JP2012157893A

JP2012157893A - レーザ加工方法及びレーザ加工機

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Publication number: JP2012157893A
Application number: JP2011019973A
Authority: JP
Inventors: Junya Umeda; 順也梅田; Keikoku To; 敬国唐
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2011-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-02-01
Also published as: JP5816437B2

Abstract

【課題】レーザ加工ヘッドに備えた保護ガラスの劣化度合による温度上昇の変化に起因する焦点位置の変化を補正してレーザ加工を行うレーザ加工方法。
【解決手段】レーザ加工を開始した加工初期に、レーザ加工ヘッドに備えた光学素子の温度を測定する（ａ）工程と、光学素子の測定した温度を基にして加工初期における光学素子の温度勾配を演算する（ｂ）工程と、予め設定してある温度勾配と演算した前記温度勾配とを比較して、演算した前記温度勾配が、光学素子を交換する必要があるか否か、又は焦点位置を補正する必要があるか否か、或は焦点位置の補正が不要であるか否かを判別する（ｃ）工程と、光学素子の交換が必要な場合には、光学素子を交換してレーザ加工を行い、焦点位置の補正が必要な場合には焦点位置の補正を行ってレーザ加工を行い、焦点位置の補正が不要な場合にはそのままレーザ加工を継続する（ｄ）工程と、の各工程を備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば板状のワークに対してレーザ加工ヘッドをＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ相対的に移動自在に備えたレーザ加工機及び当該レーザ加工機によるレーザ加工方法に係り、さらに詳細には、レーザ加工ヘッドに備えた集光レンズ又は保護ガラス等の光学素子の劣化を検出し、光学素子の劣化に対応して光学素子の交換を行い、又は焦点位置の補正を行ってレーザ加工を行うレーザ加工方法及びレーザ加工機に関する。

レーザ加工機において、例えば集光レンズ等の光学素子にスパッタ等の汚れが付着して劣化すると、熱ひずみを生じてレーザ加工不良を生じることがある。そこで、光学素子の汚れによる劣化を検出する種々の構成が提案されている（例えば特許文献１、２、３参照）。

特開２００５−７４８２号公報特開２００５−３３４９２４号公報特開２００６−１６７７２８号公報

前記特許文献１に記載の構成は、レーザ加工機の光学素子にスパッタ等が付着し、このスパッタ等によって反射される散乱光を検知することによって、前記光学素子の汚染を監視する構成である。したがって、光学素子にスパッタ等が付着して汚染され、劣化したことを検出することができる。しかし、前記光学素子の温度を検知することはできず、光学素子の熱ひずみを検出することはできないものである。

前記特許文献２の構成においては、レーザ加工ヘッドから出射されるレーザビームをパワーセンサへ照射して、光路系におれるミラーやレンズの汚れによるレーザ出力の低下を検知することにより、集光レンズ等の劣化を検知する構成である。したがって、集光レンズ等の光学素子の温度を検出することができないと共に、継続しての温度検出ができないという問題がある。

特許文献３に記載の構成は、テストピースに対してレーザ光を照射し、集光レンズの焦点位置がテストピースに一致してブルーフレームが発生したことを検知して、集光レンズの焦点距離が短くなったか否かを検知することにより、集光レンズの劣化を検知する構成である。したがって、集光レンズが熱膨張したことを検知できるものの、集光レンズの温度を検知することができないと共に、継続して検知することができないという問題がある。

本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、ワークに対してレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、ワークに対してレーザ光を照射してレーザ加工を開始した加工初期に、レーザ加工ヘッドに備えた光学素子の温度を測定する（ａ）工程と、光学素子の測定した温度を基にして加工初期における光学素子の温度勾配を演算する（ｂ）工程と、予め設定してある温度勾配と演算した前記温度勾配とを比較して、演算した前記温度勾配が、光学素子を交換する必要があるか否か、又は焦点位置を補正する必要があるか否か、或は焦点位置の補正が不要であるか否かを判別する（ｃ）工程と、光学素子の交換が必要な場合には、光学素子を交換してレーザ加工を行い、焦点位置の補正が必要な場合には焦点位置の補正を行ってレーザ加工を行い、焦点位置の補正が不要な場合にはそのままレーザ加工を継続する（ｄ）工程、の各工程を備えていることを特徴とするものである。

