JP2023050872A - Laser processing device and laser processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、対象物にレーザ加工する技術に関するものである。 The present application relates to a technique for laser processing an object.
特許文献1には、炭酸ガスレーザからのレーザ出力のパルスエネルギーを計測し、予め定められた基準値と計測値とを比較し、その比較結果に応じて炭酸ガスレーザのレーザパワーを調整するようにしたレーザパワー安定化装置が記載されている。
In
しかし、特許文献1に記載のレーザパワー安定化装置では、基準値は加工対象毎に異なる値を設定する必要があるので、加工対象に応じた基準値を予め求めて入力や記憶をさせておかなければならず、面倒であった。
However, in the laser power stabilizing device described in
本願は、加工対象に応じた基準値を予め求めることなく、レーザ発振器からのレーザ光に出力変動が生じているか否かを判断することが可能となる技術を提供することを目的とする。 An object of the present application is to provide a technique that makes it possible to determine whether or not the output power of a laser beam from a laser oscillator is fluctuating without previously obtaining a reference value according to an object to be processed.
上記目的を達成するため、本願のレーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ光を加工レーザ光として出射口まで案内する光学系と、受光部を有し、レーザ加工時において光学系によって受光部に導かれたレーザ光の一部に基づいてレーザ光の出力値を測定可能なパワーメータと、メモリと、制御部と、を備え、制御部は、レーザ加工を行う第1の動作タイミング時にパワーメータにより測定されたレーザ光の出力値に基づいて適正なレーザ出力の閾値を算出してメモリに記憶する閾値設定処理と、レーザ加工を行う第2の動作タイミング時にパワーメータにより測定されたレーザ光の出力値と、閾値設定処理によりメモリに記憶された閾値と、に基づいてレーザ光の出力変動が生じているか否かを判断する判断処理と、を実行することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the laser processing apparatus of the present application has a laser oscillator that oscillates laser light, an optical system that guides the laser light to an exit port as processing laser light, and a light receiving section. A power meter capable of measuring the output value of the laser light based on part of the laser light guided to the light receiving unit by the system, a memory, and a control unit, the control unit performing laser processing. Threshold setting processing for calculating an appropriate laser output threshold value based on the laser light output value measured by the power meter at the operation timing and storing it in memory, and measuring with the power meter at the second operation timing for laser processing. a determination process of determining whether or not the laser light output fluctuates based on the output value of the laser light obtained and the threshold value stored in the memory by the threshold setting process. .
本願によれば、加工対象に応じた基準値を予め求めることなく、レーザ発振器からのレーザ光に出力変動が生じているか否かを判断することが可能となる。 According to the present application, it is possible to determine whether or not the output of the laser beam from the laser oscillator is fluctuating without previously obtaining a reference value according to the object to be processed.
以下、本願の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本願の一実施形態に係るレーザ加工装置1の概略構成を示し、図2は、レーザ加工装置1の制御構成を示している。なお、図1及び図2では、基本的構成の一部が省略されて描かれており、描かれた各部の寸法比等は必ずしも正確ではない。また、図1において、上下方向は、図に示された通りである。
Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a
レーザ加工装置1は、図2に示すように、印字情報作成部2及びレーザ加工部3で構成されている。印字情報作成部2は、パーソナルコンピュータやPLC(Programmable Logic Controller)等で構成されている。
As shown in FIG. 2, the
レーザ加工部3は、加工レーザ光Pを加工対象物7の加工面8上で2次元走査してマーキング(印字)加工を行うものである。レーザ加工部3は、レーザコントローラ6を備えている。
The
レーザコントローラ6は、コンピュータで構成され、例えば、USBやイーサネット、無線LAN、RS-232Cなどを介して印字情報作成部2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6は、印字情報作成部2から送信された印字情報67、パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザ加工部3を駆動制御する。
The
レーザ加工部3は、図1に示すように、レーザ発振ユニット12、ガイド光部15、パワーメータ110、ビームスプリッタ100、反射ミラー101、ダイクロイックミラー102、光学系70、カメラ103、ガルバノスキャナ18、及びfθレンズ19等を備えており、不図示の略直方体形状の筐体カバーで覆われている。
The
レーザ発振ユニット12は、レーザ発振器21等で構成されている。レーザ発振器21は、CO2レーザ、YAGレーザ等で構成されており、加工レーザ光Pを出射する。なお、加工レーザ光Pの光径は、不図示のビームエキスパンダで調整(例えば、拡大)される。
The
出射された加工レーザ光Pは、ビームスプリッタ100に入射される。ビームスプリッタ100は、入射された加工レーザ光Pの一部、例えば1%程度を透過して、パワーメータ110に供給する。そして、ビームスプリッタ100により透過されない加工レーザ光P、つまり本実施形態では、出射された加工レーザ光Pの大半は、ビームスプリッタ100により反射されて、反射ミラー101に入射される。反射ミラー101は、入射された加工レーザ光Pをすべて反射して、ダイクロイックミラー102に供給する。
The emitted processing laser beam P is incident on the
ガイド光部15は、可視半導体レーザ28等で構成されている。可視半導体レーザ28は、可視可干渉光であるガイド光Q、例えば、赤色レーザ光を出射する。ガイド光Qは、不図示のレンズ群で平行光にされ、さらに、2次元走査されることによって、例えば、加工レーザ光Pでマーキング(印字)加工すべき印字パターンの像(以下、「オブジェクト」という。)、そのオブジェクトを取り囲んだ矩形の像等を、加工対象物7の加工面8上に軌跡(反射による時間残像)で描画するものである。つまり、ガイド光Qには、マーキング(印字)加工能力がない。
The
ガイド光Qの波長は、加工レーザ光Pの波長とは異なる。本実施形態では、例えば、加
工レーザ光Pの波長は1064nmであり、ガイド光Qの波長は、650nmである。
The wavelength of the guide light Q is different from the wavelength of the processing laser light P. As shown in FIG. In this embodiment, for example, the wavelength of the processing laser beam P is 1064 nm, and the wavelength of the guide beam Q is 650 nm.
