JP2009131885A - レーザ加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のレーザ加工装置による並行加工に際し、各レーザ加工装置の出射強度のばらつきを長期に亘り抑制することのできるレーザ加工システムを提供する。
【解決手段】外部制御ユニット１１は、個々のレーザ加工装置Ａ〜Ｃの受光素子にて受光される受光量に基づいて各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光源を制御し、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光の出射強度が同一となるように調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光の照射によるマーキングや切断、溶接等の加工を行うレーザ加工装置が複数接続されてなるレーザ加工システムに関するものである。

この種のレーザ加工システムは、例えば特許文献１に開示されているように、複数の搬送装置により搬送される複数の加工対象物に対して並行してレーザ加工を行うべく、複数のレーザ加工装置が接続されて構成されている。このレーザ加工システムでは、レーザ加工装置を構成するレーザ光源や光学素子等の個体差に起因する各レーザ光の出射強度のばらつきが補正されるようになっており、並行加工される加工対象物の仕上がりが同様になるように構成されている。
特開２００６−２３９７０２号公報

しかしながら、上記したレーザ加工システムでは、各レーザ加工装置に組み込んだレーザ光源や光学素子等の個体差には対応しているものの、これらレーザ光源や光学素子等の構成部材の経時劣化には対応していなかった。そのため、経時劣化が進行するのにつれて各レーザ加工装置からのレーザ光の出射強度のばらつきが拡大し、並行加工される加工対象物の仕上がりの差が拡大してしまうことが懸念されていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数のレーザ加工装置による並行加工に際し、各レーザ加工装置の出射強度のばらつきを長期に亘り抑制することのできるレーザ加工システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、レレーザ光源と該レーザ光源からの光路上のレーザ光の少なくとも一部を受光する受光手段とを備えてなるレーザ加工装置と、複数の前記レーザ加工装置が接続されるとともに前記レーザ加工装置に対して前記レーザ光の出射強度を設定し、前記レーザ光源を制御する制御ユニットとを備えたレーザ加工システムであって、前記制御ユニットは、前記各レーザ加工装置それぞれに設けられる前記受光手段にて受光される受光量から算出した前記レーザ光の出射強度に基づいて前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度が同一となるように前記各レーザ加工装置のレーザ光源を制御することをその要旨とする。

この発明では、制御ユニットは、各レーザ加工装置それぞれに設けられる受光手段にて受光される受光量から算出したレーザ光の出射強度に基づいて各レーザ加工装置のレーザ光源を制御し、各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度が同一となるように調整される。これにより、レーザ光の出射強度を適宜調整可能となるため、各レーザ加工装置の出射強度のばらつきを長期に亘り抑制することができ、例えば並行加工される加工対象物の仕上がりの差が長期に亘り同様とすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工システムにおいて、前記制御ユニットは、レーザ光強度調整モードを備え、該レーザ光強度調整モードの選択時に前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度を調整することをその要旨とする。

この発明では、制御ユニットにはレーザ光強度調整モードが備えられ、このレーザ光強度調整モードの選択時に各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度が調整される。そのため、例えば使用者がレーザ光強度調整モードを選択して、その選択時に各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度を調整することができる。これにより、常時調整する必要がないため、制御ユニットに対する負荷を必要分のみに抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のレーザ加工システムにおいて、前記制御ユニットは、少なくとも該制御ユニットの電源投入時に前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度を調整することをその要旨とする。

この発明では、制御ユニットは、少なくとも制御ユニットの電源投入時に各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度を調整することとしたことで、電源投入時に自動的にレーザ加工装置のレーザ光の出射強度の調整がなされるため、作業者の手間を抑制しつつ並行加工される加工対象物の仕上がりの差が長期に亘り同様とすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工システムにおいて、前記各レーザ加工装置には、前記レーザ光を遮光するシャッタが開閉可能に設けられるものであり、前記制御ユニットは、前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度調整時に、前記レーザ光を遮光状態とすべく前記シャッタを閉作動させることをその要旨とする。

