(57)【要約】【課題】異常が生じた際にバックアップ運転を行うことができるレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】レーザ加工装置１は、複数の電流制御部７と、複数のレーザダイオードモジュール８と、複数のレーザキャビティ９と、ビームコンバイナ１０と、を有するレーザ発振器４に加工ヘッド５が接続されて、制御部２の制御下で加工ヘッド５から光を出力して加工を行う。レーザ加工装置１は、複数の電流制御部７が制御する電流の値の各々をモニタする電流モニタ部１１と、複数のレーザダイオードモジュール８が出力する光の強さの値の各々、複数のレーザキャビティ９が出力する光の強さの値の各々、及びビームコンバイナ１０が出力する光の強さの値をモニタするパワーモニタ部１２と、電流モニタ部１１がモニタする電流の値、及びパワーモニタ部１２がモニタする光の強さの値に基づいて、破損個所を判定する判定部１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に対して互いに並列に接続され、前記電源から出力される電流を制御する複数の電流制御部と、
前記複数の電流制御部に対して一対一で接続され、前記電流制御部が制御する電流が流れることで光を出力する複数のレーザダイオードモジュールと、
前記複数のレーザダイオードモジュールに対して複数対一で接続され、前記レーザダイオードモジュールが出力する光を増幅してから出力する複数のレーザキャビティと、
前記複数のレーザキャビティに対して複数対一で接続され、前記複数のレーザキャビティが出力する光を束ねるビームコンバイナと、を有するレーザ発振器に加工ヘッドが接続されて、制御部の制御下で前記ビームコンバイナが束ねた光を前記加工ヘッドから出力して加工を行うレーザ加工装置であって、
前記複数の電流制御部が制御する電流の値の各々をモニタする電流モニタ部と、
前記複数のレーザダイオードモジュールが出力する光の強さの値の各々、前記複数のレーザキャビティが出力する光の強さの値の各々、及び前記ビームコンバイナが出力する光の強さの値をモニタするパワーモニタ部と、
前記電流モニタ部がモニタする電流の値、及び前記パワーモニタ部がモニタする光の強さの値に基づいて、破損個所を判定する判定部と、を備えるレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記判定部が、前記複数の電流制御部及び前記複数のレーザダイオードモジュールのうちのいずれかが破損個所であると判定した場合に、経路上に破損個所を含まない前記電流制御部に出力される電流を増加させて、前記加工ヘッドが出力する光の強さを破損前と同じにする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記判定部が、前記複数のレーザキャビティのうちのいずれかが破損個所であると判定した場合に、経路上に破損個所を含む前記電流制御部に出力される電流を停止させると共に、経路上に破損個所を含まない前記電流制御部に出力される電流を増加させて、前記加工ヘッドが出力する光の強さを破損前と同じにし、又は同じにできないときは近付ける請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記加工ヘッドが出力する光の強さを破損前と同じにできないときに、加工速度を落としてバックアップ運転を行う請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザ発振器を複数備え、
前記加工ヘッドが接続される前記レーザ発振器を切り替えるスイッチを備え、
前記制御部は、前記判定部が、前記ビームコンバイナが破損個所であると判定した場合に、前記スイッチを制御して、前記加工ヘッドが接続される前記レーザ発振器を切り替えてバックアップ運転を行う請求項１〜４のいずれか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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のファイバレーザを備えるレーザ加工装置が知られている。このようなレーザ加工装置は、レーザダイオード（ＬＤ）モジュールやレーザキャビティが故障した際、復旧に一日単位で時間がかかるこのため、復旧までのバックアップ運転が必要となる。そこで、例えば、特許文献１に記載のレーザ加工装置では、レーザ光のパワーの比が所定の閾値を下回った場合に、破損等の異常が生じたものと判断することで、異常が生じたことを把握することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１２９０９７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のレーザ加工装置は、異常が生じた個所を特定するものではなく、異常が生じた際に復旧までのバックアップ運転を行うことができなかった。
