(57)【要約】  レーザ加工機（１００）が、レーザ光（４）を出射するレーザ発振器（１）と、レーザ光（４）を照射することによってワーク（９）をレーザ加工する加工ヘッド（５）と、レーザ発振器（１）および加工ヘッド（５）を制御する制御装置（１０）と、ワーク（９）にレーザ光（４）が照射された際に発生するワーク（９）からの散乱光を測定して散乱光に対応する信号を出力する光センサ（８）と、ピアス加工開始後の一定期間に出力された信号に基づいて、ピアス加工によってワーク（９）に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する閾値設定部（１４）と、信号および閾値に基づいて、ワーク（９）に穴が貫通したか否かを判定する貫通判定部（１３）と、で構成されている。
2019215793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ発振器部と、
前記レーザ光を照射することによって被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部と、
前記レーザ発振器部および前記加工ヘッド部を制御する加工機制御部と、
前記被加工物に前記レーザ光が照射された際に発生する前記被加工物からの散乱光を測定して前記散乱光に対応する信号を出力する光測定部と、
ピアス加工開始後の一定期間に出力された前記信号に基づいて、前記ピアス加工によって前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する閾値設定部と、
前記信号および前記閾値に基づいて、前記被加工物に穴が貫通したか否かを判定する貫通判定部と、
で構成されるレーザ加工機。
【請求項２】
前記加工機制御部は、前記一定期間に複数回に渡って出力された信号を平均化処理した値または前記一定期間に複数回に渡って出力された信号を前記一定期間で時間積分した値である実測値を算出し、前記実測値に基づいて前記閾値を設定する、
請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記加工機制御部は、前記一定期間内の特定のタイミングで出力された信号に基づいて、前記閾値を設定する、
請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記加工機制御部は、前記信号が、前記閾値以下となる期間が一定期間以上継続した場合に、前記被加工物に穴が貫通したと判定する、
請求項１から３の何れか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記加工機制御部は、予め設定された基準信号と、前記基準信号が前記光測定部から出力される条件のもとでピアス加工を行った場合に前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる判定基準値と、前記信号と、に基づいて、前記閾値を設定する、
請求項１から４の何れか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項６】
前記基準信号は、前記閾値を決定するピアス加工よりも前に行ったピアス加工の際に前記光測定部から出力されたものである、
請求項５に記載のレーザ加工機。
【請求項７】
前記加工機制御部は、前記基準信号と前記判定基準値との比率と、前記信号と前記閾値との比率と、が同じになるよう、前記閾値を設定する、
請求項５に記載のレーザ加工機。
【請求項８】
アラームを出力するアラーム出力部をさらに備え、
前記加工機制御部は、前記基準信号と前記信号とに基づいて、前記ピアス加工の異常を判断し、異常がある場合には前記アラーム出力部にアラームを出力させる、
請求項５から７の何れか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項９】
前記加工機制御部は、前記基準信号と前記信号との比率が一定範囲外である場合に、前記ピアス加工は異常であると判断する、
請求項８に記載のレーザ加工機。
【請求項１０】
レーザ光を照射することによって被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部を制御する制御装置であって、
前記被加工物に前記レーザ光が照射された際に発生する前記被加工物からの散乱光に対応する信号を受付ける入力部と、
ピアス加工開始後の一定期間に出力された前記信号に基づいて、前記ピアス加工によって前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する閾値設定部と、
前記信号および前記閾値に基づいて、前記被加工物に穴が貫通したか否かを判定する貫通判定部と、
で構成される制御装置。
【請求項１１】
被加工物にレーザ光が照射された際に発生する前記被加工物からの散乱光に対応する信号を受付ける受付けステップと、
ピアス加工開始後の一定期間に出力された前記信号に基づいて、前記ピアス加工によって前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する設定ステップと、
前記信号および前記閾値に基づいて、前記被加工物に穴が貫通したか否かを判定する判定ステップと、
を含む判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピアス加工による貫通を検知するレーザ加工機、制御装置および判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物の切断加工を行うレーザ加工機は、被加工物にピアス加工を行なってから被加工物の切断加工を行う。このレーザ加工機では、ピアス加工によって被加工物に穴が貫通したタイミングを正確に検知した後、すぐに被加工物の切断加工を開始することで加工時間を短縮することができる。【０００３】