この発明では、各レーザ加工装置にはレーザ光を遮光するシャッタが開閉可能に設けられ、制御ユニットは、各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度調整時にレーザ光を遮光状態とすべくシャッタを閉作動する。これにより、レーザ光の出射強度調整時に加工対象物に対してレーザ光の出射を防止でき、加工対象物に対して誤ってレーザ加工するのを防止できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工システムにおいて、前記制御ユニットは、前記各レーザ加工装置の少なくとも一つの予め設定される設定値に対する実出射強度が下限値に達した場合に、報知手段による報知を行わせることをその要旨とする。

この発明では、制御ユニットにて、各レーザ加工装置の少なくとも一つの予め設定される設定値に対する実出射強度が下限値に達した場合に、報知手段による報知を行わせるようにした。これにより、例えば下限値をレーザ加工装置のメンテナンス時期や別のレーザ加工装置との交換時期となるように設定することで、作業者はこれらメンテナンス又は交換を容易且つ的確に行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工システムにおいて、前記制御ユニットは、前記各レーザ加工装置のレーザ光の内で出射強度が最も低いものと同一となるように前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度を調整することをその要旨とする。

この発明では、制御ユニットは、各レーザ加工装置のレーザ光の内で出射強度が最も低いものと同一となるように各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度を調整するようにした。これにより、出射強度の最も低いレーザ加工装置を除く、他のレーザ加工装置のみの調整でよいため、制御が容易となる。そして各レーザ加工装置において、出射強度の設定範囲を同様に確保できる。

従って、上記記載の発明によれば、複数のレーザ加工装置による並行加工に際し、各レーザ加工装置の出射強度のばらつきを長期に亘り抑制することのできるレーザ加工システムを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施の形態のレーザ加工システムの概略構成を、図２は個々のレーザ加工装置の概略構成をそれぞれ示している。

本実施の形態のレーザ加工システムは、図示しない複数の搬送装置上の加工対象物Ｗに対してそれぞれレーザ光を照射してマーキング加工を並行して行う複数のレーザ加工装置（照射ユニット）Ａ〜Ｃと、レーザ加工装置Ａ〜Ｃとバッファ回路１０を介して接続されるとともにレーザ加工装置Ａ〜Ｃを制御する外部制御ユニット１１と、該外部制御ユニット１１内に設けられるとともにレーザ光の出射強度等を表示する表示部１２により構成されている。

レーザ加工装置Ａ〜Ｃは同一構成であり、それぞれ図２に示すようにバッファ回路１０と接続された制御部２０が設けられている。この制御部２０には、レーザ光源２１、ガルバノモータ２２、受光素子２３及び駆動装置２４が接続されている。レーザ光源２１は、レーザ発振器からなり、加工用のレーザ光を出射するとともに、制御部２０によってその発振及び出射強度が制御される。

レーザ光源２１の後段には、ビームエキスパンダ２５が配設されている。ビームエキスパンダ２５は、レーザ光源２１から出射されたレーザ光を一定の倍率、より詳しくは入射ビーム径（幅）に対する出射ビーム径（幅）の比率の平行光に拡大するために設けられている。

ビームエキスパンダ２５の後段には、ガルバノモータ２２と接続されるとともにこのガルバノモータ２２により駆動する一対のガルバノミラー２６ｘ，２６ｙが配設されている。ガルバノミラー２６ｘ，２６ｙは、ビーム径が拡大されたレーザ光を反射してその照射方向を変更するものであり、例えば対をなすＸ軸ミラーとＹ軸ミラーとで構成されている。

