JP2023087262A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブル長が極めて長いケーブルを介して電源供給する場合であっても、負荷に適正な電圧の電源供給を行うことが可能となる技術を提供する。【解決手段】ＣＰＵ４１は、レーザドライバ３７が送信した電圧値を受信し、その電圧値に基づいてケーブル３ｂの抵抗値に関するパラメータを決定する抵抗値決定処理と、抵抗値決定処理により決定された抵抗値に関するパラメータとユーザデータとに基づいて、レーザ加工中にケーブル３ｂにより生ずる電圧降下の値を算出する電圧降下算出処理と、レーザ発振器２１によりレーザ光が出力される前に、電圧降下算出処理により算出された電圧降下の値分をＰＳＵ５が供給する所定の出力電圧に上乗せして出力するように制御する電源電圧制御処理と、を実行する。【選択図】 図３

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。

特許文献１には、ＡＣアダプタなどのケーブルを介して電源供給する電源装置において、電源供給の配線抵抗やコネクタの接触抵抗があっても正確な電圧供給を行うことができる電源装置が記載されている。具体的には、この電源装置では、ケーブルの先端側（あるいはコネクタ内）に出力電圧の検出を行う検出回路を配置しておき、検出回路により検出された出力電圧を制御回路にフィードバックさせ、制御回路は、このフィードバックされた出力電圧に基づいて、ＳＷ電源回路のスイッチング周波数やスイッチング素子のオン期間を変化させて出力制御するようにしている。

特開２００８－５９１４５号公報

しかし、特許文献１に記載の電源装置では、ケーブル長が極めて長いケーブルを介して電源供給する場合については考慮していないので、この場合に起こり得る問題に対処することができない。例えば、負荷に電源電圧の供給を開始すると、一時的に電源電圧が低下するが、上記電源装置では、電源電圧が低下してからその低下を検出し、低下分を回復させる制御を行うので、供給電圧が負荷の要求する規格電圧を下回ってしまう虞がある。さらに、検出回路が出力電圧を検出してから制御回路がＳＷ電源回路の出力制御を行うまでに生ずる遅延が、極めて長いケーブル長により増大するので、供給電圧が負荷の要求する規格電圧を下回る時間が増大することになる。また、出力電圧の細かい変動に追従させようとしてフィードバック制御を行うと、ＳＷ電源回路を発振させてしまう虞もある。そして、発振させる虞は、極めて長いケーブル長により増大する上記遅延によりさらに増大する。

本願は、ケーブル長が極めて長いケーブルを介して電源供給する場合であっても、負荷に適正な電圧の電源供給を行うことが可能となる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願のレーザ加工装置は、レーザ光をワークに照射するレーザヘッドと、レーザヘッドに電力を供給するとともにレーザヘッドを制御するコントローラと、レーザヘッドとコントローラとをつなぐケーブルと、を備えたレーザ加工装置であって、レーザヘッドは、レーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザヘッドを動作させるドライバ回路と、を有し、コントローラは、ケーブルを介してレーザヘッドに電力を供給する電源と、ワークに対する加工内容を指示する加工指令を受け付け、加工指令に基づいて、レーザヘッド及び電源を制御する制御部と、を有し、ドライバ回路は、レーザ発振器の励起開始時において、ケーブルを介して供給される電力の電圧値を計測し、その電圧値を、ケーブルを介して制御部に送信し、制御部は、ドライバ回路が送信した電圧値を受信し、その電圧値に基づいてケーブルの抵抗値に関するパラメータを決定する抵抗値決定処理と、抵抗値決定処理により決定された抵抗値に関するパラメータと加工指令とに基づいて、レーザ加工中にケーブルにより生ずる電圧降下の値を算出する電圧降下算出処理と、レーザ発振器によりレーザ光が出力される前に、電圧降下算出処理により算出された電圧
降下の値分を電源が供給する所定の出力電圧に上乗せして出力するように制御する電源電圧制御処理と、を実行することを特徴とする。

本願によれば、ケーブル長が極めて長いケーブルを介して電源供給する場合であっても、負荷に適正な電圧の電源供給を行うことが可能となる。

本願の一実施形態に係るレーザ加工装置に含まれるレーザ加工部のヘッド部の概略構成を示す図である。 本願の一実施形態に係るレーザ加工装置の制御構成を示すブロック図である。 図２内のコントローラ、特にＣＰＵが実行するＰＳＵ電圧制御処理の手順を示すフローチャートである。 図３のＰＳＵ電圧制御処理の続きの手順を示すフローチャートである。 負荷に電源電圧の供給を開始したとき（（ａ））と停止したとき（（ｂ））に負荷に印加される電圧の推移の一例を示す図である。

