JP2016000421A - レーザ加工用システムおよびレーザ加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】加工時間の短縮化を図りつつ、加工精度の低下を抑制する。
【解決手段】測長用レーザL2を加工面60aに照射して反射する反射光に基づいて、加工面60aとの間の距離を測定するレーザ測長ユニット30を備え、レーザ測長ユニット30にて加工面60aのうちの加工用レーザL1が照射される部分の周囲の部分と当該レーザ測長ユニット30との間の距離を測定させる。そして、加工用レーザL1を加工面60aに照射してレーザ加工する際、レーザ測長ユニット30で測定されたレーザ測長ユニット30と加工面60aとの間の距離から加工面60aのうちの加工予定領域となる部分とレーザ測長ユニット30との間の距離を抽出し、加工予定領域Kのうちの測長用レーザL2が照射された部分を加工する際、抽出した距離に基づいて、加工用レーザL1の焦点と加工面との間の距離が所定の距離となるように焦点補正を行う制御手段50を備える。
【選択図】図1
【解決手段】測長用レーザL2を加工面60aに照射して反射する反射光に基づいて、加工面60aとの間の距離を測定するレーザ測長ユニット30を備え、レーザ測長ユニット30にて加工面60aのうちの加工用レーザL1が照射される部分の周囲の部分と当該レーザ測長ユニット30との間の距離を測定させる。そして、加工用レーザL1を加工面60aに照射してレーザ加工する際、レーザ測長ユニット30で測定されたレーザ測長ユニット30と加工面60aとの間の距離から加工面60aのうちの加工予定領域となる部分とレーザ測長ユニット30との間の距離を抽出し、加工予定領域Kのうちの測長用レーザL2が照射された部分を加工する際、抽出した距離に基づいて、加工用レーザL1の焦点と加工面との間の距離が所定の距離となるように焦点補正を行う制御手段50を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、加工用レーザを被加工物の加工面に照射して当該加工面を加工するレーザ加工用システムおよびレーザ加工方法に関するものである。
従来より、例えば、特許文献1には、被加工物の加工面の状態を認識してレーザ加工を行うレーザ加工機が提案されている。具体的には、このレーザ加工機では、被加工物の加工面を撮像するイメージセンサを有しており、レーザ加工を行う前に被加工物の加工面を撮像している。そして、イメージセンサの撮像結果に基づいて被加工物の加工面の状態(凹凸状態)を認識し、加工用レーザの焦点が加工面と一致するように加工用レーザの焦点位置を調整しながら加工面の加工を行っている。
しかしながら、上記レーザ加工機では、イメージセンサで被加工物の加工面を撮像した後にレーザ加工を行うため、加工時間が長くなるという問題がある。
また、上記レーザ加工機では、被加工物の加工面を撮像する工程と、レーザ加工する工程とを別工程として行っている。このため、何らかの要因により、被加工物が移動したり等して加工面の状態が撮像する工程とレーザ加工する工程との間に変化した場合、加工精度が悪くなるという問題もある。
本発明は上記点に鑑みて、加工時間の短縮化を図りつつ、加工精度が低下することを抑制できるレーザ加工用システムおよびレーザ加工方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、加工用レーザ(L1)を出力するレーザ発振器(10)と、加工用レーザを集光する集光レンズ(45)と、加工用レーザを変位させる制御手段(50)とを備え、集光レンズで集光された加工用レーザを被加工物(60)の加工面(60a)に照射してレーザ加工を行うレーザ加工用システムにおいて、以下の点を特徴としている。
すなわち、測長用レーザ(L2)を加工面に照射して反射する反射光に基づいて、加工面との間の距離を測定するレーザ測長ユニット(30)を有し、レーザ測長ユニットは、加工用レーザを加工面に照射してレーザ加工する際、測長用レーザを加工面のうちの加工用レーザが照射される部分の周囲に照射して当該測長用レーザが照射された部分とレーザ測長ユニットとの間の距離を測定し、制御手段(50)は、加工用レーザを加工面に照射してレーザ加工すると同時に、レーザ測長ユニットで測定されたレーザ測長ユニットと加工面との間の距離から加工面のうちの加工予定領域(K)となる部分とレーザ測長ユニットとの間の距離を抽出し、加工予定領域のうちの測長用レーザが照射された部分に加工用レーザを照射する際、抽出した距離に基づいて、加工用レーザの焦点と加工面との間の距離が所定の距離となるように焦点補正を行うことを特徴としている。
