(57)【要約】【課題】バラツキの少ない加工を実現できるレーザ加工装置の制御装置、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】レーザ加工装置（１）の制御装置（２）は、レーザ光が照射される加工対象物の加工点からレーザ光の照射中に生じる光の光量を検出する検出部（１３、１５）と、検出部の検出結果に基づき加工対象物の溶融開始を表わす光量の変化点を判別する判別部（３１）と、変化点を起点としてレーザ加工条件を制御する制御部（３２）とを備える構成とした。レーザ加工装置（１）は、レーザ発振器（１１）と、レーザ発振器から出力されたレーザ光を加工対象物へ出射する出射ヘッド（１２）と、出射ヘッドから加工対象物に照射されるレーザ光の照射位置を走査する走査部（２４）と、制御装置（２）とを備える構成とした。【選択図】図１
2019188409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光が照射される加工対象物の加工点からレーザ光の照射中に生じる光の光量を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき前記加工対象物の溶融開始を表わす前記光量の変化点を判別する判別部と、
前記変化点を起点としてレーザ加工条件を制御する制御部と、
を備えるレーザ加工装置の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記変化点が判別された時点からのレーザ光の照射時間を制御する、
請求項１記載のレーザ加工装置の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記変化点が判別された時点から照射されるレーザ光のパワー量を制御する、
請求項１記載のレーザ加工装置の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記変化点の判別に基づいてレーザ光の照射位置を変化させる、
請求項１記載のレーザ加工装置の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記変化点の判別に基づいてレーザ光の走査速度を変化させる、
請求項１記載のレーザ加工装置の制御装置。
【請求項６】
前記検出部は前記レーザ光の反射光の光量を検出する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置の制御装置。
【請求項７】
前記検出部はプラズマ光の光量を検出する、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置の制御装置。
【請求項８】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を加工対象物へ照射する出射ヘッドと、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の制御装置と、
を備えるレーザ加工装置。
【請求項９】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を加工対象物へ照射する出射ヘッドと、
前記出射ヘッドから加工対象物に照射されるレーザ光の照射位置を走査する走査部と、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の制御装置と、
を備えるレーザ加工装置。
【請求項１０】
加工対象物にレーザ光を照射し、
レーザ光が照射される加工対象物の加工点から生じる光の光量を検出し、
前記光量の検出結果に基づき前記加工対象物の溶融開始を表わす前記光量の変化点を判別し、
前記変化点を起点としてレーザ加工条件を制御する、
レーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置の制御装置、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】
以前より、レーザ光により加工対象物を溶接、穿孔又は切断するレーザ加工装置がある。レーザ加工装置は、高エネルギー密度のレーザ光により金属を溶融させて加工対象物を加工する。
【０００３】
特許文献１には、加工点からの反射光及びプラズマ光を検出するセンサを備えたレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置は、加工点からの反射光及びプラズマ光を検出して、溶接加工の欠陥判定を行う。特許文献２には、加工対象の溶融物の光量を検出するセンサを備えたレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置は、光量の変化量が大きすぎる場合に、加工不良の発生と判断して加工を中止する一方、光量の変化量が大きくなった場合に、加工条件パラメータを補正し、加工不良を未然に防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４９３１２号公報
