(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力指令信号に基づいて出力制御回路よりプローブパルスを含めた出力パルスをレーザ発振器に与えて、このレーザ発振器からレーザ光をワークへ照射してレーザ加工を行っているとき、ワーク面からの反射光によって増加したレーザパルスから、前記出力制御回路から出力された補間パルスを減算した減算パルスと、前記出力制御回路から出力されたプローブパルスに予め設定された設定値を増分した増分出力パルスとが比較され、前記減算パルスが増分出力パルスより大きいときにレーザ発振器の動作を停止せしめることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
出力指令信号に基づいて出力制御回路よりパルスオフ区間でも加工に影響しない最低出力を含めた出力パルスをレーザ発振器に与えて、このレーザ発振器からレーザ光をワークへ照射してレーザ加工を行っているとき、ワーク面からの反射光によって増加したレーザ発振器からのレーザパルスを光センサで検出し、この検出したレーザパルスと、前記出力制御回路から出力された出力パルスを前記光センサと同じ特性を有するフィルタにより平均化した出力パルスに予め設定された設定値を増分した増分出力パルスとが比較され、前記レーザパルスが増分出力パルスより大きいときレーザ発振器の動作を停止せしめることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】
出力指令信号に基づいてプローブパルスを含めた出力パルスをレーザ発振器へ出力せしめると共に補間パルスとプローブパルスを別途に出力せしめる出力制御回路と、この出力制御回路から出力された出力パルスに基づいてワークへ照射すべきレーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ加工を行っているときワーク面からの反射光によって増加したレーザ発振器からのレーザパルスをモニタする出力モニタ手段と、この出力モニタ手段によりモニタされた前記レーザパルスから、前記出力制御回路から出力された補間パルスを減算して減算パルスを算出する第１演算手段と、前記出力制御回路から出力されたプローブパルスに予め設定された設定値を増分した増分出力パルスを算出する第２演算手段と、前記第１演算手段で算出された減算パルスと前記第２演算手段で算出された増分出力パルスとを比較し、減算パルスが増分出力パルスより大きいときにレーザ発振器の動作を停止せしめる指令を与える比較手段と、を備えてなることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
出力指令信号に基づいてパルスオフ区間でも加工に影響しない最低出力を含めた出力パルスをレーザ発振器へ出力せしめる出力制御回路と、この出力制御回路から出力された出力パルスに基づいてワークへ照射すべきレーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ加工を行っているときワーク面からの反射光によって増加したレーザ発振器からのレーザパルスをモニタする出力モニタ手段としての光センサと、前記出力制御回路から出力された前記出力パルスを前記光センサと同じ特性を有するフィルタにより平均化した出力パルスに予め設定された設定値を増分した増分出力パルスを算出する演算手段と、前記出力モニタ手段からのレーザパルスと前記演算手段で算出された増分出力パルスとを比較し、レーザパルスが増分出力パルスより大きいときにレーザ発振器の動作を停止せしめる指令を与える比較手段とを備えてなることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工方法及びその装置に関し、特にパルス出力でレーザ加工している場合であってもワークの異常反射による加工不良を検出するレーザ加工方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特許番号第２８２０９３９号公報に示されているものがあり、図６に示されているように、レーザ加工装置１０１で出力指令値ＰＣ１が出力されると、この出力指令値ＰＣ１が出力制御回路１０３により電流指令値に変換して出力され、この電流指令値に基づいてレーザ用電源１０５から商用電源が整流されて高周波の電圧がレーザ発振器１０７に出力される。レーザ発振器１０７からレーザ出力ＹＡ１がワークＷに出力される。レーザ出力Ｙ１がワークＷに吸収され、反射レーザ出力ＹＢ１がレーザ発振器１０７内に入射される。
【０００３】
また、レーザ発振器１０７のレーザ出力をモニタする出力モニタ手段としてのパワーセンサ１０９が設けられ、このパワーセンサ１０９でモニタされたレーザパルスＰＡ１が出力されて比較器１１１へ入力される。一方、出力指令値ＰＣ１は演算器１１３により増分値ＰＯ１が増分され比較器１１１へ入力される。比較器１１１では、レーザパルスＰＡ１が演算器１１３の出力値（ＰＣ１＋ＰＯ１）を超えているときは加工不良として比較器１１１から異常検出信号ＡＲ１が出力される。異常検出信号ＡＲ１により加工が停止される。