【０００５】
本発明は、異常が生じた際にバックアップ運転を行うことができるレーザ加工装置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】
【０００６】
（１）  本発明に係るレーザ加工装置（例えば、後述するレーザ加工装置１）は、電源（例えば、後述する電源３）に対して互いに並列に接続され、前記電源から出力される電流を抑制する複数の電流制御部（例えば、後述する電流制御部７）と、前記複数の電流制御部に対して一対一で接続され、前記電流制御部が制御する電流が流れることで光を出力する複数のレーザダイオードモジュール（例えば、後述するレーザダイオードモジュール８）と、前記複数のレーザダイオードモジュールに対して複数対一で接続され、前記レーザダイオードモジュールが出力する光を増幅してから出力する複数のレーザキャビティ（例えば、後述するレーザキャビティ９）と、前記複数のレーザキャビティに対して複数対一で接続され、前記複数のレーザキャビティが出力する光を束ねるビームコンバイナ（例えば、後述するビームコンバイナ１０）と、を有するレーザ発振器（例えば、後述するレーザ発振器４）に加工ヘッド（例えば、後述する加工ヘッド５）が接続されて、制御部（例えば、後述する制御部２）の制御下で前記ビームコンバイナが束ねた光を前記加工ヘッドから出力して加工を行うレーザ加工装置であって、前記複数の電流制御部が制御する電流の値の各々をモニタする電流モニタ部（例えば、後述する電流モニタ部１１）と、前記複数のレーザダイオードモジュールが出力する光の強さの値の各々、前記複数のレーザキャビティが出力する光の強さの値の各々、及び前記ビームコンバイナが出力する光の強さの値をモニタするパワーモニタ部（例えば、後述するパワーモニタ部１２）と、前記電流モニタ部がモニタする電流の値、及び前記パワーモニタ部がモニタする光の強さの値に基づいて、破損個所を判定する判定部（例えば、後述する判定部１３）と、を備える。
【０００７】
（２）  （１）のレーザ加工装置において、前記制御部は、前記判定部が、前記複数の電流制御部及び前記複数のレーザダイオードモジュールのうちのいずれかが破損個所であると判定した場合に、経路上に破損個所を含まない前記電流制御部に出力される電流を増加させて、前記加工ヘッドが出力する光の強さを破損前と同じにしてもよい。
【０００８】
（３）  （１）又は（２）のレーザ加工装置において、前記制御部は、前記判定部が、前記複数のレーザキャビティのうちのいずれかが破損個所であると判定した場合に、経路上に破損個所を含む前記電流制御部に出力される電流を停止させると共に、経路上に破損個所を含まない前記電流制御部に出力される電流を増加させて、前記加工ヘッドが出力する光の強さを破損前と同じにし、又は同じにできないときは近付けてもよい。
【０００９】
（４）  （３）のレーザ加工装置において、前記制御部は、前記加工ヘッドが出力する光の強さを破損前と同じにできないときに、加工速度を落としてバックアップ運転を行ってもよい。
【００１０】
（５）  （１）〜（４）のいずれかのレーザ加工装置は、前記レーザ発振器を複数備え、前記加工ヘッドが接続される前記レーザ発振器を切り替えるスイッチ（例えば、後述するスイッチ６）を備え、前記制御部は、前記判定部が、前記ビームコンバイナが破損個所であると判定した場合に、前記スイッチを制御して、前記加工ヘッドが接続される前記レーザ発振器を切り替えてバックアップ運転を行ってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異常が生じた際にバックアップ運転を行うことができるレーザ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略図である。
【図２】電流モニタ部及びパワーモニタ部のモニタ結果であって、正常時を示す図であり、横軸に電源から出力される電流の値の合計を示し、縦軸にビームコンバイナが出力する光の強さの値を示す。
【図３】電流モニタ部及びパワーモニタ部のモニタ結果であって、電流制御部に破損がある場合を示す図であり、横軸に電源から出力される電流の値の合計を示し、縦軸にビームコンバイナが出力する光の強さの値を示す。