これによれば、レーザ加工を行いつつ、レーザ加工を行っている部分の周囲とレーザ測長ユニットとの間の距離を測定している。そして、レーザ加工を行っている際に測定された距離から加工予定領域となる部分とレーザ測長ユニットとの間の距離を抽出し、抽出した距離に基づいて、加工用レーザの焦点と加工面との間の距離が所定の距離となるように焦点補正を行っている。つまり、レーザ加工する工程と、加工面の状態を認識する工程とを同時に行っている。このため、加工時間の短縮化を図ることができると共に、加工精度が低下することを抑制できる。
この場合、請求項7に記載の発明のように、制御手段は、測定されたレーザ測長ユニットと加工面との間の距離から加工面のうちの加工終了領域とレーザ測長ユニットとの間の距離を抽出し、抽出した距離に基づいてレーザ加工の加工具合を判定する自己診断を行うようにしてもよい。
このように自己診断を行うことにより、レーザ加工が適切に行えない場合にそのまま処理を終了することを抑制できる。また、このような自己診断では、別に新たな部材を用いる必要もなく、構造が複雑になることもない。
さらに、請求項8に記載の発明では、集光レンズ(45)で集光された加工用レーザ(L1)を被加工物(60)の加工面(60a)に照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法において、レーザ加工を行いつつ、レーザ測長ユニット(30)から測長用レーザ(L2)を加工面のうちの加工用レーザが照射される部分の周囲に照射して測長用レーザが照射された部分とレーザ測長ユニットとの間の距離を測定する工程を行い、測定された距離から加工面のうちの加工予定領域(K)となる部分とレーザ測長ユニットとの間の距離を抽出し、加工予定領域のうちの測長用レーザが照射された部分に加工用レーザを照射する際、抽出した距離に基づいて、加工用レーザの焦点と加工面との間の距離が所定の距離となるように焦点補正を行うことを特徴としている。
これによれば、レーザ加工する工程と、加工面の状態を認識する工程とを同時に行っているため、加工時間の短縮化を図ることができると共に、加工精度が低下することを抑制できる。
また、上記のようなレーザ加工方法は、被加工物の加工面を所望の形状、寸法に加工する工程に用いることができる。つまり、上記のようなレーザ加工方法に関する発明を製造方法の発明として把握することも可能である。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態におけるレーザ加工用システムの全体構成を示す模式図である。なお、以下では、図1中紙面略奥行き方向をx軸方向、図1中紙面左右方向をy軸方向、図1中紙面上下方向をz軸方向として説明する。
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態におけるレーザ加工用システムの全体構成を示す模式図である。なお、以下では、図1中紙面略奥行き方向をx軸方向、図1中紙面左右方向をy軸方向、図1中紙面上下方向をz軸方向として説明する。
図1に示されるように、レーザ加工用システムは、レーザ発振器10、光ファイバコネクタ部20、レーザ測長ユニット30、加工ヘッド40、制御装置50等を有し、被加工物60の加工面60aに加工用レーザL1を照射して当該加工面60aを加工するものである。なお、z軸方向は、言い換えると、加工面60aに対する法線方向のことである。
レーザ発振器10は、被加工物60の加工面60aを加工するものであり、例えば、400nm〜1μm帯の加工用レーザL1を出力するYAGレーザ等が用いられる。
光ファイバコネクタ部20は、レーザ発振器10と加工ヘッド40との間に配置され、レーザ発振器10から出力された加工用レーザL1を加工ヘッド40に導くものである。
レーザ測長ユニット30は、測長用レーザL2を被加工物60の加工面60aに照射して反射する散乱光や正反射光等の反射光に基づいて、レーザ測長ユニット30と加工面60aとの間の距離を測定し、測定結果を制御装置50に出力するものである。本実施形態のレーザ測長ユニット30は、コノスコピック・ホログラフィーを用いてレーザ測長ユニット30と加工面60aとの間の距離を測定するオプティメット社製のコノプローブMark10等が用いられ、測長用レーザL2を出力する半導体レーザと、複屈折結晶体と、複屈折結晶体を挟んで配置される2枚の偏光板と有している。
ここで、レーザ測長ユニット30と加工面60aとの間の距離の測定原理について簡単に説明すると、測長用レーザL2を加工面60aに照射すると散乱光と正反射光とが発生し、これら散乱光および正反射光が複屈折結晶体内に入射する。このとき、散乱光と正反射光とは複屈折結晶体に入射する角度が異なるために複屈折結晶体内を通過する距離が異なり、位相ずれが発生する。このため、光の拡散状態をフリンジに変換したとき、当該フリンジは、縞の間隔がレーザ測長ユニット30と加工面60aとの間の距離に応じたものとなる。したがって、フリンジの縞の間隔に基づき、レーザ測長ユニット30と加工面60aとの間の距離(加工面60aの凹凸状態)が測定される。
