JP7713186B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物に対してレーザ光を照射することにより被加工物に対して種々の加工を行うレーザ加工装置に関する。

従来から、炭素鋼などの被加工物の表面にレーザ光を照射することによりレーザ光を照射した部分をオーステナイト状態まで加熱して焼入れ処理を行うレーザ焼入れ装置が知られている。この場合、被加工物におけるオーステナイト状態まで加熱された部分の急冷は、レーザ光が通過した後における被加工物の内部や周辺への熱拡散および熱伝導によって自己的に行われる。例えば、下記特許文献１には、レーザ光を照射した被加工物の加熱部分の温度に応じてレーザ光の出力を増減させるようにしたレーザ焼入れ装置が開示されている。

特開平３－５６６１５号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されたレーザ焼入れ装置においては、被加工物に対するレーザ光が照射された後の温度が不明であるため、焼入れ処理のための急冷処理が適切に行われているか否かが判然とせず、焼入れ処理不良を一早く把握することが困難であるという問題がある。

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、被加工物に対する加工不良を迅速に把握することができるレーザ加工装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同表面の加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光を出射するレーザ光源と、被加工物を着脱自在に保持するテーブルと、被加工物に対して光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、被加工物における光スポットが通過した部分の温度を表す温度検出信号を出力する温度検出器と、温度検出信号を用いて被加工物の表面の温度を監視して被加工物における光スポットが通過した部分の温度が所定の温度になったことを検出する制御装置と、被加工物に対する温度検出器による温度の測定位置を変更する測定位置調整機構とを備え、光スポット走査手段は、テーブルとレーザ光源とを互いに相対変位させるＸＹ送り装置であり、測定位置調整機構は、制御装置による作動制御によって被加工物に対する温度検出器による温度の測定位置を変更するものであり、制御装置は、被加工物における光スポットの加工中の送り速度の変化に応じて被加工物に対する温度検出器による温度の測定位置を変更することにある。

このように構成した本発明の特徴によれば、レーザ加工装置は、被加工物における光スポットが通過した部分の温度を検出する温度検出器を備えているため、光スポットによって熱せられた後のレーザ光の照射部分の温度を確認することで被加工物に対する加工不良を迅速に把握することができる。特に、レーザ加工装置は、光スポットが通過した直後の加熱以外の処理がなされてないレーザ光の照射部分の温度を把握することで被加工物に対する熱処理不良を迅速に把握することができる。また、レーザ加工装置は、制御装置が被加工物における光スポットが通過した部分の温度が所定の温度になったことを検出しているため、被加工物に対する熱処理不良を容易かつ正確に把握することができる。また、レーザ加工装置は、被加工物に対する温度検出器による温度の測定位置を変更する測定位置調整機構を備えているため、被加工物の仕様またはレーザ加工の仕様に応じて所望する測定位置で温度を検出することができる。また、レーザ加工装置は、制御装置が被加工物における光スポットの送り速度に応じて測定位置調整機構の作動を制御して被加工物に対する温度の測定位置を変更するため、被加工物に対する加工中の送り速度の変化に応じて測定位置を変化させることで被加工物に対する熱処理不良を精度良く把握することができる。

なお、レーザ加工装置が行なうレーザ光を用いた加工には、レーザによる焼入れ、焼き戻し、焼きなましまたは焼きならしなどの被加工物上の表面改質処理、被加工物上に異種または同種の材料を密着させるレーザ肉盛、２つの被加工物を互いに接続するレーザ溶接などがある。

また、上記目的を達成するため、本発明の特徴は、被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同表面の加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光を出射するレーザ光源と、被加工物を着脱自在に保持するテーブルと、被加工物に対して光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、被加工物における光スポットが通過した部分の温度を表す温度検出信号を出力する温度検出器と、レーザ光源の作動を制御するとともに、温度検出信号を用いて被加工物の表面の温度を監視する制御装置を備え、光スポット走査手段は、テーブルとレーザ光源とを互いに相対変位させるＸＹ送り装置であり、制御装置は、レーザ光を被加工物に対して照射してから所定時間経過後に被加工物の表面の温度の監視を開始することにある。

このように構成した本発明の特徴によれば、レーザ加工装置は、被加工物における光スポットが通過した部分の温度を検出する温度検出器を備えているため、光スポットによって熱せられた後のレーザ光の照射部分の温度を確認することで被加工物に対する加工不良を迅速に把握することができる。特に、レーザ加工装置は、光スポットが通過した直後の加熱以外の処理がなされてないレーザ光の照射部分の温度を把握することで被加工物に対する熱処理不良を迅速に把握することができる。

また、上記目的を達成するため、本発明の特徴は、被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同表面の加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光を出射するレーザ光源と、被加工物を着脱自在に保持するテーブルと、被加工物に対して光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、被加工物における光スポットが通過した部分の温度を表す温度検出信号を出力する温度検出器と、テーブルに対してレーザ光源と温度検出器とが一体的に変位するようにレーザ光源と温度検出器とを一体的に支持する支持具とを備え、光スポット走査手段は、テーブルとレーザ光源とを互いに相対変位させるＸＹ送り装置であることにある。

