(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを備えた加工ヘッドとインストルメントパネルとを相対移動させながら、インストルメントパネル裏面に対してノズルからレーザ光を照射して、インストルメントパネル上に盲孔状の加工部を所定間隔おきに形成するようにしたレーザ加工装置において、
インストルメントパネルを支持するための導電体よりなるインストルメントパネル支持部材にインストルメントパネルを固定して、そのインストルメントパネル支持部材面を基準とするギャップの静電容量を検出するギャップ検出手段を前記加工ヘッドに設け、前記インストルメントパネル支持部材とギャップ検出手段との間に配置されたインストルメントパネルの厚みに対応して変化する静電容量に応じて前記レーザ光の照射出力を加減制御する制御手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記インストルメントパネル支持部材とギャップ検出手段との所定距離を一定にした状態で、ノズルとインストルメントパネルとを相対移動させながら、静電容量変化に応じてパルス発振によるレーザ出力を制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記ギャップ検出手段はノズルに設けられた請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
ノズルを備えた加工ヘッドとインストルメントパネルとを相対移動させながら、インストルメントパネル裏面に対してノズルからレーザ光を照射して、インストルメントパネル上に盲孔状の加工部を所定間隔おきに形成するようにしたレーザ加工方法において、
導電体よりなるインストルメントパネル支持部材にインストルメントパネルを固定して、そのインストルメントパネル支持部材面を基準とするギャップの静電容量を検出し、前記インストルメントパネル支持部材と前記ギャップ検出手段との間に配置されたインストルメントパネルの厚みに対応して変化する静電容量に応じて、加工部の底部に一定の切残し板厚が確保されるようにパルス発振によるレーザ出力を加減制御することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項５】
加工ヘッドとインストルメントパネルとの相対移動時に所定間隔で断続的にパルス発振させて盲孔状の加工部を所定間隔おきに加工することを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
パルス発振によるレーザ出力のパルス数によってレーザ出力を制御することにより加工深さを調整することを特徴とした請求項４または請求項５に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばエアバッグ上を覆う自動車のインストルメントパネルをレーザ光により加工するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車の助手席用エアバッグはインストルメントパネルの内側に配置されている。エアバッグと対向するように、インストルメントパネルには開口が形成され、その開口には蓋板が取り付けられている。あるいは、エアバッグの輪郭と対応するように、インストルメントパネルの表面には四角枠状の溝部が形成されて、その内側に開放部が区画形成されている。そして、通常は蓋板または開放部によりエアバッグが覆われた状態にあり、エアバッグの作動時には、蓋板または開放部が開放されて、エアバッグがインストルメントパネル内から外側に膨出されるようになっている。
【０００３】
しかしながら、前記のようなエアバッグの被覆構造においては、インストルメントパネルの表面に蓋板の外形や四角枠状の溝部が現れるため、外観が悪くなるという問題があった。また、蓋板の外形や四角枠状の溝部がフロントウインドウに写り込むため、運転しにくいという問題もあった。
【０００４】
このような問題に対処するため、レーザ光の照射によりインストルメントパネルの裏面に盲孔を所定間隔おきに加工して、エアバッグの輪郭に対応する全体として四角枠状の周溝となし脆弱部を形成し、その脆弱部の内側に開放部を区画形成する方法も提案されている。この加工方法においては、多数の盲孔をパネルの表面側に一定の切残し板厚を確保した状態で加工して、脆弱部の破壊強度を全周に亘って所定値となるように形成する必要がある。
【０００５】
ところが、インストルメントパネルは、湾曲したり、成形時板厚が均一になっていないため、各盲孔を切残し板厚が一定となるように加工することは困難であった。
【０００６】
前記のような問題に対処するため、例えば特開平１０−８５９６６号公報（第１従来技術）及び特開２００１−３８４７９号公報（第２従来技術）に開示されるようなレーザ加工方法が従来から提案されている。
