JP2018047478A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、レーザビームの被加工物への煩雑な焦点位置の調整を行うことなく、しかも被加工物の微小領域の焦点合わせを容易に、かつ精度良く行うことができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。【解決手段】被加工物にレーザビームが照射されることにより発生する加工音を予め検出する加工音検出手段を有し、前記加工音検出手段により得られた加工音の音強度の分布からピーク値を求める制御手段と、前記ピーク値に基づいて、レーザビームの前記被加工物への焦点位置を調整する焦点位置調整手段とを有することを特徴とするものである。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザノズルから照射されるパルス状のレーザビームによりシート状ワークの切断を行うレーザ加工装置に関するものである。

紙、プラスチック、金属薄板等のシート状の材料（以下「シート状ワーク」と呼ぶ）を支持面で支持し、シート状ワークにレーザビームを照射することにより、シート状ワークから必要なパーツを切り出すレーザ加工装置について以下の特許文献１に開示される。前記レーザ加工装置を用いれば、シート状ワークから「曲線」を含む複雑な外形形状のパーツを容易に切り出すことが可能である。

この種のレーザビームを用いた加工方法として、レーザノズルから照射されるパルス状のレーザビームを用い、被加工物であるシート状ワークを切断したり穴開けしたりする加工方法が知られている。このレーザビーム加工方法では、ＸＹテーブル上にシート状ワークをセットし、レーザビームの照射方向と交差する方向にシート状ワークを移動させながら、シート状ワークに各パルス状のレーザビームを連続的に照射することにより被加工物に所望の加工を施す。

前記レーザ加工装置においては、レーザビームの被加工物への焦点位置の調整は、被加工物からレンズまでの距離を基準にするか又は、操作者がカットアンドトライで直接加工状態を確認しながら光学系の位置関係により調整していた。

特開平８−３０９５７０号公報

前記従来のレーザ加工装置では、レーザビームで被加工物を加工する場合、予め光学系による煩雑な焦点調整を行わなければならず、手間がかかり面倒であるという問題があった。また、焦点調整を行った後、何等かの原因で仮に光学系による位置ずれが生じると、再度調整を行わなければならず、その調整も上記と同様に面倒であった。

本発明は、煩雑な焦点調整を行うことなく、しかも被加工物の微小領域の焦点合わせを容易に、かつ精度良く行うことができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、パルス状にレーザビームを出力するレーザ出力手段と、前記レーザビームを被加工物へ照射する照射手段と、前記照射手段と前記被加工物とをＸ軸、Ｙ軸方向に相対的に移動させる第１の移動手段と、前記照射手段と前記被加工物とをＺ軸方向に相対的に移動させる第２の移動手段を有するレーザ加工装置において、前記被加工物にレーザビームが照射されることにより発生する加工音を予め検出する加工音検出手段を有し、前記加工音検出手段により得られた加工音の音強度の分布からピーク値を求める制御手段と、前記ピーク値に基づいて、レーザビームの前記被加工物への焦点位置を調整する焦点位置調整手段とを有することを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記加工音検出手段は、前記照射手段を、基準位置からＺ軸方向に所定距離だけ移動させる毎に、１パルス単位でレーザビームを被加工物に照射し、前記照射時に発生する加工音を各々検出することを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記焦点位置の調整は、前記照射手段を、前記加工音のピーク値に対応するＺ軸方向位置に移動させることにより行うことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３に記載のレーザ加工装置において、
前記加工音検出手段は、マイクロフォンから構成することを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４に記載のレーザ加工装置において、
操作者がレーザ加工装置の動作モードを選択・設定可能なモード設定手段を備え、
前記動作モードは、事前調整モードと通常加工モードを有し、前記事前調整モードは、前記加工音の検出及び前記加工音の検出結果から求められたピーク値に基づく焦点位置の調整を行う動作モードであり、又、前記通常加工モードは、前記事前調整モードにより調整された焦点位置にて被加工物にレーザビームを照射する動作モードであることを特徴とするものである。

