体１０の中に形成した循環する気流Ａにより、レーザー加工時に被加工物Ｗの表面から発生した煙や粉塵が奥壁１２から前壁１１に向かい、炎検知部７０から遠ざかって流れる。このような方法により、煙や粉塵が炎検知部７０に向かって流れることにより炎センサーの検出感度低下を効果的に回避することができる。

【0029】

前記の方法により、被加工物Ｗに紫外線が含まれる炎が発生した場合、紫外線が煙や塵により吸収されることなく、炎検知部７０が炎から発する紫外線を正確に検知することができ、発火検知能力を保証することができる。

【0030】

加工空間１０２には、案内レール３０が設けられている。案内レール３０は、図１に示すように、加工空間１０２の左右両端にそれぞれ配置された前後方向レール３１（Ｙ軸レール）と、左右方向に延びて一対の前後方向レール３１を掛け渡すように配置された左右方向レール３２（Ｘ軸レール）とを有している。左右方向レール３２は、左右方向に平行な位置関係を保ったまま、前後方向レール３１に対して前後方向へ移動可能である。左右方向レール３２には、左右方向レール３２に沿って移動可能な被加工部対向部（レーザーヘッド）３３が設けられている。被加工部対向部３３にはレーザーを反射する反射ミラーが設けられており、図示しないレーザー発振器、レーザーポインタから照射されたレーザーを反射して、図３に示すように、高さ調整が可能な加工テーブル部５０に設置された被加工物Ｗへレーザーを垂直に照射させる。左右方向レール３２及び被加工部対向部３３は、被加工物Ｗの所定の位置にレーザーが照射されるように、モータ３６により駆動されて移動する。

【0031】

加工空間１０２の内部であって、奥壁１２の近傍には、それぞれ金属製の直方体形状を有する下部ケース４０と、放熱部６０と、図示しない発振器ケースとが、下壁１４から上方向にこの順で奥壁１２に沿って設けられている。

【0032】

図示しない発振器ケースには、図示しないレーザー発振器が収納されている。レーザー発振器は、例えば、ＣＯ_２レーザーを照射するレーザー発振器により構成されている。レーザー発振器は、ＣＯ_２レーザーに限定されず、可視光レーザー、ファイバーレーザーでもよいし、素材を加工するために素材に反応するレーザーであれば、どのようなレーザーであってもよい。図示レーザー発振器は、図示しない一対の台座によって支持されて、金属製の直方体形状の発振器ケースの内部において支持されている。

【0033】

装置本体１０の内部であって、図３の右側の部分（レーザー加工機１の後部）には、紫外線光電管センサー７１やセンサー駆動基板７２を備える炎検知部７０が設けられている。紫外線光電管センサー７１やセンサー駆動基板７２により構成される炎検知部７０は、密閉性の密閉金属箱７０１とガラス製のフロント窓７０２とにより密閉構造とされた筐体に１つ収納されており、後述の図示しない燃焼判断部８０（メイン制御基板）は当該筐体には収納されていない。フロント窓７０２の大きさは、紫外線光電管センサー７１の検出範囲を遮ることなく、紫外線光電管センサー７１の検出角度より大きく構成される。

【0034】

密閉金属箱７０１は紫外線光電管センサー７１やセンサー駆動基板７２を固定するための部品であって、ガラス製のフロント窓７０２は、炎または火花に含まれる特定波長の紫外線、具体的には、１８０ｎｍ～２６０ｎｍの波長の紫外線を透過する石英ガラスにより構成されている。フロント窓７０２の大きさは加工空間１０２の任意位置に発生する炎が紫外線光電管センサー７１に届くように、適切な大きさに形成されている。

【0035】

この構成により、加工機装置本体への、素材から発生する煙、粉塵およびヤニの侵入を防ぐことが可能となる。即ち、紫外線光電管センサー７１やセンサー駆動基板７２は、レーザー加工中に、素材から発生する煙、粉塵およびヤニに曝されることを防ぐことが可能となり、炎検知部７０の安定した検知動作や長寿命を実現することができる。

【0036】

紫外線光電管センサー７１やセンサー駆動基板７２により構成される炎検知部７０は、高さ方向においては被加工物Ｗより高い位置かつレーザーヘッドより低い位置に固定され、前後方向においては被加工物Ｗより後方かつ奥壁１２より前方位置に固定され、左右方向においては加工空間１０２における加工領域の中央（被加工物Ｗの中央位置）に固定される。

【0037】

この位置に炎検知部７０が設けられていることにより、最大の炎検知視野を得ると同時に、被加工物Ｗ等に発生した炎が、例えば、前後方向レール３１や、左右方向レール３２等により遮られて検知できなくなることが抑えられるように構成されている。

【0038】

炎検知部７０は紫外線を取得してすぐに炎検出信号Ｑを生成することもできるが、レーザー加工機内の部品間に発生する静電気放電はある程度起こる。この炎でない性質の放電も紫外線を放射するため、炎検出信号Ｑからノイズ除去処理を施すことが好ましい。

【0039】

レーザー加工機の燃焼検知システムは、炎検知部７０と、燃焼判断部８０と、を備え、炎検知部７０と燃焼判断部８０は信号ケーブルなどが使用され、電気的に接続されている。

【0040】

炎検知部７０は、紫外線光電管センサー７１とセンサー駆動基板７２、を備え、下部ケース４０内部の最上部に設置されている。

【0041】

燃焼判断部８０は、金属製の密閉金属箱７０１に収納されたセンサー駆動基板７２とは別に設けられた、装置本体１０の図示しないメイン制御基板に組み込まれ、電気配線や電源などの電気部品に近いところに配置される。装置本体１０のメイン制御基板は、左右方向レール３２及び被加工部対向部３３を駆動するモータ３６を駆動する信号やレーザー発振器を駆動するレーザー出力信号も生成しているため、レーザー出力信号取得部を構成する燃焼判断部８０は、レーザー出力信号をメイン制御基板から直接取得できる。

【0042】

炎検知部７０は、被加工物Ｗに対するレーザー照射により生ずる炎に含まれる特定波長の紫外線（１８０ｎｍ～２６０ｎｍの波長の紫外線）を検知することにより得られる紫外線光電管センサー７１のセンサー放電信号をセンサー駆動基板７２で取得し、センサー駆動基板７２でカウンタやタイマーなどの部品で構成される電子回路により、炎でないノイズ信号（静電気放電による炎性質以外の紫外線など）を除去してから炎検出信号Ｑ（図７における炎検出信号Ｑ）を発生する。

【0043】

炎検知部７０で生成する炎検出信号Ｑは、センサー駆動基板７２により燃焼判断部８０に送信され、炎検出信号取得部を構成する燃焼判断部８０において、炎検出信号Ｑの処理及び判定工程が行われる。

【0044】

本実施形態により、炎検知部７０は、２５ｍｓ間隔のサンプリング周期で紫外線を検知するが、一回のサンプリング周期内に紫外線を検知した後は次の周期になるまで紫外線を検知できない。そして図７に示すように、一回のサンプリング周期内に紫外線（センサー放電信号）を３回検出すると炎検出信号を１回発生するノイズ除去回路を採用している。前記検知方法により、燃焼が発生し、紫外線を持続的に検知できる場合は最大約７５ｍｓに一度炎検出信号Ｑを生成することができる。

