JP2017185536A - 反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2017185536A
JP2017185536A JP2016078281A JP2016078281A JP2017185536A JP 2017185536 A JP2017185536 A JP 2017185536A JP 2016078281 A JP2016078281 A JP 2016078281A JP 2016078281 A JP2016078281 A JP 2016078281A JP 2017185536 A JP2017185536 A JP 2017185536A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
reflected light
laser processing
light
oscillator
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.)
Granted
Application number
JP2016078281A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6367858B2 (ja
Inventor
貴士 和泉
Takashi Izumi
貴士 和泉
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.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc 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 Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP2016078281A priority Critical patent/JP6367858B2/ja
Priority to US15/478,695 priority patent/US10363630B2/en
Priority to CN201710224663.5A priority patent/CN107283049B/zh
Priority to DE102017107499.6A priority patent/DE102017107499B4/de
Publication of JP2017185536A publication Critical patent/JP2017185536A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6367858B2 publication Critical patent/JP6367858B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626Energy control of the laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042Automatically aligning the laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment
    • B23K26/705Beam measuring device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

【課題】ワークからの反射光を抑制し、レーザ発振器にダメージを与えることなく、安定したレーザ加工を行う。【解決手段】加工ヘッド52からワーク11にレーザ光Lを照射し、照射したレーザ光Lの反射光を規定値以下に抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置10において実行されるレーザ加工方法であって、ワーク11にレーザ加工を行う前に、レーザ加工の加工条件に含まれるレーザパワーより低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてレーザ発振器16からレーザ光を出射し、反射光センサ33により反射光Rを測定するステップと、反射光Rの測定値及び規定値に基づいて、反射光を抑制するための出力条件を決定するステップと、決定した出力条件で一定時間ワーク11に照射してレーザ加工を行う前に反射光を抑制するステップと、を含む。【選択図】図2

Description

本発明は、反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
レーザ加工は、切断する材料又は厚さなどから、加工条件を選択して行われる。レーザ加工時に大きな反射光が発生した場合には、レーザ加工を停止して警告を発生する。このような反射光を回避する技術としては、例えば特許文献1〜3が公知である。
特許文献1には、レーザ加工前に、予備加工として焦点位置を変更しながらピアス条件でレーザを照射し、反射光が低い位置を記憶するとともに、その位置でピアス加工(穴開け加工)を行う発明が記載されている。
特許文献2には、穴開け加工又は切断加工の前に、レーザ光をパルス照射し、反射光の測定値が規定値を超えた場合に、レーザ光のパルス幅を短くする発明が記載されている。
特許文献3には、ワークに対してレーザ照射を行い、その反射光から設定されている加工条件とワークとが一致しているかを判定する発明が記載されている。
特開2014−117730号公報 特許第4174267号公報 国際公開第2013/014994号
レーザ光を利用して穴開け、切断、マーキング、溶接等のレーザ加工を行うと、
(1)加工条件の分からない材料を加工する場合、
(2)選択する加工条件を入力し間違えた場合、
(3)同じ材料でも表面の状態、傾き等により反射率が大きく異なる場合、
