(57)【要約】【課題】レーザ加工中に戻り光を安定的に検出しながら外部光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを調整する。【解決手段】レーザ加工装置１０は、レーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系１２の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部２１を備えており、焦点シフト調整部２１は、第一期間内に戻り光測定部４によって測定された複数の測定値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内に戻り光測定部によって測定された複数の測定値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第一焦点移動量計算部３２と、計算した焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部３３と、を有し、第一期間は外部光学系１２が温められていないレーザ出射開始から間もない期間であるか又は焦点位置を補正した後の期間であり、第二期間は外部光学系１２が温められた一定時間経過後の期間である。【選択図】図５
2019051540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の汚染による焦点シフトを補正しながらワークをレーザ加工するレーザ加工装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器からレーザ光を導光してワークの表面に集光するための外部光学系と、
前記ワークで反射して前記レーザ加工装置内に戻る戻り光のエネルギ量を測定する戻り光測定部と、
レーザ加工中に前記戻り光のエネルギ量に基づいて前記外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部と、
を備え、
前記焦点シフト調整部は、
第一期間内に前記戻り光測定部によって測定された複数の測定値を平均化した第一測定値と、前記第一期間より時間的に後の第二期間内に前記戻り光測定部によって測定された複数の測定値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第一焦点移動量計算部と、
計算した前記焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部と、
を有し、
前記第一期間は、前記外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない期間であるか又は前記焦点位置を補正した後の期間であり、前記第二期間は、前記外部光学系が温められた一定時間経過後の期間であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記焦点シフト調整部は、さらに、第一穴開け加工時に前記戻り光測定部によって測定された第一測定値と、前記第一穴開け加工時より時間的に後の第二穴開け加工時に前記戻り光測定部によって測定された第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第二焦点移動量計算部を有し、
前記第一穴開け加工時は、前記外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない時点であるか又は前記焦点位置を補正した後の時点であり、前記第二穴開け加工時は、前記外部光学系が温められた一定時間経過後の時点である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
光学系の汚染による焦点シフトを補正しながらワークをレーザ加工するレーザ加工装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器からレーザ光を導光してワークの表面に集光するための外部光学系と、
前記ワークで反射して前記レーザ加工装置内に戻る戻り光のエネルギ量を測定する戻り光測定部と、
レーザ加工中に前記戻り光のエネルギ量に基づいて前記外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部と、
を備え、
前記焦点シフト調整部は、
第一穴開け加工時に前記戻り光測定部によって測定された第一測定値と、前記第一穴開け加工時より時間的に後の第二穴開け加工時に前記戻り光測定部によって測定された第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第一焦点移動量計算部と、
計算した前記焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部と、
を有し、
前記第一穴開け加工時は、前記外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない時点であるか又は前記焦点位置を補正した後の時点であり、前記第二穴開け加工時は、前記外部光学系が温められた一定時間経過後の時点であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
前記焦点シフト調整部は、さらに、第一期間内に前記戻り光測定部によって測定された複数の測定値を平均化した第一測定値と、前記第一期間より時間的に後の第二期間内に前記戻り光測定部によって測定された複数の測定値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第二焦点移動量計算部と、
を有し、
前記第一期間は、前記外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない期間であるか又は前記焦点位置を補正した後の期間であり、前記第二期間は、前記外部光学系が温められた一定時間経過後の期間である、請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記第一焦点移動量計算部又は前記第二焦点移動量計算部は、実行されるレーザ加工の種類を識別する識別情報に基づいて、穴開け加工時と前記穴開け加工以外の加工時とを区別する、請求項２又は３に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記焦点シフト調整部は、さらに、実行されるレーザ加工の種類を識別する識別情報に基づいて、前記第一焦点移動量計算部と前記第二焦点移動量計算部とを切換える切換部を有する、請求項２又は４に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
光学系の汚染による焦点シフトを補正しながらワークをレーザ加工するレーザ加工装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器からレーザ光を導光してワークの表面に集光するための外部光学系と、
前記ワークで反射して前記レーザ加工装置内に戻る戻り光のエネルギ量を測定する戻り光測定部と、
レーザ加工中に前記戻り光のエネルギ量に基づいて前記外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部と、
を備え、
前記焦点シフト調整部は、
レーザ光を予め定めた出力で出射する指令又は出射しない指令を前記レーザ発振器に対して行う出力指令部と、
第一期間内に前記出射しない指令から前記出射する指令へ変化したときの前記戻り光測定部によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値と、前記第一期間より時間的に後の第二期間内に前記出射しない指令から前記出射する指令へ変化したときの前記戻り光測定部によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する焦点移動量計算部と、
