JP2010240689A - Laser beam machining method and laser beam machining apparatus - Google Patents

Laser beam machining method and laser beam machining apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2010240689A
JP2010240689A JP2009092147A JP2009092147A JP2010240689A JP 2010240689 A JP2010240689 A JP 2010240689A JP 2009092147 A JP2009092147 A JP 2009092147A JP 2009092147 A JP2009092147 A JP 2009092147A JP 2010240689 A JP2010240689 A JP 2010240689A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
peak value
pulse waveform
laser
waveform
reference peak
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009092147A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuro Watanabe
達郎 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miyachi Technos Corp
Original Assignee
Miyachi Technos Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miyachi Technos Corp filed Critical Miyachi Technos Corp
Priority to JP2009092147A priority Critical patent/JP2010240689A/en
Publication of JP2010240689A publication Critical patent/JP2010240689A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance pulse laser machining performance by improving data processing efficiency in controlling the output peak value of the pulse laser beam. <P>SOLUTION: A laser beam machining apparatus comprises a fiber laser beam oscillator 10, a laser beam power source 12, a laser beam incident unit 14, a fiber transmission system 15, a laser beam emission unit 16, a control unit 18, a touch panel 20 and the like. The control unit 18 has a CPU (a microcomputer), an FPGA (a field programmable gate array), a digital-analog (D/A) converter, an analog-digital (A/D) converter and the like. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、被加工物に一連のパルスレーザ光を照射して所望のレーザ加工を施すレーザ加工技術に係り、特に一連のパルスレーザ光の出力ピーク値を制御するレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing technique for performing desired laser processing by irradiating a workpiece with a series of pulse laser beams, and more particularly to a laser processing method and a laser processing apparatus for controlling an output peak value of a series of pulse laser beams. .

被加工物にパルスレーザ光を繰り返し照射するレーザ加工の最も代表的な例は、レーザシーム溶接である。レーザシーム溶接は、被加工物にパルス発振のレーザ光を一定の繰り返し周波数で照射しながら被加工物上でレーザビームスポットを溶接ラインに沿って相対的に移動させ、スポット溶接を少しずつずらしながら重ね合わせて連続した接合部を形成するようにしている。   The most typical example of laser processing for repeatedly irradiating a workpiece with pulsed laser light is laser seam welding. In laser seam welding, a laser beam spot is relatively moved along the welding line while irradiating the workpiece with pulsed laser light at a constant repetition frequency, and the spot welding is gradually shifted and overlapped. Together, continuous joints are formed.

従来より、レーザシーム溶接では、一回の溶接スケジュール内でパルスレーザ光の出力(パワー)をパルス周期で可変する技術が用いられている。たとえば、金属キャップの外周縁部を接合するレーザシーム溶接において、環状シーム溶接ラインの一周よりも少しオーバーランさせて終端部を始端部に重ねる場合に、始端部ではパルスレーザ光の出力ピーク値をパルス周期で次第に上げるアップ・スロープ・コントロールをかけ、終端部ではパルスレーザ光の出力ピーク値をパルス周期で次第に下げるダウン・スロープ・コントロールをかけるようなことが行われている。   Conventionally, in laser seam welding, a technique of varying the output (power) of pulsed laser light with a pulse period within a single welding schedule has been used. For example, in laser seam welding that joins the outer peripheral edge of a metal cap, when the end part is overlapped with the start end part by slightly overrunning the circumference of the annular seam welding line, the output peak value of the pulse laser beam is pulsed at the start end part. Up-slope control that gradually increases with the period is applied, and down-slope control that gradually decreases the output peak value of the pulsed laser light with the pulse period is performed at the terminal portion.

従来のレーザ加工装置は、CPU(マイクロコンピュータ)のメモリ書き込み/読み出し機能を利用して、一連のパルスレーザ光の出力ピーク値に対する波形制御(たとえば上記のようなアップ・スロープ・コントロールおよび/またはダウン・スロープ・コントロール)を行っている。より詳しくは、ユーザがタッチパネル等のマン・マシン・インタフェースを通じて、1回のスケジュール内の一連のパルスレーザ光について所望の出力ピーク値特性(通常、折線波形)を設定入力すると、CPUがその設定入力された出力ピーク値特性を基にパルス毎に出力ピーク値を符号化し、その2進コードを基準ピーク値データとしてメモリに書き込む。そして、レーザシーム溶接を実行する際に、CPUが、パルス毎に基準ピーク値データをメモリから順次読み出して、別途生成または再生したパルス基本出力波形に各パルス毎の基準ピーク値を掛け合わせてディジタルの基準パルス波形を生成する。   A conventional laser processing apparatus uses a memory write / read function of a CPU (microcomputer) to control a waveform for an output peak value of a series of pulsed laser beams (for example, up-slope control and / or down as described above).・ Slope control). More specifically, when a user sets and inputs a desired output peak value characteristic (usually a polygonal waveform) for a series of pulse laser beams in one schedule through a man-machine interface such as a touch panel, the CPU inputs the setting. The output peak value is encoded for each pulse based on the output peak value characteristic, and the binary code is written in the memory as reference peak value data. Then, when performing laser seam welding, the CPU sequentially reads out the reference peak value data from the memory for each pulse, and multiplies the pulse basic output waveform separately generated or reproduced by the reference peak value for each pulse to generate a digital signal. A reference pulse waveform is generated.

こうしてCPUのメモリ読み出し機能および演算機能により基準パルス波形が生成され、その基準パルス波形のディジタル値がD/A変換器によりアナログの基準パルス波形信号に変換されてパルスレーザ発生部のフィードバック制御信号に用いられる。パルスレーザ発生部では、発振出力したパルスレーザ光の出力(パワー)を測定し、あるいは電光変換用の駆動電流を測定し、その測定値が上記基準パルス波形に倣うようにフィードバック制御がかけられる。   Thus, a reference pulse waveform is generated by the memory reading function and arithmetic function of the CPU, and the digital value of the reference pulse waveform is converted into an analog reference pulse waveform signal by the D / A converter and used as the feedback control signal of the pulse laser generator. Used. The pulse laser generator measures the output (power) of the oscillated pulse laser beam or measures the drive current for electro-optic conversion, and performs feedback control so that the measured value follows the reference pulse waveform.

特開2007−190566JP2007-190566

しかしながら、上述したような一連のパルスレーザ光の出力ピーク値に対する可変制御を専らCPUのメモリ書き込み/読み出し機能や演算処理機能に依存する従来の技術は、CPUのタスクやメモリのリソースに大きな負担を及ぼし、それによってレーザ加工装置の性能向上を困難にしている。   However, the conventional technique that relies exclusively on the CPU memory write / read function and arithmetic processing function for the variable control over the output peak value of the series of pulsed laser beams as described above places a heavy burden on CPU tasks and memory resources. This makes it difficult to improve the performance of the laser processing apparatus.

具体的には、たとえばレーザシーム溶接においては、一回の溶接スケジュール内で数千発以上のパルスレーザ光を一定の繰り返し周波数で連続的に発振出力する場合が多々ある。その場合、一回の溶接スケジュールにつき基準ピーク値の分だけで数千個以上のデータ(2進コード)がメモリに格納される。通常は複数の溶接スケジュールが設定されるので、基準ピーク値のデータ量が膨大になる。   Specifically, for example, in laser seam welding, in many cases, several thousand or more pulsed laser beams are continuously oscillated and output at a constant repetition frequency within one welding schedule. In that case, several thousand pieces of data (binary codes) are stored in the memory only for the reference peak value per welding schedule. Normally, since a plurality of welding schedules are set, the data amount of the reference peak value becomes enormous.

また、CPUのメモリ書き込み/読み出し機能や演算処理機能は、基準ピーク値の復元のためだけでなく、パルスレーザ光の出力波形の元になる原パルス波形の生成または復元のためにも用いられる。このため、CPUに負担が掛かりすぎて、パルス波形制御の速度ないし自由度が低下するという問題もある。   Further, the memory write / read function and arithmetic processing function of the CPU are used not only for restoring the reference peak value, but also for generating or restoring the original pulse waveform that is the source of the output waveform of the pulse laser beam. For this reason, there is a problem in that the CPU is overloaded and the speed or degree of freedom of pulse waveform control is reduced.

さらに、パルス波形制御の良否を判定する機能を搭載する場合は、良否判定のための波形積分演算処理等もCPUのタスクとなるため、パルス波形制御や繰り返し速度の向上が一層困難になる。   Furthermore, when a function for determining the quality of pulse waveform control is installed, waveform integration calculation processing for determining quality is also a task of the CPU, so that it is more difficult to improve pulse waveform control and repetition rate.

このように、従来は、一連のパルスレーザ光について出力ピーク値の可変制御を行う場合にCPUのタスクやメモリのリソースに大きな負担が掛かって、パルスレーザを用いるレーザ加工の性能向上が困難になっていた。   As described above, conventionally, when variable control of the output peak value is performed for a series of pulsed laser beams, a large burden is imposed on the CPU task and memory resources, and it becomes difficult to improve the performance of laser processing using a pulsed laser. It was.

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、パルスレーザの出力ピーク値制御におけるデータ処理効率を改善してパルスレーザ加工の性能向上を図るレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and a laser processing method and a laser for improving the performance of pulse laser processing by improving data processing efficiency in output peak value control of a pulse laser. An object is to provide a processing apparatus.

上記の目的を達成するために、本発明のレーザ加工方法は、一定の期間に亘り一連のパルスレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、前記一連のパルスレーザ光の出力のピーク値を規定する基準ピーク値について、前記一定の期間に亘り時間軸に沿って繋ぎ合わさる1つまたは複数の線形的な基準ピーク値特性を設定する第1のステップと、各々の前記基準ピーク値特性について、少なくとも、初期値のデータと単位変化量のデータと演算処理回数のデータとを1ステージのパラメータデータとして生成する第2のステップと、前記レーザ加工を実施する際に、各々の前記パルスレーザ光の出力波形の元になる原パルス波形を生成する第3のステップと、前記レーザ加工を実施する際に、前記原パルス波形の生成と並行して、時間軸に沿って、各ステージ毎に前記パラメータデータを基に前記初期値に前記単位変化量を所定の周期で繰り返し継ぎ足す演算処理を行って前記基準ピーク値特性を復元する第4のステップと、各々の前記パルスレーザ光について、前記原パルス波形と復元された前記基準ピーク値特性とに基づいて所望のピーク値を有する基準パルス波形を生成する第5のステップと、前記基準パルス波形に基づいて各々の前記パルスレーザ光の出力波形および出力ピーク値を制御する第6のステップとを有する。   In order to achieve the above object, a laser processing method of the present invention is a laser processing method for performing desired laser processing by irradiating a workpiece with a series of pulsed laser beams over a certain period of time. A first step of setting one or a plurality of linear reference peak value characteristics connected along the time axis over the predetermined period for a reference peak value defining a peak value of the output of the pulse laser beam of For each of the reference peak value characteristics, at least a second step of generating at least initial value data, unit variation data, and operation processing frequency data as one-stage parameter data, and performing the laser processing A third step of generating an original pulse waveform that is a source of an output waveform of each of the pulse laser beams, and the original pulse when performing the laser processing. In parallel with the generation of the shape, along the time axis, the reference peak value characteristic is obtained by performing an arithmetic process of repeatedly adding the unit change amount to the initial value at a predetermined cycle based on the parameter data for each stage. And a fifth step of generating a reference pulse waveform having a desired peak value based on the original pulse waveform and the restored reference peak value characteristic for each of the pulse laser beams. And a sixth step of controlling the output waveform and output peak value of each pulse laser beam based on the reference pulse waveform.