被加工物に穴が貫通したタイミングを判定する方法の１つに、レーザ加工時に被加工物からの散乱光を検出し、散乱光の光強度に基づいて、被加工物に穴が貫通したか否かを判定する方法がある。【０００４】
特許文献１に記載のレーザ加工装置は、ピアス加工の開始前に予め比較用の波形を計測しておき、比較用の波形と実加工時に検出した散乱光の波形とを比較し、比較結果に基づいて、加工状態の良否を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０９４６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の技術では、予め計測しておいた比較用の波形をピアス加工時の閾値として用いているので、加工当初は問題ない。しかしながら、上記特許文献１の技術では、経時変化による加工ノズルの汚れ等で、実際の波形に影響を与える被加工物からの反射光の強度が変化すると、当初用いていた比較用の波形と加工ノズルの汚れ等で実際に得られる波形にずれが発生する。その結果、当初設定していた閾値と、実際に用いるべき閾値との間に違いが生じてしまい、被加工物に穴が貫通したか否かを正確に判定できない場合がある。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、経時変化があっても被加工物に穴が貫通したか否かを正確に判定することができるレーザ加工機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ加工機は、レーザ光を出射するレーザ発振器部と、レーザ光を照射することによって被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部と、レーザ発振器部および加工ヘッド部を制御する加工機制御部と、被加工物にレーザ光が照射された際に発生する被加工物からの散乱光を測定して散乱光に対応する信号を出力する光測定部とを備えている。また、本発明のレーザ加工機は、ピアス加工開始後の一定期間に出力された信号に基づいて、ピアス加工によって被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する閾値設定部と、信号および閾値に基づいて、被加工物に穴が貫通したか否かを判定する貫通判定部とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかるレーザ加工機は、経時変化があっても被加工物に穴が貫通したか否かを正確に判定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工機の構成を示す図
【図２】実施の形態１にかかるレーザ加工機が備える加工ヘッドの構成を示す図
【図３】ワークに穴が貫通する前のレーザ光の散乱を説明するための図
【図４】ワークに穴が貫通した後のレーザ光の散乱を説明するための図
【図５】実施の形態１にかかるレーザ加工機が備える制御装置の構成を示すブロック図
【図６】実施の形態１にかかるレーザ加工機によるピアス加工の処理手順を示すフローチャート
【図７】実施の形態１にかかるレーザ加工機による貫通判定処理を説明するための図
【図８】実施の形態１にかかるレーザ加工機による貫通判定処理の別例を説明するための図
【図９】実施の形態１のレーザ加工機による出力電圧の取得処理手順の別例を示すフローチャート
【図１０】実施の形態１のレーザ加工機による貫通判定の処理手順の別例を示すフローチャート
【図１１】実施の形態２にかかるレーザ加工機による貫通判定処理を説明するための図
【図１２】実施の形態２の貫通判定方法で判定された貫通のタイミングを説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工機、制御装置および判定方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工機の構成を示す図である。レーザ加工機１００は、１回のピアス加工である１つの穴あけ加工の際に、ワーク９に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値の設定と、閾値に基づいてワーク９に穴が貫通したか否かの判定とを行う。
【００１３】
レーザ加工機１００は、レーザ光４を出射するレーザ発振器部であるレーザ発振器１と、レーザ光４を照射することによって被加工物である板状部材のワーク９をレーザ加工するレーザ加工部２０と、レーザ発振器１およびレーザ加工部２０を制御する制御装置１０と、アラーム出力部であるアラーム出力装置３５とを備える。
【００１４】
レーザ加工部２０は、加工ヘッド部である加工ヘッド５を備えており、加工ヘッド５の先端部にはノズル６が設けられている。ワーク９は、加工テーブル７の上に載置される。レーザ発振器１からのレーザ光４は、ノズル６からワーク９に照射される。
【００１５】
図２は、実施の形態１にかかるレーザ加工機が備える加工ヘッドの構成を示す図である。加工ヘッド５には、光センサ８が設けられている。なお、光センサ８は、レーザ光４が通過しない位置に配置される。光センサ８は、フォトダイオードを備えており、レーザ加工時にワーク９などで散乱される光をフォトダイオードを用いて検出する。
【００１６】
加工ヘッド５のノズル６からレーザ光４が出射されると、このレーザ光４は、ワーク９の照射位置３に照射される。光測定部の一例である光センサ８は、レーザ加工時に照射位置３で散乱された散乱光Ｌ１を受光し、受光した散乱光Ｌ１の光量に応じた電圧を出力する。光センサ８からの出力電圧は、制御装置１０に送られる。光センサ８は、光量に応じた信号であれば、電圧以外の信号を制御装置１０に送ってもよい。
【００１７】