請求項６記載の発明は、請求項５に記載のレーザ加工装置において、前記事前調整モードにおいて求められた前記加工音のピーク値を保存する記憶手段を備え、前記通常加工モード時においては、前記加工音検出手段により被加工物にレーザビームを照射する際に発生する加工音を順次検出し、前記検出された加工音と、前記記憶手段に保存された加工音のピーク値をその都度比較してその差分を求める制御手段を有し、前記差分が所定以上となる場合は、操作者に前記焦点位置の再調整を促す警告を発する警告手段をさらに備えたことを特徴とするものである。

請求項７記載の発明は、請求項６に記載のレーザ加工装置において、前記加工音検出手段は、レーザビーム照射時における被加工物の加工部付近に、前記照射手段と一体的に取付けられ、前記照射手段とともにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動することを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、煩雑な焦点調整を行うことなく、しかも被加工物の微小領域の焦点合わせを容易に、かつ精度良く行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、被加工物に対するレーザビーム照射時の加工音を１パルス単位で詳細に測定し、それらの加工音の音強度の分布から精度良くピーク値を求めることができる。その結果、焦点合わせを精度良く行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、焦点位置の調整は、照射手段を、加工音のピーク値に対応するＺ軸方向位置に移動させることにより決まる為、事前調整が容易である。

請求項４記載の発明によれば、加工音検出手段としてマイクロフォンを用いることにより、被加工物から発生する加工音を容易に、かつ効率良く集音検出することができ又、比較的安価に構成することができる。

請求項５記載の発明によれば、操作者がレーザ加工装置の動作モードを選択・設定可能なモード設定手段を備えた為、被加工物の種類が変わった場合等、再調整が必要となった場合であっても、容易に対応可能である。

請求項６記載の発明によれば、焦点調整を行った後、何等かの原因で仮に光学系による位置ずれが生じた場合や、被加工物の種類が変わった場合等に、操作者に再度焦点位置調整を行わなければならないことを警告できる為、操作者に容易に再調整を促すことができる。

請求項７記載の発明によれば、被加工物がＸ、Ｙ上のどの位置においても、加工音のピーク値に基づき、レーザビームの被加工物への焦点位置を調整及び、再調整できる。

本発明に係る実施例のレーザ加工装置の概要を示す図である。 本発明に係る実施例のコントローラ２０の構成例（破線枠内）を含むレーザ加工装置全体のブロック図である。 本発明に係る実施例において、検出された加工音についての音強度の分布を示す説明図である。 本発明に係る実施例において、図３のＡ点、Ｂ点、Ｃ点に対応する加工穴の模式図である。 本発明に係る実施例において、被加工物として２種類の用紙を用いた場合の音強度の分布を示す説明図である。 本発明に係る実施例のシート状ワーク上の複数の照射スポットによる加工ラインの説明図である。 本発明に係る実施例において、シート状ワーク３の表面上に２つの照射スポットが照射された状態を示す図である。 本発明に係る実施例において、ＣＯ２レーザ発振器により発振されるレーザビーム３１の出力波形を示す図である。

〔レーザ加工装置の基本構成〕
以下、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の基本構成について説明する。

図１において、本発明のレーザ加工装置１は、上位パソコン２の所定のプログラムソフトに従って、コンピュータ制御によって、シート状ワーク３にレーザ加工を施すことが可能である。詳しくは、前記上位パソコン２からの指令によりコントローラ２０を介して、レーザ発振器３０の作動、キャリッジ１０とシート状ワーク３との三次元方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）への相対的な移動等を制御する。

「被加工物」としてのシート状ワーク３は、シート状ワーク支持部４０上に固定され、その上方には、レーザビーム３１の「照射手段」としてのレーザノズル１１を搭載したキャリッジ１０が設置される。前記キャリッジ１０と前記シート状ワーク３（シート状ワーク支持部４０）とをＸ方向、Ｙ方向に相対的に移動させる第１の移動手段８６を備えることにより、シート状ワーク３の所定の位置にレーザ加工を施すことができる。前記第１の移動手段８６は、後述するＸドライブモータ（Ｍ１）２２、Ｙドライブモータ（Ｍ２）２３及び、Ｘ・Ｙ方向移動手段８４等により構成される。