などにより加工不具合を発生したり、大きな反射光を発生したりすることがある。非常に大きな反射光がレーザ発振器へ戻ると、瞬時にレーザ発振器を破壊する。また、繰返し大きな反射光が発振器に戻ると障害の原因になったりする。このため、反射光の発生により、レーザ加工が停止し、安定した生産稼働が難しいという課題があった。
そこで、ワークからの反射光を抑制し、レーザ発振器にダメージを与えることなく、安定したレーザ加工を行う技術が求められている。
本発明の第1の態様は、加工ヘッドからワークにレーザ光を照射し、照射したレーザ光の反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置において実行されるレーザ加工方法であって、ワークにレーザ加工を行う前に、レーザ加工の加工条件に含まれるレーザパワーより低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてレーザ発振器からレーザ光を照射し、ワークからの反射光を反射光センサにより測定するステップと、反射光の測定値及び規定値に基づいて、反射光を抑制するための出力条件を決定するステップと、決定した出力条件で一定時間ワークにレーザ光を照射してレーザ加工を行う前に反射光を抑制するステップと、を含む、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第2の態様は、第1の態様において、低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてレーザ発振器からレーザ光を出射し、反射光センサにより反射光を測定するステップが、レーザ出力のオフ時間を有するパルスレーザ光を出射することを含む、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様において、反射光を抑制するステップの後に、レーザ加工の加工条件で出力指令を行い、反射光を測定するステップを更に含み、反射光の測定値が規定値を超えた場合に、再び低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてレーザ発振器からレーザ光を出射し、反射光センサにより反射光を測定するステップへ戻る、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第4の態様は、第1又は第2の態様において、反射光を抑制するステップの後に、レーザ加工の加工条件で出力指令を行い、反射光を測定するステップと、反射光の測定値が規定値を超えた場合に、レーザ光の焦点位置を移動させるステップと、を更に含み、再び低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてレーザ発振器からレーザ光を出射し、反射光センサにより反射光を測定するステップへ戻る、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第5の態様は、第2の態様において、低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてレーザ発振器からレーザ光を出射し、反射光センサにより反射光を測定するステップにおける、レーザ光のパルス幅は、反射光の測定値が規定値を超えたことを検出する検出周期より長い、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第6の態様は、第1〜第5の態様のいずれか1つにおいて、加工ヘッドに配置された反射光測定部を利用して反射光を測定する、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第7の態様は、第1〜第5の態様のいずれか1つにおいて、レーザ発振器がファイバレーザ発振器であり、反射光センサがファイバレーザ発振器に設けられていて、光ファイバのコア部へ戻ってきた反射光を測定する、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第8の態様は、第1〜第5の態様のいずれか1つにおいて、レーザ発振器がファイバレーザ発振器であり、反射光センサがファイバレーザ発振器に設けられていて、光ファイバのクラッド部へ戻ってきた反射光を測定する、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第9の態様は、第1〜第5の態様のいずれか1つにおいて、レーザ発振器がファイバレーザ発振器であり、反射光センサがファイバレーザ発振器に設けられていて、光ファイバのコア部及びクラッド部へ戻ってきた反射光を測定する、レーザ加工方法を提供する。
本発明の第10の態様は、レーザ光をワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、固体レーザ発振器と、パルスレーザ発振を可能にするレーザ用電源と、レーザ用電源に出力指令を行う出力制御部と、ワークからの反射光を測定する反射光測定部と、反射光の規定値を1つ以上記憶する記憶部と、レーザ加工の加工条件に含まれるレーザパワーより低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてパルスレーザ光を出射させる指令を行う制御部と、反射光の測定値及び規定値を比較する比較部と、反射光の測定値及び規定値の比較結果に基づいて、反射光を抑制するための出力条件を演算する演算部と、を有する、レーザ加工装置を提供する。
本発明の第11の態様は、第10の態様において、レーザ光の焦点位置を変更可能な駆動軸を有する機構部と、機構部を制御する機構制御部と、を更に有し、反射光を抑制するための出力条件でレーザ光を出射した後、反射光の測定値が規定値を超えた場合に、機構制御部は、レーザ光の焦点位置を変更するように機構部を制御する、レーザ加工装置を提供する。
本発明の第12の態様は、第11の態様において、レーザ用電源が200μ秒以下の速度で立上がり、出力制御部がレーザ光の出力指令として200μ秒以下のパルス指令を行う、レーザ加工装置を提供する。