制御装置１０は、レーザ加工部２０が備える加工ヘッド５などを制御するコンピュータである。制御装置１０は、ピアス加工時に取り込んだ出力電圧の変化に基づいて、照射位置３でワーク９に穴が貫通したか否かを判定する。ワーク９に穴が貫通したタイミングが、ピアス加工の終了タイミングである。以下の説明では、ワーク９に穴が貫通したか否かの判定を、貫通判定という場合がある。また、制御装置１０は、ピアス加工時に取り込んだ出力電圧に基づいて、ピアス加工の異常を判断し、異常がある場合にはアラーム出力装置３５にアラームを出力させる。アラーム出力装置３５は、制御装置１０からの指示に従って、アラームを出力する装置である。
【００１８】
図３は、ワークに穴が貫通する前のレーザ光の散乱を説明するための図であり、図４は、ワークに穴が貫通した後のレーザ光の散乱を説明するための図である。図３に示すように、ワーク９に穴が貫通する前は、レーザ光４がワーク９で反射されるので、発生する散乱光Ｌ１の光量が多い。一方、図４に示すように、ワーク９に穴が貫通した後は、レーザ光４が、貫通穴であるピアス穴を介してワーク９の裏面側に送られるので、発生する散乱光Ｌ１の光量が少なくなる。
【００１９】
このように、ピアス加工の際には、ピアス穴がワーク９を貫通することによりレーザ光４がワーク９で反射しなくなるので、光センサ８が検出する光量が減少する。これは、光センサ８からの出力電圧が下がることを意味している。本実施の形態のレーザ加工機１００は、この出力電圧の低下を利用し、光センサ８からの出力電圧が閾値以下となった時に貫通が完了したと判断する。
【００２０】
図５は、実施の形態１にかかるレーザ加工機が備える制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置１０は、入力部１１と、記憶部１２と、貫通判定部１３と、加工機制御部である制御部１６とを備えている。
【００２１】
入力部１１は、光センサ８からの出力電圧を受付けて、貫通判定部１３に入力する。記憶部１２は、貫通判定部１３が出力電圧を取得するタイミングを記憶する。貫通判定部１３が出力電圧を取得するタイミングは、貫通判定に用いる閾値を設定するために光センサ８から出力電圧を取得するタイミング、および貫通判定の際に閾値と比較するための出力電圧を取得するタイミングである。記憶部１２は、閾値を設定するために出力電圧の取得を開始する取得開始タイミングと、閾値を設定するための出力電圧の取得を終了する取得終了タイミングと、貫通判定を開始する貫通判定タイミングとを記憶しておく。取得開始タイミングから取得終了タイミングまでの期間には、ピアス加工の開始後に出力電圧が安定し、かつまだ穴が貫通に近づいていない期間が設定される。貫通判定に用いられる閾値は、出力電圧の閾値であり、出力電圧が閾値以下となった場合に、ワーク９に穴が貫通したと判定される。
【００２２】
貫通判定部１３は、閾値設定部１４と、比較部１５とを備えている。閾値設定部１４は、取得開始タイミングから取得終了タイミングまでの間、複数回に渡って光センサ８から出力された出力電圧を取得し、取得した出力電圧を平均化処理し、平均化処理された電圧値に基づいて出力電圧の閾値を設定する。平均化処理される期間は、出力電圧が安定し、かつまだ穴が貫通に近づいていない期間であるので、この期間における出力電圧よりも、特定の割合だけ出力電圧が下がると、ワーク９に穴が貫通したと判断できる。このため、閾値設定部１４は、平均化処理された電圧値よりも特定の割合だけ小さな値を出力電圧の閾値に設定する。例えば、閾値設定部１４は、平均化処理された電圧値の平均値よりも１０％小さな値を出力電圧の閾値に設定する。なお、閾値設定部１４は、平均化処理された電圧値の平均値よりも特定値だけ小さな値を出力電圧の閾値に設定してもよい。閾値設定部１４は、設定した閾値を比較部１５に送る。このように、閾値設定部１４は、ピアス加工開始後の一定期間に出力された出力電圧に基づいて、ピアス加工によってワーク９に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する。また、閾値設定部１４は、平均化処理された電圧値が、基準範囲外となり、設定された時間が経過すると、ピアス加工が異常であると判断し、アラーム出力装置３５にアラームを出力させる。
【００２３】
比較部１５は、貫通判定タイミングになると光センサ８からの出力電圧の取得を開始し、取得した出力電圧と、閾値設定部１４が設定した閾値とを比較する。比較部１５は、貫通判定タイミング後に取得した出力電圧が閾値以下となり、設定された時間が経過すると、ワーク９に穴が貫通したと判定する。比較部１５は、ワーク９に穴が貫通したと判定すると、貫通したことを示す貫通通知を制御部１６に送る。制御部１６は、加工ヘッド５およびレーザ発振器１に接続されており、比較部１５から貫通通知を受けると、加工ヘッド５およびレーザ発振器１を制御して切断加工を行う。
【００２４】
図６は、実施の形態１にかかるレーザ加工機によるピアス加工の処理手順を示すフローチャートである。図７は、実施の形態１にかかるレーザ加工機による貫通判定処理を説明するための図である。図６に示す処理手順は、１回分のピアス加工（１つの穴あけ加工）を行う際の処理手順を示している。図７では、光センサ８からの出力電圧の波形５１を示している。図７の横軸は時間であり、縦軸は光センサ８からの出力電圧である。図７では、レーザ加工機１００によるピアス加工の開始タイミングをピアス開始タイミングＴａで示し、閾値を設定するための出力電圧の取得開始タイミングを取得開始タイミングＴｂで示し、閾値を設定するための出力電圧の取得終了タイミングを取得終了タイミングＴｃで示している。また、図７では、貫通判定を開始する貫通判定タイミングを貫通判定タイミングＴｄで示し、ワーク９に穴が貫通したタイミングを貫通タイミングＴｅで示している。
【００２５】
１回のピアス加工を開始するピアス開始タイミングＴａになると、レーザ加工機１００がワーク９へのピアス加工を開始する。ピアス加工の間、光センサ８は、ワーク９からの散乱光Ｌ１に対応する出力電圧を制御装置１０に送り続ける。
【００２６】