ダイクロイックミラー102では、入射された加工レーザ光Pのほぼ全部が透過する。また、ダイクロイックミラー102では、加工レーザ光Pが透過する略中央位置にて、ガイド光Qが45度の入射角で入射され、45度の反射角で加工レーザ光Pの光路上に反射される。ダイクロイックミラー102の反射率は、波長依存性を持っている。具体的には、ダイクロイックミラー102は、誘電体層と金属層との多層膜構造の表面処理がなされており、ガイド光Qの波長に対して高い反射率を有し、それ以外の波長の光をほとんど(99%)透過するように構成されている。
The
なお、図1の一点鎖線は、加工レーザ光Pとガイド光Qの光軸10を示している。また、光軸10の方向は、加工レーザ光Pとガイド光Qの経路方向を示している。
1 indicates the
光学系70は、第1レンズ72、第2レンズ74、及び移動機構76を備えている。光学系70では、ダイクロイックミラー102を経た加工レーザ光Pとガイド光Qが、第1レンズ72に入射し通過する。その際、第1レンズ72によって、加工レーザ光Pとガイド光Qの各光径が縮小される。また、第1レンズ72を通過した加工レーザ光Pとガイド光Qは、第2レンズ74に入射し通過する。その際、第2レンズ74によって、加工レーザ光Pとガイド光Qが平行光にされる。移動機構76は、光学系モータ80と、光学系モータ80の回転運動を直線運動に変換するラック・アンド・ピニオン(不図示)等を備えており、光学系モータ80の回転制御によって、第2レンズ74を加工レーザ光Pとガイド光Qの経路方向に移動させる。
The
なお、移動機構76は、第2レンズ74に代えて第1レンズ72を移動させる構成であってもよいし、第1レンズ72と第2レンズ74との間の距離が変わるように第1レンズ72と第2レンズ74の双方を移動させる構成であってもよい。
The moving
ガルバノスキャナ18は、光学系70を経た加工レーザ光Pとガイド光Qとを2次元走査するものである。ガルバノスキャナ18では、ガルバノX軸モータ31とガルバノY軸モータ32とが、それぞれのモータ軸が互いに直交するように取り付けられ、各モータ軸の先端部に取り付けられた走査ミラー18X、18Yが内側で互いに対向している。そして、各モータ31、32の回転制御で、各走査ミラー18X、18Yを回転させることによって、加工レーザ光Pとガイド光Qとを2次元走査する。この2次元走査方向は、X方向とY方向である。
The
fθレンズ19は、ガルバノスキャナ18によって2次元走査された加工レーザ光Pとガイド光Qとを加工対象物7の加工面8上に集光するものである。したがって、加工レーザ光Pとガイド光Qは、各モータ31、32の回転制御によって、加工対象物7の加工面8上でX方向とY方向に2次元走査される。
The f.theta. Therefore, the machining laser beam P and the guide beam Q are two-dimensionally scanned in the X direction and the Y direction on the machining surface 8 of the object 7 by controlling the rotation of the
加工レーザ光Pとガイド光Qとでは、波長が異なる。そのため、光学系70における第1レンズ72と第2レンズ74との間の距離が一定の場合、加工レーザ光Pとガイド光Qが集光する位置(以下、「焦点位置F」という。)は、上下方向で異なってしまう。そこで、加工レーザ光Pとガイド光Qの焦点位置Fは、光学系70における第1レンズ72と第2レンズ74との間の距離が調整されることによって、加工対象物7の加工面8上に合わせられる。
The processing laser light P and the guide light Q have different wavelengths. Therefore, when the distance between the
また、加工対象物7の加工面8の位置が上下方向で異なる場合も、同様にして、加工レーザ光Pとガイド光Qの焦点位置Fは、光学系70における第1レンズ72と第2レンズ74との間の距離が調整されることによって、加工対象物7の加工面8上に合わせられる
。
Similarly, when the position of the processing surface 8 of the object 7 is different in the vertical direction, the focal positions F of the processing laser light P and the guide light Q are the same as those of the
カメラ103は、加工対象物7の加工面8に向けられた状態で、fθレンズ19付近に設けられている。これにより、カメラ103は、例えば、加工対象物7の加工面8上に照射されるガイド光Qを撮像して後述する液晶ディスプレイ(LCD)56に表示し、これから行う加工画像と加工対象物7との位置合わせが適切であるかをユーザが確認できるようにするものであって良い。
The
次に、レーザ加工装置1を構成する印字情報作成部2とレーザ加工部3の制御構成について図2に基づいて説明する。まず、レーザ加工部3の制御構成について説明する。
Next, the control configuration of the print
レーザ加工部3は、図2に示すように、レーザコントローラ6、ガルバノコントローラ35、ガルバノドライバ36、レーザドライバ37、半導体レーザドライバ38、光学系ドライバ78、カメラ103、パワーメータ110、A/D変換器112、及び温度センサ120等から構成されている。レーザコントローラ6は、レーザ加工部3の全体を制御する。レーザコントローラ6には、ガルバノコントローラ35、レーザドライバ37、半導体レーザドライバ38、及び光学系ドライバ78等が電気的に接続されている。また、レーザコントローラ6及びカメラ103には、外部の印字情報作成部2が双方向通信可能に接続されている。レーザコントローラ6は、印字情報作成部2から送信された各情報(例えば、印字情報67、レーザ加工部3に対するパラメータ、ユーザからの各種指示情報等)を受信可能に構成されている。カメラ103は、印字情報作成部2から送信された各情報(例えば、撮像指示情報等)を受信可能に構成され、また、撮像した画像を印字情報作成部2に送信可能に構成されている。
