特許 7600072 保護ガラス汚れ検知装置及び保護ガラス汚れ検知方法

(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】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】保護ガラス汚れ検知装置及び保護ガラス汚れ検知方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/70 20140101AFI20241209BHJP

【ＦＩ】

B23K26/70

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021169725

(22)【出願日】2021-10-15

(65)【公開番号】P2023059618

(43)【公開日】2023-04-27

【審査請求日】2024-07-12

(73)【特許権者】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】天野 達也

【審査官】岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１５１７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００３／０７６１１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１７９４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７５６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２４６１７０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ加工機において、レーザ光を集光させて被加工物に照射するための集光レンズを汚れから保護するための保護ガラスの汚れを検知する保護ガラス汚れ検知装置であって、
前記保護ガラスに付着した汚れによって生じる散乱光を検出するための散乱光検出部と、
前記レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得する情報取得部と、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、前記散乱光検出部により検出された検出値から前記保護ガラスの汚れを検知するための汚れ閾値を設定する汚れ閾値設定部と、
前記検出値と前記汚れ閾値とに基づいて、前記保護ガラスの汚れの度合いを判定する汚れ判定部と、
を備え、
前記レーザ加工機の加工条件は、加工中に射出される前記レーザ光の単位時間当たりの平均出力を調整する項目を含む
保護ガラス汚れ検知装置。

【請求項2】

レーザ加工機において、レーザ光を集光させて被加工物に照射するための集光レンズを汚れから保護するための保護ガラスの汚れを検知する保護ガラス汚れ検知装置であって、
前記保護ガラスに付着した汚れによって生じる散乱光を検出するための散乱光検出部と、
前記レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得する情報取得部と、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、前記散乱光検出部により検出された検出値から前記保護ガラスの汚れを検知するための汚れ閾値を設定する汚れ閾値設定部と、
前記検出値と前記汚れ閾値とに基づいて、前記保護ガラスの汚れの度合いを判定する汚れ判定部と、
を備え、
前記レーザ加工機の加工条件は、加工中に前記保護ガラスへ照射される前記レーザ光の照射面積を調整する項目を含む
保護ガラス汚れ検知装置。

【請求項3】

レーザ加工機において、レーザ光を集光させて被加工物に照射するための集光レンズを汚れから保護するための保護ガラスの汚れを検知する保護ガラス汚れ検知装置であって、
前記保護ガラスに付着した汚れによって生じる散乱光を検出するための散乱光検出部と、
前記レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得する情報取得部と、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、前記散乱光検出部により検出された検出値から前記保護ガラスの汚れを検知するための汚れ閾値を設定する汚れ閾値設定部と、
前記検出値と前記汚れ閾値とに基づいて、前記保護ガラスの汚れの度合いを判定する汚れ判定部と、
を備え、
前記レーザ加工機の加工条件は、加工中に射出される前記レーザ光のレーザ条件を含む
保護ガラス汚れ検知装置。

【請求項4】

レーザ加工機において、レーザ光を集光させて被加工物に照射するための集光レンズを汚れから保護するための保護ガラスの汚れを検知する保護ガラス汚れ検知装置であって、
前記保護ガラスに付着した汚れによって生じる散乱光を検出するセンサを含む散乱光検出部と、
前記レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得する情報取得部と、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、前記散乱光検出部により検出された検出値から前記保護ガラスの汚れを検知するための汚れ閾値を設定する汚れ閾値設定部と、
前記検出値と前記汚れ閾値とに基づいて、前記保護ガラスの汚れの度合いを判定する汚れ判定部と、
を備え、
前記レーザ加工機の加工条件は、前記散乱光検出部のセンサ特性を含む
保護ガラス汚れ検知装置。

【請求項5】

レーザ加工機において、レーザ光を集光させて被加工物に照射するための集光レンズを汚れから保護するための保護ガラスの汚れを検知する保護ガラス汚れ検知装置であって、
前記保護ガラスに付着した汚れによって生じる散乱光を検出するための散乱光検出部と、
前記レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得する情報取得部と、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、前記散乱光検出部により検出された検出値から前記保護ガラスの汚れを検知するための汚れ閾値を設定する汚れ閾値設定部と、
前記検出値と前記汚れ閾値とに基づいて、前記保護ガラスの汚れの度合いを判定する汚れ判定部と、
を備え、
前記汚れ閾値設定部は、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、前記汚れ閾値を設定するための汚れ閾値の算出式を選択し、
選択した前記汚れ閾値の算出式に基づいて、前記汚れ閾値を算出する
保護ガラス汚れ検知装置。

【請求項6】

前記レーザ条件は、加工中に射出される前記レーザ光のレーザピーク出力値と、前記レーザ光のパルス周波数と、前記レーザ光のデューティ比とを含む請求項３に記載の保護ガラス汚れ検知装置。

【請求項7】

前記レーザ光を被加工物の上面に照射するときの前記レーザ光のビーム径は、光学系要素によるビーム径変更または焦点位置変更によって、ビームウエスト径からビームウエスト径よりも大きいビーム径まで可変であって、
前記レーザ条件は、前記レーザ光のビーム径が、ビームウエスト径である場合からビームウエスト径よりも大きいビーム径となる場合までのビーム径の変化度を示すゲイン補正値を含む
請求項３または６に記載の保護ガラス汚れ検知装置。

【請求項8】

前記センサ特性は、前記散乱光検出部の検出信号が初期電圧からピーク値に達するまでに要する時間であるセンサ立上り時間と、前記検出信号がピーク値から初期電圧に下がるまでに要する時間であるセンサ立下り時間と、前記検出信号のサンプリング周波数とを含む請求項４に記載の保護ガラス汚れ検知装置。

【請求項9】

レーザ加工機において、レーザ光を集光させて被加工物に照射するための集光レンズを汚れから保護するための保護ガラスの汚れを検知する保護ガラス汚れ検知装置であって、
前記保護ガラスに付着した汚れによって生じる散乱光を検出するセンサを含む散乱光検出部と、
前記レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得する情報取得部と、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、前記散乱光検出部により検出された検出値から前記保護ガラスの汚れを検知するための汚れ閾値を設定する汚れ閾値設定部と、
前記検出値と前記汚れ閾値とに基づいて、前記保護ガラスの汚れの度合いを判定する汚れ判定部と、
を備え、
前記レーザ加工機の加工条件は、前記レーザ光を射出する前記レーザ加工機の機械仕様を含み、
前記機械仕様は、前記機械仕様と前記散乱光検出部のセンサ仕様よって定まる任意変数と、前記保護ガラスの特性によって定まる任意変数とを含む
保護ガラス汚れ検知装置。

【請求項10】

レーザ加工機において、レーザ光を集光させて被加工物に照射するための集光レンズを、レーザ加工により前記被加工物から飛んでくる汚れから保護するための保護ガラスの汚れを検知する保護ガラス汚れ検知方法であって、
前記保護ガラスに付着した汚れによって生じる散乱光を、センサを含む散乱光検出部によって検出し、
前記レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得し、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、検出された前記散乱光の検出値から前記保護ガラスの汚れを検知するための汚れ閾値を設定し、
前記散乱光の検出値と前記汚れ閾値とに基づいて、前記保護ガラスの汚れの度合いを判定し、
前記レーザ加工機の加工条件は、
加工中に射出される前記レーザ光の単位時間当たりの平均出力を調整する項目、
加工中に前記保護ガラスへ照射される前記レーザ光の照射面積を調整する項目、
加工中に射出される前記レーザ光のレーザ条件、
前記散乱光検出部のセンサ特性、
前記レーザ光を射出する前記レーザ加工機の機械仕様としての、前記機械仕様と前記散乱光検出部のセンサ仕様よって定まる任意変数、及び前記保護ガラスの特性によって定まる任意変数、
のうちの少なくとも１つを含む
保護ガラス汚れ検知方法。

