(57)【要約】【課題】切断作業効率を高める。【解決手段】入力切断線ＣＬの上に重畳して且つオフセット量Ｏfだけオフセットした複数の単位カット線分ＵCLが設定される。単位カット線分(n)に対するレーザビーム照射はユーザが設定した回数、反復して実行する。各単位カット線分ＵcL(n)に対してレーザビームの順方向と逆方向の一往復のレーザビーム照射が行われる。そして一の単位カット線分ＵcL(n)のレーザビームの照射が完了したら、当該一の単位カット線分ＵcL(n)の一端からオフセット量Ｏfだけ変位した次の単位カット線分ＵcL(n＋1)に対して、ユーザが設定した往復回数、レーザビームの順方向と逆方向の照射を繰り返し、以後、これを反復する作業が繰り返される。【選択図】図7
2014046331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームでワークの切断加工を実行するために切断加工パターンを生成可能なプログラムを備えたレーザ加工装置であって、
前記切断加工パターンが、
設定された切断線の上に、該切断線の長さよりも短く且つレーザビーム照射を行う複数の単位線分を有し、
一の単位線分と、その後の単位線分とが互いにオーバーラップされ、
前記一の単位線分の一端と、その後の単位線分の一端とが、ワークを切断する方向にオフセットされていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記切断線が互いに連続する複数の切断線で構成されている場合に、一の切断線とこれに連なる他の切断線との境界領域で、前記複数の単位線分が前記一の切断線と前記他の切断線とが一本の切断線で構成されているとみなして前記単位線分が生成される、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
各単位線分に対するレーザビーム照射が往復して行われる、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記各単位線分に対するレーザビーム照射の回数が任意に設定可能である、請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記一の単位線分と、前記その後の単位線分とのオーバーラップの度合いが任意に設定可能である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記一の単位線分と、前記その後の単位線分との間に遷移線分を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記単位線分がユーザによって設定された入力単位線分に基づいて設定される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記単位線分が前記入力単位線分で構成される、請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記一の単位線分と、前記その後の単位線分との間のオフセット量を前記多入力単位線分から減じることにより求められる単位カット線分によって前記単位線分が構成されている、請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
ワークの表面にレーザビームを照射して該ワークを切断する加工をレーザ加工装置に実行させるための切断加工パターンを生成する機能を前記レーザ加工装置に実現させるための切断加工パターン生成プログラムであって、
設定された切断線の上に、切断線の長さよりも短く且つレーザビーム照射を行う複数の単位線分を生成し、
一の単位線分とその後の単位線分とを互いにオーバーラップさせ、
前記一の単位線分の一端と前記その後の単位線分の一端とが、ワークを切断する方向にオフセットさせることを特徴とする切断加工パターン生成プログラム。
【請求項１１】
請求項１０の切断加工パターン生成プログラムを記憶した記録媒体であって、コンピュータで読取可能な記録媒体。
【請求項１２】
レーザ光を生成するレーザ発振部と、
該レーザ発振部から出射されるレーザビームをワークの表面に走査させる走査部と、
前記レーザ発振部及び前記走査部を制御する制御手段と、
前記レーザビームを照射するワーク表面のレーザビーム走査領域に対応する座標面を表示するためのディスプレイと、
該ディスプレイに表示された座標面を使って所望の切断線を入力すると共に、前記ワークの切断加工に必要な情報を入力する入力手段と、
前記切断線の上を所定距離シフトしながら前記切断線の線分長さよりも短い単位線分を単位に前記ワークの表面にレーザビーム照射させるレーザビーム照射パターンを生成するパターン生成手段とを有し、
該パターン生成手段によって生成されたレーザビーム照射パターンに従って、前記切断線上を所定距離シフトした複数の前記単位線分に対してレーザビーム照射が実行されるレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記入力手段によって、前記切断線を細分化した前記単位線分の線分長さを設定するための所望の少なくとも線分長さとオーバーラップ率とが入力可能である、請求項１２に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザビームを用いたワークの切断に関し、より詳しくはレーザ加工装置及び切断加工パターン生成プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークの切断にレーザビームが一般的に用いられている。特許文献１は従来の切断方法を開示している。具体的に図１５を参照して従来の切断方法を説明すると、図１５に示す参照符号Ｗは切断対象のワークである。ワークＷを切断する際に、ワークＷに対して設定された切断線ＣＬに対して、実施例の切断方法では、切断線ＣＬの線分長さを単位に複数回、レーザビームを反復的に走査させることが行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３４３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の切断加工方法では切断線ＣＬの一端から他端までの距離が大きいときに、つまりユーザが設定した切断線ＣＬの線分長さが比較的長いときに加工効率が低下するという問題がある。この問題点を説明すると、切断線ＣＬの例えば切断線の一端にレーザビームが１回目に当たる時と、次にレーザビームが当たる時までに時間差があり、１回目と次回にレーザビームが当たるまでの間に当該切断線の一端の熱が周囲に逃げてしまう。