As shown in FIG. 2, the
レーザコントローラ6は、CPU41、RAM42、及びROM43等を備えている。CPU41は、レーザ加工部3の全体の制御を行う演算装置及び制御装置である。CPU41、RAM42、及びROM43は、不図示のバスにより相互に接続されて、相互にデータのやり取りが行われる。
The
RAM42は、CPU41により演算された各種の演算結果や印字パターンの(XY座標)データ等を一時的に記憶させておくためのものである。
The
ROM43は、各種のプログラムを記憶させておくものであり、例えば、印字情報作成部2から送信された印字情報67に基づいて印字パターンのXY座標データを算出して、加工データとしてRAM42に記憶するプログラム等が記憶されている。なお、各種プログラムには、上述したプログラムに加えて、例えば、各種のディレイ値、印字情報作成部2から入力された印字情報67等に対応する印字パターンの太さ、深さ及び本数、レーザ発振器21のレーザ出力、加工レーザ光Pのレーザパルス幅、ガルバノスキャナ18による加工レーザ光Pを走査する速度、及びガルバノスキャナ18によるガイド光Qを走査する速度等を示す各種パラメータをRAM42に記憶するプログラム等がある。さらに、ROM43には、歪補正のためのパラメータや、ガルバノスキャナ18、レーザ加工装置1のステータス情報(エラー情報、加工回数、加工時間等)が記憶されている。
The
CPU41は、ROM43に記憶されている各種のプログラムに基づいて各種の演算及び制御を行う。
The
CPU41は、加工データ、ガルバノスキャナ18によるガイド光Qを走査する速度、及びガルバノスキャナ18による加工レーザ光Pを走査する速度等を示すガルバノ走査速度情報等を、ガルバノコントローラ35に出力する。また、CPU41は、加工データに基づいて設定したレーザ発振器21のレーザ出力、及び加工レーザ光Pのレーザパルス幅
等を示すレーザ駆動情報を、レーザドライバ37に出力する。
The
CPU41は、可視半導体レーザ28の点灯開始を指示するオン信号又は消灯を指示するオフ信号を半導体レーザドライバ38に出力する。
The
ガルバノコントローラ35は、レーザコントローラ6から入力された各情報(例えば、加工データ、ガルバノ走査速度情報等)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、駆動角度及び回転速度を示すモータ駆動情報をガルバノドライバ36に出力する。ガルバノドライバ36は、ガルバノコントローラ35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とガルバノY軸モータ32を駆動制御して、加工レーザ光Pとガイド光Qを2次元走査する。
The
レーザドライバ37は、レーザコントローラ6から入力されたレーザ発振器21のレーザ出力、及び加工レーザ光Pのレーザパルス幅等を示すレーザ駆動情報等に基づいて、レーザ発振器21を駆動させる。半導体レーザドライバ38は、レーザコントローラ6から入力されたオン信号又はオフ信号に基づいて、可視半導体レーザ28を駆動させる。
The
光学系ドライバ78は、レーザコントローラ6から入力された情報に基づいて、光学系モータ80を駆動制御して、第2レンズ74を移動させる。
The
パワーメータ110は、例えば、フォトダイオードセンサなどの光検出器を含む構造を有しており、入射された加工レーザ光Pの一部の強度に応じたアナログ電圧値を出力する。A/D変換器112は、パワーメータ110の出力側に設けられ、パワーメータ110が出力したアナログ電圧値をデジタル値に変換する。A/D変換器112は、レーザコントローラ6と接続されている。したがって、印字情報作成部2は、レーザコントローラ6を介してA/D変換器112が出力したパワーメータ110の出力電圧値を読み取ることができる。なお、パワーセンサは、熱電効果を利用した、所謂サーマルパワーセンサのようなものであってもよい。
The
また、温度センサ120は、レーザ発振器21の温度を計測する。温度センサ120も、印字情報作成部2と電気的に接続されており、印字情報作成部2は、温度センサ120によりレーザ発振器21の温度を知ることができる。
Also, the
次に、印字情報作成部2の回路構成について説明する。印字情報作成部2は、制御部51、入力操作部55、液晶ディスプレイ(LCD)56、及びCD-ROMドライブ58等を備えている。制御部51には、不図示の入出力インターフェースを介して、入力操作部55、液晶ディスプレイ56、及びCD-ROMドライブ58等が接続されている。
Next, the circuit configuration of the print
入力操作部55は、不図示のマウス及びキーボード等から構成されており、例えば、各種指示情報をユーザが入力する際に使用される。また、入力操作部55においては、ユーザが、レーザパワー測定・調整処理にかかる動作モードを指定することが可能であるが、それに関する詳細な説明については、後述する。 The input operation unit 55 includes a mouse and a keyboard (not shown) and the like, and is used, for example, when the user inputs various instruction information. In addition, the input operation unit 55 allows the user to specify an operation mode for the laser power measurement/adjustment process, which will be detailed later.