本発明によれば、設定された加工条件が、ワークの材質、状態、傾き、レーザ光の焦点位置等において最適でない場合でも、レーザ発振器にダメージを与えることなく、安定したレーザ加工を実行でき、生産性が向上する。
本発明の第1実施形態におけるレーザ加工装置を示す概略図である。 第1実施形態におけるレーザ加工装置のブロック図である。 第1実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートである。 第1実施形態における指令したレーザパワーと反射光の測定値との対応関係を示すグラフである。 第1実施形態における反射光抑制ステップで変化するワークの断面図である。 本発明の第2実施形態におけるレーザ加工装置のブロック図である。 第2実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態におけるレーザ加工装置のブロック図である。 第3実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面において、同様の構成要素には同様の符号が付与されている。なお、以下に記載される内容は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲及び用語の意義を限定するものではない。
(第1実施形態)
図1及び図2を参照して、本発明の第1実施形態におけるレーザ加工装置の構成について説明する。図1は、第1実施形態におけるレーザ加工装置を示す概略図であり、図2は、第1実施形態におけるレーザ加工装置のブロック図である。レーザ加工装置10は、ワーク11に対して穴開け、切断、マーキング、溶接等の加工を行う。レーザ加工装置10は、ワーク11に対してレーザ光Lを出射する加工ヘッド12と、ワーク11を配置されるテーブル13と、加工ヘッド12及びテーブル13の駆動軸等の機構部の駆動を制御する機構制御部14と、光ファイバ15を介して加工ヘッド12に接続されたレーザ発振器16と、機構制御部14及びレーザ発振器16を制御する数値制御装置17と、を有する。
加工ヘッド12は、テーブル13に配置されたワーク11に対してX、Y、Z軸方向に移動する。また、加工ヘッド12は、レーザ光Lの焦点位置を移動するため集光レンズ20をB軸方向に移動する。図2に示すように、加工ヘッド12は、Z軸方向に移動するための駆動軸19と、B軸方向に集光レンズ20を移動させるための駆動軸21とを有する。テーブル13は、図示しないものの、X、Y軸方向に移動するための駆動軸を有する。
機構制御部14は、駆動軸19、21を回転させるサーボモータ22、23と、サーボモータ22、23の回転制御を行うサーボアンプ24、25と、サーボモータ22、23の位置制御を行う位置制御部26、27と、を有する。
レーザ発振器16は、100μmの径を有する光ファイバ15を介して加工ヘッド12に接続する。レーザ発振器16は、最大出力4kWのファイバレーザ発振器であり、ファイバレーザ共振器30を有する。ファイバレーザ共振器30は、レーザ用電源31によってパルス発振を可能にされる。出力制御部32は、レーザパワー、周波数、デューティ等を含む加工条件に応じてレーザ用電源31に出力指令を行う。レーザ用電源31は、出力制御部32による200μ秒以下のパルス指令によって200μ秒以下の速度で立上がる。これにより、レーザ出力の応答性が良好になるため、レーザ光の出力指令と反射光の測定値とを対応付け易くなる。
ファイバレーザ共振器30は、図示しないものの、複数のレーザ共振器から構成されていて、出力側の複数のファイバがビームコンバイナで結合されることにより、大きなパワーのレーザ光Lを生成する。レーザ光Lは、ベンダミラー18で反射し、ワーク11に照射される。複数のファイバを結合するビームコンバイナには、ワーク11からの反射光Rを測定する反射光センサ33が接続される。
反射光センサ33は、熱電センサ、光電センサ等を含み、光ファイバ15のコア部及びクラッド部の少なくとも一方に戻ってきた反射光Rを測定する。コア部及びクラッド部に戻ってきた2種類の反射光を測定することにより、より高精度に反射光を抑制するための出力条件を設定できる。反射光センサ33の測定値28は、増幅部34で増幅されるとともにデジタル変換されて、記憶部29に記憶される。さらに、ファイバレーザ共振器30には、レーザ共振器のリア鏡から0.5%の透過率で出力されるモニタ用レーザ光Mを測定するパワーセンサ35が接続される。パワーセンサ35は、熱電センサ、光電センサ等を含み、パワーセンサ35の出力は増幅部36で増幅されるとともにデジタル変換され、図1に示す数値制御装置17に出力される。
数値制御装置17は、CPU等の制御部37と、RAM又はROM等の記憶部38と、を有する。制御部37は、記憶部38に記憶された加工プログラム39を読出して実行し、種々の指令に基づいてレーザ加工装置10全体を制御する。加工プログラム39は、ワーク11の材料、厚さ等に基づくレーザパワー、周波数、デューティ等を含む加工条件40を入力して記憶部38に記憶する。記憶部38は、ワーク11からの反射光の規定値41を記憶する。
次に、図3〜図5を参照して第1実施形態のレーザ加工装置において実行されるレーザ加工方法について説明する。図3は、第1実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートであり、図4は、第1実施形態におけるレーザパワーと反射光の測定値との関係を示すグラフであり、図5は、第1実施形態における反射光抑制ステップで変化するワークの断面図である。
図3に示すように、ステップS100において、プローブ加工を開始する。ここでは、図4に示すように、ワークにレーザ加工を行う前に、レーザ加工の加工条件よりも低いパワーから段階的にレーザパワーを高めてレーザ光を出射する。反射光の測定値が規定値を超えた場合、ステップS101において、反射光を抑制するための出力条件を決定する。ここでは、反射光の測定値が規定値(例えば1260W)を超えない最大パワー、すなわち、規定値を超える1つ前のレーザパワーを出力条件に決定する。