ガルバノミラー２６ｘ，２６ｙの後段には、駆動装置２４と接続されるシャッタ２７が設けられている。このシャッタ２７は、金属材料からなり、駆動装置２４によりレーザ光の遮断位置（図中、実線で図示）又は通過位置（図中、破線で図示）に移動可能に設けられている。また、ガルバノミラー２６ｘ，２６ｙの後段であり、シャッタ２７とは異なる位置にピンフォトダイオードからなる受光手段としての受光素子２３が配設され、例えばレーザ光をガルバノミラー２６ｘ（ガルバノミラー２６ｙ側でも可）を一部通過させて受光素子２３にて受光させるようになっている。この受光素子２３は、受光するレーザ光の光強度に基づいて電気信号に変換するものである。

シャッタ２７の後段には、集束レンズ（ｆθレンズ）２８が配設されている。集束レンズ２８は、ガルバノミラー２６ｘ，２６ｙにて一旦ビーム径が拡大されたレーザ光を加工対象物Ｗの表面において所定のスポット径となるまで収束させ、マーキング加工に適したエネルギー密度まで高めるものである。

これらのレーザ加工装置Ａ〜Ｃは、バッファ回路１０を介して制御ユニットとしての外部制御ユニット１１と接続されている。この外部制御ユニット１１により各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの制御が行われるようになっており、例えば各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光の光強度のばらつきの抑制が行われる。

次に、本実施の形態のレーザ加工システムの各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光の光強度のばらつきを抑制する制御方法について図３を用いつつ説明する。尚、図３（ａ）（ｂ）は、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃにおける受光素子２３にて受光したレーザ光の光強度の関係を示したグラフである。縦軸はレーザ加工装置Ａ〜Ｃの出荷時に所定条件で各レーザ加工装置Ａ〜Ｃから出射されたレーザ光の出射強度を１００％として示している。

先ず、外部制御ユニット１１にて使用者によりレーザパワー調整モードが選択されると、外部制御ユニット１１はバッファ回路１０及び制御部２０を介してシャッタ２７を駆動させる駆動装置２４に制御信号を出力するとともに、この制御信号を受けた駆動装置２４はレーザ光を遮断させる様にシャッタ２７を遮断位置に移動させる。尚、加工対象物Ｗにレーザ光を照射する場合には、駆動装置２４はシャッタ２７を通過位置に移動させる。

次いで、外部制御ユニット１１はバッファ回路１０及び制御部２０を介して受光素子２３に対して、ガルバノミラー２６ｘから一部透過するレーザ光を受光するように指令信号を出力する。そして、受光素子２３は電気信号を制御部２０及びバッファ回路１０を介して外部制御ユニット１１に出力する。より詳しくは、受光素子２３から出力されるその受光量に応じた電気信号を制御部２０にてレーザ光源２１の光強度データ（百分率のデータ）に変換するとともに、制御部２０はバッファ回路１０介して外部制御ユニット１１に対して出力する。外部制御ユニット１１は各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの制御部２０から受け取った光強度データを比較してばらつきがあるか調べる。

例えば、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの設定出射強度を７０％の光強度で設定した場合、図３（ａ）に示すように、レーザ加工装置Ａの実出射強度が６８％、レーザ加工装置Ｂの実出射強度が６７％、レーザ加工装置Ｃの実出射強度が６３％といった光強度データにばらつきがあった場合、本実施形態では、外部制御ユニット１１は各光強度データの内で一番低い光強度データ（この場合、レーザ加工装置Ｃの６３％）を選択する。そして、外部制御ユニット１１は、この選択された光強度データの光強度と同一になるように残りのレーザ加工装置Ａ，Ｂの各制御部２０を制御し、各レーザ光の実出射強度をレーザ加工装置Ｃの実出射強度で同一に調整する。