計算した前記焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部と、
を有し、
前記第一期間は、前記外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない期間であるか又は前記焦点位置を補正した後の期間であり、前記第二期間は、前記外部光学系が温められた一定時間経過後の期間であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
光学系の汚染による焦点シフトを補正しながらワークをレーザ加工するレーザ加工装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器からレーザ光を導光してワークの表面に集光するための外部光学系と、
前記ワークで反射して前記レーザ加工装置内に戻る戻り光のエネルギ量を測定する戻り光測定部と、
レーザ加工中に前記戻り光のエネルギ量に基づいて前記外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部と、
を備え、
前記焦点シフト調整部は、
前記戻り光測定部によって測定された戻り光のエネルギ量の単位時間当たりの変化量を計算する変化量計算部と、
第一期間内に前記変化量計算部によって計算された単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの前記戻り光測定部によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値と、前記第一期間より時間的に後の第二期間内に前記変化量計算部によって計算された単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの前記戻り光測定部によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する焦点移動量計算部と、
計算した前記焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部と、
を有し、
前記第一期間は、前記外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない期間であるか又は前記焦点位置を補正した後の期間であり、前記第二期間は、前記外部光学系が温められた一定時間経過後の期間であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
前記焦点シフト調整部は、さらに、前記焦点位置の補正を繰返しても補正量が正しくない場合に、前記第一測定値と前記第二測定値との比較に基づいて、レーザパワーを補正するレーザパワー補正部を有する、請求項１から８のいずれか一項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、レーザ加工装置に関し、特にレーザ加工中に光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを調整するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を被加工物に照射して被加工物のレーザ加工を行うレーザ加工装置は、レーザ光をレンズで所定の焦点位置に集光し、集光したレーザ光を被加工物に照射する。斯かるレーザ加工装置では、レーザ発振器からレーザ光を導光してワーク表面に集光する外部光学系が汚染してレーザ光を吸収すると、いわゆる熱レンズ効果によって曲率を変えて焦点位置を移動させる。また、汚れ方によっては、外部光学系の透過率も変化させる。焦点位置の変化及び透過率の変化が発生すると、加工不具合が発生するため、外部光学系が汚染されていないかを確認する必要がある。このことが自動運転の妨げになっている。
【０００３】
斯かる課題を解決するため、外部光学系に温度センサや散乱光センサを取付けることで外部光学系の汚染を検出するものが公知である。また、特許文献１には、レーザ加工中ではないものの、レーザ加工前に予加工として所定の加工を異なる焦点位置で複数回実行し、異なる焦点位置（Ｆｐ）と、異なる焦点位置のそれぞれに対応する戻り光発生期間（Ｔ）との関係から、戻り光発生期間の最小値（Ｔｍ）を与える焦点位置を本加工の焦点位置として設定するレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置によれば、独立した大掛かりな装置を用いることなく、ワークに投射するレーザ光の焦点位置の設定を高精度で安定して行えることが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、ピアス加工を実施するためのレーザ加工装置であって、ピアス加工の進展に伴い、レーザビームの集光点における集光径が小さくなるようにビーム径可変光学系を制御するレーザ加工装置が開示されている。斯かるレーザ加工装置によれば、加工する材質や厚さに対して、ピアス加工中に最適なビーム強度のピアス加工条件を選択できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１１７７３０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１９９１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
外部光学系は時間と共に劣化する。その結果、集光点でレーザパワーの損失が発生する。軽度の汚染であっても、焦点位置が移動するため、レーザ加工の品質に著しい劣化を招く。この場合、速やかに光学部品を交換するか又はクリーニングする必要がある。しかしながら、加工不具合が発生した後に光学部品のメンテナンスを行うのでは、自動運転時に大量の不良部品が発生するという問題がある。他方、外部光学系に温度センサや散乱光センサを取付ける方式では、付加設備が必要となるため、装置が複雑になり、外部光学系が重くなることにより機械性能に影響を与える、また、後付けできないといった問題もある。さらに、全ての外部光学系が汚染を検知できるセンサに対応している訳ではないため、加工不具合が発生した後に光学系の汚染が判明することもある。
【０００７】
加えて、戻り光を検出する方式では、実際に行うレーザ加工の種類、ワークの材質、及びワークの表面状態に依存して戻り光を安定して検出できないといった問題がある。例えばレーザ溶接を行うシステムでは、溶接時（クリーニング、マーキング時）にワーク表面を溶融させるため、ワークの表面状態が安定せず、戻り光には多くのノイズが乗っている。他方、レーザ切断を行うシステムでは、穴開け加工時には戻り光を検出できるが、切断加工時にはレーザ光がワークを貫通しているため、戻り光を検出できない。特に、薄板のレーザ切断に使用されるフライカットでは、軸が停止している穴開け加工時がなく、常に軸が移動しながらレーザ出射のＯＮ／ＯＦＦのみでレーザ切断が行われるため、戻り光を安定的に検出できない。
【０００８】