次に、ステップS102において、プローブ加工を開始する。すなわち、ステップS103において、500m秒間決定された出力条件でレーザ光を出射する。この間、図5に示すように、ワーク11の加工点Pには傷が付いていく。これにより、光ファイバに戻る反射光が低減していく。ステップS104において、反射光の測定値が50%以下に低下するか、又は500ミリ秒経過したら、ステップS105において、入力された加工条件(例えばレーザパワー:2kW、周波数:500Hz、デューティ:30%)でレーザ加工を開始する。
この間に、反射光の測定値が規定値(例えば1260W)を超えた場合(ステップS106)、ステップS100に戻り、再びレーザ加工の加工条件より低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてレーザ光を出射する。これにより、1回目のステップで反射光を抑制できなかった場合でも、反射光を抑制できる。反射光の測定値が規定値を超えない場合、レーザ加工が完了する。
ステップS100〜ステップS101のプローブ加工においては、連続照射で段階的にレーザパワーを高めてもよいが、図4に示すようにレーザ出力のオフ時間を有するパルスレーザ光を出射することが好ましい。パルスレーザ光はレーザ出力のオフ時間を含むため、指令したレーザパワーと反射光の測定値とを容易に対応付けることができる。また、パルスレーザ光のパルス幅は、反射光Rの測定値が規定値を超えたことを検出する検出周期より長くする。これにより、規定値を超える反射光を確実に検出できるようになる。
反射光を抑制した後に、レーザ加工を行うため、入力された加工条件が、ワークの材質、状態、傾き、レーザ光の焦点位置等において最適でない場合であっても、レーザ発振器にダメージを与えることなく、安定したレーザ加工を実行できる。
(第2実施形態)
次に、図6を参照して、本発明の第2実施形態におけるレーザ加工装置の構成について説明する。図6は、第2実施形態におけるレーザ加工装置のブロック図である。レーザ加工装置50は、最大出力4kWのファイバレーザ発振器53を有する。ファイバレーザ発振器53は、図示しないものの、100μmの径を有する光ファイバと、200μmの径を有する光ファイバとから成るファイバレーザ共振器51を有し、両ファイバがファイバカプラで接続され、300μmの集光ビーム径を有するレーザ光を出射する。ファイバレーザ発振器53には反射光センサが設置されていないため又はより加工点に近い部分で反射光を検出するため、第2実施形態では、加工ヘッド12に配置された反射光測定部52を利用して反射光Rの測定値28を取得する。
反射光測定部52は、ワーク11に対してモニタ用参照光を照射するとともに、ワーク11からのモニタ用反射光Rを受光するフォトリフレクタ等を含む。反射光測定部52で測定された測定値28は、増幅部34で増幅されるとともにデジタル変換されて、記憶部29に記憶される。他の構成は、第1実施形態と同じである。
次に、図7を参照して第2実施形態のレーザ加工装置において実行されるレーザ加工方法について説明する。図7は、第2実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートである。図7において、ステップS200〜ステップ204は、第1実施形態のステップS100〜ステップS104と同じであるため、説明を省略する。
ステップS205において、決定された出力条件に+1000Wを加えたレーザパワー(このパワーがレーザ発振器の最大値を超える場合には、レーザ発振器の最大値)でレーザ光を出射する。このとき、ステップS206において、開始直後の反射光の測定値(M1)を記憶する。このM1は、後述するように反射光の別の規定値として利用する。また、この間に、反射光の測定値が規定値(例えば1260W)を超えた場合(ステップS207)、ステップS200に戻り、再びレーザ加工の加工条件よりも低いパワーから段階的にパワーを上昇させてレーザ光を出射する。これらシーケンスを繰返すことで、反射光が少ない状態でレーザ加工を実行できる。
反射光の測定値がM1から30%以上低下した場合(ステップS208)、ステップS209において、決定された出力条件に+2000Wを加えたレーザパワー(このパワーがレーザ発振器の最大値を超える場合には、レーザ発振器の最大値)でレーザ光を出射する。このとき、ステップS210において、開始直後の反射光の測定値(M2)を記憶する。このM2は、後述するように反射光の別の規定値として利用する。また、この間に、反射光の測定値が規定値(例えば1260W)を超えた場合(ステップS207)、ステップS200に戻り、再びレーザ加工の加工条件よりも低いパワーから段階的にパワーを上昇させてレーザ光を出射する。これらシーケンスを繰返すことで、反射光が少ない状態でレーザ加工を実行できる。反射光の測定値がM2から80%以上低下した場合(ステップS211)、レーザ加工が完了する。
(第3実施形態)
次に、図8を参照して、本発明の第3実施形態におけるレーザ加工装置の構成について説明する。図8は、第3実施形態におけるレーザ加工装置のブロック図である。レーザ加工装置60は、最大出力6kWのファイバレーザ発振器65を有する。ファイバレーザ発振器65は、図示しないものの、100μmの径を有する光ファイバと、1000μmの径を有する光ファイバとから成るファイバレーザ共振器61を有し、両ファイバがファイバカプラで接続され、1000μmという大きい集光ビーム径を有するレーザ光を出射する。1000μmのビーム径を有するレーザ光は、100μmの径を有する光ファイバに戻り難いため、第3実施形態においても、加工ヘッド12に配置された反射光測定部52を利用して反射光Rを測定する。
