JP2019078733A

JP2019078733A - レーザ出力制御機能付放射温度計

Info

Publication number: JP2019078733A
Application number: JP2017215103A
Authority: JP
Inventors: 達夫須藤; Tatsuo Sudo; 貞臣保田; Sadaomi Yasuda; 民夫須藤; Tamio Sudo
Original assignee: JAPAN SENSOR CORP
Current assignee: JAPAN SENSOR CORP
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2019-05-23

Abstract

【課題】レーザ加工点の温度を高速に制御することが可能なレーザ出力制御機能付放射温度計を提供する。【解決手段】放射温度計１の内部のマイコン８で放射率設定値による測定温度の補正を行う。得られたワーク２の測定温度と目標温度設定値から比例制御計算を行い、導き出した制御出力値をＤ／Ａコンバータ９へわたす。Ｄ／Ａコンバータから出力したアナログ出力はレーザ発振器３に入力し、アナログ出力に見合った強さのレーザをワークへと出力する。また、ワークの溶融前後で放射率を自動的に切り替える機能を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ出力制御機能付放射温度計に関するものである。

レーザ加工において、加工する材料の材質、熱容量、形状、放射率が変わると、同一加熱条件で加熱しても、加熱温度が一定せず満足な加工結果がえられない。
このため、レーザ加工点の温度を放射温度計で測定し、レーザ発振器の出力を制御することにより加熱条件設定を簡単に実施できることが求められる。

解決しようとする問題点は、市販の温度制御器の応答時間は２００ｍＳ程度であり、放射温度計と組み合わせた場合、応答の速いレーザ発振器では出力の制御ができない。また、市販の温度制御器の替わりに独自の制御回路を設計し放射温度計外に設けることも出来るがコストと設置スペースの問題が発生し、レーザ加工機普及の妨げになっている。
さらに、被加工物（以後ワークと呼ぶ）の温度を放射温度計で測定するには一般的に放射率を設定して測定する必要があるが、放射率は温度に対する赤外線放射量の割合であり、ワークによってその値は様々である。加熱加工においては、ワークの溶融前後で放射率が変化するものがあり、従来の放射温度計ではワークの真の温度とはかけ離れた温度で制御が行われてしまう問題がある。

上記問題を解決するために本発明は、放射温度計に温度制御機能および測定温度によって放射率を自動で切り換える機能を有することを特徴とする。

本発明の放射温度計は内部に温度制御機能を有しているのでワークの加熱源に対して高速に温度制御を行うことができ、既存の放射温度計の外形を保ったまま機能を実装できるため、コストＵＰとスペースの問題を解決することが出来る。また、放射率自動切替機能を有している為、溶融前後よって放射率の変わるワークに対しても正確な温度で温度制御をすることができる。

図１は放射温度計およびレーザ加工装置のブロック図である。図２は放射温度計の測定温度と放射率設定値の変化を表した図である。図３は放射温度計およびレーザ加工装置を同光軸上に配置した図である。

以下、図面を参照して、本発明の温度制御機能を有した放射温度計の形態について説明する。

図１は、本発明の一例として放射温度計に比例制御機能を内臓し、レーザ加工装置を制御する制御系を図にて例示したものである。

温度制御の前段階として温度制御に必要なパラメータを放射温度計（１）のマイコン（８）にパソコンあるいは専用機器と接続して書き込む。書き込むパラメータの例を以下に記す。

パラメータ

放射率設定値 ε１とε２
放射率切替温度設定値
目標温度設定値
比例定数設定値

図１に示す放射温度計（１）はレーザ発振器（３）から出力したレーザによって加熱されたワーク（２）からの赤外線エネルギーをレンズ（４）で集光して赤外線センサ（５）へ導くようにできている。

赤外線センサ（５）の出力をアンプ（６）で増幅してＡ／Ｄコンバータ（７）でデジタル値に変換する。

デジタル値へ変換した赤外線エネルギーはマイコン（８）で式１にしたがって放射率設定値による測定温度の補正を行う。式１の黒体とは放射率１．０の物体を表す。

さらに、補正した赤外線エネルギーをプランクの放射則に従って温度に変換する。得られたワーク（２）の測定温度と目標温度設定値から比例制御計算を行い、導き出した制御出力値をＤ／Ａコンバータ（９）へわたす。参考までに比例制御計算を式２に表す。

Ｄ／Ａコンバータ（９）から出力したアナログ出力はレーザ発振器（３）に入力し、入力したアナログ出力に見合った強さのレーザをワーク（２）へと出力する。
ログ出力に見合った強さのレーザをワーク（２）へと出力する。

［００１０］から［００１６］までのフィードバック動作が外部温度調節器を用いず放射温度計内で高速で行われる為、レーザ加工の温度制御を容易にすることが出来る。
また、今回は１例としてワークの加熱源がレーザの場合を説明したが、ランプ加熱や高周波加熱、マイクロ波加熱等応答の速い加熱源であれば同様の成果を期待できる。同様に制御方法も目的や精度によって、比例制御のほかＰＩＤ制御等に変更することも可能である。

さらに本発明はワーク（２）の溶融前と溶融後に放射率が変わってしまう問題に対して、放射率が自動的に切り替わる機能を有している。
以下、図２を使いその機能について説明する。

図２は、放射温度計の測定温度と放射率設定値の変化を表した図である。

レーザ発振器（３）からレーザが照射されワーク（２）が加熱される。ワーク（２）の温度が放射率切替温度設定値に達したとき放射率設定値ε１から放射率設定値ε２へ自動的に切り替わる。

その後、放射率設定値ε２の放射率でワーク（２）の温度は目標温度に制御される為、溶融後の温度を正確に制御することが可能となる。

図４は実際にレーザ装置と放射温度計を用いて、加工点の温度を測定した例である。放射温度計の視野とレーザの照射点およびＣＣＤカメラの撮影面が同軸上に配置されており、ＣＣＤカメラで加工点の映像を撮影しながら、温度を測定してレーザの出力を制御している。

１放射温度計
２ワーク
３レーザ発振器
４集光レンズ
５赤外線センサ
６アンプ
７Ａ／Ｄコンバータ
８マイコン
９Ｄ／Ａコンバータ

Claims

測定した温度が目標温度になるように自動的に制御出力を調整する機能を有した放射温度計であって、ワークの溶融前後の放射率設定値を自動的に切り替えて測定温度を補正する機能を有した前記の放射温度計。