【０００５】
この熱の逃避に対処するためにレーザビームの照射パワーを高めてワークに加えるエネルギーを大きくしたときには、ワーク全体が加熱されてしまって、その熱的影響によって例えば板状のワークが湾曲してしまうという、いわゆる過加熱の問題が発生する。
【０００６】
この問題に対して特許文献１は、第１回目のレーザビームの照射でワークの1/3乃至2/3の深さまで掘り下げる加工を行い、２回目以降のレーザビームの照射パワーを第１回目の照射パワーよりも低く設定することを提案している。
【０００７】
本発明は、特許文献１とは異なる手法で切断作業効率を高めることのできるレーザ加工装置及び切断加工パターン生成プログラム並びにコンピュータで読取可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の技術的課題は、本発明の一つの観点によれば、
レーザビームでワークの切断加工を実行するために切断加工パターンを生成可能なプログラムを備えたレーザ加工装置であって、
前記切断加工パターンが、
設定された切断線の上に、該切断線の長さよりも短く且つレーザビーム照射を行う複数の単位線分が設定され、
一の単位線分と、その後の単位線分とが互いにオーバーラップされ、
前記一の単位線分の一端と、その後の単位線分の一端とが、ワークを切断する方向にオフセットされていることを特徴とするレーザ加工装置を提供することにより達成される。
【０００９】
上記の技術的課題は、本発明の他の観点によれば、
ワークの表面にレーザビームを照射して該ワークを切断する加工をレーザ加工装置に実行させるための切断加工パターンを生成する機能を前記レーザ加工装置に実現させるための切断加工パターン生成プログラムであって、
設定された切断線の上に、該切断線の長さよりも短く且つレーザビーム照射を行う複数の単位線分を生成し、
一の単位線分とその後の単位線分とを互いにオーバーラップさせ、
前記一の単位線分の一端と前記その後の単位線分の一端とが、ワークを切断する方向にオフセットさせることを特徴とする切断加工パターン生成プログラム及びこれを記憶した、コンピュータで読取可能な記録媒体を提供することにより達成される。
【００１０】
本発明によれば、ユーザが設定した切断線の線分長さを実質的に細分化した単位カット線分に従って、所定距離シフトし且つ前記切断線よりも短い互いにオーバーラップした線分に相当するレーザビーム照射が実行される。すなわち、複数の単位カット線分を互いにオーバーラップさせることで、所定距離シフトしたレーザビーム照射によって、熱を局所的に累積させながら、そして、熱が累積した部分にレーザビームを照射してワークを切断することができる。したがってエネルギーを効率的に使ったワークの切断が可能になる。
【００１１】
本発明の他の目的、作用効果は、後に説明する実施例の詳細な説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例のレーザ加工システムの全体概要図である。
【図２】図１のレーザ加工システムのブロック図である。
【図３】他の実施例のレーザ加工システムの全体ブロック図である。
【図４】実施例のレーザ加工システムが実行する切断方法の一例を説明するための図である。
【図５】モニタ画面のGUIであり、パラメータとして切断線分長さ及びオーバーラップ率並びに切断線分の反復回数をユーザが入力するためのダイアログを表示させた状態を示す。
【図６】切断加工パターンの一例を示すと共に、入力単位線分長さ、単位カット線分長さ、オフセット量との関係を説明するための図である。
【図７】切断加工パターンの他の例を示すと共に、入力単位線分長さ、単位カット線分長さ、オフセット量との関係を説明するための図である。
【図８】実施例のレーザ加工システムが実行する切断方法であって、互いに連続する一の切断線分と他の切断線分との境界領域での切断方法の一例を説明するための図である。
【図９】実施例のレーザ加工システムに組み込まれる切断加工パターン生成プログラムに含まれる各種のパラメータの演算及び単位カット線分の設定の基本フローを示す。
【図１０】単位カット線分の生成の具体的な手法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】単位カット線分の生成を具体例で説明するための図である。
【図１２】実施例の切断加工パターン生成プログラムによって生成した切断加工パターンを使ってワークにレーザビームを照射する一例を説明するための図である。
【図１３】実施例の切断加工パターン生成プログラムによって生成した切断加工パターンを使ってワークにレーザビームを照射する他の例を説明するための図である
【図１４】実施例の切断加工パターン生成プログラムによって生成した切断加工パターンを使ってワークにレーザビームを照射する更に別の例を説明するための図である
【図１５】従来の切断加工でのレーザビームの照射方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１３】
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。
【００１４】
実施例のレーザ加工システム（図１、図２）：