【０００４】
なお、図７において理想的な制御状態は出力指令値ＰＣ１とレーザパルスＰＡ１が完全に一対一で比例している実線１１５の場合であるが、正常に加工が行われている場合であってもある程度の量の反射レーザ出力があるので理想特性の実線１１５から僅かにずれて出力指令値ＰＣ１に対してレーザパルスＰＡ１が増えることがある。この増分量は、例えば正常な加工の場合には２０％を超えることはないが、異常反射が生じた場合は２０％を超えてしまうために、レーザ発振器１０７に設けられている光学部品が損傷してしまうという障害が発生することになる。
【０００５】
そこで、上記の例では一点鎖線１１７が２０％の増分量をしきい値として増分値ＰＯ１が増分された基準値を示すものである。点線１１９の状態は一点鎖線１１７の基準値を超えた場合である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のレーザ加工装置１０１においては、図８に示されているようにパルス出力でレーザ加工が行われている場合では、パルスのＯＦＦ区間はレーザ光が出力されていないために反射光がなくなるので、レーザ出力のパルスのＯＮ区間だけで反射光の有無の判断が行われることになる。したがって、たとえレーザ加工の異常が発生しても加工面の状態によってはレーザ光が十分に反射しないために、パワーセンサ１０９でモニタされるレーザパルスＰＡ１が低いので比較器１１１にて異常を検出できないという問題点があった。
【０００７】
この現象は、特にデューティファクタが低いパルスで顕著に起きるものであった。
【０００８】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、たとえパルス出力のレーザ加工であっても、切断不良などのレーザ加工不良による反射光を確実に検出してレーザ発振器等の光学部品を上記の反射光による損傷から保護し得るレーザ加工方法及びその装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１によるこの発明のレーザ加工方法は、出力指令信号に基づいて出力制御回路よりプローブパルスを含めた出力パルスをレーザ発振器に与えて、このレーザ発振器からレーザ光をワークへ照射してレーザ加工を行っているとき、ワーク面からの反射光によって増加したレーザパルスから、前記出力制御回路から出力された補間パルスを減算した減算パルスと、前記出力制御回路から出力されたプローブパルスに予め設定された設定値を増分した増分出力パルスとが比較され、前記減算パルスが増分出力パルスより大きいときにレーザ発振器の動作を停止せしめることを特徴とするものである。
【００１０】
したがって、出力制御回路よりプローブパルスを含めた出力パルスをレーザ発振器に与えてレーザ光をワークへ照射せしめたことから、出力パルスのパルスオフ区間においてもレーザ加工に影響を与えない最低出力が発生されているので、デューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良が検出される。このとき、レーザ発振器の動作が自動停止されるので、レーザ発振器などの光学部品が加工不良時に発生する反射光による損傷から保護される。
【００１１】
請求項２によるこの発明のレーザ加工方法は、出力指令信号に基づいて出力制御回路よりパルスオフ区間でも加工に影響しない最低出力を含めた出力パルスをレーザ発振器に与えて、このレーザ発振器からレーザ光をワークへ照射してレーザ加工を行っているとき、ワーク面からの反射光によって増加したレーザ発振器からのレーザパルスを光センサで検出し、この検出したレーザパルスと、前記出力制御回路から出力された出力パルスを前記光センサと同じ特性を有するフィルタにより平均化した出力パルスに予め設定された設定値を増分した増分出力パルスとが比較され、前記レーザパルスが増分出力パルスより大きいときレーザ発振器の動作を停止せしめること特徴とするものである。
【００１２】
したがって、出力指令信号に基づいて出力制御回路よりパルスオフ区間でも加工に影響しない最低出力を含めた出力パルスをレーザ発振器に与えてレーザ光をワークへ照射せしめたので、デューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良が検出される。このとき、レーザ発振器の動作が自動停止されるので、レーザ発振器などの光学部品が加工不良時に発生する反射光による損傷から保護される。
【００１３】
