JPH0422678B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レーザ加工方法及びその装置に関
し、例えば複雑な形状の板金部品の鋭角切断など
においても熱飽和による溶損の少ない、高品質、
高精度なレーザ加工が長時間にわたつて安定に再
現性よく行なえる方法及びその装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来この種のレーザ加工装置としては第５図に
示す構成のもの（特開昭57−62882号公報）が知
られている。図において１０はレーザ発振器、１
２はレーザ発振器１０より取り出されたレーザビ
ーム、１４はレーザビーム１２の方向を変えるた
めの反射鏡、１６はレーザビーム１２を集光する
ためのレンズ、２０は被加工物、１８は被加工物
を載置して移動させるテーブル、２２はテーブル
１８を移動させるためのモータ、２４はモータを
駆動するためのモータ駆動回路、２６はモータ駆
動回路制御部である。２８はモータ２２の回転を
検出するタコジエネレータ、３０はタコジエネレ
ータ２８による速度検出値に基づいて、レーザ発
振器１０のレーザ出力を制御する信号を発生する
発振器制御装置である。

次に動作を説明する。先づモータ駆動回路制御
部２６にスタート信号が入力されると、モータ駆
動回路制御部２６およびモータ駆動回路２４は動
作を開始し、モータ２２を駆動する。そのためテ
ーブル１８は第６図ｂに示す如く徐々にその速度
が増加し、その後一定の速度で移動する。このテ
ーブル１８の移動速度と移動距離は、タコジエネ
レータ２８により検出され、発振器制御装置３０
はレーザ発振器１０から出力されるレーザビーム
１２の出力がテーブル１８の移動速度に比例する
ように、又移動速度が一定値に達したときにはレ
ーザ光の出力も第６図ａに示すように一定値に制
御する。

そしてモータ駆動回路制御部２６にストツプ信
号が入力されると、モータ駆動回路制御部２６は
第６図ｂに示すように、テーブル１８の移動速度
を徐々に減少させてテーブル１８の移動を停止さ
せる。このときレーザビーム１２の強さも移動速
度の減少に比例して低下するよう制御する。

このようにして被加工物２０は単位長さ当りに
おける受光量（受エネルギー量）が一定となるよ
う制御され、第７図に示す如く、切断幅２０や溶
接幅２０ａを一定に保つことが出来る。

〔発明が解決しようとする問題点〕 従来のレーザ加工装置は以上のように構成され
ているので、レーザ発振器の特性の経時変化、例
えば発振器内のガスの劣化、反射ミラーの劣化、
励起光源など入力装置の劣化等が生じた場合に
は、予定したレーザ光の出力を得られないと云う
問題があつた。

この発明は、上記のような問題を解消するため
になされたもので、レーザ発振器から取り出した
レーザビームの出力を検出し、加工速度に対応し
た最適なレーザ出力がレーザ発振器の特性変化に
関係なく得られるように制御入力の補正を自動的
に行うことにより、常に安定で最適なレーザ加工
ができるレーザ加工機の制御方法およびその装置
を得ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るレーザ加工機の制御方法は、制
御信号に基づきレーザ発振器から発生されるレー
ザ光に対し被加工物を相対的に移動させ、この被
加工物の加工を行うものにおいて、相対速度検出
手段により被加工物とレーザ光の相対速度を検出
する工程と、予め記憶された被加工物の物性と相
対速度に対応したレーザ発振器の最適出力値デー
タの中から、相対速度検出手段が検出した相対速
度に対応する最適出力値を求める工程と、レーザ
発振器から出力される実際のレーザビームの強さ
を検出する工程と、実際のレーザビームの出力値
と前記最適出力値とを比較し、偏差を補正した制
御信号をレーザ発信器に与える工程とを有するこ
とを特徴としている。

また、この発明に係るレーザ加工機の制御装置
は、制御信号に基づきレーザ発振器から発生され
るレーザ光に対し被加工物を相対に移動させ、こ
の被加工物の加工を行うものにおいて、上記被加
工物とレーザ光の相対速度を検出して、検出した
速度に応じた速度信号を出力する相対速度検出手
段と、予め被加工物の物性と相対速度に対応した
レーザ発振器の最適出力値データが記憶され、前
記相対速度検出手段からの速度信号に基づいて前
記レーザ発振器の最適出力値を求め、求めた最適
出力値を出力する最適出力決定手段と、前記レー
ザ発振器から出力されるレーザビームの強さを検
出して、検出した出力値を実際のレーザビームの
出力値として出力する出力検出手段と、この出力
検出手段からの実際のレーザビームの出力値を記
憶し、記憶した実際のレーザビームの出力値と前
記最適出力決定手段からの最適出力値とを比較
し、偏差を補正した制御信号を前記レーザ発振器
に与えて該レーザ発振器の出力を制御する制御信
号補正手段とを設けたものである。

