JP2018103213A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の材料に応じて効率良く保護処理を行うことができるレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】ＣＰＵ７１はステップＳ７において、保護処理を要しないと判断した場合、ステップＳ１９のレーザ照射処理において、保護処理を行わない。また、ステップＳ７において、ＣＰＵ７１は材料毎の保護処理の要・不要の値を有する保護処理テーブル７９に基づいて判断する。これにより、レーザ加工装置１は保護処理が不要の材料である場合には、レーザ照射処理において、保護処理を省略することができる。これにより、レーザ加工装置１は材料に応じて効率良く保護処理を施すことができる。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ加工装置に関するものである。

特許文献１には、レーザ光を用いたマーキングの工程の後で、マーキングの工程で用いたレーザ光のエネルギーよりも低いエネルギーのレーザ光を被加工物に照射する清浄化の工程を行う方法が開示されている。特許文献１に開示の清浄化の工程は、被加工物の表面の汚れおよび凸凹などを清浄化することを目的としている。

ところで、被加工物の材料が例えばクロムを含有する鉄鋼のように特定元素を含有する金属である場合、レーザ光を用いたマーキングの工程の後で、マーキングの工程で用いたレーザ光のエネルギーよりも低いエネルギーのレーザ光を被加工物に照射することが、加工部分の保護膜形成のために有効であることが知られている。

特開平１０−３４３５９号公報

被加工物の材料が特定元素を含有する金属である場合には、上記のように、低いエネルギーのレーザ光を被加工物に照射することが、保護膜形成のため有効であるが、被加工物の材料が特定元素を含有する金属でない場合には、低いエネルギーのレーザ光を被加工物に照射することは必要とされない。そこで、加工材料に応じて効率良く保護処理を施すレーザ加工装置が要請されていた。

本願は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、被加工物の材料に応じて効率良く保護処理を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。

本明細書は、レーザ光を出射するレーザ光出射部と、レーザ光を走査する走査部と、走査部を制御する制御部と、を備え、制御部は、加工パターンに基づいて、加工対象物に第１エネルギー密度のレーザ光を用いたレーザ加工を行う加工処理と、加工処理の後、加工パターンに基づいて、加工対象物に第１エネルギー密度よりも小さい第２エネルギー密度のレーザ光を照射する保護処理と、保護処理の実行に先立ち、加工対象物の材料種別に応じて保護処理を要するか否かを判断する判断処理と、を実行し、判断処置において、保護処理を要しないと判断した場合、保護処理を実行しないことを特徴とするレーザ加工装置を開示する。このようにすれば、レーザ加工装置は保護処理を要しないと判断した場合、保護処理を実行しないので、加工対象物の材料種別に応じて効率良く保護処理を行うことができる。

本願によれば、被加工物の材料に応じて効率良く保護処理を行うことができるレーザ加工装置を提供することができる。

本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成である。 レーザ加工装置の電気的構成を示すブロック図である。 設定実行処理の処理内容を示すフローチャートである。 条件設定処理の処理内容を示すフローチャートである。 走査設定処理の処理内容を示すフローチャートである。 加工設定の表示画面を示す図である。 詳細設定の表示画面を示す図である。 走査設定の表示画面を示す図である。 保護処理テーブルを示す図である。 （ａ）加工パターンおよび（ｂ）加工処理における走査方向に基づき、（ｃ）保護処理における走査方向を決定する方法を説明する図である。 別例１における保護処理テーブルを示す図である。 別例１における走査速度に対する重なり率の相関関係を示すグラフである。 別例１における重なり率に対する係数の相関関係を示すグラフである。 別例２における保護処理テーブルを示す図である。

＜レーザ加工装置の概略構成＞
本実施形態に係るレーザ加工装置１の概略構成について図１を用いて説明する。本実施形態に係るレーザ加工装置１は、ＰＣ（Personal Computer）７、レーザ加工部２、レーザコントローラ５などを備える。また、レーザ加工部２は、レーザヘッド部３および電源ユニット６などを有する。レーザ加工部２は、レーザコントローラ５から送信される情報に基づいて、加工対象物Ｗの加工面ＷＡに対してレーザ光Ｌを２次元走査して文字、記号、図形等をマーキングするレーザ加工を行う。以下の説明において、レーザ加工を印字と記載する場合がある。

ＰＣ７は、例えばノートＰＣなどで実現され、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）７７、キーボード７６、およびマウス７８などを備え、ユーザからの加工命令を受け付ける。レーザコントローラ５はコンピュータなどで実現され、レーザ加工部２およびＰＣ７と双方向通信可能に接続されている。レーザコントローラ５はＰＣ７から送信された印字情報、制御パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザ加工部２を制御する。以後の説明において、方向は図１に示す方向を用いる。

レーザヘッド部３は、本体ベース１１、レーザ光Ｌを出射するレーザ光出射部１２、光シャッター部１３、光ダンパー（不図示）、ハーフミラー（不図示）、ガイド光部１５、反射ミラー１７、光センサ２０、ガルバノスキャナ１８、およびｆθレンズ１９などを有し、不図示の略直方体形状の筐体カバーで覆われている。

レーザ光出射部１２は、レーザ発振器２１、およびビームエキスパンダ２２などを有する。レーザ光出射部１２は本体ベース１１に取り付けられており、励起用レーザ光出射部４０（後述）から出射される励起用レーザ光が光ファイバＦを介して入射される。レーザ発振器２１は、不図示の例えばＹＡＧレーザおよび受動Ｑスイッチなどを有する。レーザ発振器２１は光ファイバＦを介して入射される励起用レーザ光に応じて、加工対象物Ｗの加工面ＷＡに加工を行うためのパルス状のレーザ光Ｌを出射する。ビームエキスパンダ２２は、レーザ発振器２１と同軸に設けられており、レーザ光Ｌのビーム径を調整する。尚、レーザ発振器２１がレーザ光Ｌを出射する方向が前方向であり、レーザヘッド部３の上下方向及び前後方向に直交する方向が、レーザヘッド部３の左右方向である。