【特許文献２】特開平６−１４２９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ加工装置は、加工対象物を溶融して溶接、穿孔又は切断などの加工を行う。しかしながら、加工対象物の表面状態は酸化又は汚れなどにより変化し、これによりレーザ光の吸収率が変化する。このため、レーザ光を加工対象物に照射してから加工点が溶融に至るまでの時間にはバラツキが生じる。特に、銅、アルミなど、レーザ光を反射しやすい材料では、溶融に至るまでの時間のバラツキが顕著に現れる。
【０００６】
しかしながら、従来のレーザ加工装置は、上記のような溶融に至るまでの時間のバラツキを予め検知できないため、バラツキの少ない加工を行うことが難しかった。
【０００７】
一方、本発明者らは、加工点の反射光の光量及び加工点のプラズマ光の光量が加工点の溶融開始時に顕著に変化することを見出した。
【０００８】
本発明は、バラツキの少ない加工を実現できるレーザ加工装置の制御装置、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】
【０００９】
本発明に係るレーザ加工装置の制御装置は、
レーザ光が照射される加工対象物の加工点からレーザ光の照射中に生じる光の光量を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき前記加工対象物の溶融開始を表わす前記光量の変化点を判別する判別部と、
前記変化点を起点としてレーザ加工条件を制御する制御部と、
を備える構成を採用した。
【００１０】
本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力されたレーザ光を加工対象物へ出射する出射ヘッドと、
上記の制御装置と、
を備える構成を採用した。
【００１１】
本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力されたレーザ光を加工対象物へ出射する出射ヘッドと、
前記出射ヘッドから加工対象物に照射されるレーザ光の照射位置を走査する走査部と、
上記の制御装置と、
を備える構成を採用した。
【００１２】
本発明のレーザ加工方法は、
加工対象物にレーザ光を照射し、
レーザ光が照射される加工対象物の加工点から生じる光の光量を検出し、
前記光量の検出結果に基づき前記加工対象物の溶融開始を表わす前記光量の変化点を判別し、
前記変化点を起点としてレーザ加工条件を制御する方法を採用した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バラツキの少ない加工を実現できるレーザ加工装置の制御装置、レーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を示す構成図である。
【図２】溶融開始時の反射光量の変化を示す特性グラフである。
【図３】溶融開始時のプラズマ光量の変化を示す特性グラフである。
【図４】判別部により実行される溶融開始の変化点の判別処理を示すフローチャートである。
【図５】溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理の一例を示すタイムチャートである。
【図６】溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理の一例を示すタイムチャートである。
【図７】溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理の一例を示すタイムチャートである。
【図８】図７の加工動作を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を示す構成図である。
【００１７】
本発明の実施形態に係るレーザ加工装置１は、金属の加工対象物２５に高エネルギー密度のレーザ光を照射して溶接、穿孔又は切断する加工装置である。レーザ加工装置１は、図１に示すように、レーザ発振器１１、出射ヘッド１２、反射光センサ１３、反射光用ミラー１４、プラズマ光センサ１５、プラズマ光用ミラー１６、レーザ光反射ミラー２２、集光レンズ２３、ＸＹＺテーブル２４及び計算装置３０を備える。これらの構成要素のうち、計算装置３０と、反射光センサ１３及びプラズマ光センサ１５を含んだ筐体１２ａとが、制御装置２を構成する。反射光センサ１３とプラズマ光センサ１５は本発明に係る検出部の一例に相当する。ＸＹＺテーブル２４は、本発明に係る走査部の一例に相当する。