【請求項11】

レーザ加工機において、レーザ光を集光させて被加工物に照射するための集光レンズを、レーザ加工により前記被加工物から飛んでくる汚れから保護するための保護ガラスの汚れを検知する保護ガラス汚れ検知方法であって、
前記保護ガラスに付着した汚れによって生じる散乱光を検出し、
前記レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得し、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、検出された前記散乱光の検出値から前記保護ガラスの汚れを検知するための汚れ閾値を設定し、
前記散乱光の検出値と前記汚れ閾値とに基づいて、前記保護ガラスの汚れの度合いを判定し、
前記レーザ加工機の加工条件に基づいて、前記汚れ閾値を設定するための汚れ閾値の算出式を選択し、
選択した前記汚れ閾値の算出式に基づいて、前記汚れ閾値を算出する
保護ガラス汚れ検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、保護ガラス汚れ検知装置及び保護ガラス汚れ検知方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、レーザ加工機におけるレーザ加工ヘッドのレーザ射出口には、レーザ加工において被加工物から飛んでくるスパッタ（スプラッシュ）又は金属ヒューム、埃等の汚れから集光レンズを保護するための保護ガラスが設けられている。

【0003】

このレーザ加工ヘッドの保護ガラスは、保護ガラス表面上に汚れが付着することとなり、その汚れにより、レーザ光の照射量が低下し、加工品質に悪影響を及ぼすことがある。そのため、汚れの状態に応じて保護ガラスを清掃したり、交換したりする必要がある。

【0004】

特許文献１には、保護ガラス表面上に付着した汚れの粒子によって保護ガラスの縁に散乱される散乱光や保護ガラスの発光を感知する光検出器を配置し、光検出器の検出信号がある一定のレベル（閾値）に達した時に、保護ガラスが汚れていると判断し、保護ガラスの交換を表示する保護ガラス汚れ検知装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２００１－５０９８８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の保護ガラス汚れ検知装置は、保護ガラス表面上の汚れの量に応じて散乱される散乱光の量が大きくなり、光検出器の検出信号のレベルが大きくなることを利用して、保護ガラスの汚れを検知する。

【0007】

ここで、保護ガラスへ入射するレーザ光の入射光強度に対する、保護ガラスの散乱光の強度は、汚れの無い保護ガラスであっても一定の散乱光の強度が存在する。保護ガラスに異物が付着すれば、散乱光の強度も増す。よって、レーザ光の入射光強度が２倍になれば、散乱光の強度も２倍になる。保護ガラスへ入射するレーザ光の入射光強度に関係するレーザ光の出力、デューティ比、パルス周波数、ビーム径などの条件は、加工条件に応じて変更されるため、保護ガラス表面上の汚れの量に応じて散乱される散乱光の量は、加工条件によって変化する。例えば、加工条件によってレーザ出力が２倍になれば、散乱光の量も２倍になり、光検出器の検出信号のレベルも２倍になる。したがって、加工条件が変化するにもかかわらず汚れ検出の閾値が一定の固定値である場合には、保護ガラスの汚れの度合いを適切に検知できないことがある。

【0008】

本発明は、レーザ加工機の加工条件に応じて保護ガラスの汚れの度合いを適切に検知できる保護ガラス汚れ検知装置及び保護ガラス汚れ検知方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係る保護ガラス検知装置は、レーザ加工機において、レーザ光を集光させて被加工物に照射するための集光レンズを汚れから保護するための保護ガラスの汚れを検知する保護ガラス汚れ検知装置であって、保護ガラスに付着した汚れによって生じる散乱光を検出するセンサを含む散乱光検出部と、レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得する情報取得部と、レーザ加工機の加工条件に基づいて、散乱光検出部により検出された散乱光の検出値から保護ガラスの汚れを検知するための汚れ閾値を設定する汚れ閾値設定部と、検出値と汚れ閾値とに基づいて、保護ガラスの汚れの度合いを判定する汚れ判定部と、を備える。レーザ加工機の加工条件は、加工中に射出されるレーザ光の単位時間当たりの平均出力を調整する項目、加工中に保護ガラスへ照射されるレーザ光の照射面積を調整する項目、加工中に射出される前記レーザ光のレーザ条件、散乱光検出部のセンサ特性、前記レーザ加工機の機械仕様としての、機械仕様と散乱光検出部のセンサ仕様よって定まる任意変数及び保護ガラスの特性によって定まる任意変数のうちのいずれかを含むとよい。

【0010】

汚れ閾値設定部は、レーザ加工機の加工条件に基づいて、保護ガラス汚れを検知するための汚れ閾値を設定する。保護ガラス表面上の汚れの量に応じて散乱される散乱光の量が、加工条件によって変化する場合であっても、加工条件に適した汚れ閾値を設定できる。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様によれば、加工条件に応じてレーザ加工機の保護ガラスの汚れの度合いを適切に検知できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明を実施した汚れ検知装置を備えたレーザ加工機の概略構成図である。

【図2】図２は、図１に示した加工ヘッド２１に設けられた保護ガラス２５の概略構成図である。

【図3】図３は、レーザ光を照射している状態での、汚れ５１の付着した保護ガラス２５の端面からの散乱光を検出する様子を示す図である。

【図4】図４は、本発明を実施した保護ガラス汚れ検知装置及びＮＣ装置２３の構成例を説明するブロック図である。

【図5】図５は、本発明を実施した保護ガラス汚れ検知装置の動作のフローチャートである。

【図6】図６は、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式の選択方法の一例を示すフローチャートである。

【図7】図７は、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びデューティ比Ｄの関係に基づくワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式の選択方法の一例を示す説明図である。

【図8】図８は、レーザ光のデューティ比が３０％、パルス周波数が１０Ｈｚである ときの、センサ２７の検出値Ｘの変化とワーニング閾値Ｗｐｋ（１）とを示すグラフである。

【図9】図９は、レーザ光のデューティ比が４０％、パルス周波数が５０００Ｈｚで あるときの、センサ２７の検出値Ｘの変化とワーニング閾値Ｗｐｋ（２）とを示すグラフである。

【図10】図１０は、レーザ光のデューティ比が２０％、パルス周波数が１００Ｈｚ であるときの、センサ２７の検出値Ｘの変化とワーニング閾値Ｗｐｋ（３）とを示すグラフである。

【図11】図１１は、レーザ光のデューティ比が４０％、パルス周波数が５００Ｈｚ であるときの、センサ２７の検出値Ｘの変化とワーニング閾値Ｗｐｋ（４）とを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、一実施形態の保護ガラス汚れ検出装置及び保護ガラス汚れ検知方法について説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

【0014】

[レーザ加工機の構成]
図１は、本発明を実施した汚れ検知装置を備えたレーザ加工機の概略構成図である。
図１に示すように、このレーザ加工機は、レーザ光ＬＢを生成するレーザ発振器１により生成されたレーザ光ＬＢが、プロセスファイバ３を介してレーザ加工ユニット５へ送られ、レーザ加工ユニット５が、レーザ光ＬＢを高エネルギー密度に集光させて、種々の材料からなる被加工物（ワーク）Ｗに照射して加工を行うようになっている。被加工物Ｗは、例えば軟鋼板である。被加工物Ｗは、例えばステンレス鋼等の、軟鋼板以外の鉄系の板金であっても構わないし、アルミニウム、アルミニウム合金、銅鋼などの板金であっても構わない。なお、本実施形態においては、本発明を実施した汚れ検知装置を備えたレーザ加工機は、レーザ光ＬＢにより被加工物Ｗを溶接する溶接機を例として説明しているが、レーザ加工機は、レーザ光ＬＢにより被加工物Ｗを切断する切断加工機であってもよい。レーザ加工機の種類は特に限定されない。

【0015】

レーザ発振器１は、レーザ光ＬＢを生成して射出する。レーザ発振器１としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザ光を射出するレーザ発振器、又はレーザダイオードより発せられるレーザ光を直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。

【0016】

レーザダイオードビームの具体的なレーザ波長は、例えば、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器が射出するレーザビームのレーザ波長は、代表的には１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍであり、ＤＤＬ発振器が射出するレーザビームのレーザ波長は、３００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲の何れかである。