【図４】電流モニタ部及びパワーモニタ部のモニタ結果であって、レーザダイオードモジュールに破損がある場合を示す図であり、横軸に電源から出力される電流の値の合計を示し、縦軸にビームコンバイナが出力する光の強さの値を示す。
【図５】電流モニタ部及びパワーモニタ部のモニタ結果であって、レーザキャビティに破損がある場合を示す図であり、横軸に電源から出力される電流の値の合計を示し、縦軸にビームコンバイナが出力する光の強さの値を示す。
【図６】電流モニタ部及びパワーモニタ部のモニタ結果であって、ビームコンバイナに破損がある場合を示す図であり、横軸に電源から出力される電流の値の合計を示し、縦軸にビームコンバイナが出力する光の強さの値を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１を示す概略図である。図２は、電流モニタ部１１及びパワーモニタ部１２のモニタ結果であって、正常時を示す図である。図３は、電流モニタ部１１及びパワーモニタ部１２のモニタ結果であって、電流制御部７に破損がある場合を示す図である。図４は、電流モニタ部１１及びパワーモニタ部１２のモニタ結果であって、レーザダイオードモジュール８に破損がある場合を示す図である。図５は、電流モニタ部１１及びパワーモニタ部１２のモニタ結果であって、レーザキャビティ９に破損がある場合を示す。図６は、電流モニタ部１１及びパワーモニタ部１２のモニタ結果であって、ビームコンバイナ１０に破損がある場合を示す。図２、図３、図４、図５及び図６は、横軸に電源３から出力される電流の値の合計を示し、縦軸にビームコンバイナ１０が出力する光の強さの値を示す。
【００１４】
図１に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ発振器４に加工ヘッド５が接続されて使用される装置であり、制御部（ＣＮＣ）２の制御下で加工ヘッド５から光を出力して加工を行う。具体的に、レーザ加工装置１は、制御部２と、電源３と、２台のレーザ発振器４と、加工ヘッド５と、スイッチ６と、を備えている。
【００１５】
制御部２は、レーザ加工装置１を統括的に制御する。電源３は、レーザ加工装置１の動力源となる電力を供給する。
【００１６】
２台のレーザ発振器４は、一方に加工ヘッド５が接続されて使用されると共に、残りの他方がバックアップ運転用に待機している。加工ヘッド５が接続されて使用されるレーザ発振器４は、スイッチ６によって切り替えられる。具体的に、レーザ発振器４は、複数（本実施形態では４つ）の電流制御部７と、複数（本実施形態では４つ）のレーザダイオード（ＬＤ）モジュール８と、複数（本実施形態では２つ）のレーザキャビティ９と、ビームコンバイナ１０と、電流モニタ部１１と、パワーモニタ部１２と、判定部１３と、を備えている。
【００１７】
複数の電流制御部７は、電源３に対して互いに並列に接続され、電源３から出力される電流を制御する。電流制御部７には、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等が用いられる。
【００１８】
複数のレーザダイオードモジュール８は、複数の電流制御部７に対して一対一で接続され、電流制御部７が制御する電流が流れることで光を出力する。
【００１９】
複数のレーザキャビティ９は、複数のレーザダイオードモジュール８に対して複数対一（本実施形態では二対一）で接続され、レーザダイオードモジュール８が出力する光を増幅してから出力する。
【００２０】
ビームコンバイナ１０は、複数のレーザキャビティ９に対して複数対一（本実施形態では二対一）で接続され、複数のレーザキャビティ９が出力する光を束ねてから出力する。
【００２１】
電流モニタ部１１は、複数の電流制御部７が制御する電流の値Ｉ１［Ａ］，Ｉ２［Ａ］，Ｉ３［Ａ］，Ｉ４［Ａ］の各々をモニタし、モニタ結果を判定部１３に入力する。
【００２２】
パワーモニタ部１２は、複数のレーザダイオードモジュール８が出力する光の強さの値ＰＬ１［ｋＷ］，ＰＬ２［ｋＷ］，ＰＬ３［ｋＷ］，ＰＬ４［ｋＷ］の各々、複数のレーザキャビティ９が出力する光の強さの値Ｐ１［ｋＷ］，Ｐ２［ｋＷ］の各々、及びビームコンバイナ１０が出力する光の強さの値ＰＭ［ｋＷ］をモニタし、モニタ結果を判定部１３に入力する。
【００２３】
判定部１３は、電流モニタ部１１及びパワーモニタ部１２からモニタ結果が入力され、そのモニタ結果（電流モニタ部１１がモニタする電流の値Ｉ１［Ａ］，Ｉ２［Ａ］，Ｉ３［Ａ］，Ｉ４［Ａ］、及びパワーモニタ部１２がモニタする光の強さの値ＰＬ１［ｋＷ］，ＰＬ２［ｋＷ］，ＰＬ３［ｋＷ］，ＰＬ４［ｋＷ］，Ｐ１［ｋＷ］，Ｐ２［ｋＷ］，ＰＭ［ｋＷ］）に基づいて、破損個所を判定する。
