JPS61238490A - レ−ザ加工機の制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、レーザ加工機の制御方法及び装置に関し、
特に複雑な形状の板金部品の鋭角切断などにおいても、
熱飽和による溶損の少ない、高品質高精度なレーザ加工
の長時間にわ九っての安定化；再現性の向上に関する。

〔従来の技術〕

第６図は例えば特開昭５７−６２８８２号公報に示され
九従来のレーザ加工機管示すブロック図であり、図にお
いて（１）はレーザ発振器、（２）はレーザ発振器（１
）より取り出され念レーザビーム、（３）はレーザビー
ム（２）の方向を変える九めの反射鏡、（４）はレーザ
ビーム（２）全集光するためのレンズ、（５）は被加工
物、（６）は被加工物（５）ヲ載宣して移動させるテー
ブル、（７）はテーブル（６）ｆ移動させるモータ、（
８）はモータ（７）を駆動するためのモータ駆動部、（
９）はモータ駆動部（８）？制御するモータ駆動制御部
、（１１）はモータ（７）の回転を検出するタコジェネ
レータ、（１１）はタコジェネレータａ〔による速度検
出値に基づいてレーザ発振器（１）のレーザ出力を制御
する信号を発生する発振器制御部である。

従来のレーザ加工機は上記のように構成され、モータ駆
動制御部（９）にスタート信号面が入力されるとモータ
駆動制御部（９）及びモータ駆動部（８）が動作を開始
し、モータ（７）を駆動する。これによりテーブル（６
）は第４図（ｂ）に示す如く、徐々にその移動速度が増
加し、その後所定速度で移動する。このテーブル（６）
の移動速度はモータ（７）と同軸に取付られ九タコジェ
ネレータ（１１ｍにより検出され、この移動速度を入力
した発振器制御部（１１Ｊはレーザ発振器（１）から出
力されるレーザビーム（２）の出力がテーブル（６）の
移動速度に比例するよう制御する。すなわちレーザビー
ム（２）の出力は第４図（ａ）に示すように、テーブル
（６）の移動速度が徐々に増加する加工開始時には、そ
の移動速度に比例して徐々に増加するように制御し、移
動速度が所定値になるとレーザビーム（２）の出力も一
定値に制御する。

モータ駆動制御部（９）にストップ信号α９が入力する
と、モータ駆動制御部（９）は第４図（ｂ）に示すよう
にテーブル（６）の移動速度を徐々に減少させてテーブ
ル（６）の移動を停止させる。このテーブル（６）の移
動速度の減少はタコジェネレータａＯによって検出され
、第４図（ａ）に示すように発振器制御部（１１）によ
りて移動速度の減少に比例してレーザビーム（２）の出
力が徐々に減少するように制御する。

このようにして、被加工物（５）は単位長さ当りにおけ
るレーザビーム（２）からの熱入力が略一定となるよう
に制御されるから、第５図に示すように、被加工物（５
）の切断幅お溶接幅（５ａ）が−足となるように加工が
できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のレーザ加工機では、レーザ発振器（
１）の経時変化などにより、レーザ発振器（１）への制
御入力とレーザ出力の特性に変化が生じ九場合には、所
定のレーザビーム（２）の出力が得られず加工特性が悪
くなったり、また加工開始から時間が経過するにつれて
加工特性が変化するなどの問題点があった。

この発明は、かかる問題点？解決する究めになされ友も
ので、常に安定で最適なレーザ出力が得られるレーザ加
工機の制御方法及び装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るレーザ加工機の制御方法はレーザ発振器
から取り出したレーザビーム出力の瞬時値を検出し、こ
の検出したレーザビーム出力が検出した加工速度に最適
なレーザビーム出力となるようにレーザ発振器の制御入
力？帰還制御する制御方法である。