【０００７】
第１従来技術においては、ワークにレーザ光を照射して盲孔を加工する際に、盲孔を透過するレーザ光を検出して、その透過エネルギが所定値に達したとき、盲孔の加工を停止するようになっている。また、第２従来技術においては、ワークにレーザ光を照射して盲孔を加工する際に、レーザ光に検知光を予め合成しておいて、盲孔を透過する検知光を検出し、その透過エネルギが所定値に達したとき、盲孔の加工を停止するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、これらの従来のレーザ加工方法においては、ワークの加工部を透過する僅かなレーザ光または検知光を検出して、切残し板厚が一定となるように盲孔の加工深さを制御している。このため、加工されるワークを支持するための治具等の支持部材上にレーザ光または検知光を検出するためのセンサをレーザ照射ノズルに対応してワークの反対側に一体移動可能に設ける必要があり、検出装置の構成が複雑で高価になる。また、加工開始前に検出レベルの調整等が必要となり、ワークの僅かな板厚変化を検出できるようにするのが面倒であるという問題があった。加えて、第１従来技術においては、レーザ光がワークの加工部を透過するため、盲孔状の加工部底面に小さな孔があいたり、傷跡が残ったりするというおそれもあった。
【０００９】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、検出装置の構成が簡単で安価に製作することができるとともに、インストルメントパネルの僅かな板厚変化を確実に検出することができて、盲孔状の加工部を所定の切残し板厚を確保した状態で正確に加工することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ノズルを備えた加工ヘッドとパネルよりなるインストルメントパネルとを相対移動させながら、インストルメントパネル裏面に対してノズルからレーザ光を照射して、インストルメントパネル上に盲孔状の加工部を所定間隔おきに形成するようにしたレーザ加工装置において、インストルメントパネルを支持するための導電体よりなるインストルメントパネル支持部材にインストルメントパネルを固定して、そのインストルメントパネル支持部材面を基準とするギャップの静電容量を検出するギャップ検出手段を前記加工ヘッドに設け、前記インストルメントパネル支持部材とギャップ検出手段との間に配置されたインストルメントパネルの厚みに対応して変化する静電容量に応じて前記レーザ光の照射出力を加減制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
従って、この請求項１に記載の発明によれば、インストルメントパネルの加工部を透過するレーザ光や検知光を検出するようにした従来技術に比較して、検出装置の構成が簡単で安価に製作することができる。また、インストルメントパネルの僅かな板厚変化を確実に検出することができて、盲孔状の加工部を所定の切残し板厚を確保した状態で正確に形成することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記インストルメントパネル支持部材とギャップ検出手段との所定距離を一定にした状態で、ノズルとインストルメントパネルとを相対移動させながら、静電容量変化に応じてパルス発振によるレーザ出力を制御することを特徴とする。
【００１３】
従って、この請求項２に記載の発明によれば、静電容量の変化に応じてレーザ光のパルス発振数を設定することにより、加工孔の深さを容易かつ正確に調節できる。従って、インストルメントパネルに対して、一定の切残し板厚を確保した多数の盲孔状の加工部を所定間隔おきに形成できる。このため、エアバッグを覆うインストルメントパネルにエアバッグ用の開口部を設ける場合に好適である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記ギャップ検出手段はノズルに設けられたものである。
従って、この請求項３に記載の発明によれば、ギャップ検出手段及びそのために装着部を専用に設ける必要がなく、構成が簡単であり、ノズルのインストルメントパネルへの接近性がよくなる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、ノズルを備えた加工ヘッドとインストルメントパネルとを相対移動させながら、インストルメントパネル裏面に対してノズルからレーザ光を照射して、インストルメントパネル上に盲孔状の加工部を所定間隔おきに形成するようにしたレーザ加工方法において、導電体よりなるインストルメントパネル支持部材にインストルメントパネルを固定して、そのインストルメントパネル支持部材面を基準とするギャップの静電容量を検出し、前記インストルメントパネル支持部材と前記ギャップ検出手段との間に配置されたインストルメントパネルの厚みに対応して変化する静電容量に応じて、加工部の底部に一定の切残し板厚が確保されるようにパルス発振によるレーザ出力を加減制御することを特徴とする。