加工ヘッド40は、x軸方向、y軸方向、z軸方向に変位可能に構成されており、内部に、折り返しミラー41と、ウェッジプレート42と、コリメーションレンズ43と、ハーフミラー44と、集光レンズ45とを有している。また、本実施形態では、加工ヘッド40には、加工用レーザL1および測長用レーザL2がz軸方向に沿って導入されるようになっている。
折り返しミラー41は、加工ヘッド40内に導入された測長用レーザL2をy軸方向に全反射するものである。
ウェッジプレート42は、折り返しミラー41で反射された測長用レーザL2を屈折させるものである。本実施形態のウェッジプレート42は、傾斜面を有する一対の第1、第2プレート42a、42bが対向して配置され、図示しない駆動モータと接続されることによって当該駆動モータの駆動に応じて回転、変位可能な構成とされている。
具体的には、ウェッジプレート42は、回転することによって測長用レーザL2を周方向に変位(走査)させることができるようになっている。また、ウェッジプレート42は、図2に示されるように、第1、第2プレート42a、42bの間隔が変化する(ウェッジプレート42が変位する)ことによって測長用レーザL2を周方向に変位させる際の回転径を変更できるようになっている。詳しくは、図2(a)に示されるように、第1、第2プレート42a、42bの間隔を狭くすることによって回転径を小さくできる。また、図2(b)に示されるように、第1、第2プレート42a、42bの間隔を広くすることによって回転径を大きくできる。
なお、本実施形態では、ウェッジプレート42および図示しない駆動モータが本発明の屈折手段に相当している。
コリメーションレンズ43は、光ファイバコネクタ部20から加工ヘッド40内に導入された加工用レーザL1を平行光とする(形状を調整する)ものである。
ハーフミラー44は、所定波長のレーザを透過させると共に、所定波長のレーザを全反射するものである。本実施形態では、コリメーションレンズ43を透過した加工用レーザL1を透過させると共に、ウェッジプレート42で屈折された測長用レーザL2をz軸方向に全反射する。
集光レンズ45は、ハーフミラー44を透過した加工用レーザL1および測長用レーザL2を集光するものである。
制御装置50は、本発明の制御手段に相当するものであり、CPU、記憶手段を構成する各種メモリ、演算機器、周辺機器等を用いて構成され、レーザ発振器10、レーザ測長ユニット30、加工ヘッド40、ウェッジプレート42に接続された駆動モータ等と通信可能に接続されている。
そして、レーザ発振器10を制御して加工用レーザL1を出力させると共に、加工ヘッド40をx軸方向およびy軸方向に適宜変位させることにより、加工面60aの加工予定領域Kに加工用レーザL1を出力してレーザ加工を行う。また、レーザ測長ユニット30を制御すると共にウェッジプレート42に接続された駆動モータも制御する。そして、具体的には後述するが、レーザ測長ユニット30から入力される測定結果およびウェッジプレート42の回転位置から加工予定領域Kとレーザ測長ユニット30との間の距離を抽出し、加工用レーザL1の焦点と加工予定領域Kの加工面60aとの間の距離が所定の距離となるように、加工ヘッド40をz軸方向に適宜変位させる。本実施形態では、加工用レーザL1の焦点が加工予定領域Kの加工面60aに一致する(近づく)ように、加工ヘッド40をz軸方向に適宜変位させる。言い換えると、加工用レーザL1の焦点と加工予定領域Kの加工面60aとの間の距離が0となるように、加工ヘッド40をz軸方向に適宜変位させる。
以上が本実施形態におけるレーザ加工用システムの構成である。次に、加工用レーザL1と測長用レーザL2との関係について説明する。本実施形態では、加工用レーザL1を加工予定領域Kに照射して加工面60aのレーザ加工を行う際、ウェッジプレート42を回転させながらレーザ測長ユニット30から測長用レーザL2を出力する。このため、図3に示されるように、測長用レーザL2は、加工面60aのうちの加工用レーザL1が照射される部分を中心として周方向に照射されつつ、加工用レーザL1と共に加工予定領域Kに沿って変位する。
つまり、レーザ測長ユニット30は、加工用レーザL1で加工面60aの加工を行っている際、加工面60aのうちの加工用レーザL1が照射される部分の周囲とレーザ測長ユニット30との間の距離を測定する。
したがって、制御装置50は、レーザ測長ユニット30で測定された距離から加工予定領域Kとレーザ測長ユニット30との間の距離を抽出し、加工用レーザL1の焦点が加工面60aと一致するように加工ヘッド40をz軸方向に変位させる。以下に、制御装置50が行う処理について図4を参照しつつ説明する。