また、本発明のレーザ加工装置は、一定の期間に亘り一連のパルスレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、前記一連のパルスレーザ光の出力のピーク値を規定する基準ピーク値について、前記一定の期間に亘り時間軸に沿って繋ぎ合わさる1つまたは複数の線形的な基準ピーク値特性を設定する基準ピーク値特性設定部と、各々の前記基準ピーク値特性について、少なくとも、初期値のデータと単位変化量のデータと演算処理回数のデータとを1ステージのパラメータデータとして生成するステージ・パラメータデータ生成部と、前記レーザ加工を実施する際に、各々の前記パルスレーザ光の出力波形の元になる原パルス波形信号を生成する原パルス波形生成部と、前記レーザ加工を実施する際に、前記原パルス波形信号の生成と並行して、時間軸に沿って、各ステージ毎に前記パラメータデータを基に前記初期値に前記単位変化量を所定の周期で繰り返し継ぎ足す演算処理を行って前記基準ピーク値特性を復元する基準ピーク値特性復元部と、各々の前記パルスレーザ光について、前記原パルス波形信号と復元された前記基準ピーク値特性とに基づいて所望のピーク値を有する基準パルス波形信号を発生する基準パルス波形発生部と、前記基準パルス波形信号に基づいて各々の前記パルスレーザ光の出力波形および出力ピーク値を制御するパルスレーザ発生部とを有する。   The laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus that performs desired laser processing by irradiating a workpiece with a series of pulsed laser beams over a certain period of time, and outputs the series of pulsed laser beams. A reference peak value characteristic setting unit that sets one or a plurality of linear reference peak value characteristics connected along the time axis over the predetermined period for the reference peak value that defines the peak value, and each of the reference For the peak value characteristics, at least when performing the laser processing, a stage parameter data generation unit that generates at least initial value data, unit variation data, and calculation processing frequency data as one stage parameter data, When performing the laser processing, an original pulse waveform generation unit that generates an original pulse waveform signal that is the source of the output waveform of each pulse laser beam, In parallel with the generation of the original pulse waveform signal, along the time axis, an arithmetic processing is performed to repeatedly add the unit change amount to the initial value at a predetermined cycle based on the parameter data for each stage. A reference peak value characteristic restoring unit for restoring a reference peak value characteristic, and a reference pulse waveform having a desired peak value based on the original pulse waveform signal and the restored reference peak value characteristic for each of the pulse laser beams A reference pulse waveform generation unit that generates a signal; and a pulse laser generation unit that controls an output waveform and an output peak value of each pulse laser beam based on the reference pulse waveform signal.

本発明においては、一回の溶接スケジュールで用いる繰り返しパルスレーザ光について、たとえばタッチパネル等のマン・マシン・インタフェースを通じて設定入力された基準ピーク値の折線波形をパルス周期でそのままサンプリングして符号化するのではなく、時間軸上でその折線波形をその構成要素である複数の線形的な基準ピーク値特性に分解して、各ステージの基準ピーク値特性毎に所定の属性(初期値、単位変化量、演算処理回数)を示す複数のパラメータデータを生成し、これらステージ毎のパラメータデータを情報管理する。そして、上記の溶接スケジュールでレーザ加工を実施する際には、各々のパルスレーザ光の出力波形の元になる原パルス波形を生成するのと並行して、時間軸に沿って各ステージ毎にパラメータデータを基に初期値に単位変化量を所定の周期で繰り返し継ぎ足す演算処理を行って基準ピーク値特性を復元し、原パルス波形と復元された基準ピーク値特性とに基づいて基準パルス波形を生成し、この基準パルス波形に基づいてパルスレーザ発生部より発生される各パルスレーザ光の出力波形および出力ピーク値を制御する。   In the present invention, for a repetitively pulsed laser beam used in a single welding schedule, for example, a broken line waveform of a reference peak value set and inputted through a man-machine interface such as a touch panel is directly sampled at a pulse period and encoded. Instead, the broken line waveform on the time axis is decomposed into a plurality of linear reference peak value characteristics that are its constituent elements, and predetermined attributes (initial value, unit change amount, A plurality of parameter data indicating the number of times of arithmetic processing) is generated, and information management of the parameter data for each stage is performed. When laser processing is performed with the above welding schedule, the parameters for each stage along the time axis are generated in parallel with the generation of the original pulse waveform that is the source of the output waveform of each pulse laser beam. Based on the data, the unit peak is repeatedly added to the initial value at a predetermined cycle to restore the reference peak value characteristics, and the reference pulse waveform is restored based on the original pulse waveform and the restored reference peak value characteristics. Based on this reference pulse waveform, the output waveform and output peak value of each pulse laser beam generated from the pulse laser generator are controlled.

本発明の好適な一態様によれば、第2のステップ(またはステージ・パラメータデータ生成部)において、更に、パルスレーザ光の繰り返し周期に対する演算処理の周期を表す第1のフラグのデータをステージのパラメータデータの1つとして生成し、第4のステップ(または基準ピーク値特性復元部)において、第1のフラグで指示された周期で上記の演算処理を行う。あるいは、第2のステップ(またはステージ・パラメータデータ生成部)において、更に、演算分解能を表す第2のフラグのデータをステージのパラメータデータの1つとして生成し、第4のステップ(または基準ピーク値特性復元部)において、第2のフラグで指示された演算分解能で演算処理を行う。このような演算処理周期のフラグ機能あるいは演算分解能のフラグ機能により、各基準ピーク値特性を復元するための演算処理の効率および精度を同時に最適化することができる。   According to a preferred aspect of the present invention, in the second step (or stage parameter data generation unit), the first flag data indicating the cycle of the arithmetic processing with respect to the repetition cycle of the pulse laser beam is further stored in the stage. It is generated as one of the parameter data, and in the fourth step (or the reference peak value characteristic restoring unit), the above arithmetic processing is performed at the cycle indicated by the first flag. Alternatively, in the second step (or stage parameter data generation unit), the second flag data representing the calculation resolution is further generated as one of the stage parameter data, and the fourth step (or reference peak value) is generated. In the characteristic restoring unit), arithmetic processing is performed with the arithmetic resolution indicated by the second flag. By such a flag function of the calculation processing period or a flag function of the calculation resolution, the efficiency and accuracy of the calculation processing for restoring each reference peak value characteristic can be simultaneously optimized.

本発明の好適な一態様によれば、第3のステップ(または原パルス波形生成部)において、原パルス波形を0%〜200%の間で連続した任意の値を有するパルス信号として生成し、第5のステップ(または基準パルス波形発生部)において、原パルス波形の値に基準ピーク値特性の値を掛け合わせて基準パルス波形を生成する。この場合、第3のステップ(または原パルス波形生成部)において生成される原パルス波形が一定期間にわたり全て同一の波形を有してもよく、あるいは、第3のステップ(または原パルス波形生成部)において生成される原パルス波形が各々の独立した波形を有してもよい。本発明においては、一連のパルスレーザ光の出力のピーク値を規定する基準ピーク値の復元に必要なデータが実質的にステージ毎のパラメータデータだけで済むので、演算処理部のタスクやメモリのリソースが大幅に軽減され、そのぶん原パルス波形に対する波形制御の自由度や精度を向上させることができる。   According to a preferred aspect of the present invention, in the third step (or the original pulse waveform generator), the original pulse waveform is generated as a pulse signal having an arbitrary value between 0% and 200%, In the fifth step (or reference pulse waveform generation unit), a reference pulse waveform is generated by multiplying the value of the original pulse waveform by the value of the reference peak value characteristic. In this case, the original pulse waveforms generated in the third step (or the original pulse waveform generation unit) may all have the same waveform over a certain period, or the third step (or the original pulse waveform generation unit) The original pulse waveform generated in) may have each independent waveform. In the present invention, since the data necessary for restoring the reference peak value that defines the peak value of the output of a series of pulsed laser beams is substantially only parameter data for each stage, the task of the arithmetic processing unit and the memory resources Is greatly reduced, and the degree of freedom and accuracy of waveform control for the original pulse waveform can be improved.

本発明の好適な一態様においては、基準ピーク値特性設定部およびステージ・パラメータデータ生成部がCPU(マイクロコンピュータ)で構成され、基準ピーク値特性復元部がFPGA(フィールドプログラマブル・ゲートアレイ)内に構築される。この場合、FPGA内には、基準ピーク値特性に関するパラメータデータをCPUより受け取って保持するパラメータデータメモリも更に構築されるのが好ましく、各々の基準ピーク値特性を復元する度毎に当該ステージのパラメータデータをパラメータデータメモリより移して保持するバッファメモリも更に構築されてよい。   In a preferred aspect of the present invention, the reference peak value characteristic setting unit and the stage parameter data generation unit are configured by a CPU (microcomputer), and the reference peak value characteristic restoration unit is provided in an FPGA (field programmable gate array). Built. In this case, it is preferable that a parameter data memory for receiving and holding parameter data relating to the reference peak value characteristic from the CPU is further built in the FPGA, and the parameter of the stage is restored every time the reference peak value characteristic is restored. A buffer memory for transferring and holding data from the parameter data memory may be further constructed.

本発明のレーザ加工方法またはレーザ加工装置によれば、上記のような構成および作用により、パルスレーザの出力ピーク値制御におけるデータ処理効率を改善してパルスレーザ加工の性能向上を達成することができる。   According to the laser processing method or the laser processing apparatus of the present invention, the data processing efficiency in the output peak value control of the pulse laser can be improved and the performance improvement of the pulse laser processing can be achieved by the configuration and operation as described above. .

本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置(ファイバレーザ溶接機)の構成を示すプロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser processing apparatus (fiber laser welding machine) in one Embodiment of this invention. 実施形態のレーザ加工装置における制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control part in the laser processing apparatus of embodiment. レーザシーム溶接において溶接ラインの始端部へのパルスレーザ光の照射を示す略平面図である。It is a schematic plan view which shows irradiation of the pulse laser beam to the starting end part of a welding line in laser seam welding. レーザシーム溶接における溶接ラインの終端部へのパルスレーザ光の照射を示す略平面図である。It is a schematic plan view which shows irradiation of the pulse laser beam to the terminal part of the welding line in laser seam welding. 上記レーザシーム溶接における溶接スケジュールの主要な条件項目の設定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a setting of the main condition items of the welding schedule in the said laser seam welding. 図5の基準ピーク値折線波形の第1ステージの基準ピーク値特性の属性値を示す図である。It is a figure which shows the attribute value of the reference | standard peak value characteristic of the 1st stage of the reference | standard peak value broken line waveform of FIG. 第2ステージの基準ピーク値特性の属性値を示す図である。It is a figure which shows the attribute value of the reference | standard peak value characteristic of a 2nd stage. 第3ステージの基準ピーク値特性の属性値を示す図である。It is a figure which shows the attribute value of the reference | standard peak value characteristic of a 3rd stage. 第4ステージの基準ピーク値特性の属性値を示す図である。It is a figure which shows the attribute value of the reference | standard peak value characteristic of a 4th stage. 第5ステージの基準ピーク値特性の属性値を示す図である。It is a figure which shows the attribute value of the reference | standard peak value characteristic of a 5th stage. 実施形態における1ステージのパラメータデータのフォーマット例を示す図である。It is a figure which shows the example of a format of the parameter data of 1 stage in embodiment. 実施形態におけるFPGA内の回路構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structure in FPGA in embodiment. 第1ステージにおける基準ピーク値特性の復元および基準ピーク値波形の生成の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the decompression | restoration of the reference peak value characteristic in a 1st stage, and the production | generation of a reference peak value waveform. 第2ステージの始端部における基準ピーク値特性の復元および基準ピーク値波形の生成の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the reconstruction | restoration of the reference peak value characteristic in the start part of a 2nd stage, and the production | generation of a reference peak value waveform. 第2ステージの終端部における基準ピーク値特性の復元および基準ピーク値波形の生成の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the decompression | restoration of the reference peak value characteristic in the termination | terminus part of a 2nd stage, and the production | generation of a reference peak value waveform. 第3ステージにおける基準ピーク値特性の復元および基準ピーク値波形の生成の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the decompression | restoration of the reference peak value characteristic in a 3rd stage, and the production | generation of a reference peak value waveform. 第4および第5ステージにおける基準ピーク値特性の復元および基準ピーク値波形の生成の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the decompression | restoration of the reference peak value characteristic in the 4th and 5th stage, and the production | generation of a reference peak value waveform. 実施形態における出力ピーク値可変制御の一変形例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows one modification of the output peak value variable control in embodiment.