【００１８】
レーザ発振器１１は、例えばＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザであり、高エネルギー密度のレーザ光を出力する。レーザ発振器１１としては、ＣＯ２レーザ、エキシマレーザ等を適用することもできる。
【００１９】
レーザ光反射ミラー２２及び集光レンズ２３は出射ヘッド１２内に配置され、レーザ発振器１１から出力されたレーザ光を反射及び屈折させて、加工点に収束させる。また、集光レンズ２３は、加工点からのレーザ光の反射光及び加工点に発生したプラズマ光を集光する。さらに、レーザ光反射ミラー２２は集光された反射光及びプラズマ光の一部を検出用に透過させる。
【００２０】
反射光センサ１３は、出射ヘッド１２に追加された筐体１２ａ内に配置され、レーザ光反射ミラー２２を透過して筐体１２ａ内へ送られたレーザ光の反射光の光量を検出する。レーザ光反射ミラー２２は、筐体１２ａ内で反射光を反射光センサ１３の方へ屈曲させる。反射光センサ１３には、加工点から反射されたレーザ光の反射光が所定比率で減衰されて届く。このため、反射光センサ１３が検出した反射光の光量は、加工点で生じる反射光の光量に比例する。反射光用ミラー１４は、プラズマ光の波長の光を透過させる。
【００２１】
プラズマ光センサ１５は、筐体１２ａ内に配置され、レーザ光反射ミラー２２と反射光用ミラー１４とを透過したプラズマ光の光量を検出する。プラズマ光用ミラー１６は、筐体１２ａ内でプラズマ光をプラズマ光センサ１５の方へ屈曲させる。プラズマ光センサ１５には、加工点で発生したプラズマ光が所定比率で減衰されて届く。このため、プラズマ光センサ１５が検出したプラズマ光の光量は、加工点で生じたプラズマ光の光量に比例する。
【００２２】
ＸＹＺテーブル２４は、加工対象物２５を保持し、モータ等の駆動により加工対象物２５を移動させ、レーザ光が収束する加工点と加工対象物２５との配置関係とを変更できる。なお、レーザ加工装置１は、本発明に係る走査部の一例として、ＸＹＺテーブル２４の替りに、出射ヘッド１２を移動する構成を備えていてもよい。加工対象物２５と加工点とを相対的に動かす方向は３次元方向であってもよいし、加工内容によっては２次元方向又は１次元方向であってもよい。加工対象物２５と加工点とを３次元方向に相対的に移動できる構成を採用すれば複雑な加工が可能となり、加工対象物２５と加工点とを２次元方向又は１次元方向に移動できる構成を採用すれば、低コストで単純な加工を行うことができる。
【００２３】
計算装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行する制御プログラム及び制御データを記憶した記憶装置と、外部との間で信号を入出力するＩＯポートとを備えるコンピュータである。計算装置３０は、例えばＣＰＵが実行する機能モジュールとして、溶融開始変化点の判別部３１と、制御部３２とを備える。
【００２４】
判別部３１は、反射光センサ１３の出力及びプラズマ光センサ１５の出力を受けて、これらに基づき、加工対象物２５の溶融の開始を示すセンサ出力の変化点を判別する。判別処理の詳細については後述する。
【００２５】
制御部３２は、レーザ発振器１１の出力制御と、ＸＹＺテーブル２４の駆動制御とにより、加工対象物２５の加工制御を行う。上記の出力制御は、出力のＯＮとＯＦＦとの切り替え制御、並びに、例えばパルス制御によりレーザ光の出力パワーを変更する制御を含む。上記のＸＹＺテーブル２４の駆動制御は、レーザ光の出力中に行われることで、加工対象物２５に対してレーザ光の照射位置を任意の経路で移動させる走査制御に相当する。制御部３２は、さらに判別部３１の判別結果を受けて、溶融開始の変化点を起点として加工条件を制御する。加工条件の制御処理の詳細については後述する。
【００２６】
＜溶融開始変化点の判別処理＞
先ず、溶融開始変化点の判別処理の原理について説明する。図２は、溶融開始時の反射光量の変化を示す特性グラフである。
【００２７】
加工対象物２５にレーザ光を照射すると、レーザ光が加工点で吸収されるのに伴い加工点の温度が上昇し、溶融温度を超えて加工点が溶融する。加工対象物２５にレーザ光の照射を開始した後、レーザ光の反射光の光量は、図２に示すように、一旦、上昇し、その後、照射箇所の溶融が開始されると、反射光の光量は急峻に低下する。加工対象物２５の表面状態が酸化又は汚れなどにより安定していないと、溶融前のレーザ光の吸収率にバラツキが生じる。このため、照射開始から溶融開始までの時間Ｔ１は、加工対象物２５の表面状態に応じてばらつくが、いずれの場合でも、溶融開始時に反射光量の急峻な低下が現れる。
