JP2023006154A - レーザ加工装置および加速制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ出力部の駆動開始の繰り返しによる加工時間の増加を抑制することが可能なレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置は、レーザ光を出力するファイバレーザモジュールと、レーザ光を走査するガルバノスキャナと、加速制御を行う制御部と、を備える。加速制御は、レーザ光の走査をマーク速度よりも遅い速度で開始させる開始処理Ｓ１２と、レーザ光の走査速度をその遅い速度からマーク速度にまで加速させる加速処理Ｓ１４と、を備える。制御部は、ファイバレーザモジュールの駆動開始から、レーザ光の単位面積当たりの光強度であるレーザ光の出力密度が定常状態になるまでの間において、加速制御を実行させる。
【選択図】図１０

Description

本開示は、レーザ媒質が励起状態となることでレーザ加工用のパルスレーザ光を発生させるレーザ出力部を備えるレーザ加工装置に関するものである。

従来より、上記レーザ加工装置に関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１に記載の技術は、レーザ媒質と、当該レーザ媒質にレーザ光を入射して前記レーザ媒質を励起状態とする励起用レーザ光源とを備えてパルスレーザ光を発生するレーザ発生手段と、前記レーザ発生手段から出射されたレーザ光を被加工物に集光させる集光レンズと、制御手段と、を有するレーザ加工装置であって、前記レーザ発生手段から出射され前記集光レンズに至るレーザ光の光路上に配置され、当該レーザ光の遮断と通過とを択一的に行う開閉手段を有し、前記制御手段は、前記レーザ光を前記被加工物に集光させて当該被加工物を加工する加工動作の直前に、前記開閉手段を閉鎖した状態で、前記励起用レーザ光源を駆動して、前記レーザ媒質が当該被加工物の加工が可能となる光強度のレーザ光を発生する高励起状態となったことを条件として、前記開閉手段を開放して前記レーザ光を通過するように制御することを特徴とする。

下記特許文献１の記載によれば、レーザ加工装置は、励起用レーザ光源を被加工物の加工動作を開始する直前に駆動して被加工物の加工が可能な光強度のレーザ光を発生させており、当該半導体レーザを常時駆動させて被加工物の加工が可能な光強度のレーザ光を発生させる必要がなく電力の消費量を抑えることができるとともに、開閉手段が、レーザ光の光強度が被加工物の加工が可能となったことを条件として開放されることから、通過させるレーザ光の光強度を一定にすることができる。

特開２００６－３０５５９７号公報

しかしながら、加工動作中に半導体レーザの駆動開始が何度も行われる場合は、半導体レーザの駆動開始が繰り返される度にレーザ媒質が高励起状態となるまで待つ必要があるため、加工動作が長引く虞があった。

そこで、本開示は、上述した点に鑑みてなされたものであり、レーザ出力部の駆動開始の繰り返しによる加工時間の増加を抑制することが可能なレーザ加工装置を提供する。

本明細書は、パルスレーザ光を出力するレーザ出力部と、パルスレーザ光を走査する走査部と、加速制御を行う制御部と、を備え、加速制御は、パルスレーザ光の走査を目標速度よりも遅い初期速度で開始させる開始処理と、パルスレーザ光の走査速度を初期速度から目標速度にまで加速させる加速処理と、を備え、制御部は、レーザ出力部の駆動開始から、パルスレーザ光の単位面積当たりの光強度であるパルスレーザ光の出力密度が定常状態になるまでの間において、加速制御を実行させることを特徴とするレーザ加工装置を開示する。

本開示によれば、レーザ加工装置は、レーザ出力部の駆動開始の繰り返しによる加工時間の増加を抑制することが可能である。

本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成である。 同レーザ加工装置の電気的構成を示すブロック図である。 ファイバレーザモジュールの概略構成である。 受付画面を示す図である。 一覧画面を示す図である。 ポップアップウインドウを示す図である。 第１データテーブルを示す図である。 受付画面を示す図である。 受付画面を示す図である。 本実施形態に係る加速制御方法のフローチャートである。 第２データ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等を備える。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等を有する。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次元走査して照射し、文字、記号、図形等のオブジェクト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等で実現され、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）７７、キーボード７６、およびマウス７８等を備え、ユーザからの加工命令を受け付け、印字データを作成し、レーザコントローラ５へ出力する。ここで、印字データとは、レーザ加工においてレーザ光Ｌにより描画される加工パターンの形状を示すＸＹ座標データと、ＸＹ座標データにレーザ加工の条件である加工条件を示す加工条件データとが対応付けられたデータである。レーザコントローラ５は例えばコンピュータ等で実現され、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から出力された印字データ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等を有し、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、アイソレータ２１、およびビームエキスパンダ２２等を有する。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、ファイバレーザモジュール４０から出射される、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が、光ファイバＦを介して入射される。アイソレータ２１は、レーザ光Ｌが光ファイバＦに戻ることを阻止するものである。ビームエキスパンダ２２は、アイソレータ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、アイソレータ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の上下方向およ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。尚、光センサ２０は、入射されたレーザ光Ｌの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）等を有する。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。尚、ガイド光は、レーザ加工の際に加工対象物Ｗの位置合わせに用いられるものである。

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等を有する。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Ｘ方向と、右から左へ向かうＹ方向である。

