(57)【要約】  レーザ発振器（４）から出射されるレーザ光（Ｌ）をファイバ伝送する伝送ファイバ（２）と、伝送ファイバ（２）から送られてくるレーザ光（Ｌ）を加工対象物Ｗの主面に対して垂直方向に照射するとともに、加工対象物（Ｗ）によってレーザ光（Ｌ）と同軸方向に反射された反射光（Ｒｅ）を伝送ファイバ（２）に送る加工ヘッド（３）と、伝送ファイバ（２）から送られてくる反射光（Ｒｅ）の反射光量を検出する反射光モニタ部（１０）と、レーザ発振器（４）および加工ヘッド（３）を制御する制御装置（１）と、を備え、制御装置（１）は、加工対象物（Ｗ）がレーザ加工の加工条件に応じたものであるか否かを、反射光量に基づいて、レーザ加工の開始時に判定する判定部を有している。
2013014994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から出射されるレーザ光をファイバ伝送する伝送ファイバと、
前記伝送ファイバから送られてくる前記レーザ光を加工対象物の主面に対して垂直方向に照射するとともに、前記加工対象物によって前記レーザ光と同軸方向に反射された反射光を前記伝送ファイバに送る加工ヘッドと、
前記伝送ファイバから送られてくる前記反射光の反射光量を検出する反射光量検出部と、
前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記加工対象物がレーザ加工の加工条件に応じたものであるか否かを、前記反射光量に基づいて、レーザ加工の開始時に判定する判定部を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記反射光量検出部は、前記加工対象物への穴あけ加工であるピアシングの際に前記反射光量を検出し、
前記判定部は、前記ピアシングの際に検出された反射光量に基づいて、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記ピアシングを開始してから前記反射光量が所定値に下がるまでの間に計測された計測時間と、予め記憶しておいた計測時間に関する第１の規定範囲と、を比較し、比較結果に基づいて、前記加工対象物が加工条件に応じた板厚であるか否かを判定することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記ピアシングの開始時に検出された反射光量と、予め記憶しておいた反射光量に関する第２の規定範囲と、を比較し、比較結果に基づいて、前記加工対象物が加工条件に応じた材質であるか否かを判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
レーザ発振器から出射されて伝送ファイバによってファイバ伝送されたレーザ光を加工ヘッドが加工対象物の主面に対して垂直方向に照射し、前記加工対象物によって前記レーザ光と同軸方向に反射光が反射された際に、前記加工ヘッドおよび前記伝送ファイバを介して送られてくる前記反射光の反射光量が検出されると、前記反射光量が入力される入力部と、
前記反射光量に関する規定範囲を記憶する第１の記憶部と、
前記加工対象物の製品領域の加工位置およびレーザ加工の開始時に用いる加工条件を含んだ加工プログラムを記憶する第２の記憶部と、
前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを、前記加工プログラムを用いて制御する第１の制御部と、
前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを、前記加工条件で前記加工対象物にレーザ光を照射した場合に前記入力部に入力される反射光量と前記記憶部に記憶されている規定範囲との比較結果に基づいて判定する判定部と、
を備えることを特徴とするレーザ加工制御装置。
【請求項６】
前記判定部は、前記加工対象物への穴あけ加工であるピアシングの際に検出された反射光量に基づいて、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工制御装置。
【請求項７】
前記加工対象物のうち製品領域以外の非製品領域に前記レーザ光をテスト照射するよう、前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを制御する第２の制御部をさらに備え、
前記第２の制御部は、前記加工位置に基づいて前記非製品領域内の何れかの位置にレーザ光をテスト照射するテスト位置を設定するとともに、前記テスト位置に前記加工条件で前記レーザ光をテスト照射するよう、前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを制御し、
前記判定部は、前記テスト位置での反射光量を用いて、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを判定し、
前記第１の制御部は、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであると判定された後、前記加工プログラムを用いて前記加工対象物へのレーザ加工を開始することを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ加工制御装置。