【００２８】
したがって、レーザ光を照射した後、反射光量の検出値と閾値ｌｔｈとを比較し、検出値が閾値ｌｔｈよりも低くなった場合に、溶融開始の変化点を判別することができる。閾値ｌｔｈは、所定の固定値として設定されてもよく、このような設定により、溶融の前後で反射光量が大きく変わるような場合に、単純な計算処理（少ない計算負荷）で溶融開始の変化点を判別できる。また、閾値ｌｔｈは、照射開始直後の安定した反射光量から所定値低い値あるいは所定の割合で低い値として設定されてもよい。このような設定により、加工対象物２５の表面状態が非常に不安定で、溶融前の反射光量が低くなることがあるような場合でも、溶融開始の変化点を正確に判別できる。あるいは、加工対象物２５の材質等に応じてレーザ光の出力パワーが切り替えられる場合には、閾値ｌｔｈはレーザ光の出力パワーの所定比率の値として設定されてもよい。このような設定により、レーザ光の出力パワーが可変で、溶融前後の反射光量が一定とならない場合にも対応して、溶融開始の変化点を正確に判別できる。
【００２９】
図３は、溶融開始時のプラズマ光量の変化を示す特性グラフである。
【００３０】
加工対象物２５にレーザ光の照射を開始した後、加工点から発生するプラズマ光の光量は、図３に示すように、溶融が開始されるまではほぼゼロであり、溶融が開始されると急峻に増大する。照射開始から溶融開始までの時間Ｔ１は、上述したように加工対象物２５の表面状態に応じてばらつくが、いずれの場合でも、溶融開始時のプラズマ光量の急峻な上昇が現れる。
【００３１】
したがって、レーザ光を照射した後、プラズマ光量の検出値と閾値ｌｐｔｈとを比較し、検出値が閾値ｌｐｔｈよりも高くなった場合に、溶融開始の変化点を判別することができる。閾値ｌｐｔｈは、所定の固定値として設定されてもよく、このような設定により、溶融の前後でプラズマ光量が大きく変わるような場合に、単純な計算処理（少ない計算負荷）で溶融開始の変換点を判別できる。また、加工対象物の材質等に応じてレーザ光の出力パワーが切り替わる場合には、閾値ｌｐｔｈは、レーザ光の出力パワーの所定比率の値として設定されてもよい。このような設定により、レーザ光の出力パワーが可変で、溶融後のプラズマ光量が一定とならない場合にも対応して、溶融開始の変化点を正確に判別できる。
【００３２】
図４は、判別部により実行される溶融開始の変化点の判別処理を示すフローチャートである。
【００３３】
計算装置３０の判別部３１は、レーザ加工装置１の１回の加工処理の開始時に、図４の判別処理を実行する。判別処理が開始されると、判別部３１は、レーザ光の照射が開始されたか、例えば制御部３２からの通知により判別し（ステップＳ１）、開始されたら、続くループ処理（ステップＳ２〜Ｓ４）へ処理を移行する。
【００３４】
ループ処理へ移行すると、判別部３１は、反射光センサ１３の出力値ｌｏｕｔを取得し（ステップＳ２）、さらに、プラズマ光センサの出力値ｌｐｏｕｔを取得し（ステップＳ３）、これらを閾値ｌｔｈ、ｌｐｔｈと比較する（ステップＳ４）。ここで、［lout < lth]かつ[lpout > lpth]の条件を満たせば、判別部３１は、溶融開始の変化点と判別し、処理を次に進める。しかし、この条件を満たさなければ、判別部３１は、処理をステップＳ２に戻す。
【００３５】
ステップＳ４の判別結果がＹＥＳであれば、判別部３１は、制御部３２へ溶融開始の変化点が判別されたことを通知する（ステップＳ５）。そして、判別処理を終了する。
【００３６】
このような溶融開始の変化点の判別処理により、加工対象物２５の表面状態が安定していなくても、制御部３２が、加工点の溶融開始のタイミングを認識することができる。
【００３７】
なお、図４の判別処理では、判別部３１は、反射光量とプラズマ光量の両方が溶融開始を示す条件を満たした場合に、溶融開始の変化点と判別する例を示した。しかし、判別部３１は、反射光量とプラズマ光量のいずれか一方が溶融開始を示す条件を満たした場合に、溶融開始の変化点と判別してもよい。あるいは、判別部３１は反射光量が溶融開始を示す条件を満たした場合に、溶融開始の変化点と判別してもよい。この場合、制御装置２は、プラズマ光量の検出を行わなくてもよい。同様に、判別部３１はプラズマ光量が溶融開始を示す条件を満たした場合に、溶融開始の変化点と判別してもよい。この場合、制御装置２は、反射光量の検出を行わなくてもよい。反射光量による溶融開始の判別か、プラズマ光量による溶融開始の判別か、いずれか一方のみを採用することで、レーザ加工装置１のコストの低減を図れる。
【００３８】
＜溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理１＞