以下では、レーザ加工（印字）時のガルバノスキャナ１８によって２次元走査されるレーザ光Ｌの位置を、レーザ光Ｌの走査点と表記する。尚、レーザ加工（印字）時には、走査点にレーザ光Ｌが照射される状態に加えて、走査点にレーザ光Ｌが照射されない状態も含まれる。

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に集光させる。

電源ユニット６は、ファイバレーザモジュール４０および電源部５２等を有する。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。ファイバレーザモジュール４０は光ファイバＦを介してアイソレータ２１と光学的に接続されている。ファイバレーザモジュール４０は、レーザコントローラ５からの命令に応じて、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を生成し、光ファイバＦ内に出射する。尚、ファイバレーザモジュール４０の詳細な説明は後述する。

（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等を備える。制御部７０は、ＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、ＲＯＭ７３、およびＨＤＤ(Hard Disk Drive）７５等を有する。ＰＣ７にはレーザ加工のためのアプリケーションソフトウェアが予めインストールされている。ＲＯＭ７３にはファームウェア等が記憶されている。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。また、ＨＤＤ７５には加工処理のプログラムおよび文字パラメータ情報等が記憶されている。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、および各点を結ぶ線を表す式のパラメータ等の情報である。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、および各点を結ぶ線を表す式のパラメータ等の情報である。また、ＨＤＤ７５には、レーザ加工のためのアプリケーションソフトウェアと連携して使用される後述する第１データテーブル１１０（図７）および第２データテーブル１１１（図１１）が記憶されている。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。また、ＰＣ７は印字データをレーザコントローラ５へ送信する送信部（不図示）を有する。

制御回路７４は、ＬＣＤ７７、キーボード７６、マウス７８等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、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、およびファイバレーザモジュール４０等を制御する。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。レーザコントローラ５は、ＰＣ７から出力される印字データに基づき、ガルバノスキャナ１８の駆動角度および回転速度等を含む駆動情報およびファイバレーザモジュール４０の駆動電流値等を含む駆動情報を作成し、レーザ加工部２を制御する印字処理を実行する。

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等を有する。ガルバノコントローラ５６は、レーザコントローラ５から入力された駆動情報に基づいて、例えば駆動電流値、ＯＮ・ＯＦＦ等の制御信号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から入力された制御信号に応じた駆動電流をガルバノＸ軸モータ３１およびガルバノＹ軸モータ３２へ供給する。

（ファイバレーザモジュールの概略構成）
図３に示すように、ファイバレーザモジュール４０には、公知技術のＭＯＰＡ(Master Oscillator Power Amplifier)方式のレーザ発振器が使用されている。ファイバレーザモジュール４０は、シード光源６０、第１励起光源６１、第１光増幅ファイバ６２、第２励起光源６３、第２光増幅ファイバ６４、およびパルスジェネレータ６５等を備えている。ファイバレーザモジュール４０では、シード光源６０において、シード光がパルスジェネレータ６５でパルス発振される。そのパルス状のシード光は、シード光源６０から出力され、アイソレータ６６およびカップラ６７を介して、第１光増幅ファイバ６２に注入される。加えて、励起光が、第１励起光源６１から出力され、カップラ６７を介して、第１光増幅ファイバ６２に注入される。第１光増幅ファイバ６２の中では、シード光および励起光が伝搬することによって、シード光が増幅される。その増幅されたシード光（以下、「増幅シード光」という。）は、第１光増幅ファイバ６２の出力端から出力される。

増幅シード光は、アイソレータ６８およびカップラ６９を介して、第２光増幅ファイバ６４に注入される。加えて、励起光が、第２励起光源６３から出力され、カップラ６９を介して、第２光増幅ファイバ６４に注入される。第２光増幅ファイバ６４の中では、増幅シード光および励起光が伝搬することによって、増幅シード光が更に増幅される。このようにして更に増幅された増幅シード光は、レーザ光Ｌとして、第２光増幅ファイバ６４の出力端（つまり、ファイバレーザモジュール４０）から出力される。

その後、レーザ光Ｌは、上述したように、レーザ光出射部１２に入射され、アイソレータ２１およびビームエキスパンダ２２を通過して、レーザ光出射部１２から出射される。その際、レーザ光Ｌは、レーザ光出射部１２において、コリメータ８０によって平行光に収束される。コリメータ８０は、アイソレータ２１とビームエキスパンダ２２との間に設けられている。

尚、レーザ光Ｌの出力特性（例えば、パルス幅、周波数、および光強度等）は、パルスジェネレータ６５を介して、レーザコントローラ５で制御される。

（加工条件とその値の設定）
レーザ加工装置１では、加工条件が設定される際に、ＧＵＩ(Graphical User Interface)が使用される。具体的には、レーザ加工装置１では、図４に示す受付画面８２がＬＣＤ７７に表示され、ユーザがキーボード７６およびマウス７８等を操作することによって、加工条件が設定される。尚、ＧＵＩで加工条件の設定を実現するためのプログラムは、ＰＣ７のＨＤＤ７５に記憶されており、ＰＣ７のＣＰＵ７１によって実行される。

受付画面８２には、第１フィールドボックス８４、ＯＫボタン２０１、修正ボタン２０２、およびキャンセルボタン２０３等が設けられている。第１フィールドボックス８４には、項目欄８６および値欄８８が設けられている。項目欄８６は複数の出力フィールドで構成されており、値欄８８は複数の入出力フィールドで構成されている。