制御装置50は、まず、レーザ測長ユニット30を駆動し(ステップS101)、加工予定領域Kの始点の部分とレーザ測長ユニット30との間の距離を取得する。なお、このステップS01では、ウェッジプレート42に接続された駆動モータを駆動することにより、ウェッジプレート42を回転させつつ、第1、第2プレート42a、42bの間隔を最小にした状態で加工予定領域Kの始点の部分とレーザ測長ユニット30との間の距離の測定を行う。また、ウェッジプレート42は、処理が終了するまで回転したままの状態となっている。
続いて、ステップS101で取得した加工予定領域Kの始点の部分とレーザ測長ユニット30との間の距離に基づき、加工ヘッド40の高さを補正する(ステップS102)。つまり、加工用レーザL1の焦点が加工面60aに一致するように、加工ヘッド40をz方向に適宜変位させる。
次に、レーザ発振器10を駆動して加工面60aのレーザ加工を開始し(S103)、加工予定領域Kに加工用レーザL1が順に照射されるように、加工ヘッド40をx軸方向、y軸方向に適宜変位させる。
このとき、レーザ測長ユニット30からは測長用レーザL2が出力されており、上記のように、レーザ測長ユニット30は、加工面60aのうちの加工用レーザL1が照射される部分の周囲とレーザ測長ユニット30との間の距離を測定する。なお、加工を開始した後は、第1、第2プレート42a、42bの間隔は適宜広げられている。
このため、まず、現状の加工ヘッド40の位置およびウェッジプレート42の回転位置に基づいて、レーザ測長ユニットで測定された距離の中から加工予定領域Kとレーザ測長ユニット30との間の距離を抽出する(ステップS104)。そして、抽出した距離に基づいて、当該距離となる加工予定領域Kに加工用レーザL1を照射する際、加工用レーザL1の焦点が当該加工予定領域Kにおける加工面60aと一致するように加工ヘッド40をz軸方向に変位させて加工ヘッド40の高さを補正する(ステップS105)。つまり、加工用レーザL1の焦点と当該加工予定領域Kにおける加工面60aとの間の距離が所定の距離となるように、加工ヘッド40を加工面60aに近づけたり遠ざけたりすることで加工ヘッド40の高さを補正する。なお、本実施形態では、加工用レーザL1の焦点が加工面60aと一致する(近づく)ように加工ヘッド40を変位させており、この高さ補正が本発明の焦点補正に相当している。
例えば、図3中のA点に加工用レーザL1が照射されている場合、レーザ測長ユニット30によって加工予定領域KのうちのB点とレーザ測長ユニットとの間の距離が測定されている。このため、加工用レーザL1の焦点が加工予定領域KのB点と一致するように、A点からB点に向かって線形的(直線的)に加工ヘッド40をz軸方向に変位させることによって高さ補正を行うことができる。
また、レーザ測長ユニット30により、加工予定領域Kのうちのレーザ加工する前のC点とレーザ測長ユニット30との間の距離も測定されている。このため、加工用レーザL1の焦点が加工予定領域KのB点と一致するように、A点、B点、C点を滑らかに結ぶように(3次関数的)に加工ヘッド40をz軸方向に変位させることによって高さ補正を行うようにしてもよい。
そして、加工予定領域Kの終点まで加工が終了したか否かを判定し(ステップS106)、加工が終了していない場合には(ステップS106:NO)、ステップS104〜S106の処理を繰り返し行う。また、加工が終了している場合には(ステップS106)、そのまま処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態では、加工予定領域Kに加工用レーザL1を照射してレーザ加工を行いつつ、加工面60aのうちの加工用レーザL1が照射される部分の周囲とレーザ測長ユニット30との間の距離を測定している。そして、レーザ測長ユニットで測定された距離の中から加工予定領域Kとレーザ測長ユニット30との間の距離を抽出し、抽出した部分の距離に基づいて、加工用レーザL1の焦点が当該加工領域Kの加工面60aと一致するように加工ヘッド40をz軸方向に変位させている。つまり、加工面60aの状態を認識する工程と、レーザ加工を行う工程とを同時に行っている。このため、加工時間の短縮化を図ることができると共に、加工精度が低下することを抑制できる。