CD-ROMドライブ58は、各種データ、及び各種アプリケーションソフトウェア等をCD-ROM57から読み込むものである。
The CD-
制御部51は、印字情報作成部2の全体を制御すると共に、後述する画像処理を公知技術で実行することが可能なものであって、CPU61、RAM62、ROM63、及びハードディスクドライブ(以下、「HDD」という。)66等を備えている。CPU61は、印字情報作成部2の全体の制御を行う演算装置及び制御装置である。CPU61、RA
M62、及びROM63は、不図示のバスにより相互に接続されており、相互にデータのやり取りが行われる。さらに、CPU61とHDD66とは、不図示の入出力インターフェースを介して接続されており、相互にデータのやり取りが行われる。
The
The M62 and
RAM62は、CPU61により演算された各種の演算結果等を一時的に記憶させておくためのものである。また、RAM62には、印字情報67が記憶されている。印字情報67は、入力操作部55でユーザによって入力されるが、CD-ROMドライブ58でCD-ROM57から読み込まれてもよいし、不図示の入出力インターフェースを介してレーザ加工装置1の外部から入力されてもよい。なお、印字情報67には、上述したデータに関する事項に加えて、例えば、オブジェクトの位置、内容、及び種類等が含まれている。ROM63は、各種のプログラム等を記憶させておくものである。さらに、ROM63には、フォントの種類別に、直線と楕円弧とで構成された各文字のフォントの始点、終点、焦点、曲率等のデータが記憶されている。また、ROM63には、図3~図5に基づいて後述するレーザパワー測定・調整処理を含む制御プログラム65及びデータテーブル68等が記憶されている。
The
HDD66には、各種アプリケーションソフトウェアのプログラム、及び各種データファイル等が記憶される。
The
以上のように構成されたレーザ加工装置1が実行する制御処理を、図3~図7に基づいて詳細に説明する。図3~図5は、レーザ加工装置1、特にCPU61が実行するレーザパワー測定・調整処理の手順を示している。レーザパワー測定・調整処理は、レーザ加工装置1が本印字(「本加工」の一例)を行う前のテスト印字時(「第1の動作タイミング」の一例)にパワーメータ110により測定されたレーザ発振器21のレーザパワーに基づいて、レーザ発振器21の適正なレーザパワーの閾値を算出し、本印字時(「第2の動作タイミング」の一例)にパワーメータ110により測定されたレーザ発振器21のレーザパワーが上記閾値を下回った場合、レーザパワーが所望値まで回復するようにレーザ発振器21に供給する電流を調整する処理である。そして、レーザパワー測定・調整処理では、閾値の算出からレーザ発振器21に供給する電流の調整までを完全に自動で行う完全自動調整モードと、ユーザに所定の選択操作を要求するユーザ選択モードと、レーザパワーの測定は行うもののレーザパワーの調整を行わない非調整モードとが設けられ、ユーザはいずれかのモードを選択することができるようになっている。これら3種類のモードからいずれかのモードを選択する操作は、例えば、ユーザが入力操作部55から行うようにすればよい。そして、ユーザが選択したモードは、例えば上記RAM62に確保されたモード記憶領域(図示せず)に記憶される。なお、レーザパワー測定・調整処理は、例えば、ユーザが入力操作部55からその開始を指示したことに応じて開始される。以降、各処理の手順の説明において、ステップを「S」と表記する。
Control processing executed by the
図3において、まずCPU61は、レーザコントローラ6に対してレーザ発振器21への通電開始を指示する(S10)。これに応じてレーザコントローラ6、特にCPU41は、レーザ発振器21への電源供給を開始する。
In FIG. 3, the
次にCPU61は、レーザ発振器21の温度が安定したか否かを判断する(S12)。この判断は、上記温度センサ120(図2参照)から得られた温度に基づいてなされる。そして、レーザ発振器21の温度が安定した状態は、レーザ発振器21が飽和温度に達した状態を意味する。
Next, the
S12において、CPU61は、レーザ発振器21の温度が安定するまで待機し(S12:NO)、レーザ発振器21の温度が安定すると(S12:YES)、CPU61は、処理を次のS14に進める。一般的に、レーザ発振器21は温度の影響を受け易く、正常
な状態であっても飽和温度に至るまでは出力変化が生じる虞がある。そのため、飽和温度になってレーザ出力が安定したタイミングを待って以下の処理を進めるようにしている。
In S12, the
S14では、CPU61は、完全自動調整モードが設定されているか否かを判断する。この判断では、CPU61は、上記モード記憶領域に記憶されたモードを読み出し、読み出したモードが完全自動調整モードであるか否かを判断する。
In S14, the
S14の判断において、完全自動調整モードが設定されている場合(S14:YES)、CPU61は、測定対象決定処理(「特定範囲設定処理」の一例)を実行する(S16)。図6は、この測定対象決定処理の詳細な手順を示している。図6において、まずCPU61は、ユーザが、例えば、入力操作部55から指示した印字データ(「印刷データ」の一例)をRAM62のワーク領域(図示せず)にストアする(S100)。
In the judgment of S14, if the fully automatic adjustment mode is set (S14: YES), the
次にCPU61は、ワーク領域にストアされた印字データのうち、先頭文字を除くレーザオン時間の長い画(「特定範囲」の一例)を持つ文字を測定対象として選択する(S102)。例えば、印字データとして「製造番号XXXX」(ただし、Xは、0~9のいずれかの整数値)が指示されたとすると、レーザオン時間の長い画「一点しんにょう」を持つ「造」が測定対象として選択される。図7は、本実施形態のレーザ加工装置1にて、同じ文字、例えば「8」を繰り返し印字したときにパワーメータ110から得られた測定結果、具体的には、電圧値の推移を示している。この測定結果から分かるように、本実施形態のレーザ加工装置1では同じ文字であっても休止状態から最初に印字したときのレーザパワーは出力の過渡的な変異を含み、2番目以降に印字したときのレーザパワーと比較して、低下している。このため、先頭文字を測定対象から除くようにしている。また、レーザオン時間の長い画を持つ文字を測定対象としているのは、レーザオン時の測定時間(もしくは測定のサンプリング回数)を大きくして、テスト印字時におけるレーザパワーの閾値の算出と、本印字時におけるレーザパワーが閾値を下回ったか否かの判断をより正確に行いたいからである。
Next, the
図6に戻り、次にCPU61は、測定対象として選択された1文字内で、隣り合う画をジャンプする時間が時間Tを下回るか否かを判断する(S104)。ここで、隣り合う画をジャンプする時間とは、隣り合う画において先に印字する画の印字を終了してから次の画の印字を開始するまでのレーザオフ時間のことである。したがって、S104の判断では、CPU61は、このレーザオフ時間が時間Tを下回るか否かを判断している。
Returning to FIG. 6, next, the
S104の判断において、このレーザオフ時間が時間Tを下回っている場合(S104:YES)、CPU61は、隣り合う画を印字するときのレーザオン時間も計算に含める(S106)。
In the judgment of S104, if this laser-off time is shorter than the time T (S104: YES), the