図１は実施例のレーザ加工システムの全体概要を示す。図示のレーザ加工システム１００は、レーザ照射ヘッドと呼ばれるレーザ加工装置２と、レーザ加工装置２と接続されてこれを制御するレーザ制御部を構成するコントローラ４と、コントローラ４とデータ通信可能に接続された３次元加工データ設定装置６とを有し、３次元加工データ設定装置６は、コントローラ４に対してワーク切断パターンを３次元の加工データとして設定する。３次元加工データ設定装置６は３次元加工データ設定プログラムをインストールしたコンピュータやプログラマブルロジックコントローラ（ＰＣＬＣ）で構成されるのがよい。
【００１５】
コントローラ４には、必要に応じて各種外部機器８が接続される。外部機器８としては、例えばライン上に搬送されるワーク（切断加工のワークＷ）Ｗの種別、位置等を確認するイメージセンサ等の画像認識装置、ワークとレーザ加工装置２との距離に関する情報を取得する変位計等の距離測定装置、所定のシーケンスに従って機器の制御を行うＰＣＬＣ、ワークの通過を検出するＰＤセンサその他各種のセンサ等を例示的に挙げることができる。
【００１６】
レーザ加工システム１００は、入力されたワークＷを切断する加工パターンを仮想的に一致させるように加工パターン情報を平面状から３次元空間座標データに変換して、ワークＷが３次元の凹凸面や湾曲面であっても比較的容易に切断パターンを設定してこれに基づいてワークＷを切断できる。３次元加工データの設定は例えば特開２００７−１１１７６３号公報に３次元加工データの具体的な手法が記載されていることから、この特開２００７−１１１７６３号公報の全文を本明細書に援用することにより、その説明を省略する。
【００１７】
ワークＷを切断するレーザ加工装置２のハード構成を図２を参照して説明する。レーザ加工装置２はレーザ励起部２００とレーザ出力部２０２とを含み、レーザ出力部２０２に含まれるレーザ発振部２０４のレーザ媒質２０６で発振されたレーザビームＬbをワークＷの表面で走査させることでワークＷを切断する。切断加工動作を制御する制御信号は、そのＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じてレーザビームＬbのＯＮ／ＯFＦが切り替えられ、その１パルスが発振されるレーザビームＬbの１パルスに対応するＰＷＭ信号である。ＰＷＭ信号は、その周波数に応じたデューティ比に基づいてレーザ強度（レーザビーム照射パワー）を規定することができる。変形例として、周波数に基づいた走査速度によってレーザ強度（レーザビーム照射パワー）を規定してもよい。
【００１８】
レーザ励起部２００はレーザ励起光源２０８と集光部２１０を備え、レーザ励起光源２０８には電源部から定圧電源が供給される。レーザ励起光源２０８は半導体レーザやランプ等で構成される。具体的には、レーザ励起光源２０８は複数の半導体レーザダイオード素子を直線状に並べたレーザダイオードアレイで構成され、各素子からのレーザ発振がライン状に出力され、集光部２１０の入射面に入射される。集光部２１０は典型的にはフォーカシングレンズ等で構成され、そして、集光部２１０の出射面からレーザ励起光をレーザ出力部２０２に向けて出力する。
【００１９】
レーザ励起部２００とレーザ出力部２０２とは光ファイバーケーブル２１２によって連結され、レーザ励起部２００が生成したレーザ励起光は上述したレーザ媒質２０６に入る。ここに、レーザ媒質２０６はロッド状の固体レーザ媒質（例えばＮｄ：ＹＶＯ4）で構成され、その一方の端面からレーザ励起光を入力して励起され、他方の端面からレーザビームＬbを出射する、いわゆるエンドポンピングによる励起方式が採用されている。レーザ媒質２０６は、固体レーザ媒質に波長変換素子を組み合わせて、出力されるレーザビームＬbの波長を任意の波長に変換できるようにしてもよい。
【００２０】
レーザ媒質２０６の変形例として、固体レーザ媒質の代わりに、換言すると、レーザビームを発振させる共振器でレーザ媒質２０６を構成しないで、波長変換のみを行う波長変換素子でレーザ媒質２０６を構成してもよい。この場合は、半導体レーザの出力光に対して波長変換を行えばよい。波長変換素子としては、例えばＫＴＰ（ＫＴｉＰＯ4）、有機非線形光学材料や他の無機非線形光学材料、例えばＫＮ（ＫＮｂＯ3）、ＫＡＰ（ＫＡｓＰＯ4）、ＢＢＯ、ＣＬＢＯや、バルク型の分極反転素子（ＣＬｉＮｂＯ3（PeriodicaＣＬＣＬy PoＣＬＣＬed ＣＬithium Niobate ：ＰＰＣＬＮ）、ＣＬｉＴａＯ3等）が利用できる。また、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｓｍ、Ｎｄ等の希土類をドープしたフッ化物ファイバーを用いたアップコンバージョンによるレーザの励起光源用半導体レーザを用いることもできる。
【００２１】
レーザ出力部２０２は、レーザビームＬbを発生させる上述したレーザ発振部２０４を備える。レーザ発振部２０４は、上述したレーザ媒質２０６が放出する誘導放出光の光路に沿って所定の距離を隔てて対向配置された出力ミラー及び全反射ミラーと、これらの間に配されたアパーチャ、Ｑスイッチ等を備える。レーザ媒質２０６が放出する誘導放出光を、出力ミラーと全反射ミラーとの間での多重反射により増幅し、Ｑスイッチの動作により短周期にて通断しつつアパーチャによりモード選別して、出力ミラーを経てレーザビームＬbを出力する。
【００２２】
レーザ発振部２０４の変形例として、ＣＯ2やヘリウム−ネオン、アルゴン、窒素等の気体を媒質として用いる気体レーザ方式を採用してもよい。例えば炭酸ガスレーザを用いた場合のレーザ発振部２０４は、内蔵電極を含むレーザ発振部２０４の内部に炭酸ガス（ＣＯ2）が充填され、コントローラ４から与えられる制御信号に基づいて内蔵電極により炭酸ガスを励起してレーザ発振させる。
【００２３】
レーザ加工装置２はレーザビーム走査系２２０を有する。レーザビーム走査系２２０は、レーザ発振部２０４と光路を一致させたＺ軸スキャナを内蔵するビームエキスパンダ２４２と、Ｘ軸スキャナ２２４と、このＸ軸スキャナ２２４と直交するよう配置されたＹ軸スキャナ２２６とを備える。このレーザビーム走査系は、レーザ発振部より出射されるレーザビームＬbをＸ軸スキャナ２２４、Ｙ軸スキャナ２２６でワークＷの切断加工領域で２次元的に走査させ、さらにＺ軸スキャナ１４ｃで高さ方向にワーキングディスタンスすなわち焦点距離を調整することができる。なお、集光レンズであるｆθレンズは図示を省略している。
