JP6443251B2 - レーザ穴あけ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ穴あけ装置に関する。

ワークに穴をあけるために当該穴の周囲領域にレーザ光を走査して照射するレーザ穴あけ装置が知られている。特許文献１には、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を反射させる反射部材と、反射部材からの反射光をワークに集光するｆ−θレンズと、を備え、反射部材を回転駆動させて反射光の光軸を変更させることでレーザ光の走査を行うレーザ穴あけ装置が記載されている。

特開２００２−０６６７８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のレーザ穴あけ装置のようにレーザ光を走査する方式の装置では、穴あけ完了予定時間で穴あけ加工を終了すると、穴あけが完全に完了していない場合があった。ここで、穴あけ完了予定時間とは、レーザ光の出力などの装置設定、ワークの材質、ワークの厚さなどから推定される穴あけを完了するまでに要する時間である。加工終了時にワークの穴あけが不完全な状態であるのを避けるため、穴あけ完了予定時間を経過した後、一律に一定時間、レーザ光の走査を継続することも考えられる。しかし、ワークの穴あけがすでに完了している場合に、一定時間、レーザ光の走査を継続すると、ワークの切断箇所からレーザ光の熱エネルギーが入るためワークの切断箇所の周辺においてレーザ光による熱で変質した部分（熱影響部）の範囲が増大する問題がある。

以上の背景に鑑み、本発明の目的は、レーザ光を走査してワークの穴あけ加工をする場合に、穴あけが不十分な状態で加工を終了してしまうことなく、かつ、ワークの切断箇所の周辺における熱影響部の範囲を抑えることができる穴あけ加工装置を提供することである。

本発明にかかるレーザ穴あけ装置は、ワークに穴をあけるために当該穴の周囲領域にレーザ光を走査して照射することにより前記ワークの穴あけ加工を行うレーザ穴あけ装置であって、レーザ光を出射するレーザ出射部と、レーザ光を走査するレーザ走査部と、前記レーザ出射部および前記レーザ走査部を制御する制御部と、前記ワークのレーザ光照射箇所における貫通を検出する検出部と、を備え、前記制御部は、前記検出部によって前記レーザ光照射箇所における貫通が連続して検出された時間を計測し、当該計測した時間が前記ワーク上において前記レーザ光が走査によって穴の周囲に一周照射される時間以上となったときに、前記ワーク上におけるレーザ光の走査軌跡に対する出射を終了させるものである。

さらに、前記検出部は、前記レーザ光照射箇所から熱放射した戻り光の強度を測定する受光センサと、前記受光センサにより測定された前記戻り光の強度が予め定められた閾値以下であるときに前記ワークの前記レーザ光照射箇所においてレーザ光が貫通したと判断する処理装置と、を備えるものである。

さらに、前記制御部は、穴あけ加工を開始してからの経過時間が予め定められた穴あけ完了予定時間を超えても前記検出部により前記レーザ光照射箇所における貫通が検出されない場合にレーザ光の出力を上げるものである。

本発明により、レーザ光を走査してワークの穴あけ加工をする場合に、穴あけが不十分な状態で加工を終了してしまうことなく、かつ、ワークの切断箇所の周辺における熱影響部の範囲を抑えることができる。

実施の形態１にかかるレーザ穴あけ装置の概略構成を示す図である。 ワークとしてのＣＦＲＰの概略構成について示す図である。 ワーク上におけるレーザ光の走査軌跡について模式的に示す図である。 レーザ光を用いてワークの加工を行った場合に生じる熱影響部について説明する図である。 ワーク上におけるレーザ光の走査軌跡に対する出射の開始から終了（穴あけ加工の開始から終了）までのワークＷの熱影響部の幅の変化について模式的に示す図である。 ワーク上におけるレーザ光の走査軌跡に対する出射の開始から終了（穴あけ加工の開始から終了）までの、受光センサにより測定される戻り光の強度の変化について模式的に示す図である。 実施の形態１にかかるレーザ穴あけ装置における、戻り光の強度によりワーク上におけるレーザ光の走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローのフローチャートである。 実施の形態１にかかるレーザ穴あけ装置における、戻り光の強度によりワーク上におけるレーザ光の走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローの他の例のフローチャートである。 実施の形態２にかかるレーザ穴あけ装置の概略構成を示す図である。 実施の形態２にかかるレーザ穴あけ装置における、カメラの撮影した画像情報に基づいてワーク上におけるレーザ光の走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローのフローチャートである。