また、ワークに対してレーザ加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ相対的に移動自在に備えたレーザ加工機であって、前記レーザ加工ヘッドに備えた光学素子の温度を測定するための温度測定手段と、この温度測定手段によって測定した温度を基にして、レーザ加工初期における光学素子の温度勾配を演算する演算手段と、交換する必要がある光学素子の加工初期における温度勾配のデータ及び焦点位置を補正する必要がある光学素子の加工初期における温度勾配のデータを予め格納したデータテーブルと、前記演算手段によって演算した温度勾配と前記データテーブルの温度勾配のデータとを比較する比較手段と、この比較手段の比較結果を出力する出力手段と、を備えていることを特徴とするものである。

また、ワークに対してレーザ加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ相対的に移動自在に備えたレーザ加工機であって、前記レーザ加工ヘッドに備えた光学素子の温度を測定するための温度測定手段と、各種の劣化度合に対応した保護ガラスと焦点位置の補正を行うためのコリメーションレンズの位置又は集光レンズ方向へレーザ光を反射する凹面鏡の曲率と前記光学素子の温度との関連を予め格納した温度・補正位置メモリと、前記温度測定手段によって測定した温度を基にして、前記温度・補正位置メモリを検索する検索手段と、この検索手段の検索結果に基づいて前記コリメーションレンズの位置又は前記凹面鏡の曲率を補正する補正手段を備えていることを特徴とするものである。

また、前記レーザ加工機において、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記レーザ加工ヘッドに備えた光学素子の位置及び／又は前記光学素子へ入射されるレーザ光のビーム径を補正するための補正手段を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、レーザ加工を開始した初期に光学素子の劣化状態を検知して対処することができるので、レーザ加工を良好に行い得るものである。また光学素子の温度検出を継続して行うことができ、レーザ加工の最中に光学素子の劣化度合を検出することも可能である。

本発明の実施形態に係るレーザ加工機の全体的構成を概念的、概略的に示した説明図である。レーザ加工ヘッドの構成を示す説明図である。保護ガラスの劣化度合による照射時間と温度との関係を示す説明図である。保護ガラスの劣化度合とレーザ光の出力による焦点位置の変動の関係を示す説明図である。保護ガラスの下面中央部と離れた位置での温度上昇の関係を示す説明図である。焦点位置補正制御手段の構成を示す機能ブロック図である。コリメーションレンズの位置と焦点位置との関係、及びレーザ光の照射時間と焦点位置との関係を示す説明図である。保護ガラスの劣化度合と焦点位置補正との関係を示す説明図である。

図１に概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１は、板状のワークＷを支持する加工テーブル３を備えると共に、前記ワークＷのレーザ加工を行うためのレーザ加工ヘッド５を、前記ワークＷに対してＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ相対的に移動自在に備えている。そして、レーザ発振器７と前記レーザ加工ヘッド５は、光ファイバー９を介して接続してある。したがって、ワークＷに対してレーザ光を照射すると共にレーザ加工ヘッド５をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ相対的に移動することにより、ワークＷに対してレーザ加工を行うことができるものである。なお、この種のレーザ加工機は既によく知られた構成であるから、レーザ加工機１の構成についてのより詳細な説明は省略する。

図２に概念的、概略的に示すように、前記レーザ加工ヘッド５内には光学素子としての集光レンズ１１が上下動可能に備えられていると共に、当該集光レンズ１１の下側には、光学素子としての保護ガラス１３が備えられている。この保護ガラス１３は、ワークＷのレーザ加工時にワークＷから飛散する汚染物質の１例としてのヒューム、スパッタ１５等が前記集光レンズ１１へ付着することを防止するためのものであって着脱交換可能に備えられている。なお、集光レンズ１１、保護ガラス１３を備えたレーザ加工ヘッド５の構成は公知であるので、レーザ加工ヘッド５のより詳細な説明は省略する。