そこで、レーザ加工中に戻り光を安定的に検出しながら外部光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを調整する技術が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様は、光学系の汚染による焦点シフトを補正しながらワークをレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ発振器と、レーザ発振器からレーザ光を導光してワークの表面に集光するための外部光学系と、ワークで反射してレーザ加工装置内に戻る戻り光のエネルギ量を測定する戻り光測定部と、レーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部と、を備え、焦点シフト調整部は、第一期間内に戻り光測定部によって測定された複数の測定値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内に戻り光測定部によって測定された複数の測定値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第一焦点移動量計算部と、計算した焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部と、を有し、第一期間は、外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない期間であるか又は焦点位置を補正した後の期間であり、第二期間は、外部光学系が温められた一定時間経過後の期間である、レーザ加工装置を提供する。
本開示の他の態様は、光学系の汚染による焦点シフトを補正しながらワークをレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ発振器と、レーザ発振器からレーザ光を導光してワークの表面に集光するための外部光学系と、ワークで反射してレーザ加工装置内に戻る戻り光のエネルギ量を測定する戻り光測定部と、レーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部と、を備え、焦点シフト調整部は、第一穴開け加工時に戻り光測定部によって測定された第一測定値と、第一穴開け加工時より時間的に後の第二穴開け加工時に戻り光測定部によって測定された第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第一焦点移動量計算部と、計算した焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部と、を有し、第一穴開け加工時は、外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない時点であるか又は焦点位置を補正した後の時点であり、第二穴開け加工時は、外部光学系が温められた一定時間経過後の時点である、レーザ加工装置を提供する。
本開示の別の態様は、光学系の汚染による焦点シフトを補正しながらワークをレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ発振器と、レーザ発振器からレーザ光を導光してワークの表面に集光するための外部光学系と、ワークで反射してレーザ加工装置内に戻る戻り光のエネルギ量を測定する戻り光測定部と、レーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部と、を備え、焦点シフト調整部は、レーザ光を予め定めた出力で出射する指令又は出射しない指令をレーザ発振器に対して行う出力指令部と、第一期間内に出射しない指令から出射する指令へ変化したときの戻り光測定部によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内に出射しない指令から出射する指令へ変化したときの戻り光測定部によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する焦点移動量計算部と、計算した焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部と、を有し、第一期間は、外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない期間であるか又は焦点位置を補正した後の期間であり、第二期間は、外部光学系が温められた一定時間経過後の期間である、レーザ加工装置を提供する。
本開示の更に別の態様は、光学系の汚染による焦点シフトを補正しながらワークをレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ発振器と、レーザ発振器からレーザ光を導光してワークの表面に集光するための外部光学系と、ワークで反射してレーザ加工装置内に戻る戻り光のエネルギ量を測定する戻り光測定部と、レーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部と、を備え、焦点シフト調整部は、戻り光測定部によって測定された戻り光のエネルギ量の単位時間当たりの変化量を計算する変化量計算部と、第一期間内に変化量計算部によって計算された単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの戻り光測定部によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内に変化量計算部によって計算された単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの戻り光測定部によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する焦点移動量計算部と、計算した焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部と、を有し、第一期間は、外部光学系が温められていないレーザ出射開始から間もない期間であるか又は焦点位置を補正した後の期間であり、第二期間は、外部光学系が温められた一定時間経過後の期間である、レーザ加工装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、レーザ加工中に戻り光を安定的に検出しながら外部光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを自動調整できる。ひいては、大量の加工不良を発生させることなく自動運転を継続できるため、外部光学系のメンテナンス期間を延長できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】外部光学系の汚染の種類を説明するための模式図である。
【図２】汚染の種類に応じた焦点移動量と戻り光のエネルギ量との関係を示すグラフである。
【図３】一実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す概略図である。
【図４Ａ】レーザ溶接をｎ回（ｎは１以上の整数）行った場合の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。
【図４Ｂ】１０００回目のレーザ溶接において焦点シフトを調整した後の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。
【図５】一実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図６】一実施形態に係るレーザ加工装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】正常時の加工条件及び補正後の加工条件を示す図である。
【図８】他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す概略図である。
【図９】穴開け加工を伴うレーザ切断をｎ回行った場合（ｎは１以上の整数）の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。
【図１０】他の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】他の実施形態に係るレーザ加工装置の動作を示すフローチャートである。