請求項３によるこの発明のレーザ加工装置は、出力指令信号に基づいてプローブパルスを含めた出力パルスをレーザ発振器へ出力せしめると共に補間パルスとプローブパルスを別途に出力せしめる出力制御回路と、この出力制御回路から出力された出力パルスに基づいてワークへ照射すべきレーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ加工を行っているときワーク面からの反射光によって増加したレーザ発振器からのレーザパルスをモニタする出力モニタ手段と、この出力モニタ手段によりモニタされた前記レーザパルスから、前記出力制御回路から出力された補間パルスを減算して減算パルスを算出する第１演算手段と、前記出力制御回路から出力されたプローブパルスに予め設定された設定値を増分した増分出力パルスを算出する第２演算手段と、前記第１演算手段で算出された減算パルスと前記第２演算手段で算出された増分出力パルスとを比較し、減算パルスが増分出力パルスより大きいときにレーザ発振器の動作を停止せしめる指令を与える比較手段と、を備えてなることを特徴とするものである。
【００１４】
したがって、請求項１記載の作用と同様であり、出力制御回路よりプローブパルスを含めた出力パルスをレーザ発振器に与えてレーザ光をワークへ照射せしめたことから、出力パルスのパルスオフ区間においてもレーザ加工に影響を与えない最低出力が発生されているので、デューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良が検出される。このとき、レーザ発振器の動作が自動停止されるので、レーザ発振器などの光学部品が加工不良時に発生する反射光による損傷から保護される。
【００１５】
請求項４によるこの発明のレーザ加工装置は、出力指令信号に基づいてパルスオフ区間でも加工に影響しない最低出力を含めた出力パルスをレーザ発振器へ出力せしめる出力制御回路と、この出力制御回路から出力された出力パルスに基づいてワークへ照射すべきレーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ加工を行っているときワーク面からの反射光によって増加したレーザ発振器からのレーザパルスをモニタする出力モニタ手段としての光センサと、前記出力制御回路から出力された前記出力パルスを前記光センサと同じ特性を有するフィルタにより平均化した出力パルスに予め設定された設定値を増分した増分出力パルスを算出する演算手段と、前記出力モニタ手段からのレーザパルスと前記演算手段で算出された増分出力パルスとを比較し、レーザパルスが増分出力パルスより大きいときにレーザ発振器の動作を停止せしめる指令を与える比較手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１６】
したがって、請求項２記載の作用と同様であり、出力指令信号に基づいて出力制御回路よりパルスオフ区間でも加工に影響しない最低出力を含めた出力パルスをレーザ発振器に与えてレーザ光をワークへ照射せしめたので、デューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良が検出される。このとき、レーザ発振器の動作が自動停止されるので、レーザ発振器などの光学部品が加工不良時に発生する反射光による損傷から保護される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザ加工方法及びその装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
図１を参照するに、本実施の形態に係わるレーザ加工装置１は、レーザ加工が開始されると、制御装置３からＳ指令（出力指令信号）、デューティ、周波数が第１出力制御回路５に入力され、第１出力制御回路５により出力指令としての例えば出力パルスＳＯ，補間パルスｅｐ０、プローブパルスＰＲ０の信号が発生される。
【００１９】
図２を参照するに、上記の出力パルスＳＯとしては、ＯＮ区間とＯＦＦ区間を有するパルスが発信される。ＯＮ区間の振幅はＳ指令値であり、ＯＦＦ区間の振幅はレーザ加工に影響を与えない最低出力となっている。
【００２０】
また、プローブパルスＰＲ０としては、出力パルスＳＯより十分早い周波数のパルスであり、出力パルスＳＯのＯＮ区間に相当する部分のパルスの振幅はＳ指令と同じ振幅であり、出力パルスＳＯのＯＦＦ区間に相当する部分のパルスの振幅はレーザ加工に影響を与えない最低出力となっている。
【００２１】
また、補間パルスｅｐ０としては、出力パルスＳＯから上記のプローブパルスＰＲ０を差し引いた状態のパルス（ＳＯ−ＰＲ０）である。
【００２２】
言い換えると、出力パルスＳＯ，補間パルスｅｐ０、プローブパルスＰＲ０の関係は、図２に示されているように補間パルスｅｐ０とプローブパルスＰＲ０を加算したものが出力パルスＳＯと同じパルスとなることが分かる。
【００２３】
第１出力制御回路５から出力された出力パルスＳＯは第２出力制御回路７へ入力されて電圧指令Ｖ１に変換される。この変換された電圧指令Ｖ１に基づいてレーザ用電源９から商用電源が整流されて電圧指令Ｖ１に対応した高周波電圧がレーザ発振器１１に出力される。高周波電圧はレーザ発振器１１にて印加されてレーザ出力ＰoutがワークＷに向けて出力される。なお、レーザ出力Ｐoutの一部は反射レーザ出力としてレーザ発振器１１内に入射される。
【００２４】