本発明の実施形態に係る前記レーザ加工ヘッド５には、前記保護ガラス１３の下面中央部の温度を測定するための温度測定手段としての放射温度センサ１７が備えられている。温度測定手段が放射温度センサ１７であることにより、スパッタ１５等が付着して温度上昇を生じ易い保護ガラス１３の下面の放射温度を測定することができるものである。換言すれば、保護ガラス１３に対するスパッタ１５等の付着量が多くなり、保護ガラス１３の表面温度が高くなったことを検出することにより、保護ガラス１３の劣化を検知できることになるものである。

そこで、同一出力のレーザ光を照射して、新品の保護ガラスＡ，Ｂの場合と、小程度の汚れの保護ガラスＣの場合と、中程度の汚れの保護ガラスＤの場合における下面の表面温度上昇の経時変化を測定した結果は図３に示すとおりであった。図３の測定結果から理解されるように、新品の保護ガラスＡ，Ｂの場合には、大きな上昇温度は認められなかった。小程度の汚れの保護ガラスＣの場合には、新品の場合に比較して約２倍の温度上昇が認められた。そして、中程度の汚れの保護ガラスＤの場合には、小程度の汚れの保護ガラスＣの約３倍の温度上昇が認められた。

そして、保護ガラスＣ，Ｄの場合には、レーザ光の照射初期には比例的に温度上昇することが認められた。この場合、保護ガラスＣの場合の温度勾配よりも保護ガラスＤの場合の温度勾配は急勾配であることが認められた。すなわち、保護ガラス１３に対するスパッタ１５等の付着量が多くなり、保護ガラス１３の劣化が進行すると、保護ガラス１３に対するレーザ光の照射初期の温度勾配が次第に大きくなることが分かる。したがって、レーザ光を照射した保護ガラス１３の初期の温度勾配を検出することにより、保護ガラス１３の劣化度合を検出することができるものである。

次に、前記保護ガラスＢ，Ｃ，Ｄの場合において、レーザ出力が５００Ｗ、１ｋＷ、２ｋＷの場合における焦点位置の経時変化を、フォーカスモニタによって測定した結果は図４に示すとおりであった。図４より理解されるように、レーザ出力が大きく、また、レーザ照射時間が長い程、焦点位置の変化が大きくなる。すなわち、図３の結果をも勘案すると、保護ガラスの劣化（汚れ）が進行している程温度上昇が大きく、焦点位置の変化が大きいことが理解できる。

ところで、前記図３、図４の測定結果は、保護ガラスの下面中央部の放射温度を測定した場合である。そこで、前記保護ガラスＢの場合において、下面中央部から離れた位置での放射温度の経時変化を測定した結果は図５に示すとおりであった。図５より理解されるように、レーザ光の照射初期における温度勾配は、保護ガラスの下面中央部では大きいが、中央部から離れる程、温度勾配が小さくなり、保護ガラスの汚れ（劣化）の判別が難しくなることが理解できる。したがって、保護ガラスの下面中央部の放射温度を測定することが望ましいものである。

ところで、前記保護ガラス１３の温度が上昇すると、熱膨張等に起因して、集光レンズ１１によって集光された焦点位置が光軸方向に変動することがある。なお、焦点位置に光軸方向の変動を生じた場合には、焦点位置を補正することが望ましい。焦点位置を光軸方向に補正する手段としては、集光レンズ１１を光軸方向に位置調節する構成であっても、また、前記集光レンズ１１に入射されるレーザ光のビーム径を調節する構成であってもよいものである。

そして、前記ビーム径を調節する構成としては、レーザ発振器と集光レンズ１１との間の光路中に配置したコリメーションレンズを光軸方向に調節する構成や、レーザ光を集光レンズ１１方向へ反射する凹面鏡の曲率を調節する構成とすることができる。なお、集光レンズ１１を光軸方向に移動調節する構成、コリメーションレンズを光軸方向へ移動調節する構成、及び凹面鏡の曲率を調節する構成は公知であるから、集光レンズ１１の焦点位置を補正するための構成についての詳細な説明は省略する。