[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、レーザ穴あけ装置１は、レーザ出射部としてのレーザ発振器２と、レーザ走査部としてのスキャナ３と、制御部としての制御装置４と、検出部としての受光センサ５及び処理装置６と、を備える。

レーザ発振器２は、制御装置４からの指令に基づき、単一のレーザ光Ｌｆをスキャナ３に出力する。スキャナ３は、レーザ光Ｌｆを走査する。スキャナ３として、例えば、特許文献１に記載のある２軸のガルバノメータ方式のスキャナを用いることができる。２軸のガルバノメータ方式のスキャナは、２枚のミラーと、それぞれのミラーを各々１軸に関して回動させるモータと、レーザ光Ｌｆの振れ角に応じてワークＷ上に焦点を結ぶｆ−θレンズと、を備えている。２枚のミラーによりレーザ光の光軸を変更させることでレーザ光Ｌｆを走査させ、ｆ−θレンズを通してレーザ光ＬｆをワークＷの所望の位置（レーザ光照射箇所）に集光する。制御装置４は、レーザ発振器２及びスキャナ３の制御を行う。

受光センサ５は、加工対象物であるワークＷのレーザ光照射箇所から出射される戻り光の強度をリアルタイムに測定する。ここで、戻り光は、ワークＷがレーザ光により熱を受けたときに放出される熱放射光である。熱放射光とは、物体の温度に応じて放出される電磁波であって、例えば約８００ナノメートルの波長を有する赤外光や、約５５０ナノメートルの波長を有するプラズマ光などである。本実施の形態では、戻り光に含まれるプラズマ光成分について強度の測定を行う。

受光センサ５で測定する戻り光は、レーザ光Ｌｆと同軸方向に放出された戻り光Ｌｂで、スキャナ３に設置された受光部９、偏向ビームスプリッタ７、集光レンズ８を介して受光センサ５に入射する。偏向ビームスプリッタ７は、レーザ発振器２から出射されたレーザ光Ｌｆ（波長約１０００ナノメートル）を透過させ、レーザ光照射箇所から放出され受光部９を通過した戻り光Ｌｂのプラズマ光成分を反射させる。集光レンズ８は、偏向ビームスプリッタ７から反射された戻り光Ｌｂを集光し受光センサ５に入射させる。

なお、戻り光は、レーザ光Ｌｆと同軸方向以外の方向にも放出される（例えば、Ｌｂ_２、Ｌｂ_３）。レーザ光Ｌｆと同軸方向以外の方向に放出された戻り光を受光センサ５に入射させるよう、偏向ビームスプリッタ７、集光レンズ８、受光部９を配置してもよい。

受光センサ５は、アンプを介して戻り光Ｌｂの強度に応じた出力信号を処理装置６に出力する。処理装置６は、受光センサ５から入力された出力信号の分析処理を行う。出力信号の分析処理の詳細については後述する。

ワークＷは、形状が板状で、材質は、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）である。なお、ワークＷの形状は板状に限られず、例えば直方体のブロックなどであってもよい。

ここで、レーザ光を走査してワークの穴あけ加工をする場合に発生する不具合について、ワークＷの材質がＣＦＲＰである場合を例に説明する。
図２は、ワークＷとしてのＣＦＲＰの概略構成について示す図である。図２に示すように、ＣＦＲＰは、強化材としての炭素繊維と、母材としての樹脂（主にエポキシ樹脂）と、から構成される複合材料である。ＣＦＲＰは、高い強度と軽さとを併せ持つため、自動車や航空機の部品など様々な用途に使用されている。

ＣＦＲＰの穴あけ加工では、加工性の悪い炭素繊維を切断する必要がある。このため、ＣＦＲＰの穴あけ加工に一般的な機械加工方法を用いると、摩耗により工具の寿命が著しく短くなるとともに品質の低下を招く恐れもある。現在、ＣＦＲＰの穴あけ加工には、工具が対象物に触れない非接触加工方式であるウォータージェット加工が利用される場合が多い。ウォータージェット加工は、高圧・高速で噴出される水流を利用して加工対象物の切断などを行うものである。しかし、ウォータージェット加工によりＣＦＲＰの穴あけ加工を行うと加工時間が非常に長くなるという問題がある。このため、ＣＦＲＰの穴あけ加工において、ウォータージェット加工に対して加工時間の短縮が期待できるレーザ光の適用が検討されている。