閾値設定部１４は、出力電圧の取得開始タイミングＴｂであるか否かを判定する（ステップＳ１０）。出力電圧の取得開始タイミングＴｂでなければ（ステップＳ１０、Ｎｏ）、閾値設定部１４は、出力電圧の取得開始タイミングＴｂとなるまで、出力電圧の取得開始タイミングＴｂであるか否かの判定を継続する（ステップＳ１０）。出力電圧の取得開始タイミングＴｂになると（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、閾値設定部１４は、出力電圧の取得を開始する（ステップＳ２０）。
【００２７】
閾値設定部１４は、出力電圧の取得終了タイミングＴｃであるか否かを判定する（ステップＳ３０）。出力電圧の取得終了タイミングＴｃでなければ（ステップＳ３０、Ｎｏ）、閾値設定部１４は、出力電圧の取得終了タイミングＴｃとなるまで、出力電圧の取得終了タイミングＴｃであるか否かの判定を継続する（ステップＳ３０）。
【００２８】
出力電圧の取得終了タイミングＴｃになれば（ステップＳ３０、Ｙｅｓ）、閾値設定部１４は、出力電圧の取得を終了する（ステップＳ４０）。これにより、閾値設定部１４は、取得開始タイミングＴｂから取得終了タイミングＴｃまでの期間である出力電圧取得期間Ｐ１の間の出力電圧を取得する。出力電圧取得期間Ｐ１は、ピアス加工を開始した後であって、ワーク９に穴が貫通したか否かの判定を行う前であり、かつワーク９に穴が貫通していない状態の特定期間である。
【００２９】
閾値設定部１４は、出力電圧取得期間Ｐ１の間に取得した出力電圧を平均した値である平均値を算出する（ステップＳ５０）。図７では、出力電圧の平均値を、実測値Ａ１として図示している。閾値設定部１４は、出力電圧の平均値である実測値Ａ１に基づいて、出力電圧に対する閾値として閾値Ｂ１を算出する（ステップＳ６０）。閾値設定部１４は、算出した閾値Ｂ１を貫通判定に用いる閾値に設定する（ステップＳ７０）。なお、実測値Ａ１は、出力電圧取得期間Ｐ１の間の出力電圧を出力電圧取得期間Ｐ１で時間積分した値であってもよい。
【００３０】
比較部１５は、貫通判定タイミングＴｄになったか否かを判定する（ステップＳ８０）。貫通判定タイミングＴｄでなければ（ステップＳ８０、Ｎｏ）、比較部１５は、貫通判定タイミングＴｄとなるまで、貫通判定タイミングＴｄであるか否かの判定を継続する（ステップＳ８０）。
【００３１】
なお、比較部１５は、実測値Ａ１に基づいて、貫通判定タイミングＴｄを設定してもよい。この場合、比較部１５は、出力電圧が実測値Ａ１よりも特定割合または特定値だけ下がった時点を貫通判定タイミングＴｄに設定する。比較部１５は、貫通判定タイミングＴｄにおける出力電圧が、閾値Ｂ１よりも大きな値となるよう、貫通判定タイミングＴｄを設定する。比較部１５は、例えば、実測値Ａ１よりも１０％小さな値を閾値Ｂ１とした場合、実測値Ａ１よりも５％下がったタイミングを貫通判定タイミングＴｄとする。
【００３２】
貫通判定タイミングＴｄになると（ステップＳ８０、Ｙｅｓ）、比較部１５は、出力電圧の取得を開始する（ステップＳ９０）。これにより、貫通判定が行われる期間である貫通判定期間Ｐ２が開始する。貫通判定期間Ｐ２は、ワーク９に穴が貫通したと判定されるか、特定時間が経過すると、終了となる。比較部１５は、貫通判定タイミングＴｄの後に取得した出力電圧と、閾値Ｂ１とを比較し、貫通判定タイミングＴｄの後に取得した出力電圧が閾値Ｂ１以下になったか否かを判定する（ステップＳ１００）。
【００３３】
取得した出力電圧が閾値Ｂ１以下になっていなければ（ステップＳ１００、Ｎｏ）、比較部１５は、出力電圧が閾値Ｂ１以下になるまで、出力電圧が閾値Ｂ１以下であるか否かの判定を継続する（ステップＳ１００）。
【００３４】
出力電圧が閾値Ｂ１以下となり、設定された時間が経過すると（ステップＳ１００、Ｙｅｓ）、比較部１５は、ワーク９に穴が貫通した貫通タイミングＴｅであると判断する。制御部１６は、ワーク９に穴が貫通したと判定された時点で照射位置３へのピアス加工用のレーザ光４の照射を停止してピアス加工を終了する。この後、レーザ加工部２０は、レーザ光４を照射しながら加工ヘッド５を移動させることによってワーク９の切断加工を行う。レーザ加工機１００は、次のピアス加工を行う場合には、ステップＳ１０からＳ１００の処理を新たに実行する。なお、図７では、貫通タイミングＴｅの後も出力電圧の波形５１が延びている場合を図示しているが、実際には、ピアス加工を終了した後は、レーザ光４の照射は停止する。
【００３５】
光センサ８が検出する散乱光Ｌ１は、ピアス加工を行う環境の影響を受けるので、光センサ８からの出力電圧も、ピアス加工を行う環境の影響を受ける。ピアス加工を行う環境には、ワーク９の表面状態、ワーク９の板厚、ワーク９の材質、ワーク９をピアス加工する際の加工条件、ピアス加工の種類、レーザ加工機１００のメンテナンス状態、レーザ発振器１によるレーザ光４の出力状態、ピアス加工処理手順などが含まれる。ワーク９をピアス加工する際の加工条件の例は、照射するレーザ光４の強度、周波数、デューティ比である。また、ピアス加工の種類は、ピアス穴の形状などである。また、ピアス加工処理手順は、ピアス加工中のレーザ光４の出力変更である。
【００３６】
また、散乱光Ｌ１は、ワーク９の表面のみで散乱されるのではなく、ノズル６の内壁面および加工ヘッド５の内壁面でも散乱される。このため、光センサ８に入力される散乱光Ｌ１の強度は、ノズル６の内壁面および加工ヘッド５の内壁面の形状および表面状態によって変化する。したがって、光センサ８に入力される散乱光Ｌ１の強度は、ノズル６内の汚れ、加工ヘッド５の汚れなどの影響を受ける。ノズル６の内壁面および加工ヘッド５の内壁面の状態は、レーザ加工中にも変化するので、光センサ８が検出する散乱光Ｌ１は、レーザ加工環境の変化に伴って変化し続ける。このため、固定の閾値を用いて種々の環境で貫通判定を行うと、貫通したか否かの判定を誤ってしまう場合がある。本実施の形態では、出力電圧取得期間Ｐ１の間に取得された出力電圧を用いて閾値Ｂ１を設定するので、ピアス加工環境に応じた閾値Ｂ１を設定することができる。