【請求項８】
前記第１の制御部は、前記加工プログラムに設定されている最初の加工位置に前記加工条件で前記レーザ光を照射させ、
前記判定部は、前記最初の加工位置に前記加工条件で前記レーザ光が照射された際の反射光量を用いて、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを判定し、
前記第１の制御部は、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであると判定された後、前記加工プログラムを用いて前記加工対象物へのレーザ加工を継続することを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ加工制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工不良を低減させるレーザ加工装置およびレーザ加工制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工装置で加工を行う場合、ＮＣ（Numerical  Control）装置からの指令に基づく加工条件の選択と、加工対象物（ワーク）のセットと、は別々に行われるので、両者間の相関性はなかった。そのため、加工条件と加工対象物が異なっていたとしても加工が行われ、その結果、加工不良になることがあった。【０００３】
所望の加工対象物がセットされているか否かを判断する方法として、加工対象物の上部に反射光検出センサを配置し、この反射光検出センサで反射光を測定する方法がある。例えば、加工対象物の表面に対して斜め方向にレーザ光を入射する場合、常にレーザ光の入射角度が決まっている場合を除いては、反射光検出センサの配置位置に起因して、検出できる反射光量に大きな角度依存性が生じることとなる。これを避けるためには、入射するレーザ光の光軸を囲うよう、ドーナツ状に帯状センサを配置する必要があり、装置構成が複雑となる。また、光軸に対して空間的に離れた位置に反射光検出センサを配置し、加工対象物の表面に対して垂直にレーザ光を入射する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１４４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、入射光と加工対象点とを結ぶ線と、加工対象点と反射光検出センサとを結ぶ線と、がなす角度が０°のとき、反射光量は最大値をとり、角度が大きくなるにつれて反射光量は小さくなる。このため、光軸に対して空間的に離れた位置に反射光検出センサを配置している上記従来の技術では、反射光量に対して高い測定精度を得ることは困難であるという問題があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適切なレーザ加工が行えるか否かを、精度良く検出した反射光量に基づいて正確に判定するレーザ加工装置およびレーザ加工制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ発振器から出射されるレーザ光をファイバ伝送する伝送ファイバと、前記伝送ファイバから送られてくる前記レーザ光を加工対象物の主面に対して垂直方向に照射するとともに、前記加工対象物によって前記レーザ光と同軸方向に反射された反射光を前記伝送ファイバに送る加工ヘッドと、前記伝送ファイバから送られてくる前記反射光の反射光量を検出する反射光量検出部と、前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記加工対象物がレーザ加工の加工条件に応じたものであるか否かを、前記反射光量に基づいて、レーザ加工の開始時に判定する判定部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加工対象物によってレーザ光と同軸方向に反射された反射光の反射光量に基づいて、加工対象物がレーザ加工の加工条件に応じたものであるか否かをレーザ加工の開始時に判定するので、精度良く検出した反射光量に基づいて、適切なレーザ加工が行えるか否かを正確に判定することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、レーザ加工装置の加工処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、反射光量の変化を示すタイムチャートの一例である。
【図５】図５は、材質毎の反射率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置およびレーザ加工制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、こ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。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、例えば、加工対象物Ｗ（板状部材など）をレーザ光によって切断する装置であり、レーザ発振器４、伝送ファイバ２、加工ヘッド３、制御装置１を備えている。