【００２４】
例えば、判定部１３は、電流モニタ部１１から入力されたモニタ結果がＩ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝Ｉ４＝１０［Ａ］で、かつパワーモニタ部１２から入力されたモニタ結果がＰＬ１＝ＰＬ２＝ＰＬ３＝ＰＬ４＝０．５［ｋＷ］，Ｐ１＝Ｐ２＝１［ｋＷ］，ＰＭ＝２［ｋＷ］である場合に、正常時であると判定し、その判定結果を制御部２に入力する（図２参照）。
【００２５】
また、判定部１３は、電流モニタ部１１から入力されたモニタ結果において、Ｉ１［Ａ］，Ｉ２［Ａ］，Ｉ３［Ａ］，Ｉ４［Ａ］のいずれかが０［Ａ］で異常である場合に、０［Ａ］を示す電流制御部７に破損があり、当該電流制御部７が破損個所であると判定し、その判定結果を制御部２に入力する。なお、この場合、判定部１３の判定結果は、パワーモニタ部１２から入力されたモニタ結果に影響されない。
【００２６】
例えば、判定部１３は、電流モニタ部１１から入力されたモニタ結果がＩ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝１０［Ａ］で正常であると共にＩ４＝０［Ａ］で異常であり、かつパワーモニタ部１２から入力されたモニタ結果がＰＬ１＝ＰＬ２＝ＰＬ３＝０．５［ｋＷ］，ＰＬ４＝０［ｋＷ］，Ｐ１＝１［ｋＷ］，Ｐ２＝０．５［ｋＷ］，ＰＭ＝１．５［ｋＷ］で異常である場合に、Ｉ４＝０［Ａ］を示す電流制御部７に破損があり、当該電流制御部７が破損個所であると判定し、その判定結果を制御部２に入力する（図３参照）。
【００２７】
また、判定部１３は、電流モニタ部１１から入力されたモニタ結果が正常である一方で、パワーモニタ部１２から入力されたモニタ結果において、ＰＬ１［ｋＷ］，ＰＬ２［ｋＷ］，ＰＬ３［ｋＷ］，ＰＬ４［ｋＷ］のいずれかが０［ｋＷ］で異常である場合に、０［ｋＷ］を示すレーザダイオードモジュール８に破損があり、当該レーザダイオードモジュール８が破損個所であると判定し、その判定結果を制御部２に入力する。
【００２８】
例えば、判定部１３は、電流モニタ部１１から入力されたモニタ結果がＩ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝Ｉ４＝１０［Ａ］で正常であり、かつパワーモニタ部１２から入力されたモニタ結果がＰＬ１＝ＰＬ２＝ＰＬ３＝０．５［ｋＷ］，Ｐ１＝１［ｋＷ］で正常であると共にＰＬ４＝０［ｋＷ］，Ｐ２＝０．５［ｋＷ］，ＰＭ＝１．５［ｋＷ］で異常である場合に、ＰＬ４＝０［ｋＷ］を示すレーザダイオードモジュール８に破損があり、当該レーザダイオードモジュール８が破損個所であると判定し、その判定結果を制御部２に入力する（図４参照）。
【００２９】
また、判定部１３は、電流モニタ部１１から入力されたモニタ結果が正常である一方で、パワーモニタ部１２から入力されたモニタ結果において、ＰＬ１［ｋＷ］，ＰＬ２［ｋＷ］，ＰＬ３［ｋＷ］，ＰＬ４［ｋＷ］が正常であると共にＰ１［ｋＷ］，Ｐ２［ｋＷ］のいずれかが異常である場合に、異常な値を示すレーザキャビティ９に破損があり、当該レーザキャビティ９が破損個所であると判定し、その判定結果を制御部２に入力する。
【００３０】
例えば、判定部１３は、電流モニタ部１１から入力されたモニタ結果がＩ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝Ｉ４＝１０［Ａ］で正常であり、かつパワーモニタ部１２から入力されたモニタ結果がＰＬ１＝ＰＬ２＝ＰＬ３＝ＰＬ４＝０．５［ｋＷ］，Ｐ１＝１［ｋＷ］で正常であると共にＰ２＝０［ｋＷ］，ＰＭ＝１［ｋＷ］で異常である場合に、Ｐ２＝０［ｋＷ］を示すレーザキャビティ９に破損があり、当該レーザキャビティ９が破損個所であると判定し、その判定結果を制御部２に入力する（図５参照）。
【００３１】
また、判定部１３は、電流モニタ部１１から入力されたモニタ結果が正常である一方で、パワーモニタ部１２から入力されたモニタ結果において、ＰＬ１［ｋＷ］，ＰＬ２［ｋＷ］，ＰＬ３［ｋＷ］，ＰＬ４［ｋＷ］，Ｐ１［ｋＷ］，Ｐ２［ｋＷ］が正常であると共にＰＭ［ｋＷ］が異常である場合に、異常な値を示すビームコンバイナ１０に破損があり、当該ビームコンバイナ１０が破損個所であると判定し、その判定結果を制御部２に入力する。
【００３２】