ＣＦＲＰを構成する樹脂は、レーザ光の照射により高温の熱を受けると燃えて消失する。ＣＦＲＰの穴あけ加工にレーザ穴あけ装置を用いる場合、レーザ光の熱による樹脂の消失をできるだけ抑えるために、２ｋＷ程度の低出力のレーザ光を用いる場合が多い。ＣＦＲＰの穴あけに低出力のレーザ光を用いる場合、ワークＷに穴をあけるために、当該穴の周囲領域に複数周回、レーザ光Ｌｆを走査して照射する必要がある。

図３は、ワークＷ上におけるレーザ光Ｌｆの走査軌跡（以下、単に「レーザ光Ｌｆの走査軌跡」という）について模式的に示す図である。図３に示すように、レーザ光Ｌｆの走査軌跡の内側が穴あけ部である。レーザ光Ｌｆの走査軌跡は、形状が円形でその直径がＤであるとする。レーザ光Ｌｆの走査速度をＶ、ワークＷの穴あけが完了するまでにレーザ光Ｌｆを走査させる周回数をｎ、とすると、ワークＷの穴あけが完了するまでに要する時間はπＤｎ／Ｖで表される。

例えば、ビーム径０．２ｍｍ、出力２．５ｋＷのレーザ光Ｌｆを走査速度８３３ｍｍ／ｓｅｃで走査させて厚さ３ｍｍのＣＦＲＰ材のワークに直径５ｍｍの穴あけを行う場合について考える。レーザ光Ｌｆの出力などの装置設定、ワークＷの材質、ワークＷの厚さなどの諸条件から、穴あけを完了するまでにレーザ光Ｌｆを走査させる周回数は８回と推定される。このとき、ワークＷの穴あけが完了するまでに要すると推定される時間（穴あけ完了予定時間Ｔｅ）は、πＤｎ／Ｖ＝π×５[ｍｍ]×８[回]／８３３[ｍｍ／ｓｅｃ]＝０．１５ｓｅｃである。つまり、理論上は、０．１５ｓｅｃでワークＷの穴あけ加工を終了できる。

しかし、実際の加工では、ワークＷの厚さのばらつきなどの誤差因子により、レーザ光Ｌｆを８回走査させても穴あけが完全に完了しない場合がある。ここで、穴あけが完全に完了しない場合とは、レーザ光Ｌｆの走査軌跡の一部に貫通していない箇所が存在する場合をいう。

誤差因子にかかわらず穴あけを確実に完了させるためには、穴あけを完了するために必要と推定されるレーザ光Ｌｆの周回数に加えて、一律にレーザ光Ｌｆを一定の周回数余分に走査させることも考えられる。上述のケースでは、穴あけを完了するまでにレーザ光Ｌｆを走査させる周回数８回にさらに３回プラスする。つまり、ワークＷの穴あけ加工を開始してから終了するまでの時間を、πＤｎ／Ｖ＝π×５[ｍｍ]×１１[回]／８３３[ｍｍ／ｓｅｃ]＝０．２１ｓｅｃとする。

上述したように、ＣＦＲＰを構成する樹脂は、レーザ光Ｌｆの照射により高温の熱を受けると燃えて消失する。このため、レーザ光Ｌｆを用いてワークＷの加工を行うと、ワークＷにはレーザ光Ｌｆの熱によって変質する箇所（熱影響部）が生じる。つまり、熱影響部では、樹脂が燃えて蒸発し、炭素繊維だけが残る。図４は、レーザ光Ｌｆを用いてワークＷの加工を行った場合に生じる熱影響部について説明する図である。図４に示すように、熱影響部は、ワークＷの切断箇所の周辺に生じる。この熱影響部の範囲を低減するためには、ワークＷにレーザ光を照射する時間をできるだけ短くする必要がある。

上述のように、穴あけを完了するために必要と推定されるレーザ光を走査する周回数に加えて、一律にレーザ光を一定の周回数だけ余分に走査させると、誤差因子にかかわらず穴あけを確実に完了させることができる。しかしながら、すでにワークＷの穴あけが完了している場合にさらにレーザ光を一定の周回数余分に走査させると、無駄な熱エネルギーがワークＷの切断箇所から入り熱影響部の範囲が著しく増大する。