【0045】

燃焼判断部８０は、ＣＰＵ等の制御装置により構成されており、電話、メール送信のための機器、外部機器（ブザー等）により構成される警告部８１、表示部８２（警告ランプ、電光掲示板等）、及び、レーザー加工機１の制御を行うための、レーザー加工機１の外部のパーソナルコンピュータＰＣに電気的またはワイヤレスに接続されている。

【0046】

非金属の被加工物Ｗはレーザー照射中に火花や発火が起きやすいため、燃焼判断部８０は、レーザー出力信号と炎検出信号Ｑとを比較し、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないときに検出した炎検出信号Ｑを検知対象とし、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１（ラスターモード：各行内にレーザーを出力していない期間および改行期間、ベクターモード：線分（オブジェクト）間の移動期間）に炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、燃焼判断部８０は、装置が発火して燃焼している異常の可能性があると判定し、当該状況での炎検出信号Ｑを累積する。前記レーザーの無出力期間Ｔ１の累積時間が累積検知期間ＴＭに達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達していない場合、タイマーとカウンタをリセットして累積検知期間ＴＭを単位として炎検出信号Ｑを検知し続ける。レーザー無出力期間Ｔ１の累積時間が累積検知期間ＴＭに達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達した場合、発火して燃焼している異常の状態であると判断し、警告部８１又は表示部８２の少なくとも１つにおいて警告を行う制御をする。

【0047】

警告部８１及び表示部８２における警告は、例えば、警告部８１としてのブザーが燃焼による火災を警報し、表示部８２としての、ソフトウェアにより表示される画面に、燃焼による火災の警告を表示する。また、例えば、警告部８１としての電話や、表示部８２としてのメールや、外部機器を通じた警告を行う。更に、燃焼による火災信号を消火する消火システムと連動させるように構成し、消火するようにしてもよい。

【0048】

次に、炎検知部７０に含まれる紫外線光電管センサー７１およびセンサー駆動基板７２について説明する。

【0049】

炎検知部７０の紫外線光電管センサー７１は、炎の中にある微弱な特定波長の紫外線を検知する。紫外線光電管センサー７１は、センサー駆動基板７２の電力供給により動作する。センサー駆動基板７２には、ＤＣ／ＤＣコンバーターが設けられており、ＤＣ／ＤＣコンバーターは、例えば２５ｍｓ（４０Ｈｚ）間隔に１パルスの電圧を発振し、昇圧トランスを通じて紫外線光電管センサー７１のアノードとカソード間に約４００Ｖの電圧を印加する。（この電圧値は、紫外線光電センサーの動作電圧に決められ、センサーの作動仕様に応じて調整することができる。）

【0050】

紫外線光電管センサー７１は、図５に示すように、特定波長の紫外線の入射によって放電するガス入り放電管の一種である。紫外線光電管センサー７１に特定波長の紫外線のみに感度を持つ光電面（カソード）とアノード間に電圧を供給しておく。紫外線光電管センサー７１のカソードに紫外線が入射すると、光電子放出効果によってカソード表面から光電子（電子）が放出される。光電子は電解によってアノードに引き寄せられる。

【0051】

ここで供給電圧を高くして電解を強くすると、光電子は加速され管内のガス分子と衝突し、これを電離するまでに至る。電離によって発生した電子と正イオンのうち、電子はさらに他のガス分子と衝突・電離を繰り返しアノードに達する。一方、正イオンはカソードに向かって加速され、カソードに衝突して２次電子を発生させる。この現象を繰り返すことにより、アノード－カソード間に急激に大きな電流が流れ、放電状態となる。この現象をガス増倍と呼ぶ。紫外線光電管センサー７１はガス増倍を用いて電流を増幅させてセンサーの放電信号を取り出す。

【0052】

紫外線光電管センサー７１には、以下のような複数の電圧状態がある。
放電開始電圧Ｖ_Ｌ：
特定波長の紫外線が入射する際に放電を起こすのに必要最低限の電圧である。この電圧に到達しないと紫外線入射しても放電が起きない。
放電維持電圧Ｖ_Ｓ：
紫外線が入射して放電が始まると、放電現象が維持するのに必要最低限の電圧である。紫外線光電管センサー７１両極の電圧が放電維持電圧Ｖ_Ｓ以下に下がると放電が止まる。

【0053】

より具体的には、紫外線光電管センサー７１に特定波長の紫外線が入射すると、センサーが放電維持電圧Ｖ_Ｓまで放電する。紫外線光電管センサー７１のカソード放電経路に抵抗器とコンデンサーを配置し、センサーが放電すると抵抗器の両端に細いパルス電圧が発生し、炎検知部７０はこのパルス電圧をセンサー放電信号として取得する。

【0054】

紫外線光電管センサー７１の出力パルス波形は、紫外線入射によるものであっても、また、炎でないノイズ放電信号（静電気放電による炎以外の紫外線など）によるものであっても、全く同じであるため、センサー放電信号の波形では区別できない。そこで、パルスの発生頻度（パルス間隔）に着目してノイズを除去する。以下、Ｔ_１、Ｔ_２を次のように定義する。
Ｔ_１：ゲートタイマー設定時間。（例えば、２秒。１秒、３秒、４秒、５秒、またはそれ以上に設定しても良い）
Ｔ_２：炎検出信号Ｑ持続期間。（例えば、１０ｍｓ。任意長さに設定しても良い）

【0055】

センサー駆動基板７２は、図６に示す信号処理回路を備えている。信号処理回路におけるａ、ｂ、ｃの各点については、以下のとおりである。
ａ点： 紫外線光電管センサー７１からのセンサー放電信号は、ゲートタイマーとカウンタとに同時に入る。カウンタではパルスを順次計数していく。
ｂ点： ゲートタイマーは設定時間Ｔ_１（例えば、２秒）より短い間隔でパルスが入り続ければＯＰＥＮ状態を維持し続けるが、Ｔ_１よりパルス間隔が開くとゲートを閉じカウンタをリセットする。
ｃ点： 連続してパルスが入れば、カウンタは計数を積算する。設定値（例えば、３回）に達すると出力回路に炎検出信号Ｑのパルス信号が発生し、カウンタはリセットされる。
ｄ点： 出力回路では、カウンタからの出力パルスを必要な時間幅Ｔ_２（例えば、１０ｍｓ）に広げ、炎検出信号Ｑとして出力し、燃焼判断部８０に送信する。

【0056】

なお、ゲートタイマー設定時間Ｔ_１（例えば、２秒）とカウンタ設定値（例えば、３回）の設定はあくまでも一例である。例えば、これらの設定を、ノイズ放電信号の頻度により調整しても良い。例えば、ゲートタイマー設定時間Ｔ_１を１秒、カウンタ設定値を２に設定すれば、１秒間にセンサー放電信号を２回検出することにより、炎検出信号Ｑを出力することになる。