次にCPU61は、上記S104の判断と同様の判断を、隣り合う文字列に対しても行う(S108)。具体的には、CPU61は、隣り合う文字列において先に印字する文字の最後の画の印字を終了してから次の文字の最初の画の印字を開始するまでのレーザオフ時間が時間Tを下回るか否かを判断する。この判断において、このレーザオフ時間が時間Tを下回っている場合(S108:YES)、CPU61は、次の文字に対して上記S104の判断と同様の判断を行う(S110)。この判断において、次の1文字内で、隣り合う画において先に印字する画の印字を終了してから次の画の印字を開始するまでのレーザオフ時間が時間Tを下回っている場合(S110:YES)、CPU61は、隣り合う画を印字するときのレーザオン時間も計算に含めた(S112)後、処理を上記S110に戻す。
Next, the
一方、S110の判断において、レーザオフ時間が時間Tを下回っていない場合(S1
10:NO)、CPU61は、処理をS114に進める。また、上記S108の判断において、レーザオフ時間が時間Tを下回っていない場合(S108:NO)、CPU61は、処理をS114に進める。さらに、上記S104の判断において、レーザオフ時間が時間Tを下回っていない場合(S104:NO)、CPU61は、処理をS114に進める。
On the other hand, if the laser-off time is not less than the time T in the judgment of S110 (S1
10: NO), the
S114では、CPU61は、測定対象を確定する。その後、CPU61は、測定対象決定処理を終了する。
In S114, the
図3に戻り、CPU61は、テスト印字及びレーザパワー測定を行う(S18)。ここで、テスト印字は、上記S100においてユーザが指示し、RAM62のワーク領域に格納された印字データに基づいてなされる。そして、レーザパワー測定は、上記測定対象決定処理により決定された1文字以上の文字内の1つ以上の画についてなされる。具体的には、CPU61は、レーザ加工装置1が測定対象決定処理により決定された画を印字しているときにパワーメータ110から出力され、A/D変換器112によりデジタル変換された電圧値を積分し、その印字時間で平均化する。この積分された電圧値を印字時間で平均化したものを、以下「平均レーザパワー」と言う。
Returning to FIG. 3, the
次にCPU61は、テスト印字した結果が所望の印字濃度になっているか否かを判断する(S20)。この判断は、例えば、ユーザがテスト印字した結果を目で見て、液晶ディスプレイ56に表示された「印字濃度OK」、「濃度を濃く」及び「濃度を薄く」のいずれかのボタン(図示せず)を入力操作部55から操作したことに応じて行うようにすればよい。つまり、この場合、CPU61は、「印字濃度OK」ボタンが操作されたとき、テスト印字した結果が所望の印字濃度になっていると判断し、それ以外のボタンが操作されたとき、テスト印字した結果が所望の印字濃度になっていないと判断する。なお、S20の判断は、ユーザ操作を伴わず、自動で行うようにしてもよい。具体的には、テスト印字のときに、印字データに基づいた印字とともに、バーコードやQRコード(登録商標)などのコードを印字するようにし、それを上記カメラ103により撮像し、撮像したコードをデコードできるか否かに応じて、テスト印字した結果が所望の印字濃度になっているか否かを判断するようにしてもよい。あるいは、印字データに基づいた印字をカメラ103により撮像し、撮像データから印字結果を文字認識できるか否かに応じて、テスト印字した結果が所望の印字濃度になっているか否かを判断するようにしてもよい。
Next, the
上記S20の判断において、テスト印字した結果が所望の印字濃度になっていない場合(S20:NO)、CPU61は、レーザ発振器21に供給する電流値を変動させて、再度S18の処理を実行する。そして、CPU61は、テスト印字した結果が所望の印字濃度になるまで、レーザ発振器21に供給する電流値を変動させながらS18の処理を続け、テスト印字した結果が所望の印字濃度になると(S20:YES)、CPU61は、準備完了を通知する(S22)。この通知は、例えば、液晶ディスプレイ56に、準備完了を表示することにより行う。あるいは、音声により行ってもよい。あるいは、音声と表示の両方により行ってもよい。以下、この事情は、通知について同様である。また、CPU61は、テスト印字で算出した平均レーザパワーに基づき、例えばこの平均レーザパワーの95%の値を適正なレーザパワーの閾値(下限値)として、例えば上記RAM62に確保された閾値保存領域(図示せず)に保存する。
If it is determined in S20 that the result of the test printing does not achieve the desired print density (S20: NO), the
次にCPU61は、本印字及びレーザパワー測定を行う(S24)。このS24の処理は、上記S18の処理と同様である。ただし、テスト印字でなく本印字であるので、テスト印字時にのみ必要であり、本印字時には必要でない印字、具体的には、上記コードの印字は行われない。
Next, the
次にCPU61は、上記S24で算出した平均レーザパワーと、上記S18で算出し、上記閾値保存領域に保存された適正なレーザパワーの閾値とを比較し、平均レーザパワーが適正なレーザパワーの閾値を下回っているか否かを判断する(S26)。この判断において、平均レーザパワーが適正なレーザパワーの閾値を下回っている場合(S26:YES)、CPU61は、レーザ発振器21のレーザパワーを予め設定された規定値に戻す分だけ、レーザ発振器21に供給する電流量を調整する(S28)。そして、CPU61は、この電流量の自動調整を実行したことを通知した(S30)後、処理をS32に進める。この通知は、例えば、液晶ディスプレイ56上に、レーザ発振器21に供給する電流量を自動調整したことを表示することにより行う。
Next, the
一方、S26の判断において、平均レーザパワーが適正なレーザパワーの閾値を下回っていない場合(S26:NO)、CPU61は、S28及びS30をスキップして、処理をS32に進める。
On the other hand, if the average laser power is not below the appropriate laser power threshold in the determination of S26 (S26: NO), the
S32では、CPU61は、本印字終了の指令を受信したか否かを判断する。本印字終了の指令は、例えば、上記加工対象物7の製造ラインが停止したときや、ユーザがレーザ加工装置1を非常停止させたときなどに、レーザ加工部3から印字情報作成部2に送信される。S32の判断において、本印字終了の指令を受信しなかった場合(S32:NO)、CPU61は、処理を上記S24に戻す。一方、本印字終了の指令を受信した場合(S32:YES)、CPU61は、処理をS34に進める。
In S32, the
S34では、CPU61は、自動調整した電流量の総変更量を通知する。この通知は、例えば、液晶ディスプレイ56上に自動調整した電流量の総変更量を表示することにより行う。ここで、総変更量を通知するようにしたのは、電流量の自動調整が複数回行われる場合があり、この場合に対処するためである。
In S34, the
一方、上記S14の判断において、完全自動調整モードが設定されていない場合(S14:NO)、CPU61は、ユーザ選択モードが設定されているか否かを判断する(図4のS40)。この判断において、ユーザ選択モードが設定されている場合(S40:YES)、CPU61は、上記S16と同様の測定対象決定処理を実行する(S42)。
On the other hand, in the determination of S14, if the fully automatic adjustment mode is not set (S14: NO), the