項目欄８６には、加工条件の各パラメータとして、パルス幅［ns］、レーザ出力［％］、周波数［kHz］、マーク速度［mm/s］、ジャンプ速度［mm/s］、ジャンプ遅延［μs］、ポリゴン遅延［μs］、レーザオフ遅延［μs］、レーザオン遅延［μs］、加速パターン［０～７］、および加工回数［回］が表示されている。

パルス幅は、レーザ光Ｌのパルス幅であり、nsの単位で表される。レーザ出力は、レーザ光Ｌの単位面積当たりの光強度であるレーザ光Ｌの出力密度であり、その最大値に対する百分率で表される。つまり、レーザ出力の単位は、％である。周波数は、レーザ光Ｌの周波数であり、kHzの単位で表される。マーク速度は、線分の印字中において、ガルバノスキャナ１８により、レーザ光Ｌの走査点が最高の定速で移動する際の速度であり、mm/sの単位で表される。ジャンプ速度は、１つの線分の印字が終了した後において、ガルバノスキャナ１８により、レーザ光Ｌの走査点が次に印字される線分の始点に移動する際の速度であり、mm/sの単位で表される。ジャンプ遅延は、１つの線分の印字が終了し、ガルバノスキャナ１８により、レーザ光Ｌの走査点が次に印字される線分の始点に移動した時において、各走査ミラーの機械的振動（リンギング）を印字に支障がない程度にまで減衰させるために、レーザ光Ｌの走査を待機する時間であり、μsの単位で表される。ポリゴン遅延は、連続する線分が接続する曲がり角において、レーザ出力がオフからオンされるまでの待機時間であり、μsの単位で表される。

レーザオフ遅延は、１つの線分の印字が終了する際において、レーザ光Ｌの走査点をその線分の終点に停止させる制御信号が送信された時点から、レーザ出力がオフされるまでの待機時間であり、μsの単位で表される。レーザオン遅延は、１つの線分の印字が開始された際において、レーザ光Ｌの走査点をその線分の始点より移動させる制御信号が送信された時点から、レーザ出力がオンされるまでの待機時間であり、μsの単位で表される。

加速パターンは、１つの線分の印字が開始された際において、レーザ光Ｌの走査速度がマーク速度となる前の加速態様であって、８つの加速パターンがある。８つの加速パターンは、番号が０～７の連番で付されることによって区別される。尚。８つの加速パターンの詳細な説明は後述する。加工回数は、１又は複数の線分で構成されるオブジェクトの印字を繰り返し行う数であり、回の単位で表される。

値欄８８には、上述した加工条件の各パラメータのデフォルト値又は現状値が表示されている。各パラメータのデフォルト値および現状値は、ＰＣ７のＨＤＤ７５若しくは、レーザコントローラ５に記憶されている。各パラメータの値の書き換えは、ユーザがキーボード７６およびマウス７８等を操作することで可能である。受付画面８２において、ＯＫボタン２０１がユーザによってマウス７８でクリックされると、各パラメータの値は、値欄８８に表示されている値に設定される。

そのようにして設定された各パラメータの値は、現状値として、ＰＣ７のＨＤＤ７５に記憶されると共に、加工条件を示す加工条件データとして印字データに含まれた状態で、ＰＣ７からレーザコントローラ５に出力され、レーザコントローラ５のＲＡＭ４２に記憶される。これに対して、受付画面８２において、キャンセルボタン２０３がユーザによってマウス７８でクリックされると、受付画面８２がＬＣＤ７７から消去され、加工条件の設定が終了する。これらの点は、後述する加速パターンの変更や内容修正においても、同様である。

（加速パターンの変更）
加速パターンの値の変更は、図４に示すリストボックス９０又は図５に示す一覧画面９２で行われる。第１フィールドボックス８４の値欄８８を構成する各フィールドのうち、加速パターンのフィールドがユーザによってマウス７８でクリックされると、受付画面８２にリストボックス９０が表示され、あるいは、一覧画面９２が受付画面８２に代わってＬＣＤ７７に表示される。図４に示すリストボックス９０が用いられる場合、ユーザは、リストボックス９０に一覧表示されている０～７の番号のいずれか一つを、マウス７８でクリックし、あるいは、キーボード７６で入力することによって選択する。その後、受付画面８２において、ＯＫボタン２０１がユーザによってマウス７８でクリックされると、加速パターンの値は、ユーザが選択した番号（値）に変更される。

一方、図５に示す一覧画面９２には、８つのグラフ１００～１０７によって、８つの加速パターンが一覧表示されている。各グラフ１００～１０７では、横軸に時間がμsの単位で設定されると共に、縦軸にレーザ光Ｌの走査速度がmm/sの単位で設定されている。更に、各グラフ１００～１０７には、０～７の番号のいずか一つが割り振られ枠９４内に表示されている。従って、図５に示す一覧画面９２が用いられる場合、ユーザは、各グラフ１００～１０７の枠９４内に表示されている０～７の番号のいずれか一つを、マウス７８でクリックし、あるいは、キーボード７６で入力することによって選択する。その後、一覧画面９２において表示される、図６に示すポップアップウインドウ２１０内のＯＫボタン２１１がユーザによってマウス７８でクリックされると、加速パターンの値は、ユーザが選択した番号（値）に変更される。これに対して、ポップアップウインドウ２１０内のキャンセルボタン２1３がユーザによってマウス７８でクリックされると、ポップアップウインドウ２１０が一覧画面９２から消去される。