【0057】

本実施形態においては、センサー駆動基板７２の駆動部は定期的にサンプリングし、１回のサンプリング周期に１回の紫外線の検知を行う。サンプリング周期は２５ｍｓである。紫外線光電管センサー７１と接続するセンサー駆動基板７２では、２秒間に３回の紫外線を検知（図７における「カウンターレベル模式図」参照）したら１０ｍｓの炎検出信号Ｑ（図７における「炎検出信号」参照）を一つ出力し、２秒間で３回以下の場合はタイマーをリセットする。これにより空間中に偶発的な紫外線ノイズ（静電気放電により発生する炎でない性質の紫外線）を除去する。紫外線光電管センサー７１により紫外線が持続的に検知される場合、紫外線光電管センサー７１はすべてのサンプリング周期において紫外線を検出する。その際は最大７５ｍｓ（以下、「飽和検知量」という）に一つの炎検出信号Ｑを燃焼判断部８０に出力する。環境ノイズの発生頻度に応じ、センサー駆動基板７２におけるゲートタイマー設定時間Ｔ_１とカウンタ設定値を変更することにより、サンプリング周期が変わり、飽和検知量も変わる。

【0058】

前記の工程は、静電気放電による炎でない性質の紫外線ノイズを除去するためである。このノイズの特徴は放電の特性だけあって炎が発生しない。

【0059】

ここで、レーザー加工における加工モードとしては、ラスターモード（彫刻モード）とベクターモード（切断モード）がある。ラスターモードでは、図５に示すように、所定の加工領域において、始点から終点に至るまで塗りつぶすように、レーザー照射を行う。

【0060】

より具体的には、当該所定の加工領域の一端から他端へと一直線状にレーザー照射を行う。次に、当該一端と他端とを結ぶ方向に直交する方向へ移動（改行）する。次に、当該所定の加工領域の他端から一端へと一直線状にレーザー照射を行う。次に、当該他端と一端とを結ぶ方向に直交する方向へ移動（改行）する。以上を繰り返し行うことにより、当該所定の加工領域において、始点から終点へ至るまで塗りつぶすように、レーザー照射を行う。ラスターモードの改行動作において、均一長さのレーザー無出力期間Ｔ１を得ることにより、発火検知行うができる。

【0061】

ベクターモードでは、図９および図１０に示すように、始点から終点に至るまで、いわゆる一筆書きのように連続してレーザー照射を行い、レーザー照射を行った部分において被加工物Ｗの切断を行う。また、ベクターモードにおいて２種類の加工ルートがある。ルート１：途切れのない線分により構成される図形、一筆書きのように最初から最後まで線分がつながっている（図９を参照）。ルート２：複数の断続的な線分により構成される図形、各図形の間にレーザーを出力しない隙間がある（図１０を参照）。

【0062】

その中、ルート１（図９を参照）の加工図形はレーザー加工に途切れなく、レーザー出力信号はレーザーの始点から終点まで出力し続ける。ルート２は、各線分（オブジェクト）を加工した後にレーザー出力信号をオフにし、次の線分（オブジェクト）の始点に移動してからレーザー出力信号を再びオンにする必要がある。即ち、同じベクターモードでも、ルート１のレーザー出力信号は持続期間の長い信号になる可能性があり、レーザー出力信号が出力になると加工完了まで中断することがないがため、レーザー無出力期間Ｔ１は全体のレーザー加工が完了してからはじめて取得できる。そのかわりに、ルート２（図１０を参照）は、各線分（オブジェクト）を加工した後、レーザー出力信号を一旦オフにして一定距離を移動する必要があるため、各線分（オブジェクト）を加工するたびにレーザー無出力期間Ｔ１が取得できる。

【0063】

ベクターモードの加工では、ルート１タイプの図形を加工する場合、加工中にレーザー出力信号がオフにならないため、加工中にレーザー無出力期間Ｔ１が発生しない。ルート２タイプの図形を加工する場合、線分（オブジェクト）と線分（オブジェクト）間の移動時にレーザー出力信号がオフになり、炎検知するための短いレーザー無出力期間Ｔ１を取得できる。

【0064】

以下、ラスターモード、ベクターモードにおける燃焼判断部８０における、本実施形態の具体的な判定の詳細について説明する。

【0065】

非金属の被加工物Ｗは、レーザー照射により発火・燃焼する可能性があるため、燃焼判断部８０は、レーザー出力信号によりレーザー出力が停止しても炎検出信号Ｑを持続的に検出できる場合、発火や燃焼が起きた可能性があると判断する。これにより、燃焼判断部８０は、レーザー加工中において、レーザー出力信号と炎検出信号Ｑを比較し、まずレーザー出力信号によりレーザーを出力しない時に検知した炎検出信号Ｑを検知対象とする。レーザー加工中にレーザー出力信号によりレーザーを出力しないレーザー無出力期間Ｔ１（ラスターモード：各行内にレーザーを出力していない期間および改行期間、ベクターモード：線分（オブジェクト）間の移動期間）に、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合に、燃焼判断部８０は、装置が発火して燃焼している異常の可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状況での炎検出信号Ｑを累積する。燃焼判断部８０は、レーザー無出力期間Ｔ１を累積し、複数レーザー無出力期間Ｔ１の累積時間が累積検知期間ＴＭ（例えば、１０００ｍｓ）に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達していない場合、タイマーとカウンターをリセットして累積検知期間ＴＭを単位として炎検出信号Ｑを検知し続ける。複数レーザー無出力期間Ｔ１の累積時間が累積検知期間ＴＭに達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達した場合、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断し、警告部８１または表示部８２の少なくとも一つにおいて警告を行う制御をする。即ち、非金属の被加工物Ｗは、レーザー照射により発火・燃焼しやすいため、検知期間としては、まず、レーザー出力信号によりレーザーを出力していない期間を発火検知の対象とする。図１１に示すように、各レーザー無出力期間Ｔ１の長さを１００ｍｓと仮定する場合、１回のレーザー無出力期間Ｔ１に炎検出信号Ｑを１個検出すれば、１０回目のレーザー無出力期間Ｔ１が終了する前に炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量１０に達し、燃焼判断部８０は、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断する。

【0066】

次に、レーザー出力信号がオフになった直後、火花が被加工物Ｗの表面に一時的に残る場合の状況について説明する。

【0067】

レーザー出力信号がオフになった直後、レーザー照射により被加工物Ｗの表面に火花が一瞬（例えば、０～３ｍｓ）残り、火花に含まれる紫外線は紫外線光電管センサー７１によって検知されて炎検出信号Ｑが発生する。前記期間に検出された炎検出信号Ｑを累積すると、燃焼判断部８０は残った一瞬の火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定の可能性が出てくる。そのため、レーザー出力信号がオフになった直後の一定期間に発生した炎検出信号Ｑを無視する必要がある。ここで、レーザー出力信号がオフになってからの一定期間を検知除外期間ＴＥと定義し、検知除外期間ＴＥには、計時および計数を行わない。本実施形態においては、検知除外期間ＴＥを１０ｍｓとする。