このように構成した本発明の特徴によれば、レーザ加工装置は、被加工物における光スポットが通過した部分の温度を検出する温度検出器を備えているため、光スポットによって熱せられた後のレーザ光の照射部分の温度を確認することで被加工物に対する加工不良を迅速に把握することができる。特に、レーザ加工装置は、光スポットが通過した直後の加熱以外の処理がなされてないレーザ光の照射部分の温度を把握することで被加工物に対する熱処理不良を迅速に把握することができる。

また、上記目的を達成するため、本発明の特徴は、被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同表面の加工を行うレーザ加工装置において、レーザ光を出射するレーザ光源と、被加工物を着脱自在に保持するテーブルと、被加工物に対して光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、被加工物における光スポットが通過した部分の温度を表す温度検出信号を出力する温度検出器と、テーブルと温度検出器とを光スポット走査手段による相対変位の方向に直交するＺ軸方向に互いに相対変位させるＺ送り装置とを備え、光スポット走査手段は、テーブルとレーザ光源とを互いに相対変位させるＸＹ送り装置であることにある。

このように構成した本発明の特徴によれば、レーザ加工装置は、被加工物における光スポットが通過した部分の温度を検出する温度検出器を備えているため、光スポットによって熱せられた後のレーザ光の照射部分の温度を確認することで被加工物に対する加工不良を迅速に把握することができる。特に、レーザ加工装置は、光スポットが通過した直後の加熱以外の処理がなされてないレーザ光の照射部分の温度を把握することで被加工物に対する熱処理不良を迅速に把握することができる。

また、本発明の他の特徴は、前記レーザ加工装置において、さらに、レーザ光源の作動を制御するとともに、温度検出信号を用いて被加工物の表面の温度を監視する制御装置を備えることにある。

また、本発明の他の特徴は、前記レーザ加工装置において、さらに、被加工物に対する温度検出器による温度の測定位置を変更する測定位置調整機構とを備え、測定位置調整機構は、レーザ光源に対して接近または離隔する方向に延びてこれらの接近または離隔する位置で温度検出器を支持する長孔状の支持孔を備えていることにある。

また、これらの場合、前記レーザ加工装置において、温度検出器は、レーザ光源に対して同レーザ光源の進行方向の後ろ側に配置されて同レーザ光源とともに変位することにある。これによれば、レーザ加工装置は、温度検出器がレーザ光源に対して同レーザ光源の進行方向の後ろ側に配置されて同レーザ光源とともに変位するため、レーザ光源の変位に正確に追従して被加工物の温度を測定することができる。

また、これらの場合、レーザ加工装置において、被加工物における光スポットが通過した部分の温度の履歴を記憶する温度履歴記憶部を備えることにある。これによれば、レーザ加工装置は、被加工物における光スポットが通過した部分の温度の履歴を記憶する温度履歴記憶部を備えているため、被加工物の加工内容を記録として残して後日の追跡を可能とするトレーサビリティ性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の構成を模式的に示したブロック図である。 図１に示すレーザ加工装置が被加工物の表面に形成する光スポットに対して温度検出器が温度を測定する位置を模式的に示す説明図である。 図１に示すレーザ加工装置におけるレーザ制御部が実行する加熱後温度監視プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 図１に示すレーザ加工装置におけるレーザ制御部が実行する温度監視サブプログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

（レーザ加工装置１００の構成）
以下、本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るレーザ加工装置１００の構成を模式的に示したブロック図である。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。このレーザ加工装置１００は、コンピュータ制御（ＮＣ制御）によって炭素鋼などの金属材からなる被加工物ＷＫ上にレーザ光Ｌを照射して表層に焼入れ処理を行うレーザを用いた熱処理装置である。

レーザ加工装置１００は、テーブル１０１を備えている。テーブル１０１は、被加工物ＷＫを着脱自在に保持する板状の載置台であり、ＸＹ送り装置１０２によって支持されている。ＸＹ送り装置１０２は、後述する総合制御装置１２０による作動制御によってテーブル１０１を同一平面内にて互いに直交する図示Ｘ軸方向および図示Ｙ軸方向の２軸方向にそれぞれ変位させるための機械装置であり、送りねじ機構を備えて構成されている。

この場合、送りねじ機構は、雄ねじが形成されて図示Ｘ軸方向および図示Ｙ軸方向にそれぞれ延びる送りねじ軸（図示せず）と、これらの各雄ねじに噛み合う雌ねじがそれぞれ形成されてテーブル１０１に直接的または間接的に連結されるナット部（図示せず）とをそれぞれ備えて構成されている。なお、図１においてＸ軸方向は左右方向であり、Ｙ軸方向は紙面の奥行方向である。

この送り機構における図示Ｘ軸方向および図示Ｙ軸方向にそれぞれ延びる送りねじ軸には、図示しない送りモータがそれぞれ接続されている。これらの各送りモータは、各送りねじ軸を正回転方向および逆回転方向にそれぞれ回転駆動する電動モータ（本実施形態においてはサーボモータ）であり、総合制御装置１２０によって作動がそれぞれ制御される。