また、レーザ発振器１１のレーザ出力をモニタする出力モニタ手段としての例えば光センサ１３が設けられ、この光センサ１３でモニタされたモニタ値としての例えばレーザパルスＰmが出力されて第１演算器１５へ入力される。このレーザパルスＰmはレーザ出力Ｐoutがパルスの場合では応答が遅いために平均化される。
【００２５】
一方、第１出力制御回路５から出力された補間パルスｅｐ０は上記の光センサ１３と同じ特性（応答速度）を持つ第１フィルタ１７により平均化されて補間パルスｅｐ１が出力され第１演算手段としての例えば第１演算器１５へ入力される。
【００２６】
この第１演算器１５では補間パルスｅｐ１がレーザパルスＰmから減算されて減算パルス（Ｐm−ｅｐ１）が算出することとなる。この減算パルス（Ｐm−ｅｐ１）は、出力パルスＳＯにより発生したレーザ出力から補間パルスｅｐ0によって発生したレーザ出力を減算することであり、図２に示されている出力パルスＳＯ，補間パルスｅｐ０、プローブパルスＰＲ０の関係からして上記のように第１演算器１５においてレーザパルスＰmから補間パルスｅｐ１が減算された演算値は、プローブパルスＰＲ０によって発生したレーザ出力に対応する比較可能なパルスということになり、この演算値が第１比較器１９へ入力される。なお、第１比較器１９は、レーザ加工不良に対するアラームを発生せしめる指令とレーザ発振器１１の動作を自動停止せしめる指令を与える比較手段である。
【００２７】
また、第１出力制御回路５から出力されたプローブパルスＰＲ０は上記の光センサ１３と同じ特性（応答速度）を持つ第２フィルタ２１により平均化されてプローブパルスＰＲ１が出力され、第２演算器２５へ入力される。この第２演算器２５により上記のプローブパルスＰＲ１は予め設定された設定値としての例えばしきい値２３が増分されて増分出力パルスＰＲ２が上記の第１比較器１９へ入力される。なお、第２演算器２５は、プローブパルスＰＲ１にしきい値２３を増分して増分出力パルスＰＲ２（基準値）を算出する第２演算手段を構成する。
【００２８】
上記の第１比較器１９では、図３のステップＳ１に示されているように、上記の減算パルス（Ｐm−ｅｐ１）、つまり光センサ１３によりモニタされたレーザ出力のうちのプローブパルスＰＲ０が第２演算器２５の出力値の増分出力パルスＰＲ２と比較されて、減算パルス（Ｐm−ｅｐ１）が増分出力パルスＰＲ２を超えているときはステップＳ２に示されているように加工不良として第１比較器１９から異常検出信号が出力されアラームが表示されると共にレーザ加工が自動的に停止される。
【００２９】
また、減算パルス（Ｐm−ｅｐ１）が増分出力パルスＰＲ２を超えていないときはステップＳ３において加工終了となるまでレーザ加工が続行される。
【００３０】
以上のように、本発明の実施の形態では、従来で加工不良の検出が難しかったデューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良が検出されるので、レーザ発振器１１などの光学部品が加工不良時に発生する反射光による損傷から保護される。
【００３１】
本発明の他の実施の形態のレーザ加工方法及びその装置について、図面を参照して説明する。なお、前述した実施の形態のレーザ加工方法及びその装置と同様の部分は同符号とする。
【００３２】
図４を参照するに、レーザ加工装置１は、レーザ加工が開始されると、制御装置３からＳ指令、デューティ、周波数が第３出力制御回路２７に入力され、第３出力制御回路２７により出力パルスＳＯの信号が発生される。
【００３３】
上記の出力パルスＳＯとしては、図５に示されているようにＯＮ区間とＯＦＦ区間を有するパルスが発信される。このパルスはＯＮ区間の振幅がＳ指令値であり、ＯＦＦ区間の振幅がレーザ加工に影響を与えない最低出力となっている。
【００３４】
第３出力制御回路２７から出力された出力パルスＳＯは第４出力制御回路２９へ入力されて電圧指令Ｖ１に変換される。この変換された電圧指令Ｖ１に基づいてレーザ用電源９から商用電源が整流されて電圧指令Ｖ１に対応した高周波電圧がレーザ発振器１１に出力される。高周波電圧はレーザ発振器１１にて印加されてレーザ出力ＰoutがワークＷに向けて出力される。なお、レーザ出力Ｐoutの一部は反射レーザ出力としてレーザ発振器１１内に入射される。
【００３５】
また、レーザ発振器１１のレーザ出力をモニタする出力モニタ手段としての例えば光センサ１３が設けられ、この光センサ１３でモニタされたレーザパルスＰmが出力されて第２比較器３１へ入力される。なお、第２比較器３１は、レーザ加工不良に対するアラームを発生すると共にレーザ発振器１１の動作を自動停止せしめる比較手段である。
【００３６】
一方、第３出力制御回路２７から出力された出力パルスＳＯは上記の光センサ１３と同じ特性（応答速度）を持つ第３フィルタ３３により平均化されて出力され、第３演算器３５へ入力される。この出力パルスＳＯは第３演算器３５により予め設定された設定値としての例えばしきい値２３が増分されて増分出力パルスが上記の第２比較器３１へ入力される。なお、第３演算器３５は、出力パルスＳＯにしきい値２３を増分して増分出力パルス（基準値）を算出する第３演算手段を構成する。
【００３７】