ここでは、２つの金属部材を１点で溶接する加工処理（「点溶接」と呼ぶ）の一例について説明する。図５は、溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理の一例を示すタイムチャートである。図５には、レーザ光の出力パワーが一定の場合のタイムチャート（実線で示す）と、レーザ光の出力パワーが可変の場合のタイムチャート（破線で示す）とが示されている。先ず、実線で示されたレーザ光の出力パワーが一定の場合について説明する。
【００３９】
点溶接の加工処理において、計算装置３０の制御部３２は、任意のタイミングｔ１でレーザ光の照射を開始すると、その後、レーザ光の照射を継続しつつ判別部３１からの通知を待機する。そして、判別部３１から変化点の判別の通知を受けると（タイミングｔ２）、制御部３２は、このタイミングｔ２を起点とする時間計測を行う。そして、制御部３２は、この時間が適切な溶接を実現するように予め設定された時間Ｔ１１となるように加工条件を制御し、設定時間Ｔ１１が経過したタイミングｔ３で、レーザ光の照射を終了する。
【００４０】
このように、溶融開始の変化点のタイミングｔ２を起点としてレーザ光の照射時間を制御することで、バラツキの少ない安定した溶接加工が実現される。すなわち、加工対象物２５の表面に酸化又は汚れがあってレーザ光の吸収率が標準値から逸脱していると、レーザ光の照射開始から溶融開始までの時間（ｔ１からｔ２の時間）が標準値から長くなったり短くなったりする。このため、仮に、レーザ光の照射開始から終了までを一定時間とすると、加工点の溶融が不十分な溶接加工となったり、加工点が過度に溶融した溶接加工となったりするなど、加工内容にバラツキが生じる。一方、本発明者らは、加工点が溶融された後は、表面状態の影響は低下し、レーザ光の吸収率が安定することを見出した。このため、制御部３２が、溶融開始からのレーザ光の照射時間を制御することで、加工対象物２５の表面状態の影響を排除して、安定的な加工を実現できる。
【００４１】
＜溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理２＞
次に、図５の破線に示すように、レーザ光のパワーが可変の場合の点溶接の加工処理について説明する。この場合、制御部３２は、レーザ光の照射をタイミングｔ１で開始し、その後、判別部３１から変化点の判別の通知を受けると（タイミングｔ２）、このタイミングｔ２を起点とするレーザ光の出力パワー量（出力パワーの時間積分）を計数する。そして、制御部３２は、出力パワー量が適切な溶接を実現するように予め設定された出力パワー量Ｅ１となるように加工条件を制御し、出力パワー量が設定量Ｅ１となったタイミングｔ３で、レーザ光の照射を終了する。
【００４２】
このように、溶融開始の変化点のタイミングｔ２を起点としてレーザ光の出力パワー量を制御することで、バラツキの少ない安定した溶接加工が実現される。すなわち、加工対象物２５の表面に酸化又は汚れがあってレーザ光の吸収率が標準値から逸脱していると、レーザ光の照射開始から溶融開始までの時間（ｔ１からｔ２の時間）が標準値から長くなったり短くなったりする。このため、仮に、レーザ光の照射開始から終了までを一定時間とすると、加工点の溶融が不十分な溶接加工となったり、加工点が過度に溶融した溶接加工となったりするなど、加工内容にバラツキが生じる。一方、本発明者らは、加工点が溶融された後は、表面状態の影響は低下し、レーザ光の吸収率が安定することを見出した。このため、制御部３２が、溶融開始からのレーザ光の出力パワー量を制御することで、加工対象物２５の表面状態の影響を排除して、安定的な加工を実現できる。溶融前のレーザ光の吸収率のバラツキが顕著となる、銅又はアルミなど反射率の高い金属を加工対象物２５とする場合に、このような加工処理はより有効となる。
【００４３】
＜溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理３＞
続いて、加工対象物２５の切断加工の一例について説明する。図６は、溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理の一例を示すタイムチャートである。
【００４４】
切断加工において、計算装置３０の制御部３２は、任意のタイミングｔ１１でレーザ光の照射を開始すると、その後、レーザ光の照射を継続しつつ判別部３１からの通知を待機する。そして、判別部３１から変化点の判別の通知を受けると（タイミングｔ１２）、制御部３２は、この通知に基づいて、加工点を切断予定線に沿って移動させる制御を開始（「走査開始」と記す）する。走査開始のタイミングｔ１３は、溶融開始を示すタイミングｔ１２から所定時間Ｔ２１を経過したタイミングである。所定時間Ｔ２１は、溶融開始から加工点を移動させるのに適した溶融状態に至るまでに必要な時間として、予め設定される。あるいは、所定時間Ｔ２１は、溶融開始から加工点を移動させるのに適した溶融状態に至るまでに必要なレーザ光の出力パワー量が得られる値に設定されてもよいし、加工対象物２５によっては所定時間Ｔ２１はゼロであってもよい。すなわち、所定時間Ｔ２１の設定により、加工対象物２５に適応した切断開始の溶融状態を調整できる。