光シャッター部１３は、シャッターモータ２６および平板状のシャッター２７を有する。シャッター２７は、シャッターモータ２６のモータ軸に取り付けられて同軸に回転する。シャッター２７は、ビームエキスパンダ２２から出射されたレーザ光Ｌの光路を遮る位置に回転された際には、レーザ光Ｌを光ダンパーへ反射する。光ダンパーはシャッター２７で反射されたレーザ光Ｌを吸収する。一方、シャッター２７がビームエキスパンダ２２から出射されたレーザ光Ｌの光路を遮らない位置に回転された際には、ビームエキスパンダ２２から出射されたレーザ光Ｌは、光シャッター部１３の前側に配置されたハーフミラーに入射する。ハーフミラーは、後側から入射されるレーザ光Ｌのほぼ全部を透過し、一部を反射ミラー１７へ反射する。ハーフミラーを透過したレーザ光Ｌはガルバノスキャナ１８に入射される。反射ミラー１７は入射されたレーザ光Ｌを光センサ２０へ反射する。光センサ２０は、入射されたレーザ光Ｌの発光強度に応じた信号をレーザコントローラ５へ出力する。

ガイド光部１５は、ガイド光レーザ２８（図２）およびレンズ群（不図示）などを有する。ガイド光レーザ２８は例えば赤色の、可視レーザ光を出射する半導体レーザである。レンズ群（不図示）は可視レーザ光を平行光に収束する。ガイド光部１５はハーフミラーの右側に配置されている。ハーフミラーはガイド光部１５から出射された可視レーザ光であるガイド光をガルバノスキャナ１８へ向けて反射する。ここで、ハーフミラーにより反射されたガイド光の光路と、ハーフミラーを透過したレーザ光Ｌの光路とは一致する。

ガルバノスキャナ１８は、本体ベース１１の前側端部に形成された貫通孔（不図示）の上側に取り付けられている。ガルバノスキャナ１８は、ガルバノＸ軸モータ３１、ガルバノＹ軸モータ３２、本体部３３などを有する。ガルバノＸ軸モータ３１およびガルバノＹ軸モータ３２の各々は、モータ軸およびモータ軸の先端部に取り付けられた走査ミラーを有する。ガルバノＸ軸モータ３１およびガルバノＹ軸モータ３２は、各々のモータ軸が互いに直交し、各々の走査ミラーが互いに対向するように、本体部３３に取り付けられている。各モータ３１，３２が回転することにより、各走査ミラーが回転する。これにより、レーザ光Ｌおよびガイド光が２次元走査される。ここで、走査方向は、レーザヘッド部３の方向において、前から後へ向かうＹ方向と、左から右へ向かうＸ方向である。

ｆθレンズ１９は、ガルバノスキャナ１８によって２次元走査されたレーザ光Ｌとガイド光とを下方に配置された加工対象物Ｗの加工面ＷＡに収束させる。

電源ユニット６は、励起用レーザ光出射部４０、励起用レーザドライバ５１、電源部５２などを有する。電源部５２は不図示の電源コードを介して商用電源に接続される。電源部５２は給電される交流電力を直流電力に変換し、レーザ加工部２の各部へ給電する。励起用レーザドライバ５１は、レーザコントローラ５からの命令に応じて、励起用レーザ光出射部４０を駆動する。励起用レーザ光出射部４０は光ファイバＦを介してレーザ発振器２１と光学的に接続されている。励起用レーザ光出射部４０は半導体レーザを有し、励起用レーザドライバ５１から供給される駆動電流の電流値に応じたパワーの励起用レーザ光を光ファイバＦ内に出射する。レーザ発振器２１は内部のエネルギーが所定値以上となると１つのパルスを出射する。従って、レーザ光Ｌのパルス周波数は、励起用レーザドライバ５１から供給される駆動電流の電流値により制御される。

＜レーザ加工装置の電気的構成＞
次に、レーザ加工装置１の電気的構成について、図２を用いて説明する。ＰＣ７は、図１で示した構成の他に、制御部７０、制御回路７４などを有する。制御部７０は、ＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、ＲＯＭ７３、およびＨＤＤ(Hard Disk Drive）７５等を有する。ＣＰＵ７１はＲＯＭ７３に記憶されている各種のプログラムを実行することによって、制御回路７４等を制御する。ＲＡＭ７２はＣＰＵ７１が各種の処理を実行するための主記憶装置として用いられる。ＲＯＭ７３には制御プログラム、文字パラメータ情報、および反射率情報などが記憶されている。文字パラメータ情報とは、フォント毎のパラメータ情報であり、例えばストロークフォントの場合には、文字の中心の点の座標と、各点を結ぶ線を表す式のパラメータなどの情報である。また、アウトラインフォントの場合には、文字の輪郭線を構成する点の座標と、各点を結ぶ線を表す式のパラメータなどの情報である。ＨＤＤ７５は、後述する設定実行処理のプログラム、各種アプリケーションソフトウェアのプログラム、各種データファイル、および保護処理テーブル７９（図９）などを記憶している。ＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、およびＲＯＭ７３は、不図示のバス線により相互に接続されている。また、ＣＰＵ７１とＨＤＤ７５は、不図示の入出力インターフェースを介して接続されている。

制御回路７４は、ＬＣＤ７７、キーボード７６、マウス７８などと電気的に接続されており、キーボード７６およびマウス７８が受け付けた操作を信号に変換して、ＣＰＵ７１へ出力する。また、ＣＰＵ７１からの命令に応じた表示画面をＬＣＤ７７に表示させる。

