JP6107779B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光を照射して加工対象物に加工を施すレーザ加工装置に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus that processes a workpiece by irradiating a laser beam.
従来、レーザ加工装置は、加工対象物に対して、レーザ光を照射して加工を施すように構成されており、加工対象物上の任意の位置となるように、出射されたレーザ光を順次走査し、文字や記号等を描くような加工を施している。 Conventionally, a laser processing apparatus is configured to perform processing by irradiating a processing target with laser light, and sequentially outputs emitted laser light so as to be at an arbitrary position on the processing target. Scanning is performed to draw characters and symbols.
このようなレーザ加工装置は、レーザ光のオン信号の出力タイミングから、加工対象物を加工可能なレーザ光を出射するまでに応答遅れがあり、加工可能なレーザ光の出射と、当該レーザ光の走査開始タイミングが異なる場合、加工開始部分が加工されなかったり、或いは深堀りされたりして、加工品質がばらつくという問題があった。 Such a laser processing apparatus has a response delay from the output timing of the on-signal of the laser beam to the emission of the laser beam capable of processing the object to be processed. When the scanning start timing is different, there is a problem in that the processing quality varies because the processing start portion is not processed or deepened.
この点に鑑みてなされた発明として、特許文献1記載の発明が知られている。特許文献1記載のレーザ加工装置は、ガルバノミラー等の走査部の走査開始タイミングより、レーザ出射部の出力レベルに応じた所定のずらし時間だけ前のタイミングで、レーザ光のオン信号を出力することにより、走査部における走査開始タイミングと、加工可能なレーザ光の出射を同期させている。これにより、当該レーザ加工装置によれば、レーザ出力レベルによる加工開始位置のずれ、及び、深掘りを少なくすることができ、精度よく加工することができる。
As an invention made in view of this point, an invention described in
しかしながら、これらのレーザ加工装置においては、加工可能なレベルのレーザ光がレーザ出射部によって出射されるタイミングは、特許文献1記載のレーザ光の出力レベルのみならず、レーザ加工装置の使用環境又は経年劣化等により変動する。この加工可能なレベルのレーザ光の出射タイミングが変動した場合、加工開始位置のずれ及び深掘り等が発生し、加工品質が悪くなってしまうという問題点があった。
However, in these laser processing apparatuses, the timing at which a laser beam having a level that can be processed is emitted by the laser emitting unit is not limited to the output level of the laser light described in
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、レーザ光を照射して加工対象物に加工を施すレーザ加工装置等に関し、加工可能なレーザ光の出力タイミングが変動した場合であっても、加工品質を維持可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above-described problems, and relates to a laser processing apparatus that irradiates a laser beam to process an object to be processed, in which the output timing of the laser beam that can be processed fluctuates. However, it aims at providing the laser processing apparatus which can maintain processing quality.
前記目的を達成するため、本発明の一側面に関するレーザ加工装置は、加工対象物を加工する為のパルスレーザを出射する出射部と、前記出射部から出射されたパルスレーザを走査する走査部と、前記出射部及び前記走査部を制御する制御部と、前記出射部から出射されたパルスレーザを検出する検出部と、を備え、前記出射部は、励起光を出射する半導体レーザ部と、前記半導体レーザ部から出射した前記励起光を受光することにより励起されるレーザ媒質を有し、前記レーザ媒質が前記励起光を受光して励起すると、前記パルスレーザを自動的に出射する発振器と、を有し、前記制御部は、前記検出部によって検出されたパルスレーザの出力に基づいて、前記パルスレーザの出力周期を算出し、算出された前記パルスレーザの出力周期が所定周期以下であるか否かを判断し、前記パルスレーザの出力周期が所定周期以下であると判断した場合に、前記加工対象物の加工開始を伴う前記走査部の走査を開始するように制御することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser processing apparatus according to one aspect of the present invention includes an emission unit that emits a pulse laser for processing an object to be processed, and a scanning unit that scans the pulse laser emitted from the emission unit. A control unit that controls the emission unit and the scanning unit, and a detection unit that detects a pulse laser emitted from the emission unit, wherein the emission unit emits excitation light; and A laser medium that is excited by receiving the excitation light emitted from the semiconductor laser unit, and an oscillator that automatically emits the pulse laser when the laser medium receives and excites the excitation light; The control unit calculates an output cycle of the pulse laser based on the output of the pulse laser detected by the detection unit, and the calculated output cycle of the pulse laser is Control whether to start scanning of the scanning unit accompanying the start of processing of the processing object when it is determined whether or not the output period of the pulse laser is equal to or less than a predetermined period. It is characterized by doing.
当該レーザ加工装置は、出射部と、走査部と、制御部と、検出部と、を備えており、制御部によって前記出射部及び前記走査部を制御することで、出射部から出射されたパルスレーザを用いて加工対象物を加工することが可能である。そして、前記出射部は、半導体レーザ部と、レーザ媒質を有する発振器と、を有しており、前記レーザ媒質が前記励起光を受光して励起すると、前記パルスレーザを自動的に出射するように構成されている。従って、当該レーザ加工装置によれば、加工可能なレベルのパルスレーザが出射されるタイミングがレーザ加工装置の使用環境又は経年劣化等の影響により変動する可能性がある。 The laser processing apparatus includes an emission unit, a scanning unit, a control unit, and a detection unit, and the pulses emitted from the emission unit by controlling the emission unit and the scanning unit by the control unit. It is possible to process an object to be processed using a laser. The emitting unit includes a semiconductor laser unit and an oscillator having a laser medium, and automatically emits the pulse laser when the laser medium receives and excites the excitation light. It is configured. Therefore, according to the laser processing apparatus, the timing at which a pulse laser having a level that can be processed is emitted may vary due to the use environment of the laser processing apparatus or the influence of deterioration over time.
この点、当該レーザ加工装置によれば、制御部が、前記検出部によって検出されたパルスレーザの出力に基づき算出された前記パルスレーザの出力周期を算出し、算出された前記パルスレーザの出力周期が所定周期以下であるか否かを判断する為、検出部によるパルスレーザの実際の検出結果に基づき算出された出力周期を用いて、当該パルスレーザの出力状態が加工対象物を加工可能な状態であるか否かを判断することができ、もって、加工可能なパルスレーザの出力タイミングが変動することに対応することができる。 In this regard, according to the laser processing apparatus, the control unit calculates the output cycle of the pulse laser calculated based on the output of the pulse laser detected by the detection unit, and the calculated output cycle of the pulse laser. In order to determine whether or not is equal to or less than a predetermined cycle, the output state of the pulse laser is capable of processing the workpiece using the output cycle calculated based on the actual detection result of the pulse laser by the detection unit Therefore, it is possible to cope with fluctuations in the output timing of the pulse laser that can be processed.
そして、当該レーザ加工装置によれば、前記パルスレーザの出力周期が所定周期以下であると判断した場合に、前記加工対象物の加工開始を伴う前記走査部の走査を開始する為、加工可能な状態のパルスレーザを用いて、当該加工対象物の加工を開始することができる。即ち、当該レーザ加工装置によれば、加工可能なパルスレーザの出力タイミングが変動した場合であっても、加工可能なパルスレーザを出力可能な状態で、加工対象物の加工を開始することができるので、加工が不十分な箇所等を生じさせることはなく、もって、加工品質を高く維持することができる。 According to the laser processing apparatus, when it is determined that the output period of the pulse laser is equal to or less than a predetermined period, the scanning unit starts scanning with the start of processing of the processing object, so that processing is possible. Processing of the processing object can be started using the pulse laser in the state. That is, according to the laser processing apparatus, even when the output timing of the processable pulse laser varies, the processing of the processing object can be started in a state where the processable pulse laser can be output. As a result, there are no places where the processing is insufficient, and the processing quality can be kept high.