〔作用〕

この発明によるレーザ加工機の制御方法及びそ
の装置によれば、特に加工の始点及び終点時近傍
における加工むらの排除と、レーザ発振器の経時
変化による加工不良を防止する作用がある。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図はこの発明の実施例を示すブロツク図
である。図において、４０は可動式反射鏡で、シ
ステム制御部６０の指示によりレーザビーム１２
の光路に適時挿入され、レーザ出力センサー４１
に反射光を与へて出力光の強さを計測し、このデ
ータPoを制御入力信号補正部５０に記憶させて
おく。３１は最適出力決定部であり、タコジエネ
レータ２８で検出したテーブル１８の移動速度に
もとづいてレーザ発信器１０の最適出力信号Pc
を制御入力信号補正部５０に与える最適出力決定
部である。

６０はシステム制御部であり、モータ駆動回路
制御部２６、モータ駆動回路２４を通じてモータ
２２をコントロールすると共にプログラム信号を
制御入力信号補正部５０及び可動式反射強４０の
動作部に与えて、システム全体をコントロールし
ている。

次に最適出力決定部３１等の動作について詳述
する。テーブル１８の上に取付けた被加工物２０
をレンズ１６で集光されたレーザ光により切断、
溶接等の加工をするのであるが、レーザ光を一定
の強さ、被加工物の相対速度も一定の速さとする
と、加工の初期と、途中と、終期の各工程中に、
被加工物の受けるエネルギー条件が異るために加
工むらが生ずる。そこで、被加工物の相対速度が
おそい初期と、終期においては被加工物に照射さ
れるレーザビームの強度を弱め、相対速度が大き
い加工の中途においてはレーザビームを強めるよ
うにする。

即ち被加工物の特性を考慮し、相対速度に比例
したレーザビームを被加工物に与え、最適加工条
件が実現できるように工夫した。先ず予備実験に
よりデータをそろえておき、このデータを最適出
力決定部３１に記憶させておく。なお、タコジエ
ネレータ２８よりの移動速度を示す信号に基づい
て制御信号をレーザ発振器１０に与える方法は従
来技術と変らない。しかしこれはレーザ発振器の
出力光が安定している場合には成果を修めた。し
かしレーザ発振器が経時変化をする状況、つまり
励振ガスの劣化、反射鏡の劣化、ポンピング入力
の変動などによつて、その出力は徐々に変化する
ため、不良の原因をつくつていた。

そこで従来のような最適出力決定部３１の出力
によつて直接にレーザ発振器１０の出力を制御す
ることは止め、その両者の間に制御入力信号補正
部５０を設け、システム制御部６０のプログラム
に基づいて、レーザ出力センサ４１を用いて計測
したレーザビーム１２の値Poを記憶させておき、
レーザ発振器１０の劣化による偏差を補正した制
御信号Piをレーザ発信器１０に与えることによ
り、従来の問題点を解決し、高品質で安定した加
工を長時間に渡つて続行出来るようにした。

第２図は、レーザ発振器制御入力Piとレーザ出
力Poが標準の場合は両者は直線関係イにあるが、
実際は、時間の経過と共にロからハの方向へ移動
することを示す線図である。

第３図は可動式反射鏡４０をレーザビーム１２
の光路上に挿入している間の制御動作のフロー図
である。初めPi（int）と云う大きさの初期条件に
よりレーザ光が出力されている。可動式反射鏡４
０を挿入すると信号Poを検出して制御入力信号
補正部５０へ与え、Po≧Pc（max）を満足しない
場合（No）は補正をかける。満足した場合
（Yes）は可動式反射鏡４０をレーザビーム１２
の光路より除去する過程を示すものである。

第４図は最適レーザ集力Pcとレーザ発振器制
御入力Pi及び補正量△Piの関係を示す線図で、Pi
＝Pc＋△Piとなつている。

なお、この発明は速度検出によりレーザの出力
を高速で制御する場合に特に効果を発するが、速
度検出によりレーザ出力を制御しない場合でも同
様な効果がある。また、加工の種類については、
切断、溶接はもちろん、表面改質やスクライビン
グ、エングレービング加工などレーザ加工全般に
わたつて有効である。