【００２４】
Ｘ軸、Ｙ軸スキャナ２２４、２２６は、光を反射する反射面として全反射ミラーであるガルバノミラー２２４a、２２６a、ガルバノミラー２２４a、２２６aを回動軸に固定して回動するためのガルバノモータ２２４b、２２６bと、回動軸の回転位置を検出して位置信号として出力する位置検出部を備える。また各Ｘ軸、Ｙ軸スキャナ２２４、２２６はスキャナ駆動回路２２８に接続されている。スキャナ駆動回路２２８はコントローラ４に接続され、コントローラ４から供給される制御信号に基づいてＸ軸、Ｙ軸スキャナ２２４、２２６を駆動する。
【００２５】
ビームエキスパンダ２４２は、これに含まれるＺ軸スキャナによって、レーザ媒質２０６から出射するレーザビームＬbのスポット径を調整する機能が付加されている。スポット径を調整することで、ワーキングディスタンス（焦点距離）を調整することができる。すなわち、ビームエキスパンダ２４２で入射レンズと出射レンズとの相対距離を変化させることでレーザビームＬbのビーム径を拡大／縮小し、焦点位置も変化させることができる。このビームエキスパンダ２４２の具体的な構成は特開２００７−１１１７６３号公報に詳細に記載されていることから、この特開２００７−１１１７６３号の記載を援用することにより、ビームエキスパンダ２４２のこれ以上の説明を省略する。
【００２６】
ビームエキスパンダ２４２に含まれるＺ軸スキャナ及びＸ軸、Ｙ軸スキャナ２２４、２２６を制御することにより、ワーキングディスタンスを調整しながらレーザビームＬbを走査することができる。したがって、曲面状や段差状のワークＷの切断領域の全エリアに対して焦点距離を合わせた状態で高精度に且つ最小スポットで加工できる。
【００２７】
他の実施例のレーザ加工システム（図３）：
図３は他の実施例のレーザ加工システムの全体概要を示す。図３に図示のレーザ加工システム５００は、本体５０２とヘッド部５０４とで構成され、本体５０２に接続されたコンソール５０６は、ワークＷの加工条件などを入力し、或いは、ディスプレイ上にパラメータの設定画面などを表示する表示部を備えた入出力手段である。
【００２８】
本体５０２は、メイン制御回路５０８、ワーク加工情報記憶部５１０、電源回路５１２、励起光源５１４及びレーザビーム増幅器５１６を含むレーザ発振器ユニットで構成され、この本体５０２によってレーザ発振の制御やレーザビームの走査制御が実行される。励起光源５１４は、レーザ媒質を励起するための励起光を生成するＣＬＤ（レーザ・ダイオード）などの発光素子と集光レンズとを含む。
【００２９】
レーザビーム増幅器５１６は、コアにレーザ媒質が添加された光ファイバーを含み、このファイバー式のレーザビーム増幅器５１６を用いてレーザビームを増幅することによりエネルギー密度の高い高出力のレーザビームを生成することができる。このレーザビーム増幅器５１６は、低出力の種光を発生させるマスターオシレータ部、種光を増幅するパワーアンプ部、ポンピング用光源装置、アイソレータなどで構成され、マスターオシレータ部及びパワーアンプ部は、レーザ媒質としてイッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素が添加された希土類ドープ光ファイバーによって構成される。
【００３０】
レーザビーム増幅器５１６は、例えば、レーザ発振を制御するためのＱスイッチを設けるのが好ましく、Ｑスイッチの切り替えにより、連続発振をパルス発振に変換することができ、ピークパワーの大きなパルス波を生成することができる。なお、レーザビーム増幅器５１６としては、種光を生成するＣＬＤを直接にオン又はオフすることによって、パルス発振可能な発振器のように、Ｑスイッチ無しで構成してもよい。
【００３１】
本体５０２とヘッド部５０４とは光ファイバーケーブル５２０によって連結され、光ファイバーケーブル５２０には、レーザビーム増幅器５１６でレーザビームが直接的に入力される。すなわち、光ファイバーケーブル５２０は、レーザビーム増幅器５１６によって増幅されたレーザビームをヘッド部５０４に伝送するデリバリファイバーである。
【００３２】
ヘッド部５０４は、光アイソレータ５２２、ビームエキスパンダ５２４、ビームサンプラー５２６、シャッタ５２８、フォトインタラプタ５３０、ダイクロイックミラー５３２、Ｚ軸スキャナ５３４、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６、パワーモニタ５３８及びガイド光源５４０を含む。
【００３３】
光アイソレータ５２２は、光ファイバーケーブル５２０の端面から出射されたレーザビームを通過させ、戻り光を抑制する戻り光抑制手段を構成し、光ファイバーケーブル５２０を介して伝送されたレーザビームをビームエキスパンダ５２４へ入力する順方向の伝送を許容し、逆方向への伝送を禁止する。光アイソレータ５２２は、例えば、アパーチャ、偏光子、ファラデー回転子によって構成される。アパーチャは、通過光を制限するための遮断板である。偏光子は、複屈折結晶からなるロッド状の光学素子である。ファラデー回転子は、磁界の印加によって偏光面を回転させる磁気光学素子である。
【００３４】
ビームエキスパンダ５２４は、レーザビームのビーム径を可変に制御するビーム径可変手段を構成し、光アイソレータ５２２と光軸を一致させて配置される。このビームエキスパンダ５２４は、光路上に配置された複数のレンズによって構成され、レンズ間の距離を調整することにより、ビーム径を所望の値に変換している。ビームサンプラー５２６は、ビームエキスパンダ５２４を通過したレーザビームの一部をダイクロイックミラー５３２に向けて反射させ、他の一部をパワーモニタ５３８側へ透過させる光学素子である。
【００３５】
