JPH0655359B2 - レ−ザ加工装置におけるレ−ザ出力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、圧延ロールなどの被加工物表面にレーザビー
ムを照射して多数の凹凸を正確なパターンとして形成す
るためのレーザ加工装置におけるレーザ出力制御方法に
関する。

＜従来の技術＞ 近年、圧延ローラの表面にレーザビームをパルス状に照
射してロール表面に多数の凹凸を形成する方法が、例え
ば特開昭55− 94790号公報などにより注目されつつあ
る。

このレーザビームを使用する方法では、従来のショット
ブラスト加工や放電加工と異なって、得られる凹凸パタ
ーンはそれぞれの凹凸の大きさがロール前面にわたって
均一であり、かつ隣接する凹凸のピッチがほぼ一定であ
るという特徴を有する。

このようなレーザビームにより加工されたロールを用い
て、例えば焼鈍処理の済んだ冷延鋼板などの金属ストリ
ップに調質圧延を施すと、ストリップ表面にロール表面
の規則的な凹凸パターンが転写されて、従来のショット
ブラスト加工や放電加工で得られるランダムパターンに
比して種々のすぐれた性質が得られるのである。

第４図および第５図に、代表的なレーザ加工装置の例を
示す。図において、１は被加工物である圧延ロールであ
って、支持台２，３によって回転可能に支持されてい
る。４は駆動部であって、動力伝達部５を介して支持台
３に回転力を与え、圧延ロール１を回転させる。６は上
記諸部品２〜５を載置した基台である。

７はレーザ発振器であって、基台８に設けられたレール
９上を移動可能な台車10に取りつけられている。レール
９は圧延ロール１の軸に平行に設けてあり、台車10がこ
の圧延ロール表面に対して平行移動できるようになって
いる。11は伝送ダクトであって、レーザ発振器７から発
射されたレーザビームを集光レンズ12へ導く通路をなし
ており、このダクトの屈曲部には内部に反射鏡13を設け
てレーザビームを反射させ、集光レンズ12を通して圧延
ロール１表面を照射するようになっている。

集光レンズ12によって収束したレーザビームは、集光レ
ンズ12を取付けたトーチ16の先端に設けた通孔（図示せ
ず）からビームチョッパリング手段であるメカニカルチ
ョッパ14を介して圧延ロール１上に焦点を結ぶようにな
っている。円板状のメカニカルチョッパ14にはレーザビ
ームが通過できるスリットが円周状に配設されていて、
この円板を別途手段で高速回転させてレーザビームをパ
ルス化して圧延ロール１に照射することにより、このロ
ール表面に無数の小さな凹部が一定ピッチで形成される
ようになっている。15はアシストガス吹き付け手段であ
るガスノズルであって、その先端はメカニカルチョッパ
14の外周端部の直近に開口するごとく設けられ、ここか
らアシストガス（例えばＯ₂ ）をロール１上のレーザビ
ーム焦点位置へ向けて吹き付けることにより、穿設され
る微小凹部の形状を均一にかつ必要な深さに形成する。

ところで、ロール表面に凹凸パターンを形成させる上
で、重要な制御項目の一つにレーザ出力がある。このレ
ーザ出力の制御は、通常伝送ダクト11においてレーザビ
ームの一部を図示しない分光器により取出し、これの熱
エネルギを熱電対などにより測定し、この結果をレーザ
発振器７の電源装置18にフィードバックしている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、前記熱電対によってレーザ出力を制御す
る方法では、熱電対の応答性が悪く、即ち時定数が長
く、個々の凹凸パターン特に凹部形状を所定の形状とな
るように制御することは不可能であり、レーザ出力の平
均値制御しかできなかった。

しかし、例えば集光レンズ12が経時変化により劣化した
り、あるいはトーチ16とロール表面との距離が変化した
りすると、レーザ出力自体は一定値に制御されていても
凹部の大きさが変わってしまうという問題が潜在してい
た。

本発明は、上記のような問題点を解決すべくなされたも
のであって、直接凹部形状を測定し、その測定結果に基
づいてレーザ出力を制御する方法を提供することを目的
とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、レーザ発振器と、この発振器から発振される
レーザの出力を制御する電源装置とを有し、被加工物表
面にパルス状レーザビームを照射してその表面にクレー
タを形成させて規則正しい凹凸パターンを得るためのレ
ーザ加工装置において、前記被加工物表面に形成された
クレータの径をその表面に照射される計測用レーザビー
ムの反射光により測定し、この測定結果と目標とするク
レータ径とを比較し、この比較結果に基づいて前記電源
装置を制御することにより、前記レーザ発振器から発振
されるレーザの出力を制御することを特徴とするレーザ
加工装置におけるレーザ出力制御方法である。

＜作 用＞ 本発明によれば、レーザビームを用いてクレータの大き
さを直接測定するようにしたので、精度よく測定するこ
とができ、さらにその測定結果と目標値とを比較しなが
らレーザの出力を制御するようにしたので、均一な凹凸
パターンを得ることが可能である。