【００３７】
また、閾値設定部１４は、出力電圧取得期間Ｐ１の間、閾値Ｂ１を設定するための出力電圧を継続的に取得して平均化処理するので、光センサ８からの出力電圧にノイズが含まれている場合であってもノイズの影響を受けにくい。また、実測値Ａ１が、出力電圧を出力電圧取得期間Ｐ１で時間積分した値である場合にも、ノイズの影響を受けにくくなる。このため、閾値設定部１４は、正確に貫通タイミングＴｅを判定するための閾値Ｂ１を設定することができる。
【００３８】
なお、閾値設定部１４は、計算量の削減のために、以下の図９で説明する出力電圧の取得処理手順の別例のように、特定のタイミングのみで取得した出力電圧の瞬時値に基づいて閾値を設定してもよい。また、比較部１５は、以下の図１０で説明する貫通判定の処理手順の別例のように、閾値以下となる期間が一定期間以上継続した場合に、貫通したと判定してもよい。
【００３９】
図８は、実施の形態１にかかるレーザ加工機による貫通判定処理の別例を説明するための図である。図８では、図７と同様に光センサ８からの出力電圧の波形５１を示し、閾値を閾値Ｂ２で示している。図８では、レーザ加工機１００によるピアス加工の開始タイミングをピアス開始タイミングＴａで示し、閾値Ｂ２を設定するための出力電圧の取得タイミングを取得タイミングＴｂｃで示している。また、図８では、貫通判定を開始する貫通判定タイミングを貫通判定タイミングＴｄで示し、出力電圧が閾値Ｂ２以下となる期間を期間Ｐ３で示している。
【００４０】
まず、閾値設定部１４が、特定のタイミングである取得タイミングＴｂｃで取得した出力電圧のみを用いて閾値Ｂ２を設定する場合の処理を図８および図９を用いて説明する。図９は、実施の形態１のレーザ加工機による出力電圧の取得処理手順の別例を示すフローチャートである。図９に示すステップＳ１１０からＳ１４０の処理は、図６のステップＳ１０からＳ７０の処理の別例である。
【００４１】
ピアス開始タイミングＴａになると、レーザ加工機１００がワーク９へのピアス加工を開始する。閾値設定部１４は、出力電圧の取得タイミングＴｂｃであるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。出力電圧の取得タイミングＴｂｃは、閾値Ｂ２を設定するための出力電圧を取得するタイミングであり、出力電圧取得期間Ｐ１内の特定のタイミングである。
【００４２】
出力電圧の取得タイミングＴｂｃでなければ（ステップＳ１１０、Ｎｏ）、閾値設定部１４は、出力電圧の取得タイミングＴｂｃとなるまで、出力電圧の取得タイミングＴｂｃであるか否かの判定を継続する（ステップＳ１１０）。
【００４３】
出力電圧の取得タイミングＴｂｃになると（ステップＳ１１０、Ｙｅｓ）、閾値設定部１４は、出力電圧を取得する（ステップＳ１２０）。閾値設定部１４は、出力電圧である実測値Ａ２に基づいて、出力電圧の閾値Ｂ２を算出する（ステップＳ１３０）。閾値設定部１４は、算出した閾値Ｂ２を貫通判定に用いる閾値Ｂ２に設定する（ステップＳ１４０）。
【００４４】
このように、取得タイミングＴｂｃで取得した出力電圧に基づいて閾値Ｂ２を算出する場合、出力電圧の取得処理を短期間で容易に行うことができる。また、出力電圧の平均値を算出する必要がないので、計算量の削減が可能となり、閾値Ｂ２の設定を容易に行うことができる。
【００４５】
また、比較部１５は、閾値Ｂ２または閾値Ｂ１を用いて貫通判定を行う場合、出力電圧圧が閾値Ｂ２または閾値Ｂ１以下となる期間が一定期間以上継続した場合に、貫通したと判定してもよい。図１０は、実施の形態１のレーザ加工機による貫通判定の処理手順の別例を示すフローチャートである。図１０に示すステップＳ２１０からＳ２６０の処理は、図６のステップＳ８０からＳ１００の処理の別例である。ここでは、閾値Ｂ２が設定される場合について説明する。
【００４６】
閾値設定部１４が閾値Ｂ２を設定した後、比較部１５は、貫通判定タイミングＴｄになったか否かを判定する（ステップＳ２１０）。貫通判定タイミングＴｄでなければ（ステップＳ２１０、Ｎｏ）、比較部１５は、貫通判定タイミングＴｄとなるまで、貫通判定タイミングＴｄであるか否かの判定を継続する（ステップＳ２１０）。
【００４７】
貫通判定タイミングＴｄになると（ステップＳ２１０、Ｙｅｓ）、比較部１５は、出力電圧を取得する（ステップＳ２２０）。比較部１５は、貫通判定タイミングＴｄの後に取得した出力電圧と閾値Ｂ２とを比較し、取得した出力電圧が閾値Ｂ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。
【００４８】
取得した出力電圧が閾値Ｂ２以下である場合（ステップＳ２３０、Ｙｅｓ）、比較部１５は、出力電圧が閾値Ｂ２以下と判定された回数を示すカウント数をカウントアップする（ステップＳ２５０）。そして、比較部１５は、カウント数が、特定回数以上になったか否かを判定する（ステップＳ２６０）。カウント数が、特定回数未満であれば（ステップＳ２６０、Ｎｏ）、比較部１５は、ステップＳ２２０の処理に戻り、出力電圧を取得する。ステップＳ２２０の処理は、一定の周期毎に行われる。すなわち、一定時間毎に出力電圧が取得される。比較部１５は、取得した出力電圧と閾値Ｂ２とを比較し、取得した出力電圧が閾値Ｂ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。
【００４９】
取得した出力電圧が閾値Ｂ２よりも大きい場合（ステップＳ２３０、Ｎｏ）、比較部１５は、カウント数をカウントクリアする（ステップＳ２４０）。そして、比較部１５は、ステップＳ２２０の処理に戻り、出力電圧を取得する。
【００５０】