図５は、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射の開始から終了（穴あけ加工の開始から終了）までの、ワークＷの熱影響部の幅の変化について模式的に示す図である。ここでワークＷの熱影響部の幅は、レーザ光Ｌｆの走査軌跡の外周曲線または切断箇所の法線方向（レーザ光Ｌｆの走査軌跡が円の場合は半径方向）への幅を意味する。図５に示すように、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対してレーザ光Ｌｆの出射を開始（穴あけ加工開始）してから、レーザ光Ｌｆによる熱が熱影響部の幅が徐々に広がる。ワークＷの穴あけ完了後も、熱影響部の幅はレーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了（穴あけ加工終了）するまで広がり続ける。ワークＷの穴あけ完了後における熱影響部の幅の広がりを抑えるには、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングをワークＷの穴あけが完了した時点にできるだけ近づける必要がある。

図６は、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射の開始から終了（穴あけ加工の開始から終了）までの、受光センサ５により測定される戻り光Ｌｂの強度の変化について模式的に示す図である。図６に示すように、レーザ光Ｌｆの出力が徐々に上昇する期間（スロープアップ期間）において、レーザ光Ｌｆの出力に追随して戻り光Ｌｂの強度が上昇する。その後、戻り光Ｌｂの強度は相対的に高いレベルで推移する。レーザ光がワークＷを貫通すると戻り光Ｌｂの強度が急激に低下する。その後、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するまで戻り光Ｌｂの強度は相対的に低いレベルで推移する。

本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置１において、戻り光Ｌｂの強度によりレーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する方法について以下で説明する。
上述したように、レーザ光ＬｆがワークＷを貫通すると戻り光Ｌｂの強度が急激に低下することから、戻り光Ｌｂの強度が予め定められた閾値以下になったか否かで、ワークＷがレーザ光照射箇所において貫通したか否かを判断できる。なお、ワークＷがレーザ光照射箇所において貫通したか否かについて、戻り光Ｌｂの強度の単位時間あたりの変化量（微分値）によって判断してもよい。

レーザ光Ｌｆの走査軌跡の全周でレーザ光ＬｆがワークＷを貫通したとき、ワークＷの穴あけが完了する。よって、ワークＷ上においてレーザ光Ｌｆが走査によって穴の周囲に一周照射される時間以上、連続して戻り光Ｌｂの強度が閾値以下であれば、レーザ光Ｌｆの走査軌跡の全周でワークＷが貫通した、つまり、穴あけが完了したと判断できる。ここで、ワークＷ上においてレーザ光Ｌｆが走査によって穴の周囲に一周照射される時間は、ワーク上におけるレーザ光Ｌｆの走査軌跡の一周の長さをレーザ光Ｌｆの走査速度で割ることにより求められる。例えば、レーザ光Ｌｆの走査軌跡の形状が直径Ｄの円でレーザ光Ｌｆの走査速度がＶであるとすると（図３参照）、ワークＷ上においてレーザ光Ｌｆが走査によって穴の周囲に一周照射される時間はπＤ／Ｖで表せる。

ワークＷ上においてレーザ光Ｌｆが走査によって穴の周囲に一周照射される時間を規定時間ｔとして、連続して戻り光Ｌｂの強度が閾値以下である時間Ｔｓが規定時間ｔを超えたとき、直ちに、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了すれば、ワークＷの穴あけを確実に完了することができるとともに、ワークＷの穴あけ完了後における熱影響部の幅の広がりを抑えることができる。なお、規定時間ｔは、レーザ光Ｌｆが走査軌跡を１周する時間に安全率を乗じたものであってもよい。

次に、本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置１において、戻り光Ｌｂの強度によりレーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローについて以下で説明する。
図７は、本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置１において、戻り光Ｌｂの強度によりレーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローのフローチャートである。なお、以下の説明では図１についても適宜参照する。図７に示すように、まず、ステップＳ１０１では、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を開始する。次に、ステップＳ１０２では、戻り光Ｌｂの強度を測定し、測定された戻り光Ｌｂの強度が予め定められた閾値以下であるときにワークＷのレーザ光照射箇所における貫通を検出する。具体的には、受光センサ５において戻り光Ｌｂの強度を測定し、処理装置６において、測定された戻り光Ｌｂの強度が予め定められた閾値以下であるか否かを判断する。そして、測定された戻り光Ｌｂの強度が予め定められた閾値以下であるときには、処理装置６が、ワークＷのレーザ光照射箇所における貫通を検出した旨の信号を制御装置４に出力する。