テーブル１０１の上方には、レーザ光源１１０が設けられている。レーザ光源１１０は、テーブル１０１上に保持された被加工物ＷＫに対してレーザ光Ｌを出射して加熱するための光学装置であり支持具１１１によって支持されている。本実施形態においては、波長が９４０ｎｍ、出力が２ｋＷの半導体レーザで構成されている。このレーザ光源１１０は、レーザ駆動部１１６を介して総合制御装置１２０によって作動制御されて、被加工物ＷＫの表面に一辺が５ｍｍ四方の方形の光スポットＳＰを形成する。なお、光スポットＳＰの形状および大きさは焼入れ処理の仕様に応じて適宜設定されるものであり、本実施形態に限定されるものではない。

支持具１１１は、テーブル１０１の上方でレーザ光源１１０および温度検出器１１５をそれぞれ支持するための金属製の部品であり、レーザ光源１１０および温度検出器１１５がそれぞれ貫通する貫通孔の支持孔１１１ａ，１１１ｂをそれぞれ有した板状体で構成されている。この場合、支持具１１１は、テーブル１０１に対するレーザ光源１１０および温度検出器１１５のテーブル１０１の表面に対する角度を変更可能な状態でレーザ光源１１０および温度検出器１１５をそれぞれ支持する。また、支持具１１１は、測定位置調整機構１１２および目盛り１１３をそれぞれ備えている。

測定位置調整機構１１２は、温度検出器１１５による温度の測定位置ＭＰを変更するための部分であり、主として、支持孔１１１ｂ、ロック孔１１２ａおよび止めネジ１１２ｂをそれぞれ備えている。支持孔１１１ｂは、温度検出器１１５をレーザ光源１１０に対して接近または離隔した位置で支持するための部分であり、図示Ｙ軸方向の延びる長孔状に形成されている。この支持孔１１１ｂは、レーザ光源１１０の進行方向に対して後ろ側に形成されている。

ロック孔１１２ａは、支持孔１１１ｂの長手方向における任意の位置で温度検出器１１５の位置を固定するための部分であり、止めネジ１１２ｂが貫通する貫通孔が支持孔１１１ｂに沿って延びる長孔状に形成されている。止めネジ１１２ｂは、支持孔１１１ｂの長手方向における任意の位置で温度検出器１１５の位置を固定するための部品であり、ロック孔１１２ａを介して温度検出器１１５にネジ嵌合する雄ネジで構成されている。

目盛り１１３は、温度検出器１１５の変位量を把握するための部分であり、支持具１１１の外表面に支持孔１１１ｂに沿って付されている。この目盛り１１３は、温度検出器１１５に設けられた片状の指し針１１３ａによって指し示される。この支持具１１１は、Ｚ送り装置１１４によって支持されている。

Ｚ送り装置１１４は、総合制御装置１２０による作動制御によってレーザ光源１１０を図示Ｘ軸方向および図示Ｙ軸方向にそれぞれ直交する図示Ｚ軸方向（図示上下方向）に変位させるための機械装置であり、送りねじ機構を備えて構成されている。なお、本実施形態においては、レーザ光源１１０に対してテーブル１０１が図示Ｘ軸方向および図示Ｙ軸方向に変位し、テーブル１０１に対してレーザ光源１１０が図示Ｚ軸方向に変位するように構成した。しかし、テーブル１０１とレーザ光源１１０とは、互いに相対変位するように構成されていればよいため、少なくともどちらか一方が他方に対して変位するように構成されていればよい。

温度検出器１１５は、被加工物ＷＫの表面における前記光スポットＳＰが照射されて通過した部分の温度に対応する電気信号である温度検出信号をレーザ駆動部１１６に出力する温度検出装置である。本実施形態においては、温度検出器１１５は、放射温度計で構成されている。この温度検出器１１５は、レーザ光源１１０の側方に支持具１１１によって支持されている。この場合、温度検出器１１５は、図２に示すように、温度の測定位置ＭＰが被加工物ＷＫの表面における前記光スポットＳＰが形成された部分に対してこの光スポットＳＰの進行方向の後方部分に位置するように支持具１１１によって支持される。

レーザ駆動部１１６は、図示しない外部電源から供給される電力を総合制御装置１２０の作動制御に応じてレーザ光源１１０に供給することによってレーザ光源１１０の作動を制御するためのドライバとして機能する定電流電源である。このレーザ駆動部１１６は、総合制御装置１２０からの指示に従って前記定電流電源の作動を制御するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されたレーザ制御部１１６ａを備えている。

レーザ制御部１１６ａは、レーザ光Ｌの出射の可否およびレーザ光Ｌの出力強度をそれぞれ独立して制御してレーザ光源１１０からレーザ光Ｌを連続発振させる。また、レーザ制御部１１６ａは、加熱後必要温度を記憶している。ここで、加熱後必要温度は、レーザ光Ｌによって加熱された部分について適切に焼入れ処理が行われるためにレーザ光Ｌの照射が終了してから所定時間経過後に変化しているべき理想の温度である。この場合、加熱後必要温度は、焼入れ処理が適正に行われる特定された１つの温度または温度範囲である。そして、加熱後必要温度は、焼入れ処理の実行前に作業者によって予め設定される。