「レーザ出力手段」（レーザビーム３１の照射源）としてのレーザ発振器３０は、キャリッジ１０のレーザノズル１１に光学系（ミラー５０、ミラー５１）を介してレーザビーム３１を供給する。前記レーザノズル１１に供給されたレーザビーム３１は、レーザノズル１１内の焦点レンズ１２（凸レンズ）により、いっそう集光され、シート状ワーク３に照射される。

又、前記キャリッジ１０と前記シート状ワーク３（シート状ワーク支持部４０）とをＺ方向に相対的に移動させる第２の移動手段８７を備えることにより、レーザビーム３１のシート状ワーク３への焦点位置を調整することができる。前記第２の移動手段８７は、後述するＺドライブモータ（Ｍ３）２４及び、Ｚ方向移動手段８５等により構成される。本実施形態においては図１に示すように、サーボモータ２６に連結されたねじ軸２８を回転させ、ねじ軸２８に連結されたキャリッジ１０をＺ方向に昇降させる。前記サーボモータ２６の軸に固定したエンコーダ２７は、コントローラ２０にキャリッジ１０の位置信号をフィードバックする。

（レーザ部の構成）
レーザ部は、レーザ発振器３０と、レーザノズル１１を搭載したキャリッジ１０等により構成される。レーザ発振器３０は、キャリッジ１０の上方に設置されている。前記レーザ発振器３０より照射されたパルス状のレーザビーム３１が、図１の一点鎖線で示すようにレーザ加工装置１上に設けたミラー５０にて９０°方向転換されて、レーザノズル１１上方に設けてあるミラー５１に入射するようになされている。前記ミラー５１に入射したレーザビーム３１は、更に９０°方向転換されてレーザノズル１１に入射し、レーザノズル１１内の焦点レンズ１２にて所定強度に絞られ、シート状ワーク支持部４０上のシート状ワーク３に照射される。尚、前記レーザ発振器３０は、ＲＦ励起方式のＣＯ２レーザを用いる。

（レーザ加工音検出手段）
本発明のレーザ加工装置１においては、図１に示すように、レーザビーム３１のシート状ワーク３への「焦点位置調整手段」として、前記第２の移動手段８７とともにシート状ワーク３にレーザビーム３１が照射されることにより発生する加工音を検出する加工音検出手段６０を有する。前記加工音検出手段６０は、例えば、マイクロフォン６１から構成される。

キャリッジ１０には、マイクロフォン６１が固定され、レーザ加工時の音がマイクロフォン６１により幅広い周波数領域で検出される。前記マイクロフォン６１は、レーザビーム照射時におけるシート状ワーク３の加工部付近に、前記キャリッジ１０と一体的に取付けられ、前記照射手段とともにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動する。マイクロフォン６１より出力されるアナログ信号はプリアンプ６２に入力し、増幅される。増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ６３によってディジタル信号に変換され、コントローラ２０に入力される。また、レーザ加工前にマイクロフォン６１により検出される信号（作業現場のレーザ加工外の騒音検知信号）も、暗騒音のデータとして記憶手段（不図示）に記憶される。

前記暗騒音と加工音との関係は、例えば、レーザ照射時の衝撃波の周波数は、約９ＫＨｚで、ファン等のノイズは約３ＫＨｚの為、周波数帯に差がある。従って、音響信号のピーク値を測定時においては、ノイズによる影響はほとんどない。念の為、ハイパスフィルターを通して、Ｓ／Ｎ比を上げるように構成してもよい。又、前記記憶手段に保存した暗騒音のデータを用いて、測定データから暗騒音分のデータを除去するように構成してもよい。