【図１２】別の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】更に別の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す概略図である。
【図１４】レーザ光を出射する指令及び出射しない指令を繰返すレーザ切断をｎ回行った場合（ｎは１以上の整数）の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。
【図１５】更に別の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】更に別の実施形態に係るレーザ加工装置の動作を示すフローチャートである。
【図１７】更に他の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す概略図である。
【図１８】レーザ切断をｎ回行った場合（ｎは１以上の整数）の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。
【図１９】更に他の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】更に他の実施形態に係るレーザ加工装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号が付与されている。また、以下に記載する実施形態は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。
【００１３】
本明細書における用語の定義について説明する。本明細書における用語「レンズ」とは、曲率を有する表面を備えた光学部品のことをいう。換言すれば、本明細書で使用するレンズは、汚染によってレーザ光を吸収した場合に、いわゆる熱レンズ効果による曲率の変化が大きい光学部品である。また、本明細書における用語「ウインド」とは、概ね平面から成る光学部品のことをいう。換言すれば、本明細書で使用するウインドは、汚染によってレーザ光を吸収した場合であっても、曲率の変化が小さい光学部品である。さらに、本明細書における用語「汚染」とは、単に塵埃が堆積した状態だけではなく、堆積した塵埃がレーザ光によって点々と焼付いた状態、又はミラー等に設けられている薄膜が剥がれ落ちて劣化した状態等も含む。
【００１４】
図１は、外部光学系の汚染の種類を説明するための模式図である。外部光学系は、限定されないが、レーザ発振器からのレーザ光をワーク表面に集光するレンズ１と、外部光学系の最も外側に配置されたウインド２と、を備えている。レーザ光の光軸に対して垂直に配置されていてレーザ光に対して一定の反射率（例えば９８％）を有する銅製の平滑な反射板３の表面に焦点位置を合わせ、反射板３を溶融又は変形させない程度に低い出力（例えば１０Ｗ）で外部光学系からレーザ光Ｌを出射した場合、レンズ１もウインド２も汚染していない正常時には、反射板３で反射してレーザ加工装置内に戻る戻り光Ｒのエネルギ量を測定する戻り光測定部４において９８％のエネルギ量（例えば９．８Ｗ）が観測される。なお、図１では、理解を容易にするため、レーザ光の光軸の右側には、出射したレーザ光Ｌを、光軸の左側には、反射板３で反射して戻る戻り光Ｒを描いている。ウインド２のみが汚染しているウインド汚染時には、ウインド２がレーザ光Ｌを吸収又は散乱するため、戻り光測定部４によって測定される戻り光のエネルギ量は低下する。また、レンズ１のみが汚染しているレンズ汚染時には、レンズ１の熱レンズ効果により焦点位置が上方（又は下方）へ移動するため、戻り光測定部４によって測定される戻り光Ｒのエネルギ量は低下する。さらに、図示しないものの、レンズ１及びウインド２の双方が汚染している場合には、戻り光測定部４によって測定される戻り光Ｒのエネルギ量は最小となる。
【００１５】
図２は、汚染の種類に応じた焦点移動量と戻り光のエネルギ量との関係を示すグラフである。前述した通り、実線で示す正常時と比べ、破線で示すレンズ汚染時には、焦点位置が移動し且つエネルギ量が低下する。また、一点鎖線で示すウインド汚染時には、焦点位置が移動しないもののエネルギ量が低下する。さらに、二点鎖線で示すレンズ及びウインド汚染時には、焦点位置が移動すると共にエネルギ量が最小となる。但し、反射板３の表面より上方又は下方に焦点位置を合わせてレーザ光を出射した場合には、反射板３の表面に近づくように焦点位置がシフトすることがあるため、戻り光のエネルギ量が上昇する場合があることにも留意されたい。加えて、レーザ加工に使用する程度に高い出力のレーザ光によって外部光学系が温められた状態では、熱レンズ効果が発生して焦点位置が移動するものの、レーザ加工の開始直後における外部光学系が温められていない状態では、レンズが汚染していたとしても熱レンズ効果が発生せず焦点位置が移動しない。本実施形態に係るレーザ加工装置は、斯かる物理現象を利用し、レーザ加工中に外部光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを調整する。
【００１６】
図３は、本実施形態に係るレーザ加工装置１０の概略構成を示す概略図である。レーザ加工装置１０は、継続的に戻り光を検出可能なレーザ加工を行うシステム、例えばレーザ溶接を行うシステムに向けられていて、レーザ発振器１１と、レーザ発振器１１からレーザ光を導光してワークの表面に集光するための外部光学系１２と、レーザ加工装置１０の全体を制御する数値制御装置１３と、を備えている。レーザ発振器１１は、例えば波長１０６０〜１０８０ｎｍのファイバレーザ発振器である。レーザ加工装置１０は、さらに、ワークＷで反射してレーザ加工装置１０内に戻る戻り光のエネルギ量を測定する戻り光測定部４を備えている。戻り光測定部４は、レーザ発振器１１の内部に配置された既存のパワーセンサを利用できる。これによりレーザ加工装置１０は追加のセンサを必要としない。代替的に、戻り光測定部４は、加工ヘッドの内部に配置されたパワーセンサでもよい。
【００１７】
図４Ａは、レーザ溶接をｎ回（ｎは１以上の整数）行った場合の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。図４Ａに示すように、レーザ溶接を行うシステムでは、溶接時（クリーニング、マーキング時）にワーク表面を溶融させるため、ワークの表面状態が安定せず、戻り光には多くのノイズが乗っている。また、レーザ出射開始から間もない１回目のレーザ溶接では、外部光学系１２が温められていないため、レンズ１が汚染していたとしても、熱レンズ効果による焦点シフトが発生せず、戻り光のエネルギ量に大きな変化がない。対称的に、レーザ出射開始から一定時間経過した１０００回目のレーザ溶接では、外部光学系１２が温められているため、レンズ１が汚染していた場合には、熱レンズ効果による焦点シフトが発生し、戻り光のエネルギ量が経時的に低下していく。但し、ワークの表面より上方又は下方に焦点位置を合わせてレーザ光を出射した場合には、ワークの表面に近づくように焦点位置がシフトすることがあるため、戻り光のエネルギ量が経時的に上昇する場合があることにも留意されたい。
【００１８】
図４Ｂは、１０００回目のレーザ溶接において焦点シフトを調整した後の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。戻り光のノイズを考慮しながら焦点シフトを調整するためには、図４Ｂに示すように、第一期間内に戻り光測定部４によって測定された複数の測定値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内に戻り光測定部４によって測定された複数の測定値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点シフトを調整することが好ましい。さらに、斯かる焦点シフトの調整処理は繰返し行われることが好ましく、第一期間内に測定された複数の測定値を平均化した第一測定値は基準値として利用されるため、第一期間は、外部光学系１２が温められていないレーザ出射開始から間もない期間（例えば１秒以内）であるか、又は、焦点位置を補正した後の期間でなければならない。第一期間が焦点位置を補正した後の期間であれば、外部光学系１２が温められていないときと同等レベルの第一測定値（基準値）が得られる。第二期間は、外部光学系１２が温められた一定時間経過後の期間である。第一期間と第二期間とは、断続的でもよいし、連続的でもよいし、又はオーバーラップしていてもよい。
