(57)【要約】    【課題】  加工を安定化させて、不良の発生を抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。    【解決手段】  レーザ発振器１から出射したレーザ光１０を、光ファイバ２を介して出射光学部６に伝送し、この出射光学部６において、入射したレーザ光１０を、集光レンズ３により集光した後、ミラー５で反射し、更に、集光レンズ４により集光して、被加工物９の加工部位に照射することにより被加工物９を加工する。その際、被加工物９の表面において反射した反射レーザ光１１を、集光レンズ４により集光した後、ミラー５を透過させ、センサ７で検出する。そして、レーザ出力制御部８において、予め登録された正常加工時における反射レーザ光の光量と、センサ７で検出された反射レーザ光１１の光量とを比較して、レーザ発振器１から出射するレーザ光１０の出力を調節する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を被加工物に照射する出射光学部と、前記被加工物表面で反射した反射レーザ光を検出する光センサと、前記反射レーザ光の検出結果に基づき前記レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力を調節するレーザ光制御部と、を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光制御部は、前記反射レーザ光の光量に基づきレーザ光の出力を調節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】
前記レーザ発振器は、パルス励起のＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
更に、前記レーザ光制御部において、前記レーザ発振器から出射されるレーザ光のパルス幅、出力波形又はこれらの両方を調節することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記出射光学部は、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を反射すると共に前記被加工物表面で反射した反射レーザ光を透過するミラーと、前記ミラーで反射されたレーザ光及び前記被加工物表面で反射した反射レーザ光を集光する集光レンズと、を有し、前記光センサは、前記ミラーの上方に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザ発振器から出射されたレーザ光を被加工物に照射する工程と、前記被加工物表面で反射した反射レーザ光を光センサにより検出する工程と、前記反射レーザ光の検出結果に基づき前記レーザ発振器から出射するレーザ光の出力を調節する工程と、を有することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項７】
前記反射レーザ光の光量に基づき前記レーザ発振器から出射するレーザ光の出力を調節することを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記レーザ発振器はパルス励起のＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器であり、１ショット毎に前記レーザ発振器から出射するレーザ光の出力を調節することを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
更に、前記レーザ発振器から出射するレーザ光のパルス幅、出力波形又はこれらの両方を調節することを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を利用して溶接、切断加工、穴あけ加工、表面処理及び除去加工等を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、特に、パルス励起のＮｄ：ＹＡＧレーザを使用したレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工時に被加工物の状態をモニタリングする方法として、光センサによりレーザ照射点に生じる溶融物が発するレーザ光以外の波長の光又はレーザ光の反射光を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。図２は光センサを使用した従来のレーザ加工モニタリング方法を模式的に示す図である。図２に示すように、従来の光センサを使用したレーザ加工モニタリング方法においては、例えば、レーザ発振器１１２から光ファイバ１１３を介して出射されたレーザ光１１１を、ミラー１１４にて反射し、レーザ加工用レンズ１１５を介して被加工物１１０の加工部位に照射して加工する場合、ミラー１１４の上方で且つ加工部位の直上域にモニタ用レンズ１１６及びセンサ１１７をこの順に配置する。このとき、ミラー１１４としては、レーザ光の波長は反射するがその他の光は透過するものを使用する。
【０００３】
そして、レーザ加工により発生した光は、レーザ加工用レンズ１１５により集光され、ミラー１１４を透過し、更に、モニタ用レンズ１１６を介してセンサ１１７で検出される。このセンサ１１７で検出される光は、加工部位の表面状態で変化するため、例えば、溶接時のビード形状及び切断加工時の切断面の状態等をモニタリングすることができる。
【０００４】
また、光以外にも、ＣＣＤカメラ等により加工部位及びその周辺を撮影し、その画像を画像処理することにより、加工位置のずれ及び加工部位の状態等をモニタリングする方法もある（例えば、特許文献３参照）。更に、レーザ加工により被加工物が蒸発する際に発生する振動を測定し、加工の進捗状況をモニタリングする方法も提案されている（特許文献４参照）。特許文献４に記載のレーザ加工モニタリング装置を使用すると、穴あけ加工においては、穴が貫通すると被加工物が蒸発しなくなり、振動が測定されなくなるため、加工が完了したか進行中であるかを判別することができる。また、溶接加工の場合には、接合状態で振動の周波数が変化するため、接合されたか否かを判別することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９２２８３号公報