【００１２】
レーザ発振器４は、ファイバ伝送可能なレーザ光Ｌ（例えば固体レーザ）を発振し、伝送ファイバ２に送出する。伝送ファイバ２は、一方の端部がレーザ発振器４に接続され、他方の端部が加工ヘッド３に接続されている。伝送ファイバ２は、レーザ発振器４からのレーザ光Ｌを加工ヘッド３に伝送するとともに、加工対象物Ｗで反射された反射光Ｒｅをレーザ発振器４側に伝送する。
【００１３】
加工ヘッド３は、伝送ファイバ２によって伝送されてきたレーザ光Ｌを加工対象物Ｗに照射する。加工ヘッド３は、レーザ光Ｌを集光させる集光レンズを有しており、集光レンズによってレーザ光Ｌを加工対象物Ｗ上に集光させる。これにより、加工ヘッド３は、伝送ファイバ２から送られてくるレーザ光Ｌを加工対象物Ｗの主面に対して垂直方向に照射する。
【００１４】
また、加工ヘッド３は、加工対象物Ｗでレーザ光Ｌと同軸方向に反射された反射光Ｒｅを、伝送ファイバ２に送る。反射光Ｒｅを正確に測定するために、加工ヘッド３は、加工対象物Ｗに対して垂直の位置（光路と同軸）に配置されている。
【００１５】
レーザ発振器４は、反射光モニタ部（反射光量検出部）１０を有しており、反射光モニタ部１０が反射光Ｒｅの反射光量を検出する。制御装置１は、レーザ発振器４、レーザ加工装置１００の加工駆動部（加工ヘッド３や後述の載置台）を制御する。本実施の形態の制御装置１は、反射光量に基づいて、加工対象物Ｗの材質および板厚が所望の加工対象物（加工条件（例えば、レーザ出力、周波数、デューティ、加工ガス種、加工ガス圧、焦点位置、ノズルギャップなど）に応じた加工対象物）であるか否かを判定する。換言すると、制御装置１は、反射光量に基づいて、加工条件が正しいものであるか否かの判別を行う。
【００１６】
加工対象物Ｗは、例えば金属を主とした部材である。加工対象物Ｗは、レーザ光Ｌの照射方向に垂直な平面内を移動可能な載置台（図示せず）に固定された状態でレーザ加工される。加工対象物Ｗを加工する際には、加工対象物Ｗに応じた加工条件が選択される。制御装置１が、加工条件に応じた加工対象物Ｗが載置台上に載置されていないと判定した場合、加工条件の修正または加工対象物Ｗの交換が行われる。
【００１７】
レーザ加工装置１００では、レーザ発振器４から発振されたレーザ光Ｌが、伝送ファイバ２、加工ヘッド３を通過し加工対象物Ｗに照射される。このとき発生する反射光Ｒｅの一部は、加工ヘッド３、伝送ファイバ２を通り、反射光モニタ部１０に返されることで反射光量が測定される。反射光Ｒｅは、加工ヘッド３により集光されて反射光モニタ部１０へ返されるので、広い範囲の反射光Ｒｅを反射光モニタ部１０へ返すことができ、その結果、反射光モニタ部１０では反射光Ｒｅの高い信号量を得ることが可能となる。
【００１８】
つぎに、制御装置１の構成について説明する。図２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置が備える制御装置の構成を示すブロック図である。レーザ加工装置１００が備える制御装置１（レーザ加工制御装置）は、加工情報入力部１１Ａ、反射光量入力部１１Ｂ、加工プログラム記憶部１２Ｍ、規定範囲記憶部１３Ｍ、判定制御部１４、板厚判定部１５、材質判定部１６、加工制御部１７、指示出力部１８、判定結果出力部１９を備えている。
【００１９】
加工情報入力部１１Ａは、加工対象物Ｗを加工する際に用いる情報を入力する。具体的には、加工情報入力部１１Ａは、加工プログラムを入力して加工プログラム記憶部１２Ｍに送る。また、加工情報入力部１１Ａは、加工対象物Ｗの材質判定に用いる反射光量の規定範囲（以下、反射光量規定範囲という）と、加工対象物Ｗの板厚判定に用いるピアス貫通時間の規定範囲（以下、貫通時間規定範囲という）と、を入力して規定範囲記憶部１３Ｍに送る。反射光量規定範囲は、反射光量の許容範囲であり、貫通時間規定範囲は、ピアス貫通時間の許容範囲である。例えば、軟鋼の場合、ピアス貫通時間は板厚１２ｍｍで７秒、板厚１６ｍｍで１０秒、板厚１９ｍｍで１５秒かかる。
【００２０】
反射光量入力部１１Ｂは、レーザ発振器４の反射光モニタ部１０で測定された反射光量を入力して、材質判定部１６および板厚判定部１５に送る。加工プログラム記憶部１２Ｍは、加工プログラムを記憶するメモリなどである。ここでの加工プログラムは、加工対象物Ｗのレーザ加工に用いられるプログラムであり、加工位置、加工順序、加工条件などを含んで構成されている。規定範囲記憶部１３Ｍは、反射光量規定範囲や貫通時間規定範囲を記憶するメモリなどである。
【００２１】
レーザ光Ｌに対する加工対象物Ｗ上での反射率は加工対象物Ｗの物性値（材質）によって決まるものである。例えば、銅は反射率が高く、鉄は反射率が低い（図５）。このため、規定範囲記憶部１３Ｍは、加工条件毎（加工対象物Ｗ毎）に反射光量規定範囲と、貫通時間規定範囲と、を記憶している。規定範囲記憶部１３Ｍでは、加工条件と反射光量規定範囲とを対応付けした情報、加工条件と貫通時間規定範囲とを対応付けした情報とが記憶されている。
【００２２】