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1に、本発明の一実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す。このレーザ加工装置は、一定の期間内に一連のパルスレーザ光FBを被加工物Wに照射して所望のレーザ溶接加工を行えるファイバレーザ溶接機として構成されており、ファイバレーザ発振器10、レーザ電源12、レーザ入射部14、ファイバ伝送系15、レーザ出射部16、制御部18、タッチパネル20等を有している。   In FIG. 1, the structure of the laser processing apparatus in one Embodiment of this invention is shown. This laser processing apparatus is configured as a fiber laser welding machine capable of performing a desired laser welding process by irradiating a workpiece W with a series of pulsed laser beams FB within a certain period of time. 12, a laser incident unit 14, a fiber transmission system 15, a laser emitting unit 16, a control unit 18, a touch panel 20, and the like.

ファイバレーザ発振器10は、発振用の光ファイバ(以下「発振ファイバ」と称する。)22と、この発振ファイバ22の一端面にポンピング用の励起光MBを照射する電気光学励起部24と、発振ファイバ22を介して光学的に相対向する一対の光共振器ミラー26,28とを有しており、発振器全体でレーザ電源12より供給される電気エネルギーをレーザ光のレーザエネルギーに変換する電光変換部を構成している。   The fiber laser oscillator 10 includes an oscillation optical fiber (hereinafter referred to as “oscillation fiber”) 22, an electro-optical excitation unit 24 that irradiates one end surface of the oscillation fiber 22 with pumping excitation light MB, and an oscillation fiber. And a pair of optical resonator mirrors 26 and 28 that are optically opposed to each other via 22, and an electro-optic conversion unit that converts electrical energy supplied from the laser power source 12 into laser energy of laser light in the entire oscillator. Is configured.

電気光学励起部24は、励起光源としてのレーザダイオード(LD)30および集光用の光学レンズ32を有している。パルスレーザ光FBを用いるレーザ加工が行われる時は、LD30が、レーザ電源12より所望のパルス波形を有するLD駆動電流(またはLD励起電流)IDを供給または注入されて発光駆動され、所定波長のパルス励起光(LD光)MBを発生する。光学レンズ32は、LD30からのパルス励起光MBを発振ファイバ22の一端面に集光入射させる。LD30と光学レンズ32との間に配置される光共振器ミラー26は、LD30側から入射したパルス励起光MBを透過させ、発振ファイバ22側から入射した発振光線を共振器の光軸上で全反射するように構成されている。 The electro-optic excitation unit 24 includes a laser diode (LD) 30 as an excitation light source and a condensing optical lens 32. When laser processing using the pulsed laser beam FB is performed, the LD 30 is driven to emit light by supplying or injecting an LD drive current (or LD excitation current) ID having a desired pulse waveform from the laser power source 12 to a predetermined wavelength. Pulse excitation light (LD light) MB is generated. The optical lens 32 condenses and enters the pulse excitation light MB from the LD 30 onto one end face of the oscillation fiber 22. The optical resonator mirror 26 disposed between the LD 30 and the optical lens 32 transmits the pulse excitation light MB incident from the LD 30 side, and transmits all the oscillation light incident from the oscillation fiber 22 side on the optical axis of the resonator. It is configured to reflect.

レーザ電源12よりLD30に供給されるLD駆動電流IDを測定するために、電流センサ25およびLD電流測定回路27が設けられている。電流センサ25は、たとえばホール素子からなり、無接触でLD駆動電流IDを検出する。LD電流測定回路27は、電流センサ25の出力信号を入力してLD駆動電流IDの電流測定値(たとえば電流実効値)MIDを演算する。LD電流測定回路27で得られた電流測定値MIDは、フィードバック信号としてレーザ電源12に与えられるとともに、モニタ信号として制御部18に与えられる。 To measure the LD drive current I D supplied to the laser power source 12 from the LD 30, the current sensor 25 and the LD current measurement circuit 27 are provided. The current sensor 25 is composed of, for example, a Hall element, and detects the LD drive current ID without contact. LD current measurement circuit 27 inputs the output signal of the current sensor 25 a current measuring value of the LD drive current I D (eg, current effective value) is calculated M ID. The current measurement value M ID obtained by the LD current measurement circuit 27 is supplied to the laser power source 12 as a feedback signal and to the control unit 18 as a monitor signal.

発振ファイバ22は、図示省略するが、発光元素としてたとえば希土類元素のイオンをドープしたコアと、このコアを同軸に取り囲むクラッドとを有しており、コアを活性媒体とし、クラッドを励起光の伝播光路としている。上記のようにして発振ファイバ22の一端面に入射したパルス励起光MBは、クラッド外周界面の全反射によって閉じ込められながら発振ファイバ22の中を軸方向に伝搬し、その伝搬中にコアを何度も横切ることでコア中の希土類元素イオンを光励起する。こうして、コアの両端面から軸方向に所定波長の発振光線が放出され、この発振光線が光共振器ミラー26,28の間を何度も行き来して共振増幅され、部分反射ミラーからなる片側の光共振器ミラー28より該所定波長を有するパルスレーザ光FBが取り出される。   Although not shown, the oscillation fiber 22 has a core doped with, for example, rare earth element ions as a light emitting element, and a clad surrounding the core coaxially. The core is used as an active medium, and the clad is used as the propagation of excitation light. The light path. The pulse excitation light MB incident on one end face of the oscillation fiber 22 as described above propagates in the oscillation fiber 22 in the axial direction while being confined by total reflection at the cladding outer peripheral interface. Across the core, photoexcites rare earth ions in the core. In this way, an oscillating light beam having a predetermined wavelength is emitted in the axial direction from both end faces of the core, and this oscillating light beam travels back and forth between the optical resonator mirrors 26 and 28 and is resonantly amplified. The pulse laser beam FB having the predetermined wavelength is extracted from the optical resonator mirror 28.

なお、光共振器内において、光学レンズ32,34は、発振ファイバ22の端面から放出されてきた発振光線を平行光にコリメートして光共振器ミラー26,28へ通し、光共振器ミラー26,28で反射して戻ってきた発振光線を発振ファイバ22の端面に集光させる。また、発振ファイバ22を通り抜けたパルス励起光MBは、光学レンズ34および光共振器ミラー28を透過したのち折り返しミラー36にて側方のレーザ吸収体38に向けて折り返される。光共振器ミラー28より出力されたパルスレーザ光FBは、この折り返しミラー36をまっすぐ透過し、次いでビームスプリッタ40を通ってからレーザ入射部14に入る。   In the optical resonator, the optical lenses 32 and 34 collimate the oscillating light beam emitted from the end face of the oscillating fiber 22 into parallel light and pass it to the optical resonator mirrors 26 and 28. The oscillation light beam reflected and returned by 28 is condensed on the end face of the oscillation fiber 22. The pulse excitation light MB that has passed through the oscillation fiber 22 passes through the optical lens 34 and the optical resonator mirror 28, and is then folded back toward the side laser absorber 38 by the folding mirror 36. The pulsed laser beam FB output from the optical resonator mirror 28 passes straight through the folding mirror 36 and then passes through the beam splitter 40 before entering the laser incident portion 14.

ビームスプリッタ40は、入射したパルスレーザ光FBのごく一部(たとえば1%)を所定方向つまりパワーモニタ用のフォトセンサ(PD)42側へ反射し、残りの大部分(99%)をまっすぐ透過させる。フォトセンサ(PD)42の正面には、ビームスプリッタ40からの反射光またはモニタ光RFBを集光させる集光レンズ44が配置されている。 The beam splitter 40 reflects a small portion (for example, 1%) of the incident pulse laser beam FB in a predetermined direction, that is, the power sensor photosensor (PD) 42 side, and transmits the remaining most (99%) straight. Let A condensing lens 44 that condenses the reflected light from the beam splitter 40 or the monitor light R FB is disposed in front of the photo sensor (PD) 42.

フォトセンサ(PD)42は、ビームスプリッタ40からのモニタ光RFBを光電変換して、パルスレーザ光FBのレーザ出力(パワー)を表す電気信号(レーザ出力測定信号)を出力する。レーザ出力測定回路45は、フォトセンサ42の出力信号を基に、アナログ信号処理によってパルスレーザ光FBのレーザ出力測定値MFBを求める。レーザ出力測定回路45で得られたレーザ出力測定値MFBは、フィードバック信号としてレーザ電源12に与えられるとともに、モニタ信号として制御部18に与えられる。 The photosensor (PD) 42 photoelectrically converts the monitor light R FB from the beam splitter 40 and outputs an electrical signal (laser output measurement signal) representing the laser output (power) of the pulsed laser light FB. The laser output measurement circuit 45 obtains the laser output measurement value M FB of the pulsed laser light FB by analog signal processing based on the output signal of the photosensor 42. The laser output measurement value M FB obtained by the laser output measurement circuit 45 is supplied to the laser power source 12 as a feedback signal and to the control unit 18 as a monitor signal.

ビームスプリッタ40をまっすぐ透過してレーザ入射部14に入ったパルスレーザ光FBは、最初にベントミラー46で所定方向に折り返され、次いで入射ユニット48内で集光レンズ50により集光されてファイバ伝送系15の伝送用光ファイバ(以下「伝送ファイバ」と称する。)52の一端面に入射する。伝送用光ファイバ52は、たとえばSI(ステップインデックス)形ファイバからなり、入射ユニット48内で入射したパルスレーザ光FBをレーザ出射部16の出射ユニット54まで伝送する。出射ユニット54は、伝送ファイバ52の終端面より出たパルスレーザ光FBを平行光にコリメートするコリメートレンズ56と、平行光のパルスレーザ光FBを所定の焦点位置つまり加工ステージ60上の被加工物WPに集光させる集光レンズ58とを有している。   The pulsed laser beam FB that passes straight through the beam splitter 40 and enters the laser incident portion 14 is first folded in a predetermined direction by the vent mirror 46 and then condensed by the condenser lens 50 in the incident unit 48 and transmitted through the fiber. The light is incident on one end face of a transmission optical fiber (hereinafter referred to as “transmission fiber”) 52 of the system 15. The transmission optical fiber 52 is made of, for example, an SI (step index) fiber, and transmits the pulsed laser light FB incident in the incident unit 48 to the emission unit 54 of the laser emission unit 16. The emission unit 54 includes a collimator lens 56 that collimates the pulse laser beam FB emitted from the end face of the transmission fiber 52 into parallel light, and the parallel pulse laser beam FB at a predetermined focal position, that is, a workpiece on the processing stage 60. And a condensing lens 58 for condensing light on the WP.

被加工物WPにおいては、パルスレーザ光FBが集光照射した溶接ポイントまたは溶接ライン上でレーザエネルギーにより被加工材質が溶融し、パルス照射終了後に凝固してナゲットが形成される。一回の溶接スケジュールで多数(一連)のパルスレーザ光FBを一定周期で繰り返し被加工物WPに照射するときは、上記の各部の動作がその一定周期(繰り返し周波数)で繰り返される。   In the workpiece WP, the workpiece material is melted by laser energy on the welding point or welding line where the pulsed laser beam FB is focused and irradiated, and solidifies after the pulse irradiation to form a nugget. When the workpiece WP is repeatedly irradiated with a large number (a series) of pulsed laser beams FB at a constant cycle in a single welding schedule, the operation of each part described above is repeated at the constant cycle (repetition frequency).

加工ステージ60は、たとえばXYテーブル機構を有しており、レーザシーム溶接が行われる時は、パルスレーザ光FBのビームスポットが被加工物WP上で溶接ラインに沿って移動するように、制御部18の制御の下で被加工物WPをXY方向で動かすように構成されている。   The processing stage 60 has, for example, an XY table mechanism, and when laser seam welding is performed, the control unit 18 so that the beam spot of the pulsed laser beam FB moves along the welding line on the workpiece WP. The workpiece WP is configured to move in the XY directions under the above control.