以下、本願の実施の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に含まれるレーザ加工部３のヘッド部３ｃ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。

レーザ加工装置１は、図２に示すように、ＰＣ２及びレーザ加工部３で構成されている。ＰＣ２は、一般的なＰＣであるので、その構成の説明は省略する。

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、コントローラ部３ａとレーザヘッド部３ｃとがケーブル３ｂを介して接続された構成となっている。なお、ケーブル３ｂとしては、本実施形態では、例えば、２０ｍ長の長尺ケーブルと、３ｍ又は５ｍ長の短尺ケーブルとが用意されており、ユーザはいずれかのケーブルを選択して使用する。

コントローラ部３ａは、コントローラ６及びＰＳＵ５で構成されている。なお、ＰＳＵは、「Power Supply Unit」の略語である。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ＰＣ２と双方向通信可能に接続されている。コントローラ６は、ＰＣ２から送信された印字情報、パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザヘッド部３ｃを駆動制御する。ＰＳＵ５としては、本実施形態では、出力電圧を可変制御可能な可変電源を採用している。ＰＳＵ５は、コントローラ６からの指示に応じて、出力電圧値を現在値から増加又は低下させる。コントローラ６からの指示の仕方は、ＰＳＵ５の機種により異なるが、本実施形態では、出力電圧値そのものを指示することとする。つまり、コントローラ６がＰＳＵ５に出力電圧値を指示すると、ＰＳＵ５は、出力電圧を指示された出力電圧値に到達するように制御して出力する。その際、現時点の出力電圧から指示された出力電圧値に到達する変化分の時間が、遅延として発生する。

ヘッド部３ｃ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、ダイクロイックミラー１０１、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。

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。

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（散乱反射光の時間残像）として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。

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。

ダイクロイックミラー１０１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１０１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１０１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１０１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。

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。

光学系７０は、第１のレンズ７２、第２のレンズ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１０１を経た加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑが、第１のレンズ７２に入射し通過する。その際、第１のレンズ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のレンズ７２を通過した加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑは、第２のレンズ７４に入射し通過する。その際、第２のレンズ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のレンズ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。

なお、移動機構７６は、第２のレンズ７４に代えて第１のレンズ７２を移動させる構成であってもよいし、第１のレンズ７２と第２のレンズ７４との間の距離が変わるように第１のレンズ７２と第２のレンズ７４の双方を移動させる構成であってもよい。

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。

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。

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のレンズ７２と第２のレンズ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のレンズ７２と第２のレンズ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。

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のレンズ７２と第２のレンズ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。

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を撮像して上記ＰＣ２に含まれる液晶ディスプレイ（図示せず）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。

次に、レーザ加工装置１を構成するレーザ加工部３の制御構成について図２に基づいて説明する。

レーザ加工部３は、上述のように、コントローラ部３ａとレーザヘッド部３ｃとがケーブル３ｂを介して接続された構成となっている。コントローラ部３ａを構成するコントローラ６は、レーザヘッド部３ｃの全体を制御する。コントローラ６には、レーザヘッド部３ｃを構成するガルバノドライバ３６、レーザドライバ３７、半導体レーザドライバ３８及び光学系ドライバ７８等からなるドライバ回路３３が電気的に接続されている。さらにコントローラ６には、上述のようにＰＳＵ５も電気的に接続されている。また、コントローラ６及びカメラ１０３には、外部のＰＣ２が双方向通信可能に接続されている。コントローラ６は、ＰＣ２から送信された各情報（例えば、印字情報、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、ＰＣ２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ＰＣ２に送信可能に構成されている。

コントローラ６は、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４３、ガルバノコントローラ３５及びレーザコントローラ３４等を備えている。ＣＰＵ４１は、レーザヘッド部３ｃ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等は、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。

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。

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、図３及び図４を用いて後述する制御処理の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、ＰＣ２から入力された印字情報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）、ケーブルの長さ（長尺ケーブル、短尺ケーブル）に対応する抵抗値などを含むケーブルの特性値のテーブルデータや計算式などが記憶されている。