【0017】

プロセスファイバ３は、レーザ発振器１より射出されたレーザ光ＬＢをレーザ加工ユニット５へと伝送する。

【0018】

レーザ加工ユニット５は、プロセスファイバ３によって伝送されたレーザ光ＬＢを用いて、被加工物Ｗを溶接する。レーザ加工ユニット５は、被加工物Ｗが載せられる加工テーブル７と、ロボット１１とコリメータユニット１３とを有する。ロボット１１は多軸（６軸）で構成され、コリメータユニット１３をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動自在に構成しており、またコリメータユニット１３の向きを角度自在に構成している。

【0019】

コリメータユニット１３は、プロセスファイバ３によって伝送されたレーザ光ＬＢを被加工物Ｗに照射する。コリメータユニット１３には、プロセスファイバ３から射出されたレーザ光ＬＢを略平行光束に変換するコリメータレンズ１５と、略平行光束に変換されたレーザ光ＬＢを集光する集光レンズ１９を有している。コリメータレンズ１５及び集光レンズ１９は、予め光軸が調整された状態で配置されている。なお、レーザ光ＬＢを被加工物Ｗの上面に照射するときのレーザ光ＬＢのビーム径は、光学系要素によるビーム径変更や焦点位置変更によって、ビームウエスト径から、ビームウエスト径よりも大きいビーム径まで可変である。

【0020】

コリメータユニット１３は、被加工物Ｗにレーザ光ＬＢを射出する加工ヘッド２１を有している。コリメータユニット１３は、ロボット１１に固定され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動自在に構成され、且つ加工ヘッド２１の向きを角度自在に構成している。よって、加工ヘッド２１、すなわち、レーザ光ＬＢを被加工物Ｗに照射する位置を、被加工物Ｗの面（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に沿って移動させることができる。なお、加工ヘッド２１を被加工物Ｗの面に沿って移動させる構成に代えて、加工ヘッド２１の位置を固定したまま、被加工物Ｗを移動する構成であってもよい。すなわち、被加工物Ｗの面に対して加工ヘッド２１を相対的に移動させる構成を備えていればよい。

【0021】

なお、レーザ加工機は、後述するＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置２３およびＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２９により駆動制御される。

【0022】

図２は、図１に示した加工ヘッド２１に設けられた保護ガラス２５の概略構成図である。
図１および図２に示すように、加工ヘッド２１は、その加工内容に合わせて、窒化や酸化を防ぐためにシールドガスを供給する機構を選択可能に構成しており、また、その加工ヘッド２１における集光レンズ１９と被加工物Ｗとの間に、レーザ加工において被加工物Ｗから飛んでくるスパッタ（スプラッシュ）や金属ヒューム、埃等の汚れから集光レンズ１９を保護するための保護ガラス２５が設けられている。さらに、レーザ加工において被加工物Ｗから飛んでくるスパッタ（スプラッシュ）や金属ヒューム、埃等の汚れが加工ヘッド２１への侵入しないように、エアーナイフ機構を構成してもよい。

【0023】

この保護ガラス２５は、保護ガラス２５を収納する保護ガラスフォルダ内に収納された状態で、加工ヘッド２１へ着脱自在に取り付けられる構成となっており、保護ガラスフォルダを加工ヘッド２１から取り出すことにより、簡単に保護ガラス２５を交換できるようになっている。

【0024】

そして、この保護ガラス２５の端部には、加工ヘッド２１に取り付けられた状態の保護ガラス２５の端面からの散乱光ＳＬを受光するセンサ２７が設けられる。すなわち、センサ２７は、保護ガラス２５に付着した汚れ５１によって生じる散乱光ＳＬを検出する。センサ２７からの検出信号は、保護ガラス２５の汚れのレベルを判定する処理をシーケンス的に制御するＰＬＣ２９へ送られる。

【0025】

図３は、レーザ光を照射している状態での、汚れ５１の付着した保護ガラス２５の端面からの散乱光ＳＬを検出する様子を示す図である。
図３に示すように、レーザ光ＬＢを照射してレーザ加工を行っているときに、保護ガラス２５の下面２５ｂに汚れ５１が付着すると、集光レンズ１９からのレーザ光ＬＢが汚れ３５に当たって散乱光ＳＬが発生する。センサ２７は、この散乱光ＳＬのうちの保護ガラス２５の端面から射出したものを検出する。すなわち、センサ２７は、保護ガラス２５の端面から射出した散乱光量を検出する。なお、センサ２７は、レーザ加工において継続して散乱光量を検出する。

【0026】

図４は、本発明を実施した保護ガラス汚れ検知装置及びＮＣ装置２３の構成例を説明するブロック図である。
本実施形態においては、保護ガラス検知装置は、センサ２７とＰＬＣ２９とを備え、ＰＬＣ２９はＮＣ装置２３に接続されている。保護ガラス検知装置は、レーザ加工機において、レーザ光ＬＢを集光させて被加工物に照射するための集光レンズ１９を汚れから保護するための保護ガラス２５の汚れ５１を検知する。

【0027】

図４に示すように、ＰＬＣ２９は、アナログＩ／Ｆ回路３１と、ＡＤコンバータ３３と、情報取得部３５と、汚れ閾値設定部３７と、汚れ判定部３９とを備える。

【0028】

アナログＩ／Ｆ回路３１は、センサ２７からの検出信号を増幅して高周波成分（ノイズ）をカットする。ＡＤコンバータ３３は、アナログＩ／Ｆ回路３１からのアナログ信号をデジタル信号へ変換し、検出値Ｘとして出力する。

【0029】

情報取得部３５は、ＡＤコンバータ３３から検出値Ｘを取得する。情報取得部３５は、ＮＣ装置２３から、ＮＣ装置２３がレーザ加工を開始したか否か及びレーザ加工を終了したか否かの情報を取得する。また、情報取得部３５は、ＮＣ装置２３から、レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得する。レーザ加工機の加工条件は、加工中に射出されるレーザ光ＬＢの単位時間当たりの平均出力Ｐａｖと、加工中に保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積を調整する項目を含む。なお、単位時間当たりの平均出力Ｐａｖは、加工中に射出されるレーザ光ＬＢのレーザ出力と、パルス周波数と、パルス幅をパルス期間で割ったデューティ比とによって決定される、単位時間で被加工物Ｗへ照射されるレーザ光ＬＢの出力を指し示す。

【0030】

単位時間当たりのレーザ光ＬＢの平均出力Ｐａｖだけが変化した場合、保護ガラス２５に照射されるレーザエネルギ量と被加工物Ｗへ照射されるレーザエネルギ量とが比例関係にあるのに対し、保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積の変化と被加工物Ｗへ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積の変化とは、例えば被加工物Ｗの上方でビームウエストを設定した場合を想定した場合に理解されるように、必ずしも比例関係にはない。このため、レーザ光ＬＢのレーザ出力の変化と保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積とは、別々に調整して保護ガラス汚れ検知に採用されるべきである。よって、保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積の調整とは、そのようなレーザ光ＬＢの被加工物Ｗへの照射面積と保護ガラス２５への照射面積の異なりを鑑みた、保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積をどのように取り扱うのかという調整を指し示す。

【0031】

情報取得部３５が取得するレーザ加工機の加工条件は、加工中に射出されるレーザ光ＬＢのレーザ条件を含む。レーザ条件には、レーザ光ＬＢのレーザピーク出力値Ｐ（ｋＷ）と、パルス周波数Ｆと、デューティ比Ｄと、レーザ光ＬＢのビーム径により定まるゲイン補正値Ｇとが含まれる。レーザピーク出力値Ｐ、パルス周波数Ｆ、デューティ比Ｄ、ゲイン補正値Ｇの値は一定ではなく、レーザ条件によって変更される。なお、レーザ光ＬＢのビーム径により定まるゲイン補正値Ｇとは、レーザ光ＬＢを被加工物Ｗの上面に照射するときのレーザ光ＬＢのビーム径が、ビームウエスト径である場合から、光学系要素によるビーム径変更や焦点位置変更によってビームウエスト径よりも大きいビーム径となる場合までの、ビーム径の変化度を係数として指し示したものである。ゲイン補正値Ｇは、物理量と直接的に関連する必然性は持たなくてもよい値である。