尚、各グラフ１００～１０７において、横軸の時間は、レーザ光Ｌの走査点を印字線分の始点より移動させる制御信号がガルバノスキャナ１８に送信された時点からの経過時間であり、ガルバノスキャナ１８の駆動時間に相当する。

８つの加速パターンでは、レーザ光Ｌの走査速度が、マーク速度となる前において、段階の制御で加速される。その２段階は、時間が０μsから１００μsまでの第１段目と、時間が１００μsから２４０μsまでの第２段目とで構成される。つまり、第１段目の時間幅の値は１００μsであり、第２段目の時間幅の値は１４０μsである。尚、ここでは、マーク速度の値は、図４の第１フィールドボックス８４で示すように、３０００mm/sに設定されているものとする。

グラフ１００は、０の番号が付された加速パターンを表している。この加速パターンでは、レーザ光Ｌの走査速度が、第１段目および第２段目とも、マーク速度の１００％（つまり、３０００mm/s）となるように加速される。グラフ１０１は、１の番号が付された加速パターンを表している。この加速パターンでは、レーザ光Ｌの走査速度が、第１段目において、マーク速度の７０％（つまり、２１００mm/s）となるように加速され、第２段目において、マーク速度の１００％（つまり、３０００mm/s）となるように加速される。

グラフ１０２は、２の番号が付された加速パターンを表している。この加速パターンでは、レーザ光Ｌの走査速度が、第１段目において、マーク速度の６０％（つまり、１８００mm/s）となるように加速され、第２段目において、マーク速度の９０％（つまり、２７００mm/s）となるように加速される。グラフ１０３は、３の番号が付された加速パターンを表している。この加速パターンでは、レーザ光Ｌの走査速度が、第１段目において、マーク速度の５０％（つまり、１５００mm/s）となるように加速され、第２段目において、マーク速度の８０％（つまり、２４００mm/s）となるように加速される。

グラフ１０４は、４の番号が付された加速パターンを表している。この加速パターンでは、レーザ光Ｌの走査速度が、第１段目において、マーク速度の４０％（つまり、１２００mm/s）となるように加速され、第２段目において、マーク速度の７０％（つまり、２１００mm/s）となるように加速される。グラフ１０５は、５の番号が付された加速パターンを表している。この加速パターンでは、レーザ光Ｌの走査速度が、第１段目において、マーク速度の３０％（つまり、９００mm/s）となるように加速され、第２段目において、マーク速度の６０％（つまり、１８００mm/s）となるように加速される。

グラフ１０６は、６の番号が付された加速パターンを表している。この加速パターンでは、レーザ光Ｌの走査速度が、第１段目において、マーク速度の２０％（つまり、６００mm/s）となるように加速され、第２段目において、マーク速度の５０％（つまり、１５００mm/s）となるように加速される。グラフ１０７は、７の番号が付された加速パターンを表している。この加速パターンでは、レーザ光Ｌの走査速度が、第１段目において、マーク速度の１０％（つまり、３００mm/s）となるように加速され、第２段目において、マーク速度の４０％（つまり、１２００mm/s）となるように加速される。

尚、８つの加速パターンの第１段目および第２段目におけるレーザ光Ｌの走査速度のマーク速度に対する割合（％）は、図７に示す第１データテーブル１１０において、８つの加速パターンに付された番号に関連付けられて記憶されている。

また、図４に示すリストボックス９０が用いられる場合には、各グラフ１００～１０７のうち、ユーザが選択した番号の加速パターンに相当するグラフが、受付画面８２に表示されてもよい。

（加速パターンの内容修正）
レーザ加工装置１において、ユーザは、加速パターンの内容修正を行うことが可能である。加速パターンの内容修正とは、加速パターンの第１段目若しくは第２段目の時間幅の値、又は加速パターンの第１段目若しくは第２段目のレーザ光Ｌの走査速度の値を変更することをいう。ユーザは、加速パターンの内容修正を行う場合、図４に示す受付画面８２にリストボックス９０が表示されているときにおいて、先ず、リストボックス９０に一覧表示されている０～７の番号のいずれか一つを、マウス７８でクリックし、あるいは、キーボード７６で入力することによって選択し、更に、修正ボタン２０２をマウス７８でクリックする。

すると、図８に示すように、受付画面８２において、第２フィールドボックス９６が表示される。第２フィールドボックス９６では、ユーザが選択した番号の加速パターンについて、第１段目のレーザ光Ｌの走査速度および時間幅の各値と、第２段目のレーザ光Ｌの走査速度および時間幅の各値とが、入出力フィールドに表示されている。従って、各値の書き換えは、ユーザがキーボード７６およびマウス７８等を操作することで可能である。受付画面８２において、ＯＫボタン２０１がユーザによってマウス７８でクリックされると、上記各値は、第２フィールドボックス９６に表示されている値に変更される。このようにして、加速パターンの内容修正が行われる。

この点を具体的に説明すると、図８に示す第２フィールドボックス９６には、ユーザが選択した番号４の加速パターンについて、第１段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値である１２００、第１段目の時間幅[μs]の値である１００、第２段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値である２１００、および第２段目の時間幅[μs]の値である１４０が、入出力フィールドに表示されている。