【００１６】
従って、この請求項４に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の作用と同様の作用を得ることができる。
請求項５に記載の発明においては、請求項４に記載の発明おいて、加工ヘッドとインストルメントパネルとの相対移動時に所定間隔で断続的にパルス発振させて盲孔状の加工部を所定間隔おきに加工することを特徴とする。
【００１７】
従って、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明と同様な作用を有する。
請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の発明において、パルス発振によるレーザ出力のパルス数によってレーザ出力を制御することにより、加工深さを調整することを特徴とした。
【００１８】
従って、この請求項５に記載の発明によれば、前記請求項２に記載の作用とほぼ同様の作用を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態のレーザ加工装置では、治具を構成する導電体よりなる支持部材１１が図示しないテーブル上に配設されている。この支持部材１１の上面には自動車の助手席用エアバッグを覆うワークとしてのインストルメントパネル１２が載置状態で支持固定されるようになっている。
【００２０】
支持部材１１にはレーザヘッド１３が接近離間可能及び傾動可能に対向配設され、その下部にはレーザ照射ノズル１４が突設されている。そして、図示しない相対移動機構により、支持部材１１とレーザ照射ノズル１４を含むレーザヘッド１３とが所定間隔Ｌ１をおいた状態で図１に矢印で示す横方向に相対移動されて、レーザ照射ノズル１４がインストルメントパネル１２上の所定加工位置に移動されるようになっている。
【００２１】
前記レーザヘッド１３にはレーザ発振器１５が接続され、制御手段としての制御装置１６の制御に基づいて、このレーザ発振器１５からレーザヘッド１３にパルス発振されたレーザ光が出力される。そして、レーザ光がレーザ照射ノズル１４に導かれて、このレーザ照射ノズル１４からインストルメントパネル１２の裏面にレーザ光が所定間隔で断続的に照射される。この実施形態においては、レーザ光によりインストルメントパネル１２上に盲孔状の多数の加工部１２ａが所定間隔おきに加工されるようになっている。そして図５に示すように、多数の加工部は全体として周溝ｌを形成している。
【００２２】
すなわち、図１のＷ１，Ｗ２を拡大した図３に示すように、前記制御装置１６においては、所定周波数で基準パルスが発振出力される。そして、この基準パルスがレーザ発振器１５に対して出力されるとともに、同じく制御装置１６からレーザ発振器１５に対してオンオフ信号が出力される。これらの基準パルス及びオンオフ信号に基づいて、そのオン信号幅Ｗ１，Ｗ２に応じたパルス数Ｐ１，Ｐ２のレーザ光がレーザ発振器１５からレーザヘッド１３へ断続的に出力される。
【００２３】
従って、パルス数Ｐ１，Ｐ２は、オン信号幅Ｗ１，Ｗ２に応じて増減されて、レーザ出力が制御される。また、このレーザ光の１つのパルス幅及びパルス間の間隔は基準パルスに依存する。出力パルス周波数は例えば５，０００Ｈｚと高く設定することにより、ノズル１４の移動速度に対して多数のパルスを発振するので、オン信号幅Ｗ１，Ｗ２はそれぞれ１個の孔を加工するように作用する。そして、このレーザ光により、インストルメントパネル１２上に、その出力パルス数Ｐ１，Ｐ２に応じた加工深さＬ２の加工部１２ａが形成されるようになっている。
【００２４】
前記レーザ照射ノズル１４の基材は絶縁材により形成され、その内周面には第１電極１７がコーティング等により形成されるとともに、外周面には第２電極１８が同じくコーティング等により形成されている。第１電極１７と第２電極１８には検出手段としての静電容量検出器１９が接続されている。そして、インストルメントパネル１２の各加工部１２ａのレーザ加工に際して、静電容量検出器１９により支持部材１１とレーザ照射ノズル１４との間の静電容量が検出されて、その検出結果が制御装置１６に出力される。従来、静電容量検出器は金属材料間のギャップ量を測定したりすることに利用されていたが、金属材料間に非鉄金属材料を介在させることにより、非鉄金属材料の厚みによってその間の静電容量に変化することが解明された。このことから、静電容量の検出に基づいて、図２に示すように、インストルメントパネル１２の板厚が変化した場合、その板厚の変化に相当する静電容量のをもとにした検出電圧が得られる。