【0032】

レーザ光ＬＢのビーム径により定まるゲイン補正値Ｇに起因する保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積とは、次のように理解される。つまり、ゲイン補正値Ｇは被加工物Ｗに照射されるビーム径の変化度を係数として指し示したものであり、そのビーム径の変化度は、ＢＰＰ（ビーム・パラメータ積）を変化させる光学系要素を含むものでビーム径を変化させてもよいし、ＢＰＰを変化させずにビーム径を変化させる光学系要素を含むものでビーム径を変化させてもよいし、その複合でビーム径を変化させてもよい。そのようなゲイン補正値Ｇの変化は、被加工物Ｗに照射されるレーザ光ＬＢの照射面積と、保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積とが、必ずしも一定の法則（例えば、比例関係であるような法則）に基づくとは限らず、場合分けして保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積をどのように取り扱うのかを調整して得られる場合もある。

【0033】

また、情報取得部３５が取得するレーザ加工機の加工条件は、センサ２７のセンサ特性を含む。センサ２７のセンサ特性には、センサ２７の初期電圧Ｖ０（Ｖ）と、センサ立上り時間ｔｒ（ｍｓeｃ）と、センサ立下り時間ｔｆ（ｍｓeｃ）と、センサ２７の応答時間及びセンサ２７の検出信号のサンプリング周波数により定まる変数ｓとが含まれる。センサ立上り時間ｔｒ（ｍｓeｃ）は、センサ２７の検出信号が初期電圧Ｖ０からピーク値に達するまでに要する時間である。センサ立下り時間ｔｆは、センサ２７の検出信号がピーク値から初期電圧Ｖ０（Ｖ）に下がるまでに要する時間である。初期電圧Ｖ０、センサ立上り時間ｔｒ、センサ立下り時間ｔｆ、変数ｓの値は一定ではなく、センサ特性によって変更される。なお、例えばＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）チップの応答が高速であったとしても、センサ２７が信号を安定的に出力できる能力は、オペアンプなどの各部品のリード線のインダクタンスや帰還抵抗による寄生容量や浮遊容量などを考慮した応答可能速度がある。したがって、センサ立上り時間ｔｒ及びセンサ立下り時間ｔｆは、その仕様やコストに合わせて、一定程度掛かるものである。

【0034】

さらに、情報取得部３５が取得するレーザ加工機の加工条件は、レーザ光ＬＢを射出するレーザ加工機の機械仕様の情報を含む。レーザ加工機の機械仕様の情報には、用いる保護ガラス２５の特性によって定まる任意変数ａと、機械仕様とセンサ２７のセンサ仕様により定まる任意変数ｂとが含まれる。任意変数ａ、ｂの値は一定ではなく、レーザ加工機の機械仕様とセンサ２７のセンサ仕様によって変更される。なお、任意変数ｂは、後述する汚れ閾値の算出式Ｗｐｋ（３）とＷｐｋ（４）の切り替えタイミングを指定する変数である。

【0035】

汚れ閾値設定部３７は、ＮＣ装置２３から取得したレーザ加工機の加工条件に基づいて、センサ２７により検出された散乱光ＳＬの検出値Ｘから保護ガラス２５の汚れ５１を検知するための汚れ閾値を設定する。汚れ閾値設定部３７は、レーザ加工機の加工条件に基づいて、汚れ閾値を設定するための汚れ閾値の算出式を選択し、選択した汚れ閾値の算出式に基づいて、汚れ閾値を算出する。そして、保護ガラス２５の汚れのレベルを判定するための汚れ閾値を設定する。

【0036】

ここで、レーザ加工機の加工条件に基づいて汚れ閾値を設定する意義について説明する。
保護ガラス２５の汚れ５１を検知する際、例えばレーザ条件が変更され、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びデューティ比Ｄが変化すると、レーザ光ＬＢの平均出力Ｐａｖも変化する。レーザ光ＬＢの平均出力Ｐａｖが変化すると、保護ガラス２５へ入射するレーザ光ＬＢの入射光強度が変化し、汚れ５１の量に応じて散乱される散乱光ＳＬの量も変化する。この場合、保護ガラス２５の表面上の汚れ５１が同一であっても、レーザ条件によってセンサ２７の検出値Ｘが変化してしまう。したがって、レーザ条件に基づいて保護ガラス２５の汚れ閾値を設定することで、保護ガラス汚れ検知を一定感度に補正でき、保護ガラス２５の汚れの度合いを適切に検知することができる。

【0037】

また、例えばセンサ２７のセンサ特性が変更され、センサ２７の出力電圧のピーク値が変化する場合、レーザ加工機の機械仕様が変更され、保護ガラス２５の特性及び加工ヘッド２１のノズル径等が変化する場合等にも、保護ガラス２５の表面上の汚れ５１が同一であっても、センサ特性及びレーザ加工機の機械仕様によってセンサ２７の検出値Ｘが変化してしまう。したがって、センサ２７のセンサ特性及びレーザ加工機の機械仕様に基づいて保護ガラス２５の汚れ閾値を設定することにより、保護ガラス汚れ検知を一定感度に補正でき、保護ガラスの汚れの度合いをより適切に検知することができる。レーザ加工機の加工条件に基づいて汚れ閾値を設定することにより、保護ガラスの汚れの度合いを適切に検知することができる。

【0038】

具体的には、汚れ閾値設定部３７は、ＮＣ装置２３から取得したレーザ加工機の加工条件が、予め記憶された判定式を満たすか否かを判定することにより、汚れ閾値の算出式を選択する。そして、選択した汚れ閾値の算出式に基づいて、保護ガラス２５の汚れ５１を検知するための汚れ閾値を算出する。

【0039】

本実施形態では、汚れ閾値設定部３７は、汚れ閾値としてワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）及びアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）とを設定する。ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）は、レーザ加工に明らかな支障は起こらないが、加工の種類によっては、加工品質に影響が出てしまうような汚れを判定するための汚れ閾値である。また、アラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）は、レーザ加工に支障が出てしまうため、保護ガラス２５を要交換とするような汚れを判定するための汚れ閾値であり、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）に任意の変数ｃを乗じて、アラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）を算出する。ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式の選択方法及びワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出方法の詳細については、後述する。

【0040】

汚れ判定部３９は、センサ２７の検出値Ｘと、汚れ閾値設定部３７により設定された汚れ閾値とに基づいて、保護ガラス２５の汚れの度合いを判定する。具体的には、汚れ判定部３９は、検出値Ｘが、汚れ閾値設定部３７により設定されたワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）を超えたか否かを判定する。汚れ判定部３９は、検出値Ｘがワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）を超えた場合に、検出値Ｘがアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）を超えたか否かを判定する。

【0041】

汚れ判定部３９は、検出値Ｘがワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）を超え、且つアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）以下の場合には、保護ガラス２５の汚れの度合いが注意を要するレベルであると判定し、ＮＣ装置２３にワーニング判定信号を送信する。汚れ判定部３９は、検出値Ｘがワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）を超え、且つアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）を超える場合には、保護ガラス２５の汚れの度合いが保護ガラス２５を要交換とするレベルであると判定し、ＮＣ装置２３にアラーム判定信号を送信する。

【0042】

続いて、ＮＣ装置２３について説明する。ＮＣ装置２３は、レーザ加工機の各部を制御する制御装置である。ＮＣ装置２３は、コンピュータから構成されており、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ－Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を有している。ＮＣ装置２３は、種々の情報を表示する表示部２３ａを有しており、レーザ加工機の駆動制御と共に、後述するように、その表示部２３ａを介して、保護ガラス２５の汚れ検知に関する情報等を表示するようになっている。

【0043】

ＮＣ装置２３は、ＣＰＵがＲＯＭから各種プログラムを読み出し、ＲＡＭに展開し、展開したプログラムを実行することにより、各種の機能を実現する。図４に示すように、ＮＣ装置２３は、加工条件保持部４１、加工プログラム保持部４３、情報出力部４５、加工制御部４７、表示制御部４９としての機能を有している。

