(57)【要約】【課題】  パルスレーザによる被加工物への加工品質を保証すると共に、１つのセンサで、レーザパルス数とレーザ立ち上がり時間を自工程で同時に常時監視する。【解決手段】  被加工物に照射するレーザ照射指令パルス数に対するレーザ出力数を監視すると共に、被加工物に照射するパルス照射指令の立ち上がり時刻からレーザ出力を電圧変換する手段を用いてアナログ電圧に変換した後、そのアナログ電圧を２値化したパルスの立ち上がり時刻までの時間を計測することによりレーザの寿命を検出できる。これにより被加工物に対するレーザ加工の加工品質を保証すると共に、製造上のロスを削減できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ熱量を電圧値に変換する工程と、前記電圧値を予め設定されたレーザ加工に必要な基準電圧値と比較して２値化する工程と、２値化されたデータを積算する工程と、前記積算されたデータの積算数Ｎを予め設定されたレーザ照射指令パルス数ｎと比較する工程と、Ｎとｎの両数値が合致しなければ、加工不良であると判定する工程と、レーザ照射指令パルスの立ち上がり開始時刻ｄｔから前記２値化された電圧値の立ち上がり開始時刻ｄＴまでの時間ΔＴを計測する工程と、前記ΔＴが予め設定された基準時間よりも大きい時、レーザ寿命であると判定する工程とを実行することを特徴とするレーザパルスモニタリング方法。
【請求項２】
レーザ加工の良否ならびにレーザ寿命の判定を表示するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレーザパルスモニタリング方法。
【請求項３】
レーザパルス照射指令出力手段で設定された加工方法、手順がレーザ出力制御手段と時間計測手段に転送され、前記レーザ出力制御手段により加工用レーザを発振させることで被加工物が加工されるレーザ加工装置において、前記加工用レーザへ供給されるレーザエネルギーの一部が光検出手段に送られ、熱量／電圧変換手段により電圧変換された数値が２値化手段によってパルス化され、このパルスを積算した数値が、予め設定された基準電圧指令手段の数値と比較して、低い場合をレーザ加工不良と判定するとともに、レ−ザパルス照射指令出力手段からレーザ出力制御手段に転送された照射指令パルスの立ち上がり開始時刻ｄｔから、前記２値化手段によって２値化されたパルスの立ち上がり開始時刻ｄＴまでの時間ΔＴを時間計測手段で計測し、このΔＴと基準時間とを比較することによりレーザ寿命を判定することを特徴とするレーザパルスモニタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置等で被加工物にレーザを照射して穴加工、マーキング加工等を行う際に、レーザの加工品質を自工程で確認するためのレーザパルスモニタリング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、ＣＯ2レーザ等のパルスレーザを使用して、被加工物をレーザ加工する従来の方法を示す。先ず、レーザパルス照射指令出力手段１０１で設定された加工方法、手順がレーザ電源のレーザ出力制御手段１０２に転送され、加工用レーザ１０３を発振させることによって、射出されたレーザ光が対物レンズ１０４で絞られ、レーザスポット１０５により被加工物１０６に穴加工等の加工が行われる。ここで、加工不良を監視するために、ビームスプリッタ１０８によってレーザエネルギーの何％かがパイロディテクタ等の光検出手段１０７に送られ、アンプ等の熱量／電圧変換手段１０９によって電圧変換される。この値が、予め設定された基準電圧指令手段１１０によりＤ／Ａ変換器等の基準電圧発生手段１１１の発する値を超えていれば、レーザエネルギーは安定して出力されているとみなし、２値化手段１１２によってパルス化され、カウンタ等のパルス積算手段１１５で計数される。最終的に、積算されたパルス数Ｎとレーザパルス照射指令出力手段１０１で設定されたパルス数ｎを演算器等で比較することで加工不良を判定し、表示手段１１６でレーザ加工不良を通知していた。
【特許文献１】特開平１０−２６３８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の方法では、加工用レーザ１０３の出力波形状態まで監視できていないため、レーザの寿命により発生するエネルギーピーク量不足と照射時間不足を検出できない問題点があった。レーザ加工は、エネルギーの絶対量だけではなく、ピーク値や時間の組合せによって目的どおりの加工が行えるため、単にレーザパルスの計測、またレーザエネルギーの計測だけでは、レーザ寿命による加工不良を検出できない課題があった。
【０００４】
このような課題を解決する技術として、自工程中に、加工品質とレーザ不良の両方をモニタ判定する方法としては、波形制御方式のレーザ装置の場合、レーザ出力波形を基準波形と比較して判定を行う発明が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この発明は、レーザ出力波形を用いて比較判定しなければならず、簡単で、低コストな方法とは言いがたい。