比較部１５は、ステップＳ２６０において、カウント数が、特定回数以上になったと判定するまで、ステップＳ２２０からＳ２６０の処理を繰り返す。比較部１５は、カウント数が特定回数以上になると（ステップＳ２６０、Ｙｅｓ）、ワーク９に穴が貫通したと判断し、ピアス加工を終了する。カウントを開始してからカウント数が特定回数となるまでの期間が期間Ｐ３である。このように、比較部１５は、カウント数が特定回数以上となった場合、すなわち期間Ｐ３が経過した場合に、ワーク９に穴が貫通したと判定する。これにより、比較部１５は、光センサ８からの出力電圧がノイズ等でばらついた場合であっても、正確に貫通のタイミングを判定することができる。
【００５１】
ところで、製品を加工しない領域でピアス加工を行い、このピアス加工の際に発生する散乱光に基づいて散乱光の検出レベルを調整する方法がある。この方法では、散乱光の検出レベルを調整した後に製品加工が繰り返されるとノズル６が汚れてくるので、散乱光の光量も変化する。このため、製品加工が繰り返されると正確な散乱光の検出ができなくなる。また、製品加工の途中で散乱光の検出レベルを調整する場合、製品加工を中断しなければならず時間の無駄が発生する。一方、レーザ加工機１００は、ピアス加工毎に、ピアス加工中に閾値Ｂ２を設定しているので、製品加工を中断する必要はない。
【００５２】
また、レーザ加工機１００は、ピアス加工時に用いる閾値として同じ値を使い続けるのではなく、実際のピアス加工中にオンタイムで閾値Ｂ１を決定するので、経年劣化前に設定していた閾値と、実際に設定されるべき閾値Ｂ１との間に違いが発生することはない。すなわち、レーザ加工機１００は、実際のピアス加工中に適切な閾値Ｂ１を設定することができる。
【００５３】
このように、実施の形態１では、ピアス加工開始後の一定期間に出力された出力電圧に基づいて、ピアス加工によってワーク９に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値Ｂ１を設定し、その後の出力電圧および設定した閾値Ｂ１に基づいて、ワーク９に穴が貫通したか否かを判定している。これにより、ピアス加工がどのような環境の加工であっても、ピアス加工に応じた適切な閾値Ｂ１を設定することができるので、ワーク９に穴が貫通したか否かの検知精度が向上する。したがって、種々の加工環境において、ワーク９に穴が貫通したか否かを正確に判定することが可能となる。
【００５４】
実施の形態２．
つぎに、図１１および図１２を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２でもレーザ加工機１００は、実施の形態１の図６で説明したピアス加工と同様の処理手順でピアス加工を行う。実施の形態２では、レーザ加工機１００による閾値の算出方法が、実施の形態１と異なる。具体的には、実施の形態２では、レーザ加工機１００が、基準の出力電圧と、基準の出力電圧に対応する閾値と、出力電圧取得期間Ｐ１の間に取得された出力電圧と、に基づいて、閾値を設定する。
【００５５】
図１１は、実施の形態２にかかるレーザ加工機による貫通判定処理を説明するための図である。図１１に示すタイミングのうち、図７に示したタイミングと同じタイミングには、図７と同じ符号を付している。図１１では、第１のピアス加工の際の出力電圧の波形を波形５１で示し、第２のピアス加工の際の出力電圧の波形を波形５２で示している。第１のピアス加工は、実施の形態１で説明したピアス加工であり、第２のピアス加工は、基準の出力電圧を測定するためのピアス加工である。第２のピアス加工は、第１のピアス加工の前に行っておくものであり、ピアス加工毎に実行されるものではない。第２のピアス加工は、例えば、理想状態の加工環境下で実行される。理想状態の例は、加工ヘッド５およびノズル６が汚れていない状態である。
【００５６】
基準の出力電圧は、レーザ加工機１００の光センサ８で測定されたものであってもよいし、別のレーザ加工機で測定されたものであってもよい。基準の出力電圧をレーザ加工機１００の光センサ８で測定されたものとすることによって、基準の出力電圧を容易に取得することができる。また、基準の出力電圧に対応する閾値Ｂ０は、レーザ加工機１００で算出されたものであってもよいし、別のレーザ加工機で算出されたものであってもよい。
【００５７】
制御装置１０の記憶部１２へは、第２のピアス加工を行った場合に測定された基準の出力電圧と、基準の出力電圧で第２のピアス加工を行った場合にワーク９に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値Ｂ０と、を記憶させておく。閾値Ｂ０は、基準の出力電圧が光センサ８から出力される条件のもとでピアス加工を行った場合にワーク９に穴が貫通したか否かの判定基準となる判定基準値である。図１１では、第２のピアス加工で出力電圧取得期間Ｐ１の間に測定されて記憶しておいた出力電圧の平均値を、記憶値Ａ０として図示し、第１のピアス加工で出力電圧取得期間Ｐ１の間に測定された出力電圧の平均値を、実測値Ａ１として図示している。
【００５８】
実施の形態２では、閾値設定部１４が、予め設定しておいた記憶値Ａ０および閾値Ｂ０と、第１のピアス加工で取得した実測値Ａ１とに基づいて、実測値Ａ１に対応する閾値Ｂ３を算出する。
【００５９】
閾値設定部１４は、以下の式（１）を用いて、閾値Ｂ３を算出する。
閾値Ｂ３＝閾値Ｂ０×（実測値Ａ１／記憶値Ａ０）・・・（１）
【００６０】
このように、閾値設定部１４は、第２のピアス加工における記憶値Ａ０と基準の閾値Ｂ０との比率と、第１のピアス加工における実測値Ａ１と閾値Ｂ３との比率と、が同じになる閾値Ｂ３を算出する。これにより、実測値Ａ１に基づいて、記憶値Ａ０と基準の閾値Ｂ０との比率に応じた適切な閾値Ｂ３を設定することができる。
【００６１】
閾値設定部１４は、算出した閾値Ｂ３を貫通判定に用いる閾値に設定する。これにより、第２のピアス加工で設定された閾値Ｂ０が、実測値Ａ１に応じた閾値Ｂ３に変更される。
【００６２】