ステップＳ１０３では、連続して戻り光Ｌｂの強度が閾値以下である時間（つまり、検出部によってレーザ光照射箇所における貫通が連続して検出された時間）Ｔｓを計測する。具体的には、制御装置４が、処理装置６からワークＷのレーザ光照射箇所における貫通を検出した旨の信号を連続して受けた時間の計測を行う。ステップＳ１０４では、制御装置４において、Ｔｓが規定時間ｔを超えたか否かを判断する。ステップＳ１０４でＴｓが規定時間ｔを超えたと判断された時は、ステップＳ１０５において、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了する。具体的には、制御装置４が、レーザ発振器２及びスキャナ３に対して、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するよう指令する。ステップＳ１０４でＴｓが規定時間ｔを超えていないと判断された時は、処理をステップＳ１０２に戻す。

このようにすることで、穴あけが不十分な状態で加工を終了してしまうことなく、かつ、ワークの切断箇所の周辺における熱影響部の範囲を抑えることができる。

［変形例］
本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置１の戻り光Ｌｂの強度によりレーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローの変形例について以下で説明する。図７で説明した処理フローとの違いは、穴あけを開始してからの経過時間である加工時間Ｔｐによってレーザ光の出力を上げる否かの判断をする点である。
図８は、本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置１において、戻り光Ｌｂの強度によりレーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローのフローチャートである。なお、以下の説明では図１についても適宜参照する。図８に示すように、まず、ステップＳ２０１では、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を開始する。次に、ステップＳ２０２では、戻り光Ｌｂの強度を測定し、測定された戻り光Ｌｂの強度が予め定められた閾値以下であるときにワークＷのレーザ光照射箇所における貫通を検出する。具体的には、受光センサ５において戻り光Ｌｂの強度を測定し、処理装置６において、測定された戻り光Ｌｂの強度が予め定められた閾値以下であるか否かを判断する。そして、測定された戻り光Ｌｂの強度が予め定められた閾値以下であるときには、処理装置６が、ワークＷのレーザ光照射箇所における貫通を検出した旨の信号を制御装置４に出力する。

ステップＳ２０３では、連続して戻り光Ｌｂの強度が閾値以下である時間Ｔｓを計測する。具体的には、制御装置４が、処理装置６から連続してワークＷのレーザ光照射箇所における貫通を検出した旨の信号を受けた時間の計測を行う。ステップＳ２０４では、制御装置４において、Ｔｓが規定時間ｔを超えたか否かを判断する。ステップＳ２０４でＴｓが規定時間ｔを超えたと判断された時は、ステップＳ２０５において、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了する。具体的には、レーザ発振器２及びスキャナ３に対して、制御装置４が、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了させるよう指令する。

ステップＳ２０４でＴｓが規定時間ｔを超えていないと判断された時は、ステップＳ２０６では、穴あけを開始してからの経過時間である加工時間Ｔｐが穴あけ完了予定時間Ｔｅを超えたか否かを制御装置４にて判断する。ここで、穴あけ完了予定時間Ｔｅは、上述したようにワークＷの穴あけが完了するまでに要すると推定される時間である。ステップＳ２０６で加工時間Ｔｐが穴あけ完了予定時間Ｔｅを超えたと判断されたときは、ステップＳ２０７では、レーザ光の出力を上げるよう制御装置４がレーザ発振器２を制御し、処理をステップＳ２０２に戻す。ステップＳ２０６で加工時間Ｔｐが穴あけ完了予定時間Ｔｅを超えていないと判断されたときは、処理をステップＳ２０２に戻す。

これにより、レーザ光を走査してワークの穴あけ加工をする場合に、穴あけが不十分な状態で加工を終了してしまうことなく、かつ、ワークの切断箇所の周辺における熱影響部の範囲を抑えることができる。また、加工時間が穴あけ完了予定時間を超えた場合にレーザ光の出力を上げることで、穴あけ加工に要する時間を低減できる。

[実施の形態２]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。
図９は、本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置２１の概略構成を示す図である。
実施の形態１にかかるレーザ穴あけ装置１では、ワークＷに対してレーザ光Ｌｆを照射する側に戻り光Ｌｂの強度を測定する受光センサ５を設け、戻り光Ｌｂの強度によりワークＷのレーザ照射箇所における貫通を判断する（図１参照）。これに対し、本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置２１では、ワークＷのレーザ光Ｌｆを照射する側の裏側に配置されたカメラ２５により撮影された画像情報において、ワークＷを貫通したときに貫通箇所から漏れる貫通光Ｌｔが検出されたか否かによって、ワークＷのレーザ照射箇所における貫通を判断する（図９参照）。