上記の第２比較器３１では、上記のレーザパルスＰmが第３演算器３５により算出された増分出力パルスの基準値と比較されて、レーザパルスＰmが基準値を超えているときは加工不良として比較器から異常検出信号が出力されアラームが表示されると共にレーザ加工が自動的に停止される。
【００３８】
また、出力パルスＳＯが基準値を超えていないときは加工終了となるまでレーザ加工が続行される。
【００３９】
以上のように、この実施の形態においても、従来では加工不良の検出が難しかったデューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良が検出されるので、レーザ発振器１１などの光学部品が加工不良時に発生する反射光による損傷から保護される。
【００４０】
なお、この発明は前述した実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上のごとき発明の実施の形態の説明から理解されるように、請求項１の発明によれば、出力制御回路よりプローブパルスを含めた出力パルスをレーザ発振器に与えてレーザ光をワークへ照射せしめたことから、出力パルスのパルスオフ区間においてもレーザ加工に影響を与えない最低出力が発生されているので、デューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良を検出できる。このとき、レーザ発振器の動作を自動停止するので、レーザ発振器などの光学部品が加工不良時に発生する反射光により損傷することから保護できる。
【００４２】
請求項２の発明によれば、出力指令信号に基づいて出力制御乖離よりパルスオフ区間でも加工に影響しない最低出力を含めた出力パルスをレーザ発振器に与えてレーザ光をワークへ照射せしめたので、デューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良を検出できる。このとき、レーザ発振器の動作を自動停止するので、レーザ発振器などの光学部品が加工不良時に発生する反射光により損傷することから保護できる。
【００４３】
請求項３の発明によれば、請求項１記載の効果と同様であり、出力制御回路よりプローブパルスを含めた出力パルスをレーザ発振器に与えてレーザ光をワークへ照射せしめたことから、出力パルスのパルスオフ区間においてもレーザ加工に影響を与えない最低出力が発生されているので、デューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良を検出できる。このとき、レーザ発振器の動作を自動停止するので、レーザ発振器などの光学部品が加工不良時に発生する反射光により損傷することから保護できる。
【００４４】
請求項４の発明によれば、請求項２記載の効果と同様であり、出力指令信号に基づいて出力制御乖離よりパルスオフ区間でも加工に影響しない最低出力を含めた出力パルスをレーザ発振器に与えてレーザ光をワークへ照射せしめたので、デューティの低いパルスのレーザ加工においても確実に加工不良を検出できる。このとき、レーザ発振器の動作を自動停止するので、レーザ発振器などの光学部品が加工不良時に発生する反射光により損傷することから保護できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すもので、レーザ出力制御のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すもので、レーザ出力パルスの状態説明図である。
【図３】本発明の実施の形態のレーザ加工方法のフローチャート図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示すもので、レーザ出力制御のブロック図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示すもので、レーザ出力パルスの状態説明図である。
【図６】従来例のレーザ出力制御のブロック図である。
【図７】従来例の出力指令値とモニタ値との関係を示すグラフである。
【図８】従来例のレーザ出力パルスの状態説明図である。
【符号の説明】
１  レーザ加工装置
３  制御装置
５  第１出力制御回路
７  第２出力制御回路
１１  レーザ発振器
１３  光センサ（出力モニタ手段）
１５  第１演算器
１９  第１比較器
２３  しきい値
２５  第２演算器
２７  第３出力制御回路
２９  第４出力制御回路
３１  第２比較器
３５  第３演算器
ＳＯ  出力指令
ｅｐ０  補間パルス
ＰＲ０  プローブパルス
【図１】
0004610059.tif 000002
【図２】
0004610059.tif 000003
【図３】
0004610059.tif 000004
【図４】
0004610059.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004610059.tif 000007
【図７】
0004610059.tif 000008
【図８】
0004610059.tif 000009