本発明の他の側面に関するレーザ加工装置は、請求項1記載のレーザ加工装置であって、前記所定周期は、前記パルスレーザの出力周期の変化率が所定値よりも小さい状態の周期であることを特徴とする。
A laser processing apparatus according to another aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to
当該レーザ加工装置によれば、所定周期は、前記パルスレーザの出力周期の変化率が所定値よりも小さい状態を示すものであり、前記パルスレーザの出力が安定した際の周期である為、加工可能なパルスレーザの出力タイミングが変動した場合であっても、出力が安定した状態のパルスレーザを用いて加工対象物の加工を行うことができ、より確実に加工品質を維持することができる。 According to the laser processing apparatus, the predetermined period indicates a state in which the rate of change of the output period of the pulse laser is smaller than a predetermined value, and is a period when the output of the pulse laser is stabilized. Even when the output timing of the possible pulse laser varies, the workpiece can be processed using a pulse laser with a stable output, and the processing quality can be maintained more reliably.
本発明の他の側面に関するレーザ加工装置は、加工対象物を加工する為のパルスレーザを出射する出射部と、前記出射部から出射されたパルスレーザを走査する走査部と、前記出射部及び前記走査部を制御する制御部と、前記出射部から出射されたパルスレーザを検出する検出部と、を備え、前記出射部は、励起光を出射する半導体レーザ部と、前記半導体レーザ部から出射した前記励起光を受光することにより励起されるレーザ媒質を有し、前記レーザ媒質が前記励起光を受光して励起すると、前記パルスレーザを自動的に出射する発振器と、を有し、前記制御部は、前記加工対象物に対する1回の加工に際して、前記検出部によって、前記パルスレーザを最初に検出した後に、更に前記検出部によって検出された前記パルスレーザの検出回数を計数し、前記検出部によるパルスレーザの検出回数が所定回数以上であるか否かを判断し、前記レーザの検出回数が所定回数以上であると判断した場合に、前記加工対象物の加工開始を伴う前記走査部の走査を開始するように制御することを特徴とする。 A laser processing apparatus according to another aspect of the present invention includes an emission unit that emits a pulse laser for processing a workpiece, a scanning unit that scans a pulse laser emitted from the emission unit, the emission unit, and the A control unit that controls a scanning unit; and a detection unit that detects a pulse laser emitted from the emission unit, wherein the emission unit emits excitation light, and the semiconductor laser unit emits light from the semiconductor laser unit A laser medium that is excited by receiving the excitation light, and an oscillator that automatically emits the pulse laser when the laser medium receives and excites the excitation light. The detection of the pulse laser further detected by the detection unit after the detection of the pulse laser by the detection unit at the time of one-time processing on the workpiece When the number of times of pulse laser detection by the detection unit is greater than or equal to a predetermined number, and when it is determined that the number of detection times of the laser is greater than or equal to a predetermined number, the processing of the workpiece Control is performed so as to start scanning of the scanning unit accompanying the start.
当該レーザ加工装置は、出射部と、走査部と、制御部と、検出部と、を備えており、制御部によって前記出射部及び前記走査部を制御することで、出射部から出射されたパルスレーザを用いて加工対象物を加工することが可能である。そして、前記出射部は、半導体レーザ部と、レーザ媒質を有する発振器と、を有しており、前記レーザ媒質が前記励起光を受光して励起すると、前記パルスレーザを自動的に出射するように構成されている。従って、当該レーザ加工装置によれば、加工可能なレベルのパルスレーザが出射されるタイミングがレーザ加工装置の使用環境又は経年劣化等の影響により変動する可能性がある。 The laser processing apparatus includes an emission unit, a scanning unit, a control unit, and a detection unit, and the pulses emitted from the emission unit by controlling the emission unit and the scanning unit by the control unit. It is possible to process an object to be processed using a laser. The emitting unit includes a semiconductor laser unit and an oscillator having a laser medium, and automatically emits the pulse laser when the laser medium receives and excites the excitation light. It is configured. Therefore, according to the laser processing apparatus, the timing at which a pulse laser having a level that can be processed is emitted may vary due to the use environment of the laser processing apparatus or the influence of deterioration over time.
この点、当該レーザ加工装置によれば、制御部が、パルスレーザの検出回数を計数し、前記検出部によるパルスレーザの検出回数が所定回数以上であるか否かを判断する為、検出部によるパルスレーザの実際の検出回数を用いて、当該パルスレーザの出力状態が加工対象物を加工可能な状態であるか否かを判断することができ、もって、加工可能なパルスレーザの出力タイミングが変動することに対応することができる。 In this regard, according to the laser processing apparatus, the control unit counts the number of detection times of the pulse laser, and determines whether or not the number of detection times of the pulse laser by the detection unit is a predetermined number or more. Using the actual number of detection times of the pulse laser, it is possible to determine whether or not the output state of the pulse laser is a state where the workpiece can be processed, and the output timing of the pulse laser that can be processed fluctuates. Can cope with that.
そして、当該レーザ加工装置によれば、前記パルスレーザの検出回数が所定回数以上であると判断した場合に、前記加工対象物の加工開始を伴う前記走査部の走査を開始する為、加工可能な状態のパルスレーザを用いて、当該加工対象物の加工を開始することができる。即ち、当該レーザ加工装置によれば、加工可能なパルスレーザの出力タイミングが変動した場合であっても、加工可能なパルスレーザを出力可能な状態で、加工対象物の加工を開始することができるので、加工が不十分な箇所等を生じさせることはなく、もって、加工品質を高く維持することができる。 According to the laser processing apparatus, when it is determined that the number of detection times of the pulse laser is equal to or greater than a predetermined number, the scan of the scanning unit accompanying the start of processing of the processing target is started, so that processing is possible. Processing of the processing object can be started using the pulse laser in the state. That is, according to the laser processing apparatus, even when the output timing of the processable pulse laser varies, the processing of the processing object can be started in a state where the processable pulse laser can be output. As a result, there are no places where the processing is insufficient, and the processing quality can be kept high.
本発明の他の側面に関するレーザ加工装置は、請求項3記載のレーザ加工装置であって、前記所定回数は、前記パルスレーザの出力が加工閾値より大きい状態となるまでに要する検出回数であることを特徴とする。
A laser processing apparatus according to another aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to
当該レーザ加工装置によれば、所定回数は、パルスレーザの出力が加工閾値より大きい状態となるまでに要する検出回数である為、加工可能なパルスレーザの出力タイミングが変動した場合であっても、出力が安定した状態のパルスレーザを用いて加工対象物の加工を行うことができ、より確実に加工品質を維持することができる。 According to the laser processing apparatus, since the predetermined number of times is the number of detections required until the output of the pulse laser is greater than the processing threshold, even when the output timing of the pulse laser that can be processed fluctuates, The workpiece can be processed using a pulse laser with a stable output, and the processing quality can be maintained more reliably.