【００１９】
図５は、本実施形態に係るレーザ加工装置１０の構成を示すブロック図である。レーザ加工装置１０は、さらに、外部光学系１２から出射するレーザ光の焦点位置及び光軸を移動させるための駆動制御部２０と、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の半導体集積回路、プロセッサ、又はコンピュータによって実行可能なプログラムで構成されていてレーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系１２の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部２１と、種々のデータを記憶する記憶部２２と、を備えている。焦点シフト調整部２１は、さらに、ワークＷに対するレーザ光の焦点位置を予め定めた位置に合わせる指令を駆動制御部２０に対して行う駆動指令部３０と、レーザ光を予め定めた出力（例えば３０００Ｗ）で出射する指令をレーザ発振器１１に対して行う出力指令部３１と、を備えている。焦点シフト調整部２１は、さらに、第一期間内に戻り光測定部４によって測定された複数の測定値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内に戻り光測定部４によって測定された複数の測定値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第一焦点移動量計算部３２と、計算した焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部３３と、を備えている。焦点シフト調整部２１は、さらに、焦点位置の補正を繰返して補正量が正しいか否かを判定する補正量判定部３４と、補正量が正しくない場合に、第一測定値と第二測定値との比較に基づいてレーザパワーを補正するレーザパワー補正部３５と、を備えていてもよい。
【００２０】
図６は、本実施形態に係るレーザ加工装置１０の動作を示すフローチャートである。以下、図５及び図６を参照してレーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する処理について説明する。焦点シフト調整部２１がレーザ加工中に焦点シフトの調整を開始すると、ステップＳ１０では、駆動指令部３０が予め定めた位置に焦点位置を合わせる指令を駆動制御部２０に対して行うと共に、出力指令部３１が予め定めた出力でレーザ光を出射する指令をレーザ発振器１１に対して行い、ワークＷをレーザ溶接する。ステップＳ１１では、第一焦点移動量計算部３２が第一期間内に戻り光測定部４によって測定された複数の測定値を平均化する（第一測定値）。ステップＳ１２では、記憶部２２が第一測定値を格納する。ステップＳ１３では、第一焦点移動量計算部３２が第一期間より時間的に後の第二期間内に戻り光測定部４によって測定された複数の測定値を平均化する（第二測定値）。ステップＳ１４では、記憶部２２が第二測定値を格納する。ステップＳ１５では、第一焦点移動量計算部３２が第一測定値と第二測定値とを比較し、焦点移動量（例えば＋１ｍｍ）を計算する。ステップＳ１６では、焦点位置補正部３３がレーザ加工中の焦点位置を補正する（例えば１ｍｍから０ｍｍに補正）。ステップＳ１７では、補正量判定部３４が、補正量とマージンαとを比較することにより、補正量が正しいか否かを判定する。ステップＳ１７において、補正量（例えば−１ｍｍ）がマージンα（例えば±０．８５）を超える場合、ステップＳ１０に戻り、再び焦点シフトの調整を繰返す。ステップＳ１７において、補正量（例えば−０．９ｍｍ）が依然としてマージンα（例えば±０．８５）を超える場合には、レンズ１の汚染による焦点シフトだけではなく、ウインド２の汚染によって戻り光のエネルギ量が低下している可能性があるため、ステップＳ１８において、レーザパワー補正部３５が、第一測定値と第二測定値との比較に基づいてレーザパワーを補正する（例えば３０００Ｗを３５００Ｗに補正）。ステップＳ１７において、補正量（例えば−０．３ｍｍ）がマージンα（例えば±０．８５）以下である場合、ステップＳ１９において、レーザ加工装置１０が、補正した焦点位置及び補正したレーザパワーに基づいてレーザ加工を継続する。焦点シフトの調整処理は、前述した通り、繰返し行われることが好ましい。斯かるレーザ加工装置１０によれば、レーザ加工中に戻り光を安定的に検出しながら外部光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを自動調整できる。ひいては、大量の加工不良を発生させることなく自動運転を継続できるため、外部光学系のメンテナンス期間を延長できる。
【００２１】
図７は、正常時の加工条件及び補正後の加工条件（１）〜（３）を示す図である。これら加工条件は、図示しないものの、図４に示す記憶部２２に全て格納されている。加工条件（１）は、レーザ加工時の焦点位置が１ｍｍから０ｍｍに補正された場合を示している。加工条件（２）は、レーザパワーが３０００Ｗから３５００Ｗに補正された場合を示している。加工条件（３）は、焦点位置及びレーザパワーがそれぞれ０ｍｍ及び３５００Ｗに補正された場合を示している。
【００２２】
図８は、他の実施形態に係るレーザ加工装置４０の概略構成を示す概略図である。レーザ加工装置４０は、穴開け加工を伴うレーザ切断を行うシステムに向けられている点で、図５のレーザ加工装置１０とは異なる。レーザ加工装置４０は、例えば、ワークＷに対して穴開け加工を行って穴Ｈを形成した後、所望の形状にワークＷを切断するレーザ加工をｎ回繰返す（ｎは１以上の整数）。
【００２３】
図９は、穴開け加工を伴うレーザ切断をｎ回行った場合（ｎは１以上の整数）の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。図９に示すように、穴開け加工時には戻り光を検出できるが、切断加工時にはレーザ光がワークを貫通しているため、戻り光を検出できない。図８に示す外部光学系１２が汚染していた場合、レーザ切断を繰返すことによって熱レンズ効果による焦点シフトが発生し、戻り光のエネルギ量は経時的に低下していく。但し、ワークの表面より上方又は下方に焦点位置を合わせてレーザ光を出射した場合には、ワークの表面に近づくように焦点位置がシフトすることがあるため、戻り光のエネルギ量が経時的に上昇する場合があることにも留意されたい。戻り光を検出可能なタイミングを考慮しながら焦点シフトを調整するためには、第一穴開け加工時に戻り光測定部４によって測定された第一測定値と、第一穴開け加工時より時間的に後の第二穴開け加工時に戻り光測定部４によって測定された第二測定値との比較に基づいて、焦点シフトを調整することが好ましい。さらに、斯かる焦点シフトの調整処理は繰返し行われることが好ましく、第一穴開け加工時に測定された第一測定値を基準値として利用するため、第一穴開け加工時は、外部光学系１２が温められていないレーザ出射開始から間もない時点（例えば１秒後）であるか、又は、焦点位置を補正した後の時点でなければならない。第一穴開け加工時が焦点位置を補正した後の時点であれば、外部光学系１２が温められていないときと同等レベルの第一測定値（基準値）が得られる。第二穴開け加工時は、外部光学系１２が温められた一定時間経過後の時点（例えばｎ＝１０００００）である。