尚、前記マイクロフォン６１は、キャリッジ１０と一体的に取付けられることなく、レーザビーム照射時におけるシート状ワーク３の加工部付近に別体として取付けられるように構成してもよい。その場合、加工音の検出時においては、常にＸ、Ｙ方向の特定位置（マイクロフォン６１の設置位置）にキャリッジ１０を移動させる必要がある。

〔レーザ加工装置の制御部〕
以下、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の制御部について、図２を参照して説明する。

（制御手段）
図２は、コントローラ２０の構成例（破線枠内）を含むレーザ加工装置全体のブロック図である。コントローラ２０は、上位パソコン２からの指令に基づき、主に、レーザ発振器３０からのレーザビーム３１の照射タイミングの制御及び、キャリッジ１０（レーザノズル１１）とシート状ワーク３（シート状ワーク支持部４０）の相対的な移動タイミング（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）を制御するものである。コントローラ２０は、基準パルス生成手段８０、分周回路８１、照射タイミング制御手段８２、移動タイミング制御手段８３等により構成される。

基準パルス生成手段８０は、前記照射タイミングの制御及び、移動タイミングの制御に用いる為の共通の基準パルス信号を生成し、前記基準パルス信号は、基準パルス信号８０ａ、８０ｂとして、分周回路８１及び、移動タイミング制御手段８３にそれぞれ入力される。

前記分周回路８１に入力された基準パルス信号８０ａは、分周回路８１にて分周比＝１：１０に分周後、照射タイミング制御手段８２に入力され、さらにレーザ発振器３０に出力される。尚、照射タイミング制御手段８２は、不図示のスイッチ回路を備え、上位パソコン２からの制御指令に基づいて、連続加工と断続加工とを適宜切り替えて実行できるように、レーザ発振器３０へのパルス信号の出力をオン／オフ制御することができる。

前記移動タイミング制御手段８３は、前記入力された基準パルス信号８０ｂを移動タイミング制御信号８３ａ、８３ｂ、８３ｃとして、それぞれＸドライブモータ（Ｍ１）２２、Ｙドライブモータ（Ｍ２）２３、Ｚドライブモータ（Ｍ３）２４に出力する。尚、前記移動タイミング制御手段８３は、不図示のスイッチ回路を備え、上位パソコン２からの制御指令に基づいて、前記Ｘドライブモータ２２、Ｙドライブモータ２３、Ｚドライブモータ２４へのパルス信号の出力をそれぞれオン／オフ制御する。

その結果、前記Ｘドライブモータ２２、Ｙドライブモータ２３への制御出力は、Ｘ・Ｙ方向移動手段８４を介して、シート状ワーク支持部４０のＸ方向への移動／停止、シート状ワーク支持部４０のＹ方向への移動／停止を実行し、又、Ｚドライブモータ２４への制御出力は、Ｚ方向移動手段８５を介して、キャリッジ１０のＺ方向への移動／停止をそれぞれ適宜切り替えて実行できるように構成されている。

上記構成によれば、前記共通の基準パルス信号に基づき、照射手段と被加工物との相対的移動に同期させてレーザビームを被加工物へ照射するように構成したので、簡易で安価な構成により、加工寸法のバラツキを抑え又、変色・変形・変質等のない高品質な加工を実現することができる。

又、照射タイミング制御手段８２によるシート状ワーク３へのレーザビームを照射するタイミングは、前記基準パルス信号８０ａを所定の比率で分周した周期に同期させることにより、簡易な方法で照射タイミングを制御することが可能である。

前記Ｘドライブモータ２２、Ｙドライブモータ２３は、ステッピングモータを用いることが好ましい。ステッピングモータは、入力パルスに同期して正確に回転する為、回転量の検出が必要なく（エンコーダの設置は不要である）、高精度な位置決めが可能である。したがって、簡易で安価な構成により、加工寸法のバラツキを抑え又、変色・変形・変質等のない高品質な加工を実現することができる。本発明においては、前記Ｘドライブモータ２２、Ｙドライブモータ２３は、ステッピングモータだけに限定されず、サーボモータ等も使用可能である。