このレーザ制御部１１６ａには、操作パネル１１６ｃが接続されている。操作パネル１１６ｃは、作業者からの指示を受け付けてレーザ制御部１１６ａに入力するスイッチ群からなる入力装置（図示せず）およびレーザ制御部１１６ａの作動状況を表示する液晶表示装置（図示せず）を備えたレーザ制御部１１６ａ専用の入出力インターフェースである。

総合制御装置１２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、レーザ加工装置１００の全体の作動を総合的に制御するとともに、作業者によって用意される図示しない焼入れ処理プログラム（所謂ＮＣ（Numerical Control）プログラム）に従ってレーザ光源１１０からレーザ光Ｌを出射させながらテーブル１０１とレーザ光源１１０とを相対変位させることにより被加工物ＷＫの熱処理加工を制御する。

この総合制御装置１２０は、総合制御装置１２０に対して作業者からの操作を受付けるための操作スイッチ群からなる操作盤１２１、作業者に対して総合制御装置１２０の作動状況を表示するための液晶ディスプレイからなる表示装置１２２をそれぞれ備えている。

（レーザ加工装置１００の作動）
次に、上記のように構成したレーザ加工装置１００の作動について説明する。まず、被加工物ＷＫに対して焼入れ処理を行う作業者は、被加工物ＷＫを用意してテーブル１０１上にセットした後、温度検出器１１５による被加工物ＷＫ上での温度の測定位置ＭＰを設定する。

具体的には、作業者は、測定位置調整機構１１２における止めネジ１１２ｂを緩めて温度検出器１１５を支持孔１１１ｂの長手方向（図示Ｙ軸方向）に変位させて温度検出器１１５による被加工物ＷＫ上での温度の測定位置ＭＰを位置決めする。この場合、被加工物ＷＫ上における温度の測定位置ＭＰは、被加工物ＷＫの表面におけるレーザ光Ｌを照射し終えた後、所定の時間が経過した部分である。

ここで、レーザ光Ｌを照射した後温度を測定するまでの所定の時間は、被加工物ＷＫにおけるレーザ光Ｌが照射されて加熱された部分について、レーザ光Ｌの照射完了後に温度測定を開始するまでの時間である（以後、「遅れ測定時間」ということがある）。この遅れ測定時間は、被加工物ＷＫの種類に応じて適宜設定される。本実施形態においては、温度の測定位置ＭＰは、レーザ光Ｌが照射された部分が照射完了後１秒経過後に位置する位置（約１０ｍｍ変位した部分）に設定される。

作業者は、温度検出器１１５における照準機能（光学照準、ＬＥＤ照準またはレーザ照準）を用いて被加工物ＷＫ上での温度の測定位置ＭＰを特定した後、止めネジ１１２ｂを締め付けて温度検出器１１５の位置および姿勢を固定する。これにより、作業者は、温度検出器１１５による被加工物ＷＫ上での温度の測定位置ＭＰを設定することができる。

次に、作業者は、総合制御装置１２０に対して焼入れ処理の条件の設定を行う。具体的には、作業者は、操作盤１２１を操作して被加工物ＷＫに対する焼入れ処理の位置、レーザ光Ｌの出力および送り速度などの情報をそれぞれ入力する。また、作業者は、操作パネル１１６ｃを操作してレーザ制御部１１６ａに遅れ測定時間および加熱後必要温度をそれぞれ設定する。本実施形態においては、作業者は、遅れ測定時間として１秒を設定するとともに、加熱後必要温度として５００℃を設定する。

なお、作業者は、加熱後必要温度について下限温度および上限温度からなる温度範囲、または、ある特定の温度とその特定の温度に対して許容される範囲（例えば、±１０℃）とを総合制御装置１２０に対して入力することもできる。

次に、作業者は、総合制御装置１２０に対して焼入れ処理の実行を指示する。この指示に応答して総合制御装置１２０は、焼入れ処理プログラムの実行を開始して被加工物ＷＫに対して焼入れ処理を行う。

具体的には、総合制御装置１２０は、レーザ駆動部１１６におけるレーザ制御部１１６ａに対して図３に示す加熱後温度監視プログラムの実行を指示した後、ＸＹ送り装置１０２およびＺ送り装置１１４の各作動をそれぞれ制御して被加工物ＷＫをレーザ光源１１０に対して位置決めさせてレーザ駆動部１１６に対してレーザ光Ｌの出射を指示する。そして、総合制御装置１２０は、テーブル１０１上にセットした被加工物ＷＫに対してレーザ光源１１０からレーザ光Ｌを出射させて光スポットＳＰを形成した状態でテーブル１０１の位置を図示Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれ変位させることで被加工物ＷＫにおける作業者が指示した部分に焼入れ処理を行う。