【００２４】
図１０は、レーザ加工装置４０の構成を示すブロック図である。レーザ加工装置４０は、外部光学系１２から出射するレーザ光の焦点位置及び光軸を移動させるための駆動制御部２０と、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の半導体集積回路、プロセッサ、又はコンピュータによって実行可能なプログラムで構成されていてレーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系１２の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部４１と、種々のデータを記憶する記憶部２２と、を備えている。焦点シフト調整部４１は、さらに、ワークＷに対するレーザ光の焦点位置を予め定めた位置に合わせる指令を駆動制御部２０に対して行う駆動指令部３０と、レーザ光を予め定めた出力（例えば３０００Ｗ）で出射する指令をレーザ発振器１１に対して行う出力指令部３１と、を備えている。焦点シフト調整部４１は、さらに、第一穴開け加工時に戻り光測定部４によって測定された第一測定値と、第一穴開け加工時より時間的に後の第二穴開け加工時に戻り光測定部４によって測定された第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第二焦点移動量計算部４２と、計算した焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部３３と、を備えている。第二焦点移動量計算部４２は、実行されるレーザ加工の種類を識別する識別情報に基づいて、穴開け加工時と穴開け加工以外の加工時（例えば切断時）とを区別してもよい。識別情報は、記憶部２２に記憶され、例えば数値制御装置１３で使用されているＧコードを利用できる。これにより、穴開け加工時の戻り光のエネルギ量のピーク値を容易に区別できるようになる。焦点シフト調整部４１は、さらに、焦点位置の補正を繰返して補正量が正しいか否かを判定する補正量判定部３４と、補正量が正しくない場合に、第一測定値と第二測定値との比較に基づいてレーザパワーを補正するレーザパワー補正部３５と、を備えていてもよい。
【００２５】
図１１は、レーザ加工装置４０の動作を示すフローチャートである。以下、図１０及び図１１を参照してレーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する処理について説明する。焦点シフト調整部４１がレーザ加工中に焦点シフトの調整を開始すると、ステップＳ２０では、駆動指令部３０が予め定めた位置に焦点位置を合わせる指令を駆動制御部２０に対して行うと共に、出力指令部３１が予め定めた出力でレーザ光を出射する指令をレーザ発振器１１に対して行い、ワークＷをレーザ切断する。ステップＳ２１では、第二焦点移動量計算部４２が第一穴開け加工時に戻り光測定部４によって測定された第一測定値を取得する。ステップＳ２２では、記憶部２２が第一測定値を格納する。ステップＳ２３では、第二焦点移動量計算部４２が第一穴開け加工時より時間的に後の第二穴開け加工時に戻り光測定部４によって測定された第二測定値を取得する。ステップＳ２４では、記憶部２２が第二測定値を格納する。ステップＳ２５では、第二焦点移動量計算部４２が第一測定値と第二測定値とを比較し、焦点移動量（例えば＋１ｍｍ）を計算する。ステップＳ２６では、焦点位置補正部３３がレーザ加工中の焦点位置を補正する（例えば１ｍｍから０ｍｍに補正）。ステップＳ２７では、補正量判定部３４が、補正量とマージンαとを比較することにより、補正量が正しいか否かを判定する。ステップＳ２７において、補正量（例えば−１ｍｍ）がマージンα（例えば±０．８５）を超える場合、ステップＳ２０に戻り、再び焦点シフトの調整を繰返す。ステップＳ２７において、補正量（例えば−０．９ｍｍ）が依然としてマージンα（例えば±０．８５）を超える場合には、レンズ１の汚染だけではなく、ウインド２の汚染によって戻り光のエネルギ量が低下している可能性があるため、ステップＳ２８において、レーザパワー補正部３５が、第一測定値と第二測定値との比較に基づいてレーザパワーを補正する（例えば３０００Ｗを３５００Ｗに補正）。ステップＳ２７において、補正量（例えば−０．３ｍｍ）がマージンα（例えば±０．８５）以下である場合、ステップＳ２９において、レーザ加工装置４０が、補正した焦点位置及び補正したレーザパワーに基づいてレーザ加工を継続する。焦点シフトの調整処理は、前述した通り、繰返し行われることが好ましい。斯かるレーザ加工装置４０によれば、レーザ加工中に戻り光を安定的に検出しながら外部光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを自動調整できる。ひいては、大量の加工不良を発生させることなく自動運転を継続できるため、外部光学系のメンテナンス期間を延長できる。
【００２６】
図１２は、別の実施形態に係るレーザ加工装置５０の構成を示すブロック図である。焦点シフト調整部５１は、第一焦点移動量計算部３２及び第二焦点移動量計算部４２の双方と、実行されるレーザ加工の種類を識別する識別情報に基づいて、第一焦点移動量計算部３２と第二焦点移動量計算部４２とを切換える切換部５２と、を有する点で、前述したレーザ加工装置１０、４０とは異なる。識別情報は、記憶部２２に記憶され、例えば数値制御装置１３で使用されているＧコードを利用できる。これにより、戻り光にノイズが乗っているレーザ加工（例えばレーザ溶接）と、断続的に戻り光を検出可能なレーザ加工（例えば穴開け加工を伴うレーザ切断）と、を区別できるようになる。識別情報が戻り光にノイズが乗っているレーザ加工を示す場合には、切換部５２が第一焦点移動量計算部３２に切換え、識別情報が断続的に戻り光を検出可能なレーザ加工を示す場合には、切換部５２が第二焦点移動量計算部４２に切換える。斯かるレーザ加工装置５０によれば、レーザ加工の種類に依存することなく、レーザ加工中に戻り光を安定的に検出しながら外部光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを自動調整できる。ひいては、大量の加工不良を発生させることなく自動運転を継続できるため、外部光学系のメンテナンス期間を延長できる。
【００２７】
図１３は、更に別の実施形態に係るレーザ加工装置６０の概略構成を示す概略図である。レーザ加工装置６０は、穴開け加工を伴わないフライカットによるレーザ切断を行うシステムに向けられている点で、図８のレーザ加工装置４０とは異なる。レーザ加工装置６０は、例えば、ワークＷに対して軸を移動しながら所望の形状にワークＷを切断するレーザ加工をｎ回繰返す（ｎは１以上の整数）。
【００２８】
図１４は、レーザ光を出射する指令（レーザＯＮ）及び出射しない指令（レーザＯＦＦ）を繰返すレーザ切断をｎ回行った場合（ｎは１以上の整数）の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。図１４に示すように、レーザＯＦＦからレーザＯＮへ変化したときには戻り光を検出できるが、レーザＯＮへ変化した後一定時間経過したとき（例えば２ミリ秒後）にはレーザ光がワークを貫通しているため、戻り光を検出できない。図１３に示す外部光学系１２が汚染していた場合、レーザ切断を繰返すことによって熱レンズ効果による焦点シフトが発生し、戻り光のエネルギ量は経時的に低下していく。但し、ワークの表面より上方又は下方に焦点位置を合わせてレーザ光を出射した場合には、ワークの表面に近づくように焦点位置がシフトすることがあるため、戻り光のエネルギ量が経時的に上昇する場合があることにも留意されたい。戻り光を検出可能なタイミングを考慮しながら焦点シフトを調整するためには、第一期間内にレーザＯＦＦからレーザＯＮへ変化したときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内にレーザＯＦＦからレーザＯＮへ変化したときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点シフトを調整することが好ましい。さらに、斯かる焦点シフトの調整処理は繰返し行われることが好ましく、第一期間内にレーザＯＦＦからレーザＯＮへ変化したときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値を基準値として利用するため、第一期間は、外部光学系１２が温められていないレーザ出射開始から間もない期間（例えば１秒以内）であるか、又は、焦点位置を補正した後の期間でなければならない。第一期間が焦点位置を補正した後の期間であれば、外部光学系１２が温められていないときと同等レベルの第一測定値（基準値）が得られる。第二期間は、外部光学系１２が温められた一定時間経過後の期間（例えばｎ＝１０００００〜１００００３）である。