【0068】

ベクターモードのレーザー出力信号は、図１２に示すように、レーザー出力信号の持続期間が比較的に長い。被加工物Ｗが火花の発生しやすい素材の場合、レーザー出力信号の出力が続く限り、紫外線光電管センサー７１は火花に含まれる紫外線による炎検出が継続してセンサー放電信号を生成するため、レーザー出力信号が継続する間、炎検知部７０は炎検出信号Ｑを連続して検出する。レーザー出力信号がオフになる時、火花は一瞬被加工物Ｗの表面に残る。例えば、図１２では、２個目の炎検出信号Ｑが発生してから火花が消えるまでの間に、センサー放電信号の数がちょうど３個に達したため、センサー駆動基板７２は炎検出信号Ｑを１個発生する。このとき、レーザー出力信号は既に無出力状態であるため、３個目の炎検出信号Ｑを累積すると、誤判定が起きやすい。

【0069】

ラスターモードにおけるレーザー出力信号は、例えば図１３に示すように、レーザー出力信号の持続期間は、センサー駆動基板７２のサンプリング周期２５ｍｓより短い場合もあるため、すべてのレーザー出力信号のセンサー放電信号が検出できる保証はない。例えば、図１３のように、３個目のセンサー放電信号が発生した時、レーザー出力信号は既に無出力状態となっており、このセンサー放電信号は、被加工物Ｗの表面に残留する火花に起因するものである。しかし、このとき、センサー放電信号の数はちょうど３つあるため、センサー駆動基板７２は炎検出信号Ｑを一つ生成する。このとき、レーザー出力信号は既に無出力状態であるため、３個目の炎検出信号Ｑを累積すると、誤判定が起きやすい。

【0070】

例えば、ラスターモード（彫刻モード）では、以下の判定方法を設ける。後述する検知除外期間ＴＥを１０ｍｓ、累積検知期間ＴＭを１０００ｍｓ、発火燃焼判断に必要な炎検出信号Ｑの累計所定量ＣＭを１０個と設定する。
１．図１４において（Ａ）で示すように、１行のデータが隙間なくレーザー出力する場合、改行時のレーザー無出力期間を狙って炎検出信号Ｑを検知する。
２．図１４において（Ｂ）で示すように、１行のデータの中、１０ｍｓ以下の隙間がある場合、後述の１０ｍｓの検知除外期間が効くため、行内の隙間は累積されない。改行時のレーザー無出力期間を狙って炎検出信号を検知する。
３．図１４において（Ｃ）で示すように、１行のデータの中、１０ｍｓ以上の隙間がある場合、最初１０ｍｓの検知除外期間ＴＥの炎検出信号Ｑを無視し、１０ｍｓ経過してから発火検知開始する。具体的には、図１４の（Ｃ）に示すように、隙間が２０ｍｓのときには、２０ｍｓから１０ｍｓの検知除外期間ＴＥを除いた残りの１０ｍｓを検知期間（以下、「有効検知期間ＴＡ）という）とする。そして、このような検知期間を累積する。図１４の（Ｃ）に示す例では、行内に累積される有効検知期間ＴＡは５５ｍｓである。
以上を纏めると、表１に示すとおりである。

【0071】

【表1】

１行のデータに隙間がない場合とある場合との検知のタイミング

【0072】

即ち、ラスターモードにおいて、改行時の期間だけでなく、各行内のレーザー出力しない隙間も検知対象とする。そして、前記有効検知期間ＴＡの累積時間が累積検知期間ＴＭに達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達していない場合、装置が発火しておらず正常な状態であると判断し、タイマーとカウンタをリセットして累積検知期間ＴＭを単位として炎検出信号Ｑを検知し続ける。前記有効検知期間ＴＡの累積時間が累積検知期間ＴＭに達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達した場合、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断し、警告部８１または表示部８２の少なくとも一つにおいて警告を行う制御をする。

【0073】

燃焼判断部８０は、図１５、図１６に示すように、レーザー加工中にレーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１になってから検知除外期間ＴＥ経過後（例えば、１０ｍｓ経過後：図１５、図１６に示す「検知除外期間」において斜線で塗りつぶした部分参照）の有効検知期間ＴＡに、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合には、装置が発火して燃焼している異常の状態である可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状況での炎検出信号Ｑを累積する。この中、ベクターモードにおける有効検知期間ＴＡは、図１５で各検知除外期間ＴＥの終了時点から次のレーザー出力信号の開始時点までの期間であり、図１５の例では、２個目の検知除外期間ＴＥが終了した後に検出した炎検出信号Ｑを累積する。ラスターモードにおける有効検知期間ＴＡは、図１６で各検知除外期間ＴＥの終了時点から次のレーザー出力信号の開始時点までの期間である。図１６の例では、３個目の検知除外期間ＴＥが終了した後に検出した炎検出信号Ｑを累積する。

【0074】

そして、燃焼判断部８０は、前記有効検知期間ＴＡにおいて、炎検出信号Ｑを累積する。前記有効検知期間ＴＡの累積時間が累積検知期間ＴＭに達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達していない場合、装置が発火しておらず正常な状態であると判断し、タイマーとカウンタをリセットして累積検知期間ＴＭを単位として炎検出信号Ｑを検知し続ける。前記有効検知期間ＴＡの累積時間が累積検知期間ＴＭに達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達した場合、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断し、警告部８１または表示部８２の少なくとも一つにおいて警告を行う制御をする。

【0075】

次に、単一レーザー出力信号が所定期間よりも長い場合の発火燃焼判断方法について説明する。

【0076】

図９のようなベクターモードにおいて、改行動作がないため、定期的に安定した長さの有効検知期間ＴＡを得ることができない。例えば、図９のルート１においては、全体の加工において開始から終了までレーザー無出力期間Ｔ１が発生しないため、加工中に炎検出信号Ｑを検知するための有効検知期間ＴＡが得られない。そのため、加工中に発火燃焼が起きても炎を検出できない。例えば、図１０のルート２においては、一つの線分（オブジェクト）の加工が完了するたびに炎検出信号Ｑを検知するためのレーザー無出力期間Ｔ１を取得できるが、ラスターモードでは行ごとに固定長さの改行期間が得られることと比較した場合、ベクターモードに得られるレーザー無出力期間Ｔ１の回数と期間は非常に不安定である。

【0077】

ここまで説明した検知方法では、ベクターモードにおいて、レーザー出力信号によりレーザーを出力している時に発生する炎検出信号Ｑは無視され、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１になってから、検知除外期間ＴＥを経過してからはじめて発火検知開始する。この検知方法では、ベクターモードで被加工物Ｗが発火・燃焼した場合、発火が発生してから長時間経っても有効検知期間ＴＡが得られず、発火して燃焼している異常の状態を迅速に検出できない可能性がある。

【0078】

以上のようなベクターモードにおける特殊状況の問題を解決するには、レーザー出力信号によりレーザーを出力していない期間を検知対象とするだけでなく、レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間にも発火・燃焼を検知するメカニズムを創造・発明する必要がある。

【0079】

しかし、ベクターモードにおいては、ラスターモードに比べて加工速度が遅く、レーザーのエネルギーが被加工物Ｗに長時間照射するため、被加工物Ｗがレーザー照射により火花を発生し、発火・燃焼しやすくなる。また、紫外線光電管センサー７１は、検出した紫外線が火花によるものなのか、発火・燃焼によるものなのかを区別できないため、ここまでの計時・計数方法で火花と発生・燃焼の両方によって発生する炎検出信号Ｑを累積すると、火花を発火・燃焼と間違って検出する誤判定が起きやすくなる。