反射光測定部52によって測定された反射光Rの測定値は、比較部62に入力される。比較部62は、反射光Rの測定値を非反転入力に入力するとともに、反射光の規定値を反転入力に入力するコンパレータ等のアナログ回路を含む。反射光Rの測定値が規定値を超えない場合には、負電圧が演算部63に入力され、反射光Rの測定値が規定値を超えた場合には、正電圧が演算部63に入力される。演算部63は、FPGA、DSP等の集積回路を含み、正電圧を入力した場合に、反射光を抑制するための出力条件を演算する。演算部63は、決定された出力条件を出力制御部64に出力する。出力制御部64は、決定された出力条件に応じてレーザ用電源31に出力指令を行う。他の構成は、第2実施形態と同じであるため、説明を省略する。
反射光の測定値及び規定値の比較処理と、反射光を抑制するための出力条件の演算処理とを、専用の電気回路、集積回路等のハードウェアにより実行することにより、レーザ光のパルス幅に対応する反射光の検出周期が容易に得られるので、規定値を超える反射光を確実に検出できるようになる。
他の実施形態において、比較部62及び演算部63の代わりに、反射光の測定値が規定値を超えた場合に、スイッチを作動するサーマルスイッチ等を使用してもよい。サーマルスイッチが、出力制御部64のスイッチを投入すると、出力制御部64は、規定値を超えない最大パワーでレーザ光を出射させる。
次に、図9を参照して第3実施形態のレーザ加工装置において実行されるレーザ加工方法について説明する。図9は、第3実施形態におけるレーザ加工方法を示すフローチャートである。図9において、ステップS300〜ステップ311は、第2実施形態のステップS200〜ステップS211と同じであるため、説明を省略する。
第3実施形態では、集光ビーム径が1000μmと大きいため、高反射材であるアルミニウム等のワーク11に穴開け加工等を行うと、レーザ光のエネルギー密度が低い。このため、ワーク11を溶融できず、大きな反射光が戻り続け、穴開け加工が進まない。そこで、ステップS305において、反射光の測定値が規定値(例えば1260W)を超えた場合(ステップS307)、ステップS312において、加工ヘッド12内のB軸を駆動して、レーザ光の焦点位置を2mm上方へ移動する。レーザ光の焦点位置を移動することにより、ワーク表面で反射したレーザ光がレーザ発振器へ戻り難くなる。そのため、より大きなレーザパワーをステップS300及びS302でワークへ照射することが可能となり、1回目のステップで反射光を抑制できなかった場合でも、反射光を抑制できる。したがって、レーザ光の吸収し難い高反射材に対してもレーザ加工を実行できる。
他の実施形態では、ステップS305及びステップS309において、反射光の測定値が別の規定値(例えばより高い1300W)を超えた場合に、ステップS300へ戻らず、レーザ加工を停止するとともに、モニタ又は音声で加工を停止したことを通知してもよい。このシーケンスによれば、ワークの材質、厚さ等が分からない場合であっても、ステップS300において反射光を抑制するための最適な出力条件を決定し、ステップS303において反射光を低減させるためにワークに小さな穴を形成するとともに、ステップS305及びステップS309において大きなレーザパワーでレーザ光を出射するため、最短時間でレーザ加工を完了できる。
ここで、本発明の作用効果について説明する。本発明によれば、設定された加工条件が、ワークの材質、状態、傾き、レーザ光の焦点位置等において最適でない場合であっても、反射光を抑制し、レーザ発振器にダメージを与えることなく、安定したレーザ加工を実行でき、生産性が向上する。
なお、前述した実施形態におけるプログラムは、コンピュータ読取り可能な非一時的記録媒体、例えばCD-ROMに記録して提供してもよい。
本明細書において種々の実施形態について説明したが、本発明は、前述した種々の実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された範囲内において種々の変更を行えることを認識されたい。
10、50、60 レーザ加工装置
11 ワーク
12 加工ヘッド
14 機構制御部
15 光ファイバ
16、53、65 レーザ発振器
17 数値制御装置
19、21 駆動軸
28 反射光の測定値
29 記憶部
30、51、61 レーザ共振器
31 レーザ用電源
32、64 出力制御部
33 反射光センサ
37 制御部
38 記憶部
40 加工条件
41 反射光の規定値
52 反射光測定部
62 比較部
63 演算部
L レーザ光
R 反射光

Claims (12)

  1. 加工ヘッドからワークにレーザ光を照射し、照射したレーザ光の反射光を規定値以下に抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置において実行されるレーザ加工方法であって、
    前記ワークにレーザ加工を行う前に、前記レーザ加工の加工条件に含まれるレーザパワーより低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてレーザ発振器からレーザ光を出射し、反射光センサにより反射光を測定するステップと、
    前記反射光の測定値及び前記規定値に基づいて、反射光を抑制するための出力条件を決定するステップと、
    決定した前記出力条件で一定時間前記ワークにレーザ光を照射して前記レーザ加工を行う前に反射光を抑制するステップと、
    を含むことを特徴とするレーザ加工方法。
  2. 前記低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めて前記レーザ発振器からレーザ光を出射し、反射光センサにより反射光を測定するステップが、レーザ出力のオフ時間を有するパルスレーザ光を照射することを含む、請求項1に記載のレーザ加工方法。
  3. 前記反射光を抑制するステップの後に、前記レーザ加工の加工条件で出力指令を行い、前記反射光を測定するステップを更に含み、