次にCPU61は、濃度を変えたテスト印字及びレーザパワー測定を実行する(S44)。このS44の処理では、上記S18の処理と同様に、CPU61は、平均レーザパワーを算出する。ただし、S44の処理では、S18の処理と異なり、濃度の変更はユーザが指示して行い、CPU61は、濃度の変更が行われる度に算出した平均レーザパワーと、濃度を変更したときにレーザ発振器21に対して増量又は減量した電流量とを対応付けて、例えば、液晶ディスプレイ56に表示するとともに、RAM62の上記ワーク領域に保存する。
Next, the
次にCPU61は、液晶ディスプレイ56に表示された濃度毎の平均レーザパワーからユーザが、例えば入力操作部55を用いて選択した所望値及び許容下限値(例えば、選択した濃度に対応する平均レーザパワーの95%の値)を受け付ける(S46)。CPU61は、受け付けた所望値及び許容下限値を、例えばRAM62に確保された値保存領域(図示せず)に保存する。
Next, the
次にCPU61は、上記S22と同様にして、準備完了を通知する(S48)。そして、CPU61は、上記S24と同様の本印字及びレーザパワー測定を行う(S50)。
Next, the
次にCPU61は、S50で算出した平均レーザパワーと、上記値保存領域に保存された許容下限値とを比較し、平均レーザパワーが許容下限値を下回っているか否かを判断す
る(S52)。この判断において、平均レーザパワーが許容下限値を下回っている場合(S52:YES)、CPU61は、レーザ発振器21のレーザパワーを上記値保存領域に保存された所望値に戻す分だけ、レーザ発振器21に供給する電流量を調整する(S54)。ただし、S54では、レーザ発振器21の駆動時間が短い等、所定の場合に、電流量の調整をしないことがある。したがって、CPU61は、続くS56で、電流量の自動調整を実行したか否かを通知する。この通知は、例えば、液晶ディスプレイ56上に、レーザ発振器21に供給する電流量を自動調整したか否かを表示することにより行う。CPU61は、S56の処理を実行後、処理をS58に進める。
Next, the
一方、S52の判断において、平均レーザパワーが許容下限値を下回っていない場合(S52:NO)、CPU61は、S54及びS56をスキップして、処理をS58に進める。
On the other hand, in the determination of S52, if the average laser power is not below the allowable lower limit (S52: NO), the
S58では、CPU61は、上記S32と同様にして、本印字終了の指令を受信したか否かを判断する。この判断において、本印字終了の指令を受信しなかった場合(S58:NO)、CPU61は、処理を上記S50に戻す。一方、本印字終了の指令を受信した場合(S58:YES)、CPU61は、処理をS60に進める。
In S58, the
S60では、CPU61は、上記S34と同様にして、自動調整した電流量の総変更量を通知する。その後、CPU61は、レーザパワー測定・調整処理を終了する。
In S60, the
一方、上記S40の判断において、ユーザ選択モードが設定されていない場合(S40:NO)、CPU61は、上記S16と同様のレーザパワー測定・調整処理を実行する(図5のS70)。この場合、非調整モードが設定されている。
On the other hand, if the user selection mode is not set in the judgment of S40 (S40: NO), the
次にCPU61は、上記S18と同様にして、テスト印字及びレーザパワー測定を行う(S72)。そして、CPU61は、S72で算出した平均レーザパワーを参考値として、例えばRAM62に確保された参考値保存領域(図示せず)に保存することによりバックアップする(S74)。
Next, the
次にCPU61は、上記S22及びS48と同様にして、準備完了を通知する(S76)。そして、CPU61は、上記S24及びS50と同様にして、本印字及びレーザパワー測定を行う(S78)。さらに、CPU61は、上記S32及びS58と同様にして、本印字終了の指令を受信したか否かを判断する(S80)。この判断において、本印字終了の指令を受信しなかった場合(S80:NO)、CPU61は、処理を上記S78に戻す。一方、本印字終了の指令を受信した場合(S80:YES)、CPU61は、処理をS82に進める。
Next, the
S82では、CPU61は、上記S74でバックアップした参考値と、上記S78で算出した平均レーザパワーとを比較することにより、レーザパワーの低下の有無を判断し、その判断結果を通知する。この通知は、例えば、液晶ディスプレイ56上に、レーザパワーの低下の有無を表示することにより行う。CPU61は、S82の処理後、レーザパワー測定・調整処理を終了する。
In S82, the
以上説明したように、本実施形態のレーザ加工装置1は、レーザ光を発振するレーザ発振器21と、レーザ光を加工レーザ光Pとして出射口まで案内する光学系70と、受光部を有し、レーザ加工時において光学系70によって受光部に導かれたレーザ光の一部に基づいてレーザ光の出力値を測定可能なパワーメータ110と、RAM62と、CPU61と、を備えている。そして、CPU61は、レーザ加工を行うテスト印字時にパワーメータ110により測定されたレーザ光の出力値に基づいて適正なレーザ出力の閾値を算出し
てRAM62に記憶する閾値設定処理と(S18)、レーザ加工を行うにパワーメータ110により測定された前記レーザ光の出力値と、閾値設定処理によりRAM62に記憶された閾値と、に基づいてレーザ光の出力変動が生じているか否かを判断する判断処理(S26)と、を実行する。
As described above, the
このように、本実施形態のレーザ加工装置1では、加工対象に応じた基準値を予め求めて入力や記録させる作業をすることなく、一連のレーザ加工動作の中で適正なレーザの閾値設定を手間無く行うことができ、レーザ発振器21からのレーザ光に出力変動が生じているか否かを判断することが可能となる。ちなみに、本実施形態において、RAM62は、「メモリ」の一例である。CPU61は、「制御部」の一例である。テスト印字時は、「第1の動作タイミング時」の一例である。本印字時は、「第2の動作タイミング時」の一例である。
As described above, in the
なお、本発明は上記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。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
(1)上記実施形態では、パワーメータ110は、レーザ発振器21の近傍に配置し、レーザ発振器21が出射したレーザ光の一部を直接受光するようにしたが、これに限らず、光学系70の下流やガルバノスキャナ18の下流に配置するようにしてもよい。上記実施形態におけるパワーメータ110の配置であれば、純粋にレーザ発振器21の出力変化をパワーメータ110は検出することができる。一方、変形例の配置であれば、レーザ発振器110の出力変化のみで無く、加工レーザ光Pの光径の変化や光軸10のずれ、光学系70やガルバノスキャナ18を構成するミラーやレンズの汚れや劣化に起因する変化もパワーメータ110を介して検出可能となり、これらも考慮して出力を調整することができる。
(1) In the above embodiment, the
(2)上記実施形態では、図6の測定対象決定処理において、ジャンプ時間の基準値Tは固定値としたが、これに限らず、ユーザが設定により変動可能な値としてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the reference value T of the jump time is a fixed value in the measurement object determination process of FIG.