レーザコントローラ５は、例えばコンピュータなどで実現され、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４３等を有する。ＣＰＵ４１はＲＯＭ４３に記憶されている各種のプログラムを実行することによって、後述のガルバノコントローラ５６、ガイド光レーザドライバ５８、および励起用レーザドライバ５１などを制御する。ＲＡＭ４２はＣＰＵ４１が各種の処理を実行するための主記憶装置として用いられる。尚、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４３は、不図示のバス線により相互に接続されている。

レーザヘッド部３は、図１で示した構成の他に、ガルバノコントローラ５６、ガルバノドライバ３６、およびガイド光レーザドライバ５８などを有する。ガルバノコントローラ５６は、レーザコントローラ５から入力された、後述するＸＹ座標データおよびガルバノ走査速度情報などに基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２の駆動角度、回転速度等を算出して、駆動角度、回転速度を表すモータ駆動情報をガルバノドライバ３６へ出力する。ガルバノドライバ３６は、ガルバノコントローラ５６から入力されたモータ駆動情報に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１およびガルバノＹ軸モータ３２を駆動する。

＜レーザ照射処理＞
次に、ＣＰＵ７１が実行するレーザ照射処理について図３〜９を用いて説明する。レーザ加工装置１の電源がＯＮされ、ＰＣ７にてレーザ照射処理のためのアプリケーションが起動されると、ＰＣ７は受付画面をＬＣＤ７７に表示する。ユーザは受付画面にて、加工したい文字、記号、図形などの情報である印字情報を入力する。ここで、ユーザが入力する、加工したい文字、記号、図形などのパターンを加工パターンと称する。例えば、「ＡＢＣ」の文字を加工したい場合、ユーザは印字情報として、「ＡＢＣ」の文字列、「ＡＢＣ」の加工領域における位置、文字の大きさ、フォントなどを入力する。

ここで、ガルバノスキャナ１８が行う走査の走査手順について説明する。走査手順は加工パターンの種類により予め決められている。加工パターンが塗り潰しのないパターンの場合には、ガルバノスキャナ１８はパターンのアウトラインをベクター走査する。加工パターンが塗り潰しのあるパターンの場合には、まず、ガルバノスキャナ１８はパターンのアウトラインをベクター走査し、次に、アウトラインで囲まれた領域を、走査方向に従って１行毎に走査する。尚、加工処理（後述）における走査方向の規定方向はＸ方向である。塗り潰しのある加工パターンの例は塗りつぶしのあるアウトラインフォントの文字、塗り潰しのある図形であり、塗り潰しのない加工パターンの例はストロークフォント、単線図形である。

ＣＰＵ７１は印字情報が入力されると、印字情報に基づいて印字データを作成する。ここで、印字データとは、印字するための情報であるＸＹ座標データおよびガルバノ走査速度情報である。例えば、加工パターンが文字もしくは記号である場合には、ＲＯＭ７３に記憶されている文字パラメータ情報から、印字情報に含まれるフォントの種別に対応する情報を抽出し、印字情報に含まれる、大きさおよび位置に基づき、ＸＹ座標データを作成し、ＲＡＭ７２に記憶する。ＸＹ座標データとは、加工パターンの全ての線を線分に分解して、線分に対して始点座標、終点座標を指定したデータである。また、印字情報に基づいて、ガルバノスキャナ１８の走査速度を表すガルバノ走査速度情報を作成する。

また、ＣＰＵ７１は印字情報に基づいて、ユーザが加工対象物Ｗの位置合わせをするために用いるガイド表示のためのガイドデータを作成する。ここで、ガイドデータとはＸＹ座標のデータである。尚、ガイドデータに基づいて、可視レーザ光がガルバノスキャナ１８により走査されて、加工面ＷＡに描かれるガイドパターンは、加工パターンを簡略化したものである。次に、ガイドデータをレーザコントローラ５へ出力する。ＣＰＵ４１は、ガイドデータが入力されると、ガイドデータに基づいて、ガルバノコントローラ５６およびガイド光レーザドライバ５８を制御する。これにより、レーザ加工装置１によりガイドデータに基づいたガイド表示がされる。ユーザはガイド表示を用いて加工対象物Ｗの位置合わせを行う。

ユーザは位置合わせが終了すると、マウス７８などを操作して、受付画面に表示される、加工に関する設定を受付ける加工設定ボタン（不図示）を選択する。加工設定ボタンが選択されると、ＣＰＵ７１は図３に示す設定実行処理を開始する。

まず、ＣＰＵ７１は図６に示す加工設定画面８０をＬＣＤ７７に表示させ、加工材料が変更されたか否かを判断する（Ｓ５）。ここで、加工材料の規定値は保護処理を要しない非鉄金属である。ユーザは、非鉄金属以外の加工材料を設定したい場合、加工材料を受付ける加工材料プルダウンメニュー８３（図６）に表示される加工材料の中から所望の加工材料を選択する。加工材料プルダウンメニュー８３の選択肢には、非鉄金属、鉄鋼、および樹脂がある。ＣＰＵ７１は加工材料プルダウンメニュー８３にて選択されている加工材料が、規定値の非鉄金属から変更されている場合に加工材料が変更されたと判断し、規定値の非鉄金属から変更されていない場合に、加工材料が変更されていないと判断する。