この焼入れ処理の実行過程において、レーザ制御部１１６ａは、加熱後温度監視プログラムを実行する。加熱後温度監視プログラムは、被加工物ＷＫにおけるレーザ光Ｌが照射されて加熱された部分について、照射が完了した後から所定の時間が経過した加熱部分の温度を測定することでレーザ光Ｌの照射（すなわち、加熱処理）が適切に行われた否かを判定するものである。

具体的には、レーザ制御部１１６ａは、加熱後温度監視プログラムの実行をステップＳ１００にて開始して、ステップＳ１０２にて、温度検出器１１５の作動を開始させる。これにより、レーザ制御部１１６ａには、温度検出器１１５が出力する温度検出信号が入力される。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１０４にて、レーザ光Ｌの照射の開始があったか否かの判定処理を実行する。この場合、レーザ制御部１１６ａは、レーザ光源１１０に対してレーザ光Ｌの出射の開始を指示するまでの間、この判定処理に「Ｎｏ」と判定し続けてレーザ光Ｌの出射を待つ。そして、レーザ制御部１１６ａは、レーザ光源１１０に対してレーザ光Ｌの出射の開始を指示した際にはこの判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１０６に進む。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１０６にて、照射開始経過時間の計測処理を開始する。ここで照射開始経過時間は、レーザ光源１１０がレーザ光Ｌの出射を開始してからの経過時間である。したがって、レーザ制御部１１６ａは、自身が内蔵するタイマー機能を使って時間の計測を開始する。なお、このステップＳ１０６による照射開始経過時間の計測処理は、既に計測処理が実行されて２回目以降の実行の場合においては、既に実行している計測処理をリセットした後、改めて計測処理を開始する。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１０８にて、レーザ光Ｌの照射の停止があったか否かの判定処理を実行する。この場合、レーザ制御部１１６ａは、レーザ光源１１０に対してレーザ光Ｌの出射の停止を指示していない場合にはこの判定処理にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ１１０に進む。一方、レーザ制御部１１６ａは、レーザ光源１１０に対してレーザ光Ｌの出射の停止を指示した場合にはこの判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１１４に進む。つまり、このステップＳ１０８による判定処理は、被加工物ＷＫに対して照射しているレーザ光Ｌの一時的な中断またはレーザ光Ｌの照射の終了（つまり、焼入れ処理の終了）を検出する処理である。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１１０にて、照射開始経過時間が所定の時間経過したか否かの判定処理を実行する。具体的には、レーザ制御部１１６ａは、前記ステップＳ１０６にて計測を開始した照射開始経過時間が予め設定した前記遅れ測定時間に達するまでの間、この判定処理に「Ｎｏ」と判定し続けてステップＳ１０８に戻る。そして、レーザ制御部１１６ａは、照射開始経過時間が前記遅れ測定時間に達した場合にはこの判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１１２に進む。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１１２にて、レーザ光Ｌの照射が完了した部分の温度監視処理を実行する。このステップＳ１１２における温度監視処理は、図４に示す温度監視サブプログラムを実行することで行われる。

具体的には、レーザ制御部１１６ａは、温度監視サブプログラムの実行をステップＳ２００にて開始して、ステップＳ２０２にて、温度エラー回数カウンタ値を「０」にリセットする。この場合、温度エラー回数カウンタ値は、温度検出器１１５による測定温度が加熱後必要温度外であった温度エラーの回数を計数するための整数値である。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ２０４にて、被加工物ＷＫの測定温度が加熱後必要温度に達したか否かを判定する。具体的には、レーザ制御部１１６ａは、温度検出器１１５から出力される温度検出信号を用いて被加工物ＷＫの温度を特定するとともに、この測定温度が前記加熱後必要温度まで低下したか否かを判定する。

この場合、レーザ制御部１１６ａは、測定温度が加熱後必要温度と同一（加熱後必要温度に対して所定の範囲内である場合も含む）の場合にはこの判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２１２に進む。そして、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ２１２にて、この温度監視サブプログラムの実行を終了して、加熱後温度監視プログラムにおけるステップＳ１０８に戻る。これにより、レーザ制御部１１６ａは、レーザ光Ｌの照射の停止が検出されるまでの間、温度監視サブプログラムを繰り返し実行して被加工物ＷＫにおけるレーザ光Ｌが通過した部分の温度を監視する。

一方、レーザ制御部１１６ａは、測定温度が加熱後必要温度ではない場合にはこの判定処理にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ２０６に進む。このステップＳ２０４における判定処理において、測定温度が加熱後必要温度になかったと判定された場合が加熱温度エラーである。加熱温度エラーは、被加工物ＷＫに対してレーザ光Ｌの照射が完了してから所定時間経過した後の温度が加熱後必要温度で規定する温度まで低下せず、加熱後必要温度よりも高温または低温の場合であり、焼入れ処理が適切に行われない可能性が高いことを意味している。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ２０６にて、加熱温度エラーの回数が所定の回数に達したか否かを判定する。ここで、所定の回数は、作業者によって総合制御装置１２０を介してレーザ制御部１１６ａに予め設定される。本実施形態においては、所定回数は、３回に設定されている。レーザ制御部１１６ａは、温度エラー回数カウンタ値が所定の数値以下である場合にはこの判定処理にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ２０８に進んで温度エラー回数カウンタ値をインクリメント処理（「１」を加算する処理）した後、ステップＳ２０４に戻る。