    前記反射光の測定値が前記規定値を超えた場合に、再び前記低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めて前記レーザ発振器からレーザ光を出射し、反射光センサにより反射光を測定するステップへ戻る、請求項1又は2に記載のレーザ加工方法。
  4. 前記反射光を抑制するステップの後に、前記レーザ加工の加工条件で出力指令を行い、前記反射光を測定するステップと、
    前記反射光の測定値が前記規定値を超えた場合に、前記レーザ光の焦点位置を移動させるステップと、を更に含み、
    再び前記低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めて前記レーザ発振器からレーザ光を出射し、反射光センサにより反射光を測定するステップへ戻る、請求項1又は2に記載のレーザ加工方法。
  5. 前記低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めて前記レーザ発振器からレーザ光を出射し、反射光センサにより反射光を測定するステップにおける、前記レーザ光のパルス幅は、前記反射光の測定値が前記規定値を超えたことを検出する検出周期より長い、請求項2に記載のレーザ加工方法。
  6. 前記加工ヘッドに配置された反射光測定部を利用して反射光を測定する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
  7. 前記レーザ発振器がファイバレーザ発振器であり、前記反射光センサは、前記ファイバレーザ発振器に設けられていて、光ファイバのコア部へ戻ってきた反射光を測定する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
  8. 前記レーザ発振器がファイバレーザ発振器であり、前記反射光センサは、前記ファイバレーザ発振器に設けられていて、光ファイバのクラッド部へ戻ってきた反射光を測定する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
  9. 前記レーザ発振器がファイバレーザ発振器であり、前記反射光センサは、前記ファイバレーザ発振器に設けられていて、光ファイバのコア部及びクラッド部へ戻ってきた反射光を測定する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
  10. レーザ光をワークに照射し、照射したレーザ光の反射光を規定値以下に抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
    固体レーザ発振器と、
    パルスレーザ発振を可能にするレーザ用電源と、
    前記レーザ用電源に出力指令を行う出力制御部と、
    前記ワークからの反射光を測定する反射光測定部と、
    前記反射光の前記規定値を1つ以上記憶する記憶部と、
    前記レーザ加工の加工条件に含まれるレーザパワーより低いレーザパワーから段階的にレーザパワーを高めてパルスレーザ光を出射させる指令を行う制御部と、
    前記反射光の測定値及び前記規定値を比較する比較部と、
    前記反射光の測定値及び前記規定値の比較結果に基づいて、反射光を抑制するための出力条件を演算する演算部と、
    を有することを特徴とするレーザ加工装置。
  11. レーザ光の焦点位置を変更可能な駆動軸を有する機構部と、前記機構部を制御する機構制御部と、を更に有し、反射光を抑制するための前記出力条件でレーザ光を出射した後、前記反射光の測定値が前記規定値を超えた場合に、前記機構制御部は、レーザ光の焦点位置を変更するように前記機構部を制御する、請求項10に記載のレーザ加工装置。
  12. 前記レーザ用電源が200μ秒以下の速度で立上がり、前記出力制御部が前記レーザ光の出力指令として200μ秒以下のパルス指令を行う、請求項11に記載のレーザ加工装置。
JP2016078281A 2016-04-08 2016-04-08 反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法 Active JP6367858B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016078281A JP6367858B2 (ja) 2016-04-08 2016-04-08 反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法
US15/478,695 US10363630B2 (en) 2016-04-08 2017-04-04 Laser processing apparatus and laser processing method for performing laser processing while controlling reflected light
CN201710224663.5A CN107283049B (zh) 2016-04-08 2017-04-07 激光加工装置和激光加工方法
DE102017107499.6A DE102017107499B4 (de) 2016-04-08 2017-04-07 Laserbearbeitungsverfahren, das in einer Laserbearbeitungsvorrichtung durchgeführt wird, die einen Laserstrahl aus einem Bearbeitungskopf zu einem Werkstück aussendet, während das reflektierte Licht des ausgesendeten Laserstrahls geregelt wird, sowie zugehörige Laserbearbeitungsvorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016078281A JP6367858B2 (ja) 2016-04-08 2016-04-08 反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017185536A true JP2017185536A (ja) 2017-10-12