ＣＰＵ７１は加工材料が変更されたと判断すると（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＨＤＤ７５に記憶している保護処理テーブル７９（図９）を参照し、保護処理を要する材料であるか否かを判断する（Ｓ７）。図９に示すように、保護処理テーブル７９は、「材料種別」、「保護処理」、「エネルギー密度」、「パワー」、および「走査速度」の項目が１組とされたテーブルである。「材料種別」の値には非鉄金属、鉄鋼、樹脂がある。「保護処理」の値には要、不要がある。「エネルギー密度」、「パワー」、および「走査速度」は実験などにより予め決められた値が入力されている。尚、「エネルギー密度」、「パワー」、および「走査速度」の単位は、それぞれ、［Ｊ／ｍ^２］、［Ｗ］、［ｍｍ／ｓ］である。ＣＰＵ７１は保護処理テーブル７９にて、加工材料プルダウンメニュー８３にて選択されている加工材料を検索し、当該加工材料の「保護処理」の値が「要」である場合、保護処理を要する材料であると判断し、「不要」である場合、保護処理を要する材料でないと判断する。

ここで、保護処理について説明する。保護処理とは、加工のためのレーザ照射の後に、加工のためのレーザ出力よりも低出力でレーザを加工対象物Ｗに照射する処理である。例えば、加工対象物Ｗの材料がステンレスの場合、加工のためのレーザが照射され、照射された加工部分がクロム酸化膜である不動態被膜より深く削られた場合、内部の合金が剥き出しの状態となってしまう。保護処理を行わない場合、内部の合金が剥き出しの状態であるため、錆が発生してしまう。ここで、保護処理を行うと、発生した錆が除去され、内部の合金の表面に再度、保護膜となる不動態被膜が形成される。これにより、加工を行った後も加工対象物Ｗの耐食性などを維持することができる。尚、保護処理が有効な材料はステンレスに限らない。その他の鉄鋼においても、保護処理により、同様に、表面に緻密な酸化膜が形成されるものがある。以下の説明において、保護処理と区別するため、加工のためにレーザを照射する処理を加工処理と称する。このように、材料が非鉄金属および樹脂の場合には保護処理は要しない。そこで、ＣＰＵ７１は、予め保護処理の要・不要が入力されている保護処理テーブル７９に基づき、保護処理を要する材料であるか否かに応じて、以後のステップを実行する。

上記したように、保護処理テーブル７９の「保護処理」の値（要・不要）は、保護処理が有効である材料であるか否かが反映されたものである。従って、保護処理テーブル７９において、保護処理が有効ではない非鉄金属および樹脂については、値が不要となっている。ここで、鉄鋼に分類される材料には種々の材料があり、例示したステンレスのように、保護処理が有効な材料もあれば、保護処理が有効ではない材料もある。保護処理が有効ではない材料の例は、炭素鋼である。そこで、後述するように、保護処理チェックボックス８１（図６）にて、保護処理を実行するか否かが選択可能となっている。これにより、加工対象物Ｗの材料が鉄鋼に分類される材料であるものの、保護処理が有効ではない材料の場合には、ユーザは保護処理を実行させないようにすることもできる。

ＣＰＵ７１は保護処理を要する材料であると判断すると（Ｓ７：ＹＥＳ）、保護処理チェックボックス８１（図６）にチェックがあるか否かを判断する（Ｓ９）。保護処理テーブル７９の「保護処理」の値が要である材料の場合にも、ユーザは保護処理を実行させるか否かを選択することができる。保護処理を実行させたい場合、ユーザは保護処理チェックボックス８１にチェックを入れる。保護処理チェックボックス８１にチェックがあると判断すると（Ｓ９：ＹＥＳ）、詳細設定ボタン８２（図６）を選択不可状態から選択可能状態へ変更する（Ｓ１１）。詳細設定ボタン８２は保護処理におけるパワーと走査速度の設定を受け付けるためのボタンである。ユーザは、保護処理におけるパワーと走査速度の確認もしくは変更を行いたい場合、詳細設定ボタン８２を選択する。次に、詳細設定ボタン８２が選択されたか否かを判断する（Ｓ１３）。詳細設定ボタン８２が選択されたと判断すると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、条件設定処理を実行する（Ｓ１５）。

図４を用いて、条件設定処理について説明する。ＣＰＵ７１は条件設定処理を開始すると、図７に示す詳細設定画面９０をＬＣＤ７７に表示させる（Ｓ２１）。ここでは、パワーの値を受付けるパワーテキストボックス９１および走査速度の値を受付ける走査速度テキストボックス９２には規定値が入力された状態で表示される。規定値は保護処理テーブル７９に入力されている値である。ユーザが、例えば実験などにより、パワーおよび走査速度の最適値を求めている場合などには、当該最適値をパワーテキストボックス９１および走査速度テキストボックス９２に入力することもできる。次に、走査設定ボタン９３が選択されたか否かを判断する（Ｓ２３）。走査設定ボタン９３が選択されたと判断すると（Ｓ２３：ＹＥＳ）、走査設定処理を実行する（Ｓ２５）。

図５を用いて、走査設定処理について説明する。尚、ＣＰＵ７１は走査設定処理を開始すると、印字情報に基づいて加工パターンの長手方向を検出する（Ｓ４１）。例えば、ＣＰＵ７１は加工パターンの外側で、加工パターンと接する矩形である外接矩形を算出し、算出した外接矩形の長辺方向を長手方向とする。次に、加工パターンは塗り潰しがあるか否かを判断する（Ｓ４３）。加工パターンは塗り潰しがあると判断すると（Ｓ４３：ＹＥＳ）、塗り潰し方向とステップＳ４１で検出した長手方向との平均方向を求め、平均方向を保護処理における走査方向に決定し（Ｓ４５）、ステップＳ４９へ進む。一方、加工パターンは塗り潰しがないと判断すると（Ｓ４３：ＮＯ）、保護処理における走査方向をステップＳ４１で検出した長手方向に決定し（Ｓ４７）、ステップＳ４９へ進む。