【0044】

加工条件保持部４１は、レーザ加工機の加工条件を保持する。加工条件保持部４１が保持するレーザ加工機の加工条件には、加工中に射出されるレーザ光ＬＢのレーザ条件と、センサ２７のセンサ特性と、レーザ光ＬＢを射出するレーザ加工機の機械仕様の情報が含まれる。

【0045】

情報出力部４５は、ＮＣ装置２３がレーザ加工を開始したか否か及びレーザ加工を終了したか否かの情報を、ＰＬＣ２９に出力する。また、情報出力部４５は、加工条件保持部４１が保持するレーザ加工機の加工条件に関する各種の情報を、ＰＬＣ２９に出力する。

【0046】

加工プログラム保持部４３は、加工プログラムを保持する。なお、ロボット１１の動作をティーチングによって定義し、加工ヘッド２１の振る舞いを設定し加工プログラムを作成する。さらに、加工プログラム保持部４３が保持する加工プログラムを、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）などの外部装置によって作成してもよく、加工プログラム保持部４３は、外部装置から加工プログラムを取得してもよい。外部装置は、作成した加工プログラムを、図示しないデータ管理サーバ内のデータベースに格納してもよい。この場合、加工プログラム保持部４３は、データ管理サーバのデータベースに格納された加工プログラムを読み出すことで、加工プログラムを取得する。

【0047】

加工プログラムは、被加工物Ｗを複数の経路に沿って順番に溶接して製品を溶接するために必要なレーザ加工機本体５０の動作を定義するコードを含んでいる。

【0048】

加工プログラムには、加工条件の設定、レーザ光ＬＢの射出開始及びレーザ光ＬＢの射出停止、要素毎の加工ヘッド２１の移動、経路から経路への移動といった、製品を溶接するために必要なレーザ加工機の一連の動作を規定するコードが記述されている。製品を溶接する場合、製品の特定スポット、内周及び外周に応じた溶接加工軌跡に沿って加工ヘッド２１（レーザ光ＬＢ）を移動させることで行われる。また、被加工物Ｗから複数の製品を溶接する場合、加工プログラムには、複数の製品毎にコードが記述されている。

【0049】

加工制御部４７は、加工プログラムを実行して、レーザ加工機を制御する。また、加工制御部４７は、ＰＬＣ２９からアラーム判定信号を受信した場合に、レーザ加工機の加工を停止させる。

【0050】

表示制御部４９は、ＰＣＬ２９からの判定信号に基づいて、保護ガラス２５の汚れの度合いの判定結果に基づく情報を表示部２３ａに表示させる。表示制御部４９は、ＰＣＬ２９からのワーニング判定信号に基づいて、汚れ注意等のワーニング表示を表示部２３ａに表示させる。また、表示制御部４９は、ＰＣＬ２９からのアラーム判定信号に基づいて、保護ガラス交換等のアラーム表示を表示部２３ａに表示させる。これにより、オペレータは、レーザ加工において保護ガラス２５の汚れにより保護ガラス交換が必要になったことを瞬時に簡単に判断することができ、保護ガラス２５を交換することにより、加工品質の悪化を未然に防ぐことができる。

【0051】

[保護ガラス汚れ検知装置の動作]
次に、図５を参照して、本発明を実施した保護ガラス汚れ検知装置の動作について説明する。

【0052】

図５は、本発明を実施した保護ガラス汚れ検知装置の動作のフローチャートである。
図５のステップＳ１０において、情報取得部３５は、ＮＣ装置２３から、加工中に射出されるレーザ光ＬＢのレーザ条件を取得する。情報取得部３５は、レーザ光ＬＢのレーザ条件として加工中に射出されるレーザ光ＬＢのレーザピーク出力値Ｐと、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆと、レーザ光ＬＢのデューティ比Ｄと、レーザ光ＬＢのビーム径により定まるゲイン補正値Ｇとを取得する。

【0053】

ステップＳ１１に進み、情報取得部３５は、ＮＣ装置２３から、センサ２７のセンサ特性の情報を取得する。情報取得部３５は、センサ２７のセンサ特性の情報として、センサ２７の初期電圧Ｖ０と、センサ立上り時間ｔｒと、センサ立下り時間ｔｆと、センサ２７の応答時間と検出信号のサンプリング周波数により定まる変数ｓとを取得する。

【0054】

ステップＳ１２に進み、情報取得部３５は、ＮＣ装置２３から、レーザ光ＬＢを射出するレーザ加工機の機械仕様の情報を取得する。情報取得部３５は、レーザ加工機の機械仕様の情報として、保護ガラス２５の特性によって定まる任意変数ａと、機械仕様とセンサ２７のセンサ仕様によって定まる任意変数ｂとを取得する。

【0055】

ステップＳ１３に進み、汚れ閾値設定部３７は、加工中に射出されるレーザ光ＬＢのレーザ条件と、センサ２７のセンサ特性の情報と、レーザ加工機の機械仕様の情報とに基づいて、汚れ閾値を設定するための汚れ閾値の算出式を選択する。汚れ閾値設定部３７は、汚れ閾値として、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）及びアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）を設定する。

【0056】

（汚れ閾値の算出式の選択方法）
ここで、図６及び図７を参照して、汚れ閾値の算出式の選択方法の一例について説明する。

【0057】

図６は、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式の選択方法の一例を示すフローチャートである。また、図７は、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びデューティ比Ｄとの関係に基づくワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式の選択方法の一例を示す図である。本実施形態において、汚れ閾値設定部３７は、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆと、レーザ光ＬＢのデューティ比Ｄの関係に基づいて、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式を選択する。

【0058】

汚れ閾値設定部３７は、レーザ加工機の加工条件が５つの判定式Ｌ０、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ２、Ｌ３を満たすか否かを順に判定していくことにより、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式を、予め記憶された４パターンの算出式であるＷｐｋ（１）～Ｗｐｋ（４）中から選択する。なお、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式であるＷｐｋ（１）～Ｗｐｋ（４）の詳細については、後述する。

【0059】

まず、ステップＳ１３０１において、汚れ閾値設定部３７は、取得したレーザ条件のうちのデューティ比Ｄの値が、下記の（１）式に示す判定式Ｌ０を満たすか否かを判定する。

【0060】

[数１]
Ｄ＝１００・・・（１）

【0061】

レーザ条件が判定式Ｌ０を満たす場合（ステップＳ１３０１でＹＥＳ）、すなわちレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄが１００の場合には、ステップＳ１３０４に進み、汚れ閾値設定部３７は、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式としてＷｐｋ（１）を選択する。一方、レーザ条件が判定式Ｌ０を満たさない場合、すなわちレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄが１００でない場合（ステップＳ１３０１でＮＯ）には、ステップＳ１３０２に進む。

【0062】

ステップＳ１３０２において、汚れ閾値設定部３７は、取得したレーザ条件及びセンサ２７のセンサ特性のうち、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ、レーザ光ＬＢのデューティ比Ｄ、センサ立ち上がり時間ｔｒが下記の（２）式に示す判定式Ｌ１Ａを満たすか否かを判定する。

【0063】

[数２]
Ｆ≦Ｄ×１０／ｔｒ・・・（２）

【0064】

レーザ条件及びセンサ２７のセンサ特性が判定式Ｌ１Ａを満たす場合（ステップＳ１３０２でＹＥＳ）には、ステップＳ１３０４に進み、汚れ閾値設定部３７は、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式としてＷｐｋ（１）を選択する。一方、レーザ条件及びセンサ２７のセンサ特性が判定式Ｌ１Ａを満たさない場合（ステップＳ１３０２でＮＯ）には、ステップＳ１３０３に進む。

【0065】

ステップＳ１３０３において、汚れ閾値設定部３７は、取得したレーザ条件、センサ２７のセンサ特性及びレーザ加工機の機械仕様のうち、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ、レーザ光ＬＢのデューティ比Ｄ、センサ立上り時間ｔｒ、センサ立下り時間ｔｆ、任意変数ｂが下記の（３）式に示す判定式Ｌ１Ｂを満たすか否かを判定する。