(第1実施形態)
以下、本発明に関するレーザ加工装置を、レーザ加工装置1に具体化した実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment in which a laser processing apparatus according to the present invention is embodied in a
(レーザ加工装置の概略構成)
先ず、第1実施形態に関するレーザ加工装置1の概略構成について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1に示すように、第1実施形態に関するレーザ加工装置1は、レーザ加工装置本体部2と、レーザコントローラ5と、電源ユニット6と、から構成されている。
(Schematic configuration of laser processing equipment)
First, a schematic configuration of the
レーザ加工装置本体部2は、パルスレーザLを加工対象物Wの加工面WA上を2次元走査してレーザ加工を行う。レーザコントローラ5は、コンピュータで構成され、PC7と双方向通信可能に接続されると共に、レーザ加工装置本体部2及び電源ユニット6と電気的に接続されている。PC7は、パーソナルコンピュータ等から構成され、印字データの作成等に用いられる。そして、レーザコントローラ5は、PC7から送信された印字データ、制御パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザ加工装置本体部2及び電源ユニット6を駆動制御する。尚、図1は、レーザ加工装置1の概略構成を示すものであるため、レーザ加工装置本体部2を模式的に示している。従って、当該レーザ加工装置本体部2の具体的な構成については、後述する。
The laser processing apparatus
(レーザ加工装置本体部の概略構成)
次に、レーザ加工装置本体部2の概略構成について、図1、図2に基づいて説明する。尚、レーザ加工装置本体部2の説明において、図1の左方向、右方向、上方向、下方向が、それぞれレーザ加工装置本体部2の前方向、後方向、上方向、下方向である。従って、レーザ発振器21からレーザ光として出射されるパルスレーザLの出射方向が前方向である。本体ベース11平面に対して垂直な方向が上下方向である。そして、レーザ加工装置本体部2の上下方向及び前後方向に直交する方向が、レーザ加工装置本体部2の左右方向である。
(Schematic configuration of the laser processing device main unit)
Next, a schematic configuration of the laser processing apparatus
図1、図2に示すように、レーザ加工装置本体部2は、パルスレーザLと可視レーザ光M(図2参照)をfθレンズ20から同軸上に出射するレーザヘッド部3と、レーザヘッド部3が上面に固定される略箱体状の加工容器とから構成されており、加工容器内に設置された加工対象物Wの加工面WAに対して、パルスレーザL及び可視レーザ光Mを用いて、レーザ加工を行い得る。
As shown in FIGS. 1 and 2, the laser
図2に示すように、レーザヘッド部3は、本体ベース11と、パルスレーザLを出射するレーザ発振ユニット12と、光シャッター部13と、光ダンパー14と、ハーフミラー15と、ガイド光部16と、反射ミラー17と、光センサ18と、ガルバノスキャナ19と、fθレンズ20等から構成され、略直方体形状の筐体カバー(図示せず)で覆われている。
As shown in FIG. 2, the
レーザ発振ユニット12は、レーザ発振器21と、ビームエキスパンダ22と、取付台23とから構成されている。レーザ発振器21は、ファイバコネクタと、集光レンズと、反射鏡と、レーザ媒質と、受動Qスイッチと、出力カプラーと、ウィンドウとをケーシング内に有している。ファイバコネクタには、光ファイバFが接続されており、電源ユニット6を構成する励起用半導体レーザ部40から出射された励起光が、光ファイバFを介して入射される。
The
集光レンズは、ファイバコネクタから入射された励起光を集光する。反射鏡は、集光レンズによって集光された励起光を透過すると共に、レーザ媒質から出射されたレーザ光を高効率で反射する。レーザ媒質は、励起用半導体レーザ部40から出射された励起光によって励起されてレーザ光を発振する。レーザ媒質としては、例えば、レーザ活性イオンとしてネオジウム(Nd)が添加されたネオジウム添加ガドリニウムバナデイト(Nd:GdVO4)結晶や、ネオジウム添加イットリウムバナデイト(Nd:YVO4)結晶や、Nd:YAG結晶等を用いることができる。
The condensing lens condenses the excitation light incident from the fiber connector. The reflecting mirror transmits the excitation light collected by the condenser lens and reflects the laser light emitted from the laser medium with high efficiency. The laser medium is excited by excitation light emitted from the excitation
受動Qスイッチは、内部に蓄えられた光エネルギーがある一定値を超えたとき、透過率が80%〜90%になるという性質持った結晶である。従って、受動Qスイッチは、レーザ媒質によって発振されたレーザ光を、パルス状のパルスレーザLとして発振するQスイッチとして機能する。受動Qスイッチとしては、例えば、クロームYAG(Cr:YAG)結晶やCr:MgSiO4結晶等を用いることができる。 A passive Q switch is a crystal having a property that the transmittance becomes 80% to 90% when the light energy stored inside exceeds a certain value. Accordingly, the passive Q switch functions as a Q switch that oscillates the laser light oscillated by the laser medium as a pulsed pulse laser L. As the passive Q switch, for example, a chrome YAG (Cr: YAG) crystal or a Cr: MgSiO4 crystal can be used.
出力カプラーは、反射鏡とレーザ共振器を構成する。出力カプラーは、例えば、表面に誘電体層膜をコーティングした凹面鏡により構成された部分反射鏡で、波長1063nmでの反射率は、80%〜95%である。ウィンドウは、合成石英等から形成され、出力カプラーから出射されたレーザ光を外部へ透過させる。従って、レーザ発振器21は、受動Qスイッチを介してパルスレーザを発振し、加工対象物Wの加工面WAにレーザ加工を行うためのパルスレーザLを出力する。
The output coupler constitutes a reflecting mirror and a laser resonator. The output coupler is, for example, a partial reflecting mirror constituted by a concave mirror whose surface is coated with a dielectric layer film, and the reflectance at a wavelength of 1063 nm is 80% to 95%. The window is made of synthetic quartz or the like, and transmits the laser light emitted from the output coupler to the outside. Accordingly, the
ビームエキスパンダ22は、パルスレーザLのビーム径を変更するものであり、レーザ発振器21と同軸に設けられている。取付台23は、レーザ発振器21がパルスレーザLの光軸を調整可能に取り付けられ、本体ベース11の前後方向中央位置よりも後側の上面に対して、各取付ネジ25によって固定されている。
The
光シャッター部13は、シャッターモータ26と、平板状のシャッター27とから構成されている。シャッターモータ26は、ステッピングモータ等で構成されている。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から出射されたパルスレーザLの光路を遮る位置に回転された際には、パルスレーザLを光シャッター部13に対して右方向に設けられた光ダンパー14へ反射する。一方、シャッター27がビームエキスパンダ22から出射されたパルスレーザLの光路上に位置しないように回転された場合には、ビームエキスパンダ22から出射されたパルスレーザ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15に入射する。
The
光ダンパー14は、シャッター27で反射されたパルスレーザLを吸収する。尚、光ダンパー14の発熱は、本体ベース11に熱伝導されて冷却される。ハーフミラー15は、パルスレーザLの光路に対して斜め左下方向に45度の角度を形成するように配置される。ハーフミラー15は、後側から入射されたパルスレーザLのほぼ全部を透過する。また、ハーフミラー15は、後側から入射されたパルスレーザLの一部を、反射ミラー17へ45度の反射角で反射する。反射ミラー17は、ハーフミラー15のパルスレーザLが入射される後側面の略中央位置に対して左方向に配置される。