ステップＳ４１〜Ｓ４７について図１０を用いて説明する。ここでは、加工パターン２００が、図１０（ａ）に示す、塗り潰しのある、一部を欠く楕円形である場合を例に説明する。長手方向および走査方向はＸ方向を基準線として、基準線となす角の角度により規定される。ステップＳ４１において検出される加工パターン２００の長手方向と基準線となす角の角度（以下、長手方向角度と称する）ｄ１は３０度である。また、加工処理における走査方向と、基準線となす角の角度（以下、走査方向角度と称する）ｄ２は０度であるものとする（図９（ｂ））。この場合、保護処理における走査方向角度ｄ３は、長手方向角度ｄ１と加工処理における走査方向角度ｄ２との平均であるので、ＣＰＵ７１は１５（（３０＋０）／２）度と算出する（図９（ｃ））。

加工処理における走査方向と長手方向とが異なる場合、保護処理の走査方向を加工パターンの長手方向とすると、加工処理における走査方向とする場合と比較し、走査する行が少なくなるため、レーザ加工装置１は走査にかかる時間を短くすることができる。一方、保護処理の走査方向を加工処理における走査方向とすると、加工処理により加工部分に形成された走査方向に沿った溝に形成された錆をきれいに飛ばすことができる。これにより、錆に遮られることなく、レーザ光Ｌを加工面ＷＡに照射することができる。そこで、加工パターンに塗り潰しがある場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）には、長手方向と加工処理における走査方向との平均の方向を保護処理における走査方向とすることで、走査にかかる時間を加工処理よりも短くしつつ、錆をきれいに除去することができる。一方、加工パターンに塗り潰しがない場合（Ｓ４３：ＮＯ）には、加工部分に形成される走査方向に沿った溝の数は少ないため、走査を短時間とすることを優先し、保護処理における走査方向を長手方向とする。

図５に戻り、ステップＳ４９では、ＣＰＵ７１は図８に示す走査設定画面１００をＬＣＤ７７に表示させる。走査設定画面１００には、チェックボックス１０１、印字走査方向テキストボックス１０２、長手方向テキストボックス１０３、保護走査方向テキストボックス１０４、走査方式ラジオボタン１０５、ＯＫボタン１０６、およびｃａｎｃｅｌボタン１０７などが表示される。走査方式ラジオボタン１０５の規定値は片方向である。ここで、ステップＳ４３の判断結果により、走査設定画面１００の表示態様は異なる。尚、図８は、ステップＳ４３においてＹＥＳと判断された場合の表示態様を示している。

ＣＰＵ７１はステップＳ４３で、加工パターンは塗り潰しがあると判断した場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）には、チェックボックス１０１にチェックマークを入れ、印字走査方向テキストボックス１０２および長手方向テキストボックス１０３に値を入れて表示させる。尚、長手方向テキストボックス１０３は加工パターンによって一意に決定される値であるため、グレーアウト表示される。ここで、印字走査方向テキストボックス１０２は、加工処理における走査方向の入力を受け付けるテキストボックスであり、規定値である０が入力されて表示される。長手方向テキストボックス１０３は、ステップＳ４１で検出した長手方向角度ｄ１を表示するテキストボックスである。また、加工パターンは塗り潰しがあると判断された場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）には、保護走査方向テキストボックス１０４には、ステップＳ４５で決定された値が入力されて表示される。尚、ユーザは加工処理の走査方向を規定値から変更して加工処理を実行させることもできる。加工処理の走査方向を変更したい場合、ユーザは印字走査方向テキストボックス１０２に所望の値を入力する。ＣＰＵ７１は印字走査方向テキストボックス１０２の値が変更されたと判断すると、ステップＳ４５と同様に、保護処理における走査方向を決定し、決定した値を、保護走査方向テキストボックス１０４の入力値とする。また、ユーザは、加工処理における走査方向および長手方向によらず、所望の保護処理における走査方向にて保護処理を実行させることもできる。所望の走査方向にて保護処理を実行させたい場合、ユーザはチェックボックス１０１のチェックを外し、保護走査方向テキストボックス１０４に所望の値を入力する。

一方、加工パターンは塗り潰しがないと判断した場合（Ｓ４３：ＮＯ）には、ＣＰＵ７１はチェックボックス１０１にチェックマークを入れず、保護走査方向テキストボックス１０４に、ステップＳ４７で決定した値を入力して走査設定画面１００を表示させる。

ユーザは、走査方式ラジオボタン１０５にて、走査方式を片方向もしくは双方向の何れか一方を指定することができる。片方向とは、走査方向を１方向のみとする走査方式であり、１行目の始点から終点までの走査を終えると、２行目の始点を１行目の始点の近傍として走査する方式である。一方、双方向とは、１行目の始点から終点までの走査を終えると、２行目の始点を１行目の終点の近傍として走査する方式である。ユーザは、保護処理の走査方向および走査方式の設定を終了すると、ＯＫボタン１０６もしくはｃａｎｃｅｌボタン１０７を選択する。ＣＰＵ７１はＯＫボタン１０６が選択されたか否かを判断し（Ｓ５１）、ＯＫボタン１０６が選択されたと判断すると（Ｓ５１：ＹＥＳ）、走査設定画面１００の入力値をＲＡＭ７２に記憶し（Ｓ５３）、処理を終了する。一方、ＯＫボタン１０６が選択されていないと判断すると（Ｓ５１：ＮＯ）、ｃａｎｃｅｌボタン１０７が選択されたか否かを判断し（Ｓ５５）、ｃａｎｃｅｌボタン１０７が選択されたと判断すると（Ｓ５５：ＹＥＳ）、ステップＳ５３をスキップし、処理を終了する。この場合、ＣＰＵ７１は保護処理における走査方向はステップＳ４５，Ｓ４７で決定した方向とし、走査方式は規定の方式とする。一方、ｃａｎｃｅｌボタン１０７が選択されていないと判断すると（Ｓ５３：ＮＯ）、ステップＳ５１に戻り、ＯＫボタン１０６もしくはｃａｎｃｅｌボタン１０７が選択されるまでステップＳ５１，Ｓ５５を繰り返し実行する。