判定制御部１４は、加工対象物Ｗの板厚判定や材質判定を行う際に、レーザ発振器４や加工ヘッド３へ送る指示情報を作成する。判定制御部１４は、加工対象物Ｗ上の領域から、製品加工に用いられない領域（非製品領域）を抽出する。判定制御部１４は、加工プログラム記憶部１２Ｍから加工プログラムを読み出し、加工プログラム内に設定されている加工位置に基づいて、非製品領域を抽出する。また、判定制御部１４は、加工プログラムから加工条件を読み出す。加工条件は、加工対象物Ｗを製品加工する際に用いる加工の条件である。加工条件は、例えば、加工開始（ピアシング）の際や加工中（切断）に用いるレーザ光Ｌのレーザ出力値、加工ヘッド３の移動速度などである。以下では、加工開始の際の加工条件がピアシングに関する加工条件（ピアシング条件）である場合について説明する。
【００２３】
判定制御部１４は、非製品領域の何れかの位置（テスト位置）に、加工開始時に用いられるピアシング条件で、レーザ発振器４や加工ヘッド３にレーザ加工のテスト（テスト加工）を行わせる。判定制御部１４は、レーザ発振器４や加工ヘッド３に送るテスト加工用の指示情報を、指示出力部１８に送る。
【００２４】
また、判定制御部１４は、板厚判定部１５や材質判定部１６からの判定結果に基づいて、加工制御部１７への加工開始指示（製品領域への加工開始指示）や判定結果出力部１９への判定結果出力指示を行う。判定制御部１４は、板厚判定部１５や材質判定部１６から、正常判定結果（加工条件に応じた加工対象物Ｗが載置台上に載置されていることを示す判定結果）が送られてきた場合に、加工制御部１７に加工開始指示を送る。
【００２５】
また、判定制御部１４は、板厚判定部１５や材質判定部１６から、正常判定結果を受けた場合に、判定結果出力部１９に正常判定結果を出力するよう指示する。一方、判定制御部１４は、板厚判定部１５や材質判定部１６から、異常判定結果（加工条件に応じた加工対象物Ｗが載置台上に載置されていないことを示す判定結果）を受けた場合に、判定結果出力部１９に異常判定結果を出力するよう指示する。
【００２６】
板厚判定部１５は、判定制御部１４が抽出した加工条件に基づいて、加工条件に対応する貫通時間規定範囲を規定範囲記憶部１３Ｍから読み出す。板厚判定部１５は、テスト加工を開始してからの反射光量の変化に基づいて、加工条件毎に加工対象物Ｗの板厚を判定する。
【００２７】
板厚判定部１５は、テスト加工を開始してから反射光量が所定値（閾値）に下がるまでの時間を計測するタイマ３１を有しており、タイマ３１で計測した時間と、規定範囲記憶部１３Ｍから読み出した貫通時間規定範囲と、を比較する。ピアシング中は、所定の反射光量があるが、ピアシングによって加工対象物Ｗが貫通すれば反射光量は激減する。このため、反射光量の閾値としては、ピアシングが完了した際に検出される反射光量よりも少しだけ大きな値（以下、ピアシング完了閾値という）が設定され、予め規定範囲記憶部１３Ｍなどで記憶しておく。ピアシング完了閾値は、加工条件毎に設定しておく。
【００２８】
板厚判定部１５は、タイマ３１で計測した時間が、貫通時間規定範囲内であれば、正しい板厚である（加工条件に応じた板厚の加工対象物Ｗが載置台上に載置されている）と判定し、板厚に関する正常判定結果を判定制御部１４に送る。
【００２９】
板厚判定部１５は、タイマ３１で計測した時間が、貫通時間規定範囲外であれば、間違った板厚である（加工条件に応じた板厚とは異なる板厚の加工対象物Ｗが載置台上に載置されている）と判定し、板厚に関する異常判定結果を判定制御部１４に送る。
【００３０】
材質判定部１６は、判定制御部１４が抽出した加工条件に基づいて、加工条件に対応する反射光量規定範囲を規定範囲記憶部１３Ｍから読み出す。材質判定部１６は、ピアシングを開始した直後の反射光量に基づいて、加工条件毎に加工対象物Ｗの材質を判定する。
【００３１】
材質判定部１６は、反射光モニタ部１０から送られてくる反射光量と、規定範囲記憶部１３Ｍから読み出した反射光量規定範囲を比較する。材質判定部１６は、反射光モニタ部１０から送られてくる反射光量が、反射光量規定範囲内であれば、正しい材質である（加工条件に応じた材質の加工対象物Ｗが載置台上に載置されている）と判定し、材質に関する正常判定結果を判定制御部１４に送る。
【００３２】
材質判定部１６は、反射光モニタ部１０から送られてくる反射光量が、反射光量規定範囲外であれば、間違った材質である（加工条件に応じた材質とは異なる材質の加工対象物Ｗが載置台上に載置されている）と判定し、材質に関する異常判定結果を判定制御部１４に送る。
【００３３】
加工制御部１７は、判定制御部１４から加工開始指示が送られてきた場合に、加工プログラム記憶部１２Ｍ内の加工プログラムを読み出して、指示出力部１８に加工指示を送る。これにより、加工対象物Ｗの製品領域へのレーザ加工が開始される。
【００３４】
指示出力部１８は、加工制御部１７や判定制御部１４から送られてくる指示情報（制御指示）を、レーザ発振器４や加工ヘッド３などに送る。判定結果出力部１９は、判定制御部１４から送られてくる正常判定結果や異常判定結果を表示装置（例えば液晶モニタ）などに表示させる。
【００３５】
つぎに、レーザ加工装置１００による加工処理の手順について説明する。図３は、レーザ加工装置の加工処理手順を示すフローチャートである。レーザ加工装置１００では、加工対象物Ｗに対してテスト加工を行い、加工条件に応じた板厚や材質の加工対象物Ｗが載置台上に載置されていると判定された場合に加工対象物Ｗに製品加工を行う。