The
ガイド光部16は、可視レーザ光Mとしての赤色レーザ光を出射する可視半導体レーザ28と、可視半導体レーザ28から出射された可視レーザ光Mを平行光に収束するレンズ群(図示せず)とから構成されている。可視レーザ光Mは、レーザ発振器21から出射されるパルスレーザLと異なる波長である。ガイド光部16は、ハーフミラー15のパルスレーザLが出射される略中央位置に対して右方向に配置されている。この結果、可視レーザ光Mは、ハーフミラー15のパルスレーザLが出射される略中央位置に、ハーフミラー15の前側面である反射面に対して45度の入射角で入射され、45度の反射角でパルスレーザLの光路上に反射される。即ち、可視半導体レーザ28は、可視レーザ光MをパルスレーザLの光路上に出射する。
The
反射ミラー17は、パルスレーザLの光路に対して平行な前後方向に対して斜め左下方向に45度の角度を形成するように配置され、ハーフミラー15の後側面において反射されたパルスレーザLの一部が、反射面の略中央位置に対して45度の入射角で入射される。そして、反射ミラー17は、反射面に対して45度の入射角で入射されたパルスレーザLを45度の反射角で前側方向へ反射する。
The
光センサ18は、パルスレーザLの発光強度を検出するフォトディテクタ等で構成され、反射ミラー17のパルスレーザLが反射される略中央位置に対して、図2中、前側方向に配置されている。この結果、光センサ18は、反射ミラー17で反射されたパルスレーザLが入射され、この入射されたパルスレーザLの発光強度を検出する。従って、光センサ18を介してレーザ発振器21から出力されるパルスレーザLの発光強度を検出することができ、本発明における検出部を構成する。
The
ガルバノスキャナ19は、本体ベース11の前側端部に形成された貫通孔29の上側に取り付けられ、レーザ発振ユニット12から出射されたパルスレーザLと、ハーフミラー15で反射された可視レーザ光Mとを下方へ2次元走査するものである。ガルバノスキャナ19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外側からそれぞれの取付孔に嵌入されて本体部33に取り付けられて構成されている。従って、当該ガルバノスキャナ19においては、各モータ軸の先端部に取り付けられた走査ミラーが内側で互いに対向している。そして、ガルバノX軸モータ31、ガルバノY軸モータ32の回転をそれぞれ制御して、各走査ミラーを回転させることによって、パルスレーザLと可視レーザ光Mとを下方へ2次元走査する。この2次元走査方向は、前後方向(X方向)と左右方向(Y方向)である。
The
fθレンズ20は、下方に配置された加工対象物Wの加工面WAに対して、ガルバノスキャナ19によって2次元走査されたパルスレーザLと可視レーザ光Mとを同軸に集光する。従って、ガルバノX軸モータ31、ガルバノY軸モータ32の回転を制御することによって、パルスレーザLと可視レーザ光Mが、加工対象物Wの加工面WA上において、所望の加工パターンで前後方向(X方向)と左右方向(Y方向)に2次元走査される。
The
(電源ユニットの概略構成)
次に、レーザ加工装置1における電源ユニット6の概略構成について、図面を参照しつつ説明する。図1に示すように、電源ユニット6は、励起用半導体レーザ部40と、レーザドライバ51と、電源部52と、冷却ユニット53とを、ケーシング55内に有している。電源部52は、励起用半導体レーザ部40を駆動する駆動電流を、レーザドライバ51を介して、励起用半導体レーザ部40に供給する。レーザドライバ51は、レーザコントローラ5から入力される駆動情報に基づいて、励起用半導体レーザ部40を直流駆動する。
(Schematic configuration of the power supply unit)
Next, a schematic configuration of the
励起用半導体レーザ部40は、光ファイバFによってレーザ発振器21に光学的に接続されている。励起用半導体レーザ部40は、レーザドライバ51から入力されるパルス状の駆動電流に対して、レーザ光を発生する閾値電流を超えた電流値に比例した出力の波長のレーザ光として、励起光を光ファイバF内に出射する。従って、レーザ発振器21には、励起用半導体レーザ部40からの励起光が光ファイバFを介して入射される。励起用半導体レーザ部40としては、例えば、GaAsを用いたレーザバーを用いることができる。尚、レーザバーとは、エミッターをモノリシックに一次元アレイ化したLDアレイである。
The pumping
冷却ユニット53は、電源部52及び励起用半導体レーザ部40を、所定の温度範囲内に調整する為のユニットであり、例えば、電子冷却方式により冷却することで、励起用半導体レーザ部40の温度制御を行っており、励起用半導体レーザ部40の発振波長を微調整する。尚、冷却ユニット53は、水冷式の冷却ユニットや、空冷式の冷却ユニット等を用いるようにしてもよい。
The cooling
(レーザ加工装置の制御系)
次に、レーザ加工装置1の制御系構成について、図面を参照しつつ説明する。図3に示すように、レーザ加工装置1は、レーザ加工装置1の全体を制御するレーザコントローラ5、レーザドライバ51、ガルバノコントローラ56、ガルバノドライバ57等から構成されている。レーザコントローラ5には、レーザドライバ51、ガルバノコントローラ56、光センサ18等が電気的に接続されている。
(Control system for laser processing equipment)
Next, the control system configuration of the
レーザコントローラ5は、レーザ加工装置1の全体の制御を行う演算装置及び制御装置としてのCPU61、RAM62、ROM63、時間を計測するタイマ64等を備えている。又、CPU61、RAM62、ROM63、タイマ64は、バス線(図示せず)により相互に電気的に接続されて、相互にデータのやり取りが行われる。
The laser controller 5 includes a
RAM62は、CPU61により演算された各種の演算結果や描画パターンの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。ROM63は、各種のプログラムを記憶させておくものであり、PC7から送信された印字データに基づいて描画パターンのXY座標データを算出してRAM62に記憶する等の各種プログラムが記憶されている。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。ROM63には、後述するレーザ加工処理プログラム(図4、図6等)が記憶されている。
The
そして、CPU61は、かかるROM63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なうものである。例えば、CPU61は、PC7から入力された印字データに基づいて算出した描画パターンのXY座標データ、ガルバノ走査速度情報等をガルバノコントローラ56に出力する。又、CPU61は、PC7から入力された印字データに基づいて設定した励起用半導体レーザ部40の励起光出力、励起光の出力期間等の励起用半導体レーザ部40の駆動情報をレーザドライバ51に出力する。又、CPU61は、描画パターンのXY座標データ、ガルバノスキャナ19のON・OFFを指示する制御信号等をガルバノコントローラ56に出力する。
The
レーザドライバ51は、レーザコントローラ5から入力された励起用半導体レーザ部40の励起光出力、励起光の出力期間等のレーザ駆動情報等に基づいて、励起用半導体レーザ部40を駆動制御する。具体的には、レーザドライバ51は、レーザコントローラ5から入力されたレーザ駆動情報の励起光出力に比例した電流値のパルス状の駆動電流を発生し、レーザ駆動情報の励起光の出力期間に基づく期間、励起用半導体レーザ部40に出力する。これにより、励起用半導体レーザ部40は、励起光出力に対応する強度の励起光を出力期間の間、光ファイバF内に出射する。
The
ガルバノコントローラ56は、レーザコントローラ5から入力された描画パターンのXY座標データ、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、回転速度を表すモータ駆動情報をガルバノドライバ57へ出力する。ガルバノドライバ57は、ガルバノコントローラ56から入力された駆動角度、回転速度を表す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、パルスレーザLを2次元走査する。
The
そして、レーザコントローラ5には、PC7が双方向通信可能に接続されており、PC7から送信された加工内容を示す印字データ、レーザ加工装置本体部2の制御パラメータ、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。又、PC7には、入出力インターフェース(図示せず)を介して、マウスやキーボード等から構成される入力操作部71、液晶ディスプレイ72等が電気的に接続されている。従って、PC7は、入力操作部71、液晶ディスプレイ72を用いて、印字データの作成や制御パラメータの設定等に利用される。
A PC 7 is connected to the laser controller 5 so as to be capable of two-way communication, and print data indicating processing contents transmitted from the PC 7, control parameters of the laser processing apparatus
(レーザ加工処理プログラムの内容)