図４に戻り、ステップＳ２５の実行後、ＣＰＵ７１はＯＫボタン９４（図７）が選択されたか否かを判断し（Ｓ２７）、ＯＫボタン９４が選択されたと判断すると（Ｓ２７：ＹＥＳ）、詳細設定画面９０の入力値をＲＡＭ７２に記憶し（Ｓ２９）、処理を終了する。一方、ＯＫボタン９４が選択されていないと判断すると（Ｓ２７：ＮＯ）、ｃａｎｃｅｌボタン９５（図７）が選択されたか否かを判断し（Ｓ３１）、ｃａｎｃｅｌボタン９５が選択されたと判断すると（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ステップＳ２９をスキップし、処理を終了する。この場合、ＣＰＵ７１はパワーおよび走査速度の値を規定値とする。一方、ｃａｎｃｅｌボタン９５が選択されていないと判断すると（Ｓ３１：ＮＯ）、ステップＳ２３に戻る。

図３に戻り、ステップＳ１５の実行後、ＣＰＵ７１は加工開始ボタン８７（図６）が選択されたか否かを判断し（Ｓ１７）、加工開始ボタン８７が選択されていないと判断すると（Ｓ１７：ＮＯ）、ステップＳ５に戻る。一方、加工開始ボタン８７が選択されたと判断すると（Ｓ１７：ＹＥＳ）、レーザ照射処理を実行し（Ｓ１９）、処理を終了する。詳しくは、レーザ照射処理において、ＣＰＵ７１は印字データをレーザコントローラ５へ出力する。ＣＰＵ４１は、印字データが入力されると、印字データに基づいて、ガルバノコントローラ５６および励起用レーザドライバ５１を制御する。これにより、レーザ加工装置１により印字データに基づいた加工処理がされる。次に、ＣＰＵ７１は、ステップＳ９においてＹＥＳと判断した場合、印字データおよび設定実行処理において決定した各入力値をレーザコントローラ５へ出力する。ＣＰＵ４１は、印字データおよび各入力値が入力されると、印字データおよび各入力値に基づいて、ガルバノコントローラ５６および励起用レーザドライバ５１を制御する。これにより、レーザ加工装置１は印字データおよび各入力値に基づいた保護処理を実行する。尚、各入力値とは、パワー、走査速度、保護処理における走査方向および走査方式のことである。詳しくは、加工パターンに塗り潰しがある場合、ガルバノスキャナ１８は加工パターンのアウトラインをベクター走査し、次に、アウトラインで囲まれた領域を、ステップＳ４５で決定した走査方向、もしくは、走査設定画面１００の入力値に従って１行毎に走査する。また、加工パターンに塗り潰しがない場合、ガルバノスキャナ１８は加工パターンを、ステップＳ４５で決定した走査方向、もしくは、走査設定画面１００の入力値に従って１行毎に走査する。これにより、レーザ加工装置１はステップＳ９においてＹＥＳと判断した場合、レーザ加工装置１は加工対象物Ｗの材料に応じたパワーおよび走査速度で、加工パターンに応じた走査方向で保護処理を実行することができる。

一方、ステップＳ５においてＮＯと判断した場合、ステップＳ７においてＮＯと判断した場合、ステップＳ９においてＮＯと判断した場合、ＣＰＵ７１は保護処理を省略する。ユーザは、加工対象物Ｗの材料を加工設定画面８０にて選択することで、保護処理を要しない材料の場合には、保護処理を省略することができる。また、保護処理を要する材料の場合、保護処理テーブル７９が保護処理におけるエネルギー密度の値を有しているため、ユーザはエネルギー密度の値を入力しなくても、手軽に保護処理を実行させることができる。

ここで、レーザ加工装置１はレーザ加工装置の一例であり、励起用レーザドライバ５１、励起用レーザ光出射部４０、およびレーザ光出射部１２はレーザ光出射部の一例であり、ガルバノスキャナ１８は走査部の一例であり、制御部７０およびレーザコントローラ５は制御部の一例であり、ステップＳ７は判断処理の一例であり、ステップＳ９は受付処理の一例であり、保護処理テーブル７９は対応データの一例であり、ＨＤＤ７５は記憶部の一例であり、ステップＳ２５は決定処理の一例である。

以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
ＣＰＵ７１はステップＳ７において、保護処理を要しないと判断した場合、ステップＳ１９のレーザ照射処理において、保護処理を行わない。また、ステップＳ７において、ＣＰＵ７１は材料毎の保護処理の要・不要の値を有する保護処理テーブル７９に基づいて判断する。これにより、レーザ加工装置１は保護処理が不要の材料である場合には、レーザ照射処理において、保護処理を省略することができる。一方、レーザ加工装置１は保護処理を要する材料である場合であって、保護処理チェックボックス８１に保護処理を行うことを示すチェックがあると判断した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）には、レーザ照射処理において、保護処理を実行する。これにより、レーザ加工装置１は材料に応じて効率良く保護処理を施すことができる。

また、ＣＰＵ７１は保護処理を要する材料であると判断した場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、ステップＳ９において、保護処理チェックボックス８１に保護処理を行うことを示すチェックがあるか否かを判断する（Ｓ９）。これにより、材料が保護処理を要する場合においても、ユーザはレーザ加工装置１に保護処理を実行させるか否かを選択することができる。

また、ＣＰＵ７１は条件設定処理（Ｓ１５）において、ｃａｎｃｅｌボタン９５が選択された場合、保護処理テーブル７９が有するエネルギー密度を実現するパワーおよび走査速度を保護処理におけるパワーおよび走査速度とする。このように、ＣＰＵ７１は保護処理テーブル７９に基づいて保護処理におけるエネルギー密度を決定することができる。