ファイバレーザ発振器10は、発振ファイバ22が口径10μm程度、長さ数メートル程度の細長いコアを活性媒体とするため、ビーム径が細くてビーム広がり角の小さなパルスレーザ光FBを発振出力することができる。しかも、発振ファイバ22の一端面に入射した励起光MBが発振ファイバ22の中で数メートルの長い光路を伝搬する間に何度もコアを横切って励起エネルギーを使い果たすので、非常に高い発振効率でパルスレーザ光FBを生成することができる。また、ファイバレーザ発振器10は、発振ファイバ22のコアが熱レンズ効果を起こさないため、ビームモードが非常に安定している。   The fiber laser oscillator 10 oscillates and outputs pulsed laser light FB with a narrow beam diameter and a small beam divergence angle because the oscillation fiber 22 uses an elongated core having a diameter of about 10 μm and a length of several meters as an active medium. . In addition, since the excitation light MB incident on one end face of the oscillation fiber 22 propagates through the long optical path of several meters in the oscillation fiber 22 and exhausts the excitation energy many times, the oscillation efficiency is very high. The pulse laser beam FB can be generated. The fiber laser oscillator 10 has a very stable beam mode because the core of the oscillation fiber 22 does not cause a thermal lens effect.

このファイバレーザ溶接機は、後述するように、1回の溶接スケジュール内の一連のパルスレーザ光FBについてそれらの出力(パワー)ピーク値を複数の各区間毎に所望のリニア(線形的)な特性で可変できるようになっており、しかもパルスレーザの出力ピーク値制御に関して制御部18内のCPUおよびメモリの負担を従来よりも大幅に軽減し、そのぶんCPUの演算処理能力とメモリのリソースを他の機能(パルス波形制御、良否判定等)に充てており、精密溶接加工の厳しい要求仕様にも十分余裕を持って対応できるようになっている。   As will be described later, this fiber laser welder has desired output (power) peak values for a series of pulsed laser beams FB within a single welding schedule for each of a plurality of sections. In addition, the burden on the CPU and memory in the control unit 18 regarding the output peak value control of the pulse laser is greatly reduced as compared with the prior art. These functions (pulse waveform control, pass / fail judgment, etc.) can be used with sufficient margin to meet the strict requirements for precision welding.

図2に、この実施形態における制御部18の具体的な構成例を示す。図示のように、制御部18は、ハードウェア的には、CPU(マイクロコンピュータ)64、FPGA(フィールドプログラマブル・ゲートアレイ)66、ディジタル−アナログ(D/A)変換器68,アナログ−ディジタル(A/D)変換器70,72および接続装置74を有している。   FIG. 2 shows a specific configuration example of the control unit 18 in this embodiment. As illustrated, the control unit 18 includes a CPU (microcomputer) 64, an FPGA (field programmable gate array) 66, a digital-analog (D / A) converter 68, an analog-digital (A) in terms of hardware. / D) converters 70 and 72 and a connecting device 74 are provided.

CPU64は、中央演算処理装置、プログラムメモリ、データメモリおよびインタフェース回路等を含んでおり、プログラムメモリに格納されている各種プログラム(ソフトウェア)にしたがって装置全体ないし各部の動作を制御する。特に、1回の溶接スケジュールで繰り返しパルスレーザ光FBを用いるレーザ加工における出力ピーク値制御に関して、CPU64は、タッチパネル20の表示部20aおよび入力部20bを介してユーザ(作業員、保守員等)の希望する基準ピーク値特性を入力する。   The CPU 64 includes a central processing unit, a program memory, a data memory, an interface circuit, and the like, and controls the operation of the entire apparatus or each unit according to various programs (software) stored in the program memory. In particular, regarding the output peak value control in the laser processing using the pulse laser beam FB repeatedly in one welding schedule, the CPU 64 can be used by the user (worker, maintenance staff, etc.) via the display unit 20a and the input unit 20b of the touch panel 20. Enter the desired reference peak value characteristics.

ここで、図3に示すように、円形の金属キャップ76の外周縁部をレーザシーム溶接で下地の本体(図示せず)に接合するレーザ加工を例にとる。このレーザシーム溶接は、金属キャップ76の外周縁部に設定された環状の溶接ライン78に沿って一連のパルスレーザ光FBのビームスポットBSFBを少しずつずらして重ね合わせながら移動させる。この場合、始端部ないし終端部の接合仕上がりないし接合強度を確実なものとするために、図4に示すようにシーム溶接部を一周よりも少しオーバーランさせて終端部を始端部にオーバーラップさせる。 Here, as shown in FIG. 3, laser processing for joining the outer peripheral edge of a circular metal cap 76 to a base body (not shown) by laser seam welding is taken as an example. In this laser seam welding, a beam spot BS FB of a series of pulsed laser beams FB is moved little by little along the annular welding line 78 set at the outer peripheral edge of the metal cap 76 while being overlapped. In this case, in order to ensure the joining finish or joining strength of the starting end portion or the terminal end portion, as shown in FIG. 4, the seam welded portion is slightly overrun by one round to overlap the terminal end portion with the starting end portion. .

上記のようなレーザシーム溶接(図3、図4)のために、ユーザは、タッチパネル20を通じて、溶接スケジュールで設定可能な各条件項目について所望の特性または値を入力する。   For laser seam welding (FIGS. 3 and 4) as described above, the user inputs desired characteristics or values for each condition item that can be set in the welding schedule through the touch panel 20.

より詳しくは、当該溶接スケジュールの加工に用いられる繰り返しパルスレーザ光FB1〜FBnの個数(n)、繰り返し周期や、各パルスレーザ光FBの出力波形の基本となる原パルス波形fbの特性(波形形状、ピーク値、パルス幅)等が設定入力される。図5の設定入力例では、当該溶接スケジュールで選定された加工時間内に5000個の繰り返しパルスレーザ光FB1〜FB5000が設定され、それらのパルスレーザ光FB1〜FB5000にそれぞれ対応する5000個の原パルス波形fb1〜fb5000について全部同一の波形形状(矩形)、ピーク値およびパルス幅が設定されている。ここで、原パルス波形fbiのピーク値は、0〜200%の任意の値を有する相対値で表される。 More specifically, the number (n) of the repetitive pulse laser beams FB 1 to FB n used for the processing of the welding schedule, the repetitive cycle, and the characteristics of the original pulse waveform fb that is the basis of the output waveform of each pulse laser light FB ( Waveform shape, peak value, pulse width) etc. are set and input. In the setting input example of FIG. 5, 5000 repetitive pulse laser beams FB 1 to FB 5000 are set within the machining time selected in the welding schedule, and 5000 corresponding to the pulse laser beams FB 1 to FB 5000 respectively. The same waveform shape (rectangle), peak value, and pulse width are set for each of the original pulse waveforms fb 1 to fb 5000 . Here, the peak value of the original pulse waveform fb i is represented by a relative value having an arbitrary value of 0 to 200%.

さらに、この実施形態では、パルスレーザ光FB1〜FBnの出力のピーク値を規定する基準ピーク値について、たとえばシリアルに繋ぎ合わさる複数(たとえば5つ)のステージの線形的な基準ピーク値特性A1,A2,A3,A4,A5が折線波形および/またはデータ表の形態で設定入力される。 Further, in this embodiment, for the reference peak values that define the peak values of the outputs of the pulse laser beams FB 1 to FB n , for example, linear reference peak value characteristics A of a plurality of (for example, five) stages connected serially. 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 are set and input in the form of a broken line waveform and / or data table.

第1ステージの基準ピーク値特性A1は、1〜99発目のパルスレーザ光FB1〜FB99に対するものであり、パルス繰り返し回数が増えるにしたがって相当大きな勾配でリニアに上昇するアップ・スロープの波形を示し、始端の値(初期値)が10Wである。 The reference peak value characteristic A 1 of the first stage is for the 1st to 99th pulse laser beams FB 1 to FB 99 , and is an up-slope that rises linearly with a considerably large gradient as the number of pulse repetitions increases. A waveform is shown, and the starting value (initial value) is 10 W.

第2ステージの基準ピーク値特性A2は、100〜2999発目のパルスレーザ光FB100〜FB2999に対するものであり、パルスの繰り返し回数が増えるにしたがって非常に小さな勾配でリニアに低下するダウン・スロープの波形を示し、始端の値(初期値)が500Wである。 Reference peak value characteristic A 2 of the second stage is for the pulsed laser beam FB 100 ~FB 2999 of 100-2999 shot eyes, down to decrease to a very linear with small slope in accordance with the number of repetitions of the pulse is increased The waveform of the slope is shown, and the starting value (initial value) is 500 W.

第3ステージの基準ピーク値特性A3は、3000〜3999発目のパルスレーザ光FB3000〜FB3999に対するものであり、パルスの繰り返し回数に依らずに一定の値を保ち続けるフラットな波形を示し、始端の値(初期値)が400Wである。 The third stage reference peak value characteristic A 3 is for the 3000 to 3999th pulse laser beams FB 3000 to FB 3999 , and shows a flat waveform that keeps a constant value regardless of the number of pulse repetitions. The starting value (initial value) is 400W.

第4ステージの基準ピーク値特性A4は、4000〜4999発目のパルスレーザ光FB4000〜FB4999に対するものであり、パルスの繰り返し回数が増えるにしたがって比較的小さな勾配でリニアに低下するダウン・スロープの波形を示し、始端の値(初期値)が400Wである。 The reference peak value characteristic A 4 of the fourth stage is for the 4000 to 4999th pulse laser beams FB 4000 to FB 4999 , and is a down / linear decrease with a relatively small gradient as the number of pulse repetitions increases. The waveform of the slope is shown, and the starting value (initial value) is 400W.

第5ステージ(最後)の基準ピーク値特性A5は、5000発目(最後)のパルスレーザ光FB5000だけに対するものであり、始端(かつ終端)の値が10Wである。 Reference peak value characteristic A 5 of the fifth stage (final) are those against only pulsed laser light FB 5000 5000 shots th (last), the value of the start (and end) is 10 W.

制御部18において、CPU64は、タッチパネル20を通じて設定入力された上記のような基準ピーク値の折線波形を従来のようにパルス周期でそのままサンプリングして符号化するのではなく、時間軸上でその折線波形をその構成要素である複数(5つ)のリニアな上記の基準ピーク値特性A1,A2,A3,A4,A5に分解し、図6〜図10に示すように、各々の基準ピーク値特性A1〜A5毎にその属性を示す所定のパラメータデータを生成する。 In the control unit 18, the CPU 64 does not sample and encode the broken line waveform of the reference peak value set and inputted through the touch panel 20 as it is in the pulse period as in the prior art, but the broken line waveform on the time axis. The waveform is decomposed into a plurality of (five) linear reference peak value characteristics A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , and A 5 as its constituent elements, and as shown in FIGS. For each of the reference peak value characteristics A 1 to A 5, predetermined parameter data indicating the attribute is generated.

この実施形態では、各ステージの基準ピーク値特性A1〜A5について、(1)始端の値を表す「初期値」のデータ、(2)演算処理一回当たりの変化量を表す「単位変化量」のデータ、(3)初期値に変化量を繰り返し継ぎ足す演算処理の回数(時間軸分解能)を表す「演算回数」のデータ、および(4)パルス周期に対する演算の周期および分解能をそれぞれ示す「演算周期フラグ/分解能フラグ」のデータ、の4種類のパラメータデータがCPU64で生成される。 In this embodiment, with respect to the reference peak value characteristics A 1 to A 5 of each stage, (1) “initial value” data representing the start value, and (2) “unit change” representing the amount of change per calculation process. Amount ”data, (3)“ Number of times of operation ”data indicating the number of times of calculation processing (time-axis resolution) repeatedly adding the amount of change to the initial value, and (4) Indicates the cycle and resolution of the calculation for the pulse period. Four types of parameter data, “calculation cycle flag / resolution flag” data, are generated by the CPU 64.

かかるパラメータデータの生成において、初期値(W)および単位変化量(W)は電圧(V)に対応する所定ビット幅のディジタル値に換算される。この実施形態では、設定可能な初期値(W)の最小値は0(W)、最大値は625(W)であり、13ビット(0〜4095)のディジタル値に変換される。   In generating the parameter data, the initial value (W) and the unit change amount (W) are converted into a digital value having a predetermined bit width corresponding to the voltage (V). In this embodiment, the minimum value of the initial value (W) that can be set is 0 (W) and the maximum value is 625 (W), which is converted into a 13-bit (0 to 4095) digital value.