【００２９】
図１５は、レーザ加工装置６０の構成を示すブロック図である。レーザ加工装置６０は、外部光学系１２から出射するレーザ光の焦点位置及び光軸を移動させるための駆動制御部２０と、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の半導体集積回路、プロセッサ、又はコンピュータによって実行可能なプログラムで構成されていてレーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系１２の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部６１と、種々のデータを記憶する記憶部２２と、を備えている。焦点シフト調整部６１は、さらに、ワークＷに対するレーザ光の焦点位置を予め定めた焦点位置に移動する指令を駆動制御部２０に対して行う駆動指令部３０と、レーザ光を予め定めた出力（例えば３０００Ｗ）で出射する指令（レーザＯＮ）又は出射しない指令（レーザＯＦＦ）をレーザ発振器１１に対して行う出力指令部６２と、を備えている。焦点シフト調整部６１は、さらに、第一期間内にレーザＯＦＦからレーザＯＮへ変化したときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内にレーザＯＦＦからレーザＯＮへ変化したときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第三焦点移動量計算部６３と、計算した焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部３３と、を備えている。すなわち、第三焦点移動量計算部６３は、出力指令部６２からのレーザＯＮ及びレーザＯＦＦに基づいて、戻り光のエネルギ量のピーク値を判別する。レーザＯＮ／ＯＦＦに関する情報は、記憶部２２に記憶されてもよい。これにより、戻り光のエネルギ量のピーク値を容易に区別できるようになる。焦点シフト調整部６１は、さらに、焦点位置の補正を繰返して補正量が正しいか否かを判定する補正量判定部３４と、補正量が正しくない場合に、第一測定値と第二測定値との比較に基づいてレーザパワーを補正するレーザパワー補正部３５と、を備えていてもよい。
【００３０】
図１６は、レーザ加工装置６０の動作を示すフローチャートである。以下、図１５及び図１６を参照してレーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する処理について説明する。焦点シフト調整部６１がレーザ加工中に焦点シフトの調整を開始すると、ステップＳ３０では、駆動指令部３０が予め定めた位置に焦点位置を合わせる指令を駆動制御部２０に対して行うと共に、出力指令部６２が予め定めた出力でレーザ光を出射する指令（レーザＯＮ）又は出射しない指令（レーザＯＦＦ）をレーザ発振器１１に対して行い、ワークＷをレーザ切断する。ステップＳ３１では、第三焦点移動量計算部６３が第一期間内にレーザＯＦＦからレーザＯＮへ変化したときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値を取得する。ステップＳ３２では、記憶部２２が第一測定値を格納する。ステップＳ３３では、第三焦点移動量計算部６３が第一期間より時間的に後の第二期間内にレーザＯＦＦからレーザＯＮへ変化したときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値を取得する。ステップＳ３４では、記憶部２２が第二測定値を格納する。ステップＳ３５では、第三焦点移動量計算部６３が第一測定値と第二測定値とを比較し、焦点移動量（例えば＋１ｍｍ）を計算する。ステップＳ３５では、焦点位置補正部３３がレーザ加工中の焦点位置を補正する（例えば１ｍｍから０ｍｍに補正）。ステップＳ３７では、補正量判定部３４が、補正量とマージンαとを比較することにより、補正量が正しいか否かを判定する。ステップＳ３７において、補正量（例えば−１ｍｍ）がマージンα（例えば±０．８５）を超える場合、ステップＳ３０に戻り、再び焦点シフトの調整を繰返す。ステップＳ３７において、補正量（例えば−０．９ｍｍ）が依然としてマージンα（例えば±０．８５）を超える場合には、レンズ１の汚染だけではなく、ウインド２の汚染によって戻り光のエネルギ量が低下している可能性があるため、ステップＳ３８において、レーザパワー補正部３５が、第一測定値と第二測定値との比較に基づいてレーザパワーを補正する（例えば３０００Ｗを３５００Ｗに補正）。ステップＳ３７において、補正量（例えば−０．３ｍｍ）がマージンα（例えば±０．８５）以下である場合、ステップＳ３９において、レーザ加工装置６０が、補正した焦点位置及び補正したレーザパワーに基づいてレーザ加工を継続する。焦点シフトの調整処理は、前述した通り、繰返し行われることが好ましい。斯かるレーザ加工装置６０によれば、レーザ加工中に戻り光を安定的に検出しながら外部光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを自動調整できる。ひいては、大量の加工不良を発生させることなく自動運転を継続できるため、外部光学系のメンテナンス期間を延長できる。
【００３１】
図１７は、更に他の実施形態に係るレーザ加工装置７０の概略構成を示す概略図である。レーザ加工装置７０は、図１３のレーザ加工装置６０と同じく、穴開け加工を伴わないフライカットによるレーザ切断を行うシステムに向けられている。レーザ加工装置７０は、例えば、ワークＷに対して軸を移動しながら所望の形状にワークＷを切断するレーザ加工をｎ回繰返す（ｎは１以上の整数）。
【００３２】
図１８は、レーザ切断をｎ回行った場合（ｎは１以上の整数）の戻り光のエネルギ量と時間に関するグラフである。図１８に示すように、戻り光のエネルギ量の単位時間当たりの変化量α（すなわちグラフの傾き）が一定値（例えば＋１．７３）以上になったときには戻り光を検出できるが、戻り光のエネルギ量の単位時間当たりの変化量α（すなわちグラフの傾き）が０であるときにはレーザ光がワークを貫通しているため、戻り光を検出できない。図１８に示す外部光学系１２が汚染していた場合、レーザ切断を繰返すことによって熱レンズ効果による焦点シフトが発生し、戻り光のエネルギ量は経時的に低下していく。但し、ワークの表面より上方又は下方に焦点位置を合わせてレーザ光を出射した場合には、ワークの表面に近づくように焦点位置がシフトすることがあるため、戻り光のエネルギ量が経時的に上昇する場合があることにも留意されたい。戻り光を検出可能なタイミングを考慮しながら焦点シフトを調整するためには、第一期間内に戻り光のエネルギ量の単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内に戻り光のエネルギ量の単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点シフトを調整することが好ましい。さらに、斯かる焦点シフトの調整処理は繰返し行われることが好ましく、第一期間内に単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値を基準値として利用するため、第一期間は、外部光学系１２が温められていないレーザ出射開始から間もない期間（例えば１秒以内）であるか、又は、焦点位置を補正した後の期間でなければならない。第一期間が焦点位置を補正した後の期間であれば、外部光学系１２が温められていないときと同等レベルの第一測定値（基準値）が得られる。第二期間は、外部光学系１２が温められた一定時間経過後の期間（例えばｎ＝１０００００〜１００００３）である。