〔シート状ワークのレーザ加工方法〕
次に、上述した前記レーザ加工装置１を用いて、シート状ワーク３にレーザビーム３１を照射してレーザ加工する方法について説明する。

(レーザ加工装置の動作モード)
本実施形態におけるレーザ加工装置の動作モードは、例えば、操作者が操作パネル等により動作モードを選択・設定可能なモード設定手段（不図示）を備え、前記動作モードは、事前調整モードと通常加工モードを有し、前記事前調整モードは、事前調整用のシート状ワーク３へのレーザビーム照射時における加工音の検出及び前記加工音の検出結果から求められたピーク値に基づく焦点位置の調整を行う動作モードであり、又、前記通常加工モードは、前記事前調整モードにより調整された焦点位置にて通常加工用（製品加工用）のシート状ワーク３にレーザビーム３１を照射して加工する動作モードである。

前記構成によれば、操作者がレーザ加工装置の動作モードを選択・設定可能なモード設定手段を備えた為、被加工物の種類が変わった場合等、再調整が必要となった場合であっても、容易に対応可能である。

（事前調整モード）
次に、前記事前調整モードについて、図１に基づき説明する。事前調整モードは、後に実施する通常加工モードと同種の事前調整用のシート状ワーク３を用い、先ず、被加工物にパルス状のレーザビームが照射されることにより発生する加工音を加工音検出手段６０により検出し、前記加工音検出手段６０により得られた加工音の音強度の分布からピーク値を求める。次に、前記ピーク値に基づいて、レーザビームの前記被加工物への焦点位置を調整する。

前記構成によれば、煩雑な焦点調整を行うことなく、しかも被加工物の微小領域の焦点合わせを容易に、かつ精度良く行うことができる。又、前記焦点位置の調整は、照射手段を、加工音のピーク値に対応するＺ軸方向位置に移動させることにより決まる為、事前調整が容易である。

詳細には、シート状ワーク支持部４０上に載置したシート状ワーク３のレーザビーム照射時における加工部付近に設置されたマイクロフォン６１によりレーザ照射でシート状ワーク３から発生される加工音（破裂音）を検出する。次に、マイクロフォン６１より出力されるアナログ信号はプリアンプ６２に入力し、増幅される。増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ６３によってディジタル信号に変換され、コントローラ２０に入力され、検出した加工音の音強度の分布が解析される。

前記加工音の音強度の分布の測定にあたっては、キャリッジ１０を、基準位置からＺ軸方向に所定距離だけ移動させる毎に、レーザビーム３１を１パルス単位でシート状ワーク３に照射し、前記レーザビーム照射時に発生する加工音を順次検出し、記憶手段（不図示）に保存していく。

前記構成によれば、被加工物に対するレーザビーム３１照射時の加工音を１パルス単位で詳細に測定し、それらの加工音の音強度の分布から精度良くピーク値を求めることができる。その結果、焦点位置を精度良く調整することができる。

図３は、前記順次検出された加工音についての音強度の分布図であって、キャリッジ１０の移動距離（１／１０ｍｍ）と検出された加工音の音強度（マイクアンプ出力Ｖｐ−ｐ）との関係を示す関係図である。前記関係図は、被加工物としてのコート紙（ｔ＝０．４ｍｍ）にパルス状のレーザビーム３１を照射（１パルスにおけるパルス幅＝６０μｓｅｃ）した場合におけるフォーカス距離（キャリッジ１０の移動距離）と、マイクロフォン６１からのプリアンプ６２出力との関係（測定結果５回の平均値）をプロットしたものである。 横軸は、１／１０ｍｍ単位でのキャリッジ１０の移動距離を示している。
前記キャリッジ１０の移動開始位置としての基準位置（横軸上の０ｍｍ位置）は、前記関係図におけるピーク値を求めることができさえすれば、どの位置を基準位置として加工音の測定を開始してもよく、加工音のピーク値に対応するＺ軸方向位置が特定できればよい。前記基準位置からＺ方向に順次所定距離だけ上昇又は、下降させる毎に距離を加算していく。尚、前記マイクロフォン６１は、コート紙から３０ｍｍの位置に取付けられている。