【００２５】
前記制御装置１６にはメモリ２０が接続され、そのメモリ２０には制御装置１６によるレーザ発振器１５の制御に用いられる各種のデータが記憶されている。すなわち、メモリ２０にはインストルメントパネル１２上に形成される複数の加工部１２ａの加工位置データや、前記静電容量の検出電圧と、オンオフ信号のオン信号幅Ｗ１，Ｗ２と、出力パルス数Ｐ１，Ｐ２との相関データが例えばテーブルとして記憶されている。そして、制御装置１６は、インストルメントパネル１２の各加工部１２ａのレーザ加工に際して、静電容量検出器１９から静電容量の検出結果を入力したとき、メモリ２０に記憶された相関データに基づいて、レーザ発振器１５へのオンオフ信号のオン信号幅Ｗ１，Ｗ２を設定する。この設定により、レーザ発振器１５から出力されるレーザ光のパルス数Ｐ１，Ｐ２が変更されて、レーザ光の照射出力が加減制御されるようになっている。
【００２６】
すなわち、インストルメントパネル１２上の加工位置の板厚が薄くなるほど、大きな静電容量の検出電圧が出力される。これに基づいて、オンオフ信号のオン信号幅Ｗ１，Ｗ２が小さく設定され、パルス数Ｐ１，Ｐ２の少ないレーザ光が出力されて、加工深さＬ２の小さな加工部１２ａが形成される。これとは逆に、インストルメントパネル１２上の加工位置の板厚が厚くなるほど、小さな静電容量の検出電圧が出力される。これに基づいて、オンオフ信号のオン信号幅Ｗ１，Ｗ２が大きく設定され、パルス数Ｐ１，Ｐ２の多いレーザ光が出力されて、加工深さＬ２の深い加工部１２ａが形成される。つまりパルス数の多寡によって加工深さＬ２を調整するものである。これらの結果、インストルメントパネル１２の板厚が変化した場合でも、盲孔状の各加工部１２ａの深さを任意に設定可能となり、結果として底部に一定の切残し板厚Ｌ３が確保されるようになっている。
【００２７】
また、前記メモリ２０には、後述する図４のフローチャートで示されたプログラムのデータが記憶されている。
次に、前記のように構成されたレーザ加工装置の動作を、図４のフローチャートに基づいて説明する。この図４のフローチャートは、メモリ２０に記憶されたプログラムが制御装置１６の制御にもとに進行する。
【００２８】
さて、このレーザ加工装置においてレーザ加工が開始される。すると、まずレーザ照射ノズル１４が支持部材１１上のインストルメントパネル１２上のプログラムされた位置に移動配置され、所定間隔Ｌ１をおいた状態に配置される（ステップＳ１）。従って、レーザ照射ノズル１４と支持部材１１との間の所定距離が一定値に保たれる。
【００２９】
この状態で、レーザ照射ノズル１４を含むレーザヘッド１３とインストルメントパネル１２を支持した支持部材１１とが相対移動されて、図５に示すように、インストルメントパネル１２に対するレーザ加工が開始される（ステップＳ２）。この場合、レーザ照射ノズル１４がインストルメントパネル１２上の１つの孔加工部１２ａの加工位置に対応した状態で、静電容量検出器１９により静電容量が検出されて、インストルメントパネル１２の板厚に応じた検出電圧が制御装置１６に入力される（ステップＳ３）。
【００３０】
この静電容量の検出結果に基づいて、制御装置１６からレーザ発振器１５へのオンオフ信号のオン信号幅Ｗ１，Ｗ２が設定される。このため、そのオン信号幅Ｗ１，Ｗ２に応じて、レーザ発振器１５から出力されるレーザ光のパルス数Ｐ１，Ｐ２が設定される（ステップＳ４）。そして、このレーザ発振器１５から出力される設定パルス数Ｐ１，Ｐ２のレーザ光がレーザ照射ノズル１４からインストルメントパネル１２に照射されて、インストルメントパネル１２上に盲孔状の加工部１２ａが所定の切残し板厚Ｌ３を確保した状態で加工される（ステップＳ５）。この場合、パルス数Ｐ１，Ｐ２が多ければ、深い孔が形成され、少なければ浅い孔が形成される。従って、加工部１２ａの検出板厚が厚い場合には、パルス数Ｐ１，Ｐ２の設定値が大きく、検出板厚が薄い場合には、パルス数Ｐ１，Ｐ２の設定値が小さくなるように制御される。この結果、加工部１２ａの切残し板厚Ｌ３が一定にすることができる。
【００３１】
このように、インストルメントパネル１２上への１つの加工部１２ａの加工が終了すると、メモリ２０の加工位置データ中に、次の加工部１２ａが存在するか否かが判別される（ステップＳ６）。この判別において、次の加工部１２ａが存在する場合には、前記ステップＳ３に戻って、ステップＳ３〜Ｓ６の動作が繰り返し行われる。これにより、インストルメントパネル１２上には複数の加工部１２ａが一定の切残し板厚Ｌ３を確保した状態で所定間隔おきに加工される。そして、加工位置データ中に次の加工部１２ａが存在しなくなったとき、１つのインストルメントパネル１２に対するレーザ加工動作が終了する（ステップＳ７）。