【特許文献２】特開２０００−２０２６５７号公報
【特許文献３】特開２００２−２３９７６７号公報
【特許文献４】特開２００２−２８３０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。前述の特許文献１乃至４に記載の方法は、光、映像及び振動等の変化により、レーザ加工が完了したか否か、又は加工部位が良好であるか不良であるかを判別しているだけであるため、加工中の状態の変化を加工条件に反映させることができないという問題点がある。このため、従来のモニタリング方法及び装置では、加工を安定化させることはできず、レーザ加工における不良の発生を抑制することはできない。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、加工を安定化させて、不良の発生を抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願第１発明に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を被加工物に照射する出射光学部と、前記被加工物表面で反射した反射レーザ光を検出する光センサと、前記反射レーザ光の検出結果に基づき前記レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力を調節するレーザ光制御部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、光センサによって被加工物の加工部位の状態に応じて変化する反射レーザ光を検出し、その検出結果に基づいて、レーザ光制御部により被加工物に照射するレーザ光の出力を調節するため、加工を安定化することができ、不良の発生が抑制される。
【００１０】
前記レーザ光制御部は、前記反射レーザ光の光量に基づきレーザ光の出力を調節してもよい。これにより、被加工物の表面におけるレーザ光の吸収率の変化をモニタすることができ、この反射レーザ光の光量の変化に応じて被加工物に照射するレーザ光の出力を調節することにより、被加部位の表面における溶融状態を一定に保つことができる。
【００１１】
また、前記レーザ発振器としては、例えばパルス励起のＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器を使用することができる。その場合、更に、前記レーザ光制御部において、前記レーザ発振器から出射されるレーザ光のパルス幅、出力波形又はこれらの両方を調節してもよい。これにより、加工をより安定化させ、歩留まりを向上させることができる。
【００１２】
また、前記出射光学部は、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を反射すると共に前記被加工物表面で反射した反射レーザ光を透過するミラーと、前記ミラーで反射されたレーザ光及び前記被加工物表面で反射した反射レーザ光を集光する集光レンズと、を有していてもよく、その場合、前記光センサは、例えば、前記ミラーの上方に配置される。
【００１３】
本願第２発明に係るレーザ加工方法は、レーザ発振器から出射されたレーザ光を被加工物に照射する工程と、前記被加工物表面で反射した反射レーザ光を光センサにより検出する工程と、前記反射レーザ光の検出結果に基づき前記レーザ発振器から出射するレーザ光の出力を調節する工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、反射レーザ光を光センサにより検出し、その検出結果に基づきレーザ発振器から出射するレーザ光の出力を調節しているため、被加工物に照射されるレーザ光の出力を一定に保つことができる。その結果、加工部位においては常に同じ溶融状態が得られるようになるため、加工が安定化し、不良の発生が抑制される。
【００１５】
このレーザ加工方法では、例えば、前記反射レーザ光の光量に基づき前記レーザ発振器から出射するレーザ光の出力を調節する。これにより、被加工物における加工部位の状態の変化をモニタすることができるため、この反射レーザ光の光量の変化に応じて、被加工物に照射するレーザ光の出力を調節することにより、加工部位の溶融状態を一定にすることができる。
【００１６】
また、前記レーザ発振器としては、例えば、パルス励起のＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器を使用することができ、その場合、１ショット毎に前記レーザ光の出力を調節してもよい。これにより、加工部位においては常に同じ溶融状態が得られ、加工が安定化するため、不良の発生が抑制される。
【００１７】
更に、前記レーザ光のパルス幅、出力波形又はこれらの両方を調節することもできる。これにより、加工安定性が増し、歩留まりが向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光センサにより被加工物の加工部位の状態に応じて変化する反射レーザ光を検出し、その検出結果に基づきレーザ発振器から出射するレーザ光の出力を調節しているため、加工部位の溶融状態を一定に保ち、不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態のレーザ加工装置の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置には、例えばパルス励起のＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器等のレーザ発振器１と、レーザ発振器１から出射されたレーザ光１０を被加工物９に照射する出射光学部６と、レーザ発振器１から出射されるレーザ光１０の出力を調節するレーザ出力制御部８とが設けられている。