また、本実施形態では、加工面60aのうちの加工用レーザL1を照射する部分の周囲とレーザ測長ユニット30との間の距離を測定している。このため、加工予定領域Kを何らかの事情によってレーザ加工中に変更する場合であっても、加工用レーザL1を照射する部分の周囲とレーザ測長ユニット30との間の距離を測定しているために即座に対応することができる。つまり、レーザ加工中の自由度も向上できる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してウェッジプレート42の代わりにガルバノスキャナを用いるものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図5は、本実施形態におけるレーザ加工用システムの全体構成を示す模式図である。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してウェッジプレート42の代わりにガルバノスキャナを用いるものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図5は、本実施形態におけるレーザ加工用システムの全体構成を示す模式図である。
本実施形態では、図5に示されるように、加工ヘッド40には、折り返しミラー41およびウェッジプレート42が配置される代わりに、ガルバノスキャナ46が配置されている。このガルバノスキャナ46は、測長用レーザL2を全反射する一対のガルバノミラーと、このガルバノスキャナ46を回転、変位させる駆動モータによって構成されている。そして、当該駆動モータによってガルバノスキャナ46を回転、変位させることにより、測長用レーザL2を加工用レーザL1が照射される部分を中心として周方向に変位させることができるようになっている。なお、本実施形態では、ガルバノスキャナ46および図示しない駆動モータが本発明の屈折手段に相当している。
このようなレーザ加工用システムとしても、加工面60aの状態を認識する工程と、レーザ加工を行う工程とを同時に行っているため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して集光レンズ45の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図6は、本実施形態におけるレーザ加工用システムの全体構成を示す模式図である。なお、以下では、図6中紙面略奥行き方向をx軸方向、図6中紙面の左右方向をy軸方向、図6中紙面上下方向をz軸方向として説明する。
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して集光レンズ45の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図6は、本実施形態におけるレーザ加工用システムの全体構成を示す模式図である。なお、以下では、図6中紙面略奥行き方向をx軸方向、図6中紙面の左右方向をy軸方向、図6中紙面上下方向をz軸方向として説明する。
本実施形態では、図6に示されるように、加工ヘッド40には、y軸方向に沿って、加工用レーザL1および測長用レーザL2が導入されるようになっている。
また、集光レンズ45は、コリメーションレンズ43とハーフミラー44との間に配置され、一対の凹レンズ45aおよび凸レンズ45bが対向して配置されることによって構成されている。具体的には、凹レンズ45aは、加工用レーザL1が入射される側に配置され、凸レンズ45bは、加工用レーザL1が出射される側に配置されている。そして、これら凹レンズ45aおよび凸レンズ45bは、図示しない駆動モータと接続されることによって当該駆動モータの駆動に応じて間隔が変更されるようになっている。
すなわち、本実施形態では、凹レンズ45aと凸レンズ45bとの間隔を適宜変更することにより、加工ヘッド40をz軸方向に変位させずに、加工用レーザL1の焦点を変更できるようになっている。
そして、加工ヘッド40には、ハーフミラー44を透過した加工用レーザL1およびハーフミラー44で反射された測長用レーザL2をz軸方向に全反射する折り返しミラー47が備えられている。この折り返しミラー47は、図示しない駆動モータと接続されており、駆動モータの駆動に応じて設置角度が変更されることにより、加工用レーザL1および測長用レーザL2の反射角度を変更できるようになっている。
なお、凹レンズ45aと凸レンズ45bとの間隔を変更する駆動モータおよび折り返しミラー47の設置角度を変更する駆動モータは、制御装置50によって制御されるようになっている。つまり、本実施形態では、制御装置50は、凹レンズ45aと凸レンズ45bと接続された駆動モータを制御することにより、加工ヘッド40をz軸方向に変位させずに、加工用レーザL1の焦点が加工予定領域Kの加工面60aと一致するように焦点補正を行う。また、制御装置50は、折り返しミラー47と接続された駆動モータを制御することにより、加工ヘッド40をx軸方向およびy軸方向に変位させずに、加工用レーザL1および測長用レーザL2を加工予定領域Kに沿って変位させる。