(3)上記実施形態では、図5のS82において、レーザパワー低下の有無を通知するが、レーザパワーの低下を通知するときに、併せてレーザ発振器21に異常が生じていることも通知するようにしてもよい。 (3) In the above embodiment, in S82 of FIG. 5, the presence or absence of a decrease in laser power is notified. can be
(4)上記実施形態では、「第1の動作タイミング時」を「テスト印字時」に、「第2の動作タイミング時」を「本印字時」としていたが、これに限らない。例えば、「第1の動作タイミング時」を「一回目の本印字時」に、「第2の動作タイミング時」を「二回目以降の本印字時」としてもよい。 (4) In the above embodiment, "at the first operation timing" is set to "at the time of test printing" and "at the second operation timing" is set to "at the time of actual printing", but the present invention is not limited to this. For example, "at the first operation timing" may be "at the time of the first actual printing", and "at the second operation timing" may be "at the time of the second and subsequent actual printing".
(5)上記実施形態では、図6に示す測定対象決定処理にて、文字の1画単位で測定対象を選定しているが、これに限らない。文字単位で、レーザの連続照射時間が長い文字もしくは文字列を選定するものとしてもよく、この場合、選定対象を選定する処理が上記実施形態より簡略化され、処理時間が短縮できる。更に、印字データが文字では無く、画像や2次元コードであった場合には、その画像データの中でレーザの連続照射時間が長い領域を測定領域として選定するものであってもよい。 (5) In the above embodiment, in the measurement target determination process shown in FIG. 6, the measurement target is selected in units of one stroke of a character, but the present invention is not limited to this. A character or a character string having a long continuous laser irradiation time may be selected for each character. In this case, the process of selecting a selection target is simplified as compared with the above-described embodiment, and the processing time can be shortened. Furthermore, if the print data is an image or a two-dimensional code instead of characters, an area in the image data where the continuous laser irradiation time is long may be selected as the measurement area.
(6)印字情報作成部2に新しい印字データが入力されたことを契機に、ユーザにテスト印字をすることを促す表示を液晶ディスプレイ56に表示するようにし、ユーザがテスト印字をした際には上記実施形態にあるようなレーザ出力の測定を行って閾値の更新を行うようにするものであってもよい。
(6) When new print data is input to the print
(7)上記実施形態では、レーザ光の出力変動が生じているか否かを判断する判断処理として、適正なレーザパワーの閾値を下回っているか否かを判断(S26)してレーザパワー低下の有無を判断していたが、これに限らない。レーザパワーの下限の閾値のみでなく上限の閾値(例えば、テスト印字時の平均レーザパワーの105%の値)も設定して、測定したレーザパワーが適正なレーザパワーの上限閾値を上回っているか否かも判断して、レーザパワーが強すぎる場合も判断するものであってもよい。 (7) In the above embodiment, as the judgment processing for judging whether or not the output of the laser light has changed, it is judged whether or not the laser power is below the appropriate threshold value (S26) to determine whether or not the laser power has decreased. However, it is not limited to this. Set not only the lower threshold value of the laser power but also the upper threshold value (for example, a value of 105% of the average laser power during test printing), and check whether the measured laser power exceeds the appropriate upper threshold value of the laser power. It may also be possible to judge whether the laser power is too strong by judging whether the laser power is too strong.
(8)上記実施形態では、「平均レーザパワー」に基づき、閾値の設定や、レーザパワー低下の判断を行うものとなっているが、これに限らない。平均値でなく、頻出値や中央値を算出して、閾値の設定や、レーザパワー低下の判断を行うものであってもよい。 (8) In the above embodiment, the threshold is set and the laser power reduction is determined based on the "average laser power", but the present invention is not limited to this. Instead of the average value, a frequent value or a median value may be calculated to set a threshold value or determine a decrease in laser power.