また、ＣＰＵ７１は走査設定処理（Ｓ２５）において、加工パターンの長手方向および塗り潰しの有無に応じて、保護処理における走査方向を決定する。加工パターンに塗り潰しが有る場合には、長手方向と加工処理における走査方向との平均の方向を保護処理における走査方向に決定する。これにより、レーザ加工装置１は走査にかかる時間を加工処理よりも短くしつつ、錆をきれいに除去することができる。また、加工パターンに塗り潰しが無い場合には、長手方向を保護処理における走査方向に決定する。これにより、レーザ加工装置１は走査にかかる時間を短時間とすることができる。

＜条件設定処理の別例１＞
次に、条件設定処理の別例１について説明する。上記では、保護処理テーブル７９は保護処理を要する材料の行に、エネルギー密度の値と、当該エネルギー密度を実現するパワーおよび走査速度の値を有していると説明したが、エネルギー密度に替えて、加工処理におけるエネルギー密度と保護処理におけるエネルギー密度との比率を項目としたテーブルを記憶する構成としても良い。具体的には、図１１に示すように、保護処理テーブル３００の保護処理におけるエネルギー密度の値は比率で表記される。ここで比率とは、保護処理におけるエネルギー密度を加工処理におけるエネルギー密度で除した値である。この構成によれば、加工処理におけるエネルギー密度が規定値から変更された場合に、加工処理におけるエネルギー密度の変更に応じて、保護処理におけるエネルギー密度を変更することができる。尚、保護処理におけるエネルギー密度は、レーザ光Ｌのパルス周波数およびガルバノスキャナ１８の走査速度を調整することによって実現される。次に、所望のエネルギー密度とするために、走査速度およびパルス周波数を求める方法について説明する。

図１２は、走査速度に対する重なり率のグラフであり、図１３は重なり率に対する加工対象物Ｗが受けるエネルギー密度に関する係数のグラフである。重なり率とは、スポットのオーバーラップ量を数値化したものである。また、レーザ光Ｌのパルス１個当たりのエネルギー密度に係数を乗じた値が、加工対象物Ｗが受けるエネルギー密度となる。図１２に示す様に、パルス周波数が小さいほど、走査速度が大きいほど、重なり率は小さくなる。図１３に示す様に、重なり率が小さいほど、係数は小さくなる。つまり、加工対象物Ｗが受けるエネルギー密度を小さくしたい場合には、パルス周波数を小さくし、走査速度を大きくすれば良い。図１２，１３は例えば実験式、理論式などにより予め取得することができる。条件設定処理の別例１では、図１２，１３に示される関数をＨＤＤ７５に予め記憶しているものとする。ここでは、保護処理におけるパルス１個当たりのエネルギーおよびスポット径は一定であるものとする。

ここでは、加工処理における平均パワーが５Ｗ、パルス周波数が３０ｋＨｚ、スポット径が５０μｍ、走査速度が１００ｍｍ／ｓである場合を例に説明する。エネルギー密度の比率が０．１、つまり保護処理におけるエネルギー密度を、加工処理におけるエネルギー密度の０．１倍としたい場合には、保護処理における係数を加工処理における係数の１／１０とすれば良い。

ここでは、パルス周波数ｆを加工処理におけるパルス周波数ｆの３／５、即ち１８（３０×３／５）ｋＨｚとすることにする。尚、保護処理におけるパルス周波数ｆの値は、例えば、加工処理におけるパルス周波数ｆの値の３／５とするなど、固定値としても良く、加工処理におけるパルス周波数ｆの何割にするかを、エネルギー密度の比率に応じた関数としても良い。ここでは、固定値をＨＤＤ７５に記憶しているものとする。次に、係数を決定するために、まず、加工処理における係数を求める。図１２により、走査速度が１００ｍｍ／ｓ、パルス周波数ｆが３０ｋＨｚである場合の重なり率は９３％である。図１３により、重なり率が９３％における係数は１０である。従って、保護処理にける係数は１０の１／１０の１にすればよい。ここで、係数が１とは重なり率が０％のことである。図１２から、パルス周波数１８ｋＨｚ、重なり係数０％の時の走査速度は９００ｍｍ／ｓである。従って、９００ｍｍ／ｓより大きくすれば良い。尚、熱影響を考慮して、保護処理における走査速度は９００ｍｍ／ｓにマージン値を加えた１０００ｍｍ／ｓとすると良い。

条件設定処理の別例１では、レーザ加工装置１は上記の所望のエネルギー密度とするために、走査速度およびパルス周波数を求める方法の手順を示すプログラムをＨＤＤ７５に記憶している。ＣＰＵ７１は、プログラムに従って、保護処理におけるエネルギー密度、パルス周波数、および走査速度を決定する。

以上、説明した条件設定処理の別例１によれば、以下の効果を奏する。
保護処理におけるエネルギー密度を実現する走査速度およびパルス周波数の値を予め記憶していない場合であっても、ＣＰＵ７１は保護処理におけるエネルギー密度を、走査速度およびパルス周波数を変更することにより実現することができる。