【００４５】
その後、制御部３２は、加工点を切断予定線に沿って移動させる走査制御を継続し、切断予定線に沿ったレーザ光の走査が完了したら、レーザ光の照射を停止し、１回の加工処理を終了する
【００４６】
このように、溶融開始の変化点のタイミングｔ１２を起点として、走査開始の制御を行うことで、バラツキの少ない安定した切断加工が実現される。すなわち、加工対象物２５の表面に酸化又は汚れがあってレーザ光の吸収率が標準値から逸脱していると、レーザ光の照射開始から溶融開始までの時間（ｔ１１〜ｔ１２の時間）が標準値から長くなったり短くなったりする。このため、仮に、レーザ光の照射開始から一定時間後に走査を開始したのでは、切断開始点の溶融が不十分な状態で加工点が移動して切断不良が生じたり、切断開始点が過度に溶融した切断加工となったり、加工内容にバラツキが生じる。しかしながら、本発明者らは、切断開始点の溶融が開始された後、レーザ光の照射位置を切断予定線に沿って移動させて切断を進める過程では、各加工点でレーザ光の吸収率は安定することを見出した。このことは、溶融は点でなく有限の面積範囲で発生し、切断を進める過程では、溶融された範囲内でレーザ光の照射位置が移動するため、切断を進める過程では、レーザ光が非溶融箇所に照射されて溶融から開始される事態にならないためであるからと考えられた。したがって、制御部３２が、溶融開始に基づいて走査の制御を行うことで、加工対象物２５の表面状態の影響を排除して、安定的な切断加工を実現できる。溶融前のレーザ光の吸収率のバラツキが顕著となる、銅又はアルミなど反射率の高い金属を加工対象物２５とする場合に、このような加工処理はより有効となる。
【００４７】
上記の切断加工の制御例は、溶融開始の変化点の判別に基づいて、制御部３２が加工点の走査速度を速度ゼロから一定の速度へ変更する制御と見なすことができる。しかし、走査速度の制御は、このような例に限られるものではない。例えば、制御部３２は、レーザ光の照射開始から溶融開始の変化点の判別までの期間に、一度に溶融される面積範囲に照射点が収まるように、非常に遅い速度で加工点を移動させてもよい。或いは、制御部３２は、この期間に、一度に溶融される面積範囲に照射点が収まるように、遅い速度で加工点を搖動させてもよい。そして、制御部３２は、溶融開始の変化点の判別に基づいて、加工点を移動する速度（走査速度）を切断用の速度に上昇させ、切断予定線に沿って加工点を移動させるように制御してもよい。
【００４８】
＜溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理４＞
続いて、加工対象物２５の穿孔加工の一例について説明する。図７は、溶融開始の変化点を起点とする加工条件の制御処理の一例を示すタイムチャートである。図８は、図７の加工動作を説明する概念図であり、図８（Ａ）は加工開始の状態を示す図、図８（Ｂ）は穿孔が進んだ状態を示す図である。図８中、一点鎖線によりレーザ光を示す。
【００４９】
穿孔加工において、計算装置３０の制御部３２は、任意のタイミングｔ２１でレーザ光の照射を開始すると、その後、レーザ光の照射を継続しつつ判別部３１からの通知を待機する。そして、判別部３１からの変化点の判別の通知を受けると（タイミングｔ２２）、制御部３２は、この通知に基づいて、図８（Ａ）から図８（Ｂ）に示すように、加工点を穿孔方向に変位させる制御を開始（「穿孔開始」と記す）する。
【００５０】
その後、制御部３２は、加工点を穿孔方向へ進める制御を継続し、加工対象物２５の穿孔が完了したら、レーザ光の照射を停止し、１回の加工処理を終了する。
【００５１】
このように、溶融開始の変化点のタイミングｔ２２を起点として、穿孔開始の制御を行うことで、バラツキの少ない安定した穿孔加工が実現される。すなわち、加工対象物２５の表面に酸化又は汚れがあってレーザ光の吸収率が標準値から逸脱していると、レーザ光の照射開始から穿孔開始までの時間（ｔ２１〜ｔ２２の時間）が標準値から長くなったり短くなったりする。このため、仮に、レーザ光の照射開始から一定時間後に加工点を降下させたのでは、表面の溶融が不十分な状態で加工点が降下して穿孔不良が生じたり、表面の溶融が必要以上に行われた状態で穿孔動作が行われて必要以上のエネルギーが消費されたりする。一方、本発明者らは、加工点が溶融された後は、表面状態の影響は低下し、レーザ光の吸収率が安定することを見出した。このため、制御部３２が、溶融開始に基づいて穿孔開始の制御を行うことで、加工対象物２５の表面状態の影響を排除して、安定的で無駄なエネルギー消費を回避した穿孔加工を実現できる。溶融前のレーザ光の吸収率のバラツキが顕著となる、銅又はアルミなど反射率の高い金属を加工対象物２５とする場合に、このような加工処理はより有効となる。