この場合、外部制御ユニット１１はレーザ加工装置Ａの制御部２０の設定（７０％）に対して補正項（６３／６８）を乗算することで、レーザ加工装置Ａからは６３％の光強度のレーザ光が出射される。また、外部制御ユニット１１はレーザ加工装置Ｂの制御部２０の設定（７０％）に対して補正項（６３／６７）を乗算することで、レーザ加工装置Ｂからは６３％の光強度のレーザ光が出射され、これらレーザ加工装置Ａ，Ｂの実出射強度をレーザ加工装置Ｃの光強度で同一となるようにしている。また、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの設定出射強度に対して実射強度がメンテナンス時期を示す下限値に達した場合に、図示しない報知手段による報知を行うことで使用者に対してメンテナンス時期を知らせることができる。

このようにレーザパワー調整モードが選択される度に、初期時には個体差、使用経過時には経時劣化に起因する各レーザ加工装置Ａ〜Ｃからのレーザ光の出射強度のばらつきが抑制され、並行加工される加工対象物Ｗの仕上がりの差が長期に亘り同様とすることができるようになっている。

次に、本実施の形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）外部制御ユニット１１は、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃそれぞれに設けられる受光素子２３にて受光される受光量から算出したレーザ光の出射強度に基づいて各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光源２１を制御し、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光の出射強度が同一となるように調整される。これにより、レーザ光の出射強度を適宜調整可能となるため、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの出射強度のばらつきを長期に亘り抑制することができ、並行加工される加工対象物Ｗの仕上がりの差が長期に亘り同様とすることができる。また、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光の内で実出射強度が最も低いもの（レーザ加工装置Ｃ）と同一となるように調整した。これにより、他のレーザ加工装置Ａ，Ｂのみの調整で済むため、制御が容易である。そして、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃにおいて、出射強度の設定範囲を同様に確保できる。

（２）外部制御ユニット１１には、レーザ光強度調整モードが備えられ、このレーザ光強度調整モードの選択時に各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光の出射強度が調整される。そのため、例えば使用者がレーザ光強度調整モードを選択して、その選択時に各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光の出射強度を調整することができる。これにより、常時ばらつき調整をする必要がないため、外部制御ユニット１１に対する負荷を必要分のみに抑えることができる。

（３）各レーザ加工装置Ａ〜Ｃにはレーザ光を遮光するシャッタ２７が開閉可能が設けられ、外部制御ユニット１１は、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのレーザ光の出射強度調整時に、レーザ光を遮光状態とすべくシャッタ２７を閉作動する。これにより、レーザ光の出射強度調整時に加工対象物Ｗに対してレーザ光の出射を防止でき、加工対象物Ｗに対して誤ってレーザ加工するのを防止できる。

（４）外部制御ユニット１１にて、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの少なくとも一つの予め設定される設定値に対する実出射強度が下限値に達した場合に、図示しない報知手段による報知を行わせるようにした。これにより、例えば下限値をレーザ加工装置のメンテナンス時期や別のレーザ加工装置との交換時期となるように設定することで、作業者はそのことを容易に知ることができる。

尚、本発明の実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの出射強度のばらつきを、光強度データの一番低いもの（レーザ加工装置Ｃ）を基準としてそのばらつき調整を行ったが、光強度データの一番高いもの（レーザ加工装置Ａ）や光強度データの中間のもの（レーザ加工装置Ｂ）を基準としてもよい。

また、図４（ａ）（ｂ）に示すように、設定出射強度（上記実施の形態では７０％）となるように各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの出射強度のばらつき調整を行ってもよい。この場合、外部制御ユニット１１はレーザ加工装置Ａの制御部２０の設定に対して補正項（７０／６８）を乗算し、レーザ加工装置Ｂの制御部２０の設定に対して補正項（７０／６７）を乗算し、レーザ加工装置Ｃの制御部２０の設定に対して補正項（７０／６３）を乗算することで、レーザ加工装置Ａ〜Ｃからは７０％の同一光強度のレーザ光がそれぞれ出射される。

・上記実施の形態では、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの出射強度のばらつき調整をレーザパワー調整モードの選択に基づいて自動で行ったが、例えば使用者が任意の値を外部制御ユニット１１で選択し、その値となるように各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの出射強度のばらつき調整を行ってもよい。また、レーザパワー調整モードを選択した際にばらつき調整を行っていたが、常時又は所定時間毎にばらつき調整を行うようにしてもよい。