【００３６】
このため、レーザ加工装置１００は、加工対象物Ｗに対してテスト加工からレーザ加工を開始する（ステップＳ１０）。具体的には、判定制御部１４は、加工プログラム記憶部１２Ｍから加工プログラムを読み出し、加工プログラム内に設定されている加工位置に基づいて、非製品領域を抽出する。さらに、判定制御部１４は、加工プログラムから加工条件を読み出し、加工条件内からピアシング条件を読み出す。そして、判定制御部１４は、非製品領域の何れかの位置に、ピアシング条件で、レーザ発振器４や加工ヘッド３にテスト加工を行わせる。このため、判定制御部１４は、レーザ発振器４や加工ヘッド３に送るテスト加工用の指示情報を、指示出力部１８に送る。これにより、指示出力部１８から、レーザ発振器４や加工ヘッド３へ、テスト加工用の指示情報が送られる。
【００３７】
レーザ発振器４からはテスト加工用のピアシング条件に対応するレーザ光Ｌが出射される。このレーザ光Ｌは、伝送ファイバ２、加工ヘッド３を介して加工対象物Ｗに照射される。そして、加工対象物Ｗで反射された反射光Ｒｅの一部が、加工ヘッド３、伝送ファイバ２を介して反射光モニタ部１０に送られる。これにより、反射光モニタ部１０で反射光量が測定される（ステップＳ２０）。反射光モニタ部１０は、測定した反射光量を、制御装置１に送る。制御装置１の反射光量入力部１１Ｂは、反射光量を材質判定部１６および板厚判定部１５に送る。
【００３８】
判定制御部１４は、加工プログラムから加工条件を読み出して、材質判定部１６と板厚判定部１５に送る。材質判定部１６は、加工条件に対応する反射光量規定範囲５１を規定範囲記憶部１３Ｍから読み出す。
【００３９】
材質判定部１６は、ピアシングを開始した直後の反射光量に基づいて、反射光量が、反射光量規定範囲５１内であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。材質判定部１６は、反射光モニタ部１０から送られてくる反射光量が、反射光量規定範囲５１外であれば（ステップＳ３０、Ｎｏ）、加工条件には対応しない材質の加工対象物Ｗが載置台上に載置されていると判定する。そして、材質判定部１６は、材質に関する異常判定結果を判定制御部１４に送る。
【００４０】
判定制御部１４が、材質判定部１６から異常判定結果を受けると、加工停止または加工条件修正が行われる（ステップＳ４０）。このとき、判定制御部１４は、判定結果出力部１９に材質に関する異常判定結果を出力する。これにより、判定結果出力部１９は、材質に関する異常判定結果を表示装置などに表示させる。
【００４１】
加工を停止する場合、判定制御部１４は、指示出力部１８に加工停止指示を出力する。これにより、指示出力部１８からレーザ発振器４や加工ヘッド３へは加工停止指示が送られ、レーザ発振器４や加工ヘッド３の動作が停止する。この後、レーザ加工装置１００の使用者によって、加工条件に応じた適切な加工対象物Ｗに加工対象物Ｗが交換される。
【００４２】
また、加工条件を修正する場合、レーザ加工装置１００の使用者によって、加工条件が修正される。具体的には、加工条件が、載置台に載置されている加工対象物Ｗの材質に応じた加工条件（レーザ光Ｌのレーザ出力値や加工ヘッド３の移動速度など）に修正される。修正後の加工条件は、加工情報入力部１１Ａから入力されて加工プログラム記憶部１２Ｍに送られる。そして、修正後の新たな加工条件が加工プログラムに設定される。
【００４３】
なお、加工対象物Ｗの表面が酸化されている場合や加工対象物Ｗの表面が荒れている場合がある。このような場合、反射光量が、反射光量規定範囲５１外であると判断される場合があるので、加工条件は、加工対象物Ｗの表面状態に応じた加工条件に修正してもよい。
【００４４】
この後、反射光モニタ部１０から送られてくる反射光量が、反射光量規定範囲５１内となるまで、ステップＳ１０〜Ｓ４０の処理が繰り返される。材質判定部１６は、反射光モニタ部１０から送られてくる反射光量が、反射光量規定範囲５１内となれば（ステップＳ３０、Ｙｅｓ）、加工条件に応じた材質の加工対象物Ｗが載置台上に載置されていると判定する。そして、材質判定部１６は、材質に関する正常判定結果を判定制御部１４に送る。
【００４５】
そして、レーザ加工装置１００では、テスト加工（ピアス加工）が継続される（ステップＳ５０）。これにより、レーザ発振器４からはテスト加工用のピアシング条件に対応するレーザ光Ｌの出射が継続され、加工対象物Ｗへのピアス貫通処理が行われる（ステップＳ６０）。レーザ加工装置１００では、加工対象物Ｗへのピアス貫通処理が完了するまで、レーザ光Ｌの出射と反射光量の測定が継続される。
【００４６】
板厚判定部１５は、判定制御部１４が抽出した加工条件に基づいて、加工条件に対応する貫通時間規定範囲５２を規定範囲記憶部１３Ｍから読み出す。板厚判定部１５のタイマ３１は、テスト加工を開始してから反射光量がピアシング完了閾値に下がるまでの時間を計測する。板厚判定部１５は、タイマ３１で計測した時間と、規定範囲記憶部１３Ｍから読み出した貫通時間規定範囲５２と、を比較する（ステップＳ７０）。
【００４７】