続いて、第1実施形態に関するレーザ加工処理プログラムの処理内容について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図4に示すレーザ加工処理プログラムは、レーザコントローラ5のROM63に記憶されており、加工対象物Wの加工面WAに対して、パルスレーザLによってレーザ加工を施す際に、CPU61によって実行される。具体的には、CPU61は、PC7から送信された印字データをレーザ加工装置1が受信した時点で、当該レーザ加工処理プログラムの実行を開始する。
(Contents of laser processing program)
Then, the processing content of the laser processing program regarding 1st Embodiment is demonstrated in detail, referring drawings. The laser processing program shown in FIG. 4 is stored in the
図4に示すように、先ず、CPU61は、PC7から送信された印字データに基づいて、当該印字データの加工内容を構成する各点のXY座標データ、ガルバノ走査速度情報等を含む描画データを生成する(S1)。生成した描画データをRAM62に格納した後、CPU61は、S2に処理を移行する。
As shown in FIG. 4, first, based on the print data transmitted from the PC 7, the
S2では、CPU61は、生成した描画データから、当該描画データに基づくレーザ加工における加工開始位置のXY座標データを取得し、ガルバノスキャナ19によるパルスレーザLの照射位置を、加工開始位置に移動させる。加工開始位置へ移動させた後、CPU61は、S3に処理を移行する。
In S <b> 2, the
S3においては、CPU61は、描画データに基づくレーザ加工を開始する為に、レーザON信号を、レーザドライバ51に対して出力する。励起用半導体レーザ部40においては、このレーザON信号に基づいて、レーザドライバ51からパルス状の駆動電流が入力される為、閾値電流を超えた電流値に比例した出力の波長の励起光が光ファイバF内に出射される。光ファイバFを介して、励起光がレーザ発振器21に入射されると、レーザ発振器21は、当該励起光によってレーザ媒質が励起され、受動Qスイッチを介してパルスレーザLを発振する。レーザON信号を出力した後、CPU61は、S4に処理を移行する。
In S <b> 3, the
S4に移行すると、CPU61は、レーザON信号をレーザドライバ51に出力した時刻を、第1時刻TaとしてRAM62に記憶する。CPU61は、第1時刻TaをRAM62に記憶した後、S4に処理を移行する。
In S4, the
S5では、CPU61は、光センサ18からの検出信号の有無に基づいて、光センサ18がパルスレーザLを検出したか否かを判断する。上述したように、光センサ18は、レーザ発振ユニット12によって出射されたパルスレーザLの内、ハーフミラー15で分離され、反射ミラー17で反射された一部を検出する。光センサ18がパルスレーザLを検出した場合(S5:YES)、CPU61は、S6に処理を移行する。一方、光センサ18がパルスレーザLを検出していない場合(S5:NO)、CPU61は、光センサ18がパルスレーザLを検出するまで、処理を待機する。
In S <b> 5, the
S6においては、CPU61は、光センサ18がパルスレーザLを検出した時刻を、第2時刻Tbとして、RAM62に記憶する。第2時刻TbをRAM62に記憶した後、CPU61は、S7に処理を移行する。
In S6, the
S7に移行すると、CPU61は、RAM62に格納されている第1時刻Taと、第2時刻Tbを読み出し、第2時刻Tbから第1時刻Taを減算することでパルスレーザ検出周期Pを算出する。算出したパルスレーザ検出周期PをRAM62に格納した後、CPU61は、S8に処理を移行する。
In S7, the
S8では、CPU61は、パルスレーザ検出周期Pを算出した際の第1時刻Taの数値を、次回のパルスレーザ検出周期Pを算出する際の第2時刻Tbに代入する。その後、CPU61は、S9に処理を移行する。
In S8, the
S9においては、CPU61は、算出したパルスレーザ検出周期Pが所定の下限値Llより大きく、且つ、所定の上限値Ulよりも小さいか否かを判断する。又、当該S9では、パルスレーザ検出周期Pが所定の数値範囲内であるか否かを判断していると換言することができる。この場合における所定の下限値Ll及び上限値Ulは、パルスレーザLが加工可能な状態で安定的に出力される場合における当該パルスレーザLの周波数によって定められ、前記パルスレーザの出力周期の変化率が所定値よりも小さい状態を示す。
In S9, the
具体的に、パルスレーザLが加工可能な状態で安定的に出力される場合におけるパルスレーザLの周波数が、25kHz〜35kHzの範囲である場合を挙げて、下限値Ll及び上限値Ulについて説明する。この場合、前記下限値Llは、上記範囲の最大周波数である35kHzに基づいて算出され、28.6usecに定められる。又、上限値Ulは、上記範囲の最小周波数である25kHzに基づいて算出され、40usecに定められる。 Specifically, the lower limit value Ll and the upper limit value Ul will be described by giving a case where the frequency of the pulse laser L when the pulse laser L is stably output in a processable state is in the range of 25 kHz to 35 kHz. . In this case, the lower limit value Ll is calculated based on 35 kHz, which is the maximum frequency in the above range, and is set to 28.6 usec. The upper limit value Ul is calculated based on 25 kHz, which is the minimum frequency in the above range, and is set to 40 usec.
パルスレーザ検出周期Pが所定の下限値Llより大きく、且つ所定の上限値Ulより小さい場合(S9:YES)、CPU61は、S10に処理を移行する。一方、パルスレーザ検出周期Pが所定の下限値Ll以下若しくは所定の上限値Ul以上の何れかである場合(S9:NO)、CPU61は、S5に処理を戻し、再度、パルスレーザ検出周期Pの算出に関する処理(S5〜S8)を実行する。
When the pulse laser detection period P is larger than the predetermined lower limit value Ll and smaller than the predetermined upper limit value Ul (S9: YES), the
S10に移行すると、CPU61は、パルスレーザ検出周期Pが所定の下限値Llより大きく、且つ所定の上限値Ulより小さいことから、パルスレーザが加工可能な状態で安定的に出力されていると判断し、ガルバノコントローラ56に対して、ガルバノスキャナ19の駆動開始を意味する制御指令を出力する。ガルバノコントローラ56に制御指令が入力された段階で、ガルバノスキャナ19は、前記加工対象物Wのレーザ加工の開始を伴うパルスレーザLの走査を開始する。その後、CPU61は、S11に処理を移行する。
After shifting to S10, the
S11では、CPU61は、S1で生成した描画データに含まれるXY座標データ、ガルバノ走査速度情報等に基づいて、加工対象物Wの加工面WAに対して、PC7からの印字データに定められた加工内容で、パルスレーザLによるレーザ加工を施す。その後、CPU61は、S12に処理を移行する。
In S11, the
S12においては、CPU61は、PC7から送信された印字データの加工内容に基づくレーザ加工を完了したか否かを判断する。印字データに基づくレーザ加工を全て完了している場合(S12:YES)、CPU61は、当該レーザ加工処理プログラム(図4参照)を終了する。一方、印字データに基づくレーザ加工を全て完了していない場合(S12:NO)、CPU61は、S11に処理を戻し、印字データに基づくレーザ加工を継続する。
In S12, the
(レーザ加工に関する制御信号の時系列変化)
続いて、第1実施形態に係るレーザ加工処理プログラムを実行している場合において、レーザ加工に関する制御信号の時系列変化について図面を参照して説明する。
上述したように、第1実施形態に関するレーザ加工装置1においては、レーザON信号を、レーザドライバ51に出力した後(S3)、第1時刻Ta、第2時刻Tbを測定し、これらを用いて、パルスレーザ検出周期Pを算出する(S7)。
(Time-series change of control signal related to laser processing)
Subsequently, in the case where the laser processing program according to the first embodiment is being executed, a time series change of a control signal related to laser processing will be described with reference to the drawings.