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。

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。

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。

ガルバノコントローラ３５は、ＣＰＵ４１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。

レーザドライバ３７は、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。本実施形態のレーザドライバ３７は、レーザ発振器２１の温度や動作状態（エラー）、レーザ発振器２１に印加される電圧値などを検知するセンサや計測器を備え、それらの検知された情報を、ケーブル３ｂを介してコントローラ６側へ送信可能である。半導体レーザドライバ３８は、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。

光学系ドライバ７８は、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のレンズ７４を移動させる。

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５に基づいて詳細に説明する。図３及び図４は、コントローラ６、特にＣＰＵ４１が実行するＰＳＵ電圧制御処理の手順を示している。このＰＳＵ電圧制御処理は、例えば、レーザ加工部３を作動させるためのレーザイネーブル信号をＣＰＵ４１が受け付けたときに開始される。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。

図３において、まずＣＰＵ４１は、ＰＳＵ５からレーザ発振器２１への電源供給を開始させ、レーザ発振器２１を励起させる（Ｓ１０）。これにより、レーザ発振器２１はアイドリング状態となり、レーザ発振器２１には、例えば、１Ａ程度の電流が流れる。

次にＣＰＵ４１は、ＰＳＵ５の出力電圧値とレーザ発振器２１に印加されている電圧値を取得する（Ｓ１２）。レーザ発振器２１に印加されている電圧値は、本実施形態では、
レーザドライバ３７から取得する。

次にＣＰＵ４１は、取得した両電圧値の差分を算出し、その差分が所定の閾値Ｘを超えているか否かを判断する（Ｓ１４）。閾値Ｘは、ケーブル３ｂとして、上記長尺ケーブルと短尺ケーブルのいずれが使用されているかを判断するための値である。つまり、レーザ発振器２１がアイドリング状態になっているとき、ケーブル３ｂにも１Ａ程度の電流が流れている。ケーブル３ｂに電流が流れると、ケーブル３ｂの抵抗値により電圧降下が生ずるが、ケーブル３ｂの長さが長ければ長いほどケーブル３ｂの抵抗値はより大きくなるので、電圧降下もより大きくなる。１Ａ程度の電流を長尺ケーブルに流した場合と短尺ケーブルに流した場合の各電圧降下の値を事前に調べておき、長尺ケーブルと短尺ケーブルとを区別可能な電圧降下の値を閾値Ｘとする。これにより、上記差分、つまり、ケーブル３ｂによる電圧降下の値が閾値Ｘを超えているときには長尺ケーブルが使用され、閾値Ｘを超えていないときには短尺ケーブルが使用されていることを判断することができる。

上記Ｓ１４の判断において、差分が閾値Ｘを超えている場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ケーブル３ｂとして長尺ケーブルが使用されているので、ＣＰＵ４１は、長尺ケーブル用のテーブルデータ及び計算式を選択した（Ｓ１６）後、処理をＳ２０に進める。一方、差分が閾値Ｘを超えていない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ケーブル３ｂとして短尺ケーブルが使用されているので、ＣＰＵ４１は、短尺ケーブル用のテーブルデータ及び計算式を選択した（Ｓ１８）後、処理をＳ２０に進める。

Ｓ２０では、ＣＰＵ４１は、ユーザデータを受け付ける。ユーザデータとは、例えば、ユーザが上記ＰＣ２を用いて作成した印字情報やパラメータを含むデータであり、Ｓ２０では、ＣＰＵ４１は、ＰＣ２から送信されたユーザデータを受け付ける。

次にＣＰＵ４１は、次式によりレーザ平均出力を算出する（Ｓ２２）。
レーザ平均出力＝レーザパワー［％］×レーザＯＮ時間／ユーザデータの印字時間
ここで、レーザパワー［％］は、レーザ発振器２１に対する０～１００％の出力設定のうち、ユーザが選択した出力設定を示している。レーザＯＮ時間は、ユーザデータを印字しているときに、レーザ発振器２１から加工レーザ光Ｐが出射されている時間を示している。ユーザデータの印字時間は、ユーザデータに基づいて印字を開始してから終了するまでの時間を示している。なお、レーザパワー［％］は、ユーザにより指示されて、ユーザデータに含まれているデータであり、レーザＯＮ時間及びユーザデータの印字時間は、ユーザデータから算出できる。