【００３２】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
・  このレーザ加工装置においては、レーザ照射ノズル１４からのレーザ光の照射により、インストルメントパネル１２上に盲孔状の加工部１２ａを所定間隔おきにレーザ加工する際に、インストルメントパネル１２を導電体よりなる支持部材１１上に支持する。この状態で、静電容量検出器１９により、支持部材１１とレーザ照射ノズル１４との間の静電容量を検出する。そして、この検出結果に基づいて制御装置１６により、１つの加工部１２ａを加工する毎にレーザ照射ノズル１４からのレーザ光の照射出力を変更制御するようになっている。
【００３３】
このため、インストルメントパネル１２の加工部１２ａを透過するレーザ光や検知光を検出するようにした従来技術に比較して、支持部材１１側に検出器を設けるような必要がなく、検出装置の構成が簡単で安価に製作することができる。また、インストルメントパネル１２の僅かな板厚変化を確実に検出することができて、盲孔状の加工部１２ａを所定の切残し板厚Ｌ３を確保した状態で正確に加工することができる。また、検出のための透過光を発生させる必要がないため、インストルメントパネル１２に傷跡が残るようなこともない。
【００３４】
・  このレーザ加工装置においては、前記制御装置１６によって制御されるレーザ光の照射出力が出力パルス数Ｐ１，Ｐ２となっている。このため、静電容量の検出結果に基づいてレーザ光の出力パルス数Ｐ１，Ｐ２が変更設定されて、インストルメントパネル１２の板厚変化に応じて、盲孔状の加工部１２ａを所定の切残し板厚Ｌ３を確保した状態で正確に加工することができる。
【００３５】
・  このレーザ加工装置においては、前記インストルメントパネル１２が自動車のエアバッグ上を覆うパネルとなっている。このため、エアバッグ上を覆うパネルの裏面に盲孔状の加工部１２ａを所定間隔おきに加工する場合、そのパネルの表面側に小さな孔があいたり傷跡が残ったりして、外観が悪くなるのを抑制することができ、高品質のパネルとすることができる。
【００３６】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  前記実施形態においては、制御装置１６によって制御されるレーザ光の照射出力として、出力パルス数Ｐ１，Ｐ２が設定変更されるようになっている。これに対し、このレーザ光の照射出力として、レーザ光の出力エネルギまたは出力周波数を設定変更すること。
【００３７】
・  前記実施形態においては、レーザ加工を行うインストルメントパネル１２が自動車のエアバッグ上を覆うインストルメントパネルとなっている。これに対し、ステアリングホイールに組み込まれるエアバッグを覆うためのパネルにおいて、あるいは表面に加工跡の残らないインストルメントパネル以外の産業用材料の溝加工において、この発明を適用すること。
【００３８】
・  前記実施形態では、複数の加工部１２ａの加工位置データや、前記静電容量の検出電圧と、オンオフ信号のオン信号幅Ｗ１，Ｗ２と、出力パルス数Ｐ１，Ｐ２との相関データがテーブルとして記憶されている。そして、これらのデータが逐次読み出されて、加工部１２ａごとの出力パルス数が設定される。これに対し、加工部１２ａごとの出力パルス数を静電容量の検出電圧の高低に従って演算により算出するように構成すること。
【００３９】
【発明の効果】
以上、詳述したように、この発明においては、検出装置の構成が簡単で安価に製作することができるとともに、インストルメントパネルの僅かな板厚変化を確実に検出することができて、盲孔状の加工部を所定の切残し板厚を確保した状態で正確に加工することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施形態のレーザ加工装置を示す構成図。
【図２】  インストルメントパネルの板厚に応じた静電容量の検出電圧を示す特性図。
【図３】  レーザ光の出力パルスの制御状態を示す説明図。
【図４】  図１のレーザ加工装置の動作を示すフローチャート。
【図５】  インストルメントパネルに対するレーザ加工状態を示す斜視図。
【符号の説明】
１１…支持部材、１２…インストルメントパネル、１２ａ…盲孔状の加工部、１３…レーザヘッド、１４…レーザ照射ノズル、１５…レーザ発振器、１６…制御手段としての制御装置、１９…検出手段としての静電容量検出器、２０…メモリ、Ｌ３…切残し板厚、Ｐ１，Ｐ２…出力パルス数。
【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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