また、「単位変化量」には、絶対値を表す15ビット(0〜30000)のデータと符合(+/−)を表す1ビットのデータが用いられる。ここで、「単位変化量」データの小数点の位置は、2ビットの「分解能フラグ」で指示される。すなわち、「単位変化量」のディジタル値を0〜3000.0であるとして演算処理を行わせる場合は、通常分解能のモードとし、「分解能フラグ」に(0,0)がセットされる。「単位変化量」のディジタル値を0〜300.00であるとして演算処理を行わせる場合は、高分解能のモードとし、「分解能フラグ」に(0,1)がセットされる。「単位変化量」のディジタル値を0〜30.000であるとして演算処理を行わせる場合は、超高分解能のモードとし、「分解能フラグ」に(1,0)がセットされる。   For the “unit change amount”, 15-bit (0 to 30000) data representing an absolute value and 1-bit data representing a sign (+/−) are used. Here, the position of the decimal point of the “unit change amount” data is indicated by a 2-bit “resolution flag”. That is, when the arithmetic processing is performed assuming that the digital value of the “unit change amount” is 0 to 3000.0, the normal resolution mode is set and (0, 0) is set in the “resolution flag”. When the arithmetic processing is performed assuming that the digital value of “unit change amount” is 0 to 300.00, the high resolution mode is set, and (0, 1) is set in the “resolution flag”. When the arithmetic processing is performed assuming that the digital value of “unit change amount” is 0 to 30.000, the mode is set to the super-high resolution, and (1,0) is set in the “resolution flag”.

図示の例では、「演算回数」をパルス繰り返し回数に一致させ、「演算周期」をパルス周期に一致させているが、これは一例であり、それぞれ独立した値に設定可能である。   In the example shown in the figure, the “calculation count” is made to coincide with the pulse repetition count, and the “calculation cycle” is made to coincide with the pulse cycle, but this is an example, and each can be set to an independent value.

CPU64は、各基準ピーク値特性A1〜A5毎に生成した1ステージ分の上記4種類のパラメータデータを、たとえば図11に示すようなフォーマットで1セットにまとめて管理する。 The CPU 64 manages the above four types of parameter data for one stage generated for each of the reference peak value characteristics A 1 to A 5 in a set as shown in FIG. 11, for example.

図12に、この実施形態においてFPGA66内に構築される各種回路の一構成例を示す。図示のように、FPGA66には、データメモリ80、制御回路82、ステージ・パラメータデータ・バッファメモリ84、原パルス波形生成回路86、基準ピーク値演算回路88、設定基準ピーク値レジスタ90、バッファレジスタ92、基準パルス波形発生回路94、サイクルカウンタ96、基準パルス波形出力回路98、基準パルス波形積分回路100、電流モニタ波形バッファメモリ102,レーザ出力モニタ波形バッファメモリ104、電流モニタ波形積分回路106、レーザ出力モニタ波形積分回路108、比較判定回路110等が作り込まれる。これらの回路80〜110の動作に必要なクロックは外部のクロック回路112から供給される。   FIG. 12 shows an example of the configuration of various circuits built in the FPGA 66 in this embodiment. As illustrated, the FPGA 66 includes a data memory 80, a control circuit 82, a stage parameter data buffer memory 84, an original pulse waveform generation circuit 86, a reference peak value calculation circuit 88, a set reference peak value register 90, and a buffer register 92. , Reference pulse waveform generation circuit 94, cycle counter 96, reference pulse waveform output circuit 98, reference pulse waveform integration circuit 100, current monitor waveform buffer memory 102, laser output monitor waveform buffer memory 104, current monitor waveform integration circuit 106, laser output A monitor waveform integration circuit 108, a comparison determination circuit 110, and the like are built in. A clock necessary for the operation of these circuits 80 to 110 is supplied from an external clock circuit 112.

データメモリ80には、レーザ溶接加工の開始に先立って、当該溶接スケジュールにおいてレーザ電源12に与えるべきフィードバック制御信号(基準パルス波形信号CS)の生成に必要なデータがCPU64より書き込まれる。その中でも、基準ピーク値特性の復元に用いられるパラメータデータ(図11)と、原パルス波形fbの生成または再生に用いられるデータが特に重要である。   Prior to the start of the laser welding process, data necessary for generating a feedback control signal (reference pulse waveform signal CS) to be given to the laser power source 12 in the welding schedule is written in the data memory 80 by the CPU 64. Among them, parameter data (FIG. 11) used for restoring the reference peak value characteristics and data used for generating or reproducing the original pulse waveform fb are particularly important.

制御回路82は、CPU64から所要の制御信号および制御に関連した各種データを受け取り、FPGA66内の各部を制御する。   The control circuit 82 receives a required control signal and various data related to the control from the CPU 64 and controls each part in the FPGA 66.

ステージ・パラメータデータ・バッファメモリ84は、各基準ピーク値特性の復元処理を順次実行する際に、各ステージ毎にデータメモリ80よりパラメータデータ(図11)を取り込んで保持する。   The stage parameter data buffer memory 84 fetches and holds the parameter data (FIG. 11) from the data memory 80 for each stage when sequentially executing the restoration processing of each reference peak value characteristic.

原パルス波形生成回路86は、当該溶接スケジュールで設定された原パルス波形fbをパルス周期で繰り返し発生する。図5の例では、タッチパネル20上で、溶接スケジュールの全期間に亘って同一波形(矩形波)の原パルス波形fb1,fb2,fb3,・・・が設定されている。原パルス波形生成回路86は、原パルス波形fbを一定の周期でサンプリングして得られた原パルス波形データ、あるいは原パルス波形fbを所定のアルゴリズムで圧縮または分解して得られた原パルス波形データをCPU80からデータメモリ80を介して受け取り、その原パルス波形データに基づいて原パルス波形fb1,fb2,fb3,・・・のディジタル信号を生成する。 The original pulse waveform generation circuit 86 repeatedly generates the original pulse waveform fb set in the welding schedule with a pulse period. In the example of FIG. 5, the original pulse waveforms fb 1 , fb 2 , fb 3 ,... Having the same waveform (rectangular wave) are set on the touch panel 20 over the entire period of the welding schedule. The original pulse waveform generation circuit 86 generates original pulse waveform data obtained by sampling the original pulse waveform fb at a constant period, or original pulse waveform data obtained by compressing or decomposing the original pulse waveform fb with a predetermined algorithm. Are received from the CPU 80 via the data memory 80, and digital signals of the original pulse waveforms fb 1 , fb 2 , fb 3 ,... Are generated based on the original pulse waveform data.

基準ピーク値演算回路88は、制御回路82の制御の下で、時間軸に沿って、各ステージのパラメータデータ(図11)を基に所定の演算(初期値に単位変化量を継ぎ足す演算)を一定周期(「演算周期」フラグで指定された周期)で繰り返し行って、各基準ピーク値特性(A1〜A5)を順次復元する。この演算処理のために、各ステージのパラメータデータがデータメモリ80よりステージ・パラメータデータ・バッファメモリ86に上書きで転送される。 The reference peak value calculation circuit 88 performs a predetermined calculation (calculation that adds the unit change amount to the initial value) based on the parameter data (FIG. 11) of each stage along the time axis under the control of the control circuit 82. Are repeatedly performed at a constant period (period designated by the “calculation period” flag), and the respective reference peak value characteristics (A 1 to A 5 ) are sequentially restored. For this arithmetic processing, the parameter data of each stage is transferred from the data memory 80 to the stage parameter data buffer memory 86 by overwriting.

設定基準ピーク値レジスタ90は、当該溶接スケジュールにおいて一連のパルスレーザ光FB1〜FBnの出力ピーク値を全て一定値に揃えるモードが選択された場合に用いられ、基準ピーク値の代表値(設定値)を保持する。たとえば、図5の設定例において、ユーザが500Wを代表値(設定値)に選んだ場合は、500Wに対応する電圧(V)のディジタル値(“3276”)がCPU64よりデータメモリ80を介して設定基準ピーク値レジスタ90にロードされる。 The set reference peak value register 90 is used when a mode in which the output peak values of a series of pulse laser beams FB 1 to FB n are all set to a constant value is selected in the welding schedule, and a representative value (set value) of the reference peak value is set. Value). For example, in the setting example of FIG. 5, when the user selects 500 W as the representative value (setting value), the digital value (“3276”) of the voltage (V) corresponding to 500 W is transmitted from the CPU 64 via the data memory 80. The setting reference peak value register 90 is loaded.

バッファレジスタ92は、基準ピーク値演算回路88より上記一定周期で得られる各基準ピーク値特性(A1〜A5)の値aiを逐次上書きで保持して基準パルス発生回路94に与える。また、設定基準ピーク値レジスタ90に保持されている代表値(設定値)が基準ピーク値に用いられる場合は、その代表値(設定値)がバッファレジスタ92を介して基準パルス発生回路94に与えられる。 The buffer register 92 holds the values a i of the respective reference peak value characteristics (A 1 to A 5 ) obtained from the reference peak value calculation circuit 88 at the above-mentioned fixed period by sequentially overwriting, and gives them to the reference pulse generation circuit 94. When the representative value (set value) held in the set reference peak value register 90 is used as the reference peak value, the representative value (set value) is given to the reference pulse generation circuit 94 via the buffer register 92. It is done.

基準パルス波形発生回路94は、乗算回路からなり、原パルス波形生成回路86からパルス繰り返し周波数で出力される原パルス波形信号fbiに基準ピーク値演算回路88からの基準ピーク値特性の値aiを掛け合わせて基準パルス波形信号CSiを生成する。この基準パルス波形信号CSiは、パルスレーザ光FBiの出力(波形およびピーク値)を規定または指示するディジタル信号である。 The reference pulse waveform generation circuit 94 includes a multiplication circuit. The reference pulse value characteristic value a i from the reference peak value calculation circuit 88 is added to the original pulse waveform signal fb i output from the original pulse waveform generation circuit 86 at the pulse repetition frequency. To generate a reference pulse waveform signal CS i . The reference pulse waveform signal CS i is a digital signal that defines or indicates the output (waveform and peak value) of the pulse laser beam FB i .

基準パルス波形出力回路98は、基準パルス波形演算回路94より生成される各基準パルス波形信号CSiをラッチし、レーザ電源12に対するフィードバック制御信号として所定のタイミングで出力する。 The reference pulse waveform output circuit 98 latches each reference pulse waveform signal CS i generated by the reference pulse waveform calculation circuit 94 and outputs it as a feedback control signal for the laser power source 12 at a predetermined timing.

サイクルカウンタ96は、基準パルス波形発生回路94(あるいは基準ピーク値演算回路88)より各演算処理の終了時に発生される所定のパルスをカウントし、カウント値が設定値に達した時に当該ステージの演算処理がすべて終了したことを知らせる信号Kを制御回路82に与える。   The cycle counter 96 counts a predetermined pulse generated at the end of each calculation process from the reference pulse waveform generation circuit 94 (or the reference peak value calculation circuit 88). When the count value reaches a set value, the cycle counter 96 calculates the corresponding stage. A signal K is sent to the control circuit 82 to notify that all processing has been completed.

基準パルス波形積分回路100は、基準パルス波形出力回路98より出力される各基準パルス波形信号CSiの瞬時値(ディジタル値)を取り込んで累積加算し、基準パルス波形CSiの積分値を求める。 The reference pulse waveform integration circuit 100 takes in the instantaneous value (digital value) of each reference pulse waveform signal CS i output from the reference pulse waveform output circuit 98 and cumulatively adds it to obtain an integrated value of the reference pulse waveform CS i .

電流モニタ波形バッファメモリ102は、LD電流測定回路27より接続回路74およびA/D変換器70(図2)を介して送られてくるLD駆動電流測定値MIDをラッチする。電流モニタ波形積分回路106は、電流モニタ波形バッファメモリ102より一定周期毎にLD駆動電流測定値MIDを取り込んで累積加算し、LD駆動電流モニタ波形の積分値を求める。 The current monitor waveform buffer memory 102 latches the LD drive current measurement value M ID sent from the LD current measurement circuit 27 via the connection circuit 74 and the A / D converter 70 (FIG. 2). The current monitor waveform integration circuit 106 takes in the LD drive current measurement value M ID from the current monitor waveform buffer memory 102 at regular intervals, and cumulatively adds it to obtain the integrated value of the LD drive current monitor waveform.