パワーモニタ５３８は、ビームサンプラー５２６を透過したレーザビームを受光し、レーザパワーを検出するレーザパワー検出用センサであり、レーザパワーの検出結果をパワーレベル検出信号として本体５０２内のメイン制御回路５０８へ出力する。この様なパワーモニタ５３８としては、例えば、サーモパイル（熱電堆）、或いは、フォトダイオードが用いられる。
【００３６】
シャッタ５２８は、レーザビームを必要に応じて遮断するための遮断装置であり、遮断板や遮断板を移動させる駆動機構によって構成される。このシャッタ５２８は、ビームサンプラー５２６及びダイクロイックミラー５３２間に配置されている。
【００３７】
フォトインタラプタ５３０は、シャッタ５２８が閉じているか否かを光学的に検出する光学センサである。ダイクロイックミラー５３２は、特定波長の光のみを反射し、他の波長の光を透過させる光学素子であり、シャッタ５２８を通過したレーザビームをＺ軸スキャナ５３４に向けて反射し、ガイド光源５４０からのガイド光をそのまま透過させる。
【００３８】
Ｚ軸スキャナ５３４は、光路上に配置された１又は２以上のレンズと、レンズを移動させるレンズ駆動用モーターによって構成されるレーザビームの走査機構であり、レンズを変位させることによって、ヘッド部５０４から出射されるレーザビームの焦点位置を光軸方向に調整することができる。また、Ｚ軸スキャナ５３４は、レーザビームの集光機能を有している。なお、このＺ軸スキャナ５３４は、ワークＷの高さに追随してレーザビームの焦点位置を光軸方向に移動させることが可能な走査機構である。
【００３９】
Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６は、交差する回転軸にそれぞれ配置された２つのガルバノミラーと、これらのガルバノミラーを回転させるガルバノミラー駆動用モーターによって構成されるレーザビームの走査機構であり、ガルバノミラーを軸回転させることによって、レーザビームを光軸と交差する方向に走査させる。ここでは、ワークＷに照射するレーザビームの光軸方向をＺ軸方向と呼び、光軸と交差する互いに平行でない２つの方向をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向と呼ぶ。
【００４０】
Ｚ軸スキャナ５３４を通過したレーザビームは、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６のガルバノミラーによって反射され、ワークＷに照射される。ガイド光源５４０は、レーザビームＬbの照射位置をワークＷの表面上で可視化するためのガイド光を生成する光源である。ガイド光源５４０から出射されたガイド光は、ダイクロイックミラー５３２を透過し、レーザビームの光路に入る。レーザビームの光路に入ったガイド光は、Ｚ軸スキャナ５３４及びＸ軸・Ｙ軸スキャナ５３６を経てワークＷに照射される。
【００４１】
ワーク加工情報記憶部５１０は、ワークＷのレーザ加工に関する情報をワーク加工情報として保持するメモリであり、ワーク加工情報として、ワークＷを切断加工する際の切断線の描画情報、レーザ発振を制御するためのレーザ出力制御情報などが保持される。この制御情報は、レーザビームの照射目標を示す３次元位置情報、例えば、座標データからなる。また、レーザ出力制御情報としては、例えば、レーザビームのピークパワー、パルス幅、繰返し周波数などが保持される。
【００４２】
ピークパワーは、パルスエネルギーをパルス幅で除算することによって得られる物理量である。パルス幅は、ピークパワーの半分程度のパワーレベルにおけるパルス波の時間長であり、繰返し周波数は、パルス発振の周波数である。また、中心波長は、レーザビーム増幅器５１６により生成されるレーザビームの波長である。
【００４３】
メイン制御回路５０８は、ワーク加工情報記憶部５１０内に保持されているワーク加工情報に基づいて、励起光源５１４、レーザビーム増幅器５１６、Ｚ軸スキャナ５３４、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６及びシャッタ５２８を制御する制御手段を構成し、具体的には、レーザ出力制御情報に基づいて、ヘッド部５０４から出射されるレーザビームのピークパワーやパルス幅を調整するための発振器制御信号を生成し、励起光源５１４及びレーザビーム増幅器５１６へ制御信号を出力する。
【００４４】
メイン制御回路５０８は、また、レーザ出力制御情報や描画情報に基づいて、Ｚ軸スキャナ５３４のレンズ駆動用モーター、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６のミラー駆動用モーター、及び、シャッタ５２８を制御するための駆動信号を生成し、この各種の制御信号をＺ軸スキャナ５３４、Ｘ軸・Ｙ軸スキャナ５３６及びシャッタ５２８へ出力する。
【００４５】
この他の実施例のレーザ加工システム５００においても、Ｚ軸スキャナ５３４及びＸ軸・Ｙ軸スキャナ５３６を制御することにより、ワーキングディスタンスを調整しながらレーザビームＬbを走査することができる。したがって、曲面状や段差状のワークＷであっても焦点距離を合わせた状態で高精度に且つ最小スポットで切断加工できる。
【００４６】
ワーク切断加工のための加工パターン生成（図４など）：
ワークＷの切断を実行するには、ユーザが設定した情報に基づいて加工パターンを生成する必要がある。実施例の切断加工方法は、例示的に図４を参照して、ユーザが設定した切断線ＣＬに対して、切断線ＣＬの線分長さを細分化し、そしてこの切断線ＣＬの線分長さよりも短い距離（単位カット線分）を互いにオーバーラップさせながらワークＷに対してレーザビームＬbを照射することによりワークＷを切断する。ここに、ワークＷは左から右に向けて切断される。この切断加工を実行するための切断加工パターンを生成して、この切断加工パターンに従ってワーク切断加工を実行させるためのプログラムが、前述した３次元加工データ設定装置６を構成するコンピュータに組み込まれ、コンピュータのディスプレイにはレーザビームを照射するワーク表面のレーザビーム走査領域に対応する座標面が表示可能である。