次にＣＰＵ４１は、電圧降下分と電圧上昇タイミングを算出する（Ｓ２４）。電圧降下分とは、レーザ加工装置１がレーザ加工を行っているときに、ケーブル３ｂに電流が流れることにより生ずる電圧降下分であり、その電圧降下分だけＰＳＵ５が定常時に出力する電源電圧に上乗せして出力することにより、レーザ発振器２１が要求する規格電圧を下回らないようにするために算出する。

電圧降下分を算出するために、まずＣＰＵ４１は、上記Ｓ２２で算出したレーザ平均出力を平均電流に換算する。例えば、レーザパワーが１００％のときにレーザ発振器２１に流れている電流値Ｉ（Ａ）が既知であるとすると、レーザパワーと電流値との関係はほぼ線形性を有しているので、平均電流は、
平均電流＝レーザ平均出力×Ｉ／レーザ最大出力
により算出される。そして、ケーブル３ｂによる電圧降下分は、
電圧降下分＝長尺ケーブルの抵抗値×平均電流
により算出される。ここで、電流値Ｉと長尺ケーブルの抵抗値は、上記Ｓ１６で選択されたテーブルデータから取得される。

電圧降下分が算出されると、次にＣＰＵ４１は、電圧上昇タイミングを算出する。図５（ａ）は、ＰＳＵ５が４８Ｖの電源電圧を固定的に出力している場合に、レーザ発振器２１をＯＮしたときのレーザ発振器２１の印加電圧の推移の一例を示している。図５（ａ）に示すように、レーザ発振器２１の印加電圧は、レーザ発振器２１をＯＮした直後に下降しているので、レーザ発振器２１をＯＮすると同時に電圧降下分を上乗せしたとしても、ＰＳＵ５が上乗せした電圧降下分を上昇させるための時間がかかるため、レーザ発振器２１が要求する規格電圧を下回る時間が一時的に生ずる。このため、ＣＰＵ４１は、電圧上昇タイミングを算出し、この電圧上昇タイミングでＰＳＵ５に電圧降下分の電圧上昇を指示することにより、レーザ発振器２１の印加電圧がレーザ発振器２１をＯＮした直後に下降したとしても、その時点では電圧降下分が上昇しているので、レーザ発振器２１が要求する規格電圧を下回る時間は生じない。

電圧上昇タイミングを算出するための算出基礎となる要因としては、まず、ＰＳＵ５に電圧上昇を指示してからＰＳＵ５が指示された電圧値を出力するようになるまでの遅延時間を挙げることができる。この時間は、ＰＳＵ５に設けられているコンデンサの時定数によって変わるので、ＰＳＵ５として採用した製品に基づいて算出する。さらに、上昇幅の大きさによっても変わることがあるので、それも考慮して算出する。また、本実施形態では、加工対象物７が製造ライン上を順次流れ、レーザ加工装置１は、順次流れてきた各加工対象物７に印字するように構成されているので、各加工対象物７を検出するためにプロダクトセンサ（図示せず）が設けられる。そして、プロダクトセンサは、加工対象物７に印字を行う印字地点より上流に取り付けられている。したがって、電圧上昇タイミングは、プロダクトセンサが加工対象物７を検出してから印字地点に到達するまでの時間も考慮して算出する。このように、電圧上昇タイミングの算出基礎となる要因は様々であるので、特定のタイミングに固定的に決定することはできないが、要因が特定できれば、その要因に基づいてタイミングを算出することはできるので、ＣＰＵ４１は、算出されたタイミングでＰＳＵ５に電圧降下分の電圧上昇を指示する。なお、実際の指示は、後述する図４のＳ３６又はＳ５４でなされる。

上記Ｓ２２とＳ２４の各処理の説明は、ケーブル３ｂとして長尺ケーブルが使用されている場合について行ったが、処理がＳ１８を経由してＳ２２とＳ２４に進んだときには、Ｓ２２とＳ２４の各処理は、短尺ケーブルが使用されている場合の処理になる。しかし、短尺ケーブルが使用されている場合のＳ２２とＳ２４の各処理は、長尺ケーブルが使用されている場合のＳ２２とＳ２４の各処理とほぼ同様であるので、短尺ケーブルが使用されている場合のＳ２２とＳ２４の各処理の説明は省略する。