また、パワー調整モードの選択ではなく、外部制御ユニット１１の電源投入時に出射強度のばらつき調整を行ってもよい。作業者がパワー調整モードを選択する必要がないため、作業者の手間を抑制することができる。加工対象物Ｗに対して加工を行う前に出射強度のばらつき調整してもよい。

・上記実施の形態では、３つのレーザ加工装置Ａ〜Ｃで構成しているが、数はこれに限定しない。
・上記実施の形態では、各レーザ加工装置Ａ〜Ｃのそれぞれに制御部２０を設けたが、制御部２０の役割を全て外部制御ユニット１１に行わせてもよい。つまり、外部制御ユニット１１にて一括して各レーザ加工装置Ａ〜Ｃの制御を行わせるようにしてもよい。

・上記実施の形態では、ピンフォトダイオードからなる受光素子２３を用いているが、これ限らず、フォトダイオードや他の光検出器でもよい。
・上記実施の形態では、シャッタ２７を設けているが、無くてもよい。

・上記実施の形態では、外部制御ユニット１１内に表示部１２を設けて、所謂パーソナルコンピュータや専用のコンソールとして構成しているが、これに限らず、外部制御ユニット１１と表示部１２とを分けてもよい。

本実施の形態におけるレーザ加工システムの概略構成図である。 同上におけるレーザ加工装置の概略構成図である。 （ａ）（ｂ）同上におけるレーザ加工装置の光強度のばらつきの抑制を説明するためのグラフである。 （ａ）（ｂ）別例におけるレーザ加工装置の光強度のばらつきの抑制を説明するためのグラフである。

符号の説明

１１…外部制御ユニット（制御ユニット）、２１…レーザ光源、２３…受光素子（受光手段）、２７…シャッタ、Ａ，Ｂ，Ｃ…レーザ加工装置。

Claims (6)

1. レーザ光源と該レーザ光源からの光路上のレーザ光の少なくとも一部を受光する受光手段とを備えてなるレーザ加工装置と、
   複数の前記レーザ加工装置が接続されるとともに前記レーザ加工装置に対して前記レーザ光の出射強度を設定し、前記レーザ光源を制御する制御ユニットと
   を備えたレーザ加工システムであって、
   前記制御ユニットは、前記各レーザ加工装置それぞれに設けられる前記受光手段にて受光される受光量から算出した前記レーザ光の出射強度に基づいて前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度が同一となるように前記各レーザ加工装置のレーザ光源を制御することを特徴とするレーザ加工システム。
2. 請求項１に記載のレーザ加工システムにおいて、
   前記制御ユニットは、レーザ光強度調整モードを備え、該レーザ光強度調整モードの選択時に前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度を調整することを特徴とするレーザ加工システム。
3. 請求項１または２に記載のレーザ加工システムにおいて、
   前記制御ユニットは、少なくとも該制御ユニットの電源投入時に前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度を調整することを特徴とするレーザ加工システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工システムにおいて、
   前記各レーザ加工装置には、前記レーザ光を遮光するシャッタが開閉可能に設けられるものであり、
   前記制御ユニットは、前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度調整時に、前記レーザ光を遮光状態とすべく前記シャッタを閉作動させることを特徴とするレーザ加工システム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工システムにおいて、
   前記制御ユニットは、前記各レーザ加工装置の少なくとも一つの予め設定される設定値に対する実出射強度が下限値に達した場合に、報知手段による報知を行わせることを特徴とするレーザ加工システム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工システムにおいて、
   前記制御ユニットは、前記各レーザ加工装置のレーザ光の内で出射強度が最も低いものと同一となるように前記各レーザ加工装置のレーザ光の出射強度を調整することを特徴とするレーザ加工システム。

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