1…レーザ加工装置、21…レーザ発振器、55…入力操作部、56…液晶ディスプレイ、61…CPU、62…RAM、70…光学系、100…ビームスプリッタ、101…反射ミラー、103…カメラ、110…パワーメータ、112…A/D変換器、120…温度センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記レーザ光を加工レーザ光として出射口まで案内する光学系と、
受光部を有し、レーザ加工時において前記光学系によって前記受光部に導かれた前記レーザ光の一部に基づいて前記レーザ光の出力値を測定可能なパワーメータと、
メモリと、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
レーザ加工を行う第1の動作タイミング時に前記パワーメータにより測定された前記レーザ光の出力値に基づいて適正なレーザ出力の閾値を算出して前記メモリに記憶する閾値設定処理と、
レーザ加工を行う第2の動作タイミング時に前記パワーメータにより測定された前記レーザ光の出力値と、前記閾値設定処理により前記メモリに記憶された前記閾値と、に基づいて前記レーザ光の出力変動が生じているか否かを判断する判断処理と、
を実行する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 a laser oscillator that oscillates laser light;
an optical system for guiding the laser beam to an exit port as processing laser beam;
a power meter having a light receiving section and capable of measuring an output value of the laser light based on part of the laser light guided to the light receiving section by the optical system during laser processing;
memory;
a control unit;
with
The control unit
a threshold value setting process of calculating an appropriate laser output threshold based on the output value of the laser light measured by the power meter at a first operation timing for laser processing and storing the threshold in the memory;
output fluctuation of the laser light based on the output value of the laser light measured by the power meter at the second operation timing of laser processing and the threshold value stored in the memory by the threshold setting process; a judgment process for judging whether or not it has occurred;
A laser processing device characterized by executing
前記制御部は、
前記印刷データの中から特定範囲を設定する特定範囲設定処理
を実行し、
前記閾値設定処理では、前記第1の動作タイミング時に前記特定範囲の印刷データを用いてレーザ加工している間前記パワーメータにより測定された前記レーザ光の出力値を平均して、前記閾値を算出し、
前記判断処理では、前記第2の動作タイミング時に前記特定範囲の印刷データを用いてレーザ加工している間前記パワーメータにより測定された前記レーザ光の出力値の平均値と前記閾値とに基づいて前記レーザ光の出力変動が生じているか否かを判断する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。 The memory has a print data storage unit that stores print data for printing on an object by laser processing,
The control unit
executing a specific range setting process for setting a specific range from the print data;
In the threshold setting process, the threshold is calculated by averaging output values of the laser light measured by the power meter during laser processing using the print data in the specific range at the first operation timing. death,
In the determination process, based on the threshold value and the average output value of the laser beam measured by the power meter during laser processing using the print data of the specific range at the second operation timing 2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein it is determined whether or not output fluctuation of said laser beam occurs.
ことを特徴とする請求項2に記載のレーザ加工装置。 3. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein, in said specific range setting process, a portion of said print data for which a laser beam irradiation time during laser processing is long is set as said specific range.
前記特定範囲設定処理では、前記特定範囲は前記文字列の文字単位で設定される
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のレーザ加工装置。 The print data is data for printing a character string,
4. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein in the specific range setting process, the specific range is set for each character of the character string.
前記第2の動作タイミング時は、レーザ加工の本加工時である
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 The time of the first operation timing is the time of test printing before performing the main processing of the laser processing,
5. The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein said second operation timing is during main processing of laser processing.
前記レーザ発振器の温度を計測する温度センサ
を備え、
前記閾値設定処理では、前記第1の動作タイミング時に前記温度センサにより前記レーザ発振器が飽和温度にあることを測定したときに前記パワーメータにより測定された前記レーザ光の出力値に基づいて前記閾値を算出する
ことを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 The laser processing device further includes
A temperature sensor that measures the temperature of the laser oscillator,
In the threshold setting process, the threshold is set based on the output value of the laser light measured by the power meter when the temperature sensor detects that the laser oscillator is at the saturation temperature at the first operation timing. 6. The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the calculation is performed.
前記レーザ発振器の温度を計測する温度センサ
を備え、
前記判断処理では、前記第2の動作タイミング時に前記温度センサにより前記レーザ発振器が飽和温度にあることを測定したときに前記パワーメータにより測定された前記レーザ光の出力値に基づいて前記レーザ光の出力変動が生じているか否かを判断する
ことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 The laser processing device further includes
A temperature sensor that measures the temperature of the laser oscillator,
In the determination process, the output value of the laser light is measured by the power meter when the temperature sensor detects that the laser oscillator is at the saturation temperature at the second operation timing. 7. The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein it is determined whether or not output fluctuation occurs.
前記判断処理において、前記レーザ光の出力変動が生じていると判断された場合には、ユーザにレーザ光の異常が生じている旨を報知する報知処理
を実行する
ことを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 The control unit further
2. In the determination process, when it is determined that the output of the laser beam is fluctuating, a notification process is executed to notify a user that there is an abnormality in the laser beam. 8. The laser processing apparatus according to any one of items 1 to 7.
前記判断処理において、前記レーザ光の出力変動が生じていると判断された場合には、前記測定されたレーザ光の出力値と所定の基準値との差が縮まるように、前記レーザ発振器における前記レーザ光の出力設定を変更する変更処理
を実行する
ことを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 The control unit further
In the determination process, when it is determined that the output power of the laser light is fluctuating, the laser oscillator is operated to reduce the difference between the measured output value of the laser light and a predetermined reference value. 9. The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein a change process is executed to change the output setting of the laser beam.
レーザ加工を行う第1の動作タイミング時に前記パワーメータにより測定された前記レーザ光の出力値に基づいて適正なレーザ出力の閾値を算出して前記メモリに記憶する閾値設定処理と、
レーザ加工を行う第2の動作タイミング時に前記パワーメータにより測定された前記レーザ光の出力値と、前記閾値設定処理により前記メモリに記憶された前記閾値と、に基づいて前記レーザ光の出力変動が生じているか否かを判断する判断処理と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。 A laser oscillator that oscillates laser light, an optical system that guides the laser light to an exit port as processing laser light, and a light receiving section, and the laser light guided to the light receiving section by the optical system during laser processing. A laser processing method using a laser processing apparatus comprising a power meter capable of measuring the output value of the laser light based on a part of, a memory, and
a threshold value setting process of calculating an appropriate laser output threshold based on the output value of the laser light measured by the power meter at a first operation timing for laser processing and storing the threshold in the memory;
output fluctuation of the laser light based on the output value of the laser light measured by the power meter at the second operation timing of laser processing and the threshold value stored in the memory by the threshold setting process; a judgment process for judging whether or not it has occurred;
A laser processing method comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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