【0080】

火花と発火・燃焼を区別するために、以下の仮説をする。レーザー照射中において被加工物Ｗに火花が発生した場合、火花はすぐに消える性質を持つため、炎検出信号Ｑもすぐに停止する。被加工物Ｗに発火・燃焼が発生した場合、燃焼する炎は広がり続け、炎検出信号Ｑの発生が継続する。以上の特徴を利用し、レーザー出力信号によりレーザーを出力している状態で、炎検出信号Ｑを継続的に検出すれば、当該信号が発火・燃焼によるものであると判断する検知方法を作成できる。

【0081】

しかし、ここまでの方法と同様に複数のレーザー出力信号によりレーザーを出力している期間を累積すると、ベクターモードにおけるレーザー出力信号だけでなく、ラスターモードにおけるレーザー出力信号も累積することになる。ラスターモードにおけるレーザー出力信号の持続期間は非常に短く、被加工物Ｗが火花の発生しやすい素材の場合、燃焼判断部８０は、ラスターモードにおける複数レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間中に検出した炎検出信号Ｑを累積すると、検出した炎検出信号Ｑが火花によるものなのか、発火・燃焼によるものなのかを区別できなくなるため、誤判定が起きやすくなる。そのため、レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間に対する発火検知を行う場合、複数レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間に対して累積すべきではない。即ち、レーザー出力信号によりレーザーを出力しているときの発火検知期間は、当該レーザー信号に限定する。前記方法により、ラスターモードにおいてレーザー出力信号によりレーザーを出力している期間に検出した炎検出信号Ｑの数量は、レーザー出力信号が中断すると同時にリセットされるため、ラスターモードにおける発火検知期間は、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１に限定される。

【0082】

以上のように、燃焼判断部８０は、レーザー加工中における単一レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間に、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、装置が発火して燃焼している異常の状態である可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状況で生成された炎検出信号Ｑを累積する。前記単一レーザー出力信号によりレーザー出力の出力期間が所定期間Ｔ３（例えば、５０００ｍｓ）に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３（例えば、４０個）に達していない場合、タイマーとカウンタをリセットし、所定期間Ｔ３を単位として当該レーザー出力信号が終了するまで炎検出信号Ｑに対する発火検知を続ける。前記レーザー出力信号の持続期間は所定期間Ｔ３に達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達した場合、装置が発火燃焼している異常の状態であると判断し、警告部８１または表示部８２の少なくとも一つにおいて警告を行う制御をする検知方法を纏めることができる。

【0083】

本実施形態における炎検出信号Ｑの理論飽和検知量は秒間１３個ですが、実際の検知時に秒間の飽和検知量が若干変動する。実際に検証した結果、燃焼が続いている場合は炎検出信号Ｑが平均１秒間に１０個到達することがわかった。以下では実際の飽和検知値を１秒あたり１０個と定義する。したがって、前記の検知方法で、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力している状態における発火・燃焼が発生した場合、理論的には３．０７秒、実際の状況には約４秒で発火して燃焼している異常の状態を判定できる。

【0084】

この設定により、炎検出信号Ｑの最大検出状態（７５ｍｓ間隔に１個）が続いても３．０７秒経ってから発火して燃焼している異常の状態を判定するため、３．０７秒より短いレーザー出力信号（ラスターモードでほとんどのレーザー出力信号）は除外され、発火検知対象とされない。

【0085】

この設定により、ベクターモードにおいて定期的に安定した長さの有効検知期間ＴＡが得られない問題を解決することができる。ベクターモードにおいては、レーザー無出力期間Ｔ１を利用するだけでなく、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間を利用して炎検出信号Ｑを検知することができ、正確に発火・燃焼を判定できる。

【0086】

上述の検知方法は、ラスターモードおよびベクターモードにおける具体的な検知方法を網羅しながら、静電気ノイズの除去も視野に入れた。しかし、レーザー加工においては、被加工物Ｗの特性も考慮する必要がある。

【0087】

非金属加工物Ｗに対するレーザー加工において、例えばタイル、セラミック、ガラス、クリスタル、花崗岩、陶磁器、半導体結晶など、激しい火花の発生しやすい特殊な素材がある。前記被加工物Ｗはレーザーに照射される時に非常に眩しい火花が発生する。紫外線光電管センサー７１は、炎検出信号Ｑが火花によるものなのか、発火・燃焼によるものなのかを区別できないため、通常の計時・計数方法で火花と発生・燃焼の両方によって発生する炎検出信号Ｑを累積すると、火花を発火・燃焼と間違って検出する誤判定が起きやすくなる。

【0088】

例えば、セラミックプレートに対してレーザー加工を行う場合。ラスターモードにおいて、レーザー出力信号によりレーザーを出力しているレーザー出力期間Ｔ１に、被加工物Ｗのセラミックプレートはレーザー照射により激しい火花が発生する。レーザー出力信号によりレーザーを出力しないレーザー無出力期間Ｔ１に入ると、火花はすぐに消える。以上の検知方法により、ラスターモードにおいて単一レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間は短いため（単一レーザー出力信号の持続期間は所定期間Ｔ３より短い）、レーザー出力信号によりレーザーを出力しているときの炎検出信号Ｑは信号終了時即座にリセットされる。それと同時に、ラスターモードにおいてレーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１は検知対象とされる。火花はレーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１になった直後にすぐに消えるため、検知除外期間ＴＥ経過後の有効検知期間ＴＡに炎検出信号Ｑによる炎の検知がなく、誤判定が発生しない。したがって、ラスターモードにおいては、例えばセラミックプレートにレーザー加工を行なっても、誤報することはない。

【0089】

しかし、ベクターモードにおいては、単一レーザー出力信号の持続期間が所定期間Ｔ３に達する可能性があり、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力しているレーザー出力期間に、被加工物Ｗのセラミックプレートは、レーザー照射により激しい火花が発生する。そのため、ここまでの検知方法を用いた場合、燃焼判断部８０は、セラミック板からの火花による炎検出信号Ｑを間違って発火・炎によるものと検出することになる。単一レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間に炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達すると、燃焼判断部８０が火花を発火・燃焼と間違って検出する誤判定が起きやすくなる。

【0090】

上述の特殊事情に起因する誤判定問題を解決するには、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間の発火・燃焼検知方法を改善する必要がある。上述のような誤判定は、火花の発生しやすい素材をベクターモードで加工する場合に限り発生するため、ベクターモードの発火検知方法を改良する必要がある。

【0091】

ベクターモードにおいては、セラミックプレートなど火花の発生しやすい被加工物Ｗに単一レーザー出力信号によりレーザーを出力すると、被加工物Ｗには瞬間的に激しい火花が発生する。この特徴を利用し、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力する最初の所定期間に素材判定を行うことができる。本実施形態においては、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力する最初の所定期間を素材判定期間Ｔ２とする。レーザー出力信号によりレーザーを出力した直後に炎検出信号Ｑが検出され、素材判定期間Ｔ２（例えば、２０００ｍｓ）に炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２（例えば：３）に達した場合、当該被加工物Ｗは火花の発生しやすい素材であると判断する。したがって、当該レーザー出力信号によりレーザーを出力する全期間にわたって検出された炎検出信号Ｑは、発火・燃焼判断の根拠として使用できず、当該レーザー出力信号の炎検出信号Ｑに対する計数と計時をやめる必要がある。