又、図４は、図３の音強度の分布図の内、「Ａ点」、「Ｂ点」、「Ｃ点」におけるシート状ワーク３のレーザ加工後の加工穴の状態を示す模式図である。尚、図３において、「Ｂ点」は加工音の音強度のピーク値を示している。
図４において、×印はレーザ加工の中心位置７３、実線はレーザ加工時の加工ライン７１、破線はレーザ加工ラインの理想範囲７２（想像円）を示している。

図３おける「Ａ点」、「Ｂ点」、「Ｃ点」の加工音の音強度と、それに対応する図４における「Ａ点」、「Ｂ点」、「Ｃ点」の模式図を比較すると、図３おける音強度のピーク位置である「Ｂ点」が、図４（Ｂ点）において最も理想範囲７２に近い加工穴の状態となっていることがわかる。その他の「Ａ点」、「Ｃ点」においては、加工ライン７１が理想範囲７２より過剰に広がっていることがわかる。したがって、レーザビーム３１の前記被加工物への焦点位置の調整は、前記キャリッジ１０を、前記加工音のピーク値「Ｂ点」に対応するＺ軸方向位置に移動させることにより行うことが、最も理想的な加工状態となる。

そして、コントローラ２０は、検出した加工音の音強度分布（加工音のピーク値）に基づいて、第２の移動手段８７によりキャリッジ１０をＺ方向に昇降させることによりレーザビーム３１のシート状ワーク３への焦点位置を調整する。尚、キャリッジ１０のＺ方向の位置情報は、前記サーボモータ２６の軸に固定したエンコーダ２７を用い、コントローラ２０にキャリッジ１０の位置信号をフィードバックすることにより認識することができる。

以上のように、事前調整モードにおいては、先ず、シート状ワーク３にレーザビーム３１が照射されることにより発生する加工音を予め加工音検出手段６０により検出し、前記加工音検出手段６０により得られた加工音の音強度の分布からピーク値を求める。次に、前記ピーク値に基づいて、レーザビーム３１の前記シート状ワーク３への焦点位置を調整する。このため、検出した音強度分布の音強度のピーク位置にキャリッジ１０を移動させるだけで調整することができるので、従来のような加工光学系による煩雑な焦点調整を行うことなく、微小領域の焦点合わせを容易に、かつ精度良く行うことができる。

本実施例は、被加工物（シート状ワーク３）から発生される加工音（破裂音）を検出できるようにマイクロフォン６１から構成する加工音検出手段６０を備えるため、マイクロフォン６１により被加工物から発生する加工音を容易に、かつ効率良く集音検出することができるうえ、マイクロフォン６１により比較的安価なシステムを構成することができる。

被加工物の種類（特に、厚さ）が変わる場合は、再度、加工音の音強度のピーク値に基づき焦点距離を合わす必要がある。図５に示すように、被加工物の種類により音強度の分布が異なる。

図５は、被加工物の種類として、コート紙（ｔ＝０．４ｍｍ）、板紙（ｔ＝０．６ｍｍ）の２種類について、図３と同様に、キャリッジ１０のＺ方向への移動に伴い、順次検出された加工音についての音強度の分布図であって、キャリッジ１０の移動距離（１／１０ｍｍ）と前記検出された加工音の音強度（マイクアンプ出力Ｖｐ−ｐ）との関係を示す関係図である。尚、コート紙（ｔ＝０．４ｍｍ）に照射するパルス状のレーザビーム３１は、１パルス当たりのパルス幅は６０μｓｅｃであり、板紙（ｔ＝０．６ｍｍ）に照射するパルス状のレーザビーム３１は、１パルス当たりのパルス幅は１００μｓｅｃである。
前記関係図において、板紙については、キャリッジ１０が基準位置から０．６ｍｍ下降した位置である「Ｄ点」が加工音の音強度のピーク値を示しており又、コート紙については、キャリッジ１０が基準位置から１．６ｍｍ下降した位置である「Ｅ点」が加工音の音強度のピーク値を示している。すなわち、被加工物の種類により調整するべき両者の焦点位置が異なることを示している。加工音の音強度のピーク値により焦点位置を調整する場合は、被加工物の種類（厚さ等）に関わらずベストなポジションとなるように設定される。