次にＣＰＵ４１は、上記製造ライン上で順次流れる隣り合う加工対象物７同士の印字時間間隔が時間Ｔを上回っているか否かを判断する（図４のＳ３０）。この判断において、隣り合う加工対象物７同士の印字時間間隔が時間Ｔを上回っていない場合（Ｓ３０：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、印字休止区間に電圧を下げない制御を選択する（Ｓ３２）。図５（ｂ）は、ＰＳＵ５が４８Ｖの電源電圧を固定的に出力している場合に、レーザ発振器２１をＯＦＦしたときのレーザ発振器２１の印加電圧の推移の一例を示している。図５（ｂ）に示すように、レーザ発振器２１の印加電圧は、レーザ発振器２１をＯＦＦした直後に上昇しているので、上述のようにＰＳＵ５が電圧降下分を上乗せして出力している場合、上乗せした電圧降下分にさらにレーザ発振器２１をＯＦＦした直後の上昇分が上乗せされるので、レーザ発振器２１が要求する規格電圧を上回る時間が一時的に生ずる。このため、ＣＰＵ４１は、上乗せした電圧降下分のうちの一部または全部を、レーザ発振器２１をＯＦＦする前に下げる制御を行うようにしている。本実施形態では、この制御を隣り合う加工対象物７同士の印字時間間隔が大きい場合にも適用し、小さい場合には適用しないように構成されているが、Ｓ３２では、隣り合う加工対象物７同士の印字時間間隔が小さいので
適用しないことを選択している。

次にＣＰＵ４１は、印字開始指令を受け付けたか否かを判断する（Ｓ３４）。印字開始指令は、本実施形態では、上記プロダクトセンサが加工対象物７を検知したときに出力する。したがって、Ｓ３４ではＣＰＵ４１は、プロダクトセンサが出力した印字開始指令を受信して受け付けたか否かを判断している。

Ｓ３４の判断において、印字開始指令を受け付けていない場合には（Ｓ３４：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、受け付けるまで待機し、印字開始指令を受け付けた場合には（Ｓ３４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、電圧上昇をＰＳＵ５に指示する（Ｓ３６）。この指示するタイミングと上乗せする電圧降下分は、上記Ｓ２４（図３）で算出したタイミングと電圧降下分である。

次にＣＰＵ４１は、上記Ｓ２０で受け付けたユーザデータに基づいて加工対象物７に印字を行う（Ｓ３８）。そして、ＣＰＵ４１は、次の印字開始指令を受け付けたか否かを判断する（Ｓ４０）。この判断において、印字開始指令を受け付けなかった場合（Ｓ４０：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、印字停止指令を受け付けたか否かを判断する（Ｓ４２）。印字停止指令は、印字開始指令と同様に、プロダクトセンサが出力する。つまり、プロダクトセンサは、加工対象物７を検知したときに印字開始指令を出力し、加工対象物７を、例えば所定時間検知しなかったときに印字停止指令を出力する。なお、Ｓ４２で、印字停止指令を受け付けたか否かの判断に代えて、加工対象物７がライン上を流れる速度が所定の下限値を下回ったか否かの判断を採用してもよい。この事情は、後述するＳ６２についても同様である。

Ｓ４２の判断において、印字停止指令を受け付けなかった場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、処理を上記Ｓ４０に戻して、次の印字開始指令若しくは印字停止指令を受け付けるまで、Ｓ４０，Ｓ４２の処理を繰り返す。次の印字開始指令を受け付けた場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、処理をＳ３８に戻して次の加工対象物７に印字を実行する。一方、印字停止指令を受け付けた場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、ＰＳＵ５に電圧降下を指示した（Ｓ４４）後、ＰＳＵ電圧制御処理を終了する。ＰＳＵ５への電圧降下の指示後、ＰＳＵ５からの出力電圧が指示された電圧に低下するまでの時間には、上記電圧上昇と同様に遅延がある。しかし、印字品質に影響が出ない範囲で、完全に印字が停止する前にＰＳＵ５に電圧降下の指示を出すようにして、遅延による悪影響が生じないようにしている。したがって、実際にレーザ発振器２１をＯＦＦする時点では、ＰＳＵ５からの出力電圧は指示された電圧に低下しているので、レーザ発振器２１が要求する規格電圧を上回る時間は生じない。