一方、レーザ制御部１１６ａは、温度エラー回数カウンタ値が所定の数値を超えた場合にはこの判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２１０に進む。すなわち、このステップＳ２０６による処理は、加熱温度エラーが突発的または偶然など一時的に生じたエラーなのか、加熱温度エラーが継続的に生じている確実なエラーなのかを判定するための処理である。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ２１０にて、エラー処理を実行する。具体的には、レーザ制御部１１６ａは、加熱温度エラーが発生したことを総合制御装置１２０を介して表示装置１２２に表示および警報音を発生させる。そして、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ２１２にて、この温度監視サブプログラムの実行を終了して、加熱後温度監視プログラムにおけるステップＳ１０８に戻る。このステップＳ２１０によるエラー処理によって作業者は、被加工物ＷＫに対する焼入れ処理が適切に行われていないことを把握して被加工物ＷＫの状態を確認したり、焼入れ処理を中断したりすることができる。

次に、レーザ制御部１１６ａは、加熱後温度監視プログラムにおけるステップＳ１０８にてレーザ光Ｌの照射の停止を検出したときには、ステップＳ１１４にて、照射停止経過時間の計測処理を開始する。ここで照射停止経過時間は、レーザ光源１１０がレーザ光Ｌの出射を停止してからの経過時間である。したがって、レーザ制御部１１６ａは、自身が内蔵するタイマー機能を使って時間の計測を開始する。なお、このステップＳ１１４による照射停止経過時間の計測処理は、既に計測処理が実行されて２回目以降の実行の場合においては、既に実行している計測処理をリセットした後、改めて計測処理を開始する。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１１６にて、レーザ光Ｌの照射の停止があったか否かの判定処理を実行する。この場合、レーザ制御部１１６ａは、レーザ光源１１０に対してレーザ光Ｌの出射の開始を指示した場合にはこの判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１０６に戻る。一方、レーザ制御部１１６ａは、レーザ光源１１０に対してレーザ光Ｌの出射の開始の指示がなかった場合にはこの判定処理にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ１１８に進む。つまり、このステップＳ１１６による判定処理は、被加工物ＷＫに対してレーザ光Ｌの再照射を検出する処理である。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１１８にて、照射停止経過時間が所定の時間経過したか否かの判定処理を実行する。具体的には、レーザ制御部１１６ａは、前記ステップＳ１１４にて計測を開始した照射開始経過時間が予め設定した前記遅れ測定時間に達するまでの間、この判定処理に「Ｎｏ」と判定し続けてステップＳ１２０に進む。そして、レーザ制御部１１６ａは、照射停止経過時間が前記遅れ測定時間に達した場合にはこの判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１２２に進む。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１２０にて、レーザ光Ｌの照射が完了した部分の温度監視処理を実行する。このステップＳ１２０における温度監視処理は、前記ステップＳ１１２における温度監視サブプログラムを実行することで行われるため、その説明は省略する。これにより、レーザ制御部１１６ａは、被加工物ＷＫにおけるレーザ光Ｌが照射された部分における最後の部分までレーザ光Ｌの照射後の温度監視を行うことができる。そして、レーザ制御部１１６ａは、このステップＳ１２０による温度監視処理を実行した後はステップＳ１１６に戻る。

次に、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１２２にて、被加工物ＷＫに対する焼入れ処理が終了か否かの判定処理を実行する。具体的には、レーザ制御部１１６ａは、焼入れ処理プログラム中に被加工物ＷＫにおける他の部分についての焼き処理が残っている場合にはこの判定処理にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ１０４に戻る。一方、レーザ制御部１１６ａは、焼入れ処理プログラム中に被加工物ＷＫにおける他の部分についての焼き処理が残っていない場合にはこの判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１２４に進む。

そして、レーザ制御部１１６ａは、ステップＳ１２４にて、加熱後温度監視プログラムの実行を終了する。この場合、総合制御装置１２０は、焼入れ処理プログラムの実行を終了して被加工物ＷＫに対する焼入れ処理を終了する。したがって、作業者は、テーブル１０１上から被加工物ＷＫを撤去して焼入れ作業を終了する。

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、レーザ加工装置１００は、被加工物ＷＫにおける光スポットＳＰが通過した部分の温度を検出する温度検出器１１５を備えているため、光スポットＳＰによって熱せられた後のレーザ光Ｌの照射部分の温度を確認することで被加工物ＷＫに対する加工不良を迅速に把握することができる。特に、レーザ加工装置１００は、光スポットＳＰが通過した直後の加熱以外の処理がなされてないレーザ光Ｌの照射部分の温度を把握することで被加工物ＷＫに対する熱処理不良を迅速に把握することができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記各変形例の説明および参照する図においては、上記実施形態と同様の構成部分について同じ符号を付して、その説明を省略する。