前記被加工物の種類として、例えば、ある一定以上厚さが薄い薄紙を用いる場合は、照射するエネルギーに対して貫通に必要なエネルギーが僅かで良いため、薄紙に対するベストフォーカス点の範囲が広くなってピークが出なくなることもあり得る。この場合、照射時間を短くしてパワーを下げる等の調整を行えば良い。尚、厚紙の場合は、照射するエネルギーと貫通に必要なエネルギーの関係にあまり余裕度がない為、距離と音との関係の特性でピークが顕著に出やすい。

（通常加工モード）
次に、前記通常加工モードについて、図１に基づき説明する。通常加工モードは、前述の事前調整モードにより調整された焦点位置にて、事前調整モードで用いたものと同種の通常加工用（製品加工用）のシート状ワーク３にレーザビーム３１を照射して加工する動作モードである。

前記シート状ワーク支持部４０に固定されたシート状ワーク３の上方にはレーザ発振器
３０が配置される。そして、前記レーザ発振器３０より照射されたパルス状のレーザビーム３１は、ミラー５０、５１で反射し、焦点レンズ１２で集光されて、シート状ワーク３の所定箇所に照射される。それと共に、製品形状に基づき、シート状ワーク３とキャリッジ１０（レーザノズル１１）を第１の移動手段８６により二次元方向（Ｘ、Ｙ方向）に相対移動させることにより、複数の孔を連続して備えた図６に示すような加工ラインを形成する。尚、前記レーザ発振器３０は、ＲＦ励起方式のＣＯ２レーザを用いる。

このとき、シート状ワーク３の相対移動速度Ｖ１が一定となるように制御し、さらに、シート状ワーク３の表面上で各照射スポットＳｐが一定のピッチＰ１で並ぶようにパルス状のレーザビームを照射することにより、均一な加工が可能である。

図７は、シート状ワーク３の表面上で２つの照射スポットＳｐ１、Ｓｐ２が、一定のピッチＰにて、一定のオーバーラップ率で並ぶようにパルス状のレーザビームが照射される状態を示す図である。前記基準パルス信号８０ａを分周回路８１にて分周した周波数の分周比率は、使用するレーザの照射スポット半径（ｒ）に対する照射スポットの配列ピッチ（Ｐ）の比率が５０から１５０％の範囲内に設定される。前記構成によれば、パルスレーザにおける照射スポットの加工送り方向のオーバーラップ率が一定範囲内に規制される為、加工部位の変色等を防ぐことができる。

前記各照射スポットＳｐに対応するＣＯ２レーザ発振器３０により発振されるレーザビーム３１の出力波形は、図８に示すような波形をなす。ＲＦ励起方式では、図８の出力波形において定格出力からピーク出力の間のレーザの出力パワーを用いるのが通常である。
又、照射時間は、被加工物に対して極力熱ストレスを与えないで最大となるエネルギーで、
図８の最大パルス照射時間内に抑えることが好ましい。

（他の実施形態）

事前調整モードにおいて求められた加工音のピーク値を保存する記憶手段を備え、通常加工モード時においては、加工音検出手段６０により被加工物にレーザビーム３１を照射する際に発生する加工音を順次検出し、前記検出された加工音と、前記記憶手段に保存された加工音のピーク値をその都度比較してその差分を求める制御手段を有し、前記差分が所定以上となる場合は、操作者に前記焦点位置の再調整を促す警告を発する警告手段をさらに備えるように構成してもよい。