ここで、ユーザがキーボード７６およびマウス７８等を操作することによって、例えば、図９に示す第２フィールドボックス９６のように、第１段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値が１２００から１５００に書き換えられ、第１段目の時間幅[μs]の値が１００から８０に書き換えられ、更に、ＯＫボタン２０１がユーザによってマウス７８でクリックされると、第１段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値は１５００に変更され、第１段目の時間幅[μs]の値は８０に変更される。

尚、書き換えられる度に、その書き換えられた内容でグラフ化された加速パターンが、受付画面８２に表示されてもよい。

また、加速パターンの第２段目のレーザ光Ｌの走査速度の値の変更は、マーク速度の値を超えないように制限される。更に、加速パターンの第１段目のレーザ光Ｌの走査速度の値の変更は、第２段目のレーザ光Ｌの走査速度の値を超えないように制限される。

（加速制御）
次に、加速制御について説明する。加速制御とは、１つの線分の印字が開始される際において、その線分の始点に停止しているレーザ光Ｌの走査点の移動を、上述した加速パターンで始めさせることをいう。本実施形態のレーザ加工装置１では、そのような加速制御の実現のため、図１０のフローチャートで表された加速制御方法２００の制御プログラムが実行される。

加速制御方法２００の制御プログラムは、ＰＣ７のＨＤＤ７５に記憶されており、レーザ加工が行われる際において、１つの線分の印字が開始される度に、ＰＣ７のＣＰＵ７１によって実行される。従って、後述する処理において、制御対象がレーザ加工部２の構成要素である場合、レーザコントローラ５を介した制御が行われる。尚、本制御プログラムは、不図示のＣＤ－ＲＯＭに保存されており、ＰＣ７のＣＤ－ＲＯＭドライブ（不図示）によって読み込まれ、ＰＣ７のＣＰＵ７１により実行されてもよい。以下、本制御プログラムを説明する。

加速制御方法２００が実行されると、その制御プログラムでは、先ず、図１０のステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する。）１０の加工条件処理が行われる。この加工条件処理Ｓ１０では、上述したようにして、加工条件の設定（変更）が行われる。その後は、開始処理Ｓ１２が行われる。

開始処理Ｓ１２では、ファイバレーザモジュール４０の駆動が開始されると同時に、レーザ光Ｌの走査が開始される。これにより、加工対象物Ｗの加工面ＷＡでは、一つの線分が、その始点から印字され始める。但し、レーザ光Ｌの走査速度は、上記加工条件処理Ｓ１０で設定（変更）された番号（値）の加速パターンのうち、第１段目の走査速度および時間幅で制御される。従って、この開始処理Ｓ１２では、上記加工条件処理Ｓ１０で設定（変更）された加速パターンの番号が０の場合、レーザ光Ｌの走査がマーク速度で開始される。これに対して、上記加工条件処理Ｓ１０で設定（変更）された加速パターンの番号が１～７の場合、レーザ光Ｌの走査がマーク速度よりも遅い速度で開始される。そして、レーザ光Ｌの走査が開始された時点から、第１段目の時間幅（が示す時間）が経過するタイミングで、加速処理Ｓ１４が行われる。

加速処理Ｓ１４では、レーザ光Ｌの走査速度が、上記加工条件処理Ｓ１０で設定（変更）された番号（値）の加速パターンのうち、第２段目の走査速度および時間幅で制御される。これにより、上記加工条件処理Ｓ１０で設定（変更）された加速パターンの番号が０の場合、レーザ光Ｌの走査速度はマーク速度に維持される。これに対して、上記加工条件処理Ｓ１０で設定（変更）された加速パターンの番号が１の場合、レーザ光Ｌの走査が開始された時点から、第１段目の時間幅（が示す時間）が経過するタイミングで、つまり、この加速処理Ｓ１４が行われるタイミングで、レーザ光Ｌの走査速度はマーク速度にされる。

また、上記加工条件処理Ｓ１０で設定（変更）された加速パターンの番号が２～７の場合、第１段目の時間幅（が示す時間）が経過した時点が経過するタイミングで、つまり、この加速処理Ｓ１４が行われるタイミングで、レーザ光Ｌの走査速度は、第１段目の走査速度とマーク速度との間にある速度（つまり、第２段目の走査速度）にされる。更に、第１段目の時間幅（が示す時間）が経過した時点から、第２段目の時間幅（が示す時間）が経過するタイミングで、レーザ光Ｌの走査速度はマーク速度にされる。

従って、この加速処理Ｓ１４では、上記加工条件処理Ｓ１０で設定（変更）された加速パターンの番号が１～７の場合、レーザ光Ｌの走査速度がマーク速度よりも遅い速度からマーク速度にまで加速する。

その後、本制御プログラムは終了するが、加工対象物Ｗの加工面ＷＡでは、上記加工処理のプログラムによって、一つの線分が、その終点まで、マーク速度で印字される。そして、新たな線分の印字が開始されると、本制御プログラムが再び行われる。