レーザ出力モニタ波形バッファメモリ104は、レーザ出力測定回路45より接続回路74およびA/D変換器72(図2)を介して送られてくるレーザ出力測定値MFBをラッチする。レーザ出力モニタ波形積分回路108は、レーザ出力モニタ波形バッファメモリ104より一定周期毎にレーザ出力測定値MFBを取り込んで累積加算し、レーザ出力モニタ波形の積分値を求める。 The laser output monitor waveform buffer memory 104 latches the laser output measurement value M FB sent from the laser output measurement circuit 45 via the connection circuit 74 and the A / D converter 72 (FIG. 2). The laser output monitor waveform integration circuit 108 takes in the laser output measurement value MFB from the laser output monitor waveform buffer memory 104 at regular intervals, and accumulates and calculates the integrated value of the laser output monitor waveform.

比較判定回路110は、1回のモニタ期間が終了する度毎に、基準パルス波形積分回路100で得られている基準波形の積分値と電流モニタ波形積分回路106で得られているLD駆動電流モニタ波形の積分値あるいはレーザ出力モニタ波形積分回路108で得られているレーザ出力モニタ波形の積分値とを比較して、その差分(誤差)を求め、その誤差が所定の許容範囲内に入っているか否かの判定(良否判定)を行う。そして、不良の判定結果が出たときは、これをCPU64に伝えるようになっている。   The comparison / determination circuit 110 is configured such that the integration value of the reference waveform obtained by the reference pulse waveform integration circuit 100 and the LD drive current monitor obtained by the current monitor waveform integration circuit 106 each time one monitoring period ends. The integrated value of the waveform or the integrated value of the laser output monitor waveform obtained by the laser output monitor waveform integrating circuit 108 is compared to obtain a difference (error), and whether the error is within a predetermined allowable range. Judgment of whether or not (good or bad judgment) is performed. And when the determination result of a defect comes out, this is transmitted to CPU64.

なお、不良の判定結果をCPU64に送るときは、バッファメモリ102,104に蓄積されているモニタ波形のデータもCPU64に送れるようになっている。   Note that, when the result of the failure determination is sent to the CPU 64, the monitor waveform data stored in the buffer memories 102 and 104 can also be sent to the CPU 64.

レーザ電源12(図1)は、図示省略するが、直流電源、LD駆動回路、コンパレータ、フィードバック信号選択回路等を有している。直流電源は、たとえばインバータ回路あるいはスイッチングレギュレータ回路からなり、一定のLD駆動電圧を出力する。LD駆動回路は、LD駆動電圧からLD駆動電流IDを生成するV−I変換回路からなり、FPGA66の基準波形出力回路90よりD/A変換器68および接続回路74を介して送られてくるアナログの基準パルス波形信号CSに倣うようにLD駆動電流IDを可変する。コンパレータは、FPGA66からのアナログ基準パルス波形信号CSを指令信号として入力するとともに、フィードバック信号選択回路よりLD駆動電流測定値MIDもしくはレーザ出力測定値MFBをフィードバック信号として入力し、両入力信号の差分を表す誤差信号を出力する。LD駆動回路は、誤差信号を零にする方向にLD駆動電流IDを可変する。フィードバック信号選択回路は、CPU64の制御の下で、LD駆動電流IDに対してフィードバック制御をかけるときはLD駆動電流測定値MIDを選択し、ファイバレーザ光FBの出力に対してフィードバック制御をかけるときはレーザ出力測定値MFBを選択するようになっている。 Although not shown, the laser power source 12 (FIG. 1) includes a DC power source, an LD drive circuit, a comparator, a feedback signal selection circuit, and the like. The DC power source is composed of, for example, an inverter circuit or a switching regulator circuit, and outputs a constant LD drive voltage. The LD drive circuit includes a V-I conversion circuit that generates an LD drive current ID from the LD drive voltage, and is sent from the reference waveform output circuit 90 of the FPGA 66 through the D / A converter 68 and the connection circuit 74. The LD drive current ID is varied so as to follow the analog reference pulse waveform signal CS. The comparator inputs the analog reference pulse waveform signal CS from the FPGA 66 as a command signal, and also inputs the LD drive current measurement value M ID or the laser output measurement value M FB as a feedback signal from the feedback signal selection circuit, and both input signals An error signal representing the difference is output. The LD drive circuit varies the LD drive current ID in a direction to make the error signal zero. Feedback signal selection circuit, under the control of the CPU 64, selects the LD drive current measurement value M ID when applying feedback control for the LD drive current I D, the feedback control for the output of the fiber laser beam FB When applying, the laser output measurement value MFB is selected.

図13〜図17に、図5の設定例によるレーザシーム溶接(図3、図4)が行われる時のFPGA66内の主要な作用(特に基準ピーク値の復元と基準パルス波形の生成)を波形図で示す。   FIGS. 13 to 17 are waveform diagrams showing main actions (particularly, restoration of the reference peak value and generation of the reference pulse waveform) in the FPGA 66 when laser seam welding (FIGS. 3 and 4) according to the setting example of FIG. 5 is performed. It shows with.

レーザシーム溶接の加工が開始されると、原パルス波形生成回路86は、データメモリ80に格納されている原パルス波形データに基づいて同一波形およびピーク値を有する矩形の原パルス波形fb1,fb2,fb3,・・・のディジタル信号を一定周期ΔTBで順次生成する。この例では、原パルス波形fb1のトップピーク値が100%に設定されているものとする。 When the laser seam welding process is started, the original pulse waveform generation circuit 86 has rectangular original pulse waveforms fb 1 and fb 2 having the same waveform and peak value based on the original pulse waveform data stored in the data memory 80. , Fb 3 ,... Are sequentially generated with a constant period ΔT B. In this example, it is assumed that the top peak value of the original pulse waveform fb 1 is set to 100%.

一方、基準ピーク値演算回路88は、ステージ・パラメータデータ・バッファメモリ86に保持されている第1ステージの基準ピーク値特性A1に係るパラメータデータ(図11)に基づいて、初期値a1(66)に単位変化量ΔPeak(32.424)を繰り返し継ぎ足す演算を行って、各原パルス波形fb1,fb2,fb3,・・・に対応する基準ピーク値特性A1の値a1,a2,a3,・・・を一定周期ΔTA1で順次出力する。ここで、たとえばa2は、a1(66)+ΔPeak(32.424)≒98.42の少数点以下を切り捨てて、a2=98として出力される。a3以降も同様である。なお、各対応する原パルス波形fbi,aiは、互いに同期して生成されるが、aiがfbiより一足早いタイミングで出力される。 On the other hand, the reference peak value calculation circuit 88 is based on the parameter data (FIG. 11) related to the reference peak value characteristic A 1 of the first stage held in the stage parameter data buffer memory 86, and the initial value a 1 ( 66) is repeatedly added to the unit variation ΔPeak (32.424), and the values a 1 and a of the reference peak value characteristic A 1 corresponding to the original pulse waveforms fb 1 , fb 2 , fb 3 ,. 2 , a 3 ,... Are sequentially output at a constant period ΔT A1 . Here, for example, a 2 is output as a 2 = 98 by rounding down the decimal point below a 1 (66) + ΔPeak (32.424) ≈98.42. a 3 is the same or later. The corresponding original pulse waveforms fb i and a i are generated in synchronization with each other, but a i is output at a timing earlier than fb i .

基準パルス波形発生回路94は、原パルス波形生成回路86で生成された各原パルス波形fbi(トップピーク値100%)に基準ピーク値特性A1の値aiを掛け合わせて、基準パルス波形CSiを表すディジタル信号を生成する。 The reference pulse waveform generation circuit 94 multiplies each original pulse waveform fb i (top peak value 100%) generated by the original pulse waveform generation circuit 86 by the value a i of the reference peak value characteristic A 1 to generate a reference pulse waveform. A digital signal representing CS i is generated.

図13に示すように、第1ステージの基準ピーク値特性A1がパルス繰り返し回数が増えるにしたがって大きな勾配でリニアに上昇するアップ・スロープの特性であることに対応して、基準パルス波形CSiのピーク値(したがってパルスレーザ光FBiの出力ピーク値)も基準ピーク値特性A1と同一またはそれに比例した勾配でリニアに上昇する。 As shown in FIG. 13, in response to the fact that the reference peak value characteristic A 1 of the first stage is an up-slope characteristic that rises linearly with a large gradient as the number of pulse repetitions increases, the reference pulse waveform CS i The peak value (and hence the output peak value of the pulsed laser beam FB i ) also increases linearly with the same or proportional gradient as the reference peak value characteristic A 1 .

第1ステージは99発目のパルスで終了し、100発目から第2ステージに移行する。図14および図15に示すように、第2ステージでも、原パルス波形生成回路86は第1ステージのときと同一の周期で同一波形の原パルス波形fb100,fb101,fb102,・・・のディジタル信号を一定周期ΔTBで順次生成する。しかし、基準ピーク値演算回路88の方は、ステージ・パラメータデータ(図11)が切り換わり、基準ピーク値特性A2の値a100,a101,a102,・・・を一定周期ΔTA2で順次出力する。ここで、たとえばa101は、a100(3276)+ΔPeak(-0.2258)≒3275.774の少数点以下を切り捨てて、a101=3275として出力される。後続のa102,・・・も同様の演算によって求められる。 The first stage ends with the 99th pulse and shifts from the 100th to the second stage. As shown in FIGS. 14 and 15, in the second stage, the original pulse waveform generation circuit 86 has the same period as the original pulse waveforms fb 100 , fb 101 , fb 102 ,. Are sequentially generated with a constant period ΔT B. However, in the reference peak value calculation circuit 88, the stage parameter data (FIG. 11) is switched, and the values a 100 , a 101 , a 102 ,... Of the reference peak value characteristics A 2 are set at a constant period ΔT A2 . Output sequentially. Here, for example, a 101 is output as a 101 = 3275 by rounding down the decimal point of a 100 (3276) + ΔPeak (−0.2258) ≈3275.774. Subsequent a 102 ,... Are obtained by the same calculation.

図14Aおよび図14Bに示すように、第2ステージの基準ピーク値特性A2がパルス繰り返し回数が増えるにしたがって非常に小さな勾配でリニアに低下するダウン・スロープの特性であることに対応して、基準パルス波形CSiのピーク値(したがってパルスレーザ光FBiの出力ピーク値)も基準ピーク値特性A2と同一またはそれに比例した勾配でリニアに低下する。 As shown in FIGS. 14A and 14B, in response to a characteristic of the down-slope of the reference peak value characteristic A 2 of the second stage is reduced to a very linear small gradient in accordance with the pulse number of repetitions increases, The peak value of the reference pulse waveform CS i (and hence the output peak value of the pulse laser beam FB i ) also decreases linearly with a gradient that is the same as or proportional to the reference peak value characteristic A 2 .

第2ステージは2999発目のパルスで終了し、3000発目から第3ステージに移行する。図15に示すように、第3ステージでも、相変わらず原パルス波形生成回路86は第1および第2ステージのときと同一の周期で同一波形の原パルス波形fb3000,fb3001,fb3002,・・・のディジタル信号を一定周期ΔTBで順次生成する。しかし、基準ピーク値演算回路88の方は、ステージ・パラメータデータ(図11)が切り換わり、第3ステージの基準ピーク値特性A3の値a3000,a3001,a3002,・・・を一定周期ΔTA3で順次出力する。ここで、たとえばa3001は、a3000(2621)+ΔPeak(0)=2621として出力される。後続の値a3001,a3002,・・・も同じ値(2621)で出力される。 The second stage ends with the 2999th pulse, and shifts from the 3000th stage to the third stage. As shown in FIG. 15, even in the third stage, the original pulse waveform generation circuit 86 still has the same original pulse waveforms fb 3000 , fb 3001 , fb 3002 ,... With the same period as in the first and second stages. The digital signals are sequentially generated with a constant period ΔT B. However, in the case of the reference peak value calculation circuit 88, the stage parameter data (FIG. 11) is switched, and the values a 3000 , a 3001 , a 3002 ,... Of the third stage reference peak value characteristic A 3 are constant. The signals are sequentially output with a period ΔT A3 . Here, for example, a 3001 is output as a 3000 (2621) + ΔPeak (0) = 2621. Subsequent values a 3001 , a 3002 ,... Are also output with the same value (2621).