【００４７】
図５はワーク切断加工パターン生成プログラムを実行させたときのグラフィカルユーザインターフェース（GUI）を示す。図５に図示のGUIは、ユーザが設定した切断線と共に入力ダイアログが表示されている。ユーザは、この入力ダイアログを使ってユーザが任意に設定可能な単位線分長及びオーバーラップ率並びにレーザビームを照射する回数などを設定することができる。ここに、図６、図７を参照して、ユーザが入力した単位線分長（入力単位線分長）と実際にレーザビームを照射する単位カット線分長との関係、オーバーラップ率とオフセット量との関係を説明する。
【００４８】
図６及び図７に図示の矢印線はレーザビームを照射する方向とその線分長を示す。図６に図示の相対的に長尺の実線はユーザが入力した単位線分Ｙを示し、参照符号Ｏfはオフセット量を示す。また、図６の一番上の右方向の矢印線は第１番目の単位カット線分ＵcL(1)を示す。図６に例示の切断加工パターンでは、先ず第１番目の線分ＵcL(1)の一端から他端まで順方向にレーザビームの照射が行われる。次いで、その下の左方向の矢印線は、上記第１回目の単位カット線分ＵcL(1)の他端から一端まで逆方向にレーザビームの照射が行われる。次に、この第１番目の単位カット線分ＵcL(1)の一端から入力単位線分Ｙに相当する線分の他端まで順方向にレーザビームの照射が行われる。この入力単位線分Ｙの順方向のレーザビームの照射又は照射無しの工程を遷移工程と呼ぶと、この遷移工程ではレーザビームの照射無しでもよい。このレーザビームの照射無しは、レーザ発振の機能をオフ制御しながらレーザビームを変位させることにより実現できる。
【００４９】
遷移工程が終わったら、第１番目の単位カット線分ＵcL(1)の一端からオフセット量Ｏf、変位した点を一端とする第２番目の単位カット線分ＵcL(2)の一端まで逆方向にレーザビームの照射が行われる。換言すると、遷移工程で使用した入力単位線分Ｙ(1)の右端に整合した第２番目の単位カット線分ＵcL(2)が設定される。この第２番目の単位カット線分ＵcL(2)を逆方向にレーザビーム照射する操作が終わると、この第２番目の単位カット線分ＵcL(2)の左端に整合した第２番目の入力単位線分に相当する遷移工程線分Ｙ(2)の順方向のレーザビームの照射が行われる。
【００５０】
この第２番目の遷移工程線分Ｙ(2)のレーザビーム照射が終わると、第２番目の単位カット線分ＵcL(2)の一端からオフセット量Ｏf、変位した点を一端とする第３番目の単位カット線分ＵcL(3)の一端まで逆方向にレーザビームの照射が行われ、以後これを反復する操作が繰り返される。変形例として単位カット線分ＵcL(n)に対する逆方向のレーザビーム照射に関して、このレーザビーム照射を行わないようにしてもよい。また、他の変形例として単位カット線分ＵcL(n)に対して順方向及び逆方向のレーザ照射を複数回反復的に行うようにしてもよいのは勿論であり、この設定は図５に見られる入力ダイアログ（連続回数の入力欄）を使って行うことができる。
【００５１】
図７は他の切断加工パターンを例示的に示す。図７の例では、ユーザが設定した入力単位線分Ｙからオフセット量Ｏfを減じた単位カット線分ＵcLに対してレーザビーム照射が実行され、各単位カット線分ＵcL(n)に対するレーザビーム照射はユーザが設定した回数、反復して実行させることができる。この図７の例では、各単位カット線分ＵcL(n)に対してレーザビームの順方向と逆方向の一往復のレーザビーム照射が行われる。そして一の単位カット線分ＵcL(n)のレーザビームの照射が完了したら、当該一の単位カット線分ＵcL(n)の一端からオフセット量Ｏfだけ変位した次の単位カット線分ＵcL(n＋1)に対して、ユーザが設定した往復回数、レーザビームの順方向と逆方向の照射を繰り返し、以後、これを反復する作業が繰り返される。各単位カット線分に対するレーザビーム照射の往復回数は任意に設定することができるのは上述した通りであるが、各単位カット線分の逆方向の操作をレーザビーム照射無しで行うようにしてもよい。
【００５２】
図６、図７を参照して、上記のオフセット量Ｏfは入力ダイアログを使って入力された単位線分（入力単位線分）とオーバーラップ率とに基づいて求められる。ここに入力単位線分の長さをＹで表し、オーバーラップ率をaで表し、単位カット線分の長さをＸで表すと次の式が成立する。
【００５３】
Ｘ＋Ｘ(1 ― a/100）＝Ｙ・・・（１）
【００５４】
上記（１）式を変換すると、単位カット線分の長さＸは、Ｘ＝Ｙ／（２ − a/100）で表すことができる。
【００５５】
具体例で説明すると、ユーザが入力ダイアログ（図５）に単位線分長：１０mm（Ｙ＝１０mm）、オーバーラップ率：８０％（a＝８０）を入力したとすると、単位カット線分の長さＸは8.33mmとなり（Ｘ＝8.33）、オフセット量Ｏfは1.66mmとなる（Ｏf＝1.66）。
【００５６】
入力ダイアログ（図５）を使った設定パラメータの変形例として、オーバーラップ率に代えてオフセット量Ｏfをユーザが設定するようにしてもよい。
【００５７】
引き続き図４を参照して、この切断加工パターンでは、先ず、切断始点から入力単位線分に相当する線分長さＹ(1）に対して順方向にレーザビーム照射が実行される。次の逆方向のレーザビーム照射は、第１の入力単位線分Ｙ(1)からオフセット量Ｏfを減じた第1の単位カット線分ＵCL(1)に対して実行される。次に、この第１の単位カット線分ＵCL(1)に対する逆方向のレーザビーム照射が完了したら、この第１の単位カット線分ＵCL(1)の左端から入力単位線分に相当する線分長さＹ(2)に対して順方向にレーザビーム照射が実行される。
【００５８】
この第２の入力単位線分Ｙ(2)の順方向のレーザビーム照射が完了したら、入力単位線分Ｙ(2)からオフセット量Ｏfを減じた第２の単位カット線分ＵCL(2)に対して逆方向のレーザビーム照射が実行され、以後、これが反復される。なお、第ｎの単位カット線分ＵCL(n)に対する逆方向の操作をレーザビーム照射無しで行ってもよい。