このようなレーザ加工用システムとしても、加工面60aの状態を認識する工程と、レーザ加工を行う工程とを同時に行っているため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、図6では、レーザ測長ユニット30と折り返しミラー41との間にウェッジプレート42が配置されているものを図示しているが、上記第1実施形態と同様に、折り返しミラー41とハーフミラー44との間にウェッジプレート42が配置されていてもよい。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してレーザ加工が終了した部分の検査を行うものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してレーザ加工が終了した部分の検査を行うものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態は、基本的には、第1実施形態と同様であるが、レーザ加工が終了した部分の検査も行うようにしている。すなわち、レーザ測長ユニット30は、加工面60aのうちの加工用レーザL1が照射される部分の周囲とレーザ測長ユニット30との間の距離を測定しており、レーザ加工が終了した部分とレーザ測長ユニット30との間の距離も測定している。
このため、制御装置50は、現状の加工ヘッド40の位置およびウェッジプレート42の回転位置に基づいて、レーザ測長ユニット30で測定された距離の中から加工終了領域とレーザ測長ユニット30との間の距離を抽出する。そして、当該距離と閾値との大きさを判定することにより、レーザ加工の加工具合(適切に行われたか)を判定する自己診断を行う。例えば、加工面60aを切削する(削る)場合には、抽出した距離が所定の閾値以下である場合、レーザ加工が適切に行えなかったと判定して作業者に音声手段や表示手段等の報知手段を介して報知する。
このように、加工終了領域の加工状況を判定することにより、レーザ加工が適切に行えない場合にそのまま処理を終了することを抑制できる。また、このような判定方法では、別に新たな部材を用いる必要もなく、構造が複雑になることもない。
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、制御装置50がレーザ発振器10およびレーザ測長ユニット30を制御する例について説明したが、制御装置50と異なる制御装置によってレーザ発振器10およびレーザ測長ユニット30を制御するようにしてもよい。
また、上記各実施形態を2枚の金属板を溶接接合する際のシームトラッキング等にも利用できる。この場合、レーザ測長ユニット30で測定される距離は、継ぎ目となる部分とレーザ測長ユニット30との距離が最も長くなる。このため、レーザ測長ユニットで測定された距離から最も長くなる部分を加工予定領域Kとしてレーザ加工を行うようにしてもよい。つまり、レーザ加工を行いつつ、加工予定領域Kを決定するようにしてもよい。
また、上記各実施形態では、加工用レーザL1の焦点と加工面60aとが一致するようにする例を説明した。しかしながら、レーザ加工する際には、焦点が加工面60aから所定の距離だけ離間している方が好ましい場合もある。この場合は、所望の加工が行えるように、加工用レーザL1の焦点が加工面60aから所定の距離だけ離間するように、高さ補正(焦点補正)を行うことが好ましい。つまり、レーザ加工をするのに最適な焦点位置となるように高さ補正(焦点補正)を行うことが好ましく、加工用レーザL1の焦点と加工面60aとの間の距離は、加工に応じて適宜変更することが好ましい。
そして、本発明のレーザ加工用システムと、吸引装置とを用いて除染装置を構成することもできる。具体的には、上記各実施形態のレーザ加工用システムを用い、上記と同様に、被加工物60の加工面60a(表面)にレーザを照射して当該加工面60aに付着している放射性物質等の異物を被加工物60から分離する。そして、吸引装置によって分離した異物を吸引するようにすればよい。この場合、上記第4実施形態のように、レーザ加工が適切に行えたか否かを判定することにより、除染漏れを抑制できる。
さらに、上記第3実施形態において、一対の凹レンズ45aおよび凸レンズ45bに加えて、さらに複数の凹レンズ45aおよび凸レンズ45bを加えた集光レンズ45としてもよい。また、一対の凹レンズ45aおよび凸レンズ45bに加えて、凹レンズ45aおよび凸レンズ45bのいずれか一方を加えた集光レンズ45としてもよい。
そして、上記各実施形態を適宜組み合わせることもできる。例えば、上記第3実施形態を第1、第2、第4実施形態に組み合わせ、集光レンズ45を一対の凹レンズ45aおよび凸レンズ45bによって構成し、凹レンズ45aと凸レンズ45bとの間隔を変更することにより、加工ヘッド40をz軸方向に変位させずに加工用レーザL1の焦点が加工予定領域Kの加工面60aと一致するようにしてもよい。また、上記第4実施形態を第2実施形態に組み合わせ、レーザ加工が適切に行われたか否かを判定するようにしてもよい。さらに、上記各実施形態を組み合わせたもの同士を適宜組み合わせてもよい。