一方、Ｓ３０の判断において、隣り合う加工対象物７同士の印字時間間隔が時間Ｔを上回っている場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、印字休止区間に電圧を下げる制御を選択する（Ｓ５０）。次にＣＰＵ４１は、印字開始指令を受け付けたか否かを判断する（Ｓ５２）。Ｓ５２の判断において、印字開始指令を受け付けていない場合には（Ｓ５２：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、受け付けるまで待機し、印字開始指令を受け付けた場合には（Ｓ５２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、電圧上昇をＰＳＵ５に指示する（Ｓ５４）。この指示するタイミングと上乗せする電圧降下分は、上記Ｓ３６の処理と同様である。次にＣＰＵ４１は、上記Ｓ２０（図３）で受け付けたユーザデータに基づいて加工対象物７に印字を行う（Ｓ５６）。そして、加工対象物７への印字が完了するタイミングに合わせて、ＣＰＵ４１は、電圧下降をＰＳＵ５に指示する（Ｓ５８）。その後、ＣＰＵ４１は、次の印字開始指令を受け付けたか否かを判断する（Ｓ６０）。この判断において、印字開始指令を受け付けなかった場合（Ｓ６０：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、印字停止指令を受け付けたか否かを判断する（Ｓ６２）。この判断において、印字停止指令を受け付けなかった場合（Ｓ６
２：ＮＯ）、ＣＰＵ４１は、処理をＳ６０に戻して、次の印字開始指令若しくは印字停止指令を受け付けるまで、Ｓ６０，Ｓ６２の処理を繰り返す。次の印字開始指令を受け付けた場合（Ｓ６０：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、処理をＳ５４に戻して、ＰＳＵ５に電圧上昇を指示し、次の加工対象物７に印字を実行する（Ｓ５６）。一方、印字停止指令を受け付けた場合（Ｓ６２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は、ＰＳＵ電圧制御処理を終了する。Ｓ５２～Ｓ６２の処理は、上記Ｓ３４～Ｓ４４の処理と基本的には同じである。ただし、Ｓ３４～Ｓ４４の処理では、電圧降下を指示するＳ４４の処理がＳ４２の判断処理の後に位置しているのに対して、Ｓ５２～Ｓ６２の処理では、電圧降下を指示するＳ５８の処理がＳ５６の印字処理の後に位置している点が異なっている。これは、印字休止区間に電圧を下げる制御を行っているからである。また、次の加工対象物７への印字を実行する前には、ＰＳＵ５へ再度電圧上昇の指示（Ｓ５４）を出すようにしている。

以上説明したように、本実施形態のレーザ加工装置１は、レーザ光を加工対象物７に照射するレーザヘッド部３ｃと、レーザヘッド部３ｃに電力を供給するとともにレーザヘッド部３ｃを制御するコントローラ部３ａと、レーザヘッド部３ｃとコントローラ部３ａとをつなぐケーブル３ｂと、を備えている。そして、レーザヘッド部３ｃは、レーザ光を発振するレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１を動作させるレーザドライバ３７と、を有している。さらに、コントローラ部３ａは、ケーブル３ｂを介してレーザヘッド部３ｃに電力を供給するＰＳＵ５と、加工対象物７に対する加工内容を指示するユーザデータを受け付けるＣＰＵ４１と、ユーザデータに基づいて、レーザヘッド部３ｃ及びＰＳＵ５を制御するＣＰＵ４１と、を有している。レーザドライバ３７は、レーザ発振器２１の励起開始時において、ケーブル３ｂを介して供給される電力の電圧値を計測し、その電圧値を、ケーブル３ｂを介してＣＰＵ４１に送信する。

ＣＰＵ４１は、レーザドライバ３７が送信した電圧値を受信し、その電圧値に基づいてケーブル３ｂの抵抗値に関するパラメータを決定する抵抗値決定処理と（Ｓ１２～Ｓ１８）、抵抗値決定処理により決定された抵抗値に関するパラメータとユーザデータとに基づいて、レーザ加工中にケーブル３ｂにより生ずる電圧降下の値を算出する電圧降下算出処理と（Ｓ２４）、レーザ発振器２１によりレーザ光が出力される前に、電圧降下算出処理により算出された電圧降下の値分をＰＳＵ５が供給する所定の出力電圧に上乗せして出力するように制御する電源電圧制御処理と（Ｓ３６，Ｓ５４）、を実行する。