図15に示すように、第3ステージの基準ピーク値特性A3がパルス繰り返し回数に依らずに一定値を保ち続けるフラットな特性であることに対応して、基準パルス波形CSiのピーク値(したがってパルスレーザ光FBiの出力ピーク値)も基準ピーク値特性A3と同様にフラットに一定値を保ち続ける。 As shown in FIG. 15, in response to the fact that the reference peak value characteristic A 3 of the third stage is a flat characteristic that keeps a constant value regardless of the number of pulse repetitions, the peak value of the reference pulse waveform CS i ( Therefore, the output peak value of the pulse laser beam FB i also keeps a constant value in a flat manner as in the reference peak value characteristic A 3 .

なお、別の実施例として、このように基準ピーク値特性がフラットな場合は、ステージ・パラメータデータの中で「演算処理回数」を極端に少なくするか、「演算周期」を極端に大きくすることも可能である。   As another example, when the reference peak value characteristic is flat as described above, the number of “arithmetic processing” in the stage parameter data is extremely reduced or the “arithmetic cycle” is extremely increased. Is also possible.

第3ステージは3999発目のパルスで終了し、4000発目から第4ステージに移行する。図16に示すように、第4ステージでも、相変わらず原パルス波形生成回路86は第1〜第3ステージのときと同一の周期で同一波形の原パルス波形fb4000,fb4001,fb4002,・・・のディジタル信号を一定周期ΔTBで順次生成する。しかし、基準ピーク値演算回路88の方は、ステージ・パラメータデータ(図11)が切り換わり、第4ステージの基準ピーク値特性A4の値a4000,a4001,a4002,・・・を一定周期ΔTA4で順次出力する。ここで、たとえばa4001は、a4000(2621)+ΔPeak(-2.555)≒2618.445の少数点以下を切り捨てて、a4001=2618として出力される。後続のa4002,・・・も同様の演算によって求められる。 The third stage ends with the 3999th pulse, and shifts from the 4000th to the fourth stage. As shown in FIG. 16, in the fourth stage, the original pulse waveform generation circuit 86 still has the same original pulse waveforms fb 4000 , fb 4001 , fb 4002 ,... With the same period as in the first to third stages. The digital signals are sequentially generated with a constant period ΔT B. However, towards the reference peak value calculating circuit 88, the stage parameter data (FIG. 11) is switched, the value a 4000 reference peak value characteristic A 4 of the fourth stage, a 4001, a 4002, a ... constant The signals are sequentially output with a period ΔT A4 . Here, for example, a 4001 is output as a 4001 = 2618 by rounding down the decimal point of a 4000 (2621) + ΔPeak (−2.555) ≈2618.445. Subsequent a 4002 ,... Are obtained by the same calculation.

図16に示すように、第4ステージの基準ピーク値特性A4がパルス繰り返し回数が増えるにしたがって比較的小さな勾配でリニアに低下するダウン・スロープの特性であることに対応して、基準パルス波形CSiのピーク値(したがって、パルスレーザ光FBiの出力ピーク値)も基準ピーク値特性A4と同一またはそれに比例した勾配でリニアに低下する。 As shown in FIG. 16, in response to the fact that the reference peak value characteristic A 4 of the fourth stage is a down slope characteristic that linearly decreases with a relatively small gradient as the number of pulse repetitions increases, the reference pulse waveform The peak value of CS i (and therefore the output peak value of the pulsed laser beam FB i ) also decreases linearly with the same or proportional gradient as the reference peak value characteristic A 4 .

第4ステージは4999発目のパルスで終了し、最後の5000発目は第5ステージとなる。この場合、基準ピーク値演算回路88は、第5ステージの初期値a5000を出力するだけで済む。 The fourth stage ends with the 4999th pulse, and the last 5000th pulse is the fifth stage. In this case, the reference peak value calculation circuit 88 need only output the initial value a 5000 of the fifth stage.

上述した図5の設定例は実施形態の作用を説明するための一例にすぎず、1回の溶接スケジュールの中で任意の個数および任意の態様の基準ピーク値特性を設定することが可能である。また、他の設定項目についても種々の変形が可能である。たとえば、図17に示すように、原パルス波形fbi,fbi+1,fbi+2,・・・の波形(波形形状、ピーク値、パルス幅等)をパルス単位(あるいはステージ単位)で可変することも可能である。 The setting example of FIG. 5 described above is merely an example for explaining the operation of the embodiment, and it is possible to set an arbitrary number and an arbitrary aspect of reference peak value characteristics in one welding schedule. . Various modifications can be made to other setting items. For example, as shown in FIG. 17, the waveforms (waveform shape, peak value, pulse width, etc.) of the original pulse waveforms fb i , fb i + 1 , fb i + 2 ,. It is also possible to vary.

上記のように、この実施形態のファイバレーザ溶接機においては、1回の溶接スケジュールに含まれる一連のパルスレーザ光について出力ピーク値の可変制御を行う場合に、時間軸に沿って繋ぎ合わさる1つまたは複数の線形的な基準ピーク値特性を設定し、各々の基準ピーク値特性について、初期値のデータと単位変化量のデータと演算処理回数のデータと演算処理回数および演算分解能のフラグデータとを1ステージのパラメータデータとして生成する。そして、レーザ加工を実施する際には、各々のパルスレーザ光の出力波形の元になる原パルス波形を生成するのと並行して、時間軸に沿って各ステージ毎にパラメータデータを基に初期値に単位変化量を所定の周期で繰り返し継ぎ足す演算処理を行って基準ピーク値特性を復元し、原パルス波形と復元された基準ピーク値特性とに基づいて基準パルス波形を生成し、この基準パルス波形に基づいてパルスレーザ発生部より発生される各パルスレーザ光の出力波形および出力ピーク値を制御するようにしている。   As described above, in the fiber laser welding machine of this embodiment, when variable control of the output peak value is performed for a series of pulsed laser beams included in one welding schedule, one united along the time axis. Alternatively, a plurality of linear reference peak value characteristics are set, and for each reference peak value characteristic, initial value data, unit variation data, calculation processing count data, calculation processing count, and calculation resolution flag data are set. Generated as one-stage parameter data. When laser processing is performed, the initial pulse waveform is generated based on the parameter data for each stage along the time axis in parallel with the generation of the original pulse waveform that is the source of the output waveform of each pulse laser beam. A reference peak value characteristic is restored by performing an arithmetic process of repeatedly adding a unit change amount to a value at a predetermined cycle, and a reference pulse waveform is generated based on the original pulse waveform and the restored reference peak value characteristic. Based on the pulse waveform, the output waveform and output peak value of each pulse laser beam generated from the pulse laser generator are controlled.

かかる構成ないし方式によれば、一連のパルスレーザ光の出力のピーク値を規定する基準ピーク値の復元に必要なデータが実質的にステージ毎のパラメータデータだけで済むので、制御部18においてCPU64およびFPGA66の負担が大幅に軽減され、そのぶんCPU64およびFPGA66のデータ処理能力を他の機能(パルス波形制御、良否判定等)に充てられ、これによってパルスレーザ加工の性能向上を図り、精密溶接加工の厳しい要求仕様にも十分余裕を持って対応することができる。   According to such a configuration or method, the data necessary for restoring the reference peak value that defines the peak value of the output of a series of pulsed laser beams can be substantially only parameter data for each stage. The load on the FPGA 66 is greatly reduced, and the data processing capability of the CPU 64 and the FPGA 66 can be used for other functions (pulse waveform control, pass / fail judgment, etc.), thereby improving the performance of the pulse laser processing and precision welding processing. Strict requirements can be met with sufficient margin.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above does not limit this invention. Those skilled in the art can make various modifications and changes in specific embodiments without departing from the technical idea and technical scope of the present invention.

たとえば、実施形態の出力ピーク値制御において、演算周期や分解能を1種類のスケールに固定することも可能であり、その場合はステージのパラメータデータにおいて「演算周期」あるいは「分解能」のフラグのデータを省くことも可能である。   For example, in the output peak value control of the embodiment, it is also possible to fix the calculation cycle and resolution to one type of scale. In this case, the flag data of “calculation cycle” or “resolution” is set in the stage parameter data. It can be omitted.

また、ファイバレーザ溶接機の各部においても種々の変形が可能であり、たとえばファイバレーザ発振器10をYAGレーザ発振器等に置き換えることも可能である。本発明レーザ加工方法およびレーザ加工装置は、レーザシーム溶接に限るものではなく、他の型式のレーザ溶接にも適用可能であり、さらには穴あけ、切断、マーキング等の他のレーザ加工にも適用可能である。   Various modifications can be made in each part of the fiber laser welder. For example, the fiber laser oscillator 10 can be replaced with a YAG laser oscillator or the like. The laser processing method and laser processing apparatus of the present invention are not limited to laser seam welding, but can be applied to other types of laser welding, and can also be applied to other laser processing such as drilling, cutting, and marking. is there.

10 ファイバレーザ発振器
12 レーザ電源
18 制御部
20 タッチパネル
22 発振用光ファイバ
24 電気光学励起部
64 CPU
66 FPGA(フィードプログラマブル・ゲートアレイ)
80 データメモリ
84 ステージ・パラメータデータ・バッファメモリ
86 原パルス波形生成回路
88 基準ピーク値演算回路
94 基準パルス波形発生回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fiber laser oscillator 12 Laser power supply 18 Control part 20 Touch panel 22 Optical fiber for oscillation 24 Electro-optical excitation part 64 CPU
66 FPGA (Feed Programmable Gate Array)
80 data memory 84 stage parameter data buffer memory 86 original pulse waveform generation circuit 88 reference peak value calculation circuit 94 reference pulse waveform generation circuit

Claims (15)