＜実施例＞ 以下に、本発明の実施例について、図面に基づいて詳し
く説明する。

第１図は、本発明方法に係る好適な実施例を模式的に示
す説明図である。

図において、１は被加工物としての圧延ロールで矢示Ｆ
方向に一定速度で回転され、レーザ発振器７から照射さ
れたレーザビーム17によりクレータ１ａが形成される。
18はレーザ発振器用の電源装置であって、所定のレーザ
出力が得られるようにレーザ発振器７を制御している。

ａは計測用のレーザビームであって、分光器23によって
レーザビーム17から分光され、圧延ロール１の加工の済
んだ表面に入射角θで照射されて、その反射光ｂは受光
器19で検出される。ここで、受光器19は入射角θと同じ
受光角θとなるような位置に配置され、受光量に比例し
た大きさの電気信号ｃを出力する。20はリミッタであっ
て、受光器19からの出力信号のうち小さな信号をカット
し一定値以上の信号ｄのみを通過させる。21はタイマで
あって、入力信号ｄをもとにリミッタ20からの信号が出
力されない時間を測定する。この測定結果は信号ｅとし
て演算器22に入力され、ここでクレータ１ａの大きさを
算出するとともに、クレータの目標値ｓと比較されて、
その比較結果を制御信号ｆとして電源装置18に出力す
る。そして、電源装置18はこの信号ｆによってフィード
バック制御が行われ、レーザビームの照射時間がコント
ロールされて所定の大きさのクレータ１ａが形成され
る。

上記のような構成において、演算器22に予め目標値ｓを
設定して電源装置18に与え、レーザ発振器７から所定の
パワーに制御されたレーザビーム17を発振させる。この
レーザビーム17は、圧延ロール１の表面に照射されてク
レータ１ａを形成させる。

一方、レーザビーム17の一部は分光器23で分光されて、
加工の済んだ圧延ロール１の表面に計測用レーザビーム
ａとして照射される。このレーザビームａの出力パター
ンは、第２図（ａ）に示すようになっている。

圧延ロール１の表面で反射した反射光ｂは、受光器19で
検出されるのであるが、ここで圧延ロール１は研磨加工
したのちレーザビーム17を照射してクレータ１ａを形成
させているので、平坦部１ｂでの反射率は非常に高いの
に対し、クレータ１ａでは表面が平坦でないことおよび
表面が酸化していることから、反射光ｂのパターンは第
２図（ｂ）に示すようになり、また受光器19から出力さ
れる電気信号ｃも同じパターンになる。

つぎに、この電気信号ｃはリミッタ20により低出力信号
分がカットされて、第２図（ｃ）に示すようなパターン
となる。そこで、タイマ21では入力信号がゼロになった
時点で時間測定を開始して、入力信号があると計時を中
止し、その測定結果（Ｔ(sec)）を信号ｅとして演算器2
2へ出力するとともに、測定結果をゼロにリセットして
次の測定に備える。

演算器22では、入力信号ｅをもとに次の演算を行う。す
なわち、圧延ロール１の周速をｖ（mm/sec ）とする
と、クレータ１ａの直径Ｄ(mm)は次式で算出される。

Ｄ＝ｖ・Ｔ……（１） ここで、クレータの直径Ｄとレーザ出力との関係は、第
３図に示すような直線関係にあることが予めわかってい
るので、上記（１）式から算出されたクレータ直径Ｄと
目標値ｓとを比較して差があれば、この差に相当するレ
ーザ出力に対応する信号を制御信号ｆとして電源装置18
に出力し、これに基づいてレーザ発振器７が所定のクレ
ータの直径となるように制御されるのである。

なお、上記実施例においては、計測用レーザビームとし
て加工用レーザビーム源から分光させて使用するように
したが、本発明はこれに限らずレーザ発振器を単独に設
けてもよい。また、計測用レーザビームとしては連続ビ
ームを使用したが、パルスビームであってもよい。

＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、被加工物の表面
に形成されるクレータの大きさを直接個々に測定して、
その結果を直ちにレーザ加工装置にフィードバックして
制御するようにしたので、被加工物全面に均一なクレー
タ形状を得ることが可能となり、製品の品質向上に大き
く貢献することが期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法に係る実施例を模式的に示す説明
図、第２図は、各部の信号パターンを示す特性図、第３
図は、レーザ出力とクレータ直径の関係を示す特性図、
第４図は、レーザ加工装置の従来例を示す平面図、第５
図は、要部を拡大して示す説明図である。 １……圧延ロール（被加工物）、１ａ……クレータ、７
……レーザ発振器、17……レーザビーム、18……電源装
置、19……受光器、20……リミッタ、21……タイマ、22
……演算器、23……分光器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ発振器と、この発振器から発振され
   るレーザの出力を制御する電源装置とを有し、被加工物
   表面にパルス状レーザビームを照射してその表面にクレ
   ータを形成させて規則正しい凹凸パターンを得るための
   レーザ加工装置において、前記被加工物表面に形成され
   たクレータの径をその表面に照射される計測用レーザビ
   ームの反射光により測定し、この測定結果と目標とする
   クレータ径とを比較し、この比較結果に基づいて前記電
   源装置を制御することにより、前記レーザ発振器から発
   振されるレーザの出力を制御することを特徴とするレー
   ザ加工装置におけるレーザ出力制御方法。