【0066】

[数３]
Ｆ≦｛１０×Ｄ（ｔｒ＋ｔｆ）－１０００×ｔｒ｝／｛ｔｆ×（ｔｒ-ｂ）｝・・・（３）

【0067】

レーザ条件、センサ２７のセンサ特性及びレーザ加工機の機械仕様が判定式Ｌ１Ｂを満たす場合（ステップＳ１３０３でＹＥＳ）には、ステップＳ１３０４に進み、汚れ閾値設定部３７は、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式としてＷｐｋ（１）を選択する。一方、センサ２７のセンサ特性及びレーザ加工機の機械仕様が判定式Ｌ１Ｂを満たさない場合（ステップＳ１３０３でＮＯ）には、ステップＳ１３０５に進む。

【0068】

すなわち、図７に示すように、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄの関係が、判定式Ｌ０、Ｌ１Ａ又はＬ１Ｂを満たす範囲では、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式はＷｐｋ（１）となる。なお、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄの関係が判定式Ｌ０、Ｌ１Ａ又はＬ１Ｂを満たす場合には、保護ガラス２５に付着した汚れ５１を検出するセンサ２７の検出値Ｘのパルスオン時間ｔ_ｏｎ（ｍｓｅｃ）が、センサ立上り時間ｔｒに対して十分に長くなる。

【0069】

ステップＳ１３０５において、汚れ閾値設定部３７は、取得したレーザ条件及びセンサ２７のセンサ特性のうち、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ、レーザ光ＬＢのデューティ比Ｄ、変数ｓが下記の（４）式に示す判定式Ｌ２を満たすか否かを判定する。

【0070】

[数４]
Ｆ≧Ｄ×１０／ｓ・・・（４）

【0071】

レーザ条件及びセンサ２７のセンサ特性が判定式Ｌ２を満たす場合（ステップＳ１３０５でＹＥＳ）には、ステップＳ１３０６に進み、汚れ閾値設定部３７は、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式として、Ｗｐｋ（２）を選択する。一方、レーザ条件及びセンサ２７のセンサ特性が判定式Ｌ２を満たさない場合（ステップＳ１３０５でＮＯ）には、ステップＳ１３０７に進む。

【0072】

すなわち、図７に示すように、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄの関係が、判定式Ｌ０、Ｌ１Ａ、１Ｂを満たさず、判定式Ｌ２満たす範囲では、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式はＷｐｋ（２）となる。なお、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄの関係が判定式Ｌ０、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂを満たさず、判定式Ｌ２満たす場合には、保護ガラス２５に付着した汚れ５１を検出するセンサ２７の検出値Ｘのパルスオン時間ｔ_ｏｎがセンサ立上り時間ｔｒに対して短くなる。

【0073】

ステップＳ１３０７において、汚れ閾値設定部３７は、取得したレーザ条件、センサ２７のセンサ特性及びレーザ加工機の機械仕様のうち、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ、レーザ光ＬＢのデューティ比Ｄ、任意変数ｂが下記の（５）式に示す判定式Ｌ３を満たすか否かを判定する。

【0074】

[数５]
Ｆ≧（１０００―Ｄ×１０）／ｂ・・・（５）

【0075】

レーザ条件、センサ２７のセンサ特性及びレーザ加工機の機械仕様が判定式Ｌ３を満たす場合（ステップＳ１３０７でＹＥＳ）には、ステップＳ１３０８に進み、汚れ閾値設定部３７は、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式としてＷｐｋ（３）を選択する。一方、センサ２７のセンサ特性及びレーザ加工機の機械仕様が判定式Ｌ３を満たさない場合（ステップＳ１３０７でＮＯ）には、ステップＳ１３０９に進む。

【0076】

すなわち、図７に示すように、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄの関係が、判定式Ｌ０、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ２を満たさず、且つ判定式Ｌ３を満たす範囲では、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式はＷｐｋ（３）となる。なお、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄの関係が、判定式Ｌ０、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ２を満たさず、且つ判定式Ｌ３を満たす場合には、保護ガラス２５に付着した汚れ５１を検出するセンサ２７の検出値Ｘのパルスオン時間ｔ_ｏｎがセンサ立上り時間ｔｒに対して短く、パルスオフ時間ｔ_ｏｆｆが長くなる。

【0077】

ステップＳ１３０９において、汚れ閾値設定部３７は、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式として、Ｗｐｋ（４）を選択する。

【0078】

すなわち、図７に示すように、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄの関係が、判定式Ｌ０、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ２、Ｌ３のいずれも満たさない範囲では、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式はＷｐｋ（４）となる。なお、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びレーザ光ＬＢのデューティ比Ｄの関係が、判定式Ｌ０、Ｌ１Ａ、Ｌ１Ｂ、Ｌ２、Ｌ３のいずれも満たさない場合には、保護ガラス２５に付着した汚れ５１を検出するセンサ２７の検出値Ｘのパルスオン時間ｔ_ｏｎがセンサ立上り時間ｔｒに対して短く、パルスオフ時間ｔ_ｏｆｆも短くなる。

【0079】

図５のステップＳ１４に戻り、汚れ閾値設定部３７は、ステップＳ１３で選択された算出式を用いて、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）及びアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）を算出し、汚れ閾値として設定する。

【0080】

ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）及びアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）の算出方法について、図８～図１１を参照して説明する。図８～図１１は、センサ２７の検出値Ｘ（センサ出力電圧）の変化と、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）とを示すグラフである。図８～図１１においては、レーザ光ＬＢの平均出力Ｐａｖ、レーザ光ＬＢのビーム径、センサ２７のセンサ特性及び機械仕様は同一であるものとする。

【0081】

本実施形態においては、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）は下記の（６）式に示される共通式に基づいて算出される。すなわち、Ｗｐｋ（１）～Ｗｐｋ（４）は、（６）式に示される共通式のｋ（Ｎ）のみ異なる。

【0082】

[数６]
Ｗｐｋ（Ｎ）＝Ｐ×ａ×ｋ（Ｎ）×Ｇ＋Ｖ０・・・（６）

【0083】

また、アラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）は、下記の（７）式に示すように、Ｗｐｋ（Ｎ）に任意の変数ｃを乗じて算出される。任意の変数ｃは、１より大きい値であればよく、例えば１．５に設定される。

【0084】

[数７]
Ａｐｋ（Ｎ）＝Ｗｐｋ（Ｎ）×ｃ・・・（７）

【0085】

図８は、センサ２７の検出値Ｘ（センサ出力電圧）の変化とワーニング閾値Ｗｐｋ（１）とを示すグラフであり、レーザ光のデューティ比が３０％、パルス周波数が１０Ｈｚの場合である。図８においては、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式としてＷｐｋ（１）が選択される。

【0086】

図８においては、保護ガラス２５の汚れ５１を検知する際のセンサ２７の検出値Ｘである汚染時検出値のパルスオン時間ｔ_ｏｎは、センサ立上り時間ｔｒに対して十分に長くなっている。この場合、下記の（８）式に示すＷｐｋ（１）により、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆ及びデューティ比Ｄを変更して得られる最大電圧の値がワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）として算出される。Ｗｐｋ（１）は、共通式におけるＫ（１）が１となった算出式である。

【0087】

[数８]
Ｗｐｋ（１）＝Ｐ×ａ×１×Ｇ＋Ｖ０・・・（８）

【0088】

図９は、センサ２７の検出値Ｘ（センサ出力電圧）の変化とワーニング閾値Ｗｐｋ（２）とを示すグラフであり、レーザ光のデューティ比が４０％、パルス周波数が５０００Ｈｚの場合である。図９においては、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式としてＷｐｋ（２）が選択されている。

【0089】

図９においては、汚染時検出値のパルスオン時間ｔ_ｏｎがセンサ立上り時間ｔｒに対して短くなっており、汚染時検出値が最大電圧まで上昇しない。この場合、下記の（９）式に示すＷｐｋ（２）により、平均出力に比例した電圧の値がワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）として算出される。Ｗｐｋ（２）は、共通式におけるＫ（２）がＤ／１００となった算出式である。