【０００５】
そこで、本発明は、これらの課題を解決するため、前記レーザパルス照射指令出力手段１０１で設定された照射指令パルス数ｎに対する積算された実照射レーザパルス数Ｎとの比較に加えて、レーザ寿命についても、図２に示すように、レーザパルス照射指令出力手段１０１で設定される照射指令パルスと、レーザ熱量／電圧変換手段１０９で変換される実照射電圧波形と２値化手段１１２により形成される実照射パルスを比較し、レーザ照射指令パルス立ち上がり開始時刻ｄｔから２値化されたパルスの立ち上がり開始時刻ｄＴまでの時間ΔＴを計測することで、レーザの加工品質とレーザ寿命を自工程で同時にモニタリングする方法／装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明レーザパルスモニタリング方法／装置は、レーザ熱量を電圧値に変換する工程と、前記電圧値を予め設定された穴加工、マーキング等のレーザ加工に必要な基準電圧値と比較して２値化する工程と、２値化されたデータを積算する工程と、前記積算されたデータの積算数Ｎを予め設定されたレーザ照射指令パルス数ｎと比較する工程と、Ｎとｎの両数値が合致しなければ、加工不良であると判定する工程と、レーザ照射指令パルスの立ち上がり開始時刻ｄｔから前記２値化された電圧値の立ち上がり開始時刻ｄＴまでの時間ΔＴを計測する工程と、前記ΔＴが予め設定された基準時間よりも大きい時、レーザ寿命であると判定する工程とを実行することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、レーザパルス照射指令出力手段で設定された加工方法、手順がレーザ出力制御手段と時間計測手段に転送され、前記レーザ出力制御手段により加工用レーザを発振させることで被加工物が加工されるレーザ加工装置において、前記加工用レーザへ供給されるレーザエネルギーの一部が光検出手段に送られ、熱量／電圧変換手段により電圧変換された数値が２値化手段によってパルス化され、このパルスを積算した数値が、予め設定された基準電圧指令手段の数値と比較して、低い場合をレーザ加工不良と判定するとともに、レ−ザパルス照射指令出力手段からレーザ出力制御手段に転送された照射指令パルスの立ち上がり開始時刻ｄｔと、２値化手段によって２値化されたパルスの立ち上がり開始時刻ｄＴとの差ΔＴを時間計測手段で計測し、このΔＴと基準時間とを比較することによりレーザ寿命を判定することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、レーザ加工不良数を計測することに併せて、レーザ照射指令パルスの立ち上がり開始時刻に対するレーザ実照射パルスの立ち上がり開始時刻をモニタリングすることで、レーザ加工不良とレーザ寿命の判定を１つのセンサだけで、リアルタイムに行うことが出来る。その結果、加工ロスを事前に防ぐことが出来、レーザ加工の品質性能の維持ならびに生産性の向上を低コストで実現できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、レーザ加工不良数を計測することに併せて、レーザ照射指令パルスの立ち上がり開始時刻に対するレーザ実照射パルスの立ち上がり開始時刻をモニタリングすることで、レーザ加工不良とレーザ寿命の判定を１つのセンサだけで、リアルタイムに行うことが出来る。その結果、加工ロスを事前に防ぐことが出来、レーザ加工の品質性能の維持ならびに生産性の向上を低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の１実施形態について、図１〜３を参照して説明する（図４に示す従来技術の各手段と共通の機能をもつものについては、同一の符号を用いて説明する。）。
【００１１】
図１は、ＣＯ2レーザ等のパルスレーザを使用して、被加工物をレーザ加工穴加工、マーキング加工等のレーザ加工を行う本発明の一実施形態を示す。
【００１２】
図１において、１０１は、レーザパルス照射指令出力手段で、ここでレーザ出力情報について、照射指令が発せられる。すなわち、レーザパルス照射指令出力手段１０１からレーザ加工の出力情報がレーザ出力制御手段１０２に与えられる。このレーザ出力制御手段１０２は、前記レーザパルス照射指令出力手段１０１の指令に基づき、レーザ電源の出力を制御する。そして、加工用レーザ１０３にレーザ制御信号、すなわちレーザ加工情報を与えて、この加工情報に基づき、加工用レーザ１０３が照射指令に従ったレーザ加工を行う。加工用レーザ１０３は、対物レンズ１０４を通して光学的に絞られ、レーザスポット１０５を形成し、被加工物１０６に穴加工、マーキング加工等の加工が施される。１０７は、ビームスプリッタ１０８により前記加工用レーザ１０３の発するレーザエネルギーの一部を取り出し、検出するパイロディテクタ等の光検出手段、１０９は、前記光検出手段１０７から転送されたレーザ熱量を電圧に変換する熱量／電圧変換手段で、レーザエネルギーを電圧のアナログ値に変換する。