【0092】

即ち、以下の検知方法を纏めることができる。図１７に示すように、燃焼判断部８０は、レーザー加工中に単一レーザー出力信号によりレーザーを出力する状態になってから、最初の素材判定期間Ｔ２において炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、被加工物Ｗは火花の発生しやすい素材の可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状況での炎検出信号Ｑを累積する。当該レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達した場合、当該被加工物Ｗは火花を発生しやすい素材と判断し、当該レーザー出力信号全期間における発火検知を行わない。図１８に示すように、当該レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達していない場合、当該被加工物Ｗは火花の発生しにくい素材と判断し、素材判定期間Ｔ２の終了時点を開始時点として、当該単一レーザー出力信号に対する発火検知を行う。

【0093】

そして、当該レーザー出力信号によりレーザー出力が継続する時に、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、燃焼判断部８０は、装置が発火して燃焼している異常の状態である可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状態で発生した炎検出信号Ｑを累積する。当該単一レーザー出力信号によりレーザー出力の継続出力期間が所定期間Ｔ３に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達していない場合、タイマーとカウンタをリセットし、所定期間Ｔ３を単位として当該レーザー出力信号によるレーザー出力が終了するまで炎検出信号Ｑに対する発火検知を続ける。当該レーザー出力信号によりレーザー出力の継続出力期間が所定期間Ｔ３に達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達した場合、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断し、警告部８１または表示部８２の少なくとも一つにおいて警告を行う制御をする。

【0094】

単一レーザー出力信号の検知方法を異常のように改善することにより、火花の発生しやすい被加工物Ｗに対してレーザー加工を行うとき、火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定を回避することができる。

【0095】

同時に、この実施形態において、被加工物Ｗの成分が均一に分布されていると仮定し、素材判定期間Ｔ２（例えば：２０００ｍｓ）内に検出された炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２（例えば、３個）に達していない場合、発火検知が始まってから素材が発生する炎による炎検出信号Ｑの合計検出数が所定期間Ｔ３（例えば、５０００ｍｓ）に、累計所定量Ｃ３（例えば、４０個）に達することはありえない。したがって、以上の検知方法は、火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定は起きないと考えられ、この検知方法は有効であることを証明できる。

【0096】

ラスターモードにおいて、改行時や行内の隙間に対する発火検知方法は、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１のみ炎検出信号Ｑの検知期間とするため、前記単一レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間の検知方法は、レーザー無出力期間Ｔ１の検知工程に影響しない。したがって、上述の検知方法はレーザー加工の任意加工状態においても有効であることを証明できる。

【0097】

次に、レーザー加工中において、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力しているときに、作業者がレーザー出力パワーを変更する状況について説明する。

【0098】

上述した単一レーザー出力信号の検知方法において、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力する状態になってから、当該レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達していない場合、燃焼判断部８０は、当該被加工物Ｗは火花の発生しにくい素材と判断し、素材判定期間Ｔ２の終了時点を開始時点として、当該単一レーザー出力信号に対する発火検知を行う。そして、燃焼判断部８０は、検出されたすべての炎検出信号Ｑを累積する。

【0099】

被加工物Ｗがセラミックプレートなど火花の発生しやすい素材で、作業者が最初に設定したレーザー出力パワーが非常に弱い場合について、素材判定期間Ｔ２に検出した炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達していない場合、燃焼判断部８０は、当該被加工物Ｗが火花の発生しにくい素材と判定し、素材判定期間Ｔ２の終了時点から当該レーザー出力信号に対して発火検知を行う。しかし、この後に作業者がレーザー出力パワーを上げることにより被加工物Ｗの表面に眩しい火花が発生すると、当該レーザー出力信号によりレーザーを出力している時に検出した炎検出信号Ｑが累積され、燃焼判断部８０は火花を発火・燃焼と間違って検出する誤判定が起きやすくなる。

【0100】

前記単一レーザー出力信号によりレーザーを出力している時に、作業者がレーザー出力パワーを変更することによる問題に対し、タイマーとカウンタをリセットし、もう一度素材判定期間Ｔ２の開始時点から素材を判定する方法で解決することができる。

【0101】

例えば、作業者が所定期間Ｔ３にレーザー出力パワーを変更すると、カウンタとタイマーをリセットし、レーザー出力パワーが変化した時を開始時点として素材判定期間Ｔ２から再検知する。当該レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達した場合、当該被加工物Ｗは火花を発生しやすい素材と判断し、当該レーザー出力信号全期間における発火検知を行わない。当該レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達していない場合、当該被加工物Ｗは火花の発生しにくい素材と判断し、素材判定期間Ｔ２の終了時点を開始時点として、当該単一レーザー出力信号に対する発火検知を行う。

【0102】

そして、当該レーザー出力信号によりレーザー出力が継続する時に、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、燃焼判断部８０は、装置が発火して燃焼している異常の状態である可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状態で発生した炎検出信号Ｑを累積する。当該単一レーザー出力信号によりレーザー出力の継続出力期間が所定期間Ｔ３に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達していない場合、タイマーとカウンタをリセットし、所定期間Ｔ３を単位として当該レーザー出力信号が終了するまで炎検出信号Ｑに対する発火検知を続ける。当該レーザー出力信号によりレーザー出力の継続出力期間が所定期間Ｔ３に達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達した場合に、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断し、警告部８１または表示部８２の少なくとも一つにおいて警告を行う制御をする。

【0103】

以上の方法により、単一レーザー出力信号によりレーザーを出力しているときに、作業者がレーザー出力パワーを変更することにより火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定を回避することができる。

【0104】

以上の内容はベクターモードに巡る問題の分析だった。ラスターモードに対して分析する場合、レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間に炎検出信号Ｑによる炎の検知があったと仮定し、素材判定期間Ｔ２に検出された炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達すると、当該レーザー出力信号によりレーザーを出力する全期間にわたって検出された炎検出信号Ｑが累積されない。また、作業者が所定期間Ｔ３に入った後にレーザー出力パワーを変更すると、燃焼判断部８０はカウンタとタイマーをリセットし、レーザー出力パワーが変化した時を開始時点として、素材判定期間Ｔ２から被加工物Ｗに火花が発生しやすいかどうかを判断する。以上の仮定により、ベクターモードとラスターモードのどちらにおいても、火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定が発生しないことがわかる。したがってこの検知方法は有効であることがわかる。

【0105】

次に、レーザー加工終了後の発火検知について説明する。
レーザー加工機１は、作業者がレーザー加工を開始すると同時に発火検知を開始し、レーザー加工が終了すると同時に発火検知を終了する。レーザー加工中に被加工物Ｗが発火したとすると、ラスターモードとベクターモードのどちらにおいても、レーザー出力信号によりレーザーを出力する時または出力していない時に、発火・燃焼を検知する特定の検知方法がある。しかし、レーザー加工の最後の一瞬に被加工物Ｗが発火・燃焼した場合、加工終了時に発火検知を終了すると、燃焼判断部８０は発火・燃焼を検出できなくなる。そのため、レーザー加工が終了してからしばらくの間に対する発火検知を行う必要がある。