【0090】

[数９]
Ｗｐｋ（２）＝Ｐ×ａ×（Ｄ／１００）×Ｇ＋Ｖ０・・・（９）

【0091】

図１０は、センサ２７の検出値Ｘ（センサ出力電圧）の変化とワーニング閾値Ｗｐｋ（３）とを示すグラフであり、レーザ光のデューティ比が２０％、パルス周波数が１００Ｈｚの場合である。図１０においては、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式としてＷｐｋ（３）が選択されている。

【0092】

図１０においては、汚染検出値のパルスオン時間ｔ_ｏｎがセンサ立上り時間ｔｒに対して短く、パルスオフ時間ｔ_ｏｆｆが長くなっている。この場合、下記の（１０）式に示すＷｐｋ（３）により、パルスオン時間ｔ_ｏｎに比例した電圧の値がワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）として算出される。Ｗｐｋ（３）は、共通式におけるＫ（３）がｔ_ｏｎ／ｔｒとなった算出式である。

【0093】

[数１０]
Ｗｐｋ（３）＝Ｐ×ａ×（ｔ_ｏｎ／ｔｒ）×Ｇ＋Ｖ０・・・（１０）

【0094】

なお、パルスオン時間ｔ_ｏｎは、下記の（１１）式により求められる。

【0095】

[数１１]
ｔ_ｏｎ＝（Ｄ／１００）×（１０００／Ｆ）＝Ｄ×１０／Ｆ・・・（１１）

【0096】

図１１は、センサ２７の検出値Ｘ（センサ出力電圧）の変化とワーニング閾値Ｗｐｋ（４）とを示すグラフであり、レーザ光のデューティ比が４０％、パルス周波数が５００Ｈｚの場合である。図１１においては、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）の算出式としてＷｐｋ（４）が選択されている。

【0097】

図１１においては、汚染検出値のパルスオン時間ｔ_ｏｎがセンサ立上り時間ｔｒに対して短く、パルスオフ時間ｔ_ｏｆｆも短くなっている。この場合、下記の（１２）式に示すＷｐｋ（４）により、パルスオン時間ｔ_ｏｎと負のパルスオフ時間ｔ_ｏｆｆに比例した電圧の値がワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）として算出される。Ｗｐｋ（４）は、共通式におけるＫ（４）がｔ_ｏｎ／ｔｒ－ｔ_ｏｆｆ／ｔｆ＋ｂ／ｔｒとなった算出式である。

【0098】

[数１２]
Ｗｐｋ（４）＝Ｐ×ａ×（ｔ_ｏｎ／ｔｒ－ｔ_ｏｆｆ／ｔｆ＋ｂ／ｔｒ）×Ｇ＋Ｖ０・・・（１２）

【0099】

なお、パルスオフ時間ｔ_ｏｆｆは、下記の（１３）式及び（１４）式により求められる。

【0100】

[数１３]
ｔ_ｏｆｆ＝Ｔ－ｔ_ｏｎ・・・（１３）

【0101】

[数１４]
Ｔ＝１０００／Ｆ・・・（１４）

【0102】

上述した方法で、汚れ閾値設定部３７は、ＮＣ装置２３から取得したレーザ加工機の加工条件に基づいて、センサ２７により検出された散乱光ＳＬの検出値Ｘから保護ガラス２５の汚れ５１を検知するための汚れ閾値として、ワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）及びアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）を設定する。これにより、保護ガラス２５の表面上の汚れ５１の量に応じて散乱される散乱光ＳＬの量が、レーザ加工機の加工条件によって変化する場合であっても、レーザ加工機の加工条件に適した汚れ閾値を設定できる。

【0103】

ステップＳ１５に進み、情報取得部３５は、ＮＣ装置２３から、ＮＣ装置２３がレーザ加工を開始したか否かの情報を取得する。ＮＣ装置２３がレーザ加工を開始した場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）には、ステップＳ１６に進む。一方、ＮＣ装置２３がレーザ加工を開始していない場合（ステップＳ１５でＮＯ）には、ステップＳ１５に戻る。

【0104】

ステップＳ１６において、センサ２７は、レーザ光ＬＢを照射している状態での、加工ヘッド２１に取付けられた保護ガラス２５の端面からの散乱光ＳＬを検出する。センサ２７により検出された散乱光ＳＬの検出信号は、アナログＩ/Ｆ回路３１により増幅され、高周波成分（ノイズ）がカットされ、ＡＤコンバータ３３により、アナログ信号からデジタル信号へ変換され、センサ２７の検出値Ｘとして情報取得部３５へ出力される。情報取得部３５は、ＡＤコンバータ３３から検出値Ｘを取得する。

【0105】

ステップＳ１７に進み、汚れ判定部３９は、検出値ＸがステップＳ１４で算出したワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）を超えたか否かを判定する。検出値Ｘがワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）を超えた場合（ステップＳ１７でＹＥＳ）、すなわち検出値Ｘがワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）より大きい場合には、ステップＳ１８に進む。一方、検出値Ｘがワーニング閾値Ｗｐｋ（Ｎ）以下の場合（ステップＳ１７でＮＯ）には、ステップＳ２１に進む。

【0106】

ステップＳ１８において、汚れ判定部３９は、検出値ＸがステップＳ１４で算出したアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）を超えたか否かを判定する。検出値Ｘがアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）を超えた場合（ステップＳ１８でＹＥＳ）、すなわち検出値Ｘがアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）より大きい場合には、ステップＳ２０に進む。一方、検出値Ｘがアラーム閾値Ａｐｋ（Ｎ）以下の場合（ステップＳ１８でＮＯ）には、ステップＳ１９に進む。

【0107】

ステップＳ１９において、汚れ判定部３９は、ＮＣ装置２３に、ワーニング判定信号を送信する。この場合、ＮＣ装置２３は、表示部２３ａに、ワーニング表示を表示させる。そして、ステップＳ２１に進む。

【0108】

ステップＳ２０において、汚れ判定部３９は、ＮＣ装置２３に、アラーム判定信号を送信する。この場合、ＮＣ装置２３は、表示部２３ａに、アラーム表示を表示させる。また、ＮＣ装置２３は、レーザ加工機の加工を停止させる。そして、ステップＳ２１に進む。

【0109】

ステップＳ２１において、情報取得部３５は、ＮＣ装置２３から、ＮＣ装置２３がレーザ加工を終了したか否かの情報を取得する。ＮＣ装置２３がレーザ加工を終了した場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）には、保護ガラス検知装置は図５のフローを終了する。一方、ＮＣ装置２３がレーザ加工を終了していない場合（ステップＳ２１でＮＯ）には、ステップＳ１６に戻る。

【0110】

[作用効果]
以上説明したように、本発明の一態様によれば、以下の作用効果が得られる。

【0111】

レーザ加工機において、レーザ光ＬＢを集光させて被加工物Ｗに照射するための集光レンズ１９を汚れから保護するための保護ガラス２５の汚れを検知する保護ガラス汚れ検知装置は、散乱光検出部（センサ２７）と、情報取得部３５と、汚れ閾値設定部３７と、汚れ判定部３９とを備える。散乱光検出部は、保護ガラス２５に付着した汚れ５１によって生じる散乱光ＳＬを検出する。情報取得部３５は、レーザ加工機の加工条件に関する情報を取得する。汚れ閾値設定部３７は、レーザ加工機の加工条件に基づいて、散乱光検出部により検出された検出値Ｘから保護ガラス２５の汚れを検知するための汚れ閾値を設定する。汚れ判定部３９は、検出値Ｘと汚れ閾値とに基づいて、保護ガラス２５の汚れの度合いを判定する。