JP6367858B2 JP6367858B2 (ja) 2018-08-01

Family

ID=59929786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016078281A Active JP6367858B2 (ja) 2016-04-08 2016-04-08 反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10363630B2 (ja)
JP (1) JP6367858B2 (ja)
CN (1) CN107283049B (ja)
DE (1) DE102017107499B4 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112501425A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 山东大学 一种具有反高斯分布冲击波强度的激光表面强化方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6767430B2 (ja) * 2018-05-29 2020-10-14 ファナック株式会社 レーザ発振器
JP7105639B2 (ja) * 2018-07-05 2022-07-25 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置
CN109746570B (zh) * 2019-02-26 2021-08-17 苏州创鑫激光科技有限公司 一种光功率衰减调节系统、方法和激光焊接系统
CN109693033A (zh) * 2019-02-28 2019-04-30 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种自动调焦的激光焊接系统及自动调焦的方法
JP6954970B2 (ja) * 2019-10-01 2021-10-27 フタバ産業株式会社 部材の製造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004025204A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Fanuc Ltd レーザ加工機
JP2004074253A (ja) * 2002-08-21 2004-03-11 Hitachi Via Mechanics Ltd レーザ加工方法およびレーザ加工装置
JP2006150373A (ja) * 2004-11-25 2006-06-15 Laserfront Technologies Inc レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2006239697A (ja) * 2005-02-28 2006-09-14 Sumitomo Electric Ind Ltd レーザ加工装置
JP2006247681A (ja) * 2005-03-09 2006-09-21 Miyachi Technos Corp レーザ加工用モニタリング装置
JP2008238195A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Tokki Corp 有機デバイス加工装置及び有機デバイス加工方法
JP2013146752A (ja) * 2012-01-18 2013-08-01 Amada Co Ltd レーザ加工装置及びレーザ発振制御方法
JP2017154148A (ja) * 2016-02-29 2017-09-07 ファナック株式会社 反射光を抑制しつつレーザ加工を開始できるレーザ加工装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4804911B2 (ja) 2005-12-22 2011-11-02 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置
EP2737970B1 (en) 2011-07-28 2016-09-28 Mitsubishi Electric Corporation Laser machining device
JP5878330B2 (ja) * 2011-10-18 2016-03-08 株式会社ディスコ レーザー光線の出力設定方法およびレーザー加工装置
TWI453086B (zh) * 2011-12-02 2014-09-21 Ind Tech Res Inst 應用雷射光束之退火及即時監控之方法及系統
JP6425368B2 (ja) 2012-04-27 2018-11-21 株式会社ディスコ レーザー加工装置及びレーザー加工方法
JP2014117730A (ja) 2012-12-17 2014-06-30 Amada Co Ltd ファイバレーザ加工装置における焦点位置設定方法,ファイバレーザ加工装置,及びファイバレーザ加工方法
JP6339603B2 (ja) * 2016-01-28 2018-06-06 ファナック株式会社 レーザ加工開始条件を学習する機械学習装置、レーザ装置および機械学習方法
JP6294378B2 (ja) * 2016-03-30 2018-03-14 ファナック株式会社 前加工制御部を備えるレーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP6342949B2 (ja) * 2016-05-17 2018-06-13 ファナック株式会社 反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004025204A (ja) * 2002-06-21 2004-01-29 Fanuc Ltd レーザ加工機