【００５９】
上述したように、切断線ＣＬを実質的に細分化する入力単位線分長Ｙに基づいて規定される複数の単位カット線分ＵCLを順次シフトさせて、切断線ＣＬよりも短い線分長さをレーザビーム照射することで、レーザビーム照射は比較的短い線分長さに対してオーバーラップした状態になる。したがって、レーザビーム照射による熱を局所的に累積させながらワークＷを切断することができる。したがって、ワークＷの全体に対する熱的影響を抑えながら且つエネルギーを効率的に使ってワークＷを切断することができる。
【００６０】
例えば、図８に示すように互いに連続する第１、第２の２つの切断線ＣＬ(1)、ＣＬ(2)が設定された場合、この第１、第２の切断線ＣＬ(1)、ＣＬ(2)が互いに接する部分では、第１、第２の切断線ＣＬ(1)、ＣＬ(2)を一つの線分とみなし、そして上述した入力単位線分Ｙ及び単位カット線分ＵcLの概念とオーバーラップ率又はオフセット量Ｏfの概念を使って切断加工パターンを生成すればよい。これにより第１切断線ＣＬ(1)と第２の切断線ＣＬ(2)の境界領域においてもレーザビームＬbによる熱をワークＷの局所的に累積させながら、そしてこの熱が累積した部分にレーザビームＬbを照射しながらワークＷを切断することができる。なお、図示の例では各切断線ＣLは直線であるが、この切断線ＣLは曲線であってもよい。
【００６１】
実施例の切断加工パターン生成の具体例（図９〜図１１）：
図９〜図１１を参照して、実施例のワーク切断加工パターンの具体的な生成方法の一例を説明する。先ず図９を参照して、ステップＳ１において変換パラメータの算出が行われる。変換パラメータは、ユーザが設定した切断線ＣＬ及び入力単位線分長Ｙ並びにオーバーラップ率に基づいて単位カット長ＵcL、オフセット量Ｏfなどのパラメータが求められる。
【００６２】
次に、単位カット線分ＵcLが入力切断線ＣＬの上に重畳して且つオフセット量Ｏfだけオフセットした複数の単位カット線分ＵcLが生成され、この単位カット線分ＵcLが入力切断線ＣＬの最終座標を超えるまで単位カット線分ＵcLの生成が継続される（Ｓ２〜Ｓ４）。
【００６３】
図１０は、上記図９で説明した単位カット線分の生成に関する具体的な手法の一例を説明するためのフローチャートを示す。図１０を参照して、先ずステップＳ１０で単位カット線分ＵcLの長さ及びオフセット量Ｏf(オフセット長さ)を取得し、次いで、第ｋ番目の単位カット線分ＵcL(k)の始点（上記の例で言えば一端）の座標を取得する。そして、次のステップＳ１２において、第ｋ番目の単位カット線分ＵcL(k)の終点であって且つユーザが設定した切断線ＣＬ(p)上の点を求める。次のステップＳ１３では、第ｋ番目の単位カット線分ＵcL(k)の始点から終点までの間に切断線ＣＬ(p)の終点が存在するかを判別してＮＯであれば、ステップＳ１４に進んで、単位カット線分ＵcL(k)の始点から単位カット線分の長さ離れた切断線ＣＬ(p)上の点を単位カット線分ＵcL(k)の終点に設定する。そして次のステップＳ１５で次の単位カット線分ＵcL(k＋1)に関して同様の手順でその始点及び終点の設定が行われる。
【００６４】
上述したステップＳ１３においてＹＥＳであればステップＳ１６に進んで、切断線ＣＬ(p)の終点を単位カット線分ＵcL(k)の終点に設定する。そして、次のステップＳ１７に進んで、この切断線ＣＬ(p)に続く次の切断線ＣＬ(p＋1)が存在しないか、つまり最後の切断線であるか否かを判別してＹＥＳであれば単位カット線分ＵCL(n)の設定を終了する。逆に、ＮＯつまり後続の切断線ＣＬ(p＋1)が存在すれば、ステップＳ１８に進んで、この後続の切断線ＣＬ(p＋1)へ遷移して、上述した単位カット線分ＵCL(k)の設定を継続する。
【００６５】
上記の単位カット線分ＵcL(n)の設定を図１１を参照して具体例で説明する。４本の互いに連なる切断線ＣＬ(n)の設定がなされ、第１の切断線ＣＬ(1)の始点座標が（０,０）、終点座標が（５,０）であり、第２の切断線ＣＬ(2)の始点座標が（５,０）、終点座標が（５,４）であり、第３の切断線ＣＬ(3)の始点座標が（５,４）、終点座標が（２,４）であり、第４の切断線ＣＬ(4)の始点座標が（２,４）、終点座標が（２,８）であったと仮定する。単位カット線分ＵcLの線分長さが１０mm、オーバーラップ率から計算されるオフセット量Ｏfが３mmだったと仮定する。
【００６６】
第１の単位カット線分ＵcL(1)は、図１１の右側に図示の線分から分かるように、第１の切断線ＣＬ(1)の終点を越えて第２の切断線ＣＬ(2)の終点を越え、更に第３の切断線ＣＬ(3)の途中に、当該第１の単位カット線分ＵcL(1)の終点が設定される。図示を省略したが、次の第２の単位カット線分ＵcL(2)は、第１の単位カット線分ＵcL(1)の左端から３mmオフセットした第１切断線ＣＬ(1)上の点を始点に設定され、その終点は、第１の切断線ＣＬ(1)の終点を越えて第２の切断線ＣＬ(2)の終点を越え、更に第３の切断線ＣＬ(3)の終点（２,４）に設定されることになる。
【００６７】
切断加工パターンは、レーザビーム照射を行う単位線分をワーク切断方向に所定量（オフセット量Ｏf）シフトさせながらレーザビーム照射をオーバーラップさせることを企図して生成すればよい。この単位線分は、上述した入力単位線分Ｙであってもよいし、単位カット線分ＵcLであってもよい。
【００６８】
一の単位線分とその後の単位線分との間に遷移線分を設けて、この遷移線分を介在させることで上記その後の単位線分を上記一の単位線分からオフセットさせるようにしてもよい。具体的には、一の単位線分およびその後の単位線分として上述した入力単位線分Ｙを用い、遷移線分として上述した単位カット線分ＵcL又はオフセット量Ｏfに相当する線分を用いてもよい。この遷移線分に対してレーザビーム照射してもよいし、レーザビーム照射無しでもよい。また、単位線分に対するレーザビーム照射は一回のレーザビーム照射であってもよい。勿論、単位線分に対するレーザビーム照射は反復的に複数回行ってもよいが、レーザビーム照射無し操作を含んでいてもよい。