板厚判定部１５は、タイマ３１で計測した時間が、貫通時間規定範囲５２外であれば（ステップＳ７０、Ｎｏ）、加工条件に応じた板厚とは異なる板厚の加工対象物Ｗが載置台上に載置されていると判定する。そして、板厚判定部１５は、板厚に関する異常判定結果を判定制御部１４に送る。
【００４８】
判定制御部１４が、板厚判定部１５から異常判定結果を受けると、加工停止または加工条件修正が行われる（ステップＳ８０）。このとき、判定制御部１４は、判定結果出力部１９に板厚に関する異常判定結果を出力する。これにより、判定結果出力部１９は、板厚に関する異常判定結果を表示装置などに表示させる。
【００４９】
加工を停止する場合、ステップＳ４０で説明した処理と同様の処理によって、加工対象物Ｗが加工条件に応じた適切な加工対象物Ｗに交換される。また、加工条件を修正する場合、ステップＳ４０で説明した処理と同様の処理によって、新たな加工条件が加工プログラムに設定される。
【００５０】
この後、タイマ３１で計測した時間が、貫通時間規定範囲５２内となるまで、ステップＳ５０〜Ｓ８０の処理が繰り返される。このとき、判定制御部１４は、非製品領域内のうちテスト加工で未使用の位置を次のテスト位置に選択する。そして、判定制御部１４は、選択したテスト位置に、ピアシング条件で、レーザ発振器４や加工ヘッド３にテスト加工を行わせる。換言すると、テスト加工の位置を変更してテスト加工が行われる。
【００５１】
板厚判定部１５は、タイマ３１で計測した時間が貫通時間規定範囲５２内となれば（ステップＳ７０、Ｙｅｓ）、加工条件に応じた板厚の加工対象物Ｗが載置台上に載置されていると判定する。そして、板厚判定部１５は、板厚に関する正常判定結果を判定制御部１４に送る。
【００５２】
この後、レーザ加工装置１００では、加工制御部１７によって加工対象物Ｗへの製品加工が開始される（ステップＳ９０）。換言すると、加工制御部１７は、判定制御部１４から正常判定結果（加工開始指示）が送られてくると、加工プログラム記憶部１２Ｍ内の加工プログラムを読み出して、指示出力部１８に加工指示を送る。
【００５３】
図４は、反射光量の変化を示すタイムチャートの一例である。テスト加工を開始すると（時刻ｔ１）、レーザ光Ｌが加工対象物Ｗに照射される。その際、加工対象物Ｗの表面にレーザ光Ｌが照射されるので反射光量は大きくなり、反射光量が一時的にｓ１まで到達する。この後、ピアス加工が進むにつれ、例えば１ｍｍ秒後には、反射光量がｓ２まで減少する。
【００５４】
材質判定部１６は、反射光量のｓ１と、反射光量規定範囲５１と、を比較し、加工条件（材質）の整合性を確認する。続けて、時刻ｔ２にピアス貫通が完了すると、レーザ光Ｌは出射されているが、このレーザ光Ｌは、加工対象物Ｗの貫通孔を通過する。このため、レーザ光Ｌは加工対象物Ｗからほとんど反射されることはなく、その結果、反射光量は０付近のｓ３まで減少する。ピアシング完了閾値は、ここでのｓ３よりも僅かに大きな値である。
【００５５】
板厚判定部１５のタイマ３１は、テスト加工を開始してから反射光量がピアシング完了閾値に下がるまでの時間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）を計測している。板厚判定部１５は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間（例えば、０．１秒〜数秒）と、貫通時間規定範囲５２と、を比較し、加工条件（板厚）の整合性を確認する。
【００５６】
なお、本実施の形態では、加工対象物Ｗの加工を開始する際の加工条件でテスト加工を行う場合について説明したが、テスト加工用の加工条件を予め準備しておいてもよい。また、本実施の形態では、非製品領域にテスト加工を行なった際の反射光量に基づいて材質判定や板厚判定を行う場合について説明したが、実際に製品加工を開始する際の反射光量に基づいて材質判定や板厚判定を行ってもよい。この場合、加工プログラムに設定されている最初の加工位置にレーザ光Ｌが照射され、最初の加工位置での反射光量やピアス貫通時間に基づいて、材質判定や板厚判定が行われる。そして、正常判定結果を受けると、加工プログラムを用いてレーザ発振器４および加工ヘッド３の制御が継続される。一方、異常判定結果を受けると、加工停止または加工条件修正が行われる。
【００５７】
また、レーザ加工装置１００は、加工対象物Ｗの切断に限らず、加工対象物Ｗの穴あけ加工を行ってもよい。また、加工対象物Ｗは、１層の板状部材に限らず複数層からなる板状部材（例えばプリント基板）であってもよい。この場合、層毎に材質、板厚を判定してもよい。
【００５８】
また、本実施の形態では、加工条件に対して正しい加工対象物Ｗがセットされているか否かを判断したが、ピアス加工の際の反射光量やピアス貫通時間に基づいて、加工条件を自動選択してもよい。この場合、製品加工用の加工条件を設定することなくテスト用の加工条件でピアス加工が行われ、その後、ピアス加工の際の反射光量やピアス貫通時間に基づいて製品加工用の加工条件が設定される。
【００５９】
また、加工範囲内が同一材質である場合、ピアス加工の際の反射光量から切断加工の際の反射光量の微小な変化を検出し、検出した変化に対応する加工条件を選択してもよい。この場合、反射光量の変化に応じた加工条件を、複数準備しておく。そして、反射光量の変化に基づいて、加工条件が自動変更される。