この後、比較部１５は、第１のピアス加工の間に、貫通判定タイミングＴｄになったか否かを判定する。貫通判定タイミングＴｄになると、比較部１５は、出力電圧の取得を開始する。比較部１５は、取得した出力電圧と閾値Ｂ３とを比較し、取得した出力電圧が閾値Ｂ３以下になったか否かを判定する。出力電圧が閾値Ｂ３以下になると、比較部１５は、ワーク９に穴が貫通した貫通タイミングＴｅであると判断し、第１のピアス加工を終了する。
【００６３】
なお、実測値Ａ１が取得される期間と記憶値Ａ０が取得される期間とは異なってもよい。すなわち、実測値Ａ１の算出に用いられる出力電圧を取得する出力電圧取得期間Ｐ１と、記憶値Ａ０の算出に用いられる出力電圧を取得する出力電圧取得期間Ｐ１とは、異なる期間であってもよい。換言すると、記憶値Ａ０が取得された時間と、実測値Ａ１が取得される時間とは、同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００６４】
また、実測値Ａ１は、取得タイミングＴｂｃで取得された出力電圧であってもよいし、記憶値Ａ０は、取得タイミングＴｂｃで取得された出力電圧であってもよい。この場合において、実測値Ａ１が取得される取得タイミングＴｂｃと、記憶値Ａ０が取得される取得タイミングＴｂｃとは、異なるタイミングであってもよい。
【００６５】
また、レーザ加工機１００は、基準の出力電圧を測定するための第２のピアス加工を行い記憶値Ａ０および閾値Ｂ０を求めているが、この第２のピアス加工は、第１のピアス加工の直前のピアス加工であってもよい。つまり、レーザ加工機１００は、第１のピアス加工の直前のピアス加工で得られた実測値Ａ１および閾値Ｂ３を、判定すべき第１のピアス加工の新たな記憶値Ａ０および閾値Ｂ０として、制御を行ってもよい。
【００６６】
また、閾値設定部１４は、記憶値Ａ０と実測値Ａ１との比率が特定範囲外である場合に、ピアス加工は異常であると判断する。具体的には、閾値設定部１４は、実測値Ａ１／記憶値Ａ０に対して、上限値および下限値を設けておく。閾値設定部１４は、実測値Ａ１／記憶値Ａ０が下限値を超えた場合には、貫通判定の信頼性が下がる可能性があるのでアラーム出力装置３５にアラームを出力させる。また、閾値設定部１４は、実測値Ａ１／記憶値Ａ０が上限値を超えた場合には、光センサ８が故障している可能性があるのでアラーム出力装置３５にアラームを出力させる。これにより、ピアス加工の異常をレーザ加工機１００の使用者に通知することが可能となる。
【００６７】
図１２は、実施の形態２の貫通判定方法で判定された貫通のタイミングを説明するための図である。図１２の横軸は時間であり、縦軸はレーザ光４の出力指令である。図１２では、閾値Ｂ３に基づいて貫通判定をした場合のレーザ光４の出力指令の波形６１と、閾値Ｂ０に基づいて貫通判定をした場合のレーザ光４の出力指令の波形６２とを示している。
【００６８】
実施の形態１では、ピアス加工ごとに閾値Ｂ１を求めていたが、実施の形態２では、理想状態で求めた閾値Ｂ０を用いて、ピアス加工ごとに閾値Ｂ３を決定している。実施の形態２において、理想状態で求めた閾値Ｂ０をそのまま用いてしまうと、実測値Ａ１が閾値Ｂ０よりも低いというだけで貫通と判定されてしまい、正確な貫通判定を行うことができない。すなわち、閾値Ｂ０に基づいて貫通判定をする場合、ノズル６などの汚れによって実測値Ａ１が正常時よりも低くなっているにも関わらず、正常時の閾値Ｂ０で貫通判定を行うこととなる。このため、正確な貫通タイミングＴｅよりも早いタイミングで貫通したものと判定されてしまう。実施の形態２の貫通判定方法である閾値Ｂ３に基づいた貫通判定の場合、第１のピアス加工に応じた適切な閾値Ｂ３に基づいて貫通判定を行うことができるので、実施の形態１と同様に、正確に貫通タイミングＴｅを判定することができる。
【００６９】
このように、実施の形態２では、第２のピアス加工の際の出力電圧である記憶値Ａ０と、記憶値Ａ０に対応する閾値Ｂ０と、第１のピアス加工の際の実測値Ａ１とに基づいて、実測値Ａ１に対応する閾値Ｂ３を設定している。そして、閾値Ｂ３および貫通判定タイミングＴｄ後の出力電圧に基づいて、ワーク９に穴が貫通したか否かを判定している。これにより、第１のピアス加工および第２のピアス加工に応じた適切な閾値Ｂ３に基づいて、貫通判定を行うことができるので、ワーク９に穴が貫通したか否かの検知精度が向上する。したがって、実施の形態１と同様に、種々の加工環境において、ワーク９に穴が貫通したか否かを正確に判定することが可能となる。
【００７０】
ここで、実施の形態１，２で説明した制御装置１０のハードウェア構成について説明する。制御装置１０は、何れも制御回路、すなわちプロセッサおよびメモリにより実現することができる。なお、プロセッサおよびメモリは、処理回路に置き換えられてもよい。また、制御装置１０の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
【００７１】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  レーザ発振器、３  照射位置、４  レーザ光、５  加工ヘッド、６  ノズル、７  加工テーブル、８  光センサ、９  ワーク、１０  制御装置、１１  入力部、１２  記憶部、１３  貫通判定部、１４  閾値設定部、１５  比較部、１６  制御部、２０  レーザ加工部、３５  アラーム出力装置、１００  レーザ加工機、Ｐ１  出力電圧取得期間、Ｐ２  貫通判定期間、Ｐ３  期間、Ｔａ  ピアス開始タイミング、Ｔｂ  取得開始タイミング、Ｔｂｃ  取得タイミング、Ｔｃ  取得終了タイミング、Ｔｄ  貫通判定タイミング、Ｔｅ  貫通タイミング。
【図１】
2019215793.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月1日(2018.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ発振器部と、
前記レーザ光を照射することによって被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部と、