【００５２】
なお、図７の例では、変化点の判別のタイミングｔ２２を穿孔開始のタイミングとしているが、図６の例に示したように、制御部３２は、判別のタイミングｔ２２から所定時間遅延したタイミングで穿孔を開始してもよい。この遅延により、加工対象物２５に適応した穿孔開始の溶融状態を調整できる。
【００５３】
以上のように、本実施形態のレーザ加工装置１及びその制御装置２によれば、反射光センサ１３又はプラズマ光センサ１５が、レーザ光が照射される加工点からの光量を検出し、判別部３１が加工対象物２５の溶融開始を表わす光量の変化点を判別する。さらに、制御部３２が、判別部の判別した変化点を起点としてレーザ加工条件を制御する。したがって、加工対象物２５の表面状態に起因してレーザ光の照射から加工点の溶融開始までの時間がばらついても、バラツキの少ない安定した加工を実現できる。
【００５４】
具体的には、制御部３２は、判別部３１が変化点を判別した時点からのレーザ光の照射時間を制御したり、或いは、判別した時点からのレーザ光の出力パワー量を制御したりする。これにより、加工点を少ないバラツキで所望の溶融状態へ遷移させることができ、溶接加工、切断加工の開始点、穿孔加工の開始点において、加工対象物２５を安定的にかつ加工に適した溶融状態へ遷移させることができる。
【００５５】
さらに具体的には、制御部３２は、判別部３１が変化点を判別したことに基づいて、レーザ光の走査速度を変化させたり、照射位置を変化させたりする。これにより、加工点が加工に適した溶融状態になってからレーザ光の走査速度が上がって、安定した加工対象物２５の切断加工が実現される。同様に、加工点が加工に適した溶融状態になってからレーザ光の照射位置が降下して、安定した加工対象物２５の穿孔加工が実現される。
【００５６】
また、本実施形態のレーザ加工装置１及びその制御装置２によれば、加工対象物２５の溶融開始を判別するために、レーザ光の反射光量を検出する反射光センサ１３を備える。また、レーザ加工装置１及びその制御装置２は、この判別のために、レーザ光が照射される加工点から生じるプラズマ光の光量を検出するプラズマ光センサ１５を備える。したがって、これらのセンサ出力の変化点を判別部３１が判別することで、制御部３２は、加工対象物２５の溶融開始を正確に認識することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、点溶接、切断加工又は穿孔加工において、センサ出力の変化点を起点としてレーザ加工条件を制御する例を示した。しかし、加工に適した加工点の溶融を要する加工処理であれば、点溶接、切断又は穿孔以外の加工処理を行うレーザ加工装置に本発明を効果的に適用できる。また、上記実施形態では、レーザ光の反射光量を示すセンサ出力と閾値とを比較して、溶融開始を表わす光量の変化点を判別する構成を示した。また、レーザ光が照射される加工点に生じるプラズマ光の光量を示すセンサ出力と閾値とを比較して、溶融開始を表わす光量の変化点を判別する構成を示した。しかしながら、閾値との比較の他、センサ出力の変化量を逐次計算し、この計算結果から変化点を判別するなど、種々の判別方法を適用してもよい。また、上記実施形態では、溶融開始を判別するためにレーザ光が照射される加工点からの光量を検出する検出部として、反射光センサと、プラズマ光センサとを示した。しかし、溶融開始時に光量の変化を表わす波長の光を検出できれば、その他の波長の光センサが適用されてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１  レーザ加工装置
２  制御装置
１１  レーザ発振器
１２  出射ヘッド
１２ａ  筐体
１３  反射光センサ
１５  プラズマ光センサ
２４  ＸＹＺテーブル
２５  加工対象物
３０  計算装置
３１  判別部
３２  制御部
【図１】
2019188409.tif 000003
【図２】
2019188409.tif 000004
【図３】
2019188409.tif 000005
【図４】
2019188409.tif 000006
【図５】
2019188409.tif 000007
【図６】
2019188409.tif 000008
【図７】
2019188409.tif 000009
【図８】
2019188409.tif 000010