尚、ＰＣ７のＣＰＵ７１は、１つの線分の印字が終了するタイミングで、ファイバレーザモジュール４０の駆動停止を行う。更に、ＰＣ７のＣＰＵ７１は、ファイバレーザモジュール４０の駆動開始から、レーザ光Ｌの出力密度が定常状態になるまでの間において、本制御プログラムを終了させるのが好ましい。そのため、各加速パターンの第１段目の時間幅および第２段目の時間幅の設定又は変更は、それらの時間幅の合計値が、ファイバレーザモジュール４０の駆動開始からレーザ光Ｌの出力密度が定常状態になるのに必要な時間（幅）を超えないように設定するのがよい。例えば、加工条件のパルス幅、レーザ出力、および周波数などの各パラメータの値に応じて、ファイバレーザモジュール４０の駆動開始からレーザ光Ｌの出力密度が定常状態になるのに必要な時間（幅）の予測値が対応付けられた第３のデータテーブルが、予めＨＤＤ７５に記憶されることによって用意されてもよい。そのような場合、本制御プログラムは、この第３のデータテーブルから対応する予測値を呼び出して、加速パターンの第１段目の時間幅の値や第２段目の時間幅の値を前記予測値の３０％、５０％などに設定して、レーザ光Ｌの走査速度がマーク速度に至るまでの時間が前記予測値を超えないように調整するものであってよい。

（まとめ）
以上詳細に説明したように、本実施形態のレーザ加工装置１および加速制御方法２００では、レーザ加工が行われる際において、加速制御が行われると、１つの線分の印字が開始される度に、ファイバレーザモジュール４０の駆動が開始されると同時に、８つの加速パターンのうちいずれか一つの加速パターンでレーザ光Ｌの走査が開始される。これにより、レーザ光Ｌの出力密度が定常状態になる前から、レーザ光Ｌの走査が開始される。そのため、複数の線分で構成されるオブジェクトの印字が行われることによって、ファイバレーザモジュール４０の駆動開始が繰り返されても、加工時間の増加は抑制される。

また、加速パターンの番号が１～７の場合には、レーザ光Ｌの出力密度が定常状態になるまで増加することに応じて、レーザ光Ｌの走査速度が段階的にマーク速度にまで加速する。そのため、加速制御が行われているときの印字品質は、通常の印字品質（つまり、レーザ光Ｌの出力密度が定常状態にある場合にレーザ光Ｌの走査がマーク速度で行われているときの印字品質）と比べても、遜色がない。

また、加速パターンの番号が１～７の場合には、一つの線分の始点に停止中のレーザ光Ｌの走査点が、その始点から移動し始めると、その移動速度（つまり、レーザ光Ｌの走査速度）は、マーク速度にまで段階的に加速する。つまり、レーザ光Ｌの走査速度は、マーク速度にまで即座に加速されない。そのため、本実施形態のレーザ加工装置１および加速制御方法２００は、マーク速度が比較的高速であっても、静止状態にあるガルバノスキャナ１８の各走査ミラーを、制御信号（つまり、レーザ光Ｌの走査点をその線分の始点より移動させる信号）に追従させて動作させることが可能である。

また、本実施形態のレーザ加工装置１では、それぞれ異なる８つの加速パターンが予め用意されており、ユーザは、８つの加速パターンに割り振られた０～７の番号のいずれか一つを選択して設定するだけで、所望の加速パターンが自動的に提供され、その提供された加速パターンで加速制御を行わせることが可能である。そのため、ユーザは、レーザ光Ｌの出力特性（例えば、パルス幅、周波数、および光強度等）および加工対象物Ｗの材質等に適した加速パターンを、手間を掛けることなく、見つけ出すことが可能である。

また、一覧画面９２には、それぞれ異なる８つの加速パターンが、視覚的に理解可能な８つのグラフ１００～１０７で表示されている。そのため、ユーザは、一覧画面９２を見るだけで、８つの加速パターンの特徴（相違点）を把握し易い。

また、本実施形態のレーザ加工装置１において、ユーザは、受付画面８２に表示される第２フィールドボックス９６を用いて、加速パターンの第１段目若しくは第２段目の時間幅の値、又は加速パターンの第１段目若しくは第２段目のレーザ光Ｌの走査速度の値を変更することが可能である。従って、ユーザは、予め用意されている加速パターンの内容を修正することによって、比較的に簡単に、加速制御を所望の加速態様で行わせることが可能である。

また、本実施形態のレーザ加工装置１において、加速制御の各加速パターンは、グラフ１００～１０７や第２フィールドボックス９６で示すように、レーザ光Ｌの走査速度と時間（幅）とを用いて定義されている。従って、加速制御では、レーザ光Ｌの走査速度がガルバノスキャナ１８の駆動時間に基づいて制御される。そのため、予め用意される加速パターンは、レーザ光Ｌの出力密度が定常状態になるまで増加することに応じた加速態様（つまり、段階的な加速）に設定（変更）し易い。また、加速制御のプログラミングも容易である。

また、本実施形態のレーザ加工装置１において、ファイバレーザモジュール４０は、シード光源６０、第１，第２励起光源６１，６３、及び第１，第２光増幅ファイバ６２，６４等を備える、ＭＯＰＡ方式のレーザ発振器である。そのため、加工条件の各パラメータのうち、レーザ光Ｌのパルス幅、周波数、および光強度（レーザ出力）等の出力特性は、パルスジェネレータ６５を介して、レーザコントローラ５で比較的広範囲で変更可能である。もっとも、本実施形態のレーザ加工装置１は、上述したように、レーザ光Ｌの出力特性等に適した加速パターンを、ユーザの手間を掛けることなく、見つけ出すことが可能である。つまり、ユーザは、レーザ光Ｌの出力特性を比較的広範囲で変更しても、その変更に適した加速パターンを、手間を掛けることなく、見つけ出すことが可能である。