As described above, in the
図5に示すように、加工対象物Wに対して出射されるパルスレーザLのレーザ強度は、パルスレーザ検出周期Pを3回算出した段階で、レーザ加工を安定して行うことができる加工閾値Ipを超え、その後、加工閾値Ipを超える強度で安定する。尚、金属加工の場合、加工閾値Ipは、20kWであり、検出閾値Idは、0.1W程度である。ここで、図5に示す場合、1回目〜3回目までのパルスレーザ検出周期Pは、所定の下限値Ll以下若しくは所定の上限値Ul以上の何れかに該当し(S9:NO)、ガルバノスキャナ19の走査が開始されることはない。 As shown in FIG. 5, the laser intensity of the pulse laser L emitted to the workpiece W is a processing threshold at which laser processing can be stably performed at the stage where the pulse laser detection period P is calculated three times. It stabilizes at an intensity exceeding Ip and then exceeding the processing threshold Ip. In the case of metal processing, the processing threshold value Ip is 20 kW, and the detection threshold value Id is about 0.1 W. Here, in the case shown in FIG. 5, the first to third pulse laser detection period P corresponds to either the predetermined lower limit value L1 or less or the predetermined upper limit value Ul or more (S9: NO), and the galvano scanner. Nineteen scans are never started.
一方、4回目のパルスレーザ検出周期Pは、所定の下限値Llより大きく、且つ所定の上限値Ulより小さくなる為(S9:YES)、このタイミングStの時点をもって、ガルバノスキャナ19の走査が開始される。この時、パルスレーザLの強度は、加工閾値Ipを超えた強度で安定している為、当該レーザ加工装置1によれば、加工対象物Wの走査を開始した時点で、パルスレーザLの強度が不足して加工不良を生じることはない。又、当該レーザ加工装置1によれば、パルスレーザLを光センサ18で実際に検出した結果を用いて、パルスレーザ検出周期Pを算出し、ガルバノスキャナ19の走査開始時期を決定している為、加工可能なパルスレーザLの出力タイミングが変動した場合であっても、その影響を受けることはない。
On the other hand, since the fourth pulse laser detection period P is larger than the predetermined lower limit value Ll and smaller than the predetermined upper limit value Ul (S9: YES), scanning of the
以上説明したように、第1実施形態に関するレーザ加工装置1は、レーザ発振ユニット12及び励起用半導体レーザ部40と、ガルバノスキャナ19と、レーザコントローラ5と、光センサ18とを備えており、レーザコントローラ5による制御によって、レーザ発振ユニット12から出射されたパルスレーザLを用いて加工対象物Wを加工することが可能である。そして、パルスレーザLは、レーザ媒質を有するレーザ発振器21を有するレーザ発振ユニット12と、励起用半導体レーザ部40が協働し、レーザ媒質が励起用半導体レーザ部40からの前記励起光を受光して励起すると、自動的に出射するように構成されている。従って、当該レーザ加工装置1によれば、加工可能なレベルのパルスレーザLが出射されるタイミングがレーザ加工装置1の使用環境又は経年劣化等の影響により変動する可能性がある。
As described above, the
当該レーザ加工装置1によれば、レーザコントローラ5が、光センサ18によって検出されたパルスレーザLの出力時刻に基づくパルスレーザ検出周期Pを算出し(S7)、算出されたパルスレーザ検出周期Pが所定周期以下であるか否かを判断する為(S9)、光センサ18によるパルスレーザLの実際の検出結果に基づいて、当該パルスレーザLの出力状態が加工対象物Wを加工可能な状態であるか否かを判断することができ、もって、加工可能なパルスレーザLの出力タイミングが変動することに対応することができる。そして、当該レーザ加工装置1によれば、パルスレーザ検出周期Pが所定周期以下であると判断した場合(S9:YES)に、前記加工対象物Wの加工開始を伴うガルバノスキャナ19の走査を開始する為(S10)、加工可能な状態のパルスレーザLを用いて、当該加工対象物Wの加工を開始することができる。
According to the
このように、当該レーザ加工装置1によれば、加工可能な強度のパルスレーザLの出力タイミングが変動した場合であっても、加工可能なパルスレーザを出力可能な状態で、加工対象物Wの加工を開始することができるので、パルスレーザの強度不足に起因する加工が不十分な箇所等を生じさせることはなく、もって、加工品質を高く維持することができる。
As described above, according to the
又、パルスレーザ検出周期Pの判定に用いられる上限値Ul及び下限値Llは、パルスレーザが加工可能な状態で安定的に出力される場合における当該パルスレーザLの周波数によって定められ、パルスレーザの出力周期の変化率が所定値よりも小さい状態を示すものであり、前記パルスレーザの出力が安定した際の周期である。ここで、当該所定値の具体例について説明する。パルスレーザLの出力が安定した状態であっても、パルスレーザLの周期の変動は、実測値において、平均±2usec程度である。パルスレーザLの出力周期を40usecとした場合に、変化率が5%以内であれば、パルスレーザLの出力が安定した状態ということができる。つまり、この場合の所定値は、5%となる。従って、当該レーザ加工装置1によれば、加工可能なパルスレーザLの出力タイミングが変動した場合であっても、出力が安定した状態のパルスレーザLを用いて加工対象物Wの加工を行うことができ、より確実に加工品質を維持することができる。
Further, the upper limit value Ul and the lower limit value Ll used for the determination of the pulse laser detection period P are determined by the frequency of the pulse laser L when the pulse laser is stably output in a processable state. This indicates a state in which the rate of change of the output cycle is smaller than a predetermined value, and is the cycle when the output of the pulse laser is stabilized. Here, a specific example of the predetermined value will be described. Even in the state where the output of the pulse laser L is stable, the fluctuation of the cycle of the pulse laser L is an average of about ± 2 usec in actual measurement values. When the output period of the pulse laser L is 40 usec and the rate of change is within 5%, it can be said that the output of the pulse laser L is stable. That is, the predetermined value in this case is 5%. Therefore, according to the
(第2実施形態)
次に、上述した第1実施形態と異なる実施形態(第2実施形態)について、図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、第2実施形態に関するレーザ加工装置1は、上述した第1実施形態に関するレーザ加工装置1と同一の基本的構成を有しており、レーザ加工処理プログラムの処理内容が相違する。従って、第1実施形態と同一の構成、処理内容に関する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, an embodiment (second embodiment) different from the above-described first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The