このように、本実施形態のレーザ加工装置１では、レーザ発振器２１によりレーザ光が出力される前に、電圧降下算出処理により算出された電圧降下の値分をＰＳＵ５が供給する所定の出力電圧に上乗せして出力するようにしたので、レーザ光が出力される時点では、ＰＳＵ５は所定の出力電圧に電圧降下の値分を上乗せした電圧を出力している。したがって、レーザ発振器２１が要求する規格電圧を下回る時間は生じないので、負荷に適正な電圧の電源供給を行うことが可能となる。また、本実施形態のレーザ加工装置１では、ＰＳＵ５の出力電圧制御にフィードバック制御を採用していないので、レーザ発振器２１の印加電圧をレーザドライバ３７が検出してからＣＰＵ４１が受け取るまでの通信時間やＰＳＵ５が指示された電圧を出力するまでの時間を考慮した制御を行うことができる。また、ＰＳＵ５へ電圧上昇あるいは電圧降下を指示する回数は、フィードバック制御と比較して格段に少ないので、ＰＳＵ５に対する負荷がより低下する。

ちなみに、本実施形態において、ドライバ回路３３は、「ドライバ回路」の一例である。レーザヘッド部３ｃは、「レーザヘッド」の一例である。コントローラ部３ａは、「コントローラ」の一例である。ＰＳＵ５は、「電源」の一例である。ＣＰＵ４１は、「制御部」の一例である。加工対象物７は、「ワーク」の一例である。ユーザデータは、「加工指令」の一例である。

また、電圧降下算出処理では、ユーザデータに基づいてレーザ加工時にケーブル３ｂに流れる電流の平均値を特定し、その電流の平均値にケーブル３ｂの抵抗値に関するパラメータを乗算することで電圧降下の値を算出する。

また、電流の平均値の特定は、ユーザデータに含まれる使用するレーザパワーの値、レーザの総照射時間、及び加工にかかる時間に基づいて平均出力を求め、その平均出力に対応する電流値を特定することにより行う。

また、電源電圧制御処理では、電圧降下算出処理により算出された電圧低下の値分をＰＳＵ５の所定の出力電圧に上乗せして出力した後は、ユーザデータに基づいたレーザ加工の実行中に電圧変動が生じても、ＰＳＵ５の出力電圧を上乗せした電圧のまま一定に維持し、値を都度変更しない（Ｓ３４～Ｓ４４，Ｓ５６）。

これにより、ＣＰＵ４１の演算負荷の上昇を抑制することができる。また、従来のようにＰＳＵ５内のＳＷ電源回路を発振させて壊すようなリスクが無い。

また、電源電圧制御処理では、ユーザデータに基づいたレーザ加工が終了する前に、所定の出力電圧に上乗せされているＰＳＵ５の出力電圧を降下させる（Ｓ４４，Ｓ５８）。

これにより、レーザ光の出力が停止される時点では、ＰＳＵ５は所定の出力電圧に上乗せされている電圧を降下した電圧を出力している。したがって、レーザ発振器２１が要求する規格電圧を上回る時間は生じないので、負荷に適正な電圧の電源供給を行うことが可能となる。

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。

（１）上記実施形態では、レーザ発振器２１に印加された電圧値をフィードバックして、ＰＳＵ５の電源電圧制御に用いることはしていないが、上記平均電流を算出するときに使用したレーザパワーと電流値との線形性を、フィードバックされた電圧値に基づいて補正するようにして、ＰＳＵ５の電源電圧制御に用いるようにしてもよい。これにより、平均電流をより正確に算出できるようになる。

（２）上記実施形態では、長尺ケーブルとして２０ｍ長のケーブルを採用し、短尺ケーブルとして３ｍ又は５ｍ長のケーブルを採用したが、そのケーブル長は例示に過ぎず、これ以外のケーブル長のケーブルを採用してもよい。

（３）上記実施形態では、電源電圧の降下処理（Ｓ４４，Ｓ５８）において、上乗せされている分の電圧を“０”に下げて初期電圧にする処理を行っているが、印字休止時や印字停止時であってもケーブルによる電圧降下は若干生じるので、上乗せ分を完全に無くすのではなく、レーザ発振器２１の規格電圧を上回らない範囲で低下させるものであってもよい。

（４）上記実施形態では、ＰＳＵ５の出力電圧値とレーザドライバ３７が送信するレーザ発振器２１に印加される電圧値との差分に基づいて、使用されているケーブルが長尺ケーブルか短尺ケーブルかを判断していたが、これに限定されない。レーザヘッド部３ｃ内のレーザ発振器２１以外の構成や内部回路に印加される電圧値を計測する計測器をドライバ回路３３に備えて、その値を送信してＰＳＵ５の出力電圧値との差分からケーブル長を判断してもよい。