例えば、上記実施形態においては、レーザ加工装置１００は、レーザ制御部１１６ａが温度監視サブプログラムにおけるステップＳ２０４にて被加工物ＷＫに対する加熱温度エラーを検出するように構成した。しかし、レーザ加工装置１００は、温度検出器１１５による温度の検出結果を表示装置１２２に表示させて加熱温度エラーの有無の判断は作業者が行うようにすることもできる。

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置１００は、温度監視サブプログラムにおけるステップＳ２１０にて被加工物ＷＫに対する加熱温度エラーを検出したとき、その旨を表示装置１２２に表示させて警報音を発生させるように構成した（ステップＳ２１０）。しかし、レーザ加工装置１００は、温度監視サブプログラムにおけるステップＳ２１０にて被加工物ＷＫに対する加熱温度エラーを検出したとき、焼入れ処理の実行を直ちに中断させるように構成してもよい。

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置１００は、測定位置調整機構１１２を用いて温度検出器１１５による被加工物ＷＫ上での温度の測定位置ＭＰを調整できるように構成した。しかし、レーザ加工装置１００は、支持具１１１が温度検出器１１５を固定的に支持して被加工物ＷＫ上での温度の測定位置ＭＰの調整不能に構成することもできる。

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置１００は、測定位置調整機構１１２を用いて温度検出器１１５による被加工物ＷＫ上での温度の測定位置ＭＰを作業者による手動操作によって調整できるように構成した。しかし、レーザ加工装置１００は、測定位置調整機構１１２による温度検出器１１５の測定位置ＭＰの調整を電動モータで駆動される送りネジ機構などを介してレーザ制御部１１６ａによって制御されるように構成することができる。この場合、レーザ制御部１１６ａは、被加工物ＷＫにおける光スポットＳＰの送り速度に応じて測定位置調整機構１１２の作動を制御して温度検出器１１５による温度の測定位置ＭＰを変更することができる。

また、上記実施形態においては，温度検出器１１５は、レーザ光源１１０を支持する支持具１１１に支持されてテーブル１０１に対してレーザ光源１１０と一体的に変位するように構成されている。この場合、温度検出器１１５は、レーザ光源１１０に対して同レーザ光源１１０の進行方向の後ろ側に配置されている。また、テーブル１０１を変位させるＸＹ送り装置１０２が、本発明に係る光スポット走査手段に相当する。

しかし、温度検出器１１５は、レーザ光源１１０に対して同レーザ光源１１０の進行方向の後ろ側以外の位置に配置することもできる。例えば、温度検出器１１５は、レーザ光源１１０に対して同じ位置（図示Ｙ軸方向に並んだ位置）に配置することもできる。また、温度検出器１１５は、必ずしもレーザ光源１１０を支持する支持具１１１に支持される必要はなく、レーザ光源１１０を支持する支持具１１１とは別の支持具で支持されていてもよい。この場合、温度検出器１１５は、測定位置ＭＰがレーザ光源１１０の変位に追従するように温度検出器１１５の位置または温度検出器１１５の角度が変更可能に支持されるとよい。

また、上記実施形態においては、温度監視サブプログラムは、複数回（３回）に亘って測定した被加工物ＷＫの温度が加熱後必要温度から外れている場合に加熱温度エラーと判定するように構成した（ステップＳ２０２、Ｓ２０６、Ｓ２０８）。しかし、温度監視サブプログラムは、１回の測定による測定温度が加熱後必要温度から外れている場合に加熱温度エラーであると判定するように構成することもできる。すなわち、温度監視サブプログラムは、ステップＳ２０２、Ｓ２０６、Ｓ２０８の各処理を省略して構成することもできる。

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置１００は、レーザ制御部１１６ａが加熱後温度監視プログラムおよび温度監視サブプログラムをそれぞれ実行するように構成した。すなわち、レーザ制御部１１６ａが、本発明に係る制御装置に相当する。これにより、レーザ加工装置１００は、被加工物ＷＫの温度監視をレーザ駆動部１１６内で行うことで被加工物ＷＫの温度監視を迅速に行うことができる。しかし、レーザ加工装置１００は、総合制御装置１２０が加熱後温度監視プログラムおよび温度監視サブプログラムをそれぞれ実行するように構成することもできる。すなわち、総合制御装置１２０が、本発明に係る制御装置に相当する。この場合、温度検出器１１５は、総合制御装置１２０に対して温度検出信号を出力するように構成する。

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置１００は、加熱後温度監視プログラムおよび温度監視サブプログラムにおいて被加工物ＷＫの温度測定の履歴を記憶しないように構成した。しかし、レーザ加工装置１００は、加熱後温度監視プログラムおよび／または温度監視サブプログラムにおいて被加工物ＷＫの温度測定の履歴を記憶する温度履歴記憶ステップを実行することで被加工物ＷＫの加工内容を記録として残して後日の追跡を可能とするトレーサビリティ性を向上させることができる。この場合、レーザ駆動部１１６は、図１に示すように、被加工物ＷＫの温度測定の履歴を記憶する温度履歴記憶部１１６ｂを備えるとよい。