前記構成によれば、焦点調整を行った後、何等かの原因で仮に光学系による位置ずれが生じた場合や、被加工物の種類が変わった場合等に、操作者に再度焦点位置調整を行わなければならないことを警告できる為、操作者に容易に再調整を促すことができる。
この場合、マイクロフォン６１は、レーザビーム３１照射時における被加工物の加工部付近に、前記照射手段と一体的に取付けられ、前記照射手段とともにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動するように構成される。前記構成によれば、被加工物がＸ、Ｙ上のどの位置においても、加工音のピーク値に基づき、レーザビームの被加工物への焦点位置を調整及び、再調整できる。

又、上記実施形態では、レーザビーム３１の照射手段と被加工物とを相対的に（Ｘ、Ｙ方向に）移動させる相対移動機構として、照射手段を固定し、被加工物を互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動させる場合について説明したが、本発明はこの形態に限られるものではなく、照射手段及び被加工物の両方を移動させる場合や、被加工物を固定してセットし、照射手段をＸ方向及びＹ方向に移動させる場合にも適用できるものである。

１ レーザ加工装置
２ パソコン
３ シート状ワーク
１０ キャリッジ
１１ レーザノズル
１２ 焦点レンズ
２０ コントローラ
２２ Ｘドライブモータ
２３ Ｙドライブモータ
２４ Ｚドライブモータ
３０ レーザ発振器
３１ レーザビーム
４０ シート状ワーク支持部
５０ ミラー
５１ ミラー
６０ 加工音検出手段
６１ マイクロフォン
６２ プリアンプ
６３ Ａ／Ｄコンバータ
８０ 基準パルス生成手段
８１ 分周回路
８２ 照射タイミング制御手段
８３ 移動タイミング制御手段
８４ Ｘ・Ｙ方向移動手段
８５ Ｚ方向移動手段

Claims (7)

1. パルス状にレーザビームを出力するレーザ出力手段と、前記レーザビームを被加工物へ照射する照射手段と、前記照射手段と前記被加工物とをＸ軸、Ｙ軸方向に相対的に移動させる第１の移動手段と、前記照射手段と前記被加工物とをＺ軸方向に相対的に移動させる第２の移動手段を有するレーザ加工装置において、
   前記被加工物にレーザビームが照射されることにより発生する加工音を予め検出する加工音検出手段を有し、前記加工音検出手段により得られた加工音の音強度の分布からピーク値を求める制御手段と、前記ピーク値に基づいて、レーザビームの前記被加工物への焦点位置を調整する焦点位置調整手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記加工音検出手段は、前記照射手段を、基準位置からＺ軸方向に所定距離だけ移動させる毎に、１パルス単位でレーザビームを被加工物に照射し、前記照射時に発生する加工音を各々検出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記焦点位置の調整は、前記照射手段を、前記加工音のピーク値に対応するＺ軸方向位置に移動させることにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記加工音検出手段は、マイクロフォンから構成することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 操作者がレーザ加工装置の動作モードを選択・設定可能なモード設定手段を備え、
   前記動作モードは、事前調整モードと通常加工モードを有し、
   前記事前調整モードは、前記加工音の検出及び前記加工音の検出結果から求められたピーク値に基づく焦点位置の調整を行う動作モードであり、
   又、前記通常加工モードは、前記事前調整モードにより調整された焦点位置にて被加工物にレーザビームを照射する動作モードであることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のレーザ加工装置。
6. 前記事前調整モードにおいて求められた前記加工音のピーク値を保存する記憶手段を備え、前記通常加工モード時においては、前記加工音検出手段により被加工物にレーザビームを照射する際に発生する加工音を順次検出し、前記検出された加工音と、前記記憶手段に保存された加工音のピーク値をその都度比較してその差分を求める制御手段を有し、
   前記差分が所定以上となる場合は、操作者に前記焦点位置の再調整を促す警告を発する警告手段をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
7. 前記加工音検出手段は、レーザビーム照射時における被加工物の加工部付近に、前記照射手段と一体的に取付けられ、前記照射手段とともにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動することを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
   
   
   

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