前記レーザ発振器部および前記加工ヘッド部を制御する加工機制御部と、
前記被加工物に前記レーザ光が照射された際に発生する前記被加工物からの散乱光を測定して前記散乱光に対応する信号を出力する光測定部と、
ピアス加工開始後の一定期間に出力された前記信号に基づいて、前記ピアス加工によって前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する閾値設定部と、
前記信号および前記閾値に基づいて、前記被加工物に穴が貫通したか否かを判定する貫通判定部と、
で構成され、
前記閾値設定部は、予め設定された基準信号と、前記基準信号が前記光測定部から出力される条件のもとでピアス加工を行った場合に前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる判定基準値と、前記信号と、に基づいて、前記閾値を設定するレーザ加工機。
【請求項２】
前記閾値設定部は、前記一定期間に複数回に渡って出力された信号を平均化処理した値または前記一定期間に複数回に渡って出力された信号を前記一定期間で時間積分した値である実測値を算出し、前記実測値に基づいて前記閾値を設定する、
請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記閾値設定部は、前記一定期間内の特定のタイミングで出力された信号に基づいて、前記閾値を設定する、
請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
前記貫通判定部は、前記信号が、前記閾値以下となる期間が一定期間以上継続した場合に、前記被加工物に穴が貫通したと判定する、
請求項１から３の何れか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項５】
前記基準信号は、前記閾値を決定するピアス加工よりも前に行ったピアス加工の際に前記光測定部から出力されたものである、
請求項１から４の何れか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項６】
前記閾値設定部は、前記基準信号と前記判定基準値との比率と、前記信号と前記閾値との比率と、が同じになるよう、前記閾値を設定する、
請求項１から４の何れか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項７】
アラームを出力するアラーム出力部をさらに備え、
前記閾値設定部は、前記基準信号と前記信号とに基づいて、前記ピアス加工の異常を判断し、異常がある場合には前記アラーム出力部にアラームを出力させる、
請求項１から６の何れか１つに記載のレーザ加工機。
【請求項８】
前記閾値設定部は、前記基準信号と前記信号との比率が一定範囲外である場合に、前記ピアス加工は異常であると判断する、
請求項７に記載のレーザ加工機。
【請求項９】
レーザ光を照射することによって被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部を制御する制御装置であって、
前記被加工物に前記レーザ光が照射された際に発生する前記被加工物からの散乱光に対応する信号を受付ける入力部と、
ピアス加工開始後の一定期間に出力された前記信号に基づいて、前記ピアス加工によって前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する閾値設定部と、
前記信号および前記閾値に基づいて、前記被加工物に穴が貫通したか否かを判定する貫通判定部と、
で構成され、
前記閾値設定部は、予め設定された基準信号と、前記基準信号が出力される条件のもとでピアス加工を行った場合に前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる判定基準値と、前記信号と、に基づいて、前記閾値を設定する制御装置。
【請求項１０】
被加工物にレーザ光が照射された際に発生する前記被加工物からの散乱光に対応する信号を受付ける受付けステップと、
ピアス加工開始後の一定期間に出力された前記信号に基づいて、前記ピアス加工によって前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する設定ステップと、
前記信号および前記閾値に基づいて、前記被加工物に穴が貫通したか否かを判定する判定ステップと、
を含み、
前記設定ステップでは、予め設定された基準信号と、前記基準信号が出力される条件のもとでピアス加工を行った場合に前記被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる判定基準値と、前記信号と、に基づいて、前記閾値を設定する判定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ加工機は、レーザ光を出射するレーザ発振器部と、レーザ光を照射することによって被加工物をレーザ加工する加工ヘッド部と、レーザ発振器部および加工ヘッド部を制御する加工機制御部と、被加工物にレーザ光が照射された際に発生する被加工物からの散乱光を測定して散乱光に対応する信号を出力する光測定部とを備えている。また、本発明のレーザ加工機は、ピアス加工開始後の一定期間に出力された信号に基づいて、ピアス加工によって被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる閾値を設定する閾値設定部と、信号および閾値に基づいて、被加工物に穴が貫通したか否かを判定する貫通判定部とを備えている。閾値設定部は、予め設定された基準信号と、基準信号が光測定部から出力される条件のもとでピアス加工を行った場合に被加工物に穴が貫通したか否かの判定基準となる判定基準値と、信号と、に基づいて、閾値を設定する。
【国際調査報告】
2019215793.tif 000015
2019215793.tif 000016