JP2004074253A (ja) * 2002-08-21 2004-03-11 Hitachi Via Mechanics Ltd レーザ加工方法およびレーザ加工装置
JP2006150373A (ja) * 2004-11-25 2006-06-15 Laserfront Technologies Inc レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2006239697A (ja) * 2005-02-28 2006-09-14 Sumitomo Electric Ind Ltd レーザ加工装置
JP2006247681A (ja) * 2005-03-09 2006-09-21 Miyachi Technos Corp レーザ加工用モニタリング装置
JP2008238195A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Tokki Corp 有機デバイス加工装置及び有機デバイス加工方法
JP2013146752A (ja) * 2012-01-18 2013-08-01 Amada Co Ltd レーザ加工装置及びレーザ発振制御方法
JP2017154148A (ja) * 2016-02-29 2017-09-07 ファナック株式会社 反射光を抑制しつつレーザ加工を開始できるレーザ加工装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112501425A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 山东大学 一种具有反高斯分布冲击波强度的激光表面强化方法
CN112501425B (zh) * 2020-11-27 2021-08-27 山东大学 一种具有反高斯分布冲击波强度的激光表面强化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107283049A (zh) 2017-10-24
CN107283049B (zh) 2019-07-19
DE102017107499A1 (de) 2017-10-12
JP6367858B2 (ja) 2018-08-01
DE102017107499B4 (de) 2020-11-19
US20170291258A1 (en) 2017-10-12
US10363630B2 (en) 2019-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6367858B2 (ja) 反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP5249403B2 (ja) 補助制御装置を備えたレーザ加工システム
JP6342949B2 (ja) 反射光を抑制しながらレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP6294378B2 (ja) 前加工制御部を備えるレーザ加工装置及びレーザ加工方法
KR20100065381A (ko) 레이저 발진기 내 출사미러의 열화상태 측정방법 및 레이저 가공장치
JP2020093272A (ja) レーザ溶接方法
JP6604078B2 (ja) レーザ加工装置
JP4617324B2 (ja) レーザ溶接部形成方法
JP2019104046A5 (ja)
JP3222430B2 (ja) レーザ加工装置及び調整方法
JP2019188409A (ja) 制御装置、レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP4642790B2 (ja) レーザ溶接部形成方法
Kuar et al. Nd: YAG laser micromachining of alumina–aluminium interpenetrating phase composite using response surface methodology
JP2015509049A (ja) ファイバレーザで発生したパルスレーザビームによる材料加工方法及び材料加工装置
JP2007075848A (ja) レーザ加工装置
JPS589783A (ja) レ−ザ加工検査方法
WO2024052998A1 (ja) レーザ発振器及びレーザ加工装置
JP7291527B2 (ja) レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP5756626B2 (ja) レーザ加工機
JP4136547B2 (ja) パルスレーザ溶接方法
JP4241962B2 (ja) レーザ加工方法及びその装置
JP3594579B2 (ja) レーザ加工のデータ取込み開始時期判定方法及び装置
JP2024000857A (ja) レーザ加工装置
JP2021137867A (ja) レーザ溶接モニタリング装置及びレーザ溶接モニタリング方法
JPS6340693A (ja) レ−ザ加工機

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180116

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180612

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180705

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6367858

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150