【００６０】
また、加工プログラム内に、加工テストを行う際に用いる制御プログラムを含めておいてもよい。この場合、加工プログラムを用いて、テスト加工および製品加工が行われる。また、本実施の形態では、１本の伝送ファイバ２でレーザ光Ｌと反射光Ｒｅの伝送を行う場合について説明したが、レーザ光Ｌ用の伝送ファイバ２と反射光Ｒｅ用の伝送ファイバ２をレーザ加工装置１００内に設けてもよい。
【００６１】
このように、実施の形態によれば、反射光量に基づいて、加工対象物Ｗが加工条件に応じた加工対象物Ｗであるか否かを判定するので、加工対象物Ｗと加工条件との対応関係が適切か否かを正確に判定することが可能となる。したがって、間違った加工対象物Ｗへのレーザ加工や、不適切な加工条件でのレーザ加工を防止することが可能になる。換言すると、反射光量に基づいて、加工条件と加工対象物Ｗとの不一致を検出するので、加工不良の発生（加工間違い）を低減することが可能となる。
【００６２】
また、レーザ光Ｌと同軸に配置されている加工ヘッド３を用いて、ピアシングの際に反射光量を同軸で検出するので、加工対象物Ｗの板厚が厚くなるほど反射光量を精度良く検出できる。また、ピアス貫通時間に基づいて、加工対象物Ｗの板厚を判定するので、加工対象物Ｗが加工条件に応じた所望の加工対象物Ｗであるか否かを正確に判定することが可能となる。また、ピアス開始時の反射光量に基づいて、加工対象物Ｗの材質を判定するので、加工対象物Ｗが加工条件に応じた所望の加工対象物Ｗであるか否かを正確に判定することが可能となる。
【００６３】
また、テスト位置に対してピアシング加工を行って加工対象物Ｗが加工条件に応じた所望の加工対象物Ｗであると判定された後、加工プログラムを用いて加工対象物Ｗへの製品加工を行うので、加工不良の発生を低減することが可能となる。
【００６４】
また、加工プログラムに設定されている最初の加工位置にピアシング加工を行って加工対象物Ｗが加工条件に応じた所望の加工対象物Ｗであると判定された後、加工プログラムによる製品加工を継続するので、テスト加工を行うことなく短時間で加工対象物Ｗを判定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明に係るレーザ加工装置およびレーザ加工制御装置は、加工不良の低減に適している。
【符号の説明】
【００６６】
１  制御装置
２  伝送ファイバ
３  加工ヘッド
４  レーザ発振器
１０  反射光モニタ部
１１Ａ  加工情報入力部
１１Ｂ  反射光量入力部
１２Ｍ  加工プログラム記憶部
１３Ｍ  規定範囲記憶部
１４  判定制御部
１５  板厚判定部
１６  材質判定部
１７  加工制御部
１００  レーザ加工装置
Ｌ  レーザ光
Ｒｅ  反射光
Ｗ  加工対象物
【図１】
2013014994.tif 000003
【図２】
2013014994.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013014994.tif 000006
【図５】
2013014994.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月8日(2012.11.8)
【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】
レーザ発振器から出射されるレーザ光をファイバ伝送する伝送ファイバと、
前記伝送ファイバから送られてくる前記レーザ光を加工対象物の主面に対して垂直方向に照射するとともに、前記加工対象物によって前記レーザ光と同軸方向に反射された反射光を前記伝送ファイバに送る加工ヘッドと、
前記伝送ファイバから送られてくる前記反射光の反射光量を検出する反射光量検出部と、
前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記加工対象物がレーザ加工の加工条件に応じたものであるか否かを、前記反射光量に基づいて、レーザ加工の開始時に判定する判定部を有し、
前記判定部は、前記ピアシングを開始してから前記反射光量が所定値に下がるまでの間に計測された計測時間と、予め記憶しておいた計測時間に関する第１の規定範囲と、を比較し、比較結果に基づいて、前記加工対象物が加工条件に応じた板厚であるか否かを判定することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ発振器から出射されるレーザ光をファイバ伝送する伝送ファイバと、
前記伝送ファイバから送られてくる前記レーザ光を加工対象物の主面に対して垂直方向に照射するとともに、前記加工対象物によって前記レーザ光と同軸方向に反射された反射光を前記伝送ファイバに送る加工ヘッドと、
前記伝送ファイバから送られてくる前記反射光の反射光量を検出する反射光量検出部と、
前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記加工対象物がレーザ加工の加工条件に応じたものであるか否かを、前記反射光量に基づいて、レーザ加工の開始時に判定する判定部を有し、