＜条件設定処の別例２＞
次に、条件設定処理の別例２について説明する。上記では、材料種別とエネルギー密度の対応関係の情報を保護処理テーブル７９として記憶していると説明したが、材料種別よりも細分化した材料名とエネルギー密度との関係を情報として記憶する構成としても良い。具体的には、ＨＤＤ７５は、図１４に示す保護処理テーブル３０１を記憶している。保護処理テーブル３０１は、保護処理テーブル７９の項目に加え、「材料名」を項目として有する。ＣＰＵ７１は加工設定処理において、例えば加工設定画面８０（図６）にて、材料名の選択を受付ける材料名プルダウンメニューを追加して表示させる。材料名プルダウンメニューの選択肢は保護処理テーブル３０１が有する材料名の値とする。ユーザは、加工材料プルダウンメニュー８３にて鉄鋼を選択した場合には、さらに、材料名を選択する。ＣＰＵ７１は条件設定処理（Ｓ１５）のステップＳ３１でＹＥＳと判断した場合、保護処理テーブル３０１の選択された材料名に対応するエネルギー密度の値を保護処理のエネルギー密度の値に決定する。尚、所望のエネルギー密度を実現するパワー、走査速度、周波数の値は、保護処理テーブル７９と同様に予め保護処理テーブル３０１が有する構成として、保護処理テーブル３０１を参照して決定しても良く、条件設定処理の別例１と同様に決定しても良い。材料種別が鉄鋼の場合であっても、保護処理におけるエネルギー密度の最適値は、組成が異なるため、材料の種類によって、異なる場合がある。例えば、ＳＵＳ３０４の保護処理におけるエネルギー密度の最適値ａは、ＳＵＳ４１０の保護処理におけるエネルギー密度の最適値ｂよりも小さい。

以上、説明した条件設定処理の別例２によれば、以下の効果を奏する。
ＣＰＵ７１は保護処理におけるエネルギー密度を、鉄鋼などの材料種別よりも細分化された材料名に応じた値に決定することができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上記では、保護処理において、印字データに基づいて、即ち加工パターンと同じ領域に、レーザ光Ｌを照射すると説明したが、これに限定されない。保護処理におけるレーザ光Ｌの照射領域を、加工パターンよりも大きい領域としても良い。加工処理において、レーザ光Ｌの照射領域の近傍もレーザ光Ｌの影響を受け、保護膜がダメージを受けている場合がある。そこで、加工パターンよりも大きい領域に保護処理を行うことで、影響を受けている近傍の領域においても、保護膜の形成を行うことができる。

また、上記では、保護処理において、印字データに基づいて、即ち加工パターンに塗り潰しがある場合には、まずアウトラインをベクター走査すると説明したが、これに限定されない。加工パターンに塗り潰しがある場合、保護処理においては、アウトラインをベクター走査を省略する構成としても良い。これにより、保護処理にかかる時間を短縮することができる。

また、上記では、加工パターンに塗り潰しがない場合、保護処理において、ステップＳ４５で決定した走査方向、もしくは、走査設定画面１００の入力値に従って１行毎に走査すると説明したが、これに限定されない。加工パターンに塗り潰しが無い場合、保護処理をベクター走査により行う構成としても良い。

また、保護処理テーブル７９、保護処理テーブル３００、および保護処理テーブル３０１はＨＤＤ７５に予め記憶されていると説明した。各テーブルは、ユーザにより更新可能に構成されても良い。これにより、ユーザは実験などにより求めた、材料に応じたエネルギー密度の最適値を各テーブルに入力しておけば、レーザ加工を行う場合には、エネルギー密度の入力を省略することができる。

また、ステップＳ４１において、ＣＰＵ７１は加工パターンの外接矩形の長辺方向を長手方向とすると説明したが、これに限定されない。長手方向を以下のように求めても良い。まず、ＣＰＵ７１は加工パターンを矩形に簡略化し、簡略化した矩形の外接円の中心と簡略化した矩形の各辺との距離が一番長い辺を求める。次に、外接円の中心を通り、距離が一番長い辺と直交する線を求め、線に沿う方向を長手方向とする。

１ レーザ加工装置
２ レーザ加工部
３ レーザヘッド部
５ レーザコントローラ
７ ＰＣ
１２ レーザ光出射部
１８ ガルバノスキャナ
４０ 励起用レーザ光出射部
４１，７１ ＣＰＵ
５１ 励起用レーザドライバ
７０ 制御部
７５ ＨＤＤ

Claims (7)

1. レーザ光を出射するレーザ光出射部と、
   前記レーザ光を走査する走査部と、
   前記レーザ光出射部および前記走査部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   加工パターンに基づいて、加工対象物に第１エネルギー密度の前記レーザ光を用いたレーザ加工を行う加工処理と、
   前記加工処理の後、前記加工パターンに基づいて、前記加工対象物に前記第１エネルギー密度よりも小さい第２エネルギー密度の前記レーザ光を照射する保護処理と、
   前記保護処理の実行に先立ち、前記加工対象物の材料種別に応じて前記保護処理を要するか否かを判断する判断処理と、を実行し、
   前記判断処理において、前記保護処理を要しないと判断した場合、前記保護処理を実行しないことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記制御部は、
   前記判断処理において、前記保護処理を要すると判断した場合、前記保護処理を実行するか否かの選択を受け付ける受付処理を実行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. 前記材料種別と前記第２エネルギー密度とを対応付ける対応データを記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、前記対応データに基づいて、前記保護処理において前記加工対象物に照射する前記第２エネルギー密度を、決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記制御部は、前記保護処理において、
   前記走査部の走査速度および前記レーザ光のパルス周波数の少なくとも何れか一方を変更することより前記第２エネルギー密度を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のレーザ加工装置。
5. 前記制御部は、
   前記保護処理における前記走査部の走査方向を、前記加工パターンに基づいた方向に決定する決定処理を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のレーザ加工装置。
6. 前記制御部は、前記決定処理において、
   前記加工パターンの外接矩形を算出し、前記外接矩形の長辺方向を前記走査部の走査方向として決定することを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
7. 前記制御部は、前記決定処理において、
   前記加工パターンの外接矩形を算出し、算出された前記外接矩形の長辺方向と、前記加工処理における走査方向とに基づいて、前記走査部の走査方向を決定することを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
   

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