既に理解されるように、保護ガラス１３の温度と焦点位置の変動との関係を知得することにより、集光レンズ１１の焦点位置の光軸方向への位置補正を行うことができ、常に高精度のレーザ加工を行うことができるものである。そこで、本実施形態に係るレーザ加工機１は、集光レンズ１１の焦点位置を補正するための焦点位置補正制御手段１９を備えている。上記焦点位置補正制御手段１９はコンピュータからなるものであって、図６に示すように、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２５を備えると共に、入力手段２７及び出力手段２９を備えている。そして、前記焦点位置補正制御手段１９には前記放射温度センサ（温度測定手段）１７が接続してある。

さらに、前記焦点位置補正制御手段１９には、保護ガラス状態メモリ３１、第１焦点位置メモリ３３及び第２焦点位置メモリ３５が備えられている。上記保護ガラス状態メモリ３１には、各種の劣化度合（汚れ度合）の保護ガラス１３をレーザ加工ヘッド５に装着して、所定の出力のレーザ光を照射したときの照射初期における温度勾配と前記保護ガラス１３の劣化度合の関係（図３に示したごとき関係）が、予め実験的に求められて格納されている。

なお、前記保護ガラス状態メモリ３１に、レーザ光の照射初期における温度勾配と保護ガラス１３の劣化度合との関係を格納するに際しては、実験的に使用した保護ガラス１３のＮＯも関連付けて格納してある。したがって、レーザ光の照射初期における温度勾配を検知し、同一又は近似する温度勾配を検索することにより、保護ガラス１３の劣化度合及び実験に使用した保護ガラス１３のＮＯを知ることができるものである。

前記第１焦点位置メモリ３３には、焦点位置補正手段３７がコリメーションレンズを光軸方向に移動調節する構成の場合には、図７（Ａ）に示すごとき、コリメーションレンズの位置Ｃと焦点位置Ｂとの関係が、保護ガラス１３の劣化度合に対応して予め実験的に求められて格納されている。ここで、焦点位置をＢとし、コリメーションレンズの位置をＣとすると、
Ｂ＝Ｈ・Ｃ＋Ｉ・・・・・(1)
と表わされる。なお、Ｈ、Ｉは、保護ガラス１３の劣化度合に対応したパラメータであり、保護ガラス１３の前記ＮＯに対応して予め設定してある。

前記第２焦点位置メモリ３５には、図７（Ｂ）に示すごとき、レーザ照射時間ｔと焦点位置Ｂの変化との関係が、保護ガラス１３の劣化度合に対応して予め実験的に求められて格納されている。ここで、焦点位置をＢとし、レーザ光の照射時間をｔとすると、
Ｂ＝Ｕ・ｔ²＋Ｖ・ｔ＋Ｗ・・・・・(2)
と表わされる。なお、Ｕ，Ｖ，Ｗは、保護ガラス１３の劣化度合に対応したパラメータであり、保護ガラス１３の前記ＮＯに対応して予め設定してある。

前記式(1)，(2)より、コリメーションレンズの基準位置（保護ガラス１３が新品であって焦点位置調節が必要ない場合のコリメーションレンズの位置）に対するコリメーションレンズの位置Ｃとレーザ光の照射時間ｔとの関係は、
Ｃ＝（Ｕ・ｔ²＋Ｖ・ｔ＋Ｗ）／Ｈ−Ｉ・・・・・(3)
と表わされる。

また、レーザ照射時間ｔと保護ガラス１３の温度Ｔとの関係は図８に示すとおりであって、
Ｔ＝Ｘ・ｔ²＋Ｙ・ｔ＋Ｚ・・・・・(4)
と表わされる。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚは保護ガラス１３の劣化度合に対応したパラメータであり、保護ガラス１３の前記ＮＯに対応して予め設定してある。

前記式(3)，(4)により、コリメーションレンズの位置Ｃと保護ガラス１３の温度Ｔとの関係は、
Ｔ＝α・Ｃ±β・・・・・(5)
と表わされる。なお、α，βは保護ガラス１３の劣化度合に対応したパラメータであり、保護ガラス１３の前記ＮＯに対応して予め設定してある。

したがって、保護ガラス１３の下表面中央部の温度変化を温度測定手段１７により測定し、この測定温度に対してコリメーションレンズの位置Ｃを移動することにより、集光レンズ１１の焦点位置Ｂを常に定位置に補正することができ、精度のよいレーザ加工を行い得ることとなるものである。