前記判定部は、前記ピアシングの開始時に検出された反射光量と、予め記憶しておいた反射光量に関する第２の規定範囲と、を比較し、比較結果に基づいて、前記加工対象物が加工条件に応じた材質であるか否かを判定することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
前記反射光量検出部は、前記加工対象物への穴あけ加工であるピアシングの際に前記反射光量を検出し、
前記判定部は、前記ピアシングの際に検出された反射光量に基づいて、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを判定することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
レーザ発振器から出射されて伝送ファイバによってファイバ伝送されたレーザ光を加工ヘッドが加工対象物の主面に対して垂直方向に照射し、前記加工対象物によって前記レーザ光と同軸方向に反射光が反射された際に、前記加工ヘッドおよび前記伝送ファイバを介して送られてくる前記反射光の反射光量が検出されると、前記反射光量が入力される入力部と、
前記反射光量に関する規定範囲を記憶する第１の記憶部と、
前記加工対象物の製品領域の加工位置およびレーザ加工の開始時に用いる加工条件を含んだ加工プログラムを記憶する第２の記憶部と、
前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを、前記加工プログラムを用いて制御する第１の制御部と、
前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを、前記加工条件で前記加工対象物にレーザ光を照射した場合に前記入力部に入力される反射光量と前記記憶部に記憶されている規定範囲との比較結果に基づいて判定する判定部と、
前記加工対象物のうち製品領域以外の非製品領域に前記レーザ光をテスト照射するよう、前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを制御する第２の制御部と、
を備え、
前記第２の制御部は、前記加工位置に基づいて前記非製品領域内の何れかの位置にレーザ光をテスト照射するテスト位置を設定するとともに、前記テスト位置に前記加工条件で前記レーザ光をテスト照射するよう、前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを制御し、
前記判定部は、前記テスト位置での反射光量を用いて、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを判定し、
前記第１の制御部は、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであると判定された後、前記加工プログラムを用いて前記加工対象物へのレーザ加工を開始することを特徴とするレーザ加工制御装置。
【請求項５】
前記判定部は、前記加工対象物への穴あけ加工であるピアシングの際に検出された反射光量に基づいて、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工制御装置。
【請求項６】
前記第１の制御部は、前記加工プログラムに設定されている最初の加工位置に前記加工条件で前記レーザ光を照射させ、
前記判定部は、前記最初の加工位置に前記加工条件で前記レーザ光が照射された際の反射光量を用いて、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであるか否かを判定し、
前記第１の制御部は、前記加工対象物が前記加工条件に応じたものであると判定された後、前記加工プログラムを用いて前記加工対象物へのレーザ加工を継続することを特徴とする請求項４または５に記載のレーザ加工制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザ発振器から出射されるレーザ光をファイバ伝送する伝送ファイバと、前記伝送ファイバから送られてくる前記レーザ光を加工対象物の主面に対して垂直方向に照射するとともに、前記加工対象物によって前記レーザ光と同軸方向に反射された反射光を前記伝送ファイバに送る加工ヘッドと、前記伝送ファイバから送られてくる前記反射光の反射光量を検出する反射光量検出部と、前記レーザ発振器および前記加工ヘッドを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記加工対象物がレーザ加工の加工条件に応じたものであるか否かを、前記反射光量に基づいて、レーザ加工の開始時に判定する判定部を有し、前記判定部は、前記ピアシングを開始してから前記反射光量が所定値に下がるまでの間に計測された計測時間と、予め記憶しておいた計測時間に関する第１の規定範囲と、を比較し、比較結果に基づいて、前記加工対象物が加工条件に応じた板厚であるか否かを判定することを特徴とする。
【国際調査報告】
2013014994.tif 000008
2013014994.tif 000009
2013014994.tif 000010
2013014994.tif 000011