１…レーザ加工装置、２…ＰＣ、３ａ…コントローラ部、３ｂ…ケーブル、３ｃ…レーザヘッド部、５…ＰＳＵ、６…コントローラ、２１…レーザ発振器、３３…ドライバ回路、３７…レーザドライバ。

Claims (6)

1. レーザ光をワークに照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドに電力を供給するとともに前記レーザヘッドを制御するコントローラと、前記レーザヘッドと前記コントローラとをつなぐケーブルと、を備えたレーザ加工装置であって、
   前記レーザヘッドは、
   前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、
   前記レーザヘッドを動作させるドライバ回路と、
   を有し、
   前記コントローラは、
   前記ケーブルを介して前記レーザヘッドに電力を供給する電源と、
   前記ワークに対する加工内容を指示する加工指令を受け付け、前記加工指令に基づいて、前記レーザヘッド及び前記電源を制御する制御部と、
   を有し、
   前記ドライバ回路は、前記レーザ発振器の励起開始時において、前記ケーブルを介して供給される電力の電圧値を計測し、その電圧値を、前記ケーブルを介して前記制御部に送信し、
   前記制御部は、
   前記ドライバ回路が送信した電圧値を受信し、その電圧値に基づいて前記ケーブルの抵抗値に関するパラメータを決定する抵抗値決定処理と、
   前記抵抗値決定処理により決定された抵抗値に関するパラメータと前記加工指令とに基づいて、レーザ加工中に前記ケーブルにより生ずる電圧降下の値を算出する電圧降下算出処理と、
   前記レーザ発振器によりレーザ光が出力される前に、前記電圧降下算出処理により算出された電圧降下の値分を前記電源が供給する所定の出力電圧に上乗せして出力するように制御する電源電圧制御処理と、
   を実行する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記電圧降下算出処理では、前記加工指令に基づいてレーザ加工時に前記ケーブルに流れる電流の平均値を特定し、その電流の平均値に前記ケーブルの抵抗値に関するパラメータを乗算することで前記電圧降下の値を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記電流の平均値の特定は、前記加工指令に含まれる使用するレーザパワーの値、レーザの総照射時間、及び加工にかかる時間に基づいて平均出力を求め、その平均出力に対応する電流値を特定することにより行う
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記電源電圧制御処理では、前記電圧降下算出処理により算出された電圧低下の値分を前記電源の前記所定の出力電圧に上乗せして出力した後は、前記加工指令に基づいたレーザ加工の実行中に電圧変動が生じても、前記電源の出力電圧を変更しない
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記電源電圧制御処理では、前記加工指令に基づいたレーザ加工が終了する前に、前記所定の出力電圧に上乗せされている前記電源の出力電圧を降下させる
   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。
6. レーザ光をワークに照射するレーザヘッドと、前記レーザヘッドに電力を供給するとともに前記レーザヘッドを制御するコントローラと、前記レーザヘッドと前記コントローラ
   とをつなぐケーブルと、を備えたレーザ加工装置であって、前記レーザヘッドは、前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザヘッドを動作させるドライバ回路と、を有し、前記コントローラは、前記ケーブルを介して前記レーザヘッドに電力を供給する電源と、前記ワークに対する加工内容を指示する加工指令を受け付け、前記加工指令に基づいて、前記レーザヘッド及び前記電源を制御する制御部と、を有し、前記ドライバ回路は、前記レーザ発振器の励起開始時において、前記ケーブルを介して供給される電力の電圧値を計測し、その電圧値を、前記ケーブルを介して前記制御部に送信する、レーザ加工装置を用いたレーザ加工方法であって、前記制御部に対して、
   前記ドライバ回路が送信した電圧値を受信し、その電圧値に基づいて前記ケーブルの抵抗値に関するパラメータを決定する抵抗値決定処理と、
   前記抵抗値決定処理により決定された抵抗値に関するパラメータと前記加工指令とに基づいて、レーザ加工中に前記ケーブルにより生ずる電圧降下の値を算出する電圧降下算出処理と、
   前記レーザ発振器によりレーザ光が出力される前に、前記電圧降下算出処理により算出された電圧降下の値分を前記電源が供給する所定の出力電圧に上乗せして出力するように制御する電源電圧制御処理と、
   を実行させる
   ことを特徴とするレーザ加工方法。

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