例えば、判定部１３は、電流モニタ部１１から入力されたモニタ結果がＩ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝Ｉ４＝１０［Ａ］で正常であり、かつパワーモニタ部１２から入力されたモニタ結果がＰＬ１＝ＰＬ２＝ＰＬ３＝ＰＬ４＝０．５［ｋＷ］，Ｐ１＝Ｐ２＝１［ｋＷ］で正常であると共にＰＭ＝０［ｋＷ］で異常である場合に、ＰＭ＝０［ｋＷ］を示すビームコンバイナ１０に破損があり、当該ビームコンバイナ１０が破損個所であると判定し、その判定結果を制御部２に入力する（図６参照）。
【００３３】
制御部２は、判定部１３が、複数の電流制御部７及び複数のレーザダイオードモジュール８のうちのいずれかが破損個所であると判定した場合に、経路上に破損個所を含まない電流制御部７に電源３から出力される電流を増加させて、加工ヘッド５が出力する光の強さを破損前と同じにする。
【００３４】
例えば、制御部２は、判定部１３が、Ｉ４＝０［Ａ］を示す電流制御部７が破損個所であると判定した場合に、経路上に破損個所を含まない電流制御部７に電源３から出力される電流Ｉ１［Ａ］，Ｉ２［Ａ］，Ｉ３［Ａ］を１３．３３３［Ａ］に増加させて、加工ヘッド５から出力する光の強さを破損前と同じにする。この場合、ＰＬ１＝ＰＬ２＝ＰＬ３＝０．６６７［ｋＷ］となる。
【００３５】
あるいは、制御部２は、判定部１３が、ＰＬ４＝０［ｋＷ］を示すレーザダイオードモジュール８が破損個所であると判定した場合に、経路上に破損個所を含まない電流制御部７に電源３から出力される電流Ｉ１［Ａ］，Ｉ２［Ａ］，Ｉ３［Ａ］を１３．３３３［Ａ］に増加させて、加工ヘッド５から出力する光の強さを破損前と同じにする。この場合、ＰＬ１＝ＰＬ２＝ＰＬ３＝０．６６７［ｋＷ］となる。
【００３６】
また、制御部２は、判定部１３が、複数のレーザキャビティ９のうちのいずれかが破損個所であると判定した場合に、経路上に破損個所を含む電流制御部７に電源３から出力される電流を停止させると共に、経路上に破損個所を含まない電流制御部７に電源３から出力される電流を増加させて、加工ヘッド５が出力する光の強さを破損前と同じにし、又は定格電流や許容値の都合で同じにできないときは近付ける。制御部２は、加工ヘッド５が出力する光の強さを、定格電流や許容値の都合で破損前と同じにできないときに、加工速度を落としてバックアップ運転を行う。
【００３７】
例えば、制御部２は、判定部１３が、異常な値Ｐ２［ｋＷ］を示すレーザキャビティ９が破損個所であると判定した場合に、経路上に破損個所を含む電流制御部７に電源３から出力される電流を停止させてＩ３＝Ｉ４＝０［Ａ］にすると共に、経路上に破損個所を含まない電流制御部７に電源３から出力される電流Ｉ１［Ａ］，Ｉ２［Ａ］を２０［Ａ］に増加させて、加工ヘッド５が出力する光の強さを破損前と同じにする。この場合、Ｐ１＝２［ｋＷ］となる。
【００３８】
また、制御部２は、判定部１３が、ビームコンバイナ１０が破損個所であると判定した場合に、スイッチ６を制御して、加工ヘッド５が接続されるレーザ発振器４を切り替えてバックアップ運転を行う。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、電流モニタ部１１及びパワーモニタ部１２によるモニタ結果によって破損個所を特定することができる。また、破損個所を特定できるので、異常が生じた際に、破損個所に応じてレーザ発振器４を停止させることなく自動的にバックアップ運転を行うことができる。
【００４０】
破損個所が電流制御部７やレーザダイオードモジュール８の場合は、破損していない残りの経路でバックアップ運転を行い、所定の出力を維持することができる。また、破損個所がレーザキャビティ９やビームコンバイナ１０等で出力を維持できない場合は、加工条件を変更したり、スイッチ６を使用して他のレーザ発振器４でバックアップ運転をしたりすることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４２】
１  レーザ加工装置
２  制御部
３  電源
４  レーザ発振器
５  加工ヘッド
６  スイッチ
７  電流制御部
８  レーザダイオードモジュール
９  レーザキャビティ
１０  ビームコンバイナ
１１  電流モニタ部
１２  パワーモニタ部
１３  判定部
【図１】
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【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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