図９に示すように、レーザ穴あけ装置２１は、検出部としてカメラ２５及び処理装置２６を備えている。カメラ２５は、ワークＷのレーザ光Ｌｆを照射する側の裏側を連続的に撮影する。処理装置２６は、カメラ２５が撮影した画像情報について解析し、レーザ光ＬｆがワークＷを貫通したときに貫通箇所から漏れる貫通光Ｌｔを検出する処理を行う。具体的には、画像解析によって画像情報に輝度が予め定められた閾値以上の箇所が検出された場合、当該画像情報に貫通光Ｌｔが含まれていると判断する。

次に、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローについて以下で説明する。
次に、本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置１において、戻り光Ｌｂの強度によりレーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローについて以下で説明する。
図１０は、本実施の形態にかかるレーザ穴あけ装置２１における、カメラ２５の撮影した画像情報に基づいて、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローのフローチャートである。なお、以下の説明では図９についても適宜参照する。図１０に示すように、まず、ステップＳ３０１では、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を開始する。次に、ステップＳ３０２では、ワークＷのレーザ光Ｌｆを照射する側の裏側を連続して撮影し、撮影された画像情報に貫通光Ｌｔが含まれているときにワークＷのレーザ光照射箇所における貫通を検出する。具体的には、カメラ２５においてワークＷのレーザ光Ｌｆを照射する側の裏側を連続して撮影を行い、撮影された画像情報について処理装置２６で画像解析を行う。処理装置２６は、画像解析の結果、当該画像情報に貫通光Ｌｔが含まれていると判断したときに、ワークＷのレーザ光照射箇所における貫通を検出した旨の信号を制御装置４に出力する。

ステップＳ３０３では、連続して、画像情報に貫通光Ｌｔが含まれている時間（つまり、検出部によってレーザ光照射箇所における貫通が連続して検出された時間）Ｔｓ_２を計測する。具体的には、制御装置４が、処理装置６から連続してワークＷのレーザ光照射箇所における貫通を検出した旨の信号を受けた時間の計測を行う。ステップＳ３０４では、制御装置４において、Ｔｓ_２が規定時間ｔを超えたか否かを判断する。ステップＳ３０４でＴｓ_２が規定時間ｔを超えたと判断された時は、ステップＳ３０５において、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了する。具体的には、レーザ発振器２及びスキャナ３に対して、制御装置４が、レーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了させるよう指令する。ステップＳ３０４でＴｓ_２が規定時間ｔを超えていないと判断された時は、処理をステップＳ３０２に戻す。

これにより、レーザ光を走査してワークの穴あけ加工をする場合に、穴あけが不十分な状態で加工を終了してしまうことなく、かつ、ワークの切断箇所の周辺における熱影響部の範囲を抑えることができる。

なお、実施の形態２にかかるレーザ穴あけ装置２１のレーザ光Ｌｆの走査軌跡に対する出射を終了するタイミングを判断する処理フローにおいて、実施の形態１の変形例における処理フロー（図８参照）のように、加工時間によってレーザ光の出力を上げるか否かの判断をしてもよい。

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１ レーザ穴あけ装置
２ レーザ発振器
３ スキャナ
４ 制御装置
５ 受光センサ
６ 処理装置

Claims (2)

1. ワークに穴をあけるために当該穴の周囲領域にレーザ光を走査して照射することにより前記ワークの穴あけ加工を行うレーザ穴あけ装置であって、
   レーザ光を出射するレーザ出射部と、
   レーザ光を走査するレーザ走査部と、
   前記レーザ出射部および前記レーザ走査部を制御する制御部と、
   前記ワークのレーザ光照射箇所における貫通を検出する検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記検出部によって前記レーザ光照射箇所における貫通が連続して検出された時間を計測し、当該計測した時間が前記ワーク上において前記レーザ光が走査によって穴の周囲に一周照射される時間以上となったときに、前記ワーク上におけるレーザ光の走査軌跡に対する出射を終了させ、
   前記制御部は、穴あけ加工を開始してからの経過時間が予め定められた穴あけ完了予定時間を超えても前記検出部により前記レーザ光照射箇所における貫通が検出されない場合にレーザ光の出力を上げるレーザ穴あけ装置。
2. 前記検出部は、前記レーザ光照射箇所から熱放射した戻り光の強度を測定する受光センサと、前記受光センサにより測定された前記戻り光の強度が予め定められた閾値以下であるときに前記ワークの前記レーザ光照射箇所においてレーザ光が貫通したと判断する処理装置と、を備える請求項１に記載のレーザ穴あけ装置。

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