１１０は、基準電圧指令手段で、加工不良の判定のために用いる基準電圧が任意に設定出来る。１１１は、基準電圧発生手段で、Ｄ／Ａ変換器等が使用される。この基準電圧発生手段１１１からの基準電圧値（アナログ値）ならびにレーザ熱量の電圧変換手段１０９で変換された電圧値（アナログ値）は、それぞれが２値化手段１１２によりパルス化して、比較される。１１５は、前記パルス化した数値を積算するパルス積算手段である。１１６は、前記比較結果に基づき、レーザ加工不良を表示する表示手段、１１３は、時間計測手段で、レーザパルス照射指令出力手段１０１が発したレーザ照射指令パルスの立ち上がり開始時刻ｄｔから２値化手段１１２により２値化されたパルスの立ち上がり開始時刻ｄＴまでの時間ΔＴを計測する。１１４は、前記時間計測手段１１３で計測したΔＴと予め定められた基準時間とを比較して、ΔＴが前記基準時間より大であれば、レーザ寿命と判定するレーザ寿命判定手段、１１７は、その表示手段である。
【００１３】
次に、上記レーザ加工装置のレーザパルスモニタリング方法／装置の動作について説明する。
【００１４】
先ず、加工不良の判定については、レーザパルス照射指令出力手段１０１で設定されたレーザ出力情報がレーザ電源等のレーザ出力制御手段１０２と時間計測手段１１３に転送される。このレーザ出力制御手段１０２に転送されたレーザ加工情報に従い、レーザ出力制御手段１０２によってレーザ電源を制御し、加工用レーザ１０３を発振させる。これによって、レーザ光が対物レンズ１０４で絞られ、レーザスポット１０５が被加工物１０６を穴あけ加工、マーキング加工等の加工を行う。
【００１５】
ここで、加工不良を監視するために、ビームスプリッタ１０８によってレーザエネルギーの何％かがパイロディテクタ等の光検出手段１０７に送られ、アンプ等の熱量／電圧変換手段１０９によって電圧に変換される。この値が、基準電圧指令手段１１０により、任意に設定され、Ｄ／Ａ変換器等の基準電圧発生手段１１１の発する値を超えていれば、レーザエネルギーは安定して出力されているとみなすことが出来る。前記電圧に変換された実照射レーザ出力値は、２値化手段１１２によってパルス化され、カウンタ等のパルス積算手段１１５で計数される。最終的に、積算されたパルス数Ｎとレーザパルス照射指令出力手段１０１で設定されたパルス数ｎを演算器等で比較することで加工不良を判定する。すなわち、Ｎとｎの数値が一致しない時は、加工不良と判定する。
【００１６】
さらに、レーザ寿命については、図２、３に示すように、レーザ１パルス毎に計測される前記レーザパルス照射指令出力手段１０１より前記時間計測手段１１３に転送されたレーザ照射指令パルスの立ち上がり開始時刻ｄｔから、２値化手段１１２によって２値化されたパルスの立ち上がり開始時刻ｄＴまでの時間ΔＴ＝ｄＴ−ｄｔを時間計測手段１１３で計測し、基準時間をΔＴ１とすると、このΔＴ１とΔＴを比較することで、信号処理手段等のレーザ寿命判定手段１１４を用いて、レーザ寿命を判定することができる。これにより、図２の通常波形に対する図３のような立ち上がり遅れΔＴ２が発生しても、検出が可能となる。すなわち、パルス指令に対して、レーザ加工が正常に作動している場合は、実照射による波形は、図２中段のような波形を示す。照射指令の開始時刻ｄｔより若干遅れて立ち上がり、基準電圧に達した時刻ｄＴから加工可能な状態となる。これに対し、レーザ発振の立ち上がりが大きく遅れる場合は、立ち上がり遅れ時間ΔＴ２＝ｄＴ−ｄｔは、レーザ寿命と定めた基準時間を超えることになり、レーザ寿命に達したと判定される。
【００１７】
さらに、レーザ加工不良の表示をする表示手段１１６に加えて、レーザ寿命の表示手段１１７を同じ様式で設置することにより、リアルタイムにレーザ加工不良とレーザ寿命を通知することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１実施形態におけるレーザパルスモニタリング装置の構成説明図である。
【図２】通常加工時の照射指令パルスに対する実照射波形模式図である。
【図３】レーザ不良時の照射指令パルスに対する実照射波形模式図である。
【図４】従来のレーザパルスモニタリング装置の構成説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０１    レーザパルス照射指令出力手段
１０２    レーザ出力制御手段
１０３    加工用レーザ
１０６    被加工物
１０７    光検出手段
１０９    熱量／電圧変換手段
１１０    基準電圧指令手段
１１３    時間計測手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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