尚、本実施形態とは異なるが、１つの線分の印字が開始される際において、その線分の始点に停止しているレーザ光Ｌの走査点の移動が、レーザ光Ｌの出力密度が定常状態になるまで待って行われると、その線分の印字は、その始点から綺麗な仕上がりで行われる。但し、このような場合、レーザ光Ｌの出力密度が定常状態になるまでの時間を予め設定する必要があるが、そのような設定は手間が掛かる作業であり、ユーザに負担を掛けてしまう。また、複数の線分で構成されるオブジェクトの印字が行われるケースでは、レーザ光Ｌの走査点が各線分の終点に到達する際に、ファイバレーザモジュール４０の駆動停止が行われ、レーザ光Ｌの走査点が各線分の始点に移動・停止した際に、ファイバレーザモジュール４０の駆動開始が行われる。つまり、各線分の印字が開始される度に、レーザ光Ｌの走査点の移動が、レーザ光Ｌの出力密度が定常状態になるまで待機させられる。そのため、加工時間の増加抑制が困難である。

ちなみに、本実施形態において、レーザコントローラ５は、「光源制御部」の一例である。ガルバノスキャナ１８は、「走査部」の一例である。ファイバレーザモジュール４０およびレーザコントローラ５は、「レーザ出力部」の一例である。第１励起光源６１と第２励起光源６３は、「励起光源」の一例である。第１光増幅ファイバ６２と第２光増幅ファイバ６４は、「光増幅ファイバ」の一例である。ＨＤＤ７５は、「記憶部」の一例である。キーボード７６、ＬＣＤ７７、マウス７８、ＬＣＤ７７に表示される受付画面８２の第１フィールドボックス８４、リストボックス９０、第２フィールドボックス９６、ＯＫボタン２０１、修正ボタン２０２、およびＬＣＤに表示される一覧画面９２等は、「選択部」「修正部」の一例である。ＬＣＤ７７は、「表示部」の一例である。レーザ光Ｌは、「パルスレーザ光」の一例である。開始処理Ｓ１２は、「開始工程」の一例である。加速処理Ｓ１４は、「加速工程」の一例である。加工条件の各パラメータは、「パラメータ」の一例である。マーク速度は、「目標速度」の一例である。番号（値）が１～７の加速パターンの第１段目の走査速度は、「初期速度」の一例である。

（その他）
尚、本開示は、本実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施形態において、加速制御の各加速パターンは、図５のグラフ１００～１０７で示すように、レーザ光Ｌの走査速度が階段的にマーク速度にまで加速するものであるが、レーザ光の走査速度が減速することなく曲線的にマーク速度にまで加速するものであってもよいし、３段以上の段階的な加速をするものであってもよい。

また、本実施形態において、各加速パターンの第１段目の時間幅の値は１００μsであり、第２段目の時間幅の値は１４０μsであるが、第１段目の時間幅および第２段目の時間幅の各値は、加速パターン毎に異なっていてもよい。また、レーザ光Ｌの走査速度が一定のマーク速度でレーザ加工される領域と、レーザ光Ｌの走査速度が加速されながらレーザ加工される領域とでは、印字品質の差（むら）が出る虞もある。そこで、レーザ光Ｌの走査速度がマーク速度に至るまでに加速されながらレーザ加工される領域の長さ（つまり、後述するレーザ光Ｌの走査距離）が、むやみに長くならないようにするため、第１段目および第２段目の時間幅の各設定（変更）値の上限が制限されるものであってもよい。また、レーザ光Ｌの走査速度がマーク速度に至るまでに加速されながらレーザ加工される領域の長さが、どの加速パターンを選んでもほぼ変わらないようにするためには、第１段目および第２段目のレーザ光Ｌの走査速度の設定（変更）値に応じて第１段目および第２段目の時間幅が設定（変更）されているのが好ましい。

また、本実施形態において、ファイバレーザモジュール４０は、ＭＯＰＡ方式以外（例えば、Ｑスイッチ方式）のレーザ発振器であってもよい。

また、本実施形態では、ユーザが変更した番号の加速パターンで加速制御が行われるが、更に、ユーザがマーク速度の値を変更した場合には、変更されたマーク速度の値と対応関係にある内容の加速パターンで加速制御が行われてもよい。以下、例えば、加速パターンの番号が５に変更された場合を、図１１を用いて具体的に説明する。このような場合において、マーク速度［mm/s］の値が１０００に変更されると、その値と対応関係にある内容の加速パターンで、つまり、第１段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値が３００で、第２段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値が６００の加速パターンで、加速制御が行われる。

また、マーク速度［mm/s］の値が２０００に変更されると、その値と対応関係にある内容の加速パターンで、つまり、第１段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値が６００で、第２段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値が１２００の加速パターンで、加速制御が行われる。また、マーク速度［mm/s］の値が３０００に変更されると、その値と対応関係にある内容の加速パターンで、つまり、第１段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値が９００で、第２段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値が１８００の加速パターンで、加速制御が行われる。また、マーク速度［mm/s］の値が４０００に変更されると、その値と対応関係にある内容の加速パターンで、つまり、第１段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値が１２００で、第２段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]の値が２４００の加速パターンで、加速制御が行われる。