【００６９】
図１２〜図１４は、実施例のプログラムを使って生成した切断加工パターンに従ってレーザビーム切断を実行する例を示す。なお、この図１２〜図１４に図示のレーザビーム照射パターンは既に説明したことと重複するため、概要を説明するに止める。
【００７０】
図１２に示すレーザビーム照射パターンは次の通りである。
(1)第１の入力単位線分Ｙ(1)（上述した一の単位線分に相当する）に対する順方向のレーザビーム照射；
(2)第１入力単位線分Ｙ(1)の始点からオフセット量Ｏf離れた点を始点として設定した第１単位カット線分ＵcL(1)（上述した遷移線分に相当する）に対して、その終端から逆方向のレーザビーム照射；
(3)第１入力単位線分Ｙの始点からオフセット量Ｏf離れた点を始点として設定した第２の入力単位線分Ｙ(2)（上述した、その後の単位線分に相当する）に対する順方向のレーザビーム照射；
(4)第２入力単位線分Ｙ(2)の始点からオフセット量Ｏf離れた点を始点として設定した第２単位カット線分ＵcL(2)に対して、その終端から逆方向のレーザビーム照射；
(5)第２入力単位線分Ｙ(2)の始点からオフセット量Ｏf離れた点を始点として設定した第３の入力単位線分Ｙ(3)に対する順方向のレーザビーム照射；以下、ユーザが設定した切断線ＣＬ(n)の全ての切断が完了するまで同じ要領でレーザビーム照射が実行される。変形例として、第１乃至第nの単位カット線分ＵcL(1)〜ＵcL(n)に対してレーザビーム照射無しであってもよい（図１３）。このレーザビーム照射無しの制御は、前述したように、レーザ発振の機能をオフ制御しながらレーザビームを変位させることにより実現できる。また、他の変形例として、第１乃至第nの単位カット線分ＵcL(1)〜ＵcL(n)に対して順方向及び逆方向に複数回レーザビーム照射を反復してもよい。
【００７１】
図１４に示すレーザビーム照射パターンは次の通りである。
(1)第１の単位カット線分ＵcL(1)（上述した遷移線分に相当する）を順方向及び逆方向にレーザビーム照射を実行する；
(2)第１の単位カット線分ＵcL(1)の始点からオフセット量Ｏｆに相当する線分（第１のオフセット線分）Ａd(1)(上述した遷移線分に相当する)に対して順方向にレーザビーム照射；
(3)第１のオフセット線分Ａd(1)の終点を始点として設定した第２単位カット線分ＵcL(2)（上述した遷移線分に相当する）を順方向及び逆方向にレーザビーム照射を実行する；
(4)第２の単位カット線分ＵcL(2)の始点からオフセット量Ｏｆに相当する線分（第２のオフセット線分）Ａd(2)に対して順方向にレーザビーム照射；
(5)第２オフセット線分Ａd(2)の終点を始点として設定した第３単位カット線分ＵcL(3)を順方向及び逆方向にレーザビーム照射を実行する；以下、ユーザが設定した切断線ＣＬ(n)の全ての切断が完了するまで同じ要領でレーザビーム照射が実行される。上記の第１乃至第nの単位カット線分ＵcL(1)〜ＵcL(n)に対するレーザビーム照射の回数は任意である。変形例として、第１乃至第nの単位カット線分ＵcL(1)〜ＵcL(n)に対する複数回のレーザビーム照射に関し、その一部の順方向又は逆方向の操作をレーザビーム照射無しで実行してもよい。また、他の変形例として、第１乃至第nのオフセット線分Ａd(1)〜Ａd(n)に対して順方向のレーザビーム照射無しの操作を行うようにしてもよい。
【００７２】
図５及び図９〜図１１を用いて説明したように、本実施形態に係るレーザ加工装置では、３次元加工データ設定装置６のモニタ上で、ユーザがマウス等を用いて単位線分長、オーバーラップ率、連続回数、線分出力を入力し、ＯＫボタンをクリックすることで、所望の切断加工パターンが自動的に生成される。すなわち、レーザビーム照射パターンは、パターン生成手段によって、ユーザの入力を受け付けた設定パラメータに基づいて自動的に生成される。言い換えると、３次元加工データ設定装置６（単に「加工データ設定装置」と言ってもよい）は、ユーザから少なくとも単位線分長とオーバーラップ率を含む設定パラメータの入力を受け付ける設定パラメータ入力受付手段と、入力された設定パラメータに基づいてユーザ所望の切断加工パターンを自動的に生成する切断加工パターン生成手段と、生成された切断加工パターンをコントローラ４に対して転送する転送手段と、を有している。設定パラメータ入力受付手段は、モニタやマウス等によって具現化でき、切断加工パターン生成手段は、不揮発性メモリ等に格納された切断加工パターン生成プログラムやＣＰＵ等によって具現化でき、転送手段は、ＣＰＵや通信回路によって具現化できる。ユーザは、３次元加工データ設定装置６において、少なくとも単位線分長とオーバーラップ率を入力するだけで（連続回数と線分出力はデフォルト固定値にしてもよい）、簡易に所望の切断加工パターンを自動生成することができ、ひいてはレーザ加工装置２に対して所望の動作を行わせることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１００、５００  レーザ加工システム
２  レーザ加工装置
４  コントローラ
Ｗ  ワーク
Ｌb  レーザビーム
ＣＬ  ユーザが設定した切断線
Ｙ    ユーザが設定した入力単位線分
ＵcL  単位カット線分
Ｏf  オフセット量
【図１】
2014046331.tif 000003
【図２】
2014046331.tif 000004
【図３】
2014046331.tif 000005
【図４】
2014046331.tif 000006
【図６】
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【図７】
2014046331.tif 000008
【図８】
2014046331.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図５】
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