10 レーザ発振器
45 集光レンズ
50 制御手段
60 被加工物
60a 加工面
L1 加工用レーザ
L2 測長用レーザ
45 集光レンズ
50 制御手段
60 被加工物
60a 加工面
L1 加工用レーザ
L2 測長用レーザ
Claims (8)
- 加工用レーザ(L1)を出力するレーザ発振器(10)と、
前記加工用レーザを集光する集光レンズ(45)と、
前記加工用レーザを変位させる制御手段(50)と、を備え、
前記集光レンズで集光された前記加工用レーザを被加工物(60)の加工面(60a)に照射してレーザ加工を行うレーザ加工用システムにおいて、
測長用レーザ(L2)を前記加工面に照射して反射する反射光に基づいて、前記加工面との間の距離を測定するレーザ測長ユニット(30)を有し、
前記レーザ測長ユニットは、前記加工用レーザを前記加工面に照射してレーザ加工する際、前記測長用レーザを前記加工面のうちの前記加工用レーザが照射される部分の周囲に照射して当該測長用レーザが照射された部分と前記レーザ測長ユニットとの間の距離を測定し、
前記制御手段(50)は、前記加工用レーザを前記加工面に照射してレーザ加工すると同時に、前記レーザ測長ユニットで測定された前記レーザ測長ユニットと前記加工面との間の距離から前記加工面のうちの加工予定領域(K)となる部分と前記レーザ測長ユニットとの間の距離を抽出し、前記加工予定領域のうちの前記測長用レーザが照射された部分に前記加工用レーザを照射する際、抽出した前記距離に基づいて、前記加工用レーザの焦点と前記加工面との間の距離が所定の距離となるように焦点補正を行うことを特徴とするレーザ加工用システム。 - 前記測長用レーザを周方向に変位させる屈折手段(42、46)を有し、
前記測長用レーザは、前記屈折手段を介して前記加工面に照射されることにより、前記加工面のうちの前記加工用レーザが照射される部分を中心として周方向に照射されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工用システム。 - 前記屈折手段(42)は、ウェッジプレートを有していることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工用システム。
- 前記屈折手段(46)は、ガルバノスキャナを有していることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工用システム。
- 前記集光レンズを備える加工ヘッド(40)を有し、
前記制御手段は、前記焦点補正を行う際、前記加工ヘッドを前記加工面の法線方向に沿って変位させることによって前記加工用レーザの焦点と前記加工面との間の距離を所定の距離にすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載のレーザ加工用システム。 - 前記集光レンズは、対向して配置された少なくとも一対の凹レンズ(45a)および凸レンズ(45b)で構成されており、
前記制御手段は、前記焦点補正を行う際、前記凹レンズと前記凸レンズの間隔を調整することによって前記加工用レーザの焦点と前記加工面との間の距離を所定の距離にすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載のレーザ加工用システム。 - 前記制御手段は、測定された前記レーザ測長ユニットと前記加工面との間の距離から前記加工面のうちの加工終了領域と前記レーザ測長ユニットとの間の距離を抽出し、抽出した前記距離に基づいてレーザ加工の加工具合を判定する自己診断を行うことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載のレーザ加工用システム。
- 集光レンズ(45)で集光された加工用レーザ(L1)を被加工物(60)の加工面(60a)に照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法において、
前記レーザ加工を行いつつ、レーザ測長ユニット(30)から測長用レーザ(L2)を前記加工面のうちの前記加工用レーザが照射される部分の周囲に照射して前記測長用レーザが照射された部分と前記レーザ測長ユニットとの間の距離を測定する工程を行い、
前記測定された距離から前記加工面のうちの加工予定領域(K)となる部分と前記レーザ測長ユニットとの間の距離を抽出し、前記加工予定領域のうちの前記測長用レーザが照射された部分に前記加工用レーザを照射する際、抽出した前記距離に基づいて、前記加工用レーザの焦点と前記加工面との間の距離が所定の距離となるように焦点補正を行うことを特徴とするレーザ加工方法。
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