(レーザ加工処理プログラムの内容)
第2実施形態においても、レーザ加工処理プログラムは、第1実施形態と同様に、レーザコントローラ5のROM63に記憶されており、加工対象物Wの加工面WAに対して、パルスレーザLによってレーザ加工を施す際に、CPU61によって実行される。
(Contents of laser processing program)
Also in the second embodiment, the laser processing program is stored in the
図6に示すように、S21では、CPU61は、第1実施形態におけるS1と同様に、PC7から送信された印字データに基づいて、描画データを生成する(S21)。描画データをRAM62に格納した後、CPU61は、S22に処理を移行する。
As shown in FIG. 6, in S21, the
S22では、CPU61は、第1実施形態におけるS2と同様に、生成した描画データ基づくレーザ加工における加工開始位置のXY座標データを取得し、ガルバノスキャナ19によるパルスレーザLの照射位置を、加工開始位置に移動させる。加工開始位置へ移動させた後、CPU61は、S23に処理を移行する。
In S22, as in S2 in the first embodiment, the
S23においては、CPU61は、第1実施形態におけるS3と同様に、描画データに基づくレーザ加工を開始する為に、レーザON信号を、レーザドライバ51に対して出力する。レーザON信号を出力した後、CPU61は、S24に処理を移行する。
In S23, the
S24に移行すると、CPU61は、第1実施形態におけるS4と同様に、光センサ18からの検出信号の有無に基づいて、光センサ18がパルスレーザLを検出したか否かを判断する。光センサ18がパルスレーザLを検出した場合(S24:YES)、CPU61は、S25に処理を移行する。一方、光センサ18がパルスレーザLを検出していない場合(S24:NO)、CPU61は、光センサ18がパルスレーザLを検出するまで、処理を待機する。
After shifting to S24, the
S25では、CPU61は、光センサ18がパルスレーザLを検出したことを、パルス検出数iとして計数し、RAM62に形成したパルス検出数iのカウンタに1加算する。パルス検出数iのカウンタに1加算した後、CPU61は、S26に処理を移行する。
In S <b> 25, the
S26においては、CPU61は、RAM62に格納されているパルス検出数iの値が所定の目標値Nより大きいか否かを判断する。この場合における所定の目標値Nは、パルスレーザが加工可能な状態で安定的に出力されるまでの期間に対応し、パルスレーザの出力が加工閾値Ipより大きい状態となるまでに要する検出回数を示す。パルス検出数iが所定の目標値Nより大きい場合(S26:YES)、CPU61は、S27に処理を移行する。一方、パルス検出数iが所定の目標値N以下である場合(S26:NO)、S24に処理を戻し、再度、パルスレーザ検出周期Pの算出に関する処理(S24〜S25)を実行する。
In S <b> 26, the
S27に移行すると、CPU61は、パルス検出数iが所定の目標値Nより大きいことから、パルスレーザLが加工可能な状態で安定的に出力されていると判断し、第1実施形態におけるS10と同様に、ガルバノコントローラ56に対して、ガルバノスキャナ19の駆動開始を意味する制御指令を出力する。その後、CPU61は、S28に処理を移行する。
When the process proceeds to S27, the
S28では、CPU61は、第1実施形態におけるS11と同様に、描画データに含まれるXY座標データ、ガルバノ走査速度情報等に基づいて、加工対象物Wの加工面WAに対して、パルスレーザLによるレーザ加工を施す。その後、CPU61は、S29に処理を移行する。
In S28, the
S29においては、CPU61は、第1実施形態におけるS12と同様に、PC7から送信された印字データの加工内容に基づくレーザ加工を完了したか否かを判断する。印字データに基づくレーザ加工を全て完了している場合(S29:YES)、CPU61は、当該レーザ加工処理プログラム(図6参照)を終了する。一方、印字データに基づくレーザ加工を全て完了していない場合(S29:NO)、CPU61は、S28に処理を戻し、印字データに基づくレーザ加工を継続する。
In S29, the
(レーザ加工に関する制御信号の時系列変化)
続いて、第2実施形態に係るレーザ加工処理プログラムを実行している場合において、レーザ加工に関する制御信号の時系列変化について図面を参照して説明する。
上述したように、第2実施形態に関するレーザ加工装置1においては、レーザON信号を、レーザドライバ51に出力した後(S23)、光センサ18によってパルスレーザLを検出する毎に、パルス検出数iを計算する(S25)。
(Time-series change of control signal related to laser processing)
Subsequently, in the case where the laser processing program according to the second embodiment is being executed, a time series change of a control signal related to laser processing will be described with reference to the drawings.
As described above, in the
図7に示すように、加工対象物Wに対して出射されるパルスレーザLのレーザ強度は、光センサ18によってパルスレーザLを検出する毎に強くなっていき、パルス検出数iが所定の目標値Nを超えた後は、レーザ加工を安定して行うことができる加工閾値Ipを超え、その後、加工閾値Ipを超える強度で安定する。即ち、第2実施形態におけるレーザ加工装置1では、パルス検出数iが目標値Nよりも小さい段階(S26:NO)では、パルスレーザの強度が加工閾値Ip未満若しくは不安定な状態である為、ガルバノスキャナ19の走査が開始されることはない。
As shown in FIG. 7, the laser intensity of the pulse laser L emitted to the workpiece W increases as the pulse laser L is detected by the
ここで、当該目標値Nの具体例について説明する。試作した複数台のレーザ加工装置において、レーザON信号の出力からガルバノスキャナの動作開始までの遅延時間は、0〜2800usecの範囲であった。又、上述した具体例において、パルスレーザLの最も短い周期は、28.6usecであり、約28usecとなる。遅延時間の最大値を、パルスレーザLの最も短い周期で除算すれば、パルスレーザLの出力が加工可能な強度で安定した状態となるまでに要するパルス検出数iの最大値を求めることができる。つまり、この場合の目標値Nは、2800usecを、28usecで除算して得られる100となる。目標値Nを100とすることで、試作した複数台のレーザ加工装置のいずれにおいても、パルスレーザLの出力が加工可能な強度で安定した状態で、加工対象物Wの加工を開始することができる。 Here, a specific example of the target value N will be described. In a plurality of prototype laser processing apparatuses, the delay time from the output of the laser ON signal to the start of the operation of the galvano scanner was in the range of 0 to 2800 usec. In the specific example described above, the shortest period of the pulse laser L is 28.6 usec, which is about 28 usec. If the maximum value of the delay time is divided by the shortest period of the pulse laser L, the maximum value of the number of detected pulses i required until the output of the pulse laser L becomes stable at a workable intensity can be obtained. . That is, the target value N in this case is 100, which is obtained by dividing 2800 usec by 28 usec. By setting the target value N to 100, in any of a plurality of prototype laser processing apparatuses, the processing of the workpiece W can be started in a state where the output of the pulse laser L is stable at a processable intensity. it can.