ところで、前記焦点位置補正制御手段１９には、温度勾配メモリ３９が備えられている。この温度勾配メモリ３９には、劣化の浅い保護ガラス１３に対してレーザ光を照射したときの照射初期(例えば、図８に示す時間Ａ1 とＡ2 の間)の温度勾配Ｐが格納されていると共に、劣化が進んでいる保護ガラス１３に対してレーザ光を照射したときの照射初期の温度勾配Ｑが格納されている。すなわち、レーザ光を照射した照射初期における温度勾配が前記温度勾配Ｐより小さい(緩勾配)の場合には、保護ガラス１３は、例えば新品等の区分に属するものであり、前述した焦点位置Ｂの補正は不要なものである。そして、照射初期の温度勾配が前記温度勾配Ｑより大きい（急勾配）の場合には、保護ガラス１３の劣化が進んでおり、保護ガラス１３を交換する必要があるものである。

したがって、保護ガラス１３にレーザ光を照射したときの照射初期における温度勾配Ｒを検知し、前記温度勾配メモリ３９に格納されている前記温度勾配Ｐ，Ｑと比較することにより、焦点位置Ｂの補正が必要か否か、及び保護ガラス１３を交換する必要があるか否かを知ることができるものである。

ところで、前記温度勾配Ｑと温度勾配Ｒとの差（Ｑ−Ｒ）を演算し、この差（Ｑ−Ｒ）が予め設定してある設定値Ｓと比較して、Ｑ−Ｒ≒Ｓの場合には、保護ガラス１３の交換が間もないものとして、報知手段（図示省略）により報知して、保護ガラス１３の交換を行うことも可能である。また、前記温度勾配Ｐ，Ｑを含む曲線ＰＬ，ＱＬを出力手段２９としての表示画面に表示すると共に、前記温度勾配Ｒを含む曲線ＲＬを上記表示画面に同時表示して、この表示画面を見て保護ガラス１３の交換が間もないものと判断して交換を行うことも可能である。すなわち、前記温度勾配Ｒ≦温度勾配Ｐの場合、及び温度勾配Ｒ≧温度勾配Ｑであって保護ガラス１３の交換が必要な場合には、焦点位置Ｂの補正は不要なものである。

既に理解されるように、集光レンズ１１の焦点位置Ｂの補正は、レーザ光を照射したときにおける保護ガラス１３の照射初期の温度勾配Ｒが前記温度勾配Ｐ，Ｑの範囲内にあるときである。したがって、前記焦点位置補正制御手段１９には、前記各メモリ３１，３３，３５，３９を検索するための検索手段４１が備えられていると共に、前記温度勾配Ｒの演算や前述した差（Ｑ−Ｒ）などの各種の演算を行うための演算手段４３が備えられている。さらに、前記焦点位置補正制御手段１９には、前記温度勾配Ｐ，Ｑ，Ｒの比較や前記差（Ｑ−Ｒ）と設定値Ｓとの比較など、各種の比較を行うための比較手段４５が備えられている。

以上のごとき構成において、レーザ加工ヘッド５に装着してある保護ガラス１３の劣化度合を検知して集光レンズ１１の焦点位置Ｂの補正を行うには次のように行う。先ず、レーザ光の照射を行う前における保護ガラス１３の下面中央部の基準温度を放射温度センサ１７によって測定する。そして、前記集光レンズ１１及び保護ガラス１３に対して所定の出力のレーザ光を照射してワークＷのレーザ加工を開始する。

上述のように、レーザ光の照射を開始すると、図８に示すように、所定のサンプリング時間Ａ1 ，Ａ2 ，…毎に保護ガラス１３の下面中央部の温度を、放射温度センサ１７によって測定する。そして、演算手段４３によってレーザ光の照射初期（レーザ加工開始初期）の温度勾配Ｒを演算する。前記照射初期の温度勾配Ｒは、前記基準温度と予め設定した所望のサンプリング時間経過後の測定温度によって定義することが望ましいものである。なお、照射初期の温度勾配Ｒは、上記定義に限ることなく、例えばサンプリング時間Ａ1 の測定温度Ｂ1 と、サンプリング時間Ａ2の測定温度Ｂ2 とによって定めることも可能である。すなわち、照射初期の温度勾配Ｒは任意に定めることが可能なものである。