ま友、この発明に係るレーザ加工機の制御装置は、レー
ザ出力検出手段、最適出力決定手段及び出力制御信号補
正手段とを備えている。レーザ出力検出手段はレーザ発
信器から取り出し伝送し九レーザビーム出力を検出する
。最適出力決定手段は検出した加工速度に基づく最適レ
ーザビーム出力を決定する。出力制御信号補正手段はレ
ーザ出力検出手段で検出したレーザビーム出力と最適出
力決定手段で決定した最適レーザビーム出力を比較し、
その差が零になるように最適レーザビーム出力を補正し
てレーザ発振器の出力制御信号を出力する。

〔作　用〕

この発明においては、レーザビーム出力の帰還制御と加
工速度検出による出力制御の併用により、常に加工速度
に最適なレーザビーム出力を得る。

〔′実施例〕

第１図は、この発明の一実施例を示すブロック図であり
、（１）〜（ＩＧは上記第６図に示した従来例と全く同
一のものである。α２は・レーザビーム（２）に対して
小さな角度例えば５度前後か九むけて設けられ九ビーム
スプリッタ、（１３は例えば金ゲルマニウム素子からな
り、ビームスプリッタａｚで反射するレーザビームの出
力を検出する出力検出センサ、Ｉはタコジェネレータ（
１１で検出したテーブル（６）の移動速度よυ、予じめ
記憶され九データに基づいて最適レーザビーム出力を決
定し、この信号を出力する最適出力決定手段、α９は出
力検出センナ（１３で検出したレーザビーム出力信号Ｃ
以下、検出信号という。）　Ｐｏと最適レーザビーム出
力信号Ｃ以下、最適出力信号という。）　ｐｉ１ｒ比較
し、その差が零となるように最適出力信号Ｐｉｆｔ補正
して出力制御信号ＰＣヲ出力する出力制御信号補正手段
、αｅはレーザ発振器制御手段である。

次Ｋ、この実施例の動作を第２図の制御原理を示すフロ
ーチャートに基づいて説明する。被加工物（５）の切断
あるいは溶接等の加工開始信号により、まずタコジェネ
レータ（１１１ｉ）によりテーブル（６）の移動速度す
なわち加工速度ナミＯを検出しくステップ２１）、この
加工速度ｖＪに基づいて最適出力決定手段α４で最適出
力信号Ｐｉヲ決定する（ステップ２２）、一方、出力検
出センサαりによりビームスプリッタ（１２から反射さ
れたレーザビームの出力管検出し、検出信号ＰＯを出力
する（ステップ２３）。ビームスプリッタ咳はレーザビ
ーム（２）に対して５度前後か九むけられておシ、レー
ザビーム（２）のごく一部分のみを反射するが、このレ
ーザビームの反射ｔはビームスプリッタ（ＬＳ６に入射
するレーザビーム（２）の出力に比例するので、これを
出力検出センサ住３で検出することによシ、レーザビー
ム（２）の全出力を検出することができる。

この最適出力信号Ｐｉと検出信号Ｐｏｉ出力制御補正手
段（１５で比較し、この差が零になるように最適出力信
号Ｐｉを補正して出力制御信号Ｐｃ　ｆ決定する（ステ
ップ２４）。出力制御信号Ｐｄ最適出力信号Ｐｉと検出
信号ＰＯより Ｐｏ−Ｐｉ Ｐｃ−Ｐｉ（１−一、−α） で求められる。但しαは制御利得であシ、一般には０．
２〜１．０程度の値で、検出制御の時間応答性や変動量
によって最適値が決定できるものである。。

この出力制御信号Ｐｃに対応して、レーザ発振器制御手
段（１６）によりレーザ発振器（１）全制御する（ステ
ップ２５）。以上の制御動作金繰り返えし加工終了信号
により加工全終了する（ステップ２６）。

この制御過程において、加工速度ｖＯの検出応答時間は
０．１〜１　ｍ５ｅｃ　、レーザビーム出力検出応答時
間は１０〜１００　ｎ５ｅｃ、レーザ発振器（１）の出
力制御応答時間は０．１〜１μＳｅｅであり、加工速度
検出に基づく制御と、レーザビーム出力検出に基づく制
御とは応答時間に約１０００倍の差があるので、二重ル
ープの制御であるが、制御利得αヶ適正値とすれば高精
度な制御全行なうことができるも なお、上記実施例においては被加工物の切断や溶接に適
用し九場合について示したが、表面改質やスクライビン
グ加工にも適用でき、特に焼入れ、チル化、スクライビ
ングについては加工品質を非常に向上させることができ
る。