【００２０】
このレーザ加工装置においては、レーザ発振器１と出射光学部６との間に光ファイバ２が設けられており、レーザ発振器１から出射したレーザ光１０は、光ファイバ２を介して出射光学部６に伝送される。また、出射光学部６には、レーザ光１０を集光する集光レンズ３、集光レンズ３で集光されたレーザ光１０を反射すると共に被加工物で反射した反射レーザ光１１を透過するミラー５、並びにミラー５で反射されたレーザ光１０及び被加工物で反射した反射レーザ光１１を集光する集光レンズ４が設けられている。更に、出射光学部６の上部には、ミラー５を透過した反射レーザ光１１を検出するレーザ光検知センサ７が設けられており、このセンサ７は、レーザ出力制御部８に接続されている。本実施形態のレーザ加工装置で使用されるミラー５は、例えば、レーザ光を透過する基体上に、レーザ発振器１から出射したレーザ光１０を反射すると共に被加工物で反射した反射レーザ光１１を透過するように、材料及び層数が設定された誘電体多層膜が形成されているものである。
【００２１】
次に、本実施形態のレーザ加工装置の動作について説明する。本実施形態のレーザ加工装置においては、レーザ発振器１から出射したレーザ光１０は、光ファイバ２を介して出射光学部６に伝送される。出射光学部６に入射したレーザ光１０は、先ず、集光レンズ３により集光された後、ミラー５で反射され、更に、集光レンズ４により集光されて、被加工物９の加工部位に照射される。これにより、被加工物９には、溶接、切断加工、穴あけ加工、表面処理及び除去加工等のレーザ加工が施される。また、このとき、被加工物９の表面においてレーザ光１０の一部が反射するが、この反射レーザ光１１は集光レンズ４により集光され、更にミラー５を透過して、センサ７で検出される。
【００２２】
そして、センサ７で検出された反射レーザ光１１の検出結果は、レーザ出力制御部８に送られ、レーザ出力制御部８では、その検出結果に基づき、レーザ発振器１から出射するレーザ光１０の出力を調節する。このレーザ出力制御部８は、例えば、反射レーザ光１１の光量に基づきレーザ光１０の出力を調節することができる。被加工物９からの反射レーザ光１１の光量の変化は、被加工物９の表面におけるレーザ光１０の吸収率の変化、即ち、被加工物９の表面における溶融の進行状態を示している。そこで、レーザ出力制御部８においては、センサ７により検出された反射レーザ光１１の光量が減少した場合は、レーザ光１０の吸収率が上昇したと判断し、加工部位が溶けすぎないように、レーザ出力を低下させたり、又はレーザ光の照射を停止したりする。
【００２３】
本実施形態のレーザ加工装置においては、センサ７により被加工物９からの反射レーザ光１１の光量等を検出し、その検出結果に基づいて、レーザ発振器１から出射されるレーザ光１０の出力を調節しているため、被加工物９に照射されるレーザ光の出力を一定に保つことができる。これにより、加工部位においては常に同じ溶融状態が得られ、加工を安定化することができる。その結果、不良の発生が抑制され、歩留まりが向上する。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態として、前述の第１の実施形態のレーザ加工装置を使用したレーザ加工方法について説明する。本実施形態のレーザ加工方法においては、予め、正常な加工を１ショット行った際の反射レーザ光をセンサ７により検出し、その波形を規準波形としてレーザ出力制御部８に登録しておく。そして、レーザ加工時には、例えば１ショット毎に、レーザ出力制御部８において、センサ７により検出された反射レーザ光１１の光量が規準波形と同じになるように、レーザ発振器１のレーザピーク出力を調節する。即ち、レーザ出力制御部８は、レーザ発振器１のレーザピーク出力を、リアルタイムでフィードバックして調節する。
【００２５】
本実施形態のレーザ加工方法においては、正常な加工時の反射レーザ光の光量を規準にして、１ショット毎にレーザ光１０の出力を調節しているため、各ショットにおけるレーザ光１０の出力を一定にすることができる。これにより、加工部位においては常に同じ溶融状態が得られ、加工が安定化するため、不良の発生が抑制され、歩留まりが向上する。
【００２６】
なお、前述の第１の実施形態のレーザ加工装置及び第２の実施形態のレーザ加工方法においては、レーザ出力制御部８により、レーザ発振器１から出射するレーザ光１０の出力を調節しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザ光１０のパルス幅及び／又はレーザ出力波形をリアルタイムで調節することもできる。これにより、加工をより安定化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、レーザ光を利用した溶接、切断加工、穴あけ加工、表面処理及び除去加工等のあらゆる加工に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態のレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】光センサを使用した従来のレーザ加工モニタリング方法を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、１１２；レーザ発振器
２、１１３；光ファイバ
３、４；集光レンズ
５、１１４；ミラー
６；出射光学部
７、１１７；センサ
８；レーザ出力制御部
９、１１０；被加工物
１０、１１１；レーザ光
１１；反射レーザ光
１１５；レーザ加工用レンズ
１１６；モニタ用レンズ
【図１】
2006150373.tif 000003
【図２】
2006150373.tif 000004