なお、照射初期の温度勾配Ｒの検出は、ワークＷに対するピアシング加工時又はピアシング加工位置から製品に関連する切断位置（例えば穴の周辺の位置、製品の輪郭の位置）にレーザ加工が進行する前に行うことが望ましいものである。

上述のように、レーザ光を照射したときの照射初期における温度勾配Ｒを演算した後、当該演算した温度勾配Ｒによって、レーザ加工ヘッド５に装着してある保護ガラス１３の劣化度合を検知するために、演算した当該温度勾配Ｒに該当する温度勾配又は近似する温度勾配を、前記保護ガラス状態メモリ３１に格納されている照射初期の温度勾配から検索手段４１によって検索する。前記保護ガラス状態メモリ３１から該当する、又は近似する温度勾配が検索されると、レーザ加工ヘッド５に装着してある保護ガラス１３は、図３に示した新品の保護ガラスＡ，Ｂの区分に属するのか、又は小程度の汚れの保護ガラスＣの区分に属するのか、或は上記保護ガラスＣと中程度の汚れの保護ガラスＤとの間の領域の区分に属するのか、又は保護ガラスＤの区分に属するのかを知ることができる。

ここで、演算した照射初期の温度勾配Ｒと温度勾配メモリ３９に格納してある前記温度勾配Ｑと比較して、Ｒ≧Ｑのときには、レーザ加工ヘッド５に装着してある保護ガラス１３を交換する。また、前記温度勾配Ｑ，Ｒの差（Ｑ−Ｒ）と設定値Ｓとを比較して、（Ｑ−Ｒ）≒Ｓの場合には、報知手段により報知し、これからレーザ加工を行うレーザ加工時間の長さ等を考慮して、保護ガラス１３の交換を判断する。そして、必要により交換する。また、演算した温度勾配Ｒが、温度勾配メモリ３９に格納してある前記温度勾配Ｐよりも小さいときには、集光レンズ１１の焦点位置Ｂの補正を行うことなくレーザ加工を続行するものである。

演算した前記温度勾配Ｒが前記温度勾配Ｐ，Ｑとの関係において、Ｐ≦Ｒ＜Ｑの場合には、集光レンズ１１の焦点位置Ｂの補正が必要になる。この場合、図８に示すように、サンプリング時間Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ……毎に保護ガラス１３の下面中央部の温度を測定し、各サンプリング時間Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ……間における温度勾配を演算手段４３により演算すると共に、前記保護ガラス状態メモリ３１から検索された保護ガラス１３のＮＯに対応したパラメータＸ，Ｙ，Ｚを前記式(4)に適用してレーザ照射時間と保護ガラス１３の温度上昇との関係を求める。そして、求めた保護ガラス１３の温度とコリメーションレンズの位置Ｃとの前記関係式(5)に、前記保護ガラス１３のＮＯに対応したパラメータα，βを適用することにより、式(5)の演算が行われる。この演算結果に基づいて、焦点位置補正手段３７がコリメーションレンズの位置Ｃを調節することとなり、前記集光レンズ１１の焦点位置Ｂの補正が行われることになる。

したがって、保護ガラス１３の劣化度合によって当該保護ガラス１３の温度上昇が変化する場合であっても、上記温度上昇の変化に対応して集光レンズ１１の焦点位置の補正を行うことができ、保護ガラス１３の温度変化による歪みの変化によって焦点位置が変化する場合であっても容易に対応し得るものである。なお、前述したように、前記式(4)によって、レーザ照射時間と保護ガラス１３の温度との関係を知ることにより、所定時間後の温度を予測できることとなり、コリメーションレンズの位置を予測して調節できることとなる。よって、より高精度のレーザ加工を行い得るものである。

なお、前述の説明においては、焦点位置Ｂの補正を、コリメーションレンズの位置を調節する場合について例示したが、凹面鏡の曲率を調節して焦点位置の補正を行う場合や、集光レンズの位置を調節して焦点位置を補正する場合も同様にして補正可能なものである。