１ｆｃ、上記実施例においては被加工物を一次元的に移
動させた場合について説明したが、これに限らず多次元
で移動する場合であっても、合成速度すなわち実速度全
検出すれば、同様な作用を行なうことができる。また、
多次元のものに適用すれば、形状加工時の変曲点での加
工速度変化に併って常に最適なレーザビーム出方に制御
することができる。

ま友、上記実施例においてはレーザビーム出方検出手段
としてビームスプリッタＣ１，２＋と金ゲルマニウム素
子を用いた出力検出センサα３とを用いた場合？示し友
が、レーザビーム出方を高速で検出すれば他の方法、例
えば反射鏡（３）にビンホールヲ設け、このピンホール
會通過し九レーザビームの出力を検出しても良い。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明し九ように、レーザ発振器から取り
出し九レーザビームの出力の瞬時値を検出し、加工速度
に最適なレーザビーム出力が得られるようにレーザ発振
器への制御入力信号を帰還制御するようにしたから、レ
ーザ発振器の経時変化などによシ、レーザ発振器の制御
入力とレーザビーム出力との関係が変化しても、これを
自動的に補償し、高精度で一定な品質で、かつ再現性の
高い安定なレーザ加工を行なうことができる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
上記実施例の制御原理？示すフローチャート、第５図は
従来のレーザ加工機を示すブロック図、第４図及び第５
図は従来のレーザ加工機の動作説明図である。 （１）・・・レーザ発振器、（２）・・・レーザビーム
、（３）・・・反射鏡、（４）・・・レンズ、（５）・
・・被加工物、（６）・・・テーブル、（７）・・・モ
ータ、（８）・・・モータ駆動部、（９）・・・モータ
駆動制御部、α〔・・・タコジェネレータ、α訃・・ビ
ームスプリッタ、αり・・・出力検出センナ、０・・・
最適出力決定゛手段、α９・・・出力制御信号補正手段
、（１６）・・・レーザ発振器制御手段。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　弁理士　木　村　三　朗 第１図　１゜：Ｃ”ｋ−Ａ７”）、ｙ７１３：社力半に
七、ｔン寸 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビームの被加工物に対する相対移動速度を
   検出し、該検出速度に応じてレーザ発振器を制御してレ
   ーザビームの出力を調整するようにしたレーザ加工にお
   いて、上記レーザ発振器から取り出されたレーザビーム
   の出力を検出し、該レーザビームの出力が上記検出速度
   に対応した目標出力と一致するように帰還制御するよう
   にしたことを特徴とするレーザ加工機の制御方法。
2. （２）レーザ発振器から取り出したレーザビームを伝送
   、集光し、被加工物への照射位置を相対的に移動させ、
   相対移動速度を検出し、検出速度の関数としてレーザ発
   振器を制御してレーザビームの出力を調整するようにし
   たレーザ加工機において、上記レーザ発振器から取り出
   し伝送したレーザビーム出力を検出するレーザ出力検出
   手段と、上記検出速度に基づく最適レーザビーム出力を
   決定する最適出力決定手段と、上記レーザ出力検出手段
   で出力するレーザビーム出力信号と最適出力決定手段で
   出力する最適レーザビーム出力信号を比較し、両信号が
   等しくなるようなレーザ発振器の出力制御信号を出力す
   る出力制御信号補正手段とを備えたことを特徴とするレ
   ーザ加工機の制御装置。
3. （３）出力制御信号補正手段が最適レーザビーム出力信
   号Ｐｉと実際に検出したレーザビーム出力信号Ｐｏとを
   比較し、レーザ発振器の出力制御信号Ｐｃを Ｐｃ＝Ｐｉ［１−｛（Ｐｏ−Ｐｉ）／Ｐｉ｝α］但しα
   は制御利得（定数） に基いて決定する特許請求の範囲第２項記載のレーザ加
   工機の制御装置。