【0106】

レーザー加工機がレーザー加工状態から待機状態または停止状態に変わる時、運転状態が変化した時点を開始時点としてレーザー加工後の発火検知を行う。検知開始してから、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、燃焼判断部８０は、装置が発火して燃焼している可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状況での炎検出信号Ｑを累積する。検知時間が加工後検知期間Ｔ４（例えば、４００００ｍｓ）に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ４（例えば、５０個）に達していない場合、被加工物Ｗは発火していないと判断して発火検知を終了する。検知時間が加工後検知期間Ｔ４に達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ４に達した場合、装置は発火して燃焼している異常の状態であると判断し、警告部８１または表示部８２の少なくとも一つにおいて警告を行う制御をする。

【0107】

以上の検知方法を利用すれば、レーザー加工終了後に被加工物Ｗが発火・燃焼した場合、実際の飽和検知量（１０個／秒）により、約５秒で発火して燃焼している異常の状態であると判断できる。レーザー加工終了後に、被加工物Ｗが火花のみ発生した場合、火花はすぐに消え、検知時間が加工後検知期間Ｔ４に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数は累計所定量Ｃ４に達しない。以上の仮定により、上述の検知方法は有効であることがわかる。

【0108】

次に、レーザー加工機１の上蓋１３２（アクセスパネル）の開・閉状態について説明する。
図４から、レーザー加工機１は、上蓋１３２（アクセスパネル）が閉じている状態で、外部からの紫外線をすべて遮光できることがわかる。そのため、上蓋１３２（アクセスパネル）が閉じた状態で、レーザー加工機の発火検知は外部環境に影響されることがない。

【0109】

しかし、作業者がレーザー加工機１の上蓋１３２（アクセスパネル）を開けて操作する時に、加工機外部からの紫外線は直接レーザー加工機内の炎検知部７０に届く。例えば、紫外線の発生しやすいものはタバコ、太陽光、ライターの炎などがある。

【0110】

従って、レーザー加工機１の上蓋１３２（アクセスパネル）が開いている状態において、燃焼判断部８０は、発火検知を行わない。

【0111】

上述の実施形態によれば、以下のような効果を発揮することができる。
本実施形態においては、燃焼判断部８０は、レーザー出力信号と炎検出信号Ｑとを比較し、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないときに検知した炎検出信号Ｑを検知対象とし、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１（ラスターモード：各行内にレーザーを出力していない期間および改行期間、ベクターモード：線分（オブジェクト）間の移動期間）に炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、燃焼判断部８０は、装置が発火して燃焼している異常の可能性があると判定し、当該状況での炎検出信号Ｑを累積する。前記レーザーの無出力期間Ｔ１の累積時間が累積検知期間ＴＭに達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達していない場合、タイマーとカウンタをリセットして累積検知期間ＴＭを単位として炎検出信号Ｑを検知し続ける。レーザー無出力期間Ｔ１の累積時間が累積検知期間ＴＭに達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達した場合、発火して燃焼している異常の状態であると判断する。

【0112】

この構成により、ラスターモード（彫刻モード）とベクターモード（切断モード）と、レーザー加工方法及びレーザー出力信号が異なっていても、レーザーを出力しないタイミングを狙って発火燃焼（火災）を検知するための炎を正しく検知することが可能となり、火花を発火による炎として誤検知することを防止することができる。このため、発生した炎を消火するための消火システムの誤動作を、防止することができる。この結果、無人状態で運転ができるレーザー加工機１を実現することが可能となる。

【0113】

また、炎の発生からごくわずかな時間で炎の検知をすることが可能であるため、炎の発生から火災が大きくならない初期段階の短時間の内に火災が大きくならないようにする対応をすることが可能となる。この結果、レーザー加工機１における発火燃焼による故障を、最小限に抑えることができる。また、検知システムが最速で発火を検知できるため、消火した後は工場に戻して修理する必要がなく、再度使用することができる。同時に、本発火検知装置は使い捨てではなく、繰り返し発火検知に利用することができる。

【0114】

また、本実施形態においては、燃焼判断部８０は、レーザー出力信号と炎検出信号Ｑとを比較し、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないときに検知した炎検出信号Ｑを検知対象とし、レーザー加工中にレーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１（ラスターモード：各行内にレーザーを出力していない期間および改行期間、ベクターモード：線分（オブジェクト）間の移動期間）になってから検知除外期間ＴＥ経過後の有効検知期間ＴＡに、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、装置が発火して燃焼している異常の状態である可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状況での炎検出信号Ｑを累積する。前記有効検知期間ＴＡの累積時間が累積検知期間ＴＭに達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達していない場合、タイマーとカウンタをリセットして累積検知期間ＴＭを単位として炎検出信号Ｑを検知し続ける。前記有効検知期間ＴＡの累積時間が累積検知期間ＴＭに達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量ＣＭに達した場合、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断する。この構成により、レーザー出力信号によりレーザーを出力していないレーザー無出力期間Ｔ１に入った後、燃焼判断部８０が残留火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定を回避することができる。

【0115】

また、本実施形態においては、燃焼判断部８０は、レーザー加工中における単一レーザー出力信号によりレーザーを出力している期間に、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、装置が発火して燃焼している異常の状態である可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状況で生成された炎検出信号Ｑを累積する。前記単一レーザー出力信号によりレーザー出力の出力期間が所定期間Ｔ３に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達していない場合、タイマーとカウンタをリセットし、所定期間Ｔ３を単位として当該レーザー出力信号が終了するまで炎検出信号Ｑに対する発火検知を続ける。前記レーザー出力信号の持続期間は所定期間Ｔ３に達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達した場合、装置が発火燃焼している異常の状態であると判断する。この構成により、１本のレーザー切断線分（オブジェクト）が長くても、例えば、レーザー照射開始から終了まで１０分以上かかる場合でも、レーザー照射が終了するまで待つ必要がなく、レーザー加工中にレーザー出力信号によりレーザー出力している期間に火災の原因となる炎の検出ができ、発火検知のタイミングを逃さず検知期間を確保することができる。

【0116】

また、本実施形態において、燃焼判断部８０は、レーザー加工中に単一レーザー出力信号によりレーザーを出力する状態になってから、最初の素材判定期間Ｔ２において炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、被加工物Ｗは火花の発生しやすい素材の可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状況での炎検出信号Ｑを累積する。当該レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達した場合、当該被加工物Ｗは火花を発生しやすい素材と判断し、当該レーザー出力信号全期間における発火検知を行わない。当該レーザー出力信号の持続期間が素材判定期間Ｔ２に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ２に達していない場合、当該被加工物Ｗは火花の発生しにくい素材と判断し、素材判定期間Ｔ２の終了時点を開始時点として、当該単一レーザー出力信号に対する発火検知を行う。そして、当該レーザー出力信号によりレーザー出力が継続する時に、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、燃焼判断部８０は、装置が発火して燃焼している異常の状態である可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状態で発生した炎検出信号Ｑを累積する。当該単一レーザー出力信号によりレーザー出力の継続出力期間が所定期間Ｔ３に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達していない場合、タイマーとカウンタをリセットし、所定期間Ｔ３を単位として当該レーザー出力信号によるレーザー出力が終了するまで炎検出信号Ｑに対する発火検知を続ける。当該レーザー出力信号によりレーザー出力の継続出力期間が所定期間Ｔ３に達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ３に達した場合、装置が発火して燃焼している異常の状態であると判断する。この構成により、シリコンやアルミナなど火花の発生しやすい素材が含まれる被加工物Ｗに対してレーザー加工を行うとき、素材判定期間Ｔ２を利用して火花を発火燃焼と間違って検出する誤判定を回避することができる。