一定の期間に亘り一連のパルスレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
前記一連のパルスレーザ光の出力のピーク値を規定する基準ピーク値について、前記一定の期間に亘り時間軸に沿って繋ぎ合わさる1つまたは複数の線形的な基準ピーク値特性を設定する第1のステップと、
各々の前記基準ピーク値特性について、少なくとも、初期値のデータと単位変化量のデータと演算処理回数のデータとを1ステージのパラメータデータとして生成する第2のステップと、
前記レーザ加工を実施する際に、各々の前記パルスレーザ光の出力波形の元になる原パルス波形を生成する第3のステップと、
前記レーザ加工を実施する際に、前記原パルス波形の生成と並行して、時間軸に沿って、各ステージ毎に前記パラメータデータを基に前記初期値に前記単位変化量を所定の周期で繰り返し継ぎ足す演算処理を行って前記基準ピーク値特性を復元する第4のステップと、
各々の前記パルスレーザ光について、前記原パルス波形と復元された前記基準ピーク値特性とに基づいて所望のピーク値を有する基準パルス波形を生成する第5のステップと、
前記基準パルス波形に基づいて各々の前記パルスレーザ光の出力波形および出力ピーク値を制御する第6のステップと
を有するレーザ加工方法。
A laser processing method for performing desired laser processing by irradiating a workpiece with a series of pulsed laser beams over a certain period of time,
For a reference peak value that defines a peak value of the output of the series of pulsed laser beams, a first reference characteristic that sets one or more linear reference peak values connected along the time axis over the predetermined period is set. Steps,
For each of the reference peak value characteristics, at least a second step of generating, as one-stage parameter data, at least initial value data, unit variation data, and arithmetic processing frequency data;
A third step of generating an original pulse waveform that is a source of an output waveform of each of the pulsed laser beams when performing the laser processing;
When performing the laser processing, in parallel with the generation of the original pulse waveform, along the time axis, the unit change amount is repeated at a predetermined cycle on the initial value based on the parameter data for each stage. A fourth step of restoring the reference peak value characteristic by performing arithmetic processing to be added;
A fifth step of generating a reference pulse waveform having a desired peak value based on the original pulse waveform and the restored reference peak value characteristic for each of the pulse laser beams;
And a sixth step of controlling an output waveform and an output peak value of each pulsed laser beam based on the reference pulse waveform.
前記第2のステップにおいて、更に、前記パルスレーザ光の繰り返し周期に対する前記演算処理の周期を表す第1のフラグのデータをステージのパラメータデータの1つとして生成し、
前記第4のステップにおいて、前記第1のフラグで指示された周期で前記演算処理を行う、
請求項1に記載のレーザ加工方法。
In the second step, further, data of a first flag representing a cycle of the arithmetic processing with respect to a repetition cycle of the pulse laser beam is generated as one of stage parameter data,
In the fourth step, the calculation process is performed in a cycle indicated by the first flag.
The laser processing method according to claim 1.
前記第2のステップにおいて、更に、演算分解能を表す第2のフラグのデータをステージのパラメータデータの1つとして生成し、
前記第4のステップにおいて、前記第2のフラグで指示された演算分解能で前記演算処理を行う、
請求項1または請求項2に記載のレーザ加工方法。
In the second step, the second flag data representing the calculation resolution is further generated as one of the stage parameter data,
In the fourth step, the calculation processing is performed with the calculation resolution indicated by the second flag.
The laser processing method according to claim 1 or 2.
前記第3のステップにおいて、前記原パルス波形を0%〜200%の間で連続した任意の値を有するパルス信号として生成し、
前記第5のステップにおいて、前記原パルス波形の値に前記基準ピーク値特性の値を掛け合わせて前記基準パルス波形を生成する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
In the third step, the original pulse waveform is generated as a pulse signal having an arbitrary value continuous between 0% and 200%,
In the fifth step, the reference pulse waveform is generated by multiplying the value of the original pulse waveform by the value of the reference peak value characteristic,
The laser processing method as described in any one of Claims 1-3.
前記第3のステップにおいて生成される前記原パルス波形が、前記一定期間にわたり全て同一の波形を有する、請求項4に記載のレーザ加工方法。   The laser processing method according to claim 4, wherein all of the original pulse waveforms generated in the third step have the same waveform over the predetermined period. 前記第3のステップにおいて生成される前記原パルス波形が、各々の独立した波形を有する、請求項4に記載のレーザ加工方法。   The laser processing method according to claim 4, wherein the original pulse waveform generated in the third step has an independent waveform. 一定の期間に亘り一連のパルスレーザ光を被加工物に照射して所望のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
前記一連のパルスレーザ光の出力のピーク値を規定する基準ピーク値について、前記一定の期間に亘り時間軸に沿って繋ぎ合わさる1つまたは複数の線形的な基準ピーク値特性を設定する基準ピーク値特性設定部と、
各々の前記基準ピーク値特性について、少なくとも、初期値のデータと単位変化量のデータと演算処理回数のデータとを1ステージのパラメータデータとして生成するステージ・パラメータデータ生成部と、
前記レーザ加工を実施する際に、各々の前記パルスレーザ光の出力波形の元になる原パルス波形信号を生成する原パルス波形生成部と、
前記レーザ加工を実施する際に、前記原パルス波形信号の生成と並行して、時間軸に沿って、各ステージ毎に前記パラメータデータを基に前記初期値に前記単位変化量を所定の周期で繰り返し継ぎ足す演算処理を行って前記基準ピーク値特性を復元する基準ピーク値特性復元部と、
各々の前記パルスレーザ光について、前記原パルス波形信号と復元された前記基準ピーク値特性とに基づいて所望のピーク値を有する基準パルス波形信号を発生する基準パルス波形発生部と、
前記基準パルス波形信号に基づいて各々の前記パルスレーザ光の出力波形および出力ピーク値を制御するパルスレーザ発生部と
を有するレーザ加工装置。
A laser processing apparatus for performing desired laser processing by irradiating a workpiece with a series of pulsed laser beams over a certain period of time,
A reference peak value that sets one or a plurality of linear reference peak value characteristics that are connected along the time axis over the certain period with respect to a reference peak value that defines a peak value of the output of the series of pulsed laser beams. A characteristic setting section;
For each of the reference peak value characteristics, at least a stage parameter data generating unit that generates at least initial value data, unit change amount data, and operation processing frequency data as one stage parameter data;
When performing the laser processing, an original pulse waveform generation unit that generates an original pulse waveform signal that is a source of an output waveform of each of the pulse laser beams,
When performing the laser processing, in parallel with the generation of the original pulse waveform signal, along the time axis, the unit change amount is set to the initial value based on the parameter data for each stage at a predetermined cycle. A reference peak value characteristic restoring unit for performing the arithmetic processing to repeatedly add and restoring the reference peak value characteristic;
A reference pulse waveform generator for generating a reference pulse waveform signal having a desired peak value based on the original pulse waveform signal and the restored reference peak value characteristic for each of the pulse laser beams;
And a pulse laser generator that controls an output waveform and an output peak value of each pulsed laser beam based on the reference pulse waveform signal.
前記ステージ・パラメータデータ生成部が、更に、前記パルスレーザ光の繰り返し周期に対する前記演算処理の周期を表す第1のフラグのデータをステージのパラメータデータの1つとして生成し、
前記基準ピーク値特性復元部が、前記第1のフラグで指示された周期で前記演算処理を行う、
請求項7に記載のレーザ加工装置。
The stage parameter data generation unit further generates, as one of the stage parameter data, data of a first flag that represents a cycle of the arithmetic processing with respect to a repetition cycle of the pulse laser beam,
The reference peak value characteristic restoration unit performs the calculation process at a cycle indicated by the first flag.
The laser processing apparatus according to claim 7.
前記ステージ・パラメータデータ生成部が、更に、演算分解能を表す第2のフラグのデータをステージのパラメータデータの1つとして生成し、
前記基準ピーク値特性復元部が、前記第2のフラグで指示された演算分解能で前記演算処理を行う、
請求項7または請求項8に記載のレーザ加工装置。
The stage parameter data generation unit further generates second flag data representing calculation resolution as one of stage parameter data,
The reference peak value characteristic restoration unit performs the calculation process with the calculation resolution indicated by the second flag.
The laser processing apparatus according to claim 7 or 8.
前記原パルス波形生成部が、前記原パルス波形信号を0%〜200%の間で連続した任意の値を有するパルス信号として生成し、
前記基準パルス波形発生部が、前記原パルス波形信号の値に前記基準ピーク値特性の値を掛け合わせて前記基準パルス波形信号を生成する、
請求項7〜9のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
The original pulse waveform generation unit generates the original pulse waveform signal as a pulse signal having an arbitrary value continuous between 0% and 200%,
The reference pulse waveform generation unit generates the reference pulse waveform signal by multiplying the value of the original pulse waveform signal by the value of the reference peak value characteristic;
The laser processing apparatus as described in any one of Claims 7-9.
前記原パルス波形生成部が、前記一定期間にわたり同一の波形を有する前記原パルス波形信号を生成する、請求項7〜10のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to any one of claims 7 to 10, wherein the original pulse waveform generation unit generates the original pulse waveform signal having the same waveform over the predetermined period. 前記原パルス波形生成部が、各々独立した波形を有する前記原パルス波形信号を生成する、請求項7〜10のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to any one of claims 7 to 10, wherein the original pulse waveform generation unit generates the original pulse waveform signal having an independent waveform. 前記基準ピーク値特性設定部および前記ステージ・パラメータデータ生成部がCPU(マイクロコンピュータ)で構成され、
前記基準ピーク値特性復元部がFPGA(フィールドプログラマブル・ゲートアレイ)内に構築されている、
請求項7〜12のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
The reference peak value characteristic setting unit and the stage parameter data generation unit are constituted by a CPU (microcomputer),
The reference peak value characteristic restoration unit is constructed in an FPGA (Field Programmable Gate Array),
The laser processing apparatus as described in any one of Claims 7-12.
前記FPGA内に、前記基準ピーク値特性に関するパラメータデータを前記CPUより受け取って保持するパラメータデータメモリが更に構築されている、請求項13に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 13, wherein a parameter data memory that receives and holds parameter data related to the reference peak value characteristic from the CPU is further built in the FPGA. 前記FPGA内に、各々の前記基準ピーク値特性を復元する際に、当該ステージのパラメータデータを前記パラメータデータメモリより移して保持するバッファメモリが更に構築されている、請求項14に記載のレーザ加工装置。   The laser processing according to claim 14, wherein a buffer memory is further built in the FPGA to store the parameter data of the stage from the parameter data memory when restoring each of the reference peak value characteristics. apparatus.
JP2009092147A 2009-04-06 2009-04-06 Laser beam machining method and laser beam machining apparatus Pending JP2010240689A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009092147A JP2010240689A (en) 2009-04-06 2009-04-06 Laser beam machining method and laser beam machining apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009092147A JP2010240689A (en) 2009-04-06 2009-04-06 Laser beam machining method and laser beam machining apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010240689A true JP2010240689A (en) 2010-10-28

Family

ID=43094348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009092147A Pending JP2010240689A (en) 2009-04-06 2009-04-06 Laser beam machining method and laser beam machining apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010240689A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014093396A (en) * 2012-11-02 2014-05-19 Miyachi Technos Corp Laser power supply device
JP2014512273A (en) * 2011-04-21 2014-05-22 アディジェ ソシエタ ペル アチオニ Method of controlling laser cutting process and laser cutting system performing the same
JP2014223660A (en) * 2013-05-17 2014-12-04 日本アビオニクス株式会社 Laser welding method and laser welding apparatus
JP2020138238A (en) * 2019-02-28 2020-09-03 上海微電子装備(集団)股▲フン▼有限公司 Laser welding method and laser welding system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014512273A (en) * 2011-04-21 2014-05-22 アディジェ ソシエタ ペル アチオニ Method of controlling laser cutting process and laser cutting system performing the same
JP2014093396A (en) * 2012-11-02 2014-05-19 Miyachi Technos Corp Laser power supply device
JP2014223660A (en) * 2013-05-17 2014-12-04 日本アビオニクス株式会社 Laser welding method and laser welding apparatus
JP2020138238A (en) * 2019-02-28 2020-09-03 上海微電子装備(集団)股▲フン▼有限公司 Laser welding method and laser welding system
JP7048653B2 (en) 2019-02-28 2022-04-05 上海微電子装備(集団)股▲フン▼有限公司 Laser welding method and laser welding system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009248157A (en) Laser beam machining method and apparatus
JP2013240801A (en) Laser processing method and laser processing apparatus
JP5354969B2 (en) Fiber laser processing method and fiber laser processing apparatus
EP1808943B1 (en) Fiber laser beam processing apparatus
CN101983421B (en) Methods and systems for dynamically generating tailored laser pulses
JP2009248155A (en) Laser beam machining method and apparatus
JP2010240689A (en) Laser beam machining method and laser beam machining apparatus
US7430225B2 (en) Fiber laser beam processing apparatus
JP5260097B2 (en) Laser processing equipment
CN103904547A (en) Pulsed laser system and driving method thereof
JP2012079966A (en) Fiber laser processing device and laser diode power supply unit for excitation
JP2009123833A (en) Laser diode power supply device for laser beam machine
WO2012160746A1 (en) Light source device, analyzer, and light generation method
KR102334747B1 (en) Laser welding method and laser welding system
JP2009148812A (en) Laser beam machining device and method
KR101184338B1 (en) Laser soldering apparatus and laser welding apparatus capable of controlling intensity of laser beam linearly
JP4784421B2 (en) Laser optical apparatus and method for controlling operation of actuator
JP2014046331A (en) Laser processing device, cutting pattern generation program, and computer readable recording medium
JP6391354B2 (en) Laser printer
JP2004101438A (en) Laser generator, image reading apparatus and image inspection apparatus
JP2015100808A (en) Laser marking apparatus
CN117506121A (en) Laser power monitoring system, laser processing method, device, system and medium
JP6508059B2 (en) Control device, control method, and program
JP2006075889A (en) Laser beam machine
KR20090100393A (en) Laser pulse generator and generation method