また、上記実施形態においては、レーザ加工装置１００は、被加工物ＷＫの表層に焼入れ処理や焼き戻し処理を行うレーザ熱処理装置で構成した。しかし、本発明に係るレーザ加工装置１００は、被加工物ＷＫに対して熱処理などの表面改質処理以外の加工、例えば、被加工物ＷＫ上に異種または同種の材料を密着させるレーザ肉盛、２つの被加工物ＷＫを互いに接続するレーザ溶接などを行う各種機械装置に適用できるものである。

ＷＫ…被加工物、Ｌ…レーザ光、ＳＰ…光スポット、ＭＰ…温度検出器による温度の測定位置、
１００…レーザ加工装置、
１０１…テーブル、１０２…ＸＹ送り装置、
１１０…レーザ光源、１１１…支持具、１１１ａ，１１１ｂ…支持孔、１１２…測定位置調整機構、１１２ａ…ロック孔、１１２ｂ…止めネジ、１１３…目盛り、１１３ａ…指し針、１１４…Ｚ送り装置、１１５…温度検出器、１１６…レーザ駆動部、１１６ａ…レーザ制御部、１１６ｂ…温度履歴記憶部、１１６ｃ…操作パネル、
１２０…総合制御装置、１２１…操作盤、１２２…表示装置。

Claims (6)

1. 被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同表面の加工を行うレーザ加工装置において、
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記被加工物を着脱自在に保持するテーブルと、
   前記被加工物に対して前記光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、
   前記被加工物における前記光スポットが通過した部分の温度を表す温度検出信号を出力する温度検出器と、
   前記温度検出信号を用いて前記被加工物の表面の温度を監視して前記被加工物における前記光スポットが通過した部分の温度が所定の温度になったことを検出する制御装置と、
   前記被加工物に対する前記温度検出器による温度の測定位置を変更する測定位置調整機構とを備え、
   前記光スポット走査手段は、
   前記テーブルと前記レーザ光源とを互いに相対変位させるＸＹ送り装置であり、
   前記測定位置調整機構は、
   前記制御装置による作動制御によって前記被加工物に対する前記温度検出器による温度の測定位置を変更するものであり、
   前記制御装置は、
   前記被加工物における前記光スポットの加工中の送り速度の変化に応じて前記被加工物に対する前記温度検出器による温度の測定位置を変更することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同表面の加工を行うレーザ加工装置において、
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記被加工物を着脱自在に保持するテーブルと、
   前記被加工物に対して前記光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、
   前記被加工物における前記光スポットが通過した部分の温度を表す温度検出信号を出力する温度検出器と、
   前記レーザ光源の作動を制御するとともに、前記温度検出信号を用いて前記被加工物の表面の温度を監視する制御装置を備え、
   前記光スポット走査手段は、
   前記テーブルと前記レーザ光源とを互いに相対変位させるＸＹ送り装置であり、
   前記制御装置は、
   前記レーザ光を前記被加工物に対して照射してから所定時間経過後に前記被加工物の表面の温度の監視を開始することを特徴とするレーザ加工装置。
3. 被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同表面の加工を行うレーザ加工装置において、
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記被加工物を着脱自在に保持するテーブルと、
   前記被加工物に対して前記光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、
   前記被加工物における前記光スポットが通過した部分の温度を表す温度検出信号を出力する温度検出器と、
   前記テーブルに対して前記レーザ光源と前記温度検出器とが一体的に変位するように前記レーザ光源と前記温度検出器とを一体的に支持する支持具とを備え、
   前記光スポット走査手段は、
   前記テーブルと前記レーザ光源とを互いに相対変位させるＸＹ送り装置であることを特徴とするレーザ加工装置。
4. 被加工物の表面にレーザ光による光スポットを形成して同表面の加工を行うレーザ加工装置において、
   前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記被加工物を着脱自在に保持するテーブルと、
   前記被加工物に対して前記光スポットを相対変位させる光スポット走査手段と、
   前記被加工物における前記光スポットが通過した部分の温度を表す温度検出信号を出力する温度検出器と、
   前記テーブルと前記温度検出器とを前記光スポット走査手段による前記相対変位の方向に直交するＺ軸方向に互いに相対変位させるＺ送り装置とを備え、
   前記光スポット走査手段は、
   前記テーブルと前記レーザ光源とを互いに相対変位させるＸＹ送り装置であることを特徴とするレーザ加工装置。
5. 請求項３または請求項４に記載したレーザ加工装置において、さらに、
   前記レーザ光源の作動を制御するとともに、前記温度検出信号を用いて前記被加工物の表面の温度を監視する制御装置を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
6. 請求項２ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載したレーザ加工装置において、さらに、
   前記被加工物に対する前記温度検出器による温度の測定位置を変更する測定位置調整機構とを備え、
   前記測定位置調整機構は、
   前記レーザ光源に対して接近または離隔する方向に延びてこれらの接近または離隔する位置で前記温度検出器を支持する長孔状の支持孔を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。