【0112】

汚れ閾値設定部３７は、レーザ加工機の加工条件に基づいて、保護ガラス汚れを検知するための汚れ閾値を設定する。保護ガラス２５の表面上の汚れ５１の量に応じて散乱される散乱光ＳＬの量が、加工条件によって変化する場合であっても、加工条件に適した汚れ閾値を設定できる。これにより、加工条件に応じてレーザ加工機の保護ガラス２５の汚れを適切に検知できる。レーザ加工時の不良品を抑制できる。

【0113】

レーザ加工機の加工条件は、加工中に射出されるレーザ光ＬＢの単位時間当たりの平均出力Ｐａｖを調整する項目を含む。加工中に射出されるレーザ光ＬＢの平均出力Ｐａｖが変化した場合、保護ガラス２５に照射されるレーザエネルギ量が変化する。レーザ加工機の加工条件に、レーザ光ＬＢの平均出力Ｐａｖを調整する項目を含むことにより、保護ガラス２５の表面上の汚れ５１の量に応じて散乱される散乱光ＳＬの量が、加工時に保護ガラス２５に射出されるレーザ光ＬＢの平均出力Ｐａｖによって変化する場合であっても、加工条件に適した汚れ閾値を設定できる。

【0114】

レーザ加工機の加工条件は、加工中に保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積を調整する項目を含む。レーザ光ＬＢの保護ガラス２５への照射面積が変化した場合、保護ガラス２５に照射されるレーザエネルギ量が変化する。これにより、保護ガラス２５の表面上の汚れ５１の量に応じて散乱される散乱光ＳＬの量が、保護ガラス２５へ照射されるレーザ光ＬＢの照射面積によって変化する場合であっても、加工条件に適した汚れ閾値を設定できる。

【0115】

情報取得部３５が取得するレーザ加工機の加工条件は、加工中に射出されるレーザ光ＬＢのレーザ条件を含む。また、レーザ光ＬＢのレーザ条件は、加工中に射出されるレーザ光ＬＢのレーザピーク出力値Ｐと、レーザ光ＬＢのパルス周波数Ｆと、レーザ光ＬＢのデューティ比Ｄと、を含む。また、レーザ光ＬＢを被加工物Ｗに照射するときのレーザ光ＬＢのビーム径は、光学系要素によるビーム径変更や焦点位置変更によって、ビームウエスト径からビームウエスト径よりも大きいビーム径まで可変であって、レーザ光ＬＢのレーザ条件は、レーザ光ＬＢのビーム径が、ビームウエスト径である場合からビームウエスト径よりも大きいビーム径となる場合までのビーム径の変化度を示すゲイン補正値Ｇを含む。

【0116】

汚れ閾値設定部３７は、加工中に射出されるレーザ光ＬＢのレーザピーク出力値Ｐ、パルス周波数Ｆ、デューティ比Ｄ、ゲイン補正値Ｇ等のレーザ条件に基づいて、保護ガラス２５の汚れを検知するための汚れ閾値を設定できる。保護ガラス２５の表面上の汚れ５１の量に応じて散乱される散乱光ＳＬの量が、加工時のレーザ条件によって変化する場合であっても、レーザ条件に適した汚れ閾値を設定できる。

【0117】

情報取得部３５が取得するレーザ加工機の加工条件は、散乱光検出部のセンサ特性を含む。また、散乱光検出部のセンサ特性は、散乱光検出部の検出信号が初期電圧からピーク値に達するまでに要する時間であるセンサ立上り時間ｔｒと、検出信号がピーク値から初期電圧に下がるまでに要する時間であるセンサ立下り時間ｔｆと、検出信号のサンプリング周波数とを含む。

【0118】

汚れ閾値設定部３７は、散乱光検出部のセンサ立上り時間ｔｒと、センサ立下り時間ｔｆと、検出信号のサンプリング周波数等のセンサ特性に基づいて、保護ガラス２５の汚れを検知するための汚れ閾値を設定できる。保護ガラス２５の表面上の汚れ５１の量に応じて散乱される散乱光ＳＬの量が、散乱光検出部のセンサ特性によって変化する場合であっても、センサ特性に適した汚れ閾値を設定できる。

【0119】

情報取得部３５が取得するレーザ加工機の加工条件は、レーザ光ＬＢを射出するレーザ加工機の機械仕様を含む。また、レーザ光ＬＢを射出するレーザ加工機の機械仕様は、機械仕様とセンサ２７のセンサ仕様によって定まる任意変数ｂと、保護ガラス２５の特性によって定まる任意変数ａとを含む。なお、任意変数ｂは、算出式Ｗｐｋ（３）とＷｐｋ（４）の切り替えタイミングを指定する変数である。

【0120】

汚れ閾値設定部３７は、機械仕様とセンサ２７のセンサ仕様によって定まり、算出式Ｗｐｋ（３）とＷｐｋ（４）の切り替えタイミングを指定する任意変数ｂと、保護ガラス２５の特性によって定まる任意変数ａなどのレーザ加工機の機械仕様に基づいて、保護ガラス２５の汚れを検知するための汚れ閾値を設定できる。保護ガラス２５の表面上の汚れ５１の量に応じて散乱される散乱光ＳＬの量が、レーザ加工機の機械仕様によって変化する場合であっても、レーザ加工機の機械仕様に適した汚れ閾値を設定できる。機械仕様を変更した場合であっても、保護ガラス２５の汚れを適切に検知できる。

【0121】

汚れ閾値設定部３７は、レーザ加工機の加工条件に基づいて、汚れ閾値を設定するための汚れ閾値の算出式を選択し、選択した汚れ閾値の算出式に基づいて、汚れ閾値を算出する。

【0122】

汚れ閾値設定部３７は、レーザ加工機の加工条件に基づいて、加工条件に適した汚れ閾値を算出するための汚れ閾値の算出式を選択する。選択した汚れ閾値算出式に基づいて、汚れ閾値を算出する。これにより、レーザ加工機の加工条件に基づいて、加工条件に適した汚れ閾値を設定できる。

【0123】

この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

【0124】

例えば、上記実施形態においてＰＬＣ２９、ＮＣ装置２３により実現された機能は、ロボットコントローラ等のその他の装置により実現されてもよい。

【0125】

また、上記実施形態においては、センサ２７は、保護ガラス２５の端面からの散乱光ＳＬを受光する位置に単数搭載されていたが、センサ２７の位置は、保護ガラス２５の側面以外の位置でもよい。また、例えば保護ガラス２５の側面円周上に配置する等、複数搭載されてもよい。この場合、複数のセンサ２７は、センサ特性が異なるセンサを組み合わせてもよく、複数のセンサ２７を、例えばワーニング用とアラーム用に分けて使用してもよい。また、保護ガラス２５の近傍にファイバーを取り付け、保護ガラス２５から離れた位置のセンサ２７まで散乱光ＳＬをファイバーにより伝送してもよい。

【0126】

また、センサ２７のセンサゲインは、外部から変更してもよい。例えば、加工条件に基づいて算出された汚れ閾値がセンサ２７の測定範囲内から外れる場合に、算出した汚れ閾値がセンサ２７の測定範囲内となるよう、センサ２７のセンサゲインを外部から変更してもよい。

【0127】

また、上記実施形態において用いたレーザ加工機の加工条件のパラメータとは異なるパラメータに基づいて、汚れ閾値を設定してもよい。例えば、レーザ光ＬＢのデューティ比Ｄに代えてレーザ光ＬＢのパルス幅を用いてもよい。加工ヘッド２１のビーム径により定まるゲイン補正値Ｇに代えて、レーザ加工機のＤｅｆｏｃｕｓを用いてもよい。

【0128】

また、上記実施形態の保護ガラス汚れ検知装置及び保護ガラス汚れ検知方法は、ウォブリング動作によりレーザ加工を行う場合に適用してもよく、レーザ光ＬＢが保護ガラス２５に複数入射する場合に適用してもよい。ハイブリッドレーザによりレーザ加工を行う場合に適用してもよい。また、レーザ切断加工機で切断加工を行う場合に適用してもよい。

【符号の説明】

【0129】

１９ 集光レンズ
２５ 保護ガラス
２７ 散乱光検出部（センサ）
３５ 情報取得部
３７ 汚れ閾値設定部
３９ 汚れ判定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】