また、前記実施例では、被加工物を一次元的に
移動させる場合についてのみ説明したが、この発
明はこれに限らず、被加工物を多次元で移動する
場合であつても、合成速度すなわち実速度を検出
すれば、全く同様の効果を奏することはいうまで
もなく、２次元以上の次元のものに適用すれば、
形状加工時の湾曲点での加工速度変化に伴つて常
に最適なレーザ出力に制御することができる。

また出力検出手段としては反射鏡と出力検出セ
ンサを用いた場合について示したが、他のレーザ
出力の検出手段たとえば反射鏡１４にピンホール
を設けこのピンホールを通過するレーザビームの
出力を検出するような出力検出手段を用いても、
まつたく同様の動作をする。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、予め記
憶された被加工物の物性と相対速度に対応したレ
ーザ発振器の最適出力値データの中から、相対速
度検出手段が検出した被加工物とレーザ光の相対
速度に対応する最適出力値を求め、求めた最適出
力値を、出力検出手段が検出した実際のレーザビ
ームの出力値と比較し、偏差を補正した制御信号
をレーザ発振器に与えるようにしたので、レーザ
発振器の特性の経時変化等によりレーザ出力が変
化しても、このレーザ出力の変化を検出するに時
間を要せず、その補正を短時間で行なえるととも
に、高精度で一定な品質の再現性の高い安定なレ
ーザ加工ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すレーザ加工
機の制御装置のブロツク図、第２図はレーザ発振
器の劣化による入出力関係の変化を示す線図、第
３図は出力レーザ光をサンプリングしたときの制
御入力補正部内の制御動作を示すフロー図、第４
図ａ，ｂはレーザ発振器の劣化時の補正量を示す
線図、第５図は従来の速度検出によるレーザ出力
制御装置のブロツク図、第６図ａ，ｂは従来装置
における被加工物の移動距離に対するレーザ光出
力及び移動速度を示す線図、第７図はレーザ加工
機による加工例を示す平面図である。 図において、１０はレーザ発振器、１２はレー
ザビーム、１４は反射鏡、１６はレンズ、１８は
テーブル、２０は被加工物、２２はモータ、２４
はモータ駆動回路、２６はモータ駆動回路制御
部、２８はタコジエネレータ、３０は発振器制御
装置、３１は最適出力決定部、４０は可動式反射
鏡、４１はレーザ出力センサー、５０は制御入力
信号補正部、６０はシステム制御部である。なお
図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御信号に基づきレーザ発振器から発生され
   るレーザ光に対し被加工物を相対的に移動させ、
   この被加工物の加工を行うレーザ加工機の制御方
   法において、 相対速度検出手段により被加工物とレーザ光の
   相対速度を検出する工程と、 予め記憶された被加工物の物性と相対速度に対
   応したレーザ発振器の最適出力値データの中か
   ら、相対速度検出手段が検出した相対速度に対応
   する最適出力値を求める工程と、 レーザ発振器から出力される実際のレーザビー
   ムの強さを検出する工程と、 実際のレーザビームの出力値と前記最適出力値
   とを比較し、偏差を補正した制御信号をレーザ発
   振器に与える工程とを有することを特徴とするレ
   ーザ加工機の制御方法。 ２ 制御信号に基づきレーザ発振器から発生され
   るレーザ光に対し被加工物を相対的に移動させ、
   この被加工物の加工を行うレーザ加工機の制御装
   置において、 上記被加工物とレーザ光の相対速度を検出し
   て、検出した速度に応じた速度信号を出力する相
   対速度検出手段と、 予め被加工物の物性と相対速度に対応したレー
   ザ発振器の最適出力値データが記憶され、前記相
   対速度検出手段からの速度信号に基づいて前記レ
   ーザ発振器の最適出力値を求め、求めた最適出力
   値を出力する最適出力決定手段と、 前記レーザ発振器から出力されるレーザビーム
   の強さを検出して、検出した出力値を実際のレー
   ザビームの出力値として出力する出力検出手段
   と、 この出力検出手段からの実際のレーザビームの
   出力値を記憶し、記憶した実際のレーザビームの
   出力値と前記最適出力決定手段からの最適出力値
   とを比較し、偏差を補正した制御信号を前記レー
   ザ発振器に与えて該レーザ発振器の出力を制御す
   る制御信号補正手段とを設けたことを特徴とする
   レーザ加工機の制御装置。