【００３３】
図１９は、レーザ加工装置７０の構成を示すブロック図である。レーザ加工装置７０は、外部光学系１２から出射するレーザ光の焦点位置及び光軸を移動させるための駆動制御部２０と、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の半導体集積回路、プロセッサ、又はコンピュータによって実行可能なプログラムで構成されていてレーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系１２の汚染による焦点シフトを調整する焦点シフト調整部７１と、種々のデータを記憶する記憶部２２と、を備えている。焦点シフト調整部７１は、さらに、ワークＷに対するレーザ光の焦点位置を予め定めた焦点位置に移動する指令を駆動制御部２０に対して行う駆動指令部３０と、レーザ光を予め定めた出力（例えば３０００Ｗ）で出射する指令をレーザ発振器１１に対して行う出力指令部３１と、を備えている。焦点シフト調整部７１は、さらに、戻り光測定部４によって測定された戻り光のエネルギ量の単位時間当たりの変化量を計算する変化量計算部７２と、第一期間内に変化量計算部７２によって計算された単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値と、第一期間より時間的に後の第二期間内に変化量計算部７２によって計算された単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値との比較に基づいて、焦点移動量を計算する第四焦点移動量計算部７３と、計算した焦点移動量に基づいて、レーザ加工中における焦点位置を補正する焦点位置補正部３３と、を備えている。すなわち、第四焦点移動量計算部７３は、変化量計算部７２からの単位時間当たりの変化量に基づいて戻り光のエネルギ量のピーク値を判別する。変化量に関する情報は、記憶部２２に記憶されてもよい。これにより、戻り光のエネルギ量のピーク値を容易に区別できるようになる。焦点シフト調整部７１は、さらに、焦点位置の補正を繰返して補正量が正しいか否かを判定する補正量判定部３４と、補正量が正しくない場合に、第一測定値と第二測定値との比較に基づいてレーザパワーを補正するレーザパワー補正部３５と、を備えていてもよい。
【００３４】
図２０は、レーザ加工装置７０の動作を示すフローチャートである。以下、図１９及び図２０を参照してレーザ加工中に戻り光のエネルギ量に基づいて外部光学系の汚染による焦点シフトを調整する処理について説明する。焦点シフト調整部７１がレーザ加工中に焦点シフトの調整を開始すると、ステップＳ４０では、駆動指令部３０が予め定めた位置に焦点位置を合わせる指令を駆動制御部２０に対して行うと共に、出力指令部３１が予め定めた出力でレーザ光を出射する指令をレーザ発振器１１に対して行い、ワークＷをレーザ切断する。ステップＳ４１では、変化量計算部７２が戻り光のエネルギ量の単位時間当たりの変化量を計算する。ステップＳ４２では、第四焦点移動量計算部７３が第一期間内に変化量計算部７２によって計算された単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第一測定値を取得する。ステップＳ４３では、記憶部２２が第一測定値を格納する。ステップＳ４４では、第四焦点移動量計算部７３が第一期間より時間的に後の第二期間内に変化量計算部７２によって計算された単位時間当たりの変化量が一定値以上になったときの戻り光測定部４によって測定されたピーク値を平均化した第二測定値を取得する。ステップＳ４５では、記憶部２２が第二測定値を格納する。ステップＳ４６では、第四焦点移動量計算部７３が第一測定値と第二測定値とを比較し、焦点移動量（例えば＋１ｍｍ）を計算する。ステップＳ４７では、焦点位置補正部３３がレーザ加工中の焦点位置を補正する（例えば１ｍｍから０ｍｍに補正）。ステップＳ４８では、補正量判定部３４が、補正量とマージンαとを比較することにより、補正量が正しいか否かを判定する。ステップＳ４８において、補正量（例えば−１ｍｍ）がマージンα（例えば±０．８５）を超える場合、ステップＳ４０に戻り、再び焦点シフトの調整を繰返す。ステップＳ４８において、補正量（例えば−０．９ｍｍ）が依然としてマージンα（例えば±０．８５）を超える場合には、レンズ１の汚染だけではなく、ウインド２の汚染によって戻り光のエネルギ量が低下している可能性があるため、ステップＳ４９において、レーザパワー補正部３５が、第一測定値と第二測定値との比較に基づいてレーザパワーを補正する（例えば３０００Ｗを３５００Ｗに補正）。ステップＳ４８において、補正量（例えば−０．３ｍｍ）がマージンα（例えば±０．８５）以下である場合、ステップＳ５０において、レーザ加工装置７０が、補正した焦点位置及び補正したレーザパワーに基づいてレーザ加工を継続する。焦点シフトの調整処理は、前述した通り、繰返し行われることが好ましい。斯かるレーザ加工装置７０によれば、レーザ加工中に戻り光を安定的に検出しながら外部光学系の汚染レベルに応じて焦点シフトを自動調整できる。ひいては、大量の加工不良を発生させることなく自動運転を継続できるため、外部光学系のメンテナンス期間を延長できる。
【００３５】
前述した実施形態におけるコンピュータによって実行可能なプログラムは、コンピュータ読取り可能な非一時的記録媒体、ＣＤ−ＲＯＭ等に記録して提供できる。本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述した種々の実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。
【符号の説明】
【００３６】
１    レンズ
２    ウインド
３    反射板
４    戻り光測定部
１０    レーザ加工装置
１１    レーザ発振器
１２    外部光学系
１３    数値制御装置
２０    駆動制御部
２１    焦点シフト調整部
２２    記憶部
３０    駆動指令部
３１    出力指令部
３２    第一焦点移動量計算部
３３    焦点位置補正部
３４    補正量判定部
３５    レーザパワー補正部
４０    レーザ加工装置
４１    焦点シフト調整部
４２    第二焦点移動量計算部
５０    レーザ加工装置
５１    焦点シフト調整部
５２    切換部
６０    レーザ加工装置
６１    焦点シフト調整部
６２    出力指令部
６３    第三焦点移動量計算部
７０    レーザ加工装置
７１    焦点シフト調整部
７２    変化量計算部
７３    第四焦点移動量計算部
Ｗ    ワーク
Ｈ    穴
【図１】
2019051540.tif 000003
【図２】
2019051540.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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