このような変更例では、マーク速度［mm/s］の値が変更されても、ユーザに手間を掛けることなく、変更されたマーク速度［mm/s］の値に対して適切な内容の加速パターンが自動的に提供される。

尚、マーク速度［mm/s］と第１段目および第２段目のレーザ光Ｌの走査速度[mm/s]との対応関係は、図１１に示す第２データテーブル１１１において、８つの加速パターンに付された番号に関連付けられて記憶されている。

また、上記変更例では、加速パターンの第１段目および第２段目の時間幅[μs]の各値は、変更されず現状値が使用されているが、変更されたマーク速度［mm/s］の値と対応関係にある値に変更されてもよい。

ちなみに、上記変更例において、キーボード７６、ＬＣＤ７７、マウス７８、ＬＣＤ７７に表示される受付画面８２の第１フィールドボックス８４、およびＯＫボタン２０１等は、「設定変更部」の一例である。

また、レーザ光Ｌのパルス幅［ns］、周波数［kHz］、又はレーザ出力［％］の値の変更は、印字品質に与える影響が大きい。従って、このような場合においても、上記変更例と同様にして、変更された値と対応関係にある内容の加速パターンで加速制御が行われるようにしてもよい。

また、本実施形態において、加速制御は、レーザ光Ｌの走査速度がガルバノスキャナ１８の駆動時間に基づいて制御されるものであるが、レーザ光Ｌの走査速度がレーザ光Ｌの走査距離に基づいて制御されるものであってもよい。ここで、レーザ光Ｌの走査距離とは、レーザ光Ｌの走査点が印字中の線分の始点から移動した距離をいう。このような場合、ユーザは、各加速パターンの内容から、加速制御が行われている際の印字長さを（つまり、レーザ光Ｌの出力密度が定常状態になる前の印字長さをおおよそ）把握することが可能である。

１：レーザ加工装置、５：レーザコントローラ、１８：ガルバノスキャナ、４０：ファイバレーザモジュール、６０：シード光源、６１：第１励起光源、６２：第１光増幅ファイバ、６３：第２励起光源、６４：第２光増幅ファイバ、７０：制御部、７５：ＨＤＤ、７６：キーボード、７７：ＬＣＤ、７８：マウス、８２：受付画面、８４：第１フィールドボックス、９０：リストボックス、９２：一覧画面、９６：第２フィールドボックス、２００：加速制御方法、２０１：ＯＫボタン、２０２：修正ボタン、Ｌ：レーザ光、Ｓ１２：開始処理、Ｓ１４：加速処理。

Claims (9)

1. パルスレーザ光を出力するレーザ出力部と、
   前記パルスレーザ光を走査する走査部と、
   加速制御を行う制御部と、を備え、
   前記加速制御は、
   前記パルスレーザ光の走査を目標速度よりも遅い初期速度で開始させる開始処理と、
   前記パルスレーザ光の走査速度を前記初期速度から前記目標速度にまで加速させる加速処理と、を備え、
   前記制御部は、前記レーザ出力部の駆動開始から、前記パルスレーザ光の単位面積当たりの光強度である前記パルスレーザ光の出力密度が定常状態になるまでの間において、前記加速制御を実行させることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記パルスレーザ光の出力又は走査に関するパラメータと前記加速制御の加速パターンとの対応関係を記憶する記憶部と、
   前記パラメータの値をユーザが変更可能な設定変更部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記設定変更部で変更される前記パラメータの値と前記対応関係にある加速パターンで前記加速制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記パラメータは、前記パルスレーザ光の周波数、前記パルスレーザ光のパルス幅、前記パルスレーザ光の前記出力密度、又は前記目標速度であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記加速制御の加速パターンを複数記憶する記憶部と、
   前記加速制御の加速パターンを複数表示する表示部と、
   前記表示部に複数表示される前記加速制御の加速パターンのいずれか一つをユーザが選択可能な選択部と、を備え、
   前記制御部は、前記選択部で選択される加速パターンで前記加速制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
5. 前記選択部で選択される前記加速制御の加速パターンの少なくとも一部をユーザが修正可能な修正部を備えることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
6. 前記加速制御では、前記パルスレーザ光の走査速度が前記走査部の駆動時間に基づいて制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
7. 前記加速制御では、前記パルスレーザ光の走査速度が前記パルスレーザ光の走査距離に基づいて制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
8. 前記レーザ出力部は、
   パルス状のシード光を発生するシード光源と、
   励起光を発生する励起光源と、
   前記励起光で前記シード光を増幅することによって前記パルスレーザ光を出力する光増幅ファイバと、
   前記パルスレーザ光の出力特性を制御する光源制御部と、を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
9. パルスレーザ光を出力するレーザ出力部と、前記パルスレーザ光を走査する走査部と、を備えるレーザ加工装置で行われる、前記パルスレーザ光の走査速度の加速制御方法であって、
   前記パルスレーザ光の走査を目標速度よりも遅い初期速度で開始させる開始工程と、
   前記パルスレーザ光の走査速度を前記初期速度から前記目標速度にまで加速させる加速工程と、を備え、
   前記開始工程及び前記加速工程を、前記レーザ出力部の駆動開始から、前記パルスレーザ光の単位面積当たりの光強度である前記パルスレーザ光の出力密度が定常状態になるまでの間において実行させることを特徴とする加速制御方法。

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