ところで、前記説明においては、保護ガラス１３の温度を測定し、この測定した温度に対応して、式(5)に基づいてコリメーションレンズの位置を調節する構成について説明した。しかし、前記保護ガラス状態メモリ３１に格納されている各種の劣化度合に対応した保護ガラス１３の温度と焦点位置の補正を行うべきコリメーションレンズの位置との関係又は関係式を予め実験的に求めて、温度・補正位置メモリ４７に予め格納しておくことも可能である。

この場合、前述と同様に、レーザ光の照射初期における保護ガラス１３の温度勾配を求め、この温度勾配と同一又は近似の温度勾配を保護ガラス状態メモリ３１から検索する。この検索した温度勾配に該当する保護ガラス１３のＮＯにより温度・補正位置メモリ４７を検索する。そして、検索した温度とコリメーションレンズの位置との関係又は関係式と、放射温度センサ１７によって検出した保護ガラス１３の測定温度とに基づいてコリメーションレンズの位置を調節して、焦点位置Ｂの補正を行うものである。

１レーザ加工機
５レーザ加工ヘッド
１１集光レンズ（光学素子）
１３保護ガラス（光学素子）
１７放射温度センサ（温度測定手段）
１９焦点位置補正制御手段
３１保護ガラス状態メモリ
３３第１焦点位置メモリ
３５第２焦点位置メモリ
３７焦点位置補正手段
３９温度勾配メモリ
４１検索手段
４３演算手段
４５比較手段
４７温度・補正位置メモリ

Claims

ワークに対してレーザ光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
（ａ）ワークに対してレーザ光を照射してレーザ加工を開始した加工初期に、レーザ加工ヘッドに備えた光学素子の温度を測定する工程、
（ｂ）光学素子の測定した温度を基にして加工初期における光学素子の温度勾配を演算する工程、
（ｃ）予め設定してある温度勾配と演算した前記温度勾配とを比較して、演算した前記温度勾配が、光学素子を交換する必要があるか否か、又は焦点位置を補正する必要があるか否か、或は焦点位置の補正が不要であるか否かを判別する工程、
（ｄ）光学素子の交換が必要な場合には、光学素子を交換してレーザ加工を行い、焦点位置の補正が必要な場合には焦点位置の補正を行ってレーザ加工を行い、焦点位置の補正が不要な場合にはそのままレーザ加工を継続する工程、
の各工程を備えていることを特徴とするレーザ加工方法。
ワークに対してレーザ加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ相対的に移動自在に備えたレーザ加工機であって、前記レーザ加工ヘッドに備えた光学素子の温度を測定するための温度測定手段と、この温度測定手段によって測定した温度を基にして、レーザ加工初期における光学素子の温度勾配を演算する演算手段と、交換する必要がある光学素子の加工初期における温度勾配のデータ及び焦点位置を補正する必要がある光学素子の加工初期における温度勾配のデータを予め格納した温度勾配メモリと、前記演算手段によって演算した温度勾配と前記温度勾配メモリの温度勾配とを比較する比較手段と、この比較手段の比較結果を出力する出力手段と、を備えていることを特徴とするレーザ加工機。
ワークに対してレーザ加工ヘッドをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ相対的に移動自在に備えたレーザ加工機であって、前記レーザ加工ヘッドに備えた光学素子の温度を測定するための温度測定手段と、各種の劣化度合に対応した保護ガラスと焦点位置の補正を行うためのコリメーションレンズの位置又は集光レンズ方向へレーザ光を反射する凹面鏡の曲率と前記光学素子の温度との関連を予め格納した温度・補正位置メモリと、前記温度測定手段によって測定した温度を基にして、前記温度・補正位置メモリを検索する検索手段と、この検索手段の検索結果に基づいて前記コリメーションレンズの位置又は前記凹面鏡の曲率を補正する補正手段を備えていることを特徴とするレーザ加工機。
請求項２に記載のレーザ加工機において、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記レーザ加工ヘッドに備えた光学素子の位置及び／又は前記光学素子へ入射されるレーザ光のビーム径を補正するための補正手段を備えていることを特徴とするレーザ加工機。