【0117】

また、本実施形態においては、レーザー加工機がレーザー加工状態から待機状態または停止状態に変わる時、運転状態が変化した時点を開始時点としてレーザー加工後の発火検知を行う。検知開始してから、炎検出信号Ｑによる炎の検知があった場合、燃焼判断部８０は、装置が発火して燃焼している可能性があると判断し、カウンタを利用して当該状況での炎検出信号Ｑを累積する。検知時間が加工後検知期間Ｔ４に達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ４に達していない場合、被加工物Ｗは発火していないと判断して発火検知を終了する。検知時間が加工後検知期間Ｔ４に達していないまたは達した時に、炎検出信号Ｑの合計検出数が累計所定量Ｃ４に達した場合、装置は発火して燃焼している異常の状態であると判断する。この構成により、レーザー加工が終了した瞬間に被加工物Ｗが発火した場合における発火検知できない問題を効果的に回避できる。

【0118】

また、本実施形態においては、警告部及び表示部を備え、燃焼判断部は、発火して燃焼している異常の状態であると判断したときに、警告部８１又は表示部８２の少なくとも１つにおいて警告をする制御を行う。この構成により、警告部８１、表示部８２による警告によって、被加工物Ｗの加工を行う作業者は、発火して燃焼している異常の状態を早期に知ることが可能となる。

【0119】

また、本実施形態においては、炎検知部７０は、紫外線光電管センサー７１及びセンサー駆動基板７２を備え、前記炎検知部７０は、密閉性の密閉金属箱７０１とガラス製のフロント窓７０２とにより密閉構造とされた筐体の内部に収納され、前記フロント窓７０２は、１８０ｎｍ～２６０ｎｍの波長の紫外線を透過する石英ガラスにより構成されている。この構成により、密閉金属箱とフロント窓とにより気密な空間に炎検知部７０が収納され、炎検知部７０が粉塵に曝されることを防止することが可能となる。

【0120】

また、本実施形態においては、炎検知部７０が収納される筐体としての装置本体１０の内部の加工空間１０２において炎検知部７０は、上下方向において、被加工物Ｗよりも上側、且つ、被加工物Ｗの所定の位置にレーザーを照射する被加工部対向部３３よりも下側に配置され、前後方向において、被加工物Ｗよりも後側に配置され、左右方向において、被加工物Ｗの中央位置に配置される。この構成により、炎検知部７０は最大の炎検知視野が得られ、被加工物Ｗが発生した炎による紫外線を、前後レール３１または左右レール３２等の部品に遮られて炎を検知できなくなることを防止できる。

【0121】

また、本実施形態においては、燃焼判断部としての燃焼判断部８０は、レーザー発振器の発振を制御するメイン制御基板に組み込まれている。この構成により、レーザー出力信号取得部を備える燃焼判断部８０は、直接メイン制御基板からレーザー出力信号を取得するため、炎検出信号Ｑとレーザー出力信号とを比較して判断することができる。

【0122】

また、本実施形態においては、炎検知部７０が収納される筐体としての装置本体１０の前部には、吸気口が形成され、前記筐体の後部には排気口が形成され、吸気口及び排気口には紫外線を遮光する紫外線遮光壁が設けられている。この構成により、装置本体１０の外部の、あらゆる角度から装置本体１０に向かってくる紫外線が、直接レーザー加工機内部の炎検知部７０に到達できない構造とすることが可能となる。

【0123】

また、本実施形態においては、炎検知部７０が収納される筐体は、箱状の本体としての装置本体１０と、窓としての上蓋１３２とを有しており、上蓋１３２は、可視光を透過し、且つ、１８０ｎｍ～２６０ｎｍの波長の紫外線を遮光する樹脂板により構成される。この構成により、装置本体１０の外部から装置本体１０に向かってくる紫外線が、上蓋１３２を通して、直接レーザー加工機１内部の炎検知部７０に到達できず、且つ、レーザー加工機１で被加工物の加工を行う作業者は、被加工物Ｗが加工されている様子を可視光で視認することが可能となる。

【0124】

また、本実施形態においては、装置本体に入る気流が装置本体の内側に沿って流れるように吸気口に入る気流の向く方向を設定し、レーザー加工機１の内部に環状の気流を形成し、被加工物Ｗから発生する煙や粉塵を炎検知部から遠ざかる方向へ導くことにより、煙が炎センサーの検出感度に影響せず、炎検知部７０は、炎による紫外線を正しく検知することができる。

【0125】

また、本実施形態においては、炎検知部７０が収納される筐体は、箱状の本体としての装置本体１０と、窓としての上蓋１３２とを有しており、燃焼判断部８０は、上蓋１３２が開いているときには、正常の状態か異常の状態かの判断を行わない判断休止状態になる。この構成により、上蓋１３２が開いているときに、装置本体１０の外部から装置本体１０に向かってくる紫外線（燃えているタバコ、太陽光および加工機外部の炎など）を炎検知部７０において検知し、燃焼判断部８０において、発火して燃焼している異常の状態であると誤って判断してしまうことを防止することが可能となる。従って、レーザー加工機１の保守・修理時に、上蓋１３２が開いているときには、燃焼判断部８０において、発火して燃焼している異常の状態であると誤って判断してしまうことを防止することが可能となる。

【0126】

本発明は、上述した実施形態に制限されることなく、請求の範囲に記載した範囲において、様々な形態で実施することができる。例えば、レーザー加工機１の各部の構成や、発火検知装置の各部の構成（レーザー出力信号取得部、炎検出信号取得部、燃焼判断部）等は、本実施形態におけるレーザー加工機１の各部の構成、炎検知部７０の各部の構成、燃焼判断部８０の各部の構成に限定されない。

【0127】

また、炎検知部７０は、紫外線光電管センサー７１を有していたが、この構成に限定されない。他の種類のセンサーにより炎の検知を行ってもよい。

【0128】

以上、本発明および実施形態を説明したが、説明内容に制限されることなく、説明図で説明したのは本発明の実施形態の一つに過ぎず、実際の構成はこれに制限されない。したがって、当業者である技術者がこれに啓発を受け、本発明の主旨から逸脱しない前提で、非創造的に本技術方法と同様な構造および実施形態を設計した場合は、本発明の保護範囲に含まれるものとする。

【符号の説明】

【0129】

Ｑ・・・炎検出信号
ＴＡ・・・有効検知期間
ＴＥ・・・検知除外期間
Ｔ２・・・素材判定期間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】