一方、第2実施形態においては、パルス検出数iが所定の目標値Nよりも大きくなっている(S26:YES)為、このタイミングStの時点で、ガルバノスキャナ19の走査が開始される。この時、図7に示すように、パルスレーザLの強度は加工閾値Ipを超えた強度で安定している為、当該レーザ加工装置1によれば、加工対象物Wの走査を開始した時点で、パルスレーザLの強度が不足して加工不良を生じることはない。又、当該レーザ加工装置1によれば、パルスレーザLを光センサ18で実際に検出した結果を用いて、ガルバノスキャナ19の走査開始時期を決定している為、加工可能なパルスレーザLの出力タイミングが変動した場合であっても、その影響を受けることはない。
On the other hand, in the second embodiment, since the pulse detection number i is larger than the predetermined target value N (S26: YES), scanning of the
以上説明したように、第2実施形態に関するレーザ加工装置1は、レーザ発振ユニット12及び励起用半導体レーザ部40と、ガルバノスキャナ19と、レーザコントローラ5と、光センサ18とを備えており、レーザコントローラ5による制御によって、レーザ発振ユニット12から出射されたパルスレーザLを用いて加工対象物Wを加工することが可能である。そして、パルスレーザLは、レーザ媒質を有するレーザ発振器21を有するレーザ発振ユニット12と、励起用半導体レーザ部40が協働し、レーザ媒質が励起用半導体レーザ部40からの前記励起光を受光して励起すると、自動的に出射するように構成されている。従って、当該レーザ加工装置1によれば、加工可能なレベルのパルスレーザLが出射されるタイミングがレーザ加工装置1の使用環境又は経年劣化等の影響により変動する可能性がある。
As described above, the
当該レーザ加工装置1によれば、レーザコントローラ5が、光センサ18によって検出されたパルス検出数iを計算し(S25)、算出されたパルス検出数iが所定の目標値Nより大きいか否かを判断する為(S26)、検出部によるパルスレーザLの実際の検出結果に基づいて、当該パルスレーザの出力状態が加工対象物Wを加工可能な状態であるか否かを判断することができ、もって、加工可能なパルスレーザLの出力タイミングが変動することに対応することができる。そして、当該レーザ加工装置1によれば、パルス検出数iが所定の目標値Nより大きいと判断した場合(S26:YES)に、前記加工対象物Wの加工開始を伴うガルバノスキャナ19の走査を開始する為(S27)、加工可能な状態のパルスレーザを用いて、当該加工対象物Wの加工を開始することができる。
According to the
このように、当該レーザ加工装置1によれば、加工可能なパルスレーザLの出力タイミングが変動した場合であっても、加工可能なパルスレーザLを出力可能な状態で、加工対象物Wの加工を開始することができるので、パルスレーザの強度不足に起因する加工が不十分な箇所等を生じさせることはなく、もって、加工品質を高く維持することができる。
As described above, according to the
又、パルス検出数iの判定に用いられる目標値Nは、パルスレーザが加工可能な状態で安定的に出力されるまでの期間に対応し、パルスレーザの出力が加工閾値より大きい状態となるまでに要する検出回数を示す。従って、当該レーザ加工装置1によれば、加工可能なパルスレーザLの出力タイミングが変動した場合であっても、出力が安定した状態のパルスレーザLを用いて加工対象物Wの加工を行うことができ、より確実に加工品質を維持することができる。
The target value N used for determining the number of detected pulses i corresponds to a period until the pulse laser is stably output in a processable state, until the output of the pulse laser becomes larger than the processing threshold. The number of detections required for. Therefore, according to the
尚、上述した実施形態において、レーザ加工装置1は、本発明におけるレーザ加工装置の一例である。そして、レーザ発振ユニット12及び励起用半導体レーザ部40は、本発明における出射部の一例であり、ガルバノスキャナ19は、本発明における走査部の一例である。又、CPU61は、本発明における制御部の一例であり、光センサ18は、本発明における検出部の一例である。励起用半導体レーザ部40は、本発明における半導体レーザ部の一例であり、レーザ発振ユニット12は、本発明における発振器の一例である。
In the embodiment described above, the
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら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種々の改良変更が可能である。例えば、上述した実施形態においては、パルスレーザ検出周期Pを判定する際に、上限値Ul及び下限値Llを用い、パルス検出数iに関する判定をする際には、目標値Nを用いていたが、この態様に限定されるものではない。光センサ18によるパルスレーザの検出結果を用いて、パルスレーザLの強度が加工閾値Ipを超えて安定した状態となったことを特定することができれば、種々の態様を採用し得る。
Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the embodiment described above, the upper limit value Ul and the lower limit value Ll are used when determining the pulse laser detection cycle P, and the target value N is used when determining the number of detected pulses i. However, it is not limited to this embodiment. If it is possible to identify that the intensity of the pulse laser L has exceeded the processing threshold value Ip using the detection result of the pulse laser by the
1 レーザ加工装置
2 レーザ加工装置本体部
3 レーザヘッド部
5 レーザコントローラ
6 電源ユニット
12 レーザ発振ユニット
15 ハーフミラー
17 反射ミラー
18 光センサ
19 ガルバノスキャナ
21 レーザ発振器
40 励起用半導体レーザ部
W 加工対象物
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記出射部から出射されたパルスレーザを走査する走査部と、
前記出射部及び前記走査部を制御する制御部と、
前記出射部から出射されたパルスレーザを検出する検出部と、を備え、
前記出射部は、
励起光を出射する半導体レーザ部と、
前記半導体レーザ部から出射した前記励起光を受光することにより励起されるレーザ媒質を有し、前記レーザ媒質が前記励起光を受光して励起すると、前記パルスレーザを自動的に出射する発振器と、を有し、
前記制御部は、
前記検出部によって検出されたパルスレーザの出力に基づいて、前記パルスレーザの出力周期を算出し、
算出された前記パルスレーザの出力周期が所定周期以下であるか否かを判断し、
前記パルスレーザの出力周期が所定周期以下であると判断した場合に、前記加工対象物の加工開始を伴う前記走査部の走査を開始するように制御する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 An emission part for emitting a pulse laser for processing the object to be processed;
A scanning unit that scans the pulse laser emitted from the emitting unit;
A control unit for controlling the emitting unit and the scanning unit;
A detection unit for detecting the pulse laser emitted from the emission unit,
The emitting part is
A semiconductor laser that emits excitation light; and
A laser medium that is excited by receiving the excitation light emitted from the semiconductor laser unit, and an oscillator that automatically emits the pulse laser when the laser medium receives and excites the excitation light; and Have
The controller is
Based on the output of the pulse laser detected by the detector, the output period of the pulse laser is calculated,
Determining whether or not the calculated output period of the pulse laser is a predetermined period or less;
When it is determined that the output period of the pulse laser is equal to or less than a predetermined period, the laser processing apparatus controls to start scanning of the scanning unit accompanying the start of processing of the processing object.
ことを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the predetermined period is a period in which a change rate of an output period of the pulse laser is smaller than a predetermined value.
前記出射部から出射されたパルスレーザを走査する走査部と、
前記出射部及び前記走査部を制御する制御部と、
前記出射部から出射されたパルスレーザを検出する検出部と、を備え、
前記出射部は、
励起光を出射する半導体レーザ部と、
前記半導体レーザ部から出射した前記励起光を受光することにより励起されるレーザ媒質を有し、前記レーザ媒質が前記励起光を受光して励起すると、前記パルスレーザを自動的に出射する発振器と、を有し、
前記制御部は、
前記加工対象物に対する1回の加工に際して、前記検出部によって、前記パルスレーザを最初に検出した後に、更に前記検出部によって検出された前記パルスレーザの検出回数を計数し、
前記検出部によるパルスレーザの検出回数が所定回数以上であるか否かを判断し、
前記レーザの検出回数が所定回数以上であると判断した場合に、前記加工対象物の加工開始を伴う前記走査部の走査を開始するように制御する
ことを特徴とするレーザ加工装置。 An emission part for emitting a pulse laser for processing the object to be processed;
A scanning unit that scans the pulse laser emitted from the emitting unit;
A control unit for controlling the emitting unit and the scanning unit;
A detection unit for detecting the pulse laser emitted from the emission unit,
The emitting part is
A semiconductor laser that emits excitation light; and
A laser medium that is excited by receiving the excitation light emitted from the semiconductor laser unit, and an oscillator that automatically emits the pulse laser when the laser medium receives and excites the excitation light; and Have
The controller is
In one processing for the workpiece, after the pulse laser is first detected by the detection unit, the number of detections of the pulse laser detected by the detection unit is further counted.
It is determined whether the number of times of detection of the pulse laser by the detection unit is a predetermined number or more,
When it is determined that the number of times of detection of the laser is equal to or greater than a predetermined number of times, control is performed so as to start scanning of the scanning unit accompanying the start of processing of the workpiece.
ことを特徴とする請求項3記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the predetermined number of times is a number of detections required until the output of the pulse laser becomes greater than a processing threshold.
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